JPWO2016113979A1 - 静電容量式センサ - Google Patents

Abstract

金属ナノワイヤを含む透光性導電膜を用いた場合であっても十分なＥＳＤ耐性を得ることができる静電容量式センサとして、基材に透光性導電膜のパターンが設けられた静電容量式センサであって、透光性導電膜は金属ナノワイヤを含み、パターンは、複数の検知電極が間隔を置いて配列された検知パターンと、複数の検知電極のそれぞれから第１方向に直線状に延在する複数の引き出し配線と、複数の引き出し配線の少なくともいずれかに接続され、第１方向と非平行な方向に延在する部分を含む抵抗設定部と、を有する静電容量式センサが提供される。

Description

本発明は、金属ナノワイヤを含む透光性導電膜のパターンが形成された静電容量式センサに関する。

特許文献１には、単層構造の透明導電膜を備えた静電容量式センサであるタッチスイッチが開示されている。特許文献１に記載のタッチスイッチは、タッチ電極部およびタッチ電極部から延びる配線部が網目状の金属線で形成されている。このタッチスイッチの構成は、小型のタッチパネルでは実現できるものの、パネルサイズが大型になると細く長い配線を多数配置する必要がある。また、配線部が金属線で形成されているため、配線部を細く長くすると、配線部の電気抵抗が高くなる。

特許文献２に記載のタッチパネルは、基板の表面に複数の透明な導電構造体が形成され、この導電構造体はカーボンナノチューブで構成されている。また、導電構造体から延び出る導電線はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で形成されている。しかし、導電線をＩＴＯ等で形成すると電気抵抗が高くなってしまうため、導電線の電気抵抗が検知感度を低下させることになる。

このような問題を解決するために、低抵抗の透光性導電膜として金属ナノワイヤを含んだものが検討されている。

特開２０１０−１９１５０４号公報 特開２００９−１４６４１９号公報

しかしながら、単層構造の透光性導電膜に金属ナノワイヤを用いた場合、ＩＴＯに比べて静電気放電（ＥＳＤ：Electro Static Discharge）耐性が低いという問題がある。その理由として、（１）金属ナノワイヤを用いた透光性導電膜では、ＩＴＯに比べると電気抵抗が低いこと、（２）同じパターンであってもＥＳＤにおいてより多くの電気が流れやすいこと、（３）金属ナノワイヤはナノサイズのコネクションでの導電性発現であるため、バルク金属の融点に比べると低い温度で溶融してしまうこと（短時間に多くの電流が流れた場合の熱量で溶融してしまう）、（４）導通している実際の体積自体が少ないこと、などが挙げられる。

そこで、本発明は、金属ナノワイヤを含む透光性導電膜を用いた場合であっても十分なＥＳＤ耐性を得ることができる静電容量式センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の静電容量式センサは、基材に透光性導電膜のパターンが設けられた静電容量式センサであって、透光性導電膜は金属ナノワイヤを含み、パターンは、複数の検知電極が間隔を置いて配列された検知パターンと、複数の検知電極のそれぞれから第１方向に直線状に延在する複数の引き出し配線と、複数の引き出し配線の少なくともいずれかに接続され、第１方向と非平行な方向に延在する部分を含む抵抗設定部と、を有することを特徴とする。このような構成によれば、抵抗設定部が設けられた引き出し配線においては、抵抗設定部が設けられない場合に比べて電気抵抗が高くなり、ＥＳＤ耐性を高めることができる。

本発明の静電容量式センサにおいて、抵抗設定部は、折り返しパターンを含んでいてもよい。このような構成によれば、折り返しパターンによって配線経路が長くなった分、電気抵抗を高めることができる。

本発明の静電容量式センサにおいて、複数の引き出し配線は、第１方向と直交する第２方向に一定の第１ピッチで配置される等間隔領域を含み、折り返しパターンは、第２方向に等間隔領域と並置され、折り返しパターンは、第１方向に直線状に延在する複数の直線パターン部を含んでいてもよい。

このような構成によれば、複数の引き出し配線の等間隔領域と、折り返しパターンとが同一方向に延在する直線部分で構成されるため、折り返しパターンが設けられていてもパターンの相違が視認されにくくなる。

本発明の静電容量式センサにおいて、複数の直線パターン部のそれぞれの幅は引き出し配線の幅と等しいことが好ましく、複数の直線パターン部の第２方向のピッチは第１ピッチと等しくなっていてもよい。

このような構成によれば、複数の引き出し配線の等間隔領域と、折り返しパターンとの線と隙間（ライン＆スペース）が同等になり、よりパターンの相違が視認されにくくなる。

本発明の静電容量式センサにおいて、第１方向は、検知パターンから外部端子領域に向かう方向であり、複数の検知電極は第１方向に配列され、抵抗設定部は、少なくとも外部端子領域に最も近い検知電極から延在する引き出し配線に接続されていてもよい。このような構成によれば、ＥＳＤ耐性の最も低い引き出し配線、すなわち検知電極から外部端子領域まで最も短い引き出し配線に抵抗設定部が設けられ、ＥＳＤ耐性を高めることができる。

本発明の静電容量式センサにおいて、複数の検知電極のそれぞれから延出する引き出し配線を含む配線パターンの抵抗値を互いに等しくしてもよい。このような構成によれば、複数の検知電極のそれぞれから引き出される配線パターンのＥＳＤ耐性を均一化することができる。

本発明の静電容量式センサにおいて、金属ナノワイヤは銀ナノワイヤを含んでいてもよい。このような構成によれば、銀ナノワイヤを含む透光性導電膜のパターンのＥＳＤ耐性を高めることができる。

本発明によれば、金属ナノワイヤを含む透光性導電膜を用いた場合であっても十分なＥＳＤ耐性を得ることができる静電容量式センサを提供することが可能になる。

本実施形態に係る静電容量式センサの導電パターンを例示する平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、検出電極と配線長との関係を例示する模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は抵抗設定部の他の例について説明する平面図である。 ダミーパターンと抵抗設定部とを含むパターンの例について示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（静電容量式センサの構成）
図１は、本実施形態に係る静電容量式センサの導電パターンを例示する平面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る静電容量式センサは、基材１０に単層構造の透光性導電膜のパターン２０が設けられた構成を備える。パターン２０は、検知パターン２１と、引き出し配線２２と、抵抗設定部２３と、を有する。

基材１０の材質は限定されない。基材１０の材質として、例えば、透光性を有する無機基板、透光性を有するプラスチック基板などが挙げられる。基材１０の形態は限定されない。基材１０の形態として、例えば、フィルム、シート、板材などが挙げられ、その形状は平面であっても、曲面であっても構わない。無機基板の材料としては、例えば、石英、サファイア、ガラスなどが挙げられる。プラスチック基板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等のポリオレフィン、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等のセルロース系樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、アラミド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、などが挙げられる。基材１０は単層構造を有していてもよいし、積層構造を有していてもよい。

検知パターン２１は、四角形状の複数の検知電極２１ａを有する。複数の検知電極２１ａは、Ｘ１−Ｘ２方向（第２方向）およびＹ１−Ｙ２方向（第１方向）のそれぞれにおいて一定の間隔を置いて配列される。なお、第１方向および第２方向は互いに直交する。また、図１は単純化のため模式化された図であり、複数の検知電極２１ａのそれぞれの面積は互いに等しくなっている。

複数の引き出し配線２２は、複数の検知電極２１ａのＹ２側の端部からそれぞれ同一の方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿うように、互いに平行に延びている。より具体的には、複数の引き出し配線２２は、検知電極２１ａの第２縦辺２１ｃのＹ２側の端部から外部端子領域３０に向けて延びている。

抵抗設定部２３は、複数の引き出し配線２２の少なくともいずれかに接続される。図１に表した例では、最も外部端子領域３０に近い検知電極２１ａから延出する引き出し配線２２に抵抗設定部２３が接続される。この場合には、最も外部端子領域３０に近い検知電極２１ａから外部端子領域３０へと向かう配線パターンは、引き出し配線２２と抵抗設定部２３とから構成される。図１に示す抵抗設定部２３は、折り返しパターン２３ａを含む。折り返しパターン２３ａは、Ｙ１−Ｙ２方向に直線状に延在する複数の直線パターン部２３１と、複数の直線パターン部２３１の間をＹ１側およびＹ２側交互に接続する複数の接続パターン部２３２とを有する。

折り返しパターン２３ａは複数の直線パターン部２３１と複数の接続パターン部２３２とによってＸ１−Ｘ２方向に一定のピッチで折り返した形状となる。引き出し配線２２の端部は、最も端の直線パターン部２３１の端部と接続パターン部２３２を介して接続される。

このような抵抗設定部２３が設けられることで、抵抗設定部２３が設けられていない場合に比べて、検知電極２１ａから外部端子領域３０に向かう配線パターンの電流経路が長くなる。電流経路が長くなると、それだけ電気抵抗が高くなる。したがって、抵抗設定部２３が設けられた引き出し配線２２においては、抵抗設定部２３が設けられない場合に比べて電気抵抗が高くなり、ＥＳＤ耐性を高めることができる。

図２（ａ）および（ｂ）は、検出電極と配線長との関係を例示する模式図である。
図２（ａ）には抵抗設定部２３を備えていない配線パターンが表され、図２（ｂ）には抵抗設定部２３を備えた配線パターンが表される。なお、説明の便宜上、図２（ａ）および（ｂ）にはパターン２０の一部のみが表される。

ここで、図２（ａ）において、最も外部端子領域３０に近い検知電極２１ａ−１のＹ２側の端部から外部端子領域３０までの距離をＤ１、検知電極２１ａ−１から外部端子領域３０までの配線パターンの長さをＬ１、検知電極２１ａ−１よりも外部端子領域３０から離れた検知電極２１ａ−２のＹ２側の端部から外部端子領域３０までの距離をＤ２、検知電極２１ａ−２から外部端子領域３０までの配線パターンの長さをＬ２とする。図２（ａ）において配線パターンの長さは引き出し配線２２の長さである。抵抗設定部２３が設けられていない場合には、次の関係式（１）が成り立つ。
Ｄ１／Ｄ２＝Ｌ１／Ｌ２ …（１）

一方、図２（ｂ）において、検知電極２１ａ−１のＹ２側の端部から外部端子領域３０までの距離をＤ１、検知電極２１ａ−１から外部端子領域３０までの配線長をＬ１’、検知電極２１ａ−２のＹ２側の端部から外部端子領域３０までの距離をＤ２、検知電極２１ａ−２から外部端子領域３０までの配線長をＬ２とする。図２（ｂ）において配線パターンの長さは引き出し配線２２の長さ、または引き出し配線２２および抵抗設定部２３の合計の長さである。抵抗設定部２３が設けられている場合には、次の関係式（２）が成り立つ。
Ｄ１／Ｄ２＜Ｌ１’／Ｌ２ …（２）

上記関係式（２）が成り立つように配線パターンの長さを設定すると、外部端子領域３０までの距離が近い検知電極２１ａ−１であってもＥＳＤ耐性を高めることが可能になる。

ここで、折り返しパターン２３ａを含む抵抗設定部２３の場合、複数の引き出し配線２２がＹ１−Ｙ２方向に平行に並ぶ等間隔領域Ｓ１と並ぶように設けられていてもよい。等間隔領域Ｓ１では、複数の引き出し配線２２がＸ１−Ｘ２方向に一定のピッチ（第１ピッチ）で配置される。折り返しパターン２３ａとして、複数の直線パターン部２３１のＸ１−Ｘ２方向のピッチが第１ピッチと等しいことが好ましい。これにより、複数の引き出し配線２２の等間隔領域Ｓ１と、折り返しパターン２３ａとが同一方向に延在する直線部分で構成されるため、等間隔領域Ｓ１の直線部分のパターンエッジからの反射／散乱強度が大きくなる角度から観察した場合でも、折り返しパターン２３ａの直線パターン部２３１でも同様に反射／散乱強度が大きくなる。これにより、視認されやすさの差が小さくなり、折り返しパターン２３ａが設けられていてもパターンの相違が視認されにくくなる。また、複数の引き出し配線２２の等間隔領域Ｓ１と、折り返しパターン２３ａとの線と隙間（ライン＆スペース）が同等になることにより、反射／散乱強度の差異がより小さくなるうえ、透過光強度の差異も小さくなるため、折り返しパターン２３ａが設けられていてもパターンの相違がさらに視認されにくくなる。

（検知動作）
本実施形態に係る静電容量式センサにおいては、隣り合う複数の検知電極２１ａの間に静電容量が形成される。検知電極２１ａの表面に指を接触または接近させると、指と、指に近い検知電極２１ａとの間に静電容量が形成されるため、検知電極２１ａから検出される電流値を計測することで、複数の検知電極２１ａのどの電極に指が最も接近しているかを検知できる。

（構成材料）
パターン２０を形成する透光性導電膜は導電性の金属ナノワイヤを含んでいる。この金属ナノワイヤの材質は限定されない。金属ナノワイヤを構成する材料として、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎから選択される１種類以上の金属元素を含む材料が例示される。金属ナノワイヤの平均短軸径は限定されない。金属ナノワイヤの平均短軸径は、１ｎｍよりも大きく５００ｎｍ以下であることが好ましい。金属ナノワイヤの平均長軸長は、限定されない。金属ナノワイヤの平均長軸長は、１μｍよりも大きく１０００μｍ以下であることが好ましい。

透光性導電膜を形成するナノワイヤインク中での金属ナノワイヤの分散性向上のため、金属ナノワイヤは、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエチレンイミンなどのアミノ基含有化合物で表面処理されていてもよい。塗膜化した際に導電性が劣化しない程度の添加量にすることが好ましい。その他、スルホ基(スルホン酸塩含む)、スルホニル基、スルホンアミド基、カルボン酸基(カルボン酸塩含む)、アミド基、リン酸基(リン酸塩、リン酸エステル含む)、フォスフィノ基、シラノール基、エポキシ基、イソシアネート基、シアノ基、ビニル基、チオール基、カルビノール基などの官能基を有する化合物で金属に吸着可能なものを分散剤として用いてもよい。

ナノワイヤインクの分散剤の種類は限定されない。ナノワイヤインクの分散剤としては、例えば、水、アルコール（メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等が具体例として挙げられる。）、ケトン（シクロヘキサノン、シクロペンタノンなどが具体例として挙げられる。）、アミド（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等が具体例として挙げられる。）、スルホキシド（ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等が具体例として挙げられる。）などが挙げられる。ナノワイヤインクの分散剤は１種類の物質から構成されていてもよいし、複数種類の物質から構成されていてもよい。

ナノワイヤインクの乾燥ムラやクラックを抑えるため、高沸点溶媒をさらに添加して、溶剤の蒸発速度をコントロールすることもできる。高沸点溶媒の具体例として、ブチルセロソルブ、ジアセトンアルコール、ブチルトリグリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールイソプロピルエーテル、トリプロピレングリコールイソプロピルエーテル、メチルグリコールなどが挙げられる。高沸点溶媒は単独で用いられてもよく、また、複数を組み合わせてもよい。

ナノワイヤインクに適用可能なバインダ材料としては、既知の透明な天然高分子樹脂または合成高分子樹脂から広く選択して使用することができる。例えば、透明な熱可塑性樹脂や、熱・光・電子線・放射線で硬化する透明硬化性樹脂を使用することができる。透明な熱可塑性樹脂の具体例として、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、フッ化ビニリデン、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどが挙げられる。透明硬化性樹脂の具体例として、メラミンアクリレート、ウレタンアクリレート、イソシアネート、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル変性シリケート等のシリコン樹脂などが挙げられる。ナノワイヤインクはさらに添加剤を含有していてもよい。かかる添加剤としては、界面活性剤、粘度調整剤、分散剤、硬化促進触媒、可塑剤、酸化防止剤や硫化防止剤等の安定剤などが挙げられる。

（抵抗設定部の他の例）
次に、抵抗設定部２３の他の例について説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は抵抗設定部の他の例について説明する平面図である。なお、説明の便宜上、図３（ａ）〜（ｃ）にはパターン２０の一部のみが表される。

図３（ａ）に表した例では、外部端子領域３０に最も近い検知電極２１ａ−１の引き出し配線２２のほか、他の検知電極２１ａの引き出し配線２２にも抵抗設定部２３が設けられている。このように構成することで、全ての検知電極２１ａについて配線パターンの長さを均一化することができ、ＥＳＤ耐性のばらつきを抑制することができる。

図３（ｂ）に表した例では、折り返しパターン２３ａの直線パターン部２３１がＸ１−Ｘ２方向に延出している。すなわち、図１および図２（ｂ）に表した折り返しパターン２３ａとは直線パターン部２３１の延出方向が９０°異なっている。

図３（ｃ）に表した例では、折り返しパターン２３ａの直線パターン部２３１がＸ１−Ｘ２方向およびＹ１−Ｙ２方向のいずれにも非平行な方向に延出している。このように、折り返しパターン２３ａの直線パターン部２３１の延出方向や折り返しパターン２３ａのパターン形状はどのようなものでもよく、配線長を長くして抵抗値を増加させるものであれば抵抗設定部２３として機能させることができる。

図４は、ダミーパターンと抵抗設定部とを含むパターンの例について示す平面図である。
ダミーパターンＤＰは、各検知電極２１ａに設けられたスリット状のパターンである。検知電極２１ａには、Ｙ１−Ｙ２方向に延びるダミーパターンＤＰが複数本平行に設けられる。これにより、検知電極２１ａのライン＆スペースの領域が構成される。

ダミーパターンＤＰを設ける場合、ダミーパターンＤＰによる各検知電極２１ａのライン＆スペースの幅およびピッチを、複数の引き出し配線２２の等間隔領域Ｓ１でのライン＆スペースの幅およびピッチと合わせることが望ましい。また、等間隔領域Ｓ１と並置される折り返しパターン２３ａのライン＆スペースの幅およびピッチも等間隔領域Ｓ１のライン＆スペースの幅およびピッチと合わせることが望ましい。これにより、パターン２０全体の広い領域において同じライン＆スペースが設けられ、パターン２０を目立たせなくすることができる。

なお、上記に本実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施の形態や変形例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

以上のように、本発明に係る静電容量式センサは、単層構造でありながらＥＳＤ耐性に優れるため、透光性導電膜を有する大型のタッチパネルに有用であり、使用者から視認しづらい透光性パターンを形成することができる。

１０…基材
２０…パターン
２１…検知パターン
２１ａ…検知電極
２２…引き出し配線
２３…抵抗設定部
２３ａ…折り返しパターン
３０…外部端子領域
２３１…直線パターン部
２３２…接続パターン部
Ｓ１…等間隔領域

Claims (7)

1. 基材に透光性導電膜のパターンが設けられた静電容量式センサであって、
   前記透光性導電膜は金属ナノワイヤを含み、
   前記パターンは、
   複数の検知電極が間隔を置いて配列された検知パターンと、
   前記複数の検知電極のそれぞれから第１方向に直線状に延在する複数の引き出し配線と、
   前記複数の引き出し配線の少なくともいずれかに接続され、前記第１方向と非平行な方向に延在する部分を含む抵抗設定部と、を有することを特徴とする静電容量式センサ。
2. 前記抵抗設定部は、折り返しパターンを含む、請求項１に記載の静電容量式センサ。
3. 前記複数の引き出し配線は、前記第１方向と直交する第２方向に一定の第１ピッチで配置される等間隔領域を含み、
   前記折り返しパターンは、前記第２方向に前記等間隔領域と並置され、
   前記折り返しパターンは、前記第１方向に直線状に延在する複数の直線パターン部を含む、請求項２に記載の静電容量式センサ。
4. 前記複数の直線パターン部のそれぞれの幅は前記引き出し配線の幅と等しく、前記複数の直線パターン部の前記第２方向のピッチは前記第１ピッチと等しい、請求項３に記載の静電容量式センサ。
5. 前記第１方向は、前記検知パターンから外部端子領域に向かう方向であり、
   前記複数の検知電極は前記第１方向に配列され、
   前記抵抗設定部は、少なくとも前記外部端子領域に最も近い検知電極から延在する前記引き出し配線に接続されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の静電容量式センサ。
6. 前記複数の検知電極のそれぞれから延出する前記引き出し配線を含む配線パターンの抵抗値は互いに等しい、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の静電容量式センサ。
7. 前記金属ナノワイヤは銀ナノワイヤを含むことを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の静電容量式センサ。

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