JP2014222388A - 発光型静電容量式入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元入力が可能な発光型静電容量式入力装置を提供する。【解決手段】本発明の発光型静電容量式入力装置１は、静電容量式のセンサシート１０と、センサシート１０の第１表面側に設けられた導光板２０と、導光板２０の第１側面の近傍に設けられた光源３０とを具備し、センサシート１０と導光板２０との間に空隙Ｂが形成され、導光板の、センサシート１０と反対側の面に金属層４０が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、入力する部分が発光する発光型の静電容量式入力装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータ、携帯型端末、通信機器、オフィス事務機器等において、静電容量式タッチセンサを具備する入力装置が広く使用されている。静電容量式タッチセンサを具備する入力装置としては、静電容量式タッチセンサの裏面側に導光板を配置し、該導光板の近傍に光源を配置した発光型静電容量式入力装置が使用されることがある（特許文献１）。

特開２０１２−２３８１２９号公報

従来の発光型静電容量式入力装置は二次元入力のものしか知られていなかった。近年、静電容量式入力装置は様々な用途に普及しているが、三次元入力が可能になれば益々用途が広がると推測される。しかし、これまでに、三次元入力が可能な発光型の静電容量式入力装置は知られていなかった。
そこで、本発明は、三次元入力が可能な発光型静電容量式入力装置を提供することを目的とする。

本発明の発光型静電容量式入力装置は、静電容量式のセンサシートと、該センサシートの第１表面側に設けられた導光板と、該導光板の第１側面の近傍に設けられた光源とを具備し、前記センサシートと前記導光板との間に空隙が形成され、前記導光板の、前記センサシートと反対側の面に金属層が設けられている。
本発明の発光型静電容量式入力装置においては、前記センサシートと前記導光板との間隔が０．０２〜０．５ｍｍであることが好ましい。

本発明の発光型静電容量式入力装置は、三次元入力が可能である

本発明の発光型静電容量式入力装置の一実施形態を示す平面図である。 本発明の発光型静電容量式入力装置の一実施形態を示す断面図である。 図１の発光型静電容量式入力装置の使用例を示す断面図である。

本発明の発光型静電容量式入力装置（以下、「入力装置」と略す。）の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の入力装置１は、センサシート１０と導光板２０と光源３０と金属層４０と基材層５０と前面保護層６０と遮光層７０とを具備する。また、入力装置１の入力操作面となる前面１ａには、スイッチとして機能する四角形状の入力部Ａが複数形成されている。
本実施形態の入力装置１における前面１ａは矩形状にされている。本明細書では、前面１ａの長手方向をＸ方向、前面１ａの短手方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直な方向をＺ方向とする。また、「前面」は、入力者が入力操作のために指を接触させる面であり、「裏面」は「前面」と反対側の面である。

センサシート１０は、静電容量式のセンサシートである。
静電容量式のセンサシートは、Ｘ方向に沿って形成されたＸ方向電極と、Ｙ方向に沿って形成されたＹ方向電極とが、各々、複数設けられたシートである。
具体的なセンサシート１０としては、例えば、透明絶縁基材の第１表面にＸ方向電極が複数形成され、前記透明絶縁基材の第２表面にＹ方向電極が複数形成された積層体が挙げられる。また、他のセンサシート１０の具体例として、第１透明絶縁基材の第１表面にＸ方向電極が複数形成された積層体と、第２透明絶縁基材の第１表面にＹ方向電極が複数形成された積層体とが、Ｘ方向電極とＹ方向電極とが接触しないように重ねられたものが挙げられる。
センサシート１０のＸ方向電極及びＹ方向電極は、入力装置１を駆動させる駆動回路（図示せず）に接続されている。

センサシート１０を構成する透明絶縁基材としては、プラスチックフィルムを使用することができる。プラスチックフィルムを構成する透明樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、トリアセチルセルロース、環状ポリオレフィン、アクリル樹脂等を使用することができる。これらの中でも、耐熱性及び寸法安定性が高く、低コストであることから、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
透明絶縁基材の厚さは２５〜１００μｍであることが好ましい。透明絶縁基材の厚さが前記下限値以上であれば、加工時に折れにくく、また、皺の発生を抑制でき、前記上限値以下であれば、センサシート１０を容易に薄型化でき、折り曲げ使用も可能になる。

センサシート１０を構成するＸ方向電極及びＹ方向電極は導電層から形成されている。
ここで、導電層は、導電性極細繊維及び透明樹脂を含む導電層、金属膜、π共役系導電性高分子を含む導電層、導電性粒子及び透明樹脂を含む導電層のいずれか、又は、いずれか２つ以上の積層体である。

導電性極細繊維及び透明樹脂を含む導電層は、具体的には、層状の透明樹脂の内部に、多数の導電性極細繊維が交差しあい合って形成された網目構造からなる２次元の導電ネットワークを有する導電層である。
導電性極細繊維は、その直径が０．３〜１００ｎｍの導電性繊維である。導電性極細繊維としては、銅、白金、金、銀、ニッケル等からなる金属ナノワイヤや金属ナノチューブ、シリコンナノワイヤやシリコンナノチューブ、金属酸化物ナノチューブ、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイトフィブリル等の繊維状物及びその金属被覆部材が挙げられる。これらのなかでも、透明性および導電性の点から、銀を主成分とする金属ナノワイヤ（銀ナノワイヤ）が好ましい。
導電性極細繊維の長さは１μｍ〜１００μｍであることが好ましい。

透明樹脂としては、透明な熱可塑性樹脂（ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、フッ化ビニリデン）、熱や活性エネルギ線（紫外線、電子線、放射線）で硬化する透明な硬化性樹脂（（メタ）アクリレート、メラミンアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル変性シリケートなどのシリコーン樹脂）が挙げられる。

金属膜としては、例えば、金属蒸着膜、金属箔等が挙げられる。金属膜を構成する金属としては、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、亜鉛、金、銀、錫等を使用することができる。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。
π共役系導電性高分子を含む導電層において、π共役系導電性高分子としては、例えば、ポリ（３，４−ジオキシチオフェン）等のポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン等が挙げられる。π共役系導電性高分子には、ポリスチレンスルホン酸等のドーパントを添加することが好ましい。また、π共役系導電性高分子には、バインダとしての透明樹脂を添加してもよい。透明樹脂としては、上述したものを制限なく使用できる。
導電性粒子及び透明樹脂を含む導電層において、導電性粒子としては、例えば、カーボン粒子、金属粒子、導電性金属酸化物粒子等が挙げられる。透明樹脂としては、上述したものを制限なく使用できる。

Ｘ方向電極及びＹ方向電極の形成パターンはタッチセンサとして機能するパターンであれば特に制限されず、例えば、幅が一定の帯状のパターン、幅が一定でなく、Ｘ方向又はＹ方向に沿って拡幅と縮幅とを繰り返すパターン等が挙げられる。

導光板２０は、高透明材料からなる矩形状の板であり、センサシート１０の裏面１０ａ側に設けられている。本発明において、「透明」とは、ＪＩＳ Ｋ７１０５に従って測定した光線透過率が５０％以上のことを意味する。また、「高透明」とは、光線透過率が８０％以上ことを意味する。
透明材料としては、透明プラスチック、ガラスを使用することができる。透明プラスチックとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、トリアセチルセルロース、環状ポリオレフィン、アクリル樹脂等を使用することができる。これらの中でも、光学特性に優れることから、ポリカーボネート、アクリル樹脂又は環状ポリオレフィンが好ましい。
導光板２０の表面２０ａには、点状又は線状に出射部２１が複数設けられている。出射部２１は、導光板２０の内部を導光する光を導光板２０の外側に出射させる部分である。具体的に、出射部２１としては、光拡散用の粒子を含むインクを印刷した印刷部、表面に凹凸が形成された凹凸部等が挙げられる。導光板２０から光を均一に出射させるためには、出射部２１は、光源３０から離間する程、高密度に設けることが好ましい。
導光板２０の厚さは０．４〜５ｍｍであることが好ましく、０．７〜２ｍｍであることがより好ましい。導光板２０の厚さが前記下限値以上であれば、充分な強度が得られ、前記上限値以下であれば、入力装置１を容易に薄型化できる。

光源３０は、導光板２０の第１側面２０ｂの近傍に設けられ、導光板２０の第１側面２０ｂに向けて光を照射するものである。光源３０としては、例えば、発光ダイオード、冷陰極管等を使用することができる。

金属層４０は、導光板２０の裏面２０ｃに配置され、電極と光反射層とを兼ねる層である。金属層４０は、入力装置１を駆動させる駆動回路（図示せず）に接続されている。
金属層４０としては、金属蒸着膜、金属箔、金属板等が挙げられ、金属層４０を構成する金属としては、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、亜鉛、金、銀、錫等が挙げられる。
金属層４０の厚さは０．０５〜１．０μｍであることが好ましく、０．１〜０．４μｍであることがより好ましい。金属層４０の厚さが前記下限値以上であれば、充分な検知感度と光反射性が得られ、前記上限値以下であれば、入力装置１を容易に薄型化できる。

基材層５０は、金属層４０を支持する絶縁層である。本発明において、「絶縁」とは、電気抵抗値が１ＭΩ以上のことである。電気抵抗値が１ＭΩ未満の場合は「導電」である。
基材層５０としては、樹脂製のシート又はフィルム、セラミックス、ガラスの板、紙等を用いることができるが、通常は、樹脂製のフィルムが使用される。
基材層５０を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、ポリアリレート、スチレン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートプロピオネートなどが挙げられる。これらの樹脂材料の中でも、強度及び汎用性の点から、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
基材層５０が樹脂製フィルムである場合、基材層５０の厚さは２５〜２００μｍであることが好ましく、２５〜１００μｍであることがより好ましい。基材層５０の厚さが前記下限値以上であれば、充分な強度が得られ、前記上限値以下であれば、入力装置１を容易に薄型化できる。

前面保護層６０は、透明材料からなり、矩形状で可撓性を有する層である。前面保護層６０を構成する透明材料としては、導光板２０を構成する透明材料と同様のものが挙げられる。
前面保護層６０の形成方法としては、透明プラスチックのシート又はガラス板をセンサシート１０の上に積層する方法、透明プラスチックを含む塗料をセンサシート１０の上に塗工し、乾燥する方法等が挙げられる。
前面保護層６０の厚さは０．１〜５００μｍであることが好ましい。前面保護層６０の厚さが前記下限値以上であれば、センサシート１０を確実に保護でき、前記上限値以下であれば、充分に高い可撓性を有する。

本実施形態における遮光層７０は、センサシート１０と前面保護層６０との間に配置された光不透過性の層である。遮光層７０には、開口部７１が複数形成されている。本実施形態における開口部７１は入力部Ａに対応している。
遮光層７０の形成方法としては、光不透過性のシートを前面保護層６０とセンサシート１０との間に配置する方法、光不透過性のプラスチックを含むインクを前面保護層６０の裏面に印刷する方法等が挙げられる。
遮光層７０の厚さは０．５〜５０μｍであることが好ましく、１〜５０μｍであることがより好ましい。遮光層７０の厚さが前記下限値以上であれば、充分に遮光でき、前記上限値以下であれば、充分に高い可撓性を有する。

本実施形態の入力装置１においては、センサシート１０と導光板２０との間に空隙Ｂが形成されている。空隙Ｂにおけるセンサシート１０と導光板２０との間隔Ｌは、０．０２〜０．５ｍｍであることが好ましい。間隔Ｌが前記下限値以上であれば、センサシートを導光板２０側に充分に撓ませることができ、前記上限値以下であれば、Ｚ方向の変位の検知感度を向上させることができる。
本実施形態では、センサシート１０と導光板２０との間に空隙Ｂを形成するために、センサシート１０と導光板２０との間にスペーサ８０を配置している。本実施形態におけるスペーサ８０は、入力部Ａと重ならないように固定されている。
スペーサ８０としては、シート状の弾性部材（例えば、ゴム、発泡体等）の両面に粘着剤層が設けられたもの、円柱形、円錐台形、半球形、多角柱状形、多角錘状形のもの等が挙げられ、なかでも、弾性部材の両面に粘着剤層が設けられたものが好ましい。
スペーサ８０として、弾性部材の両面に粘着剤層が設けられたものを用いた場合には、センサシート１０を前面保護層６０に向けて押す力が生じるため、粘着剤を使用しなくても、センサシート１０と前面保護層６０とを隙間なく密着させやすくなる。

上記入力装置１では、光源３０から導光板２０の内部に向けて出射された光は、導光板２０の表面２０ａと裏面２０ｃとで反射しながら導光板２０の内部を進行する。導光板２０の裏面２０ｃ側には光反射層である金属層４０が設けられているため、導光板２０に入射した光の利用効率は高い。
出射部２１に到達した光の一部は反射せずに導光板２０の外側へと出射する。導光板２０から出射した光は、センサシート１０、遮光層７０の開口部７１及び前面保護層６０を透過する。これにより、入力装置１における入力部Ａが発光する。

上記入力装置１では、前面保護層６０に指が接触した際に、駆動回路において、センサシート１０のＸ方向電極とＹ方向電極との静電容量の変化を検知し、解析することによって、Ｘ座標及びＹ座標を求める。求めたＸ，Ｙ座標が入力部Ａの範囲内にある場合には、予め設定された命令信号を発信する。
また、図３に示すように、前面保護層６０を指Ｆで押圧すると、前面保護層６０及びセンサシート１０は押し込まれ、金属層４０に接近する。このとき、駆動回路において、センサシート１０のＸ方向電極又はＹ方向電極と金属層４０との静電容量の変化を検知し、解析することによって、Ｚ座標を求める。Ｚ座標の位置に応じて信号の強度を変えることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態の入力装置では、入力部が四角形状になるように遮光層を設けたが、入力部の機能を表示する絵柄のみが発光表示するように遮光層を設けてもよいし、入力操作面の外縁部が周状に発光するように遮光層を設けてもよい。
また、本発明の入力装置は遮光層を具備しなくてもよい。その場合、前面保護層に印刷を施して入力部を示してもよいし、入力操作面の全面を入力部としてもよい。
また、遮光層の代わりに、光線透過率が５０％以上８０％未満の半透明層を設けてもよい。

本発明において、前面保護層及び基材層は任意の構成である。しかし、センサシート保護の観点からは、前面保護層を具備することが好ましく、金属層を支持することにより金属層を容易に薄くできることから、基材層を具備することが好ましい。
センサシートと導光板との空隙はスペーサを用いずに形成してもよく、例えば、導光板との間に空隙が形成されるように、入力装置を収容する枠体に固定してもよい。

本発明の入力装置は、パーソナルコンピュータ、携帯型端末、通信機器、オフィス事務機器等に好適に使用される。

１ 入力装置（発光型静電容量式入力装置）
１０ センサシート
２０ 導光板
２１ 出射部
３０ 光源
４０ 金属層
５０ 基材層
６０ 前面保護層
７０ 遮光層
８０ スペーサ

Claims (2)

1. 静電容量式のセンサシートと、該センサシートの第１表面側に設けられた導光板と、該導光板の第１側面の近傍に設けられた光源とを具備し、
   前記センサシートと前記導光板との間に空隙が形成され、前記導光板の、前記センサシートと反対側の面に金属層が設けられている、発光型静電容量式入力装置。
2. 前記センサシートと前記導光板との間隔が０．０２〜０．５ｍｍである、請求項１に記載の発光型静電容量式入力装置。

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