JP2022511671A - ウェザリングに対する抵抗性を有する改質表面を有するガラス基板 - Google Patents

ウェザリングに対する抵抗性を有する改質表面を有するガラス基板 Download PDF

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Abstract

端面と、厚さを定める少なくとも２つの主面と、光源から光を受け取るように構成された端面とを有し、光源からの光を分布させるように構成されたガラス基板を備え、このガラス基板は、アルカリ含有バルクと、約０．５原子％以下のアルカリを含むアルカリ欠乏表面層とを含む、導光板を提供する。ディスプレイ製品および導光板として使用するためのガラス基板を製造する方法も提供される。

Description

関連出願
本願は、米国特許法第１１９条のもと、２０１８年１１月１日に出願された米国仮特許出願第６２／７５４０４４号明細書の優先権の利益を主張し、その内容は本明細書の依拠するところであって、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。
本開示は、低減されたウェザリングを示す改質表面を有するガラス基板に関する。
拡散光を生じさせるのに使用される従来のコンポーネントは、ディスプレイ産業において多くの用途で利用されてきたポリマー導光膜および拡散膜を含む拡散構造を有する。これらの用途は、ベゼルフリーＴＶシステム、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ）、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）ディスプレイ、電子リーダ（ｅ－リーダ）デバイスなどを含む。
導光板（ＬＧＰ）は、ディスプレイ製品、例えば、ＴＶにおける工学的コンポーネントである。入射点からＬＥＤを介してＴＶの光路長を通る光の自然透過に基づく喪失について、付加的な光取り出し機構（ＬＥＦ）が、ＬＧＰ表面の一方に（典型的には、分散されたＳｉＯ２またはＴｉＯ２粒子を含むポリマーインクで）印刷される。この付加的な機構によって、ＬＧＰ内で光散乱を誘起して内部全反射（ＴＩＲ）を破り、当該点で光を放出させることにより、エッジ照明ＬＥＤ－ＴＶモジュールにおけるＬＧＰ全体にわたって光の取り出しが可能となる。ここでのＬＥＦは、典型的には、（例えば、単位面積当たりの機構数および／またはこの機構のサイズに基づいて）ＬＧＰにわたる不均一な分布を有するように、戦略的な方式でパターン化されている。内部全反射光強度は、ＬＥＤの近くで最も高いため（ＬＥＤから離れるにつれて次第に調光され、光が取り出されると強度が低下する）、ＬＥＦの不均一な分布は、実際には、光強度の低下を補償する役割を果たし、最終的には、ＬＧＰから視聴者へ向かって取り出される光の均一な輝度を容易にする。これは、ＬＥＦがＬＧＰ表面にわたって均一にパターン化されている場合、用途に望ましくない非常に不均一な（指数関数的に減衰する）輝度分布がもたらされることになるため、注意が重要となる。このことは、本明細書で詳述されるいわゆる「ウェザリング」生成物と同様に、均一に分布させた外部光取り出し機構が表面上に存在する場合に生じる１つの問題である。
プラスチック材料は、適切な特性、例えば光透過性を提供することができるが、これらの材料は、比較的劣った機械的特性、例えば、剛性、熱膨張係数（ＣＴＥ）および吸湿性を示す。高透過性ガラス、例えばCorning Incorporatedから市販されているＩｒｉｓ（商標）ファミリのガラスが導光板（ＬＧＰ）として利用されており、これは、ポリマーＬＧＰに取って代わることができ、優れた機械的特性を提供することができる。実際、このようなガラス基板は、ポリ（メチルメタクリレート）（「ＰＭＭＡ」）およびシリル変性ポリエーテル（「ＭＳ」）の対応物より、改善された剛性、より低い熱膨張係数および低減された吸湿性を提供することができる。
ガラス基板がＬＧＰとして使用される場合、高湿度条件（例えば、６０℃および９０％ＲＨ）下での加速エージングの際に、ガラス表面上に微粒子が形成されることがあり、これが外部光取り出し機構（ＬＥＦ）としてふるまうことが見出された。当業者には「ウェザリング生成物」として知られるこれらの粒子により、パネルにわたって経時的に不均一な輝度プロファイルが生じる。例えば、エージングされたＴＶパネル上で輝度が測定された場合、エージングされていないＴＶパネルと比較して、ウェザリング生成物を含有する特定の領域は、ＴＶパネルの特定の領域において向上した輝度（単位ルーメンまたはニトで測定される）を示す。幾つかの領域におけるウェザリング生成物の影響により、同じＴＶパネル上の他の領域は、ウェザリング後、エージングされていないＴＶパネルと比較して、輝度の低下を示す。
ウェザリング生成物は、導光板を収納したディスプレイ製品を組み立てた後に適切に除去することはできない。このため、ウェザリング生成物は、付加的な光漏れに起因した、ガラスパネルを通る際の散乱および光結合によって、ガラスの光透過特性に影響を及ぼしうる。ウェザリングによって導光板の輝度が製品の寿命にわたって全く変化しない（すなわち、エージングされたＬＧＰとエージングされていないＬＧＰとの輝度の差が理想的にはゼロとなる）のが理想的であるが、実際には、ＬＧＰは、顧客仕様内で一定レベルの輝度変化（例えば、加速エージング試験後の８０～９０％の輝度均一性）の許容範囲を有しうる。しかし、ガラス基板で構成されるＬＧＰは、ある条件下、特に高温および高湿度環境で維持される場合には、こうした許容範囲を超えてしまうおそれがある。また、より薄いＬＧＰを使用すると、ウェザリング生成物（または実際には、任意の表面汚染）の影響も強まる。
したがって、特に、ガラス基板が高湿度環境に曝された場合のウェザリングによる影響が低減された導光板として使用されるガラス基板が、依然として必要とされている。
本開示の一態様は、端面と、厚さを定める少なくとも２つの主面と、光源から光を受け取るように構成された端面とを有し、光源からの光を分布させるように構成されたガラス基板を備えた、導光板を提供する。ガラス基板は、アルカリ含有バルクと、約０．５原子％以下のアルカリを含むアルカリ欠乏表面層とを含む。
本開示の別の態様は、導光板を製造する方法を提供する。この方法は、厚さを定める少なくとも２つの主面と、光源から光を受け取るように構成された端面とを有し、光源からの光を分布させるように構成されたガラス基板を用意するステップと、少なくとも２つの主面のうちの少なくとも一方を電極に接触させるステップと、ガラス基板を熱ポーリングにかけるステップとを含み、熱ポーリングにかけられなかったガラス基板と比較して、ガラス基板上でのアルカリ生成物の形成により生じる導光板の輝度のウェザリングに基づく不均一性が低減される。
付加的な特徴および利点は以下の詳細な説明で説明され、部分的には当該説明から当業者に容易に明らかであり、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲および添付の図面を含む、本明細書に記載する実施形態を実施することにより認識されるであろう。
前述の一般的な説明および下記の詳細な説明は両方とも例示的なものに過ぎず、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することが意図されることを理解されたい。添付の図面はさらなる理解を提供するために含まれるものであって、本明細書に援用されて本明細書の一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示し、説明とともに、種々の実施形態の原理および動作を説明するのに役立つ。
下記の詳細な説明は、下記の図面と併せて読めば、さらに理解することができる。
例示的なＬＣＤディスプレイデバイスの断面図である。 例示的な導光板の上面図である。 本開示の特定の実施形態に係る導光板を示す図である。 実施例で使用されたアノード／ガラス基板／カソードアセンブリを示す図である。 実施例に記載した、８５℃および８５％湿度で湿潤エージングされた後の、ガラス基板のアノード側表面の分極領域および非分極領域の光学顕微鏡画像を示す図である。
１つ以上の実施形態では、ガラス基板を備える導光板は、アルカリ欠乏表面層を備える。導光板として使用される場合、アルカリ欠乏表面層を有するガラス基板は、本開示に従って処理されていない対照ガラス基板（例えば、アルカリ欠乏表面層を含まないガラス基板）と比較して、アルカリ生成物（例えば、ナトリウム塩）の形成により生じる導光板におけるウェザリングの減少および輝度の不均一性の低下を示す。このようなウェザリングの減少効果は、ガラス基板が例えば、６０℃および９０％相対湿度で９６０時間または８５℃および８５％相対湿度で２１日間エージングされた場合、同じ条件下でエージングされた未処理の基板と比較して、処理されたガラス基板上での微粒子形成の効果的な減少を、観察によって判別することができる。このようなウェザリングの減少効果は、輝度測定によって判別することができる。例えば、輝度向上または輝度向上の大きさの減少は、同じ条件下でエージングされた未処理の基板と比較して、エージングされた基板についてのウェザリングの減少効果を示す。幾つかの実施形態では、エージングされる基板は、６０℃および９０％相対湿度で９６０時間または８５℃および８５％相対湿度で２１日間エージングされる。他の高温および／または高湿度環境を適用して、高温および／または高湿度環境における「エージング」または「ウェザリング」をシミュレートする（または加速させる）ことができる。
本開示は特定の理論に限定されないが、幾つかのガラス基板は、ガラス表面に、多くの一価の原子種、例えば、Ｎａを含有する。表面層内のアルカリイオン（例えば、Ｎａ＋）は、二酸化炭素などの空気中の種と反応して、小さな白色沈殿物（例えば、炭酸ナトリウム）を形成する場合があり、この沈殿物は、一般的には、１マイクロメートル未満の大きさであり、ウェザリングプロセス中に核形成または成長のいずれかを行う場合がある。核形成および成長は、湿ったチャンバ（例えば、６０℃および９０％相対湿度で、例えば、９６０時間）中で加速され、これらの沈殿物（「ウェザリング生成物」）は、炭酸ナトリウムおよび／または塩化ナトリウムとして検出され、輝度の向上をもたらすことが発見されている。さらに、いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、本明細書に記載している実施形態に従って処理されたガラス基板はアルカリ欠乏表面層をもたらし、これがない場合に経時的なアルカリイオンの水分媒介性外方拡散に起因して生じるはずのウェザリング生成物の形成を減少させる。
１つ以上の実施形態に従って本明細書で使用する場合、「アルカリ欠乏」とは、１つ以上の実施形態に従って処理された表面層を指し、処理されていないガラス基板のアルカリ含有バルク中に存在する濃度未満の濃度のアルカリを含む。幾つかの実施形態では、アルカリ欠乏表面層中のアルカリの濃度は、約０．５原子％以下（例えば、０．００１～０．５原子％）である。アルカリ濃度が約０．５原子％以下（例えば、０．００１～０．５原子％）、０．４原子％以下（例えば、０．００１～０．４原子％）、約０．３原子％以下（例えば、０．００１～０．３原子％）、約０．２原子％以下（例えば、０．００１～０．２原子％）、約０．１原子％以下（例えば、０．００１～０．１原子％）または約０．０５原子％以下（例えば、０．００１～０．０５原子％）であるような実施形態では、表面層は「アルカリを含まない」と称することができる。ガラス基板中のアルカリ欠乏表面層の存在およびアルカリ欠乏表面層の厚さは、二次イオン質量分析法（「ＳＩＭＳ」）により測定することができる。
１つ以上の実施形態では、アルカリ欠乏表面層は、アルカリ土類欠乏表面層でもある。本明細書で使用する場合、「アルカリ土類欠乏」とは、表面層がアルカリ含有バルク層中に存在する濃度未満の濃度でアルカリ土類を含むことを意味する。幾つかの実施形態では、アルカリ欠乏表面層中のアルカリ土類の濃度は、約０．５原子％以下（例えば、０．００１～０．５原子％）である。このような実施形態では、アルカリ土類濃度は、約０．５原子％以下（例えば、０．００１～０．５原子％）、約０．４原子％以下（例えば、０．００１～０．４原子％）、約０．３原子％以下（例えば、０．００１～０．３原子％）、約０．２原子％以下（例えば、０．００１～０．２原子％）、約０．１原子％以下（例えば、０．００１～０．１原子％）または約０．０５原子％以下（例えば、０．０５～０．００１原子％）である。アルカリ土類濃度が約０．０５原子％以下である場合、表面層は、アルカリ土類を含まないと称することができる。ガラス基板中のアルカリ土類欠乏表面層の存在およびアルカリ土類欠乏表面層の厚さは、２次イオン質量分析法（「ＳＩＭＳ」）により測定することができる。
１つ以上の実施形態では、アルカリ欠乏表面層は、約１０ｎｍ～約５０００ｎｍ、約１０ｎｍ～約４０００ｎｍ、約１０ｎｍ～約３０００ｎｍ、約１０ｎｍ～約２０００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１０００ｎｍ、約１０ｎｍ～約９００ｎｍ、約１０ｎｍ～約８００ｎｍ、約１０ｎｍ～約７００ｎｍ、約１０ｎｍ～約６００ｎｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約１０００ｎｍ、約１００ｎｍ～約１０００ｎｍ、約２００ｎｍ～約５０００ｎｍ、約２５０ｎｍ～約５０００ｎｍ、約３００ｎｍ～約５０００ｎｍ、約４００ｎｍ～約５０００ｎｍ、約５００ｎｍ～約５０００ｎｍまたは約５００ｎｍ～約５０００ｎｍの範囲の厚さを有することができる。
１つ以上の実施形態では、アルカリ欠乏表面層は、実質的に均質な組成を有する。幾つかの実施形態では、アルカリ欠乏表面層の組成は、この表面層の厚さに沿って実質的に同じである。他の実施形態では、アルカリ欠乏表面層の組成は、その全体積に沿って実質的に同じである。本明細書で使用する場合、「均質な組成」なる表現は、相分離されていない組成、または他の部分とは異なる組成を有する部分を含まない組成を指す。
１つ以上の実施形態では、アルカリ欠乏表面層は、実質的に微結晶を含まずまたは実質的に非晶質であることができる。例えば、幾つかの実施形態では、アルカリ欠乏表面層は、約１体積％未満の微結晶を含む。
１つ以上の実施形態では、アルカリ欠乏表面層は、水素、例えば、Ｈ＋、Ｈ３Ｏ＋、Ｈ２Ｏの形態にある水素を実質的に含まない。幾つかの実施形態では、アルカリ欠乏表面層は、約０．１原子％以下（例えば、０．００１～０．１原子％）の水素、約０．０８原子％以下（例えば、０．００１～０．０８原子％）の水素、約０．０６原子％以下（例えば、０．００１～０．０６原子％）の水素、約０．０５原子％以下（例えば、０．００１～０．０５原子％）の水素、約０．０４原子％以下（例えば、０．００１～０．０４原子％）の水素、約０．０２原子％以下（例えば、０．００１～０．０２原子％）の水素または約０．０１原子％以下（例えば、０．００１～０．０１原子％）の水素を含む。ガラス基板中の水素の存在は、二次イオン質量分析法（「ＳＩＭＳ」）により測定することができる。
１つ以上の特定の実施形態では、アルカリ欠乏表面層は、２成分Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２組成を含むが、他の非アルカリ成分を含むことができる。
ガラス基板は、ディスプレイデバイスに使用するための当技術分野において公知の任意の材料を含む。例示的な実施形態では、ガラス基板は、アルミノケイ酸塩、アルカリ－アルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、アルカリ－ホウケイ酸塩、アルミノホウケイ酸塩、アルカリ－アルミノホウケイ酸塩、ソーダ石灰または他の適切なガラスを含む。一実施形態では、ガラスは、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスおよびソーダ石灰ガラスから選択される。ガラス導光板として使用するのに適した市販のガラスの例は、Corning Incorporated製のＩｒｉｓ（商標）およびＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスを含むが、これらに限定されない。
１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、次の範囲［モル％］の酸化物：５０～９０モル％のＳｉＯ２、０～２０モル％のＡｌ２Ｏ３、０～２０モル％のＢ２Ｏ３、および０～２５モル％のＲｘＯ［式中、ｘは２であり、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓおよびこれらの組み合わせから選択され、またはｘは１であり、ＲはＺｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａおよびこれらの組み合わせから選択される］を含み、ガラス基板は、０．５～２０モル％の、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２ＯおよびＭｇＯから選択される１つの酸化物を含む。１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、酸化物ベース［モル％］で、少なくとも３．５～２０モル％、５～２０モル％、１０～２０モル％の、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２ＯおよびＭｇＯから選択される１つの酸化物を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２ＯおよびＭｇＯから選択される少なくとも１つの酸化物を含むアルミノケイ酸ガラスを含む。これらの酸化物は、本明細書に記載するエージング条件に曝された場合に、ガラス基板をウェザリング生成物に影響されやすい状態にする。１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、次の範囲［モル％］の酸化物、すなわちＳｉＯ２：約６５モル％～約８５モル％；Ａｌ２Ｏ３：約０モル％～約１３モル％；Ｂ２Ｏ３：約０モル％～約１２モル％；Ｌｉ２Ｏ：約０モル％～約２モル％；Ｎａ２Ｏ：約０モル％～約１４モル％；Ｋ２Ｏ：約０モル％～約１２モル％；ＺｎＯ：約０モル％～約４モル％；ＭｇＯ：約０モル％～約１２モル％；ＣａＯ：約０モル％～約５モル％；ＳｒＯ：約０モル％～約７モル％；ＢａＯ：約０モル％～約５モル％；およびＳｎＯ２：約０．０１モル％～約１モル％を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、次の範囲［モル％］の酸化物、すなわちＳｉＯ２：約７０モル％～約８５モル％；Ａｌ２Ｏ３：約０モル％～約５モル％；Ｂ２Ｏ３：約０モル％～約５モル％；Ｌｉ２Ｏ：約０モル％～約２モル％；Ｎａ２Ｏ：約０モル％～約１０モル％；Ｋ２Ｏ：約０モル％～約１２モル％；ＺｎＯ：約０モル％～約４モル％；ＭｇＯ：約３モル％～約１２モル％；ＣａＯ：約０モル％～約５モル％；ＳｒＯ：約０モル％～約３モル％；ＢａＯ：約０モル％～約３モル％；およびＳｎＯ２：約０．０１モル％～約０．５モル％を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、次の範囲［モル％］の酸化物、すなわちＳｉＯ２：約７２モル％～約８２モル％；Ａｌ２Ｏ３：約０モル％～約４．８モル％；Ｂ２Ｏ３：約０モル％～約２．８モル％；Ｌｉ２Ｏ：約０モル％～約２モル％；Ｎａ２Ｏ：約０モル％～約９．３モル％；Ｋ２Ｏ：約０モル％～約１０．６モル％；ＺｎＯ：約０モル％～約２．９モル％；ＭｇＯ：約３．１モル％～約１０．６モル％；ＣａＯ：約０モル％～約４．８モル％；ＳｒＯ：約０モル％～約１．６モル％；ＢａＯ：約０モル％～約３モル％；およびＳｎＯ２：約０．０１モル％～約０．１５モル％を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、次の範囲［モル％］の酸化物、すなわちＳｉＯ２：約８０モル％～約８５モル％；Ａｌ２Ｏ３：約０モル％～約０．５モル％；Ｂ２Ｏ３：約０モル％～約０．５モル％；Ｌｉ２Ｏ：約０モル％～約２モル％；Ｎａ２Ｏ：約０モル％～約０．５モル％；Ｋ２Ｏ：約８モル％～約１１モル％；ＺｎＯ：約０．０１モル％～約４モル％；ＭｇＯ：約６モル％～約１０モル％；ＣａＯ：約０モル％～約４．８モル％；ＳｒＯ：約０モル％～約０．５モル％；ＢａＯ：約０モル％～約０．５モル％；およびＳｎＯ２：約０．０１モル％～約０．１１モル％を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、次の範囲［モル％］の酸化物、すなわちＳｉＯ２：約６５．８モル％～約７８．２モル％；Ａｌ２Ｏ３：約２．９モル％～約１２．１モル％；Ｂ２Ｏ３：約０モル％～約１１．２モル％；Ｌｉ２Ｏ：約０モル％～約２モル％；Ｎａ２Ｏ：約３．５モル％～約１３．３モル％；Ｋ２Ｏ：約０モル％～約４．８モル％；ＺｎＯ：約０モル％～約３モル％；ＭｇＯ：約０モル％～約８．７モル％；ＣａＯ：約０モル％～約４．２モル％；ＳｒＯ：約０モル％～約６．２モル％；ＢａＯ：約０モル％～約４．３モル％；およびＳｎＯ２：約０．０７モル％～約０．１１モル％を含む。
１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、次の範囲［モル％］の酸化物、すなわちＳｉＯ２：約６６モル％～約７８モル％；Ａｌ２Ｏ３：約４モル％～約１１モル％；Ｂ２Ｏ３：約４０モル％～約１１モル％；Ｌｉ２Ｏ：約０モル％～約２モル％；Ｎａ２Ｏ：約４モル％～約１２モル％；Ｋ２Ｏ：約０モル％～約２モル％；ＺｎＯ：約０モル％～約２モル％；ＭｇＯ：約０モル％～約５モル％；ＣａＯ：約０モル％～約２モル％；ＳｒＯ：約０モル％～約５モル％；ＢａＯ：約０モル％～約２モル％；およびＳｎＯ２：約０．０７モル％～約０．１１モル％を含む。
１つ以上の実施形態では、本明細書で提供される組成を含むガラス基板は、０．００８未満または０．００５未満の色ずれを有する。１つ以上の実施形態では、本明細書で提供される組成は、ＲｘＯ／Ａｌ２Ｏ３が０．９５～３．２３の範囲にあることを特徴とし、式中、ｘ＝２であり、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、ＲｂおよびＣｓのうちのいずれか１つ以上である。１つ以上の実施形態では、ＲはＺｎ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａのうちのいずれか１つであり、ｘ＝１であり、ＲｘＯ／Ａｌ２Ｏ３は０．９５～３．２３の範囲にある。１つ以上の実施形態では、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、ＲｂおよびＣｓのうちのいずれか１つ以上であり、ｘ＝２であり、ＲｘＯ／Ａｌ２Ｏ３は１．１８～５．６８の範囲にある。１つ以上の実施形態では、ＲはＺｎ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳＲまたはＢａのうちのいずれか１つ以上であり、ｘ＝１であり、ＲｘＯ／Ａｌ２Ｏ３は１．１８～５．６８の範囲にある。１つ以上の実施形態に係るガラス基板に適した特定の組成は、国際公開第２０１７／０７００６６号に記載されている。
１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、幾らかのアルカリ成分を含有し、例えば、ガラス基板は、無アルカリガラスではない。本明細書で使用する場合、「無アルカリガラス」とは、０．１モル％以下の総アルカリ濃度を有するガラスであり、ここで、総アルカリ濃度は、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＬｉ２Ｏ濃度の合計である。幾つかの実施形態では、ガラスは、約０～約３．０モル％の範囲、約０～約２．０モル％の範囲または約０～約１．０モル％の範囲およびこれらの間の全ての部分範囲にあるＬｉ２Ｏを含む。他の実施形態では、ガラスは、Ｌｉ２Ｏを実質的に含まない。他の実施形態では、ガラスは、約０モル％～約１０モル％の範囲、約０モル％～約９．２８モル％の範囲、約０～約５モル％の範囲、約０～約３モル％の範囲または約０～約０．５モル％の範囲およびこれらの間の全ての部分範囲にあるＮａ２Ｏを含む。他の実施形態では、ガラスは、Ｎａ２Ｏを実質的に含まない。幾つかの実施形態では、ガラスは、約０～約１２．０モル％の範囲、約８～約１１モル％の範囲、約０．５８～約１０．５８モル％の範囲およびこれらの間の全ての部分範囲にあるＫ２Ｏを含む。
ガラス基板は、所望の光分布を生じさせるのに適した任意の所望のサイズおよび／または形状を有することができる。ガラス基板は、光を発する表面の反対側の第２の主面を有することができる。特定の実施形態では、主面は、プレーナまたは実質的にプレーナであってよく、例えば実質的に平坦であってよい。種々の実施形態では、第１の主面と第２の主面とは、平行または実質的に平行であってよい。ガラス基板は、４つの端部または４つを超える端部を含むことができ、例えば多面多角形であってよい。他の実施形態では、ガラス基板は、４つ未満の端部を含むことができ、例えば三角形であってよい。非限定的な例として、導光板は、４つの端部を有する長方形、正方形または菱形のシートを含むことができるが、他の形状および構成を利用することもできる。
本開示の１つ以上の実施形態では、ガラス基板は、例えば、約３ｍｍ以下の厚さ、例えば、約０．１ｍｍ～約３ｍｍ、約０．１ｍｍ～約２．５ｍｍ、約０．３ｍｍ～約２ｍｍ、約０．５ｍｍ～約１．５ｍｍまたは約０．７ｍｍ～約１ｍｍの範囲（これらの間の全ての範囲および部分範囲を含む）の厚さを有しうるガラス基板である。以下で極めて詳細に検討される熱ポーリングプロセスは、ガラス基板が絶縁破壊を回避するのに十分な厚さを有するのであれば、ガラスの厚さに対して敏感ではない。特定の実施形態では、ガラス基板は、ポーリング電圧を厚さで除算した値が約５×１０７Ｖ／ｍ超または３×１０８Ｖ／ｍ超であるような厚さを有する。
ガラス基板は、高透過性ガラス、例えば高透過性アルミノケイ酸ガラスとすることができる。特定の実施形態では、導光板は、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲にわたって９０％超の、少なくとも１つの主面に対して垂直な透過率を示す。例えば、導光板は、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲にわたって約９１％超の、少なくとも１つの主面に対して垂直な透過率、約９２％超の、少なくとも１つの主面に対して垂直な透過率、約９３％超の、少なくとも１つの主面に対して垂直な透過率、約９４％超の、少なくとも１つの主面に対して垂直な透過率、または約９５％超の、少なくとも１つの主面に対して垂直な透過率（これらの間の全ての範囲および部分範囲を含む）を有することができる。
特定の実施形態では、光源から光を受け取るように構成されたガラス基板の端面は、透過において１２．８度未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）の角度内で光を散乱させることができる。参照によりその全体が本明細書に援用される米国特許出願公開第２０１５／０３６８１４６号明細書に開示されているように、光源から光を受け取るように構成された端面は、特定の実施形態では、研磨せずに端部を研削することにより、または当業者に公知の他のＬＧＰ処理方法により、処理することができる。
幾つかの実施形態では、ガラス基板は、例えばイオン交換により化学的に強化することができる。イオン交換プロセスの間、ガラスの表面またはその近くのガラス内のイオンは、例えば、塩浴からのより大きな金属イオンと交換することができる。より大きなイオンをガラスに包含させることにより、表面近くの領域に圧縮応力を生じさせることによってガラスを強化することができる。圧縮応力を釣り合わせるために、ガラスの中央領域内に対応する引張応力を誘起することができる。
種々の実施形態によれば、ガラス基板の主面は、アルカリ欠乏表面層の形成後に、表面層の上に適用された光取り出し機構（ＬＥＦ）またはレンチキュラレンズのうちの１つ以上を備えることができる。例えば、複数の光取り出し機構が、任意の所定のパターンまたは設計で、基板の表面上または表面中に存在することができ、このパターンまたは設計は、例えば、ランダムであってもまたは配列されていてもよく、反復的であってもまたは非反復的であってもよく、均一であってもまたは非均一であってもよい。他の実施形態では、光取り出し機構は、表面に隣接するガラス基板の母材内にまたは表面の下に配置することができる。例えば、光取り出し機構は、例えば、粗くされたまたは隆起した表面を構成するテクスチャ機構として表面にわたって分布させることができ、または例えばレーザー損傷機構として、基板またはその一部の内部および全体にわたって分布させることができる。
ＬＧＰは、当技術分野において公知の任意の方法、例えば、同時係属かつ同時所有の国際公開第２０１４０５８７４８号および国際公開第２０１５０９５２８８号に開示されている方法に従って光取り出し機構を作製するように処理することができ、これらの文献はそれぞれ、その全体が参照により本明細書に援用される。
本開示の実施形態は、ガラス基板、例えば、ディスプレイデバイスで使用するように構成されたガラス基板、および幾つかの実施形態では導光板として使用されるように構成されたガラス基板を処理する方法を提供する。特定の実施形態では、アルカリ欠乏表面層は、熱ポーリングにより形成される。
熱ポーリング処理の前に、成形、保管および出荷後に蓄積する可能性のある典型的な汚染物質を除去するために、ガラス基板の表面（ひいては表面層）を洗浄しまたは処理することができる。代替的には、ガラス基板は、形成直後に処理にかけられ、汚染物質の蓄積が排除される。
１つ以上の実施形態では、熱ポーリングに使用される電極は、ガラス基板のアノード面に接触するアノードと、ガラス基板のカソード面に接触するカソードとを備える。特定の実施形態では、アノード面は正のＤＣバイアスを受け、一方、カソード面は負のＤＣバイアスを受ける。
１つ以上の実施形態では、電極材料は、ポーリング温度でガラスに比べて実質的により大きな導電性を有し、改質された表面領域にわたって電界均一性を提供する。また、アノード電極材料は、テンプレートへのガラスの粘着を引き起こすことがある界面酸化物化合物の形成を最小限に抑えるために、比較的耐酸化性であることが望ましい。例示的なアノード電極材料は、貴金属（例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなど）または耐酸化性、導電性膜（例えば、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、黒鉛被覆）を含むが、これらに限定されない。
幾つかの実施形態に係るカソード電極材料は導電性であり、同様に、改質領域にわたって電界均一性を提供する。カソード電極材料のための例示的な材料は、ガラスからアルカリイオンを受け取ることができる材料、例えば、グラファイトシート（例えば、Graftech Inc.から入手可能なＧｒａｆｏｉｌ（登録商標））を含む。幾つかの実施形態では、物理的なカソード電極は、表面放電のために、常に必ずしも接触させなくてもよい。
１つ以上の実施形態では、電極は、ガラスに接触する別個のコンポーネントであり、このため、複雑な除去ステップなしに処理後に分離することができる。電極は、一般的には、バルク材料を含むことができ、または薄膜、例えば電極として機能するためにガラス上に堆積される導電性薄膜の形態をとることができる。
幾つかの実施形態では、電極は、表面の全部または一部のみを覆い、所望に応じて、断続的であってよく、またはパターン化されていてもよい。パターン化は、各種の方法のいずれか、例えばリソグラフィ技術、機械加工などにより達成することができる。
ガラスおよび電極の曲率および／または平坦度は、理想的には、影響を受けた領域上の界面で適度に密接な接触が生じるように適合化されるべきである。ただし、初期接触が密接に行われなくても、電圧が印加された時の界面における静電荷が、２つの表面を引き付けて密接な接触とするように作用する。
特定の実施形態では、熱ポーリングは、アノードがガラス基板に対して正にバイアスされてガラス基板のアノード面でのアルカリ欠乏が誘起されるように、ガラス基板に電圧を印加することを含む。電圧は、ＤＣ電圧またはＤＣバイアスＡＣ電圧であってよい。電圧の印加に先行して、方法は、ガラス基板に電圧を印加する前に、ガラス基板および電極（すなわち、アノード／ガラス／カソードを含むスタック）を、Ｔｇを下回る温度にすることを含むことができる。幾つかの実施形態では、ガラス基板および電極は、約２５℃～約Ｔｇまたは約１００℃～約３００℃の範囲にあるプロセス温度にすることができる。幾つかの実施形態では、熱ポーリング中の所望のプロセス温度での平衡により、ガラス基板の分極表面にわたる温度均一性が保証される。
１つ以上の実施形態では、熱ポーリング処理は、約１００Ｖ～約１００００Ｖ（例えば、約１００Ｖ～約１０００Ｖ）の範囲にある電圧をガラス基板に、約１分～約６時間（例えば、約５分～約６０分、約１５分～約３０分）の範囲の持続時間にわたって印加することを含む。熱ポーリング処理の時間および電圧は、ガラス組成に応じて変化させることができることに留意されたい。幾つかの実施形態では、ガラス基板は、真空下、不活性ガス環境（例えば、乾燥Ｎ２）中または透過性ガス環境（例えば、Ｈｅ）中で、熱ポーリングにかけられる。
電圧は、最大の所望の値を達成するために、１つ以上の別個のステップで印加することができるか、または制御された／電流制限された方式でプロセス電圧まで傾斜（もしくは増大）させることができる。電圧は、ガラス、例えば、低抵抗ガラスを通過する過度の電流による熱絶縁破壊を防止する方式で印加される、これにより、より高い最終的なポーリング電圧およびより厚い表面層が可能となる。代替的には、絶縁破壊強度は、ガラス組成、表面条件および周囲温度により変化するため、電圧を印加するための「インスタントオン」戦略も幾つかの条件下で許容することができ、便宜上所望される場合がある。
熱ポーリング処理後、ガラス基板は、後続の取り扱いのために、約２５℃～約８０℃の範囲にある温度まで冷却される。電圧は、冷却前または冷却後に除去することができる。
１つ以上の実施形態では、ポーリング処理を行うのに適した装置は、実用上の問題、例えば、漏れ電流経路またはアーク放電を回避しながら、制御された方式でガラス／電極積層体への熱および電圧を同時に維持することができる任意のシステムを含むことができる。１つ以上の実施形態では、この装置は、界面での雰囲気による影響および／または閉塞ガスを最小限に抑えることができるプロセス雰囲気の制御（例えば、真空下、不活性ガス環境、例えば乾燥Ｎ２環境または透過性ガス環境）も提供する。
このような導光体を備える種々のデバイスも本明細書に開示されており、その幾つかを挙げるとすれば、例えばディスプレイ、照明、および電子デバイス、例えばＴＶ、コンピュータ、電話、タブレットおよび他のディスプレイパネル、照明器具、ソリッドステート照明、ビルボードおよび他の建築要素である。
ここから、本開示の種々の実施形態を、微細構造アレイおよび導光板の例示的な実施形態を示す図面を参照して検討するものとする。下記の一般的な説明は、特許請求される装置の概要を提供することを意図しており、種々の態様を、非限定的に示される、本開示の文脈内で互いに交換可能な実施形態を参照して、本開示全体にわたってより具体的に検討する。
図１は、第１の基板１４および第２の基板１６から形成されたＬＣＤディスプレイパネル１２を備えた、例示的なＬＣＤディスプレイデバイス１０を示しており、第１の基板１４および第２の基板１６は、第１の基板と第２の基板との間ならびに第１の基板および第２の基板の周辺端部の周囲に配置された接着材料１８により結合されている。第１および第２の基板１４，１６ならびに接着材料１８は、これらの間に液晶材料を含有するギャップ２０を形成している。ギャップの一貫した間隔を維持するために、ギャップ内の種々の位置にスペーサ（図示せず）を使用することもできる。第１の基板１４は、カラーフィルタ材料を含むことができる。したがって、第１の基板１４は、カラーフィルタ基板と称することができる。一方、第２の基板１６は、液晶材料の偏光状態を制御するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含み、背面板と称することができる。ＬＣＤパネル１２は、その表面上に配置された１つ以上の偏光フィルタ２２をさらに含むことができる。
ＬＣＤディスプレイデバイス１０は、ＬＣＤパネル１２を後方から、すなわち、ＬＣＤパネルの背面板側から照明するように配置されているＢＬＵ２４をさらに備える。幾つかの実施形態では、ＢＬＵは、ＬＣＤパネルから間隔を空けて配置することができる。ただし、さらなる実施形態では、ＢＬＵは、ＬＣＤパネルに接触していてよく、または透明接着剤などでＬＣＤパネルに結合されていてもよい。ＢＬＵ２４は、導光体としてのガラス基板２８で形成されたガラス導光板（ＬＧＰ）２６を備える。ガラス基板２８は、第１の主面３０と、第２の主面３２と、第１および第２の主面の間に延在する複数の端面とを含む。実施形態において、ガラス基板２８は、Ｘ－Ｙ－Ｚ座標により示されるように、ガラス基板２８のＸ－Ｙ平面を画定する第１の主面と第２の主面との間に延在する、図２に示された４つの端面３４ａ，３４ｂ，３４ｃおよび３４ｄを備える平行四辺形、例えば正方形または長方形であってよい。例えば、端面３４ａは端面３４ｃの反対側にあってよく、端面３４ｂは、端面３４ｄの反対側に配置されていてよい。端面３４ａは反対側の端面３４ｃに対して平行であってよく、端面３４ｂは反対側の端面３４ｄに対して平行であってよい。端面３４ａおよび３４ｃは、端面３４ｂおよび３４ｄに直交していてよい。端面３４ａ～３４ｄはプレーナであり、主面３０，３２に直交していてよくまたは実質的に直交（例えば、９０＋／－１度、例えば、９０＋／－０．１度）していてよい。ただし、さらなる実施形態では、端面は、主面３０，３２に直交するかまたは実質的に直交しており、２つの隣接する角度を有する表面部分により第１および第２の主面に結合している面取り部、例えば、平坦な中心部分を含むことができる。
第１および／または第２の主面３０，３２は、約０．１ナノメートル（ｎｍ）～約０．６ｎｍの範囲、例えば、約０．６ｎｍ未満、約０．５ｎｍ未満、約０．４ｎｍ未満、約０．３ｎｍ未満、約０．２ｎｍ未満または約０．１ｎｍ未満の平均粗さ（Ｒａ）を含むことができる。端面の平均粗さ（Ｒａ）は、約０．０５マイクロメートル（μｍ）以下、例えば約０．００５マイクロメートル～約０．０５マイクロメートルの範囲にあることができる。
主面粗さの前述のレベルは、例えば、フュージョンドロープロセスまたはフロートガラスプロセスに続けて研磨を使用することにより達成することができる。表面粗さは、例えば、原子間力顕微法、市販のシステム、例えば、Zygo製のシステムによる白色光干渉法または市販のシステム、例えば、Keyenceにより提供されるシステムよるレーザー共焦点顕微法により測定することができる。表面からの散乱は、表面粗さを除いて、同一のサンプルの範囲を準備し、ついで、それぞれの内部透過率を測定することにより測定することができる。サンプル間の内部透過性の差異は、粗面により誘起される散乱損失に起因する。端部粗さは、研削および／または研磨により達成することができる。
ガラス基板２８は、第１の主面３０および第２の主面３２に直交する方向で、最大ガラス基板厚さｔをさらに含む。幾つかの実施形態では、ガラス基板厚さｔは、約３ｍｍ以下、例えば約２ｍｍ以下または約１ｍｍ以下であることができる。ただし、さらなる実施形態では、ガラス基板厚さｔは、約０．１ｍｍ～約３ｍｍの範囲、例えば、約０．１ｍｍ～約２．５ｍｍの範囲、約０．３ｍｍ～約２．１ｍｍの範囲、約０．５ｍｍ～約２．１ｍｍの範囲、約０．６ｍｍ～約２．１ｍｍの範囲または約０．６ｍｍ～約１．１ｍｍの範囲（これらの間の全ての範囲および部分範囲を含む）にあってもよい。幾つかの実施形態では、ガラス基板の厚さは、約０．１ｍｍ～約３．０ｍｍ（例えば、約０．３ｍｍ～約３ｍｍ、約０．４ｍｍ～約３ｍｍ、約０．５ｍｍ～約３ｍｍ、約０．５５ｍｍ～約３ｍｍ、約０．７ｍｍ～約３ｍｍ、約１ｍｍ～約３ｍｍ、約０．１ｍｍ～約２ｍｍ、約０．１ｍｍ～約１．５ｍｍ、約０．１ｍｍ～約１ｍｍ、約０．１ｍｍ～約０．７ｍｍ、約０．１ｍｍ～約０．５５ｍｍ、約０．１ｍｍ～約０．５ｍｍ、約０．１ｍｍ～約０．４ｍｍ、約０．３ｍｍ～約０．７ｍｍまたは約０．３ｍｍ～約０．５５ｍｍ）の範囲にあってもよい。
本明細書に記載している実施形態によれば、ＢＬＵ２４は、ガラス基板２８の少なくとも１つの端面（光入射端面）、例えば、端面３４ａに沿って配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）３６のアレイをさらに備える。図１に示されている実施形態では、光が入射する１つの端面３４ａが示されているが、例示的なガラス基板２８の端部のうちの任意の１つまたは複数に光を入射させることができるので、特許請求される主題は１つに限定されるべきでないことに留意されたい。例えば、幾つかの実施形態では、端面３４ａおよびその反対側の端面３４ｃの両方に光を入射させることができる。付加的な実施形態では、端面３４ａおよび／またはその反対側の端面３４ｃに代えて、または端面３４ａおよび／またはその反対側の端面３４ｃに加えて、端面３４ｂおよびその反対側の端面３４ｄに光を入射させることができる。光入射面は、透過において１２．８度未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）の角度内で光を散乱させるように構成されていてよい。
幾つかの実施形態では、ＬＥＤ３６は、光入射端面、例えば、端面３４ａから、約０．５ｍｍ未満の距離δに位置することができる。１つ以上の実施形態によれば、ＬＥＤ３６は、ガラス基板への効率的な光結合を提供するために、ガラス基板２８の厚さｔ以下の厚さまたは高さを含むことができる。
ＬＥＤのアレイにより発せられた光は、少なくとも１つの端面３４ａを通って入射し、内部全反射によりガラス基板を通って導かれ、例えば、ガラス基板２８の一方または両方の主面３０，３２上の取り出し機構によりＬＣＤパネル１２を照明するように取り出される。このような取り出し機構は、内部全反射を中断させ、ガラス基板２８内を伝搬する光を、主面３０，３２の一方または両方を通してガラス基板の外へ配向する。したがって、ＢＬＵ２４は、ガラス基板２８の後ろに、ＬＣＤパネル１２に対向して配置され、ガラス基板の裏側、例えば主面３２から取り出された光を（ＬＣＤパネル１２に向かって）前方方向に配向し直す反射板３８をさらに含むことができる。適切な光取り出し機構は、ガラス基板の表面を直接に粗くすることまたはシートを適切な被覆、例えば拡散膜で被覆することのいずれかにより生成される、ガラス基板上の粗い表面を有することができる。幾つかの実施形態では、光取り出し機構は、例えば、適切なインク、例えば、ＵＶ硬化性インクで反射不連続領域（例えば、白色ドット）を印刷し、このインクを乾燥させかつ／または硬化させることにより得ることができる。幾つかの実施形態では、前述の取り出し機構の組み合わせを使用することができ、または当技術分野において公知の他の取り出し機構を利用することができる。
ＢＬＵは、ガラス基板の主面上に堆積された１つ以上の膜または被覆（図示せず）、例えば、量子ドット膜、拡散膜および反射偏光膜またはこれらの組み合わせをさらに含むことができる。
局所調光、例えば１次元（１Ｄ）調光は、ガラス基板２８の少なくとも１つの端面３４ａに沿った第１の領域を照明する選択されたＬＥＤ３６をオンにし、一方、隣接領域を照明する他のＬＥＤ３６をオフにすることにより達成することができる。逆に、１Ｄ局所調光は、第１の領域を照明する選択されたＬＥＤをオフにし、一方、隣接領域を照明するＬＥＤをオンにすることにより達成することができる。
図２に、ガラス基板２８の端面３４ａに沿って配置されたＬＥＤの第１のサブアレイ４０ａと、ガラス基板２８の端面３４ａに沿って配置されたＬＥＤの第２のサブアレイ４０ｂと、ガラス基板２８の端面３４ａに沿って配置されたＬＥＤ３６の第３のサブアレイ４０ｃとを備える、例示的なＬＧＰ２６の一部を示す。３つのサブアレイにより照明されるガラス基板の３つの別個の領域は、Ａ、ＢおよびＣとラベル付けされている。ここで、Ａ領域は中間領域であり、ＢおよびＣ領域はＡ領域に隣接している。領域Ａ，ＢおよびＣはそれぞれ、ＬＥＤサブアレイ４０ａ，４０ｂおよび４０ｃにより照明される。サブアレイ４０ａのＬＥＤが「オン」状態にあり、他のサブアレイ、例えば、サブアレイ４０ｂおよび４０ｃの他の全てのＬＥＤが「オフ」状態にある場合、局所調光指数ＬＤＩは、１－（Ｂ，Ｃ領域の平均輝度）／（Ａ領域の輝度）として定義することができる。ＬＤＩを決定することのより完全な説明は、例えば、“Local Dimming Design and Optimization for Edge-Type LED Backlight Unit”, Jung et al., SID 2011 Digest, 2011, pp.1430-1432に見出すことができ、この文献の内容は、参照によりその全体が本明細書に援用される。
任意の１つのアレイもしくはサブアレイ内のＬＥＤ数またはサブアレイ数も、少なくともディスプレイデバイスのサイズの関数であり、図２に示されたＬＥＤ数は、例示のためのみのものであって、限定を意図するものではないことに留意されたい。したがって、各サブアレイは１つのＬＥＤまたは２つ以上のＬＥＤを含むことができ、または複数のサブアレイ、例えば３つのサブアレイ、４つのサブアレイ、５つのサブアレイなどを、特定のＬＣＤパネルを照明するのに必要な数だけ用意することができる。例えば、典型的な１Ｄ局所調光可能な５５インチ（１３９．７ｃｍ）ＬＣＤ ＴＶは、８～１２のゾーンを有する場合がある。ゾーン幅は、典型的には、約１００ｍｍ～約１５０ｍｍの範囲にある。ただし、幾つかの実施形態では、ゾーン幅はより小さくてもよい。ゾーン長は、ガラス基板２８の長さとほぼ同じである。
ここから図３を参照して、ガラス基板２８の端面２９に光学的に結合可能であって、例えば端面２９に隣接して配置可能な、少なくとも１つの光源４０を含む、導光板２６を示す。本明細書で使用する場合、「光学的に結合されている」なる用語は、光源がＬＧＰ内に光を導入するようにＬＧＰの端部に配置されることを示すことが意図される。光源は、ＬＧＰに物理的に接触していない場合であっても、ＬＧＰに光学的に結合させることができる。付加的な光源（図示せず）も、ＬＧＰの他の端面、例えば隣接する端面または反対側の端面に光学的に結合させることができる。
光源４０からＬＧＰ内に入射した光は、臨界角未満の入射角で界面に衝突するまで、内部全反射（ＴＩＲ）により矢印１６１で示されるように、ＬＧＰの長さＬに沿って伝搬することができる。ＴＩＲは、第１の屈折率を含む第１の材料（例えば、ガラス、プラスチックなど）中を伝搬する光が第１の屈折率より低い第２の屈折率を含む第２の材料（例えば、空気など）との界面で全反射することができる現象である。ＴＩＲは、スネルの法則を使用して、
（１） ｎ１ｓｉｎ（θｉ）＝ｎ２ｓｉｎ（θｒ）
のように説明することができる。この式は、屈折率の異なる２つの材料間の界面における光の屈折を説明する。スネルの法則に従って、ｎ１は第１の材料の屈折率であり、ｎ２は第２の材料の屈折率であり、θｉは界面に対する法線に対する界面での光入射の角度（入射角）であり、θｒは当該法線に対する屈折光の屈折角である。屈折角（θｒ）が９０°であり、例えばｓｉｎ（θｒ）＝１の場合、スネルの法則は、
（２） θｃ＝θｉ＝ｓｉｎ－１（ｎ２／ｎ１）
のように表現することができる。
このような条件下での入射角θｉは、臨界角θｃと称することもできる。臨界角より大きい入射角（θｉ＞θｃ）を有する光は第１の材料内で内部全反射され、一方、臨界角以下の入射角（θｉ≦θｃ）を有する光はそのほとんどが第１の材料を透過する。
空気（ｎ１＝１）とガラス（ｎ２＝１．５）との間の例示的な界面の場合、臨界角（θｃ）は４１°と計算することができる。このため、ガラス中を伝搬する光は、４１°より大きい入射角で空気－ガラス界面に衝突し、全ての入射光は入射角に等しい角度で界面から反射される。反射光が第１の界面と同一の屈折率関係を含む第２の界面にぶつかると、第２の界面に入射する光は、再度、入射角に等しい反射角で反射される。
幾つかの実施形態では、ポリマープラットフォーム７２を、第２の主面１９５の反対側のガラス基板２８の主面、例えば発光面１９０上に配置することができる。微細構造７０のアレイは、ＬＧＰの表面１９０および１９５上に配置された他の光学膜（例えば、反射膜および１つ以上の拡散膜（図示せず））と共に、破線矢印１６２により示されているように、光の透過を（例えば、ユーザに向かう）前方方向に導くことができる。幾つかの実施形態では、光源４０は、ランベルト光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であってよい。ＬＥＤからの光は、ＬＧＰ内を素早く広がりうるので、（例えば、１つ以上のＬＥＤをオフにして）局所調光を行うことが困難になる場合がある。一方、（図３における矢印１６１により示されている）光伝搬方向で細長い１つ以上の微細構造をＬＧＰの表面上に形成することにより、各ＬＥＤ光源がＬＧＰの狭いストリップのみを効果的に照明するように光の広がりを制限することが可能となりうる。照明されたストリップは、例えば、ＬＥＤにおける原点から反対側の端部上の類似の終点まで延在することができる。このように、種々の微細構造構成を使用して、ＬＧＰの少なくとも一部分の１次元（１Ｄ）局所調光を比較的効率的な方法で果たすことが可能となる場合がある。
種々の実施形態は、下記の非限定的な実施例によりさらに明確になるであろう。
図４に、ガラス基板１１０の熱ポーリングのためにこの実施例で使用されるアノード／ガラス基板／カソードスタックまたはアセンブリ１００を示す。ガラス基板は、この実施例では、国際公開第２０１７／０７００６６号に一般的に開示されているような組成を有するものであり、同文献の内容はその全体が参照により本明細書に援用される。
図４に示されているように、ステンレス鋼製のゲージブロック１３０に接触しているステンレス鋼製の金属電極１２０は、アノードとして機能し、ガラス基板１１０の主面１１２に接触して、ガラス基板１１０のアノード面１４０を形成する。ゲージブロック１３０は、アノード面１４０と密接に接触するための平坦度および表面積を有する。ステンレス鋼製のベースプレート１６０上に置かれたグラファイト片１５０（Ｇｒａｆｏｉｌ（登録商標））は、カソードとして機能し、ガラス基板の反対側に接触して、ガラス基板のカソード面１７０を形成する。ゲージブロック１３０がアノード面１４０に沿ってガラス基板１１０に接触している表面積が、分極領域１４２を画定する。一方、ゲージブロックに接触していないガラス基板の表面部分は、この実施例において同一試料コントロールとして機能する非分極領域１８０を画定する。アルカリ欠乏表面層は、このアノード面１４０に沿って形成されるが、非分極領域１８０には形成されない。アセンブリ１００は、炉内で電圧を保持するように適切に配線される。
緩く積層した後、乾燥窒素雰囲気を作り出し、アセンブリ（１００）を２５０℃に加熱した。この温度で１５分間平衡化した後、＋６００Ｖをゲージブロック１３０に印加し、電流は最大１ｍＡに制限した。電流の初期増加が観察され、続いて、アルカリ欠乏表面層１４４が形成されるにつれて緩慢な減衰が観察された。約１５分間の期間にわたって電圧を印加し、その後、ヒータを停止して、サンプルを一晩冷却させた。電圧をオフにし、チャンバをベントし、スタックを手作業で分離した。
ガラス基板１１０は、手作業で容易にゲージブロックから分離された。分極ガラス領域を目視検査したところ、透明であり、明らかな欠陥がないことがわかった。分極領域では、光学反射率のわずかな変化を視覚的に識別することができた。これは、数百ナノメートルの範囲の低屈折率アルカリ欠乏表面層の存在の直接的な証拠とみなすことができる（すなわち、わずかな反射防止効果が表面層の存在により生じる）。分極ガラスサンプルを湿度チャンバに入れ、８５℃および８５％ＲＨで２１日間処理した。これらは、ウェザリングについての極めて攻撃的な条件と考えられる。これまでの実験では、本実施例で使用された組成の未処理のガラス基板を導光板に使用し、同様の高温／高湿度条件下でエージングを行った場合に、照度の上昇が生じることが確認されている。アルカリ欠乏表面層１４４を備える図４に示されたガラス基板１１０を、図１～図３に示された導光板として、また図１に示されたディスプレイデバイスの一部として使用することができる。アルカリ欠乏表面層を備えるガラス基板は、本明細書に記載された１つ以上の実施形態に係るアルカリ欠乏表面層を含まないガラス基板と比較して、低減されたウェザリングを示す。
図５に、湿潤エージング後のアノード側表面の異なる領域におけるガラス基板の代表的な光学顕微鏡画像を示す。この画像に示されているように、非分極領域（図５の左側）はかなり腐食されており、表面上に様々な形態で散乱された比較的大きなウェザリング生成物を示す。これは、望ましくない光取り出しをもたらすことが公知である。一方、分極領域（図５の右側）には、この顕微鏡スケールでも、ウェザリング生成物の識別可能な証拠がまったくない。画像は、サンプル上に同じ倍率で異なる代表的なスポットを示している。当業者であれば、顕微鏡で高倍率で検査した場合、「ウェザリング」生成物は不均一に分布することが多いが、巨視的条件で観察した場合、集合体において多少均一なヘイズとして現れることを認識している。顕微鏡画像においてガラス表面上に観察されるわずかな可視の「テクスチャ」が存在し、これは、当該技術分野において説明されているように、単に、ゲージブロック電極の表面テクスチャがガラス表面上へとわずかにインプリントされた影響である。まとめると、イオンが移動してアルカリ欠乏表面層が形成される際に体積がわずかに減少し、ガラス表面におけるアノード電極のトポグラフィ／テクスチャの浅いサブトラクティブインプリントがもたらされる。分極表面には、ウェザリング腐食の実質的な証拠はまったくない。
１つ以上の実施形態によれば、アルカリ欠乏表面層は、アルカリ（例えば、Ｎａ＋）およびアルカリ土類（例えば、Ｍｇ＋）の全てまたは実質的に全てが数百ナノメートルの深さまで欠乏している。これにより、ネットワークフォーマ（ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３および少量のＳｎ）のみを含有しまたはこれらのみを実質的に含有する表面層が後に残る。この実施例で使用されたガラス基板の場合、アルカリ欠乏表面層の組成は、組成からアルカリ酸化物およびアルカリ土類酸化物元素を差し引いて推定されるように、約９３．８％のＳｉＯ２および６．３％のＡｌ２Ｏ３であると推定される。このアルカリ欠乏表面層は、特に高温および／または高湿度環境において、アルカリ拡散により、未処理のガラス基板において何らかの方法で生じる腐食作用に対してより抵抗性を有することが期待される。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
導光板であって、
端面と、厚さを定める少なくとも２つの主面と、光源からの光を受け取るように構成された端面とを有し、前記光源からの光を分布させるように構成されたガラス基板を備え、
前記ガラス基板は、
アルカリ含有バルクと、
約０．５原子％以下のアルカリを含むアルカリ欠乏表面層と
を含む、導光板。
実施形態２
前記アルカリ欠乏表面層が、約０．５原子％以下のアルカリ土類を含む、実施形態１記載の導光板。
実施形態３
前記アルカリ欠乏表面層が、約９０モル％超のＳｉＯ２および少なくとも約５モル％のＡｌ２Ｏ３を含む、実施形態１記載の導光板。
実施形態４
前記導光板が、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲にわたって、９０％超の前記アルカリ欠乏表面層に対して垂直な透過率を示す、実施形態１記載の導光板。
実施形態５
前記導光板が、光取り出し機構（ＬＥＦ）およびレンチキュラレンズのうちの１つ以上を前記アルカリ欠乏表面層上にさらに備える、実施形態１記載の導光板。
実施形態６
前記アルカリ欠乏表面層は、６０℃および９０％の相対湿度で９６０時間エージングされると、アルカリ欠乏表面層を備えていない導光板と比較して、ウェザリング生成物の形成を減少させる、実施形態１記載の導光板。
実施形態７
前記アルカリ含有バルクが、酸化物ベース［モル％］で、
５０～９０モル％のＳｉＯ２、
０～２０モル％のＡｌ２Ｏ３、
０～２０モル％のＢ２Ｏ３、および
０～２５モル％のＲｘＯ
［式中、ｘは２であり、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓおよびこれらの組み合わせから選択され、またはｘは１であり、ＲはＺｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａおよびこれらの組み合わせから選択される］
を含み、
前記アルカリ含有バルクが、少なくとも０．５モル％の、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＭｇＯから選択される１つの酸化物を含む、実施形態２記載の導光板。
実施形態８
前記アルカリ含有バルクが、少なくとも３．５モル％の、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＭｇＯから選択される１つの酸化物を含む、実施形態７記載の導光板。
実施形態９
前記アルカリ含有バルクが、酸化物ベース［モル％］で、
約６５．８モル％～約７８．２モル％のＳｉＯ２、
約２．９モル％～約１２．１モル％のＡｌ２Ｏ３、
約０モル％～約１１．２モル％のＢ２Ｏ３、
約０モル％～約２モル％のＬｉ２Ｏ、
約３．５モル％～約１３．３モル％のＮａ２Ｏ、
約０モル％～約４．８モル％のＫ２Ｏ、
約０モル％～約３モル％のＺｎＯ、
約０モル％～約８．７モル％のＭｇＯ、
約０モル％～約４．２モル％のＣａＯ、
約０モル％～約６．２モル％のＳｒＯ、
約０モル％～約４．３モル％のＢａＯ、および
約０．０７モル％～約０．１１モル％のＳｎＯ２
を含む、実施形態２記載の導光板。
実施形態１０
前記アルカリ含有バルクが、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２ＯおよびＣｓ２Ｏから選択されるアルカリ金属酸化物を含む、実施形態９記載の導光板。
実施形態１１
前記アルカリ含有バルクが、少なくとも３．５モル％の、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＭｇＯから選択される１つの酸化物を含む、実施形態１０記載の導光板。
実施形態１２
ディスプレイ製品であって、
光源と、
反射器と、
実施形態１記載の導光板と
を備える、ディスプレイ製品。
実施形態１３
前記光源が、前記ガラス基板の前記端面に光学的に結合されている発光ダイオード（ＬＥＤ）である、実施形態１２記載のディスプレイ製品。
実施形態１４
導光板を製造する方法であって、該方法が、
厚さを定める少なくとも２つの主面と、光源からの光を受け取るように構成された端面とを有し、前記光源からの光を分布させるように構成されたガラス基板を用意するステップと、
前記少なくとも２つの主面のうちの少なくとも一方を電極に接触させるステップと、
前記ガラス基板を熱ポーリングにかけるステップと
を含み、
熱ポーリングにかけられなかったガラス基板と比較して、前記ガラス基板上でのアルカリ生成物の形成により生じる前記導光板の輝度のウェザリングに基づく不均一性が低減される、方法。
実施形態１５
前記電極が、前記ガラス基板のアノード面に接触するアノードと、前記ガラス基板のカソード面に接触するカソードとを備え、ここで、熱ポーリングは、前記アノードが前記ガラス基板に対して正にバイアスされて前記ガラス基板の前記アノード面でのアルカリ欠乏が誘起されるように、前記ガラス基板に電圧を印加することを含む、実施形態１４記載の方法。
実施形態１６
前記電圧が、ＤＣ電圧またはＤＣバイアスＡＣ電圧を含む、実施形態１５記載の方法。
実施形態１７
熱ポーリングが、前記ガラス基板に電圧を印可する前に、前記ガラス基板および電極を、Ｔｇを下回る温度にすることを含む、実施形態１５記載の方法。
実施形態１８
熱ポーリングが、前記ガラス基板に、約１００Ｖ～約１００００Ｖの範囲にある電圧を、約１分～約６時間の範囲の期間にわたって印加することを含む、実施形態１４記載の方法。
実施形態１９
前記ガラス基板を、真空下、不活性ガス環境または透過性ガス環境中で熱ポーリングにかける、実施形態１４記載の方法。
実施形態２０
熱ポーリングにより、約０．５原子％以下のアルカリを含むアルカリ欠乏表面層が生じる、実施形態１４記載の方法。

Claims (15)

  1. 導光板であって、
    端面と、厚さを定める少なくとも２つの主面と、光源からの光を受け取るように構成された端面とを有し、前記光源からの光を分布させるように構成されたガラス基板を備え、
    前記ガラス基板は、
    アルカリ含有バルクと、
    約０．５原子％以下のアルカリを含むアルカリ欠乏表面層と
    を含む、導光板。
  2. 前記アルカリ欠乏表面層が、約０．５原子％以下のアルカリ土類を含む、請求項１記載の導光板。
  3. 前記アルカリ欠乏表面層が、約９０モル％超のＳｉＯ２および少なくとも約５モル％のＡｌ２Ｏ３を含む、請求項１記載の導光板。
  4. 前記導光板が、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲にわたって、９０％超の前記アルカリ欠乏表面層に対して垂直な透過率を示す、請求項１から３までのいずれか１項記載の導光板。
  5. 前記導光板が、光取り出し機構（ＬＥＦ）およびレンチキュラレンズのうちの１つ以上を前記アルカリ欠乏表面層上にさらに備える、請求項１から３までのいずれか１項記載の導光板。
  6. 前記アルカリ欠乏表面層は、６０℃および９０％の相対湿度で９６０時間エージングされると、アルカリ欠乏表面層を備えていない導光板と比較して、ウェザリング生成物の形成を減少させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の導光板。
  7. 前記アルカリ含有バルクが、酸化物ベース［モル％］で、
    ５０～９０モル％のＳｉＯ２、
    ０～２０モル％のＡｌ２Ｏ３、
    ０～２０モル％のＢ２Ｏ３、および
    ０～２５モル％のＲｘＯ
    ［式中、ｘは２であり、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓおよびこれらの組み合わせから選択され、またはｘは１であり、ＲはＺｎ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａおよびこれらの組み合わせから選択される］
    を含み、
    前記アルカリ含有バルクが、少なくとも０．５モル％の、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＭｇＯから選択される１つの酸化物を含む、請求項２記載の導光板。
  8. 前記アルカリ含有バルクが、少なくとも３．５モル％の、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＭｇＯから選択される１つの酸化物を含む、請求項７記載の導光板。
  9. 前記アルカリ含有バルクが、酸化物ベース［モル％］で、
    約６５．８モル％～約７８．２モル％のＳｉＯ２、
    約２．９モル％～約１２．１モル％のＡｌ２Ｏ３、
    約０モル％～約１１．２モル％のＢ２Ｏ３、
    約０モル％～約２モル％のＬｉ２Ｏ、
    約３．５モル％～約１３．３モル％のＮａ２Ｏ、
    約０モル％～約４．８モル％のＫ２Ｏ、
    約０モル％～約３モル％のＺｎＯ、
    約０モル％～約８．７モル％のＭｇＯ、
    約０モル％～約４．２モル％のＣａＯ、
    約０モル％～約６．２モル％のＳｒＯ、
    約０モル％～約４．３モル％のＢａＯ、および
    約０．０７モル％～約０．１１モル％のＳｎＯ２
    を含む、請求項２記載の導光板。
  10. 前記アルカリ含有バルクが、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２ＯおよびＣｓ２Ｏから選択されるアルカリ金属酸化物を含む、請求項９記載の導光板。
  11. 前記アルカリ含有バルクが、少なくとも３．５モル％の、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＭｇＯから選択される１つの酸化物を含む、請求項１０記載の導光板。
  12. ディスプレイ製品であって、
    光源と、
    反射器と、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載の導光板と
    を備える、ディスプレイ製品。
  13. 導光板を製造する方法であって、該方法が、
    厚さを定める少なくとも２つの主面と、光源からの光を受け取るように構成された端面とを有し、前記光源からの光を分布させるように構成されたガラス基板を用意するステップと、
    前記少なくとも２つの主面のうちの少なくとも一方を電極に接触させるステップと、
    前記ガラス基板を熱ポーリングにかけるステップと
    を含み、
    熱ポーリングにかけられなかったガラス基板と比較して、前記ガラス基板上でのアルカリ生成物の形成により生じる前記導光板の輝度のウェザリングに基づく不均一性が低減される、方法。
  14. 前記電極が、前記ガラス基板のアノード面に接触するアノードと、前記ガラス基板のカソード面に接触するカソードとを備え、ここで、熱ポーリングは、前記アノードが前記ガラス基板に対して正にバイアスされて前記ガラス基板の前記アノード面でのアルカリ欠乏が誘起されるように、前記ガラス基板に電圧を印加することを含む、請求項１３記載の方法。
  15. 熱ポーリングにより、約０．５原子％以下のアルカリを含むアルカリ欠乏表面層が生じる、請求項１３記載の方法。
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