(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
絶縁基板の少なくとも片面に設けられた透明導電層を有し、矩形状の入力領域が設けられた導電性基板と、前記入力領域内の透明導電層の表面に設けられた集電電極と、前記集電電極に接続された外部引き出し配線部とを具備する入力装置用配線板であって、
前記透明導電層は、透明絶縁材料および該透明絶縁材料内に2次元ネットワーク状に配置された導電性繊維を含む層であり、該透明導電層には、前記透明絶縁材料内の導電性繊維が除去されて空隙部が形成された透明絶縁材料からなる複数の第1の絶縁部が各々独立して形成されていることを特徴とする入力装置用配線板。
【発明を実施するための形態】
【0008】
「第1の実施形態」
<入力装置用配線板>
本発明の入力装置用配線板(以下、「配線板」と略す。)の第1の実施形態について説明する。
本実施形態の配線板は、抵抗膜式タッチパネルに使用される配線板であって、
図1,2,3に示すように、透明絶縁基板11の片面に設けられた透明導電層12を有し、矩形状の入力領域αが設けられた矩形状の導電性基板10と、入力領域α内の透明導電層12の表面に設けられた集電電極20と、集電電極20に電気的に接続された外部引き出し配線部30とを具備する。
なお、本発明において、「透明」とは、50%以上の光線透過率を有するものを指す。透明絶縁基板11と透明導電層12とからなる導電性基板10は透明である。
また、入力領域αの大きさは、抵抗膜式タッチパネルと組み合わせて使用される画像表示装置の画像の大きさに対応する。
【0009】
透明絶縁基板11としては、透明で絶縁性を有するとともに、後述するレーザ光の照射に対して外観変化の生じにくいものを用いることが好ましい。具体的には、例えば、ガラス、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)を代表とするポリエステル、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂(ABS樹脂)などの絶縁性材料が挙げられる。なお、本発明において、「絶縁性」とは、電気抵抗値が1MΩ、好ましくは10MΩ以上のことである。
透明絶縁基板11の形状としては、板状のもの、可撓性を有するフィルム状のもの、立体的(3次元)に成形された成形品等を用いることができる。
【0010】
本実施形態では、透明導電層12は、透明絶縁材料12cと、透明絶縁材料12c内に2次元ネットワーク状に配置された導電性繊維12bとを含んでいる(
図4参照)。
【0011】
透明絶縁材料としては、透明な熱可塑性樹脂(ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン)、熱や活性エネルギ線(紫外線、電子線)で硬化した透明な硬化性樹脂(メラミンアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル変性シリケートなどのシリコーン樹脂)の硬化物が挙げられる。
透明絶縁材料は、透明絶縁基板11と互いに同一材料又は同一系統の樹脂材料からなることが好ましい。例えば、透明絶縁基板11がポリエチレンテレフタレートフィルムの場合、透明絶縁材料にはポリエステル系樹脂を使用することが好ましい。
【0012】
各導電性繊維は、透明絶縁基板11の面方向に沿って2次元状に互いに異なる向きに不規則に配置されているとともに、その少なくとも一部以上が互いに重なり合う(接触し合う)程度に密集して、互いに電気的に接続されている。これにより、導電ネットワークを構成している。
【0013】
導電性繊維としては、銅、白金、金、銀、ニッケル等からなる金属ナノワイヤや金属ナノチューブが挙げられる。導電性繊維は、例えばその直径が0.3〜100nm、長さが1〜100μmに形成されている。
また、導電性繊維として、シリコンナノワイヤやシリコンナノチューブ、金属酸化物ナノチューブ、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイトフィブリル等を用いることもできる。
上記導電性繊維の中でも、透明導電層12を容易に形成できると共に、後述するレーザ光の照射によって容易に絶縁部を形成できる点で、金属ナノワイヤが好ましく、銀を主成分とする金属ナノワイヤ(銀ナノワイヤ)がより好ましい。
金属ナノワイヤの配列密度は、ワイヤの長さ、導電性にもよるが、ランダムに配置された長さ20μmの銀ナノワイヤの場合には、1000μm
2あたり10〜60本であることが好ましい。前記下限値未満であると、急激に表面抵抗が上昇することがあり、前記上限値を超えると、光線透過率を下げることがある。
【0014】
導電性基板10は、透明絶縁基板11に、透明絶縁材料および導電性繊維を含む塗料を塗布し、乾燥させることによって形成できる。
【0015】
本実施形態における集電電極20は、入力領域αの短辺に沿った、互いに平行な一対の棒状電極からなる。このような一対の棒状電極を備える配線板1は、抵抗膜式タッチパネル用の配線板として適している。
外部引き出し配線部30は、透明導電層12上の入力領域αの外側に、外部配線(図示せず)が接続可能な位置にまで設けられている。本実施形態では、集電電極20が一対設けられているから、外部引き出し配線部30も一対設けられている。
集電電極20および外部引き出し配線部30を構成する金属としては、銀、銅、アルミニウム、鉄、ニッケルなどが挙げられる。
【0016】
集電電極20および外部引き出し配線部30の形成方法としては、金属ペーストを透明導電層12に印刷し、乾燥させる方法、透明導電層12に金属を蒸着させる方法などが挙げられる。集電電極20と外部引き出し配線部30とは同時に形成してもよいし、別々に形成してもよい。
銀ペースト等の金属ペーストを印刷する場合には、金属の他にバインダ樹脂(例えば、ポリエステル、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等)が含まれる。また、印刷方法としては、容易に厚くできることから、スクリーン印刷法が好ましい。
アルミニウム等の金属を蒸着させる方法では、透明導電層12上の、集電電極20および外部引き出し配線部30を形成しない部分にマスクを重ねた状態で金属を蒸着させることにより、透明導電層12の表面に集電電極20および外部引き出し配線部30を形成することができる。
【0017】
上記配線板1においては、透明導電層12に、透明絶縁材料内の導電性繊維の少なくとも一部が除去されて空隙部が形成された複数の直線状の第1の絶縁部B
1が各々独立して形成されている。ここで、「独立」とは、各第1の絶縁部B
1が互いに接触しないことを意味する。
第1の絶縁部B
1においては、
図5に示すように、透明絶縁材料12c内の、導電性繊維が存在していた部分が空隙12dになっているため、導電性繊維による導電ネットワークが断絶しており、電気的に絶縁状態になっている。また、第1の絶縁部B
1は、導電性繊維を含む部分と外観(色、透明性)がほぼ同一であるため、視認不能である。
本実施形態では、第1の絶縁部B
1は、集電電極20の平行方向に一定間隔で直列に配置されたものと、集電電極20の垂直方向に一定間隔で直列に配置されたものを有している。これにより、格子状の絶縁パターンが形成されている。本実施形態のように、複数の第1の絶縁部B
1によって絶縁パターンを形成する場合には、より容易に表面抵抗の増加を図ることができる。また、格子状の絶縁パターンは容易に形成できる。
【0018】
直列する第1の絶縁部B
1,B
1同士の間隔Cは、抵抗値に影響を与える。具体的には、第1の絶縁部B
1,B
1同士の間隔C/(第1の絶縁部B
1,B
1同士の間隔C+第1の絶縁部B
1の長さ)の比(以下、この比を「開口比」という。)を小さくすることで、透明導電層12の表面抵抗が大きくすることができる。
【0019】
また、本実施形態においては、入力領域αの外形線になる第2の絶縁部B
2が形成されている。第2の絶縁部B
2が形成されていることによって、入力領域αの透明導電層12と外部引き出し配線部30とを絶縁化できる。
また、一対の外部引き出し配線部30,30同士の間には、第3の絶縁部B
3が形成されている。第3の絶縁部B
3によって、外部引き出し配線部30,30同士を絶縁化できる。
第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3も、第1の絶縁部B
1と同様に、透明導電層12の導電性繊維の少なくとも一部が除去されて空隙部が形成されたことによって電気的に絶縁状態となった部分である。
【0020】
第1の絶縁部B
1、第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3はパルス状レーザの照射によって形成されている。具体的には、透明絶縁基板11と透明絶縁基板11の片面に設けられた透明導電層aとを備える導電性基板10(
図6参照)に、レーザ光を走査しながら照射して、第1の絶縁部B
1、第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3を形成する。
【0021】
第1の絶縁部B
1、第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3を形成する際のレーザ光の照射では、
図6に示すようなレーザ光照射装置40を使用する。
レーザ光照射装置40は、レーザ光Lを発生させるレーザ光発生手段41と、レーザ光Lを集光する集光手段である凸レンズ等の集光レンズ42と、透明絶縁基板11および透明導電層aからなる導電性基板10が載置されるステージ43とを備えている。
このレーザ光照射装置40では、レーザ光発生手段41から集光レンズ42を介して透明導電層aにレーザ光Lを照射する。
レーザ光Lの照射による絶縁部の形成では、露光、現像、エッチング等が不要であるため、簡便である。
【0022】
レーザ光発生手段41が発生するレーザ光Lは、YAGやYVO
4等のパルス状レーザ光、炭酸ガスレーザ等の連続発振レーザ光が挙げられる。中でも、簡便であることから、YAGやYVO
4等の波長1064nmもしくはその2次高調波を使用した532nmのパルス状レーザ光が好ましい。
【0023】
集光レンズ42の焦点Fは、通常、透明導電層aの表面毎に設定されるが、導電性基板10に凹凸などが形成されている場合や広い面積にレーザ光を照射する場合には、透明導電層aから離れた位置に設定されていることが好ましい。詳しくは、集光レンズ42は、透明導電層aと集光レンズ42との間にレーザ光Lの焦点Fが位置するように配置される。すなわち、集光レンズ42(レーザ光L)の焦点Fを、透明導電層aと集光レンズ42との間に形成している。これにより、透明絶縁基板11に当たるレーザ光Lのスポット径は、透明導電層aに当たるレーザ光Lのスポット径より大きくなる。これにより、透明導電層aにおいてはレーザ光Lのエネルギ密度を確保して絶縁部を確実に形成しつつ、透明絶縁基板11においてはレーザ光Lのエネルギ密度を低減させ、さらに焦点Fと透明導電層aの距離が変化しても集光スポットSのエネルギ密度の変動を抑制することで、透明絶縁基板11の損傷を防止できる。
【0024】
集光レンズ42としては、低い開口数(NA<0.1)のものが好ましい。すなわち、集光レンズ42の開口数がNA<0.1とされることにより、レーザ光Lの照射条件設定が容易となり、特にレーザ光Lの焦点Fが透明導電層aと集光レンズ42との間に位置することによる、該焦点Fにおける空気のプラズマ化に伴うエネルギ損失とレーザ光Lの拡散を防止することができる。
【0025】
第1の絶縁部B
1、第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3の形成では、まず、第1の絶縁部B
1、第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3を形成していない導電性基板10をステージ43の上面に固定する。その際、透明導電層aを透明絶縁基板11より上に位置させる。
次いで、レーザ光照射装置40のレーザ光発生手段41よりレーザ光Lを出射させ、レーザ光Lを集光レンズ42により集光すると共に、ガルバノミラーを用いることによって走査させながら、透明導電層aに照射する。
レーザ光の照射によって、レーザ光照射前には透明導電層aに含まれていた導電性繊維が除去され、導電性繊維の存在した部分が空隙となる。そのため、所定のパターンでレーザ光を走査しながら照射することで、照射した部分を第1の絶縁部B
1、第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3とすることができる。
【0026】
また、これらの値は、加工エリアにおけるレーザ光の出力値を、加工エリアの集光スポット面積で除することにより定義されており、簡便には、出力はレーザ発振機からの出力値に光学系の損失係数を掛けることで求められる。
また、スポット径面積Sは、下記式により定義される。
S=S
0×D/FL
S
0:レンズで集光されるレーザのビーム面積
FL:レンズの焦点距離
D:透明導電層aの表面(上面)と焦点との距離
【0027】
なお、前述した焦点Fは、レンズ等の集光手段42で、収差が十分に小さい場合を例に説明したが、例えば、焦点距離の短い球面レンズや、保護ガラスなどの収差が大きくなる要素が存在する場合には、前記焦点Fは、集光点のエネルギ密度が最も高くなる位置と定義される。
【0028】
ここで、距離Dは、通常のレーザ加工機では、焦点距離FLの0.2〜3%の範囲内に設定される。好ましくは、距離Dは、焦点距離FLの0.5〜2%の範囲内に設定される。さらに望ましくは、距離Dは、焦点距離FLの0.7〜1.5%の範囲内に設定される。距離Dが上記数値範囲に設定されることにより、絶縁部における導電性繊維の除去(空隙の形成)が確実に行えるとともに電気的に高い信頼性を有する絶縁パターンを形成でき、かつ、透明絶縁基板11の損傷に起因する加工痕を確実に防止できる。
【0029】
第1の絶縁部B
1、第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3を形成する際に、パルス幅が1〜100n秒のレーザ(YAGレーザ又はYVO
4レーザ)を用いる場合、透明導電層aに照射するレーザ光Lのエネルギ密度は1×10
11〜1×10
13W/m
2、単位面積あたりの照射エネルギは1×10
4〜1×10
6J/m
2が好ましい。単位面積あたりの照射エネルギは、より好ましくは1×10
5〜3×10
5J/m
2である。
エネルギ密度・照射エネルギが上記数値範囲よりも小さな値に設定された場合、第1の絶縁部B
1、第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3の絶縁が不十分になるおそれがある。また、上記数値範囲よりも大きな値に設定された場合、加工痕が目立つようになる。
【0030】
以上説明した配線板1では、透明導電層12に第1の絶縁部B
1が形成されて電気の流れが阻害されているため、透明導電層12が導電性繊維を含むにもかかわらず、ある程度高い表面抵抗を容易に確保できる。特に、第1の絶縁部B
1の一部は、集電電極20に対して平行に形成されているため、電気の流れに対して垂直になっている。これにより、電気の流れをより阻害しやすくなっているため、表面抵抗をより高くしやすい。
また、導電性繊維が除去された第1の絶縁部B
1は、その周囲の、導電性繊維を含む透明導電層12と外観が同一である。そのため、第1の絶縁部B
1は視認不能であり、透明導電層12は、視認可能なパターンを有さない。したがって、配線板1はタッチパネル用として好適である。
【0031】
<入力装置>
本実施形態の入力装置は、抵抗膜式タッチパネルであり、上記配線板1を具備し、集電電極20に電圧が印加されるものである。具体的には、
図7,8に示すように、一対の配線板1,1が、各々の透明導電層12,12が互いに対向するように配置され、定電流電源60が用いられ、外部引き出し配線部30を介して集電電極20に電圧が印加されている。一対の配線板1,1の間には、スペーサSが設けられて隙間を有している。また、一方の配線板1の集電電極20と、他方の配線板1の集電電極20は、互いに垂直になるように配置される。
上記入力装置においては、一方の配線板1を使用してX座標の位置を検出し、他方の配線板1を使用してY座標の位置を検出する。検出の際には、集電電極20に電圧を印加し、指等が入力装置100に接触したときの各配線板1の集電電極20,20間の電圧を、差動アンプ70を用いて測定し、その電圧に基づいてX座標またはY座標を求める。
【0032】
「第2の実施形態」
<入力装置用配線板>
本発明の入力装置用配線板(以下、「配線板」と略す。)の第2の実施形態について説明する。
本実施形態の配線板は、表面型静電容量式タッチパネルに使用される配線板であって、
図9,10に示すように、透明絶縁基板11の片面に設けられた透明導電層12を有し、矩形状の入力領域αが設けられた矩形状の導電性基板10と、入力領域α内の透明導電層12の表面に設けられた集電電極20と、集電電極20に電気的に接続された外部引き出し配線部30と、入力領域αにおける透明導電層12を被覆する絶縁層50とを具備する。なお、本実施形態における入力領域αの大きさは、表面型静電容量式タッチパネルと組み合わせて使用される画像表示装置の画像の大きさに対応する。
本実施形態における導電性基板10は、第1の実施形態と同様のものが使用される。また、第1の実施形態と同様に、透明導電層12に、複数の第1の絶縁部B
1からなる格子状の絶縁パターンが設けられている。
【0033】
本実施形態においては、集電電極20は、入力領域αの四隅の透明導電層12上に設けられている。また、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、外部引き出し配線部30が入力領域αの外側に、外部配線が接続可能な位置まで設けられている。集電電極20および外部引き出し配線部30の材質および形成方法は、第1の実施形態と同様である。
また、本実施形態においても、入力領域αの外形線になる第2の絶縁部B
2が形成されている。また、外部引き出し配線部30,30同士の間には、第3の絶縁部B
3が形成されて絶縁化が施されている。第2の絶縁部B
2および第3の絶縁部B
3も、第1の実施形態と同様である。
【0034】
絶縁層50は、入力領域αの透明導電層12の上に、透明絶縁材料によって形成された層であり、透明導電層12を保護する層である。透明絶縁材料は、透明導電層12を構成する樹脂を使用することができる。
絶縁層50の厚みは5〜700μmであることが好ましい。絶縁層50の厚みが前記下限値以上であれば、充分に透明導電層12を保護でき、前記上限値以下であれば、配線板2を表面型静電容量タッチパネルに使用した際に、絶縁層50上の指を確実に検知できる。
【0035】
以上説明した配線板2においても、透明導電層12に第1の絶縁部B
1が形成されて電気の流れが阻害されているため、透明導電層12が導電性繊維を含むにもかかわらず、ある程度高い表面抵抗を容易に確保できる。また、導電性繊維が除去された第1の絶縁部B
1は視認不能である。したがって、配線板2もタッチパネル用として好適である。
【0036】
<入力装置>
本実施形態の入力装置は、表面型静電容量式タッチパネルであり、上記配線板2を具備し、各集電電極20に電圧が印加されるものである。具体的には、
図11に示すように、配線板2の4つの集電電極20の各々に、外部引き出し配線部30を介して交流電源80が接続されて電圧が印加されている。また、交流電源80と外部引き出し配線部30との間の配線には電流検出手段90が設けられている。
上記入力装置200においては、配線板2を使用してX座標およびY座標の位置を検出する。検出の際には、4つの集電電極20に電圧を印加し、指等が入力装置200に接触したときの各集電電極20の電流を、各電流検出手段90によって検出し,その電流に基づいて各集電電極20から指の接触位置までの距離を求めることでX座標またはY座標を求める。
【0037】
「他の実施形態」
なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。
例えば、第1の絶縁部によって構成される絶縁パターンとしては、
図12に示すように、直線状の第1の絶縁部B
1が等間隔で直列に配置されたものが複数本平行に並ぶパターンであってもよい。また、
図13に示すような、略正方形で各辺b
1の中央付近が開口し、対角線b
2を有する第1の絶縁部B
1が等間隔に配置されたパターンであってもよい。
また、上記実施形態の絶縁部の形成方法では、ガルバノミラーを用いてレーザ光を走査させたが、これに代えて、ステージをXY方向に移動させることによって、レーザ光を走査させてもよい。
また、透明導電層12は、透明絶縁基板11の両面に設けられていてもよい。
また、導電膜は、ワイヤグリッドを含むものであってもよい。
また上記実施形態では、絶縁基板が透明であったが、静電容量式タッチセンサにおいては不透明であってもよい。