JP5376032B1 - 化学強化ガラス板、カバーガラスおよびディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表裏の主面11,12と、該表裏の主面間の端面13とを有し、化学強化処理された概略矩形を呈する化学強化ガラス板であって、表面圧縮応力が850MPa以上、内部引張応力が42MPa以下かつ、前記端面13には面取り部15,16が設けられており、前記面取り部15,16に隣接する主面11,12からの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分において、エッチングした際にエッチング面に深さ20μm超のピットがないことを特徴とする化学強化ガラス板。
【選択図】図1
Description
このようなディスプレイ装置に対しては、薄型デザインによる差異化や移動のための負担の減少のため、軽量・薄型化が要求されている。そのため、ディスプレイ保護用に使用されるカバーガラスも薄くすることが要求されている。しかし、カバーガラスの厚さを薄くしていくと、強度が低下し、据え置き型の場合には物体の飛来や落下による衝撃、または携帯機器の場合には使用中の落下などによりカバーガラス自身が割れてしまうことがあり、ディスプレイ装置を保護するという本来の役割を果たすことができなくなるという問題があった。
ガラス表面に圧縮応力層を形成させる手法としては、軟化点付近まで加熱したガラス板表面を風冷などにより急速に冷却する風冷強化法(物理強化法)と、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス板表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン(典型的にはLiイオン、Naイオン)をイオン半径のより大きいアルカリイオン(典型的にはKイオン)に交換する化学強化法が代表的である。
ソーダライムガラスは安価であり、また化学強化によってガラス表面に形成した圧縮応力層の表面圧縮応力Sを550MPa以上にできるという特徴があるが、圧縮応力層の厚みDOL(以下、圧縮応力層深さということもある。)を20μm以上にすることが容易ではないという問題があった。なお、後述する例28のガラスはソーダライムガラスである。
前記SiO2−Al2O3−Na2O系ガラスには前記Sを550MPa以上にできるだけでなく、前記DOLを20μm以上にすることも可能であるという特徴がある。
従来用いられているカバーガラスの表面圧縮応力Sは650〜750MPaであるが、上記のように大きな負荷がかかる可能性をふまえて、近年はSがそれよりも大きいカバーガラスが求められている。
このようにカバーガラスにかかる負荷は、様々な状況で発生する。その結果カバーガラスが破損することがあるが、破損の仕方はそれぞれの状況で異なる。これらの破損の仕方を分析した結果、本発明者らは破損の仕方が次の4つに分類できることを見出した。
(1)カバーガラスの表面側周縁
この現象は、モバイル機器の地面等への落下の際に、モバイル機器の周縁が小さな物に衝突することで発生しやすい。
(2)カバーガラスの裏面側周縁
この現象は、モバイル機器の地面等への落下の際に、モバイル機器の周縁が大きな物に衝突することで発生しやすい。
(3)カバーガラスの表面側主面
この現象は、モバイル機器の地面等への落下の際に、モバイル機器の主面が地面等にある鋭利な砂や石等に衝突することで発生しやすい。
(4)カバーガラスの裏面側主面
この現象は、モバイル機器の地面等への落下の際に、モバイル機器の主面が曲率半径の大きな概略球面状の物体に衝突することで発生しやすい。
そのうち、(3)にかかる破損について本発明者らは、次のことを見出した。すなわち、カバーガラスの表面側主面からの破損は、当該主面が鋭利な物に衝突する際に発生しやすいことから、表面圧縮応力層を突き抜けて内部引張応力層まで割れが到達した結果生ずる。そのため、上述のように提案されている表面圧縮応力Sの値を大きくしても(3)の破損を低減しづらい。また、表面圧縮応力層の厚さDOLを大きくしても、DOLの値はせいぜい100μm程度であり、鋭利な物との衝突によって生ずる割れの表面圧縮応力層の突き抜けを防止しきれない。
本発明は、このような多様化に対し破損しにくい化学強化ガラス板の提供を目的とする。なお、多様な破損状況を説明するために一例としてカバーガラスの例を挙げたが本発明はそれに限定されるものではない。
また、表面圧縮応力層の厚さDOLに対し、ガラス板の破損の起点となる面取り部の潜傷の深さの比を0.9以下にすることによっても強度が向上することを見出した。
また、より好ましくは表面圧縮応力が900〜1100MPa、表面圧縮応力層の厚さが25〜30μm、内部引張応力が30〜40MPa、板厚が0.7〜1.1mm、である。
[第1の実施形態]
ガラス板10は、表裏の主面11、12と、2つの主面11、12に隣接する端面13とを有する。2つの主面11、12は互いに平行な平坦面である。
また、エッチングの有無にかかわらず上記部分13a、13bにおける潜傷を測定し、その潜傷深さの測定を行った。
これらの好ましい態様において、板厚0.6〜1.5mmのガラス板で、内部引張応力Tが47MPa以下、好ましくは45MPa以下、さらに好ましくは40MPa以下、特に好ましくは35MPa以下であるとよい。この場合の内部引張応力Tの下限は20MPa、好ましくは25MPaであるとよい。
本実施形態は、面取り部を有するガラス板の製造方法に関する。
本実施形態は、面取り部を有するガラス板の製造方法に関する。本実施形態は、積層体を作製する前に、ガラス板の外縁部を研削する工程をさらに有する。
本実施形態は、面取り部を有するガラス板の製造方法に関する。本実施形態は、ブラシでガラス板を研磨する工程の代わりに、砥粒付きのシートでガラス板を研磨する工程を有する。
ガラスに所望の表面圧縮応力を有する化学強化層(圧縮応力層)を形成するための化学強化処理条件はガラス板であればその厚みなどによっても異なるが、350〜550℃の硝酸カリウム溶融塩に2〜20時間ガラス基板を浸漬させることが典型的である。経済的な観点からは350〜500℃、2〜16時間の条件で浸漬させることが好ましく、より好ましい浸漬時間は2〜10時間である。
本発明のガラス板のガラスの粘度が102dPa・sとなる温度T2は好ましくは1800℃以下、より好ましくは1750℃以下である。
本発明のガラスの粘度が104dPa・sとなる温度T4は1350℃以下であることが好ましい。
本発明のガラス板のガラスのヤング率Eは65GPa以上であることが好ましい。68GPa未満ではガラスのカバーガラスとしての剛性や破壊強度が不十分となるおそれがある。
本発明のガラス板のガラスのポアソン比σは0.25以下であることが好ましい。0.25超ではガラスの耐クラック性が不十分となるおそれがある。
SiO2はガラスの骨格を構成する成分であり必須であり、また、ガラス表面に傷(圧痕)がついた時のクラックの発生を低減させる、または化学強化後に圧痕をつけた時の破壊率を小さくする成分である。SiO2が56%未満ではガラスとしての安定性や耐候性またはチッピング耐性が低下する。SiO2は好ましくは58%以上、より好ましくは60%以上である。SiO2が75%超ではガラスの粘性が増大して溶融性が低下する。
前記Al2O3−MgOは、好ましくは9%以下、より好ましくは8%以下である。
SiO2、Al2O3、Na2OおよびMgOの含有量の合計は好ましくは98%以上である。
TiO2はガラス中に存在するFeイオンと共存することにより、可視光透過率を低下させ、ガラスを褐色に着色するおそれがあるので、含有するとしても1%以下であることが好ましく、典型的には含有しない。
SrOは必要に応じて含有してもよいが、MgO、CaOに比べてイオン交換速度を低下させる効果が大きいので含有する場合であってもその含有量は1%未満であることが好ましい。典型的にはSrOは含有しない。
BaOはアルカリ土類金属酸化物の中でイオン交換速度を低下させる効果が最も大きいので、BaOは含有しないこととするか、含有する場合であってもその含有量は1%未満とすることが好ましい。
CaO、SrO、BaOおよびZrO2のいずれか1以上を含有する場合それら4成分の含有量の合計は1.5%未満であることが好ましい。当該合計が1.5%以上ではイオン交換速度が低下するおそれがあり、典型的には1%以下である。
これらガラスのヤング率E(単位:GPa)、比重d、ガラス転移点Tg(単位:℃)、粘度が102dPa・sとなる温度T2(単位:℃)、粘度が104dPa・sとなる温度T4(単位:℃)、50〜350℃における平均線膨張係数α(単位:−7/℃)を表に示す。
ガラスブロックを切断、研削し、最後に両面を鏡面に加工して、サイズが30mm×30mm、厚みが1.0mmである板状ガラスを得た。鏡面研磨に至る工程は、板状のガラスを#1000の砥石を用いて300〜1000μm研削して板状ガラスを得、その後、酸化セリウムを用いて研磨してその表面を鏡面とした。
11、12 主面
13 端面
13a、13b 端面の所定部分
15、16 面取り部
17 エッチング面
18 ピット
21、22 化学強化層(圧縮応力層)
23 引張応力層
24 化学強化による引張応力が残留する領域
110 ガラス板
120 スペーサ
130 積層体
140 ブラシ
142 ブラシ毛
240 回転砥石
340 シート
Claims (12)
- 表裏の主面と、該表裏の主面間の端面とを有し、化学強化処理された概略矩形を呈する化学強化ガラス板であって、
表面圧縮応力が850MPa以上、内部引張応力が42MPa以下かつ、
前記端面には面取り部が設けられており、前記面取り部の板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分において、深さ20μm超のピットがなく、
下記酸化物基準のモル百分率表示で、SiO 2 を56〜75%、Al 2 O 3 を5〜20%、Na 2 Oを8〜22%、K 2 Oを0〜10%、MgOを0〜14%、ZrO 2 を0〜5%、CaOを0〜5%含有し、
SiO 2 、Al 2 O 3 、Na 2 O、MgOおよびB 2 O 3 の含有量の合計が98%以上であることを特徴とする化学強化ガラス板。 - 前記内部引張応力が35MPa以下であることを特徴とする請求項1に記載の化学強化ガラス板。
- 前記内部引張応力が30MPa以下であることを特徴とする請求項1に記載の化学強化ガラス板。
- さらに表面圧縮応力層の厚さが20〜35μm、板厚が0.5mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の化学強化ガラス板。
- 表面圧縮応力が850〜1200MPa、表面圧縮応力層の厚さが20〜35μm、内部引張応力が25〜42MPa、板厚が0.5〜1.5mmであることを特徴とする請求項4に記載の化学強化ガラス板。
- 表面圧縮応力が900〜1100MPa、表面圧縮応力層の厚さが25〜30μm、内部引張応力が30〜40MPa、板厚が0.7〜1.1mmであることを特徴とする請求項5に記載の化学強化ガラス板。
- SiO 2 含有量からMgO含有量を減じた差が64%以下である請求項1に記載の化学強化ガラス板。
- Al 2 O 3 含有量からMgO含有量を減じた差が9%以下である請求項1または7に記載の化学強化ガラス板。
- Na 2 O含有量からAl 2 O 3 含有量を減じた差が5%未満である請求項1、7、8のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板。
- SiO 2 、Al 2 O 3 、Na 2 OおよびMgOの含有量の合計が98%以上である請求項1、7〜9のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板からなるカバーガラス。
- 請求項11のカバーガラスを有するディスプレイ装置。
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