JP5279530B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、額縁部分の内側に入力操作エリアとしてのギャップが形成されるように、対向配置されて貼り合わされている一対の基板を備え、入力操作エリア内の一対の基板の任意の接触点を２次元座標として検出することができるタッチパネルに関する。

一般に、額縁部分の内側に入力操作エリアとしてのギャップが形成されるように、対向配置されて貼り合わされている一対の基板を備えたタッチパネルは、例えば、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)等と共に一体的に組み立てられ、入力デバイスとして用いられている。

この種のタッチパネルは、携帯電話やスマートフォンなどの小型の情報端末機器にも用いられるようになってきている。タッチパネルの小型の情報端末機器への適用に関しては、広い入力操作エリアを確保する要求が強く、額縁部分の幅を狭くすることが求められている。額縁部分を狭くした場合は、それに伴い額縁電極の幅も狭くする必要がある。しかし、額縁電極の幅を狭くすると、電気抵抗値のばらつきがリニアリティに影響して、電気特性が低下するという性質がある。

額縁電極は、数μｍのフレーク状の銀粒子をポリエステルやエポキシバインダーに分散させた銀ペーストがスクリーン印刷法で基板上に形成されたものであるが、銀粒子同士の接触による導通のため、比抵抗（例えば、３×１０^-5Ω・ｃｍ）が高く、電極幅を狭くすると電気特性が低下するという問題があった。

リニアリティの低下を抑制することができるタッチパネルの従来の一例として、一対の額縁電極が傾斜して配置されたものが知られている（特許文献１）。特許文献１の段落番号［００２８］には、「第一導電体層２の外周部分の対向した二辺には、印刷等により直線状の第一電極２１が配設され、固定絶縁基板１の絶縁層４上に引き廻された第一電極用配線パターン５Ａと接続部２２で電気的に接続していることは従来の技術と同じであるが、第一電極２１の配置は、第一電極用配線パターン５Ａとの接続部２２から端部２３にかけて内側方向に狭まるように傾斜がついている」と記載されている。また、段落番号［００２９］には、「可撓性絶縁基板７の第二導電体層８の外周部分の第一電極２１を形成した二辺と直交する二辺にも、印刷等により直線状の第二電極２４が配設され、接続部２５が固定絶縁基板１の第二電極用接続箇所１３Ｂに接続されて固定絶縁基板１の絶縁層４上に引き廻されている第二電極用配線パターン５Ｂと電気的に接続していることは従来の技術と同じであるが、第二電極２４の配置も、第二電極用配線パターン５Ｂとの接続部２５から端部２６にかけて内側方向に狭まるように傾斜をつけた配置となっている」と記載されている。

特開平１０−９１３４９号公報

しかしながら、額縁部分の幅が狭いタッチパネルでは、細長い額縁電極を一方の端部から他方の端部にかけて傾斜して配置するスペースが少ないため、特許文献１で開示されている方法でリニアリティを高めるには限界があった。

また、額縁電極の銀ペーストに低抵抗のガラスをバインダとしたものを用いることもできるが、ガラスは焼成温度が５００℃以上と高いため、ガラス基材上以外には電極を形成することができなかった。

本発明は、上記した点に鑑み、電気性能を低下させることなく、額縁部分の寸法を狭くすることができるタッチパネルを提供する。

本願によれば、額縁部分の内側に入力操作エリアとしてのギャップが形成されるように、対向配置されて貼り合わされている上下一対の基板を備え、前記入力操作エリア内の前記一対の基板の任意の接触点を２次元座標として検出することができるタッチパネルにおいて、前記一対の基板のそれぞれは、粒子の最大直径が１〜１００ｎｍの金、銀、白金、イリジウム、ロジウム、銅、ニッケル、アルミニウムあるいはカーボンのいずれかからなる導電性ナノ粒子と、最大直径が１〜１０μｍのフレーク状の導電性粒子と、バインダとしての樹脂材料と、のみから構成されており、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、パッド印刷法又はインクジェット印刷法により形成されている低抵抗配線材料で形成される、対向面上で互いに他方の基板と直交する対向辺に配置される一対の額縁電極をそれぞれ有することを特徴とするタッチパネルが提供される。

以上の如く、本発明によれば、各一対の額縁電極が導電性ナノ粒子を含む低抵抗配線材料で形成されているから、額縁電極の比抵抗値を下げることができる。このため、額縁電極の幅を狭くしても、電極抵抗値を低く保つことができる。これにより、タッチパネルが適用される筐体の限られたスペース内で、相対的に広い入力操作エリアを確保することができ、精度の高い位置検出を行うことができる。

以下に本発明の実施の形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係るタッチパネルの一実施形態を示すものである。

図示するように、本実施形態の抵抗膜式タッチパネル（以下、「タッチパネル」という）１０は、代表的形態として、入力エリアの対角線の長さが５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の携帯電話やスマートフォンなどの小さいサイズのディスプレイに入力操作パネルとして適用されるものであるが、これに限られない。本実施形態のタッチパネルは、図示しないＬＣＤ表面にスぺーサを介して支持されている樹脂プレート（図示せず）と、樹脂プレートの表面に接着されている下基板１１と、下基板１１に対向配置されるタッチ操作側の上基板１２と、上下の基板１１，１２と機器本体（図示せず）とを電気的に相互接続するＦＰＣコネクタ１４と、を備えている。

樹脂プレートは、光透過率が高く、成形精度に優れ、硬質である樹脂材料、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）などの樹脂材料が好適する。樹脂プレートは、例えば、数１００μｍの厚みを有し、強度及び硬度が損なわれない厚みに成形されたものが用いられる。樹脂プレートの裏面はＬＣＤに対する当接面となっており、樹脂プレートの表面は下基板１１に対する接着面となっている。

ＦＰＣコネクタ１４は、樹脂成形されたものであり、下基板１１の短辺側の端部に圧着接続されている。コネクタ１４は、ハウジング２３と、ハウジング２３に収容される図示しない４極の雌端子とからなっている。各端子の一端には、信号用のＦＰＣ（Flexible printed circuit）２４が接続されている。各端子の他端には、下基板１１に形成されている配線導体２５が接続されている。図では、上基板１２の一対の額縁電極２０，２０に接続する２本の配線導体が省略され、下基板１１の一対の額縁電極１８，１８に接続する２本の配線導体２５，２５が示されている。２本の配線導体２５，２５は、導電性接着剤により、一対の額縁電極１８，１８の端部に形成された導体接続部に接続している。

両基板１１，１２は、額縁部分１６，１７の内側の入力操作エリア内で１００μｍ程度のギャップを有するように、両面テープ１３で貼り合わされるようになっている。両面テープ１３は、各基板１１，１２の外周の細長い額縁電極１８，２０及び細長い絶縁部に対応する寸法形状に形成されている。この両面テープ１３は、絶縁性を有するプラスチックフィルムの両面に接着層を有するものであるから、額縁電極１８，２０の絶縁も兼ねている。両面テープ１３の厚さは、用途により異なるが、３０μｍのものを使用することもできる。

次に、基板について説明する。上下の基板の説明において、構成の重複する部分については、一方の基板について説明することとする。
上基板１２は、指やペン等で押圧される側の基板であり、対向面（下面）にＩＴＯフィルム（図示せず）を有するＰＥＴ基材が好適に用いられる。ＰＥＴ基材の厚みは、用途により異なるものであるが、例えば１５０μｍ〜２００μｍである。基材は、ＰＥＴ基材に限られず、可撓性を有するものであれば他の樹脂材料からなる基材を適用することも可能である。例えば、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）等を適用することもできる。図示しないＩＴＯフィルムは、下基板１１のＩＴＯフィルム１５と同様のものが用いられる。

上基板１２の外表面には、基板１２の表面硬度や耐擦傷性等を高めるために、図示しないハードコート層が数μｍの厚さに設けられている。上基板１２の対向面には、下基板１１と同様にして、外側に矩形状の額縁部分１７を有している。額縁部分１７の短辺側の一対の対向辺には、互いに平行な額縁電極２０，２０が設けられ、長辺側の一対の対向辺には、図示しない互いに平行な絶縁部が設けられている。なお、額縁電極２０及び絶縁部の構成は、後述する下基板１１の額縁電極１８及び絶縁部（図示せず）の構成と略同様であるため、説明を省略する。

下基板１１には、対向面に抵抗膜シートとしてのＩＴＯ(Indium Tin oxide)フィルム１５を有するガラス基材が適用されることができる。ガラス基材には、例えば厚さ０．７ｍｍ〜１．８ｍｍのソーダライムガラスが用いられる。基材には、光透過性の良い、好ましくは透過率８０％以上の樹脂基材を用いることもできる。ガラス基材の他に、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）等を適用することもできる。

ＩＴＯフィルム１５は、透明導電膜としてのインジウム・錫酸化物である。ＩＴＯフィルム１５は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、印刷法等で形成されている。ＩＴＯフィルム１５は、両基板１１，１２に形成されている各一対の額縁電極１８，２０に比べて高抵抗値であることが求められ、ガラス基材に１００〜１５０Åの厚さに形成される。ＩＴＯフィルム１５のシート抵抗値は、額縁電極１８，２０のシート抵抗値に比べて１００倍以上であることが必要とされている。このＩＴＯフィルム１５は、ガラス基材に形成したものをフォトリソグラフィにより不要部分を除去し、必要な部分を残して形成される。

下基板１１は、後述する上基板１２と同様に、外周側に矩形枠状の額縁部分１６を有している。額縁部分１６は、タッチパネル１０の入力操作エリアに対する非入力エリアであり、フレーム相当部分である。額縁部分１６の長辺側で一対の対向辺には、互いに平行で透明な額縁電極１８，１８が設けられている。上基板１２には、額縁部分１７の短辺側に一対の額縁電極２０，２０が設けられている。すなわち、両基板１１，１２は、一対の額縁電極１８，２０が互いに直交するように上下に貼り合わされ、指やペン等で入力された入力点のＸ−Ｙ座標（二次元座標）がコネクタ１４を介して検出される仕組みになっている。下基板１１の額縁電極１８は、ＩＴＯフィルムに電圧を印加してＹ方向に電位勾配を生じせしめるものであり、一方がアノード額縁電極、他方がカソード額縁電極である。他方、上基板１２の額縁電極２０は、ＩＴＯフィルムに電圧を印加してＸ方向に電位勾配を生じせしめるものであり、同様にして、一方がアノード額縁電極、他方がカソード額縁電極である。

額縁電極１８の断面が図２に示されるように、額縁電極層２１ａの外側に絶縁層２１ｂが形成されている。額縁電極層２１ａは、例えば、スクリーン印刷や導電性を有する両面テープを用いた接着などでガラス基材の表面に形成されている。額縁電極層２１ａは、外表面が絶縁層２１ｂで覆われることで、外部から絶縁保護されると共に、マイグレーションが防止されるようになっている。額縁電極層２１ａは、ＩＴＯフィルム１５と電気的に接続し、ＦＰＣコネクタ１４を介して図示しない本体との間で信号の授受が行われるようになっている。額縁電極層２１ａをスクリーン印刷で形成した場合は、額縁電極層２１ａの厚みを、例えば乳剤厚１０μｍ以下、２００メッシュ以上のスクリーン版を使用することで、１０〜２０μｍとすることができる。電極幅は、本実施形態の導電性ナノペーストを用いることにより、一例として０．３ｍｍの寸法に形成することができる。導電性ナノペーストの詳細は後述する。

絶縁層２１ｂは、アクリル樹脂やウレタン樹脂やエポキシ樹脂等で形成されている。絶縁層２１ｂの膜厚は、例えば乳剤厚１８μｍ以下、２３０メッシュ以上のスクリーン版を使用することで、１５〜２５μｍとすることができる。

上述した一対の額縁電極１８は、本発明に係る新規な特徴を有して構成されている。本実施形態の一対の額縁電極１８は、導電性材料としての銀と、バインダとしてポリエステルやエポキシなどの樹脂材料とを含み、基板１１，１２の対向面上でＩＴＯフィルム１５がフォトリソグラフィにより除去された後に、導電性ナノペーストがスクリーン印刷法にて形成されている。導電性ナノペーストには、好適には５０〜６０％の導電性材料が含まれるが、これには限られない。抵抗値を低くするために、７０〜８０％又はそれ以上の導電性材料を含むこともできるし、５０％より少ない導電性材料を含むこともできる。導電性材料は、最大直径が１〜１００ｎｍであるナノ粒子であることが好ましいが、最大直径が１〜１０μｍのフレーク状の粒子をさらに含むこともできる。導電性材料に占めるナノ粒子の割合は、電気特性を高めるために、少なくとも５％以上であることが好ましいが、これに限られない。所望の電気特性が得られる範囲内でフレーク状の粒子を含むことにより、高価なナノ粒子の使用量を減らすことができる。

導電性ナノペーストは、導電性材料に銀を適用することが好ましいが、これに限られるものではなく、金、白金、イリジウム、ロジウム、銅、ニッケル、アルミニウム、カーボンなどを適用することもできる。

スクリーン印刷法は、スクリーン版の枠内に印刷インクをのせ、スキージでインクを摺動し、レジストのない部分にインクを落として、被印刷物に印刷を行う方法である。一例として、額縁電極層２１ａを導電性ナノペーストで形成し、絶縁層２１ｂを上述したアクリル樹脂やウレタン樹脂等の絶縁性インクで形成することができる。なお、導電性ナノペーストの印刷方法は、スクリーン印刷法に限られるものではなく、グラビア印刷法、パッド印刷法又はインクジェット印刷法により印刷形成することもできる。

表１には、本実施形態の導電性ナノペーストと従来の銀ペーストの特性値などが示されている。本実施形態で使用される導電性ナノペーストには、比抵抗が６×１０^ー6Ω・ｃｍ、硬化温度が１５０℃、硬化時間が６０分のものが適用されるが、これに限られない。比抵抗は、従来品に比べて１桁小さくなっている。この導電性ナノペーストは、３Ωの電極抵抗（配線抵抗）で、電極幅（配線幅）が０．３ｍｍに印刷形成されることができる。電極幅は従来品の１／５程度になっている。タッチパネルの額縁部分の寸法は、１／２と小さくなり、タッチパネルの入力操作エリアを広げることが可能になっている。

表１から明らかであるように、本実施形態の導電性ナノペーストは、比抵抗が低いため、タッチパネルの電気特性を低下させることなく、目標電極抵抗値を満足する電極幅を従来の銀ペーストに比べて狭くすることができる。

以上により、本実施形態によれば、導電性ナノペーストにより、額縁電極が形成されているから、額縁電極の比抵抗値を下げることができ、これにより、額縁電極の幅を狭くしても、電極抵抗値を低く保つことができる。したがって、筐体の限られたスペース内で、相対的に広い入力操作エリアを確保することができ、精度の高い位置検出を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明に係るタッチパネルの一実施形態を示す分解斜視図である。 額縁電極を示すための、図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。

１０ タッチパネル
１１ 下基板
１２ 上基板
１６，１７ 額縁部分
１８，２０ 額縁電極
２５ 配線導体

Claims (1)

1. 額縁部分の内側に入力操作エリアとしてのギャップが形成されるように、対向配置されて貼り合わされている上下一対の基板を備え、前記入力操作エリア内の前記一対の基板の任意の接触点を２次元座標として検出することができるタッチパネルにおいて、
   前記一対の基板のそれぞれは、粒子の最大直径が１〜１００ｎｍの金、銀、白金、イリジウム、ロジウム、銅、ニッケル、アルミニウムあるいはカーボンのいずれかからなる導電性ナノ粒子と、最大直径が１〜１０μｍのフレーク状の導電性粒子と、バインダとしての樹脂材料と、のみから構成されており、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、パッド印刷法又はインクジェット印刷法により形成されている低抵抗配線材料で形成される、対向面上で互いに他方の基板と直交する対向辺に配置される一対の額縁電極をそれぞれ有することを特徴とするタッチパネル。

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