JP2013249216A - タッチセンサ付化学強化ガラス及びディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】４つの破壊モード全てに起因する割れを抑制可能なタッチセンサ付化学強化ガラス及びディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】タッチセンサ付化学強化ガラス１０は、タッチセンサ１１と、該タッチセンサ１１を搭載する化学強化ガラス２０と、を備える。化学強化ガラス２０は、圧縮応力層の最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ以上であり、且つ、内部の引張応力層の引張応力が８ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下である。
【選択図】図１６

Description

本発明は、タッチセンサと、該タッチセンサを搭載する化学強化ガラスと、を備えるタッチセンサ付化学強化ガラス及びディスプレイ装置に関する。

従来よりタッチパネル機能を有するディスプレイ装置（例えば、携帯電話、携帯情報端末（PDA）、タブレットＰＣ等）が知られている。このようなディスプレイ装置は、タッチセンサを搭載したガラス基板を液晶ディプレイ（ＬＣＤ）上に配置し、さらにその上に化学強化ガラスをカバーガラスとして搭載することで構成されていた（図１７（ａ））。

近年では、特許文献１のように、より軽量化、薄型化するため、タッチセンサを化学強化ガラスに直接搭載させることでガラス基板を省略し、タッチセンサを搭載した化学強化ガラスを液晶ディプレイ（ＬＣＤ）上に配置する、いわゆる２−ｉｎ−１方式のディスプレイ装置が開発されている（図１７（ｂ））。

このような２−ｉｎ−１方式のディスプレイ装置に使用されるタッチセンサ付化学強化ガラスとして、３種類の化学強化ガラスが流通している。１つ目は、圧縮応力層の最表面の圧縮応力が５００ＭＰａ、圧縮応力層の深さＤＯＬが９μｍの化学強化ガラス、２つ目は、圧縮応力層の最表面の圧縮応力が７２２ＭＰａ、圧縮応力層の深さＤＯＬが３２μｍの化学強化ガラス、３つ目は、圧縮応力層の最表面の圧縮応力が６２３ＭＰａ、圧縮応力層の深さＤＯＬが１９μｍの化学強化ガラスである。

特開２０１１−１９７７０８号公報

しかしながら、これらの化学強化ガラスでは、使用中または携帯中の落下などにより化学強化ガラス自身が割れてしまうことがあり、ディスプレイ装置を保護するという本来の役割を果たすことができないという問題があった。詳しくは後述するが、従来のタッチセンサ付化学強化ガラスでは、タッチセンサ付化学強化ガラスの割れを分類した４つの破壊モードに対する耐性が不十分であり、改善の余地があった。

そこで、本発明は、４つの破壊モード全てに起因する割れを抑制可能なタッチセンサ付化学強化ガラス及びディスプレイ装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、ディスプレイ装置に使用されるタッチセンサ付化学強化ガラスで発生する割れについて調査、研究を進める上で、タッチセンサ付化学強化ガラスの割れが以下で説明する４つの破壊モードで起こることを見出し、本発明に至った。以下、４つの破壊モードについて、図４を参照しながら説明する。なお、本明細書において、タッチセンサ付化学強化ガラスとは、タッチセンサを搭載した化学強化ガラスを意味し、単に化学強化ガラスと呼ぶときには、タッチセンサを搭載していない化学強化ガラス自体を意味する。

＜１．端面・表面割れ＞
端面・表面割れは、ヘルツ破壊（ヘルツクラック割れ）とも呼ばれ、タッチセンサ付化学強化ガラスの端面に衝撃が加えられた際に、衝撃面（端面）に発生するヘルツコーンと呼ばれる円錐状の破面を起点として破壊が生じるものである。この端面・表面割れについては、後述するヘルツ割れ試験によりその耐性を測定することができる。

＜２．端面・裏面割れ＞
端面・裏面割れは、タッチセンサ付化学強化ガラスの端面に衝撃が加えられた際に、衝撃面とは反対側の非衝撃面（端面）に発生する引張応力により発生する傷を起点として破壊が生じるものである。この端面・裏面割れについては、後述する裏面割れ試験によりその耐性を測定することができる。

＜３．面・裏面割れ＞
面・裏面割れは、タッチセンサ付化学強化ガラスの主面に衝撃が加えられた際に、衝撃面とは反対側の非衝撃面（主面）に発生する引張応力により発生する傷を起点として破壊が生じるものである。この面・裏面割れについては、後述する落球試験によりその耐性を測定することができる。

＜４．面・表面割れ＞
面・表面割れは、タッチセンサ付化学強化ガラスの主面に衝撃が加えられた際に、圧縮応力層を突き抜ける傷を起点にガラスが比較的遅い速度で割れるスロークラックによる割れ（以下、このようなガラスの割れ方をスロークラック割れとも呼ぶ。）である。このスロークラック割れは、一般的に割れ破片が少なく、最も典型的には破壊起点から一本のクラックが延びてタッチセンサ付化学強化ガラスが２つに割れる現象であり、携帯電話、携帯情報端末（PDA）、タブレットＰＣ等のタッチパネル機能を有するディスプレイ装置に用いられるタッチセンサ付化学強化ガラス又はカバーガラスで典型的に見られる割れである。

携帯電話や携帯情報端末などはユーザーが持ち歩くものであるため、落下等により衝撃が与えられるおそれが高く、圧縮応力層を突き抜ける傷を生じさせるような物質と接触するおそれが高い。また、タッチセンサ機能付タブレットＰＣにおいては、サイズが典型的には、１５０〜３５０ｍｍ×１００〜２５０ｍｍ、且つ、重量が１５０〜１０００ｇであり、サイズが大きく重量が重いにもかかわらず、ユーザーが持ち歩くものである。使用方法の例としては、例えばキッチンでタッチセンサ機能付タブレットＰＣを立てかけて、レシピを見ながら料理をしたり、会議室でタッチセンサ機能付タブレットＰＣを立てかけて、資料を見ながら打合せをするなどの使われ方がされている。

従って、携帯電話や携帯情報端末などを落下させた場合、若しくは、タッチセンサ機能付タブレットＰＣを誤って落下させてしまった場合又は倒してしまった場合等に、表面圧縮応力層を突き抜けるキズが生じやすく、よりスロークラック割れが発生しやすい。

ここで、タッチセンサ機能付タブレットＰＣのカバーガラスで発生したスロークラック割れを例にスロークラック割れについて図５〜図１１を参照しながら説明する。
タッチセンサ機能付タブレットＰＣは、画像表示部を囲うように略矩形状のフレームが設けられ、カバーガラスがフレーム上に支持されている。図５に示すように、タッチセンサ機能付タブレットＰＣ１が地面（アスファルト・コンクリートなど）に落下して、カバーガラス２が下を向いた状態でアスファルト・コンクリート３中の小石４上の砂５等に接触すると、破壊起点Ｏに圧縮応力が作用しカバーガラスの画像表示部側に引張応力が作用する（図６（ａ））。続いて、破壊起点Ｏには引張応力が作用しクラックＣが伸びて、カバーガラス２が割れる（図６（ｂ））。なお、破壊起点は、カバーガラスの中央部に発生することもあるが、フレームによりカバーガラスの撓みが拘束され、破壊起点に生じる応力が大きくなるため、フレームに支持された領域の一部に発生することが多い。このようなカバーガラス２の割れは、地面に落下する場合に限らず、会議室・リビング、キッチン等の床面でも発生する。

図７（ａ）はスロークラック割れが発生したタッチセンサ機能付タブレットＰＣの写真を示す図であり、（ｂ）は破壊起点を上方から見た拡大写真を示す図、（ｃ）は破壊起点を側方から見た写真を示す図である。
このときのカバーガラスの割れは、図７（ｃ）の破断面から明らかなように、圧縮応力層の深さより深い傷が破壊起点となっている。図７（ａ）及び（ｂ）では、破壊起点から一本のクラックが延びてカバーガラスが２つに割れている。この図７（ｃ）に示す破断面をさらに観察すると、圧縮応力層の深さより深い破壊起点の回りには、鏡のように滑らかな鏡面半径（ｍｉｒｒｏｒ ｒａｄｉｕｓ）の長い鏡面（ｍｉｒｒｏｒ）が見られる。

図８は、図７（ｃ）の破断面を模式的に示す図である。破断面には、破壊の過程、すなわち、破壊起点、破壊の進行方向、破壊が緩やかに進んだか、急速に進んだかなどの要因が反映される。このスロークラック割れの破断面解析によれば、鏡面半径の長い鏡面は小さな応力により破壊が進行したことを意味しており、このような滑らかな破断面は、クラックがゆっくり音速に比べてずっと遅い速度で成長したことを意味している。従って、図７（ｃ）の破断面によれば、カバーガラスには、圧縮応力層の深さより深い起点が形成された後、クラックがゆっくり成長し、小さな応力で破壊が進行したことが分かる。このようなスロークラック割れにより割れたカバーガラスは、割れ破片が数ピース〜（場合によっては）数十ピースになる。典型的には、２ピースから２０ピースであり、図７（ａ）及び（ｂ）に示す破壊起点から一本のクラックが延びてカバーガラスが２つに割れた例は、スロークラック割れの象徴的な例である。

スロークラック割れであるか否かは、よりミクロには次のようにして判別される。まず、破壊起点がわかるようなものでなければスロークラック割れとはいえない。また、その破壊起点付近を観察して圧縮応力層を突き抜けるような傷すなわち圧縮応力層深さ（いわゆるＤＯＬ）よりも深い傷が破壊起点であることが確認された場合はスロークラック割れである。また、鏡面半径が長く、破面断面が鏡面でありミストやハックルが認められない場合はスロークラック割れである。

次に、スロークラック割れとの対比のため、スロークラック割れではないカバーガラスの割れ方（以下、非スロークラック割れとも呼ぶ。）について説明する。非スロークラック割れとして、ヌープ圧子をガラス表面に押し込んで生じたカバーガラスの割れについて説明する。図９は、非スロークラック割れによるカバーガラスの破壊起点を側方から見た写真を示す図であり、図１０は図９の破断面を模式的に示す図である。

この非スロークラック割れの破断面を観察すると、圧縮応力層内に破壊起点が形成され、回りに鏡のように滑らかな鏡面半径の短い鏡面が見られ、さらに鏡面の回りには、ミスト面（ｍｉｓｔ）が存在する。この非スロークラック割れの破断面解析によれば、鏡面半径の短い鏡面は大きな応力により破壊が進行したことを意味し、ミスト面は、クラックが急速に成長したことを意味している。従って、図９の破断面によれば、カバーガラスには、圧縮応力層の深さより浅い破壊起点が形成された後、大きな応力で破壊が進行しクラックが急速に成長したことが分かる。非スロークラック割れが生じると、カバーガラスは図１１に示すように、蜘蛛の巣状に延びた複数のクラックにより複数（２０枚以上）のガラス片となる（以下、このような割れ方をスパイダー割れとも呼ぶ。）。このように、スロークラック割れと非スロークラック割れとは、全く異なるモードで破壊が生じていることが分かる。

スロークラック割れについては、破壊起点が圧縮応力層を超えた領域、即ち引張応力層に発生するため（傷の深さは典型的には数十〜数百マイクロメートルで、化学強化による圧縮応力層が数〜数十マイクロメートル）、スロークラック割れの発生しやすいディスプレイ装置においては、スロークラック割れにも強い機械特性を有するタッチセンサ付化学強化ガラスを選択する必要がある。このスロークラック割れ（面・表面割れ）については、後述するサンドペーパー落球試験によりその耐性を測定することができる。なお、非スロークラック割れについては、スロークラック割れとの対比のために強制的に発生させた破壊モードであり、上記４つに分類される破壊モードではない。

本発明のタッチセンサ付化学強化ガラスは、ディスプレイ装置において典型的に発生する４つの破壊モード全てに起因する割れを抑制することができる。

本発明は、以下の態様を提供するものである。
（１） タッチセンサと、該タッチセンサを搭載する化学強化ガラスと、を備えるタッチセンサ付化学強化ガラスであって、
前記化学強化ガラスは、圧縮応力層の最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ以上であり、且つ、内部の引張応力層の引張応力が８ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下であることを特徴とするタッチセンサ付化学強化ガラス。
（２） 前記圧縮応力層の最表面の圧縮応力が９００ＭＰａ以上、前記引張応力層の引張応力が９ＭＰａ以上であることを特徴とする（１）に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
（３） 前記化学強化ガラスを温度９０℃、０．１ｍｏｌ％塩酸中に２０時間浸漬したときの重量減少が１ｍｇ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
（４） 前記圧縮応力層の深さが１５μｍ以上であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
（５） 前記化学強化ガラスの板厚が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
（６） （１）〜（５）のいずれかに記載のタッチセンサ付化学強化ガラスを備えるディスプレイ装置。

上記（１）又は（２）に記載のタッチセンサ付化学強化ガラスによれば、圧縮応力層の最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ以上を有するので、上記した＜１．端面・表面割れ＞、＜２．端面・裏面割れ＞、及び＜３．面・裏面割れ＞に分類される割れの発生を抑制することができる。また、内部の引張応力層の引張応力が８ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下であるので、＜４．面・表面割れ（スロークラック割れ）＞に分類される、タッチセンサ付化学強化ガラスで典型的に見られる割れの発生についても抑制することができる。

上記（３）に記載のタッチセンサ付化学強化ガラスによれば、耐酸性が高いので、フォオリソグラフィ技術を用いて化学強化ガラスにタッチセンサを搭載させることができる。

上記（４）に記載のタッチセンサ付化学強化ガラスによれば、面取り等の端面処理で発生する潜傷よりも圧縮応力層が深いので、所望の端面強度を発生させることができる。

上記（５）に記載のタッチセンサ付化学強化ガラスによれば、軽量化、薄型化を実現することができる。

上記（６）に記載のディスプレイ装置によれば、タッチセンサ付化学強化ガラスの割れが抑制され、割れに対する信頼性の高いディスプレイ装置を実現される。

本発明の一実施形態のタッチセンサ付化学強化ガラスの主要部を構成する平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のタッチセンサ付化学強化ガラスの製造方法を説明する図である。 ディスプレイ装置に使用されるタッチセンサ付化学強化ガラスで発生する４つの破壊モードについて説明する図である。 タッチセンサ機能付タブレットＰＣが落下した際にカバーガラスにスロークラック割れが発生する状況を示す模式図である。 スロークラック割れが発生するメカニズムを模式的に示す図であり、（ａ）は破壊起点を示す図であり、（ｂ）はクラックを示す図である。 （ａ）はスロークラック割れが発生したタッチセンサ機能付タブレットＰＣの写真を示す図であり、（ｂ）は破壊起点を上方から見た拡大写真を示す図、（ｃ）は破壊起点を側方から見た写真を示す図である。 図７（ｃ）の破断面を模式的に示す図である。 非スロークラック割れが発生したカバーガラスの破壊起点を側方から見た写真を示す図である。 図９の破断面を模式的に示す図である。 スパイダー割れが発生したカバーガラスの写真を示す図である。 サンドペーパー落球試験の模式図である。 図１２のサンドペーパー落球試験における化学強化ガラスの割れが発生するメカニズムを模式的に示す図であり、（ａ）は破壊起点を示す図であり、（ｂ）はクラックを示す図である。 （ａ）は、化学強化ガラスを花崗岩からなる基台上に配置し、Ｐ３０のサンドペーパーの擦り面に化学強化ガラスの上面を接触させた状態で、Φ０．７５インチ、４ｇのステンレス鋼性の球体を高さ１７ｃｍから落下させてスロークラック割れが発生したカバーガラスの写真を示す図であり、（ｂ）は破壊起点を側方から見た写真を示す図である。 （ａ）はＰ３０のサンドペーパーの拡大写真を示す図であり、（ｂ）はアスファルト・コンクリートの拡大写真を示す図であり、（ｃ）はＰ３０のサンドペーパー先端の角度分布と砂の先端の角度分布を示すグラフである。 （ａ）はヘルツ割れ試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は裏面割れ試験の結果を示すグラフであり、（ｃ）は落球試験の結果を示すグラフであり、（ｄ）はサンドペーパー落球試験の結果を示すグラフである。 （ａ）は従来のタッチパネル機能を有するディスプレイ装置の模式図であり、（ｂ）は２−ｉｎ−１方式のディスプレイ装置の模式図である。

先ず、本発明の一実施形態のタッチセンサ付化学強化ガラスについて図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態のタッチセンサ付化学強化ガラスの主要部を構成する平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。

タッチセンサ付化学強化ガラス１０は、タッチセンサ１１と、該タッチセンサ１１を搭載する化学強化ガラス２０と、を備え、２−ｉｎ−１方式のディスプレイ装置に使用されるタッチセンサ付化学強化ガラスである。即ち、タッチセンサ付化学強化ガラス１０の化学強化ガラス２０は、カバーガラスとしての機能と、センサ基板としての機能とを兼ねるものである。

タッチセンサ１１は、化学強化ガラス２０の片側の面に、交差するＸ軸、Ｙ軸の２軸それぞれの軸方向に伸びる列電極が、その交差部分において間に電気的絶縁層を介することにより電気的に非接触状態で形成されることにより構成されている。ここにおいて、Ｘ軸方向に伸びる列電極を第１電極１２ａ、Ｙ軸方向に伸びる列電極を第２電極１２ｂと呼ぶと、タッチ位置を検出するためには、各軸方向に伸びる第１電極１２ａと第２電極１２ｂとが互いに独立していなければならない。このため、本実施形態では、化学強化ガラス２０の片側の面に、マトリックス状を構成する各々の第１電極１２ａと第２電極１２ｂの列電極パターン（各軸方向に伸びる複数列の電極パターン）を１層の透明電極パターン１２として配列させた上で、２つの列が交差する領域においていずれか一方の列を他方の列と接触しないよう分断させた透明電極パターン１２の分断箇所をブリッジ配線１４で接続している。なお、ブリッジ配線１４と透明電極パターン１２とが重なり合う領域（交差領域）においては、透明電極パターン１２とブリッジ配線１４との間に絶縁性物質による絶縁層１３が設けられている。

符号１５は、透明電極パターン１２を囲むように化学強化ガラス２０の周縁部に形成される遮光性を有する黒色層であり、符号１６は、各列をなす電極集合への引き廻し配線を示している。引き廻し配線１６は、各列の電極パターンのいずれか１つに接続されていればよい。タッチセンサ１１の最下層には、保護ガラス１７が形成されている。

絶縁層１３を構成する透明性の電気絶縁性物質として、有機樹脂材料を用いることが可能であり、有機樹脂材料を使用して絶縁層を形成する場合には、フォトリソ技術により容易にパターニングされた樹脂製の絶縁層を得ることができる。

ブリッジ配線１４を構成する導電物質としては、化学強化ガラス２０に対して高い密着力を容易に得ることができる金属材料が望ましく使用される。特に、透明基板がガラス基板の場合には、ガラス基板に対して密着力が高く、ＩＴＯより導電性が高く、耐久性、耐摩耗性にも優れた、Ｍｏ、Ｍｏ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ａｕ合金などの金属材料を好ましく用いることができる。

タッチセンサ１１を搭載する化学強化ガラス２０は、板厚が１．５ｍｍ以下、より好ましくは１．０ｍｍ以下、さらに好ましくは０．８ｍｍ以下である。また、例えば以下の組成のガラスが使用される。
（ｉ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ_２を５０〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を２〜２５％、Ｌｉ_２Ｏを０〜１０％、Ｎａ_２Ｏを０〜１８％、Ｋ_２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１５％、ＣａＯを０〜５％およびＺｒＯ_２を０〜５％を含むガラス。ここで、たとえば「Ｋ_２Ｏを０〜１０％含む」とはＫ_２Ｏは必須ではないが１０％までの範囲で、かつ、本発明の目的を損なわない範囲で含んでもよい、の意である。
（ｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を５０〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜１０％、Ｎａ_２Ｏを６〜１４％、Ｋ_２Ｏを３〜１１％、ＭｇＯを２〜１５％、ＣａＯを０〜６％およびＺｒＯ_２を０〜５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計が１２〜２５％、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計が７〜１５％であるガラス
（ｉｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を６８〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を４〜１０％、Ｎａ_２Ｏを５〜１５％、Ｋ_２Ｏを０〜１％、ＭｇＯを４〜１５％およびＺｒＯ_２を０〜１％含有するガラス
（ｉｖ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を６７〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３を０〜４％、Ｎａ_２Ｏを７〜１５％、Ｋ_２Ｏを１〜９％、ＭｇＯを６〜１４％およびＺｒＯ_２を０〜１．５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７１〜７５％、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計が１２〜２０％であり、ＣａＯを含有する場合その含有量が１％未満であるガラス

化学強化ガラス２０を得るための化学強化は、例えば、３８０℃〜４５０℃の硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）溶融塩にガラスを０．１〜２０ｈｒ浸漬させることで行われるが、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）溶融塩の温度や、浸漬時間、溶融塩等を変更することで、化学強化の入り方を調整することができる。化学強化することでガラス表面には圧縮応力層が形成され、内部に引張応力層が形成される。

本発明の化学強化ガラス２０は、上記した４つの破壊モードである、＜１．端面・表面割れ＞、＜２．端面・裏面割れ＞、＜３．面・裏面割れ＞、＜４．面・表面割れ（スロークラック割れ）＞の全てに耐性を有することが必要であり、そのためには圧縮応力層の最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ以上であり、且つ、内部の引張応力層の引張応力が８ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下となるように化学強化される。その理由を以下に示す。

＜１．端面・表面割れ＞は、ヘルツ割れ試験により割れ強さを求めることができる。
ヘルツ割れ試験は、ガラス端面に超硬材の細径の円柱棒を衝突させることにより、ガラス端面の表面にヘルツ応力を発生させることで、ヘルツクラック割れを生じさせるものであり、円柱棒の衝撃エネルギー（衝突エネルギーＪ＝高さｍ×重さｋｇ×９．８ｍ/ｓ^２）により＜１．端面・表面割れ＞による耐性を測定することができる。

測定は、以下の条件で行った。以下に示すＡ〜Ｅの５種の硝材のガラスＡ１〜Ｅ１をサイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍに切断、研磨し、＃６００のホイールでＣ面取りをおこなった。その後、それぞれのガラスを化学強化した。前述のガラスを基台上に配置し、その端面にφ３ｍｍの超硬ピンを振り子式にぶつけて、ガラスの端面表側を、ヘルツ割れに手配することを２０回繰り返し、破壊時の円柱棒の衝撃エネルギーの単純平均を算出して平均破壊エネルギーとした。

硝材Ａは、以下の組成を有するものである。
ＳｉＯ_２： ７２．５ｍｏｌ％
Ａｌ_２Ｏ_３： ６．２ｍｏｌ％
Ｎａ_２Ｏ： １２．８ｍｏｌ％
ＭｇＯ： ８．５ｍｏｌ％

硝材Ｂは、以下の組成を有するものである。
ＳｉＯ_２： ６１．５ｍｏｌ％
Ａｌ_２Ｏ_３： １３ｍｏｌ％
Ｎａ_２Ｏ： １７ｍｏｌ％
ＭｇＯ： ８ｍｏｌ％
Ｋ_２Ｏ： ０．５ｍｏｌ％

硝材Ｃは、以下の組成を有するものである。
ＳｉＯ_２： ６８ｍｏｌ％
Ａｌ_２Ｏ_３： １０ｍｏｌ％
Ｎａ_２Ｏ： １４ｍｏｌ％
ＭｇＯ： ８ｍｏｌ％
Ｋ_２Ｏ： ４ｍｏｌ％

硝材Ｄは、以下の組成を有するものである。
ＳｉＯ_２： ６４ｍｏｌ％
Ａｌ_２Ｏ_３： ８ｍｏｌ％
Ｎａ_２Ｏ： １２．５ｍｏｌ％
Ｋ_２Ｏ： ４ｍｏｌ％
ＭｇＯ： １１ｍｏｌ％
ＺｒＯ_２： ０．５ｍｏｌ％

硝材Ｅは、以下の組成を有するものである。
ＳｉＯ_２： ６６．７ｍｏｌ％
Ａｌ_２Ｏ_３： １０．８ｍｏｌ％
ＮａＯ： １３．２ｍｏｌ％
ＫＯ： ２．４ｍｏｌ％
ＭｇＯ： ６．２ｍｏｌ％
ＣａＯ： ０．６ｍｏｌ％

また、ガラスＡ１〜Ｅ１は、表１に示す性能を有している。表１及び図１６（ａ）に、それぞれのガラスのヘルツ割れ試験の試験結果を示す。なお、表１中（以降の表についても同じ。）、ＣＳは表面圧縮応力を示し、ＤＯＬは圧縮応力層の深さを示している。

＜２．端面・裏面割れ＞は、裏面割れ試験により割れ強さを求めることができる。
裏面割れ試験は、ガラス端面に太径の超硬材の円柱棒を衝突させることにより、ガラス端面の裏側に衝撃引っ張り応力を発生させ、端面・裏面割れを生じさせるものであり、円柱棒の衝撃エネルギー（衝突エネルギーＪ＝高さｍ×重さｋｇ×９．８ｍ/ｓ^２）により＜２．端面・裏面割れ＞による耐性を測定することができる。

測定は、以下の条件で行った。上記したＡ、Ｃ〜Ｅの４種の硝材のガラスＡ２、Ｃ２〜Ｅ２をサイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍに切断、研磨し、＃６００のホイールでＣ面取りをおこなった。その後、それぞれのガラスを化学強化した。前述のガラスを基台上に配置し、その端面にφ４０ｍｍの超硬ピンを振り子式にぶつけて、ガラスの端面裏側を、衝撃的に破壊することを２０回繰り返し、破壊時の円柱棒の衝撃エネルギーの単純平均を算出して平均破壊エネルギーとした。

また、ガラスＡ２、Ｃ２〜Ｅ２は、表２に示す性能を有している。表２及び図１６（ｂ）に、それぞれのガラスの端面・裏面割れ試験の試験結果を示す。

＜３．面・裏面割れ＞は、落球試験により割れ強さを求めることができる。
落球試験は、ガラス表面にステンレス製の鉄球を落下させることにより、落球面の裏面に引っ張り応力を発生させ、面・裏面割れを生じさせるものであり、鉄球の衝撃エネルギー（衝突エネルギーＪ＝高さｍ×重さｋｇ×９．８ｍ/ｓ^２）により＜３．面・裏面割れ＞による耐性を測定することができる。

測定は、以下の条件で行った。上記したＡ、Ｃ〜Ｅの４種の硝材のガラスＡ３、Ｃ３〜Ｅ３をサイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍに切断、研磨した。その後、それぞれのガラスを化学強化した。前述のガラスを中央部４０ｍｍ×４０ｍｍをくりぬいた基台上に配置し、その表面にφ３０ｍｍ、１３０ｇの鉄球を落下させて、ガラスの面裏側を衝撃的に破壊することを２０回繰り返し、破壊時の鉄球の衝撃エネルギーの単純平均を算出して平均破壊エネルギーとした。

また、ガラスＡ３、Ｃ３〜Ｅ３は、表３に示す性能を有している。表３及び図１６（ｃ）に、それぞれのガラスの端面・裏面割れ試験の試験結果を示す。

図１６（ａ）〜図１６（ｃ）からこれらの３つの破壊モードに起因する割れは、割れ発生時の平均破壊エネルギーが圧縮応力に比例し、圧縮応力が大きくなればなるほど割れ発生に要する平均破壊エネルギーが大きくなる、即ち割れづらくなる傾向があることが分かる。従って、化学強化ガラス２０の圧縮応力層の最表面の圧縮応力を８００ＭＰａ以上とすることで、上記した＜１．端面・表面割れ＞、＜２．端面・裏面割れ＞、及び＜３．面・裏面割れ＞に分類される割れの発生を従来の縮応力層の最表面の圧縮応力８００ＭＰａ未満のタッチセンサ付化学強化ガラスに比べ飛躍的に抑制することができる。圧縮応力層の最表面の圧縮応力は、８５０ＭＰａ以上が好ましく、９００ＭＰａ以上がより好ましく、９５０ＭＰａ以上がさらに好ましく、１０００ＭＰａ以上が極めて好ましい。

また、本発明者らは、＜４．面・表面割れ（スロークラック割れ）＞を再現するための方法として、以下に説明するサンドペーパー落球試験を見出した。そして、そのサンドペーパー落球試験から、＜４．面・表面割れ（スロークラック割れ）＞に分類される割れにも強いタッチセンサ付化学強化ガラス１０を提供することを可能とした。

サンドペーパー落球試験は、図１２に示すように、表面に圧縮応力層が形成された化学強化ガラス２０を基台３１上に配置し、圧縮応力層の深さ以上の大きさの研磨材を含むサンドペーパー３２の擦り面３２ａに化学強化ガラス２０を接触させ、鉄球等の球体３３を上方から落下させるものである。このとき、サンドペーパー３２は、好ましくは化学強化ガラス２０の上方に配置され、化学強化ガラス２０の上面３０ａがサンドペーパー３２の擦り面３２ａと接触しており、球体３３がサンドペーパー３２の擦り面３２ａとは反対側の面３２ｂに落下する。

基台３１としては、花崗岩のような硬い石から形成されることが好ましい。これにより、破壊起点となる傷が発生しやすいフレームに支持されたカバーガラスの領域と同じように、応力の逃げ場を排除することができる。ただし、基台３１の材質は弾性率やたわみを目的にあわせて変更することができ、ストレート材、ガラス、中央がくりぬかれたフレーム等、適宜選択することができる。

サンドペーパーは研磨紙（紙やすり、ＪＩＳ Ｒ６２５２：２００６）に限られず基材に研磨材が接着剤によって塗装されたもの、あるいはそれに相当するものを含み、たとえば研磨布（ＪＩＳ Ｒ６２５１：２００６）、耐水研磨紙（ＪＩＳ Ｒ６２５３：２００６）などを含む。

サンドペーパー３２には、含まれる研磨材の粒度に応じてＰ１２〜Ｐ２５００番が存在する（ＪＩＳ Ｒ６２５２、２００６）。研磨材は、典型的には、アルミナ、炭化ケイ素である。アスファルト・コンクリートに含まれる砂の粒径を０．０６ｍｍ〜１ｍｍと想定すると、サンドペーパー３２に含まれる研磨材の粒度としてＰ３０〜Ｐ６００が概ねこれと対応する。

例えば圧縮応力層の深さを３０μｍと想定すると、圧縮応力層の深さよりも大きい研磨材を含むサンドペーパーとしては、Ｐ３０（Ｄ_３：７１０μｍ）、Ｐ１００（Ｄ_３：１８０μｍ）、Ｐ３２０（ｄ_３：６６．８μｍ）、Ｐ６００（ｄ_３：４３．０μｍ）などのサンドペーパーが選択される。

球体３３の材質や重量は目的にあわせて変更可能であるが、典型的には、ステンレス鋼製の４〜１５０ｇのステンレス球が用いられる。

このように基台３１上に配置された化学強化ガラス２０に、球体３３を落下させることで、化学強化ガラス２０にはサンドペーパー３２に含まれる研磨材により、上面３０ａ側の圧縮応力層より深いところに破壊起点Ｏが発生する。

このとき、破壊起点Ｏに圧縮応力が作用しその周りに引張応力が作用する（図１３（ａ））。続いて、破壊起点Ｏには引張応力が作用しクラックＣが伸びて、カバーガラスが割れる（図１３（ｂ））。即ち、破壊起点の面が上面と下面の違いはあるが、図６（ａ）及び（ｂ）で説明したスロークラック割れと同じメカニズムで割れが発生する。

図１４（ａ）は、化学強化ガラス２０を花崗岩からなる基台上に配置し、Ｐ３０のサンドペーパー３２の擦り面に化学強化ガラス２０の上面を接触させた状態で、Φ０．７５インチ、４ｇのステンレス鋼からなる球体３３を高さ１７ｃｍから落下させてスロークラック割れが発生したカバーガラスの写真を示す図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の破壊起点を側方から見た写真を示す図である。

化学強化ガラスは、一本のクラックが延びてカバーガラスが２つに割れており、また図１４（ｂ）は図７（ｃ）と同様の破断面を示しており、スロークラック割れと同じメカニズムで割れが発生していることが分かる。

図１５（ａ）はＰ３０のサンドペーパーの拡大写真であり、図１５（ｂ）は、アスファルト・コンクリート（横浜にて採取）の拡大写真であり、図１５（ｃ）は、Ｐ３０のサンドペーパー先端の角度分布と砂の先端の角度分布を示すグラフである。図１５（ｃ）は、それぞれサンドペーパーを１４４箇所、砂を１４９箇所観測し、サンドペーパー又は砂の先端角度を横軸に、頻度を縦軸に示したものである。本発明では、Ｐ３０のサンドペーパーに含まれる研磨材としてのアルミナと、アスファルト・コンクリートに含まれる小石等の形状の近似性から、Ｐ３０のサンドペーパーが選択された。

本発明では、化学強化ガラスを花崗岩からなる基台上に配置し、Ｐ３０（ＪＩＳ Ｒ６２５２、２００６）のサンドペーパーの擦り面にカバーガラスの上面を接触させた状態で、Φ０．７５インチ、２９ｇのステンレス鋼からなる球体を上方から落下させるサンドペーパー落球試験を行った。

測定は、以下の条件で行った。上記したＡ〜Ｅの５種の硝材のガラスＡ４〜Ｅ４をサイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍに切断・研磨した化学強化ガラスを２０枚用意し、２０枚のガラスを順次花崗岩からなる基台上に配置し、Ｐ３０（ＪＩＳ Ｒ６２５２、２００６）のサンドペーパーの擦り面にガラスの上面を接触させた状態で、Φ０．７５インチ、２９ｇのステンレス鋼からなる球体を上方から落下させ、破壊時の落球高さの単純平均を算出して平均破壊高さとした。

また、ガラスＡ４〜Ｅ４は、表４に示す性能を有している。表４及び図１６（ｄ）に、それぞれのガラスのサンドペーパー落球試験の試験結果を示す。なお、表４中、ＣＴは内部の引張応力を示している。

図１６（ｄ）から＜４．面・表面割れ（スロークラック割れ）＞に起因する割れは、割れ発生時の落球高さが内部の引張応力に反比例し、引張応力が小さくなればなるほど割れ発生時の落球高さが高くなる、即ち割れづらくなる傾向があることが分かる。従って、化学強化ガラス２０の内部の引張応力層の引張応力を４０ＭＰａ以下とすることで、＜４．面・表面割れ（スロークラック割れ）＞に分類される、タッチセンサ付化学強化ガラスで典型的に見られる割れの発生についても抑制することができる。

内部の引張応力層の引張応力が小さすぎる場合、最表面の圧縮応力や圧縮応力層の深さを大きくできないため、総合的に強度を高くできない。従って、内部の引張応力層の引張応力の下限は、８ＭＰａであり、９ＭＰａ以上が好ましく、１０ＭＰａ以上がさらに好ましい。また、内部の引張応力層の引張応力の上限は、３７ＭＰａ以下が好ましく、３４ＭＰａ以下がさらに好ましい。

なお、図９〜１１で示した非スロークラック割れについては、スロークラック割れとの対比のために強制的に発生させた破壊モードであり、上記４つに分類される破壊モードではないが、非スロークラック割れについては、破壊起点が圧縮応力層内に発生するため、これを防ぐためには、上記した＜１．端面・表面割れ＞、＜２．端面・裏面割れ＞、及び＜３．面・裏面割れ＞に分類される割れと同様に、圧縮応力層の最表面の圧縮応力を大きくすることが効果的である。

このように化学強化された化学強化ガラス２０において、圧縮応力層の深さは１５μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上がより好ましく、２５μｍ以上がさらに好ましい。これは、切断や面取り等の端面処理で発生する潜傷よりも圧縮応力層が深くすることで、所望の端面強度を発生させることができるためである。

次に、本実施形態のタッチセンサ付化学強化ガラス１０の製造方法の一例について図３を参照しながら説明する。
まず、複数個のディスプレイ装置用の化学強化ガラスに分割可能な大型の化学強化ガラス２００を用意し（図３（ａ））、化学強化ガラス２００の片側の面に、それぞれの化学強化ガラスの周縁部に対応する位置に黒色層１５を形成する（図３（ｂ））。なお、この化学強化ガラス２００は、上記したように、圧縮応力層の最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ以上であり、且つ、内部の引張応力層の引張応力が８ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下となるように化学強化されたものである。

続いて、化学強化ガラス２００の片側の面に、透明電極パターン１２を形成する（図３（ｃ））。例えば、化学強化ガラス２００の片側の面に、スパッタリング法などを用いてＩＴＯを成膜させ、成膜させたＩＴＯ膜を図１に示すようなパターン形状に加工することにより、所定パターンを有する透明電極パターン１２を形成する。この透明電極パターン１２を形成するにあたっては、ＩＴＯ膜をコーティングし、所定パターンのマスクを用いて露光し、ついでエッチングするというフォトリソグラフィー・プロセス法（以下、フォトリソグラフィ技術と呼ぶ。）を採用することができる。

このとき、透明電極パターン１２が形成されている化学強化ガラス２００の同面（透明電極パターン１２が形成されている面）に、透明電極パターン１２の特定部位（Ｘ軸方向の第１電極１２ａの列電極パターンとＹ軸方向の第２電極１２ｂの列電極パターンとが交差する領域、すなわち、列電極パターンとしての交差領域。）を覆う絶縁層１３を、例えばフォトリソグラフィ技術を利用して形成する（図３（ｄ））。

次に、各交差領域に設けた絶縁層１３の上を跨ぐようにして透明電極パターン１２の特定部位（第１電極１２ａの分断箇所）間を接続させる各ブリッジ配線１４を形成する（図３（ｅ））。例えば、絶縁層１３が形成されている化学強化ガラス２００の同面（絶縁層１３が形成されている面）に対してスパッタリング法などを用いて金属製の導電物質を成膜して金属膜を形成し、この金属膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして所定形状のパターンを有するブリッジ配線１４を形成する。この際、引き廻し配線部分も覆って金属膜を形成し、この金属膜をブリッジ配線の形成のためのフォトリソグラフィ法によるパターニング工程と同時にパターニングを行って引き廻し配線１６を形成する。これにより、図１に示す状態が完成する。

続いて、ＳｉＯ_２をスパッタリングして保護ガラス１７を形成し（図３（ｆ））、各タッチセンサ付化学強化ガラス１０に分割し（図３（ｇ））、各タッチセンサ付化学強化ガラス１０の隅部を面取りする（図３（ｈ））。最後に、各タッチセンサ付化学強化ガラス１０にフレキシブル配線基板１８を圧着して接続することで、タッチセンサ付化学強化ガラス１０が製造される。

このようにタッチセンサ付化学強化ガラス１０は、タッチセンサ１１を形成するに際し、フォトリソグラフィ技術を用いて製造することができる。そのため、化学強化ガラス２０は耐酸性を有していることが好ましく、化学強化ガラスを温度９０℃、０．１ｍｏｌ％塩酸中に２０時間浸漬したときの重量減少が１ｍｇ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。このように耐酸性を高い化学強化ガラスを用いることで、フォオリソグラフィ技術を用いて化学強化ガラスにタッチセンサを搭載させることができる。

ここで、上記したＡ〜Ｅの５種の硝材のガラスＡ５〜Ｅ５をサイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍに切断・研磨した化学強化ガラスを用意し、それぞれの化学強化ガラスを温度９０℃、０．１ｍｏｌ％塩酸中に２０時間浸漬したときのガラス単位面積当たりの重量減少（ｍｇ／ｃｍ^２）を評価した。

また、ガラスＡ５〜Ｅ５は、表５に示す性能を有している。表５に、それぞれのガラスの重量減少（ｍｇ／ｃｍ^２）を示す。

この結果から、ガラスＣ５は、最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ以上であるため、＜１．端面・表面割れ＞、＜２．端面・裏面割れ＞、及び＜３．面・裏面割れ＞に分類される割れを抑制することができ、且つ、ガラス単位面積当たりの重量減少が１ｍｇ／ｃｍ^２未満で、耐酸性は十分であり、最も好ましいガラスということができる。また、ガラスＢは、耐酸性が不十分であるものの、最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ以上であるため、＜１．端面・表面割れ＞、＜２．端面・裏面割れ＞、及び＜３．面・裏面割れ＞に分類される割れを抑制することができる。

一方、ガラスＡ５、ガラスＤ５、ガラスＥ５では、ガラス単位面積当たりの重量減少が１ｍｇ／ｃｍ^２未満で、耐酸性は十分であるが、最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ未満であるため、＜１．端面・表面割れ＞、＜２．端面・裏面割れ＞、及び＜３．面・裏面割れ＞に分類される割れを抑制することができず、本発明の対象外のガラスである。

以上説明したように、本実施形態のタッチセンサ付化学強化ガラスによれば、圧縮応力層の最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ以上であり、且つ、内部の引張応力層の引張応力が８ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下であるので、４つの破壊モード全てに起因する割れを抑制することができる。

また、化学強化ガラスを温度９０℃、０．１ｍｏｌ％塩酸中に２０時間浸漬したときの重量減少が１ｍｇ／ｃｍ^２以下とすることで、フォオリソグラフィ技術により化学強化ガラスにタッチセンサを搭載させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
タッチセンサ付化学強化ガラス１０は、携帯電話、携帯情報端末（PDA）、タブレットＰＣ以外にも、デジタルカメラ、液晶テレビ、電子手帳、電卓等、タッチパネル機能を有する各種のディスプレイ装置に適用することができる。

１０ タッチセンサ付化学強化ガラス
１１ タッチセンサ
２０ 化学強化ガラス

Claims (6)

1. タッチセンサと、該タッチセンサを搭載する化学強化ガラスと、を備えるタッチセンサ付化学強化ガラスであって、
   前記化学強化ガラスは、圧縮応力層の最表面の圧縮応力が８００ＭＰａ以上であり、且つ、内部の引張応力層の引張応力が８ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下であることを特徴とするタッチセンサ付化学強化ガラス。
2. 前記圧縮応力層の最表面の圧縮応力が９００ＭＰａ以上、前記引張応力層の引張応力が９ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
3. 前記化学強化ガラスを温度９０℃、０．１ｍｏｌ％塩酸中に２０時間浸漬したときの重量減少が１ｍｇ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
4. 前記圧縮応力層の深さが１５μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
5. 前記化学強化ガラスの板厚が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のタッチセンサ付化学強化ガラスを備えるディスプレイ装置。