JP5321755B2 - ディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法に関する。
デジタルカメラ、携帯電話およびＰＤＡといったディスプレイ装置などのカバーガラス並びにタッチパネルディスプレイのガラス基板には、イオン交換等で化学強化処理したガラス（以下、化学強化ガラスともいう。）が用いられている。化学強化ガラスは、未強化のガラスに比べて、機械的強度が高いため、これらの用途に好適である（特許文献１〜３参照）。
ディスプレイ装置などのカバーガラスおよびタッチパネルディスプレイのガラス基板には、高い透明性、平滑性および美観が求められている。
しかしながら、ディスプレイ装置用に化学強化ガラス基板を用いる場合に、美観に問題が生じる場合があった。本発明者らが、美観に問題の生じたガラス基板を解析したところ、ガラス基板の表面に極小さい凹み状の欠点（以下凹み状欠点ともいう。）が生じていることが分かった。
したがって、本発明は、凹み状欠点の発生を抑えることのできるディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を更に鋭意検討した結果、化学強化工程に供するガラスの表面にカルシウム塩が存在していると、乾燥工程を経ることにより、ガラスの表面にカルシウムが固着し、固着したカルシウムが原因となり、化学強化工程を経ることにより、凹み状欠点が生じることを見出した。
さらに、化学強化工程前の最終洗浄工程で用いる洗浄液中のカルシウム濃度を特定濃度以下とすることにより、化学強化工程を経てもガラスにおける凹み状欠点を効果的に抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
１．化学強化工程前の最終洗浄工程で用いる洗浄液中のカルシウム濃度が５ｐｐｍ以下であるディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法。
２．前記洗浄液が水である前項１に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法。
１．化学強化工程前の最終洗浄工程で用いる洗浄液中のカルシウム濃度が５ｐｐｍ以下であるディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法。
２．前記洗浄液が水である前項１に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法。
本発明の製造方法によれば、化学強化工程前の最終洗浄工程で用いる洗浄液中のカルシウム濃度を特定濃度以下とすることにより、化学強化工程に供するガラスの表面にカルシウム塩が存在するのを防ぎ、予熱工程において該カルシウム塩からカルシウムイオンの拡散した層が生じるのを防ぐことができる。このことにより、イオン交換工程において当該カルシウムイオン層がイオン交換の妨げとなることによる、凹み状欠点の発生を抑制することができる。
以下、本発明に関して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
本発明のディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法は、通常、ガラスを研磨加工する研磨工程、洗浄工程、最終洗浄工程、乾燥工程および化学強化工程を順次含む。化学強化工程はイオン交換工程を必須工程として含むが、イオン交換工程の前に予熱工程を含む場合が多い。
〔凹み状欠点発生のメカニズム〕
本発明者らは、化学強化ガラス基板の美観を損ねる原因が凹み状欠点であることを見出し、化学強化ガラス基板における凹み状欠点の原因が、予熱工程前のガラス表面に存在するカルシウム塩であることを見出した。カルシウム塩がガラス表面に付着する原因としては、（ａ）研磨工程で用いる研磨剤へのカルシウムの混入、（ｂ）洗浄工程または最終洗浄工程で用いる洗浄液へのカルシウムの混入、（ｃ）製造工程において素手で触る等することによる、ヒトの汗に含まれるカルシウムの付着または洗浄液への混入等が挙げられる。
本発明者らは、化学強化ガラス基板の美観を損ねる原因が凹み状欠点であることを見出し、化学強化ガラス基板における凹み状欠点の原因が、予熱工程前のガラス表面に存在するカルシウム塩であることを見出した。カルシウム塩がガラス表面に付着する原因としては、（ａ）研磨工程で用いる研磨剤へのカルシウムの混入、（ｂ）洗浄工程または最終洗浄工程で用いる洗浄液へのカルシウムの混入、（ｃ）製造工程において素手で触る等することによる、ヒトの汗に含まれるカルシウムの付着または洗浄液への混入等が挙げられる。
本発明者らが見出した化学強化ガラス基板の製造工程における凹み状欠点発生のメカニズムは以下である（図１）。図１では、イオン交換工程に用いる溶融塩として硝酸カリウム溶融塩を用いた場合を例として説明している。
（１）予熱工程前：予熱工程前のガラス表面にカルシウム塩が付着し、乾燥工程を経ることにより固着する。カルシウム塩としては、例えば、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２およびＣａＳＯ４等が挙げられる。
（２）予熱工程：予熱工程において、ガラス表面に固着したカルシウム塩からカルシウムイオンの拡散層が生じる。当該カルシウムイオンの拡散層が後にイオン交換工程において、イオン交換を阻害する障壁物質となる。
（３）イオン交換工程：イオン交換工程において、ガラス中に含まれるナトリウムイオンと、溶融塩中に含まれるナトリウムイオンよりイオン半径が大きいカリウムイオンとが置換されることにより、ガラスが膨張する。一方、カルシウムイオンの拡散層による障壁物質が形成されている箇所においては、カルシウムイオンがイオン交換を阻害するため、カルシウムイオンの拡散層がイオン交換のバリア膜となり、ガラスが膨張せずに凹みが生じ、欠点となる。
（１）予熱工程前：予熱工程前のガラス表面にカルシウム塩が付着し、乾燥工程を経ることにより固着する。カルシウム塩としては、例えば、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２およびＣａＳＯ４等が挙げられる。
（２）予熱工程：予熱工程において、ガラス表面に固着したカルシウム塩からカルシウムイオンの拡散層が生じる。当該カルシウムイオンの拡散層が後にイオン交換工程において、イオン交換を阻害する障壁物質となる。
（３）イオン交換工程：イオン交換工程において、ガラス中に含まれるナトリウムイオンと、溶融塩中に含まれるナトリウムイオンよりイオン半径が大きいカリウムイオンとが置換されることにより、ガラスが膨張する。一方、カルシウムイオンの拡散層による障壁物質が形成されている箇所においては、カルシウムイオンがイオン交換を阻害するため、カルシウムイオンの拡散層がイオン交換のバリア膜となり、ガラスが膨張せずに凹みが生じ、欠点となる。
〔カルシウム濃度と凹み状欠点との相関性〕
本発明者らが凹み状欠点の深さと予熱工程前のガラスと接触させる溶液中のカルシウム濃度との相関性を解析した結果、図２に示すように比例関係にあることが分かった。凹み状欠点の深さと予熱工程前のガラスと接触させる溶液中のカルシウム濃度とが比例関係となる理由としては、以下の理由が考えられる。
本発明者らが凹み状欠点の深さと予熱工程前のガラスと接触させる溶液中のカルシウム濃度との相関性を解析した結果、図２に示すように比例関係にあることが分かった。凹み状欠点の深さと予熱工程前のガラスと接触させる溶液中のカルシウム濃度とが比例関係となる理由としては、以下の理由が考えられる。
化学強化工程においてガラス基板表面に凹み状欠点ができる理由は上記したように、ガラス表面上に残留したカルシウムが、予熱工程によりイオン交換のバリア膜となるためである。ナトリウムイオンとカリウムイオンとが交換する行路の深さは、典型的には、数１０〜数１００μｍである。一方、ガラス表面におけるカルシウム濃度１０ｐｐｍ程度の水滴が、例えば直径５ｍｍであると想定したときに水分が揮発した後のカルシウムバリア膜の厚みは１ｎｍに満たない。
したがって、カリウムイオンおよびナトリウムイオンが実際に移動する行路に対して、前記バリア膜の厚みは十分に薄いので、イオンの拡散に関わる物理パラメーターは不変であると考えることができ、実効的なパラメーターはカルシウム濃度に比例するカルシウムバリア膜の厚みにのみ比例すると考えられる。
さらに、本発明者らが、化学強化ガラス基板の凹み状欠点の深さと当該ガラス基板の美観との相関を検討したところ、さらに凹み状欠点の深さが２００ｎｍを超えるガラス基板はほぼ全て美観を損ねるが、凹み状欠点の深さが概ね１００ｎｍ以下であれば美観が損なわれないことがわかった。これは、人間の目で視認できる凹み状欠点の深さが、可視光（約４００ｎｍ以上）の１／４である約１００ｎｍ以上であるためと考えられる。
図２に示すグラフから、予熱工程前のガラスと接触させる溶液中のカルシウム濃度を５ｐｐｍ以下とすれば、凹み状欠点の深さを概ね１００ｎｍより小さくすることができる。したがって、前記カルシウムイオンにより生じる凹み状欠点の発生を抑制するためには、化学強化工程前の最終洗浄工程に用いる洗浄液に含まれるカルシウム濃度を５ｐｐｍ以下とする必要がある。
本発明の製造方法においては、化学強化工程前の最終洗浄工程に用いる洗浄液に含まれるカルシウム濃度を５ｐｐｍ以下とする以外は、従来の方法により、化学強化ガラスを製造することができる。
〔化学強化前のガラスを製造する方法〕
本発明の製造方法において化学強化に供するガラスは、所望のガラス原料を連続溶融炉に投入し、ガラス原料を好ましくは１５００〜１６００℃で加熱溶融し、清澄した後、成形装置に供給した上で溶融ガラスを板状に成形し、徐冷することにより製造することができる。本発明の製造方法で製造するガラスの組成は特に限定されない。
本発明の製造方法において化学強化に供するガラスは、所望のガラス原料を連続溶融炉に投入し、ガラス原料を好ましくは１５００〜１６００℃で加熱溶融し、清澄した後、成形装置に供給した上で溶融ガラスを板状に成形し、徐冷することにより製造することができる。本発明の製造方法で製造するガラスの組成は特に限定されない。
なお、ガラス基板の成形には種々の方法を採用することができる。例えば、ダウンドロー法（例えば、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウン法およびリドロー法等）、フロート法、ロールアウト法およびプレス法等の様々な成形方法を採用することができる。
〔研磨工程〕
研磨工程は、前記製造方法により製造したガラス基板を、研磨スラリーを供給しながら研磨パッドで研磨する工程である。該研磨スラリーには、研磨材と水を含む研磨スラリーが使用できる。なお、本発明の製造方法において、研磨工程は、必要に応じて採用する任意の工程である。
研磨工程は、前記製造方法により製造したガラス基板を、研磨スラリーを供給しながら研磨パッドで研磨する工程である。該研磨スラリーには、研磨材と水を含む研磨スラリーが使用できる。なお、本発明の製造方法において、研磨工程は、必要に応じて採用する任意の工程である。
前記研磨材としては、酸化セリウム（セリア）およびシリカが好ましい。なお、上記したようにカルシウムがガラス基板の表面に存在すると、予熱およびイオン交換処理を経ることにより凹み状欠点が生じる原因となるため、研磨剤には、カルシウムが含まれないことが好ましい。
〔洗浄工程〕
洗浄工程は、前記研磨工程により研磨したガラス基板を、洗浄液により洗浄する工程である。洗浄液としては、中性洗剤および水が好ましく、中性洗剤で洗浄した後に水で洗浄することがより好ましい。中性洗剤としては市販されているものを用いることができる。
洗浄工程は、前記研磨工程により研磨したガラス基板を、洗浄液により洗浄する工程である。洗浄液としては、中性洗剤および水が好ましく、中性洗剤で洗浄した後に水で洗浄することがより好ましい。中性洗剤としては市販されているものを用いることができる。
また、上記したようにカルシウムがガラス基板の表面に存在すると、予熱およびイオン交換処理を経ることにより凹み状欠点の原因となるため、洗浄工程で用いる洗浄液はカルシウムが含まれないことが好ましい。
〔最終洗浄工程〕
最終洗浄工程は、前記洗浄工程により洗浄したガラス基板を、洗浄液により洗浄する工程である。洗浄液としては、例えば、水、エタノールおよびイソプロパノールなどが挙げられる。中でも水が好ましい。最終洗浄工程で用いる洗浄液に含まれるカルシウム濃度は５ｐｐｍ以下とする。なお、洗浄工程が一つの工程である場合、該一つの工程が最終洗浄工程となる。
最終洗浄工程は、前記洗浄工程により洗浄したガラス基板を、洗浄液により洗浄する工程である。洗浄液としては、例えば、水、エタノールおよびイソプロパノールなどが挙げられる。中でも水が好ましい。最終洗浄工程で用いる洗浄液に含まれるカルシウム濃度は５ｐｐｍ以下とする。なお、洗浄工程が一つの工程である場合、該一つの工程が最終洗浄工程となる。
最終洗浄工程で用いる洗浄液に含まれるカルシウム濃度を５ｐｐｍ以下とする手段としては、例えば、洗浄液へのカルシウムの混入を防ぐことが挙げられる。具体的には、例えば、水道水にはカルシウムが一定濃度混入していることから、イオン交換水または蒸留水を用いることがより好ましい。また、上記したように人間の汗の成分としてカルシウムが含まれていることから、素手でガラス基板を触ることにより洗浄液へのカルシウムの混入を防ぐことが好ましい。
さらに、最終洗浄工程で用いる洗浄液に含まれるカルシウム濃度を定期的に測定し、カルシウム濃度が５ｐｐｍを超えないように洗浄液を交換することが好ましい。該洗浄液に含まれるカルシウム濃度は、従来公知の方法により測定することができる。具体的には、例えば、ＩＣＰプラズマ発光分析により測定することができる。
〔乾燥工程〕
乾燥工程は、前記最終洗浄工程で洗浄したガラス基板を乾燥させる工程である。乾燥条件は、洗浄工程で用いた洗浄液、およびガラスの特性等を考慮して最適な条件を選択すればよい。なお、本発明の製造方法において、乾燥工程は、必要に応じて採用する任意の工程である。
乾燥工程は、前記最終洗浄工程で洗浄したガラス基板を乾燥させる工程である。乾燥条件は、洗浄工程で用いた洗浄液、およびガラスの特性等を考慮して最適な条件を選択すればよい。なお、本発明の製造方法において、乾燥工程は、必要に応じて採用する任意の工程である。
化学強化工程は、イオン交換工程を必須工程として含み、イオン交換工程の前に予熱工程を含む場合が多い。
〔予熱工程〕
予熱工程は、乾燥工程を経たガラス基板を予め設定した予熱温度に加熱する工程である。予熱条件は、ガラスの特性、イオン交換工程に用いる溶融塩等を考慮して最適な条件を選択すればよい。具体的な条件としては、例えば、予熱温度は、３００〜４００℃とすることが好ましい。また、予熱時間は、２〜６時間とすることが好ましい。
予熱工程は、乾燥工程を経たガラス基板を予め設定した予熱温度に加熱する工程である。予熱条件は、ガラスの特性、イオン交換工程に用いる溶融塩等を考慮して最適な条件を選択すればよい。具体的な条件としては、例えば、予熱温度は、３００〜４００℃とすることが好ましい。また、予熱時間は、２〜６時間とすることが好ましい。
〔イオン交換工程〕
イオン交換工程は、ガラスの表面のイオン半径が小さいアルカリ金属イオン（例えば、ナトリウムイオン）をイオン半径の大きなアルカリ金属イオン（例えば、カリウムイオン）に置換する工程である。例えば、ナトリウムイオンを含有するガラスを、カリウムイオンを含む溶融処理塩で処理することにより行うことができる。
イオン交換工程は、ガラスの表面のイオン半径が小さいアルカリ金属イオン（例えば、ナトリウムイオン）をイオン半径の大きなアルカリ金属イオン（例えば、カリウムイオン）に置換する工程である。例えば、ナトリウムイオンを含有するガラスを、カリウムイオンを含む溶融処理塩で処理することにより行うことができる。
イオン交換処理は、例えば４００〜５５０℃の硝酸カリウム溶液中にガラス板を１〜８時間浸漬することによって行うことができる。イオン交換条件は、ガラスの粘度特性や、用途、板厚、ガラス内部の引っ張り応力等を考慮して最適な条件を選択すればよい。
イオン交換処理を行うための溶融塩としては、例えば、硝酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、塩化ナトリウムおよび塩化カリウム等のアルカリ硫酸塩およびアルカリ塩化塩などが挙げられる。これらの溶融塩は単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
本発明において、イオン交換処理の処理条件は、特に限定されず、ガラスの特性および溶融塩等を考慮して最適な条件を選択すればよい。
溶融塩の加熱温度は典型的には、３５０℃以上が好ましく、３８０℃以上がより好ましい。また、５００℃以下が好ましく、４８０℃以下がより好ましい。
溶融塩の加熱温度を３５０℃以上とすることにより、イオン交換速度の低下により化学強化が入りにくくなるのを防ぐ。また、５００℃以下とすることにより溶融塩の分解・劣化を抑制することができる。
ガラス基板を混合溶融塩に接触させる時間は、十分な圧縮応力を付与するためには典型的には、１時間以上が好ましく、２時間以上がより好ましい。また、長時間のイオン交換では、生産性が落ちるとともに、緩和により圧縮応力値が低下するため、２４時間以下が好ましく、２０時間以下がより好ましい。
以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
〔実施例１〕各種溶液による凹み状欠点の深さの解析
美観を損ねたディスプレイ用の化学強化ガラス基板の表面を観察したところ、美観を損ねるのは凹み状欠点が生じているためであることが分かった。さらに、凹み状欠点の深さを測定したところ、２００ｎｍを超える深さの凹み状欠点が生じることにより、美観を損ねることが分かった。また、凹み状欠点の深さが概ね１００ｎｍ以下であれば、美観が損なわれることはないことが分かった。凹み状欠点が生じる原因を調べるため、ガラス基板において、各種溶液を滴下したスポットにおける凹み状欠点の深さを測定した。
美観を損ねたディスプレイ用の化学強化ガラス基板の表面を観察したところ、美観を損ねるのは凹み状欠点が生じているためであることが分かった。さらに、凹み状欠点の深さを測定したところ、２００ｎｍを超える深さの凹み状欠点が生じることにより、美観を損ねることが分かった。また、凹み状欠点の深さが概ね１００ｎｍ以下であれば、美観が損なわれることはないことが分かった。凹み状欠点が生じる原因を調べるため、ガラス基板において、各種溶液を滴下したスポットにおける凹み状欠点の深さを測定した。
ガラス〔組成（モル％）：ＳｉＯ２ ６４．５％、Ａｌ２Ｏ３ ６．０％、Ｎａ２Ｏ １２．０％、Ｋ２Ｏ ４．０％、ＭｇＯ １１．０％、ＣａＯ ０．１％、ＺｒＯ２ ２．５％〕に、表１に示す各種溶液を２０μｌ滴下し、９０℃にて６０分間乾燥し、４００℃にて４時間予熱した後、ＫＮＯ３を溶融塩として用い、４５０℃にて７時間イオン交換処理をし、化学強化ガラスを得た。
得られた化学強化ガラスにおける凹み状欠点の深さを、光学顕微鏡と二光束干渉対物レンズＣＣＤカメラを組み合わせ、干渉像を垂直走査することにより、対象物の表面形状を三次元計測することにより測定した。その結果を表１に示す。
表１に示すように、カルシウムを含む溶液をガラス基板と接触させて、さらに予熱およびイオン交換処理をすることにより、２００ｎｍを超える深さの凹み状欠点が生じ、美観が損なわれることが分かった。
〔実施例２〕カルシウムを含む溶液の滴下により生じる凹み状欠点およびその近傍のガラス表面組成の解析
実施例１で用いたものと同じ組成のガラス基板に、２０μｌのＣａ（ＮＯ３）２水溶液（１００ｐｐｍ）を滴下し、実施例１と同様の条件で予熱およびイオン交換処理をして、ガラス表面の組成を走査型電子顕微鏡で観察し、凹み状欠点部分についてエネルギー分散型Ｘ線分光法により解析した。
実施例１で用いたものと同じ組成のガラス基板に、２０μｌのＣａ（ＮＯ３）２水溶液（１００ｐｐｍ）を滴下し、実施例１と同様の条件で予熱およびイオン交換処理をして、ガラス表面の組成を走査型電子顕微鏡で観察し、凹み状欠点部分についてエネルギー分散型Ｘ線分光法により解析した。
Ｎａの含有量は凹み状欠点の外側ではＮａ２Ｏ換算で３質量％であるのに対して、凹み状欠点部分では１０質量％、Ｋの含有量は凹み状欠点の外側ではＫ２Ｏ換算で２０質量％であるのに対して、凹み状欠点部分では７質量％であった。この、凹み状欠点部分のＮａとＫの含有量はイオン交換前のガラスのＮａ２ＯとＫ２Ｏの含有量に近い。さらに、Ｃａの含有量は凹み状欠点の外側ではＣａＯ換算で０．１８質量％であるのに対して、凹み状欠点部分では０．２２質量％であった。
このことから、カルシウムを含む溶液とガラスとを接触させた後に予熱およびイオン交換処理をしたガラスに生じた凹み状欠点において、カルシウム塩が生成しており、ナトリウムイオンとカリウムイオンとのイオン交換が阻害されていることが分かった。
〔実施例３〕カルシウムを含む溶液の滴下により生じる凹み状欠点の解析
（１）実施例１で用いたものと同じ組成のガラス基板に、１００ｐｐｍのＣａ（ＮＯ３）２水溶液を２０μｌ滴下した後に、実施例１と同様の条件で予熱およびイオン交換処理をして、さらに３μｍ径のダイアモンド砥粒で再研磨した（図３）。その後、ガラス表面においてＣａ（ＮＯ３）２水溶液を滴下した部位に生じた凹み状欠点のテクスチャ画像、並びに凹み状欠点の深さおよび幅を解析した。
（１）実施例１で用いたものと同じ組成のガラス基板に、１００ｐｐｍのＣａ（ＮＯ３）２水溶液を２０μｌ滴下した後に、実施例１と同様の条件で予熱およびイオン交換処理をして、さらに３μｍ径のダイアモンド砥粒で再研磨した（図３）。その後、ガラス表面においてＣａ（ＮＯ３）２水溶液を滴下した部位に生じた凹み状欠点のテクスチャ画像、並びに凹み状欠点の深さおよび幅を解析した。
凹み状欠点のテクスチャ画像は菱化システム製ＭＭ４０により解析した。また、凹み状欠点の深さは光学顕微鏡と二光束干渉対物レンズＣＣＤカメラを組み合わせ、干渉像を垂直走査し、対象物の表面形状を三次元計測することにより測定した。凹み状欠点のテクスチャ画像の結果を図４に、凹み状欠点の深さおよび幅を図５に示す。
（２）実施例１で用いたものと同じ組成のガラス基板に、１００ｐｐｍのＣａ（ＮＯ３）２を含む水溶液２０μｌ滴下した後に、実施例１と同様の条件で予熱およびイオン交換処理をして、さらに５分間超音波洗浄した。その後、ガラス表面においてＣａ（ＮＯ３）２水溶液を滴下した部位に生じた凹み状欠点の画像、並びに凹み状欠点の深さおよび幅を（１）と同様にして解析した。凹み状欠点のテクスチャ画像の結果を図６に、凹み状欠点の深さおよび幅を図７に示す。
図４〜７に示すように、カルシウムを含む溶液を滴下したガラス表面においては、凹み状欠点が生じた。この結果から、カルシウムを含む溶液をガラス表面に接触させた後に、予熱工程およびイオン交換工程を経ることにより、凹み状欠点が生じることが分かった。なお、この凹み状欠点部のガラス組成におけるＣａ含有量はその他の部分に比べて多い。
〔実施例４〕凹み状欠点の深さとカルシウム濃度との相関性
実施例３と同様に、Ｃａ（ＮＯ３）２を含む水溶液（カルシウム濃度：１０、１３または１００ｐｐｍ）またはイオン交換水をガラス基板に２０μｌ滴下した後、実施例１と同様の条件で予熱およびイオン交換処理をして、さらに研磨剤（２μｍ径のダイヤモンドスラリー）を浸透させた研磨布で擦り、ガラス表面に付着した異物を除去した。
実施例３と同様に、Ｃａ（ＮＯ３）２を含む水溶液（カルシウム濃度：１０、１３または１００ｐｐｍ）またはイオン交換水をガラス基板に２０μｌ滴下した後、実施例１と同様の条件で予熱およびイオン交換処理をして、さらに研磨剤（２μｍ径のダイヤモンドスラリー）を浸透させた研磨布で擦り、ガラス表面に付着した異物を除去した。
また、Ｃａ（ＮＯ３）２を含まないイオン交換水（カルシウム濃度：０ｐｐｍ）を１３枚のガラス基板に２０μｌずつ滴下し、実施例１と同様の条件で予熱およびイオン交換処理をして、さらに研磨剤（２μｍ径のダイヤモンドスラリー）を浸透させた研磨布で擦り、ガラス表面に付着した異物を除去し、目視で観察した。その結果、目視では凹み状欠点は認められなかった。
その後、ガラス基板上の凹み状欠点の深さを実施例１と同様にして測定した結果を表２に示す。また、カルシウム濃度を０、１０、１３ｐｐｍとした場合の凹み状欠点の深さをプロットし、近似したグラフを図２に示す。
その結果、図２に示すように、予熱およびイオン交換処理の前にガラス基板に接触させる溶液に含まれるカルシウム濃度（ｘ）と凹み状欠点の深さ（ｙ）とは、比例関係（ｙ＝０．０２０５ｘ）となっており、相関性があることが分かった。さらに、図２のグラフから、当該カルシウム濃度を５ｐｐｍ以下とすることにより、凹み状欠点の深さが、概ね１００ｎｍ以下となり、美観が損なわれないことがわかった。
実際、実施例３と同様に、Ｃａ（ＮＯ３）２を含む水溶液２種（カルシウム濃度：１ｐｐｍ、５ｐｐｍ）またはイオン交換水２０μｌを各５枚のガラス基板に滴下した後、実施例１と同様の条件で予熱およびイオン交換処理をして、さらに研磨剤（２μｍ径のダイヤモンドスラリー）を浸透させた研磨布で擦り、ガラス表面に付着した異物を除去して観察したところ、いずれのガラス基板についても凹み状欠点は目視では認められなかった。
カルシウム濃度（ｘ）と凹み状欠点の深さ（ｙ）とが比例関係となる理由としては、上記したように、カリウムイオンおよびナトリウムイオンが実際に移動する行路に対して、カルシウムによるイオン交換に対するバリア膜の厚みは十分に薄いので、イオンの拡散に関わる物理パラメーターは不変であると想定され、実効的なパラメーターはカルシウム濃度に比例するバリア膜の厚みにのみ比例するものと考えられる。
〔参考例〕
カルシウムを含む溶液を滴下した後に、予熱およびイオン交換処理することによりガラス表面に生じた凹み状欠点の表面におけるガラス組成の分析
実施例１と同じガラス組成を有するガラス基板に、ＣａＣｌ２を１００ｐｐｍ含有する水溶液１０ｍｌを滴下し、９０℃にて６０分間乾燥し、４５０℃にて３時間予熱した後、ＫＮＯ３を溶融塩として用い、４５０℃にて７時間イオン交換処理をし、化学強化ガラスを得た。
カルシウムを含む溶液を滴下した後に、予熱およびイオン交換処理することによりガラス表面に生じた凹み状欠点の表面におけるガラス組成の分析
実施例１と同じガラス組成を有するガラス基板に、ＣａＣｌ２を１００ｐｐｍ含有する水溶液１０ｍｌを滴下し、９０℃にて６０分間乾燥し、４５０℃にて３時間予熱した後、ＫＮＯ３を溶融塩として用い、４５０℃にて７時間イオン交換処理をし、化学強化ガラスを得た。
得られた化学強化ガラスには凹み状欠点が生じており、その欠点部分およびその近傍部分のガラス表面のＫ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＣａＯの含有量（単位：質量％）をエネルギー分散型Ｘ線分光法により測定した。その結果を図８に示す。
図８中央のハロー状部分が凹み状欠点部分である。また、図８中央やや下方に左右に点状に連なるものは分析痕である。
図８の縦軸（右）は、ガラス組成におけるＫ２ＯおよびＮａ２Ｏの含有量（質量％）を示し、縦軸（右）は、ガラス組成におけるＣａＯの含有量（質量％）を示す。また、図８の横軸は図左端からの分析位置（μｍ）を示し、図８右上の黒いスケールの長さは１００μｍである。
図８に示すように、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯの各含有量は欠点近傍部分ではそれぞれ１８〜２０質量％、２質量％、０．２〜０．６質量％であったが、欠点部分ではそれぞれ１１〜１８質量％、３〜６質量％、０．６〜１質量％であった。
この結果は、カルシウムを含む溶液とガラスとを接触させた後に予熱およびイオン交換処理をしたガラスに生じた凹み状欠点において、カルシウム塩が生成しており、ナトリウムイオンとカリウムイオンとのイオン交換が阻害されていることを示す。
本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更および変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお本出願は、２０１０年１２月３日付で出願された日本特許出願（特願２０１０−２７０３９５）に基づいており、その全体が引用により援用される。
Claims (2)
- 化学強化工程前の最終洗浄工程で用いる洗浄液中のカルシウム濃度が５ｐｐｍ以下であるディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法。
- 前記洗浄液が水である請求項１に記載のディスプレイ装置用化学強化ガラス基板の製造方法。
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