JP2016091144A - タッチパネル用構造材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な材料であるインジウムを含有するITO成膜をエッチングにより溶解する領域を少なくしてかつ、X軸、Y軸の断線を抑制し、生産性を向上するタッチパネル用構造材料を提供する。
【解決手段】タッチパネル用構造材料を製造する際に、透明基材上に透明導電膜層をスパッタリングにより製膜し、第1のパターニングを行った後、絶縁層３を形成し、その後さらにその上に透明導電層を形成し、第２のパターニングを行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、タッチパネル用構造材料の製造方法に関する。さらに詳しくは、静電容量式タッチパネルに好適に使用できる構造材料の製造方法に関するものである。

タッチパネルは、電子手帳、液晶表示装置などの平板ディスプレイ装置及びCRTなどの画像表示装置の表示面に設置される機器である。構造が比較的簡単であり且つ安価であり、指入力が可能であって、その利便性の良さから市場が拡大しつつある。このようなタッチパネルは、抵抗膜方式、静電容量方式、表面弾性波方式、赤外線方式など種々の方式が提案されているが、設計・加工技術の難易度や光学的・電気的・機械的各種特性、及び経済性などの観点から、これらのうち抵抗膜方式及び静電容量方式が汎用的に採用されている。

特に静電容量方式は、マルチ入力が比較的容易であることから携帯電話を中心にその市場が急速に拡大している。しかし現在市販されている静電容量方式タッチパネルはその表示面のサイズが小型のものがほとんどで、大画面のものは未だ普及できていないのが実情である。これは、大画面に対応できる静電容量方式に適した構造材料の電気特性がいまだ実現できていないことがその原因である。

また、タッチパネルは、通常、電極をＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；インジウム−スズ酸化物）で形成する。しかし、ＩＴＯの場合、優れた電気伝導度を有するが、その原料であるインジウムはレアメタルであるため、高価であり、また資源に限りがあるため、普及すると原料の供給量不足が予想されているため、原料供給量や価格の不安定性という問題がある。

ここで、相互インダクタンス方式の静電容量式のタッチパネルは、X軸方向とY軸方向に直交する電極を複数配置している。例えばX軸をドライブ電極、Y軸を受信電極とした場合、X軸に与えたパルス信号はX軸とY軸間の静電容量を介してY軸に伝わるが、指が接近した場合はその静電容量が変化し、信号が変化する。これによって、指の接近を検出することが可能であり、ひいては指の位置を検出することができる。

X軸とY軸の電極は、通常透明導電膜が使用され、多くはITOが使用され、スパッタリングによって成膜後、フォトリソグラフィの技術を用いてパターニングされている。

X軸とY軸は互いに直交しているため、電気的に絶縁するために種々の方法がとられる。例えば、基板を二枚使用して、X軸とY軸を分ける方法、基板の裏表に電極を配置する方法などがあるが、2枚の基板を使用する場合は、貼り合わせが難しく、中に気泡を巻き込んで外観が悪化することがある。また、ガラス同士を貼り合わせることは困難であり、基板材料がフィルムに限定される。また、位置合わせが困難である。基板の表裏に電極を配置する場合は、片側をパターニングする際には反対側をレジスト等で保護する必要があり、工程が非常に長くなる欠点がある。いずれも場合も、X軸、Y軸が同一面内にないため、信号引き出し用の配線を別々に形成しなければならないデメリットがある。

一方、X軸、Y軸の交点に絶縁層を形成し、片側の電極をジャンパによって接続していく方法が開示されている（特許文献１及び２参照）。この場合、工程が簡単で、位置ずれの危険も少なく、電極を同一面内に持つことから引き出し線の形成が容易である。

しかしながら、絶縁層のパターンがオーバーハングした場合に、ジャンパが断線するおそれがある。また、ジャンパを金属などの導電体で形成するため、視認性が悪くなる。

上記のような課題を解決するために、ジャンパを先に形成し、ジャンパの両端が露出するよう、ジャンパの中央部分から絶縁層を形成し、その上に透明導電層を形成後、X軸、Y軸のパターニングを行う方法が開示されている（特許文献３参照）。この方法であれば、ジャンパにITOを使用することができるため視認性が良くなる。

しかしながら、この方法でジャンパをITOとした場合、成膜したITOのほとんどの成膜層をエッチングして溶解するためエッチング液の消耗が激しく、管理にも工数がかかるようになる。また、接続がジャンパの小さい面積で膜方向に行われるため、抵抗値の増加や断線の恐れもあるなどの問題もある。

特開２０１２−１２８６０５号公報 特開２０１３−２０３４７号公報 特開２０１０−２７７３５４号公報

本発明に係るタッチパネル用構造材料の製造方法は、上述のような従来技術の種々の問題点を解決するためのものであって、即ち、高価な材料であるインジウムを含有するITO成膜をエッチングにより溶解する領域を少なくしてかつ、X軸、Y軸の断線を抑制し、生産性を向上させることをその目的とする。

本発明に係るタッチパネル用構造材料の製造方法は、
透明基材と、前記透明基材の表面に形成され、第１の方向に配列される複数の第１の透明電極と、前記第1の方向と直交する第２の方向に配列される複数の第２の透明電極とを有するタッチパネル用構造部材の製造方法であって、
前記透明基材上に透明導電層をスパッタリングにより成膜し、第１の方向に配列される複数の第１の透明電極と、これと直交する第２の方向に第１の透明電極と交差する部分で分断されて配列される複数の第２の透明電極を設けるようにエッチングする第１のパターニングを施し、
次いで、第１の透明電極と第２の透明電極とが交差する部分に絶縁層を形成し、
さらに、全面において透明導電層を形成した後に、第１の方向には第２の透明電極との交差する部分で分断される第1の透明電極と第２の方向に接続される複数の第２の透明電極を形成する第2のパターニングを施すことを特徴とする。
また、前記第１の透明電極と第２の透明電極がスパッタ成膜してなるスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）であることが好ましい。

本発明に係るタッチパネル用構造材料の製造方法では、成膜したITO膜をエッチングして溶解する割合を極めて少なくするようにし、効率よく成膜したＩＴＯ膜を利用するため、エッチング液の劣化が抑えられ、エッチングコストも低減される。また、X軸、Y軸ともに成膜時に接続が確保され、膜厚方向の接続には、ジャンパ接続のような小面積ではなく、従来技術と比較して、大きな面積で行われるため、接触抵抗が低減され、断線による歩留り低下も避けることができる。

は本発明のタッチパネル用構造材料を作製するための第一のパターニング後の透明導電層のパターンを示す図である。 は本発明のタッチパネル用構造材料を作製するための絶縁層形成後のパターンを示す図である。 は本発明のタッチパネル用構造材料を作製するための第二のパターンニング後の透明導電層のパターンを示す図である。 は図３のＡ−Ａ‘ 断面を示す図である。 は図３のＢ−Ｂ‘ 断面を示す図である。 は、比較例のタッチパネル用構造体を示す図である。

以下、本発明に係るタッチパネル用構造材料の製造方法について説明する。
まず、タッチパネル用構造材料の構成について説明する。本発明のタッチパネル用構造材料は、１）透明基材と、２）その上に形成される第1の透明電極、第２の透明電極とからなる透明導電層、および３）絶縁層とにより構成される。

１）透明基材
透明基材としては、特に材質を選ばず、透明性が確保できる厚さ50〜300μmの基材が使用できる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、トリアセチルセルロース（Ｔｒｉａｃｅｔｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ＴＡＣ）フィルム、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；ＰＶＡ）フィルム、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ；ＰＩ）フィルム、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ；ＰＳ）、二軸延伸ポリスチレン（Ｋ樹脂含有ｂｉａｘｉａｌｌｙ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ＰＳ；ＢＯＰＳ）、ガラスまたは強化ガラスなどを使用することができる。中でもポリエチレンテレフタレート（PET）は、安価で適している。

また、透明基材は、擦り傷を防止するため、ハードコートを施しても良い。また、透明導電層との密着性を改善するためにプライマー層を形成しても良い。さらに、透明導電層のパターン見えを抑制するために、光学調整層を形成しておくことが望ましい。

光学調整層は、高屈折率材と低屈折率材の組み合わせによって形成することができ、様々な材料が提案されているが、五酸化ニオブ、シリカ、ジルコニア、チタニアなどが好適に利用される。

２）透明導電層
次に透明導電層としては、透明性を有し導電性が高く、パターニングが良好な材質であれば良く、スズ添加インジウム（ITO、Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、IWO（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｘｉｄｅ ）、IZO（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ ）、SnO2、TiO2（アナターゼ相）、導電性高分子、カーボンナノチューブなどが使用できる。本発明においては、透明導電膜としては、その透明性と導電性が良好であり、汎用的に利用されているスズ添加インジウム（ＩＴＯ）が特に好ましい。また、透明導電層の厚さは目的とするタッチパネルの大きさなどにより異なるが、スズ添加インジウム（ＩＴＯ）であれば、１０〜３０ｎｍ程度の膜厚が好適に利用できる。

３）絶縁層
絶縁層としては、SiO2、ZrO2、TiO2（ルチル相）などの粒子を樹脂バインダー、有機溶剤に混合したペーストが使用できる。樹脂バインダーとしては、二液混合タイプのエポキシ樹脂、熱硬化性樹脂や、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等を用いることもできるが、作業性から熱硬化樹脂や、紫外線硬化樹脂が好適に使用することができる。絶縁層は、図２のようにこれらのペーストをスクリーン印刷にて第１の透明電極と第２の透明電極の交差する部分に積層することにより形成することができる。

次に本発明のタッチパネル用構造材料の製造方法について処理順に説明する。本発明では、第1のパターニングを行った後、絶縁層を形成し、その後さらにその上に透明導電層を形成し、第２のパターニングを行うことでタッチパネル用構造材料を得る。

（１）第１のパターニング
透明基材上に、第１の方向（例えば、Ｘ軸方向）に配置される第１の透明電極と第２の方向（例えば、Ｙ軸方向）に配置される第２の透明電極とからなる透明導電層を形成する工程
透明導電層の形成方法としては、特に限定されることはないが、蒸着やスパッタリングなどの方法が使用できる。成膜の厚みの均一性、光学特性の均一性の観点からは、スパッタリングによる成膜が特に好ましい。

次に、前記第１の透明電極と第２の透明電極とを形成する透明導電層のパターニングは、フォトリソグラフィ加工を用いることができる。ポジ型のフォトレジストを使用した場合の方法を簡単に説明すると、透明導電層の上にフォトレジストを塗布、乾燥し、フォトマスクを合わせて露光後する。その後アルカリ洗浄により露光されたレジスト部分を剥離し、透明導電層を部分的に露出させる。その後、エッチング液に漬けて露出した部分の透明導電層を溶解する。洗浄工程を経て、再度全面露光してレジストをアルカリ液につけて剥離し、パターンを得る。

第1のパターニングでは、図１のように第１の方向（例えば、Ｘ軸方向）に配列される複数の第１の透明電極1と、これと直交する第２の方向（例えば、Ｙ軸方向）には第１の透明電極と交差する部分で分断されて配列される複数の第２の透明電極２を設ける。

（２）絶縁層を形成する工程
次に絶縁層は、図２のように熱硬化樹脂や、紫外線硬化樹脂ペーストをスクリーン印刷にて第１の透明電極と第２の透明電極の交差する部分に積層することにより形成する

（３）第２のパターニング
さらに、この上から透明導電層を全面に形成し、図３のように第１の方向（例えば、Ｘ軸方向）には第２の透明電極との交差する部分で分断される透明電極１と第２の方向（例えば、Ｙ軸方向）に接続される複数の第２の透明電極を形成する第2のパターニングをすることで、本発明のタッチパネル用の構造部材を製造することができる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
（実施例１）

厚さ１００μmの光学PETフィルムにＩＴＯをスパッタリングで２０ｎｍ成膜した。その上から、フォトレジストをスピンコートによって２μmの厚みで塗布、１１０℃で乾燥させた。その後、フォトマスクを重ねて露光、現像し、図１に示すような第1のパターニングとしての透明導電パターンを形成した。この時、パターンは横方向（Ｘ軸方向）には接続されているが、縦方向（Ｙ軸方向）には接続されていない。格子のピッチは５ｍｍでギャップは２０μｍに設定した。

次に、図２に示すように透明な絶縁層をスクリーン印刷にて作製した。透明な絶縁層は、ZrO2の微粒子を有機溶剤に分散させ、紫外線硬化性樹脂と光重合開始剤を添加して作製した。

さらにその上から、ITOをスパッタリングにより２０ｎｍ成膜し、その上から、フォトレジストをスピンコートによって２μmの厚みで塗布、１１０℃で乾燥させた。

その後、フォトマスクを重ねて露光、現像し、図３に示すような第２のパターニングとしての透明導電パターンを形成した。第２の透明導電パターンは縦方向（Ｙ軸方向）には接続されているが、横方向（Ｘ軸方向）には接続されていない。格子のピッチは５ｍｍでギャップは２０μｍに設定した。

このとき、エッチングするITOの面積は第１のパターニング時、第２のパターニング時ともに２．３％であり、エッチング液の消耗はごく小さいものであった。
（比較例１）

厚さ１００μmの光学PETフィルムにITOをスパッタリングで２０ｎｍ成膜した。その上から、フォトレジストをスピンコートによって２μmの厚みで塗布、１１０℃で乾燥させた。その後、フォトマスクを重ねて露光、現像し、図６に示すようジャンパ部の透明導電パターンを形成した。ピッチは横方向（Ｘ軸方向）で５ｍｍ、縦方向（Ｙ軸方向）で１０ｍｍで、ジャンパの幅は２０μｍに設定した。

次に、図６に示すように透明な絶縁層をスクリーン印刷にて作製した。透明な絶縁層は、ZrO2の微粒子を有機溶剤に分散させ、紫外線硬化性樹脂と光重合開始剤を添加して作製した。

さらにその上から、ITOをスパッタリングにより２０ｎｍ成膜し、その上から、フォトレジストをスピンコートによって２μmの厚みで塗布、１１０℃で乾燥させた。その後、フォトマスクを重ねて露光、現像し、図６の格子状の透明導電パターンを形成した。

格子状の透明導電パターンは縦方向（Ｙ軸方向）には接続されているが、横方向（Ｘ軸方向）にはジャンパで接続されている。格子のピッチは５ｍｍで、ギャップは２０μｍに設定した。

第２の透明導電パターン形成時は２．３％であるが、ジャンパを形成する際のエッチングするITO膜の面積は９９．７％であり、成膜したITO膜のほぼ大部分をエッチングによって溶解した。

実施例1でエッチングにより溶解したITOの量は、比較例1でエッチングにより溶解したITOの量のおよそ２０分の1であり、したがってエッチング液の寿命も２０倍になると考えられる。

実施例1と比較例１のタッチパネル用構造材料について、それぞれ透過率、表面抵抗、エッチング面積を比較した。透過率は実施例１では８９％で、比較例１では８９％でありほぼ同等の結果であった。表面抵抗は、実施例１では５０オーム／□で、比較例１では１００オーム／□であり、実施例のほうが表面抵抗は低い結果であった。ＩＴＯのエッチング面積は、実施例１では成膜したＩＴＯ膜の４．５％で、比較例１では９９．７％であり、実施例のほうがはるかに少ない面積であるが、透過率は同等で、表面抵抗は低いという良好な結果であった。

本発明のタッチパネル用構造材料の製造方法は、スマートフォン、タブレット端末、ノート型パソコンなどのタッチパネル用材料の製造方法として適用することが十分可能である。

1.透明電極１（第１のパターニングによる）
2.透明電極２（第１のパターニングによる）
3.絶縁層
4.基材
13.第１の透光性電極
14.第２の透光性電極
16.絶縁膜
18.ジャンパー

Claims (2)

1. 透明基材と、前記透明基材の表面に形成され第１の方向に配列される複数の第１の透明電極と、前記第1の方向と直交する第２の方向に配列される複数の第２の透明電極とを有するタッチパネル用構造部材の製造方法であって、
   前記透明基材上に透明導電層をスパッタリングにより成膜し、第１の方向に配列される複数の第１の透明電極と、これと直交する第２の方向に第１の透明電極と交差する部分で分断されて配列される複数の第２の透明電極を設けるようにエッチングする第１のパターニングを施し、
   次いで、第１の透明電極と第２の透明電極とが交差する部分に絶縁層を形成し、
   さらに、全面において透明導電層を形成した後に、第１の方向には第２の透明電極と交差する部分で分断される第1の透明電極と第２の方向に接続される複数の第２の透明電極を形成する第2のパターニングを施す、
   ことを特徴とするタッチパネル用構造部材の製造方法。
2. 前記第１の透明電極と第２の透明電極がスパッタ成膜してなるスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）であることを特徴とする請求項１のタッチパネル用構造部材の製造方法。

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