JP2004272735A - タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブエリアの全域に亘り操作感が安定し、かつ製造コストが安価なタッチパネルを得る。
【解決手段】上透明絶縁基板（上ガラス）１２を主要構成部品とする上基板と、下透明絶縁基板（下ガラス）２を主要構成部品とする下基板とを、所定の隙間を持たせて対向配置し、接着剤５１中に、ボール型スペーサ５２とファイバー型スペーサ５３を混入したシール材５０で前記上下基板の外周域を周回して接着シールした。ボール型スペーサ５２でシール材５０のシール際の上下基板間のギャップ精度を確保することでタッチパネルの操作感を安定させ、安価なファイバー型スペーサ５３を用いることで高価なボール型スペーサ５２の使用量を減らした。
【選択図】 図４

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。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５〜１０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は図５のＦ部拡大図であり、図９（ａ）は、ボール型スペーサ５２を、図９（ｂ）はファイバー型スペーサ５３を混入した場合を示す。また図１０は図６のｃ部拡大図であり、図１０（ａ）は、ボール型スペーサ５２を、図１０（ｂ）は、ファイバー型スペーサ５３を混入した場合を示している。
【０００４】
図５、図６、図７、図８に示すように、従来例のタッチパネル２０は形状が方形をなす下基板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の透明な方形のガラスからなる透明絶縁基板２と、この透明絶縁基板２の上面に方形形状に形成された透明電極３と、この透明電極３の図中上下の対向する両辺に沿って接続形成されて透明絶縁基板２の片方端にある点線枠で囲ったＦＰＣ取付部Ｓまで延設した一対の引き回し電極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。尚、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ＦＰＣ取付部Ｓ近辺に設けられている。
【０００５】
上基板１１は、板厚が０．２ｍｍの可撓性のある透明な方形のマイクロガラス（マイクロシートガラス）からなる透明絶縁基板１２と、この透明絶縁基板１２の下面に方形形状に形成されている透明電極１３と、この透明電極１３の図中左右の対向する両辺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一対の引き回し電極１４、１５とで構成されている。
【０００６】
そして、上下基板１１、１の引き回し電極１４、１５及び４、５が方形配置となるように対向配置し、上下基板１１、１とに１０μｍ前後の隙間を持たせてシール材１７で上下基板１１、１とを固定すると共に、上下基板１１、１の外周域を周回してシールしている。更に、上基板１１に設けられた引き回し電極１４及び１５は、接続部Ｂ及びＡの場所において、その先端部１４ａ、１５ａが下基板１に設けた接続電極６及び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、シール材１７は、図中中央上部において、封口材１９で封口した封口部Ｄを有している。
【０００８】
また、防眩性を高めて透視性や品質表示を良くするために、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１６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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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に電圧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。
【００１２】
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。
【００１３】
シール材１７は、ボール型スペーサ５２またはファイバー型スペーサ５３を分散させた熱硬化性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂等から成る接着剤５１をスクリーン印刷等の方法で印刷して形成する。ここで使われるスペーサ５２，５３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るもので、所定の大きさの絶縁性のある球状をしたシリカボール、プラスチックボールや、棒状をしたファイバーガラスが利用される。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前後の径のものが選択される。このシール材１７は上基板１１または下基板１の何れか一方に印刷した後、上基板１１と下基板１とを位置を合わせて貼合わせ、接着固定するために加圧の下で約１６０゜Ｃ、９０分の加熱焼成を施して硬化させ、接着固定を行っている。また、このシール材１７は上基板１１と下基板１を固定する役目と共に内部に水分やゴミ等の進入を防止するシールの役目も持っている
【００１４】
偏光板１８と位相差板１６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１６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。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
タッチパネル２０の製造工程で、上基板１１と下基板１とをシール材１７で接着固定する際、上下基板１１，１間のギャップを確実にするため、シール材１７は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の接着剤５１中に、所定の割合でボール型スペーサ５２またはファイバー型スペーサ５３を添加したたものを用いる。図９は図５のＦ部拡大図であり、図９（ａ）は、ボール型スペーサ５２を、図９（ｂ）はファイバー型スペーサ５３を混入した場合を示す。また図１０は図６のｃ部拡大図であり、図１０（ａ）は、ボール型スペーサ５２を、図１０（ｂ）は、ファイバー型スペーサ５３を混入した場合を示す。
【００１６】
ボール型スペーサ５２とファイバー型スペーサ５３には以下のような短所長所がある。即ちファイバー型スペーサについてはシール焼成時、温度上昇による接着剤５１の軟化にあわせて、接着剤５１中のスペーサ５３が移動し、接着剤５１の硬化によって固定される際、ファイバー型スペーサ５３はその形状の故に接着剤５１の軟化状態での動きが悪く、シール材１７の末端迄達しない状態で固定されるとの問題があった。スペーサが末端迄達しないシール材１７を用いたタッチパネル２０は、上下基板１１，１間のシール際でのギャップにばらつきが生じ、その結果、タッチパネル２０の入力時の感触が、入力画面の場所によって異なってしまう問題もあった。この問題を緩和する目的でファイバー型スペーサ５３の添加量を増加させた場合、線状のファイバー型スペーサ５３同士が絡み合って重なることで、ファイバー外径寸法に依存する上下基板のギャップの均一性が損なわれるとの問題があった。しかしながら、ファイバー型スペーサ５３を単体で見ると、上下基板１１、１を線で受けるので、少な目の添加量でファイバー型スペーサを用いれば、上下基板間のギャップ精度が出し易く、且つタッチパネルの製造工程中の加圧焼成や、製品として使用される際の上基板（入力側基板）への繰り返しの押圧に対し、ギャップを維持する耐荷重が高く、耐久性が良好であるとの長所があった。また、ファイバー型スペーサは、長い線状のファイバーガラスを所望の寸法に切断して製作するため、スペーサとしては安価であるとの長所もあった。以上の内容から、従来技術のタッチパネルでは多くはファイバー型スペーサが用いられていた。
【００１７】
一方、ボール型スペーサ５２は、ファイバー型スペーサ５３と異なり、シール焼成時の温度上昇による接着剤５１の軟化にあわせて、シール末端迄動きやすいとの優れた長所がある反面、他方でボール同士が凝集し、分布に片寄りが生じ易いとの問題があった。この問題を緩和するためにはボール型スペーサの混入量を増やすことが必要であり、またボール型スペーサ５２を単体で見ると、上下基板１１、１を点で受けることから、混入量を増やさなければならなかった。さらにボール型スペーサ５２はファイバー型スペーサ５３と比べて真球度が高く且つ粒径の揃ったボールを製作するために、価格が数倍〜１０倍と高価となる結果、ボール型スペーサの採用はタッチパネル２０の大きなコストアップを招く問題があった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために成されたものである。解決するための手段として、本発明の請求項１記載に係る発明は、透明絶縁基板の下面に透明電極と引き回し電極を設けた上基板と、透明絶縁基板の上面に透明電極と引き回し電極と透明電極上に形成した複数のドットスペーサとを設けた下基板とを、前記上下基板の外周域を周回する絶縁性のシール材で、所定の隙間を持たせて対向配置して接着シールしたタッチパネルにおいて、該シール材中に、形状が異なるスペーサを混入したことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項２記載に係る発明は、前記形状が異なるスペーサは、ボール状スペーサとファイバー状スペーサであることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項３記載に係る発明は、前記形状が異なるスペーサは、長さが異なる２種以上のファイバー型スペーサからなることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項４記載に係る発明は、前記ボール型スペーサと前記ファイバー型スペーサの混合比を、２対８〜７対３の割合としたことを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図１〜４を用いて本発明の実施の形態を説明する。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、図１におけるＦ部の拡大平面図、図４は図３におけるＣ部の拡大断面図である。尚、従来技術で説明した構成部品と全く同一部品は同一符号を付してある。また、本発明のタッチパネルの説明にあたって従来技術と同一構成部品のものは簡単な説明にとどめてその詳細は省略する。
【００２３】
図１、図２に示すように、本発明のタッチパネル４０は形状が方形をなす下基板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、従来技術で説明した下基板１と同じで、板厚が１．１ｍｍの透明な方形のガラスからなる透明絶縁基板２と、この透明絶縁基板２の上面に方形形状に形成された透明電極３と、この透明電極３の図中上下の対向する両辺に沿って接続形成されて透明絶縁基板２の片方端にある点線枠で囲ったＦＰＣ取付部Ｓまで延設した一対の引き回し電極４、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。尚、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ＦＰＣ取付部Ｓ近辺に設けられている。
【００２４】
上基板１１は、従来技術で説明した上基板１１と同じで、板厚が０．２ｍｍの可撓性のある透明な方形のマイクロガラス（マイクロシートガラス）からなる透明絶縁基板１２と、この透明絶縁基板１２の下面に方形形状に形成されている透明電極１３と、この透明電極１３の図中左右の対向する両辺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一対の引き回し電極１４、１５とで構成されている。
【００２５】
そして、上下基板１１、１の引き回し電極１４、１５及び４、５が方形配置となるように対向配置し、上下基板１１、１とに、本実施形態では８μｍの隙間を持たせてシール材５０で上下基板１１、１とを接着固定すると共に、上下基板１１、１の外周域を周回してシールしている。更に、上基板１１に設けられた引き回し電極１４及び１５は、接続部Ｂ及びＡの場所において、下基板１に設けた接続電極６及び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。
【００２６】
また、シール材５０の図中中央上部において、開口部５０ａを封口材１９で封口した封口部Ｄを有している。シール材５０に設ける開口部５０ａは、シール材５０を高温で硬化させるときに発生する内部の膨張空気を外に逃がすために設けるものである。
【００２７】
また、防眩性を高めて透視性や品質表示を良くするために、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１６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。
【００２８】
本発明のタッチパネルを成す以上の構成はシール材５０を除いて、従来技術と同じである。そこで、図１におけるＦ部の拡大平面図である図３及び図３におけるＣ部の拡大断面図である図４を用いて、本発明の主要構成部品であるシール材５０の説明を行う。
【００２９】
本発明のシール材５０では、熱硬化性のエポキシ樹脂接着剤やアクリル樹脂接着剤等の接着剤５１中に、スペーサとして、ボール型スペーサ５２と、ファイバー型スペーサ５３を混在させた。シール材５０中での混合割合（重量）は、３〜５％である。スペーサの素材として、ボール型スペーサ５２にはシリカボールを、ファイバー型スペーサ５３には、ファイバーガラスを用いた。スペーサの大きさは、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、上基板１１の透明絶縁基板１２に０．２ｍｍのマイクロガラスを使用したので、スペーサの径として１０μｍのものを選択した。ファイバー型スペーサ５３の長さは外径の１０倍、即ち１００μｍとした。シール材５０をスクリーン印刷で下基板１に、約３０μｍ厚、約０．５ｍｍ幅で印刷した後、上基板１１と下基板１とを位置を合わせて貼合わせ、接着固定するために加圧の下で約１６０゜Ｃ、９０分の加熱焼成を施して硬化させ、約１．５ｍｍ幅で接着固定を行った。その結果、ボール型スペーサ５２とファイバー型スペーサ５３の混合比（個数）を、２対８〜７対３の割合の範囲で混在させた場合、ギャップ精度にばらつきの少ないタッチパネルを得ることができた。
【００３０】
即ち、シール末端迄動きやすいが、混入量を増やさないと分布に片寄りが発生し易く、また高価であるボール型スペーサ５２の使用量を増やさなくても、ボール型スペーサ５２の中に、安価で、かつギャップ精度を出し易いが、シール軟化時に動きが悪くシール末端迄達しにくいファイバー型スペーサ５３を、５０〜３０％混在させることにより、シール材５０のシール際に亘るまでギャップ精度を確保することができた。その結果、タッチパネル４０のアクティブエリア全域に亘り安定した入力が可能なタッチパネル４０を低コストで製造することが可能になった。
【００３１】
本発明の実施形態の別な例として、ボール型スペーサ５２にプラスチックボールを、ファイバー型スペーサ５３には外径が同じく１０μｍで、長さが１５μｍ、４０μｍ、１００μｍの３種類のファイバーガラスを、それぞれ３対２対１の割合で混合したものを用いた。ボール型スペーサとファイバー型スペーサとの比率は２対８でシ−ル材５０を構成して、同様に印刷、焼成を行った。
【００３２】
このように、長さが異なるファイバー型スペーサ５３を混入させることで次の様な効果を得ることができた。即ち、シール焼成時、温度上昇による接着剤５１の軟化にあわせて、接着剤５１中のスペーサ（５２、５３）が移動するが、長いファイバー型スペーサ５３は個体としてみたとき、他のスペーサに当たる確率が高く、又、投影面積が大きいので、移動時の樹脂５１からの抵抗が大きくなる。その傾向はファイバー型スペーサ５３の長さが長ければ長いほど顕著になり、その結果、シール末端迄きめ細かく行き渡れなくなる。即ち、一般的傾向として、ファイバー型スペーサ５３はその長さが、直径値（実施形態では１０μｍ）に近づく程、シール末端迄移動し易くなり、ボール型スペーサ５２に近い効果を得ることができる。従って、高価なボール型スペーサ５２を混入する代わりに、或いはボール型スペーサ５２の混入量を減らして、適切な長さの異なるファイバー型スペーサを２種以上混入させることで、シール材５０のシール際に亘るまでギャップ精度を確保しつつ、タッチパネル４０のコストダウンを実現することができた。
【００３３】
また、シール材５０のスペーサとして、プレスチックボールのみを使用すると、軟質性のプラスチックボールがシール材５０の加圧と、約１６０゜Ｃの焼成により変形し、上下基板の間隙（ギャップ）の均一性が維持しにくいとの問題があったが、本実施形態のように、ファイバー型スペーサ５３と混合使用することで、プラスチックボールとの比較において、寸法精度が優れ、且つ温度変形が生じにくいガラスよりなるファイバー型スペーサ５３によって上下基板の間隙が保持されるため、シリカボールに比べ真球度、相互差等の寸法精度が得られ易い、すなわち安価であるプラスチックボールの使用が可能になり、タッチパネル４０のさらなるコストダウンができた。
【００３４】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、接着剤中に形状の異なるスペーサを混入させたシール材を用いることにより、タッチパネルのアクティブエリア全域に亘り入力時の操作感が安定し、かつ製造コストが安価で耐久性も優れたタッチパネルを得ることができる。
【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】図１におけるＦ部の拡大平面図である。
【図４】図３におけるＣ部の拡大断面図である。
【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】図５のＦ部拡大図である。
【図１０】図６のＣ部拡大図である。
【符号の説明】
１ 下基板
２ 下透明絶縁基板
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
１２ 上透明絶縁基板
１６ 位相差板
１７ シール材
１８ 偏光板
２０、４０ タッチパネル
５０ シール材
５１ 接着剤
５２ ボール型スペーサ
５３ ファイバー型スペーサ

Claims (4)

1. 透明絶縁基板の下面に透明電極と引き回し電極を設けた上基板と、透明絶縁基板の上面に透明電極と引き回し電極と透明電極上に形成した複数のドットスペーサとを設けた下基板とを、前記上下基板の外周域を周回する絶縁性のシール材で、所定の隙間を持たせて対向配置して接着シールしたタッチパネルにおいて、該シール材中に、形状が異なるスペーサを混入したことを特徴とするタッチパネル。
2. 前記形状が異なるスペーサは、ボール型スペーサとファイバー型スペーサであることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
3. 前記形状が異なるスペーサは、長さが異なる２種以上のファイバー型スペーサからなることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
4. 前記ボール型スペーサと前記ファイバー型スペーサの混合比を、２対８〜７対３の割合としたことを特徴とする請求項２記載のタッチパネル。

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