JP2009282865A

JP2009282865A - タッチパネル用透明電極基板、及びタッチパネル

Info

Publication number: JP2009282865A
Application number: JP2008136117A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kitano; 高広北野; Yuji Mitani; 雄二三谷
Original assignee: Kuraray Co Ltd; Touch Panel Laboratories Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd; Touch Panel Laboratories Co Ltd
Priority date: 2008-05-24
Filing date: 2008-05-24
Publication date: 2009-12-03

Abstract

【課題】消費電力が少なく、かつ、ノイズが小さくて、更には機械的強度に富み、耐久性が高いタッチパネル用電極基板を提供する。
【解決手段】透明基材上に透明導電層が設けられたタッチパネル用の透明電極基板であって、前記透明導電層上の表面抵抗値が５５００Ω／□〜１００００Ω／□である。透明導電層は、バインダ樹脂を用いないで、絡み合った単層カーボンナノチューブで構成される。また、透明導電層はフラーレンを有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明はタッチパネル用透明電極基板およびタッチパネルに関する。

現在、ディスプレイに、直接、触れることによって、情報の入力が出来るデバイスとしてタッチパネルが知られている。これは、光を透過する入力装置を液晶画面などの各種ディスプレイ上に配置したものである。この種の代表的なものとして、２枚の透明電極基板を透明電極層が向かい合うように配置したタッチパネル、所謂、抵抗膜式タッチパネルが知られている。

例えば、二枚の透明絶縁性基板の夫々の一方の表面に透明薄膜電極を設け、同一対の透明薄膜電極を絶縁性スペーサを介して対向配置してなるタッチパネルにおいて、その押圧側の基板は、透明導電性フイルムからなり、同基板の透明薄膜電極は透明フイルム上に厚さ１００〜６００Åの酸化珪素薄膜層を設け、更に同薄膜層上に０．５〜１０ｋΩ／□の表面抵抗値を有するインジウムスズ酸化物薄膜層を設けてなることを特徴とするペン入力タッチパネルが提案（特開平８−６４０６７号公報）されている。但し、このインジウムスズ酸化物薄膜層の表面抵抗値は、特許請求の範囲では、０．５〜１０ｋΩ／□と幅広く規定されているが、７００〜１０００Ω／□である。そして、表面抵抗値が１０００Ω／□を越えて大きい場合には好ましくないことが示されている。

又、透明樹脂基板の両面に透明導電層を設けてなることを特徴とするタッチパネル基板及びセル基板兼用の透明導電基板であって、透明樹脂基板がエポキシ系樹脂からなり、片面における表面抵抗が１００〜１０００Ω／□で、他面におけるそれが１００Ω／□以下である透明導電基板が提案（特開平８−２７２５３０号公報）されている。

又、透明高分子フィルムと、その一面上に、酸化スズ（ＳｎＯ₂）を３〜８重量％含有する酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）−酸化スズ（ＳｎＯ₂）の焼結体からなる透明導電層（１）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）を１０〜３０重量％含有する酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）−酸化スズ（ＳｎＯ₂）の焼結体からなる透明導電層（２）を順次積層してなり、波長５５０ｎｍでの光線透過率が８０％以上であり、表面抵抗が３００〜１０００Ω／□であり、かつ、加熱後の表面抵抗の変化率が０．９〜１．１であることを特徴とするタッチパネル用透明導電性フィルムが提案（特開平１０−４９３０６号公報）されている。
特開平８−６４０６７号公報特開平８−２７２５３０号公報特開平１０−４９３０６号公報特開２００４−２０２９４８号公報特開２００７−１１９９７号公報

さて、抵抗膜式タッチパネルは、携帯電話機やゲーム機などの携帯機器に利用されることが多くなっている。この為、携帯機器に利用される抵抗膜方式タッチパネルは消費電力が小さいことが強く求められている。

そして、上記特許文献１では、消費電力が少なくなったと謳われている。尚、特許文献２，３等では、消費電力の点については触れられて無い。

ところで、本発明者による検討によれば、特許文献１の技術では、消費電力が未だ未だ多いものであった。

さて、消費電力を少なくする為には、消費電流を少なくすれば良い。と言うことは、透明電極層の表面抵抗値を大きくすれば良い。そして、表面抵抗値を大きくすると、ノイズは小さくなり、誤作動の危険性も下がるという利点が有る。

このような観点から特許文献１の技術を検討した場合、表面抵抗値が１０００Ω／□以下のものでは、携帯機器の場合には、消費電流が未だ未だ多いと謂われ、消費電力が少ないとは言えないものであることが判った。

又、特許文献１にあっては、インジウム錫酸化物からなる透明導電層の膜厚を薄くしている。すなわち、インジウム錫酸化物からなる透明導電層の膜厚を制御して表面抵抗値を１０００Ω／□以下に制御している。しかしながら、このような技術にあっては、インジウム錫酸化物からなる透明導電層の機械的強度が不十分で、タッチパネルの寿命が短くなる。

従って、本発明が解決しようとする課題は、消費電力が少なく、かつ、ノイズが小さくて、更には機械的強度に富み、耐久性が高いタッチパネル用電極基板を提供することである。

前記の課題は、透明基材上に透明導電層が設けられたタッチパネル用の透明電極基板であって、
前記透明導電層上の表面抵抗値が５５００Ω／□〜１００００Ω／□である
ことを特徴とするタッチパネル用透明電極基板によって解決される。

又、透明基材上に透明導電層が設けられたタッチパネル用の透明電極基板であって、
前記透明導電層上の表面抵抗値が３０００Ω／□〜１００００Ω／□である
ことを特徴とするタッチパネル用透明電極基板によって解決される。

又、透明基材上に透明導電層が設けられたタッチパネル用の透明電極基板であって、
前記透明導電層上の表面抵抗値が１０００Ω／□〜１００００Ω／□である
ことを特徴とするタッチパネル用透明電極基板によって解決される。

又、上記のタッチパネル用透明電極基板であって、透明導電層は、絡み合った単層カーボンナノチューブで構成されてなることを特徴とするタッチパネル用透明電極基板によって解決される。又、上記のタッチパネル用透明電極基板であって、透明導電層は、バインダ樹脂を用いないで、絡み合った単層カーボンナノチューブで構成されてなることを特徴とするタッチパネル用透明電極基板によって解決される。

又、上記のタッチパネル用透明電極基板であって、透明導電層はフラーレンを有することを特徴とするタッチパネル用透明電極基板によって解決される。又、上記のタッチパネル用透明電極基板であって、透明基材がプラスチックであることを特徴とするタッチパネル用透明電極基板によって解決される。又、上記のタッチパネル用透明電極基板であって、全光線透過率が８０％以上で１００％以下であることを特徴とするタッチパネル用透明電極基板によって解決される。

本発明は、また、上記のタッチパネル用透明電極基板を用いて構成されたことを特徴とするタッチパネルを提供するものである。特に、上記のタッチパネル用透明電極基板を下部電極に用いて構成されたことを特徴とするタッチパネルを提供するものである。

本発明のタッチパネル用透明電極基板を用いて構成したタッチパネルは、透明電極基板の機械的強度（力学強度）が高く、従って耐久性に富む。そして、消費電力が少ないことから、携帯機器のタッチパネルに非常に好適である。更には、ノイズが少なくて誤作動が起き難く、信頼性に富む。又、タッチパネルの動作性も良い。

本発明は透明基材上に透明導電層が設けられたタッチパネル用の透明電極基板である。そして、前記透明導電層上の表面抵抗値が５５００Ω／□〜１００００Ω／□であるように構成されたものである。更には、３０００Ω／□〜１００００Ω／□であるように構成されたものである。特に、１０００Ω／□〜１００００Ω／□であるように構成されたものである。そして、前記透明導電層は、特に、絡み合った単層カーボンナノチューブで構成されたものである。中でも、バインダ樹脂を用いないで、絡み合った単層カーボンナノチューブで構成されたものである。バインダ樹脂を用いない為、導電層を構成する単層カーボンナノチューブは、互いの単層カーボンナノチューブが絡み合った構造のものとする。これによって、単層カーボンナノチューブ同士が、直接、接触した構造となる。従って、間に絶縁物が介在してないことから、導電性が良い。しかも、絡み合っていることから、導電層の構成にバインダ樹脂を不要なものとする。尚、ここで、単層カーボンナノチューブが絡み合った構造であるか否かは、走査型電子顕微鏡で導電層表面を観察することで確認できる。好ましくは、透明導電層はフラーレンを有する。尚、透明基材は、特に、プラスチックである。そして、全光線透過率が８０％以上で１００％以下である。

本発明の透明電極基板の層構成は、基本的には、基材上に透明導電層が積層されたものである。例えば、基材／ハードコート層／反射防止層／透明導電層／保護層、或いは基材／アンチニュートン層／透明導電層などの構成が一例として挙げられる。勿論、これに限られるものでは無い。そして、反射防止層は１層であっても良いし、２層以上の複数層の構成であっても良い。その他にも、基材の反対側の面に、反射防止層、ハードコート層、防汚層、アンチグレア層など公知の機能層が積層されたものであっても良い。又、耐指紋処理層が設けられても良い。

本発明で用いる透明基材は、透明な基材であれば格別な制限は無い。但し、全光線透過率が８０％以上１００％以下のシート状ないしはフィルム状のものが好ましい。材質にも格別な制限は無い。例えば、ガラス等のセラミックであっても良い。又、ポリエステル樹脂、セルロース樹脂、ビニルアルコール樹脂、塩化ビニル樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂も用いられる。又、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂なども用いられる。透明基材の厚みは用途によって好ましい範囲が決まる。シート状のものが求められる場合、５００μｍ〜１０ｍｍの厚さである。フィルム状のものが求められる場合、１０μｍ〜５００μｍの厚さである。

本発明になる電極基板は、その全光線透過率が６０％以上で１００％以下である。好ましくは、８０％以上である。更には、９０％以上である。それは、全光線透過率が低すぎると、視認性が低下するからである。

本発明の透明導電層は、その表面抵抗値が５５００Ω／□〜１００００Ω／□である。更に好ましくは３０００Ω／□〜１００００Ω／□である。特に好ましくは１０００Ω／□〜１００００Ω／□である。尚、単層カーボンナノチューブで構成された導電層は、全光線透過率と表面抵抗値との間にはトレードオフの関係がある。従って、表面抵抗率はタッチパネルが動作する限り高いほうが好ましい。尚、ここで、全光線透過率は単層カーボンナノチューブを含む導電層のみならず基材を含めた全光線透過率である。

本発明の透明導電層を構成する単層カーボンナノチューブは、公知の製法によって得られた単層カーボンナノチューブであれば良い。例えば、アーク放電法、化学気相法、レーザー蒸発法などによる製法で得られたものを用いることが出来る。但し、結晶性の観点から、アーク放電による製造法で得られたものが好ましい。そして、このものは入手も容易である。この単層カーボンナノチューブは、酸処理を施したものが好ましい。ここで、酸処理とは、酸性液体中に単層カーボンナノチューブを浸漬することによって実施される。浸漬の代わりに噴霧と言った手法を採用も出来る。酸性液体は公知の化合物であれば各種のものを用いることが出来る。例えば、無機酸や有機酸が用いられる。但し、無機酸を用いることが好ましい。例えば、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、或いはこれらの混合物が挙げられる。中でも、硝酸、或いは硝酸と硫酸との混酸を用いた酸処理が好ましい。好ましい酸処理条件は、８０℃〜１００℃の温度下で、１日〜７日間掛けて反応させる条件である。そして、この酸処理によって、単層カーボンナノチューブと炭素微粒子とがアモルファスカーボンを介して物理的に結合している場合に、アモルファスカーボンを分解することによって両者を分離したり、単層カーボンナノチューブ作製時に使用した金属触媒の微粒子を分解することになる。従って、本発明にあっては、単層カーボンナノチューブの酸処理は好ましい。例えば、酸処理を施さない場合に比べ、導電性が向上する。本発明で用いられる単層カーボンナノチューブは、濾過によって不純物が除去され、純度が向上したものであることが好ましい。その理由は、不純物による導電性の低下や光透過率の低下が防止されるからである。濾過には各種の手法を用いることが出来る。例えば、吸引濾過、加圧濾過、クロスフロー濾過などを用いることが出来る。中でも、スケールアップの観点から、中空糸膜を用いたクロスフロー濾過が好ましい。

本発明の導電層は、絡み合った単層カーボンナノチューブのみで構成されたものでも良い。しかしながら、特に好ましいのは、導電層がフラーレン（本明細書にあっては、フラーレンの言葉にはフラーレン類縁体も含まれる。以下、同様。）を有することである。中でも、水酸化フラーレンを有することである。すなわち、フラーレンを含ませておくことにより、耐熱性が向上する。又、導電性も優れていた。本発明で用いられるフラーレンはフラーレンならば如何なるものでも良い。例えば、Ｃ６０，Ｃ７０，Ｃ７６，Ｃ７８，Ｃ８２，Ｃ８４，Ｃ９０，Ｃ９６等が挙げられる。勿論、これ等の複数種のフラーレンの混合物でも良い。尚、分散性能からＣ６０が特に好ましい。更に、Ｃ６０は入手し易いメリットも有る。又、Ｃ６０のみでは無く、Ｃ６０と他の種類のフラーレン（例えば、Ｃ７０）との混合物でも良い。又、フラーレンの内部に、適宜、金属原子を内包したものでも良い。尚、フラーレン類縁体としては、水酸基、エポキシ基、エステル基、アミド基、スルホニル基、エーテル基など公知の官能基を含むものや、フェニル−Ｃ６１−プロピル酸アルキルエステル、フェニル−Ｃ６１−ブチル酸アルキルエステル、水素化フラーレンなどが挙げられる。中でも、フラーレンはＯＨ基（水酸基）を持つもの（水酸化フラーレン）が好ましい。それは、単層カーボンナノチューブを分散液として塗工する際の分散性が高かったからである。尚、水酸基の量が少ないと、単層カーボンナノチューブの分散性向上度が低下し、逆に、多すぎると、合成が困難である。従って、水酸基の量はフラーレン１分子当り５〜３０個が好ましい。特に、８〜１５個が好ましい。フラーレンの添加量は、多すぎると、導電性が低下する。逆に、少なすぎると、効果が乏しい。従って、フラーレン量は、好ましくは、単層カーボンナノチューブ１００質量部に対して１０〜１０００質量部である。特に、好ましくは、単層カーボンナノチューブ１００質量部に対して２０〜１００質量部である。

本発明の電極基板は、単層カーボンナノチューブからなる導電層上に保護層を有することが好ましい。この保護層に用いられる材料には格別な制限は無い。例えば、ポリエステル樹脂、セルロース樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ビニル樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂が用いられる。又、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などの公知のコーティング材料を用いることも出来る。但し、保護層の材料は、密着性の観点から、透明基材と同じ（同系統）材料が好ましい。例えば、基材がポリエステル樹脂の場合は、保護層もポリエステル樹脂が好ましい。尚、保護層の膜厚は厚すぎると、透明導電層の接触抵抗が大きくなり、逆に、薄すぎると、保護層としての効果が得られない。従って、保護層の厚さは１ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。特に、１０ｎｍ以上であることが好ましい。又、１００ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の透明電極基板が用いられて、特に、抵抗膜方式のタッチパネル（導電層が互いに向い合うように対向配置されてなるタッチパネル）が構成される。特に、下部電極に用いられて抵抗膜方式のタッチパネルが構成される。本発明の透明電極基板が用いられてタッチパネルが構成される場合、上部電極はインジウム錫酸化物などのセラミック性導電層を有する電極基板であっても良い。それは、単層カーボンナノチューブからなる導電層はインジウム錫酸化物などのセラミック性導電層とも接触抵抗が小さく、タッチパネルとして良好な動作性が確保できるからである。勿論、上部電極および下部電極の双方の導電層が上記本発明の絡み合った単層カーボンナノチューブで構成されたものでも良い。本発明の抵抗膜式タッチパネルは、上部電極、下部電極いずれかの導電層上にドット印刷を施してあることが好ましい。これによって、導電層同士の誤接触が防止される。本発明の抵抗膜式タッチパネルにあっては、上部基板、下部基板いずれもがシート状あるいはフィルム状のものであっても良い。又、一方がシート状、他方がフィルム状のものであっても良い。又、上部基板、下部基板の少なくとも一方に微細な凹凸を付けた、所謂、アンチニュートン処理を施した基板であることが好ましい。又、上部基板は基板の両面いずれもが基板保護の為、ハードコート処理や視認性向上の為の反射防止処理や耐指紋処理を施したものであることが好ましい。尚、下部基板は液晶ディスプレイの最表面の基板に当該導電層を積層したものであっても良い。

以下、更に、具体的に説明する。

［実施例１］
アーク放電法によって作製された単層カーボンナノチューブを６３％硝酸にて８５℃で２日間に亘って反応させた。そして、濾過を行なって、単層カーボンナノチューブを精製、回収した。上記のようにして得られた単層カーボンナノチューブと、水酸基含有フラーレン（商品名ナノムスペクトラＤ−１００フロンティアカーボン社製）と、水酸化ナトリウム（和光純薬工業社製）と、水と、２−プロパノールとを混合した。そして、この混合液に1分間に亘って超音波照射（装置名ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＨＯＭＯＧＥＮＩＺＥＲＭＯＤＥＬＵＨ−６００ＳＲ、エスエムテー社製）を行ない、単層カーボンナノチューブ分散液を得た。得られた単層カーボンナノチューブ分散液をポリエステルフィルム（商品名：コスモシャインＡ４１００東洋紡社製）にウェット膜厚２０μｍでバーコートした。そして、８０℃で３分間乾燥させた。更に、メタノールで表面を洗浄し、８０℃で3分間乾燥させ、導電層の表面抵抗値が６０００Ω／□の透明導電基板を得た。

尚、走査型電子顕微鏡による観察によれば、この透明導電層における単層カーボンナノチューブは互いに絡み合ったものであり、かつ、この絡み合った箇所においては単層カーボンナノチューブ同士が直接に接触しているものであった。勿論、絡み合ってない箇所でも、単層カーボンナノチューブ同士が直接に接触しているものであった。又、導電層は水酸基含有フラーレンを有する。但し、バインダ樹脂を含むものでは無い。

又、透明導電基板の全光線透過率を直読ヘーズコンピュータ（スガ試験機社製）で調べた処、８７％であり、ヘイズは１．０％であった。又、一定の半径を持つ棒に電極基板を巻き付け、一定荷重で引っ張りながら表面抵抗を２端子法にて測定し、表面抵抗値が急激に上昇した半径を限界曲率半径とした処、限界曲率半径は２ｍｍ以下であった。

そして、上記透明電極基板を下部電極とし、かつ、ＩＴＯ付ガラスを上部電極とし、各々、銅箔シートを対向する２辺に張り、対向電極とした(図１，２参照)。そして、上部電極基板、下部電極基板の対向電極が直行するように張り合わせ、抵抗膜式タッチパネルを作製した（図３，４参照）。

［実施例２］
実施例１における単層カーボンナノチューブ分散液の成分の配合割合を変えたものを用いて導電層の表面抵抗値が７０００Ω／□の透明導電基板を得た以外は同様に行なった。

［実施例３］
実施例１における単層カーボンナノチューブ分散液の成分の配合割合を変えたものを用いて導電層の表面抵抗値が８０００Ω／□の透明導電基板を得た以外は同様に行なった。

［比較例１］
実施例１における単層カーボンナノチューブ分散液の成分の配合割合を変えたものを用いて導電層の表面抵抗値が８００Ω／□の透明導電基板を得た以外は同様に行なった。

［比較例２］
透明導電層として単層カーボンナノチューブの代わりにＩＴＯで構成した導電層の表面抵抗値が８００Ω／□の透明導電基板を得た以外は同様に行なった。

［特性］
上記各例で得たタッチパネルの消費電力特性及び耐久性などの特性を調べたので、その結果を表−１に示す。

表−１
消費電力特性機械的強度
実施例１４．２＜２
実施例２３．６＜２
実施例３３．１＜２
比較例１３２．３＜２
比較例２３２．４１０
消費電力特性：５Ｖ(定圧)印加時の消費電力(ｍＷ)を表す。
機械的強度：限界曲率半径（ｍｍ）を表す。

抵抗膜式タッチパネルの電極図(上面図) 抵抗膜式タッチパネルの電極図(側面図) 抵抗膜式タッチパネルの構成図(上面図) 抵抗膜式タッチパネルの構成図(側面図)

符号の説明

１電極基板
２対向電極
３上部対向電極
４上部電極基板
５下部対向電極
６粘着テープ
７下部電極基板

特許出願人株式会社クラレ
特許出願人株式会社タッチパネル研究所
代理人宇高克己

Claims

透明基材上に透明導電層が設けられたタッチパネル用の透明電極基板であって、
前記透明導電層上の表面抵抗値が５５００Ω／□〜１００００Ω／□である
ことを特徴とするタッチパネル用透明電極基板。
透明基材上に透明導電層が設けられたタッチパネル用の透明電極基板であって、
前記透明導電層上の表面抵抗値が３０００Ω／□〜１００００Ω／□である
ことを特徴とするタッチパネル用透明電極基板。
透明基材上に透明導電層が設けられたタッチパネル用の透明電極基板であって、
前記透明導電層上の表面抵抗値が１０００Ω／□〜１００００Ω／□である
ことを特徴とするタッチパネル用透明電極基板。
透明導電層は、絡み合った単層カーボンナノチューブで構成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかのタッチパネル用透明電極基板。
透明導電層は、バインダ樹脂を用いないで、絡み合った単層カーボンナノチューブで構成されてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかのタッチパネル用透明電極基板。
透明導電層はフラーレンを有する
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかのタッチパネル用透明電極基板。
請求項１〜請求項６いずれかのタッチパネル用透明電極基板を用いて構成されたことを特徴とするタッチパネル。
請求項１〜請求項６いずれかのタッチパネル用透明電極基板を下部電極に用いて構成されたことを特徴とするタッチパネル。