JP7232263B2 - 感圧タッチセンサ及び感圧タッチセンサモジュール - Google Patents
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Description
本願は、2018年12月4日に、日本に出願された特願2018-227493号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば、特許文献1には、配線を接続した第1の電極と第2の電極を基材シートの一方の面に設け、基材シートを部分的に折り返して第1の電極と第2の電極とを対向させ、さらに第1の電極と第2の電極の間に弾性シートを設けた感圧タッチセンサモジュールが開示されている。前記感圧タッチセンサモジュールでは、操作面を押圧したときに弾性シートが圧縮変形して第1の電極と第2の電極が接近し、第2の電極の電流が変化して静電容量が変化する。この静電容量の変化を検知することで、操作面の押圧を認識できるようになっている。
[1]押圧を検知する静電容量式の感圧タッチセンサであって、
基材シートと、第1の電極と、第2の電極と、弾性層と、を備え、
前記第1の電極は前記基材シートの任意の面に設けられ、
前記第1の電極及び前記第2の電極のいずれか一方の電極に配線が接続され、他方の電極には配線が接続されず、
前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第2の電極の間に前記弾性層が配置された状態で、前記第1の電極と前記第2の電極の互いの面が対向するように設けられ、
押圧力により前記弾性層が厚さ方向に圧縮変形し、前記第1の電極と前記第2の電極の距離が近づくことによる静電容量の変化から押圧を検知する、静電容量式の感圧タッチセンサ。
[2]前記第1の電極には配線が接続され、前記第2の電極には配線が接続されていない、[1]に記載の静電容量式の感圧タッチセンサ。
[3]前記第2の電極には配線が接続され、前記第1の電極には配線が接続されていない、[1]に記載の静電容量式の感圧タッチセンサ。
[4]前記基材シートの任意の面に前記第1の電極が設けられた本体シートと、
前記弾性層の第1の面側に前記第2の電極が設けられ、前記弾性層の第2の面側に接着層が設けられた弾性電極シートと、を備え、
前記弾性電極シートが前記接着層を前記本体シート側にして前記本体シートに接着されて、前記第1の電極と前記第2の電極の互いの面が対向されている、[1]~[3]のいずれかに記載の静電容量式の感圧タッチセンサ。
[5]前記基材シートに第3の電極がさらに設けられ、前記第3の電極に導体が接触又は近接することによる前記第3の電極の静電容量の変化から、前記第3の電極への導体の接触又は近接を検知する、[1]~[4]のいずれかに記載の感圧タッチセンサ。
[6]前記基材シートにグランド電極が設けられ、前記グランド電極の少なくとも一部が厚さ方向において前記第2の電極と重なっている、[1]~[5]のいずれかに記載の感圧タッチセンサ。
[7]前記弾性層の一部が厚さ方向において前記グランド電極と重なり、
前記弾性層における前記グランド電極と重なる部分の密度が、前記弾性層における前記第1の電極と前記第2の電極の間に位置する部分の密度よりも高い、[6]に記載の感圧タッチセンサ。
[8]操作面を有する操作パネルと、フレーム部材と、[1]~[7]のいずれかに記載の感圧タッチセンサとを備え、
前記感圧タッチセンサが前記操作パネルと前記フレーム部材で挟持されている、感圧タッチセンサモジュール。
[9]前記フレーム部材が凸部を有し、
前記感圧タッチセンサの前記弾性層が位置する部分が前記操作パネルと前記凸部で挟持されている、[8]に記載の感圧タッチセンサモジュール。
[10]第1の電極と第2の電極の間に弾性層が配置された感圧検知部を備える感圧タッチセンサに用いられる弾性電極シートであって、
弾性層と、前記弾性層の第1の面側に設けられた第2の電極と、前記弾性層の第2の面側に設けられた接着層と、を備える弾性電極シート。
本発明の感圧タッチセンサは、押圧を検知する静電容量式の感圧タッチセンサである。例えば、本発明の感圧タッチセンサを操作パネルの背面に取り付けることで、操作パネルの操作面の押圧を検知することができる。以下、本発明の感圧タッチセンサの一例を示して説明する。
なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図1~3に示すように、本体シート2は、基材シート10と、保護層12と、接着層14と、剥離紙16と、4つの第1の電極18と、3つの第3の電極22と、3つの補助電極24と、を備えている。
なお、第1の電極18、第3の電極22及び補助電極24は、基材シート10の第2の面10bに設けられてもよい。また、第1の電極18と、第3の電極22及び補助電極24とは、基材シート10の異なる面に設けられてもよい。
本体シート2の形状は、この例の形状には限定されず、用途に応じて適宜設定できる。
本体シート2の寸法も特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。
基材シート10を形成する材料は、1種でもよく、2種以上でもよい。
なお、本明細書において、厚さ、高さ、ピッチ等の平均値は、それらを3箇所以上で測定した測定値を平均した値を意味する。
保護層12の平均厚さは、10μm以上250μm以下が好ましく、10μm以上188μm以下がより好ましい。保護層12の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、充分な強度及び剛性を確保しやすい。保護層12の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、感圧タッチセンサを容易に薄型化できる。
接着剤、粘着剤としては、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エチレン/酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。前記硬化型接着剤は、硬化時に揮発する溶剤を含む溶剤型であってもよく、ホットメルト型であってもよい。
各々の第1の電極18には配線26が接続されている。第1の電極18は、配線26によって、帯状部2bの先端部分に形成された接続端子部28と接続され、接続端子部28を介して図示しない静電容量検知部と電気的に接続されている。
この例の第1の電極18の形状は、平面視で矩形である。なお、第1の電極18の形状は、矩形には限定されず、適宜設計できる。
第1の電極18の平均厚さは、材料に応じて適宜設定すればよく、例えば、1μm以上1000μm以下とすることができる。
平均厚さは、電極において中心付近で測定した厚さの平均値である。
ここで、「導電」とは、電気抵抗値が1MΩ未満であることを意味する。
配線26の平均厚さの好ましい範囲は、後述の第3の電極の平均厚さの好ましい範囲と同様である。
相互容量方式の第3の電極22の態様としては、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、矩形等のベタ電極や、櫛歯電極、又は、基材の一方の面に帯状の送信電極が形成され、他方の面に送信電極と直交する方向に延びる複数の帯状の受信電極が形成された田形電極パターン、ダイヤモンドパターン等が挙げられる。
自己容量方式の第3の電極22の態様としては、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、矩形等のベタ電極や、ダイヤモンドパターン等が挙げられる。
透明導電膜としては、導電性高分子を含む膜、導電性ナノワイヤーを含む膜、金属粒子又は導電性金属酸化物粒子を含む膜、カーボンを含む膜、金属蒸着法によって形成された金属蒸着膜等が挙げられる。透明導電膜としては、曲げ耐性に優れる点では、導電性高分子を含む膜が好ましい。
金属粒子としては、例えば、銀、銅、金等の金属の粒子が挙げられる。
導電性金属酸化物粒子としては、例えば、インジウムドープ酸化錫の粒子が挙げられる。
カーボンとしては、例えば、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。
金属蒸着膜を形成する金属としては、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、亜鉛、金等が挙げられる。これらの中でも、電気抵抗が低く、低コストであることから、銅が好ましい。
金属ナノワイヤーを含む透明導電膜からなる第3の電極22の平均厚さは、20nm以上1000nm以下が好ましく、50nm以上300nm以下がより好ましい。
金属粒子、導電性金属酸化物粒子又はカーボンを含む透明導電膜からなる第3の電極22の平均厚さは、0.01μm以上25μm以下が好ましく、0.1μm以上15μm以下がより好ましい。
金属蒸着膜の透明導電膜からなる第3の電極22の平均厚さは、0.01μm以上1.0μm以下が好ましく、0.05μm以上0.3μm以下がより好ましい。
第3の電極22の平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、ピンホールによる断線を抑制しやすい。第3の電極22の平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、薄型化が容易になる。
銀ペースト又はカーボンペーストからなる第3の電極22の平均厚さは、1μm以上25μm以下が好ましい。
補助電極24を設けることで、第3の電極22と配線26とを点接触させる場合に比べて、抵抗の影響を受けにくくなる。そのため、第3の電極22を比較的抵抗が大きい導電性高分子で形成した場合でも、高い検知精度を確保できる。
補助電極24の平均厚さの好ましい範囲は、第3の電極22の平均厚さの好ましい範囲と同様である。
弾性電極シート3は、図1、図2、図4及び図5に示すように、弾性層32と、第2の電極34と、保護層36と、接着層38と、第1基材フィルム40と、第2基材フィルム42と、剥離紙44と、を備えている。弾性層32の第1の面33a側に、第2基材フィルム42、第2の電極34及び保護層36がこの順に積層されている。弾性層32の第2の面33b側に、第1基材フィルム40と、接着層38と、剥離紙44とがこの順に積層されている。
第2の電極34の材料としては、特に限定されず、第1の電極18の材料と同じものを例示でき、銀、銅、カーボンが好ましい。
この例の第2の電極34の形状は、平面視で矩形である。なお、第2の電極34の形状は、矩形には限定されず、適宜設計できる。
第2の電極34の平均厚さは、材料に応じて適宜設定すればよく、平均厚さの好ましい範囲は前述の第3の電極22の平均厚さの好ましい範囲と同様である。
弾性層32は、弾性体を含む層であり、押圧によって圧縮変形する。感圧タッチセンサ1が厚さ方向に押圧されたときには、弾性層32が厚さ方向に圧縮変形し、第1の電極18と第2の電極34との距離が近づくことで静電容量が変化する。この静電容量の変化を検知することで操作面の押圧が認識される。
第2シート部32bの平均厚さの好ましい範囲は、第1シート部32aの平均厚さの好ましい範囲と同じである。第1シート部32aの平均厚さと第2シート部32bの平均厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
ここで、柱部の断面積は、柱部の1/2の高さの位置で高さ方向に直交する断面の面積を意味する。柱部の断面積は、光学顕微鏡測定機等の公知の微細構造観察手段により測定できる。
具体的には、例えば、前記合計の断面積を1mm2以上100mm2以下とすることができる。
ここで、柱部32cの平均高さには、第1シート部32aの厚さ及び第2シート部32bの厚さは含まれない。柱部32cの高さは、光学顕微鏡測定機等の公知の微細構造観察手段により測定できる。
保護層36としては、特に限定されず、例えば、基材シートで挙げたものと同じ透明な樹脂製の絶縁フィルムを例示できる。保護層36の厚さの好ましい範囲は、保護層12の厚さの好ましい範囲と同様である。
接着層38の平均厚さとしては、例えば1μm以上75μm以下が挙げられる。硬化型接着剤を用いた接着層38の平均厚さは、1μm以上20μm以下が好ましい。粘着剤を用いた接着層38の平均厚さは、10μm以上75μm以下が好ましい。
平均厚さが前記範囲の下限値以上であれば、弾性層32に対する押圧力を面方向に均一化することが容易である。平均厚さが前記範囲の上限値以下であれば、操作面に対する入力の検知精度を高めることができる。
第1基材フィルム40及び第2基材フィルム42の接着面には、接着力を向上させる目的で、物理的又は化学的な公知の表面処理が施されていてもよい。
第1の電極18、第3の電極22及び補助電極24は、例えば、基材シート10に対して印刷等により電極材料でパターンを形成することで製造できる。また、基材の一方の面又は両面に電極を形成し、それを接着剤や両面テープ等により基材シート10に接合してもよい。電極を形成する方法としては、例えば、導電性ペーストを印刷した後に加熱して硬化させる方法、金属粒子を含むインクを印刷する方法、金属箔又は金属蒸着膜を形成してパターニングする方法等が挙げられる。
第1の電極18、第3の電極22及び補助電極24を形成した後、基材シート10の第1の面10a側に、接着剤等で保護層12を貼り合わせて積層する。また、基材シート10の第2の面10b側に接着剤又は粘着剤を塗布して接着層14を形成し、剥離紙16を貼り合わせる。これにより、本体シート2が得られる。
本発明の感圧タッチセンサモジュールは、操作面を有する操作パネルと、フレーム部材と、本発明の感圧タッチセンサとを備え、本発明の感圧タッチセンサが操作パネルとフレーム部材で挟持された装置である。以下、本発明の感圧タッチセンサモジュールの一例として、感圧タッチセンサ1を備える感圧タッチセンサモジュール100(以下、「モジュール100」とも記す。)について、図6及び図7に基づいて説明する。
操作パネル110における感圧タッチセンサ1と反対側の表面が操作面112となる。
樹脂としては、例えば、PC、アクリル樹脂、ABS樹脂、ポリスチレン(PS)、PVC、PET、PBT、ポリエチレンナフタレート(PEN)等が挙げられる。これらの樹脂は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、操作パネル110は、加飾層を有しないものであってもよい。
なお、凸部122は粘着剤等で感圧タッチセンサ1と接着されていてもよい。
フレーム部材を形成する樹脂としては、例えば、カバー層を形成する樹脂として挙げた樹脂と同じものが挙げられる。フレーム部材を形成する樹脂は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
モジュール100における感圧タッチセンサ1の4つの第1の電極18を1つの静電容量検知部と接続し、3つの第3の電極22をそれぞれ個別の静電容量検知部と接続する。そして、各々の第3の電極22と接続された静電容量検知部で検出される検出値について、それぞれ第1の閾値を設定し、操作パネル110の操作面112における特定の第3の電極22に対応する部分に触れた場合に、その第3の電極22に対応する検出値が第1の閾値以上となるようにする。また、4つの第1の電極18と接続された静電容量検知部で検出される検出値について第2の閾値を設定し、所定の押圧力以上で押圧した場合に検出値が第2の閾値以上となるようにする。
なお、4つの第1の電極18は、それぞれ個別の静電容量検知部と接続されていてもよい。その場合は、4つの静電容量検知部のそれぞれで検出された検出値の合計値に対して、第2の閾値を設定することができる。
また、操作パネル110の操作面112における1つの第3の電極22に対応する部分に触れているだけで、その部分を押圧していない場合、その第3の電極22に対応する静電容量検知部で検出された検出値は第1の閾値以上となるものの、4対の第1の電極18及び第2の電極34に対応する静電容量検知部で検出された検出値は第2の閾値未満となる。そのため、操作する意図がなく単に指が操作面に触れてしまっただけの場合には非タッチ状態であると判定される。
また、操作パネル110の操作面112における第3の電極22に対応していない部分を押圧した場合、各々の第3の電極22に対応する静電容量検知部で検出された検出値は第1の閾値未満となり、非タッチ状態であると判定される。
例えば、図9~11に示すように、基材シート10の第1の面10aにおける各々の第1の電極18の隣りにグランド(GND)電極20が設けられた本体シート2Aに弾性電極シート3Aが貼り付けられ、厚さ方向において弾性電極シート3Aの第2の電極34が第1の電極18とGND電極20の両方に重なっている感圧タッチセンサ1Aであってもよい。各GND電極20は、配線21を通じて接地されている。
弾性層32Aは、一対の第1シート部32a及び第2シート部32bと、第1領域35aにおいて第1シート部32aと第2シート部32bに挟持されている複数の柱部32cと、第2領域35bにおける第1シート部32aと第2シート部32bの間の空間を全て埋める中実部32dと、を備えるゴム状弾性体である。第1シート部32a、第2シート部32b、複数の柱部32c、及び中実部32dは一体化されている。弾性層32Aは、第1領域35aにおける各柱部32cが存在していない部分に空間部32eを有している。
弾性電極シート3Aは、第1領域35aと第2領域35bとを有する弾性層32Aを備え、平面視形状が長方形状である以外は、弾性電極シート3と同じである。
また、例えば、図13に示すように、弾性電極シート3において、第2の電極34を設ける代わりに、弾性層32の第2シート部32bにカーボンフィラーを配合して導電性を付与し、第2の電極34Aとした弾性電極シート3Bであってもよい。この場合、カーボンフィラーを配合した第2の電極34Aの平均厚さは、1μm以上1000μm以下が好ましい。
第1の電極18には配線26が接続されていない。
Claims (8)
- 第1の電極と第2の電極の間に弾性層が配置され、押圧力により前記弾性層が厚さ方向に圧縮変形し、前記第1の電極と前記第2の電極の距離が近づくことによる静電容量の変化から押圧を検知する静電容量式の感圧タッチセンサであって、
本体シートと互いに独立した複数の弾性電極シートとを備え、
前記本体シートは、基材シートと前記基材シートの任意の面に設けられた複数の前記第1の電極を有し、前記複数の弾性電極シートの各々は、前記弾性層と、前記弾性層の第1の面側に設けられた前記第2の電極と、前記弾性層の第2の面側に設けられた接着層を有し、
前記複数の弾性電極シートの各々は、前記第2の電極が、複数の前記第1の電極のいずれか1つと対向するように、前記接着層を前記本体シート側にして前記本体シートに接着されており、
複数の前記第1の電極には、各々配線が接続されており、前記第2の電極には、配線が接続されていない感圧タッチセンサ。 - 前記本体シートが操作面側に配置され、前記複数の弾性電極シートの各々は、前記本体シートの操作面と反対側に接着されている、請求項1に記載の感圧タッチセンサ。
- 前記複数の弾性電極シートの各々は、前記本体シートの操作面側に接着されており、
前記第1の電極は、平面視で前記第2の電極からはみ出していない、請求項1に記載の感圧タッチセンサ。 - 前記基材シートに第3の電極がさらに設けられ、前記第3の電極に導体が接触又は近接することによる前記第3の電極の静電容量の変化から、前記第3の電極への導体の接触又は近接を検知する、請求項1~3のいずれか一項に記載の感圧タッチセンサ。
- 前記基材シートにグランド電極が設けられ、前記グランド電極の少なくとも一部が厚さ方向において前記第2の電極と重なっている、請求項1~4のいずれか一項に記載の感圧タッチセンサ。
- 前記弾性層の一部が厚さ方向において前記グランド電極と重なり、
前記弾性層における前記グランド電極と重なる部分の密度が、前記弾性層における前記第1の電極と前記第2の電極の間に位置する部分の密度よりも高い、請求項5に記載の感圧タッチセンサ。 - 操作面を有する操作パネルと、フレーム部材と、請求項1~6のいずれか一項に記載の感圧タッチセンサとを備え、
前記感圧タッチセンサが前記操作パネルと前記フレーム部材で挟持されている、感圧タッチセンサモジュール。 - 前記フレーム部材が凸部を有し、
前記感圧タッチセンサの前記弾性層が位置する部分が前記操作パネルと前記凸部で挟持されている、請求項7に記載の感圧タッチセンサモジュール。
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