JP2012126582A

JP2012126582A - ディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法

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Publication number: JP2012126582A
Application number: JP2010276805A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okawa; 博之大川; Makoto Fukawa; 真府川; Naohiko Ishimaru; 直彦石丸; Kiyoshi Tamai; 喜芳玉井; Yasunari Saito; 康成齋藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-07-05
Also published as: TW201300340A; CN102531410A; KR20120065949A

Abstract

【課題】化学強化により所望の耐衝撃性能を有するディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法を提供する。
【解決手段】ディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法は、ディスプレイ装置用ガラスの素板から所定の形状のガラス板に加工する形状加工工程（Ｓ１）と、ガラス板を洗浄する洗浄工程（Ｓ２）と、洗浄したガラス板に化学強化を行なう化学強化工程（Ｓ３）と、を備える。洗浄工程（Ｓ２）は、ガラス板の主表面がブラシと接触しないように液体を用いてガラス板の洗浄を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像表示部分の全面を覆うディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法に関する。

従来よりディスプレイ装置には、画像表示部分よりも広い領域となるように板状のカバーガラスをディスプレイ装置の前面に配置することが行なわれている（例えば、特許文献１）。

このディスプレイ装置用カバーガラスは、素板を切折した後ガラス端部の面取りをして所定の形状のガラス板に加工する形状加工工程と、所定形状に加工したガラス板を洗浄する洗浄工程と、洗浄したガラス板を化学強化する化学強化工程と、を経て所望の耐衝撃性能を有するように構成されている。

従来、ガラス板の洗浄工程は、加工されたガラス板に付着した有機物及び無機物等の汚れや細かなガラス片や塵等の異物を排除するためロールブラシやディスクブラシ等をガラス板の主表面に物理的に接触させて洗浄していた。

特開２０１０−１６９７８８号公報

しかしながら、近年、このディスプレイ装置用カバーガラスはより薄板化される傾向に、すなわち、ガラス強度が低下する方向にあり従来の製造方法では、化学強化処理をしても所望の耐衝撃性を得ることができないという問題が見つかった。

本発明者らの鋭意検討の結果、ガラス板の化学強化後の耐衝撃性能は化学強化前のガラス板の扱い、特に洗浄工程における洗浄方法に影響されるという知見を得た。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり化学強化により所望の耐衝撃性能を有するディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を提供するものである。
（１）ディスプレイ装置用ガラスの素板から所定の形状のガラス板に加工する形状加工工程と、前記ガラス板を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄したガラス板に化学強化を行なう化学強化工程と、を備えるディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法であって、
前記洗浄工程は、前記ガラス板の少なくとも一方の主表面がブラシと接触しないように液体を用いて前記ガラス板の洗浄を行うことを特徴とするディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法。
（２）前記洗浄工程は、前記ガラス板を洗浄液に浸漬した状態で超音波を印加することを特徴とする（１）に記載のディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法。
（３）前記洗浄工程は、前記ガラス板を高圧洗浄液に曝すことを特徴とする（１）に記載のディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法。
（４）前記洗浄工程は、前記ガラス板を気泡を含んだ洗浄液に曝すことを特徴とする（１）に記載のディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法。

先にも述べたように従来、ガラス板の洗浄工程においては、加工されたガラス板に付着した有機物及び無機物等の汚れや細かなガラス片や塵等の異物を排除するためロールブラシやディスクブラシ等をガラス板の主表面に物理的に接触させて洗浄することが必須であると考えられ、実際そのように行われていた。これに対し、化学強化工程を経るガラス板の場合、加工されたガラス板に付着した有機物及び無機物等の汚れは、高温状態のＫＮＯ_３等の化学強化液に曝させたときに化学的に分解する或いは化学強化液に溶解するため、また、細かなガラス片や塵等の異物は、高温状態のＫＮＯ_３等の化学強化液に曝させたときに遊離するため、ロールブラシやディスクブラシ等をガラス板の主表面に物理的に接触させて洗浄せずとも、有機物及び無機物等の汚れや細かなガラス片や塵等の異物を排除することが可能であることに本発明者は気付き、本発明に至った。

さらに、本発明は、従来行なわれていたロールブラシやディスクブラシ等をガラス板の表面に物理的に接触させる洗浄方法では、洗浄後に化学強化をしても所望の耐衝撃性能を得ることができず、化学強化後のガラス板の耐衝撃性能は化学強化前の洗浄方法に影響されるという仮説に基づいてなされたものである。

本発明の（１）に記載のディスプレイ装置用カバーガラスによれば、化学強化工程前の洗浄工程において、ロールブラシやディスクブラシ等の洗浄部材をガラス板の少なくとも一方の主表面に接触させる物理的な洗浄を行なわずに液体を用いて洗浄することで、化学強化後におけるガラス板を所望の耐衝撃性能を有するように構成することができる。

本発明の（２）〜（４）に記載のディスプレイ装置用カバーガラスによれば、洗浄作用を向上させることができる。

本発明の一実施形態のディスプレイ装置用カバーガラスが配置されたディスプレイ装置の断面図である。ディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法のフロー図である。化学強化前の板ガラスのＢａｌｌｏｎＲｉｎｇ試験法による破壊荷重の測定結果に基づくワイブルプロットである。化学強化後の板ガラスの落球衝撃試験による破壊エネルギーの測定結果に基づくワイブルプロットである。

以下、本発明のディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法について説明する。図１は本発明の一実施形態のディスプレイ装置用カバーガラスが配置されたディスプレイ装置の断面図である。

先ず、図１を参照して本発明のディスプレイ装置用カバーガラス（以下、単にカバーガラスと呼ぶことがある。）を用いたディスプレイ装置の一実施形態について説明する。なお、以下の説明において、前後左右は図中の矢印の向きを基準とする。

ディスプレイ装置１０は、図１に示すように、概して筐体１５内に設けられた表示パネル２０と、表示パネル２０の全面を覆い筐体１５の前方に配置されるカバーガラス３０とを備える。

カバーガラス３０は、主として、ディスプレイ装置１０の美観や強度の向上、衝撃破損防止などを目的として設置されるものであり、例えば０．５〜２．０ｍｍの板厚を有する一枚の板状ガラスである。カバーガラス３０は、図１に示すように、表示パネル２０の表示側（前側）から離間するように（空気層を有するように）設置されていてもよく、透光性を有する接着膜（図示せず）を介して表示パネル２０の表示側に貼り付けられてもよい。

カバーガラス３０には、表示パネル２０からの光を出射する前面に機能膜４１が設けられ、表示パネル２０からの光が入射する背面に、表示パネル２０と対応する位置に機能膜４２が設けられている。なお、機能膜４１、４２は、図１では両面に設けたが、これに限らず前面又は背面に設けてもよく、省略してもよい。

機能膜４１、４２は、例えば、周囲光の反射防止、衝撃破損防止、電磁波遮蔽、近赤外線遮蔽、色調補正、及び／又は耐傷性向上などの機能を有し、厚さおよび形状などは用途に応じて適宜選択される。機能膜４１、４２は、例えば樹脂製の膜をカバーガラス３０に貼り付けることにより形成され、あるいは、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの薄膜形成法により形成されてもよい。

また、カバーガラス３０の背面のうち表示パネル２０よりも外側の領域には、黒色層４４が全周にほぼ枠状に設けられている。黒色層４４は、例えば、顔料粒子を含むインクをカバーガラス３０に塗布し、これを紫外線照射、または加熱焼成した後、冷却することによって形成された被膜であり、筐体１５の外側からは表示パネル２０等が見えなくなり、外観の審美性を向上させる。

このディスプレイ装置用カバーガラス３０としては、例えば以下の組成のガラスが使用される。
（ｉ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ_２を５０〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を２〜２５％、Ｌｉ_２Ｏを０〜１０％、Ｎａ_２Ｏを０〜１８％、Ｋ_２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１５％、ＣａＯを０〜５％およびＺｒＯ_２を０〜５％を含むガラス
（ｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を５０〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜１０％、Ｎａ_２Ｏを６〜１４％、Ｋ_２Ｏを３〜１１％、ＭｇＯを２〜１５％、ＣａＯを０〜６％およびＺｒＯ_２を０〜５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計が１２〜２５％、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計が７〜１５％であるガラス
（ｉｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を６８〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を４〜１０％、Ｎａ_２Ｏを５〜１５％、Ｋ_２Ｏを０〜１％、ＭｇＯを４〜１５％およびＺｒＯ_２を０〜１％含有するガラス
（ｉｖ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を６７〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３を０〜４％、Ｎａ_２Ｏを７〜１５％、Ｋ_２Ｏを１〜９％、ＭｇＯを６〜１４％およびＺｒＯ_２を０〜１．５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７１〜７５％、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計が１２〜２０％であり、ＣａＯを含有する場合その含有量が１％未満であるガラス

次に、ディスプレイ装置用カバーガラス３０の製造方法について説明する。図２はパネルディスプレイ用カバーガラスの製造方法のフロー図である。

カバーガラス３０の製造方法は、図２に示すように、概して形状加工工程（Ｓ１）と、洗浄工程（Ｓ２）と、化学強化工程（Ｓ３）と、プリント工程（Ｓ４）と、からなる。

形状加工工程（Ｓ１）はガラスの原料を調合しフロートバスで溶解して得られた素板を所定の形状、典型的には矩形状に切り出す処理であり、洗浄工程（Ｓ２）は所定の形状に切り出したガラス板（以下、素板からカバーガラスと略同一形状に切り出されたガラスを以下単にガラス板と呼ぶ。）を洗浄する処理であり詳細は後述する。化学強化工程（Ｓ３）は洗浄したガラス板を化学強化する処理であり、プリント工程（Ｓ４）は機能膜４１、４２や黒色層４４を形成する処理である。なお、形状加工工程（Ｓ１）、化学強化工程（Ｓ３）及びプリント工程（Ｓ４）は、公知の方法が採用され、以下、本発明の特徴である洗浄工程（Ｓ２）について詳細に説明する。

本発明の洗浄工程（Ｓ２）は、ロールブラシやディスクブラシ等をガラス板の主表面に物理的に接触させずに洗浄を行なう、言い換えると、ブラシ等の洗浄部材を用いずに洗浄を行うことを特徴とするものであり、ガラス板を例えば水又は、中性又はアルカリ性又は酸性の液体（以下、ガラス板を浸漬する液体を単に洗浄液と呼ぶ。）中に侵漬する方法で行なわれる。この方法としては、ガラス板を洗浄液中に浸漬するいわゆるディップ洗浄、又はガラス板を洗浄液中に浸漬した状態で超音波を印加するいわゆる超音波洗浄、ガラス板を高圧洗浄液に曝すことによって洗浄するいわゆる高圧洗浄、又はガラス板を気泡を含んだ洗浄水に曝すことによって洗浄するいわゆるバブルジェット（登録商標）洗浄等が採用される。

かかる洗浄工程（Ｓ２）では、例えば、複数のガラス板をカセットに装着しカセットごと洗浄槽に浸漬させることでなされる。具体的には、１０枚のガラス板を１つのカセットに装着して、３分間、およそ２０度（室温）度の中性又はアルカリ性又は酸性の洗浄液に浸漬させる。続いて、３分間、およそ４０度の温水に浸漬させる。続いて、３分間、およそ２０度（室温）の水に浸漬させる。なお、温水及び水は、イオン交換処理を行った純水であることが好ましい。これにより、ガラスの主表面に対する洗浄液以外の物理的な接触を回避しながら加工されたガラス板に付着した有機物及び無機物等の汚れや細かなガラス片や塵等の異物を排除することができる。上記以外の方法として、カセットを用いずに、連続的に平流し状態で搬送しながら洗浄することでなされる洗浄工程も可能である。

以下、本発明の実施例について説明する。
モル％でＳｉＯ_２を６４．５％、Ａｌ_２Ｏ_３を６％、Ｎａ_２Ｏを１２％、Ｋ_２Ｏを４％、ＭｇＯを１１％およびＺｒＯ_２を２．５％含む組成のガラスを、９４５×５８５×１．１ｍｍのサイズに加工し、試験サンプルを作製した。試験サンプルのうち、ディップ洗浄を施したものを実施例とし、ブラシ洗浄（ブラシ材質：６６ナイロン、線径：０．３ｍｍ、長さ：３０ｍｍ、ブラシ直径１００ｍｍ、回転数：３００ｒｐｍ、押し込み：１ｍｍ、ブラシ段数：２段、ガラス搬送速度：５ｍ／ｍｉｎ）を施したものを比較例とした。

実施例と比較例の試験サンプルを洗浄後、５０×５０×１．１ｍｍのガラス板に切断し、化学強化前に破壊荷重の測定を行なった。破壊荷重の測定方法はＢａｌｌｏｎＲｉｎｇ法とした。Ｒｉｎｇは直径３０ｍｍのＳＵＳ３０４製であり、Ｂａｌｌは直径１０ｍｍのＳＵＳ３０４（材料）製であり、いずれも鏡面研磨してある。また、荷重速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。Ｒｉｎｇの上に、ガラスの一方の主表面が下側になるようにガラス板をのせ、所定の荷重速度にて、Ｂａｌｌを下降させてガラス板に荷重をかけ、ガラス板が破壊したときの荷重（Ｆ）を測定した。ガラスの破壊点は、板ガラスの下側面で、Ｂａｌｌの接触点直下の位置であることを確認した。

図３は、化学強化前の板ガラスのＢａｌｌｏｎＲｉｎｇ法による破壊荷重の測定結果に基づくワイブル確率軸上のプロット（以下「ワイブルプロット」という）を示す。縦軸は、累積破壊確率、横軸は破壊荷重（Ｆ）を自然対数で表わしている。ワイブルプロットは、ガラスのような破壊応力のばらつきが大きい材料の強度評価によく利用されるもので、破壊荷重の結果がプロットされている。この図では、プロットが右にあるほど破壊荷重が大きく、プロットの傾きが大きいほど強度のばらつきが小さいことを表す。

図３からわかるように、ブラシ洗浄をした比較例に比べてディップ洗浄をした実施例の方が、洗浄前の素板の破壊荷重に近く、破壊強度が大きいことがわかる。破壊荷重の平均値で比較すると、洗浄前：１３２０Ｎ、ディップ式洗浄：１０７１Ｎ、ブラシ式洗浄：６６１Ｎである。ブラシ洗浄後のガラス強度は、全体的に低下している。これは、ブラシの物理的な接触によりガラス表面に全体的に微小な傷が付き、ガラスの強度が低下したことを示している。一方、ディップ洗浄をした実施例は、ブラシ洗浄した比較例に比べ素板の破壊強度に近い数値を示すことから洗浄における破壊応力を下げる因子の発生を抑制でき、これによりの耐衝撃性が高い状態を維持できているものと推定される。なお、素板よりも一部の領域で実施例のガラス板の方が破壊応力が大きくなっているが、これはバラツキや誤差によるものと推定される。

続いて、同組成のガラスを９４５×５８５×１．１ｍｍに加工し、試験サンプルを作製した。試験サンプルのうち、ディップ洗浄を施したものを同様に実施例とし、ブラシ洗浄を施したものを比較例とした。実施例と比較例の試験サンプルを、３時間かけて４００度まで加熱した後、４５０度の硝酸カリウム１００％溶液に２時間浸漬して化学強化を行い、３時間かけて徐冷することにより、表面圧縮応力８００ＭＰａ、化学強化層３０μｍの化学強化を行なった。

次に、化学強化を施した実施例と比較例の試験サンプルで破壊エネルギーの測定を行なった。破壊エネルギーの測定方法は落球衝撃試験とした。矩形状のジグ（ＳＵＳ３０４製、外形９４５×５８５ｍｍ、内形８９５×５３５ｍｍ）にガラスの一方の主表面が下側になるように試験サンプルを乗せ、ガラスの短辺中央で、ジグ内側からガラスの中心に向かって２５ｍｍとなる場所に重さ０．５３３ｋｇの鉄球を高さを変えながら落下させて行った。そして、ガラスが破壊した時の落球高さから破壊エネルギーを計算した。破壊エネルギー（単位：Ｊ）は、次の式により計算した。
破壊エネルギー（Ｊ）＝０．５３３（ｋｇ）×９．８１（重力加速度：ｍ／ｓ^２）×落球高さ（ｍ）

図４は、化学強化後の落球衝撃試験による破壊エネルギーの測定結果に基づくワイブルプロットを示す。縦軸は、累積破壊確率、横軸は破壊エネルギーを表わしている。図４からわかるように、ブラシ洗浄をした比較例に比べてディップ洗浄をした実施例の方が、破壊応力が大きくばらつきが小さいことがわかる。破壊エネルギーの平均値で比較すると、化学強化後のディップ式洗浄：６Ｊ、化学強化後のブラシ式洗浄：４Ｊである。図３と図４のグラフより、化学強化前にディップ洗浄した実施例のガラス板は、化学強化前にブラシ洗浄した比較例のガラス板に比べ、ガラス強度が高く、化学強化を行ったとしても、その関係がかわらないこがわかる。これは、化学強化前の洗浄工程による、ガラス強度に対する表面状態の優劣が、化学強化後も引き継がれ、化学強化前の強度を高く保つことにより、化学強化後も高い強度が得られることを示す。

ＪＩＳ６０６５、オーディオ、ビデオ及び類似の電子機器の安全要求事項、１２項の機械的強度には、機器のエンクロージャーへの衝撃試験として、落球衝撃エネルギー２Ｊの落球衝撃試験が強度の最低ラインとして言及されている。同一のガラス板を加工した時、ブラシ洗浄したガラス板の最低強度は落球衝エネルギー２Ｊに対し余裕がないが、物理的な接触をさせないディップ洗浄したガラス板の最低強度は落球衝エネルギー２Ｊを上回る十分な安全性が得られる。

このように、図３及び図４の測定結果から、化学強化後のガラス板の耐衝撃性能は化学強化前の洗浄方法に影響されるという仮説が正しいことが実証された。即ち、従来行なわれていたロールブラシやディスクブラシ等をガラス板の表面に物理的に接触させる洗浄方法では、化学強化前の耐衝撃性能が低下し洗浄後に化学強化をしても所望の耐衝撃性能を得ることができなかったが、ガラス板の主表面をブラシと接触しないように洗浄液を用いてガラス板の洗浄を行うことにより、化学強化前の耐衝撃性能の低下が抑制され、その後に化学強化したガラス板は所望の耐衝撃性能を満たす結果となった。

以上説明したように本実施形態によれば、化学強化前のガラス板の洗浄工程は、ガラス板の少なくとも一方の主表面がブラシ等の洗浄部材と物理的な接触をしないように洗浄液を用いてガラス板を洗浄することで、化学強化後におけるガラス板を所望の耐衝撃性能を有するように構成することができる。

上記実施形態では、ガラス板の主表面の両面をブラシ等の洗浄部材と物理的な接触をしないように洗浄液を用いてガラス板を洗浄したが、これに限らず、少なくとも一方の主表面をブラシなどの洗浄部材と物理的な接触をしないように洗浄液を用いてガラス板を洗浄すればよい。この場合、ブラシと接触しないようにした一方の主表面を表示パネル２０と対向するように配置することが好ましい。衝撃性能が高い方を裏面とすることで割れに対する耐衝撃性を向上できる。

また、ガラス板の洗浄方法としては、ディップ洗浄の他、超音波洗浄、高圧洗浄、又はバブルジェット（登録商標）洗浄等を採用することができる。これにより、洗浄作用を向上させることができ、形状加工工程（Ｓ１）で切り出されたガラス板に付着した有機物及び無機物等の汚れや細かなガラス片や塵等の異物を排除することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。

１０ディスプレイ装置
２０表示パネル
３０カバーガラス

Claims

ディスプレイ装置用ガラスの素板から所定の形状のガラス板に加工する形状加工工程と、前記ガラス板を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄したガラス板に化学強化を行なう化学強化工程と、を備えるディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法であって、
前記洗浄工程は、前記ガラス板の少なくとも一方の主表面がブラシと接触しないように液体を用いて前記ガラス板の洗浄を行うことを特徴とするディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法。
前記洗浄工程は、前記ガラス板を洗浄液に浸漬した状態で超音波を印加することを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法。
前記洗浄工程は、前記ガラス板を高圧洗浄液に曝すことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法。
前記洗浄工程は、前記ガラス板を気泡を含んだ洗浄液に曝すことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置用カバーガラスの製造方法。