JP2007324097A

JP2007324097A - スイッチおよびその製造方法

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Publication number: JP2007324097A
Application number: JP2006156469A
Authority: JP
Inventors: Kiwako Omori; 喜和子大森
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】入力荷重などの感圧特性の点で優れたスイッチを提供する。
【解決手段】基材１１表面に導電膜１２が形成された２つの電極基板１Ａ，１Ｂが、導電膜１２が対向するように配置され、基材１１を押圧することによって導電膜１２、１２同士が接触して電気的導通がなされるスイッチ１０。導電膜１２、１２は、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなる導電性高分子膜であり、導電膜１２の表面には、疎水性材料１３が接している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器の入力デバイスとして用いられるタッチパネルなどに応用できるスイッチおよびその製造方法に関する。

従来、基材表面に導電膜が形成された２つの電極基板を備え、基材を押圧することによって導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチが用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
前記導電膜には、カーボンのほか、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性高分子が用いられることがある。
特表２００５−５２８７４０号公報

しかしながら、従来のスイッチでは、導電膜に導電性高分子を使用すると、導電膜の表面抵抗値が高くなり、その結果、感圧特性、例えば入力に必要な荷重（入力荷重）、応答速度などの点で十分な値が得られなくなることがあった。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、入力荷重などの感圧特性の点で優れたスイッチ、およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかるスイッチは、基材表面に導電膜が形成された２つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチにおいて、前記導電膜の少なくとも一方が、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなり、該導電膜の表面の少なくとも一部に、疎水性材料が接していることを特徴とする。
本発明の請求項２にかかるスイッチは、請求項１において、前記疎水性材料が、流動性を有することを特徴とする。
本発明の請求項３にかかるスイッチは、請求項１において、前記疎水性材料が、前記導電膜間の空間全体に充填されていることを特徴とする。
本発明の請求項４にかかるスイッチは、請求項１において、前記疎水性材料の粘度が、５〜２０ｃｐであることを特徴とする。

本発明の請求項５にかかるスイッチの製造方法は、基材表面に導電膜が形成された２つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチの製造方法において、少なくとも一方の基材表面に、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなる導電膜を形成し、電極基板とする工程と、前記電極基板を、導電膜が対向するように配置する工程と、前記導電膜間に疎水性材料を導入する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明のスイッチは、ポリスチレンスルホン酸（以下、ＰＳＳという）を含む導電性高分子からなる導電膜の表面に、疎水性材料が接しているので、導電膜の表面抵抗値が高くならず、入力に必要な荷重（入力荷重）が大きくなることがない。また、応答速度が低下するのを防ぐことができる。

図１および図２は、本発明にかかるスイッチの一例であるタッチパネルを示すものである。
図２は、タッチパネルの主な構成部品を厚み方向に分解して示した斜視図である。図１は、図２のα−α’における断面図である。図３は、タッチパネルの動作原理を説明する説明図である。
タッチパネル１０は、２枚の電極基板１、すなわち第１の電極基板（以下、「上部電極」という場合がある。）１Ａと、第２の電極基板（以下、「下部電極」という場合がある。）１Ｂとが、導電膜１２同士が対向するように、スペーサ３およびオーバーレジスト４を挟んで配置されている。

上部電極１Ａおよび下部電極１Ｂは、基材１１と、その表面に形成された導電膜１２を備えている。
基材１１の構成材料としては、合成樹脂材料、ガラスなどを挙げることができるが、軽量性および耐久性を考慮すると、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（ＰＥＮ）などのポリエステル、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルスルフォンなどの合成樹脂材料が好ましい。特に、透明な材料を使用することが好ましい。
基材１１の構成材料としては、絶縁性材料が好ましい。

基材１１は、フィルム状、シート状、板状などとすることができる。
基材１１の厚さは、１００〜２５０μｍ、好ましくは１２０〜１９０μｍが好適である。これによって、機械的強度を高めるとともに、十分な柔軟性を得ることができる。

押圧により導電膜２同士を接触させることが必要となるため、少なくとも一方の基材１１は、可撓性を有する材料からなる。
タッチパネル１０では、例えば、上部電極１Ａ用の基材１１Ａとして、可撓性の樹脂フィルムを使用し、下部電極１Ｂ用の基材１１Ｂとして、剛性の高いガラスや樹脂の板材を使用することができる。

導電膜１２は、ポリスチレンスルホン酸（以下、ＰＳＳという）を含む導電性高分子からなる導電性高分子膜である。
導電性高分子としては、ＰＳＳを含むポリチオフェン系高分子が好ましい。なお、ポリチオフェン系高分子に代えて、ポリピロール系高分子、ポリアニリン系高分子も使用できるが、導電膜１２の感圧特性を改善する効果の点で、ポリチオフェン系高分子の使用が好ましい。
ポリチオフェン系高分子としては、例えば、式（１）に示すものを挙げることができる。

式（１）において、基Ｒ^１、Ｒ^２は、それぞれ互いに独立に選択することができ、選択肢としては、水素原子；フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子；シアノ基；メチル、エチル、プロピル、ブチル（ｎ−ブチル）、ペンチル（ｎ−ペンチル）、ヘキシル、オクチル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシルなどの直鎖アルキル基；イソプロピル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、イソペンチル、ネオペンチルなどの分枝のあるアルキル基；メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシなどの直鎖もしくは分枝のあるアルコキシ基；ビニル、プロペニル、アリル、ブテニル、オレイルなどのアルケニル基、エチニル、プロピニル、ブチニルなどのアルキニル基；メトキシメチル、２−メトキシエチル、２−エトキシエチル、３−エトキシプロピルなどのアルコキシアルキル基；Ｃ_２Ｈ_５Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｍＣＨ_２ＣＨ_２基（ｍは１以上の整数）、ＣＨ_３Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｍＣＨ_２ＣＨ_２基（ｍは１以上の整数）などのポリエーテル基；フルオロメチル基等、前記置換基のフッ素等のハロゲン置換誘導体等が例示される。
導電性高分子は、主鎖にπ−共役結合を含むものが好ましい。
導電性高分子としては、光透過性に優れた材料が好ましい。

ポリチオフェン系高分子としては、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（以下、ＰＥＤＯＴという）が好ましく、前記導電性高分子としては、ＰＥＤＯＴをＰＳＳでドーピングしたＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが好ましい。

ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳからなる導電膜は、例えば次のようにして作製できる。
３，４−エチレンジオキシチオフェンモノマーにＦｅ（ＩＩＩ）トリス−ｐ−トルエンスルフォネート溶液、イミダゾールの１−ブタノール溶液を加え、これを基材表面に塗布し、加熱し乾燥した後、メタノール中でリンスしＦｅ（ＩＩ）ビス−ｐ−トルエンスルフォネートを除去する。

ポリチオフェン系高分子を用いた導電性高分子として使用可能な市販品としては、スタルクヴィテック株式会社製ＢａｙｔｒｏｎＰ、長瀬産業株式会社製Ｄｅｎａｔｒｏｎ、アグファゲバルト社製Ｏｒｇａｃｏｎを挙げることができる。

導電膜１２は、薄く形成するほど光の透過性を高めることができるが、薄すぎる場合にはリニアリティや導電性が劣化する。
このため、導電膜１２の厚さは、１００〜３００ｎｍの範囲が好適である。
なお、導電膜１２、１２は、両方が前記導電性高分子を含む膜であることが好ましいが、いずれか一方でもよい。

導電膜１２、１２間には、疎水性材料１３が充填されている。
導電膜１２、１２を互いに接触可能とするため、導電膜１２、１２間にある疎水性材料１３は、押圧により変形可能である必要がある。
疎水性材料１３は、液体状、半固体状（例えばゲル状）などとすることができる。
疎水性材料１３として、流動性を有するもの(例えば液体)を使用すると、疎水性材料１３と導電膜１２の接触を良好にし、導電膜１２の表面抵抗値を低く抑えることができる。
疎水性材料としては、光透過性に優れた材料（透明材料）が好ましい。
疎水性材料１３の具体例としては、シリコンオイル、流動パラフィン、ワセリン、疎水性樹脂溶液などがある。

疎水性材料１３の粘度は、低すぎれば、疎水性材料１３が流動により導電膜１２から移動しやすくなる。一方、粘度が高すぎれば、入力に必要な荷重が高くなってしまう。
このため、疎水性材料の粘度は、５〜２０ｃｐが好ましい。粘度をこの範囲とすることによって、入力荷重などの特性を良好にし、しかも疎水性材料１３が導電膜１２に接した状態を維持できる。

図示例では、疎水性材料１３は、導電膜１２、１２間の空間全体に充填され、これによって導電膜１２の全表面が疎水性材料１３に接している。このため、導電膜１２、１２間に空気層が存在せず、光透過率が良好となる。
なお、図示例では、疎水性材料１３は導電膜１２、１２の全表面に接しているが、疎水性材料は導電性高分子からなる導電膜の表面の一部にのみ接していてもよい。

図２および図３に示すように、上部電極１Ａと下部電極１Ｂの対向する面には、それぞれ引き回し線２Ａ，２Ｂを設けることができる。引き回し線２Ａ，２Ｂは、互いに直交する位置関係に設けられている。

上部電極１Ａと下部電極１Ｂのうちいずれか一方の対向面（図では下部電極１Ｂの導電膜１２）には、複数のドットスペーサ５を設けることができる。
ドットスペーサ５は、上部電極１Ａが自重により内側に撓み、下部電極１Ｂに接触してしまうような誤動作を回避するためのもので、半球状、円錐状、円柱状などの突起であり、導電膜１２表面に間隔をおいて形成されている。ドットスペーサ５の材料としては、たとえば、アクリル系樹脂などの透明性を有する絶縁性材料が挙げられる。

スペーサ３は、押圧力が加えられていないときに上部電極１Ａと下部電極１Ｂとを互いに離間した状態とするもので、例えば、アクリル系粘着剤を用いることができる。
オーバーレジスト４は、上部電極１Ａまたは下部電極１Ｂとスペーサ３との間の接着強度を高めるもので、例えば、熱硬化性ポリエステル樹脂を用いることができる。

タッチパネル１０は、例えば、上部電極１Ａ側の基材１１Ａを指やペンを用いて押圧することで、上部電極１Ａが下方に撓み、上部電極１Ａの導電膜１２が下部電極１Ｂの導電膜１２に接触し、電気的に導通する。
押圧を停止すると、基材１１Ａの弾性により導電膜１２、１２は離れる。

図３に示すように、押圧により導電膜１２、１２が接触した点（接触点）の位置は、この接触点の電位から検出することができる。
すなわち、引き回し線間２Ａ、２Ａ間に所定の電位差を与えておき、接触点の電位を測定することによって接触点のＸ方向の位置（Ｘ座標）を検出することができる。
また、引き回し線間２Ｂ、２Ｂ間に所定の電位差を与え、接触点の電位を測定することによって接触点のＹ方向の位置（Ｙ座標）を検出することができる。

次に、タッチパネル１０の製造方法について説明する。
基材１１Ａ、１１Ｂの表面に導電膜１２を形成し、上部電極１Ａおよび下部電極１Ｂを得る。導電膜１２の形成は、例えば、導電性高分子を含む原料液をグラビアコートにより基材１１に塗布することにより行うことができる。導電膜１２の形成方法としては、ロールコート、ディップコート、スピンコート、バーコート、スプレーコート、印刷等も可能である。
次いで、上部電極１Ａと下部電極１Ｂを、導電膜１２、１２が対向するように配置する。
次いで、導電膜１２、１２間に、疎水性材料１３を導入する。これによって、図１および図２に示すタッチパネル１０を得る。

タッチパネル１０では、導電膜１２の表面に疎水性材料１３が接しているので、導電膜１２の表面抵抗値が高くならず、入力に必要な荷重（入力荷重）が大きくなることがない。また、応答速度が低下するのを防ぐことができる。

〔実施例１〕
図１および図２に示すタッチパネル１０を次のようにして作製した。
ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ溶液（アグファゲバルト社製ＯｒｇａｃｏｎＳ３００）を原料液として用意した。
矩形状のＰＥＴフィルム（長さ１５ｃｍ、幅１５ｃｍ、厚さ１８８μｍ）からなる基材１１に、前記原料液をグラビアコーターで塗布し、１００℃で３分間乾燥させることによって、表面抵抗値５００Ω／□の導電膜１２を形成し、電極基板１を得た。
２つの電極基板１を、ＰＥＴからなるスペーサ３（厚さ７５μｍ）を挟んで向かい合わせた。
導電膜１２、１２の隙間に、空気が入らないように疎水性材料１３であるシリコンオイルを注入し、この隙間を紫外線硬化型の接着剤で封止することによって、導電膜１２、１２間に疎水性材料１３が充填されたタッチパネル１０を得た。シリコンオイルとしては、粘度１０ｃｐであるものを使用した。

〔比較例１〕
疎水性材料１３を使用しないこと以外は実施例１と同様にしてタッチパネルを作製した。
実施例および比較例のタッチパネルを次に示す試験に供した。

（リニアリティ）
引き回し線２Ａ，２Ａに電圧を印加して電位分布を測定した。測定点の数は１０×１０＝１００とした。
図４に示すように、前記検出電極により検出した接触点の位置（ＸＹ座標）との誤差（すなわち電圧の理論値と実測値との差）に基づいて、次の式によりリニアリティを算出した。
リニアリティ（％）＝ΔＥ／Ｅ・１００
結果を表１に示す。リニアリティは３％以下であることが望ましい。

（入力荷重）
先端が半球状に形成された押圧部材（シリコンラバー製、先端部分の曲率半径７ｍｍ）を備えた測定装置を用いて、上部電極１Ａの基材１１Ａの中央部を、前記押圧部材で押圧し導電膜１２，１２を接触させ、電気的導通が得られた時点の荷重を測定した。
結果を表１に示す。

（光透過率）
タッチパネル１０の裏面側にＬＥＤを配置し、タッチパネル１０を透過した光の強度を検出し、光透過率を算出した。光透過率は、導電膜１２の厚さに応じた値となる。結果を表１に示す。

表１より、疎水性材料１３を用いた実施例では、入力荷重を低くできたことがわかる。
また、実施例では、光透過率の点でも良好な値が得られた。これは、実施例では、導電膜１２と疎水性材料１３との境界における光の屈折が小さいためであると考えることができる。

本発明のスイッチは、優れた感圧特性を有するので、タッチパネルに適用できる。このほか、液晶表示装置、ＥＬ表示装置等などの各種電子デバイスにも適用することが可能である。

本発明にかかるスイッチの一例であるタッチパネルを示す断面図である。図１に示すタッチパネルの主な構成部品を厚み方向に分解して示した斜視図である。タッチパネルの動作原理を説明する説明図である。リニアリティの概念を説明する説明図である。

符号の説明

１…電極基板、１０…タッチパネル（スイッチ）、１１、１１Ａ、１１Ｂ…基材、１２…導電膜、１３…疎水性材料。

Claims

基材表面に導電膜が形成された２つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチにおいて、
前記導電膜の少なくとも一方は、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなり、
該導電膜の表面の少なくとも一部には、疎水性材料が接していることを特徴とするスイッチ。
前記疎水性材料は、流動性を有することを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
前記疎水性材料は、前記導電膜間の空間全体に充填されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
前記疎水性材料の粘度は、５〜２０ｃｐであることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。
基材表面に導電膜が形成された２つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチの製造方法において、
少なくとも一方の基材表面に、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなる導電膜を形成し、電極基板とする工程と、
前記電極基板を、導電膜が対向するように配置する工程と、
前記導電膜間に疎水性材料を導入する工程と、を含むことを特徴とするスイッチの製造方法。