JP5663336B2 - 導電パターン形成基板および入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電パターン形成基板およびこれを用いた入力装置に関する。

タッチパネルにおいては、液晶ディスプレイ等の画像表示装置の前面に、指等の接触位置を検出する透明な電極シートが備えられている。電極シートとしては、透明絶縁板および透明導電膜を有し、該透明導電膜に導電パターンが形成された導電パターン形成基板が用いられている。通常、導電パターンは、透明導電膜に絶縁パターンを形成することによって設けられている。
絶縁パターンの形成方法としては、例えば、特許文献１に、ＩＴＯ透明導電膜にパルス状レーザを照射する方法が開示されている。また、特許文献１には、パルス状レーザ光の照射を、透明導電層の表面に形成された銀ペーストからなる配線パターンの周囲に絶縁用のスリットを形成する場合にも適用できることが記載されている。
特許文献２，３には、バインダ樹脂中に導電性繊維を含む透明導電膜にレーザ光を照射して絶縁部とする方法が開示されている。

特開２００３−０１０９８７号公報 特開２０１０−１４０８５９号公報 特開２０１０−０４４９６８号公報

特許文献１に記載の方法等では、金属ペーストを用いて、ＩＴＯ透明導電膜の導電パターンに接続する引き出し配線を形成すると共に、ＩＴＯ透明導電膜の導電パターン上に、前記引き出し配線に接続するための端子部を形成する。金属ペーストを用いた引き出し配線や端子部の形成では、金属ペーストを印刷後に乾燥工程を必要とする。ところが、乾燥工程の際に加熱すると、透明導電膜に寸法変化が生じるため、導電パターンに位置ずれが生じることがあった。
また、特許文献２，３に記載の方法では、レーザ光の照射によってバインダ樹脂が変形し、絶縁パターンが視認可能になるため、タッチパネル用として使用困難であった。さらに、導電性繊維として銀を用いると共に、引き出し配線を銀ペーストで形成した場合には、銀のマイグレーションが生じ、絶縁化した部分に銀が進入して導通することがあった。そのため、特許文献２，３に記載の方法で得た導電パターン形成基板を用いたタッチパネルでは、動作不良を起こすことがあった。
本発明は、金属のマイグレーションによる絶縁破壊が生じず、製造時の寸法変化が防止され、絶縁パターンが視認不能な導電パターン形成基板を提供することを目的とする。また、その導電パターン形成基板を用いた入力装置を提供することを目的とする。

本発明は以下の態様を有する。
［１］画像に重ねられて使用される導電パターン形成基板であって、透明絶縁基板の片面に、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含む透明導電膜を備え、前記透明導電膜には、絶縁ラインから構成された絶縁パターンが形成されて所定の導電パターンが設けられ、前記絶縁ラインは、前記導電性繊維が除去されて、透明絶縁材料からなり、前記導電パターンは、画像上に配置される表示領域と、外部引き回し配線が直接接続される端子領域とが設けられていることを特徴とする導電パターン形成基板。
［２］導電性繊維が金属ナノワイヤであることを特徴とする［１］に記載の導電パターン形成基板。
［３］前記端子領域における透明導電膜は、前記絶縁ラインによって複数の導電部に分割されていることを特徴とする［１］または［２］に記載の導電パターン形成基板。
［４］前記絶縁ラインは、透明導電膜へのレーザ光照射によって形成されていることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載の導電パターン形成基板。
［５］［１］〜［４］のいずれか１項に記載の導電パターン形成基板と、該導電パターン形成基板の導電パターンに電気的に接続された検出手段とを備えることを特徴とする入力装置。

本発明の導電パターン形成基板は、金属のマイグレーションによる絶縁破壊が生じず、製造時の寸法変化が防止され、絶縁パターンが視認不能である。
本発明の入力装置は、絶縁ラインの絶縁破壊による動作不良が防止されている。

本発明の導電パターン形成基板の一実施形態を示す上面図である。 図１のＩ−Ｉ’断面図である。 絶縁ラインの走査型電子顕微鏡写真である。 レーザ光照射装置の一例を示す側面図である。 透明導電膜の走査型電子顕微鏡写真である。

＜導電パターン形成基板＞
本発明の導電パターン形成基板の一実施形態について説明する。
本実施形態の導電パターン形成基板は、画像に重ねられて使用されるものであって、図１，２に示すように、透明絶縁基板１１と、透明絶縁基板１１の片面に設けられた透明導電膜１２を備える。また、透明導電膜１２には、絶縁ラインＢにより構成された絶縁パターン１３が、所定の導電パターンが設けられるように形成されている。
なお、本発明において、「透明」とは、５０％以上の光線透過率を有するものを指す。透明絶縁基板１１と透明導電膜１２とからなる導電パターン形成基板１０は透明である。

本実施形態の導電パターン形成基板１０は、例えば、透明アンテナ、透明電磁波シールド、静電容量方式或いはメンブレン式の透明タッチパネルなどの透明入力装置のように、透明部分に配線パターンを形成する製品に適用することができる。また、この導電パターン形成基板１０は、自動車のハンドル等に付随する静電容量入力装置など、３次元成型品、或いは３次元の加飾成型品の表面に設けられる静電容量センサ等に必要な電極を形成する目的で用いることができる。

本実施形態における導電パターンは、複数列の導電部１２ａ，１２ａ・・・を有すると共に、表示領域αと端子領域βとが設けられている。表示領域αと端子領域βとが設けられた導電パターンは、外形線となる絶縁ラインＢ_２に囲まれている。
本実施形態における表示領域αと端子領域βにおける透明導電膜１２は、各々、絶縁ラインＢ_１によって複数の導電部１２ａ，１２ａ・・・に分割されており、表示領域αと端子領域βにおいては、複数の導電部１２ａ，１２ａ・・・が絶縁ラインＢ_１を介して平行に配列されている。同一の列の導電部１２ａにおいては、表示領域αと端子領域βとでは、電気的に導通している。

表示領域αは、該導電パターン形成基板１０がタッチパネル等に使用される際には、画像表示装置上に配置される。
端子領域βには、外部引き回し配線が直接接続される。外部引き回し配線としては、公知の金属ワイヤやケーブル、基板上に印刷や蒸着等により設けられた金属層、具体例としてはフレキシブル配線板などを利用できる。
本実施形態においては、端子領域βは、表示領域αから突出するように形成されている。また、端子領域βは、外部引き回し配線が接続される配線接触領域β_１と、配線接触領域β_１に向かって次第に幅が狭くなっており、外部引き回し配線が接続されない配線非接触領域β_２とを有する。配線接触領域β_１は、幅方向（図１の左右方向）の長さが表示領域αの幅方向の長さよりも短くなっている。

透明絶縁基板１１としては、透明で絶縁性を有するとともに、後述するレーザ光の照射に対して外観変化の生じにくいものを用いることが好ましい。具体的には、例えば、ガラス、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を代表とするポリエステル、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）などの絶縁性材料が挙げられる。なお、本発明において、「絶縁性」とは、電気抵抗値が１ＭΩ、好ましくは１０ＭΩ以上のことである。
透明絶縁基板１１の形状としては、板状のもの、可撓性を有するフィルム状のもの、立体的（３次元）に成形された成形品等を用いることができる。

透明導電膜１２は、透明絶縁材料と、該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含んでいる。
透明絶縁材料としては、透明な熱可塑性樹脂（ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン）、熱や活性エネルギ線（紫外線、電子線）で硬化した透明な硬化性樹脂（メラミンアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル変性シリケートなどのシリコーン樹脂）の硬化物が挙げられる。
透明絶縁材料は、透明絶縁基板１１と互いに同一材料又は同一系統の樹脂材料からなることが好ましい。例えば、透明絶縁基板１１がポリエチレンテレフタレートフィルムの場合、透明絶縁材料にはポリエステル系樹脂を使用することが好ましい。

各導電性繊維は、透明絶縁基板１１の面方向に沿って２次元状に互いに異なる向きに不規則に配置されているとともに、その少なくとも一部以上が互いに重なり合う（接触し合う）程度に密集して、互いに電気的に接続されている。これにより、導電ネットワークを構成している。

導電性繊維としては、銅、白金、金、銀、ニッケル等からなる金属ナノワイヤや金属ナノチューブが挙げられる。導電性繊維は、例えばその直径が０．３〜１００ｎｍ、長さが１〜１００μｍに形成されている。
また、導電性繊維として、シリコンナノワイヤやシリコンナノチューブ、金属酸化物ナノチューブ、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイトフィブリル等を用いることもできる。
上記導電性繊維の中でも、透明導電膜１２を容易に形成できると共に、後述するレーザ光の照射によって容易に絶縁部を形成できる点で、金属ナノワイヤが好ましく、銀を主成分とする金属ナノワイヤ（銀ナノワイヤ）がより好ましい。

本実施形態において、絶縁ラインＢは、導電性繊維が除去されて透明絶縁材料からなる部分である。図３に示すように、透明絶縁材料１２ｂ内の、導電性繊維が存在していた部分は空隙１２ｃになっているため、導電性繊維による導電ネットワークが断絶しており、電気的に絶縁状態になっている。また、絶縁ラインＢは、導電性繊維を含む導電部と外観（色、透明性）がほぼ同一であるため、視認不能である。

本実施形態の製造方法では、上記導電パターン形成基板１０は、透明絶縁基板の片面に設けられた透明導電膜にレーザ光を照射して、絶縁ラインから構成された絶縁パターンを形成することにより製造される。その際、絶縁パターン１３は、表示領域αおよび端子領域βを有する導電パターンを形成するための絶縁ラインＢ_１と、導電パターンを囲う外形線となる絶縁ラインＢ_２を有するように形成される。

２次元ネットワーク状に分散された導電性繊維を含む透明導電膜にレーザ光を照射することで、導電性繊維を蒸発、除去して空隙を形成することができる。これにより、レーザ光照射部分では導電ネットワークを断絶できるため、絶縁性を得ることができる。しかも、導電性繊維が２次元ネットワークであり、深さ方向のネットワークを有していないため、絶縁化の際に、断絶させる導電ネットワークが少なく、効率的に絶縁パターンを形成できる。

なお、以下の説明において、レーザ光照射前の、透明絶縁基板と該透明絶縁基板の片面に設けられた透明導電膜とを有する積層体のことを、導電性基板という。ここで、透明導電膜は、透明絶縁材料と、透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含む層である。透明絶縁材料および導電性繊維は上述したものが使用される。

絶縁パターンを形成する際のレーザ光の照射では、図４に示すようなレーザ光照射装置４０を使用する。
レーザ光照射装置４０は、レーザ光Ｌを発生させるレーザ光発生手段４１と、レーザ光Ｌを集光する集光手段である凸レンズ等の集光レンズ４２と、透明絶縁基板１１および透明導電膜ａからなる導電性基板Ａが載置されるステージ４３とを備えている。
このレーザ光照射装置４０では、レーザ光発生手段４１から集光レンズ４２を介して透明導電膜ａにレーザ光Ｌを照射する。
レーザ光Ｌの照射による導電パターンの形成では、露光、現像、エッチング等が不要であるため、簡便である。

レーザ光発生手段４１が発生するレーザ光Ｌは、ＹＡＧやＹＶＯ_４等のパルス状レーザ光、炭酸ガスレーザ等の連続発振レーザ光が挙げられる。中でも、簡便であることから、ＹＡＧやＹＶＯ_４等の波長１０６４ｎｍもしくはその２次高調波を使用した５３２ｎｍのパルス状レーザ光が好ましい。

集光レンズ４２の焦点Ｆは、通常、透明導電層ａの表面毎に設定されるが、導電性基板Ａに凹凸などが形成されている場合や広い面積にレーザ光を照射する場合には、透明導電層ａから離れた位置に設定されていることが好ましい。詳しくは、集光レンズ４２は、透明導電層ａと集光レンズ４２との間にレーザ光Ｌの焦点Ｆが位置するように配置される。すなわち、集光レンズ４２（レーザ光Ｌ）の焦点Ｆを、透明導電層ａと集光レンズ４２との間に形成している。これにより、透明絶縁基板１１に当たるレーザ光Ｌのスポット径は、透明導電層ａに当たるレーザ光Ｌのスポット径より大きくなる。これにより、透明導電層ａにおいてはレーザ光Ｌのエネルギ密度を確保して絶縁ラインＢを確実に形成しつつ、透明絶縁基板１１においてはレーザ光Ｌのエネルギ密度を低減させ、さらに焦点Ｆと透明導電層ａの距離が変化しても集光スポットＳのエネルギ密度の変動を抑制することで、透明絶縁基板１１の損傷を防止できる。

集光レンズ４２としては、低い開口数（ＮＡ＜０．１）のものが好ましい。すなわち、集光レンズ４２の開口数がＮＡ＜０．１とされることにより、レーザ光Ｌの照射条件設定が容易となり、特にレーザ光Ｌの焦点Ｆが透明導電膜ａと集光レンズ４２との間に位置することによる、該焦点Ｆにおける空気のプラズマ化に伴うエネルギ損失とレーザ光Ｌの拡散を防止することができる。

絶縁パターンの形成では、まず、絶縁パターンを形成していない導電性基板Ａをステージ４３の上面に固定する。その際、透明導電膜ａを透明絶縁基板１１より上に位置させる。
次いで、レーザ光照射装置４０のレーザ光発生手段４１よりレーザ光Ｌを出射させ、レーザ光Ｌを集光レンズ４２により集光すると共に、ガルバノミラーを用いることによって走査させながら、透明導電膜ａに照射する。
レーザ光の照射によって、レーザ光照射前には透明導電膜ａに含まれていた導電性繊維が除去され、導電性繊維の存在した部分が空隙となる。そのため、レーザ光を走査しながら照射した部分を絶縁ラインＢとすることができる。

透明導電膜ａに照射するレーザ光Ｌは、例えば、パルス幅が１〜１００ｎ秒のレーザ（ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ_４レーザ）では、エネルギ密度１×１０^１１〜７×１０^１３Ｗ／ｍ^２、単位面積あたりの照射エネルギは１×１０^４〜１×１０^６Ｊ／ｍ^２が好ましく、１×１０^５〜３×１０^５Ｊ／ｍ^２がより好ましい。
すなわち、エネルギ密度・照射エネルギが上記数値範囲よりも小さな値に設定された場合、絶縁ラインの絶縁が不十分になるおそれがある。また、上記数値範囲よりも大きな値に設定された場合、加工痕が目立つようになり、タッチパネルや電磁波シールドなどの用途では不適当となる。

また、これらの値は、加工エリアにおけるレーザ光の出力値を、加工エリアの集光スポット面積で除することにより定義されており、簡便には、出力はレーザ発振機からの出力値に光学系の損失係数を掛けることで求められる。
また、スポット径面積Ｓは、下記式により定義される。
Ｓ＝Ｓ_０×Ｄ／ＦＬ
Ｓ_０：レンズで集光されるレーザのビーム面積
ＦＬ：レンズの焦点距離
Ｄ：透明導電膜ａの表面（上面）と焦点との距離

なお、前述した焦点Ｆは、レンズ等の集光手段４２で、収差が十分に小さい場合を例に説明したが、例えば、焦点距離の短い球面レンズや、保護ガラスなどの収差が大きくなる要素が存在する場合には、前記焦点Ｆは、集光点のエネルギ密度が最も高くなる位置と定義される。

ここで、距離Ｄは、通常のレーザ加工機では、焦点距離ＦＬの０．２〜３％の範囲内に設定される。好ましくは、距離Ｄは、焦点距離ＦＬの０．５〜２％の範囲内に設定される。さらに望ましくは、距離Ｄは、焦点距離ＦＬの０．７〜１．５％の範囲内に設定される。距離Ｄが上記数値範囲に設定されることにより、絶縁ラインにおける導電性繊維の除去（空隙の形成）が確実に行えるとともに電気的に高い信頼性を有する絶縁パターンを形成でき、かつ、透明絶縁基板１１の損傷に起因する加工痕を確実に防止できる。

以上説明した実施形態における透明導電膜１２は、透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維を含むため、高い導電性を有している。そのため、端子領域βの導電部１２ａに外部引き回し配線を直接接続した際にも、その接続部分の接触抵抗は小さい。したがって、端子領域βの導電部１２ａ上に、金属ペーストによって端子を別途形成する必要がなく、金属のマイグレーションの発生源がなくなるため、絶縁ラインＢの絶縁破壊が起きにくい。
また、金属ペーストを用いた端子の形成を必要としないことで、導電パターン形成基板の製造時の加熱を少なくできるため、製造時の寸法変化を防止できる。
また、絶縁ラインＢの絶縁は、透明絶縁材料内の、導電性繊維が存在していた部分が空隙になることによって得られるため、導電性繊維を含む導電部１２ａと外観（色、透明性）が同一であり、視認不能である。

＜入力装置＞
本発明の入力装置は、本発明の導電パターン形成基板と、該導電パターン形成基板に電気的に接続された検出手段とを備える。検出手段としては、例えば、インターフェース回路を備えるものが挙げられる。
入力装置において、導電パターン形成基板は、タッチパネル等の入力装置の電極シートとして使用することができる。
例えば、２枚の上記導電パターン形成基板を所定形状に切り出したものを電極シートとし、これらを、スペーサを介して導電パターンが互いに対向するように積層することで、抵抗膜式タッチパネルの入力部材とすることができる。
また、２枚の上記導電パターン形成基板を所定形状に切り出したものを電極シートとし、これらを導電パターン同士が接触しないように積層することで、静電容量式タッチパネルの入力部材とすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態の導電パターン形成基板の製造方法では、ガルバノミラーを用いてレーザ光を走査させたが、これに代えて、ステージをＸＹ方向に移動させることによって、レーザ光を走査させてもよい。
また、導電パターンは、表示領域と端子領域とが設けられたものであれば、図１に示すものでなくてもよい。
また、導電パターン形成基板の透明導電膜は、透明絶縁材料に導電性繊維を含むものでなくても、導電性高分子の膜であってもよいし、ワイヤグリッドを含むものであってもよい。

［製造例１］
厚さ７５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（ルミラーＳ１０ ＃７５、東レ株式会社製）に、Ｃａｍｂｒｉｏｓ社のＯｈｍ（商品名）インク（線径５０ｎｍ程度、長さ１５μｍ程度の銀繊維（銀ナノワイヤ）を含む混合液）を塗布し、乾燥した後、紫外線硬化性のポリエステル樹脂インクを上塗りして、乾燥・紫外線処理を施した。これにより、ＰＥＴフィルム上に銀繊維からなる導電性の２次元ネットワークを有する透明導電膜ａを形成して、導電性基板を得た。
上記透明導電膜ａの表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、銀繊維からなる導電性の２次元ネットワークを有していることを確認した（図５参照）。

［実施例１］
レーザ光照射装置として、ガルバノミラーを備えたＹＶＯ_４基本波のレーザ加工機（キーエンス社製、ＭＤ−Ｖ９９２０）を使用した。
上記レーザ光照射装置には、照射パターンのデータをあらかじめ入力した。具体的には、図１に示す絶縁ラインにより構成され、表示領域αおよび端子領域βを有する絶縁パターンを形成するように、照射パターンを入力した。
なお、各絶縁パターンの絶縁ラインの端部同士が接続する部分は、各絶縁ラインが交差するようにデータを作成した。これにより、レーザ加工機のレーザ照射タイミングによらず、確実に各絶縁パターン同士を連続的に接続させることができる。

製造例１の導電性基板Ａを厚さ５ｍｍのポリアセタール製ステージの上に載置し、下記照射条件でレーザ光を照射した。
焦点から導電性基板Ａまでの距離：０ｍｍ
出力：３０％
移動速度：６００ｍｍ／秒
発振周波数：１００ｋＨｚ
これにより、透明導電膜ａに、絶縁ラインＢにより構成された絶縁パターンを形成し、図１に示すような表示領域αと端子領域βとが設けられた導電パターンを形成して、導電パターン形成基板を得た。形成された導電パターンにおいて、隣接する導電部１２ａ，１２ａ同士の電気抵抗は１０Ω以上であり、絶縁状態になっていた。また、絶縁ラインＢは視認不能であった。
上記の導電パターン形成基板は２枚作製した。

次いで、得られた導電パターン形成基板の一方に対し、スクリーン印刷とインキの乾燥により、室温硬化型エポキシ樹脂からなる直径６０μｍのドットスペーサを設けた。
上記のようにして得た導電パターン形成基板を切り出して、導電パターン形成基板を得た。次いで、ドットスペーサを設けた導電パターン形成基板と、ドットスペーサを設けなかった導電パターン形成基板とを、導電パターンが互いに対向するように配置し、その状態で両面粘着テープにより固定した。また、端子領域βの各端子ｂに外部引き回し配線を直接接続し、さらに外部引き回し配線を市販のインターフェース回路（検出手段）に接続して、タッチパネルを得た。得られたタッチパネルは動作不良を生じなかった。これは、本実施例の導電パターン形成基板では、金属のマイグレーションによる絶縁破壊が生じず、また、製造時の寸法変化が防止されているため、と思われる。

［比較例１］
端子領域βの導電部１２ａ上に、銀ペーストの印刷・乾燥により、銀を主成分とした端子を設けたこと以外は実施例１と同様にして導電パターン形成基板を得た。その導電パターン形成基板を用いて、実施例１と同様にタッチパネルを作製したが、そのタッチパネルは動作不良を生じた。

１０ 導電パターン形成基板
１１ 透明絶縁基板
１２ 透明導電膜
１２ａ 導電部
１２ｂ 透明絶縁材料
１２ｃ 空隙
１２ｄ 導電性繊維
１３ 絶縁パターン
４０ レーザ光照射装置
４１ レーザ光発生手段
４３ ステージ
ａ 透明導電膜
ｂ 端子
Ａ 導電性基板
Ｂ，Ｂ_１，Ｂ_２ 絶縁ライン
α 表示領域
β 端子領域
β_１ 配線接触領域
β_２ 配線非接触領域

Claims (5)

1. 画像に重ねられて使用される導電パターン形成基板であって、
   透明絶縁基板の片面に、透明絶縁材料と該透明絶縁材料内に２次元ネットワーク状に配置された導電性繊維とを含む透明導電膜を備え、前記透明導電膜には、絶縁ラインから構成された絶縁パターンが形成されて所定の導電パターンが設けられ、前記絶縁ラインは、前記導電性繊維が除去されて、透明絶縁材料からなり、
   前記導電パターンは、画像上に配置される表示領域と、外部引き回し配線が直接接続される端子領域とが設けられていることを特徴とする導電パターン形成基板。
2. 導電性繊維が金属ナノワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の導電パターン形成基板。
3. 前記端子領域における透明導電膜は、前記絶縁ラインによって複数の導電部に分割されていることを特徴とする請求項１または２に記載の導電パターン形成基板。
4. 前記絶縁ラインは、透明導電膜へのレーザ光照射によって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電パターン形成基板。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電パターン形成基板と、該導電パターン形成基板の導電パターンに電気的に接続された検出手段とを備えることを特徴とする入力装置。