JP5305807B2 - 透明面状体及び透明タッチスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、透明面状体及び透明タッチスイッチに関する。

入力位置を検出するための透明タッチスイッチの構成は、従来から種々検討されているが、一例として静電容量式の透明タッチスイッチが知られている。例えば、特許文献１に開示された透明タッチスイッチは、それぞれ所定のパターン形状を有する透明導電膜を備えた一対の透明面状体の間に誘電体層が介在されて構成されており、指などが操作面に触れると、人体を介して接地されることによる静電容量の変化を利用して、タッチ位置を検出することができる。

この透明タッチパネルは、液晶表示装置やＣＲＴなどの表面に装着して用いられるが、透明面状体に形成された透明導電膜のパターン形状が目立ってしまい、視認性の低下を招いていた。
特開２００３−１７３２３８号公報（図１、図４、図５）

そこで、本発明は、視認性を向上させることができる透明面状体及び透明タッチスイッチの提供を目的とする。

本発明の上記目的は、透明基板の一方面にパターニングされた透明導電膜を有する透明面状体であって、前記透明基板と前記透明導電膜との間に介在される単層のアンダーコート層と、前記透明導電膜および前記アンダーコート層の表面を覆う被覆層とを備えており、前記透明基板の他方面側から前記透明導電膜が形成されている領域に照射される光の反射光における波長毎の反射率である各第１分光反射率に、光の波長毎に設定される各標準比視感度を乗じて得られる波長毎の各第１視感反射率と、前記透明基板の他方面側から前記透明導電膜が形成されていない領域に照射される光の反射光における波長毎の反射率である各第２分光反射率に、光の波長毎に設定される前記各標準比視感度を乗じて得られる波長毎の各第２視感反射率との差の各絶対値についての３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲における積分値が、７．４以下であり、反射光の波長毎に得られる前記各絶対値についての３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲における最大値が、０．４３以下であることを特徴とする透明面状体により達成できる。

この透明面状体において、前記アンダーコート層の屈折率は、前記透明導電膜の屈折率よりも低いことが好ましい。

また、前記被覆層は、粘着性材料からなることが好ましい。

また、本発明の上記目的は、前記透明面状体を複数備える静電容量式の透明タッチスイッチにより達成される。

本発明によれば、視認性を向上させることができる透明面状体及び透明タッチスイッチを提供することができる。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。尚、各図面は、構成の理解を容易にするため、実寸比ではなく部分的に拡大又は縮小されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る透明タッチスイッチの概略構成断面図である。この透明タッチスイッチ１０１は、静電容量式のタッチスイッチであり、透明基板１１の一方面にパターニングされた透明導電膜１２が形成された第１の透明面状体１と、透明基板２１の一方面にパターニングされた透明導電膜２２が形成された第２の透明面状体２とを備えている。第１の透明面状体１と第２の透明面状体２とは、それぞれの透明導電膜１２，２２を全体的に被覆する粘着性材料からなる被覆層１４，２４を貼着することにより一体化されている。

透明基板１１，２１は、基材層１１１，２１１の表裏面にハードコート層１１２，１１２；２１２，２１２を備えて構成されている。基材層１１１，２１１は、透明性が高い材料からなることが好ましく、具体的には、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）、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）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアクリル（ＰＡＣ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、脂肪族環状ポリオレフィン、ノルボルネン系の熱可塑性透明樹脂などの可撓性フィルムやこれら２種以上の積層体、或いは、ガラス板などを挙げることができる。基材層１１１，２１１の厚みは、２０〜５００μｍ程度が好ましく、ハードコート層１１２，２１２の厚みは、３〜５μｍ程度が好ましい。基材層１１１，２１１は、剛性を付与するために支持体を貼着してもよい。

ハードコート層１１２，２１２は、耐久性及びアンダーコート層１３，２３の密着性を高めるために、基材層１１１，２１１の表裏面に設けることが好ましいが、いずれか一方であってもよく、更には、ハードコート層１１２，２１２を全く設けずに透明基板１１，２１を構成することも可能である。

アンダーコート層１３，２３は、それぞれ透明基板１１，２１と透明導電膜１２，２２との間に介在するように配置されており、透明導電膜１２，２２よりも屈折率が低くなるように構成されている。このアンダーコート層１３，２３の厚みは、視認性向上の観点から１５０ｎｍ以下であることが好ましい。

アンダーコート層１３，２３の材料としては、シリコン錫酸化物（silicon-tin oxide）、酸化珪素、酸化チタン、酸化錫などを例示することができ、好ましい組み合わせとして、酸化錫−酸化ハフニウム系、酸化珪素−酸化錫系、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化錫−酸化チタン系などを挙げることができる。視認性・生産性向上の観点から特に好ましいのは、シリコン錫酸化物、酸化珪素−酸化チタン傾斜膜などで、屈折率が１．６〜１．９のものである。アンダーコート層１３，２３は、スパッタリング法、抵抗蒸着法、電子ビーム蒸着法などにより形成することができる。

透明導電膜１２，２２の材料としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化インジウム、アンチモン添加酸化錫、フッ素添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛、カリウム添加酸化亜鉛、シリコン添加酸化亜鉛や、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化インジウム−酸化錫系、酸化亜鉛−酸化インジウム−酸化マグネシウム系などの金属酸化物を例示することができ、これら２種以上を複合して形成してもよい。

また、カーボンナノチューブやカーボンナノホーン、カーボンナノワイヤ、カーボンナノファイバー、グラファイトフィブリルなどの極細導電炭素繊維をバインダーとして機能するポリマー材料に分散させた複合材を透明導電膜１２，２２の材料として用いることもできる。ここでポリマー材料としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリｐ−フェニレン、ポリ複素環ビニレン、PEDOT：poly(3,4-ethylenedioxythiophene)などの導電性ポリマーを採用することができる。また、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）、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）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアクリル（ＰＡＣ）、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、脂肪族環状ポリオレフィン、ノルボルネン系の熱可塑性透明樹脂などの非導電性ポリマーを採用することができる。

透明導電膜１２，２２の材料として、特にカーボンナノチューブを非導電性ポリマー材料に分散させたカーボンナノチューブ複合材を採用した場合、カーボンナノチューブは、直径が一般的には０．８ｎｍ〜１．４ｎｍ(1ｎｍ前後)と極めて細いので、１本或いは１束ずつ非導電性ポリマー材料中に分散することでカーボンナノチューブが光透過を阻害することが少なくなり透明導電膜１２，２２の透明性を確保する上で好ましい。

透明導電膜１２，２２の形成方法は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などのＰＶＤ法や、ＣＶＤ法、塗工法、印刷法などを例示することができる。

透明導電膜１２，２２は、図２及び図３に示すように、平行に延びる複数の帯状導電部１２ａ，２２ａの集合体としてそれぞれ形成されており、各透明導電膜１２，２２の帯状導電部１２ａ，２２ａは、互いに直交するように配置されている。透明導電膜１２，２２は、導電性インクなどからなる引き廻し回路（図示せず）を介して外部の駆動回路（図示せず）に接続される。透明導電膜１２，２２のパターン形状は、本実施形態のものに限定されず、指などの接触ポイントを検出可能である限り、任意の形状とすることが可能である。例えば、図４及び図５に示すように、透明導電膜１２，２２を、複数の菱形状導電部１２ｂ，２２ｂが直線状に連結された構成とし、各透明導電膜１２，２２における菱形状導電部１２ｂ，２２ｂの連結方向が互いに直交し、且つ、平面視において上下の菱形状導電部１２ｂ，２２ｂが重なり合わないように配置してもよい。

透明導電膜１２，２２のパターニングは、透明基板１１，２１にアンダーコート層１３，２３を介してそれぞれ形成された透明導電膜１２，２２の表面に、所望のパターン形状を有するマスク部を形成して露出部分を酸液などでエッチング除去した後、アルカリ液などによりマスク部を溶解させて、行うことができる。このように透明導電膜１２，２２のパターニングをエッチングにより行う方法は、不要な透明導電膜１２，２２は除去できる一方、アンダーコート層１３，２３は全て残存させることができる。但し、パターニングの方法はこれに限定されるものではなく、他の公知の方法で行ってもよい。

透明導電膜１２，２２の厚みは、通常５〜５０ｎｍ程度である。透明導電膜１２，２２のパターン形状を目立ちにくくして視認性を向上させる観点からは、透明導電膜１２，２２の厚みはできる限り小さいことが好ましいが、薄くなりすぎると膜の良好な結晶性や必要な耐久性・耐候性を得ることが困難になることから、好ましくは１０〜３０ｎｍ程度である。

被覆層１４，２４は、透明導電膜１２，２２およびアンダーコート層１３，２３の表面を覆う粘着性材料により形成されており、エポキシ系やアクリル系など、一般的な透明接着剤を用いることができ、ノルボルネン系樹脂の透明性フィルムからなる芯材を含むものであってもよい。被覆層１４，２４の厚みは、通常１０〜１００μｍ程度である。なお、被覆層１４，２４を粘着性材料により形成する替わりに、例えば、アクリル系樹脂 等の非接着性材料により形成することもできる。このような非接着性材料で被覆層１４，２４を形成する場合、第１の透明面状体１と第２の透明面状体２との一体化は、被覆層１４と被覆層２４との間に接着性材料を別途介在させることにより行うことができる。

ここで、図６の透明面状体１の概略構成断面図に示すように、透明基板１１の他方面１１ａ側（透明導電膜１２が形成された面と反対側）から透明導電膜１２が形成されている領域に照射される光の反射光Ｌ１における波長毎の反射率である各第１分光反射率に、後述する光の波長毎に設定される各標準比視感度を乗じて得られる波長毎の各第１視感反射率と、透明基板１１の他方面１１ａ側から透明導電膜１２が形成されていない領域に照射される光の反射光Ｌ２における波長毎の反射率である各第２分光反射率に、上述の光の波長毎に設定される各標準比視感度を乗じて得られる波長毎の各第２視感反射率との差の各絶対値について、光の可視範囲波長である３８０ｎｍ〜７８０ｎｍでの波長範囲における積分値（Ｅｓｕｍ）が、７．４以下であることが好ましい。更に、上述の反射光の波長毎に得られる各第１視感反射率と、各第２視感反射率との差の各絶対値についての３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲における最大値（Ｅｍａｘ）が、０．４３以下であることが好ましい。

ＥｓｕｍおよびＥｍａｘの値が上述の数値範囲となるように、透明基板１１や透明導電膜１２、アンダーコート層１３、被覆層１４の材質や厚み等を選択することにより、透明面状体１において、透明導電膜１２のパターン形状を目立たなくすることができ、視認性を向上させることができる。なお、透明面状体２についても同様である。

ここで、標準比視感度とは、国際照明委員会（ＣＩＥ）において国際標準として定められた明所視の比視感度のことであり、波長５５５ｎｍの光の感度を１としたときの、任意波長λの光の相対的な感度を表したものをいう。

また、上述の反射光における波長毎の反射率である第１分光反射率および第２分光反射率は、分光光度計により計測することができる。

以上の構成を備える透明タッチスイッチ１０１において、タッチ位置の検出方法は、従来の静電容量式のタッチスイッチと同様であり、第１の透明面状体１の表面側における任意の位置を指などで触れると、透明導電膜１２，２２は接触位置において人体の静電容量を介して接地され、このときに透明導電膜１２，２２を流れる電流値を検出することにより、接触位置の座標が演算される。

発明者らは、実際に透明面状体１を試作し、この透明面状体１について透明導電膜１２のパターン形状が目視により確認できるか否かについての実験を行ったので、その結果について以下に説明する。

まず、試作された透明面状体１の構成について説明する。透明基板１１は、ＰＥＴフィルムからなる厚み１２５μｍの基材層１１１の表裏面に、各厚み６μｍのハードコート層１１２，１１２を形成して構成した。アンダーコート層１３は、シリコン錫酸化物（ＳＴＯ）により形成した。透明導電膜１２はＩＴＯにより形成している。なお、アンダーコート層１３の屈折率は１．７０であり、透明導電膜の屈折率は１．９５である。また、被覆層１４はアクリル系接着剤により形成し、その厚みを２５μｍとした。

このような構成の透明面状体１について、上述のＥｓｕｍやＥｍａｘが種々の値を持つ透明面状体１を試作し、透明導電膜１２のパターン形状を視認できるか否かの確認を行った。この視認性の確認は、光源として２７Ｗの３波長形蛍光灯（昼白色）を用い、透明基板１１の他方面１１ａ側（透明導電膜が形成された面と反対側）から光を照射し、照射角度を変えながら透明導電膜１２のパターン形状が視認できるか否かを目視検査することにより行った。なお、光源と試作品との距離は約３０ｃｍとした。

実験結果を表１に示す。なお、透明導電膜１２、低屈折率層１３ａおよび高屈折率層１３ｂの各厚みについては、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）により測定し、ハードコート層１１２，１１２、基材層１１１および被覆層１４の各厚みは、接触式膜厚計により測定した。

この表１に示すように、Ｅｓｕｍが約７．４以下であり、Ｅｍａｘが約０．４３以下である試作品２〜試作品８については、透明導電膜１２のパターン形状を目視により確認することが困難であり、視認性が良好であった。一方、試作品１及び試作品９については、透明導電膜１２のパターン形状が確認され、視認性が劣るものであった。

また、上記実施例１における透明面状体１の構成において、アンダーコート層１３をＳｉＯ_２により形成した場合の実験結果を表２に示す。なお、基材層１１１の表裏面に形成される各ハードコート層１１２，１１２の屈折率は、透明導電膜１２側に配置されるハードコート層１１２の屈折率を１．６５とし、透明導電膜１２とは反対側に配置されるハードコート層１１２の屈折率を１．５２とした。また、アンダーコート層１３の屈折率は１．４５である。

この表２からもＥｓｕｍが約７．４以下であり、Ｅｍａｘが約０．４３以下の場合、透明導電膜１２のパターン形状を目視により確認することが困難であり、視認性が良好であることがわかる。

また、上記実施例１における透明面状体１の構成において、アンダーコート層１３をＳｉＯ_２により形成すると共に、基材層１１１の表裏面に形成されるハードコート層１１２，１１２のうち、透明導電膜１２側に配置されるハードコート層を削除して形成した透明面状体１についての実験結果を表３に示す。
なお、透明導電膜１２とは反対側に配置されるハードコート層１１２の屈折率を １．５２ とした。

この表３からもＥｓｕｍが約７．４以下であり、Ｅｍａｘが約０．４３以下である試作品４０〜４６については、透明導電膜１２のパターン形状を目視により確認することが困難であり、視認性が良好であることがわかる。一方、試作品４７については、透明導電膜１２のパターン形状が確認され、視認性が劣るものであった。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。本実施形態においては、第１の透明面状体１の被覆層１４と、第２の透明面状体２の被覆層２４とを貼着することにより、静電容量式のタッチスイッチ１０１を構成しているが、以下のようにして抵抗膜式のタッチスイッチを構成することもできる。すなわち、第１の透明面状体１および第２の透明面状体２を、それぞれの透明導電体１２，２２が互いに対向するように、スペーサーを介して所定間隔を空けて配置することによりマトリックスタイプの抵抗膜式のタッチスイッチを構成することもできる。

この抵抗膜式のタッチスイッチにおけるタッチ位置の検出方法は、従来の抵抗膜式のタッチスイッチと同様であり、第１の透明面状体１の表面側における任意の位置を指などで押圧することで、透明導電体１２，２２は接触し、その接点の抵抗値を横方向と縦方向に時分割的測定をすることで接触位置の座標が演算される。

本発明の一実施形態に係る透明タッチスイッチの概略構成断面図である。 図１に示す透明タッチスイッチの一部を示す平面図である。 図１に示す透明タッチスイッチの他の一部を示す平面図である。 図１に示す透明タッチスイッチの変形例の一部を示す平面図である。 図１に示す透明タッチスイッチの変形例の他の一部を示す平面図である。 図１に示す透明タッチスイッチを構成する透明面状体の概略構成断面図である。

符号の説明

１０１ 透明タッチスイッチ
１ 第１の透明面状体
２ 第２の透明面状体
１１，２１ 透明基板
１２，２２ 透明導電膜
１３，２３ アンダーコート層
１４，２４ 被覆層

Claims (6)

1. 透明基板の一方面にパターニングされた透明導電膜を有する透明面状体であって、
   前記透明基板と前記透明導電膜との間に介在される単層のアンダーコート層と、
   前記透明導電膜および前記アンダーコート層の表面を覆う被覆層と、を備えており、
   前記透明基板の他方面側から前記透明導電膜が形成されている領域に照射される光の反射光における波長毎の反射率である各第１分光反射率に、光の波長毎に設定される各標準比視感度を乗じて得られる波長毎の各第１視感反射率と、前記透明基板の他方面側から前記透明導電膜が形成されていない領域に照射される光の反射光における波長毎の反射率である各第２分光反射率に、光の波長毎に設定される前記各標準比視感度を乗じて得られる波長毎の各第２視感反射率との差の各絶対値についての３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲における積分値が、７．４以下であり、
   反射光の波長毎に得られる前記各絶対値についての３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲における最大値が、０．４３以下であることを特徴とする透明面状体。
2. 前記アンダーコート層の屈折率は、前記透明導電膜の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の透明面状体。
3. 前記アンダーコート層の厚みは１５０ｎｍ以下であり、前記透明導電膜の厚みは５ｎｍ〜５０ｎｍである請求項１または２に記載の透明面状体。
4. 前記アンダーコート層の材料としては、シリコン錫酸化物、酸化珪素、酸化チタン、酸化錫や、酸化錫−酸化ハフニウム系、酸化珪素−酸化錫系、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化錫−酸化チタン系の金属酸化物であり、
   前記透明導電膜の材料としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化インジウム、アンチモン添加酸化錫、フッ素添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛、カリウム添加酸化亜鉛、シリコン添加酸化亜鉛や、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化インジウム−酸化錫系、酸化亜鉛−酸化インジウム−酸化マグネシウム系の金属酸化物であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の透明面状体。
5. 前記被覆層は、粘着性材料からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の透明面状体。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の透明面状体を複数備える静電容量式の透明タッチスイッチ。