JP5437351B2 - 携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板、携帯型電子機器用画像表示装置、携帯型電子機器 - Google Patents

携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板、携帯型電子機器用画像表示装置、携帯型電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板、携帯型電子機器用画像表示装置、携帯型電子機器、および携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法に関するものである。
携帯電話などのように、液晶パネル、有機ELパネル等の画像表示パネルを備えた携帯型電子機器では、画像表示パネルを保護するために、カバーガラスが設けられる。このような携帯型電子機器用カバーガラスは、たとえば、次のように作製される。まず、板状ガラスを所定形状に切断して、小片化された板状ガラスを作製する。そして、次に、この、小片化された板状ガラスを溶融塩に浸漬して化学強化する。その後、化学強化された板状ガラスの表面に、必要に応じて、反射防止膜等の各種の機能膜を成膜する(特許文献1)。すなわち、特許文献1に記載の技術では、切断工程を経た後に化学強化工程を実施する。また、特許文献1に記載の技術と同様の順で、切断工程と化学強化工程とを実施する場合において、切断工程をエッチングにより実施する技術も提案されている(特許文献2)。
特許文献2に記載の技術では、板状ガラスの切断は、ウエットエッチング(ケミカルエ
ッチング)により行われているが、ドライエッチングによる切断も知られている(特許文献3)。また、特許文献3に記載の技術では、板状ガラスに対して各種機能膜を成膜後に、エッチングで切断することも提案されている。しかしながら、板状ガラスの切断方法としては、通常、エッチングよりもスクライブ切断が広く利用されている。一方、スクライブ切断を、風冷強化ガラスや、化学強化ガラスに対して行おうとした場合、風冷強化ガラスでは粉々に粉砕してしまい、化学強化ガラスでは、スクライブ線に沿って分割できなかったり、あるいは、スクライブ切断により得られたガラス基板が想定荷重よりも小さな荷重で破壊することが指摘されている(特許文献4)。このため、特許文献4に記載の技術では、化学強化ガラスをスクライブ線に沿って的確に切断するために、圧縮応力層の厚みを10μm〜30μmの範囲内とし、かつ、圧縮応力の値を30kgf/mm〜60kgf/mmの範囲内とした化学強化ガラスを用いることが提案されている。
これらの他に、この発明に関連する先行技術として、例えば特許文献5に示すように、大判の化学強化ガラスをレーザ切断やスクライブ割断等の物理的加工により切断する技術が知られている。
特開2007−99557号公報(段落番号0042、0043、0056、0057等) WO2009/078406(請求の範囲等) 特開昭63−248730号公報(特許請求の範囲、3項右下欄等) 特開2004−83378号公報(請求項1、段落番号0007、実施例等) 特開2008−247732号公報(請求の範囲等)
特許文献1,2等に例示されるように、化学強化され、必要に応じて機能膜が表面に形成された方形かつ板状のガラス製品(ガラス基板)を製造する場合、スクライブ加工やエッチング処理により切断した後に、イオン交換処理が行われている。それゆえ、ガラス基板は、その表面側、裏面側および端面側からイオン交換されたものとなる。すなわち、ガラス基板の角部分には、三方向側(表面側または裏面側、および、2つの端面側)からイオン交換により圧縮応力層が形成されることになる。それゆえ、ガラス基板の角部分に形成される圧縮応力層の厚みは、角部分以外に形成される圧縮応力層の厚みと比べて、厚みが大幅に増大するため、歪応力が集中しやすい。このため、角部分の耐衝撃性に劣る。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、角部分の耐衝撃性に優れた携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板、これを用いた携帯型電子機器用画像表示装置および携帯型電子機器を提供することを課題とする。
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
第一の本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板は、表面と裏面と端面とを有し、前記端面の少なくとも一部の領域が、エッチング処理によって形成された携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板であって、前記表面及び前記裏面のそれぞれには、前記表面及び前記裏面における面方向の中心部と、前記表面及び前記裏面における面方向の端部とで、層の厚みが互いに等しくなるようにイオン交換法による圧縮応力層が形成されていることを特徴とする。
第一の本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板の一実施態様は、端面のガラス基板の厚さ方向中心側の領域が、研磨処理により形成された平坦面を成す領域であることが好ましい。
第一の本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板の他の実施態様は、前記端面が、前記研磨処理により形成された平坦面を成す領域と、表面粗さRaが10nm以下の曲面を成す領域と、からなることが好ましい。
第一の本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板の他の実施態様は、前記端面が鏡面であることが好ましい。
第一の本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板の他の実施態様は、表面および裏面から選択される少なくとも一方の面に、一層以上の加飾層が設けられていることが好ましい。
第一の本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板の他の実施態様は、ディスプレイパネル保護用カバーガラス、および、タッチパネルから選択される少なくとも一方の態様で利用されることが好ましい。
第二の本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板は、イオン交換法により形成された圧縮応力層が、表面側と裏面側とのみに設けられ、端面が、凸を成す曲面であり、端面の表面粗さRaが10nm以下であることを特徴とする。
第三の本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板は、イオン交換法により形成された圧縮応力層が、表面側と裏面側とのみに設けられ、端面の少なくとも一部の領域が、研磨処理により形成された平坦面を成す領域であることを特徴とする。
本発明の携帯型電子機器用画像表示装置は、方形の画像表示エリアを有する画像表示パネルと、該画像表示パネルの画像表示面側に設けられ、かつ、画像表示エリアの平面方向の輪郭形状に略一致する平面形状を有する、第一、第二または第三のいずれかの本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板から構成される携帯型電子機器用カバーガラスと、を少なくとも備えることを特徴とする。
本発明の携帯型電子機器は、画像表示パネルと、該画像表示パネルの画像表示面側に設けられた、第一、第二または第三のいずれかの本発明の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板から構成される携帯型電子機器用カバーガラスと、を少なくとも備えることを特徴とする。
本発明の携帯型電子機器の一実施態様は、携帯電話であることが好ましい。
本発明によれば、角部分の耐衝撃性に優れた携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板、これを用いた携帯型電子機器用画像表示装置および携帯型電子機器を提供することができる。
本実施形態のガラス基板の一例を示す模式断面図である。 第一の比較例であり、所定形状に切断加工された板状ガラスの全面をイオン交換処理して作製されたガラス基板の一例を示す模式断面図である。 第二の比較例であり、所定形状に切断加工された板状ガラスの全面をイオン交換処理して作製されたガラス基板の他の例を示す模式断面図である。 本実施形態のガラス基板の他の第一例を示す模式断面図である。 本実施形態のガラス基板の他の第二例を示す模式断面図である。 本実施形態のガラス基板を用いたタッチパネルの一例を示す模式断面図である。 本実施形態の画像表示装置の一例を示す模式断面図である。 本実施形態の携帯型電子機器の一例を示す側面図である。 本実施形態のガラス基板製造方法の一例を説明する模式断面図で、図9(A)は、切断工程実施前の状態を示す図であり、図9(B)は、切断工程実施中の状態を示す図である。
以下の説明では、携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板を適宜、単に「ガラス基板」と略記する。携帯型電子機器用画像表示装置を適宜、単に「画像表示装置」と略記する。携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法を適宜、単に「ガラス基板の製造方法」と略記する。
(ガラス基板、画像表示装置および携帯型電子機器)
本実施形態のガラス基板は、イオン交換法により形成された圧縮応力層が、表面側と裏面側とのみに設けられ、端面が、凸を成す曲面であり、端面の表面粗さRaが例えば10nm以下である。
図1は、本実施形態のガラス基板の一例を示す模式断面図であり、具体的には端面近傍の断面について示したものである。図1に示すガラス基板10A(他の例と合わせ、総称するときは符号「10」で示す)は、表面20U側および裏面20B側に、一定の厚みを有するイオン交換法により形成された圧縮応力層30U、30Bが設けられている。これらの圧縮応力層30U、30Bは、表面30U側および裏面30B側を溶融塩に接触させてイオン交換処理を行うことで形成されるものである。
一方、端面40A(40)は、凸を成す曲面から成り、その表面粗さRaは例えば10nm以下である。ここで、「端面が、凸を成す曲面」であるとは、より具体的には、端面が、ガラス基板の平面方向の最も外方側に位置する頂部と、この頂部から、表面側および裏面側から選択される少なくとも一方の主表面側へと伸びるように形成される傾斜面とを有し、かつ、この傾斜面がガラス基板の内側へと凹む曲面(凹曲面)から構成されることを意味する。また、この曲面とは、ガラス基板10Aの作製に際して、表面側および/または裏面側からウエットエッチングを利用した等方的エッチングにより形成されたエッチング面であれば、その曲率は特に限定されない。
ここで、図1に示す例では、端面40Aは、ガラス基板10Aの厚み方向の中央部近傍が、ガラス基板10Aの平面方向の最も外側に位置するように突出した頂部42を形成している。そして、その頂部42から、表面20U側および裏面20B側に向かって、穏やかに湾曲した傾斜面44U、44Bが形成されている。この傾斜面44U、44Bは、ガラス基板10Aの内側へと凹みを成す凹面である。すなわち、傾斜面44Uは、図1に示す頂部42と、表面20Uの端部とを結ぶ直線(図中、一点鎖線で示される直線L1)に対して凹みを成すように形成され、傾斜面44Bは、図1に示す頂部42と、裏面20Bの端部とを結ぶ直線(図中、一点鎖線で示される直線L2)に対して凹みを成すように形成されている。このような曲面形状を有する端面40Aは、表面20U側および裏面20B側に圧縮応力層30U、30Bを形成した後に、表面20U側および裏面20B側から、等方的エッチングであるウエットエッチングを行うことで形成される。すなわち、端面40Aは、その全面がウエットエッチングにより形成された面である。なお、端面40Aの形状は、ウエットエッチングにより形成された曲面を有し、表面粗さRaが10nm以下であれば、その形状は図1に示す例に限定されない。たとえば、ウエットエッチングが、表面20U側のみから実施された場合、端面40Aには、傾斜面44Uと、裏面20B側に位置する頂部42とから構成される。
また、端面40Aには、表面20U側、裏面20B側に、圧縮応力層30U、30Bが存在する以外は、イオン交換処理により形成された圧縮応力層が存在しない。それゆえ、表面20Uと端面40Aとの境界部分である角部分50U、および、裏面20Bと端面40Aとの境界部分である角部分50Bにおける圧縮応力層30U、30Bの厚み(即ち、表面20Uにおける面方向の端部の厚み)は、ガラス基板10Aの中央部近傍における圧縮応力層30U、30Bの厚みと実質的に同一である。このため、角部分50Uおよび角部分50Bに歪応力が集中することがない。なお、図1に示す角部分50U、50Bは、主表面20(20U、20B)と、端面40Aとの境界部分、すなわち2面間の境界部分である。しかしながら、圧縮応力層30U、30Bの厚みは、主表面20と、端面40Aと、端面40Aと交叉する他の端面(図中、不図示。)との境界部分、すなわち、3面間の境界部分として形成される角部分においても、ガラス基板10Aの中央部近傍における圧縮応力層30U、30Bの厚みと実質的に同一である。それゆえ、2面間の境界部分として形成される角部分(以下、「2面角部分」と称す場合がある。)と同様に、3面間の境界部分として形成される角部分(以下、「3面角部分」と称す場合がある。)においても歪応力が集中することが無い。よって、いずれの角部分においても歪応力の集中に起因する耐衝撃性の劣化が生じない。なお、3面角部とは、六方体で言えば、8つの頂角部分に相当する。
一方、図1に示すガラス基板10Aと同様の断面形状を有する板状ガラス(イオン交換処理前のガラス)、または、スクライブ切断により小片化された板状ガラス(イオン交換処理前のガラス)に対して、イオン交換処理を行うことで、図1に示すガラス基板10Aと、類似した構造を有するガラス基板を得ることもできる。図2および図3は、所定形状に切断加工された板状ガラスの全面をイオン交換処理して作製されたガラス基板の一例であり、第一および第二の比較例を示す模式断面図である。ここで、図2に示すガラス基板は、図1に示すガラス基板10Aと同様のウエットエッチングを利用して切断された板状ガラスを用いて作製されたものであり、図3に示すガラス基板は、スクライブ切断により得られた板状ガラスを用いて作製されたものである。ここで、図2および図3中、図1に示すものと同一の形状を有するものには同じ符号が付してある。
図2に示すガラス基板200では、主表面20(表面20U、裏面20S)側から端面40A側へと連続する圧縮応力層32が形成されており、図3に示すガラス基板210では、主表面20(表面20U、裏面20S)側から端面46側へと連続する圧縮応力層34が形成されている。なお、図3に示す端面46は、スクライブ切断により形成された平坦面である。そして、ガラス基板200を作製する場合、角部分50U、50B近傍部分におけるイオン交換は、主表面20および端面40Aの2面を介して行われることになる。この点は、ガラス基板210を作製する場合において、表面20Uと端面46との境界部分である角部分52U、裏面20Bと端面46との境界部分である角部分52Bの各近傍部分におけるイオン交換でも同様である。このため、角部分50U、50Bの各近傍部分の圧縮応力層32の厚み、および、角部分52U、52Bの各近傍部分の圧縮応力層34の厚みは、その他の部分と比べて厚くなり、歪応力が集中しやすくなる。そして、このような圧縮応力層の厚みの増大と歪応力の集中は、3面からイオン交換される3面角部分においてより顕著となる。すなわち、角部分、特に3面角部分における耐衝撃性という点では、図2、図3に示すガラス基板200、210よりも図1に示す本実施形態のガラス基板10Aの方が非常に優れている。
一方、ガラスの表面に微小なクラック(マイクロクラック)が存在する場合、このマイクロクラックを起点として応力の集中が生じ易く、このような応力集中によりガラスが破壊されやすくなる。ここで、ウエットエッチングにより形成された切断面は、化学反応を利用したウエットエッチングによって、上述したようなマイクロクラックが除去されるため、マイクロクラックを起点とする応力集中も生じにくい。しかしながら、スクライブ切断などの機械加工により形成された切断面は、物理的な外力を加えることで形成される。このため、切断面にマイクロクラックが発生することは避けがたい。以上に説明した事情を考慮すれば、図3に示すガラス基板210と比較して、図1に示す本実施形態のガラス基板10Aの方が、端面における耐衝撃性がより優れるものと考えられる。
ここで、ガラス基板200の端面40Aは、機械的強度及び外観の観点から、鏡面であることが好ましい。この鏡面とは、無数の微細凹凸を有する梨地面に対して、鏡のように物が映るほどよく仕上げられた面のことである。例えば、ある面上で互いに直交する2方向における表面粗さ(算術平均粗さRa)が0.1μm以下である場合に、その面が鏡面であると定義してもよい。
なお、端面40Aの表面粗さRa(算術平均粗さ)は、10nm以下であればよいが、5nm以下であることが好ましい。また、表面粗さRaの下限は特に限定されるものではないが、実用上は0.1nm以上である。10nm以下の表面粗さRaは、端面40Aを形成する際のウエットエッチングによって容易に実現できる。なお、表面粗さRaは、AFM(原子間力顕微鏡)により測定することができる。
また、圧縮応力層30U、30Bの厚みは、ガラス基板の用途に応じて適宜選択されるが、主表面20の耐傷性や、ガラス基板10Aの耐衝撃性を確保する観点からは、10μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがより好ましく、40μm以上であることがさらに好ましい。一方、圧縮応力層30U、30Bの厚みの上限は特に限定されるものではないが、イオン交換処理に要する時間の増大や、ウエットエッチングによる切断時の表面20U側および裏面20B側の応力バランスの悪化によるガラス基板10A製造中の自発的粉砕(自爆)を防ぐなどの実用上の観点から、100μm以下とすることが好ましく、70μm以下とすることがより好ましい。また、圧縮応力層30Uの厚みと、圧縮応力層30Bの厚みとは、異なっていてもよい。しかし、この場合、ガラス基板10Aの表裏面での応力バランスが崩れて、ガラス基板10Aが反りやすくなる。それゆえ、通常は、圧縮応力層30Uの厚みと、圧縮応力層30Bの厚みとは、略同一であることが好ましい。
ガラス基板10Aの板厚としては特に限定されないが、ガラス基板10Aを利用する各種機器の重量増大の抑制や、機器の薄型化の観点から、通常は、1mm以下であることが好ましく、0.7mm以下であることがより好ましい。なお、板厚の下限値は、ガラス基板10Aの機械的強度を確保する観点から、0.2mm以上とすることが好ましい。
なお、本実施形態のガラス基板10は、図1に示すように、ガラス基板10Aの本体のみから構成されていてもよいが、ガラス基板10の利用用途に応じて、表面20Uおよび裏面20Bから選択される少なくとも一方の面に、一層以上の加飾層を設けたガラス基板(膜付きガラス基板)としてもよい。図4は、本実施形態のガラス基板の他の第一例を示す模式断面図であり、具体的には、図1に示すガラス基板10Aの表面20U側に加飾層が設けられた構成について示したものである。図4に示すガラス基板10Bは、ガラス基板10Aの本体の表面20Uに1層の加飾層60が設けられている。加飾層60としては、(1)ARコート(アンチリフレクションコート)、アンチグレアコート、ハーフミラーコート、偏光膜などの光学的機能を有する層、(2)ITO(Indium TinOxide)膜に代表される透明電極膜などの電気的機能を有する層、(3)印刷層などの審美性を向上させる機能を有する層などが一例として挙げられる。また、複数の加飾層60を積層、パターニング加工等することで、タッチパネルなどの各種のデバイスをガラス基板本体10A上に形成することもできる。
また、本実施形態のガラス基板10は、図1に例示したような凸を成す曲面からなる端面40Aを有するガラス基板10Aの端面40Aの少なくとも一部の領域が、研磨処理により平坦面を成す領域に研磨加工されたものであってもよい。この場合、研磨処理された後の端面は、全面が研磨処理により形成された平坦面を成すものであってもよく、研磨処理により形成された平坦面を成す領域と、表面粗さRaが10nm以下の曲面を成す領域と、から構成されるものであってもよい。また、研磨処理により形成された平坦面を成す領域は、少なくとも頂部42およびその近傍を研磨によって除去する形で形成され、かつ、研磨処理により形成された平坦面は、表面20Uおよび裏面20Bに対して略直交する面であることが好ましい。この場合、例えば、端面40Aのガラス基板10Aの厚さ方向中心側の領域が、研磨処理により形成された平坦面を成す領域となる。これにより研磨処理後の端面には、頂部42に起因する顕著な突出部が存在しなくなるので、図1に示すガラス基板10Aに対して、端面部分の平坦性や、縦横の寸法精度をより向上させることができる。
ここで、研磨処理としては、ブラシ研磨等の公知の機械的研磨処理を採用することができる。この他に、研磨処理としては、エッチング処理等の公知の化学的研磨処理を採用してもよい。
図5は、本実施形態のガラス基板の他の第二例を示す模式断面図であり、具体的には図1に示すガラス基板10Aの頂部42およびその近傍を研磨処理により除去して、端面の一部に平坦面を形成した態様について示したものである。なお、図5中、図1と同様のものについては同じ符号が付してある。図5に示すガラス基板10Cにおいては、端面40B(40)が、表面20U側に位置する傾斜面44U1と、裏面20B側に位置する傾斜面44B1と、傾斜面44U1と傾斜面44B1との間に位置し、頂部42およびその近傍を研磨処理によって除去することで形成された平坦面(研磨面)48とから構成される。ここで、平坦面48は、表面20Uおよび裏面20Bに対して略直交する面である。なお、以上の点を除けば、図5に示すガラス基板10Cは、図1に示すガラス基板10Aと同様の構成を有する。また、ガラス基板10Cの表面20Uおよび/または裏面20Bには、図4に例示したように、加飾層60を更に設けてもよい。
本実施形態のガラス基板10の利用用途は特に限定されるものではないが、主表面20の耐衝撃性、耐傷性に優れることを考慮すれば、表面の耐衝撃性および/または耐傷性が要求される用途に利用することが好ましい。このような用途としては、代表的には、液晶パネル、有機ELパネル、プラズマディスプレイパネル等の各種のディスプレイパネル保護用カバーガラス(以下、「カバーガラス」と略す場合がある。)や、タッチパネルが挙げられる。
図6は、本実施形態のガラス基板を用いたタッチパネルの一例を示す模式断面図である。なお、図6に示すガラス基板10の具体的な断面構成については記載を省略してある。図6に示すタッチパネル100は、ガラス基板10の表面20Uに、第1の透明導電膜102と、この第1の透明導電膜102に対して、スペーサー104を介して対向配置された第2の透明導電膜106と、第2の透明導電膜106のガラス基板10が設けられた側と反対側に設けられた樹脂フィルム層108と、から構成される。このタッチパネル100は、樹脂フィルム108の表面108Aの押圧により、第1の透明導電膜102と第2の透明導電膜106とが接触して、第1の透明導電膜102と第2の透明導電膜106との間に電流が流れ、押圧の解除により第1の透明導電膜102と第2の透明導電膜106との導通が遮断される。そして、この際の電流のON/OFFを、入力情報として、タッチパネル100に接続された制御回路(図中、不図示)に伝達し、制御回路がガラス基板10の裏面20B側に配置されたディスプレイ(図中、不図示)に、入力情報に応じた表示情報を伝達することで、タッチパネル操作を実現する。
図7は、本実施形態の画像表示装置の一例を示す模式断面図である。なお、図7は、画像表示装置の主要部の構成について示したものであり、その他の構成については記載を省略してある。また、図7に示す本実施形態のガラス基板10の具体的な断面構成については記載を省略してある。図7に示す画像表示装置110は、パネルフレーム112と、このパネルフレーム112に保持される液晶パネル等の画像表示パネル114と、画像表示パネル114の画像表示面114Aの略全面を覆うように画像表示面114A上に配置されたガラス基板10と、を少なくとも備えたものである。なお、図7に示す例において、画像表示面114Aとガラス基板10とは、密着していてもよいし、微小な隙間が設けられていてもよいし、両者の間に、樹脂フィルム等のその他の層が配置されていてもよい。また、画像表示装置110は、これ単体で独立して機能するものであってもよく、携帯電話等の携帯型電子機器の表示パネル部分などのように、他の電子機器の一部を構成するものであってもよい。
また、ガラス基板10の端面40は、図7に示した例では、完全に露出すると共に、パネルフレーム112の側面112Sと略面一を成している。しかし、ガラス基板10は、画像表示パネル114と共に、パネルフレーム112に埋め込まれるように配置されることで、端面40が露出していない状態であってもよい。但し、デザイン性の観点からは、図7に例示したように、端面40が完全に露出している場合が望ましい場合が多い。それゆえ、デザイン性向上の観点からは、端面40は露出した状態とすることも好適である。この場合、画像表示装置110が、床面や壁などに衝突した際に、ガラス基板10の角部50が機械的衝撃に直接曝されることになる。しかしながら、本実施形態のガラス基板10は、角部50の耐衝撃性に優れるため、図2および図3に例示したガラス基板200、210を用いた場合と比べて、カバーガラスの破損が生じる可能性が小さい。それゆえ、耐衝撃性という観点で、本実施形態のガラス基板10は、カバーガラスを備えた画像表示装置の外観デザインの自由度をより高くすることができる。
なお、画像表示パネル114は、通常、画像表示面114A側に、方形の画像表示エリアを有する。この場合、画像表示パネル114の画像表示面114A側に設けられるカバーガラスとして、画像表示エリアの平面方向の輪郭形状に略一致する平面形状を有する本実施形態のガラス基板10を用いることも好ましい。この場合、画面の四隅の画質低下を招くことがないためである。この理由は、以下の通りである。まず、図2および図3に例示したガラス基板200、210では、3面角部分近傍の圧縮応力層32、34の厚みは、3面角部分近傍を除く圧縮応力層32、34の厚みよりも非常に厚い。そして、圧縮応力層32、34は、圧縮応力層32、34が形成されていない部分と、屈折率が異なる。それゆえ、3面角部分近傍と、そうでない部分とにおける圧縮応力層32、34の厚みの違いは、カバーガラス表面の3面角部近傍と、そうでない部分との光の偏光や散乱具合の違いを招くことになる。このため、画像表示エリアの平面方向の輪郭形状に略一致する平面形状を有するガラス基板200、210をカバーガラスとして用いた場合、画面の四隅における画像の見え方が、画面の四隅以外のその他の部分と異なって見えることになる。しかしながら、本実施形態のガラス基板10では、3面角部分近傍の圧縮応力層20の厚みと、3面角部分近傍を除く圧縮応力層20の厚みとは略同一であるため、上述したような問題の発生を回避できる。なお、「画像表示エリアの平面方向の輪郭形状に略一致する平面形状」とは、画像表示エリアの平面方向の輪郭形状を構成する輪郭線に対して、外側又は内側に±10mmの範囲内ではみ出した大きさを有する平面形状を意味する。
また、画像表示エリア全体に占める四隅部分の占有面積の割合が、画像表示エリアの面積が小さくなる程、相対的に大きくなる。このことは、四隅部分の画質の低下が生じた場合、画像表示エリアの大きさが小さくなる程、画像を見る者にとって四隅部分の画像の見え方の違和感が大きくなることを意味する。この点を考慮すれば、画像表示エリアの大きさは、対角線の長さで、1.5インチ以上が好ましく、2.0インチ以上がより好ましい。なお、画像表示エリアの大きさの下限は特に限定されないが、実用上は、対角線長さで5.0インチ以下であることが好ましい。
本実施形態のガラス基板10のより好ましい利用態様としては、画像表示パネルと、画
像表示パネルの画像表示面側に設けられたカバーガラスと、を少なくとも備えた携帯型電子機器、特に携帯電話のカバーガラスとして用いられることが好ましい。携帯型電子機器、特に携帯電話は、その利用態様から、カバーガラスの角面部分が機械的衝撃に曝されることが多い上に、多様なデザイン性も求められることが多い。しかしながら、本実施形態のガラス基板10は、上述したように、双方のニーズに応えることが容易である。
図8は、本実施形態の携帯型電子機器の一例を示す側面図であり、具体的には、画像表示パネルの画像表示面側にカバーガラスとして、本実施形態のガラス基板10を備えた携帯電話について示した図である。図8に示す携帯電話120は、本体部122と、画像表示パネルを備えたディスプレイ部124と、本体部122およびディスプレイ部124を折り畳み可能に接続するヒンジ部126と、ディスプレイ部の画像表示面124Aの略全面を覆うように配置されたガラス基板10と、を有する。
本実施形態のガラス基板10を構成するガラス材料としては、イオン交換処理が可能なアルカリ金属酸化物を含むガラス材料であれば如何様なガラス材料でも利用できるが、(1)ダウンドロー法等を利用した板状ガラスの作製に用いられるSiOと、Alと、LiOおよびNaOから選択される少なくとも1種のアルカリ金属酸化物と、を含むアルミノシリケートガラス、(2)フロート法等を利用した板状ガラスの作製に用いられるソーダライムガラスなど、公知のガラス材料を用いることが好適である。なお、ダウンドロー法を利用した板状ガラスからガラス基板10を作製した場合、フロート法などと比較して、板状ガラス表面の傷を極めて少なく、板状ガラス表面の平滑性もナノメータオーダの粗さとなる。このため、ガラス基板10の作製時に主表面20を形成するための鏡面研磨加工を省略することができる上に、主表面20に存在するマイクロクラックの発生も極めて小さくできる。
なお、アルミノシリケートガラスとしては、板状ガラスの製造性、機械的強度、化学的耐久性等の実用上の観点等から、62重量%〜75重量%のSiOと、5重量%〜15重量%のAlと、0〜8重量%のLiOと、4重量%〜16重量%のNaOと、0〜6重量%のKOと、0重量%〜12重量%のZrOと、0〜6重量%のMgOを含むものであることがより好ましい。
また、圧縮応力層20は、ガラス基板10を構成するガラス材料に元々含まれるアルカリ金属の一部を、よりイオン半径の大きなアルカリ金属に置換した変質層である。たとえば、ガラス基板10を構成するガラス材料に元々含まれるアルカリ金属がLiであれば、Na、K等に置換され、ガラス基板10を構成するガラス材料に元々含まれるアルカリ金属がNaであれば、K等に置換される。
(ガラス基板の製造方法)
次に、本実施形態のガラス基板10の製造方法について説明する。まず、図1に例示したガラス基板10Aは、1種以上のアルカリ金属を含む板状ガラスを、1種以上のアルカリ金属を含む溶融塩と接触させてイオン交換処理するイオン交換処理工程と、イオン交換処理済みの板状ガラスの少なくとも一方の面上に、耐エッチング膜を形成する耐エッチング膜形成工程と、少なくとも耐エッチング膜を、パターニングするパターニング工程と、イオン交換処理済みの板状ガラスの、パターニングされた耐エッチング膜が設けられた面を、エッチング溶液に接触させてエッチングすることで、イオン交換処理済みの板状ガラスを小片に切断する切断工程と、を少なくとも経ることにより作製することができる。以下に、各工程についてより詳細に説明する。
−イオン交換処理工程−
イオン交換処理工程では、1種以上のアルカリ金属を含む板状ガラスを、1種以上のアルカリ金属を含む溶融塩と接触させてイオン交換処理する。このイオン交換処理工程では、通常、板状ガラスを溶融塩中に浸漬することで、板状ガラスの両面をイオン交換処理する。溶融塩の組成および温度、ならびに、浸漬時間は、板状ガラスのガラス組成や、板状ガラスの表層部分に形成する圧縮応力層20の厚み等に応じて適宜選択できる。たとえば、板状ガラスのガラス組成が、上述したアルミノシリケートガラスやソーダライムガラスであれば、溶融塩の組成および温度、ならびに、浸漬時間としては、一般的には、下記に例示する範囲から選択することが好ましい。
(1)溶融塩の組成:硝酸カリウム、または、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムとの混塩
(2)溶融塩の温度:320℃〜470℃
(3)浸漬時間:3分〜600分
−耐エッチング膜形成工程−
耐エッチング膜形成工程では、イオン交換処理済みの板状ガラスの少なくとも一方の面上に、耐エッチング膜を形成する。この耐エッチング膜は、通常、イオン交換処理済みの板状ガラスの両面に形成されるが、切断工程において、片面のみをエッチング溶液に接触させる場合には、当該片面にのみ耐エッチング膜が形成されていればよい。なお、以下の説明においては、耐エッチング膜が、イオン交換処理済みの板状ガラスの両面に形成されることを前提として説明する。耐エッチング膜としては、パターニング工程において、パターニング処理により部分的に除去可能であり、かつ、切断工程において用いるエッチング溶液に対しては溶解・除去されない性質を有するものであれば、適宜選択できる。このような耐エッチング膜としては、少なくとも弗酸水溶液に対して難溶性または不溶性を示すレジスト膜を用いることが好ましい。この場合、パターニング工程においては、レジスト膜をフォトマスクを用いた露光処理と現像液による現像処理とによってパターニング処理し、切断工程においてエッチング溶液を利用して切断を行うことができる。
−パターニング工程−
パターニング工程では、少なくとも耐エッチング膜を、パターニングする。これにより、イオン交換処理済みの板状ガラスの表面全面を覆う耐エッチング膜のうち、最終的に作製されるガラス基板10の平面方向の形状に対応する領域以外の耐エッチング膜を除去する。耐エッチング膜のパターニング方法としては、代表的には、上述した露光・現像を組み合わせて実施するフォトリソグラフィが利用できる。なお、パターニング工程は、両面に耐エッチング膜が形成されたイオン交換処理済みの板状ガラスの少なくとも片面に対して実施すればよく、両面に対して実施してもよい。なお、後者の場合は、切断工程の実施後に、図1に例示したように、断面形状が、頂部42と2つの傾斜面44U、44Bとを有する端面40Aが形成される。
−切断工程−
切断工程では、イオン交換処理済みの板状ガラスの、パターニングされた耐エッチング膜が設けられた面を、エッチング溶液に接触させてエッチングすることで、イオン交換処理済みの板状ガラスを小片に切断する。エッチング処理は、通常、板状ガラスをエッチング溶液に浸漬させて行う。エッチング溶液としては、少なくとも弗酸を含むものであれば特に限定されないが、必要に応じて、塩酸等のその他の酸や、界面活性剤等の各種の添加剤が添加されていてもよい。
図9は、本実施形態のガラス基板製造方法の一例を説明する模式断面図であり、具体的には、図1に示すガラス基板10Aを作製する場合における切断工程の一例を説明する図である。ここで、図9(A)は、切断工程実施前の状態を示す図であり、言い換えれば、イオン交換処理済みの板状ガラスに形成された耐エッチング膜が、パターニング処理された後の状態を示したものである。また、図9(B)は、切断工程実施中の状態を示す図である。また、図9中、板状ガラスに形成された圧縮応力層20については記載を省略してある。
図9(A)に示す切断工程実施前の状態においては、板状ガラス12の両面には耐エッチング膜70(70U、70B)が形成されている。そして、耐エッチング膜70(70U、70B)には、パターニング工程によって、板状ガラス12の表面が露出するように形成された開口部72(72U、72B)が設けられている。なお、板状ガラス12の、一方の面に設けられた開口部72Uと、他方の面に設けられた開口部72Bとは、板状ガラス12の平面方向において同じ位置に設けられており、開口部72Uおよび開口部72Bの幅は同一である。また、開口部72は、図9中、紙面の手前側から奥側へと伸びるように帯状に形成されている。
次に、図9(A)に示す開口部70が設けられた耐エッチング膜70付きの板状ガラス12を、エッチング溶液(図9中、不図示)に浸漬する。この場合、開口部70内へと侵入したエッチング溶液は、開口部70の底部に露出している板状ガラス12のみを選択的にエッチングする。そして、図9(B)中の矢印方向に示されるように、開口部70の底部側を始発点として、板状ガラス12の両面から、略等方的に板状カラス12のエッチングが進行する。このため、切断工程を経て得られたガラス基板10Aは、図1に示したように凸を成す曲面から成る端面40Aを有することになる。また、エッチング溶液を用いたウエットエッチングでは、エッチング面が平滑化されるため、端面40Aの表面粗さRaを、互いに直交する2方向において容易に10nm以下とすることができる。つまり、端面40Aを鏡面に仕上げることができる。
−加飾層形成工程−
なお、図1に示すガラス基板10Aではなく、図4に示す加飾層60が形成されたガラス基板10Bを作製する場合には、イオン交換処理工程を経た後、かつ、耐エッチング膜形成工程の実施前に、イオン交換された板状ガラスの少なくとも一方の表面に、一層以上の加飾層60を形成する加飾層形成工程を実施する。この場合、耐エッチング膜形成工程において、加飾層60の表面に耐エッチング膜を形成する。
ここで、パターニング工程において、耐エッチング膜のみをパターニングする場合には、切断工程において、耐エッチング膜が除去された領域の加飾層60および板状ガラスをエッチングして切断を行う。この場合、切断工程で用いられるエッチング溶液の組成としては、耐エッチング膜を侵食せず、かつ、加飾層60および板状ガラスの双方を侵食する組成が選択される。
一方、パターニング工程において、耐エッチング膜と加飾層60とを同時にパターニングする場合には、切断工程において、耐エッチング膜および加飾層60が除去された領域の板状ガラスをエッチングして切断を行う。この場合、切断工程で用いられるエッチング溶液の組成としては、耐エッチング膜および加飾層60の双方を侵食せず、かつ、板状ガラスを侵食する組成が選択される。
加飾層60の成膜方法としては、加飾層60を構成する材料、膜厚等に応じて公知の成膜方法が適宜利用でき、たとえば、スクリーン印刷等の各種印刷方法、ディッピング法、スプレーコート法、ゾルゲルコート法、メッキ法等の公知の液相成膜法や、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等の公知の気相成膜法などが利用できる。
以上に説明した本実施形態のガラス基板製造方法では、ガラス基板10を作製するために、大きいサイズの板状ガラス12の状態で、イオン交換処理工程と、必要に応じて実施される加飾層形成工程とを実施した後に、板状ガラス12を小片化するために切断工程を実施する。このため、板状ガラス12が予めガラス基板10と同サイズに小片化された状態で、イオン交換処理と、必要に応じて加飾層の形成とを実施することで、図2、図3に例示するガラス基板200、210またはこれらガラス基板200、210に加飾層60が形成されたガラス基板を製造する場合と比べて、本実施形態のガラス基板製造方法は、(1)生産性・コストに優れ、かつ、(2)作製されるガラス基板の寸法精度にも優れる。
(1)生産性・コストに優れる理由としては、イオン交換処理や加飾層の形成を実施する場合、使用する板状ガラス12が小片化される前の大きいサイズであるときに対して、使用する板状ガラス12が小片化された小さいサイズのときは、多数枚の板状ガラス12をハンドリングしなければならなくならないことが挙げられる。たとえば、イオン交換処理の実施に際して、溶融塩中に、多数枚の小片化された板状ガラス12を浸漬処理しようとした場合、溶融塩中で板状ガラス12を保持するホルダーに対して、小片化された板状ガラス12を多数枚セットしなければならない。このため、大きいサイズの板状ガラス12を用いる場合と比べて、小片化された板状ガラス12を用いる場合には、ホルダーへ板状ガラス12をセットする際の作業効率が極めて悪い。
(2)また、作製されるガラス基板の寸法精度に優れる理由としては、本実施形態のガラス基板製造方法では、板状ガラス12の寸法変化を伴うイオン交換処理を経た後に、ウエットエッチングを用いた切断を実施することが挙げられる。すなわち、ウエットエッチングやスクライブ切断などを利用した切断処理を経た後に、小片化された板状ガラス12を用いてイオン交換処理を実施した場合、所望の寸法のガラス基板を得るためには、イオン交換処理の実施に伴う寸法変化を予測した上で、切断処理を実施しなければならない。しかしながら、イオン交換処理の実施に伴い発生する寸法変化の度合いにはばらつきがある。このため、切断処理で、如何に精度良く切断しても、得られるガラス基板の寸法にはばらつきが生じ易い。これに対して、本実施形態のガラス基板製造方法では、イオン交換処理において如何様な寸法変化が生じても、その後に実施されるウエットエッチングを利用した切断処理により、ガラス基板10の寸法が決定される。このため、ガラス基板10の寸法を、所望の値となるように制御することが極めて容易である。
−端面研磨工程−
なお、本実施形態のガラス基板製造方法では、切断工程を経て形成された切断面の少なくとも一部を研磨する端面研磨工程を、さらに有していてもよい。ここで、切断面とは、たとえば、図1、図4等に例示したような端面40Aのように、ウエットエッチングにより形成された凸を成す曲面からなる端面を意味する。この端面研磨工程を実施することにより、図5に例示したガラス基板10Cのように、端面の少なくとも一部の領域が、研磨処理により形成された平坦面を成す領域からなるガラス基板を得ることができる。ここで、図4に示すガラス基板10Bの端面40Aについて、その頂部42およびその近傍を研磨処理により除去して、図5に示すような端面40Bとなるように加工する場合、研磨処理による加飾層60の端面40B側の磨滅、破損、あるいは、剥離を防ぐことができる。
以下に本発明を実施例を挙げてより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
(実施例1)
ダウンドロー法により作製されたアルミノシリケートガラス製の板状ガラス(厚み0.5mm、縦横400mm×320mm)を溶融塩中に浸漬して、両面に厚みが約40μmの圧縮応力層20U、20Bを形成した。ここで、板状ガラスのガラス組成は、SiOを63.5重量%、Alを8.2重量%、LiOを8.0重量%、NaOを10.4重量%、ZrOを11.9重量%含むものである。また、イオン交換処理に際しては、溶融塩として、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムとの混塩(混合比は、重量%で、硝酸カリウム:硝酸ナトリウム=60:40)を用い、圧縮応力層20U、20Bの厚みが上記厚みとなるように、溶融塩の温度を320℃〜360℃の範囲内に保った状態で、浸漬時間を適宜調整した。
次に、イオン交換処理された板状ガラスの両面に、ロールコーターにより耐弗酸性を有するネガ型のレジスト膜(厚み30μm)を形成し、さらにレジスト膜を150℃で30分間ベーク処理した。次に、フォトマスクを用いて、レジスト膜を露光した後、現像液(NaCO溶液)を用いて現像し、レジスト膜の一部を除去して開口部を形成するパターニング処理を行った。
次に、パターニング処理されたレジスト膜が形成された板状ガラスを、弗酸と、塩酸とを含むエッチング溶液中に浸漬して、板状ガラスを両面からウエットエッチングすることで切断した。その後、レジスト膜を有機溶媒により溶解・除去し、さらに洗浄を行うことで、図1に示す断面構造を有するガラス基板10A(縦横:90mm×45mm)を得た。得られたガラス基板10Aの端面40AをSEM(走査型電子顕微鏡)により観察したところ、マイクロクラックや、スクライブ切断により成形された切断面あるいは研磨処理により形成された研磨面のような特有の面性状は全く観察されず、全面が極めて平滑な面であることが確認された。また、端面40Aの傾斜面44UをAFM(原子間力顕微鏡)により測定(コンタクトモード、測定エリア:5μm×5μm)したところ、表面粗さRaは約2nmであった。
(比較例1)
実施例1で用いた板状ガラスを、イオン交換処理することなく、実施例1と同様にしてレジスト膜の形成、パターニング処理、ウエットエッチングによる切断処理をこの順に実施し、実施例1で作製したガラス基板10Aと同じサイズの板状ガラスを得た。次に、この板状ガラスを、角部近傍を除く圧縮応力層の厚みが実施例1で作製したガラス基板10Aとほぼ同程度となるように、実施例1と略同様の条件でイオン交換処理した。これにより図2に示す断面構造を有するガラス基板200を得た。
(比較例2)
実施例1で用いた板状ガラスを、イオン交換処理することなく、スクライブ切断し、実施例1で作製したガラス基板10Aと同じサイズの板状ガラスを得た。次に、この板状ガラスを、角部近傍を除く圧縮応力層の厚みが実施例1で作製したガラス基板10Aとほぼ同程度となるように、実施例1と略同様の条件でイオン交換処理した。これにより図3に示す断面構造を有するガラス基板210を得た。
<評価>
各実施例および比較例で得られたガラス基板を用いて、耐衝撃性評価と、四隅部分の目視評価とを実施した。結果を表1に示す。
なお、表1に示す耐衝撃性評価および四隅部分の目視評価の評価方法および評価基準は以下の通りである。
−耐衝撃性評価−
30枚のガラス基板について、ガラス基板の3面角部分が真下となる状態で、高さ100cmの位置から、硬質のタイルが敷き詰められた床面上に落下させる落下試験を行い、この際のガラス基板の破損率を評価した。評価基準は以下の通りである。
A:破損率は5%以下である。
B:破損率は5%を超え、20%以下である。
C:破損率は20%を超える。
−四隅部分の目視評価−
カバーガラスを取り外した状態の携帯電話用液晶モニターの表面に、ガラス基板を配置して、ガラス基板の四隅部分における画像の見え方を、ガラス基板の中央部分における画像の見え方と比較する目視評価を行った。評価基準は以下の通りである。
A:四隅部分と中央部分とで見え方に殆ど差異は無い。
B:中央部分の見え方に対して、四隅部分の見え方がやや歪んで見える。
C:中央部分の見え方に対して、四隅部分の見え方が顕著に歪んで見える。
10、10A、10B、10C ガラス基板
12 板状ガラス
20 主表面
20U 表面
20B 裏面
30U、30B、32、34 圧縮応力層
40、40A、40B 端面
42 頂部
44U、44B、44U1、44B1 傾斜面
46 端面
48 平坦面(研磨面)
50、50U、50B、52U、52B 角部分
60 加飾層
70、70U、70B 耐エッチング膜
72、72U、72B 開口部
100 タッチパネル
102 第1の透明導電膜
104 スペーサー
106 第2の透明導電膜
108 樹脂フィルム層
108A 表面
110 画像表示装置
112 パネルフレーム
112S 側面
114 画像表示パネル
114A 画像表示面
120 携帯電話
122 本体部
124 ディスプレイ部
124A 画像表示面
126 ヒンジ部
200、210 ガラス基板

Claims (8)

  1. 板状ガラスがその表面および裏面の両面側からエッチング処理されることによって切断されることにより所定の平面形状に形成され、表面と、裏面と、前記板状ガラスがエッチング処理されたことにより形成された端面とを有する携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板であって、
    前記表面及び前記裏面のそれぞれには、前記表面及び前記裏面における面方向の中心部と、前記表面及び前記裏面における面方向の端部とで、層の厚みが互いに等しくなるようにイオン交換法による圧縮応力層が形成され、
    前記端面のガラス基板の厚さ方向中心側の領域が、化学的研磨処理により形成された平坦面を成す領域であり、
    前記端面が、前記化学的研磨処理により形成された平坦面を成す領域と、前記端面のガラス基板の厚さ方向の表面側及び裏面側にそれぞれ設けられ、表面粗さRaが10nm以下の曲面を成す領域と、からなる
    ことを特徴とする携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板。
  2. 表面又は裏面と、端面と、当該端面と交叉する他の端面との3面間の境界部分として形成される3面角部分が、等方的エッチングにより形成されて丸みを帯びている
    ことを特徴とする請求項1に記載の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板。
  3. 請求項1又は2に記載の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板において、
    前記端面が鏡面であることを特徴とする携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板。
  4. 請求項1〜のいずれか1つに記載の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板において、
    前記表面および前記裏面から選択される少なくとも一方の面に、一層以上の加飾層が設けられていることを特徴とする携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板。
  5. 請求項1〜のいずれか1つに記載の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板において、
    ディスプレイパネル保護用カバーガラス、および、タッチパネルから選択される少なく
    とも一方の態様で利用されることを特徴とする携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板。
  6. 方形の画像表示エリアを有する画像表示パネルと、
    該画像表示パネルの画像表示面側に設けられ、かつ、上記画像表示エリアの平面方向の
    輪郭形状に略一致する平面形状を有する、請求項1〜のいずれか1つに記載の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板から構成される携帯型電子機器用カバーガラスと、
    を少なくとも備えることを特徴とする携帯型電子機器用画像表示装置。
  7. 画像表示パネルと、
    該画像表示パネルの画像表示面側に設けられた、請求項1〜のいずれか1つに記載の携帯型電子機器用カバーガラスのガラス基板から構成される携帯型電子機器用カバーガラスと、
    を少なくとも備えることを特徴とする携帯型電子機器。
  8. 請求項に記載の携帯型電子機器において、
    携帯電話であることを特徴とする携帯型電子機器。
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