WO2009116502A1 - Membrane switch and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Provided are a membrane switch in which multi-point input is enabled without impairing cost advantage; and a method of manufacturing the membrane switch. The membrane switch comprises a first flexible substrate (11) and a second flexible substrate (21). A semi-conductive carbon nanotube paste (13) is used as a material of one of the contacts of the membrane switch, in place of a carbon paste (23) and the material of the other contact is the carbon paste (23). By using the carbon nanotube, the function same as a diode can be achieved by printing.
Description
本発明は、フレキシブル基板を備えるメンブレンスイッチ及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a membrane switch including a flexible substrate and a method of manufacturing the same.
メンブレンスイッチは、接点と配線が印刷された２枚のフレキシブル基板を向い合わせ、絶縁性スペーサをはさんで重ね合わせたものである。それぞれのフレキシブル基板に印刷された接点はスペーサに形成された孔を通して向い合っている。外部から力を加えフレキシブル基板を凹ませると接点同士が接触し、オン状態となる。配線を印刷形成するための導電ペーストとしては一般的に銀ペーストが使われる。しかし銀は安定性に欠けるため、これを被覆保護し、良好なスイッチング特性を得るための保護・接点材料としてカーボンペーストが使われる。これらをスクリーン印刷などでフレキシブル基板表面に印刷する。フレキシブル基板としてはポリエステルフィルムやポリカーボネートフィルムなどが用いられる。メンブレンスイッチは印刷で作られるため大量生産に向き、１枚のシートに１００個以上のスイッチを一度に印刷できるためコンピュータのキーボードによく使われる。
The membrane switch is formed by facing two flexible substrates on which contacts and wiring are printed and overlapping them with an insulating spacer. The contacts printed on each flexible substrate face through the holes formed in the spacer. When a force is applied from the outside and the flexible substrate is recessed, the contacts come in contact with each other to turn on. Silver paste is generally used as a conductive paste for printing the wiring. However, since silver lacks stability, carbon paste is used as a protective / contact material to cover and protect it and to obtain good switching characteristics. These are printed on the surface of the flexible substrate by screen printing or the like. A polyester film, a polycarbonate film, etc. are used as a flexible substrate. Membrane switches are printed and are suitable for mass production, and they can be printed on a sheet of 100 or more switches at one time, and are often used as computer keyboards.
キーボードの場合、多数のスイッチの状態を知る必要がある。その方法として、行と列にキー（スイッチ）を分け、格子状に回路を組むスイッチ・マトリックスという手法がある。この手法においては、行と列のそれぞれの交点にスイッチを設ける。コンピュータから見て、列を出力、行を入力とすると、各列の電位を順番に変化させ行側のポートに現れる電位を走査することでそれぞれのスイッチの状態を知ることができる。
In the case of a keyboard, it is necessary to know the status of many switches. As a method, there is a method called switch matrix in which keys (switches) are divided into rows and columns and circuits are formed in a lattice. In this approach, switches are provided at each row and column intersection. From the computer's point of view, when the column is output and the row is input, the states of the respective switches can be known by sequentially changing the potential of each column and scanning the potential appearing at the port on the row side.
しかし、この方式では同時に複数のキーを押すと意図していないキーの信号が出てしまう現象が起こってしまう。これは「ファントムキー」現象と呼ばれており、押されていないキーの行と列の間に、押されている複数のキーを経由して信号が流れてしまう現象である。これを回避するためには信号の流れを一方向に制御するダイオードをそれぞれのキーに直列に接続すればよい。この回避策により信号の回り込みを防ぐ事ができ、マトリックス構成のスイッチにおいて多点入力が可能となる。
However, in this method, when a plurality of keys are pressed at the same time, a phenomenon occurs in which an unexpected key signal is output. This is called the "phantom key" phenomenon, in which signals flow between rows and columns of keys that have not been pressed via multiple pressed keys. In order to avoid this, a diode for controlling the flow of signal in one direction may be connected in series to each key. This circumvention can prevent the signal wraparound and enables multipoint input in the matrix configuration switch.
上述したようなフレキシブル基板を印刷により形成するメンブレンスイッチに関する技術として、部品点数の削除を図ったスイッチやワイヤレスキーボードの発明が開示されている（例えば特許文献１、２）。また、弾性と強靭性を併せ持つカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を可動する梁として用い、梁上に設けられたフローティンゲート電極と、該電極上部に設けられたフォワードゲート電極間の電気的斥力を用いて撓ませた梁を出力電極に接触させスイッチとする技術も開示されている（例えば特許文献３）。さらに、炭素繊維などの伝導繊維をブラシとして利用し、スイッチなどを構成する技術も開示されている（例えば特許文献４）。
特開２００５－０３８８０９号公報
特開２００７－２４１８８７号公報
特開２００６－３１８６７０号公報
特公平０７－１１７０２号公報
As a technology relating to a membrane switch for forming a flexible substrate as described above by printing, the invention of a switch and a wireless keyboard in which the number of parts is reduced is disclosed (for example, Patent Documents 1 and 2). Also, using carbon nanotubes (CNT) having both elasticity and toughness as movable beams, using an electric repulsion between a floating gate electrode provided on the beam and a forward gate electrode provided on the upper portion of the electrode. There is also disclosed a technique in which a bent beam is brought into contact with an output electrode to make a switch (for example, Patent Document 3). Furthermore, there is also disclosed a technology of using a conductive fiber such as carbon fiber as a brush to configure a switch or the like (for example, Patent Document 4).
JP, 2005-038809, A Japanese Patent Application Publication No. 2007-241887 Japanese Patent Application Publication No. 2006-318670 Japanese Examined Patent Publication No. 07-11702
上述した問題の回避策として、信号の流れを一方向に制御するダイオードをそれぞれのキーに直列に接続することを述べたが、ダイオードを利用するメンブレンスイッチではスイッチ機構が印刷で作られているため、個々のスイッチにダイオードを接続する事は難しい。すなわち、多数のダイオードチップをフレキシブル基板から剥れない様に固着させ、曲げによる断線が生じない様に電気的に接続しなければならない。それを実現するための製造コストは莫大なものになり、本来メンブレンスイッチが持つコスト優位性が損なわれてしまう。また薄型・軽量・柔軟性といった特長も同時に失われてしまう。
As a workaround for the above-mentioned problems, it has been described to connect in series a diode that controls the signal flow in one direction to each key, but in a membrane switch using a diode, the switch mechanism is made by printing It is difficult to connect a diode to each switch. That is, a large number of diode chips must be fixed so as not to peel off the flexible substrate and electrically connected so as not to cause disconnection due to bending. The manufacturing cost for realizing this is enormous, and the cost advantage that membrane switches originally have is lost. At the same time, features such as thinness, lightness and flexibility are also lost.
そこで、本発明では、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）に着眼した。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、グラファイトと同様の炭素原子配列構造がナノスケールの直径でチューブ状になったものである。ＣＮＴはグラファイトと同様に良好な電気伝導特性を持ち化学的安定性にも優れているが、その直径や巻き方によって金属的あるいは半導体的な電気特性を示す。近年、化学的手法の進展によって半導体的な特性を持つＣＮＴだけを抽出する事が可能となってきた。この方法によって得られる半導体ＣＮＴは塗布・印刷可能な半導体ペーストとして使うことができる。
Therefore, in the present invention, attention was paid to carbon nanotubes (CNTs). A carbon nanotube (CNT) is a carbon atomic arrangement structure similar to that of graphite in the form of a tube with a nanoscale diameter. Similar to graphite, CNTs have good electrical conductivity and excellent chemical stability, but exhibit metallic or semiconductive electrical characteristics depending on their diameter and winding method. In recent years, with the progress of chemical methods, it has become possible to extract only CNTs having semiconductor-like characteristics. The semiconducting CNT obtained by this method can be used as a semiconductor paste which can be applied and printed.
上記特許文献のいずれにおいても、上述した問題を解決できる技術は開示されていない。本発明は上述した問題を解決するためになされたものであるが、特許文献３は、梁であるＣＮＴの撓みを利用する点で後述する本発明の技術とは異なっている。また、特許文献４は、伝導性繊維の先端での接触を利用する技術であって、伝導性繊維の直径も太く、後述する本発明の技術とは異なる。
In any of the above-mentioned patent documents, a technique capable of solving the above-mentioned problem is not disclosed. Although the present invention is made to solve the above-mentioned problems, Patent Document 3 is different from the technology of the present invention described later in that it utilizes the deflection of CNTs which are beams. Further, Patent Document 4 is a technology utilizing contact at the tip of a conductive fiber, and the diameter of the conductive fiber is also large, which is different from the technology of the present invention described later.
本発明はこのような実情を鑑みてなされたものであり、カーボンナノチューブを用いてダイオードと同等な機能を印刷により実現し、コスト優位性を損なうことなく多点入力を可能とするメンブレンスイッチ及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a membrane switch which realizes a function equivalent to a diode by printing using carbon nanotubes, and which enables multi-point input without losing the cost superiority. The purpose is to provide a manufacturing method.
本発明のメンブレンスイッチは、第１のフレキシブル基板と、第２のフレキシブル基板と、を備え、第１のフレキシブル基板は、表面にカーボンナノチューブを設けることを特徴とする。
A membrane switch according to the present invention includes a first flexible substrate and a second flexible substrate, and the first flexible substrate is characterized by providing carbon nanotubes on the surface.
本発明のメンブレンスイッチの製造方法は、第１のフレキシブル基板と第２のフレキシブル基板とを備えるメンブレンスイッチの製造方法であって、第１のフレキシブル基板の表面にカーボンナノチューブを配置する工程を有することを特徴とする。
A manufacturing method of a membrane switch of the present invention is a manufacturing method of a membrane switch provided with a 1st flexible substrate and a 2nd flexible substrate, and it has a process of arranging a carbon nanotube on the surface of the 1st flexible substrate. It is characterized by
本発明によれば、メンブレンスイッチの印刷による低コスト性を維持しながら、接点にダイオード特性を付与する事により多点入力を可能とするメンブレンスイッチ及びその製造方法を提供することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to provide a membrane switch capable of multi-point input by providing diode characteristics to contacts while maintaining low cost by printing the membrane switch, and a method of manufacturing the same.
以下に本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係るメンブレンスイッチの断面構造の例を示す。図１に示すように、メンブレンスイッチは、絶縁スペーサ３、フレキシブル基板１１、２１、配線１２、２２、半導体カーボンナノチューブ１３、カーボン２３を備える。本発明の実施形態に係るメンブレンスイッチは、フレキシブル基板１１に設けた配線１２及び半導体カーボンナノチューブ１３と、フレキシブル基板２１に設けた配線２２及びカーボン２３と、が対向するように重ね合わせて構成されている。また、半導体カーボンナノチューブ１３及びカーボン２３を設けた部分以外は、絶縁スペーサ３が設けられている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows an example of the cross-sectional structure of a membrane switch according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the membrane switch includesinsulating spacers 3, flexible substrates 11 and 21, wires 12 and 22, semiconductor carbon nanotubes 13, and carbon 23. The membrane switch according to the embodiment of the present invention is configured by overlapping so that the wires 12 and the semiconductor carbon nanotubes 13 provided on the flexible substrate 11 and the wires 22 and the carbon 23 provided on the flexible substrate 21 face each other. There is. Further, except for the portion where the semiconductor carbon nanotubes 13 and the carbon 23 are provided, the insulating spacer 3 is provided.
図１は、本発明の実施形態に係るメンブレンスイッチの断面構造の例を示す。図１に示すように、メンブレンスイッチは、絶縁スペーサ３、フレキシブル基板１１、２１、配線１２、２２、半導体カーボンナノチューブ１３、カーボン２３を備える。本発明の実施形態に係るメンブレンスイッチは、フレキシブル基板１１に設けた配線１２及び半導体カーボンナノチューブ１３と、フレキシブル基板２１に設けた配線２２及びカーボン２３と、が対向するように重ね合わせて構成されている。また、半導体カーボンナノチューブ１３及びカーボン２３を設けた部分以外は、絶縁スペーサ３が設けられている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows an example of the cross-sectional structure of a membrane switch according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the membrane switch includes
フレキシブル基板１１、２１は、例えば、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、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリイミドなどの材料をフィルム状に加工して用いられるが、メンブレンスイッチに要求される耐熱性などの条件に応じて適宜選択される。配線１２、２２を形成する材料としては、銀ペースト、カーボンペーストなど導電ペーストなどが用いられるが、銅、銀、金などの金属からなる金属箔でもよい。半導体カーボンナノチューブ１３は市販の半導体分離カーボンナノチューブペーストを用いればよい。カーボン２３は、カーボンペーストが用いられる。絶縁スペーサ３は、フレキシブル基板と同様な材料であればよい。
The flexible substrates 11 and 21 are used by processing materials such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyimide, etc. into a film, but the heat resistance etc. required for the membrane switch It is selected appropriately according to the condition of As a material for forming the wirings 12 and 22, a conductive paste such as silver paste and carbon paste is used, but a metal foil made of a metal such as copper, silver or gold may be used. The semiconductor carbon nanotube 13 may use a commercially available semiconductor separated carbon nanotube paste. Carbon paste is used as the carbon 23. The insulating spacer 3 may be made of the same material as the flexible substrate.
図１に示すようなメンブレンスイッチの構成としたのは、半導体カーボンナノチューブペーストとカーボンペーストを接触させるとダイオード特性を示す事を発見したためである。すなわち、一方のカーボンペーストを半導体カーボンナノチューブに置き替えるだけで、スイッチに直列にダイオードを接続する事と同様な機能を実現することができる。ダイオードは金属・半導体接合型ダイオードとして動作していると考えられる。尚、接点材料として図１に示すカーボン２３を半導体カーボンナノチューブ１３に置き替えることも可能であり、一方のカーボンペーストのみを半導体カーボンナノチューブに置き換えることに限定しない。
The constitution of the membrane switch as shown in FIG. 1 is because it has been discovered that the semiconductor carbon nanotube paste and the carbon paste exhibit diode characteristics when brought into contact with each other. That is, the same function as connecting a diode in series to the switch can be realized only by replacing one carbon paste with a semiconductor carbon nanotube. The diode is considered to operate as a metal-semiconductor junction diode. The carbon 23 shown in FIG. 1 can be replaced with the semiconductor carbon nanotube 13 as a contact material, and it is not limited to replacing only one carbon paste with the semiconductor carbon nanotube.
（実施形態２）
図２は本発明の実施形態に係るメンブレンスイッチの断面構造の例を示す。基本的には上述した実施形態１と同様であるが、１３’はN型のカーボンナノチューブペーストであり、２３’はP型のカーボンナノチューブペーストである。 Second Embodiment
FIG. 2 shows an example of the cross-sectional structure of the membrane switch according to the embodiment of the present invention. Basically the same as Embodiment 1 described above, 13 ′ is an N-type carbon nanotube paste and 23 ′ is a P-type carbon nanotube paste.
図２は本発明の実施形態に係るメンブレンスイッチの断面構造の例を示す。基本的には上述した実施形態１と同様であるが、１３’はN型のカーボンナノチューブペーストであり、２３’はP型のカーボンナノチューブペーストである。 Second Embodiment
FIG. 2 shows an example of the cross-sectional structure of the membrane switch according to the embodiment of the present invention. Basically the same as Embodiment 1 described above, 13 ′ is an N-type carbon nanotube paste and 23 ′ is a P-type carbon nanotube paste.
図２に示すようなメンブレンスイッチの構成としたのは、Ｎ型半導体カーボンナノチューブペーストとＰ型半導体カーボンナノチューブペーストを接触させると、ダイオード特性を示す事を発見したためである。ダイオード特性はＰＮ接合型ダイオードと類似している。
The membrane switch configuration as shown in FIG. 2 is because it has been discovered that diode characteristics are exhibited when an N-type semiconductor carbon nanotube paste and a P-type semiconductor carbon nanotube paste are brought into contact with each other. The diode characteristics are similar to the PN junction diode.
本実施形態により、メンブレンスイッチを構成するカーボンペーストの代替としてカーボンナノチューブペーストを用いる事によりメンブレンペーストの機能性を高めることが可能である。すなわち、メンブレンスイッチの印刷による低コスト性を維持しながら、接点にダイオード特性を付与する事により多点入力を可能とするメンブレンスイッチ及びメンブレンスイッチ製造方法を提供することが可能となる。
According to the present embodiment, the functionality of the membrane paste can be enhanced by using a carbon nanotube paste as a substitute for the carbon paste constituting the membrane switch. That is, it is possible to provide a membrane switch and a membrane switch manufacturing method capable of multi-point input by providing diode characteristics to the contacts while maintaining low cost by printing the membrane switch.
以上好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述したメンブレンスイッチ及びその製造方法に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるということは言うまでもない。
Although the present invention has been specifically described based on the preferred embodiment, the present invention is not limited to the above-described membrane switch and its manufacturing method, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention. Yes.
この出願は、２００８年３月１８日に出願された日本出願特願２００８－０７０４１７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2008-070417 filed on March 18, 2008, the entire disclosure of which is incorporated herein.
３ 絶縁性スペーサ
１１ フレキシブル基板
１２ 配線
１３ 半導体カーボンナノチューブ
１３’ Ｎ型半導体カーボンナノチューブ
２１ フレキシブル基板
２２ 配線
２３ カーボン
２３’ Ｐ型半導体カーボンナノチューブReference Signs List 3 insulating spacer 11 flexible substrate 12 wiring 13 semiconductor carbon nanotube 13 ′ N type semiconductor carbon nanotube 21 flexible substrate 22 wiring 23 carbon 23 ′ P type semiconductor carbon nanotube
１１ フレキシブル基板
１２ 配線
１３ 半導体カーボンナノチューブ
１３’ Ｎ型半導体カーボンナノチューブ
２１ フレキシブル基板
２２ 配線
２３ カーボン
２３’ Ｐ型半導体カーボンナノチューブ
Claims (6)
- 第１のフレキシブル基板と、第２のフレキシブル基板と、を備え、前記第１のフレキシブル基板は、表面にカーボンナノチューブを設けることを特徴とするメンブレンスイッチ。 A membrane switch comprising a first flexible substrate and a second flexible substrate, wherein the first flexible substrate is provided with carbon nanotubes on the surface.
- 前記第２のフレキシブル基板の表面にカーボンナノチューブを設けることを特徴とする請求項１記載のメンブレンスイッチ。 The membrane switch according to claim 1, wherein a carbon nanotube is provided on the surface of the second flexible substrate.
- 前記カーボンナノチューブは、Ｎ型カーボンナノチューブ及びＰ型カーボンナノチューブの何れかであることを特徴とする請求項１又は２記載のメンブレンスイッチ。 The membrane switch according to claim 1 or 2, wherein the carbon nanotube is any of N-type carbon nanotube and P-type carbon nanotube.
- 第１のフレキシブル基板と第２のフレキシブル基板とを備えるメンブレンスイッチの製造方法であって、前記第１のフレキシブル基板の表面にカーボンナノチューブを配置する工程を有することを特徴とするメンブレンスイッチの製造方法。 A method of manufacturing a membrane switch comprising a first flexible substrate and a second flexible substrate, comprising the step of disposing carbon nanotubes on the surface of the first flexible substrate. .
- 前記第２のフレキシブル基板の表面にカーボンナノチューブを配置する工程を有することを特徴とする請求項４記載のメンブレンスイッチの製造方法。 5. A method of manufacturing a membrane switch according to claim 4, further comprising the step of disposing carbon nanotubes on the surface of the second flexible substrate.
- 前記カーボンナノチューブは、Ｎ型カーボンナノチューブ及びＰ型カーボンナノチューブの何れかであることを特徴とする請求項４又は５記載のメンブレンスイッチの製造方法。 The method for manufacturing a membrane switch according to claim 4 or 5, wherein the carbon nanotube is any one of an N-type carbon nanotube and a P-type carbon nanotube.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09721845 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2010503867 Country of ref document: JP |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09721845 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |