JP2017062718A

JP2017062718A - 静電容量タッチスイッチパネル

Info

Publication number: JP2017062718A
Application number: JP2015188417A
Authority: JP
Inventors: 尚矢勝村; Naoya Katsumura
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Itron Corp
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Itron Corp
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-03-30

Abstract

【課題】誤操作を防ぐことができる静電容量タッチスイッチパネルを提供する。【解決手段】静電容量タッチスイッチパネル１は、ガラス基板２とセンサー部５とカバーガラス３とを備える。センサー部５は、ガラス基板２のタッチ面２ａの反対面２ｂ側に形成された導電膜からなるセンサー電極６を有する。ガラス基板２とカバーガラス３とがガラス封止され、ガラス封止された空間内にセンサー部５が配設され、センサー部５に接続されたリードフレーム４を有する。センサー電極６は、電極群からなり、これら電極群の予め定められた特定の配列をタッチ面より接触することにより入力が確定される。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量タッチスイッチパネルに関し、特に誤操作防止機能が付与された静電容量タッチスイッチパネルに関する。

家電機器、ＡＶ機器、ＰＣ／ＯＡ機器、産業機械、その他の電子デバイスにおいて、各機器への入力手段の１つとして静電容量方式のタッチスイッチパネルが使用されている。
既存の静電容量タッチスイッチパネルを図４に示す。図４はタッチスイッチパネルの側面図である。静電容量タッチスイッチパネル７は、アクリル等の樹脂カバー８にスイッチデザイン８ａを印刷またはレーザートリミングで施し、センサー電極９はプリント基板（ＰＣＢ）１０上に設けて、それらを張り合わせた構造としている。また、コントロール部１１が、外部に配置され、タッチスイッチパネル７と樹脂製のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）１２を介して接続されている。この構成の静電容量タッチスイッチパネルにおいて、カバー８の表面を指で触れると、センサー電極９と指との間で静電結合が起きて電極の静電容量が変化する。センサー電極９はスイッチデザインに対応した複数位置に分けて設けられ、各センサー電極９に配線を割り当て、各センサー電極９とコントロール部１１とを上記配線およびＦＰＣ１２で接続する。コントロール部１１では、センサー電極９における静電容量の変化量を数値化し、その数値が予め決められた閾値をこえるときに指が接触したと判定する。これによりコントロール部１１では、いずれのセンサー電極９の静電容量が変化したかを検知でき、指がいずれのタッチスイッチ部分に触れたかを検出できる。

また、タッチスイッチパネルとして、ガラス基板と、このガラス基板のタッチ面の反対面側に形成されたセンサー部と、このセンサー部が形成された面側に設けられたカバーガラスとを備える静電容量タッチスイッチが知られている。ここで、センサー部は、ガラス基板のタッチ面の反対面側に形成された金属薄膜からなるセンサー電極を有し、ガラス基板とカバーガラスとがガラス封止され、該ガラス封止された空間内にセンサー部が配設され、センサー部に接続され、ガラス封止された空間から外部に延出させた外部接続端子を有している（特許文献１）。

一方、誤操作によるキー出力発生を防止した表示器のタッチパネル装置として、タッチスイッチ中、予め定めた属性関係にある複数のタッチスイッチが同時に操作されたときにキー出力を発生する制御手段を備えた装置が知られている（特許文献２）。

ＷＯ２０１５／０５３０６２特開平６−１８７０９７

しかしながら、静電容量タッチスイッチを操作する際、誤ってタッチスイッチパネル面に触れただけでもＯＮ／ＯＦＦ操作やスライダ操作などの入力操作ができるため、タッチスイッチは誤操作しやすくなるという問題がある。静電容量変化の閾値により入力の有無を判断する静電容量タッチスイッチの場合、感度を高めた入力操作にすればするほど誤操作が起きやすくなる。
また、タッチ面がガラス製のタッチスイッチパネルの場合、タッチ面が平面でクリック感もないため、触覚に頼る視覚障害者の利用が困難になるという問題がある。また、健常者であっても操作パネルから目線を外した状態で操作する場合があり、ガラス面であるので何処をタッチしているのか分からなくなり誤動作になり易い。さらに、視覚障害者および健常者であっても暗闇で操作する場合、凹凸のないガラス面はスイッチの箇所が判別できないため、操作が困難になる。
また、特許文献２に開示されている、予め定めた属性関係にある複数のタッチスイッチが同時に操作されたときにキー出力を発生する制御手段にあっては、同時に操作しなければならないという問題がある。さらに、静電容量タッチスイッチパネルの場合、同時操作による誤操作が起きやすくなる。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、低温から高温までの広い温度範囲（−５０℃〜４３０℃程度）で、水分、酸、アルカリ、粉塵などが存在する厳しい環境下においても使用可能な静電容量タッチスイッチパネルにおいて、誤操作を防ぐことができる静電容量タッチスイッチパネルの提供を目的とする。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルは、ガラス基板と、このガラス基板のタッチ面の反対面側に形成されたセンサー部と、このセンサー部が形成された面側に設けられたカバーガラスとを備えている。
上記センサー部は、上記ガラス基板のタッチ面の反対面側に形成された導電膜からなるセンサー電極を有しており、上記ガラス基板と上記カバーガラスとがガラス封止され、該ガラス封止された空間内に上記センサー部が配設され、上記センサー部に接続され、上記ガラス封止された空間から外部に延出させた外部接続端子を有しており、上記センサー電極が電極Ａ_１〜Ａ_ｎ個の電極群からなり、これら電極群の予め定められた特定の配列を上記タッチ面より接触することにより入力が確定されることを特徴とする。

また、本発明の静電容量タッチスイッチパネルは、上記タッチ面に上記各電極群の位置を顕在化させる手段を有することを特徴とする。
また、上記電極群とは独立して電極Ｂが形成され、該電極Ｂおよび上記電極群に接触することにより入力が確定されることを特徴とする。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルは、センサー電極が電極Ａ_１〜Ａ_ｎ個の電極群からなり、これら電極群の予め定められた特定の配列を上記タッチ面より接触することにより入力が確定されるので、タッチ面がガラス面であっても、誤って触れた場合の誤動作を防ぐことができる。また、なぞる面に凸面または凹面等の顕在化手段が形成されているので、ピクトグラムを触覚的に認識することができる。このため、触覚に頼る視覚障害者の利用が容易になる。さらに、独立して形成された電極Ｂおよび電極群に接触することにより入力が確定されるので、誤って触れた場合の誤動作をより確実に防ぐことができる。

本発明の静電容量スイッチパネルの一例を示す図である。他の電極構成を示す図である。スライダパターンの例を示す図である。従来の静電容量スイッチパネルを示す側面図である。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルの一例を図１に基づいて説明する。図１（ａ）は静電容量タッチスイッチパネルを示す平面図であり、図１（ｂ）はその側面図であり、図１（ｃ）はその正面図である。図１に示すように、静電容量タッチスイッチパネル１は、透光性のガラス基板２と、ガラス基板２のタッチ面２ａの反対面２ｂ側に形成されたセンサー部５と、ガラス基板２のセンサー部５が形成された面（２ｂ）側に設けられたカバーガラス３とを備えてなる。センサー部５は、ガラス基板２の反対面２ｂ側に形成された導電膜からなるセンサー電極６を有する。静電容量タッチスイッチパネル１では、ガラス基板２とカバーガラス３とがガラス封止され、該ガラス封止された空間内にセンサー部５が配設されている。また、センサー部５に接続され、ガラス封止された空間から外部に延出させた金属製の外部接続端子であるリードフレーム４を有する。リードフレーム４は、センサー部５のセンサー電極と配線（図示省略）で接続される。

静電容量タッチスイッチパネル１は、スペーサガラスなどのスペーサ部材を介さずに直接にガラス基板２とカバーガラス３とがガラス封止された構造を有している。ガラス封止は、ガラス基板２およびカバーガラス３の外周囲に、封着用の低融点フリットガラスやガラスペーストを塗布して、これを焼成（４８０℃程度）することで行なう。ガラス基板２、カバーガラス３、および封着ガラスによって囲まれた空間が、ガラス封止された空間である。窒素などの不活性ガス雰囲気下で封止を行なうことで、センサー部５が配置される、ガラス封止された空間内が不活性ガスで満たされ、センサー電極の酸化劣化を防止できる。また、センサー電極の劣化防止のためには、減圧封止を行なって空間内を真空（１０^-5Ｐａ程度でよい）にし、水分や酸素による悪影響を極力なくすことが好ましい。また、図１に示すように、カバーガラス３に排気孔３ａを設けて、空間内に残存したエアを排出できる構成とすることが好ましい。

導電膜からなるセンサー電極６を含むセンサー部５が、ガラス封止された空間内に配設されるため、外部環境の影響を受けにくく、低温から高温までの広い温度範囲で、水分、酸、アルカリ、粉塵などが存在する厳しい環境下においても使用可能となる。また、ガラス基板２とカバーガラス３とを重ね合わせて、その間にセンサー部５が挟み込まれた構造であるため、ガラス基板１枚の構造よりも機械的強度に優れ、また、強い振動や圧力が加わるような場合であっても、センサー電極６やその配線の断線を防止できる。

センサー部５によるタッチ検出等を制御するコントロール部（図示省略）は、静電容量タッチスイッチパネル１の外部に配置されて、その接続端子がリードフレーム４とスポット溶接などにより結線される。外部接続端子として金属製のリードフレーム４を採用し、結線を溶接で行なうことで、例えば、４００℃程度の高温環境下でも使用可能となる。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルでは、必要に応じて、ガラス基板とカバーガラスとの周囲にスペーサ部材を設けた構造としてもよい。スペーサ部材の採用の有無により、リードフレームの整形高さを調整する。スペーサ部材を含む構成とする場合は、静電容量タッチスイッチパネルの内部空間に、コントロール部や、ＬＥＤバックライト等の照明光源を含めた構造とすることができる。照明光源とコントロール部とを含んでモジュール化することで、取扱い性に優れ、通常の機械的スイッチの代替品として容易に組み込むことが可能となる。なお、スイッチを押した際には、オープンドレインまたは非同期シリアルで出力する。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルは、センサー電極と指等との間で静電結合が起きて電極の静電容量が変化することを利用するものであり、具体的な検出手順等は公知の手順を採用できる。

ガラス基板２およびカバーガラス３は、透光性の絶縁基板であり、ソーダライムガラス、石英ガラス、硼珪酸ガラス、アルカリ成分を含まない無アルカリガラスなどを採用できる。高い透過率を有し、かつ、一般建材の窓ガラスに使用され非常に安価であることから、ソーダライムガラスを用いることが好ましい。また、ガラス基板２およびカバーガラス３の厚みは、それぞれ０．５〜５ｍｍ程度、好ましくは１．８〜３．０ｍｍ程度である。

センサー部５のセンサー電極６は、導電膜からなり、ガラス基板２のタッチ面２ａの反対面２ｂに設けられている。導電膜としては、金属薄膜、酸化錫やＩＴＯなどの導電性無機薄膜、バナジン酸塩系、ビスマス系、または鉛系を主体とした導電性低融点ガラス等が挙げられる。金属薄膜としては、薄膜形成方法により作製される金属薄膜、銅箔、金箔などの金属箔からなる金属薄膜が挙げられる。

薄膜形成方法により作製される金属薄膜は、アルミニウム（以下、Ａｌという）、Ａｌ合金、ニオビウム、モリブデン、金、銀、銅などの材料を用いて、公知の薄膜成形方法により形成される。これらの中でも、耐環境特性に優れ、低コストであることから、Ａｌ薄膜を採用することが好ましい。図１に示す例では、Ａｌの固体ターゲット（蒸着材）を用いて、真空プロセスである、スパッタリングまたは真空蒸着によりＡｌ薄膜が形成されている。また、Ａｌ薄膜の少なくとも一部に透光部を有し、この透光部がＡｌ薄膜および後述する中間層が重なった格子状であり、この格子間が開口部であることが好ましい。
センサー電極からの配線もセンサー電極と同時に一体に形成されている。真空プロセスとしては、均一な膜の形成が可能であることから上記スパッタリングを採用することがより好ましい。スパッタリングは、固体ターゲットに加速したアルゴンイオンを衝突させて、ターゲット表面から飛び出した原子または分子をガラス基板上に付着させて形成する方法である。

センサー部５のセンサー電極６は、Ａｌ薄膜からなるセンサー電極６とガラス基板２との間に中間層（図示を省略）がスパッタリングまたは真空蒸着により形成されていることが好ましい。中間層は、（１）Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１つの金属を含む薄膜であるか、（２）Ａｌの酸化物およびＴｉの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物を所定量含む薄膜であることが好ましい。また、中間層７は、可視光の干渉により入射光を吸収して黒色に見える層（黒色層）であり、金属光沢や白濁を抑えて反射率を低減することにより、視認性が向上する。また、センサー電極６（および配線）上に保護層（図示を省略）が積層されていてもよい。保護層としては、低融点ガラスのペーストを厚膜印刷し焼成して形成する被膜や、有機樹脂のペーストを厚膜印刷し乾燥して形成する被膜が挙げられる。保護層を設けることで、センサー電極の更なる劣化防止が図れる。また、各ペーストに着色顔料を混合すること等により保護層を着色でき、センサー電極間のスペースからこの保護層を視認させることで、スイッチデザインを多色に着色できる。さらに、センサー部５において、ガラス基板のＡｌ薄膜が形成された表面側のセンサー電極間のスペースまたはセンサー電極に形成された透光部（保護層の開口部等）の位置に、光拡散層を設けてもよい。光拡散層により照明光源からの光を拡散でき、照明光源が小さいような場合でも、タッチ面の発光部位における明るさを均一化できる。光拡散層としては、低融点フリットガラスまたは樹脂ペーストにガラスビーズ（４〜６０μｍの粒径）を分散させ、これを塗布し、低融点フリットガラスは焼成、樹脂ペーストは乾燥して形成する被膜が挙げられる。

Ａｌ薄膜を所定のスイッチ形状等となるピクトグラムに加工する方法は特に限定されないが、センサー電極に接続される配線や、透光部の微細格子状の配線等を精度よく形成可能であることから、公知のフォト解像技術を用いることが好ましい。例えば、Ａｌ薄膜をガラス基板表面にスパッタリングまたは真空蒸着で形成した後、エッチングパタンのマスク層をレジスト材料を用いてスクリーン印刷により形成し、所定のエッチング液を用いて湿式エッチングにより湿式エッチングして微細配線やピクトグラムを形成する。なお、Ａｌ薄膜の膜厚は、５００ｎｍ〜５０００ｎｍが適当である。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルは、センサー電極が電極Ａ_１〜Ａ_ｎ個の電極群から構成される。例えば図１において、電極Ａ_１、電極Ａ_２、電極Ａ_３、電極Ａ_４から構成される。各電極はそれぞれ電気的に独立して設けられる。ここで、電極Ａ_１を基点となるピクトグラムとし、電極Ａ_３をスイッチＯＮ、電極Ａ_４をスイッチＯＦＦのピクトグラムとする。この場合、静電容量タッチスイッチパネルを操作する者は、電極Ａ_１に最初に接触し、電極Ａ_２を経由して電極Ａ_３または電極Ａ_４に接触することでのみスイッチＯＮまたはスイッチＯＦＦの操作ができるようにプログラムされている。すなわち、ＯＮまたはＯＦＦの入力が確定する。直接電極Ａ_３または電極Ａ_４に接触してもスイッチＯＮまたはスイッチＯＦＦの操作ができない。すなわちスイッチＯＮの場合は、電極Ａ_１から電極Ａ_２次いで電極Ａ_３と連続してなぞることでしかＯＮの操作ができない。このため、操作者が静電容量タッチスイッチパネルに意図しないで誤って触れることによる誤操作を防ぐことができる。

図２は他の電極構成を表す。電極Ａ_２は、電極Ａ_２１、電極Ａ_２２、電極Ａ_２３のように、３分割することができる。この場合、ＯＮの操作は、電極Ａ_１→電極Ａ_２１→電極Ａ_２２→電極Ａ_３と連続してなぞることでのみ入力が確定する。電極Ａ_１→電極Ａ_２１→電極Ａ_２３→電極Ａ_２２→電極Ａ_３ではＯＮの入力が確定しない。このようになぞるルートを厳密にすることで、誤操作をより確実に防ぐことができる。

ＯＮまたはＯＦＦ操作において、電極Ａ_２から電極Ａ_３へなぞるルートをより確実にするために、ガラス基板のタッチ面に各電極に対応して、各電極の位置を顕在化する手段を設けることができる。例えば、図１において、電極Ａ_１〜Ａ_４が設けられている面と反対側のタッチ面の各電極に対応した部分を他の部分とは異なる色に着色する、凸面または凹面を形成するなどの手段が挙げられる。着色することで視覚的になぞるルートが明確になる。また、凹凸面を形成することで触覚的になぞるルートが明確になり、目を離していてもルートを外すことなく操作できる。凹凸面は、機械加工、ケミカルエッチングなどの方法で形成することができる。

図３はスライダパターンの例を示す図である。ガラス基板のタッチ面から見えるスライダパターン電極Ｂ_１の他に、ロック解除パターン電極Ｂ_２を電極Ｂ_１とは電気的に独立して設ける。スライダ操作は、電極Ｂ_２に接触しながら電極Ｂ_１を操作する。電極Ｂ_２に接触していなければ、スライダ操作ができない。このため、スライダパターンに触れた際の誤操作を防ぐことができる。なお、Ａｌ薄膜等からなるセンサー電極と中間層の形成方法等の詳細については、上述の図１に示す形態と同じである。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルは、タッチ面がガラス製であるにも拘らず、誤動作を防ぎ確実な入力操作ができるので、通常の家電機器、ＡＶ機器、ＰＣ／ＯＡ機器、その他の電子デバイス等における各機器への信頼性のある入力手段として好適に利用できる。

１静電容量タッチスイッチパネル
２ガラス基板
３カバーガラス
４リードフレーム
５センサー部
６センサー電極

Claims

ガラス基板と、このガラス基板のタッチ面の反対面側に形成されたセンサー部と、前記ガラス基板の前記センサー部が形成された面側に設けられたカバーガラスとを備えてなる静電容量タッチスイッチパネルであって、
前記センサー部は、前記ガラス基板のタッチ面の反対面側に形成された導電膜からなるセンサー電極を有し、
前記ガラス基板と前記カバーガラスとがガラス封止され、該ガラス封止された空間内に前記センサー部が配設され、
前記センサー部に接続され、前記ガラス封止された空間から外部に延出させた外部接続端子を有し、
前記センサー電極が電極Ａ_１〜Ａ_ｎ個の電極群からなり、これら電極群の予め定められた特定の配列を前記タッチ面より接触することにより入力が確定されることを特徴とする静電容量タッチスイッチパネル。
前記電極群の予め定められた特定の配列に対応した前記タッチ面に、各電極の位置を顕在化する手段を有することを特徴とする請求項１記載の静電容量タッチスイッチパネル。
前記電極群とは独立して電極Ｂが形成され、該電極Ｂおよび前記電極群に接触することにより入力が確定されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電容量タッチスイッチパネル。