JP2018177626A - ガラス導光板 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐候性が改善されたガラス導光板の提供。【解決手段】ガラス板の少なくとも一方の主面に無機バリア層をそなえたガラス導光板であって、前記ガラス板は、Fe2O3換算で5〜100wtppmの酸化鉄を含有し、かつLi2O、Na2OおよびK2Oの少なくとも1つを酸化物基準の質量百分率表示で2%以上含有し、前記無機バリア層の550nmでの屈折率が1.450以上であり、かつ、前記無機バリア層の550nmでの屈折率が前記ガラス板の550nmでの屈折率よりも低く、前記無機バリア層表面の算術平均粗さRaが0.3〜10nmであることを特徴とするガラス導光板。【選択図】なし
Description
本発明は、エッジライト方式の面状発光装置のガラス導光板として、好適に使用されるガラス導光板に関する。
エッジライト型面状照明装置の導光板としては、従来、樹脂材料製の導光板が広く用いられている(特許文献1参照)。しかしながら、樹脂材料製の導光板は、耐熱性が低く、熱膨張が大きいため、特に長期使用時には、高温高湿環境に晒されることにより、樹脂材料製の導光板の劣化や変形により、装置劣化や輝度不良の問題があった。
そのため、樹脂材料製の導光板に比べて耐熱性が高く、熱膨張が少ない材料として、ガラス板を導光板として使用することが検討されている(特許文献2参照)。
そのため、樹脂材料製の導光板に比べて耐熱性が高く、熱膨張が少ない材料として、ガラス板を導光板として使用することが検討されている(特許文献2参照)。
従来のガラス導光板には耐候性の問題があった。具体的には、高温高湿下に長時間置いた場合に、ガラス導光板の表面に白く曇った部位、すなわち白曇り(haze)が生じ、それによって、該ガラス導光板を用いた面状照明装置の輝度低下や輝度ムラが発生する問題があった。
本発明は、上述した従来技術における問題点を解決するため、耐候性が改善されたガラス導光板を提供することを目的とする。
本発明は、上述した従来技術における問題点を解決するため、耐候性が改善されたガラス導光板を提供することを目的とする。
本発明は、ガラス板の少なくとも一方の主面に無機バリア層をそなえたガラス導光板であって、
前記ガラス板は、Fe2O3換算で5〜100wtppmの酸化鉄を含有し、かつLi2O、Na2OおよびK2Oの少なくとも1つを酸化物基準の質量百分率表示で2%以上含有し、
前記無機バリア層の550nmでの屈折率が1.450以上であり、かつ、前記無機バリア層の550nmでの屈折率が前記ガラス板の550nmでの屈折率よりも低く、
前記無機バリア層表面の算術平均粗さRaが0.3〜10nmであることを特徴とするガラス導光板を提供する。
前記ガラス板は、Fe2O3換算で5〜100wtppmの酸化鉄を含有し、かつLi2O、Na2OおよびK2Oの少なくとも1つを酸化物基準の質量百分率表示で2%以上含有し、
前記無機バリア層の550nmでの屈折率が1.450以上であり、かつ、前記無機バリア層の550nmでの屈折率が前記ガラス板の550nmでの屈折率よりも低く、
前記無機バリア層表面の算術平均粗さRaが0.3〜10nmであることを特徴とするガラス導光板を提供する。
本発明のガラス導光板は、耐候性が改善されており、高温高湿下に長時間に置いた場合でも、ガラス導光板の表面に白曇りが生じることが抑制される。これにより、本発明のガラス導光板を用いた面状照明装置の輝度低下や輝度ムラが発生を抑制できる。
以下、本発明のガラス導光板について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明のガラス導光板の一構成例を示した模式断面図である。
図1に示すガラス導光板10Aは、ガラス板20の一方の主面21に無機バリア層30を備えており、他方の主面22上にドット状の光散乱部40を備えている。
図1に示すガラス導光板10Aにおいて、無機バリア層30が形成された側のガラス板20の主面21が光出射面、光散乱部40を備えた側のガラス板20の主面22が光散乱面である。
図2は、本発明のガラス導光板の別の一構成例を示した模式断面図である。
図2に示すガラス導光板10Bは、ガラス板20の両方の主面21,22に無機バリア層31,32を備えている。一方のバリア層32上にドット状の光散乱部40を備えている。
図2に示すガラス導光板10Bにおいて、光散乱部40を備えていない側のガラス板20の主面21が光出射面、光散乱部40を備えた側のガラス板20の主面22が光散乱面である。
なお、本発明のガラス導光板10A,10Bにおいて、ドット状の光散乱部40は任意の構成であり、有していなくてもよい。
図2に示すガラス導光板10Bが光散乱部40を備えていない構成の場合、無機バリア層31,32を備えたガラス板20の主面21,22のうち、どちらを光出射面(光散乱面)としてもよい。
また、本発明において数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。本明細書において実質的に含有しないとは、不可避的不純物を除き含有しないことを意味する。
図1は、本発明のガラス導光板の一構成例を示した模式断面図である。
図1に示すガラス導光板10Aは、ガラス板20の一方の主面21に無機バリア層30を備えており、他方の主面22上にドット状の光散乱部40を備えている。
図1に示すガラス導光板10Aにおいて、無機バリア層30が形成された側のガラス板20の主面21が光出射面、光散乱部40を備えた側のガラス板20の主面22が光散乱面である。
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図2に示すガラス導光板10Bは、ガラス板20の両方の主面21,22に無機バリア層31,32を備えている。一方のバリア層32上にドット状の光散乱部40を備えている。
図2に示すガラス導光板10Bにおいて、光散乱部40を備えていない側のガラス板20の主面21が光出射面、光散乱部40を備えた側のガラス板20の主面22が光散乱面である。
なお、本発明のガラス導光板10A,10Bにおいて、ドット状の光散乱部40は任意の構成であり、有していなくてもよい。
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また、本発明において数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。本明細書において実質的に含有しないとは、不可避的不純物を除き含有しないことを意味する。
本発明のガラス導光板10A,10Bにおけるガラス板20は、アルカリ含有ガラスであり、Li2O、Na2OおよびK2Oの少なくとも1つを酸化物基準の質量百分率表示で2%以上、好ましくは3%以上含有する。Li2O、Na2O、およびK2Oといったアルカリ金属酸化物は、ガラス原料の溶融を促進し、熱膨張、粘性等を調整するのに有用な成分である。
しかしガラス導光板としてアルカリ含有ガラスを用いた場合、ガラス表面に付着した有機物が、高温高湿下でガラス表面のアルカリ成分と反応し、塩を形成することによって白曇りが生じることが明らかになった。ガラス表面に付着する有機物は、光散乱部を形成する目的でガラスの表面に塗布したインキからの揮発物、ガラス面状照明装置において、ガラス導光板の近傍に配置される反射シートや散乱シートからの揮発物、あるいは、使用前のガラス導光板に貼付されていた保護フィルムの残渣等が原因であると考えられる。
しかしガラス導光板としてアルカリ含有ガラスを用いた場合、ガラス表面に付着した有機物が、高温高湿下でガラス表面のアルカリ成分と反応し、塩を形成することによって白曇りが生じることが明らかになった。ガラス表面に付着する有機物は、光散乱部を形成する目的でガラスの表面に塗布したインキからの揮発物、ガラス面状照明装置において、ガラス導光板の近傍に配置される反射シートや散乱シートからの揮発物、あるいは、使用前のガラス導光板に貼付されていた保護フィルムの残渣等が原因であると考えられる。
本発明のガラス導光板10A,10Bにおけるガラス板20は、上記のアルカリ含有ガラスであることに加えて、Fe2O3換算で5〜100wtppmの酸化鉄を含有する。Fe2O3換算で5〜100wtppmの酸化鉄を含有するとは、すなわち、Fe2O3換算に換算した全酸化鉄量が5〜100wtppmであるということである。なお、全酸化鉄量とは、ガラス中に存在するFe2+(2価の鉄)とFe3+(3価の鉄)の含有量の合計である。
酸化鉄はガラス原料の溶解性を向上させるのに有用な成分である。但し、酸化鉄は可視光域に吸収が存在するため、酸化鉄含有量が高くなると、可視光域におけるガラスの透過性を低下させる。酸化鉄含有量が上記範囲であることにより、可視光線の全波長範囲(380〜780nm)において吸収係数が低い高透過ガラスとなる。
酸化鉄はガラス原料の溶解性を向上させるのに有用な成分である。但し、酸化鉄は可視光域に吸収が存在するため、酸化鉄含有量が高くなると、可視光域におけるガラスの透過性を低下させる。酸化鉄含有量が上記範囲であることにより、可視光線の全波長範囲(380〜780nm)において吸収係数が低い高透過ガラスとなる。
酸化鉄含有量がFe2O3換算で5wtppm以上であれば、ガラスの赤外線の吸収が適正となるので溶解性を向上させることが可能であり、また、原料の精製に多大なコストがかかるおそれもない。酸化鉄含有量がFe2O3換算で100wtppm以下であれば、可視光域におけるガラスの透過性が損なわれるおそれがない。
酸化鉄含有量はFe2O3換算で50wtppm以下であることが好ましく、25wtppm以下であることがより好ましく、20wtppm以下であることがさらに好ましく、15wtppm以下であることが特に好ましい。
酸化鉄含有量は、ガラス製造時に添加する鉄の量により調整できる。
酸化鉄含有量はFe2O3換算で50wtppm以下であることが好ましく、25wtppm以下であることがより好ましく、20wtppm以下であることがさらに好ましく、15wtppm以下であることが特に好ましい。
酸化鉄含有量は、ガラス製造時に添加する鉄の量により調整できる。
本発明のガラス板20は、Fe2+の含有量(以下、二価鉄量ともいう)が0〜50ppmであることが好ましい。二価鉄量が50ppm以下であれば、長波長域の吸収が大きくなり過ぎず、可視光域における内部透過率スペクトルを平坦にできるので、面内で輝度ムラや色ムラを生じるおそれがない。二価鉄量が10ppm以下であることがより好ましく、5ppm以下がさらに好ましく、2.5ppm以下が特に好ましい。可視光域における内部透過率スペクトルを平坦化する観点から二価鉄量は低いほどよいが、0.1ppm以上であればガラスの溶解性を向上させることが可能であり、かつ可視光域における内部透過率スペクトルをより平坦化できるので、より好ましい。二価鉄量は0.5ppm以上がさらに好ましく、1ppm以上が特に好ましい。
二価鉄量は、ガラス製造時に添加する酸化剤の量により調整できる。
ここで、全酸化鉄量は蛍光X線測定によって測定可能であり、また二価鉄量はASTM C169−92に準じて測定できる。なお、測定した二価鉄量は、Fe2O3に換算して表記した。
なお、本発明のガラス板は、50mm長における可視光域の平均内部透過率が97%以上であることが好ましく、98%以上であることがより好ましく、99%以上であることがさらに好ましい。ここで、可視光域とは、波長380〜780nmの範囲である。
二価鉄量は、ガラス製造時に添加する酸化剤の量により調整できる。
ここで、全酸化鉄量は蛍光X線測定によって測定可能であり、また二価鉄量はASTM C169−92に準じて測定できる。なお、測定した二価鉄量は、Fe2O3に換算して表記した。
なお、本発明のガラス板は、50mm長における可視光域の平均内部透過率が97%以上であることが好ましく、98%以上であることがより好ましく、99%以上であることがさらに好ましい。ここで、可視光域とは、波長380〜780nmの範囲である。
NiO、Cr2O3およびMnO2は、ガラス板20が含有し得る成分である。但し、これらの成分は、酸化鉄と同じく可視光域に吸収が存在するため、酸化鉄含有量が高くなると、可視光域におけるガラスの透過性を低下させるおそれがある点に留意する必要がある。
NiOを含有させる場合、0.01〜1.0wtppmとする。NiOは、波長800〜1100nm付近の近赤外領域に吸収を持つため、ガラス溶解時にガラス融液の熱線吸収効率を向上させる。そのため、NiO含有量を0.01wtppm以上とすることにより、酸化鉄の含有量が少なくてもガラスの溶解性を向上できる。NiO含有量が1.0wtppm以下であれば、近赤外領域におけるガラスの透過性が損なわれるおそれがない。NiO含有量は、0.5wtppm以下がより好ましい。
Cr2O3を含有させる場合、1.0wtppm以下とする。Cr2O3は酸化剤として作用するため、含有することにより、鉄レドックスを制御できる。Cr2O3含有量が1.0wtppm以下であれば、可視光域におけるガラスの透過性が損なわれるおそれがない。Cr2O3含有量は、0.5wtppm以下がより好ましい。Cr2O3は含んでいなくともよいが、ガラス原料からの混入を完全に防ぐのが困難である観点から0.01wtppm以上含んでいてもよい。
MnO2を含有させる場合、5.0wtppm以下とする。MnO2は酸化剤として作用するため、含有することにより、二価鉄量を制御できる。MnO2含有量が5.0wtppm以下であれば、可視光域におけるガラスの透過性が損なわれるおそれがない。MnO2含有量は、1.0wtppm以下がより好ましい。MnO2は含んでいなくともよいが、ガラス原料からの混入を完全に防ぐのが困難である観点から0.01wtppm以上含んでいてもよい。
酸化鉄、NiO、Cr2O3およびMnO2を除いたガラス板20の組成としては、特に制限はないが、代表的には下記(1)ガラスA、(2)ガラスBの2種類の組成が挙げられる。
ガラスAは、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2を60〜85%、Al2O3を0〜10%、MgOを0〜10%、CaOを0〜20%、SrOを0〜15%、BaOを0〜15%、Na2Oを2〜20%、K2Oを0〜10%、B2O3を0〜20%含む。
ガラスBは、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2を45〜80%、Al2O3を10%超30%以下、B2O3を0〜15%、MgOを0〜15%、CaOを0〜6%、SrOを0〜5%、BaOを0〜5%、Na2Oを2〜20%、K2Oを0〜10%、ZrO2を0〜10%含む。
ガラスA、およびガラスBの各成分の組成範囲について、以下に説明する。
SiO2は、ガラスの主成分である。
SiO2の含有量は、ガラスの耐候性、失透特性を保つため、酸化物基準の質量百分率表示で、ガラスAにおいては、60%以上であり、好ましくは62%以上、より好ましくは63%以上であり、ガラスBにおいては、45%以上であり、好ましくは50%以上、より好ましくは55%以上、さらに好ましくは60%以上である。
一方、SiO2の含有量は、溶解を容易にし、泡品質を良好なものとするために、ガラスAにおいては、85%以下であり、好ましくは80%以下、より好ましくは75%以下、さらに好ましくは72%以下であり、いっそう好ましくは68%以下であり、ガラスBにおいては、好ましくは80%以下、より好ましくは75%以下、さらに好ましくは70%以下である。
SiO2は、ガラスの主成分である。
SiO2の含有量は、ガラスの耐候性、失透特性を保つため、酸化物基準の質量百分率表示で、ガラスAにおいては、60%以上であり、好ましくは62%以上、より好ましくは63%以上であり、ガラスBにおいては、45%以上であり、好ましくは50%以上、より好ましくは55%以上、さらに好ましくは60%以上である。
一方、SiO2の含有量は、溶解を容易にし、泡品質を良好なものとするために、ガラスAにおいては、85%以下であり、好ましくは80%以下、より好ましくは75%以下、さらに好ましくは72%以下であり、いっそう好ましくは68%以下であり、ガラスBにおいては、好ましくは80%以下、より好ましくは75%以下、さらに好ましくは70%以下である。
Al2O3は、ガラスの耐候性を向上させる成分であり、ガラスBにおいては必須成分である。Al2O3の含有量は、ガラスAにおいては、好ましくは0%以上、より好ましくは0.5%以上、さらに好ましくは1%以上、いっそう好ましくは2%以上であり、特に好ましくは2.5%以上である。Al2O3の含有量は、ガラスBにおいては、好ましくは10%超、さらに好ましくは11%以上、いっそう好ましくは12%以上、特に好ましくは13%以上である。
但し、泡品質を良好なものとするため、Al2O3の含有量は、ガラスAにおいては、10%以下、好ましくは9%以下、より好ましくは8%以下、さらに好ましくは7%以下、いっそう好ましくは6%以下、特に好ましくは5%以下である。Al2O3の含有量は、ガラスBにおいては、好ましくは30%以下、より好ましくは25%以下、さらに好ましくは23%以下、いっそう好ましくは20%以下、特に好ましくは15%以下である。
但し、泡品質を良好なものとするため、Al2O3の含有量は、ガラスAにおいては、10%以下、好ましくは9%以下、より好ましくは8%以下、さらに好ましくは7%以下、いっそう好ましくは6%以下、特に好ましくは5%以下である。Al2O3の含有量は、ガラスBにおいては、好ましくは30%以下、より好ましくは25%以下、さらに好ましくは23%以下、いっそう好ましくは20%以下、特に好ましくは15%以下である。
B2O3は、ガラス原料の溶融を促進し、機械的特性や耐候性を向上させる任意成分であり、ガラスA、Bにおいて、好ましくは1%以上、より好ましくは2%以上、さらに好ましくは3%以上である。
B2O3の含有量は、揮発による脈理(ream)の生成、炉壁の侵食等の不都合が生じないために、B2O3の含有量は、ガラスAにおいては、20%以下、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下、特に好ましくは5%以下、いっそう好ましくは3%以下であり、実質的に含有しないことが最も好ましい。B2O3の含有量は、ガラスBにおいては、好ましくは15%以下、より好ましくは12%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは7%以下、特に好ましくは4%以下であり、実質的に含有しないことが最も好ましい。
B2O3の含有量は、揮発による脈理(ream)の生成、炉壁の侵食等の不都合が生じないために、B2O3の含有量は、ガラスAにおいては、20%以下、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下、特に好ましくは5%以下、いっそう好ましくは3%以下であり、実質的に含有しないことが最も好ましい。B2O3の含有量は、ガラスBにおいては、好ましくは15%以下、より好ましくは12%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは7%以下、特に好ましくは4%以下であり、実質的に含有しないことが最も好ましい。
上述したように、Li2O、Na2O、及び、K2Oといったアルカリ金属酸化物は、ガラス原料の溶融を促進し、熱膨張、粘性等を調整するのに有用な成分である。
Na2Oの含有量は、ガラスAにおいては、2%以上であり、好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上、いっそう好ましくは8%以上、特に好ましくは10%以上である。Na2Oの含有量は、ガラスBにおいては、2%以上であり、好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上、さらに好ましくは8%以上、特に好ましくは10%以上である。但し、溶解時の清澄性を保持し、製造されるガラスの泡品質を保つために、Na2Oの含有量は、ガラスA及びBにおいては、20%以下とするのが好ましく、15%以下とするのがさらに好ましい。
また、K2Oの含有量は、ガラスA及びBにおいては、好ましくは10%以下、より好ましくは7%以下、さらに好ましくは5%以下、いっそう好ましくは2%以下であり、含まなくてもよい。
また、Li2Oは、任意成分であるが、ガラス化を容易にし、原料に由来する不純物として含まれる鉄含有量を低く抑え、バッチコストを低く抑えるために、ガラスA、Bにおいて、Li2Oを5%以下が好ましく、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下、いっそう好ましくは1%以下含有させることができる。
また、これらアルカリ金属酸化物の合計含有量(Li2O+Na2O+K2O)は、溶解時の清澄性を保持し、製造されるガラスの泡品質を保つために、ガラスA及びBにおいては、好ましくは2%以上20%以下含有でき、より好ましくは3%以上20%以下、さらに好ましくは5%〜20%、いっそう好ましくは8%〜15%である。
Na2Oの含有量は、ガラスAにおいては、2%以上であり、好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上、いっそう好ましくは8%以上、特に好ましくは10%以上である。Na2Oの含有量は、ガラスBにおいては、2%以上であり、好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上、さらに好ましくは8%以上、特に好ましくは10%以上である。但し、溶解時の清澄性を保持し、製造されるガラスの泡品質を保つために、Na2Oの含有量は、ガラスA及びBにおいては、20%以下とするのが好ましく、15%以下とするのがさらに好ましい。
また、K2Oの含有量は、ガラスA及びBにおいては、好ましくは10%以下、より好ましくは7%以下、さらに好ましくは5%以下、いっそう好ましくは2%以下であり、含まなくてもよい。
また、Li2Oは、任意成分であるが、ガラス化を容易にし、原料に由来する不純物として含まれる鉄含有量を低く抑え、バッチコストを低く抑えるために、ガラスA、Bにおいて、Li2Oを5%以下が好ましく、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下、いっそう好ましくは1%以下含有させることができる。
また、これらアルカリ金属酸化物の合計含有量(Li2O+Na2O+K2O)は、溶解時の清澄性を保持し、製造されるガラスの泡品質を保つために、ガラスA及びBにおいては、好ましくは2%以上20%以下含有でき、より好ましくは3%以上20%以下、さらに好ましくは5%〜20%、いっそう好ましくは8%〜15%である。
MgO、CaO、SrO、及びBaOといったアルカリ土類金属酸化物は、ガラス原料の溶融を促進し、熱膨張、粘性等を調整するのに有用な成分である。
MgOは、ガラス溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する作用がある。また、比重を低減させ、ガラス板に疵をつきにくくする作用があるために、ガラスA、Bにおいて、含有させることができる。また、ガラスの熱膨張係数を低く、失透特性を良好なものとするために、MgOの含有量は、ガラスAにおいては、好ましくは10%以下であり、より好ましくは8%以下であり、ガラスBにおいては、好ましくは15%以下、より好ましくは12%以下である。
MgOは、ガラス溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する作用がある。また、比重を低減させ、ガラス板に疵をつきにくくする作用があるために、ガラスA、Bにおいて、含有させることができる。また、ガラスの熱膨張係数を低く、失透特性を良好なものとするために、MgOの含有量は、ガラスAにおいては、好ましくは10%以下であり、より好ましくは8%以下であり、ガラスBにおいては、好ましくは15%以下、より好ましくは12%以下である。
CaOは、ガラス原料の溶融を促進し、また粘性、熱膨張等を調整する成分であるので、ガラスA、Bにおいて含有させることができる。上記の作用を得るためには、ガラスAにおいては、CaOの含有量は、好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上である。また、失透を良好にするためには、ガラスAにおいては、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下であり、ガラスBにおいては、好ましくは6%以下であり、より好ましくは4%以下である。
SrOは、熱膨張係数の増大及びガラスの高温粘度を下げる効果がある。かかる効果を得るために、ガラスA、Bにおいて、SrOを含有させることができる。但し、ガラスの熱膨張係数を低く抑えるため、ガラスAにおいては、15%以下とするのが好ましく、10%以下とするのがより好ましく、ガラスBにおいては、5%以下とするのが好ましく、3%以下とするのがより好ましい。
BaOは、SrO同様に熱膨張係数の増大及びガラスの高温粘度を下げる効果がある。上記の効果を得るために、ガラスA、Bにおいて、BaOを含有させることができる。但し、ガラスの熱膨張係数を低く抑えるため、ガラスAにおいては、15%以下とするのが好ましく、10%以下とするのがより好ましく、ガラスBにおいては、5%以下とするのが好ましく、3%以下とするのがより好ましい。ガラスA、Bにおいて粘性を調整するためには、BaOを1%以上含有してもよく、2%以上含有するのがより好ましい。
また、これらアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(MgO+CaO+SrO+BaO)は、熱膨張係数を低く抑え、失透特性を良好なものとし、強度を維持するために、ガラスAにおいては、好ましくは10%〜30%、より好ましくは13%〜27%であり、ガラスBにおいては、好ましくは1%〜15%、より好ましくは3%〜10%である。
ガラスA、Bは、ガラスの耐熱性及び表面硬度の向上のために、任意成分としてZrO2を、10%以下、好ましくは5%以下含有してもよい。ZrO2が10%以下であれば、ガラスが失透しにくいので、好ましい。
ガラス板20は、平板であってよい。ガラス板20の板厚は0.5〜3.0mmが好ましい。板厚が3.0mm以下であれば、液晶表示装置の重量と厚さとを適正な範囲にすることができる。ガラス板20の板厚は2.5mm以下がより好ましく、2.0mm以下がさらに好ましい。
ガラス板20の板厚が0.5mm以上であれば、適度な剛性を有し、ガラス単体での自立性を確保できる。また板厚が0.5mm以上であれば、エッジライト方式の面状発光装置において、通常使用される光源の幅に比べてガラス板厚が同等以上となるため、光をガラス板20に効率良く入光させることができる。ガラス板の板厚は、0.7mm以上がより好ましく、1.0mm以上がさらに好ましい。なお、ガラス板20の板厚は、略均一である。
ガラス板20の板厚が0.5mm以上であれば、適度な剛性を有し、ガラス単体での自立性を確保できる。また板厚が0.5mm以上であれば、エッジライト方式の面状発光装置において、通常使用される光源の幅に比べてガラス板厚が同等以上となるため、光をガラス板20に効率良く入光させることができる。ガラス板の板厚は、0.7mm以上がより好ましく、1.0mm以上がさらに好ましい。なお、ガラス板20の板厚は、略均一である。
ガラス板20としては、各種成形方法により得られたものを用いることができる。具体的には、フロート法やフュージョン法により得られたものを用いることができる。
フロート法により得られたガラス板を用いる場合、成形時に溶融金属(例えば溶融錫)と接するボトム面と、該ボトム面に対向するトップ面とが存在する。
成形時に溶融金属と接するボトム面には、溶融金属の侵入により、トップ面やガラス板内部に比べて該金属濃度が高くなる。フロート法では、溶融金属として溶融スズが用いられるため、ボトム面はトップ面やガラス板内部に比べてスズ濃度が高くなる。その結果、ボトム面はトップ面やガラス板内部に比べて550nmでの屈折率が高くなる。
図1に示すガラス導光板10Aにおいて、無機バリア層30が形成された側のガラス板20の主面21が光出射面、光散乱部40を備えた側のガラス板20の主面22が光散乱面であり、図2に示すガラス導光板10Bにおいて、光散乱部40を備えていない側のガラス板20の主面21が光出射面、光散乱部40を備えた側のガラス板20の主面22が光散乱面であるが、トップ面やガラス板内部に比べて550nmでの屈折率が高いボトム面を光散乱面とすると、トップ面を光散乱面とした場合に比べて光の取出効率が向上する。光の取出効率向上という点では、図1に示すガラス導光板10Aのように、ボトム面上に直接ドット状の光散乱部40を形成して光散乱面とし、トップ面上に無機バリア層30を設けて光出射面とすることが好ましい。
なお、一般的に、ボトム面では、溶融金属中へのアルカリの拡散、および成型後のSO2ガスの吹き付けによる脱アルカリのために、アルカリ金属酸化物の濃度が低くなっている。そのため、トップ面と比べてボトム面では、アルカリと有機物の反応による白曇りが発生しにくい。そのため、トップ面に比べれば、ボトム面に無機バリア層を形成する必要性は低いが、トップ面、ボトム面の両面に形成されていればより耐候性は向上する。
フロート法により得られたガラス板を用いる場合、成形時に溶融金属(例えば溶融錫)と接するボトム面と、該ボトム面に対向するトップ面とが存在する。
成形時に溶融金属と接するボトム面には、溶融金属の侵入により、トップ面やガラス板内部に比べて該金属濃度が高くなる。フロート法では、溶融金属として溶融スズが用いられるため、ボトム面はトップ面やガラス板内部に比べてスズ濃度が高くなる。その結果、ボトム面はトップ面やガラス板内部に比べて550nmでの屈折率が高くなる。
図1に示すガラス導光板10Aにおいて、無機バリア層30が形成された側のガラス板20の主面21が光出射面、光散乱部40を備えた側のガラス板20の主面22が光散乱面であり、図2に示すガラス導光板10Bにおいて、光散乱部40を備えていない側のガラス板20の主面21が光出射面、光散乱部40を備えた側のガラス板20の主面22が光散乱面であるが、トップ面やガラス板内部に比べて550nmでの屈折率が高いボトム面を光散乱面とすると、トップ面を光散乱面とした場合に比べて光の取出効率が向上する。光の取出効率向上という点では、図1に示すガラス導光板10Aのように、ボトム面上に直接ドット状の光散乱部40を形成して光散乱面とし、トップ面上に無機バリア層30を設けて光出射面とすることが好ましい。
なお、一般的に、ボトム面では、溶融金属中へのアルカリの拡散、および成型後のSO2ガスの吹き付けによる脱アルカリのために、アルカリ金属酸化物の濃度が低くなっている。そのため、トップ面と比べてボトム面では、アルカリと有機物の反応による白曇りが発生しにくい。そのため、トップ面に比べれば、ボトム面に無機バリア層を形成する必要性は低いが、トップ面、ボトム面の両面に形成されていればより耐候性は向上する。
本発明のガラス導光板10A,Bにおける無機バリア層30,31,32は、550nmでの屈折率が1.450以上である。ここで、波長550nmの屈折率を判断指標とするのは、波長380〜780nmの範囲の光のうち、視感度が最も高い波長550nmにおいて光の取出効率が高いことが好ましいからである。
本発明のガラス導光板10A,Bにおいて、波長550nmの屈折率は無機バリア層30,31,32の緻密性の判断指標となる。波長550nmの屈折率が1.450以上であると、無機バリア層30,31,32の緻密性が高く、ガラス表面にアルカリ成分がでにくくなるため、耐候性を改善する効果が高い。波長550nmの屈折率が1.450未満の場合、無機バリア層30,31,32の緻密性が低く、バリア層としての機能が不十分となり、耐候性の改善が困難である。
無機バリア層30,31,32は、波長550nmの屈折率が1.455以上であることがより好ましく、1.460以上であることがさらに好ましい。
本発明のガラス導光板10A,Bにおいて、波長550nmの屈折率は無機バリア層30,31,32の緻密性の判断指標となる。波長550nmの屈折率が1.450以上であると、無機バリア層30,31,32の緻密性が高く、ガラス表面にアルカリ成分がでにくくなるため、耐候性を改善する効果が高い。波長550nmの屈折率が1.450未満の場合、無機バリア層30,31,32の緻密性が低く、バリア層としての機能が不十分となり、耐候性の改善が困難である。
無機バリア層30,31,32は、波長550nmの屈折率が1.455以上であることがより好ましく、1.460以上であることがさらに好ましい。
本発明のガラス導光板10A,Bにおける無機バリア層30,31,32は、550nmでの屈折率がガラス板20の550nmでの屈折率よりも低い。550nmの屈折率が上記関係を満たすことにより、光出射面での表面反射が減少して、光の取出効率が向上する。
なお、ガラス板20の屈折率は、表層と内部で異なっていたり、素地むらによって不均質になっていたりしても構わない。その場合は、Vブロック法によって測定した、バルク体としての屈折率で代表させる。
なお、ガラス板20の屈折率は、表層と内部で異なっていたり、素地むらによって不均質になっていたりしても構わない。その場合は、Vブロック法によって測定した、バルク体としての屈折率で代表させる。
本発明のガラス導光板10A,Bにおける無機バリア層30,31,32は、その表面の算術平均粗さRaが0.3〜10nmである。
上述したように、高温高湿下で長時間置かれたガラス導光板表面に白曇りが生じる原因は、ガラス表面に付着した有機物がガラス表面のアルカリ成分と反応して塩を形成することである。有機物はディスプレイやバックライトの構成部材由来であり、その存在を完全になくすのが困難であるため、有機物が付着しにくいようにし、また付着したとしてもガラス表面のアルカリ成分と反応して塩を形成することがないようにすることを目的として、無機バリア層を設けることとした。
無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaが0.3nm以上であると、無機バリア層の表面に有機物が付着しにくいし、少量付着したとしても濡れ広がりにくく、ガラス表面のアルカリ成分と接する確率が低下する。その結果、高温高湿下に長時間に置いた場合でも、ガラス導光板の表面に白曇りが生じることが抑制される。無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaは0.5nm以上が好ましく、0.7nm以上がより好ましい。無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaが0.3nm未満の場合、無機バリア層の表面に付着した有機物が濡れ広がりやすく、ガラス表面のアルカリ成分と反応しやすくなる。その結果、高温高湿下に長時間に置いた場合に、ガラス導光板の表面に白曇りが生じる。
一方、無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaが大きすぎると、ガラス導光板10A,Bの光学特性に影響を及ぼし、ガラス導光板10A,Bを用いた面状照明装置の輝度低下や輝度ムラが発生するおそれがある。そのため、無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaは10nm以下とする。無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaは10nm以下であれば、ガラス導光板10A,Bの光学特性に影響を及ぼすことがなく、ガラス導光板10A,Bを用いた面状照明装置の輝度低下や輝度ムラが発生しない。
無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaは5nm以下であることが好ましく、2nm以下がより好ましく、1nm以下が特に好ましい。
上述したように、高温高湿下で長時間置かれたガラス導光板表面に白曇りが生じる原因は、ガラス表面に付着した有機物がガラス表面のアルカリ成分と反応して塩を形成することである。有機物はディスプレイやバックライトの構成部材由来であり、その存在を完全になくすのが困難であるため、有機物が付着しにくいようにし、また付着したとしてもガラス表面のアルカリ成分と反応して塩を形成することがないようにすることを目的として、無機バリア層を設けることとした。
無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaが0.3nm以上であると、無機バリア層の表面に有機物が付着しにくいし、少量付着したとしても濡れ広がりにくく、ガラス表面のアルカリ成分と接する確率が低下する。その結果、高温高湿下に長時間に置いた場合でも、ガラス導光板の表面に白曇りが生じることが抑制される。無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaは0.5nm以上が好ましく、0.7nm以上がより好ましい。無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaが0.3nm未満の場合、無機バリア層の表面に付着した有機物が濡れ広がりやすく、ガラス表面のアルカリ成分と反応しやすくなる。その結果、高温高湿下に長時間に置いた場合に、ガラス導光板の表面に白曇りが生じる。
一方、無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaが大きすぎると、ガラス導光板10A,Bの光学特性に影響を及ぼし、ガラス導光板10A,Bを用いた面状照明装置の輝度低下や輝度ムラが発生するおそれがある。そのため、無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaは10nm以下とする。無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaは10nm以下であれば、ガラス導光板10A,Bの光学特性に影響を及ぼすことがなく、ガラス導光板10A,Bを用いた面状照明装置の輝度低下や輝度ムラが発生しない。
無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaは5nm以下であることが好ましく、2nm以下がより好ましく、1nm以下が特に好ましい。
さらに無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaが0.3〜10nmであり、かつ無機バリア層30,31,32の波長550nmの屈折率が1.450以上であると、ガラス表面に有機物が付着しにくく、かつ無機バリア層表面にアルカリ成分がでてきにくくなるため、有機物とアルカリ成分との反応が抑制でき、結果として耐候性を改善する効果が高い。
550nmの屈折率が上述した条件を満たす無機バリア層30,31,32としては、SiO2を主成分とするものが挙げられる。SiO2を主成分とするものとは、無機バリア層30,31,32の構成材料の合計質量に対する質量百分率でSiO2を90%以上含有するものを指す。この場合、SiO2以外の無機バリア層30,31,32の構成元素としては、Ti、Sb、Sn、C、B、Al、P、S、In、Zr、V、Nb、Mo、Wおよびそれらのフッ化物、塩化物、水素化物、酸化物等が挙げられる。
SiO2を主成分とする膜(以下、「SiO2膜」と記載する場合がある。)であれば、上記した屈折率やRaを満たすだけでなく、耐候性の観点で膜自体がガラスと反応してヘーズを悪化させるような懸念がないので、導光板に適用する膜として好ましい。
SiO2を主成分とする膜(以下、「SiO2膜」と記載する場合がある。)であれば、上記した屈折率やRaを満たすだけでなく、耐候性の観点で膜自体がガラスと反応してヘーズを悪化させるような懸念がないので、導光板に適用する膜として好ましい。
SiO2膜の成膜法には、湿式成膜法、乾式成膜法、ゾルゲル法など、各種成膜法が存在する。但し、使用する成膜法により、SiO2膜の表面粗さが異なる。例えば、湿式成膜法やゾルゲル法を用いて形成されたSiO2膜は、表面粗さが大きくなる傾向がある。そのため、本発明の無機バリア層30は、真空蒸着法、スパッタリング法、真空CVD法、プラズマCVD法、常圧CVD法等の乾式成膜法を用いて形成することが好ましい。
無機バリア層30,31,32の厚さは5〜200nmであることが好ましい。無機バリア層30,31,32の厚さは5nm未満の場合、バリア層としての機能を十分発揮できない場合があり、また、無機バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaが上述した範囲を満たすことが困難になる。無機バリア層30,31,32の厚さを200nm超の場合、バリア層としての機能にもはや寄与せず、バリア層の形成に要する時間が長くなるため歩留りが低下してしまう。それに加えて、バリア層30,31,32の表面粗さが過度に大きくなり、バリア層30,31,32表面の算術平均粗さRaが上述した範囲を満たさなくなる場合がある。
本発明のガラス導光板10A,Bにおける無機バリア層30,31,32は、単層であってもよいし、積層されたものであってもよい。
本発明のガラス導光板10A,Bにおける無機バリア層30,31,32は、単層であってもよいし、積層されたものであってもよい。
ドット状の光散乱部40は、複数のドットから構成され、ガラス導光板10A,Bの内部を伝播する光の伝播方向を乱して光出射面(図1,2のガラス導光板10A,Bの場合、ガラス板20の主面21)に導くために設けられる。ドット状の光散乱部40は、一例としてガラス導光板10A,Bの光散乱面側の表面(図1,2のガラス導光板10A,Bの場合、ガラス板20の主面22)に光を散乱する塗料をスクリーン印刷、インクジェット印刷等公知の手法で形成できる。
ドットの形状としては、例えば、円形、楕円形、方形、三角形、多角形等が挙げられるが、ガラス導光板10A,Bの内部を伝播する光の伝播方向を乱して光出射面に導くことができるものであれば特に制限されない。なお、ドットの形状、大きさ等は、必要に応じて光反射面の部分毎に変更できる。
ガラス板の鉄レドックスはいずれも9.5%であった。
ガラス板の50mm長における可視光域の平均内部透過率は、いずれも98.8%であった。
下記方法で無機バリア層として、SiO2膜を成膜した。各SiO2膜の膜厚は50nmである。なお、A、Bは比較例、C、D、Eは実施例である。
A SiO2膜なし
B 両主面にSiO2膜を湿式成膜法で形成
C 両主面にSiO2膜をスパッタリング法で形成
D 両主面にSiO2膜を常圧CVD法で形成
E トップ面(成形時に溶融金属と接した主面と対向する面)のみにSiO2膜を常圧CVD法で形成
形成したSiO2膜の550nmでの屈折率を、エリプソメーター(J.A.Woollam社製、型番:VASE)によって測定した。なお、屈折率は、両方の主面について測定し、小数点3桁の有効数字の範囲内で同じ値であった。
ガラス板については、ガラス板を直方体形状に加工・表面研磨した上で、Vブロック法によってd線・C線・F線・e線・g線における屈折率を測定し、それらをセルマイヤーの式でフィッティングすることによって、550nmの屈折率を算出した。ガラス板の550nmでの屈折率は1.526であった。
また、形成したSiO2膜表面の算術平均粗さRaを原子間力顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、型番:SPI−3800N/SPA400)で測定した。測定条件は、加振電圧0.5V、走査エリア2.0μm×2.0μmとした。
上記Aについては、ガラス板表面の面の算術平均粗さRaを測定した。
別途用意した上記組成のガラス板8枚に、高反射白インキ(帝国インキ社製、品番:GLS−HF CLEAR)を、ガラス板の一方の主面全面に塗布して焼成することにより、厚さ10μmの光散乱層を形成した。本来、光散乱部はドット状に形成するが、ここでは耐候性の試験が目的であったため、光散乱部を主面全面に形成した(以下、光散乱層という)。
光散乱層を形成した2枚のガラス板で、A〜Eの各サンプルを1mmの隙間を置いて挟むようにして設置した。その際、光散乱層を形成した側の面をA〜Eの各サンプルに向けるようにした。
110℃90%の環境下で5日間および、11日間保管して、以下の手順で変化を観察した。
ヘーズ:ヘーズメーター(スガ試験機社製、型番:HZ−2)によって、主表面と直交して入射する光の散乱度合いを、ヘーズを指標として測定した。
顕微鏡観察:微分干渉顕微鏡(ニコン社製、型番:ME600)によって、50倍の倍率で、主表面上の反応物を観察した。
結果を下記表に示す。
光散乱層を形成した2枚のガラス板で、A〜Eの各サンプルを1mmの隙間を置いて挟むようにして設置した。その際、光散乱層を形成した側の面をA〜Eの各サンプルに向けるようにした。
110℃90%の環境下で5日間および、11日間保管して、以下の手順で変化を観察した。
ヘーズ:ヘーズメーター(スガ試験機社製、型番:HZ−2)によって、主表面と直交して入射する光の散乱度合いを、ヘーズを指標として測定した。
顕微鏡観察:微分干渉顕微鏡(ニコン社製、型番:ME600)によって、50倍の倍率で、主表面上の反応物を観察した。
結果を下記表に示す。
なお、初期ヘーズは0.3%以下であれば導光板として使用可能である。いずれのサンプルも初期ヘーズは0.1%未満であり、導光板として十分使用できるレベルであった。
顕微鏡観察については、以下の基準で評価した。
OK:直径20μm以上の白色の反応物が、2.3×3.0mmの視野内に存在しない。NG:直径20μm以上の白色の反応物が、2.3×3.0mmの視野内に存在する。
シリカ層を形成しなかったサンプルAは、5日後ヘーズが0.3%超、11日後ヘーズが1%超と高く、顕微鏡観察もNGであり、耐候性が劣っていた。11日後のサンプルAの顕微鏡写真を図3に示す。
シリカ層の550nmの屈折率が1.450未満、かつ、シリカ層表面の算術平均粗さRaが0.3nm未満のサンプルBは、5日後ヘーズが0.3%以下、11日後ヘーズが1%以下と良好であったが、顕微鏡観察の結果、反応物がありNGであり、耐候性が劣っていた。11日後のサンプルBの顕微鏡写真を図4に示す。
一方、シリカ層の550nmの屈折率が1.450以上、かつ、シリカ層表面の算術平均粗さRaが0.3〜10nmのサンプルC,D,Eは、5日後ヘーズが0.3%以下、11日後ヘーズが1%以下と低く、顕微鏡観察もOKであり、耐候性が良好であった。代表例として、11日後のサンプルDの顕微鏡写真を図5に示す。
サンプルAおよびBの反応物をSEM−EDXで分析した結果、反応物にはNaとCが多く含有されていることがわかった。さらに、サンプルAおよびBの反応物をFT−IRで分析した結果、反応物はカルボン酸塩であることがわかった。これらから、反応物は、カルボン酸ナトリウム塩であることがわかった。
10A,10B:ガラス導光板
20:ガラス板
21,22:主面
30,31,32:無機バリア層
40:光散乱部
20:ガラス板
21,22:主面
30,31,32:無機バリア層
40:光散乱部
Claims (9)
- ガラス板の少なくとも一方の主面に無機バリア層をそなえたガラス導光板であって、
前記ガラス板は、Fe2O3換算で5〜100wtppmの酸化鉄を含有し、かつLi2O、Na2OおよびK2Oの少なくとも1つを酸化物基準の質量百分率表示で2%以上含有し、
前記無機バリア層の550nmでの屈折率が1.450以上であり、かつ、前記無機バリア層の550nmでの屈折率が前記ガラス板の550nmでの屈折率よりも低く、
前記無機バリア層表面の算術平均粗さRaが0.3〜10nmであることを特徴とするガラス導光板。 - 無機バリア層の主成分がSiO2である、請求項1に記載のガラス導光板。
- 前記無機バリア層の膜厚が5〜200nmであり、前記ガラス板の板厚が0.5〜3.0mmである、請求項1または2に記載のガラス導光板。
- 前記ガラス板は、NiOを0.01〜1.0wtppm、Cr2O3を1.0wtppm以下、MnO2を5.0wtppm以下含有する、請求項1〜3のいずれかに記載のガラス導光板。
- 前記ガラス板が成形時に溶融金属と接するボトム面と、該ボトム面に対向するトップ面とを有し、該トップ面上に前記無機バリア層が設けられている、請求項1〜4のいずれかに記載のガラス導光板。
- 前記無機バリア層を備えた面を光出射面として用いる、請求項1〜5のいずれかに記載のガラス導光板。
- 前記ガラス板の一方の主面に前記無機バリア層を備えており、前記無機バリア層が設けられていない側の主面上に、ドット状の光散乱部を備えている、請求項1〜6のいずれかに記載のガラス導光板。
- 前記ガラス板は、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2を60〜85%、Al2O3を0〜10%、MgOを0〜10%、CaOを0〜20%、SrOを0〜15%、BaOを0〜15%、Na2Oを2〜20%、K2Oを0〜10%、B2O3を0〜20%含む、請求項1〜7のいずれかに記載のガラス導光板。
- 前記ガラス板は、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2を45〜80%、Al2O3を10%超30%以下、B2O3を0〜15%、MgOを0〜15%、CaOを0〜6%、SrOを0〜5%、BaOを0〜5%、Na2Oを2〜20%、K2Oを0〜10%、ZrO2を0〜10%含む、請求項1〜7のいずれかに記載のガラス導光板。
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- 2017-09-11 JP JP2017173915A patent/JP2018177626A/ja active Pending
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