JP2013533190A - 貼り付けられる成形ガラス物品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

貼り付けられる成形ガラス物品は、平面／曲面を有するガラス物品を含む。平面／平面を有するガラス体は、曲面／曲面を有するガラス体に再成形される。曲面／曲面の一方の曲面が平坦化されて、平面／曲面を有するガラス物品が形成される。

Description

関連出願の説明

本出願は、２０１０年５月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／３４５３３０号の優先権の恩恵を米国法典第３５編第１１９条（ｅ）項の下で主張するものである。

本発明は、平面に貼り付けられるガラス物品、および貼り付けられる成形ガラス物品の製造方法に関する。

図１は、携帯式電子装置に見られるような、平らなディスプレイスクリーンのカバーとして使用するための成形ガラスカバー１を示している。ガラスカバー１は、平らなガラス板を三次元形状に再成形することによって製造される。ガラスカバー１は、外側凸面３および内側凹面５を有する。特にそのような装置がタッチスクリーンを備えている場合、ガラスカバー１を平らなディスプレイスクリーン装置に組み込むことは難題である。タッチスクリーンは、典型的に、回路を閉じ、タッチ信号を伝達するために、上面ガラスカバーと接触していなければならない。図１に示されるように、平らなタッチスクリーンディスプレイまたは平らなディスプレイスクリーン９にガラスカバー１を取り付けると、ガラスカバー１の内側凹面５と、平らなタッチスクリーンディスプレイまたは平らなディスプレイスクリーンとの間に大きな空洞７が生じる。平らなディスプレイスクリーン（すなわち、タッチスクリーンを含まない）のみについて、空洞７は、ガラスカバー１を通して見たときに、空気が満たされた空洞で可能なよりも、ディスプレイスクリーンの輝度と透明度をはっきりさせられる、屈折率が一致した光学的に透明な接着剤で満たすことができる。しかしながら、この特殊な接着剤は比較的高価であるので、屈折率が一致した光学的に透明な接着剤の使用を最少にすることが望ましい。また、平らなディスプレイスクリーン９上にカバーガラス１を取り付ける最中に接着剤中に気泡が形成され得る。これはディスプレイの品質に影響するであろう。平らなディスプレイスクリーン９上でのカバーガラス１の位置決めは、内側凹面の曲がりのために、正確ではないかもしれない。静電容量方式のタッチスクリーンを含むものなどの平らなタッチスクリーンディスプレイについて、ガラスカバーの内側曲面とタッチスクリーンとの間に空洞がないことがあり得る。タッチスクリーンがガラスから製造されている場合、ガラスカバーの内側曲面にタッチスクリーンを直接貼り付けることは実現可能ではないであろう。ポリマータッチスクリーン、例えば、Nisha社により製造されているものなどのＰＥＴフイルム上のタッチスクリーンは、内側曲面が、一軸のみに曲率を有する単純な曲面である場合、ガラスカバーの内側曲面に貼り付けることができる。

しかしながら、ガラス表面の内側曲面が球面またはスプライン曲面の一部である場合、その内側曲面には、ポリマータッチスクリーンの貼付けさえ可能ではないであろう。その結果、均一な厚さの湾曲したガラス片にタッチスクリーンが貼り付けられた平らなタッチスクリーンディスプレイを製造する能力は、非常に単純な二次元湾曲部への成形に限られる。一軸の単純な球面曲率についてさえ、一度タッチスクリーンが貼り付けられたら、平らなディスプレイの一体化に関する上述した難題が残ったままである。

本発明の第１の態様において、貼り付けられる成形ガラス物品は、光学的に透明な平面／曲面ガラス体を含む。

本発明の第２の態様において、貼り付けられる成形ガラス物品を製造する方法は、平面／平面ガラス体を曲面／曲面ガラス体に再成形する工程、およびその曲面／曲面ガラス体の一方の曲面を平坦化して、貼り付けられる成形ガラス物品である平面／曲面ガラス物品を形成する工程を有してなる。

本発明の第３の態様において、貼り付けられる成形ガラス物品を製造する方法は、平面／平面ガラス板を複数の曲面／曲面ガラス体を含む板に再成形する工程、曲面／曲面ガラス体の板から曲面／曲面ガラス体を取り出す工程、およびその曲面／曲面ガラス体の少なくとも１つの一方の曲面を平坦化して、貼り付けられる成形ガラス物品である平面／曲面ガラス物品を形成する工程を有してなる。

本発明の他の態様は、以下の説明および添付の特許請求の範囲から明らかになる。

以下は、添付した図面における図面の説明である。図面は必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、図面の特定の特徴および特定の視野は、明瞭さおよび簡潔さのために、縮尺または図式において誇張されて示されているかもしれない。
ディスプレイスクリーン上に取り付けられた従来技術の成形ガラスカバーの説明図 本発明の実施の形態による貼り付けられる成形ガラス物品の説明図 平らなタッチスクリーンおよびディスプレイスクリーン上に取り付けられた図２の貼り付けられる成形ガラス物品の説明図 図２に示されたような貼り付けられる成形ガラス物品をどのように製造するかを説明するプロセスの流れ 凸面／凹面ガラス体に重ねられた平面／凹面ガラス物品の説明図 凸面／凹面ガラス体に重ねられた平面／凹面ガラス物品の説明図 図４に示されたプロセスの流れの変形 曲面／曲面ガラス体の板の一片を示す説明図 図４に示されたプロセスの流れの別の変形

本開示に使用される慣例において、Ｍ面／Ｎ面ガラス板、体、または物品は、Ｍ面と、Ｍ面に対向し、かつガラス材料の厚さだけＭ面から離れているＮ面とを有し、この厚さは均一であってもなくてもよい。

本発明の１つ以上の実施の形態による貼り付けられる成形ガラス物品は、ガラス材料の厚さで隔てられた２つの対向する面を有する。対向する面の一方は曲（三次元）面であり、対向する面の他方は平（二次元）面である。貼り付けられる成形ガラス物品は、平面／曲面ガラス物品と称してもよい。貼り付けられる成形ガラス物品の曲面は、凹面または凸面、球面または非球面、および柱面または非柱面から選択してよい。非球面または非柱面は、連続したまたはマルチパッチ幾何学スプライン曲面であってよい。１つ以上の実施の形態において、曲面および平面は滑らかである。例えば、粗さが１０ｎｍＲＭＳ以下である。１つ以上の実施の形態において、貼り付けられる成形ガラス物品は、光学的に透明である、すなわち、光学的透過、透明度、または性能に悪影響を及ぼし得る欠陥または被覆を持たない。１つ以上の実施の形態において、貼り付けられる成形ガラス物品は、平らなディスプレイスクリーン用のカバーとして使用してよく、または平らなディスプレイが後ろにあるタッチスクリーンに貼り付けることもできる。

図２は、曲面１３および平面１５がガラス材料１７の厚さだけ隔てられている、本発明の１つの実施の形態による貼り付けられる成形ガラス物品１１を示している。曲面１３は凸面の連続した幾何学スプライン曲面である。図３は、平らな物体１９上に取り付けられた貼り付けられる成形ガラス物品１１を示している。１つの実施の形態において、平らな物体１９は平らなディスプレイスクリーンを表す。別の実施の形態において、平らな物体１９は平らなタッチスクリーンを表す。貼り付けられる成形ガラス物品１１の平面１５と、平らなタッチスクリーンまたは平らなディスプレイスクリーン１９との間に屈折率が一致した光学的に透明な接着剤の層２１が配置されて、貼り付けられる成形ガラス物品１１を平らなタッチスクリーンまたは平らなディスプレイスクリーンに固定している。従来技術の図１に記載された実施の形態とは異なり、平面１５は平らなタッチスクリーンまたは平らなディスプレイスクリーン上に平らに取り付けられているので、接着剤の薄層２１しか必要ない。

図４は、上述した貼り付けられる成形ガラス物品をどのように製造するかを説明するプロセスの流れである。平らな（平面／平面）ガラス板が提供される（２３）。平らなガラス板は、どのような適切なプロセス、例えば、フュージョンドローまたはフロートプロセスにより製造してもよい。フュージョンドローは、加熱溶融品質の表面を備えたガラス板を提供できるので、一般に好ましい。平らなガラス板は平らな（平面／平面）ガラス体に分割される（２５）。分割は、罫書きと割れによるものであってよい。罫書きは、レーザ源によるもの、すなわち、レーザ罫書きであってもよい。平らなガラス体の各々は、曲面／曲面ガラス体に再成形される（２７）。再成形は熱的再成形であって差し支えない。平らなガラス体を曲面／曲面ガラス体に熱的に再成形する様々な方法がある。これらの方法のある群において、平らなガラス体は、金型上に配置され、その金型と共に加熱される。次いで、平らなガラス体は金型のキャビティ内に垂れ下がる。平らなガラス体が金型内に垂れ下がるときに金型が平らなガラス体よりも実質的に冷たいように、加熱スキームは選択的であってよい。この選択加熱スキームは、２００９年６月２９日に出願された米国特許出願第１２／４９３６７４号明細書に記載されている。平らなガラス体は概して、ガラスの軟化点と徐冷点との間の温度に加熱される。金型は、平らなガラス体が金型キャビティ内に垂れ下がることにより形成された曲面／曲面ガラス体の形状を決定する輪郭を持つ面を有する。垂れ下がりは、真空により支援してもよい。熱的再成形は、加熱された平らなガラス体を、加熱された成形プランジャで加圧することによるものであってもよい。再成形後に製造される曲面／曲面ガラス体は、ガラス材料の均一な厚さだけ隔てられた２つの対向する面を有し、それらの対向する面は両方とも曲面である。ガラスに曲面を形成するために、ガラスの機械加工に勝る熱成形を使用する利点がいくつかある：（１）熱成形により、低コストかつ高いスループットで複雑な表面形状を製造できるのに対し、ガラスで複雑な湾曲を機械加工することは、非常に高く付き、サイクル時間が長く、通常は、確定的ラップ仕上げおよび研磨が必要である、（２）従来のより粗い工程から機械加工の跡を除去するための曲面の研磨は、高く付き、全曲面に亘り材料を少なくとも１０μｍだけ均一に除去する必要がある、および（３）機械加工されたガラスは常に、あるレベルの表面下の損傷を有し、これにより、強度が低下し、熱成形されたガラス片よりも損傷抵抗性が弱くなる。

熱的再成形が使用される場合、曲面／曲面ガラス体は、例えば、ガラスの徐冷点または歪み点より低い温度まで、冷却されるか、または冷まされる。次いで、曲面／曲面ガラス体に徐冷が行われる（２９）。徐冷後、不要な材料は、各曲面／曲面ガラス体の周囲から機械加工により除去される（３１）。この目的に、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）工作機械を使用してもよい。最終的なガラス物品の設計に応じて、窪み、孔、およびスロットなどの他の特徴構造を各曲面／曲面ガラス体中に機械加工してもよい。プロセスの流れは、曲面／曲面ガラス体を平坦化して、平面／曲面ガラス体を形成する工程（３３）を含む。平面／曲面ガラス体は２つの対向する面を有し、対向する面の一方は平面であり、他方は曲面である。曲面／曲面ガラス体を平坦化する工程（３３）は、曲面／曲面ガラス体の機械加工（３１）の前または後に行える。平坦化工程（３３）中、各曲面／曲面ガラス体の一方の曲面が平面に平坦化され、それによって、上述したように平面／曲面ガラス物品が形成される。平坦化は、研削、ラップ仕上げ、および研磨のどの組合せであっても差し支えない。典型的な順序は、材料を速く除去するための研削、その後、研削表面の粗さを減少させるためのラップ仕上げ、その後、所望の表面粗さ、例えば、１．５ｎｍＲＭＳ以下の表面粗さを達成するために研磨が続くものであろう。曲面／曲面ガラス体は、平坦化すべき曲面を露出する様式で、支持台、例えば、真空チャック上に取り付けてもよい。次いで、適切な平坦化機械を使用して、露出された曲面を平坦化してよい。平坦化工程（３３）を可能にするために、提供する工程（２３）における平らなガラス板の厚さは、曲面の平面への平坦化を収容するために十分で（すなわち、平面／曲面ガラス物品の最終厚さよりずっと大きく）なければならない。図５は、凹面／凸面ガラス体４３の凹面４０を平坦化することによって形成される平面／凸面ガラス物品４１を示している。平面／凸面ガラス物品４１の凸面は、連続した幾何学スプライン曲面である。平面／凸面ガラス物品４１は、比較目的のために凹面／凸面ガラス体４３に重ね合わされている。同様に、図６は、凹面／凸面ガラス体４７の凸面４４を平坦化させることにより形成される平面／凹面ガラス物品４５を示している。平面／凹面ガラス物品４５の凹面４６は、連続した幾何学スプライン曲面である。平面／凹面ガラス物品４５は、比較目的のために凹面／凸面ガラス体４７に重ね合わされている。

図４に戻ると、平坦化工程（３３）または機械加工工程（３１）後、平面／曲面ガラス物品に化学強化（３５）が行われる。１つ以上の実施の形態において、化学強化はイオン交換プロセスを含む。イオン交換について、平面／曲面ガラス物品（および暗に、提供工程（２３）におけるガラス板）は、イオン交換可能なガラスから製造されなければならない。イオン交換可能なガラスは、イオン交換プロセス中に、より大きいアルカリイオン、例えば、Ｋ⁺と交換され得る、Ｌｉ⁺および／またはＮａ⁺などのより小さいアルカリイオンを有するアルカリ含有ガラスである。適切なイオン交換可能なガラスの例が、米国特許出願第１１／８８８２１３号、同第１２／２２７５７３号、同第１２／３９２５７７号、同第１２／３９３２４１号、および同第１２／５３７３９３号、米国仮特許出願第６１／２３５７６７号および同第６１／２３５７６２号の各明細書（全てがコーニング社(Corning Incorporated)に譲渡されている ）に記載されており、その内容がここに引用される。これらのガラスは、比較的低い温度で、少なくとも３０μｍの深さまで、イオン交換され得る。イオン交換によりガラスを強化するプロセスが、例えば、米国特許第５６７４７９０号明細書（Araujo, Roger J.）に記載されている。一般に、そのプロセスは、対象のガラスを、対象のガラス中のアルカリイオンより大きいアルカリイオンを含むアルカリ塩を含有する溶融浴中に浸漬する工程を含む。対象のガラス中のより小さいアルカリイオンは、浴中のより大きいアルカリイオンと交換される。このプロセスは、典型的に、ガラスの転移温度を超えない高温範囲で行われる。イオン交換の後に、対象のガラスは浴から取り出され、その後、対象のガラスは冷却される。図４のプロセスの流れの目的について、対象のガラスは、イオン交換により化学強化されるべき各平面／曲面ガラス物品を表す。このプロセスの流れにおける最後の工程は、平面／曲面ガラス物品を欠陥について検査すること（３７）である。

図７は、図４に記載されたプロセスの流れの変形である。不要な繰返しを避けるために、できる限り、先に記載した題材を参照する。図７のプロセスの流れは、図４の提供工程（２３）におけるように、平らなガラス板の提供（４９）で始まる。次に、平らなガラス板が、曲面／曲面ガラス体の板に再成形される（５１）。図８は、曲面／曲面ガラス体の例示の板の一片であり、１枚の板６４の異なる位置で形成された複数の曲面／曲面ガラス体６２を示している。曲面／曲面ガラス体の板は、熱再成形により、例えば、平らなガラス板を加熱し、そのガラス板を、各金型キャビティが適切な輪郭を持つ面により画成された複数の金型キャビティを有する金型中に垂れ下げることによって製造しても差し支えない。曲面／曲面ガラス体の板に、図４の徐冷工程（２９）におけるように、徐冷工程（５３）が行われる。次いで、曲面／曲面ガラス体が曲面／曲面ガラス体の板から取り出される、すなわち、曲面／曲面ガラス体の板を分割または切断(dicing)することによって取り出される（５５）。曲面／曲面ガラス体の周囲は、図４の機械加工工程（３１）におけるように、不要な材料を除去するために機械加工される（５７）。この機械加工工程（５７）は、曲面／曲面ガラス体に特徴構造を形成する工程も含んでよい。曲面／曲面ガラス体は、図４の平坦化工程（３３）におけるように、平面／曲面ガラス物品に平坦化される（５９）。平坦化工程（５９）は、機械加工工程（５７）の前または後に行える。プロセスの流れは、図４の化学強化工程（３５）におけるような化学強化工程（６１）、および図４の検査工程（３７）におけるような検査工程（６３）を含む。

図９は、図４のプロセスの流れの変形である。不要な繰返しを避けるために、できる限り、先に記載した題材を参照する。図９のプロセスの流れは、図４の提供工程（２３）におけるように、平らなガラス板の提供（６５）で始まる。このプロセスは、図４の分割工程（２５）におけるような、平らなガラス板の平らなガラス体への分割（６７）へと続く。次に、各平らなガラス体の周囲は、不要な材料を除去するために機械加工される（６９）。機械加工された平らなガラス体の各々は、図４の再成形工程（２７）におけるように、曲面／曲面ガラス体を製造するために再成形される（７１）。再成形後、各曲面／曲面ガラス体に、図４の徐冷工程（２９）におけるように、徐冷が行われ（７３）、その後、図４の平坦化工程（３３）におけるように、平坦化が行われる（７５）。平坦化工程（７５）から得られた平面／曲面ガラス物品に、図４の化学強化工程（３５）におけるように、化学強化を行い（７７）、図４の検査工程（３７）におけるように、検査を行ってもよい（７９）。平坦化工程（７５）の前に、図４の機械加工工程（３１）におけるような、第２の機械加工工程（８１）を曲面／曲面ガラス体に行ってもよい。

限られた数の実施の形態を参照して、本発明を説明してきたが、この開示の恩恵を受けた当業者には、ここに開示された本発明の範囲から逸脱しない他の実施の形態が想起されることが認識されよう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみで制限されるべきである。

１ ガラスカバー
３ 外側凸面
５ 内側凹面
７ 空洞
９ ディスプレイスクリーン
１１ 成形ガラス物品
１３ 曲面
１５ 平面
１７ ガラス材料
１９ 平らな物体
４０，４６ 凹面
４１ 平面／凸面ガラス物品
４３，４７ 凹面／凸面ガラス体
４５ 平面／凹面ガラス物品
６２ 曲面／曲面ガラス体
６４ 曲面／曲面ガラス体の板

Claims (10)

1. 貼り付けられる成形ガラス物品を製造する方法であって、
   平面／平面ガラス体を曲面／曲面ガラス体に再成形する工程、および
   前記曲面／曲面ガラス体の一方の曲面を平坦化して、前記貼り付けられる成形ガラス物品である平面／曲面ガラス物品を形成する工程、
   を有してなる方法。
2. 平面／平面ガラス板を提供する工程、および
   前記平面／平面ガラス板を複数の平面／平面ガラス体に分割する工程、
   をさらに含み、
   前記再成形工程における前記平面／平面ガラス体が、前記複数の平面／平面ガラス体の内の１つであることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記平坦化工程の前に、前記曲面／曲面ガラス体を徐冷する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記平坦化工程の後に、不要な材料を除去するために、前記曲面／曲面ガラス体の周囲を機械加工する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
5. 前記平坦化工程の前に、不要な材料を除去するために、前記曲面／曲面ガラス体の周囲を機械加工する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
6. 前記平面／平面ガラス体をイオン交換可能なガラスとして提供する工程、および
   前記平坦化工程の後に、前記平面／曲面ガラス物品をイオン交換により化学強化する工程、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
7. 前記平面／平面ガラス体を曲面／曲面ガラス体に再成形する工程が、平面／平面ガラス板を複数の曲面／曲面ガラス体を含む板に再成形する工程を含み、前記方法が、前記複数の曲面／曲面ガラス体を含む板から、前記複数の曲面／曲面ガラス体を取り出す工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 光学的に透明な平面／曲面ガラス体を含む貼り付けられる成形ガラス物品。
9. 前記平面／曲面ガラス体の曲面が凸面または凹面であることを特徴とする請求項８記載の貼り付けられる成形ガラス物品。
10. 前記平面／曲面ガラス体の曲面が幾何学スプライン曲面であることを特徴とする請求項８または９記載の貼り付けられる成形ガラス物品。

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