JP5780455B2 - 投影型静電容量式タッチパネルセンサー及びその製造方法、投影型静電容量式タッチパネルセンサーを備えた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータの位置入力装置に関し、より特定的には、表示画面に重ねて用いられる部投影型静電容量式タッチパネルセンサー及びその製造方法、投影型静電容量式タッチパネルセンサーを備えた表示装置に関する。

近年、携帯電話機や、携帯情報端末、カーナビゲーションシステムを始め、様々な電子機器の操作部にタッチパネルが採用されている。タッチパネルは、液晶パネル等の表示画面上に、指等の接触位置を検出可能な位置入力装置を貼り合わせて構成される。タッチパネルの方式としては、抵抗膜式、静電容量式、光学式、超音波式に大別されるが、それぞれメリット／デメリットがあるため用途に応じて使い分けられている。静電容量式には、更に、表面型と投影型とがある。投影型静電容量式タッチパネルは、Ｘ方向及びＹ方向にグリッド上に配列された複数の電極を備え、マルチタッチが可能であり、現在急速に普及しつつある。

投影型のタッチパネルセンサー基板には、フィルムタイプとガラスタイプがある。フィルムタイプには、軽量・割れにくい、というメリットがあるものの、高精細の配線パターンの形成が困難で、配線を覆う額縁部が大きくなり、表示エリアが狭くなるという問題や、表面の平滑性の差により、ガラスタイプより見栄えが悪いという問題がある。スマートフォンやタブレットコンピュータでは、ガラスタイプが採用されることが多く、今後は、ガラスタイプの普及が見込まれる。

投影型タッチパネルセンサー基板は、一般的に５層構造、すなわち、金属配線、Ｘ方向用及びＹ方向用の２層の透明電極（ＩＴＯ）、２層の透明電極間の層間絶縁層、表面の保護層からなる。また、層間絶縁層を有機膜で形成することによってガラス基板の片面に２層の透明電極層を形成した片面構造と、ガラス基板を層間絶縁層としても使用し、２層の透明電極層をガラスの両面に分けて形成した両面構造の２つに大別される。

ここで、携帯電話機等のディスプレイには、最表面には前面板（カバーガラス）を設けた構造を採用することが一般的である。このカバーガラスには周辺部の配線等を隠すための額縁部が形成される。この額縁部には、機器のデザインに応じて様々な色や模様を施すことができる。額縁部に色や模様を施す場合、スクリーン印刷で額縁部を形成することが一般的である。ただし、額縁部に色々な色や模様を施すとコストアップに繋がるため、額縁部は黒とするのが主流である。

図１０は、従来のタッチパネルセンサーの一例を示す断面図である。

タッチパネルセンサー７１は、基板７４と、ジャンパ配線７５と、絶縁膜７６と、透明電極７７と、金属配線７８と、保護膜７９と、額縁部７３を有するカバーガラス７２とから構成されている。ジャンパ配線７５は、紙面と直交する方向に並べて形成される島状の透明電極（図示せず）を接続するためのものである。図１０の左右方向に延びる透明電極７７は、ジャンパ配線７５と立体交差しており、ジャンパ配線７５と透明電極７７との層間は、絶縁膜７６によって絶縁されている。

図１０に示したタイプのタッチパネルセンサー７１は、別々に形成したセンサー基板及びカバーガラス７２を、接着剤８０を介して貼り合わせることによって製造される。

特開２００７−１７８７５８号公報 特開２００９−６９３２１号公報

図１０に示したタッチパネルセンサー７１の構造を採用する場合、カバーガラス７２とセンサー基板との貼り合わせの際に両者の間に気泡が混入することがあり、これが歩留まりを低下させる要因となっている。また、現在は図１０のようにカバーガラス７２とセンサー基板とを別に形成する構成が主流ではあるが、両者を一体化することで、カバーガラスまたはフィルムを一層省略し、コストダウンや表示装置を薄型化を実現したいという要望がある。そこで、カバーガラスとセンサー基板との貼り合わせが不要となるようなタッチパネルセンサーの構造及び製造技術が求められている。

図１１は、従来のタッチパネルセンサーの他の一例を示す断面図である。

図１１のタッチパネルセンサー８１は、カバーガラス７２上に直接タッチパネルセンサーの各構成要素を一体的に形成したものである。具体的には、タッチパネルセンサー８１は、カバーガラス７２と、カバーガラス上に形成された額縁部８３と、カバーガラス７２のほぼ全面に形成された絶縁膜８４と、ジャンパ配線８５と、絶縁膜８６と、透明電極８７と、金属配線８８と、保護膜８９とから構成されている。ジャンパ配線８５は、紙面と直交する方向に並べて形成される島状の透明電極（図示せず）を接続するためのものである。図１１の左右方向に延びる透明電極８７は、ジャンパ配線８５と立体交差しており、ジャンパ配線８５と透明電極８７との層間は、絶縁膜８６によって絶縁されている。このタッチパネルセンサー８１の構造は、上述した片面構造に該当する。

額縁部８３を黒色とする場合、ネガ型フォトレジストを用いてフォトリソグラフィによって額縁部８３を形成する方法と、スクリーン印刷でインキを印刷することによって額縁部８３を形成する方法とが考えられる。ネガ型フォトレジストで黒色の額縁部８３を形成する場合、カーボンやチタン等顔料を分散させた樹脂が用いられる。この場合、比抵抗値が１×１０¹¹以下の低抵抗であること、また、誘電率が１０以上と高いことから、センサー基板の形成工程の前に、額縁部８３を絶縁性の膜で覆う必要がある。一方、スクリーン印刷によって額縁部８３を形成する場合、額縁部８３の表面の凹凸が粗いことから、額縁部８３上に設けた金属配線８８が断線してしまう場合がある。そこで、ネガ型フォトレジストで額縁部８３を形成した場合と同様に、額縁部８３を絶縁膜８４で覆う必要がある。

しかしながら、額縁部８３を絶縁するための絶縁膜８４を設けることによって、図１１のタッチパネルセンサー８１の層数は図１０のタッチパネルセンサー７０の層数から１層増加し、製造コストの増加に繋がる。

それ故に、本発明は、前面板上に電極及び配線等を一体的に積層した構造の投影型静電容量式タッチパネルセンサーを、工程の増加及びこれに伴う製造コストの増加を招くことなく実現することを目的とする。

本発明に係る投影型静電容量式タッチパネルセンサーは、透明な前面板と、前面板の一方面上に遮光性材料によって形成され、矩形状の表示領域を区画する矩形環状の額縁部と、前面板の一方面上の表示領域内に形成され、表示領域の一辺と平行な第１の方向及びこれと直交する第２の方向に行列状に配列される複数のジャンパ配線と、額縁部の全体を覆う環状の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と同一材料によって形成され、ジャンパ配線の各々と交差して第２の方向に延び、ジャンパ配線と部分的に重なる複数の第２の絶縁膜と、前面板の一方面上の表示領域内において、第１の方向および第２の方向に行列状に配列され、各々が第１の方向に隣接するジャンパ配線に接続される複数の第１の透明電極と、第１の透明電極の列間を第２の方向に延び、かつ、第２の絶縁膜上でジャンパ配線と交差するように、前面板の一方面上及び第２の絶縁膜上に形成される複数の第２の透明電極と、額縁部上方の第１の絶縁膜上に形成され、第１の透明電極および第２の透明電極に接続される複数の金属配線と、ジャンパ配線と、第１の透明電極と、第２の透明電極と、金属配線とを覆う第３の絶縁膜とを備える。

本発明に係る投影型静電容量式タッチパネルセンサーの製造方法は、透明な前面板の一方面上に、遮光性材料を用いて、矩形状の表示領域を区画する矩形環状の額縁部を形成する工程と、前面板の一方面上の表示領域内に、表示領域の一辺と平行な第１の方向及びこれと直交する第２の方向に行列状に配列される複数のジャンパ配線を形成する工程と、額縁部の全体を覆う環状の第１の絶縁膜と、ジャンパ配線の各々と交差して第２の方向に延び、ジャンパ配線と部分的に重なる複数の第２の絶縁膜とを、同一材料を用いて同時に形成する工程と、前面板の一方面上の表示領域内に、第１の方向および第２の方向に行列状に配列され、各々が第１の方向に隣接するジャンパ配線に接続される複数の第１の透明電極を形成する工程と、第１の透明電極の列間を第２の方向に延び、かつ、第２の絶縁膜上でジャンパ配線と交差するように、前面板の一方面上及び第２の絶縁膜上に複数の第２の透明電極を形成する工程と、額縁部上方の第１の絶縁膜上に、第１の透明電極および第２の透明電極に接続される複数の金属配線を形成する工程と、ジャンパ配線と、第１の透明電極と、第２の透明電極と、金属配線とを覆う第３の絶縁膜を形成する工程とを備える。

工程の増加及びこれに伴う製造コストの増加を招くことなく、前面板上に電極及び配線等を一体的に積層した構造の投影型静電容量式タッチパネルセンサーを実現できる。

実施形態に係るタッチパネルセンサーの平面図 図１に示したＩＩ−ＩＩラインに沿う断面図 図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩラインに沿う断面図 実施形態に係るタッチパネルセンサーの製造工程を示す図 図４に続く製造工程を示す図 図５に続く製造工程を示す図 図６に続く製造工程を示す図 図７に続く製造工程を示す図 図８に続く製造工程を示す図 従来のタッチパネルセンサーの一例を示す断面図 従来のタッチパネルセンサーの他の一例を示す断面図

以下、図１〜９を参照しながら実施形態に係る投影型静電容量式タッチパネルセンサー（以下、単に「タッチパネルセンサー」という）の構造及び製造方法を説明する。尚、図１〜９では、図示を簡略化するために、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに２ラインの透明電極パターンのみが模式的に示されている。実際には、Ｘ方向及びＹ方向に多数の電極ラインが設けられる。

図１は、実施形態に係るタッチパネルセンサーの平面図であり、図２は、図１に示したＩＩ−ＩＩラインに沿う断面図であり、図３は、図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩラインに沿う断面図である。

タッチパネルセンサー１は、液晶パネルや有機ＥＬパネル等の表示パネルと組み合わせて用いられる位置入力装置である。タッチパネルセンサー１は、Ｘ方向に延びる電極パターン及びＹ方向に延びる電極パターンを有し、指が接触または近接した電極の静電容量変化を検出することによって、指の座標を特定する。

具体的には、タッチパネルセンサー１は、カバーガラス２と、額縁部３と、複数のジャンパ配線４と、第１の絶縁膜５と、複数の第２の絶縁膜６と、複数の第１の透明電極８と、複数の第２の透明電極９と、金属配線１１と、第３の絶縁膜７とを備える。

カバーガラス２は、タッチパネルセンサーの最表面となる透明な前面板であり、使用者によってタッチされる部材である。本実施形態では、前面板としてカバーガラス２を使用した例を説明するが、ガラスに代えて、透明フィルムを前面板として使用しても良い。

額縁部３は、遮光性材料を用いてカバーガラス２の一方面に形成される遮光層であり、中央の窓部分に矩形状の表示領域１０を区画し、タッチパネルセンサー１の周縁部に設けられる配線を隠す役割を果たす。額縁部３は、カバーガラス２の周縁部に形成された矩形環状である。額縁部３は、ネガ型フォトレジストまたはインキを用いて形成される。額縁部３は、黒色であることが一般的である。

ジャンパ配線４は、電気伝導性と透明性とを有する材料を用いて、表示領域１０内のカバーガラス２上に形成されている。ジャンパ配線４は、表示領域１０の一辺と平行なＸ方向及びこれと直交するＹ方向に間欠的かつ行列状に配列されている。ジャンパ配線４は、Ｘ方向の電極パターンを構成する透明電極８を接続するためのものである。ジャンパ配線４は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）によって形成される。

第１の絶縁膜５は、額縁部３の全体を覆うように環状に形成されている。額縁部３がネガ型フォトレジストのような比較的抵抗の低い材料で形成される場合、第１の絶縁膜５は、額縁部３を絶縁するために設けられる。また、額縁部３がインキによって印刷される場合、額縁部３表面の凹凸によって金属配線１１の損傷を防止するために設けられる。

複数の第２の絶縁膜６は、ジャンパ配線４の各々に対応して設けられる。第２の絶縁膜６の各々は、対応するジャンパ配線４と交差してＹ方向に延びるように形成され、Ｘ方向におけるジャンパ配線４の中央部と部分的に重なっている。第２の絶縁膜６は、ジャンパ配線４と第２の透明電極９との間の層間絶縁膜として機能する。ジャンパ配線４と第１の透明電極８とのＸ方向の接続を可能とするため、第２の絶縁膜６はジャンパ配線４の両端部とは重なっていない。第２の絶縁膜６は、第１の絶縁膜５と同一材料及び同一工程で形成されるが、この点は更に後述する。

第１の透明電極８は、Ｙ座標を検出するためのものである。第１の透明電極８は、電気伝導性と透明性とを有する材料を用いて、表示領域１０内のカバーガラス２上に形成されている。第１の透明電極８は、Ｘ方向及びＹ方向に間欠的かつ行列状に配列され、Ｘ方向に隣接するジャンパ配線４に電気的に接続されている。第１の透明電極８は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）によって形成される。

第２の透明電極９は、Ｘ座標を検出するためのものである。本実施形態では、第２の透明電極９は、第１の透明電極８と同一材料を用いて、第１の透明電極８と同時に形成される。第２の透明電極９は、Ｙ方向に整列する第１の透明電極８の列間をＹ方向に延び、図２に示すように、第２の絶縁膜６上でジャンパ配線４と立体交差している。

金属配線１１は、額縁部３を覆う第１の絶縁膜５上に形成され、カバーガラス２の周縁部に位置する第１の透明電極８及び第２の透明電極９に電気的に接続されている。

第３の絶縁膜７は、ジャンパ配線４と、第１の透明電極８と、第２の透明電極９と、金属配線１１とを覆うように、カバーガラス２のほぼ全面に形成されている。第３の絶縁膜７は、カバーガラス２上に形成された各構成要素を保護する保護膜として機能する。

ここで、本実施形態に係るタッチパネルセンサー１の製造方法を説明する。

図４〜９は、実施形態に係るタッチパネルセンサーの製造工程を示す図である。図４〜９において、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。また、図４〜９の（ｂ）に示す二点鎖線は、（ａ）の断面図の切断位置を表す。

まず、図４に示すように、遮光性材料を用いて、カバーガラス２の一方面上に矩形環状の額縁部３を形成する。遮光性材料としてネガ型フォトレジストを用いる場合、コーターを用いてカバーガラス２上にフォトレジストを塗布し、プリベークを行う。プリベークによってフォトレジスト中の溶剤を除去した後、額縁部３に対応するマスクパターンが形成されたフォトマスクを用いてプロキシミティー露光を行い、フォトレジストにマスクパターンを転写する。その後、現像処理を行うことによって、額縁部３が形成される。あるいは、遮光性材料としてインキを用いて、スクリーン印刷によってカバーガラス２に額縁部３を積層しても良い。

次に、図５に示すように、額縁部３によって区画された表示領域１０に、Ｘ方向及びＹ方向に配列される複数のジャンパ配線４を形成する。具体的には、カバーガラス２の全面にスパッタリングによってＩＴＯ膜を形成した後、形成したＩＴＯ膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、プリベークを行う。ジャンパ配線４に対応するマスクパターンが形成されたフォトマスクを用いてプロキシミティー露光を行い、フォトレジストにマスクパターンを転写する。現像後、ジャンパ配線となる部分（フォトレジストが残存している部分）以外のＩＴＯ膜をエッチング除去する。その後、残存したポジレジストを剥離することによって、カバーガラス２上にジャンパ配線４が形成される。

次に、図６に示すように、額縁部３の全体を覆う矩形環状の第１の絶縁膜５と、ジャンパ配線４の一部と交差する第２の絶縁膜６とを同時に形成する。具体的には、カバーガラス２の全面に絶縁性樹脂よりなるフォトレジストを塗布し、プリベークを行う。第１の絶縁膜５及び第２の絶縁膜６に対応するマスクパターンが形成されたフォトマスクを用いてプロキシミティー露光を行い、フォトレジストにマスクパターンを転写する。その後、現像処理を行うことによって、第１の絶縁膜５及び第２の絶縁膜６が形成される。

次に、図７に示すように、額縁部３の上面を覆う第１の絶縁膜５上に金属配線１１を形成する。具体的には、カバーガラス２の全面にスパッタリングによって金属薄膜を形成した後、形成した金属薄膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、プリベークを行う。金属配線１１に対応するマスクパターンが形成されたフォトマスクを用いてプロキシミティー露光を行い、フォトレジストにマスクパターンを転写する。現像後、金属配線となる部分（フォトレジストが残存している部分）以外の金属薄膜をエッチング除去する。その後、残存したポジレジストを剥離することによって、第１の絶縁膜５上に金属配線１１が形成される。尚、金属配線１１は、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの積層体、Ａｇ、Ａｇ合金等によって形成できる。

次に、図８に示すように、第１の透明電極８及び第２の透明電極９を同時に形成する。具体的には、カバーガラス２の全面にスパッタリングによってＩＴＯ膜を形成した後、形成したＩＴＯ膜上にポジ型フォトレジストを塗布し、プリベークを行う。第１の透明電極８及び第２の透明電極９に対応するマスクパターンが形成されたフォトマスクを用いてプロキシミティー露光を行い、フォトレジストにマスクパターンを転写する。現像後、第１の透明電極８及び第２の透明電極９となる部分（フォトレジストが残存している部分）以外のＩＴＯ膜をエッチング除去する。その後、残存したポジレジストを剥離することによって、第１の透明電極８及び第２の透明電極９が形成される。

そして、図９に示すように、ジャンパ配線４と、第１の透明電極８と、第２の透明電極９と、金属配線１１とを覆う第３の絶縁膜７を形成する。具体的には、カバーガラス２の全面に絶縁性樹脂よりなるフォトレジストを塗布し、プリベークを行う。第３の絶縁膜７に対応するマスクパターンが形成されたフォトマスクを用いてプロキシミティー露光を行い、フォトレジストにマスクパターンを転写する。その後、現像処理を行うことによって、第３の絶縁膜７が形成される。

このような工程を経ることによって、本実施形態に係るタッチパネルセンサー１が完成する。本実施形態では、図６に示した工程において、額縁部３を覆う第１の絶縁膜５を、ジャンパ配線４と第２の透明電極９との層間絶縁膜となる第２の絶縁膜６と同一材料を用いて同時に形成するため、第１の絶縁膜５を形成するための別途の工程を必要としない。したがって、カバーガラス２上に透明電極等を一体的に積層した構造を採用しつつ、製造工程及び製造コストの増加を招くことなく、タッチパネルセンサー１を実現することができる。

尚、本実施形態に係るタッチパネルセンサー１は、液晶パネルや有機ＥＬパネル等の表示パネルと組み合わされ、位置入力装置を備えた表示装置として使用される。表示パネルは、複数の画素が行列状に配列された画素領域を有し、入力信号に基づいて、画素領域に画像を構成する。タッチパネルセンサー１は、表示領域１０が表示パネルの画素領域に重なるように、表示パネルの前面に配置される。

本発明は、スマートフォンやタブレットコンピュータ、カーナビゲーションシステム等の電子機器用の位置入力装置として利用できる。

１ タッチパネルセンサー
２ カバーガラス
３ 額縁部
４ ジャンパ配線
５ 第１の絶縁膜
６ 第２の絶縁膜
７ 第３の絶縁膜
８ 第１の透明電極
９ 第２の透明電極
１０ 表示領域
１１ 金属配線

Claims (7)

1. 投影型静電容量式タッチパネルセンサーであって、
   透明な前面板と、
   前記前面板の一方面上に遮光性材料によって形成され、矩形状の表示領域を区画する矩形環状の額縁部と、
   前記前面板の一方面上の前記表示領域内に形成され、前記表示領域の一辺と平行な第１の方向及びこれと直交する第２の方向に行列状に配列される複数のジャンパ配線と、
   前記額縁部の全体を覆う環状の第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜と同一材料によって形成され、前記ジャンパ配線の各々と交差して前記第２の方向に延び、前記ジャンパ配線と部分的に重なる複数の第２の絶縁膜と、
   前記前面板の一方面上の前記表示領域内において、前記第１の方向および前記第２の方向に行列状に配列され、各々が前記第１の方向に隣接するジャンパ配線に接続される複数の第１の透明電極と、
   前記第１の透明電極の列間を前記第２の方向に延び、かつ、前記第２の絶縁膜上で前記ジャンパ配線と交差するように、前記前面板の前記一方面上及び前記第２の絶縁膜上に形成される複数の第２の透明電極と、
   前記額縁部上方の前記第１の絶縁膜上に形成され、前記第１の透明電極および前記第２の透明電極に接続される複数の金属配線と、
   前記ジャンパ配線と、前記第１の透明電極と、前記第２の透明電極と、前記金属配線とを覆う第３の絶縁膜とを備える、投影型静電容量式タッチパネルセンサー。
2. 前記額縁部は、ネガ型のフォトレジストによって形成される、請求項１に記載の投影型静電容量式タッチパネルセンサー。
3. 前記額縁部は、スクリーン印刷用のインキによって形成される、請求項１に記載の投影型静電容量式タッチパネルセンサー。
4. 表示装置であって、
   複数の画素が行列状に配列された画素領域を有し、入力信号に基づいて、前記画素領域に画像を構成する表示パネルと、
   前記画素領域を覆うように取り付けられる、請求項１〜３のいずれかに記載の投影型静電容量式タッチパネルセンサーとを備える、表示装置。
5. 投影型静電容量式タッチパネルセンサーの製造方法であって、
   透明な前面板の一方面上に、遮光性材料を用いて、矩形状の表示領域を区画する矩形環状の額縁部を形成する工程と、
   前記前面板の一方面上の前記表示領域内に、前記表示領域の一辺と平行な第１の方向及びこれと直交する第２の方向に行列状に配列される複数のジャンパ配線を形成する工程と、
   前記額縁部の全体を覆う環状の第１の絶縁膜と、前記ジャンパ配線の各々と交差して前記第２の方向に延び、前記ジャンパ配線と部分的に重なる複数の第２の絶縁膜とを、同一材料を用いて同時に形成する工程と、
   前記前面板の一方面上の前記表示領域内に、前記第１の方向および前記第２の方向に行列状に配列され、各々が前記第１の方向に隣接するジャンパ配線に接続される複数の第１の透明電極を形成する工程と、
   前記第１の透明電極の列間を前記第２の方向に延び、かつ、前記第２の絶縁膜上で前記ジャンパ配線と交差するように、前記前面板の前記一方面上及び前記第２の絶縁膜上に複数の第２の透明電極を形成する工程と、
   前記額縁部上方の前記第１の絶縁膜上に、前記第１の透明電極および前記第２の透明電極に接続される複数の金属配線を形成する工程と、
   前記ジャンパ配線と、前記第１の透明電極と、前記第２の透明電極と、前記金属配線とを覆う第３の絶縁膜を形成する工程とを備える、投影型静電容量式タッチパネルセンサーの製造方法。
6. 前記額縁部を形成する工程において、前記額縁部は、ネガ型のフォトレジストをパターニングすることによって形成される、請求項５に記載の投影型静電容量式タッチパネルセンサーの製造方法。
7. 前記額縁部を形成する工程において、前記額縁部は、インキをスクリーン印刷することによって形成される、請求項５に記載の投影型静電容量式タッチパネルセンサーの製造方法。

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