JP2020113171A - 入力装置及び操作パネル - Google Patents

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Abstract

【課題】容易に操作パネルの導電特性を測定できる入力装置を提供する。【解決手段】入力装置は、カーボンを含有するカーボン層と、パネル本体と、カーボン層をパネル本体の一面に接着する接着剤と、パネル本体の他面に配置された電極と、パネル本体の他面に電極を覆って貼り付けられた静電フィルムと、を備える。パネル本体と接着剤とは、静電フィルムに対向する範囲において、パネル本体と接着剤とを貫通する少なくとも2つの孔部を有する。【選択図】図3

Description

本開示は、入力装置及び操作パネルに関する。
タッチパネルなどを検査する検査装置が知られている(特許文献1参照)。特許文献1の検査装置は、タッチパネルの表面に接近又は接触可能で中心電極と中空電極を有する複数の同心電極を備え、当該中空電極は、前記中心電極と中心を一致させるように配置させ、中空電極の外周の形状が中心電極より大きく形成されている。この検査装置では、人の指等がタッチパネルを押す力の変化による接触面積の変化をシミュレートすることが開示されている。
特開2015−194856号公報
近年、車両に搭載されるパネルには、高級感を出すために黒色調が採用されることが多くなり、黒色調を出すためにカーボンを含有させた黒インクなどが用いられている。しかしながら、パネルは成形品であり、成形時の熱によりカーボン分子が繋がる所謂パーコレーションが生じ、パネルの電気抵抗が下がり、導電体に変化することがある。指等でタッチするUI(ユーザインタフェース)において、カーボンブラックを含有させたカーボン層を用いる場合、誤動作や検出不能などの不具合となり、導電特性を検査する構成が望まれている。特許文献1では、当該事情が考慮されていない。
また、パネルにおけるカーボンが存在する位置によっては、カーボンの導電特性を直接検査することが困難であり得る。例えば、カーボンが存在する位置の周辺が他部材で包囲されている場合、測定のためにパネルの一部を切断等する必要があることが考えられる。この場合には、パネルの導電特性の測定が困難である。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであって、容易に操作パネルの導電特性を測定できる入力装置及び操作パネルを提供する。
本開示の入力装置は、カーボンを含有するカーボン層と、パネル本体と、前記カーボン層を前記パネル本体の一面に接着する接着剤と、前記パネル本体の他面に配置された電極と、前記パネル本体の他面に前記電極を覆って貼り付けられた静電フィルムと、を備え、前記パネル本体と前記接着剤とは、前記静電フィルムに対向する範囲において、前記パネル本体と前記接着剤とを貫通する少なくとも2つの孔部を有する。
本開示の入力装置は、金属粒子を含有する金属層と、パネル本体と前記金属層を前記パネル本体の一面に接着する接着剤と、前記パネル本体の他面に配置された電極と、前記パネル本体の他面に前記電極を覆って貼り付けられた静電フィルムと、を備え、前記パネル本体と前記接着剤とは、前記静電フィルムに対向する範囲において、前記パネル本体と前記接着剤とを貫通する少なくとも2つの孔部を有する。
本開示の操作パネルは、カーボンを含有するカーボン層と、パネル本体と、前記カーボン層を前記パネル本体の一面に接着する接着剤と、を備え、前記パネル本体と前記接着剤とは、前記パネル本体の他面に貼り付けられる静電フィルムに対向する範囲において、前記パネル本体と前記接着剤とを貫通する少なくとも2つの孔部を有する。
本開示によれば、容易に操作パネルの導電特性を測定できる入力装置及び操作パネルを提供する。
第1の実施形態の入力装置の一例を示す正面斜視図 入力装置の第2面に貼り付けられる静電フィルムと電極を示す正面斜視図 図1のA−A断面であり、入力装置の第1の実施形態を示す図 パーコレーション出現前のカーボン分子構造を示す模式図 パーコレーション出現後のカーボン分子構造を示す模式図 入力装置の操作部の静電感度検出で正常状態を示す模式図 入力装置の操作部の静電感度検出で異常状態を示す模式図 操作パネルの導電性検査を示す模式図 操作部の正面視による模式図 操作部の裏面視による模式図 図8Aに静電フィルムと電極とを貼り合わせた模式図 第1の実施形態の変形例の入力装置を示す正面斜視図 図1のA−A断面図であり、入力装置の第2の実施形態を示す図
以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る入力装置及び操作パネルを具体的に開示した実施形態(以下、「本実施形態」という)を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
(第1の実施形態)
図1は、本開示の第1の実施形態の入力装置の一例を示す正面斜視図である。図2は、入力装置の第2面に貼り付けられる静電フィルムと電極を示す正面斜視図である。図3は、図1のA−A断面図である。図1〜図3に基づき、本実施形態の入力装置及び操作パネルの一例を説明する。
入力装置1は、スマートフォンやタブレットなどの携帯端末機器であってよく、車両などのダッシュボードに配置され、エアコン、オーディオ、メディアなどを操作する操作パネルや、冷蔵庫、オーブンレンジなどの家電製品を操作する操作パネル、などを有してよい。
入力装置1は、操作パネル10を備える。操作パネル10は、パネル本体11と、パネル本体11内に開口された開口部12と、人体の指Sで操作可能とする操作部20とを有する。図2に示されるように、開口部12と操作部20には、対向して、それぞれ静電フィルム21が設けられる。操作部20に対応した静電フィルム21には、複数の電極22が設けられる。電極22には、配線パターン23が接続されている。配線パターン23は、電極22で入力された信号を受信し制御する制御部(不図示)と電気的に導通する。電極22は、操作部20の操作ボタンとして機能する。なお、電極22が2つであることを主に例示するが、電極22が3つ以上であってもよい。
操作部20は、図3に示すように、パネル本体11の第1面13側に凹部14が設けられる。凹部14内の底面には、接着剤(バインダー)24が塗布される。接着剤24の上面には、接着剤24を覆うようにカーボン層25が配置され、カーボン層25を保護する透明なフィルム(インサートフィルム)26が設けられている。パネル本体11には、パネル本体11を貫通する複数の孔部27が設けられる。孔部27は、接着剤24を貫通するように形成されている。絶縁体である接着剤24は、孔部27の形成部分には印刷されない。パネル本体11の第1面13の反対側の第2面15には、電極22と、電極22を覆うように静電フィルム21が貼り付けられている。尚、第1面13を一面とすると、第2面15は他面となる。
操作部20は、指Sを操作パネル10の表面にあるフィルム26に接近又は接触させると、指Sと電極22との間で静電容量結合が生じ、当該静電結合を制御部で制御することにより、エアコン、メディアなどの各種操作を可能としている。また、操作部20は、上述の構成の他、後述する絵柄や文字などの識別子40を含んでよい。なお、指Sは、スタイラスペンやその他の入力手段でもよい。
入力装置1は、操作パネル10を含む他、制御部や表示部を含んでよい。制御部は、入力装置1に入力された入力信号に対して各種処理してよい。表示部は、入力信号に関する情報や入力装置1に関する情報を表示してよい。表示部は、開口部12に設けられてよく、タッチパネルであってよい。
操作パネル10は、パネル本体11、接着剤24、カーボン層25、及びフィルム26を含む。なお、操作パネル10には、電極22及び静電フィルム21が含まれても含まれなくてもよい。
操作パネル10は、樹脂成形品でよく、パネル本体11に接着剤24を塗布して接着剤24の上に積層するようにカーボン層25を黒インク等で印刷した後に、例えばインサート成形、インモールド成形などで成形される。インサート成形、インモールド成形などは、接着剤24及びカーボン層25を加熱する工程を含む。加熱により、接着剤24の強度が増し、カーボン層25はパネル本体11の第1面13に接合する。なお、インサート成形は、予めフォーミングした材料を金型に入れて成形する。インモールド成形は、モールドを金型に直接入れてフォーミングして成形する。
操作パネル10は、カーボン層25によりカーボンブラックを含有する樹脂を含んで成形され、車両などに搭載され高級感を醸し出している。なお、カーボンを含有しない黒色は、やや白い、やや黄色い等の色彩を帯びていることがある。
パネル本体11の厚みは、例えば約3mmの樹脂成形品である。パネル本体11は、誘電体であれば、樹脂に限らずガラスでも良い。
接着剤24、カーボン層25、及びフィルム26の総厚みは、例えば約0.3mmである。フィルム26は、PC(ポリカーボネイト)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、COP(シクロオレフィンポリマー)等の樹脂であるが、ガラスでもよい。
ここで、パーコレーションについて、図4を用いて説明する。操作パネル10に形成されたカーボン層25は、操作パネル10の成形時に熱が加わり、カーボン分子25a同士が繋がる所謂パーコレーションが生じることがある。カーボン層25に用いられるカーボンブラックは、導電性フィラであり、ポリマー中に分散している(図4A参照)。しかしながら、加熱されるとカーボンブラックである導電体が特定濃度(閾値)以上で凝集し、カーボン分子が長鎖化により系全体が繋がるパーコレーションとなり、導電性発現を生じるパーコレーション現象が起きる(図4B参照)。カーボン層25は、印刷された後に加熱されて乾燥され、フォーミング(例えばインサート成形、インモールド成形)される際にも加熱されて乾燥される。カーボン層25は、その他のタイミングにおいても加熱され得る。よって、操作パネル10が成形されるまでの工程中で、熱が加わり、熱が加わる毎に、パーコレーションが生じる可能性は上がることになる。カーボン層25の導電性が上がることで、電極22や静電フィルム21が誤動作を生じ得る。また、インサート成形やインモールド成形を行わない場合でも、パーコレーションが生じ得る。
操作部20において、指Sが操作パネル10に近接又は接触すると、正常状態(パーコレーション現象のない又は少ない状態)では電極22から電気力線が多く発生し、感度が良く、抵抗値も高い(図5A参照)。一方、パーコレーション現象が起こると、操作パネル10の抵抗値(インピーダンス)が下がり、電気力線、静電容量、又は電荷が分散し、感度が低下する(図5B参照)。図5A,図5Bでは、カーボン層25及びフィルム26等を省略している。
本実施形態では、操作パネル10の抵抗値が正常であるか否かを測定するために、パネル本体11及び接着剤24を貫通する孔部27が操作パネル10に設けられる。操作パネル10に静電フィルム21及び電極22を貼り付ける前に、図6に示されるように、孔部27にテスターTを挿入させて、カーボン層25の電気的特性(例えば抵抗値、インピーダンス値)をテスターTで測定することができる。孔部27は、カーボン層25に直接テスターTの先端が接触できるように貫通してあるため、カーボン層25の導通検査、導電特性の測定を可能としている。カーボン層25の導通検査、導電特性の測定後に、操作パネル10に静電フィルム21及び電極22が貼り付けられる。
操作パネル10における孔部27の位置は、操作パネル10に取り付けられる電極22及び静電フィルム21の少なくとも一方の貼付位置に対応して決定されてよい。操作パネル10における電極22及び静電フィルム21の貼付位置は、電極22及び静電フィルム21の貼付前に定まっていてよい。よって、操作パネル10では、電極22及び静電フィルム21の貼付前に、孔部27を設けることが可能である。なお、貼り付け以外の方法で、電極22及び静電フィルム21が操作パネル10に取り付けられてもよい。
図7は、操作パネル10の第1面13側から見た(正面視の)操作部20を示す模式図である。図8は、操作パネル10の第2面15側から見た(裏面視の)操作部20を示す模式図である。図7及び図8を基づいて、操作部20を説明する。
操作部20には、タッチキーに関する識別子40が形成されている。識別子40は、文字、絵柄等でよい。識別子40は、カーボン層25の一部を削って形成されてよく、この場合、カーボン層25の抵抗値が落ちない。また、カーボン層25の裏面には、一つの電極22に対して一対の2つの孔部27が形成されている。孔部27は、カーボン層25を除去した識別子40が形成されていない領域内に設けられてよい。
操作パネル10における電極22に対向する範囲において2つの孔部27が形成されることにより、指Sで押下又は接近させる電極22近傍で重要となる導電特性が測定できる。電極22近傍を測定することで、操作パネル10の導電特性を高精度で測定できる。
また、孔部27は、操作パネル10の第2面15側から形成される。よって、入力装置1の正面からは見えず、外観意匠性が良好であり、操作パネル10の電気的特性(抵抗値、インピーダンス値)を測定するために、成形後の操作パネル10の一部を破壊する必要もない。また、操作パネル10の成形後に疑似指での導電性テストも必要なくなり、容易に導電特性を測定することができ、量産性が向上する。テスターTで測定した後、電極22及び静電フィルム21を貼るため、出荷前に入力装置1の誘導物としての性能を確保することができる。
カーボン層25の一面(指S側)は、フィルム26により覆われ、カーボン層25の他面(凹部14の底面に対向する面)及び側面(凹部14の側面に対向する面)は、パネル本体11によって覆われている。よって、カーボン層25の各面が覆われた構成である。従って、カーボン層25に対して直接導電特性の測定が困難であるが、このような構成の場合でも、例えば成形後の操作パネル10を切断せずに、孔部27を介して直接測定できる。
(変形例)
図9は、第1の実施形態の変形例の入力装置1を示す正面斜視図である。図9に基づいて、変形例の入力装置1を説明する。
第1の実施形態の変形例では、孔部27が操作パネル10の側端部(X方向端部)又は上端部(Y方向端部)にも設けられている。開口部12の周辺にはパネル本体11が存在する。操作パネル10の第2面15側には、電極22と電気的に接続されている配線パターン23が設けられている場合がある。配線パターン23は、XY平面では、孔部27が設けられる操作パネル10の側端部又は上端部に位置する。操作パネル10は、カーボンを含有する樹脂成形品であるため、成形時の加熱によりカーボン分子のパーコレーションの可能性がある。パーコレーションによる電気抵抗の低下により、配線パターン23の電気的特性が劣化する変化(例えば劣化)することがある。操作パネル10の側端部又は上端部に配置された2つの孔部27にテスターTを挿入させることにより、配線パターン23の電気的特性を測定できる。尚、一対の孔部27の数は、操作パネル10やパネル本体11の形状、構造、配線パターン23の位置等により任意であり、限定しない。
(第2の実施形態)
図10は、第2の実施形態における入力装置1を示す断面図である。この断面は、図1のA−A断面に対応する。図10に基づいて、本実施形態の入力装置1を説明する。
第2の実施形態では、第1の実施形態におけるカーボン層25が、金属粒子を含有する金属層30であることを想定する。第2の実施形態は、金属層30が設けられている以外は、第1の実施形態と同様であるため、詳細の説明を省略する。
金属層30は、例えば、アルミニウム、カッパー、ニッケル、インジウムなどであり、アルミニウムやニッケルは、シルバー色を発色する。カッパーは、銅色を発色する。インジウムは、藍色を発色する。また、金属層30は、カーボンと金属との双方を含有していてもよい。さらに、金属層30とカーボン層25とを併用してもよい。
金属層30である場合、パーコレーション現象ではないが金属粒子の部分で導電性が発生し、操作部20の導電特性が劣化することがある。この場合でも、孔部27にテスターT挿入させて、金属層30内の電気的特性(例えば抵抗値、インピーダンス値)を直接テスターTで測定することができる。また、第2の実施形態においても、電極22と静電フィルム21を操作パネル10に貼り付ける前に測定できるため、電極22と静電フィルム21を破損せずに、導電特性の良好な入力装置1を出荷できる。
以上のように、上記実施形態の入力装置1は、カーボンを含有するカーボン層25と、パネル本体11と、カーボン層25をパネル本体11の第1面13(一面の一例)に接着する接着剤24と、パネル本体11の第2面15(他面の一例)に配置された電極22と、パネル本体11の他面に電極22を覆って貼り付けられた静電フィルム21と、を備えてよい。パネル本体11と接着剤24とは、静電フィルム21に対向する範囲において、パネル本体11と接着剤24とを貫通する少なくとも2つの孔部27(貫通孔の一例)を有してよい。
ここで、第1の実施の形態、第1の実施の形態の変形例、および第2の実施の形態において、操作パネル10の孔部27が設けられている部分は、孔部27が設けられていない部分と比較してパネル厚が薄くなっている。これにより、操作パネル10に強度低下や色ムラが生じる場合もあるため、操作パネル10の正面側にエスカッション、ノブロータリー等を配置して孔部27を覆うとしてもよい。これによって、操作パネル10の強度を向上させ、色ムラを目立たなくすることが可能となる。
これにより、入力装置1は、操作パネル10を破壊することなく、2つの孔部27にテスターTを挿入して容易にカーボン層25の電気的特性(抵抗値、インピーダンス値等)を直接測定できる。また、パーコレーション現象が原因でカーボン層25の導通性が高くなる可能性があるが、入力装置1は、所定以上の導通性を有しているか否かを検査することができる。そして、孔部27は操作パネル10の他面側(不可視側)に形成されるため、操作パネル10の正面側である一面から視認できず外観が良好となる。さらに、品質確保のための検査が容易に実施可能となるため、検査時間やコスト(設備、作業、カット用パネル等)の削減に繋がる。
また、パネル本体11と接着剤24とは、電極22に対向する範囲において、2つの孔部27を有してよい。実際には、ユーザが電極22近傍を押下又は近接させるので、電極22近傍の導電特性が重要となる。この部分が測定されることで、入力装置1は、操作パネル10の導電特性を高精度に測定できる。
また、カーボン層25では、カーボンを除外して識別子40の領域が生成されてよい。パネル本体11と接着剤24とは、カーボン層25の識別子40の領域と対向しない範囲に、少なくとも2つの孔部27を有してよい。これにより、識別子40の領域にはカーボンが不在でないため、これ以外の位置を測定することにより、カーボン層25の導電特性を高精度に測定できる。
また、カーボン層25の全面は、パネル本体11又はフィルム26によって覆われてよい。これにより、カーボン層25の各面が覆われているため、カーボン層25の導電特性を直接測定することが困難であるが、このような場合でも、成形後の操作パネル10を切断せずに、孔部27を介して測定できる。
また、入力装置1は、電極22に接続された配線パターン23を有してよい。カーボン層25の一部は、電極22とパネル本体11とカーボン層25との積層方向において、配線パターン23と対向してよい。これにより、配線パターン23に対応するカーボン層25のパーコレーション現象の影響により、配線パターンの導電特性が劣化する可能性があるが、入力装置1は、配線パターン近傍の導電特性を、操作パネル10を破壊することなく測定可能である。
また、カーボン層25とパネル本体11と接着剤24とを含んで、操作パネル10を形成してよい。操作パネル10は、カーボン層25が加熱されて成形されてよい。この場合、カーボンの加熱により、接着剤24の接着力が増大して、カーボン層25が操作パネル10に強固に結合する一方、パーコレーション現象が多く発生し得る。この場合でも、入力装置1は、操作パネル10を破壊することなく、電極22付近の導電特性を測定可能である。
上記実施形態の入力装置1は、金属粒子を含有する金属層30と、パネル本体11と、金属層30をパネル本体11の一面に接着する接着剤24と、パネル本体11の他面に配置された電極22と、パネル本体11の他面に電極22を覆って貼り付けられた静電フィルム21と、を備えてよい。パネル本体11と接着剤24とは、静電フィルム21に対向する範囲において、パネル本体11と接着剤24とを貫通する少なくとも2つの孔部27を有してよい。
金属層30の金属粒子の部分では、導電性が発生し、操作部20の導電特性が劣化することがある。この場合でも、入力装置1は、操作パネル10を破壊することなく、2つの孔部27にテスターTを挿入させて、金属層30内の電気的特性(例えば抵抗値、インピーダンス値)を直接テスターTで測定することができる。そして、孔部27は操作パネル10の他面側に形成されるため、パネル本体11の正面側である一面から視認できず、外観が良好となる。さらに、品質確保のための検査が容易に実施可能となるため、検査時間やコスト(設備、作業、カット用パネル等)の削減に繋がる。
上記実施形態の操作パネル10は、カーボンを含有するカーボン層25と、パネル本体11と、カーボン層25をパネル本体11の一面に接着する接着剤24と、を備えてよい。パネル本体11と接着剤24とは、パネル本体11の他面に貼り付けられる静電フィルム21に対向する範囲において、パネル本体11と接着剤24とを貫通する少なくとも2つの孔部27を有してよい。
これにより、操作パネル10は、操作パネル10を破壊することなく、2つの孔部27にテスターTを挿入して容易にカーボン層25の電気的特性(抵抗値、インピーダンス値等)を直接測定可能となる。また、パーコレーション現象が原因でカーボン層25の導通性が高くなる可能性があるが、所定以上の導通性を有しているか否かを検査することができる。そして、孔部27は操作パネル10の他面側に形成されるため、操作パネル10の正面側である一面から視認できず外観が良好となる。さらに、品質確保のための検査が容易に実施可能となるため、検査時間やコスト(設備、作業、カット用パネル等)の削減に繋がる。
以上、図面を参照して本開示に係る入力装置及び操作パネルの実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
本開示は、容易に操作パネルの導電特性を測定できる入力装置及び操作パネル等に有用である。
1 入力装置
10 操作パネル
11 パネル本体
12 開口部
13 第1面
14 凹部
15 第2面
20 操作部
21 静電フィルム
22 電極
23 配線パターン
24 接着剤
25 カーボン層
26 フィルム
27 孔部
30 金属層
40 識別子
S 指
T テスター

Claims (8)

  1. カーボンを含有するカーボン層と、
    パネル本体と、
    前記カーボン層を前記パネル本体の一面に接着する接着剤と、
    前記パネル本体の他面に配置された電極と、
    前記パネル本体の他面に前記電極を覆って貼り付けられた静電フィルムと、
    を備え、
    前記パネル本体と前記接着剤とは、前記静電フィルムに対向する範囲において、前記パネル本体と前記接着剤とを貫通する少なくとも2つの孔部を有する、
    入力装置。
  2. 前記パネル本体と前記接着剤とは、前記電極に対向する範囲において、2つの前記孔部を有する、
    請求項1に記載の入力装置。
  3. 前記カーボン層では、前記カーボンを除外して識別子の領域が生成され、
    前記パネル本体と前記接着剤とは、前記カーボン層の前記識別子の領域と対向しない範囲に、少なくとも2つの前記孔部を有する、
    請求項1または2に記載の入力装置。
  4. フィルム、を更に備え、
    前記カーボン層の全面は、前記パネル本体又は前記フィルムによって覆われた、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の入力装置。
  5. 前記電極に接続された配線パターン、を更に有し、
    前記カーボン層の一部は、前記電極と前記パネル本体と前記カーボン層との積層方向において、前記配線パターンと対向する、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の入力装置。
  6. 前記カーボン層と前記パネル本体と前記接着剤とを含んで、操作パネルを形成し、
    前記操作パネルは、前記カーボン層が加熱されて成形された、
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の入力装置。
  7. 金属粒子を含有する金属層と、
    パネル本体と、
    前記金属層を前記パネル本体の一面に接着する接着剤と、
    前記パネル本体の他面に配置された電極と、
    前記パネル本体の他面に前記電極を覆って貼り付けられた静電フィルムと、
    を備え、
    前記パネル本体と前記接着剤とは、前記静電フィルムに対向する範囲において、前記パネル本体と前記接着剤とを貫通する少なくとも2つの孔部を有する、
    入力装置。
  8. カーボンを含有するカーボン層と、
    パネル本体と、
    前記カーボン層を前記パネル本体の一面に接着する接着剤と、
    を備え、
    前記パネル本体と前記接着剤とは、前記パネル本体の他面に貼り付けられる静電フィルムに対向する範囲において、前記パネル本体と前記接着剤とを貫通する少なくとも2つの孔部を有する、
    操作パネル。
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