JP2011008740A - 抵抗膜式タッチパネル構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】改良された導電性を有する透明基板を使用した抵抗膜式タッチパネル構造体を提供する。
【解決手段】透明基板の片面の表面に、導電性金属の微細線の多数が並行して一方向に配列して形成され且つその微細線はそれぞれ露出した表面が、その金属よりも導電性の低い金属酸化物の膜により被覆された透明複合基板であって、この透明複合基板の２枚を、金属の微細線が配列された面が互いに向い合い且つ金属の微細線の配列方向が直交するようにスペーサーを介して重ね合せ、一方の透明複合基板を上部基板層とし他方の透明複合基板を下部基板層として構成したことを特徴とする抵抗膜式タッチパネル構造体。
【選択図】図３

Description

本発明は、抵抗膜式タッチパネル構造体に関する。さらに詳しくは、透明導電性基板として、改良された導電性、殊に極めて低い抵抗性基板を使用したマトリックス抵抗膜式タッチパネル構造体に関する。

最近、指入力またはペン入力によるモバイル情報端末として抵抗膜式タッチパネルの用途が拡大しつつある。抵抗膜式タッチパネルは特殊なペンを使用しないで、指または通常のペンで容易に入力でき、しかも低コスト化が比較的簡単であるという利点を有している。

一方抵抗膜式タッチパネルは、上部基板層と下部基板層との間にスペーサーによる空気層を有し、上部基板層と下部基板層の表面に形成された透明導電性膜を物理的に接触（タッチ）させることによって接触位置を感知する構造となっている。

このタッチパネルの上部基板層および下部基板層の基板材料として、ガラス、高分子フィルム、プラスチックシートなどが使用され、それぞれの基板材料の組合せに基づいて種々の利点及び欠点を有している。
殊に、上部基板（タッチ面）の材料として高分子フィルム（例えばＰＥＴフィルムの如きポリエステルフィルム）は割れない、軽量である、薄い、屈曲性に優れているなどの多くの利点のために広く利用されてきた。しかし、上部基板として高分子フィルムを使用した場合その優れた屈曲性のために局所的なタッチ圧が容易に感知される。

一方上部基板の表面に形成される透明導電性膜としてＩＴＯ膜（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ膜）が広く利用されている。このＩＴＯ膜は、透明高分子フィルム表面に蒸着法或いはスパッタリング法によって形成される。
これに対してＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）の微粒子を透明高分子フィルムの表面に導電性層として形成させ透明導電性基板層として利用する方法が提案された（特許文献１，２および３参照）。このＩＴＯ微粉末を導電性層として利用した透明導電性基板層は、蒸着法或いはスパッタリング法による基板層に比べて、種々の高分子フィルムに採用することが可能であること、幅広いフィルム基板を容易に得ることができること、比較的低コストにより基板層を得ることができるなどの多くの利点を有している。

ＩＴＯ微粒子をバインダーと共に導電性層としての使用は上部基板層のみならず、下部基板層にも同様に適用でき、いずれも抵抗膜式タッチパネルに有利に利用できる。
一方上部基板として、フィルム基板を使用することは前述したように種々の利点を有しているが、実際のタッチパネル構造体の実装に当たってはさらに改良すべき問題点を有している。その問題点の１つは、上部基板（フィルム基板）の表面上に形成される導電性酸化金属膜（ＩＴＯ膜、ＺｎＯ膜）は、その剛性のために、基板の屈曲によって部分的に破壊され易いことである。
他の問題点は、前述した酸化金属膜（ＩＴＯ膜など）は、電気抵抗値が高いことである。この電気抵抗値を低くしようとすれば膜厚を厚くすればよいが、厚くなると透明性が低下するばかりでなく、屈曲に対して脆くなるという欠点が発生する。
他の問題点は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）の原料であるインジウム如き希少金属はその使用量の拡大に従って、価格が高騰していることであり、またその資源の枯渇が社会問題化していることである。

最近、透明導電性基板材料として、透明基板上に導電性金属を細線状にパターン化して配列して形成させた電極基板が提案された（特許文献４）。この電極基板は、具体的にはポリエチレンテレフタレートフィルムの如き透明フィルム上に、銅やニッケルの如き金属細線（例えば厚みが０．３μｍ、幅が１０μｍ）を多数一方向に配列し、さらにこの金属細線の表面を、ＩＴＯやＳｎＯの如き金属酸化膜で被覆した構造を有している。この電極基板は、導電性を金属細線で担保し、透明性を金属酸化膜で担保したものである。この特許文献４には、電極基板の用途に関して、液晶表示装置、有機ＥＬ、電子ペーパー、太陽電池などの一般的な記載があるのみで、電気又は電子の部品として具体的な装着形態や応用形態について何等の説明もなく、実用的に利用しうる例も示されていない。

特開平９−８６９６７号 公報 特開２００４−２２２２４号 公報 特開２００５−１６６３５０号 公報 特許第４１５６０２１号 公報明細書

課題を解決するための手段

そこで本発明者は、前記提案された多数の金属細線が一方向に配列された電極基板を、抵抗膜式タッチパネルの基板に適用することについて研究を進めた。その結果、多数の金属の微細線が配列された基板を、互いに微細腺が配列された面が向い合うようにスペーサーを介して重ね合わせ、且つそれぞれの微細線の端末を、或る一定間隔で束ねて一本の回線として利用することにより、マトリックス抵抗膜式タッチパネルの電極基板として適用できることが判明した。
本発明は、かかる知見に基づいて到達されたものであって、本発明によれば、（１）〜（８）の下記マトリックス抵抗膜式タッチパネル構造体が提供される。

（１）透明基板の片面の表面に、導電性金属の微細線の多数が並行して一方向に配列して形成され且つその微細線はそれぞれ露出した表面が、その金属よりも導電性の低い金属酸化物の膜により被覆された透明複合基板であって、この透明複合基板の２枚を、金属の微細線が配列された面が互いに向い合い且つ金属の微細線の配列方向が直交するようにスペーサーを介して重ね合せ、一方の透明複合基板を上部基板層とし他方の透明複合基板を下部基板層として構成したことを特徴とする抵抗膜式タッチパネル構造体。
（２）前記導電性金属の微細線は、厚みが０．０１μｍ〜５μｍ幅が１μｍ〜５０μｍであって、隣接する細腺のピッチ間隔は０．３ｍｍ〜１０ｍｍである前記（１）記載のタッチパネル構造体。
（３）前記導電性金属の微細線は、銅または銅合金により形成されている前記（１）記載のタッチパネル構造体。
（４）前記導電性金属酸化物の膜は、厚さが１００Å〜１０００Åであり、且つ隣接した金属の微細線に被覆された金属酸化物の膜は互いに電気的に絶縁で接触していない前記（１）記載のタッチパネル構造体。
（５）前記金属酸化物の膜は、ＩＴＯ膜またはＳｎＯ膜である前記（１）記載のタッチパネル構造体。
（６）前記透明複合基板は光線透過率（波長５５０ｎｍ）が７５％以上である前記（１）記載のタッチパネル構造体。
（７）前記上部基板層における透明基板は、ポリエチレンテレフタレートフィルムであって、厚さが５０μｍ〜２５０μｍである前記（１）記載のタッチパネル構造体。
（８）前記下部基板層における透明基板は、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリカーボネートシート、アクリル樹脂シートまたはガラスシートであって、厚さが０．１ｍｍ〜５ｍｍである前記（１）記載のタッチパネル構造体。

発明の効果

本発明によれば、透明基板上に金属の微細線の多数が並行して一方向に配列された透明複合基板を、上部基板層および下部基板層として構成した抵抗膜式タッチパネル構造体が提供される。前記透明複合基板は、細腺方向の電気抵抗が極めて低く、透明性に優れ且つ屈曲性にも優れているので、検知感度に優れた実用性の高い抵抗膜式タッチパネル構造体が提供される。

本発明における、抵抗膜式タッチパネル構造体の表面からの直角断面の構造を示す模式図である。 本発明の抵抗膜式タッチパネル構造体の上部基板層の表面（図１の矢印方向）から見た平面図を示す。 本発明の抵抗膜式タッチパネル構造体の上部基板層の直角断面（図２のＸ−Ｘ´断面）の部分拡大図を示す。

以下、本発明の抵抗膜式タッチパネル構造体について更に詳細に説明する。先ず、本発明の抵抗膜式タッチパネル構造体を図面により説明する。図１は本発明の抵抗膜式タッチパネル構造体の表面からの直角断面の構造を示す模式図である。本発明の抵抗膜式タッチパネル構造体は、通常のタッチパネル構造体と同様に上部基板層および下部基板層より構成され、それぞれの基板層は、導電性の層が互いに向い合うようにスペーサーを介して配置されている。図１ではスペーサーは図面上省略されている。
図１の上部基板層の基板１の下面および下部基板層の基板２の上面には、それぞれ導電性金属の微細線の多数が並行して一方向に配列して形成され、各々の微細線は露出した表面がその金属よりも導電性の低い金属酸化物の膜により被覆されている。

図２は、上部基板層の表面（図１の矢印の方向）から見た平面図を示す。上部基板１の表面には、導電性金属の微細線３があって、その露出した表面が金属酸化物により被覆された微細線３が多数配列されている。この被覆された微細線３は図２に示すように、その多数が並行して一方向に配列されている。
被覆された微細線３の形態を図３に示す。図３は図２の上部基板層のＸ−Ｘ´の方向における直角断面の部分拡大図を示す。図３において、上部基板１の表面に、導電性金属の微細線４が多数形成されている。図３では２本の隣り合う微細線４の断面が示されている。上部基板１の表面に形成された微細線４の露出した表面は、金属酸化物の膜５により被覆されている。
すなわち、本発明の上部基板層は、その基板１の表面に、金属酸化物の膜５に被覆された金属の微細線４の多数が、図２に示すように並行して一方向に配列して形成されたものである。以下、“金属酸化物の膜５により被覆された金属の微細線”を単に“被覆された微細線”と略称することがある。

本発明の上部基板層は、図２に示すように被覆された微細線の多数が一方向に並行して配列されていて、一本一本の左右方向の導電性は極めて優れている（つまり導電抵抗性は小さい）。一方金属の微細線は、それぞれ一定の間隔を置いて並行して配列されているため、図２の上下方向の導電性は事実上ない。
次に被覆された微細線３について、さらに具体的に説明する。先ず、導電性金属の微細線４を形成する材料としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、ＡｇおよびＣｒからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属またはその金属を含む合金であることが好ましく、殊に導電性に優れ且つ屈曲性に優れたものが特に好ましい。これらのうち、Ｃｕは価格、導電性、延性並びに屈曲性の点において最も好ましい。

導電性の金属の微細線４の形態を図３により説明すると、その巾（Ｗ１）は、１μｍ〜５０μｍ、好ましくは３μｍ〜３０μｍ、より好ましくは５μｍ〜２０μｍであり、その厚み（Ｔ１）は０．０１μｍ〜５μｍ、好ましくは０．１μｍ〜２μｍであるのが適当である。また図３に示すように被覆された微細線３は互いに接触しないことが肝要である。一方前記微細線４の表面を被覆する金属酸化物の膜５は、透明性に優れ且つ微細線の導電性よりも低い導電性を有する金属酸化物より形成されることが望ましく、具体的には、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、ＰｂおよびＣｒよりなる群から選ばれた少なくとも一種の金属の酸化物であるのが好ましい。この被覆のための金属酸化物としては、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎの酸化物）、ＳｎＯ、ＲｕＯ、ＲｅＯまたはＺｎＯが好ましいがＩＴＯが最も好ましい。ＩＴＯはＩｎとＳｎが重量で９５：５〜８０：２０の割合で含有する酸化物であるのが好適である。

金属酸化物の膜５は、図３により説明すると、厚み（Ｔ２）が１００Å〜１０００Å、好ましくは３００Å〜５００Åであるのが有利である。また金属酸化物の巾（Ｗ２）は、微細線４の巾（Ｗ１）により変化するが、通常０．３ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜４ｍｍであるのが望ましい。また微細線４のピッチ間隔（図３において２つの隣り合う微細線の中心と中心との間隔Ｐ）は、微細線４の巾（Ｗ１）にも左右されるが、０．３ｍｍ〜１０ｍｍであるのが好ましく、隣接する金属の酸化物の膜５と膜５との間隔（Ｗ３）は、離れていること、殊にその間隔（Ｗ３）は１０μｍ〜１００μｍ、好ましくは２０μｍ〜５０μｍであることが望ましい。隣接する金属酸化物間は電気的に絶縁されていることが必要である。
以上は、上部基板層について説明したが、下部基板層においてもその表面に形成される被覆された微細線の材質、形状および配列の形態は同じであるので、下部基板層に関する説明は省略する。

本発明のタッチパネル構造体は、上部基板１および下部基板２の表面に、前述した被覆された微細線３の多数が配列されたものが、それぞれ上部基板層および下部基板層として装置されたものである。
上部基板１としては、屈曲性に優れた透明性のフィルムが使用され、かかるフィルムとしては、ポリエステルフィルム殊にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが優れている。上部基板１の透明フィルムは５０μｍ〜２５０μｍ、好ましくは１００μｍ〜２２０μｍの厚みを有するものが有利である。一方下部基板２としては、透明性に優れ且つ剛性に優れたものであればよく、透明高分子シートまたはガラス板が使用される。具体的は、高分子シートとしては、ポリエステルシート、ポリカーボネート（ＰＣ）シート、ポリシクロオレフィンシートまたはアクリル樹脂シートが挙げられるが、特に好ましいのはビスフェノールＡを主たるモノマーとするポリカーボネートシートである。高分子シートの場合厚みは０．２ｍｍ〜２．５ｍｍ、好ましくは０．４ｍｍ〜２ｍｍが有利である。下部基板２がガラス板の場合、厚みは０．１ｍｍ〜２ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍが望ましい。さらに下部基板層としては、前述した高分子フィルムを基板とする上部基板層を、そのまま高分子シートやガラス板に貼り合せたものであってもよい。

本発明のタッチパネル構造体は、使用される上部基板層および下部基板層は、いずれも全体として透明性に優れたものであり、光線透過率（波長５５０ｎｍ）が７５％以上、好適には８０％以上である。その上微細線の配列方向に対して、一本の微細線間の導電性が優れている点に特性を有している。
本発明のタッチパネル構造体は、前記上部基板層および下部基板層を、被覆された微細線が配列されている面が互いに向い合い且つ被覆された微細線の配列方向が直交するようにスペーサーを介して配置されたマトリックスタイプのタッチパネルである。
上部基板層と下部基板層とをスペーサーを介して貼り合せる態様は、通常のタッチパネル構造体の実装と特に変るものではない。ただ本発明に使用される上部基板層（および下部基板層）は微細線が細かく配列したピッチ間隔が０．３ｍｍ〜１０ｍｍであるので、一本一本を末端で電気的に接線して感知してもよいが、必ずしもその必要はない。すなわち、通常の抵抗膜式タッチパネル構造体において、指またはペンを用いて押圧される表面は、或る程度の面積（領域）を有しており、その面積の位置を感知すればよいので、その押圧の巾（間隔）を感知できるように、例えば微細線の２〜２０本を束として（大略６ｍｍ〜１０ｍｍの巾の束として）電気的に感知できるようにすればよい。そのため微細線の末端を束として電気的にまとめて接続して感知すればよい。

そうすることによって例えば上部基板層の端部において微細線を５〜２０個の束として、下部基板層の端部においても微細線を５〜２０個の束として電気的に取り出して押圧位置を感知すればよい。
本発明のタッチパネル構造体は、通常の抵抗膜式タッチパネルに使用される処理装置（コントローラー）に接続して利用することも可能であるが、多点接触（マルチタッチ）の感知ができる処理装置（コントローラー）に接続して利用することが好ましい。この多点接触の感知処理ができるコントローラーとして、例えば特表２００７−５２７０６１号公報に記載されたコントローラーを挙げることができる。

以下実施例を掲げて本発明を具体的に説明する。
実施例１
（１）透明複合基板の調製
２軸延伸したポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ１８８μｍ）の片面に、金属銅の微細線の多数が一方向に並列して配列されかつその微細線はそれぞれ露出した表面がＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜により被覆された透明複合基板を作成した。この透明複合基板における銅の微細線およびＩＴＯ膜による被覆の態様を図２および図３により説明する。多数の銅微細線およびその露出表面がＩＴＯ膜に被覆された平面での状態が図２に示されている。この図２のＸ−Ｘ´線の直角断面の部分拡大図が図３に示されている。
図３において銅の微細線（４）は各々厚み（Ｔ１）が１０μｍであり、幅（Ｗ１）が１５μｍであった。また被覆されたＩＴＯ膜（５）は、厚さ（Ｔ２）が５００Åであった。さらに銅の微細線に被覆されたＩＴＯ膜の幅（Ｗ２）は約３００μｍであり、隣接する銅の微細線のピッチ間隔（Ｐ）は３２０μｍであり、被覆されたＩＴＯ膜は、各々約２０μｍの間隔（Ｗ３）で離れて形成されていた。この透明複合基板は、光線透過率（波長５００ｎｍ）が８０％であり電気抵抗値は２３０Ω／□であり線間の電気伝導度は８０Ω／２５０ｍｍであった。
（２）上部基板層および下部基板層の調製

前記透明複合基板を２枚準備し、一方を上部基板層として使用し、他方を下部基板層として使用した。すなわち、一方の透明複合基板（Ａ）の微細線の両末端において、１０本が一つの束となるように銅線を用いて電気的に接続してほぼ０．３ｃｍの巾でタッチ位置が感知できるように配線した。この基板を上部基板層とした。
また他の透明基板層（Ｂ）も同様に微細線の両末端において１０本が一つの束となるように銅線を電気的に接続してほぼ０．３ｃｍの巾でタッチ位置が感知できるように配線した。この透明複合基板（Ｂ）の微細線が形成されていない表面に光学的透明接着剤を介してポリカーボネートシート（厚さ２ｍｍ）を貼り合せた。これを下部基板層とした。
（３）タッチパネル構造体の作成

上記した上部基板層および下部基板層を、それぞれの銅の微細線の配列した面が対向するように、かつ微細線の配列方向が直交するようにドットスペーサーを介して重ね合せてタッチパネル構造体を作成した。上部基板層および下部基板層の端部から約０．３ｃｍ間隔で横方向（Ｘ軸）および縦方向（Ｙ軸）に電気的に感知して押圧位置を認知する処理装置に接続した。得られたタッチパネル構造体は、押圧テストの結果、約０．１ｃｍ^２の領域の位置を正確に感知できるものであった。

１ 上部基板
２ 下部基板
３ 金属酸化物の膜より被覆された微細線
４ 微細線
５ 金属酸化物の膜
Ｗ１ 微細線の巾
Ｗ２ 金属酸化物の膜の巾
Ｗ３ 隣接する金属酸化物の膜の間隔
Ｔ１ 微細線の厚み
Ｔ２ 金属酸化物の膜の厚み
Ｐ ピッチ間隔

Claims (8)

1. 透明基板の片面の表面に、導電性金属の微細線の多数が並行して一方向に配列して形成され且つその微細線はそれぞれ露出した表面が、その金属よりも導電性の低い金属酸化物の膜により被覆された透明複合基板であって、この透明複合基板の２枚を、金属の微細線が配列された面が互いに向い合い且つ金属の微細線の配列方向が直交するようにスペーサーを介して重ね合せ、一方の透明複合基板を上部基板層とし他方の透明複合基板を下部基板層として構成したことを特徴とするマトリックス抵抗膜式タッチパネル構造体。
2. 前記導電性金属の微細線は、厚みが０．０１μｍ〜５μｍ幅が１μｍ〜５０μｍであって、隣接する細腺のピッチ間隔は０．３ｍｍ〜１０ｍｍである請求項１記載のタッチパネル構造体。
3. 前記導電性金属の微細線は、銅または銅合金により形成されている請求項１記載のタッチパネル構造体。
4. 前記導電性金属酸化物の膜は、厚さが１００Å〜１０００Åであり、且つ隣接した金属の微細線に被覆された金属酸化物の膜は互いに電気的に絶縁で接触していない請求項１記載のタッチパネル構造体。
5. 前記金属酸化物の膜は、ＩＴＯ膜またはＳｎＯ膜である請求項１記載のタッチパネル構造体。
6. 前記透明複合基板は全光線透過率（波長５５０ｎｍ）が７５％以上である請求項１記載のタッチパネル構造体。
7. 前記上部基板層における透明基板は、ポリエチレンテレフタレートフィルムであって、厚さが５０μｍ〜２５０μｍである請求項１記載のタッチパネル構造体。
8. 前記下部基板層における透明基板は、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリカーボネートシート、アクリル樹脂シートまたはガラスシートであって、厚さが０．１ｍｍ〜５ｍｍである請求項１記載のタッチパネル構造体。

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