JP2017021630A - 静電容量式入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度の低下や強度・耐久性の低下を招くことなく、操作者による非入力領域での操作に起因する誤検出の発生を抑える静電容量式入力装置を提供する。【解決手段】表面パネル３１又は表面パネルの裏側に配置された基材２１に、複数の電極２２と、複数の電極２２に接続された配線２６とが形成された静電容量式入力装置１０である。複数の電極２２は入力操作を行う入力領域１５に形成され、配線２６は入力領域１５の外側に設定された非入力領域１６に形成されている。非入力領域１６では、配線２６を表面パネル側から覆う不透明な加飾層３３が設けられている。加飾層３３は、樹脂で構成されて、複数の中空体３４を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、操作者が表面パネルに指などを接触又は近づけたときに、その位置情報を検出する静電容量式入力装置に関する。

特許文献１、特許文献２、及び、特許文献３においては、位置情報を検出するための複数の電極に接続された配線が非入力領域に密集配置され、この配線が操作者に視認されて美感を損ねることを防ぐために、配線の上方に遮光層や加飾層が設けられた、静電容量式の入力装置が開示されている。これらの装置においては、配線の上方にシールド電極や導体部が設けられており、これにより、操作者の指等が非入力領域に接触又は接近した場合に誤検出が発生することを防ぐことができる。
また、特許文献３に記載の静電容量式入力装置や特許文献４に記載の静電容量型タッチパネルにおいては、配線の近傍に空隙部や空気溝が設けられており、これにより、操作者の指等が非入力領域に接触又は接近した場合に誤検出が発生することを防ぐことを可能としている。

特開２０１１−０２８５３５号公報 特開２０１４−１７０３４２号公報 特開２０１４−１７０３４１号公報 特開２０１３−１０５４４４号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２、及び、特許文献３に記載の装置のようにシールド電極や導体部を設けると、配線との間で少なからず静電容量結合を持つこととなるため、検出感度の低下を招くという問題がある。
また、特許文献３、及び、特許文献４に記載の装置のように空隙部や空気溝を設けると、配線と表面パネルとの間隔を大きくせざるを得なくなるため、装置の薄型化の要求に応えることが難しくなり、また、一部が欠けた構造となるため強度や耐久性が低下するおそれがある。

そこで本発明は、検出感度の低下や強度・耐久性の低下を招くことなく、操作者による非入力領域での操作に起因する誤検出の発生を抑えることのできる静電容量式入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の静電容量式入力装置は、表面パネルまたは表面パネルの裏側に配置された基材に、複数の電極と、複数の電極に接続された配線とが形成された静電容量式入力装置であって、複数の電極は入力操作を行う入力領域に形成され、配線は入力領域の外側に設定された非入力領域に形成されており、非入力領域では、配線を表面パネル側から覆う不透明な加飾層が設けられており、加飾層は、樹脂で構成されて、複数の中空体を含むことを特徴としている。
これにより、加飾層の比誘電率を低下させることができるため、加飾層上で操作者が行った操作によって誤検出が発生することを防ぐことが可能となる。

本発明の静電容量式入力装置において、表面パネルは、粘着層を介して基材に貼り合わされており、複数の電極は基材の入力領域に形成されるとともに、配線は基材の非入力領域に形成されており、加飾層は、表面パネルの裏面に形成されていることが好ましい。
これにより、既存の静電容量式入力装置の加飾層に中空体を含有させるだけで実現できるため、製造工程が煩雑化することがなく、また、空隙層や空気溝を設けるものではないため強度や耐久性を低下させることがない。

本発明の静電容量式入力装置において、複数の電極は表面パネルの入力領域に形成され、加飾層は、表面パネルの裏面の非入力領域に形成され、配線は、加飾層の裏面に形成されていることが好ましい。
これにより、装置の薄型化を図ることができる。

本発明の静電容量式入力装置において、加飾層と中空体は、同じ樹脂で色が同一となるように構成されていることが好ましい。
これにより、加飾層中の中空体が視認されづらくなるため、比誘電率の低下と美感の維持を両立させることができる。

本発明の静電容量式入力装置において、中空体は不透明であることが好ましい。
加飾層と中空体の両方が不透明となるため、中空体が視認されづらくなることから装飾性を確保することができる。

本発明の静電容量式入力装置において、加飾層と中空体を構成する樹脂は、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、又はポリオレフィンであることが好ましい。
これにより、加飾層に対する中空体の親和性や、加飾層における分散性が高まるため、加飾層の中で複数の中空体が均一に分散されやすくなることから、中空体が視認されにくくなるとともに、中空体を含んだ加飾層の比誘電率を、偏りなく、全体として低下させることができる。

本発明によると、検出感度の低下や強度・耐久性の低下を招くことなく、操作者による非入力領域での操作に起因する誤検出の発生を抑えることのできる静電容量式入力装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る静電容量式入力装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態における静電容量センサ部の構成を示す平面図である。 図１に示す静電容量式入力装置を組み立てたときに、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の位置で切断して矢印方向から見た断面図である。 変形例にかかる静電容量式入力装置の断面図であって、図３に対応する断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る静電容量式入力装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。図１は、本実施形態の静電容量式入力装置１０の構成を示す分解斜視図である。図２は、静電容量式入力装置１０を構成する静電容量式センサ部２０の構成を示す平面図であり、基材２１、並びに、基材２１に形成された各電極及び配線を示す平面図である。図３は、図１に示す静電容量式入力装置を組み立てたときに、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の位置で切断して矢印方向から見た断面図である。図１〜図３においては、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｚ１−Ｚ２方向は静電容量式入力装置１０の厚み方向（上下方向）であり、ＸＹ平面はＺ１−Ｚ２方向に垂直な平面である。

図１に示すように、静電容量式入力装置１０は、入力位置情報を検出する静電容量式センサ部２０と、表面パネル３１とを有して構成される。表面パネル３１は、静電容量式センサ部２０に対して入力操作側（図１のＺ１方向）に配置されており、静電容量式センサ部２０と表面パネル３１とは粘着層３２を介して貼り合わされる。ここで、粘着層３２としては、例えば光学接着剤（ＯＣＡ）を用いることができ、ＯＣＡによって、静電容量式センサ部２０と表面パネル３１とを互いに接着させる。

表面パネル３１は、透光性のガラス材料又は樹脂材料を用いて平板状に形成されている。表面パネル３１の裏面３１ａ（図１のＺ２方向の面）には有色で不透明の加飾層３３が印刷等によって設けられている。この加飾層３３は、Ｚ１−Ｚ２方向から見た形状が略矩形状である表面パネル３１の外周部において枠状に設けられている。表面パネル３１、及び、表面パネル３１の裏側（Ｚ２方向側）に配置された基材２１は、Ｚ１−Ｚ２方向から見て、加飾層３３によって区分けされており、加飾層３３に囲まれた領域が入力操作を行う入力領域１５であり、入力領域１５の外側の加飾層３３と重なる領域が非入力領域１６である。
なお、表面パネル３１は図１に示すような平板状に限定されず、曲面を有する立体的な表面形状を有するものとしても良いし、電子機器の筐体の一部を表面パネル３１としても良い。

加飾層３３は、有色で不透明、かつ非導電性の材料をフィルム状にしたものであって、例えば、（１）ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、（２）ポリカーボネート（ＰＣ）、（３）ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル、（４）環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）などのポリオレフィン等の透光性の有機系樹脂に顔料を添加して不透明とした材料を用いる。加飾層３３に添加する顔料としては、黒色にする場合は例えばカーボンブラックが挙げられる。

加飾層３３は、表面パネル３１の表面３１ｂ側から見て配線２６を覆うように、別言すると、表面パネル３１側から見て配線２６が隠されるような範囲に渡って形成される。また、加飾層３３は、表面パネル３１側から見て、配線２６を視認不可能とするような色及び透明度の組み合わせを有する。例えば、加飾層３３を黒色で不透明とすることが最も好ましいが、配線２６を視認不可能とすることができれば、透光性を持たせても良い。

加飾層３３には、複数の中空体３４が均一に分散されるように混入されている。この中空体３４は、略同一の形状となるように樹脂で形成されており、内部に閉じた空間を備える。中空体３４は、内部空間には空気が含まれるように形成される。中空体３４は、有色かつ非導電性の材料を、例えば球状や棒状にしたものであって、加飾層３３に用いるのと同様の透光性の有機系樹脂に顔料を添加して不透明とした材料を用いる。ここで、中空体３４の色及び透明度を、加飾層３３の色及び透明度とそれぞれ同一とすると、加飾層３３を通じて視認されづらくなるため好ましい。なお、中空体３４の色と透明度は、加飾層３３を通じて視認されづらくできれば、加飾層３３と同一ではない近似範囲の色や透明度に設定してもよい。

また、中空体３４に用いる樹脂を、加飾層３３に用いる樹脂と同じものとすると、中空体３４と加飾層３３の親和性が高まり、加飾層３３における分散性が高まって、加飾層３３の中で複数の中空体３４が均一に分散されやすくなる。これにより、中空体３４が視認されにくくなるだけでなく、中空体３４を含んだ加飾層３３の比誘電率が偏りなく、全体として低下するため好ましい。さらに、中空体３４と加飾層３３の親和性を高めるために、中空体３４の表面にコーティングを施してもよい。さらにまた、中空体３４と加飾層３３の分散性を高めるための分散剤を加えてもよい。
なお、加飾層３３を無色の材料で構成できる場合は中空体３４も無色透明の材料で構成することが好ましい。

加飾層３３に含まれる中空体３４の数とサイズは任意に設定できる。ここで、加飾層３３及び中空体３４に上述の樹脂を用いた場合、これらの樹脂の比誘電率は約２．７〜５．０であるのに対して、中空体３４の内部空間に含まれる空気の比誘電率は約１．０であることから、中空体３４の数を増やしたり、サイズを大きくすることによって加飾層３３全体の比誘電率を低下させることができ、また、所望の比誘電率範囲に設定することが可能となる。また、中空体３４の内部空間は、加飾層３３の比誘電率を小さくできれば、空気を含む形態に限定されず、気体を含む形態や、真空とする形態も可能である。

図１に示すように、静電容量式センサ部２０の入力領域１５には複数の第１の電極２２及び複数の第２の電極２３が配列されている。
図２に示すように、静電容量式センサ部２０は、基材２１と、基材２１に形成された複数の第１の電極２２、複数の第２の電極２３、及び複数の配線２６を有して構成される。第１の電極２２及び第２の電極２３は入力領域１５に形成されており、いずれも菱形のパッド状の電極である。第１の電極２２は、Ｘ１−Ｘ２方向に間隔を設けて配置されており、Ｘ１−Ｘ２方向に隣り合う第１の電極２２同士はブリッジ部２４によって互いに接続される。接続された複数の第１の電極２２は、Ｘ１−Ｘ２方向において延在するとともに、Ｙ１−Ｙ２方向において間隔を設けて複数本配列されている。また、第２の電極２３はＹ１−Ｙ２方向において間隔を設けて配列されており、Ｙ１−Ｙ２方向に隣り合う第２の電極２３同士は幅細の接続部２５によって互いに接続されている。接続された複数の第２の電極２３は、Ｙ１−Ｙ２方向において延在するとともに、Ｘ１−Ｘ２方向において間隔を設けて複数本配列されている。

図２に示すように、接続された複数の第１の電極２２と、接続された複数の第２の電極２３とは、互いに交差するように配置されている。図３に示すように、接続部２５とブリッジ部２４とが交差する部分において、接続部２５を覆うように交差部絶縁層３５が設けられており、接続部２５及び交差部絶縁層３５を跨がってブリッジ部２４が形成されている。図３に示すように、接続部２５をＸ１−Ｘ２方向に挟むように配置された第１の電極２２同士はブリッジ部２４によって接続されている。このように、第１の電極２２と第２の電極２３とは、互いに絶縁された状態で形成される。

また、図２に示すように、基材２１の非入力領域１６には、第１の電極２２及び第２の電極２３に接続された複数の配線２６が形成されている。これらの複数の配線２６は、基材２１の非入力領域１６を引き回されて、外部回路と接続するための端子部２７に接続される。

基材２１は、フィルム状の樹脂材料を用いて形成されており、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、環状ポリオレフィン、ポリメタクリル酸メチル樹脂等の透光性樹脂材料が用いられる。第１の電極２２、第２の電極２３、及び接続部２５は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の透明導電材料を用いて形成されており、スパッタや蒸着等の薄膜法により形成される。また、ブリッジ部２４は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属材料やＣｕＮｉ、ＡｇＰｄ等の合金、ＩＴＯ等の導電性酸化物材料を用いて形成される。配線２６及び端子部２７には、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属材料やＩＴＯ等の導電性酸化物材料を用いることができる。

静電容量式センサ部２０は、第１の電極２２と第２の電極２３との間で静電容量を形成するように配置されている。操作者が入力操作を行う際に、表面パネル３１の表面３１ｂの入力領域１５に指などの被検出体を接触させて、又は接触させずに近づけた場合に、第１の電極２２と第２の電極２３との間の静電容量と、各電極と被検出体との間に形成される静電容量とが結合する。この静電容量変化に基づいて入力位置情報が検出される。

以上のように構成されたことから、本実施形態の静電容量式入力装置１０によれば、中空体３４を含ませることによって加飾層３３の比誘電率を低下させることができるため、加飾層３３上で操作者が行った操作によって静電容量値の変化が誘導されることがなくなり、これにより、実際には接触又は接近をしていないにもかかわらず入力領域で操作をしたかのような誤検出を防ぐことが可能となる。

また、本実施形態の静電容量式入力装置１０は、既存の静電容量式入力装置の加飾層３３の構成を変えることによって実現できるため、製造工程が煩雑化することがない。さらに、比誘電率を下げるために空隙層や空気溝を設けるものではないため、強度や耐久性を低下させることがない。また、従来の入力装置のようにシールド電極や導体部を設ける構造ではないため、検出感度の低下を招くおそれがない。

加飾層３３に用いる樹脂は既存のものを用いることができるため、表面パネル３１や粘着層３２に対する密着性や親和性を維持できることから、既存の静電容量式入力装置と同等の強度・耐久性を実現でき、かつ、入力領域１５における入力性能は既存の静電容量式入力装置と同等の性能を維持することができる。

中空体３４の色及び透明度を加飾層３３の色及び透明度とそれぞれ同一にすることにより、中空体３４が視認されづらくなるため、比誘電率の低下と美感の維持を両立させることができる。

加飾層３３の比誘電率を低下させるには、中空体３４に代えて、発泡体や、中空体３４とは異なる材料で構成した中空材料を用いることも考えられる。しかし、発泡体を用いた場合には、加飾層３３の表面に位置すると外側へ開いた開口状となるため容易に視認されやすくなり、見栄えが悪くなるという問題がある。また、上記中空材料として、例えばＳｉＯ_２を用いると、加飾層３３との親和性が低いために固まり（だま）になりやすいことから、視認されやすくなる。さらにまた、中空材料として導電性物質を用いると、加飾層３３中の分散状態によっては、加飾層３３の表面と、加飾層３３の下方の配線２６等とを短絡させてしまうおそれがある。これらに対して、上記実施形態の静電容量式入力装置１０では、発泡体、ＳｉＯ_２、又は、導電性物質を用いた場合のような問題は発生せずに誤検出を防止することができる。

以下に変形例について説明する。
上記実施形態では、表面パネル３１の裏面３１ａに加飾層３３が設けられていたが、これに代えて、基材２１上に形成された配線２６を覆うように、印刷等によって加飾層を形成することもできる。この場合、加飾層が形成された後に基材は表面パネルに接着される。

図４は、変形例にかかる静電容量式入力装置１１０の断面図であって、図３に対応する断面図である。上記実施形態においては、粘着層３２を用いて、加飾層３３を形成した表面パネル３１に静電容量式センサ部２０を貼り付ける構成としていたが、これに代えて、図４に示すように、表面パネル１３１の裏面１３１ａに、第１の電極１２２、第２の電極（不図示）、ブリッジ部１２４、接続部１２５、端子部（不図示）、接続配線１２７、交差部絶縁層１３５、及び加飾層１３３を形成し、さらに、加飾層１３３の裏面１３３ａに配線１２６を形成してもよい。ここで、表面パネル１３１、第１の電極１２２、第２の電極（不図示）、ブリッジ部１２４、接続部１２５、配線１２６、端子部（不図示）、及び、交差部絶縁層１３５は、上記実施形態の表面パネル３１、第１の電極２２、第２の電極２３、ブリッジ部２４、接続部２５、配線２６、端子部２７、及び、交差部絶縁層３５にそれぞれ対応し、同様の材料・方法で構成される。

第１の電極１２２と配線１２６は接続配線１２７によって互いに接続されており、図４に示すように、接続配線１２７は、表面パネル１３１の裏面１３１ａから、加飾層１３３の側面を経て裏面１３３ａに至るように形成されている。本変形例の静電容量式入力装置１１０においては、上記実施形態の入力領域１５及び非入力領域１６と同様に、表面パネル１３１は加飾層１３３によって区分けされており、加飾層１３３に囲まれた領域が入力操作を行う入力領域１１５であり、入力領域１１５の外側の加飾層１３３と重なる領域が非入力領域１１６である。

加飾層１３３は、上記実施形態の加飾層３３と同様の構成であって、複数の中空体１３４が均一に分散されるように混入されている。この中空体１３４の構成も上記実施形態の中空体３４と同様の構成であるため、その説明は省略する。
変形例にかかる静電容量式入力装置１１０によれば、上記実施形態の静電容量式入力装置１０による作用効果のほかに、装置の薄型化を図ることができる。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の思想の範囲内において改良又は変更が可能である。

以上のように、本発明によれば、見栄えがよく、かつ、誤検出を抑えた静電容量式入力装置を提供できる点で有用である。

１０、１１０ 静電容量式入力装置
１５、１１５ 入力領域
１６、１１６ 非入力領域
２０ 静電容量式センサ部
２１ 基材
２２、１２２ 第１の電極
２３ 第２の電極
２４、１２４ ブリッジ部
２５、１２５ 接続部
２６、１２６ 配線
２７ 端子部
３１、１３１ 表面パネル
３２ 粘着層
３３、１３３ 加飾層
３４、１３４ 中空体
３５、１３５ 交差部絶縁層
１２７ 接続配線

Claims (6)

1. 表面パネルまたは前記表面パネルの裏側に配置された基材に、複数の電極と、前記複数の電極に接続された配線とが形成された静電容量式入力装置であって、
   前記複数の電極は入力操作を行う入力領域に形成され、
   前記配線は前記入力領域の外側に設定された非入力領域に形成されており、
   前記非入力領域では、前記配線を前記表面パネル側から覆う不透明な加飾層が設けられており、
   前記加飾層は、樹脂で構成されて、複数の中空体を含むことを特徴とする静電容量式入力装置。
2. 前記表面パネルは、粘着層を介して前記基材に貼り合わされており、
   前記複数の電極は前記基材の前記入力領域に形成されるとともに、前記配線は前記基材の非入力領域に形成されており、
   前記加飾層は、前記表面パネルの裏面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式入力装置。
3. 前記複数の電極は前記表面パネルの前記入力領域に形成され、
   前記加飾層は、前記表面パネルの裏面の前記非入力領域に形成され、
   前記配線は、前記加飾層の裏面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式入力装置。
4. 前記加飾層と前記中空体は、同じ樹脂で色が同一となるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電容量式入力装置。
5. 前記中空体は不透明であることを特徴とする請求項４に記載の静電容量式入力装置。
6. 前記加飾層と前記中空体を構成する樹脂は、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、又はポリオレフィンであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の静電容量式入力装置。

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