JP2015056047A - 入力装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 検知用の電極層の面積を広く確保でき、それぞれの電極層に接続されている配線層も自由に配線でき、且つ配線層の抵抗値も低減させることができる入力装置を提供する。【解決手段】 透光性の基板11の第1の表面11aに、第1の導電層12と第2の導電層13とが絶縁層14を挟んで異なる階層に形成されている。第2の導電層13によって、第1の電極層と第2の電極層13bが形成され、第1の導電層12によって複数の配線層12aが形成されている。絶縁層14に穴14aが形成されており、この穴14aを介して、電極層と配線層12aとが個別に導通している。【選択図】図4

Description

本発明は、基板の一方の表面に検知用の電極層と導電層とを、スペース効率良く配置することができる入力装置に関する。
特許文献1と特許文献2に、指の接近を検知してその操作位置を検知する静電容量型のタッチパネルが開示されている。
特許文献1に記載されたタッチパネルは、基板の同一の表面に第1の電極と第2の電極とが形成されている。第1の電極はX方向へ一定のピッチで配列し、第2の電極はY方向へ一定のピッチで配列している。Y方向に隣接する第2の電極どうしは接続ラインによって互いに接続されている。それぞれの第1の電極からは導線が延び出ている。銅線は、基板の前記表面に形成され、第1の電極と第2の電極との間の領域を通過して、第1の電極と第2の電極が形成されていない周辺領域に延び出ている。
このタッチパネルは、隣接する電極が容量カップリングされている。隣接する2つの第1の電極と、これらに隣接する2つの第2の電極の合計で4つの電極でキャパシティ感知ユニットが構成されている。
人の指がキャパシティ感知ユニットに接近すると、接近した電極と指との間に比較的大きな静電容量が形成される。第1の電極または第2の電極の一方に通電されたときに他方に流れる電流を検知するなどして、接近した指の位置が演算される。
特許文献2に開示されたタッチパネルの構造も、基本的には、特許文献1に記載されたものと同じである。
特開2010−157239号公報 特開2012−53804号公報
特許文献1,2に記載されている従来のタッチパッドでは、それぞれの第1の電極から延びる導線が、電極と同じ表面に形成されて、隣り合う第1の電極と第2の電極との隙間内を通過している。そのため、周辺領域に近づくにしたがって、隣り合う電極の間に配線される導線の数が多くなり、導線どうしの短絡や電極と導線との短絡の確率が高くなる。
隣り合う電極の間を通過する導線どうしの間隔を十分に確保するためには、電極の面積を小さくすることが必要になり、その分、検知感度が低下する。また隣り合う電極の間を通過する導線は細幅に形成されるために、配線の電気抵抗が高くなり、導線での電圧降下が大きくなる。
さらに、導線が電極と同じ表面に形成されるため、指が接近すると、指と導線との間に静電容量が形成され、この静電容量が、検知出力に対するノイズ出力となる。このノイズ出力を抑制するためには、導線をシールドすることが必要となり、基板の表面での導電膜の積層構造が複雑になる。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、電極層とこの電極層から延びる配線層とを絶縁層を挟んで異なる階層に形成することで、配線層の配線構造を簡単にし、検知精度を向上させることができる入力装置を提供することを目的としている。
本発明は、基板の表面に、検知用の電極層と、前記電極層に接続された配線層とが形成された入力装置において、
前記基板の一方の表面に、第1の導電層と絶縁層と第2の導電層とが順に形成され、前記第1の導電層と前記第2の導電層のいずれか一方で複数の前記電極層が形成され、他方で複数の前記配線層が形成されており、
前記配線層が、前記絶縁層に形成された穴を介して前記電極層に導通しており、前記配線層は、この配線層と導通していない他の電極層と重なる領域を通過していることを特徴とするものである。
本発明の入力装置は、電極層と配線層とが異なる階層に形成されて、配線層と電極層が重なる領域に配線されているため、配線層の配線経路を自由に設定することができる。そのため、電極層の面積を広くして感度を上げることができ、導電層の断面積を大きくして電気抵抗を下げることも可能である。また、配線層と指との間の容量によりノイズを生じるという現象を抑制でき、配線層のシールドも不要になる。
本発明は、前記第1の導電層で前記配線層が形成され、前記第2の導電層で前記電極層が形成されており、前記電極層が操作側に向けられているものとして構成できる。この場合に、前記電極層がカバー層で覆われて、前記カバー層が操作側に向けられる。
または、本発明は、前記第1の導電層で前記電極層が形成され、前記第2の導電層で前記配線層が形成されており、前記基板が操作側に向けられているものとして構成できる。
本発明では、前記基板と前記第1の導電層と前記絶縁層ならびに前記第2の導電層を、いずれも透光性とすることができる。
本発明では、前記配線層は、複数の前記電極層が配置された検知領域から外れた配線領域まで延ばされている。
本発明は、全ての前記電極層が互いに独立しており、それぞれの前記電極層に、前記配線層が個別に導通している。
または、少なくとも一部の隣り合う前記電極層どうしが連結層を介して連結されている。この場合に、互いに直交する向きに配列するX電極となる電極層とY電極となる電極層の一方が、前記連結層で連結されている。
本発明は、前記第1の導電層と前記第2の導電層が共にITO層であり、スパッタ工程で形成されている。または、前記第1の導電層と前記第2の導電層の少なくとも一方が、銀ナノワイヤを含んで印刷工程で形成されている。
本発明の入力装置は、基板の同一の表面において、電極層と配線層とが異なる階層に形成されているため、配線層と電極層とを重ねて配線することができ、配線層の配線経路を自由に設定することができる。そのため、電極層の面積を広くして感度を上げることができ、導電層の断面積を大きくして電気抵抗を下げることが可能である。そのため、各電極とIC回路(駆動回路:制御回路)との間の抵抗値の差を小さくでき、電極ごとの検知特性の差を小さくすることができる。また、配線層と指との間の容量によりノイズを生じるという現象を抑制でき、配線層のシールドも不要になる。
本発明の実施の形態の入力装置を使用した電子機器を示す分解斜視図、 本発明の第1の実施の形態の入力装置における電極層と配線層の配置パターンを示す平面図、 本発明の第2の実施の形態の入力装置における電極層と配線層の配置パターンを示す平面図、 図2の実施の形態の入力装置をIV線で切断した断面図、 第3の実施の形態の入力装置の断面図、 本発明の実施の形態の入力装置の製造方法を工程別に示す説明図、 本発明の実施の形態の入力装置の製造方法を工程別に示す説明図、 本発明の実施の形態の入力装置の製造方法を工程別に示す説明図、 入力装置の製造方法の他の実施の形態を示す説明図、
図1に電子機器1が示されている。この電子機器1は携帯電話、携帯用の情報端末、ゲーム機などとして使用される。
電子機器1は表示パネル2を有している。表示パネル2は液晶表示パネルまたはエレクトロルミネッセンス表示パネルなどである。表示パネル2の前方に中間シート3を挟んで入力装置10が重ねられている。入力装置10は透光性の静電容量式のタッチパネルである。中間シート3は透光性シートであり、表面にITOなどの透光性の導電層が形成されたシールド層4を有している。
入力装置10の前方に、透光性のカバー層5が重ねられている。カバー層5は、ポリカーボネートなどの透光性樹脂シートやガラス板で形成されている。中間シート3と入力装置10との間、ならびに入力装置10とカバー層5との間は透光性の光学粘着層(OCA)を介して接着されている。
本明細書での透光性とは、純粋な透明に限られず、例えば全光線透過率が80%以上のものが好ましく含まれる。
図1と図2に本発明の第1の実施の形態の入力装置10が示されており、図4に、その断面構造が示されている。
図1と図4に示すように、入力装置10は、表面10aと裏面10bを有している。裏面10bが中間シート3に重ねられ、表面10aが前方に向けられて、この表面10aにカバー層5が重ねられている。
図4に示すように、入力装置10は裏面10b側に基板11が設けられている。基板11は、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムやPC(ポリカーボネート)フィルムなどの透光性の樹脂フィルムである。また基板11が可撓性を有しない厚さを有する透光性の合成樹脂板であってもよい。
基板11は第1の表面11aと第2の表面11bを有している。第1の表面11aに、第1の導電層12とその前方に位置する第2の導電層13とが形成されている。第1の導電層12と第2の導電層13は異なる階層に形成されている。第1の導電層12は基板11の表面11aに密着して形成されており、第2の導電層13は第1の表面11aから離れて形成されて、第1の導電層12と第2の導電層13との間に絶縁層14が介在している。
第1の導電層12と第2の導電層13は、ITOなどの透光性の導電性材料で形成されている。絶縁層14はアクリル系などの透光性の有機絶縁材料で形成されている。
図2に示すように、第2の導電層13によって、平面形状が菱形または正方形の複数の第1の電極層13aと第2の電極層13bが形成されている。全ての電極層13a,13bは互いに独立して形成されている。
第1の電極層13aは、Y1列、Y2列、Y3列、Y4列上に一定のピッチで並んで配置されている。第1の電極層13aのそれぞれは、Y方向に向けて配列するY電極として機能している。第2の電極層13bは、X1列、X2列、X3列上に一定のピッチで並んで配置されている。第2の電極層13bのそれぞれは、X方向に向けて配列するX電極として機能している。
第1の導電層12によって複数の配線層12aが形成されている。複数の配線層12aのそれぞれは、第1の電極層13aと第2の電極層13bに個別に導通している。図4に、第2の電極層13bと配線層12aとの導通部が示されている。この導通部では、絶縁層14に穴(スルーホール)14aが形成されており、第2の電極層13bの一部が穴14aの内部に入り込んで配線層12aに接続されている。第1の電極層13aと配線層12aとの接続部の構造も同様である。
図2に示す入力装置10では、全ての第1の電極層13aと全ての第2の電極層13bとが互いに独立しており、さらに、全ての電極層13a,13bが、配線層12aと1対1の関係で個別に接続されている。
図1に示すように、入力装置10は、第1の電極層13aと第2の電極層13bが配列している領域が操作領域15であり、Y方向の端部において第1の電極層13aと第2の電極層13bが配置されていない領域が配線領域16である。
図2に示すように、それぞれの配線層12aは、その配線層12aと接続されていない他の電極層13a,13bと重なる領域、すなわち他の電極層13a,13bの下側を通過して、配線領域16まで延び出ている。
配線領域16に複数のランド部17が形成されている、図2に示すように、個々のランド部17が個々の配線層12aと接続されている。ランド部17が形成されている部分では絶縁層14が除去されてランド部17が絶縁されることなく露出している。ランド部17は、配線層12aを形成しているITO層などに、金、銀、銅などの低抵抗の金属層が積層されて構成されている。
または、絶縁層14の表面に低抵抗の金属層でランド部17が形成され、絶縁層14に形成された穴を介して配線層12aとランド部17とが個別に導通していてもよい。
図3に第2の実施の形態の入力装置20における電極層と配線層の配置パターンが示されている。
この入力装置20は、図2に示す入力装置10と同様に、第2の導電層13で第1の電極層13aと第2の電極層13bが形成されている。第1の電極層13aは、Y1列、Y2列、Y3列、Y4列上に一定のピッチで配列して、それぞれがY電極として機能している。第2の電極層13bは、X1列、X2列、X3列上に一定のピッチで配列し、それぞれがX電極として機能している。
図3に示す入力装置20では、Y1列上でY方向に隣接している第1の電極層13aどうしが連結層13dによって互いに連結されている。同様に、Y2列、Y3列、Y4列上に位置してY方向に隣接している第1の電極層13aどうしも連結層13dを介して互いに連結されている。連結層13dは第2の電極層13bと同じ透光性の導電材料で形成され、第2の導電層13bと同じ工程で一体に形成されている。
一方、第2の電極層13bは連結層で連結されておらず、全ての第2の電極層13bが互いに独立して形成されている。
図3に示す入力装置20においても、第2の導電層13よりも下の階層に位置する第1の導電層12によって複数の配線層12aが形成されている。この配線層12aは、第2の電極層13bと個別に導通している。第2の電極層13bと配線層12aとの接続構造は、図4に示したのと同じであり、絶縁層14に形成された穴14aの内部で互いに接続されている。
それぞれの配線層12aは、第2の電極層13bと1対1の関係で接続されており、配線層12a、その配線層12aと接続されていない他の電極層13a,13bと重なる領域を通過して、配線領域16に延び出ている。
入力装置20では、複数の配線層12aが、X電極として機能する第2の電極層13bのみに接続されている。一方、Y電極として機能する第1の電極層13aは、連結層13dを介して一列に導通しており、図3において最下部に位置する第1の電極層13aから上層配線層12bが延び出ている。上層配線層12bは、絶縁層14の表面において第1の電極層13aと同じ透光性の導電材料で一体に形成されている。
入力装置20の配線領域16に、第1のランド部17aと第2のランド部17bが形成されている。第1のランド部17aは基板11の表面に形成された配線層12aと個別に導通している。第2のランド部17bは上層配線層12bと個別に導通している。
図2に示す入力装置10と図3に示す入力装置20では、第1の電極層13aと第2の電極層13bが互いに同じ形状で同じ面積である。電極層13a,13bは四角形に限られず、六角形などの多角形や円形や楕円形などのパターン形状とすることが可能である。
入力装置10,20の検知動作は以下の通りである。
図2に示す入力装置10と図3に示す入力装置20は、いずれも隣接する第1の電極層13aと第2の電極層13bとの間に静電容量が形成されている。入力操作によってカバー層5の表面に指を接触させると、第1の電極層13aまたは第2の電極層13bと指との間の静電容量が付加されて、静電容量の合計値が変化する。
Y電極である第1の電極層13aに対してY1列、Y2列、Y3列、Y4列の順番で駆動電力を印加し、全ての第2の電極層13bから検出される電流値を計測することで、どのY列の第1の電極層13aに指に最も接近しているかを算出できる。また、第2の電極層13bに対してX1列、X2列、X3列の順番で駆動電力を印加し、全ての第1の電極層13aから検出される電流値を計測することで、どのX列の第2の電極層13bに最も指に接近しているかを算出できる。この検出動作によって、カバー層5の表面において指が接触している操作箇所のX−Y座標上の位置を特定できる。
また、図2に示す入力装置10では、第1の電極層13aと第2の電極層13bの全てを互いに独立した個別の電極として機能させることが可能である。したがって、必ずしもY列の順番やX列の順番で駆動電力を印加することは必要でない。例えば、第1の電極層13aと第2の電極層13bのいずれかの電極層を選択して駆動電力を与え、この電極層の周囲に隣接する4つの電極層からの電流を監視することで、指がどの電極層に最も接近しているかを検知することができる。しかも、駆動電力を供給する電極層13a,13bを、X列とY列にこだわることなく、自由に選択することが可能である。
図5に、本発明の第3の実施の形態の入力装置30が断面図で示されている。
この入力装置30は、裏面30b側が表示パネル2上の中間シート3に向けられて配置され、表面30aが表示方向の前方へ向けられて配置される。
基板11は、PETフィルムやPCフィルムなどの透光性のフィルムである。ただし、基板11を所定の厚さを有するポリカーボネート板などのように可撓性を有しない透光性の合成樹脂板で形成し、基板11をカバー層5の代わりに使用し、基板11の第1の表面11aを指が触れる操作面として使用することもできる。
図5に示す入力装置30は、基板11の第2の表面11bに第1の導電層32と第2の導電層33とが異なる階層に形成され、第1の導電層32と第2の導電層33とが絶縁層34で絶縁されている。第1の導電層32は基板11の第2の表面11bに密着する階層に形成され、第2の導電層33は第2の表面11bから離れた階層で、絶縁層34の表面に形成されている。
この入力装置30では、第2の表面11bに密着している第1の導電層32によって、第1の電極層32aと第2の電極層32b(図には現れていない)とが形成されている。第1の電極層32aは、図2と図3に示す第1の電極層13aと同様にY電極として機能し、第2の電極層32bは、図2と図3に示す第2の電極層13bと同様にX電極として機能する。第1の電極層32aは、図3に示す連結層13dと同じ連結層を有して互いに導通させられていてもよいし、連結層を設けずに第1の電極層32aと第2の電極層32bの全てが個々に独立しているものであってもよい。
図5に示す第2の導電層33によって、複数の配線層33aが形成されている。この配線層33aは、図2と図3に示す配線層12aに相当している。絶縁層34に穴(スルーホール)34aが形成されており、この穴34aを介して、配線層33aが第1の電極層32aと第2の電極層32bに個別に接続されている。あるいは、前記連結層で第1の電極層32aどうしが連結されている場合には、配線層32aが第2の電極層32bのみに個別に接続される。
次に、入力装置の製造方法を説明する。以下では、図2と図4に示す第1の実施の形態の入力装置10の製造方法を説明するが、図3に示す第2の実施の形態の入力装置20と、図5に示す第3の実施の形態の入力装置30も同様の製造方法で製造することができる。
図6(A)に示すように、基板11の第1の表面11aに第1の導電層12が形成される。第1の導電層12はITO層であり、スパッタ工程で0.01〜0.05μmの膜厚で形成される。
第1の導電層12の上にレジスト層を均一な膜厚に形成し、マスクを使用した露光工程と、その後の現像工程によって、図6(B)に示すレジストパターン41が形成される。ミリング工程やエッチング工程によって、レジストパターン41で覆われていない部分で第1の導電層12が部分的に除去されて、図6(C)に示すように、基板11の第1の表面11aに配線層12aが形成される。
図7(A)に示すように、基板11の第1の表面11aに絶縁層14が形成される。絶縁層14はアクリル系などの透光性の有機絶縁材料で形成されている。この有機絶縁材料は基板11の第1の表面11aにスピンコート法などで均一な厚さで塗布され、UV硬化処理などで硬化させられる。絶縁層14は、全ての配線層12aを覆う厚さで形成される。
絶縁層14の上にレジスト層が均一な厚みで形成され、マスクを使用した露光工程と、その後の現像工程によって、図7(B)に示すレジストパターン42が形成される。エッチング工程によって、レジストパターン42で覆われていない部分で絶縁層14が除去され、図7(C)に示すように、配線層12aの上に位置するように、絶縁層14に穴14aが形成される。
図8(A)に示すように、絶縁層14の上に第2の導電層13が形成される。第2の導電層13はITO層であり、スパッタ工程で形成される。絶縁層14の上に第2の導電層13が均一な厚みで成膜され、このとき絶縁層14の穴14aの内部に第2の導電層13が入り込み、穴14aの下に露出している配線層12aと第2の導電層13とが接続される。
第2の導電層13の上にレジスト層が均一な膜厚で形成される。マスクを使用した露光工程と、その後の現像工程によって、図8(B)に示すレジストパターン43が形成される。
レジストパターン43で覆われていない部分で、第2の導電層13が、ミリング工程やエッチング工程で除去されて、図8(C)に示すように、第1の電極層13aと第2の電極層13bが形成される。第1の電極層13aと第2の電極層13bは、図2ならびに図3に示すパターンで形成される。
図9は、入力装置10の他の製造工程を示している。
この製造工程は、図6(A)から図7(C)までは同じである。図7(C)では、絶縁層14に配線層12aに通じる穴14aが形成されている。図9では、絶縁層14の上に、印刷工程で第2の導電層113が形成される。第2の導電層113は銀ナノワイヤの集合体であり、この集合体がオフセット印刷などで絶縁層14の上に転写される。銀ナノワイヤの集合体は、図2と図3に示す第1の電極層13aと第2の電極層13bの形状に形成され、また図3に示すように連結層13dも一緒に形成される。
銀ナノワイヤの集合体は、透光性のオーバーコート層によって、絶縁層14の表面に定着させられる。そして、一部の銀ナノワイヤは、絶縁層14の穴14a内に入り込み、その下の配線層12aと導通させられる。
銀ナノワイヤの集合体とオーバーコート層によって透光性の電極層13a,13bが形成される。
なお、本発明では、第1の導電層12と第2の導電層13の双方が銀ナノワイヤの集合体で形成されてもよいし、第1の導電層12が銀ナノワイヤで形成され、第2の導電層13がITO層などで形成されてもよい。
1 電子機器
2 表示パネル
5 カバー層
10 入力装置
10a 表面
10b 裏面
11 基板
11a 第1の表面
11b 第2の表面
12 第1の導電層
12a 配線層
12b 上層配線層
13 第2の電極層
13a 第1の電極層
13b 第2の電極層
13d 連結層
14 絶縁層
14a 穴
15 操作領域
16 配線領域
20,30 入力装置
32 第1の導電層
32a 第1の電極層
32b 第2の電極層32b
33 第2の導電層
33a 配線層
34 絶縁層

Claims (11)

  1. 基板の表面に、検知用の電極層と、前記電極層に接続された配線層とが形成された入力装置において、
    前記基板の一方の表面に、第1の導電層と絶縁層と第2の導電層とが順に形成され、前記第1の導電層と前記第2の導電層のいずれか一方で複数の前記電極層が形成され、他方で複数の前記配線層が形成されており、
    前記配線層が、前記絶縁層に形成された穴を介して前記電極層に導通しており、前記配線層は、この配線層と導通していない他の電極層と重なる領域を通過していることを特徴とする入力装置。
  2. 前記第1の導電層で前記配線層が形成され、前記第2の導電層で前記電極層が形成されており、前記電極層が操作側に向けられている請求項1記載の入力装置。
  3. 前記電極層がカバー層で覆われて、前記カバー層が操作側に向けられている請求項2記載の入力装置。
  4. 前記第1の導電層で前記電極層が形成され、前記第2の導電層で前記配線層が形成されており、前記基板が操作側に向けられている請求項1記載の入力装置。
  5. 前記基板と前記第1の導電層と前記絶縁層ならびに前記第2の導電層が、いずれも透光性である請求項1ないし4のいずれかに記載の入力装置。
  6. 前記配線層は、複数の前記電極層が配置された検知領域から外れた配線領域まで延ばされている請求項1ないし4のいずれかに記載の入力装置。
  7. 全ての前記電極層が互いに独立しており、それぞれの前記電極層に、前記配線層が個別に導通している請求項1ないし4のいずれかに記載の入力装置。
  8. 少なくとも一部の隣り合う前記電極層どうしが連結層を介して連結されている請求項1ないし4のいずれかに記載の入力装置。
  9. 互いに直交する向きに配列するX電極となる電極層とY電極となる電極層の一方が、前記連結層で連結されている請求項8記載の入力装置。
  10. 前記第1の導電層と前記第2の導電層が共にITO層であり、スパッタ工程で形成されている請求項1ないし4のいずれかに記載の入力装置。
  11. 前記第1の導電層と前記第2の導電層の少なくとも一方が、銀ナノワイヤを含んで印刷工程で形成されている請求項1ないし4のいずれかに記載の入力装置。
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