JP5878593B2 - 入力装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、透光性の基板上に、第1の電極層と第2の電極層とが互いに絶縁されて配置された静電容量式の入力装置の製造方法に関する。
各種情報処理装置では、カラー液晶表示パネルの前方に透光性の入力装置が配置されている。この入力装置はタッチパネルと称され、電極間に静電容量が形成され、人の指が接近したときの電荷の移動の変化から、指の接近位置を座標上で判定できるようにしている。
入力装置の構造としては、2つの透光性基板の一方にX電極を形成し、他方にY電極を形成し、2つの透光性基板を重ねることで、X電極とY電極との間に静電容量が形成されるものがある。しかし、この構造は、透光性基板が2枚必要となって部品点数が多くなり、また2枚の透光性基板を互いに位置合わせして積層しさらに互いに接着するなどの工程が必要となり、工数が多くなる。その結果、製造コストが高くなる問題がある。
最近では、1枚の透光性基板の1つの表面に、多数の電極層を形成し、電極層間に静電容量を形成する入力装置が現れてきている。この方式は、透光性基板が1枚の構成であるため、部品数が少なく、製造工数を削減できる。しかしながら、透光性基板の1つの表面に多数の電極層と、それぞれの電極層から個別に延びる多数の配線層を形成することが必要になるため、個々の配線層の幅寸法を小さくしなくてはならなくなり、配線抵抗が大きくなる欠点がある。特に、大型の入力装置を構成すると、個々の配線が長くなるため、配線抵抗がさらに大きくなる。この場合に、個々の配線層の幅寸法を広くすることも考えられるが、配線層の幅を太くすると、電極層の配置密度を低下させなくてはならなくなり、検出の分解能が低下し、例えば、複数の指での操作を検知するいわゆるマルチタッチ方式を採用した場合に、検知精度が低下することになる。
以下の特許文献1には、1枚の透明な基板を使用した静電容量式タッチパネルに関する発明が記載されている。
このタッチパネルは、透明な基板の上に第1電極層が形成され、第1電極層が透明な絶縁層で覆われている。そして、絶縁層の表面に第2電極層が形成されて、第1電極層と第2電極層との間に静電容量が形成されるものである。
特開2011−76386号公報
特許文献1に記載されたタッチパッドは、透明な基板の一方の面に第1電極層と第2電極層を形成しているため、基板の数を少なくでき、コストダウンを実現できる。しかしながら、このタッチパッドは、第1電極層と第2電極層の双方がITO膜により形成されている。ITO膜の電極層は、電極形成面にITO膜をスパッタ工程で形成し、さらにウエットエッチング工程で電極パターンを形成することが必要となるが、第1の電極層と第2の電極層の双方をスパッタ工程とエッチング工程とで形成すると、製造工程が多くなり、製造コストを低減させるのが困難である。
また、特許文献1には、第1電極層と第2電極層との間に位置する絶縁層がどのようなものであるのかが記載されていない。しかし、その上にITO層をスパッタするためには、無機酸化物などによる絶縁層をスパッタ工程などで形成することが必要となる。第1電極層と絶縁層と第2絶縁層の全てをスパッタ工程で形成することになると、製造工程がさらに複雑になり、製造コストが高くなる。また、無機酸化物で絶縁層を形成すると、タッチパッドの柔軟性が低下し、例えば基板を樹脂フィルムで形成したとしても、柔軟に変形させることなどが困難になる。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、基板の1つの面に2種の電極層を互いに絶縁させて形成でき、配線抵抗が高くなるのを抑制できる構造の入力装置の製造方法を提供することを目的としている。
また本発明は、基板の1つの面に2種の電極層を互いに絶縁させて形成する積層構造を、少ない工数で且つ簡単な工程で行うことができる入力装置の製造方法を提供することを目的としている。
第1の本発明は、透光性の基板に、複数の透光性の第1の電極層と複数の透光性の第2の電極層とを互いに絶縁して形成する入力装置の製造方法において、
(a)樹脂フィルムで形成された前記基板の表面に前記第1の電極層を形成する工程と、
(b)ドライフィルムレジストで形成した透光性の絶縁層で前記第1の電極層を覆う工程と、
(c)前記絶縁層の表面に、導電性ナノ材料を含む導電性インクで前記第2の電極層を所定のパターンで形成する工程と、
(d)前記(a)の工程と同時に、または別の工程で、基板の表面に前記第1の電極層と導通する第1の配線層を形成する工程と、
(e)前記第2の電極層と接続する第2の配線層を、前記絶縁層の表面から前記基板の表面まで形成する工程と、
を有することを特徴とするものである。
本発明の入力装置の製造方法は、前記第1の電極層をエッチング工程で形成することが可能である。
第2の本発明は、透光性の基板に、複数の透光性の第1の電極層と複数の透光性の第2の電極層とを互いに絶縁して形成する入力装置の製造方法において、
(f)樹脂フィルムで形成された前記基板の表面に前記第1の電極層および前記第1の電極層と連続する第1の配線層と、第2の配線層の下層となる配線層を形成する工程と、
(g)ドライフィルムレジストで形成した透光性の絶縁層で前記第1の電極層を覆う工程と、
(h)前記絶縁層の表面に、導電性ナノ材料を含む導電性インクで前記第2の電極層を所定のパターンで形成する工程と、
(i)前記第2の電極層と前記下層となる配線層とを接続する第2の配線層を、前記絶縁層の表面から前記基板の表面まで形成する工程と、
を有することを特徴とするものである。
本発明の入力装置の製造方法は、前記(f)の工程では、エッチング工程により、前記第1の電極層をITO層で形成し、第1の配線層をITO層と金属層との積層体で形成することが好ましい。
本発明の入力装置の製造方法は、前記第2の配線層を、エッチング配線層と印刷配線層とで構成し、前記エッチング配線層は、前記第1の配線層とともに前記基板の表面にエッチング工程で形成し、前記印刷配線層は、前記第2の電極層と前記エッチング配線層とを導通させるように印刷工程で形成することが可能である。
本発明では、前記第2の電極層を導電性ナノワイヤーまたは導電性ナノチューブで形成することができる。
本発明の製造方法は、1枚の透光性基板の1つの面に第1の電極層と第2の電極層とが形成されているため、基板が1枚で良くなり、基板数を削減できる。また第1の電極層と第2の電極層が異なる階層に形成されているため、電極層の配置密度を高くしても、配線層を必要以上に細く形成する必要がなく、配線抵抗がきわめて高くなるのを防止できる。
また、第2の電極層を印刷工程可能な導電性ナノ材料を含む導電層で形成しているため、第1の電極層を覆う絶縁層を、有機レジスト材料などで形成することができ、製造工程が容易になる。
また、有機材料で絶縁層を形成すると、例えば基板をフィルム材料で形成したときにも柔軟性を発揮させることができる。
本発明の第1の実施の形態の入力装置の製造方法において、基板に第1の電極層を形成した工程を示しており、(A)は平面図、(B)は側面図である。 本発明の第1の実施の形態の入力装置の製造方法において、第1の電極層を絶縁層で覆う工程を示しており、(A)は平面図、(B)は側面図である。 本発明の第1の実施の形態の入力装置の製造方法において、絶縁層の表面に第2の電極層を形成した工程を示しており、(A)は平面図、(B)は側面図である。 本発明の第1の実施の形態の入力装置の製造方法において、第1の配線層と第2の配線層を形成した工程を示しており、(A)は平面図、(B)は側面図である。 本発明の第1の実施の形態の入力装置の製造方法において、最表部に保護層を形成した工程を示す側面図である。 本発明の第2の実施の形態の入力装置において、基板に第1の電極層と第1の配線層ならびに第2の配線層のITO配線層(エッチング配線層)を形成した工程を示す平面図である。 本発明の第2の実施の形態の入力装置の製造方法において、第1の電極層を絶縁層で覆う工程を示す平面図である。 本発明の第2の実施の形態の入力装置の製造方法において、絶縁層の表面に第2の電極層を形成した工程を示す平面図である。 本発明の第2の実施の形態の入力装置の製造方法において、第2の配線層の導電性ペースト配線層(印刷配線層)を形成した工程を示す平面図である。
図1ないし図5は本発明の第1の実施の形態の入力装置1の製造方法を示しており、図5は完成後の入力装置1の構造を示している。
図1(A)(B)に示す工程では、基板10の1つの表面10aに第1の電極層11が形成される。基板10は透光性であり、第1の電極層11も透光性である。本明細書での透光性とは、透明を含む概念であり、例えば全光線透過率が70%以上であり、好ましくは80%以上の透光機能を意味している。
基板10は、樹脂フィルムでありPET(ポリエチレン・テレフタレート)フィルムである。第1の電極層11はITO(酸化インジウムスズ)で形成されている。基板10と第1の電極層11は、PETフィルムとITOとが一体化されている積層材料から形成される。積層材料は、PETフィルムの表面にハードコート層などを介してITO層が全面に積層されたものである。この積層材料のITO層をレジスト層で覆い、フォトリソグラフィーで、第1の電極層11のパターン以外のレジスト層を除去する。レジスト層で覆われていない領域のITO層をウエットエッチングで除去することで、第1の電極層11のパターンが形成される。
なお、本発明では前記基板10が非可撓性の合成樹脂の平板やガラス板で形成されていてもよい。ただし、実施の形態では、基板10を樹脂フィルムとすることで、薄型で柔軟な入力装置1を構成することができる。
各図ではX方向が横方向で、Y方向が縦方向である。ITOで形成された第1の電極層11は、Y方向において互いに分離され、X方向に連続して延びるパターンで、複数行となるように形成されている。
図2(A)(B)の工程では、第1の電極層11が絶縁層12で覆われる。絶縁層12は透光性の有機材料層であり、実施の形態では、透明なドライフィルムレジストで形成されている。ドライフィルムレジストは、基板10の表面10aに設置され加圧されて積層される。フォトリソグラフィーにより、図2(A)において破線で示す四角形状が残されるように、現像処理される。四角形状のドライフィルムレジストが加熱工程などで定着させられて前記絶縁層12が形成される。
図2(A)(B)に示すように、第1の電極層11のほとんどの部分が絶縁層12で覆われるが、図示上方に配置される複数の第1の電極層11の右側端末部11aが、絶縁層12から図示右方向へ突出し、図示下方に配置される複数の第1の電極層の左側端末部11bが、絶縁層12から図示左方向へ突出している。
図3(A)(B)の工程では、絶縁層12の表面に第2の電極層13が形成される。第2の電極層13は導電性ナノ材料を含む透光性の導電層であり、印刷工程で形成される。例えば、導電性ナノ材料として導電性ナノワイヤーを分散させて透明なバインダーと混合した導電性インクを印刷することで形成される。導電性ナノワイヤーは、銅系、銀系、金系などである。また、導電性ナノワイヤーの代わりとなる導電性ナノ材料として、導電性ナノチューブ、すなわちカーボンナノチューブを使用することも可能である。実施の形態では銀ナノワイヤーが使用される。
銀ナノワイヤーを含んだ導電性インクは、スクリーン印刷法などによって、絶縁層12の表面にパターン印刷され、乾燥工程や加熱工程を経て絶縁層12の表面に定着され、第2の電極層13が形成される。図3(A)に示すように、第2の電極層13は、X方向に間隔を空けて、Y方向へ連続するように複数列に形成されている。複数行の第1の電極層11と複数列の第2の電極層13は、絶縁層12を挟んで複数のポイントで互いに絶縁されて交差している。
絶縁層12の縁部では、基板10の表面10aと絶縁層12の表面との間に段差が形成されているため、第2の電極層13は、絶縁層12の表面の領域にのみ印刷工程で形成される。
図4(A)(B)の工程では、第1の配線層15と第2の配線層16が形成される。
第1の配線層15の形成工程では、樹脂バインダーに銀や銅あるいはカーボンなどの導電性フィラーが含まれた導電性ペーストが使用され、スクリーン印刷などの印刷工程によって基板10の表面10aにパターン印刷され、乾燥処理や加熱処理を経て定着させられる。実施の形態では、銀ペーストによって第1の配線層15が形成される。図4(A)の図示右側に形成された複数の第1の配線層15は、その先端部が、第1の電極層11の右側端末部11aに重ねられて導通されている。図示左側に形成された複数の第1の配線層15は、その先端部が、第1の電極層11の左側端末部11bに重ねられて導通されている。
第1の配線層15の基端部には、基板10の縁部に近接した位置に、ランド部15aが形成されている。このランド部15aは、第1の配線層15の一部であって銀ペーストで形成されていてもよいし、第1の配線層15と連続して金層で形成されていてもよい。
第2の配線層16は、絶縁層12の表面から基板10の表面10aに渡って連続して形成されている。第2の配線層16は、第1の配線層15と同じ導電性ペースト、例えば銀ペーストを使用して印刷工程で形成されている。ただし、図4(B)に示すように、第2の配線層16は、絶縁層12の縁部の段差部を通過して、絶縁層12の表面から基板10の表面10aにかけて連続して形成されるため、段差部で途切れないように厚く形成することが必要である。そのためには、第2の配線層16は、スクリーン印刷などによる印刷工程すなわち銀ペーストの塗工工程を複数回繰り返して形成することが好ましい。
第2の配線層16の先端部は、絶縁層12の表面において、第2の電極層13の端末部13aに個別に重ねられて導通されている。第2の配線層16の基端部は、基板10の縁部に近接した位置においてランド部16aとなっている。このランド部16aは、第2の配線層16の一部であって銀ペーストで形成されていてもよいし、第2の配線層16と連続して金層で形成されていてもよい。
図5に示す工程では、基板10の表面10aの最表部が、保護層18で覆われる。保護層18は、透光性の有機材料を塗工し硬化させることで形成されている。保護層18は、第2の電極層13の全域を覆い、さらに第1の配線層15と第2の配線層16のほとんどの部分を覆うように形成されている。好ましくは、保護層18は、ランド部15aとランド部15bとが露出する領域を除いてほとんど全域に形成される。
前記工程では、第2の電極層13が印刷工程で形成されるために、第2の電極層13を形成するためのスパッタ工程やエッチング工程が不要である。また、第2の電極層13が印刷工程で形成されるため、絶縁層12をドライレジストなどの有機材料で形成することができ、製造工程を簡単にでき、低コストで製造できる。
図5に、完成後の入力装置1が示されている。入力装置1は、第1の配線層15と第2の配線層16が形成されていない中央領域が、透光性の基板10と透光性の第1の電極層11ならびに透光性第2の電極層13、ならびに透光性の絶縁層12で構成されている。よって、透光性のタッチパネルとして使用することができ、カラー液晶表示パネルなどの表示パネルの前方に配置することが可能である。
入力装置1は、第1の電極層11と第2の電極層13が絶縁層12を介して多数のポイントで交差し、この交差部で2つの電極層11,13間に静電容量が形成されている。マルチプレクサを有する駆動・検知回路が第1の電極層11と第2の電極層13に接続され、一方の電極層に順番にパルス状の駆動電圧が印加され、他方の電極層が順番に検知回路に接続される。パルス状の駆動電圧が印加されるとその立ち上がりと立下りにおいて電極層11,13の間に電流が流れる。このときの電流量は、電極層11,13間の静電容量に応じて変化する。人の指や手などが基板10に接近すると、指や手に電荷が移動するため、指や手の接近位置において電極層11,13間の電流が変化する。前記検知回路で電流量の変化を検知することで、指や手の接近位置が座標情報として得られる。
入力装置1は、複数の第1の電極層11と複数の第2の電極層13とが絶縁層12を介して複数のポイントで交差している構造であるため、第1の電極層11を順番に駆動回路に接続し、第2の電極層13を順番に検知回路に接続することにより、高い分解能で指や手の接近を検知できる。そのため、複数の指で操作するいわゆるマルチタッチ操作も高精度に検知できるようになる。
また、第1の電極層11と第2の電極層13とが異なる階層に形成されているため、配線層15,16の無理な引き回しが不要になり、配線層15,16を過剰に長くする必要がなくなり、配線抵抗の増大を抑制できる。
図6ないし図9は、本発明の第2の実施の形態の入力装置2の製造方法を示している。
図6の工程では、透光性の基板10の一方の表面10aに第1の電極層11と第1の配線層25ならびに第2の配線層の下層となるITO配線層26が形成される。ITO配線層26はエッチング配線層である。
基板10はPETフィルムで形成されている。第1の電極層11は透光性であり、ITO層で形成されている。第1の電極層11は、Y方向に間隔を空けてX方向に連続するように複数行に形成されている。第1の配線層25は、第1の電極層11と連続するITO層と、このITO層に重ねられた金属層とで構成されている。実施の形態での金属層は銅層である。ITO配線層26は、基板10の図示下側の縁部に接近した位置に形成される。
第1の電極層11と第1の配線層25ならびにITO配線層26は、PETフィルムの表面にITO層と銅層とが積層された積層材料をエッチング加工することで形成される。前記積層材料は、PETフィルムの表面にハードコート層などを介してITO層が全面に積層され、さらにITO層の表面の全域が銅層で覆われたものである。この積層材料の表面をレジスト層で覆い、フォトリソグラフィーで、第1の電極層11と第1の配線層25ならびにITO配線層26の形状以外のレジスト層を除去する。そして、レジスト層で覆われていない領域のITO層ならびに銅層をウエットエッチングで除去する。さらに、第1の電極層11を覆っている銅層ならびにITO配線層26の少なくとも一部を覆っている銅層をエッチング工程で除去する。
以上の工程で、図6に示すように、透光性の基板10の表面10aに、ITO層による第1の電極層11と、第1の電極層11と連続するITO層とその上に積層された銅層とで形成された第1の配線層25と、ITO配線層26とが形成される。
第1の配線層25のうちの基板10の図示下側の縁部に接近する部分はランド部25aである。ランド部25aは、ITO層と銅層とが積層された第1の配線層25の一部で形成されてもよいし、あるいは、第1の配線層25の表面に金層が積層されて構成されてもよい。
ITO配線層26のうちの基板10の図示下側の縁部に接近する部分はランド部26aである。ランド部26aは、第1の配線層25と同様に、ITO層と銅層とが積層されて形成されている。あるいは、ランド部26aは表面に金層が積層されることで形成される。
図7の工程では、第1の電極層11が絶縁層12で覆われる。絶縁層12は前記実施例において図2(A)(B)の工程で使用されたものと同じドライフィルムレジストにより形成される。絶縁層12は少なくとも第1の電極層11が形成されている領域の全体を覆うように形成される。
図8の工程では、絶縁層12の表面に第2の電極層13が形成される。第2の電極層13は、前記実施の形態において図3(A)(B)の工程で使用されたものと同じ導電性インクを使用して印刷工程で形成される。第2の電極層13はX方向に間隔を空けY方向に連続して複数列形成される。
図9の工程では、第2の配線層の上層である導電性ペースト配線層36が形成される。導電性ペースト配線層36は、印刷配線層である。前記実施の形態の図4(A)(B)の工程で形成された第2の配線層16と同様に、導電性ペースト配線層36は、銀ペーストを印刷工程で塗工し、硬化させることで形成される。導電性ペースト配線層36は、絶縁層12の表面に形成されている第2の電極層13の端部に重ねられて接続され、さらに基板10の表面10aまで延びて、ITO配線層26に重ねられて接続される。ITO配線層26と導電性ペースト配線層36との積層体によって第2の配線層が形成される。なお、導電性ペースト配線層36はランド層26aと重ならないように形成される。
導電性ペースト配線層36は、絶縁層12の縁部の段差部に形成されるため、図4(A)(B)の工程の第2の配線層16と同様に、導電性ペースト配線層36は複数回の印刷工程で形成されることが好ましい。
図9の工程の後に、図5に示したのと同じ保護層18が形成されて、第2の実施の形態の入力装置2が完成する。
第2の実施の形態の入力装置2は、図6の工程で、第1の電極層11と共に第1の配線層25がエッチング工程で形成されるので、複数の第1の配線層25を互いに接近させて配置させることができ、幅細の領域に第1の配線層25を高密度に配置することが可能になる。
また、第2の配線層16の下層となるITO配線層26も、第1の電極層11と共にエッチング工程で形成できるため、ITO配線層26を狭い領域内に高密度で配置することができる。
ITOは、金属材料よりも高い精度でエッチングできるため、第1の配線層15とITO配線層26をITOで形成することで、これら配線層の配線間のピッチを狭めることができ、限られた面積内の幅細の配線領域内に、第1の配線層15と第2の配線層26を高密度に配置することができる。
第2の実施の形態では、基板10の表面10aに、ITOをエッチングすることで第1の配線層15と第2の配線層26を高密度に形成できるようにしているが、第2の電極層12を、絶縁層12の表面に印刷工程で形成し、導電性ペースト配線層36も、絶縁層12の縁部の段差部を覆うように印刷工程で形成できるようにしているため、第2の配線層26とこの配線層26に接続する第2の配線層16の形成工程を比較的容易に行うことができるようになる。
なお、前記各実施の形態では、第1の電極層11がITO層で形成されているが、第1の電極層11が、例えば金属メッシュ層で形成されていてもよい。金属メッシュ層は、金などの低抵抗材料が基板10の表面10aにメッシュ状に形成されたものである。
または、第1の電極層11が、第2の電極層13と同じ材料で印刷工程で形成されてもよい。
1,2 入力装置
10 基板
10a 表面
11 第1の電極層
12 絶縁層
13 第2の電極層
15 第1の配線層
16 第2の配線層
25 第1の配線層
26 ITO配線層
36 導電性ペースト配線層

Claims (8)

  1. 透光性の基板に、複数の透光性の第1の電極層と複数の透光性の第2の電極層とを互いに絶縁して形成する入力装置の製造方法において、
    (a)樹脂フィルムで形成された前記基板の表面に前記第1の電極層を形成する工程と、
    (b)ドライフィルムレジストで形成した透光性の絶縁層で前記第1の電極層を覆う工程と、
    (c)前記絶縁層の表面に、導電性ナノ材料を含む導電性インクで前記第2の電極層を所定のパターンで形成する工程と、
    (d)前記(a)の工程と同時に、または別の工程で、基板の表面に前記第1の電極層と導通する第1の配線層を形成する工程と、
    (e)前記第2の電極層と接続する第2の配線層を、前記絶縁層の表面から前記基板の表面まで形成する工程と、
    を有することを特徴とする入力装置の製造方法。
  2. 前記(a)の工程で、前記第1の電極層をエッチング工程で形成する請求項1記載の入力装置の製造方法。
  3. 前記(c)の工程で、前記第2の電極層を印刷工程で形成する請求項1または2記載の入力装置の製造方法。
  4. 前記(e)の工程で、前記第2の配線層を導電性ペーストで形成する請求項1ないし3のいずれかに記載の入力装置の製造方法。
  5. 透光性の基板に、複数の透光性の第1の電極層と複数の透光性の第2の電極層とを互いに絶縁して形成する入力装置の製造方法において、
    (f)樹脂フィルムで形成された前記基板の表面に前記第1の電極層および前記第1の電極層と連続する第1の配線層と、第2の配線層の下層となる配線層を形成する工程と、
    (g)ドライフィルムレジストで形成した透光性の絶縁層で前記第1の電極層を覆う工程と、
    (h)前記絶縁層の表面に、導電性ナノ材料を含む導電性インクで前記第2の電極層を所定のパターンで形成する工程と、
    (i)前記第2の電極層と前記下層となる配線層とを接続する第2の配線層を、前記絶縁層の表面から前記基板の表面まで形成する工程と、
    を有することを特徴とする入力装置の製造方法。
  6. 前記(f)の工程では、エッチング工程により、前記第1の電極層をITO層で形成し、第1の配線層をITO層と金属層との積層体で形成する請求項5記載の入力装置の製造方法。
  7. 前記(f)の工程では、前記下層となる配線層を、前記第1の配線層とともに前記基板の表面にエッチング工程で形成する請求項5または6記載の入力装置の製造方法。
  8. 前記(i)の工程では、前記第2の配線層を、印刷工程で形成する請求項記載の入力装置の製造方法。
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