JP2018116367A - ペン入力装置用ガラス基板、及びペン入力装置 - Google Patents

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Naoki Fujita
直樹 藤田
晋作 西田
Shinsaku Nishida
晋作 西田
英佑 高尾
Eisuke Takao
英佑 高尾
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【課題】本発明は入力ペンによる書き味が優れるとともに、ディスプレイ素子の高解像度を保持することができるペン入力装置用ガラス基板などを提供する。【解決手段】ペン入力装置10におけるディスプレイ素子30の前面側に配置されるペン入力装置用ガラス基板20であって、少なくとも一方の主面に凹凸を有し、前記凹凸を有する主面における、クルトシスRkuが3より大きく、かつ算術平均粗さRaが1nm以上かつ300nm以下である。【選択図】図1

Description

本発明は、ペン入力装置用ガラス基板、及びペン入力装置に関する。
従来より、入力ペンを用いて文字及び図形等の入力を行うことができるペン入力装置が知られている。
このようなペン入力装置においては、液晶ディスプレイ等のディスプレイ素子の前面側にガラス基板等で構成される透明なカバー部材が配置されており、このカバー部材に対して入力ペンを接触及び移動させることで、様々な入力操作を行うことが可能となっている。ペン入力装置のカバー部材としてガラス基板を用いた場合、一般的にガラス基板の表面は凹凸が小さく滑らかに形成されているため、ガラス基板の表面に入力ペンを接触させて移動させた場合にペン先が滑ってしまい、書き心地が悪いという問題が生じていた。
例えば特許文献1には、ペン入力装置における入力ペンの書き味を高めるために、活性エネルギー線硬化型樹脂組成物からなり、カバー部材の表面に凹凸を有する樹脂層(防眩層)を形成することが開示されている。
特開2009−151476号公報
しかし、前述のような凹凸を有する樹脂層は、透明性に関する指標で曇度を表すヘイズが高くなる傾向があり、凹凸を有する樹脂層が形成されたカバー部材をディスプレイ素子の前面側に配置すると、ディスプレイ素子の解像度が低下することとなる。解像度の低下は、特に高解像度のディスプレイ素子において顕著である。
また、特許文献1のようにカバー部材の表面に凹凸を有する樹脂層を形成した場合、スパークリングと呼ばれるギラつきが発生する。
すなわち、防眩層の材質の検討では、入力ペンにより書き味を良くするとともに、ディスプレイ装置の解像度を保持することは困難であった。
そこで、本発明においては、入力ペンによる書き味が優れるとともに、ディスプレイ装置の高解像度を保持することができるペン入力装置用ガラス基板、及びペン入力装置を提供するものである。
上記課題を解決するペン入力装置用ガラス基板、及びペン入力装置は、以下の特徴を有する。
即ち、本発明に係るペン入力装置用ガラス基板は、ペン入力装置におけるディスプレイ素子の前面側に配置されるペン入力装置用ガラス基板であって、少なくとも一方の主面に凹凸を有し、前記凹凸を有する主面における、クルトシスRkuが3より大きく、かつ算術平均粗さRaが1nm以上かつ300nm以下である。
このような構成により、ペン入力装置におけるディスプレイ素子の高解像度を保持し、ペン入力装置に対する入力を行う入力ペンの書き味を優れたものとすることができる。
また、前記凹凸を有する主面における、最大高さ粗さRzが30nm以上かつ500nm以下である。
これにより、ペン入力装置に対する入力を行う入力ペンの書き味をより優れたものとすることができる。
また、ヘイズが、可視光の波長域において10%未満である。
これにより、ガラス基板の透明度を保持することができ、ディスプレイ素子の高解像度を保持することができる。
また、ペン入力装置は、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載されるペン入力装置用ガラス基板、ディスプレイ素子、及びペン入力を検出する検出回路を備える。
これにより、ペン入力装置におけるディスプレイ素子の高解像度を保持することができ、ペン入力装置に対する入力を行う入力ペンの書き味を優れたものとすることができる。
また、ペン入力装置は、前記ペン入力装置用ガラス基板の主面に接触しながら移動することにより、ペン入力装置に対するペン入力を行う入力ペンを備える。
このような構成により、ペン入力装置におけるディスプレイ素子の高解像度を保持することができ、入力ペンの書き味を優れたものとすることができる。
本発明によれば、ペン入力装置におけるディスプレイ素子の高解像度を保持することができ、ペン入力装置に対する入力を行う入力ペンの書き味を優れたものとすることができる。
ペン入力装置を示す概略側面断面図である。
次に、本発明に係るペン入力装置用ガラス基板、及びペン入力装置を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図1に示すペン入力装置10は、本発明に係るペン入力装置用ガラス基板を備えたペン入力装置の一実施形態である。
ペン入力装置10は、映像を表示するディスプレイ素子30と、ディスプレイ素子30の前面側に配置されるカバーガラスとしてのガラス基板20と、ディスプレイ素子30の背面側に配置されるデジタイザ回路40と、入力ペン50とを備える。ガラス基板20は、本発明に係るペン入力装置用ガラス基板の一例であり、デジタイザ回路40は、本発明に係るペン入力を検出する検出回路の一例である。
なお、ディスプレイ素子30の「前面側」とは、映像が表示される側をいい、ディスプレイ素子30の「背面側」とは、映像が表示される側の反対側をいう。図1において、ディスプレイ素子30の「前面側」は、紙面上方、「背面側」は、紙面下方となる。
ペン入力装置10は、ガラス基板20に対して入力ペン50を接触させた状態で移動させることにより、文字及び図形などの入力を行うことが可能となっている。
ペン入力装置10は、例えばタブレット端末である。このタブレット端末は、表示機能とペン入力機能とを備えたペン入力用表示装置を広く意味する。タブレット端末は、タブレットPC、モバイルPC、スマートフォン、及びゲーム機などの機器を含む。
ガラス基板20は、少なくとも一方の主面20aに凹凸が形成された透明なガラス板により形成されている。ガラス基板20としては、例えばアルミノシリケートガラス、又はホウケイ酸ガラスからなるガラス板を用いることができる。ガラス基板20がアルカリ含有アルミノシリケートガラスからなるガラス板である場合、ガラス基板20は、表面に化学強化層を有していても良い。なお、ガラス基板20の詳細については後述する。
ディスプレイ素子30は、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、及び有機ELディスプレイなどの公知の表示パネルにて構成されている。ディスプレイ素子30においては、ガラス基板20は、凹凸が形成された主面20aに入力ペン50が接触するように配置されている。
デジタイザ回路40は、入力ペン50による入力を検出する検出センサを備えている。
入力ペン50は、鉛筆やボールペンなどの筆記具に似た形状の入力具であり、ガラス基板20と接触するペン先51は、エラストマー、ポリアセタール樹脂などの合成樹脂材、又はフェルトなどで構成されている。これらの部材により構成されたペン先51は、凹凸に対して引っかかりやすい。従って、入力ペン50のペン先51を、凹凸が形成されたガラス基板20の主面20aに接触させて移動させた場合の書き味が特に優れる。
次に、ガラス基板20について説明する。
ガラス基板20の主面20aには、凹凸が形成されており、クルトシスRkuが3より大きく、かつ算術平均粗さRaが1nm以上かつ300nm以下となっている。
ガラス基板20の主面20aにおけるクルトシスRku及び算術平均粗さRaが、このような範囲であることにより、ペン入力装置10においては、ディスプレイ素子30の高解像度を保持することができ、入力ペン50の書き味を向上させることが可能となっている。また、形成された凹凸による散乱光の干渉による、スパークリングと呼ばれるギラつきの発生を抑えることができる。さらに、ガラス基板20の主面20aには樹脂層が形成されておらず、耐傷性が高く傷が付きにくいため、ディスプレイ素子30の解像度を低下させることがない。
クルトシスRkuは摩擦と関係が深いパラメータであり、凹凸のとがり度を表している。クルトシスRkuが3であれば、高さ分布が正規分布となり凹部と凸部が同じ形状になる。クルトシスRkuが3以下であれば凸部及び凹部、または、そのどちらか一方の形状がなだらかになり平坦に近くなる。クルトシスRkuが3より大きいと凸部及び凹部、または、そのどちらか一方の形状が尖る。凹凸の形状が尖れば、凹凸に対して引っかかりが生じやすく摩擦力が上昇し、書き味を優れたものにすることができる。
また、ガラス基板20の主面20aは、上述のエラストマー、ポリアセタール樹脂などの樹脂材、及びフェルトなどといった凹凸に対して引っかかりを生じやすい部材で構成されているペン先51に対して書き味が特に優れたものとなっている。
本実施形態の場合、ガラス基板20の主面20aにおけるクルトシスRkuは3より大きくなるように設定されているが、3.1以上に設定することが好ましく、3.2以上に設定することがさらに好ましい。
ガラス基板20の主面20aにおける算術平均粗さRaの下限値は1nmに設定されているが、2nmに設定することが好ましく、3nmに設定することがさらに好ましい。
また、算術平均粗さRaの上限値は300nmに設定されているが、200nmに設定することが好ましく、100nmに設定することがより好ましく、50nmに設定することがさらに好ましい。
本実施形態の場合、凹凸が形成されたガラス基板20の主面20aにおいては、最大高さ粗さRzが30nm以上かつ500nm以下となっている。
ガラス基板20の主面20aにおける最大高さ粗さRzが30nm以上かつ500nm以下であることにより、ディスプレイ素子30の高解像度を保持することができ、入力ペン50の書き味を向上させることが可能となっている。また、形成された凹凸による散乱光の干渉による、スパークリングと呼ばれるギラつきの発生を抑えることができる。
本実施形態の場合、ガラス基板20の主面20aにおける最大高さ粗さRzの下限値は30nmに設定されているが、40nmに設定することが好ましく、50nmに設定することがさらに好ましい。
また、最大高さ粗さRzの上限値は500nmに設定されているが、400nmに設定することが好ましく、300nmに設定することがさらに好ましい。
ガラス基板20は、ディスプレイ素子30の映像をガラス基板20を介して見たときの映像の解像度の観点から、透明性に関する指標で曇度を表すヘイズが、可視光の波長域(380nm〜780nm)において10%未満となるように形成されている。
ガラス基板20のヘイズを10%未満とすることで、ガラス基板20の透明度を保持することができ、ディスプレイ素子30の高解像度を保持することができる。
本実施形態の場合、ガラス基板20のヘイズは10%未満に設定されているが、7%未満であることが好ましく、5%未満であることがより好ましく、4%未満であることがさらに好ましい。
また、ガラス基板20の主面20aには、入力ペンが接触する側の反射率を低下させるための反射防止膜、又は指紋の付着を防止し、撥水性、撥油性を付与するための防汚膜を形成することができる。
反射防止膜は、ガラス基板20をペン入力装置10のカバーガラスとして使用する場合には、少なくともガラス基板20の表側(入力ペン50が接触する側)の主面20aに有する。また、ガラス基板20とディスプレイ素子30との間に隙間がある場合には、ガラス基板20の裏側(ディスプレイ素子30側)の主面20aにも反射防止膜を有することが好ましい。
反射防止膜としては、例えばガラス基板20よりも屈折率が低い低屈折率膜、又は相対的に屈折率が低い低屈折率膜と相対的に屈折率が高い高屈折率膜とが交互に積層された誘電体多層膜が用いられる。反射防止膜は、スパッタリング法、又はCVD法などにより形成することができる。
ガラス基板20の主面20aに反射防止膜を有する場合、反射防止膜の表面の凹凸が上述の表面粗さ(クルトシスRku、算術表面粗さRa、最大高さ粗さRz)の範囲となるように、ガラス基板20の主面20aの凹凸が形成される。
また、ガラス基板20の主面20aに反射防止膜を有する場合、反射防止膜を有するガラス基板20のヘイズが上述の範囲となるように、ガラス基板20の主面20aの凹凸が形成される。
防汚膜は、ガラス基板20をペン入力装置10のカバーガラスとして使用する場合には、ガラス基板20の表側(入力ペン50が接触する側)の主面20aに有する。
防汚膜は、主鎖中にケイ素を含む含フッ素重合体を含むことが好ましい。含フッ素重合体としては、例えば、主鎖中に、−Si−O−Si−ユニットを有し、かつ、フッ素を含む撥水性の官能基を側鎖に有する重合体を用いることができる。含フッ素重合体は、例えばシラノールを脱水縮合することにより合成することができる。
ガラス基板20の表側の主面20aに反射防止膜と防汚膜とを有する場合には、ガラス基板20の主面20a上に反射防止膜を形成し、反射防止膜上に防汚膜が形成される。
ガラス基板20の主面20aに防汚膜を有する場合、又はガラス基板20の主面20aに反射防止膜と防汚膜とを有する場合、防汚膜の表面の凹凸が上述の表面粗さ(クルトシスRku、算術表面粗さRa、最大高さ粗さRz)の範囲となるように、ガラス基板20の主面20aの凹凸が形成される。
また、ガラス基板20の主面20aに防汚膜を有する場合、又はガラス基板20の主面20aに反射防止膜と防汚膜とを有する場合、防汚膜を形成した後のガラス基板20のヘイズ、又は反射防止膜と防汚膜とを形成した後のガラス基板20のヘイズが上述の範囲となるように、ガラス基板20の主面20aの凹凸が形成される。
次に、ガラス基板20の製造方法について説明する。
ガラス基板20の少なくとも一方の主面20aに形成される凹凸は、当該主面20aにウェットブラスト処理、化学エッチング処理、シリカコーティング処理などを施すことにより形成される。
ウェットブラスト処理は、アルミナなどの個体粒子にて構成される砥粒と、水などの液体とを均一に攪拌してスラリーとしたものを、圧縮エアを用いて噴射ノズルからガラスからなるワークに対して高速で噴射することにより、前記ワークに凹凸を形成する処理である。
ウェットブラスト処理においては、高速に噴射されたスラリーがワークに衝突した際に、スラリー内の砥粒がワークの表面を削ったり、叩いたり、こすったりすることにより、ワークの表面に凹凸が形成されることとなる。この場合、ワークに噴射された砥粒や砥粒により削られたワークの破片は、ワークに噴射された液体により洗い流されるため、ワークに残留する粒子が少なくなる。ガラス基板20は、表面に凹凸が形成されたワークを、切断すること等により所望の大きさや形状に調製することにより得られる。
ウェットブラスト処理によりワークの主面に形成される凹凸の表面粗さは、主にスラリーに含まれる砥粒の粒度分布と、スラリーをワークに噴射する際の噴射圧力とにより調整可能である。
ウェットブラスト処理においては、スラリーをワークに噴射した場合、液体が砥粒をワークまで運ぶため、乾式ブラスト処理に比べて微細な砥粒を使用することができるとともに、砥粒がワークに衝突する際の衝撃が小さくなり、精密な加工を行うことが可能である。このように、ワークに対してウェットブラスト処理を施すことで、ガラス基板20の主面20aに適度な大きさの凹凸を形成しやすく、ガラス基板20の透明度を損なうことなく、入力ペン50の書き味を優れたものとすることが可能となる。
なお、乾式ブラスト処理においては、噴射された砥粒がワークに衝突した際の摩擦によりワークに加工熱が発生するが、ウェットブラスト処理においては、処理中は液体がワークの表面を常に冷却しているため、ワークがブラスト処理により加熱されることがない。また、乾式ブラスト処理を施すことにより、ガラス基板20の主面20aに凹凸を形成することも可能であるが、乾式ブラスト処理では砥粒がガラス基板20の主面20aに衝突する際の衝撃が大きすぎて、凹凸が形成された主面20aの表面粗さが大きくなりやすく、ガラス基板20の透明度が損なわれやすい。
また、化学エッチング処理は、ガラス基板20の主面20aをフッ化水素(HF)ガス又はフッ化水素酸により化学エッチングする処理である。
また、シリカコーティング処理は、ガラス基板20の主面20aにシリカ前駆体等のマトリックス前駆体、及びマトリックス前駆体を溶解する液状媒体を含むコーティング剤をガラス基板20の主面20aに塗布し、加熱する処理である。
次に、主面20aに凹凸を形成したガラス基板20の実施例について説明する。但し、ガラス基板20はこれに限定されるものではない。
[試料の作製]
本実施例においては、ガラス基板20の実施例として試料1〜4を作製し、比較例として試料5〜7を作製した。
試料1〜7に用いたガラス基板20としては、厚さが1.1mmのアルカリ含有アルミノシリケートガラスを使用した。
実施例となる試料1〜4のガラス基板20に対しては、ウェットブラスト処理を施すことにより、一方の主面20aに凹凸を形成した。
具体的には、試料1〜4のガラス基板20に対し、粒度が♯4000のアルミナにて構成される砥粒と水とを均一に攪拌することにより調製したスラリーを、ガラス基板20を載置した処理台を10mm/sの速度で移動させながら、所定の処理圧力のエアを用いてガラス基板20の一方の主面20aの全体に対して噴射するウェットブラストを2回繰り返した。前記砥粒としては、多角形状を有する砥粒を用いた。
試料1のガラス基板20に対してスラリーを噴射した際の処理圧力は0.1MPaであり、試料2のガラス基板20に対してスラリーを噴射した際の処理圧力は0.12MPaであり、試料3のガラス基板20に対してスラリーを噴射した際の処理圧力は0.15MPaであり、試料4のガラス基板20に対してスラリーを噴射した際の処理圧力は0.25MPaであった。
比較例となる試料5のガラス基板20の主面20aには処理を施していない。つまり試料5のガラス基板20は未処理である。
比較例となる試料6〜7のガラス基板20に対しては、一方の主面20aに上部に多数設けたスリットからHFガスを噴射することにより、ドライエッチング処理を施した。HFガスの濃度を一定に保つため、ガラス両側からHFガスを排気した。HFガスは、フッ化水素ガスと窒素ガスを混合し、HFガスの濃度が2.5vol%になるようにした。
試料6のガラス基板20に対してHFガスを噴射した際の処理時間は約15秒であり、試料7のガラス基板20に対してHFガスを噴射した際の処理時間は約6秒であった。
[表面粗さの測定]
試料1〜7のガラス基板20における主面20aの表面粗さを測定した。表面粗さの測定は、試料1〜4についてはウェットブラスト処理を施した主面に対して行い、試料5については一方の主面20aに対して行い、試料6〜7についてはHFガスによるドライエッチング処理を施した主面20aに対して行った。
測定した表面粗さのパラメータは、算術表面粗さRa、最大高さ粗さRz、粗さ曲線の最大山高さRp、粗さ曲線の最大谷深さRv、粗さ曲線のクルトシスRkuである。
試料1〜7に対する算術表面粗さRa、最大高さ粗さRz、粗さ曲線の最大山高さRp、及び粗さ曲線の最大谷深さRvの測定、及び粗さ曲線のクルトシスRkuの測定は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて行った。
用いた原子間力顕微鏡は、Bruker社製の原子間力顕微鏡(SPM unit:Dimension Icon,Controller unit: Nano Scope V)であり、JIS B0601‐2013に基づいて測定を実施した。また、測定条件は、タッピングモードを使用し、測定エリア10×10μmの領域に対して、スキャンレートが1Hz、取得データ数が512×512となるように実施した。
[表面粗さの測定結果]
試料1〜7について行った表面粗さの測定結果について説明する。
表1に測定結果を示す。
Figure 2018116367
表1に示すように、クルトシスRkuは、実施例となる試料1〜4については5.5〜12の範囲にあり、ウェットブラスト処理の処理圧力が大きくなるに従ってクルトシスRkuが小さくなる傾向にある。未処理の比較例である試料5及びドライエッチング処理を施した比較例である試料6〜7については、すべて3.0であった。
算術表面粗さRaは、実施例となる試料1〜4については7.5nm〜24.5nmの範囲にあり、ウェットブラスト処理の処理圧力が大きくなるに従って算術表面粗さRaの値も大きくなる傾向にある。未処理の比較例である試料5及びドライエッチング処理を施した比較例である試料6〜7については、試料1〜4よりも小さな0.2〜0.37nmであった。
最大高さ粗さRzは、実施例となる試料1〜4については180nm〜360nmの範囲にあり、ウェットブラスト処理の処理圧力が大きくなるに従って最大高さ粗さRzの値も大きくなる傾向にある。未処理の比較例である試料5及びドライエッチング処理を施した比較例である試料6〜7については、試料1〜4よりも小さな2.2〜4.1nmであった。
[ヘイズの測定]
試料1〜4についてヘイズの測定を行った。ヘイズの測定は、島津製作所社製紫外可視近赤外分析光度計(UV−3100PC)を用い、JIS K7361−1-1997に基づいて測定した。
[ヘイズの測定結果]
表1に示すように、ヘイズは、実施例となる試料1〜4については0.38%〜3.5%の範囲にあり、ウェットブラスト処理の処理圧力が大きくなるに従ってヘイズの値も大きくなる傾向にある。
[解像度の評価]
ペン入力装置10におけるディスプレイ素子30の前面側に試料1〜7のガラス基板20を載置した場合の、ディスプレイ素子30に表示される映像の解像度について評価を行った。評価方法としては、ディスプレイ素子30に表示される映像に滲みが見られるか否かを以下に示す3段階で評価を行った。◎:鮮明な映像が見え、像に滲みが見られない、○:映像が十分に視認できるが、僅かに像の滲みが見られる、×:映像が不鮮明であり、かつ像の滲みが目立つ。
[解像度の評価結果]
表1に示すように、映像の解像度は、実施例となる試料1〜3については◎となり、試料4については〇となった。未処理の比較例である試料5及びドライエッチング処理を施した比較例である試料6〜7については◎となった。
[書き味の評価]
ガラス基板20に対して入力ペン50により文字及び図形等の入力を行った際の書き味を官能試験により評価した。評価方法としては、入力ペン50としてワコム社製プロペン(KP−503E)を使用し、ガラス基板20上での書き味が、紙上でのHBのシャープペンシルの書き味と感覚的に近い場合を〇とし、当該書き味よりも滑りやすい、滑りにくいなど感覚的に異なる場合を×として、書き味の判定を行った。
[書き味の評価結果]
表1に示すように、書き味は、実施例となる試料1〜4については〇となり、未処理の比較例である試料5及びドライエッチング処理を施した比較例である試料6〜7については×となった。
[各試料の総合評価]
表1に示すように、実施例となる試料1〜4については、入力ペン50が接する主面20aの凹凸の大きさが適切であるため、書き味が良好であり、かつ解像度も◎及び○といったように良好な評価結果が得られた。
一方、未処理の比較例である試料5及びドライエッチング処理を施した比較例である試料6〜7については、入力ペン50が接する主面20aの凹凸が小さく、クルトシスRkuが小さいため滑りやすく、書き味が悪かった。
10 ペン入力装置
20 ガラス基板
20a 主面
30 ディスプレイ素子
40 デジタイザ回路
50 入力ペン

Claims (5)

  1. ペン入力装置におけるディスプレイ素子の前面側に配置されるペン入力装置用ガラス基板であって、
    少なくとも一方の主面に凹凸を有し、
    前記凹凸を有する主面における、クルトシスRkuが3より大きく、かつ算術平均粗さRaが1nm以上かつ300nm以下である、
    ことを特徴とするペン入力装置用ガラス基板。
  2. 前記凹凸を有する主面における、最大高さ粗さRzが30nm以上かつ500nm以下である、
    ことを特徴とする請求項1に記載のペン入力装置用ガラス基板。
  3. ヘイズが、可視光の波長域において10%未満である、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のペン入力装置用ガラス基板。
  4. 請求項1〜請求項3の何れか一項に記載されるペン入力装置用ガラス基板、ディスプレイ素子、及びペン入力を検出する検出回路を備える、
    ことを特徴とするペン入力装置。
  5. 前記ペン入力装置用ガラス基板の主面に接触しながら移動することにより、ペン入力装置に対するペン入力を行う入力ペンを備える、
    ことを特徴とする請求項4に記載のペン入力装置。
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