JP2008091116A - タッチパネル及びタッチパネルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明導電膜付フィルムの加工に際し、レーザー加工装置1の焦点距離f12を調整し、加工幅半径wが焦点ビーム半径woより小さくなる条件範囲において、加工幅半径wを決定する(加工幅調節ステップ)。そして次に、レーザー強度を低減させ、レーザー強度のガウス分布において、ピーク値を低下させ、加工幅半径wの範囲におけるアブレーション加工に必要十分なレーザー強度を設定する(レーザー強度調節ステップ)。
【選択図】図3
Description
現在、市場におけるLCD等のディスプレイの高精細化の動向に伴い、当該ディスプレイに装着されるタッチパネルについても同様に精密化・高精細化が要求されている。そのためには透明樹脂フィルム上にレーザーパターニングされる透明電極を高精細で形成し、且つ、各透明樹脂フィルム毎の透明電極を互いに精度良くアライメントする必要がある。
本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであって、加工幅が10μm以下の微細な透明電極構造を有しつつ、熱影響を抑制して優れた視認性を有するタッチパネル用透明電極付樹脂フィルムを作製することが可能なタッチパネルの製造方法と、当該方法により作成した透明電極付樹脂フィルムを用いることによって、良好な視認性及び入力性能を呈するタッチパネルを提供することを目的とする。
また前記加工ステップでは、加工幅半径wと焦点ビーム半径woとの比w/ woが0.7以下になるように調整することもできる。
さらに前記加工ステップでは、前記UVレーザーとして、波長320nm以上450nm以下のUVレーザーを用いることもできる。
また、前記加工ステップでは、レーザー照射装置における加工レンズ光学系のレーザー焦点距離f12と、レンズ入射ビーム半径Wの比f12/Wが40以上98以下になるように、パターニング条件を調整することもできる。
さらに前記加工ステップでは、ワークピースとして、透明導電膜に酸化インジウム錫、透明樹脂フィルムにポリエチレンテレフタレートフィルムを用いる場合において、加工幅半径wと焦点ビーム半径woとの比を1.5以上2.3以下の範囲に設定し、加工幅を5μm以上10μm以下に調節するとともに、ITO 膜に与える1パルス当たりのレーザーエネルギーを0.2μJ/パルス以上1.4μJ/パルス以下の範囲に設定することもできる。
なお、絶縁層としては粘着層を用いることができる。
さらに本発明は、一対の透明電極付樹脂フィルムを、所定間隔を置いて前記各々のフィルム上の透明電極が対向配置されるように積層してなるタッチパネル用フィルム積層体であって、前記一対の透明電極付樹脂フィルムの少なくともいずれかは、前述の本発明の加工ステップにより前記透明導電膜がパターニングされたものとした。
また、本発明は、絶縁層の両主面に複数の透明電極がそれぞれ配設されてなるフィルム積層体を備える静電容量式タッチパネルであって、前記絶縁層の少なくともいずれかの前記主面の透明電極は、請求項11から12のいずれかに記載の加工ステップによりパターニングされたものとした。
第一に、本発明によれば、レーザーパターニングに際してUVレーザー(例えば355nmの紫外線波長からなる第三高調波YAGレーザー)を用いることにより、透明樹脂フィルム上の透明導電膜のみに選択的にレーザーのエネルギー吸収を行うことができる。このため、例えばITO膜付PETフィルムにおけるITO膜を加工する場合には、PETフィルムを損傷することなく、専らITOのみを選択的に蒸発気化(アブレーション)することができる。
さらに、本発明ではレーザー加工のワークピースとして積層体を用い、上記効果を得ることができるものである。従ってレーザー加工前に各透明樹脂フィルムは予め透明導電膜とともに積層されているため、第三の効果として、レーザーパターニング後に、前記透明導電膜を加工してなる透明電極の各々をアライメントするステップが不要である。この効果は、透明電極付樹脂フィルムを積層してなるタッチパネルにおいては製造効率を向上させる上で極めて有用であり、また高精細なタッチパネルを作製する場合には飛躍的に優れたメリットとなる。さらに加工対象面がワークピースの内側に位置し、外部に露出しないため、導電膜が取り扱いにより損傷するのを防止する効果がある。また、レーザー照射の際、透明導電膜が蒸発気化する時に発生するデブリ等が飛散しないため、当該デブリによる短絡等の問題を効果的に抑制することができる。
また本願で言及する「焦点ビーム半径」とは、焦点の集光ビームにおいて、ガウス分布のピーク値の1/e2強度を有する円の半径であり、焦点における実質的なレーザースポットの半径を指す。従って、例えば仮に集光レンズの収差によりレーザースポット外縁付近にぼやけが生じても、ぼやけた領域を含むレーザースポット半径を焦点ビーム半径とするのではなく、あくまでガウス分布で定義される半径を指すものとする。
また、「UVレーザー」とは、本願発明では、波長320nm以上450nm以下のレーザーを指すものとする。
本願における「アブレーション」とは、パルスレーザーアブレーション(PLA;Pulse Laser Abration)を意味し、レーザエネルギーを受けた透明導電膜が急激に蒸発気化する現象を指す。本願では、透明導電膜における加工対象面が樹脂フィルムや粘着層との間で密閉されているので、大気開放型でのアブレーションとは異なるプロセスとなりうるが、両者は実質的には同一のアブレーションであると考えられる。
<実施の形態1>
(パターニング装置の構成)
図1は、本発明の透明電極付樹脂フィルムを作成するために使用するレーザー加工装置(レーザートリミング装置)1の模式的な構成を示す図である。図2は、当該装置の機能ブロック図である。
矩形状の台座11の上には、xyテーブル10を上から跨ぐように、逆U字状のアングル材を組み合わせたブリッジ部12が配設される。当該ブリッジ部12には、ネジ等の手段により加工ヘッド100が配設される。
レーザー照射システム2は、レーザービーム照射装置20、ビーム伝送系201、加工ヘッド100等で構成される。
レーザービーム照射装置20は、図2の機能ブロック図に示すように、箱形筐体内部にYAGレーザー発振器210、第三高調波(THG)発生器211、アテネータ(減衰器)212、ビームエキスパンダ(EXP)213を内蔵し、制御装置3により駆動が制御されるようになっている。
第三高調波発生器211は、1010W/cm2以上のパワー密度を有するレーザーについて振動数の次数を3に調整するものである。本実施の形態1では、第三高調波を利用して所定のパワー密度を確保する。
ビームエキスパンダー(EXP)213は、後述の光学レンズA、Bの開口に合わせ、ビームの発散角を小さくし、ビームの径を拡大する役目をなす。
なお、ビーム伝送系201は光学レンズ、ミラー等を組み合わせた構成である。
加工ヘッド100の下流側には、ブリッジ部12に取着するための角柱状の筐体内部に、不図示の光学系が内蔵されてなる。
以上の構成を持つレーザー照射システム2では、駆動時には図2に示すように、YAGレーザー発振器210によって発生したレーザーが、第三高調波発生器211及びアテネータ212を経てビームエキスパンダー213に導入される。その後は光学レンズA、Bを経て、ワークピースWP上の加工対象面に照射される。このとき、x軸テーブル14をxy軸方向(図1ではx-x’方向及びy-y’方向)に沿って2次元的に動かすことで、レーザーがワークピースWP中の加工対象面に対して走査されながら照射でき、ライン状のアブレーションが行える(図6(b)を参照)。ここで本実施の形態1では、10μm以下の微細な加工幅で、x軸テーブル14に載置されたワークピースWPの内部における特定の透明導電膜を選択的にアブレーションできるようになっている。
(ワークピースWPについて)
本実施の形態1のワークピースWPは、加工対象面の透明導電膜が外部に露出していない積層体構造を有するものであり、タッチパネル用の前駆フィルム積層体である。その構成は以下のものが例示できる。
前記透明樹脂フィルム材料には、一定の弾力性及び透明性を有する各種プラスチックフィルムが使用できるが、本発明では略355nm付近に比較的高い吸収率を有さない材料を用いる必要がある。レーザー照射時に透明樹脂フィルム下層にある透明導電膜を選択的にアブレーションするためである。透明樹脂フィルムの厚みとしては、通例のように20〜500μmのものを用いることができる。
なお本実施の形態1におけるワークピースWPでは、レーザー入射側及び出射側の各々の透明導電膜を絶縁しつつ積層させるために粘着層を用いているが、その粘着性は必須ではないので、粘着性を持たない透明樹脂フィルムを利用しても良い。
透明導電膜としては、一般的な材料を用いることができるが、本発明では略355nm付近に高い吸収率を有する材料を用いる。
上記ワークピースWPでは、1対の透明導電膜付樹脂フィルムを粘着層を介して各透明導電膜が対向配置された構成としたが、この構成に限定されない。例えば、粘着層(或いは透明樹脂フィルム)の両面にそれぞれ透明導電膜を形成し、各々の透明導電膜の上に別途透明樹脂フィルムを積層する構成であってもよい。また、粘着層の片面に透明導電膜を形成し、他方の面には前記透明導電膜付樹脂フィルムを配設するようにしてもよい。
次に、ワークピースWPのレーザー加工ステップについて説明する。ここではワークピースWP中の入射側透明導電膜を加工対象とする。
本実施の形態1のレーザー加工ステップでは、基本的には以下に示すサブステップとして、加工幅調節ステップ及びレーザー強度調節ステップの手順を順次実施することができる。
(加工幅調節ステップ)
ワークピースWPにおいて、レーザー入射側ITO膜上の加工対象面(以下、単に「加工対象面」という。)に照射されるレーザーの焦点ビーム半径woが加工幅半径wよりも大きくなる条件範囲において、加工幅が10μm以下の所定の値になるように、焦点距離を調節する。
ここで加工ヘッド100におけるレンズA、Bの各焦点距離をf1、f2とするとき、当該レンズA、Bによる合成レンズの焦点距離f12は、公知の関係式1に基づいて調節される(例えば「光学部品の使い方と留意点」末田哲夫著、オプトロニクス社、図2.43 を参照)。
<関係式1> f12= f1f2/(f1+f2-d)
当式1に示すように、レンズA、Bの間隔dを長くすると焦点距離f12は長くなる。
一方、焦点ビーム半径woは、焦点距離f12とビーム発散角θの関係式2に基づいて調節できる。
<関係式2> 焦点ビーム半径wo = f12θ (但し、θについては後述の関係式4の関係が存在する)
ここで、図3はレーザー強度分布とビーム径との関係を示すグラフである。図3(a)に示すように、ワークピースWP上の加工対象面におけるレーザー強度はガウス分布をなしており、一般に焦点ビーム半径woは図3(b)に示すように、当該ガウス分布の中心からピーク値の1/e2の強度における入射ビームを集光レンズで集光した場合の焦点半径として定義される(例えば「光学のすすめ」図15-6、オプトロニクス社 を参照)。
以上の関係式1、2によれば、レンズ間隙dが長くなれば焦点距離f12が長くなり、且つ焦点ビーム半径woが大きくなる。
このようにズームレンズのレンズ間隙dを調整することで、最終的に所望の焦点ビーム半径woを調節することができる。
このとき、レーザー強度を一定に保って焦点距離を長くすることで、焦点ビーム半径wo(=1/e2)が拡大され、ガウス分布の波形が緩やかになる。また、レーザー強度を漸減させるとガウス分布のピーク値が低くなる。このとき、レーザー強度が相当程度低くなれば、ガウス分布のピーク値は、透明導電膜の加工閾値よりは高いが、当該閾値付近にピーク値を持つガウス分布が形成される。そしてワークピースWPの加工対象面では、図6(a)に示すように、レーザー強度が1/e2の領域である焦点ビーム径2woの内側に、加工幅が現れる。
(レーザー強度調節ステップ)
次に、前記所定の値に調節した加工幅に対応するレーザー強度を決定する。レーザー強度は基本的にはワークピースWPの加工対象面に与える単位面積当たりのトータルのレーザーエネルギーで調整できる。実際には、パルス繰り返し周波数(Hz)、パルスのビームオーバラップ比(%)、ワーク速度(mm/sec)等の複数のパラメータにより総合的に調整される。
発明者らが検討した結果では、ワークピースWPに透明電極付樹脂フィルムとして、ITO膜を成膜したPETフィルムを用いる場合、加工幅調節ステップにおいては、加工幅半径wと焦点ビーム半径woとの比を1.5 以上2.3 以下の範囲に設定し、加工幅を5μm以上10μm以下に調節するのが好適である。一方、上記レーザー強度調節ステップでは、ITO 膜に与える1パルス当たりのレーザーエネルギーを0.2μJ/パルス以上1.4μJ/パルス以下の範囲に設定することが望ましい。
以上の本実施の形態1におけるレーザーパターニングの実行時によれば、xyテーブル10に載置されたワークピースWPに対して加工ヘッド100より波長355nmのレーザーが照射されると、レーザーはレーザー入射側PETフィルム中を透過し、その下層のレーザー入射側ITO膜に当該レーザーエネルギーが集中される。当該レーザー入射側ITO膜はこのエネルギー照射により加熱され、照射部分のITOがワークピースWP中において急激に蒸発気化する。
レーザー入射側PETフィルム或いは粘着層の表面に吸着したITO微粒子は、元素分析(例えば定性分析SEM-EDX)の元素マッピングにより実際に確認することが可能である。
第一に、355nmの紫外線波長からなる第三高調波YAGレーザーをパルス照射して走査することによって、前駆フィルム積層体をワークピースWPとする場合であっても、レーザー入射側及び出射側PETフィルムを実質的に損傷することなく、レーザー入射側PETフィルムの下層であるレーザー入射側ITO膜のみを専ら選択的にアブレーションすることができる(図6(b))。具体的には、YAG-THGレーザー(355nm)の光子エネルギーが80kcal/molであるのに対し、C-C結合の分解エネルギーが84kcal/molである。このため、透明導電膜を担持するフィルム材料がPETのように炭素成分を含む有機材料であっても、レーザーエネルギーはこれを分解するには至らないため、実質的に熱損傷することがない。
また図4のグラフに示すように、355nmのUVレーザーに対する吸収率はPETフィルムとITO膜との間で明確な差が存在する。これにより、ワークピースWPに対して355nmのUVレーザーを照射すれば、PETフィルムにおいてレーザーを透過させつつ、ITO膜で相対的にレーザーを吸収させることができるので、この点からもPETフィルム上のITO膜を選択的にアブレーションさせることができる。
第二の効果として、焦点ビーム半径woに対して加工幅半径wを小さくし、レーザー強度を弱めてパターニングすることにより、ガウス分布の裾付近におけるレーザー強度が、加工幅半径wにおける加工閾値に比べて十分に低くなる。このため、アブレーションされるITO材料による噴流が加工幅付近のITO材料に及んでも、前記噴流およびITO材料の溶融幅が従来のレーザー強度の場合に比べてそれほど大きくないため、実質的に隆起を生じる熱影響幅が小さく抑えられる。この効果は、ワークピースWPにおける密閉系でのアブレーションを行う本実施の形態1でも良好に得られるものである。
さらに上記条件でパターニングすることにより、余分なレーザー強度が低減されるため、アブレーション時に溶融した透明導電膜が焼損したり、加工部分とアブレーション部分との境界が不明確で直線状にならずギザギザ状になったり、前記境界付近の膜部分が黒く変色するといった問題も回避される。本発明では、このような作用によっても優れた視認性が発揮されることとなる。
[実施例等実験と最適条件の選定について]
以下、本発明のレーザーパターニング加工実施時の最適な設定条件を調査すべく、各種実験を行った。
(実験1;第三高調波(波長355nm)レーザーの優位性確認実験)
まず、レーザー波長とフィルムの加工特性の関係、及びパターニング加工に最適なレーザー波長を調べた。
ワークピースWPには実施の形態1と同様にフィルム積層体(透明樹脂フィルム(ビーム出射側)、透明導電膜(ビーム出射側)、粘着層、透明導電膜(レーザー入射側)、透明樹脂フィルム(レーザー入射側)を同順に積層して構成される)を用いた。また加工対象はレーザー入射側の透明導電膜とした。
加工レンズに対する入射ビームの直径は3波長とも一定値(5mm)とした。
比較例1;波長1064nm、加工レンズの焦点距離f12=35mm、焦点ビーム径D09.5=μm
比較例2;波長532nm、加工レンズの焦点距離f12=70mm、焦点ビーム径Do 9.5=μm
比較例3;波長355nm、加工レンズの焦点距離f12=100mm、焦点ビーム径Do 9=μm
<<実験結果>>
比較例1(波長1064nm)では、加工対象面が焦点位置のとき加工幅9〜10μmの除去加工ができたが、加工対象面が垂直方向に40μm程度変動しただけで加工幅が細くなった。これは、加工対象面が焦点位置からずれることにより、加工対象面でのビーム径が大きくなったためであり、比較例1の条件設定では若干の条件変動により、加工対象面の仕上がりに差が生じる可能性が考えられる。
しかしながら、比較例1、2において10μm以下の加工幅を形成すると、加工幅付近のレーザー入射側及びレーザー出射側PETフィルムがともに一部溶融変形する現象が見られた。これは引例1、2ではPETフィルムでのエネルギー吸収量が高く、透明導電膜の加工と同時にレーザー入射側及びレーザー出射側のいずれのPETフィルムも熱影響を受けてしまうことに起因すると考えられる。
これに対し、比較例3(波長355nm)では、加工対象面が垂直方向に100μm変動しても加工幅はほとんど変化しなかった。また、加工幅付近におけるPETフィルムの溶融変形も比較例3では確認されなかった。
加工幅10μm未満の除去加工には比較例3(波長355nm)の条件が有効である。
ここで図5は、透明導電膜とフィルム基材の分光透過率について計測した結果を示す図である。当図では、PETフィルム、ハードコート(HC)層を設けたPETフィルム、PET表面にハードコート層及びITO膜を順次積層した導電膜付フィルムの各分光透過率を示す。
高精密画像表示に係るタッチパネルに用いるためには、熱影響許容幅を約1.5μmに抑える必要があるとされており、比較例3をベースにして、この問題をさらに解決する必要があることが分かった。
(実験2;エネルギー分布及び熱影響幅の関係並びにレーザー加工に伴うフィルムの熱損傷についての確認実験)
次に、加工幅10μm未満の除去加工ができ、且つ、透明導電膜の熱影響幅を許容幅1.5μm以下にできる条件を見出すため、前記比較例3をベースとして、パルスエネルギーと加工幅との関係および加工幅と熱影響幅との関係を調査した。
実施例1;波長355nm、加工レンズへの入射ビームの直径5mm、加工レンズの焦点距離f12=100mm、 焦点ビーム径D0=9μm
この実験結果を、図8(パルスエネルギーと加工幅の関係)及び図9(加工幅と熱影響幅の関係)に示す。
本発明では、加工幅のエッジ付近をビーム強度勾配の大きい位置、1/e2強度直径の80%以下にすることにより、熱影響幅を小さくできることが、別の実験により明らかになった。この実験結果では加工幅が焦点ビーム径Do(1/e2強度直径)の80%(7.2μm)のときの熱影響幅は1.35μmであった。
加工幅6.5μm以上ではレーザー出射側の透明導電膜に明らかな損傷が見られたが、加工幅6.0μmでは、当該損傷はわずかに見られる程度に収まった。一方、加工幅5.5μm以下では当該損傷は全く観察されなかった。
以上の結果から、レーザー出射側の透明導電膜を実質的に熱損傷させずに、レーザー入射側の透明導電膜の熱影響幅を1.5μm以下まで絞るためには、加工幅を焦点ビーム径Doの65%以下にすることが有効であると考えられる。
(実験3;加工対象面の変動と加工幅の関係についての確認実験)
次に、実際の加工バラツキを考慮して、加工対象面が焦点位置から±100μm程度変動しても安定な加工ができる集光光学系の条件を求めるために、一定のパルスエネルギーにおける加工対象面のビーム径Dと加工幅の関係を調べた。実験条件は以下の通りとした。
実施例2;波長355nm、加工レンズへの入射ビームの直径5mm、加工レンズの焦点距離f12=100mm、焦点ビーム径Do=9μm、焦点位置での加工幅を5.4μm(焦点ビーム径Doの60%)とした。
当該実験にあたり、加工対象面を焦点位置から垂直方向にずらすことによって加工対象面のビーム径Dを変えた。
当図に示すように、加工対象面のビーム径Dが大きくなるにつれて、加工幅が減少するのが確認された。
実際の加工時におけるビームオーバラップ比が実用的な値50%の時の加工幅減少許容値は80%程度である。ビーム径比(D/Do)が1.12倍になると加工幅は80%に減少している。加工対象面が垂直方向に焦点距離f12から±100μm変動しても安定な(すなわち加工幅が80%以内の)加工をするためには、加工対象面のビーム径Dの変動を1.12倍以下に抑えなければならない。
<関係式3> w2=wo 2[1+(λz/πw0 2)2]
で表される。
また、焦点ビーム半径woは、前記関係式2で表され、
さらに、ビーム発散角θは
<関係式4> θ=λ/πW (W:入射ビーム半径)
で表される。
9.47μm≦2wo≦16.7μm
となる。
また、(焦点距離f12/入射ビーム半径W)は 、
41.9 ≦f12/W ≦ 63.3
となる。
実施例3;実施例2との違いとして、焦点位置での加工幅を5.9μm(焦点ビーム径Doの65%)とした。
この実施結果を図11に示す。
当図に示すように、ビーム径比(D/Do)が1.14倍になると加工幅は80%に減少することが確認された。
9.09μm≦2wo≦15.4μm
となる。また、(焦点距離f12/入射ビーム半径W)は
40.2 ≦f12/W ≦ 68.1となる。
実施例4;実施例2との違いとして、焦点位置での加工幅を4.1μm(焦点ビーム径Doの45%)とした。
そして加工対象面を焦点位置からずらしながら、加工幅が3.2μm(80%)に減少する加工対象面のビーム径Dを求めた。この実施結果を図12に示す。
また、上記各関係式2〜4によれば、波長λ=0.355μm、z=100μm、w/ wo≦1.04を満足する場合の最適な焦点ビーム径Do(2 wo)は12.6μm≦2wo≦22.2μmで、(焦点距離f12/入射ビーム半径W)は55.7 ≦f12/W ≦ 98.2となる。
(実験4)
次に、保護フィルム(PETフィルム)、ITO膜、粘着膜を順次積層してなる積層体構造の実験用ワークピースを作製し、保護フィルム側からITO膜を加工幅10μm以下でレーザーパターニングする(電気抵抗特性を変化させる)場合において、保護フィルム及び粘着膜が熱影響を実質的に受けない加工条件を調査した。図7(a)はレーザー加工前、図7(b)はレーザーパターニング後の様子を示す部分断面図である。X1、X2、X3がそれぞれPETフィルム、ITO膜、粘着層を表す。
実験方法は、所定の出力及び繰り返し周波数でレーザービームを発振させ、xyテーブル上に載置した実験用ワークピースを所定のワーク速度で直線加工し、粘着膜の両端に位置するITO膜の電気抵抗を測定することによって、当該実験用ワークピースの中間層であるITO膜の改質の有無を確認した。
その結果、上記いずれの波長のレーザー照射によっても、図7(b)に示されるように、レーザー照射を受けたITO部分が急激に蒸発気化し、当該ITO膜X2と粘着層X3との間での内圧上昇に伴って粘着層X3が湾曲状に変形し、空隙X4が形成されたのが確認できた。蒸発気化したITO微粒子は、前記湾曲した粘着層表面X5の凹部に分散して吸着されたものと解される。
粘着層または樹脂フィルムを滑らかに湾曲させるためには、ITO膜蒸発気化による内圧上昇に伴い、湾曲可能な弾力性を持つものを選択すべきと解される。
以上の観察から、本発明のレーザーパターニングによれば、視認性を損なうことなく良好且つ微細な透明電極のパターニングが実現でき、タッチパネルの製造場面において優れた効果を発揮できるものと期待される。
(静電容量式タッチパネルの構成)
図13は、本発明の実施の形態2にかかる静電容量式タッチパネル4(以下、「タッチパネル4」と言う。)の構成例を示す組図である。
図13に示されるように、タッチパネル4は、紙面上から下へ順に、偏光板43、粘着層442、第一の透明電極付樹脂フィルム401、粘着層443、第二の透明電極付樹脂フィルム402、粘着層444、支持体451、粘着層445を積層してなる。
偏光板43は、例えば厚み0.2mmの直線偏光板からなるものであって、粘着層442を介して前記第一の透明電極付樹脂フィルム401における透明樹脂フィルム411上に全面貼着され、外部に露出するようになっている。当該偏光板43は、タッチパネル内部へ入射される可視光に起因する反射光量を当該偏光板を設けない場合に比べて約半分以下にまで抑制する。また、透明電極群12b、22bの配設構造(センシングパターン)を外部より見えにくくし、視認性を向上させる役目もなす。
第一及び第二の透明電極付樹脂フィルム401、402は、当該タッチパネルの主たる構成要素であって、タッチパネル駆動時におけるセンシングができるように、既知の静電容量を持つ透明樹脂フィルム(ここではPETフィルム)411、421の一方の主面に、既知の抵抗値(面抵抗)を持つ材料(ここではITO)からなる透明電極群12b、22bが形成されてなる。
ここで、透明樹脂フィルム411、421の表面には、パターニング等の加熱時におけるオリゴマ発生の防止対策としてアクリル系樹脂コート層を配設することが好適である。さらに、ペンや指が前記表面に接触することがある場合には、透明性、耐擦傷性、耐摩耗性、ノングレア性等向上のため、ハードコート皮膜等を設けることが望ましい。
ここで、本発明の透明電極膜付フィルムに使用可能な透明導電膜材料については実施の形態1において説明したが、本実施の形態2におけるタッチパネルの透明電極群12b、22bの材料には、小型電子機器等への応用を考慮すると、抵抗値の低いものが好適である。
ライン電極12a1〜12an、22a1〜22anは、本願特有のレーザーパターニングにより、非常に微細なストライプ状に加工されている。電極の延伸方向を粘着層443を挟んで直交させるように配設することで、ライン電極12a1〜12an、22a1〜22anによる直交マトリクスが構成される。このような電極の構造は、本発明の実施の形態1で例示したレーザー加工装置1によって10μm以下の微細な加工幅でパターニングされたものである。当然ながらパターニングはストライプ状に限らず、レーザー加工装置1において予めどのような形状でも設定しておくことが可能である。
各ライン電極12a1〜12an、22a1〜22anには、これらに外部電力を給電するための引き出し回路(不図示)が接続されるが、この引き出し回路も前記透明導電材料を用い、透明樹脂フィルム411、421の各表面に所定のパターニングを施して配設することができる。この引き出し回路を介し、各ライン電極12a1〜12an、22a1〜22anに測定電圧を印加し、ユーザーによる入力時の電圧変化を検出するための公知の専用コントローラが接続される。
なお図13の構成例では、透明樹脂フィルム411、421のそれぞれの片面に透明電極群12b、22bを配設する例を示したが、本発明はこの構成に限定されず、例えば1枚の透明電極付樹脂フィルム(光等方性基板)の一方の面に透明電極群12b、他方の面に透明電極群22bを配設するようにしてもよい。ただしこの場合、透明電極群12b、22bを傷つけないよう、成膜ステップ、加工ステップでの当該基板の取り扱いに注意する必要がある。
支持体451は、タッチパネル4の剛性を付与するためのものであって、厚み0.2mm以上0.5mm以下のガラス板、またはこれに準ずる硬度を持つ樹脂材料で構成することができる。当該支持体451は、粘着層444、445で全面貼着することで良好な剛性を発揮することができる。なお、タッチパネル4の剛性がそれほど問題にならない等の場合は、支持体451の配設を省くことも可能である。
駆動時において、前記専用コントローラは、引き出し回路を介して この引き出し回路を介し、各x方向に延伸されたライン電極12a1〜12an及びy方向に延伸されたライン電極22a1〜22anに対し、それぞれ一定時間ごと(xyごと)に交互に測定電圧を印加する。
このようなコンデンサは、指の位置と各ライン電極との距離に応じて容量が異なり、当該距離が最も小さい場所が測定電圧が振幅の最大となる場所となる。従って前記専用コントローラは図14の場合、すなわちライン電極12a1〜12anの間に測定電圧が印加された場合に、この測定電圧の変化が最大となる場所を特定することにより、タッチ位置のy方向の座標を特定する。
以上のプロセスにより、入力検出がなされる。タッチパネル4ではこのような検出ステップを交互に繰り返すことにより、逐次的にユーザーからの入力情報を獲得し、GUI(Graphical User Interface)としての機能を発揮するようになっている。
(実施の形態2の特徴について)
本実施の形態2のタッチパネル4は、製造時において、粘着層443の両主面に導電膜付透明樹脂フィルム401、402を配設してなるフィルム積層体400を形成したのち、当該フィルム積層体400に対して外部よりレーザー照射を行うことで、透明樹脂フィルム411又は421下に密閉された前記透明導電膜を順次アブレーションして透明電極群12b、22bがパターニングされた点に特徴を有する。
すなわち、従来はいわゆるステップ方式或いはロール・トゥ・ロール(roll to roll)方式により、帯状の透明導電膜付き樹脂フィルムに所定のレーザー照射を行い、透明導電膜を連続的にレーザーパターニングする。この従来方式を利用したタッチパネル製造方法では、樹脂フィルムを所定のサイズに切り出し、配線エリア及び引き出し電極を配設したのち、一対の透明電極付樹脂フィルムを対向配置させる工程が不可欠となる。この際、透明電極のマトリクス配置をなすため、両フィルムの透明電極同士を非常に高い精度でアライメントすることが要求されるが、アライメントは適切なタッチパネル特性を得るために慎重に行う必要があるほか、近年の微細なパターンからなる透明電極においては自ずと限界がある。また、切り出し時に透明導電膜の取り扱いミスにより損傷を生じ、目的のパターニングが不可能になるおそれもある。このような透明導電膜の損傷は、透明導電膜付きフィルムをロール状に巻き取る際に特に問題となるものである。
(フィルム積層体の製造方法)
図15は、前駆フィルム積層体の各透明導電膜を順次レーザーパターニングして、透明電極を形成し、フィルム積層体400を作製するプロセスを示す図である。図15(a)は、第一透明電極付樹脂フィルム401の正面図、図15(b)は第二透明電極付樹脂フィルム402の正面図、図15(c)は当該透明電極同士の配置関係を模式的に示す図である。当該図15では、説明のため前駆フィルム積層体中の各アブレーション対象となる透明導電膜をそれぞれ図示している。
フィルム積層体(前駆体)の作製例としては、まず透明導電膜付樹脂フィルム(ITO膜付PETフィルム)を用意する。ITO膜の成膜方法としてはいずれの公知方法を用いてもよいが、ここでは安価で比較的容易に製造できるスパッタ法が好適である。当該フィルム表面には、さらに所定の手順に従い、配線エリア、引き回し電極をそれぞれ配設する。
以上で前駆フィルム積層体が得られる。なお樹脂フィルムの外側には、さらに偏光調整用途等に別途フィルムを設けるようにしてもよい。
続いて上記作製した前駆フィルム積層体をワークピースWPとしてレーザー加工装置のxyテーブルに載置し、レーザーパターニングを行う。
全てのライン電極12a1〜12anを作製したら、前駆フィルム積層体を裏返して再度xyテーブルに載置する。そして、前記と同様の要領で、他方のITO膜からパルスレーザーを照射し、ライン電極22a1〜22anを形成する(図15(b))。
当該タッチパネルでは、このように主面方向から見た場合、透明電極群12b、22bのいずれも存在しない領域X1、透明電極群12b、22bのいずれか一方のみ存在する領域X2、並び透明電極群12b、22bの交差領域X3が存在する。しかしながら本実施の形態2のタッチパネルでは、ライン電極22a1〜22an及び電極ギャップが、通常の人間の視認限界を下回る10μm以下の微細な幅で形成されているため、実際に透明樹脂フィルム上から肉眼で眺めた場合に、視認性に問題が生じる可能性は極めて小さい。これにより、高精細なLCD等の画像が損なわれることなく表示され、良好な画像表示性能を呈することができるようになっている。
また、いわゆる引き出し電極等のパターニングに関しては、レーザーを用いず、各種エッチング等で配設することもできる。引き回し電極は配線エリアでの配設となるので、透明電極群12b、22bよりも抵抗値の低い導電材料などで構成する必要がある。さらに金、銀、銅などの金属ペーストを用いて、低抵抗配線を構成してもよい。実際にはコスト及び性能の観点から銀ペーストを用いることが好適である。
<実施の形態3>
(抵抗膜式タッチパネルの構成)
次に、本発明の実施の形態3における抵抗膜式タッチパネル5の構成について、実施の形態2との違いを中心に説明する。
図16に示されるタッチパネル5は、上から順に、偏光板310、フィルム積層体500(透明樹脂フィルム511、透明導電膜13b、配線基板510、スペーサ516、透明導電膜23b、透明樹脂フィルム521)を積層してなる。透明樹脂フィルム521の下にはLCDパネルの構成要素となる、LCD本体330と偏光板320とが同順に積層されており、全体としてLCD一体型タッチパネルの構成をなしている。
偏光板310、320は、例えばそれぞれ厚み0.2mmの染料系直線偏光板からなる。このうち一方の偏光板310は、インナータイプタッチパネルの特徴として、透明樹脂フィルム511表面に積層され、外部に露出するようになっている。これによりタッチパネル内部へ入射される可視光に起因する反射光量を、当該偏光板を設けない場合に比べて約半分以下にまで抑制する作用がなされる。
配線基板510は、PET或いはポリイミド等の樹脂材料で作製されたフレキシブル基板301と、当該基板表面において、Au、Ag、Cuの良好な導電性を持つ材料からなる配線302から305が形成されてなる。
次に、x軸に沿った引き出し部電極間に電圧印加を行い、y軸に沿った引き出し電極を電圧検出電極とすることでx軸方向の位置データを獲得する。これによりxy両方の座標情報が得られる。タッチパネル5ではこのような検出ステップを交互に繰り返すことにより、逐次的にユーザーからの入力情報を獲得しGUIとしての機能が発揮される。
上記実施の形態1では、Nd:YAGレーザーを用いる構成について例示したが、本発明はこれに限定されるものでなく、Nd:YVO4レーザー、Nd:YLFレーザー又はTi:sapphireレーザー等を用いることができる。
また上記実施の形態1では、ワークピースWPの一方の主面からレーザー入射側の透明導電膜をアブレーションする方法について例示したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えばワークピースWPの両面からそれぞれレーザーを同時照射し、各々のレーザー入射側に近接する透明導電膜を平行してアブレーションするようにしてもよい。このような方法を採用すれば、例えばロール・トゥ・ロール方式により迅速にフィルム積層体を完成でき、且つ大量に保管しておけるので好適である。
w 加工幅半径
1 レーザー加工装置(レーザートリミング装置)
2 レーザー照射システム
4 静電容量式タッチパネル
5 抵抗膜式タッチパネル
10 xyテーブル
11 台座
12 ブリッジ部
12a1〜12an、22a1〜22an ライン電極
12b、22b 透明電極群
13 y軸テーブル
14 x軸テーブル
20 レーザービーム照射装置
100 加工ヘッド
201 ビーム伝送系
211 第三高調波発生器
212 アテネータ
213 ビームエキスパンダー
400、500 フィルム積層体
411 第一の透明電極付樹脂フィルム
421 第二の透明電極付樹脂フィルム
411a、421b 罫書き部分
443、518 粘着層
Claims (15)
- 透明導電膜にUVレーザーを走査して透明電極をパターニングする加工ステップを経るタッチパネルの製造方法であって、
前記加工ステップでは、
透明樹脂フィルムに介挿された透明導電膜を備えるワークピースに対し、前記透明樹脂フィルムを介して前記透明導電膜にレーザー照射するとともに、
前記透明導電膜における焦点ビーム半径を、加工幅半径よりも大きくなる条件範囲に調節し、
前記加工幅に対応する透明導電膜部分をアブレーションするためのレーザー強度を調節し、10μm以下の加工幅でパターニングする
ことを特徴とするタッチパネルの製造方法。 - 透明導電膜にUVレーザーを走査して透明電極をパターニングする加工ステップを経るタッチパネルの製造方法であって、
前記加工ステップでは、
透明樹脂フィルムに介挿された透明導電膜を備えるワークピースに対し、前記樹脂透明樹脂フィルムを介して前記透明導電膜にレーザー照射するとともに、
ガウス分布で示すレーザー強度分布におけるピーク強度hの0.65〜0.7倍の強度レベルに対応するビーム幅をw1、ピーク強度hの0.35〜0.4倍の強度レベルに対応するビーム幅をw2とするとき、w1以上w2以下となる範囲に加工幅を調節し、10μm以下の加工幅で対応する透明導電膜部分をアブレーションする
ことを特徴とするタッチパネルの製造方法。 - 前記加工ステップでは、焦点距離を調整することで焦点ビーム半径と加工幅半径とのサイズ比を調節する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のタッチパネルの製造方法。 - 前記加工ステップでは、加工幅半径wと焦点ビーム半径woとの比w/ woが0.7以下になるように調整する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のタッチパネルの製造方法。 - 前記加工ステップでは、前記UVレーザーとして、波長320nm以上450nm以下のUVレーザーを用いる
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のタッチパネルの製造方法。 - 前記加工ステップでは、前記UVレーザーとして第三高調波YAGレーザーを用いる
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のタッチパネルの製造方法。 - 前記加工ステップでは、レーザー照射装置における加工レンズ光学系のレーザー焦点距離f12と、レンズ入射ビーム半径Wの比f12/Wが40以上98以下になるように、パターニング条件を調整する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のタッチパネルの製造方法。 - 前記加工ステップでは、レーザーを透過させる透明樹脂フィルムとして、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネイト、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアクリル、アクリル、非晶質ポリオレフィン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、脂肪族環状ポリオレフィン、ノルボルネン系熱可塑性透明樹脂のうちの一種以上を用いる
ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のタッチパネルの製造方法。 - 前記加工ステップでは、前記透明導電膜としてアンチモン添加酸化鉛、フッ素添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛、カリウム添加酸化亜鉛、シリコン添加酸化亜鉛、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化インジウム錫、酸化インジウム−酸化錫、スズ酸化膜、銅、アルミニウム、ニッケル、クロムのうちの一種以上を用いる
ことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のタッチパネルの製造方法。 - 前記加工ステップでは、ワークピースの前記透明導電膜として酸化インジウム錫、前記透明樹脂フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルムを用いる場合において、
加工幅半径wと焦点ビーム半径woとの比を1.5以上2.3以下の範囲に設定し、加工幅を5μm以上10μm以下に調節するとともに、透明導電膜に与える1パルス当たりのレーザーエネルギーを0.2μJ/パルス以上1.4μJ/パルス以下の範囲に設定する
ことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のタッチパネルの製造方法。 - 前記ワークピースとして、一対の透明導電膜付樹脂フィルムを互いの透明導電膜が対向するように絶縁層を介して積層したものを用いる
ことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載のタッチパネルの製造方法。 - 絶縁層として粘着層を用いる
ことを特徴とする請求項11に記載のタッチパネルの製造方法。 - 一対の透明電極付樹脂フィルムを、所定間隔を置いて前記各々のフィルム上の透明電極が対向配置されるように積層してなるタッチパネル用フィルム積層体であって、
前記一対の透明電極付樹脂フィルムの少なくともいずれかは、請求項1から12のいずれかに記載の加工ステップにより前記透明導電膜がパターニングされたものである
ことを特徴とするタッチパネル用フィルム積層体。 - 透明樹脂フィルムの主面に透明電極を配設してなる透明導電膜付樹脂フィルムを用いた静電容量式タッチパネルであって、
前記透明電極付樹脂フィルムは、請求項1から12のいずれかに記載の加工ステップにより前記透明導電膜がパターニングされたものである
ことを特徴とする静電容量式タッチパネル。 - 絶縁層の両主面に複数の透明電極がそれぞれ配設されてなるフィルム積層体を備える静電容量式タッチパネルであって、
前記絶縁層の少なくともいずれかの前記主面の透明電極は、請求項1から12のいずれかに記載の加工ステップによりパターニングされたものである
ことを特徴とする静電容量式タッチパネル。
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