(57)【要約】      （修正有）【課題】指による接触を検出できない検出感度低下領域を小さくすることが可能なタッチスイッチを提供する。【解決手段】タッチスイッチは、基材１と、基材上に配置され、導電線２１ａ〜２１ｅ、及びこの導電線の一端部に連結された導通領域を有する複数の透明な配線電極と、複数の配線電極を覆うとともに、各配線電極の導通領域上に形成されたコンタクトホール３１を複数有する絶縁層３と、絶縁層上において、各配線電極の導通領域に対応する位置に配置され、コンタクトホールを介して各導通領域と導通する、複数の透明なセンサー電極４ａ〜４ｅと、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材上に配置され、導電線、及び当該導電線に連結された導通領域を有する複数の透明な配線電極と、
前記複数の配線電極を覆うとともに、前記各配線電極の導通領域上に形成された少なくとも１つのコンタクトホールを有する絶縁層と、
前記絶縁層上において、前記各配線電極の導通領域に対応する位置に配置され、前記コンタクトホールを介して前記各導通領域と導通する、複数の透明なセンサー電極と、
を備えている、タッチスイッチ。
【請求項２】
前記基板上で前記複数の配線電極が配置された基準領域の上方に、前記複数のセンサー電極が敷き詰められている、請求項１に記載のタッチスイッチ。
【請求項３】
隣接するセンサー電極間の隙間が、１０μｍ〜３ｍｍである、請求項１に記載のタッチスイッチ。
【請求項４】
前記各センサー電極は、面方向に凹凸を形成するように延びる端縁を少なくとも一部に有しており、
隣接する前記各センサー電極の境界は、前記凹凸が所定間隔をおいて噛み合うように形成されている、請求項１から３のいずれかに記載のタッチスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量式のタッチスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスイッチの主な方式として、光の変化を検出する方式と、電気的な特性の変化を検出する方式とが知られている。電気的な特性の変化を検出する方式としては、静電容量結合方式が知られており、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載のタッチスイッチは、基板上に、複数のセンサー電極を配置することで形成されており、各センサー電極には導電線が連結されており、各導電線が静電容量の検出回路に接続されている。そして、いずれかのセンサー電極に指を接触させると、この検出回路で、人体の静電容量による変化を検出することで、接触位置が特定される。このとき、センサー電極に流れる電流値を検出することで、接触位置が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４６４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記タッチスイッチでは、センサー電極と導電線とが、ともに基板上に配置されている。そのため、センサー電極の数が多くなると、それに伴って導電線も多くなり、基板上に導電線を配置するスペースを確保する必要がある。しかしながら、導電線を配置するスペースは、指や導電性のペンなどを接触させても、これを検出する感度が低下する領域であり、タッチスイッチとしての機能上、これをできるだけ小さくする必要がある。これを解決するため、導電線を細線化することも考えられるが、導電線の数が多くなると、これにも限界がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、指等による接触を検出できない検出感度低下領域を小さくすることが可能なタッチスイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るタッチスイッチは、基材と、前記基材上に形成され、導電線、及び当該導電線に連結された導通領域を有する複数の透明な配線電極と、前記複数の配線電極を覆うとともに、前記各配線電極の導通領域上に形成された少なくとも１つのコンタクトホールを有する絶縁層と、前記絶縁層上において、前記各配線電極の導通領域に対応する位置に形成され、前記コンタクトホールを介して前記各導通領域と導通する、複数の透明なセンサー電極と、を備えている。
【０００７】
この構成によれば、導電線を有する配線電極上に、絶縁層を介してセンサー電極を形成し、絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して配線電極とセンサー電極とを導通している。すなわち、センサー電極は、配線電極とは異なる階層に配置されるため、センサー電極が配置される階層には導電線を配置するためのスペースが不要になる。そのため、検出感度低下領域をなくするように複数のセンサー電極を効率的に配置することができる。また、配線電極をどのように配置したとしても、各配線電極とセンサー電極とがコンタクトホールを介して導通している限り、センサー電極の配置には影響しない。したがって、導電線の配線の自由度が大きくなり、多様な配線設計が可能となる。例えば、複数の導通領域の少なくとも一部を２列に配置し、当該２列の導通領域の間に、これら導通領域から延びる導電線を配置することができる。このようにすると、導電線を一箇所から引き出すことができ、回路の配置の自由度が高くなる。
【０００８】
上記タッチスイッチにおいては、基板上で上述した複数の配線電極が配置された基準領域の上方に、複数のセンサー電極を敷き詰めることが好ましい。これにより、隣接するセンサー電極間の隙間が小さくなり、検出感度低下領域を小さくすることができる。なお、基準領域とは、配線電極のうち、少なくとも導通領域が配置される領域であり、指や導電性のペンなどが接触する可能性のある領域のことをいう。例えば、上記タッチスイッチを表示装置上に配置する場合、表示装置の表示画面全体もしくは操作に用いる表示画面の一部に対応する領域が基準領域となる。
【０００９】
上記タッチスイッチにおいては、隣接するセンサー電極間の隙間を、１０μｍ〜３ｍｍとすることができ、望ましくは１００μｍ〜２ｍｍ、さらに望ましくは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができる。上述したように、センサー電極は、導電線の配線にかかわらず配置できるため、隣接するセンサー電極間の隙間は、上記のように小さくすることができる。上記範囲外でも可能ではあるが、１０μｍ以下では隣接するセンサー電極との間の安定的な絶縁がとれない可能性があり、３ｍｍ以上では指に対して検出感度低下領域が広くなりすぎるため安定な検出ができないおそれがある。なお、隣接するセンサー電極間の隙間は、全て同じ長さにする必要はなく、必要に応じて、変更することができる。
【００１０】
上記タッチスイッチにおいては、各センサー電極は種々の形状にすることができるが、例えば、センサー電極の端縁の少なくとも一部が面方向に凹凸を形成するように形成し、隣接する各センサー電極の境界が、所定間隔をおいて凹凸が噛み合うように形成されるようにすることができる。このようにすると、隣接するセンサー電極との境界部分における指の接触の検出感度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るタッチスイッチによれば、指による接触を検出できない検出感度低下領域を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るタッチスイッチの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すタッチスイッチの製造方法を示す平面図及び断面図である。
【図４】図１に示すタッチスイッチのセンサー電極の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るタッチスイッチの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、このタッチスイッチの平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１に示すタッチスイッチの製造方法を示す平面図及び断面図である。なお、図１は、説明の便宜上、後述する保護層を省いて描いている。
【００１４】
本実施形態のタッチスイッチは、液晶表示パネルなどの表示装置の上面に配置される静電容量式のタッチスイッチである。図１及び図２に示すように、このタッチスイッチは、透明の基板（基材）１を有しており、この基板１上に、配線電極２、絶縁層３、センサー電極４、及び保護層５がこの順で積層されている。配線電極２は、基板１上に複数設けられている。そして、図３（ａ）に示すように、各配線電極２は、導電線２１と、その一端部に連結された矩形状の導通領域２２とで構成されており、配線電極２のうち、少なくとも導通領域２２は、指や導電性のペンなどでタッチされる可能性のある基準領域Ｒ内に配置されている。導電線２１は、基板１の端部まで延びるように配線されており、その他端部が静電容量検出回路（図示省略）に接続されている。配線電極２は、導電線２１の距離や幅を考慮して低抵抗が好ましく、例えば、表面抵抗率が、１０Ω／□以下とすることが好ましい。本実施形態においては、基板１上に１０個の配線電極２が配置されており、図１及び図３（ａ）の上下方向に並ぶ５個の配線電極２が２列配置されている。ここでは説明の便宜上、図１及び図３（ａ）の上から下に向かって第１〜第５配線電極２ａ〜２ｅと称する。そして、各列の配線電極２ａ〜２ｅは同じであるので、図３（ａ）の右側の配線電極について説明する。また、説明の便宜上、図１及び図３（ａ）の上下方向を長手方向、左右方向を幅方向と称することとする。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、第１配線電極２ａは、基板１の長手方向一端部（図３の上側）に配置されており、正方形の導通領域２２ａと、この導通領域２２ａの左側の端部から長手方向の他端部側（図３の下側）まで直線状に延びる導電線２１ａを有している。第２配線電極２ｂは、第１配線電極２ａよりも長手方向の他端部側に配置されており、第１配線電極２ａの導通領域２２ａよりも幅方向の長さが小さくなっている。すなわち、各導通領域２２ａ，２２ｂは、幅方向の右側が揃うように配置されるが、第２導通領域２２ｂの左側は、第１配線電極２ａの導電線２１ａに接触しないように、それよりも右側に配置されている。第２配線電極２ｂの導電線２１ｂは、導通領域２２ｂの左側の端部から長手方向の他端部側まで、第１配線電極２ａの導電線２１ａと平行に直線状に延びている。同様にして、第３から第５配線電極２ｃ〜２ｅは、長手方向一端部側で隣接する配線電極の導電線と接触しないように、導通領域の幅が徐々に小さくなっており、第５配線電極２ｅの導通領域２２ｅが最も小さくなっている。また、各導電線２１ａ〜２１ｅは、基板１の端部でＬ字型に折れ曲がるように形成されており、これによって、基板１の端部での導電線２１ａ〜２１ｅ間の間隔を大きくしている。なお、導通領域２２ａ〜２２ｅの大きさについては、コンタクトホール３１を介してセンサー電極４と導通をとることが出来るならば、例えば導電線２１ａ〜２１ｅと同じ幅とすることも可能である。
【００１６】
上記のように形成された配線電極２ａ〜２ｅの上面には、これらを覆う絶縁層３が形成されている（図３（ｂ）参照）。絶縁層３は、膜厚が１〜３００μｍであり、複数のコンタクトホール３１が形成されている。各コンタクトホール３１は、各配線電極２ａ〜２ｅの導通領域２２ａ〜２２ｅと対応する位置に形成されており、コンタクトホール３１を介して、導通領域２２ａ〜２２ｅの一部が露出するようになっている。
【００１７】
コンタクトホール３１は、導通領域２２ａ〜２２ｅよりも小さく、その大きさは、例えば円形の場合、外径が１〜１００μｍとすることが望ましく、さらに５〜２０μｍとすることが望ましい。これは、１μｍより小さいと、導通領域２２ａ〜２２ｅと、後述するセンサー電極４との間の導通がとれなくなるおそれがあり、１００μｍより大きいと、導通領域２２ａ〜２２ｅからはみ出したり、視認されるおそれがあることによる。なお、コンタクトホール３１の大きさは、配線電極２とセンサー電極４の導通がとれるように、絶縁層３の厚みとの関係で適宜設定される。
【００１８】
続いて、センサー電極４について説明する。センサー電極４は、配線電極２と同じく１０個配置されており、図１の上下方向に並ぶ５個のセンサー電極４が２列配置されている。ここでも、配線電極の説明と同様に、図１の上から下に向かって第１〜第５センサー電極４ａ〜４ｅと称し、各列のセンサー電極４ａ〜４ｅは同じであるので、図１の右側のセンサー電極について説明する。各センサー電極４ａ〜４ｅは、例えば酸化インジウム錫（ITO）の場合、膜厚が１０〜１００ｎｍであり、絶縁層３上で、各配線電極２ａ〜２ｅの導通領域２２ａ〜２２ｅと対応する位置に配置されている。全てのセンサー電極４ａ〜４ｅは、同じ大きさの正方形に形成されており、狭い間隔で配置されている。図２に示すように、各センサー電極４ａ〜４ｅは、絶縁層３に形成されたコンタクトホール３１を介して、その下層にある導通領域２２接触している。すなわち、第１〜第５センサー電極４ａ〜４ｅは、第１〜第５配線電極２ａ〜２ｅとそれぞれ導通している。このようなセンサー電極４の表面抵抗率は、配線電極２より高くてもよく、例えば、１ｋΩ／□以下が好ましく、３００Ω／□以下がさらに好ましい。そして、上記のように配置された複数のセンサー電極４は、保護層５によって覆われている。
【００１９】
また、図１に示すように、隣接するセンサー電極４間の隙間の長さｓは、１０μｍ〜３ｍｍとすることができ、望ましくは１００μｍ〜２ｍｍ、さらに望ましくは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができる。上記範囲外でも可能ではあるが、１０μｍ以下では隣接するセンサー電極４との間の安定的な絶縁がとれない可能性があり、３ｍｍ以上では指に対して検出感度低下領域が広くなりすぎるため安定な検出ができないおそれがある。なお、隣接するセンサー電極４間の隙間の長さｓは、全て同じ長さにする必要はなく、図１に示すように、位置によって変更することができる。
【００２０】
次に、上述した各部材の材料について説明する。まず、基板１から説明する。基板は透明な無機材料、有機材料、または有機・無機ハイブリッド材料など種々の材料で形成することができ、材質は特には限定されない。例えば、軽量かつ耐衝撃性の点から有機材料が好ましく、フレキシブル性やロール・トゥ・ロールの生産性からプラスチックフィルムが好適である。プラスチックフィルムとしては、ポリエステルテレフタレート（PET）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、アクリル（PMMA）、ポリカーボネート（PC）など挙げることができる。但し、これらの材料を単体でなく、密着性向上のためにシランカップリング層などのアンカー層を形成したもの、コロナ処理やプラズマ処理などの表面処理したものや、防傷や耐薬品性向上のためにハードコート層を形成したものを用いることができる。
【００２１】
配線電極２及びセンサー電極４は、公知の種々の材料で形成することができ、特には限定されないが、必要な導電性及び透明性などの物性から適宜選択することができる。例えば、アルミニウム、銀や銅などの金属、酸化インジウム錫（ITO）、酸化亜鉛（ZnO）、酸化錫（SnO2）などの金属酸化物材料を挙げることができる。また、これらの金属酸化物材料にアルミニウム、ガリウムやチタンなどの金属を添加することもできる。さらに、PEDOT・PSSのような透明導電性ポリマーなどの有機材料も挙げられ、これらを単体で用いてもよいし、複合して用いることもできる。配線電極２は、上記のように、表面抵抗率を低くする必要があるため、例えば、二層のＩＴＯの間に銀の層を挟んだ三層構造にすることができる。
【００２２】
絶縁層３は、透明で、且つ導電性がないものであれば特には限定されないが、その上面及び下面に配置されるセンサー電極４及び配線電極２との密着性が高いものが望まれる。また、コンタクトホール３１によって、センサー電極４と配線電極２とを電気的に接続することが可能となる形状および膜厚などを考慮する必要がある。
【００２３】
保護層５は、一般的なタッチスイッチに用いられる透明な公知の材料で形成することができる。保護層５は、例えば、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリエステル又はアクリル酸などで形成することができる。また、ガラスや表面硬化処理がなされたＰＥＴなどの樹脂フィルムを積層することもできる。
【００２４】
次に、上記のように構成されたタッチスイッチの製造方法について、図３を参照しつつ説明する。まず、図３（ａ）に示すように、基板１上に、複数の配線電極２を形成する。その形成方法は、種々の方法があるが、例えば、配線電極材料を基板１の全面に形成した後、パターンニングする方法を挙げることができる。配線電極材料を形成する方法は、例えば、真空蒸着、スパッタリングやＣＶＤなどのドライコーティング、グラビアコート、スプレーコートなどのウェットコーティングなどが挙げられる。パターニングする方法は限定されないが、例えば、フォトリソグラフィーやレーザーエッチングなどを挙げることができる。前者は化学薬品で膜除去を行い、後者は特定波長のレーザー光の吸収によって膜除去を行う。配線電極２のパターニングにはインビジブル性（電極有無の差異が不可視）が付与されることが望ましく、この観点から、１０μｍ以下の幅の膜を除去可能なYAGの第３高調波を用いたレーザーエッチングを用いることが好ましい。レーザーエッチングはフォトリソグラフィーと比して、化学薬品の使用がなく環境に良好かつ工数が少ないことや、フォトマスクが不要でＣＡＤデータからパターニングが可能であり配線設計の利便性が高いなどの利点を挙げることができる。その他、銀等のペーストをスクリーン印刷等で細線パターン状に形成することもできる。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、配線電極２全体を覆うように、絶縁層３を形成する。このとき、絶縁層３には、各配線電極２の導通領域２２に対応する位置にコンタクトホール３１を形成する。絶縁層３やコンタクトホール３１の形成方法は、上述した配線電極２と同様の方法で形成することができる。
【００２６】
続いて、図３（ｃ）に示すように、絶縁層３上にセンサー電極４を形成する。このとき、センサー電極４は、絶縁層３のコンタクトホール３１を介して、配線電極２の導通領域２２と接触し、導通する。センサー電極４の形成方法は、上述した配線電極２と同様の方法で形成することができる。なお、絶縁層３上のセンサー電極４をレーザーエッチングする際は、絶縁層３下の配線電極２がレーザー光の波長を吸収しない必要がある。このことから配線電極２およびセンサー電極４のパターニングは、形成順序や材質を考慮して適宜選択する必要がある。最後に、センサー電極４上に保護層５を形成する。保護層５は、公知の方法で形成することができる。
【００２７】
上記のように構成されたタッチスイッチは、以下のように使用される。タッチ位置の検出方法は、従来の静電容量式のタッチスイッチと同様であり、保護層５表面の任意の位置を指などで触れたときの、静電容量の変化を検出することにより、接触位置の座標が特定される。
【００２８】
以上に示す本実施形態によれば、センサー電極４は、配線電極２とは異なる階層に配置されるため、センサー電極４が配置される階層には導電線２１を配置するためのスペースが不要になる。すなわち、センサー電極４の配置のみを検討すればよい。そのため、検出感度低下領域をなくするように複数のセンサー電極４を効率的に配置することができ、特にセンサー電極４間の距離ｓを小さくすることができる。また、各配線電極２とセンサー電極４とがコンタクトホール３１を介して導通している限り、導電線２１をどのように配置しても、センサー電極４の配置には影響しない。したがって、導電線２１の配線の自由度が大きくなり、多様な配線設計が可能となる。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、導通領域２２及びセンサー電極４は矩形状に形成されているが、この形状は特には限定されず、多角形状、円形、異形など、種々の形状にすることができる。また、隣接するセンサー電極４の間には、直線状の隙間が形成されているが、センサー電極４の端縁に面方向に延びる凹凸を形成し、この凹凸を噛み合わせることで、隣接するセンサー電極４の境界を形成することができる。例えば、図４に示すように、センサー電極４の端縁に鋭利な突部を複数形成し、これらを噛み合わせることができる。このようにすると、センサー電極４間の隙間が直線状である場合に比べ、検出の感度が高くなる。すなわち、センサー電極４の端縁に凹凸を形成していると、境界部分に指を置いたときに、隣接するいずれか一方のセンサー電極４に接触する可能性が高くなり、その結果、検出の感度を向上することができる。なお、凹凸は、上記のような鋭利な形状のみならず、矩形状、波形など、種々の形状が可能である。
【００３０】
また、上記実施形態では、１つの導通領域２２に対して、１つのコンタクトホール３１を形成しているが、これに限定されるものではなく、１つの導通領域２２に対して複数のコンタクトホール３１を形成することができる。コンタクトホール３１の形状も、上記のように矩形状だけでなく、円形など種々の形状が可能である。
【００３１】
また、上記実施形態では、保護層５を設けているが、これは任意である。保護層５、またはこれに準ずるフィルム、板材などを設ける場合には、製造方法を上記実施形態と反対の順序で行うこともできる。例えば、保護層５上に、センサー電極４、絶縁層３、配線電極２、及び基板１をこの順で配置するように製造することもできる。各部材の形成方法は、上述したものと同じ方法を採用することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、長手方向に隣接するセンサー電極４間の隙間を、幅方向に比べて大きく形成しているが、例えば、図４のように、長手方向、幅方向ともに隙間が小さくなるように、基準領域Ｒの上方に、センサー電極４を敷き詰めることもできる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例には限定されない。
【００３４】
本実施例では、図１に示すようなタッチスイッチを製造した。すなわち、基板に、配線電極、絶縁層、センサー電極をこの順で形成した。基板には、厚さ１００μmのポリオレフィン系フィルムを選択し、その上に配線電極を形成した。
【００３５】
配線電極は、DCマグネトロンスパッタリングを用いて、まず膜厚30〜40nmのITO膜を形成した。そして、膜厚10nm以下の銀合金（銀主成分のパラジウムと銅を含有）を形成した後に、膜厚30〜40nmのITO膜を形成した３層構造の積層体とした。このことにより表面抵抗率が10Ω/□以下で全光線透過率が80%程度の透明な電極となった。
【００３６】
配線電極のパターニングには、YAGの第３高調波を用いたレーザーエッチングを採用した。
【００３７】
次に、絶縁層を形成した。ここでは、市販のハードコート用塗料である日本精化製NSC-2451を用いた。まず、市販のポジ型レジストである東京応化製OFPR-800LBをスピンコートで塗布し、80℃で5分間の熱風プリベークを行い、膜厚1.9μmのレジスト膜を得た。次に、コンタクトホールを形成すべき箇所にUV光を約50mJ/cm2で20秒間で露光させ、現像液（NMD-3）に室温で約30秒浸漬させて感光部以外を除去し、80℃で10分間、熱風ポストベークした。その後、NSC-2451をメイヤーバー#12で塗工し、120℃で90秒の熱風乾燥（熱硬化）をして３．５μm厚の塗膜を得た。そして、濃度4%の水酸化ナトリウム水溶液で、室温で約5分間浸漬させてコンタクトホールのレジストとNSC-2451塗膜を除去した。
【００３８】
続いて、センサー電極を形成した。具体的には、ITO膜をDCマグネトロンスパッタリングを用いて形成した。ここでのITO膜は、膜厚30nmとし、表面抵抗率は、200〜300Ω/□であった。パターニングは、絶縁層と同様にポジ型レジストを用いてフォトリソグラフィーを用いた。こうして、実施例に係るタッチスイッチが完成した。
【符号の説明】
【００３９】
１  基板（基材）
２  配線電極
２１  導電線
２２  導通領域
３  絶縁層
３１  コンタクトホール
４  センサー電極
【図１】
2012089305.tif 000003
【図２】
2012089305.tif 000004
【図３】
2012089305.tif 000005
【図４】
2012089305.tif 000006