JP6370982B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、ＥＳＤ（Electro Static Discharge: 静電気放電）耐性の向上を図ったタッチパネルに関する。

静電容量方式のタッチパネルとして、特許文献１に記載のタッチパネルが知られている。このタッチパネルは、透明基材と、この透明基材の表面に設けられた検出電極パターンおよび引出配線パターンと、検出電極パターンと引出配線パターンを覆う絶縁層と、この絶縁層の上に設けられたシールドパターンとを有している。

前記透明基材の前方にカバーパネルが設けられており、透明基材とカバーパネルは透明粘着層を介して接合されている。シールドパターンは、透明粘着層と重ならないように、透明電極層よりも外側の領域に形成されており、シールドパターンとカバーパネルとの間に空気層が形成されている。

特開２０１４−７１８６４号公報

静電気を帯びた指などがカバーパネルの表面に接近すると、指などとカバーパネルとの間に電位差が形成されるが、この電位差が低圧のときは、カバーパネルの表面に帯電が発生する程度である。しかし、静電気による電位差が例えば８ｋＶ以上の高圧になると、指などからカバーパネルに向けて放電現象が発生し、この放電は、カバーパネルの表面に留まることなく、カバーパネルの表面を伝わる沿面放電となりやすい。この沿面放電が、高いエネルギーを保ったままカバーパネルの下側まで移動すると、引出配線パターンや検出電極パターンに短時間で大電流が流れるようになり、引出配線パターンや検出電極パターンが焼損する問題が生じる。

特に、引出配線パターンや検出電極パターンが導電性ナノワイヤーで形成されていると、導電性ナノワイヤーは低抵抗であるが電流容量が小さいために、大電流によって焼損を生じやすい。

特許文献１に記載されたタッチパネルは、カバーパネルの下側にシールドパターンが対向しているが、カバーパネルとシールドパターンとの間の比較的広い領域に空気層が設けられているため、シールドパターンによって沿面放電を効率よく遮蔽するのは困難である。

また、シールドパターンは透明粘着層の外周にあって透明電極層と重ならないように形成されているため、低温環境下などにおいて、主に樹脂からなる透明粘着層が収縮すると、透明粘着層とシールドパターンとの間、ならびに透明粘着層とカバーパネルとの間に隙間が形成されやすくなる。沿面放電による電流が前記隙間に入り込むと、引出配線パターンや検出電極パターンに過大な電流が流れ、パターンの焼損が生じやすくなる。特に、冬の季節や寒冷地では空気が乾燥して静電気が発生しやすくなるため、この問題が顕著である。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、沿面放電が発生したときに、この放電が検出電極層や配線層に至るのを抑制でき、ＥＳＤ耐性の向上を図ったタッチパネルを提供することを目的としている。

本発明は、複数の検出電極層およびそれぞれの前記検出電極層に接続された複数の配線層が形成された基板と、前記基板の前方に位置する操作パネルと、を有するタッチパネルにおいて、
前記検出電極層および前記配線層を覆う絶縁層と、前記絶縁層と前記操作パネルとの間に形成された接着剤層とを有し、前記絶縁層と前記配線層が、前記接着剤層の側縁部から延び出ており、
前記絶縁層の表面に形成されて前記配線層の上方を覆う導電層が設けられ、前記導電層は、前記接着剤層で覆われているとともに、その一部が前記接着剤層の側縁部から突出していることを特徴とするものである。

本発明のタッチパネルによれば、基板と操作パネルとを接合している接着剤層に覆われた導電層が、接着剤層の側縁部から突出しているため、操作パネルの表面を伝わる放電が前記導電層に逃げやすくなり、検出電極層や配線層に短時間に大電流が流れるのを阻止できるようになる。導電層はその一部が接着剤層の内部に入り込んでいるため、低温環境下などで接着剤層が収縮して、基板と接着剤層と間や、操作パネルと接着剤層との間に隙間が形成され、操作パネルの表面を伝達した放電が前記隙間内に入り込もうとしても、この放電が、接着剤層内に入り込んでいる導電層に引き込まれるようになって、放電が検出電極層や配線層に伝達されにくくなる。

本発明のタッチパネルでは、前記接着剤層の側縁部から突出している前記導電層の一部が、前記操作パネルの側端面の直下まで延びているか、または前記側端面の直下よりも側方へ延び出ていることが好ましい。

本発明のタッチパネルは、前記基板にアース配線層が設けられており、前記導電層が前記アース配線層と導通しているものが好ましい。

本発明は、前記検出電極層は、導電性ナノワイヤー材料で形成されているものに有効である。

本発明のタッチパネルは、接着剤層で覆われている導電層の一部が接着剤層の側縁部から突出しているため、操作パネルの表面を伝わった放電が導電層に逃げやすくなる。また、導電層は接着剤層に入り込んでいるため、放電が基板と接着剤層の隙間などに入る前に導電層に伝達されやすくなり、検出電極層や配線層に大電流が発生するのを防止しやすくなる。

本発明の実施形態を示すタッチパネルの概略構造を示す平面図である。 図１に示すタッチパネルをＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図である。 図２の断面図の右側部分を拡大した拡大断面図である。 図２の断面図の左側部分を拡大した拡大断面図である。 タッチパネルの配線構造を示す拡大平面図である。 図５をＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図である。 図５をＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図である。

本発明のタッチパネルは、光透過型であって携帯電話やその他の携帯用情報端末、家電製品、車載用電子機器などに使用される。なお、本発明のタッチパネルは、光透過型に限られず、光非透過型として構成することもできる。

図１と図２には、本発明の実施の形態として光透過型のタッチパネル１を示している。
このタッチパネル１には、透明基板１０が設けられている。透明基板１０は、検出電極層および配線層を形成するのに適した強度と耐熱性を有する合成樹脂であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で形成される。またはＣＯＰ（環状ポリオレフィン）なども使用可能である。

図１に示すように、透明基板１０は検出基板部１１と配線基板部１２とに区分される。検出基板部１１は長方形状であり、配線基板部１２は前記検出基板部１１よりも幅寸法が小さく、検出基板部１１の前縁１１ａから一体に延び出ている。

検出基板部１１の表面に、透明導電材料からなる複数の第１の検出電極層２１と第２の検出電極層３１が形成されている。図５に示すように、検出基板部１１の表面には、それぞれの第１の検出電極層２１から延び出ている第１の配線層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，・・・、およびそれぞれの第２の検出電極層３１から延び出ている第２の配線層３２，３２，・・・が形成されている。

複数本設けられている第１の配線層２２ａ，２２ｂ，２２ｃの一部のものは、検出基板部１１の表面から配線基板部１２の表面まで連続して延び出ており、第２の配線層３２，３２，・・・も検出基板部１１の表面から配線基板部１２の表面まで連続して延び出ている。

第１の検出電極層２１と第２の検出電極層３１は、導電性ナノワイヤーで形成されており、導電性ナノワイヤーはバインダーによって透明基板１０の表面に定着されている。導電性ナノワイヤーは、銀ナノワイヤーなどの金属ナノワイヤーやカーボンナノチューブなどである。第１の配線層２２ａ，２２ｂ，２２ｃと第２の配線層３２，３２，・・・も、導電性ナノワイヤーで形成されている。

なお、本発明では、第１の検出電極層２１と第２の検出電極層３１がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で形成されていてもよく、第１の配線層２２ａ，２２ｂ，２２ｃと第２の配線層３２，３２，・・・が、ＩＴＯと金属層との積層体で形成されていてもよい。または、第１の配線層２２ａ，２２ｂ，２２ｃと第２の配線層３２，３２，・・・が、銀ペーストなどで形成されていてもよい。

図１に示すように、検出基板部１１では、第１の検出電極層２１と第２の検出電極層３１が形成されている領域を囲むようにガードアース層３５が形成されている。ガードアース層３５は、検出基板部１１の各辺のすぐ内側において各辺に平行に形成されている。ガードアース層３５は銅や銀などで形成されており、好ましくは銀ペーストで形成されてい
る。

図１に示すように、ガードアース層３５の両端部にはアース配線層３６，３６が連続して形成されており、アース配線層３６，３６は、配線基板部１２の表面に延び出ている。アース配線層３６，３６は、ガードアース層３５と同じ導電材料で形成されている。

図２に示すように、透明基板１０の表面に絶縁層１５が形成されている。検出基板部１１では、第１の検出電極層２１と第２の検出電極層３１が絶縁層１５で覆われている。また、検出基板部１１と配線基板部１２では、第１の配線層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，・・・と第２の配線層３２およびアース配線層３６，３６が絶縁層１５で覆われている。絶縁層１５は有機絶縁材料で形成されている。

図４に示すように、少なくともパネル後端部では、ガードアース層３５が絶縁層１５で覆われておらず、パネル後端部ではガードアース層３５の一部が、放電を受けるための後方導電層３５ａとして機能できるようになっている。なお、パネル後端部以外では、ガードアース層３５が絶縁層１５で覆われていてもよい。

図１に示すように、検出基板部１１では、絶縁層１５の上にジャンパー配線領域４０が設けられている。図５と図６にはジャンパー配線領域４０の配線構造が模式的に示されている。

第１の検出電極層２１は、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３，・・・Ｘ６の各行に沿って一定間隔で配置されている。さらに、第１の検出電極層２１は列方向（Ｙ方向）に沿って複数列（実施の形態では４列）に配列している。

Ｘ１行に位置する複数の第１の検出電極層２１，２１，・・・からは第１の配線層２２ａ，２２ａ，・・・が延び出ており、Ｘ２行に位置する複数の第１の検出電極層２１，２１，・・・からは第１の配線層２２ｂ，２２ｂ，・・・が延び出ており、Ｘ３行に位置する複数の第１の検出電極層２１，２１，・・・からは第１の配線層２２ｃ，２２ｃ，・・・が延び出ている。

透明基板１０の表面には、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４行、Ｘ５行、Ｘ６行の各行に位置する複数の第１の検出電極層２１から延びる第１の配線層２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，・・・が形成されている。ただし、図５では、図面での表現を簡潔化するために、Ｘ４行、Ｘ５行、Ｘ６行のそれぞれの第１の検出電極層２１から延び出る第１の配線層の図示を省略している。図１では、第１の検出電極層２１が、Ｙ方向に沿って４列に配列しているが、図５では、３列の第１の検出電極層２１から延び出ている第１の配線層２２ａ，２２ｂ，２２ｃのみを示し、他の１列の第１の検出電極層２１から延び出ている第１の配線層の図示を省略している。さらに、図５では、２個の第２の検出電極層３１から延び出る第２の配線層３２のみを示し、他の２個の第２の検出電極層３１から延び出る第２の配線層の図示は省略している。

図６に示すように、ジャンパー配線領域４０では、絶縁層１５の上にジャンパー配線層４１が形成されている。ジャンパー配線層４１は銀ペーストなどを用い印刷工程で形成されている。絶縁層１５にスルーホール１５ａが形成されており、スルーホール１５ａにジャンパー配線層４１の一部が充填されて、Ｘ１行に位置する全ての第１の配線層２２ａ，２２ａ，・・・がジャンパー配線層４１を介して導通させられて、Ｘ１行に位置する全ての第１の配線層２２ａ，２２ａ，・・・が１本の第１の配線層に集約されている。

同様にして、ジャンパー配線層４２によって、Ｘ２行に位置する全ての第１の配線層２
２ｂ，２２ｂ・・・が１本の第１の配線層に集約され、ジャンパー配線層４３によって、Ｘ３行に位置する全ての第１の配線層２２ｃ，２２ｃ・・・が１本の第１の配線層に集約されている。ジャンパー配線領域４０にはさらに他のジャンパー配線層が形成されており、Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６の各行に位置する第１の配線層が行毎に１本に集約されている。

図１に示すように、透明基板１０の検出基板部１１と配線基板部１２との境界部に、放電を受けるための前方導電層４５が形成されている。前方導電層４５は絶縁層１５の表面において、前記ジャンパー配線層４１，４２，４３，・・・と同じ材料で同じ製造工程で形成される。例えば、前方導電層４５は銀ペーストを用いて印刷工程で形成される。前方導電層４５はジャンパー配線層４１，４２，４３，・・・と同じ材料で同じ製造工程で形成されるため、前方導電層４５を形成するための特別の工程は不要である。

図７の断面図に示すように、前方導電層４５は、絶縁層１５に形成されたスルーホール１５ｂ，１５ｂを介して、透明基板１０の表面に形成されたアース配線層３６，３６と導通している。

図２に示すように、透明基板１０の前方（図２の上方）に操作パネル３が配置されており、絶縁層１５と操作パネル３とが高透明性接着剤（ＯＣＡ）などの透明接着剤層５を介して接着固定されている。操作パネル３は、透光性のアクリル系などの合成樹脂材料であり、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）で形成されている。またはガラス板で形成されている。

図２に示すように、操作パネル３の下面に、加飾層４が形成されている。加飾層４は、操作パネル３に印刷されて形成されており、またはフィルムが貼り合わされて形成されている。加飾層４は光非透過性であり、その下の構造が操作パネル３の前方から見えないようになっている。加飾層４は枠形状であり、その内縁部４ａで囲まれた領域は、光透過性であり、表示・操作領域６となっている。図１では、加飾層４の内縁部４ａが破線で示されている。

操作パネル３は、図２と図３に示す前方の側端面３ａおよび図２と図４に示す後方の側端面３ｂを有している。透明接着剤層５は、図２と図３に示す前方の側縁部５ａおよび図２と図４に示す後方の側縁部５ｂを有している。

図３に示すように、透明接着剤層５の前方の側縁部５ａは、操作パネル３の側端面３ａよりも内方へ後退して位置している。図４に示すように、透明接着剤層５の後方の側縁部５ｂは、操作パネル３の側端面３ｂよりも内方へ後退している。ただし、透明接着剤層５の側縁部５ａ，５ｂが、操作パネル３の側端面３ａ，３ｂと一致する位置に形成されていてもよい。

図３に示すように、前方導電層４５は、透明接着剤層５で覆われているが、その一部は透明接着剤層５の側縁部５ａよりも前方へ露出している。また、側縁部５ａから露出している前方導電層４５の一部は、操作パネル３の前方の側端面３ａの直下よりもさらに前方へ突出している。

図４に示すように、ガードアース層３５の一部分である後方導電層３５ａは、透明接着剤層５で覆われているが、その一部は透明接着剤層５の側縁部５ｂよりも後方へ露出している。また、側縁部５ｂから露出している後方導電層３５ａの先端部は、操作パネル３の後方の側端面３ｂの直下に位置している。すなわち、後方導電層３５ａの先端部と側端面３ｂは、パネルの厚さ方向において一致している。

このように、接地電位とされている導電層４５，３５ａは、透明接着剤層５に覆われているとともにその一部が透明接着剤層５から突出して、操作パネル３の側端面３ａ，３ｂの直下まで延びているか、直下よりもさらに外側へ延び出ていることが好ましい。また、透明接着剤層５の側縁部５ａ，５ｂは、操作パネル３の側端面３ａ，３ｂと同一面上に位置しているか、またはそれよりも内方へ後退した位置に形成されていることが好ましい。

次に、前記構造のタッチパネル１の動作について説明する。
このタッチパネル１は、相互容量検出方式で駆動される。第１の検出電極層２１と第２の検出電極層３１のいずれか一方が駆動電極として使用され、他方が検出電極として使用される。例えば、第１の検出電極層２１に対してＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・行ごとに順番に矩形波の電圧が一定周期で印加され、第２の検出電極層３１が検出電極として使用され、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・の順に検出回路に接続される。あるいは、第２の検出電極層３１に対してＹ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・の順番で矩形波の電圧が一定周期で印加され、第１の検出電極層２１がＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・行の順番で検出回路に接続される。

駆動電極である第１の検出電極層２１または第２の検出電極層３１に電圧が印加されると、矩形波の立ち上がりと立下りのタイミングで、検出電極である第１の検出電極層２１または第２の検出電極層３１に電流が流れる。このときの電流量は、各検出電極層間の静電容量によって決められる。指や手が操作パネル３の前方に接近すると、指または手と検出電極層との間に大きな静電容量が形成されるため、駆動電極に電圧を印加したときに検出電極に流れる電流が変化する。どの駆動電極に電圧を印加しているかの情報と、検出された電流量とから、操作パネル３のどの部分に指または手が接近しているのかを制御部で判別することができる。

なお、このタッチパッド１は自己容量検出方式で駆動することもできる。自己容量検出方式では、第１の検出電極層２１と第２の検出電極層３１のそれぞれの１つの電極が、駆動電極と検知電極の双方の動作を行う。

前記操作パネル３の表面に帯電した指などが接近すると、指などと操作パネル３との間に放電Ａが発生する。指などと操作パネル３との電位差が大きく例えば８ｋＶ程度になると、操作パネル３に与えられた放電が、矢印Ｂで示す沿面放電となって操作パネル３の表面に沿って移動する。

図３に示すタッチパネル１の前方においては、沿面放電Ｂが、操作パネル３の表面を経て、側端面３ａと透明接着剤層５の側縁部５ａの表面に沿って進行し、前方導電層４５を介してアース部へ逃がされる。前方導電層４５は前記側端面３ａよりも前方へ突出しているため、放電が前方導電層４５に伝達されやすくなる。放電が前方導電層４５に効果的に伝達されるためには、前記側端面３ａと前記側縁部５ａとがほぼ同一面に位置し、操作パネル３と前方導電層４５との間に大きな空間が介在していないことが好ましい。

また、前方導電層４５はその一部が透明接着剤層５に覆われているため、絶縁層１５と透明接着剤層５との間に隙間が形成されていたとしても、放電が透明接着剤層５の内部に入り込むことがなく、前方導電層４５に移行しやすくなる。さらに、透明接着剤層５と操作パネル３との間に放電が入り込もうとしても、透明接着剤層５の内部の下方に前方導電層４５が対向しているため、放電は、透明接着剤層５の側縁部５ａを伝わって前方導電層４５に移行しやすくなる。

図４に示すタッチパネル１の後端部では、ガードアース層３５の一部である後方導電層３５ａが、操作パネル３の後方の側端面３ｂの直下まで延びているため、放電が後方導電層３５ａに逃げやすくなる。後方導電層３５ａの先端部が側端面３ｂの直下に位置してい
るときには、透明接着剤層５の側縁部５ｂが操作パネルの側端面３ｂよりも内方へやや後退していることが好ましい。この構成により、後方導電層３５ａを透明接着剤層５の側縁部５ｂから露出させることができ、放電を後方導電層３５ａに逃がしやすくなる。

本発明では、検出電極層や配線層が導電性ナノワイヤーで形成されている場合に特に有効である。導電性ナノワイヤーは低抵抗であるが、電流容量が小さいため、放電による大電流で焼損を生じやすいが、前記実施の形態では、放電を前方導電層４５や後方導電層３５ａに逃がしやすいので、前記焼損が生じにくくなる。

なお、前記実施の形態では、前方導電層４５と後方導電層３５ａが銀ペースト（銀インク）で形成されているが、これら導電層は、銅、カーボンインクなどで形成されていてもよい。また銀ペーストなどで形成する場合には、腐食を防止するために、表面にカーボンインクなどの不活性インクをコーティングしてもよい。

１ タッチパネル
３ 操作パネル
３ａ，３ｂ 側端面
４ 加飾層
５ 透明接着剤層
５ａ，５ｂ 側縁部
１０ 透明基板
１１ 検出基板部
１２ 配線基板部
１５ 絶縁層
２１ 第１の検出電極層
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，・・・ 第１の配線層
３１ 第２の検出電極層
３２ 第２の配線層
３５ ガードアース層
３５ａ 後方導電層
３６ アース配線層
４０ ジャンパー配線領域
４１，４２，４３ ジャンパー配線層
４５ 前方導電層

Claims (4)

1. 複数の検出電極層およびそれぞれの前記検出電極層に接続された複数の配線層が形成された基板と、前記基板の前方に位置する操作パネルと、を有するタッチパネルにおいて、
   前記検出電極層および前記配線層を覆う絶縁層と、前記絶縁層と前記操作パネルとの間に形成された接着剤層とを有し、前記絶縁層と前記配線層が、前記接着剤層の側縁部から延び出ており、
   前記絶縁層の表面に形成されて前記配線層の上方を覆う導電層が設けられ、前記導電層は、前記接着剤層で覆われているとともに、その一部が前記接着剤層の側縁部から突出していることを特徴とするタッチパネル。
2. 前記接着剤層の側縁部から突出している前記導電層の一部は、前記操作パネルの側端面の直下まで延びているか、または前記側端面の直下よりも側方へ延び出ている請求項１記載のタッチパネル。
3. 前記基板にアース配線層が設けられており、前記導電層が前記アース配線層と導通している請求項１または２記載のタッチパネル。
4. 前記検出電極層は、導電性ナノワイヤー材料で形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載のタッチパネル。

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