JP2015201017A - タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】グランド電極又はセンス電極とグランド電極との間に一定方向の電界を生じることを抑制できるタッチパネルを提供する。【解決手段】タッチパネルは、ドライブ電極３またはセンス電極４のうち一方の電極と同じ層に配置され、一方の電極が配列されたセンサエリアよりも外側に形成されたグランド電極６と、グランド電極６と同じ層に配置されたドライブ電極３またはセンス電極４のうち、グランド電極６に最も近い電極と、グランド電極６との間に形成され、導電材料で構成されグランド電極６に最も近い電極と常に等電位にある補助電極５とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、透明基板上に形成された透明導電膜を備えたタッチパネルに関する。

近年、様々な電子機器のディスプレイ上に入力デバイスとして、透明なタッチパネルが用いられている。タッチパネルの方式としては、抵抗膜式、静電容量式などが挙げられる。抵抗膜式では、上下の電極が接触することでタッチ位置を検出する。また、静電容量式では、指先などが触れた際の表面の静電容量の変化でタッチ位置を検出する。

静電容量式タッチパネルのセンサー部を構成するドライブ電極及びセンス電極は、透明導電膜（透明電極）により構成され、通常は金属配線（配線部）と接続されている。この種のタッチパネルが、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のタッチパネルでは、引き出し配線の両端にダミー引き出し配線が設けられ、ダミー引き出し配線が、非選択の検出配線の所定電位になるように接続されている。

特開２０１０−２５７１７８号公報

この種のタッチパネルでは、配線部やセンサー部が外部ノイズから受ける影響をシールドするため、上方あるいは下方から配線部を覆うか、配線部の外側にグランド電極を設けるのが一般的である。グランド電極は、ドライブ電極と同じ層に配置される場合は、センス電極の配線と重なるか、外周部に位置するように形成される。また、グランド電極は、センス電極と同じ層に配置される場合は、ドライブ電極の配線と重なるか、外周部に位置するように形成される。

このような場合、グランド電極とドライブ電極又はセンス電極との間には一定方向の電界が生じるため、ドライブ電極またはセンス電極に用いる透明導電膜の材料によってはイオンマイグレーションによる透明導電膜の崩壊が生じたり、または透明導電膜とグランド電極との間がショートしたりするという問題が生じていた。イオンマイグレーションは、特に高温高湿下で発生するおそれがあった。
そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ドライブ電極又はセンス電極とグランド電極との間に一定方向の電界を生じることを抑制できるタッチパネルを提供することを目的とする。

第１の発明は、透明基板と、パターン形成された透明導電膜と、透明導電膜に接続された金属配線とを少なくとも含み、パターン形成された透明導電膜により構成されたドライブ電極とセンス電極が互いに異なる層に配置されたタッチパネルであって、ドライブ電極またはセンス電極のうち一方の電極と同じ層に配置され、一方の電極が配列されたセンサエリアよりも外側に形成されたグランド電極と、グランド電極と同じ層に配置されたドライブ電極またはセンス電極のうち、グランド電極に最も近い電極と、グランド電極との間に形成され、導電材料で構成されグランド電極に最も近い電極と常に等電位にある補助電極とを備えていることを特徴とするタッチパネルである。

第２の発明は、補助電極が、補助電極と異なる層に設けられたドライブ電極またはセンス電極を構成する透明導電膜の最外部より外側に位置することを特徴とする、第１の発明のタッチパネルである。

第３の発明は、補助電極が、補助電極と同じ層に配置されたセンサエリアと、該補助電極と異なる層に設けられたドライブ電極またはセンス電極が配列されたセンサエリアが重なるエリアにドライブ電極またはセンス電極の配列ピッチの半分を加えたエリアであるタッチセンサ有効エリアより外側に位置することを特徴とする、第１または２の発明のタッチパネルである。

第４の発明は、補助電極が、補助電極と異なる層に設けられたドライブ電極またはセンス電極が配列されたセンサエリアより外側で、補助電極と異なる層に設けられたドライブ電極またはセンス電極に接続された金属配線と交差することを特徴とする、第１から３のいずれか１つの発明のタッチパネルである。

第５の発明は、補助電極と異なる層の補助電極と重なる位置に設けられたドライブ電極、センス電極、または金属配線の幅が、５００μｍより小さいことを特徴とする、第１から４のいずれか１つの発明のタッチパネルである。

第６の発明は、補助電極の幅が１ｍｍより小さいことを特徴とする、第１から５のいずれか１つの発明のタッチパネルである。

第７の発明は、補助電極が金属ナノワイヤーを少なくとも含むことを特徴とする、第１から６のいずれか１つの発明のタッチパネルである。

第８の発明は、金属ナノワイヤーが樹脂層に覆われていることを特徴とする、第７の発明のタッチパネルである。

第９の発明は、補助電極が金属電極を含むことを特徴とする、第１から８のいずれか１つの発明のタッチパネルである。

第１０の発明は、ドライブ電極及び／またはセンス電極は、金属配線と接続されていない端部が金属材料で覆われていることを特徴とする、第１から９のいずれか１つの発明のタッチパネルである。

本発明は、タッチパネルのセンサーを構成する透明導電膜の内、ドライブ電極（透明電極）及び／またはセンス電極（透明電極）とグランド電極の間に、最外部に位置するドライブ電極及び／またはセンス電極と常に等電位にある補助電極を形成し、透明電極のイオンマイグレーションによるタッチセンサ動作の不具合を解消する。

本発明によれば、透明電極とグランド電極の間に一定方向の電界を生じさせないようにするタッチセンサの電極構造を採用することで、透明電極とグランド電極との間のイオンマイグレーションを抑制し、信頼性に優れたタッチパネルを提供することができる。

本発明に係る実施形態及び実施例１のタッチパネルの構成の断面図 本発明に係る実施形態及び実施例１のタッチパネルの構成の平面図 本発明に係る実施形態及び実施例２のタッチパネルの構成の断面図 本発明に係る実施形態及び実施例２のタッチパネルの構成の平面図 比較例１のタッチパネルの構成の断面図 比較例１のタッチパネルの構成の平面図

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いながら説明する。なお、本発明は、以下に記載する実施の形態に限定されうるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などを加えることも可能であり、そのような変更が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれるものである。

図１及び図３は、本発明のタッチパネルの断面の一例である。図１は、本発明のタッチパネルの平面図を示した図２の線Ａの位置の断面を示している。図３は、本発明のタッチパネルの平面図を示した図４の線Ｂの位置の断面を示している。図１から図４は、タッチパネルの一部を示す図面である。

タッチパネル１００、２００は、透明基板１と、パターン形成された透明導電膜により構成された複数のドライブ電極３と、パターン形成された透明導電膜により構成された複数のセンス電極４と、透明導電膜に接続された金属配線８、９と、透明粘着層１０と、センサカバー１１を少なくとも備えている。ドライブ電極３とセンス電極４は、透明基板１を挟んで、互いに異なる層に配置されて交差している。各ドライブ電極３は、線状に形成され、同じ層に設けられた各金属配線８に接続されている。各センス電極４は、線状に形成され、同じ層に設けられた各金属配線９に接続されている。
図１に示すタッチパネル１００では、ドライブ電極３とセンス電極４が、異なる透明基板１の同じ側（図１において上側）に形成されている。図３に示すタッチパネル２００では、ドライブ電極３とセンス電極４が、同じ透明基板１に対して、互いに異なる側に形成されている。
タッチパネル１００、２００では、全てのドライブ電極３が配列されたエリアが第１のセンサエリアとなり、全てのセンス電極４が配列されたエリアが第２のセンサエリアとなる。また、タッチパネル１００、２００の厚さ方向から見て、第１のセンサエリアと第２のセンサエリアとが重なるエリアにドライブ電極またはセンス電極の配列ピッチの半分を加えたエリアがタッチセンサ有効エリアとなる。

タッチパネル１００、２００は、グランド電極６と補助電極５とをさらに備えている。
グランド電極６は、グランド電位を有する。グランド電極６は、ドライブ電極３またはセンス電極４のうち一方の電極と同じ層に配置され、一方の電極が配列されたセンサエリアよりも外側に形成されている。図２及び図４に示すように、グランド電極６は、透明基板１の片面にその外周に沿って配置されている。
補助電極５は、線状に形成されている。補助電極５は、グランド電極６と同じ層に配置されたドライブ電極３またはセンス電極４のうち、グランド電極６に最も近い電極（最外部に位置する透明導電膜）とグランド電極６との間に形成されている。補助電極５は、導電材料で構成され、上述のグランド電極６に最も近い電極３又は４と常に等電位にある。タッチパネル１００、２００では、補助電極５は、センス電極４の外側に設けられ、最外部のセンス電極４の選択時と非選択時に等電位になるように接続される。

補助電極５は、補助電極５と異なる層に設けられたドライブ電極３またはセンス電極４を構成する透明導電膜の最外部より外側に位置してもよい。また、補助電極５は、タッチセンサ有効エリアより外側に位置する。補助電極５は、補助電極５と異なる層に設けられたドライブ電極３またはセンス電極４が配列されたセンサエリアより外側で、補助電極５と異なる層に設けられたドライブ電極３またはセンス電極４に接続された金属配線８または９と交差している。補助電極５と異なる層の補助電極５と重なる位置に設けられたドライブ電極３、センス電極４、または金属配線８、９の幅（タッチセンサ有効エリアより外側に形成された透明導電膜）の幅は、５００μｍより小さくしてもよい。また、補助電極５の幅は、１ｍｍより小さくしてもよい。また、補助電極５が金属ナノワイヤーを少なくとも含んでいてもよく、金属ナノワイヤーが樹脂層に覆われていてもよい。また、補助電極５が金属電極を含んでいてもよい。また、ドライブ電極３及び／またはセンス電極４は、金属配線と接続されていない端部が金属材料で覆われていてもよい。

本発明で用いる透明基板１は、ガラス、プラスチック板、またはプラスチックフィルムが用いられる。透明基板１の材料は、成膜工程および後工程において十分な強度があり、表面の平滑性が良好であれば、特に限定されないが、例えば、ソーダライムガラス、ＰＭＭＡ、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリアリレートフィルム、環状ポリオレフィンフィルム、ポリイミドフィルムなどを用いることができる。透明基板１の厚さは、ガラスであれば５０μｍ以上１ｍｍ以下、プラスチックフィルムであれば、部材の薄型化と積層体の可撓性とを考慮し、１０μｍ以上２００μｍ以下程度のものが用いられる。また、本発明のタッチパネルをディスプレイの前面に配置して用いる場合に、透明基板１は高い透明性を有することが必要とされ、全光透過率が８５％以上のものが好適に使用される。

透明基板１に含有される材料としては、周知の種々の添加剤や安定剤、例えば帯電防止剤、可塑剤、滑剤、易接着剤などを使用してもよい。各層との密着性を改善するため、透明基板１の表面の前処理として、コロナ処理、低温プラズマ処理、イオンボンバード処理、薬品処理などを施してもよい。

本発明の透明基板１には片面あるいは両面に、樹脂層２が形成されていてもよい。本発明で用いる樹脂層２は、特に透明基板１にプラスチック素材を用いる際に形成され、透明基板１や透明導電膜３に機械的強度を持たせるために設けられる。樹脂層２に用いられる樹脂としては、特に限定はしないが、透明性と適度な硬度と機械的強度を持つ樹脂が好ましい。具体的には、３次元架橋の期待できる３官能以上のアクリレートを主成分とするモノマー又は架橋性オリゴマーのような光硬化性樹脂が好ましい。

３官能以上のアクリレートモノマーとしては、トリメチロールプロパントリアクリレート、イソシアヌル酸ＥＯ変性トリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ポリエステルアクリレートなどを用いることが好ましい。特に好ましいのは、イソシアヌル酸ＥＯ変性トリアクリレートおよびポリエステルアクリレートである。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても構わない。また、これら３官能以上のアクリレートの他にエポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリオールアクリレートなどのいわゆるアクリル系樹脂を併用することが可能である。

架橋性オリゴマーとしては、ポリエステル（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、シリコーン（メタ）アクリレートなどのアクリルオリゴマーを用いることが好ましい。具体的にはポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡ型エポキシアクリレート、ポリウレタンのジアクリレート、クレゾールノボラック型エポキシ（メタ）アクリレートなどを用いることができる。

樹脂層２は、その他に粒子、光重合開始剤などの添加剤を含有してもよい。

樹脂層２に添加する粒子としては、有機又は無機の粒子を用いることができるが、透明性を考慮すれば、有機粒子を用いることが好ましい。有機粒子としては、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂などからなる粒子を用いることができる。

粒子の平均粒径は、樹脂層２の厚みによって異なるが、ヘイズ等の外観上の理由により、下限として２μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上、上限としては３０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下のものを使用する。また、粒子の含有量も、同様の理由で、樹脂に対し、０．５重量％以上５重量％以下であることが好ましい。

光重合開始剤を添加する場合、ラジカル発生型の光重合開始剤として、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルメチルケタールなどのベンゾインとそのアルキルエーテル類、アセトフェノン、２、２、−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、などのアセトフェノン類、メチルアントラキノン、２−エチルアントラキノン、２−アミルアントラキノンなどのアントラキノン類、チオキサントン、２、４−ジエチルチオキサントン、２、４−ジイソプロピルチオキサントンなどのチオキサントン類、アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタールなどのケタール類、ベンゾフェノン、４、４−ビスメチルアミノベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類及びアゾ化合物などがある。これらは、単独または２種以上の混合物として使用でき、さらにはトリエタノールアミン、メチルジエタノールアミンなどの第３級アミン、２−ジメチルアミノエチル安息香酸、４−ジメチルアミノ安息香酸エチルなどの安息香酸誘導体などの光開始助剤などと組み合わせて使用することができる。

上記光重合開始剤の添加量は、主成分の樹脂に対して０．１重量％以上５重量％以下であり、好ましくは０．５重量％以上３重量％以下である。下限値未満では樹脂層２（ハードコート層）の硬化が不十分となり好ましくない。また、上限値を超える場合は、樹脂層２（ハードコート層）に黄変を生じたり、耐候性が低下したりするため好ましくない。光硬化型樹脂を硬化させるのに用いる光は、紫外線、電子線、あるいはガンマ線などであり、電子線あるいはガンマ線の場合、必ずしも光重合開始剤や光開始助剤を含有する必要はない。これらの線源としては、高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプや加速電子などを使用できる。

また、樹脂層２の厚みは、特に限定されないが、０．５μｍ以上１５μｍ以下の範囲が好ましい。また、樹脂層２の屈折率は、透明基板１の屈折率と同じか、もしくは近似していることがより好ましく、１．４５以上１．７５以下程度が好ましい。

樹脂層２の形成方法には、主成分である樹脂等を溶剤に溶解させた塗液を塗布するために、ダイコーター、カーテンフローコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、ナイフコーター、バーコーター、スピンコーター、マイクログラビアコーターなどの塗工機を使った公知の塗布方法を用いることができる。

溶剤については、上記の主成分の樹脂等を溶解するものであれば特に限定されない。具体的には、溶剤として、エタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソアミル、乳酸エチル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、などが挙げられる。これらの溶剤は、１種を単独で用いても良いし、２種以上を混合しても良い。

本発明のドライブ電極３、センス電極４、補助電極５、及びグランド電極６の各々には、透明導電膜を用いることができる。透明導電膜は、酸化物としては酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれか、または、それらの２種類もしくは３種類の混合酸化物、さらには、その他添加物が加えられた物などを用いることができるが、目的・用途により種々の材料を使用でき、特に限定されるものではない。現在のところ、最も信頼性が高く、多くの実績のある材料は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。

最も一般的な透明導電膜である酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を透明導電膜の材料に用いる場合、酸化インジウムにドープされる酸化スズの含有比は、デバイスに求められる仕様に応じて、任意の割合を選択する。例えば、透明基板１（透明な樹脂基板）がプラスチックフィルムの場合、機械強度を高める目的で薄膜を結晶化させるために用いるスパッタリングターゲット材料は、酸化スズの含有比が１０重量％未満であることが好ましく、薄膜をアモルファス化しフレキシブル性を持たせるためには、酸化スズの含有比は１０重量％以上が好ましい。また、薄膜に低抵抗が求められる場合は、酸化スズの含有比は２重量％から２０重量％の範囲が好ましい。

透明導電膜が酸化物の場合、その製造方法としては、膜厚の制御が可能であればいかなる成膜方法でも良く、なかでも乾式法が優れている。これには、真空蒸着法、スパッタリングなどの物理的気相析出法や、ＣＶＤ法のような化学的気相析出法を用いることができる。特に大面積に均一な膜質の薄膜を形成するために、プロセスが安定し、薄膜が緻密化するスパッタリング法が好ましい。

また、透明導電膜をエッチングなどの方法でパターニングした場合、パターンが目視で認識しにくいように、光学調整層を形成することができる。光学調整層は、所定の屈折率を有する無機酸化物や有機化合物を材料として、薄膜を単層または複層で形成する。光学調整層は、透明導電膜がある領域と無い領域の透過率や反射率、色味などを調整することでパターン不可視性を与えることができる。

さらに透明導電膜や光学調整層の下層には、金属や金属酸化物、樹脂、シランカップリング剤などの密着層を設けることができる。

また、透明導電膜には、金属ナノ粒子や金属ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性高分子などの材料を用いることができる。透明導電膜は、このような材料を有機溶剤やアルコール、水などに溶解あるいは分散させた塗液を塗工し、乾燥させることにより形成することができる。透明導電膜としてのシート抵抗や透明性を鑑みて、より好適には金属ナノワイヤーが用いられる。

塗液は、金属ナノワイヤーは樹脂等と混合し、水やアルコール、有機溶剤などに分散することで調液する。その塗液を塗工後に、乾燥させることで、金属ナノワイヤーが互いに絡み合って網の目状となった透明導電膜が形成され、少ない量の導電性物質であっても良好な電気伝導経路を形成することができ、透明導電膜（導電性層）の抵抗値をより低下させることができる。さらに、このような網の目状の透明導電膜を形成した場合、網の目の隙間部分の開口が大きいので、たとえ繊維状の導電性物質そのものが透明でなかったとしても、透明導電膜（塗膜）として良好な透明性を達成することが可能である。

金属ナノワイヤーの金属として、具体的には鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、チタン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、オスミウム、イリジウム、白金、金を用いることができ、導電性の観点から金、銀、銅、白金が好ましい。

上記金属ナノワイヤー等を用いて透明基板１上に透明導電膜を形成する方法としては、スプレーコート、バーコート、ロールコート、ダイコート、インクジェットコート、スクリーンコート、ディップコートなど公知の塗布方法を用いることができる。

透明導電膜は、膜厚が薄すぎると導体としての十分な導電性を達成出来なくなる傾向にあり、膜厚が厚すぎるとヘイズ値の上昇、全光線透過率の低下等で透明性が損なわれる傾向にある。透明導電膜の膜厚は、１０ｎｍ〜１０μｍの間で適宜調整を行うが、金属ナノワイヤーのように導電性物質そのものが透明でない場合には、膜厚の増加によって透明性が失われやすいため、より薄い膜厚の透明導電膜を形成してもよい。この場合、きわめて開口部の多い透明導電膜となるが、接触式の膜厚計で測定したときに平均膜厚として１０ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚範囲が好ましく、３０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましく、５０ｎｍ〜１５０ｎｍが最も好ましい。

透明導電膜を保護し、また機械的強度を持たせるために、硬化膜を設けることができる。特に透明導電膜として金属ナノ粒子や金属ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性高分子などを用いる場合には、環境試験耐性を得るために硬化膜を形成することが好ましい。硬化膜に用いられる樹脂としては、特に限定されないが、透明性と適度な硬度と機械的強度を持つ樹脂が好ましい。具体的には、３次元架橋の期待できる３官能以上のアクリレートを主成分とするモノマー又は架橋性オリゴマーのような光硬化性樹脂が好ましく、樹脂層２と同様の材料を用いて形成することができる。硬化膜の形成方法も、樹脂層２と同様の方法を用いることができる。

図３のように一つの透明基板１の片面上にドライブ電極３を形成し、もう片面上にセンス電極４を形成する場合、透明基板１のうちセンサカバー１１側とは反対側に保護層１３を設けても良い。保護層１３は、ドライブ電極３またはセンス電極４、及び、ドライブ電極３に接続する金属配線８またはセンス電極４に接続する金属配線９を保護するために、機械的強度を持たせたり、環境耐性を得ることを目的に形成する。保護層１３に用いられる樹脂としては、特に限定されないが、透明性を有する樹脂が好ましい。具体的には、３次元架橋の期待できる３官能以上のアクリレートを主成分とするモノマー又は架橋性オリゴマーのような光硬化性樹脂が好ましく、樹脂層２と同様の材料を用いて形成することができる。保護層１３の形成方法も、樹脂層２と同様の方法を用いることができる。

ドライブ電極３及びセンス電極４を構成する透明導電膜は、タッチパネルセンサとして用いる際、矩形状あるいはダイヤモンド型などのパターン状にして用いる。導電性パターン領域は、金属配線８又は９に接続されており、その金属配線８又は９を介して、電圧変化を検知できる電圧変化検知回路に接続されている。人の指等がセンサカバー１１越しに、検出電極であるセンス電極４に接近すると、全体の静電容量が変化することから、回路の電圧が変動して、接触位置の判定を行うことができる。透明導電膜のパターンは、一連のドライブ電極３の列、センス電極４の列からなる。各ドライブ電極３の列及び各センス電極４の列のそれぞれを電圧変化検知回路と電気的に接続することにより、２次元の位置情報が得られる。

ドライブ電極３及びセンス電極４を構成する透明導電膜のパターン形成方法としては、透明導電膜上にレジストを塗布または貼り合わせ、パターンを露光・現像により形成した後に透明導電膜を化学的に溶解させるフォトリソグラフィによる方法、真空中で化学反応により気化させる方法、レーザーにより透明導電膜を昇華させる方法、などを用いることができる。パターン形成方法は、パターンの形状、精度等により適宜選択できるが、パターン精度、細線化を考慮し、フォトリソグラフィによる方法が好ましい。電極と電極の間には、センス電極としての機能を有しないダミー電極を形成しても良い。

本発明のドライブ電極配線８、センス電極配線９、補助電極５、及びグランド電極６の各々には、金属を用いることができる。金属としては、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、モリブデン、アルミニウム、チタン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金を用いることができるが、導電性の観点から銅、銀、モリブデン、アルミニウム、チタン、あるいはそれらの積層体が好適に用いられる。

この金属の電極５、６又は配線８、９の形成方法及びパターニング方法には、酸化物の透明導電膜と同様の方法を用いることができる。乾式法として真空蒸着法、スパッタリングなどの物理的気相析出法や、ＣＶＤ法のような化学的気相析出法を用いることができる他、金属のナノ粒子を塗布、焼成することにより形成することもできる。パターニングには、エッチングやリフトオフ、あるいは金属ペーストや金属インキをダイレクトに印刷するスクリーン印刷、インクジェット、グラビアオフセット印刷、凸版印刷、グラビア印刷、インプリントなどの方法を用いることができる。
いずれの方法においても、透明基板１の耐熱性や薬品耐性などのプロセス適性に合わせた条件を適宜選択する。

本発明は、ドライブ電極３またはセンス電極４を構成する透明導電膜と、その透明導電膜と同じ層に形成されたグランド電極６との間に、導電材料で構成された補助電極５を設けることを特徴とする。補助電極５は、ドライブ電極３またはセンス電極４より外側に位置するため、タッチセンサ有効エリアより外側に配置される。つまり、通常の使用方法では、補助電極５は、センサカバー１１の額縁の下に配置される。補助電極５は、透明導電材料あるいは金属材料からなり、同じ層のドライブ電極３またはセンス電極４の内、センサパネルの最外部に位置する電極と電気的に短絡されており、その最外部のドライブ電極またはセンス電極と常に等電位である。配線設計としては、図２及び図４に示したように、金属配線９と補助電極５を接続する方法が最も好適に使用されるが、この限りではなく、等電位としたい金属配線８又は９と補助電極５をそれぞれＬＳＩチップに接続し、ＬＳＩチップより、等電位となるように信号を送信してもよい。

図１及び図３では、グランド電極６と補助電極５は、センス電極４と同じ層に形成されている。補助電極５は、複数のセンス電極４のうちグランド電極６に最も近いセンス電極４と、グランド電極６との間において、これらの電極４、６と同じ方向に沿って、これらの電極４、６とは間隔を隔てて配置されている。
なお、グランド電極６と補助電極５をドライブ電極３と同じ層に形成する場合、補助電極５は、複数のドライブ電極３のうちグランド電極６に最も近いドライブ電極３と、グランド電極６との間において、これらの電極３、６と同じ方向に沿って、これらの電極３、６とは間隔を隔てて配置される。

本発明は、補助電極５がセンサパネルの最外部に位置するドライブ電極３またはセンス電極４と常に等電位となることにより、グランド電極６とドライブ電極３またはセンス電極４との間に一定方向の電界が生じることを抑えることができる。その結果、ドライブ電極３またはセンス電極４からグランド電極６へ向かって生じていたイオンマイグレーションの発生が抑えられ、より環境耐性に優れたタッチパネル１００、２００を提供することができる。特に、イオンマイグレーションを起こしやすい銀や銅を材料とした透明導電膜を用いた場合に効果が大きい。

補助電極５は、図１及び図３に示したように、補助電極５と異なる層に位置する金属配線８または９と重なって配置しても良いし、補助電極５と異なる層に位置するドライブ電極３またはセンス電極４と重なって配置しても良い。但し、補助電極５は異なる層に位置する電極３、４又は配線８、９と容量を形成するので、その影響を最小に抑えるために、できるだけ重なり面積を小さくする必要がある。そこで、補助電極５の幅は１ｍｍより小さいことが好ましく、補助電極５と重なって配置されて補助電極５と異なる層に位置する金属配線８、９、ドライブ電極３、又はセンス電極４の幅は、５００μｍより小さいことが好ましい。

本発明のタッチパネルは、ドライブ電極３とセンス電極４の端部の内、金属配線８、９と接続されていない側の端部を金属で被覆した端部被覆電極１２を形成してもよい。図４では、センス電極４のうち金属配線９と接続されていない端部が、端部被覆電極１２で覆われている。端部被覆電極１２には、銅、銀、モリブデン、アルミニウム、チタン、あるいはそれらの積層体などの金属材料を用いることができ、またＩＴＯなどの透明導電材料を用いることもできる。

本発明のタッチパネルのドライブ電極３とセンス電極４は、容量検知センサーとして機能する。図３に示したように、ドライブ電極３及びセンス電極４は、一枚の透明基板１の両面に配置しても良いし、図１に示したように別々の透明基板１に設けて、透明粘着層１０を介して貼り合わせて上下に配置しても良い。透明導電膜により構成されたドライブ電極３及びセンス電極４は、それぞれ金属配線８、９と接続され、透明導電膜による上部電極と下部電極の間の容量変化を検出する回路に接続されることで、静電容量式のタッチセンサーとして動作する。タッチセンサーを最終的に透明粘着層１０を介してセンサカバー１１と貼り合わされることで、タッチパネルを作製することができる。センサカバー１１は、ガラスでも良いし、表面をハードコート加工した樹脂やプラスチック素材のシートでも良い。ガラスを用いる場合は、ソーダガラス中のナトリウムイオンをイオン交換することで化学強化した、強化ガラスを用いることが好ましい。

以下、具体的な実施例によって本発明を詳細に説明するが、これらの実施例は説明を目的としたもので、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１と同様の層構成を持つタッチパネル１００を作製した。図２は、タッチパネル１００の電極部を示した平面図であり、Ａの線に沿って断面を見た模式図が図１である。各透明基板１としてＰＥＴ（１２５μｍ）を用い、各透明基板１の片面にＵＶ硬化性透明アクリル樹脂をマイクログラビアコーティングした後、乾燥、ＵＶ硬化することで、樹脂層２を３μｍの厚さで形成した。各透明基板１の樹脂層２とは反対面に、光学調整層として、ジルコニア粒子入りのＵＶ硬化性アクリル樹脂を９０ｎｍの厚さで形成した。この時、光学調整層の屈折率は１．７０であった。得られた光学調整層上に、透明導電膜の材料としてＩＴＯ（錫含有率５ｗｔ％）を真空中でＤＣマグネトロンスパッタリングすることにより、薄膜を２２ｎｍの厚さで形成し、これを１５０℃、６０分でアニールすることにより、シート抵抗が１５０Ω／□の透明導電膜を得た。得られた透明導電膜付き基材の各々を、フォトリソグラフィにより、ドライフィルムフォトレジストで露光・現像した後、エッチング及びレジスト剥離することで、透明導電膜をパターン形成した。透明導電膜のパターンは２種類作製し、一方はドライブ電極３に相当する矩形電極、もう一方はセンス電極４に相当する矩形電極を形成した。ドライブ電極３及びセンス電極４の電極間ピッチは５ｍｍとした。センス電極４と同じ層には、透明導電膜で形成された補助電極５とグランド電極６を同時に形成した。補助電極５の幅は５００μｍとした。

フォトリソグラフィに際し、フォトレジストの現像は炭酸ナトリウム水溶液で行い、塩硝酸水溶液でＩＴＯをエッチングし、水酸化ナトリウム水溶液でレジストを剥離した。

以上より得られたドライブ電極３及びセンス電極４の透明導電膜に対して、それぞれドライブ電極配線８、及びセンス電極配線９としてスクリーン印刷で銀ペーストパターンを形成し、９０℃、３０分で加熱することにより配線付きパターンとした。センス電極４の最外部電極に接続されたセンス電極配線９は、図２のように補助電極５にも接続した。センス電極４の最外部電極は、補助電極５と電気的に接続された。これらのドライブ電極付きＰＥＴ基材とセンス電極付きＰＥＴ基材とを、図１の構成になるように、７５μｍ厚の透明粘着層１０を用いて貼り合わせ、最表面に０．５５ｍｍ厚の化学強化したカバーガラス１１を、同様に透明粘着層１０を用いて貼り合わせることで、タッチパネル１００を得た。

タッチパネル１００の動作確認は、銀配線８、９をフレキシブルプリント基板経由で駆動ＬＳＩに接続して行った。その結果、良好に指の接触の検知と座標位置の検出ができた。得られたタッチパネル１００を６０℃９０％Ｒｈの環境で１５００時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、同様に良好に指の接触の検知と座標位置の検出ができた。

＜実施例２＞
図３と同様の層構成を持つタッチパネル２００を作製した。図４は、タッチパネル２００の電極部を示した平面図であり、Ｂの線に沿って断面を見た模式図が図３である。透明基板１としてＰＥＴ（１２５μｍ）を用い、両面にＵＶ吸収剤を２０ｗｔ％添加したＵＶ硬化性透明アクリル樹脂をマイクログラビアコーティングした後、乾燥、ＵＶ硬化することで樹脂層２を５μｍの厚さでそれぞれ形成した。得られた基材の両面に、透明導電膜の材料として銀ナノワイヤーをシート抵抗１００Ω／□となるようにスロットダイコートで塗工して透明導電膜を形成し、同様にＵＶ硬化性透明アクリル樹脂を１３０ｎｍの厚さで塗工して硬化膜を形成した。

得られた両面透明導電膜付き基材を、実施例１と同様にフォトリソグラフィにより、ドライフィルムフォトレジストで露光・現像した後、エッチング及びレジスト剥離することで、片面の透明導電膜をドライブ電極３、もう一方の面の透明導電膜をセンス電極４としてパターン形成した。フォトリソグラフィに際し、フォトレジストの現像は炭酸ナトリウム水溶液で行い、塩化第二鉄溶液で銀ナノワイヤーをエッチングし、水酸化ナトリウム水溶液でレジストを剥離した。また、銀配線８、９も実施例１と同様の方法で両面に形成した。この時、センス電極４と同じ層には、銀ペーストで図４と同様に補助電極５を形成した。補助電極５の幅は１００μｍとした。また、センス電極４と同じ層にはグランド電極６も形成した。またセンス電極４の端部を覆うように端部被覆電極１２を図４と同様に形成した。
以上で得られた両面透明導電膜付き基材を７５μｍ厚の透明粘着層１０を用いて、最表面に０．５５ｍｍ厚の化学強化したカバーガラス１１を貼り合わせることで、タッチパネル２００を得た。

タッチパネルの動作確認は、銀配線８、９をフレキシブルプリント基板経由で駆動ＬＳＩに接続して行った。その結果、良好に指の接触の検知と座標位置の検出ができた。得られたタッチパネルを６０℃９０％Ｒｈの環境で２４０時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、同様に良好に指の接触の検知と座標位置の検出ができた。

＜比較例１＞
図５と同様の層構成を持つタッチパネル３００を作製した。図６は、タッチパネル３００の電極部を示した平面図であり、Ｃの線に沿って断面を見た模式図が図５である。
センス電極４と同じ層に補助電極５を設けない事以外は、実施例２と同様にタッチパネル３００を作製した。

作製直後のタッチパネル３００は良好に動作し、指の接触の検知と座標位置の検出ができた。しかし、得られたタッチパネル３００を６０℃９０％Ｒｈの環境で２４０時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、タッチセンサ外周部のタッチ検知性能が著しく低下していた。センス電極４とグランド電極６の間でセンス電極４を構成する透明導電膜の銀ナノワイヤーがイオンマイグレーションを起こしていた。

以上、本発明の実施例及び比較例は、ドライブ電極３及びセンス電極４の形状が矩形のタッチパネルで代表して説明したが、電極形状についてはこの限りではなく、ダイヤモンド型やその他の形状であっても構わない。

本発明のタッチパネルは、静電容量式タッチパネルとして用いられ、スマートフォンやタブレット、ノートＰＣなどの前面に配置されるユーザーインターフェースなどとして利用可能である。

１…透明基板
２…樹脂層
３…ドライブ電極（透明導電膜）
４…センス電極（透明導電膜）
５…補助電極
６…グランド電極（センス電極と同じ層）
８…ドライブ電極配線
９…センス電極配線
１０…透明粘着層
１１…センサカバー
１２…端部被覆電極
１３…保護層
１００…タッチパネル
２００…タッチパネル
３００…比較例のタッチパネル

Claims (10)

1. 透明基板と、パターン形成された透明導電膜と、前記透明導電膜に接続された金属配線とを少なくとも含み、前記パターン形成された透明導電膜により構成されたドライブ電極とセンス電極が互いに異なる層に配置されたタッチパネルであって、
   前記ドライブ電極または前記センス電極のうち一方の電極と同じ層に配置され、前記一方の電極が配列されたセンサエリアよりも外側に形成されたグランド電極と、
   前記グランド電極と同じ層に配置されたドライブ電極またはセンス電極のうち、前記グランド電極に最も近い電極と、前記グランド電極との間に形成され、導電材料で構成され前記グランド電極に最も近い電極と常に等電位にある補助電極とを備えていることを特徴とするタッチパネル。
2. 前記補助電極が、該補助電極と異なる層に設けられたドライブ電極またはセンス電極を構成する透明導電膜の最外部より外側に位置することを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記補助電極が、該補助電極と同じ層に配置された前記センサエリアと、該補助電極と異なる層に設けられたドライブ電極またはセンス電極が配列されたセンサエリアとが重なるエリアにドライブ電極またはセンス電極の配列ピッチの半分を加えたエリアであるタッチセンサ有効エリアより外側に位置することを特徴とする、請求項１または２に記載のタッチパネル。
4. 前記補助電極が、該補助電極と異なる層に設けられたドライブ電極またはセンス電極が配列されたセンサエリアより外側で、該補助電極と異なる層に設けられたドライブ電極またはセンス電極に接続された金属配線と交差することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載のタッチパネル。
5. 前記補助電極と異なる層において該補助電極と重なる位置に設けられたドライブ電極、センス電極、または金属配線の幅が、５００μｍより小さいことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載のタッチパネル。
6. 前記補助電極の幅が１ｍｍより小さいことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載のタッチパネル。
7. 前記補助電極が金属ナノワイヤーを少なくとも含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載のタッチパネル。
8. 前記金属ナノワイヤーが樹脂層に覆われていることを特徴とする、請求項７に記載のタッチパネル。
9. 前記補助電極が金属電極を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載のタッチパネル。
10. 前記ドライブ電極及び／または前記センス電極は、前記金属配線と接続されていない端部が金属材料で覆われていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載のタッチパネル。

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