输入装置以及具备该输入装置的显示装置的制作方法

专利名称：输入装置以及具备该输入装置的显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及向画面输入坐标的输入装置以及具备该输入装置的显示装置，特别涉 及能够通过作为绝缘体的树脂笔等进行输入的电容耦合方式的输入装置以及具备该输入 装置的显示装置。
背景技术：
具备具有使用者用手指等通过触摸操作(接触按压操作，以下简称为触摸)对显 示画面输入信息的画面输入功能的输入装置(以下，也称为触摸传感器或者触摸面板)的 显示装置常用于PDA、便携终端等移动用电子设备、各种家电产品、以及无人接待机等放置 型顾客引导终端。作为实现这样的通过触摸进行的输入装置的方式，已知对被触摸的部分 的电阻值变化进行检测的电阻膜方式、或者对电容变化进行检测的静电电容耦合方式、对 由于触摸而被遮蔽的部分的光量变化进行检测的光传感器方式等。静电电容耦合方式与电阻膜方式、光传感器方式进行比较具有如下那样的优点。 例如，在电阻膜方式、光传感器方式中透射率低至80%左右。相对于此，在静电电容耦合方 式中透射率高至大约90%，显示画质不会降低。另外，在电阻膜方式中通过对电阻膜的机械 性的接触来探测触摸位置，所以电阻膜有劣化或者破损(破裂)的危险。相对于此，在静电 电容耦合方式中，不会产生检测用电极与其他电极等接触的机械性的接触，具有耐久性的 优点。作为静电电容耦合方式，例如有日本特表2003-511799号公报(以下，专利文献1) 公开的方式。在该公开的方式中，设置有纵横二维矩阵状地配置的检测用纵向的电极(X电 极)与检测用横向的电极(Y电极)，用输入处理部检测各电极的电容。在手指等导体接触 到触摸面板的表面的情况下，各电极的电容增加，所以通过输入处理部探测接触，根据各电 极探测的电容变化的信号来计算输入坐标。这里，即使检测用的电极劣化而使作为物理特 性的电阻值变化，对电容检测造成的影响也很少，所以对触摸面板的输入位置检测精度造 成的影响很少。因此，能够实现高的输入位置检测精度。另外，在日本特开2004-5672号公报中，记载了如下技术在触摸面板的透明电极 表面上形成包含导电性微粒的高分子层，从而得到优良的减反射效果，透明度提高。但是，静电电容耦合方式的触摸面板如上述专利文献1那样根据检测用的各电极 的电容变化来检测输入坐标，所以作为输入单元而具有导电性的物质成为前提。该具有导 电性的物质以人类的手指为代表，静电电容耦合方式的触摸面板作为手指输入用触摸面板 而公知。因此，在使以电阻膜式等使用的无导电性的绝缘体即树脂制触笔等接触到静电电 容耦合方式的触摸面板的情况下，几乎不发生电极的电容变化，所以存在无法检测输入坐 标的问题。另一方面，在通过例如由金属等具有导电性的物质构成的触笔向静电电容耦合方 式的触摸面板进行输入的情况下，电极个数增加。例如，考虑按照专利文献1那样的以菱形 为基本的电极形状来实现对角4英寸且纵横的尺寸比是3比4的静电电容耦合方式触摸面板的情况。这里，在通过手指进行输入的情况下，如果将最小的接触面假设为直径6mm，并将 该尺寸设为电极间隔而制备检测用电极，则电极总数成为22个。另一方面，将触笔的接触 面假设为直径1mm，并将该尺寸设为电极间隔而制备检测用电极，则电极总数成为139个， 电极个数增加到大约6倍。如果电极个数增加，则向输入处理部铺设布线而所需的框架面 积变大，并且与控制电路的信号连接个数增加，所以应对冲击等的可靠性也降低。随着输入 处理部的端子数的增加，电路面积也增加，所以导致成本增加。另一方面，在使用了前端是 导电性橡胶制的触笔的情况下，如果将电极总数设为一样的，则由于作为接触面需要直径 6mm左右的形状，将伴生文字输入的不适感。 由此，在上述专利文献1公开的静电电容耦合方式触摸面板中，通过绝缘体性物 质进行的输入的应对(触笔应对)成为问题。

发明内容
为了解决上述问题，在发明的第1方面中，使用具备多个透明的X电极、多个透明 的Y电极以及透明的Z电极的静电电容耦合方式触摸面板。在该静电电容耦合方式触摸面 板中，上述X电极与上述Y电极隔着第1绝缘体层交差，其中，分别在其延伸方向上交替排 列了焊盘部与细线部。在俯视观察的情况下，上述X电极的焊盘部与上述Y电极的焊盘部 不重叠地配置。上述Z电极是隔着用于保持一定的距离的间隔件配置的，由于因触摸的按 压引起的压缩而沿着间隔件形状变形。由此，Z电极与X电极的距离以及Z电极与Y电极 的距离缩短，静电电容增加。因此，即使使用了非导电性的输入单元，也可以检测X电极以 及Y电极与Z电极(电极间距离由于按压而变化的部分)之间的电容变化，能够确定所触 摸的位置坐标。另外，在发明的第2方面中，上述Z电极是隔着用于确保一定的距离的多个点状地 形成的弹性间隔件配置的，弹性间隔件由于因触摸的按压引起的压缩而压缩变形。还可以 与点状地形成的弹性间隔件同样地，隔着海绵体(海绵状物)的层配置Z电极，但作为由 于光的乱反射而使显示装置的画质降低这样的原因，所以优选为点状的弹性间隔件。通过 该弹性间隔件，Z电极与X电极的距离以及Z电极与Y电极的距离缩短，静电电容增加。另 夕卜，对由于Z电极与X电极的距离以及Z电极与Y电极的距离缩短而变化的静电电容进行 检测，所以能够在Z电极与X电极以及Y电极之间设置绝缘层。利用该结构，通过在由于弹 性间隔件产生的空间(空气层)与相邻的层叠体的界面设置反射防止膜，来改善透射率并 且降低外光反射，所以能够抑制显示装置的画质降低。因此，即使使用了非导电性的输入单 元，也可以检测X电极以及Y电极与Z电极(电极间距离由于按压而变化的部分)之间的 电容变化，能够确定所触摸的位置坐标。 根据本发明，在静电电容耦合方式触摸面板中，不仅是手指而且还可以通过树脂 笔等绝缘体进行输入。


图1是本发明的实施例中的输入装置以及具备该输入装置的显示装置的系统结 构图。图2是示出本发明的第1实施例中的触摸面板的电极结构的剖面图。
图3是示出本发明的实施例中的触摸面板的电极结构的俯视图。图4是示出在本发明的第1实施例中的触摸面板中通过树脂笔进行输入时的电容 变化的示意图。图5是本发明的实施例的触摸面板中的电容检测用电极的配置图。 图6是示出本发明的第2实施例中的触摸面板的电极结构的剖面图。图7是示出在本发明的第2实施例中的触摸面板中通过树脂笔进行输入时的电容 变化的示意图。图8是示出本发明的第3实施例中的触摸面板的电极结构的剖面图。图9是示出在本发明的第3实施例中的触摸面板中通过树脂笔进行输入时的电容 变化的示意图。图10是示出本发明的第4实施例中的触摸面板的电极结构的剖面图。图11是示出在本发明的第4实施例中的触摸面板中通过树脂笔进行输入时的电 容变化的示意图。图12是示出本发明的第5实施例中的触摸面板的电极结构的剖面图。图13是示出在本发明的第5实施例中的触摸面板中通过树脂笔进行输入时的电 容变化的示意图。图14是本发明的第5实施例中的触摸面板与显示装置的剖面图。图15是示出本发明的第6实施例中的触摸面板的电极结构的剖面图。图16是示出在本发明的第6实施例中的触摸面板中通过树脂笔进行输入时的电 容变化的示意图。图17是本发明的第6实施例中的触摸面板与显示装置的剖面图。标号说明XP:电容检测用的X电极(透明导电膜)；YP:电容检测用的Y电极(透明导电膜)； ZP =Z电极；1 第1透明基板；2 第1透明绝缘膜；3 第2透明绝缘膜；4 间隔件；5 透明弹 性层；6 第2透明基板；7 粘合层；8 弹性间隔件；9 空气层；101 触摸面板；102 电容检 测部；103 控制运算部；104 系统(CPU) ；105 显示控制电路；106 显示部；Cxz,Cxza =X电 极与Z电极之间的电容分量；CyZ、CyZa =Y电极与Z电极之间的电容分量。
具体实施例方式
以下，使用附图，详细说明本发明的实施方式。实施例1图1示出输入装置(以下，称为触摸面板)以及具备该输入装置的显示装置的结 构。在图1中，101是本发明的实施例的触摸面板。触摸面板101具有电容检测用的X 电极XP与Y电极YP。此处，例如图示了 4个X电极(XPl至ΧΡ4)、4个Y电极(YPl至ΥΡ4)， 但电极数不限于此。图5示出例如对角4英寸(长宽比假设为3比4)的情况下的触摸面 板中的电容检测用的X电极、Y电极的配置图。触摸面板101设置在显示装置的显示部106的前面。因此，在使用者看到显示于 显示装置的图像的情况下，需要使显示图像透过触摸面板，所以期望触摸面板的高透射率。触摸面板101的X电极与Y电极通过检测用布线与电容检测部102连接。通过从控制运算 部103中输出的检测控制信号对电容检测部102进行控制，对包含在触摸面板中的各电极 (X电极、Y电极)的电容进行检测，将随着各电极的电容值变化而变化的电容检测信号输出 到控制运算部103。控制运算部103根据各电极的电容检测信号来计算各电极的信号分量， 并且根据各电极的信号分量运算并求出输入坐标。如果通过触摸操作从触摸面板101传送 了输入坐标，则系统104生成与该触摸操作对应的显示图像，作为显示控制信号而传送到 显示控制电路105。显示控制电路105与根据显示控制信号传送的显示图像对应地生成显 示信号，在显示装置中显示图像。 图2是本发明的第1实施例中的触摸面板101的结构图，是示出图3中的点A至 点B的触摸面板101的剖面形状的图。在该剖面图中，仅示出了触摸面板动作的说明中所需 的层。图中，1和6是透明基板，2和3是透明绝缘膜，4是间隔件，5是透明弹性层，XP、YP、 ZP是检测用电极。本实施例的触摸面板101的结构是在第1透明基板1上依次层叠透明导电膜XP、 透明的第1绝缘膜2、透明导电膜YP、透明的第2绝缘膜3、保持与Z电极的间隔的非导电性 的间隔件4、导电性的导电层即Z电极ZP、以及透明弹性层5，并在其上层叠了第2透明基板 6的触摸面板。透明弹性层5的刚性低于第2透明基板6的刚性。图3是示出触摸面板101的电容检测用的X电极XP以及Y电极YP的电极图案的 图。X电极XP和Y电极YP通过检测用布线与电容检测部102连接。Y电极在触摸面板101 的横向上延伸，在纵向上排列了多个Y电极。在Y电极与X电极的交差部分中，为了削减各 电极的交差电容，Y电极与X电极的电极宽度较细。将该部分假设称为细线部。因此，Y电 极成为在延伸方向上交替配置了细线部与除此以外的电极部分(以下，称为焊盘部)的形 状。在相邻的Y电极之间，配置了 X电极。X电极在触摸面板101的纵向上延伸，在横向上 排列了多个X电极。与Y电极同样地，X电极成为在延伸方向上交替配置了细线部与焊盘 部的形状。接下来，在说明了 X电极的焊盘部的形状的基础上，将用于把X电极连接到检测用 布线的布线位置(或者X电极的细线部)假定为X电极的横向的中心。X电极的焊盘部具 有越接近相邻的X电极的中心面积越小、距该X电极的中心越近面积变得越大的电极形状。 因此，在考虑了相邻的两个X电极、例如XPl与XP2之间的X电极的面积的情况下，在XPl 电极的中心付近，XPl电极的焊盘部的电极面积变得最大，并且XP2电极的焊盘部的电极面 积变得最小。而在XP2电极的中心付近，XPl电极的焊盘部的电极面积变得最小，并且XP2 电极的焊盘部的电极面积变得最大。接下来，对于触摸面板101的层结构，按照距第1透明基板1从近到远的层的顺序 进行说明。第1透明基板1的材质、厚度等没有特别限定，优选根据其用途目的而从钡硼 硅酸盐玻璃、钠玻璃等无机玻璃、化学强化玻璃、聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚碳酸酯(PC)、 聚芳酯(PAR)、以及对苯二甲酸乙二酯(PET)等的树脂膜等这种材料中选择。另外，XP, YP 中使用的电极是透明导电膜，只要是具有导电性的薄膜，则没有特别限定，能够使用以往的 ITO(氧化铟锡)、ATO(氧化锑锡)、IZO(氧化铟锌)等。通过溅射法成膜透明导电膜(厚 度50 200人)，使表面电阻成为500 2000 Ω，并涂覆了抗蚀剂材料后，通过曝光、显影 工艺而进行图案化。此时，作为抗蚀剂材料，可以是正型、负型中的任意一种，如果是碱性显影类型，则能够容易形成。之后，通过蚀刻而图案形成ITO。作为此时的蚀刻液，选择溴化氢 水溶液等即可。在靠近第1透明基板1的部位形成X电极XP，接下来形成用于使X电极与Y电极 绝缘的绝缘膜。然后形成Y电极YP。此处，也可以更换X电极XP与Y电极YP的顺序。接 着Y电极YP配置第2绝缘膜3，确保Y电极YP与接着设置的Z电极ZP的绝缘体性。考虑 绝缘膜材料的介电常数来适宜选择第1绝缘膜2、第2绝缘膜3的膜厚。将相对介电常数设 为2 4比较容易，能够将膜厚设为1 20 μ m。作为绝缘膜层的材料，能够使用UV(紫外 线)固化型树脂材料、可实现碱性显影的负或者正型的绝缘膜材料、通过加热而固化的热 固化型树脂材料，但如果是碱性显影类型，则能够容易地形成。
通过使粒径一致的聚合物珠、玻璃珠等适宜散布而形成间隔件4。在5 100 μ m 的范围内选择规定形成于第1基板上的第2绝缘膜3与Z电极间的间隔的珠的粒径，优选 为20 50 μ m。散布的珠的密度优选为20 μ m以上10000 μ m以下的间隔。透明弹性层5是具有弹性的橡胶状的层，只要是具有弹性的材料则特别优选，没 有特别的限定，但从提高透射率的目的的角度出发，优选为在可见光区域中透明的材料。例 如，将丁基橡胶、氟橡胶、三元乙丙共聚物橡胶(EPDM)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、氯丁橡 胶(CR)、天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶、乙丙 橡胶、硅酮橡胶、聚氨酯橡胶、聚降冰片烯橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡胶、表氯醇橡胶、 NBR的氢化物、多硫化橡胶、以及氨基甲酸酯橡胶等橡胶单独或者混合两种以上来使用。这 些橡胶或者树脂的折射率优选为1. 4 1. 8的范围，为了使由于按压产生的变形变得充分， 其膜厚优选形成为比间隔件4的直径厚(比通过间隔件4设置的间隔厚)，优选为5 μ m以 上。Z电极ZP是透明导电膜，只要是具有导电性的薄膜则没有特别限定，能够使用以 往的ITO(氧化铟锡)、ATO(氧化锑锡)、IZO(氧化铟锌)等。通过溅射法来成膜透明导电 膜使表面电阻成为500 2000 Ω，并涂敷了抗蚀剂材料后，通过曝光、显影工艺而图案化成 与X电极、Y电极对应的形状。此时，作为抗蚀剂材料，可以是正型、负型中的任意一种，只 要是碱性显影类型，则能够容易地形成。之后，通过蚀刻而图案形成ΙΤ0。作为此时的蚀刻 液，选择溴化氢水溶液等即可。另外，如果以使表面电阻成为10000 10000000 Ω的方式 形成Z电极ΖΡ，则不需要图案化，除了以往的使ITO (氧化铟锡)、ΑΤ0 (氧化锑锡)、ΙΖ0 (氧 化铟锌)等微粒在透明树脂中分散而得到的薄膜以外，还可以使用作为具有导电性的微 粒，例如使镍、金、银、及铜等金属微粒、对绝缘体性的无机微粒或树脂微粒实施了金属镀敷 的微粒在树脂中分散而得到的薄膜等。另外，还可以使用包含从A1203、Bi203、CeO2, Ιη203、 (In2O3 .SnO2)、HfO2、La2O3、MgF2、Sb2O5、(Sb2O5 · SnO2)、Si02、SnO2、TiO2、Y203、ZnO 以及 ZrO2 的 组中选择的至少1种金属氧化物、或者金属氟化物构成的微粒。另外，能够使用聚苯胺、聚 乙炔、聚乙烯二氧噻吩、聚吡咯、聚异硫茚、以及聚异萘噻吩等有机导电性材料。另外，作为 Z电极，优选为由于光折射率、光反射引起的光的吸收和散射少的材料，优选适宜地选择。作为第2透明基板6的材质，没有特别限定，但由于需要将应对按压的压缩力传递 到透明弹性层5，所以不优选为钡硼硅酸盐玻璃、钠玻璃等无机玻璃、化学强化玻璃等。但如 果是300 μ m以下的厚度，则能够使用。作为第2透明基板6的材质，优选从聚醚砜(PES)、 聚砜(PSF)、聚碳酸酯(PC)、聚芳酯(PAR)以及聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等具有柔软性的树脂、或者为了提高柔软性而对这些树脂添加了弹性体成分而得到的材料中选择。另外，为 了满足上述柔软性，优选第2透明基板6的厚度在800 μ m以下。进而，如果作为第2透明 基板6而使用100 μ m以下的基板，则针对施加了较大负荷的情况的变形量较大，第2透明 基板6与透明弹性层5的界面容易剥离，所以优选第2透明基板6的厚度在100 μ m以上。接下来，使用图4，对本发明的第1实施例的触摸面板101中的触摸操作时的电容 变化进行说明。 图4是说明触摸操作的输入单元为非导电性、X电极XP与Z电极ZP的距离以及 γ电极YP与Z电极ZP的距离由于触摸时的按压而变化的情况下的电容变化的示意图。另 夕卜，即使是导电性的输入单元(手指等)，只要X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极YP 与Z电极ZP的距离由于按压而变化，则也相同。没有触摸操作的情况下的电容相当于隔着X电极XPl与Y电极YP2间的绝缘膜2 的微弱的相邻电极间电容。在通过触摸时的按压而使Z电极ZP被按下的情况下，如果将Z 电极ZP与X电极XPl间的电容设为Cxza，将Z电极ZP与Y电极YP2间的电容设为Cyza， 则在电容检测部102对X电极XPl的电极电容进行检测时，Y电极YP2为复位状态且成为 GND电位。因此，Z电极ZP是浮置的状态，所以从X电极XPl的角度看的情况下的合成电容 成为Cxza与Cyza的串联连接的电容。用下式来表示此时的X电极的合成电容Cxpa。Cxpa = Cxza · Cyza/ (cxza+cyza) ζ (1)控制运算部103将有触摸操作时的XPl电极电容Cxpa作为XPl电极的信号分量 来计算。由于电容检测部102能够检测有无触摸操作下的电极电容，所以控制运算部103 能够算出XPl电极的信号分量。由此，即使使用了非导电性的输入单元，X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极 YP与Z电极ZP的距离由于按压而变化，从而能够通过静电电容变化来探测输入坐标。以上详细说明了第1实施例，但本实施例的触摸面板不仅限于图2所示的例子，例 如也可以在Z电极ZP与透明弹性层5之间或者在Z电极ZP的与透明弹性层5相反的一侧 设置刚性比透明弹性层5高的非导电层。另外，也可以设为使透明弹性层5与Z电极ZP包 含在同一层中，应用例如由使导电性的微粒分散在透明树脂内而得到的透明弹性导电树脂 层构成的一个层。如上所述，根据本实施例，即使在非导电性的输入单元接触到触摸面板上的情况 下，由于电容检测用的X电极、Y电极与其上部的Z电极的距离变化而能够产生电容变化， 所以能够作为静电电容耦合方式而检测输入坐标。实施例2图6是本发明的第2实施例中的触摸面板101的结构图，是示出图3中的点A至 点B的触摸面板101的剖面形状的图。构成各层的材料以及各层的特性与实施例1相同， 此处省略说明。本实施例的触摸面板101是在第1透明基板1上依次层叠透明导电膜ΧΡ、透明的 第1绝缘膜2、透明导电膜ΥΡ、透明的第2绝缘膜3、透明弹性层5、Ζ电极ΖΡ、以及保持与Z 电极的间隔的间隔件4，并在其上层叠了第2透明基板6的触摸面板。接下来，使用图7，对本发明的第2实施例的触摸面板101中的触摸操作时的电容 变化进行说明。
图7是说明触摸操作的输入单元为非导电性、X电极XP与Z电极ZP的距离以及 γ电极YP与Z电极ZP的距离由于触摸时的按压而变化的情况下的电容变化的示意图。另 夕卜，即使是导电性的输入单元(手指等)，只要X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极YP 与Z电极ZP的距离由于按压而变化，则也相同。没有触摸操作的情况下的电容相当于隔着X电极XPl与Y电极YP2间的绝缘膜2 的微弱的相邻电极间电容。在由于触摸时的按压而使Z电极ZP被按下的情况下，在将Z电 极ZP与X电极XPl间的电容设为Cxza，将Z电极ZP与Y电极YP2间的电容设为Cyza的情 况下，在电容检测部102对X电极XPl的电极电容进行检测时，Y电极YP2为复位状态且成 为GND电位。因此，由于Z电极ZP是浮置的状态，所以从X电极XPl的角度看的情况下的 合成电容成为Cxza与Cyza的串联连接的电容。与实施例1的式(1)同样地表示此时的X 电极的合成电容Cxpa。 控制运算部103将有触摸操作时的XPl电极电容Cxpa作为XPl电极的信号分量 计算。由于电容检测部102能够检测有无触摸操作下的电极电容，所以控制运算部103能 够计算XPl电极的信号分量。由此，即使使用了非导电性的输入单元，只要X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y 电极YP与Z电极ZP的距离由于按压而变化，就能够通过静电电容变化来探测输入坐标。对于以上说明的点以外，与第1实施例相同。如上所述，根据本实施例，即使在非导电性的输入单元接触到触摸面板上的情况 下，由于电容检测用的X电极、Y电极与其上部的Z电极的距离变化而能够产生电容变化， 所以能够作为静电电容耦合方式而检测输入坐标。实施例3图8是本发明的第3实施例中的触摸面板101的结构图，是示出图3中的点A至 点B的触摸面板101的剖面形状的图。本实施例的触摸面板101是在第1透明基板1上依次层叠透明导电膜XP、透明的 第1绝缘膜2、透明导电膜YP、透明的第2绝缘膜3、保持与Z电极的间隔的间隔件4、Z电 极ZP、以及透明弹性层5，并在其上层叠了第2透明基板6的显示装置。间隔件4由光固化性的树脂材料构成，能够设为点状的柱状间隔件。优选通过丝 网印刷等以20μπι以上10000 μ m以下的间隔形成间隔件4。将间隔件的形状设为圆形、四 边形，将直径设为5 100 μ m的范围，优选为20 50 μ m。构成其他层的材料以及其他层的特性与实施例1相同，此处省略说明。接下来，使用图9，对本发明的第3实施例的触摸面板101中的触摸操作时的电容 变化进行说明。图9是说明触摸操作的输入单元为非导电性、X电极XP与Z电极ZP的距离以及 γ电极γρ与ζ电极ZP的距离由于触摸时的按压而变化的情况下的电容变化的示意图。另 夕卜，即使是导电性的输入单元(手指等)，只要X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极YP 与Z电极ZP的距离由于按压而变化，则也相同。没有触摸操作的情况下的电容相当于隔着X电极XPl与Y电极YP2间的绝缘膜2 的微弱的相邻电极间电容。在由于触摸时的按压而使Z电极ZP被按下的情况下，如果将Z 电极ZP与X电极XPl间的电容设为Cxza，将Z电极ZP与Y电极YP2间的电容设为Cyza，则在电容检测部102对X电极XPl的电极电容进行检测时，Y电极YP2为复位状态且成为 GND电位。因此，由于Z电极ZP是浮置的状态，所以从X电极XPl的角度看的情况下的合成 电容成为Cxza与Cyza的串联连接的电容。与实施例1的式⑴同样地表示此时的X电极 的合成电容Cxpa。控制运算部103将有触摸操作时的XPl电极电容Cxpa作为XPl电极的信号分量 计算。由于电容检测部102能够检测有无触摸操作下的电极电容，所以控制运算部103能 够计算XPl电极的信号分量。
由此，即使使用了非导电性的输入单元、X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极 YP与Z电极ZP的距离由于按压而变化，也能够通过静电电容变化来探测输入坐标。对于以上说明的点以外，与第1实施例相同。如上所述，根据本实施例，即使在非导电性的输入单元接触到触摸面板上的情况 下，由于电容检测用的X电极、Y电极与其上部的Z电极的距离变化而能够产生电容变化， 所以能够作为静电电容耦合方式而检测输入坐标。实施例4图10是本发明的第4实施例中的触摸面板101的结构图，是示出图3中的点A至 点B的触摸面板101的剖面形状的图。本实施例的触摸面板101是在第1透明基板1上依次层叠透明导电膜XP、透明的 第1绝缘膜2、透明导电膜YP、透明的第2绝缘膜3、透明弹性层5、Z电极ZP、以及保持与Z 电极的间隔的间隔件4，并在其上层叠了第2透明基板6的显示装置。间隔件4由光固化性的树脂材料构成，能够设为点状的柱状间隔件。优选通过丝 网印刷等以20μπι以上10000 μ m以下的间隔形成间隔件4。将间隔件的形状设为圆形、四 边形等，将直径设为5 100 μ m的范围，优选为20 50 μ m。构成其他层的材料以及其他层的特性与实施例1相同，此处省略。接下来，使用图11，对本发明的第4实施例的触摸面板101中的触摸操作时的电容 变化进行说明。图11是说明触摸操作的输入单元为非导电性、X电极XP与Z电极ZP的距离以及 γ电极YP与Z电极ZP的距离由于触摸时的按压而变化的情况下的电容变化的示意图。另 夕卜，即使是导电性的输入单元(手指等)，只要X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极YP 与Z电极ZP的距离由于按压而变化，则也相同。没有触摸操作的情况下的电容相当于隔着X电极XPl与Y电极YP2间的绝缘膜2 的微弱的相邻电极间电容。在由于触摸时的按压而Z电极ZP被按下的情况下，如果将Z电 极ZP与X电极XPl间的电容设为Cxza，将Z电极ZP与Y电极YP2间的电容设为Cyza，则 在电容检测部102对X电极XPl的电极电容进行检测时，Y电极YP2为复位状态且成为GND 电位。因此，由于Z电极ZP是浮置的状态，所以从X电极XPl的角度看的情况下的合成电 容成为Cxza与Cyza的串联连接的电容。与实施例1的式(1)同样地表示此时的X电极的 合成电容Cxpa。控制运算部103将有触摸操作时的XPl电极电容Cxpa作为XPl电极的信号分量 计算。由于电容检测部102能够检测有无触摸操作下的电极电容，所以控制运算部103能 够计算XPl电极的信号分量。
由此，即使使用了非导电性的输入单元，X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极 YP与Z电极ZP的距离由于按压而变化，所以能够通过静电电容变化来探测输入坐标。对于以上说明的点以外，与第1实施例相同。 如上所述，根据本实施例，即使在非导电性的输入单元接触到触摸面板上的情况 下，由于电容检测用的X电极、Y电极与其上部的Z电极的距离变化而能够产生电容变化， 所以能够作为静电电容耦合方式而检测输入坐标。实施例5图12是本发明的第5实施例的触摸面板的结构图，是示出图3中的点A至点B的 触摸面板101的剖面形状的图。在该剖面图中，仅示出为了说明触摸面板动作而所需的层。本实施例的触摸面板是在第1透明基板1上依次层叠透明导电膜XP、透明的第1 绝缘膜2、透明导电膜YP、透明的第2绝缘膜3、保持与Z电极的间隔的弹性间隔件8、以及 Z电极ZP，并在其上层叠了第2透明基板6的显示装置。在图中，1和6是透明基板，2和3是透明绝缘膜，8是弹性间隔件，9是空气层，XP、 YP、ZP是检测用电极。通过使粒径一致的弹性聚合物珠、弹性橡胶珠等适宜地散布而形成弹性间隔件8。 能够在5 100 μ m的范围内选择规定形成于第1基板上的第2绝缘膜3与Z电极间的间 隔的珠的粒径。如果第2绝缘膜3与Z电极间的间隔窄，则由于外光的干涉而产生牛顿环， 显示性能降低。另外，如果第2绝缘膜3与Z电极间的间隔宽，则触摸的检测中所需的负荷 变高。因此，第2绝缘膜3与Z电极间的间隔优选为20 50μπι。散布的珠的密度依赖于 触摸的检测中所需的最低负荷的设定、弹性间隔件材料的杨氏模量，但同时为了对两点进 行检测，优选设为每Icm2I个以上。为了防止由于基于弹性间隔件的光的反射和吸收而引 起的显示性能降低，优选将散布的珠的密度设为每lcm2400个以下。弹性间隔件8是具有弹性的橡胶状的材料，只要是具有弹性的材料，则没有特别 制限。为了降低触摸的检测中所需的最低负荷，优选为杨氏模量低的材料，特别是优选在 IOOMPa以下的。另外，虽然即使杨氏模量是IMPa以下也可以使用，但由于弹性间隔件的材 料容易产生塑性变形，所以优选在IMPa以上的。例如，能够将丁基橡胶、氟橡胶、三元乙丙 共聚物橡胶(EPDM)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、天然橡胶(NR)、异戊二烯 橡胶(IR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶、乙丙橡胶、硅酮橡胶、聚氨酯橡胶、聚降 冰片烯橡胶、苯乙烯_ 丁二烯_苯乙烯橡胶、表氯醇橡胶、NBR的氢化物、多硫化橡胶、以及 氨基甲酸酯橡胶等橡胶单独或者混合两种以上而使用。也可以通过在Z电极ZP的电极表面形成反射防止膜来抑制界面反射，提高触摸面 板的可见光光透射率。第2透明基板6的材质没有特别限定，但由于需要将针对按压的压缩力传递到弹 性间隔件8，所以不希望钡硼硅酸盐玻璃、钠玻璃等无机玻璃、化学强化玻璃等的刚性高。但 是，如果是300 μ m以下的厚度，则能够使用。作为第2透明基板6的材质，优选从聚醚砜 (PES)、聚砜(PSF)、聚碳酸酯(PC)、聚芳酯(PAR)、以及聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等具有柔 软性的树脂、或者为了提高柔软性而对这些树脂添加弹性体成分而得到的材料中选择。接下来，使用图13，对本实施例的触摸面板101中的触摸操作时的电容变化进行 说明。
图13是说明触摸操作的输入单元为非导电性、X电极XP与Z电极ZP的距离以及 γ电极γρ与ζ电极ZP的距离由于触摸时的按压而变化的情况下的电容变化的示意图。另 夕卜，即使是导电性的输入单元(手指等)，只要X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极YP 与Z电极ZP的距离由于按压而变化，则也相同。相邻的X电极与Y电极间的电容相当于隔着绝缘膜的XY电极间电容(未图示)、 Z电极ZP与XY电极分别形成的平行平板电容等的合成电容。此处，将没有触摸操作时的X 电极(XPl)与ζ电极间的电容设为Czx(未图示)，将Y电极(YP2)与Z电极间的电容设为 Czy(未图示)。此处，在如图13A那样由于触摸时的按压而使Z电极ZP被按下的情况下，Z 电极与XY电极间的距离变短，所以该平行平板电容变大。此处，如果将触摸时的XPl与ZP 间的电容设为CzxaJf YP2与ZP间的电容设为Czya，则成为如下的关系式。
Czxa > Czx式(2)Czya > Czy式(3)由于Z电极ZP是浮置的，所以将有无触摸操作的状态下的合成电容如图13B、图 13C所示考虑为串联电容。因此，用下式来表示在有无触摸操作下产生的相邻的X电极与Y 电极间的电容变化AC。{CZXa · CZX · (Czya-Czy)+Czya · Czy · (Czxa-czx)}/{(czx+czy) · (czxa+czya)} 式⑷电容检测部102对各电极的电容或者用式(4)表示的由于有无触摸操作而引起的 电容变化进行检测。控制运算部103将由电容检测部102得到的各电极的电容或者电容变 化等作为信号分量，来计算触摸操作时的坐标。由此，即使使用了非导电性的输入单元，X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极 YP与Z电极ZP的距离由于按压而变化，所以能够通过静电电容变化来探测输入坐标。图14是本实施例中的触摸面板101与显示部106的剖面图。该图示出通过粘合 层7使触摸面板101与显示部106密接的情况。在粘合层7的形成中，有涂敷单层且厚度 在100 μ m以上的具有粘接性的树脂材料的方法；以及粘贴单层且厚度在IOOgm以上的树脂 粘接片的方法。作为具有粘接性的涂覆型的树脂材料，能够举出硅酮树脂、氨基甲酸酯类树 月旨、环氧类树脂、聚酯类树脂、以及丙烯酸类树脂等。其中，根据耐热性、耐湿热性、耐光性等 耐久性、透明性、以及低成本性(通用性高)的角度，优选包括具有粘接性的丙烯酸类树脂。本工序中的涂覆方法只要是能够均勻地涂敷涂工液的方法，则没有特别限定，而 能够使用棒式涂布(bar coating)、刮刀涂布(bladecoating)、旋涂(spin coating)、模涂 (die coating) > Slit RverseReverseCOMMA(roll coating) > 以及浸涂(dip coating)等方法。涂膜的厚度优选为ΙΟΟμπι 1500 μ m，进一步优选为500 μ m 1000 μ m。在上述涂覆工序后，为了使通过上述涂覆工序涂覆的上述树脂材料涂工液中包含 的光重合性单体重合以实现高分子化，按照lmW/cm2以上小于lOOmW/cm2的照度照射紫外线 10 180秒。作为具有粘接性的片型的粘接材料，能够举出丙烯酸类粘接材、乙酸乙烯酯类粘 接材、氨基甲酸酯类粘接材、环氧树脂、偏二氯乙烯类树脂、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂、合 成橡胶类粘接材、以及硅酮类树脂，其中优选为透明性高的丙烯酸类粘接材以及硅酮类树月旨。进而，根据冲击缓和功能的角度，优选为硅酮类树脂。通过该粘合层7，能够消除第1透明基板1与空气层的界面、以及显示部106与空 气层的界面。对于以上说明的点以外，与第1实施例相同。 如上所述，根据本发明的实施方式，即使在非导电性的输入单元接触到触摸面板 上的情况下，由于电容检测用的X电极、Y电极与其上部的Z电极的距离变化而能够产生电 容变化，所以能够作为静电电容耦合方式而检测输入坐标。另外，即使在显示部106上设置 了触摸面板101的情况下，也可以显示高亮度并且高对比度的图像，能够提高显示装置的 画质。实施例6图15是本发明的第6实施例的触摸面板的结构图，是示出图3中的点A至点B的 触摸面板101的剖面形状的图。本实施例的显示装置是在第1透明基板1上依次层叠透明导电膜XP、透明的第1 绝缘膜2、透明导电膜YP、透明的第2绝缘膜3、保持与Z电极的间隔的弹性间隔件8、以及 Z电极ZP，并在其上层叠了第2透明基板6的显示装置。弹性间隔件8能够由光固化性的弹性树脂材料构成，在第1透明基板的绝缘膜3 面的Z电极侧、或者Z电极的第1透明电极侧形成，成为点状的柱状间隔件。优选通过丝网 印刷等以500 μ m以上10000 μ m以下的间隔形成弹性间隔件8。将弹性间隔件的形状设为 圆形、四边形等，将直径设为5 100 μ m的范围。如果第2绝缘膜3与Z电极间的间隔窄， 则由于外光的干涉而产生牛顿环，显示性能降低。另外，如果第2绝缘膜3与Z电极间的间 隔宽，则触摸的检测中所需的负荷变高。因此，优选为20 50μπι。弹性间隔件8由具有弹性的橡胶状的材料构成，只要是具有弹性的材料，则没有 特别制限。为了降低触摸的检测中所需的最低负荷，优选杨氏模量低的材料，特别是优选在 IOOMPa以下的。另外，虽然即使杨氏模量是IMPa以下也可以使用，但由于弹性间隔件的材 料易于产生塑性变形，所以优选为IMPa以上。例如，作为弹性体，能够使用苯乙烯类弹性 体、烯烃类弹性体、聚酯类弹性体、聚酰胺类弹性体、氨基甲酸酯类弹性体、以及硅酮类弹性 体。能够对弹性体混合丙烯酸树脂、环氧树脂、聚烯烃树脂等而使用。另外，作为橡胶，能够将丁基橡胶、氟橡胶、三元乙丙共聚物橡胶(EPDM)、丙烯 腈_ 丁二烯橡胶(NBR)、氯丁橡胶(cR)、天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、苯乙烯_ 丁二 烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶、乙丙橡胶、硅酮橡胶、聚氨酯橡胶、聚降冰片烯橡胶、苯乙烯-丁 二烯-苯乙烯橡胶、表氯醇橡胶、NBR的氢化物、多硫化橡胶、以及氨基甲酸酯橡胶等橡胶单 独或者混合两种以上而使用。构成其他层的材料以及其他层的特性与实施例5相同，此处省略说明。接下来，使用图16，对本实施例的触摸面板101中的触摸操作时的电容变化进行 说明。图16是说明触摸操作的输入单元为非导电性、X电极XP与Z电极ZP的距离以及 γ电极YP与Z电极ZP的距离由于触摸时的按压而变化的情况下的电容变化的示意图。另 夕卜，即使是导电性的输入单元(手指等)，只要X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极YP 与Z电极ZP的距离由于按压而变化，则也相同。
在本实施例的触摸面板101中的触摸操作时，也与第5实施例说明的图13同样 地，XY电极与Z电极的距离变短。因此，与实施例5的式(4)同样地表示此时的电容变化。电容检测部102对各电极的电容或者用式(4)表示那样的由于有无触摸操作而引 起的电容变化进行检测。控制运算部103将由电容检测部102得到的各电极的电容或者电 容变化等作为信号分量，来计算触摸操作时的坐标。
由此，即使使用了非导电性的输入单元，X电极XP与Z电极ZP的距离以及Y电极 YP与Z电极ZP的距离由于按压而变化，所以能够通过静电电容变化来探测输入坐标。另外，关于显示部106与触摸面板101的层叠方法，如图17所示，与第5实施例相 同，所以此处省略说明。对于以上说明的点以外，与第1实施例相同。如上所述，根据本实施例，即使在非导电性的输入单元接触到触摸面板上的情况 下，由于电容检测用的X电极、Y电极与其上部的Z电极的距离变化而能够产生电容变化， 所以能够设为静电电容耦合方式而检测输入坐标。另外，即使在显示部106上设置了触摸 面板101的情况下，也可以显示高亮度并且高对比度的图像，能够提高显示装置的画质。虽然描述了一些现在认为是本发明的实施方式的内容，但应当理解，可以做出各 种变更，所附权利要求书应当覆盖所有落在本发明的精神和范围内的变更。
权利要求
一种静电电容耦合方式触摸面板，具备多个坐标检测电极，对XY位置坐标进行检测；第一基板，具有上述坐标检测电极；以及第二基板，与上述第一基板相向地设置，其特征在于，在上述第一基板与上述第二基板之间，具备导电性的导电层；在上述第一基板以及第二基板的面方向上隔开间隔而设置的多个非导电性的间隔件；以及刚性比上述第一基板、上述第二基板及上述间隔件低的弹性层。
2.根据权利要求1所述的静电电容耦合方式触摸面板，其特征在于， 在上述第二基板与上述导电层之间，具备上述弹性层，在上述第一基板与上述导电层之间，具备上述间隔件。
3.根据权利要求1所述的静电电容耦合方式触摸面板，其特征在于， 上述导电层与上述弹性层是包含在同一层中的弹性导电层，在该弹性导电层与上述第一基板之间，具备上述间隔件。
4.根据权利要求1所述的静电电容耦合方式触摸面板，其特征在于， 在上述第一基板与上述导电层之间，具备上述弹性层，在上述第二基板与上述导电层之间，具备上述间隔件。
5.根据权利要求2所述的静电电容耦合方式触摸面板，其特征在于，在上述导电层与上述弹性层之间或者上述导电层与上述间隔件之间，具备刚性比上述 弹性层高的非导电层。
6.根据权利要求2所述的静电电容耦合方式触摸面板，其特征在于， 上述弹性层的厚度大于上述间隔件的高度。
7.根据权利要求2所述的静电电容耦合方式触摸面板，其特征在于， 在上述坐标检测电极上具有绝缘膜，上述间隔件能够接触到上述绝缘膜。
8.一种静电电容耦合方式触摸面板，具备多个坐标检测电极，对XY位置坐标进行检 测；第一基板，具有上述坐标检测电极；以及第二基板，与上述第一基板相向地设置，其特 征在于，在上述第一基板与上述第二基板之间，具备导电性的导电层，在上述导电层与上述第 一基板之间，具备在上述第一基板以及第二基板的面方向上隔开间隔而设置的多个非导电 性的间隔件，上述间隔件的刚性比上述第一基板、上述第二基板以及上述导电层低。
9.根据权利要求1所述的静电电容耦合方式触摸面板，其特征在于， 上述间隔件是珠。
10.根据权利要求1所述的静电电容耦合方式触摸面板，其特征在于， 上述间隔件是在上述第一基板侧或者上述第二基板侧形成的突起。
11.根据权利要求1所述的静电电容耦合方式触摸面板，其特征在于， 上述间隔件的设置间距为20 ii m以上10000 ii m以下。
12.—种带触摸面板的显示装置，其特征在于，具备 具有显示部的显示装置；以及设置在上述显示部上的权利要求1所述的静电电容耦合式触摸面板。
全文摘要
本发明提供一种输入装置以及具备该输入装置的显示装置。在静电电容耦合方式的触摸面板中，实现除了通过手指进行的输入以外，还对通过非导电性的输入单元进行的触摸反应，并且可见光透射率、耐久性高的触摸面板。设置有对XY位置坐标进行检测的坐标检测电极和透明的Z电极。隔着间隔件以一定的距离配置上述Z电极。通过由于触摸的按压而引起的压缩沿着间隔件变形的弹性层将Z电极按下。由此，Z电极与X电极的距离以及Z电极与Y电极的距离缩短，而静电电容增加，所以即使使用了非导电性的输入单元，也可以检测X电极以及Y电极与Z电极(电极间距离由于按压而变化的部分)之间的电容变化，能够对触摸的位置坐标进行检测。
文档编号G06F3/044GK101872273SQ20101016936
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者万场则夫, 关口慎司, 早川浩二, 永田浩司 申请人:株式会社日立显示器