JP7199704B2

JP7199704B2 - input device

Info

Publication number: JP7199704B2
Application number: JP2019003226A
Authority: JP
Inventors: 雄高大野; 正広松永
Original assignee: Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2023-01-06
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: JP2020113439A

Description

本開示は、入力装置に関する。 The present disclosure relates to input devices.

近年、人体や動物などの生体の皮膚に直接的に取り付け可能なウェアラブルデバイスの開発が進められている。デバイスの取り付け対象となる皮膚は、たいていの場合に曲面形状であり、動きに応じてその曲面形状が変化する。このような形状変化に追従可能とするため、例えば、伸縮可能なシート状の基材内に複数の配線層を形成し、配線層間の静電容量の変化を検出するタッチセンサが提案されている。 In recent years, development of wearable devices that can be directly attached to the skin of a living body such as a human body or an animal has been progressing. In most cases, the skin to which the device is attached has a curved shape, and the curved shape changes according to movement. In order to be able to follow such shape changes, for example, a touch sensor has been proposed in which a plurality of wiring layers are formed in a stretchable sheet-like base material and changes in capacitance between the wiring layers are detected. .

国際公開第２０１７／１１０４９０号公報International Publication No. 2017/110490

静電容量の変化を検出するためには、検出回路用の電源を必要とする。 Detecting changes in capacitance requires a power supply for the detection circuit.

本開示はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、電源接続を必要としない入力装置を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of these problems, and one exemplary purpose thereof is to provide an input device that does not require a power connection.

本開示のある態様の入力装置は、シート状の入力デバイスを含む。この入力デバイスは、シート状の基材と、基材上に設けられる入力電極層と、基材上に入力電極層から離れて設けられる基準電極層と、入力電極層上に設けられる誘電体層と、誘電体層上に設けられる入力面と、入力電極層と基準電極層の間に接続され、光信号または電波信号を出力する送信部と、を備える。 An input device according to one aspect of the present disclosure includes a sheet-like input device. This input device includes a sheet-like base material, an input electrode layer provided on the base material, a reference electrode layer provided on the base material apart from the input electrode layer, and a dielectric layer provided on the input electrode layer. , an input surface provided on the dielectric layer, and a transmitter connected between the input electrode layer and the reference electrode layer for outputting an optical signal or a radio wave signal.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本開示の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above constituent elements, and mutual replacement of the constituent elements and expressions of the present disclosure between methods, systems, etc. are also effective as aspects of the present disclosure.

本開示によれば、電源接続を必要としない入力装置を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide an input device that does not require power connection.

実施の形態に係る入力装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the input device which concerns on embodiment. 実施の形態に係るシート状入力デバイスの構成を概略的に示す上面図である。1 is a top view schematically showing the configuration of a sheet-like input device according to an embodiment; FIG. 図２のシート状入力デバイスの構成を概略的に示す断面図である。3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the sheet-like input device of FIG. 2; FIG. 図２のシート状入力デバイスの構成を概略的に示す断面図である。3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the sheet-like input device of FIG. 2; FIG. シート状入力デバイスの動作原理を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the principle of operation of a sheet-like input device. シート状入力デバイスの動作原理を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the principle of operation of a sheet-like input device. 変形例に係るシート状入力デバイスの構成を概略的に示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a sheet-shaped input device according to a modification;

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this disclosure is demonstrated in detail, referring drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted as appropriate.

図１は、実施の形態に係る入力装置の構成を概略的に示す図である。入力装置１０は、シート状の入力デバイス１２と、受信デバイス１４とを備える。入力装置１０は、受信デバイス１４に接続される外部機器７０の動作を制御するために用いられる。外部機器７０の種類は特に問わないが、例えば、室内に設けられる照明器具やエアコンなどの電気機器である。外部機器７０は、接続線７２を介して受信デバイス１４と有線接続される。一方、入力デバイス１２は、受信デバイス１４に向けて電磁波（例えば光または電波）による信号１６を受信デバイス１４に送信し、外部機器７０の動作を遠隔操作できるようにする。外部機器７０は、受信デバイス１４と無線接続されてもよい。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an input device according to an embodiment. The input device 10 includes a sheet-like input device 12 and a receiving device 14 . The input device 10 is used to control operations of an external device 70 connected to the receiving device 14 . The type of the external device 70 is not particularly limited, but for example, it may be an electrical device such as a lighting fixture or an air conditioner provided indoors. The external device 70 is wire-connected to the receiving device 14 via a connection line 72 . On the other hand, the input device 12 transmits a signal 16 in the form of electromagnetic waves (for example, light or radio waves) to the receiving device 14 so that the operation of the external device 70 can be remotely controlled. The external device 70 may be wirelessly connected with the receiving device 14 .

入力デバイス１２は、例えば伸縮可能な柔軟性を有するシート体で構成され、任意の場所に貼り付けて使用可能となるよう構成される。入力デバイス１２は、曲面形状の物体表面に沿って配置して使用することが可能であり、人体や動物などの生体の皮膚に直接的に貼り付けて使用することもできる。入力デバイス１２は、外部電源や電池と接続せずに動作可能となるよう構成されており、外部電源の接続や定期的な充電などを気にすることなく使用できる。 The input device 12 is composed of, for example, a flexible sheet body that can be stretched and contracted, and is configured to be usable by sticking to any place. The input device 12 can be used by arranging it along the surface of a curved object, and can also be used by being directly attached to the skin of a living body such as a human body or an animal. The input device 12 is configured to be operable without being connected to an external power source or battery, and can be used without worrying about connection to an external power source or periodic charging.

図２は、実施の形態に係る入力デバイス１２の構成を概略的に示す上面図である。入力デバイス１２は、伸縮性および可撓性を有するシート体２０と、基準電極層３０と、複数の入力電極層３２ａ，３２ｂ，３２ｃ（総称して入力電極層３２ともいう）と、複数の送信部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ（総称して送信部３４ともいう）と、接地端子３６と、を備える。 FIG. 2 is a top view schematically showing the configuration of the input device 12 according to the embodiment. The input device 12 includes a stretchable and flexible sheet body 20, a reference electrode layer 30, a plurality of input electrode layers 32a, 32b, and 32c (also collectively referred to as the input electrode layer 32), and a plurality of transmission electrodes. It includes sections 34 a , 34 b , 34 c (generically referred to as transmission sections 34 ) and a ground terminal 36 .

入力デバイス１２では、シート体２０の表面の入力面２８を指で触れることで入力操作がなされる。入力面２８のうち、複数の入力電極層３２ａ～３２ｃのそれぞれに対応する個別の操作領域２８ａ，２８ｂ，２８ｃに指を触れると、対応する送信部３４ａ，３４ｂ，３４ｃが光信号または電波信号を送信する。複数の送信部３４ａ～３４ｃは、入力面２８に指が触れることで生じる静電気を利用して駆動する。そのため、入力デバイス１２は、外部電源を必要とすることなく光信号または電波信号を出力できる。 In the input device 12, an input operation is performed by touching the input surface 28 on the surface of the sheet body 20 with a finger. When a finger touches individual operation regions 28a, 28b, and 28c corresponding to the plurality of input electrode layers 32a to 32c on the input surface 28, the corresponding transmitters 34a, 34b, and 34c transmit optical signals or radio signals. Send. The plurality of transmitters 34a to 34c are driven using static electricity generated by touching the input surface 28 with a finger. Therefore, the input device 12 can output optical signals or radio signals without requiring an external power source.

基準電極層３０は、シート体２０の内部に埋め込まれている。基準電極層３０は、シート体２０の外周に沿って帯状に設けられており、長方形のシート体２０の二辺に沿ってＬ字状に設けられている。基準電極層３０の端部には、基準電極層３０を接地するための接地端子３６が設けられている。接地端子３６は、シート体２０の内部から外部に向けて突出しており、外部のアース線（不図示）などと接続できるよう入力面２８において露出している。接地端子３６は、入力面２８とは反対側のシート体２０の裏面に向けて突出するよう構成されてもよい。 The reference electrode layer 30 is embedded inside the sheet body 20 . The reference electrode layer 30 is provided in a strip shape along the outer periphery of the sheet body 20 and is provided in an L shape along two sides of the rectangular sheet body 20 . A ground terminal 36 for grounding the reference electrode layer 30 is provided at the end of the reference electrode layer 30 . The ground terminal 36 protrudes from the inside of the sheet body 20 toward the outside, and is exposed on the input surface 28 so as to be connected to an external ground wire (not shown) or the like. The ground terminal 36 may be configured to protrude toward the back surface of the sheet body 20 opposite to the input surface 28 .

複数の入力電極層３２は、基準電極層３０と同様にシート体２０の内部に埋め込まれている。複数の入力電極層３２は、基準電極層３０から離れて設けられる。また、複数の入力電極層３２ａ～３２ｃのそれぞれは、互いに離れて設けられている。図示する例において、複数の入力電極層３２のそれぞれは長方形状であり、入力面２８に沿う方向に一列に並べられている。 A plurality of input electrode layers 32 are embedded inside the sheet body 20 similarly to the reference electrode layer 30 . A plurality of input electrode layers 32 are provided spaced apart from the reference electrode layer 30 . Further, each of the plurality of input electrode layers 32a to 32c are provided apart from each other. In the illustrated example, each of the plurality of input electrode layers 32 is rectangular and arranged in a line along the input surface 28 .

複数の送信部３４のそれぞれは、基準電極層３０と、対応する入力電極層３２との間に設けられる。例えば、第１送信部３４ａは、基準電極層３０と第１入力電極層３２ａの間に接続され、第２送信部３４ｂは、基準電極層３０と第２入力電極層３２ｂの間に接続され、第３送信部３４ｃは、基準電極層３０と第３入力電極層３２ｃの間に接続される。 Each of the multiple transmitters 34 is provided between the reference electrode layer 30 and the corresponding input electrode layer 32 . For example, the first transmitter 34a is connected between the reference electrode layer 30 and the first input electrode layer 32a, the second transmitter 34b is connected between the reference electrode layer 30 and the second input electrode layer 32b, The third transmitter 34c is connected between the reference electrode layer 30 and the third input electrode layer 32c.

複数の送信部３４は、例えば、光信号を出力するよう構成され、それぞれが互いに異なる波長（例えば異なる色）の光を出力するよう構成される。例えば、第１送信部３４ａが赤色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成され、第２送信部３４ｂが緑色のＬＥＤで構成され、第３送信部３４ｃが青色のＬＥＤで構成される。各送信部３４ａ～３４ｃは、複数のＬＥＤを含んでもよく、互いに並列接続されるＬＥＤや互いに直列接続されるＬＥＤを含んでもよい。各送信部３４ａ～３４ｃは、赤外光や紫外光を発するＬＥＤを含んでもよい。各送信部３４ａ～３４ｃは、送信可能な光パルス信号の時系列が互いに異なるよう構成されてもよく、光パルス信号の時系列の組み合わせの違いにより互いに異なる光信号が出力可能であってもよい。この場合、各送信部３４ａ～３４ｃは、同一波長の光を出力するよう構成されてもよい。 The multiple transmitters 34 are configured, for example, to output optical signals, and are configured to output lights of different wavelengths (for example, different colors) from each other. For example, the first transmitter 34a is composed of a red LED (Light Emitting Diode), the second transmitter 34b is composed of a green LED, and the third transmitter 34c is composed of a blue LED. Each transmitter 34a-34c may include a plurality of LEDs, LEDs connected in parallel with each other, or LEDs connected in series with each other. Each transmitter 34a-34c may include an LED that emits infrared light or ultraviolet light. Each of the transmitters 34a to 34c may be configured such that the time series of optical pulse signals that can be transmitted are different from each other, and may be capable of outputting different optical signals depending on the combination of the time series of the optical pulse signals. . In this case, each transmitter 34a-34c may be configured to output light of the same wavelength.

複数の送信部３４は、電波信号を出力するよう構成されてもよく、それぞれが互いに異なる波長（例えば異なる周波数特性）の電波信号を出力するよう構成されてもよい。各送信部３４ａ～３４ｃは、周波数特性が互いに異なるアンテナを含んでもよく、例えば、アンテナの配線長や配線幅の互いに異なる渦巻状またはループ状のアンテナを含んでもよい。 The plurality of transmitters 34 may be configured to output radio signals, and may be configured to output radio signals having mutually different wavelengths (for example, different frequency characteristics). Each of the transmitters 34a to 34c may include antennas with different frequency characteristics, for example, spiral or loop antennas with different wire lengths and wire widths.

図３および図４は、図２の入力デバイス１２の構成を概略的に示す断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線断面を示し、図４は、図２のＢ－Ｂ線断面を示す。 3 and 4 are cross-sectional views schematically showing the configuration of the input device 12 of FIG. 2. FIG. 3 shows a cross section along line AA of FIG. 2, and FIG. 4 shows a cross section along line BB of FIG.

シート体２０は、基材２２と、誘電体層２４と、被覆層２６とを有する。基材２２および誘電体層２４は、伸縮性および可撓性を有するシート状またはフィルム状の部材であり、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂などで構成される。基材２２および誘電体層２４は、例えば、ジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）で構成することができる。被覆層２６は、負に帯電しやすい材料で構成され、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂で構成することができる。なお、被覆層２６が設けられなくてもよく、誘電体層２４の上面が入力面２８として機能してもよい。 The sheet body 20 has a base material 22 , a dielectric layer 24 and a coating layer 26 . The base material 22 and the dielectric layer 24 are sheet-like or film-like members having elasticity and flexibility, and are made of silicone resin, urethane resin, olefin resin, or the like. Substrate 22 and dielectric layer 24 may be composed of, for example, dimethylpolysiloxane (PDMS). The coating layer 26 is made of a material that is easily negatively charged, and can be made of a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE). Note that the coating layer 26 may not be provided, and the top surface of the dielectric layer 24 may function as the input surface 28 .

シート体２０は、入力面２８に沿う方向に二次元的に伸縮可能であり、その伸縮量は元のサイズの２０％以上、好ましくは３０％以上である。シート体２０の全体の厚さｔは、例えば２００μｍ～２ｍｍ程度であり、好ましくは５００μｍ～１ｍｍ程度である。基材２２の厚さｔ１は、５０μｍ～２００μｍ程度である。誘電体層２４の厚さｔ２は、１００μｍ～１ｍｍ程度であり、好ましくは２００μｍ～８００μｍ程度である。被覆層２６の厚さは、１０ｎｍ～１０μｍ程度である。なお、シート体２０において、誘電体層２４の厚さｔ２を相対的に大きくすることで、入力面２８と入力電極層３２の間の静電容量を大きくし、操作時の発電量を大きくできる。 The sheet body 20 is two-dimensionally expandable in the direction along the input surface 28, and the expansion/contraction amount is 20% or more, preferably 30% or more of the original size. The total thickness t of the sheet body 20 is, for example, approximately 200 μm to 2 mm, preferably approximately 500 μm to 1 mm. The thickness t1 of the base material 22 is approximately 50 μm to 200 μm. The thickness t2 of the dielectric layer 24 is approximately 100 μm to 1 mm, preferably approximately 200 μm to 800 μm. The thickness of the coating layer 26 is approximately 10 nm to 10 μm. In the sheet body 20, by relatively increasing the thickness t2 of the dielectric layer 24, the capacitance between the input surface 28 and the input electrode layer 32 can be increased, and the amount of power generated during operation can be increased. .

基準電極層３０および入力電極層３２は、導電性材料で構成され、例えば導電性ポリマーやカーボナノチューブ（ＣＮＴ）の薄膜で構成することができる。基準電極層３０および入力電極層３２の厚さｔ４は、例えば１μｍ以下であり、好ましくは１０ｎｍ～１００ｎｍ程度である。基準電極層３０および入力電極層３２の厚さを薄くすることで、シート体２０の透明性を高めることができる。例えば、シート体２０の厚さ方向の可視光の透過率を５０％以上、好ましくは８０％以上とすることができる。 The reference electrode layer 30 and the input electrode layer 32 are made of a conductive material, such as a conductive polymer or a carbon nanotube (CNT) thin film. The thickness t4 of the reference electrode layer 30 and the input electrode layer 32 is, for example, 1 μm or less, preferably about 10 nm to 100 nm. By reducing the thickness of the reference electrode layer 30 and the input electrode layer 32, the transparency of the sheet body 20 can be enhanced. For example, the visible light transmittance in the thickness direction of the sheet body 20 can be 50% or more, preferably 80% or more.

接地端子３６は、図３に示されるように、基準電極層３０の上に設けられ、基準電極層３０から入力面２８に向けて誘電体層２４および被覆層２６を貫通して延在し、入力面２８において外部に露出している。接地端子３６は、例えば、銅（Ｃｕ）などの金属材料で構成できる。接地端子３６は、銀ペーストなどの導電性接着剤により基準電極層３０に取り付けられる。 A ground terminal 36 is provided on the reference electrode layer 30 and extends through the dielectric layer 24 and the cover layer 26 from the reference electrode layer 30 toward the input surface 28, as shown in FIG. It is exposed to the outside at the input surface 28 . The ground terminal 36 can be made of, for example, a metal material such as copper (Cu). A ground terminal 36 is attached to the reference electrode layer 30 with a conductive adhesive such as silver paste.

送信部３４は、図４に示されるように、基準電極層３０および対応する入力電極層３２の上に設けられる。送信部３４は、基準電極層３０または入力電極層３２と電気的に接続される接続端子を有し、基準電極層３０または入力電極層３２と接続端子との間が銀ペーストなどの導電性接着剤により接続される。送信部３４は、図４に示されるように誘電体層２４の内部に埋め込まれている。送信部３４は、接地端子３６と同様、入力面２８において外部に露出するよう構成されてもよい。 A transmitter portion 34 is provided over the reference electrode layer 30 and the corresponding input electrode layer 32, as shown in FIG. The transmitter 34 has a connection terminal electrically connected to the reference electrode layer 30 or the input electrode layer 32, and a conductive adhesive such as silver paste is applied between the reference electrode layer 30 or the input electrode layer 32 and the connection terminal. connected by an agent. The transmitter 34 is embedded inside the dielectric layer 24 as shown in FIG. The transmission section 34 may be configured to be exposed to the outside at the input surface 28 as well as the ground terminal 36 .

つづいて、入力デバイス１２の製造方法について説明する。まず、基材２２を形成する。つづいて、基材２２の上に基準電極層３０および入力電極層３２を形成する。基準電極層３０および入力電極層３２は、例えばカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が分散された液体を塗布することで形成できる。基準電極層３０および入力電極層３２の形成範囲に開口を有するマスクを基材２２の上に配置し、マスクの上からＣＮＴをスプレーコーティングすることで、基準電極層３０および入力電極層３２を形成できる。均一なＣＮＴ薄膜を形成するため、基材２２の表面を事前に酸素プラズマなどで親水化する処理を施してもよい。 Next, a method for manufacturing the input device 12 will be described. First, the base material 22 is formed. Subsequently, a reference electrode layer 30 and an input electrode layer 32 are formed on the substrate 22 . The reference electrode layer 30 and the input electrode layer 32 can be formed by applying a liquid in which carbon nanotubes (CNT) are dispersed, for example. A mask having openings in the formation range of the reference electrode layer 30 and the input electrode layer 32 is placed on the base material 22, and the CNTs are spray-coated from above the mask to form the reference electrode layer 30 and the input electrode layer 32. can. In order to form a uniform CNT thin film, the surface of the base material 22 may be subjected in advance to hydrophilization with oxygen plasma or the like.

次に、基準電極層３０および入力電極層３２の上に送信部３４および接地端子３６を配置し、銀ペーストなどの導電性接着剤で接続する。つづいて、基材２２、基準電極層３０、入力電極層３２、送信部３４および接地端子３６の上に誘電体層２４を形成し、誘電体層２４の上に被覆層２６を形成する。これにより、図２～図４に示される入力デバイス１２ができあがる。 Next, the transmitting section 34 and the ground terminal 36 are placed on the reference electrode layer 30 and the input electrode layer 32 and connected with a conductive adhesive such as silver paste. Subsequently, the dielectric layer 24 is formed over the base material 22 , the reference electrode layer 30 , the input electrode layer 32 , the transmission section 34 and the ground terminal 36 , and the cover layer 26 is formed over the dielectric layer 24 . This completes the input device 12 shown in FIGS.

図５および図６は、入力デバイス１２の動作原理を概略的に示す図である。図５は、操作のために入力面２８に向けて指８０を近づけた場合の動作を示しており、第１入力電極層３２ａに対応する第１操作領域２８ａに指８０を近づける状況を示している。人間などの生体の皮膚は正に帯電しやすいことが知られており、負に帯電しやすい被覆層２６に指８０を近づけたり、被覆層２６の上を指８０で触って摩擦帯電を生じさせたりすると、被覆層２６が負に帯電する。被覆層２６が負に帯電すると、静電誘導により第１操作領域２８ａに対向する第１入力電極層３２ａが正に帯電しようとする。このとき、接地している基準電極層３０から第１入力電極層３２ａに向けて電流Ｉ１が流れて正の電荷が供給される。その結果、送信部３４は、電流Ｉ１が流れることによる電力を消費して光信号または電波信号を出力できる。 5 and 6 are diagrams schematically showing the operating principle of the input device 12. FIG. FIG. 5 shows the operation when a finger 80 is brought close to the input surface 28 for operation, and shows the situation where the finger 80 is brought close to the first operation area 28a corresponding to the first input electrode layer 32a. there is It is known that the skin of a living body such as a human being is easily charged positively, and the finger 80 is brought close to the coating layer 26, which is easily negatively charged, or the coating layer 26 is touched with the finger 80 to generate triboelectrification. , the coating layer 26 is negatively charged. When the coating layer 26 is negatively charged, the first input electrode layer 32a facing the first operation area 28a tends to be positively charged due to electrostatic induction. At this time, a current I1 flows from the grounded reference electrode layer 30 toward the first input electrode layer 32a to supply positive charges. As a result, the transmission unit 34 can output an optical signal or a radio signal by consuming power due to the current I1.

図６は、操作のために入力面２８から指８０を離した場合の動作を示しており、第１入力電極層３２ａに対応する第１操作領域２８ａから指８０を遠ざける状況を示している。被覆層２６から指８０を離すと、被覆層２６の負の帯電量が低下し、入力電極層３２の正の帯電量も低下しようとする。このとき、入力電極層３２から基準電極層３０に向けて電流Ｉ２が流れる。その結果、送信部３４は、電流Ｉ２が流れることによる電力を消費して光信号または電波信号を出力できる。 FIG. 6 shows the operation when the finger 80 is removed from the input surface 28 for operation, and shows the situation in which the finger 80 is removed from the first operation area 28a corresponding to the first input electrode layer 32a. When finger 80 is removed from coating layer 26, the amount of negative charge on coating layer 26 decreases, and the amount of positive charge on input electrode layer 32 also tends to decrease. At this time, a current I2 flows from the input electrode layer 32 toward the reference electrode layer 30 . As a result, the transmission unit 34 can output the optical signal or the radio signal by consuming power due to the flow of the current I2.

なお、送信部３４を流れる電流Ｉ１，Ｉ２は、静電誘導によって過渡的に生じるパルス状のものであり、外部電源や電池などにより継続的に一定に供給される電流とは異なる。１回の指の操作で流れる電流Ｉ１，Ｉ２のパルス幅は、１００ミリ秒以下であり、例えば１ミリ秒～１０ミリ秒程度である。１回の操作で発生させることのできる発電量は、入力面２８に触れる指８０の面積に依存する。本発明者らの実験によれば、指先の面積に相当する約１ｃｍ^２の接触によって０．１ｍＷ程度の電力を生じさせることができる。特定の操作領域（例えば第１操作領域２８ａ）に複数の指が触れるようにしたり、手のひら全体が接触するようにしたりする操作をすることで、１回の操作で発生する電力量を増やすことができる。 The currents I1 and I2 flowing through the transmitter 34 are pulse-like transients caused by electrostatic induction, and are different from currents continuously and constantly supplied by an external power supply, a battery, or the like. The pulse width of the currents I1 and I2 that flow with one finger operation is 100 milliseconds or less, for example, about 1 millisecond to 10 milliseconds. The amount of power that can be generated by one operation depends on the area of finger 80 touching input surface 28 . According to experiments by the inventors, a contact of about 1 cm ² corresponding to the area of a fingertip can generate power of about 0.1 mW. The amount of electric power generated in one operation can be increased by performing an operation such as touching a specific operation area (for example, the first operation area 28a) with a plurality of fingers or touching the entire palm. can.

送信部３４は、基準電極層３０から入力電極層３２に向けて流れる第１電流Ｉ１および入力電極層３２から基準電極層３０に向けて流れる第２電流Ｉ２の双方に基づく電力を用いて光信号または電波信号を出力できる。なお、送信部３４は、いずれか一方の電流に基づく電力のみを用いて光信号または電波信号を出力してもよい。例えば、送信部３４が極性を有するＬＥＤで構成される場合、ＬＥＤの順方向電流が流れる場合においてのみ光信号が出力されてもよい。例えば、指８０を操作領域に近づける操作をした場合にのみ光信号が出力されるように送信部３４を構成してもよい。また、極性を逆にしたＬＥＤを並列接続することで、双方の電流Ｉ１，Ｉ２において光信号が出力されるようにしてもよい。 The transmitter 34 uses power based on both the first current I1 flowing from the reference electrode layer 30 to the input electrode layer 32 and the second current I2 flowing from the input electrode layer 32 to the reference electrode layer 30 to generate an optical signal. Or it can output radio signals. Note that the transmission unit 34 may output the optical signal or the radio signal using only the power based on either one of the currents. For example, if the transmitter 34 is composed of polarized LEDs, an optical signal may be output only when forward current flows through the LEDs. For example, the transmission unit 34 may be configured so that an optical signal is output only when the finger 80 is moved close to the operation area. Also, by connecting LEDs with opposite polarities in parallel, light signals may be output in both currents I1 and I2.

本実施の形態の入力デバイス１２によれば、複数の入力電極層３２ａ～３２ｃのそれぞれに対応する操作領域２８ａ～２８ｃに指８０を触れることで、対応する送信部３４ａ～３４ｃから光信号または電波信号を出力させることができる。複数の送信部３４ａ～３４ｃが異なる波長の光信号を出力する場合、受信デバイス１４は、波長の異なる光信号を区別して検出可能となるよう構成される。受信デバイス１４は、例えば、赤色、緑色、青色の波長フィルタを有するフォトダイオードを備え、各色の発光を検知できるよう構成される。受信デバイス１４は、受信する光信号または電波信号に応じて、外部機器７０の動作を制御するための信号を生成し、接続線７２を通じて外部機器７０に送信する。これにより、入力デバイス１２を用いて外部機器７０の動作を遠隔操作できる。 According to the input device 12 of the present embodiment, by touching the operation regions 28a to 28c corresponding to the plurality of input electrode layers 32a to 32c with the finger 80, optical signals or radio waves are transmitted from the corresponding transmitters 34a to 34c. signal can be output. When the plurality of transmitters 34a to 34c output optical signals with different wavelengths, the receiving device 14 is configured to be able to distinguish and detect the optical signals with different wavelengths. The receiving device 14 comprises, for example, photodiodes with wavelength filters for red, green and blue, and is configured to detect the emission of each color. The receiving device 14 generates a signal for controlling the operation of the external device 70 according to the received optical signal or radio signal, and transmits the signal to the external device 70 through the connection line 72 . Thereby, the operation of the external device 70 can be remotely controlled using the input device 12 .

受信デバイス１４は、受信する光信号または電波信号の組み合わせに応じて異なる制御信号を外部機器７０に送信するよう構成されてもよい。例えば、図２の操作領域２８ａ～２８ｃが順に赤色光、緑色光、青色光に対応付けられている場合、第１操作領域２８ａおよび第２操作領域２８ｂが順に操作されて赤色光と緑色光を順に検出した場合に受信デバイス１４が特定の制御信号を出力してもよい。その他、赤と緑が同時検出される場合や、赤、緑、赤の順に操作される場合などに異なる制御信号を対応付けることで、三つの操作領域２８ａ～２８ｃの操作態様の組み合わせを用いて例えば１０種以上または２０種以上の操作を実現できる。したがって、本実施の形態によれば、シンプルな構成の入力デバイス１２を用いて多様な入力操作を提供できる。 Receiving device 14 may be configured to transmit different control signals to external equipment 70 depending on the combination of optical or radio signals it receives. For example, when the operation areas 28a to 28c in FIG. 2 are associated with red light, green light, and blue light in order, the first operation area 28a and the second operation area 28b are operated in order to emit red light and green light. Receiving device 14 may output a particular control signal when detected in sequence. In addition, by associating different control signals when red and green are detected at the same time, when red, green, and red are operated in order, a combination of operation modes of the three operation areas 28a to 28c can be used, for example Ten or more or twenty or more operations can be implemented. Therefore, according to the present embodiment, various input operations can be provided using the input device 12 having a simple configuration.

図７は、変形例に係る入力デバイス１１２の構成を概略的に示す断面図であり、上述の実施の形態の図３の断面図に対応する。本変形例では、基材２２と入力電極層３２ａ～３２ｃとの間に絶縁層１２３および下部電極層１３０ｂがさらに設けられる点で上述の実施の形態と相違する。以下、本変形例について上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。 FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the input device 112 according to the modification, and corresponds to the cross-sectional view of FIG. 3 of the above embodiment. This modification differs from the above-described embodiment in that an insulating layer 123 and a lower electrode layer 130b are further provided between the base material 22 and the input electrode layers 32a to 32c. In the following, this modified example will be described with a focus on the differences from the above-described embodiment.

入力デバイス１１２は、シート体１２０と、基準電極層１３０と、複数の入力電極層３２ａ～３２ｂと、複数の送信部（図７に不図示）とを含む。シート体１２０は、基材２２と、絶縁層１２３と、誘電体層２４と、被覆層２６とを有し、シート体２０の表面に入力面２８が設けられる。複数の入力電極層３２ａ～３２ｂは、絶縁層１２３の上に設けられる。入力デバイス１１２の入力面２８から見た配置は、図２の構成と同様である。 The input device 112 includes a sheet body 120, a reference electrode layer 130, multiple input electrode layers 32a-32b, and multiple transmitters (not shown in FIG. 7). The sheet body 120 has a base material 22 , an insulating layer 123 , a dielectric layer 24 and a coating layer 26 , and an input surface 28 is provided on the surface of the sheet body 20 . A plurality of input electrode layers 32 a - 32 b are provided on the insulating layer 123 . The layout of the input device 112 viewed from the input surface 28 is similar to the configuration in FIG.

基準電極層１３０は、上部電極層１３０ａおよび下部電極層１３０ｂを有する。上部電極層１３０ａは、絶縁層１２３と誘電体層２４の間に設けられ、上述の実施の形態の基準電極層３０と同様に構成される。一方、下部電極層１３０ｂは、基材２２と絶縁層１２３の間に設けられる。したがって、下部電極層１３０ｂは、複数の入力電極層３２ａ～３２ｂから厚さ方向に離れて設けられる。下部電極層１３０ｂは、導電性材料で構成され、上部電極層１３０ａや入力電極層３２と同様、導電性ポリマーやカーボナノチューブ（ＣＮＴ）の薄膜で構成することができる。 The reference electrode layer 130 has an upper electrode layer 130a and a lower electrode layer 130b. The upper electrode layer 130a is provided between the insulating layer 123 and the dielectric layer 24, and is configured in the same manner as the reference electrode layer 30 of the above-described embodiment. On the other hand, the lower electrode layer 130 b is provided between the base material 22 and the insulating layer 123 . Therefore, the lower electrode layer 130b is provided apart from the plurality of input electrode layers 32a-32b in the thickness direction. The lower electrode layer 130b is made of a conductive material, and like the upper electrode layer 130a and the input electrode layer 32, it can be made of a conductive polymer or carbon nanotube (CNT) thin film.

下部電極層１３０ｂは、上部電極層１３０ａや入力電極層３２ａ～３２ｃに比べて広い面積にわたって形成され、例えば、上部電極層１３０ａおよび複数の入力電極層３２ａ～３２ｃの全体を占める面積にわたって形成される。したがって、下部電極層１３０ｂは、上部電極層１３０ａおよび複数の入力電極層３２ａ～３２ｃのそれぞれと厚さ方向に重なるように設けられる。 The lower electrode layer 130b is formed over a wider area than the upper electrode layer 130a and the input electrode layers 32a-32c, for example, over an area that occupies the entire upper electrode layer 130a and the plurality of input electrode layers 32a-32c. . Therefore, the lower electrode layer 130b is provided so as to overlap with the upper electrode layer 130a and each of the plurality of input electrode layers 32a to 32c in the thickness direction.

なお、下部電極層１３０ｂは、上部電極層１３０ａおよび複数の入力電極層３２ａ～３２ｃの少なくとも一つと厚さ方向に部分的に重なるように設けられてもよい。下部電極層１３０ｂは、上部電極層１３０ａおよび複数の入力電極層３２ａ～３２ｃの少なくとも一つと厚さ方向に重ならないように設けられてもよい。例えば、下部電極層１３０ｂは、上部電極層１３０ａ、第２入力電極層３２ｂおよび第３入力電極層３２ｃと厚さ方向に重なる一方で、第１入力電極層３２ａとは厚さ方向に重ならないように設けられてもよい。 The lower electrode layer 130b may be provided so as to partially overlap with the upper electrode layer 130a and at least one of the plurality of input electrode layers 32a to 32c in the thickness direction. The lower electrode layer 130b may be provided so as not to overlap with the upper electrode layer 130a and at least one of the plurality of input electrode layers 32a to 32c in the thickness direction. For example, the lower electrode layer 130b overlaps the upper electrode layer 130a, the second input electrode layer 32b, and the third input electrode layer 32c in the thickness direction, but does not overlap the first input electrode layer 32a in the thickness direction. may be provided in

絶縁層１２３は、下部電極層１３０ｂの上に設けられ、複数の入力電極層３２ａ～３２ｃと下部電極層１３０ｂの間を電気的に絶縁する。絶縁層１２３は、伸縮性および可撓性を有する部材で構成され、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂などで構成される。絶縁層１２３は、基材２２や誘電体層２４と同様、ジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）で構成することができる。絶縁層１２３の厚さｔ５は、１００μｍ～１ｍｍ程度であり、好ましくは２００μｍ～８００μｍ程度である。絶縁層１２３の厚さｔ５は、誘電体層２４の厚さｔ２よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。 The insulating layer 123 is provided on the lower electrode layer 130b and electrically insulates between the plurality of input electrode layers 32a to 32c and the lower electrode layer 130b. The insulating layer 123 is made of a member having elasticity and flexibility, and is made of silicone resin, urethane resin, olefin resin, or the like. The insulating layer 123, like the substrate 22 and the dielectric layer 24, can be made of dimethylpolysiloxane (PDMS). The thickness t5 of the insulating layer 123 is approximately 100 μm to 1 mm, preferably approximately 200 μm to 800 μm. Thickness t5 of insulating layer 123 may be greater or smaller than thickness t2 of dielectric layer 24 .

下部電極層１３０ｂは、接続ビア１３６を介して上部電極層１３０ａと電気的に接続される。接続ビア１３６は、下部電極層１３０ｂの上に設けられ、入力面２８に向けて絶縁層１２３および上部電極層１３０ａを貫通して延びる。接続ビア１３６は、図示されるようにシート体１２０の内部に埋め込まれてもよいし、入力面２８において外部に露出してもよい。 The lower electrode layer 130b is electrically connected to the upper electrode layer 130a through a connection via 136. As shown in FIG. A connection via 136 is provided on the lower electrode layer 130b and extends through the insulating layer 123 and the upper electrode layer 130a toward the input surface 28 . The connection vias 136 may be embedded inside the sheet body 120 as shown, or may be exposed to the outside on the input surface 28 .

下部電極層１３０ｂは、相対的に広い電極面積を有することにより、仮想グランドとして機能しうる。接続ビア１３６を介して上部電極層１３０ａおよび下部電極層１３０ｂを接続することにより、上述の実施の形態で必要となる外部へのアース接続を不要とすることができる。 The lower electrode layer 130b can function as a virtual ground by having a relatively large electrode area. By connecting the upper electrode layer 130a and the lower electrode layer 130b via the connection via 136, the external ground connection required in the above-described embodiments can be eliminated.

本変形例において、送信部は、上部電極層１３０ａと対応する入力電極層３２ａ～３２ｃの間に接続され、上述の実施の形態と同様に誘電体層２４に埋め込まれる。さらなる変形例では、絶縁層１２３に送信部が埋め込まれるように構成されてもよい。例えば、送信部は、各入力電極層３２ａ～３２ｃと下部電極層１３０ｂとの間を接続するように配置されてもよい。この場合、上部電極層１３０ａや接続ビア１３６が設けられなくてもよい。 In this modification, the transmitter is connected between the upper electrode layer 130a and the corresponding input electrode layers 32a-32c, and is embedded in the dielectric layer 24 as in the above-described embodiment. In a further variant, the transmitter may be configured to be embedded in the insulating layer 123 . For example, transmitters may be arranged to connect between each of the input electrode layers 32a-32c and the bottom electrode layer 130b. In this case, the upper electrode layer 130a and the connection via 136 may not be provided.

以上、本開示を実施の形態にもとづいて説明した。本開示は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. It should be understood by those skilled in the art that the present disclosure is not limited to the above embodiments, and that various design changes and modifications are possible, and that such modifications are within the scope of the present disclosure. It is about

上述の実施の形態では、入力デバイス１２のシート体２０が伸縮性および柔軟性を有するように構成される場合について示した。変形例において、入力デバイス１２のシート体２０が伸縮性および柔軟性の少なくとも一方を有しなくてもよく、可撓性の低い硬い材料で構成されてもよい。例えば、基材２２が熱可塑性または熱硬化性の樹脂材料で構成されてもよく、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで構成されてもよい。 In the above embodiment, the case where the sheet body 20 of the input device 12 is configured to have stretchability and flexibility has been described. In a modification, the sheet body 20 of the input device 12 may not have at least one of stretchability and flexibility, and may be made of a hard material with low flexibility. For example, the base material 22 may be made of a thermoplastic or thermosetting resin material such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene (PE), polystyrene (PS), polypropylene (PP). , polytetrafluoroethylene (PTFE), or the like.

上述の実施の形態では、入力デバイス１２のシート体２０が平板状に形成される場合について示した。変形例においては、入力デバイス１２のシート体２０は平板形状に限られず、曲面を有するように構成されてもよいし、折れ曲がった部分を有するように構成されてもよい。例えば、入力デバイス１２のシート体２０が多面体や球体またはそれらの一部を構成するような立体形状を有してもよい。 In the above embodiment, the case where the sheet body 20 of the input device 12 is formed in a flat plate shape has been described. In a modification, the sheet body 20 of the input device 12 is not limited to a flat plate shape, and may be configured to have a curved surface or a bent portion. For example, the sheet body 20 of the input device 12 may have a three-dimensional shape such as a polyhedron, a sphere, or a part thereof.

上述の実施の形態では、接地端子３６にアース線を接続して用いる場合について示した。変形例においては、入力デバイス１２を用いるユーザが接地端子３６に触れながら操作することで接地が確保されてもよい。例えば、ユーザの右手で接地端子３６に触れながら、同じユーザの左手の指で各操作領域２８ａ～２８ｃに触れることで入力操作がなされてもよい。 In the above-described embodiment, the case where a ground wire is connected to the ground terminal 36 is shown. In a modified example, the grounding may be ensured by the user using the input device 12 operating while touching the grounding terminal 36 . For example, while touching the ground terminal 36 with the user's right hand, an input operation may be performed by touching the operation areas 28a to 28c with the fingers of the same user's left hand.

上述の実施の形態では、三つの入力電極層３２ａ～３２ｃを設けることで三つの操作領域２８ａ～２８ｃを提供する場合について示した。変形例においては、入力電極層を一つまたは二つとしてもよいし、四以上の入力電極層を設けてもよい。複数の入力電極層を設ける場合、一列に並べるだけでなく、複数列に並べることによって二次元アレイ状に操作領域が配置される構成としてもよい。 In the above-described embodiment, the three input electrode layers 32a-32c are provided to provide the three operation regions 28a-28c. In a modification, one or two input electrode layers may be provided, or four or more input electrode layers may be provided. When a plurality of input electrode layers are provided, the operation regions may be arranged in a two-dimensional array by arranging them in a plurality of rows instead of arranging them in a row.

上述の実施の形態では、入力デバイス１２の入力面２８の外形が矩形状となる場合について示した。変形例においては、入力デバイス１２の外形は問わず、円形や楕円形としてもよいし、三角形や六角形などの多角形としてもよいし、他の任意の形状としてもよい。同様に、基準電極層３０や入力電極層３２の形状が矩形状でなくてもよく、入力デバイス１２の外形と同様に任意の形状としてもよい。 In the above-described embodiment, the input surface 28 of the input device 12 has a rectangular outer shape. In the modification, the external shape of the input device 12 does not matter, and it may be circular, elliptical, polygonal such as triangular or hexagonal, or any other shape. Similarly, the shape of the reference electrode layer 30 and the input electrode layer 32 may not be rectangular, and may be any shape similar to the external shape of the input device 12 .

シート体２０は、透明となるように構成されてもよいし、任意の色に着色されてもよい。例えば、各操作領域２８ａ～２８ｃに異なる色が付されてもよいし、任意の文字や図形、模様などが印刷されてもよい。その他、入力デバイス１２の操作方法を表した印刷物の上に入力デバイス１２を配置することで、透明または半透明な入力デバイス１２の上から印刷物に記載された操作方法が見えるようにして使用してもよい。 The sheet body 20 may be configured to be transparent, or may be colored in any color. For example, the operation areas 28a to 28c may be given different colors, or may be printed with arbitrary characters, figures, patterns, or the like. In addition, by arranging the input device 12 on the printed material showing the operation method of the input device 12, the operation method described on the printed material can be seen from above the transparent or translucent input device 12. good too.

上述の実施の形態では、指８０で直接操作する場合について示した。変形例では、手袋などを装着した状態で操作がなされてもよい。例えば、摩擦帯電により正に帯電しやすいニトリルゴムなどの材料で構成された手袋を使用することで、操作時の帯電量が増えるようにしてもよい。 In the above embodiment, the case of direct operation with the finger 80 has been described. In a modified example, the operation may be performed while wearing gloves or the like. For example, the amount of charge during operation may be increased by using gloves made of a material such as nitrile rubber that is easily positively charged by triboelectrification.

１０…入力装置、１２…入力デバイス、１４…受信デバイス、１６…信号、２０…シート体、２２…基材、２４…誘電体層、２８…入力面、３０…基準電極層、３２…入力電極層、３４…送信部、３６…接地端子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Input device, 12... Input device, 14... Receiving device, 16... Signal, 20... Sheet body, 22... Base material, 24... Dielectric layer, 28... Input surface, 30... Reference electrode layer, 32... Input electrode layer, 34... transmitter, 36... ground terminal.

Claims

シート状の基材と、
前記基材上に互いに離れて設けられる複数の入力電極層と、
前記基材上に前記複数の入力電極層から離れて設けられる基準電極層と、
前記複数の入力電極層上に設けられる誘電体層と、
前記誘電体層上に設けられる入力面と、
前記複数の入力電極層のうち対応する入力電極層と前記基準電極層の間にそれぞれが接続され、互いに波長の異なる光信号または互いに周波数特性の異なる電波信号を出力する複数の送信部と、を備えるシート状の入力デバイスを含むことを特徴とする入力装置。 a sheet-like base material;
a plurality of input electrode layers spaced apart from each other on the substrate;
a reference electrode layer provided on the substrate and spaced apart from the plurality of input electrode layers;
a dielectric layer provided on the plurality of input electrode layers;
an input surface provided on the dielectric layer;
a plurality of transmitters each connected between a corresponding one of the plurality of input electrode layers and the reference electrode layer and outputting optical signals having different wavelengths or radio signals having different frequency characteristics ; An input device comprising a sheet-like input device comprising:

前記基材は、伸縮可能な樹脂材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。 2. The input device according to claim 1, wherein the base material is made of a stretchable resin material.

前記入力デバイスから離れた位置で前記複数の送信部からの光信号または電波信号を受信する受信デバイスをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。 3. The input device according to claim 1, further comprising a receiving device that receives optical signals or radio signals from the plurality of transmitters at a position remote from the input device.

前記複数の送信部は、前記入力面に触れる操作により生じる前記入力面の帯電によって前記対応する入力電極層と前記基準電極層の間を過渡的に流れる電流を用いて光信号または電波信号を出力することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の入力装置。 The plurality of transmitters output optical signals or radio signals using current transiently flowing between the corresponding input electrode layer and the reference electrode layer due to charging of the input surface caused by an operation of touching the input surface. The input device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:

前記入力デバイスは、前記基準電極層を接地するための接地端子をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の入力装置。 5. The input apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein said input device further comprises a ground terminal for grounding said reference electrode layer.

前記基準電極層は、前記複数の入力電極層から前記入力面に沿う方向に離れて設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の入力装置。 6. The input device according to claim 1 , wherein the reference electrode layer is provided apart from the plurality of input electrode layers in a direction along the input surface.

前記入力デバイスは、前記複数の入力電極層と前記基準電極層の間に設けられる絶縁層をさらに備え、
前記基準電極層は、前記複数の入力電極層から厚さ方向に離れて設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の入力装置。 The input device further comprises an insulating layer provided between the plurality of input electrode layers and the reference electrode layer,
6. The input device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the reference electrode layer is provided apart from the plurality of input electrode layers in the thickness direction.