JP6661195B2 - タッチパネル用ガラス基板 - Google Patents

Description

本発明は、使用者からのタッチ操作を受け付けるタッチパネルに適用可能なガラス基板に関し、特に使用者がタッチ操作時の触感の変化を認識可能なタッチパネル用のガラス基板に関する。

近年、タッチパネルは直感的な操作が可能になるという利点により、使用者が機器を操作するためのインターフェースとして幅広い分野に採用されている。タッチパネル用のガラス基板は、タッチパネルが使用者に露出する側に配置されており、アイコン等が表示されているタッチ操作領域を使用者が視認しながら行うタッチ操作を受け付けるように構成されている。ガラス基板の平坦性や高い透明度によるデザイン性の向上により、従来ならば、物理的な押ボタンスイッチやキーボードが用いられていた機器にも、タッチパネルへ置き換える動きが広がっている。

例えば、自動車等に搭載される空調設備やオーディオ等のコントロールをするための操作パネルや家電製品に搭載されている操作パネルにおいてもタッチパネルによって操作するものが存在し、スマートフォン等の携帯用電子機器では、ほとんどの操作をタッチパネルによって行うことができる。

しかしながら、タッチパネルは、表示装置に表示されるアイコン等をタッチしたときの圧力や静電容量等の変化が生じた位置を検出して操作を受け付けるため、透明基板はフラットな形状であることが多い。そのため、視覚障害者が操作する場合や、タッチ操作領域を正確に視認できないシチュエーションで操作する場合は、タッチ操作すべき領域が見つけられずに操作に時間が掛かったり、タッチ操作が好適に行えなかったりすることがあった。

そこで、従来技術のなかには、タッチパネル表面のガラス基板に凹部を形成することで、触覚によってタッチした領域を認識できるようにする技術が存在する（例えば特許文献１）。このような凹部が形成されることで、使用者は指の感触によってタッチすべき領域を容易に認識できるため、画面を見なくても正確なタッチ操作が可能になるとされている。

特許第５８８１４１４号公報

しかし、上記のようなガラス基板は、タッチすべき領域を判断することはできるが、使用者がタッチパネルにタッチした際に、機器がタッチ操作を認識しているのか分からない場合があった。タッチパネルは、従来の押ボタンスイッチと比較すると、タッチした際に触感の変化がない。そのため、実際にタッチ操作が機器に認識されているのか分からず、誤作動のおそれがあったりするため、従来の押ボタンスイッチ等の物理スイッチからタッチパネルへの切替えが困難な場合もあった。

本発明の目的は、使用者からのタッチ操作を受け付けるタッチパネルにおいて、タッチ操作領域の形状の変化を使用者が認識可能なタッチパネル用ガラス基板を提供することである。

本発明に係るタッチパネル用ガラス基板は、使用者からのタッチ操作を受け付けるように構成されたタッチパネル用ガラス基板である。ガラス基板は、使用者が何らかのタッチ操作を行うタッチ操作領域に対応する位置に少なくとも１つの凹部を有している。凹部が形成されている領域において、第１の主面または第２の主面のいずれか一方にのみ圧縮応力層を有することを特徴としている。

この構成においては、凹部が形成されている領域の両主面の圧縮応力のバランスを不均一にすることによって、凹部における圧縮応力が弱い側（圧縮応力層が存在しないか極小の厚みまで削られた側）が凸状に変形しやすくなる。この凸状に変形する部位を使用者の操作位置に設定することで、使用者が操作しやすくなる。

また、タッチ操作領域において、使用者がタッチする主面が凸状に湾曲していることが好ましい。タッチ操作領域は、第１の主面および第２の主面において圧縮応力値に差が生じる。さらぶ、タッチ操作領域は凹部によってガラス基板の板厚が薄くなっていることにより変形し易いため、圧縮応力層を有していない主面が凸状に湾曲する。その凸状に湾曲したタッチ操作領域は使用者がタッチ操作によって押し込まれると、平坦形状に近づくように変形する。また、使用者が指を離すと、タッチ操作領域は再び凸状に湾曲する。このように、タッチ操作領域が可逆的に変形することによって、使用者はタッチ操作時にタッチパネルの形状の変化を認識することが可能になる。

さらに、凹部におけるガラス基板の板厚は０．３ｍｍ以下であることが好ましい。板厚を０.３ｍｍ以下にすることによって、ガラス基板が好適に湾曲しやすくなり、使用者にガラス基板の変形の感触が伝わりやすくなる。特にメンブレム式スイッチのように別部材を用意する必要もなく、ガラス基板単体でメンブレムスイッチに類似した操作性を得ることが可能になる。

本発明によれば、使用者からのタッチ操作を受け付けるタッチパネルにおいて、タッチ操作領域の形状の変化を使用者が認識可能なタッチパネル用のガラス基板を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るカバーガラスおよび操作パネルを示す図である。 カバーガラスの別の実施形態を示す図である。 操作パネルの別の実施形態を示す図である。 カバーガラスの製造方法を示す図である。 カバーガラスの別の製造方法を示す図である。 カバーガラスの別の製造方法を示す図である。

図１（Ａ）は、事務用複合機の操作パネル１０を示す図である。操作パネル１０は、操作アイコン１４を有するタッチパネルであり、使用者は操作パネル１０を指やスタイラスペン等の操作用補助具でタッチすることによって複合機の操作を行う。操作パネル１０は、カバーガラス１２および操作アイコン１４を備えている。操作アイコン１４は、不図示の表示装置によって表示されているアイコンであり、ここではテンキー等の操作アイコンや電源ボタン等が表示されている。

カバーガラス１２は、本発明の一実施形態に係るタッチパネル用ガラス基板であり、操作パネル１０の使用者側に露出する表面に配置されている。カバーガラス１２は、操作パネル１０を衝撃等から保護するように構成されており、使用者が操作パネル１０を操作する際は、カバーガラス１２をタッチする。カバーガラス１２は、板状を呈する強化ガラス基板であり、第１の主面１６および第２の主面１８を有する（図１（Ｂ）参照。）。第１の主面１６は使用者に対して露出する主面であり、第２の主面１８は第１の主面１６と対向する主面である。強化ガラス基板としては、化学強化ガラスを使用することが好ましく、本実施形態では、化学強化処理をしたアルミノシリケートガラスを使用している。カバーガラス１２の板厚は０．１〜１．５ｍｍが好ましい。

カバーガラス１２は、凹部２０および圧縮応力層２２を備えている。凹部２０は、第１の主面１６において周辺領域よりも板厚が薄くなるように第２の主面１８側へ凹状に窪んだ領域である。凹部２０は、各操作アイコン１４に対応する位置に形成されている。凹部２０の形状は、所望の形状に形成することが可能であるが、対応する操作アイコン１４の外形形状と同一に形成されることが好ましい。操作アイコン１４と同一形状にすることによって、使用者がタッチ操作すべき領域が分かりやすくなる。なお、凹部２０が形成されている領域の板厚は、０．３ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５〜０．２ｍｍであることがより好ましい。

圧縮応力層２２は、凹部２０を除く第１の主面１６および第２の主面１８に形成されている。圧縮応力層２２は、イオン交換法等の公知の方法によって形成されたカバーガラス１２の内部領域よりも圧縮応力の高い層である。圧縮応力層２２の厚みは、５〜５０μmあることが好ましい。圧縮応力層２２は、第１の主面１６と凹部２０の境界部まで形成されており、凹部２０の内面には圧縮応力層２２が形成されていない。なお、凹部２０の深さは、少なくとも圧縮応力層より深く形成されていることが好ましい。

湾曲部２４は、凹部２０の底面において、第１の主面１６の方向へ凸状に湾曲している領域である。凹部２０では、圧縮応力値が第２の主面１８の圧縮応力値よりも小さくなる。圧縮応力の釣り合いがとれなくなったことにより、凹部２０の底面が凸状に湾曲し、湾曲部２４が形成される。また、第２の主面１８も、湾曲部２４に対応する領域が第１の主面１６側に凸状に湾曲する。凹部２０と第２の主面１８における圧縮応力の応力差は、１０〜１０００MPaであることが好ましく、応力差によって湾曲部２４の湾曲領域の曲率半径を調整することが可能となる。

使用者が操作パネル１０を操作する際は、湾曲部２４をタッチして使用する。図１（Ｃ）に示すように、使用者の指等が押し当てられることにより、湾曲部２４が平坦形状に近づくように変形する。また、使用者が指を離すと、湾曲部２４は再び第１の主面１６側へ凸状に湾曲する。

使用者はタッチした際の湾曲部２４の変形により、押ボタンスイッチを操作したときと同様にタッチ操作領域において、形状の変化を認識することが可能となる。これにより、使用者は自身のタッチ操作が適切に認識されたのか確認しやすくなり、機器の誤作動といった動作不良を防止することが可能となる。

本実施形態の操作パネル１０は抵抗膜方式のタッチパネルを採用しており、使用者の指がタッチパネルに触れただけでは反応しにくいように設計されている。湾曲部２４が平坦形状に近づくように変形した際に、カバーガラス１２の下部に配置されている不図示の導電膜同士が接触し、タッチ操作に反応するように構成されることによって、誤動作のおそれを軽減している。なお、静電容量式やその他のタッチパネルの構成においても、湾曲部２４が平坦形状に近づくように変形したときにのみにタッチパネルが反応するようにプログラミングするか、タッチパネルへの指の押し込みの強さを感知するセンサ層等を設けておけば、あらゆる方式のタッチパネルにおいてもカバーガラス１２を適用することは可能である。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、本発明の別の実施形態を示す図である。図２（Ａ）に示すカバーガラス１２１は、第１の主面１６および第２の主面１８を有する板状の強化ガラス基板である。第１の主面１６は使用者に露出する主面であり、第２の主面１８は第１の主面１６に対向する主面である。カバーガラス１２１は、凹部２０および圧縮応力層２２を備えている。凹部２０は第２の主面１８において、操作アイコン１４に対応する領域に形成されている。圧縮応力層２２は、第２の主面１８および凹部２０に形成されている。

湾曲部２４は、凹部２０に対応する第１の主面において、凸状に湾曲している領域である。湾曲部２４は、凹部２０と第１の主面１６の圧縮応力値の差により湾曲している。なお、湾曲部２４の周辺領域は板厚が厚くなっているため、圧縮応力に差により湾曲することはない。この構成により、使用者がタッチ操作を行う際は、湾曲部２４の凸形状により、タッチ操作領域がどこに存在するのか分かりやすくなる。また、カバーガラス１２をタッチした際も、使用者は湾曲部２４が平坦形状に近づくように変形することにより、タッチ操作が確実に実行されたことが確認しやすくなる。

図２（Ｂ）に示すカバーガラス１２２は、凹部２０１および凹部２０２を備えている。凹部２０１は使用者がタッチ操作をする第１の主面１６に形成されている。凹部２０２は、第１の主面１６に対向する第２の主面１８に形成されている。凹部２０１および凹部２０２は同一形状であり、操作アイコン１４が表示されている領域に対応する位置に形成されている。圧縮応力層２２は、第１の主面１６、第２の主面１８および凹部２０２に形成されている。凹部２０１には、圧縮応力層２２が形成されていない。凹部２０１は、凹部２０２との圧縮応力値の差により形成される湾曲部２４を有している。湾曲部２４は、凹部２０１の底面に形成されており、第１の主面１６側に凸状に湾曲する領域である。使用者がタッチパネルを操作する際は、湾曲部２４をタッチして操作する。

このように、タッチ操作領域において湾曲部２４を有することにより、カバーガラス１２はタッチパネルのデザイン性を維持したまま、押ボタンスイッチのような形状の変化を認識することが可能にしている。また、タッチ操作領域が凸形状または凹部を有していることにより、操作パネルを視認できない状況においても、適切に操作を行うことが可能になる。

また、上記実施形態では、タッチ操作についてのみ言及しているが、本発明はスワイプ操作にも適用することが可能である。例えば、図３に示す操作パネル１０１は、音量や光量を調節するための操作アイコン１４１を備えている。操作アイコン１４１は、細長い線状の操作アイコンであり、使用者は操作アイコン１４１が表示されている領域で指を上下方向にスワイプさせることによって、音量や光量の調節を行う。カバーガラス１２は、操作アイコン１４１に対応する領域において、上記の実施形態と同様に第１の主面と第２の主面との圧縮応力値の差により形成された湾曲部を有している。使用者が操作アイコン１４１に沿ってスワイプ操作をした際も、使用者の指が触れている領域のみが変形するように構成される。

ここから、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）を用いてカバーガラス１２の製造方法を説明する。本実施形態におけるカバーガラス１２の製造方法は、保護部材形成工程、パターニング工程、エッチング工程および剥離工程を含んでいる。

保護部材形成工程では、図４（Ａ）に示すように、圧縮応力層２２が形成された強化ガラス基板３０の主面に耐酸性を有する保護部材を被覆する。強化ガラス基板３０はアルミノシリケートガラスであり、板厚は０．１〜１．５ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、耐酸性保護部材として保護フィルム３２を使用している。保護フィルム３２は、後述のエッチング処理において、ガラス基板３０の主表面を保護するように構成されており、少なくともフッ酸に対する耐性を有している。また、保護フィルム以外にも感光性レジスト材等も使用することも可能である。

パターニング工程では、図４（Ｂ）に示すように凹部を形成すべき領域に対応する一方の主面から保護フィルム３２を除去し、開口部を形成する。パターニング手段は、エッチングすべき領域から耐酸性部材を除去することができれば、どのような手段を用いても構わない。本実施形態では、レーザ装置を利用してパターニングを行っている。耐酸性部材として感光性レジストを使用する場合は、フォトリソグラフィを利用して、パターニングを行うことも可能である。

エッチング工程では、ガラス基板３０をエッチング液と接触させることによって開口部が形成された領域をエッチングする。ガラス基板３０をエッチングする場合は、所望の搬送機構によって搬送されているガラス基板３０に対してエッチング液を噴射する枚葉タイプのエッチング装置やガラス基板３０をエッチング液が収容されたエッチング槽に浸漬するバッチタイプのエッチング装置等を使用することも可能である。エッチング液としては、少なくともフッ酸が含まれたエッチング液を使用することが好ましく、フッ酸の他にも塩酸等の無機酸や界面活性剤を添加しても良い。エッチング処理によって、保護フィルム３２で保護されていない領域がエッチングされ、凹部２０が形成される。エッチング処理は、凹部２０の板厚が０．３ｍｍ以下になるまでエッチングすることが好ましい。また、このエッチング処理によって圧縮応力層２２が除去されることによって、湾曲部２４が形成される。

剥離工程では、エッチング処理後のガラス基板３０から保護フィルム３２を除去する。保護フィルム３２を除去する際は、物理的な力を保護フィルム３２に与えることで剥離することが可能である。このあと、ガラス基板３０は適宜後工程にて処理された後に、カバーガラス１２として操作パネル１０に組み込まれる。

さらに、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を使用して、別の製造方法について説明する。この製造方法は、保護部材形成工程、パターニング工程、第１のエッチング工程、剥離工程、圧縮応力層形成工程および第２のエッチング工程を含む。保護部材形成工程、パターニング工程、第１のエッチング工程および剥離工程は、前記製造方法と実質的に同一のため、説明は省略する。図５（Ａ）は保護部材の剥離後のガラス基板３０を示す図である。ガラス基板３０は第１の主面１６に凹部２０を有している。

圧縮応力層形成工程では、図５（Ｂ）に示すようにガラス基板３０の第１の主面１６および第２の主面１８に圧縮応力層２２を形成する。圧縮応力層２２は、公知のイオン交換法を利用することができる。本実施形態では、硝酸カリウム溶融塩にガラス基板３０を浸漬することによって、ガラス基板３０中のナトリウムイオンと硝酸カリウム溶融塩のカリウムイオンでイオン交換を行い、圧縮応力層を形成した。圧縮応力層２２の厚さは、硝酸カリウム溶融塩への浸漬時間によって調節することが可能であり、５〜５０μmの圧縮応力層を形成することが好ましい。

第２のエッチング工程では、第２の主面１８側をエッチングすることによって、圧縮応力層２２を除去する。なお、ガラス基板３０をエッチングする前に、図５（Ｃ）に示すように第１の主面１６側を保護部材で保護する。保護部材としては、凹部２０の内面も好適に保護するために、紫外線硬化型の耐酸性レジスト材３４を塗布することが好ましい。また、紫外線硬化型のレジスト材以外にも熱硬化型のレジスト材等も使用することができる。

エッチング処理は、上記のようにフッ酸を用いたエッチング処理を利用することが好ましい。エッチング処理によってガラス基板３０が薄型化されていき、図５（Ｄ）に示すように第２の主面１８側の圧縮応力層２２が除去される。エッチング処理によって圧縮応力層２２が除去されて圧縮応力の釣り合いがとれなくなったことにより、凹部２０に対応する第２の主面１８において湾曲部２４が形成される。

エッチング処理によって第２の主面１８上の細かな傷等も除去されるため、圧縮応力層２２を有していなくとも、ガラス基板３０は十分な強度を有する。そのため、使用者が繰り返しタッチ操作を行ったとしても、ガラス基板が破損するおそれは少ない。エッチング処理後、ガラス基板３０からレジスト材３４が除去され、適宜後工程において処理される。

また、別の実施形態として、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）を用いて、タッチ操作領域において第１の主面および第２の主面に凹部を有するカバーガラスの製造方法について説明する。本実施形態では、上記製造方法における第２のエッチング処理前に、第２の主面１８に保護フィルム３２を被覆する。(図６（Ａ）参照。)。続いて、図６（Ｂ）に示すように、凹部２０に対応する領域の保護フィルム３２をパターニング処理によって除去し、開口部を形成する。パターニング処理は、レーザ装置使用することができる。この状態でエッチングすることによって、図６（Ｃ）に示すように凹部２０に対応する領域のみがエッチングされ、凹部２０１が形成される。また、エッチング処理によって、圧縮応力層２２も除去されているため、凹部２０１の底面に湾曲部２４が形成される。エッチング処理後にレジスト材３４および保護フィルム３２を除去する（図６（Ｄ）参照。）。この構成では、使用者がタッチ操作を行う第２の主面１８側にも圧縮応力層２２が形成されるため、ガラス基板３０の強度が向上する。さらに、タッチ操作すべき領域に凹部２０１が形成されていることによって、使用者がタッチすべき領域を容易に認識することができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０‐操作パネル
１２‐カバーガラス
１４-操作アイコン
１６‐第１の主面
１８-第２の主面
２０‐凹部
２２-圧縮応力層
２４‐湾曲部
３０-ガラス基板
３２‐保護フィルム
３４‐レジスト材

Claims (3)

1. 使用者からのタッチ操作を受け付けるように構成されたタッチパネル用ガラス基板であって、
   使用者が何らかのタッチ操作を行うタッチ操作領域に対応する位置に少なくとも１つの凹部を有し、
   前記凹部が形成されている領域において、第１の主面または第２の主面のいずれか一方にのみ圧縮応力層を有しており、
   前記凹部が形成されている領域が圧縮応力層を有しない主面側に向かって凸状に湾曲するとともに、前記凹部が形成されている領域に荷重が加わると平坦形状に変形し、かつ、前記荷重が取り除かれると、凸状に復元することを特徴とするタッチパネル用ガラス基板。
2. 前記凹部において、圧縮応力層が形成されている主面と圧縮応力層が形成されていない主面における圧縮応力値の差が１０〜１０００MPaであることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル用ガラス基板。
3. 前記凹部が形成されている領域の板厚が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチパネル用ガラス基板。
   

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