JP2019091139A - タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】製造時、特にロールツゥーロールによる製造時において外部応力に起因する歩留まり悪化を有効に低減することができるタッチパネルを提供すること。【解決手段】フィルム基材の両側の面に、少なくとも接着層及び金属メッシュ配線を備えるタッチパネルにおいて、前記接着層の塑性変形量が６５０ｎｍ以下であることを特徴とするタッチパネルとし、好ましくは、前記接着層のマルテンス硬度が１５Ｎ／ｍｍ２以上３５Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とするタッチパネルとする。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置の表示画面上に装着されて表示内容と対応して指示体の指示位置を検出する静電容量方式のタッチパネルに係り、特には支持基材をフィルムとするタッチパネルに関する。

近年、有機ＥＬディスプレイに代表される軽量でフレキシブルなディスプレイの開発が進んでいる。そしてこれらの入力デバイスとして、フレキシブルなタッチパネルが有力視されている。プラスチックフィルムを基材とするフレキシブルなタッチパネルは、ガラスタイプに比べて、軽量で生産性が高く、柔軟性があることから表示パネルへの貼り合せが容易である。そのためプラスチックフィルム製タッチパネルは、生産性に優れ、製造コストを低減できるという利点があり、タブレットコンピュータやテレビ等の表示装置に多く使用されている。

中でもフィルム基材上に金属メッシュ配線を形成した静電容量型のフィルムタッチパネルは、低抵抗である金属配線の特性を活かし、高感度で、小型から大型サイズのディスプレイまで幅広く対応することが可能な入力デバイスである。そのようなタッチパネルとして、フィルム基材の両側の面に、接着層を介して金属メッシュ配線を備えるタッチパネルの構造が提案されている（例えば特許文献１、２）。

従来の構成のタッチパネルにおいて、フィルム基材の両面に設けられる各接着層は、それぞれ金属メッシュ配線に対する接着性能を十分に確保できるように、一定の応力変形への追従性を持たせて作製されていた。そのため、ロールツゥロール製造での搬送時に外部応力を受けることにより、以下の事象に起因する歩留まりの悪化が生じていた。すなわち、搬送ロールなどに接触する側のメッシュ配線が断線する点、ロールに巻き取った際に各メッシュ配線が互いに擦れることにより断線する点、静電容量値不良の要因となる配線ヨレ（拠れ）が発生する点等である。ここで、配線パターンが微細化すればするほど、配線の擦れやヨレは発生する頻度が高まる傾向にある。

図４は、従来の構成のタッチパネルにおける上記各事象の発生事例を示す図である。図４（ａ）は、金属メッシュ配線に断線が生じた部分Ａと、配線ヨレが生じた部分Ｂを示す光学顕微鏡写真である。図４（ｂ）は断線部分Ａを拡大した電子顕微鏡写真を示し、図４（ｃ）は配線ヨレ部分Ｂを拡大した電子顕微鏡写真を示す。

特開２０１５−１２５５６３号公報 特開２０１６−６６２５５号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、製造時、特にロールツゥロールによる製造時において外部応力に起因する歩留まり悪化を有効に低減することができるタッチパネルを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るタッチパネルは、フィルム基材の両側の面に少なくとも接着層及び金属メッシュ配線を備えるタッチパネルにおいて、前記接着層の塑性変形量が６５０ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明に係るタッチパネルは、前記接着層のマルテンス硬度が１５Ｎ／ｍｍ^２以上３５Ｎ／ｍｍ^２以下であることが好ましい。

さらに本発明に係るタッチパネルは、前記接着層の厚みが４μｍ以上７μｍ以下であることが好ましい。

さらに本発明に係るタッチパネルは、前記金属メッシュ配線が銅を主原料とすることが好ましい。

本発明によれば、フィルムを基材とした場合であっても、製造時、特にロールツゥロールによる製造時、において外部応力に起因する歩留まり悪化を有効に低減することができるタッチパネルが提供される。

本発明の実施形態のタッチパネルの模式断面図である。 微小硬度計により、塑性変形量とマルテンス硬度を測定する方法を説明するための説明図である。 引っ掻き試験の方法を説明するための概念図である。 従来のタッチパネルで、（ａ）金属配線に断線と配線ヨレが生じた様態を示す光学顕微鏡写真を示す図、（ｂ）断線部を拡大した電子顕微鏡写真を示す図、（ｃ）配線ヨレ部を拡大した電子顕微鏡写真を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係るタッチパネルについて図面を用いて説明する。尚、各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されて示される。

図１は、本発明の実施形態のタッチパネル１０の模式断面図である。実施形態のタッチパネル１０は、ユーザが視認する側から順に、カバーパネル５、第１のＯＣＡ４−１、第１の金属メッシュ配線３−１、第１の接着層２−１、フィルム基材１、第２の接着層２−２、第２の金属メッシュ配線３−２、第２のＯＣＡ４−２を有する。尚、ＯＣＡとはＯｐｔｉａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ（光学透明粘着剤）の略称である。タッチパネル１０は、ディスプレイパネル６上に積層される。

図１において、Ｘ、Ｙは互いに直交し、それぞれタッチパネル１０の表面を規定する方向である。ＺはＸ、Ｙの各方向に直交する方向であり、通常使用状態におけるユーザが視認する方向に相当する。本実施形態では、第１の金属メッシュ配線３−１と第２の金属メッシュ配線３−２は、Ｘ−Ｙ平面において、それぞれＸ、Ｙの各方向と非平行でありかつ互いに異なる方向に延びている。また、各配線３−１、３−２は、平面視、つまりＸ−Ｙ平面において互いに直交している。

従来のフィルム基材を使用したタッチパネルは、金属メッシュを配線として利用し、かつ配線パターンを視認できないように微細化している。また、接着層はこのような微細な配線を適切に固着するため一定の応力変形への追従性を備えていた。 そのため、配線パターンは外部応力の影響を受け易く、断線や配線ヨレを招きやすい構成となっていた。例えば、ロールツゥロールで製造された場合、ロールに巻き取られたタッチパネルは対向する各面に形成された配線が互いに応力を与え合い、結果として配線ヨレ等を生じると想定
される。

そこで、本発明者は鋭意検討の結果、上記の断線等は接着層が持つ硬度を所定の範囲に設定することにより、配線パターンに対する接着性能を確保しつつも配線パターンの断線等を適切に防止することができることを見出した。ここで外部応力の影響は、タッチパネルの引っ掻きに対する耐性によってモニタリングすることが可能である。該引っ掻き耐性を高めるためには、配線パターンの線幅に応じて接着層の硬度を適切な範囲に設定することにより実現される。接着層の硬度を所定範囲に設定することにより、外部応力に対する接着層の歪みが小さくなり、微細配線が受ける影響を低減することができる。

ここで、接着層に好適な硬度は、微小硬度計によって測定される塑性変形量、または微小硬度計によって測定されるマルテンス硬度によって定義することができる。マルテンス硬度は、試験荷重を、接触ゼロ点から圧子の侵入した表面積で除した数値で表わされ、単位はＮ／ｍｍ^２である。

本実施形態のタッチパネル１０は、微小硬度計によって測定される接着層の塑性変形量を６５０ｎｍ以下に設定する。塑性変形量を６５０ｎｍよりも大きく設定すると、異物の混入等の外部応力により接着層に凹みが発生しやすくなり、配線パターンが接着層から剥離する割合が増加する。また、剥離した配線パターンが上記異物に押し付けられる等によって、配線ヨレや断線の発生原因となる。さらに、製造後にロール体にした場合、巻き芯部近傍の圧力が高い領域において、接着層と引き回しの太い配線とが重なった部位で、配線パターンが転写された接着層に歪みが発生する。

または、微小硬度計によって測定される接着層のマルテンス硬度が１５Ｎ／ｍｍ^２以上３５Ｎ／ｍｍ^２以下に設定される。使用する接着層のマルテンス硬度が本条件の上限を上回ると、可撓性に乏しくなり、ロールに巻き取る際に接着層が破壊するおそれがあるため好ましくない。逆に該硬度が本条件の下限を下回ると、応力変形への適切な追従性が得られなくなり、接着強度も低下してしまうため好ましくない。

上記の塑性変形量やマルテンス硬度を得るために、本実施形態のタッチパネル１０では、接着層２−１、２−２用の接着剤の主剤に対する硬化剤の配合比を適切に設定している。

メッシュ配線３−１、３−２は、それぞれタッチパネルのセンシング電極線とドライブ電極線として機能する。各配線３−１、３−２は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｚｒの金属材料を、フォトリソグラフィ法を用いてメッシュ構造にすることにより形成される。

Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｚｒの金属材料は導電性が高く、配線の低抵抗化に有利という利点がある。また、配線の形状を線幅２０μｍ以下の線状パターンからなるメッシュ構造とすることにより、ユーザから視認されにくく高い透明性が得られる。特にＣｕは抵抗の低さとメッシュ構造の加工し易さに優れる。これらの金属材料は、蒸着やスパッタリングにより形成することもできるが、両面に低抵抗で高品質な金属膜を形成することは技術的ハードルが高いため、電解銅箔（例えば三井金属工業製のＴＱ−Ｍ２−ＶＬＰ）を使用することが好ましい。銅箔の厚みは、概ね１〜１８μｍの範囲で、目的とする線幅、抵抗値に応じて決められる。

接着層２−１、２−２としては、金属箔との接着性や透明性に優れた樹脂であれば特に限定するものではない。本実施形態では、汎用性やコスト面に鑑み、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂を採用する。

より具体的には、アクリルポリマーあるいはウレタンポリマーをイソシアネートあるいはエポキシ等の架橋材で３次元架橋させるものが採用される。一例としては、熱硬化型では、アクリル／イソシアネート系（１３９２−Ｙ１２、日立化成製）、ウレタン／イソシアネート系（ＨＤ−１０１３、ロックペイント製）、エステル−ウレタン／イソシアネート系（ＡＤ−７６Ｐ１、東洋モートン製）等が例示できる。

接着層の膜厚は４μｍ以上７μｍ以下に収めることが望ましい。該膜厚が上限を超えるとコストアップが避けられなくなるだけでなく、架橋反応において未反応基の割合が多くなり、十分な硬度アップを得られなくなる。また膜厚が下限を下回ると金属箔とフィルム基との密着力が低下することと金属箔の表面凹凸を埋めることができず、金属層と接着層間に空隙が入ってしまい好ましくない。

ＯＣＡ４−１、４−２は、例えばアクリル系重合体、ポリエステル、ポリウレタン、シリコーン系重合体などを主成分とする粘着剤である。中でも、アクリル系重合体からなる粘着剤は、透明性、粘着性、耐熱性、耐候性等に優れていることからより好ましい。

フィルム基材１は、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂などを採用することができる。但し、透明で耐熱性や適度な物理的および化学的強度があれば上記材料に限定するものではない。尚、本実施形態では、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を採用する。

カバーパネル５は絶縁性を持ち、タッチパネル１０の操作面として機能する。カバーパネル５は、樹脂フィルムやガラスフィルム等によって形成される。カバーパネル５は、第１のＯＣＡ４−１によって第１のメッシュ配線３−１が形成された層に貼り合わされる。

以下、実施例 及び比較例に基づいて、本発明の実施形態のタッチパネルをより具体的に説明する。実施例１から実施例４のタッチパネルの断面構造はいずれも図１に示される。

実施例１のタッチパネルを以下のようにして作製した。まず、ＰＥＴフィルムに、主剤と硬化剤を所定の比率で配合した熱硬化性接着剤をバーコーティングした。次に８０℃のオーブンで１分間乾燥した後、２μｍの厚みの銅箔をラミネータにより接着剤を介してＰＥＴフィルムに圧着した。次に６０℃でエージングして接着剤を硬化させ積層体を作製した。尚、ＰＥＴフィルムの膜厚、接着剤の主剤と硬化剤の配合比、接着層のドライ膜厚の各値は以下のように設定した。
ＰＥＴフィルムの膜厚 １００μｍ
主剤と硬化剤の配合比 ７．５：１．３
ドライ膜厚 ４μｍ

次に、上記工程により得られた積層体の金属箔上にフォトレジストを熱ラミネートにより塗布した。その後所定のパターンを有するマスクを介して、紫外線を１００ｍＪ／ｍ^２だけ照射して上記フォトレジストを硬化させた。尚、実施例１では光源として高圧水銀ランプを使用した。その後、現像して未硬化部分のフォトレジストを除去した。マスクのパターン形状としては、実施例１では、線幅１０μｍ、配線間隔２００μｍのメッシュ形状のパターンからなるマスクを用いた。

次に、エッチング液として塩化第二銅液を用いて銅箔のエッチングを行い、その後不要なフォトレジスト残膜を除去した。これにより、ＰＥＴフィルム、接着層、及び線幅３μ
ｍの銅メッシュ配線からなる銅メッシュ配線基材を作製した。

尚、製品としてのタッチパネルは、銅メッシュ配線基材を作製した工程後、公知の手法によりＯＣＡを用いつつ、カバーパネルを貼り合せる工程が実行される。以下に一例としてエアギャップ方式による貼り合せ工程を説明する。

前記銅メッシュ配線基材の作製工程後、銅メッシュ配線基材の上面にＯＣＡをラミネートする。次にラミネートされたＯＣＡ上にカバーパネルを当接する。次に銅メッシュ配線基材の下面にＯＣＡをラミネートしタッチパネル１０（図１参照）を作製する。

実施例２のタッチパネルは、実施例１のタッチパネルと略同様の工程により作製される。そのため、実施例２のタッチパネルの作製工程に関する詳細な説明は割愛する。但し、実施例２では、ＰＥＴフィルムの膜厚、主剤と硬化剤の配合比、ドライ膜厚の各値は以下のように設定した。
ＰＥＴフィルムの膜厚 １００μｍ
主剤と硬化剤の配合比 ７．５：１．５
ドライ膜厚 ４μｍ

実施例３のタッチパネルは、実施例１のタッチパネルと略同様の工程により作製される。そのため、実施例３のタッチパネルの作製工程に関する詳細な説明は割愛する。但し、実施例３では、ＰＥＴフィルムの膜厚、主剤と硬化剤の配合比、ドライ膜厚の各値は以下のように設定した。
ＰＥＴフィルムの膜厚 １００μｍ
主剤と硬化剤の配合比 ７．５：１．８
ドライ膜厚 ４μｍ

実施例４のタッチパネルは、実施例１のタッチパネルと略同様の工程により作製される。そのため、実施例４のタッチパネルの作製工程に関する詳細な説明は割愛する。但し、実施例４では、ＰＥＴフィルムの膜厚、主剤と硬化剤の配合比、ドライ膜厚の各値は以下のように設定した。
ＰＥＴフィルムの膜厚 １００μｍ
主剤と硬化剤の配合比 ７．５：１．５
ドライ膜厚 ７μｍ

＜比較例１＞
以上の各実施例に対して、次に３つの比較例を提示する。比較例１のタッチパネルは、実施例１のタッチパネルと略同様の工程により作製される。そのため、比較例１のタッチパネルの作製工程に関する詳細な説明は割愛する。但し、比較例１では、ＰＥＴフィルムの膜厚、主剤と硬化剤の配合比、ドライ膜厚の各値は以下のように設定した。つまり、比較例１は、主剤と硬化剤の配合比は上記実施例２等と同一であるが、膜厚を２μｍの厚さに設定した例である。
ＰＥＴフィルムの膜厚 １００μｍ
主剤と硬化剤の配合比 ７．５：１．５
ドライ膜厚 ２μｍ

＜比較例２＞
比較例２のタッチパネルは、実施例１のタッチパネルと略同様の工程により作製される
。そのため、比較例２のタッチパネルの作製工程に関する詳細な説明は割愛する。但し、比較例２では、ＰＥＴフィルムの膜厚、主剤と硬化剤の配合比、ドライ膜厚の各値は以下のように設定した。つまり、比較例２は、膜厚は実施例１と同じ４μｍとしているものの、主剤と硬化剤の配合比を変更した例である。
ＰＥＴフィルムの膜厚 １００μｍ
主剤と硬化剤の配合比 ７．５：１．０
ドライ膜厚 ４μｍ

＜比較例３＞
比較例３のタッチパネルは、実施例１のタッチパネルと略同様の工程により作製される。そのため、比較例３のタッチパネルの作製工程に関する詳細な説明は割愛する。但し、比較例３では、ＰＥＴフィルムの膜厚、主剤と硬化剤の配合比、ドライ膜厚の各値は以下のように設定した。つまり、比較例３は、主剤と硬化剤の配合比は比較例２と同じにしたものの、膜厚は７μｍと変更した例である。
ＰＥＴフィルムの膜厚 １００μｍ
主剤と硬化剤の配合比 ７．５：１．０
ドライ膜厚 ７μｍ

［接着層の塑性変形量とマルテンス硬度の測定方法］
各実施例と比較例のタッチパネルに対し、微小硬度計を用いて、押し込み荷重を増減させることにより、変形量（押し込み深さ）を測定した。ここで、各種測定や評価に際して用いられる試料としてのタッチパネルは、ＯＣＡ，カバーパネルを有していない状態のものを使用する。これにより、より精確な測定結果が得られる。測定に際しては、いずれにおいても押し込み圧子は頂角１１５°のダイヤモンド三角錐を採用し、最大荷重は０．３ｍＮで統一した。図２は、微小硬度計により塑性変形量とマルテンス硬度を測定する方法を説明するための説明図である。図２において、縦軸が荷重を、横軸が変形量を表す。

図２に示すように、荷重を 連続的に増減し、押し込み荷重を除いた後に復元しなかった凹み量が塑性変形量として測定される。また、マルテンス硬度（ＨＭ）は次式によって算出できる。（例えば、新潟県工業技術総合研究所、「薄膜硬度計（ナノインデンター）と測定事例の紹介」平成２５年、参照）
ＨＭ＝Ｆｍａｘ／｛２６．４３×（Ｄｍａｘ）^２｝
ここで、Ｆｍａｘ：最大荷重
Ｄｍａｘ：最大深さ＝塑性変形量＋弾性変形量

［断線と配線ヨレの評価方法］
また、各実施例と比較例のタッチパネルに対し、鉛筆を用いた引っ掻き試験を行った。図３は、引っ掻き試験を説明するための概念図である。ここでは、鉛筆硬度を９Ｈ、引っ掻き長さを３ｃｍに設定し、荷重を１０ｇから１００ｇの範囲で変化させた。評価は、鉛筆で引っ掻いた箇所の銅メッシュ配線を光学顕微鏡で観察し、断線の有無や配線ヨレの有無を判定することにより行った。

［評価結果］
各実施例と比較例における、塑性変形量とマルテンス硬度の測定結果、及び引っ掻き試験時の荷重に応じた断線と配線ヨレの評価結果を表１にまとめて示す。表１において、断線が生じたものを×、配線ヨレが生じたものを△、断線および配線ヨレがない良好なものを〇と記す。

表１に示すように、塑性変形量、マルテンス硬度が本発明の規定条件を満たす実施例１
〜４については、通常のタッチパネル作製段階において加わる荷重と想定される３０ｇ程度ではいずれも断線、配線ヨレともに発生していないことが判明した。特に、実施例４のタッチパネルでは、１００ｇ程度の荷重が加えられたとしても断線や配線ヨレが生じない、外部応力に対して十分な耐性をもっていることがわかる。一方で、規定の条件を満たさない各比較例については３０ｇの荷重以下で既に断線、配線ヨレが発生してしまい、実用化に難があるが確認できた。

以上が本発明の実施形態である。本発明に係るタッチパネルは、上記実施形態に限定されるものではなく例えば以下のような構成であっても良い。

上記実施形態では、配線形成は、フォトリソグラフィ法を用いて金属材料を加工することによりなされると説明した。本発明に係るタッチパネルはこれに限定されるものではなく、Ａｌ、Ａｇ等の金属粉が含有された導電性インクを用いてパターン印刷することにより配線を形成することも可能である。

１・・・・・フィルム基材
２−１・・・第１の接着層
２−２・・・第２の接着層
３−１・・・第１のメッシュ配線
３−２・・・第２のメッシュ配線
４−１・・・第１のＯＣＡ
４−２・・・第２のＯＣＡ
５・・・・・カバーパネル
６・・・・・ディスプレイパネル
１０・・・・タッチパネル
１２・・・・接着層
１３・・・・メッシュ配線
２１・・・・天秤
２２・・・・鉛筆

Claims (4)

1. フィルム基材の両側の面に、少なくとも接着層及び金属メッシュ配線を備えるタッチパネルにおいて、
   前記接着層の塑性変形量が６５０ｎｍ以下であることを特徴とするタッチパネル。
2. 請求項１に記載のタッチパネルであって、
   前記接着層のマルテンス硬度が１５Ｎ／ｍｍ^２以上３５Ｎ／ｍｍ^２以下であることを特徴とするタッチパネル。
3. 請求項１または請求項２に記載のタッチパネルであって、
   前記接着層の厚みが４μｍ以上７μｍ以下であることを特徴とするタッチパネル。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のタッチパネルであって、
   前記金属メッシュ配線が銅を主原料とすることを特徴とするタッチパネル。