JP7487878B2 - タッチパッド、タッチパネルとその製造方法およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、携帯端末、ＰＣ、テレビ、車載用ディスプレイ等の電子機器の入力装置として使用されるタッチパネルのタッチパッド、タッチパネルとその製造方法およびそれを用いた電子機器に関する発明である。

タッチパネルとは、液晶表示装置や有機ＥＬといった表示装置と位置入力装置である透明タッチパッドを組み合わせた装置である。表示された画面の部分に触れたり、触れた部分から指を動かす動作などで、装置に入力を行う。現在普及している携帯端末のほとんどに搭載されている入出力装置である。

タッチパネルを構成する部品では、表示装置とともに、透明タッチパッドが重要となる。透明タッチパッドとは、ガラスや透明樹脂といった可視光が透過する基材上に位置検出用の部品を配置したものである。位置検出のための部品としては、圧力で位置を検出するものと、静電容量の変化で位置を検出するものがあるが、携帯端末に用いられているのは、応答速度の速い静電容量で位置を検出するものが主流となっている。

従来この透明タッチパッドは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）系材料やＴｉＯ_２（酸化チタン）系材料を用いた透明電極で、Ｘ方向およびＹ方向のセンサを形成し、これを表示装置に貼り付けていた。しかし、このような透明タッチパッドは製造の多くの工程を必要とするため、電子機器のカバーガラスにタッチパッド機能を組み込んだワン・ガラス・ソリューション（ｏｎｅ－ｇｌａｓｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）（ＯＧＳ）が提案されている。

このＯＧＳでは、電子機器のカバーガラスにタッチパッド機能が組み込まれるために、カバーガラスの破損によって、タッチパッド機能が動作しなくなる。つまり、カバーガラスが破損していても、タッチ操作を行える従来の電気機器より、カバーガラスの強度を高める必要がある。

カバーガラスの強化については、ガラスのイオン交換強化法（化学強化法）が提案されている。これは、ガラス転移点以下の溶融塩にガラスを浸漬することにより、ガラス内部のアルカリイオンをよりイオン半径の大きなアルカリイオンと交換することにより、イオン半径の違いで圧縮応力をガラス表面に発生させる方法である。

化学強化法によるカバーガラスは、強化した後、裁断して所望の大きさにする場合と、強化前のガラスを所望の大きさに裁断し、その後強化する方法がある。強化後裁断すると、強化面は表面と裏面の２面となり（２面強化ガラス）、四方の裁断面は非強化面となる。裁断後に強化すれば、四方の裁断面も強化面となる（６面強化ガラス）。

化学強化法によるガラスは、通常のガラスよりも衝撃に対する強度が高く、破損しにくい。しかし、一定の熱処理に晒されることでこの強度は低下する。タッチパネルの製造時には、通常ＩＴＯを形成するための高温アニールや、導電線をスパッタ等で形成する際にプラズマに晒されるなどの熱処理に晒される工程が多い。

そのため、特許文献１では、有機基およびシロキサン結合を持つ化合物を含有する硬化性組成物を用いて強化処理されたガラスとガラスの一方の面に形成される透明導電膜との間に硬化膜を形成することで、強化処理されたガラスの透明導電膜の形成による面強度低下を抑制する方法が開示されている。

また、特許文献２では、ガラス基板を化学強化することにより化学強化ガラス基板が形成され、前記化学強化ガラス基板上に透明導電膜が形成されてなる透明導電膜付き化学強化ガラス基板であって、前記透明導電膜付き化学強化ガラス基板は、質量％表示で２～７％のＮａ２Ｏおよび０～３％のＬｉ２Ｏを含有し、歪点が５５０℃以上であり、かつ表面圧縮応力が２００～８００ＭＰａである透明導電膜付き化学強化ガラス基板が開示されている。

特開２０１６－１２４７２０号公報 特開２００４－１３１３１４号公報

ＩＴＯといった透明電極材料は電気抵抗が比較的高く、タッチパネルの面積が大きくなると、反応速度が低下するといった課題があった。したがって、化学強化ガラスの強度を低下させるといった問題を鑑みると、電極材料としては、金属細線を使用することが望ましい。

しかし、金属細線をスパッタといった真空成膜法で形成すると化学強化ガラスがプラズマに晒され強度低下が生じるといった課題がった。

本発明は上記課題に鑑みて想到されたものであり、破損しにくいＯＧＳ構造の透明タッチパッドと、それを用いたタッチパネル、それらの製造方法と、タッチパネルを用いた電子機器を提供するものである。

より具体的に本発明に係る透明タッチパッドは、
六面強化ガラスと、
前記六面強化ガラスの一方の面に、
めっき触媒層を介して透明フォトレジストで形成された溝構造と、
前記溝構造内に配置された金属層で構成された電極層を有し、
前記透明フォトレジストには、紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤の少なくとも一方を含ませたことを特徴とする。

また、本発明に係るタッチパネルは、
上記に記載された透明タッチパッドの前記電極層が配置された側に光学糊を介して表示装置が接着されたことを特徴とする。

また、本発明に係る電子機器は、
上記タッチパネルを用いたことを特徴とする。

また、本発明に係る透明タッチパッドの製造方法は、
六面強化ガラスの一方の面にめっき触媒層を形成する工程と、
前記めっき触媒層の上面に底面に前記めっき触媒層が露出した溝構造を有する溝付き透明フォトレジスト層を形成する工程と、
前記六面強化ガラスに無電解めっきを行い、前記溝構造中に金属層を形成する工程を有することを特徴とする。

本発明に係る透明タッチパッドは、６面強化ガラスに、形成された金属層は、金属層が形成されていない部分を透明フォトレジストで埋められているので、表面を平滑に形成することができ、表示装置への接着にムラがない。

また、この構成は、６面強化ガラスに対して１００℃以上になるような熱処理に晒されないので、６面強化ガラスの強度を低下させることなく利用することができる。

本発明に係る透明タッチパッドの構成を示す図である。 本発明に係る透明タッチパッドの一部断面図である。 本発明に係る透明タッチパッドの製造工程を示す図である。 本発明に係る透明タッチパッドの製造工程を示す図である。 本発明に係るタッチパネルの構成を示す図である。 本発明に係るタッチパネルの一部断面図である。 本発明の透明タッチパッドを用いたタッチパネルを搭載した通信端末および電子機器の構成を示す図である。

以下に本発明に係る透明タッチパッド、タッチパネルおよび電子機器について図面および実施例を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態および一実施例を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。

図１に本発明に係る透明タッチパッド１０の構成を示す。透明タッチパッド１０は、六面強化ガラス１２の一方の面に電極部１３が形成される構造を有する。電極構造１３は、六面強化ガラスに近い層から、メッキ触媒層１４、第１電極層１６、中間層１８、メッキ触媒層２０、第２電極層２２で構成されている。

図２には、図１のＡ－Ａ断面の一部を示す。六面強化ガラス１２は、化学強化ガラスである。例えば、所定の大きさに切り出したソーダ石灰ガラスを、３８０℃の硝酸カリ溶融塩に入れ、ガラス表面のＮａイオンをＫａイオンと置き換えることで、衝撃に強い化学強化ガラスを得ることができる。

このようにガラスを強化する工程をガラス強化プロセスと呼ぶ。六面強化ガラスは、予め利用する大きさに形成した後に、強化プロセスを行うので、６面全てに強化プロセスが施される。結果、衝撃強度は非常に強くなる。

メッキ触媒層１４は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ等を含む金属物質若しくはこれらを含浸したポリマー部材で好適に形成される。しかし、これらの金属物質は、光透過性がない。そこで、メッキ触媒層１４は、透明タッチパッド１０としての光透過率が低下しないように、十分に薄く形成される。具体的には、およそ３０ｎｍ程度の厚みで形成することで、実用上問題ないメッキ触媒層１４を形成することができる。

なお、ここで「実用上問題ない」とは、透明タッチパッド１０としての透明性を確保し、なおかつ後述する金属層１６ｍ、金属層２２ｍを無電解メッキで形成することができるという意味である。

第１電極層１６は、透明タッチパッド１０のＸ若しくはＹ方向の電極である。ここでは仮に第１電極層１６をＸ方向電極、第２電極層２２をＹ方向電極とする。図１を再度参照して、第１電極層１６は、Ｘ方向に延設したセンシングライン１６ａと、個々のセンシングライン１６ａと接続したＸ方向アドレスライン１６ｂで構成されている。

なお、ここでは、電極層を２層用い、Ｘ方向とＹ方向にアドレスラインを別々に有する構成を示したが、電極層は２層に限定されるものではなく、１層中にＸ方向およびＹ方向のアドレスラインを集約した構成であったり、第３の電極層を別途設けるような構成であってもよい。

各センシングライン１６ａは複数の導通線１５で構成されている。導通線１５は、線幅が１～５μｍ程度に形成されている。この程度の幅であれば、肉眼ではほとんど認識できないため、透明に見えるからである。

一方、Ｘ方向アドレスライン１６ｂは、導通線１５より太い線でよい。Ｘ方向アドレスライン１６ｂは、透明タッチパッド１０の縁に形成され、利用者からは見えない位置に配置されるからである。

再び第２図を参照する。第１電極層１６は、メッキ触媒層１４上に形成された透明フォトレジスト１６ｒの溝構造１６ｃに、金属層１６ｍが充填されて構成されている。溝構造１６ｃに充填された金属層１６ｍが導通線１５といってよい。なお、図２の第１電極層１６は、導通線１５の長さ方向に直角な面で切断した切断面を表している。したがって、符号１５ｗは導通線１５の線幅である。

透明フォトレジスト１６ｒは通常のフォトリソグラフィのエッチング時に用いるものではなく、露光して硬化させた部分を後々まで部品の構成要素として用いるものである。この意味で永久レジストと呼ぶこともできる。したがって、透明フォトレジスト１６ｒは、硬化して溝構造１６ｃに形成された後でも、透明性およびヘイズ値は、経年変化しにくいものが望ましい。

また、透明フォトレジスト１６ｒは、色むらが生じにくいことが必要である。透明フォトレジスト１６ｒは六面強化ガラス１０大部分を覆っているからである。したがって、六面強化ガラス１０と一緒に利用しても肉眼で違和感を感じない程度のレタデーションの特性が必要である。例えば、ダウケミカル製ＡＴＮ１０２１ネガティブ型アクリル系レジスト等が透明フォトレジストとして好適に利用することができる。

また、透明フォトレジスト１６ｒは、太陽光線だけでなく、後述する表示装置４２（図５、図６参照）からも紫外線を受けるので、劣化しやすい。そこで、透明フォトレジスト１６ｒには、紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤の少なくとも一方を含ませる。これによって、透明フォトレジスト１６ｒは、紫外線による継時変化を受けにくくなる。

第２電極層２２は、第１電極層１６と同様の構造で透明フォトレジスト２２ｒ上に形成された溝構造２２ｃに電極層２２ｍが充填されることで導通線１５が形成されている。第２電極層２２では、第１電極層１６とセンシングライン２２ａの方向が異なる（図１参照）。また、Ｙ方向アドレスライン２２ｂも第１電極層１６と異なる方向に設けられている。第２電極２２は、導電線１５に平行な面で切った断面を想定している。

中間層１８は、第１電極層１６と第２電極層２２の間に配置された層である。厚さはおよそ５μｍの透明樹脂である。いわゆる光学糊は中間層１８に好適に利用することができる。

次に本発明に係る透明タッチパッド１０の製造方法について説明する。図３および図４に図２で示した透明タッチパッド１０の製造工程の工程図を示す。図３（ａ）を参照する。予め使用する大きさに形成された後、強化プロセスを経た六面強化ガラス１２が基板として用意される。

次に六面強化ガラス１２の一方の面にメッキ触媒層１４を形成する。メッキ触媒層１４は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ等を含む金属物質若しくはこれらを含浸したポリマー部材と溶媒を分散させ塗料とする。そしてその塗料を六面強化ガラス１２に塗布する。溶媒が揮発して、乾燥するとおよそ３０ｎｍのメッキ触媒層１４を形成することができる。

図３（ｂ）を参照する。メッキ触媒層１４の上に透明フォトレジスト１６ｒを塗布する。厚みはおよそ２～３μｍが好適である。次に透明フォトレジスト１６ｒに溝構造１６ｃを形成する（図３（ｃ））。溝構造１６ｃが形成された透明フォトレジスト１６ｒを溝付き透明レジストと呼んでもよい。溝構造１６ｃは、下層であるメッキ触媒層１４が露出する程度に行う。メッキ触媒層１４が露出していなければ、無電解メッキを行えないからである。

溝構造１６ｃはドライエッチングで行うことができる。ただし、この際に六面強化ガラス１２の温度上昇には注意が必要である。六面強化ガラス１２は、熱処理によって、歪が緩和され、強度が低下する。したがって、六面強化ガラス１２の温度が上昇しないように、短時間でドライエッチングを行う必要がある。

なお、透明フォトレジスト１６ｒを塗布した後、透明フォトレジスト１６ｒが完全に硬化しないうちに、マイクロスタンプで溝構造１６ｃを形成しておき、溝の底に薄く残る透明フォトレジスト１６だけをドライエッチングで除去するようにすると、六面強化ガラスの温度を上げることなく、溝構想１６ｃを形成することができる。また、この際Ｘ方向アドレスライン１６ａも同時に形成しておいてよい。

図３（ｄ）を参照する。溝構造１６ｃが完成した六面強化ガラス１２を無電解メッキ処理し、金属層１６ｍを形成する。金属層１６ｍは導電性金属を無電解メッキすることで溝構造１６ｃに充填される。金属種としては、銅、銀、金といった良伝導物質が好適に用いられる。この中で、導電性に優れ、コストも安い銅は最も好適に利用できる金属種の一つである。以上のようにして第１電極層１６が形成される。

図３（ｅ）を参照する。次に第１電極層１６上に中間層１８を形成する。すでに述べたが、中間層１８はおよそ５μｍ程度が好適である。例えば、光学糊と呼ばれる材料を乾燥厚で５μｍになるように塗布し、全体をよく乾燥する。中間層１８は第２電極層２２の基板となる。

図４（ｆ）を参照する。図４は図３からの工程の続きである。中間層１８上にメッキ触媒層２０を形成する。形成方法は図３（ａ）の場合と同じである。

図４（ｇ）を参照する。よく乾燥させた中間層１８上に、透明フォトレジスト２２ｒを塗布する。塗布の方法は図３（ｂ）の場合と同様である。そして、透明フォトレジスト２２ｒが完全に硬化しないうちに、マイクロスタンプで溝構造２２ｃを形成する。溝構造２２ｃが形成された透明フォトレジスト２２ｒを溝付き透明レジストと呼んでもよい。その後、メッキ触媒層２０が露出するようにドライエッチングで、透明フォトレジスト２２ｒを除去する（図４（ｈ））。なお、図４（ｈ）は、導通線１５の長手方向にそった部分の断面を表している。

図４（ｉ）を参照し、露出したメッキ触媒層２０を利用して金属層２２ｍを無電解メッキによって形成する。以上の工程によって、本発明に係る透明タッチパッド１０を得ることができる。第２電極層２２は、溝構造２２ｃが金属層２２ｍで充填されているため、表面が平滑に形成することができる。したがって、透明タッチパッド１０と他の機器との接続の際に接着にムラが生じることがない。

なお、透明フォトレジスト１６ｒ、２２ｒを除去し、メッキ触媒層１４、２０を露出させる工程（図３（ｃ）および図４（ｈ））では、透明フォトレジスト１６ｒ、２２ｒにマイクロスタンプで導通線１５のパターンをインプリントしてからドライエッチングする方法を例示したが、この方法に限定されるものではない。

本発明に係る透明タッチパッド１０は、６面強化ガラスが１００℃以上になるような熱処理がかからない構成である点が特徴である。六面強化ガラス１２は、およそ１２０℃以上の熱処理を受けると、歪が緩和され、強度を喪失するとされているが、１２０℃以下の温度での処理であれば、強度を維持できる。したがって、強度を喪失しない方法であれば、図３（ｃ）、図４（ｈ）で説明した方法以外の方法でい透明フォトレジスト１６ｒ、２２ｒを除去してもよい。例えば、ウエットエッチングや、断続的なドライエッチングといった方法が挙げられる。

図５および図６には、上記のようにして得た透明タッチパッド１０を用いたタッチパネル４０の構成を示す。図５は斜視図であり、図６は一部断面図である。図５、図６を参照して、透明タッチパッド１０の電極部１３と表示装置４２を光学糊４４で接着することで、タッチパネル４０が形成される。なお、図４において、Ｘアドレスライン１６ｂおよびＹアドレスライン１６ｂは省略されている。

光学糊層４４はＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）とよばれる光学接着剤で構成された層である。これは公知の材料を利用することができる。例えば、アクリレート化合物を主成分とするもの、チオール化合物、フルオレン環を有する樹脂を用いたもの等がある。

図７には、タッチパネル４０を用いた通信端末５０、および電子機器６０の構成を示す。図６で示したタッチパネル４０に制御部５２、通信部５４、カメラ５６ｃ、スピーカー５６ｓ、図示しないバッテリーを接続することで通信端末５０が構成される。透明タッチパッド１０は、六面強化ガラス１２の表面の静電容量の変化を、Ｘ方向アドレスライン１６ａとＹ方向アドレスライン１６ｂを通じて信号Ｓｃとして制御部５２に送信する。制御部５２は、信号Ｓｃを受信することで、六面強化ガラス１２のどの位置がタッチされたかを検出し、それに基づいて制御を行う。

また、制御部５２は、表示装置４２に信号Ｓｉを送信する。表示装置４２は信号Ｓｉに応じた表示を行う。

また、制御部５２は、カメラ５６ｃからの信号を画像処理してもよい。また、制御部５２は、指示されたデータをスピーカ５６ｓから出力してもよい。なお、スピーカー５６はイヤホンやヘッドホン端子を含む。また、制御部５２は、通信部５４を通じて外部と信号の送受信を行ってもよい。なお、通信部５４は、固体メモリとの接続を含む。

また、制御部５２は、１つのチップに集約されている必要はなく、複数の制御チップに機能毎に分けられていてもよい。

また、図７の制御装置５２に、動作部６２が接続された形態の電子機器６０であってもよい。動作部６２は、センサ等が連結されていたり、機械動作を行うためのモータや内燃機関、制御の対象となるバッテリー等の接続が考えられる。以上のように、本発明に係る透明タッチパッド１０は、電子機器６０に搭載して利用することができる。

本発明は、携帯端末に用いるタッチパネルに好適に利用できるほか、ＰＣ、テレビ、車載用端末や、サイネージ（電子看板）、電子ボード、ヒーター配線、電磁波シールド等にも利用することができる。また、透明でない基板上に設ける回路基板においても、好適に利用することができる。

１０ タッチパネル
１２ 六面強化ガラス１２
１４ メッキ触媒層
１５ 導通線
１６ 第１電極層
１６ａ Ｘ方向センシングライン
１６ｂ Ｘ方向アドレスライン
１６ｃ 溝構造
１６ｒ 透明フォトレジスト
１６ｍ 金属層
１８ 中間層
２０ メッキ触媒層
２２ 第１電極層
２２ａ Ｘ方向センシングライン
２２ｂ Ｘ方向アドレスライン
２２ｃ 溝構造
２２ｒ 透明フォトレジスト
２２ｍ 金属層
４０ タッチパネル
４２ 表示装置
４４ 光学糊
５０ 通信端末
５２ 制御部
５４ 通信部
５６ｃ カメラ
５６ｓ スピーカー
６０ 電子機器
６２ 動作部

Claims (1)

1. 六面強化ガラスと、
   前記六面強化ガラスの一方の面に、
   めっき触媒層を介して透明フォトレジストで形成された溝構造と、
   前記溝構造内に配置された金属層で構成された電極層を有し、
   前記透明フォトレジストには、紫外線吸収剤若しくはラジカル捕捉剤の少なくとも一方を含ませたことを特徴とする透明タッチパッド。