JP2013159505A - 化学強化ガラスの製造方法及び化学強化ガラス - Google Patents
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Abstract
【課題】引張応力層の引張応力が25MPa以上である化学強化ガラスを容易に切断できる化学強化ガラスの製造方法及び化学強化ガラスを提供する。
【解決手段】切断されるべき化学強化ガラスを製造する化学強化ガラスの製造方法は、ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部であって切断されるべき部分に、無機酸化物を含む有機溶媒を焼成することで10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を形成するマスク形成工程と、該無機酸化物層が形成されたガラス基板を、該無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化を行う化学強化工程と、を備える。
【選択図】図5
【解決手段】切断されるべき化学強化ガラスを製造する化学強化ガラスの製造方法は、ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部であって切断されるべき部分に、無機酸化物を含む有機溶媒を焼成することで10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を形成するマスク形成工程と、該無機酸化物層が形成されたガラス基板を、該無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化を行う化学強化工程と、を備える。
【選択図】図5
Description
本発明は、化学強化ガラスの製造方法及び化学強化ガラス、特にフラットパネルディスプレイ装置に好適に用いられる化学強化ガラスの製造方法及び化学強化ガラスに関する。
従来よりタッチパネル機能を有するディスプレイ装置が知られている。この従来のディスプレイ装置は、タッチパネル機能を付与したガラス基板を液晶ディプレイ(LCD)上に配置し、さらにその上に化学強化ガラスをカバーガラスとして搭載することで構成されていた(図9(a))。ディスプレイ装置に使用される化学強化ガラスとしては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。
このディスプレイ装置は、図10に示すように、カバーガラス用のガラス基板(カバーガラス用基板)を所望のサイズに切断し、続いて化学強化を行い、外枠となる黒枠を形成して化学強化ガラスを製造するとともに、タッチパネル用のガラス基板(タッチパネル用基板)にタッチパネル機能を形成し、所望のサイズに切断してタッチパネル機能付ガラスを製造して、それぞれのガラス基板を貼り合わせることで製造されていた。
このディスプレイ装置用の化学強化ガラスの製造方法は、カバーガラス製造者とタッチパネル製造者とが、別々に化学強化ガラスとタッチパネル機能付ガラスを製造する必要があるため、工数が多く、異なる設備が必要となるため製造コストが嵩むという問題があった。
近年、より軽量化、薄型化するため、タッチパネル機能を化学強化ガラスに直接付与することでガラス基板を省略し、このタッチパネル機能を直接付与した化学強化ガラスを液晶ディプレイ(LCD)上に配置する、いわゆる2−in−1方式のディスプレイ装置が開発されている(図9(b))。
これまでの2−in−1方式のディスプレイ装置用の化学強化ガラスの製造は、図11に示すように、ガラス基板を化学強化し、且つ、タッチパネル機能及び黒枠を形成した後、所望のサイズにガラス基板を切断し、外形加工する方法である。
しかしながら、従来のガラス基板の製造設備に搭載されているホイールカッターでは、引張応力層の引張応力が25MPa未満の化学強化ガラスしか切断することができなかった。従って、これまでの設備を利用して製造された2−in−1方式のディスプレイ装置用の化学強化ガラスでは、引張応力層の引張応力が25MPa未満であり、十分に化学強化させることができなかった。
一方で、引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化した化学強化ガラスは、通常のホイールカッターでは切断することが困難であるため、専用のレーザー装置で切断する必要があった。専用のレーザー装置を導入すると、製造コストが増大するという問題があった。
そこで、本発明は、引張応力層の引張応力が25MPa以上である化学強化ガラスを容易に切断できる化学強化ガラスの製造方法及び化学強化ガラス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)切断されるべき化学強化ガラスを製造する化学強化ガラスの製造方法であって、
ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部であって切断されるべき部分に、無機酸化物を含む有機溶媒を焼成することで10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を形成するマスク形成工程と、
前記無機酸化物層が形成されたガラス基板を、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化を行う化学強化工程と、を備えることを特徴とする化学強化ガラスの製造方法。
(2)タッチパネル機能を有するディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法であって、
ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部に、無機酸化物を含む有機溶媒を焼成することで10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を形成するマスク形成工程と、
前記無機酸化物層が形成されたガラス基板を、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化を行う化学強化工程と、
化学強化されたガラス基板にタッチパネル機能を形成するタッチパネル機能形成工程と、
タッチパネル機能が付加されたガラス基板を前記無機酸化物層が形成されている領域で切断する切断工程と、を備えることを特徴とするディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(3)前記切断工程は、タッチパネル機能が付加されたガラス基板の前記無機酸化物層が形成されている領域に切り線を形成する切り線形成工程と、
前記切り線でガラス基板を切断する切り折り工程と、を備えることを特徴とする(2)に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(4)前記切断工程は、ホイールカッターを用いることを特徴とする(2)又は(3)に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(5)前記無機酸化物は、ガラスフリットであることを特徴とする(2)〜(4)のいずれかに記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(6)前記ガラスフリットは、フィラーを含むことを特徴とする(5)に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(7)前記フィラーの含有割合は、前記ガラスフリット100質量部に対して5質量部以上であることを特徴とする(6)に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(8)前記無機酸化物層の厚さが50μm以上であることを特徴とする(2)〜(7)のいずれかに記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(9)ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部であって切断されるべき部分に、Na2O含有ガラスと、Cu複合酸化物と、ホウ酸アルミニウムと、酸化チタンと、を含み、10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を備え、
前記無機酸化物層が形成された状態で、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化されたことを特徴とする化学強化ガラス。
(10)ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部に、無機酸化物を含み、10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を備え、
前記無機酸化物層が形成された状態で、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化されたことを特徴とする化学強化ガラス。
(11)前記無機酸化物は、ガラスフリットであることを特徴とする(10)に記載の化学強化ガラス。
(12)前記ガラスフリットは、Na2O含有ガラス又はK2O含有ガラスを含むことを特徴とする(11)に記載の化学強化ガラス。
(13)前記ガラスフリットは、さらにFe複合酸化物又はCu複合酸化物を含むことを特徴とする(11)又は(12)に記載の化学強化ガラス。
(14)前記ガラスフリットは、さらにホウ酸アルミニウムを含むことを特徴とする(11)〜(13)のいずれかに記載の化学強化ガラス。
(15)前記ガラスフリットは、さらに酸化チタンを含むことを特徴とする(11)〜(14)のいずれかに記載の化学強化ガラス。
(16)前記ガラス基板の両方の表面の同じ部分に前記無機酸化物層が形成されていることを特徴とする(10)〜(15)のいずれかに記載の化学強化ガラス。
(17)前記無機酸化物層の膜厚が50μm以上であることを特徴とする(10)〜(16)のいずれかに記載の化学強化ガラス。
また、本発明は以下の態様を提供するものである。
(18)ガラスを化学強化し、得られた化学強化ガラスを切断して化学強化ガラス製品を製造する方法であって、そのガラスの化学強化後に切断されるべき部分にガラス層またはガラスセラミックス層が焼き付けられていることを特徴とする化学強化ガラス製品の製造方法。なお、ガラスセラミックス層とはガラス粉末およびセラミックフィラーを含有するガラスフリット(以下、本発明のガラスフリットということがある。)を焼成して得られるものである。
(19)焼成されて前記ガラス層または前記ガラスセラミックス層を構成するガラスとなるべきガラス粉末が、下記酸化物基準のモル百分率表示でSiO230〜60%、B2O3を0〜40%、Li2OおよびNa2Oを合計で5〜40%、ZnOを0〜40%含有し、SiO2およびB2O3の含有量の合計が30〜70%であるガラス(以下、このガラスを本発明のガラスということがある。)の粉末である(18)の化学強化ガラス製品の製造方法。なお、たとえば「B2O3を0〜40%含有する」とは、B2O3は必須ではないが40%まで含有してもよい、の意である。
本発明のガラスの好ましい態様は以下の通りである。
SiO2は好ましくは40%以上であり、また、55%以下である。
B2O3を含有する場合、典型的には5%以上であり、また、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下、典型的には13%以下である。
SiO2およびB2O3の含有量の合計は、好ましくは40%以上、典型的には45%以上であり、また、好ましくは65%以下、典型的には60%以下である。
Li2Oは0〜40%であるが、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上、典型的には15%以上であり、また、好ましくは35%以下、より好ましくは30%以下、典型的には25%以下である。
Na2Oは0〜40%であるが、典型的には1%以上であり、また、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下、典型的には10%以下である。
Li2OおよびNa2Oの含有量の合計は、好ましくは15%以上、典型的には18%以上であり、また、好ましくは35%以下、より好ましくは30%以下、典型的には28%以下である。
ZnOを含有する場合、好ましくは10%以上、典型的には12%以上であり、また、好ましくは30%以下、典型的には23%以下である。
本発明のガラスフリットの好ましい態様は以下の通りである。
本発明のガラスフリットは通常は有機溶媒と混合してガラスペーストの形で使用される。たとえばガラスペーストをガラス板に塗布又は印刷して焼成しガラス板にガラス層またはガラスセラミックス層が焼き付けられる。
本発明のガラスフリットのガラス粉末とセラミックフィラーの質量合計を100質量部として、ガラスフリット中のガラス粉末の含有割合は60〜90質量部であることが好ましい。ガラス粉末の含有割合は典型的には20質量部以上であり、また35質量部以下である。同含有割合は典型的には65質量部以上であり、また80質量部以下である。
セラミックフィラーの含有割合は10〜40質量部であることが好ましい。同含有割合は典型的には20質量部以上であり、また35質量部以下である。
セラミックフィラーとしてはアルミナ、酸化チタンなどの粉末、無機顔料粉末、ホウ酸アルミニウム繊維状フィラーなどが例示される。ホウ酸アルミニウム繊維状フィラーは含有する場合は1〜10質量部の割合であることが好ましく、典型的には3質量部以上、また8質量部以下である。
前記ガラス層または前記ガラスセラミックス層の50〜350℃における平均線膨張係数と化学強化される前記ガラスの同平均線膨張係数の差は−20×10−7/℃〜20×10−7/℃であることが好ましく、−15×10−7/℃〜15×10−7/℃であることがより好ましい。
(20)前記ガラス層またはガラスセラミックス層の厚みが10μm以上である(18)または(19)の化学強化ガラス製品の製造方法。
(1)切断されるべき化学強化ガラスを製造する化学強化ガラスの製造方法であって、
ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部であって切断されるべき部分に、無機酸化物を含む有機溶媒を焼成することで10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を形成するマスク形成工程と、
前記無機酸化物層が形成されたガラス基板を、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化を行う化学強化工程と、を備えることを特徴とする化学強化ガラスの製造方法。
(2)タッチパネル機能を有するディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法であって、
ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部に、無機酸化物を含む有機溶媒を焼成することで10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を形成するマスク形成工程と、
前記無機酸化物層が形成されたガラス基板を、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化を行う化学強化工程と、
化学強化されたガラス基板にタッチパネル機能を形成するタッチパネル機能形成工程と、
タッチパネル機能が付加されたガラス基板を前記無機酸化物層が形成されている領域で切断する切断工程と、を備えることを特徴とするディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(3)前記切断工程は、タッチパネル機能が付加されたガラス基板の前記無機酸化物層が形成されている領域に切り線を形成する切り線形成工程と、
前記切り線でガラス基板を切断する切り折り工程と、を備えることを特徴とする(2)に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(4)前記切断工程は、ホイールカッターを用いることを特徴とする(2)又は(3)に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(5)前記無機酸化物は、ガラスフリットであることを特徴とする(2)〜(4)のいずれかに記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(6)前記ガラスフリットは、フィラーを含むことを特徴とする(5)に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(7)前記フィラーの含有割合は、前記ガラスフリット100質量部に対して5質量部以上であることを特徴とする(6)に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(8)前記無機酸化物層の厚さが50μm以上であることを特徴とする(2)〜(7)のいずれかに記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
(9)ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部であって切断されるべき部分に、Na2O含有ガラスと、Cu複合酸化物と、ホウ酸アルミニウムと、酸化チタンと、を含み、10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を備え、
前記無機酸化物層が形成された状態で、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化されたことを特徴とする化学強化ガラス。
(10)ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部に、無機酸化物を含み、10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を備え、
前記無機酸化物層が形成された状態で、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化されたことを特徴とする化学強化ガラス。
(11)前記無機酸化物は、ガラスフリットであることを特徴とする(10)に記載の化学強化ガラス。
(12)前記ガラスフリットは、Na2O含有ガラス又はK2O含有ガラスを含むことを特徴とする(11)に記載の化学強化ガラス。
(13)前記ガラスフリットは、さらにFe複合酸化物又はCu複合酸化物を含むことを特徴とする(11)又は(12)に記載の化学強化ガラス。
(14)前記ガラスフリットは、さらにホウ酸アルミニウムを含むことを特徴とする(11)〜(13)のいずれかに記載の化学強化ガラス。
(15)前記ガラスフリットは、さらに酸化チタンを含むことを特徴とする(11)〜(14)のいずれかに記載の化学強化ガラス。
(16)前記ガラス基板の両方の表面の同じ部分に前記無機酸化物層が形成されていることを特徴とする(10)〜(15)のいずれかに記載の化学強化ガラス。
(17)前記無機酸化物層の膜厚が50μm以上であることを特徴とする(10)〜(16)のいずれかに記載の化学強化ガラス。
また、本発明は以下の態様を提供するものである。
(18)ガラスを化学強化し、得られた化学強化ガラスを切断して化学強化ガラス製品を製造する方法であって、そのガラスの化学強化後に切断されるべき部分にガラス層またはガラスセラミックス層が焼き付けられていることを特徴とする化学強化ガラス製品の製造方法。なお、ガラスセラミックス層とはガラス粉末およびセラミックフィラーを含有するガラスフリット(以下、本発明のガラスフリットということがある。)を焼成して得られるものである。
(19)焼成されて前記ガラス層または前記ガラスセラミックス層を構成するガラスとなるべきガラス粉末が、下記酸化物基準のモル百分率表示でSiO230〜60%、B2O3を0〜40%、Li2OおよびNa2Oを合計で5〜40%、ZnOを0〜40%含有し、SiO2およびB2O3の含有量の合計が30〜70%であるガラス(以下、このガラスを本発明のガラスということがある。)の粉末である(18)の化学強化ガラス製品の製造方法。なお、たとえば「B2O3を0〜40%含有する」とは、B2O3は必須ではないが40%まで含有してもよい、の意である。
本発明のガラスの好ましい態様は以下の通りである。
SiO2は好ましくは40%以上であり、また、55%以下である。
B2O3を含有する場合、典型的には5%以上であり、また、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下、典型的には13%以下である。
SiO2およびB2O3の含有量の合計は、好ましくは40%以上、典型的には45%以上であり、また、好ましくは65%以下、典型的には60%以下である。
Li2Oは0〜40%であるが、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上、典型的には15%以上であり、また、好ましくは35%以下、より好ましくは30%以下、典型的には25%以下である。
Na2Oは0〜40%であるが、典型的には1%以上であり、また、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下、典型的には10%以下である。
Li2OおよびNa2Oの含有量の合計は、好ましくは15%以上、典型的には18%以上であり、また、好ましくは35%以下、より好ましくは30%以下、典型的には28%以下である。
ZnOを含有する場合、好ましくは10%以上、典型的には12%以上であり、また、好ましくは30%以下、典型的には23%以下である。
本発明のガラスフリットの好ましい態様は以下の通りである。
本発明のガラスフリットは通常は有機溶媒と混合してガラスペーストの形で使用される。たとえばガラスペーストをガラス板に塗布又は印刷して焼成しガラス板にガラス層またはガラスセラミックス層が焼き付けられる。
本発明のガラスフリットのガラス粉末とセラミックフィラーの質量合計を100質量部として、ガラスフリット中のガラス粉末の含有割合は60〜90質量部であることが好ましい。ガラス粉末の含有割合は典型的には20質量部以上であり、また35質量部以下である。同含有割合は典型的には65質量部以上であり、また80質量部以下である。
セラミックフィラーの含有割合は10〜40質量部であることが好ましい。同含有割合は典型的には20質量部以上であり、また35質量部以下である。
セラミックフィラーとしてはアルミナ、酸化チタンなどの粉末、無機顔料粉末、ホウ酸アルミニウム繊維状フィラーなどが例示される。ホウ酸アルミニウム繊維状フィラーは含有する場合は1〜10質量部の割合であることが好ましく、典型的には3質量部以上、また8質量部以下である。
前記ガラス層または前記ガラスセラミックス層の50〜350℃における平均線膨張係数と化学強化される前記ガラスの同平均線膨張係数の差は−20×10−7/℃〜20×10−7/℃であることが好ましく、−15×10−7/℃〜15×10−7/℃であることがより好ましい。
(20)前記ガラス層またはガラスセラミックス層の厚みが10μm以上である(18)または(19)の化学強化ガラス製品の製造方法。
本発明の化学強化ガラスの製造方法及び化学強化ガラスによれば、引張応力層の引張応力が25MPa以上であっても既存の製造設備を利用して切断することができるので、高強度の2−in−1方式のディスプレイ装置用の化学強化ガラスを容易に製造することができる。
以下、本発明の化学強化ガラス及び化学強化ガラスの製造方法について説明する。なお、以下の説明で、「ディスプレイ装置用化学強化ガラス」とは、1つのディスプレイ装置に使用される化学強化ガラスを意味し、単に「化学強化ガラス」と呼ぶ場合は、それぞれのディスプレイ装置用化学強化ガラスに分割される前のディスプレイ装置用化学強化ガラスが1枚のガラス板に複数形成された化学強化ガラスを意味する。
図1は、本発明の一実施形態の化学強化ガラスの平面図である。
図1に記載の化学強化ガラス10は、6つのディスプレイ装置用化学強化ガラス20が一体に形成されたものであり、図中の点線Yで切断することにより6つのディスプレイ装置用化学強化ガラス20が形成される。それぞれのディスプレイ装置用化学強化ガラス20は、一方側の面(以下、上面とも呼ぶ。)に、中央部を除く上下左右の縁部に連続して外枠として黒色セラミック層21が形成されており、黒色セラミック層21に囲まれた中央部が液晶表示領域22として機能することとなる。
図1に記載の化学強化ガラス10は、6つのディスプレイ装置用化学強化ガラス20が一体に形成されたものであり、図中の点線Yで切断することにより6つのディスプレイ装置用化学強化ガラス20が形成される。それぞれのディスプレイ装置用化学強化ガラス20は、一方側の面(以下、上面とも呼ぶ。)に、中央部を除く上下左右の縁部に連続して外枠として黒色セラミック層21が形成されており、黒色セラミック層21に囲まれた中央部が液晶表示領域22として機能することとなる。
化学強化ガラス10は、複数の液晶表示領域22(図1の実施例では6個)が、それぞれ黒色セラミック層21を介して隣り合う液晶表示領域22と区画されている。なお、図1の例では、化学強化ガラス10は、6つのディスプレイ装置用化学強化ガラス20を一体に形成したものであるが、分割されるディスプレイ装置用化学強化ガラス20の数は化学強化ガラスの大きさ及びディスプレイ装置用化学強化ガラスの大きさに応じて、任意に設定され得る。また、黒色セラミック層21の幅や形状についても、任意に設定され得る。なお、本発明では、便宜上、ガラス基板の一方側の面を上面、一方側の面と反対側の他方側の面を下面と呼ぶが、これらは、製造時及び製品の上下方向を意味するものではない。従って、黒色セラミック層21は、上面に限らず、下面に形成してもよく、さらに上面と下面の同じ部分に形成することで、両面に形成してもよい。以下の説明では、上面にのみ黒色セラミック層21を形成する場合を例に説明する。
化学強化ガラス10は、好ましくはアルミノシリケートガラスであり、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、SiO2を50〜80%、Al2O3を2〜25%、Li2Oを0〜10%、Na2Oを0〜18%、K2Oを0〜10%、MgOを0〜15%、CaOを0〜5%およびZrO2を0〜5%を含むガラス
(ii)モル%で表示した組成が、SiO2を50〜74%、Al2O3を1〜10%、Na2Oを6〜14%、K2Oを3〜11%、MgOを2〜15%、CaOを0〜6%およびZrO2を0〜5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が75%以下、Na2OおよびK2O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、SiO2を68〜80%、Al2O3を4〜10%、Na2Oを5〜15%、K2Oを0〜1%、MgOを4〜15%およびZrO2を0〜1%含有するガラス
(iv)モル%で表示した組成が、SiO2を67〜75%、Al2O3を0〜4%、Na2Oを7〜15%、K2Oを1〜9%、MgOを6〜14%およびZrO2を0〜1.5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が71〜75%、Na2OおよびK2O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
(i)モル%で表示した組成で、SiO2を50〜80%、Al2O3を2〜25%、Li2Oを0〜10%、Na2Oを0〜18%、K2Oを0〜10%、MgOを0〜15%、CaOを0〜5%およびZrO2を0〜5%を含むガラス
(ii)モル%で表示した組成が、SiO2を50〜74%、Al2O3を1〜10%、Na2Oを6〜14%、K2Oを3〜11%、MgOを2〜15%、CaOを0〜6%およびZrO2を0〜5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が75%以下、Na2OおよびK2O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、SiO2を68〜80%、Al2O3を4〜10%、Na2Oを5〜15%、K2Oを0〜1%、MgOを4〜15%およびZrO2を0〜1%含有するガラス
(iv)モル%で表示した組成が、SiO2を67〜75%、Al2O3を0〜4%、Na2Oを7〜15%、K2Oを1〜9%、MgOを6〜14%およびZrO2を0〜1.5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が71〜75%、Na2OおよびK2O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
また、化学強化ガラス10は、板厚が1.5mm以下、より好ましくは、0.3〜1.1mmである。
化学強化ガラス10は、ガラス基板11に黒色セラミック層21を形成した後に化学強化されることで、図2に示すように、上面には、液晶表示領域22に圧縮応力層CSが形成され、下面には、全面に圧縮応力層CSが形成される。上面の表面に形成される圧縮応力層CSと下面の表面に形成される圧縮応力層CSとの間には、引張応力層CTが形成され、液晶表示領域22の引張応力層CTの引張応力が25MPa以上となるように化学強化が施されている。液晶表示領域22の引張応力層CTの引張応力は、40MPa以上が好ましく、50〜60MPaがさらに好ましい。また、液晶表示領域22の表面の圧縮応力層CSの圧縮応力が600MPa以上で、その際の圧縮応力層の深さ(DOL)が、15μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがさらに好ましい。なお、ガラス基板11は、フロート法、ダウンドロー法等、任意の成形方法で製造され得る。
図3は、上面に黒色セラミック層が形成された化学強化ガラスにおける、黒色セラミック層を通る部分(図中、線X)の蛍光X線強度分析の結果を示す図である。
図3から、黒色セラミック層が形成されていない下面は、表面(0μm)から約25μmの領域に、Naに対しKが多く存在し、化学強化によりNaがKに置換されていることが確認できる。これに対し、黒色セラミック層が形成された上面は、深さによらずKに対しNaが多く存在し、黒色セラミック層を形成した部分については、NaがKに置換されておらずほとんど化学強化されていないことが確認できる。
図3から、黒色セラミック層が形成されていない下面は、表面(0μm)から約25μmの領域に、Naに対しKが多く存在し、化学強化によりNaがKに置換されていることが確認できる。これに対し、黒色セラミック層が形成された上面は、深さによらずKに対しNaが多く存在し、黒色セラミック層を形成した部分については、NaがKに置換されておらずほとんど化学強化されていないことが確認できる。
本発明の化学強化ガラス10は、ガラス基板11の少なくとも一方の表面の一部に、無機酸化物を含み、10μmより大きな膜厚を有するマスクが形成されており、マスクが形成された部分のガラス面が化学強化されずに存在していることを特徴とするものである。
本実施形態では、マスクとして黒色セラミック層21を形成したものであるが、マスクとしては、黒色セラミック層に限らず、ガラスフリット等の無機酸化物を含む無機酸化物層を用いることができる。無機酸化物層は、ガラス面の一部を化学強化させずに存在させるためのものであり、言い換えると、無機酸化物層は、ガラス面の一部を化学強化させずに存在させることができる限り、任意の無機酸化物を含むことができる。無機酸化物に好適に含まれるガラスフリットは、Na2O含有ガラス又はK2O含有ガラス等のガラス粉末を含むことが好ましく、さらにガラス粉末に加えて、ホウ酸アルミニウム、酸化チタン、Fe複合酸化物又はCu複合酸化物を含むことが好ましい。これらのガラスフリット等は、有機溶媒に混和してガラスペーストとした状態でガラス面に塗布又は印刷され、焼成されることが好ましい。
本実施形態でマスクとして例示された黒色セラミック層21は、黒色または暗色のセラミック製の皮膜であり、化学強化に対するマスクとして機能するほか、可視光を遮ることで外観の審美性を向上させる外枠としての機能を果たしている。なお、黒色セラミック層21は、後工程で形成してもよい。即ち、ガラス面の一部を化学強化されない状態で存在させるために、マスクとしての無機酸化物層をガラス面の一部に形成し、後に外枠としての黒色セラミック層を形成してもよい。
続いて、化学強化ガラス10及びディスプレイ装置用化学強化ガラス20の製造方法について図4及び図5を参照しながら説明する。
先ず、図4(a)及び図5(a)に示すように、ガラス基板11の上面に、液晶表示領域22を囲うように液晶表示領域22以外の外枠とする部分にマスクとして無機酸化物を含む有機溶媒を塗布又は印刷し、焼成することで黒色セラミック層21を形成する(マスク形成工程)。
先ず、図4(a)及び図5(a)に示すように、ガラス基板11の上面に、液晶表示領域22を囲うように液晶表示領域22以外の外枠とする部分にマスクとして無機酸化物を含む有機溶媒を塗布又は印刷し、焼成することで黒色セラミック層21を形成する(マスク形成工程)。
続いて、図4(b)及び図5(b)に示すように、上面にマスクとしての黒色セラミック層21が形成されたガラス基板に化学強化処理を行う(化学強化工程)。化学強化処理は、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン(典型的にはLiイオン、Naイオン)をイオン半径のより大きなアルカリイオン(典型的にはKイオンに交換する)に交換することで、ガラス表面に圧縮応力層を、ガラス内部に引張応力層を形成する処理である。例えば、425〜465℃の硝酸カリウム(KNO3)溶融塩に2〜4hr浸漬させることで化学強化を行う。これにより、マスクが形成された部分のみ化学強化されないガラス基板が形成される。
続いて、図4(c)及び図5(c)に示すように、化学強化されたガラス基板の液晶表示領域22にタッチパネル機能を形成する(タッチパネル機能形成工程)。
続いて、図4(d)及び図5(d−1)、(d−2)に示すように、タッチパネル機能が付加されたガラス基板(化学強化ガラス10)のマスクが形成されている領域で切断装置を用いて、複数のディスプレイ装置用化学強化ガラス20に切断する(切断工程)。この際、切断装置の種類は、特に限定されるものではないが、上述したようにマスクにより切断する部分のガラス基板が化学強化されていないことで、化学強化ガラスの引張応力層の引張応力が25MPa以上であっても、従来の製造設備に典型的に搭載されているホイールカッターで切断することができる。切断工程は、タッチパネル機能が付加されたガラス基板のマスク上に切り線を形成し(切り線形成工程)、切り線でガラス基板を切断する(切り折り工程)ことが好ましい。
これにより、図4(e)及び図5(e)に示すように、化学強化ガラス10が、複数のディスプレイ装置用化学強化ガラス20に切断され、必要に応じて外形加工が施される。
以下、本発明の実施例について説明する。
先ず、表1に示す組成及び特性を有する2種類のガラスA、Bを用意した。ガラスAのモル百分率表示組成は、SiO2:46.7%、B2O3:8.2%、ZnO:17.2%、Li2O:20.0%、Na2O:4.0%、Bi2O3:1.0%、TiO2:2.5%、CeO2:0.4%、ガラスBの同表示組成は、SiO2:28.6%、B2O3:46.1%、ZnO:7.8%、Al2O3:4.9%、Bi2O3:6.6%、TiO2:5.4%、CeO2:0.6%、である。
先ず、表1に示す組成及び特性を有する2種類のガラスA、Bを用意した。ガラスAのモル百分率表示組成は、SiO2:46.7%、B2O3:8.2%、ZnO:17.2%、Li2O:20.0%、Na2O:4.0%、Bi2O3:1.0%、TiO2:2.5%、CeO2:0.4%、ガラスBの同表示組成は、SiO2:28.6%、B2O3:46.1%、ZnO:7.8%、Al2O3:4.9%、Bi2O3:6.6%、TiO2:5.4%、CeO2:0.6%、である。
続いて、2種類のガラスA,Bを用いて表2に示す構成を有する2種類のガラスフリットA、Bを用意した。なお、ガラスフリットA、Bは有機溶媒で混和してガラスペーストA、Bとした。これらのガラスペーストA、Bを焼成して得られた焼成体の50〜350℃における平均線膨張係数はそれぞれ87×10−7/℃、85×10−7/℃であった。
続いて、50×50mmで厚み0.7mmのガラス基板(Dragontrail(旭硝子株式会社製、50〜350℃における平均線膨張係数は98×10−7/℃)上に、ガラスペーストA、Bを#325のスクリーン版を用いて幅1mmのラインを2本印刷した後、120℃×10分乾燥し、in−out/15分すなわちガラス基板が焼成炉に入ってから出てくるまでの時間が15分、ピーク温度580℃、キープ時間5分の条件でリンドバーグ社製ベルト焼成炉にて焼成した。得られた基板を、100%KNO3溶融塩を用いて435℃、4hrの条件で化学強化を実施した。化学強化後の引張応力層の引張応力は56MPaであった。
ガラスペーストAを印刷したガラス基板を基板A、ガラスペーストBを印刷したガラス基板を基板B、ガラスペーストAもガラスペーストBも印刷しなかったガラス基板を基板Cとすると、基板A、B、Cは、表3に示す構成であった。得られた基板A、Bのライン状に形成されたフリット焼結部と、基板Cの表面にホイールカッターでクラックを入れ、その後曲げて基板が切断できるかどうかを確認した。
その結果、基板Aは問題なく切断することができた。基板B、基板Cはうまく切断できず、基板が粉々に割れてしまった。
図6(a)は、基板Aの写真を示す図であり、図6(b)は図6(a)の基板Aにホイールカッターを用いてフリット焼結部で切断した写真を示す図である。このように、本実施例によれば、引張応力が56MPaとなるように化学強化した化学強化ガラスであっても、フリット焼結部が形成された部分のガラス面は化学強化がされずに残るため、フリット焼結部にホイールカッターを当てても化学強化ガラスが破損することなく、所望の位置で化学強化ガラスを切断することができた。
一方、図7(a)は、基板Bの写真を示す図であり、図7(b)は図7(a)の基板Bにホイールカッターを用いてフリット焼結部で切断した写真を示す図である。基板Bでは、基板Aと同様にホイールカッターを用いて切断しても、化学強化ガラスが粉々に割れてしまい、実際に所望の形状に切断することはできなかった。これは、基板Bに形成されたガラスペーストBの膜厚が10μm以下であり、基板Aに形成されたガラスペーストAの膜厚よりも薄いためと考えられる。
一方、図8(a)は、基板Cの写真を示す図であり、図8(b)は図8(a)の基板Cにホイールカッターを用いて切断した写真を示す図である。このように、基板Cでは、ホイールカッターを用いて切断しても、化学強化ガラスが粉々に割れてしまい、実際に所望の形状に切断することはできなかった。
以上説明したように、本実施形態によれば、ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部に、無機酸化物を含む有機溶媒を焼成し、10μmより大きな膜厚を有するマスク(無機酸化物層)を形成することで、マスクが形成された部分のガラス面を化学強化されない状態で存在させることができる。そして、マスクが形成された状態で、引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化した高強度の化学強化ガラスであっても、マスクが形成されている領域であればホイールカッターを備える既存の製造設備を利用してガラス基板を切断することができる。また、引張応力層の引張応力が25MPa以上となる高強度の2−in−1方式のディスプレイ装置用の化学強化ガラスを容易に製造することができる。
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 化学強化ガラス
20 ディスプレイ装置用化学強化ガラス
21 黒色セラミック層(無機酸化物層)
22 液晶表示領域
20 ディスプレイ装置用化学強化ガラス
21 黒色セラミック層(無機酸化物層)
22 液晶表示領域
Claims (17)
- 切断されるべき化学強化ガラスを製造する化学強化ガラスの製造方法であって、
ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部であって切断されるべき部分に、無機酸化物を含む有機溶媒を焼成することで10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を形成するマスク形成工程と、
前記無機酸化物層が形成されたガラス基板を、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化を行う化学強化工程と、を備えることを特徴とする化学強化ガラスの製造方法。 - タッチパネル機能を有するディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法であって、
ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部に、無機酸化物を含む有機溶媒を焼成することで10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を形成するマスク形成工程と、
前記無機酸化物層が形成されたガラス基板を、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化を行う化学強化工程と、
化学強化されたガラス基板にタッチパネル機能を形成するタッチパネル機能形成工程と、
タッチパネル機能が付加されたガラス基板を前記無機酸化物層が形成されている領域で切断する切断工程と、を備えることを特徴とするディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。 - 前記切断工程は、タッチパネル機能が付加されたガラス基板の前記無機酸化物層が形成されている領域に切り線を形成する切り線形成工程と、
前記切り線でガラス基板を切断する切り折り工程と、を備えることを特徴とする請求項2に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。 - 前記切断工程は、ホイールカッターを用いることを特徴とする請求項2又は3に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
- 前記無機酸化物は、ガラスフリットであることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
- 前記ガラスフリットは、フィラーを含むことを特徴とする請求項5に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
- 前記フィラーの含有割合は、前記ガラスフリット100質量部に対して5質量部以上であることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
- 前記無機酸化物層の厚さが50μm以上であることを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラスの製造方法。
- ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部であって切断されるべき部分に、Na2O含有ガラスと、Cu複合酸化物と、ホウ酸アルミニウムと、酸化チタンと、を含み、10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を備え、
前記無機酸化物層が形成された状態で、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化されたことを特徴とする化学強化ガラス。 - ガラス基板の少なくとも一方の表面の一部に、無機酸化物を含み、10μmより大きな膜厚を有する無機酸化物層を備え、
前記無機酸化物層が形成された状態で、前記無機酸化物層が形成されていない領域の引張応力層の引張応力が25MPa以上となるように化学強化されたことを特徴とする化学強化ガラス。 - 前記無機酸化物は、ガラスフリットであることを特徴とする請求項10に記載の化学強化ガラス。
- 前記ガラスフリットは、Na2O含有ガラス又はK2O含有ガラスを含むことを特徴とする請求項11に記載の化学強化ガラス。
- 前記ガラスフリットは、さらにFe複合酸化物又はCu複合酸化物を含むことを特徴とする請求項11又は12に記載の化学強化ガラス。
- 前記ガラスフリットは、さらにホウ酸アルミニウムを含むことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の化学強化ガラス。
- 前記ガラスフリットは、さらに酸化チタンを含むことを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の化学強化ガラス。
- 前記ガラス基板の両方の表面の同じ部分に前記無機酸化物層が形成されていることを特徴とする請求項10〜15のいずれか1項に記載の化学強化ガラス。
- 前記無機酸化物層の膜厚が50μm以上であることを特徴とする請求項10〜16のいずれか1項に記載の化学強化ガラス。
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