JP6249899B2 - 入力装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯用電子機器などの情報端末装置に使用されるものであり、透光性の基板に透光性の電極層が形成された入力装置とその製造方法に関する。

特許文献１に、いわゆるタッチパネルとして機能する入力装置に関する発明が記載されている。

この入力装置は、透明基材の表面に、Ｙ方向に連続して形成された第１の透明電極と、第１の透明電極を挟んでＸ方向に並んで配置された第２の透明電極が形成されている。第１の透明電極の一部が、ノボラック樹脂で形成された絶縁層で覆われ、この絶縁層の表面に、その両側に位置する第２の透明電極どうしを接続するブリッジ配線が形成されている。

ブリッジ配線層は、アモルファスＩＴＯ／Ａｕなどの金属層／アモルファスＩＴＯの積層体で構成されている。このブリッジ配線は、第１の透明電極ならびに第２の透明電極と共に表示領域に配置されるため、金属層の幅寸法を微細にし且つ膜厚を薄くして、実質的に透光性となるように形成されている。

特許第５０７５２８２号公報

特許文献１に記載された入力装置は、第１の透明電極がＹ方向に連続しているため、それぞれの第１の透明電極に接続される配線層は、表示領域の下側に位置する加飾領域内に比較的スペースの余裕を持たせて配線することが可能である。一方で、Ｘ方向に並んで前記ブリッジ配線層で接続された第２の透明電極から延びる配線層は、表示領域の左右両側において、縦方向へ長い寸法で形成する必要がある。そのため、抵抗値の高いＩＴＯなどの透明電極で形成することができず、Ｃｕなどの低抵抗の金属材料で形成されることになる。

Ｃｕなどの金属材料で形成された配線層は、非透光性であるために、表示領域の左右両側に位置する加飾領域に配置しなくてはならない。しかもこの配線層は電極の数に合わせて複数本形成する必要があり、加飾領域は、複数本の配線層を通過させるのに十分な幅寸法に形成しなくてはならない。そのため、表示領域の左右の幅寸法が制限されてしまう。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、電極層が配置される透光領域の面積を広く確保することが可能な入力装置およびその製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、透光性の基板に、透光性の複数の電極層と、それぞれの前記電極層から延びる配線層とが形成されている入力装置において、
前記基板に、所定面積の透光領域と、前記透光領域を囲む非透光領域が設定され、前記透光領域に前記電極層が配置されており、
前記非透光領域では、前記基板の表面に沿って、複数の前記配線層が並んで形成され、複数の前記配線層の上に絶縁層を介して上層配線層が形成されており、前記上層配線層は、複数の前記配線層を覆う幅寸法で形成されて、いずれかの前記電極層に導通していることを特徴とするものである。

本発明の入力装置は、前記電極層は、列方向に連続して延びる列電極層と、前記列電極層を挟んで行方向に隣接する行電極層とに区分され、前記列電極層の一部が透光性の電極絶縁層で覆われ、前記電極絶縁層の上に形成された接続導電層によって行電極層どうしが接続されており、前記絶縁層は、前記電極絶縁層と同じ材料で形成され、前記上層配線層は、前記接続導電層と同じ材料層で形成されていることが好ましい。

また本発明の入力装置は、前記基板の表面に沿って形成されている前記配線層の配線長よりも、前記上層配線層の配線長が短いことが好ましい。

次に、本発明は、透光性の基板に、透光性の複数の電極層と、それぞれの前記電極層から延びる配線層とを形成する入力装置の製造方法において、
（１）前記基板の表面に設定される透光領域に複数の前記電極層を形成し、前記透光領域を囲む非透光領域に、複数の前記配線層を並べて形成する工程と、
（２）複数の前記配線層を覆う絶縁層を形成する工程と、
（３）隣接する前記電極層を接続する接続導電層と、前記絶縁層の上で複数の前記配線層を覆う幅寸法で積層されていずれかの前記電極層に導通する上層配線層とを、同じ材料層で同時に形成する工程と、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（１）の工程では、前記電極層を、列方向に連続して延びる列電極層と、前記列電極層を挟んで行方向に隣接する行電極層とに区分して形成し、
前記（２）の工程で、前記列電極層の一部を覆う透光性の電極絶縁層と、前記配線層を覆う前記絶縁層とを同じ材料で同時に形成し、
前記（３）の工程で、前記電極絶縁層の上に前記接続導電層を形成することが好ましい。

本発明の入力装置は、基板に設定された非透光領域に、基板の表面に沿って複数の配線層を形成するとともに、複数の配線層の上に絶縁層を介して幅広の上層配線層を形成している。非透光領域において電極層から延びる配線層を上下に重ねて配置することで、配線に必要となる領域を狭くでき、その分だけ透光領域を広く確保できる。また、上層配線層は複数の配線層を覆うように幅広の寸法で形成しているため、薄い配線層となり、入力装置の厚さ寸法が大きくなるのを防止できる。

本発明の入力装置の製造方法は、隣り合う電極層どうしを接続するための電極絶縁層ならびに接続導電層を形成するのと同じ材料を使用し同じ工程で、配線層を覆う絶縁層ならびに上層絶縁層とを形成できるので、特に多くの工程を必要とせず、比較的安い費用で広い透光領域を有する入力装置を製造できる。

本発明の実施の形態の入力装置を使用したタッチパネルの分解斜視図、 本発明の実施の形態の入力装置の正面図、 図２に示す入力装置の部分拡大正面図、 図３に示す入力装置をＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図、 図３に示す入力装置をＶ−Ｖ線で切断した断面図、 図３に示す入力装置をＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図、

図１にタッチパネル１が示されている。タッチパネル１は、表面パネル２とその下に位置する本発明の実施の形態の入力装置１０とから構成されている。

表面パネル２は、携帯用電話機、ナビゲーション装置、ゲーム装置、通信装置などの各種電子機器のケースの一部を構成している。

表面パネル２はアクリル系などの透光性の合成樹脂材料やガラスで形成されており、四角形の表示部３と、表示部３を囲む加飾部４とを有している。表示部３は表面パネル２を形成する透光性の合成樹脂材料やガラスで形成されて、表面パネル２の外部から機器内部を透視できるようになっている。加飾部４は、前記合成樹脂材料やガラスの内面に印刷層が設けられ、または着色シートが重ねられるなどして、各種色相に着色されて、機器内部を透視できないようになっている。

入力装置１０は、透光性の基板１１を有している。基板１１はＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）などの樹脂シートである。図２と図３に示すように、基板１１に境界線１０ｃが設定されており、その内側の領域が透光領域１０ａで、境界線１０ｃの外側が非透光領域１０ｂに区分されている。なお、前記境界線１０ｃは、透光領域１０ａと非透光領域１０ｂとを設計上で区分するための仮想線であり、基板１１上に目視可能な境界線１０ｃが存在するものではない。

表面パネル２と入力装置１０は、ＯＣＡ（高透明接着剤）を介して接着される。このとき、入力装置１０の透光領域１０ａが、表面パネル２の表示部３に一致し、非透光領域１０ｂが加飾部４で覆われるように貼り合わされる。

電子機器のケース内には、カラー液晶パネルなどの表示パネル５が収納されている。表示パネル５の表示画面は、入力装置１０の透光領域１０ａと表面パネル２の表示部３に対向するように配置される。

図２と図３に示す入力装置１０は、Ｘ方向が行方向であり、Ｙ方向が列方向である。
基板１１の表面には、列方向（Ｙ方向）に並んで配列する複数の列電極層１２が形成されている。Ｙ方向に隣接する複数の列電極層１２は電極連結層１３を介して連結されている。図２の実施の形態では、列電極層１２が５列設けられ、それぞれの列を構成する７個の列電極層１２が、電極連結層１３によってＹ方向に連結されている。列電極層１２と電極連結層１３は、透光性の導電材料であるＩＴＯ（酸化インジウムスズ）層によって連続して一体に形成されている。

基板１１の表面には行方向（Ｘ方向）に並んで配列する複数の行電極層１４が形成されている。全ての行電極層１４は独立して形成されており、行電極層１４は前記電極連結層１３を挟んでＸ方向へ並んでいる。行電極層１４はＩＴＯ層であり、行電極層１４と列電極層１２は同じ形状で同じ面積の四角形状である。

図３と図４（図３のＩＶ−ＩＶ線の断面図）に示すように、電極連結層１３の表面に、透光性の電極絶縁層１５が形成されている。この電極絶縁層１５はノボラック樹脂で形成されている。電極絶縁層１５の表面に接続導電層１８が形成されている。接続導電層１８は電極連結層１３と絶縁されているが、その両端部は、電極連結層１３を挟んでＸ方向の両側に位置する行電極層１４の表面に接触し、Ｘ方向に隣接する行電極層１４どうしが互いに接続されている。電極連結層１３を列電極層１２の一部とみなせば、それぞれの行電極層１４は列電極層を挟んで両側に配置されていることになり、ブリッジ配線層として機能する接続導電層１８により、行電極層１４が列電極層を跨いで導通されていることになる。

図２に示すように、行電極層１４は（ｉ）〜（ｖｉ）で示す６行に配列しており、それぞれの行ではＸ方向に並ぶ６個の行電極層１４が、全て接続導電層１８を介して導通されている。

図２に示すように、全ての列電極層１２と全ての電極連結層１３ならびに全ての行電極層１４と全ての接続導電層１８は、基板１１に設定されている透光領域１０ａ内に配置されている。

図４に示すように、接続導電層１８は３層構造であり、下地層１８ａと金属層１８ｂと保護層１８ｃの３層構造である。下地層１８ａと保護層１８ｃはＩＴＯ層であり、金属層１８ｂは、Ａｕ（金）、Ａｕ合金、ＣｕＮｉ合金（銅・ニッケル合金）、Ｎｉ（ニッケル）などの導電性金属材料で形成される。列電極層１２と行電極層１４を形成するＩＴＯ層は結晶層であるが、下地層１８ａと保護層１８ｃを形成するＩＴＯ層はアモルファス層であり、下地層１８ａならびに保護層１８ｃと、列電極層１２ならびに行電極層１４は、選択してエッチングすることが可能である。

金属層１８ｂは膜厚が２〜２０ｎｍであり、下地層１８ａと保護層１８ｃの膜厚はそれぞれ５〜４０ｎｍ程度である。接続導電層１８のＹ方向の幅寸法は５〜５０μｍ程度であり、Ｘ方向の長さ寸法は１５０〜５００μｍ程度である。

透光性については、列電極層１２と行電極層１４の全光線透過率がほぼ９０％程度であるが、３層から成る接続導電層１８の全光線透過率は、前記電極層１２，１４と大きく相違するのは好ましくない。接続導電層１８の全光線透過率は６０％以上であることが好ましい。金属層１８ｂを厚さが１０ｎｍのＡｕ層にすると、全光線透過率をほぼ７０％程度に設定でき、列電極層１２と行電極層１４と比較して、透光性がさほど低下することがない。

また、アモルファスＩＴＯ層である下地層１８ａと保護層１８ｃの膜厚をそれぞれ２０ｎｍとし、金属層１８ｂを厚さが１０ｎｍのＡｕ層とすると、表面抵抗率（シート抵抗率あるいは単位面積抵抗値）が１０Ω／ｓｑ程度となり、結晶性のＩＴＯ層である列電極層１２と行電極層１４の表面抵抗率の１／１０程度に設定できる。

なお、接続導電層１８は、保護層１８ｃを省略することが可能であり、さらに金属層１８ｂが、その下の層へのマイグレーションの心配がないものであれば、下地層１８ａを省略することも可能である。

図２に示すように、基板１１に設定された非透光領域１０ｂでは、上方部分に複数（５本）の列側配線層２１が形成されている。Ｙ方向の図示最上部に位置する列電極層１２には、延長部１２ａが形成されており、それぞれの延長部１２ａに列側配線層２１が接続されている。列側配線層２１と延長部１２ａとの境界は、非透光領域１０ｂ内に位置している。基板１１の上縁部１１ａに接近する位置に、列側ランド部２１ａが形成されており、列側ランド部２１ａは、前記列側配線層２１の一部で形成されている。

図２に示すように、非透光領域１０ｂの左側領域に、２本の行側配線層２６，２７が形成されている。行側配線層２６は、第３行（ｉｉｉ）の左端に位置する行電極層１４から延びる延長部１４ｃに接続され、行側配線層２７は、第４行（ｉｖ）の左端に位置する行電極層１４から延びる延長部１４ｄに接続されている。行側配線層２６，２７と延長部１４ｃ，１４ｄとの境界は非透光領域１０ｂに位置している。また、基板１１の上縁部１１ａに近い位置に、行側配線層２６の一部であるランド部２６ａと、行側配線層２７の一部であるランド部２７ａが形成されている。

非透光領域１０ｂの右側領域に、２本の行側配線層２８，２９が形成されている。行側配線層２８は、第５行（ｖ）の右端に位置する行電極層１４から延びる延長部１４ｅに接続され、行側配線層２９は、第６行（ｖｉ）の右端に位置する行電極層１４から延びる延長部１４ｆに接続されている。行側配線層２８，２９と延長部１４ｅ，１４ｆとの境界は非透光領域１０ｂに位置している。また、基板１１の上縁部１１ａに近い位置に、行側配線層２８の一部であるランド部２８ａと、行側配線層２９の一部であるランド部２９ａが形成されている。

また、非透光領域１０ｂの上方の左領域では、列側配線層２１と行側配線層２６との間に、短い行側配線層２２が形成されている。また非透光領域１０ｂの上方の右領域では、列側配線層２１と行側配線層２８との間に、行側配線層２３が形成されている。基板１１の上縁部１１ａに近い位置に、行側配線層２２の一部で形成されたランド部２２ａと、行側配線層２３の一部で形成されたランド層２３ａが設けられている。

図５（図３のＶ−Ｖ線の断面図）と図６（図３のＶＩ−ＶＩ線の断面図）に、行側配線層２８，２９の断面構造が示されている。行側配線層２８，２９は、いずれも下部層３１とその上に積層された金属材料層３２とから構成されている。下部層３１は、列電極層１２ならびに行電極層１４と同じ結晶化されたＩＴＯ層で形成されており、ＩＴＯ層の膜厚は、下部層３１と、列電極層１２ならびに行電極層１４とで同じである。行側配線層２８の下部層３１は、前記延長部１４ｅと共に行電極層１４と連続して形成されており、行側配線層２９の下部層３１も、前記延長部１４ｆと共に行電極層１４と連続して形成されている。

他の行側配線層２２，２３，２６，２７と、列側配線層２１の構造も、行側配線層２８，２９と同じであり、下部層３１と金属材料層３２とで構成されている。行側配線層２６の下部層３１は、前記延長部１４ｃと共に行電極層１４と連続して形成されており、行側配線層２７の下部層３１も、前記延長部１４ｄと共に行電極層１４と連続して形成されている。また、それぞれの列側配線層２１の下部層３１は、延長部１２ａと共に、列電極層１２と連続して形成されている。

また、列側配線層２１と行側配線層２２，２３，２６，２７，２８，２９の上層である金属材料層３２はＣｕ層である。

図５に示すように、非透光領域１０ｂの右側部分には、行側配線層２８と行側配線層２９の双方を覆う絶縁層（配線間絶縁層）３５が形成されている。図３には、絶縁層３５の縁線（輪郭）が破線で示されている。絶縁層３５の上に上層配線層２５が形成されている。上層配線層２５は、複数本（実施の形態では２本）の行側配線層２８，２９の双方を覆うことができる幅寸法Ｗ１で形成されている。第２行（ｉｉ）の図示右端に位置する行電極層１４から延長部１４ｂが延びており、この延長部１４ｂと、非透光領域１０ｂの上部に形成された前記行側配線層２３とが上層配線層２５を介して接続されている。

絶縁層３５は、電極連結層１３の上に形成された電極絶縁層１５と同じノボラック樹脂で形成されている。上層配線層２５は、行側配線層１４どうしを接続している接続導電層１８と同じ材料層で形成されており、図５に示すように、下地層１８ａと金属層１８ｂと保護層１８ｃとで構成されている。それぞれの層の材料と膜厚は、接続導電層１８と同じである。

同様に、非透光領域１０ｂの左側部分では、行側配線層２６と行側配線層２７とが絶縁層（配線間絶縁層）で覆われ、その上に上層絶縁層２４が形成されている。上層絶縁層２４は、行側配線層２６と行側配線層２７を覆う幅寸法で形成されている。第１行（ｉ）の図示左端に位置する行電極層１４から延長部１４ａが延びており、この延長部１４ａと、非透光領域１０ｂの上方部分に形成された前記行側配線層２２とが上層配線層２４を介して接続されている。ここでも、絶縁層は、電極絶縁層１５と同じノボラック樹脂で形成され、上層配線層２４は、接続導電層１８と同じ材料層で形成されており、下地層１８ａと金属層１８ｂと保護層１８ｃとで構成されている。それぞれの層の材料と膜厚は、接続導電層１８と同じである。

図６には、行側配線層２３と上層配線層２５との接続境界が示されている。この接続境界は非透光領域１０ｂ内に位置している。接続境界では、行側配線層２３の上に、上層配線層２５の一部が重ねられて導通している。この構造は、図示左側の行側配線層２２と上層配線層２４との接続境界においても同じである。

上層配線層２４，２５は、接続導電層１８と同じ層構成であるため、列電極層１２と行電極層１４に比べて表面抵抗率が１／１０程度であるが、行側配線層２８，２９を形成しているＣｕ層に比べると表面抵抗率は大きい。しかし、上層配線層２５の幅寸法Ｗ１は、行側配線層２８，２９の双方を覆う大きさを有しており、行側配線層２８，２９の個々の幅寸法Ｗ２よりも広く形成することができる。したがって、上層配線層２６，２７の抵抗値を下げることができる。また上層配線層２４，２５は幅寸法Ｗ１を大きくできるため、厚さを大きくしなくても、抵抗値を下げることができる。よって、非透光領域１０ｂで、行側配線層２８，２９に上層配線層２５が重ねられていても、入力装置１０の厚さ寸法が大きくなることがない。
これは、左側の上層配線層２４においても同じである。

また、上層配線層２４，２５は、Ｃｕ層よりも表面抵抗率が高いため、第１列（ｉ）と第２列（ｉｉ）の行電極層１４への配線のように短い配線層として使用し、距離の長い行側配線層２６，２７，２８，２９は、Ｃｕ層などの金属材料層３２を有する配線層を使用することが好ましい。

この入力装置１０は、非透光領域１０ｂに複数の配線層が重ねて形成されているため、従来よりも左右に位置する非透光領域１０ｂの幅寸法を短くできる。よって、透光領域１０ａのＸ方向の幅寸法を広くでき、図１に示す表面パネル２の表示部３の幅寸法を広くできる。すなわち、実施の形態では、全ての行側配線層を並べて形成する従来例に比べて、少なくとも行側配線層の１本分の幅寸法Ｗ２だけ、左右にそれぞれ透光領域１０ａを広げることができる。

次に、前記入力装置１０の製造方法を説明する。
基板１１は、その表面の全面にＩＴＯ層の下部層３１とその上のＣｕ層である金属材料層３２とが積層されたものが使用される。下部層３１は、ＩＴＯ層を基板１１の表面の全面にスパッタ工程などで形成した後に、加熱処理でＩＴＯ層を結晶化させ、さらに、Ｃｕ層を全面にスパッタなどで形成したものである。

電極層と配線層の成形工程では、Ｃｕ層である金属材料層３２の表面にレジスト層を形成し、フォトリソ工程でレジスト層をパターニングした後に、レジスト層が形成されていない部分のＣｕ層とＩＴＯ層をエッチング処理で除去する。その結果、ＩＴＯ層とＣｕ層の積層体により、列側電極層１２と電極連結層１３と行電極層１４、ならびに列側配線層２１と行側配線層２２，２３，２６，２７，２８，２９のパターンが残される。非透光領域１０ｂをマスキングして、エッチング処理でＣｕ層を除去すると、列側電極層１２と電極連結層１３ならびに行電極層１４がＩＴＯ層の単層で形成され、列側配線層２１と行側配線層２２，２３，２６，２７，２８，２９が、ＩＴＯ層である下部層３１とＣｕ層である金属材料層３２とが積層された構造になる。

次に、基板１１の表面の全域にノボラック樹脂層を形成し、フォトリソ工程により、電極絶縁層１５と絶縁層（配線間絶縁層）３５を除いた他のノボラック樹脂層を除去する。さらに、基板１１の表面の全域に、アモルファスＩＴＯ層／Ａｕ層／アモルファスＩＴＯ層の３層をスパッタ工程などで成膜する。その上にレジスト層を形成し、フォトリソ工程でレジスト層をパターニングする。レジスト層が除去された部分で、前記３層をエッチング処理で除去し、接続導電層１８と上層配線層２４，２５を同時に形成する。

このように、上層配線層２４，２５は、接続導電層１８と同じ材料層で同じ工程で形成されるため、上層配線層２４，２５のみを形成する工程が不要である。

ただし、本発明は、前記実施例と異なり、接続導電層１８が形成されていない入力装置においても、金属層１８ｂを有する上層配線層２４，２５を形成することが可能である。

１ タッチパネル
２ 表面パネル
３ 表示部
４ 加飾部
５ 表示パネル
１０ 入力装置
１０ａ 透光領域
１０ｂ 非透光領域
１１ 基板
１２ 列電極層
１３ 電極連結層
１４ 行電極層
１５ 電極絶縁層
１８ 接続導電層
１８ａ 下地層
１８ｂ 金属層
１８ｃ 保護層
２１ 列側配線層
２２，２３，２６，２７，２８，２９ 行側配線層
２４，２５ 上層配線層
３１ 下部層
３２ 金属材料層
３５ 絶縁層

Claims (5)

1. 透光性の基板に、透光性の複数の電極層と、それぞれの前記電極層から延びる配線層とが形成されている入力装置において、
   前記基板に、所定面積の透光領域と、前記透光領域を囲む非透光領域が設定され、前記透光領域に前記電極層が配置されており、
   前記非透光領域では、前記基板の表面に沿って、複数の前記配線層が並んで形成され、複数の前記配線層の上に絶縁層を介して上層配線層が形成されており、前記上層配線層は、複数の前記配線層を覆う幅寸法で形成されて、いずれかの前記電極層に導通していることを特徴とする入力装置。
2. 前記電極層は、列方向に連続して延びる列電極層と、前記列電極層を挟んで行方向に隣接する行電極層とに区分され、前記列電極層の一部が透光性の電極絶縁層で覆われ、前記電極絶縁層の上に形成された接続導電層によって行電極層どうしが接続されており、
   前記絶縁層は、前記電極絶縁層と同じ材料で形成され、前記上層配線層は、前記接続導電層と同じ材料層で形成されている請求項１記載の入力装置。
3. 前記基板の表面に沿って形成されている前記配線層の配線長よりも、前記上層配線層の配線長が短い請求項１または２記載の入力装置。
4. 透光性の基板に、透光性の複数の電極層と、それぞれの前記電極層から延びる配線層とを形成する入力装置の製造方法において、
   （１）前記基板の表面に設定される透光領域に複数の前記電極層を形成し、前記透光領域を囲む非透光領域に、複数の前記配線層を並べて形成する工程と、
   （２）複数の前記配線層を覆う絶縁層を形成する工程と、
   （３）隣接する前記電極層を接続する接続導電層と、前記絶縁層の上で複数の前記配線層を覆う幅寸法で積層されていずれかの前記電極層に導通する上層配線層とを、同じ材料層で同時に形成する工程と、
   を有することを特徴とする入力装置の製造方法。
5. 前記（１）の工程では、前記電極層を、列方向に連続して延びる列電極層と、前記列電極層を挟んで行方向に隣接する行電極層とに区分して形成し、
   前記（２）の工程で、前記列電極層の一部を覆う透光性の電極絶縁層と、前記配線層を覆う前記絶縁層とを同じ材料で同時に形成し、
   前記（３）の工程で、前記電極絶縁層の上に前記接続導電層を形成する請求項４記載の入力装置の製造方法。

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