JP6645133B2

JP6645133B2 - 膜付きガラス及び膜付きガラスの製造方法

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Publication number: JP6645133B2
Application number: JP2015223649A
Authority: JP
Inventors: 利之梶岡
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2035-11-16
Also published as: JP2016155739A

Description

本発明は、静電容量型のタッチパネル等に利用される、膜付きガラス及び膜付きガラスの製造方法に関する。

スマートフォンやタブレット型コンピュータ等の携帯端末に各種タッチパネルが利用されている。

各種タッチパネルの一種である静電容量型のタッチパネルは、一般に、センサガラスと呼ばれるガラス基板と、ガラス基板上に形成された、例えば、入力位置検出用の透明導電膜等からなるセンサ機能部を有している。

一般的な静電容量型タッチパネルは、センサ機能部が形成されたセンサガラスとカバーガラスと呼ばれる基体ガラスを、接着することで使用される。

これに対し、特許文献１に示されるように、部品数の低減、および、薄型化や軽量化を図るために、センサガラスの無い静電容量型タッチパネルも知られている。

すなわち、この静電容量型タッチパネルは、表面に圧縮応力層を形成して機械的強度を高めた強化ガラスからなるカバーガラスの表面上に、センサ機能部を形成することにより、センサガラスを不要としている。

このようなセンサ一体型カバーガラスは、センサガラスが無いため、ガラスに高い機械的強度が要求される。さらに、携帯端末の軽量化を図るため、センサ一体型カバーガラスに用いられるガラスは、厚みが小さい方が好ましい。

特開２０１１−１９７７０８号公報

しかし、ガラスの厚みが小さくなるほど、機械的強度が低下してしまい、落下等の衝撃により破損しやすくなる。また、強化ガラスからなるガラスに直接透明導電膜を形成すると、センサ一体型カバーガラスの機械的強度が低下してしまい、破損しやすくなる。

また、タッチパネルの高機能化に対応するためには、透明導電膜の導電性が高い（比抵抗が小さい）ことが好まれるとともに、視認性が求められる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、機械的強度に優れ、透明導電膜の比抵抗が小さく、かつ視認性に優れた膜付きガラス及びこの膜付きガラスの製造方法を提供することである。

本発明に係る膜付きガラスは、ガラス板と、前記ガラス板の一方の面に配された透明導電膜と、前記ガラス板と前記透明導電膜との間に配された、耐熱温度が２５０℃以上である有機化合物からなる透明下地膜とを備え、ＪＩＳＫ７１３６に準拠する方法で測定した透過ヘイズが３％以下であり、前記透明導電膜は、比抵抗が２．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。

本発明の膜付きガラスは、有機化合物からなる透明下地膜がガラス板と透明導電膜との間に配されているため、膜付きガラスの機械的強度を高めることができる。また、透明下地膜が、耐熱温度が２５０℃以上である有機化合物からなるため、熱処理温度を２５０℃以上とすることができる。これにより、透明導電膜の比抵抗が２．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下となり、携帯端末の高機能化に対応可能となる。さらに、透明導電膜に２５０℃以上の高温で熱処理が施されたとしても、透明下地膜に皺が入ることがなく、透過ヘイズを３％以下とすることができ、視認性に優れる。なお、耐熱温度は、透明下地膜を構成する材料により試験片を作製し、ＪＩＳＫ７１９１−２（２００７）に準拠した方法により測定した荷重たわみ温度である。

また、本発明に係る膜付きガラスでは、前記透明導電膜の厚さが１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であり、前記透明下地膜の厚さが０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。

透明導電膜のシート抵抗を小さくするために、透明導電膜の厚さを１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下と比較的厚くした場合、透明導電膜の膜応力が大きくなるが、透明下地膜の厚さが０．５μｍ以下であると、透明下地膜に皺が入ることがなく、透過ヘイズを３％以下とすることができ、視認性に優れる。また、透明下地膜の厚さが０．０１μｍ以上であると、膜付きガラスの機械的強度を高めることができる。

また、本発明に係る膜付きガラスは、前記透明導電膜が、ＩＴＯ膜であることが好ましい。

ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜は、透明導電膜の中でも特に比抵抗が小さいため、透明導電膜の比抵抗を容易に２．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下とすることができる。

また、本発明に係る膜付きガラスは、前記透明下地膜が、シリコーン樹脂であることが好ましい。

シリコーン樹脂は、耐熱性に優れ、ガラス板及び透明導電膜との密着性が良いとともに、ガラス板及び透明導電膜との熱膨張率差が小さいため、２５０℃以上の高温で熱処理しても透明導電膜や透明下地膜の剥離や、透明導電膜や透明下地膜に皺が生じにくく、膜付きガラスの透過ヘイズを容易に３％以下とすることができる。

また、本発明に係る膜付きガラスは、前記ガラス板が、強化ガラス板であることが好ましい。

強化ガラス板は、強化処理を施していないガラス板等と比較して機械的強度が高いため、膜付きガラスが破損し難くなる。そのため、厚みを可及的に小さくすることが可能となる。

また、本発明に係る膜付きガラスは、前記ガラス板が、無アルカリガラス板であることが好ましい。

無アルカリガラス板は、他のガラス板と比較して耐擦傷性に優れるため、膜付きガラスが破損し難くなる。そのため、厚みを可及的に小さくすることが可能となる。

本発明に係る膜付きガラスの製造方法は、ガラス板の一方の面に、耐熱温度が２５０℃以上である有機化合物からなる透明下地膜を形成し、前記透明下地膜の上に、透明導電膜を形成する工程を含み、前記透明導電膜の形成の際に、２５０℃以上の熱処理を施すことを特徴とする。

この構成にすることで、機械的強度が高く、かつ、透明導電膜の比抵抗が２．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下と低く、かつ透過ヘイズが３％以下と視認性に優れる膜付きガラスを容易に製造することができる。

本発明によれば、機械的強度に優れ、透明導電膜の比抵抗が小さく、かつ視認性に優れた膜付きガラス及びこの膜付きガラスの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る膜付きガラスの模式的断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

図１は、本発明に係る膜付きガラスの模式的側面図である。

膜付きガラス１０は、ガラス板１と、透明導電膜２と、透明下地膜３とを有する。

本発明の膜付きガラス１０は、静電容量型タッチパネルを構成し、膜付きガラス１０の透明導電膜２上に、絶縁層と、透明導電膜がこの順に形成されることにより、センサ一体型ガラスとなる。図１に示すように、この膜付きガラス１０においては、ガラス板１の、透明導電膜２及び透明下地膜３が形成されていない側の表面（主面）１ａが、操作を行う面となる。以下、ガラス板１において、操作が行われる面を操作面１ａ、透明導電膜２及び透明下地膜３が形成される面をセンサ面１ｂとする。

膜付きガラス１０では、ＪＩＳＫ７１３６（２０１０）に準拠する方法で測定した透過ヘイズが３％以下である。透過ヘイズが３％以下であるため、膜付きガラス１０が白濁したように見えてしまうことがなく、視認性に優れる。透過ヘイズは、１．５％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましい。なお、本明細書における、透過ヘイズは、膜付きガラス１０のセンサ面１ｂ側から光線を入射して測定した値である。

ガラス板１としては、例えば、化学強化ガラスや風冷強化ガラス等の強化ガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。ガラス板１が強化ガラスであると、携帯端末の落下により破損しにくく、鍵等の金属等との接触により傷付きにくいため好ましい。なお、ガラス板１は、曲面を有していてもよい。

ガラス板１の厚みは、機械的強度と軽量化の観点から鑑みると、０．１〜１．５ｍｍであることが好ましく、０．３〜１．２ｍｍであることがより好ましく、０．５〜１．０ｍｍであることが更に好ましい。

図１では、詳細な図示を省略しているが、透明導電膜２は、例えば、紙面手前側から奥側に向けて等間隔で配置される複数の帯状、または、紙面左側から右側に向けて等間隔で配置される複数の帯状の透明導電膜である。

透明導電膜２の形成材料として、公知の透明（光透過性を有する）な導電性材料が利用可能である。具体的には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）等が挙げられる。ＩＴＯは、比抵抗が特に小さいため好ましい。透明導電膜２は、例えば、スパッタリング法、熱ＣＶＤ法、真空蒸着法により成膜することができる。

透明導電膜２は、比抵抗が２．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下である。これにより、携帯端末の高機能化に対応可能となる。透明導電膜２は、比抵抗が１．５×１０^−４Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、１．１×１０^−４Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。

透明導電膜２の厚さは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることが更に好ましく、１５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが特に好ましい。

透明下地膜３は、ガラス板１を保護するために、ガラス板１のセンサ面１ｂ上に設けられる。図１では、センサ面１ｂ全体を覆っているが、必要に応じてセンサ面１ｂの一部に透明下地膜３を設けなくてもよい。

透明下地膜３は、耐熱温度が２５０℃以上である透明な有機化合物であれば、各種の材料が利用可能である。透明な有機化合物として、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、その他光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。ここで、透明下地膜３は、可視光領域（波長４００〜７００ｎｍ）における光透過率が１０％以上である。また、耐熱温度は、透明下地膜３を構成する材料により試験片を作製し、ＪＩＳＫ７１９１−２（２００７）に準拠した方法により測定した荷重たわみ温度である。

透明な有機化合物として、シリコーン樹脂が好ましい。シリコーン樹脂は、耐熱性に優れ、ガラス板及び透明導電膜との密着性が良いとともに、ガラス板及び透明導電膜との熱膨張率差が小さいため、２５０℃以上の高温で熱処理しても透明導電膜や透明下地膜の剥離や、透明導電膜や透明下地膜に皺が生じにくく、膜付きガラスの透過ヘイズを容易に３％以下とすることができるからである。

また、透明下地膜３は、絶縁性を有していることが好ましい。透明下地膜３は、例えば、シート抵抗が１×１０^１２（Ω／□）以上であることが好ましい。

透明下地膜３の厚さは、ガラス板１の保護の観点から鑑みると、０．００５μｍ以上が好ましく、０．０１μｍ以上がより好ましく、０．０５μｍ以上が更に好ましく、０．１μｍ以上が最も好ましい。透明下地膜３が薄すぎると、透明導電膜２の形成後に膜付きガラス１０の機械的強度が低下する場合がある。また、透明下地膜３の厚さは、透明下地膜３の形成時間短縮の観点から、１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが更に好ましく、０．５μｍ以下であることがなお好ましく、０．４μｍ以下であることが特に好ましい。透明下地膜３が厚すぎると、透明導電膜２の形成後に透明下地膜３に皺が入りやすくなり、視認性が低下する場合がある。

本発明の膜付きガラス１０は、図示例の構成に限定されず、ガラス板１の操作面１ａに、反射防止膜等の膜が配置されてもよい。

次に、本発明の膜付きガラス１０の製造方法について説明する。

まず、透明下地膜３がガラス板１のセンサ面１ｂに形成される。透明下地膜３となる化合物は、例えば、スリットコート法、スピンコート法、ディップコート法により形成することが好ましい。具体的には、透明下地膜３は、ガラス板１のセンサ面１ｂに、前記化合物をスピンコート法により塗布し、２００〜３００℃程度の温度下で、１０〜１００分程度かけて化合物を硬化させることで形成される。

前記化合物としては、下記一般式（１）で表される化合物であることが好ましい。

（式（１）中、ａはＭ単位の数、ｂはＤ単位の数、ｃはＴ単位の数、ｄはＱ単位の数を表し、ａ、ｂ、ｃ及びｄは０以上の整数であり、２＜（ａ＋２ｂ＋３ｃ＋４ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）＜４、Ｒはそれぞれ独立しており、水素または炭化水素基である。）
上記の化合物から形成された透明下地膜３は、ガラス板１及び透明導電膜２との密着性が非常に良く、かつ、ガラス板１及び透明導電膜２との熱膨張率差が小さいため、２５０℃以上の高温で熱処理しても透明下地膜３がガラス板１から剥離しにくく、かつ、透明導電膜２も、透明下地膜３から剥離し難くなる。また、上記の化合物は、炭化水素基または水素の割合が少なくなる、すなわち（ａ＋２ｂ＋３ｃ＋４ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）の値が大きくなるほど、透明下地膜３は硬くなる傾向にあり、硬くなるにつれ、熱による皺に起因した白濁が起こりにくくなる。そのため、２５０℃以上の高温で熱処理を施した場合でも、白濁せず、膜付きガラス１０の透過ヘイズが３％以下になりやすい。（ａ＋２ｂ＋３ｃ＋４ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）の値は２．２以上好ましく、２．４以上がより好ましく、２．６以上が更に好ましい。ただし、（ａ＋２ｂ＋３ｃ＋４ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）の値が大きすぎると、硬くなりすぎて、透明下地膜３の特性が脆性材料に近くなり、強度維持できなくなることがあるため、（ａ＋２ｂ＋３ｃ＋４ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）の値は３．８以下が好ましく、３．６以下がより好ましく、３．４以下が更に好ましい。

次に、透明下地膜３上に公知の方法、例えばスパッタリング法により透明導電膜２を形成する。透明導電膜２の形成の際に、２５０℃以上の熱処理を施す。２５０℃以上の熱処理を施すことにより、透明導電膜２の比抵抗を、容易に２．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下とすることができる。透明導電膜２の形成の際に、３００℃以上の熱処理を施すことがより好ましく、３２０℃以上の熱処理を施すことが更に好ましい。ガラス板１として強化ガラスを使用した場合、高い温度での熱処理を施すことで、応力が緩和され、圧縮応力値が低下するため、透明導電膜２は、５００℃以下の熱処理を施すことが好ましく、４００℃以下の熱処理を施すことがより好ましく、３５０℃以下の熱処理を施すことが更に好ましい。透明導電膜２の形成の際に、透明導電膜２に熱処理を施す方法としては、例えば、透明導電膜２の成膜温度を２５０℃以上とする方法、透明導電膜の成膜温度を２５０℃未満として成膜した後に透明導電膜２を２５０℃以上に加熱する方法等が挙げられる。透明導電膜２に熱処理を施す方法としては、形成時間の短縮のため、成膜温度を２５０℃以上として成膜することが好ましい。

以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（実施例１）
化学強化した強化ガラス板（日本電気硝子社製Ｔ２Ｘ−１（幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚み０．５５ｍｍ、圧縮応力７９６ＭＰａ、圧縮応力層の深さ４３．２μｍ））の上に、スピンコート法により、耐熱温度３００℃以上の化合物（ＫＲ３００信越化学工業社製）を塗布し、２５０℃の温度下で、６０分かけて化合物を硬化させることで、厚さ４μｍのシリコーン樹脂からなる透明下地膜を作製した。

その後、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、ターゲットとしてＩＴＯを用いて透明導電膜を成膜してサンプルを作製した。成膜時の強化ガラス板の温度（熱処理温度）を３００℃とし、真空チャンバ内にアルゴンガスを導入し、真空チャンバ内の圧力が０．７Ｐａになるように調整し、更に、比抵抗が極小となるように微量の酸素ガスを導入した。成膜されたＩＴＯ膜（透明導電膜）の厚さは５０ｎｍである。

（比較例１）
成膜時の強化ガラス板の温度を２００℃としたこと以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。

（比較例２）
耐熱温度が２００℃以上２５０℃未満である化合物（ＫＲ３１１信越化学工業社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。

（比較例３）
成膜時の強化ガラス板の温度を２００℃としたこと以外は、比較例２と同様にしてサンプルを作製した。

（比較例４）
実施例１と同じ強化ガラス板の上に、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、成膜時の強化ガラス板の温度を３００℃として、厚さ５０ｎｍのＩＴＯ膜（透明導電膜）を成膜してサンプルを作製した。

（参考例１）
実施例１と同じ強化ガラス板を準備し、透明下地膜と透明導電膜のいずれも形成しなかった。

（評価）
各サンプルの、透明導電膜が成膜された面の透過ヘイズは、ヘイズメーター（日本電色工業社製ＮＤＨ−５０００）を用いて、ＪＩＳＫ７１３６（２０１０）に準拠する方法により測定した。

透明導電膜の比抵抗は、抵抗率計（三菱化学社製Ｌｏｒｅｓｔａ−ＥＰＭＣＰ−３６０）を用いて測定した。

機械的強度の評価は、各サンプルの周縁部全体を、固定治具により押さえ、重さ１３０ｇ、直径３１．８ｍｍの鉄球を所定の高さから各サンプルの操作面に落下させ、各サンプルが破壊される高さを比較することにより行った。

鉄球を落下させる位置を１５ｃｍから５ｃｍずつ上げていき、各サンプルが破壊されるまで繰り返した。なお、各サンプルについて、１８回測定を行い、ワイブル分布により平均の破壊高さを求めた。

なお、参考例１の強化ガラス板については、透過ヘイズを測定し、機械的強度の評価を行った。

各サンプルについて測定した結果を表１に示す。

実施例１は、透過ヘイズが３％以下であり、かつ、比抵抗が２．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下であるため、視認性に優れ、タッチパネルの高機能化に対応できる。また、平均の破壊高さが６７ｃｍであり、機械的強度も高い。

一方、比較例１及び３は、比抵抗が２．０×１０^−４Ω・ｃｍより大きい。比較例２は、透明下地膜が、耐熱温度が２５０℃未満のシリコーン樹脂であるため透過ヘイズが３％より大きく、視認性に劣る。比較例４は、透明下地膜が形成されていないため機械的強度が低い。

（実施例２）
無アルカリガラス板（日本電気硝子社製ＯＡ−１０Ｇ（幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ））の上に、スピンコート法により、耐熱温度３００℃以上のポリエステル変性シリコーン化合物を塗布し、２４０℃の温度下で、３０分かけてポリエステル変性シリコーン化合物を硬化させることで、厚さ０．３μｍのポリエステル変性シリコーン樹脂からなる透明下地膜を作製した。

その後、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、ターゲットとしてＩＴＯを用いて透明導電膜を成膜してサンプルを作製した。成膜時の強化ガラス板の温度（熱処理温度）を３００℃とし、真空チャンバ内にアルゴンガスを導入し、真空チャンバ内の圧力が０．７Ｐａになるように調整し、更に、比抵抗が極小となるように微量の酸素ガスを導入した。成膜されたＩＴＯ膜（透明導電膜）の厚さは１８０ｎｍである。

（比較例５）
透明下地膜の厚さを０．６μｍとしたこと以外は、実施例２と同様にしてサンプルを作製した。

（比較例６）
透明下地膜の厚さを１μｍとしたこと以外は、実施例２と同様にしてサンプルを作製した。

（比較例７）
実施例２と同じ無アルカリガラス板の上に、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、成膜時の無アルカリガラス板の温度を３００℃として、厚さ１８０ｎｍのＩＴＯ膜（透明導電膜）を成膜してサンプルを作製した。

（参考例２）
実施例２と同じ無アルカリガラス板を準備し、透明下地膜と透明導電膜のいずれも形成しなかった。

各サンプルについて、透過ヘイズ、比抵抗、機械的強度の測定結果を表２に示す。

実施例２は、透過ヘイズが３％以下であるため、視認性に優れる。また、平均の破壊高さが６７ｃｍであり、機械的強度も高い。

一方、比較例５及び６は、透過ヘイズが３％より大きい。比較例７は、透明下地膜が形成されていないため機械的強度が低い。

本発明の膜付きガラスは、静電容量型のタッチパネル等に使用されるカバーガラス、エレクトロクロミック素子に使用される基板ガラス等に好適である。

１：ガラス板
２：透明導電膜
３：透明下地膜
１０：膜付きガラス

Claims

ガラス板と、
前記ガラス板の一方の面に配された透明導電膜と、
前記ガラス板と前記透明導電膜との間に配された、耐熱温度が２５０℃以上である有機化合物からなる透明下地膜とを備え、
ＪＩＳＫ７１３６（２０１０）に準拠する方法で測定した透過ヘイズが３％以下であり、
前記透明導電膜は、比抵抗が２．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下であり、
前記有機化合物は、下記一般式（１）で表される化合物であることを特徴とする膜付きガラス。
（式（１）中、ａはＭ単位の数、ｂはＤ単位の数、ｃはＴ単位の数、ｄはＱ単位の数を表し、ａ、ｂ、ｃ及びｄは０以上の整数であり、２＜（ａ＋２ｂ＋３ｃ＋４ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）＜４、Ｒはそれぞれ独立しており、水素または炭化水素基である。）
前記透明導電膜の厚さが１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であり、前記透明下地膜の厚さが０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の膜付きガラス。
前記透明導電膜は、ＩＴＯ膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の膜付きガラス。
前記ガラス板は、強化ガラス板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜付きガラス。
前記ガラス板は、無アルカリガラス板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜付きガラス。
ガラス板の一方の面に、耐熱温度が２５０℃以上である有機化合物からなる透明下地膜を形成し、前記透明下地膜の上に、透明導電膜を形成する工程を含み、
前記有機化合物は、下記一般式（１）で表される化合物であり、
前記透明導電膜の形成の際に、２５０℃以上の熱処理を施すことを特徴とする膜付きガラスの製造方法。
（式（１）中、ａはＭ単位の数、ｂはＤ単位の数、ｃはＴ単位の数、ｄはＱ単位の数を表し、ａ、ｂ、ｃ及びｄは０以上の整数であり、２＜（ａ＋２ｂ＋３ｃ＋４ｄ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）＜４、Ｒはそれぞれ独立しており、水素または炭化水素基である。）