CN105474148B - 静电电容型输入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种从曝于高湿环境下之后检测精度的降低快速恢复的具有曲面形状的静电电容型输入装置。具有曲面形状的静电电容型输入装置(101)的特征在于，具有：外装体(1)，具有与用户相对的外曲面(1g)，由合成树脂成型而成；膜基材(3)，仿照外装体(1)的内曲面(1n)而一体地设置；导电层(5)，形成于膜基材(3)的与外装体(1)接合的接合面(3m)的相反面(3p)，由导电性高分子构成；以及布线层(7)，与导电层(5)电连接。

Description

静电电容型输入装置
技术领域
本发明涉及在各种电子设备中使用的静电电容型的输入装置，特别涉及具有曲面形状的静电电容型输入装置。
背景技术
近年来，检测用户轻轻进行触摸的指尖部分的少量的静电电容的变化、将位置及运动的方向变换为电气信号进行输出的静电电容型的输入装置常常被使用。这样的静电电容型输入装置能够将开关等机构部件省略，具有美观性良好的优点，但另一方面，由于使用氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)膜作为检测用的透明电极，从而需要真空成膜，在工业上实际仅限于二维形状(平面形状)，具有对适用的制品的适用部位设有限制的缺点。
鉴于上述缺点，在专利文献1中，提出了能够将表面设置在曲面的安装部位的静电电容传感器(静电电容型输入装置)900。图9是说明专利文献1(以往例)的静电电容传感器900的图，图9(a)是示意性地说明实施方式A的静电电容传感器900A的说明图，图9(b)是示意性地说明实施方式B的静电电容传感器900B的说明图。
图9所示的静电电容传感器900(900A、900B)构成为，具备：三维成型的膜基材901、与该膜基材901一体化的装饰层910、对静电电容的变化进行检测的导电性的电路图案层920、对膜基材901进行支承的支承体940、以及抑制电路图案层920的导电墨水的渗透的保护层930A。除此以外，在图9(a)所示的静电电容传感器900A中，具备防止装饰层910的表面损伤、磨损的保护层935，在图9(b)所示的静电电容传感器900B中，具备绝缘性的抗蚀剂层925。并且，当用户的手指FN与三维形状的表面接触时，静电电容传感器900(900A、900B)用电路图案层920检测出该手指FN的指尖部分的少量的静电电容的变化。
此外，该静电电容传感器900(900A、900B)中，作为电路图案层920，具备第一电路图案层923和第二电路图案层924，实现静电电容传感器900(900A、900B)的检测精度的提高及结构的多样化。此外，该电路图案层920不使用氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)膜而使用由银膏、碳素墨水、导电性聚合物(信越聚合物公司(信越ポリマー社)制造：Seplegyda)等构成的导电墨水构成，因此能够形成于三维成型的膜基材901以及支承体940。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－267607号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，以往例中使用的导电性聚合物(导电性高分子)具有当吸湿时其层的电阻值变大的性质，若一度吸湿后的水分不排出，则可能会导致检测精度的降低。特别是，在以往例的结构中，静电电容传感器900A的第二电路图案层924及静电电容传感器900B的电路图案层920(923、924)为被膜基材901和支承体940夹持的层结构，因此具有在一旦水分透过膜基材901及支承体940而被电路图案层920(923、924)吸收的情况下水分不容易排出的课题。因此，在以往例的静电电容传感器900中，在曝于高湿环境下后，有可能检测精度降低且不容易恢复。
本发明用于解决上述课题，目的在于提供从曝于高湿环境下后检测精度的降低快速恢复的具有曲面形状的静电电容型输入装置。
用于解决课题的手段
为了解决该课题，本发明的静电电容型输入装置的特征在于，具有：外装体，具有与用户相对的外曲面，由合成树脂成型而成；膜基材，仿照该外装体的内曲面而被一体地设置；导电层，形成于该膜基材的上述外装体侧的面的相反面，由导电性高分子构成；以及布线层，与该导电层电连接。
由此，本发明的静电电容型输入装置中，由于导电层不被外装体与膜基材夹持，从而成为导电层内的水分不会被膜基材及外装体妨碍而容易从在膜基材的外装体侧的面的相反面侧形成的导电层的表面排出的结构。由此，在曝于高湿环境下之后，导电层的电阻值容易回到原来的值，能够从检测精度的降低快速恢复。
此外，本发明的静电电容型输入装置的特征在于，上述导电性高分子由聚亚乙二氧基噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合体构成。
由此，能够确保充分的透明性并得到所希望的导电性，并且高温气氛下的稳定性及弯曲加工的耐性也良好。此外，由于是水分散性的，从而能够容易地进行涂敷、成膜。由此，能够容易地制作具有曲面形状的静电电容型输入装置。
此外，本发明的静电电容型输入装置的特征在于，上述外装体、上述膜基材以及上述导电层是透明的。
由此，能够使操作面整体透明。由此，能够适宜被用于要求透明性的制品。此外，通过添加装饰层，所适用的制品的装饰性也能够提高。
此外，本发明的静电电容型输入装置的特征在于，具有以覆盖上述导电层的方式层叠的保护层。
由此，由于具有以覆盖导电层的方式而层叠的保护层，从而相对于例如制造上的物理作用下的导电层的损伤、或例如环境下的导电层的损坏等，导电层受到保护。由此，能够提高具有曲面形状的静电电容型输入装置的耐气候性。
发明效果
本发明的静电电容型输入装置成为导电层内的水分容易从与膜基材的外装体相对的面的相反面侧排出的结构。由此，在曝于高湿环境下后，导电层的电阻值容易回到原来的值，能够从检测精度的降低快速恢复。
附图说明
图1是说明本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置的立体图。
图2是说明本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置的图，是从图1所示的Z2侧看到的立体图。
图3是说明本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置的图，是从图1所示的X2侧看到的侧面图。
图4是说明本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置的图，是曲面形状部分的剖面结构图。
图5是说明第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置的效果的图，图5(a)是表示用于耐湿试验的本申请的样本片的层构造的图，图5(b)是表示用于比较的样本片的层构造的图。
图6是说明第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置的效果的图，是耐湿试验结果的曲线图。
图7是说明第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置的变形例的图，图7(a)是与图4进行比较的变形例1的剖面结构图，图7(b)是与图4进行比较的变形例2的剖面结构图。
图8是说明第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置的变形例的图，图8(a)是与图3进行比较的变形例3的剖面结构图，图8(b)是与图3进行比较的变形例4的剖面结构图。
图9是说明以往例的静电电容传感器的图，图9(a)是示意性地表示实施方式A的静电电容传感器的说明图，图9(b)是示意性地表示实施方式B的静电电容传感器的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[第1实施方式]
图1是说明本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101的立体图。图2是说明本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101的图，是从图1所示的Z2侧看到的立体图。图3是说明本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101的图，是从图1所示的X2侧看到的侧面图。图4是说明本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101的图，是曲面形状部分的剖面结构图。另外，图3及图4所示的身体特定部位F10的尺寸和图4所示的各层的尺寸是表示出概念的图，不表示实际的尺寸。
本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101利用被称作静电电容式的检测方式，如图3所示，当用户使自身的身体特定部位F10(图3中是指尖，以下记作指尖F10)接近或接触到静电电容型输入装置101的表面时，通过静电电容值的变化来检测表面上的指尖F10的坐标位置，从而能进行与指尖F10的坐标位置对应的输入操作。
该静电电容型输入装置101如图1至图4所示，构成为，具有：外装体1，具有与用户相对的外曲面1g；膜基材3，仿照外装体1的内面的内曲面1n而一体地形成；导电层5，形成在膜基材3的相反面3p；以及布线层7，与导电层5电连接。除此以外，静电电容型输入装置101中，虽未图示，但具有经由布线层7接收来自导电层5的静电电容值的变化的信号的检测部、和基于来自检测部的信号对命令信号进行输出的控制部。另外，关于检测部和控制部，具有静电电容型的传感器的一般性功能，不对本发明有任何限定，因此省略详细的说明。
静电电容型输入装置101的外装体1采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，Polyethylene terephthalate)或聚碳酸酯(PC，polycarbonate)等透明的合成树脂进行注塑成型，从而被立体地三维成型。此外，本发明的第1实施方式的静电电容型输入装置101中，如图1至图3所示，构成为，外形具有矩形的形状，在中央部分，与用户相对的外曲面1g具有凸状的拱顶形状(具有曲面形状)。此外，具备从矩形的外周的一边向一个方向延伸的取出部1t。
静电电容型输入装置101的膜基材3采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，Polyethylene terephthalate)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN，Polyethylene naphthalate)等透明的膜，如图4所示，在与外装体1接合的接合面3m侧设有透明的粘接层22，仿照外装体1的内面即凹状的内曲面1n而一体地形成。此外，还仿照外装体1的取出部1t的内面而一体地形成有端子部3t，从该端子部3t进行与上述的检测部的电连接。
作为该一体成形的制作方法，使用在外装体1的注塑成型时将该膜基材3夹入到模具中进行嵌件成型的方法。由此，能够使膜基材3为立体的三维形状并且仿照外装体1的内曲面1n一体形成。此外，作为其他制作方法，通过使膜基材预先通过模具进行冲压成型而成为立体的三维形状、重合于立体地三维成型的外装体而使膜基材粘接，从而也能够容易地制作。此外，通过将上述的呈三维形状的膜基材夹入到模具中进行嵌件成型、并与外装体一体形成的方法也能够容易地制作。
此外，在膜基材3的与外装体1接合的接合面3m，如图4所示，为了提高制品的设计性等，设有装饰层52。该装饰层52根据需要将字符、图形、记号、或它们的组合图样通过丝网印刷法或转移印刷法等向膜基材3直接印刷，从而能够容易地制作。此外，装饰层52除了设计性的提高这样的目的以外，例如还能够成为为了使得用户无法辨认布线层7的隐蔽层或将来自光源的光截断的遮光层等，利用于各种各样的用途。另外，为了使说明容易，在图1至图3中，特意没有图示装饰层52的图样。
静电电容型输入装置101的导电层5如图4所示，形成于膜基材3的与接合面3m相反侧的相反面3p，是导电性高分子，采用聚亚乙二氧基噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合体(以下，记作PEDOT：PSS)。该PEDOT：PSS是透明的，并且是能够确保充分的透明性并得到所希望的导电性的材料。此外，PEDOT：PSS在高温气氛下的稳定性也良好，与氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)相比，对弯曲加工也具有较强的耐性。进而，PEDOT：PSS是水分散性的，从而能够容易地涂敷，并且能够通过干燥、固化而容易地进行成膜。另外，导电层5向膜基材3的塗布能够通过丝网印刷法等容易地进行。
此外，虽未进行详细的图示，导电层5具有平行排列了多条线状的图案的电极图案，具有对该电极图案与用户自身的指尖F10的静电电容值的变化进行检测的电极的功能。此外，在以往例中，设为通过X方向的第一电路图案层923和Y方向的第二电路图案层924这2层的电极来检测静电电容值的变化的坐标检测装置，而在本发明的第1实施方式中，将导电层5用1层构成，通过1层的电极来检测静电电容值的变化。因此，在以往例中，公开了电路图案层920的电极的厚度为1～15μm、或10～15μm左右，而本发明的第1实施方式的导电层5的厚度为0.1～几μm左右的较薄的结构。
以上，如上述那样，由于外装体1、膜基材3以及导电层5是透明的，从而能够使操作面整体透明。由此，能够适宜被用于要求透明性的制品。此外，通过添加上述的装饰层52，所适用的制品的装饰性也能够提高。
静电电容型输入装置101的布线层7如图4所示，与导电层5的一部分重合而形成并与导电层5电连接，并且，如图2所示，从矩形的外周部3s一直铺设到端子部3t。该端子部3t的布线层7能够利用连接器等容易地与相连于检测部的布线连接。
此外，该布线层7能够通过将银膏、碳素墨水等向在相反面3p形成有导电层5的膜基材3进行丝网印刷并进行干燥、固化而容易地制作。此外，布线层7由于采用银膏、碳素墨水等导电性复合部件，从而与导电层5同样地，与氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)相比，对弯曲加工也有较强的耐性。
静电电容型输入装置101的保护层9采用绝缘性的合成树脂材料，如图4所示，将导电层5覆盖而形成。此外，在本发明的第1实施方式中，将布线层7也覆盖而形成保护层9。由此，导电层5相对于例如制造上的物理作用下的导电层5的损伤、或例如环境下的导电层5的损坏等受到保护。由此，能够提高具有曲面形状的静电电容型输入装置101的耐气候性。另外，保护层9当然也是透明的。此外，保护层9相比于膜基材3形成得较薄，以便不妨碍将导电层5吸收的水分释放。
此外，该保护层9能够通过将绝缘性墨水等向在相反面3p形成有导电层5的膜基材3进行丝网印刷并进行干燥、固化从而容易地以覆盖导电层5的方式层叠。
如以上那样构成的静电电容型输入装置101不同于以往例的静电电容传感器900A的第二电路图案层924或静电电容传感器900B的电路图案层920(923、924)被膜基材901和支承体940夹持的层结构，成为在膜基材3与外装体1(相当于以往例的支承体940)之间没有夹持有导电层5的层结构。因此，成为导电层5内的水分容易从膜基材3的与外装体1接合的接合面3m的相反面3p侧排出的结构。由此，即使发生在高温高湿环境等下由于透过外装体1的水分、导电层5吸湿而电阻值变大的情况，当回到常温常湿环境时导电层5的电阻值也容易回到原来的值，从而能够从检测精度的降低快速恢复。此外，由于在外装体1的内曲面1n侧设有导电层5以及布线层7，从而由外装体1以及膜基材3吸收来自外曲面1g侧的紫外线，能够防止导电层5及布线层7曝露于紫外线中。由此，能够提高具有曲面形状的静电电容型输入装置101的耐气候性。
此外，在本发明的第1实施方式中，与以往例相比，导电层5的厚度为0.1～几μm左右且薄至约1/10的结构，导电层5对应于与以往例相比厚度变小的比率而更容易受到湿度的影响。因此，本发明的第1实施方式的静电电容型输入装置101表现出更显著的效果。
关于以上那样构成的本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101的效果，利用一部分附图而在以下说明。
图5是说明第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101的效果的图，图5(a)是表示用于耐湿试验的本申请的样本片SP1的层构造的图，图5(b)是表示用于比较的样本片CP9的层构造的图。本申请的样本片SP1为按外装体1、粘接层22、膜基材3、导电层5、布线层7、保护层9的顺序层叠而成的层结构，比较的样本片CP9为按外装体C1、粘接层C22、布线层C7、导电层C5、膜基材C3的顺序层叠而成的层结构。比较的样本片CP9为导电层C5被外装体C1与膜基材C3夹持的层结构，相对于此，本申请的样本片SP1为导电层5不被外装体1和膜基材3夹持的层结构。图6是说明第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101的效果的图，是利用图5所示的各样本片进行耐湿试验的结果的曲线图。横轴表示曝于高温多湿的环境下的累积的曝露时间(单位为时间)，纵轴对初始的电阻值和曝于高温多湿的环境下一定时间后的电阻值进行测定而表示其电阻值变化(单位为百分比)。此外，图中的A1是本申请的样本片SP1的结果，图中的C1是比较的样本片CP9的结果。另外，该高温多湿的耐湿试验中，在曝于60℃、95％湿度的环境下所希望的时间后、回到常温常湿且在2小时后对各样本的电阻值进行测定，并将其反复执行。
本发明的第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101由于在与具有曲面而形成的外装体1一体形成的膜基材3形成了由导电性高分子构成的导电层5，从而与以往例的层结构不同，成为导电层5内的水分容易从膜基材3的与外装体1接合的接合面3m的相反面3p侧排出的结构。因此，如图6所示，即使发生了在高温高湿环境等下由于透过外装体1的水分、导电层5吸湿而电阻值变大的情况，在回到常温常湿环境时，导电层5的电阻值相比于其他层结构的结果(图中的C1)也不会变大(图中的A1)。这可以认为，在高温多湿环境下导电层5吸收的水分在回到常温常湿后的2小时中排出了大部分，从而电阻变化率得以抑制。由此，能够从检测精度的降低快速恢复，能够防止检测精度的降低。
此外，由于在外装体1的内曲面1n侧设有导电层5及布线层7，从而由外装体1及膜基材3吸收来自外曲面1g侧的紫外线，能够防止导电层5及布线层7曝露于紫外线中。由此，能够提高具有曲面形状的静电电容型输入装置101的耐气候性。
此外，由于导电性高分子是PEDOT：PSS，从而能够确保充分的透明性并得到所希望的导电性，并且高温气氛下的稳定性及弯曲加工的耐性也良好。此外，由于是水分散性的，从而能够容易地进行涂敷、成膜。由此，能够容易地制作具有曲面形状的静电电容型输入装置101。
此外，由于外装体1、膜基材3以及导电层5是透明的，从而能够使操作面整体透明。由此，能够适宜被用于要求透明性的制品。此外，通过添加装饰层52，所适用的制品的装饰性也能够提高。
此外，由于具有以覆盖导电层5的方式而层叠的保护层9，从而导电层5相对于例如制造上的物理作用下的导电层5的损伤、或例如环境下的导电层5的损坏等受到保护。由此，能够提高具有曲面形状的静电电容型输入装置101的耐气候性。
另外，本发明不限于上述实施方式，例如能够如以下那样变形实施，这些实施方式也属于本发明的技术范围。
图7是说明第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101的变形例的图，图7(a)是与图4进行比较的变形例1的静电电容型输入装置C101的剖面结构图，图7(b)是与图4进行比较的变形例2的静电电容型输入装置C102的剖面结构图。图8是说明第1实施方式的具有曲面形状的静电电容型输入装置101的变形例的图，图8(a)是与图3进行比较的变形例3的静电电容型输入装置C103的剖面结构图，图8(b)是与图3进行比较的变形例4的静电电容型输入装置C104的剖面结构图。
＜变形例1＞
在上述第1实施方式中，与用户相对的外曲面1g构成为具有凸状的拱顶形状，但也可以如图7(a)所示那样构成为，与用户相对的外曲面1g具有凹状的碗形状。
＜变形例2＞
在上述第1实施方式中，与用户相对的外曲面1g构成为具有凸状的单纯的拱顶形状，但不限于该形状，也可以如例如图7(b)所示那样，是组合了不同的凸形状的形状。
＜变形例3＞
在上述第1实施方式中，适当地构成为以覆盖导电层5的方式而设置保护层9，但也可以如图8(a)所示那样为不设置保护层9的结构。
＜变形例4＞
也可以适当地构成为，相对于上述第1实施方式，如图8(b)所示那样，在外装体1与装饰层52之间设置中间层C42。由此，在注塑成型时，能够保护装饰层52不受成为外装体1的高温流动的合成树脂的影响。
＜变形例5＞
在上述第1实施方式中，采用使外装体1、膜基材3、导电层5以及保护层9透明而使操作面整体透明的结构，但根据所提供的制品，并不需要一定设为透明的。
＜变形例6＞
在上述第1实施方式中，适当地构成为，设置1层导电层5，用这1层的电极对静电电容值的变化进行检测，从而检测用户自身的指尖F10的位置，但不限于该方式。例如，也可以如以往例那样构成用X方向的第1导电层和Y方向的第2导电层这2层的电极对静电电容值的变化进行检测从而能够检测坐标的坐标输入装置。此外，也可以用1层的导电层检测用户自身的指尖F10而构成例如开关装置。
本发明不限于上述实施方式，只要不脱离本发明的目的的范围就能够适宜地变更。
标号说明
1 外装体
1g 外曲面
1n 内曲面
3 膜基材
3m 接合面
3p 相反面
5 导电层
7 布线层
9 保护层
101，C101，C102，C103，C104 静电电容型输入装置

Claims (3)

1.一种具有曲面形状的静电电容型输入装置，其特征在于，具有：
外装体，具有与用户相对的外曲面，由合成树脂成型而成；
膜基材，仿照该外装体的内曲面而被一体地设置；
粘接层，设在与上述外装体接合的该膜基材的接合面；
导电层，形成于该膜基材的上述外装体侧的面的相反面，由导电性高分子构成；
布线层，与该导电层电连接；以及
保护层，以覆盖上述导电层的上述膜基材侧的面的相反面的方式层叠，比上述膜基材更薄。
2.如权利要求1所述的具有曲面形状的静电电容型输入装置，其特征在于，
上述导电性高分子由聚亚乙二氧基噻吩PEDOT和聚苯乙烯磺酸PSS的混合体构成。
3.如权利要求1所述的具有曲面形状的静电电容型输入装置，其特征在于，
上述外装体、上述膜基材、上述导电层以及上述保护层是透明的。
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