KR102357515B1

KR102357515B1 - 정전 용량식 3차원 센서

Info

Publication number: KR102357515B1
Application number: KR1020197000409A
Authority: KR
Inventors: 유스케 고바야시; 유타 이시이
Original assignee: 신에츠 폴리머 가부시키가이샤
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2022-01-28
Also published as: JPWO2018008466A1; DE112017003424T5; JP6820926B2; KR20190024956A; CN109416601A; US10761667B2; CN109416601B; US20190155422A1; WO2018008466A1

Abstract

평면 XY 방향 및 깊이 Z 방향의 입력을 검지하는 정전 용량식 3차원 센서(1)로서, 광원(60)으로부터의 광이 입사하는 입사부가 형성된 깊이 Z 방향을 따르는 측면(50a) 및 상기 광이 출사하는 출사부가 형성된 조작면(T)을 갖는 도광 유닛(U)과, 평면 XY 방향의 입력을 검지하는 시트상의 XY 전극체(40)와, 시트상의 탄성체(32)를 갖는 이변형체(30)와, 깊이 Z 방향의 입력을 검지하는 시트상의 Z 전극체(20)를 구비하고, 도광 유닛(U)은 임의로 형성되는 가식 시트와, 상기 측면으로부터 입사된 상기 광을 도광하여, 상기 출사부를 향해 출사하는 도광 시트(50)를 구비하며, 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1과, 상기 가식 시트의 굽힘 강성 D2의 합계가 256 미만인 정전 용량식 3차원 센서.

Description

정전 용량식 3차원 센서

본 발명은 조작면이 내부로부터 비추어지는 정전 용량식 3차원 센서에 관한 것이다. 본원은 2016년 7월 5일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2016-133451호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

터치 센서로서 사용되는 정전 용량식 센서는 2차원 방향(X 방향 및 Y 방향)의 정전 용량의 변화를 검출하는 것이 주류였지만, 근래에는 3차원 방향(X 방향, Y 방향 및 Z 방향)의 정전 용량의 변화를 검출하는 것이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).

일본 공개특허공보 2016-91149호

터치 센서의 조작면의 시인성, 조작성, 장식성 등을 향상시키는 목적으로, 센서 장치의 내부에 LED 등의 광원을 배치하여, 조작면을 내부에서 외부를 향해 비추는 것이 요구되고 있다. 그러나, 센서 장치의 바닥부에 광원을 배치한 경우, 그 위쪽에 배치된 조작면 사이에는, X, Y, Z의 각 방향을 센싱하는 전극 시트 등이 3층 이상 개재되어 있기 때문에, 광원으로부터 조작면에 도달하는 광의 휘도(광량)가 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 터치 센서의 감도를 저해하지 않고, 터치 센서의 조작면을 장치 내부로부터 고휘도로 비출 수 있는 정전 용량식 3차원 센서의 제공을 목적으로 한다.

[1] 평면 XY 방향 및 깊이 Z 방향의 입력을 검지하는 정전 용량식 3차원 센서로서, 광원으로부터의 광이 입사하는 입사부가 형성된 상기 깊이 Z 방향을 따르는 측면 및 상기 광이 출사하는 출사부가 형성된 상기 입력이 이루어지는 조작면을 갖는 도광 유닛과, 상기 평면 XY 방향의 입력을 검지하는 시트상의 XY 전극체와, 시트상의 탄성체를 갖는 이변형체(易變形體)와, 상기 깊이 Z 방향의 입력을 검지하는 시트상의 Z 전극체를 구비하고, 상기 도광 유닛, 상기 XY 전극체, 상기 이변형체 및 상기 Z 전극체는 이 순서로, 상기 깊이 Z 방향으로 보아 중첩되도록 배치되어 있으며, 상기 도광 유닛은 임의로 형성되는 가식 시트와, 상기 측면으로부터 입사된 상기 광을 도광하여 상기 출사부를 향해 출사하는 도광 시트를 구비하고, 상기 가식 시트 및 상기 도광 시트는 이 순서로, 상기 깊이 Z 방향으로 보아 중첩되도록 배치되어 있으며, 하기 식 (1)에서 산출되는 상기 도광 시트의 굽힘 강성 D1과, 하기 식 (2)에서 산출되는 상기 가식 시트의 굽힘 강성 D2의 합계가 256 미만인 정전 용량식 3차원 센서:

식 (1) … D1＝(E1)×(h1)³÷[12×{1－(ν1)²}]

식 (2) … D2＝(E2)×(h2)³÷[12×{1－(ν2)²}]

[식 중,

D1, E1, h1 및 ν1은 상기 도광 시트의 굽힘 강성(단위: N·㎜), 굽힘 탄성률(단위: N/㎟), 두께(단위: ㎜), 푸아송 비를 각각 나타내며;

D2, E2, h2 및 ν2는 상기 가식 시트의 굽힘 강성(단위: N·㎜), 굽힘 탄성률(단위: N/㎟), 두께(단위: ㎜), 푸아송 비를 각각 나타낸다].

[2] 상기 도광 시트의 두께가 0.1㎜ 이상 0.7㎜ 이하인, [1]에 기재된 정전 용량식 3차원 센서.

[3] 상기 가식 시트의 두께가 0.1㎜ 이상 0.7㎜ 이하인, [1] 또는 [2]에 기재된 정전 용량식 3차원 센서.

[4] 상기 도광 시트의 두께와 상기 가식 시트의 두께의 합계가 0.1㎜ 이상 0.7㎜ 이하인, [1]∼[3] 중 어느 한 항에 기재된 정전 용량식 3차원 센서.

[5] 상기 도광 시트의 표면에 상기 가식 시트가 감압성 점착제에 의해 첩합되어 있는, [1]∼[4] 중 어느 한 항에 기재된 정전 용량식 3차원 센서.

[6] 상기 도광 시트 및 상기 가식 시트가 각각 독립적으로 수지 재료에 의해 형성된 수지 시트인, [1]∼[5] 중 어느 한 항에 기재된 정전 용량식 3차원 센서.

상기 도광 유닛에 있어서, 상기 가식 시트의 유무는 임의이다. 상기 가식 시트가 구비되어 있지 않은 경우, 상기 식 (2)에 있어서의 두께 h2는 0으로 간주하고, 상기 가식 시트의 굽힘 강성 D2는 0이다.

본 발명의 정전 용량식 3차원 센서에 의하면, 조작면의 바로 아래에 도광 유닛을 배치하고 있으므로, 출사부로부터 출사되는 광의 휘도(광량)를 종래보다 많게 할 수 있다. 이에 의해, 조작면의 시인성, 조작성, 장식성 등을 향상시킬 수 있다.

또한, 도광 유닛을 구성하는 도광 시트 및 가식 시트의 강성이 적절하므로, 터치된 조작면이 Z 방향으로 적절히 들어가기 쉽고, Z 방향에 대한 입력(가압력)을 감도 좋게 검지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시형태의 정전 용량식 3차원 센서(1)의 단면의 분해도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 정전 용량식 3차원 센서(1)의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시형태의 정전 용량식 3차원 센서(2)의 단면의 분해도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제3 실시형태의 정전 용량식 3차원 센서(3)의 단면의 분해도이다.
도 5는 본 발명에 따른 정전 용량식 3차원 센서(1, 2, 3)의 도광 유닛(U)의 단면과, 그 시트의 앞면을 2개의 손가락으로 동시에 가압한 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6은 실시예 1의 측정 결과이며, Z 감도를 나타내는 ΔC를 세로축으로 하고, 굽힘 강성 D1을 가로축으로 한 분포도이다.
도 7은 실시예 1의 측정 결과이며, Z 감도를 나타내는 ΔC의 분산율을 세로축으로 하고, 굽힘 강성 D1을 가로축으로 한 분포도이다.
도 8은 실시예 1에서 제작한 3차원 센서의 조작면에 대해, 2개소를 동시에 가압한 경우, 개개의 가압을 분리하여 검지할 수 있는지 여부를 조사한 결과를 나타내는 도면이다.

《제1 실시형태》

본 발명의 정전 용량식 3차원 센서(이하, 「3차원 센서」로 약칭한다)의 제1 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

이하의 모든 도면에 있어서, 각 구성요소의 두께나 치수의 비율은 반드시 실제의 비율과 일치하는 것은 아니며, 도면을 보기 쉽게 하기 위해 적절히 조정되어 있다.

도 1은 제1 실시형태의 3차원 센서(1)의 단면의 분해도이며, 도 2는 3차원 센서(1)의 평면도이다. 도 2의 G－G선으로 절단한 단면이 도 1의 단면이다.

도 1에서는, 지면의 오른쪽 방향이 X 방향, 지면의 아래쪽 방향이 Z 방향, X 방향 및 Z 방향에 대해 수직인 지면의 앞 방향이 Y 방향이다.

도 2에서는, 지면의 오른쪽 방향이 X 방향, 지면의 아래쪽 방향이 Y 방향, X 방향 및 Y 방향에 대해 수직인 지면의 깊이 방향이 Z 방향이다.

도 1∼2에 나타내는 3차원 센서(1)는 평면 XY 방향 및 깊이 Z 방향의 입력을 검지하는 정전 용량식 3차원 센서로서, 광원(60)으로부터의 광이 입사하는 입사부(LI)가 형성된 상기 깊이 Z 방향을 따르는 측면 및 상기 광이 출사하는 출사부(LO)가 형성된 상기 입력이 이루어지는 조작면(T)을 갖는 도광 유닛(U)과, 상기 평면 XY 방향의 입력을 검지하는 시트상의 XY 전극체(40)와, 시트상의 탄성체(32)를 갖는 이변형체(30)와, 상기 깊이 Z 방향의 입력을 검지하는 시트상의 Z 전극체(20)를 구비하고 있다.

3차원 센서(1)를 깊이 Z 방향(센서의 두께 방향)으로 보아, 도광 유닛(U), XY 전극체(40), 이변형체(30) 및 Z 전극체(20)가, 이 순서로 중첩되도록, 지지 부재(11)의 앞면(11a)에 적층되어 있다. 이 적층체의 근방에는, 지지 부재(11)의 앞면(11a)에 LED 등의 광원(60)이 설치되어 있다.

본 명세서에서는, 도광 유닛(U)측을 「앞쪽」또는 「앞면측(표면측)」이라고 하고, 지지 부재(11)측을 「뒤쪽」또는 「이면측」이라고 한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 3차원 센서(1)의 도광 유닛(U)은 도광 시트(50)에 의해 구성되어 있다. 도광 시트(50)(도광 유닛(U))와 XY 전극체(40)는 접착층(84)을 개재하여 접합되어 있다. 도광 시트(50)의 광원(60)에 가까운 쪽의 측면(50a)은 광원(60)의 광 출사부에 대향하여 배치되어 있어, 광원(60)으로부터의 광이 입사되는 입사부(LI)를 구성하고 있다. 이 배치에 의해, 광원(60)으로부터 조사된 광은 입사부(LI)로부터 도광 시트(50) 내로 입사되어, 시트 내를 전파한다. 광원(60)의 광을 입사부(LI)에 효율 좋게 입사시키는 목적으로, 광원(60)을 입사부(LI)에 밀착시켜도 된다. 투명 부재로 이루어지는 도광 시트(50)의 앞면(50b)의 일부에는 인쇄가 실시되어, 인쇄의 농담으로 투명성이 조정되어 있고, 투명으로 된 출사부(LO) 및 불투명으로 된 차광부(LB)가 형성되어 있다. 도광 시트(50)를 전파한 광은 앞면(50b)에 있어서의 출사부(LO)로부터 출사된다.

본 명세서에 있어서, 「투명」이란, JIS K7105에 따라 측정한 광선 투과율이 50％ 이상인 것을 의미한다. 또한, 「불투명」이란, 상기 광선 투과율이 50％ 미만인 것을 의미한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 도광 시트(50)의 앞면(50b)이 구성하는 조작면(T)에는, 단색 인쇄에 의해 차광된 차광부(LB)와, 그 차광부(LB)를 배경으로 하고 인쇄가 제외되어 투명으로 된, 직사각형 및 십자형의 출사부(LO)가 형성되어 있다. 상기 직사각형은 손가락이나 스타일러스 펜 등을 접촉시키는 입력 영역에 대응하고 있다. 입력 영역의 외측은 3차원 센서(1)를 탑재하는 장치의 케이스 프레임이 둘러싸기 때문에, 위쪽에서 보았을 경우, 광원(60)은 그 케이스 프레임에 의해 가려진다. 광원(60)은 복수 구비되어 있으며, 도광 시트(50)는 각 광원(60)끼리의 사이에도 배치되어, 각 광원(60)의 3방향을 둘러싸고 있다. 이 배치에 의해, 도광 시트(50)의 측면(50a)이 구성하는 입사부(LI)는 각 광원(60)의 3방향을 둘러싸고, 각 광원(60)의 광 출사부에 대향하여 배치되어 있다. 입사부(LI)의 측면(50a)은 산곡 형상의 톱날과 같이 형성되어 있어, 입사된 광을 도광 시트(50)의 내부로 분산시킨다.

도 2의 예에서는, 입사부(LI)가 3방향을 둘러싸고 있지만, 1방향만이 대향하여 배치되는 구성, 즉, 도광 시트(50)의 측면(50a)이 직선 형상이어도 된다. 또한, 광원(60)의 광이 입사부(LI) 이외의 위쪽 및 옆쪽을 향해 누출되지 않게 하는 목적으로, 도광 시트(50) 또는 그 밖의 부재에 의해 광원(60)의 위쪽 및 옆쪽을 가려도 된다.

또한, 도 2의 예에서는, 출사부(LO)에 의해 직사각형 및 십자형이 그려져 있지만, 직사각형이나 십자형으로 한정되지 않으며, 임의의 도안, 문자 등으로 대체할 수 있다.

도광 시트(50)의 앞면(50b)(조작면(T))에 형성된 출사부(LO)는 광이 투과 가능한 영역이면 그 구성은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 앞면(50b)에 인쇄 등에 의해 형성된 불투명 영역을 제외한 광투과 영역에 의해 형성된다.

광원(60)은 도광 시트(50)의 측면(50a)에 광을 입사시키는 것이 가능한 발광체이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 발광 다이오드(LED), 냉음극관 등을 들 수 있다.

[3차원 센서의 적층 구조]

지지 부재(11)와 Z 전극체(20)는 점착제를 사용한 접착층(81)을 개재하여 첩합되어 있다. Z 전극체(20)와 이변형체(30)는 점착제로 이루어지는 접착층(82)을 개재하여 첩합되어 있다. 이변형체(30)와 XY 전극체(40)는 실리콘 고무 시트(33)를 개재하여 첩합되어 있다. XY 전극체(40)와 도광 시트(50)는 점착제를 사용한 접착층(84)을 개재하여 첩합되어 있다.

이하, 지지 부재(11)측부터 순서대로 각 구성의 상세를 설명한다.

[지지 부재]

3차원 센서(1)의 지지 부재(11)는 기판과 그 앞면에 형성된 실드층(도시하지 않음)을 구비한다. 기판의 구성 재료는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 종이 에폭시 기판, 유리 에폭시 기판, 종이 페놀 기판, 금속판 등을 들 수 있다. 실드층은 금속층이며, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 은 등으로 구성된다. 실드층은 패턴을 갖지 않으며, 단색의 금속층이다. 기판 및 실드층을 구비하는 지지 부재(11)로서, 예를 들면 프린트 기판을 사용할 수 있다. 지지 부재(11)가 금속판인 경우, 금속판 자체가 실드층으로서 기능하기 때문에, 별도로 형성하는 실드층은 없어도 된다.

지지 부재(11)의 두께는 그 앞면(11a)에 설치되는 광원(60)이나 전극체를 구조적으로 지지 가능한 두께가 바람직하고, 예를 들면, 0.1∼10㎜ 정도로 할 수 있다.

지지 부재(11)의 형상은 판 형상으로 한정되지 않으며, 다른 구성 부재를 지지할 수 있는 형상이면 임의의 형상을 채용할 수 있고, 예를 들면 1축 방향으로 만곡한 곡면 형상 등을 들 수 있다.

[Z 전극체]

Z 전극체(20)는 Z 방향의 입력을 검출하는 전극체이며, 제3 기재 시트(21)와, 그 앞면에 형성된 패턴 형상의 도전막(22)과, 제3 기재 시트(21) 및 도전막(22)의 앞면을 피복하는 절연막(23)을 갖는 전극 시트이다.

본 명세서에 있어서, 도전막의 「도전」이란, 전기 저항값이 1MΩ 미만, 바람직하게는 0.1MΩ 미만인 것을 의미하며, 절연막의 「절연」이란, 전기 저항값이 1MΩ 이상, 바람직하게는 10MΩ 이상인 것을 의미한다.

제3 기재 시트(21)의 구성 재료로는, 예를 들면, 플라스틱 필름, 유리판 등을 들 수 있다. 플라스틱 필름을 구성하는 수지로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 트리아세틸셀룰로오스, 고리형 폴리올레핀, 아크릴 수지 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 내열성 및 치수 안정성이 높고, 저비용인 점에서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리카보네이트가 바람직하다.

제3 기재 시트(21)의 두께로는, 예를 들면 10∼100㎛를 들 수 있다.

제3 기재 시트(21)는 투명해도 되고, 불투명해도 된다.

도전막(22)으로는, 예를 들면, 금 입자, 은 입자, 구리 입자, 니켈 입자, 알루미늄 입자, 크롬 입자, 주석 도프 산화인듐 등을 포함하는 도전성 페이스트에 의해 형성된 막; 폴리티오펜 등의 도전성 고분자를 포함하는 막; 금이나 은 등의 금속 나노 와이어를 포함하는 막; 카본 나노 파이버, 카본 나노 버드, 카본 블랙, 카본 나노 튜브, 그래핀 등의 도전성 카본 재료를 포함하는 막; 금, 은, 주석 도프 산화인듐 등의 금속 증착막 등을 들 수 있다.

도전막(22)의 표면에는, 플라즈마 처리, 자외선 조사 처리, 코로나 처리, 엑시머 광 처리 등의 각종 표면 처리가 실시되어도 된다. 도전막(22)에 표면 처리가 실시되어 있으면, 절연막(23)과의 밀착성이 향상되어, 접촉 저항이 낮아진다.

도전막(22)의 두께로는, 예를 들면, 0.01㎛∼25㎛ 정도를 들 수 있다.

도전막(22)의 패턴 형상은 Z 방향의 입력을 검지 가능한 공지의 패턴이 적용되며, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 직사각형 또는 선형의 도전부가 임의의 피치로 배치된 패턴을 들 수 있다.

도전막(22)의 패턴에서 검출한 신호를 외부로 출력하기 위한, 인회 배선, 외부 접속 단자 등의 배선도, 제3 기재 시트(21) 상에 형성되어 있다.

절연막(23)은 절연성 수지로 이루어지는 막이며, 접착층(82) 및 이변형체(30)에 대한 밀착성을 향상시켜, 도전막(22)이나 상기 배선의 산화를 방지할 수 있다.

절연성 수지로는, 예를 들면, 열경화형 수지, 가시광선 경화형 수지, 전자선 경화형 수지 또는 자외선 경화형 수지를 들 수 있다. 이들 중, 경화시 열수축이 작은 관점에서, 자외선 경화형 수지가 바람직하다.

절연막(23)의 두께로는, 예를 들면 0.5∼50㎛ 정도를 들 수 있다.

상기 구성 대신에, 제3 기재 시트(21)로서 가요성이 낮은, 이른바 리지드 기판을 적용해도 된다. 리지드 기판으로는, 예를 들면, 유리 에폭시 기판, 종이 에폭시 기판, 종이 페놀 기판 등을 들 수 있다. 리지드 기판에 있어서의 도전막으로서, 구리박 등의 금속박을 첩합한 구성을 들 수 있다.

또한, 지지 부재(11)의 기판을 제3 기재 시트(21)로서 사용하여, 상기 기판의 앞면에 도전막(22), 절연막(23)을 형성함으로써, 지지 부재(11)와 Z 전극체(20)를 일체화해도 된다. 이 경우, 상기 기판의 이면에 실드층을 형성해도 된다.

[이변형체]

이변형체(30)는 도광 시트(50)의 앞면(50b)이 구성하는 조작면(T)의 일부가 지지 부재(11)측에 가압(압축)된 때 탄성 변형 가능하게 된 시트이며, 탄성체용 기재 시트(31)와, 그 앞면에 형성된 시트상의 탄성체(32)와, 탄성체(32)를 XY 전극체(40)에 접착시키는 실리콘 고무 시트(33)를 구비한다.

탄성체용 기재 시트(31)로는, 예를 들면, Z 전극체(20)의 제3 기재 시트(21)와 동일한 시트를 적용할 수 있다. 탄성체용 기재 시트(31)와 제3 기재 시트(21)는 그 재료 및 두께에 대해 서로 동일해도 되고, 상이해도 된다.

탄성체용 기재 시트(31)의 두께로는, 예를 들면 10∼100㎛를 들 수 있다.

탄성체(32)는 탄성 재료로 이루어지는 시트로서, 그 표면에 돌기 형상의 탄성 스페이서(32a)가 다수 형성된 것이다. 각 탄성 스페이서(32a)는 그 윗면이 XY 전극체(40)측(앞면측)을 향하도록 형성되어 있다. 또한, 복수의 탄성 스페이서(32a)는 탄성체(32)의 앞면 전체에 균일하게 분산되어 배치되어 있다. 따라서, 탄성체(32)의 앞면을 평면으로 보면, 탄성 스페이서(32a)의 윗면이 전체적으로 균일하게 분산된 도트 무늬(물방울 모양)로 보인다.

탄성 스페이서(32a)의 윗면의 형상으로는, 예를 들면, 원형, 타원형, 직사각형, 그 밖의 다각형 등을 들 수 있다.

탄성체(32)의 두께를 1㎝로 하여 측정했을 때의 쇼어 A 경도는 85 이하인 것이 바람직하다. 상기 쇼어 A 경도가 85 이하이면, 가압되었을 때 용이하게 탄성 변형할 수 있다. 단, 과도하게 유연하면 탄성 변형 후의 회복이 늦어지기 때문에, 상기 쇼어 A 경도는 10 이상인 것이 바람직하다.

3차원 센서(1)에 있어서, 도광 유닛(U)의 조작면(T)이 가압되어 있지 않은 경우, XY 전극체(40)와 Z 전극체(20)의 간격은 이변형체(30)에 지지되어, 이변형체(30)의 두께로 이간되도록 유지되고 있다.

한편, 도광 유닛(U)의 조작면(T)을 지지 부재(11)측에 가압하면, 가압된 국소에 있어서, 탄성체(32), 특히 탄성 스페이서(32a)가 뭉개지도록 변형되어, XY 전극체(40)와 Z 전극체(20)의 이간 거리가 국소적으로 줄어든다. 이로써, Z 방향의 입력(위치 변화)이 Z 전극체(20)의 정전 용량의 변화로서 검출된다.

탄성체(32)를 구성하는 탄성 재료로는, 우레탄 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 천연 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무, 스티렌부타디엔 고무, 실리콘 고무 등의 열경화성 엘라스토머; 우레탄계, 에스테르계, 스티렌계, 올레핀계, 부타디엔계 또는 불소계 등의 열가소성 엘라스토머; 혹은 이들의 복합물 등을 들 수 있다. 탄성체(32)의 구성 재료로는, 반복되는 가압에 대한 치수 변화가 작은, 즉, 압축 영구 변형이 작은 실리콘 고무가 바람직하다.

탄성 스페이서(32a)의 높이는 30㎛ 이상 150㎛ 이하인 것이 바람직하고, 40㎛ 이상 100㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 탄성 스페이서(32a)의 높이가 상기 하한값 이상이면, 도광 유닛(U)의 조작면(T)의 가압시 XY 전극체(40)가 보다 휘어지기 쉬워져 충분한 변위량을 확보할 수 있다. 상기 상한값 이하이면, 비가압시의 유지력이 높아져, Z 방향의 입력을 검지하는 감도의 저하를 억제할 수 있다.

탄성체(32)의 표면에 있어서의 복수의 탄성 스페이서(32a)의 배열로는. 예를 들면, 60도 지그재그 형상, 45도 지그재그 형상, 병렬 형상, 격자 형상의 배열을 들 수 있다.

인접하는 탄성 스페이서끼리의 피치는 0.1㎜ 이상 2.0㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.1㎜ 이상 1.0㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 인접하는 탄성 스페이서끼리의 피치가 상기 하한값 이상이면, 도광 유닛(U)의 조작면(T)을 가압했을 때 XY 전극체(40)를 보다 용이하게 휘어지게 할 수 있다.

이변형체(30)와 XY 전극체(40)는 실리콘 고무 시트(33)를 개재하여 첩합되어 있다. 실리콘 고무 시트의 표면은 예를 들면, 자외선 처리, 코로나 처리, 플라즈마 처리 등의 이접착 처리가 실시되어 있다. 이 처리에 의해, 강고한 접착성을 갖기 때문에, XY 전극체(40)의 이면 및 탄성 스페이서(32a)의 윗면에 고착된 실리콘 고무 시트(33)는 평면 방향으로 미끄러지지 않고, 접착된 상태가 된다.

한편, 실리콘 고무 시트(33) 대신에, 접착층을 개재하여 탄성체(32)와 XY 전극체(40)를 점착해도 되고, 실리콘 고무 이외의 재료로 이루어지는 시트 부재를 사용해도 상관없다.

[XY 전극체]

XY 전극체(40)는, X 방향 및 Y 방향의 입력을 검출할 때 사용되는 전극체이며, 이변형체(30)보다 앞면측에 형성되어 있다. 본 실시형태의 XY 전극체(40)는 제1 전극 시트(40x)와 제2 전극 시트(40y)가 적층된 전극 시트 적층체이다.

제1 전극 시트(40x)는 제1 기재 시트(41)와, 그 앞면에 형성된 패턴 형상의 도전막(42)과, 제1 기재 시트(41) 및 도전막(42)의 앞면을 피복하는 절연막(43)을 갖는다.

제1 기재 시트(41), 도전막(42), 절연막(43)으로는, 예를 들면, Z 전극체(20)의 제3 기재 시트(21), 도전막(22), 절연막(23)과 동일한 것을 들 수 있다.

제1 전극 시트(40x)의 두께로는, 예를 들면, 10㎛∼100㎛를 들 수 있다.

도전막(42)의 패턴 형상은 X 방향과 Y 방향의 입력을 검지 가능한 공지의 패턴이 적용되며, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 직사각형 또는 선형의 도전부가 임의의 피치로 배치된 패턴을 들 수 있다.

도전막(42)의 패턴과 함께, 그 패턴에서 검출한 신호를 외부에 출력하기 위한, 인회 배선, 외부 접속 단자 등의 배선도, 제1 기재 시트(41) 상에 형성되어 있다.

제2 전극 시트(40y)는 제2 기재 시트(45)와, 그 앞면에 형성된 패턴 형상의 도전막(46)과, 제2 기재 시트(45) 및 도전막(46)의 앞면을 피복하는 절연막(47)을 갖는다.

제2 기재 시트(45), 도전막(46) 및 절연막(47)의 설명은 제1 기재 시트(41), 도전막(42) 및 절연막(43)의 설명과 동일하므로 생략한다.

XY 전극체(40)를 구성하는 제1 전극 시트(40x)와 제2 전극 시트(40y)는 각각이 X 방향의 입력 및 Y 방향의 입력 중 어느 한쪽을 분담하여 검지하는 구성이어도 되고, 양쪽의 전극 시트(40x, 40y)가 협동하여, X 방향의 입력 및 Y 방향의 입력 양쪽을 검지하는 구성(예를 들면, 한쪽이 송신형, 다른 한쪽이 수신형)이어도 된다.

XY 전극체(40)는 도광 유닛(U)(도광 시트(50))과 이변형체(30) 사이에 개재되어 있다. XY 전극체(40)가 전혀 휘어지지 않는 매우 두꺼운 경우에는, 도광 유닛(U)의 조작면(T)의 국소에 대한 가압력을 받았다고 해도, 이변형체(30)의 표면 전체가 가압된다. 이 경우, Z 방향에 대한 입력은 검지되지만, 그 입력을 XY 방향으로 연결시켜, 국소에서 검지하는 것은 어렵다.

상기 국소에서 검지하기 위해서는, XY 전극체(40)도 도광 유닛(U)의 변형에 따라 휘어지는 것이 가능한 유연함을 갖는 것이 바람직하다. 이 때문에, XY 전극체(40)의 전체의 두께는 0.4㎜ 이하가 바람직하고, 0.3㎜ 이하가 보다 바람직하고, 0.25㎜ 이하가 더욱 바람직하다. XY 전극체(40)의 전체 두께의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.05㎜ 이상을 들 수 있다.

[도광 유닛]

본 실시형태의 도광 유닛(U)은 시트상의 투명 재료로 이루어지는 도광 시트(50)에 의해 구성되어 있다.

상기 투명 재료로는, 예를 들면, 투명 수지, 유리를 사용할 수 있다. 투명 수지로는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 트리아세틸셀룰로오스, 고리형 폴리올레핀, 아크릴 수지, 실리콘 고무, 우레탄 고무, 그 밖의 엘라스토머 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 도광성이 우수한 점에서, 폴리카보네이트, 아크릴 수지 또는 고리형 폴리올레핀이 바람직하다. 도광 시트(50)는 투명 수지 시트로 이루어지는 것이 바람직하다.

도광 시트(50)의 두께는 출사하는 광의 휘도를 높이는 관점에서 두꺼울수록 바람직하지만, 조작면(T)에 있어서 Z 방향으로 입력되는 가압력을 이변형체(30)에 용이하게 전달하는 관점에서 얇을수록 바람직하다. 이러한 상반되는 조건을 고려하여, 도광 시트(50)의 두께는 예를 들면, 0.05㎜ 이상 1㎜ 이하가 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.70㎜ 이하가 보다 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.40㎜ 이하가 보다 더 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.30㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.25㎜ 이하가 특히 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.20㎜ 이하가 가장 바람직하다.

도광 시트(50)가 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 트리아세틸셀룰로오스, 고리형 폴리올레핀 또는 아크릴 수지에 의해 형성되어 있는 경우, 그 두께는 상기 바람직한 범위인 것이 바람직하다.

도광 시트(50)가 유리에 의해 형성되어 있는 경우, 그 두께는 0.05㎜ 이상 0.35㎜ 이하가 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.30㎜ 이하가 보다 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.25㎜ 이하가 보다 더 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.20㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.15㎜ 이하가 특히 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.10㎜ 이하가 가장 바람직하다.

상기 가압력을 이변형체(30)에 확실히 전달하여, Z 방향의 입력에 대한 검지 감도를 향상시키는 관점에서, 하기 식 (1)에서 산출되는 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1은 256 미만이 바람직하고, 32 이하가 보다 바람직하고, 20 이하가 더욱 바람직하고, 16 이하가 특히 바람직하고, 10 이하가 가장 바람직하다.

굽힘 강성 D1의 하한값은 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 0.1 이상이다.

식 (1) … D1＝(E1)×(h1)³÷[12×{1－(ν1)²}]

[식 중, D1, E1, h1 및 ν1은 도광 시트(50)의 굽힘 강성(단위: N·㎜), 굽힘 탄성률(단위: N/㎟), 두께(단위: ㎜), 푸아송 비를 각각 나타낸다]

도광 시트(50)의 굽힘 탄성률(영률) E1은 JIS K7171:2008(ISO178:2001)의 방법으로, 온도 20℃의 조건으로 측정된다.

도광 시트(50)의 두께 h1을 측정하는 방법으로는, 예를 들면, 마이크로미터, 디지머틱 인디케이터나 레이저 변위 계측, 주사형 전자 현미경을 이용한 단면 관찰 등의 공지 방법을 들 수 있다. 도광 시트(50)의 임의의 5개소에 대해 측정한 두께의 평균값을 도광 시트(50)의 두께 h1로 한다.

도광 시트(50)의 푸아송 비 ν1은 예를 들면, 비접촉 비디오 신장 측정기(예를 들면, 주식회사 DJK의 2축 비디오 신장 측정기(AVE))를 이용하여, 온도 20℃의 조건으로 측정된다.

통상, 도광 시트의 푸아송 비 ν1은 그 도광 시트를 구성하는 투명 재료의 일반적인 물성값과 크게 다르지는 않기 때문에, 투명 재료의 일반적인 물성값을 잠정적으로 대용해도 상관없다. 구체예로는, 일반적인 유리의 푸아송 비는 0.20∼0.25 정도이며, 일반적인 열가소성 수지의 푸아송 비는 0.20∼0.40 정도이다.

일반적으로, 푸아송 비는 단축 응력에 의해 발생한 세로 변형 ε1과, 세로 변형과 직교하는 가로 변형 ε2를 측정하여, {ε2÷ε1×(-1)}의 식에서 산출된다. 가로 변형 ε2는 서로 직교하는 2개의 방향이 있을 수 있지만, 본 발명에서는 간이적으로, 그 방향에 상관없이 일정하다고 생각해도, 실용상 지장이 없다. 또한, 가로 변형의 2개의 방향을 나누어 생각하는 경우, 본 발명에서는, 2개의 가로 변형 중, 작은 쪽의 값을 채용한다.

도광 시트(50)의 앞면(50b)에 실시된 인쇄의 두께는 도광 시트(50)의 두께에 비해 충분히 얇으므로(예를 들면, 0.01㎜ 이하), 인쇄가 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1에 미치는 영향은 거의 없다.

한편, 도광 시트(50)의 앞면(50b)이 아닌, 그 반대측 이면에 인쇄가 실시되어 있어도 상관없다. 본 명세서에 있어서의 「인쇄」에는, 안료나 색소를 포함하는 도막만이 아니라, 불연속적인(출사부를 제외한) 비도전성 금속 증착막도 포함된다.

상기 구성 대신에, 조작면(T)의 전면을 조광시키는(전면으로부터 광을 출사하는) 경우에는, 도광 시트(50)의 앞면(50b)에, 인쇄에 의해 형성된 차광부(LB)를 형성할 필요는 없다.

[접착층]

3차원 센서(1)를 구성하는 각 시트끼리를 접착하는 접착층(81, 82, 83, 84)으로서, 공지의 경화형 접착제(접착 전은 액상 접착제이며, 경화하기 전에는 거의 접착력을 나타내지 않는다) 또는 점착제(접착 전은 겔상 감압성 접착제이며, 가압된 피착물에 대해 접착성을 나타낸다)를 사용한 접착층이 적용된다. 또한, 접착층은 기재층의 양면에 접착제 또는 점착제가 배치된 기재형 접착층이어도 된다. 기재형 접착층으로는, 예를 들면 공지의 양면 테이프를 들 수 있다.

상기 접착제, 점착제로는, 예를 들면, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에틸렌·초산비닐 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 경화형 접착제는 경화시 휘발하는 용제를 포함하는 용제형이어도 되고, 핫멜트형이어도 된다.

상기 경화형 접착제로는, 예를 들면, 폴리에스테르형 핫멜트 접착제가 바람직하다.

상기 점착제로는, 예를 들면, (메타)아크릴 수지를 포함하는 아크릴계 점착제가 바람직하다.

각 접착층(81, 82, 83, 84)은 투명해도 되고, 불투명해도 된다. 각 접착층 개개의 두께로는, 예를 들면 1㎛∼75㎛를 들 수 있다. 상기 접착제를 사용한 접착층의 두께는 1㎛∼20㎛가 바람직하다. 상기 점착제를 사용한 접착층의 두께는 10㎛∼75㎛가 바람직하다. 상기 범위의 두께이면, 접착층이 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1에 미치는 영향은 거의 없다.

각 접착층 중, 도광 시트(50)와 XY 전극체(40)를 접착하는 접착층(84)은 점착제를 사용한 접착층인 것이 바람직하다. 접착층(84)이 점착제를 사용한 접착층이면, 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1이 XY 전극체(40)의 강성에 영향을 받지 않고, 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1을 XY 전극체(40)로부터 분리한 독립체로서 생각할 수 있다.

《제2 실시형태》

도 3에 본 발명의 제2 실시형태의 3차원 센서(2)의 단면의 분해도를 나타낸다. 제1 실시형태의 3차원 센서(1)와 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

본 실시형태에 있어서는, 도광 유닛(U)이 도광 시트(50) 및 가식 시트(70)에 의해 구성되어 있다. 도광 시트(50)의 앞면(50b)에는, 접착층(85)을 개재하여, 가식 시트(70)가 첩합되어 있다.

본 실시형태의 도광 시트(50)의 앞면(50b)에는 차광부(LB)로서 문자 인쇄가 실시되어 있으며, 문자 인쇄된 지점 이외의 앞면(50b)이 앞쪽을 향해 광을 출사하는 출사부로 되어 있다.

다른 실시형태로서 앞면(50b)에 인쇄를 실시하지 않고, 이면의 임의의 개소에 광을 확산하는 확산 인쇄를 실시한 구성도 들 수 있다. 예를 들면, 패턴 형상으로 확산 인쇄를 실시하면, 그 패턴에 대응한 광이 이면에서 반사되어 앞면(50b)으로부터 출사된다.

[가식 시트]

가식 시트(70)는 시트상의 재료로 이루어지며, 투명 재료여도 되고, 불투명 재료여도 된다. 가식 시트(70)는 투명 수지 시트로 이루어지는 것이 바람직하다.

가식 시트(70)가 투명 재료로 이루어지는 경우, 그 이면은 도광 시트(50)의 출사부와 면해 있으며, 도광 시트(50)로부터 출사된 광이 가식 시트(70)의 이면으로부터 가식 시트(70) 내부에 입사된다. 가식 시트(70)의 앞면(70b) 또는 이면의 일부에는 인쇄가 실시되어, 인쇄의 농담으로 투명성이 조정되어 있고, 투명으로 된 출사부(LO) 및 불투명으로 된 차광부(LB)가 형성되어 있다. 가식 시트(70)를 투과한 광은 앞면(70b)에 있어서의 출사부(LO)로부터 출사된다.

가식 시트(70)가 불투명 재료로 이루어지는 경우, 그 두께 방향으로 관통하는 광 투과공이 형성되어 있으며, 도광 시트(50)의 출사부로부터 출사된 광은 가식 시트(70)의 이면으로부터 상기 광 투과공을 통과하여, 앞면(70b)에 있어서의 상기 광 투과공의 개구부(출사부)로부터 출사된다.

상기 투명 재료로는, 예를 들면, 제1 실시형태의 3차원 센서(1)에 있어서의 도광 시트(50)를 구성하는 투명 재료와 동일한 재료를 들 수 있다.

상기 불투명 재료로는, 예를 들면, 착색된 상기 투명 재료 등을 들 수 있다.

가식 시트(70)의 두께는 기계적 강도를 높이는 관점에서 두꺼울수록 바람직하지만, 조작면(T)에 있어서 Z 방향으로 입력되는 가압력을 이변형체(30)에 용이하게 전달하는 관점에서 얇을수록 바람직하다. 이러한 상반되는 조건을 고려하여, 가식 시트(70)의 두께는 예를 들면, 0.05㎜ 이상 1㎜ 이하가 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.70㎜ 이하가 보다 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.40㎜ 이하가 보다 더 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.30㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.25㎜ 이하가 특히 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.20㎜ 이하가 가장 바람직하다.

가식 시트(70)가 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 트리아세틸셀룰로오스, 고리형 폴리올레핀 또는 아크릴 수지에 의해 형성되어 있는 경우, 그 두께는 상기 바람직한 범위인 것이 바람직하다.

가식 시트(70)가 유리에 의해 형성되어 있는 경우, 그 두께는 0.05㎜ 이상 0.35㎜ 이하가 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.30㎜ 이하가 보다 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.25㎜ 이하가 보다 더 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.20㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.15㎜ 이하가 특히 바람직하고, 0.05㎜ 이상 0.10㎜ 이하가 가장 바람직하다.

상기 가압력을 이변형체(30)에 의해 용이하게 전달하여, Z 방향의 입력에 대한 검지 감도를 향상시키는 관점에서, 하기 식 (2)에서 산출되는 가식 시트(70)의 굽힘 강성 D2는 256 미만이 바람직하고, 32 이하가 보다 바람직하고, 20 이하가 더욱 바람직하고, 16 이하가 특히 바람직하고, 10 이하가 가장 바람직하다.

굽힘 강성 D2의 하한값은 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 0.1 이상이다.

식 (2) … D2＝(E2)×(h2)³÷[12×{1－(ν2)²}]

[식 중, D2, E2, h2 및 ν2는 가식 시트(70)의 굽힘 강성(단위: N·㎜), 굽힘 탄성률(단위: N/㎟), 두께(단위: ㎜), 푸아송 비를 각각 나타낸다]

가식 시트(70)의 굽힘 탄성률(영률) E2, 두께 h2 및 푸아송 비 ν2를 측정하는 방법으로는, 전술한 도광 시트(50)의 굽힘 탄성률 E1, 두께 h1 및 푸아송 비 ν1을 측정하는 방법과 동일한 방법을 들 수 있다.

통상, 가식 시트(70)의 푸아송 비 ν2는 가식 시트를 구성하는 재료의 일반적인 물성값과 크게 다르지는 않기 때문에, 상기 재료의 일반적인 물성값을 잠정적으로 대용해도 상관없다. 구체예로는, 일반적인 유리의 푸아송 비는 0.20∼0.25 정도이며, 일반적인 열가소성 수지의 푸아송 비는 0.20∼0.40 정도이다.

가식 시트(70)의 앞면(70b)에 실시된 인쇄의 두께는 가식 시트(70)의 두께에 비해 충분히 얇으므로(예를 들면, 0.01㎜ 이하), 인쇄가 가식 시트(70)의 굽힘 강성 D2에 미치는 영향은 거의 없다.

한편, 가식 시트(70)의 앞면(70b)이 아닌, 그 반대측 이면에 인쇄가 실시되어 있어도 상관없다.

상기 가압력을 이변형체(30)에 의해 확실히 전달하여, Z 방향의 입력에 대한 검지 감도를 보다 더 향상시키는 관점에서, 상기 식 (1)에서 산출되는 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1과, 상기 식 (2)에서 산출되는 상기 가식 시트의 굽힘 강성 D2의 합계는 256 미만이 바람직하고, 32 이하가 보다 바람직하고, 20 이하가 더욱 바람직하고, 16 이하가 특히 바람직하고, 10 이하가 가장 바람직하다.

상기 합계의 하한값은 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 0.1 이상이다.

Z 방향의 상기 가압력을 이변형체(30)에 더욱 용이하게 전달하는 관점에서, 도광 시트(50)와 가식 시트(70)의 합계 두께는 예를 들면, 0.05㎜ 이상 1㎜ 이하가 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.70㎜ 이하가 보다 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.60㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.10㎜ 이상 0.50㎜ 이하가 특히 바람직하다.

[접착층(85)]

3차원 센서(2)를 구성하는, 도광 시트(50)와 가식 시트(70)끼리를 접착하는 접착층(85)으로서, 전술한 접착층(81, 82, 83, 84)과 동일한 접착층이 적용된다.

접착층(85)은 투명한 것이 바람직하다. 접착층(85)의 두께로는, 예를 들면 1㎛∼75㎛를 들 수 있다. 상기 접착제를 사용한 접착층의 두께는 1㎛∼20㎛가 바람직하다. 상기 점착제를 사용한 접착층의 두께는 10㎛∼75㎛가 바람직하다. 상기 범위의 두께이면, 접착층(85)이 도광 시트(50) 및 가식 시트(70)의 굽힘 강성 D1 및 굽힘 강성 D2에 미치는 영향은 거의 없다.

도광 시트(50)와 가식 시트(70)를 접착하는 접착층(85)은 점착제를 사용한 접착층인 것이 바람직하다.

접착층(85)이 점착제를 사용한 접착층이면, 조작면(T)에 Z 방향의 가압력이 가해졌을 때, 도광 시트(50)와 가식 시트(70)의 점착이 어긋날 수 있기(접착층(85)을 구성하는 점착제가 어긋날 수 있기) 때문에, 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1과 가식 시트(70)의 굽힘 강성 D2가 서로 영향을 주지 않고, 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1과 가식 시트(70)의 굽힘 강성 D2를 분리하여 독립적으로 생각할 수 있다. 즉, 가식 시트(70), 접착층(85) 및 도광 시트(50)를 합친 굽힘 강성 D'는 양 시트(50, 70)의 굽힘 강성의 합계(D1＋D2)가 된다.

한편, 접착층(85)이 경화형 접착제로 이루어지는 경우, 상기 가압력이 가해졌을 때, 양 시트(50, 70)의 접착이 강고하기 때문에, 어긋남은 발생하지 않는다. 이 경우에 있어서의, 가식 시트(70), 접착층(85) 및 도광 시트(50)를 합친 굽힘 강성 D"는 D1과 D2의 합계로 해도 되지만, 도광 시트(50), 접착층(85), 가식 시트(70)를 일체화한 복합 시트로 간주하여, 하기 식 (3)에서 산출하는 것이 바람직하다.

식 (3) … 굽힘 강성 D"＝(E3)×(h3)³÷[12×{1－(ν3)²}]

[식 중, D", E3, h3 및 ν3은 상기 복합 시트의 굽힘 강성(단위: N·㎜), 굽힘 탄성률(단위: N/㎟), 두께(단위: ㎜), 푸아송 비를 각각 나타낸다]

상기 복합 시트의 굽힘 탄성률(영률) E3, 두께 h3 및 푸아송 비 ν3을 측정하는 방법으로는, 전술한 도광 시트(50)의 굽힘 탄성률 E1, 두께 h1 및 푸아송 비 ν1을 측정하는 방법과 동일한 방법을 들 수 있다.

상기 가압력을 이변형체(30)에 의해 용이하게 전달하여, Z 방향의 입력에 대한 검지 감도를 향상시키는 관점에서, 상기 식 (3)에서 산출되는 상기 복합 시트의 굽힘 강성 D"는 256 미만이 바람직하고, 32 이하가 보다 바람직하고, 20 이하가 더욱 바람직하고, 16 이하가 특히 바람직하고, 10 이하가 가장 바람직하다.

굽힘 강성 D"의 하한값은 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 0.1 이상이다.

《제3 실시형태》

도 4에 본 발명에 따른 제3 실시형태의 3차원 센서(3)의 단면의 분해도를 나타낸다. 제2 실시형태의 3차원 센서(2)와 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

제3 실시형태의 XY 전극체(40)의 구성은 제2 실시형태의 XY 전극체(40)로부터 제2 기재 시트(45) 및 접착층(83)이 제외된 구성이며, 제1 전극 시트(40x)의 절연막(43)의 앞면에 제2 전극 시트(40y)의 도전막(46)이 형성된 구성이다.

제3 실시형태의 XY 전극체(40)의 두께는 제2 실시형태의 XY 전극체(40)의 두께보다, 제2 기재 시트(45) 및 접착층(83)의 두께분만큼 얇게 되어 있다. 이 때문에, 조작면(T)에 있어서의 Z 방향의 입력이 XY 전극체(40)를 개재하여 이변형체(30) 및 Z 전극체(20)에 대해 전달되기 쉽고, Z 방향의 입력에 대한 감도가 향상된다.

제3 실시형태의 XY 전극체(40)는 제1 실시형태의 XY 전극체(40)로서 적용해도 된다. 제1 실시형태에 적용했을 경우에도, 동일하게 Z 방향의 입력에 대한 감도가 향상된다.

《3차원 센서의 제조 방법》

전술한 3차원 센서(1∼3)의 제조 방법으로는, 공지의 적층 시트의 제조 방법, 공지의 도전막의 성막 방법, 공지의 정전 용량식 3차원 센서의 제조 방법 등을 적용 가능하고, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 3차원 센서의 제조 방법을 들 수 있다.

구체예로서, XY 전극체의 제작 공정과, Z 전극체의 제작 공정과, 이변형체의 제작 공정과, 도광 시트의 제작 공정과, 가식 시트의 제작 공정과, 접합 공정을 갖는 제조 방법을 들 수 있다. 이하, 각 공정의 일 예에 대해, 3차원 센서(1, 2)를 제조하는 경우를 설명한다.

[XY 전극체의 제작 공정]

본 공정에서는, 제1 전극 시트(40x)와 제2 전극 시트(40y)를 제작한다.

제1 기재 시트(41)의 앞면에, 도전막(42)을 구성하는 금속 세선과 인회 배선과 외부 접속용 단자를 형성하고, 이들의 위에 절연막(43)을 형성함으로써, 제1 전극 시트(40x)를 얻는다.

보다 상세하게는, 제1 기재 시트(41)의 앞면에, 금속 입자를 포함하는 잉크를 인쇄하는 방법, 금속박 또는 금속 증착막을 패터닝하는 방법 등에 의해, 금속 세선의 패턴을 형성한다. 또한, 금속 세선의 형성 방법과 동일한 방법에 의해 인회 배선을 형성한다. 계속하여, 인회 배선의 단부에 도전성 페이스트를 스크린 인쇄한 후, 경화시켜, 외부 접속용 단자를 형성한다. 그 후, 제1 기재 시트(41) 및 도전막(42)을 덮도록, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 등의 각종 인쇄 방법에 의해, 절연막(43)을 형성하여, 제1 전극 시트(40x)를 얻는다. 제2 전극 시트(40y)도 상기 제1 전극 시트(40x)와 동일하게 제작한다.

얻어진 제1 전극 시트(40x)와 제2 전극 시트(40y)를, 상기 점착제로 이루어지는 접착층(83)을 개재하여 접착한다.

[Z 전극체의 제작 공정]

제3 기재 시트(21)의 앞면에, 도전막(22)을 구성하는 금속 세선과 인회 배선과 외부 접속용 단자를 형성하고, 이들의 위에 절연막(23)을 형성함으로써, Z 전극체(20)를 얻는다. 구체적으로는, 제1 전극 시트(40x)와 동일하게 제작한다.

[이변형체의 제작 공정]

본 공정에서는, 시트상의 탄성체(32)를 제작하고, 탄성체(32)를 탄성체용 기재 시트(31)에 첩합한다. 구체적으로는, 프레스 성형법, 사출 성형법, 스크린 인쇄법, 주형 성형법 등의 공지의 성형 방법에 의해 탄성 재료를 성형함으로써, 시트의 앞면에 원기둥 형상의 탄성 스페이서(32a)를 다수 형성한 시트상의 탄성체(32)를 제작한다.

사출 성형법을 이용하는 경우, 금형 내에 탄성체용 기재 시트(31)를 미리 배치해 둠으로써, 탄성체용 기재 시트(31)의 앞면에 직접 탄성체(32)를 형성할 수 있다.

또한, 사출 성형법 이외를 이용하는 경우, 예를 들면, 금형 내에 있어서, 미경화 탄성체를 주입하고, 탄성체용 기재 시트(31)를 피복하여 가열 압축함으로써 탄성체(32)를 접합하는 방법을 들 수 있다.

[도광 시트의 제작 공정]

제1 실시형태의 3차원 센서(1)에 있어서의 도광 시트(50)를 제작하는 경우, 본 공정에서는, 투명 재료로 이루어지는 시트의 앞면에, 그라비아 인쇄, 스크린 인쇄 등의 공지의 인쇄 방법에 의해 차광부(LB)를 구성하는 도료를 인쇄한다. 또한, 상기 시트의 이면에, 광을 산란시키는 도료를 사용하여, 산란 투과 모양을 스크린 인쇄에 의해 형성하고, 추가로 클리어층(투명층), 흰색 단색층을 인쇄한다. 이로써, 도광 시트(50) 내를 전파하는 광은 이면에서 산란 및 반사되어, 앞면에 있어서의 출사부(LO)(차광부(LB)가 형성되어 있지 않은 영역)로부터 출사된다.

제2 실시형태의 3차원 센서(2)에 있어서의 도광 시트(50)를 제작하는 경우, 본 공정에서는, 투명 재료로 이루어지는 시트의 앞면에 문자 인쇄를 임의로 실시하고, 이면에 광을 산란시키는 도료를 사용하여 산란 투과 모양을 스크린 인쇄에 의해 형성하며, 추가로 클리어층(투명층), 흰색 단색층을 인쇄한다. 이로써, 도광 시트(50) 내를 전파하는 광은 이면에서 산란 및 반사되어, 앞면으로부터 출사된다.

[가식 시트의 제작 공정]

제2 실시형태의 3차원 센서(2)에 있어서의 가식 시트(70)를 제작하는 본 공정에서는, 투명 재료로 이루어지는 시트의 앞면에 하드 코트 처리를 임의로 실시하고, 이면에 그라비아 인쇄, 스크린 인쇄 등의 공지의 인쇄 방법에 따라 차광부(LB)를 구성하는 도료를 인쇄한다. 이로써, 도광 시트(50)의 앞면으로부터 출사된 광은 가식 시트(70)의 이면에 있어서의 차광부(LB)가 형성되어 있지 않은 영역으로부터 가식 시트(70)로 입사되어, 가식 시트(70)의 앞면으로부터 출사된다.

[접합 공정]

제1 실시형태의 3차원 센서(1)를 제작하는 경우, 본 공정에서는, 지지 부재(11)의 앞면(11a)에, 점착제로 이루어지는 접착층(81)을 개재하여 Z 전극체(20)의 제3 기재 시트(21)의 이면을 접착한다. 이어서, Z 전극체(20)의 절연막(23)의 앞면에, 점착제로 이루어지는 접착층(82)을 개재하여 이변형체(30)의 탄성체용 기재 시트(31)의 이면을 접착한다. 이어서, 이변형체(30)의 복수의 탄성 스페이서(32a)의 윗면에, 실리콘 고무 시트(33)의 이면을 재치하고, 추가로 실리콘 고무 시트(33)의 앞면에, XY 전극체(40)의 제1 기재 시트(41)의 이면을 재치하여, 이접착 처리가 실시된 실리콘 고무 시트(33)에 의해 접합한다. 계속하여, XY 전극체(40)의 절연막(47)의 앞면에, 점착제가 기재층의 양면에 배치된 양면 테이프로 이루어지는 접착층(84)을 개재하여, 도광 시트(50)의 이면(상기 흰색 단색층)을 접착한다.

제2 실시형태의 3차원 센서(2)를 제작하는 경우에는, 도광 시트(50)의 앞면(50b)에, 점착제가 기재층의 양면에 배치된 양면 테이프로 이루어지는 접착층(85)을 개재하여, 가식 시트(70)의 이면을 접착한다.

다음으로, 지지 부재(11)의 앞면(11a)에 광원(60)을 공지 방법에 의해 설치하여, 광원(60)의 광 출사부가 상기 접착에 의해 이미 설치된 도광 시트(50)의 측면(50a)의 입사부(LI)에 대향하도록 배치한다. 이로써, 광원(60)으로부터의 광이 측면(50a)의 입사부(LI)로부터 도광 시트(50) 내로 입사 가능해진다.

이상의 공정에 의해, 3차원 센서(1, 2)가 얻어진다.

한편, 각 부재의 접착, 설치 순서는 상기로 한정되지 않으며, 원하는 순서로 행할 수 있다.

＜작용 효과＞

제1 실시형태의 3차원 센서(1)에 있어서는, 도광 유닛(U)을 구성하는 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1이 적절하기 때문에, 조작면(T)(도광 시트(50)의 앞면(50b))에 대한 국소적인 가압을 감도 좋게 검지할 수 있다. 이로써, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 검지와 중지에 의한 동시 가압을 개별 입력으로서 검지할 수 있다.

또한, 조작면(T)에는 광원(60)으로부터의 광이 출사되는 출사부(LO)가 형성되어 있어, 조작면(T)에 있어서의 조작성, 시인성, 장식성이 높아졌다. 조작면(T)은 도광 시트(50)의 앞면(50b)에 의해 구성되어 있기 때문에, 도광 시트(50) 내로 입사된 광이 다른 부재에 의해 감손될 기회는 없으며, 도광 시트(50)의 앞면(50b)에 형성된 출사부(LO)로부터 높은 휘도로 출사된다. 이로써, 상기 조작성, 시인성, 장식성이 보다 더 향상되어 있다.

제2 실시형태의 3차원 센서(2)에 있어서는, 도광 유닛(U)을 구성하는 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1 및 가식 시트(70)의 굽힘 강성 D2가 적절하기 때문에, 조작면(T)(가식 시트(70)의 앞면(70b))에 대한 국소적인 가압을 감도 좋게 검지할 수 있다. 이로써, 예를 들면, 제1 실시형태의 경우와 동일하게, 검지와 중지에 의한 동시의 가압을 개별의 입력으로서 검지할 수 있다.

또한, 가식 시트(70)에는 광원(60)으로부터의 광이 출사되는 출사부(LO)가 형성되어 있어, 조작면(T)에 있어서의 조작성, 시인성, 장식성이 높아졌다. 조작면(T)과, 도광 시트(50)의 앞면(50b) 사이에는, 접착층(85) 및 가식 시트(70)의 시트 부재가 개재되어 있기 때문에, 제1 실시형태와 비교했을 경우, 조작면(T)에 도달하여 앞면측에 출사되는 광의 휘도는 조금 감손되어 있다. 그러나, 예를 들면, 도광 시트(50)가 Z 전극체(20)와 지지 부재(11)의 앞면(11a) 사이에 배치된 구성과 비교했을 경우, 조작면(T)과 도광 시트(50)의 출사부(LO) 사이에 개재되는 부재는 적기 때문에, 휘도의 감손은 억제되어 있다.

또한, 가식 시트(70)와 도광 시트(50)를 별도 부재로 함으로써, 예를 들면 가식 시트의 앞면측과 이면측에 인쇄 등을 실시함으로써, 깊이감을 연출할 수 있다. 또한, 가식 시트(70)의 이면측에 실시된 인쇄 등은 노출되지 않고 내부에서 보호되므로, 내구성이 향상된다.

제3 실시형태의 3차원 센서(3)에 있어서는, 제2 실시형태와 비교했을 경우, XY 전극체(40)의 두께가 줄어들었기 때문에, 조작면(T)(가식 시트(70)의 앞면(70b))에 대한 국소적인 가압력이 이변형체(30)에 대해 보다 더 전달되기 쉬워져, Z 방향의 입력을 보다 더 감도 좋게 검지할 수 있다.

실시예

[실시예 1]

두께 50㎛의 PET 필름(굽힘 강성 1N·㎜ 미만)의 한쪽의 면에, 진공 증착법에 의해 두께 0.15㎛의 구리 증착막으로 이루어지는 도전막을 형성시킨 후, 그 도전막을 케미컬 에칭하여 전극 패턴을 형성했다. 이어서, PET 필름 및 도전막을 덮도록, 자외선 경화성 아크릴계 수지를 포함하는 절연성 페이스트를 스크린 인쇄하여 미경화 수지층을 형성한 후, 미경화 수지층에 자외선을 조사하여 두께 20㎛의 절연막을 형성했다.

상기 방법에 의해, XY 전극체(40)를 구성하는 제1 전극 시트(40x) 및 제2 전극 시트(40y), 그리고 Z 전극체(20)를 얻었다.

상기에서 얻은 제2 전극 시트(40y)의 이면에, 점착제로 이루어지는 두께 10㎛의 접착제층을 형성했다. 이 접착제층에 제1 전극 시트(40x)의 앞면을 접촉시켜 고정하여, XY 전극체(40)를 얻었다.

원기둥 형상의 탄성 스페이서가 한쪽의 면에 다수 형성된 시트상의 탄성체(32)를 제작 가능한 사출 성형용 금형을 이용하여 두께 50㎛의 PET 필름을 금형의 내부에 배치하고, 열경화성 액상 실리콘을 사출 성형했다. 이로써, 실리콘 고무로 이루어지는 탄성체(32)를 성형 및 경화시킴과 동시에, 그 이면에 PET 필름으로 이루어지는 제3 기재 시트(21)를 첩합하여 이루어지는 적층체 A를 얻었다.

상기에서 얻은 Z 전극체(20)의 절연막의 앞면에, 점착제로 이루어지는 두께 10㎛의 접착제층을 형성했다. 이 접착제층에 상기 적층체 A의 제3 기재 시트(21)의 이면을 접촉시켜 고정하여, 적층체 B를 얻었다.

XY 전극체(40)의 이면과 상기 적층체 B의 탄성 스페이서(32a)가 배열된 앞면과의 사이에, 표면이 플라즈마 처리된 실리콘 고무 시트(33)를 사이에 두고 밀착시킴으로써, Z 전극체(20), 이변형체(30), XY 전극체(40)의 순서로 적층하여 이루어지는 전극 적층체(센서 시트)를 얻었다.

다음으로, 표 1에 나타내는 투명 재료로 이루어지는 도광 시트(50)를 준비하여, 도광 시트(50)와 상기 센서 시트의 XY 전극체(40)의 앞면을, 점착제를 사용한 투명 양면 테이프(두께: 50㎛)(3M사 제조, 제품번호: 467MP)에 의해 접착했다.

또한, 상기 센서 시트의 이면에, 상기 투명 양면 테이프를 개재하여, 광원(60)을 구비한 지지 부재(11)를 접착하여, 도 1에 나타내는 3차원 센서(1)를 얻었다.

제작한 3차원 센서(1)에 있어서의 조작면(T)의 검출 가능 영역의 치수는 세로 48㎜×가로 88㎜였다.

(Z 감도의 평가)

3차원 센서(1)의 조작면(T)을 가압하여, Z 방향의 입력을 검지하는 감도(Z 감도)를 이하의 방법으로 평가했다.

구체적으로는, ΔC(하중 인가 후의 정전 용량값－하중 인가 전의 정전 용량값)를, 정전 용량 검출용 IC를 사용하여 측정했다. 여기서, 정전 용량값은 수신측의 Z 전극체(20)의 도전막과 송신측의 제1 전극 시트(40x)의 도전막 사이의 정전 용량이다. ΔC의 수치가 큰 만큼, Z 감도가 높음을 의미한다.

조작면(T)을 가압하는 방법은 GND 접속된 직경 10㎜의 원기둥 형상의 금속봉(밀대)을 이용하여 그 원형의 선단부를 조작면(T)에 대고, 700g의 하중을 인가하는 방법으로 행했다.

조작면(T)의 검출 가능 영역 중 세로 24㎜×가로 24㎜의 영역을 사용하고, 이것이 세로×가로＝6×6＝36개의 셀로 분할된 그리드에 있어서, 개개의 셀이 각각 Z 방향의 입력(ΔC)을 검지 가능으로 되어 있다.

밀대의 선단부를 조작면(T)에 접촉시켰을 때의 영역에는, 약 4개의 셀이 포함된다. 즉, 밀대로 조작면(T)을 가압하면, 동시에 적어도 4개의 셀에서 ΔC의 수치가 측정된다. 이에, 하나의 가압에 대해, 36셀에서 측정된 각 ΔC의 수치를 큰 순서로 소트하여, 상위 4셀의 측정값의 합계 값을 「ΔC＠4셀」로 하고, 36셀의 측정값의 합계 값을 「ΔC＠36셀」로 했다.

도광 시트(50)의 종류와 각 도광 시트(50)를 구비한 3차원 센서(1)에 있어서의 ΔC(단위: fF)의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1에 있어서, 「D값」은 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1(단위: N·㎜)이며, 「영률」은 굽힘 탄성률(단위: N/㎟)이다.

표 1의 「ΔC의 분산율」은 {(ΔC＠36셀－ΔC＠4셀)÷ΔC＠4셀}×100％의 식에서 산출되며, 밀대로 가압한 개소에 발생한 휘어짐이 그 주변에 파급한 정도를 측정하는 지표이다. 이 수치가 작은 만큼, 가압한 국소의 휘어짐이 크고, 주변에 파급한 휘어짐이 적음을 나타내며, 조작면(T)에 있어서의 가압된 개소를 특정하는 분해능이 높음을 의미한다.

표 1의 결과로부터, ΔC＠4셀과 굽힘 강성 D1은 반비례의 관계에 있다고 할 수 있다. 이 관계는 ΔC를 세로축으로 하고, 굽힘 강성 D1을 가로축으로 한 분포도(도 6)로부터도 명백하다. 분포도 중, × 플롯은 ΔC＠4셀의 결과를 나타내며, ● 플롯은 ΔC＠36셀의 결과를 나타낸다.

또한, 표 1의 결과로부터, 굽힘 강성 D1이 커짐에 따라, ΔC의 분산율이 커지는 경향이 있다. 이 경향은 ΔC의 분산율을 세로축으로 하고, 굽힘 강성 D1을 가로축으로 한 분포도(도 7)로부터도 명백하다.

이상의 결과로부터, 동일한 재질이면, 굽힘 강성 D1이 작은 만큼, Z 감도가 양호해져, ΔC의 분산율이 작은, 즉, 가압된 지점을 특정하는 분해능이 높아지는 것이 명백하다.

양호한 Z 감도를 얻음과 동시에, 조작면(T)에 있어서의 가압된 지점을 특정하는 분해능을 높이기 위해서는, 3차원 센서(1)의 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1은 256 미만이 바람직하고, 88 이하가 보다 바람직하고, 32 이하가 보다 더욱 바람직하고, 20 이하가 더욱 더 바람직하고, 16 이하가 특히 바람직하고, 10 이하가 가장 바람직하다.

한편, XY 방향의 입력을 검지하는 감도(XY 감도) 및 도광 시트(50)의 출사부로부터의 광의 출사 효율은 어느 도광 시트(50)를 사용한 경우에도 양호했다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일하게, Z 전극체(20), 이변형체(30), XY 전극체(40)의 순서로 적층하여 이루어지는 전극 적층체(센서 시트)를 얻었다.

다음으로, 표 2에 나타내는 투명 재료로 이루어지는 도광 시트(50)(표 중, 1층째로 표기)를 준비하여, 도광 시트(50)와 상기 센서 시트의 XY 전극체(40)의 앞면을, 점착제를 사용한 투명 양면 테이프(두께: 50㎛)(3M사 제조, 제품번호: 467MP)에 의해 접착했다.

계속하여, 표 2에 나타내는 투명 재료로 이루어지는 가식 시트(70)(표 중, 2층째로 표기)를 준비하여, 가식 시트(70)와 상기 도광 시트(50)의 앞면을, 상기 투명 양면 테이프에 의해 접착했다.

추가로, 상기 센서 시트의 이면에, 상기 투명 양면 테이프를 개재하여, 광원(60)을 구비한 지지 부재(11)를 접착하여, 도 3에 나타내는 3차원 센서(2)를 얻었다.

(Z 감도의 평가)

3차원 센서(2)의 조작면(T)을 가압하여, Z 방향의 입력을 검지하는 감도(Z 감도)를, 실시예 1과 동일한 방법으로 평가했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 있어서, 「1층째」는 도광 시트(50)를 나타내고, 「2층째」는 가식 시트(70)를 나타내며, 「2층째」가 사선인 경우는 가식 시트(70)를 구비하지 않은 것을 나타낸다. 가식 시트(70)를 구비하지 않은 센서는 실시예 1의 3차원 센서(1)이며, 여기에서는 비교를 위해 기재하고 있다.

표 2에 있어서, 표 2의 「D값」은 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1(단위: N·㎜)와 가식 시트(70)의 굽힘 강성 D2의 합계 값(D1＋D2)을 나타낸다. 또한, 「영률」은 굽힘 탄성률(단위: N/㎟)이다.

표 2의 「ΔC의 분산율」은 실시예 1과 동일하게 산출되며, 동일한 의미를 갖는다.

표 2는 재질과 총 두께가 동일한 조건이면, 2장의 얇은 시트를 점착제로 첩합한 D값(D1＋D2)이 1장의 두꺼운 시트의 D값(D1)보다 낮아지는 것을 나타내고 있다. 여기서, 총 두께에는 접착층의 두께는 포함되지 않는다.

또한, 굽힘 강성 D1과 굽힘 강성 D2의 합계 값이 작은 만큼, Z 감도가 양호해져, ΔC의 분산율이 작은, 즉, 가압된 지점을 특정하는 분해능이 높아지는 것은 실시예 1의 결과와 동일하다.

표 2의 측정 결과로부터, 도광 시트(50)와 가식 시트(70)의 재료와 총 두께를 같게 했을 경우, ΔC＠4셀, ΔC＠36셀 및 ΔC의 분산율에 대해, 실시예 2의 3차원 센서(2)가 실시예 1의 3차원 센서(1)보다 양호하다는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 2의 3차원 센서(2)가, 비교 가능한 조건으로 비교했을 경우, Z 감도나 가압 지점을 특정하는 분해능이 우수하다고 할 수 있다.

표 2의 측정 결과로부터, 도광 시트(50)의 두께 A와 가식 시트(70)의 두께 B는, 동일(두께 A:두께 B＝1:1) 또는 근사(두께 A:두께 B＝1:2∼2:1)한 것이, 상이(두께 A:두께 B＝5:1∼3:1 또는 1:3∼1:5)한 것보다, ΔC＠4셀 및 ΔC의 분산율이 양호해짐을 알 수 있다.

한편, XY 방향의 입력을 검지하는 감도(XY 감도) 및 가식 시트(70)의 출사부로부터의 광의 출사 효율은 어느 가식 시트(70) 및 도광 시트(50)를 사용한 경우에도 양호했다.

[실시예 3]

(가압 지점을 특정하는 분해능의 평가)

실시예 1에서 제작한 3차원 센서(1)를 사용하여, 조작면(T)에 대해 상기 밀대를 2개 동시에 대고 눌러 합계 1000g의 하중을 인가하고, 상기 검출 가능 영역 중 세로 24㎜×가로 32㎜를 사용하여 세로×가로＝6×8＝48셀인 그리드로 ΔC를 측정했다. 2개의 밀대에 의한, 2개의 원형인 가압부의 이간 거리는 중심끼리에서 14㎜, 최근점끼리에서 4㎜로 했다. 도광 시트(50)의 종류를 바꾸어 측정한 결과를 도 8에 나타낸다.

도 8에는, 도광 시트(50)로서 표 1에 나타낸, 두께 0.2㎜, 0.4㎜, 0.7㎜, 1㎜, 2㎜의 폴리카보네이트 시트를 구비한 3차원 센서(1)의 측정 결과와, 두께 0.67㎜의 유리 시트를 구비한 3차원 센서(1)의 측정 결과를 폴리곤으로 나타내고 있다. 각 폴리곤의 높이는 ΔC의 크기를 나타내며, 각 폴리곤의 위치는 조작면(T)의 2차원 평면에 대체로 대응되어 있다.

두께 0.2㎜, 굽힘 강성 D1＝2N·㎜인 폴리카보네이트 시트를 도광 시트(50)로서 구비한 3차원 센서(1)(도 8의 「0.2㎜PC」)는 2개의 밀대에 의한 가압을 2개의 피크에서 분리하여 검지하고 있다. 동일하게, 두께 0.4㎜, 굽힘 강성 D1＝16N·㎜인 「0.4㎜PC」; 두께 0.7㎜, 굽힘 강성 D1＝88N·㎜인 「0.7㎜PC」의 각 3차원 센서(1)에 있어서도, 2개의 밀대에 의한 가압을 2개의 피크에서 분리하여 검지하고 있다. 이 2개의 밀대는 2개의 손가락을 모의한 것이며, 개개의 손가락에 의한 가압을 독립적으로 검지하여 신호 처리할 수 있음을 의미하고 있다.

한편, 두께 1㎜, 굽힘 강성 D1＝256N·㎜인 「1㎜PC」; 두께 2㎜, 굽힘 강성 D1＝2044N·㎜인 「2㎜PC」; 두께 0.67㎜, 굽힘 강성 D1＝1852N·㎜인 「0.67㎜_glass」의 각 3차원 센서(1)에 있어서는, 2개의 밀대에 의한 가압을 단일 피크로서 검지하고 있어, 2개의 가압을 분리하지 못하고, 단일 가압으로서 검지하고 있다.

이상의 표 1과 도 8의 결과로부터, 조작면에 있어서 서로 근접하는 2개소를 동시에 가압했을 경우에, 개개의 가압을 분리하여 독립적으로 검지하기 위해서는, 도광 시트(50)의 굽힘 강성 D1은 256N·㎜ 미만이 바람직하고, 88N·㎜ 이하가 보다 바람직하고, 16N·㎜ 이하가 더욱 바람직한 것을 알 수 있다.

상기와 동일한 관점에서, ΔC의 분산율은 80％ 이하가 바람직하고, 60％ 이하가 보다 바람직하며, 40％ 이하가 더욱 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, 표 2와 도 8의 결과로부터, 실시예 1의 3차원 센서(1)가 구비하는 도광 시트(50)의 두께와 실시예 2의 3차원 센서(2)가 구비하는 도광 시트(50) 및 가식 시트(70)의 합계 두께가 동일한 경우, 실시예 2의 3차원 센서(2)의 D값(D1＋D2)이 작아져, 가압된 지점을 특정하는 분해능이 높아진다. 따라서, 조작면에 대해 서로 근접하는 2개소를 동시에 가압했을 경우, 개개의 가압을 분리하여 독립적으로 검지하는 것에 대해, 실시예 2의 3차원 센서(2)가 유리한 경우가 있다.

이상의 결과로부터, 본 발명에 따른 3차원 센서는 Z 방향의 입력에 대해 우수한 감도를 갖는 것이 명백하다.

1∼3 … 3차원 센서, 11 … 지지 부재, 20 … Z 전극체, 21 … 제3 기재 시트, 22 … 도전막, 23 … 절연막, 30 … 이변형체, 31 … 탄성체용 기재 시트, 32 … 탄성체, 32a … 탄성 스페이서, 33 … 실리콘 고무 시트, 40 … XY 전극체, 40x … 제1 전극 시트, 40y … 제2 전극 시트, 41 … 제1 기재 시트, 42 … 도전막, 43 … 절연막, 45 … 제2 기재 시트, 46 … 도전막, 47 … 절연막, 50 … 도광 시트, 60 … 광원, 70 … 가식 시트, 81∼85 … 접착층

Claims

평면 XY 방향 및 깊이 Z 방향의 입력을 검지하는 정전 용량식 3차원 센서로서,
광원으로부터의 광이 입사하는 입사부가 형성된 상기 깊이 Z 방향을 따르는 측면 및 상기 광이 출사하는 출사부가 형성된 상기 입력이 이루어지는 조작면을 갖는 도광 유닛과,
상기 평면 XY 방향의 입력을 검지하는 시트상의 XY 전극체와,
시트상의 탄성체를 갖는 이변형체와,
상기 깊이 Z 방향의 입력을 검지하는 시트상의 Z 전극체를 구비하고,
상기 도광 유닛, 상기 XY 전극체, 상기 이변형체 및 상기 Z 전극체는 이 순서로, 상기 깊이 Z 방향으로 보아 중첩되도록 배치되어 있으며,
상기 도광 유닛은 임의로 형성되는 가식 시트와, 상기 측면으로부터 입사된 상기 광을 도광하여 상기 출사부를 향해 출사하는 도광 시트를 구비하고,
상기 가식 시트 및 상기 도광 시트는 이 순서로, 상기 깊이 Z 방향으로 보아 중첩되도록 배치되어 있으며,
하기 식 (1)에서 산출되는 상기 도광 시트의 굽힘 강성 D1과,
하기 식 (2)에서 산출되는 상기 가식 시트의 굽힘 강성 D2의 합계가 256 미만인 정전 용량식 3차원 센서:
식 (1) … D1＝(E1)×(h1)³÷[12×{1－(ν1)²}]
식 (2) … D2＝(E2)×(h2)³÷[12×{1－(ν2)²}]
[식 중,
D1, E1, h1 및 ν1은 상기 도광 시트의 굽힘 강성(단위: N·㎜), 굽힘 탄성률(단위: N/㎟), 두께(단위: ㎜), 푸아송 비를 각각 나타내고;
D2, E2, h2 및 ν2는 상기 가식 시트의 굽힘 강성(단위: N·㎜), 굽힘 탄성률(단위: N/㎟), 두께(단위: ㎜), 푸아송 비를 각각 나타낸다].
제 1 항에 있어서,
상기 도광 시트의 두께가 0.1㎜ 이상 0.7㎜ 이하인 정전 용량식 3차원 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 가식 시트의 두께가 0.1㎜ 이상 0.7㎜ 이하인 정전 용량식 3차원 센서.
제 2 항에 있어서,
상기 가식 시트의 두께가 0.1㎜ 이상 0.7㎜ 이하인 정전 용량식 3차원 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 도광 시트의 두께와 상기 가식 시트의 두께의 합계가 0.1㎜ 이상 0.7㎜ 이하인 정전 용량식 3차원 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 도광 시트의 표면에 상기 가식 시트가 감압성 점착제에 의해 첩합되어 있는 정전 용량식 3차원 센서.
제 2 항에 있어서,
상기 도광 시트의 표면에 상기 가식 시트가 감압성 점착제에 의해 첩합되어 있는 정전 용량식 3차원 센서.
제 3 항에 있어서,
상기 도광 시트의 표면에 상기 가식 시트가 감압성 점착제에 의해 첩합되어 있는 정전 용량식 3차원 센서.
제 4 항에 있어서,
상기 도광 시트의 표면에 상기 가식 시트가 감압성 점착제에 의해 첩합되어 있는 정전 용량식 3차원 센서.
제 5 항에 있어서,
상기 도광 시트의 표면에 상기 가식 시트가 감압성 점착제에 의해 첩합되어 있는 정전 용량식 3차원 센서.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도광 시트 및 상기 가식 시트가 각각 독립적으로 수지 재료에 의해 형성된 수지 시트인 정전 용량식 3차원 센서.