JP6047420B2 - 静電容量スイッチ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コピー機や腕時計等に使用される静電容量スイッチ及びその製造方法に関するものである。

従来の静電容量スイッチは、例えば図示しない透明のフィルムと、このフィルムに形成される複数の透明電極と、フィルムに形成される複数の配線ラインと、フィルムに接着されて複数の透明電極と配線ラインとを被覆するアクリル系の透明の保護層とを備え、四輪自動車の車載装置等に設置され、複数の透明電極に指が選択的に接近する場合にこれらの間にキャパシタを形成し、静電容量の変化を検出する。

複数の透明電極は、フィルムに導電性ポリマーが塗布されて乾燥硬化し、この導電性ポリマーに所定の処理が施されることにより、所望のパターンに配列形成される。この複数の透明電極は、透明電極と透明電極との間に隙間が区画形成され、各透明電極が所定の形状に形成される。また、複数の配線ラインは、フィルムに導電インクが印刷されて乾燥硬化することにより、細長い線条に形成され、各配線ラインが透明電極に一体的に接続される（特許文献１、２、３、４、５、６、７参照）。

特開２０１２−１２３４４９号公報 特開２０１０−１５７４００号公報 特開２０１２−２３７７４６号公報 特開２０１２−２４８１９５号公報 特開２０１０−４９６１８号公報 特開２０１２−９９４３８号公報 特開２００６−３４４１６３号公報

ところで、近年の静電容量スイッチは、自動車の車載装置だけでなく、コピー機の操作パネル等のディスプレイ装置に固定スイッチとして設置され、透明電極と透明電極との間の隙間が広く設定される場合がある。この場合には、透明電極が単に導電性ポリマーからなり、ヘーズ値が大きいので、透明電極と透明電極との間の隙間、換言すれば、透明電極と非透明電極との境界がパターンとして見えてしまい、意匠性や装飾性の低下を招くおそれがある。

係る弊害を解消する手法としては、フィルムや複数の透明電極を覆う保護層の材質を変更するという方法が考えられる。しかしながら、フィルムの材質変更では、透明電極と非透明電極との境界がパターンとして見えるのを十分に防ぐことができない。保護層の材質を変更する場合も同様であり、しかも、アクリル系の保護層では、透明電極と非透明電極との隙間が逆に顕在化してしまうこととなる。

本発明は上記に鑑みなされたもので、フィルムや保護層の材質を変更しなくても、透明電極と非透明電極との隙間がパターンとして見えるのを抑制することができ、しかも、意匠性や装飾性を向上させることのできる静電容量スイッチ及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、ディスプレイ装置に設けられ、複数の電極に導体が選択的に接近する場合に静電容量の変化を検出するものであって、
ディスプレイ装置に重ね設けられる屈曲可能な透明のフィルム基材と、このフィルム基材の片面の周縁部以外の領域に形成される複数の透明電極と、フィルム基材の片面周縁部に形成されて複数の透明電極の外側に位置する複数の配線ラインと、フィルム基材の片面に直接接着されて複数の透明電極と配線ラインとを被覆する透明の保護層とを含み、
フィルム基材に塗工された長軸長さ５μｍ以上、短軸長さ２０〜３０ｎｍの銀ナノワイヤにドライエッチングとレーザ加工とを施すことにより、複数の透明電極を配列して透明電極と透明電極との間に隙間を形成し、
フィルム基材の片面周縁部に銀インクを印刷して乾燥硬化させることにより、透明電極に連なる複数の配線ラインを形成し、
保護層を、アクリル酸を含有しない粘着テープとすることを特徴としている。

なお、フィルム基材に接続される屈曲可能な延長接続片と、この延長接続片の長手方向に印刷されて複数の配線ラインにそれぞれ接続される複数の導電ラインと、延長接続片に積層接着されて複数の導電ラインを覆う被覆層とを含み、延長接続片の端部に、被覆層の反対側に位置する補強部材を取り付け、各導電ラインの端部に、被覆層から露出する複数の接続端子を印刷することができる。

また、フィルム基材の周縁部を部分的に延ばして屈曲可能な延長接続片とするとともに、この延長接続片の片面に複数の配線ラインを伸ばして印刷し、保護層を拡大して延長接続片の複数の配線ラインを被覆し、延長接続片の端部に、保護層の反対側に位置する補強部材を取り付け、伸ばされた各配線ラインの端部には、保護層から露出する接続端子を印刷することもできる。

また、本発明においては上記課題を解決するため、ディスプレイ装置に重ね設けられる請求項１、２、又は３記載の静電容量スイッチの製造方法であって、
透明のフィルム基材に塗工された長軸長さ５μｍ以上、短軸長さ２０〜３０ｎｍの銀ナノワイヤにドライエッチングとレーザ加工とを施すことにより、フィルム基材の片面の周縁部以外の領域に複数の透明電極を配列して透明電極と透明電極との間に隙間を形成する工程と、
フィルム基材の片面周縁部に銀インクを印刷して乾燥硬化させることにより、複数の透明電極の外側に位置する複数の配線ラインを形成し、この複数の配線ラインの端部を複数の透明電極に接続する工程と、
フィルム基材の片面にアクリル酸を含有しない透明の保護層を直接接着し、この保護層により、複数の透明電極と配線ラインとを被覆する工程とを含んでなることを特徴としている。

ここで、特許請求の範囲におけるディスプレイ装置には、少なくともコピー機や時計の有機ＥＬ、無機ＥＬ、液晶ディスプレイ、ＩＴＯガラス電極等が含まれる。また、導体には、少なくとも人体の一部である指、導電性のスタイラスペン、導電性繊維製の手袋等が含まれる。複数の透明電極と配線ラインとは、フィルムの表面あるいは裏面に形成することができる。複数の透明電極は、規則的に配列したり、不規則に配列することができる。各透明電極は、平面矩形、多角形、菱形、円形、楕円形等に適宜形成することができる。

透明電極と透明電極との間の隙間は、必要に応じ、広く形成したり、狭く形成することが可能である。また、銀インクの印刷には、少なくともスクリーン印刷法やグラビア印刷法等が採用される。さらに、本発明に係る静電容量スイッチは、外部から視認可能であれば、少なくとも腕時計に代表される各種時計、コピー機に代表されるＯＡ機器、家電製品、情報端末機器等に使用することが可能である。

本発明によれば、透明電極を色味のある導電性ポリマーではなく、透過性に優れ、ヘーズ値の小さい銀ナノワイヤで形成するので、透明電極と非透明電極との隙間がパターンとして見えてしまうことが少ない。

本発明によれば、静電容量スイッチのフィルムや保護層の材質を変更しなくても、透明電極と非透明電極との隙間がパターンとして見えるのを抑制することができ、しかも、静電容量スイッチの意匠性や装飾性を向上させることができるという効果がある。また、銀ナノワイヤの長軸長さが５μｍ未満ではないので、金属同士の接合点の減少に伴い、導通性が悪化するのを防止することができる。また、銀ナノワイヤの短軸長さが３００ｎｍを超えることがないので、ヘーズが目立ち、透明性の低下を招くことが少ない。さらに、透明電極の形成に際し、ドライエッチング法を採用するので、透明電極の微細化が期待できる。

請求項２記載の発明によれば、補強部材が延長接続片に剛性を付与して回路基板等のコネクタに対する挿着を容易にする。また、補強部材がスペーサとして機能し、回路基板等のコネクタの挿入口との隙間を埋めるので、コネクタの挿入口から延長接続片が脱落するのを有効に防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、フィルムと延長接続片とを一体して部品点数の削減を図ることができ、しかも、補強部材が延長接続片に剛性を付与するので、回路基板等のコネクタに対する挿着が容易になる。さらに、補強部材がスペーサとして機能するので、回路基板等のコネクタの挿入口から延長接続片が脱落するのを有効に防止することが可能になる。

本発明に係る静電容量スイッチ及びその製造方法の実施形態を模式的に示す平面説明図である。 本発明に係る静電容量スイッチ及びその製造方法の実施形態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量スイッチ及びその製造方法の第２の実施形態を模式的に示す平面説明図である。 本発明に係る静電容量スイッチ及びその製造方法の第２の実施形態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る静電容量スイッチ及びその製造方法の第３の実施形態を模式的に示す平面説明図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における静電容量スイッチは、図１や図２に示すように、コピー機の操作パネルの有機ＥＬディスプレイに設けられるフィルム１と、このフィルム１の片面である表面に銀ナノワイヤでパターン形成される複数の透明電極３と、フィルム１の表面周縁部２にパターン印刷される複数の配線ライン５と、複数の透明電極３と配線ライン５を保護する粘着性の保護層６と、フィルム１と回路基板等とを接続する延長接続片１０と、この延長接続片１０に印刷されて複数の配線ライン５にそれぞれ接続される複数の導電ライン１２と、この複数の導電ライン１２を覆う被覆層１４とを備え、複数の透明電極３に導体である指が選択的に接近する場合に微弱な静電容量の変化を検出するスイッチである。

フィルム１は、寸法安定性、光学特性、機械的特性のバランスに優れる屈曲可能な薄い透明のポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）からなり、最終的には図示しないコピー機の操作パネルの有機ＥＬディスプレイ上に積層可能な細長い長方形に形成される。このフィルム１の厚さは、フィルム１の表面に銀ナノワイヤを薄く塗布する作業を容易にしたり、フィルム１の寸法安定性を向上させる観点から、２５〜１８８μｍ、好ましくは１２０〜１３０μｍ、より好ましくは１２５μｍ前後が良い。

このような薄い透明のフィルム１は、有機ＥＬディスプレイ上に積層して設置されると、表面の枠形の周縁部２が外部から視認困難に隠蔽され、表面の周縁部２以外の大部分の領域が複数の透明電極３を把握できるよう、視認可能に露出する。

複数の透明電極３は、フィルム１表面の周縁部２以外の大部分の領域にマトリックス（例えば、１×３）に配列形成され、隣り合う透明電極３と透明電極３との間に隙間４が区画されており、各透明電極３が薄い平面矩形に形成される。各透明電極３は色味のある導電性ポリマーではなく、銀ナノワイヤにより形成されるが、これは、銀ナノワイヤが光線透過率、導電性、可撓性、耐久性に優れ、しかも、自然な色調を得ることができるからである。

銀ナノワイヤは、特に制限されるものではないが、長軸長さが５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ〜３００μｍが良い。これは、銀ナノワイヤの長軸長さが５μｍ未満の場合には、金属同士の接合点が減少し、導通性が悪化するからである。

銀ナノワイヤの短軸長さは、２０〜３００ｎｍ、好ましくは２０〜２５０ｎｍ、より好ましくは２０〜２００ｎｍが良い。これは、銀ナノワイヤの短軸長さが３００ｎｍを超える場合には、光散乱によりヘーズが目立ち、透明性の低下を招くからである。これら銀ナノワイヤの長軸長さや短軸長さについては、例えば電子顕微鏡により観察し、任意に選択した複数の銀ナノワイヤの平均値として求めることが可能である。

透明電極３の形成に際しては、限定されるものではないが、銀ナノワイヤによる印刷が技術的に困難であるのに鑑み、微細化に適するドライエッチング法とレーザ加工法とが採用される。レーザ加工には、高効率や高出力が期待できるＹＡＧレーザ等が好適に使用される。

複数の配線ライン５は、フィルム１の表面周縁部２の両側にそれぞれ印刷されて複数の透明電極３の外側に屈曲しながら沿い、各配線ライン５が細長い線条に形成されてその一端部が透明電極３の周縁部に一体接続されており、各配線ライン５の他端部がフィルム１の周縁部２の末端中央に位置する。

各配線ライン５は、銀ナノワイヤではなく、銀ナノワイヤよりも光透過性に劣る銀インクで印刷される。これは、外部から視認困難なフィルム１の表面周縁部２に細い配線ライン５が印刷されることにより、配線ライン５も視認困難になるので、配線ライン５に透明性や光透過性を付与する必要性に乏しいからである。また、銀ナノワイヤで幅の狭い配線ライン５を細長く印刷すると、抵抗値が上昇して導電性が悪化し、静電容量スイッチの感度が低下するので、これを防止するためである。さらに、銀インクは、酸化しにくく、低抵抗なので、長期の使用が期待できるという理由に基づく。

配線ライン５の印刷に際しては、量産性の向上や低コスト化を図る観点から、スクリーン印刷法が採用される。但し、特に限定されるものではなく、画像の再現性が高く、高精細な印刷が期待できるグラビア印刷法等でも良い。

保護層６は、フィルム１の表面に直接接着され、複数の透明電極３と配線ライン５とを外部から被覆保護するよう機能する。この保護層６は、透明電極３に接触すると、透明電極３の銀ナノワイヤが腐食するおそれがあるのに鑑み、アクリル酸を含有しない透明のアクリル系テープからなる。保護層６は、厚さが２４〜１００μｍ、好ましくは２５〜５０μｍの範囲に設定され、表面に、人体の一部である指と接触するアクリル系やＰＥＴ系の透明な保護カバー７が選択的に積層接着される。

延長接続片１０は、フィルム１とは別体の細長い屈曲可能なフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）からなり、表面の一端部がフィルム１の周縁部２の末端中央に接続されており、他端部が図示しない回路基板等のコネクタに着脱自在に挿着される。この延長接続片１０の裏面他端部には、被覆層１４の反対側に位置する補強板１１が貼着され、この補強板１１が延長接続片１０に剛性を付与して回路基板等のコネクタに対する挿着を容易にしたり、スペーサとして機能してコネクタから延長接続片１０が脱落するのを有効に防止する。補強板１１は、例えばエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等により、平面矩形に形成される。

複数の導電ライン１２は、延長接続片１０の表面長手方向に銀インクで並べて印刷され、各導電ライン１２が細長い線条に形成されてその一端部が配線ライン５の他端部に導電接着剤等を介し電気的に接続される。各導電ライン１２は、省スペース化や微細化に資する１００μｍ以下の幅に印刷され、他端部が延長接続片１０の表面末端部に揃えられており、他端部の表面に、被覆層１４の端部から露出する接続端子１３が重ねて印刷される。この接続端子１３は、例えば導電性や補強機能に優れるカーボンブラックにより、細長く印刷される。

導電ライン１２と接続端子１３の印刷に際しては、量産性を向上させたり、コストを削減する観点から、スクリーン印刷法が好ましい。但し、特に限定されるものではなく、画像の再現性が高く、高精細な印刷が可能なグラビア印刷法等でも良い。
被覆層１４は、例えばアクリル系やＰＥＴ系の透明テープからなり、延長接続片１０の表面に接着されて複数の導電ライン１２を外部から被覆保護するよう機能する。

上記構成において、静電容量スイッチを製造する場合には、先ず、表面に薄い銀ナノワイヤがベタ塗り塗工された透明のフィルム１を用意し、このフィルム１の銀ナノワイヤにドライエッチングとレーザ加工とを順次施すことにより、フィルム１の表面周縁部２以外の領域に複数の透明電極３を配列し、透明電極３と透明電極３との間に隙間４を形成する。この際のフィルム１は、静電容量スイッチの大きさと同じ大きさでも良いし、大きくても良い。

フィルム１の表面周縁部２以外の領域に複数の透明電極３を配列したら、銀ナノワイヤが除去されたフィルム１の表面周縁部２に銀インクをスクリーン印刷して乾燥硬化させることにより、複数の透明電極３の外側に位置する複数の配線ライン５を形成し、各配線ライン５の一端部を透明電極３の周縁部に電気的に接続する。

次いで、フィルム１の表面にアクリル酸を含有しない透明の保護層６を直接接着して複数の透明電極３と配線ライン５とを被覆し、フィルム１の周縁部２末端に完成した延長接続片１０を電気的に接続した後、保護層６の表面に透明の保護カバー７を積層接着すれば、静電容量スイッチを製造することができる。
なお、フィルム１が静電容量スイッチよりも大きい場合には、透明電極３と隙間４とを形成した段階、透明電極３と配線ライン５とを形成した段階、あるいは保護層６を接着した段階等で切断又は型抜きすれば良い。

上記によれば、透明電極３を色味のある導電性ポリマーではなく、ヘーズ値の小さい銀ナノワイヤで形成するので、例え透明電極３と非透明電極３との隙間４が広くても、隙間４がパターンとして視覚的に見えてしまうことがない。したがって、隙間４の視認に伴い、コピー機等の意匠性や装飾性の低下を招くのを有効に防止することができる。また、基本的にアクリル系の保護層６の材質を変更する必要がないので、透明電極３と非透明電極３との間の隙間４が顕在化するのを防止することができる。

また、例え有機ＥＬディスプレイの被積層面がフラットな面ではなく、緩やかな曲面でも、フィルム１が可撓性に優れるので、静電容量スイッチを隙間なく適切に設置することができる。また、従来よりも抵抗特性に優れるので、微細パターンを形成しても、良好な検出感度を得ることが可能になる。また、フィルム１にユーザの選択した延長接続片１０を後付けすることができるので、ユーザの便宜を図ることが可能になる。さらに、各導電ライン１２の幅が１００μｍ以下なので、延長接続片１０の幅を狭くすることが可能になる。

次に、図３、図４は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、フィルム１の周縁部２末端を部分的に延ばして屈曲可能な細長い延長接続片１０Ａとするとともに、この延長接続片１０Ａの表面に複数の配線ライン５を伸ばしてスクリーン印刷し、保護層６を拡大して延長接続片１０Ａの複数の配線ライン５をも被覆し、延長接続片１０Ａの裏面端部に、保護層６の反対側に位置する補強板１１を貼着し、伸ばされた各配線ライン５の端部表面には、保護層６の端部から露出する接続端子１３をカーボンブラックにより細長くスクリーン印刷するようにしている。

保護層６の拡大された拡大部表面には、透明の保護カバー７が伸長された状態で選択的に積層接着される。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、フィルム１と延長接続片１０Ａとを一体化して構成の簡素化を図ることができるのは明らかである。

次に、図５は本発明の第３の実施形態を示すもので、この場合には、フィルム１表面に対する透明電極３の数を変更（例えば、３×４）して配列形成し、隣り合う透明電極３と透明電極３との間に隙間４を区画するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、透明電極３数の増加により、静電容量スイッチに様々な機能を付与することができるのは明らかである。

なお、上記実施形態ではフィルム１としてＰＥＴフィルムを使用したが、何らこれに限定されるものではなく、例えば無延伸のＰＥＴフィルムや加工性に優れる光学用のポリカーボネートフィルム（ＰＣフィルム）を使用しても良い。また、複数の透明電極３を１×３、３×４のマトリックスに配列したが、これに限定されるものではなく、１×２、２×３、３×３等のマトリックスに配列しても良い。

本発明に係る静電容量スイッチ及びその製造方法は、建築、自動車、情報処理、電気、電子、日用品等のスイッチ分野で用いられる。

１ フィルム（フィルム基材）
２ 周縁部
３ 透明電極
４ 隙間
５ 配線ライン
６ 保護層
７ 保護カバー
１０ 延長接続片
１０Ａ 延長接続片
１１ 補強板（補強部材）
１２ 導電ライン
１３ 接続端子
１４ 被覆層

Claims (4)

1. ディスプレイ装置に設けられ、複数の電極に導体が選択的に接近する場合に静電容量の変化を検出する静電容量スイッチであって、
   ディスプレイ装置に重ね設けられる屈曲可能な透明のフィルム基材と、このフィルム基材の片面の周縁部以外の領域に形成される複数の透明電極と、フィルム基材の片面周縁部に形成されて複数の透明電極の外側に位置する複数の配線ラインと、フィルム基材の片面に直接接着されて複数の透明電極と配線ラインとを被覆する透明の保護層とを含み、
   フィルム基材に塗工された長軸長さ５μｍ以上、短軸長さ２０〜３０ｎｍの銀ナノワイヤにドライエッチングとレーザ加工とを施すことにより、複数の透明電極を配列して透明電極と透明電極との間に隙間を形成し、
   フィルム基材の片面周縁部に銀インクを印刷して乾燥硬化させることにより、透明電極に連なる複数の配線ラインを形成し、
   保護層を、アクリル酸を含有しない粘着テープとすることを特徴とする静電容量スイッチ。
2. フィルム基材に接続される屈曲可能な延長接続片と、この延長接続片の長手方向に印刷されて複数の配線ラインにそれぞれ接続される複数の導電ラインと、延長接続片に積層接着されて複数の導電ラインを覆う被覆層とを含み、延長接続片の端部に、被覆層の反対側に位置する補強部材を取り付け、各導電ラインの端部に、被覆層から露出する複数の接続端子を印刷した請求項１記載の静電容量スイッチ。
3. フィルム基材の周縁部を部分的に延ばして屈曲可能な延長接続片とするとともに、この延長接続片の片面に複数の配線ラインを伸ばして印刷し、保護層を拡大して延長接続片の複数の配線ラインを被覆し、延長接続片の端部に、保護層の反対側に位置する補強部材を取り付け、伸ばされた各配線ラインの端部には、保護層から露出する接続端子を印刷した請求項１記載の静電容量スイッチ。
4. ディスプレイ装置に重ね設けられる請求項１、２、又は３記載の静電容量スイッチの製造方法であって、
   透明のフィルム基材に塗工された長軸長さ５μｍ以上、短軸長さ２０〜３０ｎｍの銀ナノワイヤにドライエッチングとレーザ加工とを施すことにより、フィルム基材の片面の周縁部以外の領域に複数の透明電極を配列して透明電極と透明電極との間に隙間を形成する工程と、
   フィルム基材の片面周縁部に銀インクを印刷して乾燥硬化させることにより、複数の透明電極の外側に位置する複数の配線ラインを形成し、この複数の配線ラインの端部を複数の透明電極に接続する工程と、
   フィルム基材の片面にアクリル酸を含有しない透明の保護層を直接接着し、この保護層により、複数の透明電極と配線ラインとを被覆する工程とを含んでなることを特徴とする静電容量スイッチの製造方法。

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