JP2017220080A - ハーフミラー型タッチスイッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少なく低コストで製造可能な構造で、ハーフミラー機能とタッチスイッチ機能を両立でき、デザイン性にも優れるハーフミラー型タッチスイッチパネルを提供する。【解決手段】ハーフミラー型タッチスイッチパネル１は、そのセンサー部３において、ハーフミラーパターンに形成された金属薄膜からなるセンサー電極４およびセンサー配線５を有し、このハーフミラーパターンは、不規則に形状が異なる複数の多角形からなり、該多角形の内部領域が金属薄膜の形成部であり、該多角形の辺の全部または一部が金属薄膜の非形成部であり、センサー電極４およびセンサー配線５は、それぞれ複数の上記多角形を導通させてなる。【選択図】図１

Description

本発明は静電容量方式のタッチスイッチパネルに関し、特にハーフミラー機能を有する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。また、パネルに意匠性を持たせるなどの目的で、ハーフミラー機能を有するタッチスイッチパネルの開発も進められている。この種のタッチスイッチパネルは、バックライトなどの透過量と反射量を調整することで、表示面を鏡面またはパターン表示面として切り替えて使用できる。

従来のハーフミラー型タッチスイッチパネルの一例を図７に基づいて説明する。図７はこのタッチスイッチパネルを示す斜視図である。図７に示すように、このタッチスイッチパネル１１は、ガラス基板の片面全体にアルミニウム薄膜などを蒸着して形成したハーフミラー型カバーガラス１２と、スイッチデザインを印刷した表示パターンフィルム１３と、静電容量方式の透過型タッチスイッチ１４とを、この順に積層した３層構造としている。その下部にＶＦＤモジュール１５とＬＥＤバックライト（図示省略）を配置している。透過型タッチスイッチ１４は、格子状の金属薄膜などで構成されるセンサー電極とセンサー配線をガラス基板上に形成した構造を有している。なお、ＶＦＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、蛍光表示装置である。

タッチスイッチパネル１１において、表示パターンフィルム１３の表示パターンが配置される領域は、背面からのバックライト照射時には、その表示パターンが表示面（ハーフミラー型カバーガラスの表面）に表示され、通常時には鏡面となる。また、表示パターンフィルム１３の表示パターンが配置されていない領域で、背面に設置されたＶＦＤモジュール１５により所定の発光表示を行なう場合には、ＶＦＤによる表示パターンが表示面に表示される。また、タッチ面となる表示面に指を触れた際には、透過型タッチスイッチ１４で静電容量の変化を検知でき、いずれのスイッチ領域に触れたかを検出できる。このように、ハーフミラーとタッチスイッチとを積層させた構造とすることで、ハーフミラー機能とタッチスイッチ機能を両立させている。

また、引用文献１には、ハーフミラー型タッチスイッチパネルの１つとして、保護層、多層フィルム、導電膜、基板がこの順で積層して形成され、このうち多層フィルムが所定の反射率を有してハーフミラー機能を担い、導電膜（センサー電極）が静電容量の変化を検知する機能を担う構成のタッチセンサーが提案されている（特許文献１参照）。このタッチセンサーも、図７に示すものと同様に、ハーフミラーとタッチスイッチとを積層させた構造とすることで、ハーフミラー機能とタッチスイッチ機能を両立させている。

特開２０１１−１２９１１０号公報

しかしながら、ハーフミラー型タッチスイッチパネルをハーフミラーと表示パターンフィルムとタッチスイッチとを積層させた構造にする場合、３層の部品を相互に張り合わせる必要があり、部品点数および作製工数が多く、製造コストが高いという問題がある。また、スイッチ領域が分割されているタッチスイッチでは、仮にハーフミラーとタッチスイッチとの共通部品化を図ろうとしても、各スイッチ領域に接続する配線についてハーフミラーのデザイン性を損なわずに設けることは容易ではない。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、部品点数が少なく低コストで製造可能な構造で、ハーフミラー機能とタッチスイッチ機能を両立でき、デザイン性にも優れるハーフミラー型タッチスイッチパネルを提供することを目的とする。

本発明のハーフミラー型タッチスイッチパネルは、ガラス基板と、このガラス基板の片面側に設けられたハーフミラー状センサー部を有するハーフミラー型タッチスイッチパネルであって、上記ハーフミラー状センサー部は、ハーフミラーパターンに形成された金属薄膜からなるセンサー電極およびセンサー配線を有し、上記センサー電極は、スイッチ部となる所定範囲毎に分割されて複数形成され、上記センサー配線はそれぞれの上記センサー電極に接続され、上記ハーフミラーパターンは、不規則に形状が異なる複数の多角形からなり、該多角形の内部領域が上記金属薄膜の形成部であり、該多角形の辺の全部または一部が上記金属薄膜の非形成部であり、上記センサー電極および上記センサー配線は、それぞれ複数の上記多角形を導通させてなることを特徴とする。

上記センサー電極および上記センサー配線を構成する上記多角形において、相互に隣接する多角形の共通の辺の一部を金属薄膜の形成部とし、これらの多角形を導通させていることを特徴とする。

上記センサー電極の所定範囲内において、表示パターンを構成するように配置された複数の光透過用スルーホールを有す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、該金属薄膜上に保護層を有することを特徴とする。

本発明のハーフミラー型タッチスイッチパネルは、ハーフミラーパターンに形成された金属薄膜からなるセンサー電極およびセンサー配線を有し、このハーフミラーパターンは、不規則に形状が異なる複数の多角形からなり、該多角形の内部領域が金属薄膜の形成部であり、該多角形の辺の全部または一部が金属薄膜の非形成部であり、センサー電極およびセンサー配線は、それぞれ複数の上記多角形を導通させてなる。すなわち、ハーフミラーパターンを構成する多角形の金属薄膜部分を繋ぎ合わせて配線やスイッチエリアを構成しているので、一枚ガラス基板上に、センサー電極、センサー配線、およびハーフミラーを一体に実装できる。このため、部品点数と作業工数が少なくなり、当該スイッチパネルの製造において歩留と製造コストを改善できる。また、センサー配線を視認できなくすることが可能になり、表示面のデザイン性に優れる。

また、センサー電極およびセンサー配線を構成する上記多角形において、相互に隣接する多角形の共通の辺の一部を金属薄膜の形成部とし、これらの多角形を導通させているので、ハーフミラーパターンを殆ど崩さず、デザイン性を損なうことを防止できる。

センサー電極の所定範囲内において、表示パターンを構成するように配置された複数の光透過用スルーホールを有するので、ＬＥＤバックライトなどの光源を点灯させることで、通常時は鏡面となる表示面に上記表示パターンを表示できる。

本発明のハーフミラー型タッチスイッチパネルの一例を示す斜視図である。 図１のＡ部の拡大図である。 図２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。 センサー部の拡大模式断面図である。 従来のハーフミラー型タッチスイッチパネルを示す斜視図である。 ハーフミラーパターンを構成する多角形の他の形態を示す図である。

本発明のハーフミラー型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はこのタッチスイッチパネルを示す斜視図である。図１に示すように、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の片面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、ガラス基板上に形成された金属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されて複数配置されている。図１に示す形態では、少なくともパネルの左右それぞれに３行×３例で計１８個のスイッチ部が配列されている。センサー電極４は、それぞれにセンサー配線５が接続されている。センサー電極４は、センサー配線５と外部接続端子やフレキシブルプリント配線板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５は、接続されたセンサー電極以外のセンサー電極および他のセンサー配線とは非接触である。センサー電極同士の境界、すなわちスイッチエリア境界、およびセンサー配線同士の境界などの態様については後述する。

この構成のタッチスイッチパネルにおいて、ガラス基板２の表示面であるタッチ面に指を触れると、センサー電極４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。コントロール部では、センサー電極４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では、いずれのセンサー電極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。このようにタッチスイッチパネル１は、センサー電極４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ことを利用するものであり、具体的な検出手順としては公知の手順を採用できる。また、自己容量方式、相互容量方式のいずれの方式にも対応可能である。

本発明のハーフミラー型タッチスイッチパネルでは、少なくとも、センサー部となるセンサー電極とセンサー配線が、ハーフミラーパターンに形成された金属薄膜で構成されていればよい。これにより、センサー部がハーフミラー状となる。図１に示す形態では、センサー電極４、センサー配線５、およびそれ以外の部分からなる全範囲が、ハーフミラーパターンに形成された金属薄膜から構成されている。タッチスイッチパネル１において、表示面は、通常時には鏡面であり、背面にあるＶＦＤモジュール９やＬＥＤバックライト（図示省略）などから光を照射することで、この表示面に表示パターンなどが表示される。

ハーフミラーパターンの詳細を図２〜図５に基づいて説明する。図２は図１におけるＡ部（センサー配線周囲）の拡大図であり、図３は図２におけるＢ部の拡大図である。図２に示すように、複数のセンサー配線５は、それぞれハーフミラーパターンに形成された金属薄膜の一定領域として形成されている。図３や図５に示すように、ハーフミラーパターンは、不規則（ランダム）に形状が異なる複数の多角形からなる。それぞれの多角形において、その内部領域が金属薄膜の形成部であり、その多角形の辺の全部または一部が金属薄膜の非形成部である。ここで、ハーフミラーパターンを構成する多角形は、正多角形以外の任意の頂点数の多角形とすることが好ましい。また、隣接する多角形間で連結された辺同士が直線的に繋がらない形状とすることが好ましい。これらのようにパターンの規則性を低くすることで、表示面にモアレが発生することを抑制できる。

本発明のハーフミラー型タッチスイッチパネルでは、表示面全範囲をハーフミラーパターンとしつつ、センサー電極とセンサー配線は、このハーフミラーパターンを構成する複数の多角形のうち該電極や配線に該当する領域に属するものを複数導通（電気的に接続）させることで形成している。

隣接する多角形同士の導通について図３に基づいて説明する。図３において、相互に隣接する多角形４ａと４ｂのように、これらの共通の辺４ｃの一部４ｄ（導通路４ｄ）まで金属薄膜を形成し、多角形４ａの内部領域の金属薄膜部分と多角形４ｂの内部領域の金属薄膜部分とを繋げることで、これらを導通させている。図３に示すように、ハーフミラーパターン内において、センサー配線５とする領域に沿って複数の多角形を上記の如く連結して配線を構成する。また、配線間の領域のように、導通を必要としない、または、絶縁を必要とする領域については、多角形４ｅのように、辺の全部を金属薄膜の非形成部としたままのハーフミラーパターンとする。このような構成とすることで、センサー配線５は、目立たず視認できないものとなる。

図４に図１におけるＣ部（センサー電極周囲）の拡大図を示す。図４に示すように、センサー電極４は、その全体がハーフミラーパターンに形成された金属薄膜からなる。１つのセンサー電極（１つのスイッチエリア）内においては、その領域に属するハーフミラーパターンの多角形すべてが導通されている。センサー電極同士の境界（スイッチエリア境界）は、非導通とするために、上述のセンサー配線の場合と同様に、境界部を構成する多角形の辺の全部を金属薄膜の非形成部としたままのハーフミラーパターンとする。

図４に示すように、センサー電極４の所定範囲内において、表示パターンを構成するように配置された複数の光透過用のスルーホール８を設けることができる。スルーホール８は、背面の光源からの光を透過させる穴であり、金属薄膜の穴として形成される。スルーホール８を所定間隔をおいて連続配置することで、所望の表示パターンを形成できる。スルーホール８の穴径は、Φ１５μｍ〜Φ２５μｍであることが好ましい。このスルーホール８とＬＥＤバックライトなどの光源とを組み合わせ、背面から光を照射することで上記表示パターンを表示できる。

図５に図１におけるＤ部の拡大図を示す。図５に示すように、この領域は、センサー電極とセンサー配線のいずれもが配置されておらず、この領域を構成する多角形のすべてが、その辺の全部を金属薄膜の非形成部としたままのハーフミラーパターンである。図１に示すように、この領域の背面に自発光で表示を行なうＶＦＤモジュール９が組み合わされている。図５に示す領域において、ハーフミラーの背面からＶＦＤモジュールにより所定の発光表示を行なうことで、通常時は鏡面となるこの表示面にＶＦＤによる表示パターンを表示できる。

本発明のハーフミラー型タッチスイッチパネルにおいて、背面（タッチ面の反対側）に設置する光源としては特に限定されず、上述のように、主にＬＥＤバックライトが使用される。また、背面に設置する表示機は、背面側から所定の表示パターンに光を照射（発光表示）できるものであれば特に限定されず、ＶＦＤの他、液晶パネル（バックライト付き）などを利用してもよい。このような表示機をセンサー電極の背面にも設置する場合、スルーホールを設けずに、背面に設置した表示機により任意パターンの表示を行なってもよい。また、より鮮明に表示パターンを表示するために、このような表示機による表示と、スルーホールとを併用してもよい。

各図において説明したハーフミラーパターンを構成する多角形の寸法や形状は、透過率などのハーフミラーとして要求される所望特性を満たす範囲であれば特に限定されない。例えば、多角形は、その辺の幅が５μｍ〜２０μｍであり、１辺の長さ（ピッチ）が５０μｍ〜３００μｍであり、辺の一部に設ける上述の導通路の長さは１０μｍ〜３０μｍである。図３に示す導通路４ｄの長さは、短絡を防止しつつ、ハーフミラーパターンを極力崩さないようにするため、上記のような範囲とすることが好ましい。すなわち、ハーフミラーパターンを構成する多角形において、導通路を形成する辺の長さＡと、導通路の長さＢとの関係としては、Ｂ／Ａ＝（１／３０）〜（３／５）とすることが好ましく、Ｂ／Ａ＝（１／１０）〜（１／５）とすることがより好ましい。その他、図８に示すように、ハーフミラーパターンを構成する多角形の角をＲ形状としてもよい。

図６にセンサー部の構造の一例としてセンサー電極が形成されている部分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など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、センサー電極４は、ガラス基板２のタッチ面２ａの反対面に形成されている。

センサー電極４は、金属薄膜から構成される。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、ハーフミラー素材として好適であり、かつ、耐環境特性にも優れることから、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、該ガラス基板の全面（センサー電極、センサー配線、その他の部分）に上述のハーフミラーパターンを形成する。この形成の際に、多角形間の導通路も同時に形成される。なお、金属薄膜の膜厚は、５００ｎｍ〜５０００ｎｍが適当である。

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、０．５〜５ｍｍ程度、好ましくは１．８〜３．０ｍｍ程度である。

また必要に応じて、保護層６と光拡散層７を設けることが好ましい。保護層６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４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、この保護層を形成する各ペーストに着色顔料を混合することにより、保護層を着色できる。

光拡散層は、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することで形成できる。図６に示すように、金属薄膜が形成された領域の全面に光拡散層を形成することで、上述のハーフミラーパターンを構成する多角形の辺の部分や、スルーホールの部分において、ＬＥＤバックライトなどからの光を拡散でき、タッチ面の発光部位における明るさを均一化できる。

さらに必要に応じて、表示面の全面または部分的に、センサー電極４とガラス基板２との間に所定の中間層を形成してもよい。この中間層としては、例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１つの金属を含む薄膜を形成する。このような中間層を設けることで、反射をある程度抑えたハーフミラーとできる。

以上のように、本発明では、ハーフミラーパターンを構成する多角形の金属薄膜部分を繋ぎ合わせてセンサー配線やスイッチエリアを構成している。センサー配線は、線幅としては通常の配線よりも大きくなるものの、ハーフミラーパターン内に埋没して目立たず視認できなくなり、デザイン性に悪影響を与えることがない。また、金属薄膜の形成時に、センサー電極、センサー配線、およびハーフミラーパターンが一度に形成されるため、スイッチパネルの製造において歩留と製造コストを改善できる。

本発明のハーフミラー型タッチスイッチパネルは、部品点数が少なく低コストで製造可能な構造で、ハーフミラー機能とタッチスイッチ機能を両立でき、デザイン性にも優れるので、様々な機器の入力手段に用いるタッチスイッチパネルとして好適に利用できる。

１ タッチスイッチパネル
２ ガラス基板
３ ハーフミラー状のセンサー部
４ センサー電極
５ センサー配線
６ 保護層
７ 光拡散層
８ スルーホール
９ ＶＦＤモジュール
１１ タッチスイッチパネル
１２ ハーフミラー型カバーガラス
１３ 表示パターンフィルム
１４ 透過型タッチスイッチ
１５ ＶＦＤモジュール

Claims (4)

1. ガラス基板と、このガラス基板の片面側に設けられたハーフミラー状センサー部を有するハーフミラー型タッチスイッチパネルであって、
   前記ハーフミラー状センサー部は、ハーフミラーパターンに形成された金属薄膜からなるセンサー電極およびセンサー配線を有し、
   前記センサー電極は、スイッチ部となる所定範囲毎に分割されて複数形成され、前記センサー配線はそれぞれの前記センサー電極に接続され、
   前記ハーフミラーパターンは、不規則に形状が異なる複数の多角形からなり、該多角形の内部領域が前記金属薄膜の形成部であり、該多角形の辺の全部または一部が前記金属薄膜の非形成部であり、
   前記センサー電極および前記センサー配線は、それぞれ複数の前記多角形を導通させてなることを特徴とするハーフミラー型タッチスイッチパネル。
2. 前記センサー電極および前記センサー配線を構成する前記多角形において、相互に隣接する多角形の共通の辺の一部を前記金属薄膜の形成部とし、これらの多角形を導通させていることを特徴とする請求項１記載のハーフミラー型タッチスイッチパネル。
3. 前記センサー電極の所定範囲内において、表示パターンを構成するように配置された複数の光透過用スルーホールを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のハーフミラー型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、該金属薄膜上に保護層を有することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のハーフミラー型タッチスイッチパネル。