JP2012118815A - タッチパネルセンサー - Google Patents

Abstract

【課題】光沢度が高く、色彩の表現力に優れたタッチパネルセンサーを提供する。
【解決手段】本発明のタッチパネルセンサーは、透明導電膜、および透明導電膜と接続する配線を有するタッチパネルセンサーにおいて、配線は、希土類元素を０．０５〜５原子％含有し、且つ、光沢度は８００％以上であるＡｌ合金膜から構成されている。
【選択図】なし

Description

本発明は、透明導電膜およびこれと接続する配線を有するタッチパネルセンサーに関するものである。

画像表示装置の前面に配置された、画像表示装置と一体型の入力スイッチとして用いられるタッチパネルセンサーは、その使い勝手のよさから、銀行のＡＴＭや券売機、カーナビ、ＰＤＡ、コピー機の操作画面など幅広く使用されている。その入力ポイントの検出方式には、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式、超音波表面弾性波方式、圧電式等が挙げられる。これらのうち、抵抗膜方式や静電容量方式が、コストがかからず構造が単純である等の理由から最も広く用いられている。

抵抗膜方式のタッチパネルセンサーは、大別して、上部電極、下部電極、およびテール部分から構成されており、上部電極を構成する基板（例えばフィルム基板）上に設けられた透明導電膜と、下部電極を構成する基板（例えばガラス基板）上に設けられた透明導電膜が、スペーサを隔てて相対した構成となっている。この様な構成のタッチパネルセンサーにおける上記フィルム面を、指やペン等でタッチすると、上記両透明導電膜が接触し、透明導電膜の両端の電極を介して電流が流れ、上記それぞれの透明導電膜の抵抗による分圧比を測定することで、タッチされた位置が検出される。

上記タッチパネルセンサーを製造するプロセスにおいて、透明導電膜と制御回路を接続するための引き回し配線や透明導電膜間を接続する金属配線などの配線は、一般に、銀ペーストなどの導電性ペーストや導電性インクを、インクジェットやその他の印刷方法で印刷することにより形成される。しかし、純銀または銀合金からなる配線は、ガラスや樹脂等との密着性が悪く、また、基板上で凝集することにより光沢度が低下し、表示部分の色彩が低下するという問題がある。よって、配線には高い光沢度が要求されるが、純銀または銀合金からなる導電性ペーストを用いて形成された配線は、上記光沢度が十分であるとは言い難い。

一方、電気抵抗率の十分に低い純Ａｌを配線の材料に適用することも考えられる。しかし、配線の材料に純Ａｌを使用すると、タッチパネルセンサーにおける透明導電膜と純Ａｌ膜の間に絶縁性の酸化アルミニウムが形成され、電気伝導性を確保することができない、といった問題が発生する。そこで、Ａｌの酸化を防止して電気伝導性を確保するためにＭｏ、Ｔｉなどの高融点金属からなるバリアメタル層を透明導電膜と純Ａｌ膜との間に介在させて下地層として用いたり、純Ａｌの代わりに耐熱性などに優れたＮｄを含むＡｌ−Ｎｄ合金を用いる方法が提案されている。また、本願出願人は、透明導電膜と直接接続させても低い電気抵抗を示すと共に、経時的な電気抵抗の増加や断線も生じ難いＡｌ膜として、Ｎｉおよび／またはＣｏを所定量含むＡｌ−Ｎｉ／Ｃｏ合金膜（単層の配線材料）を特許文献１に開示している。

特開２００９−２４５４２２号公報

本発明の目的は、光沢度が高く、色彩の表現力に優れたタッチパネルセンサーを提供することにある。

上記課題を解決し得た本発明のタッチパネルセンサーは、透明導電膜、および前記透明導電膜と接続する配線を有するタッチパネルセンサーにおいて、前記配線は、希土類元素を０．０５〜５原子％含有し、且つ、光沢度は８００％以上であるＡｌ合金膜から構成されているところに要旨を有するものである。

本発明の好ましい実施形態において、前記配線は、基板側から順に、高融点金属膜と、前記Ａｌ合金膜と、高融点金属膜とから構成されているものである。

本発明の好ましい実施形態において、前記希土類元素は、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅ、ＰｒおよびＤｙよりなる群から選択される１種以上の元素である。

本発明の好ましい実施形態において、前記透明導電膜は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）からなるものである。

本発明によれば、タッチパネルセンサー用配線として、光沢度に優れたＡｌ合金膜を使用しているため、色彩の表現力に優れたタッチパネルセンサーを提供することができた。

本発明の特徴部分は、タッチパネルセンサー用配線として汎用されている、希土類元素を含むＡｌ合金膜（以下、Ａｌ−希土類元素合金膜、または単にＡｌ合金膜と略記する場合がある。）を単独で有するか、または、上記Ａｌ合金膜の上および下にＭｏなどの高融点金属膜が積層されたタッチパネルセンサーの光沢度を高めるため、希土類元素の含有量の上限を５原子％とし、且つ、光沢度が８００％以上のＡｌ合金膜を用いたところにある。

すなわち本発明者らの検討結果によれば、（ア）配線膜の光沢度はタッチパネルセンサーの色彩に大きな影響を及ぼしており、配線材料を構成する上記Ａｌ合金膜の結晶粒の粒径（詳細には、Ｆｅｒｅｔ径と呼ばれる定方向接線径の最大値）が大きい場合や、当該粒径の密度が小さい場合には、Ａｌ合金膜の光沢度が低下し、結果的にタッチパネルセンサーの色彩の表現力に劣ること、（イ）詳細にはＡｌ合金膜の光沢度は、成膜直後の上記粒径のサイズや密度によってほぼ決定され、成膜後に熱処理（アニール）を行なっても、光沢度の変化は殆ど見られないこと、（ウ）高い光沢度を実現するためには、成膜条件（好ましくはスパッタリング時の温度およびＡｒガス圧）を適切に制御することが有効であること、が判明した。更にＡｌ合金膜中の希土類元素の含有量もＡｌ合金膜の光沢度と密接な関係を有しており、（エ）希土類元素の含有量が増加するにつれて光沢度は上昇する傾向にあるが、多量に添加すると、エッチング残渣の問題からタッチパネルセンサーの色彩が損なわれることから、その上限を５原子％に制御することが有効であること、（オ）このように光沢度および希土類元素の含有量が適切に制御されたＡｌ合金膜は、タッチパネルセンサー用配線の素材として、単独で用いることもできるし、その上限にＭｏなどの高融点金属膜が積層された積層材料として用いることもできることを見出し、本発明を完成した。

このように本発明に用いられるＡｌ−希土類合金膜の光沢度は８００％以上とする。これにより、タッチパネルセンサーの光沢度も高められる。光沢度は高い程良く、好ましくは８０５％以上である。なお、Ａｌ合金膜の光沢度の上限は特に規定されないが、所望の光沢度を確保するための条件（Ａｌ合金膜に含まれる希土類元素の含有量やＡｌ合金膜の製造条件など、詳細は後述する。）を考慮すると、おおむね、８４０％程度である。Ａｌ合金膜の光沢度は、後記する実施例に記載の方法で測定した値である。

本発明に用いられるＡｌ合金膜は、希土類元素を０．０５〜５原子％含有し、残部：Ａｌおよび不可避的不純物である。本発明では、使用するＡｌ合金膜の組成に特徴はなく、希土類元素を含むＡｌ合金膜が耐熱性を有しており、配線材料として用いられることは知られているが、光沢度に優れたタッチパネルセンサーに好適な素材を提供するとの観点から光沢度および希土類元素の含有量が適切に制御されたＡｌ合金膜はこれまで開示されていない。希土類元素の含有量の下限は、耐熱性作用を有効に発揮させるために定められたものであり、一方、その上限は、本発明で規定する光沢度の下限を確保するために定められたものである。すなわち後記する実施例に示すように、Ａｌ合金膜の光沢度は希土類元素の含有量と密接に関係しており、同じ条件でＡｌ合金膜を作製した場合、希土類元素の含有量が多くなる程、Ａｌ合金膜の光沢度も増加する傾向にあるが、希土類元素の含有量が多くなり過ぎるとエッチング残渣の新たな問題が生じて色彩が損なわれるため、その上限を５原子％と定めた。また上記範囲内であれば、配線の電気抵抗も低く抑えることができる。

本発明に用いられる希土類元素としては、ランタノイド元素（周期表において、原子番号５７のＬａから原子番号７１のＬｕまでの合計１５元素）に、Ｓｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）とを加えた元素群が挙げられる。本発明ではこれらの元素を、単独または２種以上を併用して用いることができ、上記希土類元素の含有量とは、単独で含むときは単独の量であり、２種以上を含むときはその合計量である。好ましい希土類元素は、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅ、ＰｒおよびＤｙよりなる群から選択される１種以上の元素である。

本発明では、配線材料として、上記のＡｌ合金膜を単独で用いても良いし、或いは上記Ａｌ合金膜の上下に高融点金属膜が積層されたものを用いても良い。上述したように高融点金属膜は、Ａｌの酸化を防止するためにＡｌ合金膜の下地層などとして汎用されており、本発明でも、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、またはこれらの合金を用いることができる。Ａｌ合金膜の上下に配置される高融点金属膜の組成は、上および下の夫々において同一であっても良いし、異なっていても良い。

上記Ａｌ合金膜を単独で用いるときの好ましい厚さは、おおむね１５０〜６００ｎｍである。また、上記Ａｌ合金膜を高融点金属膜との積層構造として用いるときの、好ましい合計厚さ（高融点金属膜＋Ａｌ合金膜＋高融点金属膜）は、おおむね２１０〜８００ｎｍであり、そのときのＡｌ合金膜の好ましい厚さは、おおむね１５０〜６００ｎｍ、高融点金属膜の好ましい厚さは、おおむね３０〜１００ｎｍである。

本発明において、光沢度が適切に制御されたＡｌ合金膜を得るためには、所定の希土類元素を含有するＡｌ合金膜を用いることに加え、スパッタリング時の条件を適切に制御することが好ましい。すなわち本発明では、細線化や膜内の合金成分の均一化を図り、添加元素量を容易にコントロールできるなどの観点から、Ａｌ合金膜をスパッタリング法で形成することが推奨されるが、スパッタリング時の成膜温度をおおむね、２５０℃以下、Ａｒガス圧をおおむね、１５ｍＴｏｒｒ以下に制御することが好ましい。またスパッタリング時の基板温度をおおむね、２５０℃以下に制御することが好ましい。基板温度や成膜温度が高いほどスパッタ粒子が基板表面で動き易くなり、粗大な結晶粒径を形成する原因となり、結果的に光沢度が低下するからである。また、Ａｒガス圧が高くなると、スパッタ粒子とＡｒガス圧の衝突頻度が高くなるため、スパッタ粒子が基板に到達した際のエネルギーが低くなって結晶粒の密度が低下し、結果的に、光沢度が低下するからである。

上述した好ましいスパッタリング条件で成膜した（直後の）Ａｌ合金膜の光沢度は、８００％以上と高く、このような高い光沢度は、その後の熱処理（アニール）の条件にかかわらず、そのまま維持される。この点、熱処理後のＡｌ合金膜の状態（結晶粒のサイズや密度など）の影響を強く受ける反射率とは大きく相違する。タッチパネルの製造プロセスでは、一般に室温〜約２５０℃程度の熱履歴に曝されることが多いが、アニール温度が上記範囲を超えて、例えば３００℃で熱処理を行なったとしても、熱処理後のＡｌ合金膜の光沢度は８００％以上の高いレベルを持続している（後記する実施例を参照）。ただし、樹脂の耐熱性を考慮すると、好ましい熱処理温度は約１５０〜２３０℃である。

本発明では、透明導電膜と接続する配線に用いられるＡｌ合金膜の光沢度を規定したところに最大の特徴があり、それ以外の構成は特に限定されず、タッチパネルセンサーの分野で通常用いられる公知の構成を採用することができる。

例えば、抵抗膜方式のタッチパネルセンサーは、次の様にして製造することができる。即ち、基板上に透明導電膜を形成してから、レジスト塗布、露光、現像、エッチングを順次行った後、Ａｌ合金膜（単独構造の場合）、または高融点金属膜、Ａｌ合金膜、高融点金属膜（積層構造の場合）を順次形成して、レジスト塗布、露光、現像、エッチングを実施して配線を形成し、次いで、該配線を被覆する絶縁膜等を形成して、上部電極とすることができる。また、基板上に透明導電膜を形成してから、上部電極と同様にフォトリソグラフィを行い、次いで、上部電極の場合と同様に、Ａｌ合金膜（単独構造の場合）、または高融点金属膜、Ａｌ合金膜、高融点金属膜（積層構造の場合）からなる配線を形成してから、該配線を被覆する絶縁膜を形成し、マイクロ・ドット・スペーサ等を形成して下部電極とすることができる。そして、上記の上部電極、下部電極、および別途形成したテール部分を張り合わせて、タッチパネルセンサーを製造することができる。

上記透明導電膜は特に限定されず、代表例として、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）からなるものを使用することができる。また、上記基板（透明基板）は、一般的に使用されているものとして、例えばガラス、ポリカーボネート系、またはポリアミド系のものを使用することができ、例えば、固定電極である下部電極の基板にガラスを用い、可撓性の必要な上部電極の基板にポリカーボネート系等のフィルムを用いることができる。

また、本発明のタッチパネルセンサーは、上記抵抗膜方式以外に、静電容量方式や超音波表面弾性波方式等のタッチパネルセンサーとしても用いることができる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実施例１
無アルカリガラス板（板厚０．７ｍｍ、直径４インチ）を基板とし、その表面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法で、下記表１に示すように希土類元素の種類および含有量（単位は原子％であり、残部：Ａｌおよび不可避的不純物）が異なるＡｌ合金膜（膜厚はいずれも約５００ｎｍ）を形成した。成膜は、成膜前にチャンバー内の雰囲気を一旦、到達真空度：３×１０^-6Ｔｏｒｒにしてから、各Ａｌ合金膜と同一の成分組成の直径４インチの円盤型ターゲットを用い、表１に示すように成膜温度およびＡｒガス圧を種々変化させて行なった。これら以外のスパッタリング条件は以下のとおりである。次に、成膜後のＡｌ合金について、窒素雰囲気中、表１に記載の種々のアニール温度にて３０分間熱処理を行なった。表１中、「−」とは加熱なし（すなわち室温）を意味する。尚、形成されたＡｌ合金膜の組成は、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）質量分析法で確認した。
（スパッタリング条件）
・Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ
・スパッタパワー：２６０Ｗ
・基板温度：室温

上記の様にして得られたＡｌ合金膜を用いて、ＪＩＳ Ｋ７１０５−１９８に基づき、６０°鏡面光沢度を測定した。光沢度は、屈折率１．５６７のガラス表面の光沢度を１００としたときの値（％）で表記した。

更に上記の様に成膜して得られたアルミニウム合金膜を用いて、エッチング残渣を評価した。詳細には、４０℃に加温して混酸エッチング液（リン酸：硝酸：酢酸：水＝７０：２：１０：１８）にＡｌ合金膜を浸漬し、エッチング完了時間＋５０％の時間に相当する時間（オーバーエッチング時間）エッチングを行なった。エッチング後のガラス表面を光学顕微鏡（倍率１０００倍）およびＳＥＭ（倍率３万倍）で観察し、いずれで観察してもエッチング残渣が見られなかったものを○、ＳＥＭ観察でのみエッチング残渣が見られたものを△、ＳＥＭ観察だけでなく光学顕微鏡による観察でもエッチング残渣が見られたものを×とした。本実施例では、○または△をエッチング性良好と判断する。

Ａｌ合金膜の代わりに純Ａｌ膜を形成した試料についても、上記と同様にして光沢度およびエッチング残渣を測定した。

これらの結果を表１に併記する。表１には、熱処理（アニール）後の光沢度の結果を記載しているが、この値は、成膜直後（アニール前）の光沢度と殆ど変わらないことを確認している。

表１中、Ｎｏ．４〜１８は、いずれも希土類元素としてＮｄを含むＡｌ合金膜の例である。スパッタリング条件およびアニール温度がすべて同じ場合、Ｎｄ量の増加に伴って光沢度は増加する傾向にあることが分かる［例えばアニール温度が室温（−）の場合、Ｎｏ．４、５、６、７、１７、１８を参照］。また、Ｎｄ量が多くなるとエッチング残渣が観察されるようになるが、本発明で規定する上限（５原子％）の範囲内では、合格圏内であった。また光沢度は、スパッタリング条件とも深く関係しており、成膜温度またはＡｒガス圧力が本発明の好ましい範囲を超える条件で作製したＮｏ．１１またはＮｏ．１４の光沢度は、所望の光沢度（８００％以上）が得られなかった。更にＮｏ．７、１５、１６は、いずれもＮｄを０．６原子％含むＡｌ合金膜を同じ条件でスパッタリングし、熱処理温度のみを変えた例［Ｎｏ．７のアニール温度＝室温、Ｎｏ．１５のアニール温度＝１５０℃、Ｎｏ．１６のアニール温度＝３００℃］であるが、熱処理温度にかかわらず、光沢度は略同程度（約８２０％）であり、光沢度は、熱処理による影響を殆ど受けないことが分かった。

上記の実験結果より、所定の光沢度を確保するためには、Ｎｄ量の上限を５原子％とし、スパッタリング条件について、成膜温度を２５０℃以下、Ａｒガス圧力を１５ｍＴｏｒｒ以下に制御することが有効であることが確認された。

表１中、Ｎｏ．１９〜２４は、Ｎｄ以外の希土類元素を含むＡｌ合金膜を用いた例である。これらはいずれも、本発明で規定する希土類元素の含有量を含み、且つ、スパッタリング条件を本発明の好ましい範囲に制御して作製したため、光沢度が本発明の範囲内に制御されていた。また、Ｎｄ以外の上記希土類元素を用いた場合にも、上述したＮｄと同様の実験結果が見られることを実験により確認している（表１には示さず）。

これらの結果より、本発明のＡｌ−希土類元素合金膜を用いれば、光沢度の高いタッチパネルセンサーを提供できることが大いに期待される。

これに対し、Ｎｏ．１〜３は、希土類元素を含まない純Ａｌの例であり、スパッタリング条件を本発明の好ましい範囲に制御したにもかかわらず、本発明で規定する光沢度の範囲に制御することはできなかった。

Claims (4)

1. 透明導電膜、および前記透明導電膜と接続する配線を有するタッチパネルセンサーにおいて、
   前記配線は、希土類元素を０．０５〜５原子％含有し、且つ、光沢度は８００％以上であるＡｌ合金膜から構成されていることを特徴とするタッチパネルセンサー。
2. 前記配線は、基板側から順に、高融点金属膜と、前記Ａｌ合金膜と、高融点金属膜とから構成されているものである請求項１に記載のタッチパネルセンサー。
3. 前記希土類元素は、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅ、ＰｒおよびＤｙよりなる群から選択される１種以上の元素である請求項１または２に記載のタッチパネルセンサー。
4. 前記透明導電膜は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）からなる請求項１〜３のいずれかに記載のタッチパネルセンサー。