透明電極及びその形成方法
【課題】 透光性を有する基材に長期間の使用に応答性を劣化させることがない透明電極及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 透光性を有する基材に、透明電極層を備える透明電極であって、前記基材を樹脂により構成し、前記透明電極層の面方向に圧縮応力を有することを特徴とする。
【解決手段】 透光性を有する基材に、透明電極層を備える透明電極であって、前記基材を樹脂により構成し、前記透明電極層の面方向に圧縮応力を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明、且つ、導電性が長期に亘り安定した耐久性の求められる透明電極及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、情報の表示と入力を行うために使用される抵抗膜式タッチパネルは、各透明導電層が形成された２枚の基板同士を所定の間隔をおいて対向させることにより構成されている（例えば、特許文献１）。このタッチパネルの各透明電極に所定の電圧を印可し、外力により各透明電極層同士が接触した際の電圧の変化等により外力が加わった位置を特定することができる。
この透明電極層は、透光性を有するガラス等の強度の高い平板に、必要に応じて低屈折率及び／又は高屈折率の透明誘電体層を積層し、その上にＩＴＯ等の透明導電材料を成膜して、１５０℃乃至２５０℃の加熱処理をすることにより得られる。
しかしながら、この透明電極層を、樹脂基材に形成する場合には、基材の軟化温度が低いため、成膜した透明電極層の熱処理ができず、しかも、初期の導電性が良好であっても、長期間使用しているうちに、抵抗値が高くなり、応答速度が悪くなり実用できないという問題があった。
また、樹脂基材のように柔軟な材料では、加熱結晶化ができないので破壊されやすい状態の薄膜が形成され、徐々にマイクロクラックが生じ、抵抗値が高くなり応答性が悪くなるという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６３９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明では、透光性を有する基材に長期間の使用に応答性を劣化させることがない透明電極及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明者等は、鋭意検討の結果、使用する際に、透光性を有する基材に形成された透明電極層の面方向に平行乃至ほぼ平行に圧縮応力を付与して形成することにより、マイクロクラックが発生しても長期に亘り導電性が安定することを知見し、下記の通りの解決手段を見出した。
即ち、本発明の透明電極は、請求項１に記載の通り、透光性を有する基材に、透明電極層を備える透明電極であって、前記基材を樹脂により構成し、前記透明電極層の面方向に圧縮応力を有することを特徴とする。
また、本発明の透明電極の形成方法は、請求項２に記載の通り、透光性を有する基材に、透明電極層を備えるようにするために透明電極層を形成する方法であって、前記基材を樹脂により構成し、前記基材の面方向に引張応力をかけて透明電極層を成膜し、その後、前記基材の引張応力を緩和することを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の透明電極の形成方法において、前記基材を湾曲させることにより前記引張応力をかけ、前記透明電極層を形成後に、前記基材を平板状にすることにより、前記引張応力を緩和することを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の透明電極の形成方法において、前記基材を、前記基材の厚さの５００〜６００倍の曲率半径で湾曲させ、前記基材に、前記基材の厚さの２×１０−４〜４×１０−４％の厚さの前記透明電極層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、透明電極は圧縮応力がかかった状態で使用されるために、マイクロクラックが発生しても長期間に亘り導電性が安定した透明電極が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に使用する透光性を有する基材としては、入力ペンや指等による押圧によって撓み得るものであって、薄い透明樹脂により構成される。例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ノルボルネン系樹脂等の種々の樹脂からなるものを用いることができる。
【０００８】
前記基材に対して形成される透明電極層は、導電率を向上するようにドーピングされたＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ等の金属酸化物を、スパッタリング、真空蒸着等により形成することができる。尚、前記透明電極層は、透過される情報の視認性を向上させるために、ニオビウム等の屈折率が２以上の材料からなる高屈折層やＳｉＯ２等の屈折率が１．５以下の材料からなる低屈折率層を介して積層するようにしてもよい。
【０００９】
本発明において、前記透明電極層は面方向、即ち、透明電極層の延出する方向と平行乃至ほぼ平行に圧縮応力を有している。これにより、マイクロクラックが透明電極層に生じた場合であっても導通不良を抑えることができる。尚、この圧縮応力は、透明電極層の面方向において、その外周側から内方側に向かって付与されることが好ましく、更に好ましくは、透明電極層の両側から中心線方向に付与されることが好ましい。
【００１０】
前記透明電極の形成方法は、透明電極層に圧縮応力を付与できれば特に制限するものではないが、基材の面方向に引張応力をかけておき、透明電極層を形成した後、引張応力を緩和する方法等が挙げられる。また、平板状の基材を、円筒状の支持体の表面に沿うようにして固定して、透明電極層を形成した後、前記平板状の基材を平板状の戻すようにして圧縮応力を付与することが好ましい。透明電極層への圧縮応力の付与が、基材を支持体等に取り付けるだけの簡単な構成によりできるからである。
また、前記基材を、前記基材の厚さの２００〜１０００倍、好ましくは、５００〜６００倍の曲率半径で湾曲させ、前記基材に、前記基材の厚さの２×１０−４〜４×１０−４％の厚さの前記透明電極層を形成することが好ましい。２００倍より小さい場合は、基材にかかるストレスが強すぎるために透明電極層の圧縮破壊が生じ、１０００倍より大きい場合は、基材にかかるストレスが不足して、形成された透明電極層の圧縮応力が充分でないため期待される効果が低いためである。
【実施例１】
【００１１】
次に、本発明の一実施例について説明する。
シクロオレフィンポリマー製の厚さ１．１ｍｍの透光性を有する基材１を、真空チャンバー内の曲率半径５５ｃｍの回転ドラム２表面に固定し（図１）、真空チャンバー内を１０−４Ｐａ程度に排気した。
金属ターゲットとして、高屈折材料のニオビウムと低屈折材料のシリコンを使用した。真空チャンバー内にアルゴンガスを導入し、各金属ターゲットに交互に、金属ターゲット側が負電位となるように約５００Ｖの電圧を印加し、アルゴン放電を発生させてスパッタリングし、基材１上に薄膜を形成した。その後、回転ドラム２が回転して酸化プラズマゾーンに達し、薄膜が酸化され、金属酸化物薄膜に変換されるようにし、基材１上に、厚さ４５ｎｍの低屈折率の金属薄膜層３と厚さ３０ｎｍの高屈折率の金属薄膜層４とを積層した。
次に、真空チャンバー内に、アルゴンガス及び酸素の混合ガス（混合比１５０：１）を３００ｓｃｃｍで流し、ＩＴＯカソードに約５ｋＷの直流電力を印加し、プラズマ放電を発生させた。その後、図２に示すように、透明電極層５としてＩＴＯを厚さ２０ｎｍ成膜した。
【００１２】
次に、透明電極層５が形成された基材１を真空チャンバー内の回転ドラム２から取り外し、図３に示すように、平板状体に戻して、本実施例の透明電極層５を備えた基材１とした。
この基材１に対して、以下の条件で表面抵抗テストと摺動テストを実施した。その結果を表１に示す。
尚、比較対照とするために、透明電極層に圧縮応力を付与しないように、回転ドラムに平板状のまま基材を、回転ドラムに固定して、上記実施例と同じ処理を行った結果を比較例として同表に示した。
同表中の摺動テストは、透明電極層５に、ＰＥＴにＩＴＯを成膜したフィルムを重ね、ＰＥＴ上から曲率０．８ｍｍのプラスチックペン先に２５０ｇの荷重を架けて１０万回摺動させてからＰＥＴフィルムを取り外した後の透明電極層５の摺動傷を目視検査した。また、表面抵抗値については、４端子表面抵抗計にて測定した。
また、実施例及び比較例ともに各２個のサンプルを使用したため、同表中、実施例は実施例１及び２、比較例は比較例１及び２として示した。
【００１３】
【表１】
【００１４】
上記表から、実施例１及び２において、表面抵抗値の変化率は、透明電極層を成膜した前後において１％以内であるのに対して、比較例１及び２では４％を超えていた。また、摺動傷についても、実施例１及び２では確認できなかったのに対して、比較例１及び２では、１ｍｍ以上の傷を確認することができた。
上記結果から、本実施例の透明電極層は、耐圧・耐摺動性に優れており、耐マイクロクラックに対する抵抗値の変化も極めて少ないことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明における透明電極層に、圧縮応力を負荷するための装置の一例を示す説明図
【図２】同基材の引張応力を負荷した状態の説明図
【図３】同基材の引張応力を緩和した状態の説明図
【符号の説明】
【００１６】
１ 透光性を有する基材
２ 回転ドラム
３ 低屈折率の金属薄膜層
４ 高屈折率の金属薄膜層
５ 透明電極層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明、且つ、導電性が長期に亘り安定した耐久性の求められる透明電極及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、情報の表示と入力を行うために使用される抵抗膜式タッチパネルは、各透明導電層が形成された２枚の基板同士を所定の間隔をおいて対向させることにより構成されている（例えば、特許文献１）。このタッチパネルの各透明電極に所定の電圧を印可し、外力により各透明電極層同士が接触した際の電圧の変化等により外力が加わった位置を特定することができる。
この透明電極層は、透光性を有するガラス等の強度の高い平板に、必要に応じて低屈折率及び／又は高屈折率の透明誘電体層を積層し、その上にＩＴＯ等の透明導電材料を成膜して、１５０℃乃至２５０℃の加熱処理をすることにより得られる。
しかしながら、この透明電極層を、樹脂基材に形成する場合には、基材の軟化温度が低いため、成膜した透明電極層の熱処理ができず、しかも、初期の導電性が良好であっても、長期間使用しているうちに、抵抗値が高くなり、応答速度が悪くなり実用できないという問題があった。
また、樹脂基材のように柔軟な材料では、加熱結晶化ができないので破壊されやすい状態の薄膜が形成され、徐々にマイクロクラックが生じ、抵抗値が高くなり応答性が悪くなるという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６３９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明では、透光性を有する基材に長期間の使用に応答性を劣化させることがない透明電極及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明者等は、鋭意検討の結果、使用する際に、透光性を有する基材に形成された透明電極層の面方向に平行乃至ほぼ平行に圧縮応力を付与して形成することにより、マイクロクラックが発生しても長期に亘り導電性が安定することを知見し、下記の通りの解決手段を見出した。
即ち、本発明の透明電極は、請求項１に記載の通り、透光性を有する基材に、透明電極層を備える透明電極であって、前記基材を樹脂により構成し、前記透明電極層の面方向に圧縮応力を有することを特徴とする。
また、本発明の透明電極の形成方法は、請求項２に記載の通り、透光性を有する基材に、透明電極層を備えるようにするために透明電極層を形成する方法であって、前記基材を樹脂により構成し、前記基材の面方向に引張応力をかけて透明電極層を成膜し、その後、前記基材の引張応力を緩和することを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の透明電極の形成方法において、前記基材を湾曲させることにより前記引張応力をかけ、前記透明電極層を形成後に、前記基材を平板状にすることにより、前記引張応力を緩和することを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の透明電極の形成方法において、前記基材を、前記基材の厚さの５００〜６００倍の曲率半径で湾曲させ、前記基材に、前記基材の厚さの２×１０−４〜４×１０−４％の厚さの前記透明電極層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、透明電極は圧縮応力がかかった状態で使用されるために、マイクロクラックが発生しても長期間に亘り導電性が安定した透明電極が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に使用する透光性を有する基材としては、入力ペンや指等による押圧によって撓み得るものであって、薄い透明樹脂により構成される。例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ノルボルネン系樹脂等の種々の樹脂からなるものを用いることができる。
【０００８】
前記基材に対して形成される透明電極層は、導電率を向上するようにドーピングされたＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＩＴＯ等の金属酸化物を、スパッタリング、真空蒸着等により形成することができる。尚、前記透明電極層は、透過される情報の視認性を向上させるために、ニオビウム等の屈折率が２以上の材料からなる高屈折層やＳｉＯ２等の屈折率が１．５以下の材料からなる低屈折率層を介して積層するようにしてもよい。
【０００９】
本発明において、前記透明電極層は面方向、即ち、透明電極層の延出する方向と平行乃至ほぼ平行に圧縮応力を有している。これにより、マイクロクラックが透明電極層に生じた場合であっても導通不良を抑えることができる。尚、この圧縮応力は、透明電極層の面方向において、その外周側から内方側に向かって付与されることが好ましく、更に好ましくは、透明電極層の両側から中心線方向に付与されることが好ましい。
【００１０】
前記透明電極の形成方法は、透明電極層に圧縮応力を付与できれば特に制限するものではないが、基材の面方向に引張応力をかけておき、透明電極層を形成した後、引張応力を緩和する方法等が挙げられる。また、平板状の基材を、円筒状の支持体の表面に沿うようにして固定して、透明電極層を形成した後、前記平板状の基材を平板状の戻すようにして圧縮応力を付与することが好ましい。透明電極層への圧縮応力の付与が、基材を支持体等に取り付けるだけの簡単な構成によりできるからである。
また、前記基材を、前記基材の厚さの２００〜１０００倍、好ましくは、５００〜６００倍の曲率半径で湾曲させ、前記基材に、前記基材の厚さの２×１０−４〜４×１０−４％の厚さの前記透明電極層を形成することが好ましい。２００倍より小さい場合は、基材にかかるストレスが強すぎるために透明電極層の圧縮破壊が生じ、１０００倍より大きい場合は、基材にかかるストレスが不足して、形成された透明電極層の圧縮応力が充分でないため期待される効果が低いためである。
【実施例１】
【００１１】
次に、本発明の一実施例について説明する。
シクロオレフィンポリマー製の厚さ１．１ｍｍの透光性を有する基材１を、真空チャンバー内の曲率半径５５ｃｍの回転ドラム２表面に固定し（図１）、真空チャンバー内を１０−４Ｐａ程度に排気した。
金属ターゲットとして、高屈折材料のニオビウムと低屈折材料のシリコンを使用した。真空チャンバー内にアルゴンガスを導入し、各金属ターゲットに交互に、金属ターゲット側が負電位となるように約５００Ｖの電圧を印加し、アルゴン放電を発生させてスパッタリングし、基材１上に薄膜を形成した。その後、回転ドラム２が回転して酸化プラズマゾーンに達し、薄膜が酸化され、金属酸化物薄膜に変換されるようにし、基材１上に、厚さ４５ｎｍの低屈折率の金属薄膜層３と厚さ３０ｎｍの高屈折率の金属薄膜層４とを積層した。
次に、真空チャンバー内に、アルゴンガス及び酸素の混合ガス（混合比１５０：１）を３００ｓｃｃｍで流し、ＩＴＯカソードに約５ｋＷの直流電力を印加し、プラズマ放電を発生させた。その後、図２に示すように、透明電極層５としてＩＴＯを厚さ２０ｎｍ成膜した。
【００１２】
次に、透明電極層５が形成された基材１を真空チャンバー内の回転ドラム２から取り外し、図３に示すように、平板状体に戻して、本実施例の透明電極層５を備えた基材１とした。
この基材１に対して、以下の条件で表面抵抗テストと摺動テストを実施した。その結果を表１に示す。
尚、比較対照とするために、透明電極層に圧縮応力を付与しないように、回転ドラムに平板状のまま基材を、回転ドラムに固定して、上記実施例と同じ処理を行った結果を比較例として同表に示した。
同表中の摺動テストは、透明電極層５に、ＰＥＴにＩＴＯを成膜したフィルムを重ね、ＰＥＴ上から曲率０．８ｍｍのプラスチックペン先に２５０ｇの荷重を架けて１０万回摺動させてからＰＥＴフィルムを取り外した後の透明電極層５の摺動傷を目視検査した。また、表面抵抗値については、４端子表面抵抗計にて測定した。
また、実施例及び比較例ともに各２個のサンプルを使用したため、同表中、実施例は実施例１及び２、比較例は比較例１及び２として示した。
【００１３】
【表１】
【００１４】
上記表から、実施例１及び２において、表面抵抗値の変化率は、透明電極層を成膜した前後において１％以内であるのに対して、比較例１及び２では４％を超えていた。また、摺動傷についても、実施例１及び２では確認できなかったのに対して、比較例１及び２では、１ｍｍ以上の傷を確認することができた。
上記結果から、本実施例の透明電極層は、耐圧・耐摺動性に優れており、耐マイクロクラックに対する抵抗値の変化も極めて少ないことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明における透明電極層に、圧縮応力を負荷するための装置の一例を示す説明図
【図２】同基材の引張応力を負荷した状態の説明図
【図３】同基材の引張応力を緩和した状態の説明図
【符号の説明】
【００１６】
１ 透光性を有する基材
２ 回転ドラム
３ 低屈折率の金属薄膜層
４ 高屈折率の金属薄膜層
５ 透明電極層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する基材に、透明電極層を備える透明電極であって、前記基材を樹脂により構成し、前記透明電極層の面方向に圧縮応力を有することを特徴とする透明電極。
【請求項２】
透光性を有する基材に、透明電極層を備えるようにするために透明電極層を形成する方法であって、前記基材を樹脂により構成し、前記基材の面方向に引張応力をかけて透明電極層を成膜し、その後、前記基材の引張応力を緩和することを特徴とする透明電極の形成方法。
【請求項３】
前記基材を湾曲させることにより前記引張応力をかけ、前記透明電極層を形成後に、前記基材を平板状にすることにより、前記引張応力を緩和することを特徴とする請求項２に記載の透明電極の形成方法。
【請求項４】
前記基材を、前記基材の厚さの５００〜６００倍の曲率半径で湾曲させ、前記基材に、前記基材の厚さの２×１０−４〜４×１０−４％の厚さの前記透明電極層を形成することを特徴とする請求項３に記載の透明電極の形成方法。
【請求項１】
透光性を有する基材に、透明電極層を備える透明電極であって、前記基材を樹脂により構成し、前記透明電極層の面方向に圧縮応力を有することを特徴とする透明電極。
【請求項２】
透光性を有する基材に、透明電極層を備えるようにするために透明電極層を形成する方法であって、前記基材を樹脂により構成し、前記基材の面方向に引張応力をかけて透明電極層を成膜し、その後、前記基材の引張応力を緩和することを特徴とする透明電極の形成方法。
【請求項３】
前記基材を湾曲させることにより前記引張応力をかけ、前記透明電極層を形成後に、前記基材を平板状にすることにより、前記引張応力を緩和することを特徴とする請求項２に記載の透明電極の形成方法。
【請求項４】
前記基材を、前記基材の厚さの５００〜６００倍の曲率半径で湾曲させ、前記基材に、前記基材の厚さの２×１０−４〜４×１０−４％の厚さの前記透明電極層を形成することを特徴とする請求項３に記載の透明電極の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２３４３９７（Ｐ２００７−２３４３９７Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４７４０（Ｐ２００６−５４７４０）
【出願日】平成１８年３月１日（２００６．３．１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１日（２００６．３．１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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