JP2020187314A - ガラス基体および車載表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、意匠性の向上や配線の隠蔽のために、カバー部材の外周部には遮光層が設置されることが多い。
特に、カバー部材の主面に対して垂直方向ではなく斜め方向から、乗員の頭部が、カバー部材の端部に衝突した場合、この端部を起点として、カバー部材に割れが発生する場合がある。
すなわち、上記特許文献1に記載の技術を適用したガラス基体の主面の外周部および境界面に印刷層を設置した場合、印刷層の外周端の直線性が悪化し、外観を損なう場合があることを見出した。
すなわち、一対の主面、上記一対の主面に対して直交する方向に沿って配置された端面、及び上記主面と上記端面との間に配置された接続面を有するガラス基体であって、上記接続面は複数のポアを有し、上記ポアは、上記主面より20μm離れた部分での50%粒子径と上記端面より20μm離れた部分での50%粒子径の差が10μm以下であるガラス基体である。
また、上記特許文献1に記載の技術を適用したガラス基体の主面および境界面に、機能層を設置した場合、機能層が設置された主面と、機能層が設置された境界面の色味が異なり、外観を損なう場合があることを見出した。
すなわち、特許文献1に記載の技術を適用したガラス基体の主面および境界面に印刷層を設置した場合、上記境界面の一部が平滑すぎるため、上記印刷層の外周端とガラス基体との接触角が低下し、上記境界面を印刷層の外周端の一部が滑落することで直線性が損なわれると推定した。
すなわち、一対の主面、上記一対の主面に対して直交する方向に沿って配置された端面、及び上記主面と上記端面との間に配置された接続面を有するガラス基体であって、上記接続面は複数のポアを有し、上記ポアは、上記主面より20μm離れた部分での50%粒子径と上記端面より20μm離れた部分での50%粒子径の差が10μm以下であるガラス基体である。
ガラス基体として用いられるガラスとしては、二酸化ケイ素を主成分とする一般的なガラス、例えば、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラスからなる基体が挙げられる。
(i)SiO2を50〜80%、Al2O3を2〜25%、Li2Oを0〜20%、Na2Oを0〜18%、K2Oを0〜10%、MgOを0〜15%、CaOを0〜5%、Y2O3を0〜5%およびZrO2を0〜5%含むガラス
(ii)SiO2を50〜74%、Al2O3を1〜10%、Na2Oを6〜14%、K2Oを3〜11%、MgOを2〜15%、CaOを0〜6%およびZrO2を0〜5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が75%以下、Na2OおよびK2Oの含有量の合計が12〜25%、MgOおよびCaOの含有量の合計が7〜15%であるガラス
(iii)SiO2を68〜80%、Al2O3を4〜10%、Na2Oを5〜15%、K2Oを0〜1%、MgOを4〜15%およびZrO2を0〜1%含有するガラス
(iv)SiO2を67〜75%、Al2O3を0〜4%、Na2Oを7〜15%、K2Oを1〜9%、MgOを6〜14%およびZrO2を0〜1.5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が71〜75%、Na2OおよびK2Oの含有量の合計が12〜20%であり、CaOを含有する場合その含有量が1%未満であるガラス。
化学強化処理を施す場合は、後述する面取りおよびエッチング処理の後に行うことが好ましい。
すなわち、ガラス基体の表面圧縮応力(以下、CSという。)は400MPa以上1200MPa以下が好ましく、700MPa以上900MPa以下がより好ましい。CSが400Pa以上であれば、実用上の強度として十分である。またCSが1200MPa以下であれば、自身の圧縮応力に耐えられ、自然に破壊してしまう懸念が無い。ガラス基体のCSは700MPa以上850MPa以下がさらに好ましい。
具体的には、例えば、1回目の処理では、例えば硝酸ナトリウム塩を主に含む無機塩組成物に上記ガラス基体を接触させて、NaとLiのイオン交換を行う。次いで2回目の処理で、例えば硝酸カリウム塩を主に含む無機塩組成物に上記ガラス基体を接触させて、KとNaのイオン交換を行う。このようにすることで、DOLが深く、表面応力の高い圧縮応力層を形成でき、好ましい。
ガラス基体に上記化学強化処理を行う場合は、これを効果的に行うために、ガラス基体の厚さは通常5mm以下が好ましく、3mm以下がより好ましい。
RSE装置などに使用する場合は、100mm×100mm〜400×600mmで、厚さは0.5〜4mmが好ましい。
RMSはJIS B 0601(2001)で規定される方法に準拠して測定できる。具体的には、レーザー顕微鏡(キーエンス社製 商品名:VK−9700)により、試料の測定面に対して、270μm×200μmの視野範囲を設定し、基板の高さ情報を測定し、カットオフ補正を行ない、得られた高さの二乗平均を求めることで算出した。この測定を行う際にはカットオフ値は0.08mmを使用することが好ましい。また試料表面に観察されるポアの大きさは10μm以下が好ましい。このような範囲にあることにより、ギラツキ防止と防眩性とが両立可能となる。
本実施形態のガラス基体は、一対の主面、一対の主面に直交する方向に沿って配置された端面、及び上記主面と上記端面との間に配置された接続面を有する。
ここで、「直交する方向」とは上記主面の上記端面付近での接平面と、上記端面を含む平面の成す角度がほぼ90度となる位置関係を意味するものとする。
ここでいう50%粒子径とは、ポア径の累積分布(数基準)において累積数50%に対応するポア径のことを言う。
面取り方法は、特に限定されず、公知の方法を使用でき、例えば、砥石を用いた研磨による方法が好適に挙げられる。砥石としては、例えば、回転砥石などが用いられる。
回転砥石は、一例として、周方向に延びる環状の研削溝が形成されており、研削溝の壁面は、アルミナ、炭化ケイ素、ダイヤモンドなどの砥粒を含む。
砥粒は400番以下が好ましく、600番以下がより好ましい。このようにすることで、後述するエッチング処理の後のポアの形状を容易に所定の範囲できる。
ガラス基体は、主面および接続面に印刷層を備えていてもよい。印刷層は、表示パネルの外側周辺部に配置された配線回路のような、表示を見るときに視界に入り邪魔になる部分を遮蔽し、表示の視認性と美観を高める光遮蔽部であってもよいし、文字や模様等の印刷層であってもよい。
無機系インクと有機系インクとでは、焼成温度が低いことから、有機系インクの使用が好ましい。また、耐薬品性の観点から、顔料を含む有機系インクがより好ましい。
ガラス基体の主面、接続面および端面の少なくとも一部には、機能層が形成されていることが好ましい。機能層は、単層または複数の層が積層された積層体である。機能層としては例えば、防汚層、防眩層、反射防止層、密着層などが挙げられる。以下、各機能層について詳細を説明する。
防汚層は、表面への有機物、無機物の付着を抑制する膜、または、表面に有機物、無機物が付着した場合においても、ふき取り等のクリーニングにより付着物が容易に除去できる効果をもたらす層のことである。
防汚層は、後述する密着層の表面上に備えられることが好ましい。防汚層としては、ガラス基体に防汚性を付与できるものであれば特に限定されないが、含フッ素有機ケイ素化合物を加水分解縮合反応させることで硬化させて得られる、含フッ素有機ケイ素化合物被膜からなることが好ましい。
密着層は、防汚層の耐久性向上のために、ガラス基体と上記防汚層の間に設置される。密着層の最表層は、防汚層との密着性の観点から、酸化ケイ素を主成分とすることが好ましい。また、密着層を単数または複数の層を積層して形成することで、反射防止性能等を同時に得ることもできる。
なお、ここでいう「主成分」とは、当該層に80質量%以上含有されているものを指す。
低反射層とは、反射率低減の効果をもたらし、光の映り込みによる眩しさを低減するほか、表示装置等からの光の透過率を向上でき、表示装置等の視認性を向上できる膜のことである。
本実施形態のガラス基体は、主面、接続面および端面の少なくとも一部と防汚層との間に、低反射層を備えることが好ましい。低反射層の構成としては光の反射を抑制できる構成であれば特に限定されず、例えば、波長550nmでの屈折率が1.9以上の高屈折率層と、波長550nmでの屈折率が1.6以下の低屈折率層とを積層した構成にできる。また、低屈折率層は1層のみの構成でもよい。
ら選択される1種を主成分とする層であり、低屈折率層が酸化ケイ素を主成分とする層である構成が好ましい。
また、上述したように、低反射層の最表層を、酸化ケイ素を主成分とすることで、密着層としても使用できる。
本実施形態の機能層は、乾式成膜法によって形成される。乾式成膜法としては、蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレート法、スパッタリング法、プラズマCVD法が挙げられる。その中でも、蒸着法またはスパッタリング法が好ましく用いられる。
スパッタリング法では、マグネトロンスパッタリング法が一般的に用いられ、その中でもパルスマグネトロンスパッタリング法、ACマグネトロンスパッタリング法および後酸化マグネトロンスパッタリング法がさらに好ましい。
このような方法を使用すれば、緻密で厚さが精密に制御された機能層が得られる。
主面の色味の測定は、ASTM E 1164に規定された測定器を用いて、SCIモードでおこなう。
まず、ガラス基体の側面を砥石により面取り加工した。面取り形状はC面取りとし、面取り幅は0.15mmとした。使用した砥石は電着ダイヤモンド砥石であり、番手は粗加工が325番、仕上げ加工が700番であり、回転速度は6000rpmとした。
次に、PETを基材とし、アクリル糊を塗布した厚さ70μmの保護フィルム(スミロン社製)を131mm×281mmに切り出したものを準備した。
次に、上記保護フィルムを、ガラス基体の両方の主面の全面に、ガラス基体の外周端から0.5mm迫り出す様にラミネーターで貼合し、保護フィルム付きガラス基体を得た。
次に、上記保護フィルム付きガラス基体に、フッ酸5質量%、塩酸2質量%を混合したエッチング液を150ml/(分・cm2)となる流量で、噴霧し、エッチング量が60μmとなるようにエッチングを行った。
この時、エッチング液の、上記ガラス基体に対する噴霧角度は90度とし、噴霧ノズルと上記ガラス基体の距離は2cmとし、噴霧ノズルから噴霧される水量は150ml/分とした。
また、エッチング量は基板に二点アラインメントマークを配置し、エッチング処理の前後のガラス形状を三次元測定機(ミツトヨ社製)で測定し、差分を求めることで測定した。
次に、両面の保護フィルムをガラス基体から剥離し、基板端部がエッチングされたガラス基体を得た。
エッチング液の塩酸2質量%を、硝酸2質量%に変更した以外は、例1と同様にして処理した。
エッチング量を80μmとした以外は、例1と同様にして処理した。
例1と同様にして作成した保護フィルム付きガラス基体を、フッ酸5質量%、塩酸2質量%を混合したエッチング液に浸漬してエッチングを行った。その際、事前に上記ガラス基体の端部に純水を噴霧し、基板端部が被覆されるように処理した。また、浸漬時間は、エッチング量が60μmとなるように調整した。
このようにして、端部がエッチング処理されたガラス基体を得た。
例1と同じ保護フィルムを130.6mm×280.6mmのサイズに切り出し、例1と同様に面取りをしたガラス基体に貼合した。その際、保護フィルムの外周がガラス基体の外周から0.3mm迫り出すように貼合した。
それ以外は例1と同様にして処理した。
例11は、特許文献1に記載の例4に対応するものである。まず、例1と同じ保護フィルムを134mm×284mmのサイズに切り出し、例1と同様に面取りをしたガラス基体に貼合した。その際、保護フィルムの外周がガラス基体の外周から2mm迫り出すように貼合した。次に、フッ酸2質量%、塩酸18質量%を混合したエッチング液に浸漬してエッチングを行った。その際、例4でおこなったような事前の噴霧は行わなかった。また、浸漬時間は、エッチング量が40μmとなるように調整した。
ガラス基体の側面をR面取りした以外は、例1と同様に処理した。具体的には、砥石は電着ダイヤモンド砥石を使用し、番手は粗加工を325番、仕上げ加工を700番とし、回転速度は6000rpmとした。また、面取り部の曲率半径は0.5mmとし、接続面と主面がなす角は68°とし、面取り幅は0.55mmとした
レーザー顕微鏡(キーエンス社 VK−9700)を用いて、接続面を1000倍に拡大した270μm×200μmの範囲の画像に対して高さ測定を行った。その際、横(X)方向、縦(Y)方向の測定間隔は0.1μmで、高さ(Z)方向の精度は0.001μmとした。次いで、得られた高さの累積分布(数基準)において累積数90%に対応する高さを基準高さとした。基準高さは、測定点を高さの順番で並べ、高さの低いものから高さの高いものへ順番に測定点の累積数を数えたときに、その累積数が測定点の総数の90%になるときの高さのことである。
次いで、上記レーザー顕微鏡の画像を、高さが基準高さを超える部分と、高さが基準高さ以下である部分とに二値化した。
このようにして、高さが基準高さ以下である部分をポアとした。
次いで、ポアごとに、長手方向寸法(長径)および長手方向寸法に直交する方向の寸法(短径)を求め、長径および短径の二乗平均平方根(長径の二乗と短径の二乗との平均値の平方根)を算出する。算出した二乗平均平方根を、各ポアのポア径とした。
次いで、各ポアのポア径を用いて、ポア径の小さいほうからの累積分布(数基準)において、累積数90%に対応するポア径を90%ポア径とした。
まず、主面の法線と接続面の法線の両方に直交する線の方向から、光学顕微鏡(キーエンス社製VHX−5000)によって、100倍の画像を取得した。
図2に例1で得られた測定画像を例示する。以下、図2に基づいて説明する。
次に、主面12と接続面14の接続点に対して、主面12側に200μm離れた点Aと700μm離れた点Bを通る直線を直線1とした。次に、接続面14側に80μm離れた点Cと180μm離れた点Dを通る直線を直線2とした。これら2直線の成す角度を主面12と接続面14の成す角度を180度から減じた値として定義した。
ガラス基体の一方の主面の外周端から20mm幅の領域に、スクリーン法によって黒色インクを塗布して印刷層を形成した。その際、印刷層の外周端が、主面と接続面の交わる線に一致するように印刷版を調整して塗布した。
その後、上記印刷層付きガラス基体を乾燥炉に入れて、130度で60分乾燥させた。
次に、上記印刷層付きガラス基体の外周端部を以下のように観察して、印刷直線性を評価した。
まず、デジタルマイクロスコープ(キーエンス社製VHX−5000)を用いて、外周端を1000倍に拡大した画像を取得した。
図3に例1で得られた画像を例示する。以下、図3に基づいて説明する。
次いで、上記画像の視野範囲にある1mm長さの印刷層15の外周線において、印刷層15側から上記外周線に接する直線を引き、直線Lとした。次に、直線L1を、上記直線Lの位置から、上記直線Lに垂直方向でかつ印刷層15の外側の方向に移動させていき、直線L1と印刷層15の外周端が1点で接する位置まで移動させる。直線性を、直線Lと直線L1との距離と定義した。
各例で得られたガラス基体に、以下の方法によって反射防止層を一方の主面および接続面に形成した。
このようにして、反射防止層付きガラス基体を得た。
ΔE=√[(Δa*)2+(Δb*)2]
ここで、Δa*(Δb*)はそれぞれ、主面と接続面とのa*(b*)の差である。
特許文献1に記載のヘッドインパクト試験と同様にして、試験を行った。
ヘッドインパクト試験の結果、ガラス基体が割れなかった場合には「A」を、ガラス基体が割れた場合には「B」とした。「A」であれば、斜め方向からの衝突に対する端部耐衝撃性に優れると評価できる。
例1〜例5では、端面付近と主面付近のポア径の差が4.8〜8.2μmと少ないため、インクの直線性も40μm〜90μmとなっており、視認されない範囲のため良好であった。
これに対して例11では、端面付近と主面付近のポア径の差が17μmと大きく、そのためインクの直線性が320μmと視認できる程度となっており、外観上問題のあるものであった。なお、例11は特許文献1の例4に対応している。
12:主面
13:端面
14:接続面
15:印刷層
16:インク
Claims (9)
- 一対の主面、前記一対の主面に対して直交する方向に沿って配置された端面、及び前記主面と前記端面との間に配置された接続面を有するガラス基体であって、前記接続面は複数のポアを有し、前記ポアは、前記主面より20μm離れた部分での50%粒子径と前記端面より20μm離れた部分での50%粒子径の差が10μm以下であるガラス基体。
- 前記主面と前記接続面の成す角度が40度以上55度以下である、請求項1に記載のガラス基体。
- 前記主面と前記接続面の境界曲線の曲率半径Rが350μm以下である、前記請求項1または2に記載のガラス基体。
- 前記接続面の表面に存在するポアの粒子径の分散が5μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラス基体。
- 前記ポアの90%粒子径が10μm以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス基体。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス基体を用いた印刷層付きガラス基体であって、前記接続面が存在する側の主面及び前記接続面の少なくとも一部に印刷層が設置されており、前記印刷層の外周端の少なくとも一部は前記接続面にあり、前記外周端の直線度が100μm以下である、印刷層付きガラス基体。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス基体を用いた機能層付きガラス基体であって、前記接続面が存在する側の主面及び前記接続面に機能層が設置されており、前記機能層が設置された前記主面と前記接続面の色の差が0以上10以下である機能層付きガラス基体。
- 請求項6に記載の印刷層付きガラス基体を用いた機能層付きガラス基体であって、前記印刷層が設置されている側と反対側の主面と前記端面の間に第2の接続面を有し、前記第2の接続面は複数のポアを有し、前記ポアは、前記反対側の主面より20μm離れた部分での50%粒子径と前記端面より20μm離れた部分での50%粒子径の差が10μm以下であり、前記反対側の主面と前記第2の接続面の少なくとも一部には機能層が設置されており、前記反対側の主面の機能層と前記第2の接続面の機能層の色の差が0以上10以下である機能層付きガラス基体。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス基体、請求項6に記載の印刷層付きガラス基体、または、請求項7もしくは8に記載の機能層付きガラス基体が設置された車載表示装置。
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