JP2013250633A - フィルム状静電容量型タッチパネル及びその製造方法並びに画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属配線をセンサーとする投影型静電容量型タッチパネルをマトリックス駆動型のディスプレイに搭載して使用する場合に、金属配線抵抗の径時変化を抑制するタッチパネルの構造を提供する。
【解決手段】フィルムの表裏に、ストライプ状の金属配線と、粘着性の有機層と、易剥離性フィルムと、をこの順に備え、表裏のストライプ状の金属配線は互いに直交するように敷設されていることを特徴とするフィルム状静電容量型タッチパネルである。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属配線をセンサーとする投影型の静電容量型タッチパネルに係り、特には金属配線が酸化して抵抗が増加する傾向を抑制する技術に関する。

近年、携帯電話機や、携帯情報端末、カーナビゲーションシステムを始め、様々な電子機器の操作部にタッチパネル型入力装置（以下、単にタッチパネルと記す。）が採用されている。タッチパネルは、液晶表示装置、有機ＥＬ装置等の表示用パネルの表示面上に、指先やペン先の接触位置を検出する入力装置として貼り合わせて使用されるものである。タッチパネルには、その構造及び検出方式の違いにより、抵抗膜型や静電容量型等の様々なタイプがある。

静電容量型タッチパネルには表面型と投影型の２つがある。両方式とも指先と導電膜との間での静電容量の変化を捉えて位置を検出する。指がセンサー表面に近づくだけで静電結合が起きるため、接触前でのカーソル表示のようなことが可能となる。押さえつけるものは指や指と同等の静電的な導電性のものである必要があるが、静電容量の変化に応じて流れる交流電流は、接触する媒体のインピーダンスにはよらない。

特に、投影型の静電容量方式は指先の多点検出が可能である。一般に投影型は、電極層と制御ＩＣを搭載する支持基板を保護用の絶縁性樹脂で被覆した構成である。電極層は、詳細は省略するがガラスやプラスチックなどの支持基板上に、透明電極材料（ＩＴＯ）を用いてＸ方向電極，Ｙ方向電極の縦横１組からなる多数のモザイク状電極が形成されている。Ｘ方向電極とＹ方向電極は全て絶縁を保って敷設されている（特許文献１、２）。

また図１に示すように、単に縦方向に伸びるストライプ状の金属配線２と横方向に伸びる金属配線３を絶縁を保って基板上に敷設しても構わない（特許文献３，４）。金属配線の方がＩＴＯよりも抵抗が低い分感度が高く有利であるが、金属は遮光性且つ反射性なので、ＩＴＯと異なり、配線の密度と開口率が問題となる。ＩＴＯ配列でも金属配列でも、指が触れたり近づくとその付近の電極の静電容量の変化を縦横１組の電極列から知ることで、分解能を別にすれば接触位置をかなり精密に特定できる。

縦と横に走る多数の電極列によって多点検出が可能となるが、端子数が多くまたＩＴＯによる配線では抵抗が高くなりすぎるため、そのままでは大画面化に向かない。そこで大型タッチパネルでは、位置検出を行うＩＣが搭載されたＦＰＣとセンサー基板とを接続するために、線幅が太い取り出し用配線を基板周囲に設けるが、これらの配線については金属配線（モリブデン／アルミニウム／モリブデンの３層構造、又は銀ペースト等）とする必要があるなどコストが高くなる傾向がある。

したがって、対角が１５インチ以上の大型ディスプレイ用のタッチパネルとしては、最初から金属配線型にした方が低抵抗で、それもフィルム上に金属配線を敷設するのが抵コストで製造できて実用性が高いと言える。ところが、センサー用電極として銅細線のような遮光性の金属配線を単にフィルム上に形成しただけでは、経時変化により金属配線２，３の抵抗値が増大するという問題がある。単に、金属配線２，３を別のフィルムで被覆するだけだと隙間が生じて視認性が低下するという問題がある。配線抵抗が増大すると位置センサーとしての感度が低下し、動作が不安定になるという問題がある。

特開２０１２−０１４６２号公報 特開２０１２−００４０４２号公報 特開２０１１−２５３２６３号公報 特開２０１１−２４８７２２号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、金属配線をセンサーとする静電容量型タッチパネルをマトリックス駆動型のディスプレイに搭載して使用する場合の、金属配線抵抗の径時変化を抑制する手段を備えたタッチパネルの提供である。

上記課題を達成するための請求項１に係る発明は、フィルムの表裏に、ストライプ状の金属配線と、粘着性の有機層と、易剥離性フィルムと、をこの順に備え、表裏のストライプ状の金属配線は互いに直交するように敷設されていることを特徴とするフィルム状静電容量型タッチパネルとしたものである。

請求項２に係る発明は、表裏に金属層を有するフィルムにフォトリソ法を適用して表裏で直交するストライプ状の金属配線を形成する工程と、
粘着性有機層の表裏を易剥離性フィルムで被覆した保護フィルムの一方の易剥離性フィルムを剥離して粘着性有機層を露出する工程と、
粘着性有機層が金属配線を被覆するように保護フィルムを貼合する工程と、
オートクレーブにて粘着性有機層を脱泡する工程と、
を有することを特徴とするフィルム状静電容量型タッチパネルの製造方法としたものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の方法で製造したフィルム状静電容量型タッチパネルから易剥離性フィルムを剥離し、露出した粘着性有機層を接着層としてタッチパネルを表示面に接着したことを特徴とするタッチパネル付き画像表示装置としたものである。

請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、粘着性有機層が、ストライプ状に並ぶ金属配線に追随して配線間に埋め込まれると同時に配線表面も被覆される。金属に対する空気の接触が遮断される結果、水分や酸素による酸化が抑制される。この際、例えば粘着性有機層として酸フリーの有機材料を用いれば有機材料に起因する酸化も防止され、一層金属配線の酸化による抵抗増加が抑制される。また、易剥離性の保護フィルムで覆われているのでセンサー表面の汚染が防止されるという効果がある。

オートクレーブ中の高温加圧処理により有機樹脂の完全な埋め込みと脱泡が達成されるので、本タッチパネルを搭載した表示装置の視認性の向上が期待できる。

請求項３に記載の発明によれば、易剥離性のフィルムを剥離すれば粘着層が露出するので、この粘着層を利用してタッチパネルを画像表示装置のガラス表面に簡単に搭載可能となる。部材減少による工程数の低減と高い光線透過率及び原材料費の削減が期待される。

金属を使用するタッチパネルの配線配置（メッシュ構造）を説明する上面視の図である。 本発明になるタッチパネルの構造を説明する断面視の図である。 （ａ）〜（ｆ）本発明になるタッチパネルの製造工程を説明する断面視の工程図である。

以下、本発明になるタッチパネルの実施態様について図面を用いて説明する。

本発明に係るタッチパネルの金属配線パターンを上面視で図１に、その構造を断面視で図２に示した。フィルム基材５の表面と裏面に、同じピッチのストライプ状銅配線２、３を、表裏で直交するように配置したものである。上面視では開口部４が正方形のメッシュ構造をなすものである。実線が表面のストライプ状金属配線３を、二重線が裏面の金属配線２に相当する。絶縁性のフィルム基材５が金属配線２と金属配線３の間にあるので、上下の金属配線２，３は自然に絶縁されている。一方の面だけにストライプ状電極を備えたフィルムを２組準備して背中合わせに張り合わせても構わない。

金属配線は遮光性があるので、線幅ｄが太くなれば開口率が低くなって透過率が下がり、ストライプのピッチｐが長くなると位置センサーとしての分解能が低くなるので、線幅ｄとピッチｐは適切な値に設定される。金属材料としては、アルミニウムや銅が好適であるが抵抗とコストの面から銅が最も好ましい。

タッチパネルとは、金属配線のような導電体の両端に同じ位相で同じ電圧の交流を加えた場合に、導電体に指や手のような静電的且つ導電性の媒体を近接させると、接地されているとみなされる媒体と導電体間（これも接地されているので）に容量結合が生じて過剰な交流電流が導電体に流れる現象を利用した電子デバイスである。

したがって、導電体に指が直接触れる必要がなく誘電体を介して接触、近接しても構わない。手がセンサー部の導電体に触れると導電体が汚れるので、通常導電体は防汚性のある透明な樹脂類８で被覆されて使われるのが通常である。導電体（以下、電極とも記す。）は必ずしも同一平面上に存在する必要はなく、図２のように絶縁性樹脂５など間に挟んで配置されていても構わない。ただし、接触媒体（例えば、指）までの実質的な距離が変わってくるので感度が絶縁性樹脂５の上にあるか下にあるかで変わる可能性はある。

原理的には、電極材料を適当に置くだけで、どの電極材料のどの辺に近接したかが検出可能であるが、位置センサーとしての精度を保つために直線状電極をＸＹのマトリックス状に配置して、どの電極上のどこ辺りにではなく、どのＸ方向電極とどのＹ方向電極であるかを独立に検出して交点から位置を算出している。当然、Ｘ方向の電極２とＹ方向の電極３は、全ての電極が絶縁されている必要がある。また、電極２，３は必ずしも直線状である必要はない。遮光性の金属配線であれば、透過率が許す範囲で見にくい細線をできるだけびっしりと配置することになる。

フィルム５上に、例えば銅からなる金属配線２，３を敷設したままでは銅配線の表面と側面が大気に露出しており、空気中の水分や酸素などにより銅表面が酸化して次第に抵抗が増加する。６５℃９５％ＲＨの加速条件では１０００時間後に接触抵抗値は１０倍程度に増加する。抵抗の増加は感度の低下を招くので好ましいものではなく抑制する必要がある。

本発明では、図２に示すように金属配線２，３の表面が空気と接触しないように、好ましくは酸フリーの粘着性有機層７で完全に被覆するようにし、さらに易剥離性のフィルム８で保護したものである。

その際に粘着性有機層７を易剥離性のフィルム８でサンドイッチした３層構造の保護フィルムを使用する。表面の易剥離性フィルムを剥離すると粘着性の有機層が露出するので、粘着層がストライプ電極の隙間を埋設し且つ表面も覆い粘着層表面が、図２に示すように面一になるのが好ましい積層形態である。銅線２，３の厚みが１０〜１５μｍ程度であれば有機粘着層７の厚みは２５μｍ程度が最適である。最表面は易剥離性フィルム８を剥離しない限り易剥離性フィルムで覆われており、粘着性有機層７を保護する役目を果たしている。

タッチパネルの透視可能な部分の大きさは、液晶ディスプレイや有機ＥＬ等の画像表示部に重ねて使用されるので、少なくともこれらの画像表示部と同じ大きさである。但し、その範囲全てがタッチパネルの入力範囲でない場合には、透視範囲であってもメッシュ電極はなくても構わない。一般に、透視が必要な範囲以外は、見えないように枠状に黒塗りされているのが好ましい（加飾）。

メッシュ電極を構成する個々の銅配線２，３は、全てフィルム基材５の外周に導かれて外部接続用の端子につながっている。この配線６を引き出し用配線といい安価で抵抗の低い銅が好ましく、透視されない部分では、許される範囲で線幅を太くすることができる。そこでは、概ね０．０２〜０．５ｍｍの範囲が好ましい。メッシュ状銅配線２，３のいずれか一方と引き出し用銅配配線６はフィルム５に積層された銅薄膜から一括形成される。全ての銅配線は、センサーとして使用される限り互いに絶縁されている必要がある。

銅配線によって仕切られたメッシュの開口部４の幅をａ、遮光部の配線幅をｄとすると開口率９０％でｄ／ａ＝０．０５程度、開口率９８％でｄ／ａ＝０．０１程度である。遮光性金属の線幅ｄは、概ね２０μｍ以下であれば視認できないといわれているので、線幅ｄ＝２０μｍでは、開口の一辺ａは４００〜２０００μｍの範囲となる。より狭い線幅ｄ＝１０μｍでは２００〜１０００μｍ、ｄ＝５μｍでは１００〜５００μｍの範囲とする必要がある。大型ディスプレイ用では線幅は５０μｍ程度以下が好ましく開口率９０％でａは１０００μｍ程度以上となる。

銅配線の表面抵抗は３Ω／□程度以下に設定するのが好ましい。抵抗が低い方がセンサー感度が高いからである。また、上下の金属配線間２，３に厚みが１００μｍ程度のフィルム５が介在するので静電容量を０．５〜３ｐＦの範囲に設定するのが好ましい。

ちなみに、電解銅箔をエッチングにより厚さ１２μｍ、線幅１０μｍ、ピッチ１０００μｍ、開口率９８％のメッシュ構成とした場合で、表面抵抗は０．３Ω／□（四端子法による）であった。蒸着銅箔を厚さ１．５μｍ、線幅５μｍ、メッシュピッチ２５０μｍ（前述のａにほぼ該当）、開口率９３％で、表面抵抗は３Ω／□であった。製法上の材質差があるが、表面抵抗は３Ω／□以下の範囲で所望の値に制御できる。

タッチパネル１を、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイのような画像表示装置に搭載するには、粘着性有機層７を接着剤として利用する。すなわち表裏いずれかの易剥離性の保護フィルム８を剥がして露出した粘着層７をディスプレイ表示面に接着するように搭載すればよい。最表面は保護フィルムにより保護されることになるので好適である。

次に、タッチパネルの製造方法につき図３の工程図を用いて説明する。

厚みが１００μｍ、幅が３００ｍｍの電解銅箔付きＰＥＴフィルムを用いてロールツーロール方式でフィルム状のタッチパネルを製造した。フィルム材料については、コスト面からＰＥＴが好ましいが、耐熱性が必要な場合は、ＰＥＮやポリイミド系フィルムが使用できる。この他、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン系樹脂、メタクリル系樹脂、環状ポ
リオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−（ポリ）スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂等から製造される厚みが５０〜１５０μｍの範囲のフィルムも使用できる。

ＰＥＴフィルムには、厚みが１２μｍの表面が平滑な電解銅箔が６μｍ厚の接着剤を介して表裏に積層されている。銅箔をエッチングして形成する銅線の線幅は銅箔の厚みよりは細くできないので、所望の線幅から銅箔のタイプを決める必要がある。線幅が１０μｍ程度以下と細くなる場合には、フィルム上に蒸着した銅薄膜を用いるのが好ましい。電解銅箔以外では圧延銅箔も使用可能である。

先ず、厚みが１２μｍの銅箔を表裏にラミネートしたロール状ＰＥＴフィルムを用意し（図３（ａ））、銅箔のパターニングを定法のフォトリソ法を適用して実施した。図３では、接着層は省略されている。

ネガレジスト１２を銅箔１１の一方の面に６μｍ程度の厚みで塗布し９０°で３０分乾燥した（図３（ｂ））。次に、メッシュ部を構成するストライプパターンと引き出し用電極パターン他を備えたフォトマスクを介してＵＶ光を約１００ｍＪ／ｃｍ^２照射した。他方のフィルム面にも同じ厚みでレジスト１２を塗布してからフォトマスクを介して露光を行った。レジストとしては、汎用のドライフィルムタイプのネガレジストの他にカゼインレジストも使用することができる。

次いで、３％の炭酸ナトリウム水溶液にてフォトレジスト層に、現像処理を施した。これにより、銅配線のストライプパターンに対応する部分にレジストパターンが形成され、それ以外の部分のレジストが除去された。

次に、比重１．４５の塩化第二鉄液を用いて、両面同時に銅箔の露出部をエッチング除去し、残ったレジストを剥離した。これにより、フィルム基材５の表裏に、上面視でメッシュ構造をなすストライプ状の金属配線２，３が形成され、同時に外周部には引き出しよう配線６も形成された（図３（ｃ））。

易剥離性フィルム／粘着性有機層（２５μｍ厚）／易剥離性フィルムの３層構造のノンキャリアタイプの保護フィルム（例えば、巴川製紙所社のＴＩ−１４Ａ、製品名）を準備し、一方の易剥離性フィルムを剥がしながら、ラミネータを用いて金属配線上に保護フィルムを０．３ＭＰａの圧力で貼合した（図３（ｄ））。タッチパネルへの貼合は、表裏別々でもよいし同時でも構わない。８．０Ｎ／２５ｍｍ以上の粘着力で９０％以上の透過率を有する粘着性有機層が望ましい。

次に、５０℃、０．５ＭＰａのオートクレーブ条件で粘着性有機層７の脱泡処理を施した。これにより粘着性有機層７が金属配線間に押し広げられて気泡が押し出され金属配線が平坦状に被覆された。これにより、表面が保護層で被覆されたタッチパネル１が得られた（図３（ｅ））。マトリックス駆動型の画像表示装置１４へタッチパネル１を搭載するには、易剥離性フィルム８を剥がして粘着性有機層７を接着層として表示面に接着すれば簡単に搭載できる。

１、金属配線のメッシュ配置
２、Ｘ方向のストライプ電極
３、Ｙ方向のストライプ電極
４、開口部
５、フィルム基材（絶縁性樹脂）
６、引き出し用配線
７、粘着性有機層
８、易剥離性フィルム
９、交差部
１０、フィルム基材
１１、銅箔
１２、レジスト
ａ；開口幅
ｄ；配線幅

Claims (3)

1. フィルムの表裏に、ストライプ状の金属配線と、粘着性の有機層と、易剥離性フィルムと、をこの順に備え、表裏のストライプ状の金属配線は互いに直交するように敷設されていることを特徴とするフィルム状静電容量型タッチパネル。
2. 表裏に金属層を有するフィルムにフォトリソ法を適用して表裏で直交するストライプ状の金属配線を形成する工程と、
   粘着性有機層の表裏を易剥離性フィルムで被覆した保護フィルムの一方の易剥離性フィルムを剥離して粘着性有機層を露出する工程と、
   粘着性有機層が金属配線を被覆するように保護フィルムを貼合する工程と、
   オートクレーブにて粘着性有機層を脱泡する工程と、
   を有することを特徴とするフィルム状静電容量型タッチパネルの製造方法。
3. 請求項２に記載の方法で製造したフィルム状静電容量型タッチパネルから易剥離性フィルムを剥離し、露出した粘着性有機層を接着層としてタッチパネルを表示面に接着したことを特徴とするタッチパネル付き画像表示装置。