CN102486696B

CN102486696B - 触摸板传感器

Info

Publication number: CN102486696B
Application number: CN201110032825.8A
Authority: CN
Inventors: 奥野博行; 三木绫; 钉宫敏洋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: JP5416681B2; CN102486696A; JP2012118813A

Abstract

本发明提供一种特别是相对于压入荷重等的纵向的耐久性优异，难以发生断线或经时的电阻增加，可靠性高的触摸板传感器，其具有透明导电膜和与所述透明导电膜连接的布线，所述布线以从基板侧开始的顺序，由高熔点金属膜、Al合金膜和高熔点金属膜构成，所述Al合金膜含有0.05～1原子％的稀土元素，并且，硬度为2～3.5GPa，在Al合金组织中存在的晶界三重点的密度为2×10⁸个/mm²以上。

Description

触摸板传感器

技术领域

本发明涉及具有透明导电膜和与其连接的布线的触摸板传感器。

背景技术

配置在图像显示装置的前表面，作为与图像显示装置一体化的输入开关使用的触摸板传感器，由于使用方便，而在银行的ATM和售票机、导航设备、PDA、复印机的操作画面等广泛的领域使用。其输入点的检测方式可以例举出电阻膜方式、静电容量方式、光学式、超声波表面弹性波方式、压电式等。其中，电阻膜方式由于成本低廉结构简单等理由而最为被广泛使用。

电阻膜方式的触摸板传感器主要由上部电极、下部电极和后部构成，构成上部电极的基板(例如薄膜基板)上设置的透明导电膜，和构成下部电极的基板(例如玻璃基板)上设置的透明导电膜隔着隔离物相对而构成。这种构成的触摸板传感器中的上述薄膜面在由手指和笔等触摸时，上述两透明导电膜接触，经透明导电膜的两端的电极电流流动，通过测定上述各自的透明导电膜的电阻产生的分压比，检测被触摸的位置。

在制造上述触摸板传感器的工艺中，用于连接透明导电膜和控制电路的拉引布线和连接透明导电膜的金属布线等的布线，通常通过喷墨法或其他的印刷方法印刷银膏等的导电性膏和导电性墨而形成。但是，由纯银或银合金构成的布线和玻璃或树脂等的密接性差，另外，在和外部装置的连接部分中，在基板上凝集，从而存在导致电阻增加和短线等的不良的问题。

另外，触摸板传感器是感知人的手指等的按压的传感器，根据接触时所施加的应力，一时会有微小变形。由于接触板的重复使用，该微小变形反复产生，对布线也反复施加应力。由此，对上述布线特别是要求耐久性(对应力的耐性)。但是，使用由纯银或银合金构成导电性膏形成的布线难以说上述耐久性是充分的，在触摸板的使用中布线容易损伤。布线损伤时，该布线的电阻变大，电压下降发生，触摸板传感器的位置检测的精度容易下降。另外，采用笔触方式时，需要上述布线的窄间距化，但使用膏时通过涂布法形成，因此，难以窄间距化。

另外，还考虑到电阻率充分低的纯Al适用于布线材料。但是，布线材料使用纯Al时，触摸板传感器的透明导电膜和纯Al膜之间形成绝缘性的氧化铝，发生不能确保导电性的问题。因此，为了防止纯Al的氧化确保导电性，提出了如下方法：将由Mo、Ti等的高熔点金属构成的阻碍层设在透明导电膜和纯Al膜之间作为基底层使用，或作为纯Al的替代使用含有耐热性等优异的Nd的Al-Nd合金。另外，本申请人在专利文献1中公开了即使和透明导电膜直接连接也显示低电阻，并且，作为经时的电阻增加和短线难以发生的Al膜，含有规定量的Ni和/或Co的Al-Ni/Co合金膜(单层的布线材料)。

专利文献1特开2009-245422号公报

发明内容

本发明的目的在于提供特别是相对于压入荷重等的纵向的耐久性优异，难以发生断线或经时的电阻增加，可靠性高的触摸板传感器。

解决上述课题的本发明的触摸板传感器具有透明导电膜和与所述透明导电膜连接的布线，其中，所述布线以从基板侧的顺序，由高熔点金属膜、Al合金膜、和高熔点金属膜构成，所述Al合金膜含有0.05～1原子％的稀土元素，并且，硬度为2～3.5GPa，在Al合金组织中存在的晶界三重点的密度为2×10⁸个/mm²以上。

在本发明的优选实施方式中，所述稀土元素是从Nd、Gd、La、Y、Ce、Pr和Dy构成的群中选出的一种以上的元素。

在本发明的优选实施方式中，所述透明导电膜由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)构成。

根据本发明，触摸板传感器作为触摸板传感器用布线，使用在含有稀土元素的Al合金膜的上和下配置有高熔点金属膜的布线材料，其中，适当地控制上述Al合金膜的硬度和晶界三重点密度，因此，能够提供特别是相对于压入荷重等的纵向的耐久性优异，难以发生断线或经时的电阻增加，可靠性高的触摸板传感器。本发明对各种触摸板有效，例如可以适用于银行等的金融机构的ATM、车站和饭店等的自动售货机等的按压画面中表示的部分进行操作的接触式触摸板传感器。

具体实施方式

本发明者们为了提供下述的布线材料，而进行了研究：在触摸板传感器中作为触摸板传感器用布线广泛使用的布线材料，具有在含有稀土元素的Al合金膜(以下，有时记为Al-稀土元素合金膜、或简称为Al合金膜)的上和下层叠有Mo等高熔点金属膜的布线材料，具有特别是相对于由于人的手指或笔等接触时所施加的按压荷重产生的纵向的变形的适当的耐性，能够防止短线和剥离，另外，还能够防止随着上述产色很难过的经时的电阻增加。作为其结果发现，作为上述Al-稀土元素合金膜，使用具有规定硬度和晶界密度的Al合金膜，能够实现希望的目的，从而完成了本发明。

即，本发明的特征部分是作为与高熔点金属膜共用的布线用Al-稀土合金膜，采用硬度为2～3.5GPa，并且在Al合金组织中存在的晶界三重点的密度为2×10⁸个/mm²以上的Al合金膜。

首选，使Al-稀土合金膜的硬度为2～3.5GPa。对于触摸板要求触摸时(使用时)的变形能(追随性)优异，特别是由笔或手指强力接触画面赋予过渡的荷重，在传感器端部一时应力集中，即使布线变形或劣化，也具备不发生布线的短线、破断、剥离等程度的相对于纵向的耐久性。上述硬度从这种观点出发被设定，也考虑到和配置在Al合金膜的上下的高熔点金属膜的硬度的平衡而进行设定。

详细地说，在构成布线的布线材料过软时，由于应力集中布线的变形反复，布线劣化，破断和剥离等发生，产生电阻增加等问题。而布线材料过硬时，相对于按压荷重，变形难以发生，因此，微小的裂纹进入，或者发生剥离等的劣化。另外，如本发明作为布线材料使用Al合金膜和高熔点金属膜的层叠物时，在设定Al合金膜的硬度时，还需要考虑和高熔点金属膜的硬度的平衡，Al合金膜的硬度的上限可以控制为和构成高熔点金属膜的高熔点金属大致相同程度的硬度，而Al合金膜的硬度的下限，可以为与高熔点金属的硬度不产生大的差。基于这种观点，本发明中将Al合金膜的硬度定为2GPa以上3.5GPa以下。优选为2.5GPa以上3.3GPa以下。还有，Al合金膜的硬度是通过后述的实施例中记载的方法测定的值。

另外，本发明所使用的Al合金膜满足在Al合金组织中存在的晶界三重点的密度(以下，简称为三重点密度)为2×10⁸个/mm²以上。上述的本发明中，需要将Al合金膜的硬度控制在规定范围内，但通常硬度与三重点密度有密切关系，稀土元素的含量在本发明的范围内(1原子％以下)时，具有三重点密度越变大，硬度也越大的倾向。在本发明中，从确保Al合金膜的硬度的下限(2GPa)的观点出发，将三重点密度定为2×10⁸个/mm²以上。优选为2.4×10⁸个/mm²以上。三重点密度的上限，考虑到溅射成膜的效率性等，优选为8.0×10⁸个/mm²。还有，Al合金膜的三重点密度是通过后述的实施例所记载的方法测定的值。

以上，对本发明最具特征的Al合金膜的硬度和三重点密度进行了说明。

本发明所用的Al合金膜具有0.05～1原子％的稀土元素，余量为Al和不可避免的杂质。在本发明中，所使用的Al合金膜的组成并非特征，含有稀土元素的Al合金膜具有耐热性，作为布线材料使用已经公知，但是，特别是从提供接触式的触摸板传感器所适用的材料的观点出发，硬度和三重点密度被控制的Al合金膜至今并未公开。稀土元素含量的上限和下限是为了确保本发明规定的硬度和三重点密度的范围而决定，如后述的实施例所述，随着稀土元素含量减少，硬度有下降的倾向，稀土元素的含量低于本发明限定的下限时，硬度或三重点密度的至少一个在本发明的范围之外。另外，随着稀土元素含量变多，硬度也有增加的倾向，稀土元素的含量超过本发明限定的上限时，硬度和三重点密度的至少一个在本发明范围之外。

作为本发明所用的稀土元素，可以例举出在镧系元素(元素周期表中，从原子编号57的La到原子编号71的Lu位置的合计15元素)中，加上Sc(钪)和Y(钇)的元素群。在本发明中，这些元素可以单独或并用2种以上使用，上述稀土元素的含量在单独含有时是单独的量，在含有两种以上时，是其合计量。优选稀土元素是从Nd、Gd、La、Y、Ce、Pr和Dy中选出的一种以上的元素。

在本发明中，作为布线材料使用在上述Al合金膜的上下层叠有高熔点金属膜的材料。如上所述，高熔点金属膜由于纺织Al的氧化，从而作为Al合金膜的基底层等而广为使用，在本发明中能够使用Mo、Ti、Cr、W或它们的合金。配置在Al合金膜的上下的高熔点金属膜的组成，上下分别可以相同，也可以不同。

上述Al合金膜的优选厚度为大致150～600nm，高熔点金属膜的优选厚度大致30～100nm。

在本发明中，为了得到适当地控制硬度和三重点密度的Al合金膜，在使用含有规定的稀土元素的Al合金膜之外，优选在室温～230℃的范围内对成膜后的Al合金膜进行热处理(退火)。在触摸板的制造工艺中，通常室温～250℃左右的热过程多，但退火温度变高时，由于稀土元素析出和Al合金的力粒成长，因此，硬度和三重点密度变低。具体地说，可以根据稀土元素的添加量，设定适当的退火温度，更优选为150～230℃。

另外，在本发明中，从实现细线化和膜内的合金成分的均匀化，容易控制添加元素量等的观点出发，优选通过溅射法形成Al合金膜。在溅射法中，优选将溅射时的成模温度大致控制为180℃以下，将Ar气压大致控制为3mTorr以下。基板温度和成膜温度越高，所形成的膜的膜质越接近主体，越容易形成致密的膜，膜的硬度有增加的倾向。这种成膜条件的调整，从一只膜结构的疏松，发生腐蚀的观点出发为优选。

在本发明中具有由与透明导电膜连接的Al合金膜和高熔点金属膜的层叠构成的布线，其以外的构成并不特别限定，可以采用在触摸板传感器领域中通常使用的公知的构成。

例如，电阻膜方式的触摸板传感器可以如下制造。即，在基板上形成透明导电膜后，顺序进行抗蚀剂涂布、曝光、显影、蚀刻后，顺序形成高熔点金属膜、Al合金膜、高熔点金属膜，实施抗蚀剂涂布、曝光、显影、蚀刻形成布线，接着，形成被覆该布线的绝缘膜等，形成上部电极。另外，在基板上形成透明导电膜后，与上部电极同样进行光蚀刻，接着，与上部电极的情况同样，形成由高熔点金属膜、Al合金膜、高熔点金属膜构成的布线后，形成被覆该布线的绝缘膜，形成微点隔离物(マイクロ·ドツト·スペ一サ)等作为下部电极。而且，贴合上述的上部电极、下部电极和另外形成的后部，制造触摸板传感器。

上述透明导电膜不特别限定，作为代表例可以使用氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)构成的材料。另外，上述基板(透明基板)作为通常使用的基板可以使用例如玻璃、聚碳酸酯系或聚胺系，例如，作为固定电极的下部电极使用玻璃，要求可挠性的上部电极的基板使用聚碳酸酯系等的膜。

另外，本发明的触摸板传感器在上述电阻膜方式以外，还可以作为静电容量方式和超声波表面弹性波方式等的触摸板传感器使用。

(实施例)

以下，通过实施例更具体地说明本发明。但本发明不受下述实施例限定，在上下宗旨的范围内可以进行变更实施，这些均包含于本发明的技术范围。

实施例1

以无碱玻璃板(板厚0.7mm、直径4英寸)作为基板，在其表面通过DC磁溅射法形成如下表1所示的稀土元素的种类和含量(单位为原子％，余量：Al和不可避免的杂质)不同的Al合金膜(膜厚均为大约500nm)。在成膜前先使腔内的气氛达到真空度：3×10^-6Torr，使用与各Al合金膜相同成分组成的直径4英寸的圆盘形靶，以下述条件进行成膜。接着，对于成膜后的Al合金，在氮气氛中，在表1记载的各种退火温度下进行30分钟热处理。表1中，“-”表示未加热(即室温)。还有，形成的Al合金膜的组成通过诱导结合等离子体(Inductively Coupled Plasma：ICP)质量分析法确认。

(溅射条件)

Ar气压：2mTorr

Ar气体流量：30sccm

溅射功率：260W

成模温度：室温℃

使用如上得到的Al合金膜，进行通过纳米刻压机进行的膜的硬度试验。在该试验中，使用MTS社制的Nano Indenter XP(分析用软件：TestWorks 4)，使用XP片，进行连续刚性测定。按压深度为300nm，激发振动频率：45Hz，振幅：2nm，在此条件下，测定15点，求得平均值。

另外，以倍率15万倍对如上得到的Al合金膜进行TEM观察，测定在测定视野(一个视野为1.2μm×1.6μm)中观察到的、在晶界三重点存在的Al合金的密度(三重点密度)。测定以合计3视野进行，其平均值作为Al合金的三重点密度。

对于取代Al合金膜形成纯Al膜的试料与上述同样测定硬度和三重点密度。

这些结果记载在表1中。表1中“E+07”是10⁷的意思。例如，表1的No.1的“9.0E+07”是9.0×10⁷的意思。

表1

表1中，No.5～18和37～39均是作为稀土元素含有Nd的Al合金膜的例。退火温度相同时，随着Nd量的增加硬度和三重点密度有增加的倾向(例如，参照退火温度为室温(-)的情况，No.5、9、13、37)，为了将硬度和三重点密度控制在规定范围内，使Nd量的上限为1原子％有效。另外，即使Nd量相同，如果退火温度高于本发明的优选范围，则硬度和三重点密度有减小的倾向(例如，参照退火温度为250℃的情况，No.8、12、17、18)，为了将硬度和三重点密度控制在规定范围内，将退火温度的上限控制为230℃有效。

表1中，No.19～36是使用含有Nd以外的稀土元素的Al合金膜的例，均是含有本发明限定的稀土元素的含量，并且，退火温度也控制在本发明的优选范围内制造的，因此，硬度和三重点密度控制在1的范围内。另外，通过实验确认到使用Nd以外的上述稀土元素时，也得到与上述Nd相同的试验结果。

根据这些结果，如果使用本发明的Al-稀土元素合金膜，则相对于纵向的耐久性优异，难以发生断线和经时的电阻增加，能够提供可靠性高的触摸板传感器。

对此，No.1～4是不含有稀土元素的纯Al的例，退火温度无论如何控制，均不能得到本发明限定的硬度和三重点密度。

Claims

1.一种触摸板传感器，其具有透明导电膜和与所述透明导电膜连接的布线，其特征在于，

所述布线以从基板侧开始的顺序，由高熔点金属膜、Al合金膜和高熔点金属膜构成，

所述Al合金膜含有0.05～1原子％的稀土元素，余量由Al和不可避免的杂质构成，并且，硬度为2～3.5GPa，在Al合金组织中存在的晶界三重点的密度为2×10⁸个/mm²以上。

2.根据权利要求1所述的触摸板传感器，其特征在于，所述稀土元素是从Nd、Gd、La、Y、Ce、Pr和Dy构成的群中选出的一种以上的元素。

3.根据权利要求1或2所述的触摸板传感器，其特征在于，所述透明导电膜由氧化铟锡ITO或氧化铟锌IZO构成。