電気ガラス45号

技術論文⑴

タッチパネルの市場と材料技術動向

株式会社タッチパネル研究所
工学博士

１：はじめにAppleのiPhone,開発部

中谷部長

健司

赤外線遮断方式、画像認識型などがあるが、最iPadで代表されるスマート終商品の表面性などから投影型静電容量タッチフォンやタブレットPCが人気を博し、大きなパネルが主流を占めている。

市場を形成しているが、これらの基幹部品が静２：市場の動き

電容量型タッチパネルである。タッチパネルは昔から券売機やATMなどの公共用途で使用さ現在主流を占めつつあるのが投影式静電容量れていたが、スマートフォンやタブレットPCタッチパネルで、今後ともこの方式が主流を占の個人用途の市場で使用されるようになり本格めると見込まれている。市場は急速に拡大して化した。タッチパネル拡大のキーワードはキー

おり図1に示したように、2011年版の予測ではボードレスであり、入力インターフェースの大2010年版の予測より2倍近い伸びが見込まれ、革命である。これを可能にしたのがジェスチャ

2014年には1兆6千億円の規模と予測されている。１）

ー機能とマルチタッチの実用化である。マルチタッチには2点タッチとそれ以上の真のマルチタッチが存在し、この二つの間には検出方法での大きな違い（コントロールICでの違いであるが）がある。真のマルチタッチとは10指以上の同時入力が可能な事を示す。
現在使用されているマルチタッチの方式としては、マトリックス式抵抗膜、投影型静電容量、−7−

図１．タッチパネルの種類別出荷金額予想（出展：DisplaySearch社資料に㈱タッチパネル研究所で加筆・加工）

技術論文⑴３：マルチタッチ・タッチパネルの種類と原理

この拡大の大部分が液晶パネル表面積層型と記（抵抗膜式と静電容量式）載されている、いわゆるOn-Cellタイプタッチパネルを含めた静電容量式によるものである。

マルチタッチに対応出来るタッチパネルとし静電容量式タッチパネルのセンサー基板材料てはマトリックス抵抗膜タッチパネルがある。

としてはガラス基板とフィルム基板が拮抗してこれは１～２mmピッチのストライプ状にパタおり、わずかにフィルム基板の方が多いと考えーン化したITO膜を2枚、数100μの空間を開けられている。これは静電容量タッチパネルのセてX,Y方向に積層した構造をしている。指で押ンサー部作成メーカの多くが、以前は抵抗膜式さえた時にその力で上下のITO膜を接触させて、タッチパネルを作成したメーカであり、フィルその接触点で導通が生じる事を検知する方式

ムの扱いに慣れているためである。新規参入ので、フランスのStantum社が開発し、実用化しメーカはガラス基板を使用する事が多い。タッ3）ている。
各ストライプのITOに電圧を印加してチパネルの用途として、現在はスマートフォンマトリックススキャンする事で10指以上が同時が大勢を占めているが、タブレットPCの拡大入力・検出出来る。2点入力だけならオムロンが続くと予想され、出荷されるタッチパネルのが4線式のアナログ抵抗膜式タッチパネルのコ面積でみると図２の様に2012年にはスマートフントロールICに自社開発のICを採用する事で、２）
ォン用途を凌駕すると予測されている。
タッ

2指で動作できるジェスチャー機能にも対応で４）きると発表している。
4線式のアナログ抵抗膜タッチパネルがそのまま利用できるので安価に作成できる事が特徴である。
投影型静電容量タッチパネルも位置検出の為にはX,Yのセンサー電極をマトリックス状に配置した構造が必要で、 マトリックスパターン
としては、一番一般的なダイヤモンドパターンや格子パターンの他にもフィッシュボーンパタ

図２ スマートフォン（Touch Mobile Phone)とタブレットPCーン、スノーフレークパターンなどの各種パタ（Touch Smartbook)のタッチパネルの面積生産量予測
Information Display 2011年3月11日p14ーンが提案されている。ダイヤモンドパターン

チパネルのさらなる用途としてはデジタルサイ

では1面3層構成が知られているが、ITOのパネージ用途が有望である。最近は回転寿司屋でターニング、絶縁層の成膜、絶縁層のパターニの注文パネルに使用されたり、あるいは自動販ング、金属電極層の成膜、金属電極層のパター売機の入力に採用されたりと生活の一部としてンニングと2回の成膜（ITOを含めると3回）と使用されるようになってきた。

３回のエッチングが必要である。格子パターン
ではAppleが採用している両面成膜タイプが有名である。
マトリックスに配置したセンサー電極からの−8−電気ガラス

信号検出方法には表１に示す様に、自己容量型
表1(A)

カバーガラスITO：X電極

OCA

基板

投影型静電容量タッチパネルの検出方法

45号

タッチパネル

ガラス、フィルムITO：Y電極
ITO

デイスプレイ

(B)

基板

OCA

カバーガラス

カバーガラス
基板

絶縁層

ITO

デイスプレイ

OCA

カバーガラス

OCA
ガラス

デイスプレイ(C)

絶縁層ガラスOCAITO：X電極

デイスプレイ

図３

絶縁層
ITO：Y電極

静電容量タッチパネルの断面構造（A）Discrete Type,（B）Window Type,（C）On-Cell Typeと相互容量型がある。

自己容量型はタッチす

けるとOut-Cell,とOn-Cellに分かれ、Out-Cellにる指とX,Y電極との間に生じる容量変化を検出

はデイスクリートタイプとウインドータイプにし、2指検出が可能である。検出にはX,Yセン区別できる。デイスクリートタイプでは基板のサーの順次スキャンが行われる。ただし、自己表、裏にITOパターンを設けるタイプと、基板容量型では同時2点接触の場合、ゴーストが発の表面にY電極ITO/絶縁層/X電極ITOを積層生する。最近の投影型静電容量タッチパネルはするタイプがある。このタッチパネルを光学相互容量型の検出法を用いている。相互容量型的接着剤（OCA）でカバーガラスに接着する。には2種類ある。一つは送信電極と受信電極のウインドータイプはカバーガラスの裏面にY電間にコンデンサーを形成しておき、指が接近す

極ITO/絶 縁 層/X電 極ITOの3層 を 積 層 す る タ

るとこのコンデンサーの容量が変化する事を検イプとカバーガラスの裏面にX電極ITOを設け、出する。マトリックススキャン（XxY回数のもう一方の基板にY電極ITO層を設け、この2スキャン）が行われるので、性能のよいコントつをOCAで接着するタイプである。On-CellはロールICが必要である。もう一つの方式は隣デイスプレイの上面基板の表面に3層を積層し、接するセンサー電極間の容量を測定する方式で、この上にOCAでカバーガラスを積層するタイ

指の接触している部分と、接触していない部分プになる。基板としてはガラスとフィルムが利の容量を比較して、どのセンサー電極に指が接用できるが、微細加工精度などで選択される。

近しているかを確定する。自己容量型と相互容

現在はデイスクリート型が主流を占めているが、量型の検出方法の違いはコントロールICの違徐々にウィンドータイプ、On-Cellタイプが増いであり、パネルのセンサー電極パターンには加している。

関係ないので、外部からは差が判らない。

４：大面積タッチパネルの課題

投影型静電容量タッチパネルではセンサーパターンが各種あるのと同じ様に、断面構造でも静電容量タッチパネルが広く採用されるよう図３に示す様に数種類の構造がある。大きく分になって、課題としてあげられるのが①額縁−9−技術論文⑴

配線部分の狭小化と②ITO層の低抵抗化である。

を有する新規な透明フィルムとして発表されてともに画面サイズが大きくなるにつれて注目さ6）いる。
これらのフィルム基板では50Ω/□程度れるようになった。大型パネルではセンサー電の低抵抗ITOフィルムを作成する事が可能であ極の本数が増加し、例えば１０ｲﾝﾁパネルで６る。

mmピッチでセンサー電極を設けると６０本程度

一方 ITO材料での低抵抗化には限界があるの配線が必要になる。この配線はデイスプレイ

事から、ITO以外の材料を用いて透明導電性膜の画面領域の外の額縁と呼ばれる領域に設けらを作ろうとうする開発が進んでいる。その一つれる。配線数が増加しても額縁面積を増やしたの例がイギリスのZytronic社が販売している金

くない、むしろ少なくしたいと言う要望があり、7）属ワイヤーを用いたタッチパネルである。
直

その為には配線のライン/スペース（L/S）を径10数μの金属細線をフィルム表面に貼り合せ狭くし、且つ低抵抗化する必要がある。そのたてパターン化している。このタッチパネルはめには従来のスクリーン印刷に代わってフォトJR東日本の自動販売機や不動産屋の店頭デイリソグラフィーを採用するメーカが増えている。

スプレイに利用されている。もう一つの動きが一方

大型パネルではコントロールICに近いAgナノフィラー（ワイヤー）やAgナノ粒子をセンサー部分と、遠いセンサー部分では動作速基板フィルム上に塗工して膜とするタイプであ度に差が発生する。これはタッチパネルの回路る。Cambrios社 が「ClearOhm」 の 名 でAgナがRC回路になっており、応答の時定数がRxCノフィラーを販売している。8） 写真１に示す様によって決まるからで、センサー部分が遠いとRが大きくなるためである。
画面をスキャンする時間を長くするには限界があるので、センサー部の抵抗にはおのずと限界がある。これがICメーカが推奨する電極間抵抗値１０～１５KΩ以下である。この電極間抵抗

写真１値内にセンサーの抵抗を納めようとすると、例Cambrios社の「ClearOhm]フィルムの顕微鏡写真

白色の線がAgナノワイヤーで相互に接触して導通する。

えば１０ｲﾝﾁクラスで約７０Ω/□の抵抗以下にする必要がある。ガラス基板ではITO成膜時のにナノフィラーが互いに接触しあう事で導通が基板温度を高めにする事で容易に達成出来る抵取れる構造であり、ナノフィラーの含量が増え抗値だが、フィルム基板では耐熱性が不足で高るほど導電性は向上するが、透過率は低下する。

温での成膜が困難である。現行ではPETフィ

透過率93%程度で15Ω/□の低抵抗が得られてルム基板を使用して１４０Ω/□～１００Ω/□のフィいる。

5）
ルム/ITO膜が市販されている。
より低抵抗のこのフィルムは東レや日立化成でも生産を開ITO膜を作成するために耐熱性の高い透明なフ始している。9） グンゼ、富士フィルム、大日本

イルム基板が必要で、JSRの「LUCERA」や昭印刷ではAｇナノ粒子でメッシュパターンの導和電工の「SHORAYAL」が約２５０℃の耐熱性電性膜を作成している。グンゼではDPT（ダ− 10 −

電気ガラス45号

イレクトプリンティングテクノロジー）と言うまではL/Sが100/100μ程度であったのがスク

名前で印刷法を用いたメッシュパターン電極でリーン印刷装置、印刷用版、印刷インキの改良

50インチの大型タッチパネルを作成している。

によって50/50μが可能になってきた。さらな10）る線幅低減にはオフセット印刷法を採用してメッシュパターンでは目視でパターンが見えにくい様に300～500μピッチのメッシュが採30/30μが検討されている。

用される事が多い。最近３M社が「Patterned細線化に有利であったフォトリソグラフィー

Transparent Conductor」と言う線幅3μの極を使用する場合は金属電極のMo/Al/Moの積層細パターンで作成した導電性フィルムを発表し電極が広く使用されているが、Cu/Cu合金を使11）ている。 写真２に示す様に3μ程度の細い線用して、一層の低抵抗化とコストダウンを狙う動きもある。

５：その他の材料
スマートフォンやタブレットPCでは最表面に枠が無い「面一」構造が一般的になっている。
この表面のカバーを「タッチウインドー」「タ写真２ ３M社の「Patterned Transparent Conductor」
フィルムッチレンズ」と呼び、デイスプレイ画面以外の額縁部分を黒色などに着色した加飾ガラス、加幅のパターンでは目視で判別する事が困難にな飾樹脂シートが用いられる。表面の硬質性、透り、透明導電性フィルムの名前通りのフィルム明性から化学強化ガラス板が用いる場合が多いになっている。

が、その中でもコーニング社の「ゴリラガラス」

昨年末にSamsungがロールツーロール法でが有名である。このゴリラガラスは従来の化学作成した30インチグラフェン膜を使ってタッチ強化が表面から10μ程度の深さまでの強化に対12）パネルを作成した事が話題になった。 4層グして40μ程度までの深い強化が特徴で、割れにラフェン膜では透過率90%で30Ω/□の特性が13）くく、傷つきにくい。

得られている。ロールツーロール法での作成と最近は旭硝子の「ドラゴントレイル」、ショ言っても、Cu箔にCVDでグラフェン膜を作成ットガラスの「LAS80」と言ったゴリラガラし、それを樹脂フィルム基板に貼り付けた後、スと同じ特殊強化ガラスが販売されている。

Cu箔をエッチングで溶解除去してグラフェンタブレットPCの様に画面が大きくなるにつれ膜を得ると言う難しい作成法である。グラフェて携帯するには重いと言う課題がある。軽量化

ン膜は耐久性、パターニング等の基礎的な技術のためにはタッチウインドーを樹脂化しようと検討の段階で今後の候補である。

する動きもあるが、ガラスの硬質感と高強度に大面積化で増加する配線電極本数と狭額縁化

代わる樹脂シートの候補がないのが現状である。

を両立するために、従来のスクリーン印刷によ高硬度樹脂シートとして鉛筆硬度が９Hを示す、る配線作成法にも検討が加えられている。これ

有機・無機ハイブリッドの「シルプラス」など− 11 −

技術論文⑴14）もあるが、厚いシートが出来ていない。

カメラを用いた方式でも、カメラ、IR発光

タッチパネルでは必ず指で表面を接触するの素子、受光素子の各部品の小型化が進み、デイで、表面の傷つき防止（ハードコート）、指紋スプレイ枠への組み込みが容易になり、2点入付着防止、そして視認性向上のための反射防止力での使用例が増加している。

機能が表面に付与されたり、機能を持ったフィ

タッチ位置を画像として取り込む、画像認識ルムが貼合されている。

型としてマイクロソフトの「Surface」がタッチテーブルとして発売されている。16）図４に示

指紋付着防止では、従来はF系材料を用いた撥水・撥油性の表面を作成する事が一般的であった。撥水・撥油性表面では付着した指紋の油などを拭き取りやすいが、一方、付着した油は光を散乱して目立つ特徴がある。最近は、付着した指紋を見えにくくするために、濡れ性の良い表面とする表面処理が用いられている。

図４

反射防止では従来からパネル表面に屈折率のSurface違う層を積層する多層光学設計が行われている。
しかしこの方法では反射率に波長依存性が残す様に、プロジェクターで映像を半透明のテーったり、多層化によるコストアップの問題があブル表面に投影し、同時にIR光をテーブルにった。反射防止とギラツキ防止の両方を兼ねた投影する。指でテーブルをタッチするとタッチ

15）

表面としてモスアイ構造が検討されている。

によってIR光が反射されるので、これをカメ

これは最表面の樹脂層にアスペクト比が大きいラで映像として取り込む方式である。10点以上微細な円錐状の突起を多数設けた構造で、これの同時検出が可能で、レストランのテーブルやによって屈折率を空気中から樹脂層まで連続的ホテルの案内机として活用されている。プロジに変化出来、波長によらない反射率の低減が可ェクターを使用しないで、LCDデイスプレイ能である。又を用いる「Surface２」も開発されており、厚微細な凹凸が生じているのでギラツキ防止にもなっている。

みが10㎝程度になり、壁掛け型への応用も進んでいる。

６：光学式マルチタッチ・タッチパネル

さらに進んだ方式としてはタッチではなく動の最近の動き作そのもので入力する光学式の応用が進んでい光学式では従来からある赤外線遮断式パネルる。これはマイクロソフトの「Kinect」で、IRの検出方式に改良が加えられ、10点同時検出がレーザとIRカメラによって、デイスプレイの可能なパネルがタッチパネル研究所から発売さ前に立つ人にIRレーザ光を照射して、人の動れている。又きに応じて変化する光点の位置をカメラで検出小型化には不向きと考えられて17）する事で入力信号に変換する方式である。

いたが、6インチタイプの電子ブックにも採用されている。
− 12 −

電気ガラス

７：最後に９）日立化成発表リリース http://www.zaikei.co.jp/releases/15470/
東レ発表 2011年4月8日 http://www.toray.
co.jp/news/film/nr110408.html
１０）グンゼ DPTカタログより
１１）３M 2011年 ファインテックセミナー FTJ8１２）Sukang Bae, el.al Nature Nanotechnology、5．
p574-578（2010）
１３）コーニング HPより
http://www.corning.com/displaytechnologies/jp/
products/gorilla.aspx
１４）新日鉄化学 HP より http://www.nscc.co.jp/f_c_material/sil_pjus.html
１５）三菱レイヨン プレスリリース http://www.mrc.
co.jp/press/p08/080116.html
１７）Microsoft HP
http://www.surface.com
１８）Microsoft HP Kinectより http://www.xbox.
com/ja-JP/kinect

タッチパネルも市場が大きくなるにつれて、研究人口が増加し、ハード面やタッチパネルの使い方の面で新しいアイデアが次々に発表されている。その中で、今はスマートフォンやタブ
レットPCを超える新しい用途の開発とそれにあったタッチパネルとしてどの方式が採用されるかの模索の時期である。用途としては家庭ではTV,DVD,45号

エアコンなどのリモートコン

トローラをタッチパネル付き画像式コントロー
ラーへ一本化する可能性が高い。学校では教育のIT化で電子黒板のタッチパネル付きの採用が進んでいる。お店では電子カタログアプリでのPOP的な用途に、さらにバーチャル（仮想）試着室に応用が進んでいる。最近ロシアで話題はKinectを用いた仮想試着室である。街頭では地図案内板が拡大、縮小が出来る事で便利になっていたり、ビルではフロア案内がタッチパネル化されている。この様に各所での応用が広がっているのがデジタルサイネージと呼ばれる分野で多品種、少～中量の市場での拡大が静かに進行している。

文献
１）DisplaySearch 2011 Touchpanel Market Analysis２）Information Display 2011年3月11日号 p14３）Stantum HPより http://www.stantum.com/en/
４）日経Tech-on 2011年5月30日 ロームIC発売情報
より
５）日東電工 カタログより
６）日経Tech-On 2011年4月4日 JSR 「LUCERA」
発表
日経Tech-On 2011年7月12日 昭和電工
「SHORAYAL」発表
７）Zytronic HPより http://www.zytronic.co.uk/
８）Cambrios テクノタイムズ社 シンポジューム
2011年7月14日 Westwater講演資料 p27− 13 −