JP2015043113A - 高抵抗積層体および触覚センサー用前面板 - Google Patents
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Abstract
【課題】高抵抗層の表面抵抗値が適正に制御され、良好なセンサー感度を有する高抵抗積層体、およびセンサー感度が良好であり、かつ視認性、操作性に優れた触覚センサー用前面板を提供する。
【解決手段】高抵抗積層体は、透明基板と、この透明基板の上に形成された高抵抗層を有し、前記高抵抗層がスズおよびチタンを含む酸化物を主成分として構成されるとともに、スズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)が80/20〜95/5であり、かつ前記高抵抗層の表面抵抗値が1〜100MΩ/□である。触覚センサー用前面板は、このような高抵抗積層体の上に絶縁層を有する。
【選択図】図1
【解決手段】高抵抗積層体は、透明基板と、この透明基板の上に形成された高抵抗層を有し、前記高抵抗層がスズおよびチタンを含む酸化物を主成分として構成されるとともに、スズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)が80/20〜95/5であり、かつ前記高抵抗層の表面抵抗値が1〜100MΩ/□である。触覚センサー用前面板は、このような高抵抗積層体の上に絶縁層を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、高抵抗積層体、および高抵抗積層体を用いた触覚センサー用前面板に関する。
近年、入力装置ないし入出力装置として、指などで直接タッチパネルに触れて操作を行うタッチパネルディスプレイを備えたタッチパネルディスプレイ装置(インタフェースデバイス)が用いられている。
入力装置ないし入出力装置として用いられるタッチパネルディスプレイ装置は、ソフトウェアによって入力画面を自由に構成できる。そのため、機械的スイッチを用いて構成した入力装置では得られないフレキシビリティを備えており、また、軽量かつコンパクトに構成でき、機械的故障の発生頻度が低いなどの数々の利点を有する。このことから、現在では、比較的大きな各種機械の操作パネルから、非常に小さな携帯機器の入出力装置に至るまで、広く利用されている。
多くのタッチパネルディスプレイ装置は、それを操作するユーザの指先が、平坦で滑らかな被接触面に触れるだけであるため、機械的スイッチを用いて構成した入力装置を操作するときに指先に感じるクリック感のような、触覚によるユーザへのフィードバックが存在せず、そのことが装置の操作感を頼りないものにしていた。この点を改善するために、操作するユーザの指先に触覚をフィードバックするようにした、いわゆる触覚センサーを備えたタッチパネルディスプレイ装置が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
このタッチパネルディスプレイ装置は、ユーザの指先が接触するタッチパネルの表面を振動させることによって、ユーザに触覚を生じさせたものである。
このタッチパネルディスプレイ装置は、ユーザの指先が接触するタッチパネルの表面を振動させることによって、ユーザに触覚を生じさせたものである。
このような、機械的刺激により触覚をフィードバックするものに対し、タッチパネルの前面に設ける保護膜などの前面板の電荷を制御することで、電気的な感覚により利用者に触覚を与える技術も知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特許文献2では、各々に絶縁体を設けた導通電極に、電圧源から所定の電気的入力を付与して、導通電極と身体部分との間の領域に静電気力(容量性結合)を形成することで、電気的な感覚を発生させている。
特許文献2では、各々に絶縁体を設けた導通電極に、電圧源から所定の電気的入力を付与して、導通電極と身体部分との間の領域に静電気力(容量性結合)を形成することで、電気的な感覚を発生させている。
このような構成体として、例えば非特許文献1には、ガラス基板上に積層された透明電極が絶縁層で被覆されてなるタッチパネルが開示されている。
特許文献2または非特許文献1に記載された装置では、具体的には、図6に示すように、表現したい触感を再現可能なパターンに電圧および周波数を制御して、不図示の制御部からタッチパネル本体100の透明電極(不図示)に通電し、前面板101側に誘起された電荷を、透明基板102上に形成した層103に蓄積することで、前面板101を帯電させるように構成されている。このような帯電状態の前面板101表面に、指105などの感覚受容体Xが接触することで、絶縁層104を介して両者間に働く微弱な静電気力により、凹凸感などの触覚として感覚受容体Xに感知されるように構成されている。
このような、いわゆる触覚センサーを備えたタッチパネルディスプレイ装置に設ける前面板101としては、タッチパネル本体100に設けた透明電極の動作を妨げず、かつ制御部から送り込まれた電圧や周波数に基づく帯電状態を正確に発現して、所望の触覚を再現性よく発現できるものが求められている。特に、帯電状態の正確な発現のために、電荷を蓄積する層103の抵抗値を所定の範囲に精密に制御することが求められている。
一方、前記前面板101は、画像が映し出されるタッチパネル本体100の前面に設けられるため、視認性を確保する観点から、可視光域の光に対する透過性を高めるとともに、反射率を低減することが求められている。さらに、前面板101は、指105などにより直接押圧、擦過して操作されるため、ある程度の押圧力に耐え得る硬度を有し、かつ適度の滑り性を有するものが求められている。
しかしながら、このようなタッチパネルに設ける前面板において、触覚発現性に優れ、かつ可視光域の光に対して良好な光透過性及び低反射性を有しており、さらに十分な硬度や滑り性を有するものは未だ得られておらず、従来のものは、十分なセンサー感度が得られない、または視認性や操作性に劣るなどの問題が生じ易かった。
http://www.disneyresearch.com/research/projects/teslatouchuist2010.pdf
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、触覚により感知されるセンサー感度が良好であり、かつ可視光域の光に対する光透過性が高く、低反射性を有しており、視認性、操作性に優れた触覚センサー用前面板の提供を目的とする。また、本発明は、そのような触覚センサー用前面板を得るための高抵抗積層体の提供を目的とする。
本発明の高抵抗積層体は、透明基板と、この透明基板の上に形成された高抵抗層を有する高抵抗積層体であって、前記高抵抗層は、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分とし、スズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)が80/20〜95/5である層であり、かつ前記高抵抗層の表面抵抗値が1〜100MΩ/□であることを特徴とする。
本発明の高抵抗積層体において、前記透明基板と前記高抵抗層との間にバリア層を配設することができる。
本発明の触覚センサー用前面板は、透明基板上に、高抵抗層と絶縁層がこの順で積層されてなる触覚センサー用前面板であって、前記高抵抗層は、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分とし、スズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)が80/20〜95/5である層であり、かつ前記高抵抗層の表面抵抗値が1〜100MΩ/□であることを特徴とする。
本発明の触覚センサー用前面板の視感透過率は85%以上であることが好ましい。また、本発明の触覚センサー用前面板において、前記透明基板と前記高抵抗層との間にバリア層を配設することができる。また、本発明の触覚センサー用前面板の静摩擦係数は0.2以下であることが好ましい。動摩擦係数は0.2以下であることが好ましく、水接触角は80度以上であることが好ましい。さらに、本発明の触覚センサー用前面板の視感反射率は2%以下であることが好ましい。
なお、本明細書において、「主成分」とは、構成成分のうちで、50質量%を超える含有率を有する成分をいう。また、「透明」とは、可視光線を透過することをいう。
本発明の高抵抗積層体によれば、透明基板上に、スズとチタンを含む酸化物を主成分とし、スズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)が所定の範囲(80/20〜95/5)にある層であり、かつ1〜100MΩ/□の表面抵抗値を有する高抵抗層が積層されているので、触覚により感知される良好なセンサー感度を実現することができる。
そして、本発明の触覚センサー用前面板によれば、透明基板上に、高抵抗層と絶縁層とがこの順で積層されてなるものにおいて、前記高抵抗層をスズおよびチタンを含む酸化物を主成分とする層とし、層中のスズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)を前記所定の範囲に調整して、高抵抗層の表面抵抗値を1〜100MΩ/□とすることで、触覚により感知されるセンサー感度が良好であり、かつ視認性、操作性に優れたものとすることができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。
図1は、本発明の第1の実施形態である高抵抗積層体の一例を示す断面図である。
図1に示すように、第1の実施形態の高抵抗積層体1は、透明基板2と、透明基板2の上に積層して形成された高抵抗層3とを有する。そして、高抵抗層3は、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分として構成されるとともに、この高抵抗層3中のスズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)は80/20〜95/5の範囲に調整されている。また、高抵抗層3の表面抵抗値(シート抵抗値ともいう。)は、1〜100MΩ/□となっている。
図1に示すように、第1の実施形態の高抵抗積層体1は、透明基板2と、透明基板2の上に積層して形成された高抵抗層3とを有する。そして、高抵抗層3は、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分として構成されるとともに、この高抵抗層3中のスズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)は80/20〜95/5の範囲に調整されている。また、高抵抗層3の表面抵抗値(シート抵抗値ともいう。)は、1〜100MΩ/□となっている。
このような高抵抗積層体1によれば、高抵抗層3の表面抵抗値を1〜100MΩ/□とすることで、後述するように、この高抵抗層3の上に絶縁層を設けて触覚センサー用前面板として使用した場合に、下部のタッチパネル本体に設けた透明電極の動作を妨げることなく、制御部に送り込まれた電圧や周波数などの電気的信号に基づく触覚を、再現性よく発現でき、優れたセンサー感度を得ることができる。
以下、実施形態の高抵抗積層体1を構成する透明基板2および高抵抗層3について説明する。
[透明基板]
透明基板2としては、平滑で、可視光を透過し得るものであれば、特に限定することなく用いることができる。
具体的には、例えば、無色透明なソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス(SiO2−Al2O3−Na2O系ガラス)、リチウムアルミノシリケートガラス、石英ガラス、無アルカリガラス、その他のガラスからなる透明ガラス板や、そのような透明ガラス板の表面に化学強化を施した強化ガラス板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース、ポリエーテルスルホン、ポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマー等の単独のプラスチックフィルムあるいは複数種のプラスチックの積層フィルム等のプラスチックフィルムを用いることができる。
透明基板2としては、平滑で、可視光を透過し得るものであれば、特に限定することなく用いることができる。
具体的には、例えば、無色透明なソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス(SiO2−Al2O3−Na2O系ガラス)、リチウムアルミノシリケートガラス、石英ガラス、無アルカリガラス、その他のガラスからなる透明ガラス板や、そのような透明ガラス板の表面に化学強化を施した強化ガラス板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース、ポリエーテルスルホン、ポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマー等の単独のプラスチックフィルムあるいは複数種のプラスチックの積層フィルム等のプラスチックフィルムを用いることができる。
透明基板2としては、その上面に設ける層との密着性の観点から、ソーダライムシリケートガラス板を用いることが好ましい。また、強度の点からは、アルミノシリケートガラス板を強化した強化ガラス板(例えば、旭硝子社製、商品名:ドラゴントレイル等)を用いることが好ましい。
本発明の高抵抗積層体1が触覚センサー用前面板に用いられる場合には、その使用形態を考慮すると、透明基板2の強度が十分であることが好ましい。したがって、透明基板2は、アルミノシリケートガラス板を強化した強化ガラス板であることが好ましい。アルミノシリケートガラス板を構成するガラス材料としては、例えば以下の組成のガラス材料が使用される。すなわち、モル%で表示した組成で、SiO2を50〜80%、Al2O3を1〜20%、Na2Oを6〜20%、K2Oを0〜11%、MgOを0〜15%、CaOを0〜6%およびZrO2を0〜5%含有するガラス材料が使用される。
アルミノシリケートガラス板を強化した強化ガラス板の表面には、圧縮応力層が形成されており、その圧縮応力層の厚さは、好ましくは10μm以上、より好ましくは30μm以上である。また、圧縮応力層における表面圧縮応力は、200MPa以上であることが好ましく、550MPa以上であることがより好ましい。アルミノシリケートガラス板に化学強化を施す方法は、典型的には、アルミノシリケートガラス板を、KNO3溶融塩に浸漬し、イオン交換処理した後、室温付近まで冷却する方法が挙げられる。KNO3溶融塩の温度や浸漬時間等の処理条件は、表面圧縮応力および圧縮応力層の厚さが所望の値となるように設定すればよい。
さらに、透明基板2として前記プラスチックフィルムを用いる場合には、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いることが好ましい。
透明基板2の厚さは特に限定されないが、透明基板2を上述したガラス基板で構成する場合、0.1〜2mmが好ましく、0.3〜1mmがより好ましい。透明基板2の厚さが2mmを超えると、触覚センサー用前面板としての使用の際に、表面の押圧力が下部のパネル本体に伝達し難くなり、操作性が低下するおそれがある。また、透明基板2の厚さが0.5mm未満の場合には、強度および上層の保持性が不十分で積層体を得ることが難しい。
透明基板2を上述したプラスチックフィルムで構成する場合、その厚さは50〜200μmが好ましい。なお、透明基板2は、単一の層で構成されていてもよく、複数の層が積層された積層板でもよい。
[高抵抗層]
高抵抗層3は、1〜100MΩ/□の表面抵抗値(シート抵抗値)を有する層である。この高抵抗層3は、触覚センサー用前面板の一部として使用した場合に、透明基板2の下方に設置したタッチパネル本体に設けた透明電極への通電により、触覚センサー用前面板側に誘起された電荷を蓄積する層である。
高抵抗層3は、1〜100MΩ/□の表面抵抗値(シート抵抗値)を有する層である。この高抵抗層3は、触覚センサー用前面板の一部として使用した場合に、透明基板2の下方に設置したタッチパネル本体に設けた透明電極への通電により、触覚センサー用前面板側に誘起された電荷を蓄積する層である。
高抵抗層3の表面抵抗値を1MΩ/□以上とすることで、タッチパネル本体の透明電極への通電時に、高抵抗層3と透明電極とが電気的に作用してタッチパネル本体の動作が妨げられるのを防止することができる。また、高抵抗層3の表面抵抗値を100MΩ/□以下とすることで、制御電圧や周波数に基づく帯電状態を正確に発現して、指などの感覚受容体に所望の触覚を再現性よく発現させることでき、触覚による優れたセンサー感度を得ることができる。
また、高抵抗層3は、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分としている。さらに、高抵抗層3におけるスズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)は、80/20〜95/5となっている。
高抵抗層3をスズとチタンを含む酸化物を主成分として構成することで、高抵抗層3の表面抵抗値を上記所望の範囲に容易に調整することができるうえに、高抵抗層3の厚さに依存しない安定した表面抵抗値を得ることができる。
また、高抵抗層3中のスズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)を前記範囲とすることで、高抵抗層3の表面抵抗値を上記所望の範囲に制御することが容易となり、また適度な屈折率を有するものとすることができる。さらに、この高抵抗層3の上に絶縁層を設けて構成される触覚センサー用前面板において、良好な視感透過率、ならびに低い視感反射率を得ることができる。
また、高抵抗層3中のスズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)を前記範囲とすることで、高抵抗層3の表面抵抗値を上記所望の範囲に制御することが容易となり、また適度な屈折率を有するものとすることができる。さらに、この高抵抗層3の上に絶縁層を設けて構成される触覚センサー用前面板において、良好な視感透過率、ならびに低い視感反射率を得ることができる。
高抵抗層3としては、スズおよびチタンの酸化物を主成分とする層が、良好な光透過性を確保しつつ、その表面抵抗値を上記所望の範囲に制御しやすいため、好適に用いられる。また、前記したように、高抵抗層3を前記酸化物を主成分とする層とすることで、高抵抗層3の厚さに依存しない安定した表面抵抗値を得ることができる。
本発明の高抵抗層3は、例えば、DC(直流)スパッタリング方式、AC(交流)スパッタリング方式、RF(高周波)スパッタリング方式等を用いるスパッタリング法により、ガラス基板等からなる透明基体2上に形成することができる。これらの中でも、DCマグネトロンスパッタリング法またはACスパッタリング法は、プロセスが安定しており、装置構造が簡単な直流電源または交流電源を使用するので操作しやすく、膜厚制御の点で有利な成膜方法である。さらに、大面積への成膜が容易であるため好適に用いられる。なお、DCマグネトロンスパッタリング法には、パルス波状に電圧を印加する方法が含まれる。このようなパルス化DCマグネトロンスパッタリング法は、異常放電の防止に有効である。
また、高抵抗層3の形成には、ターゲットを複数用いる、いわゆるコスパッタリング法を用いることができる。コスパッタリング法は、複数のターゲットに対して同時に放電を行うものであり、それぞれのターゲットに印加される電力密度や、スパッタガスの分圧を制御することで、所望の組成の被膜を形成することができる。
スズおよびチタンの酸化物を主成分とする高抵抗層3をコスパッタリング法により形成する場合、ターゲットとしては、スズまたはスズ酸化物を主成分とするもの、チタンまたはチタン酸化物を主成分とするものが用いられる。
スズを主成分とする金属ターゲットとしては、スズのみからなるもの、またはスズを主成分として含み、Al、Si、Zn等公知のドーパントを本発明の特徴を損なわない範囲でドープしたものが挙げられる。スズ酸化物を主成分とするターゲットとしては、スズ酸化物を主成分とし、Al、Si、Zn等公知のドーパントを本発明の特徴を損なわない範囲でドープしたものが挙げられる。なお、スズ酸化物を主成分とするターゲットとしては、酸化スズに導電性を付与しDCスパッタリングの効率を上げる、ガリウム、インジウムおよびこれらの酸化物を含む酸化スズ系ターゲットを用いることが好ましい。
チタンを主成分とする金属ターゲットとしては、チタンのみからなるもの、またはチタンを主成分として含み、チタン以外の公知のドーパントを本発明の特徴を損なわない範囲でドープしたものが挙げられる。チタン酸化物を主成分とするターゲットとしては、チタン酸化物を主成分とし、チタン酸化物以外の公知のドーパントを本発明の特徴を損なわない範囲でドープしたものが挙げられる。
スズ酸化物を主成分とするターゲットおよびチタン酸化物を主成分とするターゲットを、目的物である高抵抗層3の組成で用い、後述する不活性ガス中に実質的に反応性ガスを含まない不活性雰囲気でスパッタリングすることもできる。
スパッタガスとしては、各種反応性ガスを用いることができる。例えば、酸素ガス、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス、窒素ガスと不活性ガスとの混合ガス等を用いることができる。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスが挙げられる。これらの中でも、経済性および放電のし易さの点から、アルゴンが好ましい。また、スパッタガスとして、窒素ガス(N2)以外に、窒素原子を含むガスであるN2O、NO、NO2、NH3等を用いることもできる。なお、これらのガスは、単独でまたは2種以上を混合して用いられる。
スズまたはスズ酸化物を主成分とするターゲット、およびチタンまたはチタン酸化物を主成分とするターゲットを用いて、反応性スパッタリング法によりスズおよびチタンの酸化物を主成分とする層を形成する場合、酸化性雰囲気下でスパッタリングすることにより、酸化物層の組成を制御できる。なお、酸化性雰囲気とは、不活性ガス中に酸化性ガスを含む雰囲気である。酸化性ガスとは、O2、H2O、CO、CO2などの酸素原子含有ガスを意味する。酸化性ガスの濃度は、酸化物層の導電性、光透過率などの特性に大きく影響する。したがって、酸化性ガスの濃度は装置、基板温度、スパッタリング圧力など、使用する条件で、最適化する必要がある。
Ar−O2ガス(ArとO2の混合ガス)系のスパッタガスが、ガスの組成を制御しやすい点で特に好ましい。Ar−O2ガス系においては、透明で高抵抗の膜が得られることから、O2濃度は0.5〜50体積%であることが好ましい。スパッタガスにおける酸素ガスおよびAr等の不活性ガスの分圧、ならびにスパッタガスの全圧は、特に限定されず、グロー放電が安定に行われる圧力であればよい。
コスパッタリングにより高抵抗層3を形成する場合、各ターゲットの電力密度(投入電力をターゲットの面積で割った値)は、0.9〜4W/cm2であるのが好ましく、0.9〜3W/cm2であるのがより好ましい。電力密度が0.9W/cm2未満である場合は、放電が安定しない。電力密度が4W/cm2 を超えると、発生した熱でターゲットが割れるおそれがある。スパッタリング圧力は、0.1Pa〜1Paであることが好ましい。1Pa以下でかつ0.1Pa以上の場合には、安定して放電できる傾向にあるため好ましい。
さらに、スパッタリングの際の基体(透明基板2)の温度は、10〜250℃が好ましい、温度が250℃以下であると、膜組成がターゲット組成と大きくずれることがないため好ましい。成膜時間は、成膜速度および所望の膜厚に応じて決定すればよい。
こうしてコスパッタリングを行うことで、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分として、スズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)が80/20〜95/5である高抵抗層3を形成することができるが、高抵抗層3の形成は、前記のようなスパッタリング法に限定されず、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレート法等の物理気相析出法や、プラズマCVD法等の化学気相析出法等を用いて行うこともできる。
高抵抗層3の厚さは、好ましくは5nm以上100nm以下であり、より好ましくは5nm以上50nm以下であり、さらに好ましくは5nm以上30nm以下である。高抵抗層3の膜厚を5nm以上とすることで、十分な電荷保持性を得ることができる。また、高抵抗層3の膜厚を100nm以下とすることで、良好な可視光に対する透過性を得ることができる。なお、本明細書における各層の「厚さ」は、触針式表面粗さ測定機により測定して得られた厚さである。
後述する触覚センサー用前面板において、視感透過率、視感反射率等の点で優れた光学特性を得る観点から、高抵抗層3の屈折率(n)は、1.8〜2.5が好ましい。
また、高抵抗積層体としては、図2に示されるものに限定されず、図3に示すように、透明基体2と高抵抗層3との間にバリア層4を介設した構成とすることもできる。透明基体2と高抵抗層3との間にバリア層4を介設することで、透明基体2に含まれる成分が高抵抗層3に拡散するのを抑制でき、高抵抗層3の抵抗値等の経時変動を抑制することができる。また、ガラス基板等の透明基体2の表面形状の影響を抑制し高抵抗層3の抵抗値の安定化を図ることができる。
バリア層4としては、例えば、ケイ素酸化物を主成分とする層、ケイ素酸化物および酸化インジウムを主成分とする層等が挙げられる。これらの中でも、ケイ素酸化物を主成分とする層は、良好な光透過性を確保しやすいため好ましい。また、ケイ素酸化物を主成分とする層の中でも、さらに窒素を含む層、例えば酸化窒化ケイ素(SiON)を含む層は、優れた光透過性を得られるうえ、触覚センサー用前面板としての視感反射率を低減する効果を得られるため好ましい。
ケイ素酸化物を主成分とする層としては、ケイ素酸化物のみからなる層、またはケイ素酸化物を主成分として含み、かつケイ素以外の添加元素として、ホウ素、リンから選ばれる少なくとも1種を含む層が挙げられる。
バリア層4は、上述した高抵抗層3の形成と同様、DCマグネトロンスパッタリング等のDCスパッタリング、ACスパッタリング、RFスパッタリング等のスパッタリング法により、透明基板2上に形成することができる。
バリア層4を、ケイ素酸化物を主成分とする層とする場合、バリア層4の形成に用いられるターゲットとしては、ケイ素を主成分とするものが用いられる。ケイ素を主成分とするターゲットとしては、ケイ素のみからなるもの、またはケイ素を主成分として含み、かつケイ素以外の元素、例えばホウ素、リン等公知のドーパントを本発明の特徴を損なわない範囲でドープしたものが挙げられる。
バリア層4のスパッタリング法による形成は、上述した高抵抗層3におけるスパッタリングと同様にして、スパッタガスの圧力や成膜速度等の条件を適宜調整して行うことができる。
なお、バリア層4として、ケイ素酸化物を主成分としさらに窒素を含む層、例えば酸化窒化ケイ素(SiON)を含む層を形成する場合には、スパッタガスとして、例えば酸素ガスおよび不活性ガスに、窒素ガス、またはN2O、NO、NO2、NH3等の窒素原子を含むガスを混合した混合ガスを用いて行うことができる。
このようなケイ素酸化物等からなるバリア層4形成は、前記したようなスパッタリング法に限定されず、例えば、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレート法等のスパッタ方式以外の物理気相析出法や、プラズマCVD法等の化学気相析出法等を用いて行うことができる。
バリア層4の厚さは、好ましくは100nm以下であり、より好ましくは50nm以下であり、さらに好ましくは30nm以下である。バリア層4の厚さを100nm以下とすることで、適度な曲げ強度を有し、かつ十分な光透過性を有する触覚センサー用前面板を得ることができる。
後述する触覚センサー用前面板において、視感透過率、視感反射率等の点で優れた光学特性を得る観点から、バリア層4の屈折率(n)は、1.4〜2.0が好ましい。
次に、本発明の第2の実施形態である触覚センサー用前面板について説明する。図3は、第2の実施形態の触覚センサー用前面板の一例を示す断面図である。
この触覚センサー用前面板10は、透明基板2上に高抵抗層3と絶縁層5がこの順で積層された構造を有する。そして、高抵抗層3は、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分として構成され、この高抵抗層3中のスズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)は80/20〜95/5となっている。また、高抵抗層3の表面抵抗値は1〜100MΩ/□となっている。
このような触覚センサー用前面板10は、例えば図4に示すように、タッチパネル本体6の前面に設けられるものであり、表現したい触感を再現可能なパターンに制御された電圧および周波数で、不図示の制御部からタッチパネル本体6の透明電極6aに通電し、触覚センサー用前面板10側に誘起された電荷を高抵抗層3に蓄積することで、触覚センサー用前面板10を帯電させる。このような帯電状態の触覚センサー用前面板10の表面に、指などの感覚受容体Xが接触すると、絶縁層5を介して両者間に働く微弱な静電気力により、凹凸感などの触覚として感覚受容体Xに感知される。
このような触覚センサー用前面板10によれば、高抵抗層3の表面抵抗値を1〜100MΩ/□とすることで、タッチパネル本体6に設けられた透明電極6aの動作を妨げることなく、制御部に送り込まれた電圧や周波数などの電気的信号に基づく触覚を再現性よく発現でき、優れたセンサー感度を得ることができる。
第2の実施形態である触覚センサー用前面板10は、前記した第1の実施形態である高抵抗積層体1の高抵抗層3の上に、絶縁層5が積層された構造を有する。そして、高抵抗積層体1と同様に、透明基板2と高抵抗層3との間にバリア層を配設することができる。この触覚センサー用前面板10の視感透過率は85%以上であることが好ましい。触覚センサー用前面板10の視感透過率が85%以上である場合には、優れた視認性を得ることができる。
また、触覚センサー用前面板10は、タッチパネル本体を駆動させるための透明電極6aを有していてもよい。すなわち、触覚センサー用前面板10における透明基板2の高抵抗層3が配設されたのと反対側の面に、透明電極6aが配設されていてもよい。このような構成とすることで、タッチパネルの構造を簡素化できるとともに、透明電極6aと高抵抗層3との距離が近くなるため、駆動電圧を低く抑えることが可能となり好ましい。
以下、触覚センサー用前面板10を構成する絶縁層5等について説明する。なお、透明基板2、高抵抗層3およびバリア層は、前記第1の実施形態である高抵抗積層体1における各層と同様に構成されるので、説明を省略する。
[絶縁層]
絶縁層5は、高抵抗層3の上面に、または高抵抗層3の上に他の層を介して設けられる層であり、触覚センサー用前面板10の表層に触れる指先などの身体部分と、高抵抗層3とを電気的に絶縁するものである。
絶縁層5は、高抵抗層3の上面に、または高抵抗層3の上に他の層を介して設けられる層であり、触覚センサー用前面板10の表層に触れる指先などの身体部分と、高抵抗層3とを電気的に絶縁するものである。
なお、本明細書において、絶縁層5とは、1010Ω・cm以上の体積抵抗値を有する層をいう。体積抵抗値は、JIS C2318−1975に準じて測定した値である。
絶縁層5を構成する材料としては、光透過性を有し、かつ電気的絶縁性を有するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。例えば、(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物または(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物を、光(紫外線)または熱により硬化してなる硬化物により、絶縁層5を構成することができる。また、(iii)無機酸化物を主成分とする絶縁材料により、絶縁層5を構成することもできる。以下、絶縁層5を構成する材料について記載する
<(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物>
(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物としては、例えば、以下に示す紫外線硬化性の重合性単量体(A)、紫外線吸収剤(B)および光重合開始剤(C)を含む組成物を用いることができる。
(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物としては、例えば、以下に示す紫外線硬化性の重合性単量体(A)、紫外線吸収剤(B)および光重合開始剤(C)を含む組成物を用いることができる。
(紫外線硬化性の重合性単量体(A))
紫外線硬化性の重合性単量体(A)(以下、単量体(A)という。)のうち少なくとも一部は、アクリロイル基またはメタクリロイル基を1分子中に2個以上有する多官能性重合性単量体(a−1)(以下、単量体(a−1)という)からなることが好ましい。なお、アクリロイル基またはメタクリロイル基を意味する用語として、(メタ)アクリロル基を使用する。(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸等の用語も同様である。
紫外線硬化性の重合性単量体(A)(以下、単量体(A)という。)のうち少なくとも一部は、アクリロイル基またはメタクリロイル基を1分子中に2個以上有する多官能性重合性単量体(a−1)(以下、単量体(a−1)という)からなることが好ましい。なお、アクリロイル基またはメタクリロイル基を意味する用語として、(メタ)アクリロル基を使用する。(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸等の用語も同様である。
重合性官能基としては、重合性が高いこと、特に紫外線による重合性が高いことから、アクリロイル基が好ましい。したがって、以下の(メタ)アクリロイル基を有する化合物において、好ましいものはアクリロイル基を有する化合物である。同様に(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸等においてもアクリロイル基を有する化合物が好ましい。2以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物の1分子中において、重合性官能基が異なっていてもよい(すなわち、1個以上のアクリロイル基と1個以上のメタクリロイル基を含んでいてもよい)が、すべての重合性官能基がアクリロイル基であるものが好ましい。
単量体(a−1)以外の単量体(A)としては、(メタ)アクリロイル基を1分子中に1個有する単官能性重合性単量体(以下、単量体(a−2)という。)や、(メタ)アクリロイル基以外の紫外線硬化性の重合性官能基を1個以上有する化合物がある。
しかし単量体(A)としては、多官能性重合性単量体(a−1)以外のものであっても、アクリロイル基またはメタクリロイル基から選ばれた重合性官能基を有することが好ましい。すなわち、(メタ)アクリロイル基以外の紫外線硬化性の重合性官能基は、紫外線硬化性が十分でないことが多く、また入手も容易でないので、単量体(a−1)以外の単量体(A)としては、単量体(a−2)が好ましい。したがって、単量体(A)は、単量体(a−1)を含め実質的にすべて(メタ)アクリロイル基を有する化合物の1種以上からなることが好ましい。以下、単量体(a−1)を含め単量体(A)は、すべて(メタ)アクリロイル基を有する化合物であるものとして説明する。
単量体(A)としては、(メタ)アクリロイル基以外に種々の官能基や結合を有する化合物であってもよい。例えば、水酸基、カルボキシル基、ハロゲン原子、ウレタン結合、エーテル結合、エステル結合、チオエーテル結合、アミド結合などを有していてもよい。特に、ウレタン結合を有する(メタ)アクリロイル基含有化合物(以下、アクリルウレタンという。)と、ウレタン結合を有しない(メタ)アクリル酸エステル化合物が好ましい。
単量体(a−2)は、通常ウレタン結合を有しない化合物であるが、これに限られるものではない。一方、単量体(a−1)は、ウレタン結合を有していても有していなくてもよい。単量体(a−1)1分子あたり平均の(メタ)アクリロイル基の数は、特に限定されないが、2〜50個、特に2〜30個が好ましい。
アクリルウレタンは、(メタ)アクリロイル基と水酸基を有する化合物およびイソシアネート基を有する化合物の反応、(メタ)アクリロイル基とイソシアネート基を有する化合物および(メタ)アクリロイル基を有しない水酸基を有する化合物の反応、または、(メタ)アクリロイル基と水酸基を有する化合物、2個以上のイソシアネート基を有する化合物、および水酸基含有化合物の反応、などにより得られる。
単量体(a−2)である単官能性重合性単量体としては、水酸基、エポキシ基などの官能基を有していてもよい。好ましい単官能性化合物は、(メタ)アクリル酸エステル、すなわち(メタ)アクリレートである。
単量体(a−1)は2種以上を併用することが好ましい場合が多い。そのうち1種以上の単量体(a−1)は(メタ)アクリロイル基を2〜3個有する化合物であり、他の1種以上は、それに比較して多数の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であることが好ましい。前者の単量体(a−1)は、(メタ)アクリロイル基を2個有する化合物が好ましい。
単量体(A)中における単量体(a−1)の合計の割合は、20〜100質量%、特に50〜100質量%、さらには70〜100質量%が好ましい。単量体(a−1)の割合がこれより少ないと耐擦傷性が不十分となるおそれがある。
(紫外線吸収剤(B))
紫外線吸収剤(B)の一部または全部は、重合性紫外線吸収剤(b−1)からなる。紫外線吸収剤(B)の量が少ない場合は、その全量が重合性紫外線吸収剤(b−1)からなることが好ましい。重合性紫外線吸収剤(b−1)を使用することにより、絶縁層形成用組成物中に比較的多量の紫外線吸収剤を配合しても、紫外線吸収剤の表面へのブリードや耐擦傷性等の著しい低下を伴わないという効果がある。
紫外線吸収剤(B)の一部または全部は、重合性紫外線吸収剤(b−1)からなる。紫外線吸収剤(B)の量が少ない場合は、その全量が重合性紫外線吸収剤(b−1)からなることが好ましい。重合性紫外線吸収剤(b−1)を使用することにより、絶縁層形成用組成物中に比較的多量の紫外線吸収剤を配合しても、紫外線吸収剤の表面へのブリードや耐擦傷性等の著しい低下を伴わないという効果がある。
重合性紫外線吸収剤(b−1)としては、下記に述べる重合性ベンゾフェノン系化合物および重合性ベンゾトリアゾール系化合物から選ばれる1種以上を含むものを用いることができる。
紫外線吸収剤(B)として、重合性紫外線吸収剤(b−1)以外の紫外線吸収剤を併用することができるが、多量に使用することは好ましくない。前記単量体(A)100質量部に対して、20質量部以下(特に、10質量部以下)が好ましい。
重合性紫外線吸収剤(b−1)以外の紫外線吸収剤としては、非重合性の紫外線吸収剤(以下、紫外線吸収剤(b−2)という。)が使用される。重合性紫外線吸収剤(b−1)以外の紫外線吸収剤の割合は、特に限定されないが、全紫外線吸収剤(B)中0〜80質量%、特に0〜50質量%が好ましい。
紫外線吸収剤(B)全体の使用量は、前記単量体(A)100質量部に対して、好ましくは0.1〜50質量部であり、より好ましくは1〜30質量部である。硬化被膜である絶縁層の厚さによっても変化するが、0.1質量部未満では絶縁層自体の耐候性が低下し、また50質量部を超えると硬化性の低下や物性の低下がおこる。
重合性ベンゾフェノン系化合物は、1個以上の(メタ)アクリロイル基と、1個以上のベンゾフェノン骨格を有する化合物である。通常、紫外線吸収能を有するベンゾフェノン系化合物は、ベンゾフェノン骨格の2つのベンゼン環の少なくとも一方に、1個以上の水酸基を有する。
具体的な重合性ベンゾフェノン系化合物の例としては、以下の化合物がある。2−ヒドロキシ−4−(メタ)アクリロイルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキ−4−(2−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−(2−アクリロイルオキシプロポキシ)ベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−(メタ)アクリロイルオキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−(2−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)ベンゾフェノン。
重合性ベンゾトリアゾール系化合物は、1個以上の(メタ)アクリロイル基と、1個以上のベンゾトリアゾール環を有する化合物である。通常、紫外線吸収能を有するベンゾトリアゾール系化合物は、ベンゾトリアゾール環の2位に1つのベンゼン環が結合している骨格を有する。すなわち、2−フェニルベンゾトリアゾールを骨格としている。しかもこのフェニル基の2位に水酸基を有する。好ましい重合性ベンゾトリアゾール系化合物は、2−ヒドロキシフェニル基の5位に(メタ)アクリロイル含有基を有する2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール類である。
紫外線吸収剤(b−2)としては、市販されている公知の紫外線吸収剤を使用できる。例えば、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、サリチル酸系紫外線吸収剤、フェニルトリアジン系紫外線吸収剤などがある。
(光重合開始剤(C))
光重合開始剤(C)としては、アリールケトン系光重合開始剤(例えば、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、アルキルアミノベンゾフェノン類、ベンジル類、ベンゾイン類、ベンゾインエーテル類、ベンジルジメチルケタール類、ベンゾイルベンゾエート類、α−アシロキシムエステル類など)、含硫黄系光重合開始剤(例えば、スルフィド類、チオキサントン類など)、アシルホスフィンオキシド類(例えば、アシルジアリールホスフィンオキシドなど)、その他の光重合開始剤がある。光重合開始剤は2種以上併用できる。また、光重合開始剤は、アミン類などの光増感剤と組み合わせても使用できる。
光重合開始剤(C)としては、アリールケトン系光重合開始剤(例えば、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、アルキルアミノベンゾフェノン類、ベンジル類、ベンゾイン類、ベンゾインエーテル類、ベンジルジメチルケタール類、ベンゾイルベンゾエート類、α−アシロキシムエステル類など)、含硫黄系光重合開始剤(例えば、スルフィド類、チオキサントン類など)、アシルホスフィンオキシド類(例えば、アシルジアリールホスフィンオキシドなど)、その他の光重合開始剤がある。光重合開始剤は2種以上併用できる。また、光重合開始剤は、アミン類などの光増感剤と組み合わせても使用できる。
光重合開始剤(C)の使用量は、単量体(A)100質量部に対して、0.1〜20質量部であることが好ましい。
(その他の成分)
(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物には、絶縁層5に撥水性を付与するために、下記式(1)で表される含フッ素重合性単量体(d−1)を配合してもよい。含フッ素重合性単量体(d−1)は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
CH2=C(R1)COOX1Rf…………(1)
(式中、R1、水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基、X1は炭素数1〜6の2価の有機基を示し、Rfは、炭素数4〜6のパーフルオロアルキル基を示す。)
(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物には、絶縁層5に撥水性を付与するために、下記式(1)で表される含フッ素重合性単量体(d−1)を配合してもよい。含フッ素重合性単量体(d−1)は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
CH2=C(R1)COOX1Rf…………(1)
(式中、R1、水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基、X1は炭素数1〜6の2価の有機基を示し、Rfは、炭素数4〜6のパーフルオロアルキル基を示す。)
上記式(1)で表される含フッ素重合性単量体(d−1)の具体例としては、パーフルオロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
Rfが炭素数4〜6のパーフルオロアルキル基であることにより、含フッ素重合性単量体(d−1)は、重合性単量体(A)等の他の成分との相溶性が良好であり、(i)絶縁層形成用組成物の塗膜を硬化させたときに、その重合体同士が凝集することがない。したがって、硬化物からなる絶縁層5が白濁することなく外観が良好であり、絶縁層5とその下層(例えば、高抵抗層3)との密着性が高くなる。Rfが炭素数3以下のパーフルオロアルキル基の場合、絶縁層5の撥水性が低下する。一方、Rfが炭素数7以上のパーフルオロアルキル基の場合、塗膜を硬化させたときに硬化物からなる絶縁層5が白濁したり、絶縁層5とその下層(例えば、高抵抗層3)との密着性が低くなったりする。
このような(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物には、必要に応じて、酸化防止剤、光安定剤、熱重合防止剤などの安定剤、レベリング剤、消泡剤、増粘剤、沈降防止剤、顔料分散剤、防曇剤などの界面活性剤類、近赤外線吸収剤等を適宜配合して用いてもよい。さらに、硬化被膜の耐擦傷性をより向上させる目的で、コロイダルシリカを配合してもよい。
さらに、(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物には、被膜の塗工性や、高抵抗層3などの下層との密着性を向上させる目的で、有機溶剤を配合してもよい。有機溶剤としては、単量体(A)、紫外線吸収剤(B)その他の添加剤の溶解性に問題がなければ特に限定されず、上記性能を満足させるものであればよい。また、2種以上の有機溶剤を併用できる。有機溶剤の使用量は、単量体(A)に対して質量で100倍以下、特に50倍以下が適当である。
有機溶剤としては、例えば、低級アルコール類、ケトン類、エーテル類、セロソルブ類などの有機溶剤がある。そのほか、n−ブチルアセテート、ジエチレングリコールモノアセテートなどのエステル類、ハロゲン化炭化水素類、炭化水素類なども使用できる。
(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物の硬化物からなる絶縁層5は、高抵抗層3を有する積層体の上に、前記各成分を含む(i)絶縁層形成用組成物を、ディップコート法、フローコート法、スプレーコート法、バーコート法、グラビアコート法、ロールコート法、ブレードコート法、エアーナイフコート法、スピンコート法等の方法で塗布し、有機溶剤を含む組成物の場合は乾燥させた後、紫外線を照射して硬化させることで形成することができる。
例えば、スピンコート法を適用して(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物(以下、(i)絶縁層形成用組成物と示すことがある。)の塗布を行う場合、高抵抗層3を有する積層体上に、(i)絶縁層形成用組成物を滴下した後、当該積層体を載置固定するステージを所定の回転数で回転させることで、積層体上面に、(i)絶縁層形成用組成物の均一な薄膜を形成することができる。
具体的には、例えば、高抵抗層3を有する積層体上への(i)絶縁層形成用組成物の滴下量を、約1cm3程度とした場合、積層体が載置されたステージの回転を、初期回転数を100〜300rpmで10〜15秒程度、その後最大回転数を1500〜2500rpmで0.1〜1.0秒程度行うことが好ましい。なお、(i)絶縁層形成用組成物が有機溶媒を含む場合、被膜形成後の積層体を、例えば100〜150℃の温度範囲で10分程度保持して、有機溶媒を除去することが好ましい。
具体的には、例えば、高抵抗層3を有する積層体上への(i)絶縁層形成用組成物の滴下量を、約1cm3程度とした場合、積層体が載置されたステージの回転を、初期回転数を100〜300rpmで10〜15秒程度、その後最大回転数を1500〜2500rpmで0.1〜1.0秒程度行うことが好ましい。なお、(i)絶縁層形成用組成物が有機溶媒を含む場合、被膜形成後の積層体を、例えば100〜150℃の温度範囲で10分程度保持して、有機溶媒を除去することが好ましい。
紫外線源としては、キセノンランプ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、カーボンアーク灯、タングステンランプ等が使用できる。紫外線照射の照射時間および照射強度は、前記単量体(A)の種類、紫外線吸収剤(B)の種類、光重合開始剤(C)の種類、被膜厚、紫外線源等の条件により適宜変えうる。通常は1〜60秒照射することにより硬化できる。さらに、硬化反応を完結させる目的で、紫外線照射後加熱処理することもできる。
紫外線照射の照射時間および照射強度は、例えば、照射光のエネルギー積算値が500〜2000mJ/cm2程度、照射強度のピーク値が100〜500mW/cm2となるように、適宜調整して行うことが好ましい。
前記のような(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物を、上述したスズおよびチタンを含む無機酸化物からなる高抵抗層3の上に塗布し、硬化させて絶縁層5を形成する場合には、高抵抗層3と絶縁層5との密着性を高めるため、高抵抗層3の上面に、樹脂成分との密着性を高めるための表面処理(以下、密着処理と示す。)を施した上で、(i)絶縁層形成用組成物を塗布することが好ましい。
密着性向上のための表面処理には、シラン系カップリング剤を用いることができる。表面処理に用いるシラン系カップリング剤としては、例えば、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
密着処理は、上記のシラン系カップリング剤を、低級アルコール類、ケトン類、エーテル類、セロソルブ類などの有機溶剤と混合してなる組成物を、高抵抗層3の上面にディップコート法、フローコート法、スプレーコート法、バーコート法、グラビアコート法、ロールコート法、ブレードコート法、エアーナイフコート法、スピンコート法等の方法で塗布し、乾燥させることで行うことができる。
例えば、スピンコート法を適用して高抵抗層3上面の密着処理を行う場合、高抵抗層3を有する積層体上に、上述したシラン系カップリング剤を含む組成物を滴下した後、当該積層体を載置固定するステージを所定の回転数で回転させることで、積層体上面にシラン系カップリング剤を含む組成物の薄膜を形成し、密着処理を行うことができる。
具体的には、例えば、シラン系カップリング剤を含む組成物の高抵抗層3上面への滴下量を、約1cm3程度とした場合、積層体が載置されたステージの回転を、初期回転数を500rpm〜1500rpmで5〜15秒程度、その後最大回転数を1500rpm〜2500rpmで0.1〜1.0秒の回転時間で行うことが好ましい。
なお、密着処理に用いた組成物が有機溶媒を含む場合、密着処理後の積層体を、100〜150℃で30分間程度保持して、当該有機溶媒を除去することが好ましい。
具体的には、例えば、シラン系カップリング剤を含む組成物の高抵抗層3上面への滴下量を、約1cm3程度とした場合、積層体が載置されたステージの回転を、初期回転数を500rpm〜1500rpmで5〜15秒程度、その後最大回転数を1500rpm〜2500rpmで0.1〜1.0秒の回転時間で行うことが好ましい。
なお、密着処理に用いた組成物が有機溶媒を含む場合、密着処理後の積層体を、100〜150℃で30分間程度保持して、当該有機溶媒を除去することが好ましい。
絶縁層5を、このような(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物を硬化させてなる層とすることで、絶縁層5の形成速度が高められ、触覚センサー用前面板10の製造の効率を高めることができる。
<(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物>
(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物としては、例えば、コロイドシリカ(f−1)およびオルガノアルコキシシランの部分縮合物(f−2)からなる固形成分を含む水性/有機溶剤分散物(F)を含有してなるものを、好適に用いることができる。
(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物としては、例えば、コロイドシリカ(f−1)およびオルガノアルコキシシランの部分縮合物(f−2)からなる固形成分を含む水性/有機溶剤分散物(F)を含有してなるものを、好適に用いることができる。
オルガノアルコキシシランは、好ましくはメチルトリメトキシシラン、メチルトリヒドロキシシラン、またはそれらの混合物であり、これらは部分縮合物(f−2)を形成し得る。上記以外に、テトラエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、およびジメチルジメトキシシランが挙げられる。
前記水性/有機溶剤分散物(F)は、具体的には、メチルトリメトキシシランのようなトリアルコキシシランを、商業的に入手し得るコロイドシリカの水性分散物に添加することによって製造することができる。このようなコロイドシリカの水性分散物としては、例えば「ルドックス(Ludox)HS」(デュポン社製)や、「ナルコ(Nalco)」1034A(ナルコ・ケミカル社(Nalco Chemical Co.)製)などが挙げられる。
(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物は、前記したような、オルガノアルコキシシラン、コロイドシリカ(f−1)および十分量のアルコールからなる水性/有機溶剤分散物(F)に、接着促進剤(G)を混合してなるものとすることが好ましい。接着促進剤(G)としては、カプロラクトン基ポリエステルポリオールを好適に用いることができる。熱硬化型の絶縁層形成用組成物(ii)を、上記のような水性/有機溶剤分散物(F)を含んでなるものとする場合、絶縁層形成用組成物(ii)は、コロイドシリカ(f−1)を10〜70質量%および式(5)で示されるオルガノアルコキシシランの部分縮合物(f−2)30〜90質量%からなる固形成分を、10〜50質量%の割合で含む水性/有機溶剤分散物(F)100質量部に対し、アクリル系ポリオールからなる接着促進剤(G)を1〜10質量部含有してなるものが好ましい。
(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物には、紫外線吸収剤を、配合することができる。(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物に配合する紫外線吸収剤(H)としては、シランと共反応し、かつ加熱硬化工程中にほとんど揮発しないものが好適であり、例えば、4[γ−(トリメトキシシリル)プロポキシ]−2、ヒドロキシベンゾフェノン、4[γ−(トリエトキシシリル)プロポキシ]−2、ヒドロキシベンゾフェノンまたはそれらの混合物が好適である。紫外線吸収剤(H)は、熱硬化型絶縁層形成用組成物(ii)に対し、2〜20質量%の濃度で配合することができる。
(ii)熱硬化型絶縁層形成用組成物には、さらに、遊離基開始剤、立体障害アミン型光安定剤、酸化防止剤、染料、流動性改良剤および均展剤または表面滑剤のような他の添加剤を配合することができる。また、硬化時間を低減するため、触媒として、例えば、テトラ−n−ブチルアンモニウムアセテート(TBAA)またはテトラ−n−ブチルアンモニウムホルメートのようなテトラブチルアンモニウムカルボキシレート触媒を配合することもできる。
(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物の硬化物からなる絶縁層5は、高抵抗層3を有する積層体の上に、上記(ii)絶縁層形成用組成物をディップコート法、フローコート法、スプレーコート法、バーコート法、グラビアコート法、ロールコート法、ブレードコート法、エアーナイフコート法、スピンコート法等のような周知の方法によって塗布した後、100〜150℃の温度で30〜90分程度加熱するか、あるいは赤外線またはマイクロ波エネルギーを用いて硬化させることで形成することができる。
例えば、スピンコート法を適用して(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物(以下、(ii)絶縁層形成用組成物と示すことがある。)の塗布を行う場合、高抵抗層3を有する積層体上に(ii)絶縁層形成用組成物を滴下した後、当該積層体を載置固定するステージを所定の回転数で回転させることで、積層体上面に、(ii)絶縁層形成用組成物の均一な薄膜を形成することができる。
積層体を載置固定するステージの回転は、具体的には、例えば、高抵抗層3を有する積層体上への(ii)絶縁層形成用組成物の滴下量を、約1cm3とした場合、初期回転数を100〜300rpmで10〜15秒程度、その後最大回転数を1500〜2500rpm程度で0.1〜1.0秒の回転時間で行うことが好ましい。
積層体を載置固定するステージの回転は、具体的には、例えば、高抵抗層3を有する積層体上への(ii)絶縁層形成用組成物の滴下量を、約1cm3とした場合、初期回転数を100〜300rpmで10〜15秒程度、その後最大回転数を1500〜2500rpm程度で0.1〜1.0秒の回転時間で行うことが好ましい。
絶縁層5を、このような(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物を硬化させてなる層とすることで、絶縁層5の形成速度が高められ、触覚センサー用前面板10の製造効率を高めることができる。
絶縁層5を、(i)紫外線硬化型の絶縁層形成用組成物または(ii)熱硬化型の絶縁層形成用組成物を硬化してなる層とした場合、絶縁層5の厚さは、好ましくは1μm以上100μm以下であり、より好ましくは1μm以上30μm以下であり、さらに好ましくは1μm以上10μm以下である。
前記絶縁層形成用組成物の硬化物からなる絶縁層5の厚さを1μm以上とすることで、十分な耐摩耗性や耐候性を得ることができる。また、絶縁層5の厚さを2μm以上とすることで、反射色味の角度依存性を低減でき、視認性に優れたものとすることができる。一方、絶縁層形成用組成物の硬化物からなる絶縁層5の厚さを100μm以下とすることで、絶縁層5の深部においても硬化が十分に進行し、優れた光透過性を得ることができ、また触覚センサー用前面板10において適度な曲げ強度を得ることができる。
<(iii)無機酸化物を主成分とする絶縁材料>
絶縁層5は、前記した有機系の絶縁層形成用組成物の硬化物からなる層に限定されない。電気的絶縁性すなわち上述した体積抵抗値を有し、かつ光透過性を有する無機酸化物を主成分とする絶縁材料により、絶縁層5を構成することができる。
絶縁層5は、前記した有機系の絶縁層形成用組成物の硬化物からなる層に限定されない。電気的絶縁性すなわち上述した体積抵抗値を有し、かつ光透過性を有する無機酸化物を主成分とする絶縁材料により、絶縁層5を構成することができる。
無機酸化物を主成分とする絶縁材料からなる絶縁層5としては、例えば、ケイ素酸化物を主成分とする層、アルミニウム酸化物を主成分とする層が挙げられる。これらの中でも、ケイ素酸化物を主成分とする絶縁層5は、可視光に対して良好な光透過性および低反射性を確保しつつ、十分な耐摩耗性や耐候性を有する触覚センサー用前面板10が得られるため、好適に用いられる。
ケイ素酸化物を主成分とする層としては、ケイ素酸化物のみからなる層、またはケイ素酸化物を主成分とし、かつケイ素以外の元素(例えば、ホウ素、リン)を含む層が挙げられる。
このような無機酸化物を主成分とする絶縁層5は、上述した高抵抗層3の形成と同様にして、DCマグネトロンスパッタリング等のDCスパッタリング、ACスパッタリング、RFスパッタリングなどの方法により、高抵抗層3の上に形成することができる。
絶縁層5をケイ素酸化物を主成分とする層とする場合、絶縁層5の形成に用いられるターゲットとしては、ケイ素のみからなるもの、またはケイ素を主成分として含み、ホウ素、リン等公知のドーパントをドープしたものが挙げられる。
無機酸化物を主成分とする絶縁層5のスパッタリングによる形成は、上述した高抵抗層3におけるスパッタリングと同様にして、スパッタガスの圧力や成膜速度等の条件を適宜調整して行うことができる。
なお、無機酸化物を主成分とする絶縁層5の形成は、前記スパッタリング法に限定されず、例えば、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレート法等のスパッタ方式以外の物理気相析出法や、プラズマCVD法等の化学気相析出法等を用いて行うことができる。
絶縁層5を、上記のような無機酸化物からなる層とした場合、その厚さは、好ましくは50nm以上5μm以下であり、より好ましくは50nm以上1μm以下であり、さらに好ましくは50nm以上500nm以下である。
無機酸化物からなる絶縁層5の厚さを50nm以上とすることで、絶縁層5において十分な耐摩耗性や耐候性を得ることができる。また、絶縁層5の厚さを5μm以下とすることで、適度な曲げ強度を有し、かつ十分な光透過性が得られるものとすることができる。特に、絶縁層4の厚さを500nm以下とすることで、反射色味の角度依存性を低減でき、視認性に優れたものとすることができる。
触覚センサー用前面板10において、視感透過率、視感反射率等の点で優れた光学特性を得る観点から、絶縁層5の屈折率(n)は、1.3〜1.8が好ましい。
[撥水層]
絶縁層5が、上記した含フッ素重合性単量体(d−1)のような撥水性を付与する成分を含有していない場合には、この絶縁層5表面に接した水分が拡散、付着し易い。その結果、電荷が蓄積された高抵抗層3と、絶縁層5表層に近接した指先などの感覚受容体Xとの間に働く静電引力(クーロン力)が遮蔽されるため、触覚センサーとしての機能が十分に得られなくなるおそれがある。そのため、撥水性を付与する成分を十分量含有しない絶縁層5の上面には、図5に示すように、さらに撥水層7を形成することが好ましい。具体的には、絶縁層5が無機酸化物を主成分とする絶縁材料から構成された層である場合に、絶縁層5の上面に撥水層7が形成されることが好ましい。絶縁層5としてケイ素酸化物を主成分とする層である場合に、その上面に撥水層7が形成されることがより好ましい。前記構成とすることで、触覚センサーとしての機能が十分得られる。
絶縁層5が、上記した含フッ素重合性単量体(d−1)のような撥水性を付与する成分を含有していない場合には、この絶縁層5表面に接した水分が拡散、付着し易い。その結果、電荷が蓄積された高抵抗層3と、絶縁層5表層に近接した指先などの感覚受容体Xとの間に働く静電引力(クーロン力)が遮蔽されるため、触覚センサーとしての機能が十分に得られなくなるおそれがある。そのため、撥水性を付与する成分を十分量含有しない絶縁層5の上面には、図5に示すように、さらに撥水層7を形成することが好ましい。具体的には、絶縁層5が無機酸化物を主成分とする絶縁材料から構成された層である場合に、絶縁層5の上面に撥水層7が形成されることが好ましい。絶縁層5としてケイ素酸化物を主成分とする層である場合に、その上面に撥水層7が形成されることがより好ましい。前記構成とすることで、触覚センサーとしての機能が十分得られる。
撥水層7は、含フッ素化合物または含ケイ素化合物(以下、撥水剤と示す。)を含有する撥水層形成用組成物の硬化物により構成することができる
前記含フッ素化合物または含ケイ素化合物としては、撥水性等の点から、含フッ素シランカップリング剤が好ましく、フルオロアルキル基を有するシランカップリング剤が特に好ましい。フルオロアルキル基としては、パーフルオロアルキル基;パーフルオロ(ポリオキシアルキレン)鎖を含むフルオロアルキル基等が挙げられる。
市販されているフルオロアルキル基を有するシランカップリング剤としては、Gelest社製のAQUAPHOBE CF、3M社製のノベック EGC−1720、ダイキン社製のオプツールDSX(パーフルオロ(ポリオキシアルキレン)鎖を有するシランカップリング剤)等が挙げられる。
撥水層6は、上述した撥水剤を含有する撥水層形成用組成物を、絶縁層5の上に塗布した後加熱処理する方法、または絶縁層5の上面で撥水剤を気相蒸着させた後加熱処理する方法などにより形成することができる。撥水層形成用組成物の塗布により撥水層6を形成する場合、塗布方法としては、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、スリットコート法、スプレーコート法等が挙げられる。加熱処理の温度は、20〜150℃が好ましく、生産性の点から、70〜140℃が特に好ましい。撥水剤の反応性を高めるために、加熱処理の際に湿度を制御してもよい。
撥水層形成用組成物の蒸着により撥水層6を形成する場合には、例えば、上述した撥水層形成用組成物から溶媒を除去した後、真空状態で250〜300℃に加熱し、撥水剤を気相状態とした雰囲気下に絶縁層5を有する積層体を投入し、撥水剤の気体分子を積層体表面に付着させて、積層体上面に、撥水剤の均一な薄膜を形成することができる。
[透明電極6a]
透明基板2における高抵抗層3が配設された面と反対側の面には、タッチパネル本体を駆動させるための透明電極6aが配設されていてもよい。透明電極6aを構成する材料としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、インジウム・ガリウムドープ酸化亜鉛(IGZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)等が挙げられる。その中でもITOが、透過性、抵抗安定性および耐久性が良好であるため好ましい。透明電極6aの厚さは、50〜500nmであることが好ましく、100〜300nmであることがより好ましい。厚さが50nm以上であることで、十分な抵抗が得られるうえに、抵抗の安定性が確保できるので好ましい。500nm以下であることで、十分な透過率を確保できるため好ましい。
透明基板2における高抵抗層3が配設された面と反対側の面には、タッチパネル本体を駆動させるための透明電極6aが配設されていてもよい。透明電極6aを構成する材料としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、インジウム・ガリウムドープ酸化亜鉛(IGZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)等が挙げられる。その中でもITOが、透過性、抵抗安定性および耐久性が良好であるため好ましい。透明電極6aの厚さは、50〜500nmであることが好ましく、100〜300nmであることがより好ましい。厚さが50nm以上であることで、十分な抵抗が得られるうえに、抵抗の安定性が確保できるので好ましい。500nm以下であることで、十分な透過率を確保できるため好ましい。
透明電極6aの形成方法は、まずスパッタリング法、;蒸着法等により透明電極6aを形成する材料の膜を透明電極2の表面に形成する。そして、前記膜を、フォトリソグラフィ法、レーザーパターニング法等により所望の形状にパターニングすることにより形成できる。
本発明の第2の実施形態である触覚センサー用前面板10は、以下に示す各特性を有することが好ましい。
(視感透過率および視感反射率)
触覚センサー用前面板10の視感透過率は、85%以上であることが好ましい。85%以上の視感透過率を有することで、十分な視認性を得ることができる。触覚センサー用前面板10の視感透過率は、高ければ高いほどよいが、用いる材料の透過率を考慮すると95%が上限である。
また、触覚センサー用前面板10の視感反射率は、14%以下が好ましく、2%以下がより好ましく、1%以下がさらに好ましい。
触覚センサー用前面板10の視感透過率は、85%以上であることが好ましい。85%以上の視感透過率を有することで、十分な視認性を得ることができる。触覚センサー用前面板10の視感透過率は、高ければ高いほどよいが、用いる材料の透過率を考慮すると95%が上限である。
また、触覚センサー用前面板10の視感反射率は、14%以下が好ましく、2%以下がより好ましく、1%以下がさらに好ましい。
(静摩擦係数)
触覚センサー用前面板10の静摩擦係数は、0.2以下であることが好ましく、0.15以下であることがより好ましい。また、触覚センサー用前面板10の動摩擦係数は、0.2以下であることが好ましく、0.15以下であることがより好ましい。なお、この静摩擦係数および動摩擦係数は、触覚センサー用前面板10を構成する表層の静摩擦係数および動摩擦係数である。
触覚センサー用前面板10の静摩擦係数は、0.2以下であることが好ましく、0.15以下であることがより好ましい。また、触覚センサー用前面板10の動摩擦係数は、0.2以下であることが好ましく、0.15以下であることがより好ましい。なお、この静摩擦係数および動摩擦係数は、触覚センサー用前面板10を構成する表層の静摩擦係数および動摩擦係数である。
(押し込み弾性率)
触覚センサー用前面板10は、微小硬度測定試験を用いて評価した押込み弾性率が、2.5GPa以上であることが好ましく、3.0GPa以上であることがより好ましい。
ここで、「微小硬度測定試験」は、侵入深さから硬さを算出する試験方法であり、これにより、押込み硬さに相当する押込み弾性率(GPa)を知ることができる。この硬さは、触覚センサー用前面板10の「硬さ」、すなわち、耐擦傷性といった機械的強度を表す指針となる。
触覚センサー用前面板10は、微小硬度測定試験を用いて評価した押込み弾性率が、2.5GPa以上であることが好ましく、3.0GPa以上であることがより好ましい。
ここで、「微小硬度測定試験」は、侵入深さから硬さを算出する試験方法であり、これにより、押込み硬さに相当する押込み弾性率(GPa)を知ることができる。この硬さは、触覚センサー用前面板10の「硬さ」、すなわち、耐擦傷性といった機械的強度を表す指針となる。
(水接触角)
触覚センサー用前面板10の水に対する接触角は、80度以上であることが好ましく、90度以上であることがより好ましい。なお、この水に対する接触角は、触覚センサー用前面板1を構成する表層について、接触角計を用いて測定したものである。
触覚センサー用前面板10の水に対する接触角は、80度以上であることが好ましく、90度以上であることがより好ましい。なお、この水に対する接触角は、触覚センサー用前面板1を構成する表層について、接触角計を用いて測定したものである。
このような触覚センサー用前面板10によれば、高抵抗層3の表面抵抗値が1〜100MΩ/□とされているので、高抵抗層3とタッチパネル本体6に設けた透明電極6aとの電気的作用を生じることなく、所望の触覚を再現性よく発現できる。したがって、優れた触覚センサー感度が得られる。また、視感透過率が高く、優れた視認性を得ることができる。
以下、実施例を参照して具体的に説明する。
<絶縁層形成用組成物の調製>
(紫外線硬化性樹脂A1の調製)
撹拌機を装着した300mLの4つ口フラスコに、酢酸ブチル1級(純正化学社製)163gと2−プロパノール41gを入れ、ここに反応型紫外線吸収剤(大塚化学社製、商品名;R-UVA93)2g、光安定剤(BASF社製、商品名;TINUVIN292)1g、レベリング剤(ビックケミー社製、商品名;BYK306)0.65g、光重合開始剤(BASF社製、商品名;Irgacure907)2.5g、および重合禁止剤ハイドロキノンモノメチルエーテル(純正化学社製)0.1gを加え、溶解させた。
(紫外線硬化性樹脂A1の調製)
撹拌機を装着した300mLの4つ口フラスコに、酢酸ブチル1級(純正化学社製)163gと2−プロパノール41gを入れ、ここに反応型紫外線吸収剤(大塚化学社製、商品名;R-UVA93)2g、光安定剤(BASF社製、商品名;TINUVIN292)1g、レベリング剤(ビックケミー社製、商品名;BYK306)0.65g、光重合開始剤(BASF社製、商品名;Irgacure907)2.5g、および重合禁止剤ハイドロキノンモノメチルエーテル(純正化学社製)0.1gを加え、溶解させた。
次いで、この溶液に、多官能アクリレート(新中村化学社製、商品名;U15HA)40g、多官能アクリレート(東亞合成社製、商品名;M325)60g、およびアクリル樹脂(三菱レイヨン社製、商品名;LR248)33gを加え、均一になるまで室温で撹拌し、溶解させて、絶縁層形成用組成物である紫外線硬化性樹脂A1を得た。
(紫外線硬化性樹脂A2の調製)
撹拌機を装着した300mLの4つ口フラスコに、酢酸ブチル1級(純正化学社製)163gと2−プロパノール41gを入れ、ここに反応型紫外線吸収剤(大塚化学社製、商品名;R-UVA93)2g、光安定剤(BASF社製、商品名;TINUVIN292)1g、レベリング剤(ビックケミー社製、商品名;BYK306)0.65g、光重合開始剤(BASF社製、商品名;Irgacure907)2.5g、および重合禁止剤ハイドロキノンモノメチルエーテル(純正化学社製)0.1gを加え、溶解させた。
撹拌機を装着した300mLの4つ口フラスコに、酢酸ブチル1級(純正化学社製)163gと2−プロパノール41gを入れ、ここに反応型紫外線吸収剤(大塚化学社製、商品名;R-UVA93)2g、光安定剤(BASF社製、商品名;TINUVIN292)1g、レベリング剤(ビックケミー社製、商品名;BYK306)0.65g、光重合開始剤(BASF社製、商品名;Irgacure907)2.5g、および重合禁止剤ハイドロキノンモノメチルエーテル(純正化学社製)0.1gを加え、溶解させた。
次いで、この溶液に、多官能アクリレート(新中村化学社製、商品名;U15HA)60g、多官能アクリレート(東亞合成社製、商品名;M325)40g、含フッ素アクリレート(旭硝子社製、商品名;C6FMA)1gおよびアクリル樹脂(三菱レイヨン社製、商品名;LR248)17gを加え、均一になるまで室温で撹拌し、溶解させて、絶縁層形成用組成物である紫外線硬化性樹脂A2を得た。
(熱硬化性樹脂B1)
熱硬化性の絶縁層形成用組成物として、熱硬化型シリコーンハードコート剤(モメンティブ社製、商品名;PHC587C)を使用した。以下、このシリコーンハードコート剤を熱硬化性樹脂B1と示す。
熱硬化性の絶縁層形成用組成物として、熱硬化型シリコーンハードコート剤(モメンティブ社製、商品名;PHC587C)を使用した。以下、このシリコーンハードコート剤を熱硬化性樹脂B1と示す。
実施例1
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)を真空チャンバー内に投入し、チャンバー内の圧力が1×10−4Paとなるまで排気した。その後、ガラス基板上に下記条件で成膜処理を行い、高抵抗層a1を形成した。
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)を真空チャンバー内に投入し、チャンバー内の圧力が1×10−4Paとなるまで排気した。その後、ガラス基板上に下記条件で成膜処理を行い、高抵抗層a1を形成した。
すなわち、アルゴンガスに2体積%の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、酸化スズターゲット(AGCセラミックス社製、商品名;GITターゲット)と酸化チタンターゲット(AGCセラミックス社製、商品名;TXOターゲット)を用いて、圧力0.1Paでマグネトロンスパッタリング法によりコスパッタリングを行った。
GITターゲットは、周波数20kHz、電力密度3W/cm2、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行い、TXOターゲットは、周波数20kHz、電力密度4W/cm2、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行った。その結果、ガラス基板表面に、厚さ20nmの高抵抗層a1が形成された。
GITターゲットは、周波数20kHz、電力密度3W/cm2、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行い、TXOターゲットは、周波数20kHz、電力密度4W/cm2、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行った。その結果、ガラス基板表面に、厚さ20nmの高抵抗層a1が形成された。
この高抵抗層a1の原子組成をX線光電子分光装置(ESCA)(Physical Electronics社製、装置名:Quantera SXM)により分析したところ、スズとチタンの原子比率(Sn/Ti)は90/10であった。
次いで、高抵抗層a1の上に、以下の方法で密着処理を行った。
まず、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学製、商品名;KBM503)をエタノールで0.1質量%に希釈し、この希釈液を、上記の高抵抗層a1の表面に約1cm3滴下した後、スピンコーターにより、回転数1000rpmで10秒間、次いで2000rpmで0.5秒間回転させて塗布した。その後、恒温槽に入れて120℃で30分間保持し、塗布層を硬化させた。こうして、高抵抗層a1の上に密着処理を行った。
まず、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学製、商品名;KBM503)をエタノールで0.1質量%に希釈し、この希釈液を、上記の高抵抗層a1の表面に約1cm3滴下した後、スピンコーターにより、回転数1000rpmで10秒間、次いで2000rpmで0.5秒間回転させて塗布した。その後、恒温槽に入れて120℃で30分間保持し、塗布層を硬化させた。こうして、高抵抗層a1の上に密着処理を行った。
次に、以下の方法で絶縁層b1を形成した。
まず、密着処理を施した高抵抗層a1の表面に、紫外線硬化性樹脂A1を約1cm3滴下し、スピンコーターにより、回転数200rpmで10秒間、次いで2000rpmで0.5秒間回転させて被膜を形成した。その後、恒温槽に入れて120℃で10分間保持し、被膜を乾燥させた。
まず、密着処理を施した高抵抗層a1の表面に、紫外線硬化性樹脂A1を約1cm3滴下し、スピンコーターにより、回転数200rpmで10秒間、次いで2000rpmで0.5秒間回転させて被膜を形成した。その後、恒温槽に入れて120℃で10分間保持し、被膜を乾燥させた。
次に、乾燥被膜が形成された積層体に対し、コンベア付UV照射装置(ウシオ電機製、装置名;UVC-02516S1)を用いて、UV照射の積算値が1000mJ/cm2、ピーク値が375mW/cm2となるように、搬送速度とUV強度を調整しながらUV照射を行って前記被膜を硬化させ、紫外線硬化性樹脂A1の硬化物からなる絶縁層b1を形成した。絶縁層b1の厚さは10μmであった。
こうして、ガラス基板上に、高抵抗層a1と絶縁層b1とが積層された触覚センサー用前面板1を得た。
こうして、ガラス基板上に、高抵抗層a1と絶縁層b1とが積層された触覚センサー用前面板1を得た。
実施例2
絶縁層形成用組成物として、紫外線硬化性樹脂A1に代えて紫外線硬化性樹脂A2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、ガラス基板上に、厚さ20nmの高抵抗層a1、厚さ10μmの絶縁層b2が積層された触覚センサー用前面板2を得た。
絶縁層形成用組成物として、紫外線硬化性樹脂A1に代えて紫外線硬化性樹脂A2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、ガラス基板上に、厚さ20nmの高抵抗層a1、厚さ10μmの絶縁層b2が積層された触覚センサー用前面板2を得た。
実施例3
ガラス基板上に、実施例1と同様にして高抵抗層a1を形成した。この高抵抗層a1の上に、密着処理を施すことなく、以下に示すようにして絶縁層b3を形成した。
すなわち、高抵抗層a1上に熱硬化性樹脂B1を約1cm3滴下し、スピンコーターにより、回転数200rpmで10秒間、次いで2000rpmで0.5秒回転させた後、恒温槽に入れ、120℃で60分間保持して熱硬化性樹脂B1を熱硬化させて、絶縁層b3を形成した。絶縁層b3の厚さは5μmであった。
こうして、ガラス基板上に、高抵抗層a1と絶縁層b3が積層された触覚センサー用前面板3を得た。
ガラス基板上に、実施例1と同様にして高抵抗層a1を形成した。この高抵抗層a1の上に、密着処理を施すことなく、以下に示すようにして絶縁層b3を形成した。
すなわち、高抵抗層a1上に熱硬化性樹脂B1を約1cm3滴下し、スピンコーターにより、回転数200rpmで10秒間、次いで2000rpmで0.5秒回転させた後、恒温槽に入れ、120℃で60分間保持して熱硬化性樹脂B1を熱硬化させて、絶縁層b3を形成した。絶縁層b3の厚さは5μmであった。
こうして、ガラス基板上に、高抵抗層a1と絶縁層b3が積層された触覚センサー用前面板3を得た。
実施例4
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)を真空チャンバー内に投入し、チャンバー内の圧力が1×10−4Paとなるまで排気した。その後、ガラス基板上に下記条件で成膜処理を行い、バリア層c1および高抵抗層a1を順に形成した。
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)を真空チャンバー内に投入し、チャンバー内の圧力が1×10−4Paとなるまで排気した。その後、ガラス基板上に下記条件で成膜処理を行い、バリア層c1および高抵抗層a1を順に形成した。
まず、アルゴンガスに40体積%の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、Siターゲットを用いて、圧力0.3Pa、周波数20kHz、電力密度3.8W/cm2、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行い、ガラス基板の表面に、ケイ素酸化物からなる厚さ20nmのバリア層c1を形成した。
次いで、バリア層c1の上に、実施例1と同様にして、厚さ20nmの高抵抗層a1を形成した。こうして、ガラス基板上にバリア層c1と高抵抗層a1の2層を積層した積層体を得た。
次に、こうして得られた積層体の高抵抗層a1の上に、実施例1と同様にして密着処理を施した後、実施例2と同様にして、厚さ10μmの絶縁層b2を形成し、触覚センサー用前面板4を得た。
実施例5
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)上に、実施例4と同様にして、厚さ20nmのバリア層c1を形成した。次いで、GITターゲットにおけるパルススパッタリングの電力密度を、3W/cm2から3.8W/cm2に変更したこと以外は実施例1と同様にして、マグネトロンスパッタ方式によりコスパッタリングを行った。こうして、バリア層c1上に、厚さ20nmの高抵抗層a2を形成した。
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)上に、実施例4と同様にして、厚さ20nmのバリア層c1を形成した。次いで、GITターゲットにおけるパルススパッタリングの電力密度を、3W/cm2から3.8W/cm2に変更したこと以外は実施例1と同様にして、マグネトロンスパッタ方式によりコスパッタリングを行った。こうして、バリア層c1上に、厚さ20nmの高抵抗層a2を形成した。
この高抵抗層a2の原子組成をESCA(Physical Electronics社製、装置名:Quantera SXM)により分析したところ、スズとチタンの原子比率(Sn/Ti)は93/7であった。
次いで、アルゴンガスに40体積%の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、Siターゲットを用いて、圧力0.3Pa、周波数20kHz、電力密度3.8W/cm2、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行い、高抵抗層a2の上に、ケイ素酸化物からなる厚さ100nmの絶縁層b4を形成した。
次に、絶縁層b4上に、以下の方法で撥水層d1を形成した。まず、加熱容器としてのるつぼ内に、蒸着材料であるオプツールDSX(商品名、ダイキン工業株式会社製)75gを投入した後、るつぼ内を真空ポンプで10時間以上脱気して、溶媒除去を行った。
その後、真空チャンバー内でるつぼ内の温度が270℃に達するまで加熱し、さらにるつぼ内の温度が安定するまで10分間程度保持してから、ガラス基板上にバリア層c1、高抵抗層a2および絶縁層b4が順に形成された積層体を真空チャンバー内に導入し、前記蒸着材料の蒸着による成膜を行った。こうして、絶縁層b4上に厚さ15nmの撥水層d1を形成し、触覚センサー用前面板5を得た。
実施例6
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)を真空チャンバー内に投入し、チャンバー内の圧力が1×10−4Paとなるまで排気した後、ガラス基板上に下記条件で成膜処理を行い、バリア層c2および高抵抗層a3を順に形成した。
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)を真空チャンバー内に投入し、チャンバー内の圧力が1×10−4Paとなるまで排気した後、ガラス基板上に下記条件で成膜処理を行い、バリア層c2および高抵抗層a3を順に形成した。
まず、アルゴンガスに5体積%の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、酸化インジウムに30質量%の酸化シリコンを混合してなるターゲットを用いて、圧力0.3Pa、周波数20kHz、電力密度3.8W/cm2、反転パルス幅5μsecの条件でパルススパッタリングを行い、ガラス基板の表面に、厚さ70nmのバリア層c2を形成した。
次いで、真空チャンバー内に導入するガスを、「アルゴンガスに2体積%の酸素ガスを混合した混合ガス」から「アルゴンガスに5体積%の酸素ガスを混合した混合ガス」に変更し、GITターゲットにおけるパルススパッタリングの電力密度を、「3W/cm2」に代えて「3.8W/cm2」としたこと以外は、実施例1と同様にして、マグネトロンスパッタ方式によりコスパッタリングを行った。こうして、バリア層c2上に、厚さ100nmの高抵抗層a3を形成した。
この高抵抗層a3の原子組成をESCA(Physical Electronics社製、装置名:Quantera SXM)により分析したところ、スズとチタンの原子比率(Sn/Ti)は93/7であった。
次いで、高抵抗層a3上に、実施例5と同様にして、ケイ素酸化物からなる厚さ90nmの絶縁層b4を形成した後、さらに絶縁層b4上に、実施例5と同様にして厚さ15nmの撥水層d1を形成した。こうして、ガラス基板上に、バリア層c2、高抵抗層a3、絶縁層b4、および撥水層d1が順に積層された触覚センサー用前面板6を得た。
実施例7
絶縁層の厚さを1μmとしたこと以外は、実施例5と同様にして、ガラス基板上に、厚さ20nmのバリア層c1、厚さ20nmの高抵抗層a2、厚さ1μmの絶縁層b4、および厚さ15nmの撥水層d1を順に積層し、触覚センサー用前面板7を得た。
絶縁層の厚さを1μmとしたこと以外は、実施例5と同様にして、ガラス基板上に、厚さ20nmのバリア層c1、厚さ20nmの高抵抗層a2、厚さ1μmの絶縁層b4、および厚さ15nmの撥水層d1を順に積層し、触覚センサー用前面板7を得た。
実施例8
ガラス基板としてASガラスに代えて、化学強化されたアルミノシリケートガラス基板(縦100mm×横100mm×厚さ0.8mm)を用いたこと以外は実施例4と同様にして、触覚センサー用前面板8を得た。なお、用いたガラス基板におけるガラス材料の組成は、モル表示で、SiO2を64.5%、Al2O3を8%、Na2Oを12.5%、K2Oを4%、MgOを10.5%、CaOを0.1%、SrOを0.1%、BaOを0.1%およびZrO2を0.5%含有するものであった。化学強化は、前記アルミノシリケートガラス板をKNO3溶融塩に浸漬しイオン交換処理した後、室温付近まで冷却することにより作製した。得られた強化ガラスの表面圧縮応力は、735MPa、圧縮応力層の厚さは51.2μmであった。表面圧縮応力および圧縮応力層の厚さは、表面圧縮応力計(折原製作所社製、装置名:FSM−6000)を用いて測定した。
実施例9
ガラス基板としてASガラスに代えて、実施例8で用いたのと同じ化学強化されたアルミノシリケートガラス基板を用いたこと以外は実施例5と同様にして、触覚センサー用前面板9を得た。
ガラス基板としてASガラスに代えて、化学強化されたアルミノシリケートガラス基板(縦100mm×横100mm×厚さ0.8mm)を用いたこと以外は実施例4と同様にして、触覚センサー用前面板8を得た。なお、用いたガラス基板におけるガラス材料の組成は、モル表示で、SiO2を64.5%、Al2O3を8%、Na2Oを12.5%、K2Oを4%、MgOを10.5%、CaOを0.1%、SrOを0.1%、BaOを0.1%およびZrO2を0.5%含有するものであった。化学強化は、前記アルミノシリケートガラス板をKNO3溶融塩に浸漬しイオン交換処理した後、室温付近まで冷却することにより作製した。得られた強化ガラスの表面圧縮応力は、735MPa、圧縮応力層の厚さは51.2μmであった。表面圧縮応力および圧縮応力層の厚さは、表面圧縮応力計(折原製作所社製、装置名:FSM−6000)を用いて測定した。
実施例9
ガラス基板としてASガラスに代えて、実施例8で用いたのと同じ化学強化されたアルミノシリケートガラス基板を用いたこと以外は実施例5と同様にして、触覚センサー用前面板9を得た。
比較例
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)上に、実施例4と同様にして、厚さ20nmのバリア層c1を形成した。
ガラス基板(旭硝子社製、商品名;ASガラス、縦100mm×横100mm×厚さ1mm)上に、実施例4と同様にして、厚さ20nmのバリア層c1を形成した。
次いで、アルゴンガスに2体積%の酸素ガスを混合した混合ガスを導入しながら、酸化ガリウムに酸化インジウムを50質量%混合したターゲット(住友金属鉱山社製、商品名;GIOターゲット)を用いて、圧力0.1Pa、周波数20kHz、電力密度0.8W/cm2、反転パルス幅5μsecの条件で、マグネトロンスパッタ方式によりパルススパッタリングを行った。その結果、ガラス基板表面に、厚さ15nmの高抵抗層a4が形成された。
この高抵抗層a4の原子組成をESCA(Physical Electronics社製、装置名:Quantera SXM)により分析したところ、原子比率(Ga/In)は60/40であった。
次いで、高抵抗層a4の上に、実施例1と同様にして、密着処理を施した後、紫外線硬化性樹脂A1の硬化物からなる絶縁層b1を形成し、触覚センサー用前面板10を得た。
実施例1〜9、および比較例で得られた触覚センサー用前面板1〜10について、視感透過率、視感反射率、高抵抗層の表面抵抗値、触覚センサーの感度、押し込み弾性率、反射色味の角度依存性、静摩擦係数、動摩擦係数および水の接触角を、それぞれ以下に示す方法で測定した。触覚センサー用前面板1〜10の各層の構成および厚さを表1に示し、前記特性の評価結果を表2に示す。
(視感透過率)
分光光度計(島津製作所製、装置名;SolidSpec-3700)を用いて、触覚センサー用前面板1〜9の透過率を測定し、その透過率から、JIS Z8701において規定されている刺激値Yを算出した。そして、この刺激値Yを視感透過率とした。
分光光度計(島津製作所製、装置名;SolidSpec-3700)を用いて、触覚センサー用前面板1〜9の透過率を測定し、その透過率から、JIS Z8701において規定されている刺激値Yを算出した。そして、この刺激値Yを視感透過率とした。
(視感反射率)
分光光度計(島津製作所社製、形式;UV3150PC)により、触覚センサー用前面板1〜9の反射率を測定し、その反射率から、JIS Z8701において規定されている反射の刺激値Yを求めた。そして、この刺激値Yを視感反射率とした。なお、前面板の裏面反射を打ち消すために、ガラス基板の裏面を黒色に塗って測定を実施した。
分光光度計(島津製作所社製、形式;UV3150PC)により、触覚センサー用前面板1〜9の反射率を測定し、その反射率から、JIS Z8701において規定されている反射の刺激値Yを求めた。そして、この刺激値Yを視感反射率とした。なお、前面板の裏面反射を打ち消すために、ガラス基板の裏面を黒色に塗って測定を実施した。
(表面抵抗値)
高抵抗層形成後の積層体において、高抵抗層の表面抵抗値を、測定装置(三菱化学アナリテック社製、装置名;ハイレスタUP(MCP-HT450型))を用いて測定した。10cm□のサンプルの中央にプローブをあて、10Vで10秒間通電して測定した。
高抵抗層形成後の積層体において、高抵抗層の表面抵抗値を、測定装置(三菱化学アナリテック社製、装置名;ハイレスタUP(MCP-HT450型))を用いて測定した。10cm□のサンプルの中央にプローブをあて、10Vで10秒間通電して測定した。
(触覚センサー感度)
触覚センサー用前面板1〜10において、ガラス板の裏面の4辺に銅製の導電テープを貼り、周波数400Hz前後で、2kVの電圧を印加した。このような通電状態の触覚センサー用前面板の表面を指先でなぞり、指先で感知される触覚の大きさにより、触覚センサー感度を評価した。
触覚センサー用前面板1〜10において、ガラス板の裏面の4辺に銅製の導電テープを貼り、周波数400Hz前後で、2kVの電圧を印加した。このような通電状態の触覚センサー用前面板の表面を指先でなぞり、指先で感知される触覚の大きさにより、触覚センサー感度を評価した。
表2中「○」は、指先に触覚が明確に感知されたことを示し、「×」は、指先に触覚が感知されないか、もしくは感知されたとしても極めて微弱であるか、または指先により感知される触覚が強すぎて指先が過度の刺激を受けた状態となり、適切なセンサー感度を得られなかったことを示す。
なお、印加電圧(2kV)は、触覚センサー用前面板の裏面に設けた導電テープ(銅箔にポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ10μm)を貼り付けたテープ)からの電圧供給を、印加電圧750V〜100kVの間で調整しながら行ったところ、約2kV程度で触覚が発現したため、この電圧値に基づいてセンサー感度の評価を行った。
なお、印加電圧(2kV)は、触覚センサー用前面板の裏面に設けた導電テープ(銅箔にポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ10μm)を貼り付けたテープ)からの電圧供給を、印加電圧750V〜100kVの間で調整しながら行ったところ、約2kV程度で触覚が発現したため、この電圧値に基づいてセンサー感度の評価を行った。
(押し込み弾性率)
微小硬さ試験機(フィッシャーインスツルメンツ社製、装置名;ピコデンターHM500)を用いて、触覚センサー用前面板1〜10の押し込み弾性率(GPa)をISO14577に準じて測定した。測定には、ビッカーズ圧子を使用した。
微小硬さ試験機(フィッシャーインスツルメンツ社製、装置名;ピコデンターHM500)を用いて、触覚センサー用前面板1〜10の押し込み弾性率(GPa)をISO14577に準じて測定した。測定には、ビッカーズ圧子を使用した。
(反射色味の角度依存性)
ガラス基板の裏面を黒色に塗り、裏面反射を相殺するようにした触覚センサー用前面板1〜10を机上に配置し、机上から40cmの高さで昼色光直管蛍光灯(NEC社製、3波長形昼白色)のスタンドを配置した。この蛍光灯による照射光の下、触覚センサー用前面板1〜10の表面を種々の角度から目視で観察し、目視する角度による反射光の色調の変化を評価した。そして、いずれの角度から目視観察した場合も、前面板表面の色調が単色(主に青色等)であったもの、または、目視角度を10度より超えて変化させた場合でも、色調の変化が緩やかであったものを「○」とし、目視角度を10度以下の範囲で変化させたときに、前面板表面の色調が変化したものを「×」とした。
ガラス基板の裏面を黒色に塗り、裏面反射を相殺するようにした触覚センサー用前面板1〜10を机上に配置し、机上から40cmの高さで昼色光直管蛍光灯(NEC社製、3波長形昼白色)のスタンドを配置した。この蛍光灯による照射光の下、触覚センサー用前面板1〜10の表面を種々の角度から目視で観察し、目視する角度による反射光の色調の変化を評価した。そして、いずれの角度から目視観察した場合も、前面板表面の色調が単色(主に青色等)であったもの、または、目視角度を10度より超えて変化させた場合でも、色調の変化が緩やかであったものを「○」とし、目視角度を10度以下の範囲で変化させたときに、前面板表面の色調が変化したものを「×」とした。
(動摩擦係数)
触覚センサー用前面板1〜10について、表面性測定機(新東科学株式会社製、型式名:Type38)を用いて、以下の条件で動摩擦係数の測定を行った。
まず、圧子(試料との接触面積:10mm×30mm)にワイパー(旭化成株式会社製、商品名:Bencot)を固定した後、測定機のステージ上に載置した前面板に圧子を接触させた。この圧子に500gの荷重をかけた状態で、前面板を載置したステージを動かし、摺動速度500mm/min.、ストローク20mmで前面板表面を5回摺動し、圧子根元のひずみゲージで摩擦力を測定した。そして、摩擦力の測定値と、圧子にかけた荷重から算出される摩擦係数の平均値を、動摩擦係数とした。
触覚センサー用前面板1〜10について、表面性測定機(新東科学株式会社製、型式名:Type38)を用いて、以下の条件で動摩擦係数の測定を行った。
まず、圧子(試料との接触面積:10mm×30mm)にワイパー(旭化成株式会社製、商品名:Bencot)を固定した後、測定機のステージ上に載置した前面板に圧子を接触させた。この圧子に500gの荷重をかけた状態で、前面板を載置したステージを動かし、摺動速度500mm/min.、ストローク20mmで前面板表面を5回摺動し、圧子根元のひずみゲージで摩擦力を測定した。そして、摩擦力の測定値と、圧子にかけた荷重から算出される摩擦係数の平均値を、動摩擦係数とした。
(静摩擦係数)
触覚センサー用前面板1〜10について、動摩擦係数の測定で用いた圧子を鉄球としたこと以外は、動摩擦係数の測定で用いたのと同じ装置を用い、同じ条件で前面板表面を摺動し、鉄球の滑り始めの時点で測定した摩擦力から算出される摩擦係数を静摩擦係数とした。
触覚センサー用前面板1〜10について、動摩擦係数の測定で用いた圧子を鉄球としたこと以外は、動摩擦係数の測定で用いたのと同じ装置を用い、同じ条件で前面板表面を摺動し、鉄球の滑り始めの時点で測定した摩擦力から算出される摩擦係数を静摩擦係数とした。
(水の接触角)
触覚センサー用前面板1〜10の表面に約1μLの純水の水滴を着滴させ、接触角計(協和界面科学社製、装置名;DM-51)を用いて、水に対する接触角を測定した。
触覚センサー用前面板1〜10の表面に約1μLの純水の水滴を着滴させ、接触角計(協和界面科学社製、装置名;DM-51)を用いて、水に対する接触角を測定した。
表2からわかるように、実施例1〜9では、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分とするSn/Tiの原子比率が所定の範囲(80/20〜95/5)の層で、1〜100MΩ/□の表面抵抗値を有する高抵抗層が設けられているので、良好なセンサー感度が得られている。また、視感透過率が85%以上、視感反射率が7%以下となっており、視認性に優れている。
これに対して比較例では、高抵抗層がスズおよびチタンを含む酸化物から構成されるものではなく、表面抵抗値が0.7Ω/□となっているので、センサー感度は良好であるが、視感透過率が85%未満で視感反射率が7%を超えており、視認性に劣るものである。
1…高抵抗積層体、2…透明基板、3…高抵抗層、4…バリア層、5…絶縁層、6…タッチパネル本体、7…撥水層、10…触覚センサー用前面板。
Claims (9)
- 透明基板と、この透明基板の上に形成された高抵抗層を有する高抵抗積層体であって、
前記高抵抗層は、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分とし、スズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)が80/20〜95/5である層であり、かつ
前記高抵抗層の表面抵抗値が1〜100MΩ/□であることを特徴とする高抵抗積層体。 - 前記透明基板と前記高抵抗層との間にバリア層が配設されている、請求項1に記載の高抵抗積層体。
- 透明基板上に、高抵抗層と絶縁層がこの順で積層されてなる触覚センサー用前面板であって、
前記高抵抗層は、スズおよびチタンを含む酸化物を主成分とし、スズとチタンとの原子比率(Sn/Ti)が80/20〜95/5である層であり、かつ
前記高抵抗層の表面抵抗値が1〜100MΩ/□であることを特徴とする触覚センサー用前面板。 - 視感透過率が85%以上である、請求項3に記載の触覚センサー用前面板。
- 前記透明基板と前記高抵抗層との間にバリア層が配設されている、請求項3または4に記載の触覚センサー用前面板。
- 静摩擦係数が0.2以下である、請求項3〜5のいずれか1項に記載の触覚センサー用前面板。
- 動摩擦係数が0.2以下である、請求項3〜6のいずれか1項に記載の触覚センサ用前面板。
- 水接触角が80度以上である、請求項3〜7のいずれか1項に記載の触覚センサー用前面板。
- 視感反射率が2%以下である、請求項3〜8のいずれか1項に記載の触覚センサー用前面板。
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