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JP6369616B1 - タッチパネル及びウェアラブル機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】FPCと熱圧着するための領域を不要としたタッチパネルを提供する。【解決手段】基材、当該基材に設けられる第1の電極、及び、当該第1の電極に接続され、基材の第1の外周部に沿うように設けられる接続パッドを有するセンサ部と、第2の外周部に沿うように第2の電極が設けられている基板と、センサ部の第1の外周部及び基板の第2の外周部との間に介在し、第1の電極及び第2の電極に接触する異方導電体とを有するタッチパネルである。【選択図】図1

Description

本発明は、タッチパネル及びウェアラブル機器に関する。
近年、モバイル機器や携帯電話機器、カーナビゲーション装置等が備える液晶表示素子等のディスプレイ上に、操作入力を検出するためのタッチパネル(タッチスクリーンとも称される)が広く普及している。タッチパネルの一つの方式として、静電容量式のタッチパネルが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載のタッチパネルは、ガラス基板上に設けられたX軸方向及びY軸方向の電極を有し、それぞれの電極に接続された信号ライン(配線)を有している。各電極から引き回された信号ラインはガラス基材上の所定箇所に集められ、信号ラインが集約された接続部がFPC(Flexible Printed Circuits)と熱圧着等により接続される。タッチパネルへの駆動信号、あるいは、タッチパネルからの出力信号は、FPCを介して制御IC(Integrated Circuit)等が実装された基板との間で伝送される。
特開2012−212335号公報
しかしながら、特許文献1に記載のタッチパネルでは、接続部とFPCとを熱圧着するための領域を確保する必要があり、タッチパネルの小型化が困難であるという問題があった。また、基材の外周に引き回した信号ラインを細くすることにより信号ラインの単位長さ当たりの抵抗値が大きくなって信号ラインのインピーダンスが高くなるため、信号ラインによって伝送された信号のS/N比が悪化してタッチパネルの検出性能が低下する虞があった。特に、タッチパネルが狭額縁品の場合には、信号ラインを一層細くすることが必要となるため、上述した問題が顕著になる虞があった。
また、近年、ディスプレイの狭額縁化の進行に伴う対応がタッチパネルにも要求されている。具体的には、基材からの出力部をディスプレイの外側ですぐに折り曲げて基板側に回すことが求められている。このような場合には、熱圧着するための領域を確保することが困難である。また、FPCを用いずに基材そのものを折り曲げた場合には、基材上の信号ラインが断線する問題もある。更に、信号ラインが断線した場合や熱圧着等による接続に接続不良が生じた場合には、当該製品を廃棄せざるを得ず歩留まりが低下する虞もある。
従って、本発明は、上記問題を解決する新規且つ有用なタッチパネル及びウェアラブル機器を提供することを目的の一つとする。
本発明は、
基材、当該基材に設けられ、静電容量を検出するための複数の第1の電極、及び、当該第1の電極に接続され、基材の第1の外周部に沿うように全周にわたって設けられる複数の接続パッドを有するセンサ部と、
第2の外周部に沿うように全周にわたって複数の第2の電極が設けられている基板と、
センサ部の第1の外周部及び基板の第2の外周部との間に全周にわたって介在し、第1の電極及び第2の電極に接触する異方導電体と
を有するタッチパネルである。
本発明によれば、少なくとも、接続部とFPCとを熱圧着するための領域を不要とすることができる。なお、本明細書において例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。
図1は、第1の実施形態に係るウェアラブル機器の構成例を示す分解斜視図である。 図2は、第1の実施形態に係るセンサ部の構成例を説明するための図である。 図3は、第1の実施形態に係る基板の構成例を説明するための図である。 図4は、第1の実施形態に係るゼブラコネクタの構成例を説明するための図である。 図5は、第1の実施形態に係るゼブラコネクタの構成例を説明するための断面図である。 図6は、第2の実施形態に係るセンサ部の構成例を説明するための図である。
以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。説明は以下の順序で行う。
<1.第1の実施形態>
<2.第2の実施形態>
<3.変形例>
但し、以下に示す実施形態等は、本発明の技術思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明は例示された構成に限定されるものではない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものではない。特に、実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置、上下左右等の方向の記載等は特に限定する旨の記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがあり、また、図示が煩雑となることを防止するために、参照符号の一部のみを図示する場合もある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
<1.第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態では、タッチパネルの一例として、電極と人体(指先)や操作用のペン等との間に生じる静電容量の変化を検出する自己容量型の静電容量式タッチパネルを例にして説明する。係るタッチパネルは、携帯電話機、カーナビゲーション装置等種々の電子機器の入力装置として用いることができる。本実施形態では、タッチパネルを腕時計型のウェアラブル機器に適用した例について説明する。
[ウェアラブル機器の全体構成例]
図1は、第1の実施形態に係るウェアラブル機器1の分解斜視図である。ウェアラブル機器1は、例えば、センサ部2と、基板3と、異方導電体の一例であるゼブラコネクタ4と、ディスプレイ5とを有している。ウェアラブル機器1のユーザが視認する方向AAに対して、センサ部2、ディスプレイ5、ゼブラコネクタ4及び基板3が積層するように配置されている。本実施形態に係るタッチパネル(タッチパネル10)は、上述したウェアラブル機器1の構成のうち、センサ部2、基板3及びゼブラコネクタ4を含む構成を有している。
[センサ部について]
続いて、ウェアラブル機器1を構成する各部の詳細について説明する。始めに、センサ部2の詳細について説明する。図2は、センサ部2の構成例を説明するための平面図であって、後述する電極22等を操作入力面側から透過視して示した図である。センサ部2は、円形状の基材21を有している。基材21は、ガラスやフィルム等の絶縁性のものであり、ディスプレイ5の表示内容を視認できる程度に透明なものである。基材21の基板3と対向する側の主面には、電極22(第1の電極)が設けられている。図2に示す例では、16個の電極22が設けられ、それらの電極22は互いに絶縁されている。
基材21の外周部(第1の外周部)にはその外周部に沿うように、電極22に接続される接続パッド23が設けられている。基材21の外周部とは、基材21の外縁近傍の領域を意味する。接続パッド23は、後述する基板3の電極に対してゼブラコネクタ4を介して電気的に接続される箇所である。具体的には、ある電極22aには、基材21の外周部に設けられた2個の接続パッド23a、23bが接続されている。また、基材21の中心付近に配設されている4つの電極22には、それぞれ、1個の接続パッドが接続されている。このように、1つの電極22に接続される接続パッド23の数は1個でも良いし、複数でも良いが、接続パッド23を複数とした方が、接続パッド23の接触面積が大きくなり、接触抵抗を小さくすることができる点で好ましい。
電極22及び接続パッド23は、ITO(Indium Tin Oxide)膜等からなる透明な電極パターンである。電極22及び接続パッド23は、例えば、フォトリソグラフィ法やレーザーエッチング法を用いた工程により形成される。なお、電極22の形状、個数や接続パッド23の形状、個数は、電極22及び接続パッド23の形成する際のパターニングや基材21の大きさ等に応じて適宜なものとされる。また、電極22及び接続パッド23が透明な導電性インクを用いた印刷法で形成されてもよく、電極22を形成する方法と接続パッド23を形成する方法とがそれぞれ異なっていても良い。
[基板について]
次に、基板3の詳細について説明する。図3は、基板3の構成例を説明するための図である。基板3は、センサ部2の大きさと略同様の大きさであり、円形状を有している。基板3は、その外周部(第2の外周部)に沿うようにして設けられる電極(第2の電極)31を有している。電極31は、上述したセンサ部2の接続パッド23に対してゼブラコネクタ4を介して電気的に接続される。なお、図3では、外周部に沿って略等間隔に電極31が設けられているが、その全てが接続パッド23と電気的に接続されている必要は無く、一部の電極31のみが接続パッド23と電気的に接続されていても良い。また、接続パッド23の配置態様に応じた数の電極31が基板3上の適宜な位置に設けられていても良い。
基板3には、制御部としての制御IC(図示は省略している)が実装されている。制御ICは電極31に接続されており、電極31、ゼブラコネクタ4を介してセンサ部2に接続されている。制御ICは、センサ部2へ駆動信号を供給するとともに、センサ部2からの出力信号に基づいて、センサ部2に対して接触操作がなされた箇所を検出する。制御ICは、検出結果に応じた種々の制御を実行する。
[ゼブラコネクタについて]
次に、ゼブラコネクタ4の詳細について説明する。図4は、ゼブラコネクタ4の構成例を説明するための斜視図であり、図5は、図4における切断線A−Aでゼブラコネクタ4を切断した場合の断面を示す断面図である。
ゼブラコネクタ4は、センサ部2の外周部と基板3の外周部との間に介在している。ゼブラコネクタ4は、一定の弾性を有するゴム状のものであり、センサ部2の基材21及び基板3と略同一の大きさ(直径)である。ゼブラコネクタ4は、リング状の基部41を有している。基部41の一方の主面(操作入力側に近い面)の略中央には、段部42が形成されている。段部42により基部41の内側が外側に対して低くなっており、基部41の断面は、図5に示すようにL字状を有している。基部41は、一方の主面として外周上面43a及び内周上面43bを有し、他方の主面として底面44を有している。
ゼブラコネクタ4の基部41には、導電性を有する箇所である導電部45と、絶縁性の箇所である絶縁部46とが交互に形成されており、導電部45において選択的に外周上面43aあるいは内周上面43bと底面44との間を導通させる。図4では、導電部45にハッチングを付している。なお、図4では、理解を容易とするために導電部45及び絶縁部46のピッチ間隔を大きく示しているが、より細かいピッチ間隔、例えば0.1〜0.3mm程度のピッチで導電部45及び絶縁部46が形成されているものであっても好適に用いることができる。
[ディスプレイについて]
次に、ディスプレイ5の詳細について説明する。ディスプレイ5は、センサ部2と基板3との間に介在している。ディスプレイ5は、LCD(Liquid Crystal Display)やOLED(Organic Light Emitting Diode)等から構成されるものであって、ドットマトリクスによる任意の表示が可能である。ディスプレイ5は円形状を有し、ディスプレイ5の外周部(外縁近傍の領域)がゼブラコネクタ4の内周上面43b上に載置可能な程度の大きさである。ディスプレイ5には、ウェアラブル機器1の機能に対応する内容が表示される。例えば、日時、時刻、温度や湿度、気圧等の環境情報、現在位置等がディスプレイ5に表示される。ゲームの表示やテレビジョン放送、インターネット等のネットワークを介して得られる情報等がディスプレイ5に表示されても良い。また、ウェアラブル機器1がスマートフォン等の携帯型の機器と連携することで得られる情報がディスプレイ5に表示されても良い。
なお、基板3にディスプレイ5を駆動する回路が更に実装されていても良い。ディスプレイ5を駆動する回路は、ディスプレイ5の構成に対応した制御を行う制御部としての制御IC等を有する回路であって、上述したタッチパネル10に係る制御ICと一体化されたICであっても良い。ディスプレイ5と基板3との間は、上述したセンサ部2の接続パッド23と基板3上の電極31に係る構成と同様に、ディスプレイ5と基板3のそれぞれに対向する接続パッドを配設して(図示しない)、ゼブラコネクタ4を介して接続しても良い。この場合、センサ部の電極22、ディスプレイ5の電極、および、それらに対向する基板3上の電極31を、セブラコネクタ4を介して短絡が生じないように適切に配設する。あるいは、ディスプレイ5と基板3との間を図示しないFPC等を用いて接続しても良い。このように、基板3にディスプレイ5を駆動する回路を更に実装することで、センサ部2の駆動と出力信号を処理する回路が実装される基板とディスプレイを駆動する回路が実装される基板とを共通化することができるため、機器を小型化できる。
[ウェアラブル機器の製造方法]
次に、ウェアラブル機器1の製造方法の一例について説明する。ディスプレイ5の外周部をゼブラコネクタ4の内周上面43bに載置する。これにより、ディスプレイ5はゼブラコネクタ4により支持されると共に位置決めされる。
続いて、センサ部2の外周部をゼブラコネクタ4の外周上面43aに接触させると共に、基板3の外周部をゼブラコネクタ4の底面44に接触させる。そして、図示しないタッチパネル10に即した形状の筐体あるいはフレーム等を用いて、センサ部2、基板3及びゼブラコネクタ4を図1における垂直方向(方向AA)に沿って押圧力をもって一体化させる。適度に押圧がなされると、ゼブラコネクタ4の導電部45が接触することにより、センサ部2における所定の電極22と、基板3におけるその電極22と対向する電極31との間で電気的な導通が得られる。センサ部2への駆動信号や、センサ部2に対する操作入力に対応して出力される出力信号が、ゼブラコネクタ4及び電極31を介して基板3上に実装された制御ICとの間で伝送される。
以上説明したウェアラブル機器1、若しくはタッチパネル10によれば、以下に例示する効果を得ることができる。
・セブラコネクタ4を用いて押圧によって接続させることによりセンサ部2と基板3との間の導通を得る構成としているため、従来は必要であった接続部とFPCとを熱圧着するための領域を不要とすることができる。従って、ウェアラブル機器1又はタッチパネル10を小型化することができる。
・また、電極22と接続パッド23との間を、従来のように基材の外周に沿って引き回す配線を用いずに最短距離で接続することができる。従って、信号ラインのインピーダンスを低くすることができる。
・更に、基材21を折り曲げる必要も無く断線の問題も生じない。
・センサ部2と基板3との間に相対的な位置ずれ等に起因する電気的な接続不良が仮に生じた場合でも、再度位置決め等した後フレーム等を用いた押圧を行えば良い。従って、従来、熱圧着による接続部分において位置ずれが発生した場合は修正ができず、製品を廃棄することを余儀なくされていたが、その必要が無くなるため、製造工程における歩留まりを向上させることができる。
<2.第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態で説明した事項は、特に断らない限り第2の実施形態にも適用することができる。
図6は、第2の実施形態に係るセンサ部(センサ部2a)の構成例を説明するための平面図である。センサ部2aは、矩形状の基材26を有している。基材26は、ガラスやフィルム等の絶縁性のものであり、ディスプレイの表示内容を視認できる程度に透明なものである。
第2の実施形態では、1枚の基材26の一方の面上に、ITO膜等からなる透明電極パターン27、28が設けられている。透明電極パターン27は、X軸方向に延在しY軸方向に沿って整列される4列の透明電極パターン27a、27b、27c、27dを有している。透明電極パターン27は、複数の電極を有している。例えば、透明電極パターン27aは、基材26の一方の外縁に近い側から順に、電極271、272、273、274及び275を有している。このうち、電極272、273及び274は、対角線の長さが略等しい菱形状(ダイヤモンド形状)を有しており、両端の電極271及び275は、菱形状の形状が対角線で分割された三角形状を有している。他の透明電極パターン27b等についても同様である。
透明電極パターン28は、Y軸方向に延在しX軸方向に沿って整列される4列の透明電極パターン28a、28b、28c、28dを有している。透明電極パターン28は、複数の電極を有している。例えば、透明電極パターン28aは、基材26の一方の外縁に近い側から順に、電極281、282、283、284及び285を有している。このうち、電極282、283及び284は、例えば電極272と略同じ大きさ及び形状を有しており、両端の電極281及び285は、例えば電極271と略同じ大きさ及び形状を有している。他の透明電極パターン28b等についても同様である。なお、透明電極パターン28を構成する各電極は、図示しない公知のブリッジ構造によって接続されている。
なお、このような態様以外に、例えば、2枚の基材のうちの一方の基材に透明電極パターン27が設けられ、また、2枚の基材のうちの他方の基材に透明電極パターン28が設けられ、これら2枚の基材をZ軸方向に対して対向するように配置して、光学粘着シート(OCA(Optical Clear Adhesive))等によって貼り合わせた、貼り合わせ構造が採用されても良い。
透明電極パターン27を構成する各電極のうち、外縁に近い箇所に位置する両端の電極(第2の実施形態における第1の電極)に、ITO膜等からなる接続パッドが接続されている。また、透明電極パターン28を構成する各電極のうち、外縁に近い箇所に位置する両端の電極(第2の実施形態における第1の電極)に、ITO膜等からなる接続パッドが接続されている。例えば、透明電極パターン27aを構成する電極271の3個の辺部のうち基材26の外縁と略平行な辺部に対して矩形状の接続パッド29aが接続される。例えば、透明電極パターン27aを構成する電極275の3個の辺部のうち基材26の外縁と略平行な辺部に対して矩形状の接続パッド29bが接続される。また、例えば、透明電極パターン28aを構成する電極281の3個の辺部のうち基材26の外縁と略平行な辺部に対して矩形状の接続パッド29cが接続される。例えば、透明電極パターン28aを構成する電極285の3個の辺部のうち基材26の外縁と略平行な辺部に対して矩形状の接続パッド29dが接続される。図6では、理解の容易のために、電極と接続パッドの境界に仮想的な点線を付している。なお、個々の接続パッドを区別する必要がない場合は、接続パッド29と適宜総称する。
透明電極パターン27、28を構成する電極のうち、端部に位置する電極に接続パッド29が接続されることにより、接続パッド29が基材26の外周部(第2に実施形態における第1の外周部)に沿うように枠状に設けられる。なお、基材26の外周部とは、基材26の外縁近傍の領域を意味する。透明電極パターン27、28及び接続パッド29は、例えば、フォトリソグラフィ法やレーザーエッチング法を用いた工程により形成されるが、それぞれが別の方法で形成されても良い。また、透明電極パターン27、28及び接続パッド29が透明な導電性インクを用いた印刷法で形成されても良い。
第2の実施形態に係る接続パッド29は、当該接続パッド29が接続される電極の最大幅と略同一の幅を有している。例えば、本実施形態では、電極の最大幅は当該の電極の対角線51の長さとなっている。接続パッド29は、対角線51の長さと略同一の幅52を有している。略同一とは、同一又は同一に対して製造工程において生じ得る微細な誤差の範囲を意味する。更に、接続パッド29は、基材26の外側に向かって幅52を維持する矩形状となっている。
なお、図示は省略しているが、基板、ゼブラコネクタ及びディスプレイは、センサ部2aの形状(矩形状)に対応して全体の形状が矩形状である他は、第1の実施形態と同様の構成を有し、作用を奏する。第2の実施形態に係るタッチパネルは、例えば、センサ部2a、基板及びゼブラコネクタを含む構成を有している。係るタッチパネルは、送信電極及び受信電極のそれぞれとして機能する透明電極パターン27、28間の静電容量変化を検出する相互容量型の静電容量式タッチパネルとして動作する。
第1の実施形態と同様にして各部材が押圧力をもって一体化される。即ち、ディスプレイの外周部をゼブラコネクタの内周上面に載置する。これにより、ディスプレイはゼブラコネクタにより支持されると共に位置決めされる。続いて、センサ部2aの外周部をゼブラコネクタの外周上面に接触させると共に、制御ICが実装され所定の配線パターンが形成された基板の外周部をゼブラコネクタの底面に接触させる。そして、図示しないタッチパネルに即した形状の筐体やフレーム等を用いて、センサ部2a、基板及びゼブラコネクタを垂直方向(図6におけるZ軸方向)に沿って押圧力をもって一体化させる。適度に押圧がなされると、ゼブラコネクタの導電部が接触することにより、センサ部2aにおける所定の接続パッド29と基板における対応する電極と、基板におけるその電極と対向する電極との間で電気的な導通が得られる。これにより、センサ部2aへの駆動信号や、センサ部2aに対する操作入力に対応して出力される出力信号が、ゼブラコネクタ及び電極を介して基板上に実装された制御ICとの間で伝送される。
以上説明した第2の実施形態によれば、上述した第1の実施形態により得られる効果の他に、下記に例示する効果を得ることができる。
接続パッド29が電極の最大幅を有する構成とすることにより、接続パッド29の面積を大きくすることができる。これにより、センサ部2aと異方導電体との間の接触面積を大きくすることができ、接触抵抗を小さくすることができる。従って、センサ部2aから制御ICへ至る信号経路のインピーダンスをさらに低くすることができ、タッチパネルの検出性能が低下することを防止することができる。
<3.変形例>
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく各種の変形が可能である。
上述した第2の実施形態において、第1の実施形態で述べた構成と同様に、基板にディスプレイを駆動する回路が更に実装されていても良い。これにより、センサ部2aの駆動と出力信号を処理する回路が実装される基板とディスプレイを駆動する回路が実装される基板とを共通化することができる。
上述した第2の実施形態において、透明電極パターンの両端ではなく一方の電極にのみに接続パッド29が接続される構成でも良い。また、接続パッド29が幅52の箇所から基材26の外側に向かって、隣接する接続パッド29と接触しない程度に幅広となる構成が採用されても良い。これにより、接続パッド29の面積をより大きくすることができる。また、透明電極パターンの数や透明電極パターンを構成する電極の数、形状等は適宜、変更することができる。
タッチパネルが適用される機器に応じた構成が適宜、追加されても良いことは言うまでもない。例えば、上述した実施形態のように、タッチパネルが時計型のウェアラブル機器に適用される場合には、ウェアラブル機器がバンドやボタン等の構成を有していても良い。
本発明の静電容量式タッチパネルは、上述した実施形態で説明したように、自己容量型の静電容量式タッチパネルでも良いし、相互容量型の静電容量式タッチパネルでも良いし、抵抗膜式タッチパネルに対しても適用することができる。
上述の実施形態及び変形例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値等を用いてもよく、公知のもので置き換えることも可能である。また、実施形態及び変形例における構成、方法、工程、形状、材料及び数値等は、技術的な矛盾が生じない範囲において、互いに組み合わせることが可能である。
1・・・ウェアラブル機器、2,2a・・・センサ部、3・・・基板、4・・・ゼブラコネクタ、5・・・ディスプレイ、10・・・タッチパネル、21、26・・・基材、22,31・・・電極、23,29・・・接続パッド、52・・・幅

Claims (6)

  1. 基材、当該基材に設けられ、静電容量を検出するための複数の第1の電極、及び、当該第1の電極に接続され、前記基材の第1の外周部に沿うように全周にわたって設けられる複数の接続パッドを有するセンサ部と、
    第2の外周部に沿うように全周にわたって複数の第2の電極が設けられている基板と、
    前記センサ部の第1の外周部及び前記基板の第2の外周部との間に全周にわたって介在し、前記第1の電極及び前記第2の電極に接触する異方導電体と
    を有するタッチパネル。
  2. 1つの前記第1の電極に複数の前記接続パッドが接続されている
    請求項1に記載のタッチパネル。
  3. 前記接続パッドは、当該接続パッドが接続される前記第1の電極の最大幅と略同一の幅を有する
    請求項1に記載のタッチパネル。
  4. 前記センサ部と前記基板との間に介在するディスプレイを有し、
    前記ディスプレイが前記異方導電体によって支持されている
    請求項1から3までの何れかに記載のタッチパネル。
  5. 前記基板に、前記センサ部に接続される制御部と前記ディスプレイに接続される制御部とが設けられている
    請求項4に記載のタッチパネル。
  6. 請求項1から5までの何れかに記載のタッチパネルを有するウェアラブル機器。
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