JP2016528152A - アルカリドープおよび無アルカリホウアルミノケイ酸ガラス - Google Patents

アルカリドープおよび無アルカリホウアルミノケイ酸ガラス Download PDF

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Abstract

アルカリドープホウアルミノケイ酸ガラスが提供される。ガラスが、網目形成成分ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＡｌ２Ｏ３を含有する。ガラスが、いくつかの実施形態において、約６５ＧＰａ未満のヤング率および／または約４０×１０−７／℃未満の熱膨脹率を有してもよい。ガラスが、電子デバイスのためのカバーガラス、カラーフィルター基材、薄膜トランジスタ基材、またはガラス積層体のための外側クラッド層として使用されてもよい。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年８月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／８６６２７２号（その内容に依拠し、その全体において参照によって本明細書に組み込む）の米国法典第３５編第１１９条下の優先権の利益を請求する。
本開示は、アルカリ金属またはそれらの酸化物を含有しないガラスに関する。より詳しくは、本開示は、低レベルのアルカリ金属および／またはアルカリ金属酸化物を含有するかまたはアルカリドープおよび無アルカリであるかどちらかであり且つスロット延伸および溶融延伸技術などのダウンドロー法によって形成可能であるガラスに関する。さらにより詳しくは、本開示は、低レベルのアルカリ金属および／またはアルカリ金属酸化物を含有するかまたはアルカリドープおよび無アルカリであるかどちらかであり且つガラス積層体のためのクラッド層に形成され得るガラスに関する。
アルカリドープホウアルミノケイ酸ガラスが提供される。このガラスが、網目形成成分ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＡｌ２Ｏ３を含有する。いくつかの実施形態において、ガラスが、約６５ＧＰａ未満のヤング率および／または約２０℃〜約３００℃の温度範囲について平均された約４０×１０−７／℃未満の熱膨脹率を有してもよい。このガラスは、電子デバイスのためのカバーガラス、カラーフィルター基材、薄膜トランジスタ基材、またはガラス積層体のための外側クラッド層として使用されてもよい。
したがって、本開示の一態様は、約５０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約５モル％〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３、約１２モル％〜約３５モル％のＢ２Ｏ３、約５モル％までのＭｇＯ、約１２モル％までのＣａＯ、および約５モル％までのＳｒＯを含むガラスを提供することであり、そこでアルカリ金属酸化物改質剤の総量は約１モル％以下である。
本開示の第２の態様は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＡｌ２Ｏ３を含むガラスを提供することである。ガラス中のアルカリ金属酸化物改質剤の総量は約１モル％以下である。このガラスは、Ｐ２Ｏ５を実質的に含有せず、約６５ＧＰａ未満のヤング率、約２０℃〜約３００℃の温度範囲について平均された約４０×１０−７／℃未満の熱膨脹率、および少なくとも約１５Ｎ（ニュートン）のヌープ（Ｋｎｏｏｐ）スクラッチ限界値のうちの少なくとも１つを有する。
本開示の第３の態様は、コアガラスとコアガラスの外面上に積層されたクラッドガラスとを含むガラス積層体を提供することである。クラッドガラス層は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＡｌ２Ｏ３を含み、クラッド層ガラス中のアルカリ金属酸化物改質剤の総量は約１モル％以下である。クラッドガラスは、約２０℃〜約３００℃の温度範囲について平均された約４０×１０−７／℃未満の第１の熱膨脹率を有し、コアガラスは、約２０℃〜約３００℃の温度範囲について平均された、第１の熱膨脹率より大きい第２の熱膨脹率を有する。
本開示の第４の態様は、ガラスを製造する方法を提供することである。この方法は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＡｌ２Ｏ３を含み、ガラス中のアルカリ金属酸化物改質剤の総量が約１モル％以下であるガラス溶融体を提供する工程と、ガラス溶融体をダウンドローしてガラスを形成する工程とを有してなる。
これらおよびその他の態様、利点、および顕著な特徴が以下の詳細な説明、添付した図面、および添付した請求の範囲から明らかであろう。
ガラス積層体の断面略図である。 （ａ）〜（ｆ）はガラス試料のヌープスクラッチ試験の結果の写真である。
以下の説明において、同じ参照符号は、図面に示されるいくつかの図の全体にわたって同じまたは相当する部分を示す。また、特に断りがない限り、「上部」、「下部」、「外部の」、「内部の」等の用語は便宜的な語であり、制限的な用語として解釈されるべきでないことは理解されたい。さらに、群が、要素の群およびそれらの組合せの少なくとも１つを含むと説明されるときはいつでも、群は、個々にまたは互いに組み合わせてどちらかで、任意の数の列挙されたそれらの要素を含む、から実質的になる、またはからなってもよいということは理解されたい。同様に、群が、要素の群またはそれらの組合せの少なくとも１つからなると説明されるときはいつでも、群が、個々にまたは互いに組み合わせてどちらかで、任意の数の列挙されたそれらの要素からなってもよいということは理解されたい。特に断りがない限り、値の範囲は、列挙されるとき、範囲の上限と下限の両方ならびにその間の任意の範囲を包含する。本明細書中で用いられるとき、名詞は、特に記載しない限り、「少なくとも１つ」、または「１つ以上」の対象を指す。また、本明細書および図面に開示された様々な特徴は、任意のおよび全ての組合せにおいて使用され得るということは理解されたい。
本明細書中で用いられるとき、用語「ガラス物品」および「ガラス物品」は、完全にまたは部分的にガラスから製造された任意の物体を包含するようにそれらの最も広い意味において使用される。特に断りがない限り、全ての組成物は、モルパーセント（モル％）を用いて表わされる。特に断りがない限り、熱膨脹率（ＣＴＥ）は、１０−７／℃を用いて表わされ、約２０℃〜約３００℃の温度範囲について測定された値を示す。
用語「実質的に」および「約」は、任意の定量的比較、値、測定、または他の表現に帰せられてもよい固有の不確実度を表わすために本明細書において利用されてもよいことに留意されたい。また、これらの用語は、定量的表現が、問題となっている係争物の基本的機能を変えずに記載された基準から変化してもよい度合いを表わすために本明細書において利用される。したがって、「アルカリ金属酸化物を実質的に含有しない」または「Ｐ２Ｏ５を実質的に含有しない」ガラスは、このような酸化物がガラス中に積極的に添加されたりバッチ混合されたりしないが、汚染物として非常に少量で存在していてもよいガラスである。
図面全般および特に図１を参照して、図解は、特定の実施形態を説明するためのものであり、本開示または添付した請求の範囲をそれに制限することを意図しないことは理解されるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、図面の特定の特徴および特定の図は、縮尺において極端に強調されて示されるかまたは明確かつ簡潔にする目的で、略図で示される場合がある。
網目形成成分ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＡｌ２Ｏ３を含み、いくつかの実施形態において、低い（すなわち、約４０×１０−７／℃未満）熱膨張率（ＣＴＥ）を有するガラスおよびそれから製造されるガラス物品が本明細書において説明される。いくつかの実施形態において、ガラスは、ガラス溶融体の抵抗率を低くすると共に耐火格納および処理構造物の「ファイアスルー」を避けるために約１モル％未満のアルカリ金属またはアルカリ金属酸化物が意図的に軽くドープされる。他の実施形態において、ガラスは、アルカリ金属およびアルカリ金属酸化物（「アルカリ金属酸化物改質剤」とも称される）を含有しない。いくつかの実施形態において、また、これらのガラスは、ガラスの固有のまたは本来の損傷抵抗を改良するヤング率および剪断弾性率の低い値を有する。
いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるガラスは、スロット延伸および溶融延伸法など、本技術分野に公知のダウンドロー法によって形成可能である。溶融延伸法は、薄いガラス板の大規模製造のために使用されている工業技術である。フロートまたはスロット延伸法などの他の平板ガラス製造技術と比べて、溶融延伸法は、すぐれた平面度および表面の品質を有する薄いガラス板をもたらす。結果として、溶融延伸法は、液晶ディスプレイ用の薄いガラス基板、ならびにノートブック、娯楽機器、テーブル、ラップトップ等のパーソナル電子デバイス用のカバーガラスの製造において有力な製造技術になっている。
溶融延伸法は、ジルコンまたは別の耐火材料から典型的に製造される、「アイソパイプ」として公知のトラフ上での溶融ガラスの流動を必要とする。溶融ガラスは、アイソパイプの頂部から両側からあふれ出て、アイソパイプの底部で出合って単板を形成し、そこで最終板の内側だけがアイソパイプと直接接触している。最終ガラス板の露出面のどちらも、延伸プロセスの間にアイソパイプ材料と接触していないので、ガラスの両方の外面は新品同様であり、後続の仕上げを必要としない。
溶融延伸可能であるために、ガラスは、十分に高い液相線粘度（すなわち、液相線温度での溶融ガラスの粘度）を有しなければならない。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるガラスは少なくとも約１００キロポアズ（ｋｐｏｉｓｅ）、他の実施形態において、少なくとも約１２０キロポアズの液相線粘度を有し、そしてさらに他の実施形態において、これらのガラスは少なくとも約３００キロポアズの液相線粘度を有する。アルカリドープおよび無アルカリガラスがガラス積層体内のクラッド層として使用され、温度に対するコアガラスの粘度挙動がクラッドガラスの粘度挙動と大体同じであるそれらの場合、クラッドガラスの液相線粘度は約７０キロポアズ以上であってもよい。
従来の溶融延伸は、単一アイソパイプを使用して行なわれ、均質なガラス製品をもたらす。より複雑な積層溶融法は、２つのアイソパイプを使用して、外側クラッド層によってどちらかの面（または両面）が囲まれたコアガラス組成物を含む積層板を形成する。積層溶融の主な利点の１つは、クラッドガラスの熱膨脹率がコアガラスの熱膨脹率より小さい時に、熱膨張率の差が外側クラッド層に圧縮応力をもたらすことである。この圧縮応力は、イオン交換処理を必要とせずに最終ガラス製品の強度を増加させる。イオン交換と異なり、この強化は、ガラス中でアルカリイオンを使用せずに達成され得る。
したがって、いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるアルカリドープおよび無アルカリガラスを使用して、図１に図示されるガラス積層体を形成してもよい。ガラス積層体１００は、本明細書に記載されたアルカリドープおよび無アルカリガラスから形成されたクラッドガラス１２０または「クラッド層」によって囲まれたコアガラス１１０を含む。コアガラス１１０は、クラッド層１２０内のアルカリドープおよび無アルカリガラスの熱膨張率より大きい熱膨張率を有する。コアガラスは、いくつかの実施形態において、アルカリアルミノシリケートガラスであってもよい。非限定的な一実施例において、コアガラスは、組成６６．９モル％のＳｉＯ２、１０．１モル％のＡｌ２Ｏ３、０．５８モル％のＢ２Ｏ３、７．４５モル％のＮａ２Ｏ、８．３９モル％のＫ２Ｏ、５．７８モル％のＭｇＯ、０．５８モル％のＣａＯ、０．２モル％のＳｎＯ２、０．０１モル％のＺｒＯ２、および０．０１モル％のＦｅ２Ｏ３を有するアルカリアルミノシリケートガラスであり、５７２℃の歪点、６２９℃のアニール点、８８８℃の軟化点、および熱膨張率＝９５．５×１０−７／℃を有する。
積層品内のクラッドガラスとして使用されるとき、本明細書に記載されたアルカリドープおよび無アルカリガラス組成物は、クラッド層に高い圧縮応力を提供することができる。本明細書に記載される低アルカリ金属酸化物／アルカリドープおよび無アルカリ溶融成形可能ガラスの熱膨張率は一般的に、約４０×１０−７／℃以下の範囲であり、いくつかの実施形態において、約３５×１０−７／℃以下の範囲である。このようなガラスは、例えば、９０×１０−７／℃の熱膨張率を有するアルカリアルミノシリケートガラス（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによって製造されたＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス）と組み合わせられるとき、クラッドガラス内の予想圧縮応力は、以下に示される弾性応力の式（下付き文字１および２はそれぞれコアガラスおよびクラッドガラスを指す）を使用して計算することができ、
Figure 2016528152
および
Figure 2016528152
上式中、Ｅがヤング率であり、νがポアソン比であり、ｔがガラス厚さであり、σが応力であり、ｅ２−ｅ１がクラッドガラスとコアガラスとの間の熱膨脹の差である。クラッドガラスとコアガラスに同じ弾性率およびポアソン比を使用することにより、上記の式をさらに単純化する。
クラッドガラスとコアガラスとの間の熱膨脹の差を計算するために、クラッドおよびコアのより軟質なガラスの歪点を下回る応力がかかると仮定される。クラッドガラス内の応力は、これらの仮定および上記の式を使用して推定することができる。クラッドガラスとして３０×１０−７／℃の熱膨張率を有しアルカリアルミノシリケートコアガラスが９０×１０−７／℃の熱膨張率を有し、全厚が０．５〜１．０ｍｍの範囲でありクラッドガラスの厚さが１０〜１００μｍである典型的なディスプレイのようなガラスについては、クラッドガラスの圧縮応力は、約２００ＭＰａ〜約３１５ＭＰａの範囲であると推定される。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるガラスは、約４０×１０−７／℃未満そして、いくつかの実施形態において、約３５×１０−７／℃未満の熱膨張率を有する。これらのガラスについて、クラッドガラス層の圧縮応力は少なくとも約４０ＭＰａ、そして他の実施形態において、少なくとも約８０Ｍｐａである。
本明細書に記載されるアルカリドープおよび無アルカリガラスは、特に低い熱膨張率を有する。いくつかの実施形態において、ガラスの熱膨張率は、約４０×１０−７／℃未満そして、他の実施形態において、約３５×１０−７／℃未満である。より高い熱膨張率を有するコアガラスと組み合わせられるとき、本明細書に記載されるガラスは、最終積層ガラス製品のクラッド層内に高いレベルの圧縮応力をもたらす。これは、ガラス積層製品の強度を増加させる。本明細書に開示されたガラスを積層体のクラッド層内で使用することによって少なくとも約４０ＭＰａそして、いくつかの実施形態において、少なくとも約８０ＭＰａの室温圧縮応力が達成可能である。クラッド層として使用されるとき、本明細書に記載されるガラスの液相線粘度要件は低くされてもよい。温度に対するコアガラスの粘度挙動がクラッドガラスの粘度挙動と大体同じである（すなわち、「それと整合する」）それらの実施形態において、クラッドガラスの液相線粘度は約７０キロポアズ以上であってもよい。
アルカリドープおよび無アルカリガラスは、他の市販の溶融延伸ガラスのヤング率および剪断弾性率よりかなり小さいヤング率および剪断弾性率の値を有する。いくつかの実施形態において、ヤング率は、約６５ギガパスカル（ＧＰａ）より小さく、そしてさらに他の実施形態において、約６０ＧＰａより小さい。低い弾性率は、高いレベルの固有の損傷抵抗を有するこれらのガラスを提供する。
いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるガラスは、約５０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２（すなわち、５０モル％≦ＳｉＯ２≦７０モル％）、約５モル％〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３（すなわち、５モル％≦Ａｌ２Ｏ３≦２０モル％）、約１２モル％〜約３５モル％のＢ２Ｏ３（すなわち、１２モル％≦Ｂ２Ｏ３≦３５モル％）、約５モル％までのＭｇＯ（すなわち、０モル％≦ＭｇＯ≦５モル％）、約１２モル％までのＣａＯ（すなわち、０モル％≦ＣａＯ≦１２モル％）、および約５モル％までのＳｒＯ（すなわち、０モル％≦ＳｒＯ≦５モル％）から実質的になるかまたは含み、そこでアルカリ金属酸化物改質剤の総量は０．１モル％以下である（すなわち、０モル％≦Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ≦０．１モル％）。いくつかの実施形態において、４モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦Ａｌ２Ｏ３＋１モル％である。特定の実施形態において、ガラスは、Ｐ２Ｏ５および／またはアルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含有しない、または０モル％を含有する。
ガラスは、約０．５モル％までのＦｅ２Ｏ３（すなわち、０モル％≦Ｆｅ２Ｏ３≦０．５モル％）、約０．２モル％までのＺｒＯ２（すなわち、０モル％≦ＺｒＯ２≦０．２モル％）、および任意選択により、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｃｌ−、Ｆ−等の少なくとも１種類の清澄剤をさらに含有してもよい。少なくとも１種類の清澄剤は、いくつかの実施形態において、約０．７モル％までのＳｎＯ２（すなわち、０モル％≦ＳｎＯ２≦０．５モル％）、約０．７モル％までのＣｅＯ２（すなわち、０モル％≦ＣｅＯ２≦０．７モル％）、約０．５モル％までのＡｓ２Ｏ３（すなわち、０モル％≦Ａｓ２Ｏ３≦０．５モル％）、および約０．５モル％までのＳｂ２Ｏ３（すなわち、０モル％≦Ｓｂ２Ｏ３≦０．５モル％）を含有してもよい。
特定の実施形態において、ガラスは、約５５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２（すなわち、５５モル％≦ＳｉＯ２≦７０モル％）、約６モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３（すなわち、６モル％＜Ａｌ２Ｏ３≦１０モル％）、約１８モル％〜約３０モル％のＢ２Ｏ３（すなわち、１８モル％≦Ｂ２Ｏ３≦３０モル％）、約３モル％までのＭｇＯ（すなわち、０モル％≦ＭｇＯ≦３モル％）、約２モル％〜約１０モル％までのＣａＯ（すなわち、２モル％≦ＣａＯ≦１０モル％）、および約３モル％までのＳｒＯ（すなわち、０モル％≦ＳｒＯ≦３モル％）から実質的になるかまたは含み、そこでアルカリ金属酸化物改質剤の総量は１モル％以下である（すなわち、０モル％≦Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ≦１モル％）。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるガラス中のＭｇＯ、ＣａＯ、およびＳｒＯの総量は約４モル％以上であり且つガラス中に存在しているＡｌ２Ｏ３の量以下である（すなわち、４モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦Ａｌ２Ｏ３）。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるガラス中のアルカリおよびアルカリ土類酸化物の総量は、約４モル％以上であり且つガラス中に存在しているＡｌ２Ｏ３の量以下である（すなわち、４モル％≦Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦Ａｌ２Ｏ３）。特定の実施形態において、ガラスはＰ２Ｏ５を含有しない。
ガラスは、約０．２モル％までのＺｒＯ２（すなわち、０モル％≦ＺｒＯ２≦０．２モル％）、約０．２モル％までのＦｅ２Ｏ３（すなわち、０モル％≦Ｆｅ２Ｏ３≦０．２モル％）およびＳｎＯ２、ＣｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｃｌ−、Ｆ−等の少なくとも１種類の清澄剤をさらに含有してもよい。少なくとも１種類の清澄剤は、いくつかの実施形態において、約０．２モル％までのＳｎＯ２（すなわち、０モル％≦ＳｎＯ２≦０．２モル％）を含有してもよい。
これらのガラスの非限定的な実施例の組成物が表１に記載される。これらのガラスの酸化物成分の各々が機能を果たす。シリカ（ＳｉＯ２）は、第１ガラス形成酸化物であり、溶融ガラスのための網目骨格を形成する。高純度ＳｉＯ２は、低い熱膨張率を有し、アルカリ金属を含有しない。しかしながら、その非常に高い融解温度のために、高純度ＳｉＯ２は溶融延伸法に適合しない。また、粘度曲線が高すぎるので、積層構造体内のいかなるコアガラスとも整合することができない。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるガラス中のＳｉＯ２の量は、約５０モル％〜約７０モル％の範囲である。他の実施形態において、ＳｉＯ２濃度は、約５５モル％〜約７０モル％の範囲である。
シリカの他に、本明細書に記載されるガラスは、網目形成成分Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３を含み、安定なガラス形成、低い熱膨張率、低いヤング率、低い剪断弾性率を達成すると共に、そして溶融および成形を容易にする。これらの網目形成成分の４つ全てを適切な濃度で混合することによって、熱膨張率および弾性率を増加させるように作用する、アルカリまたはアルカリ土類酸化物などの網目修飾剤の必要を最小に抑えながら、安定なバルクガラスの形成を達成することができる。ＳｉＯ２のように、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス網目に剛性を与える。アルミナは、４配位または５配位のどちらかでガラス内に存在し得る。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるガラスは、約５モル％〜約１２モル％のＡｌ２Ｏ３を含み、そして特定の実施形態において、約６モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３を含む。
また、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）は、粘度を低減し、したがってガラスを溶融および形成する能力を改良するために使用されるガラス形成酸化物である。Ｂ２Ｏ３は、ガラス網目中に３配位または４配位のどちらかで存在し得る。３配位Ｂ２Ｏ３は、ヤング率および剪断弾性率を低減するために最も有効な酸化物であり、したがってガラスの固有の損傷抵抗を改良する。したがって、本明細書に記載されるガラスは、いくつかの実施形態において、約１２モル％〜約３５モル％までのＢ２Ｏ３を含み、他の実施形態において、約１８モル％〜約３０モル％のＢ２Ｏ３を含む。
また、アルカリ土類酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、およびＳｒＯ）は、Ｂ２Ｏ３のように、ガラスの溶融挙動を改良する。しかしながら、それらはまた、熱膨張率およびヤング率および剪断弾性率を増加させるように作用する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるガラスは、約５モル％までのＭｇＯ、約１２モル％までのＣａＯ、および約５モル％までのＳｒＯを含み、他の実施形態において、約３モル％までのＭｇＯ、約２モル％〜約１０モル％までのＣａＯ、および約３モル％までのＳｒＯを含む。ガラス中のＢ２Ｏ３の大部分が３配位状態であり、したがって高い本来の引掻抵抗を得ることを確実にするために、いくつかの実施形態において（ＭｇＯ）＋（ＣａＯ）＋（ＳｒＯ）≦（Ａｌ２Ｏ３）＋１モル％であるか、または、他の実施形態において、（ＭｇＯ）＋（ＣａＯ）＋（ＳｒＯ）≦（Ａｌ２Ｏ３）である。
また、ガラスは、溶融する間に気体含有物の除去を助ける小さな濃度で、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｃｌ−、Ｆ−等の少なくとも１種類の清澄剤を含有してもよい。いくつかの実施形態において、ガラスは、約０．７モル％までのＳｎＯ２、約０．７モル％までのＣｅＯ２、約０．５モル％までのＡｓ２Ｏ３、および／または約０．５モル％までのＳｂ２Ｏ３を含んでもよい。他の実施形態において、少なくとも１種類の清澄剤が、約０．２モル％までのＳｎＯ２を含んでもよい。
また、溶融装置内で高温ガラスをジルコニア系耐火材料と接触させることによって少量のＺｒＯ２を導入してもよく、したがってガラス中のそのレベルをモニタすることは、経時的なタンクの摩耗率を判断するために重要である場合がある。いくつかの実施形態において、ガラスは、約０．１モル％までのＺｒＯ２を含有してもよい。ガラスは低い濃度のＦｅ２Ｏ３をさらに含む場合があるが、この材料はバッチ材料中の一般的な不純物である。いくつかの実施形態において、ガラスは、約０．５モル％までのＦｅ２Ｏ３、および他の実施形態において、約０．２モル％までのＦｅ２Ｏ３を含有してもよい。
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存在しているホウ素の量が多くなると、イオン交換による化学的強化を行なわずに高いレベルの固有のまたは「本来の」引掻抵抗を有するガラスが提供される。引掻抵抗は、ヌープスクラッチ限界値試験によって定量される。ヌープ限界値試験において、機械的試験装置はヌープダイアモンドを保持し、そこで負荷を増加させながらガラスを引っ掻いて横方向の亀裂、すなわち、元のスクラッチ／溝の幅の２倍超である持続的亀裂の開始を定量する。横方向の亀裂のこの開始は、「ヌープスクラッチ限界値」と定義される。本明細書に記載されるガラスは、約１５Ｎ（ニュートン）の最小ヌープスクラッチ限界値を有する。いくつかの実施形態において、ヌープスクラッチ限界値は少なくとも２０Ｎ、他の実施形態において、少なくとも約２５Ｎである。
表１のガラス試料２５のヌープスクラッチ試験の結果の写真を図２ａ〜ｆに示す。ガラスは、試験前にイオン交換されなかった。２６Ｎまでの負荷において（図２ａ〜ｄ）、元のスクラッチ２００に伴う横方向の亀裂は観察されない。横方向の亀裂２０２は２８Ｎの負荷において観察されるが（図２ｅ）、横方向の亀裂２１２の程度は、元のスクラッチ２０２の幅の２倍未満である。ガラスのヌープスクラッチ限界値は、３０Ｎの負荷において達せられ（図２ｆ）、横方向の観察された亀裂２１４は元のスクラッチ２０４の幅の２倍超である。
本明細書に記載されるガラスと比較して、他のアルカリ土類ホウケイ酸ガラス（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによって製造されたＥａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）ガラス）は８〜１０Ｎのヌープスクラッチ限界値を示し、イオン交換されたアルカリアルミノシリケートガラス（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによって製造されたＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスおよびＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス３）は、それぞれ３．９〜４．９Ｎおよび９．８〜１２Ｎのヌープスクラッチ限界値を示す。
また、本明細書に記載されるガラスを製造する方法が提供される。この方法は、ＳｉＯ２と、Ｂ２Ｏ３と、Ａｌ２Ｏ３およびＰ２Ｏ５の少なくとも１つとを含み、アルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含有しないガラス溶融体を提供する工程と、ガラス溶融体をダウンドローしてガラスを形成する工程とを有してなる。いくつかの実施形態において、ガラスをダウンドローする工程は、ガラス溶融体をスロット延伸する工程を含み、他の実施形態において、ガラス溶融体を溶融延伸する工程を含む。
特定の実施形態において、この方法はさらに、コアガラス溶融体を提供する工程と、コアガラス溶融体を溶融延伸して、クラッドガラスの熱膨脹率より小さい熱膨脹率を有するコアガラスを形成する工程と含む。次に、クラッドガラス溶融体を溶融延伸してクラッドガラス層を形成し、それによってコアガラスを囲む。クラッドガラス層は、少なくとも約４０Ｍｐａそして、いくつかの実施形態において、少なくとも約８０Ｍｐａの圧縮応力下である。
本明細書に記載されるガラスは、アルカリ金属を実質的に含有しないので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ディスプレイ用途に使用するために適している。これらの用途は、アルカリイオンの存在が薄膜トランジスタを汚染するので、アルカリドープおよび無アルカリ界面を必要とする。したがって、イオン交換アルカリ含有ガラスはこのような用途に適していない。本明細書に記載されるアルカリドープおよび無アルカリガラスをクラッド層として使用するガラス積層体は、アルカリドープおよび無アルカリであるかまたは低いレベル（＜１モル％）のアルカリ金属またはアルカリ金属酸化物がドープされるかどちらかである界面と組み合わせられた強化ガラス製品を提供する。いくつかの実施形態において、アルカリドープおよび無アルカリガラスはまた、熱圧密を低減させる高いアニール点および歪点を有し、それは、ＴＦＴディスプレイ基板のために望ましい。また、本明細書に記載されるガラスは、様々な電子デバイスのカラーフィルター基板、カバーガラス、またはタッチインターフェースにおいて使用されてもよい。
典型的な実施形態が説明目的で示されたが、前述の説明は、本開示の範囲または添付した請求の範囲に制限を課すと考えられるべきでない。したがって、本開示の趣旨および範囲または添付した請求の範囲から逸脱せずに様々な改良形態、改作形態、および代替形態が当業者には考えられるであろう。

Claims (10)

  1. 約５０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、約５モル％〜約２０モル％のＡｌ２Ｏ３、約１２モル％〜約３５モル％のＢ２Ｏ３、約５モル％までのＭｇＯ、約１２モル％までのＣａＯ、および約５モル％までのＳｒＯを含むガラスにおいて、アルカリ金属酸化物改質剤の総量が約１モル％以下であることを特徴とするガラス。
  2. ４モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦Ａｌ２Ｏ３＋１モル％であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス。
  3. 約６５ＧＰａ未満のヤング率を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のガラス。
  4. 約４０×１０−７／℃未満の熱膨脹率を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス。
  5. 約５５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、６モル％超〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３、約１８モル％〜約３０モル％のＢ２Ｏ３、約３モル％までのＭｇＯ、約１０モル％までのＣａＯ、約３モル％までのＳｒＯを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス。
  6. 前記ガラスが、ガラス積層体内にクラッド層を形成し、前記ガラス積層体が、前記クラッド層の熱膨脹率より大きい熱膨張率を有するコアガラスを含み、前記クラッド層が、少なくとも約４０Ｍｐａの圧縮応力下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス。
  7. 少なくとも１５Ｎのヌープスクラッチ限界値を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラス。
  8. ａ． ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＡｌ２Ｏ３を含み、アルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含有しないガラス溶融体を提供する工程と、
    ｂ． 前記ガラス溶融体をダウンドローしてガラスを形成する工程であって、前記ガラスが少なくとも１５Ｎのヌープスクラッチ限界値を有する工程と
    を有してなることを特徴とする、ガラスを製造する方法。
  9. 前記ガラス溶融体がクラッドガラス溶融体であり、前記方法が、
    ａ． コアガラス溶融体を提供する工程と、
    ｂ． 前記コアガラス溶融体を溶融延伸してコアガラスを形成する工程と、
    ｃ． 前記クラッドガラス溶融体を溶融延伸して、前記コアガラスを囲むクラッド層ガラスを形成する工程と、
    をさらに含み、前記コアガラスが、前記クラッドガラスの熱膨脹率より大きい熱膨脹率を有し、前記クラッド層が少なくとも約１００ＭＰａの圧縮応力下であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
  10. 前記ガラスが、約６５ＧＰａ未満のヤング率を有することを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の方法。
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