JP2017208281A - 静電容量タッチスイッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチ部同士の境界やスイッチと配線との境界が目立ちにくい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設けられたセンサー部とを有し、センサー部、スイッチ部となる所定範囲毎に分割して配置された複数のセンサー電極４ａ〜４ｄと、それぞれのセンサー電極に接続され、該接続されたセンサー電極以外のセンサー電極とは非接触であるセンサー配線６とを有し、複数のセンサー電極およびセンサー配線は、センサー電極同士の境界部８およびセンサー配線とセンサー電極との境界部９を除いて連続する所定パターンの金属薄膜からなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スイッチ部となる所定範囲毎に分割して配置された複数のセンサー電極を有する静電容量式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。静電容量タッチスイッチパネルの一例を図７に示す。図７はタッチスイッチパネルの側断面図である。静電容量タッチスイッチパネル１１は、カバー１２にスイッチデザイン１２ａを印刷またはレーザートリミングで施し、センサー電極１３をプリント基板（ＰＣＢ）１４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１５とタッチスイッチパネル１１とがフレキシブルプリント配線板（以下、ＦＰＣという）１６を介して接続されている。センサー電極１３とコントロール部１５とは、タッチスイッチパネル内の配線およびＦＰＣ１６で接続されている。

この構成の静電容量タッチスイッチにおいて、カバー１２の表面を指で触れると、センサー電極１３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。コントロール部１５では、センサー電極１３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１５では、いずれのセンサー電極１３の静電容量が変化したかを検知でき、指がいずれのスイッチ部に触れたかを検出できる。

また、透明なガラス基板とＡｌ薄膜のセンサー電極を用いて、金属光沢を有する艶やかな質感を有し、デザイン性に優れた静電容量タッチスイッチパネルとして、上記ガラス基板と、このガラス基板のタッチ面の反対面側に設けられたセンサー部とを有し、該センサー部が上記センサー電極と、所定の中間層とから構成される静電容量タッチスイッチが知られている（特許文献１参照）。

国際公開第２０１５／０５３０６２号

特許文献１に示す種類の静電容量タッチスイッチパネルの一例を図８に示す。図８はタッチスイッチパネルの正面図である。静電容量タッチスイッチパネル２１において、ガラス基板２２上のセンサー電極２３は、スイッチデザインに対応した複数位置に分割して設けられ、各センサー電極２３にセンサー配線２４を割り当て、各センサー電極２３とコントロール部とをセンサー配線２４を介して接続している。各センサー電極２３が、１つのスイッチ部（スイッチ領域）となる）。

ここで、Ｅ部の拡大図を図９に示す。図９に示すように、センサー電極２４ａからなるスイッチ部と、センサー電極２４ｂからなるスイッチ部の最外殻を格子線（メッシュ）よりもやや太めの枠線２５でそれぞれ囲んでいる。この枠線２５は、センサー電極と同じ金属薄膜から構成される。また、スイッチ部間の隙間２６には、センサー配線を通す場合があり、隣接する枠線２５の距離は、ある程度離す必要がある。このような構成では、スイッチを認識しやすい反面、境界が目立ちやすいという特徴があった。

静電容量タッチスイッチパネルにおいて、スイッチデザインが印刷等された別のフィルム部材等を組み合わせる構成とする場合など、使用形態によっては、タッチパネルには、極力そのスイッチ形状等が視認されないこと（透過型）が望まれる場合がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、スイッチ部同士の境界やスイッチと配線との境界が目立ちにくい静電容量タッチスイッチパネルを提供することを目的とする。

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設けられたセンサー部とを有する静電容量タッチスイッチパネルであって、上記センサー部は、スイッチ部となる所定範囲毎に分割して配置された複数のセンサー電極と、それぞれの上記センサー電極に接続され、該接続されたセンサー電極以外のセンサー電極とは非接触であるセンサー配線とを有し、上記複数のセンサー電極および上記センサー配線は、上記センサー電極同士の境界部および上記センサー配線と上記センサー電極との境界部を除いて連続する所定パターンの金属薄膜からなることを特徴とする。

上記所定パターンが格子状であり、上記センサー電極同士の境界部、および、上記センサー配線と上記センサー電極との境界部は、上記格子状の格子の一部が切り離されて形成されていることを特徴とする。また、上記格子の切り離し幅が、上記格子のピッチ幅の１／２００以上１／４以下であることを特徴とする。

上記金属薄膜は、アルミニウム（以下、Ａｌと記す）薄膜からなり、上記センサー部は、上記アルミニウム薄膜と上記ガラス基板との間、または、上記アルミニウム薄膜上に中間層を有し、該中間層が、クロム（以下、Ｃｒと記す）、モリブデン（以下、Ｍｏと記す）、およびタングステン（以下、Ｗと記す）から選ばれる少なくとも１つの金属を含む薄膜からなることを特徴とする。また、上記中間層が、Ａｌの酸化物、および、チタン（以下、Ｔｉと記す）の酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物を含むことを特徴とする。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルは、センサー部として、スイッチ部となる所定範囲毎に分割して配置された複数のセンサー電極と、それぞれのセンサー電極に接続され、該接続されたセンサー電極以外のセンサー電極とは非接触であるセンサー配線とを有し、センサー電極およびセンサー配線は、それぞれの境界部を除いて連続する所定パターン（例えば格子状）の金属薄膜からなるので、スイッチ部同士の境界やスイッチと配線との境界が目立ちにくい。

また、センサー電極を構成する金属薄膜がＡｌ薄膜からなり、センサー部が所定の中間層を有するので、センサー電極によるギラツキを抑制でき、上記構造と併せて、スイッチ境界や配線境界が目立ちにくく、視認特性（透過性）に優れたタッチスイッチパネルとなる。

本発明の静電容量スイッチパネルの一例を示す正面図、側面図、およびセンサー電極の部分拡大図である。 図１のＡ部の拡大図である。 図１のＢ部の拡大図である。 図１のＣ部の拡大図である。 図１のＤ部の拡大図である。 図１のセンサー部の拡大模式断面図である。 従来の静電容量スイッチパネルを示す側面図である。 従来の静電容量スイッチパネルを示す正面図である。 図８のＥ部の拡大図である。 実施例と比較例に係る静電容量スイッチパネルの写真である。

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）はセンサー電極のＸ部拡大図である。図１（ａ）および図１（ｂ）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３とを備えてなる。センサー部３は、ガラス基板２の反対面２ｂ側に形成されたＡｌ薄膜からなるセンサー電極４を有する。センサー電極４は、スイッチ部となる所定範囲毎に分割して配置されている。該図に示す形態では、４行×４列で１６個のスイッチ部として配列されている。センサー電極４のそれぞれにセンサー配線６が接続され、接続端子３ａおよびＦＰＣ７を介してコントロール部（図示省略）と接続される。センサー配線６は、接続されたセンサー電極以外のセンサー電極とは非接触である。

図１（ｃ）に示すように、各スイッチ部では、Ａｌ薄膜（センサー電極４）および中間層５が重なった格子状であり、該格子間が開口部４ｃである。ここでの開口部とは、センサー電極４と中間層５との２層部分における開口部である。この格子状は、微細格子状であり、各スイッチ形状の部分（上記２層部分）は一見して目視で透明に見える透光部となる。格子状（単位格子が正方形）とする場合、通常、線幅Ｗとして３μｍ〜１００μｍ、ピッチ幅Ｐとして０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度とする。また、連続した細線を用いた形状であれば、六角や縦長の長方形ひし形、台形などの任意のパターンにできる。

従来のタッチスイッチパネルでは、スイッチ部毎に、その中で所定のパターン形状で配線を設けている。また、スイッチエリア内部側に配置されるスイッチ部への配線については、スイッチ部間の隙間に細線を通して接続している。これに対して、本発明の静電容量タッチスイッチパネルでは、複数のセンサー電極（スイッチ部）と、センサー配線とを、連続する所定パターンの金属薄膜から構成し、絶縁が必要な境界部のみ、そのパターンを非連続とした（微細ギャップで切り離した）ことを特徴としている。すなわち、複数のセンサー電極およびセンサー配線が、センサー電極同士の境界部およびセンサー配線とセンサー電極との境界部を除いて連続する所定パターンの金属薄膜から構成されるため、一見すると、それらの全体が連続した１つの所定パターンで形成されているように見える。この部分について、図２〜図５に基づき説明する。

図２〜図５は、それぞれ図１におけるＡ部〜Ｄ部の拡大図である。いずれの図においても、センサー電極４の形成パターンが格子状であり、センサー電極４同士の境界部８、および、センサー配線６とセンサー電極４との境界部９は、格子状の格子の一部が切り離されて形成されている。

図２に示す部位（Ａ部）では、図中の左右のスイッチ部を構成するセンサー電極４ａと４ｂとの間に、センサー配線６が導入されている。センサー電極４ａとセンサー配線６との隙間、センサー電極４ｂとセンサー配線６との隙間が境界部９であり、格子の一部が切り離された形態とされている。センサー配線６は、図中の下部からスイッチエリア外に導出されている。スイッチエリア外に導出される配線も微細格子状とすることで、配線自体の視認性を低下させることができる。また、格子の一部が断線しても全体としての導通を確保できる。

図３に示す部位（Ｂ部）では、図中の上下左右のスイッチ部を構成するセンサー電極４ａ〜４ｄが設けられ、センサー電極４ａと４ｂとの間にセンサー配線６が導入されている。センサー配線６は、センサー電極４ｄに接続されている。センサー電極において、４ａと４ｃの隙間、４ｂと４ｄの隙間、４ｃと４ｄの隙間が、センサー電極同士の境界部８であり、格子の一部が切り離された形態とされている。なお、境界部９については図２と同様である。

図４に示す部位（Ｃ部）では、図中の上下左右のスイッチ部を構成するセンサー電極４ｄ〜４ｇが設けられ、この領域にはセンサー配線が導入されていない。センサー電極において、４ｄと４ｅの隙間、４ｄと４ｆの隙間、４ｅと４ｇの隙間、４ｆと４ｇの隙間が、センサー電極同士の境界部８であり、格子の一部が切り離された形態とされている。また、図５に示す部位（Ｄ部）では、図中の左右のスイッチ部を構成するセンサー電極４ｇと４ｈとが設けられ、この領域にはセンサー配線が導入されていない。センサー電極４ｇと４ｈの隙間が、センサー電極同士の境界部８であり、格子の一部が切り離された形態とされている。

図２〜図５のいずれにおいても、センサー電極とセンサー配線が、これらの境界部を除いて連続する格子状とされており、全体として１つの格子状と見えるため、該境界部を目立ちにくくできる。境界部となる格子の一部欠損形状は、Ａｌ薄膜などによるセンサー電極の格子パターン形成時に同時に形成できる。

ここで、境界部となる格子の切り離し幅Ｗ_０（図２参照）は、３μｍ〜１００μｍであることが好ましい。より好ましくは５μｍ〜５０μｍである。この切り離し幅Ｗ_０のより好ましい範囲（５μｍ〜５０μｍ）は、格子のピッチ幅Ｐ（図１（ｃ）参照）との比で表すと、該ピッチ幅Ｐが０．２ｍｍ〜１ｍｍである場合、Ｗ_０／Ｐ＝（１／２００）〜（１／４）となる。このような範囲内とすることで、境界部をより目立ちにくくでき、かつ、短絡のおそれもなくなる。

図６にセンサー部の拡大模式断面図を示す。図６では説明のためにセンサー電極等の厚さを実際よりも誇張して表現してある。図６に示すように、センサー部３はセンサー電極４を有する。スイッチ部において、Ａｌ薄膜からなるセンサー電極４とガラス基板２との間に中間層５が形成されている。

センサー部３のスイッチ電極４は、導電膜であればよい。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などが挙げられる。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、Ａｌ、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、上記のようにＡｌ薄膜を採用することが好ましい。具体例としては、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、上述の境界部を含む微細配線やスイッチ形状（意匠）を形成する。なお、金属薄膜の膜厚は、５００ｎｍ〜５０００ｎｍが適当である。

中間層５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。また、中間層５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）である。タッチ面２ａからは、スイッチ部は黒色に見え、反射を抑制できる。中間層５は、上述のＡｌ薄膜の形成と同様に、スパッタリング等により形成できる。また、中間層５には、（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ことが好ましい。Ｔｉの酸化物としてはＴｉＯ_２が、Ａｌの酸化物としてはＡｌ_２Ｏ_３がそれぞれ挙げられる。これら酸化物を所定量含むことで、反射率の更なる低減が図れる。

また、中間層の膜厚は、５ｎｍ〜５００ｎｍが適当である。５ｎｍ未満であると、十分な黒色化が図れず、反射率の低減を図れない場合がある。一方、５００ｎｍをこえると、可視光の干渉効果による反射光低減効果が得られないおそれがある。より好ましくは、５０ｎｍ〜２００ｎｍである。この膜厚は、中間層材料の屈折率に応じて材料毎に決められる。なお、図６では、センサー電極とガラス基板との間に中間層を形成する例を示したが、該中間層をセンサー電極上（Ａｌ薄膜などの金属薄膜上）に形成する構成としてもよく、この場合も同様の効果が得られる。

ガラス基板２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。

なお、以上の図では、センサー部において保護層や光拡散層を有さないが、必要に応じてこれらを更に設けてもよい。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。保護層をセンサー電極上に設けることで、センサー電極の劣化防止が図れる。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。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルでは、センサー電極とセンサー配線とを、それぞれの境界部を除いて連続する所定パターンの金属薄膜から構成しているので、スイッチ部同士の境界やスイッチと配線との境界が目立ちにくいという顕著な効果を有する。

実施例として、ソーダライムガラス基板（厚み０．７ｍｍ）に、ＭｏとＡｌ_２Ｏ_３との混合物（Ａｌ_２Ｏ_３が１０重量％含まれる）のターゲットを用いてスパッタリングで中間層（厚み１００ｎｍ）を形成し、その上に、純度９９％のＡｌ薄膜（厚み１０００ｎｍ）をスパッタリングで形成した。その後、湿式エッチングして図１〜図５に示す形状のセンサー電極とセンサー配線を形成した。ここで、線幅Ｗは１０μｍ、ピッチ幅Ｐは３００μｍ、格子の切り離し幅Ｗ_０は５０μｍとした。得られた静電容量タッチスイッチパネルの写真を図１０（ａ）に示す。

次に、比較例として、同じ構成材料を用いて同じ製造工程で、図８、図９に示す形状のセンサー電極とセンサー配線を形成した。線幅Ｗ、ピッチ幅Ｐも実施例と同じである。得られた静電容量タッチスイッチパネルの写真を図１０（ｂ）に示す。

図１０に示すように、実施例に係る静電容量タッチスイッチパネルでは、スイッチ境界や配線境界が目立ちにくく、視認特性（透過性）に優れることが分かる。

本発明の静電容量タッチスイッチパネルは、スイッチ部同士の境界やスイッチと配線との境界が目立ちにくいので、様々な機器の入力手段に用いる透過型の静電容量タッチスイッチパネル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 センサー部
４ センサー電極
５ 中間層
６ センサー配線
７ フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）
８ 境界部（センサー電極同士）
９ 境界部（センサー電極とセンサー配線）

Claims (5)

1. ガラス基板と、このガラス基板のタッチ面の反対面側に設けられたセンサー部とを有す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、スイッチ部となる所定範囲毎に分割して配置された複数のセンサー電極と、それぞれの前記センサー電極に接続され、該接続されたセンサー電極以外のセンサー電極とは非接触であるセンサー配線とを有し、
   前記複数のセンサー電極および前記センサー配線は、前記センサー電極同士の境界部および前記センサー配線と前記センサー電極との境界部を除いて連続する所定パターンの金属薄膜からなることを特徴とする静電容量タッチスイッチパネル。
2. 前記所定パターンが格子状であり、
   前記センサー電極同士の境界部、および、前記センサー配線と前記センサー電極との境界部は、前記格子状の格子の一部が切り離されて形成されてい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。
3. 前記格子の切り離し幅が、前記格子のピッチ幅の１／２００以上１／４以下であることを特徴とする請求項２記載の静電容量タッチスイッチパネル。
4. 前記金属薄膜は、アルミニウム薄膜からなり、
   前記センサー部は、前記アルミニウム薄膜と前記ガラス基板との間、または、前記アルミニウム薄膜上に中間層を有し、該中間層が、クロム、モリブデン、およびタングステンから選ばれる少なくとも１つの金属を含む薄膜からなることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の静電容量タッチスイッチパネル。
5. 前記中間層が、アルミニウムの酸化物、および、チタンの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物を含むことを特徴とする請求項４記載の静電容量タッチスイッチパネル。