JP5917480B2 - 静電センサ - Google Patents
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Description
本発明は、タッチパネルその他の入力装置に用いる静電センサに関する。
特許文献１に記載の静電センサは、基材上に複数の透明電極が互いに絶縁されて形成されている。電極は順番に駆動電極ならびに検知電極として使用され、駆動電極にパルス状の駆動電力が与えられる。電極間は容量結合されているが、人の指が接近すると、電極間の容量結合に加えて、指と電極との間に静電容量が形成される。検知電極からの電流値を検知することで、指が接近している電極を判別できる。
この静電センサの配線構造は、基材上に形成されて前記電極層に接続される第１の配線層と、この第１の配線層に重ねられた導電層とが設けられている。電極層ならびに第１の配線層はＩＴＯで構成され、導電層はＣｕペーストを用いて形成されている。さらに、第１の配線層の表面には、前記導電層との間の密着性を高めるために、銅とニッケルの合金を含む金属層が形成されており、前記金属層を介して第１の配線層と導電層が電気的に接続されている。この配線構造は、導電層上に銅ニッケル合金の保護層とレジストを形成した上で、メタルエッチング工程において金属層及び導電層のパターンを形成した後に、ＩＴＯエッチング工程において第１の配線層のパターンを形成することによって製造する。
特許文献１に記載の配線構造の製造工程においては、銅ニッケル合金よりも銅の方がメタルエッチングのエッチング速度が速い（エッチングレートが高い）ため、メタルエッチング工程において、金属層と保護層に対して導電層が細くなってしまいやすい。さらに、ＩＴＯエッチング工程においは、エッチング液中での各層間の電池作用（電池効果）により各層が細くなりやすく、特に導電層の細りが進むため、保護層が導電層に対して「ひさし」状に外側に突出した形状になりやすい。このように製造された配線は、後の工程やエッチング中に保護層のひさし部分が剥離してしまうおそれがあり、剥離したひさし部分が配線間のショートの原因となるという問題があった。
そこで本発明は、導電層の密着性を維持しつつ、各層、特に導電層の細りを抑え、保護層が導電層に対してひさし状に突出しない構造の配線パターンを備えた静電センサを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の静電センサは、電極パターンと、電極パターンに電気的に接続された配線パターンとが基材の表面に形成された静電センサであって、少なくとも配線パターンが、基材上に形成された透明電極層と、透明電極層上に形成され、銅とニッケルを含む接続層と、接続層上に形成され、接続層よりも銅の含有率の高い導電層と、導電層上に形成され、銅とニッケルを含む保護層とを備え、接続層の膜厚は、保護層の膜厚の２倍よりも大きく、保護層におけるニッケルの含有率は導電層におけるニッケルの含有率よりも大きく、接続層におけるニッケルの含有率は保護層におけるニッケルの含有率よりも大きく、保護層におけるニッケルの含有率は０．１ｗｔ％以上１５ｗｔ％未満であり、導電層の方が保護層よりも厚く、透明電極層および接続層の幅は、導電層および保護層の幅よりも大きいことを特徴としている。
この構成によれば、保護層に対して導電層が細くなって保護層の端部が導電層に対してひさし状に外側に突出することを防ぐことができる。これにより、エッチング工程、剥離工程、又は、その後において配線パターンが基材から剥離してしまうことを防ぐことができる。また、透明電極層と接続層の細りを抑えることができるため、接続層と透明電極層の固定状態を確実に維持でき、配線パターンが基材から剥がれることを防ぐことができる。
また、保護層と導電層のエッチングレートを近い値にし、保護層が導電層からひさし状に突出することを防ぐことができる。また、接続層のエッチングレートが保護層と導電層よりも遅くなるため、接続層と透明電極層との密着性を維持することができる。
本発明によると、導電層の密着性を維持しつつ、各層、特に導電層の細りを抑え、保護層が導電層に対してひさし状に突出しない構造の配線パターンを備えた静電センサを提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る静電センサについて図面を参照しつつ詳しく説明する。本実施形態は、本発明の静電センサを図１に示す入力装置に適用した例であるが、本発明の静電センサはこの入力装置以外の静電容量式の入力装置にも適用可能である。
まず、図１を参照しつつ、本実施形態における入力装置１０及び静電センサの構成について説明する。図１は入力装置１０の構成を示す平面図である。以下の説明において、「透明」、「透光性」とは可視光線透過率が５０％以上（好ましくは８０％以上）の状態を指す。更にヘイズ値が６以下であることが好適である。
図１に示すように、入力装置１０には、光透過性の入力領域１１が設けられ、入力領域１１に指で入力操作したときの静電容量変化に基づいて指の操作座標位置を検出できる。入力領域１１の外側の周囲は非入力領域である縁部領域１２である。
入力領域１１には、複数本のＸ電極パターン１３と複数本のＹ電極パターン１４とが配置されている。各電極パターン１３、１４は、いずれも基材２０の表面２０ａにＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材料でスパッタリングや蒸着により成膜される。Ｘ電極パターン１３と複数本のＹ電極パターン１４は交差部で互いに絶縁されている。
電極パターン１３、１４が表面に形成される基材２０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明材料やガラス板で形成される。
図１に示すように、各Ｘ電極パターン１３は、Ｘ−Ｙ平面のＹ１−Ｙ２方向に沿って延び、且つ各Ｘ電極パターン１３がＸ１−Ｘ２方向に間隔を空けて配置されている。各Ｘ電極パターン１３にはＹ１−Ｙ２方向に所定の間隔を空けて複数の幅広電極部１３ａが連なって設けられている。
各Ｙ電極パターン１４は、Ｘ−Ｙ平面のＸ１−Ｘ２方向に沿って延び、且つ各Ｙ電極パターン１４がＹ１−Ｙ２方向に間隔を空けて配置されている。各Ｙ電極パターン１４にはＸ１−Ｘ２方向に所定の間隔を空けて複数の幅広電極部１４ａが連なって設けられている。
図１に示すように、平面視にて、Ｘ電極パターン１３の幅広電極部１３ａとＹ電極パターン１４の幅広電極部１４ａとが重ならないように配置されている。
各Ｘ電極パターン１３のＹ２側の端部には配線パターン１６が電気的に接続され、各Ｙ電極パターン１４のＸ１側あるいはＸ２側の端部にも配線パターン１６が電気的に接続されている。これら配線パターン１６は電極パターン１３、１４が形成される同じ基材２０上に形成される。各配線パターン１６は、縁部領域１２内にて引き回されている。
入力領域１１のＹ２側には突出形状の接続領域１７が設けられており、各配線パターン１６は、前記接続領域１７の表面１７ａにまで引き回される。前記接続領域１７では、各配線パターン１６の先端が幅広の電極パッド１８を構成しており、各電極パッド１８はＸ１−Ｘ２方向に所定間隔を空けて一列に並んで形成される。前記接続領域１７は、電極パターン１３、１４を形成する基材２０のＹ２方向への延長部分に形成されている。
以上のＸ電極パターン１３、Ｙ電極パターン１４、及び、配線パターン１６によって静電センサが構成される。
次に、図２を参照しつつ、静電センサの配線パターン１６の構造及び製造工程について説明する。図２は、実施形態に係る静電センサの配線パターン１６の製造工程を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向から見た部分拡大断面図である。図２（Ａ）は、基材２０上に透明電極層３１、接続層３２、導電層３３、保護層３４、及び、レジスト４０を積層した状態を示す断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の状態からメタルエッチングを行った後の状態を示す断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の状態からＩＴＯエッチングを行った後の状態を示す断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の状態からレジスト４０を剥離した状態を示す断面図である。
図２（Ｄ）に示すように、配線パターン１６は、基材２０上に形成された透明電極層３１と、透明電極層３１上に形成された接続層３２と、接続層３２上に形成された導電層３３と、導電層３３上に形成された保護層３４とからなる。
透明電極層３１はＩＴＯ等の透明導電材料からなり、Ｘ電極パターン１３またはＹ電極パターン１４と連続して形成されている。
接続層３２、導電層３３、及び保護層３４は導電性材料で形成され、少なくとも導電層３３は、透明電極層３１よりも電気抵抗の低い導電性材料で構成する。
接続層３２と保護層３４は、それぞれ、銅とニッケルを含む導電性の合金材料からなる。導電層３３は、接続層３２及び保護層３４よりも銅の含有率の高い金属材料からなり、例えば銅のみで構成する。透明電極層３１、接続層３２、導電層３３、及び、保護層３４は、スパッタリングや蒸着その他のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で成膜する。
接続層３２の膜厚は、保護層３４よりも厚く、保護層３４の膜厚の２倍以上であることが好ましい。また、導電層３３の膜厚は、接続層３２ならびに保護層３４の膜厚よりも大きくなるように形成されている。ＩＴＯエッチングにおける電池効果で、接続層３２と導電層３３ならびに保護層３４が細るように浸食される。そのため、厚さを加味した保護層３４のエッチングレートを、厚さを加味した導電層３３のエッチングレートの１００％以上となるように、導電層３３と保護層３４の膜厚が決められることが好ましい。
接続層３２は、保護層３４よりも膜厚が大きいため、膜厚を加味した接続層３２のエッチングレートは、厚さを加味した導電層３３のエッチングレートの９０％未満となるように、接続層３２の膜厚が設定されることが好ましい。
接続層３２を構成する合金全体に含まれるニッケルの含有率は、保護層３４を構成する合金全体に含まれるニッケル含有率よりも大きい（含有量が多い）ことが好ましい。例えば、接続層３２に含まれるニッケルの含有率は１５ｗｔ以上５０ｗｔ％以下であり、保護層３４に含まれるニッケルの含有率は０．１ｗｔ以上１５ｗｔ％未満であることが好ましい。
ここで、ＩＴＯのエッチング時の電池効果によるエッチングレートは、銅とニッケルの合金ではニッケルの濃度が高いほど遅い。すなわち、ニッケルの濃度が低いほどエッチングが速く進み、浸食量が大きくなる。また、銅単体と、銅とニッケルの合金とでは、銅単体の方がエッチングレートが低く、エッチングが速く進む。
レジスト４０は、スクリーン印刷、フォトリソグラフィ等によって保護層３４上に、配線パターンに対応したパターンで形成する。レジスト４０は、メタルエッチング工程及びＩＴＯエッチング工程で使用するエッチング液に合わせて選択する。
上述した、接続層３２の膜厚を保護層３４の膜厚よりも大きくする対策と、接続層３２においてニッケルの量を保護層３４よりも多くする対策は、一方のみを設定してもよいが、接続層３２、導電層３３、及び保護層３４のエッチングレート等を考慮して両者を互いに関連させて設定することが好ましい。
図２（Ａ）に示すレジストパターン形成工程においては、まず、スパッタリング等によって、基材２０の表面２０ａ上の所定範囲全面に透明電極層３１、接続層３２、導電層３３、及び、保護層３４を順に形成した積層体を準備し、次に、最上層の保護層３４上に、配線パターン１６に対応したパターンのレジスト４０を形成する。レジスト４０の形成は、フォトリソグラフィ等によって行う。
図２（Ｂ）に示すメタルエッチング工程においては、レジストパターン形成工程でレジスト４０を形成した積層体をエッチング液中に所定時間浸漬することによってエッチングを行う。図２（Ｂ）はメタルエッチング工程後の状態を示しており、レジスト４０のパターンに対応した範囲を残して接続層３２、導電層３３、及び保護層３４がエッチング液によって浸食・除去されている。
図２（Ｃ）に示すＩＴＯエッチング工程においては、メタルエッチング工程を経た積層体をエッチング液中に所定時間浸漬することによってエッチングを行う。
図２（Ｃ）はメタルエッチング工程後の状態を示しており、レジスト４０のパターンに対応した範囲を残して透明電極層３１、接続層３２、導電層３３、及び保護層３４がエッチング液によって浸食・除去されている。
図２（Ｄ）に示す剥離工程においては、ＩＴＯエッチングを経た積層体のうちレジスト４０を保護層３４から剥離する。剥離は、積層体をレジスト４０のみを溶解させる剥離液に浸漬することによって行う。以上の工程により、所望のパターンの配線パターン１６が基材２０の表面２０ａ上に形成される。
以上の構成の配線パターン１６によれば次の効果（１）〜（４）が得られる。
（１）透明電極層３１上に、電気抵抗の低い接続層３２、導電層３３、保護層３４を積層し、特に抵抗の低い導電層３３を形成したことにより、配線パターン１６の配線抵抗を低減することができ、また、それぞれの配線パターン１６の長さの差異による配線抵抗の差異をより小さくすることができる。
（１）透明電極層３１上に、電気抵抗の低い接続層３２、導電層３３、保護層３４を積層し、特に抵抗の低い導電層３３を形成したことにより、配線パターン１６の配線抵抗を低減することができ、また、それぞれの配線パターン１６の長さの差異による配線抵抗の差異をより小さくすることができる。
（２）透明電極層３１と導電層３３の間に銅とニッケルを含む合金材料からなる接続層３２を設けたことにより、低抵抗の導電層３３を透明電極層３１に対して確実に固定することができる。
（３）導電層３３上に保護層３４を設けることにより、エッチング工程において導電層３３が上面から浸食されることを防止することができる。
（４）メタルエッチングの際、ならびにＩＴＯエッチングの際の電池効果により、接続層３２、導電層３３、保護層３４が側部から浸食されるが、導電層３３の膜厚を保護層３４よりも大きくしておくことにより、保護層３４が側方へひさしのように突出するのを防止できる。また、保護層３４の膜厚を接続層３２と同一又はそれ以下にし、保護層３４のニッケルの量を接続層３２よりも少なくすることによっても、保護層３４が導電層３３よりも側方へ大きく突出するのを防止できるようになる。
これにより、エッチング工程、剥離工程、又は、その後において保護層３４が剥離することを防止し、剥離した保護層が配線パターン間をショートさせてしまうことを防ぐことができる。
また、透明電極層３１と接続層３２の浸食量が少なく、これらの細りを抑えることができるため、接続層３２と透明電極層３１の固定状態を確実に維持でき、配線パターン１６が基材２０から剥がれることを防ぐことができる。
以下、実施例及び比較例について説明する。
＜実施例１＞
実施例１においては、以下の条件で配線パターン１６を形成した。実施例１は、保護層３４より接続層３２の方がニッケルの含有率が高く、接続層３２の膜厚は保護層３４の膜厚の４倍になっている。
＜実施例１＞
実施例１においては、以下の条件で配線パターン１６を形成した。実施例１は、保護層３４より接続層３２の方がニッケルの含有率が高く、接続層３２の膜厚は保護層３４の膜厚の４倍になっている。
基材２０：ポリエチレンテレプタレート、厚さ１００μｍ
透明電極層３１：ＩＴＯ、膜厚２５ｎｍ
接続層３２：ＣｕＮｉ、膜厚４０ｎｍ、Ｎｉの含有率２５％
導電層３３：Ｃｕ、膜厚１２０ｎｍ
保護層３４：ＣｕＮｉ、膜厚１０ｎｍ、Ｎｉの含有率１５％
レジスト４０：ノボラック樹脂を使用
透明電極層３１：ＩＴＯ、膜厚２５ｎｍ
接続層３２：ＣｕＮｉ、膜厚４０ｎｍ、Ｎｉの含有率２５％
導電層３３：Ｃｕ、膜厚１２０ｎｍ
保護層３４：ＣｕＮｉ、膜厚１０ｎｍ、Ｎｉの含有率１５％
レジスト４０：ノボラック樹脂を使用
（ａ）メタルエッチング工程
エッチング液：硫酸系エッチング液又は塩化鉄水溶液
エッチング時間：１〜３分程度
温度：常温
エッチング液：硫酸系エッチング液又は塩化鉄水溶液
エッチング時間：１〜３分程度
温度：常温
（ｂ）ＩＴＯエッチング工程
エッチング液：硫酸・硝酸の混合液又は塩酸系エッチング液
エッチング時間：１〜３分程度
温度：常温
エッチング液：硫酸・硝酸の混合液又は塩酸系エッチング液
エッチング時間：１〜３分程度
温度：常温
（ｃ）剥離工程
剥離液：ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）
剥離液：ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）
図３（Ａ）は実施例１の配線パターンの平面写真であって剥離工程後の状態を示している。
図３（Ａ）に示すように、剥離工程後の配線パターン１６は、平面視で保護層３４の外側に接続層３２の端部が見えており、保護層３４がそれ以下の導電層３３、接続層３２、及び透明電極層３１に対してひさし状に突出していないことが分かる。
＜実施例２＞
実施例２においては、以下の条件で配線パターン１６を形成した。実施例２は、接続層３２と保護層３４のニッケル含有率が同一であり、接続層３２と保護層３４の膜厚の関係は実施例１と同じである。
実施例２においては、以下の条件で配線パターン１６を形成した。実施例２は、接続層３２と保護層３４のニッケル含有率が同一であり、接続層３２と保護層３４の膜厚の関係は実施例１と同じである。
接続層３２：ＣｕＮｉ、膜厚４０ｎｍ、Ｎｉの含有率１５％
基材２０、透明電極層３１、導電層３３、保護層３４、レジスト４０については、実施例１と同じ材料を用いた。
基材２０、透明電極層３１、導電層３３、保護層３４、レジスト４０については、実施例１と同じ材料を用いた。
レジストパターン形成工程、メタルエッチング工程、ＩＴＯエッチング工程、及び、剥離工程の製造条件は実施例１と同じである。
図３（Ｂ）は実施例２の配線パターンの平面写真であって、ＩＴＯエッチング工程後の状態を示している。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）と同じ倍率で一本の配線パターン１６を拡大して示している。
図３（Ｂ）に示すように、剥離工程後の配線パターン１６は、平面視で保護層３４の外側に接続層３２の端部が見えており、保護層３４がそれ以下の導電層３３、接続層３２、及び透明電極層３１に対してひさし状に突出していないことが分かる。
また、実施例２は、実施例１に比べて、１〜２ｕｍ程度配線が細くなるが、透明電極層３１と接続層３２の段差は１〜２ｕｍ程度と小さくなる。
＜比較例１＞
図４は、比較例１に係る静電センサの配線パターン１１６の製造工程を示す断面図である。
図４は、比較例１に係る静電センサの配線パターン１１６の製造工程を示す断面図である。
図４に示すように、配線パターン１１６は、基材１２０上に形成された透明電極層１３１と、透明電極層１３１上に形成された接続層１３２と、接続層１３２上に形成された導電層１３３と、導電層１３３上に形成された保護層１３４とからなる。基材１２０、透明電極層１３１、接続層１３２、導電層１３３、及び、保護層１３４は、以下に述べる条件を除いて、上記実施形態の基材２０、透明電極層３１、３２、導電層３３、及び、保護層３４に用いる材料でそれぞれ構成する。また、配線パターン１１６の製造は、上記実施形態と同様に、レジストパターン形成工程（図４（Ａ））、メタルエッチング工程（図４（Ｂ））、ＩＴＯエッチング工程（図４（Ｃ））、剥離工程（図４（Ｄ））を順に実行することによって行う。
比較例１においては、以下の条件で配線パターン１１６を形成した。比較例１は、接続層１３２と保護層１３４のニッケル含有率が同一であり、保護層１３４の膜厚は接続層１３２の膜厚の２倍になっている。
接続層１３２：ＣｕＮｉ、膜厚１５ｎｍ、Ｎｉの含有率２５％
保護層１３４：ＣｕＮｉ、膜厚３０ｎｍ、Ｎｉの含有率２５％
基材１２０、透明電極層１３１、導電層１３３、レジスト１４０については、実施例１の基材２０、透明電極層３１、導電層３３、レジスト４０とそれぞれ同じ材料を用いた。
保護層１３４：ＣｕＮｉ、膜厚３０ｎｍ、Ｎｉの含有率２５％
基材１２０、透明電極層１３１、導電層１３３、レジスト１４０については、実施例１の基材２０、透明電極層３１、導電層３３、レジスト４０とそれぞれ同じ材料を用いた。
レジストパターン形成工程、メタルエッチング工程、ＩＴＯエッチング工程、及び、剥離工程の製造条件は実施例１と同じである。
図５は比較例１の配線パターンの平面写真であって剥離工程後の状態を示している。図５（図４（Ｄ））に示すように、剥離工程後の配線パターン１１６では、平面視で保護層１３４の縁部１３４ａがそれ以下の導電層１３３、接続層１３２、及び透明電極層１３１に対してひさし状に突出しており、突出箇所の境界位置でクラック１３４ｂが発生している。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
以上のように、本発明に係る静電センサは、タッチパネルその他の静電容量式の入力装置に有用である。
１０ 入力装置
１３ Ｘ電極パターン
１３ａ 幅広電極部
１４ Ｙ電極パターン
１４ａ 幅広電極部
１６ 配線パターン
２０ 基材
３１ 透明電極層
３２ 接続層
３３ 導電層
３４ 保護層
１３ Ｘ電極パターン
１３ａ 幅広電極部
１４ Ｙ電極パターン
１４ａ 幅広電極部
１６ 配線パターン
２０ 基材
３１ 透明電極層
３２ 接続層
３３ 導電層
３４ 保護層
Claims (1)
- 電極パターンと、前記電極パターンに電気的に接続された配線パターンとが基材の表面に形成された静電センサであって、
少なくとも前記配線パターンが、
前記基材上に形成された透明電極層と、
前記透明電極層上に形成され、銅とニッケルを含む接続層と、
前記接続層上に形成され、前記接続層よりも銅の含有率の高い導電層と、
前記導電層上に形成され、銅とニッケルを含む保護層とを備え、
前記接続層の膜厚は、前記保護層の膜厚の２倍よりも大きく、
前記保護層におけるニッケルの含有率は前記導電層におけるニッケルの含有率よりも大きく、
前記接続層におけるニッケルの含有率は前記保護層におけるニッケルの含有率よりも大きく、前記保護層におけるニッケルの含有率は０．１ｗｔ％以上１５ｗｔ％未満であり、
前記導電層の方が前記保護層よりも厚く、
前記透明電極層および前記接続層の幅は、前記導電層および前記保護層の幅よりも大きいことを特徴とする静電センサ。
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