JP5610430B2

JP5610430B2 - 透明導電薄膜、及びタッチパネル

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Publication number: JP5610430B2
Application number: JP2010134503A
Authority: JP
Inventors: 加藤　昌彦; 昌彦加藤; 宏治住本; 淳菅田; 紘之曙
Original assignee: Hiroshima University NUC
Current assignee: Hiroshima University NUC
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: JP2011258530A

Description

本発明は、タッチパネルに使用される透明導電薄膜、及びタッチパネルに関する。

従来、液晶テレビ等において、２枚の導電基板を備えたタッチパネルが使用される（特許文献１）。図７は、この種のタッチパネルの一例を示す。図７に示すタッチパネル２０は、導電基板２１，２２と、非導電性のスペーサ２３とを有し、導電基板２１、スペーサ２３、導電基板２２の順にディスプレイ３０上に配置される。導電基板２１は、ガラス基板２４と、この上に形成される透明導電薄膜２５とから構成され、導電基板２２は、ガラス基板２６と、この上に形成される透明導電薄膜２７とから構成される。透明導電薄膜２５，２７は、スペーサ２３の高さ分の隙間をもって相対する。

透明導電薄膜２５，２７は、例えば、Ｉｎ_２Ｏ_３にＳｎをドープしたＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）から形成され、それぞれ電極を構成する。タッチパネル２０は、ガラス基板２６の表面が指やペンで押されることで、その押された位置における透明導電薄膜２７の部分が透明導電薄膜２５に接触して通電し、この際の電気抵抗が計測されることで、押された位置が検出される。

特開２００４−１４９８８４号公報

図７のタッチパネル２０では、導電基板２１，２２の各々に、透明導電薄膜２５，２７を設ける必要がある。このため、タッチパネル２０の製造コストを小さく抑えることは困難である。また、透明導電薄膜２５，２７をＩＴＯから形成する場合には、ＩＴＯに高価なインジウム（Ｉｎ）が含まれるため、タッチパネル２０の製造コストを抑えることが、さらに困難になる。

また、タッチパネル２０は、繰り返し使用されることで、透明導電薄膜２５，２７の接触不良が生じたり、或いは、導電基板２１，２２の間に異物が混入することで、押された位置が正確に検出できなくなる虞れがある。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、タッチパネルのタッチ位置検出性能を高めるとともに、タッチパネルの製造コストを安価にすることのできる透明導電薄膜、及び、前記透明導電薄膜を備えたタッチパネルを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる透明導電薄膜は、歪みに対する電気抵抗の変化率が３００以上である材料から形成されることを特徴とする。

好ましくは、前記材料は、Ｚｎ：Ｏの組成比が、３７．２１：６２．７９から、３７．６９：６２．３１の範囲内のＺｎＯであることを特徴とする。

好ましくは、前記材料の組織は、微結晶からなることを特徴とする。

本発明の第２の観点にかかるタッチパネルは、第１電極と、本発明の第１の観点にかかる透明導電薄膜と、第２電極とが、ガラス基板の一方の表面に、順次積層された構造を有し、
前記第１電極は、第１方向に並設される複数の第１電極ラインから構成され、該第１電極ラインは、それぞれ前記第１方向と交差する第２方向に延在し、
前記第２電極は、前記第２方向に並設される複数の第２電極ラインから構成され、該第２電極ラインは、それぞれ前記第１方向に延在し、
前記第１，２電極ラインには電圧計又は電流計が接続され、該電圧計又は電流計の計測値により前記透明導電薄膜の電気抵抗の変化が生じた位置が特定されることで、タッチ位置が検出されることを特徴とする。

本発明によれば、透明導電薄膜のゲージ率が３００以上であることから、荷重の負荷により、透明導電薄膜の電気抵抗値は大きく変化する。このため、タッチパネルに本発明の透明導電薄膜を１層設けることで、タッチ位置を検出するために必要な電気抵抗の変化を生じさせることができる。よって従来のように、透明導電薄膜が各々形成された複数の導電基板を設ける必要がないため、透明導電薄膜の接触不良や、導電基板の間に異物が混入するといった問題が生じ得ず、タッチ位置を正確に検出することができる。

また、上記のように複数の導電基板を設ける必要がなくなることで、タッチパネルの製造コストは、小さく抑えられる。

本発明の実施の形態にかかるタッチパネルを示す斜視図である。タッチパネルが使用される状態を示す側面図である。透明導電薄膜を形成するために使用されるヘリコンスパッタ装置を示す概略図である。透明導電薄膜に荷重を負荷することで生じる歪みとゲージ率との関係を示す図である。真空チャンバ内に導入される酸素流量とゲージ率との関係を示す図である。透明導電薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。２枚の導電基板を備えた従来のタッチパネルを示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる、透明導電薄膜及びタッチパネルについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。

図１は、本発明の実施の形態にかかるタッチパネル１を示す斜視図である。図２は、タッチパネル１が使用される状態を示す側面図である。

タッチパネル１は、ガラス基板２の一方の表面２ａに、第１電極３、透明導電薄膜４、第２電極５が順次積層された構造を有する。

第１電極３は、第１方向（図１のＸ方向）に並設される複数の第１電極ライン３０から構成される。第１電極ライン３０は、それぞれ透明な材料から形成され、第１方向と交差する第２方向（図１のＹ方向）に延びる。

第２電極５は、第２方向（図１のＹ方向）に並設される複数の第２電極ライン５０から構成される。第２電極ライン５０は、それぞれ透明な材料から形成され、第１方向（図のＸ方向）に延びる。

透明導電薄膜４は、透明性及び導電性を有する材料から形成される。

第１電極３は電源Ｄに接続され、第２電極５はグラウンドに接続される。また、第１，２電極ライン３０，５０には電圧計６０，７０が接続され、電圧計６０，７０の計測値の変動により、透明導電薄膜４において電気抵抗の変化が生じた位置が特定される。例えば、第１，２電極ライン３０Ａ，５０Ａの交差位置（破線円で示す位置）で電気抵抗の変化が生じた場合には、第１電極ライン３０Ａに接続される電圧計６０Ａの計測値と、第２電極ライン５０Ａに接続される電圧計７０Ａの計測値とが変動する。

図２に示すように、タッチパネル１は、例えば液晶表示パネルであるディスプレイ６の観察者側の面６ａ上に配置されて、電源Ｄの作動により、第１，２電極３，５間に電圧が印加される。この状態で、タッチパネル１の表面が指やペンで押されると、その押圧位置では、透明導電薄膜４の部分に歪みが生じて、透明導電薄膜４の電気抵抗が変化する。該電気抵抗の変化の生じた位置が、電圧計６０，７０の計測値により特定されることで、タッチ位置が検出される。なお、第１，２電極ライン３０，５０に電流計が接続されて、電流計の計測値の変動により、透明導電薄膜４で電気抵抗の変化が生じた位置（すなわちタッチ位置）が特定されるようにしてもよい。

本実施の形態では、透明導電薄膜４に生じる歪みが微少であっても、タッチ位置の検出が可能であるように、透明導電薄膜４は、歪みに対する電気抵抗の変化率（以下、ゲージ率Ｋ）が３００以上である材料から形成される。具体的には、透明導電薄膜４は、Ｚｎ：Ｏの組成比が、３７．２１：６２．７９から３７．６９：６２．３１の範囲内であるＺｎＯから形成される。

図３は、透明導電薄膜４を形成するために使用されるヘリコンスパッタ装置１０（日本真空技術（株）製：ＭＳＰ−２０００−ＨＣ３−Ｓ２）を示す概略図である。

ヘリコンスパッタ装置１０は、真空チャンバ１１と、真空チャンバ１１内の所定位置にガラス基板２を固定するサセプタ１２と、プラズマを発生させるカソード１３と、酸素ガスを真空チャンバ１１内に導入するガス導入系１４と、アルゴンガスを真空チャンバ１１内に導入するガス導入系１５と、を備える。

ヘリコンスパッタ装置１０により透明導電薄膜４を形成する際には、サセプタ１２にガラス基板２を取り付け、カソード１３に、Ｚｎを成分とするターゲットＴを固定する。

ついで、サセプタ１２に接続されるモータ１６を作動させることで、ターゲットＴとガラス基板２の相対的な位置関係を調整する。

ついで、真空チャンバ１１内を真空状態にするとともに、サセプタ１２に内蔵されたヒータ１９を作動させて、ガラス基板２を所定温度に加熱する。

ついで、酸素およびアルゴンガスを、ガス導入系１４，１５から真空チャンバ１１内に導入しながら、カソード１３およびコイル２０に、所定の高周波を加えることで、ターゲットＴとガラス基板２との間にプラズマを発生させる。これにより、ターゲットＴがスパッタされて、ガラス基板２の表面に、ＺｎＯからなる透明導電薄膜４が形成される。この際には、透明導電薄膜４のゲージ率Ｋを３００以上とするために、真空チャンバ１１内に導入される酸素の流量が、１．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以上、２．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以下に設定され、また、真空チャンバ１１内に導入されるアルゴンの流量が、１８ｃｍ^３／ｍｉｎに設定される。また、透明導電薄膜４の膜厚を均一にするために、モータ１６を作動させて、ガラス基板２を回転させる。

本実施の形態によれば、透明導電薄膜４のゲージ率Ｋが３００以上であることから、荷重の負荷により、透明導電薄膜４の電気抵抗値は大きく変化する。このため、タッチパネル１に１層の透明導電薄膜４を設けることで、タッチ位置を検出するために必要な電気抵抗の変化を生じさせることができる。よって従来のように、透明導電薄膜を各々有する複数の導電基板を設ける必要がないため、透明導電薄膜の接触不良や、導電基板の間に異物が混入するといった問題が生じ得ない。これにより、タッチパネル１におけるタッチ位置は、正確に検出される。

また、上記のように複数の導電基板を設ける必要がないことや、透明導電薄膜４の組成物であるＺｎが安価であることから、タッチパネル１の製造コストは、小さく抑えられる。

次に、図３のヘリコンスパッタ装置１０を用いて製造した本発明の実施例及び比較例と、これらに対して行った試験について説明する。表１に、本発明の実施例の製造条件を示し、表２〜４に比較例の製造条件を示す。

表１に示す実施例１〜３は、Ｚｎを成分とするターゲットＴを用いて、真空チャンバ１１内に導入される酸素の流量が１．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以上２．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以下に設定されて製造された導電薄膜である。

表２に示す比較例１〜５は、Ｚｎを成分とするターゲットＴを用い、真空チャンバ１１内に導入される酸素の流量が、２．５ｃｍ^３／ｍｉｎ以上、１０．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以下に設定されて製造された導電薄膜である。

表３に示す比較例６〜１１は、ＳｉＣを成分とするターゲットＴを用い、真空チャンバ１１内に導入される酸素の流量が、０ｃｍ^３／ｍｉｎ以上、８．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以下に設定されて製造された導電薄膜である。

表４に示す比較例１２〜１８は、ＳｉＣを成分とするターゲットＴ及びＺｎを成分とするターゲットＴを用い、真空チャンバ１１内に導入される酸素の流量が、２．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以上、８．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以下で製造された導電薄膜である。

また、実施例１〜３及び比較例１〜１８は、真空チャンバ１１内に導入されるアルゴンガスの流量が１８ｃｍ３に設定され、また成膜時間が３．６〜１０．８ｋｓに設定されて製造されている。また、実施例１〜３及び比較例１〜１１は、ＲＦ出力が５０Ｗに設定されて製造され、比較例１２〜１８は、ＲＦ出力が１０〜１５０Ｗに設定されて製造されている。

上記の実施例１〜３及び比較例１〜１８に対して、透明性及び導電性を確認する試験を行った。

透明性の確認は目視により行った。この結果、透明であったものを○、透明でないものを×として、表１〜４に示す。実施例及び比較例のうち、真空チャンバ１１内に導入される酸素の流量が０ｃｍ^３／ｍｉｎであった比較例１１のみが透明ではなく、その他の導電薄膜は、全て透明であった。

導電性の確認はテスターを用いて行った。その結果、導電性を有しているものを○、導電性を有していなかったものを×として、表１〜４に示す。実施例１〜３及び比較例１１は、導電性を有していたが、比較例１１以外の比較例は、導電性を有していなかった。

本発明者らは、透明性及び導電性が確認された実施例１，３について、電子プローブマイクロアナライザ装置（ＪＸＡ−８９００（日本電子株式会社製）以下、ＥＰＭＡ装置）を用いて組成分析を行った。この試験では、ＥＰＭＡ装置の試料台に、実施例１，３の導電薄膜を設置した後、電子線を照射し、その照射部分から発生する特性Ｘ線の波長と強度とを検出することで、実施例１，３の組成を確認した。この結果、実施例１は、ＺｎとＯの組成比が、Ｚｎ：Ｏ＝３７．２１：６２．７９であった。実施例３は、ＺｎとＯの組成比が、Ｚｎ：Ｏ＝３７．６９：６２．３１であった。

本発明者らは、４点曲げ試験機及びDIGITAL MULTIMETER（IWATSU VOAV7521A），I/O terminal（CONTEC）を用いて、実施例１〜３のゲージ率Ｋを求める試験を行った。この試験では、実施例１〜３に荷重を負荷することで得られた歪みεと電気抵抗の比により、実施例１〜３のゲージ率Ｋを求めた。

本試験により得られた結果を図４，５に示す。図４は、荷重の負荷により導電薄膜に生じた歪みεとゲージ率Ｋとの関係を示す。図５は、真空チャンバ１１内に導入された酸素流量とゲージ率Ｋとの関係を示す。図４に示すように、実施例１〜３のいずれにおいても、ゲージ率Ｋは、歪みεに依存せずに、ほぼ一定であった。また、ゲージ率Ｋは、実施例１（酸素流量：２．０ｃｍ^３／ｍｉｎ）が、約３００であり、実施例２（酸素流量：１．５ｃｍ^３／ｍｉｎ）は、約１００であり、実施例３（酸素流量：１．０ｃｍ^３／ｍｉｎ）は、約４０であった。このことから、真空チャンバ１１内に導入する酸素流量を多くすることで、ゲージ率Ｋは増加し、酸素流量を１．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以上２．０ｃｍ^３／ｍｉｎ以下に設定した場合には、ゲージ率が４０〜３００と大きくなることから、歪みの発生に応じて大きな電気抵抗の変化を生じさせる薄膜を形成することができることが確認された。

ゲージ率Ｋは、電子が価電子帯と伝導帯の間を遷移するために要するバンドギャップエネルギーに比例することが知られている。そこで、本発明者らは、簡易型分光色差計(NF333,日本電色工業(株)製)を用いて、導電薄膜の反射率を求めることで、実施例２，３及び比較例５のバンドギャップエネルギーを算出した。

実施例３（酸素流量：１．０ｃｍ^３／ｍｉｎ）のバンドギャップエネルギーは、２．３５ｅＶであり、実施例２（酸素流量：１．５ｃｍ^３／ｍｉｎ）のバンドギャップエネルギーは、２．４１ｅＶであり、比較例５（酸素流量：２．５ｃｍ^３／ｍｉｎ）のバンドギャップエネルギーは、２．５１ｅＶであった。この結果から、真空チャンバ１１内への酸素流量が多くなることに応じて、バンドギャップエネルギーは増加することが確認された。

本発明者らは、実施例１，３及び比較例４について結晶の相同定を行った。本試験では、ゴニオメータの試料台に実施例１，３及び比較例４の試験片を取り付け、位置決め治具および顕微鏡を用いて試験片が所定位置になるよう微調整を行った後、Ｘ線回折装置（ＭＸＰ３，（株）マック・サイエンス製）により試験片にＸ線を照射して回折ピークを測定した。回折ピークの測定は、Ｘ線入射角を一定とする低角入射法により行った。

図６は、本試験により測定された導電薄膜のＸ線回折パターンを示す。実施例１，３及び比較例４のいずれにおいても、ブロードなＺｎＯのピークが確認された。このことから、スパッタにより作製されたＺｎＯは、アモルファスに近い状態で堆積していることが考えられる。また、最もゲージ率Ｋの高い実施例１（酸素流量２．０ｃｍ^３／ｍｉｎ）では、実施例３（酸素流量１．０ｃｍ^３／ｍｉｎ）及び比較例４（酸素流量３．０ｃｍ^３／ｍｉｎ）に比して、ＺｎＯのピークが多く存在するとともに、それらの強度も高く、結晶化を開始して、微結晶組織であることが確認された。

本発明は、液晶テレビ等に用いられるタッチパネルを形成するために適用することができる。

１タッチパネル
２ガラス基板
２ａガラス基板の一方の表面
３第１電極
４透明導電薄膜
５第２電極
６ディスプレイ
６ａディスプレイの観察者側の面
１０ヘリコンスパッタ装置
１１真空チャンバ
１２サセプタ
１３カソード
１４，１５ガス導入系
１６モータ
１９ヒータ
２０コイル
３０，３０Ａ第１電極ライン
５０，５０Ａ第２電極ライン
６０，６０Ａ，７０，７０Ａ電圧計

Claims

歪みに対する電気抵抗の変化率が３００以上である材料から形成されることを特徴とする透明導電薄膜。
前記材料は、Ｚｎ：Ｏの組成比が、３７．２１：６２．７９から、３７．６９：６２．３１の範囲内のＺｎＯであることを特徴とする請求項１に記載の透明導電薄膜。
前記材料の組織は、微結晶からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の透明導電薄膜。
第１電極と、請求項１又は２に記載の透明導電薄膜と、第２電極とが、ガラス基板の一方の表面に、順次積層された構造を有し、
前記第１電極は、第１方向に並設される複数の第１電極ラインから構成され、該第１電極ラインは、それぞれ前記第１方向と交差する第２方向に延在し、
前記第２電極は、前記第２方向に並設される複数の第２電極ラインから構成され、該第２電極ラインは、それぞれ前記第１方向に延在し、
前記第１，２電極ラインには電圧計又は電流計が接続され、該電圧計又は電流計の計測値により前記透明導電薄膜の電気抵抗の変化が生じた位置が特定されることで、タッチ位置が検出されることを特徴とするタッチパネル。