JP2020060836A - タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】感知電極と配線電極との間の接触抵抗を低減することが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、基板１上に、感知電極２、配線電極４、および、感知電極と配線電極とに接する補助電極３を有する。タッチパネルにおいて、配線電極と補助電極が導電性粒子を含有し、補助電極中の導電性粒子の平均粒径が、配線電極中の導電性粒子の平均粒径より大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルに関する。

近年、入力手段としてタッチパネルが広く用いられている。タッチパネルは、液晶パネルなどの表示部と、特定の位置に入力された情報を検出するタッチパネルセンサー等から構成される。タッチパネルの方式は、入力位置の検出方法により、抵抗膜方式、静電容量方式、光学方式、電磁誘導方式、超音波方式などに大別される。中でも、光学的に明るいこと、意匠性に優れること、構造が簡易であることおよび機能的に優れること等の理由により、静電容量方式のタッチパネルが広く用いられている。静電容量方式のタッチパネルセンサーは、第１電極と絶縁層を介して直行する第２電極を有し、タッチパネル面の電極に電圧をかけて、指などの導電体が触れた際の静電容量変化を検知することにより得られた接触位置を信号として出力する。そして、表示部には静電容量変化を検知する感知電極を有し、非表示部には配線電極を有し、感知電極と配線電極とは接続されている。

表示部の感知電極としては、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、金属ナノワイヤー、金属配線（金属メッシュ）などの透明電極が一般的に用いられ、非表示部の配線電極としては、感光性導電ペーストから形成される金属配線が一般的に用いられる。配線電極の形成方法としては、例えば、感光性導電ペーストを基板上に塗布し、乾燥し、露光し、現像した後にキュアする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。一方、タッチパネルの接続信頼性を向上させる技術として、基板上に形成された感知電極と、感知電極の少なくとも一端に形成された補助電極と配線電極を有し、補助電極と配線電極の粒子サイズが異なるタッチパネルが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開第２０１５／１７４３４８号 韓国公開特許第２０１５−１３８４７２号公報

近年のタッチパネルの高精細化やフレキシブル化に伴い、電極にもより一層の微細加工と柔軟性が求められている。特許文献１に開示された技術において、銀ナノワイヤーなどのより細かく柔軟性に富んだ透明電極を感知電極として使用すると、配線電極との間の接触抵抗が高くなり、導電性が不十分となる課題があった。さらに、特許文献２に開示された技術により、補助電極によって感知電極と配線電極との接触抵抗を低減することができるものの、補助電極中の導電性粒子サイズが小さく単位面積あたりの粒子接点が多いことから補助電極の抵抗が高くなり、近年求められる高い導電性に対して、なお導電性が不十分である課題があった。

そこで、本発明は、感知電極と配線電極との間の接触抵抗を低減することができるタッチパネルを提供することを目的とする。

本発明は、基板上に、感知電極、配線電極、および、感知電極と配線電極とに接する補助電極を有するタッチパネルであって、前記配線電極と前記補助電極が導電性粒子を含有し、前記補助電極中の導電性粒子の平均粒径が、前記配線電極中の導電性粒子の平均粒径より大きいタッチパネルである。

本発明によれば、感知電極と配線電極との間の接触抵抗を低減することができるタッチパネルを得ることができる。

本発明のタッチパネルの構造の一態様の断面を示す概略図である。 本発明のタッチパネルの構造の別の一態様の断面を示す概略図である。 実施例の接触抵抗の評価に用いた印刷パターンおよびフォトマスクの透光パターンを示す模式図である。

本発明のタッチパネルは、基板上に、感知電極、配線電極、および、感知電極と配線電極とに接する補助電極を有する。前述のとおり、銀ナノワイヤーなどのより細かく柔軟性に富んだ透明電極を感知電極として使用すると、配線電極との間の接触抵抗が増大するが、補助電極は、感知電極と配線電極との間の接触抵抗を低減させる作用を有する。本発明においては、補助電極中の導電性粒子の平均粒径が、配線電極中の導電性粒子の平均粒径より大きいことを特徴とする。補助電極中の導電性粒子の平均粒径が配線電極中の導電性粒子の平均粒径よりも小さいと、補助電極中の単位面積あたりの導電性粒子同士の接点が多いことから、補助電極の抵抗が高くなる。一方、補助電極中の導電性粒子の平均粒径は、配線電極中の導電性粒子の平均粒径の１０倍以下が好ましい。補助電極中の導電性粒子の平均粒径が配線電極中の導電性粒子の平均粒径の１０倍以下であると、補助電極の質量あたりの導電性粒子数が適度に高く、感知電極および配線電極との接触確率がより高まり、接触抵抗をより低減することができる。ここで、各電極中の導電性粒子の平均粒径とは、無作為に選択した２０個の導電性粒子の一次粒子の最大幅の数平均値を言う。各電極中の導電性粒子の平均粒径は、以下の方法により測定することができる。まず、各電極をテトラヒドロフラン（以下、「ＴＨＦ」と称すことがある。）に溶解し、沈降した導電性粒子を回収し、ボックスオーブンを用いて７０℃で１０分間乾燥した後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、倍率１００００倍、視野幅１２μｍで観察する。無作為に選択した２０個の導電性粒子の一次粒子について、それぞれの最大幅を測定し、それらの数平均値を算出することにより、平均粒径を求めることができる。なお、各電極を構成する材料としての導電性粒子の平均粒径と、各電極中の導電性粒子の平均粒径は、一般的には変化しないことから、各電極を構成する材料としての導電性粒子の平均粒径が既知である場合には、その平均粒径を、各電極中の導電性粒子の平均粒径とすることができる。

図１に、本発明のタッチパネルの構造の一態様の断面概略図を示す。基板１上に、感知電極２、補助電極３および配線電極４をこの順に有し、補助電極３の片面全体は感知電極２に接し、配線電極４の片面全体は補助電極３に接している。すなわち、感知電極２と配線電極４とは、補助電極３を介して接続されている。かかる態様において、補助電極３は、感知電極２と配線電極４との間の接触抵抗を低減する作用を有する。

図２に、本発明のタッチパネルの構造の別の一態様の断面概略図を示す。基板１上に、感知電極２、配線電極４をこの順に有し、感知電極２と配線電極４の両方に接するように補助電極３を有する。すなわち、感知電極２と配線電極４とが直接積層されており、感知電極２と配線電極４はそれぞれ一部において、補助電極３と接している。かかる態様において、感知電極２と配線電極４との積層部分における両電極間の接触抵抗が高い場合であっても、補助電極３が、感知電極２と配線電極４との間の接触抵抗を低減する作用を有する。

基板は、その表面上に感知電極や配線電極等を形成するための支持体であり、例えば、ガラス、ガラスエポキシ、セラミックス等を材料とするリジッド基板；ポリエチレンテレフタラートなどのポリエステルやポリイミドなどを材料とするフィルム等のフレキシブル基板が挙げられる。これらの中でも、感知電極を形成しやすいことから、ポリエステルやポリイミドなどを材料とするフィルムが好ましい。

感知電極は、例えば、インジウム、スズ、亜鉛、ガリウム、アンチモン、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、金、銀、銅、パラジウム、タングステンなどの金属またはその金属酸化物、カーボンナノチューブなどを含有することが好ましい。これらを２種以上含有してもよい。金属酸化物としては、より具体的には、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物、酸化インジウム−酸化亜鉛複合酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物、ガリウム亜鉛酸化物、フッ素亜鉛酸化物、フッ素インジウム酸化物、アンチモンスズ酸化物などが挙げられる。これらの中でも、導電性および可視光透過性が高いことから、ＩＴＯ、繊維状の銀（銀ナノワイヤー）が好ましく、柔軟性が高いことから、銀ナノワイヤーがより好ましい。

感知電極は、全面的に平坦な層であってもよいし、任意形状のパターンであってもよい。

感知電極の厚みは、０．０１〜１．０μｍが好ましい。感知電極の厚みが０．０１μｍ以上であると、接触抵抗のバラツキを抑制することができる。一方、感知電極の厚みが１．０μｍ以下であると、可視光透過率を高くすることができる。

配線電極は、導電性粒子を含有する。さらに樹脂を含有することが好ましい。導電性粒子は電極として導通効果を発現させる作用を有し、樹脂はバインダーとしての作用を有する。

本発明における導電性粒子とは、電気抵抗率が１０^−５Ω・ｍ以下の物質で構成される粒子を指す。導電性粒子を構成する材料としては、例えば、銀、金、銅、白金、鉛、スズ、ニッケル、アルミニウム、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、インジウムやこれら金属の合金が挙げられる。これらを２種以上含有してもよい。これらの中でも、導電性が高いことから、銀、金、銅が好ましく、安定性が高いことから、銀がより好ましい。

配線電極中の導電性粒子の平均粒径は、０．０５〜２．０μｍが好ましい。導電性粒子の平均粒径が０．０５μｍ以上であると、導電性粒子間の相互作用を適度に抑え、導電性粒子の分散状態をより安定に保つことができる。導電性粒子の平均粒径は０．１μｍ以上がより好ましい。一方、導電性粒子の平均粒径が２．０μｍ以下であると、配線電極のパターンのエッジをシャープに形成することができる。導電性粒子の平均粒径は１．５μｍ以下がより好ましい。

樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル系共重合体、エポキシカルボキシレート化合物等が挙げられる。これらを２種以上含有してもよい。

配線電極中の導電性粒子の含有量は、６０〜９５質量％が好ましい。導電性粒子の含有量が６０質量％以上であると、導電性粒子同士の接触確率が高まり、接触抵抗をより低減することができる。一方、導電性粒子の含有量が９５質量％以下であると、配線電極のパターンをより容易に形成することができる。

配線電極は、全面的に平坦な層であってもよいし、任意形状のパターンであってもよい。また、感知電極または補助電極を完全に覆う必要はなく、配線電極が形成されていない部位においては、感知電極および／または補助電極が露出していてもよい。

配線電極の厚みは、１．５〜８．０μｍが好ましい。配線電極の厚みが１．５μｍ以上であると、接触抵抗のバラツキを抑えることができる。一方、配線電極の厚みが８．０μｍ以下であると、配線電極のパターンをより容易に形成することができる。

補助電極は、導電性粒子を含有する。さらに樹脂を含有することが好ましい。導電性粒子は電極として導通効果を発現させる作用を有し、樹脂はバインダーとしての作用を有する。導電性粒子および樹脂としては、配線電極の材料として例示したものが挙げられる。

補助電極中の導電性粒子の含有量は、８０〜９９質量％が好ましい。導電性粒子の含有量が８０質量％以上であると、感知電極や配線電極中の導電性粒子との接触確率が高まり、接触抵抗をより低減することができる。一方、導電性粒子の含有量が９９質量％以下であると、補助電極のパターンをより容易に形成することができる。

補助電極は、全面的に平坦な層であってもよいし、任意形状のパターンであってもよい。また、補助電極は感知電極を完全に覆う必要はなく、補助電極が形成されていない部位においては、感知電極が露出していてもよい。

次に、本発明のタッチパネルの製造方法について説明する。本発明のタッチパネルは、基板上の表示部に静電容量変化を検知する感知電極、非表示部に配線電極を有し、感知電極と配線電極は補助電極を介して接続されている。前述の図１に示す構造の場合、基板上に、感知電極、補助電極、配線電極の順に形成することが好ましい。また、前述の図２に示す構造の場合、基板上に、感知電極、配線電極、補助電極の順に形成することが好ましい。

感知電極の形成方法としては、例えば、基板上に、感知電極の層を形成し、フォトリソグラフィーによりパターン形成する方法が挙げられる。感知電極の層を形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、コーティング法などが挙げられる。

フォトリソグラフィーによるパターン形成方法としては、例えば、形成した層の表面にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを介して露光し、現像によりレジストパターンを形成した後、エッチングおよびレジスト除去を行う方法などが挙げられる。

補助電極の形成方法としては、例えば、導電性粒子および樹脂を含有するペーストを塗布し、乾燥した後、キュアする方法などが挙げられる。

ペーストの塗布方法としては、例えば、スプレー塗布；ロールコーティング、スクリーン印刷や、ブレードコーター、ダイコーター、カレンダーコーター、メニスカスコーター、バーコーターなどのコーターを用いた塗布などが挙げられる。

得られた塗布膜の乾燥方法としては、例えば、オーブン、ホットプレート、赤外線等による加熱乾燥；真空乾燥などが挙げられる。加熱温度は５０〜１８０℃が好ましく、乾燥時間は１分間〜数時間が好ましい。

乾燥した塗布膜のキュア方法としては、例えば、オーブン、イナートオーブン、ホットプレートによる加熱乾燥；紫外線ランプ、赤外線ヒーター、ハロゲンヒーター、キセノンフラッシュランプ等の電磁波やマイクロ波による加熱乾燥；真空乾燥などが挙げられる。キュアにより、補助電極のパターンの硬度が高まり、他の部材との接触による欠けや剥がれ等を抑制することができる。また、基板との密着性を向上させることができる。

配線電極の形成方法としては、例えば、導電性粒子および樹脂を含有する感光性導電ペーストを塗布し、乾燥した後、フォトリソグラフィーによりパターン形成し、キュアする方法などが挙げられる。感光性導電ペーストは、さらに、光重合開始剤、不飽和二重結合を有する化合物、溶剤などを含有することが好ましい。

感光性導電ペーストの塗布方法としては、補助電極の形成方法におけるペーストの塗布方法として例示した方法が挙げられる。

塗布膜の乾燥方法としては、補助電極の形成方法における塗布膜の乾燥方法として例示した方法が挙げられる。加熱温度は５０〜１８０℃が好ましく、加熱時間は１分間〜数時間が好ましい。

フォトリソグラフィーによるパターン形成方法としては、例えば、乾燥膜に、任意のパターン形成用マスクを介して露光し、現像により未露光部を溶解除去する方法などが挙げられる。

露光の光源としては、水銀灯のｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）などが好ましい。

現像方法としては、アルカリ現像や有機現像などが挙げられる。

アルカリ現像を行う場合の現像液としては、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム、ジエタノールアミン、ジエチルアミノエタノール、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、酢酸ジメチルアミノエチル、ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどの水溶液が挙げられる。これらの水溶液に、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン等の極性溶媒；メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類；乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類；シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類；界面活性剤などを添加しても構わない。

有機現像を行う場合の現像液としては、例えば、前述の極性溶媒や、これらの極性溶媒と、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、キシレン、水、メチルカルビトール、エチルカルビトールとの混合溶液などが挙げられる。

現像方法としては、例えば、基板を静置または回転させながら現像液を乾燥膜面にスプレーする方法、基板を現像液中に浸漬する方法、基板を現像液中に浸漬しながら超音波をかける方法などが挙げられる。

現像により得られたパターンに、リンス液によるリンス処理を施しても構わない。リンス液としては、例えば、水や、水にエタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類；乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類を添加した水溶液などが挙げられる。

得られたパターンのキュア方法としては、補助電極のキュア方法として例示した方法が挙げられる。キュア温度は１２０〜１８０℃が好ましく、キュア時間は１分〜数時間が好ましい。

以下に本発明を実施例および比較例を挙げて詳細に説明するが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。

（合成例１：樹脂（Ａ））
窒素雰囲気の反応容器中に、１５０ｇのジメチルアミノメタノール（以下、「ＤＭＥＡ」；東京化成工業（株）製）を仕込み、オイルバスを用いて８０℃まで昇温した。これに、２０ｇのエチルアクリレート（以下、「ＥＡ」）、４０ｇのメタクリル酸２−エチルヘキシル（以下、「２−ＥＨＭＡ」）、２０ｇのスチレン（以下、「Ｓｔ」）、１５ｇのアクリル酸（以下、「ＡＡ」）、０．８ｇの２，２’−アゾビスイソブチロニトリル及び１０ｇのＤＭＥＡからなる混合物を、１時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに８０℃、窒素雰囲気下で６時間重合反応を行った。その後、１ｇのハイドロキノンモノメチルエーテルを添加して、重合反応を停止した。引き続き、５ｇのグリシジルメタクリレート（以下、「ＧＭＡ」）、１ｇのトリエチルベンジルアンモニウムクロライド及び１０ｇのＤＭＥＡからなる混合物を、０．５時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに８０℃、窒素雰囲気下で２時間付加反応を行った。得られた反応溶液をメタノールで精製して未反応不純物を除去し、さらに２４時間真空乾燥し、共重合比率（質量基準）：ＥＡ／２−ＥＨＭＡ／Ｓｔ／ＧＭＡ／ＡＡ＝２０／４０／２０／５／１５の樹脂（Ａ）を得た。得られた樹脂（Ａ）の酸価は１０３ｍｇＫＯＨ／ｇであった。

（調製例１：感光性導電ペースト１）
１００ｍＬクリーンボトルに、樹脂として１０．０ｇの合成例１により得られた樹脂（Ａ）、光重合開始剤として０．５０ｇの“ＩＧＲＡＣＵＲＥ”（登録商標）ＯＸＥ−０１（チバジャパン（株）製）、溶剤として５．０ｇのＤＭＥＡ及び不飽和二重結合を有する化合物として２．０ｇの“ライトアクリレート”（登録商標）ＢＰ−４ＥＡ（共栄社化学（株）製）を入れ、自転−公転真空ミキサー「あわとり錬太郎ＡＲＥ−３１０」（（株）シンキー製）を用いて混合して、１７．５ｇの樹脂溶液（固形分７１．４質量％）を得た。

得られた１７．５ｇの樹脂溶液と、８５．０ｇの平均粒径０．５μｍの銀粒子（電気抵抗率１．６×１０^−８Ω・ｍ）を混合し、３本ローラーミル「ＥＸＡＫＴ Ｍ−５０」（ＥＸＡＫＴ社製）を用いて混練し、１０２．５ｇの感光性導電ペースト１を得た。

（調製例２：感光性導電ペースト２）
平均粒径０．５μｍの銀粒子にかえて平均粒径１．０μｍの銀粒子を用いたこと以外は調製例１と同様にして感光性導電ペースト２を得た。

（調製例３：感光性導電ペースト３）
平均粒径０．５μｍの銀粒子にかえて平均粒径１．５μｍの銀粒子を用いたこと以外は調製例１と同様にして感光性導電ペースト３を得た。

（調製例４：感光性導電ペースト４）
平均粒径０．５μｍの銀粒子にかえて平均粒径２．５μｍの銀粒子を用いたこと以外は調製例１と同様にして感光性導電ペースト４を得た。

なお、銀粒子の平均粒径は、電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、倍率１００００倍、視野幅１２μｍで銀粒子を観察し、無作為に選択した２０個の銀粒子の一次粒子について、それぞれの最大幅を測定し、それらの数平均値を算出した。

各実施例および比較例における評価方法は、以下のとおりである。

＜接触抵抗＞
各実施例および比較例により得られた接触抵抗測定用サンプルの、配線電極の両端子部をテスターでつなぎ、抵抗値（配線電極（端子）／補助電極／感知電極／補助電極／配線電極（端子）間の抵抗値）を測定した。

（実施例１）
ＰＥＴフィルムに感知電極として銀ナノワイヤー（線径５ｎｍ、線長５μｍ）が厚み０．０５μｍで全面形成された透明導電フィルム（線径５ｎｍ、線長５μｍ）上に、補助電極を形成する材料として平均粒径１．５μｍの導電性粒子を固形分中９６．０質量％含有する銀ペーストを、乾燥後の膜厚が３μｍ、形状が図３に示す印刷パターン５になるように塗布した。得られた塗布膜を１００℃の乾燥オーブンで１０分間乾燥し、１４０℃の乾燥オーブンで３０分間キュアして、感知電極上に補助電極パターンを形成した。その上に、配線電極を形成する材料として調製例１により得られた感光性導電ペースト１を、乾燥後の膜厚が２μｍになるように塗布し、得られた塗布膜を１００℃の乾燥オーブンで１０分間乾燥した。得られた乾燥膜を、図３に示す透光パターン５を有するフォトマスクを介して、超高圧水銀ランプを有する露光機を用いて３５０ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光した後、現像液として０．１質量％炭酸ナトリウム水溶液を用いて、０．１ＭＰａの圧力で３０秒間スプレー現像して、上記補助電極パターン上に同じパターンを形成した。その後、得られたパターンを１４０℃の乾燥オーブンで３０分間キュアして、接触抵抗測定用サンプルを得た。得られた接触抵抗測定用サンプルにおける補助電極および配線電極のパターンのライン幅は０．１ｍｍであり、ライン間は５ｍｍであり、端子部は直径２ｍｍの円形であった。

（実施例２〜２０、比較例１〜２）
補助電極中の導電性粒子の含有量と平均粒径、配線電極の形成に用いる感光性導電ペーストの種類、配線電極中の導電性粒子の平均粒径を表１に記載のとおりに変更したこと以外は実施例１と同様にして、接触抵抗測定用サンプルを作製した。

（比較例３）
補助電極を形成しないこと以外は実施例１と同様にして、接触抵抗測定用サンプルを作製した。

実施例１〜２０および比較例１〜３の評価結果を表１に示す。

１：基板
２：感知電極
３：補助電極
４：配線電極
５：透光パターンおよび印刷パターン

Claims (2)

1. 基板上に、感知電極、配線電極、および、感知電極と配線電極とに接する補助電極を有するタッチパネルであって、
   前記配線電極と前記補助電極が導電性粒子を含有し、
   前記補助電極中の導電性粒子の平均粒径が、前記配線電極中の導電性粒子の平均粒径より大きいタッチパネル。
2. 前記補助電極中に導電性粒子を８０〜９９質量％含有する、請求項１記載のタッチパネル。

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