JP5718282B2

JP5718282B2 - 静電容量検出装置

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Publication number: JP5718282B2
Application number: JP2012124069A
Authority: JP
Inventors: 智巨清水; 武士澤田
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: US9140738B2; JP2013250706A; CN103455221A; US20130321003A1; CN103455221B

Description

本発明は、静電容量検出装置に関し、特に、静電容量検出基板のシールド構造に特徴を有する静電容量検出装置に関する。

従来の技術として基板に静電容量検出用の電極層が形成されると共に、ＥＭＩ対策としてシールド層が形成された静電容量検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この静電容量検出装置は、電極パターンが形成された電極基板を有するタッチセンサであって、電極基板の電極パターンと同一面上の外周域に透明導電膜からなるシールド層が形成され、このシールド層の上層に電極パターンと電気的に接続された出力配線などが形成されたものである。

この静電容量検出装置によれば、出力配線と電極基板との間に透明導電膜からなるシールド層が形成されているので、複数の出力配線が形成されている出力配線部、すなわちシールド領域に指などが触れたり、或いは近づけられたとしても、その部分において指などの静電容量と出力配線の静電容量との結合がシールド層により遮蔽される。したがって、指などが接触、或いは近づけられた部分において容量変化によるノイズが出力配線などに伝わることがなく、センサ部で入力がないにもかかわらず、入力があったかのように検知されることがなくなるので、誤動作の発生を防止することができる。また、容量変化によるノイズが発生せず、入力検知の閾値を容易に設定することができるので、正確な入力検知が可能になるとされている。

特開２００９−１６９７２０号公報

しかし、従来の静電容量検出装置によれば、電極層とシールド層との間の寄生容量の増加により検出感度が低下し、また、電極面積を縮小することによりＥＭＩ対策を行なうとすれば操作エリア縮小により操作性が低下するという問題があった。

従って、本発明の目的は、電極面積の縮小やシールド面積の拡大をせずに、検出感度の維持とＥＭＩ対策を両立する静電容量検出装置を提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するため、所定の厚さで形成された基板と、前記基板の表面に、静電容量検出のためにタッチする電極と前記電極から引き出される配線とからなる所定のパターンで形成された電極層と、前記基板の裏面に、前記電極層の前記所定のパターンに対応したシールドパターンで形成されたシールド層と、を有し、前記シールド層の前記シールドパターンは、前記基板の前記厚さ方向に見たときに前記電極と重複しない前記電極の周囲、及び、前記配線と重複しない前記配線の周囲に形成されると共に、前記配線の配線間に形成されていることを特徴とする静電容量検出装置を提供する。

［２］前記配線の配線間に形成されているシールド層は、その一部が、前記基板の前記厚さ方向に見たときに前記電極と重複していることを特徴とする上記［１］に記載の静電容量検出装置であってもよい。

［３］また、前記シールド層は、前記配線の配線間に形成されているシールド層を含めすべて電気的に接続されて形成されていることを特徴とする上記［２］に記載の静電容量検出装置であってもよい。

［４］また、前記シールド層は、メッシュ構造により形成されていることを特徴とする上記［１］から［３］のいずれか１に記載の静電容量検出装置であってもよい。

本発明によれば、電極面積の縮小やシールド面積の拡大をせずに、検出感度の維持とＥＭＩ対策を両立する静電容量検出装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置の斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置のベースフィルムの表面を図１に示すＡの方向から見た上平面図である。図３は、本発明の実施の形態であって、静電容量検出装置のベースフィルムの裏面を、図１に示すＡの方向から見て透視した平面図である。このような透視平面図として図示することにより、図１に示すベースフィルムの表面の電極層と、ベースフィルムの裏面のシールド層とのベースフィルムの厚さ方向に見たときの重複関係が容易に把握できる。図４Ａは、比較例１であって、静電容量検出装置のベースフィルムの裏面を、図１に示すＡの方向から見て透視した平面図である。このような透視平面図として図示することにより、図１に示すベースフィルムの表面の電極層と、ベースフィルムの裏面のシールド層とのベースフィルムの厚さ方向に見たときの重複関係が容易に把握できる。図４Ｂは、比較例２であって、静電容量検出装置のベースフィルムの裏面を、図１に示すＡの方向から見て透視した平面図である。このような透視平面図として図示することにより、図１に示すベースフィルムの表面の電極層と、ベースフィルムの裏面のシールド層とのベースフィルムの厚さ方向に見たときの重複関係が容易に把握できる。図４Ｃは、比較例３であって、静電容量検出装置のベースフィルムの裏面を、図１に示すＡの方向から見て透視した平面図である。このような透視平面図として図示することにより、図１に示すベースフィルムの表面の電極層と、ベースフィルムの裏面のシールド層とのベースフィルムの厚さ方向に見たときの重複関係が容易に把握できる。図４Ｄは、比較例４であって、静電容量検出装置（センサシート１０）のベースフィルム２０の表面２０ａを、図１に示すＡの方向から見た平面図である。比較例図５は、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置と比較例の電極と電極寄生容量との関係を示す寄生容量測定結果を示すグラフである。図６は、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置と比較例のラジオノイズ評価の結果を示す表である。

[本発明の実施の形態]
（静電容量検出装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置の斜視図である。静電容量検出装置は、一般に、タッチ検出電極部とその制御部とから構成されるが、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置は、上記のタッチ検出電極部に相当する。上記した制御部は、タッチ検出電極部に所定の電圧を印加し、タッチ操作により電圧が低下することを検出するものであり、従来から種々の技術として公知のものである。したがって、後述する本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置としてのセンサシート１０は、静電容量検出装置の主要な構成部分であり、静電容量検出装置として機能する。

本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置としてのセンサシート１０は、所定の厚さｔで形成された基板であるベースフィルム２０と、ベースフィルム２０の表面２０ａに、静電容量検出のためにタッチする電極１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ）とこの電極１０１から引き出される配線１２１とからなる所定のパターンで形成された電極層１００と、ベースフィルム２０の裏面２０ｂに、電極層１００の所定のパターンに対応したシールドパターンで形成されたシールド層２００と、を有し、シールド層２００のシールドパターンは、ベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときに電極１０１と重複しない電極１０１の周囲、及び、配線１２１と重複しない配線１２１の周囲に形成されると共に、配線１２１の配線間に形成されて構成されている。

（センサシート１０）
センサシート１０は、フィルム状の絶縁体である厚さｔ（一般的には、厚さ１２μｍから５０μｍ程度）で形成されたベースフィルム２０の上に、電極１０１、配線１２１、及び、シールド層２００が導体箔等により形成されたフレキシブルプリント基板ＦＰＣ（Flexible printed circuits）である。電極１０１から引き出された配線１２１は、電極１０１と反対側でコネクタ２５０に電気的に接続されている。このセンサシート１０は、コネクタ２５０により、制御部に接続されて、静電容量検出のための電圧印加、電圧等の変化による静電容量の検出が可能であり、静電容量検出装置として機能する。

（電極層１００）
図２は、本発明の実施の形態に係るセンサシート１０のベースフィルム２０の表面２０ａを図１に示すＡの方向から見た上平面図である。センサシート１０のベースフィルム２０の表面２０ａ上には、電極１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ）が導体箔等により形成され、それぞれの電極１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄから配線１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄが引き出されている。

電極１０１は、本実施の形態では４つとしたが、電極数はこれに限られない。

配線１２１は、それぞれの電極１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄから引き出されてコネクタ２５０に至る配線１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄから構成されている。この配線１２１は、電極１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄから斜めに引き出される引出し部１２５と、センサ領域１１を直線的に配線されているセンサ直線部１２６と、コネクタ領域１２を配線されているコネクタ配線部１２７とから構成されている。

（シールド層２００）
図３は、本発明の実施の形態であって、静電容量検出装置（センサシート１０）のベースフィルム２０の裏面２０ｂを、図１に示すＡの方向から見て透視した平面図である。このような透視平面図として図示することにより、図１に示すベースフィルム２０の表面２０ａの電極層１００と、ベースフィルム２０の裏面２０ｂのシールド層２００とのベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときの重複関係が容易に把握できる。

シールド層２００はベースフィルム２０の裏面２０ｂに形成されるが、電極層１００のパターンに対応したシールドパターンで形成されている。すなわち、シールド層２００のシールドパターンは、ベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときに電極１０１と重複しない電極１０１の周囲、及び、配線１２１と重複しない配線１２１の周囲に形成されている。さらに、配線１２１の配線間に形成されている。

図３に示すように、シールド層２００は、ベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときに電極１０１と重複しない電極１０１の周囲２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄにメッシュ状で枠状のシールドパターンとして形成されている。よって、ベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときに電極１０１と重複しないように、少なくとも電極１０１の領域に対応する部分２１１は、シールド層が形成されていない。なお、シールド層は、メッシュ状でなく、ベタパターンとして形成してもよい。

また、シールド層２００は、ベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときに配線１２１と重複しない配線１２１の周囲に線状に形成されている。すなわち、図３に示す、線状の周囲２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２２１ｅである。

また、図３に示すように、線状の周囲２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２２１ｅに形成されたシールド層をそれぞれ電気的に接続し、また、枠状の周囲２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄに形成されたシールド層とも電気的に接続するために、接続部２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄが線状に形成されている。接続部２２２ａは、２１０ｂ、２２１ａと２２１ｂ、２２２ｂとを接続する。接続部２２２ｂは、２２２ａ、２２１ｂと２２１ｃ、２２２ｃとを接続する。接続部２２２ｃは、２２２ｂ、２２１ｃと２２１ｄ、２２２ｄとを接続する。接続部２２２ｄは、２２２ｃ、２２１ｄと２２１ｅ、２１０ｃとを接続する。

なお、接続部２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄは、ベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときに、図２に示すＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４領域において、それぞれ、配線１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄと一部重複する。

上記のように電極層１００及びシールド層２００を形成したセンサシート１０は、ベースフィルム２０の表面２０ａと裏面２０ｂにそれぞれ形成されているので、ベースフィルム２０の厚さｔ方向に離隔している。また、電極層１００とシールド層２００は、接続部２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄの一部を除いて、ベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときに重複しないようにパターン形成されている。すなわち、電極層１００との重複を最小限にして、電極１０１及び配線１２１（電極層１００）の周囲をすべてシールドすることが可能となる。これにより、寄生容量が低減できると共に、効果的なＥＭＩ対策が可能となる。

（比較例１）
図４Ａは、比較例１であって、静電容量検出装置（センサシート１０）のベースフィルム２０の裏面２０ｂを、図１に示すＡの方向から見て透視した平面図である。このような透視平面図として図示することにより、図１に示すベースフィルム２０の表面２０ａの電極層１００と、ベースフィルム２０の裏面２０ｂのシールド層３００とのベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときの重複関係が容易に把握できる。比較例１は、シールド層３００が本発明の実施の形態と異なるが、電極層１００等の他の部分は同じであるので、シールド層のシールドパターンについてのみ説明する。

（比較例１のシールド層３００）
シールド層３００はベースフィルム２０の裏面２０ｂに形成される。図４Ａに示すように、シールド層３００は、電極１０１の領域に対応する部分２１１を除いて、電極１０１の周囲３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄと、配線１２１を覆い、かつ、配線１２１の周囲３２０に亘って形成されている。

（比較例２）
図４Ｂは、比較例２であって、静電容量検出装置（センサシート１０）のベースフィルム２０の裏面２０ｂを、図１に示すＡの方向から見て透視した平面図である。このような透視平面図として図示することにより、図１に示すベースフィルム２０の表面２０ａの電極層１００と、ベースフィルム２０の裏面２０ｂのシールド層４００とのベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときの重複関係が容易に把握できる。比較例２は、シールド層４００が本発明の実施の形態と異なるが、電極層１００等の他の部分は同じであるので、シールド層のシールドパターンについてのみ説明する。

（比較例２のシールド層４００）
シールド層４００はベースフィルム２０の裏面２０ｂに形成される。図４Ｂに示すように、シールド層４００は、電極１０１の領域に対応する部分２１１を除いて、電極１０１の周囲４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ、及び、配線１２１（１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ）の間と周囲４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄ、４２１ｅに形成されている。

（比較例３）
図４Ｃは、比較例３であって、静電容量検出装置（センサシート１０）のベースフィルム２０の裏面２０ｂを、図１に示すＡの方向から見て透視した平面図である。このような透視平面図として図示することにより、図１に示すベースフィルム２０の表面２０ａの電極層１００と、ベースフィルム２０の裏面２０ｂのシールド層５００とのベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときの重複関係が容易に把握できる。比較例３は、シールド層５００が本発明の実施の形態と異なるが、電極層１００等の他の部分は同じであるので、シールド層のシールドパターンについてのみ説明する。

（比較例３のシールド層５００）
シールド層５００はベースフィルム２０の裏面２０ｂに形成される。図４Ｃに示すように、シールド層５００は、電極１０１の領域に対応する部分２１１を除いて、電極１０１の周囲５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、及び、配線１２１Ａ、１２１Ｄの外側５２１ａ、５２１ｅに形成されている。

（比較例４）
図４Ｄは、比較例４であって、静電容量検出装置（センサシート１０）のベースフィルム２０の表面２０ａを、図１に示すＡの方向から見た平面図である。比較例４は、シールド層６００がベースフィルム２０の表面２０ａに形成されるが、電極層１００等の他の部分は同じであるので、シールド層のシールドパターンについてのみ説明する。

（比較例４のシールド層６００）
シールド層６００はベースフィルム２０の表面２０ａに形成される。図４Ｄに示すように、シールド層６００は、電極１０１の領域に対応する部分２１１を除いて、電極１０１の周囲６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ、及び、配線１２１Ａ、１２１Ｄの外側６２１ａ、６２１ｅに形成されている。また、配線１２１と配線間の部分にはシールドパターンが形成されていない。したがって、シールド層６００は、電極層１００と重複する部分がなく、電極層１００と同一のベースフィルム２０の表面２０ａに形成されている。

（本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作）
本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置としてのセンサシート１０は、次のように動作して静電容量検出装置として機能する。

コネクタ２５０を介して制御部から、電極１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ）に所定の周波数（例えば、３ｋＨｚ）の電圧が印加された状態とする。電極１０１に指等がタッチ又は近接することにより、印加された電圧レベルが低下する。この信号の電圧レベルの低下を測定し、所定の基準電圧と比較することにより、電極へのタッチ又は近接を検出することができる。この使用例は、一例であり、他の使用方法によっても電極へのタッチ又は近接を検出することが可能である。

また、シールド層２００は、コネクタ２５０を介して制御部のグランドレベルに接続される。これにより、電極１０１の周囲、配線１２１の部分がシールドされる。これにより、外部からの電磁ノイズの低減、外部への放射レベルの低減が可能となる。

（本発明の実施の形態と比較例１〜４の比較）
図５は、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置と比較例の電極と電極寄生容量との関係を示す寄生容量測定結果を示すグラフである。横軸に電極パターン長さをとり、縦軸は電極寄生容量の設計目標値を１として規格化した電極寄生容量とした。

ＥＬ１０〜ＥＬ１８までの９種類の電極パターン長さについて、本発明の実施の形態、及び、比較例１〜４の規格化した電極寄生容量の測定値をプロットした。なお、ＥＬ１０〜ＥＬ１８は、右にいく程電極パターン長さが大きい。

図５によれば、本発明の実施の形態、及び、比較例１〜４において、電極パターン長さの増加により電極寄生容量は増加する。電極寄生容量の設計目標値Ｃ（ｐＦ）をすべての電極パターン長さにおいて下回ったのは、本発明の実施の形態と比較例４であった。

図６は、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置と比較例のラジオノイズ評価の結果を示す表である。本発明の実施の形態、及び、比較例１〜４について、平均ＡＶＥ値とピークＰＥＡＫ値について、各測定項目（ＳＷＡＲＴ、ＬＷ、ＡＭ、ＳＷ）を測定し、本発明の実施の形態の測定項目ＳＷＡＲＴのピークＰＥＡＫ値を１として規格化した表である。この測定は、例えば、電極１０１に、４ｖで３ｋＨｚの電圧を印加した場合に放射されるラジオノイズを測定したものである。

図６によれば、比較例１、比較例２、本発明の実施の形態、比較例３、比較例４の順にラジオノイズ性能が高いことがわかる。

図５に示した電極寄生容量の評価結果から、本発明の実施の形態と比較例４が設計目標値Ｃ（ｐＦ）をクリアし、また、図６に示したラジオノイズ性能の評価から、比較例４よりも本発明の実施の形態の方が優れているという結果となった。すなわち、本発明の実施の形態と４つの比較例を、２つの評価手段により、相反する特性を総合的に評価すると、本発明の実施の形態が最も良いと評価された。

（本発明の実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態であるセンサシート１０のシールド層２００のシールドパターンは、ベースフィルム２０の厚さｔ方向に見たときに電極１０１と重複しない電極１０１の周囲、及び、配線１２１と重複しない配線１２１の周囲に形成されている。さらに、配線１２１の配線間に形成されている。これにより、電極層１００との重複を最小限にして、電極１０１及び配線１２１（電極層１００）の周囲をすべてシールドすることが可能となる。よって、寄生容量が低減できると共に、効果的なＥＭＩ対策が可能となる。
（２）本発明の実施の形態と比較例１〜４による電極寄生容量の評価によれば、図５に示すように、比較例１、比較例２、比較例３、本発明の実施の形態、比較例４の順に電極寄生容量が大きい。一方、図６によれば、比較例１、比較例２、本発明の実施の形態、比較例３、比較例４の順にラジオノイズ性能が高い。すなわち、シールド層による効果は、電極寄生容量とラジオノイズ性能でトレードオフの関係にある。したがって、本発明の実施の形態により、電極の寸法を変えずに、検出感度と放射レベルに合わせたＥＭＩ対策が可能となる。
（３）上記のことから、検出感度を維持するために、電極面積を縮小して電極寄生容量を低減する必要がない。また、ＥＭＩ対策のために、シールド面積を拡大する必要がない。したがって、本発明の実施の形態により、検出感度の維持とＥＭＩ対策を両立させることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…センサシート
１１…センサ領域
１２…コネクタ領域
２０…ベースフィルム
２０ａ…表面
２０ｂ…裏面
１００…電極層
１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ）…電極
１２１（１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ）…配線
１２５…引出し部
１２６…センサ直線部
１２７…コネクタ配線部
２００…シールド層
２１０（２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ）…周囲
２１１…部分
２２１ａ…周囲
２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ…接続部
２５０…コネクタ
３００…シールド層
３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ…周囲
３２０…周囲
４００…シールド層
４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ…周囲
４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄ、４２１ｅ…周囲
５００…シールド層
５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ…周囲
５２１ａ、５２１ｅ…外側
６００…シールド層
６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ…周囲
６２１ａ、６２１ｅ…外側

Claims

所定の厚さで形成された基板と、
前記基板の表面に、静電容量検出のためにタッチする電極と前記電極から引き出される配線とからなる所定のパターンで形成された電極層と、
前記基板の裏面に、前記電極層の前記所定のパターンに対応したシールドパターンで形成されたシールド層と、を有し、
前記シールド層の前記シールドパターンは、前記基板の前記厚さ方向に見たときに前記電極と重複しない前記電極の周囲、及び、前記配線と重複しない前記配線の周囲に形成されると共に、前記配線の配線間に形成されていることを特徴とする静電容量検出装置。
前記配線の配線間に形成されているシールド層は、その一部が、前記基板の前記厚さ方向に見たときに前記電極と重複していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出装置。
前記シールド層は、前記配線の配線間に形成されているシールド層を含めすべて電気的に接続されて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の静電容量検出装置。
前記シールド層は、メッシュ構造により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の静電容量検出装置。