JP2011063489A - 表面に凹凸が形成されたガラスの製造方法、及び、マスク - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸形状を再現性よく形成することが容易なガラスの製造方法等を提供する。
【解決手段】浸透性基材４０の表面に非浸透性突起５０を設けたマスク６０を、突起５０がガラス１０の表面１０ａに接触するように配置した状態で、浸透性基材４０を介してガラス１０の表面１０ａにエッチング液を供給するエッチング工程を備える、表面に凹凸が形成されたガラスの製造方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面に凹凸が形成されたガラスの製造方法、及び、マスクに関する。

従来より、ガラスの表面に微細な凹凸を形成することによりガラスの表面における光の反射挙動を平滑な表面とは異ならせることが行なわれている。この工程は、ガラス表面のマット処理や、フロスト加工とも言われる（例えば、特許文献参照）。

そして、ガラスの表面に微細な凹凸を形成する方法として、例えば、６５％フッ酸及び９８％硫酸を希釈することなく混合し、さらに、ガラス材料（ホウ砂、ケイ砂等）を溶かしたエッチング液をガラスの表面に接触させる方法が知られている。

国際公開ＷＯ００／６４８２８号パンフレット 特開２００２−２４９３４４号公報 特開２００３−７３１４５号公報 特開２００８−２４５４３号公報 特開平２−８０３５１号公報 国際公開ＷＯ２００２／０５３５０８号パンフレット

しかしながら、従来の方法では、ガラス表面に形成される凹凸形状自体が、エッチング液における酸やガラス材料の濃度や、エッチング液の温度や、エッチング液との接触時間等の種々の条件の影響をきわめて強く受け、よほどの熟練をつまないかぎり凹凸形状を再現性よく形成することが困難であった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、凹凸形状を再現性よく形成することが容易なガラスの製造方法等を提供することを目的とする。

本発明に係る製造方法は、浸透性基材の表面に非浸透性突起を設けたマスクを、この突起がガラスの表面に接触するように配置した状態で、この浸透性基材を介して前記ガラスの表面にエッチング液を供給するエッチング工程を備える、表面に凹凸が形成されたガラスの製造方法である。

本発明によれば、ガラスの表面において突起と接触しない部分には、浸透性基材を介してエッチング液が十分に供給される。これに対して、ガラスの表面において突起と接触する部分にはエッチング液は殆ど供給されない。したがって、突起のパターンに応じて、ガラスの表面に凹凸を再現性よく形成でき、フッ酸や硫酸等を高濃度に含むエッチング液を用いる必要も無い。さらに、突起のパターンの形状や大きさを変えることにより、凹凸形状の制御が容易である。さらに、上述のマスクは、エッチング工程後にガラス表面から除去することが容易であり、マスクの再利用も容易である。

ここで、非浸透性突起は、樹脂により形成されることが好ましい。

これによれば、非浸透性突起を容易に形成でき、また、エッチング液に対する耐性も高い

また、非浸透性突起は、ハニカム形状をなすことが好ましい。

これによれば、ガラスの表面にいわゆるモスアイ構造を形成することが容易である。

また、浸透性基材は、網、多孔板、多孔質板、または、不織布であることが好ましい。これにより、浸透性を高くしつつ、十分に非浸透性突起を支持できる。

また、エッチング液は、フッ化水素塩、及び、酸を含む水溶液であることが好ましい。

この液は、取り扱いが容易であり、廃液処理負荷も小さく好適である。

本発明に係るマスクは、浸透性基材の表面に非浸透性突起を設けたマスクである。

本発明によれば、凹凸形状を再現性よく形成することが容易なガラスの製造方法等が提供される。

（ａ）は本実施形態にかかるマスクの断面図、（ｂ）は本実施形態に係るマスクの下面斜視図である。 本実施形態に係るガラスの製造方法を、（ａ），（ｂ）の順に示す断面図である。 本実施形態により製造されたガラスの斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を場合により図面を参照しながら詳細に説明する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

まず、図１（ａ）、（ｂ）に示すエッチング用マスク６０を用意する。エッチング用マスク６０は、板状の浸透性基材４０、及び、非浸透性突起５０を備えている。

浸透性基材４０は、液体が浸透可能な基材である。このような浸透性基材４０として、網、多孔板、多孔質板、不織布等が挙げられる。

網は、一の方向に延びる複数の糸（例えば縦糸）と、他の方向に延びる複数の糸（例えば横糸）とを組み合わせることにより形成されたものであればよい。縦糸と横糸とを、例えば、平織、綾織等により編みこんだものが好ましいが、縦糸と横糸とを一体に形成（押出成形）したものでも実施は可能である。また、網は、３軸織、４軸織でも構わない。
網の各糸の径や、糸間の開口幅である目開きは、特に限定されないが、メッシュ数が５０〜３５０程度（糸の径が１２〜７０μｍ、目開きが２０〜２５０μｍ程度）の網を用いることが好ましい。
網の各糸の材料も特に限定されないが、エッチング液によりエッチングされにくい材料が好ましい。好ましい材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル（ＰＥＴ等）、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））等の樹脂である。ステンレス等の金属糸でも実施は可能であり、この場合には表面に樹脂をコーティングすることが好ましい。

多孔板は、板に多数の貫通孔を形成したものである。穴の配置も特に限定されず、例えば、三角配置や四角配置が挙げられる。また、穴の径、ピッチは特に限定されないが、例えば、穴の径は１０〜３００μｍ、ピッチは２０〜５００μｍとすることができる。板の材質も特に限定されず、網の糸の材質と同様のものが使用できる。

多孔質板は、一方面から他方面まで連通し屈曲する多くの細孔を有する材料である。材料は特に限定されないが、上述と同様の樹脂、金属等が挙げられる。

不織布は、繊維を編まずに接合させて形成した布であり、例えば、上述の樹脂素材の繊維等により形成できる。

このような浸透性基材４０の厚みは特に限定されず、例えば、５〜３００μｍとすることができる。

非浸透性突起５０は、浸透性基材４０の一方の面上に設けられている。非浸透性基材５０は、液体を浸透させない部材である。非浸透性基材５０の材料は特に限定されないが、エッチング液によりエッチングされにくい材料が好ましい。好ましい材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリエステル（ＰＥＴ等）等の樹脂である。中でも、ポリエチレンは、エッチング液である水溶液をはじき易いので好適である。また、突起５０のガラスとの接触面を撥水処理してもよい。

非浸透性突起５０の形状は、形成したいパターンの形状に合わせて適宜設定すればよい。この際、後述するように、非浸透性突起５０と接触する部分のガラスがエッチングされずに残るため、エッチングさせたくない部分に対応する領域に非浸透性突起５０を形成すればよい。非浸透性突起５０の形状を繰り返し構造にする場合には、非浸透性突起５０の繰返し周期は特に限定されない。

図１では、後述するモスアイ構造の凹凸を作るべく、ハニカム構造、すなわち、６角筒を隙間なく並べた構造を有する非浸透性突起５０を形成している。

非浸透性突起５０の積層方向の厚みは特に限定されないが、例えば、１〜１００μｍとすることができる。

このようなエッチングマスク６０は、浸透性基材４０上に、例えば、接着性のある樹脂材料を種々の印刷法、例えば、スプレー法により塗布し、乾燥や硬化させることにより容易に形成できる。

なお、非浸透性突起５０は、先端部、すなわち、後述するガラスと接触する部分が非浸透性であればよく、中間に浸透性の部材を介して浸透性基材４０に固定されていてもよい。

なお、このようなマスクは、枠（不図示、例えば、円形、矩形等）に四方を固定して縦方向及び横方向にそれぞれ張力をかけ、シワが生じないようにして平面性を高めることも好ましい。枠の材料は特に限定されないが、例えば、網と同様の樹脂や、ステンレス、鋳物、アルミ等の金属材料が挙げられる。なお、枠に金属材料を使用する場合には、その表面を樹脂等によりコーティングすることが好ましい。

続いて、図２を参照して、本発明の製造方法について説明する。
まず、ガラス１０、上述のエッチング用マスク６０、及び、図示しないエッチング液を用意する。

（ガラス）
本発明に用いられるガラスは特に限定されない。たとえ、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、パイレックスガラス、石英、水晶ガラス、シリコン、サファイアなどを例示できる。

また、ガラス１０の形状も特に限定されず、板状、レンズ状、曲面状等種々の形状のものに適用可能である。なお、図２では、一例としてガラス板を示している。ガラス１０における、エッチングが行なわれる表面１０ａは予め、アルカリ水溶液や、ガス噴きつけ等により洗浄され、十分に乾燥されていることが好ましい。また、裏面１０ｃをエッチングしない場合には、裏面１０ｃを、エッチング液によりエッチングされにくい材料、例えば、樹脂フィルム、レジスト等からなるマスクにより保護しておくことが好ましい。なお、表面１０ａの一部のみに凹凸を設けたい場合には、同様にその部分のみが露出するマスクをガラス表面に形成すればよい。

（エッチング液）
エッチング液はガラスの表面をエッチングできるものであれば特に限定されない。例えば、フッ化水素を含む水溶液や、フッ化水素塩を含む水溶液が挙げられる。

特に、エッチング液として、フッ化水素塩、及び、酸を含む水溶液（以下、フッ化水素塩−酸水溶液と呼ぶことがある）が好ましい。このようなフッ化水素塩−酸水溶液は、酸性ガスの発生が少なく取り扱いが容易であると共に、廃液処理も低コストで行なえて好ましい。

フッ化水素塩としては、フッ化水素アンモニウム（酸性フッ化アンモニウム）、フッ化水素カリウム（酸性フッ化カリウム）、フッ化水素ナトリウム等が挙げられる。フッ化水素塩の濃度は１〜４質量％が好適である。

また、酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、カルボン酸等が挙げられる。酸の濃度は、３〜６０質量％が好適である。

さらに、フッ化水素塩−酸水溶液は、種々の添加剤、例えば、水混和性の有機溶媒等のレベリング剤、ｐＨ調整効果を発揮するフッ化アンモニウム等の中性塩、洗浄効果を発揮するカチオン性、非イオン性、両性等の界面活性剤等を、必要に応じて、好ましくは３質量％以下、より好ましくは０．５〜３質量％以下添加してもよい。

水としては、純水、イオン交換水、軟水等を利用できる。水は、例えば、３８〜７０質量％とすることができる。

上述のフッ化水素塩−酸水溶液は、ｐＨを例えば４〜６程度とすることができる。ｐＨは、例えばフッ化アンモニウム量により調節できる。

続いて、図２（ａ）に示すように、ガラス１０の表面１０ａに上述のエッチング用マスク６０を、非浸透性突起５０がガラス１０の表面１０ａと接触するように配置し、この状態で、浸透性基材４０を介してガラス１０の表面１０ａに上述のエッチング液を接触させる。具体的な接触方法は特に限定されない。例えば、エッチング溶液を貯留する容器内に、エッチング用マスク６０を接触させたガラス１０を沈めてもよいし、エッチング用マスク６０を接触させたガラス１０に対してエッチング液を浸透性基材４０の上から注いでもよい。

これにより、ガラス１０の表面１０ａにおいて非浸透性突起５０と接触していない部分１０ｆには、浸透性基材４０を介してエッチング液が十分に供給される。これに対して、ガラス１０の表面１０ａにおいて非浸透性突起５０と接触する部分１０ｅにはエッチング液は殆ど供給されない。したがって、非浸透性突起５０のパターンに応じて、ガラス１０の表面１０ａのエッチングの速度が異なることとなり、図２（ｂ）に示すように、表面１０ａに凹凸が形成される。

ガラス１０とエッチング液との接触時間は例えば、３０秒〜５分とすることができ、エッチング液の温度は１０〜３５℃程度とすることができる。このとき、ガラス１０とエッチング液とを接触させる時間、及び、エッチング液の温度等は、エッチングの深さに応じて任意好適に調整すればよい。これにより、０．１〜５μｍの深さのエッチングを、数分で処理することも可能である。

その後、ガラス１０とエッチング液との接触を終了させ、ガラス１０の表面１０ａからエッチングマスク６０を除去し、ガラスの表面１０ａを十分洗浄することにより、図２（ｂ）、図３に示すような、表面１０ａにエッチングマスク６０の非浸透性突起５０の形状に基づく凹凸１０ｂが形成されたガラス１０が得られる。

本発明によれば、ガラス１０の表面１０ａにおいて非浸透性突起５０と接触していない部分１０ｆには、浸透性基材４０を介してエッチング液が十分に供給される。これに対して、ガラス１０の表面１０ａにおいて非浸透性突起５０と接触する部分１０ｅにはエッチング液は殆ど供給されない。したがって、非浸透性突起５０のパターンに応じて、ガラス１０の表面１０ａに凹凸を再現性よく形成でき、このとき、フッ酸や硫酸等を高濃度に含むエッチング液を用いる必要も無い。さらに、非浸透性突起５０のパターンの形状や大きさを変えることにより、凹凸形状の制御が容易である。さらに、上述のエッチング用マスク６０は、エッチング工程後にガラス表面から除去することが容易であり、他のガラス表面のエッチング工程への再利用も容易であり、十分な低コスト化が可能である。

そして、このようにしてエッチングマスク６０の非浸透性突起５０により形成された凹凸１０ｂを有するガラス１０の表面１０ａは、光の反射挙動が、凹凸形成前の平滑な表面とは異なることとなる。

これにより、例えば、繰り返し周期が２０〜１５０μｍ程度の例えばポリエチレン製の突起を用いて同様の繰返し周期の凹凸をガラス表面に形成した場合には、ガラス表面での光の反射を抑制する（ノングレア処理）ことが可能である。そしてこのようなガラスは、液晶ディスプレイやタッチパネルのガラス、建材ガラス等の光を透過させつつ反射防止性能が求められるガラスとして使用可能である。この場合、光の透過率は平滑な表面に比べそれほど下がることはなく、逆に上がることもある。

一方、繰返し周期が１５０〜３５０μｍ程度の突起を用いて同様の繰返し周期の凹凸をガラス表面に形成した場合には、乱反射により表面での反射率を上げることができ、曇りガラスや、スリガラスとして利用することも可能である。いずれにしろ、反射率や透過率は、網の形状やエッチング量により適宜調節できる。

特に、本実施形態では、ハニカム状の非浸透性突起５０を用いることにより、図３に示すように、ハニカム状の平板部１０ｍに囲まれた微細な凹レンズ１０ｎを多数有するモスアイ構造を実現できる。この構造は、反射防止能力が高い。可視光の反射防止効果を高めるためには、ガラス１０の平板部１０ｍの幅Ｗ（または対応するエッチング用マスク６０の非浸透性突起５０の幅Ｗ）と、ガラス１０の凸レンズ１０ｎの径Ｄ（又は対応するエッチング用マスク６０の非浸透性突起５０の開口の幅Ｄ）の和である凹凸の周期Ｚは、２０〜３５０μｍとすることが好ましい。

本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形態様が可能である。
例えば、上記実施形態では非浸透性突起５０のハニカムの開口は６角形であるが、円形等でもよい。また、エッチング用マスク６０の非浸透性突起５０の形態はハニカム状に限定されず様々な態様を取ることができる。また、本発明で形成する凹凸によりガラス表面へ装飾デザインを作成することも可能である。この場合、非浸透性突起５０は繰り返し構造を有している必要も無い。

ガラスとして、ソーダガラスを用意した。波長５５０ｎｍの光の光反射率は６％であり、光透過率は９４％であった。

エッチング液として、フッ化水素アンモニウムを７質量％、硫酸を１４質量％含むエッチング液を用意した。

エッチング用マスクとして、浸透性基材としてのポリエステル繊維製の網に対して、周期Ｚ＝１５０μｍのハニカム形状の非浸透性突起をポリエチレン樹脂により形成した。

そして、ガラスの表面にエッチングマスクの突起を密着させた状態で、浸透性基材を介してガラスの表面に２５℃のエッチング液を５分接触させ、その後、ガラス表面からのエッチング用マスクの除去、洗浄、乾燥を行った。その結果、ガラスの表面に、非浸透性突起の形状に基づく、凹凸が形成された。光反射率は８％、光透過率は９２％となった。

１０…ガラス、１０ａ…表面、１０ｂ…凹凸、４０…浸透性基材、５０…非浸透性突起、６０…エッチング用マスク。

Claims (6)

1. 浸透性基材の表面に非浸透性突起を設けたマスクを、前記突起がガラスの表面に接触するように配置した状態で、前記浸透性基材を介して前記ガラスの表面にエッチング液を供給するエッチング工程を備える、表面に凹凸が形成されたガラスの製造方法。
2. 前記非浸透性突起は、樹脂により形成された請求項１記載の製造方法。
3. 前記浸透性基材は、網、多孔板、多孔質板、または、不織布である請求項１又は２記載の製造方法。
4. 前記エッチング液は、フッ化水素塩、及び、酸を含む水溶液である請求項１〜３のいずれか記載の製造方法。
5. 浸透性基材の表面に非浸透性突起を設けたマスク。
6. 表面に非浸透性突起の形状に基づく凹凸が形成されたガラス。

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