静電容量式入力装置およびその製造方法、静電容量式入力装置の入力方法
【課題】入力者が指先の小さな者であっても、汎用的で先端の細い入力用部材を用いても目的通りに入力できる静電容量式入力装置を提供する。
【解決手段】本発明の静電容量式入力装置１は、可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部１００と、センサ部１００の前面側に設けられた入力補助部２００とを備え、入力補助部２００は、透明絶縁基板２１１と、透明絶縁基板２１１の、センサ部１００の反対側の面に均一に設けられた多数の点状透明導電部２１２とを有する。
【解決手段】本発明の静電容量式入力装置１は、可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部１００と、センサ部１００の前面側に設けられた入力補助部２００とを備え、入力補助部２００は、透明絶縁基板２１１と、透明絶縁基板２１１の、センサ部１００の反対側の面に均一に設けられた多数の点状透明導電部２１２とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置の前面に設けられる静電容量式入力装置およびその製造方法に関するものである。また、静電容量式入力装置の入力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル等の入力装置においては、画像表示装置の前面側に、指やスタイラスペンなどが接触した接触点の座標を検出する入力装置が備えられている。入力装置としては、従来、抵抗膜式のものが広く使用されていたが、近年、携帯端末等の分野において静電容量式のものが急速に普及しつつある。静電容量式入力装置は、一対の電極を備え、指やスタイラスペンが接近した際の電極間の電界変化によって生じる静電容量変化を検知して座標入力する装置である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、従来の静電容量式入力装置においては、入力者が、指先が小さい者（例えば幼児等）である場合には、指先を入力装置に接触させても、目的通りに入力できないことがあった。
また、入力装置においては、スタイラスペン等の入力用部材の先端を接触させることにより操作する方法が知られている。静電容量式入力装置用のスタイラスペンとしては、入力装置に容量結合させるため、導電性の先端部を有するものが使用されている（特許文献２，３）。
しかしながら、特許文献２，３に記載のスタイラスペンは特殊なものである上に、スタイラスペンを常に所持するのは煩わしかった。さらに、スタイラスペンにおいても先端が小さいと、目的通りに操作できなくなるため、接触面積を大きくする必要があった。接触面積を大きくすると、画像を隠す面積が大きくなり、静電容量式入力装置の操作性が低下する傾向にあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０７０９１号公報
【特許文献２】特開平１０−０３９９８９号公報
【特許文献３】特許第４１４２７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、入力者が指先の小さな者であっても、汎用的で先端の細い入力用部材を用いても目的通りに入力できる静電容量式入力装置およびその製造方法、入力方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
［１］可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部と、該センサ部の前面側に設けられた入力補助部とを備え、前記入力補助部は、透明絶縁基板と、該透明絶縁基板の、センサ部の反対側の面に均一に設けられた多数の点状透明導電部とを有することを特徴とする静電容量式入力装置。
［２］前記入力補助部の点状透明導電部は、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含み、点状透明導電部同士の間は、透明絶縁材料からなる絶縁部になっていることを特徴とする［１］に記載の静電容量式入力装置。
［３］透明絶縁基板の一方の面に透明導電層を形成する透明導電層形成工程と、前記透明導電層にレーザ光を所定のパターンで照射することにより絶縁部および点状透明導電部を形成して入力補助部を得る入力補助部作製工程と、可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部の前面側に、前記入力補助部を取り付ける入力補助部取り付け工程とを有することを特徴とする静電容量式入力装置の製造方法。
［４］透明導電層が、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含み、入力補助部作製工程では、レーザ光を照射した部分の導電性繊維を除去して絶縁部にすることを特徴とする［３］に記載の静電容量式入力装置の製造方法。
［５］［１］または［２］に記載の静電容量式入力装置を入力操作する静電容量式入力装置の入力方法であって、前記入力補助部の表面に、先端部が導電材料からなるペン状の入力用部材を接触させることを特徴とする静電容量式入力装置の入力方法。
［６］前記入力用部材として、絶縁性の把持部を備えるものを用いることを特徴とする［５］に記載の静電容量式入力装置の入力方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の静電容量式入力装置によれば、入力者が指先の小さな者であっても、汎用的で先端の細い入力用部材を用いても目的通りに入力できる。
本発明の静電容量式入力装置の製造方法では、上記静電容量式入力装置を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電容量式入力装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る静電容量式入力装置のセンサ部を示す上面図である。
【図３】図２のセンサ部のＸ側電極シートを示す上面図である。
【図４】図２のセンサ部のＹ側電極シートを示す上面図である。
【図５】図１の静電容量式入力装置の入力方法について説明する断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る入力装置の製造方法で使用するレーザ光照射装置を簡略化して示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜静電容量式入力装置＞
本発明の一実施形態に係る静電容量式入力装置（以下、「入力装置」と略す。）について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に、本実施形態の入力装置の断面図を示す。本実施形態の静電容量式入力装置１は、画像表示装置（図示せず）の前面側に配置されるものであり、可視光を透過可能な透明な静電容量式のセンサ部１００と、センサ部１００の前面側に設けられた入力補助部２００とを備える。なお、本明細書において、「前面側」とは、入力装置１の入力者側のことである。また、「透明」とは、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に従って測定した全光線透過率が５０％以上のことである。
【００１０】
図２〜図４に示すように、センサ部１００は、市松模様（互いに同一形状とされた正方形の角部同士を連結した状態、所謂チェックパターン状）の電極１０１ａを形成したＸ側電極シート１１０と、このＸ側電極シート１１０に対して相補的な市松模様とされた電極１０１ｂを形成したＹ側電極シート１２０と、を備えている。ここで、各電極シート１１０、１２０は、透明絶縁基板１１１、１２１の前面側に透明導電層１１２、１２２が設けられたものである。
また、センサ部１００は、Ｘ側電極シート１１０の前面側に絶縁層１４０が設けられている。
【００１１】
透明絶縁基板１１１、１２１としては、透明で絶縁性を有するとともに、表面に透明導電層１１２、１２２を形成でき、かつ、後述するレーザ加工に対して、所定の照射条件において外観変化の生じにくいものを用いることが好ましい。具体的には、例えば、ガラス、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を代表とするポリエステル、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）などの絶縁性材料が挙げられる。また、透明絶縁基板１１１、１２１の形状としては、板状のもの、可撓性を有するフィルム状のもの、立体的（３次元）に成型された成型品等を用いることができる。
【００１２】
透明導電層１１２、１２２は、透明絶縁材料と、該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含んでいる。
各導電性繊維は、透明絶縁基板１１１、１２１の表面（透明導電層１１２、１２２が形成される面）の面方向に沿って互いに異なる向きに不規則に配置されているとともに、その少なくとも一部以上が互いに重なり合う（接触し合う）程度に密集しており、互いに電気的に接続されている。これにより、導電ネットワークを構成している。
【００１３】
導電性繊維としては、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が挙げられ、銀を主成分とする金属ナノワイヤ（銀ナノワイヤ）が好ましく用いられる。導電性繊維は、例えばその直径が０．３〜１００ｎｍ、長さが１〜１００μｍに形成されている。
また、導電性繊維として、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を用いることもできる。
【００１４】
また、透明導電層１１２、１２２は、導電性繊維を含まない絶縁部Ｉ１が形成されている。本実施形態における絶縁部Ｉ１では、導電性繊維が除去されることにより透明絶縁材料に空隙が形成されて、導電ネットワークが断絶している。
【００１５】
Ｘ側電極シート１１０においては、図３に示すように、電極１０１ａは、Ｘ方向に沿って配列する複数の正方形の角部同士が互いに電気的に連結されて延びるように形成されている一方、Ｙ方向に隣り合う正方形同士は互いに電気的に絶縁された状態で、Ｙ方向に並列配置されている。
Ｙ側電極シート１２０においては、図４に示すように、電極１０１ｂは、Ｙ方向に沿って配列する複数の正方形の角部同士が互いに電気的に連結されて延びるように形成されている一方、Ｘ方向に隣り合う正方形同士は互いに電気的に絶縁された状態で、Ｘ方向に並列配置されている。
【００１６】
図２に示されるように、Ｘ側電極シート１１０とＹ側電極シート１２０とは、互いの電極１０１ａ、１０１ｂ同士を対面させることなく対向配置された状態で粘着剤層１５０を介して組み合わされている。
詳しくは、図１に示すように、Ｘ側電極シート１１０は、Ｙ側電極シート１２０の上面（入力者側の面）に、透明な粘着剤層１５０を介して積層されるように接着されており、この状態で、双方の電極１０１ａ、１０１ｂ同士が重なり合わない状態とされている。
【００１７】
また、図３に示すように、Ｘ側電極シート１１０の透明導電層１１２において、Ｙ側電極シート１２０の電極１０１ｂにおける正方形部分に対向する領域には、正方形状をなす孤立電極１０２ａがそれぞれ形成されている。孤立電極１０２ａの外周には、正方形環状をなす絶縁部Ｉ１が形成されている。
また、Ｘ側電極シート１１０の透明導電層１１２において、Ｙ方向に隣り合う電極１０１ａの正方形の対向する角部同士の間には、孤立電極１０２ａよりも外形の小さな正方形状とされた小孤立電極１０３ａがそれぞれ形成されている。小孤立電極１０３ａの外周には、正方形環状をなす絶縁部Ｉ１がそれぞれ形成されている。
【００１８】
また、図４に示すように、Ｙ側電極シート１２０の透明導電層１２２において、Ｘ側電極シート１１０の電極１０１ａにおける正方形部分に対向する領域には、正方形状をなす孤立電極１０２ｂがそれぞれ形成されている。孤立電極１０２ｂの外周には、正方形環状をなす絶縁部Ｉ１がそれぞれ形成されている。
また、Ｙ側電極シート１２０の透明導電層１２２において、Ｘ方向に隣り合う電極１０１ｂの正方形の対向する角部同士の間には、孤立電極１０２ｂよりも外形の小さな正方形状とされた小孤立電極１０３ｂがそれぞれ形成されている。小孤立電極１０３ｂの外周には、正方形環状をなす絶縁部Ｉ１がそれぞれ形成されている。
【００１９】
このように構成されるセンサ部１００においては、電極１０１ａ、１０１ｂ、及び、孤立電極１０２ａ、１０２ｂに２次元ネットワークの導電性繊維が配置されて、導電部とされている。
【００２０】
入力補助部２００は、透明絶縁基板２１１と、透明絶縁基板２１１の、センサ部１００の反対側の面に均一に設けられた多数の点状透明導電部２１２とを有する。
透明絶縁基板２１１としては、電極シート１１０、１２０を構成する透明絶縁基板１１１、１１２と同様のものを使用することができる。
また、点状透明導電部２１２は、電極シート１１０、１２０を構成する透明導電層１１２、１２２と同様に、透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状の導電性繊維が含まれて導電性を有している。
点状透明導電部２１２の平面視の形状としては、円形状、三角形状、四角形状、六角形状等が挙げられる。点状透明導電部２１２が四角形状である場合、その一辺の長さは、画像表示装置に表示されるボタン領域の一辺の長さよりも短いことが好ましく、画像表示装置に表示される隣接するボタン間のピッチの１／２以下であることがより好ましい。ここで、ピッチとは、ボタンの中心間の距離のことである。
【００２１】
点状透明導電部２１２の周囲は透明絶縁材料からなる絶縁部Ｉ２になっている。具体的には、点状透明導電部２１２の周囲においては、導電性繊維が除去されて絶縁部Ｉ２になっている。
絶縁部Ｉ２の幅は０．０１〜０．５μｍであることが好ましく、０．０５〜０．２μｍであることがより好ましい。絶縁部Ｉ２の幅が前記下限値以上であれば、点状透明導電部２１２を充分に絶縁させることができ、前記上限値以下であれば、容易に絶縁部Ｉ２を形成できる。
【００２２】
上記のように、本実施形態の入力装置１においては、電極シート１１０、１２０を構成する絶縁部Ｉ１、入力補助部２００を構成する絶縁部Ｉ２は導電性繊維が除去されて形成されている。このような絶縁部Ｉ１、Ｉ２は、透明導電層１１２、１２２および点状透明導電部２１２と色調や透明性がほぼ同等になり、肉眼等では区別できない。そのため、絶縁パターンが視認されにくくなっている。
【００２３】
＜入力装置の入力方法＞
次に、入力装置１の入力方法の一例について説明する。本例は、図５に示すように、入力に、導電材料からなる先端部３１０と絶縁性の把持部３２０とを備えるペン状の入力用部材３００を用いる例である。先端部３１０が導電材料からなり、把持部３２０が絶縁材料からなるペン状の入力用部材３００としてはスタイラスペンであってもよいし、鉛筆でも構わない。
図５に示すように、入力装置１の使用者は、画像表示装置（図示せず）によって表示されたボタン領域上の入力補助部２００の表面（入力者側の表面）に、入力用部材３００の先端部３１０を接触させて入力を行う。このとき、入力用部材３００と点状透明導電部２１２と各電極１０１ａの間に容量結合が形成される。その状態で、例えば、Ｙ側電極シート１２０の電極１０１ｂの１つに、信号源１６０を利用して電圧を印加し、検出手段１７０により電流を検出することで、Ｙ方向の入力用部材３００の接触有無を検知することができる。また、Ｘ側電極シート１１０についても、Ｙ側電極シート１２０と同様の方法により、Ｘ方向の入力用部材３００の接触有無を検知することができる。そして、この操作を、Ｙ方向とＸ方向とで繰り返すことで、Ｘの位置とＹの位置を確定することができる。
【００２４】
上記実施形態の入力装置１では、入力補助部２００に入力用部材３００を表面に接触させた際に、入力用部材３００とセンサ部１００の電極１０１ａとに容量結合が形成されるのではなく、入力用部材３００が接触した点状透明導電部２１２とセンサ部１００の電極１０１ａとに容量結合が形成される。点状透明導電部２１２の面積は入力用部材３００の先端の面積よりも大きいため、点状透明導電部２１２と電極１０１ａとの容量結合は充分に大きくなる。そのため、入力装置１では、先端の細い入力用部材３００を用いても、目的通りに入力できる。
また、入力補助部２００を用いることにより、入力用部材３００として、絶縁性把持部を備えるものも使用でき、汎用的なもの、例えば鉛筆を使用することもできる。
【００２５】
また、入力装置１への入力は、入力用部材３００を用いずに、指先で行ってもよい。指先で入力を行った場合、指先が接触した点状透明導電部２１２とセンサ部１００の電極１０１ａとに容量結合が形成される。そのため、指先が小さい者であっても、点状透明導電部２１２と電極１０１ａとの容量結合により、目的通りに入力できる。
【００２６】
＜入力装置の製造方法＞
次に、本実施形態に係る入力装置１の製造方法について説明する。
本実施形態の入力装置１の製造方法は、透明導電層形成工程と入力補助部作製工程と入力補助部取り付け工程とを有する。
【００２７】
本実施形態における透明導電層形成工程は、透明絶縁基板の一方の面に、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含む透明導電層を形成する工程である。
透明導電層を形成する方法としては、透明絶縁基板の一方の面に、導電性繊維と分散媒（水又は有機溶剤）とを含む塗工液を塗工した後、透明絶縁材料と分散媒とを含む塗工液を塗工し、乾燥する方法、または、透明絶縁基板の一方の面に、透明絶縁材料と導電性繊維と分散媒とを含む塗工液を塗工し、乾燥する方法が挙げられる。
導電性繊維と分散媒とを含む塗工液を塗工した後、透明絶縁材料と分散媒とを含む塗工液を塗工した場合には、透明絶縁基板上の透明導電層内に、２次元ネットワークの導電性繊維を容易に設けることができるとともに、導電性繊維同士が電気的に確実に接続するため、電気的特性が安定する。
【００２８】
透明絶縁材料としては、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、ポリフッ化ビニリデン）、熱や紫外線や電子線や放射線で硬化する透明な硬化性樹脂（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。
導電性繊維としては、銀、金、ニッケルなどの金属ナノワイヤが挙げられる。
【００２９】
本実施形態における入力補助部作製工程は、透明絶縁基板の一方の面に形成された透明導電層に、レーザ光を所定のパターンで照射し、レーザ光が照射された導電性繊維を除去して、入力補助部を得る工程である。
なお、以下の説明において、レーザ加工前における透明絶縁基板と該透明絶縁基板の一方の面に形成された透明導電層とを有する積層体のことを、導電性基板という。
【００３０】
本実施形態では、入力補助部作製工程にて、図６に示すような、レーザ光照射装置を使用する。レーザ光照射装置４０は、レーザ光Ｌを発生させるレーザ光発生手段４１と、レーザ光Ｌを集光する集光手段である凸レンズ等の集光レンズ４２と、透明絶縁基板２１１および透明導電層ａからなる導電性基板Ａが載置されるステージ４３と、を備えている。
そして、レーザ光発生手段４１から集光レンズ４２を介して透明導電層ａにレーザ光Ｌを照射して、該透明導電層ａに絶縁パターンを形成することで、均一な多数の点状透明導電部を形成する
【００３１】
レーザ光発生手段４１が発生するレーザ光Ｌは、パルス幅１ｐ秒未満の極短パルスレーザ（フェムト秒レーザ）であることが好ましい。また、より好ましくは、パルス幅は０．０１ｐ秒以上である。パルス幅１ｐ秒未満の極短パルスレーザを用いれば、レーザ加工後に導電性繊維を充分に除去して絶縁部Ｉ２のパターンを目立たなくすることができる。しかも、絶縁部Ｉ２を確実に絶縁させるために、透明導電層ａの厚みを制御する必要がないから、簡便である。
【００３２】
集光レンズ４２の焦点Ｆは、透明導電層ａから離れた位置に設定されていることが好ましい。詳しくは、集光レンズ４２は、透明導電層ａと集光レンズ４２との間にレーザ光Ｌの焦点Ｆが位置するように配置される。すなわち、集光レンズ４２（レーザ光Ｌ）の焦点Ｆを、透明導電層ａと集光レンズ４２との間に形成している。これにより、透明絶縁基板２１１に当たるレーザ光Ｌのスポット径は、透明導電層ａに当たるレーザ光Ｌのスポット径より大きくなる。これにより、透明導電層ａにおいてはレーザ光Ｌのエネルギ密度を確保して絶縁部Ｉ２を確実に形成しつつ、透明絶縁基板２１１においてはレーザ光Ｌのエネルギ密度を低減させて、該透明絶縁基板２１１の損傷を防止できる。
【００３３】
集光レンズ４２としては、低い開口数（ＮＡ＜０．１）のものが好ましい。すなわち、集光レンズ４２の開口数がＮＡ＜０．１とされることにより、レーザ光Ｌの照射条件設定が容易となり、特にレーザ光Ｌの焦点Ｆが透明導電層ａと集光レンズ４２との間に位置することによる、該焦点Ｆにおける空気のプラズマ化に伴うエネルギ損失とレーザ光Ｌの拡散を防止することができる。
【００３４】
また、ステージ４３は、水平方向に２次元的に移動可能になっている。ステージ４３は、少なくとも上面側が透明な部材または光線吸収性を有する部材で構成されていることが好ましい。
ステージ４３は、レーザ光Ｌの出力が１Ｗを超える場合、ナイロン系若しくはフッ素系の樹脂材料、又は、シリコーンゴム系の高分子材料を用いることが好ましい。
【００３５】
次に、上記レーザ光照射装置４０を用いた入力補助部の形成方法について説明する。
まず、ステージ４３の上面に導電性基板Ａを、透明導電層ａが透明絶縁基板２１１より上に配置されるように載置する。ここで、導電性基板Ａは、透明絶縁基板２１１と透明導電層ａの透明絶縁材料とが、互いに同一材料又は同一系統の樹脂材料からなることが好ましい。例えば、透明絶縁基板２１１がポリエチレンテレフタレートフィルムの場合、透明絶縁材料にはポリエステル系樹脂を使用することが好ましい。
【００３６】
次いで、レーザ光発生手段４１よりレーザ光Ｌを出射させ、レーザ光Ｌを集光レンズ４２により集光する。その集光したレーザ光Ｌの、焦点Ｆを過ぎてスポット径が広がった部分を透明導電層ａに照射する。その際、ステージ４３を、レーザ光Ｌの照射が所定のパターンになるように移動させる。ここで、所定のパターンとは、絶縁部Ｉ２の平面視の形状に応じて適宜選択される。
上記のように、透明導電層ａにレーザ光Ｌを照射することにより、導電性繊維を除去して絶縁部Ｉ２を形成すると共に点状透明導電部２１２を形成する。なお、絶縁部Ｉ２においては、導電性繊維の存在した部分は空隙となっている。
【００３７】
透明導電層ａに照射するレーザ光Ｌのエネルギ密度は１×１０１６〜７×１０１７Ｗ／ｍ２、単位面積あたりの照射エネルギは１×１０５〜１×１０６Ｊ／ｍ２が好ましい。
すなわち、エネルギ密度・照射エネルギが上記数値範囲よりも小さな値に設定された場合、絶縁部Ｉ２の絶縁が不十分になるおそれがある。また、上記数値範囲よりも大きな値に設定された場合、加工痕が目立つようになり、透明タッチパネルや透明電磁波シールドなどの用途では不適当となる。
【００３８】
また、これらの値は、加工エリアにおけるレーザビームの出力値を、加工エリアの集光スポット面積で除することにより定義されており、簡便には、出力はレーザ発振機からの出力値に光学系の損失係数を掛けることで求められる。
また、スポット径面積Ｓは、下記式により定義される。
Ｓ＝Ｓ０×Ｄ／ＦＬ
Ｓ０：レンズで集光されるレーザのビーム面積
ＦＬ：レンズの焦点距離
Ｄ：透明導電層ａの表面（上面）と焦点との距離
【００３９】
なお、前述した焦点Ｆは、レンズ等の集光手段４２で、収差が十分に小さい場合を例に説明したが、例えば、焦点距離の短い球面レンズや、保護ガラスなどの収差が大きくなる要素が存在する場合には、前記焦点Ｆは、集光点のエネルギ密度が最も高くなる位置と定義される。
【００４０】
ここで、距離Ｄは、通常のレーザ加工機では、焦点距離ＦＬの０．２％〜３％の範囲内に設定される。好ましくは、距離Ｄは、焦点距離ＦＬの０．５％〜２％の範囲内に設定される。さらに望ましくは、距離Ｄは、焦点距離ＦＬの０．７％〜１．５％の範囲内に設定される。距離Ｄが上記数値範囲に設定されることにより、絶縁部Ｉ２における導電性繊維の除去（空隙の形成）が確実に行えるとともに電気的に高い信頼性を有する絶縁パターンを形成でき、かつ、透明絶縁基板２１１の損傷に起因する加工痕を確実に防止できる。
【００４１】
また、精度の高い導電パターンを形成する点では、透明導電層ａ上にスポットの位置を移動させながらパルス状のレーザ光Ｌを断続的に複数回照射することで、隣り合うスポット位置同士に重複する部分を形成することが好ましい。具体的には、断続的に３〜５００回照射することが好ましく、２０〜２００回照射することがより好ましい。３回以上の照射であれば、より確実に絶縁化でき、５００回以下であれば、レーザ光Ｌが照射された透明絶縁材料部分の溶解又は蒸発による除去を防止できる。
【００４２】
なお、上記説明においては、ＸＹステージなどの移動式ステージ４３に導電性基板Ａを載せてパターニングを行うこととしたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、導電性基板Ａを固定状態とし、集光系部材を相対的に移動させる方法、ガルバノミラー等を用いてレーザ光Ｌを走査しスキャンする方法、又は、上記したもの同士を組み合わせてパターニングを行うことが可能である。
【００４３】
入力補助部取り付け工程は、センサ部１００の前面側に入力補助部２００を取り付ける工程である。
入力補助部２００は、接着剤を用いてセンサ部１００に隣接するように取り付けてもよいし、センサ部１００との間に間隔をあけて取り付けてもよい。
センサ部１００を構成するＸ側電極シート１１０およびＹ側電極シート１２０は、透明導電層１１２、１２２に電極１０１ａ、１０１ｂが設けられたものであり、入力補助部と同様に、透明導電層にレーザ光を照射することによって作製することができる。ただし、その照射パターンは、電極１０１ａ、１０１ｂを形成するためのパターンであり、入力補助部２００の絶縁部Ｉ２を形成するためのパターンとは異なる。
【００４４】
レーザ光Ｌを利用して絶縁部Ｉ２を形成する上記製造方法によれば、センサ部１００の前面側に入力補助部２００を取り付けた入力装置１を容易に製造できる。
また、上記レーザ光Ｌの照射によって透明導電層ａをパターン状に絶縁化して得た入力補助部２００では、静電気障害の原因となる電圧２５００Ｖ以上の電荷を急速に減衰させる（例えば、静電気減衰測定機を用いた測定において、５０％の減衰に要する時間が約０．２秒である。）一方で、静電容量式の入力装置の動作領域である５０Ｖ以下では表面抵抗が実質的に絶縁状態（例えば、静電気減衰測定機を用いた測定において、１％の減衰に３０秒以上要する。）になる。したがって、入力補助部２００を用いることにより、入力を阻害することなく、静電気障害を抑制することができる。したがって、静電容量式の入力装置において最前面に配置される部材として適している。
【００４５】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、上記の透明導電層１１２、１２２および点状透明導電部２１２は、透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状の導電性繊維を含むものであったが、これに限定されるものではなく、例えば、導電性を有する金属膜をエッチング等により格子状に形成してなるワイヤグリッドであってもよい。
また、上記の透明導電層１１２、１２２および点状透明導電部２１２は、金属粒子、カーボン材料（カーボンブラック等）、導電性金属酸化物（錫ドープ酸化インジウム等）、導電性高分子（ポリチオフェン、ポリピロール等）等の導電性材料を含むものであってもよい。レーザ光の照射によって前記導電性材料を除去することができるため、絶縁部を形成することができる。
また、絶縁部Ｉ１、Ｉ２は空隙であっても構わない。レーザ光の照射条件によっては、透明導電層の、レーザ光を照射した部分が消失して空隙を形成することができる。
【００４６】
また、電極シート１１０、１２０には、粘着、反射防止、ハードコート及びドットスペーサなどの機能層を任意で付加することとしてもよい。
また、本発明の入力装置は、必ずしも、上記製造方法で製造したものでなくてもよく、例えば、レーザ光の照射の代わりにサンドブラスト、エッチング、熱溶融を適用することにより絶縁部を形成して入力補助部および電極シートを作製してもよい。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（製造例１）銀ナノワイヤ導電フィルムの作製
厚さ１００μｍの透明なポリエステル（ＰＥＴ）フィルム（透明絶縁基板１１１、１２１）に、Ｃａｍｂｒｉｏｓ社のＯｈｍ（商品名）インクを塗布乾燥後、紫外線硬化性のポリエステル樹脂インクを上塗りして、乾燥・紫外線処理を施すことにより、ＰＥＴフィルム上に線径５０ｎｍ程度、長さ１５μｍ程度の銀繊維からなる導電性の２次元ネットワークを有する耐摩擦性の透明導電層を形成した。
【００４９】
この銀ナノワイヤ導電フィルムの透明導電層ａの表面抵抗は、２３０Ω／□、光線透過率は９５％であった。
次いで、この銀ナノワイヤ導電フィルムを、Ａ４版大の長方形に切断加工し、銀ナノワイヤ導電フィルムとした。
【００５０】
（実施例１）
製造例１の導電フィルムを厚さ５ｍｍの樹脂板（ジュラコン、ポリプラスチックス株式会社・登録商標）板上に、前記透明導電層が樹脂板とは反対側を向くように載置した。
図６に示すレーザ光照射装置４０（キーエンス社製、波長１０６４ｎｍ、出力１２Ｗ、パルス幅２０ｎ秒、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、ビーム径６．７ｍｍのＹＶＯ４レーザ）を用い、焦点距離ＦＬ＝３００ｍｍの集光レンズ４２とガルバノミラーを利用して、導電フィルムにレーザ光を照射した。
具体的には、前記導電フィルムの透明導電層の表面に集光レンズ４２（レーザ光Ｌ）の焦点が設定されるように調整した。次いで、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの領域に、幅０．１ｍｍ、間隔５ｍｍの格子状にレーザ光Ｌを照射して、絶縁パターンを形成した。その際、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、操作速度６００ｍｍ／秒、出力３０％とした。
これにより、四角形状の点状透明導電部と格子状の絶縁部とが透明絶縁基板上に設けられた入力補助部を得た。
この入力補助部は、全光線透過率が９３．５％、ヘイズが０．６８％、点状透明導電部同士間の電気抵抗が１０ＭΩ以上であった。また、相対湿度５０％の環境下、静電気減衰測定装置を用いて、５０００Ｖの静電気を印加後、電圧が５０％、１０％、０．１％に減衰する時間を測定したところ、各々、０．１秒、４．７８秒、３０秒以上であった。また、入力補助部においては絶縁パターンが視認されなかった。
【００５１】
静電容量式タッチパネルを備えた市販の携帯端末の前面に上記入力補助部を取り付けて、入力装置とした。この入力装置において、画像表示装置に配列ピッチ５ｍｍのテンキー又は配列ピッチ１０ｍｍのメニュー画面を表示させ、その表示上の入力補助部の表面に指先および４Ｈの鉛筆先端を接触させて入力操作を行ったところ、目的通りに入力できた。
【００５２】
（実施例２）
絶縁部のパターンを、互いに対向する辺の間隔が５ｍｍの六角形に変更した以外は実施例１と同様にして入力補助部を作製した。
この入力補助部について、相対湿度５０％の環境下、静電気減衰測定装置を用いて、５０００Ｖの静電気を印加後、電圧が５０％、１０％、０．１％に減衰する時間を測定したところ、各々、０．１秒、５．７２秒、３０秒以上であった。また、入力補助部においては絶縁パターンが視認されなかった。
上記入力補助部を用いたこと以外は実施例１と同様にして、入力装置を得た。この入力装置において、画像表示装置に配列ピッチ５ｍｍのテンキー又は配列ピッチ１０ｍｍのメニュー画面を表示させ、その表示上の入力補助部の表面に指先又は４Ｈの鉛筆先端を接触させて入力操作を行ったところ、目的通りに入力できた。
【００５３】
（比較例１）
製造例１で得た導電フィルムそのものを入力補助部として用いたこと以外は実施例１と同様にして入力装置を得た。この入力装置において、画像表示装置に配列ピッチ５ｍｍのテンキー又は配列ピッチ１０ｍｍのメニュー画面を表示させ、その表示上の入力補助部の表面に指先又は４Ｈの鉛筆先端を接触させて入力操作を行ったところ、指先でも鉛筆でも目的通りに入力できなかった。
【００５４】
（比較例２）
入力補助部として厚さ１２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用いたこと以外は実施例１と同様にして、入力装置を得た。なお、ポリエチレンテレフタレートフィルムについて、５０００Ｖの静電気を印加後、電圧が５０％減衰する時間を測定したところ３０秒以上を有した。
この入力装置において、画像表示装置に配列ピッチ５ｍｍのテンキー又は配列ピッチ１０ｍｍのメニュー画面を表示させ、その表示上の入力補助部の表面に指先又は４Ｈの鉛筆先端を接触させて入力操作を行ったところ、鉛筆では目的通りに入力できなかった。
【００５５】
（比較例３）
市販の携帯端末において、鉛筆を入力用部材として入力操作したところ、入力できなかった。
【符号の説明】
【００５６】
１ 入力装置
１００ センサ部
１０１ａ，１０１ｂ 電極
１０２ａ，１０２ｂ 孤立電極
１０３ａ，１０３ｂ 小孤立電極
１１０ Ｘ側電極シート
１１１ 透明絶縁基板
１１２ 透明導電層
１２０ Ｙ側電極シート
１２１ 透明絶縁基板
１２２ 透明導電層
１７０ 検出手段
２００ 入力補助部
２１１ 透明絶縁基板
２１２ 点状透明導電部
３００ 入力用部材
３１０ 先端部
３２０ 把持部
ａ 透明導電層
Ｉ１、Ｉ２ 絶縁部
Ｌ レーザ光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置の前面に設けられる静電容量式入力装置およびその製造方法に関するものである。また、静電容量式入力装置の入力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル等の入力装置においては、画像表示装置の前面側に、指やスタイラスペンなどが接触した接触点の座標を検出する入力装置が備えられている。入力装置としては、従来、抵抗膜式のものが広く使用されていたが、近年、携帯端末等の分野において静電容量式のものが急速に普及しつつある。静電容量式入力装置は、一対の電極を備え、指やスタイラスペンが接近した際の電極間の電界変化によって生じる静電容量変化を検知して座標入力する装置である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、従来の静電容量式入力装置においては、入力者が、指先が小さい者（例えば幼児等）である場合には、指先を入力装置に接触させても、目的通りに入力できないことがあった。
また、入力装置においては、スタイラスペン等の入力用部材の先端を接触させることにより操作する方法が知られている。静電容量式入力装置用のスタイラスペンとしては、入力装置に容量結合させるため、導電性の先端部を有するものが使用されている（特許文献２，３）。
しかしながら、特許文献２，３に記載のスタイラスペンは特殊なものである上に、スタイラスペンを常に所持するのは煩わしかった。さらに、スタイラスペンにおいても先端が小さいと、目的通りに操作できなくなるため、接触面積を大きくする必要があった。接触面積を大きくすると、画像を隠す面積が大きくなり、静電容量式入力装置の操作性が低下する傾向にあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０７０９１号公報
【特許文献２】特開平１０−０３９９８９号公報
【特許文献３】特許第４１４２７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、入力者が指先の小さな者であっても、汎用的で先端の細い入力用部材を用いても目的通りに入力できる静電容量式入力装置およびその製造方法、入力方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
［１］可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部と、該センサ部の前面側に設けられた入力補助部とを備え、前記入力補助部は、透明絶縁基板と、該透明絶縁基板の、センサ部の反対側の面に均一に設けられた多数の点状透明導電部とを有することを特徴とする静電容量式入力装置。
［２］前記入力補助部の点状透明導電部は、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含み、点状透明導電部同士の間は、透明絶縁材料からなる絶縁部になっていることを特徴とする［１］に記載の静電容量式入力装置。
［３］透明絶縁基板の一方の面に透明導電層を形成する透明導電層形成工程と、前記透明導電層にレーザ光を所定のパターンで照射することにより絶縁部および点状透明導電部を形成して入力補助部を得る入力補助部作製工程と、可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部の前面側に、前記入力補助部を取り付ける入力補助部取り付け工程とを有することを特徴とする静電容量式入力装置の製造方法。
［４］透明導電層が、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含み、入力補助部作製工程では、レーザ光を照射した部分の導電性繊維を除去して絶縁部にすることを特徴とする［３］に記載の静電容量式入力装置の製造方法。
［５］［１］または［２］に記載の静電容量式入力装置を入力操作する静電容量式入力装置の入力方法であって、前記入力補助部の表面に、先端部が導電材料からなるペン状の入力用部材を接触させることを特徴とする静電容量式入力装置の入力方法。
［６］前記入力用部材として、絶縁性の把持部を備えるものを用いることを特徴とする［５］に記載の静電容量式入力装置の入力方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の静電容量式入力装置によれば、入力者が指先の小さな者であっても、汎用的で先端の細い入力用部材を用いても目的通りに入力できる。
本発明の静電容量式入力装置の製造方法では、上記静電容量式入力装置を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電容量式入力装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る静電容量式入力装置のセンサ部を示す上面図である。
【図３】図２のセンサ部のＸ側電極シートを示す上面図である。
【図４】図２のセンサ部のＹ側電極シートを示す上面図である。
【図５】図１の静電容量式入力装置の入力方法について説明する断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る入力装置の製造方法で使用するレーザ光照射装置を簡略化して示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜静電容量式入力装置＞
本発明の一実施形態に係る静電容量式入力装置（以下、「入力装置」と略す。）について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に、本実施形態の入力装置の断面図を示す。本実施形態の静電容量式入力装置１は、画像表示装置（図示せず）の前面側に配置されるものであり、可視光を透過可能な透明な静電容量式のセンサ部１００と、センサ部１００の前面側に設けられた入力補助部２００とを備える。なお、本明細書において、「前面側」とは、入力装置１の入力者側のことである。また、「透明」とは、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に従って測定した全光線透過率が５０％以上のことである。
【００１０】
図２〜図４に示すように、センサ部１００は、市松模様（互いに同一形状とされた正方形の角部同士を連結した状態、所謂チェックパターン状）の電極１０１ａを形成したＸ側電極シート１１０と、このＸ側電極シート１１０に対して相補的な市松模様とされた電極１０１ｂを形成したＹ側電極シート１２０と、を備えている。ここで、各電極シート１１０、１２０は、透明絶縁基板１１１、１２１の前面側に透明導電層１１２、１２２が設けられたものである。
また、センサ部１００は、Ｘ側電極シート１１０の前面側に絶縁層１４０が設けられている。
【００１１】
透明絶縁基板１１１、１２１としては、透明で絶縁性を有するとともに、表面に透明導電層１１２、１２２を形成でき、かつ、後述するレーザ加工に対して、所定の照射条件において外観変化の生じにくいものを用いることが好ましい。具体的には、例えば、ガラス、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を代表とするポリエステル、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）などの絶縁性材料が挙げられる。また、透明絶縁基板１１１、１２１の形状としては、板状のもの、可撓性を有するフィルム状のもの、立体的（３次元）に成型された成型品等を用いることができる。
【００１２】
透明導電層１１２、１２２は、透明絶縁材料と、該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含んでいる。
各導電性繊維は、透明絶縁基板１１１、１２１の表面（透明導電層１１２、１２２が形成される面）の面方向に沿って互いに異なる向きに不規則に配置されているとともに、その少なくとも一部以上が互いに重なり合う（接触し合う）程度に密集しており、互いに電気的に接続されている。これにより、導電ネットワークを構成している。
【００１３】
導電性繊維としては、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が挙げられ、銀を主成分とする金属ナノワイヤ（銀ナノワイヤ）が好ましく用いられる。導電性繊維は、例えばその直径が０．３〜１００ｎｍ、長さが１〜１００μｍに形成されている。
また、導電性繊維として、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を用いることもできる。
【００１４】
また、透明導電層１１２、１２２は、導電性繊維を含まない絶縁部Ｉ１が形成されている。本実施形態における絶縁部Ｉ１では、導電性繊維が除去されることにより透明絶縁材料に空隙が形成されて、導電ネットワークが断絶している。
【００１５】
Ｘ側電極シート１１０においては、図３に示すように、電極１０１ａは、Ｘ方向に沿って配列する複数の正方形の角部同士が互いに電気的に連結されて延びるように形成されている一方、Ｙ方向に隣り合う正方形同士は互いに電気的に絶縁された状態で、Ｙ方向に並列配置されている。
Ｙ側電極シート１２０においては、図４に示すように、電極１０１ｂは、Ｙ方向に沿って配列する複数の正方形の角部同士が互いに電気的に連結されて延びるように形成されている一方、Ｘ方向に隣り合う正方形同士は互いに電気的に絶縁された状態で、Ｘ方向に並列配置されている。
【００１６】
図２に示されるように、Ｘ側電極シート１１０とＹ側電極シート１２０とは、互いの電極１０１ａ、１０１ｂ同士を対面させることなく対向配置された状態で粘着剤層１５０を介して組み合わされている。
詳しくは、図１に示すように、Ｘ側電極シート１１０は、Ｙ側電極シート１２０の上面（入力者側の面）に、透明な粘着剤層１５０を介して積層されるように接着されており、この状態で、双方の電極１０１ａ、１０１ｂ同士が重なり合わない状態とされている。
【００１７】
また、図３に示すように、Ｘ側電極シート１１０の透明導電層１１２において、Ｙ側電極シート１２０の電極１０１ｂにおける正方形部分に対向する領域には、正方形状をなす孤立電極１０２ａがそれぞれ形成されている。孤立電極１０２ａの外周には、正方形環状をなす絶縁部Ｉ１が形成されている。
また、Ｘ側電極シート１１０の透明導電層１１２において、Ｙ方向に隣り合う電極１０１ａの正方形の対向する角部同士の間には、孤立電極１０２ａよりも外形の小さな正方形状とされた小孤立電極１０３ａがそれぞれ形成されている。小孤立電極１０３ａの外周には、正方形環状をなす絶縁部Ｉ１がそれぞれ形成されている。
【００１８】
また、図４に示すように、Ｙ側電極シート１２０の透明導電層１２２において、Ｘ側電極シート１１０の電極１０１ａにおける正方形部分に対向する領域には、正方形状をなす孤立電極１０２ｂがそれぞれ形成されている。孤立電極１０２ｂの外周には、正方形環状をなす絶縁部Ｉ１がそれぞれ形成されている。
また、Ｙ側電極シート１２０の透明導電層１２２において、Ｘ方向に隣り合う電極１０１ｂの正方形の対向する角部同士の間には、孤立電極１０２ｂよりも外形の小さな正方形状とされた小孤立電極１０３ｂがそれぞれ形成されている。小孤立電極１０３ｂの外周には、正方形環状をなす絶縁部Ｉ１がそれぞれ形成されている。
【００１９】
このように構成されるセンサ部１００においては、電極１０１ａ、１０１ｂ、及び、孤立電極１０２ａ、１０２ｂに２次元ネットワークの導電性繊維が配置されて、導電部とされている。
【００２０】
入力補助部２００は、透明絶縁基板２１１と、透明絶縁基板２１１の、センサ部１００の反対側の面に均一に設けられた多数の点状透明導電部２１２とを有する。
透明絶縁基板２１１としては、電極シート１１０、１２０を構成する透明絶縁基板１１１、１１２と同様のものを使用することができる。
また、点状透明導電部２１２は、電極シート１１０、１２０を構成する透明導電層１１２、１２２と同様に、透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状の導電性繊維が含まれて導電性を有している。
点状透明導電部２１２の平面視の形状としては、円形状、三角形状、四角形状、六角形状等が挙げられる。点状透明導電部２１２が四角形状である場合、その一辺の長さは、画像表示装置に表示されるボタン領域の一辺の長さよりも短いことが好ましく、画像表示装置に表示される隣接するボタン間のピッチの１／２以下であることがより好ましい。ここで、ピッチとは、ボタンの中心間の距離のことである。
【００２１】
点状透明導電部２１２の周囲は透明絶縁材料からなる絶縁部Ｉ２になっている。具体的には、点状透明導電部２１２の周囲においては、導電性繊維が除去されて絶縁部Ｉ２になっている。
絶縁部Ｉ２の幅は０．０１〜０．５μｍであることが好ましく、０．０５〜０．２μｍであることがより好ましい。絶縁部Ｉ２の幅が前記下限値以上であれば、点状透明導電部２１２を充分に絶縁させることができ、前記上限値以下であれば、容易に絶縁部Ｉ２を形成できる。
【００２２】
上記のように、本実施形態の入力装置１においては、電極シート１１０、１２０を構成する絶縁部Ｉ１、入力補助部２００を構成する絶縁部Ｉ２は導電性繊維が除去されて形成されている。このような絶縁部Ｉ１、Ｉ２は、透明導電層１１２、１２２および点状透明導電部２１２と色調や透明性がほぼ同等になり、肉眼等では区別できない。そのため、絶縁パターンが視認されにくくなっている。
【００２３】
＜入力装置の入力方法＞
次に、入力装置１の入力方法の一例について説明する。本例は、図５に示すように、入力に、導電材料からなる先端部３１０と絶縁性の把持部３２０とを備えるペン状の入力用部材３００を用いる例である。先端部３１０が導電材料からなり、把持部３２０が絶縁材料からなるペン状の入力用部材３００としてはスタイラスペンであってもよいし、鉛筆でも構わない。
図５に示すように、入力装置１の使用者は、画像表示装置（図示せず）によって表示されたボタン領域上の入力補助部２００の表面（入力者側の表面）に、入力用部材３００の先端部３１０を接触させて入力を行う。このとき、入力用部材３００と点状透明導電部２１２と各電極１０１ａの間に容量結合が形成される。その状態で、例えば、Ｙ側電極シート１２０の電極１０１ｂの１つに、信号源１６０を利用して電圧を印加し、検出手段１７０により電流を検出することで、Ｙ方向の入力用部材３００の接触有無を検知することができる。また、Ｘ側電極シート１１０についても、Ｙ側電極シート１２０と同様の方法により、Ｘ方向の入力用部材３００の接触有無を検知することができる。そして、この操作を、Ｙ方向とＸ方向とで繰り返すことで、Ｘの位置とＹの位置を確定することができる。
【００２４】
上記実施形態の入力装置１では、入力補助部２００に入力用部材３００を表面に接触させた際に、入力用部材３００とセンサ部１００の電極１０１ａとに容量結合が形成されるのではなく、入力用部材３００が接触した点状透明導電部２１２とセンサ部１００の電極１０１ａとに容量結合が形成される。点状透明導電部２１２の面積は入力用部材３００の先端の面積よりも大きいため、点状透明導電部２１２と電極１０１ａとの容量結合は充分に大きくなる。そのため、入力装置１では、先端の細い入力用部材３００を用いても、目的通りに入力できる。
また、入力補助部２００を用いることにより、入力用部材３００として、絶縁性把持部を備えるものも使用でき、汎用的なもの、例えば鉛筆を使用することもできる。
【００２５】
また、入力装置１への入力は、入力用部材３００を用いずに、指先で行ってもよい。指先で入力を行った場合、指先が接触した点状透明導電部２１２とセンサ部１００の電極１０１ａとに容量結合が形成される。そのため、指先が小さい者であっても、点状透明導電部２１２と電極１０１ａとの容量結合により、目的通りに入力できる。
【００２６】
＜入力装置の製造方法＞
次に、本実施形態に係る入力装置１の製造方法について説明する。
本実施形態の入力装置１の製造方法は、透明導電層形成工程と入力補助部作製工程と入力補助部取り付け工程とを有する。
【００２７】
本実施形態における透明導電層形成工程は、透明絶縁基板の一方の面に、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含む透明導電層を形成する工程である。
透明導電層を形成する方法としては、透明絶縁基板の一方の面に、導電性繊維と分散媒（水又は有機溶剤）とを含む塗工液を塗工した後、透明絶縁材料と分散媒とを含む塗工液を塗工し、乾燥する方法、または、透明絶縁基板の一方の面に、透明絶縁材料と導電性繊維と分散媒とを含む塗工液を塗工し、乾燥する方法が挙げられる。
導電性繊維と分散媒とを含む塗工液を塗工した後、透明絶縁材料と分散媒とを含む塗工液を塗工した場合には、透明絶縁基板上の透明導電層内に、２次元ネットワークの導電性繊維を容易に設けることができるとともに、導電性繊維同士が電気的に確実に接続するため、電気的特性が安定する。
【００２８】
透明絶縁材料としては、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、ポリフッ化ビニリデン）、熱や紫外線や電子線や放射線で硬化する透明な硬化性樹脂（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。
導電性繊維としては、銀、金、ニッケルなどの金属ナノワイヤが挙げられる。
【００２９】
本実施形態における入力補助部作製工程は、透明絶縁基板の一方の面に形成された透明導電層に、レーザ光を所定のパターンで照射し、レーザ光が照射された導電性繊維を除去して、入力補助部を得る工程である。
なお、以下の説明において、レーザ加工前における透明絶縁基板と該透明絶縁基板の一方の面に形成された透明導電層とを有する積層体のことを、導電性基板という。
【００３０】
本実施形態では、入力補助部作製工程にて、図６に示すような、レーザ光照射装置を使用する。レーザ光照射装置４０は、レーザ光Ｌを発生させるレーザ光発生手段４１と、レーザ光Ｌを集光する集光手段である凸レンズ等の集光レンズ４２と、透明絶縁基板２１１および透明導電層ａからなる導電性基板Ａが載置されるステージ４３と、を備えている。
そして、レーザ光発生手段４１から集光レンズ４２を介して透明導電層ａにレーザ光Ｌを照射して、該透明導電層ａに絶縁パターンを形成することで、均一な多数の点状透明導電部を形成する
【００３１】
レーザ光発生手段４１が発生するレーザ光Ｌは、パルス幅１ｐ秒未満の極短パルスレーザ（フェムト秒レーザ）であることが好ましい。また、より好ましくは、パルス幅は０．０１ｐ秒以上である。パルス幅１ｐ秒未満の極短パルスレーザを用いれば、レーザ加工後に導電性繊維を充分に除去して絶縁部Ｉ２のパターンを目立たなくすることができる。しかも、絶縁部Ｉ２を確実に絶縁させるために、透明導電層ａの厚みを制御する必要がないから、簡便である。
【００３２】
集光レンズ４２の焦点Ｆは、透明導電層ａから離れた位置に設定されていることが好ましい。詳しくは、集光レンズ４２は、透明導電層ａと集光レンズ４２との間にレーザ光Ｌの焦点Ｆが位置するように配置される。すなわち、集光レンズ４２（レーザ光Ｌ）の焦点Ｆを、透明導電層ａと集光レンズ４２との間に形成している。これにより、透明絶縁基板２１１に当たるレーザ光Ｌのスポット径は、透明導電層ａに当たるレーザ光Ｌのスポット径より大きくなる。これにより、透明導電層ａにおいてはレーザ光Ｌのエネルギ密度を確保して絶縁部Ｉ２を確実に形成しつつ、透明絶縁基板２１１においてはレーザ光Ｌのエネルギ密度を低減させて、該透明絶縁基板２１１の損傷を防止できる。
【００３３】
集光レンズ４２としては、低い開口数（ＮＡ＜０．１）のものが好ましい。すなわち、集光レンズ４２の開口数がＮＡ＜０．１とされることにより、レーザ光Ｌの照射条件設定が容易となり、特にレーザ光Ｌの焦点Ｆが透明導電層ａと集光レンズ４２との間に位置することによる、該焦点Ｆにおける空気のプラズマ化に伴うエネルギ損失とレーザ光Ｌの拡散を防止することができる。
【００３４】
また、ステージ４３は、水平方向に２次元的に移動可能になっている。ステージ４３は、少なくとも上面側が透明な部材または光線吸収性を有する部材で構成されていることが好ましい。
ステージ４３は、レーザ光Ｌの出力が１Ｗを超える場合、ナイロン系若しくはフッ素系の樹脂材料、又は、シリコーンゴム系の高分子材料を用いることが好ましい。
【００３５】
次に、上記レーザ光照射装置４０を用いた入力補助部の形成方法について説明する。
まず、ステージ４３の上面に導電性基板Ａを、透明導電層ａが透明絶縁基板２１１より上に配置されるように載置する。ここで、導電性基板Ａは、透明絶縁基板２１１と透明導電層ａの透明絶縁材料とが、互いに同一材料又は同一系統の樹脂材料からなることが好ましい。例えば、透明絶縁基板２１１がポリエチレンテレフタレートフィルムの場合、透明絶縁材料にはポリエステル系樹脂を使用することが好ましい。
【００３６】
次いで、レーザ光発生手段４１よりレーザ光Ｌを出射させ、レーザ光Ｌを集光レンズ４２により集光する。その集光したレーザ光Ｌの、焦点Ｆを過ぎてスポット径が広がった部分を透明導電層ａに照射する。その際、ステージ４３を、レーザ光Ｌの照射が所定のパターンになるように移動させる。ここで、所定のパターンとは、絶縁部Ｉ２の平面視の形状に応じて適宜選択される。
上記のように、透明導電層ａにレーザ光Ｌを照射することにより、導電性繊維を除去して絶縁部Ｉ２を形成すると共に点状透明導電部２１２を形成する。なお、絶縁部Ｉ２においては、導電性繊維の存在した部分は空隙となっている。
【００３７】
透明導電層ａに照射するレーザ光Ｌのエネルギ密度は１×１０１６〜７×１０１７Ｗ／ｍ２、単位面積あたりの照射エネルギは１×１０５〜１×１０６Ｊ／ｍ２が好ましい。
すなわち、エネルギ密度・照射エネルギが上記数値範囲よりも小さな値に設定された場合、絶縁部Ｉ２の絶縁が不十分になるおそれがある。また、上記数値範囲よりも大きな値に設定された場合、加工痕が目立つようになり、透明タッチパネルや透明電磁波シールドなどの用途では不適当となる。
【００３８】
また、これらの値は、加工エリアにおけるレーザビームの出力値を、加工エリアの集光スポット面積で除することにより定義されており、簡便には、出力はレーザ発振機からの出力値に光学系の損失係数を掛けることで求められる。
また、スポット径面積Ｓは、下記式により定義される。
Ｓ＝Ｓ０×Ｄ／ＦＬ
Ｓ０：レンズで集光されるレーザのビーム面積
ＦＬ：レンズの焦点距離
Ｄ：透明導電層ａの表面（上面）と焦点との距離
【００３９】
なお、前述した焦点Ｆは、レンズ等の集光手段４２で、収差が十分に小さい場合を例に説明したが、例えば、焦点距離の短い球面レンズや、保護ガラスなどの収差が大きくなる要素が存在する場合には、前記焦点Ｆは、集光点のエネルギ密度が最も高くなる位置と定義される。
【００４０】
ここで、距離Ｄは、通常のレーザ加工機では、焦点距離ＦＬの０．２％〜３％の範囲内に設定される。好ましくは、距離Ｄは、焦点距離ＦＬの０．５％〜２％の範囲内に設定される。さらに望ましくは、距離Ｄは、焦点距離ＦＬの０．７％〜１．５％の範囲内に設定される。距離Ｄが上記数値範囲に設定されることにより、絶縁部Ｉ２における導電性繊維の除去（空隙の形成）が確実に行えるとともに電気的に高い信頼性を有する絶縁パターンを形成でき、かつ、透明絶縁基板２１１の損傷に起因する加工痕を確実に防止できる。
【００４１】
また、精度の高い導電パターンを形成する点では、透明導電層ａ上にスポットの位置を移動させながらパルス状のレーザ光Ｌを断続的に複数回照射することで、隣り合うスポット位置同士に重複する部分を形成することが好ましい。具体的には、断続的に３〜５００回照射することが好ましく、２０〜２００回照射することがより好ましい。３回以上の照射であれば、より確実に絶縁化でき、５００回以下であれば、レーザ光Ｌが照射された透明絶縁材料部分の溶解又は蒸発による除去を防止できる。
【００４２】
なお、上記説明においては、ＸＹステージなどの移動式ステージ４３に導電性基板Ａを載せてパターニングを行うこととしたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、導電性基板Ａを固定状態とし、集光系部材を相対的に移動させる方法、ガルバノミラー等を用いてレーザ光Ｌを走査しスキャンする方法、又は、上記したもの同士を組み合わせてパターニングを行うことが可能である。
【００４３】
入力補助部取り付け工程は、センサ部１００の前面側に入力補助部２００を取り付ける工程である。
入力補助部２００は、接着剤を用いてセンサ部１００に隣接するように取り付けてもよいし、センサ部１００との間に間隔をあけて取り付けてもよい。
センサ部１００を構成するＸ側電極シート１１０およびＹ側電極シート１２０は、透明導電層１１２、１２２に電極１０１ａ、１０１ｂが設けられたものであり、入力補助部と同様に、透明導電層にレーザ光を照射することによって作製することができる。ただし、その照射パターンは、電極１０１ａ、１０１ｂを形成するためのパターンであり、入力補助部２００の絶縁部Ｉ２を形成するためのパターンとは異なる。
【００４４】
レーザ光Ｌを利用して絶縁部Ｉ２を形成する上記製造方法によれば、センサ部１００の前面側に入力補助部２００を取り付けた入力装置１を容易に製造できる。
また、上記レーザ光Ｌの照射によって透明導電層ａをパターン状に絶縁化して得た入力補助部２００では、静電気障害の原因となる電圧２５００Ｖ以上の電荷を急速に減衰させる（例えば、静電気減衰測定機を用いた測定において、５０％の減衰に要する時間が約０．２秒である。）一方で、静電容量式の入力装置の動作領域である５０Ｖ以下では表面抵抗が実質的に絶縁状態（例えば、静電気減衰測定機を用いた測定において、１％の減衰に３０秒以上要する。）になる。したがって、入力補助部２００を用いることにより、入力を阻害することなく、静電気障害を抑制することができる。したがって、静電容量式の入力装置において最前面に配置される部材として適している。
【００４５】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、上記の透明導電層１１２、１２２および点状透明導電部２１２は、透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状の導電性繊維を含むものであったが、これに限定されるものではなく、例えば、導電性を有する金属膜をエッチング等により格子状に形成してなるワイヤグリッドであってもよい。
また、上記の透明導電層１１２、１２２および点状透明導電部２１２は、金属粒子、カーボン材料（カーボンブラック等）、導電性金属酸化物（錫ドープ酸化インジウム等）、導電性高分子（ポリチオフェン、ポリピロール等）等の導電性材料を含むものであってもよい。レーザ光の照射によって前記導電性材料を除去することができるため、絶縁部を形成することができる。
また、絶縁部Ｉ１、Ｉ２は空隙であっても構わない。レーザ光の照射条件によっては、透明導電層の、レーザ光を照射した部分が消失して空隙を形成することができる。
【００４６】
また、電極シート１１０、１２０には、粘着、反射防止、ハードコート及びドットスペーサなどの機能層を任意で付加することとしてもよい。
また、本発明の入力装置は、必ずしも、上記製造方法で製造したものでなくてもよく、例えば、レーザ光の照射の代わりにサンドブラスト、エッチング、熱溶融を適用することにより絶縁部を形成して入力補助部および電極シートを作製してもよい。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（製造例１）銀ナノワイヤ導電フィルムの作製
厚さ１００μｍの透明なポリエステル（ＰＥＴ）フィルム（透明絶縁基板１１１、１２１）に、Ｃａｍｂｒｉｏｓ社のＯｈｍ（商品名）インクを塗布乾燥後、紫外線硬化性のポリエステル樹脂インクを上塗りして、乾燥・紫外線処理を施すことにより、ＰＥＴフィルム上に線径５０ｎｍ程度、長さ１５μｍ程度の銀繊維からなる導電性の２次元ネットワークを有する耐摩擦性の透明導電層を形成した。
【００４９】
この銀ナノワイヤ導電フィルムの透明導電層ａの表面抵抗は、２３０Ω／□、光線透過率は９５％であった。
次いで、この銀ナノワイヤ導電フィルムを、Ａ４版大の長方形に切断加工し、銀ナノワイヤ導電フィルムとした。
【００５０】
（実施例１）
製造例１の導電フィルムを厚さ５ｍｍの樹脂板（ジュラコン、ポリプラスチックス株式会社・登録商標）板上に、前記透明導電層が樹脂板とは反対側を向くように載置した。
図６に示すレーザ光照射装置４０（キーエンス社製、波長１０６４ｎｍ、出力１２Ｗ、パルス幅２０ｎ秒、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、ビーム径６．７ｍｍのＹＶＯ４レーザ）を用い、焦点距離ＦＬ＝３００ｍｍの集光レンズ４２とガルバノミラーを利用して、導電フィルムにレーザ光を照射した。
具体的には、前記導電フィルムの透明導電層の表面に集光レンズ４２（レーザ光Ｌ）の焦点が設定されるように調整した。次いで、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの領域に、幅０．１ｍｍ、間隔５ｍｍの格子状にレーザ光Ｌを照射して、絶縁パターンを形成した。その際、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、操作速度６００ｍｍ／秒、出力３０％とした。
これにより、四角形状の点状透明導電部と格子状の絶縁部とが透明絶縁基板上に設けられた入力補助部を得た。
この入力補助部は、全光線透過率が９３．５％、ヘイズが０．６８％、点状透明導電部同士間の電気抵抗が１０ＭΩ以上であった。また、相対湿度５０％の環境下、静電気減衰測定装置を用いて、５０００Ｖの静電気を印加後、電圧が５０％、１０％、０．１％に減衰する時間を測定したところ、各々、０．１秒、４．７８秒、３０秒以上であった。また、入力補助部においては絶縁パターンが視認されなかった。
【００５１】
静電容量式タッチパネルを備えた市販の携帯端末の前面に上記入力補助部を取り付けて、入力装置とした。この入力装置において、画像表示装置に配列ピッチ５ｍｍのテンキー又は配列ピッチ１０ｍｍのメニュー画面を表示させ、その表示上の入力補助部の表面に指先および４Ｈの鉛筆先端を接触させて入力操作を行ったところ、目的通りに入力できた。
【００５２】
（実施例２）
絶縁部のパターンを、互いに対向する辺の間隔が５ｍｍの六角形に変更した以外は実施例１と同様にして入力補助部を作製した。
この入力補助部について、相対湿度５０％の環境下、静電気減衰測定装置を用いて、５０００Ｖの静電気を印加後、電圧が５０％、１０％、０．１％に減衰する時間を測定したところ、各々、０．１秒、５．７２秒、３０秒以上であった。また、入力補助部においては絶縁パターンが視認されなかった。
上記入力補助部を用いたこと以外は実施例１と同様にして、入力装置を得た。この入力装置において、画像表示装置に配列ピッチ５ｍｍのテンキー又は配列ピッチ１０ｍｍのメニュー画面を表示させ、その表示上の入力補助部の表面に指先又は４Ｈの鉛筆先端を接触させて入力操作を行ったところ、目的通りに入力できた。
【００５３】
（比較例１）
製造例１で得た導電フィルムそのものを入力補助部として用いたこと以外は実施例１と同様にして入力装置を得た。この入力装置において、画像表示装置に配列ピッチ５ｍｍのテンキー又は配列ピッチ１０ｍｍのメニュー画面を表示させ、その表示上の入力補助部の表面に指先又は４Ｈの鉛筆先端を接触させて入力操作を行ったところ、指先でも鉛筆でも目的通りに入力できなかった。
【００５４】
（比較例２）
入力補助部として厚さ１２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用いたこと以外は実施例１と同様にして、入力装置を得た。なお、ポリエチレンテレフタレートフィルムについて、５０００Ｖの静電気を印加後、電圧が５０％減衰する時間を測定したところ３０秒以上を有した。
この入力装置において、画像表示装置に配列ピッチ５ｍｍのテンキー又は配列ピッチ１０ｍｍのメニュー画面を表示させ、その表示上の入力補助部の表面に指先又は４Ｈの鉛筆先端を接触させて入力操作を行ったところ、鉛筆では目的通りに入力できなかった。
【００５５】
（比較例３）
市販の携帯端末において、鉛筆を入力用部材として入力操作したところ、入力できなかった。
【符号の説明】
【００５６】
１ 入力装置
１００ センサ部
１０１ａ，１０１ｂ 電極
１０２ａ，１０２ｂ 孤立電極
１０３ａ，１０３ｂ 小孤立電極
１１０ Ｘ側電極シート
１１１ 透明絶縁基板
１１２ 透明導電層
１２０ Ｙ側電極シート
１２１ 透明絶縁基板
１２２ 透明導電層
１７０ 検出手段
２００ 入力補助部
２１１ 透明絶縁基板
２１２ 点状透明導電部
３００ 入力用部材
３１０ 先端部
３２０ 把持部
ａ 透明導電層
Ｉ１、Ｉ２ 絶縁部
Ｌ レーザ光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部と、該センサ部の前面側に設けられた入力補助部とを備え、
前記入力補助部は、透明絶縁基板と、該透明絶縁基板の、センサ部の反対側の面に均一に設けられた多数の点状透明導電部とを有することを特徴とする静電容量式入力装置。
【請求項２】
前記入力補助部の点状透明導電部は、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含み、点状透明導電部同士の間は、透明絶縁材料からなる絶縁部になっていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式入力装置。
【請求項３】
透明絶縁基板の一方の面に透明導電層を形成する透明導電層形成工程と、
前記透明導電層にレーザ光を所定のパターンで照射することにより絶縁部および点状透明導電部を形成して入力補助部を得る入力補助部作製工程と、
可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部の前面側に、前記入力補助部を取り付ける入力補助部取り付け工程とを有することを特徴とする静電容量式入力装置の製造方法。
【請求項４】
透明導電層が、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含み、
入力補助部作製工程では、レーザ光を照射した部分の導電性繊維を除去して絶縁部にすることを特徴とする請求項３に記載の静電容量式入力装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の静電容量式入力装置を入力操作する静電容量式入力装置の入力方法であって、
前記入力補助部の表面に、先端部が導電材料からなるペン状の入力用部材を接触させることを特徴とする静電容量式入力装置の入力方法。
【請求項６】
前記入力用部材として、絶縁性の把持部を備えるものを用いることを特徴とする請求項５に記載の静電容量式入力装置の入力方法。
【請求項１】
可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部と、該センサ部の前面側に設けられた入力補助部とを備え、
前記入力補助部は、透明絶縁基板と、該透明絶縁基板の、センサ部の反対側の面に均一に設けられた多数の点状透明導電部とを有することを特徴とする静電容量式入力装置。
【請求項２】
前記入力補助部の点状透明導電部は、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含み、点状透明導電部同士の間は、透明絶縁材料からなる絶縁部になっていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式入力装置。
【請求項３】
透明絶縁基板の一方の面に透明導電層を形成する透明導電層形成工程と、
前記透明導電層にレーザ光を所定のパターンで照射することにより絶縁部および点状透明導電部を形成して入力補助部を得る入力補助部作製工程と、
可視光を透過可能な静電容量式のセンサ部の前面側に、前記入力補助部を取り付ける入力補助部取り付け工程とを有することを特徴とする静電容量式入力装置の製造方法。
【請求項４】
透明導電層が、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含み、
入力補助部作製工程では、レーザ光を照射した部分の導電性繊維を除去して絶縁部にすることを特徴とする請求項３に記載の静電容量式入力装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の静電容量式入力装置を入力操作する静電容量式入力装置の入力方法であって、
前記入力補助部の表面に、先端部が導電材料からなるペン状の入力用部材を接触させることを特徴とする静電容量式入力装置の入力方法。
【請求項６】
前記入力用部材として、絶縁性の把持部を備えるものを用いることを特徴とする請求項５に記載の静電容量式入力装置の入力方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２３７４４（Ｐ２０１２−１２３７４４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６１８７（Ｐ２０１０−２７６１８７）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
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