特許 6995313 パターンレスタッチパネル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-17

(45)【発行日】2022-01-14

(54)【発明の名称】パターンレスタッチパネル

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/044 20060101AFI20220106BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20220106BHJP

【ＦＩ】

G06F3/044 110

G06F3/041 512

G06F3/041 422

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018041529

(22)【出願日】2018-03-08

(65)【公開番号】P2019159447

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2021-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】399054321

【氏名又は名称】東洋アルミニウム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】500132214

【氏名又は名称】学校法人明星学苑

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西尾 佳高

(72)【発明者】

【氏名】田中 聡一郎

(72)【発明者】

【氏名】大塚 寛治

(72)【発明者】

【氏名】橋本 薫

(72)【発明者】

【氏名】秋山 豊

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 陽一

【審査官】岩橋 龍太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／００３６６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２６８２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７０７３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ ３／０４１－３／０４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁性を有するシート状の基体と、前記基体の裏面側における中央部分を含む検知領域に一様に形成されかつ周縁部に第１信号入力ノードが設けられた導電性の信号入力層と、前記基体の表面側における前記検知領域に一様に形成されかつ周縁部に互いに離間するように複数の信号出力ノードが設けられている導電性の検知層と、を有する導電シートと、
前記第１信号入力ノードに計測信号を与え、前記複数の信号出力ノードの中から選択された対をなすペアノードから出力された出力信号の差分情報に基づいて、前記検知層に接近した物体の位置を演算する位置検出部を備えている
ことを特徴とするパターンレスタッチパネル。

【請求項2】

前記検知層の表面側における前記検知領域に、絶縁層を介して表面側導電層が積層により一様に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のパターンレスタッチパネル。

【請求項3】

前記表面側導電層に前記計測信号を受ける第２信号入力ノードが設けられている
ことを特徴とする請求項２記載のパターンレスタッチパネル。

【請求項4】

前記基体表面には、前記検知層の周りに、前記信号出力ノードに接続された出力配線が形成された配線領域が設けられ、
前記第１信号入力ノードには、平面視において前記配線領域と重なる領域でかつ前記出力配線とは重ならないように前記基体裏面に形成された入力配線が接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のパターンレスタッチパネル。

【請求項5】

前記基体の厚さは、前記絶縁層の厚さよりも厚い
ことを特徴とする請求項２記載のパターンレスタッチパネル。

【請求項6】

前記検知層は、矩形状の検知領域に一様に形成されており、
前記信号出力ノードは、前記検知領域の各辺に、互いに離間するように少なくとも２箇所ずつ設けられている
ことを特徴とする請求項１記載のパターンレスタッチパネル。

【請求項7】

前記検知層は、カーボン、銀、銅、アルミニウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、金属ドープ酸化亜鉛、金属ナノワイヤ、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、ポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、及び水溶性スルホン化ポリアニリンからなる群から選択される１種または２種以上を含有し、
前記信号入力層は、銅、アルミニウム、鉄からなる群から選択される１種以上を含有し、かつ、抵抗率が１×１０－４Ω・ｃｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載のパターンレスタッチパネル。

【請求項8】

前記基体は、アルミナ、ガラスクロス含浸エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、及びトリアセテート、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）からなる群から選択される１種以上を含有し、
前記基体の厚みが０．８ｍｍ以上かつ６．８ｍｍ以下である
ことを特徴とする、請求項１記載のパターンレスタッチパネル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パターンレスタッチパネルに関し、特にパターンレスタッチパネルに好適に用いられる導電シートを備えたパターンレスタッチパネルに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～３には、透明導電膜の４辺に電極を設け、同相かつ同電位の位置検出用の交流電圧を供給するパターンレスのタッチパネルが開示されている。具体的には、特許文献１では、導電膜の４隅の電極に対応して４個の波形検出回路を設け、その検出回路の出力電圧に基づいて座標位置を演算している。また、特許文献２では、矩形状の導電膜の４隅の電極に同相、同電圧のパルス信号を与え、対数信号比を用いてユーザーのタッチ位置を検出している。さらに、特許文献３では非線形のデータを用いた演算手法を用いることで解像度を高めている。これらのタッチパネルでは、導電シートに微細な透明電極パターンを形成する必要がなく、導電層を一様に積層した導電シートが用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開ＷＯ２０１３／１５３６０９号パンフレット

【文献】特開２０１３－２５０６４２号公報

【文献】特開２０１５－２０１２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者らは、上記文献に記載されたパターンレスタッチパネルに適用可能な導電シートを試作し、当該導電シートを実装したパターンレスタッチパネルの評価試験を行った。本評価試験では、絶縁フィルムの一方の面全体に一様な導電層を形成し、この導電層上に絶縁膜を介して配線を形成した導電シートを用いた。その結果、タッチ位置の検知精度の面で改善の余地があった。

【0005】

そこで、本発明では、良好な検知精度を有するパターンレス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】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係るパターンレスタッチパネルでは、基体裏面の検知領域に信号入力層を一様に形成し、基体表面の検知領域に検知層を一様に形成した導電シートを用いた。そして、信号検知部が、信号入力層に設けられた第１信号入力ノードに計測信号を与え、検知層に設けられたペアノードから出力された出力信号の差分情報に基づいて検知層に接近した物体の位置を演算するようにした。

【0007】

すなわち、本発明の一態様に係るパターンレスタッチパネルは、絶縁性を有するシート状の基体と、前記基体の裏面側における中央部分を含む検知領域に一様に形成されかつ周縁部に第１信号入力ノードが設けられた導電性の信号入力層と、前記基体の表面側における前記検知領域に一様に形成されかつ周縁部に互いに離間するように複数の信号出力ノードが設けられている導電性の検知層と、を有する導電シートと、前記第１信号入力ノードに計測信号を与え、前記複数の信号出力ノードの中から選択された対をなすペアノードから出力された出力信号の差分情報に基づいて、前記検知層に接近した物体の位置を演算する位置検出部を備えていることを特徴とする。

【0008】

ここで、「シート」には、薄板状に形成されたシートに加えて、薄板より薄いフィルム状に形成されたシートを含む。「シート状」という場合も同様であり、薄板状及びフィルム状を含む概念である。

【0009】

本願発明者らは、上述のパターンレスタッチパネルにおいて、絶縁性を有する基体の表面に計測信号入力用の信号入力ノードが設けられた信号入力層、基体の裏面に互いに離間する信号出力ノードが設けられた検知層を、それぞれ一様に形成した導電シートをパターンレスタッチパネルに用いることで、良好な検知精度を有することを見いだした。具体的に、信号入力層と検知層とを、絶縁性の基体を介して分離するようにしているので、信号入力ノードと信号出力ノードとの間に信号の干渉が起こらないようにすることができる。

【0010】

上記態様のパターンレスタッチパネルにおいて、前記検知層の表面における前記検知領域に、絶縁層を介して表面側導電層が積層により一様に形成されていてもよい。さらに、前記表面側導電層に前記計測信号を受ける第２信号入力ノードが設けられていてもよい。

【0011】

これにより、雑音が多い環境下においても、良好な検知精度を有するパターンレスタッチパネルを実現することができる。

【0012】

上記態様のパターンレスタッチパネルにおいて、前記基体表面には、前記検知層の周りに、前記信号出力ノードに接続された出力配線が形成された配線領域が設けられ、前記第１信号入力ノードには、平面視において前記配線領域と重なる領域でかつ前記出力配線とは重ならないように前記基体裏面に形成された入力配線が接続されていてもよい。

【0013】

これにより、入力配線と出力配線との間に配線間容量が生じることを避けることができ、良好な検知精度を有するパターンレスタッチパネルを実現することができる。

【0014】

上記態様のパターンレスタッチパネルにおいて、前記基体の厚さを、前記絶縁層の厚さよりも厚くしてもよい。

【0015】

これにより、タッチ操作に係る電位の変化を高めることができ、タッチ位置の検知精度を高めることができる。

【0016】

上記態様のパターンレスタッチパネルにおいて、前記検知層は、矩形状の検知領域に一様に形成されており、前記信号出力ノードは、前記検知領域の各辺に、互いに離間するように少なくとも２箇所ずつ設けられている。

【0017】

これにより、タッチ位置の検知精度が良好でかつ経時安定性のよい、パターンレスタッチパネルを得ることができる。

【発明の効果】

【0018】

以上述べたように、本発明によると、高い位置検出精度を有するパターンレスタッチパネルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態に係るパターンレスタッチパネル用の導電シートを模式的に示す平面図である。

【図2】図１のII－II線における概略断面図である。

【図3】接地層及び第２入力配線を模式的に示す平面図である。

【図4】検知層及び出力配線を模式的に示す平面図である。

【図5】信号入力層及び第１入力配線を模式的に示す平面図である。

【図6】導電シートを適用したタッチパネルの位置検出原理を説明するための図である。

【図7】図６の点ＴＰがタッチされた場合における信号波形の一例を示した図である。

【図8】パターンレスタッチパネルの概略構成を示す図である。

【図9】導電シートの検知領域を分割した分割領域を示す平面図である。

【図10】２点タッチのタッチ位置とピーク電圧との関係を示す図である。

【図11】２点タッチのタッチ位置とピーク電圧との関係を示す図である。

【図12】導電シートの他の例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

【0021】

図８に示すように、パターンレスタッチパネルは、導電シート１と、導電シート１の検知層３１に接近した物体の位置を演算する位置検出部６とを備えている。

【0022】

＜導電シート＞
図１は実施形態に係る導電シートを模式的に示す平面図である。また、図２は、図１のII－II線における概略断面図である。なお、図１では、検知層３１及び出力配線５３を実線で示し、接地層３３及び第２入力配線５２を破線で示している。

【0023】

導電シート１は、タッチパネルとして機能させる表示画面を表示させる表示デバイス（例えば、液晶デバイス）の前側または後側に配置される。すなわち、本実施形態に係る導電シート１は、表示デバイスの前後のどちらに配置しても機能させることができるものである。

【0024】

図１，２に示すように、実施形態に係る導電シート１は、シート状（フィルム状または薄板状）の基体２を有している。

【0025】

基体２の表面には、その中央部分を含む矩形状の検知領域Ｒｄにおいて、基体２に近い方から順に、検知層３１、絶縁層３２及び表面側導電層としての接地層３３がそれぞれ一様に形成され、積層されている。同様に、基体２の裏面には、検知領域Ｒｄにおいて、信号入力層４１が一様に形成されている。検知領域Ｒｄとは、導電シート１をパターンレスタッチパネルの部材として用いたときに、タッチ位置を検知する領域に相当する。なお、本実施形態では、基体２の表面が操作者と対向しているものとする。また、「前」とは操作者側を指し、「後」はその反対側を指すものとする。

【0026】

以下、導電シート１の各構成について詳述する。

【0027】

－基体－
基体２は、導電シート１をパターンレスタッチパネルの部材として用いたときに、他部材と導電層２との接触による短絡を防ぐ観点から、絶縁性材料を用いることが好ましい。本実施形態に係る基体２は、所定の厚さを有する基板２１と、基板の表面に粘着フィルム（例えば、ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）フィルム）で貼り付けられた絶縁性フィルム２２からなる。

【0028】

基板２１の材料としては、絶縁性を有する物質であればよく、特に限定されないが、例えば、アルミナやガラスクロス含浸エポキシ樹脂などの硬質板「いわゆるＦＲ４(Flame Retardant Type 4)基板」、樹脂製のフィルム、ゴム材料（柔軟性を有する方が望ましい）からなる群から選択される１種又は２種以上の材料を用いることができる。中でも、検知層３１と信号入力層４１との間の容量を減らす観点から、誘電率の低いＦＲ４基板が望ましい。樹脂製フィルムは、具体的には例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、トリアセテート、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等が挙げられ、特に、耐熱性及びコストの面からＰＥＴフィルムがより望ましい。これらフィルムは可塑剤が入っているため、多少の柔軟性があり、ゴム材でなくともその機能を発現できる。

【0029】

基板２１の厚さは、信号入力層４１と検知層３１との間における良好な信号伝搬性能を得る観点、例えば信号入力層４１と検知層３１との間に形成されるタッチ容量値やタッチ位置から位置検出部６に至るインピーダンス等、に基づいて決定される。基板２１の厚さが十分確保されていないと、位置検出部６（図８参照）において、信号入力層４１と検知層３１との間の容量がタッチ容量に対して相対的に大きい場合に、十分な出力信号が得られない場合がある。具体的に、基体の厚みが０．２ｍｍ以上かつ６．８ｍｍ以下であるのが好ましい。

【0030】

絶縁性フィルム２２は、具体的には例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、トリアセテート、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等が挙げられ、特に、耐熱性及びコストの面からＰＥＮフィルムがより望ましい。絶縁性フィルム２２の厚さは、特に限定されないが、接合応力を回避する観点から、基板２よりも十分に薄いことが好ましく、例えば、１０μｍ～２００μｍである。

【0031】

また、導電シート１を前述の表示デバイスの前側に配置する場合、視認性を確保する観点から、基体２は光透過性が高いもの（例えば、透明）が望ましい。一方で、導電シート１を表示デバイスの後側に配置する場合、基体２は透過性の高い（例えば、透明である）必要はなく、着色されていてもよい。

【0032】

－検知層－
基体２の表面には、矩形状の検知領域Ｒｄに検知層３１が一様に形成され、検知領域Ｒｄの周りを包囲する配線領域Ｒｗに複数の出力配線５３が形成されている。検知領域Ｒｄは、導電シート１をパターンレスタッチパネルの部材として用いたときに、タッチ位置を検知する領域に相当する。換言すると、本発明の導電シート１は、パターンレスタッチパネルに実装されることにより、位置検出部６（図８参照）によってタッチ操作の有無が検出できるように構成されている。なお、検知層３１は、電極Ｅや出力配線５３と信号入力層４１や接地層３３との間に容量が生じるのを避ける観点から、検知領域Ｒｄよりも若干広い検知層形成領域Ｒ１に一様に形成されていることが望ましい。この場合においても、検知領域Ｒｄにおいて、検知層３１は一様に形成されているといえる。

【0033】

検知層３１の各辺上（周縁部に相当）には、各辺のコーナーから所定の間隔をあけた辺長手方向の中間位置に、等しいピッチで複数の電極Ｅ（信号出力ノードＮｏに相当）が形成されている。電極Ｅの数と後述する配線領域の出力配線５３の数とが等しくなっている。図１では、導電層２２の各辺にそれぞれ３個ずつ電極Ｅが設けられている例を示している。なお、本実施形態において、「等しい」とは、実質的に等しければよく、多少の位置ずれがあっても同様の効果が得られる。したがって、「等しい」とは、等しいこと（完全に一致すること）に加えて、概ね等しいことを含む概念である。

【0034】

なお、本実施形態において、タッチ操作とは、タッチパネルに直接タッチする操作と、ホバリング操作とを含む概念である。また、上記「タッチ操作」を行うことを「タッチする」というものとする。また、「タッチ操作」が行われた場合における指示体（例えば、操作者の指）の位置と対応する導電層２上の位置を「タッチ位置」というものとする。

【0035】

検知層３１には、カーボン、銀、銅、アルミニウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、金属ドープ酸化亜鉛、金属ナノワイヤ、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、ポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、及び水溶性スルホン化ポリアニリンからなる群から選択される１種または２種以上の導電材料が含有されている。カーボンは、導電性が発現すれば特に限定されないが、例えば、カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブを用いることができる。

【0036】

検知層３１に用いる導電材料は、基体２との密着性を向上させる目的でバインダーとなる合成樹脂と同時に用いられてもよい。また、加工性の面から、導電材料が分散された合成樹脂と揮発溶剤の混合液を用いることが望ましい。バインダーとなる合成樹脂は、特に限定されないが、経時安定性の面から、耐湿熱性のあるポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタンエステル樹脂、エポキシ樹脂が望ましい。具体的には、ポリエステル樹脂、フッ素系ゴム、ジエン系ゴム、スチレン系ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、チオコール、フッ素系樹脂、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ニトリル樹脂など水への溶解度が１％未満の樹脂が好適に使用できる。なお、導電層には架橋剤が含まれていてもよい。

【0037】

（検知層の抵抗値）
検知層３１は、検出精度に優れ且つ経時安定性に優れた導電シート１を得る観点から、中小型の用途（例えば、タブレットＰＣ等）においては、抵抗値が１ｋΩ／□以上であることが好ましい。抵抗値が１ｋΩ／□未満であると、２つの電極からの検知電流の差動電位で発生するピーク時間が小さくなるため、位置検出部６でのタッチ位置の検出に際してノイズと区別がつかなくなってしまうおそれがある。一方で、大型の用途（例えば、大型パネル）では、タッチ位置から検知層３１の電極Ｅまでの抵抗が高くなるので、下限抵抗値は５０Ω/□以上あれば十分である。また、中小型及び大型の両用途において、検知層３１の抵抗値は、１０ＭΩ／□以下であることが好ましい。抵抗値が１０ＭΩ／□を超えると、位置検出部６でのタッチ位置の検出において抵抗による出力の低下で感度が鈍るだけでなく遅延が発生してしまうおそれがある。

【0038】

（検知層の抵抗値ばらつき）
検知層３１の抵抗値ばらつきは、検出精度の安定性を得る観点から、好ましくは２０％以下である。抵抗値ばらつきを上記範囲に抑えることにより、検知層３１上の場所によらず安定した良好な検出精度を有する導電シート１を実現することができる。

【0039】

（検知層の厚さ）
検知層３１の厚さは、パターンレスタッチパネル用の導電シート１としての十分な抵抗値を得る観点から、平均厚さが好ましくは０．１μｍ以上かつ４０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以上かつ５μｍ以下である。

【0040】

なお、検知層３１の厚さは均一であることが望ましい。ここに、「検知層３１の厚さが均一」であるとは、検知層３１の厚さのばらつきが上記平均厚さの２０％以下であることをいう。検知層３１の厚さが均一であることにより、検知層３１の抵抗値ばらつきが低減され、安定した検出精度を有するとともに、経時安定性の高めることができる。

【0041】

（検知層の透光性）
導電シート１を前述の表示デバイス（図示省略）の前側に配置する場合、導電シート１の検知層３１は、表示画面の視認性を確保する観点から、透過性の高い導電材料で形成することが望ましい。

【0042】

一方で、導電シート１を表示デバイスの後側に配置する場合、表示画面の視認性への影響を考慮する必要がなく、検知層３１は、透過性の低い導電材料で形成することが可能である。具体的には、導電シート１の全光線透過率は、好ましくは８０％未満、より好ましく７０％以下、特に好ましくは５０％以下とすることができる。

【0043】

－出力配線－
基体表面の配線領域Ｒｗには、検知層３１の周縁に沿って延びる複数の出力配線５３が形成されている。出力配線５３は、検知層３１の信号出力ノードＮｏとしての電極Ｅから出力された電流の取得のために用いられる。換言すると、それぞれの出力配線５３は、互いに離間するように設けられている電極Ｅを介して検知層３１に接続されており、この電極Ｅが信号出力ノードとして作用する。また、各出力配線５３は、検知層３１の周縁に沿って引き回され、１箇所（図１では右下の隅角部近傍）に集約され、互いに異なる電極Ｅにそれぞれ接続されている。このように、出力配線５３の端部（電極）を集約させることにより、位置検出部６に接続しやすくなる。

【0044】

出力配線５３の材質は、特に限定されないが、金、銀、銅、アルミニウムなど公知の金属線、金属箔、導電ペーストを用いることができる。電極Ｅを介した出力配線５３と検知層３１との密着性の観点から、出力配線５３は導電ペーストが望ましい。導電ペーストに含まれる導電性物質は、特に限定されないが、カーボン粉、銀粉、銅粉、樹脂コア金属メッキ粉、アルミニウム粉、及び、これら混合粉であってもよく、その形状は特に限定されないが、例えば、球状、リン片状であってもよい。

【0045】

（出力配線の抵抗値）
出力配線５３は、より高い検知電圧を得るために、抵抗率が１×１０^－４Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。出力配線の抵抗率が１×１０^－４Ω・ｃｍを超えると、出力配線５３による電圧降下が大きくなり、後述する信号入力ノードＮｉ（第２及び第３電極Ｅ２，Ｅ３）に必要以上に電圧を印加しなければならないおそれがある。

【0046】

（出力配線のサイズ及び導電層との間隔）
出力配線５３の線幅は、特に限定されないが、加工性の観点から、１０μｍ以上かつ１０００μｍ以下であることが好ましく、具体的には３００μｍ程度であることがより好ましい。出力配線５３の線幅が、１０μｍ未満であると、加工性が著しく低下し、出力配線５３の断線や配線領域Ｒｗの抵抗値上昇のおそれがある。また、出力配線５３の線幅が、１０００μｍを超えると、タッチ位置の検知に関与しない配線領域Ｒｗの容量増大につながるおそれがある。

【0047】

出力配線５３の厚さは、特に限定されないが、加工性の観点から、３μｍ以上かつ２０μｍ以下であることが好ましい。出力配線５３の厚みが、３μｍ未満であると、ハンドリングによる配線の断線や抵抗値上昇のおそれがある。また、出力配線５３の厚みが、２０μｍを超えると、粘度上昇や２回塗工の必要性等に起因して、加工性が著しく低下するおそれがある。

【0048】

さらに、出力配線５３は、図２に示すような検知層３１との接続部（電極Ｅ）以外は、検知層３１や他の出力配線５３から離れて配線されていればよい。好ましくは、検知層３１と出力配線５３との間の間隔が２００μｍ以上離れているとよい。これにより、出力配線５３にノイズが重畳しないようにすることができる。

【0049】

－接地層（表面側導電層）－
図２に示すように、検知層３１や出力配線５３の表面側には、絶縁層３２を介して導電性の接地層３３が積層により一様に形成されている。

【0050】

絶縁層３２は、例えば、粘着フィルムで貼り付けられた絶縁性フィルムで構成することができる。なお、絶縁層３２を構成する絶縁性フィルムの材質や厚さは、基体２を構成する絶縁性フィルムと同様の考え方で設定することができるので、ここではその詳細な説明を省略する。

【0051】

図３に示すように、接地層３３は、検知領域Ｒｄと略同じ広さの接地層形成領域Ｒ２に一様に形成されている。すなわち、接地層３３の形成範囲は、検知層３１よりも若干狭くなるように、かつ、平面視において検知層３１の電極Ｅと重ならないように形成されている。これにより、検知層３１の電極Ｅと接地層３３との間に容量が生じるのを避けることができ、タッチ位置の検出精度を高めることができる。なお、図３では、接地層３３及び第２入力配線５２を実線で示し、検知層３１を破線で示している。

【0052】

接地層３３は、抵抗率が低いことが好ましく、例えば、抵抗率が１×１０^－４Ω・ｃｍ以下であるのが好ましい。また、接地層３３は、銅、アルミニウム、鉄からなる群から選択される１種以上を含有する金属的導体であるのが好ましい。例えば、銅、アルミニウム、鉄、または、それらの合金である。なお、接地層３３に第２入力配線５２を半田付けする場合には、接地層３３として銅を採用するのが好ましい。

【0053】

接地層３３の図面上辺（周縁部に相当）における図面左右方向の左寄りの中間位置には、信号入力ノードＮｉが設けられている。信号入力ノードＮｉには、出力配線５３よりも幅広の第２入力配線５２が接続されている。第２入力配線５２は、図３の図面上方向に延びた後、基体２の周縁に沿って図面右方向及び図面下方向に向かって右辺の上下方向の中間位置までＬ字状に延びている。第２入力配線５２の先端部には、後述する位置検出部６のパターンジェネレータＰＧが接続される。そして、第２入力配線５２を介してパターンジェネレータＰＧからの計測信号が信号入力ノードＮｉに供給される。第２入力配線５２の材質、抵抗値、厚さは、出力配線５３と同様に設定すればよく、ここでは詳細な説明を省略する。また、第２入力配線の線幅は、特に限定されないが、例えば、１０μｍ以上かつ１０００μｍ以下であるのが好ましい。

【0054】

－信号入力層－
図２に示すように、基体２の裏面には、信号入力層４１が形成されている。図４及び図５に示すように、信号入力層４１は、検知領域Ｒｄと略同じ広さの信号入力層形成領域Ｒ３に一様に形成されている。接地層３３と信号入力層４１とは、導電シート１内の平面視における互いの位置が略同じになるように配置されている。なお、図４では、検知層３１及び出力配線５３を実線で示し、信号入力層４１及び第１入力配線５１を破線で示している。また、図５では、信号入力層４１及び第１入力配線５１を実線で示し、検知層３１を破線で示している。

【0055】

図５に示すように、信号入力層４１の図面上辺（周縁部に相当）における図面左右方向の左寄りの中間位置に、信号入力ノードＮｉが設けられている。信号入力ノードＮｉには、出力配線５３よりも幅広の第１入力配線５１が接続されている。第１入力配線５１と第２入力配線５２とは、導電シート１内の平面視における互いの位置が略同じになるように配置されている。具体的に、第１入力配線５１は、図５の図面上方向に延びた後、導電シートの周縁に沿って図面右方向及び図面下方向に向かってＬ字状に、図面右辺の上下方向の中間位置まで延びている。第１入力配線５１の先端部には、後述する位置検出部６のパターンジェネレータＰＧが接続される。そして、第２入力配線５２と同様に、第１入力配線５１を介してパターンジェネレータＰＧからの計測信号が信号入力ノードＮｉに供給される。

【0056】

ここで、図４に示すように、第１入力配線５１及び第２入力配線５２と出力配線５３とが、平面視において重ならないように形成している。これにより、第１入力配線５１と出力配線５３との間及び第２入力配線５２と出力配線５３との間に、配線間容量が発生するのを避けることができる。

【0057】

信号入力層４１は、抵抗率が低いことが好ましく、例えば、抵抗率が１×１０^－４Ω・ｃｍ以下であるのが好ましい。また、信号入力層４１は、銅、アルミニウム、鉄からなる群から選択される１種以上を含有する金属的導体であるのが好ましい。例えば、銅、アルミニウム、鉄、または、それらの合金である。

【0058】

さらに、図２及び図４に示すように、基体２の裏面には、平面視において、出力配線５３と重なる位置に、接地配線４２が形成されている。接地配線４２は、信号入力層４１及び第１入力配線５１と電気的及び機械的に接続されないように、かつ、信号入力層４１の周りを囲むように延びている。このように、出力配線５３の裏面側に接地配線４２を設けることにより、出力配線５３と接地配線４２との間のインピーダンスを所望の値（例えば、５０Ω程度）に整合させることができるようになる。

【0059】

－絶縁カバー層－
図２に示すように、接地層の表面及び信号入力層４１の裏面を絶縁カバー層で覆うようにしてもよい。

【0060】

具体的に、図２の例では、接地層３３の表面に、絶縁性フィルム３４が粘着フィルム（例えば、ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）フィルム）で貼り付けられている。絶縁性フィルム３４は、基体２を構成する絶縁性フィルム２２と同様のものを使用することができるので、ここではその詳細な記載を省略する。

【0061】

また、信号入力層４１の裏面には、ソルダーレジスト４３が塗布されている。ソルダーレジスト４３の材質、厚さは特に限定されず、従来技術に係る汎用品を適用することができる。

【0062】

なお、例えば、導電シート１の前後に空間を設けたり、絶縁性の部品を配置したりする場合や、導電シート１の周りを筐体等で覆ったりした場合には、絶縁カバー層を設けなくてもよい。

【0063】

＜位置検出部＞
図８に示すように、位置検出部６は、信号入力ノードＮｉに計測信号を与えるパルスジェネレータＰＧと、同一構成の２つのアナログスイッチ６１，６１（図８ではＡＳと表記する）と、差動アンプ６２と、ノイズフィルタ６３と、ピークホールド部６４と、アナログデジタル変換回路６５（図８ではＡＤＣと表記する）と、演算部６６を備えている。

【0064】

アナログスイッチ６１，６１は、検知層３１に設けられた電極Ｅの中から任意に選択された測定対象となる２つの電極Ｅ１，Ｅ２（以下、ペア電極という）からの出力信号を通過させる。差動アンプ６２では、アナログスイッチ６１，６１からの出力信号の信号量差を示す差動信号を出力する。ノイズフィルタ６３は、差動アンプ６２から出力された差動信号のノイズ成分を除去する。ピークホールド部６４は、ノイズが除去された差動信号のピーク電圧をアナログ信号として保持する。アナログデジタル変換回路６５は、ピークホールド部６４で生成されたピーク電圧（アナログ信号）に基づいて、ピーク電圧値及びピーク電圧の符号情報をデジタル値に変換する。

【0065】

演算部６６は、位置検出部６の各ブロックの動作を制御するように構成されている。例えば、演算部６６は、検知層３１に設けられた電極Ｅの中からペア電極Ｅ１，Ｅ２（ペアノードに相当）を選択し、ペア電極Ｅ１，Ｅ２を示す電極選択信号ＳＣ１を２つのアナログスイッチ６１，６１に送信する。さらに、演算部６６は、アナログデジタル変換回路６５から出力された差動信号（デジタル値）に含まれる差分情報に基づいて、検知層３１に接近又は接触した物体（例えば、ユーザーの指）の位置を演算により求める。ここで、差分情報とは、差動信号に基づいて得られる情報全般を指すものとする。例えば、差分情報には、差動信号が正の電圧信号か負の電圧信号かを示す符号情報、差動信号の大きさを示す電圧差情報、差動信号が所定の電圧に到達するまでの時間情報等が含まれる。また、演算部６６は、上記制御を行うためのプログラムが格納されたＲＯＭが格納された記憶部（図示省略）を備えている。

【0066】

＜タッチパネルの位置検出原理＞
以下において、導電シート１を用いたパターンレスタッチパネルのタッチ操作に係るタッチ位置の検出原理について、具体的に説明する。図６は、導電シート１を用いたパターンレスタッチパネルにおいて、導電シート１に、位置検知部６のパルスジェネレータＰＧ及び差動アンプ６２を接続した状態を示す模式図である。図６において、Ｚは、信号入力層４１と検知層３１との間のインピーダンス及び検知層３１と接地層３３との間のインピーダンスを示している。このインピーダンスＺは、所定の値（例えば、５０Ω程度）にマッチングされている。なお、図６では、アナログスイッチ６１，６１の図示を省略している。

【0067】

図６において、パルスジェネレータＰＧは、入力抵抗Ｒｉａを介して信号入力層４１の信号入力ノードＮｉに接続されている。また、信号入力層４１の信号入力ノードＮｉと接地層３３の信号入力ノードＮｉとの間に入力抵抗Ｒｉｂが接続され、接地層３３の信号入力ノードＮｉは接地されている。

【0068】

そして、パルスジェネレータＰＧから信号入力ノードＮｉに計測信号が与えられると、計測信号が基体２１を介して検知層３１に伝搬され、検知層３１の電極Ｅから出力信号として出力される。差動アンプ６２には、アナログスイッチ６１，６１を介して、ペア電極Ｅ１，Ｅ２から出力された出力信号が与えられる。その後、後段に接続された演算部６６（図８参照）により、タッチ位置の演算が行われる。

【0069】

具体的に、タッチ位置ＴＰがタッチされた状態において、信号入力ノードＮｉにパルス信号が供給されると、タッチ位置がチャージアップされ、ペア電極Ｅ１，Ｅ２には、それぞれ下式（１）に応じた電圧が出力される。

【0070】

Ｖ＝Ｖｄｄ（１－ｅｘｐ（－ｔ／ＲＣ）） ‥（１）

【0071】

Ｃ＝Ｃ_Ｔ＋Ｃ_Ｓ ‥（２）

【0072】

ここで、式（２）は式（１）のＣの値を示している。式（２）において、Ｃ_Ｔはタッチした指と検知層３１との間の容量であり、Ｃ_Ｓはタッチ位置ＴＰにおける導電シート１の内部の容量である。なお、Ｃｓは、Ｃｔ／Ｃｓの値が、１～１００程度になるように設定されるのが望ましい。

【0073】

また、式（１）のＲには、ペア電極を構成する電極Ｅ１，Ｅ２とタッチ位置との間の抵抗値であるＲ_１，Ｒ_２と、各電極Ｅ１，Ｅ２から位置検知装置６までの配線抵抗Ｒ_Ｌおよび信号入力層４１と検知層３１との間のインピーダンスＺの抵抗成分Ｒ_Ｚが含まれる。ただし、配線抵抗Ｒ_Ｌ及び抵抗成分Ｒ_Ｚはほとんど影響がない程度に小さくできるため、以下の計算では、配線抵抗Ｒ_Ｌ及び抵抗成分Ｒ_Ｚは「０（ゼロ）」であるものとする。

【0074】

そうすると、ペア電極のうちの一方の電極Ｅ１とタッチ位置ＴＰとの間の抵抗をＲ_１とすると、電極Ｅ１には、それぞれ下式（３）で示す電圧が出力される。

【0075】

Ｖ_１＝Ｖｄｄ（１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｒ_１Ｃ）） ‥（３）

【0076】

同様に、ペア電極のうちの他方の電極Ｅ２とタッチ位置ＴＰとの間の抵抗をＲ_２とすると、電極Ｅ２には、それぞれ下式（４）で示す電圧が出力される。

【0077】

Ｖ_２＝Ｖｄｄ（１－ｅｘｐ（－ｔ／Ｒ_２Ｃ）） ‥（４）

【0078】

したがって、差動アンプ４２からは、下式（５）に示す差動信号（式（３），（４）の差分の信号）が出力される。

【0079】

Ｖｄｆ＝Ｖ_１－Ｖ_２
＝Ｖｄｄ（－ｅｘｐ（－ｔ／Ｒ_１Ｃ）＋ｅｘｐ（－ｔ／Ｒ_２Ｃ））‥（５）

【0080】

図７はユーザーによりタッチ位置ＴＰがタッチされた場合におけるペア電極Ｅ１，Ｅ２の出力信号及び差動アンプ４２から出力される差動信号の一例を示した図である。図７において、縦軸は電圧値であり、横軸は時間である。また、図７（ａ）は後述する式（１），（２）で求められるＶ_１，Ｖ_２の信号波形を示しており、図７（ｂ）は式（３）で求められるＶ_ｄｆの信号波形を示している。

【0081】

そして、位置検出部６の演算部６６では、タッチ位置に応じて式（５）で示される差動信号の符号や大きさ等（以下、差動信号情報という）が異なるため、その差動信号情報に基づいてタッチ位置を演算することができる。

【0082】

なお、タッチ操作の種別（タッチパネル上に直接指示体が触れる操作とホバリング操作）によって、位置検出部６で検出される電圧の振幅が異なるが、タッチ操作の種別によらず基本的な検出原理は同じである。同様に、タッチ位置が１点（いわゆる１点タッチ）の場合、タッチ位置が２点（いわゆる２点タッチ）の場合、および、タッチ位置が３点以上（いわゆるマルチタッチ）の場合についても位置検出部６で検出される電圧の振幅が異なるが、基本的な検出原理は同じである。

【0083】

以上のように、本願発明者らは、絶縁性を有する基体２にタッチ位置を検知するための検知領域Ｒｄを設定し、検知領域Ｒｄの裏面側に計測信号を与えるための信号入力層４１を一様に形成し、検知領域Ｒｄの表面側に基体２を介して伝搬された計測信号を出力するための信号出力ノードＮｏが形成された検知層３１を一様に形成した導電シート１をパターンレスタッチパネルに用いることで、高精度なタッチ位置の検知が可能であることを見いだした。具体的には、信号入力層４１と検知層３１とを分離しているので、信号入力ノードＮｉと信号出力ノードＮｏとの間で信号の干渉が起こらないようにすることができる。

【0084】

＜その他の実施形態＞
上記実施形態では、検知領域Ｒｄが矩形状であり、検知層３１及び信号入力層４１が矩形状であるものとしたが、これに限定されない。例えば、図１２に示すように、検知領域Ｒｄ（検知層３１及び信号入力層４１）が楕円形状であってもよい。なお、検知層３１は、図１の場合と同様に、信号入力層４１よりも若干広い領域に形成されているのが好ましい。なお、検知領域Ｒｄが楕円形状であっても、タッチ位置の検出原理は上記実施形態と同様であり、ここではその詳細説明を省略する。

【0085】

上記実施形態では、配線領域Ｒｗが、検知層３１の周りを取り囲んでいる（包囲している）例を示しているが、これに限定されず、配線領域Ｒｗは、検知領域Ｒｄの周りに設けられていればよい。例えば、基体２が矩形状のフィルムで、かつ、検知領域Ｒｄも矩形状である場合において、配線領域Ｒｗが、（１）コの字状（検知領域Ｒｄの３辺の周りに設けられるもの）、（２）ニの字状（検知領域Ｒｄの対向する２辺の周りに設けられるもの）及び（３）Ｌ字状（検知領域Ｒｄの直交する２辺の周りに設けられるもの）であってもよい。ただし、検知層３１の４辺それぞれに電極Ｅを設けることによりタッチ位置の検出精度を向上させることができるので、配線領域Ｒｗが検知領域Ｒｄを包囲していることが最も好ましい。したがって、検知領域Ｒｄの検知層３１が矩形状の場合、配線領域Ｒｗはロ字状に形成されていることが最も好ましい。

【0086】

また、上記実施形態では、検知層３１の各辺の中間位置に各３つの電極４を設けた例を示しているが、これに限定されない。例えば、検知層３１の各辺の中間位置に加えてまたは代えて検知層３１の四隅に電極Ｅを形成してもよい。また、検知層３１の周縁部に合計で少なくとも２つの電極Ｅが形成されていればよく、その電極Ｅがどの辺に、何個ずつ設けられているかについて特に限定されない。例えば、検知層３１の辺のうち、電極Ｅが設けられていない辺があってもよい。これらの電極Ｅの配置及び電極数は、パターンレスタッチパネルのサイズ、検出精度等の設計仕様に基づいて適宜変更することができる。ただし、パターンレスタッチパネルでは、従来型（アレイ型）タッチパネルと比較して、多数の電極を設ける必要がない特徴がある。具体的には、パターンレスタッチパネルに必要な電極数は、パネルのサイズ及び要求精度にもよるが、検知層３１の周の長さが１ｍ未満の場合、検知層３１の周縁部に合計２０個（例えば、各辺５個ずつ）あれば十分な検出精度を得ることができる。この必要な電極数は、パネルのサイズが大きくなる場合、その大きさに合わせて適宜増加させればよい。例えば、検知層３１の周の長さが数ｍあるようなタッチパネル（例えば、会議室や教室等に設置されるホワイトボード）においても、検知層３１の周縁部に合計３０～４０個程度の電極があれば十分な検出精度を得ることができる。

【実施例】

【0087】

次に、具体的に実施した実施例について説明する。なお、以下の実施例に記載された各種の数値は、発明の理解を助けることを目的として例示したものであり、以下に記載された数値に限定することを意図するものではまったくない。

【0088】

（実施例１）
２５ｃｍ×３０ｃｍ、厚さ１．６ｍｍのＦＲ４基板の表面に、光学粘着（厚さ５０μｍ）で、ＰＥＮフィルム（２５ｃｍ×３０ｃｍ、厚さ５０μｍ）を貼り合わせて基体２を構成した。

【0089】

－検知層（導電層）の塗工－
カーボンを含有する塗工液は、カーボン含有量２．５質量％、ポリエステル樹脂を１２．０質量％、残部溶剤となるように、大阪印刷インキ製造株式会社製ＥＸＰ２８００４ＥＣ黒コンク（カーボン含有量２．５質量％、ポリエステル樹脂１２．０質量％、残部溶剤）を使用した。この塗工液を、上記基体２のＰＥＮフィルム表面の検知領域Ｒｄにダイレクトグラビアを用いて塗布した。具体的には、塗布範囲は、ＰＥＮフィルムの中央部のみ、つまり検知層の周囲が配線領域Ｒｗ（導電層が形成されていない余白）となる様に、１７ｃｍ×２２ｃｍの長方形形状の範囲とした。その後、１２０℃にて１分間乾燥した。乾燥後に形成された検知層３１は、カーボン濃度が１７．２質量％で、厚みが２．６４μｍであった。

【0090】

－配線の形成－
次いで、上記基体のＰＥＮフィルム表面の配線領域Ｒｗに、検知層３１の周縁に沿って延びる複数の出力配線５３を形成した。出力配線５３の線幅が３００μｍとなるように、スクリーン印刷によりＡｇペースト（東洋紡株式会社製ＤＷ－４２０Ｌ－２）を用いて形成した。各出力配線５３は、隣接する配線同士の間隔がそれぞれ２００μｍとなるようにした。また、検知層３１の辺に隣接する出力配線５３は、検知層の周縁との間隔Ｄ１が５００μｍとなるようにした。

【0091】

－接地層の形成－
検知層３１の表面側において、検知領域Ｒｄに、絶縁層３２としての絶縁性フィルムを介して接地層３３を形成した。接地層３３の形成範囲は、検知層３１よりも若干狭くなるように設定している。

【0092】

－信号入力層の形成－
基体２の裏面の検知領域Ｒｄに、検知層３１よりも若干狭くなるように設定した信号入力層４１を形成した。

【0093】

－絶縁カバー層の形成－
接地層３３の表面全体及び信号入力層４１の裏面全体を絶縁カバー層３４，４３で覆った。接地層３３の表面には、ＯＣＡフィルムを介してＰＥＮフィルムを貼り付けた。また、信号入力層４１の裏面には、ソルダーレジストを塗布した。

【0094】

－タッチ位置検出試験－
パターンレスタッチパネルの試作機（明星大学製）に導電シート１を設置し、タッチ操作によるタッチ位置の検知精度について検証を行った。試作機では、検知層３１を上側に向けた状態で導電シート１をアクリル板上に静置した。さらに、導電シート１に設けた出力配線５３を位置検出部６に接続した。位置検出部６では、任意に選択されたペア電極から出力された出力信号に基づいて、差動ピーク電圧等の差動情報を取得し、演算部６６で演算をするようにした。演算部６６には、差動情報を表示画面（図示省略）で確認できるような設定（プログラミング）を行った。

【0095】

上記のように、設定されたパターンレスタッチパネルの試作機において、タッチ位置検出試験を行った。具体的に、図９に示すように、導電シートの検知領域を８０個の分割領域に分割し、実験者が指で丸印または三角印に示す２点をタッチすると共に、そこから矢印に沿って指を動かした場合の出力結果を確認した。なお、図９では、説明の便宜上、電極Ｅのうち、検知層３１の左辺／右辺に設けられた電極を図面上から下に向かって順にＥ１１／Ｅ３１，Ｅ１２／Ｅ３２，Ｅ１３／Ｅ３３とした。同様に、検知層３１の上辺／下辺に設けられた電極を、図面右から左に向かって順にＥ２１／Ｅ４１，Ｅ２２／Ｅ４２，Ｅ２３／Ｅ４３とした。

【0096】

図１０及び図１１に実験結果を示している。図１０及び図１１に示されるように、丸印及び三角印の２点タッチの両方において、タッチ位置の移動に伴って線形的かつ大きな（有意な）電圧変化を検出することができた。この検出データに対し、例えば、パーセトプロンの概念を利用したディープラーニングのアルゴリズムを適用することにより、良好な検知精度でタッチ位置を演算することができる。

【0097】

ディープラーニングに用いる学習データは、例えば、以下の方法で取得することができる。まず、上記分割領域に対して適当に間引いた特定点に対して人物や環境を変えた正味データを取得し、その特定点を学習させる。このとき、正味データの取得は、数百回以上好ましくは千回以上実施するとよい。その後、間引かれた部分に関して、内挿及び外挿により補間する。

【産業上の利用可能性】

【0098】

本発明は、タッチ位置の検出精度が高いパターンレスタッチパネル用の導電シートをもたらすことができるので、極めて有用である。

【符号の説明】

【0099】

１ 導電シート（パターンレスタッチパネル用導電シート）
２ 基体
３１ 検知層
３３ 接地層（表面側導電層）
４１ 信号入力層
６ 位置検出部
Ｎｉ 信号入力ノード
Ｎｏ 信号出力ノード
Ｒｄ 検知領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】