JP5174294B1 - スペーサーレス入力デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】界面での反射を抑制し、ニュートンリングの発生を防止し、視認性を改善でき、又ドットスペーサーが無くても誤動作を起こさず、固形物の入力に対しても感圧機能を有したスペーサーレス入力デバイスを提供する
【解決手段】マルチタッチが可能な抵抗膜式の入力デバイスにおいて、上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面と下部透明電極基材の下部透明電極群を有するが面との間の隙間に、感圧導電層と中間層が充填されているように構成した。
【選択図】図1

Description

本発明は、スレートPC、携帯電話、携帯ゲーム機、電子辞書、カーナビシステム、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯型MD(PMD)、その他の携帯機器に適用可能な入力デバイスに関する。
上記のような入力デバイスとして、従来より抵抗膜式タッチパネルが知られている。現在、抵抗膜式タッチパネルの主流であるアナログ方式は、透明な可撓性絶縁基材である上部基材と前記上部基材の下面中央部全体に形成された1つの上部電極を含む上部電極板と、透明な絶縁基材である下部基材と前記下部基材の上面中央部全体に形成された1つの下部電極を含む下部電極板からなり、一方の電極はX軸方向、他方の電極はY軸方向の両端にバスバーを形成した透明な導電膜からなり、前記上部電極板と前記下部電極板を前記導電膜の間にドットススペーサを介在して重ね合わせたタッチパネルである。
しかし、アナログ方式の抵抗膜式タッチパネルは、押下げにより導通した点の電圧値から押下げ点を検出しているが、原理上、2点以上の多点が同時に押下げられる、いわゆるマルチタッチを行なうと、個々の押下げ点を特定することができない。
そこで、本出願人は、抵抗膜式でありながら多点の同時検出ができる抵抗膜式マルチタッチパネルを先に提案した(特許文献1参照)。すなわち、透明な可撓性絶縁基材である上部基材と前記上部基材の下面に形成された上部電極群を含む上部電極板と、透明な絶縁基材である下部基材と前記下部基材の上面に形成された下部電極群を含む下部電極板からなり、前記上部電極群はp個(pは2以上の正の整数)の上部電極U1−Upからなり、前記上部電極は長方形であって、その長手方向はX軸に平行であり、前記上部電極は長手方向の両端にバスバーを形成した透明な導電膜からなり、前記下部電極群はq個(qは2以上の正の整数)の下部電極L1−Lqからなり、前記下部電極は長方形であって前記下部電極の長手方向はY軸に平行であり、前記下部電極は長手方向の両端にバスバーを形成した透明な導電膜からなっており、前記上部電極板と前記下部電極板を前記導電膜の間にドットススペーサを介在して重ね合わせたタッチパネルである。なお、タッチパネル技術において、バスバーとは、電極の端部に略電極幅に設けられた電圧印加用パターンであり、当該バスバーからタッチパネルの額縁部に引き回し配線が延びている。
この抵抗膜式マルチタッチパネルを用いて多点の同時検出を行なうには、センサ部分である当該タッチパネルの他に、コントローラー部分であるマトリックス検出手段、マトリックス記憶手段、アナログ検出手段を用意し、マトリックス検出手段がデジタルマトリックス検出を行って押下げ点の交差マトリックスを決定し、当該マトリックスをマトリックス記憶手段に記憶し、アナログ検出手段が、マトリックス記憶手段に記憶された交差マトリックスを形成する電極に対して、アナログ検出方式を行うことにより押下げ点の位置を算出するものである。
また、抵抗膜式でありながら多点の同時検出ができる抵抗膜式マルチタッチパネルとしてはデジタル方式と呼ばれる方法も存在する(特許文献2参照)。すなわち、透明な可撓性絶縁基材である上部基材と前記上部基材の下面に形成された上部電極群を含む上部電極板と、透明な絶縁基材である下部基材と前記下部基材の上面に形成された下部電極群を含む下部電極板からなり、前記上部電極群はp個(pは2以上の正の整数)の上部電極U1−Upからなり、前記上部電極は長方形であって、その長手方向はX軸に平行であり、前記上部電極は長手方向の片端にバスバーを形成した透明な導電膜からなり、前記下部電極群はq個(qは2以上の正の整数)の下部電極L1−Lqからなり、前記下部電極は長方形であって前記下部電極の長手方向はY軸に平行であり、前記下部電極は長手方向の片端にバスバーを形成した透明な導電膜からなっており、前記上部電極板と前記下部電極板を前記導電膜の間にドットススペーサを介在して重ね合わせたタッチパネルである。
このデジタル方式の抵抗膜式マルチタッチパネルを用いて多点の同時検出を行なうには、センサ部分である当該タッチパネルの他に、コントローラー部分であるマトリックス検出手段を用意し、マトリックス検出手段がデジタルマトリックス検出を行って押下げ点の交差マトリックスを決定し、押下げ点の位置を算出するものである。
特開2010-55453号公報 特開昭59−71216号公報
しかしながら、いずれの抵抗膜式マルチタッチパネルも、上部電極板の上部電極群が形成された面と空間との界面、及び、空間と下部電極板の下部部電極群が形成された面と空間との界面で外部光が反射し、さらに上部電極板と下部電極板との間にある空間のギャップ量に依ってはニュートンリングが発生しやすく、視認性に課題があった。
また、軽い入力荷重を得るためにドットスペーサーを無くしたいが、その場合、上部透明電極基材が撓みすぎて誤動作を起こす問題をクリアする必要がある。
また、デジタル方式の抵抗膜式マルチタッチパネルでは、指などの柔らかい物体による入力に対し、大きな押圧力で入力されて上下電極群が接触した端子数と小さな押圧力で入力されて上下電極群が接触した端子数の違いを検出しての擬似的な感圧機能を実現させていたが、入力枡数が増減しないスタイラスペンなどの固形物による入力では感圧機能が働かない課題があった。
したがって、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、界面での反射を抑制し、ニュートンリングの発生を防止し、視認性を改善でき、又ドットスペーサーが無くても誤動作を起こさず、固形物の入力に対しても感圧機能を有したスペーサーレス入力デバイスを提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第1態様によれば、一方の面に長方形でその長手方向がX軸に平行なp個(pは2以上の正の整数)の上部透明電極U1−Upからなり、当該各上部透明電極の長手方向の片端にバスバーが形成された上部透明電極群を有する厚手の上部透明電極基材と、
一方の面に長方形でその長手方向がY軸に平行なq個(qは2以上の正の整数)の下部透明電極L1−Lqからなり、当該各下部透明電極の長手方向の片端にバスバーが形成された下部透明電極群を有し、前記上部透明電極基材と透明電極群を有する面どうしを対向させて周縁部にて接着された下部透明電極基材と、
前記上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面又は前記下部透明電極基材の下部透明電極群を有する面のうちいずれか一方について前記透明電極群を内包する領域上に形成された透明な感圧導電層とを備えて、
前記上部透明電極基材の他方の面に押圧力が作用すると、作用する力で、前記感圧導電層内に分散含有する感圧粒子間で電流が流れることにより押圧点直下の上部透明電極と前記下部透明電極との間で導通が行われ、前記上部透明電極基材の前記他方の面沿いの、前記力が作用した位置座標を検出する入力デバイスであって、
さらに一方の透明電極基材に形成された前記感圧導電層と他方の透明電極基材の前記透明電極群を内包する領域との間に透明な液状の中間層が介在していることを特徴とするスペーサーレス入力デバイスを提供する。
本発明の第2態様によれば一方の面に長方形でその長手方向がX軸に平行なp個(pは2以上の正の整数)の上部透明電極U1−Upからなり、当該各上部透明電極の長手方向の両端にバスバーが形成された上部透明電極群を有する厚手の上部透明電極基材と、
一方の面に長方形でその長手方向がY軸に平行なq個(qは2以上の正の整数)の下部透明電極L1−Lqからなり、当該各下部透明電極の長手方向の両端にバスバーが形成された下部透明電極群を有し、前記上部透明電極基材と透明電極群を有する面どうしを対向させて周縁部にて接着された下部透明電極基材と、
前記上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面又は前記下部透明電極基材の下部透明電極群を有する面のうちいずれか一方について前記透明電極群を内包する領域上に形成された透明な感圧導電層とを備えて、
前記上部透明電極基材の他方の面に押圧力が作用すると、作用する力で、前記感圧導電層内に分散含有する感圧粒子間で電流が流れることにより押圧点直下の上部透明電極と前記下部透明電極との間で導通が行われ、前記上部透明電極基材の前記他方の面沿いの、前記力が作用した位置座標を検出する入力デバイスであって、
さらに一方の透明電極基材に形成された前記感圧導電層と他方の透明電極基材の前記透明電極群を内包する領域との間に透明な液状の中間層が介在していることを特徴とするスペーサーレス入力デバイスを提供する。
なお、第1及び第2態様において、前記上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面及び前記下部透明電極基材の下部透明電極群を有する面の各々について前記透明電極群を内包する領域上に形成された透明な感圧導電層とを備え、両方の感圧導電層間に透明な液状の中間層が介在しているように構成することもできる。
本発明の第3態様によれば、前記中間層が、アクリル系、シリコーン系、フッ素系またはアルコール系の不活性液体である、第1又は第2の態様のいずれか1つに記載のスペーサーレス入力デバイスを提供する。
本発明の第4態様によれば、前記上部透明電極基材の他方の面に押圧力が作用すると、作用する力により、前記感圧導電層内の前記感圧粒子間で電流が流れることにより押圧点直下の前記上部透明電極と前記下部透明電極との間での抵抗値が変化し、前記力の大きさの変化を検出するZ方向検出部をさらに備える、第1〜3の態様のいずれか1つに記載のスペーサーレス入力デバイスを提供する。
本発明の第5態様によれば、前記透明電極基材の前記透明電極群を有する面が、FPCの圧着領域を有し、かつ当該圧着領域と前記透明電極群を内包する領域との間に撥液層が設けられている第1〜4の態様のいずれか1つに記載のスペーサーレス入力デバイスを提供する。
本発明の第6態様によれば、前記上部透明電極基材と前記下部透明電極基材とを周縁部にて接着する糊材が、硬化性樹脂の硬化層である第1〜5の態様のいずれか1つに記載のスペーサーレス入力デバイスを提供する。
本発明によれば、上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面と下部透明電極基材の下部透明電極群を有するが面との間の隙間に感圧導電層と中間層が充填されているため、上部透明電極基材と空気層、空気層と下部透明電極基材の2つの界面で発生する光の反射を抑制し、ニュートンリングの発生を防止することができて、視認性を向上させることができる。
また、上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面と下部透明電極基材の下部透明電極群を有するが面との間の隙間に感圧導電層と中間層が充填され、かつ上部透明電極基材に剛性を有する厚手のものを用いているため、上部透明電極基材が撓みすぎて誤動作を起こすこともない。
また、撥液層によって、上部透明電極基材と下部透明電極基材とを周縁部で接着する糊材に比べ固着強度で劣る、FPC圧着部への中間層を構成する液状物の液漏れを防止できる。
また、上部透明電極基材と下部透明電極基材とを周縁部で接着する糊材を硬化性樹脂の硬化層とすることによって、中間層を構成する液状物の液漏れを防止できる。
本発明の一実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイスの断面図である。 本発明の一実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイスのセンサー部分を説明する模式図である。 前記実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイスを組み込んだタッチウインドウ形式のスレートPCの分解斜視図である。 前記実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイスを組み込んだ前記タッチウインドウ形式のスレートPCの断面図である。 前記実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイスを組み込んだベゼル構造形式のスレートPCの断面図である。 前記実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイスの界面での反射を説明するための断面図である。 従来のタッチパネルの界面での反射を説明するための断面図である。 感圧センサを従来のタッチパネルに配置する場合の構造の例を示す断面図である。 上部透明電極基材と下部透明電極基材とを周縁部で接着する工程を示す断面図である。 前記実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイスにおける撥液層の配置の例を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイスのセンサー部分を説明する模式図である。 FRカーブの(a)理想的な例と(b)細い電極を使用した例を示すグラフである。 (a)上下1本ずつの検出例と(b)上下複数本ずつの検出例を示す図である。 (a)ハードコート層の無い撓み例と(b)ハードコート層を厚く形成した撓み例を示す図である。 各種工夫を施したスペーサーレス入力デバイスのFRカーブの違いを示すグラフである。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第1の実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイス15は、図1に示すように、上部透明電極基材1と、下部透明電極基材2と、糊材23と、感圧導電層3と、中間層4と、透明基板9とを主として備えるように構成されている。一例として、四角形のスペーサーレス入力デバイス15について説明する。
上部透明電極基材1は、一方の面(例えば図1の上部透明電極基材1の下面)の透明窓部12内の所定位置に、図2に示すような長方形でその長手方向がX軸に平行なp個(pは2以上の正の整数)の上部透明電極U1−Upからなり、当該各上部透明電極の長手方向の片端にバスバーが形成された上部透明電極群5を有する四角形のフィルムで構成されている。上部透明電極基材1は、透明であり、上部透明電極群5を支持し、通常のタッチパネルの透明電極基材と同等の電気特性(直線性など)を有していることが望ましく、上部透明電極基材1の他方の面(例えば図1の上部透明電極基材1の上面)に作用する力を下方の感圧導電層3に伝達できる機能があればよい。このため、上部透明電極基材1としては、可撓性は必ずしも必要とはしない。なお、従来のタッチパネルでは、空気層で潰れないようにある程度の強度が電極基材(フィルム)に必要であるが、本実施形態では空気層を感圧導電層3と中間層4で埋めるため、従来よりも薄型のフィルムを採用することが可能となっている。
上部透明電極基材1の一例として、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリエーテルケトン系等のエンジニアリングプラスチック、アクリル系、ポリエチレンテレフタレート系、又は、ポリブチレンテレフタレート系などの樹脂フィルム50などを用いることができる。また、上部透明電極基材1の周囲であってかつ透明窓部12を囲む四角形枠状の額縁部11でかつ上部透明電極群5の周囲の前記一方の面(例えば図1の上部透明電極基材1の下面)には、銀などで印刷などにより形成されかつ各上部透明電極U1−Upのバスバー20と接続された上側引き回し配線5aが配置されている。額縁部11の内側は、入力デバイス15の入力部である透明窓部12を構成している。上側引き回し配線5aは、FPC(Flexible Printed Circuits)17の圧着部分を除き絶縁性のレジスト層8で覆われている。
下部透明電極基材2は、前記上部透明電極5が透明窓部12内の所定位置に配置された面に対向する面(例えば図1の下部透明電極基材2の上面)に、図2に示すような長方形でその長手方向がY軸に平行なq個(qは2以上の正の整数)の下部透明電極L1−Lqからなり、当該各下部透明電極の長手方向の片端にバスバー20が形成された下部透明電極群6を有する四角形のフィルムで構成されている。下部透明電極基材2は、透明であり、下部透明電極群6を支持し、通常のタッチパネルの透明電極基材と同等の電気特性(直線性など)を有してことが望ましい。下部透明電極基材2の周囲の四角形枠状の額縁部11でかつ下部透明電極群6の周囲の前記上部透明電極配置面対向面(例えば図1の下部透明電極基材2の上面)には、銀などで印刷などにより形成されかつ各下部透明電極L1−Lqのバスバー20と接続された下側引き回し配線6aが配置されている。下側引き回し配線6aは、FPC17の圧着部分を除き絶縁性のレジスト層8で覆われている。下部透明電極基材2の一例として、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリエーテルケトン系等のエンジニアリングプラスチック、アクリル系、ポリエチレンテレフタレート系、又は、ポリブチレンテレフタレート系などの樹脂フィルムなどを用いることができる。
なお、上部透明電極及び下部透明電極の材質の例としては、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、若しくはITO等の金属酸化物や、金、銀、銅、錫、ニッケル、アルミニウム、若しくはパラジウム等の金属や導電性ポリマーの薄膜が使用できる。
下部透明電極基材2の下面には、上部透明電極基材1と下部透明電極基材2となどを支持する透明基板9が配置されている。透明基板9は、通常のタッチパネルの透明基板と同等の機能(曲げ剛性、光学特性など)を有しており、例えば、ガラス、ポリカーボネート、又は、アクリルなどで構成することができて、厚みは一例として0.55〜1.1mm程度とすればよい。他の部材で支持できるのであれば、透明基板は無くとも構わない。
また、上部透明電極基材1及び下部透明電極基材2との接着のために、透明窓部12を囲む額縁部11には中間層4が形成されない枠形状の糊材23を設けることが必要である。なお、枠形状の糊材23は、FPC17の圧着部分を除いて設けられる。
感圧導電層3は、少なくとも入力デバイス15の入力部である透明窓部12に均一な厚さで配置されている。一例としては、図1に示すように、下部透明電極基材2の下部透明電極群6を有する面について当該透明電極群6を内包する領域上に形成される。また別の例として、上部透明電極基材1の上部透明電極群5を有する面について当該透明電極群5を内包する領域上に形成されてもよいし(変形例1)、又上部透明電極基材1の上部透明電極群5を有する面および下部透明電極基材2の下部透明電極群6を有する面の各々について、透明電極群を内包する領域上に形成されてもよい(変形例2)。
感圧導電層3は、絶縁性の基材部3a内に、分散された多数の電気導電性の感圧粒子7を含有する。感圧導電層3の基材部3aの材料としては、無色透明で絶縁性を有し、形成面との密着性が良く、上部透明電極群5及び下部透明電極群6に対して侵食しないことが望ましい。
また、感圧導電層3の基材部3aの厚さは、感圧粒子7間でトンネル電流が流れる厚さであって、数十μm(例えば、5μm〜80μm)で、例えば、スクリーン印刷で形成するのが好ましい。感圧導電層3の厚さは、製造可能な見地から5μm以上であり、トンネル電流が効果的に確実に流れる見地から80μmまでとするのが好ましい。ここで、トンネル電流とは、導電性の粒子が直接的には接触してはいないが、ナノメートルオーダーで非常に近接している場合において、導電性の粒子間における電子の存在確率密度がゼロでないために、電子が染み出して電流が流れることを意味するものであり、量子力学でトンネル効果として説明される現象である。感圧粒子7が透明な場合には視認性に問題はないが、感圧粒子7が不透明な場合には、視認性に影響を与えない程度に粒子を細かくして、基材部3a中に拡散させる必要がある。感圧導電層3の基材部3aの具体的な材料の例としては、透明電極群を有する面に対して感圧導電層3の材料が撥かれず(透明電極群を有する面に対して感圧導電層3を配置するとき、濡れ性が悪く、感圧導電層3の材料を透明電極群を有する面に塗布しても上手く濡れない状態とならず)、透明電極群5,6を浸食しない無色透明のインキが望ましい。
感圧粒子7としては、それ自体は変形せず、通電可能な導電性を有し、後述する量子トンネル効果が期待できるものであればよく、粒径は印刷に適した粒径であればよい。一例として、スクリーン印刷であれば、メッシュを抵抗なく通過できる粒径であればよい。感圧粒子7の具体的な材料の例としては、後述するQTCが挙げられる。感圧粒子7は、基材部3a内に、視認性に影響を与えず、通電可能な範囲で分散されている。
感圧導電層3は、一例として、圧力の印加に伴って、感圧導電層3の内部に多数含まれる導電性の粒子である感圧粒子7間であって、近接している複数の感圧粒子7間で、直接的な接触の有無とは関係なく、トンネル電流が流れて、感圧導電層3は絶縁状態から通電状態に変化するものである。そのような感圧導電層3を構成する組成物の一例は、英国、ダーリントン(Darlington)のペラテック社(PERATECH LTD)から商品名「QTC Clear」で入手可能な量子トンネル性複合材(Quantum Tunneling Composite)である。
中間層4は、少なくとも、入力デバイス15の入力部である透明窓部12には、すべて、均一な厚さで配置されている。一例としては、図1に示すように、下部透明電極基材2に形成された感圧導電層3と上部透明電極基材1の上部透明電極群5を内包する領域との間に、その隙間を全て埋めるように透明な液状の中間層4が介在している。なお、上記した変形例1の場合には、上部透明電極基材1に形成された感圧導電層3と下部透明電極基材1の下部透明電極群6を内包する領域との間に、その隙間を全て埋めるように透明な液状の中間層4を介在させる。また、上記した変形例2の場合には、両方の感圧導電層3,3間に透明な液状の中間層4を介在させる。
中間層4は、非導電性でかつ液状である必要がある。液状であれば形状の自由度が高いため、上部透明電極基材1を積層する際(図9参照)に前記した隙間を埋めやすいからである。なお、本明細書おいて液状とはゲル状をも含むものである。
また、中間層4が液状であれば僅かの押圧力でも中間層4が動くので、上部透明電極基材1の他方の面(例えば図1の上部透明電極基材1の上面)から指又はペンなどにより力を作用させた際、該作用させた力をほぼそのまま感圧導電層3に伝えることができるからである。すなわち、前記上部透明電極基材1の他方の面(例えば図1の上部透明電極基材1の上面)に指又はペンなどからの押圧力が作用すると、作用する力が上部透明電極基材1を厚み方向に貫通して感圧導電層3に伝わり、前記感圧導電層3内の前記複数の感圧粒子7間でトンネル効果が生じて、複数の感圧粒子7間でトンネル電流が流れて、押圧点直下の前記上部透明電極と前記下部透明電極との間で導通し、入力デバイス15の厚さ方向(Z方向)に作用する押圧力の変化を抵抗値の変化として(電圧の変化に換算して)図示しないXY方向座標検出部で検出することができ、前記上部透明電極基材1の前記上面において前記力が作用した位置座標(XY座標)を検出することができる。なお、上記したように僅かの押圧力でも中間層4が動くので、押圧点直下の中間層4が存在しないかあるいは通電できるほど薄くなるため、中間層4が非導電性であっても抵抗値の変化を検出できる。
中間層4の厚さは、1μm〜1000μmくらいで、塗装やインクジェット、ディスペンサなどで感圧導電層3上に形成するとよい(図9参照)。中間層4の厚さは製造可能な見地から1μm以上であり、僅かの押圧力で中間層4が動いて作用させた力をほぼそのまま感圧導電層3に伝えることができる見地から1000μmまでにするのが好ましい。
中間層4の例としては、アクリル系、シリコーン系、フッ素系またはアルコール系の不活性液体が挙げられる。例えば3M社のフッ素系の不活性液体(商品名「フロリナート」や「ノベック」)、信越シリコーン社のシリコンオイル(商品名「KF」や「HIVAC」)、アルコール系のポリエチレングリコールなどは市販で入手可能な材料である。
XY方向座標検出部は、上部透明電極基材1の上面に力が作用すると、中間層4を貫通して作用する力で、感圧導電層3内の感圧粒子7間で電流が流れることにより上部透明電極5と下部透明電極6との間で導通が行われ、上部透明電極基材1の上面沿いの、力が作用した位置座標(XY位置座標)を検出することができる。具体的には、XY方向座標検出部は、上部透明電極群5と下部透明電極群6とにそれぞれ接続され、電源から電圧を上部透明電極群5の各端子に印加した状態で、上部透明電極群5の全ての端子と下部透明電極群6の全ての端子間での電圧の変化を検出して、電圧が変化した端子位置からXY方向の位置座標を検出することができる。
なお、前記電圧を上部透明電極群5に印加した状態で、XY方向の位置座標を検出しているが、これに限られるものではなく、前記電圧を下部透明電極群6に印加した状態で、XY方向の位置座標を検出するようにしてもよい。
一方、Z方向の位置検出は図示しないZ方向位置検出部で行う。すなわち、前項の処理でXY入力座標を検出した端子には、中間層4を貫通して、上下電極間に介する感圧導電層3に押圧力が作用し、感圧導電層3内の感圧粒子7間で電流が流れることにより押圧点直下の上部透明電極群5の入力を検出した端子と下部透明電極群6の入力を検出した端子との間での抵抗値が変化し、Z方向位置検出部は、力の大きさの変化を検出することができる。
なお、本実施形態では、上部透明電極群5および下部透明電極群6の各透明電極の片端のみにバスバー20が形成された検出方式を示したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、本発明の第2の実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイス15は、第1の実施形態と同様、図1に示すように、上部透明電極基材1と、下部透明電極基材2と、糊材23と、感圧導電層3と、中間層4と、透明基板9とを主として備えるように構成されているが、上部透明電極基材1は、一方の面(例えば図1の上部透明電極基材1の下面)の透明窓部12内の所定位置に、図11に示すような長方形でその長手方向がX軸に平行なp個(pは2以上の正の整数)の上部透明電極U1−Upからなり、当該各上部透明電極の長手方向の両端にバスバー20が形成された上部透明電極群5を有する四角形のフィルムで構成されている。
また、第2の実施形態にかかるスペーサーレス入力デバイス15は、下部透明電極基材2は、前記上部透明電極5が透明窓部12内の所定位置に配置された面に対向する面(例えば図1の下部透明電極基材2の上面)に長方形でその長手方向がY軸に平行なq個(qは2以上の正の整数)の下部透明電極L1−Lqからなり、当該各下部透明電極の長手方向の両端にバスバー20が形成された下部透明電極群6を有する四角形のフィルムで構成されている(図11参照)。
第2の実施形態におけるその他の構成は、本発明の第1の実施形態におけるスペーサーレス入力デバイスと同様である。
また、上部透明電極基材1の上部透明電極群5を有する面が、FPC17の圧着領域を有し、かつ当該圧着領域と上部透明電極群5を内包する領域との間に撥液層22が設けられていてもよい。撥液層22が設けられていることにより、中間層4の液漏れを防ぐことができる(図10参照)。
撥液層2の材料としては、シリコーン系、フッ素系の撥水剤を塗布したものが挙げられる。撥液層22の塗布方法としては、例えば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、ディスペンサなどがある。
また、上部透明電極基材1と下部透明電極基材2とを周縁部にて接着する糊材23が、硬化性樹脂の硬化層であってもよい。周縁部を接着する糊材23を硬化性樹脂の硬化層とすることにより、中間層4の液漏れを防ぐことができる。硬化性樹脂としては、例えば、UV硬化性樹脂、熱硬化性樹脂が使用できる。
次に、前記スペーサーレス入力デバイス15を組み込んだ携帯機器の一例としてのスレートPC18,18Aについて説明する。
図3及び図4は、スペーサーレス入力デバイス15の表面層に、印刷によるデコレーション(加飾層16)を施して構成されているタッチウインドウ19を示している。筐体14の第1凹部14a内にスペーサーレス入力デバイス15が嵌め込まれて、筐体14の第1凹部14aの周囲の外面とスペーサーレス入力デバイス15の外面とが面一となるように配置されている。第1凹部14aの底面に形成された第2凹部14bには液晶又は有機ELなどのディスプレイ13が固定されており、スペーサーレス入力デバイス15の透明窓部12を通してディスプレイ13の表示を見ることができる。17は引き回し配線5a,6aに接続されたFPCである。
このような構成では、印刷によるデコレーション(加飾層16)が施されたタッチウインドウ19は、前記回路部が加飾層16で隠れてしまうため、表面に実装することができ、スペーサーレス入力デバイス15と筐体14との間で段差のない、薄型でスタイリッシュなデザインを実現することができる。ベゼル構造から解放され、通常のタッチパネルでは実現できなかった薄型化が可能となっている。
図5に示す別の構造では、引き回し配線5a,6aなどの回路部が見えないように、筐体4のベゼル24cで回路部を覆うようにしている。筐体24には、1つの大きな凹部24aを形成して、凹部24a内に、液晶又は有機ELなどのディスプレイ13とスペーサーレス入力デバイス15とをはめ込み、スペーサーレス入力デバイス15の引き回し配線5a,6aなどの回路部を筐体4のベゼル24cで覆うようにしている。
前記実施形態によれば、以下のような効果を奏することかできる。
上部透明電極基材1の上部透明電極群5を有する面と下部透明電極基材2の下部透明電極群6を有するが面との間の隙間に感圧導電層3と中間層4が充填されているため、空気層が無く、界面(すなわち、上部透明電極基材1と空気層、空気層と下部透明電極機材2の2つの界面)で発生する光の反射を抑制し、ニュートンリングの発生を防止することができて、視認性を向上させることができる。
具体的には、図6に示すように、一般に、空気との界面で大きく光が反射されるが、上部透明電極基材1の上面とスペーサーレス入力デバイス15の外側の空気層との間での界面A、及び、基板9とスペーサーレス入力デバイス15の外側の空気層との間での界面Bとの2つの層のみで、上部透明電極基材1の下面と隙間の空気層との間での界面C、及び、下部透明電極基材2の上面と隙間の空気層との間での界面Dとの2つの層が減ることで、反射率が例えば15〜20%程度、軽減される。これに対して、従来のタッチパネル30では、図7に示すように、上部透明電極基材31の上面とタッチパネル30の外側の空気層との間での界面Aと、上部透明電極基材31の下面と隙間33の空気層との間での界面Cと、下部透明電極基材32の上面と間33の空気層との間での界面Dと、基板39とタッチパネル30の外側の空気層との間での界面Bとの4つの層で反射が発生していた。また、上部透明電極と下部透明電極との間の空気層の隙間量が著しく小さくなると、ニュートンリングが発生してしまう。これらの影響で視認性が低下する原因となっていた。
また、上部透明電極基材1及び下部透明電極基材2の少なくとも一方に感圧導電層3が積層配置されており、さらに感圧導電層3を介して、上部透明電極群5と下部透明電極群6との間に中間層4が充填されているため、スペーサーレス入力デバイス15が高温高湿な状態で使用されたとしても、空気層が無いため、上部透明電極基材1及び下部透明電極基材2との間で結露したり、曇ったりといった不具合は発生しない。
また、作用する力を検出するために、スペーサーレス入力デバイス15の外側、例えば、下側に感圧センサを新たに設ける必要がなく、スペーサーレス入力デバイス15の厚みを小さく、コンパクトなものとすることができる。これに対して、従来、タッチパネルの内面側に感圧センサを配置することを考えた場合、図8に示すように、タッチパネル30の内面側に感圧センサ40を貼り重ねる構成となっているため、タッチパネル30の厚さに加えて感圧センサ40の厚さが加わり、全体としてタッチパネルの厚さが大きくならざるを得なかった。これに対して、センサ形態では、タッチパネル自体の構造内に感圧センサを配置することができて、部品点数が減ることで、コスト削減することができるとともに、通常のタッチパネルと一見類似する構成でありながら、XY座標検出だけでなく、感圧機能も備えることができ、非常にコンパクトでかつ高性能なスペーサーレス入力デバイスを提供することができる。
また、上部透明電極基材1と下部透明電極基材2との間には、感圧導電層3と中間層4が介在するため、従来のスペーサは不要となり、スペーサ形成工程が不要となりコスト削減が図れる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、感圧導電層3は、単層に限らず、複数層で構成することも可能である。
また、上部透明電極基材1が、樹脂フィルム50と当該樹脂フィルム50の前面に形成された厚みのあるハードコート層60とを備えたものであってもよい。厚みのあるハードコート層60を用いることで、上部透明電極基材1全体の厚みを容易に厚く調整することができる。図14は、同じ樹脂フィルム50の前面に、(a)ハードコート層の無い撓み例と(b)ハードコート層60を厚く形成した撓み例を示す図である。図14(a)が撓みが極めて局所的で上下電極の導通する面積が小さくなるのに比べて、図14(b)は撓みがより周囲まで広がり上下電極の導通する面積が大きくなる。
XY座標を高精度に検出するために上下電極に幅の細いものを使用すると、上下電極の交点の面積が小さいため、図12(b)に示すように十分な感圧特性を示さなくなる。図12は、Force(加重)とResistance(抵抗値)の関係を示したFRカーブを示したグラフであり、(a)は理想的な例、(b)は細い電極を使用した例をそれぞれ示している。したがって、前記したように厚みのあるハードコート層60を用いることで、上部透明電極基材1全体の厚みを容易に厚く調整できと、感圧機能の感度が向上する。
また、上下電極に幅の細いものを使用するために十分な感圧特性を示さなくなることについて、別の対策も考えられる。例えば、上下電極それぞれ1本ずつを駆動してその交点の変化を検出するのではなく(図13(a)参照)、圧力検出に使用する上下電極を複数本まとめて駆動してその交点の変化を検出する(図13(b)参照)ようにしてもよい。このようにすることで、入力荷重が軽くなり、又圧力に検出に使える電極の面積が広がり、感圧機能の感度が向上する。
図15は、先の厚みのあるハードコート層60を用いる工夫や、上下電極を複数本まとめて駆動する工夫を施したスペーサーレス入力デバイスのFRカーブの違いを示すグラフである。
A:ハードコート層なし、上下電極をそれぞれ1本ずつ駆動する
B:ハードコート層あり、上下電極をそれぞれ1本ずつ駆動する
C:ハードコート層あり、上下電極をそれぞれ複数本ずつ駆動する
グラフに示されるように、カーブBは、カーブAに比べてなだらかになるが、入力荷重が重くなる。一方、カーブCは、カーブAに比べてなだらかになり、しかも入力荷重が軽くなる。
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれ有する効果を奏するようにすることができる。
本発明にかかるスペーサーレス入力デバイスは、多点入力の検出が可能であり、XY面座標だけでなく押圧に伴うZ座標も検出可能となり、上部透明電極基材及び下部透明電極基材との間の隙間に感圧導電層と中間層が充填されており、空気層が無いため、界面での反射とニュートンリングの発生を防止することができて、視認性を向上させることができ、スレートPC、携帯電話、携帯ゲーム機、電子辞書、カーナビシステム、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、又は、携帯型MD(PMD)等として有用である。
1 上部透明電極基材
2 下部透明電極基材
3 感圧導電層
3a 感圧導電層の基材部
4 中間層
5 上部透明電極群
5a 上側引き回し配線
6 下部透明電極群
6a 下側引き回し配線
7 感圧粒子
8 レジスト層
9 基板
11 額縁部
12 透明窓部
14 筐体
14a 第1凹部
14b 第2凹部
15 スペーサーレス入力デバイス
16 加飾層
17 FPC
18,18A スレートPC
19 タッチウインドウ
20 バスバー
22 撥液層
23 糊材
50 樹脂フィルム
60 ハードコート層
U1−Up 上部透明電極
L1−Lq 下部透明電極

Claims (10)

  1. 一方の面に長方形でその長手方向がX軸に平行なp個(pは2以上の正の整数)の上部透明電極U1−Upからなり、当該各上部透明電極の長手方向の片端にバスバーが形成された上部透明電極群を有する厚手の上部透明電極基材と、
    一方の面に長方形でその長手方向がY軸に平行なq個(qは2以上の正の整数)の下部透明電極L1−Lqからなり、当該各下部透明電極の長手方向の片端にバスバーが形成された下部透明電極群を有し、前記上部透明電極基材と透明電極群を有する面どうしを対向させて周縁部にて接着された下部透明電極基材と、
    前記上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面又は前記下部透明電極基材の下部透明電極群を有する面のうちいずれか一方について前記透明電極群を内包する領域上に形成された透明な感圧導電層とを備えて、
    前記上部透明電極基材の他方の面に押圧力が作用すると、作用する力で、前記感圧導電層内に分散含有する感圧粒子間で電流が流れることにより押圧点直下の上部透明電極と前記下部透明電極との間で導通が行われ、前記上部透明電極基材の前記他方の面沿いの、前記力が作用した位置座標を検出する入力デバイスであって、
    さらに一方の透明電極基材に形成された前記感圧導電層と他方の透明電極基材の前記透明電極群を内包する領域との間に透明な液状の中間層が介在していることを特徴とするスペーサーレス入力デバイス。
  2. 一方の面に長方形でその長手方向がX軸に平行なp個(pは2以上の正の整数)の上部透明電極U1−Upからなり、当該各上部透明電極の長手方向の片端にバスバーが形成された上部透明電極群を有する厚手の上部透明電極基材と、
    一方の面に長方形でその長手方向がY軸に平行なq個(qは2以上の正の整数)の下部透明電極L1−Lqからなり、当該各下部透明電極の長手方向の片端にバスバーが形成された下部透明電極群を有し、前記上部透明電極基材と透明電極群を有する面どうしを対向させて周縁部にて接着された下部透明電極基材と、
    前記上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面及び前記下部透明電極基材の下部透明電極群を有する面の各々について前記透明電極群を内包する領域上に形成された透明な感圧導電層とを備えて、
    前記上部透明電極基材の他方の面に押圧力が作用すると、作用する力で、前記感圧導電層内に分散含有する感圧粒子間で電流が流れることにより押圧点直下の上部透明電極と前記下部透明電極との間で導通が行われ、前記上部透明電極基材の前記他方の面沿いの、前記力が作用した位置座標を検出する入力デバイスであって、
    さらに両方の感圧導電層間に透明な液状の中間層が介在していることを特徴とするスペーサーレス入力デバイス。
  3. 一方の面に長方形でその長手方向がX軸に平行なp個(pは2以上の正の整数)の上部透明電極U1−Upからなり、当該各上部透明電極の長手方向の両端にバスバーが形成された上部透明電極群を有する厚手の上部透明電極基材と、
    一方の面に長方形でその長手方向がY軸に平行なq個(qは2以上の正の整数)の下部透明電極L1−Lqからなり、当該各下部透明電極の長手方向の両端にバスバーが形成された下部透明電極群を有し、前記上部透明電極基材と透明電極群を有する面どうしを対向させて周縁部にて接着された下部透明電極基材と、
    前記上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面又は前記下部透明電極基材の下部透明電極群を有する面のうちいずれか一方について前記透明電極群を内包する領域上に形成された透明な感圧導電層とを備えて、
    前記上部透明電極基材の他方の面に押圧力が作用すると、作用する力で、前記感圧導電層内に分散含有する感圧粒子間で電流が流れることにより押圧点直下の上部透明電極と前記下部透明電極との間で導通が行われ、前記上部透明電極基材の前記他方の面沿いの、前記力が作用した位置座標を検出する入力デバイスであって、
    さらに一方の透明電極基材に形成された前記感圧導電層と他方の透明電極基材の前記透明電極群を内包する領域との間に透明な液状の中間層が介在していることを特徴とするスペーサーレス入力デバイス。
  4. 一方の面に長方形でその長手方向がX軸に平行なp個(pは2以上の正の整数)の上部透明電極U1−Upからなり、当該各上部透明電極の長手方向の両端にバスバーが形成された上部透明電極群を有する厚手の上部透明電極基材と、
    一方の面に長方形でその長手方向がY軸に平行なq個(qは2以上の正の整数)の下部透明電極L1−Lqからなり、当該各下部透明電極の長手方向の両端にバスバーが形成された下部透明電極群を有し、前記上部透明電極基材と透明電極群を有する面どうしを対向させて周縁部にて接着された下部透明電極基材と、
    前記上部透明電極基材の上部透明電極群を有する面及び前記下部透明電極基材の下部透明電極群を有する面の各々について前記透明電極群を内包する領域上に形成された透明な感圧導電層とを備えて、
    前記上部透明電極基材の他方の面に押圧力が作用すると、作用する力で、前記感圧導電層内に分散含有する感圧粒子間で電流が流れることにより押圧点直下の上部透明電極と前記下部透明電極との間で導通が行われ、前記上部透明電極基材の前記他方の面沿いの、前記力が作用した位置座標を検出する入力デバイスであって、
    さらに両方の感圧導電層間に透明な液状の中間層が介在していることを特徴とするスペーサーレス入力デバイス。
  5. 前記中間層が、アクリル系、シリコーン系、フッ素系またはアルコール系の不活性液体である、請求項1〜4のいずれかに記載のスペーサーレス入力デバイス。
  6. 前記上部透明電極基材の他方の面に押圧力が作用すると、作用する力により、前記感圧導電層内の前記感圧粒子間で電流が流れることにより押圧点直下の前記上部透明電極と前記下部透明電極との間での抵抗値が変化し、前記力の大きさの変化を検出するZ方向検出部をさらに備える、請求項1〜5のいずれかに記載のスペーサーレス入力デバイス。
  7. 前記透明電極基材の前記透明電極群を有する面が、FPCの圧着領域を有し、かつ当該圧着領域と前記透明電極群を内包する領域との間に撥液層が設けられている請求項1〜6のいずれかに記載のスペーサーレス入力デバイス。
  8. 前記上部透明電極基材と前記下部透明電極基材とを周縁部にて接着する糊材が、硬化性樹脂の硬化層である請求項1〜7のいずれかに記載のスペーサーレス入力デバイス。
  9. 前記上部透明電極基材が、樹脂フィルムと当該樹脂フィルムの前面に形成された厚みのあるハードコート層とを備えたものである請求項1〜8のいずれかに記載のスペーサーレス入力デバイス。
  10. 前記上部透明電極及び前記下部透明電極をそれぞれ複数本ずつ駆動する駆動回路を備えた請求項1〜9のいずれかに記載のスペーサーレス入力デバイス。
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