(57)【要約】【課題】投影型静電容量方式のタッチパネルにおいて、薄型化とマルチタッチを実現する。【解決手段】タッチパネルは、支持基板と、支持基板上に配列された複数のＸ電極と、支持基板上で、複数のＸ電極と交差するように配列され、複数のＸ電極から絶縁されている、複数のＹ電極と、複数のＸ電極に対向する位置に、第１絶縁層を介して積層された、複数のＸ浮遊電極と、複数のＹ電極に対向する位置に、第１絶縁層を介して積層された、複数のＹ浮遊電極と、複数のＸ浮遊電極と前記複数のＹ浮遊電極とを覆う第２絶縁層と、を含む。複数のＸ電極と複数のＹ電極で形成される格子の単位格子領域内において、Ｘ電極面積はＸ浮遊電極面積より小さく、Ｙ電極面積はＹ浮遊電極面積より小さい。第２絶縁層の表面が指示体でタッチされたときにＸ電極とＹ電極で形成される相互容量は減少する。【選択図】図１Ｂ
2019121353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に配列された複数のＸ電極と、
前記支持基板上で、前記複数のＸ電極と交差するように配列され、前記複数のＸ電極から絶縁されている、複数のＹ電極と、
前記複数のＸ電極に対向する位置に、第１絶縁層を介して積層された、複数のＸ浮遊電極と、
前記複数のＹ電極に対向する位置に、前記第１絶縁層を介して積層された、複数のＹ浮遊電極と、
前記複数のＸ浮遊電極と前記複数のＹ浮遊電極とを覆う第２絶縁層と、
を含み、
前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極で形成される格子の単位格子領域内において、Ｘ電極面積はＸ浮遊電極面積より小さく、Ｙ電極面積はＹ浮遊電極面積より小さく、
前記第２絶縁層の表面が指示体でタッチされたときにＸ電極とＹ電極で形成される相互容量は減少する、
タッチパネル。
【請求項２】
請求項１に記載のタッチパネルであって、
前記複数のＸ浮遊電極は、前記複数のＸ電極それぞれに対向する位置に配置されており、他の電極から分離された複数の島状電極で構成され、
前記複数のＹ浮遊電極は、前記複数のＹ電極それぞれに対向する位置に配置されており、他の電極から分離された複数の島状電極で構成されている、
タッチパネル。
【請求項３】
請求項１に記載のタッチパネルであって、
前記複数のＸ電極の上面から前記第２絶縁層の表面までの厚みは、５０μｍ以下であり、
前記複数のＹ電極の上面から前記第２絶縁層の表面までの厚みは、５０μｍ以下である、
タッチパネル。
【請求項４】
請求項１に記載のタッチパネルであって、
前記指示体は指又は前記指と電気的に結合された導体であって、
Ｃｆ２は一つのＸ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＸ浮遊電極と前記一つのＸ浮遊電極と対向するＸ電極とで形成される静電容量とを直列接続した合成容量、及び、一つのＹ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＹ浮遊電極と前記一つのＹ浮遊電極と対向するＹ電極とで形成される静電容量とを直列接続した合成容量であり、
Ｃｎｔは、前記第２絶縁層の表面が指示体でタッチされていないときに前記一つのＸ電極と前記一つのＹ電極とで形成される相互容量であり、
Ｃｂは、前記指を有する人体のボディ容量であり、
次の条件が満たされている、
【数１】
2019121353.tif 000021
タッチパネル。
【請求項５】
請求項１に記載のタッチパネルであって、
前記複数のＸ電極、前記複数のＹ電極、前記複数のＸ浮遊電極及び前記複数のＹ浮遊電極は、前記指示体である指に対してテクスチャ感を提示するために使用される、
タッチパネル。
【請求項６】
請求項１に記載のタッチパネルと、
前記タッチパネルを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
角周波数ωの駆動信号によって、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極との間の相互容量の変化を測定することによって、前記タッチパネル上のタッチ位置を特定し、
前記指示体は指又は前記指と電気的に結合された導体であって、
Ｃｎｔは、前記第２絶縁層の表面が指示体でタッチされていないときに前記一つのＸ電極と前記一つのＹ電極とで形成される相互容量であり、
Ｚ１は、一つのＸ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＸ浮遊電極と前記一つのＸ浮遊電極と対向するＸ電極とで形成される静電容量とを直列接続した複素合成インピーダンス、及び、一つのＹ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＹ浮遊電極と前記一つのＹ浮遊電極と対向するＹ電極とで形成される静電容量とを直列接続した複素合成インピーダンスであり、
Ｚ２は、前記指を有する人体のボディの複素インピーダンスであり、
ｊは虚数であり、
次の条件が満たされている、
【数２】
2019121353.tif 000022
タッチパネル装置。
【請求項７】
請求項１に記載のタッチパネルと、
前記タッチパネルを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
角周波数ωの駆動信号によって、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極との間の相互容量の変化を測定することによって、前記タッチパネル上のタッチ位置を特定し、
前記指示体は指又は前記指と電気的に結合された導体であって、
Ｃｆ２は一つのＸ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＸ浮遊電極と前記一つのＸ浮遊電極と対向するＸ電極とで形成される静電容量とを直列接続した合成容量、及び、一つのＹ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＹ浮遊電極と前記一つのＹ浮遊電極と対向するＹ電極とで形成される静電容量とを直列接続した合成容量であり、
Ｃｎｔは、前記第２絶縁層の表面が前記指示体でタッチされていないときに前記一つのＸ電極と前記一つのＹ電極とで形成される相互容量であり、
Ｃｂは、前記指を有する人体のボディ容量であり、
Ｒｂは、前記指を有する人体のボディ抵抗であり、
次の条件が満たされている、
【数３】
2019121353.tif 000023
タッチパネル装置。
【請求項８】
請求項１に記載のタッチパネルと、
前記タッチパネルを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
駆動信号によって、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極との間の相互容量の変化を測定することによって、前記タッチパネル上のタッチ位置を特定し、
相互容量が測定されているＸ電極及びＹ電極と異なるＸ電極及びＹ電極のそれぞれに、所定の周波数差を有する異なる周波数の駆動信号を与えることで、テクスチャ感を提示する、
タッチパネル装置。
【請求項９】
請求項１に記載のタッチパネルであって、
前記指示体は指又は前記指と電気的に結合された導体であって、
Ｃｆ２は一つのＸ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＸ浮遊電極と前記一つのＸ浮遊電極と対向するＸ電極とで形成される静電容量とを直列接続した合成容量、及び、一つのＹ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＹ浮遊電極と前記一つのＹ浮遊電極と対向するＹ電極とで形成される静電容量とを直列接続した合成容量であり、
Ｃｎｔは、前記第２絶縁層の表面が指示体でタッチされていないときに前記一つのＸ電極と前記一つのＹ電極とで形成される相互容量であり、
次の条件が満たされている、
【数４】
2019121353.tif 000024
タッチパネル。
【請求項１０】
請求項１に記載のタッチパネルと、
前記タッチパネルを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
角周波数ωの駆動信号によって、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極との間の相互容量の変化を測定することによって、前記タッチパネル上のタッチ位置を特定し、
前記指示体は指又は前記指と電気的に結合された導体であって、
Ｃｎｔは、前記第２絶縁層の表面が指示体でタッチされていないときに前記一つのＸ電極と前記一つのＹ電極とで形成される相互容量であり、
Ｚ１は、一つのＸ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＸ浮遊電極と前記一つのＸ浮遊電極と対向するＸ電極とで形成される静電容量とを直列接続した複素合成インピーダンス、及び、一つのＹ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＹ浮遊電極と前記一つのＹ浮遊電極と対向するＹ電極とで形成される静電容量とを直列接続した複素合成インピーダンスであり、
ｊは虚数であり、
次の条件が満たされている、
【数５】
2019121353.tif 000025
タッチパネル装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のタッチパネルと、
前記タッチパネルを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
角周波数ωの駆動信号によって、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極との間の相互容量の変化を測定することによって、前記タッチパネル上のタッチ位置を特定し、
前記指示体は指又は前記指と電気的に結合された導体であって、
Ｃｆ２は一つのＸ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＸ浮遊電極と前記一つのＸ浮遊電極と対向するＸ電極とで形成される静電容量とを直列接続した合成容量、及び、一つのＹ浮遊電極と前記指示体とで形成される静電容量と前記一つのＹ浮遊電極と前記一つのＹ浮遊電極と対向するＹ電極とで形成される静電容量とを直列接続した合成容量であり、
Ｃｎｔは、前記第２絶縁層の表面が前記指示体でタッチされていないときに前記一つのＸ電極と前記一つのＹ電極とで形成される相互容量であり、
次の条件が満たされている、
【数６】
2019121353.tif 000026
タッチパネル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タッチパネル及びタッチパネル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンやタブレット端末の普及にともなって、タッチパネルが操作性の良いユーザーインターフェースとして広く認知されてきている。タッチパネルは、様々な電子機器の表示部に搭載されるようになっている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、タッチパネルの配線設計を変更することなく検出感度をアップすることのできる、タッチパネル及び表示装置を開示する。具体的には、静電容量結合方式のタッチパネルは、透明な基板の面上において、第１の方向に平行して延在する複数のＸ電極と、Ｘ電極と絶縁材を介して第１の方向と交差する第２の方向に平行に延在する複数のＹ電極と、基板の他方の面上において、Ｘ電極とＹ電極との交差するそれぞれの領域を覆うように分離して配設される透明な導電性材料で形成されるそれぞれのフローティング電極とを備える。
【０００４】
また、タッチパネルの表面に静電気力によりテクスチャ感を提示する技術が開発されている。例えば、特許文献２は、タッチパネルの表面にテクスチャ感を提示する触覚提示装置を開示している。特許文献２に記載の触覚提示装置では、平面状に複数の電極を配置しており、ある期間には、接触位置を検出するための電圧を複数の電極へ供給し、他の期間には、テクスチャ感を提示するための電圧を複数の電極へ供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６７９５３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／００２４０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
表示装置の薄型化の要求に伴い、タッチパネルもより薄型化することが要求されている。しかし、発明者の研究から、投影型静電容量方式のタッチパネルの薄型化を進めると、マルチタッチにおいて、真のタッチポイントとゴーストポイントとを区別することができない問題が発生することが分かった。したがって、投影型静電容量方式のタッチパネルにおいて、薄型化とマルチタッチを同時に実現可能な技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様のタッチパネルは、支持基板と、前記支持基板上に配列された複数のＸ電極と、前記支持基板上で、前記複数のＸ電極と交差するように配列され、前記複数のＸ電極から絶縁されている、複数のＹ電極と、前記複数のＸ電極に対向する位置に、第１絶縁層を介して積層された、複数のＸ浮遊電極と、前記複数のＹ電極に対向する位置に、前記第１絶縁層を介して積層された、複数のＹ浮遊電極と、前記複数のＸ浮遊電極と前記複数のＹ浮遊電極とを覆う第２絶縁層と、を含み、前記複数のＸ電極と前記複数のＹ電極で形成される格子の単位格子領域内において、Ｘ電極面積はＸ浮遊電極面積より小さく、Ｙ電極面積はＹ浮遊電極面積より小さく、前記第２絶縁層の表面が指示体でタッチされたときにＸ電極とＹ電極で形成される相互容量は減少する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様によれば、投影型静電容量方式のタッチパネルにおいて、薄型化とマルチタッチを実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】タッチパネルを模式的に示す平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡにおけるＢＢ切断線における断面構造を模式的に示す。
【図１Ｃ】タッチパネルを模式的に示す平面図である。
【図１Ｄ】図１ＡにおけるＢＢ切断線における断面構造を模式的に示す。
【図１Ｅ】タッチパネルを模式的に示す平面図である。
【図２Ａ】Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹを含むタッチパネルの回路モデルを模式的に示す。
【図２Ｂ】Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹを含まない、比較例のタッチパネルの回路モデルを示す。
【図３Ａ】図２Ｂに示す比較例の無タッチ時の等価回路を模式的に示す。
【図３Ｂ】図２Ｂに示す比較例のタッチ時の等価回路を模式的に示す。
【図４】は、図３Ａ及び図３Ｂに示すモデルにおける、絶縁膜厚と受信電極における信号電流との関係の計算結果を示す。
【図５Ａ】一点タッチによるタッチポイントでの電荷量変化、二点タッチにおける一つの実際のタッチポイントでの電荷量変化、及び、二点タッチにおけるゴーストポイントでの電荷量変化を示す。
【図５Ｂ】無タッチ時、一点タッチにおけるタッチポイント、及び、ゴーストポイントにおける電荷量を示す。
【図５Ｃ】図２Ｂに示す比較例の同様のシミュレーション結果を示す。
【図５Ｄ】図２Ｂに示す比較例の絶縁層の膜厚を薄くした構造における、電荷量変化の実験結果を示す。
【図６Ａ】図２Ａに示す構成例において、指がタッチしているときの、回路モデルを模式的に示す。
【図６Ｂ】図６Ａのモデルの等価回路を模式的に示す。
【図７】表示装置の構成例を模式的に示す。
【図８】表示装置に含まれる触覚提示タッチパネル装置の論理構成を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して実施形態を説明する。実施形態は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではない。各図において共通の構成については同一の参照符号が付されている。説明をわかりやすくするため、図示した物の寸法、形状については、誇張して記載している場合もある。
【００１１】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃを参照して、タッチパネル（タッチパネル基板）１００の構成を説明する。図１Ａ及び１Ｃは、タッチパネル１００を模式的に示す平面図である。図１Ｂは、図１ＡにおけるＢＢ切断線における断面構造を模式的に示す。
【００１２】
タッチパネル１００は、支持基板１０１、支持基板１０１上に配置されている、複数のＸ電極Ｘ０〜Ｘ４及び複数のＹ電極Ｙ０〜Ｙ４を含む。図１Ａの例は、５つのＸ電極及び５つのＹ電極を示すが、Ｘ電極及びＹ電極それぞれの数は、タッチパネル１００の設計に依存する。Ｘ電極及びＹ電極は、典型的には透明導体で形成されており、例えば、ＩＴＯ又はＩＺＯで形成されている。
【００１３】
複数のＸ電極Ｘ０〜Ｘ４は、矩形状の支持基板１０１の一辺に平行に延在し、互いに離間して並列に配置されている。複数のＹ電極Ｙ０〜Ｙ４は、支持基板１０１の他辺に平行に延在し、互いに離間して並列に配置されている。Ｘ電極Ｘ０〜Ｘ４と複数のＹ電極Ｙ０〜Ｙ４とは、互いに交差している。Ｙ電極Ｙ０〜Ｙ４は、Ｘ電極Ｘ０〜Ｘ４と交差部で絶縁膜を介して絶縁されている。
【００１４】
図１Ａの例において、Ｘ電極Ｘ０〜Ｘ４は、図の左右方向に延在している。Ｙ電極Ｙ０〜Ｙ４は、図の上下方向に延在している。各Ｘ電極と各Ｙ電極とは直交している。Ｘ電極Ｘ０〜Ｘ４は、互いに平行でなくてもよく、支持基板１０１の一辺に平行でなくてもよい。Ｙ電極Ｙ０〜Ｙ４は互いに平行でなくてもよく、支持基板１０１の一辺に平行でなくてもよい。各Ｘ電極と各Ｙ電極とは直交していなくてもよい。
【００１５】
図１Ａに示す例において、Ｘ電極Ｘ０〜Ｘ４は、複数の菱形の部分が接続部を介して数珠状に連結された形状を有する。即ち、一つのＸ電極は、左右に隣り合う菱形の部分を、接続部を介して電気的に接続し形成され、左右方向に延在する。Ｙ電極Ｙ０〜Ｙ４も、同様に、複数の菱形の部分が接続部を介して数珠状に連結された形状を有する。一つのＹ電極は、上下に隣り合う菱形の部分を接続部を介して電気的に接続し形成され、上下方向に延在する。図１Ａの例においては、各Ｘ電極及び各Ｙ電極の両端は、三角形部分である。
【００１６】
Ｘ電極Ｘ０〜Ｘ４及びＹ電極Ｙ０〜Ｙ４は、支持基板１０１の主面に対して垂直に見た時に（平面視において）、菱形部分の接続部同士が絶縁膜を介して重なりあうように形成されている。Ｘ電極Ｘ０〜Ｘ４の菱形部分とＹ電極Ｙ０〜Ｙ４の菱形部分とは重ならないように形成されている。つまりＸ電極Ｘ０〜Ｘ４の菱形部分とＹ電極Ｙ０〜Ｙ４の菱形部分とは、同一面上に配置される。
【００１７】
各Ｘ電極の菱形部分は、隣接する二つのＹ電極の間に存在し、各Ｘ電極の菱型部分のピッチＰＸＤは、Ｙ電極Ｙ０〜Ｙ４のピッチＰＹＥに一致している。各Ｙ電極の菱形部分は、隣接する二つのＸ電極の間に存在し、各Ｙ電極の菱型部分のピッチＰＹＤは、Ｘ電極Ｘ０〜Ｘ４のピッチＰＸＥに一致している。
【００１８】
支持基板１０１の形状は設計により決定され、矩形でなくてもよく、例えば、５角以上の多角形でもよく、曲線の辺を有していてもよい。Ｘ電極、Ｙ電極の形状は設計により決定される。図１Ａの例において、例えば、帯状（矩形状）であってもよく、又は、複数の所定形状（図１Ａの例で菱形）の幅広の部分を幅狭の接続部により数珠状に連結して構成されてもよい。
【００１９】
それぞれがＸ電極に対向する複数のＸ浮遊電極ＦＸ、及び、それぞれがＹ電極に対向する複数のＹ浮遊電極ＦＹが、支持基板１０１上に配列されている。浮遊電極は、特定の電位を与えられておらず、電気的に浮いている電極である。図１Ａにおいて、一つのＸ浮遊電極のみが、符号ＦＸで指示されており、一つのＹ浮遊電極のみが、符号ＦＹで指示されている。Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹは、典型的には透明導体で形成されており、例えば、ＩＴＯ又はＩＺＯで形成されている。
【００２０】
図１Ａの例において、各Ｘ浮遊電極ＦＸ及び各Ｙ浮遊電極ＦＹは島状であって、周囲を絶縁層で囲まれており、他の電極（ここでは、Ｘ電極、Ｙ電極、他のＸ浮遊電極ＦＸ及び他のＹ浮遊電極ＦＹを含む）から離間し絶縁されている。図１Ａの例において、周縁に配列されているＸ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹの形状は共通であって、三角形状である。内側領域におけるＸ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹの形状は共通であり、矩形である。Ｘ浮遊電極ＦＸとＹ浮遊電極ＦＹの形状は設計に依存し、これらの形状は異なっていてもよい。
【００２１】
Ｘ浮遊電極ＦＸは、平面視において、絶縁層を介して、主にＸ電極と重なっている。つまり、平面視において、Ｘ浮遊電極ＦＸが１又は複数のＸ電極と重なる領域の面積は、１又は複数のＹ電極と重なる領域よりも多い。図１Ａの例において、各Ｘ浮遊電極ＦＸは、Ｘ電極の一つの菱型部分全体とその両端の接続部分の一部に重なっている。図１Ａの例において、各Ｘ浮遊電極ＦＸは、Ｙ電極で挟まれる一つのＸ電極の部分と対向し、他のＸ電極とは対向していない。
【００２２】
図１Ａの例において、Ｘ浮遊電極ＦＸとＹ電極とが重なる領域は存在しないが、Ｘ浮遊電極ＦＸの一部がＹ電極と重なってもよい。Ｘ浮遊電極ＦＸは、Ｘ電極及びＹ電極よりも上層に配置されており、それらの間に絶縁層が存在する。
【００２３】
Ｙ浮遊電極ＦＹは、平面視において、絶縁層を介して、主にＹ電極と重なっている。つまり、平面視において、Ｙ浮遊電極ＦＹが１又は複数のＹ電極と重なる領域の面積は、１又は複数のＸ電極と重なる領域よりも多い。図１Ａの例において、各Ｙ浮遊電極ＦＹは、Ｙ電極の一つの菱型部分全体とその両端の接続部分の一部に重なっている。図１Ａの例において、各Ｙ浮遊電極ＦＹは、Ｘ電極で挟まれる一つのＹ電極の部分と対向し、他のＹ電極とは対向していない。
【００２４】
図１Ａの例において、Ｙ浮遊電極ＦＹとＸ電極とが重なる領域は存在しないが、Ｙ浮遊電極ＦＹの一部がＸ電極と重なってもよい。Ｙ浮遊電極ＦＹは、Ｘ電極及びＹ電極よりも上層に配置されており、それらの間に絶縁層が存在する。
【００２５】
図１Ａの例において、左右方向に配列された１行のＸ浮遊電極ＦＸは、一つのＸ電極と平面視において重なるように同一方向に配列されており、各Ｘ浮遊電極ＦＸの中心は、Ｘ電極の菱型部分の中心と一致している。上下方向に配列された１列のＹ浮遊電極ＦＹは、一つのＹ電極と平面視において重なるように同一方向に配列されており、各Ｙ浮遊電極ＦＹの中心は、Ｙ電極の菱型部分の中心と一致している。
【００２６】
図１Ｂを参照して、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３、Ｙ電極Ｙ１〜Ｙ３、Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹが、支持基板１０１上に配列されている。Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３、Ｙ電極Ｙ１〜Ｙ３は、第１絶縁層１０２で覆われ、Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹは、第２絶縁層１０３で覆われている。第２絶縁層１０３の表面１０５が、指示体（例えば指又は指に保持されている導体）によりタッチされるタッチ面である。以下において、支持基板１０１に対してタッチ面１０５の側を前側又は上側と呼ぶ。支持体は指以外にも例えばスタイラス（ペン）でもよい。パッシブ方式と呼ばれるスタイラスは、導電性の材料で構成されており、指と電気的に結合し指でタッチしたときと同様のはたらきをする。
【００２７】
支持基板１０１は絶縁性の基板であって、典型的には、樹脂、ガラス等の透明絶縁材料で形成されている。支持基板１０１は可撓性の基板であっても不撓性の基板であってもよい。
【００２８】
Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３、Ｙ電極Ｙ１〜Ｙ３は、図面の左右方向に等しいピッチで配列されている。Ｘ電極とＹ電極が、交互に配列されている。図１Ｂの例において、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３及びＹ電極Ｙ１〜Ｙ３は、支持基板１０１に上に直接（接触して）形成されているが、支持基板１０１とＸ電極Ｘ１〜Ｘ３及びＹ電極Ｙ１〜Ｙ３との間に絶縁層が存在してもよい。
【００２９】
図１Ｂに示すように、本例において、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３及びＹ電極Ｙ１〜Ｙ３は、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３とＹ電極Ｙ１〜Ｙ３との交差部以外の領域において、同一面上に配列されている。Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３及びＹ電極Ｙ１〜Ｙ３は、第１絶縁層１０２で覆われている。第１絶縁層１０２は、１又は複数の絶縁層で構成されている。第１絶縁層１０２は、例えば、アクリル樹脂層である。
【００３０】
Ｘ浮遊電極ＦＸが、それぞれ、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３を覆うように、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３の上に配置されている。Ｘ浮遊電極ＦＸとＸ電極Ｘ１〜Ｘ３との間には、第１絶縁層１０２が存在している。Ｘ浮遊電極ＦＸとＸ電極Ｘ１〜Ｘ３との間の距離は同一である。
【００３１】
Ｙ浮遊電極ＦＹが、それぞれ、Ｙ電極Ｙ１〜Ｙ３を覆うように、Ｙ電極Ｙ１〜Ｙ３の上に配置されている。Ｙ浮遊電極ＦＹとＹ電極Ｙ１〜Ｙ３との間には、第１絶縁層１０２が存在している。Ｙ浮遊電極ＦＹとＹ電極Ｙ１〜Ｙ３との間の距離は同一である。図１Ｂの例において、Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹは、同一面上に配列されている。
【００３２】
Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹは、第２絶縁層１０３で覆われている。第２絶縁層１０３は、１又は複数の絶縁層で構成されている。第２絶縁層１０３は、例えば、下層のアクリル樹脂層と上層のカバーガラスで構成される、下層のシリコン酸化膜と上層のハードコート層で構成される、又は下層のアクリル樹脂層と上層のハードコート層で構成される。上述のように、第２絶縁層１０３の上面１０５が、指示体にタッチされるタッチ面である。
【００３３】
図１Ａ、１Ｂの例において、Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹは、それぞれ、島状であって、他の導体から絶縁されている。他の例において、複数のＸ浮遊電極ＦＸは、導体接続部によって連結されていてもよい。例えば、一つのＸ電極に対向する１行のＸ浮遊電極が、数珠状に連結されていてもよい。接続部で連結された複数のＸ浮遊電極も、一つのＸ浮遊電極と見ることができる。
【００３４】
同様に、複数のＹ浮遊電極ＦＹは、導体接続部によって連結されていてもよい。例えば、一つのＹ電極に対向する１列のＹ浮遊電極が、数珠状に連結されていてもよい。接続部で連結された複数のＹ浮遊電極も、一つのＹ浮遊電極と見ることができる。Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹを島状の他の導体から絶縁された導体で形成することで、より容易なプロセスでＸ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹを形成できる。
【００３５】
Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ３及びＹ電極Ｙ１〜Ｙ３は、面状の格子を構成している。図１Ｂ及び１Ｃに示すように、この面状格子は、複数の単位格子１１０で構成されている。単位格子１１０は、格子の繰り返し単位である。なお、単位格子１１０は、複数の異なる構成を取り得、図１Ｂ及び１Ｃは、一つの単位格子構成例を示す。平面視において、単位格子１１０を囲む線で画定される領域１１１を、単位格子領域と呼ぶ。
【００３６】
図１Ｂ、１Ｃの例において、単位格子１１０（単位格子領域１１１）は、平面視において矩形形状を有し、一つのＸ電極Ｘ１の一部及び一つのＹ電極Ｙ１の一部を含む。単位格子１１０を画定する単位格子領域１１１は、平面視において、さらに、Ｘ電極Ｘ１に対向する一つのＸ浮遊電極ＦＸ及びＹ電極Ｙ１に対向する一つのＹ浮遊電極ＦＹを含む。各Ｘ浮遊電極ＦＸ及び各Ｙ浮遊電極ＦＹは、一つの単位格子領域１１１内に収容されている。単位格子領域１１１内のＸ電極、Ｙ電極、Ｘ浮遊電極、Ｙ浮遊電極のパターンは、共通である。
【００３７】
図１Ｃに示された単位格子１１０は基本単位格子である。つまり、この基本単位格子１１０は、単位格子のうち面積が最小となる単位格子である。また、単位格子領域１１１は基本単位格子領域である。つまり、図１Ｃに示されたタッチパネルは、基本単位格子領域に、Ｘ電極Ｘ１に対向する一つのＸ浮遊電極ＦＸと、前記Ｘ浮遊電極ＦＸとは異なるＹ電極Ｙ１に対向する一つのＹ浮遊電極ＦＹを含む。
【００３８】
単位格子領域１１１内において、Ｘ電極Ｘ１の面積は、Ｘ浮遊電極ＦＸの面積よりも小さい。Ｙ電極Ｙ１の面積は、Ｙ浮遊電極ＦＹの面積よりも小さい。各単位格子領域１１１において、Ｘ電極面積はＸ浮遊電極面積よりも小さく、Ｙ電極面積はＹ浮遊電極面積よりも小さい。なお、一つの単位格子領域が含むＸ電極及びＹ電極の数、並びに、Ｘ浮遊電極及びＹ浮遊電極の数は、単位格子の構成により変化する。
【００３９】
図１Ｄ及び１Ｅは、他の単位格子構成例を示す。図１Ｄは、図１ＡにおけるＢＢ切断線における断面構造を模式的に示す。図１Ｅは、タッチパネル１００を模式的に示す平面図である。図１Ｄ、１Ｅの例において、単位格子１１０（単位格子領域１１１）は、平面視において正方形状を有し、二つのＸ電極Ｘ２、Ｘ３それぞれの一部、及び、二つのＹ電極Ｙ２、Ｙ３それぞれ一部を含む。
【００４０】
単位格子１１０を画定する単位格子領域１１１は、平面視において、さらに、Ｘ電極Ｘ２に対向する一つのＸ浮遊電極ＦＸの一部、Ｘ電極Ｘ３に対向する一つのＸ浮遊電極ＦＸの一部、Ｙ電極Ｙ２に対向する一つのＹ浮遊電極ＦＹの一部、及び、Ｙ電極Ｙ３に対向する一つのＹ浮遊電極ＦＹの一部を含む。単位格子領域１１１内のＸ電極、Ｙ電極、Ｘ浮遊電極、Ｙ浮遊電極のパターンは、共通である。
【００４１】
図１Ｅに示された単位格子１１０は基本単位格子である。つまり、この基本単位格子１１０は、単位格子のうち面積が最小となる単位格子である。また、単位格子領域１１１は基本単位格子領域である。図１Ｅに示されたタッチパネルは、基本単位格子領域に、半分の面積のＸ浮遊電極を２個と半分の面積のＹ浮遊電極を２個含む。つまり、図１Ｅに示されたタッチパネルは、基本単位格子領域に、一つのＸ浮遊電極ＦＸの面積と等しい面積のＸ浮遊電極と一つのＹ浮遊電極ＦＹの面積と等しい面積のＹ浮遊電極とを含む。
【００４２】
タッチパネル１００は、相互容量型の投影型静電容量方式タッチパネルとして使用される。指示体がタッチパネル１００のタッチ面１０５をタッチすると、指示体に対向する（指示体の下側に位置する）Ｘ電極とＹ電極で形成される相互容量は減少する。後述するように、これにより、２か所が同時にタッチされている場合に、正確に実際のタッチ位置を検出することができる。
【００４３】
本構成のＸ浮遊電極ＦＸ、Ｙ浮遊電極ＦＹによって、Ｘ電極とＹ電極で形成される相互容量を、指示体のタッチに応じて減少させると共に、絶縁層１０２、１０３の厚みを薄くすることができる。以下において、本構成のＸ浮遊電極ＦＸ、Ｙ浮遊電極ＦＹの作用について比較例と比較して説明する。
【００４４】
図２Ａは、本実施形態のＸ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹを含むタッチパネル１００の回路モデルを模式的に示す。浮遊電極は、特定の電位が与えられておらず、電気的に浮いた状態にある電極である。図２Ｂは、Ｘ浮遊電極ＦＸ及びＹ浮遊電極ＦＹを含まない、比較例のタッチパネルの回路モデルを示す。以下においては、指示体は、指と仮定される。
【００４５】
図２Ａに示す本実施形態の構成例において、Ｘ電極Ｘ２とＸ浮遊電極ＦＸとの間に、容量Ｃｘ−ｆｘが存在する。Ｘ浮遊電極ＦＸと指との間に、容量Ｃｆｘ−ｆが存在する。Ｙ電極Ｙ３とＹ浮遊電極ＦＹとの間に、容量Ｃｙ−ｆｙが存在する。Ｙ浮遊電極ＦＹと指との間に、容量Ｃｆｙ−ｆが存在する。
【００４６】
Ｘ浮遊電極ＦＸ（の上面）及びＹ浮遊電極ＦＹ（の上面）と指との間に存在する絶縁層１０３の厚みＤは、例えば、１０μｍである。Ｘ浮遊電極ＦＸ（の下面）及びＹ浮遊電極ＦＹ（の下面）と、Ｘ電極Ｘ２（の上面）及びＹ電極Ｙ３（の上面）との間の絶縁層１０２の厚みも、例えば、１０μｍである。
【００４７】
図２Ｂに示す比較例において、Ｘ電極Ｘ２Ｒと指との間に、容量Ｃｘ−ｆが存在する。Ｙ電極Ｙ３Ｒと指との間に、容量Ｃｙ−ｆが存在する。Ｘ電極Ｘ２Ｒ及びＹ電極Ｙ３Ｒと指との間の絶縁層の厚みＤは、例えば、５００μｍである。
【００４８】
図２Ａ及び図２Ｂの構成例において、例えば、Ｘ電極が駆動電極であり、Ｙ電極が受信電極である。図２Ａ及び図２Ｂに示す双方の構成において、指示体のタッチによって、Ｘ電極とＹ電極で形成される相互容量は減少する。
【００４９】
図２Ａに示す本実施形態の構成例の絶縁膜厚Ｄは、図２Ｂに示す比較例の絶縁膜厚よりもずっと薄い。比較例における絶縁膜厚Ｄを薄くすると、タッチ時のＸ電極とＹ電極との間の容量が増加するようになる。タッチに応じてＸ電極とＹ電極との間の相互容量が増加する場合、２点タッチにおいて、実際のタッチ位置と異なる位置で相互容量が増加するゴーストが発生する。比較例のこの問題について、図３Ａ、３Ｂ、４を参照して説明する。
【００５０】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２Ｂに示す比較例の等価回路を模式的に示す。図３Ａは、タッチパネルが指にタッチされていない場合の回路を示し、図３Ｂは、タッチパネルが指にタッチされている場合の回路を示す。図３Ａを参照して、電極ｅ１及びｅ２は、Ｘ電極Ｘ２Ｒ及びＹ電極Ｙ３Ｒである。電極ｅ１及びｅ２の間に、容量Ｃｎｔが存在している。駆動電極ｅ１に駆動電圧ＶＴｘを与えられている。受信電極ｅ２で測定される信号電流がＩＲｘである。
【００５１】
図３Ｂを参照して、指は、電極ｅ３、ｅ４、抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２からなる回路で表わされる。人体は、抵抗Ｒｂ及び容量Ｃｂを有する。駆動電極ｅ１と指の電極ｅ３との間に、容量Ｃｆ１が存在し、受信電極ｅ２と指の電極ｅ４との間に、容量Ｃｆ２が存在する。容量Ｃｆ１、Ｃｆ２の値は、例えば同一である。
【００５２】
図４は、図３Ａ及び図３Ｂに示すモデルにおける、絶縁膜厚Ｄと受信電極ｅ２における信号電流ＩＲｘとの関係の計算結果を示す。当該計算において、駆動電圧ＶＴｘが１Ｖ、１００ｋＨｚの正弦波、電極ｅ１、ｅ２、ｅ３、ｅ４は、３ｍｍ四方の導体であって、電極ｅ１、ｅ２の回路上の電極間距離は３ｍｍを仮定している。また、ボディ容量Ｃｂは１００ｐＦ、ボディ抵抗Ｒｂは１．５ｋΩ、そして、指先の抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２は、それぞれ２５Ωを仮定している。
【００５３】
図４に示すように、電極と指との間の絶縁膜厚Ｄが５０μｍ未満である場合、検出される信号電流が、タッチにより増加する、つまり、Ｘ電極とＹ電極との間の相互容量が増加する。図２Ｂに示す浮遊電極を含まない比較例において、正確な２点のタッチ位置を検出するために、絶縁膜厚Ｄが５０μｍ以上であることが必要である。
【００５４】
図３Ａ、３Ｂに示すモデルから、タッチによって相互容量の変化（又はΔＱ）が、正になるか負になるかは、指と電極ｅ１、ｅ２との間のインピーダンスＣｆとボディのインピーダンスとの関係できまることが分かる。
【００５５】
絶縁膜厚Ｄを大きくすることで、指と電極ｅ１、ｅ２との間の静電容量Ｃｆ１、Ｃｆ２を小さくし、これらのそれぞれのインピーダンスをボディのインピーダンスより大きくすることができる。極端な例を考えると、静電容量Ｃｆ１、Ｃｆ２のインピーダンスがボディのインピーダンスより十分大きい場合、ボディのインピーダンスをゼロとみなすことができる。この場合、指の抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２の中間点の電位はグラウンドに固定され、ＩＲｘは流れない。そのため、タッチによって信号電流ＩＲｘが減少する、つまり、Ｘ電極とＹ電極の相互容量が減少する。
【００５６】
一方、絶縁膜厚Ｄが小さくなると、指と電極ｅ１、ｅ２との間の静電容量Ｃｆ１，Ｃｆ２が大きく成り、これらインピーダンスが、ボディのインピーダンスより小さくなる。極端な例において、ボディのインピーダンスを無限とみなすことができる。指の電極ｅ３、ｅ４が挿入されることにより、電極ｅ１、ｅ２間の容量が増加し、受信電極ｅ２での信号電流ＩＲｘが増加する。このように、タッチによって信号電流ＩＲｘが増加する、つまり、Ｘ電極とＹ電極の相互容量が増加する。
【００５７】
ゴーストが生じる原因を考える。ボディのインピーダンスを無限とみなした場合、図３Ｂに示すＦＩＮＧＥＲの電位はＶＴｘの電位の１／２となる。ＶＴｘは交流電圧またはパルス電圧またはステップ電圧を出力するため、ＦＩＮＧＥＲの電位はＶＴｘの出力する電圧の振幅の１／２の振幅で振動する。ボディのインピーダンスが無限大なので、タッチしている手の電位もＶＴｘの電位の１／２に近い電位となる。
【００５８】
してみれば電極ｅ１にタッチしている指以外の指の電位もＶＴｘの電位の１／２に近い電位となる。２点タッチした場合、ｅ１にタッチしている指でない側の指の電位がＶＴｘの電位の１／２に近い電位となるため、ｅ１にタッチしている指でない側の指に対向する位置にある受信電極に電流が流れて該受信電極に接続された電流計で観測される電流ＩＲｘが増加する。
【００５９】
一方絶縁膜厚Ｄが大きい場合、ボディのインピーダンスのゼロとみなすことができるのでタッチしている指とタッチしていない指の電位はゼロである。このためｅ１にタッチしている指でない側の指に対向する位置にある受信電極に電流が流れず、該受信電極に接続された電流計で観測される電流ＩＲｘは変化しない。
【００６０】
上述のように、Ｘ電極及びＹ電極と指との間のインピーダンスを大きくすることで、タッチによる相互容量が減少し、二点タッチにおけるタッチ位置を正確に検出することができる。Ｘ電極及びＹ電極と指との間のインピーダンスを大きい値に維持しつつ、絶縁膜厚Ｄを薄くするためには、Ｘ電極及びＹ電極を小さくすればよい。これにより、絶縁膜厚Ｄが薄くても、Ｘ電極及びＹ電極と指との間の容量を小さくし、インピーダンスを大きくすることができる。
【００６１】
しかし、Ｘ電極及びＹ電極を小さくすると、タッチ位置の検出精度が低下し得る。本開示のタッチパネル１００は、Ｘ浮遊電極ＦＸとＹ浮遊電極ＦＹを含み、さらに、単位格子領域内でのＸ浮遊電極面積がＸ電極面積より大きく、Ｙ浮遊電極面積がＹ電極面積よりも大きい。
【００６２】
このため、タッチによる信号電流の変化（感度）が増加する、つまり、Ｘ電極とＹ電極との間の相互容量のタッチによる変化（感度）が増加し、正確なタッチ位置を検出できる。特に、Ｘ電極及びＹ電極と指との間の絶縁膜厚Ｄが５０μｍ未満である構成において、正確なタッチ位置を検出できる。
【００６３】
図５Ａ及び５Ｂは、浮遊電極を含む本開示のタッチパネル１００のシミュレーション結果を示す。Ｘ浮遊電極及びＹ浮遊電極は、１辺が略１２００μｍの正方形であり、浮遊電極間のギャップが、略１０μｍである。Ｘ電極及びＹ電極それぞれのピッチは、１７００μｍである。第１絶縁層１０２はアクリル層であり、その厚みが略１０μｍである。第２絶縁層１０３は、下層のアクリル層と上層のハードコート層で構成され、アクリル層が略２μｍ、ハードコート層が略１０μｍである。駆動信号は、振幅１０Ｖ、周波数１００ｋＨｚを有する。
【００６４】
図５Ａは、一点タッチによるタッチポイントでの電荷量変化、二点タッチにおける一つの実際のタッチポイントでの電荷量変化、及び、二点タッチにおけるゴーストポイントでの電荷量変化を示す。ゴーストポイントは、一方の実際のタッチポイントのＸ電極と、他方の実際のタッチポイントのＹ電極とか交差するポイントである。
【００６５】
図５Ａに示すように、一点タッチにより、タッチポイントでの電荷量（信号電流）が減少する。同様に、二点タッチにより、二つのタッチポイントそれぞれでの電荷量（信号電流）が減少する。一点タッチと二点タッチにより電荷量（信号電流）の変化は略同様である。二点タッチにおけるゴーストポイントでの電荷量（信号電流）は増加している。図５Ａに示すように、浮遊電極を含む本開示のタッチパネルによって、表面絶縁膜を薄くしても、正確に二点タッチのタッチポイントを検出することができる。
【００６６】
図５Ｂは、無タッチ時、一点タッチにおけるタッチポイント、及び、ゴーストポイントにおける電荷量Ｑを示す。図５Ｂは、さらに、一点タッチによる無タッチ時からの容量の変化量ΔＱを示す。図５Ｃは、図２Ｂに示す比較例の同様のシミュレーション結果を示す。
【００６７】
図５Ｂ、５Ｃに示すように、一点タッチによって電荷量Ｑは減少し、ゴーストタッチポイントにおける電荷量は増加する。図５Ｂ、５Ｃを比較して理解されるように、本開示のタッチパネル１００における無タッチ時の電荷量Ｑに対するタッチによる電荷変化量ΔＱの割合は、比較例における無タッチ時の電荷量Ｑに対するタッチによる電荷変化量ΔＱの割合よりも大きい。信号電流の測定回路のダイナミックレンジのうち、ΔＱが占める割合が増すこのため、ＳＮ比が向上する。
【００６８】
図５Ｄは、図２Ｂに示す比較例において、絶縁層の厚みＤを薄くした構造（１０μｍ）における、電荷量変化の実験結果を示す。具体的には、一点タッチによるタッチポイントでの電荷量変化、及び、二点タッチにおけるゴーストポイントでの電荷量変化を示す。一点タッチにより、そのタッチ位置の相互容量が増加し、信号電荷量が増加する。一方、ゴーストの位置の信号電荷量も増加する。
【００６９】
このように、比較例における絶縁膜厚Ｄを薄くすると、タッチ時のＸ電極とＹ電極との間の容量が増加するようになる。タッチに応じてＸ電極とＹ電極との間の相互容量が増加する場合、２点タッチにおいて、実際のタッチ位置と異なる位置で相互容量が増加するゴーストが発生する。実際のタッチ及びゴーストタッチによる信号電荷量が同程度であり、実際のタッチとゴーストタッチとを閾値を用いて識別することができない。
【００７０】
以下において、本開示のタッチパネル１００の構成を、数式を使用して説明する。以下においては、図２Ａに示す構成例を使用する。図６Ａは、図２Ａに示す構成例において、指がタッチしているときの、回路モデルを模式的に示す。図６Ｂは、図６Ａのモデルの等価回路を模式的に示す。
【００７１】
図６Ａ、６Ｂに示すように、電源ＶＴｘの振幅はＶであり、角周波数はωである。Ｘ電極Ｘ２と指との間の合成容量、及び、Ｙ電極Ｙ３と指との間の合成容量を、共にＣｆ２と示す。これらの値は同一である。Ｘ電極Ｘ２と指とのインピーダンスＺ１及びＹ電極Ｙ３と指とのインピーダンスＺ１は同一の値であり、以下の数式で表わされる。なお、ｊは虚数を表す。
【００７２】
【数１】
2019121353.tif 000003
【００７３】
図３Ａ、３Ｂを参照して説明したように、指及びボディは、特定の回路で表わすことができる。ここで、指の抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２のインピーダンスをゼロとする。すると、指及びボディのインピーダンスＺ２は、以下の数式で表わされる。
【００７４】
【数２】
2019121353.tif 000004
【００７５】
図６Ｂに示す回路において電源ＶＴｘから見た回路の合成インピーダンスＺｔは、次の数式で表わされる。
【００７６】
【数３】
2019121353.tif 000005
【００７７】
図６Ｂに示す回路の全電流Ｉｔは、次の数式で表わされる。
【００７８】
【数４】
2019121353.tif 000006
【００７９】
したがって、信号電流ＩＲｘは、次の数式で表わされる。
【００８０】
【数５】
2019121353.tif 000007
【００８１】
ここで、無タッチ時のＸ電極Ｘ２とＹ電極Ｙ３の間の容量をＣｎｔとする。無タッチ時の信号電流Ｉｎｔは、次の数式で表わされる。
【００８２】
【数６】
2019121353.tif 000008
【００８３】
タッチによって相互容量が減少することは、次の数式で示される条件が満たされることを意味する。
【００８４】
【数７】
2019121353.tif 000009
【００８５】
つまり、次の数式が成立する。
【００８６】
【数８】
2019121353.tif 000010
【００８７】
数式８から、次の数式が成立する。
【００８８】
【数９】
2019121353.tif 000011
【００８９】
さらに、数式１及び数式２から、次の数式が成立する。
【００９０】
【数１０】
2019121353.tif 000012
【００９１】
ここで、ＪＩＳの人体モデルに従えば、Ｒｂ＝１．５ｋΩ、Ｃｂ＝１００ｐＦである。典型的なタッチパネルの駆動周波数は１００ｋＨｚであり、角周波数ωは２π×１００×１０３ラジアン／秒である。したがって、インピーダンスＺ２は、以下のように計算できる。
【００９２】
【数１１】
2019121353.tif 000013
【００９３】
したがって、Ｚ２は−ｊ１６ｋΩと近似できる、つまり、Ｒｂは０に近似できる。ここで、Ｚ３＝１／ｊωＣｂとして、数式（８）におけるＺ２をＺ３に置き換える。
【００９４】
【数１２】
2019121353.tif 000014
【００９５】
数式（１２）におけるＺ１とＺ３を、それぞれ、１／（ｊωＣｆ２）と１／ｊωＣｂに書き換えて、以下の数式が得られる。
【００９６】
【数１３】
2019121353.tif 000015
【００９７】
数式（１３）から、以下の数式が得られる。
【００９８】
【数１４】
2019121353.tif 000016
【００９９】
数式（１４）において、（Ｃｎｔ−（Ｃｎｔ）１／２（Ｃｂ＋Ｃｎｔ）１／２）は負である。したがって、次の数式が得られる。
【０１００】
【数１５】
2019121353.tif 000017
【０１０１】
上記数式で記述された変数の値の一例を実施例に基づき説明する。本実施例のタッチパネルの概形は図１Ａ、１Ｂと同じである。本実施例では当該タッチパネルを平面視した際、Ｘ浮遊電極ＦＸおよびＹ浮遊電極ＦＹは１辺が１１８０μｍの正方形であり、隣り合うＸ浮遊電極ＦＸとＹ浮遊電極ＦＹの間のギャップが９μｍである。Ｘ電極のピッチＰＸＥ及びＹ電極のピッチＰＹＥは共に１６８０μｍである。
【０１０２】
Ｘ電極は菱形の部分が帯状の接続部を介して数珠状に連結された形状で，当該菱形の部分は一辺の長さが２３０μｍの正方形であり、帯状の接続部の帯の幅は５０μｍである。Ｙ電極は菱形の部分が帯状の接続部を介して数珠状に連結された形状で、当該菱形の部分は一辺の長さが２３０μｍの正方形であり、帯状の接続部の帯の幅は５０μｍである。
【０１０３】
第１絶縁層１０２は比誘電率が３のアクリル層であり、その厚みが略１０μｍである。第２絶縁層１０３は、下層のアクリル層と上層のハードコート層で構成され、アクリル層は比誘電率が３で厚みが１．５μｍ、ハードコート層は比誘電率が５．３で厚みが略１０μｍである。駆動信号は周波数１００ｋＨｚである。
【０１０４】
本構成例の場合、図２Ａを参照すると、Ｘ電極と一つのＸ浮遊電極ＦＸとの間に存在する容量Ｃｘ−ｆｘの値は０．５ｐＦであり、一つのＸ浮遊電極ＦＸと指との間に存在する容量Ｃｆｘ−ｆの値は５．２ｐＦである。またＹ電極と一つのＹ浮遊電極ＦＹとの間に存在する容量Ｃｙ−ｆｙの値は０．５ｐＦであり、一つのＹ浮遊電極ＦＹと指との間に存在する容量Ｃｆｙ−ｆの値は５．２ｐＦである。
【０１０５】
図６Ａを参照すると、一つのＸ浮遊電極を介して指とＸ電極との間に形成される容量Ｃｆ２は容量Ｃｘ−ｆｘと容量Ｃｆｘ−ｆとを直列接続した容量であり、その値は０．４５６ｐＦである。一つのＹ浮遊電極を介して指とＹ電極との間に形成される容量は同じ値の０．４５６ｐＦであり、同じ記号Ｃｆ２であらわす。タッチパネルが指にタッチされていない場合、Ｘ電極とＹ電極との間にはＸ浮遊電極、Ｙ浮遊電極を介して相互容量が形成されるが、Ｘ電極とＹ電極の交差部１か所あたりの相互容量はＣｎｔで表され、その値は０．２８８ｐＦである。この値は測定または３次元形状に基づく容量シミュレータによって求めることができる。
【０１０６】
人体モデルに従い、Ｒｂ＝１．５ｋΩ、Ｃｂ＝１００ｐＦとし、上記で述べた数値を用いると、数式８の左辺の値は１．３１ｘ１０−９ジーメンスとなり、数式８の右辺の値は１．８１×１０−７ジーメンスとなり、本実施例は数式８を満たす。またＲｂ＝１．５ｋΩ、Ｃｂ＝１００ｐＦを用いると数式８は次の通り表わされる。
【０１０７】
【数１６】
2019121353.tif 000018
【０１０８】
また数式１０の左辺の値は４．２８×１０−３０[Ｆ２]となり、数式１０の右辺の値は８．３２×１０−２６[Ｆ２]となり、本実施例は数式１０を満たす。またＲｂ＝１．５ｋΩ、Ｃｂ＝１００ｐＦを用いると数式１０は次の通り表わされる。
【０１０９】
【数１７】
2019121353.tif 000019
【０１１０】
また数式１５のＣｆ２の値は４．５６×１０−１３Ｆであり，数式１５の右辺の値は５．６６×１０−１２Ｆとなり，本実施例は数式１５を満たす．またＲｂ＝１．５ｋΩ、Ｃｂ＝１００ｐＦを用いると数式１５は次の通り表わされる。
【０１１１】
【数１８】
2019121353.tif 000020
【０１１２】
以下において、タッチパネル１００の制御方法を説明する。以下に説明する例において、タッチパネル１００は、触覚提示パネルとしても機能する。触覚提示パネルは、Ｘ電極とＹ電極との間で生成される所定周波数で振動する静電気力によって、指にテクスチャ感を与える。
【０１１３】
つまり、Ｘ電極及びＹ電極には、タッチポイントの検出と共に、テクスチャ感を与えるためにも使用される。タッチパネル１００の制御方法は、ユーザが、タッチ面１０５をタッチするときに、タッチ面１０５上のタッチ位置を特定すると共に、指にテクスチャ感を与える。以下において、触覚提示パネルとしても機能するタッチパネル１００を、触覚提示タッチパネルとも呼ぶ。なお、タッチパネル１００は、タッチ位置検出のみに使用されてもよい。
【０１１４】
タッチパネル１００は、Ｘ電極及びＹ電極に加え、Ｘ浮遊電極及びＹ浮遊電極を含む。上述のように、単位格子領域内で、Ｘ浮遊電極面積はＸ電極面積より大きく、Ｙ浮遊電極面積はＹ電極面積より大きい。また、上述のように、本実施形態のタッチパネル１００は、Ｘ浮遊電極及びＹ浮遊電極を覆う絶縁層１０２を薄くしても、二点タッチにおける実際のタッチポイントとゴーストポイントとを区別し、正確な二点のタッチ位置を特定することできる。
【０１１５】
本実施形態のタッチパネル１００は、Ｘ浮遊電極及びＹ浮遊電極と指との距離が近く、かつ指と対向するＸ浮遊電極及びＹ浮遊電極の面積がＸ電極及びＹ電極より大きいため、指とＸ浮遊電極及びＹ浮遊電極との間に強い静電気力を生み、大きなテクスチャ感を提示することができる。
【０１１６】
図７は、表示装置１０の構成例を模式的に示す。表示装置１０は、画像を表示する表示パネル２００と、表示パネル２００の前側（ユーザ側）に配置されているタッチパネル１００と、表示パネル２００及びタッチパネル１００に接続され、それらを制御する表示装置制御部３００と、を含む。
【０１１７】
表示パネル２００は、例えば、液晶表示パネル又はＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）表示パネルである。表示装置制御部３００は、外部から入力された画像データに基づいて、表示パネル２００に画像を表示させる。表示装置制御部３００は、タッチパネル１００を制御して、タッチパネル１００における指のタッチ面でのタッチ位置を検出する。表示装置制御部３００は、タッチパネル１００を制御して、表示パネル２００に表示させたボタン等の領域に対応する領域にテクスチャ感を提示させる。
【０１１８】
表示装置制御部３００は、例えば、プロセッサ、メモリ、ストレージ、及び外部とのインタフェースを含む。これら構成要素は、内部配線によって相互接続される。プロセッサは、メモリ格納されているプログラムに従って動作することによって所定の機能を実現する。プロセッサが実行するプログラム及び参照するデータは、例えば、ストレージからメモリにロードされる。表示装置制御部３００は、プロセッサに加え又は代えて、所定機能を実現する論理回路を含む。
【０１１９】
図８は、表示装置１０に含まれる触覚提示タッチパネル装置１５の論理構成例を模式的に示す。触覚提示タッチパネル装置１５は、触覚提示タッチパネル１００及び触覚提示タッチパネル１００を制御する、触覚提示タッチパネル制御部３５０を含む。触覚提示タッチパネル制御部３５０は、表示装置制御部３００の一部である。
【０１２０】
触覚提示タッチパネル制御部３５０は、タッチパネル駆動部３５１を含む。タッチパネル駆動部３５１は、タッチ面１０５への物体の接触を検出すべくＸ電極（図１Ａの例においてＸ電極Ｘ０〜Ｘ４）、及び、Ｙ電極（図１Ａの例においてＹ電極Ｙ０〜Ｙ４）の動作を制御する。タッチパネル駆動部３５１は、Ｘ電極及びＹ電極を利用してタッチ面１０５への指示体のタッチを検出するタッチパネルの機能を実現するための回路である。
【０１２１】
触覚提示タッチパネル制御部３５０は、タッチ面１０５にテクスチャ感を提示させるべくＸ電極の動作を制御するためのＸ電極駆動部３５２と、タッチ面１０５上にテクスチャ感を提示させるべくＹ電極の動作を制御するためのＹ電極駆動部３５３とを含む。Ｘ電極駆動部３５２及びＹ電極駆動部３５３は、Ｘ電極及びＹ電極を利用してタッチ面１０５上にテクスチャ感を提示するための回路である。
【０１２２】
触覚提示タッチパネル制御部３５０は、複数のＸ電極に接続されたスイッチ（ＳＷ）３５４と、複数のＹ電極に接続されたスイッチ３５５とを含む。スイッチ３５４は、一部のＸ電極をタッチパネル駆動部３５１へ接続し、他のＸ電極をＸ電極駆動部３５２へ接続し、各Ｘ電極の接続を一方から他方へ切り替えることができるように構成されている。スイッチ３５５は、一部のＹ電極をタッチパネル駆動部３５１へ接続し、他のＹ電極をＹ電極駆動部３５３へ接続し、各Ｙ電極の接続を一方から他方へ切り替えることができるように構成されている。
【０１２３】
触覚提示タッチパネル制御部３５０は、主制御部３５６を含む。主制御部３５６は、タッチパネル駆動部３５１、Ｘ電極駆動部３５２、Ｙ電極駆動部３５３、スイッチ３５４及びスイッチ３５５に接続されている。主制御部３５６は、触覚提示タッチパネル制御部３５０の外部からの制御信号を受信し、触覚提示タッチパネル制御部３５０内の他の構成要素を制御する。
【０１２４】
触覚提示タッチパネル装置１５は、Ｘ電極駆動部３５２及びＹ電極駆動部３５３の動作により、タッチ面１０５にテクスチャ感を提示する。ユーザがタッチ面１０５に指を接触させた場合、この指は、絶縁体を挟んでＸ電極又はＹ電極と対向してグラウンドに接続された電極と等価である。Ｘ電極又はＹ電極に電圧が印加された場合は、Ｘ電極又はＹ電極と指との間に静電気による引力（静電気力）が発生する。
【０１２５】
交流電圧が印加された場合は、静電気力が周期的に変化する。静電気力が変化することにより、タッチ面１０５と指との間の摩擦力が周期的に変化する。ユーザが指でタッチ面１０５をなぞったとき、指で感じられる摩擦力が周期的に変化し、ユーザはテクスチャ感を知覚する。交流電圧の周波数が５Ｈｚを超過し５００Ｈｚ未満である場合に、触覚が知覚され、周波数がこの範囲内にない場合には触覚が知覚されない。
【０１２６】
また、Ｘ電極に第１周波数ｆ１の交流電圧が印加され、Ｙ電極に第２周波数ｆ２の交流電圧が印加された場合は、静電気力は第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２で変化する。更に、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の周波数で静電気力が変化するうなりが発生する。うなりの周波数が１０Ｈｚを超過し１０００Ｈｚ未満である場合にうなりによるテクスチャ感が知覚され、うなりの周波数がこの範囲内にない場合にはうなりによるテクスチャ感が知覚されない。
【０１２７】
一例において、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２が共に５００Ｈｚ以上であり、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の絶対値が１０Ｈｚを超過し１０００Ｈｚ未満となるように、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２が定められている。例えば、第１周波数ｆ１＝１０００Ｈｚ、第２周波数ｆ２＝１２４０Ｈｚである。
【０１２８】
Ｘ電極駆動部３５２は、主制御部３５６の制御により、Ｘ電極駆動部３５２に接続されたＸ電極の内、一部のＸ電極に第１交流電圧を与え、他のＸ電極をグラウンドに接続する。Ｙ電極駆動部３５３は、Ｙ電極駆動部３５３に接続されたＹ電極の内、主制御部３５６の制御により、一部のＹ電極に第２交流電圧を与え、他のＹ電極１４をグラウンドに接続する。
【０１２９】
例えば、タッチパネル１００が５本のＸ電極Ｘ０〜Ｘ４及び６本のＹ電極Ｙ０〜Ｙ５を備え、Ｘ電極Ｘ１に第１交流電圧が与えられ、Ｙ電極Ｙ１に第２交流電圧が与えられ、Ｘ電極Ｘ２〜Ｘ４及びＹ電極Ｙ２〜Ｙ５がグラウンドに接続されるとする。このとき、タッチ面１０５のＸ電極Ｘ１及びＹ電極Ｙ１が交差している部分では、２４０Ｈｚのうなりが発生し、ユーザは指でテクスチャ感を知覚することができる。Ｘ電極Ｘ１及びＹ電極Ｙ２〜Ｙ５が交差している部分では、１０００Ｈｚで静電気力が変化するものの、テクスチャ感は知覚されない。
【０１３０】
Ｙ電極Ｙ１及びＸ電極Ｘ２〜Ｘ４が交差している部分では、１２４０Ｈｚで静電気力が変化するものの、テクスチャ感は知覚されない。他の部分では、静電気力は変化せず、テクスチャ感は知覚されない。このようにして、触覚提示タッチパネル装置１５は、タッチ面１０５の任意の位置にテクスチャ感を提示することができる。なお、Ｘ電極駆動部３５２及びＹ電極駆動部３５３は、Ｘ電極及びＹ電極をグラウンドではなく所定の直流電源に接続してもよい。
【０１３１】
タッチパネル駆動部３５１は、Ｘ電極に順次駆動信号を与え、各Ｘ電極に駆動信号を与えている間に、順次又は同時にＹ電極の信号電流を測定する。なお、連続する複数のＸ電極からなるグループ単位で駆動信号を与え、又、連続する複数のＹ電極からなるグループ単位で信号電流を測定してもよい。
【０１３２】
Ｘ電極及びＹ電極が交差している部分では、Ｘ電極及びＹ電極の間に静電容量が発生する。タッチパネル駆動部３５１が一つのＸ電極へ交流信号を入力した場合、当該Ｘ電極と選択したＹ電極との間に交流電流が流れ、タッチパネル駆動部３５１は、交流電流を検出する。
【０１３３】
タッチ面１０５上で、Ｘ電極及びＹ電極が交差している部分に対向する部分に、ユーザの指が接触した場合、Ｘ電極又はＹ電極と指との間に静電容量が発生し、Ｘ電極及びＹ電極の間の静電容量が減少する。これに伴い、Ｙ電極の信号電流（交流電流）が減少する。
【０１３４】
主制御部３５６は、タッチパネル駆動部３５１に、駆動信号を与えるＸ電極及び信号電流を測定するＹ電極を指定する。主制御部３５６は、タッチパネル駆動部３５１が測定する信号電流と所定の閾値とを比較して、タッチパネル駆動部３５１に接続しているＸ電極及びＹ電極の間の静電容量が減少したことを検出する。
【０１３５】
主制御部３５６は、静電容量が減少した場合にタッチパネル駆動部３５１に接続しているＸ電極及びＹ電極を特定することにより、ユーザの指が接触している位置を特定する。接触位置は、タッチ面１０５上で、タッチパネル駆動部３５１に接続されているＸ電極及びＹ電極が交差している部分に対向する位置である。
【０１３６】
次に、触覚提示タッチパネル装置１５がタッチポイントの検出とテクスチャ感の提示とを両立させる処理を説明する。主制御部３５６は、スイッチ３５４が各Ｘ電極をタッチパネル駆動部３５１及びＸ電極駆動部３５２のどちらへ接続するのかを制御する。同様に、主制御部３５６は、スイッチ３５５が各Ｙ電極をタッチパネル駆動部３５１及びＹ電極駆動部３５３のどちらへ接続するのかを制御する。
【０１３７】
主制御部３５６は、スイッチ３５４に、一部のＸ電極をタッチパネル駆動部３５１へ接続させ、他のＸ電極をＸ電極駆動部３５２へ接続させる。また、主制御部３５６は、スイッチ３５４に、タッチパネル駆動部３５１へ接続するＸ電極を順次変更させる。
【０１３８】
タッチパネル駆動部３５１へ接続するＸ電極を変更する際には、スイッチ３５４は、これまでタッチパネル駆動部３５１へ接続していたＸ電極をＸ電極駆動部３５２へ接続し、これまでＸ電極駆動部３５２へ接続していた複数のＸ電極１３の内の一部のＸ電極をタッチパネル駆動部３５１へ接続する。
【０１３９】
例えば、Ｘ電極Ｘ０〜Ｘ４の内、Ｘ電極Ｘ０がタッチパネル駆動部３５１へ接続され、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ４がＸ電極駆動部３５２へ接続された状態から、Ｘ電極Ｘ１がタッチパネル駆動部３５１へ接続され、Ｘ電極Ｘ０、Ｘ２〜Ｘ４がＸ電極駆動部３５２へ接続された状態へ変更される。同様に、タッチパネル駆動部３５１へ接続されるＸ電極が順次的に変更される。
【０１４０】
主制御部３５６は、スイッチ３５５に、一部のＹ電極をタッチパネル駆動部３５１へ接続させ、他のＹ電極をＹ電極駆動部３５３へ接続させ、タッチパネル駆動部３５１へ接続するＹ電極を順次的に変更させる。タッチパネル駆動部３５１へ接続するＹ電極を変更する際には、スイッチ３５５は、これまでタッチパネル駆動部３５１へ接続していたＹ電極をＹ電極駆動部３５３へ接続し、これまでＹ電極駆動部３５３へ接続していた複数のＹ電極の内の一部のＹ電極をタッチパネル駆動部３５１へ接続する。
【０１４１】
例えば、Ｙ電極Ｙ０〜Ｙ５の内、Ｙ電極Ｙ０がタッチパネル駆動部３５１へ接続され、Ｙ電極Ｙ１〜Ｙ５がＹ電極駆動部３５３へ接続された状態から、Ｙ電極Ｙ１がタッチパネル駆動部３５１へ接続され、Ｙ電極Ｙ０，Ｙ２〜Ｙ５がＹ電極駆動部３５３へ接続された状態へ変更され、同様に、タッチパネル駆動部３５１へ接続されるＹ電極１４が順次的に変更される。
【０１４２】
主制御部３５６は、Ｘ電極駆動部３５２を制御して、テクスチャ感を提示させるべき領域に対応するＸ電極に第１交流電圧を与えさせ、他のＸ電極をグラウンドへ接続させる。主制御部３５６は、Ｙ電極駆動部３５３を制御して、テクスチャ感を提示させるべき領域に対応するＹ電極に第２交流電圧を与えさせ、他のＹ電極をグラウンドへ接続させる。
【０１４３】
主制御部３５６は、Ｘ電極及びＹ電極を、順次的にタッチパネル駆動部３５１に接続し、タッチ面１０５へのタッチを検出するために順次的に制御する。タッチポイントの検出のために、タッチ面１０５の走査が行われる。タッチ面１０５全体の走査が終了した後は、主制御部３５６は、夫々のＸ電極１３及びＹ電極１４を順次的にタッチパネル駆動部３５１へ接続させる処理を繰り返す。これにより、走査が繰り返され、使用者がタッチ面１０５の任意の位置に接触した場合に接触位置が検出される。
【０１４４】
タッチパネル駆動部３５１に接続されている期間以外の期間では、特定の１又は連続する複数のＸ電極は第１交流電圧が与えられ、特定の１又は連続する複数のＹ電極は第２交流電圧が与えられる。他のＸ電極及びＹ電極はグラウンドに接続される。この結果、タッチ面１０５内の特定の対象領域にテクスチャ感が提示される。
【０１４５】
以上のようにＸ電極及びＹ電極が制御される結果、タッチ面１０５は、一部分がタッチ検出のために用いられ、他の部分はテクスチャ感を提示させるために用いられ、タッチ検出のために用いられる部分の位置が順次変更される。タッチ面１０５上の各部分は、特定のタイミングでタッチ検出のために用いられ、他の期間においてテクスチャ感提示のために用いられる。
【０１４６】
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本開示の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【０１４７】
１０  表示装置、１５  触覚提示タッチパネル装置、１００  タッチパネル、１０１  支持基板、１０２  絶縁層、１０３  絶縁層、２００  表示パネル、３００  表示装置制御部、３５０  触覚提示タッチパネル制御部、３５１  タッチパネル駆動部、３５２  Ｘ電極駆動部、３５３  Ｙ電極駆動部、３５４  スイッチ、３５５  スイッチ、３５６  主制御部、Ｘ０−Ｘ４  Ｘ電極、Ｙ０−Ｙ４  Ｙ電極、ＦＸ  Ｘ浮遊電極、ＦＹ  Ｙ浮遊電極
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
2019121353.tif 000032
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2019121353.tif 000038
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
2019121353.tif 000040
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2019121353.tif 000042
【図７】
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【図８】
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