(57)【要約】高温高湿度の環境下であっても、高い信頼性でタッチ位置を検出可能なタッチパネルを提供する。タッチ位置の座標情報を検出可能なタッチパネルは、ガラス基板１と、このガラス基板に配設された弾性波送信素子２及び弾性波受信素子５と、弾性波を反射し、弾性波の進行方向を制御するための反射アレイ３，４とを備えている。そして、前記ガラス基板１と、前記機能部品又はエレメント（送信素子、受信素子及び反射アレイから選択された少なくとも一種）２〜５との間には、酸化ケイ素などの無機質層８が設けられている。また、無機質層は、前記機能部品又はエレメント上に形成してもよい。
2001057636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板と、このガラス基板に配設された機能部品又はエレメントとを備え、タッチ位置の座標情報を検出可能なタッチパネルであって、前記ガラス基板と、前記機能部品又はエレメントとの間に、無機質層が設けられているタッチパネル。
【請求項２】
ガラス基板と、このガラス基板に配設された機能部品又はエレメントとを備え、タッチ位置の座標情報を検出可能なタッチパネルであって、前記機能部品又はエレメント上に無機質層が設けられているタッチパネル。
【請求項３】
機能部品又はエレメントが、ガラス基板に配設された弾性波送信素子及び弾性波受信素子と、弾性波を反射し、弾性波の進行方向を制御するための反射アレイとで構成されている請求項１又は２記載のタッチパネル。
【請求項４】
無機質層が、酸化ケイ素を主成分として含む請求項１〜３のいずれかの項に記載のタッチパネル。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、指などでタッチし、タッチ位置の座標情報を検出するのに有用なタッチパネルに関する。
背景技術
近年、タッチパネルは、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマディスプレー装置などの表示装置と組み合わせて、入力装置として種々の分野で利用されている。このタッチパネルにおいて、タッチ位置の座標情報を検出する方式として、ガラス基板表面に超音波などの弾性波を伝播させて位置検出する弾性波方式が知られている。
例えば、特開平１１−６５７６５号公報には、表面弾性波方式のタッチパネルとして、低減衰特性を有する特定のガラス基板と、この基板に取り付けられ、弾性表面波を生成させるための弾性波送信素子と、この送信素子から生成した弾性表面波を基板のＸ軸及びＹ軸方向に伝播させるための反射アレイと、Ｘ軸及びＹ軸方向に伝播した弾性表面波の乱れを受信するための弾性波受信素子とを備えたタッチパネルが開示されている。
しかし、このようなタッチパネルを高温高湿状態で使用すると、タッチ位置を精度よく検出できず信頼性が低下する場合がある。
従って、本発明の目的は、高い信頼性でタッチ位置を検出可能なタッチパネルを提供することにある。
本発明の他の目的は、高温高湿度の環境下でも、正常に機能する高信頼性のタッチパネルを提供することにある。
発明の開示
本発明者らは、高温高湿下でタッチパネルを使用すると、ガラス基板と機能部品やエレメントとを接合する接着剤が劣化しやすく、信頼性が低下するという知見に基づいて、前記目的を達成するため鋭意検討の結果、本発明を完成した。
すなわち、本発明のタッチパネルは、ガラス基板と、このガラス基板に配設された機能部品又はエレメントとを備え、タッチ位置の座標情報を検出可能なタッチパネルであって、前記ガラス基板と、前記機能部品又はエレメントとの間に、無機質層が設けられている。また、本発明の他の態様では、ガラス基板と、このガラス基板に配設された機能部品又はエレメントとを備え、タッチ位置の座標情報を検出可能なタッチパネルであって、前記機能部品又はエレメント上に無機質層が設けられている。前記機能部品又はエレメントは、位置検出方式に応じて選択でき、例えば、弾性波方式（又は表面弾性波方式）では、ガラス基板に配設された弾性波送信素子及び弾性波受信素子と、弾性波を反射し、弾性波の進行方向を制御するための反射アレイとで構成できる。前記無機質層は、無機物、例えば、酸化ケイ素を主成分として含んでいる。このようなタッチパネルでは、高温高湿度であっても、無機質コート層により高い信頼性でタッチ位置を検出する。
発明を実施するための最良の形態
以下に、必要により添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は本発明のタッチパネルを示す概略構成図、図２は図１のエレメントと無機質コート層とを示す概略斜視図であり、この例では、弾性波を利用してタッチ位置の座標情報を検出するためのタッチパネル（タッチ位置検出装置）が示されている。
前記タッチパネルは、液晶表示装置などの表示装置又はユニットのフロントに配設されるタッチ位置検出装置又は位置検出センサとして機能する。タッチパネルは、タッチ可能な表示領域（タッチ域）が形成され、かつ弾性波が伝播可能な表面を有する平面四角形状のガラス基板１と、このガラス基板のＸ軸及びＹ軸の起点（送信域）にそれぞれ設けられ、かつガラス基板のＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ弾性波を発信させるための弾性波送信素子２（２ｘ，２ｙ）と、前記ガラス基板１のＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ形成され、かつ前記送信素子２（２ｘ，２ｙ）からＸ軸方向及びＹ軸方向に伝播する弾性波を、Ｙ軸方向及びＸ軸方向にそれぞれ反射させ、ガラス基板１のタッチ域の全域に亘って弾性波を伝播させるための第１の反射アレイ３（３ｘ，３ｙ）と、これらの第１の反射アレイと対向してガラス基板１に形成され、かつＹ軸方向及びＸ軸方向に伝播する弾性波をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に反射した分配させてＸ軸及びＹ軸の終点（受信域）に集束して導くための第２の反射アレイ４（４ｘ，４ｙ）と、前記終点域にそれぞれ設けられた弾性波受信素子５（５ｘ，５ｙ）とを備えている。弾性波反射アレイ３，４は、弾性波をガラス基板１の全面に均一に分配するために配置されており、この例では、スクリーン印刷法などにより形成されている。
なお、送信手段としての送信素子は、ガラス基板１の適当な位置に設けられ、振動を発生させる圧電振動子（セラミックなど）と、振動をガラス基板に効率よく伝える媒体又は振動モードを変換させる媒体（伝播がレーリー波の場合は、楔型のプラスチック製信号変換素子）などで構成されている。また、受信手段としての受信素子も前記送信手段と同様な部材で構成されている。
前記弾性波送信素子２（２ｘ，２ｙ）にはそれぞれ送信信号ケーブル６（６ｘ，６ｙ）が接続され、前記弾性波受信素子５（５ｘ，５ｙ）にはそれぞれ受信信号ケーブル７（７ｘ，７ｙ）が接続されている。なお、送信素子２及び受信素子５はそれぞれ圧電素子を備えた楔形素子で構成されている。これらの送信素子、受信素子、反射アレイはタッチパネルの機能部品又はエレメントを構成する。
このような装置（タッチパネル）において、弾性波送信素子２から所定のピーク強度を有するパルス信号を送信すると、弾性波は反射アレイ３，４により反射され、ガラス基板１の表面を伝播した後、弾性波受信素子５で受信される。受信された信号は、信号ケーブル７を介して、信号処理コントローラに与えられ、タッチに応答して生じるＸ軸及びＹ軸方向の乱れを含む受信信号が認識されるとともに、受信信号の強度が検出される。表示装置は、検出信号に応答して所定のデータを表示する。
そして、前記ガラス基板１の表面には、酸化ケイ素を主成分とする無機質層８がコーティングされており、ガラス基板１と前記エレメント２〜５との間には、無機質層８が介在している。すなわち、前記エレメント２〜５のうち送信素子２及び受信素子５は、接着剤により無機質層８に接合しており、反射アレイ３，４は、スクリーン印刷された低融点ガラスの焼き付けにより無機質層８上に形成されている。
このようなタッチパネルでは、無機質層８により、前記エレメントへの水分の浸透やガラス基板からのアルカリ成分の溶出を防止できるので、高温高湿下で用いてもタッチ位置を高い精度及び信頼性で検出できる。また、前記タッチパネルとコントローラ（タッチパネルシステムズ社製）とを組み合わせた装置において、周波数５．５３ＭＨｚ、振幅５０Ｖのバースト送信信号を用い、タッチ位置の座標位置検出を行ったところ、図３に示すように、受信信号強度Ｄに対してタッチ位置の検出信号（検出波形）はシャープな谷部Ｄｔを示し、明確にタッチ位置を確認できる。
図４は本発明のタッチパネルの他の例を示す部分概略斜視図である。この例では、ガラス基板１が無機質層８で被覆されているとともに、前記エレメント２〜５も無機質層１８で被覆されている。すなわち、接着剤により無機質層８に接合した送信素子２及び受信素子５は、無機質層１８で被覆されていると共に、無機質層８上に形成された反射アレイ３，４も無機質層１８により被覆されている。このようなタッチパネルでは、各機能部品又はエレメント２〜５が無機質層１８で被覆されているので、高温高湿度下に長期間晒してもタッチ位置を高い精度及び信頼性で検出できる。
なお、ガラス基板としては、位置検出方式に応じて種々のガラスが使用でき、弾性波を利用する場合には、例えば、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、クラウンガラス、バリウム含有ガラス、ストロンチウム含有ガラス、ホウ素含有ガラス、特開平１１−６５７６５号公報に開示されているガラス（５．５３ＭＨｚのレイリー波を用いたとき減衰係数が０．２５ｄＢ／ｃｍ以下のガラス）などが使用できる。ガラスは強化可能なガラスであってもよく、ガラス基板は複数のガラス層を積層した安全ガラスで構成してもよい。また、ガラス基板の厚みも位置検出方式に応じて、例えば、０．１〜５ｍｍ（好ましくは０．３〜５ｍｍ）程度の範囲から選択できる。ガラス基板の形状は、フラットであってもよく、曲面であってもよい。
弾性波の送信又は受信素子としては、圧電素子、例えば、くさび型のプラスチック材料に圧電振動子（ＰＺＴなど）及び電極が取り付けられた素子などが利用できる。弾性波としては、種々の音響波、例えば、表面弾性波（超音波表面弾性波など）［例えば、レーリー波（Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ｗａｖｅ）およびラブ波（Ｌｏｖｅ  ｗａｖｅ）など］や、プレート波［例えば、ラム波（Ｌａｍｂ  ｗａｖｅ），Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｓｈｅａｒ  ＷａｖｅなどのＳＨ波（ｓｈｅａｒ  ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｗａｖｅ）など］などが利用できる。
タッチパネルと組み合わせて使用される表示体によるデータを鮮明に表示するため、無機質層が形成されたガラス基板は、ガラス基板と同程度の透過率（例えば、可視光線領域での透過率９０％以上）を有するのが好ましい。
弾性波の反射アレイは、例えば、低融点ガラス（イー・エス・エル日本（株）製、シーリングガラス「４０２２」、「４０２２−Ｃ」、「４０１４−Ｃ」など）、高分子又は樹脂中にフィラーを充填した樹脂組成物などを用いて、スクリーン印刷法などによりパターンを形成し、加熱（又は焼き付け）し、必要により硬化させることにより形成できる。
本発明のタッチパネルは、弾性波の送信素子及び受信素子、弾性波の方向を制御するための反射アレイから選択された少なくとも一種の機能部品又はエレメントを備えている。そして、（１）前記機能部品又はエレメントとガラス基板との間には無機質層が直接的又は間接的に介在し、前記機能部品又はエレメントとガラス基板との接触を規制している。また、（２）前記機能部品又はエレメント上には、コーティングなどにより無機質層が直接的又は間接的に形成され、外部雰囲気との接触を規制している。なお、前記の態様（１）及び態様（２）を備えたタッチパネル、すなわち、記機能部品又はエレメントとガラス基板との間に無機質層が介在し、かつ前記機能部品又はエレメント上に、無機質層が形成されたタッチパネルであってもよい。
なお、前記態様（１）においては、ガラス基板の表面全体に亘り無機質層を形成することによりガラス基板と機能部品又はエレメントと間に無機質層を介在させてもよく、ガラス基板と機能部品又はエレメントの取付部位において、ガラス基板と機能部品又はエレメントと間に無機質層を形成してもよい。
また、態様（２）において、機能部品又はエレメントの機能を損なわない部位に無機質層を形成すればよく、機能部品又はエレメントの表面全体に亘り無機質層を形成してもよい。さらに、前記態様（２）においては、前記機能部品又はエレメントの外面が無機質層により被覆されていればよく、ガラス基板に対する機能部品又はエレメントの取付又は形成部位を除いて、ガラス基板の表面および機能部品又はエレメントの外面を全体に亘り無機質層で被覆してもよい。すなわち、ガラス基板と機能部品又はエレメントとの間に無機質層が介在する必要はない。
態様（１）では、ガラス基板からのアルカリ成分の溶出と、アルカリ成分による機能部品又はエレメントの接着強度の低下や劣化を防止できるようであり、態様（２）では機能部品又はエレメントに対する水分の浸透を防止できるようである。
前記無機質層は、ガラス基板、機能部品やエレメントに直接的に形成してもよく、前処理層やアンカーコート層などを介して間接的に形成してもよい。無機質層（無機物を主成分とするコート層）は、慣用の製膜法、例えば、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの物理的又は化学的被膜形成法；ティッピング、スプレーコーティング、スピンコーティング、流し塗り（キャスティング）、ハケ塗りなどのコーティング法により、無機質前駆体化合物及び／又は無機粒子を含有する塗布液を塗布し加熱する方法などにより形成できる。塗布後、塗膜は、通常、加熱乾燥により架橋又は硬化する。なお、蒸着法などの物理的又は化学的製膜法以外の方法で形成する場合、無機質層は、例えば、加熱や水分との反応などにより硬化させることにより形成できる。
無機質層は、音響波の伝播を損なわない無機質層である限り特に制限されず、無機物を主成分とする被膜であれば特に制限されず、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などのケイ素酸化物、酸化チタンなどのチタン酸化物、酸化ジルコニウム、アルミニウム酸化物などで形成できる。このような無機質層は、架橋又は硬化可能な無機質前駆体（特に比較的低温で硬化可能な前駆体）を用いて形成してもよく、通常、ガラス基板や機能部品又はエレメントに対して密着性が高く硬質である。好ましい無機質層は、例えば、酸化ケイ素などで形成できる。
コーティングにより酸化ケイ素膜を形成するためのケイ素含有成分としては、シリカコート剤［コルコート（株）製，シリカコート剤，「ＣＮＧ−００５」，「ＣＮＧ−００５Ｎ」］、シラザン単位−（ＮＨＳｉＨ２）−を有するシラザン化合物、例えば、下記式
Ｈ３Ｓｉ［ＮＨＳｉＨ２］ｎＮＨＳｉＨ３（式中、ｎは２以上の整数を表す）
で表されるポリシラザン、加水分解縮合性シリコーン系バインダー（ヒドロキシル基，Ｃ１−２アルコキシ基などの加水分解縮合性基を有する加水分解縮合性オルガノポリシロキサン又はその予備縮合物）などが例示でき、ケイ素含有成分としては、ハードコート剤として利用されている、アルキルトリアルコキシシランや４官能性シリコーン化合物の加水分解縮合物（予備縮合物）を用いる場合が多い。酸化ケイ素を形成する場合は、前駆体［東燃（株）製「ポリシラザン」、ファイングラステクロノジー（株）製の「ヒートレスグラスＧＳ−６００シリーズ」など］を低温で硬化し、酸化ケイ素を形成してもよい。
なお、ガラス基板上の無機質層は、反射防止層、防眩層（ノングレア層）、耐擦傷性層、滑り性改善層、撥水層、防汚層、抗菌層などの機能を備えていてもよい。
無機質層の厚みは、例えば、０．１〜１０μｍ、好ましくは０．１〜５μｍ（特に０．１〜１μｍ）程度の範囲から選択でき、通常、０．１〜３μｍ程度である。
本発明は、ガラス基板と、このガラス基板に配設され、かつタッチ位置を検出するための機能部品又はエレメントとを備え、かつタッチ位置の座標情報を検出可能なタッチパネルに適用でき、タッチ位置の検出方式は特に制限されず、例えば、前記のように表面弾性波（超音波などを含む）などの音響波を利用する音響波方式；一対のガラス基板を備え、タッチ位置での静電容量の変化を利用した静電容量方式；ガラス基板と、このガラス基板の表面に光（赤外線ビームなど）を走査してタッチ位置を検出するための光送受信ユニットとで構成された光学方式；超音波を出力可能なディジタイザペンによりタッチされるガラス基板と、このガラス基板の表面に配設され、かつ前記ペンからの超音波信号を受信してタッチ位置を検出するための超音波受信素子とを備えた超音波方式などであってもよい。また、タッチ位置は、アナログ式に検出してもよく、ディジタル式に検出してもよい。
このようなタッチパネル（座標入力装置）には、ガラス基板へのタッチに応答して、音声を発する音声生成手段や報知手段、タッチ位置を表示するための表示手段、タッチ位置に応答して表示領域の画像をコントロールするための制御手段、他の駆動装置の制御手段などを接続してもよい。
本発明のタッチパネルは、ガラス基板と、機能部品又はエレメント（送信素子、受信素子及び／又は反射アレイなど）との間に、無機質層を設けたり、機能部品又はエレメント上に、無機質層が設けられているので、高い信頼性でタッチ位置を検出可能である。特に、高温高湿度の環境下でも、正常に機能し、信頼性が高い。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例１
平面のフロートソーダガラス基板（対角１５インチ、厚さ３ｍｍ）に、ポリシラザン（東燃（株）製，−（ＳｉＨ２ＮＨ）−で表される「ポリシラザン」シリーズ）をスプレー法により、約１μｍの厚みで塗布したのち、約１５０℃で加熱硬化し、膜厚約０．３μｍのＳｉＯ２コート層を、ガラス基板上に形成した。次いで、上記基板上に、低融点ガラス［イー・エス・エル日本（株），シーリングガラス「４０２２−Ｃ」］をスクリーン印刷により印刷し、５００℃で加熱硬化して弾性波反射アレイを形成した。
アクリル樹脂ウェッジと圧電振動子とで構成された超音波表面弾性波発信素子と受信素子とを、それぞれ、紫外線硬化性接着剤（ダイマックス（株）製）でガラス基板の発信域及び受信域に接着し、信号ケーブルを結線することにより、超音波表面弾性波方式タッチパネルのパネル部として作製して。このパネル部をタッチパネルとして動作させるための電子回路に接続し、周波数５．５３ＭＨｚ、振幅５０Ｖのバースト送信信号を用い、タッチ位置の座標位置検出を行ったところ、図２に示すように、タッチ位置に対応してシャープな検出信号（検出波形）が確認され、受信信号強度は３００ｍＶと高い値を示した。
前記パネル部を、温度８０℃及び９０％ＲＨの環境下に３００時間置いた後、常温で信号強度を測定したところ、受信信号強度は２９０ｍＶであり信号強度の低下はほとんどみられなかった。
実施例２
平面フロートソーダガラス基板（対角１５インチ、厚さ３ｍｍ）に、蒸着法により、酸化チタン層を形成した後、酸化ケイ素層を形成し、反射防止ガラス基板を作製した。次いで、上記基板上に、低融点ガラス［イー・エス・エル日本（株），シーリングガラス「４０２２−Ｃ」］をスクリーン印刷により印刷し、５００℃で加熱硬化して弾性波反射アレイを形成した。また、実施例１と同様にして、ガラス基板の発信域及び受信域に、それぞれ超音波表面弾性波発信素子及び受信素子を接着剤で接着し、信号ケーブルを結線した。
ハケ塗りにより、未硬化ガラス［ファイングラステクノロジー（株）製，ヒートレスグラスＧＭ−１０（Ｎ）］を、弾性波反射アレイ、超音波表面弾性波発信素子及び受信素子の上に塗布し、２日間常温で乾燥硬化させ、超音波表面弾性波方式タッチパネルを作製した。
そして、実施例１と同様にしてタッチパネルの性能を評価したところ、タッチ位置座標に対応してシャープな検出信号（検出波形）が確認され、受信信号強度は３５０ｍＶと高い値を示した。
前記パネル部を、温度８０℃及び９０％ＲＨの環境下に３００時間置いた後、常温で信号強度を測定したところ、受信信号強度は３５０ｍＶであり信号強度の低下は認められなかった。
比較例１
ポリシラザンを用いてＳｉＯ２コート層を形成することなく、実施例１と同様にして、超音波表面弾性波方式タッチパネルを作製した。
そして、実施例１と同様にしてタッチパネルの性能を評価したところ、タッチ位置座標に対応してシャープな検出信号（検出波形）が確認され、受信信号強度は３００ｍＶと高い値を示した。
前記パネル部を、温度８０℃及び９０％ＲＨの環境下に３００時間置いた後、常温で信号強度を測定したところ、受信信号強度は１５０ｍＶであり、信号強度が約５０％に低下した。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明のタッチパネルを示す概略構成図である。
図２は図１の部分概略斜視図である。
図３はタッチパネルの受信信号の１例を示す波形図である。
図４は本発明の他の例を示す部分概略斜視図である。
【図１】
2001057636.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2001057636.tif 000007
2001057636.tif 000008
2001057636.tif 000009