JPWO2009116502A1 - Membrane switch and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
コスト優位性を損なうことなく多点入力を可能とするメンブレンスイッチ及びその製造方法を提供する。第1のフレキシブル基板(11)と、第2のフレキシブル基板(21)を備え、メンブレンスイッチの一方の接点材料として、カーボンペースト(23)のかわりに半導体性カーボンナノチューブペースト(13)を用いる。他方の接点材料はカーボンペースト(23)である。カーボンナノチューブを用いることにより、ダイオードと同等な機能を印刷により実現する。Provided are a membrane switch and a method for manufacturing the same that enable multi-point input without impairing cost advantages. A first flexible substrate (11) and a second flexible substrate (21) are provided, and a semiconducting carbon nanotube paste (13) is used instead of the carbon paste (23) as one contact material of the membrane switch. The other contact material is carbon paste (23). By using carbon nanotubes, functions equivalent to diodes are realized by printing.
Description
本発明は、フレキシブル基板を備えるメンブレンスイッチ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a membrane switch including a flexible substrate and a manufacturing method thereof.
メンブレンスイッチは、接点と配線が印刷された2枚のフレキシブル基板を向い合わせ、絶縁性スペーサをはさんで重ね合わせたものである。それぞれのフレキシブル基板に印刷された接点はスペーサに形成された孔を通して向い合っている。外部から力を加えフレキシブル基板を凹ませると接点同士が接触し、オン状態となる。配線を印刷形成するための導電ペーストとしては一般的に銀ペーストが使われる。しかし銀は安定性に欠けるため、これを被覆保護し、良好なスイッチング特性を得るための保護・接点材料としてカーボンペーストが使われる。これらをスクリーン印刷などでフレキシブル基板表面に印刷する。フレキシブル基板としてはポリエステルフィルムやポリカーボネートフィルムなどが用いられる。メンブレンスイッチは印刷で作られるため大量生産に向き、1枚のシートに100個以上のスイッチを一度に印刷できるためコンピュータのキーボードによく使われる。 The membrane switch is formed by facing two flexible substrates on which contacts and wiring are printed and overlapping them with an insulating spacer interposed therebetween. The contacts printed on each flexible substrate face each other through a hole formed in the spacer. When a force is applied from the outside to dent the flexible substrate, the contacts come into contact and turn on. In general, a silver paste is used as a conductive paste for forming wirings by printing. However, since silver lacks stability, carbon paste is used as a protective / contact material for covering and protecting the silver and obtaining good switching characteristics. These are printed on the surface of the flexible substrate by screen printing or the like. A polyester film or a polycarbonate film is used as the flexible substrate. Membrane switches are suitable for mass production because they are made by printing, and more than 100 switches can be printed on one sheet at a time, so they are often used for computer keyboards.
キーボードの場合、多数のスイッチの状態を知る必要がある。その方法として、行と列にキー(スイッチ)を分け、格子状に回路を組むスイッチ・マトリックスという手法がある。この手法においては、行と列のそれぞれの交点にスイッチを設ける。コンピュータから見て、列を出力、行を入力とすると、各列の電位を順番に変化させ行側のポートに現れる電位を走査することでそれぞれのスイッチの状態を知ることができる。 In the case of a keyboard, it is necessary to know the state of many switches. As a method therefor, there is a method called a switch matrix in which keys (switches) are divided into rows and columns and circuits are arranged in a grid pattern. In this method, a switch is provided at each intersection of a row and a column. When viewed from the computer, if the column is output and the row is input, the state of each switch can be known by changing the potential of each column in order and scanning the potential appearing at the port on the row side.
しかし、この方式では同時に複数のキーを押すと意図していないキーの信号が出てしまう現象が起こってしまう。これは「ファントムキー」現象と呼ばれており、押されていないキーの行と列の間に、押されている複数のキーを経由して信号が流れてしまう現象である。これを回避するためには信号の流れを一方向に制御するダイオードをそれぞれのキーに直列に接続すればよい。この回避策により信号の回り込みを防ぐ事ができ、マトリックス構成のスイッチにおいて多点入力が可能となる。 However, in this method, if a plurality of keys are pressed at the same time, an unintended key signal is generated. This is called a “phantom key” phenomenon, and a signal flows between a row and a column of keys that are not pressed via a plurality of keys that are pressed. In order to avoid this, a diode for controlling the signal flow in one direction may be connected in series with each key. By this avoidance measure, signal wraparound can be prevented, and multipoint input can be performed in a switch having a matrix configuration.
上述したようなフレキシブル基板を印刷により形成するメンブレンスイッチに関する技術として、部品点数の削除を図ったスイッチやワイヤレスキーボードの発明が開示されている(例えば特許文献1、2)。また、弾性と強靭性を併せ持つカーボンナノチューブ(CNT)を可動する梁として用い、梁上に設けられたフローティンゲート電極と、該電極上部に設けられたフォワードゲート電極間の電気的斥力を用いて撓ませた梁を出力電極に接触させスイッチとする技術も開示されている(例えば特許文献3)。さらに、炭素繊維などの伝導繊維をブラシとして利用し、スイッチなどを構成する技術も開示されている(例えば特許文献4)。
上述した問題の回避策として、信号の流れを一方向に制御するダイオードをそれぞれのキーに直列に接続することを述べたが、ダイオードを利用するメンブレンスイッチではスイッチ機構が印刷で作られているため、個々のスイッチにダイオードを接続する事は難しい。すなわち、多数のダイオードチップをフレキシブル基板から剥れない様に固着させ、曲げによる断線が生じない様に電気的に接続しなければならない。それを実現するための製造コストは莫大なものになり、本来メンブレンスイッチが持つコスト優位性が損なわれてしまう。また薄型・軽量・柔軟性といった特長も同時に失われてしまう。 As a workaround for the above-mentioned problem, a diode that controls the signal flow in one direction was connected in series with each key. However, in a membrane switch that uses a diode, the switch mechanism is made by printing. It is difficult to connect a diode to each switch. That is, it is necessary to fix a large number of diode chips so as not to be peeled off from the flexible substrate, and to be electrically connected so as not to cause disconnection due to bending. The manufacturing cost for realizing it is enormous, and the cost advantage inherent to the membrane switch is impaired. The features such as thinness, light weight and flexibility are lost at the same time.
そこで、本発明では、カーボンナノチューブ(CNT)に着眼した。カーボンナノチューブ(CNT)は、グラファイトと同様の炭素原子配列構造がナノスケールの直径でチューブ状になったものである。CNTはグラファイトと同様に良好な電気伝導特性を持ち化学的安定性にも優れているが、その直径や巻き方によって金属的あるいは半導体的な電気特性を示す。近年、化学的手法の進展によって半導体的な特性を持つCNTだけを抽出する事が可能となってきた。この方法によって得られる半導体CNTは塗布・印刷可能な半導体ペーストとして使うことができる。 Therefore, in the present invention, attention was focused on carbon nanotubes (CNT). The carbon nanotube (CNT) is a carbon atom arrangement structure similar to that of graphite having a tube shape with a nanoscale diameter. CNT, like graphite, has good electrical conduction characteristics and excellent chemical stability, but exhibits metallic or semiconducting electrical characteristics depending on its diameter and winding method. In recent years, it has become possible to extract only CNTs having semiconducting characteristics due to the progress of chemical methods. The semiconductor CNT obtained by this method can be used as a semiconductor paste that can be applied and printed.
上記特許文献のいずれにおいても、上述した問題を解決できる技術は開示されていない。本発明は上述した問題を解決するためになされたものであるが、特許文献3は、梁であるCNTの撓みを利用する点で後述する本発明の技術とは異なっている。また、特許文献4は、伝導性繊維の先端での接触を利用する技術であって、伝導性繊維の直径も太く、後述する本発明の技術とは異なる。
None of the above patent documents disclose a technique that can solve the above-described problem. The present invention has been made in order to solve the above-described problem. However,
本発明はこのような実情を鑑みてなされたものであり、カーボンナノチューブを用いてダイオードと同等な機能を印刷により実現し、コスト優位性を損なうことなく多点入力を可能とするメンブレンスイッチ及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, a membrane switch that uses carbon nanotubes to realize functions equivalent to those of a diode by printing, and enables multipoint input without impairing cost advantage, and the same An object is to provide a manufacturing method.
本発明のメンブレンスイッチは、第1のフレキシブル基板と、第2のフレキシブル基板と、を備え、第1のフレキシブル基板は、表面にカーボンナノチューブを設けることを特徴とする。 The membrane switch of the present invention comprises a first flexible substrate and a second flexible substrate, and the first flexible substrate is characterized in that carbon nanotubes are provided on the surface.
本発明のメンブレンスイッチの製造方法は、第1のフレキシブル基板と第2のフレキシブル基板とを備えるメンブレンスイッチの製造方法であって、第1のフレキシブル基板の表面にカーボンナノチューブを配置する工程を有することを特徴とする。 The method for manufacturing a membrane switch of the present invention is a method for manufacturing a membrane switch including a first flexible substrate and a second flexible substrate, and includes a step of disposing carbon nanotubes on the surface of the first flexible substrate. It is characterized by.
本発明によれば、メンブレンスイッチの印刷による低コスト性を維持しながら、接点にダイオード特性を付与する事により多点入力を可能とするメンブレンスイッチ及びその製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a membrane switch and a method of manufacturing the same that enable multipoint input by providing diode characteristics to the contacts while maintaining low cost by printing the membrane switch.
以下に本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態に係るメンブレンスイッチの断面構造の例を示す。図1に示すように、メンブレンスイッチは、絶縁スペーサ3、フレキシブル基板11、21、配線12、22、半導体カーボンナノチューブ13、カーボン23を備える。本発明の実施形態に係るメンブレンスイッチは、フレキシブル基板11に設けた配線12及び半導体カーボンナノチューブ13と、フレキシブル基板21に設けた配線22及びカーボン23と、が対向するように重ね合わせて構成されている。また、半導体カーボンナノチューブ13及びカーボン23を設けた部分以外は、絶縁スペーサ3が設けられている。(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an example of a cross-sectional structure of a membrane switch according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the membrane switch includes an
フレキシブル基板11、21は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリイミドなどの材料をフィルム状に加工して用いられるが、メンブレンスイッチに要求される耐熱性などの条件に応じて適宜選択される。配線12、22を形成する材料としては、銀ペースト、カーボンペーストなど導電ペーストなどが用いられるが、銅、銀、金などの金属からなる金属箔でもよい。半導体カーボンナノチューブ13は市販の半導体分離カーボンナノチューブペーストを用いればよい。カーボン23は、カーボンペーストが用いられる。絶縁スペーサ3は、フレキシブル基板と同様な材料であればよい。
The
図1に示すようなメンブレンスイッチの構成としたのは、半導体カーボンナノチューブペーストとカーボンペーストを接触させるとダイオード特性を示す事を発見したためである。すなわち、一方のカーボンペーストを半導体カーボンナノチューブに置き替えるだけで、スイッチに直列にダイオードを接続する事と同様な機能を実現することができる。ダイオードは金属・半導体接合型ダイオードとして動作していると考えられる。尚、接点材料として図1に示すカーボン23を半導体カーボンナノチューブ13に置き替えることも可能であり、一方のカーボンペーストのみを半導体カーボンナノチューブに置き換えることに限定しない。
The reason why the membrane switch is configured as shown in FIG. 1 is that it has been found that when a semiconductor carbon nanotube paste and a carbon paste are brought into contact with each other, diode characteristics are exhibited. That is, a function similar to connecting a diode in series with a switch can be realized by simply replacing one carbon paste with a semiconductor carbon nanotube. The diode is considered to operate as a metal / semiconductor junction diode. It is also possible to replace the
(実施形態2)
図2は本発明の実施形態に係るメンブレンスイッチの断面構造の例を示す。基本的には上述した実施形態1と同様であるが、13’はN型のカーボンナノチューブペーストであり、23’はP型のカーボンナノチューブペーストである。(Embodiment 2)
FIG. 2 shows an example of a cross-sectional structure of the membrane switch according to the embodiment of the present invention. Basically, it is the same as in Embodiment 1 described above, but 13 ′ is an N-type carbon nanotube paste, and 23 ′ is a P-type carbon nanotube paste.
図2に示すようなメンブレンスイッチの構成としたのは、N型半導体カーボンナノチューブペーストとP型半導体カーボンナノチューブペーストを接触させると、ダイオード特性を示す事を発見したためである。ダイオード特性はPN接合型ダイオードと類似している。 The reason why the membrane switch is configured as shown in FIG. 2 is that it has been found that when an N-type semiconductor carbon nanotube paste and a P-type semiconductor carbon nanotube paste are brought into contact with each other, diode characteristics are exhibited. The diode characteristic is similar to that of a PN junction type diode.
本実施形態により、メンブレンスイッチを構成するカーボンペーストの代替としてカーボンナノチューブペーストを用いる事によりメンブレンペーストの機能性を高めることが可能である。すなわち、メンブレンスイッチの印刷による低コスト性を維持しながら、接点にダイオード特性を付与する事により多点入力を可能とするメンブレンスイッチ及びメンブレンスイッチ製造方法を提供することが可能となる。 According to this embodiment, the functionality of the membrane paste can be enhanced by using a carbon nanotube paste as an alternative to the carbon paste constituting the membrane switch. That is, it is possible to provide a membrane switch and a membrane switch manufacturing method that enable multipoint input by providing diode characteristics to the contacts while maintaining low cost by printing the membrane switch.
以上好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述したメンブレンスイッチ及びその製造方法に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるということは言うまでもない。 Although specifically described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described membrane switch and the manufacturing method thereof, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Yes.
この出願は、2008年3月18日に出願された日本出願特願2008−070417を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2008-070417 for which it applied on March 18, 2008, and takes in those the indications of all here.
3 絶縁性スペーサ
11 フレキシブル基板
12 配線
13 半導体カーボンナノチューブ
13’ N型半導体カーボンナノチューブ
21 フレキシブル基板
22 配線
23 カーボン
23’ P型半導体カーボンナノチューブ3 Insulating
Claims (6)
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