JP5795357B2 - 静電容量型タッチパネル - Google Patents

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Description

本発明は、静電容量型タッチパネルに関し、特に、透明樹脂基材を用いたトッププレートを有する静電容量型タッチパネルに関する。
タッチパネルで容易に操作できるスマートフォンや、タブレットPCが広く普及するようになり、タッチパネルの薄型化、軽量化、及び低コスト化が喫緊の課題となっている。
タッチパネルの検出方式には、さまざまな方式があり、たとえば、2枚の抵抗膜を重ねて指示位置を特定する抵抗膜方式や、パネル表面に超音波や表面弾性波発生させ、指示位置検出を行う表面弾性波方式等が挙げられる。上述したスマートフォンやタブレットPCに用いられるタッチパネルでは、パネル上を指でタップしたり、ドラッグしたり、あるいは画像を拡大するのに画面上で2本の指を広げるようなピンチアウト動作をしたり、2本の指をせばめるように動かすピンチイン操作といった複雑で自由度のある操作に対応する必要がある。そのため、現状では、透明電極を用いてxyマトリクスを形成し、複数の指示位置の検出を同時に行える投影型静電容量式のタッチパネルが主流となっている。
ところで、タッチパネルの薄型化、軽量化及び低コスト化をはかるために、さまざまな検討がなされており、透明電極が形成された静電容量シートを保護するために表面を覆うように配置されるトッププレートをガラス製から樹脂性素材のものに変更することが試みられている。また、透明電極をフィルムの両面に形成するなどして静電容量シートの数を2枚から1枚に削減し、薄型化と低コスト化の両立をはかる試みが精力的に行われている。
特開2000−207983号公報
樹脂性のトッププレートを静電容量型タッチパネルに用いる場合には、タッチパネルやタッチパネルが搭載される液晶パネルの製造時に高温環境下にさらされるために、一般的には、耐熱性の高い樹脂材料、たとえばポリカーボネート(PC)樹脂が用いられる。また、タッチパネルの表面は、外部環境にさらされ、表面には傷が付きやすい。PC樹脂は硬度が低いため、PC樹脂を用いたトッププレートの表面に傷が付くと、デザイン上や視認上不具合となるとの問題がある。このため、トッププレートの表面を硬度の高い硬質の樹脂で多層化することが行われている。たとえば、2層押出し成形技術を用いて、PC樹脂とアクリル樹脂(ポリメタクリル酸メチル樹脂、Poly(Methyl Methacrylate)、PMMA)とからなる多層透明樹脂基材が開発されている。
しかしながら、主基材であるPC樹脂と、表面保護用のPMMA樹脂とでは、線膨張係数が異なるので、PC樹脂とPMMA樹脂とを2層に形成した基材では、パネル製造時や製品への搭載後の環境温度変化等によって、トッププレートが反ってしまうとの問題がある。
さらに、トッププレートの下層には、透明電極が形成された樹脂製のフィルムが貼着、積層されるため、貼着されるフィルムの材質に応じた線膨張係数に基づくタッチパネル全体の反りの問題を考慮する必要がある。
特許文献1には、トッププレート樹脂材料の線膨張係数の相違による基材の反りを緩和するために、PC樹脂の両面にポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂性のシートを接着する技術が開示されているが、PET樹脂のシートを主基材の両面に粘着材を用いて接着しなければならないので、製造工程が煩雑になり、粘着材等の材料費を含めたコストが上昇してしまうとの問題がある。そこで、PET樹脂に代えて、上述したように、PC樹脂の両面にPMMA樹脂を一体形成したタッチパネル用のトッププレート基材が市販され始めているが、PMMA樹脂は耐熱性が必ずしも高くなく、また、このような3層構造の樹脂基材を製造するには、特殊な押出し金型を必要とすることになり、依然として生産性の低下や製造コストが上昇してしまうとの問題がある。
そこで、本発明では、多層化樹脂基材を用いてトッププレートの薄型化、軽量化を実現しつつ、透明樹脂層ごとの線膨張係数の相違に起因する反りを低減させたタッチパネルを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するための手段として、本発明の一実施の形態に係る静電容量型タッチパネルは、透明樹脂基材と、透明樹脂基材の一方の面に形成された異なる材質からなる透明樹脂層と、透明樹脂基材の他方の面の外縁部に形成された加飾印刷層と、透明樹脂基材の他方の面及び加飾印刷層にわたって覆うように形成され、表面に第1の透明電極層が形成された反り防止層と、第1の透明電極層及び反り防止層にわたって粘着層を介して貼着された第2の透明電極層を有する透明基板とを備える。そして、透明樹脂基材の線膨張係数と透明基板の線膨張係数とが同程度である。
本発明では、透明電極を有する透明基板の線膨張係数とトッププレートの透明樹脂基材の線膨張係数とがほぼ一致するので、静電容量型タッチパネルの反りを低減することができる。
本発明の一実施の形態に係る静電容量型タッチパネルの構造を示す図である。(A)は、静電容量型タッチパネルの平面図であり、(B)は、(A)図のAA’線における断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る静電容量型タッチパネルの断面図である。 静電容量型タッチパネルに温度ストレスを印加してトッププレートを構成するそれぞれの部材に線膨張係数による引張応力が生じる様子を示す図である。(A)は、本発明が適用された静電容量型タッチパネルの場合を示し、(B)は、従来技術の静電容量型タッチパネルの場合を示す。 静電容量型タッチパネルについて、実施例と比較例の熱ストレス印加後の反りの測定値をプロットしたグラフである。 従来の静電容量型タッチパネルの構造を示す図であり、(A)は、平面図、(B)は、(A)図のAA’線における断面図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。なお、図面における各部の寸法は、概略を示すものであって、特に断面図は、構造を明りょうに示すために厚さ方向に強調した寸法としている。
[静電容量型タッチパネルの構成例]
図1(A)及び図1(B)に示すように、静電容量型タッチパネル1は、耐熱性の高い樹脂材料を含む透明樹脂基材2と、透明樹脂基材2の一方の面、すなわち表面に形成された硬度の高い硬質樹脂材料を含む透明樹脂層3と、透明樹脂基材2の他方の面、すなわち裏面の外縁部に形成された加飾印刷層5と、透明樹脂基材2の裏面側及び加飾印刷層5にわたって覆うように形成される反り防止層6と、反り防止層6の表面に形成された第1の透明電極層7aとを備える。
さらに、静電容量型タッチパネル1は、図1(B)に示すように、第1の透明電極層7aの表面に形成され、第1の透明電極層7aを保護する第1の透明保護膜8aと、透明粘着材9を介して第1の透明保護膜8a上に貼着された、第2の透明電極層7bが形成された透明フィルム10とを備える。第2の透明電極層7bの表面を保護するために、第2の透明保護膜8bが第2の透明電極層7b上に形成される。第1及び第2の透明電極層7a,7bから引き出された配線(図示せず)は、フレキシブルプリント基板(FPC)11を介して、外部回路との接続をとる。
透明樹脂基材2は、耐熱性の高い樹脂材料であるPC樹脂によって形成されることが好ましく、透明樹脂層3は、硬度の高い硬質樹脂材料であるPMMA樹脂で形成されることが好ましい。一般に、タッチパネルの表面の傷の付きにくさを鉛筆硬度(引っかき硬度試験、JIS K 5600)によって評価するが、単一基材としてのPC樹脂の表面硬度は、HB〜Hであり、傷が付きやすい。一方、PMMA樹脂の表面硬度は、3H〜5Hであり、タッチパネルの表面に用いる材料として好ましい。PMMA樹脂等からなる透明樹脂層3を、PC樹脂等からなる透明樹脂基材2の一方の面、すなわち静電容量型タッチパネル1の表面側に形成することによって、傷の付きにくいタッチパネルを実現することができる。さらに透明樹脂層3の表面に保護層としてトップコーティング層4を形成するようにしてもよい。
表面に透明樹脂層3が形成された透明樹脂基材2は、2種の樹脂材料を用いて、同時に溶融成形することにより形成される。
加飾印刷層5は、スマートフォンやタブレット端末等を構成する液晶画面の外縁部に形成され、タッチパネルを機能させる上で必要な電極や配線等が形成される領域を額縁領域として外部から視認できないように覆う目的で形成される層である。加飾印刷層5は、シルクスクリーン印刷によって、有色インクを多層に重ね塗りして形成される。額縁領域に形成されている電極や配線等が透過しないように所定の厚さを塗布するためには、1回の塗布で厚塗りするのはムラになりやすいため、1回当たりの塗布層を薄くして複数回に分けて多層の印刷層を形成する必要がある。たとえば、光が透過しにくい濃色のインクの場合には、2回の塗布により印刷層を形成し、光が透過しやすい淡色(白色等)のインクの場合には、4回程度の重ね塗りを行う必要がある。1回当たりの塗布厚が8μm程度となる場合には、淡色インクの層は、32μm程度の厚さを有する。
反り防止層6は、透明樹脂基材2の裏面及び加飾印刷層5にわたって全面を覆うように形成され、好ましくは、透明樹脂基材2の表面側に形成される透明樹脂層3に用いられている材料が有する線膨張係数とほぼ等しい線膨張係数の樹脂材料を用いる。反り防止層6の材料としては、特に制限はなく、紫外線硬化型インクや熱硬化型インクに用いられる透明のアクリル系樹脂塗料あるいはウレタン系樹脂塗料等を用いることができる。より具体的には、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、ポリエステルウレタン(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート、ポリカーボネート(メタ)アクリレート、ポリカーボネートウレタン(メタ)アクリレート等を材質とする塗料を用いることができる。反り防止層6に用いる
材料は、タッチパネルの光学特性に影響を及ぼさないように、拡散透過光の全光線透過光に対する割合であるヘイズが1%を超えないものがより好ましい。粘度が低い透明のアクリル系又はウレタン系樹脂塗料等を塗布するように用いることによって、加飾印刷層5と透明樹脂基材2の間に生ずる段差をほぼ平坦化して、第1の透明電極層7aを形成した場合に、この段差による配線切れを防止することもできる。上述したように、淡色インクで加飾印刷を行う場合には、加飾印刷層5は、32μm程度の厚さとなるので、たとえば35μm程度の厚さとなるように、透明樹脂基材2の裏面及び加飾印刷層5にわたってアクリル系塗料を塗布して反り防止層6を形成すればよい。反り防止層6を形成するアクリル系塗料を塗布するには、シルクスクリーン印刷のほか、ダイコータを用いて直接塗布すればよい。このように反り防止層6の形成には、周知の塗布技術を用いることができるので、特殊な設備導入の必要がなく、加飾印刷層5の印刷工程に用いる設備と同じものを用いることができ、製造コストの低減が可能になる。なお、上述した加飾印刷層5と透明樹脂基材2との段差については、反り防止層6の表面に形成される第1の透明電極層7aの配線の接続信頼性を保証することができればよく、したがって完全に平坦にする必要はない。たとえば32μm厚の加飾印刷層5に対して、30μm程度の厚さであってもよく、また、形成後の反り防止層6の外縁部に比べて中央部の厚さが薄くなる等してもよく、反り防止層6全面にわたって厚さが均一になっていなくてもよい。
反り防止層6上には、第1の透明電極層7aが形成される。第1の透明電極層7aは、周知の材料を用いて形成され、Ag若しくはCuナノワイヤ、ITO又はZnO等を含む材料が好適に用いられる。第1の透明電極層7aは、複数の配線から構成され、後述する第2の透明電極層7bと絶縁物をはさんで交差するように形成されて、第1及び第2の透明電極層7a,7bからなる静電容量が等価的に形成される。反り防止層6の表面上に第1の透明電極層7aを直接形成することによって、透明電極層を形成した透明フィルムを貼着する工程を削減し、また、透明フィルムの厚さ分だけ薄型化が可能になる。
第2の透明電極層7bは、透明フィルム10上に形成され、第1の透明電極層7aと同じの材料を用いて形成される。したがって、第2の透明電極層7bの材料は、好ましくはAg若しくはCuナノワイヤ、ITO又はZnO等を含む材料からなる。
第2の透明電極層7bが形成された透明フィルム10は、透明粘着材9によって、第1の透明電極層7aが形成された反り防止層6の表面に貼着される。後に詳細に説明するように、材料の線膨張係数を合わせるために、透明フィルム10には、透明樹脂基材2と同じ材料を用いるのが好ましい。透明樹脂基材2の材料にPC樹脂を用いる場合には、透明フィルム10にもPC樹脂を用いることが好ましい。なお、PC樹脂と同程度の線膨張係数を有する材料を用いればよいので、たとえば、シクロオレフィン系のCOC、COP樹脂等を用いてもよい。また、透明粘着材9を第1の透明電極層7aが形成された反り防止層6の表面に直接塗布するようにしてもよいが、図1(B)に示すように、第1の透明電極層7aの表面を保護するために、透明保護膜8aを塗布し、塗布された透明保護膜8a全面にわたって透明粘着材9を介して透明フィルム10を貼着してもよい。第1の透明保護膜8aには、周知の材料を用いることができ、たとえば熱硬化型のアクリル樹脂や紫外線硬化型樹脂塗料を用いることができる。
さらに、第2の透明電極層7bが形成された透明フィルム10の表面も第2の透明保護膜8bを塗布するようにしてもよい。
なお、Ag又はCuナノワイヤを含む材料を透明電極として用いる場合に透明電極の酸化防止のために、第1及び第2の透明保護膜8a,8bを塗布することが好ましい。一方、ITO膜等を透明電極として用いる場合には、酸化防止の程度が微小なため、第1及び第2の保護膜8a,8bを塗布する必ずしも必要はない。
第1の透明保護膜8a、透明粘着材9及び透明フィルム10をはさんで、第1の透明電極層7a及び第2の透明電極層7bが配置されるので、第1の透明電極層7aに形成された透明電極Xと、第2の透明電極層7bに形成され、透明電極Xに交差する透明電極Yとによって、交差位置に静電容量が形成される。
図2に示すように、静電容量型タッチパネル1aでは、透明樹脂層3の表面に形成するトップコーティング層4を省略してもよい。トップコーティング層4の塗布工程を削減することができ、静電容量型タッチパネル1aの薄型化に貢献できる。
[動作原理]
本発明が適用された静電容量型タッチパネル1の動作原理を説明するために、従来の静電容量型タッチパネル20の構造について説明する。従来の静電容量型タッチパネル20は、透明電極層が形成された透明フィルムを2つ有する。
図5(A)は、従来の静電容量型タッチパネル20の構造の一例を示す断面図である。従来の静電容量型タッチパネル20は、PC樹脂等からなる透明樹脂基材22と、透明樹脂基材22の表面に形成されたPMMA樹脂等からなる透明樹脂層23と、透明樹脂層23の表面に形成されたトップコーティング層24と、透明樹脂基材22の裏面の外縁部に形成された加飾印刷層25とを備える。
静電容量型タッチパネル20は、透明樹脂基材22の裏面及び加飾印刷層25にわたって塗布された透明粘着材29aと、透明粘着材29aを介して貼着される、第1の透明電極27aが形成された第1の透明フィルム30aと、さらに透明粘着材29bを介して貼着される、第2の透明電極27bが形成された第2の透明フィルム30bとを備える。
従来の静電容量型タッチパネル20の透明樹脂基材22には、主としてPC樹脂が用いられ、透明樹脂層23には、主としてPMMA樹脂が用いられる。また、透明フィルム30a,30bには、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂が用いられる。透明樹脂基材22にPC樹脂を用いた場合には、PC樹脂の線膨張係数は、6〜7×10−5/℃程度である。透明樹脂層23にPMMA樹脂を用いた場合には、PMMA樹脂の線膨張係数は、5〜9×10−5/℃である。また、透明フィルム30a,30bにPET樹脂を用いた場合には、PET樹脂の線膨張係数は、1.5〜2×10−5/℃である。よって、一般的には積層状態に構成される透明樹脂基材22、透明樹脂層23及び透明フィルム30a,30bの線膨張係数はそれぞれ異なっており、高温環境下において各層の材料が膨張すると、各層が受ける引張応力が異なることになる。
図3には、本発明が適用された静電容量型タッチパネル1と、従来の静電容量型タッチパネル20とのそれぞれ表面側と裏面側とに印加される線膨張係数による引張応力の大きさを比較して概念的に示す。
図3(A)に示すように、本発明が適用された静電容量型タッチパネル1では、表面側に用いる透明樹脂層3と、裏面側に形成された反り防止層6の線膨張係数をほぼ等しくし、透明樹脂基材2と、透明フィルム10の線膨張係数を一致させることによって、表面側及び裏面側に印加される引張応力S1,S2をほぼ等しくすることができる。透明樹脂層3の材質は、上述したように、たとえばPMMA樹脂であり(線膨張係数:5〜9×10−5/℃程度)、反り防止層6の材質は、アクリル系樹脂塗料(線膨張係数:5〜8×10−5/℃程度)であり、線膨張係数の値をほぼ一致させることができる。また、透明樹脂基材2及び透明フィルム10に、いずれもPC樹脂を用いることにより、線膨張係数を一致させることができる。なお、透明フィルム10の材料として、PC樹脂と同程度の線膨張係数を有するシクロオレフィン系樹脂を用いた場合でも同様の効果を生ずる(COC樹脂の線膨張係数:6〜6.5×10−5、COP樹脂の線膨張係数:7×10−5)。
一方、図3(B)に示すように、従来の静電容量型タッチパネル20では、透明樹脂基材22の表面側に用いられる透明樹脂層23の線膨張係数と、透明樹脂基材22の線膨張係数とが異なり、透明フィルム30a,30bにPET樹脂を用いているので、それぞれ層において線膨張係数が大きく異なるので、透明樹脂基材22の線膨張係数S2’が透明樹脂層23の線膨張係数S1’よりも小さくなり、静電容量型タッチパネル20は上に凸になるように反ってしまう。線膨張係数の大小関係が逆の場合(S1’<S2’)には、静電容量型タッチパネル20は下に凸になるように反ってしまう。
本発明が適用された静電容量型タッチパネルについての高温環境下における反りの発生状況と、従来の静電容量型タッチパネルの反りの発生状況とを測定し比較した。
以下の条件で作成したそれぞれのタッチパネル試料を、70℃に設定した熱風式恒温オーブンを用い240時間保存した。その後、タッチパネル試料を取り出して、常温で所定の時間経過後にタッチパネル試料の両端で反りを測定した。所定の時間は、オーブンから取り出した直後、5分経過後、1時間経過後である。
[実施例]
反りの測定に用いたタッチパネルは、PC樹脂+PMMA樹脂素材(MRS58W、297mm×210mm×0.8mm、三菱ガス化学製)である。各層の厚さは、PC樹脂層が0.7mm、PMMA樹脂層が0.1mmである。
加飾印刷層には、黒色インク(MRX−HF919、帝国インキ製造製)を用いてシルクスクリーン印刷(メッシュ#200)を行い、80℃、1時間乾燥、硬化させた(厚さ8μm)。
上記PC樹脂層の裏面側(PMMA樹脂層が形成されていない側)の面をコロナ処理後、反り防止層としてアクリル系樹脂塗料(RL−92962、サンユレック製)をシルクスクリーン印刷(メッシュ#300)で塗布した。反り防止層となるアクリル系樹脂塗料は、加飾印刷層の厚さが30μm以上となることがあることから、十分に段差を吸収できるだけの厚さとして50μmとした。このアクリル系樹脂塗料は、紫外線硬化型の透明樹脂塗料であり、塗布工程後、高圧水銀ランプを用いて紫外線硬化させた。
反り防止層上に、Agナノワイヤを含む塗料をバーコータで塗布した後、シルクスクリーン印刷(メッシュ#200)で透明電極を形成し、透明電極を覆うようにオーバコート材(FR−1T−NSD9、アサヒ化学研究所)を用いて、スクリーン印刷(メッシュ#200)によって透明保護層を形成した。
一方、PCフィルムにも同様にしてAgナノワイヤを含む塗料を用いて透明電極を形成し、透明電極が形成されたPCフィルムと、透明電極が形成された透明保護層とを光学粘着材(MHM−FW50、日栄化工)を用いて貼着した。
[比較例]
実施例と同じ構成のPC樹脂+PMMA樹脂素材(MRS58W、297mm×210mm×0.8mm、三菱ガス化学製)に、実施例と同様にして加飾印刷層を形成した。
PC樹脂層の裏面側と、加飾印刷層とを覆うように、光学粘着材(MHM−FW50、日栄化工)を塗布し、1層目の透明電極となるITO膜が形成されたPET樹脂フィルム(V150A−OFSD5、日東電工)を貼着し、貼着されたPET樹脂フィルム上に光学粘着材を介して2層目の透明電極が形成されたPET樹脂フィルムを貼着した。
[結果]
表1及び図4に測定結果を示す。
Figure 0005795357
ここで、表1及び図4に示すように、反りの方向については、PMMA樹脂素材の側が凸になる場合を負(−)とし、透明電極が形成された透明フィルムの側が凸になる場合を正(+)とした。
タッチパネル試料を取り出し直後で比較すると、アクリル系樹脂塗料を塗布することによって反り防止層を形成し、透明電極を有する透明フィルムの線膨張係数とトッププレートの透明樹脂基材の線膨張係数とを一致させた実施例は、反り防止層を形成せず、透明フィルムにPET樹脂フィルムを用いた比較例に比べて反りの発生は一ケタ小さかった。
1,1a,20 静電容量型タッチパネル、2,22 透明樹脂基材、3,23 透明樹脂層、4,24 トップコーティング層、5,25 加飾印刷層、6 反り防止層,7a 第1の透明電極層,7b 第2の透明電極層、8a 第1の透明保護膜,8b 第2の透明保護膜、9 粘着材、10,30a,30b 透明フィルム、11 フレキシブルプリント基板

Claims (6)

  1. 透明樹脂基材と、
    上記透明樹脂基材の一方の面に形成された異なる材質からなる透明樹脂層と、
    上記透明樹脂基材の他方の面の外縁部に形成された加飾印刷層と、
    上記透明樹脂基材の他方の面及び上記加飾印刷層にわたって覆うように形成され、表面に第1の透明電極層が形成された反り防止層と、
    上記第1の透明電極層及び反り防止層にわたって粘着層を介して貼着された第2の透明電極層を有する透明基板とを備え、
    上記透明基板は、上記透明樹脂基材の線膨張係数に合わせた線膨張係数を有することを特徴とする静電容量型タッチパネル。
  2. 上記透明樹脂基材の線膨張係数は、上記透明樹脂層の線膨張係数とは異なり、上記反り防止層の線膨張係数は、上記透明樹脂層の線膨張係数と同程度であることを特徴とする請求項1記載の静電容量型タッチパネル。
  3. 上記反り防止層は、アクリル系樹脂によって形成され、
    上記反り防止層の厚さは、3μm〜55μmであることを特徴とする請求項1又は2記載の静電容量型タッチパネル。
  4. 上記透明基板は、上記透明樹脂基材と同一又は上記透明樹脂基材と同程度の線膨張係数を有することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の静電容量型タッチパネル。
  5. 上記第1及び第2の透明電極層は、Agナノワイヤ又はCuナノワイヤを含む材料からなることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の静電容量型タッチパネル。
  6. 上記第1及び第2の透明電極層上に形成された透明保護層を更に備えることを特徴とする請求項5記載の静電容量型タッチパネル。
JP2013170311A 2013-08-20 2013-08-20 静電容量型タッチパネル Active JP5795357B2 (ja)

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