JP2013035745A - Light diffusion glass member - Google Patents
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Description
本発明は、可視域を超える広い波長域にわたって、フラットな透過率特性を有する光拡散ガラス部材に関するものである。 The present invention relates to a light diffusing glass member having flat transmittance characteristics over a wide wavelength range exceeding the visible range.
照明器具や光学機械などの光拡散材として、ガラス部材が使用される場合がある。このような光拡散ガラス部材としては、スパッタリングや真空蒸着によってガラス表面に適宜な乳白色膜を形成する成膜法や、硬質の砂を圧搾空気でガラス表面に吹き当てるサンドブラスト法が知られている。また、ブラスト加工された後のガラス表面をフッ化水素でエッチングする方法も知られている。 A glass member may be used as a light diffusing material for a lighting fixture or an optical machine. As such a light diffusing glass member, a film forming method for forming an appropriate milky white film on the glass surface by sputtering or vacuum deposition, and a sand blasting method in which hard sand is blown against the glass surface with compressed air are known. A method of etching the glass surface after blasting with hydrogen fluoride is also known.
しかしながら、サンドブラスト法のようにガラス表面を粗面化する構成では、ガラス表面全体に同一の光学特性を実現することができないという問題がある。また、ガラス表面に汚れが付着しやすく、経年的に一定の光学特性を維持することができない。一方、成膜法を採る場合には、表面硬度が不足して傷つき易いという問題がある。 However, the configuration in which the glass surface is roughened like the sand blast method has a problem that the same optical characteristics cannot be realized on the entire glass surface. In addition, dirt easily adheres to the glass surface, and certain optical characteristics cannot be maintained over time. On the other hand, when the film forming method is employed, there is a problem that the surface hardness is insufficient and the surface is easily damaged.
ここで、結晶化ガラスを使用する方法は知られているが、所望の透過率であって、しかも、可視域を超える広い範囲でフラットな透過率特性を有する安価なガラス組成や、そのようなガラス組成を使用した好適な結晶化ガラスの製造方法は知られていない。 Here, although a method using crystallized glass is known, an inexpensive glass composition having a desired transmittance and a flat transmittance characteristic in a wide range exceeding the visible range, and such No suitable method for producing crystallized glass using a glass composition is known.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ガラス表面を粗面化することなく、十分な表面強度を有して、可視域を超える広い範囲でフラットな透過率特性を有する光拡散ガラス部材、及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has sufficient surface strength without roughening the glass surface, and flat transmittance characteristics over a wide range exceeding the visible range. It aims at providing the light-diffusion glass member which has, and its manufacturing method.
上記の目的を達成するため、本発明に係る光拡散ガラス部材は、ガラス中に結晶相を有し、酸化物換算による重量%表示で、SiO2を35〜70%、Al2O3を0〜8.0%、B2O3を15〜35%、Na2O、K2O、Li2Oから選択される成分を全体で3〜10%、CaO、Y2O3から選択される成分を全体で6〜20%、及び、
Sb2O3を0〜1%、を含有して構成され、厚さ2.0mmの部材で評価して、波長400nm〜2500nmについて全光線平均透過率が5〜50%であり、前記全光線平均透過率に対する透過率偏差の平均値が、400nm〜2500nmの波長領域において4.0%以下であることを特徴とする。なお、数値範囲は、その下限と上限を含む概念である。
本発明者の研究により、透過率を制御する成分として、Al2O3やCaOが有効であることが最初に確認されたが、更に、Y2O3やZnOも結晶化に関与しており、その含有量によって透過率を制御できることが確認された。ここで、CaOとY2O3は、実施例1〜3及び実施例5のように、選択的に使用しても良いし、実施例4のように併用しても良い。
何れにしても、CaOの好適な含有量は6〜20%であり、Y2O3の好適な含有量は、6〜15%である。Y2O3は透過率を低下させる効果があるので、より好ましくは、所定の透過率を維持するべく、その含有量を10%以下とすべきである。また、CaOとY2O3を併用する場合には、CaOを1.0〜20%、Y2O3を1.0〜15%の範囲で含有させるのが好ましい。なお、CaOの含有量を増減することで透過率を制御でき、Y2O3の添加により化学的耐久性能を向上させることができる。
ただし、これらを多量に使用するとガラスが不安定となるので、好ましくは、CaO+Y2O3の総量を6〜12%(より好ましくは8〜10%)とすべきである。
また、好適には、更に、ZnOを0〜10%含有させるべきであり、ZnOを加えることで、透過率を低下させることができる。なお、F成分を0〜1%添加することで、化学的耐久性能が向上し、ガラスの低粘性化が得られる。
In order to achieve the above object, the light diffusing glass member according to the present invention has a crystal phase in the glass, and is expressed by 35% to 70% of SiO 2 and 0 to Al 2 O 3 in terms of weight% in terms of oxide. ~8.0%,
Sb 2 O 3 is contained in an amount of 0 to 1%, and is evaluated by a member having a thickness of 2.0 mm. The total light average transmittance is 5 to 50% with respect to a wavelength of 400 nm to 2500 nm. The average value of the transmittance deviation with respect to the average transmittance is 4.0% or less in the wavelength region of 400 nm to 2500 nm. The numerical range is a concept including the lower limit and the upper limit.
The inventors' research has first confirmed that Al 2 O 3 and CaO are effective as components for controlling the transmittance, but Y 2 O 3 and ZnO are also involved in crystallization. It was confirmed that the transmittance can be controlled by the content. Here, CaO and Y 2 O 3 may be selectively used as in Examples 1 to 3 and Example 5, or may be used in combination as in Example 4.
In any case, the preferable content of CaO is 6 to 20%, and the preferable content of Y 2 O 3 is 6 to 15%. Since Y 2 O 3 has an effect of reducing the transmittance, more preferably, the content should be 10% or less in order to maintain a predetermined transmittance. Further, when used in combination CaO and Y 2 O 3 is a CaO 1.0 to 20%, preferably contained in a range of
However, since the glass becomes unstable when a large amount of these are used, the total amount of CaO + Y 2 O 3 should preferably be 6 to 12% (more preferably 8 to 10%).
Further, preferably, 0 to 10% of ZnO should be further contained, and the transmittance can be reduced by adding ZnO. In addition, by adding 0 to 1% of the F component, the chemical durability performance is improved, and the viscosity of the glass is reduced.
また、好ましくは、SiO2を48〜62%(より好ましくは、52〜58%)、B2O3を20〜30%(より好ましくは、22〜28%)、Sb2O3を0.1〜0.5%(より好ましくは、0.2〜0.4%)とすべきである。
Also, preferably, the SiO 2 48~62% (more preferably, 52 to 58%), the
ところで、例えば、Y2O3やZnOを含まない場合には、Al2O3、Li2O、Na2O、K2O、及びCaOについては、必要とされる透過率に対応して含有量が適宜に増減される。具体的には、透過率を上げたい場合には、Al2O3やCaOの含有量を減少すれば良い。また、Na2OやK2Oの含有量を増加して、透過率を上げることもできる。一方、透過率を下げたい場合には、Al2O3やCaOを増加すれば良い。 By the way, for example, when Y 2 O 3 or ZnO is not included, Al 2 O 3 , Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, and CaO are contained corresponding to the required transmittance. The amount is increased or decreased accordingly. Specifically, when it is desired to increase the transmittance, the content of Al 2 O 3 or CaO may be reduced. Further, the transmittance can be increased by increasing the content of Na 2 O or K 2 O. On the other hand, when it is desired to reduce the transmittance, Al 2 O 3 or CaO may be increased.
但し、Al2O3は0.5〜4%(より好ましくは、1〜3%)、Li2O+Na2O+K2Oは全体で4〜8%(より好ましくは5〜7%)、CaOは、7〜15%(より好ましくは、8〜12%)の範囲から選択される。なお、化学的耐久性能を高めるべくZrO2を0〜5wt%加えることもできる。 However, Al 2 O 3 is 0.5 to 4% (more preferably 1 to 3%), Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is 4 to 8% (more preferably 5 to 7%) in total, and CaO is , 7 to 15% (more preferably, 8 to 12%). It is also possible to add ZrO 2 0-5 wt% to enhance the chemical durability.
全光線平均透過率は、400nm〜2500nmの波長範囲について、JIS Z 8722に準じて分光透過率を測定して算出される。また、表裏面を研磨して板厚2mm±0.1mmに仕上げた光拡散ガラス部材が測定試料となる。 The total light average transmittance is calculated by measuring the spectral transmittance according to JIS Z 8722 for a wavelength range of 400 nm to 2500 nm. Further, a light diffusion glass member whose front and back surfaces are polished and finished to a thickness of 2 mm ± 0.1 mm is used as a measurement sample.
本発明に係る光拡散部材は、広い波長範囲にわたってフラットな透過率特性を有するが、上記した好適な組成を採用することで、波長400nm〜2500nmの領域で評価した場合に、その領域における全光線平均透過率に対する透過率偏差の平均値を3.0%以下にすることができる。
また、波長400nm〜2500nmの領域で評価した場合に、その領域における全光線平均透過率に対する透過率偏差を10%以下にすることができる。
The light diffusing member according to the present invention has a flat transmittance characteristic over a wide wavelength range. However, when the above-described preferable composition is adopted, when the light diffusing member is evaluated in a wavelength region of 400 nm to 2500 nm, all light rays in the region are used. The average value of the transmittance deviation with respect to the average transmittance can be 3.0% or less.
Moreover, when evaluating in the area | region of wavelength 400nm-2500nm, the transmittance | permeability deviation with respect to the total light average transmittance | permeability in the area | region can be 10% or less.
本発明に係る光拡散部材は、結晶化ガラスにより実現されるが、ガラス原料を溶解する第1工程と、溶解したガラスを成形する第2工程と、成形したガラスを徐冷する第3工程と、徐冷後の成形ガラスを730℃〜850℃の加熱温度で8時間〜30時間継続して加熱する第4工程と、を含んで製造される。 The light diffusing member according to the present invention is realized by crystallized glass, and includes a first step of melting the glass raw material, a second step of forming the molten glass, and a third step of gradually cooling the formed glass. And a fourth step of continuously heating the shaped glass after slow cooling at a heating temperature of 730 ° C. to 850 ° C. for 8 hours to 30 hours.
第4工程において加熱温度が730℃より低い場合には、加熱時間を増加しても、フラットな透過率特性を実現することができない。 When the heating temperature is lower than 730 ° C. in the fourth step, flat transmittance characteristics cannot be realized even if the heating time is increased.
図1は、本発明の範囲内に含まれる同一組成のガラスについて、第4工程の加熱温度の違いによる透過率特性の変化を図示したものである。なお、加熱時間は全て10時間である。図示の通り、加熱温度が650℃、675℃、700℃程度では、結晶化が不十分であり透過率が波長に依存して大きく変化している。 FIG. 1 illustrates the change in transmittance characteristics due to the difference in heating temperature in the fourth step for glasses having the same composition included in the scope of the present invention. All heating times are 10 hours. As shown in the drawing, when the heating temperature is about 650 ° C., 675 ° C., and 700 ° C., the crystallization is insufficient and the transmittance greatly varies depending on the wavelength.
これに対して、加熱温度が750℃、800℃、850℃の領域では、フラットな透過率特性を実現できる。なお、加熱温度850℃より高い加熱温度では、フラットな透過率統制を実現できないことが、加熱温度880℃の実験結果が示している。 On the other hand, in the region where the heating temperature is 750 ° C., 800 ° C., and 850 ° C., a flat transmittance characteristic can be realized. Note that the experimental result at the heating temperature of 880 ° C. indicates that flat transmittance control cannot be realized at a heating temperature higher than the heating temperature of 850 ° C.
図2及び図3は、本発明の範囲内に含まれる同一組成のガラスについて、第4工程の加熱処理時間の違いによる透過率特性の変化を図示したものである。なお、加熱温度は全て750℃である。図示の通り、加熱時間が1時間〜3時間程度では、結晶化が不十分であり透過率が波長に依存して大きく変化する。 2 and 3 illustrate changes in transmittance characteristics due to differences in the heat treatment time of the fourth step for glasses having the same composition included in the scope of the present invention. All heating temperatures are 750 ° C. As shown in the figure, when the heating time is about 1 to 3 hours, crystallization is insufficient and the transmittance largely varies depending on the wavelength.
これに対して、10時間、20時間、30時間程度の加熱時間とするとフラットな透過率特性を実現できる。なお、図示していないが、30時間以上の加熱時間としても性能的に変化がなく、不図示の実験結果から、加熱時間を8時間〜30時間とすべきことを確認している。 On the other hand, when the heating time is about 10 hours, 20 hours, and 30 hours, flat transmittance characteristics can be realized. Although not shown, there is no change in performance even when the heating time is 30 hours or longer, and it has been confirmed from the experimental results (not shown) that the heating time should be 8 hours to 30 hours.
なお、本発明の第4工程は、730℃〜850℃の加熱温度で8時間〜30時間継続して加熱すれば足りるので、必ずしも、一定の加熱温度を維持する必要はなく、最高加熱温度に向けて段階的に加熱温度を増加させるのも好適である。 In the fourth step of the present invention, it is sufficient to continuously heat at a heating temperature of 730 ° C. to 850 ° C. for 8 hours to 30 hours. Therefore, it is not always necessary to maintain a constant heating temperature, and the maximum heating temperature is maintained. It is also preferable to increase the heating temperature stepwise.
同様に、8時間〜30時間の加熱時間を経過した後は、徐冷工程を設けるのが好ましく、この場合には、その後の切断や研磨などの工程における機械的強度を確保することができる。但し、徐冷工程を設けない場合でも、透過率などの光学特性に差異は生じないことを確認している。 Similarly, after the heating time of 8 hours to 30 hours has elapsed, it is preferable to provide a slow cooling step. In this case, mechanical strength in the subsequent steps such as cutting and polishing can be ensured. However, it has been confirmed that there is no difference in optical characteristics such as transmittance even when the slow cooling step is not provided.
上記した本発明によれば、平坦なガラス表面を有して、可視域を超える広い範囲でフラットな透過率特性を有する光拡散ガラス部材を実現することができる。そして、本発明の光拡散ガラス部材は、表示装置の光拡散板、各種測定装置の光拡散板、各種照明の光拡散板やカバーなどに好適に使用できる。 According to the above-described present invention, it is possible to realize a light diffusion glass member having a flat glass surface and having flat transmittance characteristics in a wide range exceeding the visible range. And the light-diffusion glass member of this invention can be used conveniently for the light-diffusion plate of a display apparatus, the light-diffusion plate of various measuring devices, the light-diffusion plate, cover of various illuminations, etc.
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが特に限定されるものではない。図4は、本発明を実施する場合の工程フロー図である。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, it is not specifically limited. FIG. 4 is a process flow diagram for carrying out the present invention.
先ず、必要な粉体原料を秤量して混合する(ST1)。図1〜図2に示す実験に使用した組成は、下表の実施例1の通りである。Na2OやK2Oに代えて、或いは、これに追加してLi2Oを使用するなど、組成比を、例えば実施例2〜実施例3のように変更した多数の実験でも、図1〜図2と同様の傾向が得られている。なお、耐水性能を高めるべくZrO2を0〜5wt%加えることもできることは、実施例2や実施例3の組成で確認している。 First, necessary powder raw materials are weighed and mixed (ST1). The composition used in the experiments shown in FIGS. 1 and 2 is as in Example 1 in the table below. In many experiments in which the composition ratio was changed as in Example 2 to Example 3, such as using Li 2 O instead of or in addition to Na 2 O or K 2 O, FIG. The same tendency as in FIG. 2 is obtained. Incidentally, it can be added to ZrO 2 0-5 wt% in order to increase the water resistance is confirmed by the composition of Example 2 and Example 3.
続いて、混合した粉体原料を電気炉又はガス炉を使用して溶解させる(ST2)。なお、この工程は、通常のガラス製造工程と同じであり徐冷工程を含んでいる。次に、検査工程をパスした試料について、必要に応じて、形状やサイズに合わせて型押しする(ST3)。 Subsequently, the mixed powder raw material is melted using an electric furnace or a gas furnace (ST2). In addition, this process is the same as a normal glass manufacturing process, and includes a slow cooling process. Next, the sample that passed the inspection process is embossed according to the shape and size as necessary (ST3).
このようにして、ステップST2又はステップST3の処理が終われば、このガラス部材を熱処理して、結晶化させることで白色化させる。この再加熱工程は、加熱温度730℃〜850℃、加熱時間8時間〜30時間の範囲で加熱温度と加熱時間が適宜に設定される。図4に示すように、最高温度に向けて段階的に加熱温度を上昇させると共に、徐冷工程を設けるのが好ましい。 Thus, when the process of step ST2 or step ST3 is completed, the glass member is heat-treated and crystallized to be white. In this reheating step, the heating temperature and the heating time are appropriately set within the range of the heating temperature of 730 ° C. to 850 ° C. and the heating time of 8 hours to 30 hours. As shown in FIG. 4, it is preferable to raise the heating temperature stepwise toward the maximum temperature and to provide a slow cooling step.
何れにしても、透過率を低くした場合には、最高加熱温度を下げ、透過率を上げたい場合には最高加熱温度を上げるのが好ましい。図5は、最高加熱温度が800℃の試料1と、750℃の試料2についての透過率曲線を示している。図4(b)は、試料を製造する上での加熱温度の推移を示したものであり、何れも、最高加熱温度での加熱時間が10時間であり、その後に徐冷工程を設けている。
なお、試料1及び試料2は、実施例1の組成比の材料について、図4(b)に示す工程で製造されており、熱処理温度(800℃と750℃)だけが相違する。
また、以下の特性を有しており、平均透過率(28.15%と20.90%)に対する透過率偏差の平均値(平均偏差)が、1.18%と3.02%であって、4%以下であり、最大偏差は、7.66%と6.76%であって10%以下である。
In any case, when the transmittance is lowered, it is preferable to lower the maximum heating temperature, and when it is desired to increase the transmittance, it is preferable to raise the maximum heating temperature. FIG. 5 shows transmittance curves for
Moreover, it has the following characteristics, and the average value (average deviation) of the transmittance deviation with respect to the average transmittance (28.15% and 20.90%) is 1.18% and 3.02%. The maximum deviation is 7.66% and 6.76%, which is 10% or less.
以上のような再加熱工程(ST4)が終わると、必要に応じて適宜な形状に切断し、表面を研磨して平坦化する。なお、反射防止膜などの薄膜の成膜工程を設けても良い。 When the reheating step (ST4) as described above is completed, it is cut into an appropriate shape as necessary, and the surface is polished and flattened. Note that a film formation step of a thin film such as an antireflection film may be provided.
ところで、実施例1〜実施例3の組成では、CaOを必須成分にしているが、これに代え、又は、これに加えて、Y2O3を含有するのも好適である。表3は、このような実施例4や実施例5の組成を示している。Y2O3を含有させることで、広い波長範囲(波長400nm〜2500nm)にわたって、平坦な透過率特性を害することなく、透過率を低下させることができる。
By the way, in the composition of Examples 1 to 3, CaO is an essential component, but it is also preferable to contain Y 2 O 3 instead of or in addition to this. Table 3 shows the compositions of Examples 4 and 5. By containing Y 2 O 3 , the transmittance can be lowered over a wide wavelength range (
また、Y2O3に加えてZnOを添加することで、更に透過率を低下させることができる。なお、実施例5では、透過率特性を、更に平坦化するためCuOを着色剤として含有させている。着色剤としては、例えば、CuOやCoOを例示することができるが、何れの場合でも添加量は0.1重量%以下である。 Moreover, the addition of ZnO in addition to Y 2 O 3, can be reduced further transmission. In Example 5, CuO is included as a colorant in order to further flatten the transmittance characteristics. Examples of the colorant include CuO and CoO. In any case, the addition amount is 0.1% by weight or less.
図6は、実施例4と実施例5の組成を有する原料について、図4に示す工程を経て製造した光拡散ガラスの透過率曲線を示したものである。なお、この光拡散ガラスは、熱処理温度800℃、熱処理時間10時間で製造されている。 FIG. 6 shows the transmittance curve of the light diffusing glass manufactured through the steps shown in FIG. 4 for the raw materials having the compositions of Example 4 and Example 5. The light diffusing glass is manufactured with a heat treatment temperature of 800 ° C. and a heat treatment time of 10 hours.
表4は、実施例4と実施例5の光拡散ガラスについて、平均透過率と、平均透過率に対する平均偏差と、平均透過率に対する最大偏差とを纏めたものである。表4では、可視域(400〜700nm)と、400nm〜2500nmにおける特性を示しており、可視域での平均透過率が5%以下、400nm〜2500nmでの平均透過率が10%以下となっている。 Table 4 summarizes the average transmittance, the average deviation with respect to the average transmittance, and the maximum deviation with respect to the average transmittance for the light diffusing glasses of Example 4 and Example 5. Table 4 shows the characteristics in the visible region (400 to 700 nm) and 400 nm to 2500 nm. The average transmittance in the visible region is 5% or less, and the average transmittance in the 400 nm to 2500 nm is 10% or less. Yes.
また、平均透過率に対する偏差も少なく透過率曲線がフラットであり、400nm〜2500nm域における最大偏差が7%以下、400〜700nm域での最大偏差が2%以下となっている。なお、透過率偏差の平均値(平均偏差)は、400nm〜2500nm域において3.5%以下、400〜700nm域において0.6%以下である。 Further, the deviation with respect to the average transmittance is small and the transmittance curve is flat. The maximum deviation in the 400 nm to 2500 nm region is 7% or less, and the maximum deviation in the 400 to 700 nm region is 2% or less. In addition, the average value (average deviation) of the transmittance deviation is 3.5% or less in the 400 nm to 2500 nm region and 0.6% or less in the 400 to 700 nm region.
Claims (6)
SiO2を35〜70%、
Al2O3を0〜8.0%、
B2O3を15〜35%、
Na2O、K2O、Li2Oから選択される成分を全体で3〜10%、
CaO、Y2O3から選択される成分を全体で6〜20%、及び、
Sb2O3を0〜1%、を含有して構成され、
厚さ2.0mmの部材で評価して、波長400nm〜2500nmについて全光線平均透過率が5〜50%であり、
前記全光線平均透過率に対する透過率偏差の平均値が、400nm〜2500nmの波長領域において4.0%以下であることを特徴とする光拡散ガラス部材。 It has a crystalline phase in the glass and is expressed as a percentage by weight in terms of oxide.
The SiO 2 35~70%,
Al 2 O 3 and 0 to 8.0%,
B 2 O 3 15-35%,
3 to 10% in total of components selected from Na 2 O, K 2 O, Li 2 O,
6 to 20% in total of components selected from CaO and Y 2 O 3 , and
Comprising 0 to 1% of Sb 2 O 3 ,
When evaluated with a member having a thickness of 2.0 mm, the total light average transmittance is 5 to 50% for wavelengths of 400 nm to 2500 nm,
The light diffusion glass member, wherein an average value of a transmittance deviation with respect to the total light average transmittance is 4.0% or less in a wavelength region of 400 nm to 2500 nm.
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