(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板上に、
複数の金属配線が所定角度をもって互いに交差して複数の格子を形成してなる第１電極パターンが、第１方向に沿って所定間隔を空けて直列に配置され、且つこの直列配置されたパターンが前記第１方向と直交する第２方向に複数配列される第１電極と、
複数の金属配線が所定角度をもって互いに交差して複数の格子を形成してなる第２電極パターンが、前記第２方向に沿って所定間隔を空けて直列に配置され、且つこの直列配置されたパターンが前記第１方向に複数配列される第２電極と、が交互に配置され、
前記第１方向又は前記第２方向を延伸方向Ａとして一軸方向に延伸させて３次元形成される静電容量型電極シートにおいて、
前記静電容量型電極シートを前記延伸方向Ａに延伸させた際に延伸前の状態から前記金属細線が断線するまでの伸び率である延伸率が向上するように、前記第１電極パターン及び前記第２電極パターンの格子における対角のうち、前記延伸方向Ａに対向する対角θ１は、前記延伸方向Ａと直交する非延伸方向Ｂに対向する対角θ２よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする静電容量型電極シート。
【請求項２】
前記格子１３ｃにおける前記延伸方向Ａと平行な対角線Ｌ１と、前記対角θ１をなす金属配線との間の角度θ３が、４５°＜θ３≦８０°の範囲で形成されることを特徴とする請求項１記載の静電容量型電極シート。
【請求項３】
前記角度θ３が、６０°≦θ３≦８０°であることを特徴とする請求項２記載の静電容量型電極シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指先の多点検出が可能な投影型静電容量方式のタッチパネルデバイスに搭載される静電容量型電極シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、スマートデバイス（例えばタブレット型端末や電子ブックリーダー等）、カーナビゲーションシステム等の電子機器には、インタフェースの一形態として、直感的な操作ができる点、耐久性に優れる点を利点とするタッチパネル機能を備えた表示装置（タッチパネルデバイス）が搭載されている。
【０００３】
タッチパネルは、指やスタイラス等の指示体によるタッチを検出し、そのタッチ位置の座標を特定する位置入力装置である。その検出方式は、アナログ抵抗膜方式とマトリックス抵抗膜方式からなる抵抗膜方式、表面型静電容量方式と投影型静電容量方式からなる静電容量方式、赤外線走査方式と再帰反射方式からなる光学方式、表面弾性波方式と板波方式からなる超音波方式に大別され、各種方式のものが実用化されているが、近年では特に投影型静電容量方式のタッチパネルの需要が拡大してきている。
【０００４】
ところで、例えば自動車のセンターコンソールには、運転中に車内環境や運転環境を変更させるため、押しボタン式やダイヤルノブ式のような機械式スイッチが数多く搭載されている。しかしながら、運転に不慣れな運転手や新車を運転する運転手が運転中に操作する場合、運転中にスイッチの位置を確認しようと視線が前方からスイッチ方向に向く傾向が多く見受けられ、前方不注意による事故が起こる虞があった。
また、このような機械式スイッチは構成部品が多く、運転環境や車内環境に関する設定項目が多岐にわたるとその分だけスイッチの数や部品点数も増えてしまうため、製造コストが嵩んでしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、運転環境や車内環境に関する設定を行うスイッチとして、下記特許文献１に開示されるような立体的に三次元形成されるフィルム状の静電容量センサを用いたタッチデバイスを自動車のセンターコンソールに設置することが検討されている。このようなタッチデバイスを採用することで、運転中であっても運転姿勢を崩すことなく直感的な操作によって各種設定を行うことが可能となり、安全性と利便性を向上させることができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０―２６７６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に開示される静電容量センサは、ダイヤモンド型の電極パターンがＸ方向とＹ方向に対してそれぞれ交互配置されており、各パターンを構成する金属配線も同様にＸ方向又はＹ方向に沿ってメッシュ状に配線されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の静電容量センサの延伸方向は配線パターンと同方向であり、また金属配線に使用される金属の種別毎に延伸許容範囲が存在するため、延伸加工時に金属配線の延伸許容範囲を超えるような延伸加工が施されてしまうと、配線パターンが部分的に断線してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、延伸加工時に生じていた配線パターンの断線を抑制してタッチデバイスの形状加工性を向上させることのできる静電容量型電極シートを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するため、本発明に係る第１の態様は、
絶縁性の基板上に、
複数の金属配線が所定角度をもって互いに交差して複数の格子を形成してなる第１電極パターンが、第１方向に沿って所定間隔を空けて直列に配置され、且つこの直列配置されたパターンが前記第１方向と直交する第２方向に複数配列される第１電極と、
複数の金属配線が所定角度をもって互いに交差して複数の格子を形成してなる第２電極パターンが、前記第２方向に沿って所定間隔を空けて直列に配置され、且つこの直列配置されたパターンが前記第１方向に複数配列される第２電極と、が交互に配置され、
前記第１方向又は前記第２方向を延伸方向Ａとして一軸方向に延伸させて３次元形成される静電容量型電極シートにおいて、
前記静電容量型電極シートを前記延伸方向Ａに延伸させた際に延伸前の状態から前記金属細線が断線するまでの伸び率である延伸率が向上するように、前記第１電極パターン及び前記第２電極パターンの格子における対角のうち、前記延伸方向Ａに対向する対角θ１は、前記延伸方向Ａと直交する非延伸方向Ｂに対向する対角θ２よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする静電容量型電極シート。
【００１１】
本発明に係る第２の態様は、第１の態様に係る静電容量型電極シートにおいて、前記格子１３ｃにおける前記延伸方向Ａと平行な対角線Ｌ１と、前記対角θ１をなす金属配線との間の角度θ３が、４５°＜θ３≦８０°の範囲で形成されることを特徴とする、静電容量型電極シートである。
【００１２】
本発明に係る第３の態様は、第２の態様に係る静電容量型電極シートにおいて、前記角度θ３が、６０°≦θ３≦８０°であることを特徴とする、静電容量型電極シートである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の静電容量型電極シートによれば、延伸方向Ａに延伸させた際に、従来のように延伸方向Ａと平行に金属配線を配置したときと比べて電極シートの延伸量を向上させることができる。つまり、電極シートを一軸方向に延伸させて変形させる際に、より大きく変形させることができるようになり、電極シートを搭載するタッチデバイスの設計の自由度を高めることができる。
【００１４】
また、格子における延伸方向Ａと平行な対角線Ｌ１と、対角θ１をなす金属配線との間の角度θ３が、６０°≦θ３≦８０°の範囲で形成することで、電極シートの延伸量向上の効果を効率的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は本発明に係る静電容量型電極シートの電極部を裏面側から見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図２】格子の対頂角が４５°の電極パターンを模式的に示した図である。
【図３】本発明に係る静電容量型電極シートの延伸率を計測した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態によって本発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者等により考え得る実施可能な他の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれるものとする。
【００１７】
なお、本明細書において、添付する各図を参照した以下の説明において、方向乃至位置を示すために上、下、左、右の語を使用した場合、これはユーザが各図を図示の通りに見た場合の上、下、左、右に一致する。
【００１８】
本実施形態における静電容量型電極シート１は、例えば計測器、通信機器、家電、タブレット端末などの種々の電子機器や自動車のセンターコンソールなどに搭載されるタッチパネルや表示機器と連動するスイッチング機器のような各種デバイス（以下、これらを総称して「タッチデバイス」という）に搭載され、指先が近付くとその付近の電極の静電容量が変化し、その変化を縦横２つの電極列からの位置座標を検知する指先の多点検出が可能な投影型静電容量方式のシート状電極である。
【００１９】
まず、本発明に係る静電容量型電極シート（以下、単に「電極シート」ともいう）１の構成について、図１、図２を参照しながら説明する。
なお、本実施形態の電極シート１は、平面視した形状を長方形として図示して説明するが、その形状が限定されるものではなく、例えば正方形、円形、楕円形、多角形など搭載されるタッチデバイスに依存するためその形状は特に限定されない。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）の何れかに示すように、電極シート１は、シート状の基板１１の裏面（操作面となる表面と対向する面）に第１電極１３及び第２電極１４からなる電極部１２が配置された構成である。なお、必要に応じて、電極部１２の保護を目的として各電極を覆うように塗装によるハードコート層や保護フィルムからなる保護層（図示しない）を設けてもよい。
【００２１】
基板１１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）などのフィルム成形工法（熱成形、真空成形、圧空成形、インサート射出成形など）によって所定の形状に加工可能なフィルム状の絶縁性樹脂材料で形成される。基板１１は、製品の用途に応じて透光性の有無が選択可能である。また、基板１１の裏面（指先で操作される面と対向する反対側の面、以下、「操作対向面」という）１１ａには、電極部１２としての第１電極１３と第２電極１４が形成される。
【００２２】
第１電極１３は、例えばＣｕ（銅）やＡｇ（銀）又はこれらのハロゲン化物、Ｃｕ／Ａｇペーストなどの導電性金属材料からなる複数の金属配線１３ｂを用い、所定の形成方法（例えば、メッキ形成法、圧延法、スクリーン印刷法、フォトリソエッチング法）により基板１１の操作対向面１１ａ上に形成される複数の第１電極パターン１３ａを有する。
【００２３】
第１電極パターン１３ａは、図１（ａ）に示すように縦方向であるＸ方向（第１方向）に沿って所定間隔を空けて直列に配置され、且つこの直列配置されたパターンがＸ方向と直交する横方向であるＹ方向（第２方向）に複数配列される。また、各第１電極パターン１３ａは、図２に示すように複数の金属配線１３ｂが所定角度をもって互いに交差して配置され、各配線１３ｂによって四角形（正方形又は菱形）の格子１３ｃが複数形成される。なお、格子１３ｃの２本の対角線は、Ｘ方向又はＹ方向と平行となる。
【００２４】
第２電極１４は、例えばＣｕ（銅）やＡｇ（銀）又はこれらのハロゲン化物、Ｃｕ／Ａｇペーストなどの導電性金属材料からなる複数の金属配線１４ｂを用い、所定の形成方法（例えば、メッキ形成法、圧延法、スクリーン印刷法、フォトリソエッチング法）により基板１１の操作対向面１１ａ上に形成される複数の第２電極パターン１４ａを有する。
【００２５】
第２電極パターン１４ａは、図１（ａ）に示すように横方向であるＹ方向に沿って所定間隔を空けて直列に配置され、且つこの直列配置されたパターンがＸ方向に複数配列される。また、各第２電極パターン１４ａは、図２に示すように複数の金属配線１４ｂが所定角度をもって互いに交差して配置され、各配線１４ｂによって四角形（正方形又は菱形）の格子１４ｃが複数形成される。なお、格子１４ｃの２本の対角線は、Ｘ方向又はＹ方向と平行となる。
【００２６】
本実施形態では、第１電極パターン１３ａ、第２電極パターン１４ａにおける配線間のピッチを１００〜５００μｍの範囲とし、金属配線１３ｂ、１４ｂの径を数μｍ程度とするが、これら値の最小値は工法解像度、最大値は製品の要求分解能に依存するため、表記した数値に限定されることはない。
このように、本発明の電極シート１は、配置される第１電極１３と第２電極１４は、図１（ａ）に示すように各電極パターンがマトリクス状に交互に配置されている。
【００２７】
また、本発明の電極シート１は、Ｘ方向又はＹ方向の何れの方向（一軸方向）に延伸させて形状加工して使用することもできる。よって、本発明の電極シート１では、延伸量を増加させるため、図２に示すように、格子１３ｃ、１４ｃにおける対角のうち、延伸方向Ａに対向する対角θ１は、延伸方向Ａと直交する非延伸方向Ｂに対向する対角θ２の角度よりも大きくなるように形成されている。
【００２８】
例えば延伸方向ＡがＸ方向であった場合、第１電極パターン１３ａの格子１３ｃにおける対角のうち、延伸方向Ａに対向する対角θ１は、延伸方向Ａと直交する非延伸方向Ｂ（Ｙ方向と平行）に対向する対角θ２よりも大きくなるように形成されている。すなわち、対角θ１は、９０°＜θ１≦１６０°の範囲で形成されることになる。
【００２９】
また、延伸方向Ａに延伸させた際の電極シート１の延伸量向上を図るため、図２に示すように、格子１３ｃにおける延伸方向Ａと平行な対角線Ｌ１（すなわち、格子１３ｃにおいて延伸方向Ａに対向する対頂点１３ｄ間を結ぶ線）と、対角θ１をなす金属配線１４ｂとの間の角度θ３が、４５°＜θ３≦８０°の範囲、好ましくは６０°≦θ３≦８０°の範囲で形成すると延伸率が向上して高延伸化を図ることができる。
【００３０】
なお、第２電極パターン１４ａも第１電極パターン１３ａと同様、延伸方向Ａの向きに応じて対角θ１が対角θ２よりも大きくなるように形成される。すなわち、対角θ１は、９０°＜θ１≦１６０°の範囲で形成されることになる。
【００３１】
また、格子１４ｃにおける延伸方向Ａと平行な対角線Ｌ１（すなわち、格子１４ｃにおいて延伸方向Ａに対向する対頂点１４ｄ間を結ぶ線）と、対角θ１をなす金属配線１４ｂとの間の角度θ３が、４５°＜θ３≦８０°の範囲、好ましくは６０°≦θ３≦８０°の範囲で形成すると延伸率が向上して高延伸化を図ることができる。
【００３２】
なお、θ３の角度が８０°を超え、９０°に近付くと、基板１１の品質性能を担保した状態でのパターン作製が困難となるため、θ３は概ね８０°を超えない角度で電極パターン１３ａ、１４ａを作製するのがよい。
【００３３】
次に、電極部１２の形成方法について説明する。
まず、基板１１の操作対向面１１ａに対し、図１（ａ）の縦方向（Ｘ方向）に列電極として延在する複数の第１電極１３を形成する。次に、図１（ｂ）に示すように第２電極１４を形成する領域に絶縁層１５を形成し、その上に図１（ａ）の横方向（Ｙ方向）に列伝極として延在する複数の第２電極１４を形成する。絶縁層１５は、第１電極１３と第２電極１４との間を電気的に絶縁するもので、例えばアクリル樹脂、シリコーン樹脂、オレフィンなどの絶縁材料からなる。また、必要に応じて、電極部１２を覆うように図示しない保護層を設けてもよい。
【００３４】
上述した形成方法によって基板１１上に形成された第１電極１３と第２電極１４は、図１（ａ）に示すように、それぞれの端部が引き出し配線部１６により基板１１の端部まで引き出され、不図示の制御ＩＣ（制御回路）に配線接続される。
【００３５】
引き出し配線部１６は、図２に示すように、第１電極１３と第２電極１４のそれぞれの端部から引き出される配線であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、ＭＡＭ（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ）、ＡＰＣ（Ａｇ・Ｐｄ・Ｃｕを含む合金）などの金属膜をスパッタ法により成膜し、エッチング法により所定のパターンを基板１１の端部まで形成する。また、金属配線１３ｂ、１４ｂと同材料として電極形成時に同時に配線してもよい。
【００３６】
このように、電極部１２は、位置センサとしての精度を保つため、直線状電極からなる第１電極１３と第２電極１４とが電気的に絶縁された状態で基板１１上にＸＹのマトリクス状に配置され、指先で操作されたとき、どの電極上のどこ辺りにではなく、どのＸ方向電極と、どのＹ方向電極であるかを独立に検出し、その交点から位置を算出することができる。
【００３７】
なお、本実施例の電極シート１は、基板１１の裏面１１ａ上に絶縁層１５を介して第１電極１３、第２電極１４を共に形成する構成で説明したが、シート構成として下記のような構成の他、一軸方向に延伸可能な電極シート１１として機能する構成であれば特に限定されない。
（構成例１）
基板１１の表面、裏面の一方の面に第１電極１３を、他方の面に第２電極１４を形成して各電極表面を保護層で被覆する構成。
（構成例２）
基板１１を２枚用意し第１電極１３、第２電極１４が対向するように基板１１に形成して絶縁層１５介して対向形成した構成。
（構成例３）
基板１１を２枚用意し、一方の基板１１の基板面に第１電極１３を形成して電極面を保護層で被覆したものと、他方の基板１１の基板面に第２電極１４を形成して電極面を保護層で被覆したものを上下で重ね合わせた構成。
【００３８】
［実施例］
次に、上述した構成の静電容量型電極シート１の延伸率を評価する性能実験について説明する。
なお、下記実施例は一例であって本発明を限定するものではなく、前・後記の趣旨に照らし合わせて適宜設計変更することは、何れも本発明の技術的範囲に含まれるものとする。
【００３９】
（電極シートの構成）
ポリエチレンテレフタレート製のフィルムからなる基板１１に、電極部１２を形成した。電極部１２を構成する金属配線１３ｂ、１４ｂの電極材料として、実施例１では厚さ２０μｍのＣｕ（銅）メッキにより形成し、実施例２では厚さ５０μｍのＣｕ（銅）箔で形成した。また、電極シートのサイズは１５ｍｍ×７０ｍｍ、金属配線のピッチはＬ／Ｓ１００μｍ／１００μｍとした。
【００４０】
また、実施例１の電極材料の延伸率を５％とし、実施例２の電極材料の延伸率を１０％とする。この電極材料の延伸率は、直線状に形成した金属配線１３ｂ又は１４ｂを延伸させたときに、延伸前の状態から断線するまで延伸させたときの配線の伸び率を示している。
【００４１】
また、延伸方向ＡはＸ方向とし、作製した電極シート１の延伸方向Ａ側の両端部を挟持し、引張り試験機（テンシロン  RTC-1310A 型  エー・アンド・ディ製）を用いて引張力を１００ＭＰａ以下で延伸方向Ａに沿って延伸させた。
【００４２】
図３は、上記条件で作製した電極シート１の延伸率を縦軸とし、格子１３ｃ（１４ｃ）における延伸方向Ａと平行な対角線Ｌ１と、対角θ１をなす金属配線１３ｂ（１４ｂ）との間の角度θ３の角度を横軸としたグラフである。このグラフにおいて、実線は実施例１の電極材料による実験結果を示し、一点鎖線は実施例２の電極材料による実験結果を示している。
【００４３】
図３に示すように、実施例１、２共に、角度θ３が４５°付近までは差ほど延伸率の変化が確認されないが、４５°付近を境に徐々に延伸率が上昇することが確認された。また、角度θ３が６０°を超え８０°付近に近付くに連れて延伸率の上昇が急峻となった。つまり、角度θ３は４５°以上で金属配線１３ｂ（１４ｂ）の延伸量が向上し、６０°〜８０°の範囲でさらに延伸量の向上が図れることが証明された。また、本発明に係る電極シート１の構成により一軸方向への延伸率が向上したため、第１電極パターン１３ａ、第２電極パターン１４ａを構成する金属配線１３ｂ、１４ｂの部分断線は確認されなかった。つまり、角度θ１を角度θ２よりも大きくすることで金属配線１３ｂ、１４ｂの部分断線を抑制する効果を奏することが確認された。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の電極シート１は、第１電極パターン１３ａ及び第２電極パターン１４ａの格子１３ｃ、１４ｃにおける対角のうち、延伸方向Ａに対向する対角θ１は、延伸方向Ａと直交する非延伸方向Ｂに対向する対角θ２よりも大きくなるように形成されている。
【００４５】
このため、電極シート１を延伸方向ＡとなるＸ方向又はＹ方向に延伸させた際に、従来のように延伸方向Ａと平行に金属配線を配置したときと比べて電極シート１の延伸量を向上させることができる。つまり、電極シート１を一軸方向に延伸させて変形させる際に、より大きく変形させることができるようになり、電極シート１を搭載するタッチデバイスの設計の自由度を高めることができる。
【００４６】
また、格子１３ｃ（１４ｃ）における延伸方向Ａと平行な対角線Ｌ１と、対角θ１をなす金属配線１３ｂとの間の角度θ３を、４５°＜θ３≦８０°、より好ましくは６０°≦θ３≦８０°の範囲で形成することで、より電極シートの延伸量向上の効果を効率的に高めることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…静電容量型電極シート（電極シート）
１１…基板
１１ａ…裏面（操作対向面）
１２…電極部  
１３…第１電極（１３ａ…第１電極パターン、１３ｂ…金属配線、１３ｃ…格子、１３ｄ…対頂点）
１４…第２電極（１４ａ…第２電極パターン、１４ｂ…金属配線、１４ｃ…格子、１４ｄ…対頂点）
１５…絶縁層
１６…引き出し配線部
Ｌ１…対角線
【図１】
0006625010.tif 000002
【図２】
0006625010.tif 000003
【図３】
0006625010.tif 000004