JP2014225126A - 静電容量型タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】多層化樹脂基材を用いて小型化軽量化を実現しつつ、樹脂層ごとの線膨張係数の相違に起因する反りを低減させたタッチパネルを提供する
【解決手段】本発明が適用された静電容量型タッチパネルは、透明樹脂基材２と、透明樹脂基材２の表面に形成された透明樹脂層３と、透明樹脂基材２の裏面の外縁部に形成された加飾印刷層５と、透明樹脂基材２の裏面及び加飾印刷層５にわたって覆うように形成された反り防止層７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量型タッチパネルに関し、特に、静電容量型タッチパネルを構成するトッププレートに関する。

タッチパネルで容易に操作できるスマートフォンや、タブレットＰＣが広く普及するようになり、タッチパネル薄型化、軽量化、及び低コスト化が喫緊の課題となっている。

タッチパネルの検出方式には、２枚の抵抗膜を重ねて指示位置を特定する抵抗膜方式や、パネル表面に超音波や表面弾性波を発生させ、指示位置検出を行う表面弾性波方式等さまざま存在する。上述したスマートフォンやタブレットＰＣに用いられるタッチパネルでは、パネル上を指でタップしたり、ドラッグしたり、あるいは画像を拡大するのに画面上で２本の指を広げるように動作させたり（ピンチアウト）、２本指をせばめるように動かすピンチイン操作等の複雑で自由度のある操作に対応する必要がある。そのため、現状では、透明電極を用いてｘｙマトリクスを形成し、複数の指示位置の検出を同時に行える静電容量型のものが主流となっている。

タッチパネルの薄型化、軽量化及び低コスト化をはかるために、さまざまな検討がなされており、透明電極が形成された静電容量シートを保護するために表面を覆うように配置されるトッププレートをガラス製から樹脂性素材のものに変更することが試みられている。また、透明電極をフィルムの両面に形成するなどして静電容量シートの数を２枚から１枚に削減し、薄型化と低コスト化の両立をはかる試みが精力的に行われている。

特開２０００−２０７９８３号公報

樹脂性のトッププレートを静電容量型タッチパネルに用いる場合には、タッチパネルやタッチパネルが搭載される液晶パネルの製造時に高温環境下にさらされるために、一般的には、耐熱性の高い樹脂材料、たとえばポリカーボネート（ＰＣ）樹脂が用いられる。また、タッチパネルの表面は、外部環境にさらされ、表面には傷が付きやすい。ＰＣ樹脂は硬度が低いため、ＰＣ樹脂を用いたトッププレートの表面に傷が付くと、デザイン上や視認上不具合となるとの問題がある。このため、トッププレートの表面を硬度の高い硬質の樹脂で多層化することが行われている。たとえば、２層押出し成形技術を用いて、ＰＣ樹脂とアクリル樹脂（ポリメタクリル酸メチル樹脂、Poly(Methyl Methacrylate)、ＰＭＭＡ）とからなる多層透明樹脂基材が開発されている。

しかしながら、主基材であるＰＣ樹脂と、表面保護用のＰＭＭＡ樹脂とでは、線膨張係数が異なるので、ＰＣ樹脂とＰＭＭＡ樹脂とを２層に形成した基材では、パネル製造時や製品への搭載後の環境温度変化等によって、トッププレート全体が反ってしまうとの問題がある。

特許文献１には、トッププレート樹脂材料の線膨張係数の相違による基材の反りを緩和するために、ＰＣ樹脂の両面にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂性のシートを接着する技術が開示されているが、ＰＥＴ樹脂のシートを主基材の両面に粘着剤を用いて接着しなければならないので、製造工程が煩雑になり、粘着剤等の材料費を含めたコストが上昇してしまうとの問題がある。そこで、ＰＥＴ樹脂に代えて、上述したように、ＰＣ樹脂の両面にＰＭＭＡ樹脂を一体形成したタッチパネル用のトッププレート基材が市販され始めているが、ＰＭＭＡ樹脂は耐熱性が必ずしも高くなく、また、このような３層構造の樹脂基材を製造するには、特殊な押出し金型を必要とすることになり、依然として生産性の低下や製造コストが上昇してしまうとの問題がある。

そこで、本発明では、多層化樹脂基材を用いて薄型化軽量化を実現しつつ、樹脂層ごとの線膨張係数の相違に起因する反りを低減させたタッチパネルを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための手段として、本発明の一実施の形態に係る静電容量型タッチパネルは、透明樹脂基材と、透明樹脂基材の一方の面に形成された異なる材質からなる透明樹脂層と、透明樹脂基材の他方の面の外縁部に形成された加飾印刷層と、透明樹脂基材の他方の面及び加飾印刷層にわたって覆うように形成された反り防止層とを備える。

本発明では、反り防止層が透明樹脂基材の他方の面及び加飾印刷層にわたって覆うように形成されるので、静電容量型タッチパネルの反りを低減することができる。

本発明の一実施の形態に係る静電容量型タッチパネルの構造を示す図である。（Ａ）は、静電容量型タッチパネルの平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）図のＡＡ’線における断面図である。 （Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る静電容量型タッチパネルを構成するトッププレート部分の断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のトッププレートから表面コーティングを削除した変形例を示す断面図である。 静電容量型タッチパネルのトッププレートに温度ストレスを印加してトッププレートを構成するそれぞれの部材に線膨張係数による引張応力が生じる様子を示す図である。（Ａ）は、本発明が適用された静電容量型タッチパネルのトッププレートの場合を示し、（Ｂ）は、従来技術の静電容量型タッチパネルのトッププレートの場合を示す。 静電容量型タッチパネルのトッププレートについて、実施例と比較例の熱ストレス印加後の反りの測定値をプロットしたグラフである。 従来の静電容量型タッチパネルのトッププレートの構造を示す断面図である。（Ａ）は、ＰＣ基材の片面にＰＭＭＡ樹脂層を形成した２層型トッププレートの断面図であり、（Ｂ）は、ＰＣ基材の両面にＰＭＭＡ樹脂層を形成した２種３層型トッププレートの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。なお、図面における各部の寸法は、概略を示すものであって、特に断面図は、構造を明りょうに示すために厚さ方向に強調した寸法としている。

［静電容量型タッチパネルの構成例］
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、本発明が適用された静電容量型タッチパネル１０は、上部構造であるトッププレート１と、トッププレート１の裏面側に配置される下部構造である透明電極層８及び絶縁層を具備したジャンパ配線層１２とを備える。

トッププレート１は、図１（Ｂ）に示すように、耐熱性の高い樹脂材料を含む透明樹脂基材２と、透明樹脂基材２の一方の面、すなわち表面に形成された硬度の高い硬質樹脂材料を含む透明樹脂層３と、透明樹脂基材２の他方の面、すなわち裏面の外縁部に形成された加飾印刷層５と、トッププレート１の裏面側及び加飾印刷層５にわたって覆うように形成される反り防止層７とを有する。

透明樹脂基材２は、耐熱性の高い樹脂材料であるＰＣ樹脂によって形成されることが好ましく、透明樹脂層３は、硬度の高い硬質樹脂材料であるＰＭＭＡ樹脂で形成されることが好ましい。一般に、タッチパネルの表面の傷の付きにくさを鉛筆硬度（引っかき硬度試験、ＪＩＳ Ｋ ５６００）によって評価するが、単一基材としてのＰＣ樹脂の表面硬度は、ＨＢ〜Ｈであり、傷が付きやすい。一方、ＰＭＭＡ樹脂の表面硬度は、３Ｈ〜５Ｈであり、タッチパネルの表面に用いる材料として好ましい。ＰＭＭＡ樹脂等からなる透明樹脂層３を、ＰＣ樹脂等からなる透明樹脂基材２の一方の面、すなわち静電容量型タッチパネル１０の表面側に形成することによって、傷の付きにくいタッチパネルを実現することができる。さらに透明樹脂層３の表面に保護層としてトップコーティング層６を形成するようにしてもよい。

表面に透明樹脂層３が形成された透明樹脂基材２は、２種の樹脂材料を用いて、同時に溶融成形することにより形成される。

加飾印刷層５は、スマートフォンやタブレット端末等を構成する液晶画面の外縁部のタッチパネルを機能させる上で必要な電極や配線等が形成されている領域を額縁領域として外部から視認できないように覆う目的で形成される層である。加飾印刷層５は、シルクスクリーン印刷によって、有色インクを多層に重ね塗りして形成される。額縁領域に形成されている電極や配線等が透過しないように所定の厚さを塗布するためには、１回の塗布で厚塗りするのはムラになりやすいため、１回当たりの塗布層を薄くして複数回に分けて多層の印刷層を形成する必要がある。たとえば、光が透過しにくい濃色のインクの場合には、２回の塗布により印刷層を形成し、光が透過しやすい淡色（白色等）のインクの場合には、４回程度の重ね塗りを行う必要がある。１回当たりの塗布厚が８μｍ程度となる場合には、淡色インクの層は、３２μｍ程度の厚さを有する。

反り防止層７は、透明樹脂基材２の裏面及び加飾印刷層５にわたって全面を覆うように形成され、好ましくは、透明樹脂基材２の表面側に形成される透明樹脂層３に用いられている材料が有する線膨張係数とほぼ等しい線膨張係数の樹脂材料を用いる。反り防止層７の材料としては、特に制限はなく、紫外線硬化型インクや熱硬化型インクに用いられる透明のアクリル系樹脂塗料あるいはウレタン系樹脂塗料等を用いることができる。より具体的には、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、ポリエステルウレタン（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリカーボネート（メタ）アクリレート、ポリカーボネートウレタン（メタ）アクリレート等を材質とする塗料を用いることができる。タッチパネルの光学特性に影響を及ぼさないように、拡散透過光の全光線透過光に対する割合であるヘイズが１％を超えないことがより好ましい。粘度が低い透明のアクリル系又はウレタン系樹脂塗料等を塗布するように用いることによって、加飾印刷層５と透明樹脂基材２の間に生ずる段差をほぼ平坦化して、透明電極層８を接続した場合に、この段差による配線切れを防止することもできる。上述したように、淡色インクで加飾印刷を行う場合には、加飾印刷層５は、３２μｍ程度の厚さとなるので、たとえば３５μｍ程度の厚さとなるように、透明樹脂基材２の裏面及び加飾印刷層５にわたってアクリル系塗料を塗布して反り防止層７を形成すればよい。反り防止層７を形成するアクリル系塗料を塗布するには、シルクスクリーン印刷のほか、ダイコータを用いて直接塗布すればよい。このように反り防止層７の形成には、周知の塗布技術を用いることができるので、特殊な設備導入の必要がなく、加飾印刷層５の印刷工程に用いる設備と同じものを用いることができ、製造コストの低減が可能になる。なお、上述した加飾印刷層５と透明樹脂基材２との段差については、透明電極層８の配線の接続信頼性を保証することができればよく、したがって完全に平坦にする必要はない。たとえば３２μｍ厚の加飾印刷層５に対して、３０μｍ程度の厚さであってもよく、また、形成後の反り防止層７の外縁部に比べて中央部の厚さが薄くなる等してもよく、反り防止層７にわたって厚さが均一になっていなくてもよい。

反り防止層７の下部に形成される透明電極層８は、透明フィルムに透明電極を形成した層であり、好ましくはＡｇナノワイヤ膜やＩＴＯ膜である。静電容量型タッチパネルの場合には、一般的には、タッチ位置のｘｙ座標を特定するために、ｘ軸方向の電極及びｙ軸方向の電極がそれぞれ形成された２枚の透明電極膜を用いるが、Ａｇナノワイヤを用いた透明電極層８と透明電極のｘｙ座標を特定するためのジャンパ配線とを多層形成することによって１層の透明電極層８とすることができる。透明電極層８を１層とすることによって、静電容量型タッチパネル１０の厚さを低減し、軽量化をはかることができるとともに、製造工程数を削減することができるため、製造コストの低減が可能となる。また、Ａｇナノワイヤ膜を用いることによって、一般的に用いられる２枚のＩＴＯ膜の１枚当たりの厚さも薄くできるので、さらなる薄型化、軽量化に寄与することができる。なお、本発明が適用された静電容量型タッチパネル１０では、２枚の透明電極膜を用いる一般的な構造の場合にも採用できるのは言うまでもない。

絶縁層を具備したジャンパ配線層１２を保護するために、ジャンパ配線層１２の裏面に保護膜９が形成され、外部回路への接続のためのフレキシブルプリント基板１１が接続される。保護膜９は、周知の材料を用いればよく、たとえば、熱硬化型のアクリル系樹脂を塗布することによって形成される。

図２（Ａ）には、本発明が適用された静電容量型タッチパネル１０に用いられるトッププレート１を示す。上述したように、トッププレート１は、透明樹脂基材２と、透明樹脂基材２の表面に形成された透明樹脂層３と、透明樹脂層３の表面に形成されたトップコーティング層６と、透明樹脂基材２の裏面の外縁部に形成された加飾印刷層５と、トッププレート１の裏面及び加飾印刷層５にわたって形成される反り防止層７とを有する。

図２（Ｂ）に示すように、トッププレート１ａでは、透明樹脂層３の表面に形成するトップコーティング層６を省略してもよい。

［動作原理］
本発明が適用された静電容量型タッチパネル１０の動作原理を説明するために、タッチパネルに用いられる従来のトッププレートの構造について説明する。

図５（Ａ）は、従来のトッププレート２１の構造の一例を示す断面図である。従来のトッププレート２１は、ＰＣ樹脂等からなる透明樹脂基材２２と、透明樹脂基材２２の表面に形成されたＰＭＭＡ樹脂等からなる透明樹脂層２３と、透明樹脂層２３の表面に形成されたトップコーティング層２６と、透明樹脂基材２２の裏面の外縁部に形成された加飾印刷層２５とを有する。

ここで、透明樹脂基材２２にＰＣ樹脂を用いた場合には、ＰＣ樹脂の線膨張係数は、６〜７×１０^−５／℃程度である。透明樹脂層２３にＰＭＭＡ樹脂を用いた場合には、ＰＭＭＡ樹脂の線膨張係数は、５〜９×１０^−５／℃である。よって、一般的には積層状態に構成される透明樹脂基材２２及び透明樹脂層２３の線膨張係数は等しくならない。線膨張係数の異なる材料が層状に形成されているトッププレート２１では、高温環境下において各層の材料が膨張して、各層が受ける引張応力が異なることになる。

また、図５（Ｂ）に示すように、特許文献１に開示されているトッププレート３１では、透明樹脂基材３２の両面に同一の材料からなる第１及び第２の透明樹脂層３３ａ，３３ｂが形成され、表面側の第１の透明樹脂層３３ａの表面には、トップコーティング層３６が形成され、裏面側の第２の透明樹脂層３３ｂの裏面の外縁部には加飾印刷層３５が形成される。第１及び第２の透明樹脂層３３ａ，３３ｂの材質が同一であるために、トッププレート３１の表面側及び裏面側の線膨張係数を一致させることができ、両面の引張応力を均衡させることができる。しかしながら、このような構成においては、透明樹脂基材３２の材料としてＰＣ樹脂を用い、第１及び第２の透明樹脂層３３ａ，３３ｂの材料にＰＭＭＡ樹脂を用いる場合には、ＰＭＭＡ樹脂が熱に弱いため、裏面側のＰＭＭＡ樹脂からなる第２の透明樹脂層３３ｂには、透明電極層を接続することができない。また、３層のトッププレート板材を溶融成形する場合には、Ｔダイ金型構造が複雑になり、コスト上昇要因となる。なお、図５（Ｂ）に示すような構造のトッププレート３１を構成する第２の透明樹脂層３３ｂに、加飾印刷層３５との間の段差を埋めるために、反り防止層に相当する樹脂層をさらに付加した場合には、上述したトッププレート３１の両面に印加される引張応力の均衡が崩れてしまうために反りが生じてしまうこととなる。したがって、図５（Ｂ）のようなトッププレート３１に反り防止層に相当する層を付加することは適切ではない。

図３には、本発明が適用された静電容量型タッチパネル１０に用いるトッププレート１と、従来のトッププレート２１とのそれぞれ表面側と裏面側とに印加される線膨張係数による引張応力の大きさを比較して概念的に示す。

図３（Ａ）に示すように、本発明が適用された静電容量型タッチパネル１０に用いるトッププレート１では、表面側に用いる透明樹脂層３と、裏面側に形成された反り防止層７の線膨張係数をほぼ等しくすることによって、表面側及び裏面側に印加される引張応力Ｓ１，Ｓ２をほぼ等しくすることができる。透明樹脂層３の材質は、上述したように、たとえばＰＭＭＡ樹脂であり（線膨張係数：５〜９×１０^−５／℃程度）、反り防止層７の材質は、アクリル系樹脂塗料（線膨張係数：５〜８×１０^−５／℃程度）であり、線膨張係数の値をほぼ一致させることができる。

一方、図３（Ｂ）に示すように、従来のトッププレート２１では、透明樹脂基材２２の表面側に用いられる透明樹脂層２３の線膨張係数と、透明樹脂基材２２の線膨張係数とが異なるので、透明樹脂基材２２の線膨張係数Ｓ２’が透明樹脂層２３の線膨張係数Ｓ１’よりも大きい場合には、トッププレート２１は下に凸になるように反ってしまう。線膨張係数の大小関係が逆の場合（Ｓ１’＞Ｓ２’）には、トッププレート２１は上に凸になるように反ってしまう。

本発明が適用された静電容量型タッチパネルに用いるトッププレートについての高温環境下における反りの発生状況と、従来のトッププレートの反りの発生状況とを測定し比較した。

以下で作成したそれぞれのトッププレート試料を、７０℃に設定した熱風式恒温オーブンを用い２４０時間保存した。その後、トップレート試料を取り出して、常温で所定の時間経過後にトッププレート試料の両端で反りを測定した。所定の時間は、オーブンから取り出した直後、５分経過後、１時間経過後である。

［実施例］
反りの測定に用いたトッププレートは、ＰＣ樹脂＋ＰＭＭＡ樹脂素材（ＭＲＳ５８Ｗ、２９７ｍｍ×２１０ｍｍ×０．８ｍｍ、三菱ガス化学製）を用いた。各層の厚さは、ＰＣ樹脂層が０．７ｍｍ、ＰＭＭＡ樹脂層が０．１ｍｍである。

上記トッププレートの裏面側（ＰＭＭＡ樹脂層が形成されていない側）の面をコロナ処理後、反り防止層としてアクリル系樹脂塗料（ＲＬ−９２９６２、サンユレック製）をシルクスクリーン印刷（メッシュ＃３００）で塗布した。このアクリル系樹脂塗料は、紫外線硬化型の透明樹脂塗料であり、塗布工程後、高圧水銀ランプを用いて紫外線硬化させた。反り防止層の厚さは、０．０１２ｍｍ（実施例１）、０．０５５ｍｍ（実施例２）、０．０９４ｍｍ（実施例３）のトッププレート試料を作成した。

［比較例］
実施例と同じ構成のＰＣ樹脂＋ＰＭＭＡ樹脂素材に、アクリル系樹脂塗料を塗布しないトッププレート試料を作成した。

［結果］
表１及び図４に測定結果を示す。

トッププレート試料を取り出し直後で比較すると、アクリル系樹脂塗料を塗布することによって反り防止層を形成した実施例１〜３は、反り防止層を形成していない比較例に比べて半分程度の反りであった。

取り出し後５分経過、１時間経過すると、実施例１、２ではほとんど反りがなくなり、実施例３では、取り出し直後とは反対側に反っていた。一方比較例では、取り出し後５分経過、１時間経過しても、反りが残っていることが示された。

特に実施例１においては、取り出し後時間が経過すると、ほとんど反りがなくなり、実施例２でも、０．２ｍｍと非常に小さい値となっている。トッププレートのサイズが１４．１インチの液晶パネル用で、比較的大きなサイズであることから、スマートフォン用の５インチクラスの中小型パネルであれば、実施例２のレベルでも十分使用に耐えるものであると考えられる。

１，１ａ，２１，３１ トッププレート、２，２２，３２ 透明樹脂基材、３，２３ 透明樹脂層、３３ａ 第１の透明樹脂層、３３ｂ 第２の透明樹脂層、５，２５，３５ 加飾印刷層、６，２６，３６ トップコーティング層、７ 反り防止層、８ 透明電極層、９ 保護膜、１０ 静電容量型タッチパネル、１１ フレキシブルプリント基板、１２ 絶縁層を具備したジャンパ配線層

Claims (5)

1. 透明樹脂基材と、
   上記透明樹脂基材の一方の面に形成された異なる材質からなる透明樹脂層と、
   上記透明樹脂基材の他方の面の外縁部に形成された加飾印刷層と、
   上記透明樹脂基材の他方の面及び上記加飾印刷層にわたって覆うように形成された反り防止層とを備える静電容量型タッチパネル。
2. 上記透明樹脂基材の線膨張係数は、上記透明樹脂層の線膨張係数とは異なることを特徴とする請求項１記載の静電容量型タッチパネル。
3. 上記反り防止層の線膨張係数は、上記透明樹脂層の線膨張係数と同程度であることを特徴とする請求項２記載の静電容量型タッチパネル。
4. 上記反り防止層は、アクリル系樹脂によって形成され、
   上記反り防止層の厚さは、３μｍ〜５５μｍであることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の静電容量型タッチパネル。
5. 上記反り防止層の厚さは、５μｍ〜３５μｍであることを特徴とする請求項４記載の静電容量型タッチパネル。

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