JP4976529B2 - タッチパネル及びそれを利用するディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネル及びそれを利用するディスプレイに関し、特にカーボンナノチューブフィルムを利用するタッチパネル及び、該タッチパネルを利用するディスプレイに関する。

タッチパネルは、画面に指やペンなどで直接触れることで機械を操作する装置であり、ＬＣＤなど表示装置、ＰＤＡなど携帯装置、銀行のＡＴＭやＰＯＳなど多くの装置で用いられている。タッチパネルに対して、タッチした位置の検出を電気的に行うものとして、抵抗膜方式や静電容量方式などがある。一方、電気を用いないものとして、超音波方式や赤外遮光方式、画像認識方式などがある。

現在の抵抗膜方式タッチパネルは、ベースとなるガラス基板の表面に非常に微小なスペーサーをはさみ、その表面にしなやかなフィルムが貼り付けられる。前記ガラス基板及び前記フィルムの向かい合う面には、それぞれ透明導電性薄膜が設けられている。

タッチしていない状態では、前記微小なスペーサーにより前記二枚の透明導電性薄膜は接触していないために、電流が生じない。前記フィルムをタッチすると、圧力によりフィルムがたわみ、前記ガラス基板の透明導電性薄膜と接触し、電流が流れる。前記ガラス基板、フィルムそれぞれの透明導電性薄膜の抵抗による分圧比を測定することで押された位置を検出する。

Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

現在主流の方式では、全面がＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）と呼ばれる透明導電性薄膜で構成されるために、構造が単純となり、剥離や磨耗、断線などがおきにくいために、寿命が長く、透過率も高く改善された。しかし、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）はスパッタリング法、イオンプレーティング、塗布法などの方法により成膜されるので、製造方法が複雑である。また、ＩＴＯ薄膜は、機械的及び化学的性能が良好でなく、膜質の均一性が低いという欠点がある。また、ＩＴＯ薄膜の光透過性が低いので、明るい環境で表示パネルに表示される画面が見にくくなる。従って、現在のタッチパネルは、正確性や応答性が低く、光透過性が低いという課題がある。

前記課題を解決するために、正確性や応答性が向上し、光透過性が高いタッチパネルを提供することが必要となる。

本発明のタッチパネルは、第一基板及び前記第一基板に設置される第一導電構造体を有する第一電極板と、前記第一電極板から所定の距離だけ離れ、第二基板及び前記第二基板に設置される第二導電構造体を有する第二電極板と、を含む。前記第一導電構造体及び／又は前記第二導電構造体は、カーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、一定の方向に沿って配列されている。

前記カーボンナノチューブ構造体は数枚のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、前記数枚のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく平行に並列されている。

前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍにされることが好ましい。

一枚の前記カーボンナノチューブフィルムが、端と端で接続された複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。単一のカーボンナノチューブセグメントが、平行に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。

前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブであり、直径が０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定されている。前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブであり、直径が１ｎｍ〜５０ｎｍに設定されている。前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブであり、直径が１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定されている。

前記第一電極板は、第一方向に沿って前記第一導電構造体に電気的に接続される二つの第一電極を含む。前記第一導電構造体におけるカーボンナノチューブ構造体において、カーボンナノチューブは一定の方向に沿って配列される。前記第二電極板は、第二方向に沿って前記第二導電構造体に電気的に接続される二つの第二電極を含む。前記第二導電構造体におけるカーボンナノチューブ構造体において、カーボンナノチューブは一定の方向に沿って配列される。前記第一方向は前記第二方向に垂直する。

前記第一電極板及び前記第二電極板の間に、複数のスペーサーを設置する。

本発明のディスプレイは、タッチパネルと、表示素子と、を含む。ここで、前記タッチパネルは、第一基板及び前記第一基板に設置される第一導電構造体を有する第一電極板と、前記第一電極板から所定の距離だけ離れ、第二基板及び前記第二基板に設置される第二導電構造体を有する第二電極板と、を含む。前記第一導電構造体及び／又は前記第二導電構造体は、カーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、一定の方向に沿って配列されている。

従来技術と比べると、本発明のタッチパネルは、良好な機械的強度及び靱性を有し、また、コントラスト及び精確性が高い。本発明のタッチパネルの製造の工程は簡単であり、コストが低く、大規模の工業生産に応用することができる。また、前記タッチパネルを利用するディスプレイは明るく表示することができる。

本発明の実施形態のタッチパネルの分解図である。 本発明の実施形態のタッチパネルの側面図である。 本発明の実施形態のカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。 本発明の実施形態のカーボンナノチューブセグメントを示す図である。 本発明の実施形態のタッチパネルを利用するディスプレイを示す図である。

図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１及び図２を参照すると、本実施形態のタッチパネル１０は、第一電極板１２と、第二電極板１４と、前記第一基板１２及び第二基板１４の間に挟まれる複数のスペーサー１６と、を含む。

前記第一電極板１２は、第一基板１２０と、第一導電構造体１２２と、二つの第一電極１２４と、を備える。前記第一基板１２０は第一表面及び第二表面を有し、該第一表面及び第二表面はそれぞれ平面形に形成されている。前記第一導電構造体１２２及び前記二つの第一電極１２４は全部前記第一基板１２０の第一表面に設置されている。前記二つの第一電極１２４は前記第一導電構造体１２２を挟むように、前記第一基板１２０の両側に設置される。また、前記二つの第一電極１２４はそれぞれ前記第一導電構造体１２２に電気的に接続されている。ここで、一つの第一電極１２４から、前記第一導電構造体１２２を越えてもう一つの第一電極１２４まで進む方向は、前記第一方向と定義される。

前記第二電極板１４は、第二基板１４０と、第二導電構造体１４２と、二つの第二電極１４４と、を備える。前記第二基板１４０は第一表面及び第二表面を有し、該第一表面及び第二表面はそれぞれ平面形に形成されている。前記第二導電構造体１４２及び前記二つの第二電極１４４は全部前記第二基板１４０の第一表面に設置されている。前記二つの第二電極１４４は前記二つの第一電極１２４の側に対向せず、前記第二基板１４０の両側に設置される。また、前記二つの第二電極１４４は前記第二導電構造体１４２を挟むように前記第二導電構造体１４２に電気的に接続されている。ここで、一つの第二電極１４４から、前記第に導電構造体１４２を越えてもう一つの第に電極１４４まで進む方向は、前記第二方向と定義される。

また、前記第一方向は前記第二方向に垂直する。前記二つの第一電極１２４は前記第一方向に平行に並列し、前記二つの第二電極１４４は前記第二方向に平行に並列している。即ち、前記第一電極１２４の長手方向は前記第一方向に平行し、前記第二電極１４４の長手方向は前記第二方向に平行する。前記第一基板１２０は、柔軟な薄膜又は薄板であり、前記第二基板１４０は例えば、ガラス、石英、ダイヤモンドのような透明な基板である。本実施形態において、前記第一基板１２０は、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）のようなポリエステルフィルムであり、前記第二基板１４０はガラスからなる。前記第一電極１２４及び前記第二電極１４４は、銀ペーストからなる。

本実施形態において、前記第二電極板１４及び前記第一電極板１２の間の距離は２〜１０μｍに設定されている。前記複数のスペーサー１６はそれぞれ所定の距離だけ離れて、均一に前記第二電極板１４の前記第二導電構造体１４２に設置される。さらに、前記第二電極板１４及び前記第一電極板１２を密封するように、前記第二電極板１４と前記第一電極板１２との間に枠形状の絶縁部１８を設置する。前記複数のスペーサー１６及び前記絶縁部１８は、例えば、透明な樹脂のような絶縁材料からなり、前記第一電極板１２と前記第二電極板１４とを絶縁して組み合わせるように機能する。前記複数のスペーサー１６の数量及び寸法は、実際のタッチパネルの寸法により、前記第一電極板１２と前記第二電極板１４とを絶縁させるために設けられる。

さらに、前記第一電極板１２を保護するために、前記第一電極板１２の第一表面に対向する第二表面に透明な保護膜１２６を設置することができる。前記透明な保護膜１２６としては、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリエステル又はアクリル酸などのいずれか一種からなる。さら、前記透明な保護膜１２６は、表面硬化処理によるプラスチック膜（例えば、ＰＥＴ）であることができる。

前記第一導電構造体１２２及び／又は前記第二導電構造体１４２はカーボンナノチューブ構造体を含む。該カーボンナノチューブ構造体は、一枚又は数枚のカーボンナノチューブフィルムからなる。前記単一のカーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブからなり、所定の厚さがある薄膜である。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍにされることが好ましい。前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは一定の方向、又は異なる方向に沿って配列される。

前記カーボンナノチューブ構造体が、数枚のカーボンナノチューブフィルムからなる場合、前記カーボンナノチューブフィルムは隙間なく平行に配列されて、大寸法のカーボンナノチューブフィルムに形成されることができる。又は、前記数枚のカーボンナノチューブフィルムはそれぞれ同じ角度又は異なる角度で積み重ねて成ることができる。

本実施形態において、前記カーボンナノチューブ構造体は単一のカーボンナノチューブフィルムを含む。図３及び図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端が接続された複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含む。各々のカーボンナノチューブセグメント１４３は、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。前記第一導電構造体１２２の複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列され、前記第二導電構造体１２４の複数のカーボンナノチューブも同じ方向に沿って配列されることが好ましい。前記第一導電構造体１２２の複数のカーボンナノチューブの配列方向は、前記第二導電構造体１２４の複数のカーボンナノチューブの配列方向と同じでも、同じでなくてもよい。

前記カーボンナノチューブフィルムは次の方法により製造される。

第一段階では、カーボンナノチューブアレイを提供する。超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）であることが好ましい。

本実施形態において、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により前記カーボンナノチューブアレイを成長させる。まず、基材を提供する。該基材としては、Ｐ型又はＮ型のシリコン基材、又は表面に酸化物が形成されたシリコン基材が利用される。本実施形態において、厚さが４インチのシリコン基材を提供する。次に、前記基材の表面に触媒層を堆積させる。該触媒層としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はそれらの合金である。次に、前記触媒層が堆積された前記基材を、７００〜９００℃、空気の雰囲気において３０〜９０分間アニーリングする。最後に、前記基材を反応装置内に置いて、保護ガスを導入すると同時に前記基材を５００〜７００℃に加熱して、５〜３０分間カーボンを含むガスを導入する。これにより、高さが２００〜４００μｍの超配列カーボンナノチューブアレイが成長される。前記超配列カーボンナノチューブアレイは、相互に平行に基材に垂直に成長する複数のカーボンナノチューブからなる。前記の方法により、前記超配列カーボンナノチューブアレイに無定形炭素又は触媒剤である金属粒子などの不純物が残らず、純粋なカーボンナノチューブアレイが得られる。

本実施形態において、前記カーボンを含むガスはアセチレンなどの炭化水素であり、保護ガスは窒素やアンモニアなどの不活性ガスである。勿論、前記カーボンナノチューブアレイは、アーク放電法又はレーザー蒸発法により得られることができる。

第二段階では、前記カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出す。

まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。本実施形態において、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。

前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。単一のカーボンナノチューブセグメントは、長さが同じ複数のカーボンナノチューブを含む。該複数のカーボンナノチューブは、相互に平行に並列し、分子間力で接合されるように配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。前記カーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルムを引く方向に平行に並列されている。図３は、前記カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。図３に示すように、前記カーボンナノチューブフィルムは、所定の方向に沿って配列し、端と端で接合される複数のカーボンナノチューブからなる一定の幅を有するフィルムである。前記カーボンナノチューブフィルムは、均一な導電性及び均一な厚さを有する。このカーボンナノチューブフィルムの製造方法は、高効率又は簡単であり、工業的に実用される。

前記カーボンナノチューブフィルムの幅は前記基材の幅により設定され、前記カーボンナノチューブフィルムの長さは基材の寸法に限定されず、必要により製造されることができる。本実施形態において、前記カーボンナノチューブフィルムの幅は１ｃｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．０１〜１００μｍに設けられる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径が０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径が１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径が１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。

カーボンナノチューブは長径比が高く、前記超配列カーボンナノチューブアレイには不純物がないという特性があるので、前記カーボンナノチューブフィルムは強い粘着性がある。従って、前記第一導電構造体１２２及び前記第二導電構造体１４２としての前記カーボンナノチューブフィルムは、直接前記第一基板１２０又は／及び前記第二基板１４０に粘着されることができる。さらに、複数の前記カーボンナノチューブフィルムを並列にして大寸法のカーボンナノチューブフィルムを形成することができる。

実用の条件により、有機溶剤を利用して前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬して処理することができる。前記有機溶剤は、メタノール、アルコール、アセトンである。本実施形態において、アルコールを利用して前記カーボンナノチューブフィルムを浸漬することにより、前記カーボンナノチューブフィルムは、該アルコールの表面張力作用で、強く前記基板の表面に粘着されることができる。

なお、前記第一導電構造体１２２及び／又は前記第二導電構造体１４２として多層のカーボンナノチューブフィルムが利用される場合、上述の方法により前記複数のカーボンナノチューブフィルムを、異なる方向に向けて前記第一基板１２０又は前記第二基板１２４に積み重ねる。

さらに、電磁妨害（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ＥＭＩ）を防止するために、前記第二基板１４０の第一表面に対向する第二表面に、遮蔽層（図示せず）が設置されることができる。該遮蔽層はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はアンチモン含有酸化スズ（ＡＴＯ）、ＣＮＴを含む物からなる。本実施形態において、前記遮蔽層は、カーボンナノチューブフィルムを含む。該カーボンナノチューブフィルムにおいて、カーボンナノチューブが配向して又は配向せずに（つまり等方的に）配列されることができる。前記カーボンナノチューブフィルムを電気的に接地させることにより、前記タッチパネル１０を電磁妨害がない雰囲気において作業させることができる。

図５に示すように、本実施形態は、前記タッチパネル１０を利用するディスプレイ１００を提供する。該ディスプレイ１００は、前記タッチパネル１０と、表示素子２０と、第一制御素子３０と、中央処理装置（ＣＰＵ）４０と、第二制御素子５０と、を含む。前記タッチパネル１０は前記表示素子２０に近接して設置され、また、外部回路（図示せず）で前記第一制御素子３０に電気的に接続されている。前記タッチパネル１０は、所定の空間で分離して前記表示素子２０に接続され、又は、直接前記表示素子２０に緊密に接続されていることができる。本実施形態において、前記タッチパネル１０は、空間２６で分離して前記表示素子２０に電気的に接続されている。前記第一制御素子２０及び前記中央処理装置４０は、それぞれ前記第二制御素子５０に電気的に接続されている。前記中央処理装置４０は、前記表示素子２０を制御することができる。

前記表示素子２０は、例えば液晶表示装置、電界放出型表示装置、プラズマ表示装置、電子発光表示装置、真空蛍光ディスプレイ、陰極線管などの表示装置のいずれか一種であることができる。

さらに、前記第二基板１４０の前記導電構造体１４２とは反対側に遮蔽層２２を設置する場合、前記遮蔽層２２の前記基板１４０とは反対側に硬化層２４を設置する。該硬化層２４は、窒化ケイ素又は二酸化ケイ素からなる。該硬化層２４は誘電層として利用されることができる。前記硬化層２４は所定の距離で分離して前記表示装置２０の上方に設置され、又は、直接前記表示素子２０に設置されている。前記硬化層２４は絶縁層として利用でき、外力（例えば、電気力）で前記表示素子２０に与える損傷を防止することができる。

前記第一電極板１２及び前記第二電極板１４にそれぞれ例えば５Ｖの電圧を印加する場合、使用者はディスプレイ２０に表示された情報を読みながら、指又はペンなどの接触物６０で前記ディスプレイ２０の表面に設置される前記タッチパネル１０を押す。これにより、前記第一電極板１２の前記第一基板１２０を湾曲させ、変形７０を形成し、前記第一電極板１２の前記第一導電構造体１２２と前記第二電極板１４の前記第二導電構造体１４２とを接触させて回路を形成する。前記第一制御素子３０により、それぞれ前記第一導電構造体１２２におけるカーボンナノチューブの配列方向及び前記第二導電構造体１４２におけるカーボンナノチューブの配列方向に流れる電流を測定して、測定のデータを前記中央処理装置４０に伝送する。前記中央処理装置４０は前記測定のデータにより、前記第一電極板１２の前記第一導電構造体１２２と前記第二電極板１４の前記第二導電構造体１４２との接触の場所を計算する。これによれば、前記ディスプレイ２０における所定の場所に、必要な情報が表示されることができる。

本実施形態のタッチパネルは、次の優れた点がある。第一に、カーボンナノチューブは良好な機械性能を有するので、カーボンナノチューブフィルムを利用するタッチパネルは、良好な機械的強度及び靱性を有する。従って、前記タッチパネルの耐久性が高い。第二に、カーボンナノチューブは良好な導電性を有するので、カーボンナノチューブフィルムを利用するタッチパネルは、均一な導電性及び高導電性を有する。従って、前記タッチパネルのコントラスト及び精確性が高い。第三に、本実施形態のカーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブアレイから直接引き出して形成されるので、製造の工程が簡単であり、コストが低い。また、前記カーボンナノチューブフィルムは直接タッチパネルの基板に設置して透明な導電性薄膜として利用されるので、大規模工業生産に応用することができる。第四に、前記カーボンナノチューブフィルムは良好な光透過性があるので、前記タッチパネルを利用するディスプレイは明るく表示することができる。

１０ タッチパネル
１００ ディスプレイ
１２ 第一電極板
１２０ 第一基板
１２２ 第一導電構造体
１２４ 第一電極
１２６ 保護膜
１４ 第二電極板
１４０ 第二基板
１４２ 第二導電構造体
１４３ カーボンナノチューブセグメント
１４４ 第二電極
１４５ カーボンナノチューブ
１６ スペーサー
１８ 絶縁層
３０ 第一制御素子
４０ 中央処理装置
５０ 第二制御素子

Claims (2)

1. 第一基板及び前記第一基板に設置される第一導電構造体を有する第一電極板と、
   前記第一電極板から所定の距離だけ離れ、第二基板及び前記第二基板に設置される第二導電構造体を有する第二電極板と、を含み、
   前記第一導電構造体及び／又は前記第二導電構造体が、カーボンナノチューブ構造体を含み、
   該カーボンナノチューブ構造体は、一枚又は数枚のカーボンナノチューブフィルムからなり、
   前記単一のカーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブからなり、
   前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが、一定の方向に沿って配列され、
   前記第二基板の前記第二導電構造体とは反対側に遮蔽層が設置されており、
   前記遮蔽層は、前記カーボンナノチューブフィルムを含むことを特徴とするタッチパネル。
2. タッチパネルと、表示素子と、を含み、
   前記タッチパネルは、
   第一基板及び前記第一基板に設置される第一導電構造体を有する第一電極板と、
   前記第一電極板から所定の距離だけ離れ、第二基板及び前記第二基板に設置される第二導電構造体を有する第二電極板と、を含み、
   前記第一導電構造体及び／又は前記第二導電構造体は、カーボンナノチューブ構造体を含み、
   該カーボンナノチューブ構造体は、一枚又は数枚のカーボンナノチューブフィルムからなり、
   前記単一のカーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブからなり、
   前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが、一定の方向に沿って配列され、
   前記第二基板の前記第二導電構造体とは反対側に遮蔽層が設置されており、
   前記遮蔽層は、前記カーボンナノチューブフィルムを含むことを特徴とするディスプレイ。