WO2014045562A1

WO2014045562A1 - 静電容量式センサ

Info

Publication number: WO2014045562A1
Application number: PCT/JP2013/005474
Authority: WO
Inventors: 萩原　康嗣
Original assignee: アルプス電気株式会社
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-03-27
Also published as: JP2015222456A

Abstract

【課題】一様な透過率を実現すると共に、歩留まりや生産性を向上可能な静電容量式センサを提供すること。【解決手段】複数の導電部（１１２ａ）の静電容量の変化に基づいて被検出体の近接位置を検出する静電容量式センサ（１）であって、基板（１１１）の片側主面（１１１ａ）に、複数の導電部と、複数の導電部を相互に絶縁する絶縁部（１１２ｂ）と、を有する単一の機能膜（１１２）が設けられた構成とした。この構成によれば、複数の導電部と、複数の導電部を相互に絶縁する絶縁部とを単一の機能膜で実現しているので、導電部の透過率が他の部分と比較して大幅に低下することはなくなり、一様な透過率を実現できる。また、導電部のエッジ部分に段差が生じないので、エッジ部分からのピーリングを防止でき、歩留まりや生産性を向上可能である。

Description

静電容量式センサ

　本発明は、電極の静電容量変化に基づいて被検出体の位置検出を行う静電容量式センサに関する。

　電極の静電容量変化に基づいて、指先などの被検出体の近接位置を２次元的に検出する静電容量式センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この静電容量式センサは、第１軸方向に配列される第１電極と、第１電極と絶縁されて交差する第２電極とを備えている。この第１電極及び第２電極に被検出体が近接すると、静電容量は変化するので、静電容量の変化した第１電極と第２電極との組を検出することで、被検出体の近接位置を特定できる。

特開平３－２８９７１５号公報

　ところで、静電容量式センサは、液晶パネルなどの表示デバイスと重ねた状態で使用できるように、ある程度の透光性を要求される場合がある。このため、静電容量式センサには、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明な導電膜をエッチングでパターン加工した透明電極が用いられている。

　しかしながら、このようにパターン加工された透明電極の導電膜がある部分は、導電膜が除去された部分と比較して透過率が低くなるので、重ねて使用される表示デバイスの視認性が低下して文字入力や画面操作などに支障をきたす恐れがある。また、パターン加工で形成された透明電極のエッジ部分からピーリングが生じ、静電容量式センサの歩留まりや生産性が低下してしまう恐れもある。

　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、一様な透過率を実現すると共に、歩留まりや生産性を向上可能な静電容量式センサを提供することを目的とする。

　本発明の静電容量式センサは、複数の導電部の静電容量の変化に基づいて被検出体の近接位置を検出する静電容量式センサであって、基板の片側主面に、前記複数の導電部と、前記複数の導電部を相互に絶縁する絶縁部と、を有する単一の機能膜が設けられたことを特徴とする。

　この構成によれば、複数の導電部と、複数の導電部を相互に絶縁する絶縁部とを単一の機能膜で実現しているので、導電部の透過率が他の部分と比較して大幅に低下することはなくなり、一様な透過率を実現できる。また、導電部のエッジ部分に段差が生じないので、エッジ部分からのピーリングを防止でき、歩留まりや生産性を向上可能である。また、センサをフレキシブルな材料で構成した場合でも、変形に伴うピーリングを防止できる。

　本発明の静電容量式センサにおいて、前記機能膜は、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）を含んでいても良い。この構成によれば、複数の導電部と、複数の導電部を相互に絶縁する絶縁部とを、単一の機能膜により適切に形成できる。

　本発明の静電容量式センサにおいて、前記基板は、前記機能膜と共に曲面形状を有しても良い。この構成によれば、基板が曲面形状を有するので、操作感やデザイン性を高めたデバイスを実現できる。また、複数の導電部と、複数の導電部を相互に絶縁する絶縁部とを単一の機能膜で実現しているので、基板が曲面形状に湾曲されても、導電部のエッジ部分からのピーリングを防止できる。

　本発明によれば、一様な透過率を実現すると共に、歩留まりや生産性を向上可能な静電容量式センサを提供できる。

本実施の形態に係る静電容量式センサの外形を示す模式図である。本実施の形態に係る静電容量式センサの電極構成を示す平面模式図である。本実施の形態に係る静電容量式センサの回路ブロック図である。本実施の形態に係る静電容量式センサの製造方法を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂは、静電容量式センサの製造に用いられる基板を示し、図４Ｃ及び図４Ｄは、基板に機能膜が形成された様子を示し、図４Ｅ及び図４Ｆは、導電部及び絶縁部が形成された様子を示す。本実施の形態に係る静電容量式センサの製造方法を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂは、引き回し用配線が形成された様子を示し、図５Ｃは、基板に加飾パターンが追加された様子を示す。

　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る静電容量式センサの構成について説明する。なお、本実施の形態では説明の便宜上、簡略化された静電容量式センサについて説明するが、静電容量式センサに必要な構成は不足なく備えるものとする。また、各図においては、電極などの透明な構成を不透明に表現する場合がある。

　図１は、本実施の形態に係る静電容量式センサの外形を示す模式図であり、図２は、本実施の形態に係る静電容量式センサの電極構成を示す平面模式図であり、図３は、本実施の形態に係る静電容量式センサの回路ブロック図である。図１に示すように、静電容量式センサ１は、センサ本体１１と、センサ本体１１の外周部に接続されたフレキシブルプリント基板１２とを有している。

　図１及び図２に示すように、センサ本体１１は、センサ本体１１の外形を構成する基板１１１を備えている。基板１１１は、透光性を有する樹脂で形成されており、曲面形状に湾曲されている（図１）。基板１１１の片側主面（図１における基板１１１の裏側の表面）１１１ａには、静電容量式センサ１の検出用電極として機能する複数の導電部１１２ａがストライプ状に配列されている。

　複数の導電部１１２ａは、いずれも平面形状が略長方形となるように形成されており、隣接する導電部１１２ａとの間隔が一定となるように互いに略平行に配列されている。各導電部１１２ａは、導電性を有し、絶縁部１１２ｂによって相互に絶縁されている。また、導電部１１２ａ及び絶縁部１１２ｂは透光性を有し、静電容量式センサ１と重ねて使用される表示デバイス（不図示）の表示を視認できるようになっている。この導電部１１２ａに指先などの被検出体（不図示）が近接すると、導電部１１２ａの静電容量は変化する。これを利用して、被検出体の近接位置を特定できる。

　本実施の形態の静電容量式センサ１において、複数の導電部１１２ａ及び絶縁部１１２ｂは、単一の機能膜１１２で構成されている。このように、静電容量式センサ１の電極となる複数の導電部１１２ａと、複数の導電部１１２ａを相互に絶縁する絶縁部１１２ｂとを単一の機能膜１１２で実現することにより、導電部１１２ａのエッジ部分に段差が生じることはなくなる。このため、エッチングでパターン加工する場合のように、導電部１１２ａの透過率が大幅に低下することはなく、また、導電部１１２ａのエッジ部分からのピーリングも防止できる。

　機能膜１１２は、例えば、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）などの導電性を有する透明樹脂を用いて形成される。ＰＥＤＯＴは、過酸化処理されると絶縁化されるという特徴を有している。このため、ＰＥＤＯＴを含有する機能膜１１２を、部分的に過酸化することで、エッチングなどの方法を用いることなく、導電部１１２ａと絶縁部１１２ｂとを作り分けることができる。

　各導電部１１２ａの両端部には、それぞれ、引き回し用配線１１４の一端部が接続されている。引き回し用配線１１４の他端部は、フレキシブルプリント基板１２に設けられた配線（不図示）と接続されている。フレキシブルプリント基板１２には、導電部１１２ａの静電容量の変化を検出する検出用ＩＣ１３、及び検出用ＩＣ１３から出力される検出信号を処理するマイクロプロセッサ１４が搭載されている。

　図３に示すように、導電部１１２ａの静電容量の変化は、検出用ＩＣ１３で電気信号として検出される。検出用ＩＣ１３の検出結果は、マイクロプロセッサ１４に入力されて信号処理される。マイクロプロセッサ１４で処理された信号は、後段の外部装置２に入力される。

　この静電容量式センサ１のセンサ本体１１に、指先などの被検出体が近接すると、導電部１１２ａの静電容量は変化する。静電容量の変化は、導電部１１２ａの配列方向（導電部１１２ａの長手方向に垂直な方向）において、被検出体に最も近い導電部１１２ａで最大となる。このため、複数の導電部１１２ａの静電容量の変化を検出用ＩＣ１３で検出し、マイクロプロセッサ１４で比較することにより、導電部１１２ａの配列方向における被検出体の位置を特定できる。例えば、隣接する２本の導電部１１２ａの間に被検出体が位置付けられる場合には、隣接する２本の導電部１１２ａの静電容量の変化の比から被検出体の位置を特定できる。

　一方、導電部１１２ａの長手方向における被検出体の位置は、導電部１１２ａの電気抵抗を利用して特定される。導電部１１２ａの両端部には、それぞれ、引き回し用配線１１４が接続されており、導電部１１２ａの静電容量は、両端部のいずれからも検出できるようになっている。導電部１１２ａは所定の電気抵抗を有しているので、導電部１１２ａの両端部でそれぞれ検出される検出量の比は、被検出体の位置に応じて変化する。このため、導電部１１２ａの両端部で検出される検出量の比に基づいて、被検出体の位置を特定できる。マイクロプロセッサ１４から出力される被検出体の位置情報を含む信号は、後段の外部装置２で任意に利用される。

　図４及び図５を参照して、本実施の形態に係る静電容量式センサ１の製造方法を説明する。図４Ａは、静電容量式センサ１の製造に用いられる基板１１１を示す平面模式図であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ－ＩＶＢ矢視断面図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本実施の形態に係る静電容量式センサの製造方法では、まず、センサ本体１１の外形を構成する基板１１１を用意する。基板１１１は、例えば、ＰＥＴ、アクリル、ポリカーボネートなどの透光性を有する樹脂によって形成されており、曲面形状に湾曲可能となっている。

　この基板１１１の片側主面１１１ａに、導電部１１２ａ及び絶縁部１１２ｂとなる機能膜１１２を形成する。図４Ｃは、基板１１１に機能膜１１２が形成された様子を示す平面模式図であり、図４Ｄは、図４ＣのＩＶＤ－ＩＶＤ矢視断面図である。機能膜１１２は、例えば、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸）の水溶液を塗布することで形成される。このようにして形成されるＰＥＤＯＴを含有する機能膜１１２は、導電性と透光性とを併せ備えている。

　ここで、機能膜１１２に含有されるＰＥＤＯＴは、下記式（１）で表される。

　このＰＥＤＯＴを過酸化すると、下記式（２）のようなチオフェン環の開環反応が生じて絶縁化される。このため、ＰＥＤＯＴを含有する機能膜１１２を過酸化することにより、機能膜１１２を絶縁化できる。

　図４Ｅは、導電部１１２ａ及び絶縁部１１２ｂが形成された様子を示す平面模式図であり、図４Ｆは、図４ＥのＩＶＦ－ＩＶＦ矢視断面図である。基板１１１の片側主面１１１ａに機能膜１１２が形成された後には、機能膜１１２の所望領域を、例えば、マスク配置により選択的に過酸化させ、複数の導電部１１２ａ及び絶縁部１１２ｂを形成する。これにより、基板１１１は、複数の導電部１１２ａ及び絶縁部１１２ｂを有する単一の機能層１１２が片側主面１１１ａに設けられた状態となる。

　次に、導電部１１２ａと接続される引き回し用配線１１４を形成する。図５Ａは、引き回し用配線１１４が形成された様子を示す平面模式図であり、図５Ｂは、図５ＡのＶＢ－ＶＢ矢視断面図である。引き回し用配線１１４は、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、モリブデン、カーボンなどの導電性材料を用いて、スクリーン印刷、蒸着などの方法で形成される。また、引き回し用配線１１４は、一端が導電部１１２ａと接触し、残りの大部分は絶縁部１１２ｂと重なるように形成される。

　各導電部１１２ａには、導電部１１２ａの長手方向の両端部に対応して、それぞれ２本の引き回し用配線１１４が設けられる。各導電部１１２ａの両端部に接続される２本の引き回し用配線１１４は、複数の導電部１１２ａの長手方向の中心を結ぶ直線に対して略対称となるように形成される。つまり、２本の引き回し用配線１１４は、互いに略線対称となるように形成される。その結果、１本の導電部１１２ａに接続される２本の引き回し用配線１１４のインピーダンスは略等しくなり、１本の導電部１１２ａの両端部から同じ条件で静電容量を検出できる。なお、引き回し用配線１１４が非対称であっても、導電部１１２ａや引き回し用配線１１４の導電性に差を設けることで、静電容量を検出する際の非対称の影響を小さくできる。

　その後、基板１１１の引き回し用配線１１４が形成された領域を加飾する。図５Ｃは、基板１１１に加飾パターン１１５が追加された様子を示す平面模式図である。この工程では、スクリーン印刷などの方法で基板１１１に加飾パターン１１５が形成される。加飾パターン１１５により、基板１１１に形成された引き回し用配線１１４は覆い隠される。以上により、基板１１１の表面の加工が終了する。

　基板１１１の表面の加工が終了すると、次に、インサート成形などの方法で基板１１１の外形を変形させる。これにより、曲面状に湾曲された外形形状を有するセンサ本体１１が実現される（図１参照）。機能膜１１２や引き回し用配線１１４などの各構成は、基板１１１と共に湾曲される。

　センサ本体１１の外形形状が形成された後には、ＨＣ塗工や外形加工など経て、センサ本体１１にフレキシブルプリント基板１２が接続される（図１参照）。以上の工程により、複数の導電部１１２ａと絶縁部１１２ｂとを有する単一の機能膜１１２を備えた静電容量式センサ１が製造される。

　本実施の形態に係る静電容量式センサ１は、複数の導電部１１２ａと、複数の導電部１１２ａを相互に絶縁する絶縁部１１２ｂとを単一の機能膜１１２で実現しているので、導電部１１２ａの透過率が他の部分と比較して大幅に低下することはなくなり、一様な透過率を実現できる。その結果、重ねて使用される表示デバイスの視認性を高めることができる。また、導電部１１２ａのエッジ部分に段差が生じないので、エッジ部分からのピーリングを防止して歩留まりや生産性を向上可能である。

　また、本実施の形態に係る静電容量式センサ１において、機能膜１１２は、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）を含んでいるので、複数の導電部１１２ａと、複数の導電部１１２ａを相互に絶縁する絶縁部１１２ｂとを、単一の機能膜１１２により適切に形成できる。

　また、本実施の形態に係る静電容量式センサ１において、基板１１１は、機能膜１１２と共に曲面形状を有しているので、操作感やデザイン性を高めたデバイスを実現できる。また、複数の導電部１１２ａと、複数の導電部１１２ａを相互に絶縁する絶縁部１１２ｂとを単一の機能膜１１２で実現しているので、基板１１１が曲面形状に湾曲されても、導電部１１２ａのエッジ部分からのピーリングを防止できる。

　なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、その効果が発揮される態様で適宜変更して実施できる。例えば、上記実施の形態においては、導電部がストライプ状に配列された静電容量式センサを示したが、導電部の構成は特に限定されない。例えば、絶縁膜を間に挟むように２層の機能膜を設け、各機能膜に形成される導電部の長手方向が交差するようにしても良い。

　また、上記実施の形態においては、湾曲された外形形状を有する静電容量式センサを示しているが、静電容量式センサは平坦な外形を有していても良い。この場合、基板の外形を変形させる工程は不要となる。また、上記実施の形態においては、フレキシブルプリント基板に検出用ＩＣ及びマイクロプロセッサが搭載された静電容量式センサを示しているが、検出用ＩＣ及びマイクロプロセッサはセンサ本体に実装されても良いし、静電容量式センサの外部に設けられても良い。

　本発明の静電容量式センサは、例えば、指先などの接触位置に基づいて各種入力を行う入力デバイスとして有用である。

　１　静電容量式センサ
　２　外部装置
　１１　センサ本体
　１２　フレキシブルプリント基板
　１３　検出用ＩＣ
　１４　マイクロプロセッサ
　１１１　基板
　１１１ａ　片側主面
　１１２　機能膜
　１１２ａ　導電部
　１１２ｂ　絶縁部
　１１４　引き回し用配線
　１１５　加飾パターン

Claims

　複数の導電部の静電容量の変化に基づいて被検出体の近接位置を検出する静電容量式センサであって、
　基板の片側主面に、前記複数の導電部と、前記複数の導電部を相互に絶縁する絶縁部と、を有する単一の機能膜が設けられたことを特徴とする静電容量式センサ。
　前記機能膜は、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）を含むことを特徴とする請求項１記載の静電容量式センサ。
　前記基板は、前記機能膜と共に曲面形状を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電容量式センサ。