JP2009146414A - タッチパネル及びそれを利用したディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、タッチパネルに関し、特にカーボンナノチューブフィルムを利用するタッチパネルに関し、正確性や応答性を向上させ、光透過性の高いタッチパネルを提供する。
【解決手段】発明のタッチパネルは、基板と、前記基板に設置される透明な導電構造体と、それぞれ前記透明な導電構造体に接続され、相互に所定の距離だけ離れて設置される少なくとも二つの電極と、を含む。前記透明な導電構造体は、一つのカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って配列されている。本発明は前記タッチパネルを利用しているディスプレイも提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、タッチパネルに関し、特にカーボンナノチューブフィルムを利用したタッチパネルに関する。

タッチパネルは、画面に指やペンなどで直接触れることで機械を操作する装置であり、ＬＣＤなど表示装置、ＰＤＡなど携帯装置、銀行のＡＴＭやＰＯＳなど多くの装置で用いられている。タッチパネルに対して、タッチした位置の検出を電気的に行うものとして、抵抗膜方式や静電容量方式などがある。一方、電気を用いないものとして、超音波方式や赤外遮光方式、画像認識方式などがある。

静電容量方式は、指で触れることで表示パネルの表面電荷の変化を捕らえることによる位置検出方法である。現在の静電容量方式のタッチパネルは、ガラス基板と、前記ガラス基板に設置される透明な導電構造体と、前記透明な導電構造体の四隅に設置される金属電極と、を含む。前記四つの金属電極により、前記基板に等電位面が形成される。即ち、タッチパネル表面全体に低圧の電界を形成し、タッチした指によりその部分の電界を放電して、前記金属電極に微弱な電流が発生する。前記金属電極の電流の比率を計算することで触れた位置を検出することができる。

一般に、前記ガラス基板はソーダ石灰ガラスからなる。前記透明な導電構造体は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）又はＡＴＯ（三酸化アンチモン）などの透明な材料からなる。前記金属電極は、それぞれ低抵抗の金属（例えば、銀であり）を印刷することにより形成される。さらに、前記透明な導電性層に封止膜を設置する。前記封止膜は、液体のガラスを硬化又は緻密化処理することにより形成される。
Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

現在主流の方式では、全面がＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）と呼ばれる透明導電性薄膜で構成されるために、構造が単純となり、剥離や磨耗、断線などが生じにくいので、寿命が長く、透過率も高く改善された。しかし、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）はスパッタリング法、イオンプレーティング、塗布法などの方法により成膜されるので、製造方法が複雑である。また、ＩＴＯ薄膜は、機械的及び化学的性能が優れておらず、膜質の均一性が低いという欠点がある。また、ＩＴＯ薄膜の光透過性が低いので、明るい環境で表示パネルに表示される画面は見えにくくなる。従って、現在のタッチパネルは、正確性や応答性が低く、光透過性が低いという課題がある。

前記課題を解決するために、正確性や応答性を向上させ、光透過性の高いタッチパネルを提供することが必要となる。

本発明のタッチパネルは、基板と、前記基板に設置されている透明な導電構造体と、それぞれ前記透明な導電構造体に接続され、相互に所定の距離だけ離れて設置されている少なくとも二つの電極と、を含む。前記透明な導電構造体は、一つのカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って配列されている。

前記カーボンナノチューブ構造体は一枚又は数枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。前記数枚のカーボンナノチューブフィルムは、隙間がなく平行に配列されている。

前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍである。

一枚の前記カーボンナノチューブフィルムが、端と端で接続された複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。単一のカーボンナノチューブセグメントが、平行に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。

前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブであり、直径が０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定されている。前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブであり、直径が１ｎｍ〜５０ｎｍに設定されている。前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブであり、直径が１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定されている

前記タッチパネルは、平面型又は曲面型である。

前記基板の、前記透明な導電構造体に接続された表面に対向する表面に、遮蔽層を設置している。

タッチパネルと、前記タッチパネルの基板に接近する表示素子と、を含む。ここで、前記タッチパネルは、基板と、前記基板に設置されている透明な導電構造体と、それぞれ前記透明な導電構造体に接続され、相互に所定の距離だけ離れて設置されている少なくとも二つの電極と、を含む。前記透明な導電構造体は、一つのカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って配列されている。

従来技術と比べると、本発明のタッチパネルは、次の優れた点を有する。第一に、カーボンナノチューブは良好な機械性能を有するので、カーボンナノチューブフィルムを利用するタッチパネルは、良好な機械的強度及び靱性を有する。従って、本発明はカーボンナノチューブフィルムを利用することにより、前記タッチパネルの耐久性を高め、該タッチパネルを利用するディスプレイの使用寿命を延長することができる。第二に、カーボンナノチューブは良好な導電性を有するので、カーボンナノチューブフィルムを利用するタッチパネルは、均一な導電性及び高導電性を有する。従って、本発明は、前記カーボンナノチューブフィルムを利用することにより、前記タッチパネルのコントラスト及び精度を高めることができる。

図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１及び図２を参照すると、本実施形態のタッチパネル２０は、基板２２と、透明な導電構造体２４と、保護層２６と、少なくとも二つの電極２８を含む。ここで、前記基板２２は、第一表面２２１及び該第一表面２２１に対向する第二表面２２２を含む。前記透明な導電構造体２４は、前記基板２２の第一表面２２１に設置されている。前記少なくとも二つの電極２８は前記透明な導電構造体２４に電気的に接続されるように、それぞれ前記透明な導電構造体２４の隅又は縁部に設置されている。このように設置すれば、前記透明な導電構造体２４に等電位面を形成させることができる。前記保護層２６は、前記透明な導電構造体２４及び前記電極２８の上に設置されることができる。

前記基板２２は透明な材料からなり、曲面型又は平板型に形成される。さらに、前記基板２２は柔軟な薄膜であるか、又は、ガラス、石英、ダイヤモンドのような透明な基板である。前記電極２８は金又は銀などの低抵抗の金属材料からなる。前記電極２８は、スパッタ、メッキ処理、化学蒸着などの方法により前記透明な導電構造体２４の表面に堆積される。また、前記電極２８は銀ペーストを介して前記透明な導電構造体２４に電気的に接続させる。あるいは、前記電極２８は直接前記基板２２の表面に設置されることもできる。この場合、別に回路を設置し、この回路を介して前記電極２８を前記透明な導電構造体２４に接続させる。勿論、上述の方法に限らず、前記電極２８と前記透明な導電構造体２４を電気的接続させることができる方法は、全て本発明の保護範囲に含まれている。

さらに、前記タッチパネル２０における接触領域の形状に対応して、前記透明な導電構造体２４及び基板２２の形状を設けることができる。例えば、前記透明な導電構造体２４及び基板２２を矩形又は三角形に形成させることができる。本実施形態において、前記タッチパネル２０における接触領域は、矩形に形成されているので、前記透明な導電構造体２４及び基板２２は矩形に形成されている。また、本実施形態において、前記タッチパネル２０の透明な導電構造体２４に均一な電位面を形成するために、それぞれ前記透明な導電構造体２４の四つの隅に電極２８を設置する。隣接する前記電極２８は、所定の距離だけ離れるように設置されている。

さらに、前記電極２８及び前記透明な導電構造体２４を保護するために、前記電極２８及び前記透明な導電構造体２４の表面に保護層２６を設置することができる。前記保護層２６は透明な材料、例えば、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリエステル又はアクリル酸などのいずれか一種からなる。さらに、前記保護層２６は、表面硬化処理によるプラスチック膜（例えば、ＰＥＴ）であることができる。

前記透明な導電構造体２４は一つのカーボンナノチューブ構造体（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、一枚又は数枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。該カーボンナノチューブ構造体が数枚のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、前記カーボンナノチューブフィルムは隙間なく平行に配列されて、大寸法のカーボンナノチューブフィルムに形成させることができる。該大寸法のカーボンナノチューブフィルムにおいて、カーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されている。前記一枚のカーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブからなり、所定の厚さを有する薄膜である。前記透明な導電構造体２４において、前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは一定の方向に沿って配列されている。

実用に応じて、前記透明な導電構造体２４に利用されるカーボンナノチューブ構造体の数量を増加させることができる。前記単一のカーボンナノチューブフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍであることが好ましい。本実施形態において、前記カーボンナノチューブ構造体の長さは３０ｃｍ、幅が３０ｃｍ、厚さが１０μｍである。

図３及び図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含む。各々のカーボンナノチューブセグメント１４３は、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。

前記カーボンナノチューブフィルムは次の方法により製造される。

第一段階では、カーボンナノチューブアレイを提供する。超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）であることが好ましい。

本実施形態において、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により前記カーボンナノチューブアレイを成長させる。まず、基材を提供する。該基材としては、Ｐ型又はＮ型のシリコン基材、又は表面に酸化物が形成されたシリコン基材が利用される。本実施形態において、厚さが４インチのシリコン基材を提供する。次に、前記基材の表面に触媒層を堆積させる。該触媒層としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はそれらの合金である。次に、前記触媒層が堆積された前記基材を、７００〜９００℃、空気の雰囲気において３０〜９０分間アニーリングする。最後に、前記基材を反応装置内に置いて、保護ガスを導入すると同時に前記基材を５００〜７００℃に加熱して、５〜３０分間カーボンを含むガスを導入する。これにより、高さが２００〜４００μｍの超配列カーボンナノチューブアレイが成長される。前記超配列カーボンナノチューブアレイは、相互に平行に基材に垂直に成長する複数のカーボンナノチューブからなる。前記の方法により、前記超配列カーボンナノチューブアレイには無定形炭素又は触媒剤である金属粒子などの不純物が残らず、純粋なカーボンナノチューブアレイが得られる。

本実施形態において、前記カーボンを含むガスはアセチレンなどの炭化水素であり、保護ガスは窒素やアンモニアなどの不活性ガスである。勿論、前記カーボンナノチューブアレイは、アーク放電法又はレーザー蒸発法により得られることができる。

第二段階では、前記カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出す。

まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。本実施形態において、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。

前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。単一のカーボンナノチューブセグメントは、長さが同じの複数のカーボンナノチューブを含む。該複数のカーボンナノチューブは、相互に平行に並列し、分子間力で接合されるように配列されている。

前記カーボンナノチューブフィルムは複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。前記カーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルムを引く方向に平行に並列されている。図３は、前記カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。図３に示すように、前記カーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列し、端と端で接合される複数のカーボンナノチューブからなる一定の幅を有するフィルムである。前記カーボンナノチューブフィルムは、均一な導電性及び均一な厚さを有する。このカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、高効率又は簡単であり、工業上実用される。

前記カーボンナノチューブフィルムの幅は前記基材の幅により設定され、前記カーボンナノチューブフィルムの長さは基材の寸法に限定されず、必要に応じて製造することができる。本実施形態において、前記カーボンナノチューブフィルムの幅は１ｃｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．０１〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径が０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径が１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径が１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。

カーボンナノチューブは比表面積が大きく、前記超配列カーボンナノチューブアレイには不純物がないという特性があるので、前記カーボンナノチューブフィルムは強い接着性を有する。従って、前記透明な導電構造体２４における前記カーボンナノチューブフィルムは、直接前記基板２２に接着されることができる。さらに、複数の前記カーボンナノチューブフィルムを並列にして大寸法のカーボンナノチューブフィルムを形成することができる。

実用の条件に応じて、有機溶剤を利用して前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬して処理することができる。前記有機溶剤は、メタノール、アルコール、アセトンである。本実施形態において、アルコールを利用して前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬することにより、前記カーボンナノチューブフィルムは、該アルコールの表面張力作用で、強く前記基板の表面に接着させることができる。

さらに、前記透明な導電構造体２４を保護するために、前記透明な導電構造体２４及び前記電極２８の表面に保護層２６を設置することができる。該保護層２６は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、樹脂膜、アクリル樹脂などのいずれか一種からなる。所定の方法で前記保護層を加工することにより、該保護層２６は防反射又は防眩性などの性能を有することができる。本実施形態において、前記保護層は二酸化ケイ素からなり、硬度が７Ｈ（Ｈは、ロックウェル硬さ試験において、基準荷重における圧子の侵入深さを示すもの）に達する。前記保護層２６は導電性の銀ペーストで直接前記透明な導電構造体２４に接着させることができる。

さらに、電磁妨害（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ＥＭＩ）を防止するために、前記基板２２の第二表面２２２に、遮蔽層２５を設置することができる。該遮蔽層２５はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はアンチモン含有酸化スズ（ＡＴＯ）、ＣＮＴを含む物質からなる。本実施形態において、前記遮蔽層２５は、カーボンナノチューブフィルムを含む。該カーボンナノチューブフィルムにおいて、カーボンナノチューブは配向して又は配向せず配列させることができる。前記カーボンナノチューブフィルムを電気的に接地させることにより、前記タッチパネル２０を電磁妨害のない雰囲気において動作させることができる。

図５に示すように、本実施形態は、前記タッチパネル２０を利用するディスプレイ１００を提供する。該ディスプレイ１００は、前記タッチパネル２０及び表示素子３０を含む。支持体１０８を利用して、前記表示素子３０を前記タッチパネル２０から所定の距離だけ離隔させて、前記タッチパネル２０の基板２２の第二表面２２２に相対して設置している。従って、前記表示素子２０及び前記表示素子３０の間に、空間１０６が形成されている。さらに、前記表示素子３０を、例えば、接着剤で前記タッチパネル２０の基板２２に組み合わせることができる。前記表示素子３０としては、液晶表示装置、電界放出表示装置、プラズマ表示装置、電子発光ディスプレイ、真空蛍光表示装置又は陰極線管が利用される。

さらに、前記表示素子３０が所定の距離だけ離隔されて前記タッチパネル２０の基板２２に対向して設置される場合、前記タッチパネル２０の基板２２に設置される遮蔽層２５の、前記基板２２とは反対側の表面に、硬化層１０４を形成することができる。該硬化層１０４は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、樹脂膜、アクリル樹脂などのいずれか一種からなる。前記硬化層１０４及び前記空間１０６を設けるので、前記表示素子３０が強い力によって損傷することを防止することができる。該硬化層１０４は誘電層として利用させることができる。なお、前記表示素子３０及び前記タッチパネル２０を直接組み合わせる場合、前記硬化層１０４を隙間なく前記表示素子２０の表面に設置させることができる。

さらに、前記ディスプレイ１００は、第一制御素子４０と、中央処理装置５０と、第二制御素子６０と、を含む。前記第一制御素子４０と、中央処理装置５０と、第二制御素子６０とは、それぞれ回路で接続されている。前記第一制御素子４０は前記タッチパネル２０の電極２８に接続され、前記第二制御素子６０は前記表示素子３０に接続されている。前記中央処理装置５０により前記第二制御素子６０を制御して、前記第二制御素子６０により前記ディスプレイ１００の表示を制御することができる。

前記ディスプレイ１００に例えば５Ｖの電圧を印加する場合、前記タッチパネル２０の透明な導電構造体２４に微弱な電流を流して、等電位面を形成する。使用者はディスプレイ１００に表示された情報を読みながら、指７０で前記ディスプレイ１００の表面に設置された前記タッチパネル２０を押す。この時、前記指７０が触れる位置で、前記タッチパネル２０の４隅に設置される電極２８から流れる電流が前記指７０で人体に流れて、電荷量が変化する。それぞれの前記電極２８からの電流の比率を計算することにより、前記触れた位置を測定することができる。前記測定のデータを前記中央処理装置５０に伝送する。前記中央処理装置５０は前記測定のデータを接収して処理した後、前記第二制御素子６０へ前記測定のデータを伝送する。これにより、前記ディスプレイ１００における所定の場所に、必要な情報を表示させることができる。

本発明のタッチパネルは、次の優れた点を有する。第一に、カーボンナノチューブは良好な機械性能を有するので、カーボンナノチューブフィルムを利用するタッチパネルは、良好な機械的強度及び靱性を有する。従って、本発明は数枚のカーボンナノチューブフィルムを利用することにより、前記タッチパネルの耐久性を高め、該タッチパネルを利用するディスプレイの使用寿命を延長することができる。第二に、カーボンナノチューブは良好な導電性を有するので、カーボンナノチューブフィルムを利用するタッチパネルは、均一な導電性及び高導電性を有する。従って、本発明は、前記カーボンナノチューブフィルムを利用することにより、前記タッチパネルのコントラスト及び精度を高めることができる。

本発明の実施形態のタッチパネルの平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って、本発明の実施形態のタッチパネルの断面図である。 本発明の実施形態のカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。 本発明の実施形態のカーボンナノチューブセグメントを示す図である。 本発明の実施形態のタッチパネルを利用するディスプレイの動作原理を示す図である。

符号の説明

１００ ディスプレイ
１０４ 硬化層
１０６ 空間
１４３ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
２０ タッチパネル
２２ 基板
２２１ 第一表面
２２２ 第二表面
２４ 透明な導電構造体
２５ 遮蔽層
２６ 保護層
２８ 電極
３０ 表示素子
４０ 第一制御素子
５０ 中央処理装置
６０ 第二制御素子

Claims (8)

1. 基板と、前記基板に設置される透明な導電構造体と、それぞれ前記透明な導電構造体に接続され、相互に所定の距離だけ離れて設置されている少なくとも二つの電極と、を含み、
   前記透明な導電構造体が、一つのカーボンナノチューブ構造体を含み、
   前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが、同じ方向に沿って配列されていることを特徴とするタッチパネル。
2. 前記カーボンナノチューブ構造体が一枚又は数枚のカーボンナノチューブフィルムを含み、
   前記数枚のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく平行に配列されていることを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが、０．５ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル。
4. 一枚の前記カーボンナノチューブフィルムが、端と端で接続された複数のカーボンナノチューブセグメントを含み、
   単一のカーボンナノチューブセグメントが、平行に配列された複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項２または３に記載のタッチパネル。
5. 前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブであれば、直径が０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、
   前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブであれば、直径が１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、
   前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブであれば、直径が１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のタッチパネル。
6. 前記タッチパネルが、平面型又は曲面型であることを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル。
7. 前記基板の前記透明な導電構造体に接続された表面に対向する表面に、遮蔽層を設置していることを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル。
8. タッチパネルと、前記タッチパネルの基板に隣接する表示素子と、を含むディスプレイであって、
   前記タッチパネルが、
   基板と、前記基板に設置される透明な導電構造体と、それぞれ前記透明な導電構造体に接続され、相互に所定の距離だけ離れて設置されている少なくとも二つの電極と、を含み、
   前記透明な導電構造体が、一つのカーボンナノチューブ構造体を含み、
   前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが、同じ方向に沿って配列されていることを特徴とするディスプレイ。