JP6216285B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板の広い範囲を透光領域として使用することができる入力装置に関する。

静電容量方式の入力装置として、特許文献１に記載のタッチパネルが提案されている。この入力装置では、透明基板の表面に、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）などで形成された複数の透明導電パターン電極と、それぞれの透明導電パターン電極の側部に接続された下層配線部ならびに上層配線部とが形成されている。下部配線部と上部配線部は、銅、銀、金などの金属材料で形成されている。

透明基板は、透明導電パターン電極が配列している面の両側部で折り曲げられているが、このときの折り曲げ線は、下部配線部と上部配線部が形成されている部分に設定されている。そして、透明基板で折り曲げられた両側面が前記下部配線部と前記上部配線部の配線領域とされている。

特開２０１３−１８６６３３号公報

特許文献１に記載の入力装置は、透明導電パターン電極が配列している面の両側部で透明基板を折り曲げ、透明基板の折曲げられた両側面を、下部配線部と上部配線部の配線領域とすることで、平面で見たときに下部配線部と上部配線部が広く現れないようして、狭額縁化が図ることが可能となっている。

しかし、透明導電パターン電極を構成するＩＴＯは非常に脆い導電材料であるため、透明導電パターン電極が形成されている部分で透明基板を折り曲げることができず、銅、銀、金などの金属で形成された下部配線部と上部配線部が存在する部分で、透明基板が折り曲げられている。

この構造であると、平面で見たときに、透明導電パターン電極の側部に、金属材料で形成された下部配線部と上部配線部の一部が残ってしまう。そのため、透明導電パターン電極が形成されている領域の周囲に、下部配線部と上部配線部の一部を覆うためにある程度の幅寸法を有する額縁を配置することが必要となって、額縁を極限まで狭くしようとするのに限界が生じる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、基板において、透光領域を可能な限り広げることができ、基板の前方に加飾部と称される額縁を設ける必要がなくなり、または最少限の額縁を設ければ足りる構造の入力装置を提供することを目的としている。

本発明は、透光性の基板の表面に、可撓性透光導電材料層で形成された複数の電極部と、それぞれの電極部から連続して前記可撓性透光導電材料層で形成された複数の透光配線部と、前記可撓性透光導電材料層の上に非透光性の低抵抗材料層が重ねられて形成されてそれぞれの前記透光配線部と連続する複数の非透光配線部と、前記非透光配線部に接続された配線用コネクタ部と、が設けられた入力装置において、
前記基板は、領域境界部を挟んで一方の側が透光領域に他方の側が非透光領域に区分され、前記透光領域は、前記基板の複数の辺と前記領域境界部に囲まれた全域が透光性で、前記透光領域に、前記電極部と前記透光配線部とが形成され、前記非透光領域に、前記非透光配線部と前記配線用コネクタ部とが形成されて、前記透光配線部と前記非透光配線部との境界が前記領域境界部に一致しており、
前記透光領域の少なくとも前記電極部が形成されている面が透光性のパネルに接着され、前記透光領域と前記パネルとの接着面から前記基板の面の向きを変えるための曲げ部が、前記透光領域内に設定されて、前記透光領域の前記曲げ部から前記領域境界部までの部分とこれに連続する前記非透光領域とが、前記パネルから離れる方向に延びていることを特徴とするものである。

本発明は、前記透光領域と前記パネルとの接着面から離れた位置に回路基板が設けられて、前記配線用コネクタ部が前記回路基板に接続されており、前記パネルと前記回路基板との間に前記非透光領域が配置されているものである。

本発明の入力装置は、前記基板が、端辺と、前記端辺と直交する２つの側辺を有し、前記端辺と前記２つの側辺とで囲まれた領域に前記透光領域が形成されており、２つの前記側辺が対向する部分に前記曲げ部が設定されているものである。

あるいは、前記基板が、端辺と、前記端辺と直交する２つの側辺と、２つの前記側辺の対向寸法よりも幅寸法が細くされた細幅部とを有しており、前記領域境界部と前記曲げ部とが前記細幅部に設定されているものである。

本発明の入力装置は、前記可撓性透光導電材料層が、導電性ナノ材料を含んでいるものである。または、前記可撓性透光導電材料層は、金属線が網目状に形成されたものである。

本発明は、透光性の基板の少なくとも３辺で囲まれた領域の全域が透光性材料で形成された透光領域となり、さらに透光領域に曲げ部が設定されている。この入力装置では、透光性の基板において前記３辺とさらに前記曲げ部とで囲まれた領域が、非透光配線部が存在せずに透光性材料のみで形成された透光領域となっている。

そのため、この入力装置を使用した電子機器では、基板の前方に加飾部（額縁部）を設ける必要がなく、または加飾部を設けたとしてもわずかな幅寸法で済むため、表示パネルによる画像表示領域と、操作領域を、広い面積に設定することができる。

また、可撓性透光導電材料層として電性ナノ材料を含んでいるもの、または金属線が網目状に形成されたものを使用すると、この導電材料層が形成されている透光領域で基板を曲げても、導電材料層が破損することが生じにくくなる。

本発明の第１の実施の形態の入力装置を搭載した電子機器の分解斜視図である。 図１に示す電子機器の断面図である。 図１に示す入力装置の平面図である。 （Ａ）は、図３に示す入力装置の電極部の断面図、（Ｂ）は透光配線部およ び非透光配線部の断面図である。 本発明の第２の実施の形態の入力装置の平面図である。

図１に示す電子機器１は、携帯電話機、携帯用情報処理端末装置、ゲーム装置などとして使用される。

図１と図２に示すように、電子機器１は筐体３を有している。筐体３は本体ケース部３ａとパネル部３ｂとが組み合わされて構成されている。本体ケース部３ａは合成樹脂材料で形成されている。本体ケース部３ａは、上方が開口する箱形状に形成されているが、図２では本体ケース部３ａの外形線のみが示されている。

パネル部３ｂは、本体ケース部３ａの開口部を覆うものである。パネル部３ｂは、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂などの透光性樹脂材料で形成されている。パネル部３ｂは、透光窓部４と、透光窓部４を囲む加飾部（額縁部）５とを有している。透光窓部４は、前記透光性樹脂材料のみで形成されている。加飾部５は、パネル部３ｂの内面などに着色部６が形成されており、光が実質的に透過できない構造となっている。

図１と図２に示すように、パネル部３ｂの内側に透光性の基板１１が設置され、筐体３の内部には、基板１１の端部が接合される回路基板８が収納されている。筐体３の内部に、液晶表示パネルまたはエレクトロルミネッセンス表示パネルなどの表示パネル７が収納されている。表示パネル７の表示画像は、基板１１と前記透光窓部４を透過して、パネル部３ｂの外側から目視可能である。

本明細書での透光性とは、表示パネル７の表示内容を透視できる程度に光が透過する状態を意味しており、例えば全光線透過率が６０％以上であり、好ましくは、全光線透過率が８０％以上である。

透光性の基板１１はその一部が前記パネル部３ｂの内面に高透明性接着剤（ＯＣＡ）を介して接着されている。本実施の形態では、前記基板１１と回路基板８ならびにパネル部３ｂとで静電容量型の入力装置１０が構成されている。あるいは、筐体３とは別にガラス板などで形成されたパネルが使用され、このパネルに前記基板１１が接着され、パネルと基板１１と回路基板８とで入力装置１０が構成されてもよい。あるいは、基板１１と回路基板８のみで入力装置１０が構成されてもよい。

基板１１は、可撓性を有するＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムやＰＣ（ポリカーボネート）フィルムなどの透光性の樹脂フィルムで形成されている。

図３に示すように、基板１１は、上端辺１１ａと、上端辺１１ａと直交する右側辺１１ｂならびに左側辺１１ｃを有している。基板１１は、上端辺１１ａと対向する下端辺１１ｄを有しており、下端辺１１ｄの途中部分に、右側辺１１ｂと左側辺１１ｃとの対向間隔よりも幅寸法が狭く形成された細幅部１１ｅが一体に形成されている。

基板１１の表面には、複数の個別電極部１２と複数のコモン電極部１３が規則的に配列して形成されている。個別電極部１２とコモン電極部１３は、図示上下方向において互い違いに配置されている。

それぞれの個別電極部１２からは個別配線部１４が延びており、それぞれの個別配線部１４が、基板１１の細幅部１１ｅに配列している個別配線用コネクタ部１５に接続されている。それぞれの個別配線部１４は、個別電極部１２から延び出る透光配線部１４ａと、透光配線部１４ａに続く非透光配線部１４ｂとを有しており、非透光配線部１４ａが個別配線用コネクタ部１５に接続されている。

図３に示すように、左側の４個のコモン電極部１３は、１本のコモン配線部１６に接続されており、右側の４個のコモン電極部１３は、１本のコモン配線部１６に接続されている。それぞれのコモン配線部１６は、細幅部１１ｅに形成されたコモン配線用コネクタ部１７に接続されている。それぞれのコモン配線部１６は、コモン電極部１３から延び出る透光配線部１６ａと、透光配線部１６ａに続く非透光配線部１６ｂとを有しており、非透光配線部１６ｂがコモン配線用コネクタ部１７に接続されている。

図４（Ａ）は、個別電極部１２とコモン電極部１３が形成されている部分での基板１１の拡大断面図である。図４（Ｂ）は、個別配線部１４を配線長に沿う中心線で切断した拡大断面図である。

図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、個別電極部１２と個別配線部１４は、可撓性透光導電材料層３１によって形成されている。同様に、コモン電極部１３とコモン配線部１６も可撓性透光導電材料層３１で形成されている。

本明細書での可撓性透光導電材料層３１とは、可撓性の基板１１の表面にこの導電材料層を所定のパターンで形成した状態で、基板１１を、曲率半径（Ｒ）が１０ｍｍ以下となる湾曲部において９０度まで曲げたときに、導電材料層が破損せずに、配線抵抗値の上昇を１０％以内に保つことができる材料で形成された導電材料層、と定義できる。

可撓性透光導電材料層３１は、導電性ナノ材料を含む導電層や、金属線が網目状で形成されたもの、などで形成される。

導電性ナノ材料は、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎから選択される１種類以上で構成される金属ナノワイヤであり、平均短軸径は１ｎｍよりも大きく５００ｎｍ以下である。または、導電性ナノ材料は、カーボンナノチューブなどのカーボン繊維である。導電性ナノ材料は、分散剤で分散された状態で、基板１１の表面の全域に塗工され、透明な熱可塑性樹脂（例えば、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート）や、熱・光・電子線・放射線で硬化する透明硬化性樹脂（例えば、メラミンアクリレート、ウレタンアクリレート、イソシアネート、エポキシ樹脂）などで基板１１の表面に定着されて透光性導電材料層３１が形成される。

可撓性透光導電材料層３１は、基板１１の表面の全域に形成され、その後にエッチングなどの手段で不要部分が除去され、個別電極部１２と個別配線部１４、ならびにコモン電極部１３とコモン配線部１６が形成される。

網目状の金属線は、基板１１の表面に金、銀、銅などの金属材料を網目状に印刷して形成されたもの、または一定の膜厚で前記金属材料を形成した後に、エッチングで網目状に形成されたものであり、個別電極部１２と個別配線部１４、ならびにコモン電極部１３とコモン配線部１６以外の部分で網目状の金属線が除去されて形成される。

図４（Ｂ）に示すように、個別配線部１４の透光配線部１４ａは、可撓性透光導電材料層３１が露出して形成されており、その下の基板１１と共に光を透過する。非透光配線部１４ｂでは、可撓性透光導電材料層３１に非透光性の低抵抗材料層３２が積層されており、非透光性となっている。低抵抗材料層３２は銀ペーストや銅箔層など、可撓性透光導電材料層３１よりも面積抵抗や比抵抗が低い材料で形成されている。さらに、個別配線用コネクタ部１５では、低抵抗材料層３２の上に、金などの接合金属層３３が形成されている。

コモン配線部１６の透光配線部１６ａと非透光配線部１６ｂならびにコモン配線用コネクタ部１７の構造は、前記透光配線部１４ａと非透光配線部１４ｂならびに個別配線用コネクタ部１５の構造と同じである。

図３に示すように、基板１１は、上端辺１１ａと２つの側辺１１ｂ，１１ｃとで囲まれた透光領域２１と、この透光領域２１に対して図示下方向に連なる非透光領域２２とに区分することができる。第１の実施の形態では、透光領域２１と非透光領域２２とを区分する領域境界部２３が、右側辺１１ｂと左側辺１１ｃとが対向する広幅部に位置している。

透光領域２１には、前記個別電極部１２と個別配線部１４の透光配線部１４ａならびに、前記コモン電極部１３とコモン配線部１６のうちの透光配線部１６ａが配置されている。透光領域２１は、上端辺１１ａと２つの側辺１１ｂ，１１ｃならびに領域境界部２３で囲まれた四角形の領域が、全て透光性材料で形成されている。透光領域２１は、非透光配線部１４ｂ，１６ｂが形成されておらず、全域が透光性である。

非透光領域２２は、個別配線部１４の非透光配線部１４ｂとコモン配線部１６のちの非透光配線部１６ｂ、ならびにコネクタ部１５，１７が形成されており、部分的に非透光性である。

図２に示すように、基板１１の透光領域２１が、パネル部３ｂの内側にＯＣＡを介して接着されている。基板１１の非透光領域２２は、パネル部３ｂに接着されておらず、基板１１の一部が折り曲げられて、前記電極部１２，１３が形成されている面に対して前記非透光配線部１４ｂ，１６ｂが形成されている面の向きが変えられている。そして、非透光領域２２に形成されたコネクタ部１５，１７が、筐体３の内部に配置された回路基板８に半田付けされて接続されている。

図２と図３に、基板１１がパネル部３ｂの内面から離れる境界部、すなわち透光領域２１がパネル部３ｂに接着されている接着領域の端部である接着境界部が符号２５で示されている。本明細書では、この接着境界部２５が、基板１１の曲げ部である。接着境界部（曲げ部）２５は、基板１１の透光領域２１内に設定されている。すなわち、接着境界部２５は、透光領域境界部２３よりも、上端辺１１ａに近い側に位置している。

基板１１は、上端辺１１ａと２つの側辺１１ｂ，１１ｃとさらに接着境界部（曲げ部）２５で囲まれた部分がパネル部３ｂに接着されており、この接着部分は全体が透光領域２１である。そのため、パネル部３ｂに接着された基板１１と加飾部５とを重ねずに、上端辺１１ａと２つの側辺１１ｂ，１１ｃならびに接着境界部（曲げ部）２５を、パネル部３ｂの透光窓部４の縁部に一致させるように、基板１１とパネル部３ｂとを位置決めして接着することが可能である。この状態で、非透光配線部１４ｂ，１６ｂがパネル部３ｂの透光窓部４に現れることは無い。

また、パネル部３ｂに接着される基板の各辺を加飾部５と重ねる場合であっても、その重ね幅を広くする必要はない。

そのため、パネル部３ｂの加飾部５の幅寸法を小さくして、透光窓部４の面積を可能な限り広くして、いわゆる狭額縁構造の入力装置１０を構成することが可能になる。

基板１１は、接着境界部（曲げ部）２５を起点とする湾曲部２６によって基板面の向きが変えられるが、透光配線部１４ａ，１６ａが可撓性透光導電材料層３１で形成されているため、曲げの起点となる接着境界部２５が透光配線部１４ａ，１６ａに設定されていても、この曲げにより透光配線部１４ａ，１６ａが破損する可能性が低くなる。また、透光配線部１４ａ，１６ａが可撓性透光導電材料層３１で形成されているため、透光配線部１４ａ，１６ａを含む領域に湾曲部２６が設定されていても、湾曲部２６の曲率半径Ｒを１０ｍｍ以下に設定することが可能である。

上記構造の入力装置１０の動作について説明する。
この入力装置１０は、複数の個別配線用コネクタ部１５がマルチプレクサによって駆動回路に順番に接続され、個別電極部１２に順番にパルス状の駆動電極が印加される。また、コモン配線用コネクタ部１７が検知回路に接続されて、コモン電極部１３が検知電極に設定される。個別電極部１２と、コモン電極部１３との間に容量が形成されているため、いずれかの個別電極部１２にパルス状の駆動電圧が与えられると、パルスの立ち上がりと立下りに合わせてコモン電極部１３に、相互の結合容量に基づく電位が現れる。

パネル部３ｂの透光窓部４の前方に導電体である指や手が接近すると、個別電極部１２からの電界が指や手に吸収されて、電極部の相互の結合容量が低下するため、コモン電極部１３に出現する電位が変化する。コモン電極部１３に出現する電位の変化と、どの個別電極部１２に駆動電圧が与えられているかの情報から、指や手が接近している位置を検知することができる。

逆に、コモン電極部１３にパルス状の駆動電圧を与え、個別電極部１２を順番に検知回路に切替えて接続することによっても、指や手がどの位置に接近したかを検知することができる。

図５は、本発明の第２の実施の形態における入力装置１０１を模式的に示した平面図である。

第２の実施の形態の入力装置１０１に使用されている透光性の基板１１１は、図３に示したものと同様に、上端辺１１１ａならびに右側辺１１１ｂと左側辺１１１ｃを有し、さらに下端辺１１１ｄの途中に細幅部１１１ｅが設けられている。

図５に示す基板１１１の表面に複数の独立電極部４１が一定の面積で同じピッチで形成されている。それぞれの独立電極部４１には、独立配線部４２が延び出ており、それぞれの独立配線部４２が、細幅部１１１ｅに形成されたコネクタ部４３に接続されている。それぞれの独立配線部４２は、独立電極部４１と一体の透光配線部４２ａと、これに続く非透光配線部４２ｂを有しており、非透光配線部４２ｂがコネクタ部４３に接続されている。

独立電極部４１と独立配線部４２は、第１の実施の形態の入力装置１０と同じ可撓性透光導電材料層３１で形成されている。透光配線部４２ａは、可撓性透光導電材料層３１が露出して透光性となっており、非透光配線部４２ｂでは、可撓性透光導電材料層３１に低抵抗材料層３２が重ねられて、非透光性となっている。

図５に示す基板１１１では、透光領域２１と非透光領域２２とを区分する領域境界部２３が、細幅部１１１ｅの途中に位置している。したがって、独立電極部４１と透光配線部４２ａを有する透光領域２１は、上端辺１１１ａと２つの側辺１１１ｂ，１１１ｃとで囲まれる領域のみならず細幅部１１１ｅの一部まで含まれている。非透光配線部４２ｂを有する非透光領域２２は、細幅部１１１ｅの残りの部分に形成されている。

この基板１１１は、右側辺１１１ｂと左側辺１１１ｃが形成されている部分の全域が、パネル部３ｂの内面に接着される。パネル部３ｂに対する接着領域の端部である接着境界部（曲げ部）２５は、基板１１１の下端辺１１１ｄと一致する位置か、それよりも細幅部１１１ｅ側に設定される。

図２に示したのと同様に、基板１１１は接着境界部（曲げ部）２５から筐体３の内部に曲げられるが、第２の実施の形態では細幅部１１１ｅが、筐体３の内部に曲げられて回路基板８に接続される。

この実施の形態では、上端辺１１１ａと側辺１１１ｂ，１１１ｃならびに接着境界部（曲げ部）２５で囲まれる領域が、非透過配線部４２ｂが存在しない透光領域２１であり、この部分がパネル部３ｂに接着されるため、加飾部５を基板１１１に重ねる必要が無く、また重ねてもその重ね幅を細くでき、透光窓部４を広い面積に設定することができる。

また、可撓性透光導電材料層３１で形成された透光配線部４２ａに接着境界部（曲げ部）２５を設定することで、基板１１１の曲げ部において導電材料層の破損を防止できるようになり、基板１１１を自由に曲げて配置することが可能になる。

図５に示す入力装置１０１は、個々の独立電極部４１を順番に駆動回路に接続して順番に駆動電極部とし、駆動電極部に隣接する独立電極部４１を検知回路に接続することで、電極間の相互容量の変化に基づいて、指や手を検知することができる。あるいは、個々の独立電極部４１に個別に駆動電圧を与え、駆動電圧を与えた独立電極部４１からの電流変化を検知することで、自己容量の変化を検出でき、これにより指や手の接近を検知することができる。

なお、図３に示す実施の形態では、透光領域２１が長方形であるが、透光領域２１が正方形や台形であってもよく、透光境界部２３と共に透光領域２１を規定している基板１１の辺が３辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃではなく４辺や５辺であってもよい。図５に示す実施の形態では、細幅部１１１ｅを除く部分が長方形に限られず、正方形や台形、さらには５角形以上の多角形であってもよい。

１ 電子機器
３ 筐体
３ｂ パネル部
４ 透光窓部
５ 加飾部
７ 表示パネル
８ 回路基板
１０ 入力装置
１１ 基板
１１ａ 上端辺
１１ｂ，１１ｃ 側辺
１１ｅ 細幅部
１２ 個別電極部
１３ コモン電極部
１４ 個別配線部
１４ａ 透光配線部
１４ｂ 非透光配線部
１６ コモン配線部
１６ａ 透光配線部
１６ｂ 非透光配線部
１５ 個別配線用コネクタ部
１７ コモン配線用コネクタ部
２１ 透光領域
２２ 非透光領域
２３ 領域境界部
２５ 接着境界部（曲げ部）
３１ 可撓性透光導電材料層
３２ 低抵抗材料層
４１ 独立電極部
４２ 独立配線部
４２ａ 透光配線部
４２ｂ 非透光配線部
４３ コネクタ部
１０１ 入力装置
１１１ 基板

Claims (6)

1. 透光性の基板の表面に、可撓性透光導電材料層で形成された複数の電極部と、それぞれの電極部から連続して前記可撓性透光導電材料層で形成された複数の透光配線部と、前記可撓性透光導電材料層の上に非透光性の低抵抗材料層が重ねられて形成されてそれぞれの前記透光配線部と連続する複数の非透光配線部と、前記非透光配線部に接続された配線用コネクタ部と、が設けられた入力装置において、
   前記基板は、領域境界部を挟んで一方の側が透光領域に他方の側が非透光領域に区分され、前記透光領域は、前記基板の複数の辺と前記領域境界部に囲まれた全域が透光性で、前記透光領域に、前記電極部と前記透光配線部とが形成され、前記非透光領域に、前記非透光配線部と前記配線用コネクタ部とが形成されて、前記透光配線部と前記非透光配線部との境界が前記領域境界部に一致しており、
   前記透光領域の少なくとも前記電極部が形成されている面が透光性のパネルに接着され、前記透光領域と前記パネルとの接着面から前記基板の面の向きを変えるための曲げ部が、前記透光領域内に設定されて、前記透光領域の前記曲げ部から前記領域境界部までの部分とこれに連続する前記非透光領域とが、前記パネルから離れる方向に延びていることを特徴とする入力装置。
2. 前記透光領域と前記パネルとの接着面から離れた位置に回路基板が設けられて、前記配線用コネクタ部が前記回路基板に接続されており、前記パネルと前記回路基板との間に前記非透光領域が配置されている請求項１記載の入力装置。
3. 前記基板は、端辺と、前記端辺と直交する２つの側辺を有し、前記端辺と前記２つの側辺とで囲まれた領域に前記透光領域が形成されており、２つの前記側辺が対向する部分に前記曲げ部が設定されている請求項１または２記載の入力装置。
4. 前記基板は、端辺と、前記端辺と直交する２つの側辺と、２つの前記側辺の対向寸法よりも幅寸法が細くされた細幅部とを有しており、前記領域境界部と前記曲げ部とが前記細幅部に設定されている請求項１または２記載の入力装置。
5. 前記可撓性透光導電材料層は、導電性ナノ材料を含んでいる請求項１ないし４のいずれかに記載の入力装置。
6. 前記可撓性透光導電材料層は、金属線が網目状に形成されたものである請求項１ないし４のいずれかに記載の入力装置。

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