JP7357458B2

JP7357458B2 - １枚ガラス基板投影型タッチスイッチパネル

Info

Publication number: JP7357458B2
Application number: JP2019068013A
Authority: JP
Inventors: 斉辻; 剛啓中尾; 幸一奥山; 正典岡井; 健二中西
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Itron Corp
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Itron Corp
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-10-06
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020166692A

Description

本発明は１枚ガラス基板投影型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つとして静電容量方式のタッチスイッチモジュールが使用されている。この静電容量方式のタッチスイッチモジュールは、スイッチとなる複数のセンサー電極の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マイコンなどの検出部に接続部を介して接続されている。

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として、同一ガラス基板上に、金属薄膜からなる、Ｘ方向パターン配線とＹ方向パターン配線とが絶縁層を介して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が知られている（特許文献１、特許文献２）。
従来の１枚ガラス基板投影型タッチスイッチパネルにおいて、Ｘ方向パターン配線およびＹ方向パターン配線より引き出される複数の電極端子は同一平面上で、フレキシブルプリント回路（以下、ＦＰＣともいう）やフレキシブルフラットケーブルなどのフレキシブル回路部と同時に接続されている。

特開２０１８－１６３６０７号公報特開２０１８－１６５９６２号公報

しかしながら、Ｘ方向パターン配線およびＹ方向パターン配線より引き出される複数の電極端子を同一平面上でＦＰＣと同時に接続しようとすると、接続部において接続不良が発生しやすいという問題があった。特に、ガラス基板上にＹ方向パターン配線、次いでこのＹ方向パターン配線上に透明絶縁層を形成し、その後、Ｘ方向パターン配線を形成する場合に、Ｘ方向パターン配線より引き出される電極端子とＦＰＣとの接続部において接続不良が発生しやすいという問題があった。

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、電極端子とＦＰＣとの接続部において発生しやすい接続不良を無くすことができる１枚ガラス基板投影型タッチスイッチパネルの提供を目的とする。

本発明の１枚ガラス基板投影型タッチスイッチパネルは、ガラス基板上に形成された金属薄膜からなる第一の配線と、この第一の配線の上面に形成された絶縁層と、この絶縁層の上面に形成された第二の配線とを備えてなる。この１枚ガラス基板投影型タッチスイッチパネルは、上記第二の配線より引き出される複数の電極端子Ｂが上記第一の配線より引き出される複数の電極端子Ａに対して上記絶縁層の厚さの段差を有して形成されており、この段差を有して電極端子Ａおよび電極端子Ｂが異方性導電層を介して外部接続回路に接続されていることを特徴とする。
また、この異方性導電層に含まれる導電粒子の平均粒子径が第一の配線の上面に形成された絶縁層の厚さの１．５倍以上あることを特徴とする。

本発明のタッチスイッチパネルは、第一の配線の上面に形成された絶縁層の厚さの段差を有して電極端子Ａおよび電極端子Ｂが異方性導電層を介して外部接続回路に接続されているので、パターン配線より引き出される電極端子と外部接続回路との間の接続不良の発生を抑えることができる。

タッチスイッチパネルを示す組み立て図である。タッチスイッチパネルの接続部の構造を示す図である。異方性導電層を介在させた接続部の拡大断面図である。従来例の接続部を表す図である。断線部のＳＥＭ写真および断線発生の機構を表す図である。

電極端子とＦＰＣなどの外部接続回路との接続不良について検討した。図４に従来例の接続部を表す。図４（ａ）は平面図を、図４（ｂ）は正面図を、図４（ｃ）は側面図をそれぞれ表す。
ガラス基板１の一主面上にＹ方向パターン配線となる第一の配線２が形成され、この配線２より引き出される複数の電極端子Ａもガラス基板１に形成される。この配線２および電極端子Ａ上に透明絶縁層４が形成され、その後、電極端子Ａおよび電極端子Ｂが配置される領域Ｐの透明絶縁層４がフォトリソ法で除去される。領域Ｐが設けられた透明絶縁層４上にＸ方向パターン配線となる第二の配線３が形成され、この配線３より引き出される複数の電極端子Ｂは透明絶縁層４の厚さの段差を経てガラス基板１上に形成される。その結果、電極端子Ａおよび電極端子Ｂは同一面となるガラス基板１上に形成される。

断線発生について、さらに詳細に解析した。図５は断線部の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真および断線発生の機構図をそれぞれ表す。
図５に示すように、電極端子Ｂの断線は、透明絶縁層４の段差部分４ａで発生していた。透明絶縁層４をフォトリソ法で除去するときに生じるエッチング時の不具合により、配線３から電極端子Ｂへの連続性が維持できないため、電極層の断線が生じたものと考えられる。具体的に、電極端子Ａでの断線は見られなかったが、電極端子Ｂは電極端子Ｂ部分全体に対して、５０％の断線が見られた。本発明はこのような不具合の解析結果に基づくものである。

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はタッチスイッチパネルを示す組み立て図である。
タッチスイッチパネルは、ガラス基板１のＸ方向およびＹ方向に広が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１の裏面がタッチ面１ａとなり、このタッチ面１ａの反対側の面１ｂに金属薄膜からなるＹ方向パターン配線（Ｙ配線ともいう）となる第一の配線２と、この第一の配線２に交差する金属薄膜からなるＸ方向パターン配線（Ｘ配線ともいう）となる第二の配線３とが透明絶縁層４を挟んで形成されている。また、第二の配線３の表面には保護膜となる透明絶縁層５が設けられている。

なお、図１では、第一の配線２としてＹ配線を設け、第二の配線３としてＸ配線を設けた構成としているが、第一の配線２としてＸ配線を設け、第二の配線３としてＹ配線を設けた構成としてもよい。

タッチスイッチパネルは、第一の配線２より引き出される複数の電極端子Ａおよび第二の配線３より引き出される複数の電極端子Ｂを有し、これらの接続端子に外部接続回路のＦＰＣ６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１ｂ面に直接実装することができる。

ガラス基板１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１の厚みは、０．３～５ｍｍ程度、好ましくは０．５～３ｍｍ程度である。

第一の配線２、第二の配線３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、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。Ｘ配線およびＹ配線の線幅を適切に設定することにより、目視で透明に見える透光部となる。また、アルミニウムまたはアルミニウム合金薄膜は、その上に、少なくとも１つの金属（例えば、Ｍｏ）とＡｌ_２Ｏ_３の混合層からなる黒色膜が積層されていることが好ましい。黒色膜を積層しているので、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。アルミニウムまたはアルミニウム合金薄膜の膜厚は、１００ｎｍ～３０００ｎｍが好ましい。また、黒色膜の膜厚は、５ｎｍ～５００ｎｍが好ましい。

透明絶縁層４としては、たとえば、ＳｉＯ_２などのスパッタリングにより形成される絶縁層、有機Ｓｉ化合物をスリットコート等で塗布して、その後、熱処理することで得られるシロキサン絶縁層等が挙げられる。絶縁層の厚みは、配線の厚みよりも厚く、０．５μｍ～５μｍが好ましく、１μｍ～５μｍがより好ましく、１μｍ～３μｍがさらに好ましい。絶縁層の厚みが０．５μｍ未満では、絶縁層の欠陥により絶縁不十分になるおそれがあり、絶縁層の厚みが５μｍを超えると、フォトレジストでの除去工程で不具合が発生する場合が多くなるからである。また、保護膜となる透明絶縁層５は透明絶縁層４と同様に形成できる。

図１に示すタッチスイッチパネルの接続部の構造を図２に示す。図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は正面図である。
ガラス基板１の一主面上に第一の配線２が形成され、この配線２より引き出される複数の電極端子Ａもガラス基板１上に形成される。この配線２および電極端子Ａ上に透明絶縁層４が形成され、その後、電極端子Ａが配置される領域Ｐの透明絶縁層４がフォトリソ法で除去される。透明絶縁層４上に第二の配線３が形成され、この配線３より引き出される複数の電極端子Ｂは透明絶縁層４上に形成される。その結果、電極端子Ａおよび電極端子Ｂは透明絶縁層４の厚さｔの段差を有することになる。すなわち、電極端子Ａはガラス基板１上に、電極端子Ｂは透明絶縁層４上に形成される。
電極端子の厚さは、配線と同じ厚さであり、約１００ｎｍ～３５００ｎｍが好ましく、１２０ｎｍ～１０００ｎｍがより好ましく、１２０ｎｍ～５００ｎｍがさらに好ましい。

電極端子Ａおよび電極端子Ｂは、透明絶縁層４の厚さｔの段差を有している。電極端子Ａおよび電極端子ＢとＦＰＣ６との接続は、厚さｔの段差を有したままですることができる。
図３に示すように、異方性導電層を介して電極端子Ａおよび電極端子ＢとＦＰＣ６とを接続することができる。図３は接続部の拡大断面図である。ガラス基板１上に形成された電極端子Ａおよび透明絶縁層４上に形成された電極端子Ｂは、異方性導電層７を介在させて圧着することにより、ＦＰＣ６と電気的に接続することができる。異方性導電層７を電極端子Ａおよび電極端子ＢとＦＰＣ６との間に介在させることにより、厚さｔの段差がある場合の接合をより完全にすることができる。

異方性導電層７は、絶縁性の高い樹脂材料７ａ中に導電性粒子７ｂを均一に分散させた層であり、電極端子とＦＰＣとを圧接することにより、導電性粒子７ｂが電極端子Ａおよび電極端子ＢとＦＰＣ６の導電配線８とにそれぞれ接触して電気的接続ができると共に、隣接する電極との絶縁性を保持するものである。
異方性導電層７の形成方法としては、特に制限がなく、たとえば、印刷法、塗装法、フィルム接着法等が挙げられる。
樹脂材料７ａとしては、導電性粒子７ｂのバインダーとなることができる樹脂であれば使用することができ、たとえば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、合成ゴム等が挙げられる。
導電性粒子７ｂとしては、相対する電極間に安定した導電性を示す粒子であれば使用することができ、たとえば、金属粒子、表面にニッケルや金メッキした複合金属粒子、プラスチックや樹脂粒子の表面に金属メッキした粒子などが使用できる。本発明においては、電極端子ＢとＦＰＣ６との間で圧接により変形しやすい金属メッキプラスチック粒子が好ましい。また、この粒子の平均粒子径は、絶縁層の厚さｔの１．５倍以上あることが好ましく、より好ましくは１．５倍以上１０倍以下である。１．５倍未満であると、電極端子とＦＰＣとの電気的接続が不十分となり、１０倍をこえると、電極端子Ｂを損傷させる場合があるからである。

実施例１
厚さ０．７ｍｍのガラス基板１上に黒色層（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｍｏ層）をスパッタリングで形成し、その上にＡｌ配線層を形成し、フォトリソ工程で金属メッシュパターンのＹ配線２を形成した。Ｙ配線２の線幅は３μｍとして目視の透明性を確保した。外部端子との接続用のＦＰＣとの電極端子Ａも、同じガラス基板面に形成し、Ｙ配線２のフォトリソ工程で同時に形成した。Ｙ配線２および電極端子Ａの厚さは３００ｎｍとした。
次に、透明絶縁層４としてポジ型シロキサン樹脂を全面スリットコートで形成し、Ｙ配線２の外部電極端子ＡとなるＦＰＣ接続部分Ｐのみをフォトリソ法で除去した。その後、熱処理をしてシロキサン透明絶縁層４を得た。透明絶縁層４の層厚さは２μｍとした。
次に、透明絶縁層４の上に、Ｙ配線と同様に、黒色層（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｍｏ層）、Ａｌ配線層を形成し、フォトリソ工程でＹ配線に直交するようにＸ配線３を形成した。Ｘ配線３の外部電極端子ＢもＸ配線３と同一平面に、同時期に形成した（図１および図２参照）。この状態では、電極端子Ａはガラス基板１上に形成され、電極端子Ｂは透明絶縁層４上に形成されている。
この段差を有する電極端子Ａおよび電極端子Ｂの表面に異方性導電層を形成し、この異方性導電層の上からＦＰＣ接続部を圧接して接続した。異方性導電層は異方性導電性接着テープを用いた。この接着テープに含まれる金属メッキ樹脂粒子の平均粒子径は５μｍであった。このときのＦＰＣ接続部との接続不良は、透明導電層の電極端子Ａ、Ｂ共に０％であった。

比較例１
厚さ０．７ｍｍのガラス基板１上に黒色層（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｍｏ層）をスパッタリングで形成し、その上にＡｌ配線層を形成し、実施例１と同様の方法でＹ配線、Ｙ配線の電極端子Ａ、Ｘ配線の電極端子Ｂを同じガラス基板上に、同時期に形成した。これらの厚みは実施例１と同じ３００ｎｍとした。次に、実施例と同様に、ポジ型シロキサン透明絶縁層を形成した。透明絶縁層４の厚みは２μｍとした。その後、透明絶縁層４の外部電極端子Ａおよび外部電極端子ＢとなるＦＰＣ接続部分Ｐ（図４参照）をフォトリソ法で除去した。
次に、透明絶縁層上にＹ配線と同様の材料および方法で、Ｘ配線をフォトリソ法で形成した。Ｘ配線とその外部電極端子Ｂは、除去された透明絶縁層４の段差を経て形成され、外部電極端子Ａおよび外部電極端子Ｂは段差のない表面に形成されている。この電極端子Ａおよび電極端子Ｂの表面に異方性導電層を形成し、この異方性導電層の上からＦＰＣ接続部を圧接して接続した。このときのＦＰＣとの接続不良は、電極端子Ａは０％であったが、電極端子Ｂの接続不良は電極端子Ｂ全体に対して５０％であった。

本発明の１枚ガラス基板投影型タッチスイッチパネルは、電極端子と外部接続回路との間の接続不良の発生を抑えることができるので、信頼性に優れたタッチスイッチパネルが得られる。その結果、タッチスイッチパネル全般に利用できる。

１ガラス基板
２第一の配線
３第二の配線
４透明絶縁層
５保護膜となる透明絶縁層
６フレキシブルプリント配線板（外部接続回路）
７異方性導電層
８導電配線
Ａ電極端子
Ｂ電極端子

Claims

ガラス基板上に形成された金属薄膜からなる第一の配線と、この第一の配線の上面に形成された絶縁層と、この絶縁層の上面に形成された金属薄膜からなる第二の配線とを備えてなる１枚ガラス基板投影型タッチスイッチパネルであって、
前記第二の配線より引き出される複数の電極端子Ｂと、前記第一の配線より引き出される複数の電極端子Ａと、前記電極端子Ａと前記電極端子Ｂを外部接続回路に接続する異方性導電層とを有し、
前記絶縁層は、その厚みが０．５μｍ～５μｍであり、前記複数の電極端子Ｂは、前記複数の電極端子Ａに対して前記絶縁層厚さの段差を有して形成されており、
前記異方性導電層に含まれる導電粒子の平均粒子径が前記絶縁層の厚さの１．５倍以上であることを特徴とする１枚ガラス基板投影型タッチスイッチパネル。
前記絶縁層は、前記複数の電極端子Ａが配置される領域がエッチング除去されていることを特徴とする請求項１記載の１枚ガラス基板投影型タッチスイッチパネル。