JP6277262B2 - 投影型静電容量タッチスイッチパネル - Google Patents
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Description
本発明は、タッチ面（ＸＹ平面）の任意の位置にユーザーの指などが接近したことを静電容量の変化により検出する投影型静電容量タッチスイッチパネルに関する。特にガラス基板にセンサー電極を設けた投影型静電容量タッチスイッチパネルに関する。
家電機器、ＡＶ機器、ＰＣ／ＯＡ機器、産業機械、その他の電子デバイスにおいて、各機器への入力手段の１つとして投影型静電容量方式のタッチスイッチパネルが使用されている。投影型静電容量方式は、Ｘ方向とＹ方向にグリッド状に配列された複数のセンサー電極を有している。投影型静電容量タッチスイッチパネルは、一般的には、インジウム錫オキサイド（以下、ＩＴＯと記す）で形成されるＸ方向用およびＹ方向用の透明センサー電極層、該電極への配線層、透明電極間に設ける絶縁層（誘電体層）、表面保護層などから構成され、外部にコントロール部を有する。パネル表面を指で触れると、各センサー電極と指との間で静電結合が起きて各センサー電極の静電容量が変化する。コントロール部では、各センサー電極における静電容量の変化量を数値化し、その数値が予め決められた閾値をこえるときに指が接触したと判定する。これによりコントロール部では、指がタッチスイッチのどの位置（平面ＸＹ座標）に触れたかを検出できる。
投影型静電容量タッチスイッチパネルの具体的な構造として、一方のガラス基板にＸ方向用の透明センサー電極を形成し、他方のガラス基板にＹ方向用の透明センサー極層を形成し、いずれかのガラス基板が透明センサー電極間に位置して絶縁層（誘電体層）となるように該ガラス基板を重ね合わせた構造が知られている。また、２枚のガラス基板のそれぞれにＩＴＯによる透明センサー電極を形成し、これら透明センサー電極が対向するようにして、ガラス基板をスペーサ部材を介して重ね合わせ、透明センサー電極間に誘電材料を注入した構造が提案されている（特許文献１参照）。同様に、２枚のガラス基板のそれぞれにＩＴＯによる透明センサー電極を形成し、これら透明センサー電極が対向するようにして、その間に絶縁粘着層を形成した構造が提案されている（特許文献２参照）。
２枚のガラス基板を用いて、その一方をセンサー電極間の絶縁層（誘電体層）として利用する場合、その厚みによっては電極間にギャップができてコントロール部でのセンサー調整が難しくなる。また、透明センサー電極は、高い表示品質を維持するために高透過率が要求され、コントロール部で信号変化をμｓオーダーで検出可能とするために低抵抗値が要求される。特許文献１や特許文献２のように、ＩＴＯによる透明センサー電極を用いる場合、ガラス基板上に該電極を形成してＩＴＯ膜を厚膜化することで低抵抗化を図り得るが、ＩＴＯ膜を厚くすると黄色味を帯びて外観上の問題がある。このため、透過率等を損なうことなく要求される低抵抗値を実現することは容易ではない。
ＩＴＯに替えてアルミニウム薄膜などを用い、目視ではほぼ透明となるような微細格子状にセンサー電極を形成する方法がある。しかし、アルミニウム薄膜は可視光（波長約４００〜７００ｎｍ）の反射率が極めて高く、ギラツキを生じやすいという特性を有するため、タッチ面からの視認特性（透過性）に劣る。
また、透明センサー電極を基板間に挟み込まない構造の場合、一方のセンサー電極側には保護層を設ける必要があるが、厳しい環境下で使用される場合、十分に対応することはできない。
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、センサー調整が容易で、可視光の反射を抑えたセンサー部を有し、さらに十分な耐環境特性を有する投影型静電容量タッチスイッチパネルを提供することを目的とする。
本発明の投影型静電容量タッチスイッチパネルは、Ｘ方向およびＹ方向に広がるタッチ面におけるタッチ位置を検出する投影型静電容量タッチスイッチパネルであって、該投影型静電容量タッチスイッチパネルは、Ｘ方向検知用のセンサー部を有するガラス基板と、Ｙ方向検知用のセンサー部を有するガラス基板とを備えてなり、これら２つのガラス基板が積層され、それぞれの上記センサー部同士が対向してガラス基板間に挟み込まれており、それぞれの上記センサー部は、スパッタリングまたは真空蒸着を用いて形成されたアルミニウム（以下、Ａｌと記す）薄膜からなるセンサー電極と、上記Ａｌ薄膜の少なくとも一部に積層された、クロム（以下、Ｃｒと記す）、モリブデン（以下、Ｍｏと記す）、およびタングステン（以下、Ｗと記す）から選ばれる少なくとも１つの金属を含む黒化膜とを有し、一方の上記ガラス基板は、その片面がタッチ面であり、該ガラス基板の上記センサー部において、該ガラス基板のタッチ面の反対表面に上記黒化膜が形成され、その上に上記Ａｌ薄膜が形成され、他方の上記ガラス基板の上記センサー部において、該ガラス基板の表面に上記Ａｌ薄膜が形成され、その上に上記黒化膜が形成されていることを特徴とする。
上記センサー部の少なくとも一部に透光部を有し、該透光部は上記Ａｌ薄膜および上記黒化膜が重なった格子状であり、該格子間が開口部であることを特徴とする。
上記黒化膜は、Ａｌの酸化物、および、チタン（以下、Ｔｉと記す）の酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物を含むことを特徴とする。特に、上記黒化膜は、上記モリブデンと、上記アルミニウムの酸化物との混合物からなることを特徴とする。また、上記黒化膜は、上記金属と上記酸化物との合計量に対して、上記酸化物の含有量が２〜１６重量％であることを特徴とする。
上記黒化膜の膜厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、上記アルミニウム薄膜の層厚が５００ｎｍ〜５０００ｎｍであることを特徴とする。
本発明の投影型静電容量タッチスイッチパネルは、Ｘ方向およびＹ方向に広がるタッチ面におけるタッチ位置を検出する投影型静電容量タッチスイッチパネルであり、Ｘ方向検知用のセンサー部を有するガラス基板と、Ｙ方向検知用のセンサー部を有するガラス基板とを備えてなり、これら２つのガラス基板が積層され、センサー部同士が対向してガラス基板間に挟み込まれており、各センサー部は、スパッタリングまたは真空蒸着を用いて形成されたＡｌ薄膜からなるセンサー電極と、Ａｌ薄膜の少なくとも一部に積層された、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＷから選ばれる少なくとも１つの金属を含む黒化膜とを有し、一方のガラス基板は、その片面がタッチ面であり、該ガラス基板のセンサー部において、該ガラス基板のタッチ面の反対表面に黒化膜が形成され、その上にＡｌ薄膜が形成され、他方のガラス基板のセンサー部において、該ガラス基板の表面にＡｌ薄膜が形成され、その上に黒化膜が形成されているので、２つのセンサー電極間のギャップが少なく、コントロール部でのセンサー調整が容易となる。また、各センサー部において、上記順序でＡｌ薄膜と黒化膜とが形成されているので、タッチ面からみて黒色に見え、可視光の反射を抑えることができる。さらに、センサー部をガラス基板間に挟み込む構造であるので、金属薄膜が保護され、耐環境特性を向上できる。
上記センサー部の少なくとも一部に透光部を有し、該透光部はＡｌ薄膜および黒化膜が重なった格子状であり、該格子間が開口部であるので、可視光の反射を抑えた透明なセンサー部を形成できる。
上記黒化膜が、Ａｌの酸化物、および、Ｔｉの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物を含むので、可視光の反射率をさらに低減できる。
本発明の投影型静電容量タッチスイッチパネルの一例を図１〜図３に基づいて説明する。図１（ａ）は投影型静電容量タッチスイッチパネルを示す正面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。図１（ｂ）に示すように、投影型静電容量タッチスイッチパネル１は、Ｘ方向検知用のセンサー部３を有する透光性の第１のガラス基板２と、Ｙ方向検知用のセンサー部５を有する透光性の第２のガラス基板４とを備えてなり、第１のガラス基板２および第２のガラス基板４とが貼り合わされた積層構造を有する。第１のガラス基板２の表面がタッチ面２ａとなり、このタッチ面２ａの反対面２ｂにセンサー部３が設けられている。また、第２のガラス基板４の片面にセンサー部５が設けられている。センサー部３およびセンサー部５は、２つのガラス基板間において対向して挟み込まれている。図１（ａ）に示すように、Ｘ方向検知用のセンサー部３とＹ方向検知用のセンサー部５とは、菱形を縦（Ｙ）横（Ｘ）に並べた形状にパターニングされている。２つのセンサー電極間にガラス基板を介在させない構造であるため、介在させる場合と比較してセンサー電極間のギャップが大幅に少ない。
各センサー部のセンサー電極と配線７で接続された外部接続端子８にフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）９が接続されている。ＦＰＣ９を介してタッチ検出を行なうコントロール部（図示省略）が接続される。また、耐環境特性を向上させるために、ＦＰＣ９に替えて金属製のリードフレームを設けてもよい。本発明の投影型静電容量タッチスイッチパネルは、センサー電極と指との間で静電結合が起きて電極の静電容量が変化することを利用するものであり、コントロール部における具体的な検出手順などは公知の手順を採用できる。
図２にパネルの拡大断面の模式図を示す。図２に示すように、Ｘ方向検知用のセンサー部３は、第１のガラス基板２のタッチ面２ａの反対面に形成された黒化膜３ｂと、その上に形成されたＡｌ薄膜からなるセンサー電極３ａとを有する。また、Ｙ方向検知用のセンサー部５は、第２のガラス基板４の片面（第１のガラス基板側）に形成されたＡｌ薄膜からなるセンサー電極５ａと、その上に形成された黒化膜５ｂとを有する。タッチ面２ａから見ると、いずれのセンサー部においても、黒化膜の下にＡｌ薄膜が位置するように形成されている。黒化膜は、可視光の干渉により入射光を吸収して黒色に見える膜であり、後述する所定の金属を含む薄膜である。Ａｌ薄膜と黒化膜の積層は、Ａｌ薄膜による可視光の反射を抑えることが目的であり、スイッチデザインを設ける等して、あえてＡｌ薄膜の金属光沢（銀色）を見せる部分については黒化膜を形成しない。
また、必要に応じて、Ｘ側のセンサー電極３ａとＹ側の黒化膜５ｂとの間には絶縁層６が形成されている。絶縁層６をセンサー電極３ａと黒化膜５ｂのいずれかの表面、または両者の表面に形成した後に、２つのガラス基板を積層する。絶縁層６としては、例えば、有機樹脂のペーストをディスペンサーで塗布して形成する被膜が挙げられる。絶縁層の厚みは、５０μｍ〜５００μｍが適当である。絶縁層の厚みが５００μｍをこえると、センサー電極間のギャップが大きくなり、Ｘ側のセンサーとＹ側のセンサーに感度差が生じる。
図２は、２つのガラス基板間における各センサー部の全体的な階層関係を説明するための模式図であり、Ｘ方向検知用のセンサー部（センサー電極）とＹ方向検知用のセンサー部（センサー電極）とは、ＸＹ平面でみると重ならない位置に配置される。また、図１および図２ではタッチ面側の第１のガラス基板にＸ方向検知用のセンサー部を設けているが、第１のガラス基板にＹ方向検知用のセンサー部を設け、第２のガラス基板にＸ方向検知用のセンサー部を設ける形態としてもよい。
図３にセンサー部の部分拡大図を示す。図３に示すように、図１（ａ）に示す各センサー部の菱形内は、より微細な格子状部分から形成されている。このセンサー部３およびセンサー部５の格子状部分は、Ａｌ薄膜（センサー電極）と黒化膜が上記順序で重なったものである。この格子間が開口部１０であり、この部分にはＡｌ薄膜や黒化膜は形成されていない。この格子状部分は、非常に微細な格子状であることから、一見して目視で透明に見える透光部となる。格子状部分は、通常、線幅Ｗとして３μｍ〜５０μｍ、線ピッチＰとして０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度とする。また、連続した細線を用いた形状であれば、六角や縦長の長方形ひし形、台形などの任意の形状にできる。Ａｌ薄膜は可視光の反射率が極めて高くギラツキを生じやすいため、微細格子状に形成した場合であっても、そのままではタッチ面からの視認特性に劣る。これに対して、本発明では、所定の黒化膜をタッチ面から見てＡｌ薄膜の上に介在させることで可視光の反射率を低減させて視認性を確保している。
第１のガラス基板２および第２のガラス基板４は、透光性の絶縁基板であり、ソーダライムガラス、石英ガラス、硼珪酸ガラス、アルカリ成分を含まない無アルカリガラスなどを採用できる。高い透過率を有し、かつ、一般建材の窓ガラスに使用され非常に安価であることから、ソーダライムガラスを用いることが好ましい。 また、各ガラス基板の厚みは、それぞれ０．５〜５ｍｍ程度、好ましくは１．８〜３．０ｍｍ程度である。
各センサー部のセンサー電極は、Ａｌ薄膜から構成される。Ａｌ薄膜は、Ａｌの固体ターゲット（蒸着材）を用いて、真空プロセスである、スパッタリングまたは真空蒸着により形成されている。また、配線７（図１（ａ）参照）もセンサー電極と同時に一体に形成されている。真空プロセスとしては、均一な膜の形成が可能であることからスパッタリングを採用することがより好ましい。スパッタリングは、固体ターゲットに加速したアルゴンイオンを衝突させて、ターゲット表面から飛び出した原子または分子をガラス基板上に付着させて形成する方法である。
Ａｌ薄膜を格子状などの所定形状に加工する方法は特に限定されないが、センサー電極に接続される配線や、上述の微細格子部分を精度よく形成可能であることから、公知のフォト解像技術を用いることが好ましい。例えば、Ａｌ薄膜をスパッタリングまたは真空蒸着で形成した後、エッチングパタンのマスク層をレジスト材料を用いてスクリーン印刷により形成し、所定のエッチング液を用いて湿式エッチングにより湿式エッチングして微細配線を形成する。なお、Ａｌ薄膜の膜厚は、５００ｎｍ〜５０００ｎｍが適当である。
各センサー部の黒化膜は、（１）Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１つの金属を含む薄膜である。黒化膜は、例えば、真空蒸着またはスパッタリングにより形成される。上述のＡｌ薄膜の形成時と同様の理由で、黒化膜についても上記スパッタリングを採用することがより好ましい。また、格子部分の加工の際には、湿式エッチングなどにより行なうが、エッチング液としては黒化膜とＡｌ薄膜の両材料を同時にエッチングできる液（例えば、りん酸系エッチング液）を選択すると製造効率に優れるため好ましい。この場合、各センサー部の格子部分は、各ガラス基板上にＡｌ薄膜と黒化膜を形成した後に、両材料を同時にエッチングすることで形成できる。
また、黒化膜には、（２）Ａｌの酸化物およびＴｉの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物を所定量含むことが好ましい。Ｔｉの酸化物としてはＴｉＯ２が、Ａｌの酸化物としてはＡｌ２Ｏ３が、それぞれ挙げられる。これら酸化物を所定量含むことで、後述の図５に示すように反射率の更なる低減が図れる。なお、（１）Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１つの金属と、（２）Ａｌの酸化物、Ｔｉの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物との混合物からなる黒化膜を形成する場合、これらの混合物の固体ターゲット（蒸着材）を用いて、真空蒸着またはスパッタリングにより薄膜を形成する。
黒化膜の有無による反射率の分光特性の一例を図４に示す。図４において、「黒化膜あり」は、ソーダライムガラス基板（０．７ｍｍ）に、ＭｏとＡｌ２Ｏ３との混合物（Ａｌ２Ｏ３が１０重量％含まれる）のターゲットを用いてスパッタリングで黒化膜（１００ｎｍ）を形成し、その上に、純度９９％のＡｌ薄膜（１０００ｎｍ）をスパッタリングで形成したものである。また、「黒化膜なし」は、上記構成において、黒化膜を形成せずにＡｌ薄膜（１０００ｎｍ）のみを形成したものである。図４に示すように、黒化膜なしの場合は、ガラス基板よりも大幅に反射率が高まる。これに対して、上記黒化膜を設けることで、ガラス基板単体より寧ろ反射率が低くなる。なお、全波長に対して分光特性がほぼフラットであり着色もないことが分かる。
また、黒化膜を（１）Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗから選ばれる少なくとも１つの金属と、（２）Ａｌの酸化物およびＴｉの酸化物から選ばれる少なくとも１つの酸化物との混合物層とする場合、混合物組成比は、反射率に影響を与える。よって、所望の組成比の膜を形成するために、成膜時には、金属と酸化物のそれぞれを予め所望の組成比で略均一に混合した混合物の状態の固体ターゲットを用いることが好ましい。なお、黒化膜において、（１）の金属単体の金属種と、（２）の酸化物を構成する金属種が異なるため、金属単体の固体ターゲットを用い、アルゴンと酸素の混合ガスを用いるような方法では上記組成の膜は成膜できない。
黒化膜の混合物組成比としては、混合物の全量（金属単体＋酸化物）に対する酸化物の含有量が２〜１６重量％であることが好ましい。酸化物の含有量が２重量％未満の場合、金属光沢が出始めて反射率の低減が図れないおそれがある。一方、酸化物の含有量が１６重量％をこえる場合、白濁が出始めて反射率の低減が図れないおそれがある。
黒化膜の混合物組成比の影響の一例を図５に示す。図５は、ソーダライムガラス基板（０．７ｍｍ）に、ＭｏとＡｌ２Ｏ３との混合物のターゲットを用いてスパッタリングで黒化膜（１００ｎｍ）を形成し、その上に、純度９９％のＡｌ薄膜（１０００ｎｍ）をスパッタリングで形成したものであり、上記混合物におけるＡｌ２Ｏ３の量（重量％）を変化させた際の可視光（波長５００ｎｍ）の反射率の変化を測定したものである。図５に示すように、黒化膜にＭｏとＡｌ２Ｏ３との混合物を用いる場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量が２〜１６重量％が好ましく、５〜１５重量％がより好ましく、８〜１２重量％が特に好ましい。
黒化膜の膜厚は、５ｎｍ〜５００ｎｍが適当である。５ｎｍ未満であると、十分な黒色化が図れず、反射率の低減を図れない場合がある。一方、５００ｎｍをこえると、可視光の干渉効果による反射光低減効果が得られないおそれがある。より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。なお、膜厚は、黒化膜材料の屈折率に応じて材料毎に決められる。
図１に示す形態の投影型静電容量タッチスイッチパネル１は、スペーサガラスなどのスペーサ部材を介さずに直接に第１のガラス基板２と第２のガラス基板４とが上記絶縁層６により樹脂封止された構造を有している。２つのガラス基板を重ね合わせて、その間に各センサー部が挟み込まれた構造であるため、ガラス基板１枚の構造よりも機械的強度に優れ、また、強い振動や圧力が加わるような場合であっても、センサー電極やその配線の断線を防止できる。
また、本発明の投影型静電容量タッチスイッチパネルの別の形態として、ガラス基板の周囲にスペーサ部材を設けた構造としてもよい。
以上、図１〜図３等を参照して投影型静電容量タッチスイッチパネルの実施例を説明したが、本発明の投影型静電容量タッチスイッチパネルの構成はこれらに限定されるものではない。
本発明の投影型静電容量タッチスイッチパネルは、センサー調整が容易で、可視光の反射を抑えたセンサー部を有するので、家電機器、ＡＶ機器、ＰＣ／ＯＡ機器、産業機械、その他の電子デバイス等における各機器への入力手段として好適に利用できる。また、耐環境特性にも優れるので、屋外、ヒーター等の各種産業機械の近傍に設置されるような厳しい環境下で使用される機器への入力手段としても好適に利用できる。
１ 投影型静電容量タッチスイッチパネル
２ 第１のガラス基板
３ Ｘ方向検知用のセンサー部
４ 第２のガラス基板
５ Ｙ方向検知用のセンサー部
６ 絶縁層
７ 配線
８ 外部接続端子
９ フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）
１０ 開口部
２ 第１のガラス基板
３ Ｘ方向検知用のセンサー部
４ 第２のガラス基板
５ Ｙ方向検知用のセンサー部
６ 絶縁層
７ 配線
８ 外部接続端子
９ フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）
１０ 開口部
Claims (4)
- Ｘ方向およびＹ方向に広がるタッチ面におけるタッチ位置を検出する投影型静電容量タッチスイッチパネルであって、
該投影型静電容量タッチスイッチパネルは、Ｘ方向検知用のセンサー部を有するガラス基板と、Ｙ方向検知用のセンサー部を有するガラス基板とを備えてなり、これら２つのガラス基板が積層され、それぞれの前記センサー部同士が対向してガラス基板間に挟み込まれており、
それぞれの前記センサー部は、スパッタリングまたは真空蒸着を用いて形成されたアルミニウム薄膜からなるセンサー電極と、前記アルミニウム薄膜の少なくとも一部にスパッタリングまたは真空蒸着を用いて積層形成された、モリブデン単体とアルミニウムの酸化物との混合物からなる黒化膜とを有し、
一方の前記ガラス基板は、その片面がタッチ面であり、該ガラス基板の前記センサー部において、該ガラス基板のタッチ面の反対表面に前記黒化膜が形成され、その上に前記アルミニウム薄膜が形成され、
他方の前記ガラス基板の前記センサー部において、該ガラス基板の表面に前記アルミニウム薄膜が形成され、その上に前記黒化膜が形成されていることを特徴とする投影型静電容量タッチスイッチパネル。 - 前記センサー部の少なくとも一部に透光部を有し、該透光部は前記アルミニウム薄膜および前記黒化膜が重なった格子状であり、該格子間が開口部であることを特徴とする請求項１記載の投影型静電容量タッチスイッチパネル。
- 前記黒化膜は、前記モリブデン単体と前記アルミニウムの酸化物との合計量に対して、前記アルミニウムの酸化物の含有量が２〜１６重量％であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の投影型静電容量タッチスイッチパネル。
- 前記黒化膜の膜厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、前記アルミニウム薄膜の層厚が５００ｎｍ〜５０００ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の投影型静電容量タッチスイッチパネル。
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