JP2015180595A - ガラス板 - Google Patents

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Abstract

【課題】高強度と視域制御機能を両立し得るガラス板を創案することにより、３Ｄディスプレイの高精細化、高輝度化、低消費電力化に寄与すること。【解決手段】本発明のガラス板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２４０〜５６％、Ａｌ２Ｏ３２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３０〜６％、アルカリ金属酸化物 １０〜２５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１％、Ｎａ２Ｏ １０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜８％、アルカリ土類金属酸化物 ０．１〜１５％、ＭｇＯ ０．１〜１０％、ＣａＯ ０〜８％を含有することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス板に関し、具体的には３Ｄディスプレイの視域制御部材に好適なガラス板に関する。
近年、３Ｄディスプレイの開発が益々盛んになっており、メガネの着用を必須とする３Ｄディスプレイが徐々に市場に出始めている。眼鏡着用方式として、シャッター方式、偏光方式等が存在し、この方式は、どこから見ても３Ｄ映像を視聴できるメリットがあるが、テレビを視聴する際に必ず眼鏡を着用しなければならないデメリットもある。
眼鏡の着用が不要な３Ｄディスプレイの表示方式には、パララックスバリア方式、レンズを用いた方式が提案されている。パララックスバリア方式は、ディスプレイの画素を適切な間隔に設定されたストライプ状のバリアで覆うことによって、両眼視差を作り出す方式である。最近ではバリアが液晶であり、２Ｄと３Ｄの切り替えが可能なものがあるが、少なからずディスプレイの一部を何らかのバリアで隠す必要があるために、ディスプレイの輝度が低下するデメリットがある。
一方、レンズを使用する方式は、基本的な原理がパララックスバリア方式に類似しているが、バリアの代わりに、プラスチックフィルムレンズを使用して、両眼視差を作り出す点で相違している。この方式は、画面を遮るものがないために、ディスプレイの輝度を維持し易いメリットがある。
特開２００６−２１５０６３号公報
近年、３Ｄディスプレイが携帯電話に搭載されつつある。しかし、上記のプラスチックフィルムレンズを使用する場合、タッチパネル機能付きのデバイスでは、常にプラスチックフィルムレンズの表面が指等でなぞられるため、傷が付き易く、その傷によって光の進行方向に変化が生じて、正確な立体イメージが得られない問題がある。
また、立体イメージの運動視差を改善するために、多眼方式を採用し、且つ高精細な立体映像を実現する場合、Ｆｕｌｌ−ＨＤを超える非常に高解像度のディスプレイが要求される。光の進行方向を厳密に制御するため、プラスチックレンズには高精度な寸法安定性が求められる。また、ディスプレイの高解像度化に伴い、輝度が低下し易くなるため、プラスチックレンズには高透過率であることも求められる。しかしプラスチックではこれらを両立することが困難であり、結果として、プラスチックフィルムレンズを用いると、高精細化、高輝度化、低消費電力化の両立が困難になる。
これらの問題を解決するために、本発明者は、ガラス板を用いる方法を着想した。つまり、本発明者は、ガラス板の表面にμｍオーダーの凹凸部（レンズ部）を形成した後、強化処理（物理強化又は化学強化）を行う方法を着想した。しかし、物理強化は、強化可能な板厚に制限があるため、本用途のガラス板に適用困難である。一方、化学強化の場合でも、圧縮応力層が浅いと、μｍオーダーの凹凸部（レンズ部）と屈折率の異なる層が混在し易くなり、複雑な光設計が必要になり、また圧縮応力層のコントロールがシビアになる。よって、本用途にガラス板を用いる場合、高強度と視域制御機能を両立することが困難である。
そこで、本発明は、高強度と視域制御機能を両立し得るガラス板を創案することを技術的課題とする。
本発明者は、種々の検討を行った結果、表面に圧縮応力層を形成し、ガラス板の各成分の含有量を規制することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明のガラス板は、表面に圧縮応力層を有し、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ４０〜５６％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの一種又は二種以上） １０〜２５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１％、Ｎａ２Ｏ １０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜８％、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの一種又は二種以上） ０．１〜１５％、ＭｇＯ ０．１〜１０％、ＣａＯ ０〜８％を含有することを特徴とする。
上記のようにガラス組成範囲を規制すれば、適正な圧縮応力層を形成し易くなるため、高強度と視域制御機能を両立し易くなる。
なお、本発明のガラス板は、温度や湿度等により、体積変化が生じ難く、レンズ性能を維持し易い特徴もある。なお、プラスチックフィルムレンズは、温度や湿度等により、僅かな体積変化を生じ易いため、所望のレンズ性能を維持し難い。
本発明のガラス板は、少なくとも片面に凹凸部（レンズ部）を有し、且つ二次元ディスプレイの一部又は全部を覆う視域制御部材に用いることが好ましい。本発明のガラス板は、凹凸部（レンズ部）のＲｓｍが１０〜５００μｍであることが好ましい。このようにすれば、視域制御機能を発揮し易くなる
本発明のガラス板は、φ１．４ｍｍ、＃２００の電動ドリルを用いて、送り速度１０ｍｍ/分、１回の送り量０．０１５ｍｍで加工したとき、発生するチッピングの大きさが５００μｍ未満であることが好ましい。このようにすれば、ガラス板を種々の形状に加工し易くなり、特にガラス板の表面に凹凸部（レンズ部）を形成し易くなると共に、機械的強度を維持し易くなる。また、このようにすれば、加工速度の高速化が可能になり、ガラス板の製造効率が向上する。ここで、「チッピングの大きさ」は、加工機（例えば、ＮＣ加工機 ：マキノフライスＭＳＡ３０）を使用して、上記条件でガラス板に形成した穴について、半径方向に測長を行った際、円周囲に観察される欠損部の最大長を指す。
本発明のガラス板は、板厚１ｍｍ、波長４００〜７００ｎｍにおける全光透過率が８９％以上であることが好ましい。このようにすれば、二次元ディスプレイからの光をロスなく表示することが可能になる。ここで、「全光透過率」は、分光光度計（例えば、東芝製ＵＶ２５００ＰＣ）で測定した値を指し、例えば、積分球を使用して、スキャン速度：低速、スリット幅：５．０ｎｍ、測定波長レンジ：４００〜７００ｎｍ、サンプリングピッチ：１ｎｍとして、レンズ面をディテクタ側に向けて測定した中で最も低い透過率で表される。
本発明のガラス板は、表面に圧縮応力層を有する。本発明のガラス板は、圧縮応力層の圧縮応力値が１００ＭＰａ以上であることが好ましい。本発明のガラス板は、圧縮応力層の深さが５０μｍ以上であることが好ましい。このようにすれば、ガラス板の機械的強度が向上すると共に、凹凸部（レンズ部）に屈折率の異なる層が存在し難くなり、レンズ設計が容易になる。ここで、「圧縮応力層の圧縮応力値」、「圧縮応力層の深さ」は、表面応力計（例えば、株式会社東芝製ＦＳＭ−６０００）を用いて、ガラス板を観察した際に、干渉縞の本数とその間隔から算出される値を指す。
本発明のガラス板は、液相温度が１２００℃以下であることが好ましい。ここで、「液相温度」は、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れて、温度勾配炉中に２４時間保持した後に、結晶が析出する温度を指す。
本発明のガラス板は、液相粘度ｌｏｇ１０ηが４．０ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。ここで、「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法等で測定した値を指す。なお、液相温度が低い程、或いは液相粘度が高い程、耐失透性が向上し、ガラス板を成形し易くなる。
ガラス板の表面に対して、φ１．４ｍｍ、＃２００の電動ドリルを用いて、送り速度１０ｍｍ/ｍｉｎ、１回の送り量０．０１５ｍｍで穴を形成した後、半径方向に測長を行った際、円周囲に観察される欠損部の最大長を示す写真である。 ［実施例１］の試料Ｎｏ．１０のガラス板に対して、凹凸部（レンズ部）を形成した後の表面粗さの測定結果を示すチャートである。
本発明のガラス板において、上記範囲にガラス組成を限定した理由を以下に説明する。なお、ガラス組成に関する説明において、％表示は質量％を指す。
ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、その含有量は４０〜５６％であり、好適な下限範囲は４５％以上、４８％以上、５０％以上、５２％以上、特に５５％以上である。ＳｉＯ２の含有量が多過ぎると、溶融性や成形性が低下し、また熱膨張係数が低くなり過ぎて、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、チッピングが発生し易くなるため、研磨加工等により凹凸部（レンズ部）を形成する場合に、表面上に無数の欠陥が生じ易くなると共に、これらの欠陥によりガラス板の機械的強度が低下するおそれがある。また、ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、ガラス化が困難になり、また熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなる。
Ａｌ２Ｏ３は、イオン交換性能を高める成分であり、また歪点、ヤング率を高める成分であり、その含有量は２１〜３０％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、失透結晶が析出し易くなって、オーバーフローダウンドロー法等による成形が困難になり、また熱膨張係数が低くなり過ぎて、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなり、更には高温粘性が高くなって、溶融が困難になる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、イオン交換性能を十分に発揮できないおそれが生じる。上記観点から、Ａｌ２Ｏ３の好適な上限範囲は２５％以下である。
アルカリ金属酸化物は、イオン交換成分であると共に、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分であり、その含有量は１０〜２５％である。アルカリ金属酸化物の含有量が多過ぎると、ガラスが失透し易くなることに加えて、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなる。また、アルカリ金属酸化物の含有量が多過ぎると、歪点が低下し過ぎて、高い圧縮応力値が得られない場合がある。さらに、アルカリ金属酸化物の含有量が多過ぎると、液相温度付近の粘性が低下して、高い液相粘度を確保し難くなる場合がある。よって、アルカリ金属酸化物の含有量は２２％以下、２０％以下、特に１９％以下が好ましい。一方、アルカリ金属酸化物の含有量が少な過ぎると、イオン交換性能や溶融性が低下する場合がある。よって、アルカリ金属酸化物の含有量は１０％以上であり、１３％以上、特に１５％以上が好ましい。
Ｌｉ２Ｏは、イオン交換成分であると共に、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、Ｌｉ２Ｏは、ヤング率を高める成分である。さらに、Ｌｉ２Ｏは、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力値を高める効果が大きい。しかし、Ｌｉ２Ｏの含有量が多過ぎると、液相粘度が低下して、ガラスが失透し易くなり、また熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなり、更には低温粘性が低下し過ぎて、応力緩和が生じて、逆に圧縮応力値が低下する場合がある。よって、Ｌｉ２Ｏの含有量は０〜１％であり、０〜０．５％が好ましく、実質的に含有しないこと、つまり０．０１％未満が最も好ましい。
Ｎａ２Ｏの含有量は１０〜２０％が好ましい。Ｎａ２Ｏは、イオン交換成分であると共に、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、Ｎａ２Ｏは、耐失透性を高める成分である。Ｎａ２Ｏの好適な上限範囲は１９％以下、１７％以下、１５％以下、１３％以下、特に１２％以下である。Ｎａ２Ｏの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなり、また歪点が不当に低下し、更にはガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に耐失透性が低下するおそれがある。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が少な過ぎると、イオン交換性能や溶融性が低下したり、熱膨張係数が不当に低下するおそれがある。
Ｋ２Ｏは、イオン交換を促進する成分であり、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力層を深くする成分である。また、Ｋ２Ｏは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。さらに、Ｋ２Ｏは、耐失透性を高める成分である。Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなり、また歪点が不当に低下し、更にはガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に耐失透性が低下するおそれがある。上記観点から、Ｋ２Ｏの含有量は０〜８％であり、Ｋ２Ｏの好適な上限範囲は６％以下であり、好適な下限範囲は０．１％以上、０．５％以上、１％以上、２％以上、３％以上、４％以上、特に４．５％以上である。
質量比（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３は０．５〜４、０．８〜１．６、０．９〜１．６、１〜１．６、特に１．２〜１．６が好ましい。この値が大きくなると、低温粘性が低下し過ぎて、イオン交換性能が低下したり、ヤング率が低下したり、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなる。また、この値が大きくなると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、ガラスが失透し易くなる。一方、この値が小さくなると、溶融性や失透性が低下し易くなる。
質量比Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏは０〜２が好ましい。この質量比率は、圧縮応力層の圧縮応力値と深さに大きな影響を及ぼす。圧縮応力値を高めたい場合、この質量比率を０〜０．５、０〜０．３、特に０〜０．２に調整することが好ましい。一方、短時間で圧縮応力層を深くしたい場合には、この質量比率を０．３〜２、０．５〜２、１〜２、１．２〜２、特に１．５〜２に調整することが好ましい。なお、この質量比率が大きくなると、ガラスが失透し易くなる。
アルカリ土類金属酸化物は、種々の目的で添加可能な成分である。しかし、アルカリ土類金属酸化物の含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が不当に上昇したり、耐失透性が低下し易くなることに加えて、イオン交換性能が低下する傾向がある。また、アルカリ土類金属酸化物の含有量が多過ぎると、相対的にＳｉＯ２の含有量が減少することに起因して、チッピングが発生し易くなる。よって、アルカリ土類金属酸化物の含有量は０．１〜１５％であり、０．１〜１２％、０．１〜９、特に０．１〜６％が好ましい。
ＭｇＯの含有量は０．１〜１０％が好ましい。ＭｇＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分であり、また歪点やヤング率を高める成分である。特に、ＭｇＯは、アルカリ土類金属酸化物の中ではイオン交換性能を高める効果が大きい。しかし、ＭｇＯの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が不当に上昇したり、ガラスが失透し易くなる。よって、ＭｇＯの好適な上限範囲は８％以下、６％以下、特に５％以下であり、好適な下限範囲は０．５％以上、１％以上、１．５％以上、２％以上、２．５％以上、３％以上、特に４％以上である。
ＣａＯの含有量は０〜８％が好ましい。ＣａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分であり、また歪点やヤング率を高める成分である。特に、ＣａＯは、アルカリ土類金属酸化物の中ではイオン交換性能を高める効果が大きい。しかし、ＣａＯの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が不当に上昇したり、ガラスが失透し易くなったり、更にはイオン交換性能が低下する場合がある。よって、ＣａＯの好適な下限範囲は０．１％以上、１％以上、２％以上、３％以上、特に４％以上である。
ＳｒＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分であり、また歪点やヤング率を高める成分である。しかし、ＳｒＯの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が不当に上昇したり、ガラスが失透し易くなったり、更にはイオン交換性能が低下する傾向がある。よって、ＳｒＯの含有量は３％以下、２％以下、１．５％以下、１％以下、０．５％以下、０．２％以下、特に０．１％以下が好ましい。
ＢａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分であり、また歪点やヤング率を高める成分である。しかし、ＢａＯの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が不当に上昇したり、ガラスが失透し易くなったり、更にはイオン交換性能が低下する傾向がある。ＢａＯの含有量は３％以下、２．５％以下、２％以下、１％以下、０．８％以下、０．５％以下、０．２％以下、特に０．１％以下が好ましい。
ＳｒＯ＋ＢａＯ（ＳｒＯとＢａＯの合量）の含有量を制限することにより、イオン交換性能を効果的に高めることができる。上記の通り、ＳｒＯとＢａＯは、イオン交換反応を阻害する作用を有するため、これらの成分を多量に含むと、ガラス板の機械的強度を高める点で不利である。よって、ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は０〜３％、０〜２．５％、０〜２％、０〜１％、０〜０．２％、特に０〜０．１％が好ましい。
アルカリ土類金属酸化物の含有量をアルカリ金属酸化物の含有量で除した値が大きくなると、耐失透性が低下する傾向がある。よって、その質量比は１以下、０．８以下、０．５以下、０．４以下、特に０．３以下が好ましい。
上記成分以外にも、例えば、以下の成分をガラス組成中に添加することができる。
ＺｎＯは、イオン交換性能、特に圧縮応力値を高める成分であり、また低温粘性を低下させずに、高温粘性を低下させる成分である。しかし、ＺｎＯの含有量が多過ぎると、ガラスが分相したり、耐失透性が低下したり、密度が高くなり易い。よって、ＺｎＯの含有量は８％以下、６％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、１％以下、特に０．１％以下が好ましい。
ＺｒＯ２は、イオン交換性能を顕著に高める成分であり、またヤング率や歪点を高めると共に、高温粘性を低下させる成分である。さらに、ＺｒＯ２は、液相粘度付近の粘性を高める効果も有する。よって、ＺｒＯ２を所定量添加すると、イオン交換性能と液相粘度を同時に高めることができる。但し、ＺｒＯ２の含有量が多過ぎると、耐失透性が極端に低下する場合がある。よって、ＺｒＯ２の含有量は０〜１０％、０〜８％、０〜５％、０〜２％、０〜１％、特に０〜０．１％が好ましい。
Ｂ２Ｏ３は、液相温度、高温粘度、密度を低下させる成分であると共に、イオン交換性能、特に圧縮応力値を高める成分である。しかし、Ｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、イオン交換によって表面にヤケが発生したり、耐水性が低下したり、液相粘度が低下したり、圧縮応力層が浅くなるおそれがある。よって、Ｂ２Ｏ３の含有量は０〜６％であり、０〜４％、０〜２％、０〜１％、０〜０．８％、０〜０．５％、特に０〜０．１％が好ましい。
ＴｉＯ２は、イオン交換性能を高めると共に、高温粘度を低下させる成分である。しかし、ＴｉＯ２の含有量が多過ぎると、ガラスが着色したり、耐失透性が低下したり、密度が高くなり易い。よって、ＴｉＯ２の含有量は１０％以下、８％以下、６％以下、５％以下、４％以下、２％以下、０．７％以下、０．５％以下、０．１％以下、特に０．０１％以下が好ましい。
Ｐ２Ｏ５は、イオン交換性能、特に圧縮応力層の深くする成分である。しかし、Ｐ２Ｏ５の含有量が多過ぎると、ガラスが分相したり、耐水性、耐失透性が低下し易くなる。圧縮応力層を深くしたい場合は、下限値を０．５％以上、１％、特に２％以上、上限値を８％以下、６％以下、５％以下、特に４％以下に規制することが好ましい。また、耐酸性を高めたい場合、Ｐ２Ｏ５の含有量は８％以下、５％以下、４％以下、３％以下、特に０．０１〜２％が好ましい。
清澄剤として、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、Ｆ、ＳＯ３、Ｃｌから選択された一種又は二種以上を０．００１〜３％添加してもよい。但し、環境に対する配慮から、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３の使用を極力控えることが好ましく、その含有量はそれぞれ０．１％未満、特に０．０１％未満が好ましい。ＣｅＯ２は、ガラス板の透過率を低下させる成分である。このため、ＣｅＯ２の含有量は０．１％未満、特に０．０１％未満が好ましい。Ｆは、低温粘性の低下により、圧縮応力値を低下させるおそれがある成分である。このため、Ｆの含有量は０．１％未満、特に０．０１％未満が好ましい。上記を勘案すると、清張剤として、ＳｎＯ２、ＳＯ３、Ｃｌが好ましく、これらの成分の合量は０〜３％、０．００１〜３％、０．００１〜１％、０．０１〜０．５％、特に０．０５〜０．４％が好ましい。また、ＳｎＯ２の含有量は０〜３％、０．０１〜１％、０．０５〜０．５％、０．１％〜１％、特に０．１〜０．５％が好ましい。ＳｎＯ２の含有量が３％より多いと、耐失透性が低下し易くなる。ＳＯ３の含有量は０〜０．２％、０．０００１〜０．１％、０．０００３〜０．０８％、０．０００５〜０．０５％、特に０．００１〜０．０３％が好ましい。ＳＯ３の含有量が０．１％より多いと、溶融時にＳＯ３がリボイルして、泡品位が低下しやすくなる。Ｃｌの含有量は０〜０．５％、０．００１〜０．１％、０．００１〜０．０９％、０．００１〜０．０５％、特に０．００１〜０．０３％が好ましい。
Ｎｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３等の希土類酸化物は、ヤング率を高める成分である。しかし、希土類酸化物を添加すると、原料コストが高騰し、また多量に添加すると、耐失透性が低下し易くなる。よって、希土類酸化物の含有量は３％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．１％以下が好ましい。
ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３等の遷移金属酸化物を添加すると、ガラス板が着色して、ディスプレイの視認性が低下し易くなる。よって、遷移金属酸化物の含有量が０．５％以下、０．１％以下、特に０．０５％以下になるように、ガラス原料又はカレットの使用量を調整することが望ましい。
環境に対する配慮から、ＰｂＯ、Ｂｉ２Ｏ３の添加を極力控えることが好ましく、その含有量はそれぞれ０．１％未満が好ましい。
各成分の好適な成分範囲を適宜選択して、好適なガラス組成範囲を構築することは当然に可能である。
本発明のガラス板は、少なくとも片面に凹凸部（レンズ部）を有することが好ましく、その凹凸部（レンズ部）の谷−谷間の間隔（Ｐｓｍ、Ｒｓｍ）は１０〜５００μｍが好ましく、またレンズ半径は０．１〜２ｍｍが好ましい。なお、凹凸部（レンズ部）の形状は、二次元ディスプレイから構築する立体像(焦点深度・視野角)により設定すればよい。
本発明のガラス板は、一方の面に凹凸部（レンズ部）を有し、他方の面に凹凸部（レンズ部）を有していないことが好ましく、他方の面は未研磨面であることが好ましい。このようにすれば、ガラス板の製造効率が向上する。
本発明のガラス板において、φ１．４ｍｍ、＃２００の電動ドリルを用いて、送り速度１０ｍｍ/分、１回の送り量０．０１５ｍｍで加工したとき、発生するチッピングの大きさが５００μｍ未満、４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１５０μｍ以下、特に１００μｍ以下が好ましい。チッピングが大きくなる程、ガラス板の表面にレンズ加工を施す際に傷が発生し易くなり、更には発生した傷によってガラス板の機械的強度が低下し易くなる。なお、詳細なメカニズムは不明であるが、ガラス組成中のＳｉＯ２の含有量が多い程、発生するチッピングが小さくなる傾向がある。
本発明のガラス板は、板厚１ｍｍ、波長４００〜７００ｎｍにおける全光透過率が８９％以上、９０％以上、特に９１％以上が好ましい。板厚１ｍｍ、波長４００〜７００ｎｍにおける全光透過率が８９％未満であると、３Ｄディスプレイの輝度の低下、消費電力の上昇等を惹起するおそれがある。
本発明のガラス板は、表面に圧縮応力層を有することが好ましい。このようにすれば、ガラス板の機械的強度を高めることができる。
本発明のガラス板において、圧縮応力層の圧縮応力値は１００ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以上、特に１０００ＭＰａ以上が好ましい。圧縮応力値が大きい程、ガラス板の機械的強度が高くなる傾向がある。一方、ガラス板の表面に極端に大きな圧縮応力が形成されると、ガラス板の表面にマイクロクラックが発生し、却ってガラス板の機械的強度が低下するおそれがある。また、ガラス板の表面に極端に大きな圧縮応力が形成されると、ガラス板に内在する引っ張り応力が極端に高くなるおそれがある。このため、圧縮応力層の圧縮応力値は２５００ＭＰａ以下が好ましい。なお、圧縮応力値を大きくするには、イオン交換の時間を短くしたり、イオン交換溶液の温度を低下したり、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２の含有量を増加したり、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量を低減すればよい。
本発明のガラス板において、圧縮応力層の深さは２０μｍ以上、３０μｍ以上、４０μｍ以上、５０μｍ以上、特に６０μｍ以上が好ましい。圧縮応力層が深い程、ガラス板に深い傷がついても、ガラス板が割れ難くなる。また、圧縮応力層が深い程、屈折率の異なる層が凹凸部（レンズ部）に存在し難くなるため、凹凸部（レンズ部）が視域制御機能に影響を与える事態を防止し易くなる。一方、圧縮応力層が深過ぎると、ガラス板を切断し難くなったり、内部の引っ張り応力が極端に高くなって、ガラス板が破損するおそれがある。このため、圧縮応力層の深さは５００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、特に１５０μｍ以下が好ましい。なお、圧縮応力層を深くするには、イオン交換の時間を長くしたり、イオン交換溶液の温度を上げたり、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の含有量を増加したり、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量を低減すればよい。また、圧縮応力層の深さは、屈折率の異なる層が凹凸部（レンズ部）に存在する事態を防止するため、凹凸部（レンズ部）の最大高さ粗さＲｚより大きいことが好ましい。さらに、凹凸部（レンズ部）の最大高さ粗さＲｚは１００μｍ以下、８０μｍ以下、５０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下が好ましい。
本発明のガラス板において、密度は２．８ｇ／ｃｍ３以下、２．７ｇ／ｃｍ３以下、特に２．６ｇ／ｃｍ３以下が好ましい。密度が小さい程、３Ｄディスプレイを軽量化できる。ここで、「密度」とは、周知のアルキメデス法で測定した値を指す。なお、ガラスの密度を低下させるには、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３の含有量を増加したり、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２の含有量を低減すればよい。
本発明のガラス板において、歪点は５００℃以上、５１０℃以上、５２０℃以上、５４０℃以上、５５０℃以上、５６０℃以上、５８０℃以上、６００℃以上、６１０℃以上、特に６２０℃以上が好ましい。歪点が高いと、イオン交換時に応力緩和が生じ難くなるため、圧縮応力値を高めることが可能になる。歪点を高めるためには、アルカリ金属酸化物の含有量を低減したり、アルカリ土類金属酸化物、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｐ２Ｏ５の含有量を増加すればよい。
本発明のガラス板において、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は１６００℃以下、１５８０℃以下、１５７０℃以下、１５５０℃以下、１５２０℃以下、特に１５００℃以下が好ましい。１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、溶融温度に相当しており、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、低温でガラスを溶融することができる。よって、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、溶融窯等のガラス製造設備の負荷が小さくなる共に、ガラス板の泡品位が向上し、結果として、ガラス板の製造効率が向上する。なお、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度を低下させるには、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２の含有量を増加したり、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の含有量を低減すればよい。
本発明のガラス板において、熱膨張係数は７０×１０−７／℃〜１１０×１０−７／℃、７５×１０−７／℃〜１１０×１０−７／℃、８０×１０−７／℃〜１１０×１０−７／℃、特に８５×１０−７／℃〜１１０×１０−７／℃が好ましい。このようにすれば、金属、有機系接着剤等の部材の熱膨張係数に整合し易くなり、金属、有機系接着剤等の部材の剥離を防止し易くなる。ここで、「熱膨張係数」は、ディラトメーターで測定した値を指し、３０〜３８０℃の温度範囲における平均値を指す。なお、熱膨張係数を上昇させるには、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物の含有量を増加すればよく、逆に低下させるには、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物の含有量を低減すればよい。
本発明のガラス板において、液相温度は１２００℃以下、１１７０℃以下、１１５０℃以下、１１２０℃以下、１１００℃以下、特に１０７０℃以下が好ましい。液相温度を低下させるには、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３の含有量を増加したり、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の含有量を低減すればよい。本発明のガラス板において、液相粘度ｌｏｇ１０ηは４．０ｄＰａ・ｓ以上、４．３ｄＰａ・ｓ以上、４．５ｄＰａ・ｓ以上、５．０ｄＰａ・ｓ以上、５．４ｄＰａ・ｓ以上、５．８ｄＰａ・ｓ以上、特に６．０ｄＰａ・ｓ以上が好ましい。このようにすれば、オーバーフローダウンドロー法等でガラス板を成形し易くなる。液相粘度を上昇させるには、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの含有量を増加したり、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の含有量を低減すればよい。なお、液相温度が低い程、或いは液相粘度が高い程、耐失透性が良好であると共に、成形性が良好である。そして、液相温度が１２００℃以下、液相粘度ｌｏｇ１０ηが４．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、オーバーフローダウンドロー法、スリットダウンドロー法、ロールアウト法、フロート法により、ガラス板を成形することができる。
本発明のガラス板は、上記のガラス組成となるようにガラス原料を調合し、ガラスバッチを得た後、このガラスバッチを連続溶融炉に投入して、１５００〜１６００℃で加熱溶融し、清澄した上で、成形装置に供給して、板状に成形し、徐冷することにより製造することができる。続いて、必要に応じて、ガラス板の表面に凹凸部（レンズ部）を形成する。その後、得られたガラス板に対して、適宜、強化処理を行い、表面に圧縮応力層を形成する。更に、このガラス板を二次元ディスプレイの全部又は一部を覆うように取り付ける。
ガラス板の成形方法として、オーバーフローダウンドロー法が好ましい。ここで、「オーバーフローダウンドロー法」は、耐熱性の樋状構造物の両側から溶融ガラスを溢れさせて、溢れた溶融ガラスを樋状構造物の下端で合流させながら、下方に延伸成形してガラス板を製造する方法である。オーバーフローダウンドロー法によれば、未研磨で表面精度が良好なガラス板を製造することができる。その理由は、オーバーフローダウンドロー法の場合、ガラス板の表面になるべき面は樋状耐火物に接触せず、自由表面の状態で成形されるからである。樋状構造物の構造や材質は、所望の寸法や表面精度を確保し得る限り、特に限定されない。また、下方への延伸成形を行う方法も特に限定されない。例えば、充分に大きい幅を有する耐熱性ロールを溶融ガラスに接触させた状態で回転させて延伸する方法を採用してもよいし、複数の対になった耐熱性ロールを溶融ガラスの端面近傍のみに接触させて延伸する方法を採用してもよい。なお、研磨・エッチング等により、ガラス板の片面に凹凸部（レンズ部）を形成する場合、オーバーフローダウンドロー法でガラス板を成形すれば、表面精度が良好になるため、加工精度が向上すると共に、他方の面について研磨工程を省略できるため、ガラス板の製造コストを低廉化することができる。
オーバーフローダウンドロー法以外にも、他の成形方法、例えばスロットダウンドロー法、リドロー法、フロート法、ロールアウト法を採用することができる。
ガラス板の表面に凹凸部（レンズ部）を形成する方法として、研磨、エッチング等を採用することが可能である。
ガラス板の表面に圧縮応力層を形成する方法には、上記の通り、物理強化法と化学強化法がある。本発明のガラス板は、化学強化法で圧縮応力層が形成されてなることが好ましい。化学強化法は、ガラス板の歪点以下の温度でイオン交換によりガラス板の表面にイオン半径の大きいアルカリイオンを導入する方法である。化学強化法で圧縮応力層を形成すれば、ガラス板の板厚が小さくても、適正に強化処理を行うことが可能であり、所望の機械的強度を得ることができる。さらに、ガラス板の表面に圧縮応力層を形成した後に、ガラス板を切断した場合であっても、ガラス板が容易に破壊しない。
イオン交換の条件は、特に限定されず、ガラスの粘度特性、板厚、ガラス板内部の引っ張り応力等を考慮して決定すればよい。特に、ＫＮＯ３溶融塩中のＫイオンをガラス板中のＮａ成分とイオン交換すると、ガラス板の表面に圧縮応力層を効率良く形成することができる。例えば、４００〜５５０℃の硝酸カリウム溶液中に、Ｎａ成分を含むガラス板を１〜８時間浸漬することにより、イオン交換処理を行うことができる。
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１１）を示している。
次のようにして表１の各試料を作製した。まず、表中のガラス組成となるように、ガラス原料を調合してガラスバッチを得た後、白金ポットを用いて１５８０℃で８時間溶融した。次に、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形した。得られたガラス板について、種々の特性を評価した。
密度は、周知のアルキメデス法により測定した値である。
歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａは、ＡＳＴＭ Ｃ３３６の方法に基づいて測定した値である。
軟化点Ｔｓは、ＡＳＴＭ Ｃ３３８の方法に基づいて測定した値である。
１０４．０ｄＰａ・ｓ、１０３．０ｄＰａ・ｓ、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。
熱膨張係数は、３０〜３８０℃の温度範囲における平均値であり、ディラトメーターで測定した値である。
液相温度は、ガラス板を粉砕し、次に標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値である。
液相粘度ｌｏｇ１０ηは、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。
以下のようにして、加工性を評価した。ガラス板の表面に対して、φ１．４ｍｍ、＃２００の電動ドリルを用いて、送り速度１０ｍｍ/ｍｉｎ、１回の送り量０．０１５ｍｍで穴を形成した。加工機として、ＮＣ加工機：マキノフライスＭＳＡ３０を使用した。次に、半径方向に測長を行った際、円周囲に観察される欠損部の最大長を測定した。なお、欠損部の最大長は、図１のＡｍａｘに相当している。
表１から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１１は、密度が２．５６ｇ／ｃｍ３以下、熱膨張係数が８２×１０−７／℃〜１１０×１０−７／℃であった。また、試料Ｎｏ．１〜１１は、液相粘度ｌｏｇ１０ηが４．２ｄＰａ・ｓ以上であるため、オーバーフローダウンドロー法による成形が可能であり、しかも１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が１５８６℃以下であるため、大量のガラス板を安価に製造できるものと考えられる。なお、未強化ガラス板と強化ガラス板は、ガラス板の表層において微視的にガラス組成が異なっているものの、ガラス板全体としてガラス組成が実質的に相違していない。よって、密度、粘度等の特性値は、強化処理（イオン交換処理）の前後で実質的に相違しない。
次に、試料Ｎｏ．１〜１１の両表面に光学研磨を施した後、４４０℃のＫＮＯ３溶融塩中に６時間浸漬することにより、イオン交換処理を行った。続いて、各試料の表面を洗浄した後、表面応力計（株式会社東芝製ＦＳＭ−６０００）を用いて、観察される干渉縞の本数とその間隔から表面の圧縮応力値と深さを算出した。なお、算出に当たり、各試料の屈折率を１．５２、光学弾性定数を２８［（ｎｍ／ｃｍ）／ＭＰａ］とした。
表１から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１１は、その表面に７３９ＭＰａ以上の圧縮応力が発生しており、その厚みは２２μｍ以上であった。
[実施例１]の試料Ｎo．１０に記載のガラス組成になるように、ガラス原料を調合して、ガラスバッチを得た後、溶融装置でガラスバッチを溶融し、続いてオーバーフローダウンドロー法により、板厚１ｍｍのガラス板を成形した。次に、得られたガラス板の片面に対して凹凸加工を行った。凹凸加工は、ガラス板に形成する凹凸とは逆の形状を有する研削ローラーが配置された研磨ラインにおいて、粗研磨→研磨→ポリッシュの手順で行った。最後に、凹凸部（レンズ部）の表面形状をサーフコーダーで測定した。具体的には、Ｄｒｉｖｅ ｓｐｅｅｄ：０．２ｍｍ／ｓ、Ｍｅａｓ．Ｆｏｒｃｅ：１００μＮ、ｃｕｔ ｏｆｆ：０．８ｍｍ、ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｌｅｎｇｔｈ：４ｍｍとして、凹凸部（レンズ部）が形成されている方向と直行方向に表面形状を測定した。その結果、凹凸部（レンズ部）の表面形状は、Ｐａ：４．５μｍ、Ｐｑ：５．２μｍ、Ｐｓｍ：１６０μｍ、Ｐｋｕ：２．２、Ｒａ：４．５μｍ、Ｒｑ：５．２μｍ、Ｒｓｍ：１６０μｍであった。なお、Ｐはうねり曲線、Ｒは粗さ曲線を表している。
参考までに、凹凸部（レンズ部）の表面粗さの測定結果を図２に示す。
[実施例２]に記載の凹凸部（レンズ部）を有するガラス板に対して、［実施例１］と同様の条件でイオン交換処理を行った。次に、凹凸部（レンズ部）が形成されていない表面を用いて、ガラス板の表面応力を測定した。その結果、圧縮応力値９９５ＭＰａ、深さ８１μｍの圧縮応力層が確認された。
本発明のガラス板は、３Ｄ表示機能を有する携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、タッチパネルディスプレイに好適に使用可能である。
本発明者は、種々の検討を行った結果、表面に圧縮応力層を形成し、ガラス板の各成分の含有量を規制することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明のガラス板は、表面に圧縮応力層を有し、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ４０〜５６％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの一種又は二種以上） １０〜２５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１％、Ｎａ２Ｏ １０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜８％、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの一種又は二種以上） ０．１〜１５％、ＭｇＯ ０．１〜１０％、ＣａＯ ０〜８％、ＺｒＯ ２ ０〜２％、ＴｉＯ ２ ０〜０．７％を含有することを特徴とする。
ＺｒＯ２は、イオン交換性能を顕著に高める成分であり、またヤング率や歪点を高めると共に、高温粘性を低下させる成分である。さらに、ＺｒＯ２は、液相粘度付近の粘性を高める効果も有する。よって、ＺｒＯ２を所定量添加すると、イオン交換性能と液相粘度を同時に高めることができる。但し、ＺｒＯ２の含有量が多過ぎると、耐失透性が極端に低下する場合がある。よって、ＺｒＯ２の含有量は０〜２％であり、０〜１％、特に０〜０．１％が好ましい。
ＴｉＯ２は、イオン交換性能を高めると共に、高温粘度を低下させる成分である。しかし、ＴｉＯ２の含有量が多過ぎると、ガラスが着色したり、耐失透性が低下したり、密度が高くなり易い。よって、ＴｉＯ２の含有量は０．７％以下であり、０．５％以下、０．１％以下、特に０．０１％以下が好ましい。

Claims (10)

  1. 表面に圧縮応力層を有し、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ４０〜５６％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜８％、アルカリ金属酸化物 １０〜２５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１％、Ｎａ２Ｏ １０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜６％、アルカリ土類金属酸化物 ０．１〜１５％、ＭｇＯ ０．１〜１０％、ＣａＯ ０〜８％を含有することを特徴とするガラス板。
  2. 少なくとも片面に凹凸部を有し、且つ二次元ディスプレイの一部又は全部を覆う視域制御部材に用いることを特徴とする請求項１に記載のガラス板。
  3. 凹凸部のＲｓｍが１０〜５００μｍであることを特徴とする請求項２に記載のガラス板。
  4. 更にガラス組成中にＰ２Ｏ５を０．５質量％以上含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス板。
  5. 板厚１ｍｍ、波長４００〜７００ｎｍにおける全光透過率が８９％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス板。
  6. 表面がイオン交換処理されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガラス板。
  7. 圧縮応力層の圧縮応力値が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項６に記載のガラス板。
  8. 圧縮応力層の深さが５０μｍ以上であることを特徴とする請求項６又は７に記載のガラス板。
  9. 液相温度が１２００℃以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のガラス板。
  10. 液相粘度ｌｏｇ１０ηが４．０ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のガラス板。
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