JP5640156B2 - タッチパネル用強化ガラス板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、タッチパネル用強化ガラス板及びその製造方法に係り、より具体的には、タッチパネル用強化ガラス板の縁部領域をハーフ(half)エッチングによって化学エッチングした後、原板ガラス単位で基板形成工程を行い、セルガラス単位に切断して使用するタッチパネル用強化ガラス板及びその製造方法に関する。
最近、強化ガラスに透明電極を一体化させたタッチスクリーンパネル（Touch Screen Panel：ＴＳＰ）の登場によりタッチスクリーン市場の競争構図がさらに激化している。
タッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）は、電子手帳、液晶表示装置（ＬＣＤ、Liquid Crystal Display Device）、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)、ＥＬ(Electroluminescence)などの平面ディスプレイ装置にタッチ機能を付加したものであって、ユーザーがディスプレイを介して所望の情報を選択するようにするのに用いられるツールである。タッチスクリーンパネルは、１）抵抗膜方式(Resistive Type)、２）静電容量方式(Capacitive Type)、３）抵抗膜−マルチタッチ方式(Resistive-Multi-Touch Type)などに大別される。
１） 抵抗膜方式(Resistive Type)は、ガラスまたはプラスチック板上に抵抗成分の物質をコートし、その上にポリエチレンフィルムを被せた形になっており、両面が互いに接しないように一定の間隔で絶縁棒が設置されている。作動原理は、抵抗膜の両端から一定の電流を流すと、抵抗膜が抵抗成分を有する抵抗体のように作用するため、両端に電圧がかかる。手の指を当てると、上側の表面のポリエスチルフィルムが撓んで両面が接続される。よって、両面の抵抗成分のため、抵抗の並列接続のような形になり、抵抗値の変化が起こる。この際、両端に流れる電流によって電圧の変化も起こるが、このような電圧の変化程度を直ちに把握し、接触した指の位置を知ることができる。抵抗膜方式は、表面圧力による作動で解像度が高く応答速度が速いものの、タッチ位置を同時に一箇所しか感知することができず、破損に対する危険が大きいという欠点を持っている。
２） 静電容量方式(Capacitive Type)は、熱処理が施されているガラスの両面に透明な特殊伝導性金属（ＴＡＯ）をコートして製造する。スクリーンの四つ角に電圧をかけると、高周波がセンサーの全面に広がり、この際、スクリーンに指が接すると、電子の流れが変化し、このような変化を感知して座標を把握する。静電容量方式は、多数のポイントを同時に押して実行可能であり、解像度が高く耐久性が良いという利点を持っているものの、反応速度が遅く装着が難しいという欠点を持っている。
３） 抵抗膜−マルチタッチ方式(Resistive-Multi-Touch Type)は、１つのポイントしか実行することができない抵抗膜方式の最大欠点を補完改善し、静電容量方式と同様に実行することができるように実現した。
また、タッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）は、信号増幅の問題、解像度の違い、設計及び加工技術の難易度だけでなく、それぞれのタッチスクリーンパネルの特徴的な光学的特性、電気的特性、機械的特性、耐環境特性、入力特性、耐久性及び経済性などを考慮して個々の電子製品に選択的に使用される。特に、電子手帳、ＰＤＡ、携帯用ＰＣ及びモバイルフォン（携帯電話）などでは、抵抗膜方式(Resistive Type)と静電容量方式(Capacitive Type)が広く用いられる。
タッチスクリーン製造技術の向後の動向を考慮するとき、従来の複雑な工程を最大限減らしても十分な耐久性を有するように、タッチスクリーンパネルをさらに薄く製造する必要がある。その理由は、光透過率を高めてディスプレイの輝度を低めても、既存の製品と同様の性能を実現するようにすることにより、消費電力を減少させてバッテリーの利用時間を増やすことができるためである。
このような要求に応えて、厚さ１．８ｍｍ以下のガラス基板を使用するタッチスクリーンパネルが提示されており、このような薄いガラスを使用するタッチスクリーンパネルは、使用者が後ろの袋などに入れた状態で座る場合、破損が発生するため、強化ガラスを採用する必要がある。
厚さ１．８ｍｍ以下のガラス基板を強化させる方法としては、熱処理を用いることができないため、化学的強化方式を使っている。化学的強化方式は、ガラスに含まれているＮａ＋イオンを除去し、Ｋ＋物質を代替注入してガラスを強化させる方式である。
まず、説明の便宜のために、大きいサイズのガラス基板を「原板ガラス」と称し、原板ガラスを切断してタッチパネル用の小さいパネルガラスのサイズに切断されたガラスを「セルガラス」と称する。
従来の厚さ１．８ｍｍ以下の強化ガラス基板を使用するタッチパネルに用いるセルガラスは、次のような工程によって製造された。
図１を用いて、厚さ１．８ｍｍ以下の強化ガラス基板を使用する従来のタッチパネル用パネルの製造工程について簡略に説明する。まず、多数のセルを含む大きいサイズの原板ガラスをセルガラスに切断する（ＳＴ１００）。切断されたセルガラスを化学的強化方式によって強化させる（ＳＴ１１０）。切断されたセルガラスに透明電極層の形成などのタッチパネル形成工程を行う（ＳＴ１２０）工程を適用する。
ところが、従来の厚さ１．８ｍｍ以下の強化ガラス基板を使用するタッチパネル用パネルを製造する工程は、原板ガラスをセルガラスに切断した後、セルガラスに基板形成工程（透明電極層の形成など）を行わなければならないので、原板単位で行う工程と比較して工程の収率が低下するという問題点があった。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的は、厚さ１．８ｍｍ以下の強化ガラス基板を使用しながらも、原板ガラス単位で基板形成工程を行うことが可能なタッチパネル用強化ガラス板及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、原板ガラス単位で強化ガラス処理及び基板加工を行った後、タッチパネルサイズのセルガラス単位に切断しても、切断面をある程度強化処理することが可能なタッチパネル用強化ガラス板の製造方法を提供することにある。
上記目的は、強化ガラスから形成されるタッチパネル用強化ガラス板の製造方法において、複数のタッチパネル用セルガラスを含む原板ガラスを強化させる第１段階と、前記原板ガラスの表面上にセルガラスサイズ単位で区画する縁部領域をハーフエッチングする第４段階と、原板ガラス単位で、透明電極形成工程を含む基板形成工程を行う第２段階と、前記基板形成工程及び前記ハーフエッチングを済ませた前記原板ガラスをセルガラス単位に切断し、しかる後に、切断面を研削(grinding)する第３段階と、を含んでなるタッチパネル用強化ガラス板の製造方法によって達成可能である。
上記他の目的は、タッチパネルに使用され、強化ガラスから形成されるタッチパネル用強化ガラス板であって、端面において、前記強化ガラスの厚さ中心線を基準に上面及び下面の表面から厚さ中心線領域までの領域は外方へ凹入した凹面形状を有し、前記厚さ中心線領域は前記凹面形状に連なって形成される、外方へ膨出した凸面形状を有することを特徴とするタッチパネル用強化ガラス板によって達成可能である。
本発明のタッチパネル用強化ガラス板及びその製造方法を適用すると、大きいサイズの原板ガラス単位で基板形成工程を行うことができるから、基板形成工程が容易になるうえ、生産収率を向上させることができる。
また、本発明で提案されたタッチパネル用強化ガラス板の製造方法は、厚さ１．８ｍｍ以下の強化された原板ガラス状態で基板形成工程を行った後、強化処理されていない領域を切断し、研削するので、従来の技術と比較してチップ(chip)の発生を抑制させることができるという利点がある。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例、利点及び特徴について詳細に説明する。
まず、図２を用いて、本発明の一実施例に係る厚さ１．８ｍｍ以下のタッチパネルに用いられる強化ガラス板を製造する工程について簡略に説明する。原板ガラスを強化処理する（ＳＴ２００）。本発明で使用するガラス基板は、１．８ｍｍ以下の厚さを有するため、化学的強化方式を適用することが好ましい。背景技術で説明したように、化学的強化方式は、ガラスに含まれているＮａ＋イオンを除去し、Ｋ＋物質を代替注入してガラスを強化させる方式である。
その後、原板ガラスの上面及び下面から厚さ方向にセルガラスサイズに切断するための前段階として、セルガラスを形成するための縁部を化学エッチングする（ＳＴ２１０）。この際、行われる化学エッチングは、原板ガラスをセルガラス単位に完全に切断せず、厚さ方向を基準に中心の一部を残存させる方式で行い、これを本発明では「ハーフエッチング」と称する。ハーフエッチングによって原板ガラスの上下面は厚さを基準として中心方向に化学エッチングが行われ、原板ガラスの中央部はエッチングされずに残っている領域が存在する。
図３は本発明に係る一実施例として原板ガラスにハーフエッチングが行われる縁部を示し、図４は図３に示したａ−ａ’線に沿った断面を拡大して示す。図３は一つの原板ガラスを９つのセルガラスに形成する例であって、セルガラス単位に切断されるべき縁部２０に化学ハーフエッチングを行う状態の斜視図である。図４はＣ１セルガラスとＣ２セルガラスとの間に行われるハーフエッチング断面を拡大して示す断面図である。図３では一枚の原板ガラスに９つのセルガラスが含まれるものを示したが、これは例示に過ぎず、実際は一層さらに多いセルガラス、或いはさらに少ないセルガラスが、一枚の原板ガラスから形成できる。
図４に示すように、原板ガラスの上面と下面の縁部２０で化学エッチングが行われる。原板ガラスはＳＴ２００段階で強化処理された。このような強化処理の結果、上下面の表面からそれぞれＴＤ深さだけ化学的強化領域１０が形成される。このような化学的強化深さ（ＤＯＬ、Depth of Layer）は、現在広く販売されているｉＰｈｏｎｅに使用されるゴリラガラスの場合には、５０〜６０μｍ程度であると知られている。本発明では、後続の切断及び研削(grinding)工程が強化領域を除いた領域で行われなければならないので、ＳＴ２１０段階で行われるハーフエッチングの深さは、少なくとも強化深さ（ＤＯＬ）を超えなければならず、一般に等方性化学エッチングを採用する。例えば、図４に示した原板ガラスの厚さ（Ｔ）が１．８ｍｍ、強化深さ（ＴＤ）が６０μｍであると仮定すると、ハーフエッチングの深さは強化深さ（ＴＤ）よりは大きく、原板ガラスの厚さ（Ｔ）の１／２よりは小さくする。後続の切断工程及び研削工程を円滑に行うためには、強化処理されていない領域が十分露出するように、ハーフエッチングを行わなければならない。好ましくは、ハーフエッチングの後に厚さ方向に残っている残存領域の厚さ（ＴＲ）は、少なくとも５μｍよりは大きくすることがよい。残存領域の厚さ（ＴＲ）を５μｍ以下にすると、後で行われる基板形成工程でハーフエッチングされた部分が切断されてしまう問題が発生する。
また、ハーフエッチングの後、隣り合うセルガラス同士の間に強化処理されていない水平距離（Ｌ）は、後続工程で行われる切断工程の技法及びセルガラスのサイズによって異なるように設定しなければならない。例えば、サンドブラスト工法によって切断工程を行う場合は、レーザー光によって切断工程を行う場合より、水平距離（Ｌ）を大きく持たなければならない。
次に、ハーフエッチングされた状態の原板ガラス単位で基板形成工程を行う（ＳＴ２２０）。基板形成工程は、形成しようとする基板構造によって様々な方式で行われる。例えば、セルガラス毎にブラックインクでウィンドウの縁部と製造社のロゴを形成するデコレーション領域形成工程、及びオーバーコーティング層またはアンカーコーティング層の上部に透明電極を形成する透明電極形成工程が行われる。
図２に示した製造工程では、強化処理された原板ガラスをセルガラス単位でハーフエッチングした後（ＳＴ２１０段階）、基板形成工程を行う（ＳＴ２２０段階）と説明した。本発明の主な要旨は原板ガラス単位で基板形成工程を行うことであるから、ＳＴ２１０段階及びＳＴ２２０段階の順序を変えても、本発明の目的を達成することができる。
その後、基板形成工程済みの原板ガラスをセルガラス単位で切断し、研削を行う（ＳＴ２３０）。この際、切断工程及び研削工程は、ハーフエッチングによって強化処理が露出した領域（Ｌ）で行われる。よって、強化処理された部分にエッチングを行うと、表面応力によりチップ(chip)が発生し、激しい場合にはクラックが発生する。ところが、本発明に係る切断工程及び研削工程は、強化処理されていない部分で行われるので、すなわちストレスが集中していない領域で行われるので、チップの発生を減らすことができるという利点がある。
切断は、レーザー光を用いた切断、ダイヤモンドホイールカッティング、ウォータージェットカッティング(water jet cutting)、サンドブラストなどの物理的切断方法によって行うことが好ましいが、フッ素による化学的切断によっても可能であるのはもとよりである。
この際、切断された面は強化処理されていない領域であるから、外部の衝撃に弱くなるおそれがある。本発明では、切断の後、強化処理されていない側面にフッ酸含有ペーストを塗布し、洗浄すれば、ある程度強化処理を施すことができるようになった。
［第１変形例］
図５は強化ガラス基板を使用する本発明に係る別の実施例のタッチパネル用ガラス板の製造工程流れ図である。複数のセルガラスが含まれた原板ガラスの上面及び下面に対して、セルガラス単位で切断されるべき縁部領域をハーフエッチングする（ＳＴ５００）。その後、ハーフエッチングされた領域の一部に、強化処理を防止するための強化処理妨害物質を塗布する（ＳＴ５１０）。強化処理妨害物質の一例としては、シリカ（ＳｉＯ２）と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から構成された化合物を挙げることができる。その後、原板ガラスを強化処理する（ＳＴ５２０）。次に、原板ガラス単位で基板形成工程を行い（ＳＴ５３０）、基板形成工程が完了すると、強化処理妨害物質の塗布されたハーフエッチング領域を切断し、切断面を研削(grinding)する（ＳＴ５４０）。ＳＴ５２０段階の強化処理を完了した後にも、強化処理妨害物質は縁部領域に残っているが、残存する強化処理妨害物質は、ＳＴ５４０段階で行われる切断工程及び研削工程で面取りされることにより除去される。この際、面取りされた面は強化処理されていない領域であるから、外部の衝撃に弱くなるおそれがある。本発明では、切断の後、強化処理されていない面取り面にフッ酸含有ペーストを塗布し、洗浄すれば、ある程度は強化処理を施すことができるようになった。
図６は本発明に係る変形例のＳＴ５００及びＳＴ５１０段階を行った後の原板ガラスの斜視図であり、図７は図６に示したｂ−ｂ’線に沿った切断面を拡大して示す図である。図７に示すように、強化処理されていない原板ガラスの縁部領域２０にハーフエッチングを行い、ハーフエッチングされた領域の一部に強化処理妨害物質３０が塗布されている状態を確認することができる。図７の状態で強化処理を完了すると、図８に示した断面形状のように、原板ガラスの上下面の表面から強化処理妨害物質３０が塗布されていない領域には、一定の深さまで強化処理領域１０が形成される。図７及び図８において、「Ｌ」は隣り合うセルガラス間の縁部領域中における、強化処理が発生していない水平距離を示す。
ＳＴ５００で行われるハーフエッチングの深さは、図２の実施例で提示した深さと同様に行われるようにする。
［第２変形例］
図９は強化ガラス基板を使用する本発明に係る別の実施例のタッチパネル用ガラス基板の製造工程流れ図である。原板ガラスを強化処理し（ＳＴ９００）、原板ガラス単位で基板形成工程を行う（ＳＴ９１０）。原板ガラス単位で基板形成工程を行うという意味は、セルガラス単位に切断した後、切断されたセルガラス単位でそれぞれ基板形成工程を行う工程と対比される工程処理流れを説明するために使用された用語であって、複数のセルガラスが含まれている原板ガラス単位で透明電極形成などの基板形成工程を行うことを意味する。よって、セルガラス単位で基板形成工程を行うときと比較して、同時に多数のセルガラスに同一の工程を適用することができるので、生産時間が短縮されるうえ、工程が単純になるという利点がある。基板形成工程が完了すると、セルガラス単位に切断するためにマスクを適用し、フッ素エッチングを行って原板ガラスをセルガラス単位に切断する（ＳＴ９２０）。その後、切断面を研削処理すると、タッチパネル用ガラス板の製造が完成される。
第２変形例に提示された工程は、透明電極形成工程などが完了した後、フッ素（Ｆ）を用いた化学エッチングが行われるので、エッチング液が、既に行われた基板形成工程によって積層された構造物を汚染させるおそれがあるという欠点があるので、これに適したマスクの開発が必要である。
図１０は図２の工程によって生産されたセルガラスの切断面を示す拡大図である。セルガラス切断領域２０は、ハーフエッチングによってガラス厚さの中心線を基準に上下面の表面から中心線領域までの領域には外方へ凹入した凹面形状に形成され、前記中心線領域はハーフエッチングによって発生した凹面形状に連なって研削処理により外方へ膨出した凸面形状に形成される、特異な形状を有することが分る。
図１０では、等方性ハーフエッチングによってガラス厚さの中心線を基準に上下面の表面から中心線領域までの領域には外方へ凹入した単一Ｒ凹面形状に形成され、前記中心線領域は研削処理により外方へ膨出した単一ｒ凸面形状に形成されるガラス切断面を例示した。
すなわち、本発明によって生産されたタッチパネル用強化ガラスの上板は、切断面がガラス厚さの中心線を基準に上下面の表面から中心線領域までの領域には外方へ凹入した凹面形状に形成され、前記中心線領域は凹面形状に連なって研削処理により外方へ膨出した凸面形状に形成されることが分る。
図１１は図２の工程によって生産されたセルガラスの別の切断形態を示す切断面の拡大図である。図１１の実施例では、セルガラス切断領域２０の中央部分を面取り加工した。セルガラス切断領域２０は、ハーフエッチングによりガラス厚さの中心線を基準に上下面の表面から中心線領域までの領域には凹面形状に形成され、前記中心線領域は面取りした形状を呈する特異な形状を有することが分る。
図１２は図２の工程によって生産されたセルガラスの別の切断形態を示す切断面の拡大図である。図１２の実施例では、図１１において凹面形状と垂直に面取りされた部分との間に４５°方向の面取りを追加することができることを示す。
以上、本発明の好適な実施例を特定の用語を用いて説明及び図示したが、そのような用語は本発明を明確に説明するためのものに過ぎず、本発明の実施例は添付された請求の範囲の技術的思想及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変化を加え得るのは自明である。
Claims (14)
- 強化ガラスから形成されるタッチパネル用強化ガラス板の製造方法において、
複数のタッチパネル用セルガラスを含む原板ガラスを強化させる第１段階と、
前記原板ガラスの表面上にセルガラスサイズ単位で区画する縁部領域をハーフエッチングする第４段階と、
原板ガラス単位で、透明電極形成工程を含む基板形成工程を行う第２段階と、
前記基板形成工程及び前記ハーフエッチングを済ませた前記原板ガラスをセルガラス単位に切断し、しかる後に、切断面を研削する第３段階と、
を含んでなるタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。 - 強化ガラスから形成されるタッチパネル用強化ガラス板の製造方法において、
複数のタッチパネル用セルガラスを含む原板ガラスを強化させる第１段階と、
原板ガラス単位で、透明電極形成工程を含む基板形成工程を行う第２段階と、
前記原板ガラスの表面上にセルガラスサイズ単位で区画する縁部領域をハーフエッチングする第４段階と、
前記基板形成工程及び前記ハーフエッチングを済ませた前記原板ガラスをセルガラス単位に切断し、しかる後に、切断面を研削する第３段階と、
を含んでなるタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。 - 前記第４段階のハーフエッチングは、前記原板ガラスの上下面の表面から、それぞれ前記第１段階で行われる強化処理によって形成される強化深さより深く、前記原板ガラスの総厚さ（Ｔ）の１／２よりは浅く行われることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。
- 前記第４段階のハーフエッチングは、残存領域の厚さ（ＴＲ）が５０μｍより多く残るように行われることを特徴とする請求項３に記載のタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。
- 前記第３段階の切断及び研削は、前記ハーフエッチングされた領域のうち、前記第１段階の強化処理されていない領域で行われることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。
- 前記第４段階の後、前記切断面をフッ酸含有ペースト溶液で塗布し、洗浄する第５段階をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。
- 強化ガラスから形成されるタッチパネル用強化ガラス板の製造方法において、
複数のタッチパネル用セルガラスを含む原板ガラスの表面上にセルガラスサイズ単位で縁部領域をハーフエッチングする第１段階と、
前記第１段階によってハーフエッチングが行われた領域の一部に、強化処理が施されないようにする強化処理妨害物質を塗布する第２段階と、
前記強化処理妨害物質の塗布された前記原板ガラスを強化処理する第３段階と、
前記第１段階によってハーフエッチング及び前記第３段階によって強化処理された原板ガラス単位で、透明電極形成工程を含む基板形成工程を行う第４段階と、
前記第４段階による基板形成工程済みの前記原板ガラスをタッチパネルサイズのセルガラス単位に切断し、しかる後に、切断面を研削する第５段階と、
を含んでなることを特徴とするタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。 - 前記第１段階のハーフエッチングは、前記原板ガラスの上下面の表面から、それぞれ前記第３段階で行われる強化処理によって形成される強化深さより深く、前記原板ガラスの総厚さ（Ｔ）の１／２よりは浅く行われることを特徴とする請求項７に記載のタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。
- 前記第１段階のハーフエッチングは、残存領域の厚さ（ＴＲ）が５０μｍより多く残るように行われることを特徴とする請求項８に記載のタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。
- 前記第５段階の切断及び研削は、前記強化処理妨害物質の塗布された領域で行われることを特徴とする請求項７または８に記載のタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。
- 前記第５段階の後、前記切断面をフッ酸含有ペースト溶液で塗布し、洗浄する第６段階をさらに含むことを特徴とする請求項７または８に記載のタッチパネル用強化ガラス板の製造方法。
- タッチパネルに使用され、強化ガラスから形成されるタッチパネル用強化ガラス板であって、
端面において、前記強化ガラスの厚さ中心線を基準に上面及び下面の表面から厚さ中心線領域までの領域は外方へ凹入した凹面形状を有し、前記厚さ中心線領域は前記凹面形状に連なって形成される、外方へ膨出した凸面形状を有することを特徴とするタッチパネル用強化ガラス板。 - 前記凹面形状の一部領域及び前記凸面形状の全体領域は、強化処理されていない領域であることを特徴とする請求項１２に記載のタッチパネル用強化ガラス板。
- 前記凹面形状の領域と前記凸面形状の領域との境界面は、原板ガラスを強化処理するときに形成される強化深さより深く形成されることを特徴とする請求項１２または１３に記載のタッチパネル用強化ガラス板。
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