JP2013541485A - Ｔｖカバーガラス用表面核生成ガラスセラミック - Google Patents

Abstract

テレビカバーガラス用途の表面核生成ガラスセラミック。ガラスセラミックは、リチウムアルミナシリケート組成物を含み得る。ガラスセラミックは、イオン交換されていても、あるいは化学強化されていてもよい。

Description

関連出願の相互参照

本願は、２０１０年８月３１日に出願の米国仮特許出願第６１／３７８，４２６号の米国特許法第１１９条に基づく優先権、および２０１１年８月１８日に出願の米国特許出願第１３／２１２，５８７号の米国特許法第１２０条に基づく優先権の利益を主張するものであり、これらの内容は信頼するに値し、かつその全体が参照により本明細書中に組み込まれる。

本発明の実施形態は表面核生成ガラスセラミックに関し、さらに詳しくは、例えばテレビ（ＴＶ）カバーガラスに有用な表面核生成ガラスセラミックに関する。

ガラス強化のための表面結晶化方法または表面核生成方法は、１９５０年代後半にコーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）のＳｔａｎｌｅｙ Ｄ．Ｓｔｏｏｋｅｙにより発明された。その後、表面結晶層を発展させることによってガラスを強化するという着想が広がり、学界および産業界の両方で研究が行われた。

コーニングは、さらに研究を続けた。研究の目標は、表面結晶層を発展させることによって強化され、一方で透明性は維持されるガラスであった。興味深いことに、ＴｉＯ_２を含む組成物の中に着色ガラス製品を造り出すものがあった。

リチウムアルミナシリケートなどの表面結晶化ガラスセラミックを作るときは、一般に、従来の方法でガラスを溶融し形成する。その後、熱処理を行って表面結晶化を促進する。熱処理を制御することによって、表面より下部ではガラスは初期状態を維持することができ、ガラス全体の透明性は結晶層の厚さに依存する。さらに、ガラスセラミックは完全な結晶とすることができる。冷却時、ガラスセラミック表面に圧縮応力が生じ、それにより、ときに７００ＭＰａを超える曲げ強度を有する、強度の大きいガラスセラミックが作られる。この方法にはいくつかの課題がある。例えば、高温の熱処理を必要とし、歪みを生じやすく、透明性がかなり低く、そして、方法自体の基本的理解がまだ完全ではない。

この用途で、光の散乱に影響し、かつ強度を付与することができる、ＴＶガラスカバーを有することは有利であろう。

本明細書に記載する、ＴＶカバーガラス用途の表面核生成ガラスセラミックは、次の利点の１つ以上を有し得る。表面核生成ガラスセラミックの表面結晶層は、様々なサイズの結晶、および層の厚さを成長させることによって、そのような表面からの光の散乱を調節するために、かつ／または強度の増大を調節するために利用することができる。

そのようなガラスは、ＴＶのスイッチを切ると照明となり得るＴＶカバーガラスとして使用され得る。高いガラス強度は、ＴＶカバーガラス用途において、さらなる利益となる。従来のガラス強化方法は、イオン交換プロセスを含む。表面核生成ガラスセラミックは、イオン交換によって達成されるガラス強度に近いガラス強度を提供するが、より低コストである可能性がある。必要ならば、強度をさらに高めるため、表面核生成ガラスセラミックにイオン交換を行うことができる。

一実施形態は、表面核生成部を含むガラスセラミックを含むテレビ用カバーガラスである。

本発明のさらなる特徴および利点を次の詳細な説明に記載するが、これについて、一部は、その詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは、ここに記載の詳細な説明および特許請求の範囲、並びに添付の図面に記載されているように本発明を実施することによって認識されるであろう。

前述の概要と次の詳細な説明はいずれも、本発明を単に例示するものであって、本発明の特性および特徴を特許請求の範囲に記載のように理解するための概要またはフレームワークを提供することを意図するものであることはいうまでもない。

添付の図面は、本発明のさらに深い理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は本発明の１つ以上の実施形態を示し、詳細な説明とともに、本発明の原理および操作を説明するものである。

本発明は、以下の詳細な説明のみで、または詳細な説明と添付図面から、理解することができる。

図１は、一実施形態のガラスセラミック断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。 図２は、一実施形態の表面核生成ガラスセラミック上面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。 図３は、ガラスセラミックの一例の全光線および拡散光透過率対波長を示す透過スペクトル図である。 図４は、ガラスセラミックの一例のヘイズ（拡散光または全光線透過率比）のプロットである。 図５は、ガラスセラミックの一例の角散乱のプロットである。

次に、本発明の種々の実施形態について詳細に説明するが、その一例を添付の図面に示す。

本明細書で使用されるとき、用語「平面的」は、トポグラフ的に実質平らな表面を有することとして定義され得る。

図１に示す一実施形態は、表面核生成部１２を含むガラスセラミック１０を含むテレビ用カバーガラス１００である。

一実施形態においては、表面核生成部は３０マイクロメートル〜１５０マイクロメートルの平均厚さを有する。

いくつかの実施形態においては、ガラスセラミックは２つ以上の表面核生成部を有する。

一実施形態においては、ガラスセラミックは、２つの表面核生成部を含み、１つはシートの第１の表面に位置し、他の１つは第２の表面に位置している。

一実施形態においては、ガラスセラミックは、亜鉛ドープリチウムアルミナシリケートを含む。

高い材料強度は、ＴＶカバーガラスに有利である。表面核生成ガラスセラミックはイオン交換によって達成される強度と略同等の強度を提供するが、コストは大きく低減される。必要ならば、強度をさらに高めるため、これらのガラスセラミックをイオン交換することができる。いくつかの実施形態では、ガラスセラミックはイオン交換される。

一実施形態においては、ガラスセラミックは１種以上のアルカリイオンの塩を含む塩浴中でイオン交換される。ガラスセラミックは、その機械的特性を変化させるためにイオン交換することができる。例えば、リチウムまたはナトリウムなどの小さいアルカリイオンを、ナトリウム、カリウム、ルビジウムまたはセシウムなどのより大きいアルカリイオンを１種以上含む溶融塩中でイオン交換することができる。歪み点を十分に下回る温度で十分な時間行われる場合、より大きいアルカリが塩浴からガラスセラミック表面に移行し、より小さいイオンがガラスセラミックの内部から塩浴中へ移行する拡散プロファイルを生ずるであろう。試料を取り出すと、表面が圧縮され、損傷に対する強靭性が増大する。ガラスセラミック中に既に存在している大きなアルカリも塩浴中でより小さいアルカリと交換され得る。これが歪み点に近い温度で行われ、そしてガラスが取り出され、その表面が急激に高温にまで再加熱され、急激に冷却される場合、ガラスセラミックの表面は、焼き戻しによって導入された相当の圧縮応力を示すであろう。銅、銀、タリウムなどを含む一価のカチオンが、ガラスセラミック中に既に存在しているアルカリと交換され得ること、そして、それらもまた、照明に色を導入したり、あるいは光を捕獲したりするための高屈折率の層を導入するなどの、潜在的な価値の属性を最終用途に付与することは、当業者であれば明らかであろう。

一実施形態においては、ガラスセラミックは平面的である。一実施形態においては、第１の表面および／または第２の表面は、トポグラフ的に実質平らである。他の一実施形態においては、両表面がいずれも、トポグラフ的に実質平らである。

一実施形態においては、表面核生成ガラスセラミックは、リチウムアルミナシリケート組成物を含むガラスセラミックを含み、熱処理後、冷却時にガラスセラミック表面の結晶によって圧縮応力が生じるため、高い強度を有する。一実施形態においては、組成物にフッ素、塩素、亜鉛、またはそれらの組合せがドープされている。一実施形態においては、組成物は、モルパーセントで、６０〜７０のＳｉＯ_２、１０〜２０のＡｌ_２Ｏ_３、および５〜１５のＬｉ_２Ｏを含む。組成物は、０超〜２０パーセントのＲＯ（ここで、Ｒはアルカリ土類金属である）をさらに含むことができる。一実施形態においては、ＲはＣａ、Ｍｇ、またはそれらの組合せである。一実施形態においては、組成物は、０超〜１０パーセントのＭ_２Ｏ（ここで、Ｍはアルカリ金属である）をさらに含む。一実施形態においては、ＭはＮａである。組成物の例をモルパーセントで表１に示す

熱処理の温度および長さにより、結晶化表面下ではガラスの初期状態を維持しつつ、成長した結晶層の厚さに依存する全体の透明度を制御することができる。ガラス表面で成長した結晶サイズ、およびそのような結晶層の厚さは、入射光をコントロールし、散乱させることができる。これは、テレビのスイッチを切った時に、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光を散乱させるであろう。

一実施形態に係る、表面核生成部１２を含むガラスセラミック１０を含むテレビ用カバーガラス１００の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図１に示す。

一実施形態に係る、表面核生成部１２の上面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図２に示す。

図１および図２に示した核生成部はいずれも、表１のガラスセラミック例１を８００℃で４時間熱処理した後のものであった。

ガラスセラミックは、表面核生成部から出る光の散乱を調節するために使用することができる。ＴＶカバーガラスの光散乱に影響を及ぼすために、表面核生成部内の様々なサイズの粒子を使用することができる。

一実施形態においては、ガラスセラミックの平均厚さは、３．２ミリメートル（ｍｍ）以下、例えば０．７ミリメートル〜１．８ミリメートルである。一実施形態においては、表面核生成部は、２５０マイクロメートル以下、例えば０超〜２５０マイクロメートル、例えば１０マイクロメートル〜２５０マイクロメートル、例えば１５マイクロメートル（μｍ）〜２５０マイクロメートルの平均厚さを有する。一実施形態においては、表面核生成部は、１５０マイクロメートル以下、例えば０超〜１５０マイクロメートル、例えば１０マイクロメートル〜１５０マイクロメートル、例えば１５マイクロメートル（μｍ）〜１５０マイクロメートルの平均厚さを有する。

一実施形態において、表面核生成部が２つ以上存在する場合、２５０マイクロメートル以下、例えば０超〜２５０マイクロメートル、例えば１０マイクロメートル〜２５０マイクロメートル、例えば１５マイクロメートル（μｍ）〜２５０マイクロメートルの全平均厚さを有する。一実施形態において、表面核生成部は、１５０マイクロメートル以下、例えば０超〜１５０マイクロメートル、例えば１０マイクロメートル〜１５０マイクロメートル、例えば１５マイクロメートル（μｍ）〜１５０マイクロメートルの平均厚さを有する。

一実施形態において、ガラスセラミックは、完全には結晶化していない。他の一実施形態では、ガラスセラミックは９０％以下の結晶度、例えば０パーセント超〜９０パーセントの結晶度である。非晶質のガラス層がある。いくつかの実施形態では、非晶質のガラスを挟んで２つの表面核生成部が存在する。

図３は、全平均厚さが３０μｍ（各表面核生成部の平均厚さ１５μｍ）の２つの表面核生成部を有するガラスセラミックの、全光線（ライン１４）および拡散光（ライン１６）透過率対波長を示す透過スペクトル図である。

図４は、ガラスセラミックの一例の、ライン１８で示すヘイズ（拡散光または全光線透過率比）のプロットである。

光散乱の結果を図３および図４に示す。透過率およびヘイズの結果は、高い全光線透過率であって、かつ低いヘイズであることが有利であるため、いずれもＴＶカバーガラス用途として非常に満足できるものである。フッ素および塩素を追加することにより、熱処理条件が変わり、表面の結晶成長に対する他のコントロール法が追加された。代表的なガラス組成物を表１に示す。本明細書に記載した高強度のガラスセラミックは、ＴＶカバーガラスが衝撃に耐え得るために要求される追加の要件を満たすことができる。

表面核生成ガラスセラミックは、小さい（約１マイクロメートル）散乱サイト、およびより大きい（約１０マイクロメートル）散乱サイトを含むことができる。これにより、角度に依存しない良好な散乱を提供することができる。小さなサイトは角度に殆ど依存しない散乱を与え、それにより、光を受けたＴＶカバーガラススクリーンの角度に殆ど依存しないビューを得ることが可能になる。これを図５に示すが、それは、ガラスセラミックの一例の４００ｎｍ、６００ｎｍ、８００ｎｍおよび１０００ｎｍにおける角散乱のプロットである。いくつかの実施形態のカバーガラスにおいては、ガラスセラミックは、光源、例えば１つ以上のＬＥＤ光の波長の４倍未満の核生成サイトを含む。例えば、０．５マイクロメートルの波長の光源では、核生成サイト、図２中の特徴２０は、直線長さで２マイクロメートル未満であることが好ましいであろう。

発明の精神または範囲から逸脱することなく、本発明に様々な修正および変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。したがって、この発明の修正および変更が添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内であれば、本発明がそれらを包含することを意図するものである。

Claims (5)

1. 表面核生成部を含むガラスセラミックを含むことを特徴とするテレビ用カバーガラス。
2. 前記ガラスセラミックはイオン交換されていることを特徴とする請求項１に記載のカバーガラス。
3. 前記ガラスセラミックはリチウムアルミナシリケート組成物を含むことを特徴とする請求項１に記載のカバーガラス。
4. 前記組成物は、フッ素、塩素、亜鉛、またこれらの組合せがドープされていることを特徴とする請求項３に記載のカバーガラス。
5. 前記ガラスセラミックは、照明光源の波長の４倍未満の核生成サイトを含むことを特徴とする請求項１に記載のカバーガラス。