JP5496851B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルに関し、特に、容量結合方式のタッチパネルであって、非導電性のペン等で入力操作が可能なタッチパネルに関するものである。

表示画面に使用者の指などでタッチ操作（接触押圧操作、以下、単にタッチと称する）して情報を入力する画面入力機能をもつ入力装置（以下、「タッチパネル」と称する）を備えた表示装置は、ＰＤＡや携帯端末などのモバイル用電子機器、各種の家電製品、無人受付機等の据置型顧客案内端末に用いられている。このようなタッチパネルの駆動方式としては、タッチされた部分の抵抗値変化を検出する抵抗膜方式、あるいは容量変化を検出する静電容量結合方式、タッチにより遮蔽された部分の光量変化を検出する光センサ方式、などが知られている。

静電容量結合方式は、抵抗膜方式や光センサ方式と比較した場合に次のような利点がある。例えば、抵抗膜方式や光センサ方式では透過率が８０％程度と低いのに対し静電容量結合方式は約９０％と透過率が高く表示画質を低下させない点があげられる。また、抵抗膜方式では抵抗膜の機械的接触によりタッチ位置を検知するため、抵抗膜が劣化または破損（クラック）するおそれがあるのに対し、静電容量結合方式では検出用電極が他の電極などと接触するような機械的接触がなく、耐久性の点からも有利である。

静電容量結合方式のタッチパネルとしては、図１に示すように、指ＦＮのとの静電容量（Ｃｘ，Ｃｙ）の変化を利用するものがある。透明基板ＴＳの上に、Ｘ軸電極ＸＥとＹ軸電極ＹＥとが、絶縁層ＩＦ１，ＩＦ２を挟んで形成されている。絶縁層ＩＦ２の上面には保護板（膜）ＧＰが設けれてている。

図１の方式では、入力手段としては、指ＦＮなどの導電性のある物質が前提となる。そのため、抵抗膜式などで使用されている樹脂製スタイラスなどの非導電性ペンを図１のタッチパネルに接触させた場合には、電極の容量変化がほとんど発生しないため、入力座標を検出できない。このような課題を解決する技術として、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には非導電性の入力手段でタッチパネルに接触した場合でも座標を検出できる技術が記載されている。

特開２００９−２５８８８８号

本発明が解決しようとする課題は、透過率を向上すると共に、静電容量の検出感度を向上させ、さらには、検出信号の遅延を抑制したタッチパネルを提供することである。

上記課題の解決を実現するため、本発明のタッチパネルは、以下のような特徴的構成を有している。
（１） ＸＹ位置座標を検出する座標検出電極が形成された第一の基板と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板とを備えた静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、前記第二の基板は、前記第一の基板側に向かって、前記第二の基板よりも剛性が低い弾性層と、導電層とを順次備え、該座標検出電極と該導電層との間に設けられた非導電性のスペーサを有し、該スペーサが形成する隙間には液体が充填されていることを特徴とする。

（２） 上記（１）に記載のタッチパネルにおいて、該導電層は樹脂フィルム上に担持されていることを特徴とする。

（３） 上記（２）に記載のタッチパネルにおいて、該導電層は、該樹脂フィルムの前記第一の基板側に形成されていることを特徴とする。

（４） 上記（１）に記載のタッチパネルにおいて、該弾性層と該導電層とは、同一の層であることを特徴とする。

（５） 上記（１）に記載のタッチパネルにおいて、該弾性層の厚さは、該スペーサが形成する隙間の間隔よりも厚いことを特徴とする。

（６） 上記（１）に記載のタッチパネルにおいて、該座標検出電極上に絶縁膜が形成され、該スペーサは、該絶縁膜に接触することを特徴とする。

（７） 上記（１）に記載のタッチパネルにおいて、該スペーサは、ビーズ、又は前記第一の基板側と前記第二の基板側との各対向面のうち少なくとも一方の対向面に形成された突起であることを特徴とする。

（８） 上記（１）に記載のタッチパネルにおいて、該スペーサが形成する隙間の間隔は、２０μｍ以下であることを特徴とする。

（９） ＸＹ位置座標を検出する座標検出電極が形成された第一の基板と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板とを備えた静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、前記第一の基板は、該座標検出電極より前記第二の基板側に向かって、前記第二の基板よりも剛性が低い弾性層と、導電層とを順次備え、前記第二の基板と該導電層との間に設けられた非導電性のスペーサを有し、該スペーサが形成する隙間には液体が充填されていることを特徴とする。

（１０） 上記（９）に記載のタッチパネルにおいて、該導電層は樹脂フィルム上に担持されていることを特徴とする。

（１１） 上記（１０）に記載のタッチパネルにおいて、該導電層は、該樹脂フィルムの前記第一の基板側に形成されていることを特徴とする。

（１２） 上記（９）に記載のタッチパネルにおいて、該弾性層と該導電層とは、同一の層であることを特徴とする。

（１３） 上記（９）に記載のタッチパネルにおいて、該弾性層の厚さは、該スペーサが形成する隙間の間隔よりも厚いことを特徴とする。

（１４） 上記（９）に記載のタッチパネルにおいて、該スペーサは、ビーズ、又は前記第一の基板側と前記第二の基板側との各対向面のうち少なくとも一方の対向面に形成された突起であることを特徴とする。

（１５） 上記（９）に記載のタッチパネルにおいて、該スペーサが形成する隙間の間隔は、２０μｍ以下であることを特徴とする。

（１６） 上記（１）又は（９）に記載のタッチパネルにおいて、該タッチパネルの操作は、該第二の基板の表面を押圧する非導電性ペンで行うことを特徴とする。

（１７） 上記（１）又は（９）に記載のタッチパネルにおいて、該タッチパネルは液晶表示装置又は有機エレクトロルミネッセンス表示装置の表示面側に配置されていることを特徴とする。

本発明のタッチパネルによれば、非導電性のスペーサが形成する隙間に液体を充填することで、界面反射を抑制するため、透過率が向上する。さらに、ニュートンリング現象が抑制されるためスぺーサの配置された空間の幅を減少させることができ、静電容量の検出感度も向上する。しかも、液体を用いてもスペーサによる流動性が制限されるため、押し圧を除荷した際の導電層が元の位置に戻る復帰時間を早め、検出信号の遅延も抑制することが可能となる。

指等で操作する静電容量結合方式のタッチパネルの従来例を説明する図である。 非導電性ペンで操作する静電容量結合方式のタッチパネルの従来例を説明する図である。 図２のタッチパネルを指等で操作する場合の例を説明する図である。 固体を弾性層に用いる場合の変化を説明するためのモデル図である。 図４の最上層にＰＥＴフィルムを用いた場合の変形状態を説明する図である。 図４の最上層にガラス板を用いた場合の変形状態を説明する図である。 最上層にガラス板を用いた場合の撓みによる誤検知の様子を説明する図である。 最上層にＰＥＴフィルム、弾性層に液体を用いた場合の誤検知の様子を説明する図である。 新規な静電容量結合方式のタッチパネルの基本的構成を説明する図である。 図９のタッチパネルを操作した様子を説明する図である。 本発明のタッチパネルに係る第１の実施例を説明する図である。 本発明のタッチパネル及び表示装置を備えたシステムの構成図である。 タッチパネルの電極構造を示す平面図である。 本発明のタッチパネルの第２の実施例を説明する図である。 本発明のタッチパネルの第３の実施例を説明する図である。 図１４のタッチパネルの動作状態を説明する図である。 本発明のタッチパネルの第４の実施例を説明する図である。 図１７のタッチパネルの動作状態を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図を用いて詳細に説明する。

静電容量結合方式のタッチパネルは、図２に示すように、弾性絶縁層ＩＥと、透明フィルムＴＦにパターニング形成された浮島状の電極ＦＥとを利用する方式がある。入力に際しては、透明フィルムＴＦをペンＰＮで押圧し、弾性層ＩＥを変形させることで、浮島電極ＦＥとＸ−Ｙ電極（ＸＥ，ＹＥ）とが形成する静電容量（Ｃｘ，Ｃｙ）が変化し、入力座標を検出するよう構成される。さらに、図３に示すように、指ＦＮで透明フィルムＴＦを押圧して入力操作をすることも可能である。

このような弾性絶縁層を利用するためには、例えば、以下に示すような条件を満足する弾性材料や保護板（膜）が必要である。
（弾性材料）
・最低荷重８０ｇで変形率が６０％以上となること
・除荷後に形状が回復すること
・光透過率が９０％以上であること
・最大荷重１５００ｇでも破壊しないこと
（保護板・膜）
・耐傷性が高いこと
さらに、タッチパネルとして組み合わせた際には、２点を同時に押した際に、その間は変形しないことなども求められる。

図２などに示す、弾性変形を利用する静電容量結合方式のタッチパネルでは、最上層には、ガラス基板やアクリル板などの板状体やＰＥＴなどの樹脂フィルムを利用することが可能である。また、弾性絶縁層には、ゴムなどの固体（ゲル状体を含む）、オイルなどの液体や空気など気体が利用可能である。

しかしながら、弾性絶縁層に固体を利用する場合には、図４〜６に示すような問題がある。図４は、基板ＢＬ上に弾性状固体ＳＬを配置し、最上層ＵＬを設けた構成を模式的に示したものである。点線ＰＬは変形状態を示す疑似線である。図５のように、最上層ＵＬにＰＥＴフィルムを用いた場合には、ペンＰＮで押した部分の直下（符号１）では、固体が圧縮されているが、押圧部分の周辺（符号２）では押し返しが発生する。このため変形量が少なく、変形面積（領域）も小さいため、結果として静電容量が十分に変化せず、入力座標の検出が困難となる。また、最上層ＵＬにガラス板を用いた場合でも、図６に示すように、ＰＥＴフィルムよりは押し返しの変位が少ないが、全体的に変位量が少なく、変位する面積も小さいため、静電容量の変化が少なくなる。

次に、弾性絶縁層ＩＥに気体，液体又は固体を用い、最上層ＵＬにガラス板を用いた場合には、図７に示すようにガラス板が撓み、ペンＰＮで押圧した部分（符号３）より別の箇所（符号４）の方が基板ＢＬ側に近接する現象が生じる。これにより、符号４の部分が押圧されたと誤検知することとなる。

さらに、弾性絶縁層ＩＥに液体を用い、最上層ＵＬにＰＥＴフィルムを利用した場合は、図８（ａ）に示すように、ペンＰＮで押圧した際に、押圧部３では液体が減少し、周辺に逃げた液体５が周囲の最上層を押し上げ、矢印６の方向への盛り上がりを形成する。次に、ペンＰＮを離すと、図８（ｂ）のように、液体５が元の位置に戻るため、最上層が矢印６の方向に変位し、符号４のように最上層ＵＬが基板ＢＬに近接し、誤検知の原因となる。

本発明者は、図９に示すような、新規の静電容量結合方式のタッチパネルを提案した。図９では、第一の基板として、Ｘ軸及びＹ軸の電極を形成したＸＹ電極基板（ＸＹＥＳ）を設け、さらに、第二の基板として、上側基板ＵＰに、弾性層ＥＬと導電層ＣＬとを重ねて配置している。そして、第一の基板と第二の基板との間に、スペーサＳＰを介在させて、両基板を対向配置している。

図９のタッチパネルは、樹脂ペンＰＮなどで押圧すると、図１０に示すように、上側基板ＵＰが弾性層ＥＬを広範囲に変形させ、複数のＸＹ電極に渡り静電容量の変化が検出されるため、確実に入力座標を検出することが可能となる。

本発明者は、さらに鋭意研究を行った結果、図９のタッチパネルにおいては、スペーサＳＰが配置された隙間に空気層の存在しない構造が有用であることを見出した。
（１）空気層との境界で発生する界面反射を抑制し、透過率が向上できる。
（２）スペーサＳＰの配置された空間でのニュートンリング現象の発生を抑制でき、空間の厚みを３０μｍ以下に設定できる。
（３）上記（２）により検出感度が向上するので、第二基板の変形量を小さくすることが可能となり、最上層（上側基板）の厚み（硬さ）を自由に設定できる。

図１１は、本発明のタッチパネルの第１の実施例を説明する図である。
本発明のタッチパネルは、ＸＹ位置座標を検出する座標検出電極が形成された第一の基板（ＸＹＥＳ）と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板（ＵＰ）とを備えた静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、前記第二の基板（ＵＰ）は、前記第一の基板（ＸＹＥＳ）側に向かって、前記第二の基板よりも剛性が低い弾性層（ＥＬ）と、導電層（ＣＬ）とを順次備え、該座標検出電極と該導電層との間に設けられた非導電性のスペーサ（ＳＰ）を有し、該スペーサが形成する隙間には液体（ＬＱ）が充填されていることを特徴とする。

図１１のタッチパネルにおいては、導電層ＣＬは樹脂フィルムＦＬ（図では、ＦＬ（ＣＬ）と表示しており、ＣＬを担持する樹脂フィルムＦＬであることを意味している）上に担持されている。導電層単体で構成することも可能であるが、樹脂フィルム上に導電膜を担持させることで、導電膜が変形しても元の形状に容易に復元することが可能となる。

導電層ＣＬは透明導電膜であり、導電性を有する薄膜であれば特に限定するものではなく、従来のＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＴＯ（酸化アンチモン錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等を使用することができる。また、従来のＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＴＯ（酸化アンチモン錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の微粒子を透明樹脂に分散させた薄膜のほか、導電性を有する微粒子として、例えばニッケル、金、銀、銅などの金属微粒子のほか、絶縁性の無機微粒子や樹脂微粒子に金属メッキを施したものを樹脂中に分散させたもの等が使用できる。また、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、（Ｉｎ_２Ｏ_３・ＳｎＯ_２）、ＨｆＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、Ｓｂ_２Ｏ_５、（Ｓｂ_２Ｏ_５・ＳｎＯ_２）、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｎＯ及びＺｒＯ_２からなる群から少なくとも１種の金属酸化物、または金属フッ化物からなる微粒子も透明樹脂中に分散する事で使用できる。また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリイソチアナフテン、ポリイソナフトチオフェン等の有機導電性材料を塗布して使用することもできる。また、導電層ＣＬは光屈折率や光反射による光の吸収や散乱が少ないものが好ましく、適宜選択する事が好ましい。

樹脂フィルムＦＬに導電層ＣＬを担持させる場合には、該導電層は、該樹脂フィルムの第一の基板側（ＸＹ電極側）に配置することにより、導電膜ＣＬとＸＹ電極とをより近接させ、検知感度を向上させることが可能となる。また、導電層ＣＬを前記第一の基板側と反対側に担持する場合には、導電膜ＣＬがスペーサＳＰで直接押圧されないため、導電膜の損傷が防止でき、タッチパネルの耐久性を向上させることが可能となる。

また、図１１の表示とは異なるが、弾性層ＥＬと導電層ＣＬとに替えて、導電性の弾性体を用い、同一の層として構成することも可能である。この場合には、部品点数が減少し、製造コストを抑制することが可能となる。

本発明のタッチパネルにおいては、弾性層ＥＬの厚さは、スペーサＳＰが形成する隙間の間隔よりも厚くすることが好ましい。これにより、弾性層ＥＬの変形を利用して導電膜ＣＬを第一の基板（ＸＹＥＳ）側により近付けることが可能となる。

ＸＹ電極が配置された第一基板（ＸＹＥＳ）では、図１４又は図１５にも例示するように、座標検出電極（ＸＰ１，ＸＰ２及びＹＰ２）上に絶縁膜（ＩＦ１，ＩＦ２）が形成され、該スペーサＳＰは、該絶縁膜に接触するよう構成されている。この絶縁膜は、ＸＹ電極の保護膜も兼ね、さらにＸＹ電極と導電膜ＣＬとの距離を所定の間隔に保持することを可能としている。

スペーサは、後述するように、ビーズ（図１４。ＳＰ１参照）、又は前記第一の基板側と前記第二の基板側との各対向面のうち少なくとも一方の対向面に形成された突起（図１５。ＳＰ２参照)を使用することが可能である。

本発明の特徴であるスペーサＳＰが形成する空間には、不活性な透明液体を充填する。例えば、鎖式飽和炭化水素のうち、炭素数５−１６のもの、特に常温で液体であるガソリンなどに含まれる炭素数５−８のもの（ペンタンからオクタンまで）、炭素数９以上のものでは軽油（ディーゼル油）や灯油に用いられるノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカンなどが好ましく用いることが出来る。そして、これらのパラフィン類は均一の物質ではなく、様々な構成炭素鎖を有するものの混合物である。常温常圧で液状である混合パラフィン（流動パラフィン）、ヌジョール、ミネラルスピリット、ミネラルターペン、ホワイトスピリット、ホワイト油、白色鉱油、石油スピリット、ミネラルシンナー、ペトロリウムスピリット、水パラフィン、ミネラルオイル、ミネラルオイルホワイト、等が利用可能である。不飽和炭化水素類やビニル基に塩素や酸素、カルボニル基、アミノ基、水酸基、などが置換／結合したものは、反応性が高く、本発明には適さないが、アルコール類やエーテル類、エステル類の有機溶剤の一部には、利用可能なものもある。不活性であり、粘度を自由に調整でき最も利用し易いオイルは、シリコーンオイル類（ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル）であり、ポリエーテル変性、メチルスチリル変性、アルキル変性、高級脂肪酸エステル変性、親水性特殊変性、高級脂肪酸含有、フッ素変性など、非反応性の変性シリコーンオイルも使用可能である。

このような透明液体を使用することにより、従来の空気層の境界における界面反射を抑制し、透過率を向上できる。しかも、ニュートンリング現象を避けるため３０μｍ以上のスペース間隔が必要であったのを、図１１のスぺース間隔Ｇを２０μｍ以下に設定することも可能となる。

スペース間隔Ｇの距離が狭くなることで、ＸＹ電極と導電膜ＣＬとの間隔が狭くなり、検出感度が向上する。このため、最上層ＵＰの厚みを厚くすることができる。例えば、アクリル板では、液体を入れる前は、０．３ｍｍであったのが、液体を入れることで、０．７ｍｍ程度まで厚くすることが可能となる。また、ガラス板では、０．２ｍｍであったのを、液体を入れることで、０．５ｍｍ程度まで厚くすることが可能となった。これにより、パネルの質感（たわみ等無し）が向上すると共に、指（導体）入力用タッチパネル（図１参照）と同等の外観で、非導電性ペンを用いた入力が可能となる。

図１２において、１０１は本発明の実施例によるタッチパネルである。タッチパネル１０１は、容量検出用のＸ電極ＸＰとＹ電極ＹＰを有する。ここでは、例えばＸ電極を４本（ＸＰ１からＸＰ４）、Ｙ電極を４本（ＹＰ１からＹＰ４）で図示しているが、電極数はこれに限らない。

タッチパネル１０１は表示装置の表示部１０６の前面に設置される。表示装置としては、液晶表示装置又は有機エレクトロルミネッセンス表示装置が好適に利用可能である。また、表示装置に表示された画像を使用者が見る場合には、表示画像がタッチパネルを透過する必要があるため、タッチパネルは透過率が高いことが望ましい。タッチパネル１０１のＸ電極とＹ電極は、検出用配線（ＤＴＬ）によって容量検出部１０２に接続される。容量検出部１０２は、制御演算部１０３から出力される検出制御信号（ＤＴＣＳ）により制御され、タッチパネルに含まれる各電極（Ｘ電極、Ｙ電極）の容量を検出し、各電極の容量値によって変化する容量検出信号（ＣＤＳ）を制御演算部１０３に出力する。制御演算部１０３は、各電極の容量検出信号（ＣＤＳ）から各電極の信号成分を計算するとともに、各電極の信号成分から入力座標を演算して求める。

システム１０４は、タッチ操作によりタッチパネル１０１から入力座標が転送されると、そのタッチ操作に応じた表示画像を生成して、表示制御信号（ＤＳＣＳ）として表示制御回路１０５に転送する。表示制御回路１０５は、表示制御信号により転送される表示画像に応じて表示信号（ＤＳＳ）を生成し、表示装置に画像を表示する。

図１３は、タッチパネル１０１の容量検出用のＸ電極ＸＰおよびＹ電極ＹＰの電極パターンを示した図である。Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰは、検出用配線ＤＴＬによって容量検出部１０２に接続される。Ｙ電極はタッチパネル１０１の横方向に伸びており、複数のＹ電極が縦方向に複数本並べられている。Ｙ電極とＸ電極の交差部分は、各電極の交差容量を削減するためにＹ電極とＸ電極の電極幅を細くしている。この部分を仮に細線部と呼ぶ。したがって、Ｙ電極はその延在方向に細線部と、それ以外の電極部分（以下では、パット部と呼ぶ）とを交互に配置した形状となる。隣接するＹ電極の間に、Ｘ電極を配置する。Ｘ電極はタッチパネル１０１の縦方向に延びており、複数のＸ電極が横方向に複数本並べられる。Ｙ電極と同様に、Ｘ電極はその延在方向に細線部とパッド部を交互に配置した形状となる。

次に、Ｘ電極のパッド部の形状を説明する上で、仮にＸ電極を検出用配線に接続するための配線位置（或いはＸ電極の細線部）を、Ｘ電極の横方向の中心と仮定する。Ｘ電極のパッド部の電極形状は、隣接するＸ電極の中心に近くなるにつれて面積が小さくなり、該Ｘ電極の中心に近いほど面積が大きくなる。よって、隣接する２本のＸ電極、例えばＸＰ１とＸＰ２の間におけるＸ電極の面積を考えた場合には、ＸＰ１電極の中心付近ではＸＰ１電極のパッド部の電極面積が最大となり、且つＸＰ２電極のパッド部の電極面積は最小となる。一方、ＸＰ２電極の中心付近ではＸＰ１電極のパッド部の電極面積が最小となり、且つＸＰ２電極のパッド部の電極面積が最大となる。

図１４は本発明の第２の実施例におけるタッチパネルの構成図であり、図１３の電極の配置図で示した点Ａから点Ｂまでのタッチパネルに係る断面形状を示した図である。この断面図では、タッチパネル動作の説明に必要となる層のみ示している。図中、ＳＵＢおよびＵＰは透明基板、ＩＦ１およびＩＦ２は透明絶縁膜、ＳＰ１はビーズを用いたスペーサ、ＥＬは透明弾性層、ＸＰ、ＹＰ、ＣＬ（導電膜）は検出用電極である。

本実施例のタッチパネルの構成は、第一の基板である第１の透明基板ＳＵＢ上に透明導電膜ＸＰ、透明な第１の絶縁膜ＩＦ１、透明導電膜ＹＰ、透明な第２の絶縁膜ＩＦ２、Ｚ電極となる導電膜ＣＬとの間隔を保つ非導電性のスペーサＳＰ１、導電性の導電層であるＺ電極ＣＬ、透明弾性層ＥＬを順次積層し、その上に第二の基板である第２の透明基板ＵＰを積層したタッチパネルである。透明弾性層ＥＬの剛性は第２の透明基板ＵＰの剛性よりも低い。このため、最上層（第２の透明基板ＵＰ）を押圧することで、弾性層ＥＬを変形させ、しかも、最上層ＵＰが変形しにくい場合には、弾性層ＥＬの変形面積は広くなるため、静電容量の検出感度を向上させることができる。

次に、タッチパネルの層構造について、第１の透明基板ＳＵＢから近い層から遠い層へ順に説明する。使用する第１の透明基板ＳＵＢの材質、厚さなどは特に限定するものではなく、その用途目的に応じてバリウムホウケイ酸ガラス、ソーダガラスなどの無機ガラス、化学強化ガラスやポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂フィルム等のようなものの中から選ぶことが好ましい。

また、ＸＰ、ＹＰに使用する電極は透明導電膜であり、導電性を有する薄膜であれば特に限定するものではなく、従来のＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＴＯ（酸化アンチモン錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等を使用することができる。透明導電膜（厚さ５０〜２００Å）は、表面抵抗が５００〜２０００Ωになるように、スパッタリング法により成膜、次にレジスト材料を塗布し、露光、現像プロセスによりパターニングする。このときレジスト材料としてはポジ型、ネガ型どちらでもよく、アルカリ現像タイプが容易に形成できる。その後、ＩＴＯをエッチングによりパターン形成する。このときのエッチング液は臭化水素酸水溶液等を選択すればよい。図１１を用いて説明したように、導電膜ＣＬは単体で用いるだけでなく、樹脂フィルムＦＬに担持させることも可能である。

第１の透明基板ＳＵＢに近い箇所にＸ電極ＸＰを形成し、次にＸ電極とＹ電極を絶縁するための絶縁膜ＩＦ１を形成する。その次に、Ｙ電極ＹＰを形成する。ここで、Ｘ電極ＸＰとＹ電極ＹＰの順番を入れ換えても良い。Ｙ電極ＹＰの次には第２の絶縁膜ＩＦ３を配置し、次に設けるＺ電極（導電膜ＣＬ）との絶縁性を確保する。第１の絶縁膜ＩＦ１、第２の絶縁膜ＩＦ２としては、膜厚は絶縁膜材料の誘電率を考慮すれば各種選択できるが、比誘電率２〜４で調整するのが容易であり、膜厚は１〜２０μｍで形成することができる。絶縁膜層の材料としては、ＵＶ（紫外線）硬化型樹脂材料やアルカリ現像可能なネガまたはポジ型の絶縁膜材料、加熱で硬化する熱硬化型樹脂材料を用いることができるが、アルカリ現像タイプが容易に形成できる。

スペーサＳＰ１は、粒径がそろったポリマービーズ、ガラスビーズ等を適宜散布して形成する。第一の基板上に形成した第２の絶縁膜ＩＦ２とＺ電極（導電膜ＣＬ）との間の間隔を規定するビーズの粒径は５〜１００μｍの範囲で選択でき、２０μｍ以下が好ましい。散布するビーズの密度は２０μｍ以上、１００００μｍ以下の間隔で散布するのが好ましい。

また、図１５に示すように、スペーサＳＰ２は、光硬化性の樹脂材料からなり、ドット状の柱状スペーサを使用することができる。スクリーン印刷等により、２０μｍ以上、１００００μｍ以下の間隔で形成するのが好ましい。スペーサの形状は円形、四角形等、自由に選択でき、径は５〜１００μｍの範囲で選択でき、２０μｍ以下が好ましい。

透明弾性層ＥＬは、弾性を有するゴム状の層であり、弾性を有するものであれば特に好ましく制限するものではないが、透過率の向上を図る目的から、可視光領域で透明な材料が良い。例えば、アクリル系粘着材、酢酸ビニル系粘着材、ウレタン系粘着材、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、合成ゴム系粘着材、シリコーン系樹脂が挙げられ、この中でも透明性の高いアクリル系粘着材およびシリコーン系樹脂が好ましい。アクリル系粘着材は（メタ）アクリル酸アルキルエステル、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルなどの１種あるいは２種以上の混合物を溶液重合法、乳化重合法、塊状重合法、懸濁重合法、ＵＶ重合法などの公知の重合法で重合して得られるアクリル系重合体に、必要に応じて粘着付与剤、充填剤等の添加剤を添加することにより得られる。（メタ）アクリル酸アルキルエステルの具体例としては、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸イソブチル、（メタ）アクリル酸へキシル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸イソオクチル、（メタ）アクリル酸イソノニル、（メタ）アクリル酸アリル、（メタ）アクリル酸ラウリル、（メタ）アクリル酸ステアリル等が挙げられる。また、ブチルゴム、フッ素ゴム、エチレン-プロピレン-ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン-ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ＮＢＲの水素化物、多硫化ゴム、ウレタンゴム等のゴムを単独であるいは２種類以上を混合して用いることができる。これらゴムまたは樹脂の屈折率は１．４〜１．８の範囲であると好ましく、押圧による変形を十分とるため、その膜厚はスペーサＳＰ１の径より厚めに（スペーサＳＰ１により設けられた間隔より厚めに）形成するのがよく、５μｍ以上が好ましい。また、弾性層ＥＬが導電性を有する場合には、導電膜ＣＬを別途設ける必要がない。透明弾性層と導電層を同一の層とするには、例えば導電性の微粒子を透明樹脂に分散した透明弾性導電樹脂層を用いることも可能である。

Ｚ電極となる透明導電膜ＣＬは、導電性を有する薄膜であれば特に限定するものではなく、従来のＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＴＯ（酸化アンチモン錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等を使用することができる。透明導電膜は、表面抵抗が５００〜２０００Ωになるように、スパッタリング法により成膜、次にレジスト材料を塗布し、露光、現像プロセスによりＸ電極、Ｙ電極に対応した形状にパターニングする。このときレジスト材料としてはポジ型、ネガ型どちらでもよく、アルカリ現像タイプが容易に形成できる。その後、ＩＴＯをエッチングによりパターン形成する。このときのエッチング液は臭化水素酸水溶液等を選択すればよい。また、表面抵抗を１００００〜１０００００００Ωになるように導電膜ＣＬを形成するとパターニングは不要となり、従来のＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＴＯ（酸化アンチモン錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の微粒子を透明樹脂に分散させた薄膜のほか、導電性を有する微粒子として、例えばニッケル、金、銀、銅などの金属微粒子のほか、絶縁性の無機微粒子や樹脂微粒子に金属メッキを施したものを樹脂中に分散させたもの等が使用できる。また、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、（Ｉｎ_２Ｏ_３・ＳｎＯ_２）、ＨｆＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、Ｓｂ_２Ｏ
_５、（Ｓｂ_２Ｏ_５・ＳｎＯ_２）、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｎＯおよびＺｒＯ_２からなる群から少なくとも１種の金属酸化物、または金属フッ化物からなる微粒子も透明樹脂中に分散することで使用できる。また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリピロール、ポリイソチアナフテン、ポリイソナフトチオフェン等の有機導電性材料を塗布して使用することもできる。また、Ｚ電極は光屈折率や光反射による光の吸収や散乱が少ないものが好ましく、適宜選択する事が好ましい。

使用する第２の透明基板ＵＰの材質は特に限定するものではないが、押圧に対する圧縮力を透明弾性層ＥＬに伝える必要があり、本発明で検出感度を向上させているため、バリウムホウケイ酸ガラス、ソーダガラスなどの無機ガラス、化学強化ガラス等を利用することができる。また、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの柔軟性のある樹脂も利用可能である。さらに、アクリル板では０．４ｍｍ〜１．０ｍｍの厚みの基板が、ガラス板では、０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの厚みの基板が各々利用可能であり、パネルの質感やぺン入力で押圧した場合の感度、さらにはタッチパネルの全体の厚み等を考慮して設定される。

次に、本発明の図１４のタッチパネルにおけるタッチ操作時の容量変化について、図１６を用いて説明する。
図１６は、タッチ操作の入力手段ＰＮが非導電性であり、タッチ時の押圧によりＸ電極ＸＰとＺ電極ＺＰ、およびＹ電極ＹＰとＺ電極（導電膜ＣＬ）の距離が変化する場合の容量変化を説明する模式図である。また、導電性の入力手段（指など）でも押圧によるＸ電極ＸＰとＺ電極ＣＬ、およびＹ電極ＹＰとＺ電極ＣＬの距離が変化すれば同様である。

タッチ操作が無い場合の容量は、Ｘ電極ＸＰ１とＹ電極ＹＰ２間の絶縁膜ＩＦ１を介した微弱な隣接電極間容量に相当する。タッチ時の押圧によりＺ電極ＣＬが押し下げられた場合、Ｚ電極ＣＬとＸ電極ＸＰ１間の容量をＣｚｘａとし、Ｚ電極ＣＬとＹ電極ＹＰ２間の容量をＣｚｙａとした場合、Ｘ電極ＸＰ１の電極容量を容量検出部１０２が検出する際には、Ｙ電極ＹＰ２はリセット状態でＧＮＤ電位となる。そのためＸ電極ＸＰ１からみた場合の合成容量は、Ｚ電極ＣＬがフローティングの状態であるため、図１６（ｂ）のように、ＣｚｘａとＣｚｙａの直列接続の容量となる。このときのＸ電極の合成容量Ｃｘｐａは、次の式で表される。

Ｃｘｐａ＝Ｃｚｘａ・Ｃｚｙａ／（Ｃｚｘａ＋Ｃｚｙａ） ・・・式（１）
制御演算部１０３は、タッチ操作があるときのＸＰ１電極容量ＣｘｐａをＸＰ１電極の信号成分として計算する。タッチ操作有無での電極容量を容量検出部１０２により検出できるため、制御演算部１０３によりＸＰ１電極の信号成分として算出できる。

このように、非導電性の入力手段であっても、押圧によりＸ電極ＸＰとＺ電極ＣＬ、およびＹ電極ＹＰとＺ電極ＣＬの距離が変化することで静電容量変化により入力座標を検知することが可能になる。

また、本発明のタッチパネルに係る他の実施例としては、図１７に示すように、ＸＹ位置座標を検出する座標検出電極（ＸＰ１，ＸＰ２，ＹＰ２）が形成された第一の基板（ＳＵＢ）と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板（ＵＰ）とを備えた静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、前記第一の基板（ＳＵＢ）は、該座標検出電極より前記第二の基板側に向かって、前記第二の基板よりも剛性が低い弾性層（ＥＬ）と、導電層（ＣＬ）とを順次備え、前記第二の基板（ＵＰ）と該導電層（ＣＬ）との間に設けられた非導電性のスペーサ（ＳＰ１）を有し、該スペーサが形成する隙間には液体（ＬＱ）が充填されていることを特徴とする。

図１７に係る実施例は、ＸＹ座標検出電極（ＸＰ，ＹＰ）とＺ電極となる導電膜（ＣＬ）との距離が、図１１，図１４又は図１５に係る実施例と比較して、長くなるため、静電容量の検出感度が低下することも危惧されるが、スペーサＳＰ１が形成する空間に液体（ＬＱ）を充填するため、気体が存在した場合の境界における界面反射が低減されるため、透過率を向上させることが可能となる。

図１７の実施例においても、図１１に係る実施例で説明したように、導電層ＣＬは樹脂フィルム上に担持されても良い。その際には、導電層ＣＬは、該樹脂フィルムの前記第一の基板（ＳＵＢ）側に形成することで、電極間の間隔を狭くすることにも寄与する。

また、弾性層ＥＬと導電層ＣＬとは、同一の層であっても良い。さらに、弾性層ＥＬの厚さは、スペーサＳＰ１が形成する隙間の間隔よりも厚く構成することが好ましい。

スペーサＳＰ１は、ビーズであるが、図１５に示すように、第一の基板側と第二の基板側との各対向面のうち少なくとも一方の対向面に形成された突起であっても良い。スペーサが形成する隙間の間隔は、２０μｍ以下とし、これに伴い、弾性層ＥＬの厚みを薄くすることで、静電容量の検出感度を向上させることも可能となる。また、スペーサが形成する隙間の間隔が狭い方が、変形量が少ないため、より速い入力操作を可能とする。

次に、図１７の実施例によるタッチパネルにおけるタッチ操作時の容量変化について、図１８を用いて説明する。
図１８は、タッチ操作の入力手段ＰＮが非導電性であり、タッチ時の押圧によりＸ電極ＸＰとＺ電極ＣＬ、およびＹ電極ＹＰとＺ電極ＣＬの距離が変化する場合の容量変化を説明する模式図である。また、導電性の入力手段（指など）でも押圧によるＸ電極ＸＰとＺ電極ＣＬ、およびＹ電極ＹＰとＺ電極ＣＬの距離が変化すれば同様である。

タッチ操作が無い場合の容量は、Ｘ電極ＸＰ１とＹ電極ＹＰ２間の絶縁膜ＩＦ１を介した微弱な隣接電極間容量に相当する。タッチ時の押圧によりＺ電極ＣＬが押し下げられた場合、Ｚ電極ＣＬとＸ電極ＸＰ１間の容量をＣｚｘａとし、Ｚ電極ＣＬとＹ電極ＹＰ２間の容量をＣｚｙａとした場合、Ｘ電極ＸＰ１の電極容量を容量検出部１０２が検出する際には、Ｙ電極ＹＰ２はリセット状態でＧＮＤ電位となる。そのためＸ電極ＸＰ１からみた場合の合成容量は、Ｚ電極ＺＰがフローティングの状態であるため、ＣｚｘａとＣｚｙａの直列接続の容量となる。このときのＸ電極の合成容量Ｃｘｐａは、実施例１の式（１）と同様に表される。

制御演算部１０３は、タッチ操作があるときのＸＰ１電極容量ＣｘｐａをＸＰ１電極の信号成分として計算する。タッチ操作有無での電極容量を容量検出部１０２により検出できるため、制御演算部１０３によりＸＰ１電極の信号成分として算出できる。

このように、図１７に係る実施例においても、非導電性の入力手段を利用してタッチパネルの表面を押圧により、Ｘ電極ＸＰとＺ電極ＣＬ、およびＹ電極ＹＰとＺ電極ＣＬの距離が変化することで静電容量変化により入力座標を検知することが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、透過率を向上すると共に、静電容量の検出感度を向上させ、さらには、検出信号の遅延を抑制したタッチパネルを提供することができる。

ＸＰ 容量検出用のＸ電極
ＹＰ 容量検出用のＹ電極
ＣＬ 導電膜（Ｚ電極）
ＳＵＢ 第一の基板
ＩＦ１，ＩＦ２ 絶縁膜
ＳＰ，ＳＰ１，ＳＰ２ スペーサ
ＥＬ 弾性層
ＵＰ 第二の基板

Claims (17)

1. ＸＹ位置座標を検出する座標検出電極が形成された第一の基板と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板とを備えた静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、
   前記第二の基板は、前記第一の基板側に向かって、前記第二の基板よりも剛性が低い弾性層と、導電層とを順次備え、
   該座標検出電極と該導電層との間に設けられた非導電性のスペーサを有し、
   該スペーサが形成する隙間には液体が充填されていることを特徴とするタッチパネル。
2. 請求項１に記載のタッチパネルにおいて、該導電層は樹脂フィルム上に担持されていることを特徴とするタッチパネル。
3. 請求項２に記載のタッチパネルにおいて、該導電層は、該樹脂フィルムの前記第一の基板側に形成されていることを特徴とするタッチパネル。
4. 請求項１に記載のタッチパネルにおいて、該弾性層と該導電層とは、同一の層であることを特徴とするタッチパネル。
5. 請求項１に記載のタッチパネルにおいて、該弾性層の厚さは、該スペーサが形成する隙間の間隔よりも厚いことを特徴とするタッチパネル。
6. 請求項１に記載のタッチパネルにおいて、該座標検出電極上に絶縁膜が形成され、該スペーサは、該絶縁膜に接触することを特徴とするタッチパネル。
7. 請求項１に記載のタッチパネルにおいて、該スペーサは、ビーズ、又は前記第一の基板側と前記第二の基板側との各対向面のうち少なくとも一方の対向面に形成された突起であることを特徴とするタッチパネル。
8. 請求項１に記載のタッチパネルにおいて、該スペーサが形成する隙間の間隔は、２０μｍ以下であることを特徴とするタッチパネル。
9. ＸＹ位置座標を検出する座標検出電極が形成された第一の基板と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板とを備えた静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、
   前記第一の基板は、該座標検出電極より前記第二の基板側に向かって、前記第二の基板よりも剛性が低い弾性層と、導電層とを順次備え、
   前記第二の基板と該導電層との間に設けられた非導電性のスペーサを有し、
   該スペーサが形成する隙間には液体が充填されていることを特徴とするタッチパネル。
10. 請求項９に記載のタッチパネルにおいて、該導電層は樹脂フィルム上に担持されていることを特徴とするタッチパネル。
11. 請求項１０に記載のタッチパネルにおいて、該導電層は、該樹脂フィルムの前記第一の基板側に形成されていることを特徴とするタッチパネル。
12. 請求項９に記載のタッチパネルにおいて、該弾性層と該導電層とは、同一の層であることを特徴とするタッチパネル。
13. 請求項９に記載のタッチパネルにおいて、該弾性層の厚さは、該スペーサが形成する隙間の間隔よりも厚いことを特徴とするタッチパネル。
14. 請求項９に記載のタッチパネルにおいて、該スペーサは、ビーズ、又は前記第一の基板側と前記第二の基板側との各対向面のうち少なくとも一方の対向面に形成された突起であることを特徴とするタッチパネル。
15. 請求項９に記載のタッチパネルにおいて、該スペーサが形成する隙間の間隔は、２０μｍ以下であることを特徴とするタッチパネル。
16. 請求項１又は９に記載のタッチパネルにおいて、該タッチパネルの操作は、該第二の基板の表面をを押圧する非導電性ペンで行うことを特徴とするタッチパネル。
17. 請求項１又は９に記載のタッチパネルにおいて、該タッチパネルは液晶表示装置又は有機エレクトロルミネッセンス表示装置の表示面側に配置されていることを特徴とするタッチパネル。

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