KR102105613B1 - 정전 용량식 센서 - Google Patents

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다케후미 오사카
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Abstract

환경 온도의 변화 등에 기인하는 전단력이 점착층에 부여되어도 점착층이 벗겨지는 것을 억제할 수 있는 정전 용량식 센서로서, 투광성을 가지며 일방의 주면이 조작면이 되는 수지제의 패널(3)과, 패널(3)의 조작면과는 반대측의 주면에 대향 배치되며, 유리제의 기재와 기재 중 적어도 일방의 주면에 마련된 투명 전극을 가지는 센서 기판(2)과, 패널(3)과 센서 기판(2)과의 사이에 마련되어 투광성을 가지는 중간층(40)과, 패널(3)과 중간층(40)과의 사이에 마련되어 패널(3)과 중간층(40)을 접합하는 제 1 점착층(31)과, 센서 기판(2)과 중간층(40)과의 사이에 마련되어 센서 기판(2)과 중간층(40)을 접합하는 제 2 점착층(32)을 구비한 정전 용량 센서(1)가 제공된다.

Description

정전 용량식 센서
본 발명은, 정전 용량식 센서에 관한 것이며, 특히 수지제(製)의 패널 및 유리제의 기재를 구비한 정전 용량식 센서에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는, 점착 시트가 보호 기판과 정전 용량식 터치 패널 센서와의 사이에 배치된 터치 패널용 적층체가 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 정전 용량식 터치 패널 센서는, 기판과, 제 1 검출 전극과, 제 2 검출 전극을 가지고 있다. 기판의 예로서는, 유리 기판 등이 들어지고 있다. 보호 기판으로서는, 투명기판인 것이 바람직하고, 플라스틱판 등이 예로서 들어지고 있다.
또한, 특허 문헌 1에는, 점착 시트가 표시 장치와 정전 용량식 터치 패널 센서와의 사이에 배치된 정전 용량식 터치 패널이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 표시 장치의 예로서는, 예를 들면, 음극선관(CRT) 표시 장치, 액정 표시 장치(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 표시 장치, 진공 형광 디스플레이(VFD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 표면 전계 디스플레이(SED), 전계 방출 디스플레이(FED) 및 전자 페이퍼(E-Paper) 등이 들어지고 있다.
일본 공개특허 특개2015-172921호 공보
정전 용량식 터치 패널은, 예를 들면 카 네비게이션에 탑재된 센서 등과 같이 차량 탑재용의 센서로서 이용되는 경우가 있다. 이 때, 표시 장치의 근접 위치에 배치되는 유리 기판의 형상은 직사각형인 경우가 많은 한편, 조작면의 근접 위치에 배치되는 보호 기판 혹은 주면이 조작면이 되는 보호 기판의 형상은 직사각형에만 한정되지 않고 다양한 형상이 되는 경우가 있다. 또한, 보호 기판의 고정 형태는 다양하다.
이 경우에 있어서, 정전 용량식 터치 패널의 주위의 환경 온도가 변화되면, 유리 기판 및 보호 기판이 서로 상이한 방향으로 팽창 혹은 수축하는 경우가 있다. 그러면, 보호 기판과 정전 용량식 터치 패널 센서와의 사이에 배치된 점착 시트에 대하여 전단력이 부여된 상태가 된다. 이 때, 보호 기판이나 정전 용량식 터치 패널 센서에 대한 점착 시트의 부착력이 낮은 경우에는, 보호 기판 및 정전 용량식 터치 패널 센서 중 적어도 어느 것으로부터 점착 시트가 벗겨질 우려가 있다.
본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것이며, 환경 온도의 변화 등에 기인하는 전단력이 점착층에 부여되어도 점착층이 벗겨지는 것을 억제할 수 있는 정전 용량식 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 정전 용량식 센서는, 일 양태에 있어서, 투광성을 가지며 일방의 주면이 조작면이 되는 수지제의 패널과, 상기 패널의 상기 조작면과는 반대측의 주면에 대향 배치되며, 유리제의 기재와 상기 기재 중 적어도 일방의 주면에 마련된 투명 전극을 가지는 센서 기판과, 상기 패널과 상기 센서 기판과의 사이에 마련되어 투광성을 가지는 중간층과, 상기 패널과 상기 중간층과의 사이에 마련되어 상기 패널과 상기 중간층을 접합하는 제 1 점착층과, 상기 센서 기판과 상기 중간층과의 사이에 마련되어 상기 센서 기판과 상기 중간층을 접합하는 제 2 점착층을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기의 정전 용량식 센서에서는, 투광성을 가지는 중간층이, 일방의 주면이 조작면이 되는 수지제의 패널과 유리제의 기재 및 투명 전극을 가지는 센서 기판과의 사이에 마련되어 있다. 그리고, 패널과 중간층을 접합하는 제 1 점착층이, 패널과 중간층과의 사이에 마련되어 있다. 또한, 센서 기판과 중간층을 접합하는 제 2 점착층이, 센서 기판과 중간층과의 사이에 마련되어 있다. 즉, 2층의 점착층이 중간층의 양측에 마련되어 있다.
이에 따라, 중간층은, 중간층의 양측에 있어서 2층의 점착층을 독립적으로 기능시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 중간층은, 중간층을 경계로 하여 점착층의 기능을 분단시킬 수 있다. 정전 용량식 센서의 주위의 환경 온도가 변화되어 수지제의 패널 및 유리제의 기재가 상이한 방향으로 팽창 혹은 수축되는 것 등에 기인하여, 패널과 센서 기판과의 사이에 위치하는 부재에 대하여 전단력이 부여된 경우라도, 제 1 점착층 및 제 2 점착층은, 중간층을 사이에 두고 배치되어 있기 때문에, 서로 독립적으로 변형될 수 있다. 즉, 패널의 변위에 기인하여 발생하는 전단력은 패널과 중간층과의 사이에 위치하는 제 1 점착층에 주로 부여된다. 이 때, 제 1 점착층은, 패널의 중간층에 대한 상대 위치의 변화에 추종하도록 변형되어, 제 1 점착층에 부여된 전단력을 흡수·완화할 수 있다. 또한, 센서 기판의 기재의 변위에 기인하여 발생하는 전단력은 센서 기판의 기재와 중간층과의 사이에 위치하는 제 2 점착층에 주로 부여된다. 이 때, 제 2 점착층은, 센서 기판의 기재의 중간층에 대한 상대 위치의 변화에 추종하도록 변형되어, 제 2 점착층에 부여된 전단력을 흡수·완화할 수 있다. 이에 따라, 제 1 점착층 및 제 2 점착층이, 패널 및 기재로부터 벗겨지는 것을 억제할 수 있다.
상기의 정전 용량식 센서에 있어서, 상기 중간층은, 수지를 포함하는 재료에 의해 형성되고, 상기 중간층의 선팽창계수는, 상기 기재의 선팽창계수보다 크고, 상기 패널의 선팽창계수보다 작아도 된다.
이 경우에는, 중간층은, 수지를 포함하는 재료에 의해 형성되어 있으며, 환경 온도의 변화에 대하여 비교적 유연하게 변형된다. 또한, 중간층의 선팽창계수가, 기재의 선팽창계수보다 크고, 패널의 선팽창계수보다 작다. 이 때문에, 중간층의 신축량은, 기재의 신축량과 패널의 신축량과의 사이가 된다. 이 때문에, 환경 온도의 변화에 의거하여, 패널, 중간층 및 기재가 신축되었을 때에, 패널의 중간층에 대한 상대 위치의 변화 및 기재의 중간층에 대한 상대 위치의 변화는, 패널과 기재와의 사이의 상대 위치의 변화보다 작다. 따라서, 중간층이 마련되어 있지 않고 패널과 기재와의 사이에 점착층(대비 점착층)만이 마련되어 있는 경우와 비교하면, 환경 온도가 변화되었을 때에, 상기의 대비 점착층에 부여되는 전단력보다, 제 1 점착층 및 제 2 점착층의 각각에 부여되는 전단력이 낮아진다. 이에 따라, 제 1 점착층 및 제 2 점착층이, 패널 및 기재로부터 벗겨질 가능성을 보다 안정적으로 억제할 수 있다.
상기 중간층의 영률은, 상기 기재의 영률보다 낮아도, 상기 패널의 영률보다 높아도 된다. 이 경우에는, 정전 용량식 센서 전체에 외력이 부여되었을 때의 변형량은, 패널, 중간층, 기재의 순서로 낮아진다. 이 때문에, 정전 용량식 센서 전체에 외력이 부여되어, 정전 용량식 센서를 구성하는 부재에 주면 내 방향의 변형이 발생한 경우에, 패널과 중간층과의 사이에 발생하는 상대 위치의 변화 및 기재와 중간층과의 사이에 발생하는 상대 위치의 변화는, 패널과 기재와의 사이에 발생하는 상대 위치의 변화보다 작아진다. 따라서, 중간층이 마련되어 있지 않고 패널과 기재와의 사이에 점착층(대비 점착층)만이 마련되어 있는 경우와 비교하면, 정전 용량식 센서 전체에 외력이 부여되어 정전 용량식 센서를 구성하는 부재에 변형이 발생하였을 때에, 상기의 대비 점착층에 부여되는 전단력보다, 제 1 점착층 및 제 2 점착층의 각각에 부여되는 전단력이 낮아진다. 이에 따라, 제 1 점착층 및 제 2 점착층이, 패널 및 기재로부터 벗겨질 가능성을 보다 안정적으로 억제할 수 있다.
상기 제 1 점착층 및 상기 제 2 점착층의 각각의 영률은, 상기 패널의 영률, 상기 기재의 영률 및 상기 중간층의 영률보다 낮아도 된다. 이 경우에는, 제 1 점착층 및 제 2 점착층의 각각의 영률이, 패널의 영률, 기재의 영률 및 중간층의 영률보다 낮기 때문에, 제 1 점착층 및 제 2 점착층은, 패널, 기재 및 중간층의 변형에 의해 발생한 패널과 중간층과의 상대 위치의 변화나 기재와 중간층과의 상대 위치의 변화에 유연하게 추종할 수 있다. 이 때문에, 패널, 기재 및 중간층의 변형에 기인하는 전단력이 제 1 점착층 및 제 2 점착층에 부여되어도, 이러한 전단력을 제 1 점착층 및 제 2 점착층의 내부에서 적절하게 흡수·완화할 수 있다.
상기 제 1 점착층 및 상기 제 2 점착층은, 아크릴계 점착제를 함유하고 있어도 된다. 이 경우에는, 제 1 점착층 및 제 2 점착층은, 광학 성능을 확보하면서, 패널, 기재 및 중간층의 변형에 의해 발생한 패널과 중간층과의 상대 위치의 변화나 기재와 중간층과의 상대 위치의 변화에 유연하게 추종할 수 있다.
본 발명에 의하면, 환경 온도가 변화되어도 점착층이 벗겨지는 것을 억제할 수 있는 정전 용량식 센서가 제공된다.
도 1은 본 실시 형태와 관련된 정전 용량식 센서를 나타내는 분해도이다.
도 2는 본 실시 형태와 관련된 정전 용량식 센서의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 절단면 C1-C1에 있어서의 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 절단면 C2-C2에 있어서의 단면도이다.
도 5는 본 발명자가 실시한 시뮬레이션의 모델을 나타내는 분해도이다.
도 6은 본 시뮬레이션의 모델의 각 부재를 정리한 표이다.
도 7은 본 시뮬레이션의 구속 조건을 설명하는 도이다.
도 8은 본 시뮬레이션의 결과의 일례를 정리한 표이다.
도 9는 비교예와 관련된 모델을 나타내는 분해도이다.
도 10은 본 발명자가 실시한 다른 시뮬레이션의 모델의 각 부재를 정리한 표이다.
도 11은 본 시뮬레이션의 결과의 일례를 정리한 표이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 적절히 생략한다.
도 1은, 본 실시 형태와 관련된 정전 용량식 센서를 나타내는 분해도이다.
도 2는, 본 실시 형태와 관련된 정전 용량식 센서의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3은, 도 2에 나타낸 절단면 C1-C1에 있어서의 단면도이다.
도 4는, 도 2에 나타낸 절단면 C2-C2에 있어서의 단면도이다.
또한, 투명 전극은 투명하므로 본래는 시인할 수 없지만, 도 2에서는 이해를 용이하게 하기 위해 투명 전극의 외형을 나타내고 있다.
본원 명세서에 있어서 「투명」 및 「투광성」이란, 가시광선 투과율이 50% 이상(바람직하게는 80% 이상)의 상태를 가리킨다. 또한, 헤이즈 값이 6% 이하인 것이 바람직하다. 본원 명세서에 있어서 「차광」 및 「차광성」이란, 가시광선 투과율이 50% 미만(바람직하게는 20% 미만)인 상태를 가리킨다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태와 관련된 정전 용량식 센서(1)는, 센서 기판(2)과, 패널(3)과, 중간층(40)과, 제 1 점착층(31)과, 제 2 점착층(32)을 구비한다. 패널(3)은, 투광성을 가지고, 예를 들면 폴리카보네이트(PC) 등의 수지를 포함하는 재료에 의해 형성되어 있다.
센서 기판(2)은, 패널(3)로부터 떨어진 위치에 마련된다. 구체적으로는, 센서 기판(2)은, 패널(3)에서 볼 때, 예를 들면 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이 등의 표시 장치(51)에 가까운 위치에 마련되고, 표시 장치(51)를 보지(保持)하는 케이싱(52) 등에 장착된다. 센서 기판(2)은, 예를 들면 유리 센서 등이라고 불리고, 유리제의 기재(21)(도 3 참조)와, 투명 전극을 가진다. 센서 기판(2)의 상세에 대해서는, 후술한다.
중간층(40)은, 패널(3)과, 센서 기판(2)과의 사이에 마련되어 있다. 중간층(40)은, 투광성을 가지고, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 수지를 포함하는 재료에 의해 형성되어 있다. 중간층(40)의 선팽창계수는, 센서 기판(2)의 기재(21)의 선팽창계수보다 크고, 패널(3)의 선팽창계수보다 작다. 또한, 중간층(40)의 영률은, 센서 기판(2)의 기재(21)의 영률보다 낮고, 패널(3)의 영률보다 높다.
제 1 점착층(31)은, 패널(3)과 중간층(40)과의 사이에 마련되어, 패널(3)과 중간층(40)을 서로 접합하고 있다. 제 2 점착층(32)은, 센서 기판(2)과 중간층(40)과의 사이에 마련되어, 센서 기판(2)과 중간층(40)을 서로 접합하고 있다. 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각의 영률은, 패널(3)의 영률, 센서 기판(2)의 기재(21)의 영률 및 중간층(40)의 영률보다 낮다. 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각은, 광학 투명 점착층(OCA; Optical Clear Adhesive)이며, 예를 들면 아크릴계 점착제를 함유하는 점착층이나 양면 점착 테이프 등으로 이루어진다.
도 2~도 4에 나타낸 바와 같이, 정전 용량식 센서(1)는, 패널(3)측의 면의 법선을 따른 방향(Z1-Z2 방향)에서 볼 때, 검출 영역(11)과 비검출 영역(25)으로 이루어진다. 검출 영역(11)은, 손가락(F) 등의 조작체에 의해 조작을 행할 수 있는 영역이며, 비검출 영역(25)은, 검출 영역(11)의 외주측에 위치하는 액자 형상의 영역이다. 비검출 영역(25)은, 후술하는 가식층(加飾層)(9)에 의해 차광되며, 정전 용량식 센서(1)에 있어서의 패널(3)측의 면으로부터 센서 기판(2)측의 면으로의 광(외광이 예시된다.) 및 센서 기판(2)측의 면으로부터 패널(3)측의 면으로의 광(정전 용량식 센서(1)와 조합하여 사용되는 표시 장치(51)의 백라이트로부터의 광이 예시된다.)은, 비검출 영역(25)을 투과하기 어렵게 되어 있다.
본 실시 형태의 센서 기판(2)은, 기재(21)와, 제 1 전극(8)과, 제 2 전극(12)을 가진다.
제 1 전극(8)은, 검출 영역(11)에 배치되며, 복수의 제 1 투명 전극(4)을 가진다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 복수의 제 1 투명 전극(4)은, 기재(21)에 있어서의 Z1-Z2 방향을 따른 방향을 법선으로 하는 주면 중 Z1측에 위치하는 주면(이하, 「표면」이라고 약기하는 경우가 있다.)(21a)에 마련되어 있다. 각 제 1 투명 전극(4)은, 가늘고 긴 연결부(7)를 개재하여 Y1-Y2 방향(제 1 방향)으로 연결되어 있다. 그리고, Y1-Y2 방향으로 연결된 복수의 제 1 투명 전극(4)을 가지는 제 1 전극(8)이, X1-X2 방향으로 간격을 두고 배열되어 있다.
제 1 투명 전극(4) 및 연결부(7)는, ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 도전성 재료로 스퍼터나 증착 등에 의해 형성된다. 투명 도전성 재료로서는, ITO 외에, 은 나노 와이어로 대표되는 금속 나노 와이어, 메시 형상으로 형성된 얇은 금속, 혹은 도전성 폴리머 등을 들 수 있다. 이것은, 후술하는 투명 도전성 재료에 있어서도 동일하다.
제 2 전극(12)은, 검출 영역(11)에 배치되며, 복수의 제 2 투명 전극(5)을 가진다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 제 2 투명 전극(5)은, 기재(21)의 표면(21a)에 마련되어 있다. 이와 같이, 제 2 투명 전극(5)은, 제 1 투명 전극(4)과 동일한 면(기재(21)의 표면(21a))에 마련되어 있다. 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 제 2 투명 전극(5)은, 가늘고 긴 브리지 배선(10)을 개재하여 X1-X2 방향(제 2 방향)으로 연결되어 있다. 그리고, X1-X2 방향으로 연결된 복수의 제 2 투명 전극(5)을 가지는 제 2 전극(12)이, Y1-Y2 방향으로 간격을 두고 배열되어 있다. 또한, X1-X2 방향은, Y1-Y2 방향과 교차하고 있다. 예를 들면, X1-X2 방향은, Y1-Y2 방향과 수직으로 교차하고 있다.
제 2 투명 전극(5)은, ITO 등의 투명 도전성 재료로 스퍼터나 증착 등에 의해 형성된다. 브리지 배선(10)은, ITO 등의 투명 도전성 재료로 형성된다. 혹은, 브리지 배선(10)은, ITO 등의 투명 도전성 재료를 포함하는 제 1 층과, 제 1 층보다 저저항이며 투명한 금속으로 이루어지는 제 2 층을 가지고 있어도 된다. 브리지 배선(10)이 제 1 층과 제 2 층과의 적층 구조를 가지는 경우에는, 제 2 층은, Au, Au 합금, CuNi 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 것에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이 중에서도, Au를 선택하는 것이 보다 바람직하다. 제 2 층이 Au에 의해 형성된 경우에는, 브리지 배선(10)은, 양호한 내환경성(내습성, 내열성)을 얻을 수 있다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 제 1 투명 전극(4)간을 연결하는 연결부(7)의 표면에는, 절연층(20)이 마련되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 절연층(20)은, 연결부(7)와 제 2 투명 전극(5)과의 사이의 공간을 매우고, 제 2 투명 전극(5)의 표면에도 다소 얹혀 있다. 절연층(20)로서는, 예를 들면 노볼락 수지(레지스트)가 이용된다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 브리지 배선(10)은, 절연층(20)의 표면(20a)으로부터 절연층(20)의 X1-X2 방향의 양측에 위치하는 각 제 2 투명 전극(5)의 표면에 걸쳐 마련되어 있다. 브리지 배선(10)은, 각 제 2 투명 전극(5)간을 전기적으로 접속하고 있다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 제 1 투명 전극(4)간을 접속하는 연결부(7)의 표면에는 절연층(20)이 마련되어 있으며, 절연층(20)의 표면에 각 제 2 투명 전극(5)간을 접속하는 브리지 배선(10)이 마련되어 있다. 이와 같이, 연결부(7)와 브리지 배선(10)과의 사이에는 절연층(20)이 개재되고, 제 1 투명 전극(4)과 제 2 투명 전극(5)은 전기적으로 절연된 상태로 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제 1 투명 전극(4)과 제 2 투명 전극(5)이 동일한 면(기재(21)의 표면(21a))에 마련되어 있기 때문에, 정전 용량식 센서(1)의 박형화를 실현할 수 있다.
또한, 연결부(7), 절연층(20) 및 브리지 배선(10)은, 모두 검출 영역(11) 내에 위치하는 것이며, 제 1 투명 전극(4) 및 제 2 투명 전극(5)과 마찬가지로 투광성을 가진다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 비검출 영역(25)에는, 각 제 1 전극(8) 및 각 제 2 전극(12)으로부터 인출된 복수 개의 배선부(6)가 형성되어 있다. 제 1 전극(8) 및 제 2 전극(12)의 각각은, 접속 배선(16)을 개재하여 배선부(6)와 전기적으로 접속되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 배선부(6)는, 플렉시블 프린트 기판과 전기적으로 접속되는 외부 접속부(27)에 접속되어 있다. 즉, 각 배선부(6)는, 제 1 전극(8) 및 제 2 전극(12)과, 외부 접속부(27)를 전기적으로 접속하고 있다. 외부 접속부(27)는, 예를 들면 도전 페이스트를 개재하여, 플렉시블 프린트 기판과 전기적으로 접속되어 있다.
각 배선부(6)는, Cu, Cu 합금, CuNi 합금, Ni, Ag, Au 등의 금속을 가지는 재료에 의해 형성된다. 접속 배선(16)은, ITO 등의 투명 도전성 재료로 형성되며, 검출 영역(11)으로부터 비검출 영역(25)으로 연장 돌출되어 있다. 배선부(6)는, 접속 배선(16)의 위에 비검출 영역(25) 내에서 적층되며, 접속 배선(16)과 전기적으로 접속되어 있다.
배선부(6)는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 기재(21)의 표면(21a)에 있어서의 비검출 영역(25)에 위치하는 부분에 마련되어 있다. 외부 접속부(27)도, 배선부(6)와 마찬가지로, 기재(21)의 표면(21a)에 있어서의 비검출 영역(25)에 위치하는 부분에 마련되어 있다.
도 2에서는, 이해를 용이하게 하기 위해 배선부(6)나 외부 접속부(27)가 시인되도록 표시하고 있지만, 실제로는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 기재(21)의 표면(21a)에 대향하도록 패널(3)이 마련되어 있다. 패널(3)에 있어서의 Z1-Z2 방향을 따른 방향을 법선으로 하는 주면 중 Z1측에 위치하는 주면(기재(21)의 표면(21a)에 대향하는 주면(3b)과는 반대측의 주면)(3a)은, 정전 용량식 센서(1)를 조작하는 측의 면이 되기 때문에, 본 명세서에 있어서 「조작면」이라고도 한다.
패널(3)은, 적층 구조를 가지고 있어도 된다. 적층 구조의 구체예로서, 유기계 재료로 이루어지는 필름 상에 무기계 재료로 이루어지는 하드 코트층이 형성되어 있는 적층 구조체를 들 수 있다. 패널(3)의 형상은 평판 형상이어도 되고, 다른 형상이어도 된다. 예를 들면, 패널(3)의 조작면(3a)은 곡면이어도 되고, 패널(3)의 조작면(3a)의 면 형상과, 패널(3)에 있어서의 Z1-Z2 방향을 따른 방향을 법선으로 하는 주면 중 Z2측에 위치하는 주면(환언하면, 조작면(3a)과는 반대측의 주면으로서, 이하, 「이면」이라고 약기하는 경우가 있다.)(3b)의 면 형상이 상이해도 된다.
패널(3)의 이면(3b)에 있어서의 비검출 영역(25)에 위치하는 부분에는, 차광성을 가지는 가식층(9)이 마련되어 있다. 본 실시 형태와 관련된 정전 용량식 센서(1)에서는, 패널(3)의 이면(3b)에 있어서의 비검출 영역(25)에 위치하는 부분 전체에 가식층(9)이 마련되어 있다. 이 때문에, 정전 용량식 센서(1)를 패널(3)의 조작면(3a)측에서 보면, 배선부(6) 및 외부 접속부(27)는 가식층(9)에 의해 은폐되어, 시인되지 않는다. 가식층(9)을 구성하는 재료는, 차광성을 가지는 한 임의이다. 가식층(9)은 절연성을 가지고 있어도 된다.
도 1에 나타내는 정전 용량식 센서(1)에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이 패널(3)의 조작면(3a) 상에 조작체의 일례로서 손가락(F)을 접촉시키면, 손가락(F)과 손가락(F)에 가까운 제 1 투명 전극(4)과의 사이, 및 손가락(F)과 손가락(F)에 가까운 제 2 투명 전극(5)과의 사이에서 정전 용량이 발생한다. 정전 용량식 센서(1)는, 이 때의 정전 용량 변화에 의거하여, 손가락(F)의 접촉 위치를 산출하는 것이 가능하다. 정전 용량식 센서(1)는, 손가락(F)과 제 1 전극(8)과의 사이의 정전 용량 변화에 의거하여 손가락(F)의 위치의 X 좌표를 검지하고, 손가락(F)과 제 2 전극(12)과의 사이의 정전 용량 변화에 의거하여 손가락(F)의 위치의 Y 좌표를 검지한다(자기 용량 검출형).
혹은, 정전 용량식 센서(1)는, 상호 용량 검출형이어도 된다. 즉, 정전 용량식 센서(1)는, 제 1 전극(8) 및 제 2 전극(12) 중 어느 일방의 전극의 일렬에 구동 전압을 인가하고, 제 1 전극(8) 및 제 2 전극(12) 중 어느 타방의 전극과 손가락(F)과의 사이의 정전 용량의 변화를 검지해도 된다. 이에 따라, 정전 용량식 센서(1)는, 타방의 전극에 의해 손가락(F)의 위치의 Y 좌표를 검지하고, 일방의 전극에 의해 손가락(F)의 위치의 X 좌표를 검지한다.
또한, 도 2~도 4에 나타낸 제 1 투명 전극(4) 및 제 2 투명 전극(5)의 배치는, 일례이며, 이것에만 한정되지 않는다. 정전 용량식 센서(1)는, 손가락(F) 등의 조작체와 투명 전극과의 사이의 정전 용량의 변화를 검지하고, 조작체의 조작면(3a)에 대한 접촉 위치를 산출할 수 있으면 된다. 예를 들면, 제 1 투명 전극(4)과 제 2 투명 전극(5)은 기재(21)의 상이한 주면에 마련되어 있어도 된다.
정전 용량식 센서(1)는, 예를 들면 카 네비게이션에 탑재된 센서 등과 같이 차량 탑재용의 센서로서 이용되는 경우가 있다. 이 때, 패널(3)에서 볼 때, 표시 장치(51)의 가까운 위치에 배치되는 센서 기판(2)의 기재(21)의 형상은, 직사각형인 경우가 많다. 한편, 주면이 조작면(3a)이 되는 패널(3)의 형상은, 직사각형에만 한정되지 않고, 다양한 형상이 되는 경우가 있다. 예를 들면, 패널(3)의 형상은, 차량의 인스트루먼트 패널의 형상에 따라 다양한 형상을 나타낸다. 이 때문에, 패널(3)의 고정 형태도 다양하다.
이 때문에, 정전 용량식 센서(1)의 주위의 환경 온도가 변화되면, 기재(21) 및 패널(3)이 서로 상이한 방향으로 팽창 혹은 수축하는 경우가 있다. 여기서, 기재와 패널과의 사이에 1층의 점착층이 마련된 경우에는, 1층의 점착층에 대하여 전단력이 부여된 상태가 된다. 이 때, 기재나 패널에 대한 점착층의 부착력이 낮은 경우에는, 기재(21) 및 패널(3)의 팽창 및 수축 중 적어도 어느 것에 추종할 수 없어, 기재(21) 및 패널(3) 중 적어도 어느 것으로부터 점착층이 벗겨질 우려가 있다.
이에 비하여, 본 실시 형태와 관련된 정전 용량식 센서(1)에서는, 중간층(40)이 패널(3)과 센서 기판(2)과의 사이, 구체적으로는 패널(3)과 기재(21)와의 사이에 마련되어 있다. 그리고, 패널(3)과 중간층(40)을 접합하는 제 1 점착층(31)이, 패널(3)과 중간층(40)과의 사이에 마련되어 있다. 또한, 센서 기판(2)과 중간층(40)을 접합하는 제 2 점착층(32)이, 센서 기판(2)과 중간층(40)과의 사이, 구체적으로는 기재(21)와 중간층(40)과의 사이에 마련되어 있다. 즉, 2층의 점착층(제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32))이 중간층(40)의 양측에 마련되어 있다.
이에 따라, 중간층(40)은, 중간층(40)의 양측에 있어서 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)을 독립적으로 기능시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 중간층(40)은, 중간층(40)을 경계로 하여 점착층의 기능을 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)으로서 분단시킬 수 있다. 정전 용량식 센서(1)의 주위의 환경 온도가 변화되어 수지제의 패널(3) 및 유리제의 기재(21)가 상이한 방향으로 팽창 혹은 수축하는 것 등에 기인하여, 패널(3)과 센서 기판(2)과의 사이에 위치하는 부재에 대하여 전단력이 부여된 경우라도, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)은, 중간층(40)을 사이에 두고 배치되어 있기 때문에, 서로 독립적으로 변형될 수 있다. 즉, 패널(3)의 변위에 기인하여 발생하는 전단력은 패널(3)과 중간층(40)과의 사이에 위치하는 제 1 점착층(31)에 주로 부여된다. 이 때, 제 1 점착층(31)은, 패널(3)의 중간층(40)에 대한 상대 위치의 변화에 추종하도록 변형되어, 제 1 점착층(31)에 부여된 전단력을 흡수·완화할 수 있다. 또한, 센서 기판(2)의 기재(21)의 변위에 기인하여 발생하는 전단력은 센서 기판(2)의 기재(21)와 중간층(40)과의 사이에 위치하는 제 2 점착층(32)에 주로 부여된다. 이 때, 제 2 점착층(32)은, 센서 기판(2)의 기재(21)의 중간층(40)에 대한 상대 위치의 변화에 추종하도록 변형되어, 제 2 점착층(32)에 부여된 전단력을 흡수·완화할 수 있다. 이에 따라, 환경 온도의 변화 등에 기인하는 전단력이 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)에 부여되어도, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)이, 패널(3) 및 기재(21)로부터 벗겨지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 중간층(40)은, 수지를 포함하는 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 환경 온도의 변화에 대하여 비교적 유연하게 변형 가능하다. 전술한 바와 같이, 중간층(40)의 선팽창계수는, 기재(21)의 선팽창계수보다 크고, 패널(3)의 선팽창계수보다 작다. 이 때문에, 중간층(40)의 신축량은, 기재(21)의 신축량과 패널(3)의 신축량과의 사이가 된다. 이 때문에, 환경 온도의 변화에 의거하여 패널(3), 중간층(40) 및 기재(21)가 신축하였을 때에, 패널(3)의 중간층(40)에 대한 상대 위치의 변화 및 기재(21)의 중간층(40)에 대한 상대 위치의 변화는, 패널(3)과 기재(21)와의 사이의 상대 위치의 변화보다 작다. 따라서, 중간층(40)이 마련되어 있지 않고 패널(3)과 기재(21)와의 사이에 점착층(대비 점착층)만이 마련되어 있는 경우와 비교하면, 환경 온도가 변화되었을 때에, 상기의 대비 점착층에 부여되는 전단력보다, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각 부여되는 전단력이 낮아진다. 이에 따라, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층이, 패널(3) 및 기재(21)로부터 벗겨질 가능성을 보다 안정적으로 억제할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 중간층(40)의 영률은, 기재(21)의 영률보다 낮고, 패널(3)의 영률보다 높다. 이 때문에, 정전 용량식 센서(1) 전체에 외력이 부여되었을 때의 변형량은, 패널(3), 중간층(40), 기재(21)의 순서로 낮아진다. 이 때문에, 정전 용량식 센서(1) 전체에 외력이 부여되어, 정전 용량식 센서(1)를 구성하는 부재에 주면 내 방향의 변형이 발생한 경우에, 패널(3)과 중간층(40)과의 사이에 발생하는 상대 위치의 변화 및 기재(21)와 중간층(40)과의 사이에 발생하는 상대 위치의 변화는, 패널(3)과 기재(21)와의 사이에 발생하는 상대 위치의 변화보다 작아진다. 따라서, 중간층(40)이 마련되어 있지 않고 패널(3)과 기재(21)와의 사이에 점착층(대비 점착층)만이 마련되어 있는 경우와 비교하면, 정전 용량식 센서(1) 전체에 외력이 부여되어 정전 용량식 센서(1)를 구성하는 부재에 변형이 발생하였을 때에, 상기의 대비 점착층에 부여되는 전단력보다, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각에 부여되는 전단력이 낮아진다. 이에 따라, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)이, 패널(3) 및 기재(21)로부터 벗겨질 가능성을 보다 안정적으로 억제할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각의 영률은, 패널(3)의 영률, 기재(21)의 영률 및 중간층(40)의 영률보다 낮다. 이 때문에, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)은, 패널(3), 기재(21) 및 중간층(40)의 변형에 의해 발생한 패널(3)과 중간층(40)과의 상대 위치의 변화나 기재(21)와 중간층(40)과의 상대 위치의 변화에 유연하게 추종할 수 있다. 이 때문에, 패널(3), 기재(21) 및 중간층(40)의 변형에 기인하는 전단력이 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)에 부여되어도, 이러한 전단력을 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 내부에서 적절하게 흡수·완화할 수 있다.
또한, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)이 아크릴계 점착제를 함유하는 경우에는, 광학 성능(투과성, 굴절률의 적정화 등)을 확보하면서, 패널(3), 기재(21) 및 중간층(40)의 변형에 의해 발생한 패널(3)과 중간층(40)과의 상대 위치의 변화나 기재(21)와 중간층(40)과의 상대 위치의 변화에 유연하게 추종할 수 있다.
이어서, 본 발명자가 실시한 시뮬레이션에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 5는, 본 발명자가 실시한 시뮬레이션의 모델을 나타내는 분해도이다.
도 6은, 본 시뮬레이션의 모델의 각 부재를 정리한 표이다.
도 7은, 본 시뮬레이션의 구속 조건을 설명하는 도이다.
도 8은, 본 시뮬레이션의 결과의 일례를 정리한 표이다.
도 9은, 비교예와 관련된 모델을 나타내는 분해도이다.
도 7의 (a)는, 시뮬레이션에 이용한 영역을 나타내는 평면도이다. 도 7의 (b)는, 시뮬레이션에 이용한 4분의 1의 모델을 나타내는 사시도이다.
본 발명자는, 본 실시 형태와 관련된 정전 용량식 센서(1)에 관한 시뮬레이션을 실시했다. 즉, 정전 용량식 센서(1)의 주위의 환경 온도를 20℃로부터 95℃로 상승시켰을 때에, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)에 가해지는 응력을 시뮬레이션에 의해 확인했다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 시뮬레이션에 이용한 정전 용량식 센서(1)의 모델(1A)은, 센서 기판(2)과, 패널(3)과, 중간층(40)과, 제 1 점착층(31)과, 제 2 점착층(32)을 구비한다. 모델(1A)의 각 부재의 재료, 두께(밀리미터: ㎜), 영률(파스칼: Pa), 푸아송비 및 선팽창계수(/℃)는, 도 6에 나타낸 표와 같다.
즉, 패널(3)의 재료는, 폴리카보네이트(PC)이다. 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 재료는, 아크릴계 점착제이다. 중간층(40)의 재료는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이다. 센서 기판(2)의 기재(21)의 재료는, SiO2이다.
패널(3)의 두께는, 1㎜이다. 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각의 두께는, 0.1㎜이다. 중간층(40)의 두께는, 0.05㎜이다. 기재(21)의 두께는, 0.7㎜이다.
중간층(40)의 선팽창계수(2×10-5)는, 기재(21)의 선팽창계수(8×10-6)보다 크고, 패널(3)의 선팽창계수(7×10-5)보다 작다. 중간층(40)의 영률(6.2×109)은, 기재(21)의 영률(8.01×1010)보다 낮고, 패널(3)의 영률(2.45×109)보다 높다. 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각의 영률(9.9×105)은, 패널(3)의 영률(2.45×109), 기재(21)의 영률(8.01×1010) 및 중간층(40)의 영률(6.2×109)보다 낮다.
또한, 본 시뮬레이션에 있어서, 패널(3) 혹은 기재(21)의 주면의 법선을 따른 방향을 Z방향으로 한다. 또한, 패널(3) 혹은 기재(21)의 주면을 따른 방향의 하나를 X방향으로 하고, Z방향 및 X방향에 수직인 방향을 Y방향으로 한다.
도 7의 (a)에 나타낸 영역(A11)과 같이 , 정전 용량식 센서(1)의 4분의 1의 모델(1A)을 이용하여 시뮬레이션을 실시했다. 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 본 시뮬레이션에서는, 센서 기판(2)의 기재(21)를 Z방향에 대하여 구속했다. 또한, 영역(A11)의 Y방향을 따른 절단면(13A)을 X방향에 대하여 대칭 구속했다. 또한, 영역(A11)의 X방향을 따른 절단면(13B)을 Y방향에 대하여 대칭 구속했다.
이상과 같은 각 부재 및 구속의 조건하에서, 각 부재의 열팽창에 의한 휨을 억제하면서, 환경 온도를 20℃로부터 95℃로 상승시켜 온도 부하를 모델(1A)에 부여했다. 또한, 열팽창은 발생하는 것으로 했다. 본 시뮬레이션의 결과의 일례는, 도 8에 나타낸 표와 같다.
즉, 제 1 점착층(31)에 가해지는 최대 응력은, 0.785MPa이었다. 제 2 점착층(32)에 가해지는 최대 응력은, 0.670MPa이었다. 한편, 비교예와 관련된 정전 용량식 센서의 모델(1B)(도 9 참조)에서는, 점착층(31A)에 가해지는 최대 응력은, 0.892MPa이었다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 비교예와 관련된 정전 용량식 센서의 모델(1B)은, 센서 기판(2)과, 패널(3)과, 점착층(31A)을 구비한다. 즉, 비교예와 관련된 정전 용량식 센서의 모델(1B)은, 중간층을 구비하고 있지 않다. 이 때문에, 센서 기판(2)과, 패널(3)과의 사이에는, 1층의 점착층(31A)이 마련되어 있다. 즉, 점착층(31A)의 기능은, 분단되어 있지 않다. 비교예의 모델(1B)에 있어서의 센서 기판(2)의 기재, 패널(3) 및 점착층(31A)의 각각의 조건은, 도 6에 관하여 상기 서술한 센서 기판(2)의 기재(21), 패널(3) 및 제 1 점착층(31)의 각각의 조건과 동일하다.
본 시뮬레이션의 결과에 의하면, 제 1 점착층(31)에 가해지는 최대 응력(0.785MPa)은, 비교예의 모델(1B)의 점착층(31A)에 가해지는 최대 응력(0.892MPa)과 비교해 12% 감소한다. 또한, 제 2 점착층(32)에 가해지는 최대 응력(0.670MPa)은, 비교예의 모델(1B)의 점착층(31A)에 가해지는 최대 응력(0.892MPa)과 비교해 24.9% 감소한다. 이와 같이, 정전 용량식 센서(1)가 중간층(40)을 구비하고, 중간층(40)이 중간층(40)의 양측에 있어서 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)을 독립적으로 기능시킴으로써, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)에 가해지는 최대 응력을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
이어서, 본 발명자가 실시한 다른 시뮬레이션에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 10은, 본 발명자가 실시한 다른 시뮬레이션의 모델의 각 부재를 정리한 표이다.
도 11은, 본 시뮬레이션의 결과의 일례를 정리한 표이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 본 시뮬레이션에서는, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각의 두께는, 0.4㎜이다. 그 밖의 각 부재의 두께는, 도 5~도 9에 관하여 상기 서술한 시뮬레이션에 있어서의 각 부재의 두께와 동일하다. 또한, 각 부재의 재료, 영률, 푸아송비 및 선팽창계수는, 도 5~도 9에 관하여 상기 서술한 시뮬레이션에 있어서의 각 부재의 재료, 영률, 푸아송비 및 선팽창계수와 동일하다. 또한, 구속 조건은, 도 5~도 9에 관하여 상기 서술한 시뮬레이션에 있어서의 구속 조건과 동일하다. 즉, 본 시뮬레이션은, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각의 두께의 점에 있어서, 도 5~도 9에 관하여 상기 서술한 시뮬레이션과는 상이하다.
본 시뮬레이션의 결과의 일례는, 도 11에 나타낸 바와 같다. 즉, 제 1 점착층(31)에 가해지는 최대 응력은, 0.320MPa이었다. 제 2 점착층(32)에 가해지는 최대 응력은, 0.257MPa이었다. 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각의 두께가 보다 두꺼워짐으로써, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)은, 패널(3)과, 중간층(40)과, 센서 기판(2)의 기재(21)와의 변형을 보다 흡수할 수 있다. 이 때문에, 환경 온도가 변화되었을 때에 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)에 가해지는 응력을 억제할 수 있다.
본 시뮬레이션의 결과에 의하면, 제 1 점착층(31)에 가해지는 최대 응력(0.320MPa)은, 비교예의 모델(1B)의 점착층(31A)에 가해지는 최대 응력(0.892MPa)과 비교해 64.1% 감소한다. 또한, 제 2 점착층(32)에 가해지는 최대 응력(0.257MPa)은, 비교예의 모델(1B)의 점착층(31A)에 가해지는 최대 응력(0.892MPa)과 비교해 71.2% 감소한다. 이와 같이, 정전 용량식 센서(1)가 중간층(40)을 구비하고, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)의 각각의 두께가 보다 두꺼워지면, 제 1 점착층(31) 및 제 2 점착층(32)에 가해지는 최대 응력을 보다 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
이상, 본 실시 형태 및 그 적용예를 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 서술한 각 실시 형태 또는 그 적용예에 대하여, 당업자가 적절히, 구성 요소의 추가, 삭제, 설계 변경을 행한 것이나, 각 실시 형태의 특징을 적절히 조합시킨 것도, 본 발명의 요지를 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 함유된다.
예를 들면, 상기의 실시 형태에서는, 가식층(9)은, 패널(3)의 이면(3b)에 있어서의 비검출 영역(25)에 위치하는 부분 전체에 마련되고, 비검출 영역(25) 전체가 차광된 상태로 되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 패널(3)의 이면(3b)의 비검출 영역(25)에 위치하는 부분에는, 가식층(9)이 마련되어 있지 않은 부분이 있어도 된다. 또한, 가식층(9)은, 패널(3)의 이면(3b)에 마련되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 패널(3)과 기재(21)와의 사이에 위치하고 있으면 된다. 예를 들면, 제 1 점착층(31) 내에 매설되어 있어도 된다.
1 정전 용량식 센서
1A 모델
1B 모델
2 센서 기판
3 패널
3a 조작면
3b 주면(이면)
4 제 1 투명 전극
5 제 2 투명 전극
6 배선부
7 연결부
8 제 1 전극
9 가식층
10 브리지 배선
11 검출 영역
12 제 2 전극
13A 절단면
13B 절단면
A11 영역
16 접속 배선
20 절연층
20a 표면
21 기재
21a 주면(표면)
25 비검출 영역
27 외부 접속부
31 제 1 점착층
31A 점착층
32 제 2 점착층
40 중간층
51 표시 장치
52 케이싱
C1 절단면
C2 절단면
F 손가락

Claims (5)

  1. 투광성을 가지며 일방의 주면이 조작면이 되는 수지제의 패널과,
    상기 패널의 상기 조작면과는 반대측의 주면에 대향 배치되며, 유리제의 기재와 상기 기재 중 적어도 일방의 주면에 마련된 투명 전극을 가지는 센서 기판과,
    상기 패널과 상기 센서 기판과의 사이에 마련되어 투광성을 가지는 중간층과,
    상기 패널과 상기 중간층과의 사이에 마련되어 상기 패널과 상기 중간층을 접합하는 제 1 점착층과,
    상기 센서 기판과 상기 중간층과의 사이에 마련되어 상기 센서 기판과 상기 중간층을 접합하는 제 2 점착층을 구비하고,
    상기 중간층은, 수지를 포함하는 재료에 의해 형성되며,
    상기 중간층의 선팽창계수는, 상기 기재의 선팽창계수보다 크고, 상기 패널의 선팽창계수보다 작은 것을 특징으로 하는 정전 용량식 센서.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간층의 영률은, 상기 기재의 영률보다 낮고, 상기 패널의 영률보다 높은 것을 특징으로 하는 정전 용량식 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 점착층 및 상기 제 2 점착층의 각각의 영률은, 상기 패널의 영률, 상기 기재의 영률 및 상기 중간층의 영률보다 낮은 것을 특징으로 하는 정전 용량식 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 점착층 및 상기 제 2 점착층은, 아크릴계 점착제를 함유하는 것을 특징으로 하는 정전 용량식 센서.
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