(57)【要約】【課題】ガラス材料またはプラスチック材料による厚板材のオーバーレイ層が必要とされる用途においても、タッチ検出感度の低下を招くことのない設計思想に基づく静電容量式タッチパネルを提供する。【解決手段】タッチセンサー基板上に表面カバー材料が装着された静電容量式タッチパネルであって、表面カバー材料は、厚さ５ｍｍ以内のプラスチックシートまたは厚さ１０ｍｍ以内のガラスシートが装着可能であり、表面カバー材料上からの接触に対して、以下に定義するタッチ検出感度が１０％以上であるタッチパネル。  タッチ検出感度＝検知すべき最小面積／受信ノードの最小面積。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチセンサー基板上に表面カバー材料が装着された静電容量式タッチパネルであって、
表面カバー材料は、厚さ５ｍｍ以内のプラスチックシートまたは厚さ１０ｍｍ以内のガラスシートが装着可能であり、
表面カバー材料上からの接触に対して、以下に定義するタッチ検出感度が１０％以上であるタッチパネル。
タッチ検出感度＝検知すべき最小面積／受信ノードの最小面積。
【請求項２】
タッチセンサー基板は、光透過性支持体上に金属層をパターニングしてなる、２種類のストライプパターンＡ，Ｂからなる２層の導電部を有するタッチセンサー用フィルムにおける、各々のストライプパターンＡ，Ｂは、全て主線が同一方向に伸び、前記方向と直交する方向に並列しており、それぞれ所定の間隔を有して並列配置された複数本の組からなるノードを構成し、複数組の前記ノードが並列配置してなる検出用行配線（ｘ方向）と検出用列配線（ｙ方向）を構成し、タッチ箇所を検出する直交座標を規定してなり、
ストライプパターンＡ，Ｂの組合せにより規定される受信ノードの最小面積は、パターンＡのノード幅×パターンＢのノード幅の矩形であることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
【請求項３】
タッチセンサー基板は、光透過性支持体に金属層をパターニングしてなる、複数の単位格子から構成されるメッシュパターンを有する２層の導電部を有するタッチセンサー用フィルムにおける、各々の導電部が有するメッシュパターンの単位格子は全てサイズの等しい正方形であり、２層のメッシュパターンは直交する２方向に全ての単位格子の辺が傾かずに並列しており、
２層のメッシュパターンは、それぞれが所定の間隔を有して並列配置された複数本の帯状メッシュが並列配置してなる並列配置してなる検出用行配線（ｘ方向），検出用列配線（ｙ方向）を構成し、タッチ箇所を検出する直交座標を規定してなり、
メッシュパターンＡ，Ｂの組合せにより規定される受信ノードの最小面積は、パターンＡの帯状メッシュ幅×パターンＢの帯状メッシュ幅の矩形であることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚板のオーバーレイヤーを備えるタッチパネルにおけるタッチセンサーの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機、携帯情報端末、ＡＴＭ、カーナビゲーションシステムをはじめとする様々な電子機器の操作部にはタッチセンサーが採用されている。タッチセンサーは、指先やペン先の接触位置を検出する入力装置として、液晶表示装置等の画像表示用パネルの表示面上に貼り合わされている。タッチセンサーは、タッチセンサーの構造、および、検出方式の違いによって、抵抗膜型、静電容量型、光学式、超音波式等の様々なタイプに分類され、電子機器における用途に応じて使い分けられている。これらの中でも、耐久性、透過率、感度、安定性、および、位置分解能が優れている観点から、電極同士が接触しない静電容量型がタッチセンサーの主流である。
【０００３】
静電容量型のタッチセンサーには、表面型と投影型とが含まれるが、いずれの型式も指のように静電的な導電性を有するものがタッチセンサーの表面に近づくことによって静電容量結合が生じることを応用した技術であって、電極と指先との間の静電容量結合をタッチセンサーが捉えて位置を検出する（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
表面型のタッチセンサーは、透明基材の上に平面状に広がる透明導電膜を位置検出用の電極として備え、導電膜の四隅に駆動回路に接続される電極を備えている。
【０００５】
投影型のタッチセンサーは、一つの方向であるＸ方向に沿って延びる複数のセンサー用導電膜と、Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って延びる複数の第一用導電膜とを位置検出用の電極として備えている。こうした位置検出用の電極は、平面視において例えばメッシュ状を有し、センサー用導電膜の配置のピッチや第一用導電膜の配置のピッチが小さいほど位置の検出精度は高い。
【０００６】
一方で、上述したタッチセンサーは画像表示用パネルの表示面に設置されることが多いため、いずれの型式のタッチセンサーにおいても光透過性は求められる。こうした光透過性の観点では、位置検出用の電極の形成材料が、例えば、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明性の高い透明導電材料であることが好ましいが、タッチセンサーの大型化が進むほど、透明導電材料から形成される電極の長さは大きく、結果として、電極自体の抵抗が高く、位置の検出感度が低い。そのため、近年では、光を遮光する一方で導電性の高い金属が、位置検出用の電極の形成材料に用いられ、電極自体の形状を細線にしてタッチセンサーの開口率を上げる提案がなされている。
【０００７】
なお、電極の端部である接続端子は、駆動用の半導体素子が搭載されたフレキシブル基板の接続用端子部に、ＡＣＦ（Anisotropic conductive film）などを介して接合される。この際に、電極の形成材料がＩＴＯなどの透明導電材料であっても、電極に接続される接続端子は、通常、接触抵抗を下げるために金属から形成される、あるいは、金属によって覆われる。この点において、電極の形成材料が金属である構成であれば、電極と接続端子とを同時に形成することが可能でもある。
【０００８】
静電容量式タッチパネルをディスプレイに搭載する際、指やスタイラスペンでタッチする表面のカバー（オーバーレイ）材料として、ガラス，プラスチックが多用されている。
ガラス材料は、誘電率が６〜８と高い値を有し、感度に優れており、硬度が硬く、キズが付きにくく透明性が優れていることが利点になっている。
プラスチック材料は、ガラス材料に比して誘電率が２〜４と低いが、屈曲性や加工性に優れ、材料コストを低減できることが利点になっている。
【０００９】
タッチパネルの搭載対象に応じては、以下に例示する要望がある。
大型ディスプレイでは、画面の反りを問題視するため、オーバーレイ層は厚板材を使用する場合が多い。軽量化の上では、プラスチック材料（アクリルが代表的）が好まれる。
産業機器では、１０年以上の耐久性が優先的に要求される場合が多い。また、素手の指先でなく、手袋をはめたタッチ検出感度が低下した状態での使用も想定される。
パチスロなどの遊戯機器や自動販売機向けでは、ユーザーによる粗暴な取り扱いへの耐性が必要であり、破損による危険性からガラスの採用は回避され、プラスチック材料でも厚板材（５ｍｍ程度）の要望がある。
既存のタッチパネルでは、実用上の問題のない前面板としての搭載可能な厚さは、ガラス材料（誘電率ε：約７．０）の場合、約４ｍｍまでが限界であり、プラスチック材料（アクリル，誘電率ε：約３．３）の場合、約２ｍｍまでが限界とされており、それ以上の厚さではタッチ検出感度の低下が顕著であった。
【００１０】
カバーガラス材料の代替材料として樹脂シートの使用を試み、樹脂シートの誘電率を高めるための手段について研究を進めてなされた発明として、
表面カバー材料は、透明樹脂シート層（Ａ）および高誘電率を有する透明ポリウレタン樹脂シート層（Ｂ）より形成されている静電容量式タッチパネルに係る提案が公知である。（特許文献２）
特許文献２に係る発明による効果として、厚さ，重量，材料コストの低減、衝撃緩和力の向上、屈曲性を有するタッチパネルにも適用可能、などに加えて、「静電容量感度（ε／ｄ）の改善可能」が標榜されているが、特許文献２には改善目標である具体的な指標，数値データは一切考慮されておらず、材料選定に応じて誘電率が異なる樹脂シート層（Ａ）（Ｂ）が選択されることが示唆されるに過ぎない説明に留まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４６１０４１６号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１９７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明では、ガラス材料またはプラスチック材料による厚板材のオーバーレイ層が必要とされる用途においても、タッチ検出感度の低下を招くことのない設計思想に基づく静電容量式タッチパネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明によるタッチパネルは、
タッチセンサー基板上に表面カバー材料が装着された静電容量式タッチパネルであって、
表面カバー材料は、厚さ５ｍｍ以内のプラスチックシートまたは厚さ１０ｍｍ以内のガラスシートが装着可能であり、
表面カバー材料上からの接触に対して、以下に定義するタッチ検出感度が１０％以上であるタッチパネル。
タッチ検出感度＝検知すべき最小面積／受信ノードの最小面積。
【００１４】
タッチセンサー基板は、静電容量型（投影型）のうち、センサ（あるいはタッチ要素）は一つの送信ノードと一つの受信ノードで構成されてなり、送信ノードに電流が供給されると電磁界が生成され、手（人体）がセンサー領域に近づくと電磁界の一部が吸収され、受信ノードによって検出されるエネルギー量の減少を検出感度の指標とする相互キャパシタンス方式が好適である。
光透過性支持体上に金属層をパターニングしてなる、２種類のストライプパターンＡ，Ｂからなる２層の導電部を有するタッチセンサー用フィルムにおける、各々のストライプパターンＡ，Ｂは、全て主線が同一方向に伸び、前記方向と直交する方向に並列しており、それぞれ所定の間隔を有して並列配置された複数本の組からなるノードを構成し、複数組の前記ノードが並列配置してなる検出用行配線（ｘ方向）と検出用列配線（ｙ方向）を構成し、タッチ箇所を検出する直交座標を規定してなり、
ストライプパターンＡ，Ｂの組合せにより規定される受信ノードの最小面積は、パターンＡのノード幅×パターンＢのノード幅の矩形であることを特徴とする。
【００１５】
また、タッチセンサー基板に形成されるストライプパターンＡ，Ｂに換えて、メッシュパターンＡ，Ｂの採用も可能であり、
光透過性支持体に金属層をパターニングしてなる、複数の単位格子から構成されるメッシュパターンを有する２層の導電部を有するタッチセンサー用フィルムにおける、各々の導電部が有するメッシュパターンの単位格子は全てサイズの等しい正方形であり、２層のメッシュパターンは直交する２方向に全ての単位格子の辺が傾かずに並列しており、
２層のメッシュパターンは、それぞれが所定の間隔を有して並列配置された複数本の帯状メッシュが並列配置してなる並列配置してなる検出用行配線（ｘ方向），検出用列配線（ｙ方向）を構成し、タッチ箇所を検出する直交座標を規定してなり、
メッシュパターンＡ，Ｂの組合せにより規定される受信ノードの最小面積は、パターンＡの帯状メッシュ幅×パターンＢの帯状メッシュ幅の矩形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ガラス材料またはプラスチック材料による厚板材のオーバーレイ層が必要とされる用途においても、タッチ検出感度の低下を招くことがなく、実用に供する上で支障ない静電容量式タッチパネルが提供される。特に、ガラス材料ほどの誘電率を持たないプラスチック材料であっても、機械的強度の十分な厚板材の採用にあたり、十分なタッチ検出感度が確保される設計に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ストライプパターンＡ，Ｂの組合せによる実施形態を示す説明図。
【図２】図１に示すストライプパターンＡ，Ｂについて、各種ノードサイズ別に主線数（セット化する本数）を変更した場合、タッチサイズ（接触する面積）に応じた検出感度の変動についてのシミュレーション結果を示す表。
【図３】タッチサイズとノードサイズとの比を示す表。
【図４】配線パターン（ストライプ）の一例を示す説明図。
【図５】配線パターン（メッシュ）の一例を示す説明図。
【図６】配線パターン（メッシュ）の各種重ね合わせ手法を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、ストライプパターンＡ，Ｂの組合せによる実施形態を示す説明図である。
ストライプパターンＡ，Ｂは共に導電材料からなり、基材（透明誘電体）上に成膜された金属層のパターニング，導電性インク材料による描画など、その形成手法は適宜に選択される。
また、両ストライプパターンＡ，Ｂは、同一基材（透明誘電体）の表裏面に形成する場合でも、異なる２枚の基材（透明誘電体）のそれぞれ一方の表面に形成して、２枚の基材を積層一体化して用いる場合であっても何れでも良い。タッチパネル用センサーフィルムの分類では、前者はＧＦ２タイプ，後者はＧＦＦタイプと称される。
【００１９】
ストライプパターンＡ，Ｂは、センシング側（ユーザー側，上）／ドライヴ側（表示素子側，下）あるいは行電極（ｘ方向）／列電極（ｙ方向）の組合せは任意であり、何れもパターン内では、導電材料による細線は、全て主線が同一方向に伸び、前記方向と直交する方向に並列しており、それぞれ所定の間隔を有して並列配置された複数本の組からなるノードを構成し、複数組の前記ノードが並列配置してなり、それぞれが方向の直交する検出用配線を構成する。
【００２０】
図１では、ストライプパターンＡが上下（ｙ）方向に延びる主線１１Ａが並列してなる列電極，ストライプパターンＢが左右（ｘ）方向に延びる主線１１Ｂが並列してなる行電極として図示する。
同図に示す様に、主線１１Ａの数本をセットにして同一の電極端子１２Ａに接続し、主線１１Ｂの数本をセットにして同一の電極端子１２Ｂに接続し、複数列の受信ノード（センシング側），複数行の送信ノード（ドライヴ側）が構成され、複数列×複数行の直交座標が規定される。
図１では、３本の主線をセットにして同一の電極端子に接続するノードを形成し、２列×２行の直交座標にて図示を簡略化している。
【００２１】
図２は、図１に示すストライプパターンＡ，Ｂについて、各種ノードサイズ別に主線数（セット化する本数）を変更した場合、タッチサイズ（接触する面積）に応じた検出感度の変動についてのシミュレーション結果を示す表である。
本シミュレーションにあたり、オーバーレイ層として厚さ１ｍｍのガラス板の物性を入力した。
φ＝１．５ｍｍはスタイラスペンの先端が接触する場合で、φ＝９ｍｍは指先が接触する場合を想定する。
ノードサイズは、３．８ｍｍ，５．７ｍｍ，７．６ｍｍの３段階を想定する。
１ノードを構成する主線本数は、２，３，４，５，１０，１９，２５本の７段階を想定する。
【００２２】
傾向として、タッチサイズが小さいほど電磁界の吸収（電気力線の抜け）が少ないため、検出感度が低い。
また、ノードサイズが小さいほど相対的にタッチサイズが小さく認識され、検出感度は低くなる。
１ノードを構成する主線本数が少ないほど（電極線の粗密では、粗）、タッチ箇所からの電磁界の吸収（電気力線の抜け）が顕著となり、検出感度は高くなる。
本発明においては、検出感度＝１０％を合否判定のしきい値とする。
【００２３】
また、厚板のオーバーレイヤー層の仕様を考慮したシミュレーションによらず、センシング／ドライヴの配線パターンの設計に応じた感度評価の指標として、本発明においては、「タッチ検出感度」として以下の様に定義し、１０％以上のタッチ検出感度をオーバーレイヤー層に影響を受けずに実用的な範囲の感度が維持される指標とする。
当然、オーバーレイヤー層の厚さ，材質によっては実用的な感度には到底至らない場合もあるが、本発明では経験則を基に、アクリル５ｍｍ厚以内，ガラス１０ｍｍ厚以内のオーバーレイヤー層については、１０％以上のタッチ検出感度でＯＫ判定が可能である旨を確認している。
タッチ検出感度＝検知すべき最小面積／受信ノードの最小面積。
【００２４】
上式は、スタイラスペンあるいは指先が接触する面積が、センサー上で接触を感知する最小単位となる箇所の面積に対してどの程度のウェイトを占めるか、によって擬似的な感度とする。
図３は、上記定義に関して、タッチサイズとノードサイズとの比を示す表である。
タッチサイズφに応じた面積が矩形（正方形），円形の場合など想定されるため、それぞれの場合についてノードサイズ（ノード幅×ノード幅）との比を同図に示す。
タッチサイズがφ＝１．５ｍｍ（スタイラスペン）の場合、ノードサイズが５．７ｍｍと７．６ｍｍでは、タッチ検出感度が１０％を下回り、十分な感度が得られないことが推測される。
タッチサイズがφ＝９．０ｍｍ(指)の場合、あらゆるノードサイズでもタッチ検出感度が１０％を大きく超え、感度が十分であることが推測される。
【００２５】
直線ストライプの変形例を以下に例示する。
図１は、１ノードが３本の直線セットで構成される場合の図示であったが、線幅を細くする余り、エッチング加工での断線を招いてしまうと、電極線として機能せず検出感度に影響を及ぼすことがある。
タッチセンサでは、意図的に電極線として機能させず、上下の配線間で電気力線が閉じてしまわずに抜ける部分として設計する場合もある。（ダミー電極，フローティングと称される）
ダミーの有無に関わらず、所定感度で設計したパターンに意図せぬ断線が生じることは好ましくはなく、断線をサポートする目的で主線を補う副線（勿論、副線の存在による外観，容量変化を想定した設計思想に基づき）を配置する場合もある。
【００２６】
図４は、左下がりの５本の直線（主線）がセットとなり１ノードを構成する場合について、右下がり（主線に垂直方向）の副線を混在させたパターンを示す説明図である。
同図の四角形（点線）内には主線が７本図示されているが、セットとなった電極線は、同図の上下方向に伸びる。四角形の上辺，下辺それぞれからは５本の主線端部が露出して、隣り合う領域に伸びることになる。四角形の左辺，右辺それぞれからは２本の主線端部が露出しているが、隣り合う領域は異なる電極線（ノード）であるため、断線された自由端のままである。
【００２７】
同図に示すように、隣り合う主線間を連結する副線が数箇所に形成される。
同図では、副線は４箇所であり、主線との交点に丸付き数字１〜９を付している。（副線１＝１・２，副線２＝３，副線３＝４・５・６，副線４＝７・８・９）
それぞれ副線は、３本の主線に渡り、２つの間隔で隣接する主線を連結しているが（例．４・５間と５・６間）、副線の長さや配置は、その限りではない。
例えば、交点５を通る主線がその途中で断線している場合、副線がないと主線は電極線として導通する機能を奏さないが、同図に示す例では、５の下方からの導通は、５→４→２，５→４→２→１，５→６→７→３の３経路でサポートされる。
【００２８】
＜矩形メッシュパターンＡ，Ｂの組合せ＞
本発明では、タッチセンサー基板に形成されるストライプパターンＡ，Ｂに換えて、メッシュパターンＡ，Ｂの採用も可能である。
図５は、上側／下側２層のメッシュパターン（単位格子＝正方形）により矩形メッシュを構成する実施形態におけるメッシュ一例を示す拡大図である。
配線方向，配線幅，並列ピッチ，単位格子の形状・サイズが全て等しい２種類の矩形メッシュＡ，Ｂを重ね合わせて矩形メッシュを構成する手法としては、
１）両者を全く位置ずれなく重ね合わせる（合成されたメッシュは、Ａ，Ｂと同一となる。図６（ａ））
２）両者を意図的にずらして重ね合わせる（合成されたメッシュの単位格子は、Ａ，Ｂより小サイズとなる。図６（ｂ）（ｃ）（ｄ））
の２通りがある。
【００２９】
図６（ｂ）は、メッシュＡ，Ｂをｘ，ｙ方向共に半ピッチずらした場合であり、平面視による合成矩形は一辺長さが１／２（サイズ１／４）の正方形が単位格子となる。
図６（ｃ）は、列（ｘ）方向の単位格子はずれなく重ね合わせ、行（ｙ）方向の単位格子を半ピッチずらした場合である。平面視による合成矩形は縦辺長さが１／２の長方形が単位格子となる。
図６（ｄ）は、列（ｘ）方向，行（ｙ）方向共に単位格子を任意ピッチでずらした場合である。平面視による合成矩形は縦辺長さ・横辺長さの比が２種類ずつの（最大）４種類の形状の長方形が単位格子となる。
図４，図５の場合、「受信ノードの最小面積」は（図６の単位格子サイズではなく）、「パターンＡのノード幅×パターンＢのノード幅」が該当する。
【００３０】
＜シミュレーション＞
パターンＡ，Ｂを有するタッチセンサーフィルムをタッチパネル部材としてディスプレイに組み入れる際、裏面の保護フィルム，前面のオーバーレイヤー，タッチセンサーフィルム，および層間のＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）ほか、積層一体化される部材の厚さ，比誘電率を入力した上での検出感度をシミュレーションし、得られた感度が１０％以上であれば、ＯＫ判定する。
【符号の説明】
【００３１】
１１Ａ…ストライプパターンＡの主線
１１Ｂ…ストライプパターンＢの主線
１２Ａ…ストライプパターンＡの電極端子
１２Ｂ…ストライプパターンＢの電極端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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