JP2018132893A

JP2018132893A - タッチ式操作パネル

Info

Publication number: JP2018132893A
Application number: JP2017025212A
Authority: JP
Inventors: 良平伊与久; Ryohei Iyoku
Original assignee: U Corp
Current assignee: U Corp
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-08-23

Abstract

【課題】タッチ式操作パネルに係り、特に産業用電子機器の操作入力部に使用されるタッチ式操作パネルを提供する。【解決手段】本発明のタッチ式操作パネルは、フィルム状シートに透光性操作キーをパターン配置してなるスイッチ基板と、透光性部材に有機ＥＬ発光素子をパターン配置してなるＥＬ基板とを含み、スイッチ基板とＥＬ基板とを透光性操作キーと有機ＥＬ発光素子とが対向するように積層してなるタッチ式操作パネルであって、有機ＥＬ発光素子は、透光性部材の下面に被着された透光性の第１電極層と、第１電極層上に被着された有機ＥＬ膜からなる発光層と、有機ＥＬ膜上に被着された金属膜からなる第２電極層と、から構成され、透光性部材の上面がスイッチ基板に接着されるように積層が行なわれる。【選択図】図１

Description

本発明はタッチ式操作パネルに係り、特に産業用電子機器の操作入力部に使用されるタッチ式操作パネルに関する。

キートップにメンブレンスイッチを使用したタッチ式操作パネルは、産業用電子機器の操作パネルに広く用いられている。
メンブレンスイッチは、特殊ＰＥＴフィルムからなる２枚のスイッチ基板に導電性ペーストで操作キーパッド及び回路パターンをシルク印刷し、２枚のスイッチ基板同士をスペーサなどの部材を挟んで積層することで作製される。機械的な動作はなく、操作キーパッドに／をタッチ又は押下することでＯＮ／ＯＦＦスイッチ機能を持たせている。操作パネルには、操作に応じて操作キーパッドの背面から光をあてて操作キーパッドを光らせるためのＬＥＤなどの光源が各操作キーパッドに対応して内蔵配置されている。

図６は、ＬＥＤを光源に用いた従来のタッチ式操作パネルの操作キーパッド部の断面構造図である。
タッチ式操作パネル２００は、台板２１０上に、ＬＥＤ基板２２０とスイッチ基板２４０と化粧シートパネル２６０とを積層して構成され、ＬＥＤ基板２２０とスイッチ基板２４０とは透明粘着材２３０により接着され、スイッチ基板２４０と化粧シートパネル２６０とは透明粘着材２５０により接着されている。

ＬＥＤ基板２２０は、ＬＥＤ搭載基板２２１上にＬＥＤ２２９を搭載し、スペーサ２２３，２２３を介して拡散板２２７に接着されている。拡散板２２７の下面には鏡面（ミラー）層２２５が形成されている。鏡面層２２５はＬＥＤ２２９の消灯時に操作キーパッドを鏡面状態で表示するためであり、通常、アルミニウム（Ａｌ）などの金属膜を蒸着するなどして作製される。
拡散板２２７はＬＥＤ２２９からの光を拡散して操作キーパッドへ均一に照光するために設けられている。

スイッチ基板２４０は透光性操作キーの上部接点２４９が印刷された上部接点シート２４５と下部接点２４７が印刷された下部接点シート２４１とをスペーサ２４３，２４３を介して上部接点２４９と下部接点２４７とが対向配置された構造を有するメンブレン方式基板である。
なお、上部接点２４９と下部接点２４７とは、透明導電インキを用いてシルク印刷して作製される。

このような従来のタッチ式操作パネルでは、以下のような問題点がある。
１）ＬＥＤ２２９からの光は鏡面層２２５を通過してスイッチ基板２４０に届くが、鏡面層２２５を構成する金属膜は光の遮蔽性が高いためＬＥＤ２２９からの光が十分にスイッチ基板２４０に届かない。
そこで、鏡面層２２５を光を半透過させるハーフミラー層としても、透過光は半減しているのでキーパッド部での表示が暗くなってしまう。また表示面が鏡面（ミラー）ではなくなり、銀色（シルバー）に近づいた色になってしまう。
２）ＬＥＤ２２９からの光を均一に操作キーパッドへ照光するために、拡散板２２７を必要とするため、パネルが厚くなってしまう。

そこで上記の問題点を解決するためには鏡面層２２５を透過させないで光源からの光を直接かつ均一に操作キーに照光させることが必要である。そのためにはまず光源をＬＥＤから自発光型の素子に変更して鏡面層を透過させることなくスイッチ基板に光を届ける必要がある。
自発光型の素子を使用した発光タッチパネルとしては特許文献１〜３に記載されたものが提案されている。

特許文献１に提案されているのは、連続する発光領域を有するタッチ面と、その反対側の面にトップエミッション型有機ＥＬパネル（ＴＥＰ）とを含む発光タッチパネルである。
特許文献２に提案されているのは、透明基板上に隣接して区画形成された複数の有機ＥＬ素子を備え、全ての有機ＥＬ素子が発光する全面発光と、一部の有機ＥＬ素子が発光される部分発光と、全ての有機ＥＬ素子が発光されないで全面を鏡として利用できる全面非発光とを適宜切替えて使用するサンバイザである。
特許文献３に提案されているのは、有機ＥＬ素子を用いた自発光型鏡である。

特開２０１５−２２２４９２号公報特開２００５−１７７０８４号公報特開２０００− ４１８０７号公報

しかし、上記いずれの特許文献１〜３に記載された提案も、スイッチ基板とＥＬ基板とを透光性操作キーと有機ＥＬ発光素子とが対向するように積層した構造とはなっておらず、前述した従来のタッチ式操作パネルが抱えていた問題点１）、２）を解決するものとはなっていない。
本発明の目的は、上記問題点１），２）を解決したタッチ式操作パネルを提供することにある。

本発明のタッチ式操作パネルは、フィルム状シートに透光性操作キーをパターン配置してなるスイッチ基板と、透光性部材に有機ＥＬ発光素子をパターン配置してなるＥＬ基板とを含み、スイッチ基板とＥＬ基板とを透光性操作キーと有機ＥＬ発光素子とが対向するように積層してなるタッチ式操作パネルであって、有機ＥＬ発光素子は、透光性部材の下面に被着された透光性の第１電極層と、第１電極層上に被着された有機ＥＬ膜からなる発光層と、有機ＥＬ膜上に被着された金属膜からなる第２電極層と、から構成され、透光性部材の上面がスイッチ基板に接着されるように積層が行なわれる。

また、ＥＬ基板は、第２電極層と有機ＥＬ膜とが耐湿性部材により被覆され、ＥＬ基板は、ガラス又はフィルム状シートで構成される。
また、有機ＥＬ発光素子は、第１電極層がＩＴＯ膜で、第２電極層がアルミニウム膜で構成される。また、スイッチ基板は、透明導電インキにより透光性操作キーの上部接点が印刷された上部接点シートと、透明導電インキにより透光性操作キーの下部接点が印刷された下部接点シートとをスペーサを介して上部接点と下部接点とが対向配置されるよう接着したメンブレン方式基板である。また、スイッチ基板は、透明導電インキにより透光性操作キーが印刷されたフィルム状シートからなる静電容量方式基板であってもよい。

本発明では有機ＥＬ発光素子の第２電極層を鏡面層として使用することができるので、鏡面層を別途設ける必要がなくなる。
また、鏡面層が発光素子による照光を遮蔽しないので、光の減衰なくスイッチ基板の操作キーを照光できる。
さらに、発光素子からの光は均一に操作キーに照光されるため、光の拡散板などを必要としない。

本発明の一実施例に係るタッチ式操作パネルの操作キーパッド部の断面構造図。本発明の一実施例に係るタッチ式操作パネルに使用される有機ＥＬ基板の作製工程図。本発明の一実施例に係るタッチ式操作パネルに使用されるスイッチ基板の作製工程図。本発明の他の実施例に係るタッチ式操作パネルの操作キーパッド部の断面構造図。タッチ式操作パネルの分解構造図。従来のタッチ式操作パネルの操作キーパッド部の断面構造図。

図１は本発明の一実施例に係るタッチ式操作パネルの操作キーパッド部の断面構造図である。
本発明のタッチ式操作パネル１００は、操作キーパッドを光らせる光源をＬＥＤに代えて有機ＥＬ発光素子１２０とし、この有機ＥＬ発光素子１２０をパターン配置して搭載したＥＬ基板１２１を使用する。ＥＬ基板１２１には、ガラス又はフィルム状シートのような透光性部材を用いる。

即ち、従来のＬＥＤを光源に用いる場合には、図６に示すようにＬＥＤ搭載基板２２１上にＬＥＤチップ２２９を点状に搭載して形成するため点発光となるが、本発明のように有機ＥＬ発光素子１２０を用いる場合には、図１に示すように発光素子１２０を構成する第１電極層１２３、有機ＥＬ層１２５及び第２電極層１２７を透光性部材１２１の下面１２１ｂに被着させて積層し、これを所望の大きさにパターニングして形成するため有機ＥＬ層１２５からの発光は面発光となる。

第１電極層１２３は透明電極として広く用いられているＩＴＯ膜を、第２電極層１２７としてはアルミニウム膜を使用するが、他の金属膜であってもよい。有機ＥＬ層１２５と第２電極層１２７とは大気中に曝露されると水分により腐食され特性が劣化する。これを防止するために、透過性部材１２１の裏面はガラスやフィルム状シートなどの耐湿性部材１７０により被覆（カバー）されている。なお、内部に乾燥剤を所望の位置に付着させた後、被覆してもよい。
有機ＥＬ発光素子１２０の詳細構造及び作製方法については後述する。

スイッチ基板１４０は透光性操作キーの上部接点１４９が印刷されて上部接点シート１４５と下部接点１４７が印刷された下部接点シート１４１とをスペーサ１４３，１４３を介して上部接点１４９と下部接点１４７とが対向配置され、上面に化粧パネル１６０を粘着材１５０で接着した構造を有するメンブレン方式基板であり、図６に示す従来のスイッチ基板２４０と同様の構成である。

スイッチ基板１４０とＥＬ基板１２１とは透過性操作キーを構成する上部接点１４９及び下部接点１４７とＥＬ発光素子１２０とが対向するように積層される。即ち、透光性部材１２１の上面１２１ａがスイッチ基板１４０に透明粘着材１３０によって接着される。有機ＥＬ層１２５の発光は面発光となり、均一に操作キーを構成する上部接点１４９及び下部接点１４７に照光されるため、従来のように光の拡散板を必要としない。
有機ＥＬ発光素子１２０の第２電極層１２７は鏡面層として使用されるので従来の様に別途設ける必要はない。第２電極層１２７は有機ＥＬ層１２５からの発光を遮蔽しないので光の減衰なくスイッチ基板１４０の操作キーを照光できる。

図２は、図１に示すタッチ式操作パネルに使用される有機ＥＬ基板の作製工程図を工程順に示したものである。（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ操作キーパッド部の上面図、パターン図、断面図を示している。
まず、図２（ａ）に示すように、ガラス又はフィルム状シートから構成される透光性部材１２１の上面１２１ａに透光性の第１電極層となるＩＴＯ膜を被着し、フォトエッチング等の技術を用いてパターン化された第１電極層１２３を形成する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、第１電極層１２３の周辺部に補助電極１２２を形成する。この補助電極１２２は第１電極層１２３の周辺部の抵抗値を下げるために形成されるものであり、モリブデン（Ｍ）／アルミニウム（Ａ）／モリブデン（Ｍ）の積層体（Ｍ／Ａ／Ｍ）で構成される。
次いで、図２（ｃ）に示すように、有機ＥＬ膜を第１電極層１２３を覆うように被着しパターニングして有機ＥＬ層１２５を形成する。
次いで、図２（ｄ）に示すように、有機ＥＬ層１２５のパターン内側にアルミニウム（Ａｌ）等の金属膜を被着し、パターニングして第２電極層１２７を形成する。
ここで、第１電極層１２３と第２電極層１２７の電極引出線１２７ａとは短絡することなく互いに絶縁されるように構成される。

なお有機ＥＬ層１２５は図２（ｄ）の断面図（Ｃ）に○印で図示したように第１電極層１２３と第２電極層１２７との間に５層に積層されて形成されており、下層から正孔注入層（ＨＩＬ）１２５ａ、正孔輸送層（ＨＴＬ）１２５ｂ、発光層（ＥＭＬ）１２５ｃ、電子輸送層（ＥＴＬ）１２５ｄ、電子注入層（ＥＩＬ）１２５ｅの順に積層されている。
最後に、図２（ｅ）に示すように、接着剤１８０を介してガラスやフィルム状シートなどの耐湿性部材１７０で第２電極層１２７側が被覆される。なお、被覆の際に内部に乾燥剤１９０を封入しておけば、仮に水分が侵入してきた場合でもこれを吸着することができる。

図３は、図１に示すタッチ式操作パネルに使用されるスイッチ基板の作製工程図を工程順に示したものである。（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ操作キーパッド部の上面図、パターン図、断面図を示している。
なおスイッチ基板１４０は透光性操作キーの上部接点１４９が印刷された上部接点シート１４５と下部接点１４７が印刷された下部接点シート１４１とをスペーサ１４３を介して上部接点１４９と下部接点１４７とが対向配置されるように接着したメンブレン方式基板である。下部接点シート１４１と上部接点シート１４５とはほぼ同一工程で作製されるので、図３（ａ）〜（ｄ）において、下部接点シート１４１の作製工程を説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、フィルム状の下部接点シート１４１上に下部接点電極１４７ａを銀ペーストで印刷配線する。
次に図３（ｂ）に示すように下部接点電極１４７ａに重ねてカーボン印刷により下部接点電極１４７ｂを印刷配線する。
これにより下部接点電極１４７の周辺部及び配線部は銀とカーボンとの積層構造となっている。これは、下部接点電極１４７の周辺部の抵抗値を下げるためである。
次に、図３（ｃ）に示すように、透明導電インキにより下部接点電極１４７をスクリーン印刷する。透明導電インキとしては種々な特性を有する透明導電性ポリマーＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを主成分とするスクリーン印刷用インキなどが市販されている。

その後、図３（ｄ）に示すように、ドットスペーサ１４３ａを下部接点電極１４７の周辺部にドット印刷する。ドットスペーサ１４３ａは下部接点電極１４７と上部接点電極１４９とが押下しないのに接触するのを防止するためである。
ドット印刷をのぞいて、上部接点シート１４５も同様に作製される。
最後に図３（ｅ）に示すように、下部接点シート１４１と上部接点シート１４５とをスペーサ１４３を介して接着し、メンブレン方式のスイッチ基板１４０を完成させる。なお、図３の工程図では、メンブレン方式基板の作製手順を説明したが、本発明のタッチ式操作パネルにおいて、メンブレン方式基板に代えて図４に示すような静電容量方式基板１４０ａを使用することも出来る。

静電方式基板１４０ａを使用すると、スイッチ基板を一枚のシートで構成することが出来る。基板１４０ａには一対の接点電極１４７，１４９に代えてタッチ電極１４８が一つ形成されるのみである。静電容量方式では、タッチ電極１４８の上部にタッチすることによる静電容量の変化を検出してスイッチのＯＮ／ＯＦＦを判断する。操作パネルの構造は簡素化されるが、静電容量の変化を検出してスイッチのＯＮ／ＯＦＦを判断するための制御基板が必要になる。

図５はタッチ式操作パネルの分解構造図を示したものである。
スイッチ基板１４０とＥＬ基板１２１とは透光性操作キーと発光素子１２５とが対向するように積層して貼り合わせる。スイッチ基板１４０の上面には、化粧シート１６０を貼付する。スイッチ基板１４０とＥＬ基板１２１とはそれぞれＰＥＴフィルムに印刷された印刷配線リード線１４９，１２８を介して制御用基板３００に電気的に接続される。
印刷配線リード線１４９は制御用基板３００に設けられたコネクタ３２０に接続される。印刷配線リード線１２８はＥＬ基板１２１の端部で異方性導電膜（Anisotropic Conductive Film）を介してＥＬ基板１２１と接続された後、制御用基板３００のコネクタ３１０に接続される。

１２０・・・有機ＥＬ発光素子
１２１・・・ＥＬ基板
１２３・・・第１電極層
１２５・・・有機ＥＬ層
１２７・・・第２電極層
１４０・・・スイッチ基板
１４１・・・下部接点シート
１４３・・・スペーサ
１４５・・・上部接点シート
１６０・・・化粧パネル

Claims

フィルム状シートに透光性操作キーをパターン配置してなるスイッチ基板と、
透光性部材に有機ＥＬ発光素子をパターン配置してなるＥＬ基板とを含み、
前記スイッチ基板と前記ＥＬ基板とを前記透光性操作キーと前記有機ＥＬ発光素子とが対向するように積層してなるタッチ式操作パネルであって、
前記有機ＥＬ発光素子は、
前記透光性部材の下面に被着された透光性の第１電極層と、
前記第１電極層上に被着された有機ＥＬ膜からなる発光層と、
前記有機ＥＬ膜上に被着された金属膜からなる第２電極層と、から構成され、
前記透光性部材の上面が前記スイッチ基板に接着されるように前記積層が行なわれることを特徴とするタッチ式操作パネル。
前記ＥＬ基板は、前記第２電極層と前記有機ＥＬ膜とが耐湿性部材により被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチ式操作パネル。
前記ＥＬ基板は、ガラス又はフィルム状シートで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチ式操作パネル。
前記有機ＥＬ発光素子は、
前記第１電極層がＩＴＯ膜で、前記第２電極層がアルミニウム膜で構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のタッチ式操作パネル。
前記スイッチ基板は、
透明導電インキにより前記透光性操作キーの上部接点が印刷された上部接点シートと、透明導電インキにより前記透光性操作キーの下部接点が印刷された下部接点シートと、をスペーサを介して前記上部接点と前記下部接点とが対向配置されるよう接着したメンブレン方式基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のタッチ式操作パネル。
前記スイッチ基板は、
透明導電インキにより前記透光性操作キーが印刷されたフィルム状シートからなる静電容量方式基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のタッチ式操作パネル。