JP2021077160A - タッチセンサ - Google Patents

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哲也 南出
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Abstract

【課題】線膨張係数が互いに異なる材料を積層したタッチセンサにおいて、温度変化による基板端部の破断を未然に防止する。【解決手段】タッチセンサ1は、光透過性を有するガラス材からなるカバー部材2と、COP(シクロオレフィンポリマー)からなる基板5と、光学透明接着剤からなり、カバー部材2と基板5との間に配置される粘着層8と、を備えている。そして、基板5の各端部5aは、粘着層8の各端部8aよりも外方に突出している。【選択図】図6

Description

本開示はタッチセンサに関するものである。
従来から、タッチ操作を行うことが可能なタッチセンサに関し、例えば特許文献1に示されるものが知られている。
特許文献1には、カバー部材(透明基板)と、透明絶縁性基材からなる基板(基材)と、カバー部材と基板との間に配置される粘着層(第1粘着剤層)と、を備えたタッチセンサ(タッチパネルセンサ)が開示されている。特許文献1の図1および図2に示されるように、基板の端部と粘着層の端部とは、略面一となっている。
特許文献1において、上記カバー部材を構成する材料としては、光透過性を有するガラス材が例示されている。また、上記基板を構成する材料(透明絶縁性基材)としては、透明性に優れるシクロオレフィン系樹脂(すなわち、COP:Cyclo Olefin Polymer)が例示されている。さらに、上記粘着層を構成する材料としては、光学透明接着剤(OCA:Optical Clear Adhesive)が例示されている。
国際公開2015/146347号公報
特許文献1のタッチセンサは、上述のように、基板の端部と粘着層の端部とが略面一となるように構成されている。かかる構成を得るための一般的な製造方法として、例えば、粘着層付きのCOP製シート材を加工用母材として準備し、この加工用母材をタッチセンサで必要とされる外形形状に合わせて切断加工等を行うという製造方法が挙げられる。
しかしながら、上記製造方法によって得られた基板及び粘着層をガラス製のカバー部材に貼り合わせて構成したタッチセンサでは、シート材、粘着層、およびカバー部材の各々の素材の線膨張係数が互いに異なるため、温度変化によって基板の端部からのクラック(破断)を生じるおそれがある。
本開示は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、線膨張係数が互いに異なる材料を積層したタッチセンサにおいて、温度変化による基板端部の破断を未然に防止することにある。
上記の目的を達成するために、本開示の一実施形態に係るタッチセンサは、光透過性を有するガラス材からなるカバー部材と、COP(Cyclo Olefin Polymer)からなる基板と、光学透明接着剤からなり、カバー部材と基板との間に配置される少なくとも1つの粘着層と、を備えている。そして、基板の端部は、粘着層の端部よりも外方に突出している。
本開示によると、線膨張係数が互いに異なる材料を積層したタッチセンサにおいて、温度変化による基板端部の破断を未然に防止することができる。
図1は、本開示の実施形態に係るタッチセンサの全体斜視図である。 図2は、基板とフレキシブル配線板との接続状態を概略的に示した平面図である。 図3は、基板、第1電極、第2電極、第1配線部、および第2配線部の各構成を、基板の第1面側から見て概略的に示した透視図である。 図4は、基板、第1電極、および第1配線部の各構成を、基板の第1面側から見て示した平面図である。 図5は、基板、第2電極、および第2配線部の各構成を、基板の第2面側から見て示した底面図である。 図6は、図1のVI−VI線断面図である。 図7は、図1のVII−VII線断面図である。 図8は、基板と粘着層との積層構造を部分的に拡大して模式的に示した部分拡大図である。 図9は、実施形態の変形例に係るタッチセンサの断面構成を示した図6相当図である。
[従来技術の問題点(課題)]
はじめに、従来技術の問題点(課題)について詳細に説明する。
上述のように、特許文献1のタッチセンサにおいて基板の端部と粘着層の端部とを略面一に構成するための一般的な製造方法としては、例えば、上記粘着層を上記基板の成形前の状態に相当するシート材に貼り合わせた加工用母材を準備し、当該加工用母材(シート材および粘着層)に対して切断加工または打ち抜き加工などの外形加工を施すといった製造方法が挙げられる。この製造方法によれば、基板および粘着層が所望の形状(例えば長方形状)に成形されかつ基板の端部と粘着層の端部とが略面一となる。ここに、COPは、PET(ポリエチレンテレフタレート)などの樹脂材との比較において、ガラス材に見られるような脆性を有している。このため、例えばCOPからなるシート材を用いて基板を得る、つまりCOP製の基板に構成する場合においては、打ち抜き加工などの外形加工による加工箇所(加工後における基板の端部)にひび割れなどの加工欠損が発生しやすくなる。
ところで、OCAの線膨張係数は、ガラス材の線膨張係数およびCOPの線膨張係数よりも一般的に大きい。また、COPの線膨張係数は、ガラス材の線膨張係数よりも一般的に大きい。このような線膨張係数の相違により、例えば、耐熱試験や熱衝撃試験などの信頼性試験の過程において、タッチセンサを加熱した場合には、上記3つの部材の対比において粘着層が最も膨張するようになる。これに対し、ガラス材からなるカバー部材とCOPからなる基板とを比較すると、上述した線膨張係数の相違により、基板の方がカバー部材よりも膨張しやすくなる。すなわち、カバー部材の方が基板よりも膨張しにくくなる。その結果、カバー部材と粘着層との界面付近には、それぞれの膨張量の差により応力が生じる。また、基板と粘着層との界面付近にも、それぞれの膨張量の差により応力が生じる。これらの応力は、粘着層の内部においては、カバー部材と粘着層との界面付近の方が、基板と粘着層との界面付近よりも相対的に大きくなる。これにより、各界面に発生する応力の大きさの相違により、粘着層の内部においてひずみエネルギーが蓄積される。
そして、特許文献1のタッチセンサのように、基板の端部と粘着層の端部とが略面一となっていると、上記ひずみエネルギーが、基板の端部における加工欠損に対して直接的に影響する。その結果、加工欠損を起点として基板の端部にクラックが発生しやすくなると推察される。
以下、このようなクラックが発生する現象を抑制できる構成(すなわち、本開示の実施形態)を説明する。
[本開示の実施形態の説明]
次に、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図1は、本開示の実施形態に係るタッチセンサ1の全体を示している。このタッチセンサ1は、タッチ操作が可能なセンサ型入力装置である。タッチセンサ1は、例えばカーナビゲーション等の車載装置、パーソナルコンピュータのディスプレイ機器、携帯電話、携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コピー機、券売機、現金自動預け払い機、時計などに対する入力装置として用いられる。
以下の説明において、後述するカバー部材2の操作面4が位置する側をタッチセンサ1の「表側」とし、その反対側をタッチセンサ1の「裏側」として、タッチセンサ1を構成する各要素の位置関係を定めるものとする。また、本実施形態では、説明の便宜上、図1〜図5の紙面における下側から上側に向かう方向を第1の方向d1とする一方、図1〜図5の紙面における左側から右側に向かう方向を第2の方向d2として定めるものとする。
(カバー部材)
図1に示すように、タッチセンサ1は、カバー部材2を備えている。カバー部材2は、光透過性を有するガラス材からなる。具体的に、このガラス材としては、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス等が挙げられる。例えばアルミノシリケートガラスの線膨張係数は、およそ8.1〜9.8×10−6/℃である。
カバー部材2は、例えば平面視で略長方形の板状に形成されている。カバー部材2は、後述する粘着層8により後述する基板5の第1面6に固着されている(図6および図7参照)。
カバー部材2において、裏面の周縁部には、スクリーン印刷等により黒色等の暗色で略額縁状の加飾部3が形成されている。この加飾部3で囲まれた内部の矩形領域は、透光可能なビューエリアVとなっている。すなわち、使用者は、このビューエリアVを介して、タッチセンサ1の裏側に配置した表示装置30(図6〜図8参照)からの視覚的情報を得ることができる。そして、ビューエリアVにおけるカバー部材2の表面は、タッチ操作に伴い使用者の手指などが接触する操作面4として構成されている。
(基板)
図2〜図8に示すように、タッチセンサ1は、基板5を備えている。基板5は、平面視で略長方形状に形成されている。すなわち、基板5は、4つの端部5a,5a,…を有する。
基板5は、第1面6および第2面7を有している。基板5の第1面6は、後述する粘着層8を介してカバー部材2の裏面と対向するように積層配置されている。
基板5は、COP(シクロオレフィンポリマー)からなる。COPは、透明性、高屈折率性、および低複屈折性などに優れている。すなわち、COPは、光学特性に優れている。このため、基板5を備えたタッチセンサ1は、例えばカーナビゲーション等の車載装置に搭載されるセンサ型入力装置として適している。COPの線膨張係数は、およそ6.0〜7.0×10−5/℃である。
なお、COPは、上述のように光学特性に優れる反面、PET(ポリエチレンテレフタレート)などの樹脂材と比較するとガラス材に見られるような脆性を有している。このため、COPからなるシート材を用いて基板5を得る場合においては、打ち抜き加工などの外形加工による加工箇所、すなわち、加工後における基板5の各端部5aには、ひび割れなどの加工欠損が発生しやすくなる(図8に示した各端部5aを参照)。
(粘着層)
図6および図7に示すように、タッチセンサ1は、粘着層8,8,…を備えている。各粘着層8は、基板5の第1面6および第2面7の各々に積層配置されている。さらに、粘着層8は、後述する保護フィルム20の裏面側にも積層配置されている。
粘着層8は、光透過性を有している。具体的に、粘着層8は、光学用粘着剤(OCA:Optical Clear Adhesive)であり、OCAの線膨張係数は、およそ4.0×10−4/℃である。なお、粘着層8の厚みは、25〜250μmであるのが好ましい。
粘着層8には、粘着層8の一部を切り欠いた切り欠き部9が形成されている。具体的に、第1面6の側に位置する粘着層8には、切り欠き部9が、第1面6に対する後述するフレキシブル配線板16の第1接続部18の取付位置に対応するように形成されている。また、第2面7の側に位置する粘着層8には、切り欠き部9が、第2面7に対する後述するフレキシブル配線板16の第2接続部19の取付位置に対応するように形成されている。
(第1および第2電極)
図3〜図5に示すように、タッチセンサ1は、静電容量方式による複数の第1電極11,11,…および複数の第2電極12,12,…を備えている。各第1電極11および各第2電極12は、例えば、酸化インジウム錫(ITO:Indium Tin Oxide)や酸化錫等の光透過性を有する透明材からなる透明導電膜、または、基板5において銅などの導電金属からなる細線を所定パターンに配置した構成からなる。
ところで、上記所定パターンは、図示しないが、例えば、複数の細線をメッシュ状に配置した第1のパターン、複数の細線を梯子状に配置した第2のパターン、および、複数の細線をメッシュ状および梯子状以外の形状に配置した第3のパターンを含む。また、上記細線は、例えば数μmの線幅を有する。なお、上記細線の材料としては、上記導電金属に限られず、導電樹脂材であってもよい。
第1電極11,11,…および第2電極12,12,…は、ビューエリアV内に配置されている。そして、タッチセンサ1では、ビューエリアV内に位置する第1電極11,11,…および第2電極12,12,…を通じてカバー部材2の操作面4に接触した使用者の手指(検知対象物)によるタッチ操作の検知が可能となっている。
図4に示すように、各第1電極11は、基板5の第1面6に配置されている。一方、図5に示すように、各第2電極12は、基板5の第2面7に配置されている。すなわち、各第2電極12は、基板5を介して各第1電極11と絶縁された状態となっている。
各第1電極11は、各第2電極12から放射された電界を受信するように構成されている。すなわち、第1電極11は、受信電極として構成されている。各第1電極11は、平面視において基板5の長辺方向(第2の方向d2)に沿って略帯状に延びている。第1電極11,11,…は、基板5の短辺方向(第1の方向d1)に間隔をあけて配置されている。そして、各第1電極11は、後述するフレキシブル配線板16を介して図示しない検出回路に接続されている。
各第2電極12は、後述するフレキシブル配線板16を介して図示しない駆動回路に接続されていて、この駆動回路により周囲に電界を放射するように構成されている。すなわち、各第2電極12は、送信電極として構成されている。各第2電極12は、平面視において基板5の短辺方向(第1の方向d1)に沿って略帯状に延びている。第2電極12,12,…は、基板5の長辺方向(第2の方向d2)に間隔をあけて配置されている。
(第1および第2配線部)
図3〜図7に示すように、タッチセンサ1は、複数の第1配線部13,13,…および複数の第2配線部14,14,…を備えている。第1配線部13,13,…および第2配線部14,14,…は、第1電極11,11,…および第2電極12,12,…を図示しない外部回路と電気的に接続するための要素である。各第1配線部13および各第2配線部14は、導電性および遮光性を有する材料からなる。具体的に、各第1配線部13および各第2配線部14の材料としては、銅のような導電金属または導電樹脂材が挙げられる。
第1配線部13,13,…および第2配線部14,14,…は、基板5の周縁部(すなわち、ビューエリアVの外方)に配置されている。具体的に、第1配線部13,13,…および複数の第2配線部14,14,…は、操作面4の側から見た平面視において加飾部3(図1参照)と重なる位置に配置されている。すなわち、第1配線部13,13,…および第2配線部14,14,…は、加飾部3により操作面4の側から視認できないようになっている。
図4、図6、および図7に示すように、各第1配線部13は、基板5の第1面6に形成されている。各第1配線部13の一端部は、各第1電極11の一端部(図4の紙面左側に位置する端部)と電気的に接続されている。また、第1配線部13,13,…の他端部は、第1面6の周縁部における図4の紙面下側において基板5の長辺方向略中央に集束するように配置されている。
各第1配線部13の他端部には、後述するフレキシブル配線板16の第1接続部18と電気的に接続するための接続パッド15が設けられている。そして、各第1配線部13の他端部は、各接続パッド15を介してフレキシブル配線板16と電気的に接続されるように構成されている。
図5〜図7に示すように、各第2配線部14は、基板5の第2面7に形成されている。各第2配線部14の一端部は、各第2電極12の一端部(図5の紙面下側に位置する端部)と電気的に接続されている。また、第2配線部14,14,…の他端部は、第2面7の周縁部における図5の紙面下側において基板5の長辺方向略中央に集束するように延びている。そして、第2配線部14,14,…の他端部は、基板5の長辺方向(第2の方向d2)において第1配線部13の他端部と間隔をあけて配置されている。
各第2配線部14の他端部には、後述するフレキシブル配線板16の第2接続部19と電気的に接続するための接続パッド15が設けられている。そして、各第2配線部14の他端部は、各接続パッド15を介してフレキシブル配線板16と電気的に接続されるように構成されている。
(フレキシブル配線板)
図1に示すように、タッチセンサ1は、フレキシブル配線板16を備えている。フレキシブル配線板16は、柔軟性を有しかつ変形状態でもその電気的特性が変化しないように構成されている。フレキシブル配線板16は、例えばポリイミド(PI)、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)等の可撓性を有する絶縁フィルムからなる。
図2に示すように、フレキシブル配線板16は、本体部17と、第1接続部18と、第2接続部19と、を有している。第1接続部18および第2接続部19は、本体部17と一体に形成されかつ本体部17の一端側から2方向に分岐するように形成されている。
図6および図7に示すように、第1接続部18は、例えば異方導電性接着剤(図示せず)により第1面6の周縁部に固着される。この固着状態において、第1接続部18は、第1配線部13,13,…と電気的に接続される。
第2接続部19は、例えば異方導電性接着剤(図示せず)により第2面7の周縁部に固着される。この固着状態において、第2接続部19は、第2配線部14,14,…と電気的に接続される。
(保護フィルム)
図6および図7に示すように、タッチセンサ1は、フィルム状の保護フィルム20を備えている。保護フィルム20は、例えば平面視で略長方形状に形成されていて、基板5と同じ大きさに形成されている。
保護フィルム20は、主に第2電極12,12,…および第2配線部14,14,…を保護するように配置したフィルム材である。このフィルム材の材質としては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリカーボネート、COP(シクロオレフィンポリマー)、COC(シクロオレフィンコポリマー)のような樹脂材が挙げられる。これらの樹脂材の中でもCOPは特に光学特性に優れていることから、タッチセンサ1を例えばカーナビゲーション等の車載装置に搭載する場合には、上記フィルム材としてCOPを適用するのが好ましい。
保護フィルム20は、基板5の第2面7に対向する位置に積層配置されている。具体的に、保護フィルム20は、粘着層8により基板5の第2面7に固着されている。そして、保護フィルム20は、第2接続部19が第2面7の周縁部に取り付けられた状態(固着状態)において、第2配線部14,14,…と第2接続部19との接続箇所を覆うように構成されている。保護フィルム20は、第2接続部19とタッチセンサ1の厚み方向に間隔をあけた状態で対向するように配置されている。
(特徴的構成)
本実施形態の特徴的構成として、図6〜図8に示すように、基板5の端部5aは、各粘着層8の端部8aよりも外方に突出している。具体的に、基板5は、基板5の各辺に位置する端部5aが、粘着層8の各辺に位置する端部8aよりも外方に突出するように構成されている。そして、基板5の端部5aと、粘着層8の端部8aとの距離(図8に示した符号Lを参照)は、0.1mm〜0.5mmとなるように設定されるのが好ましい。
なお、保護フィルム20の各端部20aについても、保護フィルム20の表面および裏面の各々に積層配置された粘着層8の各端部8aよりも外方に突出している。
[実施形態の作用効果]
ここで、タッチセンサ1の製造過程では、例えば、基板5を得る前の状態に相当するシート材(図示せず)に対して打ち抜き加工などの外形加工が施される。これにより、所望の形状(例えば長方形状)の基板5が形成される。一方、上述したように、打ち抜き加工などの外形加工の際には、COPの脆性により基板5の端部5a,5a,…にひび割れなどの加工欠損が発生しやすい。
また、OCAの線膨張係数は、ガラス材の線膨張係数およびCOPの線膨張係数よりも一般的に大きい。また、COPの線膨張係数は、ガラス材の線膨張係数よりも一般的に大きい。このような線膨張係数の相違により、例えば、耐熱試験や熱衝撃試験などの信頼性試験の過程において、タッチセンサ1を加熱した場合には、カバー部材2、基板5、および粘着層8の中で、粘着層8が最も膨張するようになる。これに対し、ガラス材からなるカバー部材2とCOPからなる基板5とを比較すると、上述した線膨張係数の相違により、基板5の方がカバー部材2よりも膨張しやすくなる。すなわち、カバー部材2の方が基板5よりも膨張しにくくなる。その結果、カバー部材2と粘着層8との界面付近には、それぞれの膨張量の差により応力S1(図8参照)が生じる。また、基板5と粘着層8との界面付近には、それぞれの膨張量の差により応力S2(図8参照)が生じる。カバー部材2と粘着層8との界面付近の応力S1は、基板5と粘着層8との界面付近の応力S2よりも相対的に大きくなる。そして、これらの応力S1,S2の大きさの相違により、粘着層8の内部においてひずみエネルギーが蓄積される。
これに対し、本開示の実施形態に係るタッチセンサ1では、基板5の各端部5aが、粘着層8の各端部8aよりも外方に突出している。すなわち、基板5の各端部5aと粘着層8の各端部8aとが互いにずれた状態となっている。このため、粘着層8の内部に蓄積された上記ひずみエネルギーが、基板5の各端部5aにおける加工欠損に対して直接的に影響しないようになる。その結果、加工欠損を起点として基板5の各端部5aにクラックが発生しにくくなる。したがって、タッチセンサ1では、線膨張係数が互いに異なる材料を積層した構造であっても、温度変化による基板5の各端部5aの破断を未然に防止することができる。
また、基板5の端部5aと、粘着層8の端部8aとの距離(図8に示した符号Lを参照)が、0.1mm〜0.5mmになるように設定されているのが好ましい。このようにすれば、上記作用効果を奏しつつ、基板5の外形を、粘着層8の外形に対して大きくなりすぎないように適切な大きさに設定することができる。
[実施形態の変形例]
上記実施形態では、1枚の基板5を用いた形態を示したが、この形態に限られない。例えば、図9に示した変形例のように、2枚の基板5,5を用いた形態であってもよい。
この変形例において、図9の紙面上側に位置する基板5の第1面6には、複数の第1電極11,11,…および複数の第1配線部13,13,…が形成されていて、フレキシブル配線板16の第1接続部18が取り付けられている。また、図9の紙面下側に位置する基板5の第1面6には、複数の第2電極12,12,…および複数の第2配線部14,14,…が形成されていて、フレキシブル配線板16の第2接続部19が取り付けられている。なお、図9の紙面上側に位置する基板5には、第2接続部19の取付位置に対応する切り欠き部5bが形成されている。そして、各基板5は、各端部5が粘着層8の各端部8aよりも外方に突出するように構成されている。かかる構成により、変形例に係るタッチセンサ1であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏し得る。
[その他の実施形態]
上記実施形態では、第1の方向d1および第2の方向d2を図1〜図5に示した方向となるように定めたが、このような方向に限られない。例えば、各図の紙面における左側から右側に向かう方向を第1の方向d1とする一方、各図の紙面における下側から上側に向かう方向を第2の方向d2として定めてもよい。すなわち、各第1電極11が基板5の長手方向に延びる一方、各第2電極12が基板5の短辺方向に延びる構成であってもよい。
また、上記実施形態では、1枚の基板5を用いた形態を示したが、この形態に限られない。例えば、基板5は、2枚の基材が貼り合わされた1つの積層体であってもよい。
また、上記実施形態では、長方形状のビューエリアVを適用した形態を示したが、この形態に限られない。ビューエリアVは、例えば略円形状であってもよい。
また、上記実施形態では、各第1電極11および各第2電極12が略帯状となる形態を示したが、この形態に限られない。例えば、各第2電極12は、中途部が第2の方向d2またはその反対方向に向かって先細るように突出した突出部(図示せず)を延設方向に沿って繰り返すように配置した形態でもよい。これと同様に、各第1電極11についても、上記実施形態で示した略帯状となる形態に代えて、中途部が第1の方向d1またはその反対方向に向かって先細るように突出した突出部(図示せず)を延設方向に沿って繰り返すように配置した形態でもよい。換言すれば、それぞれの電極の形状は、菱形などに形成された定型パッド部を延設方向に沿って繰り返す形状などであってもよい。
また、上記実施形態では、本体部17と一体に形成された第1接続部18および第2接続部19を有する1つのフレキシブル配線板16を用いた形態を示したが、この形態に限られない。例えば、上記実施形態で示した1つのフレキシブル配線板16に代えて、別個の部材として構成された第1および第2フレキシブル配線板(図示せず)を用いてもよい。具体的には、第1フレキシブル配線板が、異方導電性接着剤などにより第1面6の周縁部に固着されかつ第1配線部13,13,…と電気的に接続される一方、第2フレキシブル配線板が、異方導電性接着剤などにより第2面7の周縁部に固着されかつ第2配線部14,14,…と電気的に接続されるように構成してもよい。
以上、本開示についての実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態のみに限定されず、本開示の範囲内で種々の変更が可能である。
本開示は、タッチ操作を行うことが可能なタッチセンサとして産業上の利用が可能である。
1:タッチセンサ
2:カバー部材
3:加飾部
4:操作面
5:基板
5a:端部
6:第1面
7:第2面
8:粘着層
11:第1電極
12:第2電極
13:第1配線部
14:第2配線部
15:接続パッド
16:フレキシブル配線板
18:第1接続部
19:第2接続部
20:保護フィルム
30:表示装置
V:ビューエリア

Claims (2)

  1. 光透過性を有するガラス材からなるカバー部材と、
    COP(シクロオレフィンポリマー)からなる基板と、
    光学透明接着剤からなり、前記カバー部材と前記基板との間に配置される少なくとも1つの粘着層と、を備え、
    前記基板の端部は、前記粘着層の端部よりも外方に突出している、タッチセンサ。
  2. 請求項1に記載のタッチセンサにおいて、
    前記基板の端部と、前記粘着層の端部との距離は、0.1mm〜0.5mmである、タッチセンサ。
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