JP2009151781A - タッチパネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、タッチパネルの製造方法に関し、特にフレキシブルタッチパネルの製造方法に関する。
【解決手段】本発明のタッチパネルの製造方法は、フレキシブル基板を提供する第一ステップと、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを製造する第二ステップと、少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを含むカーボンナノチューブ構造体を、前記フレキシブル基板に設置する第三ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体及び前記フレキシブル基板をホットプレスして加工する第四ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させるように少なくとも二つの電極を設置する第五ステップと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルの製造方法に関し、特にフレキシブルタッチパネルの製造方法に関する。

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電圧の電界を形成し、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）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）の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、断線などがおきにくいために、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薄膜には、機械的及び化学的性能が良好でなく、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が見にくくなる。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、低コストで、高性能を有するフレキシブルタッチパネルを製造できる方法を提供することが必要である。

本発明のタッチパネルの製造方法は、フレキシブル基板を提供する第一ステップと、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを製造する第二ステップと、少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを含むカーボンナノチューブ構造体を、前記フレキシブル基板に設置する第三ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体及び前記フレキシブル基板をホットプレスして加工する第四ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させるように少なくとも二つの電極を設置する第五ステップと、を含む。

前記第二ステップは、カーボンナノチューブアレイを提供する第一サブステップと、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第二サブステップと、を含む。

前記第三ステップでは、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを前記フレキシブル基板に設置すること、または、少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを隙間なく前記フレキシブル基板に並列すること、または、少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを前記フレキシブル基板に積み重ねること、を含む。

前記第三ステップにおいて少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを前記フレキシブル基板に積み重ねることは、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを０°〜９０°で交叉するように、少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを前記フレキシブル基板に積み重ねることを含む。

前記第三ステップは、カーボンナノチューブフィルムを一つの支持体に設置する第一サブステップと、前記支持体を除去して自立構造を有するカーボンナノチューブ構造体を形成する第二サブステップと、前記カーボンナノチューブ構造体を前記フレキシブル基板に設置する第三サブステップと、を含む。

前記カーボンナノチューブ構造体を前記フレキシブル基板に設置する第三ステップの前に、前記フレキシブル基板に低融点の材料を被覆させる。

前記第四ステップは、前記カーボンナノチューブ構造体が設置された前記フレキシブル基板を、ホットプレス用の装置に設置する第一サブステップと、前記カーボンナノチューブ構造体及び前記フレキシブル基板を加熱してプレスする第二サブステップと、を含む。

前記第五ステップの後に、前記フレキシブル基板の表面に透明な保護層を設置する。

従来技術と比べると、本発明のタッチパネルの製造方法は、次の優れた点を有する。第一に、本発明のタッチパネルに利用されるカーボンナノチューブ構造体は、透明な導電構造体として利用される。さらに、本発明において、フレキシブル基板を利用することにより、フレキシブルタッチパネルを製造することができるので、本発明のフレキシブルタッチパネルを利用することにより、フレキシブル表示装置を製造することができる。第二に、本発明のカーボンナノチューブ構造体の製造方法は簡単である。従って、本発明の製造方法により、前記タッチパネルの大量生産が実現でき、前記タッチパネルのコストが低減することができる。第三に、本発明において、ホットプレス方法により前記フレキシブル基板及びカーボンナノチューブ構造体を緊密に接着させることができるので、タッチパネルの製造コストが低減することができる。

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を参照すると、本実施形態のタッチパネルの製造方法は、フレキシブル基板を提供する第一ステップと、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを製造する第二ステップと、少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを含むカーボンナノチューブ構造体を、前記フレキシブル基板に設置する第三ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体及び前記フレキシブル基板をホットプレス（ｈｏｔ−ｐｒｅｓｓｉｎｇ）して加工する第四ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させるように少なくとも二つの電極を設置する第五ステップと、を含む。

前記第一ステップでは、前記フレキシブル基板はポリマー、樹脂など柔軟で透明な材料からなり、具体的には、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリエステル、アクリル樹脂のいずれか一種からなる。前記フレキシブル基板の厚さは、０．０１ｍｍ〜１ｃｍである。本実施形態において、前記フレキシブル基板はＰＥＴからなり、その厚さが２ｍｍ、幅が２０ｃｍ、長さが３０ｃｍにされることが好ましい。

前記第二ステップにおいて、前記カーボンナノチューブフィルムは次の工程により製造される。

第一サブステップでは、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、化学気相堆積（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蒸着させる。該触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はそれらの合金である。次に、前記触媒層が蒸着された前記基材を、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形成される。前記超配列カーボンナノチューブアレイは、相互に平行で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。前記方法により、前記超配列カーボンナノチューブアレイにアモルファスカーボン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。

第二サブステップでは、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的な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。図３を参照すると、単一のカーボンナノチューブセグメント１４３は、長さが同じ複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。該複数のカーボンナノチューブ１４３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２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２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、高効率で簡単であり、工業的に実用される。

ＩＴＯフィルムの製造方法と比べると、本実施形態の製造方法に真空環境及び加熱工程が必要でなく、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を引き出す工程により、カーボンナノチューブフィルムを製造することができる。従って、本実施形態のカーボンナノチューブフィルムの製造方法には、コストが低く、製造効率が高く、環境安全性が高いという優れた点がある。

前記第三ステップでは、前記カーボンナノチューブ構造体は、所定の方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。本実施形態において、前記カーボンナノチューブ構造体は、一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フィルムは複数の前記カーボンナノチューブセグメント、即ち、同じ方向に沿って配列される複数のカーボンナノチューブを含む。前記同じ方向は、前記カーボンナノチューブを引く方向である。カーボンナノチューブは比表面積が高く、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、前記カーボンナノチューブフィルムは、直接前記フレキシブル基板に接着することができる。

複数の前記カーボンナノチューブフィルムを隙間なく、平行に前記フレキシブル基板に並列して、大寸法のカーボンナノチューブフィルムに形成することができる。又は、複数の前記カーボンナノチューブフィルムを積み重ねて前記フレキシブル基板に設置することができる。実用の要求に応じて、前記カーボンナノチューブフィルムの枚数を設定することができる。前記複数のカーボンナノチューブ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ることができる。また、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブはそれぞれ角度αで交叉して形成されることができる。ここで、該角度αは、０〜９０°である。

一つの例として、前記第三ステップは、前記一枚のカーボンナノチューブフィルム、又は前記大寸法のカーボンナノチューブフィルム、又は積み重ね複数の前記カーボンナノチューブフィルムを、支持体の表面に設置する第一サブステップと、前記支持体を除去して、自立構造を有するカーボンナノチューブ構造体を形成する第二サブステップと、を含む。

前記支持体は平板又は枠状に形成されている。前記カーボンナノチューブフィルムが接着性を有するので、直接前記支持体に接着されることができる。さらに、ナイフ又はレーザーを利用して、前記支持体の形状に応じて、前記カーボンナノチューブフィルムを切ることができる。

さらに、実用の条件に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体を有機溶剤で処理して加工することができる。前記有機溶剤は揮発性溶剤であり、エタノール、メタノール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルムのいずれか一種である。本実施形態において、前記有機溶剤はエタノールである。まず、前記カーボンナノチューブ構造体に前記有機溶剤を滴下して前記カーボンナノチューブ構造体を浸漬させる。前記有機溶剤の表面張力が原因で、有機溶剤で浸漬された複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブ束に収縮される。従って、前記カーボンナノチューブ構造体は、接着性が低くなり、機械強度及び強靭性が強くなるという優れた点がある。

さらに、前記第三ステップでは、前記フレキシブル基板に、低融点の材料を被覆させることができる。前記低融点の材料を被覆させる前に、エタノール、メタノール又はアセトンなどの有機溶剤を利用して、前記フレキシブル基板をクリーンにすることが好ましい。前記低融点の材料は、前記フレキシブル基板及び前記カーボンナノチューブ構造体の融点より低い材料である。本実施形態において、前記低融点の材料は、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）である。

図５を参照すると、前記第四ステップは、前記カーボンナノチューブ構造体を備える前記フレキシブル基板を、ホットプレス装置３０に設置する第一サブステップと、前記ホットプレス装置３０のプレス素子（図示せず）を予熱させる第二サブステップと、前記カーボンナノチューブ構造体及び前記フレキシブル基板を加熱してプレスする第三サブステップと、を含む。

前記第一サブステップにおいて、前記ホットプレス装置３０はヒート素子（図示せず）及びプレス素子を備える。本実施形態において、前記ホットプレス装置３０はホットプレス機であり、そのプレス素子が二つのローラー３２を備える。

前記第二サブステップにおいて、前記ヒート素子が前記プレス素子を加熱させるために利用される。前記プレス素子を１１０℃〜１２０℃程度に加熱させることができる。

前記第三サブステップにおいて、前記カーボンナノチューブ構造体が被覆された前記フレキシブル基板２２を、１ｍｍ／ｍｉｎ（ミリメートル／分）〜１０ｍ／ｍｉｎ（メートル／分）の速度で、前記二つのローラー３２で挟むように、前記二つのローラー３２の間から通す。本実施形態において、前記二つのローラー３２で前記フレキシブル基板２２及びカーボンナノチューブ構造体に圧力をかけて、前記フレキシブル基板２２を軟化させる。これにより、前記カーボンナノチューブ構造体及び前記フレキシブル基板２２の間にある空気を除去でき、前記カーボンナノチューブ構造体を緊密に前記フレキシブル基板２２に接着させることができる。

前記フレキシブル基板２２及び前記カーボンナノチューブ構造体の間に低融点の材料が塗布された場合、前記フレキシブル基板２２及び前記カーボンナノチューブ構造体がプレスされた後に、前記フレキシブル基板２２及び前記カーボンナノチューブ構造体を前記低融点の材料で接着することができる。

前記第五ステップでは、銀ペーストで前記電極を前記カーボンナノチューブ構造体に接着させることができる。前記電極はストリップ状であり、金属、導電樹脂、カーボンナノチューブなどの材料からなる。前記電極は、前記カーボンナノチューブ構造体の、前記フレキシブル基板２２に隣接する表面の反対面に形成されている。前記電極が、溶射、電子堆積、無電解堆積のいずれか一種の方法により形成される。前記電極は前記カーボンナノチューブ構造体及び前記フレキシブル基板２２の間に堆積されて、前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続されるように設置されることもできる。

さらに、前記タッチパネルの作動時間を延長させ、抵抗・容量結合を制限するために、前記電極及び前記カーボンナノチューブ構造体の表面に、透明な保護膜を設置することができる。前記透明な保護膜は、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、前記透明な保護膜は、表面硬化処理したプラスチック膜（例えば、ＰＥＴ）であることができる。

前記基板の、前記カーボンナノチューブ構造体が設置された表面の反対面に遮蔽層を設置することができる。前記遮蔽層は導電樹脂、カーボンナノチューブなどのいずれか一種からなり、柔軟で、透明な薄膜である。本実施形態において、前記遮蔽層はカーボンナノチューブフィルムである。該カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが所定方向、同じ方向又は異なる方向に沿って配列されている。例えば電磁妨害を防止するために、前記カーボンナノチューブフィルムを接地させるように設置されることができる。

本発明の実施形態のタッチパネルの製造方法のフローチャートである。 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カーボンナノチューブ構造体をホットプレスしたものを示す図である。 本発明の実施形態のカーボンナノチューブ構造体をホットプレスする工程を示す図である。

符号の説明

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
２２ 基板
３０ ホットプレス装置
３２ ローラー

Claims (8)

1. フレキシブル基板を提供する第一ステップと、
   少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを製造する第二ステップと、
   少なくとも一枚の前記カーボンナノチューブフィルムを含むカーボンナノチューブ構造体を、前記フレキシブル基板に設置する第三ステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体及び前記フレキシブル基板をホットプレスして加工する第四ステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体と電気的に接続させるように少なくとも二つの電極を設置する第五ステップと、を含むことを特徴とするタッチパネルの製造方法。
2. 前記第二ステップが、
   カーボンナノチューブアレイを提供する第一サブステップと、
   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第二サブステップと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネルの製造方法。
3. 前記第三ステップが、
   少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを前記フレキシブル基板に設置すること、または、
   少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを隙間なく前記フレキシブル基板に並列すること、または、
   少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを前記フレキシブル基板に積み重ねること、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネルの製造方法。
4. 前記第三ステップにおいて少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを前記フレキシブル基板に積み重ねることが、
   隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを０°〜９０°で交叉するように、少なくとも二枚のカーボンナノチューブフィルムを前記フレキシブル基板に積み重ねることを含むことを特徴とする、請求項３に記載のタッチパネルの製造方法。
5. 前記第三ステップが、
   カーボンナノチューブフィルムを一つの支持体に設置する第一サブステップと、
   前記支持体を除去して自立構造を有するカーボンナノチューブ構造体を形成する第二サブステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体を前記フレキシブル基板に設置する第三サブステップと、を含むことを特徴とする、請求項３に記載のタッチパネルの製造方法。
6. 前記カーボンナノチューブ構造体を前記フレキシブル基板に設置する第三ステップの前に、前記フレキシブル基板に低融点の材料を被覆させることを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネルの製造方法。
7. 前記第四ステップが、
   前記カーボンナノチューブ構造体が設置された前記フレキシブル基板を、ホットプレス用の装置に設置する第一サブステップと、
   前記カーボンナノチューブ構造体及び前記フレキシブル基板を加熱してプレスする第二サブステップと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネルの製造方法。
8. 前記第五ステップの後に、前記フレキシブル基板の表面に透明な保護層を設置することを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネルの製造方法。