JP6864515B2

JP6864515B2 - タッチスイッチパネルおよびその製造方法

Info

Publication number: JP6864515B2
Application number: JP2017061739A
Authority: JP
Inventors: 信也河村
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Itron Corp
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Itron Corp
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-03-27
Also published as: JP2018163607A

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タッチスイッチパネルに関し、特にＸ配線およびＹ配線を同一のガラス基板に形成する際のＸおよびＹ配線の構造ならびにその製造方法に関する。

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。この方式は、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。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。

アルミニウムメッシュ透明導電膜を使用したＸ−Ｙ２枚の電極を透明絶縁樹脂で貼り合わせるタッチスイッチパネルは既に知られている（特許文献１）。特許文献１に開示されているタッチスイッチパネルを図５に示す。図５（ａ）は正面図であり、図５（ｂ）はその側面図である。図５（ｂ）に示すように、タッチスイッチパネル１１は、Ｘ方向検知用のセンサー部１３を有する透光性の第１のガラス基板１２と、Ｙ方向検知用のセンサー部１５を有する透光性の第２のガラス基板１４とを備え、ガラス基板１２およびガラス基板１４とが貼り合わされた積層構造を有する。ガラス基板１２の表面がタッチ面１２ａとなり、このタッチ面１２ａの反対面１２ｂにセンサー部１３が設けられている。また、ガラス基板１４の片面にセンサー部１５が設けられている。センサー部１３およびセンサー部１５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５（ａ）に示すように、Ｘ方向検知用のセンサー部１３とＹ方向検知用のセンサー部１５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くなる。また、各センサー部のセンサー電極と配線１６で接続された外部接続端子１７にフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）１８が接続されている。ＦＰＣ１８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。こ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る。

しかし、２枚の電極を貼り合わせる投影型タッチパネルは、貼り合わせ工程が必要であり、工数減が望まれている。また、２枚のガラスを貼り合わせるため、薄型パネルが望まれる状況下でタッチパネルの薄型化に限界がある。このため、シリコン酸化膜で、ＸおよびＹ配線の絶縁を行なう１枚基板の静電容量型入力装置が提案されている（特許文献２）。この静電容量型入力装置は、透光性基板の入力領域に、第１の方向に延在する複数の第１の透光性電極パターンと、この第１の方向に交差する第２の方向に延在する複数の第２の透光性電極パターンとが形成され、第１の透光性電極パターンと第２の透光性電極パターンとは透光性基板の同一面上に形成されている。第１の透光性電極パターンと第２の透光性電極パターンとの交差部分では、第１の透光性電極パターンおよび第２の透光性電極パターンのうちの一方の電極パターンが繋がっている一方、他方の電極パターンは途切れており、少なくとも交差部分における一方の電極パターンの上層側に透光性の層間絶縁膜が形成されているとともに、当該層間絶縁膜の上層には、当該交差部分で途切れている他方の電極パターン同士を電気的に接続する透光性の中継電極が形成されていることを特徴としている。

しかしながら、特許文献２に記載の静電容量型入力装置は、交差部分で途切れている他方の電極パターン同士を電気的に接続する透光性の中継電極を新規に作製する必要があり、このブリッジ配線を安定して形成することが困難であるという問題がある。また、透光性電極としてＩＴＯを用いた場合、このＩＴＯは抵抗値が高いため、タッチ特性が不十分になるという問題がある。

ＷＯ２０１５／１３７４７７特開２００８−３１０５５０号公報

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、１枚のガラス基板上に形成されることで、ガラス材料の削減、製品の薄型化・軽量化、製造コストダウンが期待できるタッチスイッチパネルおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のタッチスイッチパネルは、同一ガラス基板上に、金属薄膜からなる、Ｘ方向パターン電極とＹ方向パターン電極が平面視交差することにより、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タッチスイッチパネルである。
このタッチスイッチパネルは、上記ガラス基板と、このガラス基板上に連続して形成された、上記ＸまたはＹ方向パターン電極のいずれか一方の電極と、
上記平面視交差する部分で、上記一方の電極と同一厚さを有し、かつ上記一方の電極と電気的絶縁を維持できる隙間の最小幅を有して断続して上記ガラス基板上に形成された、他方の電極を配線するための築堤と、
少なくとも上記平面視交差する部分の上面に形成された第１絶縁層と、
この第１絶縁層を介して上記平面視交差する部分および上記築堤上に連続して形成された他方のパターン電極と、
この他方のパターン電極の上面に形成された第２絶縁層とを有することを特徴とする。

また、本発明のタッチスイッチパネルを構成する上記金属薄膜がアルミニウム薄膜またはアルミニウム合金薄膜であることを特徴とする。特に、上記アルミニウム薄膜またはアルミニウム合金薄膜は、クロム、モリブデン、およびタングステンから選ばれる少なくとも１つの金属を含む黒化膜が積層されていることを特徴とする。さらに、この黒化膜の膜厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金薄膜の層厚が５００ｎｍ〜５０００ｎｍであることを特徴とする。また、上記ＸまたはＹ方向パターン電極は、線幅が３μｍ〜５０μｍ、線ピッチが０．２ｍｍ〜１ｍｍであることを特徴とする。

本発明のタッチスイッチパネルの製造方法は、上記本発明のタッチスイッチパネルの製造方法であって、上記ガラス基板上に金属薄膜をスパッタリングまたは蒸着で形成し、フォトリソグラフィでメッシュ状にエッチングし上記平面視交差する部分を有するパターンを形成する工程と、上記パターン上に上記第１絶縁層を形成する工程と、この第１絶縁層上であって、上記断続している築堤上に、この築堤と平面視同一形状でパターン電極を形成する工程と、このパターン電極の上面からスパッタリングまたは蒸着により第２絶縁層を形成する工程を有することを特徴とする。

本発明のタッチスイッチパネルは、１枚のガラス基板上に金属薄膜からなるＸ方向パターン電極とＹ方向パターン電極とを備えるので、２枚のガラス基板を貼り合わせるタッチスイッチパネルに比較して、薄くすることができる。また、上記断続している築堤およびこの築堤上に第１絶縁層を介してＸ方向パターン電極またはＹ方向パターン電極を形成し、その上面に第２絶縁層を有するので、１枚のガラス基板でタッチスイッチパネルを完成させることができる。

本発明のタッチスイッチパネルは、１枚のガラス基板上に金属薄膜からなるＸ方向パターン電極とＹ方向パターン電極とを形成するので、ガラス材料の削減、製品の薄型化・軽量化、製造コストダウンができる。

タッチスイッチパネルの一例を示す図である。ＸおよびＹ方向パターンの交差部分を表す平面図である。図２に示すＢ−Ｂ部拡大断面図である。製造工程を示す図である。特許文献１の投影型静電容量タッチスイッチパネルを示す図である。

本発明のタッチスイッチパネルの一例を図１により説明する。図１（ａ）は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。
タッチスイッチパネル１は、ガラス基板２のＸ方向およびＹ方向に広がるタッチ面２ａにおける任意のタッチ位置を検出できる１枚ガラス基板のタッチスイッチパネルである。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に金属薄膜からなるストライプ状のＸ方向パターン電極３と、このパターン電極３に交差する金属薄膜からなるストライプ状のＹ方向パターン電極４とが形成されている。タッチスイッチパネル１は、パターン電極３および４と接続された接続端子５を有し、接続端子５にフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）６が接続され、ＦＰＣ６を介して図示を省略したコントロール部が接続される。コントロール部は、ＰＣＢ上にタッチ検出等を行なうコントロール回路が実装されたものである。なお、コントロール部はガラス基板の２ｂ面に直接実装することができる。

パターン電極３およびパターン電極４が交差する部分の形状について図２および図３により説明する。図２はタッチスイッチパネルのストライプ状のＸ方向およびＹ方向パターンの一つの交差部分を表す平面図である。図３は図２に示すＢ−Ｂ部拡大断面図である。
ガラス基板２上に金属薄膜からなるストライプ状のＸ方向パターン電極３が形成されている。ガラス基板２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、ガラス基板２の厚みは、０．５〜５ｍｍ程度、好ましくは０．５〜３．０ｍｍ程度である。

図２および図３に示すように、ストライプ状のＸ方向およびＹ方向パターンが交差する部分で、連続しているＸ方向パターン電極３に接触することなく断続する隙間７を有してガラス基板２上にＹ方向パターン電極４を配線するための築堤４ａが形成されている。この築堤４ａは、Ｘ方向パターン電極３と同一厚さを有し、好ましくは同一幅を有している。Ｘ方向パターン電極３の側面３ａから築堤４ａの先端部４ｂとの隙間７の長さｔ₁は、Ｘ方向パターン電極３と築堤４ａとの電気的絶縁を維持できる最小幅である。ここで電気的絶縁を維持できるとは、この隙間７に第１絶縁層８が満たされた状態でタッチスイッチパネル使用時にパターン電極３とパターン電極４と間に短絡が生じない状態をいう。この隙間７の長さｔ₁は電気的絶縁を維持できる最小幅であり、かつこの最小幅にできる限り近い距離であることが好ましい。長さｔ₁をできる限り狭くすることにより、Ｙ方向パターン電極４の平坦化が図れる。具体的には、長さｔ₁は１０μｍ以下であることが好ましい。

Ｘ方向パターン電極３、Ｙ方向パターン電極４および築堤４ａは、金属薄膜で形成されている。金属薄膜としては、導電性金属薄膜であれば使用することができる。導電性、耐蝕性、陽極酸化特性、および製造コスト等に優れることからアルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましい。ストライプ状のＸ方向およびＹ方向パターンとすることにより、両者が交差していないパターンの内部は一見して目視で透明に見える透光部となる。

金属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、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、アルミニウムまたはアルミニウム合金薄膜をスパッタリングまたは真空蒸着で形成した後、エッチングパター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エッチングして微細配線を形成する。なお、アルミニウムまたはアルミニウム合金薄膜の膜厚は、５００ｎｍ〜５０００ｎｍが適当である。

上記アルミニウム薄膜またはアルミニウム合金薄膜は、クロム、モリブデン、およびタングステンから選ばれる少なくとも１つの金属を含む黒化膜９が積層されていることが好ましい。黒化膜９が積層して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。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。上述のアルミニウムまたはアルミニウム合金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アルミニウムまたはアルミニウム合金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、各センサー部の交差部分は、各ガラス基板上にアルミニウムまたはアルミニウム合金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９には、アルミニウムの酸化物およびチタン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。チタンの酸化物としてはＴｉＯ_２が、アルミニウムの酸化物としてはＡｌ_２Ｏ_３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反射率の低減が図れる。なお、クロム、モリブデン、およびタングステンから選ばれる少なくとも１つの金属と、アルミニウムの酸化物およびチタン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。また、アルミニウムの酸化物およびチタン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、Ａｌ_２Ｏ_３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９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。

Ｘ方向パターン電極３、Ｙ方向パターン電極４および築堤４ａは、線幅が３μｍ〜５０μｍ、好ましくは３〜１０μｍであり、線ピッチが０．２ｍｍ〜１ｍｍであり、好ましくは０．３ｍｍ〜０．７ｍｍである。

築堤４ａおよびＸ方向パターン電極３と、Ｙ方向パターン電極４との間に第１絶縁層８が形成され、さらにＹ方向パターン電極４の表面に第２絶縁層１０が形成されている。第１絶縁層８としては、例えば、ＳｉＯ₂のスパッタリングによる絶縁層の形成、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等が挙げられる。絶縁層の厚みは、０．０５μｍ〜５００μｍが適当である。絶縁層の厚みが５００μｍをこえると、Ｘ方向パターン電極３とＹ方向パターン電極４とのギャップが大きくなり、タッチスイッチの感度が低下する。また、第２絶縁層１０は第１絶縁層８と同様に形成できる。

本発明のタッチスイッチパネルの製造方法を図４により説明する。図４は製造工程を示す図であり、図４（ａ）〜図４（ｆ）および図４（ｈ）は図２に示すＢ−Ｂ方向断面を表し、図４（ｇ）はＣ−Ｃ方向断面を表す。
（１）ガラス基板上に金属薄膜をスパッタリングまたは蒸着で形成し、フォトリソグラフィでメッシュ状にエッチングし平面視交差する部分を有するパターンを形成する工程：
ガラス基板２のタッチ面２ａの反対面２ｂ全面に黒化膜９および金属薄膜４ａをスパッタリングまたは蒸着で形成する（図４（ａ）〜図４（ｃ））。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。

その後、フォトリソグラフィでメッシュ状にエッチングしＸ方向パターン電極３および築堤４ａを形成する（図４（ｄ））。Ｘ方向パターン電極３と築堤４ａとは電気的に絶縁された隙間７を有し、この隙間は絶縁性を維持できる隙間である。この隙間７および微細格子部分を精度よく形成可能であることから、例えば、エッチングパター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微細配線パターンを形成することが好ましい。

（２）上記パターン上に第１絶縁層を形成する工程：
Ｘ方向パターン電極３および築堤４ａが形成されたパターン上に第１絶縁層８を形成する（図４（ｅ））。第１絶縁層８は、スパッタリング法など公知の薄膜形成方法で形成できる。また、Ｘ方向パターン電極３と築堤４ａとの隙間７は絶縁性を維持できる最小幅に設定されているので、第１絶縁層８を積層する時に形成される窪み８ａを低くできる。

（３）第１絶縁層８上であって、築堤４ａ上に、この築堤４ａと平面視同一形状でＹ方向パターン電極４を形成する工程：
Ｙ方向パターン電極４は、平面視交差する部分および築堤４ａ上に連続して形成される。形成方法は、第１絶縁層８全面に黒化膜９および金属薄膜４をスパッタリングまたは蒸着で形成する。その後、フォトリソグラフィでエッチングしＹ方向パターン電極４を形成する（図４（ｆ）および図４（ｇ））。

（４）パターン電極の上面からスパッタリングまたは蒸着により第２絶縁層を形成する工程：
Ｙ方向パターン電極４を形成後、Ｙ方向パターン電極４の上から全面に第２絶縁層１０を形成することが好ましい（図４（ｈ））。第２絶縁層１０を形成することにより、ＸおよびＹ方向パターン電極が保護される。第２絶縁層１０としては、ＳｉＯ₂のスパッタ層が挙げられる。

本発明のタッチスイッチパネルは、１枚ガラス基板で薄型であるので、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、タッチスイッチパネルとしては、投影型タッチスイッチパネルに限らず、デザイン型タッチスイッチパネル、蛍光表示管の配線層に利用できる。さらに、薄型になるので、小型軽量化が要求される機器への入力手段としても好適に利用できる。

本発明のタッチスイッチパネルは、１枚ガラス基板で薄型であるので、小型軽量化が要求される各電子機器への入力手段としても好適に利用できる。

１タッチスイッチパネル
２ガラス基板
３Ｘ方向パターン電極
４Ｙ方向パターン電極
４ａ築堤
５接続端子
６フレキシブルプリント配線板
７隙間
８第１絶縁層
９黒化膜
１０第２絶縁層
１１従来例の投影型静電容量タッチスイッチパネル
１２従来例の第１のガラス基板
１３従来例のＸ方向検知用のセンサー部
１４従来例の第２のガラス基板
１５従来例のＹ方向検知用のセンサー部
１６従来例の配線
１７従来例の外部接続端子
１８従来例のフレキシブルプリント配線板

Claims

同一ガラス基板上に、金属薄膜からなる、Ｘ方向パターン電極とＹ方向パターン電極が平面視交差することにより、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タッチスイッチパネルであって、
前記ガラス基板と、
このガラス基板上に連続して形成された、前記ＸまたはＹ方向パターン電極のいずれか一方の電極と、
前記平面視交差する部分で、前記一方の電極と同一厚さを有し、かつ前記一方の電極と電気的絶縁を維持できる隙間の最小幅を有して断続して前記ガラス基板上に形成された、他方の電極を配線するための築堤と、
少なくとも前記平面視交差する部分の上面に形成された第１絶縁層と、
この第１絶縁層を介して前記平面視交差する部分および前記築堤上に連続して形成された他方のパターン電極と、
この他方のパターン電極の上面に形成された第２絶縁層とを有し、
前記金属薄膜が、アルミニウム薄膜またはアルミニウム合金薄膜であり、
前記金属薄膜および前記築堤は、スパッタリングまたは蒸着により形成されており、
前記最小幅が１０μｍ以下であることを特徴とするタッチスイッチパネル。
前記アルミニウム薄膜またはアルミニウム合金薄膜は、クロム、モリブデン、およびタングステンから選ばれる少なくとも１つの金属を含む黒化膜が積層されていることを特徴とする請求項１記載のタッチスイッチパネル。
前記黒化膜の膜厚が５ｎｍ〜５００ｎｍであり、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金薄膜の層厚が５００ｎｍ〜５０００ｎｍであることを特徴とする請求項２記載のタッチスイッチパネル。
前記ＸまたはＹ方向パターン電極は、線幅が３μｍ〜５０μｍ、線ピッチが０．２ｍｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載のタッチスイッチパネル。
請求項１記載のタッチスイッチパネルの製造方法であって、
前記ガラス基板上に金属薄膜をスパッタリングまたは蒸着で形成し、フォトリソグラフィでメッシュ状にエッチングし前記平面視交差する部分を有するパターンを形成する工程と、
前記パターン上に前記第１絶縁層を形成する工程と、
この第１絶縁層上であって、前記断続している築堤上に、この築堤と平面視同一形状でパターン電極を形成する工程と、
このパターン電極の上面からスパッタリングまたは蒸着により第２絶縁層を形成する工程とを有することを特徴とするタッチスイッチパネルの製造方法。