JP2010049618A - 静電容量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ軸用電極とＹ軸用電極を適切な対の組み合わせに形成でき、しかも、導電体の高精度な検出が期待できる静電容量センサを提供する。
【解決手段】 誘電フィルム１１表面のＸＹ方向に複数の電極１３を形成し、複数の電極１３に接近する導電体との間にコンデンサを形成し、どの電極１３に導電体が接近したかを静電容量の変化として検出する静電容量センサ１０であって、複数の電極１３を、誘電フィルム１１表面のＸ方向に配列形成される複数のＸ軸用電極１５と、誘電フィルム１１表面のＹ方向に配列形成されてＸ軸用電極１５に間隙を介して組み合わされる複数のＹ軸用電極１６とを備える。また、複数のＸ軸用電極１５とＹ軸用電極１６を、投影視で相互に重ならない異なる形状に形成する。誘電フィルム１１の表面にＸ軸用電極１５とＹ軸用電極１６が共に配列形成されるので、これら１５・１６を適切な対の組み合わせに位置決め形成できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話やノートパソコン等の操作に使用される静電容量センサに関するものである。

例えば図１０に示すノートパソコン１には、様々な技術が使用されているが、その一つとしてタッチパッド用の静電容量センサ（タッチセンサともいう）１０があげられる（特許文献１参照）。

この種の静電容量センサ１０は、図示しないが、ノートパソコン１のタッチ板２に裏面側から対向する絶縁層を備え、この絶縁層の表裏面のＸＹ方向に導電性の電極が配列形成されており、この複数の電極に導電体である指が上方から接近した場合に、指との間にコンデンサを形成して複数の電極中のどの電極上に指が存在するかを静電容量の変化として検出し、この静電容量の検出をマウスポインタの動作に関連付けるよう機能する。

複数の電極は、例えば誘電層の表面に接着剤を介して配列形成される複数のＸ軸用電極と、誘電層の裏面に接着剤を介して配列形成される複数のＹ軸用電極とを備え、これらＸ軸用電極とＹ軸用電極とが投影視で相互に重なるよう配置される。
このような静電容量センサ１０は、ジョイスティックやトラックボール等に比べ、構成部品が少なく、小型化や薄型化を図ることができ、しかも、腱鞘炎等にかかりにくいという特徴がある。
特開２００８‐９７２８３号公報

従来における静電容量センサ１０は、以上のように構成され、誘電層の表面に複数のＸ軸用電極が、誘電層の裏面に複数のＹ軸用電極がそれぞれ配列形成されているので、Ｘ軸用電極とＹ軸用電極とを適切な対の組み合わせに位置決め形成することが困難であるという問題がある。この結果、電極の接着や密度にムラが生じ、静電容量センサ１０の固体差が大きくなり、調整に長時間を要することが少なくない。

また、従来の静電容量センサ１０は、電極のＸ軸用電極とＹ軸用電極とが投影視で相互に重なるので、外部に対する電界の広がりが少なく、タッチ板２等を薄く形成しないと、指の高精度な検出が期待できないおそれがある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、Ｘ軸用電極とＹ軸用電極とを適切な対の組み合わせに形成することができ、しかも、導電体の高精度な検出が期待できる静電容量センサを提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、誘電層のＸＹ方向に複数の電極を形成し、この複数の電極に接近する導電体との間にコンデンサを形成し、複数の電極のどの電極に導電体が接近したかを静電容量の変化として検出するものであって、
複数の電極は、誘電層の片面に配列形成される複数のＸ軸用電極と、誘電層の片面に配列形成されてＸ軸用電極に間隙を介して組み合わされる複数のＹ軸用電極とを含み、これら複数のＸ軸用電極とＹ軸用電極とを相互に重ならない形状に形成したことを特徴としている。

なお、誘電層の片面に、複数の電極を包囲して導電体の動きに伴うノイズの発生を抑制するグランド用導電ラインを形成することができる。
また、複数のＸ軸用電極を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、複数のＹ軸用電極を同一形状に形成して隣接するＹ軸用電極とＹ軸用電極との間をジャンパ構造あるいはスルーホール構造の導通接続部により接続することができる。
また、複数のＹ軸用電極を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、複数のＸ軸用電極を同一形状に形成して隣接するＸ軸用電極とＸ軸用電極との間をジャンパ構造あるいはスルーホール構造の導通接続部により接続することができる。

ここで、特許請求の範囲における誘電層の片面は、導電体に近い側の表面でも良いし、裏面でも良い。また、複数の電極は、例えば誘電層のＸＹ方向に３×３、４×４、６×６の配列等で形成される。導電体には、少なくとも人体の一部や導電性のタッチペン等が含まれる。また、電極のＸ軸用電極とＹ軸用電極とは、対に組み合わせ可能な電極であれば、対称形でも良いし、非対称形でも良い。

ジャンパ構造の導通接続部は、隣接するＸ軸用電極間あるいはＹ軸用電極間に積層される絶縁層と、隣接するＸ軸用電極あるいはＹ軸用電極の間に導通可能に設けられて絶縁層に積層される導電層とを備えて形成される。また、スルーホール構造の導通接続部は、例えば隣接するＸ軸用電極あるいはＹ軸用電極にそれぞれ設けられる貫通孔と、この一対の貫通孔にそれぞれ形成される導体と、この一対の導体を導通接続する導電層とを備えて形成される。

本発明によれば、誘電層の片面に電極のＸ軸用電極とＹ軸用電極とが共に形成されるので、Ｘ軸用電極とＹ軸用電極とを適切な対の組み合わせに位置決めすることができる。したがって、電極の形成や密度にムラが生じることが少なく、静電容量センサの固体差の調整に長時間を要することも少ない。

本発明によれば、Ｘ軸用電極とＹ軸用電極とを適切な対の組み合わせに形成することができ、しかも、導電体の高精度な検出が期待できるという効果がある。

また、複数のＸ軸用電極を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、複数のＹ軸用電極を同一形状に形成して隣接するＹ軸用電極とＹ軸用電極との間をジャンパ構造あるいはスルーホール構造の導通接続部により接続すれば、交差するＸ軸用電極とＹ軸用電極との短絡を回避することができる。
また、複数のＹ軸用電極を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、複数のＸ軸用電極を同一形状に形成して隣接するＸ軸用電極とＸ軸用電極との間をジャンパ構造あるいはスルーホール構造の導通接続部により接続しても、交差するＸ軸用電極とＹ軸用電極との短絡を防ぐことができる。

以下、図面を参照して本発明に係る静電容量センサ１０の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における静電容量センサ１０は、図１や図２、図１０に示すように、ノートパソコン１のタッチ板２に裏面側から対応する誘電フィルム１１と、この誘電フィルム１１に形成される複数の電極１３と、この複数の電極１３を包囲するグランド用導電ライン２０とを備え、各電極１３をＸ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とから形成し、これらＸ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とを相互に重ならない異形状に形成するようにしている。

誘電フィルム１１は、図１に示すように、絶縁性を有する所定のフィルムによりノートパソコン１のタッチ板２に対応する大きさの平面矩形に形成され、末端部からノートパソコン１の図示しない回路基板に接続する細長い矩形の接続用突片１２が屈曲可能に伸長されており、タッチ板２の裏面に表面を対向させる。

誘電フィルム１１としては、特に限定されるものではないが、例えば光や熱に対して安定で可撓性のポリエチレンテレフタレートやポリイミド等からなる薄いフィルムがあげられる。この誘電フィルム１１の厚さは、１０〜２００μｍ、好ましくは導電体である指の高精度な検出の観点から１０〜５０μｍの範囲が良い。

誘電フィルム１１の裏面には、絶縁性のカバー層が選択的に積層され、このカバー層には、導電性のグランド層が積層される。また、接続用突片１２の裏面には、図示しない樹脂フィルム製の補強層が積層され、この補強層が撓みやすい接続用突片１２に剛性を付与して回路基板に対する接続を円滑にするよう機能する。

複数の電極１３は、図１に示すように、誘電フィルム１１表面のＸＹ方向に間隔をおいて形成され、検出信号を伝送する複数本の電極用導電ライン１４に接続されており、この複数本の電極用導電ライン１４が誘電フィルム１１や接続用突片１２の表面にスクリーン印刷される。この複数の電極１３は、例えばアルミ箔や銅箔等からなる金属薄膜のエッチングによるパターニング、あるいは導電ペーストや導電ポリマーのスクリーン印刷等により誘電フィルム１１の表面に配列形成される。導電ペーストは、樹脂にカーボン粒子や金属粒子を分散させることにより調製される。

各電極１３は、誘電フィルム１１表面のＸ方向に間隔をおいて複数配列形成される導電性のＸ軸用電極１５と、誘電フィルム１１表面のＹ方向に間隔をおいて複数配列形成されてＸ軸用電極１５に間隙を介し対に組み合わされる導電性のＹ軸用電極１６とを備えて時分割でスキャニングされ、これらの結合容量の変化が検出される。

複数のＸ軸用電極１５はそれぞれ同一形状に形成され、複数のＹ軸用電極１６は連続した同一形状の繰り返しにより形成される。複数のＸ軸用電極１５は、隣接するＸ軸用電極１５とＸ軸用電極１５との間が導通接続部１７により接続され、この導通接続部１７により交差するＸ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との短絡が回避される。

導通接続部１７は、図２に示すように、隣接するＸ軸用電極１５間に積層される絶縁層１８と、隣接するＸ軸用電極１５の表面間に導通可能に架設されて絶縁層１８を跨ぐ導電層１９とを備えたジャンパ（ｊｕｍｐｅｒ）構造に形成される。この導通接続部１７の絶縁層１８は、例えばポリアミド系、エポキシ系、ポリウレタン系、ポリエステル系のレジストが隣接するＸ軸用電極１５間のＹ軸用電極１６上に印刷されたり、塗布等されることにより形成される。また、導電層１９は、導電ペーストや導電ポリマーのスクリーン印刷等により形成される。

Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とは、Ｘ軸用電極１５が平面矩形に形成され、Ｙ軸用電極１６がＸ軸用電極１５を僅かな間隙を介して包囲する平面枠形に形成されており、投影視で相互に重ならない異なる形状に形成される。

グランド用導電ライン２０は、例えば導電性インクを用いて折り返された細長い線条にスクリーン印刷され、誘電フィルム１１の表面周縁部に屈曲形成されて誘電フィルム１１から接続用突片１２まで伸長されており、複数の電極１３周辺の指の動きに伴うノイズ信号の発生を抑制防止する。このグランド用導電ライン２０の導電性インクとしては、例えば銀粒子や銀とカーボンとの混合物等のインクが用いられる。

上記構成によれば、誘電フィルム１１の表面にＸ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とが共に配列形成されるので、Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とを適切な対の組み合わせに容易に位置決め形成することができる。したがって、電極１３の接着や密度にムラが生じることがなく、静電容量センサ１０の固体差の調整に長時間を要することがない。また、指と電極１３間の距離が短いので、静電結合容量を増大させることができ、ノイズが少なく、指を高精度に検出することができる。

また、電極１３のＸ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との大きさを小さくして密度を高めれば、検出の分解能を高めることができる。また、Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とが投影視で相互に重なることがないので、外部に対する電界の広がりを拡大することができ、指の高精度な検出が期待できる。さらに、導通接続部１７をスクリーン印刷により形成することができるので、製造作業の円滑化、迅速化、容易化を図ることが可能になる。

次に、図３は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、複数のＹ軸用電極１６をそれぞれ同一形状に形成するとともに、複数のＸ軸用電極１５を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、隣接するＹ軸用電極１６とＹ軸用電極１６との間をジャンパ構造の導通接続部１７により接続し、この導通接続部１７により交差するＸ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との短絡を回避するようにしている。

Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とは、Ｘ軸用電極１５が平面三角形に形成され、Ｙ軸用電極１６がＸ軸用電極１５と僅かな間隙を介して対向する平面鋸歯形に形成されており、投影視で相互に重ならない形状に形成される。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との接続や形状の多様化を図ることができるのは明らかである。

次に、図４は本発明の第３の実施形態を示すもので、この場合には、複数のＸ軸用電極１５をそれぞれ同一形状に形成するとともに、複数のＹ軸用電極１６を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、隣接するＸ軸用電極１５とＸ軸用電極１５との間をジャンパ構造の導通接続部１７により接続し、この導通接続部１７により交差するＸ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との短絡を回避するようにしている。

Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とは、Ｘ軸用電極１５が平面円形に形成され、Ｙ軸用電極１６がＸ軸用電極１５を僅かな間隙を介して包囲する平面リング形に形成されており、投影視で相互に重ならない異なる形状に形成される。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との接続や形状の多様化を図ることができるのは明らかである。

次に、図５は本発明の第４の実施形態を示すもので、この場合には、複数のＹ軸用電極１６をそれぞれ同一形状に形成するとともに、複数のＸ軸用電極１５を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、隣接するＹ軸用電極１６とＹ軸用電極１６との間をジャンパ構造の導通接続部１７により接続するようにしている。

Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とは、Ｘ軸用電極１５が平面略櫛歯形に形成され、Ｙ軸用電極１６がＸ軸用電極１５の歯と僅かな間隙を介して噛合する平面略櫛歯形に形成されており、投影視で相互に重ならない異なる形状に形成される。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との接続や形状の多様化を図ることができる他、Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６の歯の噛合する長さが長いので、静電結合容量の増大が期待できるのは明白である。

次に、図６は本発明の第５の実施形態を示すもので、この場合には、複数のＹ軸用電極１６をそれぞれ同一形状に形成するとともに、複数のＸ軸用電極１５を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、隣接するＹ軸用電極１６とＹ軸用電極１６との間をジャンパ構造の導通接続部１７により接続するようにしている。

Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とは、僅かな間隙を介して相互に対向する平面略菱形に形成され、投影視で相互に重ならない形状に形成される。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との接続や形状の多様化を図ることができる。

次に、図７は本発明の第６の実施形態を示すもので、この場合には、複数のＹ軸用電極１６をそれぞれ同一形状に形成するとともに、複数のＸ軸用電極１５を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、隣接するＹ軸用電極１６とＹ軸用電極１６との間をジャンパ構造の導通接続部１７により接続するようにしている。

Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とは、僅かな間隙を介して相互に噛合する平面三角形に形成され、投影視で相互に重ならない形に形成される。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との接続や形状の多様化を図ることができる。

次に、図８は本発明の第７の実施形態を示すもので、この場合には、複数のＹ軸用電極１６をそれぞれ同一形状に形成するとともに、複数のＸ軸用電極１５を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、隣接するＹ軸用電極１６とＹ軸用電極１６との間をジャンパ構造の導通接続部１７により接続するようにしている。

Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６とは、僅かな間隙を介して相互に対向する平面略半円形に形成され、投影視で相互に重ならない形に形成される。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、Ｘ軸用電極１５とＹ軸用電極１６との接続や形状の多様化を図ることが可能になる。

次に、図９は本発明の第８の実施形態を示すもので、この場合には、導通接続部１７をジャンパ構造ではなく、スルーホール構造に構成するようにしている。

導通接続部１７は、例えば隣接するＸ軸用電極１５あるいはＹ軸用電極１６にそれぞれ貫通孔２１が穿孔され、この一対の貫通孔２１に銅メッキ等により導体２２がそれぞれ形成されており、この一対の導体２２が誘電フィルム１１裏面に形成された導電層２３により導通接続される。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、導通接続部１７の構成の多様化が期待できる。

本発明に係る静電容量センサの実施形態を模式的に示す平面説明図である。 本発明に係る静電容量センサの実施形態における導通接続部を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第２の実施形態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第３の実施形態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第４の実施形態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第５の実施形態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第６の実施形態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第７の実施形態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る静電容量センサの第８の実施形態における導通接続部を模式的に示す断面説明図である。 ノートパソコンとそのタッチパッドを模式的に示す斜視説明図である。

符号の説明

１ ノートパソコン
２ タッチ板
１０ 静電容量センサ
１１ 誘電フィルム（誘電層）
１３ 電極
１４ 電極用導電ライン
１５ Ｘ軸用電極
１６ Ｙ軸用電極
１７ 導通接続部
１８ 絶縁層
１９ 導電層
２１ 貫通孔
２２ 導体
２３ 導電層

Claims (3)

1. 誘電層のＸＹ方向に複数の電極を形成し、この複数の電極に接近する導電体との間にコンデンサを形成し、複数の電極のどの電極に導電体が接近したかを静電容量の変化として検出する静電容量センサであって、
   複数の電極は、誘電層の片面に配列形成される複数のＸ軸用電極と、誘電層の片面に配列形成されてＸ軸用電極に間隙を介して組み合わされる複数のＹ軸用電極とを含み、これら複数のＸ軸用電極とＹ軸用電極とを相互に重ならない形状に形成したことを特徴とする静電容量センサ。
2. 複数のＸ軸用電極を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、複数のＹ軸用電極を同一形状に形成して隣接するＹ軸用電極とＹ軸用電極との間をジャンパ構造あるいはスルーホール構造の導通接続部により接続した請求項１記載の静電容量センサ。
3. 複数のＹ軸用電極を連続した同一形状の繰り返しにより形成し、複数のＸ軸用電極を同一形状に形成して隣接するＸ軸用電極とＸ軸用電極との間をジャンパ構造あるいはスルーホール構造の導通接続部により接続した請求項１記載の静電容量センサ。

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