JP2004227192A - タッチパネル及びそれを備えた画面入力型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルの操作性を良くすると共に、上ガラスの割れ等の発生の防止して歩留まりを向上させる。
【解決手段】透明絶縁基板１２，２の片面に透明電極１３，３と該透明電極に接続する引き回し電極１４，１５，４，５を設けた上基板１１および下基板１とを、前記透明電極及び引き回し電極側を内側にして対向配置し、シール材で上下基板を接着したタッチパネルであって、上側の透明絶縁基板１２は薄くて可撓性を有するガラスであり、下側の透明絶縁基板２は厚くて剛性を有するガラスで、かつ上下ガラスの材質が異なるタッチパネルにおいて、両ガラス間のシール部８０に、接着材８２，８３を塗布したシールスペーサー８１を挟んで上基板１１と下基板１を一体化した。高温でシーリングを行わないので、熱膨張による変形を受けず、ガラスの割れ等が発生しない。また上下基板の隙間を均一に保持できるので、均一の作動荷重の下で操作出来、操作性が良くなる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＴＭ、カーナビゲーション、自動販売機、複写機、各種端末機等の機器において、液晶ディスプレイ等の表示画面上に配置し、透視した画面の指示に従って使用者が情報の表示画面を指やペンで直接押してデータの入力が行われるタッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における抵抗膜式タッチパネルは、可撓性を有する透明絶縁基板の下面に透明電極とこの透明電極に接続する引き回し電極を形成した上基板と、同じく上面に透明電極とこの透明電極に接続する引き回し電極を形成し、前記透明電極の上面にドットスペーサを一定間隔に配設した下基板とが、所定の隙間を持って透明電極同士が対面するような配置構造を取っている。そして、このタッチパネルを液晶表示装置等の表示装置の上面側に配置して使用される。表示装置の表示部分に位置する所のタッチパネルを指又はペンで押すことによって、タッチパネルの上基板が撓んでその押した所の透明電極が下基板の透明電極に接触し、そして、その接触点の位置が電気抵抗の測定によって検知されて入力情報が読みとられる。
【０００３】
以下、従来例を図５〜９を用いて説明する。図５は従来技術におけるタッチパネルの平面図、図６は図５におけるＥ−Ｅ断面図、図７は図５における下基板の平面図、図８は図５における上基板の平面図、図９は上ガラス盛り上がり状態を説明する概念図を示している。
【０００４】
図５〜８に示すように、従来例のタッチパネル２０は形状が長方形をなす下基板１と可撓性を有する上基板１１とを備えている。下基板１は、板厚が１．１ｍｍの透明なガラスからなる透明絶縁基板２と、この透明絶縁基板２の上面に形成された透明電極３と、この透明電極３の上下の両端部に沿って接続形成されて透明絶縁基板２の片方端にあるＦＰＣ取付部Ｓまで延設した引き回し電極４及び５と、ＦＰＣ取付部Ｓ近辺に形成された接続電極６、７と、透明電極３上にマトリックス状に配置したドットスペーサ８とで構成されている。上記接続電極６、７は、後述する上基板１１の引き回し電極１４、１５に導通接続を行うために設けるもので、ＦＰＣ取付部Ｓ近辺に形成される。
【０００５】
上基板１１は、板厚が０．２ｍｍの可撓性のある透明なマイクロガラスからなる透明絶縁基板１２と、この透明絶縁基板１２の下面に形成されている透明電極１３と、この透明電極１３の両端部に沿って接続形成されてＦＰＣ取付部Ｓ方向に向かって延設された引き回し電極１４、１５とで構成されている。
【０００６】
そして、シール材１７を介して下基板１と上基板１１とが所定の隙間を有して接合されている。また、上基板１１に設けられた引き回し電極１４及び１５はその先端部１４ａ及び１５ａにおいて下基板１に設けた接続電極６、７と導電性接着剤を介して接続され導通がとられている。
【０００７】
また、防眩性を高めて透視性や表示品質を良くするために、上基板１１の上面には偏光板１８、下基板１の下面には位相差板１９が貼付けられている。また、下基板１のＦＰＣ取付部ＳにはＦＰＣ９が取り付けられて外部との導通が図られるようになっている。
【０００８】
上記構造を成すタッチパネル２０の各構成要素部品は次のようになっている。下基板１を構成する透明絶縁基板２は透明なガラスが用いられる。このガラスはソーダガラスや石英ガラス、アルカリガラス、ほうけい酸ガラス、普通板ガラス等が利用でき、反り等が起きない程度の厚さのものが使われる。多くは０．７〜１．１ｍｍのものが選択される。上記従来例は価格面等を考慮して１．１ｍｍ厚みのソーダライムガラスを使用している。上基板１１を構成する透明絶縁基板１２は可撓性を必要とするところなので透明な薄板ガラスや透明なプラスチックフイルムが用いられる。一般的に、耐熱性が求められる機器（例えば、カーナビゲーション等）にはガラスが使用される。上記従来例は耐熱性や衝撃性にも強く、且つ可撓性も有する０．２ｍｍ厚みのほうけい酸ガラスからなるマイクロガラス（マイクロシートガラス）を使っている。
【０００９】
下基板１を構成する透明電極３及び上基板１１を構成する透明電極１３は錫をドープした酸化インジウムのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜で、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、印刷法等で形成する。この透明電極３及び１３は高抵抗値であることが求められるため２５０〜５００オングストロームの範囲で非常に薄く形成する。このＩＴＯ膜は、基板全面に形成したものをフォトリソグラフィにより不要部分を除去し、必要な部分を残して形成する。
【００１０】
下基板１を構成する引き回し電極４、５、接続電極６、７、及び上基板１１を構成する引き回し電極１４、１５は、透明電極３、１３に印加するために設けるもので、銀粉や銅粉等の高導電性金属粉を熱硬化性のエポキシ樹脂等に混ぜ合わせてインク化したものをスクリーン印刷等の印刷方法で形成する。タッチパネルの性能上、これらの電極の抵抗値が低ければ低いほど良いものであり、一般に、透明電極のシート抵抗値に対してこれらの電極のシート抵抗値は１００分の１以下であることが必要とされている。そこで、これらの電極の印刷の厚さを増したり、幅を広くしたりして抵抗値を小さく押さえる設計がなされている。厚さと幅はタッチパネルの大きさによっても異なるが、一般に厚さは１０〜３０μｍ、幅は０．５〜１０ｍｍの範囲で設計されている。また、これらの電極は加熱処理して硬化処理が施される。また、これらの電極はそれぞれ接触しないように十分な間隔を取って設計される。
【００１１】
下基板１を構成するドットスペーサ８は、押圧した部分以外の部分の透明電極同士が接触しないために設けるもので、透明なアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、その他の透明な樹脂材料をスクリーン印刷等の方法でドットマトリックス状に一定間隔に形成し、その後、熱または紫外線で硬化処理を施して形成する。このドットスペーサ８は目に見えない大きさであることが求められることから、直径３０〜６０μｍ、高さは２〜５μｍ、ドット間隔は１〜８ｍｍの範囲で設計される。
【００１２】
シール材１７は、スペーサ粒子を分散させたエポキシ樹脂接着剤やアクリル樹脂接着剤等をスクリーン印刷等の方法を用いて形成する。ここで使われるスペーサ粒子は上基板１１と下基板１との隙間を一定隙間に保持するために設けられるもので、所定の大きさのプラスチックボールやファイバーガラス等が利用される。このプラスチックボールやファイバーガラスの大きさは、上基板１１の透明絶縁基板１２の材質や厚さによって異なるが、０．２ｍｍのマイクロガラスを使用した場合は概ね１０μｍ前後の大きさのものが選択される。このシール材１７はＢステージ型の接着材と呼ばれるもので、上基板１１または下基板１の何れか一方にスクリーン印刷した後、８０℃で約１５分位の仮焼成を行い、溶剤を蒸発させて半硬化させた状態で、重ね合わせ機を用いて上基板１１と下基板１とを正確に位置合わせをして配置し、１〜１．５ｋｇ／ｃｍ^２の加圧の基で１６０℃で９０分間加熱処理を施して本焼成して硬化させ接合を完成させている。シール材の機能としては、接着の他にタッチパネル内部への水分や塵等の侵入防止の役目も兼ねている。このことから、従来のシール材には水分の浸透性が低い熱硬化性エポキシ樹脂接着剤が主に使用される。
【００１３】
偏光板１８と位相差板１９は防眩性を高めて透視性や表示品質を良くするために設けている。偏光板１８は、様々なものが使用されているが一例をあげると、ポリビニールアルコールフイルムを常法により一軸延伸することによって厚さが２０μｍの偏光フイルムを作成し、この両面に厚さが８０μｍのセルロース系フイルムを張り合わせて厚さ１８０μｍの偏光板としたもの等が利用できる。また、位相差板１９は、ポリカーボネイトを素材として形成され、厚さ８０μｍ程度である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
タッチパネルはその製造工程の最後の方で上基板１１と下基板１を接着材を用いて貼合わせ、接合を行っている。シール材１７としては密着性や耐水性、耐湿性の観点から従来からエポキシ接着材が使用されるが、そのエポキシ接着材は１１０〜１８０℃で接着硬化する熱硬化型である。そのため、上下透明絶縁基板１２，２は高温で膨張している時点で接着され、常温に戻るに伴って収縮していく。
【００１５】
上透明絶縁基板１２に使用されるマイクロガラスは、ほうけい酸ガラスを用いていて、この熱膨張率は５．１×１０^ー６ ｍｍ／℃である。一方、下透明絶縁基板２に使用されるソーダライムガラスの熱膨張率は７．２×１０^ー６ ｍｍ／℃である。このため、高温時には下透明絶縁基板２の方が上透明絶縁基板１２より伸びが大きく、その伸びが大きい状態でシール材１７によって上下の透明絶縁基板１２，２とが接着、固定される。そして常温に戻るに従って、上下の透明絶縁基板１２，２が収縮する。収縮量は熱膨張率が大きい下透明基板の方が上透明基板より大きい。従ってシール材間の寸法は上透明基板の方が長い寸法となる。また、１．１ｍｍ厚みの下透明絶縁基板２の方が、０．２ｍｍ厚みの上透明絶縁基板１２より剛性が高いため、常温に戻った時には図９に示すように、上透明絶縁基板１２が中央凸状に張り出して湾曲した形状になる。下透明絶縁基板２のガラス幅ｓが１６８ｍｍで、左右両端だけを回転自在に固定し、上下両端は拘束が無く、また湾曲形状が円弧であると仮定した極く簡単な解析モデルを用いた計算によると、上下透明絶縁基板の寸法の差は０．０５３ｍｍに過ぎないが、この時の中央部での上透明絶縁基板１２のガラスの盛り上がり量ｈは約１．８ｍｍで非常に大きな値になる。
【００１６】
上下基板の張り合わせ工程で、タッチパネルの上ガラスが凸形状に大きく変形する結果の弊害として、後工程で偏光板１８や位相差板１９を貼り付ける時、上ガラスが割れやすくなり、工程歩留まりが劣化し、安価化の妨げになっていた。また上ガラスが凸形状になると、指先での動作荷重が大きくなり、また動作荷重が不安定になり易く操作性が悪くなることが多かった。その結果タッチパネル２０の完成品としての歩留まりが悪く、安価化の妨げになっていた。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、この課題を克服する手段として、請求項１に記載の発明は、可撓性を有する長方形の上透明絶縁基板の下面に長方形に形成した透明電極と、この透明電極の対向する二辺に接続した引き回し電極を有する上基板と、前記上透明絶縁基板と横方向に略同幅で、縦方向には張り出し部分を有し、且つ材質が異なる下透明絶縁基板の上面に長方形に形成した透明電極と、この透明電極の二辺であって、かつ上基板の引き回し電極とはその方向が９０度異なる方向に配された対向二辺に接続する引き回し電極を有して、透明電極の上面にドットスペーサを一定間隔に複数配設し、前記張り出し部分にはＦＰＣが熱圧着され下透明絶縁基板上の引き回し電極と導通している下基板とを、前記下透明絶縁基板上のＦＰＣと前記上透明絶縁基板上の引き回し電極とが導通するべく導電性接着剤を配しながら、所定の隙間で両透明電極同士が対面するような配置で、上透明絶縁基板の外周に沿って配されたシーリング部分をもって一体化したタッチパネルにおいて、前記シーリング部分に、その両面にＵＶ硬化型樹脂系接着材を塗布したシールスペーサーを挟んで上下基板を接着して一体化したことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、前記シールスペーサーとして、所定の透明絶縁基板間隔の厚みを有するフィルムを用いたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、前記ＵＶ硬化型樹脂系接着材としてエポキシ系樹脂を用いたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に記載のタッチパネルを備えたことを特徴とする画面入力型表示装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図１〜４をもって説明する。図１は本発明のタッチパネルの平面図、図２は図１におけるＥ−Ｅ断面図，図３はタッチパネルの本発明に関わる主要部分の分解斜視図、図４は本発明のタッチパネルをカーナビゲーションの液晶表示器に配置した状態を示す概念図である。尚、本発明はタッチパネルの上パネルと下パネルの貼り合わせに係わる発明であるので、貼り合わせに関係しない箇所の構成は従来例と同じであり、従来例と同一構成部品は同一符号を付し、また説明を省略している。
【００２２】
図１〜３に示すように、本発明のタッチパネル４０は、長方形で剛性を有し板厚が１．１ｍｍのソーダライムガラスの様な透明なガラス板からなる透明絶縁基板２を主要構成要素とした下基板１と、横幅は下側の透明絶縁基板２と略同寸法で、縦幅だけが短い長方形で、且つ可撓性を有し、板厚が０．２ｍｍのほうけい酸ガラス板からなる透明絶縁基板１２を主要構成要素とした上基板１１とを、シール部８０を介して接合した構造になっている。本発明の主要部分であるシール部８０（従来技術の説明ではシール材１７の部分に相当するが本発明では形態が異なる）は、上側の透明絶縁基板１２である上ガラスの外周に沿って配されている。
【００２３】
シール部８０は、シールスペーサー８１の両面に接着材８２、８３を塗布したもので、このシールスペーサー８１を上基板１１と下基板１の間にサンドイッチ状に挟み込み、上基板１１と下基板１を貼り合わせる。シールスペーサー８１の形状は、長方形に中抜きした長方形のフィルムで、材質の一例として二軸延伸ポリエステルフィルムを用いた。ポリエステルフィルムは水分を透過しにくいのでタッチパネルの内部を長期間安定に保てる効果もある。市販製品としては、テイジン・マイラーＣ等がある。シールスペーサー８１の厚みは、所定のガラス間隔隙間寸法である７〜１０μｍに一致するものを選択し、上側の透明絶縁基板１２である上ガラスの外周に沿って全周に挟み込んで、両ガラスの間隔を均一にする。接着材８２，８３としては熱を加えないで硬化するものを選択する。例えばＵＶ硬化樹脂、具体的にはエポキシ系樹脂接着材やアクリル系樹脂接着材等がある。ＵＶ硬化樹脂としてエポキシ系樹脂を使用するとガラスとの密着性が良く、耐水性、耐湿性に優れる。
【００２４】
上基板１１と下基板１の間に両面に上記接着材８２，８３を塗布したシールスペーサー８１を挟んで、紫外線を照射することで接着材８２，８３が硬化し、上下両基板１１，１が一体化する。このときタッチパネルに温度上昇はないので、所定の間隔量の状態で接着、固定される。従って、偏光板１８や位相差板１９の貼り付け工程で、上ガラスが割れることがない。またタッチパネル４０の作動加重が大きくならず、更に作動加重も安定するので操作性が悪くなることもない。
【００２５】
本発明のタッチパネル４０を構成する上ガラスは、常温状態で平面状を保ったまま固定しているので、タッチパネル４０を温度環境の厳しい条件下での画面入力型表示装置６０へ応用することでその効果を一段と発揮する。即ち、図４のように、本タッチパネル４０を利用したカーナビゲーション６０を取り付けている車の車中温度が上昇した場合、厚くて剛性が高い下側の透明絶縁基板２である下ガラスは、平面状を保ったまま熱膨張する。この時、上側の透明絶縁基板１２で上ガラスに働く引っ張り応力は、上ガラスの伸長で応力を吸収できる。逆に車中の温度が常温より下降した場合、タッチパネル４０を構成する下ガラスの方が上ガラスより大きく縮むので、上ガラスの盛り上がり現象が発生する。しかし、従来技術を用いた接合温度環境に比べたら、常温からの温度変化量自体が大きいものでないので盛り上がり量も少なくて済む。これに対して、従来のタッチパネル２０では、上ガラスは常温時から盛り上がっていた上に、更に低温環境に曝されて盛り上がり量を増加してしまうことになる。このため本タッチパネル４０を利用したカーナビゲーション６０では、従来のカーナビゲーションに比べて画面入力作動加重を均一に操作できるし、耐久性も向上する。また本発明のタッチパネルは温度環境が広範囲に変動する可能性があるポータブルナビゲーションシステムの様な携帯型の各種端末機の画面入力型表示装置に利用した場合も同様の効果を発揮する。
【００２６】
【発明の効果】
常温で上側の透明絶縁基板が凸状にならないので、偏光板や位相差板の貼り付け工程で上側の透明絶縁基板が割れることがなくなり、工程歩留まりが良くなり安価化が可能になった。また作動加重が大きくならず、更に作動加重が安定するので操作性が悪くならず、完成品の歩留まりが向上し、安価化が計れるようになった。又、このタッチパネルをカーナビゲーションの様な耐熱性が求められる画面入力型表示装置に用いることで、表示装置自体の操作安定性の確保と共に耐久性向上のメリットも発生した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタッチパネルの平面図である。
【図２】図１におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図３】本発明のタッチパネルの主要部品の分解斜視図である。
【図４】本発明のタッチパネルをカーナビゲーションの液晶表示器に配置した状態を示す概念図である。
【図５】従来技術におけるタッチパネルの平面図である。
【図６】図５におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図７】図５における下基板の平面図である。
【図８】図５における上基板の平面図である。
【図９】従来技術における上ガラス盛り上がり状態を説明する概念図である。
【符号の説明】
１ 下基板
２、１２ 透明絶縁基板
３、１３ 透明電極
４、５，１４、１５ 引き回し電極
６、７ 接続電極
８ ドットスペーサ
９ ＦＰＣ
１１ 上基板
１７ シール材
１８ 偏光板
１９ 位相差板
２０、４０ タッチパネル
５０ 画面入力型表示装置
６０ カーナビゲーション
８０ シール部
８１ シールスペーサー
８２，８３ 接着材

Claims (4)

1. 可撓性を有する上透明絶縁基板の下面に形成した透明電極と、この透明電極に接続した引き回し電極を有する上基板と、前記上透明絶縁基板と材質が異なる下透明絶縁基板の上面に形成した透明電極と、この透明電極に接続する引き回し電極と前記下透明絶縁基板に形成した透明電極の上面に一定間隔に複数配設したドットスペーサとを有する下基板とを、所定の隙間で両透明電極同士が対面するような配置で、前記上基板の外周域に沿って配されたシーリング部分をもって一体化したタッチパネルにおいて、前記シーリング部分に、その両面にＵＶ硬化型樹脂系接着材を塗布したシールスペーサーを挟んで上下基板を接着して一体化したことを特徴とするタッチパネル。
2. 前記シールスペーサーとして、前記上下基板の隙間量に略等しい厚みのフィルムを用いたことを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
3. 前記ＵＶ硬化型樹脂系接着材として、エポキシ系樹脂を用いたことを特徴とする請求項１又は２記載のタッチパネル。
4. 液晶表示装置などの表示装置の上面にタッチパネルを備えている画面入力型表示装置であって、前記請求項１乃至３のいずれかに記載のタッチパネルを備えていることを特徴とする画面入力型表示装置。

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