JP2009059482A - 静電容量型スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フラットディスプレーの表示部に於いて静電容量型スイッチの電極や配線のパターン領域と表示のみの領域との境に表示を阻害する不透明部分が無静電容量型スイッチ装置の構成を提案する。
【解決手段】フラットディスプレー装置を構成する透明保護部材にスイッチのＯＮ／ＯＦＦの動作に必要な透明スイッチ電極と透明配線パターン、透明ＧＮＤパターンを設けた電極シート１４を透明接着剤または透明両面テープで貼り付けた操作パネルを有し、前記操作パネルの容量変化を検出し、操作パネルの容量変化を演算処理装置に伝達する回路を内蔵した容量変化測定部を設けた制御部から構成された静電容量型スイッチであり、フラットディスプレー装置の表示部に当たる電極や配線パターンが全て透明である為、画面の表示が隠れるような部分の無い静電容量型スイッチ装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、入力方式に静電容量方式を採用した静電容量型スイッチ装置を、フラットディスプレーに設けられている表示部の透明保護部材の裏面且つ、フラットディスプレーの縁部に接している一部分に設けた静電容量型スイッチ装置に関するものである。

従来、フラットディスプレーの画面上を直接触って操作する操作系を構築する場合、図１の様に、フラットディスプレー装置１の表示部２の全面を保護する透明保護部材３を設け、その透明保護部材３の全面に抵抗膜式タッチパネルもしくは静電容量式タッチパネル等、タッチパネル装置や静電容量型スイッチ装置等の入力部分を設ける構成が一般的であった。

近年、フラットディスプレーの大型化に伴い、画面上を直接触って操作する操作系を構築する手段としてタッチパネルも大型化が求められている。
しかし、各タッチパネルは、フラットディスプレー全面を操作領域とする為、フラットディスプレーの大型化に伴い操作領域も大きくなる。
この操作領域の拡大に対して、各タッチパネルの大型化はフラットディスプレーの大型化に追従するまでに至っていない。
抵抗膜式タッチパネルの場合は、ガラス面にスペーサーを設けフィルムを貼る構造の為、大型化は難しい。
静電容量式タッチパネルの場合も、透明導電性膜（ＩＴＯ膜）の均一化や膜抵抗のバラツキに対するソフトウェア側の処理などで問題を抱えておりフラットディスプレーの大型化に対して追従出来ていない。

また、本発明の静電容量型スイッチも大型化したフラットディスプレーの表示部全域に設置した場合、フラットディスプレーの透明保護部材３に、透明スイッチ電極に繋がっている透明配線パターンを構築するが、この配線長さが大型化した影響で長くなる。
この事により、配線の抵抗が高くなりスイッチの感度を上げないとＯＮ／ＯＦＦが判断出来ない状況となる。
但し、単にスイッチの感度を上げることのみを行うと、ノイズ等の外乱の影響を受けやすくなりＯＮ／ＯＦＦの判断が難しくなる。この様なことから結果的に透明配線パターンの長さには限界が生じる。
上記したことが原因で、フラットディスプレーの表示部全域に静電容量型スイッチを設置したものの大きさにも限界が生じる。この為、あまり大きさの大きいものは存在していない。

上記したように、近年のフラットディスプレーの大型化に追従するほどのタッチパネルや静電容量型スイッチの大型化は難しいが、用途によっては必ずしも全面の操作領域を必要としない。
また、タッチパネルの様な高分解能の座標取得は、画像処理やマウスカーソルの操作などの用途では必要であるが、単に何らかの決められた機能を操作する場合は静電容量型スイッチの様にデジタル的にＯＮ／ＯＦＦのみを出力するスイッチとしての機能で十分な場合も多い。

更に、全面を操作領域とする場合は抵抗膜式タッチパネルもしくは静電容量式タッチパネルの双方ともタッチパネルの操作領域に透明導電膜（ＩＴＯ膜）を設ける必要がある為、フラットディスプレー全面にわたり透明導電膜（ＩＴＯ膜）の光学的特性に影響され、全光透過率やＨＡＺＥ値（曇り度）、色味等の光学的特性が悪化するという機能的なデメリットも存在する。
この為、フラットディスプレーの画面を必要な部分だけ部分的にタッチパネルにする方法が必要であった。

前述の通り、近年のフラットディスプレーの大型化に追従するほどのタッチパネルの大型化は難しい為、従来は図７のように静電容量式タッチパネルや抵抗膜式タッチパネルをフラットディスプレーの一部に用いた方法を用いることがあった。この方法の場合、タッチパネルの構成上、周囲電極が必要であった。
タッチパネルの周囲電極は抵抗の低い電極で構成され、電極を透明化することが不可能であり、必然的に透明ではない電極となっていた。
上記したことが理由で、タッチパネルの周囲電極１９（破線）が露出する為、周囲電極１９を隠すフレーム２０をフラットディスプレーの画面上に配置するしかなかった。
フレーム２０を、フラットディスプレーの画面上に置くことにより、画面上を直接触って操作する操作領域２１と通常の表示のみを行う領域１８との間には、フレーム２０による境目が生じ、画像２２の様に操作領域２１と通常の表示のみの領域１８にわたって画像を表示するような用途では、画像２２がフレーム２０により、一部隠れる部分があった。

フラットディスプレーを保護する保護部材の裏面に設けられる静電容量型スイッチ装置であって、該静電容量型スイッチは少なくとも透明な電極、配線パターンを、透明な誘電体に形成した操作パネルと、少なくともCPU、メモリからなる制御基板を、コネクタ接続端子を用いて接続してなるものであって、表示部から見える部分を透明な電極配線パターンとする静電容量型スイッチ装置を提案するものである。

フラットディスプレーの画面の一部に、静電容量型スイッチを設ければ、画面上の表示部の電極や配線のパターン全体を透明体と出来る為、電極や配線のパターンのある領域と表示のみの領域との境目がほとんど目立たない。この為、フラットディスプレーの画面の一部に、電極や配線のパターンを設けて静電容量型スイッチとした場合、画面の表示が隠れる部分の無いフラットディスプレーを構成することが可能である。
このことにより大型フラットディスプレーにも画面の一部であれば違和感無く画面を触る操作系を導入でき、小型フラットディスプレーであっても操作部を画面の一部とすることでコストを抑えることが可能である。

更にフラットディスプレーの画面上の表示のみの領域では透明導電性膜（ＩＴＯ）の影響が無く全光透過率やＨＡＺＥ値（曇り度）、色味の悪化を防ぐ事が出来る為、画質が要求される用途に於いても高画質を要求される表示のみの領域と静電容量型スイッチの電極や配線のパターンのある領域を重ならないよう配置すれば、画質に影響することなく“画面上を直接触る操作系”が実現可能で、大小を問わずほとんど全ての一般的なフラットディスプレーに効果がある。また、透明保護部材の表面と透明保護部材の裏面の電極シートを貼り付ける部分以外はＡＧ、ＡＲ等の光学的処理層を追加することが可能でフラットディスプレー表面または裏面の反射を抑制することも可能である。

以下、本発明について実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限るものではなく、構造・用途は共に一例である。
ここで本発明に於ける、静電容量型スイッチ装置に関し説明する。
静電容量型スイッチ装置は、図２に示した操作パネル５と制御基板６から構成され、操作パネル５と制御基板６はコネクタ接続端子７で接続される。
また、操作パネル５は、図３及び図４で示すようにＰＥＴフィルム１４に透明や不透明の電極や配線のパターンを形成したものをアクリル等の樹脂またはガラス等からなる誘電体１６に接着材料１５（接着剤もしくは両面テープ）で貼り付けたもので構成される。
この時、透明や不透明の電極や配線のパターンの内、透明である必要の無い部分には不透明で低抵抗な銀ペースト印刷にてパターンを形成する。また、フラットディスプレー表示などスイッチ部が透明で光が透過する必要がある部分には透明導電性膜（ＩＴＯ膜）を用いてパターンを形成する。

図３では操作パネル５の中央の２つのスイッチ電極付近を透明とする為、透明導電性膜（ＩＴＯ膜）を用いて透明スイッチ電極１１、透明配線パターン１２を形成し、それ以外の部分を銀ペースト印刷にて不透明スイッチ電極８、不透明配線パターン９、不透明ＧＮＤパターン１０を形成している。
尚、操作パネル５を制御基板６に接続する為、操作パネル５に貼り付けている透明や不透明の電極や配線のパターンを印刷したＰＥＴフィルムから配線パターン引出し部１３により配線を引き出しているが、通常この部分は他の電極や配線のパターンと同様にＰＥＴフィルムに配線パターンを印刷してあるものに、更に絶縁層で被覆してある構成となっているので一般的なフレキシブル基板と同様にＰＥＴフィルムや配線パターンに無理な負荷がかからない範囲で曲げて配線することが可能である。

次に誘電体１６に指１７（導電体）が近づいた場合を図５、図６に示す。
この図の様に指１７が電極１１（電極８でも同様）に近づくと、誘電体１６を電極１１と指１７で挟んだ平行板コンデンサが形成され静電容量が増加する。また、逆に誘電体１６から指１７が離れると、形成された平行板コンデンサの静電容量が減少する。
図２に示す制御基板６は、この静電容量の変化をＣ／Ｖ変換回路（容量を電圧に変換）で電圧に変換し、演算処理装置（ＣＰＵ）に設けられているアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）でデジタルデータに置き換え、記憶装置に格納されている演算処理装置の動作を決める制御プログラムを演算処理装置（ＣＰＵ）へ読み込み、該制御プログラムによりスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を判断しているのが、静電容量型スイッチの一般的な動作原理である。

更に静電容量型スイッチはスイッチを押し込むストロークが無いという特徴がある為、ただ単に押しボタンスイッチの代わりに使用するだけでなく、指のスライド動作を検出することも出来る。原理としては前記の指１７を図６の様に横にスライドすることで透明スイッチ電極１１がＯＮの状態から不透明スイッチ電極８がＯＮの状態（透明スイッチ電極１１はＯＦＦとなる）にすることが出来ることを利用し、別のプログラムにより、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦの時間の差を見ることで、初めにＯＮとなったスイッチの位置から次にＯＮとなったスイッチの位置へ指の動作したことを検出することが出来る。この操作は方向指示操作やボリュームコントロールなどの用途に使用されている。


静電容量型スイッチの電極シートをフラットディスプレーの透明保護部材裏面の一部に貼り付ける方式について説明する。
図８は本発明の静電容量型スイッチ装置の操作パネルの構成図を示したものである。
図９は該静電容量スイッチ装置の電極シートの詳細図であり、図１０は断面図である。

電極シート２４はフラットディスプレーの表面に設けられた透明保護部材２３の裏面に透明接着材料３２（透明接着剤もしくは透明両面テープ）を用い、貼り付けを行う。
電極シート２４とは図１０に示すＰＥＴフィルム３１の上に電極や配線のパターンを形成したものである。
この時、電極や配線のパターンの内、表示領域２５にあたる部分は表示を妨げないよう透明導電性膜（ＩＴＯ膜）を用いて透明スイッチ電極２６、透明配線パターン２７、透明ＧＮＤパターン２８を形成し、非表示部は銀ペースト印刷により不透明ＧＮＤパターン３０、不透明配線パターン２９を形成する。
この様に形成された電極や配線のパターンにより透明保護部材２３を誘電体として電極２６と指３６で挟んだ平行板コンデンサが形成され制御基板２によりＯＮ／ＯＦＦを判定しスイッチとして機能する。また、静電容量型スイッチ装置は別のプログラムにより前述のＯＮ／ＯＦＦ情報を用いて複数のスイッチ上を移動した指のスライド動作を検出することも出来る。

次にフラットディスプレー用透明保護部材とほぼ同じかそれより大きいＰＥＴフィルムの一部に電極や配線のパターンを配した静電容量型スイッチの電極シートを透明保護部材に貼り付ける方式について説明する。
図１１は本発明の静電容量型スイッチ装置の操作パネルの構成図を示したものである。
図１２は該静電容量スイッチ装置の電極シートの詳細図であり、図１３は断面図である。

電極シート３８は、フラットディスプレーの表面に設けられた透明保護部材２３の裏面に透明接着材料３２（透明接着剤もしくは透明両面テープ）を用い、貼り付けを行う。
電極シート３８は、ＰＥＴフィルム３９の上に電極や配線のパターンを形成したものである。
この時、電極や配線のパターンの内、表示領域２５にあたる部分は表示を妨げないよう透明導電性膜（ＩＴＯ膜）を用いて透明スイッチ電極２６、透明配線パターン２７、透明ＧＮＤパターン２８を形成し、非表示部は銀ペースト印刷により不透明ＧＮＤパターン３０、不透明配線パターン２９を形成する。
この様に、形成された電極や配線のパターンにより、透明保護部材２３を誘電体として電極２６と指３６で挟んだ平行板コンデンサが形成され、制御基板２によりＯＮ／ＯＦＦを判定しスイッチとして機能する。また、該静電容量型スイッチ装置は、別のプログラムにより前述のＯＮ／ＯＦＦ情報を用いて、複数のスイッチ上を移動した指のスライド動作を検出することも出来る。

尚、透明導電性膜（ＩＴＯ膜）より、電極や配線のパターンを形成する場合は、基材として透明導電性膜付きＰＥＴフィルムより、エッチングにより不要な透明導電性膜を除去しているが、本実施例では基材として使用する透明導電性膜付きＰＥＴフィルムがかなり大きなものとなる為、コスト面を考慮するとＰＥＴフィルムに必要な部分のみ処理する方法が望ましい。
この為、電極や配線のパターンを形成する際は透明導電性膜（ＩＴＯ膜）をエッチングして形成する代わりに、透明導電性インキを用いて印刷にて透明電極や配線のパターンを形成する方法を用いる場合もある。

次に透明保護部材裏面の一部に直接、銀ペースト印刷や透明導電性膜（ＩＴＯ）を用いて静電容量型スイッチの電極や配線のパターンを形成する方式について説明する。
図１４は、本発明の静電容量型スイッチ装置の操作パネルの構成図を示したものである。
図１５は、該静電容量スイッチ装置の電極シートの詳細図であり、図１６は断面図である。
フラットディスプレーの表面に設けられた透明保護部材４０の裏面に直接、電極や配線のパターンを透明導電性膜（ＩＴＯ膜）と、銀ペースト印刷により構成する方式である。
この時、制御基板２への引出し部４１は、別体のＰＥＴフィルムに銀ペーストを印刷したものを透明保護部材４０上のスイッチ電極２６より引き出されている透明配線パターン２７に導通するよう異方性導電接着剤により接着し、制御基板２とスイッチ電極２６を接続させる。
この時、電極や配線のパターンの内、表示領域２５にあたる部分は表示を妨げないよう透明導電性膜（ＩＴＯ膜）を用いて透明スイッチ電極２６、透明配線パターン２７、透明ＧＮＤパターン２８を形成し、非表示部は銀ペースト印刷により不透明ＧＮＤパターン３０、不透明配線パターン２９を形成する。
この様に、形成された電極や配線のパターンにより、透明保護部材４０を誘電体として電極２６と指３６で挟んだ平行板コンデンサが形成され、制御基板２によりＯＮ／ＯＦＦを判定しスイッチとして機能する。また、該静電容量型スイッチ装置は、別のプログラムにより前述のＯＮ／ＯＦＦ情報を用いて複数のスイッチ上を移動した指のスライド動作を検出することも出来る。

従来のタッチパネル付フラットディスプレー 静電容量型スイッチ装置の構造図 電極シート 操作パネル断面図 操作パネル断面図 指で触った場合 操作パネル断面図 指をスライドした場合 タッチパネルを画面の一部に設けたフラットディスプレー 静電容量型スイッチを画面の一部に設けたフラットディスプレー 図８の電極シート詳細図 図９の断面図 静電容量型スイッチを画面の一部に設けたフラットディスプレー 図１１の電極シート詳細図 図１２の断面図 静電容量型スイッチを画面の一部に設けたフラットディスプレー 図１４の電極シート詳細図 図１５の断面図

符号の説明

１ フラットディスプレー装置
２ 透明保護部材
３ フラットディスプレー表示部
４ フラットディスプレーの外枠フレーム
５ 操作パネル
６ 制御基板
７ コネクタ接続端子
８ 不透明スイッチ電極
９ 不透明配線パターン
１０ 不透明ＧＮＤパターン
１１ 透明スイッチ電極
１２ 透明配線パターン
１３ 配線パターン引出し部
１４ ＰＥＴフィルム
１５ 接着材料（接着剤もしくは両面テープ）
１６ 誘電体（アクリル等の樹脂、またはガラス等）
１７ 指（導電体）
１８ 表示のみの領域
１９ タッチパネル周囲電極
２０ 周囲電極を隠す為のフレーム
２１ 操作領域
２２ 画像（一例）
２３ 透明保護部材
２４ 電極シート
２５ 表示領域
２６ 透明スイッチ電極
２７ 透明配線パターン
２８ 透明ＧＮＤパターン
２９ 不透明配線パターン
３０ 不透明ＧＮＤパターン
３１ ＰＥＴフィルム
３２ 透明接着材料（透明接着剤 もしくは 透明両面テープ）
３３ 引出し部
３４ コネクタ接続端子
３５ フラットディスプレー表示装置
３６ 指（導電体）
３７ ＰＥＴフィルムの端面
３８ 電極シート
３９ ＰＥＴフィルム
４０ 透明保護部材
４１ 引出し部

Claims (1)

1. フラットディスプレーを保護する保護部材の裏面に設けられる静電容量型スイッチ装置であって、該静電容量型スイッチは少なくとも透明な電極、配線パターンを、透明な誘電体に形成した操作パネルと、少なくともCPU、メモリからなる制御基板を、コネクタ接続端子を用いて接続してなるものであって、表示部から見える部分を透明な電極配線パターンとすることを特徴とする静電容量型スイッチ装置。