JP2017220150A - タッチパネル用導電性積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光性金属層を含む電極パターンの形成において、可視光全域にわたって反射率が低く、従って使用者に視認されにくい電極パターンを安定して形成することができるタッチパネル用導電性積層体を提供すること。
【解決手段】透明性基材と、前記透明性基材上に、色素を含有した樹脂層と金属化合物層と金属層とをこの順で備えることを特徴とするタッチパネル用導電性積層体とし、好ましくは、前記金属層はＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒから一つ以上選択される金属からなる層とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネル用導電性積層体に係り、より詳しくは、タッチパネルを構成する電極材料となる導電性積層体に関する。

近年、携帯電話機、携帯情報端末、カーナビゲーションシステムを始め、タッチパネルを表示パネルと一体型で構成して、画像情報の入出力装置として使用する、タッチパネル式ディスプレイが市場に普及してきた。

タッチパネルは、その構造及び検出方式の違いにより、抵抗膜方式や静電容量型、超音波方式、光学方式等の様々なタイプがある。このうち、静電容量型タッチパネルは、通常1枚の基板上に多数のＩＴＯなどからなる透明電極パターンを備え、指またはペン先等が接触（タッチ）することによる静電容量の変化を、微弱電流量の変化として検出し被接触位置を特定するもので、指示される内容を入力信号として受け取り、表示装置を駆動する。近年では、抵抗膜方式タッチパネルと比べ、耐久性や動作温度特性が優れており、取り扱い易い静電容量型タッチパネルが多く採用されている。

ところで、静電容量型をはじめとするタッチパネルの電極に用いられるＩＴＯパターンによる透明電極は、導電性が低いために、直接ＩＴＯに指が触れないような構成の場合感度が悪くなる。そのため入力が確実には読み取れず誤動作するという問題があった。そこで、導電性を上げるため、及びコスト的な問題によりＩＴＯに替わる電極材料として、Ｃｕなどの遮光性金属材料を用いる技術が開示されている（例えば特許文献１）。

特開２０１１−０２８６９９号公報 特開２０１３−００４０７６号公報

しかしながら、遮光性金属パターンを電極とするタッチパネルは、ＩＴＯパターンを電極とする場合よりも導電性の面では有利であるものの、視認側からみると金属特有の鏡面反射のために反射率が高く、従って電極パターンが使用者に視認されやすく、ディスプレイと一体化したときのコントラストが低くなるという問題があった。反射率を低下するために、遮光性金属に黒化処理を施す技術も開示されているが（例えば特許文献２）、黒化処理の制御性（安定性）は必ずしも容易ではなく、導電性が低下するおそれがあるとともに、製造工程が複雑となって、量産性が低下するという問題点がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、遮光性金属層を含む電極パターンの形成において、可視光全域にわたって反射率が低く、従って使用者に視認されにくい電極パターンを安定して形成することができるタッチパネル用導電性積層体を提供することである。

上述の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、パターニングされタッチパネルを構成する電極となる導電性積層体であって、透明性基材と、前記透明性基材上に、色素を含有した樹脂層と金属化合物層と金属層とをこの順で備えることを特徴とするタッ
チパネル用導電性積層体としたものである。

請求項２に記載の本発明は、前記金属層はＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒから一つ以上選択される金属からなる層であることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル用導電性積層体としたものである。

請求項３に記載の本発明は、前記金属化合物層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒから一つ以上選択される金属が酸素のみ、もしくは酸素に加えて、窒素または炭素の一つ以上と化合した層であ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用導電性積層体としたものである。

本発明のタッチパネル用導電性積層体によれば、遮光性金属層を含むので導電性が高く、黒化処理を要さないため安定してパターニングすることができ、可視光全域にわたって反射率が低いので使用者に視認されにくいタッチパネル用電極パターンを得ることができる。

本発明のタッチパネル用導電性積層体の模式断面図である。 本発明のタッチパネル用導電性積層体のパターニング後の模式断面図である。 本発明のタッチパネル用導電性積層体の実施例、及び比較のために層構成を変えた場合の分光反射率を測定した結果を示す特性図である。 本発明のタッチパネル用導電性積層体を検討するために、層構成を変えた場合の分光反射率を計算した結果を示す特性図である。 本発明のタッチパネル用導電性積層体を検討するために、さらに層構成を変えた場合の分光反射率を計算した結果を示す特性図である。

以下に実施形態を掲げ、図面を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

図１は、本発明のタッチパネル用導電性積層体１０のパターニング前の模式断面図であり、代表的な一部を切り取って示すものである。本発明のタッチパネル用導電性積層体１０はこのように、透明性基材１と、透明性基材１上に、色素を含有した樹脂層（以下、色素含有層と記す）４と金属化合物層３と金属層２とをこの順で備えている。

透明性基材１としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ガラス、アクリル、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などを好適に用いることができる。

図２は、前記図１の形態から、金属層２、金属化合物層３、色素含有層４がパターニングされ、金属層パターン２ａ、金属化合物層パターン３ａ、色素含有層パターン４ａとなり、層全体で電極パターン５となった形態を示すものである。

本発明では、基材側から順に色素含有層４、金属化合物層３、金属層２（従ってそれに伴う色素含有層パターン４ａ、金属化合物層パターン３ａ、金属層パターン２ａ）の構成を備え、好ましい材料を規定して、電極パターン５の可視光全域にわたる反射率を低減する。ここで、反射率の目標としては、電極パターンが存在しない開口部（従って基材１のみ）の反射率に近いほど望ましい。

前記金属層はＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒから一つ以上選択される金属からなる層であることが導電性、及び材料と製造方法に係るコスト的な観点から好ましい。前記金属層は、導電性の観点から２００ｎｍ以上の厚さを有することが好ましい。

前記金属化合物層は光を半透過させる膜であり、干渉効果（反射防止効果）により金属層の反射率を低減させるもので、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒから一つ以上選択される金属が酸素のみ、もしくは酸素に加えて、窒素または炭素の一つ以上と化合した層であることが、干渉効果による反射率低減、及び製造時にガス（気体）を使用する場合の扱い易さとコスト的な観点から好ましい。金属化合物層の厚さは、その光半透過性や金属層の条件にも依存するが、概ね３０〜５０ｎｍであることが好ましい。

前記金属層や、前記金属化合物層を成膜する方法としては、特に限定されないが、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の真空成膜法を用いて連続成膜することが好ましい。

色素含有層は、光透過性を有し溶剤に可溶な樹脂（ＰＣ、アクリルなど）に色素を溶解させた塗料を塗布し乾燥させた層であり、金属化合物層による反射率低減を補完し、電極パターンの反射率を可視光の全域にわたり低下させるためのものである。前記色素としては、カーボンブラックや有機顔料による黒色色材が望ましいが、金属化合物層により低減した電極パターンの分光反射率の特性によっては、特定の波長域に吸収をもつ色材であってもよい。

前記色素含有層の形成方法は、感光性を付与したペースト材料をスクリーン印刷により成膜しフォトリソ法でパターニングする手法が、印刷法に比べて高精細なパターニングを実現する上で好適である。

電極パターンの線幅は、センサ感度の点からは一定度以上大きい方が良いが、非パターン部（開口部）を含めた透過率を高くするためには小さい方が良い。結果として、０．５〜１０μｍ程度であることが好ましく、より好ましくは３．０〜５．０μｍである。

上記の金属層、金属化合物層、色素含有層の積層体からなる電極パターンの好適な厚さ、及び上述の金属層、金属化合物層の好適な厚さにより、色素含有層の厚さは３０〜５０ｎｍであることが好ましい。

本発明の導電性積層体を加工して電極パターンを形成する方法としては、まずリソグラフィによりレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして、金属層、金属化合物層、色素含有層のエッチングを行う。あるいはそれらの上層側が下層側のエッチングに対して耐性を有するときは、上層側のパターンをマスクとして下層側のエッチングを行うこともできる。

エッチング方法としては、ガスを用いるドライエッチング、あるいは薬液を用いる湿式エッチングのいずれでもよいが、集積回路のような微細プロセスではないため、コスト面を考慮すれば湿式が有利である。具体的には、金属層、金属化合物層のエッチングには酸やアルカリ、色素含有層のエッチングには溶剤を用いることが好ましい。

色素含有層と金属化合物層の界面にはＩＴＯ、酸化インジウム、酸化錫などの透明導電性酸化物層を形成しても良い。これにより、色素含有層と金属化合物層の接着性を向上することができる。これらの成膜方法は公知の方法を用いることができる。これらの透明導電性酸化物層は、分光反射率特性にほとんど影響を与えない。

以下、シミュレーションにより可視光域の分光反射率を計算し、本発明のタッチパネル用導電性積層体による分光反射率の低減を検討した例を説明する。

一般に、薄膜の透過率、反射率は、基板と薄膜の光学定数（屈折率：ｎ、消衰係数：ｋ）、薄膜の膜厚、入射する光の波長とが決まれば、一意に定まり、光学理論により計算で求めることができる。多層膜についても同様である（詳細は、例えば、応用物理工学選書３、吉田貞史「薄膜」、株式会社培風館、１９９０年を参照）。

計算に用いた材料と膜厚は、基材１、金属層２、色素含有層４は後述の実施例と同じ、
基材：ＰＥＴ、１００μｍ厚、
金属層：Ｃｕ、５００ｎｍ厚、
色素含有層：材料名、重量部は実施例に記載、３μｍ厚、
とし、金属化合物層３は酸化銅、または窒化銅とした。

計算に用いた各材料の波長ごとの光学定数を表１に示す。色素含有層については分光反射率の測定結果から算出し、その他は各種文献から採取した代表的な値である。波長間については、前記波長における値の補間により求めた。尚、窒化銅の光学定数は、波長ごとの値が不明であったため、特開２０１３−１０４９９２に記載がある波長５３２ｎｍにおける下記数値を代表値とした。
屈折率＝２．５４、消衰係数＝１．７９
これは、５３２ｎｍの波長が可視光域の中間付近にあることと、窒化銅は吸収性であるため、５３２ｎｍで代表させても分光反射率としては大きくは違わないためである。

図４（ａ）は、ＰＥＴ基材（１００μｍ厚）上に、Ｃｕ（５００ｎｍ厚）を成膜したとき、視認側である基材側から入射した光の分光反射率を計算した結果である。このように、Ｃｕ表面の鏡面反射が大きく、特に長波長域において反射率が上昇している。

図４（ｂ）は、ＰＥＴ基材（１００μｍ厚）とＣｕ（５００ｎｍ厚）の層間に酸化銅（４０ｎｍ厚）を形成したときの分光反射率を計算した結果である。酸化銅は半透過膜であるため、干渉効果により図４（ａ）よりも反射率は全体的に低下しているが、図４（ａ）と同様に、長波長域において反射率が上昇する傾向は継続している。酸化銅膜厚を変えて同様の計算を実施したが、前記傾向は同じであった。

図５（ａ）は、ＰＥＴ基材（１００μｍ厚）とＣｕ（５００ｎｍ厚）の層間に窒化銅（２０ｎｍ厚）を形成したときの分光反射率を計算した結果である。窒化銅は酸化銅よりも吸収性が高いため、光吸収により図４（ｂ）よりも反射率は全体的に低下しているが、図４（ｂ）と同様、長波長域において反射率が上昇する傾向は小さくなっているものの、残存している。また、もともと金属性でＣｕほどではないが反射が高いため、膜厚を変えても反射率が１０％以下になることはなかった。

基材とＣｕの層間に酸窒化銅を形成したときの分光反射率は、前記酸化銅を形成したとき（図４（ｂ））と、前記窒化銅を形成したとき（図５（ａ））の中間的な、分子数比に応じた結果になると考えられる。従って、長波長域において反射率が上昇する傾向は残存する。尚、Ｃｕに酸素と窒素を同時に化合させて酸窒化銅を作製しようとすると、酸素の方が活性なため化合しやすく、通常酸素銅の分子数比が大きくなる。

図５（ｂ）は、ＰＥＴ基材（１００μｍ厚）とＣｕ（５００ｎｍ厚）の層間に色素含有層（３μｍ厚）を形成したときの分光反射率を計算した結果である。色素含有層も吸収性
ではあるが、波長依存性が小さいため、酸化銅を形成したとき（図４（ｂ））、窒化銅を形成したとき（図５（ａ））と比べ、長波長域において反射率が上昇する傾向が小さくなっている。

以上の検討により、基材とＣｕの層間に、酸化銅または酸窒化銅に加えて、色素含有層を基材側に形成することで、分光反射率を可視光の全域的に抑えることができると考えられる。尚酸化銅または酸窒化銅の代わりに、酸炭化銅、酸窒化炭化銅であっても同様と考えられる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこの実施例にのみ限定されるものではない。

（試料の作製）
基材としてＰＥＴ（１００μｍ厚）を使い、ＰＥＴ上に、下記の材料、重量部からなる色素含有層（３μｍ厚）を形成した。
樹脂：ＰＣ（帝人製Ｐａｎｌｉｔｅ Ｌ−１２２５ＬＭ）、９５重量部
色素：日本化薬製Ｋａｙａｓｅｔ ＢｌａｃｋＡＮ、５重量部
溶剤：ジオキソラン、４００重量部

金属化合物層は酸窒化銅とし、スパッタリングにより、下記の条件で３０ｎｍ厚に成膜した。
ターゲット材：Ｃｕ
Ａｒガス流量：１００ｓｃｃｍ
酸素ガス流量：１０ｓｃｃｍ
窒素ガス流量：１００ｓｃｃｍ
ＭＦ高周波電源：６ｋＷ

金属層はＣｕ層とし、スパッタリングにより、Ａｒガスのみを用いた以外は前記金属化合物層と同じ条件で５００ｎｍ厚に成膜した。

上記の諸条件により、以下の層構成を有する４試料を作製した。
Ａ（実施例） ：ＰＥＴ基材／色素含有層／酸窒化銅層／Ｃｕ層
Ｂ（比較例１）：ＰＥＴ基材／色素含有層／Ｃｕ層
Ｃ（比較例２）：ＰＥＴ基材／酸窒化銅層／Ｃｕ層
Ｄ（比較例３）：ＰＥＴ基材／Ｃｕ層

（分光反射率の測定）
前記４試料について、日立製作所製分光光度計Ｕ−４０００により、分光反射率を測定した。測定結果を図３に示す。

図３の結果において、試料Ｄは、シミュレーションにおける図４（ａ）に相当するものであり、反射率値、長波長域で上昇する傾向とも概ね一致している。試料Ｃは、シミュレーションにおける図４（ｂ）と図５（ａ）の中間に相当するものであり、反射率が長波長域で上昇する傾向は一致している。試料Ｂは、シミュレーションにおける図５（ｂ）に相当するものであり、よく一致している。

以上により、本発明の、基材と金属層（Ｃｕ層）の層間に、基材側から順に色素含有層と金属化合物層（酸窒化銅層）を備える構成により、分光反射率を可視光の全域にわたって低く（今回の材料では１０％程度）に抑えることができることが判明した。尚、開口部に相当するＰＥＴ基材のみの場合の可視光域の反射率は５〜１０％である。

（Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊の測定）
Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系は、国際照明委員会（ＣＩＥ）において１９７６年に定められた表色の方法であり、本発明におけるＬ^＊値、ａ^＊値、ｂ^＊値は、ＪＩＳ−Ｚ８７２９：１９９４に規定される方法によって測定して得られた値である。ＪＩＳ−Ｚ８７２９の測定方法としては、反射による測定方法、透過による測定方法があるが、本発明では反射で測定した値を用いる。

Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系におけるＬ^＊値、ａ^＊値、ｂ^＊値は、広く知られているように、Ｌ^＊値が明度、ａ^＊値とｂ^＊値とが、色相と彩度を表している。具体的には、ａ^＊値が正の符号であれば赤色の色相、負の符号であれば緑色の色相であることを示す。ｂ^＊値が正であれば黄色の色相、負であれば青色の色相である。また、ａ^＊値とｂ^＊値とも、絶対値が大きいほどその色の彩度が大きく鮮やかな色であることを示し、絶対値が小さいほど彩度が小さいことを示す。

本発明においては、観察したときの色調は、視覚上、黒と視認しやすいことが好ましい。ａ^＊及びｂ^＊の測定値は、０の近傍がニュートラルとされる。従って、本実施例、比較例においてはａ^＊及びｂ^＊が共に負の値であるか、０に十分近い場合の総合判定を〇とした。結果を表２に示す。

表２の結果により、実施例においてのみ総合判定は〇となり、電極パターンとして視認されないための条件を満たした。

１・・・ 透明性基材
２・・・ 金属層
２ａ・・・金属層パターン
３・・・ 金属化合物層
３ａ・・・金属化合物層パターン
４・・・ 色素含有層
４ａ・・・色素含有層パターン
５・・・ 電極パターン
１０・・・タッチパネル用導電性積層体
２０・・・視認側
３０・・・入射光
４０・・・反射光

Claims (3)

1. パターニングされタッチパネルを構成する電極となる導電性積層体であって、
   透明性基材と、前記透明性基材上に、色素を含有した樹脂層と金属化合物層と金属層とをこの順で備えることを特徴とするタッチパネル用導電性積層体。
2. 前記金属層はＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒから一つ以上選択される金属からなる層であることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル用導電性積層体。
3. 前記金属化合物層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒから一つ以上選択される金属が酸素のみ、もしくは酸素に加えて、窒素または炭素の一つ以上と化合した層であ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用導電性積層体。