WO2015045408A1 - タッチパネル - Google Patents
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Abstract
水分侵入の影響を抑制することにより透明電極の安定性を高め、動作安定性を向上させることのできるタッチパネルを提供する。タッチパネルは、透明な樹脂基板とパターン形成された透明導電膜と、透明導電膜に接続された金属配線と、透明粘着層と、センサカバーとを少なくとも含むタッチパネルであって、透明な樹脂基板の40℃、90%RHにおける水蒸気透過速度が1.0g/m2・day以下である。
Description
本発明は、透明な基板上に透明導電膜が形成されることにより構成される透明なタッチパネルに関する。
近年、様々な電子機器のディスプレイ上に入力デバイスとして、透明なタッチパネルが用いられている。タッチパネルの方式としては、抵抗膜式、静電容量式などが挙げられる。抵抗膜式では上下の電極が接触することでタッチ位置を検出する。また静電容量式では指先などが触れた際の表面の静電容量の変化でタッチ位置を検出する。
静電容量式タッチパネルのセンサー基材にPETフィルムなどの樹脂基板を用いる場合、センサーの一方の面は、一般的にカバーガラスが透明粘着層を介して貼り合わされるため、水分の浸入の心配は無いが、カバーガラスの反対面には樹脂やフィルムなどのプラスチック素材が配置される。
そのため、樹脂基板上に形成される透明電極はカバーガラスの反対面からの水分の浸入に晒され、透明電極の安定性に影響を与える現象が起きていた。この問題を解決するために、例えば特許文献1には、ガスバリアー性に優れた高性能のガスバリアー層を有する透明導電性フィルムが記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載の透明導電性フィルムを用いてタッチパネルを形成した場合、透明支持体上の透明導電膜を、カバーガラスの反対面からの水分から十分保護することができない。
本発明は上記のような従来技術の課題を解決しようとするものであり、水分侵入の影響を抑制することにより透明電極の安定性を高め、動作安定性を向上させることのできるタッチパネルを提供するものである。
上記課題を解決するための本発明の一局面に係るタッチパネルは、透明な樹脂基板とパターン形成された透明導電膜と、透明導電膜に接続された金属配線と、透明粘着層と、センサカバーとを少なくとも含むタッチパネルであって、透明な樹脂基板の40℃、90%RHにおける水蒸気透過速度が1.0g/m2・day以下である。
また、センサカバーが樹脂であり、センサカバーの40℃、90%RHにおける水蒸気透過速度が1.0g/m2・day以下であってもよい。
また、タッチパネルは、透明な樹脂基板とパターン形成された透明導電膜と、透明導電膜に接続された金属配線と、透明粘着層と、センサカバーとを少なくとも含み、センサカバーが樹脂であるタッチパネルであって、タッチパネルの40℃、90%RHにおける水蒸気透過速度が1.0g/m2・day以下であってもよい。
また、透明導電膜が金属ナノワイヤを少なくとも含んでもよい。
また、金属ナノワイヤが樹脂層に覆われていてもよい。
また、透明な樹脂基板に酸化珪素化合物、あるいは酸窒化珪素化合物が形成されていてもよい。
また、透明な樹脂基板に珪素化合物と水酸基とを含む樹脂の重合物が形成されていてもよい。
本発明は、タッチパネルのセンサーの一部に透明な樹脂基板を用いる場合、少なくとも一層の透明導電膜への水分浸入の影響を最小限にすることを目的とした。
本発明によれば、センサーの一部に透明な樹脂基板を用いたタッチパネルにおいて、周囲の樹脂部材の水蒸気透過率(速度)を十分小さくすることによって、少なくとも透明導電膜への水分浸入を最小限にし、高温多湿環境における動作安定性及び耐久性に優れたタッチパネルを提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いながら説明する。なお、本発明は、以下に記載する実施の形態に限定されうるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などを加えることも可能であり、そのような変更が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれるものである。
図1~図3は、各実施形態に係るタッチパネルの断面の例である。
図1に示すタッチパネル10は、透明な樹脂基板1を用いた第1の積層体と、もう1つの透明な樹脂基板1を用いた第2の積層体とが互いに貼り合わされた構成を有している。第1の積層体は、透明な樹脂基板1の表裏の一方の面上に樹脂層2が形成されているとともに、当該透明な樹脂基板1の表裏の他方の面上に順に透明導電膜3、硬化膜4が形成された構成を有している。第2の積層体は、もう1つの透明な樹脂基板1の表裏の一方の面上に順に透明導電膜3、硬化膜4が形成されるとともに、当該もう1つの透明な樹脂基板1の表裏の他方の面上に水蒸気バリア層7が形成された構成を有している。第1の積層体の樹脂層2の側と第2の積層体の硬化膜4の側とは、透明粘着層5を介して互いに貼り合されている。また、第1の積層体の硬化膜4側には、さらに透明粘着層5を介してカバーレンズ(センサカバー)6が貼り合されている。
図2に示すタッチパネル20は、透明な樹脂基板1の表裏の一方の面上に順に樹脂層2、透明導電膜3、硬化膜4が順に形成されているとともに、当該透明な樹脂基板1の表裏の他方の面上に順に水蒸気バリア層7、透明導電膜3、硬化膜4が形成された構成を有している。上記一方の面上に積層された硬化膜4上には、さらに透明粘着層5を介して、表裏の片面に水蒸気バリア層7が形成されたカバーレンズ(センサカバー)6が、水蒸気バリア層7側が透明粘着層5側となるように貼り合されている。
図3に示すタッチパネル30は、透明な樹脂基板1を用いた積層体を有している。当該積層体では、透明な樹脂基板1の表裏の一方の面上に順に樹脂層2、光学調整層8、透明導電膜3が形成されているとともに、透明な樹脂基板1の表裏の他方の面上に順に樹脂層2、光学調整層8、透明導電膜3が形成された構成を有している。上記他方の面上に積層された透明導電膜3上には、透明粘着層5を介して、片面に水蒸気バリア層7が形成されたもう1つの透明な樹脂基板1が、水蒸気バリア層7側の反対側の面が透明粘着層5側となるように貼り合されている。また、上記一方の面上に積層された透明導電膜3上には、透明粘着層5を介してカバーレンズ(センサカバー)6が貼り合されている。
本発明で用いる透明な樹脂基板1は、プラスチックフィルムが用いられ、成膜工程および後工程において十分な強度があり、表面の平滑性が良好であれば、特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリアリレートフィルム、環状ポリオレフィンフィルム、ポリイミドフィルムなどが挙げられる。その厚さは部材の薄型化と積層体の可撓性とを考慮し、10μm以上200μm以下程度のものが用いられる。また、本発明のタッチパネルをディスプレイの前面に配置して用いる場合に、透明な樹脂基板1は高い透明性を有することが必要とされ、全光透過率が85%以上のものが好適に使用される。
透明な樹脂基板1に含有される材料としては、周知の種々の添加剤や安定剤、例えば帯電防止剤、可塑剤、滑剤、易接着剤などが使用されてもよい。各層との密着性を改善するため、前処理としてコロナ処理、低温プラズマ処理、イオンボンバード処理、薬品処理などを施してもよい。
本発明の透明な樹脂基板1には片面あるいは両面に樹脂層2が形成されていてもよい。本発明で用いる樹脂層2は、透明導電膜3に機械的強度を持たせるために設けられる。用いられる樹脂としては、特に限定はしないが、透明性と適度な硬度と機械的強度とを持つ樹脂が好ましい。具体的には3次元架橋の期待できる3官能以上のアクリレートを主成分とするモノマー又は架橋性オリゴマーのような光硬化性樹脂が好ましい。
3官能以上のアクリレートモノマーとしては、トリメチロールプロパントリアクリレート、イソシアヌル酸EO変性トリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ポリエステルアクリレートなどが好ましい。特に好ましいのは、イソシアヌル酸EO変性トリアクリレートおよびポリエステルアクリレートである。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用しても構わない。また、これら3官能以上のアクリレートの他にエポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリオールアクリレートなどのいわゆるアクリル系樹脂を併用することが可能である。
架橋性オリゴマーとしては、ポリエステル(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレート、ポリウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、シリコーン(メタ)アクリレートなどのアクリルオリゴマーが好ましい。具体的にはポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールA型エポキシアクリレート、ポリウレタンのジアクリレート、クレゾールノボラック型エポキシ(メタ)アクリレートなどがある。
樹脂層2は、その他に粒子、光重合開始剤などの添加剤を含有してもよい。
添加する粒子としては、有機又は無機の粒子が挙げられるが、透明性を考慮すれば、有機粒子を用いることが好ましい。有機粒子としては、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂などからなる粒子が挙げられる。
粒子の平均粒径は、樹脂層2の厚みによって異なるが、ヘイズ等の外観上の理由により、下限として2μm以上、より好ましくは5μm以上、上限としては30μm以下、好ましくは15μm以下のものを使用する。また、粒子の含有量も同様の理由で、樹脂に対し、0.5重量%以上5重量%以下であることが好ましい。
光重合開始剤を添加する場合、ラジカル発生型の光重合開始剤として、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルメチルケタールなどのベンゾインとそのアルキルエーテル類、アセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、などのアセトフェノン類、メチルアントラキノン、2-エチルアントラキノン、2-アミルアントラキノンなどのアントラキノン類、チオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2,4-ジイソプロピルチオキサントンなどのチオキサントン類、アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタールなどのケタール類、ベンゾフェノン、4,4-ビスメチルアミノベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類及びアゾ化合物などがある。これらは単独または2種以上の混合物として使用でき、さらにはトリエタノールアミン、メチルジエタノールアミンなどの第3級アミン、2-ジメチルアミノエチル安息香酸、4-ジメチルアミノ安息香酸エチルなどの安息香酸誘導体などの光開始助剤などと組み合わせて使用することができる。
光重合開始剤の添加量は、主成分の樹脂に対して0.1重量%以上5重量%以下であり好ましくは0.5重量%以上3重量%以下である。下限値未満ではハードコート層の硬化が不十分となり好ましくない。また、上限値を超える場合は、ハードコート層の黄変を生じたり、耐候性が低下したりするため好ましくない。光硬化型樹脂を硬化させるのに用いる光は紫外線、電子線、あるいはガンマ線などであり、電子線あるいはガンマ線の場合、必ずしも光重合開始剤や光開始助剤を含有する必要はない。これらの線源としては高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプや加速電子などが使用できる。
また、樹脂層2の厚みは、特に限定されないが、0.5μm以上15μm以下の範囲が好ましい。また、透明な樹脂基板1と屈折率が同じかもしくは近似していることがより好ましく、1.45以上1.75以下程度が好ましい。
樹脂層2の形成方法は、主成分である樹脂等を溶剤に溶解させ、ダイコーター、カーテンフローコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、ナイフコーター、バーコーター、スピンコーター、マイクログラビアコーターなどの公知の塗布方法で形成する。
溶剤については、上記の主成分の樹脂等を溶解するものであれば特に限定しない。具体的には、溶剤として、エタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、酢酸イソアミル、乳酸エチル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、などが挙げられる。これらの溶剤は1種を単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
透明導電膜3は、酸化物としては酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズのいずれか、または、それらの2種類もしくは3種類の混合酸化物、さらには、その他添加物が加えられた物などが挙げられるが、目的・用途により種々の材料が使用でき、特に限定されるものではない。現在のところ、最も信頼性が高く、多くの実績のある材料は酸化インジウムスズ(ITO)である。
最も一般的な透明導電膜である酸化インジウムスズ(ITO)を透明導電膜3として用いる場合、酸化インジウムにドープされる酸化スズの含有比はデバイスに求められる仕様に応じて、任意の割合を選択する。例えば、透明な樹脂基板がプラスチックフィルムの場合、機械強度を高める目的で薄膜を結晶化させるために用いるスパッタリングターゲット材料は、酸化スズの含有比が10重量%未満であることが好ましく、薄膜をアモルファス化しフレキシブル性を持たせるためには、酸化スズの含有比は10重量%以上が好ましい。また、薄膜に低抵抗が求められる場合は、酸化スズの含有比は2重量%から20重量%の範囲が好ましい。
透明導電膜3が酸化物の場合、その製造方法としては、膜厚の制御が可能であればいかなる成膜方法でも良く、なかでも薄膜の形成乾式法が優れている。これには真空蒸着法、スパッタリングなどの物理的気相析出法やCVD法のような化学的気相析出法を用いることができる。特に大面積に均一な膜質の薄膜を形成するために、プロセスが安定し、薄膜が緻密化するスパッタリング法が好ましい。また、透明導電膜をエッチングなどの方法でパターニングした場合、パターンが目視で認識しにくいように、光学調整層を形成することができる。光学調整層は所定の屈折率を有する無機酸化物や有機化合物を薄膜で形成し、透明導電膜がある場合と無い場合の透過率や反射率、色味などを調整することでパターン不可視性を与えることができる。さらに透明導電膜3や光学調整層の下層には、金属や金属酸化物、樹脂、シランカップリング剤などの密着層を設けることができる。
また、透明導電膜3は金属ナノ粒子や金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性高分子などの材料を用いることができ、有機溶剤やアルコール、水などに溶解あるいは分散させることで、塗工、乾燥により形成することができる。さらに透明導電膜としてのシート抵抗や透明性を鑑みて、より好適には金属ナノワイヤが用いられる。
金属ナノワイヤは樹脂等と混合し、水やアルコール、有機溶剤などに分散することで調液し、塗工後、乾燥することで、金属ナノワイヤが互いに絡み合って網の目状となることで、少ない量の導電性物質であっても良好な電気伝導経路を形成することができ、導電性層の抵抗値をより低下させることができる。さらにこのような網の目状を形成した場合、網の目の隙間部分の開口が大きいので、たとえ繊維状の導電性物質そのものが透明でなかったとしても、塗膜として良好な透明性を達成することが可能である。金属ナノワイヤは樹脂層に覆われていてもよい。
金属ナノワイヤの金属として、具体的には鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、チタン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、オスミウム、イリジウム、白金、金が挙げられ、導電性の観点から金、銀、銅、白金が好ましい。
金属ナノワイヤ等を用いて透明な樹脂基板1上に透明導電膜3を形成する方法としては、スプレーコート、バーコート、ロールコート、ダイコート、インクジェットコート、スクリーンコート、ディップコートなど公知の塗布方法を用いることができる。
透明導電膜3の膜厚は薄すぎると導体としての十分な導電性が達成出来なくなる傾向にあり、厚すぎるとヘイズ値の上昇、全光線透過率の低下等で透明性が損なわれる傾向にある。通常は10nm以上10μm以下の間で適宜調整を行うが、金属ナノワイヤのように導電性物質そのものが透明でない場合には、膜厚の増加によって透明性が失われ得やすく、より薄い膜厚の導電層が形成されることが多い。この場合きわめて開口部の多い導電層であるが、接触式の膜厚計で測定したときに平均膜厚として10nm以上500nm以下の膜厚範囲がこのましく、30nm以上300nm以下がより好ましく、50nm以上150nm以下が最も好ましい。
硬化膜4は、透明導電膜3を保護し、また機械的強度を持たせるために設けることができる。用いられる樹脂としては、特に限定はしないが、透明性と適度な硬度と機械的強度とを持つ樹脂が好ましい。具体的には3次元架橋の期待できる3官能以上のアクリレートを主成分とするモノマー又は架橋性オリゴマーのような光硬化性樹脂が好ましく、樹脂層2と同様の材料を用いて形成することができる。形成法も樹脂層2と同様にできる。透明導電膜3として酸化物を用いる場合は、一般的には硬化膜4は形成しない。
透明導電膜3は、タッチパネルセンサーとして用いる際、矩形状あるいはダイヤモンド型などのパターン状にして用いる。導電性パターン領域は、金属配線と接しており、電圧変化を検知できる回路に接続されている。人の指等が検出電極である導電性パターン領域に接近すると、全体の静電容量が変化することから回路の電圧が変動し、接触位置の判定ができる。透明導電膜のパターンは一連のドライブ電極の列、センシング電極の列からなり、それぞれを電圧変化検知回路と接続することにより、2次元の位置情報が得られる。
透明導電膜3のパターン形成方法としては、透明導電膜3上にレジストを塗布または貼り合わせ、パターンを露光・現像により形成した後に透明導電膜3を化学的に溶解させるフォトリソグラフィによる方法、真空中で化学反応により気化させる方法、レーザーにより透明導電膜3を昇華させる方法、などが挙げられる。パターン形成方法は、パターンの形状、精度等により適宜選択できるが、パターン精度、細線化を考慮し、フォトリソグラフィによる方法が好ましい。
本発明の特徴は、水蒸気バリア層7が形成された透明な樹脂基板1を用いることである。水蒸気バリア層7としては、無機酸化膜や酸窒化膜、あるいはシランカップリング剤のような珪素化合物と水酸基とを含む樹脂を重縮合させた有機無機複合膜などを用いることができる。
水蒸気バリア層7として用いられる無機酸化膜や酸窒化膜は、例えば珪素化合物である、酸化珪素化合物SiOxや酸窒化珪素化合物SiNxOyなどを用いることができるが、中心金属種はこの限りではなくTi、Al、Cr、Zrなどを適宜用いることができる。
これら無機酸化膜や酸窒化膜は、真空成膜で形成することが望ましい。真空成膜では、物理気相成長法あるいは化学気相成長法を用いることができる。物理気相成長法としては、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。化学気相成長法としては、熱CVD法、プラズマCVD法、光CVD法等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
ここでは、特に、抵抗加熱式真空蒸着法、EB(Electron Beam)加熱式真空蒸着法、誘導加熱式真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、デュアルマグネトロンスパッタリング法、プラズマ化学気相堆積法(PECVD法)等が好ましく用いられる。
本発明における無機酸化膜や酸窒化膜は、5nm以上100nm以下であることが好ましい。膜厚が5nm未満であると、十分なバリア性能を得ることができない。また、硬化膜厚が100nmより大きいと、硬化収縮の増加によりクラックが発生し、バリア性が低下する。さらに、材料使用量の増加、膜形成時間の長時間化等に起因してコストが増加し、経済的観点から好ましくない。
水蒸気バリア層7としてシランカップリング剤と水酸基を含む樹脂を重縮合させた有機無機複合膜を用いる場合、まずシランカップリング剤としては一般的にはR1(Si-OR2)等で記載される、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等を挙げることができる。また、水酸基を含む樹脂としては、水酸基を有するアクリル樹脂、水酸基を有するポリエステル樹脂やポリビニルアルコールといったものが挙げられ、これらの系統の化合物に含まれれば、構造などに特に制限はないが、シラノール基を含む樹脂と相溶性がある材料を選定する必要がある。
以上の材料を少なくとも2種類、適宜選択して混合し、塗布、乾燥、硬化することで水蒸気バリア層7を形成する。塗布方式としては公知の方法を用いることができる。具体的には、グラビアコーター、ディップコーター、リバースコーター、ワイヤーバーコーター、ダイコーター等のウェット成膜法である。硬化方法は特に問わないが、紫外線硬化や熱硬化が挙げられる。紫外線硬化の場合、重合開始剤や二重結合が必要となる。また必要に応じて、加熱エージング等を施してもよい。
また、シランカップリング剤と混合、あるいは代用として他の金属材料を用いてもよい。金属原子がTiであるR1(Ti-OR2)、具体的にはテトラメトキシチタニウム、テトラエトキシチタニウム、テトライソプロポキシチタニウム、テトラブトキシチタニウムが挙げられる。また、金属原子がAlであるR1(Al-OR2)、具体的には、テトラメトキシアルミニウム、テトラエトキシアルミニウム、テトライソプロポキシアルミニウム、テトラブトキシアルミニウムや、金属原子がZrであるR1(Zr-OR2)としては、テトラメトキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム等も挙げることができる。また、レベリング剤や消泡剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、シランカップリング剤やチタンキレート剤なども必要に応じて添加しても差し支えない。
シランカップリング剤と水酸基を含む樹脂を重縮合させた有機無機複合膜の膜厚は、100nm以上、5μm以下が好ましく、上限については生産性やコストなどを加味して1μm以下であることがより好ましい。
無機酸化膜や酸窒化膜、及びシランカップリング剤と水酸基とを含む樹脂を重縮合させた有機無機複合膜はそれぞれ単層で用いても良いし、これらを積層してもよく、関相することでより高い水蒸気バリア性が発現できる。
水蒸気透過速度は、JIS-K7129に準ずる方法を用いてMOCON社Permatranにより測定し、40℃、90%RHの条件下において測定した。本実施形態では、この40℃、90%RHの条件下において、透明な樹脂基板1の水蒸気透過速度を、あるいはタッチパネルの水蒸気透過速度を、1.0g/m2・day以下とした。また、40℃、90%RHの条件下において、透明な樹脂基板1およびカバーレンズ6の水蒸気透過速度を1.0g/m2・day以下としてもよい。本発明によれば、センサーの一部に透明な樹脂基板を用いたタッチパネルにおいて、周囲の樹脂部材の水蒸気透過率(速度)を十分小さくすることによって、少なくとも透明導電膜への水分浸入を最小限にし、高温多湿環境における動作安定性及び耐久性に優れたタッチパネルを提供することができる。
水蒸気バリア層7を形成する基材には、必要に応じて帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑り剤といった添加剤が含まれていてもよい。さらに、基材表面に、コロナ処理、フレーム処理、プラズマ処理、易接着処理等の改質処理、オフラインによるアクリル樹脂やウレタン樹脂のアンカーコート層を施してもよい。また、基材表面は真空成膜の初期成長段階における緻密性や密着性に寄与するものであり、平滑であることが望ましい。
本発明において透明導電膜3は容量検知センサーとして用いる。透明導電膜3は1枚の透明な樹脂基板1の両面に配置しても良いし、別々の透明な樹脂基材1にそれぞれパターニングした透明導電膜3を設けて、透明粘着層5を介して貼り合わせて上下に配置しても良い。透明導電膜3により構成された各電極はそれぞれ金属配線と接続され、透明導電膜3による上部電極と下部電極との間の容量変化を検出する回路に接続されることで、静電容量式のタッチセンサーとして動作する。タッチセンサーは最終的に透明粘着層5を介してカバーレンズ6と貼り合わされることでタッチパネルを作製することができる。カバーレンズ6はガラスでも良いし、表面をハードコート加工した樹脂やプラスチック素材のシートでも良い。
以下、具体的な実施例によって本発明を詳細に説明するが、これらの実施例は説明を目的としたもので、本発明はこれに限定されるものではない。
<実施例1>
図1と同様の層構成を持つタッチパネル10を作製した。透明な樹脂基板1としてPET(125μm)を用い、片面に樹脂層2としてUV硬化性透明アクリル樹脂をマイクログラビアコーティングした後、乾燥、UV硬化することで3μmの厚さで形成した。基板の樹脂層2側とは反対面に透明導電膜3として銀ナノワイヤをシート抵抗100Ω/□となるようにスロットダイコートで塗工し、同様に硬化膜4としてUV硬化性透明アクリル樹脂を130nmの厚さで塗工した。得られた透明導電膜付き基材を、フォトリソグラフィにより、フォトレジストで露光・現像した後、エッチング及びレジスト剥離することで、透明導電膜3を上部電極としてパターン形成した。
図1と同様の層構成を持つタッチパネル10を作製した。透明な樹脂基板1としてPET(125μm)を用い、片面に樹脂層2としてUV硬化性透明アクリル樹脂をマイクログラビアコーティングした後、乾燥、UV硬化することで3μmの厚さで形成した。基板の樹脂層2側とは反対面に透明導電膜3として銀ナノワイヤをシート抵抗100Ω/□となるようにスロットダイコートで塗工し、同様に硬化膜4としてUV硬化性透明アクリル樹脂を130nmの厚さで塗工した。得られた透明導電膜付き基材を、フォトリソグラフィにより、フォトレジストで露光・現像した後、エッチング及びレジスト剥離することで、透明導電膜3を上部電極としてパターン形成した。
続いてもう1つの透明な樹脂基板1としてPET(125μm)を用い、片面に水蒸気バリア層7としてSiOx/(テトラエトキシシランとポリビニルアルコールとの重縮合膜)を形成した。PETは事前にポリエステル樹脂をバーコート法により塗布し、80℃、1分乾燥硬化させることにより100nmの膜を形成した。SiOx層は電子ビーム加熱方式の真空蒸着装置を用いて、酸化珪素材料(SiO)を電子ビーム加熱によって蒸発させ、成膜中の圧力が1.5×10-2Paにおいて硬化膜厚が40nmで成膜した。さらにこのSiOx膜にテトラエトキシシランの加水分解物とポリビニルアルコールとを1/1重量比で混合した塗布液をバーコート法にて塗布し、120℃、1分にて硬化させ、200nm加工した。
得られたPET/SiOx/(テトラエトキシシランとポリビニルアルコールとの重縮合膜)の水蒸気透過速度を測定したところ、0.5g/m2・dayであった。さらに水蒸気バリア層7側とは反対面には上記と同様に透明導電膜3としての銀ナノワイヤと硬化膜4を形成し、フォトリソグラフィにより、フォトレジストで露光・現像した後、エッチング及びレジスト剥離することで、透明導電膜を下部電極としてパターン形成した。フォトリソグラフィに際し、フォトレジストの現像は炭酸ナトリウム水溶液で行い、塩化第二鉄溶液で銀ナノワイヤをエッチングし、水酸化ナトリウム水溶液でレジストを剥離した。以上より得られた上部電極及び下部電極の透明導電膜3にはそれぞれ上部電極配線、及び下部電極配線をスクリーン印刷で銀ペーストパターンを形成し、90℃、30分で加熱することにより配線付きパターンとした。これら上部電極及び下部電極付きPET基材を図1の構成になるように75μm厚の透明粘着層5を用いて貼り合わせ、最表面に0.55mm厚のカバーレンズ6を同様に貼り合わせることで、タッチパネル10を得た。
タッチパネル10の動作は銀配線をフレキシブルプリント基板経由で駆動LSIを接続して動作確認することで、良好に指の接触の検知と座標位置の検出とができた。得られたタッチパネルを60℃、90%RHの環境で240時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、同様に良好に指の接触の検知と座標位置の検出とができた。
<実施例2>
図2と同様の層構成を持つタッチパネル20を作製した。透明な樹脂基板1としてPET(188μm)を用い、片面に樹脂層2としてUV硬化性透明アクリル樹脂をマイクログラビアコーティングした後、乾燥、UV硬化することで5μmの厚さで形成した。樹脂層2には波長365nmの紫外線の透過率が0.9%になるようにUV吸収剤を25wt%添加した。また反対面には水蒸気バリア層7としてSiOx/(テトラエトキシシランとポリビニルアルコールとの重縮合膜)を形成した。SiOxの下層には事前にポリエステル樹脂をバーコート法により塗布し、80℃、1分乾燥硬化させることにより100nmの膜を形成した。SiOx層は電子ビーム加熱方式の真空蒸着装置を用いて、酸化珪素材料(SiO)を電子ビーム加熱によって蒸発させ、成膜中の圧力が1.5×10-2Paにおいて硬化膜厚が40nmで成膜した。さらにこのSiOx膜にテトラエトキシシランの加水分解物とポリビニルアルコールとを1/1重量比で混合した塗布液をバーコート法にて塗布し、120℃、1分にて硬化させ、500nm加工した。得られた樹脂層/PET/SiOx/(テトラエトキシシランとポリビニルアルコールとの重縮合膜)の水蒸気透過速度を測定したところ、0.3g/m2・dayであった。
図2と同様の層構成を持つタッチパネル20を作製した。透明な樹脂基板1としてPET(188μm)を用い、片面に樹脂層2としてUV硬化性透明アクリル樹脂をマイクログラビアコーティングした後、乾燥、UV硬化することで5μmの厚さで形成した。樹脂層2には波長365nmの紫外線の透過率が0.9%になるようにUV吸収剤を25wt%添加した。また反対面には水蒸気バリア層7としてSiOx/(テトラエトキシシランとポリビニルアルコールとの重縮合膜)を形成した。SiOxの下層には事前にポリエステル樹脂をバーコート法により塗布し、80℃、1分乾燥硬化させることにより100nmの膜を形成した。SiOx層は電子ビーム加熱方式の真空蒸着装置を用いて、酸化珪素材料(SiO)を電子ビーム加熱によって蒸発させ、成膜中の圧力が1.5×10-2Paにおいて硬化膜厚が40nmで成膜した。さらにこのSiOx膜にテトラエトキシシランの加水分解物とポリビニルアルコールとを1/1重量比で混合した塗布液をバーコート法にて塗布し、120℃、1分にて硬化させ、500nm加工した。得られた樹脂層/PET/SiOx/(テトラエトキシシランとポリビニルアルコールとの重縮合膜)の水蒸気透過速度を測定したところ、0.3g/m2・dayであった。
樹脂層2と水蒸気バリア層7との上にはそれぞれ透明導電膜3として銀ナノワイヤをシート抵抗80Ω/□となるようにスロットダイコートで塗工し、同様に硬化膜4としてUV硬化性透明アクリル樹脂を130nmの厚さで塗工した。得られた透明導電膜付き基材を、フォトリソグラフィにより、両面同時にフォトレジストで露光・現像した後、エッチング及びレジスト剥離することで、透明導電膜3を上部電極及び下部電極としてパターン形成した。フォトリソグラフィに際し、フォトレジストの現像は炭酸ナトリウム水溶液で行い、塩化第二鉄溶液で銀ナノワイヤをエッチングし、水酸化ナトリウム水溶液でレジストを剥離した。
以上より得られた上部電極及び下部電極の透明導電膜3にはそれぞれ上部電極配線、及び下部電極配線をスクリーン印刷で銀ペーストパターンを形成し、90℃、30分で加熱することにより配線付きパターンとした。この上部電極及び下部電極付きPET基材を図2の構成になるように150μm厚の透明粘着層5を用いて、最表面にカバーレンズ6として200μm厚のPET樹脂カバーを貼り合わせることで、タッチパネル20を得た。この時、PET樹脂カバーの片面には水蒸気バリア層7としてSiOx/(テトラエトキシシランとポリビニルアルコールとの重縮合膜)を上記と同様に形成した。得られたタッチパネルの水蒸気透過速度を測定したところ、0.07g/m2・dayであった。
タッチパネル20の動作は銀配線をフレキシブルプリント基板経由で駆動LSIを接続して動作確認することで、良好に指の接触の検知と座標位置の検出とができた。得られたタッチパネル20を60℃、90%RHの環境で240時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、同様に良好に指の接触の検知と座標位置の検出とができた。
<実施例3>
図3と同様の層構成を持つタッチパネル30を作製した。透明な樹脂基板1としてPET(125μm)を用い、両面に樹脂層2としてUV吸収剤を20wt%添加したUV硬化性透明アクリル樹脂をマイクログラビアコーティングした後、乾燥、UV硬化することで5μmの厚さで形成した。更に両面に光学調整層8として、ジルコニア粒子入りのUV硬化性アクリル樹脂を90nmの厚さで形成した。この時、光学調整層8の屈折率は1.70であった。得られた基材は更に両面に透明導電膜3としてITO(錫含有率5wt%)を真空でDCマグネトロンスパッタリングにより22nmの厚さで形成し、これを150℃、60分でアニールすることにより、片面のシート抵抗を150Ω/□で得た。得られた両面透明導電膜付き基材を、実施例2と同様にフォトリソグラフィにより、フォトレジストで露光・現像した後、エッチング及びレジスト剥離することで、透明導電膜3を上部電極及び下部電極としてパターン形成した。また、銀配線も実施例2と同様に形成した。
図3と同様の層構成を持つタッチパネル30を作製した。透明な樹脂基板1としてPET(125μm)を用い、両面に樹脂層2としてUV吸収剤を20wt%添加したUV硬化性透明アクリル樹脂をマイクログラビアコーティングした後、乾燥、UV硬化することで5μmの厚さで形成した。更に両面に光学調整層8として、ジルコニア粒子入りのUV硬化性アクリル樹脂を90nmの厚さで形成した。この時、光学調整層8の屈折率は1.70であった。得られた基材は更に両面に透明導電膜3としてITO(錫含有率5wt%)を真空でDCマグネトロンスパッタリングにより22nmの厚さで形成し、これを150℃、60分でアニールすることにより、片面のシート抵抗を150Ω/□で得た。得られた両面透明導電膜付き基材を、実施例2と同様にフォトリソグラフィにより、フォトレジストで露光・現像した後、エッチング及びレジスト剥離することで、透明導電膜3を上部電極及び下部電極としてパターン形成した。また、銀配線も実施例2と同様に形成した。
以上より得られた基材の下部電極側に、75μm厚の透明粘着層5を用いて水蒸気バリア層7付きのPET(25μm)を貼り合わせた。水蒸気バリア層7は実施例1と同様に形成した。水蒸気バリア層7付きのPETの水蒸気透過速度は0.5g/m2・dayであった。
最後に75μm厚の透明粘着層5を用いて0.55mm厚のカバーレンズ6を貼り合わせることで、タッチパネル30を得た。タッチパネル30の動作は銀配線をフレキシブルプリント基板経由で駆動LSIを接続して動作確認することで、良好に指の接触の検知と座標位置の検出とができた。得られたタッチパネルを60℃、90%RHの環境で240時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、同様に良好に指の接触の検知と座標位置の検出とができた。
<比較例1>
図4には、比較例1に係るタッチパネル40を示す。タッチパネル40は図1のタッチパネル10の水蒸気バリア層7が樹脂層2となった以外はタッチパネル10と同じ構成であり、実施例1と同様に作製した。透明導電膜3を形成する前のPET/樹脂層の水蒸気透過速度は6g/m2・dayであった。作製直後のタッチパネル40は良好に動作し。指の接触の検知と座標位置の検出とができたが、得られたタッチパネル40を60℃、90%RHの環境で240時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、一部に電極間ショートを生じ正常に動作しなかった。タッチパネルセンサー内部に浸入した水分の影響で電極にダメージを与えたものと考えられる。
図4には、比較例1に係るタッチパネル40を示す。タッチパネル40は図1のタッチパネル10の水蒸気バリア層7が樹脂層2となった以外はタッチパネル10と同じ構成であり、実施例1と同様に作製した。透明導電膜3を形成する前のPET/樹脂層の水蒸気透過速度は6g/m2・dayであった。作製直後のタッチパネル40は良好に動作し。指の接触の検知と座標位置の検出とができたが、得られたタッチパネル40を60℃、90%RHの環境で240時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、一部に電極間ショートを生じ正常に動作しなかった。タッチパネルセンサー内部に浸入した水分の影響で電極にダメージを与えたものと考えられる。
<比較例2>
図5には、比較例2に係るタッチパネル50を示す。図2のタッチパネル20のPET基材上の水蒸気バリア層7が樹脂層2となり、PETカバーレンズ上の水蒸気バリア層7が無くなった以外はタッチパネル20と同じ構成であり、実施例2と同様に作製した。透明導電膜を形成する前の樹脂層/PET/樹脂層の水蒸気透過速度は4g/m2・dayであり、作製したタッチパネル50の水蒸気透過速度は2g/m2・dayであった。作製直後のタッチパネル50は良好に動作し。指の接触の検知と座標位置の検出とができたが、得られたタッチパネル50を60℃、90%RHの環境で240時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、一部に電極間ショートを生じ正常に動作しなかった。タッチパネルセンサー内部に浸入した水分の影響で電極にダメージを与えたものと考えられる。
図5には、比較例2に係るタッチパネル50を示す。図2のタッチパネル20のPET基材上の水蒸気バリア層7が樹脂層2となり、PETカバーレンズ上の水蒸気バリア層7が無くなった以外はタッチパネル20と同じ構成であり、実施例2と同様に作製した。透明導電膜を形成する前の樹脂層/PET/樹脂層の水蒸気透過速度は4g/m2・dayであり、作製したタッチパネル50の水蒸気透過速度は2g/m2・dayであった。作製直後のタッチパネル50は良好に動作し。指の接触の検知と座標位置の検出とができたが、得られたタッチパネル50を60℃、90%RHの環境で240時間動作させた後、環境試験機より取り出し、上記と同様に動作確認を行った結果、一部に電極間ショートを生じ正常に動作しなかった。タッチパネルセンサー内部に浸入した水分の影響で電極にダメージを与えたものと考えられる。
本発明のタッチパネルは、特に静電容量式タッチパネルとして用いられ、スマートフォンやタブレット、ノートPCなどの前面に配置されるユーザーインターフェースとして利用可能である。
1 透明な樹脂基板
2 樹脂層
3 透明導電膜
4 硬化膜
5 透明粘着層
6 カバーレンズ
7 水蒸気バリア層
8 光学調整層
10、20、30 タッチパネル
40、50 比較例のタッチパネル
2 樹脂層
3 透明導電膜
4 硬化膜
5 透明粘着層
6 カバーレンズ
7 水蒸気バリア層
8 光学調整層
10、20、30 タッチパネル
40、50 比較例のタッチパネル
Claims (7)
- 透明な樹脂基板とパターン形成された透明導電膜と、該透明導電膜に接続された金属配線と、透明粘着層と、センサカバーとを少なくとも含むタッチパネルであって、該透明な樹脂基板の40℃、90%RHにおける水蒸気透過速度が1.0g/m2・day以下である、タッチパネル。
- 前記センサカバーが樹脂であり、該センサカバーの40℃、90%RHにおける水蒸気透過速度が1.0g/m2・day以下である、請求項1に記載のタッチパネル。
- 透明な樹脂基板とパターン形成された透明導電膜と、該透明導電膜に接続された金属配線と、透明粘着層と、センサカバーとを少なくとも含み、該センサカバーが樹脂であるタッチパネルであって、該タッチパネルの40℃、90%RHにおける水蒸気透過速度が1.0g/m2・day以下である、タッチパネル。
- 前記透明導電膜が金属ナノワイヤを少なくとも含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のタッチパネル。
- 前記金属ナノワイヤが樹脂層に覆われている、請求項4に記載のタッチパネル。
- 前記透明な樹脂基板に酸化珪素化合物、あるいは酸窒化珪素化合物が形成されている、請求項1~5のいずれか1項に記載のタッチパネル。
- 前記透明な樹脂基板に珪素化合物と水酸基とを含む樹脂の重合物が形成されている、請求項1~6のいずれか1項に記載のタッチパネル。
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