JP2013206444A - プラスチックカバー付き静電容量タッチセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 検出感度、透過率、剛性に優れたプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサを提供する。
【解決手段】 本発明のプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサは、プラスチック板中に超微細ガラス粒子を分散して含有する透明な保護カバーと、前記保護カバーの裏面に配置された静電容量方式のフィルムセンサと、前記保護カバーと前記フィルムセンサとの間に設けられ、両部材を貼り合わせる接着層と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器の液晶表示部に取り付けられる保護カバーの裏面に静電容量方式のフィルムセンサが貼り合わせられたカバー付き静電容量タッチセンサに関し、とくにプラスチックカバーでありながら検出感度、透過率、剛性に優れたものである。

通常、ＰＤＡ、ハンディターミナルなど携帯情報端末、コピー機、ファクシミリなどのＯＡ機器、スマートフォン、携帯電話機、携帯ゲーム機器、電子辞書、カーナビシステム、小型ＰＣ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯型ＭＤ（ＰＭＤ）等の電子機器の液晶表示窓には、これを保護するために保護カバーが取り付けられている。従来、この保護カバーは、透明なガラス基板の裏面周縁部に黒色の枠状遮光層が形成されている。

また、上記した電子機器においてはタッチパネルが使用されることが多く、いくつかの方式のタッチパネルの中で、指先で画面を叩く、弾く、摘むという操作で画像を拡大・縮小させるマルチタッチ機能や、視認性、耐久性に優れていることから、静電容量方式のタッチパネルの人気が高い。

静電容量方式のタッチパネルの一例が特許文献１されている。特許文献１において、タッチパネルは、静電容量方式のフィルムセンサの観察者側、すなわち、表示装置とは反対の側に、誘電体として機能する透光性を有した保護カバーをさらに有している。保護カバーは、フィルムセンサ上に接着層を介して接着されている。この保護カバーは、タッチパネルへの入力面（タッチ面、接触面）として機能するようになる。つまり、保護カバーに導体、例えば人間の指を接触させることにより、タッチパネルに対して外部から情報を入力することができるようになっている。

特開２０１０−１９８１０３号公報

しかしながら、カバーガラスの場合、重い（重比重）、衝撃で割れやすい、量産性の点で低価格が難しいという問題があった。一方、プラスチックカバーの場合、これらの問題はないが、代わって誘電率が小さいために検出感度が悪い、透過率が低いために視認性が悪い、剛性がないために撓みやすい、という問題があった。

したがって、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、検出感度、透過率、剛性に優れたプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサを提供することにある。

本発明の第１態様は、プラスチック板中に超微細ガラス粒子を分散して含有する透明な保護カバーと、前記保護カバーの裏面に配置された静電容量方式のフィルムセンサと、前記保護カバーと前記フィルムセンサとの間に設けられ、両部材を貼り合わせる接着層と、を備えたプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサを提供するものである。

また、本発明の第２態様は、前記プラスチック板が、ＰＭＭＡ、ＰＣ又はＣＯＰのいずれかの樹脂からなる第１態様のプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサを提供するものである。

また、本発明の第３態様は、前記超微細ガラス粒子が、粒径０．３μｍ以下である第１態様又は第２態様のプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサを提供するものである。

また、本発明の第４態様は、前記超微細ガラス粒子の分散度合が、５〜３０％である第１〜３態様のいずれかのプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサを提供するものである。

また、本発明の第５態様は、前記フィルムセンサの基材フィルムが、ＰＥＴ、ＰＣ又はＣＯＰのいずれかの樹脂からなる第１〜４態様のいずれかのプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサを提供するものである。

また、本発明の第６態様は、前記保護カバーが、裏面周縁部に装飾部を有する第１〜５態様のいずれかのプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサを提供するものである。

本発明の構成によれば、プラスチックカバーがプラスチック板中に超微細ガラス粒子を分散して含有するものであるので、誘電率を上昇させることができ、検出感度が上昇した。また、プラスチックカバーの屈折率が小さくなることで透過率が上昇し、その結果、視認性が向上した。さらに、剛性が上がって撓み難くなったり、表面強度が向上したりした。したがって、カバーガラスの利点とプラスチックカバーの利点の両方を備えた保護カバー付き静電容量タッチセンサを得ることができた。

本発明の保護カバー付き静電容量タッチセンサの一例を表示装置ともに示す断面図である。 図１のタッチセンサを示す上面図である。

[第１実施形態]
以下、本発明に係るプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサの一実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示すタッチセンサ２０は、プラスチック板１２ａ中に超微細ガラス粒子１２ｂを分散して含有する保護カバー１２と、前記保護カバー１２の裏面に配置された静電容量方式のフィルムセンサ３０と、前記保護カバー１２と前記フィルムセンサ３０との間に設けられ、両部材を貼り合わせる接着層１４と、を備えている。

保護カバー１２のプラスチック板１２ａに用いる樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、脂環式メタクリレート、ＨＥＭＡヒドロキシエチルメタクリレート（ＰＨＥＭＡ）などの熱で軟化して流動させ型で成形でき、冷却すると固まる熱可塑性樹脂が挙げられる。また、ジエチレングリコールジアリルカーボネート（ＡＤＣ）、シロキサニルメタクリレート（ＳｉＭＡ）などの熱により網目状分子構造に化学変化する熱硬化性樹脂、紫外線などで常温のまま硬化する光硬化性樹脂なども用いることができる。中でも、ＰＭＭＡ及びＰＣは、光学用に利用される透明プラスチックの代表例として一般によく知られている。ＰＭＭＡは透明性が優れ、光学的歪みである複屈折も小さく、ＰＣは耐熱性が高い。また、最近では、透明性、低複屈折性、耐熱性、低吸湿性などを兼ね備えたＣＯＰも多く利用されるようになってきている。プラスチック板２ａの厚みは、０．２ｍｍ〜２ｍｍである。

プラスチック板１２ａの成形方法は、射出成形、注型成形、ロール成形、圧縮成形、押出し成形などがある。使用する樹脂材料、作られる形状などによって適切な成形方法が採用される。

また、保護カバー１２中の超微細ガラス粒子１２ｂとしては、例えば、（１）酸化鉛、酸化ホウ素、酸化ケイ素（ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系）の混合物、（２）酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化ケイ素（ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系）の混合物、（３）酸化鉛、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム（ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系）の混合物、（４）酸化鉛、酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化ケイ素（ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系）の混合物、（５）酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化ケイ素（Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系）の混合物、（６）酸化亜鉛、酸化リン、酸化ケイ素（ＺｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−ＳｉＯ_２系）の混合物、（７）酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化カリウム（ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−Ｋ_２Ｏ系）の混合物、（８）酸化リン、酸化ホウ素、酸化アルミニウム（Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系）の混合物、（９）酸化亜鉛、酸化リン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム（ＺｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系）の混合物、（１０）酸化亜鉛、酸化リン、酸化チタン（ＺｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−ＴｉＯ_２系）の混合物、（１１）酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化カリウム（ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系−Ｋ_２Ｏ系）の混合物、（１２）酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化カリウム、酸化カルシウム（ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｋ_２Ｏ−ＣａＯ系）の混合物、（１３）酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム（ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｋ_２Ｏ−ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系）の混合物、（１４）酸化鉛、酸化亜鉛、酸化ホウ素、酸化バリウム、酸化ケイ素（ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＢａＯ−ＳｉＯ_２系）の混合物、（１５）酸化バリウム、酸化カルシウム、酸化ケイ素（ＢａＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系）の混合物などを挙げることができる。

超微細ガラス粒子１２ｂは、屈折率１．５〜１．６５であることが好ましい。一般にガラス材は、１．５〜１．９程度の屈折率を有しているが、本発明のように、プラスチック板１２ａ中に超微細ガラス粒子１２ｂを分散される場合、樹脂成分の平均屈折率が超微細ガラス粒子１２ｂの屈折率と大きく異なる場合は、超微細ガラス粒子１２ｂと樹脂成分の界面での反射・散乱が大きくなり、透明性が悪くなる。一般的な樹脂の屈折率は１．４５〜１．７（因みにＰＭＭＡ：１．４９、ＰＣ：１．５９、ＣＯＰ：１．５２）であるため、超微細ガラス粒子１２ｂと樹脂成分の屈折率を整合させるためには、超微細ガラス粒子１２ｂの屈折率を１．５〜１．６５にすることが好ましい。

また、超微細ガラス粒子１２ｂの粒径は、光の散乱が発生しないように可視光の波長より小さい、０．３μｍ以下である。

また、超微細ガラス粒子１２ｂにシランカップリング剤で表面処理をしておくと、重合硬化した樹脂成分と強固に接着し、剛性、耐衝撃性に優れた保護カバー１２が得られる。

超微細ガラス粒子１２ｂの分散度合が、５〜３０％であるのが好ましい。超微細ガラス粒子１２ｂの分散度合が５％未満では強度、屈折率、誘電率ともにほとんど、従来のプラスチックカバーと変わらず効果がなく、３０％を超えると成形加工がし難く、また、耐衝撃性が劣る。

保護カバー１２の裏面に静電容量方式のフィルムセンサ３０を貼り付けるための接着層１４としては、種々の接着性を有した材料からなる層を用いることができる。好ましくはＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ：高透明性接着剤）である。なお、本明細書において、「接着（層）」は粘着（層）をも含む概念として用いる。

保護カバー２の裏面に配置される静電容量方式のフィルムセンサ３０について、その一例を以下に説明する。

図１に示すように、フィルムセンサ３０は、基材フィルム３２と、基材フィルム３２の一方の側（観察者側）の面３２ａ上に設けられた第１電極部４０と、基材フィルム３２の他方の側（表示装置１５の側）の面３２ｂ上に設けられた第２電極部４５と、を有している。第１電極部４０は、基材フィルム３２の一方の側（観察者側）の面３２ａ上に所定のパターンで配置された第１導電体４１を有している。第２電極部４５は、基材フィルム３２の他方の側（表示装置１５の側）の面３２ｂ上に所定のパターンで配置された第２導電体４６を有している。フィルムセンサ３０は、上述したように、表示装置１５の表示パネル上に配置されている。基材フィルム３２、第１導電体４１および第２導電体４６は、透光性を有しており、観察者は、これらを介して、表示装置１５に表示された映像を観察することができる。

基材フィルム３２は、誘電体として機能し、例えば、ＰＥＴ、ＰＣ、ＣＯＰ、ＰＶＣなどを用いるとよい。とくにＣＯＰフィルムは、光学等方性に優れているだけでなく、寸法安定性、延いては加工精度にも優れている点で好ましい。基材フィルム３１の２０μｍ〜３ｍｍの厚みであればよい。

基材フィルム３１は、保護カバー２と同等の屈折率であることが好ましい。フィルムセンサ３の基材フィルム３１の屈折率が保護カバー２の屈折率と大きく異なる場合は、フィルムセンサ３の基材フィルム３１と接着層４との界面、あるいは接着層４と保護カバー２との界面での反射・散乱が大きくなり、透明性が悪くなる。因みに、基材フィルム３１の具体例として挙げた前述の樹脂の屈折率は、ＰＥＴ（１．５８）、ＰＣ（１．５９）、ＣＯＰ（１．５２）、ＰＶＣ（１．５２）である。

第１導電体４１および第２導電体４６は、導電性を有した材料（例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ））から形成され、外部導体５の保護カバー１２への接触位置を検出するように構成された検出制御部２５の検出回路に電気的に接続されている。図２に示すように、第１導電体４１は、基材フィルム３２のフィルム面に沿った一方向に並べて配列された複数の線状導電体からなっている。また、第２導電体４６は、前記一方向と交差する基材フィルム３２のフィルム面に沿った他方向に並べて配列された複数の線状導電体からなっている。本実施の形態において、第１導電体４１の配列方向である一方向と、第２導電体４６の配列方向である他方向と、は基材フィルム３２のフィルム面上において直交している。

図２に示すように、第１電極部４０に含まれる多数の第１導電体４１の各々は、その配列方向（前記一方向）と交差する方向に線状に延びている。同様に、第２電極部４５に含まれる多数の第２導電体４６の各々は、その配列方向（前記他方向）と交差する方向に線状に延びている。とりわけ図示する例において、第１電極部４０に含まれる各第１導電体４１は、その配列方向（前記一方向）と直交する方向（前記他方向）に沿って直線状に延びており、第２電極部４５に含まれる各第２導電体４６は、その配列方向（前記他方向）と直交する方向（前記一方向）に沿って直線状に延びている。

本実施の形態において、第１電極部４０に含まれる第１導電体４１は、直線状に延びるライン部４２と、ライン部４２から膨出した膨出部４３と、を有している。図示する例において、ライン部４２は、第１導電体４１の配列方向と交差する方向に沿って直線状に延びている。膨出部４３は、基材フィルム３２のフィルム面に沿ってライン部４２から膨らみ出ている部分である。したがって、第１導電体４１の幅は、膨出部４３が設けられている部分において太くなっている。図２に示すように、本実施の形態において、第１導電体４１は、膨出部４３において平面視略正方形形状の外輪郭を有するようになっている。

第２電極部４５に含まれる第２導電体４６も、第１電極部４０に含まれる第１導電体４１と同様に構成されている。すなわち、第２電極部４５に含まれる第２導電体４６は、直線状に延びるライン部４７と、ライン部４７から膨出した膨出部４８と、を有している。図示する例において、ライン部４７は、第２導電体４６の配列方向と交差する方向に沿って直線状に延びている。膨出部４８は、基材フィルム３２のフィルム面に沿ってライン部４７から膨らみ出ている部分である。したがって、第２導電体４６の幅は、膨出部４８が設けられている部分において太くなっている。図２に示すように、本実施の形態において、第２導電体４６は、膨出部４８において平面視略正方形形状の外輪郭を有するようになっている。

なお、図２に示すように、基材フィルム３２のフィルム面の法線方向から観察した場合（すなわち、平面視において）、第１電極部４０に含まれる各第１導電体４１は、第２電極部４５に含まれる多数の第２導電体４６と交差している。そして、第１電極部４０の膨出部４３は、第１導電体４１上において、隣り合う二つの第２導電体４６との交差点の間に配置されている。同様に、基材フィルム３２のフィルム面の法線方向から観察した場合、第２電極部４５に含まれる各第２導電体４６は、第１電極部４０に含まれる多数の第１導電体４１と交差している。そして、第２電極部４５の膨出部４８も、第２導電体４６上において、隣り合う二つの第１導電体４１との交差点の間に配置されている。さらに、本実施の形態において、第１電極部４０に含まれる第１導電体４１の膨出部４３と、第２電極部４５に含まれる第２導電体４６の膨出部４８とは、基材フィルム３２のフィルム面の法線方向から観察した場合に重ならないように配置されている。つまり、基材フィルム３２のフィルム面の法線方向から観察した場合、第１電極部４０に含まれる第１導電体４１と第２電極部４５に含まれる第２導電体４６とは、各導電体４１，４６のライン部４２、４７のみにおいて交わっている。

また、基材フィルム３２の一方の側の面３２ａおよび他方の側の面３２ｂに、導電性を有した外部取り出し線３６が形成されている。外部取り出し線３６は、電極部４０，４５の各導電体４１，４６のそれぞれに対し、接触位置の検出方法に応じて一つまたは二つ設けられる。外部取り出し線３６は、導電性を有した材料から形成されている。そして、各導電体４１，４６の両端に、対応する外部取り出し線３６の一端がそれぞれ電気的に接続されている（図２参照）。また、各外部取り出し線３６は、その他端において、外部導体の表示面１２への接触位置を検出するように構成された検出制御部（図示しない）の検出回路に電気的に接続されている。つまり、電極部４０，４５の導電体４１，４６は、外部取り出し線３６を介して、接触位置を検出する検出回路に電気的に接続されている。なお、外部取り出し線３６は、基材フィルム３２上において、非表示領域Ａ２内を延びており、表示領域Ａ１内を延びていない。したがって、外部取り出し線３６は、透光性を有した材料から形成される必要はなく、高い導電性を有した金属、例えば銀や銅から形成され得る。

[変化例]
なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、保護カバー１２が、裏面周縁部に装飾部５０を有していてもよい。装飾部５０は、フィルムセンサ３０の外部取り出し線３６を隠蔽したり、製品名ロゴなどを表現したりするものである。装飾部５０の形成手段としては、保護カバー１２に直接印刷してもよいし、別途フィルムに印刷した加飾フィルムを貼り合せてもよい。また、フィルムセンサ３０の一構成としてカラーレジストパターンを設け、これを装飾部５０としてもよい。

また、第１実施形態では、第１導電体４１および第２導電体４６の材料として、ＩＴＯが例示されているが、酸化インジウム、アンチモン添加酸化錫、フッ素添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛、カリウム添加酸化亜鉛、シリコン添加酸化亜鉛や、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化インジウム−酸化錫系、酸化亜鉛−酸化インジウム−酸化マグネシウム系、酸化亜鉛、スズ酸化膜等の金属酸化物材料、あるいはスズ、銅、アルミニウム、ニッケル、クロムなどの金属材料を挙げることができ、これら２種以上を複合して形成してもよい。

また、第１実施形態では、第１導電体４１および第２導電体４６の材料として、カーボンナノチューブやカーボンナノホーン、カーボンナノワイヤ、カーボンナノファイバー、グラファイトフィブリルなどの極細導電炭素繊維や銀素材からなる極細導電繊維をバインダーとして機能するポリマー材料に分散させた複合材を用いることができる。ここでポリマー材料としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリｐ−フェニレン、ポリ複素環ビニレン、ＰＥＤＯＴ：ｐｏｌｙ(３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)などの導電性ポリマーを採用することができる。また、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（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、脂肪族環状ポリオレフィン、ノルボルネン系の熱可塑性透明樹脂などの非導電性ポリマーを採用することができる。

また、外部取り出し線３６は、第１導電体４１および第２導電体４６と同じ材料でもよいし、銀ペーストなどを用いて形成してもよい。

また、第１実施形態では、基材フィルム３２の両面に第１導電体４１および第２導電体４６を有しているが、本発明のフィルムセンサ３０は、これに限定されない。例えば、片面に第１導電体を有する基材フィルムと、片面に第２導電体を有する別の基材フィルムとを貼り合せてもよい。さらに、基材フィルムの片面に第１導電体および第２導電体を有し、交差領域を絶縁層で絶縁したものでもよい。また、基材フィルムの片面に第１導電体のみ形成したものでもよい。

また、本発明の投影型の静電容量タッチセンサは、自己静電容量(Ｓｅｌｆ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ)方式、相互静電容量(Ｍｕｔｕａｌ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ)方式のいずれでもよい。

本発明の技術内容および技術的特徴は上記のように開示したが、本発明が属する技術分野における当業者であれば、本発明の教示および開示に基づいて、本発明の技術的思想に違わない様々な置換および付加を行うことは可能である。したがって、本発明の保護範囲は実施例に開示するものに限定されることなく、本発明に違わない様々な置換および付加が含まれるものであるとともに、別紙の特許請求の範囲に含まれるものである。

５ 指
１０ 入出力装置
１２ 保護カバー
１２ａ プラスチック板
１２ｂ 超微細ガラス粒子
１４ 接着層
１５ 表示装置
１９ 接着層
２０ プラスチックカバー付き静電容量タッチセンサ
３０ フィルムセンサ
３２ 基材フィルム
３２ａ 面（一方の側の面）
３２ｂ 面（他方の側の面）
３６ 外部取り出し線
４０ 第１電極部
４１ 第１導電体
４２ ライン部
４３ 膨出部
４５ 第２電極部
４６ 第２導電体
４７ ライン部
４８ 膨出部
５０ 装飾部

Claims (6)

1. プラスチック板中に超微細ガラス粒子を分散して含有する保護カバーと、
   前記保護カバーの裏面に配置された静電容量方式のフィルムセンサと、
   前記保護カバーと前記フィルムセンサとの間に設けられ、両部材を貼り合わせる接着層と、
   を備えたことを特徴とするプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサ。
2. 前記プラスチック板が、ＰＭＭＡ、ＰＣ又はＣＯＰのいずれかの樹脂からなる請求項１記載のプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサ。
3. 前記超微細ガラス粒子が、粒径０．３μｍ以下である請求項１又は請求項２のいずれかに記載のプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサ。
4. 前記超微細ガラス粒子の分散度合が、５〜３０％である請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサ。
5. 前記フィルムセンサの基材フィルムが、ＰＥＴ、ＰＣ又はＣＯＰのいずれかの樹脂からなる請求項１〜４のいずれかに記載のプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサ。
6. 前記保護カバーが、裏面周縁部に装飾部を有する請求項１〜５のいずれかに記載のプラスチックカバー付き静電容量タッチセンサ。
   

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