JP2009259063A - タッチパネルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、ディスプレイの表示品位を落とすことなく簡単に製造できるタッチパネルおよびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】タッチパネル１０は、第１基板１２と、第１基板１２の一面に形成された第１電極１４と、第２基板１６と、第２基板１６の一面に形成された第２電極１８とを備える。第１電極１４と第２電極１８は、複数本の線状の導体が並列に並べられたものである。第１電極１４と第２電極１８とは互いに直交する方向を向いている。第１電極１４と第２電極１８は、導電性のナノ粒子を含むインクによって印刷形成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンピュータや電子機器のディスプレイの前面に配置されるタッチパネルおよびその製造方法に関するものである。

コンピュータや電子機器のディスプレイの前面に配置されるタッチパネルが種々開発されている。静電容量式タッチパネルは、マトリクス式とアナログ式があり、特許文献１、２などにマトリクス式が開示されている。

図８に示す従来の静電容量式タッチパネル１００は、１枚の誘電体基板１０２の一面に第１電極群１０４、他面に第２電極群１０８が形成されている。第１電極１０４と第２電極１０８はそれぞれ直線状の電極であり、互いに直交する方向を向いている。第１電極１０４の上方には透明樹脂でできたカバーフィルム１１２があり、カバーフィルム１１２は接着剤１１０または粘着剤によって第１電極１０４に密着されている。第２電極１０８は、接着剤１１４または粘着剤によってディスプレイ２０に密着されている。

操作者の指がタッチパネル１００に近接されると、第１電極群１０４と第２電極群１０８の内、指が接近した近傍にある電極の静電容量が変化する。静電容量式タッチパネル１００は、その静電容量の変化を検出して直交する座標を求める。

従来、第１電極１０４および第２電極１０８は、誘電体基板１０２の表面にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＺｎＯなどの透明導電膜を成膜した後、その表面に感光性レジストでレジストパターンを形成し、露出部分に対してエッチングをおこなって形成される。ＩＴＯなどの成膜は、スパッタリングや真空蒸着などの成膜でおこなわれる。また、エッチングは酸や酸化剤などによる湿式エッチング、またはレーザーアブレーションや腐食性ガスを用いた乾式エッチングでおこなわれる。しかし、上記の成膜およびエッチングは大変な手間であり、簡単に電極１０４，１０８を形成する方法が求められる。

そこで、導電性インクを使用したスクリーン印刷によって電極１０４，１０８を形成することが考えられる。スクリーン印刷で電極１０４，１０８を形成すれば、非常に簡単に電極１０４，１０８を形成でき、製造時間の短縮やコスト低減が可能となる。しかし、導電性インクは導電性を持たせるために銀粒子やカーボン粒子を含んでおり、粒子径は０．１μｍ〜５μｍのミクロン粒子である。このような導電性インクを用いると、複数個の粒子の重なり（凝集）が必要なため、微細な電極形成ができない。電極幅が広くなり、電極１０４，１０８によってディスプレイ２０の表示を遮ったりモアレなどを発生させたりするおそれがある。

特開平１０−２３３６７０号公報 国際公開番号ＷＯ０１／０２７８６８Ａ１

そこで本発明の目的は、ディスプレイの表示品位を落とすことなく簡単に製造できるタッチパネルおよびその製造方法を提供することにある。

本発明のタッチパネルの製造方法は、第１基板および第２基板を準備するステップと、導電性のナノ粒子を含むインクを準備するステップと、前記第１基板の一面に前記インクで印刷をすることによって、線状の第１電極を形成するステップと、前記第２基板の一面に前記インクで印刷をすることによって、線状の第２電極を形成するステップと、前記第１基板の第１電極と第２基板の第２電極とが交叉するように、第１基板の一面側に第２基板の他面側が配置されるように第１基板と第２基板とを重ね合わせるステップとを含む。

本発明の他のタッチパネルの製造方法は、基板を準備するステップと、導電性のナノ粒子を含むインクを準備するステップと、前記基板の一面に前記インクで印刷をすることによって、線状の第１電極を形成するステップと、前記基板の他面に前記インクで印刷をすることによって、前記第１電極とは交叉する線状の第２電極を形成するステップとを含む。

導電性のナノ粒子を含むインクによって、幅１００μｍ以下、好ましくは幅２０μｍ以下の電極を形成する。

いずれのタッチパネルの製造方法においても、前記第１電極および第２電極の線幅をディスプレイのブラックマトリクスの幅よりも狭く形成し、第１電極および第２電極をブラックマトリクスと重ねて配置する。

前記印刷は、スクリーン印刷またはインクジェット印刷である。また、タッチパネルの冗長設計のために、隣接する複数の前記第１電極同士を接続する冗長線を形成するステップと、隣接する複数の前記第２電極同士を接続する冗長線を形成するステップとを含む。

本発明のタッチパネルは、第１基板と、前記第１基板の一面に導電性のナノ粒子で形成された線状の第１電極と、前記第１基板の一面側に配置された第２基板と、前記第２基板において第１基板とは反対側の一面に導電性のナノ粒子で形成され、前記第１電極とは交叉する線状の第２電極とを含む。

本発明の他のタッチパネルは、基板と、前記基板の一面に導電性のナノ粒子で形成された線状の第１電極と、前記基板の他面に導電性のナノ粒子で形成され、第１電極とは交叉する線状の第２電極とを含む。

第１電極群と第２電極群は非接触で交叉しており、タッチパネルに指が近接することによって、各電極群の内、指の近傍の電極で電気的な変化が発生する。この変化を検出することによって指が近接した直交した座標の位置を求めることができる。

いずれのタッチパネルも、前記第１電極および第２電極の線幅がディスプレイのブラックマトリクスの幅よりも狭く、第１電極および第２電極がブラックマトリクスと重ねて配置される。

隣接する複数の第１電極ごとに該複数の第１電極同士を接続する冗長線を有し、隣接する複数の第２電極ごとに該複数の第２電極同士を接続する冗長線を有し、それぞれの冗長線の線幅がブラックマトリクスの幅よりも狭く、且つブラックマトリクスと重ねて配置される。

本発明は、導電性のナノ粒子を含むインクを印刷することによって電極を形成しており、電極の線幅を非常に狭くすることができる。電極の線幅が狭く、電極が目立ちにくい。電極をディスプレイのブラックマトリクスと重なるように配置することにより、電極を目立たなくすることができる。電極がブラックマトリクスと重なることによって、電極が不透明であっても良く、電極材料の選択幅が広がる。特に希少元素であるインジウムを含むＩＴＯの使用を避けることができ、資源の節約や製造コストの削減に寄与できる。また、スクリーン印刷やインクジェット印刷による電極形成により、従来の真空成膜とエッチングをおこなうことに比べて非常に簡単に電極が形成でき、材料の無駄も極端に少なくなる。電極の幅が狭くなることに対して、複数の電極同士を接続する冗長線を形成することによって、一の電極に形成不良が生じても、タッチパネルが不良品にならないようにできる。

本発明のタッチパネルおよびその製造方法について図面を用いて説明する。

図１（ａ）、（ｂ）に示すタッチパネル１０は、第１基板１２と、第１基板１２の一面に形成された第１電極１４と、第２基板１６と、第２基板１６の一面に形成された第２電極１８とを備える。

第１基板１２と第２基板１６は誘電体基板である。第１基板１２と第２基板１６の材料は、ガラス、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンナフタレートなどの透明材料が挙げられる。ガラスであれば厚みは約０．１〜２ｍｍであり、プラスチックフィルムであれば厚みは約１０〜２０００μｍである。

図１（ａ）に示すように、第１電極１４と第２電極１８は、線状の導体であり、その導体が複数並列に並べられる。第１電極１４と第２電極１８とは互いに直交する方向を向いている。

第１電極１４と第２電極１８は、導電性のナノ粒子を含むインクによって印刷形成されたものである。導電性のナノ粒子は銀、金、白金、パラジウム、銅、カーボン、またはそれらの混合物を含む。ナノ粒子の平均粒子径は１〜２０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍであり、従来のミクロン粒子よりも粒子径が小さい。電極１４，１８の幅が１００μｍ以下であっても、ナノ粒子の粒子径が電極１４，１８の幅よりも十分に小さいため、導電性のある電極１４，１８を形成することができる。インクの溶媒としては、沸点が１１０℃のトルエンが挙げられ、ナノ粒子の濃度は３０ｗｔ％、インクの粘度は５ｍＰａ・ｓ以下である。溶媒の沸点が比較的低いため、インクを基板に印刷後、比較的低温で焼成することができ、基板１２，１６に対する熱的負荷を小さくできる。インクは、ナノ粒子のために分散処理がなされている。電極１４，１８の材料として、希少元素であるインジウムを含むＩＴＯを使用していない。電極１４，１８が不透明となるが、下記の理由から不透明であっても良い。

図２に示すように、周知のディスプレイ２０は複数の画素２２を有し、画素２２および画素２２を構成するサブ画素２４の間にクロム系材料で形成されたブラックマトリクス２６を有する。なお、以下の説明では画素２２とするが、サブ画素２４であっても良い。第１電極１４と第２電極１８の幅は、ブラックマトリクス２６の幅よりも狭くする。また、タッチパネル１０がディスプレイ２０に取り付けられた状態で両電極１４，１８がブラックマトリクス２６の上に配置されるようにする。したがって、電極１４，１８とブラックマトリクス２６が重なり、電極１４，１８が不透明であっても、ディスプレイ２０の表示品位低下を防止できる。

また、電極１４，１８の幅は１００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下である。この電極１４，１８の幅はブラックマトリクス２６よりも狭くなる範囲で決定される。非常に電極幅が狭いため電極１４，１８が目立たない。従来のミクロン粒子を含むインクであれば、電極１４，１８の幅とミクロン粒子の粒子径が近くなるため、電極１４，１８を形成できなかったが、本願はナノ粒子を使用しているので極細の導電性の電極１４，１８が形成できる。

ブラックマトリクス２６の全てに電極１４，１８を設ける必要はない。ブラックマトリクス２６は縦横に敷設されたラインであり、そのラインの一定本数ごとに電極１４，１８を設けるようにしても良い。この理由は、ブラックマトリクス２６の全てに電極１４，１８を設けると、電極１４，１８の本数が非常に多くなり、電極１４，１８からの引き出し配線の本数も増加するため、実用的ではないためである。必要に応じて適宜電極１４，１８の本数を決定する。

図３に示すように、隣接する複数本の第１電極１４ごとに１つのグループｇとし、１つのグループｇに含まれる第１電極１４同士を接続する冗長線２８を備えても良い。冗長線２８は、ブラックマトリクス２６の幅よりも狭く、ブラックマトリクス２６に重ねて配置されるようにする。冗長線２８の数は限定されず、冗長線２８によって第１電極１４が編み目状になる。グループ内の第１電極１４は冗長線２８によって接続されているため、同一信号によって動作する。グループ内の一の第１電極１４に絶縁箇所があったとしても、冗長線２８によって他の第１電極１４から所望の電気信号を得ることができる。第１電極１４の幅が狭いため、冗長線２８によって製造歩留まりの悪化を防ぐことができる。図３は第１電極１４であったが、第２電極１８においても同様の冗長線２８を設けた冗長設計をおこなうことが好ましい。

図１（ｂ）に示すように、第１基板１２と第２基板１６とは透明のアクリル系接着剤３０などを利用して接着される。第１基板１２の一面側に第２基板１６の他面側が配置される。第２基板１６と第２電極１８とが透明のアクリル系接着剤３２などを利用してディスプレイ２０に接着される。

その他、電極１４，１８の端部に引き出し配線（図示せず）を備える。上記冗長線２６を設けた場合、引き出し配線は上記グループｇごとに設けるようにする。引き出し配線は電極１４，１８への電圧印加やタッチ位置を検出する制御回路に接続される。電極１４，１８に所定の電圧を印加し、指がタッチパネル１０に近接されたときの電気的変化を検出することにより、タッチ位置を検出する。

上述したタッチパネル１０の製造方法について説明する。（１）第１基板１２および第２基板１６を洗浄などし、電極１４，１８が形成できるように準備する。（２）上述した導電性のナノ粒子を含むインクを準備する。（３）第１基板１２の一面にインクで印刷をおこなって、線状の第１電極１４を形成する。（４）第２基板１６の一面にインクで印刷をおこなって、線状の第２電極１６を形成する。（５）第１基板１２の一面側に第２基板１６の他面側が配置されるように第１基板１２と第２基板１６とを接着剤３０で接着させる。

（３）、（４）の印刷はスクリーン印刷またはインクジェット印刷でおこなう。非常に簡単に印刷をすることができる。スクリーン印刷やインクジェット印刷をおこなっただけではインクの比抵抗が高く、導電性はない。印刷後、乾燥炉でインクを焼成させることにより導電性を有するようになる。上述した冗長設計をおこなう場合、（３）、（４）の工程と同時に冗長線２８を形成する。

また、電極１４，１８の端部から銀インクなどで引き出し配線を形成し、引き出し配線を介して電極１４，１８をタッチパネル１０の制御回路に接続する。引き出し配線の形成を電極１４，１８と同じインクを使用してスクリーン印刷などでおこなえば、電極１４，１８の形成時に引き出し配線の形成をおこなうことができる。

完成したタッチパネル１０は、アクリル系の透明接着剤３２などを使用してディスプレイ２０の前面に取り付けられる。タッチパネル１０をディスプレイ２０に取り付けるときに、電極１４，１８がディスプレイ２０のブラックマトリクス２６と重なるようにする。必要に応じて第１基板１２やディスプレイ２０の角にアライメントマークを設け、位置合わせをおこなう。

次に、他のタッチパネルについて説明する。なお、先のタッチパネルと同じ内容については説明を省略する。図４に示すタッチパネル４０は、基板４２と、基板４２の一面に形成された第１電極４４と、基板４２の他面に形成された第２電極４８を備える。

基板４２や電極４４，４８の材料は上記のタッチパネル１０と同様である。また、両電極４４，４８は互いに交叉する。電極４４，４８の幅はディスプレイ２０のブラックマトリクス２６の幅よりも狭くし、ブラックマトリクス２６と重なる。必要に応じて上述した冗長線２８を備える。

基板４２の一面側にアクリル系の透明接着剤５０を使用してカバーフィルム５２を接着させる。第１電極４４をカバーフィルム５２によって保護する。カバーフィルム５２の代わりに、透明樹脂をコーティングしても良い。ディスプレイ２０の表面にアクリル系の透明接着剤５４を使用して基板４２の他面側を接着させる。

タッチパネル４０の製造方法について説明する。（１）基板４２を洗浄などし、電極４４，４８が形成できる準備をする。（２）導電性のナノ粒子を含むインクを準備する。（３）基板４２の一面にインクで印刷をおこなって、線状の第１電極４４を形成する。（４）基板４２の他面にインクで印刷をおこなって、線状の第２電極４８を形成する。（５）基板４２の一面側に接着剤５０を塗布し、基板４２の一面側にカバーフィルム５２を接着させる。

（３）、（４）の印刷はスクリーン印刷またはインクジェット印刷である。インクをスクリーン印刷などした後、焼成することにより導電性を有する電極４４，４８となる。冗長設計をおこなう場合、（３）、（４）の工程と同時に冗長線２８を形成する。完成したタッチパネル４０は、アクリル系の透明接着剤５４などを使用してディスプレイ２０の前面に取り付けられる。

以上のように、本発明は、導電性のナノ粒子を含むインクを使用するので印刷によって微細な電極１４，１８，４４，４８を形成することができる。スクリーン印刷またはインクジェット印刷で電極１４，１８，４４，４８を形成するので、従来の真空成膜とエッチングをおこなうことに比べて非常に簡単である。電極１４，１８，４４，４８をディスプレイ２０のブラックマトリクス２６と重なるようにすることにより、電極１４，１８，４４，４８を透明にする必要が無く、電極材料の選択幅が広い。透明導電材料であるＩＴＯは希少元素であるインジウムを含んでいるが、本願ではＩＴＯを使用する必要がないので、資源を節約し、材料費を抑えることができる。

ディスプレイ２０の画素の形状は長方形または正方形に限定されず、図５のように、２方向に傾斜した画素２２ｂの場合もあるが、このような場合であっても印刷によって簡単にブラックマトリクス２６ｂと重なる第１電極１４ｂと第２電極１８ｂを形成する。図６のように、画素２２ｃの配列がデルタ（トライアングル）配列であっても、ブラックマトリクス２６ｃと重なる第１電極１４ｃと第２電極１８ｃを形成する。これらのタッチパネルであっても、図１のタッチパネルなどと同じ効果が得られる。

また、図７に示すように、ディスプレイ２０を第１基板と見なしてディスプレイ２０の表面に第１電極６４を形成したタッチパネル６０であっても良い。第２基板６６の一面に第２電極６８を形成し、接着剤７０によって第２基板の他面をディスプレイ２０に接着する。接着剤７２によってカバーフィルム７４を第２基板６６の一面に接着し、第２電極６８を保護する。第１電極６４、第２電極６８、第２基板６６などは上記の実施形態と同様の構成である。

本発明の実施例を説明する。基板として厚さ１８８μｍのポリエステルフィルムを使用し、導電性のナノ粒子を含むインクでインクジェット印刷をおこない、基板の両面に電極を形成した。インクは、平均粒子径３ｎｍの銀粒子、沸点１１０℃のトルエンを含んでおり、銀粒子の濃度は３０ｗｔ％である。インクを印刷後、１５０℃で２０分焼成をおこなった。その後、基板の表面にポリシリコーン系樹脂をスピンコートによって成膜し、カバーフィルムとした。形成された電極の幅は１２μｍであり、幅２０μｍのブラックマトリクスに電極を重ねた。ブラックマトリクスによって電極が目立たなかった。

基板として厚さ１００μｍのポリエチレンナフタレートフィルムを２枚使用した。各基板に対しては、実施例１と同じインクを使用してインクジェット印刷によって電極を形成した。形成された電極は線幅１５μｍの直線であった。２枚の基板をアクリル系接着剤を使用して対向させた。アクリル系接着剤の厚みは１５μｍである。電極同士は直交させた。電極の幅が１５μｍであり、ブラックマトリクスの幅は２０μｍであるため、実施例１と同様にブラックマトリクスによって電極が目立たなかった。

なお、上記２つの実施例に対する比較例として、従来の銀インクを使用したタッチパネルを製造した。銀インクは、粒子径が０．５〜５μｍの銀粒子を混合したものである。電極の形成はスクリーン印刷でおこない、電極の幅を１５０μｍとした。２つの実施例と比較して電極の幅を広げたのは、銀粒子の粒子径が大きく、凝集した粒子によりスクリーンの目詰まりが起き易いためである。電極がブラックマトリクスからはみ出し、電極によってモアレを発現させてしまった。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明のタッチパネルを示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 電極をブラックマトリクスに重なるように配置した図である。 電極に冗長線を設けた図である。 本発明の他のタッチパネルを示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 画素が２方向に傾斜しているディスプレイに本発明を適用した図である。 画素がデルタ配列であるディスプレイに本発明を適用した図である。 本発明の他のタッチパネルの断面図である。 従来のタッチパネルを示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

符号の説明

１０，４０，６０：タッチパネル
１２，１６，４２，６６：基板
１４，４４，６４：第１電極
１８，４８，６８：第２電極
２０：ディスプレイ
２２，２２ｂ，２２ｃ：画素
２６，２６ｂ，２６ｃ：ブラックマトリクス
２８：冗長線

Claims (9)

1. ディスプレイの前面に取り付けられるタッチパネルの製造方法であって、
   第１基板および第２基板を準備するステップと、
   導電性のナノ粒子を含むインクを準備するステップと、
   前記第１基板の一面に前記インクで印刷をすることによって、線状の第１電極を形成するステップと、
   前記第２基板の一面に前記インクで印刷をすることによって、線状の第２電極を形成するステップと、
   前記第１基板の第１電極と第２基板の第２電極とを交叉させ、且つ第１基板の一面側に第２基板の他面側が配置されるように第１基板と第２基板とを重ね合わせるステップと、
   を含むタッチパネルの製造方法。
2. ディスプレイの前面に取り付けられるタッチパネルの製造方法であって、
   基板を準備するステップと、
   導電性のナノ粒子を含むインクを準備するステップと、
   前記基板の一面に前記インクで印刷をすることによって、線状の第１電極を形成するステップと、
   前記基板の他面に前記インクで印刷をすることによって、前記第１電極とは交叉する線状の第２電極を形成するステップと、
   を含むタッチパネルの製造方法。
3. 前記第１電極および第２電極の幅をディスプレイのブラックマトリクスの幅よりも狭く形成し、第１電極および第２電極をブラックマトリクスと重ねて配置する請求項１または２のタッチパネルの製造方法。
4. 前記印刷がスクリーン印刷またはインクジェット印刷である請求項１乃至３のいずれかのタッチパネルの製造方法。
5. 隣接する複数の前記第１電極同士を接続する冗長線を形成するステップと、
   隣接する複数の前記第２電極同士を接続する冗長線を形成するステップと、
   を含む請求項１乃至４のいずれかのタッチパネルの製造方法。
6. ディスプレイの前面に取り付けられるタッチパネルであって、
   第１基板と、
   前記第１基板の一面に導電性のナノ粒子で印刷形成された線状の第１電極と、
   前記第１基板の一面側に配置された第２基板と、
   前記第２基板において、第１基板とは反対側の一面に導電性のナノ粒子で印刷形成され、前記第１電極とは交叉する線状の第２電極と、
   を含むタッチパネル。
7. ディスプレイの前面に取り付けられるタッチパネルであって、
   基板と、
   前記基板の一面に導電性のナノ粒子で印刷形成された線状の第１電極と、
   前記基板の他面に導電性のナノ粒子で印刷形成され、第１電極とは交叉する線状の第２電極と、
   を含むタッチパネル。
8. 前記第１電極および第２電極の幅がディスプレイのブラックマトリクスの幅よりも狭く、第１電極および第２電極がブラックマトリクスと重ねて配置された請求項６または７のタッチパネル。
9. 隣接する複数の前記第１電極ごとに該複数の第１電極同士を接続する冗長線を有し、隣接する複数の前記第２電極ごとに該複数の第２電極同士を接続する冗長線を有し、それぞれの冗長線の幅がブラックマトリクスの幅よりも狭く、且つブラックマトリクスと重ねて配置された請求項８のタッチパネル。

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