(57)【要約】【課題】圧力を検出し易い感圧センサを提供する。【解決手段】一対の電極５、６が形成された基材７と、その基材７における一対の電極５、６及びそれら一対の電極５、６の間を覆いかつ圧力の印加に伴って内部に含まれる導電性の粒子間でトンネル電流が流れて絶縁状態から通電状態に変化する感圧導電層８とを備え、電極５、６と感圧導電層８との間にトンネル電流が流れる厚さの絶縁層９を介在させてある。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極が形成された基材と、その基材における前記一対の電極及びそれら一対の電極の間を覆いかつ圧力の印加に伴って内部に含まれる導電性の粒子間でトンネル電流が流れて絶縁状態から通電状態に変化する感圧導電層とを備え、前記電極と前記感圧導電層との間にトンネル電流が流れる厚さの絶縁層を介在させてある感圧センサ。
【請求項２】
前記感圧導電層をインキによって形成してある請求項１に記載の感圧センサ。
【請求項３】
前記絶縁層が無機酸化物からなる請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【請求項４】
前記絶縁層が有機材料からなる請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【請求項５】
前記絶縁層が無機材料からなる請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力を検出するのに用いる感圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる感圧センサは、例えば、タッチパネルやペンタブレット等に設けられて、指の圧力やペンの筆圧等を検出できるようにしたものである。
従来、この種の感圧センサとして、圧力の印加に伴って内部に含まれる導電性の粒子同士が接触して導通経路が形成されて抵抗率が変化する感圧導電性ゴムを使用するものがあった（例えば、特許文献１参照。）。そして、感圧導電性ゴムに電極を取り付け、感圧導電性ゴムの抵抗変化を信号処理して圧力を検出することになる。
【０００３】
しかしながら、感圧導電性ゴムの押圧を繰り返すうちに、疲労により感圧導電性ゴムが経時的に塑性変形を起こして導電性の粒子同士が接触したまま離間復帰しなくなり、感圧導電性ゴムを押圧しても感圧導電性ゴムが抵抗変化し難く、圧力を検出し難くなる虞があった。しかも、感圧導電性ゴムをインキ化することが困難であることに加えて、加硫工程等の後処理が必要となる等、感圧導電性ゴムを印刷し難いために、例えば、感圧導電性ゴムを基材における一対の電極及びそれら一対の電極の間に亘って載置しなければならない等、手間が掛かることに加えて、感圧導電性ゴムの厚みが厚くなるという虞もあった。
【０００４】
そこで、感圧導電性ゴムに変わる素材として、最近、圧力の印加に伴って内部に含まれる導電性の粒子間でトンネル電流が流れて絶縁状態から通電状態に変化する感圧導電性組成物が登場し、感圧導電性インキ等に応用することが提案されている。
【０００５】
これにより、基材における一対の電極及びそれら一対の電極の間に亘って感圧導電性インキを直接印刷して感圧導電層を形成することにより、感圧導電性インキを印刷して乾燥した後は形状の変化がほとんど無いので、押圧を繰り返しても、経時的に圧力を検出し難くなるという虞を防止し、手間が掛からず量産し易いことに加えて、感圧センサの厚みを薄くできるものとなる。ちなみに、導電性の粒子が接触してはいないがナノメートルオーダーで非常に近接している場合において、導電性の粒子間における電子の存在確率密度がゼロでないために、電子が染み出してこのようなトンネル電流が流れるものであり、本質的には量子力学で説明される現象である。
【０００６】
そして、このような感圧導電性インキを用いた感圧センサとして、一対の電極が形成された基材としてのＦＰＣ（フレキシブル基板）と、ＦＰＣにおける一対の電極及びそれら一対の電極の間に亘って感圧導電性インキを直接印刷して感圧導電層を形成するものが考えられる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１３５８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来提案の感圧センサにおいては、電極と感圧導電層とが直接接着しており、一対の電極の間の抵抗率が低くなりすぎて、圧力を検出し難いという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、圧力を検出し易い感圧センサを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の感圧センサの第１特徴構成は、一対の電極が形成された基材と、その基材における前記一対の電極及びそれら一対の電極の間を覆いかつ圧力の印加に伴って内部に含まれる導電性の粒子間でトンネル電流が流れて絶縁状態から通電状態に変化する感圧導電層とを備え、前記電極と前記感圧導電層との間にトンネル電流が流れる厚さの絶縁層を介在させてある点にある。
【００１１】
すなわち、電極と感圧導電層との間にトンネル電流が流れる厚さの絶縁層を介在させてあるので、電極と感圧導電層との間のトンネル障壁により、一対の電極の間の抵抗率が低くなりすぎることを防止して、圧力が検出し易いものとなる。
【００１２】
本発明の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記感圧導電層をインキによって形成してある点を特徴とする。
【００１３】
すなわち、基材における一対の電極及びそれら一対の電極の間に亘って感圧導電性インキを直接印刷して感圧導電層を形成することにより、量産し易いことに加えて、感圧センサの厚みを薄くできる。
【００１４】
本発明の第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、前記絶縁層が無機酸化物からなる点を特徴とする。
【００１５】
すなわち、前記絶縁層が無機酸化物からなるので、変質し難く、絶縁層を好適に形成し易いものであり、加えて、厚み制御が容易であり、再現性に優れる。
【００１６】
本発明の第４特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、前記絶縁層が有機材料からなる点を特徴とする。
【００１７】
すなわち、前記絶縁層が有機材料からなるので、絶縁層を好適に形成し易いものであり、加えて、スクリーン印刷等の印刷法を利用することが可能となり、コスト的に有利である。
【００１８】
本発明の第５特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、前記絶縁層が無機材料からなる点を特徴とする。
【００１９】
すなわち、前記絶縁層が無機材料からなるので、絶縁層を好適に形成し易いものであり、加えて、絶縁層の確保が容易になり、信頼性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔第１実施の形態〕
以下、本発明に係る感圧センサを設けたタッチパネルについて説明する。
図１〜図３に示すように、ＰＥＴやＰＥ等の合成樹脂製のハードコートフィルム１の下面に意匠フィルム２が貼着され、意匠フィルム２の下面にタッチパネル部３が貼着されている。タッチパネル部３を構成するに、下面に透明電極３ａを有する透明絶縁フィルム３ｂと上面に透明電極３ａを有するガラス板３ｃとを多数のドットスペーサ３ｄを介して対向させてある。タッチパネル部分３の下面にサブストレート４が貼着されている。これにより、ハードコートフィルム１、意匠フィルム２、タッチパネル部３、サブストレート４がタッチパネルＡを構成する。
【００２１】
前記タッチパネルＡの下面に感圧センサＢが貼着されている。感圧センサＢは、一対の電極５、６が形成された基材としてのＦＰＣ７（フレキシブル基板）と、そのＦＰＣ７における一対の電極５、６及びそれら一対の電極５、６の間を覆いかつ圧力の印加に伴って内部に含まれる導電性の粒子間でトンネル電流が流れて絶縁状態から通電状態に変化する感圧導電層８とを備え、電極５、６と感圧導電層８との間にトンネル電流が流れる厚さすなわちほぼ２０ナノメートルの厚さの二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の絶縁層９を介在させてある。ちなみに、電極５、６、感圧導電層８、ＦＰＣ７の厚みは、夫々１８μｍ、２０μｍ、３５μｍである。又、圧力の印加に伴って内部に含まれる導電性の粒子間でトンネル電流が流れて絶縁状態から通電状態に変化する感圧導電層８を構成する組成物は、英国、ダーリントン（Ｄａｒｌｉｎｇｔｏｎ）のペラテック社（ＰＥＲＡＴＥＣＨ  ＬＴＤ）から商品名「ＱＴＣ」で入手可能な量子トンネル性複合材（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）である。
【００２２】
説明を加えると、図１に示すように、タッチパネルＡの下面に保護フィルム１０が貼着され、保護フィルム１０の下面に弾性変形自在な粘着剤１１を介してＦＰＣ７が貼着されている。そして、ＦＰＣ７の上面に電極５、６及び感圧導電層８が形成されている。ＦＰＣ７に一対の電極５、６が銀印刷によって形成されている。一対の電極５、６は、図２に示すように、夫々櫛歯部５ａ、６ａを備えて、櫛歯部５ａ、６ａ同士を所定間隔を隔てて入り込ませている。そして、図３に示すように、スパッタ法により二酸化ケイ素の絶縁層９がＦＰＣ７における一対の電極５、６及びそれら一対の電極５、６の間を覆うように形成され、感圧導電性インキがＦＰＣ７における一対の電極５、６及びそれら一対の電極５、６の間を覆うように印刷され、感圧導電性インキを加熱して溶剤を揮発させるとともに、熱硬化樹脂を硬化させることにより感圧導電層８が形成されている。
【００２３】
これにより、電極５、６と感圧導電層８との間にトンネル電流が流れる厚さの絶縁層９を介在させてあるので、電極５、６と感圧導電層８との間のトンネル障壁により、一対の電極５、６の間の抵抗率が低くなりすぎることを防止して、圧力が検出し易いものとなる。又、感圧導電性インキを印刷することにより量産し易いことに加えて、感圧センサの厚みを薄くできる。
【００２４】
以下、感圧導電性インキの抵抗の圧力変化について測定した実験結果について説明する。
（実験方法）
ＦＰＣ基板に幅が１００μｍの一対の電極を１３０μｍの間隔を隔てて並べて配設し、一対の電極の夫々の端部に抵抗計を接続し、スパッタ法により二酸化ケイ素を一対の電極及びそれら一対の電極の間を覆うように蒸着して２０ナノメートルの厚さの絶縁層を形成し、一対の電極及びそれら一対の電極の間に亘って感圧導電性インキを直接印刷して２０μｍの厚さの感圧導電層を形成し、半球状のシリコーンゴムを一対の電極の上に被さるように所定の圧力で押圧して感圧導電性インキの抵抗の圧力変化を計測した。
【００２５】
（実験結果）
図７は、絶縁層を形成しないときの感圧導電性インキの抵抗と圧力との関係を示すものであり、図８は、２０ナノメートルの厚さの絶縁層を形成したときの感圧導電性インキの抵抗と圧力との関係を示すものである。絶縁層を形成しないときよりも、２０ナノメートルの厚さの絶縁層を形成したときのほうが、抵抗値が約一桁高くなっている。これにより、一対の電極の間の抵抗値が低くなりすぎることを防止して、圧力が検出し易いものとなる。しかも、絶縁層を形成しないときよりも、２０ナノメートルの厚さの絶縁層を形成したときのほうが、抵抗値の圧力変化が大きいので、圧力変化を検出し易い。
【００２６】
〔別実施の形態〕
（１）上記実施の形態では、タッチパネルＡの下面に保護フィルム１０が貼着され、保護フィルム１０の下面に弾性変形自在な粘着剤１１を介してＦＰＣ７が貼着されている。そして、ＦＰＣ７の上面に電極５、６及び感圧導電層８が形成されている構成を例示したが、このような構成に限られるものではなく、例えば、図４に示すように、ＦＰＣ７の上面に電極５、６及び感圧導電層８が形成された感圧層が形成され、第１実施形態に示すように、タッチパネルＡの下面に弾性変形自在な粘着剤を介して前記感圧層が貼着される構成としてもよい。又、図５に示すように、ＦＰＣ７の下面に電極５、６及び感圧導電層８が形成された感圧層が形成され、タッチパネルＡの下面に前記感圧層が貼着され、第１実施形態に示すように、ＦＰＣ７の下面に弾性変形自在な粘着剤を介して保護フィルム１０が貼着されている構成としてもよい。又、図６に示すように、ＦＰＣ７の下面に電極５、６及び感圧導電層８が形成された感圧層が形成され、タッチパネルＡの下面に前記感圧層が貼着されるだけの構成としてもよい。
【００２７】
（２）上記実施の形態では、絶縁層９の厚さがほぼ２０ナノメートルである構成を例示したが、これに限られるものではない。
【００２８】
（３）上記実施の形態では、銀印刷によって電極が形成される構成を例示したが、このような構成に限られるものではなく、銀以外のメタリック印刷、例えば、カーボン、カーボンナノチューブ等の材料によって電極が形成される構成や、銅や金メッキ銅等の金属箔を張り合わせて電極が形成される構成としてもよく、あるいは、銅をめっきしたＦＰＣの上にレジストで電極パターンを形成し，レジストで保護されていない部分の銅をエッチング処理して電極が形成される構成でもよい。
【００２９】
（４）上記実施の形態では、絶縁層９をスパッタ法で形成する構成を例示したが、このような構成に限られるものではなく、ＣＶＤ法、ＥＢ蒸着法、ゾルゲル法、ロールコータ、スピンコータ、オングストローマ、グラビア印刷、スクリーン印刷等、種々の方法で形成してもよい。
【００３０】
（５）上記実施の形態では、絶縁層９が二酸化ケイ素である構成を例示したが、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4）、酸化コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）、ケイ酸カルシウム（ＣａＳｉＯ3）、ホウ酸アルミニウム（Ａｌ18Ｂ4Ｏ33）等の無機酸化物、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（ＡＬＮ）等の窒化物、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯXＮ1-X）等の酸化窒化物、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の炭化物、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）等の水酸化物、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）等の炭酸塩、リン酸カルシウム（ＣａＨ２（ＰＯ）4）等のリン酸塩、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）等の硫酸塩、タルク、ハロサイト、セライト等の粘度鉱物、クレー、白土、ゼオライト、無機バルーン等の無機材料や、絶縁性を有する金属からなるアルコキシド（アルコラート）、アシレートや、β−ジケトン、ケトエステル、ヒドロキシアミネート、ジオレート、ヒドロキシアシレート等のキレート材料を用いたゾルゲル法による絶縁酸化物であってもよい。また、部分的に有機物を含んだ絶縁材料、例えば、ポリオルガノシロキサン等の有機材料であってもよく、あるいは、それら無機材料と有機材料とのハイブリッドであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】感圧センサを設けたタッチパネルの断面図
【図２】ＦＰＣに電極及び感圧導電層が形成された状態を示す斜視図
【図３】感圧センサの断面図
【図４】別実施形態における感圧センサの断面図
【図５】別実施形態における感圧センサの断面図
【図６】別実施形態における感圧センサの断面図
【図７】感圧導電性インキの抵抗と圧力との関係を示す図
【図８】感圧導電性インキの抵抗と圧力との関係を示す図
【符号の説明】
【００３２】
５、６      電極
７          基材
８          感圧導電層
９          絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月2日(2008.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極が形成された基材と、その基材における前記一対の電極及びそれら一対の電極の間を覆いかつ圧力の印加に伴って内部に含まれる導電性の粒子間でトンネル電流が流れて絶縁状態から通電状態に変化する感圧導電層とを備え、前記電極と前記感圧導電層との間にトンネル電流が流れる厚さの絶縁層を介在させてある感圧センサ。
【請求項２】
前記感圧導電層をインキによって形成してある請求項１に記載の感圧センサ。
【請求項３】
前記絶縁層が無機酸化物からなる請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【請求項４】
前記絶縁層が有機材料からなる請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【請求項５】
前記絶縁層が無機材料からなる請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【請求項６】
前記絶縁層が無機材料と有機材料とのハイブリッドからなる請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
すなわち、前記絶縁層が無機材料からなるので、絶縁層を好適に形成し易いものであり、加えて、絶縁層の確保が容易になり、信頼性に優れる。
本発明の第６特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、前記絶縁層が無機材料と有機材料とのハイブリッドからなる点を特徴とする。