JP2007324097A - スイッチおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】入力荷重などの感圧特性の点で優れたスイッチを提供する。
【解決手段】基材11表面に導電膜12が形成された2つの電極基板1A,1Bが、導電膜12が対向するように配置され、基材11を押圧することによって導電膜12、12同士が接触して電気的導通がなされるスイッチ10。導電膜12、12は、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなる導電性高分子膜であり、導電膜12の表面には、疎水性材料13が接している。
【選択図】図1
【解決手段】基材11表面に導電膜12が形成された2つの電極基板1A,1Bが、導電膜12が対向するように配置され、基材11を押圧することによって導電膜12、12同士が接触して電気的導通がなされるスイッチ10。導電膜12、12は、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなる導電性高分子膜であり、導電膜12の表面には、疎水性材料13が接している。
【選択図】図1
Description
本発明は、電子機器の入力デバイスとして用いられるタッチパネルなどに応用できるスイッチおよびその製造方法に関する。
従来、基材表面に導電膜が形成された2つの電極基板を備え、基材を押圧することによって導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチが用いられている(例えば、特許文献1を参照)。
前記導電膜には、カーボンのほか、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性高分子が用いられることがある。
特表2005−528740号公報
前記導電膜には、カーボンのほか、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性高分子が用いられることがある。
しかしながら、従来のスイッチでは、導電膜に導電性高分子を使用すると、導電膜の表面抵抗値が高くなり、その結果、感圧特性、例えば入力に必要な荷重(入力荷重)、応答速度などの点で十分な値が得られなくなることがあった。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、入力荷重などの感圧特性の点で優れたスイッチ、およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、入力荷重などの感圧特性の点で優れたスイッチ、およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の請求項1にかかるスイッチは、基材表面に導電膜が形成された2つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチにおいて、前記導電膜の少なくとも一方が、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなり、該導電膜の表面の少なくとも一部に、疎水性材料が接していることを特徴とする。
本発明の請求項2にかかるスイッチは、請求項1において、前記疎水性材料が、流動性を有することを特徴とする。
本発明の請求項3にかかるスイッチは、請求項1において、前記疎水性材料が、前記導電膜間の空間全体に充填されていることを特徴とする。
本発明の請求項4にかかるスイッチは、請求項1において、前記疎水性材料の粘度が、5〜20cpであることを特徴とする。
本発明の請求項2にかかるスイッチは、請求項1において、前記疎水性材料が、流動性を有することを特徴とする。
本発明の請求項3にかかるスイッチは、請求項1において、前記疎水性材料が、前記導電膜間の空間全体に充填されていることを特徴とする。
本発明の請求項4にかかるスイッチは、請求項1において、前記疎水性材料の粘度が、5〜20cpであることを特徴とする。
本発明の請求項5にかかるスイッチの製造方法は、基材表面に導電膜が形成された2つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチの製造方法において、少なくとも一方の基材表面に、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなる導電膜を形成し、電極基板とする工程と、前記電極基板を、導電膜が対向するように配置する工程と、前記導電膜間に疎水性材料を導入する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明のスイッチは、ポリスチレンスルホン酸(以下、PSSという)を含む導電性高分子からなる導電膜の表面に、疎水性材料が接しているので、導電膜の表面抵抗値が高くならず、入力に必要な荷重(入力荷重)が大きくなることがない。また、応答速度が低下するのを防ぐことができる。
図1および図2は、本発明にかかるスイッチの一例であるタッチパネルを示すものである。
図2は、タッチパネルの主な構成部品を厚み方向に分解して示した斜視図である。図1は、図2のα−α’における断面図である。図3は、タッチパネルの動作原理を説明する説明図である。
タッチパネル10は、2枚の電極基板1、すなわち第1の電極基板(以下、「上部電極」という場合がある。)1Aと、第2の電極基板(以下、「下部電極」という場合がある。)1Bとが、導電膜12同士が対向するように、スペーサ3およびオーバーレジスト4を挟んで配置されている。
図2は、タッチパネルの主な構成部品を厚み方向に分解して示した斜視図である。図1は、図2のα−α’における断面図である。図3は、タッチパネルの動作原理を説明する説明図である。
タッチパネル10は、2枚の電極基板1、すなわち第1の電極基板(以下、「上部電極」という場合がある。)1Aと、第2の電極基板(以下、「下部電極」という場合がある。)1Bとが、導電膜12同士が対向するように、スペーサ3およびオーバーレジスト4を挟んで配置されている。
上部電極1Aおよび下部電極1Bは、基材11と、その表面に形成された導電膜12を備えている。
基材11の構成材料としては、合成樹脂材料、ガラスなどを挙げることができるが、軽量性および耐久性を考慮すると、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステル、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエーテルスルフォンなどの合成樹脂材料が好ましい。特に、透明な材料を使用することが好ましい。
基材11の構成材料としては、絶縁性材料が好ましい。
基材11の構成材料としては、合成樹脂材料、ガラスなどを挙げることができるが、軽量性および耐久性を考慮すると、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)などのポリエステル、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリエーテルスルフォンなどの合成樹脂材料が好ましい。特に、透明な材料を使用することが好ましい。
基材11の構成材料としては、絶縁性材料が好ましい。
基材11は、フィルム状、シート状、板状などとすることができる。
基材11の厚さは、100〜250μm、好ましくは120〜190μmが好適である。これによって、機械的強度を高めるとともに、十分な柔軟性を得ることができる。
基材11の厚さは、100〜250μm、好ましくは120〜190μmが好適である。これによって、機械的強度を高めるとともに、十分な柔軟性を得ることができる。
押圧により導電膜2同士を接触させることが必要となるため、少なくとも一方の基材11は、可撓性を有する材料からなる。
タッチパネル10では、例えば、上部電極1A用の基材11Aとして、可撓性の樹脂フィルムを使用し、下部電極1B用の基材11Bとして、剛性の高いガラスや樹脂の板材を使用することができる。
タッチパネル10では、例えば、上部電極1A用の基材11Aとして、可撓性の樹脂フィルムを使用し、下部電極1B用の基材11Bとして、剛性の高いガラスや樹脂の板材を使用することができる。
導電膜12は、ポリスチレンスルホン酸(以下、PSSという)を含む導電性高分子からなる導電性高分子膜である。
導電性高分子としては、PSSを含むポリチオフェン系高分子が好ましい。なお、ポリチオフェン系高分子に代えて、ポリピロール系高分子、ポリアニリン系高分子も使用できるが、導電膜12の感圧特性を改善する効果の点で、ポリチオフェン系高分子の使用が好ましい。
ポリチオフェン系高分子としては、例えば、式(1)に示すものを挙げることができる。
導電性高分子としては、PSSを含むポリチオフェン系高分子が好ましい。なお、ポリチオフェン系高分子に代えて、ポリピロール系高分子、ポリアニリン系高分子も使用できるが、導電膜12の感圧特性を改善する効果の点で、ポリチオフェン系高分子の使用が好ましい。
ポリチオフェン系高分子としては、例えば、式(1)に示すものを挙げることができる。
式(1)において、基R1、R2は、それぞれ互いに独立に選択することができ、選択肢としては、水素原子;フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子;シアノ基;メチル、エチル、プロピル、ブチル(n−ブチル)、ペンチル(n−ペンチル)、ヘキシル、オクチル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシルなどの直鎖アルキル基;イソプロピル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、イソペンチル、ネオペンチルなどの分枝のあるアルキル基;メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシなどの直鎖もしくは分枝のあるアルコキシ基;ビニル、プロペニル、アリル、ブテニル、オレイルなどのアルケニル基、エチニル、プロピニル、ブチニルなどのアルキニル基;メトキシメチル、2−メトキシエチル、2−エトキシエチル、3−エトキシプロピルなどのアルコキシアルキル基;C2H5O(CH2CH2O)mCH2CH2基(mは1以上の整数)、CH3O(CH2CH2O)mCH2CH2基(mは1以上の整数)などのポリエーテル基;フルオロメチル基等、前記置換基のフッ素等のハロゲン置換誘導体等が例示される。
導電性高分子は、主鎖にπ−共役結合を含むものが好ましい。
導電性高分子としては、光透過性に優れた材料が好ましい。
導電性高分子は、主鎖にπ−共役結合を含むものが好ましい。
導電性高分子としては、光透過性に優れた材料が好ましい。
ポリチオフェン系高分子としては、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(以下、PEDOTという)が好ましく、前記導電性高分子としては、PEDOTをPSSでドーピングしたPEDOT−PSSが好ましい。
PEDOT−PSSからなる導電膜は、例えば次のようにして作製できる。
3,4−エチレンジオキシチオフェンモノマーにFe(III)トリス−p−トルエンスルフォネート溶液、イミダゾールの1−ブタノール溶液を加え、これを基材表面に塗布し、加熱し乾燥した後、メタノール中でリンスしFe(II)ビス−p−トルエンスルフォネートを除去する。
3,4−エチレンジオキシチオフェンモノマーにFe(III)トリス−p−トルエンスルフォネート溶液、イミダゾールの1−ブタノール溶液を加え、これを基材表面に塗布し、加熱し乾燥した後、メタノール中でリンスしFe(II)ビス−p−トルエンスルフォネートを除去する。
ポリチオフェン系高分子を用いた導電性高分子として使用可能な市販品としては、スタルクヴィテック株式会社製Baytron P、長瀬産業株式会社製Denatron、アグファゲバルト社製Orgaconを挙げることができる。
導電膜12は、薄く形成するほど光の透過性を高めることができるが、薄すぎる場合にはリニアリティや導電性が劣化する。
このため、導電膜12の厚さは、100〜300nmの範囲が好適である。
なお、導電膜12、12は、両方が前記導電性高分子を含む膜であることが好ましいが、いずれか一方でもよい。
このため、導電膜12の厚さは、100〜300nmの範囲が好適である。
なお、導電膜12、12は、両方が前記導電性高分子を含む膜であることが好ましいが、いずれか一方でもよい。
導電膜12、12間には、疎水性材料13が充填されている。
導電膜12、12を互いに接触可能とするため、導電膜12、12間にある疎水性材料13は、押圧により変形可能である必要がある。
疎水性材料13は、液体状、半固体状(例えばゲル状)などとすることができる。
疎水性材料13として、流動性を有するもの(例えば液体)を使用すると、疎水性材料13と導電膜12の接触を良好にし、導電膜12の表面抵抗値を低く抑えることができる。
疎水性材料としては、光透過性に優れた材料(透明材料)が好ましい。
疎水性材料13の具体例としては、シリコンオイル、流動パラフィン、ワセリン、疎水性樹脂溶液などがある。
導電膜12、12を互いに接触可能とするため、導電膜12、12間にある疎水性材料13は、押圧により変形可能である必要がある。
疎水性材料13は、液体状、半固体状(例えばゲル状)などとすることができる。
疎水性材料13として、流動性を有するもの(例えば液体)を使用すると、疎水性材料13と導電膜12の接触を良好にし、導電膜12の表面抵抗値を低く抑えることができる。
疎水性材料としては、光透過性に優れた材料(透明材料)が好ましい。
疎水性材料13の具体例としては、シリコンオイル、流動パラフィン、ワセリン、疎水性樹脂溶液などがある。
疎水性材料13の粘度は、低すぎれば、疎水性材料13が流動により導電膜12から移動しやすくなる。一方、粘度が高すぎれば、入力に必要な荷重が高くなってしまう。
このため、疎水性材料の粘度は、5〜20cpが好ましい。粘度をこの範囲とすることによって、入力荷重などの特性を良好にし、しかも疎水性材料13が導電膜12に接した状態を維持できる。
このため、疎水性材料の粘度は、5〜20cpが好ましい。粘度をこの範囲とすることによって、入力荷重などの特性を良好にし、しかも疎水性材料13が導電膜12に接した状態を維持できる。
図示例では、疎水性材料13は、導電膜12、12間の空間全体に充填され、これによって導電膜12の全表面が疎水性材料13に接している。このため、導電膜12、12間に空気層が存在せず、光透過率が良好となる。
なお、図示例では、疎水性材料13は導電膜12、12の全表面に接しているが、疎水性材料は導電性高分子からなる導電膜の表面の一部にのみ接していてもよい。
なお、図示例では、疎水性材料13は導電膜12、12の全表面に接しているが、疎水性材料は導電性高分子からなる導電膜の表面の一部にのみ接していてもよい。
図2および図3に示すように、上部電極1Aと下部電極1Bの対向する面には、それぞれ引き回し線2A,2Bを設けることができる。引き回し線2A,2Bは、互いに直交する位置関係に設けられている。
上部電極1Aと下部電極1Bのうちいずれか一方の対向面(図では下部電極1Bの導電膜12)には、複数のドットスペーサ5を設けることができる。
ドットスペーサ5は、上部電極1Aが自重により内側に撓み、下部電極1Bに接触してしまうような誤動作を回避するためのもので、半球状、円錐状、円柱状などの突起であり、導電膜12表面に間隔をおいて形成されている。ドットスペーサ5の材料としては、たとえば、アクリル系樹脂などの透明性を有する絶縁性材料が挙げられる。
ドットスペーサ5は、上部電極1Aが自重により内側に撓み、下部電極1Bに接触してしまうような誤動作を回避するためのもので、半球状、円錐状、円柱状などの突起であり、導電膜12表面に間隔をおいて形成されている。ドットスペーサ5の材料としては、たとえば、アクリル系樹脂などの透明性を有する絶縁性材料が挙げられる。
スペーサ3は、押圧力が加えられていないときに上部電極1Aと下部電極1Bとを互いに離間した状態とするもので、例えば、アクリル系粘着剤を用いることができる。
オーバーレジスト4は、上部電極1Aまたは下部電極1Bとスペーサ3との間の接着強度を高めるもので、例えば、熱硬化性ポリエステル樹脂を用いることができる。
オーバーレジスト4は、上部電極1Aまたは下部電極1Bとスペーサ3との間の接着強度を高めるもので、例えば、熱硬化性ポリエステル樹脂を用いることができる。
タッチパネル10は、例えば、上部電極1A側の基材11Aを指やペンを用いて押圧することで、上部電極1Aが下方に撓み、上部電極1Aの導電膜12が下部電極1Bの導電膜12に接触し、電気的に導通する。
押圧を停止すると、基材11Aの弾性により導電膜12、12は離れる。
押圧を停止すると、基材11Aの弾性により導電膜12、12は離れる。
図3に示すように、押圧により導電膜12、12が接触した点(接触点)の位置は、この接触点の電位から検出することができる。
すなわち、引き回し線間2A、2A間に所定の電位差を与えておき、接触点の電位を測定することによって接触点のX方向の位置(X座標)を検出することができる。
また、引き回し線間2B、2B間に所定の電位差を与え、接触点の電位を測定することによって接触点のY方向の位置(Y座標)を検出することができる。
すなわち、引き回し線間2A、2A間に所定の電位差を与えておき、接触点の電位を測定することによって接触点のX方向の位置(X座標)を検出することができる。
また、引き回し線間2B、2B間に所定の電位差を与え、接触点の電位を測定することによって接触点のY方向の位置(Y座標)を検出することができる。
次に、タッチパネル10の製造方法について説明する。
基材11A、11Bの表面に導電膜12を形成し、上部電極1Aおよび下部電極1Bを得る。導電膜12の形成は、例えば、導電性高分子を含む原料液をグラビアコートにより基材11に塗布することにより行うことができる。導電膜12の形成方法としては、ロールコート、ディップコート、スピンコート、バーコート、スプレーコート、印刷等も可能である。
次いで、上部電極1Aと下部電極1Bを、導電膜12、12が対向するように配置する。
次いで、導電膜12、12間に、疎水性材料13を導入する。これによって、図1および図2に示すタッチパネル10を得る。
基材11A、11Bの表面に導電膜12を形成し、上部電極1Aおよび下部電極1Bを得る。導電膜12の形成は、例えば、導電性高分子を含む原料液をグラビアコートにより基材11に塗布することにより行うことができる。導電膜12の形成方法としては、ロールコート、ディップコート、スピンコート、バーコート、スプレーコート、印刷等も可能である。
次いで、上部電極1Aと下部電極1Bを、導電膜12、12が対向するように配置する。
次いで、導電膜12、12間に、疎水性材料13を導入する。これによって、図1および図2に示すタッチパネル10を得る。
タッチパネル10では、導電膜12の表面に疎水性材料13が接しているので、導電膜12の表面抵抗値が高くならず、入力に必要な荷重(入力荷重)が大きくなることがない。また、応答速度が低下するのを防ぐことができる。
〔実施例1〕
図1および図2に示すタッチパネル10を次のようにして作製した。
PEDOT−PSS溶液(アグファゲバルト社製Orgacon S300)を原料液として用意した。
矩形状のPETフィルム(長さ15cm、幅15cm、厚さ188μm)からなる基材11に、前記原料液をグラビアコーターで塗布し、100℃で3分間乾燥させることによって、表面抵抗値500Ω/□の導電膜12を形成し、電極基板1を得た。
2つの電極基板1を、PETからなるスペーサ3(厚さ75μm)を挟んで向かい合わせた。
導電膜12、12の隙間に、空気が入らないように疎水性材料13であるシリコンオイルを注入し、この隙間を紫外線硬化型の接着剤で封止することによって、導電膜12、12間に疎水性材料13が充填されたタッチパネル10を得た。シリコンオイルとしては、粘度10cpであるものを使用した。
図1および図2に示すタッチパネル10を次のようにして作製した。
PEDOT−PSS溶液(アグファゲバルト社製Orgacon S300)を原料液として用意した。
矩形状のPETフィルム(長さ15cm、幅15cm、厚さ188μm)からなる基材11に、前記原料液をグラビアコーターで塗布し、100℃で3分間乾燥させることによって、表面抵抗値500Ω/□の導電膜12を形成し、電極基板1を得た。
2つの電極基板1を、PETからなるスペーサ3(厚さ75μm)を挟んで向かい合わせた。
導電膜12、12の隙間に、空気が入らないように疎水性材料13であるシリコンオイルを注入し、この隙間を紫外線硬化型の接着剤で封止することによって、導電膜12、12間に疎水性材料13が充填されたタッチパネル10を得た。シリコンオイルとしては、粘度10cpであるものを使用した。
〔比較例1〕
疎水性材料13を使用しないこと以外は実施例1と同様にしてタッチパネルを作製した。
実施例および比較例のタッチパネルを次に示す試験に供した。
疎水性材料13を使用しないこと以外は実施例1と同様にしてタッチパネルを作製した。
実施例および比較例のタッチパネルを次に示す試験に供した。
(リニアリティ)
引き回し線2A,2Aに電圧を印加して電位分布を測定した。測定点の数は10×10=100とした。
図4に示すように、前記検出電極により検出した接触点の位置(XY座標)との誤差(すなわち電圧の理論値と実測値との差)に基づいて、次の式によりリニアリティを算出した。
リニアリティ(%)=ΔE/E・100
結果を表1に示す。リニアリティは3%以下であることが望ましい。
引き回し線2A,2Aに電圧を印加して電位分布を測定した。測定点の数は10×10=100とした。
図4に示すように、前記検出電極により検出した接触点の位置(XY座標)との誤差(すなわち電圧の理論値と実測値との差)に基づいて、次の式によりリニアリティを算出した。
リニアリティ(%)=ΔE/E・100
結果を表1に示す。リニアリティは3%以下であることが望ましい。
(入力荷重)
先端が半球状に形成された押圧部材(シリコンラバー製、先端部分の曲率半径7mm)を備えた測定装置を用いて、上部電極1Aの基材11Aの中央部を、前記押圧部材で押圧し導電膜12,12を接触させ、電気的導通が得られた時点の荷重を測定した。
結果を表1に示す。
先端が半球状に形成された押圧部材(シリコンラバー製、先端部分の曲率半径7mm)を備えた測定装置を用いて、上部電極1Aの基材11Aの中央部を、前記押圧部材で押圧し導電膜12,12を接触させ、電気的導通が得られた時点の荷重を測定した。
結果を表1に示す。
(光透過率)
タッチパネル10の裏面側にLEDを配置し、タッチパネル10を透過した光の強度を検出し、光透過率を算出した。光透過率は、導電膜12の厚さに応じた値となる。結果を表1に示す。
タッチパネル10の裏面側にLEDを配置し、タッチパネル10を透過した光の強度を検出し、光透過率を算出した。光透過率は、導電膜12の厚さに応じた値となる。結果を表1に示す。
表1より、疎水性材料13を用いた実施例では、入力荷重を低くできたことがわかる。
また、実施例では、光透過率の点でも良好な値が得られた。これは、実施例では、導電膜12と疎水性材料13との境界における光の屈折が小さいためであると考えることができる。
また、実施例では、光透過率の点でも良好な値が得られた。これは、実施例では、導電膜12と疎水性材料13との境界における光の屈折が小さいためであると考えることができる。
本発明のスイッチは、優れた感圧特性を有するので、タッチパネルに適用できる。このほか、液晶表示装置、EL表示装置等などの各種電子デバイスにも適用することが可能である。
1…電極基板、10…タッチパネル(スイッチ)、11、11A、11B…基材、12…導電膜、13…疎水性材料。
Claims (5)
- 基材表面に導電膜が形成された2つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチにおいて、
前記導電膜の少なくとも一方は、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなり、
該導電膜の表面の少なくとも一部には、疎水性材料が接していることを特徴とするスイッチ。 - 前記疎水性材料は、流動性を有することを特徴とする請求項1に記載のスイッチ。
- 前記疎水性材料は、前記導電膜間の空間全体に充填されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ。
- 前記疎水性材料の粘度は、5〜20cpであることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ。
- 基材表面に導電膜が形成された2つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜同士が接触して電気的導通がなされるスイッチの製造方法において、
少なくとも一方の基材表面に、ポリスチレンスルホン酸を含む導電性高分子からなる導電膜を形成し、電極基板とする工程と、
前記電極基板を、導電膜が対向するように配置する工程と、
前記導電膜間に疎水性材料を導入する工程と、を含むことを特徴とするスイッチの製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8310465B2 (en) | 2008-07-31 | 2012-11-13 | Casio Computer Co., Ltd. | Touch panel and electronic device including touch panel |
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-
2006
- 2006-06-05 JP JP2006156469A patent/JP2007324097A/ja not_active Withdrawn
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