JP2016173794A - 車両搭載用タッチセンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両搭載用タッチセンサのパネルの機械的強度を高めること、または、車両搭載用タッチセンサのパネルに電極を容易に形成することを目的とする。【解決手段】表側パネル２０の後面には、意匠層２２が形成されている。表側パネル２０および意匠層２２の後面には、第１電極パターン２４が形成されている。第１電極パターン２４を形成する層の後方の一部は第１フィルム２８で覆われており、第１フィルム２８の前面にある第１配線電極２６が第１電極パターン２４に接続されている。裏側パネル３８は、表側パネル２０よりも厚いものとする。裏側パネル３８の前面には、第２電極パターン３６が形成されている。表側パネル２０、意匠層２２、第１電極パターン２４、第１配線電極２６、および第１フィルム２８を含む表側部分と、表側部分より後方の裏側部分は、接着材料３０によって接合されている。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、車両搭載用タッチセンサおよびその製造方法に関し、特に、パネルに電極が形成されるタッチセンサに関する。

自動車には、オーディオ装置、空調装置、ルームライト、パワーウィンドウ、ウインカ等のアクセサリ機器が搭載される。アクセサリ機器の操作は、多くの場合、車室のコンソールに設けられた操作パネルによって行われる。従来、アクセサリ機器の操作パネルには、押しボタン式のスイッチや、回転つまみ式のロータリスイッチ、回転つまみ式のボリューム等が用いられていた。

近年、車室の居住性を向上させるため、操作パネルには様々な工夫が凝らされている。例えば、乗員がパネルをなぞったり、軽く触れたりするだけでアクセサリ機器の操作が行われるスイッチ（タッチセンサ）が広く用いられている。特許文献１には、このようなスイッチとして、複数のセンサ電極が設けられ、各センサ電極の静電容量の変化に基づいてアクセサリ機器を操作するスイッチが記載されている。特許文献１に記載のスイッチでは、車室のインストルメントパネルに、乗員が触れる領域が設けられている。この領域の裏側には、センサ電極が固定されたフレキシブル基板が設けられている。各センサ電極は、フレキシブル基板に設けられた配線を介してアクセサリ機器の制御コントローラに接続されている。

特許文献２および３には、静電容量の変化を検出するタッチセンサが記載されている。このタッチセンサでは、縦方向に伸びた複数の電極が横方向に並べて基板に配置され、横方向に伸びた複数の電極が縦方向に並べて基板に配置されている。縦方向に伸びる各電極と横方向に伸びる各電極は電気的に絶縁された上で交差している。そして、各電極の静電容量の変化に基づいて、人体、導電性の指示棒等の検出目標物が触れた位置が検出される。

特開２００９−４３４７３号公報 特開２０１０−２１１８２３号公報 特開２０１４−７０６９号公報

一般に、タッチセンサでは、プラスチック樹脂等で形成されたパネルの一方の面に電極が固定される。ユーザの手は、電極が設けられていない他方の面に触れられる。このような構造については、ユーザがパネルに触れて操作を行うため、パネルを厚くして十分な機械的強度を得ることが考えられる。しかし、パネルを厚くすると、ユーザがパネルに触れたときの電極の静電容量の変化が小さくなってしまい検出感度が低下する。また、近年では、美観を向上させるという観点等から、自動車に搭載されるタッチセンサが曲面板状等の複雑な形状に形成されることがある。この場合、パネルに電極を固定することに困難が伴うことが多い。

本発明は、車両搭載用タッチセンサのパネルの機械的強度を高めること、または、車両搭載用タッチセンサのパネルに電極を容易に形成することを目的とする。

本発明は、表側パネルおよび裏側パネルと、各パネルより車室に向かう方向を前方として、前記表側パネルの後方に設けられた第１電極と、前記第１電極の後方における前記裏側パネルの前方に設けられた第２電極と、を備え、前記表側パネルおよび前記裏側パネルは、前記第１電極および前記第２電極を間に介在させて対向し、前記表側パネルは、前記裏側パネルよりも薄いことを特徴とする。

また、本発明は、表側パネルおよび裏側パネルと、各パネルより車室に向かう方向を前方として、前記表側パネルの後方に設けられた第１電極と、前記第１電極の後方における前記裏側パネルの前方に設けられた第２電極と、を備え、前記表側パネルおよび前記裏側パネルは、曲面板状であり、前記第１電極および前記第２電極を間に介在させて対向することを特徴とする。

また、本発明は、曲面板状の表側パネルの一方の面側に第１導電層を形成するステップと、前記第１導電層に第１電極を形成するステップと、曲面板状の裏側パネルの一方の面側に第２導電層を形成するステップと、前記第２導電層に第２電極を形成するステップと、 前記表側パネルおよび前記裏側パネルを、前記第１電極および前記第２電極を間に介在させて対向させるステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、車両搭載用タッチセンサのパネルの機械的強度を高めることができ、あるいは、車両搭載用タッチセンサのパネルに電極を容易に形成することができる。

本発明の実施形態に係るタッチディスプレイを示す図である。 タッチセンサの断面の構造を示す図である。 タッチセンサの断面の構造を示す図である。 第１電極パターンの例を示す図である。 第２電極パターンの例を示す図である。 タッチセンサの製造工程を示す図である。 タッチセンサの製造工程を示す図である。 タッチセンサの製造工程を示す図である。 タッチセンサの製造工程を示す図である。

図１には、本発明の実施形態に係るタッチディスプレイ１０が示されている。タッチディスプレイ１０は、自動車のフロントパネルに取り付けられる。図１のｘ軸正方向は、車室からタッチディスプレイ１０に向かって右方向に対応する。ｙ軸正方向は上方向に対応し、ｚ軸正方向はタッチディスプレイ１０から車室に向かう方向に対応する。以下の説明では、タッチディスプレイ１０から車室に向かう方向を前方とし、車室からタッチディスプレイ１０に向かう方向を後方とする。

タッチディスプレイ１０は、本体ケース１２、フレーム１４、およびタッチセンサ１６を備える。フレーム１４は、本体ケース１２の前方に、本体ケース１２の縁に沿った位置で固定されている。タッチセンサ１６は、フレーム１４に固定されており、タッチディスプレイ１０の前面をなす。

タッチセンサ１６の後方にはディスプレイ１８が配置されている。ディスプレイ１８はアクセサリ機器の動作状態、ボタン等を表示する。タッチセンサ１６は、光を透過する材料で形成されており、ディスプレイ１８の表示がタッチセンサ１６を透過して車室側に示される。ユーザは、タッチセンサ１６に触れることによって、オーディオ機器、空調装置等のアクセサリ機器の操作を行う。例えば、タッチセンサ１６の表面のうち、ディスプレイ１８に表示されたボタンに対応する位置に触れることで、ユーザは、アクセサリ機器に対し、そのボタンに割り当てられた操作を行う。

図２Ａおよび図２Ｂには、タッチセンサ１６の断面の構造が示されている。図２Ａおよび図２Ｂでは断面の位置が異なる。これらの図では、説明の便宜上、各部の厚みを実際とは異なるものとしている。タッチセンサ１６は、表側パネル２０、意匠層２２、第１電極パターン２４、第１配線電極２６、第１フィルム２８、接着材料３０、第２フィルム３２、第２配線電極３４、第２電極パターン３６、および裏側パネル３８を備える。これらの部材は、光を透過する材料で形成されている。ただし、タッチセンサ１６がタッチディスプレイ以外に用いられる場合には、これらの部材は、光を透過する材料で形成されていなくてもよい。

表側パネル２０は、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック樹脂で形成されている。表側パネル２０は、ガラス等、その他の絶縁体で形成されてもよい。表側パネル２０の後面には、意匠層２２が形成されている。意匠層２２は、車室側に示される記号、模様等であり、例えば、塗料によって描かれている。表側パネル２０および意匠層２２の後面には、第１電極パターン２４が形成されている。

図２Ａに示されている第１フィルム２８は、プラスチック樹脂等の絶縁体で形成され、第１フィルム２８の前面には第１配線電極２６が形成されている。第１電極パターン２４を形成する層の後方の一部は第１フィルム２８で覆われており、第１配線電極２６が第１電極パターン２４に接続されている。なお、設計によっては、意匠層２２は設けられていなくてもよい。この場合、表側パネル２０の後面に直接、第１電極パターン２４が形成される。

図２Ｂには、第１フィルム２８および第１配線電極２６が現れていない一方、第２フィルム３２および第２配線電極３４が現れている。裏側パネル３８は、表側パネル２０と同様の絶縁体で形成されている。裏側パネル３８は、表側パネル２０よりも厚いものとする。裏側パネル３８の前面には、第２電極パターン３６が形成されている。第２フィルム３２は、プラスチック樹脂等の絶縁体で形成され、第２フィルム３２の後面には第２配線電極３４が形成されている。第２電極パターン３６を形成する層の前方の一部は第２フィルム３２で覆われており、第２配線電極３４が第２電極パターン３６に接続されている。

表側パネル２０、意匠層２２、第１電極パターン２４、第１配線電極２６、および第１フィルム２８を含む表側部分と、裏側パネル３８、第２電極パターン３６、第２配線電極３４、および第２フィルム３２を含む裏側部分は、接着材料３０によって接合されている。接着材料３０には、アクリル系の接着剤、両面テープ等が用いられる。図２Ａおよび図２Ｂには、接着材料３０に接着剤等が用いられ、第１電極パターン２４の隙間、および第２電極パターン３６の隙間に接着材料３０が入り込んだ状態が示されている。接着材料３０に両面テープ等が用いられた場合、第１電極パターン２４の隙間、および第２電極パターン３６の隙間には、必ずしも接着材料３０は入り込まない。すなわち、第１フィルム２８が設けられていない領域で、第１電極パターン２４の後面が接着材料３０に接し、第２フィルム３２が設けられていない領域で、第２電極パターン３６の前面が接着材料３０に接する。

なお、表側パネル２０および裏側パネル３８は平板状であってもよいし曲面板状であってもよい。表側パネル２０および裏側パネル３８は、１つの断面（例えば、ｚｘ平面に対して平行な断面）において直線を描き、他の断面（例えば、ｙｚ平面に対して平行な断面）において曲線を描く２次元曲面板であってもよい。また、表側パネル２０および裏側パネル３８は、あらゆる断面において曲線を描く３次元曲面板であってもよい。

図３には第１電極パターン２４の例が示されている。ただし、この図では、図２Ａの第１電極パターン２４よりも後方の部材が取り除かれたものが示されている。第１電極パターン２４は、第１電極群として、縦方向に伸びるｘ座標電極Ｘ１〜Ｘ１９を備える。各ｘ座標電極は、縦方向に配列された複数のｘ電極片４２を備える。複数のｘ電極片４２は、直線状のｘ電極接続パターン４６によって直列接続されている。本実施形態では、各ｘ座標電極は１１個のｘ電極片４２を備える。ｘ座標電極Ｘ１〜Ｘ１９は、延伸方向を縦方向に揃えて横方向に並べて配列されている。ｘ座標電極Ｘ１〜Ｘ１９には、それぞれ、ｘ座標値ｘ１〜ｘ１９が対応付けられている。図３には、上述の第１フィルムが固定される第１フィルム固定領域２９の例が二点鎖線によって示されている。ｘ座標電極Ｘ１〜Ｘ１９のそれぞれには上述の第１配線電極が接続され、各第１配線電極に接続されたケーブルが制御回路に接続されている。

図４には第２電極パターン３６の例が示されている。ただし、この図では、図２Ｂの第２電極パターン３６よりも前方の部材が取り除かれたものが示されている。第２電極パターン３６は、第２電極群として、横方向に伸びるｙ座標電極Ｙ１〜Ｙ１０を備える。各ｙ座標電極は、横方向に配列された複数のｙ電極片４４を備える。複数のｙ電極片４４は、直線状のｙ電極接続パターン４８によって直列接続されている。本実施形態では、各ｙ座標電極は２０個のｙ電極片４４を備える。ｙ座標電極Ｙ１〜Ｙ１０は、延伸方向を横方向に揃えて縦方向に並べて配列されている。ｙ座標電極Ｙ１〜Ｙ１０には、それぞれ、ｙ座標値ｙ１〜ｙ１０が対応付けられている。図４には、上述の第２フィルムが固定される第２フィルム固定領域３３の例が二点鎖線によって示されている。ｙ座標電極Ｙ１〜Ｙ１０のそれぞれには上述の第２配線電極が接続され、各第２配線電極に接続されたケーブルが制御回路に接続されている。

ｘ座標電極Ｘ１〜Ｘ１９に属する各ｘ電極片４２は、ｙ座標電極Ｙ１〜Ｙ１０の隙間に対向し、ｙ座標電極Ｙ１〜Ｙ１０に属する各ｙ電極片４４は、ｘ座標電極Ｘ１〜Ｘ１９の隙間に対向する。また、各ｘ電極接続パターン４６には、対応するｙ電極接続パターン４８が交差し、各ｙ電極接続パターン４８には、対応するｘ電極接続パターン４６が交差する。

ユーザの指が、表側パネル２０の前面に接触または接近することにより、ｘ座標電極Ｘ１〜Ｘ１９のいずれか、および、ｙ座標電極Ｙ１〜Ｙ１０のいずれかにユーザの指が接近する。これによって、ユーザの指が接近したｘ座標電極とｙ座標電極との間の静電容量が変化する。

制御回路は、ｘ座標電極Ｘ１〜Ｘ１９と、ｙ座標電極Ｙ１〜Ｙ１０との各組み合わせについて、電極間の静電容量の変化を検出する。制御回路は、この検出結果に基づいて、電極間の静電容量が変化したｘ座標電極およびｙ座標電極の組を特定する。そして、その特定された組をなすｘ座標電極に対応するｘ座標値、および、その特定された組をなすｙ座標電極に対応するｙ座標値に応じて、アクセサリ機器を制御する。

図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、タッチセンサ１６を構成する表側パネル２０は、裏側パネル３８よりも薄い。表側パネル２０を薄くすることで、タッチセンサ１６の前面にユーザの手が接触したときの、各電極の静電容量の変化がより大きくなり検出感度が向上する。また、裏側パネル３８を厚くすることで、タッチセンサ１６の機械的強度が高くなる。

タッチセンサ１６の製造方法について、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａおよび図６Ｂを参照して説明する。図５Ａ（ａ）に示されているように、表側パネル２０の後面に意匠層２２が形成され、車室側に表側パネル２０を透かして示される記号、模様等が表側パネル２０の後面に描かれる。次に、図５Ａ（ｂ）に示されているように、表側パネル２０および意匠層２２の後面に、第１導電層５０が形成される。第１導電層５０は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）を、蒸着、スパッタリング等の工法で表側パネル２０および意匠層２２の後面に付着させることで形成される。また、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリン等の導電性ポリマーによって第１導電層５０を形成してもよい。この場合、第１導電層５０は、導電性ポリマーをスプレーによって塗布することで形成してもよい。

第１導電層５０が形成された後、図５Ｂ（ｃ）に示されているように、第１導電層５０にレーザ光４０が照射され、第１電極パターン２４が形成される。すなわち、第１導電層５０のうち不要な部分をレーザ光４０によって溶融または蒸発させて除去し、残った領域が第１電極パターン２４とされる。このようにレーザ光４０を用いて第１電極パターン２４を形成する代わりに、フォトリソグラフィおよびエッチングによって第１電極パターン２４を形成してもよい。

フォトリソグラフィでは、図５Ａ（ｂ）の第１導電層５０上にフォトレジストが塗布される。そして、フォトレジスト上にパターン状のマスクが描かれ、マスクを介してフォトレジストが露光される。フォトレジストのうち露光された部分が薬品等によって除去されることで、第１導電層５０にフォトレジストによるパターンが描かれる。エッチングでは、第１導電層５０のうちフォトレジストで覆われていない部分が薬品等によって除去される。第１導電層５０のうち除去されずに残った部分が第１電極パターン２４となる。

第１電極パターン２４が形成された後、図５Ｂ（ｄ）に示されているように、第１配線電極２６を前面に有する第１フィルム２８が、第１電極パターン２４の後方における第１フィルム固定領域に固定される。それと共に、第１電極パターン２４に含まれるｘ座標電極Ｘに第１配線電極２６が接続される。

表側パネル２０、意匠層２２、第１電極パターン２４、第１配線電極２６、および第１フィルム２８を含む表側部分が形成されると共に、次のような工程によって、表側部分より後方の裏側部分が形成される。すなわち、図６Ａ（ａ）に示されているように、裏側パネル３８の前面に、第１導電層５０を形成する工程と同様の工程によって、第２導電層５２が形成される。そして、図６Ａ（ｂ）に示されるように、第１電極パターン２４を形成する工程と同様の工程によって、第２電極パターン３６が形成される。第２電極パターン３６が形成された後、図６Ｂに示されているように、第２配線電極３４を後面に有する第２フィルム３２が、第２電極パターン３６の前方における第２フィルム固定領域に固定される。それと共に、第２電極パターン３６に含まれるｙ座標電極Ｙに第２配線電極３４が接続される。

表側部分および裏側部分が形成された後、図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、表側部分の後面と裏側部分の前面が接着材料３０によって接合される。これによって、表側パネル２０および裏側パネル３８が、第１電極パターン２４および第２電極パターン３６を間に介在させて対向し、タッチセンサ１６が構成される。

このような製造工程によれば、第１電極パターン２４が、表側パネル２０および意匠層２２の後面に付着させた第１導電層５０に基づき形成され、第２電極パターン３６が、裏側パネル３８の前面に付着させた第２導電層５２に基づき形成される。各導電層がＩＴＯによって形成される場合には、蒸着、スパッタリング等の工法が用いられ、導電性ポリマーによって形成される場合には、スプレー等の工法が用いられる。各電極は、レーザ光や、エッチングによって加工される。したがって、表側パネル２０および裏側パネル３８が曲面板状のような複雑な形状を有していても、簡単な方法で第１電極パターン２４および第２電極パターン３６が形成される。

１０ タッチディスプレイ、１２ 本体ケース、１４ フレーム、１６ タッチセンサ、１８ ディスプレイ、２０ 表側パネル、２２ 意匠層、２４ 第１電極パターン、２６ 第１配線電極、２８ 第１フィルム、２９ 第１フィルム固定領域、３０ 接着材料、３２ 第２フィルム、３３ 第２フィルム固定領域、３４ 第２配線電極、３６ 第２電極パターン、３８ 裏側パネル、４０ レーザ光、４２ ｘ電極片、４４ ｙ電極片、４６ ｘ電極接続パターン、４８ ｙ電極接続パターン、５０ 第１導電層、５２ 第２導電層。

Claims (3)

1. 表側パネルおよび裏側パネルと、
   各パネルより車室に向かう方向を前方として、前記表側パネルの後方に設けられた第１電極と、
   前記第１電極の後方における前記裏側パネルの前方に設けられた第２電極と、を備え、
   前記表側パネルおよび前記裏側パネルは、
   前記第１電極および前記第２電極を間に介在させて対向し、
   前記表側パネルは、前記裏側パネルよりも薄いことを特徴とする車両搭載用タッチセンサ。
2. 表側パネルおよび裏側パネルと、
   各パネルより車室に向かう方向を前方として、前記表側パネルの後方に設けられた第１電極と、
   前記第１電極の後方における前記裏側パネルの前方に設けられた第２電極と、を備え、
   前記表側パネルおよび前記裏側パネルは、曲面板状であり、
   前記第１電極および前記第２電極を間に介在させて対向することを特徴とする車両搭載用タッチセンサ。
3. 曲面板状の表側パネルの一方の面側に第１導電層を形成するステップと、
   前記第１導電層に第１電極を形成するステップと、
   曲面板状の裏側パネルの一方の面側に第２導電層を形成するステップと、
   前記第２導電層に第２電極を形成するステップと、
   前記表側パネルおよび前記裏側パネルを、前記第１電極および前記第２電極を間に介在させて対向させるステップと、
   を含むことを特徴とする車両搭載用タッチセンサの製造方法。
   

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