WO2013099994A1 - 静電容量式タッチセンサ用表面ガラス - Google Patents

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WO2013099994A1
WO2013099994A1 PCT/JP2012/083743 JP2012083743W WO2013099994A1 WO 2013099994 A1 WO2013099994 A1 WO 2013099994A1 JP 2012083743 W JP2012083743 W JP 2012083743W WO 2013099994 A1 WO2013099994 A1 WO 2013099994A1
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glass
compressive stress
capacitive touch
touch sensor
chemical strengthening
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PCT/JP2012/083743
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誠 白鳥
一秀 久野
山本　宏行
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旭硝子株式会社
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    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a surface glass of a capacitive touch sensor used as an operating device for electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and digital audio players.
  • the touch sensor in this specification includes a pointing device with another name that performs an input operation by bringing a position indicating member such as a finger or a stylus into contact with a flat sensor. Further, it is a concept that includes both a touch panel having a display function and a touch pad not having a display function on the back side of the touch sensor.
  • the touch sensor is a type of input device that is operated by tracing a flat sensor with a finger or the like. Touch sensors are used in many notebook computers as well as other products such as digital audio players and mobile phones.
  • Main detection methods include a resistive film method, a capacitance method, an optical method, an ultrasonic surface acoustic wave method, and an electromagnetic induction method.
  • an optimum method is selected according to the application and environment.
  • use of touch sensors that enable complex input operations using a multipoint detection function that detects the positions of a plurality of locations touched simultaneously has been advanced.
  • a detection method of the touch sensor capable of multipoint detection there is a projection capacitive method.
  • Patent Document 1 As a projected capacitive touch sensor, for example, there is an apparatus described in Patent Document 1.
  • a plurality of electrodes (first electrode group) are formed on one surface of a sheet having a predetermined dielectric constant so as to run parallel to each other, and the first surface is formed on the other surface of the sheet.
  • a laminated structure in which a plurality of electrodes (second electrode group) intersecting with the electrode group are formed so as to run in parallel with each other, and a sheet on which these electrode groups are formed is sandwiched by sheet-like substrates from both sides thereof And a contact position of a position indicating member such as a finger is detected by this structure.
  • the capacitance change caused by the contact of the position indicating member with the panel surface is ⁇ C, and the parallel movement is performed in parallel regardless of the presence or absence of the position indicating member.
  • the capacitance obtained by synthesizing the capacitance between adjacent electrodes existing between the electrodes is C
  • the capacitance C is preferably as much as possible. It is preferable to decrease and increase ⁇ C, which is the relative change in capacitance. In order to reduce the capacitance C, it is effective to place a member having a low dielectric constant in the coupling path between the electrodes in order to reduce the capacitance between adjacent electrodes.
  • the surface glass of the touch sensor is required to have a high strength enough to withstand the contact of the position indicating member after long-term use.
  • Typical methods include a method of forming a compressive stress layer on the surface of the glass plate heated to near the softening point by air cooling (air cooling strengthening method / physical strengthening method), and a glass transition point.
  • air cooling strengthening method physical strengthening method
  • a glass transition point By ion exchange at the following temperatures, alkali metal ions having a small ionic radius on the glass plate surface are exchanged for alkali metal ions having a larger ionic radius (typically, Na ions or K ions are exchanged for Li ions, Further, it is a method (chemical strengthening method) for forming a compressive stress layer on the surface of glass by exchanging Na ions for K ions). In either case, the strength is improved by forming a compressive stress layer on the surface of the glass.
  • the former air-cooling strengthening method is difficult to form a compressive stress layer because the glass thickness is thin (usually 3 mm or less), the temperature difference between the glass surface and the inside is difficult to occur. .
  • the latter chemical strengthening method can form a compressive stress layer on the surface even if it is a thin glass plate, and flatness is not impaired. Therefore, it is preferable that the thin glass plate is a material that can be strengthened by a chemical strengthening method.
  • the surface glass of the capacitive touch sensor mounted on mobile phones, etc. should be made of glass with high strength by chemical strengthening and low dielectric constant glass capable of highly accurate position detection. Is preferred. However, a glass suitable for the surface glass for a projected capacitive touch sensor having such characteristics has not been studied so far.
  • An object of the present invention is to provide a surface glass for a capacitive touch sensor that has high strength and a low dielectric constant that can be suitably used for a projection capacitive touch sensor.
  • the present invention is a surface glass for a capacitance type touch sensor (hereinafter referred to as the capacitance of the present invention), characterized by using a glass having a relative dielectric constant of 4.5 to 6.9 at a frequency of 1 MHz.
  • the glass of the present invention is used for obtaining a compressive stress layer depth of 5 ⁇ m to 50 ⁇ m and a surface compressive stress of 200 MPa to 800 MPa on the glass surface by chemical strengthening treatment. Provide surface glass.
  • the present invention is a glass having a relative dielectric constant of 4.5 to 6.9 at a frequency of 1 MHz, wherein a compressive stress layer is provided on the glass surface by chemical strengthening treatment.
  • a surface glass for a touch sensor hereinafter, this glass may be referred to as a surface glass for a capacitive touch panel of the present invention.
  • the glass has a compressive stress layer having a depth of 5 ⁇ m to 50 ⁇ m formed on the glass surface by a chemical strengthening treatment, and the surface compressive stress of the compressive stress layer is 200 MPa to 800 MPa.
  • a surface glass for a capacitive touch sensor is provided.
  • the present invention is expressed in mol% based on oxide, SiO 2 60-80%, Al 2 O 3 3-12%, B 2 O 3 1-15%, Na 2 O 2-12%, K 2 O 0-3%, MgO 0.1-15%, CaO 0-3%, BaO 0-3%, SrO 0-3%, ZnO 0-10%, ZrO 2 0-3%, SO 3 0-0.5%, Cl 0-0.5%, TiO 2 0-3%, Li 2 O 0-3%, A surface for a capacitive touch sensor is provided which has a glass composition containing
  • the present invention also provides a surface glass for a capacitive touch sensor, characterized by using glass whose surface has a center line average roughness (Ra) of 0.01 to 300 ⁇ m by etching treatment. . Further, the present invention uses a glass having a center surface average roughness (Ra) of 0.01 to 300 ⁇ m on the glass surface by etching after chemical strengthening.
  • a surface glass for a touch sensor is provided.
  • MpOq is used as a coloring component (where M is Fe, Ti, Co, Cu, V, Cr, Pr, Ce, Bi, Eu, Rh, Mn, Er, Ni, Nd, W, and Ag).
  • a surface glass for a capacitive touch sensor characterized by using a glass containing 0.0005 to 10% of at least one selected from the group consisting of p and q being an atomic ratio of M and O) I will provide a.
  • a surface glass for a capacitive touch panel of the present invention wherein the glass is a glass plate having a thickness of 0.3 mm to 3 mm.
  • the term “to” indicating the above numerical range is used in the sense that the numerical values described before and after it are used as the lower limit value and the upper limit value. Unless otherwise specified, “to” is the same in the following specification. Used with meaning.
  • a surface glass for a capacitive touch sensor that has a high strength and a low dielectric constant, and can be suitably used particularly for a projection capacitive touch sensor.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a projected capacitive touch sensor 1 including a surface glass 2 for a capacitive touch sensor (hereinafter sometimes referred to as surface glass) according to an embodiment of the present invention.
  • the capacitive touch sensor 1 shown in FIG. 1 has a surface glass 2, a substrate 3, an X-direction electrode 4 and a Y-direction electrode 5 formed between the surface glass 2 and the substrate 3, and these electrodes are separated from each other. And an insulating layer 6 for this purpose.
  • one of the X direction electrode 4 and the Y direction electrode 5 is configured as a reception electrode, and the other is configured as a transmission electrode.
  • the receiving electrode side is grounded to GND and a pulse is input from the transmitting electrode side, an electric field (Field coupling) is generated between the electrodes (when not touched).
  • a position indicating member such as a finger or a stylus approaches the surface of the surface glass 2
  • a part of the electric field is generated between the transmission electrode and the human body
  • the electric field between the reception electrode and the transmission electrode decreases. Yes (when touched).
  • the contact of the position indicating member is detected and the contact position is specified by measuring the decrease in the electrostatic capacity accompanying the decrease in the electric field between the non-touch and the touch.
  • the capacitance at the time of non-touch includes capacitance between adjacent electrodes (interline capacitance) of each detection electrode, capacitance due to the intersection of the X direction electrode and the Y direction electrode, and stray capacitance.
  • the distance between the adjacent electrodes is reduced. Thereby, a high-resolution touch sensor can be obtained.
  • the relative permittivity at a frequency of 1 MHz is 4.5 to 6.9 for the surface glass 2 that is one of the coupling paths between the adjacent electrodes. Glass is used.
  • the capacitance between adjacent electrodes and even if the distance between adjacent electrodes is narrowed, position detection with high accuracy is possible, and there is no possibility of increasing the manufacturing cost.
  • the glass having the above-described relative dielectric constant is used for the surface glass 2, the amount of decrease in the electrostatic capacity due to the decrease in the electric field between non-touch and touch is reduced.
  • the relative dielectric constant of the surface glass 2 is less than 4.5, it is difficult to obtain a glass having high strength by chemical strengthening treatment for the reason described later. On the other hand, if it exceeds 6.9, the capacitance at the time of non-touch increases, and it becomes difficult to detect the position with high accuracy.
  • the relative dielectric constant of the surface glass 2 is preferably 4.8 to 6.8, and more preferably 5 to 6.5.
  • the amount of alkali metal components (Na, K, Li) present in the glass greatly affects the formation of a compressive stress layer on the glass surface due to the dielectric constant and chemical strengthening.
  • the relative permittivity tends to decrease as the alkali metal component decreases.
  • the compressive stress layer formed on the glass surface by the chemical strengthening treatment tends to increase as the amount of the alkali metal component increases. Therefore, in glass, reducing the relative dielectric constant and increasing the compressive stress layer formed on the glass surface by chemical strengthening treatment conflicts with the content of the alkali metal component in the glass.
  • the surface glass 2 of the present invention can achieve both a low relative dielectric constant and a high strength by chemical strengthening by setting the relative dielectric constant to 4.5 or more.
  • the surface glass 2 is a glass having high strength by providing a compressive stress layer on the surface by chemical strengthening treatment.
  • the method of chemical strengthening treatment is not particularly limited as long as, for example, Na ions on the surface of the glass and K ions in the molten salt can be ion-exchanged.
  • the glass is immersed in a heated potassium nitrate (KNO 3 ) molten salt.
  • the chemical strengthening treatment conditions for providing a compressive stress layer on the surface of the glass vary depending on the thickness of the glass, but it is typical to immerse the glass in KNO 3 molten salt at 400 to 550 ° C. for 2 to 20 hours. .
  • the chemical strengthening treatment of the surface glass 2 is performed by the immersion method as described above, it is possible to form a compressive stress layer on both surfaces of the surface glass 2 and to obtain a surface glass with higher strength, which is preferable.
  • the surface glass 2 has a compressive stress layer depth of 5 to 50 ⁇ m by chemical strengthening treatment. The reason is as follows.
  • a polishing step may be performed.
  • the grain size of polishing abrasive grains used for the final stage polishing is typically 2 to 6 ⁇ m, and such abrasive grains ultimately cause the glass surface to have a maximum of 5 ⁇ m micron. It is thought that a crack is formed.
  • the chemical strengthening treatment it is necessary to have a compressive stress layer deeper than the microcracks formed on the glass surface, so the depth of the compressive stress layer generated by the chemical strengthening treatment Is 5 ⁇ m or more. Further, if a scratch exceeding the depth of the compressive stress layer is caused during use, the glass is broken.
  • the compressive stress layer is deeper than the flaw depth assumed depending on the application. More preferably, it is 6 micrometers or more, More preferably, it is 8 micrometers or more. When it is assumed that a deep scratch is caused by an impact caused by falling, such as a mobile phone, it is typically 30 ⁇ m or more.
  • the depth of the compressive stress layer is preferably 50 ⁇ m or less.
  • the depth of the compressive stress layer is the distance from the outermost surface of the glass on which the compressive stress layer is formed to the depth where the compressive stress value becomes zero, that is, the compressive stress layer of the glass. Thickness.
  • the magnitude of the surface compressive stress of the compressive stress layer provided by the chemical strengthening treatment is set to 200 MPa to 800 MPa. If it is less than 200 MPa, even if it is used for a touch pad for a personal computer, it cannot be said that the strength is sufficient, and ion exchange may not be performed properly, which is not preferable.
  • the surface compressive stress is preferably high, but it is not preferable that the internal tensile stress is too large. Therefore, the upper limit is preferably 800 MPa.
  • composition of the surface glass of the embodiment of the present invention will be described using the following oxide-based mol% display.
  • SiO 2 is a component that constitutes the skeleton of the glass, and is an essential component that also has the effect of lowering the dielectric constant. If it is less than 60%, the stability as glass decreases and the dielectric constant increases, which is not preferable. Preferably it is 62% or more. More preferably, it is 65% or more. If SiO 2 exceeds 80%, the viscosity of the glass increases and the meltability decreases significantly. Preferably it is 78% or less, typically 75% or less.
  • Al 2 O 3 is a component that improves the weather resistance and chemical strengthening properties of glass and is essential. If it is less than 3%, the weather resistance is lowered. Preferably it is 4% or more, typically 5% or more. If Al 2 O 3 exceeds 12%, the viscosity of the glass becomes high and uniform melting becomes difficult. Preferably it is 11% or less, typically 10% or less.
  • B 2 O 3 has an effect of lowering the dielectric constant of the glass and is an essential component for raising the weather resistance. If it is less than 1%, the dielectric constant becomes high, and there is a possibility that a significant effect for improving the weather resistance may not be obtained. Preferably it is 2% or more, and typically 3% or more. If B 2 O 3 exceeds 15%, striae due to volatilization may occur, and the yield may be reduced. Preferably it is 13% or less, typically 12% or less.
  • Na 2 O is a component that improves the meltability of the glass, and is essential because a surface compressive stress layer is formed by ion exchange. If it is less than 2%, the meltability is poor, and it becomes difficult to form a desired compressive stress layer by ion exchange. Preferably it is 3% or more, typically 5% or more. However, since Na 2 O is also a component that increases the dielectric constant, if it exceeds 12%, the dielectric constant becomes too high and the weather resistance decreases. Preferably it is 10% or less, typically 9% or less.
  • K 2 O is a component that improves the meltability of the glass, and has the effect of increasing the ion exchange rate in chemical strengthening, but is not essential, but is a preferable component.
  • K 2 O is contained, if it is less than 0.05%, there is a possibility that a significant effect cannot be obtained for improving the melting property, or a significant effect cannot be obtained for improving the ion exchange rate. Typically, it is 0.1% or more.
  • K 2 O is also a component that increases the dielectric constant like Na 2 O, and is preferably 3% or less. More preferably, it is 2.5% or less.
  • MgO is essential as it has the effect of increasing the chemical strengthening properties of the glass and lowering the dielectric constant. If it is less than 0.1%, a sufficient effect cannot be obtained. In order to enhance the effect, it is preferably 3% or more, and typically 5% or more. When MgO exceeds 15%, the weather resistance decreases. Preferably it is 13% or less, typically 12% or less.
  • CaO is a component that improves the meltability of the glass, and can be contained as necessary. When CaO is contained, if it is less than 0.05%, a significant effect for improving the meltability cannot be obtained. Typically, it is 0.1% or more. If the CaO content exceeds 3%, the chemical strengthening properties are degraded. Preferably it is 2.5% or less, typically 2% or less.
  • BaO is a component for improving the meltability of the glass, and is not essential, but can be contained as necessary. When it contains BaO, if it is less than 0.05%, there is a possibility that a significant effect cannot be obtained for improving the meltability. Preferably it is 0.1% or more, and typically 0.2% or more. If BaO exceeds 3%, the weather resistance and chemical strengthening properties may be reduced. Preferably it is 2.5% or less, typically 2% or less.
  • SrO is a component for improving the meltability of the glass, and is not essential, but can be contained as necessary. When it contains SrO, if it is less than 0.05%, there is a possibility that a significant effect cannot be obtained for improving the meltability. Preferably it is 0.1% or more, and typically 0.2% or more. If SrO exceeds 3%, the weather resistance and chemical strengthening properties may be lowered. Preferably it is 2.5% or less, typically 2% or less.
  • ZnO is a component for improving the meltability of the glass, and is not essential, but can be contained as necessary. When ZnO is contained, if it is less than 0.1%, there is a possibility that a significant effect for improving the meltability cannot be obtained. Preferably it is 0.2% or more, and typically 0.5% or more. If ZnO exceeds 10%, the weather resistance may be lowered. Preferably it is 9.5% or less, typically 9% or less.
  • ZrO 2 is a component that increases the ion exchange rate and is not essential, but may be contained in a range of 3% or less. If ZrO 2 exceeds 3%, the meltability is deteriorated and there is a possibility that it may remain in the glass as an unmelted product. Typically no ZrO 2 is contained.
  • SO 3 is a component that acts as a fining agent, and although it is not essential, it can be contained if necessary. When containing SO 3, can not be obtained refining effect expected is less than 0.005%. Preferably it is 0.01% or more, More preferably, it is 0.02% or more. 0.03% or more is most preferable. On the other hand, if it exceeds 0.5%, it becomes a generation source of bubbles, and there is a possibility that the glass melts slowly or the number of bubbles increases. Preferably it is 0.3% or less, More preferably, it is 0.2% or less. 0.1% or less is most preferable.
  • Cl is a component that acts as a fining agent, and is not essential, but can be contained as necessary.
  • Cl is contained, if it is less than 0.005%, the expected clarification action cannot be obtained.
  • it is 0.01% or more, More preferably, it is 0.02% or more. 0.03% or more is most preferable.
  • it exceeds 0.5%, it becomes a generation source of bubbles, and there is a possibility that the glass melts slowly or the number of bubbles increases.
  • it is 0.3% or less, More preferably, it is 0.2% or less. 0.1% or less is most preferable.
  • TiO 2 is a component that improves the weather resistance of the glass, and is not essential, but can be contained as necessary. When TiO 2 is contained, if it is less than 0.005%, there is a possibility that a significant effect cannot be obtained for improving weather resistance. Preferably it is 0.01% or more, and typically is 0.1% or more. If TiO 2 exceeds 3%, the glass becomes unstable and devitrification may occur. Preferably it is 2% or less, typically 1% or less.
  • Li 2 O is a component for improving the meltability of the glass, and is not essential, but can be contained as necessary.
  • Li 2 O is contained, if it is less than 0.1%, there is a possibility that a significant effect cannot be obtained for improving the meltability.
  • it is 0.2% or more, typically 0.3% or more. If Li 2 O exceeds 3%, the weather resistance decreases and the dielectric constant increases. Preferably it is 2.5% or less, typically 2% or less.
  • Sb 2 O 3 , F, SnO 2 , and other components may be contained as glass refining agents as long as the object of the present invention is not impaired.
  • the total content of these components is preferably 1% or less, and typically 0.5% or less.
  • MpOq that is a coloring component (where M is at least one selected from the group consisting of Co, Cu, V, Cr, Pr, Ce, Bi, Eu, Mn, Er, Ni, Nd, W, and Ag) , P and q are atomic ratios of M and O) are components for coloring the glass into a desired color.
  • M is at least one selected from the group consisting of Co, Cu, V, Cr, Pr, Ce, Bi, Eu, Mn, Er, Ni, Nd, W, and Ag
  • P and q are atomic ratios of M and O
  • the coloring components for example, blue, green, yellow, Purple, pink and red colored glass can be obtained.
  • a blue colored glass can be obtained.
  • a green colored glass can be obtained.
  • CeO 2 , V 2 O 5 , Bi 2 O 3 , Eu 2 O 3 and RhO 2 a yellow colored glass can be obtained.
  • a purple to pink colored glass can be obtained.
  • a red colored glass can be obtained.
  • the content of the coloring component is less than 0.0005%, the coloration of the glass becomes extremely thin. Therefore, if the glass is not thickened, it cannot be recognized as colored. Will need to be done. Therefore, 0.0005% or more is contained. Preferably it is 0.001% or more, More preferably, it is 0.01% or more. If the content exceeds 10%, the glass becomes unstable. Therefore, the content is 10% or less. Preferably it is 8% or less, More preferably, it is 5% or less.
  • the surface glass may be etched at least on the surface in contact with the position indicating member so that the center line average roughness (Ra) becomes 0.01 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • Ra center line average roughness
  • the center line average roughness of the surface glass is less than 0.01 ⁇ m, fingerprints and sebum are likely to be attached, and if it exceeds 300 ⁇ m, smooth movement may not be obtained.
  • it is 0.5 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • the surface of the glass before the chemical strengthening treatment is subjected to an etching treatment.
  • a surface roughness of 01 ⁇ m to 300 ⁇ m may be formed, or an etching process may be performed on the glass surface to form a surface roughness of 0.01 ⁇ m to 300 ⁇ m, followed by a chemical strengthening process. .
  • the surface glass may be provided with a fingerprint adhesion suppression coating layer on at least the surface that contacts the position indicating member.
  • a fingerprint adhesion suppression coating layer can be obtained by forming a coating agent made of a fluorine-based resin on the surface glass using a known method such as vacuum deposition or coating.
  • the surface glass is preferably a glass plate having a thickness of 0.3 mm to 3 mm. Thereby, a characteristic suitable as surface glass for electrostatic capacitance type touch sensors can be acquired. If the plate thickness is less than 0.3 mm, the strength may be insufficient even if a compressive stress layer is provided on the glass surface by chemical strengthening treatment. On the other hand, if it exceeds 3 mm, the change in the electric field generated when the position indicating member approaches the surface glass is small, and the signal intensity obtained as the amount of decrease in capacitance may be low. Preferably, it is 0.5 mm to 2 mm.
  • the surface glass production method of the present invention is not particularly limited. For example, an appropriate amount of various glass raw materials are prepared, heated to about 1500 to 1600 ° C. and melted, and then homogenized by defoaming, stirring, etc. Then, it is formed into a plate shape by a downdraw method, a press method, or the like, or cast to form a block shape, and after slow cooling, cut into a desired size, and if necessary, is polished to produce a plate shape.
  • the plate-like glass is subjected to chemical strengthening treatment under appropriate conditions.
  • Examples 1 to 12 in Table 1 are Examples, and Examples 11 to 12 are Comparative Examples
  • oxides and hydroxides so that the compositions are shown in mol% on the oxide basis in the table.
  • Glass materials generally used such as carbonates and nitrates were appropriately selected and weighed so as to make 100 ml of glass.
  • this raw material mixture is put into a platinum crucible, put into a 1500-1600 ° C. resistance heating electric furnace, the raw material is melted off in about 0.5 hours, melted for 1 hour, defoamed,
  • the glass block was obtained by pouring into a mold having a length of about 50 mm, a width of about 100 mm, and a height of about 20 mm preheated to 300 ° C. and slowly cooled at a rate of about 1 ° C./min.
  • the glass block was cut and ground to a size of ⁇ 38 mm and a thickness of 3 mm, and finally both surfaces were polished to a mirror surface to obtain a plate-like glass.
  • these glasses were heated to 200 to 450 ° C. and then immersed in KNO 3 molten salt (100%) at 450 ° C. for 6 hours to perform chemical strengthening treatment.
  • Table 1 shows the relative permittivity at a frequency of 1 MHz, the depth (DOL) of the compressive stress layer, and the surface compressive stress (CS) of the obtained plate-like glass.
  • the relative dielectric constant was determined by the following method. That is, electrodes were formed on both surfaces of a plate-like glass molded by the above method, a sample was set on an Agilent dielectric measurement terminal 16451A, and a dielectric constant was measured using a Q meter.
  • Compressive stress layer depth (DOL) and surface compressive stress (CS) were determined by the following methods. That is, the surface compression stress S (unit: MPa) and the compression stress layer depth t (unit: ⁇ m) were measured with a surface stress meter (manufactured by Orihara Seisakusho, FSM-6000) for the plate-like glass formed by the above method. Was measured. As measurement conditions, photoelastic constant: 28.7 and refractive index: 1.52 were used.
  • Example 11 borosilicate glass
  • the glass of Example 11 was measured for surface compressive stress S (unit: MPa) and compressive stress layer depth t (unit: ⁇ m) with a surface stress meter, both of which were below the measurement limit and a compressive stress layer was formed. It wasn't.
  • the glass of Example 12 can provide a compressive stress layer on the surface by chemical strengthening and high strength is obtained, it has a high relative dielectric constant.
  • each glass of the Examples has a low relative dielectric constant, and a compressive stress layer can be provided on the glass surface by chemical strengthening, so that high strength is obtained.
  • the present invention is not limited to the above description, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
  • the surface glass of the present invention can also be used in known configurations having different electrode arrangements and the like.
  • the surface glass for a capacitive touch sensor of the present invention is suitable as a surface glass for a capacitive touch sensor because of its high strength and low dielectric constant, and particularly the surface of a projected capacitive touch sensor. Useful as glass.
  • 1 Projection capacitive touch sensor
  • 2 Surface glass
  • 3 Substrate
  • 4 X direction electrode
  • 5 Y direction electrode
  • 6 Insulating layer

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Abstract

　強度が高く、かつ誘電率の低い、静電容量式タッチセンサ用表面ガラスを提供すること。　周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が４．５～６．９のガラスであって、化学強化処理によりガラス表面に圧縮応力層が設けられていることを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面ガラスである。

Description

静電容量式タッチセンサ用表面ガラス
　本発明は、ノートパソコンや携帯電話、デジタルオーディオプレーヤー等の電子機器の操作装置として用いられる静電容量式タッチセンサの表面ガラスに関する。なお、本明細書におけるタッチセンサとは、平板状のセンサーに対し指やスタイラス等の位置指示部材を接触することで入力操作する他の名称のポインティングデバイスを含むものである。また、タッチセンサの背面側に表示機能を備えるタッチパネルおよび表示機能を備えないタッチパッドの両者を包含する概念である。
　タッチセンサは、平板状のセンサーを指等でなぞることで操作する入力装置の一種である。タッチセンサは、多くのノートパソコンに採用されているほか、デジタルオーディオプレーヤーや携帯電話など、ノートパソコン以外の製品にも搭載されている。
　タッチセンサは、様々な検出方式が提案、実用化されている。主な検出方式として、抵抗膜方式、静電容量方式、光学方式、超音波表面弾性波方式、電磁誘導方式がある。タッチパネルの各検出方式は、用途や環境に応じて最適な方法が選択される。
　近年、携帯電話等の製品において、同時にタッチした複数の箇所の位置を検知する多点検出機能を用いて複雑な入力操作を可能としたタッチセンサの利用が進んでいる。この多点検出が可能なタッチセンサの検出方式として、投影型静電容量方式がある。
　投影型静電容量式タッチセンサとしては、例えば、特許文献１に記載された装置がある。この装置は、所定の誘電率を備えるシートの一方の面に、複数の電極（第１の電極群）を互いに平行に並走するように形成し、このシートの他方の面に、第１の電極群と交差する複数の電極（第２の電極群）を互いに平行に並走するように形成し、これら電極群が形成されたシートを、その両面側からシート状の基板で挟んだ積層構造を備え、この構造によって指等の位置指示部材の当接位置を検出するものである。
　また、特許文献２には、静電容量式タッチセンサにおいて、位置指示部材をパネル表面に当接することによる静電容量変化を△Ｃ、位置指示部材の当接の有無にかかわらず平行に併走する電極間に存在する隣接電極間容量等を合成した静電容量をＣとすると、位置指示部材の当接による静電容量変化を高精度で安定して検出するには、静電容量Ｃをなるべく小さくし、静電容量の相対変化量である△Ｃを大きくする方が好ましいとされている。そして、静電容量Ｃを小さくする手段として、隣接電極間容量を低減するため電極間の結合経路中に誘電率の低い部材を置くことが実効的とされている。
日本特開昭６３－８８１８号公報 日本特開２０１０－２５７１８１号公報
　タッチセンサの表面ガラスには、長期間の使用による位置指示部材の接触に十分耐え得る高い強度が要求される。また、携帯電話等に搭載される場合は、その使用形態から、使用時の落下衝撃による破損し難い強度を備えることも重要である。
　ガラスの強度を高める技術は、種々知られている。その代表的な方法が、軟化点付近まで加熱したガラス板表面を風冷等により急冷することにより、表面に圧縮応力層を形成させる方法（風冷強化法／物理強化法）と、ガラス転移点以下の温度でイオン交換により、ガラス板表面のイオン半径が小さいアルカリ金属イオンをイオン半径のより大きいアルカリ金属イオンに交換（典型的には、Ｌｉイオンに対してはＮａイオンまたはＫイオンに交換、またＮａイオンに対してはＫイオンに交換）することにより、ガラスの表面に圧縮応力層を形成する方法（化学強化法）である。いずれも、ガラスの表面に圧縮応力層を形成することで、強度を向上するものである。
　これらの方法のうち、前者の風冷強化法は、ガラスの厚みが薄い（通常、３ｍｍ以下）と、ガラス表面と内部との温度差がつきにくく、圧縮応力層を形成することは困難である。しかも、冷却温度のばらつきにより、薄いガラス板の場合、平面性が損なわれるおそれがある。これに対し、後者の化学強化法は、薄いガラス板であっても表面に圧縮応力層を形成することができ、平面性が損なわれることもない。したがって、薄いガラス板は化学強化法によって強化可能な材料であることが好ましい。
　以上より、携帯電話等に搭載される静電容量式タッチセンサの表面ガラスには、化学強化法によって強度を高めたガラスで、かつ高精度の位置検出が可能な誘電率の低いガラスを用いることが好ましい。しかしながら、このような特性を備えた投影型静電容量式タッチセンサ用表面ガラスに好適なガラスは、これまで検討されていなかった。
　本発明は、特に投影型静電容量式タッチセンサに好適に用いることができる、強度が高く、かつ誘電率の低い、静電容量式タッチセンサ用表面ガラスを提供することを目的とする。
　本発明は、周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が４．５～６．９のガラスを用いてなることを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面ガラス（以下、このガラスを本発明の静電容量式タッチパネル用表面ガラスということがある）を提供する。
　また、本発明のガラスは、化学強化処理によりガラス表面に５μｍ～５０μｍの圧縮応力層深さと、２００ＭＰａ～８００ＭＰａの表面圧縮応力を得るために用いられることを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面ガラスを提供する。
　また、本発明は、周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が４．５～６．９のガラスであって、化学強化処理によりガラス表面に圧縮応力層が設けられていることを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面ガラス（以下、このガラスを本発明の静電容量式タッチパネル用表面ガラスということがある）を提供する。
　また、前記ガラスは、化学強化処理によりガラス表面に５μｍ～５０μｍの深さの圧縮応力層が形成されており、当該圧縮応力層の表面圧縮応力が２００ＭＰａ～８００ＭＰａであることを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面ガラスを提供する。
　また、本発明は、酸化物基準のモル％表示で、
　　　ＳｉＯ２　　６０～８０％、
　　　Ａｌ２Ｏ３　３～１２％、
　　　Ｂ２Ｏ３　　１～１５％、
　　　Ｎａ２Ｏ　　２～１２％、
　　　Ｋ２Ｏ　　　０～３％、
　　　ＭｇＯ　　　０．１～１５％、
　　　ＣａＯ　　　０～３％、
　　　ＢａＯ　　　０～３％、
　　　ＳｒＯ　　　０～３％、
　　　ＺｎＯ　　　０～１０％、
　　　ＺｒＯ２　　０～３％、
　　　ＳＯ３　　　０～０．５％、
　　　Ｃｌ　　　　０～０．５％、
　　　ＴｉＯ２　　０～３％、
　　　Ｌｉ２Ｏ　　０～３％、
を含有するガラス組成を有することを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面を提供する。
　また、本発明は、エッチング処理によりガラス表面が０．０１～３００μｍの中心線平均粗さ（Ｒａ）とされているガラスを用いることを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面ガラスを提供する。
　又、本発明は、化学強化処理が施された後、エッチング処理によりガラス表面が０．０１～３００μｍの中心線平均粗さ（Ｒａ）とされているガラスを用いることを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面ガラスを提供する。
　また、本発明は、着色成分としてＭｐＯｑ（但し、Ｍは、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｂｉ、Ｅｕ、Ｒｈ、Ｍｎ、Ｅｒ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｗ、およびＡｇからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、ｐとｑはＭとＯの原子比である）を０．０００５～１０％含有するガラスを用いることを特徴する静電容量式タッチセンサ用表面ガラスを提供する。
　また、本発明の静電容量式タッチパネル用表面ガラスであって、前記ガラスとして、０．３ｍｍ～３ｍｍの板厚のガラス板であるものを提供する。
　上記した数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含む意味で使用され、特段の定めがない限り、以下本明細書において「～」は、同様の意味をもって使用される。
　本発明によれば、強度が高く、かつ誘電率の低い、特に投影型静電容量式タッチセンサに好適に用いることができる、静電容量式タッチセンサ用表面ガラスが提供される。
本発明の実施形態に係る静電容量式タッチセンサ用表面ガラスを含む投影型静電容量式タッチセンサの構成を示す断面模式図。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る静電容量式タッチセンサ用表面ガラス２（以下、表面ガラスということがある）を含む投影型静電容量式タッチセンサ１の構成を示す断面模式図である。図１に示す静電容量式タッチセンサ１は、表面ガラス２と、基板３と、表面ガラス２と基板３との間に形成されたＸ方向電極４、Ｙ方向電極５、これら両電極を離間するための絶縁層６とを具備している。
　投影型静電容量式タッチセンサ１（相互容量方式）の検出原理について説明する。この方式では、Ｘ方向電極４とＹ方向電極５のいずれか一方が受信電極、他方が送信電極として構成される。受信電極側をＧＮＤに接地し、送信電極側からパルスを入力すると電極間に電界（Ｆｉｅｌｄ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ）が発生する（非タッチ時）。入力操作のため、表面ガラス２の表面に指やスタイラス等の位置指示部材が近づくと電界の一部が送信電極と人体との間に発生し、受信電極と送信電極との間の電界は減少する（タッチ時）。この方式では、非タッチ時とタッチ時との電界の減少に伴う静電容量の減少を測定することにより、位置指示部材の接触を検知し、接触位置の特定を行う。
　ノイズ耐性が高い、高精度の検出を行うためには、非タッチ時の静電容量とタッチ時の静電容量変化との比率を大きくすることが好ましい。非タッチ時の静電容量は、各検出電極の隣接電極間容量（線間容量）、Ｘ方向電極とＹ方向電極とが交差することによる容量、浮遊容量とからなる。
　他方、位置指示部材の接触位置を高い精度で検出するため、それぞれの隣接電極間の距離を狭くすることが行われる。これにより解像度の高いタッチセンサが得られる。しかしながら、隣接電極間の距離を狭くすると、同一のタッチセンサ面積における電極長さが長大となること、および隣接電極間の距離が小さくなること、の両者によって隣接電極間容量が非常に大きくなる。これにより、非タッチ時の静電容量が大きくなり、非タッチ時の静電容量とタッチ時の静電容量変化との比率が小さくなることで検出精度が低下するおそれがある。また、非タッチ時の静電容量が大きくなると、静電容量を検出するセンサーＩＣの検出範囲の上限が大きいものを用いる必要があり、タッチセンサの製造コストが高くなったり、消費電力が大きくなるという不具合がある。
　これらの問題に対し、本発明では上記隣接電極間容量を下げるため、各隣接電極間の結合経路のひとつである表面ガラス２について、周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が４．５～６．９であるガラスを用いる。これにより、隣接電極間容量を下げることが可能となり、隣接電極間を狭くしても高い精度の位置検出が可能であり、製造コストが高くなるおそれがない。なお、表面ガラス２に上記の比誘電率のガラスを用いると、非タッチ時とタッチ時との電界の減少に伴う静電容量の減少量が小さくなる。しかしながら、前述のとおり非タッチ時の静電容量も小さくなるため、非タッチ時の静電容量とタッチ時の静電容量変化との比率への影響は少なく、むしろ良い傾向が得られる。
　表面ガラス２の比誘電率が４．５未満であると、後述する理由で化学強化処理により強度の高いをガラスを得ることが困難となる。また、６．９を超えると、非タッチ時の静電容量が大きくなり、高い精度の位置検出が難しくなる。表面ガラス２の比誘電率は、好ましくは４．８～６．８であり、より好ましくは５～６．５である。
　ガラス中に存在するアルカリ金属成分（Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ）の存在量は、比誘電率および化学強化によりガラス表面に圧縮応力層を形成するのに大きく影響する。具体的には、ＳｉＯ２の含有量が一定量以下のガラスにおいて、比誘電率は、アルカリ金属成分が少ないほど、小さくなる傾向を示す。また、化学強化処理によりガラス表面に形成される圧縮応力層は、アルカリ金属成分が多いほど大きくなる傾向を示す。そのため、ガラスにおいて、比誘電率を小さくすることおよび化学強化処理によりガラス表面に形成される圧縮応力層を大きくすることは、ガラス中のアルカリ金属成分の含有量において相反することとなる。
　本発明の表面ガラス２は、比誘電率を４．５以上とすることで、低い比誘電率と化学強化による高い強度とを両立させることを可能としたものである。
　投影型静電容量式タッチセンサ１は、電子機器、例えば携帯して使用可能な通信機器や情報機器等に搭載されることを想定すると、使用時の落下衝撃による破損や長期間の使用による位置指示部材の接触にも十分耐え得る高い強度を備えることが求められる。そのため、表面ガラス２は、化学強化処理により表面に圧縮応力層を設けることで、高い強度を備えたガラスとする。化学強化処理の方法としては、例えばガラス表層のＮａイオンと溶融塩中のＫイオンとをイオン交換できるものであれば特に限定されないが、例えば加熱された硝酸カリウム（ＫＮＯ３）溶融塩にガラスを浸漬する方法が挙げられる。ガラスの表面に圧縮応力層を設けるための化学強化処理条件は、ガラスの厚さによっても異なるが、４００～５５０℃のＫＮＯ３溶融塩に２～２０時間ガラスを浸漬させることが典型的である。上記したような浸漬法により表面ガラス２の化学強化処理を行なえば、表面ガラス２の両面に圧縮応力層を形成することができ、より強度の高い表面ガラスを得ることができ、好ましい。
　表面ガラス２は、化学強化処理により５μｍ～５０μｍの圧縮応力層深さが得られる。その理由は、以下のとおりである。
　タッチセンサに用いられるガラスの製造においては、ガラスが平板状である場合、研磨工程が行われることがある。ガラスの研磨工程においては、その最終段階の研磨に使用される研磨砥粒の粒径は２～６μｍが典型的であり、このような砥粒によって、ガラス表面には最終的に最大５μｍのマイクロクラックが形成されると考えられる。化学強化処理による強度向上効果を有効なものとするためには、ガラス表面に形成されるマイクロクラックより深い圧縮応力層があることが必要であるため、化学強化処理によって生じる圧縮応力層の深さは５μｍ以上とされる。また、使用時に圧縮応力層の深さを超える傷がつくとガラスの破壊につながるため、用途により想定されるキズの深さよりも圧縮応力層は深い方が好ましい。より好ましくは６μｍ以上、さらに好ましくは８μｍ以上である。携帯電話のように、落下による衝撃などで深いキズが入ることが想定される場合には、典型的には３０μｍ以上である。
　一方、圧縮応力層が深いと内部引張応力が大きくなり、破壊時の衝撃が大きくなる。すなわち、内部引張応力が大きいとガラスが破壊する際に細片となって粉々に飛散する傾向があることがわかっている。発明者らによる実験の結果、厚さ２ｍｍ以下のガラスでは、圧縮応力層の深さが５０μｍを超えると、破壊時の飛散が顕著となることが判明した。したがって、本発明の表面ガラスにおいては圧縮応力層の深さは５０μｍ以下とされるのが好ましい。タッチセンサが搭載される電子機器の種類にもよるが、例えば表面に接触傷がつく確率が高いタッチパネル等の用途では、安全をみて圧縮応力層の深さを薄くしておくことも考えられ、より好ましくは４５μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以下である。なお、ガラスの圧縮応力層の深さとは、化学強化処理が施され、圧縮応力層が形成されたガラスの最表面から圧縮応力値が零となるところの深さまでの距離、すなわち圧縮応力層の厚さをいう。
　表面ガラス２は、化学強化処理により設けられる圧縮応力層の表面圧縮応力の大きさは、２００ＭＰａ～８００ＭＰａとされる。２００ＭＰａ未満ではパソコン用のタッチパッドに使用する場合でも強度が充分とは言えず、イオン交換が適切に行われていない可能性があるため、好ましくない。一方、携帯電話等のように落下による破壊が想定されるような用途においては、表面圧縮応力は高い方が良いが、内部引張応力が大きすぎるのは好ましくない。そのため、上限は８００ＭＰａとすることが好ましい。
　以下、本発明の実施形態の表面ガラスの組成について、特に断らない限り、下記酸化物基準のモル％表示を用いて説明する。
　ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分であり、誘電率を下げる効果もある必須成分である。６０％未満ではガラスとしての安定性が低下するとともに誘電率が高くなるため好ましくない。好ましくは６２％以上である。より好ましくは６５％以上である。
　ＳｉＯ２が８０％超ではガラスの粘性が増大し溶融性が著しく低下する。好ましくは７８％以下、典型的には７５％以下である。
　Ａｌ２Ｏ３はガラスの耐候性および化学強化特性を向上させる成分であり、必須である。３％未満では耐候性が低下する。好ましくは４％以上、典型的には５％以上である。
　Ａｌ２Ｏ３が１２％超ではガラスの粘性が高くなり均質な溶融が困難になる。好ましくは１１％以下、典型的には１０％以下である。
　Ｂ２Ｏ３はガラスの誘電率を下げる効果を持ち、耐候性を上げる必須成分である。１％未満では誘電率が高くなり、耐候性向上について有意な効果が得られないおそれがある。好ましくは２％以上であり、典型的には３％以上である。
　Ｂ２Ｏ３が１５％超では揮散による脈理が発生し、歩留まりが低下するおそれがある。好ましくは１３％以下、典型的には１２％以下である。
　Ｎａ２Ｏはガラスの溶融性を向上させる成分であり、またイオン交換により表面圧縮応力層を形成させるため、必須である。２％未満では溶融性が悪く、またイオン交換により所望の圧縮応力層を形成することが困難となる。好ましくは３％以上、典型的には５％以上である。
　但し、Ｎａ２Ｏは誘電率を高くする成分でもあるため、１２％超では誘電率が高くなりすぎるとともに耐候性が低下する。好ましくは１０％以下、典型的には９％以下である。
　Ｋ２Ｏはガラスの溶融性を向上させる成分であるとともに、化学強化におけるイオン交換速度を大きくする作用があるため、必須ではないが含有することが好ましい成分である。Ｋ２Ｏを含有する場合、０．０５％未満では溶融性向上について有意な効果が得られない、またはイオン交換速度向上について有意な効果が得られないおそれがある。典型的には０．１％以上である。
　Ｋ２ＯもＮａ２Ｏと同様に誘電率を高くする成分であり、３％以下が好ましい。より好ましくは２．５％以下である。
　ＭｇＯはガラスの化学強化特性を高め、誘電率を下げる効果を持ち、必須である。０．１％未満では十分な効果が得られない。より効果を高めるためには３％以上が好ましく、典型的には５％以上である。
　ＭｇＯが１５％超では耐候性が低下する。好ましくは１３％以下、典型的には１２％以下である。
　ＣａＯはガラスの溶融性を向上させる成分であり、必要に応じて含有することができる。ＣａＯを含有する場合、０．０５％未満では溶融性向上について有意な効果が得られない。典型的には０．１％以上である。
　ＣａＯが３％超では化学強化特性が低下する。好ましくは２．５％以下、典型的には２％以下である。
　ＢａＯはガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＢａＯを含有する場合、０．０５％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。好ましくは０．１％以上であり、典型的には０．２％以上である。
　ＢａＯが３％超では耐候性や化学強化特性が低下するおそれがある。好ましくは２．５％以下、典型的には２％以下である。
　ＳｒＯはガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＳｒＯを含有する場合、０．０５％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。好ましくは０．１％以上であり、典型的には０．２％以上である。
　ＳｒＯが３％超では耐候性や化学強化特性が低下するおそれがある。好ましくは２．５％以下、典型的には２％以下である。
　ＺｎＯはガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＺｎＯを含有する場合、０．１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。好ましくは０．２％以上であり、典型的には０．５％以上である。
　ＺｎＯが１０％超では耐候性が低下するおそれがある。好ましくは９．５％以下、典型的には９％以下である。
　ＺｒＯ２はイオン交換速度を大きくする成分であり、必須ではないが３％以下の範囲で含有してもよい。ＺｒＯ２が３％超では溶融性が悪化して未溶融物としてガラス中に残る場合が起こるおそれがある。典型的にはＺｒＯ２は含有しない。
　ＳＯ３は清澄剤として作用する成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＳＯ３を含有する場合、０．００５％未満では期待する清澄作用が得られない。好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上である。０．０３％以上がもっとも好ましい。また０．５％超では逆に泡の発生源となり、ガラスの溶け落ちが遅くなったり、泡個数が増加するおそれがある。好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．２％以下である。０．１％以下がもっとも好ましい。
　Ｃｌは清澄剤として作用する成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。Ｃｌを含有する場合、０．００５％未満では期待する清澄作用が得られない。好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上である。０．０３％以上がもっとも好ましい。また０．５％超では逆に泡の発生源となり、ガラスの溶け落ちが遅くなったり、泡個数が増加するおそれがある。好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．２％以下である。０．１％以下がもっとも好ましい。
　ＴｉＯ２はガラスの耐候性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＴｉＯ２を含有する場合、０．００５％未満では耐候性向上について有意な効果が得られないおそれがある。好ましくは０．０１％以上であり、典型的には０．１％以上である。
　ＴｉＯ２が３％超ではガラスが不安定になり、失透が生じるおそれがある。好ましくは２％以下、典型的には１％以下である。
　Ｌｉ２Ｏはガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。Ｌｉ２Ｏを含有する場合、０．１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。好ましくは０．２％以上であり、典型的には０．３％以上である。
  Ｌｉ２Ｏが３％超では耐候性が低下し、誘電率も高くなる。好ましくは２．５％以下、典型的には２％以下である。
　本発明の目的を損なわない範囲で、ガラスの清澄剤として、Ｓｂ２Ｏ３、Ｆ、ＳｎＯ２、その他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は１％以下であることが好ましく、典型的には０．５％以下である。
　本発明の目的を損なわない範囲で、無色透明以外の所定の色を呈する着色ガラスを用いることも可能である。着色ガラスを得るには、前述のガラス組成に加えて、以下の着色成分を含有してもよい。着色成分であるＭｐＯｑ（但し、Ｍは、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｂｉ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｅｒ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｗ、およびＡｇからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、ｐとｑはＭとＯの原子比である）は、ガラスを所望の色に着色するための成分であり、着色成分を適宜選択することにより、例えば、青色系、緑色系、黄色系、紫～桃色系、赤色系等の着色ガラスを得ることができる。また、これらの色を呈する透光性の高い着色ガラスとしてもよい。
　具体的には、例えば、Ｃｏ３Ｏ４およびＣｕＯから選ばれる少なくとも１種の使用で、青色系の着色ガラスを得ることができる。Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯおよびＰｒ６Ｏ１１から選ばれる少なくとも１種の使用で、緑色系の着色ガラスを得ることができる。ＣｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３およびＲｈＯ２から選ばれる少なくとも１種の使用で、黄色系の着色ガラスを得ることができる。ＭｎＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｎｄ２Ｏ３およびＷＯ３から選ばれる少なくとも１種の使用で、紫～桃色系の着色ガラスを得ることができる。Ｃｕ２ＯおよびＡｇ２Ｏから選ばれる少なくとも１種の使用で、赤色系の着色ガラスを得ることができる。
　着色成分の含有量が０．０００５％未満ではガラスの着色が極めて薄くなるため、ガラスを厚くしなければ有色として認識できず、着色ガラスとして意匠性を持たせるためには肉厚をかなり厚く設計する必要が生じることになる。したがって、０．０００５％以上含有させる。好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．０１％以上である。また、含有量が１０％超ではガラスが不安定となる。したがって、含有量は１０％以下とする。好ましくは８％以下であり、より好ましくは５％以下である。
　表面ガラスは、少なくとも位置指示部材と当接する側の表面をエッチング処理して中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ～３００μｍとなるようにしてもよい。これにより、表面ガラスに指を接触したまま移動する場合でも滑らかな動きを実現でき、またガラス表面に指紋や皮脂などが付きにくい。表面ガラスの中心線平均粗さが０．０１μｍ未満であると、指紋や皮脂などが付きやすくなり、３００μｍを超えると滑らかな動きが得られないおそれがある。好ましくは、０．５μｍ～２５０μｍである。上記した０．０１μｍ～３００μｍの中心線平均粗さ（Ｒａ）を有する静電容量式タッチセンサ用表面ガラスを得るには、化学強化処理を施す前のガラスの表面にエッチング処理を施し、０．０１μｍ～３００μｍの表面粗さを形成しておいてもよいし、あるいはガラスの表面にエッチング処理を施して、０．０１μｍ～３００μｍの表面粗さを形成した後、化学強化処理を施してもよい。
　表面ガラスは、少なくとも位置指示部材と当接する側の表面に指紋付着抑制コート層を設けてもよい。これを設けることで、指で入力操作を繰り返しても、表面ガラスに指紋や汚れが付着し難く、付着しても容易にふき取ることが可能となる。このようなコート層は、フッ素系樹脂からなるコート剤を真空蒸着や塗布等の公知の方法を用いて表面ガラスに形成することで得られる。
　表面ガラスは、０．３ｍｍ～３ｍｍの板厚のガラス板であることが好ましい。これにより、静電容量式タッチセンサ用表面ガラスとして好適な特性を得ることができる。板厚が０．３ｍｍ未満であると、化学強化処理によりガラス表面に圧縮応力層を設けたとしても強度が不足するおそれがある。また、３ｍｍを超えると表面ガラスに位置指示部材が接近した際に生じる電界の変化が小さく、静電容量の減少量として得られる信号強度が低くなるおそれがある。好ましくは、０．５ｍｍ～２ｍｍである。
　本発明の表面ガラスの製造方法は特に限定されないが、例えば種々のガラス原料を適量調合し、約１５００～１６００℃に加熱し溶融した後、脱泡、撹拌などにより均質化し、周知の、フロート法、ダウンドロー法、プレス法などによって板状等に、またはキャストしてブロック状に成形し、徐冷後所望のサイズに切断、必要に応じ研磨加工を施して板状に製造される。そして、板状のガラスを、適宜の条件で化学強化処理を行う。
　以下、本発明の実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
　表１の例１～１２（例１～１０は実施例、例１１～１２は比較例）について、表中に酸化物基準のモル％表示で示す組成になるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等一般に使用されているガラス原料を適宜選択し、ガラスとして１００ｍｌとなるように秤量した。
　ついで、この原料混合物を白金製るつぼに入れ、１５００～１６００℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、約０．５時間で原料が溶け落ちた後、１時間溶融し、脱泡した後、およそ３００℃に予熱した縦約５０ｍｍ×横約１００ｍｍ×高さ約２０ｍｍの型材に流し込み、約１℃／分の速度で徐冷し、ガラスブロックを得た。このガラスブロックからサイズがφ３８ｍｍ、厚みが３ｍｍになるように切断、研削し、最後に両面を鏡面に研磨加工し、板状のガラスを得た。ついで、これらのガラスを２００～４５０℃に加熱し、次いで４５０℃のＫＮＯ３溶融塩（１００％）にそれぞれ６時間浸漬し、化学強化処理を行った。
　得られた板状のガラスについて、周波数１ＭＨｚにおける比誘電率、圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）、表面圧縮応力（ＣＳ）を表１に併記する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　比誘電率は、以下の方法で求めた。すなわち、上記方法にて成形した板状のガラスの両面に電極を形成し、Ａｇｉｌｅｎｔ社の誘電体測定端子１６４５１Ａにサンプルをセットし、Ｑメータを用いて誘電率を実測した。
　圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）、表面圧縮応力（ＣＳ）は、以下の方法で求めた。すなわち、上記方法にて成形した板状のガラスについて、表面応力計（折原製作所社製、ＦＳＭ－６０００）にて表面圧縮応力Ｓ（単位：ＭＰａ）および圧縮応力層深さｔ（単位：μｍ）を測定した。なお、測定条件として、光弾性定数：２８．７、屈折率：１．５２を用いた。
　上記結果から、例１１のガラス（ホウケイ酸ガラス）は、比誘電率は低いものの、化学強化によりガラス表面に圧縮応力層を設けることができず、高い強度が得られない。なお、例１１のガラスは、表面応力計で表面圧縮応力Ｓ（単位：ＭＰａ）および圧縮応力層深さｔ（単位：μｍ）を測定したが、ともに測定限界以下であり圧縮応力層が形成されていなかった。例１２のガラスは、化学強化により表面に圧縮応力層を設けることができ高い強度が得られるものの、比誘電率が高い。これに対し、実施例の各ガラスは、比誘電率が低く、かつ化学強化によりガラス表面に圧縮応力層を設けることができ高い強度が得られる。
　以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上記記載内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、図１を用いて投影型静電容量式タッチセンサを説明したが、本発明の表面ガラスは、電極配置等が異なる公知の構成においても用いることが可能である。また、タッチセンサの背面側に液晶表示装置等の表示装置を備える、いわゆるタッチパネルの表面ガラスとして用いてもよい。
　本発明の静電容量式タッチセンサ用表面ガラスは、強度が高く、かつ誘電率が低いため、静電容量式タッチセンサ用表面ガラスとして好適であり、特に投影型静電容量式タッチセンサの表面ガラスとして有用である。
　なお、２０１１年１２月２７日に出願された日本特許出願２０１１－２８５１９２号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
　　１：投影型静電容量式タッチセンサ、　　２：表面ガラス、　　３：基板、　　４：Ｘ方向電極、　　５：Ｙ方向電極、　　６：絶縁層

Claims (11)

  1. 　周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が４．５～６．９のガラスを用いてなることを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  2. 　前記ガラスは、化学強化処理によりガラス表面に５μｍ～５０μｍの圧縮応力層深さと、２００ＭＰａ～８００ＭＰａの表面圧縮応力を得るために用いられることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  3. 　周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が４．５～６．９のガラスであって、化学強化処理によりガラス表面に圧縮応力層が設けられていることを特徴とする静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  4. 　前記ガラスは、化学強化処理によりガラス表面に５μｍ～５０μｍの深さの圧縮応力層が形成されており、当該圧縮応力層の表面圧縮応力が２００ＭＰａ～８００ＭＰａであることを特徴とする請求項３に記載の静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  5. 　前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、
    　　　ＳｉＯ２　　６０～８０％、
    　　　Ａｌ２Ｏ３　３～１２％、
    　　　Ｂ２Ｏ３　　１～１５％、
    　　　Ｎａ２Ｏ　　２～１２％、
    　　　Ｋ２Ｏ　　　０～３％、
    　　　ＭｇＯ　　　０．１～１５％、
    　　　ＣａＯ　　　０～３％、
    　　　ＢａＯ　　　０～３％、
    　　　ＳｒＯ　　　０～３％、
    　　　ＺｎＯ　　　０～１０％、
    　　　ＺｒＯ２　　０～３％、
    　　　ＳＯ３　　　０～０．５％、
    　　　Ｃｌ　　　　０～０．５％、
    　　　ＴｉＯ２　　０～３％、
    　　　Ｌｉ２Ｏ　　０～３％、
    を含有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  6. 　前記ガラスは、エッチング処理によりガラス表面が０．０１～３００μｍの中心線平均粗さ（Ｒａ）とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  7. 　前記ガラスは、エッチング処理によりガラス表面が５０～３００μｍの中心線平均粗さ（Ｒａ）とされていることを特徴とする請求項６に記載の静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  8. 　前記ガラスは、化学強化処理が施された後、エッチング処理によりガラス表面が０．０１～３００μｍの中心線平均粗さ（Ｒａ）とされていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  9. 　前記ガラスは、化学強化処理が施された後、エッチング処理によりガラス表面が５０～３００μｍの中心線平均粗さ（Ｒａ）とされていることを特徴とする請求項８に記載の静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  10. 　前記ガラスは、着色成分としてＭｐＯｑ（但し、Ｍは、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｂｉ、Ｅｕ、Ｒｈ、Ｍｎ、Ｅｒ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｗ、およびＡｇからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、ｐとｑはＭとＯの原子比である）を０．０００５～１０％含有することを特徴する請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
  11. 　前記ガラスは、０．３ｍｍ～３ｍｍの板厚のガラス板であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の静電容量式タッチセンサ用表面ガラス。
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