JP6662533B2 - タッチスクリーンセンサ - Google Patents
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Description
本発明は、２０１５年１２月２３日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０‐２０１５‐０１８５０４７号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
本出願は、タッチスクリーンセンサに関する。
一般的に、ディスプレイ装置とは、ＴＶやコンピュータ用モニタなどの通称であり、画像を形成するディスプレイ素子と、ディスプレイ素子を支持するケースとを含む。
前記ディスプレイ素子としては、プラズマディスプレイパネル（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ、ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＯＬＥＤ）、電気泳動ディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）および陰極線管（Ｃａｔｈｏｄｅ‐Ｒａｙ Ｔｕｂｅ、ＣＲＴ）が例として挙げられる。ディスプレイ素子には、画像を実現するためのＲＧＢ画素パターンおよびさらなる光学フィルタが設けられ得る。
前記光学フィルタは、外部から入射した外部光がまた外部に反射することを防止する反射防止フィルム、リモートコントローラのような電子機器の誤作動を防止するためにディスプレイ素子から発生した近赤外線を遮蔽する近赤外線遮蔽フィルム、色調節染料を含んで色調を調節することで色純度を高める色補正フィルム、およびディスプレイ装置の駆動時にディスプレイ素子から発生する電磁波を遮蔽するための電磁波遮蔽フィルムのうち少なくとも一つを含み得る。ここで、電磁波遮蔽フィルムは、透明基材と、基材上に設けられた金属メッシュパターンとを含む。
一方、ディスプレイ装置と関連し、ＩＰＴＶの普及の加速化に伴い、リモートコントローラなどの別の入力装置がなくても人間の手が直接入力装置となるタッチ機能に関する必要性がますます高まっている。また、特定のポイントの認識だけでなく、書き込みが可能な多重認識（ｍｕｌｔｉ‐ｔｏｕｃｈ）機能も求められている。
前記のような機能を有するタッチスクリーンセンサは、信号の検出方式に応じて以下のように分類することができる。
すなわち、直流電圧を印加した状態で、圧力によって押圧された位置を電流または電圧値の変化により感知する抵抗膜方式（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）、交流電圧を印加した状態で、静電容量結合（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を利用する静電容量方式（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）、磁界を印加した状態で、選択された位置を電圧の変化として感知する電磁誘導方式（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｙｐｅ）などがある。
このうち、最も一般化した抵抗膜および静電容量方式のタッチスクリーンセンサは、ＩＴＯフィルムのような透明導電膜を用いて電気的な接触や静電容量の変化によりタッチされたか否かを認識する。しかし、前記透明導電膜は、１００ｏｈｍ／ｓｑｕａｒｅ以上の高抵抗であるため大型化の際に感度が劣り、スクリーンのサイズが大きくなるほどＩＴＯフィルムのコストが急増するという問題があり商用化が容易でない。これを解消するために、伝導度が高い金属パターンを利用した方式で大型化を実現しようとする試みがなされている。
本出願は、局所的なタッチ機能を有するタッチスクリーンを提供することを目的とする。
本出願の一実施形態は、
第１の基材上に設けられた駆動電極パターン（Ｔｘパターン）を含む駆動電極部と、
第２の基材上に設けられた感知電極パターン（Ｒｘパターン）を含む感知電極部とを含むタッチスクリーンセンサであって、
前記駆動電極パターンおよび感知電極パターンは、伝導性金属線を含み、
前記タッチスクリーンセンサは、少なくとも一つのタッチ非感知領域と、少なくとも一つのタッチ感知領域とを含むことを特徴とするタッチスクリーンセンサを提供する。
第１の基材上に設けられた駆動電極パターン（Ｔｘパターン）を含む駆動電極部と、
第２の基材上に設けられた感知電極パターン（Ｒｘパターン）を含む感知電極部とを含むタッチスクリーンセンサであって、
前記駆動電極パターンおよび感知電極パターンは、伝導性金属線を含み、
前記タッチスクリーンセンサは、少なくとも一つのタッチ非感知領域と、少なくとも一つのタッチ感知領域とを含むことを特徴とするタッチスクリーンセンサを提供する。
また、本出願の他の実施形態は、前記タッチスクリーンセンサと、前記タッチスクリーンセンサの下部に設けられたディスプレイ装置とを含む電子素子を提供する。
本出願の一実施形態によると、大面積でタッチが可能で、且つ選択的な領域のタッチのみを導入することができるタッチスクリーンセンサおよびこれを含む電子素子を提供することができる。
以下、本出願について詳細に説明する。
既存のタッチスクリーンセンサの場合、電圧駆動（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ）の役割をする駆動電極パターン（Ｔｘパターン）と、これに対するミューチュアルキャップ（Ｍｕｔｕａｌ Ｃａｐ）の信号を受信し、回路に伝達する感知電極パターン（Ｒｘパターン）とが空間的に分離した形態の製品が主となる。これは、タッチ感度および静電容量の値を極大化するために、層（Ｌａｙｅｒ）構造および中間に挿入される誘電体の誘電率などを考慮し、これを設計および製造する部分が核心的な技術としてみなされてきた。かかる方式は、ほとんどがディスプレイ領域とタッチ領域を同様に一致させることで、ディスプレイの全領域に対するタッチを対象としていることが一般的である。
しかし、近年、ディスプレイとタッチ領域を区分することで、必要な時にのみ選択的なタッチ領域を導入しこれを適用しようとするアプリケーション（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）が徐々に増加する傾向にある。一例として、近年、電気自動車の普及による車両用タッチの採用領域が拡大している状況で、運転席の側面に位置したギアコントロールレバー（Ｇｅａｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｅｖｅｒ）周辺のコンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）領域に位置した機械的ボタンをディスプレイと結合しようとする試みがなされており、さらに、当該領域の機械的ボタンを取り除くことで、中央のセンターインフォメーションディスプレイ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ）と一致化しようとするデザイン的な試みもなされている。しかし、かかる全領域のディスプレイ化およびタッチ機能の付与は、運転者の習慣およびその他の突発環境によるタッチ誤作動およびこれに伴う機械の作動をもたらし得るため、選択的な領域のタッチ機能の付与およびこれに関する解決策（Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）が求められている。また、ディスプレイの場合、自動車のコンソール（Ｃｏｎｓｏｌｅ）領域の形に応じてディスプレイを自在に変更して導入することができるＯＬＥＤが、最近脚光を浴びている状況であるが、かかるディスプレイの形の変更に対応し大面積でタッチが可能で、且つ選択的な領域のタッチのみを導入することができる解決策（Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）は十分でない状況である。
かかる大面積に適用することができ、且つフレキシブルなタッチスクリーンセンサとしては、産業界および学界において金属メッシュ（Ｍｅｔａｌ Ｍｅｓｈ）タッチスクリーンセンサが最も有力な候補としてあがっている。しかし、かかる金属メッシュタッチスクリーンセンサを用いて選択的な領域のみをタッチ可能にする設計方法および方式は、依然として開発されていない。したがって、本出願では、かかる金属メッシュタッチスクリーンセンサを用いて選択的な領域のみをタッチ可能にする方法に関する解決策（Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を提示する。
まず、金属メッシュタッチスクリーンセンサを用いて選択的な領域のみをタッチ可能にする最も単純な方式は、セルフキャップ（Ｓｅｌｆ Ｃａｐ）方式の１ Ｌａｙｅｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎを導入する方式である。しかし、かかるセルフキャップ（Ｓｅｌｆ Ｃａｐ）方式の１ Ｌａｙｅｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎは、タッチ解像度の問題および手袋をはめた状態でタッチできるハイブリッドタッチ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｔｏｕｃｈ）が難しいという欠点を有しているため、本出願では、Ｍｕｔｕａｌ ２ Ｌａｙｅｒ方式によりこれを解消しようとした。
そのために、本出願では、１次に下記図１のようなディスプレイ領域とタッチ領域に関する定義をまず確認した。本明細書内において、前記ディスプレイ領域は、タッチ非感知領域を意味するものとし、前記タッチ領域は、タッチ感知領域を意味するものとする。
下記図１から確認できるように、ディスプレイ領域とタッチ領域が個別に設定される場合に、金属メッシュ（Ｍｅｔａｌ Ｍｅｓｈ）によりタッチ領域のみを形成および実現する場合、全体的なディスプレイの透過率均一性の差によってタッチ領域だけ暗く見える問題が生じる。したがって、これを解消するためには、タッチ領域だけでなく、ディスプレイ領域の全体に金属メッシュを導入することが好ましく、当該タッチ領域のみを回路的な構成によりタッチが動作するように設計することが重要である。
しかし、特定の領域のみをタッチが動作するように実現する場合には、Ｍｕｔｕａｌ ２ Ｌａｙｅｒタッチ方式の特性上、１）タッチ非感知領域にタッチが動作しないとともに配線の役割をする配線電極領域を導入しなければならない問題と、２）上述のハイブリッドタッチ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｔｏｕｃｈ）のためのＧｒｏｕｎｄおよびガードパターン（ｇｕａｒｄ ａｔｔｅｒｎ）の配線が、ディスプレイの外側領域にわたり形成されなければならないことによる配線長さにおよび収率の問題が存在する。また、タッチの正確度を向上させるためには、ノード（Ｎｏｄｅ）領域の電場のカップリング（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）によるクロストーク（Ｃｒｏｓｓ Ｔａｌｋ）を最大限に解消するためには、感知電極パターン（Ｒｘパターン）の場合、必ず駆動電極パターン（Ｔｘパターン）の配線電極領域の近所にパターンが存在してはならないという制約がある。
すなわち、既存の他のタッチの場合、感知電極パターン（Ｒｘパターン）をダブルルーティング（Ｄｏｕｂｌｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）などによりタッチ応答速度および性能を向上させることができる様々な方式を導入することができる。しかし、本場合においては、かかるダブルルーティング（Ｄｏｕｂｌｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）に相当するパターンをタッチ非感知領域内に導入する場合、導入したルート（Ｒｏｕｔｅ）パターン領域と下部に存在する駆動電極パターン（Ｔｘパターン）の重なり領域または近接領域の間に形成される電場をタッチノード（Ｎｏｄｅ）として認識することになり、当該領域をタッチ可能領域として認知するという問題がある。
かかる問題を解決するために、本出願では、以下のような形態の感知電極パターン（Ｒｘパターン）および駆動電極パターン（Ｔｘパターン）のデザイン（Ｄｅｓｉｇｎ）に対する考案および設計を行った。
本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサは、第１の基材上に設けられた駆動電極パターン（Ｔｘパターン）を含む駆動電極部と、第２の基材上に設けられた感知電極パターン（Ｒｘパターン）を含む感知電極部とを含み、前記駆動電極パターンおよび感知電極パターンは、伝導性金属線を含み、前記タッチスクリーンセンサは、少なくとも一つのタッチ非感知領域と、少なくとも一つのタッチ感知領域とを含むことを特徴とする。
本出願において、前記タッチスクリーンセンサは、前記駆動電極部および感知電極部と外部電源を電気的に連結するＦＰＣＢをさらに含み、前記駆動電極パターンおよび感知電極パターンは、それぞれタッチ非感知領域およびタッチ感知領域の全領域に設けられ、前記タッチ感知領域に設けられた駆動電極パターンおよび感知電極パターンは、それぞれ独立して、前記ＦＰＣＢと電気的に連結され、前記タッチ非感知領域に設けられた駆動電極パターンは、前記ＦＰＣＢと電気的に連結されないことを特徴とする。
本出願において、前記タッチ非感知領域に設けられた感知電極パターンおよび駆動電極パターンは、それぞれ独立して、パターン内の電気的連結を短絡させる断線領域をさらに含んでもよい。
また、前記感知電極部は、前記タッチ感知領域に設けられた感知電極パターンとＦＰＣＢを連結する第１の配線電極パターンをさらに含み、前記第１の配線電極パターンは、前記タッチ非感知領域に設けられ得る。この際、前記タッチ非感知領域に設けられた感知電極パターンのうち少なくとも一部は、前記第１の配線電極パターンの役割を果たすことができる。
本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサは、下記図１のように、二つのタッチ非感知領域の間にタッチ感知領域が設けられてもよい。前記タッチ感知領域とタッチ非感知領域の面積は、使用しようとする目的に応じて通常の技術者が適宜調節することができる。すなわち、本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサのタッチ非感知領域は、従来のタッチスクリーンセンサのダミー領域とは、その目的および構成が相違している。
本出願において、前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンは、それぞれ独立して、多角形のメッシュパターンを含んでもよい。
本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサのＴｘパターンを下記図２に概略的に示した。
また、本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサのＲｘパターンおよび第１の配線電極パターンを下記図３および図４に概略的に示した。
下記図２から確認できるように、駆動電極パターン（Ｔｘパターン）の信号を受信するチャネル（Ｃｈａｎｎｅｌ）に相当する領域（黄色の菱形領域）は、タッチ領域と正確に一致して設計されていることを確認することができ、その他に印加された信号に対する参照電極（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）の役割をする接地電極（ｇｒｏｕｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）および信号の相互干渉および外部電気的干渉から保護する役割をするガード（Ｇｕａｒｄ）領域の場合、上述のチャネルの増加などによる収率および抵抗問題（ｉｓｓｕｅ）などによって、可能な限りタッチ領域の近所に近接して設計されていることを確認することができる。逆に、図３および図４から確認できるように、Ｒｘチャネル（青色の菱形領域）およびタッチ非感知領域に存在するルート（Ｒｏｕｔｅ）領域（青色のバー（Ｂａｒ）領域）は、ディスプレイ画面部内に存在しており、相対的にチャネル領域よりもルート（Ｒｏｕｔｅ）領域の面積が大きく設計されていることを確認することができる。かかるタッチ非感知領域内に位置したルート（Ｒｏｕｔｅ）領域は、タッチチップの立場では、画面部内のチャネル領域と区分することが不可能であるため、当該領域とＴｘのチャネル領域とが重なったりまたは近接する場合には、タッチの誤作動領域が生じることになる。したがって、本出願では、かかる誤作動を最小限に縮小するために、Ｒｘのチャネル部が形成されている領域を、信号が印加されないガード（Ｇｕａｒｄ）領域で全部覆うことで、かかる誤作動を最小化しようとした。さらに、感知電極パターン（Ｒｘパターン）のチャネル領域とルート（Ｒｏｕｔｅ）領域の電気的な抵抗の差を付与することで、Ｒｘチャネル領域の感度を増大し、且つディスプレイの外側に存在するルート（Ｒｏｕｔｅ）領域との抵抗の差を最小化するために、人為的に広い幅で当該領域を設計した。これとともに、ＲｘパターンおよびＴｘパターンのＧｒｏｕｎｄ領域（Ｔｘ Ｇｒｏｕｎｄ：灰色／Ｒｘ Ｇｒｏｕｎｄ：黒色）はいずれも画面部内に位置させることで、全体的な抵抗の偏差を最小化しようとした。
かかる方式で設計された局所的なタッチを有するディスプレイは、結果的に画面部に相当する配線部領域はすべてメッシュ（Ｍｅｓｈ）で処理されており、画面部に相当しない領域にのみソリッド（Ｓｏｌｉｄ）なパターンが存在することになり、Ｒｘパターンの場合、画面部内に位置したチャネル領域と配線領域に別のＣｏｎ‐Ｊｕｃｔｉｏｎが存在しないという特徴を有している。
しかし、かかるＲｘパターンで示される金属メッシュ（Ｍｅｔａｌ Ｍｅｓｈ）による配線部のメッシュ（Ｍｅｓｈ）化は、配線領域の線抵抗が各チャネルの増加に伴い線形的に増加しなければならないという制約があり、設計において慎重な考慮が必要である。これは、金属メッシュ（Ｍｅｔａｌ Ｍｅｓｈ）がディスプレイ上に存在することによるモアレ（Ｍｏｉｒｅ）を回避するためのＡｎｇｌｅ回転によってさらに愼重になるが、かかる部分を考慮し、本出願では、下記図５〜図７のようなＲｕｌｅを有する設計を行った。
本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサの第１の配線電極パターンの配線チャネル領域および断線領域を下記図５および図６に概略的に示した。
また、本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサの断線領域の幅を下記図７に概略的に示した。
本出願において、前記第１の配線電極パターンは、前記タッチ感知領域に設けられた感知電極パターンとＦＰＣＢを連結する少なくとも一つの配線チャネル領域と、パターン内の電気的連結が短絡された少なくとも一つの断線領域とを交互に含み、前記断線領域の幅は、（特性長さＬ×２１／２）以下であり、前記特性長さＬは、前記メッシュパターンを構成するいずれか一つの多角形の面積の０．５の二乗値であることを特徴とする。
また、前記断線領域の幅は、断線距離の２倍以上であり、前記断線距離は、前記断線領域内に設けられる離隔した２以上の伝導性金属線の最隣接末端間の距離であってもよい。
下記図４および図５から確認できるように、各チャネルと連結された画面部内のルート（Ｒｏｕｔｅ）配線が、チャネル番号およびルート（Ｒｏｕｔｅ）の長さによって線形的な関係を有する抵抗値を示すためには、断線領域と断線領域との間に存在する連結領域の線幅が一致しなければならないという特徴を有している。しかし、かかる断線領域の設計時に単一断線で設計を行う場合には、断線領域内に異物のような短絡（ｓｈｏｒｔ）をもたらし得る要素が混入される場合、チャネルの短絡による不良が生じる可能性がある。かかる不良を最小化するために、一般的に二重断線を導入するが、二重断線を導入する場合には、二つの断線が近接している場合、断線パターンの重なりによる視認現象が生じることがあり、これを最小化するためには、できるだけ断線間の距離を最大限に離すことが有利である。しかし、二重断線の際、断線の距離を任意に離す場合、以下のような浮遊電極（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）が連結によって長く形成されて、電界の印加時に信号を弱化させる問題をもたらすことになる。
前記第１の配線電極パターンの断線領域を形成するための断線の方向性が直線である場合を下記図６に示した。ここで、断線の方向性とは、隣接する断線を最短距離で連結した時に表示される線の方向を意味する。前記断線の方向性が直線でない場合、例えば、ジグザグ線、直線とジグザグ線との組み合わせなどである場合にも、断線位置の適切な設計により、断線の方向性が直線である場合と類似した電流の流れ方向を設定することができる。
したがって、これを解消するためには、断線領域の最小幅は、断線距離の２倍以上が好ましく、断線領域の幅、すなわち断線と隣り合う断線の最大幅が、特性長さの２１／２を超えてはならない。かかる設計基準に基づいて作製されたタッチスクリーンセンサの形状を下記図８に概略的に示した。
前記図８のタッチスクリーンセンサを用いて、タッチ感知領域のＲｘパターンとＴｘパターンの抵抗特性を測定した。より具体的には、本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサのＲｘパターンの抵抗特性を下記図９に示し、本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサのＴｘパターンの抵抗特性を下記図１０に示した。また、本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサのタッチ感知領域のｒａｗ ｃａｐ ｄａｔａを下記図１１に示し、本出願の一実施形態によるタッチスクリーンセンサのタッチ感知領域のｄｒａｗｉｎｇ ｔｅｓｔの結果を下記図１２に示した。前記結果のように、本出願の一実施形態によると、大面積でタッチが可能で、且つ選択的な領域のタッチのみを導入することができるタッチスクリーンセンサおよびこれを含む電子素子を提供することができる。
本出願において、前記断線領域は、メッシュパターンを構成する多角形の縁部パターンのうちその一部が断線されて電気的連結を互いに断ち切る領域を意味する。すなわち、前記断線領域のパターンは、断線によって伝導性金属線の長さ方向に離隔した２以上の金属線を含んでもよい。前記断線距離は、１３μｍ以下、１０μｍ以下、７μｍ以下などであってもよいが、これに限定されるものではない。
本出願において、前記断線距離は、離隔した２以上の伝導性金属線の最隣接末端間の距離を意味し得る。前記離隔した２以上の伝導性金属線の最隣接末端間の距離は、互いに離隔した２以上の伝導性金属のうち最も隣接した末端間の距離を意味する。
本出願の一実施形態において、前記タッチ非感知領域に設けられた駆動電極パターンおよび感知電極パターンの少なくとも一部は、タッチ非感知領域の機能を果たすために、上述のような断線領域を含んでもよい。この際、前記断線領域内の断線距離は、１３μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であってもよく、７μｍ以下であってもよいが、これに限定されるものではない。
本出願によるタッチスクリーンセンサは、ミューチュアルキャパシタンス方式によりタッチ入力を認識することを特徴とする。
また、本出願において、前記タッチ非感知領域およびタッチ感知領域の開口率の差は、１０％以下であってもよく、５％以下であってもよく、前記タッチ非感知領域およびタッチ感知領域の透過率の差は、１０％以下であってもよく、５％以下であってもよいが、これに限定されるものではない。
本出願において、前記開口率は、タッチスクリーンセンサの全平面積を基準として、前記駆動電極パターンおよび感知電極パターンが設けられていない割合を意味し得る。
本出願において、前記多角形のメッシュパターンは、当技術分野におけるパターンの形状が使用され得る。前記メッシュパターンは、三角形、四角形、五角形、六角形および八角形のうち一つ以上の形状を含む規則的な多角形パターンを含んでもよい。
前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンのピッチは、６００μｍ以下であってもよく、２５０μｍ以下であってもよいが、これは、当業者が、所望の透過度および伝導度に応じて調整してもよい。
本出願において使用される駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンは、比抵抗１×１０６Ω・ｃｍ〜３０×１０６Ω・ｃｍの物質が好適であり、７×１０６Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。
本出願において、前記伝導性金属線は、金、銀、アルミニウム、銅、ネオジム、モリブデン、ニッケル、チタンおよびこれらの合金のうち１種以上を含んでもよく、これに限定されるものではない。ここで、前記伝導性金属線の厚さは、特に限定されるものではないが、０．０１〜１０μｍであることが、伝導性パターンの伝導度および形成工程の経済性の面において好ましい。
本出願において、前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンは、それぞれ独立して、線幅が、１０μｍ以下であってもよく、７μｍ以下であってもよく、５μｍ以下であってもよく、４μｍ以下であってもよく、２μｍ以下であってもよく、０．１μｍ以上であってもよい。より具体的には、前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンは、線幅が、０．１〜１μｍ、１〜２μｍ、２〜４μｍ、４〜５μｍ、５〜７μｍなどであってもよいが、これに限定されるものではない。
前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンの開口率、すなわち、パターンによって覆われていない面積の割合は、それぞれ独立して、７０％以上であってもよく、８５％以上であってもよく、９５％以上であってもよい。また、前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンの開口率は、それぞれ独立して、９０〜９９．９％であってもよいが、これに限定されるものではない。
本出願では、駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンを形成するために、印刷法を用いることで、透明基材上に線幅が薄く精度のよい駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンを形成することができる。前記印刷法は、伝導性パターン材料を含むペーストあるいはインクを目的とするパターン状に透明基材上に転写した後、焼成する方式で行われてもよい。前記印刷法としては、特に限定されず、オフセット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷、ナノインプリントなどの印刷法が使用されてもよく、これらの１種以上の複合方法が使用されてもよい。前記印刷法は、ロールツーロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）方法、ロールツープレート（ｒｏｌｌ ｔｏ ｐｌａｔｅ）、プレートツーロール（ｐｌａｔｅ ｔｏ ｒｏｌｌ）またはプレートツープレート（ｐｌａｔｅ ｔｏ ｐｌａｔｅ）方法を使用してもよい。
本出願では、精度のよい伝導性パターンを実現するために、リバースオフセット印刷法を応用することが好ましい。そのために、本出願では、ブランケットというシリコン系ゴム上にエッチング時にレジストの役割を行うことができるインクを全面積にわたりコーティングした後、これを１次クリシェというパターンが刻まれている凹板を介して不要な部分を取り除き、２次にブランケットに残っている印刷パターンをメタルなどが蒸着されているフィルムあるいはガラスのような基材に転写した後、これを焼成およびエッチング工程を経て所望のパターンを形成する方法を行うことができる。かかる方法による場合、メタル蒸着された基材を利用することで、全領域における線高の均一性が確保され、これによって厚さ方向の抵抗を均一に維持できるという利点を有している。その他にも、本出願では、上述のリバースオフセット印刷方法により銀（Ａｇ）インクのような伝導性インクを直接印刷した後、焼成することで、所望のパターンを形成する直接印刷方式を含んでもよい。この際、パターンの線高は、押圧する印圧によって平坦化し、伝導度の付与は、銀（Ａｇ）ナノ粒子の相互表面融着による連結を目的とする熱焼成工程あるいはマイクロ波焼成工程／レーザ部分焼成工程などで付与することができる。
本出願において、前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンは、それぞれ独立して、前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンに対応する領域に設けられた暗色化パターンをさらに含んでもよい。
本出願において、前記暗色化パターンは、駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンの上面および／または下面に設けられてもよく、駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンの上面および下面だけでなく、側面の少なくとも一部分に設けられてもよく、駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンの上面、下面および側面の全体に設けられてもよい。
本出願において、前記暗色化パターンは、駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンの全面に設けられることで、前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンの高い反射度による視認性を減少させることができる。この際、前記暗色化パターンは、伝導層のような高い反射度を有する層と結合する際、特定の厚さ条件下で消滅干渉および自体的な吸光性を有することから、暗色化パターンによって反射する光と、暗色化パターンを経て駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンによって反射する光の量を互いに類似するように調整し、且つ特定の厚さ条件で両光間の相互消滅干渉を誘導することで、駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンによる反射度を低減する効果を奏する。
この際、前記暗色化パターンが視認される面で測定した、暗色化パターンと伝導性パターンからなるパターン領域の色域は、ＣＩＥ ＬＡＢ色座標を基準として、Ｌ値が２０以下、Ａ値は−１０〜１０、Ｂ値は−７０〜７０であってもよく、Ｌ値が１０以下、Ａ値は−５〜５、Ｂ値は０〜３５であってもよく、Ｌ値が５以下、Ａ値は−２〜２、Ｂ値は０〜１５であってもよい。
また、本出願によるタッチ感知領域の暗色化パターンが視認される面で測定した、暗色化パターンと伝導性パターンからなるパターン領域の全反射率は、外部光５５０ｎｍを基準として、１７％以下であってもよく、１０％以下であってもよく、５％以下であってもよい。
ここで、全反射率（ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）とは、拡散反射率（ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）および鏡面反射率（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）をいずれも考慮した反射率を意味する。前記全反射率は、反射率を測定しようとする面の反対面をブラックペースト（Ｂｌａｃｋ ｐａｓｔｅ）またはテープ（ｔａｐｅ）などを用いて反射率を０とした後、測定しようとする面の反射度のみを測定して観察した値であり、この際、入射される光源としては、周囲光（ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）の条件と最も類似した散乱光源（ｄｉｆｆｕｓｅ ｌｉｇｈｔ）を導入した。また、この際、反射率を測定する測定位置は、積分球の半円の垂直線から約７度傾斜した位置に基づいた。
本出願において、前記暗色化パターンは、前記伝導性パターンと同時にまたは別にパターン化することはできるが、それぞれのパターンを形成するための層は、別に形成される。しかし、伝導性パターンと暗色化パターンが正確に対応する面に存在するためには、伝導性パターンと暗色化パターンを同時に形成することが最も好ましい。
このようにパターンを形成することで、暗色化パターン自体の効果を最適化および最大化し、且つタッチスクリーンセンサに求められる微細な伝導性パターンを実現することができる。タッチセンサにおいて、微細な伝導性パターンを実現することができない場合、抵抗など、タッチセンサに求められる物性を満たすことができない。
本出願において、前記暗色化パターンと前記伝導性パターンは、別のパターン層が積層構造をなす点において、吸光物質の少なくとも一部が伝導性パターン内に陥没または分散している構造や単層の導電層が表面処理によって表面側の一部に物理的または化学的歪みがある構造とは差がある。
また、本出願において、前記暗色化パターンは、接着層または粘着層を介在することなく、直接前記基材上にまたは直接前記伝導性パターン上に設けられる。接着層または粘着層は、耐久性や光学物性に影響を及ぼし得る。また、本出願によるタッチスクリーンセンサに含まれる積層体は、接着層または粘着層を利用する場合と比較すると、製造方法が全く相違している。さらに、接着層や粘着層を利用する場合に比べ、本出願では、基材または伝導性パターンと暗色化パターンの界面特性に優れる。
本出願において、前記暗色化パターンの厚さは、上述の物理的性質である消滅干渉特性と吸収係数特性を有する場合、光の波長をλとし、暗色化パターンの屈折率をｎと定義すると、λ／（４×ｎ）＝Ｎ（ここで、Ｎは奇数）の厚さ条件を満たすいかなる厚さであってもよい。ただし、製造工程中に伝導性パターンとのエッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）特性を考慮すると、１０ｎｍ〜４００ｎｍから選択することが好ましいが、使用する材料および製造工程に応じて好ましい厚さは異なり得、本出願の範囲は前記数値範囲によって限定されるものではない。
前記暗色化パターンは単層からなってもよく、２層以上の複数層からなってもよい。
前記暗色化パターンは、無彩色系の色に近いことが好ましい。ただし、必ず無彩色である必要はなく、色があっても低い反射度を有するものであれば導入可能である。この際、無彩色系の色とは、物体の表面に入射する光が選択吸収されず、各成分の波長に対してムラなく反射吸収される時に現れる色を意味する。本出願において、前記暗色化パターンは、可視光領域（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）において全反射率の測定時に各波長帯別の全反射率の標準偏差が５０％内の材料を使用することができる。
前記暗色化パターンの材料としては、吸光性材料として、好ましくは、全面層を形成した時に上述の物理的特性を有する金属、金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物からなる材料であれば特に制限なく使用可能である。
例えば、前記暗色化パターンは、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒなどを利用し、当業者が設定した蒸着条件などによる酸化物膜、窒化物膜、酸化物‐窒化物膜、炭化物膜、金属膜またはこれらの組み合わせであってもよい。
具体例として、前記暗色化パターンは、ＮｉおよびＭｏを同時に含んでもよい。前記暗色化パターンは、Ｎｉ５０〜９８原子％およびＭｏ２〜５０原子％を含んでもよく、その他、金属、例えば、Ｆｅ、Ｔａ、Ｔｉなどの原子を０．０１〜１０原子％をさらに含んでもよい。ここで、前記暗色化パターンは、必要に応じて、窒素０．０１〜３０原子％または酸素および炭素４原子％以下をさらに含んでもよい。
また一つの具体例として、前記暗色化パターンは、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２およびＳｉＮｘ（ｘは、１以上の整数）から選択される誘電性物質およびＦｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｕ、ＡｕおよびＡｇから選択される金属を含んでもよく、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｕ、ＡｕおよびＡｇから選択される二元以上の金属の合金をさらに含んでもよい。前記誘電性物質は、外部光が入射される方向から離れるほど次第に減少するように分布されており、前記金属および合金成分は、その反対に分布されていることが好ましい。この際、前記誘電性物質の含有量は２０〜５０重量％、前記金属の含有量は５０〜８０重量％であることが好ましい。前記暗色化パターンが合金をさらに含む場合、前記暗色化パターンは、誘電性物質１０〜３０重量％、金属５０〜８０重量％および合金５〜４０重量％を含むことが好ましい。
また一つの具体例として、前記暗色化パターンは、ニッケルとバナジウムの合金、ニッケルとバナジウムの酸化物、窒化物または酸窒化物のいずれか一つ以上を含む薄膜からなってもよい。この際、バナジウムは、２６〜５２原子％含有されることが好ましく、ニッケルに対するバナジウムの原子比は、２６／７４〜５２／４８であることが好ましい。
また一つの具体例として、前記暗色化パターンは、２以上の元素を有し、一つの元素組成比が外部光が入射する方向に沿って１００Å当たり最大約２０％ずつ増加する遷移層を含んでもよい。この際、一つの元素は、クロム、タングステン、タンタル、チタン、鉄、ニッケルまたはモリブデンのような金属原素であってもよく、金属原素以外の元素は、酸素、窒素または炭素であってもよい。
また一つの具体例として、前記暗色化パターンは、第１の酸化クロム層、金属層、第２の酸化クロム層およびクロムミラーを含んでもよく、この際、クロムの代わりに、タングステン、バナジウム、鉄、クロム、モリブデンおよびニオブから選択された金属を含んでもよい。前記金属層は１０〜３０ｎｍの厚さ、前記第１の酸化クロム層は３５〜４１ｎｍの厚さ、前記第２の酸化クロム層は３７〜４２ｎｍの厚さを有してもよい。
また一つの具体例として、前記暗色化パターンとしては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層、クロム酸化物（Ｃｒ２Ｏ３）層およびクロム（Ｃｒ）層の積層構造を使用してもよい。ここで、前記アルミナ層は、反射特性の改善および光拡散の防止特性を有し、前記クロム酸化物層は、鏡面反射率を減少させてコントラスト特性を向上させることができる。
本出願において、前記暗色化パターンは、前記伝導性パターンに対応する領域に設けられる。ここで、伝導性パターンに対応する領域とは、前記伝導性パターンと同一の形状のパターンを有することを意味する。ただし、暗色化パターンのパターン規模が前記伝導性パターンと完全に一致する必要はなく、暗色化パターンの線幅が、伝導性パターンの線幅に比べ狭いか広い場合も本出願の範囲に含まれる。例えば、前記暗色化パターンは、前記伝導性パターンが設けられた面積の８０％〜１２０％の面積を有することが好ましい。
前記暗色化パターンは、前記伝導性パターンの線幅と同一もしくは大きい線幅を有するパターン形状を有することが好ましい。
前記暗色化パターンが、前記伝導性パターンの線幅よりも大きい線幅を有するパターン形状を有する場合、ユーザが見たときに暗色化パターンが伝導性パターンを遮蔽する効果をより大きく付与できることから、伝導性パターン自体の光沢や反射による効果を効率よく遮断できるという利点がある。しかし、前記暗色化パターンの線幅が前記伝導性パターンの線幅と一致しても本出願において目的とする効果を奏することができる。
また、本出願の他の実施形態は、前記タッチスクリーンセンサと、前記タッチスクリーンセンサの下部に設けられたディスプレイ装置とを含む電子素子を提供する。
本出願の一実施形態によると、大面積でタッチが可能で、且つ選択的な領域のタッチのみを導入することができるタッチスクリーンセンサおよびこれを含む電子素子を提供することができる。
１０ タッチ非感知領域
２０ タッチ感知領域
３０ 断線領域
４０ 配線チャネル領域
２０ タッチ感知領域
３０ 断線領域
４０ 配線チャネル領域
Claims (12)
- 第１の基材上に設けられた駆動電極パターン（Ｔｘパターン）を含む駆動電極部と、
第２の基材上に設けられた感知電極パターン（Ｒｘパターン）を含む感知電極部と、
前記駆動電極部および感知電極部と外部電源を電気的に連結するＦＰＣＢとを含むタッチスクリーンセンサであって、
前記駆動電極パターンおよび感知電極パターンは、伝導性金属線を含み、
前記タッチスクリーンセンサは、少なくとも一つのタッチ非感知領域と、少なくとも一つのタッチ感知領域とを含み、
前記駆動電極パターンおよび感知電極パターンは、それぞれタッチ非感知領域およびタッチ感知領域の全領域に設けられ、
前記タッチ感知領域に設けられた駆動電極パターンおよび感知電極パターンは、それぞれ独立して、前記ＦＰＣＢと電気的に連結され、
前記タッチ非感知領域に設けられた駆動電極パターンは、前記ＦＰＣＢと電気的に連結されず、
前記感知電極部は、前記タッチ感知領域に設けられた感知電極パターンとＦＰＣＢを連結する第１の配線電極パターンをさらに含み、
前記第１の配線電極パターンは、前記タッチ非感知領域に設けられることを特徴とする、タッチスクリーンセンサ。 - 前記タッチ非感知領域に設けられた感知電極パターンおよび駆動電極パターンは、それぞれ独立して、パターン内の電気的連結を短絡させる断線領域をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーンセンサ。
- 前記タッチ非感知領域に設けられた感知電極パターンのうち少なくとも一部は、前記第１の配線電極パターンの役割を果たすことを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーンセンサ。
- 前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターンは、それぞれ独立して、多角形のメッシュパターンを含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーンセンサ。
- 前記第１の配線電極パターンは、前記タッチ感知領域に設けられた感知電極パターンとＦＰＣＢを連結する少なくとも一つの配線チャネル領域と、パターン内の電気的連結が短絡された少なくとも一つの断線領域とを交互に含み、
前記断線領域の幅は、（特性長さＬ×２１／２）以下であり、
前記特性長さＬは、前記メッシュパターンを構成するいずれか一つの多角形の面積の０．５の二乗値であることを特徴とする、請求項４に記載のタッチスクリーンセンサ。 - 前記断線領域の幅は、断線距離の２倍以上であり、
前記断線距離は、前記断線領域内に設けられる離隔した２以上の伝導性金属線の最隣接末端間の距離であることを特徴とする、請求項５に記載のタッチスクリーンセンサ。 - 前記伝導性金属線は、金、銀、アルミニウム、銅、ネオジム、モリブデン、ニッケル、チタンおよびこれらの合金のうち１種以上を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーンセンサ。
- 前記駆動電極パターン、第１の配線電極パターンおよび感知電極パターン上に、それぞれ独立して、暗色化パターンをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーンセンサ。
- ミューチュアルキャパシタンス方式を用いてタッチ入力を認識することを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーンセンサ。
- 前記タッチ非感知領域およびタッチ感知領域の開口率の差は１０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーンセンサ。
- 前記タッチ非感知領域およびタッチ感知領域の透過率の差は１０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のタッチスクリーンセンサ。
- 請求項１から１１のいずれか１項に記載のタッチスクリーンセンサと、前記タッチスクリーンセンサの下部に設けられたディスプレイ装置とを含む、電子素子。
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