JP2017010108A - 静電容量方式タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】 額縁レス、高精細を両立する静電容量方式のタッチパネル構成である静電容量方式タッチパネルを提供する。
【解決手段】 表示領域に複数の第一のドライブ電極と第一のセンス電極から構成される第一のセンサ電極部と、複数の第一のセンス電極と電気的に接続された引出し配線電極と、少なくとも前記引出し配線電極を覆う絶縁膜とを備え、前記第一のセンサ電極部の第一のドライブ電極と第一のセンス電極が第二の透明なセンサ電極によってそれぞれ前記絶縁膜を覆って第一のドライブ電極と第二のドライブ電極、第一のセンス電極と第二のセンス電極がそれぞれ電気的に接続され引出し配線電極上方に拡張して設けられることを特徴とする、静電容量方式タッチパネル。
【選択図】 図３

Description

本発明は、静電容量方式タッチパネルに関する。

タッチパネルは、タッチされた座標を検出する装置であり、スマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン等に搭載されている。タッチ検出方式は数種類あり、静電容量方式、抵抗膜方式、赤外線方式等がある。

静電容量方式タッチパネルのタッチ面には複数のセンサ電極が配置されている。センサ電極は信号を発信するドライブ電極と受信するセンス電極から成り、これらのあいだで常時信号の授受が行われていて、タッチされると、その位置にあるセンサ電極の信号が減衰することから、タッチの位置を特定できる。
静電容量方式タッチパネルの代表的な構成例として、表示領域にセンサ電極が形成され、表示領域の周囲に引き出し電極が形成されるものが挙げられる。（例えば特許文献１参照）
別の代表的な構成として、表示領域にセンサ電極だけでなく、引き出し配線まで形成されるものが挙げられる。

タッチパネルに求められる特性として、（１）額縁レスが挙げられる。額縁がなければ画面が広く、見栄えが良い。他に、（２）高精細が挙げられる。近年、指に限らず、細いペン先でタッチできることが求められていて、そのためには表示領域にセンサ電極が高精細に配置されている必要がある。

特許文献１に記載のタッチパネルの欠点は、その構成上、上記（１）額縁レスに出来ないことである。表示領域の周囲に配置された引出し配線を覆い隠すための額縁が必要となる。

２例目として挙げた、別の代表的な構成の欠点は、その構成上、上記（２）高精細が難しいことである。本構成では表示領域にセンサ電極だけでなく引出し配線が形成されていて、細いペン先でタッチした先が引出し配線上であると、検出できない。大画面になると引出し配線が多いため、細いペン先に限らず、指の太さでも問題になる。これらの課題を克服して（１）（２）を両立することが望まれる。

国際公開第２０１３／１１８８８３号

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、額縁レス、高精細を両立する静電容量方式のタッチパネル構成である静電容量方式タッチパネルを提供する。

本発明で提供する静電容量方式タッチパネルは、表示領域にドライブ電極とセンス電極から構成されるセンサ電極と引出し配線が形成され、引き出し配線の上を覆って、センサ電極が拡張して形成されることを特徴とする。
すなわち本発明は、
［１］ 表示領域に複数の第一のドライブ電極と第一のセンス電極から構成される第一のセンサ電極部と、複数の第一のセンス電極と電気的に接続された引出し配線電極と、少なくとも前記引出し配線電極を覆う絶縁膜とを備え、前記第一のセンサ電極部の第一のドライブ電極と第一のセンス電極が第二の透明なセンサ電極によってそれぞれ前記絶縁膜を覆って第一のドライブ電極と第二のドライブ電極、第一のセンス電極と第二のセンス電極がそれぞれ電気的に接続され引出し配線電極上方に拡張して設けられることを特徴とする、静電容量方式タッチパネルに関する。
［２］ 表示領域に複数の連通した第一のドライブ電極と断続した第一のセンス電極から構成される複数の第一のセンサ電極部と、複数の第一のセンス電極と電気的に接続された引出し配線電極と、前記引出し配線電極と前記第一のドライブ電極の一部とを覆う絶縁膜とを備え、前記第一のセンス電極が第二の透明なセンス電極によって前記絶縁膜を覆って拡張されるとともに、第二のセンス電極部によって、複数の隣接する第一のセンス電極が電気的に接続されることを特徴とする、静電容量方式タッチパネルに関する。
［３］ 前記絶縁膜の厚みが２μｍ以下である、上記［１］または［２］に記載の静電容量方式タッチパネルに関する。
［４］ 前記第一のセンサ電極部がＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム、Indium Tin Oxide）、メタルメッシュ及び金属ナノワイヤを含有する組成物から選ばれる上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の静電容量方式タッチパネルに関する。
［５］ 前記第二のセンサ電極部又は第二のセンス電極部が、金属ナノワイヤを含有する組成物である上記［１］〜［４］のいずれか一項に記載の静電容量方式タッチパネルに関する。
［６］ 前記第二のセンサ電極部又は第二のセンス電極部が、感光特性と導電特性を有する材料から成形される上記［１］〜［５］のいずれか一項に記載の静電容量方式タッチパネルに関する。
［７］ 前記第二のセンサ電極部又は第二のセンス電極部が、シート状である材料から成形される上記［１］〜［６］のいずれか一項に記載の静電容量方式タッチパネルに関する。

本発明の構成では、表示領域に引き出し配線が形成することから、額縁レスである。また、引き出し配線の上を覆ってセンサ電極が拡張して形成されることで、表示領域全域でタッチ検出可能な高精細な静電容量方式タッチパネルを提供できる。

第一の実施の形態の１層目の層まで形成した構成例である。 第一の実施の形態の２層目の層まで形成した構成例である。 第一の実施の形態の３層目の層まで形成した構成例である。 第二の実施の形態の１層目の層まで形成した構成例である。 第二の実施の形態の２層目の層まで形成した構成例である。 第二の実施の形態の３層目の層まで形成した構成例である。 第二の実施の形態の図７とは別の形状の構成例である。

本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
＜第一の実施の形態＞
本発明において、センサ電極は、ドライブ電極とセンス電極を組み合わせて構成され、電極部と記述する場合は、センサ電極、ドライブ電極、センス電極のそれぞれが複数の場合を意味することがある。
図１〜図３を用いて、本実施の形態の静電容量方式タッチパネルの構成とその効果を説明する。本発明について、３層の構成を例に以下に説明する。

図１は１層目の透明電極（第一のセンサ電極部）の一例である。
基材１００の素材は、透明で視認性に優れるものが用いられる。ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）フィルム、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、これらにハードコート処理を施したフィルム等の透明フィルム、アルミノケイ酸塩ガラス、ソーダ石灰ガラス、それらに強化処理を施したガラス等の透明ガラスが好ましい。

第一のドライブ電極１０３と第一のセンス電極１０４から構成される第一のセンサ電極（透明電極）１０１の素材は、透明で導電性に優れるものが用いられる。例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ（酸化亜鉛、Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、導電性高分子、カーボンナノチューブを含有する組成物、グラフェンを含有する組成物、銀などの金属ナノワイヤを含有する組成物が好ましいが、これに限らず、透明で導電性を備えるものであれば同じ効果を実現できる。

また、透明ではないが、細線形状やメッシュ状の金属、例えばＣｕやＡｇやＡｌやＭＡＭ（Ｍｏモリブデン／Ａｌアルミニウム／Ｍｏモリブデン）でも構わない。一本一本の細幅が５μｍ以下、望ましくは３μｍ以下であれば、視認できなくなり、人の目にとっては殆ど透明と言えるためである。

透明電極１０１の形成方法の例を数種挙げる。ＩＴＯやＺｎＯであれば、パターンを開口した板を介して蒸着する。ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン、ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、カーボンナノチューブを含有する組成物、グラフェンを含有する組成物、金属ナノワイヤを含有する組成物、粒子状のＩＴＯやＺｎＯを含有する組成物であれば、ワニス状にして塗布後にフォトリソグラフィでパターニングする。細線形状やメッシュ状の金属であれば、メッキや蒸着で薄膜を形成後に、フォトリソグラフィでパターニングする。或いは、粒子状にして樹脂組成物や溶媒に含有させ、インクジェットや印刷で形成する。これらは一例であり、これらに限るものではない。
特に、メタルメッシュやＩＴＯ、金属ナノワイヤを含有する組成物の抵抗が低く、引出し配線１０７を細くできるので有利である。

透明電極１０１の上部を拡大したものが１０２である。ドライブ電極１０３とセンス電極１０４の間で信号の授受が行われる。
透明電極１０１の下部を拡大したものが１０５である。ドライブ電極１０３とセンス電極１０６の間で信号の授受が行われる。
問題は、このままの構成では引出し配線１０７上ではタッチを検出できない。また、引出し配線１０７に圧迫されてドライブ電極１０３とセンス電極１０６は小さく、タッチ感度は小さい。これらの問題は、本実施の形態の３層目まで構成すれば解消する。
透明電極１０１の形状は、表示領域に引き出し配線が形成するものであれば、図１の形状に限定するものではない。

図２は２層目の絶縁膜の一例である。
表示領域の下部を拡大したものが２０２である。ドライブ電極１０３、センス電極１０６の一部または全部を露出しつつ、引出し配線１０７の全域を覆うように絶縁膜２００を形成する。

表示領域の上部を拡大したものが２０１である。引出し配線は１本しかないので絶縁膜で覆う必要はないが、視認性や下部２０２との統一性を鑑みて２０１のように絶縁膜２００で覆っても構わない。絶縁膜２００は、引出し配線を覆う目的が達成されるのであれば、図２の形状に限定するものではない。

絶縁膜２００の素材は、絶縁性に優れ、透明で視認性に優れるものであれば、アクリル系に代表される有機組成物でもＳｉＯ_２のような無機組成物でも、その他の材料でもかまわない。絶縁膜２００の厚みは、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下である。薄い方が３層目を形成しやすい。

図３は３層目の透明電極（第二の透明なセンサ電極）の一例である。
透明電極であるドライブ電極３０１とセンス電極３００を含む３層目の素材は、透明で導電性に優れるものが用いられる。前記の透明電極（透明導電膜）１０１の候補として挙げた材料で構わないし、異種でも構わず、組み合わせは問わない。例えば、１層目の透明導電膜（第一のセンサ電極）１０１をＩＴＯあるいはメタルメッシュで、３層目の透明電極３００（センス電極）と３０１（ドライブ電極）はＡｇナノワイヤを含有する組成物で実現できる。さらに、これらの透明電極（３００と３０１）が感光性機能を有するシート状の組成物であればラミネートによって形成でき、蒸着などの別の形成手法よりも低温で、塗布よりも簡便である。さらに感光性機能を有していれば、フォトプロセス（露光・現像）で、簡便かつ、１層目や２層目を傷つけるリスクを抑えたパターニングが可能となる。これには、日立化成株式会社のＴＣＴＦ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｉｌｍ）を用いることが好ましい。ＴＣＴＦは、感光特性と導電特性を有する材料から構成され、銀ナノワイヤと感光層の２層構造で、シート状である。ＴＣＴＦを基板に転写、接着し、露光とアルカリ現像によりファインパターンを形成できる。真空プロセスが不要で加工プロセスの短縮による生産効率の向上が可能になる。さらに、大型化による配線抵抗値の増加を抑制できるため、ＩＴＯ並みの導電性と高透明性を両立することが可能となる。

３層目の透明電極は、１層目の透明電極を引出し配線の上まで拡張する働きをする。表示領域の下部を拡大したものが３０３であるが、１層目のドライブ電極１０３は３層目の透明電極３０１（ドライブ電極）に電気的に接続され、センス電極１０６は３層目の透明電極３００（センス電極）に電気的に接続され、それぞれを拡張する役割を果たす。引出し配線１０７の上を覆ってセンサ電極が拡張されるので、引き出し配線上のタッチ検出が可能になる。絶縁膜２００があるので、３層目の透明電極が引出し配線１０７に電気的に接することはない。

本発明の構成では、表示領域に引き出し配線が形成することから、額縁レスである。また、引き出し配線の上を覆ってセンサ電極が拡張して形成されることで、表示領域全域でタッチ検出可能な高精細なタッチパネルを提供できる。本実施の形態を３層の構成を例に説明したが、層の数を限定するものではなく、機能の分割、統合して層の数が変わっても構わない。

＜第二の実施の形態＞
図４〜図７用いて、本実施の形態の静電容量方式タッチパネルの構成とその効果を説明する。
本実施の形態において、第一の実施の形態と重複する点は説明を省略する。

図４は１層目の透明電極の一例である。透明電極４０１〜４０５（１層目の断続した第一のセンス電極）、４０１ａ〜４０５ａ（１層目のセンス電極の引出し配線電極）の素材は、実施の形態１の１０１と同様、透明で導電性に優れるものが用いられる。特に望ましいのは、メタルメッシュである。導電性に優れ、最終的な形状がドライブ電極とセンス電極が交差する箇所の寄生容量を小さく抑えることが出来る。
透明電極４００（１層目の連通したドライブ電極）は垂直方向の電極である。透明電極４０１〜４０５（１層目の断続した第一のセンス電極）は水平方向の電極である。４００と、４０１〜４０５のどちらがドライブ電極でもセンス電極でも構わないが、説明の便宜上、４００をドライブ電極、４０１〜４０５をセンス電極とする。

４０１は１段目、４０２は２段目、４０３は３段目、４０４は４段目、４０５は５段目のセンス電極である。４０１ａ〜４０５ａはそれぞれに対応する引出し配線電極である。１層目では、４０１の水平方向は、４００に阻まれて接続されていない（断続）。４０２の水平方向は、４００と、４０１ａに阻まれて接続されていない。４０３〜４０５も同様の理由で水平方向は接続されていないが、本実施の形態の３層目まで形成することで接続される。
透明電極４０１〜４０５、４０１ａ〜４０５ａの形状は、表示領域に引き出し配線が形成されるもので、最終的な形状がドライブ電極とセンス電極が交差するものであれば、図４の形状に限定するものではない。

図５は２層目の絶縁膜の一例である。絶縁膜５００（ドライブ電極の一部を覆う２層目絶縁膜）と５０１（引出し配線電極を覆う２層目絶縁膜）を含む２層目の材料は、実施の形態１の２００と同様、絶縁性に優れ、透明で視認性に優れるものが用いられる。ドライブ電極４００の一部と、引出し配線４０１ａ〜４０５ａの全域を覆うように形成される。絶縁膜５００と５０１は、上記の目的が達成されるのであれば、図５の形状に限定するものではない。

図６は３層目の透明電極（第二の透明なセンス電極）の一例である。３層目のセンス電極の６０１〜６０５の素材は、実施の形態１の３００や３０１と同様、透明で導電性に優れるものが用いられる。３層目の透明電極６０１〜６０５は、１層目の透明電極を引出し配線の上まで拡張する働きと、水平方向につなげる働きをする。６０１は、絶縁膜５００のおかげで引出し配線４０１ａに接することなく、絶縁膜５０１のおかげでドライブ電極４００に接することなく水平方向の４０３を電気的に接続する。６０１や６０２、６０３〜６０５も同様に、４０１や４０２、４０３〜４０５を水平方向に接続する。

図７は、３層目が図６とは別の形状の例である。透明電極６０１〜６０５とその他では透過率に差が出て、視認性が落ちる。そこで透明電極のドライブ電極４００の露出部にダミー電極７００（３層目のダミー電極）として６０１〜６０５の透明電極と同様な透明電極を形成することが好ましい。

本発明の構成では、表示領域に引き出し配線が形成することから、額縁レスである。また、引き出し配線の上を覆ってセンサ電極が拡張して形成されることで、表示領域全域でタッチ検出可能な高精細なタッチパネルを提供できる。
本実施の形態を３層の構成を例に説明したが、層の数を限定するものではなく、機能の分割、統合して層の数が変わっても構わない

以上、本発明によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更、置き換え可能である。

１００ 基材
１０１ 第一のセンサ電極（１層目（透明電極））
１０２ １層目のタッチパネル上部の拡大図
１０３ ドライブ電極
１０４ センス電極
１０５ １層目のタッチパネル下部の拡大図
１０６ センス電極
１０７ 引出し配線
２００ ２層目（絶縁膜）
２０１ ２層目のタッチパネル上部の拡大図
２０２ ２層目のタッチパネル下部の拡大図
３００ ３層目のセンス電極（の拡張部）
３０１ ３層目のドライブ電極（の拡張部）
３０２ ３層目のタッチパネル上部の拡大図
３０３ ３層目のタッチパネル下部の拡大図
４００ １層目（透明電極）の連通したドライブ電極
４０１〜４０５ １層目（透明電極）の断続した第一のセンス電極
４０１ａ〜４０５ａ １層目（透明電極）のセンス電極の引出し配線電極
５００ ドライブ電極の一部を覆う２層目の絶縁膜
５０１ 引出し配線電極を覆う２層目の絶縁膜
６０１〜６０５ ３層目（透明電極、センス電極）
７００ ３層目（透明電極）のダミー電極

Claims (7)

1. 表示領域に複数の第一のドライブ電極と第一のセンス電極から構成される第一のセンサ電極部と、複数の第一のセンス電極と電気的に接続された引出し配線電極と、少なくとも前記引出し配線電極を覆う絶縁膜とを備え、前記第一のセンサ電極部の第一のドライブ電極と第一のセンス電極が第二の透明なセンサ電極によってそれぞれ前記絶縁膜を覆って第一のドライブ電極と第二のドライブ電極、第一のセンス電極と第二のセンス電極がそれぞれ電気的に接続され引出し配線電極上方に拡張して設けられることを特徴とする、静電容量方式タッチパネル。
2. 表示領域に複数の連通した第一のドライブ電極と断続した第一のセンス電極から構成される複数の第一のセンサ電極部と、複数の第一のセンス電極と電気的に接続された引出し配線電極と、前記引出し配線電極と前記第一のドライブ電極の一部とを覆う絶縁膜とを備え、前記第一のセンス電極が第二の透明なセンス電極によって前記絶縁膜を覆って拡張されるとともに、第二のセンス電極部によって、複数の隣接する第一のセンス電極が電気的に接続されることを特徴とする、静電容量方式タッチパネル。
3. 前記絶縁膜の厚みが２μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の静電容量方式タッチパネル。
4. 前記第一のセンサ電極部がＩＴＯ、メタルメッシュ及び金属ナノワイヤを含有する組成物から選ばれる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の静電容量方式タッチパネル。
5. 前記第二のセンサ電極部又は第二のセンス電極部が、金属ナノワイヤを含有する組成物である請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電容量方式タッチパネル。
6. 前記第二のセンサ電極部又は第二のセンス電極部が、感光特性と導電特性を有する材料から成形される請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電容量方式タッチパネル。
7. 前記第二のセンサ電極部又は第二のセンス電極部が、シート状である材料から成形される請求項１〜６のいずれか一項に記載の静電容量方式タッチパネル。

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