JP2011022659A - 静電容量型入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明性を向上させ、抵抗値を抑制して大型の製品にも搭載可能な静電容量型入力装置を提供する。
【解決手段】基板１に形成される第一の電極パターン１０と、第一の電極パターン１０と直交する第二の電極パターン１０Ａを備え、第一、第二の電極パターン１０・１０Ａと指の接触に伴う静電容量の変化を検出する装置で、第一の電極パターン１０を、間隔をおいて並ぶ複数の電極１１と、隣接する電極１１間を導通接続する導電ライン１２とから構成し、第二の電極パターン１０Ａを、間隔をおいて並ぶ複数の電極１１Ａと、隣接する電極１１Ａ間に位置して導電ライン１２を跨ぐ絶縁被覆膜１３と、絶縁被覆膜１３に積層されて複数の電極１１Ａ間を導通接続する導電ライン１２Ａとから構成する。少なくとも導電ライン１２・１２Ａを、導電ポリマー、金属ナノワイヤ、あるいはカーボンナノチューブを含有する透明の導電材料でそれぞれ形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、家電製品、カメラ機器、携帯機器、情報機器、自動車機器等に設置される静電容量型入力装置に関するものである。

ディスプレイやカーナビゲーション装置等には、光透過性の静電容量型入力装置が設置されるが、この種の静電容量型入力装置は、図示しない光透過性の基板上に複数形成される第一の電極パターンと、基板上に複数形成されて第一の電極パターンと直交する第二の電極パターンとを備え、ディスプレイやカーナビゲーション装置等に設置されており、第一、第二の電極パターンと指との接触に伴う静電容量の変化を検出し、所定の機能を実現する。

第一、第二の電極パターンは、ディスプレイやカーナビゲーション装置等の視覚的な把握に支障を来たさないよう、上下一対のＩＴＯ膜の間にシリコン酸化膜が介在した積層膜によりそれぞれ形成され、光透過性が付与されている（特許文献１参照）。

特開２００８‐３１０５５０号公報

従来における静電容量型入力装置は、以上のように構成され、第一、第二の電極パターンが一対のＩＴＯ膜の間にシリコン酸化膜が介在した積層膜によりそれぞれ形成されているので、既存の入力装置よりも透明性が高いものの、未だ十分ではなく、ディスプレイやカーナビゲーション装置等の視覚的な把握に支障を来たすおそれが考えられる。また、抵抗値が高いので、大型ディスプレイ等の家電製品に搭載することが困難であるという問題がある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、透明性を向上させ、抵抗値を抑制して大型の製品にも搭載可能な静電容量型入力装置を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、基板に形成される第一の電極パターンと、基板に形成されて第一の電極パターンと交差する第二の電極パターンとを備え、第一、第二の電極パターンと導電体との接触に伴う静電容量の変化を検出する装置であって、
第一の電極パターンは、間隔をおいて並ぶ複数の電極と、隣接する複数の電極間を電気的に接続する導電ラインとを含み、
第二の電極パターンは、間隔をおいて並ぶ複数の電極と、隣接する複数の電極間に位置して第一の電極パターンの導電ラインを覆う絶縁被覆膜と、この絶縁被覆膜を被覆して複数の電極間を電気的に接続する導電ラインとを含み、
第一、第二の電極パターンの少なくとも導電ラインを、導電ポリマー、金属ナノワイヤ、あるいはカーボンナノチューブを含有する透明の導電材料によりそれぞれ形成したことを特徴としている。

なお、第一の電極パターンを、銀ナノワイヤを含有する透明の導電材料により形成し、第二の電極パターンの複数の電極と導電ラインとを、銀ナノワイヤを含有する透明の導電材料によりそれぞれ形成するとともに、第二の電極パターンの絶縁被覆膜を、透明の絶縁材料により形成することができる。
また、第一、第二の電極パターンの電極をそれぞれ平面略菱形に形成し、第一の電極パターンの電極と第二の電極パターンの電極とを隙間をおいて隣接させることができる。

ここで、特許請求の範囲における第一の電極パターンは、Ｘ方向あるいはＹ方向に向けられる。第二の電極パターンは、第一の電極パターンの向きに応じ、Ｙ方向あるいはＸ方向に向けられる。この第一、第二の電極パターンの電極は、平面円形、矩形、多角形、菱形等に適宜形成することができる。また、金属ナノワイヤとしては、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ロジウム、パラジウム、カドミウム、イリジウム、金、白金、銀製等のナノワイヤがあげられる。

本発明に係る静電容量型入力装置を製造する場合には、基板に第一の電極パターン用の導電材料を形成して乾燥硬化させ、この導電材料をエッチングして透明の第一の電極パターンを形成するとともに、導電材料の不要部分を除去する工程と、
基板に第二の電極パターン用の導電材料を形成して乾燥硬化させ、この導電材料をエッチングして第二の電極パターンの透明の電極を複数形成するとともに、導電材料の不要部分を除去し、第二の電極パターンの複数の電極間に絶縁被覆膜用の絶縁材料を塗布することにより、第一の電極パターンの導電ラインを覆う透明の絶縁被覆膜を形成する工程と、
第二の電極パターンの電極から絶縁被覆膜にかけて第二の電極パターン用の導電材料を積層して乾燥硬化させた後、導電材料をエッチングして第二の電極パターンの導電ラインを形成する工程とを具備すると良い。

また、本発明に係る静電容量型入力装置の製造に際しては、基板上に第一、第二の電極パターン用の導電材料をそれぞれ形成して乾燥硬化させ、エッチングにより透明の第一の電極パターンを形成して導電材料の不要部分を除去するとともに、第二の電極パターンの透明の電極を複数形成して導電材料の不要部分を除去し、
第二の電極パターンの複数の電極間に絶縁被覆膜用の絶縁材料を塗布することにより、第一の電極パターンの導電ラインを跨ぐ透明の絶縁被覆膜を形成し、
絶縁被覆膜上に第二の電極パターン用の導電材料を積層して乾燥硬化させた後、導電材料をエッチングして第二の電極パターンの導電ラインを形成するようにしても良い。

本発明によれば、第一の電極パターンと第二の電極パターンの大部分とを、導電ポリマー、金属ナノワイヤ、あるいはカーボンナノチューブを含有する透明の導電材料により形成するので、優れた透光性を得ることができる。特に、銀ナノワイヤ含有の透明の材料を選択して形成すれば、ディスプレイやカーナビゲーション装置等の視覚的な把握に支障を来たすおそれを払拭することができる。また、第一、第二の電極パターンの抵抗値を抑制することができるので、小型製品の他、大型製品にも容易に搭載することが可能となる。

本発明によれば、第一、第二の電極パターンの少なくとも導電ラインを、導電ポリマー、金属ナノワイヤ、あるいはカーボンナノチューブを含有する透明の導電材料によりそれぞれ形成するので、透明性を向上させ、抵抗値を抑制して大型の製品にも搭載可能な静電容量型入力装置を提供することができるという効果がある。

また、第一の電極パターンを、銀ナノワイヤを含有する透明の導電材料により形成し、第二の電極パターンの複数の電極と導電ラインとを、銀ナノワイヤを含有する透明の導電材料によりそれぞれ形成すれば、優れた透明性と低抵抗値、高い屈曲性等を得ることができる。
さらに、第一、第二の電極パターンの電極をそれぞれ平面略菱形に形成し、第一の電極パターンの電極と第二の電極パターンの電極とを隙間をおいて隣接させれば、各電極の面積を拡大して接触する導電体の検出精度を高めることが可能となる。

本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態における第一、第二の電極パターンの一部を模式的に示す平面説明図である。 本発明に係る静電容量型入力装置の実施形態を模式的に示す断面説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明すると、本実施形態における静電容量型入力装置は、図１や図２に示すように、光透過性を有する基板１上の入力領域に複数形成される第一の電極パターン１０と、基板１上の入力領域に複数形成されて第一の電極パターン１０と交差する第二の電極パターン１０Ａとを備え、第一、第二の電極パターン１０・１０Ａと導電体である指先との接触に伴う静電容量の変化を検出する入力装置で、第一、第二の電極パターン１０・１０Ａの複数の交差部をそれぞれジャンパー構造に構成し、各第一、第二の電極パターン１０・１０Ａの少なくとも複数の導電ライン１２・１２Ａを透明の導電材料によりそれぞれ形成するようにしている。

基板１は、周縁部に図示しないフレキシブル回路基板が接続され、このフレキシブル回路基板には、入力位置を検出する図示しない駆動回路が接続されており、この駆動回路と共に入力装置を構成して画像生成装置である液晶装置に搭載される。

複数の第一、第二の電極パターン１０・１０Ａは、基板１の同一面上に直交して配列され、複数の第一の電極パターン１０がＸ方向に配列して伸長形成されるとともに、複数の第二の電極パターン１０ＡがＹ方向に配列して伸長形成されており、所定の電圧が印加されることで均一な電界を形成するよう機能する。複数の第一の電極パターン１０は、隣接する第一の電極パターン１０と第一の電極パターン１０とが僅かな間隔をおいて配置される。複数の第二の電極パターン１０Ａも、隣接する第二の電極パターン１０Ａと第二の電極パターン１０Ａとが僅かな間隔をおいて配置される。

各第一の電極パターン１０は、僅かな間隔をおいて一列に並ぶ複数の電極１１と、Ｘ方向に隣接する複数の電極１１間を導通接続する導電ライン１２とを備えた厚さ１０〜１５０ｎｍ程度の薄いダイヤモンドパターンに形成され、端部にフレキシブル回路基板に接続するための金属配線が接続される。各電極１１は、大面積を確保する観点から平面菱形に形成され、左右方向の隅部に短い導電ライン１２が細長い線条に一体形成される。

各第二の電極パターン１０Ａは、僅かな間隔をおいて一列に並ぶ複数の電極１１Ａと、Ｙ方向に隣接する複数の電極１１Ａ間、すなわち交差部に位置する絶縁被覆膜１３と、導電ライン１２に接触することなく、隣接する複数の電極１１Ａ間を導通接続する導電ライン１２Ａとを備えた厚さ１０〜１５０ｎｍ程度の薄いダイヤモンドパターンに形成され、端部にフレキシブル回路基板に接続するための金属配線が接続される。各電極１１Ａは、大面積を確保する観点から平面菱形に形成され、第一の電極パターン１０の電極１１の斜辺に僅かな隙間を介して隣接する。

各絶縁被覆膜１３は、例えば透明のアクリル樹脂等からなる絶縁材料を用いて断面略Ｕ字形の細長い線条に形成され、第一の電極パターン１０の導電ライン１２の表面を被覆して跨ぐよう形成されており、導電ライン１２・１２Ａの接触を規制するよう機能する。また、各導電ライン１２Ａは、断面略Ｕ字形の細長い線条に形成され、絶縁被覆膜１３の表面に積層されて電極１１Ａの前後方向の隅部に一体形成される。

導電材料は、透明の導電ポリマー、金属ナノワイヤ、あるいはカーボンナノチューブを含有する透明の材料により調製される。金属ナノワイヤの形状や大きさは、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡で把握される。この金属ナノワイヤの製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば溶液中で硝酸銀を還元する方法、前駆体表面にプローブの先端部から印加電圧、又は電流を作用させ、プローブ先端部で金属ナノワイヤをひき出し、金属ナノワイヤを連続的に形成する方法等があげられる。

溶液中で硝酸銀を還元する方法としては、金属複合化ペプチド脂質からなるナノファイバーを還元する方法、エチレングリコール中で加熱しながら還元する方法、クエン酸ナトリウム中で還元する方法等があげられる。これらの中でも、入手が最も容易なエチレングリコール中で加熱しながら還元する方法が好ましい。また、カーボンナノチューブとしては、特に限定されるものではなく、いわゆる多層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ等が好適である。但し、最も導電性の高い単層カーボンナノチューブの使用が最適である。

導電材料は、好ましくは優れた透明性と低抵抗を確保する観点から、銀ナノワイヤを含有する透明の材料により調製され、第一の電極パターン１０を形成するとともに、第二の電極パターン１０Ａの複数の電極１１Ａと導電ライン１２Ａとを形成する。銀ナノワイヤは、銀単体のみで好ましくは直線状に形成され、優れた透明性の他、高い屈曲性と電子導電性とを有する。

銀ナノワイヤの短軸方向の長さは、１ｎｍ〜１μｍが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍが良い。これは、短軸方向の長さが大きすぎると透過率が低下し、逆に小さすぎると合成が困難になるからである。また、銀ナノワイヤの長軸方向の長さは、１μｍ〜１ｍｍが好ましく、より好ましくは１０〜１００μｍ以下が良い。これは、長軸方向の長さが短すぎると導電性が低下し、逆に長すぎると取り扱いが困難になるからである。

上記構成において、静電容量型入力装置を製造する場合には、先ず、基板１上に第一の電極パターン１０用の導電材料をスクリーン印刷や塗布することにより薄く積層形成し、この導電材料が乾燥硬化したら、エッチングマスクでエッチングして複数の第一の電極パターン１０を透明に配列形成するとともに、導電材料の不要部分を除去する。

次いで、基板１上に第二の電極パターン１０Ａ用の導電材料をスクリーン印刷や塗布することにより薄く積層形成し、この導電材料の乾燥硬化後、エッチングマスクでエッチングして複数の第二の電極パターン１０Ａの電極１１Ａを透明に配列形成するとともに、導電材料の不要部分を除去する。こうして導電材料の不要部分を除去したら、各第二の電極パターン１０Ａの分断されている複数の電極１１Ａ間に絶縁被覆膜１３用の絶縁材料を薄く塗布して露光現像することで、第一の電極パターン１０の導電ライン１２を跨ぐ透明の絶縁被覆膜１３を形成する。

これらの作業の際、第一の電極パターン１０の形成後に第二の電極パターン１０Ａを形成しても良いが、量産化の観点から、基板１上に第一の電極パターン１０と交差部を除く第二の電極パターン１０Ａの一部とを同時に形成しても良い。

この場合には、基板１上に第一、第二の電極パターン１０・１０Ａ用の導電材料をそれぞれ薄く積層形成して乾燥硬化させ、エッチングして複数の第一の電極パターン１０を透明に配列形成して導電材料の不要部分を除去するとともに、複数の第二の電極パターン１０Ａにおける複数の電極１１Ａを透明に配列形成して導電材料の不要部分を除去し、各第二の電極パターン１０Ａの分断されている複数の電極１１Ａ間に絶縁被覆膜１３用の絶縁材料を薄く塗布して露光現像することで、第一の電極パターン１０の導電ライン１２を跨ぐ透明の絶縁被覆膜１３を形成する。

そして、第二の電極パターン１０Ａの各電極１１Ａの隅部から絶縁被覆膜１３上にかけて第二の電極パターン１０Ａ用の導電材料をスクリーン印刷や塗布することで薄く積層形成し、この導電材料を乾燥硬化させ、その後、エッチングマスクでエッチングして複数の第二の電極パターン１０Ａの導電ライン１２Ａを完全に形成すれば、静電容量型入力装置を製造することができる。

上記において、第一の電極パターン１０と第二の電極パターン１０Ａの少なくとも一部に指先を接触させると、第一、第二の電極パターン１０・１０Ａと指先との間で静電容量が生じ、静電容量が低下するので、第一、第二の電極パターン１０・１０Ａのいずれに指先が触れたかを適切に検出することができる。

上記構成によれば、第一の電極パターン１０と第二の電極パターン１０Ａの大部分とをＩＴＯ膜やシリコン酸化膜で形成するのではなく、透明の導電材料により形成するので、優れた高透過性を得ることができる。特に、導電ポリマー、金属ナノワイヤ、及びカーボンナノチューブ中、最も透光性に優れる銀ナノワイヤからなる材料により形成すれば、ディスプレイやカーナビゲーション装置等の視覚的な把握に支障を来たすおそれを有効に払拭することができ、しかも、第一、第二の電極パターン１０・１０Ａの著しい薄化を図ることができる。

また、第一、第二の電極パターン１０・１０Ａの抵抗値が低くなるので、小型製品の他、大型ディスプレイ等の大型製品にも容易に搭載することができる。さらに、第一、第二の電極パターン１０・１０Ａの電極１１・１１Ａがそれぞれ平面円形等ではなく、占有スペース的に有利な菱形なので、隣接する電極１１・１１Ａと電極１１・１１Ａとの隙間を狭めて検出範囲を大幅に拡大することが可能になる。

１ 基板
１０ 第一の電極パターン
１０Ａ 第二の電極パターン
１１ 電極
１１Ａ 電極
１２ 導電ライン
１２Ａ 導電ライン
１３ 絶縁被覆膜

Claims (3)

1. 基板に形成される第一の電極パターンと、基板に形成されて第一の電極パターンと交差する第二の電極パターンとを備え、第一、第二の電極パターンと導電体との接触に伴う静電容量の変化を検出する静電容量型入力装置であって、
   第一の電極パターンは、間隔をおいて並ぶ複数の電極と、隣接する複数の電極間を電気的に接続する導電ラインとを含み、
   第二の電極パターンは、間隔をおいて並ぶ複数の電極と、隣接する複数の電極間に位置して第一の電極パターンの導電ラインを覆う絶縁被覆膜と、この絶縁被覆膜を被覆して複数の電極間を電気的に接続する導電ラインとを含み、
   第一、第二の電極パターンの少なくとも導電ラインを、導電ポリマー、金属ナノワイヤ、あるいはカーボンナノチューブを含有する透明の導電材料によりそれぞれ形成したことを特徴とする静電容量型入力装置。
2. 第一の電極パターンを、銀ナノワイヤを含有する透明の導電材料により形成し、第二の電極パターンの複数の電極と導電ラインとを、銀ナノワイヤを含有する透明の導電材料によりそれぞれ形成するとともに、第二の電極パターンの絶縁被覆膜を、透明の絶縁材料により形成した請求項１記載の静電容量型入力装置。
3. 第一、第二の電極パターンの電極をそれぞれ平面略菱形に形成し、第一の電極パターンの電極と第二の電極パターンの電極とを隙間をおいて隣接させた請求項１又は２記載の静電容量型入力装置。

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