CN102674709A - 便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板及便携电子设备。本发明的制造方法在由一个板状玻璃材料制造多个玻璃基板的情况下，同时实现(1)得到主表面和端面均被化学强化的玻璃基板、(2)降低玻璃基板的尺寸误差、(3)在不牺牲玻璃基板的生产率的情况下良好地维持玻璃基板的强度。本发明的玻璃基板的制造方法包括：第一化学强化工序(S1)，通过离子交换处理对板状玻璃材料进行化学强化；小片化工序(S2)，在第一化学强化工序(S1)后，通过分割板状玻璃材料而小片化为多个玻璃基板；第二化学强化工序(S3)，在小片化工序(S2)后，通过离子交换处理对玻璃基板进行化学强化。

Description

便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法、便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板及便携电子设备。 
背景技术
在包括手机或掌上电脑(PDA)等便携型的终端装置的便携电子设备中，众所周知有具备显示面板的类型。另外，作为这种用于终端装置的显示面板，已知有液晶显示面板或有机EL(电致发光)(也称为有机发光二极管)面板等薄型显示面板。 
一般情况下，显示面板的显示屏通过防护玻璃而被保护。在该便携电子设备用防护玻璃中可使用由化学强化玻璃构成的玻璃基板。化学强化是指通过离子交换处理在玻璃的表层部形成压缩应力层来强化该玻璃。化学强化玻璃是指化学强化后的玻璃。用于防护玻璃等的玻璃基板例如可按照如下的工序进行制造。 
首先，通过将板状玻璃材料分割为规定的形状来得到小片化的玻璃基板。接着，将该小片化的玻璃基板浸渍在熔融盐中进行化学强化。接着，在化学强化结束的玻璃基板的主表面上根据需要形成防反射膜等功能膜。如上得到的玻璃基板用于防护玻璃等(例如，参照日本特开2007-99557号公报(专利文献1))。 
在上述制造工序中，板状玻璃材料的分割可以通过利用金刚石切割轮的划线切割等机械加工来进行。另外，除机械加工以外，还提出有通过利用蚀刻处理的加工(以下称为“蚀刻加工”)来进行。具体而言，关于板状玻璃材料的分割，提出通过湿法蚀刻来进行(参照日本特开2009-167086号公报(专利文献2))或者通过干法蚀刻来进行(参照 日本特开昭63-248730号公报(专利文献3))。进而，也提出在板状玻璃材料上形成各种功能膜之后，通过蚀刻处理分割板状玻璃材料连同各种功能膜。 
发明内容
发明要解决的课题 
但是，现有的玻璃基板的制造方法中，对假定有多个倒角(从一张板状玻璃中切割出多张玻璃基板的方法)的大型的板状玻璃材料进行分割，由此通过离子交换对小片化的玻璃基板进行化学强化，因此，有如下的课题。即，一般认为，如果玻璃的化学强化未产生变形，则可得到高尺寸精度，但实际上，在离子交换前后，玻璃基板会产生尺寸变化。该尺寸变化特别是在要求高尺寸精度的部位安装玻璃基板的情况下，有可能视为问题。 
作为该对策，也可以例如与上述制造顺序相反，采用在大型板状玻璃材料的状态下进行化学强化，然后进行小片化这样的顺序。但是，采用这种制造顺序时，产生与上述制造顺序不同的问题。具体而言，在通过蚀刻加工或机械加工等对板状玻璃材料进行小片化时，各个被分割的玻璃基板的端面新露出。因此，玻璃基板的端面成为未被化学强化的状态。因此，作为玻璃基板整体来看时，化学强化有可能变得不充分。 
本发明的主要的目的在于提供一种技术，该技术在由一个板状玻璃材料制造多个玻璃基板的情况下，可同时实现：(1)得到主表面和端面均被化学强化的玻璃基板、(2)降低玻璃基板的尺寸误差、(3)在不牺牲玻璃基板的生产率的情况下良好地维持玻璃基板的强度。 
解决课题的手段 
本发明的第一方案是一种便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，包括：第一化学强化工序，该工序通过离子交换处理对板状玻璃材料进行化学强化；小片化工序，该工序在上述第一化学强化工序后，通过分割上述板状玻璃材料，从而小片化为多个玻璃基板；第二化学强化工序，该工序在上述小片化工序后，通过离子交换 处理对上述玻璃基板进行化学强化。 
本发明的第二方案是一种便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，包括：小片化工序，该工序通过分割经过第一化学强化工序的板状玻璃材料，从而小片化为多个玻璃基板，所述第一化学强化工序通过离子交换处理对板状玻璃材料进行化学强化；第二化学强化工序，该工序在上述小片化工序后，通过离子交换处理对上述玻璃基板进行化学强化。 
本发明的第三方案是根据上述第一或第二方案所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在不同的条件下实施上述第一化学强化工序中的离子交换处理和上述第二化学强化工序中的离子交换处理。 
本发明的第四方案是根据上述第三方案所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在上述第一化学强化工序中，通过将上述板状玻璃材料浸渍在熔融盐中来对该板状玻璃材料进行离子交换处理，在上述第二化学强化工序中，通过用比上述第一化学强化工序更短的浸渍时间将上述玻璃基板浸渍在熔融盐中来对该玻璃基板进行离子交换处理。 
本发明的第五方案是根据上述第一或第二方案所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在相同的条件下实施上述第一化学强化工序中的离子交换处理和上述第二化学强化工序中的离子交换处理。 
本发明的第六方案是根据上述第一～第五方案中的任一项方案所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在上述小片化工序中，通过蚀刻加工对上述板状玻璃材料进行分割。 
本发明的第七方案是根据上述第一～第六方案中的任一项方案所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，上述第二化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量比上述第一化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量低。 
本发明的第八方案是一种便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板，其 整体形成为板状，同时具有相对于板厚方向成直角的主表面和除该主表面以外的端面，其特征在于，在上述主表面及上述端面分别形成由化学强化产生的压缩应力层，在上述主表面形成的压缩应力层的厚度比在上述端面形成的压缩应力层的厚度厚。 
本发明的第九方案是一种便携电子设备，其特征在于，具有显示图像的显示屏，同时具备用防护玻璃保护该显示面板的显示屏而得到的显示面板，其中，上述防护玻璃由上述第八方案所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板形成。 
发明效果 
根据本发明，在由一个板状玻璃材料制造多个玻璃基板的情况下，可同时实现：(1)得到主表面和端面均被化学强化的玻璃基板、(2)降低玻璃基板的尺寸误差、(3)在不牺牲玻璃基板的生产率的情况下良好地维持玻璃基板的强度。 
附图说明
图1A及图1B是表示应用本发明的便携终端装置的构成例的图； 
图2A～图2D是表示将本发明的玻璃基板用作防护玻璃时的平面形状的具体例的图； 
图3是用于说明本发明实施方式的玻璃基板的制造方法的工序流程图； 
图4是说明利用离子交换处理进行化学强化的原理的图；
图5是表示制造工序的中间阶段的玻璃基板的主要部分的剖面图； 
图6是表示通过本发明实施方式的制造方法得到的玻璃基板的主要部分的剖面图； 
图7A～图7C是示意性表示化学强化后的玻璃基板的内部应力分布的剖面图。 
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行详细说明。 
在本发明的实施方式中，按照以下的顺序进行说明。 
1.便携终端装置的构成例 
2.玻璃基板的形状例 
3.玻璃基板的制造方法 
4.玻璃基板的主要部分剖面 
5.实施方式的效果 
6.变形例等 
<1.便携终端装置的构成例> 
图1A和图1B是表示作为应用本发明的便携电子设备的便携终端装置的构成例的图。若进一步详细叙述，则图1A是概略性地表示该便携终端装置的部分功能的方框图，图1B是放大了该便携终端装置中所使用的显示面板的一部分的剖面图。 
首先，基于图1A对便携终端装置的构成进行说明。由图可知，便携终端装置1具备主控制部2、图像处理部3、显示控制部4、显示面板5、通信部6、通讯接口(图中，记为“I/F”)7、输入操作部8等。在此，作为一例，假设为手机、PDA等便携终端装置。 
主控制部2总括性地控制便携终端装置1中的各种处理或动作。图像处理部3对由便携终端装置1处理的图像数据实施各种图像处理。显示控制部4进行将由图像处理部3处理的图像数据在显示面板5的显示屏上显示或将该显示进行切换的控制。显示面板5通过显示控制部4进行控制，将上述图像数据进行可视化来显示。 
通信部6在与未图示的外部的通信装置之间进行各种电子数据(包含图像数据)的接收发送。通信部6例如具有利用电波的无线通信功能及网络通信功能、利用红外线的无线通信功能等。通信接口7是实现上述无线通信功能的接口。输入操作部8在使用便携终端装置1的使用者进行输入时操作。输入操作部8例如采用按钮、键、开关等构成。 
另外，便携终端装置1除在此举出的功能性构成要素以外，有时具有各种功能(例如，相机功能、游戏功能、音乐回放功能、动画回放功 能、数据累积功能等)，但在此省略关于其它构成要素的说明。本发明只要是至少具有显示面板的终端装置就可应用，特别是如上述便携终端装置那样，优选应用于在小型化的同时要求薄型化及轻量化的终端装置。 
接着，基于图1B对显示面板的构成进行说明。图示的显示面板5为液晶显示面板，具备面板主体9和防护玻璃10。面板主体9的构成为在一对面板基板9A、9B之间封入有液晶层9C。在一对面板基板9a、9B中，面板基板9A成为具有未图示的彩色滤光层的彩色滤光基板，另一面板基板9B成为具有未图示的像素电极、配线图案等的驱动基板。 
防护玻璃10保护显示面板5的显示屏。显示面板5的显示屏是指对便携终端装置1的使用者显示图像的面。对图示的显示面板5的情况而言，面板基板9A的上表面相当于“显示屏”。面板基板9A和防护玻璃10之间确保有适度的间隙D。 
予以说明，便携终端装置所具备的显示面板并不限于上述液晶显示面板，例如可以为有机EL面板等，也可以为另外的显示面板。即，在将本发明的玻璃基板用作防护玻璃的情况下，具有作为保护对象的显示屏的显示面板的形态(种类、形式等)也可以为任意形态。另外，也可以通过在防护玻璃的主表面上使用透明的导电材料形成电极、配线等来构成触摸面板。 
<2.玻璃基板的形状例> 
图2A～图2D是表示将本发明的玻璃基板用作便携终端装置用的防护玻璃时的平面形状的具体例的图。 
防护玻璃10为可覆盖上述显示面板5的显示屏的大小，具有在角部实施修圆(rounded)加工等的外形形状。另外，防护玻璃10具有根据上述的输入操作部8的操作键配置等而形成的缺口部11及孔部12、13。具体而言，例如如具有图2A所示的缺口部11的形状的防护玻璃、具有图2B所示的方孔部12的形状的防护玻璃、具有图2C所示的方孔部12及圆孔部13的形状的防护玻璃、具有图2D所示的缺口部11、方 孔部12及圆孔部13的形状的防护玻璃等那样，根据便携终端装置的机种等有各种各样的形态。 
这样的防护玻璃10具有比可仅由直线加工形成的单纯的矩形复杂的形状。因此，优选不采用划线切割等机械加工而采用蚀刻加工。其技术依据如下所述。 
(1)若采用蚀刻加工时，则也可以灵活地处理机械加工中所不能处理的复杂的外形形状。 
(2)若采用蚀刻加工，则可同时进行外形的切出加工和缺口部11等的冲裁加工。顺便提一下，在机械加工的情况下，需要以比最终所得的玻璃基板的外形尺寸更大的尺寸切出矩形后，以一个工序或分两个工序来进行对由此所得的矩形玻璃基板的外形形状加工。 
进而在外周以外需要孔加工的情况下，与外周加工不同，另行需要进行使用专用工具的孔加工工艺。 
(3)在采用机械加工的情况下，在加工时所形成的端面上产生微裂纹，但在采用蚀刻加工的情况下，加工时所形成的端面上没有伴随蚀刻加工的微裂纹，成为具有非常高的平滑性的面。 
<3.玻璃基板的制造方法> 
接着，对本发明实施方式的玻璃基板的制造方法进行说明。 
首先，准备成为最终所得的小片状玻璃基板的原材料的板状玻璃材料。板状玻璃材料由形成为平而薄的板状的玻璃材料构成。另外，板状玻璃材料形成为假定有多个倒角的四边形(包括正方形、长方形)的外形。若举出一例，则板状玻璃材料形成为长边80mm、短边45mm、板厚0.5mm的长方形。 
板状玻璃材料除作为形成玻璃骨架的必需成分的SiO2以外，包含一种以上的碱金属成分而构成。作为一种以上的碱金属成分，例如可举出：Na2O及Li2O等。Na2O是在离子交换处理中主要成为与钾离子置换的钠离子源的成分。Li2O是在离子交换处理中主要成为与钠离子置换的锂离子源的成分。Li2O与Na2O相比，离子交换速度快，因此用于 在短时间内形成厚的压缩应力层。 
作为构成板状玻璃材料的玻璃材料的具体例，可举出：铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃等。另外，作为用于板状玻璃材料的铝硅酸盐玻璃，从板状玻璃材料的制造性、机械强度、化学耐久性等观点考虑，优选包含62重量％～75重量％的SiO2、5重量％～15重量％的Al2O3、0～8重量％的Li2O、4重量％～16重量％的Na2O、0重量％～12重量％的ZrO2和0～8重量％的MgO的铝硅酸盐玻璃。Al2O3是为了提高玻璃表面的离子交换性能而含有的成分。ZrO2及MgO均是为了提高机械强度而含有的成分。 
准备了上述板状玻璃材料后，如图3所示那样依次进行第一化学强化工序(S1)、小片化工序(S2)及第二化学强化工序(S3)。以下，依次对各工序(S1～S3)进行说明。予以说明，在图3中，只标记了用于说明本发明内容的必要的工序。 
(第一化学强化工序：S1) 
在第一化学强化工序S1中，通过离子交换处理对上述板状玻璃材料进行化学强化。具体而言，通过将本工序之前未进行化学强化的板状玻璃材料浸渍在包含一种以上的碱金属成分的熔融盐中来进行离子交换处理。更具体而言，通过在规定时间(例如4小时)将板状玻璃材料浸渍在保持为规定温度(例如350℃～400℃)的硝酸钾(KNO3)和硝酸钠(NaNO3)的混合盐的处理液中来进行基于离子半径不同的金属离子彼此的置换的离子交换处理。在该离子交换处理中，原本板状玻璃材料中所含的金属氧化物的金属离子置换为比其离子半径更大的金属离子。由此，例如如图4的(a)、(b)所示那样，板状玻璃材料中所含的钠离子(Na+)置换为比其离子半径更大的钾离子(K+)。其结果，在离子交换处理后的板状玻璃材料的表层部形成了产生压缩应力的层，即压缩应力层。另外，伴随压缩应力层的形成，为了保持内部应力的平衡，在板状玻璃材料的深层部(内层部)形成了产生拉伸应力的层，即拉伸应力层。即，在通过进行离子交换处理的化学强化工序中，在板状玻璃材料的表层部形成压缩应力层，在该表层部以外的深层部形成拉伸 应力层。 
(小片化工序：S2) 
在小片化工序S2中，通过分割经由上述第一化学强化工序S1进行了化学强化的板状玻璃材料，从而小片化为多个玻璃基板。该小片化工序S2既可以通过划线切割等机械加工进行，也可以通过蚀刻加工来进行。其中，在通过机械加工分割(切割)板状玻璃材料的情况下，在划线切割等产生的切割面上产生了微裂纹，与此相比，在通过蚀刻加工分割板状玻璃材料的情况下，其加工面成为没有微裂纹等的非常平滑的面。因此，对于小片化工序S2，优选采用蚀刻加工。特别是在用作防护玻璃的情况下，根据上述技术依据，相比机械加工，优选采用蚀刻加工。 
在此，对采用蚀刻加工分割板状玻璃材料的情况的处理内容进行说明。首先，在板状玻璃材料的至少一个主表面形成作为耐蚀刻膜的抗蚀膜。接着，使用具有与最终所得的玻璃基板的外形形状对应的图案的光掩模将抗蚀膜曝光。接着，对曝光结束的抗蚀膜进行显影来形成抗蚀图，然后，通过热处理使该抗蚀图固化。接着，使用该抗蚀图作为掩模来蚀刻板状玻璃材料。结束蚀刻后，除去抗蚀图。板状玻璃材料的蚀刻可以为湿法蚀刻也可以为干法蚀刻。构成抗蚀膜的抗蚀材料只要是对蚀刻中使用的蚀刻剂具有耐性的材料即可。一般来说，玻璃材料通过使用包含氢氟酸的水溶液的湿法蚀刻或使用氟系气体的干法蚀刻来进行蚀刻。因此，作为抗蚀材料，一般认为使用例如对氢氟酸耐性优良的材料。 
作为蚀刻板状玻璃材料时使用的蚀刻剂，可使用混合氢氟酸和其它酸的混合酸等。作为与氢氟酸混合的酸，例如可使用硫酸、硝酸、盐酸、氟硅酸中的至少一种酸。作为蚀刻剂，通过使用这样的混合酸的水溶液来蚀刻板状玻璃材料，由此可由一张(大型)的板状玻璃材料在分离为小片的状态下得到多个玻璃基板。此时，各个玻璃基板的端面具有表面粗糙度(Ra)为10nm以下的纳米级的高平滑性。 
在此，一边参照图5一边依次对玻璃基板所具有的面的定义和小片化工序后的玻璃基板的状态进行说明。 
首先，对玻璃基板20所具有的面的定义进行说明。玻璃基板20具有两个主表面21、22和端面23。玻璃基板20的主表面21、22是相对于玻璃基板20的板厚方向成直角的平面。主表面21、22以在表背面的位置关系存在于一个玻璃基板20上。玻璃基板20的主表面21、22由上述板状玻璃材料得到，因此，成为相当于板状玻璃材料所具有的两个大的主表面(平面)的一部分的面。与此相比，玻璃基板20的端面23是指除上述的主表面21、22以外的其它的全部的面。因此，玻璃基板20的端面23不仅包括沿着玻璃基板20的外形的端面，而且也包括沿着孔部的孔形状的端面。因此，例如在上述图2A～图2D所示的防护玻璃10的端面中不仅包括沿着防护玻璃10的外形(包括缺口部11)的端面，也包括沿着方孔部12及圆孔部13的孔形状的端面。 
接着，对小片化工序后的玻璃基板的状态进行说明。 
在上述小片化工序S2后、且在后述的第二化学强化工序S3之前的阶段中，成为在玻璃基板20的主表面21、22上分别形成有压缩应力层24、25的状态。压缩应力层24、25通过上述第一化学强化工序S1形成。与此相比，玻璃基板20的端面23成为未形成压缩应力层的状态。其原因是由于通过小片化工序S2中的蚀刻加工或机械加工，玻璃基板20的端面23作为新生面露出到外部。 
(第二化学强化工序：S3) 
在第二化学强化工序S3中，通过离子交换处理对由上述小片化工序S2小片化后的玻璃基板进行化学强化。具体而言，通过将被小片化的多个玻璃基板并列设置在例如托盘中，将多个玻璃基板与该托盘一起浸渍在包含碱金属成分的熔融盐中，进行离子交换处理。通过进行该离子交换处理，以与上述第一化学强化工序S1同样的原理，在玻璃基板的主表面及端面的表层部形成压缩应力层。其中，在玻璃基板的主表面通过上述第一化学强化工序S1已形成有压缩应力层。因此，在进行第二化学强化工序S3的情况下，在玻璃基板的主表面形成的压缩应力层的厚度增加的方向上进行离子交换处理。压缩应力层的厚度是指通过浸渍在熔融盐中实际上进行了离子交换的玻璃表层部的厚度。与此相比， 在玻璃基板的端面，通过进行第二化学强化工序S3，在该表层部形成压缩应力层。其结果，成为在玻璃基板的全部面(主表面及端面)形成有压缩应力层的状态。另外，在玻璃基板的主表面形成的压缩应力层变得比在该玻璃基板的端面形成的压缩应力层厚。 
对第二化学强化工序S3中进行的玻璃基板的离子交换处理而言，关于例如处理液的组成(熔融盐中的混合酸的比例)、温度、浸渍时间等处理条件，优选在与上述第一化学强化工序S1不同的条件下进行。其原因是：由于第一化学强化工序S1和第二化学强化工序S3即使为通过相同的离子交换进行的化学强化，想要通过离子交换处理形成的压缩应力层的厚度也不同。另外，也由于玻璃基板的主表面所要求的机械强度和玻璃基板的端面所要求的机械强度之间存在差异。特别是，在近年的便携电子设备方面，用触摸笔等直接接触防护玻璃而进行操作的制品增加，要求主表面具有高机械强度(防伤性、破坏强度、刚性等)。 
作为此时的具体例，在第二化学强化工序S3中，优选通过用比第一化学强化工序S1更短的浸渍时间将玻璃基板浸渍在熔融盐中来对该玻璃基板进行离子交换处理。在变更浸渍时间的情况下，与变更其它处理条件，例如变更处理液的组成或温度的情况相比，在如下方面有利。即，在使用相同的处理槽进行第一化学强化工序S1和第二化学强化工序S3的情况下，在伴随处理条件的变更，工序安排变更不花费时间，工序的管理不复杂等方面有利。 
<4.玻璃基板的主要部分剖面> 
接着，对本发明实施方式的玻璃基板的构成进行说明。 
图6是表示根据上述制造方法得到的玻璃基板的主要部分的剖面图。如图示所示那样，在玻璃基板20的主表面21、22分别形成通过化学强化处理产生的压缩应力层24、25，在玻璃基板20的端面23也形成了通过化学强化处理产生的压缩应力层26。即，在玻璃基板20的全部面形成压缩应力层。 
在此，将在玻璃基板20的一个主表面21形成的压缩应力层24的 厚度设为d1，将在玻璃基板20的另一个主表面22形成的压缩应力层25的厚度设为d2，将在玻璃基板20的端面23形成的压缩应力层26的厚度设为d3。此时，各个压缩应力层24、25、26的厚度的关系成为d1＝d2且d1＞d3的关系。其原因是：在玻璃基板20的主表面21、22通过第一化学强化工序S1及第二化学强化工序S3形成压缩应力层24、25，与此相比，在玻璃基板20的端面23仅通过第二化学强化工序S3形成压缩应力层26。 
顺便提一下，在上述小片化工序S2中，在用机械加工对板状玻璃材料进行小片化的情况下，由此玻璃基板的端面成为相对于主表面大致成直角的面，但在用蚀刻加工进行小片化的情况下，玻璃基板的端面成为相对于主表面倾斜的面。这是因为玻璃的蚀刻各向同性地进行。即，玻璃基板的端面形成的压缩应力层的厚度变得比相同主表面形成的压缩应力层的厚度薄。 
因此，玻璃基板20的主表面21、22形成的压缩应力层24、25的应力分布和玻璃基板20的端面23形成的压缩应力层26的应力分布为互不相同的分布。以下，进一步详细地进行说明。 
首先，通过采用离子交换处理进行化学强化，在玻璃基板的表层部形成压缩应力层时，为了取得与其的应力平衡，在玻璃基板的深层部形成拉伸应力层。因此，在玻璃基板的内部产生的应力(以下，称为“内部应力”)的应力分布由构成该内部应力的压缩应力和拉伸应力的应力曲线表示。另外，压缩应力的应力分布随着压缩应力层的厚度t(μm)及在此产生的压缩应力的最大值(最大压缩应力值)F(MPa)而改变。 
图7A～图7C是示意性地表示化学强化后的玻璃基板的内部应力分布的剖面图。在图7A～图7C中，用纵向虚线表示压缩应力和拉伸应力成为平衡状态的应力＝0的点(平衡点)。而且，以该虚线为界限，图中右侧的应力曲线表示压缩应力的分布，图中左侧的应力曲线表示拉伸应力的分布。 
另外，图7A表示在与上述第一化学强化工序S1相同的条件下对未强化的玻璃基板进行离子交换处理时，在玻璃基板内部产生的应力的分 布。图7B表示在与上述第二化学强化工序S3相同的条件下对未强化的玻璃基板进行离子交换处理时，在玻璃基板内部产生的应力的分布。图7C表示在通过本发明实施方式的制造方法制造玻璃基板的情况下，在玻璃基板内部产生的应力的分布。 
首先，在通过第一化学强化工序S1在玻璃基板的表层部形成压缩应力层的情况下，如图7A所示那样，压缩应力层的厚度为t1，最大压缩应力值为F1。与此相比，在通过第二化学强化工序S3在玻璃基板的表层部形成压缩应力层的情况下，如图7B所示那样，压缩应力层的厚度为t2，最大压缩应力值为F2。另外，在通过第一化学强化工序S1及第二化学强化工序S3在玻璃基板的表层部形成压缩应力层的情况下，如图7C所示那样，压缩应力层的厚度为t3，最大压缩应力值为F3。 
因此，在通过上述制造方法制造玻璃基板的情况下，在该玻璃基板的各面形成的压缩应力层的应力分布如下所示。即，在玻璃基板的端面形成的压缩应力层的应力分布为图7B所示的分布。另外，在玻璃基板的主表面形成的压缩应力层的应力分布为图7C所示的分布。 
在图7C中，作为参考，用点划线表示上述图7A所示的应力分布，用双点划线表示上述图7B所示的应力分布。由此可知，图7C所示的应力分布为合成了上述图7A的应力分布和上述图7B的应力分布的形状的分布。 
另外，如对比图7A～图7C可知那样，压缩应力层的厚度和最大压缩应力值的相对关系如下所示。 
F3＞F1＞F2
t3＞t1＞t2
另外，将上述的压缩应力层的厚度t与最大压缩应力值F的乘积(F×t)定义为X(MPa·μm)，基于该定义，将上述的t1和F1的乘积设为X1，将上述的t2和F2的乘积设为X2时，在这些值中，X1＞X2的关系成立。 
作为具体例，将玻璃基板的板厚的尺寸范围设为0.5～1.2mm时，上述的t1、t2、F1、F2的各数值范围在满足上述的大小关系的条件下， 例如如下所示。即，t1的数值范围为20～100μm，t2的数值范围为10～80μm。另外，F1的数值范围为250～1000MPa，F2的数值范围为100～800MPa。 
由上可知，作为通过上述制造方法得到的玻璃基板20的强度特性，主表面21、22成为比端面23经过更强更深地化学强化的状态。 
<5.实施方式的效果> 
根据本发明实施方式的玻璃基板及其制造方法，在从一个大型的板状玻璃材料制造多个玻璃基板的情况下，可同时实现：(1)得到主表面和端面均被化学强化的玻璃基板、(2)降低玻璃基板的尺寸误差、(3)在不牺牲玻璃基板的生产率的情况下良好地维持玻璃基板的强度。以下，对技术依据进行说明。 
关于(1)的事项 
首先，在小片化工序S2之前的第一化学强化工序S1中，通过对板状玻璃材料进行学强化，最终所得的玻璃基板的至少主表面被化学强化。然后，通过小片化工序S2，对板状玻璃材料进行小片化后，用第二化学强化工序S3对玻璃基板进行化学强化，最终所得的玻璃基板的端面被化学强化。其结果，可得到主表面和端面均被化学强化的玻璃基板。 
关于(2)的事项 
在小片化工序S2之前的第一化学强化工序S1中，在对板状玻璃材料进行化学强化时，虽然在离子交换处理前后，板状玻璃材料的尺寸产生若干变化，但之后由于将板状玻璃材料分割为多个玻璃基板，因此，之前产生的尺寸变化对玻璃基板的尺寸没有影响。因此，各个玻璃基板成为如规定那样的尺寸。另外，在该小片化后对通过分割而小片化的玻璃基板进行化学强化(第二化学强化工序S3)时，该化学强化的处理时间可能比最初的化学强化的处理时间变短。因此，与在最初的化学强化中产生的尺寸变化相比，在之后的化学强化中产生的尺寸变化非常小。因此，与对未强化而直接小片化的玻璃基板在之后进行化学强化的 情况相比，可以降低玻璃基板的尺寸误差。 
关于(3)的事项 
如果仅提高玻璃基板的强度，只要通过一次离子交换处理，在玻璃基板的表层部较厚地形成压缩应力层即可。但是，为了较厚地形成压缩应力层，需要进行相应的长时间的离子交换处理(在熔融盐中浸渍等)。 
在此，为了便于说明，将形成规定厚度的压缩应力层时所需的离子交换的处理时间设为“Tref”。此时，在仅通过一次离子交换处理而在玻璃基板的表层部形成规定厚度的压缩应力层的情况下，处理时间为Tref。与此相比，在本发明的玻璃基板的制造方法中，在Tref＝T1+T2的条件的基础上，在小片化前的第一化学强化工序S1中，以处理时间T1对板状玻璃材料进行学强化，在小片化后的第二化学强化工序S3中，以处理时间T2对玻璃基板进行化学强化。由此，用于化学强化的合计处理时间基本上没有改变。因此，即使不牺牲生产率(生产力)也可以。 
另一方面，在玻璃基板的强度的方面，可得到如下优点。即，在最终所得的玻璃基板的主表面，以与以处理时间Tref进行玻璃强化的情况相同的厚度形成压缩应力层。另外，在最终所得的玻璃基板的端面，以对应于处理时间T2的厚度形成压缩应力层。其结果，玻璃基板的主表面通过相对较厚的压缩应力层被化学强化，玻璃基板的端面通过相对较薄的压缩应力层被化学强化。 
因此，在例如使用玻璃基板作为便携终端装置用的防护玻璃的情况下变得有利。其原因如下所述。即，在使用或搬运便携终端装置的情况下，与玻璃基板的端面相比，更容易对主表面施加外力，特别是在用作触摸面板的情况下，这一倾向更为显著。因此，在对玻璃基板进行强化的情况下，优选更坚固地强化玻璃基板的主表面。因此，在玻璃基板的主表面形成相对厚的压缩应力层在强度方面更有利。 
另外，对于在使用玻璃基板作为防护玻璃来完成便携终端装置的阶段，在此之后，虽然几乎没有在玻璃基板的端面施加外力的机会，但在直至完成为止的制造工序的中间过程中，有可能在玻璃基板的端面上施加外力。具体而言，用零件单体处理玻璃基板时，有可能其它零件等接 触到玻璃基板的端面等，从而在玻璃基板的端面上施加外力。另外，对玻璃基板的主表面进行强固地化学强化时，由此在玻璃基板的深层部产生相应的较大的拉伸应力。因此，即使仅在玻璃基板的端面施加较小的外力，也有可能以此为起点在玻璃基板上产生裂纹等直至破坏。因此，不仅对玻璃基板的主表面，而且对玻璃基板的端面也实施化学强化，在强度方面是有利的。 
根据上面的技术依据，可同时实现上述(1)～(3)的事项。 
另外，在本实施方式中，在不同的条件下实施第一化学强化工序S1中的离子交换处理和第二化学强化工序S3中的离子交换处理。因此，可以根据玻璃基板20的主表面21、22所要求的机械强度和玻璃基板20的端面23所要求的机械强度来调整在各个玻璃表面形成的压缩应力层的厚度。 
进而，在第二化学强化工序S3中，通过用比第一化学强化工序S1更短的浸渍时间，即在T1＞T2的条件下将玻璃基板浸渍在熔融盐中，由此可以在小片化工序S2之前引起由化学强化引起的在玻璃基板上产生的大半的尺寸变化。因此，与采用T1＜T2的条件的情况相比，可以降低玻璃基板的尺寸误差。 
另外，在小片化工序S2中，由于通过蚀刻加工对板状玻璃材料进行分割，因此，对于复杂的加工形状也可以灵活而容易地应对，同时可得到良好的尺寸精度及加工表面状态(例如，表面粗糙度Ra为10nm以下)等。 
另外，对本发明实施方式的玻璃基板20而言，在主表面21、22和端面23分别形成通过化学强化处理产生的压缩应力层24、25、26，而且其构成为，在主表面21、22形成的压缩应力层24、25的厚度比在端面23形成的压缩应力层26的厚度厚。因此，特别是使用玻璃基板20作为手机、PDA等终端装置所具备的显示面板的防护玻璃的情况下，可以为非常薄的防护玻璃，同时具有足够的强度，能够保护显示面板的显示面。因此，有助于提高终端装置的商品性。 
<6.变形例等> 
本发明的技术范围并不限定于上述的实施方式，也包括在能导出通过发明的构成要素或其组合而得到的特定的效果的范围内添加各种变更或改良的方式。 
例如，在上述实施方式中，虽然在不同的条件下实施第一化学强化工序S1中的离子交换处理和第二化学强化工序S3中的离子交换处理，但本发明并不限定于此。即，也可以在相同条件下实施第一化学强化工序S1中的离子交换处理和第二化学强化工序S3中的离子交换处理。此时，第一化学强化工序S1和第二化学强化工序S3的工序管理变得容易。 
<6(1).使用相同的熔融盐组成的情况的例子> 
由于熔融盐组成中所含的阻碍离子交换的成分，例如在使用KNO3和NaNO3的混合盐对组成中含有Li2O的玻璃进行化学强化的情况下，由于熔融盐中溶出的Li离子阻碍从Na离子向K离子的离子交换，因此无法得到期望的应力(该阻碍显著显现的Li离子浓度为10000ppm左右)。 
另外，用KNO3的单盐对组成中含有Na2O的玻璃进行化学强化的情况也相同，重复使用时，熔融盐中的Na浓度上升，阻碍从Na离子向K离子的离子交换(该阻碍显著显现的Na离子的浓度为5％左右)。 
在此，熔融盐中溶出的Li或Na的影响不仅对强度有影响，而且还产生如下问题：伴随熔融盐的使用次数增加，与熔融盐的使用初期相比，伴随化学强化的尺寸的变化量减少等。结果，防护玻璃的尺寸产生波动。 
作为消除这些问题的方法，与第一化学强化工序中使用的熔融盐相比，通过减少第二化学强化工序中使用的熔融盐所含的离子扩散抑制物质(Li或Na)，可得到稳定的强度和尺寸精度。在此，作为对于铝硅酸盐玻璃(在此，至少含有15重量％的Al2O3、5重量％的Li2O及10重量％的Na2O的玻璃)的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量的一例，如下所述。 
KNO3和NaNO3的混合盐的情况 
第一化学强化工序中使用的熔融盐中的Li离子含量： 
2000ppm以上且20000ppm以下 
第二化学强化工序中使用的熔融盐中的Li离子含量： 
0ppm以上且低于2000ppm 
KNO3单盐的情况 
第一化学强化工序中使用的熔融盐中的Na离子含量： 
1％以上且10％以下 
第二化学强化工序中使用的熔融盐中的Na离子含量： 
0％以上且低于1％ 
<6(2).使用不同的熔融盐组成的情况的例子> 
通过在第一化学强化工序和第二化学强化工序中使用不同的熔融盐，可仅在玻璃基板的表层形成坚固的压缩应力层。在例如组成中含有Li2O和Na2O的玻璃中，在第一离子交换工序中使用KNO3和NaNO3的混合盐进行化学强化，通过使Na离子扩散至玻璃的深部，形成足够厚的压缩应力层。 
另外，与上述同样，对于在组成中含有Na2O(不含Li2O)的玻璃，也可以在第一离子交换工序中使用KNO3和NaNO3的混合盐进行化学强化，由此在第一化学强化工序中可以形成足够厚的压缩应力层。予以说明，在该第一化学强化工序中，在表面压缩应力比较强的情况下，玻璃基板的加工变得困难，因此，可适宜调整表面压缩应力的大小。 
接着，在第二化学强化工序中，为了在玻璃基板的表层形成坚固的压缩应力层，选择温度和时间的处理条件，在用混合盐进行处理的情况下，通过采用其中KNO3的量比第一化学强化工序还增加的熔融盐进行处理，或者通过采用KNO3单盐进行处理，可仅在玻璃基板的表层形成坚固的压缩应力层。 
<6(3).调整化学强化工序的温度和时间的情况的例子> 
另外，不仅通过选择熔融盐，而且通过调整第一化学强化工序和第二化学强化工序各自的温度和/或时间，可以调整为：在第一化学强化 工序中形成压缩应力弱且深的压缩应力层，进行加工，然后在第二化学强化工序中在表层形成坚固的压缩应力层。在此，离子的扩散深度可通过高温、长时间的处理来加深。予以说明，由于在离子扩散的同时应力的缓和也在进行，因此，通过将温度调整得比较高，可以形成压缩应力值比较小的压缩应力层。 
接着，在第二化学强化工序中，通过在比第一化学强化工序还低的温度下进行化学强化，可以一边防止应力的缓和，一边仅在表层形成坚固的压缩应力层。予以说明，在第二化学强化工序中，通过组合调整熔融盐的组成的方法，可更有效地形成作为目标的应力分布。予以说明，作为对于铝硅酸盐玻璃(在此，至少含有15重量％的Al2O3、5重量％的Li2O及10重量％的Na2O的玻璃)的条件设定例，如下所述。 
第一离子交换工序条件 
KNO3和NaNO3的混合比6∶4    温度380℃    0.5小时 
第二离子交换工序条件 
KNO3和NaNO3的混合比8∶2    温度360℃    1小时 
<6(4).追加其它工序的例子> 
另外，作为玻璃基板的制造方法，在上述的一系列的工序中，也可以根据需要设置其它的工序，例如功能膜形成工序和/或检查工序。功能膜形成工序是在最终小片化的玻璃基板的两个主表面中，在至少一个主表面上形成功能膜的工序。作为在该工序中所形成的功能膜，例如可举出：防止玻璃表面的反射的防反射膜、构成触摸面板等的导电膜、防止玻璃表面的污染的防污膜、装饰玻璃表面的印刷膜等。功能膜形成工序可以设置在第一化学强化工序S1后且小片化工序S2之前，也可以设置在小片化工序S2后且第二化学强化工序S3之前，另外，也可以在第二化学强化工序S3后设置功能膜形成工序。其中，通过在小片化工序S2之前设置功能膜形成工序，可以在大型(一张)的板状玻璃上通过一次成膜工艺形成功能膜，因此，与在小片化后的各个玻璃基板上形成功能膜的情况相比，可以大幅提高生产效率。予以说明，在第二化学强 化工序S3之前设置功能膜形成工序的情况下，为了不由于化学强化处理而除去和损伤功能膜，优选在实施功能膜的部位预先进行掩蔽。 
检查工序是使用例如显微镜检查玻璃基板的外观的工序，作为制造工序的最终工序而设置。 

Claims (20)

1.一种便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，包括：
第一化学强化工序，通过离子交换处理对板状玻璃材料进行化学强化；
小片化工序，在上述第一化学强化工序后，通过分割上述板状玻璃材料，从而小片化为多个玻璃基板；和
第二化学强化工序，在上述小片化工序后，通过离子交换处理对上述玻璃基板进行化学强化。
2.根据权利要求1所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在不同的条件下实施上述第一化学强化工序中的离子交换处理和上述第二化学强化工序中的离子交换处理。
3.根据权利要求2所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在上述第一化学强化工序中，通过将上述板状玻璃材料浸渍在熔融盐中来对该板状玻璃材料进行离子交换处理，
在上述第二化学强化工序中，通过用比上述第一化学强化工序更短的浸渍时间将上述玻璃基板浸渍在熔融盐中来对该玻璃基板进行离子交换处理。
4.根据权利要求1所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在相同的条件下实施上述第一化学强化工序中的离子交换处理和上述第二化学强化工序中的离子交换处理。
5.根据权利要求1所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在上述小片化工序中，通过蚀刻加工对上述板状玻璃材料进行分割。
6.根据权利要求2所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在上述小片化工序中，通过蚀刻加工对上述板状玻璃材料进行分割。
7.根据权利要求1所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，上述第二化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量比上述第一化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量低。
8.根据权利要求2所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，上述第二化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量比上述第一化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量低。
9.根据权利要求3所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，上述第二化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量比上述第一化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量低。
10.一种便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，包括：
小片化工序，该工序通过分割经过第一化学强化工序的板状玻璃材料，从而小片化为多个玻璃基板，所述第一化学强化工序通过离子交换处理对板状玻璃材料进行化学强化；和
第二化学强化工序，该工序在上述小片化工序后，通过离子交换处理对上述玻璃基板进行化学强化。
11.根据权利要求10所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在不同的条件下实施上述第一化学强化工序中的离子交换处理和上述第二化学强化工序中的离子交换处理。
12.根据权利要求11所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在上述第一化学强化工序中，通过将上述板状玻璃材料浸渍在熔融盐中来对该板状玻璃材料进行离子交换处理，
在上述第二化学强化工序中，通过用比上述第一化学强化工序更短的浸渍时间将上述玻璃基板浸渍在熔融盐中来对该玻璃基板进行离子交换处理。
13.根据权利要求10所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在相同的条件下实施上述第一化学强化工序中的离子交换处理和上述第二化学强化工序中的离子交换处理。
14.根据权利要求10所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在上述小片化工序中，通过蚀刻加工对上述板状玻璃材料进行分割。
15.根据权利要求11所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，在上述小片化工序中，通过蚀刻加工对上述板状玻璃材料进行分割。
16.根据权利要求10所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，上述第二化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量比上述第一化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量低。
17.根据权利要求11所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，上述第二化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量比上述第一化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量低。
18.根据权利要求12所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板的制造方法，其特征在于，上述第二化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量比上述第一化学强化工序中使用的强化盐中的离子扩散抑制物质的含量低。
19.一种便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板，其整体形成为板状，同时具有相对于板厚方向成直角的主表面和除该主表面以外的端面，其特征在于，
在上述主表面及上述端面分别形成由化学强化处理产生的压缩应力层，在上述主表面形成的压缩应力层的厚度比在上述端面形成的压缩应力层的厚度厚。
20.一种便携电子设备，其具有显示图像的显示屏，同时具备用防护玻璃保护该显示面板的显示屏而得到的显示面板，其特征在于，
上述防护玻璃由权利要求19所述的便携电子设备用防护玻璃的玻璃基板形成。
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