JP2017151882A

JP2017151882A - 静電容量式センサカバーおよび指紋認証ユニットならびに電子機器

Info

Publication number: JP2017151882A
Application number: JP2016035770A
Authority: JP
Inventors: 恵二郎羽月; Keijiro Hatsuki
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31

Abstract

【課題】保護層を介した着色層の色の視認性に優れるとともに、指紋汚れが目立ちにくい静電容量式センサカバーを提供する。【解決手段】本開示の静電容量式センサカバーは、静電容量式センサ上に位置するジルコニア質セラミックスからなる保護層と、前記静電容量式センサおよび前記保護層の間に位置する着色層とを備え、前記保護層は、厚みを０．０５ｍｍとした測定試料において、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が５５以上７０以下である。【選択図】なし

Description

本開示は、静電容量式センサカバーおよびこれを備える指紋認証ユニットならびに指紋認証ユニットを備える電子機器に関するものである。

近年、各種機器の管理や各種ゲートの入退室管理等のセキュリティーを高めるべく、個人の身体的特徴を鍵に個人を識別する方法として、指紋認証が普及しつつある。そして、指紋認証を行なうために、特に、小型化が図られている機器において、消費電力が少ない静電容量式センサが用いられている。この静電容量式センサは、被検出物である指の凹凸と検出体に形成された電極との間の静電容量を測定して、指紋形状を認識するものである。

そして、このような静電容量式センサには、電極等を保護すべく、静電容量式センサカバーが設けられている。また、静電容量式センサカバーには、静電容量式センサの電極等が外部から視認できず、かつ静電容量式センサが搭載された機器の外観が損なわれない色であることが求められている。

そこで、特許文献１には、着色層と、着色層上に位置する無色透明の保護層とを含む指紋認証チップ実装モジュールが提案されている。

特開２０１５−１５９２６３号公報

特許文献１に記載されている指紋認証チップ実装モジュールのように、静電容量式センサカバーを着色層と、着色層上に位置する無色透明の保護層とで構成すれば、外部から保護層を介して着色層の色を視認することができる。そして、着色層の色を変えることで、静電容量式センサカバーの色を静電容量式センサが搭載された機器の外観の色調に合わせることができる。しかしながら、保護層が単に無色透明であっては、指紋認証を繰り返すことで保護層に付着した人体の皮脂による指紋汚れが目立ちやすいおそれがあった。

本開示は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、保護層を介した着色層の色の視認性に優れるとともに、指紋汚れが目立ちにくい静電容量式センサカバーを提供することを目的とする。

本開示の静電容量式センサカバーは、静電容量式センサ上に位置するジルコニア質セラミックスからなる保護層と、前記静電容量式センサおよび前記保護層の間に位置する着色層とを備える。そして、前記保護層は、厚みを０．０５ｍｍとした測定試料において、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が５５以上７０以下である。

本開示の静電容量式センサカバーは、保護層を介した着色層の色の視認性に優れるとともに、指紋汚れが目立ちにくいものである。

以下に、本開示の静電容量式センサカバーについて詳細に説明する。

本開示の静電容量式センサカバーは、静電容量式センサ上に位置するジルコニア質セラミックスからなる保護層と、静電容量式センサおよび保護層の間に位置する着色層とを備え、保護層は、厚みを０．０５ｍｍとした測定試料において、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が５５以上７０以下である。

このように、保護層がジルコニア質セラミックスからなることで、本開示の静電容量式センサカバーは、優れた機械的特性および比誘電率を兼ね備える。

ここで、ジルコニア質セラミックスとは、ジルコニア質セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、ジルコニアが７０質量％以上を占めるものである。そして、ジルコニア質セラミックスであるか否かは、以下の方法により確認することができる。まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値よりＪＣＰＤＳカードを用いて同定することにより、ジルコニアの存在を確認する。次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、ジルコニウム（Ｚｒ）の定量分析を行なう。そして、ＩＣＰで測定したジルコニウムの含有量からジルコニア（ＺｒＯ_２）に換算した含有量が７０質量％以上であれば、ジルコニア質セラミックスである。

また、着色層は、静電容量式センサが搭載された機器の外観の色調に合った色となる材料で構成すればよい。なお、機器の外観の色調に合った色とは、機器の外観の美観を損なうことがない色でさえあればよい。

そして、本開示の静電容量式センサカバーの保護層は、厚みを０．０５ｍｍとした測定試料において、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が５５以上７０以下である。このような構成を満たすことで、本開示の静電容量式センサカバーは、保護層を介した着色層の色の視認性に優れるとともに、指紋汚れが目立ちにくい。

ここで、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊は、例えば、分光測色計（ミノルタ製ＣＭ−３７００Ａ）を用い、ＪＩＳＺ８７２２−２００９の照射および受光の幾何条件ｇに準拠し、光源をＣＩＥ標準光源Ｄ６５、視野角を１０°、照射径をφ２８ｍｍ、測定径をφ２５．４ｍｍとした条件で測定することができる。なお、測定の際には必要に応じてマスクを使用してもよい。そして、測定試料としては、両面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下となるまで鏡面加工した厚み０．０５ｍｍの保護層を用いる。ここで、保護層の厚みが０．０５ｍｍを超えるものであるときには、厚みが０．０５ｍｍになるまで保護層を研削し、その後両面を鏡面加工することで測定試料とすればよい。

また、保護層の厚みが０．０５ｍｍ未満の場合は、両面が鏡面加工されていればそのままで、鏡面加工されていなければ両面を鏡面加工した後、これを測定する。次に、保護層の厚みがさらに薄くなるように研削し、両面を鏡面加工した後、再び測定する。そして、上記２回の測定結果から、保護層の厚みと明度指数Ｌ＊との関係性を算出し、保護層の厚みが０．０５ｍｍである場合の明度指数Ｌ＊を、推定により算出すればよい。

ここで、明度指数Ｌ＊とは、色調の明暗を示す指数であり、明度指数Ｌ＊の値が大きければ明るい色調ということであり、明度指数Ｌ＊の値が小さければ、暗い色調ということ
である。そして、明度指数Ｌ＊が５５以上７０以下であれば、保護層を介した着色層の色の視認性に優れるとともに、保護層の指紋汚れが目立ちにくいものとなる。

また、本開示の静電容量式センサカバーの保護層は、厚みを０．０５ｍｍとした測定試料において、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が５５以上７０以下であるとともに、クロマティクネス指数ａ＊が−１．０以上１．０以下であり、クロマティクネス指数ｂ＊が−２．５以上２．５以下であってもよい。

ここで、クロマティクネス指数ａ＊とは、色調の赤から緑の度合いを示す指数であり、クロマティクネス指数ａ＊がプラス側に大きな値であれば赤色系の色調ということであり、クロマティクネス指数ａ＊がマイナス側に大きな値であれば緑色系の色調ということである。

一方、クロマティクネス指数ｂ＊とは、色調の黄から青の度合いを示す指数であり、クロマティクネス指数ｂ＊がプラス側に大きな値であれば黄色系の色調ということであり、クロマティクネス指数ｂ＊がマイナス側に大きな値であれば青色系の色調ということである。

さらに、クロマティクネス指数ａ＊およびｂ＊の絶対値は、色調の鮮やかさを示す指数でもあるため、クロマティクネス指数ａ＊およびｂ＊の絶対値が小さいときには鮮やかさが抑えられた渋い色調ということである。

そして、本開示の静電容量式センサカバーの保護層は、厚みを０．０５ｍｍとした測定試料において、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が５５以上７０以下であり、クロマティクネス指数ａ＊が−１．０以上１．０以下であり、クロマティクネス指数ｂ＊が−２．５以上２．５以下であるならば、保護層の色は半透明の白色となる。このように、保護層の色が半透明の白色となれば、保護層を介した着色層の色の視認性がより優れたものになるとともに、保護層の指紋汚れが一層目立ちにくいものとなる。

なお、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間におけるクロマティクネス指数ａ＊およびｂ＊は、上述した明度指数Ｌ＊と同様の方法で測定すればよい。

また、本開示の静電容量式センサカバーにおいて、保護層と着色層とは接触していてもよい。このような構成を満たすならば、本開示の静電容量式センサカバーは、保護層を介した着色層の色の視認性が非常に優れたものになる。

さらに、本開示の静電容量式センサカバーは、保護層における着色層との接触面の粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋが０より小さくてもよい。ここで、粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋとは、粗さの平均高さを中心線とした際に、これに対する山となる領域と谷となる領域との比率を示す指標である。そして、スキューネスが０よりも小さい値ならば谷よりも山となる領域の方が大きいことを示している。そして、このような構成を満たすならば、保護層における接触面の谷となる領域に着色層が食い込むことで、着色層が剥離しにくくなり、本開示の静電容量式センサカバーは、長期間に亘って保護層を介した着色層の色の視認性を高く維持することができる。

ここで、粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋは、ＪＩＳＢ０６０１（２００１）に準拠して測定することができる。測定条件としては、例えば、測定長さを０．１〜５．０ｍｍ、カットオフ値を０．０１〜０．８ｍｍとし、触針径を１〜１０μｍとして触針の走査速度を０．０１〜１ｍｍ／秒に設定すればよい。そして、保護層における接触
面において、少なくとも３箇所以上測定を行ない、この測定で得られた値の平均をスキューネスＲｓｋとすればよい。なお、保護層における接触面を測定するに際して、接触面から着色層を取り除くには、着色層の材質に合わせた剥離方法を採用すればよい。剥離方法としては、例えば、高温熱処理による焼尽、酸性またはアルカリ性溶液を用いたエッチング等がある。

次に、本開示の指紋認証ユニットは、本開示の静電容量式センサカバーおよび静電容量式センサを備えている。上述したように、本開示の静電容量式センサカバーは、保護層を介した着色層の色の視認性に優れるとともに、指紋汚れが目立ちにくいものであることから、本開示の指紋認証ユニットは美観に優れたものとなる。

次に、本開示の電子機器は、本開示の指紋認証ユニットを備えていることにより、着色層の色を電気機器の外観の色調に合わせることで、電子機器の外観が損なうことが少ない、美観に優れたものとなる。本開示の電子機器としては、例えば、携帯電話やパソコン等の情報端末、建築物や乗用車のドア、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）等に搭載される内蔵型や、ＵＳＢ等によって接続される外付型がある。

次に、本開示の静電容量式センサカバーの製造方法の一例について説明する。

まず、イットリアにて安定化されたジルコニア粉末を用意する。また、焼結助剤粉末としての酸化珪素粉末を用意する。そして、ジルコニア粉末と焼結助剤粉末との合計１００質量％のうち、焼結助剤粉末が０．０５質量％以上１．００質量％以下とし、残部がジルコニア粉末となるように秤量することで、１次原料粉末を作製する。

次に、１次原料粉末とともに、所望量のバインダ、溶媒および分散剤を攪拌機内に入れて混合・攪拌することで、スラリーを得る。その後、スプレードライヤーを用いてスラリーを噴霧乾燥することにより顆粒を得る。そして、得られた顆粒を用いて、冷間等方圧成型法または粉末圧延法により所望形状の成形体とする。このように、冷間等方圧成型法または粉末圧延法によって成形することで、成形体の内部において密度差が生じにくいので、焼成時に主結晶となるジルコニアを均一に粒成長させることができる。

次に、得られた成形体を脱脂した後、大気雰囲気において、最高温度を１３００℃以上１５５０℃以下にし、最高温度の保持時間を１時間以内にして焼成することで、焼結体を得る。このような最高温度および保持時間で焼成することによって、主結晶となるジルコニアの粒成長が制御され、可視光を透過させかつ結晶粒界における可視光の反射を抑えるものとなるので、保護層を厚み０．０５ｍｍの測定試料にした際、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が５５以上７０以下となる。

次に、焼結体の表面を研削して所望厚みに加工することにより、ジルコニア質セラミックスからなる保護層を得る。

そして、静電容量式センサおよび保護層の間に位置するように着色層を設ければ、本開示の静電容量式センサカバーとなる。ここで、着色層は、公知のスパッタ法、蒸着法、めっき法、塗布法、印刷法等を用いて形成すればよい。なお、保護層に着色層を直接形成してもよい。

また、厚みを０．０５ｍｍとした測定試料において、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間におけるクロマティクネス指数ａ＊が−１．０以上１．０以下とし、クロマティクネス指数ｂ＊が−２．５以上２．５以下とするには、保護層が、保護層を構成する全成分１００質量％のうち、酸化アルミニウムを３質量％以上６質量％以下含有
するようにすればよい。このように、保護層が上記含有量の酸化アルミニウムを含有していれば、主結晶であるジルコニアとは異なる屈折角をもつ酸化アルミニウムを含有していることで、保護層が半透明の白色となり、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間におけるクロマティクネス指数ａ＊およびｂ＊が上記値となる。

なお、上記含有量の酸化アルミニウムを保護層に含有させるには、上述した１次原料粉末を作製する際に、ジルコニア粉末、焼結助剤粉末および酸化アルミニウム粉末の合計１００質量％のうち、酸化アルミニウム粉末が３質量％以上６質量％以下となるように、酸化アルミニウム粉末を添加すればよい。

また、保護層における着色層との接触面の粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋを０より小さくするには、上述した焼結体の研削後に、接触面となる面を粗いダイヤモンドパウダー（例えば、平均粒径が４．９μｍのパウダー）で研磨し、その後細かいダイヤモンドパウダー（例えば、平均粒径が１．４μｍのパウダー）で更に研磨すればよい。

最後に、本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

Claims

静電容量式センサ上に位置するジルコニア質セラミックスからなる保護層と、前記静電容量式センサおよび前記保護層の間に位置する着色層とを備え、前記保護層は、厚みを０．０５ｍｍとした測定試料において、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間における明度指数Ｌ＊が５５以上７０以下である静電容量式センサカバー。
前記測定試料において、全透過光処理によるＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間におけるクロマティクネス指数ａ＊が−１．０以上１．０以下であり、クロマティクネス指数ｂ＊が−２．５以上２．５以下である請求項１に記載の静電容量式センサカバー。
前記保護層と前記着色層とは接触している請求項１または請求項２に記載の静電容量式センサカバー。
前記保護層における前記着色層との接触面の粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋが０より小さい請求項３に記載の静電容量式センサカバー。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の静電容量式センサカバーを備える指紋認証ユニット。
請求項５に記載の指紋認証ユニットを備える電子機器。