JP5383991B2

JP5383991B2 - 静電容量センサとその製造方法

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Publication number: JP5383991B2
Application number: JP2007238558A
Authority: JP
Inventors: 孝夫橋本; 秀三奥村; 陽介松川
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: JP2009070191A

Description

本発明は、ＰＤＡ、ハンディターミナルなど携帯情報端末、コピー機、ファクシミリなどＯＡ機器、スマートフォン、携帯電話機、携帯ゲーム機器、電子辞書、カーナビシステム、小型ＰＣ、各種家電品等の用途に用いられ、精度よく極精細な電極群が形成された静電容量センサとその製造方法に関するものである。

従来より、静電容量方式でオペレーターの手指を接触させることによりＸＹ座標が入力できるようにしたものが実用化されている。このような従来例としては、例えば、特許文献１には、フィルム体の表面に互いに平行に延びる複数本の第１の電極を設け、かつ当該フィルム体の裏面に前記第１の電極群に対して直交する方向に延びる互いに平行な複数本の第２の電極を設けて、これら第１の電極群と第２の電極群との間の静電容量に応じた電流値を出力する静電容量センサが開示されている。

しかし、静電容量センサ１０１の実際の量産においては、フィルム体単体の表裏面に第１の電極群及び第２の電極群を設けるのではなく、（１）片面に予め導電膜が形成された市販の透明フィルムを２枚用意し、第１の透明フィルム１０２について導電膜をエッチングによりパターン化して第１の電極群１０５を形成し、第２の透明フィルム１０４について導電膜をエッチングによりパターン化して第２の電極群１０６を形成した後、これらを電極形成面が同じ方向に向くように重ねて透明接着層１０３にて貼り合せたり（図１０及び図１１参照）、あるいは、（２）第１の電極群１０５が形成された第１の透明フィルム１０２と第２の電極群１０６が形成された第２の透明フィルム１０４とを、電極形成面を内側にして貼り合せたり（図１２参照）していた。

特許第３４２６８４７号公報

しかしながら、片面に予め導電膜が形成された市販の透明フィルムを用いた、上記（１）（２）の構成の静電容量センサ１０１には以下のような課題があった。

第１の電極群１０５が形成された第１の透明フィルム１０２と第２の電極群１０６が形成された第２の透明フィルム１０４とを、圧着ロールやプレス機によって加圧することによって貼り合わせると、圧力によって第１の透明フィルム１０２及び第２の透明フィルム１０４が寸法変化するため、それらに形成された第１の電極群１０５の各電極間、第２の電極群１０６の各電極間それぞれの寸法に狂いが生じてしまうという問題がある。

また、第１の電極群１０５及び第２の電極群１０６としてＩＴＯ膜を用いる場合には結晶化の目的で加熱を行なうが、上記（１）（２）のように貼り合わせた後に加熱するときには、露出していない第２の電極群１０６を十分に結晶させる必要があるため、加熱温度がどうしても高めになる。その結果、やはり第１の透明フィルム１０２及び第２の透明フィルム１０４が寸法変化し、第１の電極群１０５の各電極間、第２の電極群１０６の各電極間それぞれの寸法に狂いが生じてしまう。

また、第１の電極群１０５が形成された第１の透明フィルム１０２と第２の電極群１０６が形成された第２の透明フィルム１０４の貼り合わせ精度自体も、極めて低いという別の問題がある。

そのため、静電容量センサに極精細な電極群が要求された場合、作製が極めて困難であった。

したがって、本発明は、以上のような従来技術の課題を考慮し、精度よく極精細な電極群が形成された静電容量センサを提供するものである。

本発明の静電容量センサの製造方法は、材質がポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリエーテルケトン系、アクリル系、ポリエチレンテレフタレート系、ポリブチレンテレフタレート系のいずれかの樹脂からなり片面に導電膜が形成された透明フィルムを一組用意し、前記透明フィルム同士を前記導電膜が外側になるように貼り合わせた後、前記一方の導電膜をエッチングによりパターン化して平行に複数本並べられた電極からなる第１の電極群を形成し、また前記他方の導電膜をエッチングによりパターン化して平行に複数本並べられた電極からなり且つ前記第１の電極群とは直交する第２の電極群を形成するように構成した。

本発明に従えば、材質が上記した樹脂からなり片面に導電膜が形成された透明フィルム同士を貼り合わせた後に、前記導電膜をパターニングして前記第１の電極群５及び前記第２の電極群６を得るという工程順なので、従来技術のような問題が発生せず、精度よく極精細な電極群を形成された静電容量センサを得ることができる。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明に係る静電容量センサ１の構成を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る静電容量センサの一実施例を示す断面図である。同図において、静電容量センサ１は、第１の透明フィルム２と、前記第１の透明フィルム２の裏面に透明接着層３にて全面的に貼り合わされた第２の透明フィルム４と、前記第１の透明フィルム２の表面に平行に複数本並べられた電極からなる第１の電極群５と、前記第２の透明フィルム４の裏面に平行に複数本並べられた電極からなり、前記第１の電極群５と直交する第２の電極群６とを備えている。

前記第１の透明フィルム２及び前記第２の透明フィルム４の材質としては、透明性があるものであればよく、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）系、ポリアミド系、若しくはポリエーテルケトン系などのエンジニアリングプラスチック、アクリル系、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系、又は、ポリブチレンテレフタレート系などのフィルムを用いることができる。前記第１の透明フィルム２及び前記第２の透明フィルム４の厚みは特に限定はないが、静電容量センサの薄型化のためには安定した量産が可能な範囲でできるだけ薄いものを選ぶとよい。

前記透明接着層３は透明で密着信頼性のある材料が選ばれ、例えばアクリル酸系感圧粘着剤、ＵＶ接着剤、熱可塑接着剤、熱硬化接着剤等がある。

前記第１の電極群５及び前記第２の電極群６は導電膜により構成される。当該導電膜の材料としては、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化カドミウム、インジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）若しくは、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）などの金属酸化物膜、又は、これらの金属酸化物を主体とする複合膜、又は、金、銀、銅、錫、ニッケル、アルミニウム、若しくは、パラジウムなどの金属、導電フィラー入り透明高分子、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などの導電性ポリマーの薄膜がある。前記導電膜の形成方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法、ロールコーター法などを用いることができる。また、前記第１の電極群５及び前記第２の電極群６は、後述するように不要な部分のみエッチング除去して電極パターンに形成される。

前記第１の電極群５及び前記第２の電極群６の電極パターンは、図２に示すように、それぞれ平行に。最小電極幅１０〜２００μｍの帯状電極が複数本並べられたものであり、前記第１の電極群５と前記第２の電極群６とが互いに直交するように形成される。なお、図２においては帯状電極は等幅に描かれているが、この形状に限定されず、公知の電極形状が可能である。例えば、図９に示すような菱形を連続させたような帯状電極を形成することもできる。

本発明の特徴は、前記第１の電極群５及び前記第２の電極群６が、前記第１の透明フィルム２及び前記第２の透明フィルム４のそれぞれ外側に位置することにある。このような積層順をとることにより、片面に前記導電膜が形成された前記透明フィルムを貼り合わせた後に、前記導電膜をパターニングして前記第１の電極群５及び前記第２の電極群６を得ることができる。すなわち、貼り合わせによって前記第１の電極群２４の各電極間及び前記第２の電極群２５の各電極間、また前記第１の電極群２４と前記第２の電極群２５との間で位置ズレを生ずることはない。

また、前記第１の電極群５及び前記第２の電極群６としてＩＴＯ膜を用いる場合には、いずれの電極群も露出しているため、結晶化に高温は必要ない。よって、結晶化によって第１の透明フィルム２及び第２の透明フィルム４が寸法変化することなく、前記第１の電極群２４の各電極間及び前記第２の電極群２５の各電極間で位置ズレが生じない。

なお、図１に示す構成の静電容量センサ１の場合、露出した前記第１の電極群５及び前記第２の電極群６を保護するために最外面に保護層３２，３３を設けてもよい（図３参照）。前記保護層３２，３３の材質は透明な物質が選ばれる。例えば透明プラスチックフィルムを貼り合せたり、透明高分子を塗布してもよい。また、ウインドウパネルやＬＣＤパネルに実装するための透明接着層が前記保護層３２，３３の役割を兼ねてもよい。また、前記保護層３２，３３は、それぞれ接続端子部を露出させるように形成される。図３中の３４は前記第２の電極群６の接続端子部である。

また、前記第１の透明フィルム２と前記第２の透明フィルム４との間に厚さ調節層３０を設けてもよい。前述したように、フィルムを基材とする静電容量センサに実施においては、従来から片面にあらかじめ導電膜が形成された市販の透明フィルムを使用する。そのため、静電容量センサの厚さの自由度は低い。前記厚さ調節層３０を設けることにより、静電容量センサの厚さを任意に設定できる。前記厚さ調節層３０の材質は透明な物質が選ばれる。例えば、前記第１の透明フィルム２及び前記第２の透明フィルム４の少なくとも一方に対して所望の厚みが得られるような透明プラスチックフィルムを貼り合せたり、透明高分子を塗布したりすることができる。

また、前記第１の透明フィルム２と前記第２の透明フィルム４との間に誘電率調節層３１を設けてもよい。前述したように、フィルムを基材とする静電容量センサの実施においては、従来から片面にあらかじめ導電膜が形成された市販の透明フィルムを使用する。そのため、静電容量センサの基材の誘電率の自由度は低い。前記に誘電率調節層３１を設けることにより、静電容量センサの基材の誘電率を任意に設定できる。前記誘電率調節層３１の材質は透明な物質が選ばれる。例えば、前記第１の透明フィルム２及び前記第２の透明フィルム４の少なくとも一方に対して所望の誘電率が得られるような透明プラスチックフィルムを貼り合せたり、透明高分子を塗布したりすることができる。

また、本発明の静電容量センサ１は、センサの周辺にさらに低抵抗の引き回し回路を形成することもあり、その場合、素材として、銀ペースト、カーボンペースト等の導電ペースト印刷層、導電層へのめっきによる金属層、金属薄膜のパターンエッチング層等が用いられる。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明に係る静電容量センサの製造方法を詳細に説明する。

図６は図１の静電容量センサの第１の電極群を形成する過程を示す断面図、図７は図１の静電容量センサの第２の電極群を形成する過程を示す断面図である。これらの図において、静電容量センサ１の製造方法は、片面に導電膜１０，１１が形成された透明フィルム１２，１３を一組用意し（図６ａ参照）、前記透明フィルム１２，１３同士を前記導電膜１０，１１が外側になるように貼り合わせた後（図６ｂ参照）、前記一方の導電膜１０をエッチングによりパターン化して平行に複数本並べられた電極からなる第１の電極群２４を形成し（図６ｃ〜図６ｈ参照）、さらに前記他方の導電膜１１をエッチングによりパターン化して平行に複数本並べられた電極からなり且つ前記第１の電極群２４とは直交する第２の電極群２５を形成する（図７参照）ものである。

図６ａ及び図６ｂに示すように、前記透明フィルム１２，１３同士を貼り合わせた段階では、前記透明フィルム１２，１３に形成された前記導電膜１０，１１は未だパターン化されていない。当然ながら、貼り合わせは前記第１の電極群２４の各電極間及び前記第２の電極群２５の各電極間、また前記第１の電極群２４と前記第２の電極群２５との間の位置精度には何の影響を及ぼさない。

前記第１の電極群２４を形成するには、まず前記一方の導電膜１０全面にレジスト膜１４を形成する（図６ｃ参照）。前記レジスト膜１４としては、導電膜１０に光硬化型または光分解型の感光性レジスト液を塗装することにより形成される。前記感光性のレジスト膜１４の材料としては、たとえばアクリル系、ポリビニルシンナメート系、合成ゴム系、ノボラック系などの光硬化型または光分解型の感光性レジスト材料を用いる。なお、図６ｂ中、前記他方の導電膜１１が再剥離可能な保護フィルム２２で被覆されているが、前記レジスト膜１４を形成した後の被覆は不可のため、前記レジスト膜１４を形成するより前にあらかじめ被覆しておく。当該保護フィルム２２は、後述する現像以降の各工程において前記他方の導電膜１１を保護するものである。

次に、フォトマスク１６の非マスク部分に露光光１８を透過させて、前記レジスト膜１４を所望のパターンに露光する（図６ｄ参照）。この場合、フォトマスク１６は、前記レジスト膜１４に光硬化型の材料を用いるときには、形成したい前記第１の電極群２４のパターンに相当する部分が光を透過するものとする。また、フォトマスク１６は、前記レジスト膜１４に光分解型の材料を用いるときには、形成したい前記第１の電極群２４のパターンに相当する部分が光を遮蔽するものとする。また、露光のために使用する露光光１８は、太陽光、水銀灯、キセノンランプ、アーク灯あるいはアルゴンレーザー等を光源する光などを用いる。

次に、前記感光したレジスト膜１４を現像し、感光した（あるいはしなかった）部分のレジスト膜（図６ｅ参照）を除去し、レジストパターン２０を得る（図６ｆ参照）。現像は、前記レジスト膜１４が光硬化型の場合、炭酸ソーダなどを現像液として使用することにより未硬化部分を選択的に除去することにより行なわれる。また前記レジスト膜１４が光分解型の場合、メタケイ酸ソーダなどを現像液として使用することにより分解されている部分を選択的に除去することにより行なわれる。フォトプロセスによって得られる前記レジストパターン２０は、極めて微細に形成可能であるため、最小電極幅１０〜２００μｍの電極群パターンに対応した寸法とすることができる。

次に、前記導電膜１０をエッチングする。このとき前記レジストパターン２０で被覆された部分の前記導電膜１０はエッチングされずに残り（図６ｇ参照）、当該パターニング化された前記導電膜１０が前記第１の電極群２４となる。エッチング剤としては、たとえば過硫酸アンモニウム、アンモニウム、塩化アンモニウムなどのアルカリエッチング液または塩化第二銅、塩化第二鉄、クロム酸／硫酸混液、過酸化水素水／硫酸混液などの酸性エッチング液などを用いる。

次に、前記第１の電極群２４を被覆する前記レジストパターン２０を除去し、さらに前記他方の導電膜１１を被覆する保護フィルム２２を剥離する（図６ｈ参照）。前記レジストパターン２０の除去には、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの水溶液などを用いる。

次に、前記第１の電極群２４に続き、当該第１の電極群２４と直交する前記第２の電極群２５を形成する。まず、既に形成された前記第１の電極群２４を保護フィルム２３で被覆した後、前記他方の導電膜１１全面にレジスト膜１５を形成する（図７ａ，ｂ参照）。なお、図７ｂは図７ａをＡＡ線で切断した断面図であり、以下の工程（図７ｃ〜ｇ）はこのＡＡ線断面で説明する。また、前記レジスト膜１５の材料及び形成方法は、先に説明したレジスト膜１４の場合と同様である。前記保護フィルム２３は、先に説明した保護フィルム２２の場合と同様である。

次に、フォトマスク１７の非マスク部分に露光光１９を透過させて、前記レジスト膜１５を所望のパターンに露光する（図７ｃ参照）。このとき、前記フォトマスク１７は既に形成済みの前記第１の電極群２４に対して容易に位置決めされる。したがって、最終的に得られる静電容量センサ１は前記第１の電極群２４と前記第２の電極群２５との間の位置精度に優れたものになる。また、前記フォトマスク１７及び露光光１９は、先に説明した前記フォトマスク１６及び露光光１８の場合と同様である。

次に、前記感光したレジスト膜１５を現像し、感光した（あるいはしなかった）部分のレジスト膜を除去し、レジストパターン２１を得る（図７ｅ参照）。レジスト膜１５の現像に用いる現像液は、先に説明した前記レジスト膜１４の現像の場合と同様である。

次に、前記導電膜１１をエッチングする。このとき前記レジストパターン２１で被覆された部分の前記導電膜１１はエッチングされずに残り（図７ｆ参照）、当該パターン化された前記導電膜１１が前記第２の電極群２５となる。当該導電膜１１のエッチングに用いるエッチング液は、先に説明した前記導電膜１０のエッチングの場合と同様である。

次に、前記第２の電極群２５を被覆する前記レジストパターン２１を除去し、最後に前記第１の電極群２４を被覆する前記保護フィルム２３を剥離する（図７ｇ参照）ことにより、図１に示すような静電容量センサ１が得られる。

なお、図６及び図７では、前記レジストパターン２０，２１はフォトプロセスにて形成しているが、印刷レジスト材料を用いて印刷形成してもよい。また、フォトプロセスによって形成したレジストパターンと印刷形成したレジストパターンを併用してもよい。

また、図６及び図７では、前記第１の電極群２４を形成した後、前記第２の電極群２５を形成しているが、本発明に係る静電容量センサ１の製造過程はこれに限定されない。例えば、光硬化型のフォトレジスト材料を用いたり、前記したようにレジストパターンを印刷形成する場合、図８に示すように、片面に前記導電膜１０，１１が形成された前記透明フィルム１２，１３同士を貼り合わせた後、両面の前記導電膜１０，１１をそれぞれ前記レジストパターン２０，２１で被覆し、その後、両面の前記導電膜１０，１１をまとめてエッチングすることにより静電容量センサ１の前記第１の電極群２４及び前記第２の電極群２５を同時に形成するもでき、工程数を少なく抑えることができる（図８参照）。

＜実施例１＞
片面にＩＴＯからなる導電膜がスパッタリング法にて形成された市販のＰＥＴフィルム（厚さ３８μｍ）を一組用意し、前記透明フィルム同士を前記導電膜が外側になるように厚さ２５μｍの透明アクリル酸系粘着剤にて貼り合わせた。

次に、前記一方の導電膜をエッチングによりパターン化して平行に複数本並べられた電極からなる第１の電極群を形成した。すなわち、まず前記他方の導電膜全面を保護フィルムで被覆した後、前記一方の導電膜全面に光硬化型のドライフィルムレジストを貼合し、次に、フォトマスクの非マスク部分に紫外線を透過させて、前記ドライフィルムレジストの前記第１の電極群のパターンに相当する部分を露光する。次に、前記感光したドライフィルムレジストを炭酸ソーダで現像し、感光しなかった部分のドライフィルムレジストを除去し、レジストパターンを得る。次に、前記導電膜を塩化第二鉄でエッチングする。このとき前記レジストパターンで被覆された部分の前記導電膜はエッチングされずに残る。次に、パターニングされた前記導電膜を被覆する前記レジストパターンを３％水酸化ナトリウムで除去し、さらに前記他方の導電膜を被覆する保護フィルムを剥離することにより、幅が最細部で２０μｍの電極が、５０μｍの等ピッチで形成された第１の電極群を得た。

次いで、前記他方の導電膜をエッチングによりパターン化して平行に複数本並べられた電極からなり且つ前記第１の電極群とは直交する別の電極群を形成した。すなわち、まず既に形成された前記第１の電極群を保護フィルムで被覆した後、前記他方の導電膜全面に光硬化型のドライフィルムレジストを貼合し、次いでフォトマスクの非マスク部分に紫外線を透過させて、前記ドライフィルムレジストの第２の電極群のパターンに相当する部分を露光する。次に、前記感光したドライフィルムレジストを炭酸ソーダで現像し、感光しなかった部分のドライフィルムレジストを除去し、レジストパターンを得る。次に、前記導電膜を塩化第二鉄でエッチングする。このとき前記レジストパターンで被覆された部分の前記導電膜はエッチングされずに残る。次に、パターニングされた前記導電膜を被覆する前記レジストパターンを３％水酸化ナトリウムで除去し、最後に前記第１の電極群を被覆する前記保護フィルムを剥離することにより幅が最細部で２０μｍの電極が形成された第２の電極群を得た。

さらに、加熱して前記第１の電極群及び前記第２の電極群を結晶化を済ませた後、前記第１の電極群を有する面に保護層として厚さ５０μｍの透明シリコン系自己粘着ゴム層を、接続端子部のみ露出するように形成し、また前記第２の電極群を有する面に保護層として透明アクリル系ＵＶ硬化樹脂を、接続端子部のみ露出するように塗布し、ＵＶ照射で硬化させた。その後、所定のサイズに外形カットし、静電容量センサを得た。

＜比較例１＞
実施例１と同じ市販のＩＴＯ膜付透明フィルム２枚を用い、それぞれのＩＴＯ膜をパターニングした後にフィルムの貼り合わせを行ない、従来技術（１）のような積層構成としたこと以外は、実施例１と同様とした。

＜比較例２＞
実施例１と同じ市販のＩＴＯ膜付透明フィルム２枚を用い、それぞれのＩＴＯ膜をパターニングした後にフィルムの貼り合わせを行ない、従来技術（２）のような積層構成としたこと以外は、実施例１と同様とした。

実施例１の静電容量センサは、前記第１の電極群の各電極間及び前記第２の電極群の各電極間が５０μｍの等ピッチで、また前記第１の電極群と前記第２の電極群との間の位置精度が２０μｍであった。これに対して、比較例１及び比較例の静電容量センサは、前記第１の電極群の各電極間及び前記第２の電極群の各電極間のピッチがバラバラであり、また前記第１の電極群と前記第２の電極群との間の位置精度が４００μｍと極めて粗かった。

なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本発明に係る静電容量センサの一実施例を示す断面図である。本発明に係る示す静電容量センサの一実施例を示す斜視分解図である。本発明に係る静電容量センサの一実施例を示す断面図である。本発明に係る静電容量センサの一実施例を示す断面図である。本発明に係る静電容量センサの一実施例を示す断面図である。図１の静電容量センサの一方の電極群を形成する過程を示す断面図である。図１の静電容量センサの他方の電極群を形成する過程を示す断面図である。図１の静電容量センサの両方の電極群を同時に形成する過程を示す断面図である。本発明に係る静電容量センサの電極形状の一実施例を示す部分拡大平面図である。従来技術に係る静電容量センサの例を示す断面図である。従来技術に係る静電容量センサの別の例を示す断面図である。図１０の静電容量センサの斜視分解図である。

符号の説明

１，１０１静電容量センサ
２，１０２第１の透明フィルム
３，１０３透明接着層
４，１０４第２の透明フィルム
５，１０５第１の電極群
６，１０６第２の電極群
１０，１１導電膜
１２，１３透明フィルム
１４，１５レジスト膜
１６，１７フォトマスク
１８，１９露光光
２０，２１レジストパターン
２２，２３保護フィルム
２４，２５電極群
３０厚さ調節層
３１誘電率調節層
３２，３３保護層
３４接続端子部

Claims

材質がポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリエーテルケトン系、アクリル系、ポリエチレンテレフタレート系、ポリブチレンテレフタレート系のいずれかの樹脂からなり片面に導電膜が形成された透明フィルムを一組用意し、前記透明フィルム同士を前記導電膜が外側になるように貼り合わせた後、前記一方の導電膜をエッチングによりパターン化して平行に複数本並べられた電極からなる第１の電極群を形成し、また前記他方の導電膜をエッチングによりパターン化して平行に複数本並べられた電極からなり且つ前記第１の電極群とは直交する第２の電極群を形成することを特徴とする静電容量センサの製造方法。