(57)【要約】      （修正有）【課題】大面積でセンシング感度が良好な静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材を提供する。【解決手段】比誘電率εを厚さｔで除した値ε／ｔが３０００ｍ−１以上４０００００ｍ−１以下であり、ビッカース硬度が９８Ｎ／ｍｍ２以上１９６００Ｎ／ｍｍ２以下である静電容量方式の指紋認証用センサ３４を有する機材用のカバー部材であり、比誘電率が３．０以上、ヤング率が２．０ＧＰａ以上４９９ＧＰａである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比誘電率εを厚さｔで除した値ε／ｔが３０００ｍ−１以上４０００００ｍ−１以下であり、ビッカース硬度が９８Ｎ／ｍｍ２以上１９６００Ｎ／ｍｍ２以下である静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材。
【請求項２】
前記比誘電率εが３．０以上である請求項１に記載のカバー部材。
【請求項３】
ヤング率が２．０ＧＰａ以上４００ＧＰａ以下である請求項１または２に記載のカバー部材。
【請求項４】
前記指紋認証用センサのセンシング部位に対向する領域の面積が６０ｍｍ２以上４１０００ｍｍ２以下である請求項１から３のいずれか一項に記載のカバー部材。
【請求項５】
前記指紋認証用センサのセンシング部位に対向する領域の面積Ｓをヤング率Ｅで除した値Ｓ／Ｅが、１．５×１０−７ｍ２／ＧＰａ以上１．４×１０−２ｍ２／ＧＰａ以下である請求項１から４のいずれか一項に記載のカバー部材。
【請求項６】
基板と当該基板の一面に設けられた複数の電極とを有する静電容量方式の指紋認証用センサと、この複数の電極上に設けられた請求項１から５のいずれか一項に記載のカバー部材とを備え、指を経由して前記電極に電界をかけるための金属を前記カバー部材の周囲に有することなく前記指の指紋を認証する静電容量方式の指紋認証用センサユニット。
【請求項７】
請求項６に記載の静電容量方式の指紋認証用センサユニットを備える機材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材、静電容量方式の指紋認証用センサユニットおよび機材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器や情報機器類における高度なセキュリティ対策として、指紋を個人の認証に用いる方法が盛んに用いられている。指紋認証の方法には、光学方式、感熱方式、圧力方式、静電容量方式等があるが、センシング感度や消費電力の観点から静電容量方式（以下、静電容量方式の指紋認証用センサを、単に指紋認証用センサという場合がある）が優れているとされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
指紋認証用センサは、指が接近、または、接触した部位の局所的な静電容量の変化を検出する。センサ内には、複数個の検知セルが設けられている。
指紋認証用センサには大きく２種類のセンシング方式がある。第１の方式としては、各セルに対して半導体基板内に１個のプレート状電極（以下、単に電極という）を具備するものであり、この場合、指は２番目の電極として作用し、２つの電極でコンデンサを形成する（以下、２プレートセンサという）。
また、第２の方式としては、各セルに対して半導体基板内に２個の電極を具備するものであり、この場合、指は３番目の電極として作用し、基板内に２個の電極とその上方に１個の電極を有する構成となる（以下、３プレートセンサという）。
２プレートセンサでは、２つの電極間の距離が変化することによる静電容量の変化を検知する。指紋の凹凸に応じ、凹部では静電容量が低下し、凸部では静電容量が増加することを利用して画像を取得する。すなわち、指紋認証用センサ内に電極を行列方式で並べ、それぞれの静電容量を測ることにより指紋の凸凹パターンを認識することができる。
一方、３プレートセンサは、セル内の２個の電極間にフリンジ電界を発生させることによって動作する。フリンジ電界中に入る材料の体積が、このセルのフリンジ電界を変化させ、それに伴い基板内の２個のコンデンサの容量値を変化させる。指紋の凹凸に応じ、凹部ではセル内の電極間のフリンジ電界がほとんど変化せず、凸部ではフリンジ電界が大きく減少することを利用して画像を取得する。すなわち、指紋認証用センサ内に電極を行列方式で並べ、各セルの電極間のフリンジ電界を測ることにより指紋の凸凹パターンを認識することができる。
【０００４】
指紋認証用センサは、小型軽量で消費電力が低いことから、特に機材としてのスマートフォンや携帯電話、タブレット型パーソナルコンピュータ等の携帯機器類に搭載されている。指紋認証用センサの上部には、指紋認証用センサを保護するためのカバー部材が設けられている。
なお、以下において、指紋認証用センサとカバー部材とを含む構成を静電容量方式の指紋認証用センサユニット（指紋認証用センサユニット）という場合がある。
【０００５】
従来、このカバー部材には樹脂材料等が用いられてきた。例えば、特許文献２には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等樹脂材料を用いた指紋認証用センサ保護のためのフィルムが開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、指紋認証用センサ保護のためのカバー部材として、サファイアを用いたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２１８００６号公報
【特許文献２】特開２００３−２８０７５９号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／１７３７７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
指紋認証用センサは、現在のスマートフォン等に実際に用いられている。この指紋認証用センサとしては特許文献３のような方式が例示できる。図１に、従来の指紋認証用センサを有する機材としてのスマートフォン１０の一例を示す。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、使用者は指紋認証を行うとき、指紋認証用センサ１４を組み込んだ部位に指Ｆを接触させる。この際に、図１（Ａ）、（Ｂ）に実線で示すように、指Ｆがガイドリング１７（特許文献３ではｇｒｏｕｎｄ ｒｉｎｇ１１４に相当する）に触れ、ガイドリング１７から指Ｆを経由して基板１５上の電極１６まで電界をかけられるようになる。これにより使用者の指紋の凹凸に応じて、カバー部材１３の静電容量が変化する。この変化を検出し読み取ることにより画像化し、指紋認証を行っている。
以上より、従来はガイドリング１７を用いることで、指紋の表面形状に関する情報損失を最小限とし、高い精度でセンシングすることができる。
【０００９】
しかし、指紋のセンシング範囲を従来より拡大したい場合、例えば図１（Ａ）に示す表示部１８を指紋のセンシング範囲にしたい場合、また指紋認証用センサを組み込んだデバイスのデザイン創作の融通性を向上させたい場合には、ガイドリングを用いないでセンシングを可能とする技術が求められる可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を鑑みて、大面積でセンシング感度が良好な静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材、静電容量方式の指紋認証用センサユニットおよび機材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材の厚さｔとその比誘電率εを、最適化することによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明の静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材は、比誘電率εを厚さｔで除した値ε／ｔが３０００ｍ−１以上４０００００ｍ−１以下であり、ビッカース硬度が９８Ｎ／ｍｍ２以上１９６００Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の静電容量方式の指紋認証用センサユニットは、基板と当該基板の一面に設けられた複数の電極とを有する静電容量方式の指紋認証用センサと、この複数の電極上に設けられた上述のカバー部材とを備え、指を経由して前記電極に電界をかけるための金属を前記カバー部材の周囲に有することなく前記指の指紋を認証することを特徴とする。
【００１４】
本発明の機材は、上述の静電容量方式の指紋認証用センサユニットを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、大面積でセンシング感度が良好な静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材、静電容量方式の指紋認証用センサユニットおよび機材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材の一例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材の一例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の実施例に関するｔとεの関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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形態に限定されることはない。また、本発明の範囲を逸脱することなく、以下の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
【００１８】
（静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材）
本実施形態の静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材（以下、単にカバー部材という場合がある）とは、指が接近、または、接触することにより、その部位の静電容量が局所的に変化する部材である。
【００１９】
本実施形態のカバー部材は、比誘電率εを厚さｔで除した値ε／ｔが３０００ｍ−１以上４０００００ｍ−１以下であり、ビッカース硬度が９８Ｎ／ｍｍ２以上１９６００Ｎ／ｍｍ２以下である。
ε／ｔが３０００ｍ−１未満であると、寄生容量が大きくなるためセンシング感度が低下する。ε／ｔが４０００００ｍ−１より大きいと、温度湿度等の外部環境の変化による感度が大きくなるため安定して使用することができない。またε／ｔとして、４０００ｍ−１以上３５００００ｍ−１以下がより好ましく、５０００ｍ−１以上３０００００ｍ−１以下が特に好ましい。
ビッカース硬度が９８Ｎ／ｍｍ２未満であると硬度が低いため、傷付きやすくなる。ビッカース硬度が１９６００Ｎ／ｍｍ２より大きいと硬度が高いため加工することが困難となり、大面積化する際に面精度を担保しにくくなる。またビッカース硬度として、２００Ｎ／ｍｍ２以上１９０００Ｎ／ｍｍ２以下がより好ましく、５００Ｎ／ｍｍ２以上１８０００Ｎ／ｍｍ２以下が特に好ましい。
【００２０】
本実施形態のカバー部材の厚みｔは、図２（Ｂ）に示すように、カバー部材３３の厚みである。例えば指紋認証用センサユニットでは、指紋を認証できる部位のカバー部材の厚みであり、０．０１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。ｔが０．０１ｍｍ未満であると、静電気放電が発生するだけでなく、カバー部材の剛性が小さいため強度が不足する場合がある。ｔが１．５ｍｍより大きいと、感度不足により指紋のコントラストが不足するためセンシングすることができない場合がある。またｔとして、０．０１５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下がより好ましく、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下が特に好ましい。
【００２１】
本実施形態のカバー部材が指紋認証用センサの上部に設けられるとき、カバー部材の厚みは、指紋認証用センサに対向する領域のみが０．０１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下となっていればよく、指紋認証用センサに対向しない領域の厚みは、１．５ｍｍより大きくてもよい。これにより、カバー部材の剛性を高めることができる。
なお、本実施形態のカバー部材は、指紋認証用センサ上のみに設けられても、指紋認証用センサ上以外の部位にも設けられてもよい。
また、本実施形態のカバー部材は、３次元形状に成形されていてもよく、例えばカバー部材のどちらか一面又は両面を凸面または凹面とすることができる。
【００２２】
なお、カバー部材の比誘電率εは、１ＭＨｚの周波数における値であり、カバー部材の両面に電極を作製したコンデンサの静電容量を測定することによって得ることができる。
また、カバー部材のビッカース硬度は、例えば日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に記載する、ビッカース硬さ試験により測定することができる。
【００２３】
本実施形態のカバー部材は、前記比誘電率εが３．０以上であることが好ましい。
εが３．０未満であると指紋のコントラスト不足のためセンシングしにくくなる。εの上限については特に限定されないが、過度に大きすぎると誘電損失が大きくなり、消費電力が大きくなり反応が遅くなる場合があるため、５０以下とするのが好ましい。またεとして、３．５以上４７以下がより好ましく、４以上４５以下が特に好ましい。
【００２４】
本実施形態のカバー部材は、ヤング率が２．０ＧＰａ以上４００ＧＰａ以下であることが好ましい。
ヤング率が２．０ＧＰａ未満である場合は、強度不足となる場合がある。ヤング率が４００ＧＰａより大きいと材料の加工性が悪くなるため、研磨が困難となる。またヤング率として、２．５ＧＰａ以上３８０ＧＰａ以下がより好ましく、３ＧＰａ以上３５０ＧＰａ以下が特に好ましい。
【００２５】
本実施形態のカバー部材は、前記指紋認証用センサのセンシング部位に対向する領域の面積が６０ｍｍ２以上４１０００ｍｍ２以下であることが好ましい。
指紋認証用センサのセンシング部位に対向する領域の面積Ｓは、例えば図２（Ａ）に示すようなカバー部材３３の面積である。Ｓが６０ｍｍ２未満であると、センサ面積が小さいため誤認識が多くなる場合がある。Ｓが４１０００ｍｍ２より大きいと、指が接触していない領域が寄生容量となりセンシング感度が落ちるだけでなく、面精度を揃えることが困難となるためセンシング時の誤認識が多くなる場合がある。またＳとして、８０ｍｍ２以上４０５００ｍｍ２以下がより好ましく、１００ｍｍ２以上４００００ｍｍ２以下が特に好ましい。
【００２６】
本実施形態のカバー部材は、前記指紋認証用センサのセンシング部位に対向する領域の面積Ｓをヤング率Ｅで除した値Ｓ／Ｅが、１．５×１０−７ｍ２／ＧＰａ以上１．４×１０−２ｍ２／ＧＰａ以下であることが好ましい。
Ｓ／Ｅが１．５×１０−７ｍ２／ＧＰａ未満であると、加工性が悪くなり、エッジのチッピングが発生しやすくなる。Ｓ／Ｅが１．４×１０−２ｍ２／ＧＰａ以上であると、機械的特性が悪化し、強度が担保できない場合がある。また、Ｓ／Ｅとして、５．０×１０−７ｍ２／ＧＰａ以上１．０×１０−２ｍ２／ＧＰａ以下であることが好ましく、１．０×１０−６ｍ２／ＧＰａ以上５．０×１０−３ｍ２／ＧＰａ以下であることが特に好ましい。
【００２７】
（カバー部材の製造方法）
以下、本実施形態のカバー部材について、その製造する方法を説明する。
【００２８】
本実施形態のカバー部材の製造方法では、各工程は特に限定されず適切に選択すればよく、典型的には従来公知の工程を適用できる。
【００２９】
（ガラスによるカバー部材の製造方法）
本実施形態のカバー部材として用いることができるガラスの製造方法では、例えば、まず、各成分の原料を所望の組成となるように調合し、ガラス溶融窯で加熱溶融する。バブリング、撹拌、清澄剤の添加等によりガラスを均質化し、従来公知の成形法により所定の厚さのガラス板に成形し、徐冷する。
ガラスの成形法としては、例えば、フロート法、プレス法、フュージョン法、ダウンドロー法及びロールアウト法が挙げられる。特に、大量生産に適したフロート法が好適である。また、フロート法以外の連続成形法、すなわち、フュージョン法およびダウンドロー法も好適である。また、着色ガラスを成形する場合はロールアウト法が最適な場合がある。また、ガラスを平板状以外の、例えば凹状もしくは凸状に成形して用いる場合、平板状やブロック状等に成形したガラスを再加熱し、溶融させた状態でプレス成形したり、溶融ガラスをプレス型上に流し出し、プレス成形することで、所望の形状に成形される。
成形したガラスを必要に応じて研削および研磨処理し、必要に応じて化学強化処理をした後、洗浄および乾燥する。その後、切断、研磨等の加工を施すことにより、本実施形態のカバー部材を得ることができる。
【００３０】
（樹脂によるカバー部材の製造方法）
本実施形態のカバー部材として用いることができる樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が例示できる。樹脂材料を用いたカバー部材の製造方法では、ＰＥＴ等を薄板化するための各種技術等を使用することができる。成形した樹脂材料に対し必要に応じて着色や傷防止用コート等を施すことができ、本実施形態のカバー部材を得ることができる。
【００３１】
（セラミックスによるカバー部材の製造方法）
本実施形態のカバー部材として用いることができるセラミックスとしては、ジルコニアが例示できる。セラミックスを用いたカバー部材の製造方法では、ダイヤモンドホイール等の加工方法等を使用することができる。成形したセラミックス材料に対し必要に応じて着色や指紋防止コート等を施すことができ、本実施形態のカバー部材を得ることができる。
【００３２】
本実施形態のカバー部材は、指紋認証用センサのセンシング感度の向上への寄与が高く、大面積でセンシング感度が良好なカバー部材として有用である。
【００３３】
（静電容量方式の指紋認証用センサユニット）
本実施形態の静電容量方式の指紋認証用センサユニットは、静電容量方式の指紋認証用センサとカバー部材とを組み合わせたものである。具体的には図２に示すように、指紋認証用センサユニット３１は、基板３５とこの基板３５の一面に設けられた複数の電極３６とを備えた指紋認証用センサ３４と、この複数の電極３６上に設けられたカバー部材３３とを備えている。
【００３４】
図２に、本実施形態の指紋認証用センサユニットを組み込んだ機材としてのスマートフォンの一例を示す。スマートフォン３０は、一面が開口した筐体３２と、筐体３２の開口部を塞ぐように設けられたカバー部材３３とを備えている。筐体３２内のカバー部材３３に対向する位置には、指紋認証用センサ３４と、図示しない表示素子とが設置されている。
【００３５】
図２（Ｂ）に示される指紋認証用センサ３４においては、基板３５の上に複数の電極３６が所定の間隔を隔てて設けられており、その上にカバー部材３３が設けられ、指紋認証用センサユニット３１を構成している。なお、図２（Ｂ）には示されていないが、紙面に垂直な方向においても、基板３５の上に複数の電極３６が所定の間隔を隔てて設けられている。カバー部材３３の上に指Ｆが接触すると、指Ｆが有する指紋の凹凸に応じて、指Ｆと電極３６の間に電荷がたまる。ここで、指Ｆと電極３６の間の距離が大きくなるほど、静電容量が小さくなり、たまる電荷量が少なくなる。したがって、指Ｆの谷（凹部）Ｆ１においては、その谷（凹部）Ｆ１と電極３６の間の距離が大きいため、たまる電荷量は少なくなる。一方、指Ｆの山（凸部）Ｆ２においては、その山（凸部）Ｆ２と電極３６の間の距離が小さいため、たまる電荷量は多くなる。このようにして発生する各点における電荷量を測定し、画像に変換することで、指紋の形状が画像として検出される。なお、検出にあたっては、カバー部材３３の静電容量が変化すれば良く、指Ｆがカバー部材３３に接触しても、非接触であっても構わない。
【００３６】
（静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材）
静電容量方式の指紋認証用センサは、例えば、機材としてのスマートフォン等の携帯機器類のタッチパネルや、銀行の現金自動預け払い機、自動車のドアロック、建物内への入場管理等の個人認証装置といった種々の用途に用いることができる。また、指紋認証用センサは、特にスマートフォンや携帯電話、タブレット型パーソナルコンピュータ等の携帯機器類に好適に用いることができる。
【００３７】
以上、図２に示すような実施形態によりガイドリングを使用せずとも、現行と同等以上のセンシングが可能となる、静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材、静電容量方式の指紋認証用センサユニットおよび機材を提供することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例によって説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
【００３９】
（カバー部材について）
表１に示す実施例１〜１０のそれぞれについて、「組成（質量％）」の欄に示す組成になるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩または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３００ｃｍ３となるように秤量した。ついで、混合した原料を白金製るつぼに入れ、１４００〜１６００℃の抵抗加熱式電気炉に投入して、１〜３時間溶融し、脱泡、均質化した。
【００４０】
得られた溶融ガラスを型材に流し込み、各ガラスのガラス転移点より低い温度で１時間保持した後、１℃／分の速度で室温まで冷却し、ガラスブロックを得た。このガラスブロックを切断、研削し、最後に両面を鏡面に加工して、表１に示す厚みｔ（ｍｍ）および面積Ｓ（ｍｍ２）の各種カバー部材を得た。
【００４１】
実施例１１〜１２、比較例１についても、表１に示す厚みｔ（ｍｍ）および面積Ｓ（ｍｍ２）の各種カバー部材を準備した。
【００４２】
【表１】
2016167134.tif 000003
【００４３】
各実施例および各比較例にかかるカバー部材について、周波数１ＭＨｚにおける比誘電率εを測定した結果と、比誘電率εを各カバー部材の厚みｔで除したε／ｔの値を、表１に示す。
【００４４】
図３は表１に示す厚みｔを横軸に、比誘電率εを縦軸に示したものである。ε／ｔは図３の原点を通る直線の傾きで示される。
【００４５】
例えば、図２に示すように基板の上に複数の電極を所定の間隔を隔てて設け、各実施例および比較例のカバー部材を、その上に設けて指紋認証用センサユニット（ａ）を形成し、この指紋認証用センサユニット（ａ）を用いて指紋を検出した場合、指紋の形状を鮮明に検知できると考えられる。
また、実施例１１および比較例１については、センシング機能については所望の性能を有すると考えられるが、ビッカース硬度およびヤング率を鑑みると、強度の点では他の実施例よりも劣ると考えられる。
【００４６】
また、表１に、カバー部材の面積Ｓをヤング率Ｅで除したＳ／Ｅ、（ε／ｔ）×Ｓ、（ε／ｔ）×（Ｓ／Ｅ）の値を示した。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、静電容量方式の指紋認証用センサを有する機材用のカバー部材、静電容量方式の指紋認証用センサユニットおよび機材を製造するのに好適である。
【符号の説明】
【００４８】
３０…スマートフォン（機材）
３１…指紋認証用センサユニット
３３…カバー部材
３４…指紋認証用センサ
３５…基板
３６…電極
【図１】
2016167134.tif 000004
【図２】
2016167134.tif 000005
【図３】
2016167134.tif 000006