JP5362397B2 - 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。その対策として本発明と同出願人の特許文献２には、光学設計された透明面状体がある。

特開２００３−１７３２３８号公報 特願２００８−２４６５２１号

本発明は、透明面状体に形成された透明導電膜のパターン形状を目立たなくし、視認性を向上させ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。

請求項１に記載の透明面状体は、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、透明導電膜側より、透明導電膜、アンダーコート層、ハードコート層、透明基板の順に積層された構成と、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、前記アンダーコート層の屈折率が前記透明導電膜及びハードコート層の屈折率よりも低く、前記ハードコート層の屈折率が１．６０以上１．８０以下であり、前記ハードコート層の厚みが３．０μm以上であることを特徴とする。

請求項２に記載の透明面状体は、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、透明導電膜側より、透明導電膜、アンダーコート層、ハードコート層、透明基板の順に積層された構成と、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、前記アンダーコート層の屈折率が前記透明導電膜及びハードコート層の屈折率よりも低く、前記ハードコート層の屈折率が１．６５を超え１．８０以下であり、前記ハードコート層の厚みが３．０μm以上であることを特徴とする。

請求項３に記載の透明面状体は、請求項１〜２のいずれかに記載の透明面状体において、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４に記載の静電容量式の透明タッチスイッチは、請求項１〜３のいずれかに記載の透明面状体を、複数備えることを特徴とする。

請求項５に記載の静電容量式の透明タッチスイッチは、請求項１〜３のいずれかに記載の透明面状体を、同方向に２枚積層したことを特徴とする。

本発明によれば、視認性を向上させること、かつ加工工程における傷つきを回避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。

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。 シミュレーションによる、各屈折率のハードコート素材の光学特性図。

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、透明導電膜１２を全体的に被覆する粘着性材料からなる被覆層１４を貼着することにより一体化されている。一方、透明導電膜２２を全体的に被覆する粘着性材料からなる被覆層２４により支持体３１が貼合され、タッチパネルに剛直性を付与する構成となっている。

図６は、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。
この透明面状体を２枚重ねて透明タッチスイッチを構成することができ、透明導電膜のパターン形状を見え難くし、視認性を向上させることが必要である。透明導電膜のパターン形状を見え難くし、視認性を向上させる為には、透明導電膜がある部分とパターニングされて無い部分との光学特性、具体的には図６の反射光Ｒ１とＲ２、透過光Ｔ１とＴ２の強度及び分光スペクトルを近似させることが重要である。本件はこれを達成する為の発明に関するものであり、図１の透明タッチスイッチ構成を説明していく。

（透明基板１１，２１について）
まず透明基板であるが、透明基板１１，２１は、基材層１１１，２１１と接着層１１４、２１４とハードコート層１１３，２１３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程度が好ましい。

接着層１１４、２１４は基材層１１１，２１１の両面に設けられ、易接着加工と称して基材層１１１，２１１製造時に加工される場合もある。接着層１１４、２１４は、基材層とハードコート層とが密着し難い場合に有効ではあるが設けなくてもよい。

ハードコート層１１３，２１３は、基材層１１１，２１１の透明導電膜を設けない面の、接着層１１４、２１４上に設ける。
ハードコート層１１３，２１３はアクリル系紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂をウエットコート等で基材層１１１、２１１表面に塗布、硬化することにより成膜することが例示でき、屈折率は1.６０未満である。ハードコート層１１３，２１３の厚みは、傷つき性を改良できる厚みであればよい。一般的には１〜１５μm、より好ましくは３〜１０μm程度が望ましい。１μm以下であれば傷つき性を改善することが困難であり、１５μmを越えればハードコート層が割れやすくなる。

ハードコート層１１３はタッチスイッチとして使用される際の傷つき防止層として設けることが望ましいが、特に必要無い場合、かつ、別途保護フィルム等使用して加工工程での傷つきを回避できるのであれば設けずともよい。ハードコート２１３も同様に加工工程での傷つきを回避できるのであれば設けずともよい。

（ハードコート層１１２，２１２について）
透明基板１１，２１の片面には、ハードコート層１１２，２１２を設ける。ハードコート層１１２，２１２は屈折率１．６０〜１．８０であることが望ましく、１．６５を超え１．８０以下であることがより望ましい。屈折率が１．６０未満であると透明導電膜の有る部分と無い部分の光学特性が近似させ難くなり、透明導電膜のパターン形状が目立ってしまい、良好な視認性が得られ難い。屈折率が１．６５を超えると非常に良好な視認性が得られるようになる。また、屈折率が１．８０を超える場合、基材層１１１、２１１やハードコート層と基材層との接着層１１４、２１４との屈折率差が大きくなり、この素材界面での反射光とハードコート層１１２、２１２と後述するアンダーコート層１３、２３との界面での反射光との光干渉による干渉斑が強く発生する結果、透明導電層のパターン形状が見えやすくなり、視認性が悪化する為好ましくない。また、屈折率が１．８を超え、傷つき性を改良できる程度の硬度と厚みを有する層を工業的に効率よく形成できる素材や手法が得られ難い事実もある。屈折率が１．６５を超え１．８０以下であるハードコート素材としては、前記の一般的なハードコート素材に酸化チタン、酸化ジルコニウム等屈折率の高い金属酸化物の微粒子を添加したものが例示できる。この場合、添加する金属酸化物微粒子は透明性を阻害しないように数十ｎｍ程度の粒子径であることが必要である。ハードコート層１１２，２１２の厚みは３．０μm以上が望ましい。３．０μm未満であると、基材層１１１、２１１やハードコート層と基材層との接着層１１４、２１４との界面での反射光とハードコート層１１２、２１２と後述するアンダーコート層１３、２３との界面での反射光との光干渉による干渉斑が強く発生する結果、透明導電層のパターン形状が見えやすくなり、視認性が悪化する為好ましくない。

（アンダーコート層１３，２３について）
アンダーコート層１３，２３は、それぞれハードコート層１１２，２１２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及びハードコート層１１２，２１２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２〜２０ｎｍ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、酸化アルミなどの無機酸化物とこれらを組み合わせからなる組成物やフッソ系有機物素材、酸化ケイ素系ゾルゲル素材、酸化ケイ素系やフッソ系の微多孔質素材等を例示することができ、視認性・生産性向上の観点から特に好ましいのは、屈折率が１．３〜１．５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、種々ウエットコーティング法、などにより形成することができる。

（透明導電膜１２，２２について）
アンダーコート層１３，２３の上には透明導電膜１２，２２を設ける。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ことができ、これら２種以上を複合して形成してもよい。

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にハードコート層１１２，２１２、及びアンダーコート層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、ハードコート層１１２，２１２、及びアンダーコート層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、薄くなりすぎると抵抗値が高くなり、必要な導電性が得られなくなることや、膜の良好な結晶性が得られ難くなりその結果必要な耐久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について）
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、一般的な透明粘着材を用いることができ、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、粘着材料を別途介在させることにより行うことができる。

なお透明タッチスイッチに剛性を付与するために被覆層２４と支持体３１を貼合する。支持体３１は前記基材層１１１，２１１と同様の透明性が高い材料からなることが望ましく、ディスプレイの表面部材と兼ねてもよい。

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。基材層１１１の表裏面にハードコート接着層１１４を積層したフィルムとして、東洋紡績株式会社製コスモシャインＡ４３００，フィルム厚み１２５μｍを用いた。このフィルムの片面にハードコート層１１２として、東洋インキ製造株式会社製リオデュラス（屈折率１．６５）を塗布、硬化成膜し、厚みは３μｍとした。
アンダーコート層１３は、酸化ケイ素（屈折率１．４５）をマグネトロンスパッタリング法により成膜し、厚みは５ｎｍとした。透明導電膜１２はＩＴＯ（屈折率１．９５）をマグネトロンスパッタリング法により成膜し、厚みは１５ｎｍとした。また、被覆層１４は厚み２５μｍのアクリル系粘着材を用いた。

このような構成の透明面状体１について視認性の確認を実施した。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なった。なお、光源と試作品との距離は約３０ｃｍとした。
この結果、透明導電層のパターン形状がほとんど見えない非常に良好なものであった。

同様に種々のハードコート屈折率及びハードコート膜厚において前記と同様の試験を実施した結果を表１に示す。
尚、視認性の評価は透明導電膜パターン形状の目立ちやすさで３段階評価とした。パターン形状がほとんど見えず非常に良好であるを◎、パターン形状が薄く見えるが実用上問題無いを○、パターン形状が濃く見え実用上問題があるを×とした。

この表１に示すように、ハードコート層屈折率が１．６５〜１．８０であり、ハードコート層膜厚が３．０μｍ以上の実施例は透明導電膜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、ハードコート層膜厚が３．０μm未満の比較例については、透明導電膜１２のパターン形状が濃く確認され、視認性が劣るものであった。

（シミュレーションによる検証）
前述実施例１を補足する為に、種々の屈折率を有するハードコート素材を使用した際に得られるであろう光学特性を計算により求めるシミュレーション手法を用い、良好な視認性が得られるかを検証した。このような、計算は市販の光学シミュレーションソフト（サイバネットシステム株式会社製，薄膜設計ソフトウエアＯＰＴＡＳ-ＦＩＬＭ等）により簡易に行うことができる。
前述実施例１と同様の構成で、透明導電膜が有る部分と無い部分の反射光分光スペクトルをそれぞれ計算し、透明導電膜がある部分の分光スペクトルから無い部分の分光スペクトルを減ずる計算を実施した。結果が０に近いほど、両者が近似していることとなり、視認性が良好と言える。
検証条件としては、アクリル系粘着材屈折率１．５０、ＩＴＯ透明導電膜屈折率１．９５、膜厚１５ｎｍ、酸化ケイ素アンダーコート層屈折率１．４５、膜厚５ｎｍ、ハードコート層屈折率１．５０、１．６０、１．６５、１．７０、１．８０、１．９０の６種、ＰＥＴ基材層１．６５とした。
検証は可視光領域、具体的には４００ｎｍ〜８００ｎｍで実施し、粘着材、ハードコート層、基材層厚みは光の波長に対して十分に大きいので膜厚を無限大と仮定して計算した。検証結果を図７に示す。

ハードコート層の屈折率が高くなるにつれ、計算値は０に近づき１．８０付近で最適となる。ゆえに、ハードコート層の屈折率が１．６５を超える値が望ましいということができる。
一方、ハードコート層の屈折率が１．８０を超える場合の基材層１１１、２１１やハードコート層と基材層との接着層との屈折率差が大きくなり、この素材界面での反射光とハードコート層１１２、２１２とアンダーコート層１３、２３との界面での反射光との光干渉による干渉斑が強く発生する結果透明導電層のパターン形状が見えやすくなり、視認性が悪化する現象はこの計算には含まれていない。実施例１の結果から、ハードコート層屈折率１．６５、膜厚３．０μｍの視認性官能評価が◎であるのに対し、ハードコート層屈折率１．８０、膜厚３．０μｍの視認性官能評価が○であることから、ハードコート層の接着層を有するＰＥＴフィルムを使用した場合の実際の最適値はハードコート屈折率１．８よりも低い値である。

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。

本発明は、パターニングされた透明導電膜を有する透明面状体が目立たなく、表示装置の上に設置する透明タッチスイッチに利用できる。

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
３１ 支持体
１０１ 透明タッチスイッチ
１１１，２１１ 基材層
１１２，２１２ ハードコート層
１１３，２１３ ハードコート層
１１４，２１４ 接着層

Claims (5)

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、
   透明導電膜側より、透明導電膜、アンダーコート層、ハードコート層、透明基板の順に積層された構成と、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、
   前記アンダーコート層の屈折率が前記透明導電膜及びハードコート層の屈折率よりも低く、
   前記ハードコート層の屈折率が１．６０以上１．８０以下であり、
   前記ハードコート層の厚みが３．０μm以上であることを特徴とする透明面状体。
2. 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、
   透明導電膜側より、透明導電膜、アンダーコート層、ハードコート層、透明基板の順に積層された構成と、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、
   前記アンダーコート層の屈折率が前記透明導電膜及びハードコート層の屈折率よりも低く、
   前記ハードコート層の屈折率が１．６５を超え１．８０以下であり、
   前記ハードコート層の厚みが３．０μm以上であることを特徴とする透明面状体。
3. 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１〜２のいずれかに記載の透明面状体。
4. 請求項１〜３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。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の透明面状体を、同方向に２枚積層した静電容量式の透明タッチスイッチ。

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