JP6036088B2 - タッチパネルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルの製造方法に関する。

近年、使用者が行っている作業や次に行うべき操作が直感的でわかりやすいなどの理由から、タッチパネルと呼ばれる表示デバイスが台頭してきている。これは、液晶画面の下に透明電極をおき、使用者が液晶の該当部分を触ると、透明電極の電圧の変化などを読み取ることで接触を感知するものである。

タッチパネルにはその感知方式によって光学式、抵抗膜方式、静電容量方式、超音波方式、電磁誘導式等がある。特にエンドユーザー向けのスマートフォンやタブレットＰＣなどはマルチタッチができる静電容量方式が増えてきている。静電容量方式のタッチパネルを搭載した表示装置の構成例としては、ＬＣＤ等の表示パネル、その観察側にＬＣＤ表示パネルからのノイズを防ぐためのシールド層があり、さらにその観察側にタッチパネルが設置され、タッチパネルよりも前面に接着層等を介して指が触れる部分としてカバーガラス等が搭載されている。静電容量方式タッチパネルの動作原理としては、指が最表面層に触れることにより、タッチパネル内の電極の静電容量の変化を検知し、変化の大きさ、変化した場所、指の触れられた状態、指の動きについてデーター化し、動作するものである。

静電容量方式のタッチパネルはＸ方向とそれと直交するＹ方向の２方向の電極が必要であり、指が触れた時の静電容量の変化を検出することでその座標を検出し、タッチ位置やタッチ動作を認識する。Ｘ電極層とＹ電極層とは互いに接することはなく、絶縁膜を介して積層される。Ｘ電極およびＹ電極には透明導電材料が主に使われており、各々基材上に導電材料を成膜、パターニングして電極層を形成する。電極のパターニング形状には線状やダイヤモンド型などがあり、Ｘ方向のパターンとＹ方向のパターンとは積層された面視で重なる部分が少なくなるのが特徴である。

特許第４７３７３４８号公報

近年、タッチ画面の大型化及び表示装置全体の薄型化が求められていることがあって、導電基材が、ガラスから薄型透明フィルムにとって変わりつつある。

タッチ画面の大型化は、スマートフォンなどの５インチ以下のサイズでも避けられなくなっている。これを達成するためには、パターニングされた透明電極から取り出す配線ピッチを細くし、配線をとり回す額縁と呼ばれる部分をできるだけ細くする必要があり、また印字精度もそれに応じて高くなくてはならない。

現在、配線の積層は、設備導入やランニングコストなどの利点から、スクリーン印刷法が主流であるが、この方法による配線及びその間隔は量産レベルまで考えると凡そ６０μｍが限界である。それよりも小さいサイズは技術レベルとして可能ではあるが、スクリーン版の伸びによる位置ずれや、細線を印字するための過剰なスキージ圧力による版劣化などの問題がある。

一方で、スマートフォンなど５インチ以下のサイズで要求される配線ピッチは５０μｍ以下であり、従来のスクリーン印刷法では、量産は難しい。

これに対し、より細線の印刷が可能なグラビアオフセット印刷法を利用する方法（特許文献１）や、スクリーン印刷の銀ペーストに感光性を持たせ、フォトリソグラフィーを用いて細線をパターニングする方法が提案されている。

しかしながら、グラビアオフセット印刷では、メタルパッドのパターンによっては、ベタで印刷することができず、接触面積を小さくせざるを得なくなり、透明電極との導通がうまく取れない不具合が生ずることがある。

感光性の銀ペーストを用いる方法は、透明電極の種類によっては界面に発生する抵抗によりグラビアオフセットと同様透明電極との導通がうまく取れない不具合が生ずることがある。また、膜の密着性に乏しいことがあり、繰り返し応力変化が起こるような環境では、導電面から剥離することがある。

また、特許文献１は、透明導電層を加圧することで導電層の抵抗値を低下させるという技術を開示しているが、メタルパッドや配線に関する加圧については記述がない。

本発明は、透明電極と直接接触するメタルパッドと、メタルパッドの上に配線を別の工程で積層したものとを加圧することで、透明電極とメタルパッドとの間、あるいはメタルパッドと配線との間の接触抵抗を低減することのできるタッチパネルの製造方法を提供するものである。

上記課題を解決するための第１の発明は、導電層と、前記導電層と制御ユニットとをつなぐ金属配線とが積層されたフィルムを、少なくとも１枚以上用いてなるタッチパネルを製造するタッチパネルの製造方法であって、前記導電層に直接接触するメタルパッドと、前記制御ユニットに接続する配線とを、互いに別の工程で積層することにより、前記金属配線を形成し、前記金属配線を積層したのち加圧ローラーでプレスする工程を含むことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記メタルパッドの積層時の膜厚は４μｍ〜１０μｍの範囲内にあることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記配線の線幅および間隔は２０μｍ〜５０μｍの範囲内にあることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１から第３までのいずれかの発明に前記メタルパッドの面積は０．１平方ミリメートル〜０．５平方ミリメートルの範囲内にあることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１から第４までのいずれかの発明において、前記メタルパッドを積層する工程はスクリーン印刷であることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１から第４までのいずれかの発明において、前記配線を積層する工程はグラビアオフセット印刷であることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１から第４までのいずれかの発明において、前記配線を積層する工程はフォトリソグラフィーを含む方法であることを特徴とする。

第１の発明によれば、導電層に接触するメタルパッドやメタルパッドの上に積層された配線を加圧することで、導電層とメタルパッドとの密着性を向上させ、接触抵抗を低減することができる。また、メタルパッドの上に配線を載せておけば、加圧作業により、金属結合を促す効果が得られる。この効果を利用すれば、メタルパッドを、大面積が容易に印刷できるスクリーン印刷で行い、配線を、細線が容易に印刷できるグラビアオフセット印刷で行うなど、目的により別々の方式を組み合わせることができる。

例としてスクリーン印刷では、メタルパッドの接触面積を容易に増やすことができるが、４０μｍ以下の配線を量産することは難しく、グラビアオフセット印刷は４０μｍの配線を容易に印字することはできるが、メタルパッドの面積は増やしづらい。これに対し第１の発明では、例えばメタルパッドをスクリーン印刷、配線をグラビアオフセット印刷と分けることで解決することができる。

その効果を十分に発揮するためには、第２の発明のようにメタルパッドの膜厚は４μｍ〜１０μｍであることが望ましい。パッド膜厚が大きすぎるとメタルパッド上に配線を載せた時に段差が大きくなり、加圧で段差部分から断線してしまう恐れがあるためである。また、第３の発明のように、配線の間隔を２０〜５０μｍとすることで、タッチ部分の大型化を行うことができる。

また、第４の発明によれば、メタルパッドの面積を０．１平方ミリメートル〜０．５平方ミリメートルの範囲内としておくことで接触抵抗が適度に抑制され、問題が発生しづらい。

また、第５〜第７の各発明によれば、配線を容易に細線化することができる。

本発明のタッチパネル付表示装置の構成の断面図 本発明に用いられるタッチパネルの片方の面に設けられた導電層の構成を示す平面図 本発明に用いられるタッチパネルの両面に設けられた導電層の構成を同時に示す平面図 本発明に用いられるタッチパネルの導電層の端部の積層構成を示す平面図 図５の積層構成の断面図 図５の積層構成を加圧ローラーで加圧して製造する様子を示す斜視図 図６の加圧ローラーで加圧された後の状態の積層構成を示す斜視図

以下、本発明について詳細に説明する。

図１に、本実施形態に係るタッチパネル付き表示装置の構成についての断面図で示す。図１はＬＣＤ表示パネル３０と観察側に構成されるタッチパネル１０と、タッチパネル１０のさらに観察側の面に接着剤層５０を介して積層されるフロントパネル層４０と、ＬＣＤ表示パネル３０とタッチパネル１０との間に介在するシールド層２０とから成る。シールド層２０は図１のようにタッチパネル１０と離れていてもよいし、タッチパネル１０に粘着剤等を介して貼り合わせてあってもよい。またはタッチパネル１０に含ませてもよい。

図２に、図１に示したタッチパネル１０を片方の面から拡大して見た平面図を示す。
本実施形態では、タッチパネル１０はプラスチックフィルムの片面ないしは両面に透明導電層からなる導電層１１が積層されたものを用いて作製する。プラスチックフィルムは、成膜工程および後工程において十分な強度があり、表面が平滑なものであれば特に限定されないが、例えばポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエーテルスルフォンフィルム、ポリスルフォンフィルム、ポリアクリレートフィルム、ポリイミドフィルムなどが挙げられる。これらの基材には酸化防止剤、帯電防止剤、紫外線防止剤、可塑剤、滑剤、易接着剤などの添加剤が含まれていても構わない。また、密着性を良くする為にコロナ処理、低温プラズマ処理を施しても構わない。

また、図示していないがプラスチックフィルムにはＵＶ樹脂層を設けてもよい。これは、プラスチックフィルムの耐擦傷性や光学調整などに用いられる。材質は透明性と適度な硬度および強度があれば特に限定されるものではない。望ましくはプラスチックフィルムおよび屈折率が同等もしくは近似しているものを選択する。また樹脂層としてはＵＶ硬化樹脂だけでなく、熱硬化樹脂等も使用することが可能である。

また、図示していないが、プラスチックフィルムには光学機能層を設けてもよい。これは透明導電材の材質により屈折率などを調整することで、ｂ＊値や透過率向上を図るものである。光学機能層に無機化合物を用いる場合、酸化物、硫化物、フッ化物、窒化物などが挙げられる。具体的には酸化マグネシウム、二酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、酸化タンタル、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化タンタルなどが挙げられる。これら無機化合物はその材料および膜厚により屈折率が異なるため、目的に合わせた材料を特定の膜厚で形成することにより光学特性を調整することが可能となる。光学機能層は１層だけに留まらず、複数層あってもよいし無くても構わない。

透明導電層としては酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれか、またはこれらの混合酸化物、さらにはその他添加剤が加えられた物、カーボンナノチューブや銀ナノワイヤーなどのナノ系材料等、必要とするシート抵抗値や光学特性によって選択可能であり特に限定されるものではない。

透明導電層をプラスチックフィルムに積層する方法としては、スピンコート法、ローラコート法、バーコート法、ディップコート法、グラビアコート法、カーテンコート法、ダイコート法、スプレーコート法、ドクターコート法、ニーダーコート法等の塗布法や、スクリーン印刷法、スプレー印刷法、インクジェット印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法等の印刷法コート等、あるいはスパッタリング法などの真空成膜によるなど、用いる導電材により使い分けて構わない。

ＬＣＤ表示パネル３０の構造としては、液晶を駆動させるためのスイッチング素子が配置され電極層が設けられた基板（アレイ基板）と、対向する電極層が形成されたカラーフィルター基板とが液晶層を挟んで構成されており、アレイ基板とカラーフィルター基板にはそれぞれ偏光板が取付けられているような極一般的なＬＣＤ表示パネルを用いることができる。またＬＣＤ表示パネル３０の駆動方式としては特に限定されるものではなく、例えばＩＰＳ方式、ＴＮ方式、ＶＡ方式等のＬＣＤ表示器が用いられる。

タッチパネル１０の導電層１１は例えばダイヤモンド状にパターニングされている。他方の面も同じパターンがあり、互いの面のひし形部分が重ならないように配置される。そのときの図を図３に示す。導電層１１のダイヤモンドのパターニングは例えばレジスト塗布、露光、エッチング、レジスト剥離という工程を経て、導電性パターン部と非導電性パターン部が形成される。パターニング方法としてはフォトリソ、スクリーン印刷、レーザーによるパターニングなど、どの方法を用いても構わない。また、レジストも感光性のものでなく、乾燥により硬化するものでも構わない。その場合露光工程は乾燥工程に置き換わる。

図４に透明電極パターンの端を示す。透明電極端から金属配線を伸ばしタッチパネル制御用のＩＣに接続する。当該金属配線は、抵抗値が低ければ金属の種類を問わない。当該金属配線はメタルパッド１２と配線１３とを備えている。今回の例では、導電層１１はダイヤモンドパターンとなっており、その端にメタルパッド１２が、メタルパッド１２の上に配線１３の少なくとも一部が積層される。メタルパッド１２はその面積が大きいほど、導電層との接触抵抗が小さくなるが、導電層からはみ出さないようにしたほうがよい。概ね０．１平方ミリメートル〜０．５平方ミリメートルの範囲内としておけば接触抵抗は適度に抑制され、問題は発生しづらい。

図５にはタッチパネル１０の断面拡大図を示す。基材１上に導電層１１をパターニングされてなる透明電極上にメタルパッド１２が積層され、さらにメタルパッド１２の上に少なくとも一部が重なるように配線１３が積層され、基材１上の導電層１１が設けられていない部分を通りＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）接続部まで取り回される。配線１３とメタルパッド１２とは互いに別の工程で積層される。本発明ではメタルパッド１２の積層にはスクリーン印刷が好適に用いられる。メタルパッド１２の上に積層される配線１３は、細線化が可能なグラビアオフセット印刷、及び感光性を持った銀ペーストをフォトリソグラフィーでパターニングする。メタルパッド１２の積層時の膜厚を例えば４μｍ〜１０μｍの範囲内とすることにより、配線１３がメタルパッド１２の端で断線せずに取り回すことができる。また、配線１３の線幅および間隔を例えば２０μｍ〜５０μｍの範囲内とすることで、タッチ部分の大型化を行うことができる。

図６には、図５のメタルパッド１２と配線１３とを積層したときの図を示す。基材１上にダイヤモンド様にパターニングされた導電層１１があり、導電層１１のパターンの端にメタルパッド１２が積層され、メタルパッド１２の上に配線１３がさらに積層された図を表している。配線１３は、グラビアオフセットや感光性を持った銀ペーストをフォトリソグラフィーでパターニングするなどにより、４０μｍ以下の細線として得ることができ、さらにはすでに積層されたメタルパッド１２の上に載せることから、導電層１１との導通も問題なく行える。

図６にはさらに、配線１３およびメタルパッド１２に対し加圧するための加圧ローラー１４を示している。この加圧ローラー１４により加圧した後の図を示したのが図７である。

図７は、図６での加圧ローラー１４によるプレスの後、配線１３とメタルパッド１２とが潰された状態になっていることを示している。メタルパッド１２の上に配線１３を積層しただけの状態では、密着性が悪く、簡単な曲げや熱衝撃などで剥離してしまう恐れがあるが、プレスを行うことで、密着性が向上する。また、金属同士を加圧することで金属結合を促し、メタルパッド１２と配線１３との界面に発生する抵抗を下げる効果もある。この効果は、導電層１１とメタルパッド１２との間の界面にも同様である。プレスの圧力は概ね４ｋｇｆ／ｃｍ以上であれば特に限定されるものではなく、また、加圧ローラー１４がある程度の熱を持っていてもかまわない。また、加圧は複数回行ってもかまわない。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限られるものではない。

（実施例１）
ＰＥＴ基材（１２５μｍ）をロールで準備し、基材上両面にダイコーターによりＵＶ硬化樹脂を塗布・硬化させて基材１を作製した。次いで、片面のＵＶ硬化樹脂の上に銀ナノワイヤーを分散させた塗液をダイコーターにより塗布し硬化させた。このロールから２枚切り出し、一枚のフィルム導電面にスクリーン版を用いて、耐酸性のレジストを図２のようなダイヤモンドパターン状にスクリーン印刷した後、塩化第二銅溶液で１０分エッチングし、水酸化ナトリウム水溶液でレジストを剥離することで導電層１１のパターンを得、これを第一のパターンとした。次に第一のパターンの端に、スクリーン印刷で銀ペーストを、面積０．２平方ミリメートルで積層しメタルパッド１２とした。次いで、配線１３をグラビアオフセット印刷により印刷し、先のメタルパッド１２の上に一部かぶさるようにしながら、幅４０μｍ、間隔４０μｍで付けた。さらにフィルム全体をメタルローラーで１回加圧した。この時の線圧は２０ｋｇｆ／ｃｍとした。

次にロールから切り出したもう一方のフィルムについても同様に導電層１１をパターニング（ただし第一のパターンと重ならないように）し、第二のパターンとした。この後、第一のパターンと同様にスクリーン印刷でメタルパッド１２を、グラビアオフセット印刷で配線１３を付け、メタルローラーで一回加圧した。

以上の二枚のフィルムを背面で貼り合せタッチパネル１０とし、動作させたところ、正常な動作を確認できた。

（実施例２）
ＰＥＴ基材（１２５μｍ）をロールで準備し、基材上両面にダイコーターによりＵＶ硬化樹脂を塗布・硬化させて基材１を作製した。次いで、片面のＵＶ硬化樹脂の上に銀ナノワイヤーを分散させた塗液をダイコーターにより塗布し硬化させた。このロールから２枚切り出し、一枚のフィルム導電面にスクリーン版を用いて、耐酸性のレジストを図２のようなダイヤモンドパターン状にスクリーン印刷した後、塩化第二銅溶液で１０分エッチングし、水酸化ナトリウム水溶液でレジストを剥離することで導電層１１のパターンを得、これを第一のパターンとした。次に第一のパターンの端に、スクリーン印刷で銀ペーストを、面積０．２平方ミリメートルで積層しメタルパッド１２とした。次いで、スクリーン印刷により感光性を持った銀ペーストをメタルパッド１２にかぶさるようにつけた後、フォトリソグラフィー法で、幅４０μｍ、間隔４０μｍに配線１３をパターニングした。さらにフィルム全体をメタルローラーで１回加圧した。この時の線圧は２０ｋｇｆ／ｃｍとした。

次にロールから切り出したもう一方のフィルムについても同様に導電層１１をパターニング（ただし第一のパターンと重ならないように）し、第二のパターンとした。この後、第一のパターンと同様にスクリーン印刷でメタルパッド１２を、感光性銀ペーストのフォトリソグラフィー法で配線１３を付け、メタルローラーで一回加圧した。

以上の二枚のフィルムを背面で貼り合せタッチパネル１０とし、動作させたところ、正常な動作を確認できた。

（比較例）
ＰＥＴ基材（１２５μｍ）をロールで準備し、基材上両面にダイコーターによりＵＶ硬化樹脂を塗布・硬化させた。次いで、片面のＵＶ硬化樹脂の上に銀ナノワイヤーを分散させた塗液をダイコーターにより塗布し硬化させた。このロールから２枚切り出し、一枚のフィルム導電面にスクリーン版を用いて、耐酸性のレジストを図２のようなダイヤモンドパターン状にスクリーン印刷した後、塩化第二銅溶液で１０分エッチングし、水酸化ナトリウム水溶液でレジストを剥離することでパターンを得、これを第一のパターンとした。

次にロールから切り出したもう一方のフィルムについても同様にパターニング（ただし第一のパターンと重ならないように）し、第二のパターンとした。

これら２枚のフィルムにスクリーン印刷でメタルパッド０．２平方ミリメートルと、グラビアオフセット印刷で幅４０μｍ配線を印刷し、背面で貼り合せタッチパネルとした。このタッチパネルを動作させたが動作しなかったため、解析を行ったところ、メタルパッドと配線間で絶縁しているものがあり、正常に導通が取れていないものがあることがわかった。

以上から本発明の有効性を確認できた。

本発明は、スマートフォンやタブレットＰＣ等に備えられる各種ディスプレイに適用可能である。

１：基材
１０：タッチパネル
１１：導電層
１２：メタルパッド
１３：配線
１４：加圧ローラー
２０：透明接着層
３０：ＬＣＤ表示パネル
４０：接着剤層
５０：フロントパネル

Claims (7)

1. 導電層と、前記導電層と制御ユニットとをつなぐ金属配線とが積層されたフィルムを、少なくとも１枚以上用いてなるタッチパネルを製造するタッチパネルの製造方法であって、
   前記導電層に直接接触するメタルパッドと、前記制御ユニットに接続する配線とを、互いに別の工程で積層することにより、前記金属配線を形成し、
   前記金属配線を積層したのち加圧ローラーでプレスする工程を含むことを特徴とするタッチパネルの製造方法。
2. 前記メタルパッドの積層時の膜厚は４μｍ〜１０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネルの製造方法。
3. 前記配線の線幅および間隔は２０μｍ〜５０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
4. 前記メタルパッドの面積は０．１平方ミリメートル〜０．５平方ミリメートルの範囲内にあることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のタッチパネルの製造方法。
5. 前記メタルパッドを積層する工程はスクリーン印刷であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のタッチパネルの製造方法。
6. 前記配線を積層する工程はグラビアオフセット印刷であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のタッチパネルの製造方法。
7. 前記配線を積層する工程はフォトリソグラフィーを含む方法であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のタッチパネルの製造方法。

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