JP2014010614A - フィルム状静電容量型タッチパネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属抵抗の径時変化を抑制する保護層形成を効率的に行え、且つ後工程での加工自由度を高めた金属メッシュをセンサーとするフィルム状静電容量型タッチパネルの製造方法を提供する。
【解決手段】ロール状フィルム５の表面と裏面にストライプ状の金属配線２，３を表裏で互いに直交するように形成する工程と、ロール状フィルム５の表面に電離放射線硬化性組成物を塗布し塗膜７を形成する工程と、電離放射線１５を塗膜７に照射して硬化した皮膜を形成する工程と、をこの順に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である。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属配線のメッシュ構造をセンサーとするフィルム状静電容量型タッチパネルに係り、特には金属配線の酸化防止機能を備えたフィルム状センサーをロールツーロール方式で製造する技術に関する。

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正確に特定できる。

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、端子数が多いため配線が細くまた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、これらの配線や交差部９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、最初から金属配線タイプ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低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の抵抗値が増大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。これに対し、金属配線を別のフィルムで被覆するだけでは、隙間が生じて視認性が低下するという問題がある。

経時変化を抑制する手段として、従来は保護フィルムで金属配線を被覆するとか、シリカ系ゾルゲル溶液をスピンコートとして皮膜化してからフォトリソ法でパタニングする技術がある。また、ＰＳＡノンキャリアフィルムでラミネート貼合する等、一般には保護層自体がフィルム基材をベースとし、それをタッチパネルに貼合せることがほとんどであった。二つの機能性フィルムを製造しそれを貼り合わせるのは、工数が多く工程も煩雑で異物や気泡を巻き込むなど工程上のトラブルで歩留まりが低下する問題がある。また貼合した後の製品形態がシート状であるため、タッチパネルを仕上げる上でロールツーロール工法が一貫できないという難点があった。

液晶表示装置には、フィルム状タッチパネル以外に、偏光フィルム、反射防止フィルム、防眩フィルムなど種々の機能性フィルムが必要であるが、これらとタッチパネルを組み合わせる場合には、タッチパネル側もできるだけ厚みが均一なロール状の方が、加工する上で自由度が高くなるという利点がある。

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

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、金属抵抗の経時変化を抑制する保護層形成を効率的に行え、且つ後工程での加工自由度を高めた金属メッシュをセンサーとするフィルム状静電容量型タッチパネルの製造方法を提供することを課題とした。

上記課題を達成するための請求項１に係る発明は、ロール状フィルムの表面と裏面にストライプ状の金属配線を表裏で互いに直交するように形成する工程と、ロール状フィルムの表面に電離放射線硬化性組成物を塗布し塗膜を形成する工程と、電離放射線を塗膜に照射して硬化した皮膜を形成する工程と、をこの順に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２に係る発明は、前記電離放射線硬化性樹脂を塗布する手段がダイコート方式あるいは印刷方式であることを特徴とする請求項１に記載の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１と請求項２に記載の発明によれば、電離放射線硬化性樹脂が硬化した皮膜が、保護膜としてストライプ状に並ぶ金属配線を被覆しており、金属が空気に直接に接触しないので水分や酸素による酸化が抑制される。

金属メッシュの製造と保護膜の形成が全て、ロールツーロール方式で行われる結果、生産性が大幅に向上し、保護膜形成後のフィルム状タッチパネルが断裁されたシート形態でなくロール状で得られ、後工程の自由度が増すという効果が期待できる。

金属配線が形成されたフィルム上に樹脂保護膜が直接形成される結果、工数の低減と余分なフィルム基材がなくなり薄いタッチパネルが効率的に製造できる。

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、上面視では開口部４が、概ね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。さらに、フィルム表裏の金属配線２，３が、有機樹脂を硬化させた保護膜７により被覆された構造である。

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。また、一方の面だけにメッシュ構造を設けた構造についても本発明は適用できる。

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保護用材料で被覆する必要がある。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。

保護膜となる有機樹脂層（以下、単に保護膜）の形成手段として特に限定するものではないが、ロールツーロール方式でフィルム上に樹脂層を形成できなければならない。それも保護膜７は、センサー電極部分を被覆して、取り出し用電極６の接続に使用される部分
を被覆しないようにパターン状に形成できることが好ましい。また保護膜がストライプ電極間の隙間を埋設し且つ表面も覆い、保護膜表面が、図２に示すように概ね面一になるのが好ましい保護皮膜の形態である。銅線２，３の厚みが１０〜１５μｍ程度であれば保護膜７の厚みは２０〜２５μｍ程度が最適である。

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ｐ、遮光部の配線幅をｄとすると開口率９０％でｄ／ｐ=０．０５程度、開口率９８％でｄ／ｐ＝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ｐ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ｐ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１３μｍ、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ｐ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。

フィルム５上に、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。８５℃９５％ＲＨの加速条件では１０００時間後に抵抗は２０%程度増加する。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有機樹脂からなる保護膜７で完全に被覆するようにしている。フィルムの上に有機樹脂塗膜を形成する手段としては、ロールツーロール方式が適用できればよく、所定の幅の狭いノズルからフィルムに樹脂インクを滴下するダイコート方式あるいはシリンダー版から樹脂インクを転移する方式のいずれでも構わない。印刷方式としては、グラビア印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷等の凹版印刷方式から適宜選択して使用できる。ノズルから滴下する方式としては、ダイコート、スリットダイコート、リップコート等から選択して使用できる。いずれも厚みが数μｍから５０μｍの範囲の塗膜が形成できる。

有機樹脂層を組成する電離放射線硬化性組成物は、電磁波、紫外線、可視光線、電子線等の電離放射線エネルギーにより架橋硬化させて使用する硬化性組成物である。紫外線照射による硬化の場合には、波長が１５０〜４５０ｎｍの範囲の光を含む高圧水銀灯光源を使用する。電子線硬化の場合には、加速電圧が１０〜５００ｋＶ、より好ましくは３０〜２００ｋＶの範囲で照射量が３〜３００ｋＧｙとなる電子線が必要である。

硬化性組成物の具体例としては（メタ）アクリレート系組成物があるが、分子中に重合性不飽和結合またはエポキシ基を有するプレポリマー、オリゴマー、モノマーの混合物を使用する。プレポリマー、オリゴマーとしては、不飽和ポリエステル類、メタクリレート類、アクリレート類、カチオン重合性エポキシ化合物が挙げられる。

モノマーとしては、エチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート等の化合物、ジプロピレングリコールジアクリレート等の多官能性化合物、ポリチオール化合物を挙げることができる。この他重合開始剤等が必要である。

透明なフィルム基材については、コスト面からＰＥＴが好ましいが、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂、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の範囲の熱可塑系樹脂フィルムが使用できる。

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保護膜付きフィルム状タッチパネルを製造した。

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や厚さ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１１を表裏にラミネートしたロール状ＰＥＴフィルム５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、フィルムはシート様に描かれているが長尺のロール状である。図中の矢印は、フィルム基材５の移動方向を模式的に示すものである。

ロールコーター１３を用いてネガレジスト１２を、上側の銅箔１１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、表裏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））。

保護膜用有機樹脂としてＰＥＴＡ（ライトアクリレートＰＥ−３Ａ；固形分濃度１００％）を使用し、溶剤にＩＰＡを用いて固形分濃度が５０％になるように希釈した。硬化剤としてイルガキュアー１８（チバ・スペシャリティー・ケミカルズ（株）製）をＰＥＴＡに対して５％加え調整した。さらにフッ素系添加剤Ｆ−４７０（ＤＩＣ株式会社製９を固形分に対し０．１％添加して保護膜用樹脂インクとした。

上記の保護膜用インクをグラビアコーター１４にて前述のＰＥＴフィルムの一方の面に膜厚３０μｍになるように塗布してから（図３（ｄ））、図示しない乾燥室を通して乾燥した塗膜を得た。その後、備え付けの２５０Ｗ超高圧水銀灯から主波長３６５ｎｍ、照射強度４０ｍＪ／ｃｍ^２・秒の紫外線１５を４０秒照射して塗膜を硬化させた（図３（ｅ））。フィルムを巻き上げロール状にした後、同じ工程を他方の面の金属配線の上にも繰り返して、フィルムの両面が保護膜７で被覆されたフィルム状タッチパネルを得た（図３（ｆ））。

このようにして一貫したロールツーロール方式で保護膜を備えた静電容量型タッチパネルをロール状に製造できた。

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、保護層（電離放射線硬化性組成物）
９、交差部
１０、タッチパネル
１１、銅箔
１２、レジスト
１３、ロールコーター
１４、グラビアコーター
ｐ；開口幅
ｄ；配線幅

Claims (2)

1. ロール状フィルムの表面と裏面にストライプ状の金属配線を表裏で互いに直交するように形成する工程と、ロール状フィルムの表面に電離放射線硬化性組成物を塗布し塗膜を形成する工程と、電離放射線を塗膜に照射して硬化した皮膜を形成する工程と、をこの順に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。
2. 前記電離放射線硬化性樹脂を塗布する手段がダイコート方式あるいは印刷方式であることを特徴とする請求項１に記載のフィルム状静電容量型タッチパネルの製造方法。

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