JP2004341756A - タッチパネル焼成用加圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルのニュートンリング発生を防止する。
【解決手段】上下押し板１２２、１２１の間に、上下基板の重ね合わせ工程を終えた複数枚のタッチパネル２０ａを積層設置し、該複数枚のタッチパネル２０ａを、エアーバッグ１２３を膨張させることにより、上下押し板１２２、１２１を介して加圧しながら加熱することで、上下基板の外周部に塗布したシール材を本焼成して上下基板を接合するタッチパネル焼成用加圧装置１００において、前記上下押し板１２２，１２１の材質として、セラミックス材を用いたことを特徴とする。タッチパネル２０ａの主要構成部品であるガラス板と、上下押し板１２２、１２１の素材であるセラミックスの熱的特性が近いので、タッチパネル２０ａの熱歪が軽減され、ニュートンリングの発生が無くなった。
【選択図】 図１

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等の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の製造時に用いる焼成用加圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先ずタッチパネルの構成の説明を行うことから始める。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、タッチパネル及びその製造方法を図２〜７を用いて説明する。図２はタッチパネルの平面図、図３は図２におけるＥ−Ｅ断面図、図４は図２における下基板の平面図、図５は図２における上基板の平面図、図６は上下基板を焼成する加圧装置を示し、図７はタッチパネルにニュートンリングが発現した状況を示す状態図である。
【０００４】
図２、図３、図４、図５に示すように、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、ホウケイ酸ガラス、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厚みのホウケイ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、スペーサボールを分散させた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ボールは上基板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、加圧の下で加熱処理を施して硬化させ、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】
上記シール材１７で上下基板１１，１を貼り合せる方法を以下に更に詳しく説明する。上下基板１１，１のいずれか一方にシール材１７をスクリーン印刷方法で、幅略０．５ｍｍ、厚み略３０μｍに印刷する。その後一旦、８０°Ｃ位で２０〜３０分の加熱を施して半硬化状態にする。これは位置を合わせて貼り合わせするまでに、中間作業工程（下基板１の接続電極６，７と上基板１１の引き回し電極１４，１５とを接続するための導電性接着剤の塗布作業）があるためで、この作業をやり易くするためである。
【００１６】
図６は上下基板１１、１を貼り合わせ（焼成）する時に使用する加圧装置を示したものである。上下基板１１、１のそれぞれで、全ての個別作業が終了したときに、重ね合わせ機を用いて上下基板１１、１の正確な位置合わせ（これを「重ね合わせ工程と呼ぶ」）を行ってから貼り合わせ作業を行う。貼り合わせ作業は、加圧装置と加熱装置を用いて、上下基板にある特定の圧力を加えながら特定の温度で焼成を施し、シール材１７を硬化させて貼り合わせる。
【００１７】
使用する焼成用加圧装置２００は、図６に示す様に、大略フレーム１１０と、平坦な下押し板２２１と、上押し板２２２と、袋状になったエアーバッグ１２３から構成している。フレーム１１０は、略正方形の厚板である上支え板１１１と、下支え板１１２とを、該上下支え板１１１，１１２の四隅に設けた４本の支柱１１３を用いて、或る一定間隔をもって固定し構成している。エアーバッグ１２３はシリコンラバーからなり、上支え板１１１の下面に固着してあり、上支え板１１１のエアー供給部Ｐ を介してその内部に圧縮空気を導入・排出することにより膨張・収縮できるようになっている。そして、下押し板２２１と上押し板２２２の間に貼り合わせるタッチパネル２０ａを約２０組位設置し、エアーバッグ１２３の内部にガスを注入することによって、エアーバッグ１２３を膨張させ、上下基板１１，１を圧接する。
【００１８】
使用する焼成用加圧装置２００の構成を、使用方法を交えながら更に詳細に説明する。上押し板２２２は、エアーバッグ１２３からの押力をタッチパネル２０ａに均等に伝える作用を、下押し板２２１は、積層したタッチパネル２０ａをフレーム１１０の所定位置に設置する便宜を考えて設けてあり、共に板厚約５ｍｍのアルミ材から成る。又、積層したタッチパネル２０ａ相互の間には、弾性力を有する合紙１２５を挟みこむ。この合紙１２５は、タッチパネル２０ａの外形と略同型の方形で、エアーバッグ１２３からの押力をシール材１７部に集中させるため、中央部をシール材１７の内寸法に合わせて方形にくり抜いている。又、積層したタッチパネル２０ａの内、上側寄りに積まれたタッチパネル２０ａや、下側寄りに積まれたタッチパネル２０ａが、中央に積み込まれたタッチパネル２０ａと略同様の条件で加熱されるようにするため、板厚が１．１ｍｍのダミーガラス板２２４を、上押し板２２２とタッチパネル２０ａの間に５枚、又、タッチパネル２０ａと下押し板２２１の間にも５枚入れている。
【００１９】
シール材１７に熱硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を使用した場合の加圧力、焼成温度のかけ方は、上記焼成用加圧装置２００にタッチパネル２０ａを約２０組セットし、加圧力としてエアーバッグ１２３内の内部ガス圧力を約０．０６Ｍｐａにしながら、加熱装置（図示せず）内で、１５０°〜１６０°Ｃに昇温、この状態で約９０〜１２０分間焼成を施す。これにより、シール材１７は完全に硬化し、上下基板１１、１が堅固に固着する。この時のシール材１７の幅は略１．５ｍｍ、厚みは略１０μｍである。
【００２０】
しかしながら、上記の焼成用加圧装置２００を用いた焼成では、しばしば、タッチパネル２０ａにニュートンリングが発生した。タッチパネル２０のアクティブエリアＡＥ内にニュートンリングＮＷが発生した様子を、図７で模式的に示した。
【００２１】
ニュートンリングＮＷが現れるとタッチパネル２０の画像の視認性が劣化し、タッチパネル２０の品質を低下させる。加圧焼成工程はタッチパネル２０生産の終盤工程であり、また、タッチパネル２０にニュートンリングＮＷが発生すると修正不可能な不良品となってしまう。このため、上記の加圧焼成方法では、歩留まりが悪くなり、タッチパネルのコストアップ原因になっていた。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を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、上下押し板の間に、上下基板の重ね合わせ工程を終えた複数枚のタッチパネルを積層設置し、該複数枚のタッチパネルを前記上下押し板を介して加圧しながら加熱することで、前記上下基板の外周部に塗布したシール材を焼成して該上下基板を接合するタッチパネル焼成用加圧装置において、前記上下押し板の材質として、セラミックスを用いたことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項２記載に係る発明は、前記セラミックスとして、アルミナを用いたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を、図１を用いて説明する。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、また簡単な説明にとどめる。また、本発明の説明に用いるタッチパネルの構成は、従来技術で説明したタッチパネルと全く同一であり、その説明は省略する。
【００２５】
タッチパネル２０の上下基板１１、１を貼り合わせ時に使用する本発明の焼成用加圧装置１００を図１に示す。フレーム１１０は、上支え板１１１と、下支え板１１２とを、該上下支え板１１１，１１２の四隅に設けた４本の支柱１１３を用いて、一定間隔をもって固定し構成している。シリコンラバーからなるエアーバッグ１２３は、上支え板１１１の下面に固着してあり、上支え板１１１のエアー供給部Ｐ から圧縮空気を導入・排出することにより膨張・収縮する。下押し板１２１と上押し板１２２の間に、貼り合わせるタッチパネル２０ａを積層設置しておき、エアーバッグ１２３の内部にガスを注入することによって膨張させ、タッチパネル２０ａを構成する上下基板１１、１を圧接する。
【００２６】
板厚５ｍｍのアルミナセラミックス材を用いた上押し板１２２は、エアーバッグ１２３からの押力を均等に伝える作用をする。また板厚５ｍｍのアルミナセラミックス材を用いた下押し板１２１は、積層したタッチパネル２０ａをフレーム１１０の所定位置に設置する便宜を考えて設けてある。又、積層したタッチパネル２０ａ相互の間には、タッチパネル２０ａの外形と略同型の方形で、中央部をシール材１７の内寸法に合わせて方形にくり抜いた弾性力を有する合紙１２５を挟み込んである。
【００２７】
シール材１７に熱硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を使用した場合の加圧力、焼成温度のかけ方は、上記焼成用加圧装置１００にタッチパネル２０ａを約３０組セットし、加圧力としてエアーバッグ１２３内の内部ガス圧力を約０．０６Ｍｐａにしながら、加熱装置（図示せず）内で、１５０°〜１６０°Ｃに昇温、この状態で約９０〜１２０分間焼成を施す。これにより、シール材１７は完全に硬化し、上下基板１１、１が堅固に固着する。この時のシール材１７の幅は略１．５ｍｍ、厚みは略１０μｍである。
【００２８】
本発明では、上下押し板１２２、１２１の材質として、従来のアルミ材に代わりセラミックス材を用いた。その結果、従来は上下各５枚づつ用いたダミーガラス板は挿入せず、タッチパネル２０ａを、その分、余分にセットしたにもかかわらず、ニュートンリングの発生は見られなかった。
【００２９】
何故ニュートンリングが発生しなくなったかを以下簡単に考察してみる。ニュートンリングは、平面ガラスの上に曲率半径の大きい凸レンズを置いて、上から眺めるとき見られる同心円状の干渉縞であり、凸レンズの下面で反射する光と平面板ガラスの表面で反射する光の光路差が非常に小さくて（つまり凸レンズと平面板ガラスの間の空間が非常に小さくて）、光の波長に近づくと光が干渉しあって発生する。従来のタッチパネル２０ａの焼成でニュートンリングを生じるのは、上基板１１を構成する上透明絶縁基板１２が、熱歪が残留したため撓んで凸レンズの効果を生じ、そこで反射した光と、下基板１を構成する下透明絶縁基板２で反射した光との間で干渉を起こしたためと思われる。
【００３０】
ところで、機械的構造物には、特別の事情が無い限り鉄鋼材を用いるのが一般的であるが、上下押し板２２２，２２１の材質としては、従来からアルミ板を用いてきた。これは、熱伝導率の高いアルミ材を用いることで加熱時に、熱が上下押し板内２２２，２２１を速やかに伝わり、ダミーガラス板２２４を通して、上下押し板２２２、２２１に近いタッチパネル２０ａが雰囲気温度に追随し易くなり、タッチパネル２０ａの焼成時に生じる熱歪発生が少なくなると考えたためである。しかし、ニュートンリング発生問題対策案のひとつとして、上下の押し板２２２，２２１に関しても、機械的な剛性が高く、熱性能的には、上下透明絶縁基板１２，２に、治具（即ち、加圧装置）の影響をなるべく与えないとの観点から材料変更の可能性を再検討したのである。
【００３１】
タッチパネル２０を構成する上下透明絶縁基板１２、２としてのガラス板の比熱（ｃａｌ／ｇ・°Ｃ）は、０．２〜０．３である。また熱膨張率（ｍｍ／°Ｃ）は、上透明絶縁基板１２（上ガラス）の材質であるホウケイ酸ガラスの場合、５．１×１０^−６、下透明絶縁基板２（下ガラス）の材質であるソーダライムガラスの場合、７．２×１０^−６である。また熱伝導率（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・°Ｃ）は、０．００２３である。
【００３２】
一方、アルミ材（純アルミ）の場合、比熱（ｃａｌ／ｇ・°Ｃ）は、０．２２、また熱膨張率（ｍｍ／°Ｃ）は、２３．９×１０^−６、であり、また熱伝導率（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・°Ｃ）は、０．５３である。
【００３３】
参考として鉄材（純鉄）のデータも示すと、比熱（ｃａｌ／ｇ・°Ｃ）は、０．１１、また熱膨張率（ｍｍ／°Ｃ）は、１１．７×１０^−６、であり、また熱伝導率（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・°Ｃ）は、０．１８である。
【００３４】
セラミックスには、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする）、ジルコニア（ＺｒＯ_２を主成分とする）、窒化アルミ（ＡｌＮを主成分とする）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ _４を主成分とする）等々多くの種類がある。セラミックス材（アルミナ）の場合、比熱（ｃａｌ／ｇ・°Ｃ）は、０．１９、また熱膨張率（ｍｍ／°Ｃ）は、６．５×１^−６、であり、また熱伝導率（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・°Ｃ）は、０．０６〜０．０９である。ここでは、セラミックスの中でも、コスト、入手し易さ等を考慮してアルミナを例に挙げたが、一般的に、どのセラミックスも、アルミ、鉄等の金属材料よりもガラス板に近い熱的性能を有する。
【００３５】
加熱時の熱歪発生を減らす為には、一様に熱が伝わり、一様に昇温し、一様に膨張し、一様に冷却し、一様に収縮していくことが理想的である。この為には、加熱される部品の材質と形状が同一であれば全く問題無いのだが、現実の物品上でそれを実現することは不可能である。そこで、従来は、ダミー等の緩衝部材を沢山挿入することで、出来る限りタッチパネル２０ａでの熱歪の発生を減らしていたが、それでも尚、端部のタッチパネル２０ａにニュートンリングが発生し易いのは、端部の加熱条件がまだ不十分であった為である。しかし、本発明では、押し板１２２、１２１の材質をタッチパネル２０ａに近い熱的性能を有するセラミックスに変更して 加熱環境をより理想条件に近づけたことで、ダミーガラス２２４を入れなくても熱歪の悪影響を避けることができる様になったものと考える。
【００３６】
【発明の効果】
タッチパネルの焼成用加圧装置を用いて上下基板を接着する場合、ダミーガラス板を用いなくても、タッチパネルにニュートンリングが発生することが無くなり、タッチパネルの歩留まりが向上、また焼成工程の効率もあがり、コストダウンが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】タッチパネルを焼成する場合用いる本発明の加圧装置を示す。
【図２】タッチパネルの平面図である。
【図３】図２におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図４】図２における下基板の平面図である。
【図５】図２における上基板の平面図である。
【図６】従来技術において、タッチパネルを焼成する場合用いる加圧装置を示す。
【図７】従来技術において、タッチパネルにニュートンリングが発生した状況を示す状態図である。
【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
１１ 上基板
１７ シール材
１６ 位相差板
１７ａ 開口部
１８ 偏光板
２０、２０ａ タッチパネル
１９ 封口材
１００、２００ 焼成用加圧装置
１１０ フレーム
１１１ 上支え板
１１２ 下支え板
１１３ 支柱
１２１、２２１ 下押し板
１２２、２２２ 上押し板
１２３ エアーバッグ
１２５ 合紙
２２４ ダミーガラス板
Ｄ 封口部
ＮＷ ニュートンリング
ＡＥ アクティブエリア
Ｐ エアー供給部

Claims (2)

1. 上下押し板の間に、上下基板の重ね合わせ工程を終えた複数枚のタッチパネルを積層設置し、該複数枚のタッチパネルを前記上下押し板を介して加圧しながら加熱することで、前記上下基板の外周部に塗布したシール材を焼成して該上下基板を接合するタッチパネル焼成用加圧装置において、前記上下押し板の材質として、セラミックスを用いたことを特徴とするタッチパネル焼成用加圧装置。
2. 前記セラミックスとして、アルミナを用いたことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル焼成用加圧装置。

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