JP2023092093A - 細線構造およびそれを用いたタッチセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】細線の線幅を小さくする。【解決手段】細線構造１８において、センサ基板５には有底状の凹溝部１０が設けられている。凹溝部１０には、導電性の金属材料により構成される一対の細線１９，１９が設けられている。一対の細線１９，１９は、凹溝部１０の隅角部１３を含む位置にそれぞれ形成され、かつ、底部１２の幅方向において互いに間隔をあけて配置されている。【選択図】図４

Description

本開示は、細線構造およびそれを用いたタッチセンサに関するものである。

従来から、例えば特許文献１に示されるようなタッチセンサが知られている。具体的に、特許文献１のタッチセンサはセンサ基板を有しており、センサ基板の一方の面には有底状の凹溝部が複数設けられている。各凹溝部には、一つの細線（導体）が設けられている。

特許第６８７２６９６号

上記特許文献１において、上記一つの細線は、センサ基板の縦断面視において、凹溝部における底部の幅方向全域に亘って埋設された銅などの導電金属により構成されている。かかる構成によれば、細線の線幅は、凹溝部の幅寸法と略同じ大きさになる。すなわち、一つの細線は、その線幅が凹溝部の幅寸法に拘束されるように構成されている。

ところが、一般的には、製造上の理由（例えば、製造工程上の制約および／または製造装置における仕様の限界）により凹溝部の幅寸法を極小化することに困難が伴う。このため、上記一つの細線の線幅が例えば１μｍ以下になるような細線化が求められる場合にあっては、上記製造上の理由により更なる細線化の実現が困難となっていた。

本開示は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、タッチセンサ等に適用される細線構造において、細線の線幅を小さくすることにある。

上記の目的を達成するために、本開示の一実施形態は、基板に設けられる細線構造であって、基板の少なくとも一方の面には、有底状の凹溝部が少なくとも１つ設けられている。凹溝部には、導電性の金属材料により構成される一対の細線が設けられている。一対の細線は、凹溝部の隅角部を含む位置にそれぞれ形成され、かつ、底部の幅方向において互いに間隔をあけて配置されている。

本開示によると、細線の線幅を小さくすることができる。

図１は、実施形態に係るタッチセンサの全体を示す分解斜視図である。 図２は、センサ基板の構成を示す分解斜視図である。 図３は、センサ基板の断面構成を概略的に示した縦断面図である。 図４は、図３に示したIV部を拡大して示した部分拡大図である。 図５は、凹溝部における細線の形成工程を概略的に示した図である。 図６は、実施形態の変形例１の断面構成を示した図４相当図である。 図７は、実施形態の変形例２の断面構成を示した図４相当図である。 図８は、その他の実施形態におけるセンサ基板の断面構成を概略的に示した縦断面図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本開示の実施形態に係るタッチセンサ１の全体を示している。このタッチセンサ１は、例えば液晶表示ディスプレイのような表示装置（図示しない）に適用される静電容量方式のセンサ型入力装置である。このタッチセンサ１は、例えばカーナビゲーション等の車載装置、パーソナルコンピュータのディスプレイ機器、携帯電話、携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コピー機、券売機、現金自動預け払い機、時計などに対する入力装置として用いられる。

以下の説明において、後述するカバー部材２の操作面４が位置する側（タッチセンサ１の視認側）をタッチセンサ１の「上側」とし、その反対側をタッチセンサ１の「下側」として、タッチセンサ１を構成する各要素の位置関係を定めるものとする。

（カバー部材）
図１に示すように、タッチセンサ１は、光透過性を有するカバー部材２を備えている。カバー部材２は、例えばカバーガラスまたはプラスチック製のカバーレンズからなる。カバー部材２は、例えば平面視長方形の板状に形成されている。

カバー部材２の下面の周縁部には、スクリーン印刷等により黒色等の暗色で略額縁状の加飾部３が形成されている。この加飾部３で囲まれた内部の矩形領域は、透光可能なビューエリアとなっている。すなわち、使用者は、このビューエリアを介して、タッチセンサ１の下側に配置した表示装置からの視覚的情報を得ることができる。ビューエリアに対応するカバー部材２の上面は、タッチ操作に伴い使用者の手指などが接触する操作面４として構成されている。

（センサ基板）
図２に示すように、タッチセンサ１は、２つのセンサ基板５，５（基板）を備えている。２つのセンサ基板５，５は、上側基板６および下側基板７により構成されている。上側基板６および下側基板７の各々は、平面視で略長方形状を有している。上側基板６は、タッチセンサ１の視認側に配置されている。具体的に、上側基板６は、カバー部材２の下側に積層配置されている。下側基板７は、図示しない表示装置が位置する側に配置されている。

図３に示すように、各センサ基板５は、第一層８を有している。第一層８の材料としては、例えばアクリル（ＰＭＭＡ)、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、エポキシ等のような光透過性を有する樹脂材、シリコン材、またはガラス材が挙げられる。第一層８の厚みは、例えば２０μｍ～１００μｍである。

各センサ基板５は、第二層９を有している。第二層９は、後述する複数の凹溝部１０を形成するための層である。第二層９は、絶縁性および透過性を有する樹脂材料により構成されている。本実施形態において、第二層９は、第一層８の上側に積層配置されている。第二層９の厚みは、柔軟性を確保するために、例えば３μｍ～２０μｍに設定される。

図３および図４に示すように、第二層９の上面（センサ基板５の上面）には、有底状の複数の凹溝部１０が設けられている。複数の凹溝部１０は、後述するセンサ電極１５、第１および第２配線部２３，２４、およびパッド２５の各々を構成するための要素である。各凹溝部１０の深さは、例えば１．０μｍ～２．０μｍに設定されている。各凹溝部１０の幅は、例えば２．０μｍ～２０．０μｍに設定されている。

各凹溝部１０は、側部１１，１１、底部１２、および隅角部１３，１３を有している。側部１１，１１は、凹溝部１０の底部１２から開口に向かって徐々に拡がるように傾斜していてもよい。底部１２は、略平坦状に形成されている。各隅角部１３には、フィレットが形成されていてもよい。

（粘着層）
図２に示すように、カバー部材２と上側基板６との間には、粘着層１４が設けられている。上側基板６と下側基板７との間にも、粘着層１４が設けられている。各粘着層１４は、光透過性を有する。具体的に、各粘着層１４は、例えば光学用粘着剤（ＯＣＡ：Optical Clear Adhesive）からなる。各粘着層１４は、上側基板６および下側基板７の各々と略同じ大きさおよび略同じ形状を有している。

（センサ電極）
図１および図２に示すように、タッチセンサ１は、静電容量方式による複数のセンサ電極１５を備えている。複数のセンサ電極１５は、各センサ基板５に設けられている。

複数のセンサ電極１５は、複数の送信電極１６および複数の受信電極１７により構成されている。複数の送信電極１６および複数の受信電極１７は、各センサ基板５において上記ビューエリア対応する位置に配置されている。タッチセンサ１では、ビューエリア内に位置する複数の送信電極１６および複数の受信電極１７を通じて操作面４に接触した使用者の手指（検知対象物）によるタッチ操作の検知が可能となっている。

各送信電極１６は、後述するフレキシブル配線板２６を介して図示しない駆動回路に接続されている。各送信電極１６は、この駆動回路により周囲に電界を放射するように構成されている。一方、各受信電極１７は、後述するフレキシブル配線板２６を介して図示しない検出回路に接続されている。各受信電極１７は、各送信電極１６から放射された電界を受信するように構成されている。

各送信電極１６および各受信電極１７は、平面視において互いに交差（図示例では直交）するように配置されている。そして、各送信電極１６と各受信電極１７とが重なり合う領域にはノードが形成されている。このノードは、静電容量を生成可能な領域として構成されている。

複数の送信電極１６は、下側基板７の上面に設けられている。各送信電極１６は、下側基板７の長辺方向に沿って延びている。複数の送信電極１６は、下側基板７の短辺方向に並んで配置されている。なお、図１および図２では、図示を簡略化するために、一つの送信電極１６の一部分のみを示している。

複数の受信電極１７は、上側基板６の上面に設けられている。すなわち、複数の受信電極１７は、上側基板６においてタッチセンサ１の視認側（カバー部材２の操作面４が位置する側）に配置されている。複数の受信電極１７は、下側基板７を介して複数の送信電極１６と絶縁される。各受信電極１７は、上側基板６の短辺方向に沿って延びている。複数の受信電極１７は、上側基板６の長辺方向に間隔を並んで配置されている。なお、図１および図２では、図示を簡略化するために、一つの受信電極１７の一部分のみを示している。

図示しないが、送信電極１６および受信電極１７の各々は、例えば、後述する複数の細線１９を規則的に並べて形成したメッシュパターンを含むように構成されている。このメッシュパターンは、例えば、複数の細線１９により構成された複数のセル（例えばひし形状）を規則的に並べて形成した網目構造を有している。なお、送信電極１６および受信電極１７の各々は、上記メッシュパターンと異なるパターンを含んでいてもよい。

（細線構造）
図３に示すように、タッチセンサ１は、複数の細線構造１８を備えている。図４に示すように、複数の細線構造１８の各々において、一つの凹溝部１０には一対の細線１９，１９および保護層２２が設けられている。各細線１９は、凹溝部１０の隅角部１３を含む位置に配置されている。細線１９，１９は、凹溝部１０における底部１２の幅方向において互いに間隔をあけて配置されている。各細線１９の線幅は、０．５μｍ～１．０μｍに設定されるのが好ましい。

各細線１９は、触媒層２０およびめっき層２１により構成されている。

触媒層２０は、凹溝部１０にめっき層２１を形成するための下地となる層である。触媒層２０は、無電解めっき触媒を含む溶剤により構成されている。無電解めっき触媒には、例えばパラジウム（Ｐｄ）が含まれる。

触媒層２０，２０は、１つの凹溝部１０に設けられている。触媒層２０，２０は、凹溝部１０の幅方向において互いに間隔をあけて配置されている。各触媒層２０は、凹溝部１０の側部１１および隅角部１３に配置されている。各触媒層２０は、乾燥により溶剤成分の揮発が進んだ後の、側部１１および隅角部１３に残留したパラジウム（Ｐｄ）を含む固形成分に相当する。

めっき層２１は、細線１９の導電性を担保するための要素である。めっき層２１は、導電材料からなる。この導電材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）のような導電金属が適している。

めっき層２１，２１は、１つの凹溝部１０に設けられている。めっき層２１，２１は、例えば無電解めっき処理により触媒層２０に対して積層配置される。めっき層２１，２１は、凹溝部１０の幅方向において互いに間隔をあけて配置されている。各めっき層２１は、凹溝部１０の隅角部１３を含む位置に配置されている。めっき層２１，２１は、凹溝部１０に埋設された保護層２２により互いに電気的に導通しないように構成されている。

保護層２２は、めっき層２１，２１を外部から保護するための層である。保護層２２は、第二層９との密着性が高くかつ絶縁性を有する材料からなる。具体的に、保護層２２は、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系などの樹脂材料を主成分とする接着剤により構成される。保護層２２は、第二層９の上面と略面一となるのが好ましい。

（配線部）
図１および図２に示すように、タッチセンサ１は、複数の配線部を備えている。複数の配線部は、複数の送信電極１６および複数の受信電極１７により構成されている。複数の送信電極１６および複数の受信電極１７は、図示しない外部回路（上述した駆動回路および検出回路）と電気的に接続される。

複数の第１配線部２３および複数の第２配線部２４は、ビューエリアの外側に配置されている。具体的に、複数の第１配線部２３および複数の第２配線部２４は、操作面４側から見た平面視において加飾部３と重なる位置に配置されている。すなわち、複数の第１配線部２３および複数の第２配線部２４は、加飾部３により操作面４の側から視認できないようになっている。

図２に示すように、複数の第１配線部２３は、下側基板７の上面に形成されている。各第１配線部２３の一端部は、各送信電極１６の端部と電気的に接続されている。複数の第１配線部２３は、各々の他端部が下側基板７における所定の位置（図２の紙面左側に位置する辺）に集束するように配置されている。

複数の第２配線部２４は、上側基板６の上面に形成されている。各第２配線部２４の一端部は、各受信電極１７の端部と電気的に接続されている。複数の第２配線部２４は、各々の他端部が上側基板６における所定の位置（図２の紙面左側に位置する辺）に集束するように配置されている。

図示しないが、第１および第２配線部２３，２４の各々は、各センサ基板５に位置する各凹溝部１０に埋設された少なくとも１本の細線１９により構成されている。

（パッド）
図１および図２に示すように、各第１配線部２３の他端部には、後述するフレキシブル配線板２６と電気的に接続するためのパッド２５が設けられている。また、各第２配線部２４の他端部にもパッド２５が設けられている。

（フレキシブル配線板）
図１に示すように、タッチセンサ１は、フレキシブル配線板２６を備えている。フレキシブル配線板２６は、柔軟性を有しかつ変形状態でもその電気的特性が変化しないように構成されている。フレキシブル配線板２６は、例えばポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の可撓性を有する絶縁フィルムからなる。フレキシブル配線板２６は、例えば異方導電性接着剤（図示せず）によりセンサ基板５，５に固着される。

（細線構造の形成工程）
次に、図５を参照しながら、細線構造１８の形成工程について説明する。

図５に示すように、触媒層２０，２０を一つの凹溝部１０に形成する。具体的には、複数の凹溝部１０が形成されたセンサ基板５の第２層９において、バーコータまたは印刷を用いてめっきプライマＰを各凹溝部１０に対してコーティングする。上記めっきプライマＰは、例えば無電解めっき触媒（Ｐｄ）を含む溶剤により構成されている。

上記コーティングを行った後、例えばスキージＳを用いて、めっきプライマＰが各凹溝部１０に溜まった状態を維持しつつ、第二層９の上面にめっきプライマＰが残らないように処理する。なお、この工程では、スキージＳの代わりに、ウエス等を用いて第二層９の上面に残留するめっきプライマＰを拭き取ってもよい。

上記コーティングにおいて各凹溝部１０に溜まった液体状のめっきプライマＰは、表面張力により、凹溝部１０の幅方向略中央が底部１２側に窪んだ状態となる。更に所定時間乾燥させることにより、めっきプライマＰにおける溶剤成分が揮発していく。この揮発が進行すると、パラジウム（Ｐｄ)を含む固形成分が、凹溝部１０の両側に位置する側部１１，１１および隅角部１３，１３に集束しかつ凝固する。これにより、触媒層２０，２０が凹溝部１０内に形成される。

次に、めっき層２１，２１を凹溝部１０内に形成する。具体的に、触媒層２０，２０を形成した後に無電解めっき処理を行う。無電解めっき処理を行うことにより、各触媒層２０に含まれるパラジウム（Ｐｄ)を触媒としてめっき成長が進行し、めっき金属（例えばＣｕ）が側部１１，１１および隅角部１３，１３に対応する位置に析出する。これにより、めっき層２１，２１が凹溝部１０内に形成される。なお、各めっき層２１の厚みは、各凹溝部１０の幅および深さ、並びにめっきプライマＰにおけるパラジウム（Ｐｄ)の含有量に応じて変化する。

次に、保護層２２を凹溝部１０内に形成する。具体的に、めっき層２１，２１を形成した後に、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系などの樹脂材料を主成分とする熱硬化性または紫外線硬化性の接着剤を凹溝部１０内に充填する。その後、所定の熱または紫外線を照射して、上記接着剤を凝固させる。これにより、保護層２２が凹溝部１０内に形成される。

なお、保護層２２の形成過程において、凹溝部１０内に充填した上記接着剤が第二層９の上面と略面一となるのが好ましいが、上記接着剤が凹溝部１０から溢れ出た状態になっていてもよい。あるいは、凹溝部１０内に充填された上記接着剤の上面が、第二層９の上面よりも低くなるようにしてもよい。

［実施形態の作用効果］
上述のように、細線構造１８において、センサ基板５の凹溝部１０には、導電性の金属材料により構成される一対の細線１９，１９が設けられている。細線１９，１９は、凹溝部１０の隅角部１３，１３を含む位置にそれぞれ形成されかつ底部１２の幅方向において互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、細線構造１８は、二つの細線１９，１９が一つの凹溝部１０に位置するように構成されている。かかる構成によれば、凹溝部１０の隅角部１３を含む位置に形成される各細線１９の線幅を、凹溝部１０の幅寸法よりも小さくすることが可能となる。例えば、各細線１９の線幅を、凹溝部１０における幅寸法の１／２以下の寸法に抑えることが可能となる。すなわち、各細線１９の線幅は、凹溝部１０の幅寸法に拘束されない。その結果、製造上の理由（例えば、製造工程上の制約および／または製造装置における仕様の限界）により凹溝部１０の幅寸法を極小化することが困難であったとしても、各細線１９の線幅が例えば１μｍ以下になるような細線化を実現することが可能となる。このように、本開示の細線構造１８では、各細線１９の線幅を小さくすることができる。

また、上記細線化の実現が可能となることから、複数の細線構造１８を用いたタッチセンサ１では、センサ基板５における複数の細線１９の配置密度を高めることが可能となる。これにより、例えば、各センサ電極１５を構成する上記メッシュパターンが緻密化される。さらに、センサ基板５を小型化することも可能となる。

また、凹溝部１０には、細線１９，１９を保護するための保護層２２が埋設されている。この保護層２２により、凹溝部１０に設けられた細線１９，１９を外部から適切に保護することができる。特に、センサ基板５が曲げ等による外力の影響を受けた場合であっても、保護層２２により凹溝部１０と各細線１９との密着状態を保つことが可能となる。これにより、細線１９，１９が凹溝部１０から剥がれることを未然に防止することができる。さらに、保護層２２が凹溝部１０内に埋設されることにより、センサ基板５の上面（第二層９の上面）に保護層２２と異なる保護層（図示せず）を別途設ける必要がない。このため、センサ基板５における厚みの増大を抑えることができる。

［実施形態の変形例］
上記実施形態では、センサ電極１５の縦断面視において凹溝部１０の底部１２が略平坦状に形成された形態を示したが、この形態に限られない。例えば図６および図７に示すように、凹溝部１０は、センサ基板５の縦断面視において底部１２の略中央が隅角部１３，１３の位置よりも上側（凹溝部１０の開口側）に向かって盛り上がるように形成されていてもよい。

図６に示した変形例１の凹溝部１０では、底部１２が、図６の紙面左右の各々に位置する隅角部１３から底部１２の幅方向中央に向かって上方に向かうような傾斜状に形成されている。変形例１では、底部１２の幅方向中央が角状に形成されている。

また、図７に示した変形例２の凹溝部１０では、底部１２における幅方向中央の部分が、図６の紙面左右の各々に位置する隅角部１３近傍の位置から上方に向かって突出している。変形例２では、底部１２の幅方向中央が緩やかな湾曲状に形成されている。

上記変形例１，２では、各細線１９を、凹溝部１０の各隅角部１３を含む位置に形成しやすくなる。また、細線１９，１９を、底部１２の幅方向において互いに間隔をあけて配置しやすくなる。その結果、細線１９，１９同士の絶縁性を保つことが容易となる。

［その他の実施形態］
上記実施形態のタッチセンサ１では、略矩形状のビューエリアを適用した形態を示したが、この形態に限られない。ビューエリアは、例えば平面視で略円形状や五角形状などの多角形状を有していてもよい。

上記実施形態および各変形例では、第二層９が第一層８の上側に位置する形態を示したが、この形態に限られない。例えば、第二層９が第一層８の下側に位置していてもよい。

上記各実施形態および各変形例では、２つのセンサ基板５，５（上側基板６および下側基板７）を用いた形態を示したが、この形態に限られない。すなわち、１つのセンサ基板５のみを用いた形態であってもよい。かかる形態では、第二層９，９を第一層８の上側および下側の双方に形成した１つのセンサ基板５を用いればよい（図示せず）。例えば、他の実施形態に係るタッチセンサ１としては、複数の送信電極１６および複数の第１配線部２３を第一層８の下側に位置する第二層９に設ける一方、複数の受信電極１７および複数の第２配線部２４を第一層８の上側に位置する第二層９に設けるように構成すればよい。

上記実施形態および各変形例では、センサ基板５が第一層８および第二層９を有する形態を示したが、この形態に限られない。例えば、図８に示すように、センサ基板５が第一層８のみを有する形態であってもよい。かかる形態では、凹溝部１０および細線構造１８が第一層８の上面および下面の少なくとも一方に形成されていればよい。このような形態であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏しうる。

上記実施形態では、各送信電極１６が図２に示したセンサ基板５の長手方向に沿って延びる一方、各受信電極１７がセンサ基板５の短手方向に沿って延びる形態を示したが、この形態に限られない。すなわち、各送信電極１６がセンサ基板５の短手方向に沿って延びる一方、各受信電極１７が長手方向に沿って延びていてもよい。

上記実施形態では、カバー部材２およびフレキシブル配線板２６がセンサ基板５に取り付けられる状態のタッチセンサ１を示したが、この形態に限られない。すなわち、本開示によるタッチセンサ１の概念には、カバー部材２およびフレキシブル配線板２６などをセンサ基板５に取り付ける前の状態が含まれる。さらに、本開示のタッチセンサ１の概念には、センサ基板５が形成される前の状態となる長尺状の母材（例えば、図示しない長尺のフープ状部材）において、上述による複数のセンサ電極１５が当該母材に形成された構成も含まれる。

上記実施形態および各変形例では、本開示の細線構造１８を適用したタッチセンサ１について例示したが、これに限られない。例えば、本開示の細線構造１８を、タッチセンサ以外の技術分野（例えば、液晶表示装置やアンテナ装置などの他の技術分野）に広く適用することが可能である。

以上、本開示についての実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態のみに限定されず、本開示の範囲内で種々の変更が可能である。

本開示は、細線構造およびそれを用いたタッチセンサとして産業上の利用が可能である。

１：タッチセンサ
２：カバー部材
５：センサ基板
６：上側基板
７：下側基板
８：第１層
９：第２層
１０：凹溝部
１１：側部
１２：底部
１３：隅角部
１５：センサ電極
１６：送信電極
１７：受信電極
１８：細線構造
１９：細線
２０：触媒層
２１：めっき層
２２：保護層

Claims (4)

1. 基板に設けられる細線構造であって、
   前記基板の少なくとも一方の面には、有底状の凹溝部が少なくとも１つ設けられており、
   前記凹溝部には、導電性の金属材料により構成される一対の細線が設けられており、
   前記一対の細線は、前記凹溝部の隅角部を含む位置にそれぞれ形成され、かつ、前記底部の幅方向において互いに間隔をあけて配置されている、細線構造。
2. 請求項１に記載の細線構造において、
   前記凹溝部は、前記基板の縦断面視において前記底部の略中央が前記隅角部の位置よりも前記凹溝部の開口側に向かって盛り上がるように形成されている、細線構造。
3. 請求項１または２に記載の細線構造において、
   前記凹溝部には、前記一対の細線を保護するための保護層が埋設されている、細線構造。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の細線構造を備える、タッチセンサ。
   

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