JP5820039B2 - 高められた耐衝撃／静荷重強度を有するガラス積層基板 - Google Patents

高められた耐衝撃／静荷重強度を有するガラス積層基板 Download PDF

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Description

本発明は電子基板に関し、さらに詳しくは、基板の耐静／衝撃荷重強度を高めるために基板の選択された層が残留圧縮応力または残留引っ張り応力を有する、例えばフラットパネルディスプレイに用いられるような、ガラス積層基板に関する。
ガラス基板は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの、ディスプレイに用いられることが多い。ＬＣＤは、電卓、時計、ビデオゲーム、オーディオ及びビデオ機器、携帯型コンピュータ、さらには自動車のダッシュボードにおいて情報を表示するために益々普及してきている。ＬＣＤの品質及び大きさの改善により、ＬＣＤはテレビセット及びデスクトップコンピュータディスプレイに従来用いられていた陰極線管（ＣＲＴ）の魅力的代替品になった。さらに、プラズマディスプレイ（ＰＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）及び有機発光高分子材ディスプレイ（ＯＬＥＤ）などの、別のタイプのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）がＬＣＤの代替として開発されている。
いくつかのＦＰＤでは、ピクセルアドレス指定のための導電体層、カラーフィルタ、ＬＣＤの液晶配向または配列層あるいはＦＥＤ及びＰＤの蛍光体層などの、機能層を載せるために２枚のガラス板が用いられる。機能層を有する２枚のガラス板の間に、液晶化合物（ＬＣＤ）、発光高分子材（ＯＬＥＤ）またはプラズマ形成ガス（ＰＤ）が配される。
プラスチックシートによるガラス板の置換えが特許文献１に開示されている。プラスチックシートは、柔軟性（よって良好な耐クラック強度を与える）及び耐衝撃／静荷重強度により、ガラス板より薄くつくることができる。プラスチックシートはガラス板より小さい比重も有し、したがってプラスチック基板によるＬＣＤはガラス基板によるＬＣＤより軽く、薄い。
残念ながら、プラスチックシートにはディスプレイへの適用を制限する、ガラスシートより、低いガラス転移温度、低い可視光透過率及び高いガス透過率という３つの特性がある。低ガラス転移温度のためにプラスチックシートの最高使用温度が制限される。すなわち、プラスチックシートは、ＬＣＤおよびＯＬＥＤディスプレイに用いられる種類のａ（アモルファス）-Ｓｉまたはｐ（多結晶）-ＳｉベースのＴＥＴ（薄膜トランジスタ）の作成に必要な、高い、３００〜６００℃の温度にさらされると、熱分解するであろう。低光透過率は画像の明るさを弱める。プラスチックシートのガス透過率はＯＬＥＤディスプレイに用いられる有機発光材料の劣化を生じさせ得る。そのような制限はディスプレイにおけるプラスチックの適用を制約する。
特開平０６-１７５１４３号公報
したがって、ガラスシートの利点を高められた強度とともに提供できるガラス積層基板が未だに必要とされている。バルクで形成することができ、続いてスクラップによるかなりの損失を受けずに寸法を小さくすることができる、強化ガラス積層基板も必要とされている。さらに、薄化し、したがって軽量化することができ、同時に高められた耐荷重強度を提供することができる、ガラス積層基板が必要とされている。実質的にあらかじめ定められた耐衝撃／静荷重強度を有するガラス積層基板も必要とされている。
本発明のガラス積層基板は、基板の耐荷重強度を高めるために残留圧縮応力または残留引っ張り応力を有する、選択された層を有する。
本ガラス積層基板は、焦点面アレイ、光電子デバイス、光電池、光デバイス、フラットパネルディスプレイ並びにウエハ段階及び組立段階における集積回路などの、ただしこれらには限定されない、電子基板として用いることができる。
一般に、ガラス積層基板は透明ガラスコア及び一対の透明ガラススキン層を有し、コアはスキン層より高い熱膨張係数を有する。スキン層に対するコアの比厚及び熱膨張係数は、スキン層に残留圧縮応力を発生させ、コアに残留引っ張り応力を発生させるように選ばれる。残留応力は基板の耐荷重強度を高める。スキン層の圧縮応力及びコアの引っ張り応力は、許容できないレベルの基板破損または砕片発生をおこさずに、以後の基板のスクライビング及び分割を可能にするように選ぶことができる。
一構成において、ガラス積層基板は例えばフラットパネルディスプレイに用いることができ、基板は、間隔をおいて配置された第１の熱膨張係数を有する一対の透明ガラススキン層及びスキン層の間に配置された透明ガラスコアを有し、透明ガラスコアは、ガラススキン層がほぼ１０００ｐｓｉ（６.９ＭＰａ）より大きい残留圧縮応力を有し、ガラスコアがほぼ４０００ｐｓｉ（２７.６ＭＰａ）より小さい残留引っ張り応力を有するように、第１の熱膨張係数より高い第２の熱膨張係数を有する。
スキン層に少なくともほぼ４０００（２７.６ＭＰａ）の圧縮応力を保持し、コアにほぼ１０００ｐｓｉ（６.９ＭＰａ）より小さい引っ張り応力を有するようにガラス積層基板が選ばれる構成もある。
別の構成において、ガラス積層基板はスキン層とコアの間に配置された少なくとも１つのガラス中間層を有する。スキン層、中間層及びコアを形成するガラスのそれぞれの、硬化点及び熱膨張係数を選ぶことにより、コアの残留引っ張り応力を下げ、スキン層の残留圧縮応力を維持または高めることができる。
スキン層の残留圧縮応力及びガラスコアの残留引っ張り応力は、傷の発生及び傷の伝播に対する耐性を提供する蓄積エネルギーをガラス積層基板に生じさせ、蓄積エネルギーは、基板を破損させずに、あるいは粒子または砕片などの有害な汚染ガラス砕片を発生させずに、基板のスクライビング及び分割を可能にするに十分に低い。
上述した全般的説明及び以下の詳細な説明はいずれも、本発明の実施形態を提示し、特許請求されるような本発明の本質及び特徴の理解のための概観または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な例示的実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
間隔をおいて配置された２枚のガラスシートを有する従来のＬＣＤの簡略な断面図である 荷重がかけられている図１のガラスシートの部分断面図である フラットパネルディスプレイなどの、本発明にしたがって作成されたガラス積層基板の断面図である 中間層を有する、本発明のガラス基板の別の例示的構成の断面図である ガラス積層基板を作成するためのオーバーフロー分配器システム及び形成部材の断面図である 別の構成のガラス積層基板を作成するための別のオーバーフロー分配器システム及び形成部材の断面図である
本発明は、フラットパネルディスプレイに使用するための（図３及び４の例に示されるような）ガラス積層基板６０を含む。本明細書で用いられるような、術語「フラットパネルディスプレイ」は電子基板の一例であって、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）及び有機発光高分子材ディスプレイ（ＯＬＥＤ）を含めることができるが、これらには限定されない。
図１を参照すれば、（積層なしで示される）ガラスシート２０，３０が液晶材料で満たされている間隙４０によって隔てられた、ＬＣＤの略図が与えられる。シート２０，３０の縁端は低弾性率高分子接着剤４４で互いに封止され、比較的硬いフレーム（図示せず）に配される。拡散板４６が所定の間隔でシート３０から隔てておかれ、拡散板はバックライト源としてはたらく。
シート２０は露出表面２２及び間隙表面２４を有し、シート３０は間隙表面３２及び露出表面３４を有する。
図２に示されるように荷重Ｌが印加されると、表面２２及び３２は圧縮を受け、したがって比較的耐荷重強度が大きい。しかし、表面２４及び表面３４は、荷重の激烈さ並びに表面２４及び３４に見られる内在傷に依存して、シート２０，３０の破損をもたらし得る、強められた引っ張り応力を受ける。
一般に、ガラスシートはクラックを生じさせるに十分に大きな内部歪をつくる衝撃によって破壊され、ガラスの破壊は圧縮歪によるよりも引っ張り歪みにより容易におこる。したがって、衝撃による破壊は一般に引っ張り応力によると見なすことができる。本発明にしたがって作成されるようなガラス積層基板６０は、基板への荷重印加にともなう引っ張り歪みに少なくともある程度対抗するために残留圧縮応力を用いる。以下でさらに説明するように、ガラス積層基板６０の残留圧縮応力と残留引っ張り応力の関係は、スクライビングプロセス及び分割プロセスにおいて許容できないレベルの砕片（または基板破損）を発生させずに耐衝撃／静荷重強度を高めるために選ぶこともできる。
本発明のガラス積層基板６０は、ガラスシート２０，３０の代りに用いて、露出表面及び間隙表面において高められた強度を与え、よって得られるディスプレイの衝撃／静荷重に耐える能力を高めることができる。
図３の例に示されるように、３層構成において、ガラス積層基板６０は、間隔をおいて配置された一対のガラススキン層８０，９０に挟まれたガラスコア（層）７０を有する。ガラス積層基板６０は一般に、スキン層８０，９０の残留圧縮応力とコア７０の残留引っ張り応力のあらかじめ定められた関係を有するように構成される。選ばれた構成において、スキン層８０，９０はガラスコア７０と直接に接合される。
しかし、コア７０とスキン層８０，９０の間に中間層を配置できることも当然である。そのような中間層には、ガラス中間層８５，９５を含めることができるが、これには限定されない。図４の例に見られるように、５層構造において、中間層８５，９５がスキン層８０，９０とガラスコア７０の間に配置され、スキン層及び中間層は残留圧縮応力を有し、コアは残留引っ張り応力を有する。すなわち、スキン層８０，９０はコア７０に直接に、一体として、コア７０に接合させることができ、あるいは間接に、例えば、少なくとも１つの中間層８５，９５のそれぞれを介して、コアに接合させることができる。
ガラス積層基板６０の３層（コア７０及びスキン層８０，９０）構成において、例えば、スキン層８０，９０の応力σｓは式（１）：
Figure 0005820039
 で表すことができる。
コア７０の応力σｃは式（２）：
Figure 0005820039
 で表すことができる。
ここで、Ｅｃ及びＥｓはそれぞれコアガラス及びスキンガラスの弾性率、νｃ及びνｓはそれぞれコアガラス及びスキンガラスのポアソン比、αｓは室温から硬化点（Ｔ＊）までのスキン層ガラスの平均熱膨張係数、αｃは室温から硬化点（Ｔ＊）までのコアガラスの平均熱膨張係数、Ｔ＊はコアガラスの硬化点とスキンガラスの硬化点の低い方（硬化点はガラス歪点より５℃高い温度と定義される）、ｔｓはそれぞれのスキン層の厚さ、及びｔｃはコア厚の１/２である。
式（１）及び（２）から、対称積層について、比σｓ/σcは:
Figure 0005820039
 と書くことができ、これは:
Figure 0005820039
 と書き換えることができる。
スキン層８０，９０のガラス及びコア７０のガラスに対して適切な熱膨張係数（ＣＴＥ）を選ぶことにより、スキン層に残留圧縮応力を形成することができ、コアに残留引っ張り応力を形成することができる。
式（１）及び（２）にしたがって、コア７０及びスキン層８０，９０の厚さ並びにそれぞれの硬化点及びＣＴＥを制御することにより、残留応力（スキン層の圧縮応力及びコアの引っ張り応力）の大きさを設定することができる。
一般に、スキン層８０，９０のガラス材料はコアガラス材料のＣＴＥより小さいＣＴＥを有する。有利な構成の１つではほぼ３５％以内のスキン層ＣＴＥ及びコアＣＴＥが用いられるが、以下の実施例で実証されるように、スキンガラスとコアガラスの間の様々なＣＴＥ差のいずれをも用い得ることは当然である。
実施例１：
Figure 0005820039
Figure 0005820039
Figure 0005820039
Figure 0005820039
 実施例２：
Figure 0005820039
Figure 0005820039
Figure 0005820039
Figure 0005820039
 実施例３：
Figure 0005820039
Figure 0005820039
Figure 0005820039
Figure 0005820039
 弾性率Ｅｓ及びＥｃが１０.３×１０６ｐｓｉ（ポンド/平方インチ）（７.１×１０４ＭＰａ），ポアソン比νｓ及びνｃが０.２２で、Ｔ＊＝６７１℃，αｃ＝３７.８×１０−７，αｓ＝３１.８×１０−７，ｔｃ＝０.３０ｍｍ，ｔｓ＝０.０５ｍｍの代表的なガラス積層基板６０は、４４００ｐｓｉ（３０.３ＭＰａ）のスキン層の残留圧縮応力及び７２５ｐｓｉ（５ＭＰａ）のコア７０の内部引っ張り応力を与える。そのような積層は、工業界で既知のリングオンリング強度試験で測定すると、対応する無積層コアよりほぼ１０％〜２５％高い表面強度を有する。ほぼ１０００ｐｓｉ（６.９ＭＰａ）より小さい内部引っ張り応力により、かなりの破砕リスクをおかさず、またはガラス表面を汚染し得るかなりのガラス粒子を生成させずに、ガラス積層基板のスクライビング及び切分けが可能となることがわかった。
ガラス積層基板６０の、許容できないレベルの砕片の発生または基板の破損をおこすことのない、スクライビング及び分割はコア７０の４０００ｐｓｉ（２７.６ＭＰａ）もの高い引っ張り応力があっても満足に行い得ると考えられる。しかし、コア７０の残留引っ張り応力が小さくなるとともに砕片発生及び基板破損の量が少なくなるから、コア７０の残留引っ張り応力は、約２０００ｐｓｉ（１３.８ＭＰａ）より小さいことが望ましく、約１５００ｐｓｉ（１０.３ＭＰａ）より小さいことがさらに望ましい。ほぼ１０００ｐｓｉ（６.９ＭＰａ）より小さく、ほぼ７５０ｐｓｉ（５.２ＭＰａ）より小さいことが有益な、コア７０の残留引っ張り応力により、スクライビング及び分割プロセス中の許容できるレベルの砕片発生及び基板破損（破砕）を与えると同時に、耐衝撃／静荷重強度を高めるに十分なスキン層８０，９０の残留圧縮応力が可能になると考えられる。
したがって、スキン層８０，９０の残留圧縮応力はほぼ３０００〜１５０００ｐｓｉ（２０.７〜１０３.４ＭＰａ）の範囲にあることが有利であり、ガラスコア７０の引っ張り応力は、ほぼ４０００ｐｓｉ（２７.６ＭＰａ）より小さく、約２０００ｐｓｉ（１３.８ＭＰａ）より小さくことが有利であり、選ばれた構成ではほぼ１５００ｐｓｉ（１０.３ＭＰａ）より小さいような、破砕またはかなりの砕片発生をおこさずにガラス積層基板６０のスクライビング及び分割を可能にするレベル以下に維持される。
コア７０の許容できる残留引っ張り応力は、コアの特定の組成により、またスキン層８０，９０のガラスの特定の組成によっても、少なくともある程度決定され、したがって、残留引っ張り応力を変えても優れた結果を得ることができる。さらに、残留引っ張り応力に対する残留圧縮応力の絶対値の比はほぼ２からほぼ２０の範囲とすることができ、残留引っ張り応力はほぼ４０００ｐｓｉ（２７.６ＭＰａ）より小さく、１５００ｐｓｉ（１０.３ＭＰａ）より小さいことがさらに一層有利である。
適切なガラス組成及びコア／スキン層の厚さ比を選ぶことによって、スキン層８０，９０の残留圧縮応力を約９,０００ｐｓｉ（６２.０１ＭＰａ）とすることができ、よってガラス積層基板６０の表面強度をほぼ５０％高めることができる。
スキン層８０，９０の圧縮応力を（コア７０の残留引っ張り応力と少なくともある程度バランスをとって）最大化することによって最大化されたガラス積層基板６０の強度が得られるが、そのような強度最大化ガラス積層基板６０におけるエネルギーの放出により、スクライビング及び分割プロセスにおいてかなりの基板破損率及び砕片発生が生じ得る。したがって、特定のガラス積層基板６０の得られる強度を、スクライビング及び分割プロセス中にかなりの基板破損率または砕片発生をおこさずに最適に高めるように、残留圧縮応力及び残留引っ張り応力が選ばれる。
説明の目的のため、及び利用できる文献に基づき、残留応力を有するガラスの５０ｍｍ×５０ｍｍ面積に対する砕片発生数の推定値は、Ｎ５０＝β（σｃ/ＫＩＣ）４で与えられ、ここで、β＝２.５×１０-３α２/１６であり、σｃは中心引っ張り応力値、ＫＩＣはガラスの破壊靭性であって、（ポアソン比ν＝０.２３に対して）α＝１６/１５√３（１＋ν）＝０.５，β＝３９×１０−６，Ｎ＝３９×１０−６（σｃ/ＫＩＣ）４，よってＫＩＣ＝０.７５ＭＰａ√ｍに対してＮ＝１２３.２×１０−６σｃ ４/ｍ２である。
したがって、そのようなコアの様々な引っ張り応力についての砕片数Ｎは、
Figure 0005820039
 で与えられる。
厚さ０.７ｍｍ（代表的なフラットパネルディスプレイ寸法）の例示的な３層−１ｍ×１ｍガラス積層基板６０は形成された縁端に沿って１平方インチ（６.４５ｃｍ２）を若干こえる表面積を有する。粒子の破片は存在しないから、スクライビング及び分割プロセスに対して１平方インチ（６.４５ｃｍ２）当り１個ないしそれ以下の粒子発生を維持するためには、ほぼ２０００ｐｓｉ（１３.８ＭＰａ）のコア７０の残留引っ張り応力が勧められる。スクライビング及び分割プロセス中に許容できる砕片発生及び基板破損率を示すため、ほぼ４０００ｐｓｉ（２７.６ＭＰａ）までの残留引っ張り応力をコア７０に与えるように、ガラス積層基板６０を構成できることは当然である。
コア７０の要件を満たすガラス材料がコーニング（Corning）コード１７３７ガラスであることがわかり、スキン層８０，９０の要件を満たすガラス材料がコーニングで製造されたＥＡＧＬＥ２０００（商標）ガラスであることがわかった。選ばれた構成において、ガラスは一致するかまたは同等の屈折率を有することができる。スキン厚がほぼ０.０２ｍｍから０.２ｍｍの積層に用いた場合に、これらの材料はディスプレイの取扱い、組立及び寿命中の表面損傷に対する十分な保護を提供することがわかった。
ディスプレイへの組込みに向けられるガラス積層基板６０については、重量の最小化が一要因になる。したがって、フラットパネルディスプレイ用途に関してガラス積層基板６０は約２.０ｍｍより薄い厚さを有することになり、ほぼ１.５ｍｍより薄くすることができ、代表的な厚さは約１.１ｍｍないしそれより薄く、スキン層８０，９０（及び、用いられる場合は中間層８５，９５）及びコア７０は実質的に平坦な積層を形成する。携帯型フラットパネルディスプレイについては重量の最小化が第一義的な要件であることが多く、したがってガラス積層基板６０の厚さはほぼ０.４ｍｍからほぼ０.６ｍｍであることが多い。テレビまたはデスクトップディスプレイなどの据置型フラットパネルディスプレイについては、ガラス積層基板６０はほぼ０.７ｍｍの厚さを有することができる。
一般に、フラットパネルディスプレイに使用するために作成されたガラス積層基板の総厚はほぼ０.４ｍｍとほぼ１.１ｍｍの間とすることができよう。スキン層８０，９０の厚さは総基板厚のほぼ８％と１５％の間に選ばれ、スキン層厚のさらに最適な厚さは総基板厚のほぼ１０％である。したがって、ガラス積層基板６０は一般に薄すぎてガラスの焼き戻しができない厚さを有するが、残留応力によって高められた強度を与える。したがって、ガラス積層基板６０は焼き戻しされないガラスで構成することができる。
本発明のガラス積層基板はガラスの傷発生及び傷伝播にも対処して改善された耐損傷強度をもつ基板を提供する。詳しくは、図３の例のガラス積層基板６０は、スキン層が残留圧縮応力の大きさによって損傷に一層耐えるような、残留圧縮応力をもつスキン層８０，９０を提供する。例えば、また本開示の範囲を限定することなく、スキン層８０，９０に５０００ｐｓｉ（３４.５ＭＰａ）の表面圧縮応力をもつガラス積層基板６０に対して傷をつけるには、非積層ガラスに同じ大きさの傷をつけるに必要な応力に比較して、さらに５０００ｐｓｉ（３４.５ＭＰａ）の応力が必要である。したがって、本発明のガラス積層基板は、ＬＣＤなどのフラットパネルディスプレイの作成の取扱い／処理工程中に損傷を受け難いであろう。さらに、残留応力の結果、ガラス積層基板６０の永久的強化効果が得られる。すなわち、ガラス積層基板６０にクラックを伝播させるに必要なレベルと同じレベルの引っ張り応力を生成するには、スキン層の残留圧縮応力を上回る応力が必要であろう。ここでも、スキン層に５０００ｐｓｉ（３４.５ＭＰａ）の残留圧縮応力をもつ本例を用いれば、積層ガラス基板面内でクラックを伝播させるには非積層ガラス面内に比べて５０００ｐｓｉ（３４.５ＭＰａ）大きい引っ張り応力が必要である。
一般に、スキン層８０，９０のそれぞれは同じ厚さを有する同じ材料からなり、したがってコア７０に関して対称な応力を与える。同様に、５層構成において、中間層８５，９５のそれぞれは同じ厚さを有する同じ材料からなり、したがってコア７０に関して対称な応力を与える。すなわち、スキン層８０，９０（または中間層８５，９５）の残留圧縮応力は実質的に等しくなり得る。しかし、与えられたコア７０上のスキン層８０，９０（及び／または中間層８５，９５）を異なる材料、ＣＴＥまたは厚さをもつ層とし得ることは当然であり、これは荷重が非対称な用途に対して有利になり得る。例えば、一方のスキン層の厚さを２倍にすることにより、ガラス積層基板６０は、ラック保管時のような、水平方向での曲がりに対して高められた耐力を示すことができる。そのような非対称構造においては、垂直方向に配置される際に残留応力が定向曲がりを生じさせ得る。したがって、協同するガラス積層基板６０は、そのような非対称残留応力に打ち勝つかまたはそれを補償するために、フレームで固定して保持することができる。すなわち、スキン層の非対称残留応力は、例えばほぼ１０％のような、あらかじめ定められたレベルに設定することができる。一構成において、スキン層８０，９０の相互の残留圧縮応力はほぼ２０％以内であり、ほぼ５％以内であるように、ほぼ１０％以内であることが有利である。
（図４に例示されるような）中間層８５，９５を有するガラス積層基板６０の構成において、ガラスコア７０の引っ張り応力は、スキン層８０，９０の残留圧縮応力に悪影響を及ぼさずに、さらに制限することができる。実施例４は、図４に見られる５層構成の代表的構成材料である。
実施例４：中間層構成に対し、ｋ＝Ｅ/（１−ν）として：
Figure 0005820039
 ガラス積層基板６０に中間層８５，９５を含めることの利点は、スキン層８０，９０に比較的大きな残留圧縮応力を維持しながらコア７０の残留引っ張り応力を低くできる能力にある。
圧縮応力の値はガラスコア７０の厚さに対する中間層８５，９５及びスキン層８０，９０のそれぞれの厚さに関係する。５層ガラス積層基板６０の最終応力は次式：
Figure 0005820039
Figure 0005820039
Figure 0005820039
 で与えられる。
ここで、ｅは最も低い硬化点温度におけるそれぞれのガラスのΔＬ/Ｌを指し、添字ｃ，ｉ及びｓはそれぞれコアガラス、中間層ガラス及びスキンガラスを指す。よってｅｏは：
Figure 0005820039
 で与えられる。
例えば、積層の総厚が０.７ｍｍであり、中間層８５，９５及びスキン層８０，９０の厚さがいずれも０.０１３３ｍｍ（実施例３の構成と同じ）である場合：
ｔｃ＝０.３２３４ｍｍ，
ｅｏ＝５２１５×１０−６，
σｃ＝（５４４９−５２１５）×１３.３３＝３１１９ｐｓｉ（２１.５ＭＰａ） （コア内引っ張り応力）
σｉ＝（２７８５−５２１５）×１３.６１＝−３３０７２ｐｓｉ（２２７.９ ＭＰａ）（中間層内圧縮応力）
σｓ＝（２００７−５２１５）×１３.３８＝−４２９２３ｐｓｉ（２９５.７ ＭＰａ）（スキン層内圧縮応力）
である。
したがって、５層-３ガラス積層基板６０は、コーニングコード０３１７ガラスコア７０及びコーニングによる「ＥＡＧＬＥ２０００」ガラスのスキン層８０，９０を有する３層-２ガラス積層に比較して、１１％低いコアの引っ張り応力及び１１％低い中間層８５，９５の圧縮応力を有し、スキン層の圧縮応力は１％高い。すなわち、中間層８５，９５をもつ５層-３ガラス系はスキン層８０，９０の圧縮応力は維持しながらコア７０の引っ張り応力をかなり低減するという利点を提供する。コア７０の低減された内部引っ張り応力はスクライビング及び分割プロセス中の破砕及び砕片発生の低減に役立つ。
ガラス積層基板６０の３層構成に関連して述べたように、コア７０，中間層８５，９５及びスキン層８０，９０の厚さ、それぞれの硬化点及びそれぞれのＣＴＥを制御することにより、（スキン層及び中間層では圧縮、コアでは引っ張りの）残留応力の大きさを設計で設定することができる。すなわち、（スキン層８０，９０及び中間層８５，９５では圧縮、コア７０では引っ張りの）残留応力の大きさを実質的にあらかじめ定めることができる。
ガラス積層基板６０の残留応力は複数の層を構成層ガラスの最も低い硬化点より高い温度において接合することで形成される。（スキン層８０，９０に対するコア７０，あるいはコア及びスキン層に対する中間層８５，９５などの）隣接層間で十分な接合を達成するためには、溶融ガラスをシート形態にする間に積層が行われることが有利であろう。ガラス形成の当業者には、そのような構造、そのような積層化引下げ及び積層化融合プロセスを達成するための複数の方法が既知である。
一般に、スキン（及び中間層）ガラス及びコアガラスの融合引きがガラス積層基板６０の形成の要件を満たす方法である。しかし、スロット引き、二重スロット引きまたはその他の適する接合方法のような別の方法をガラス積層基板６０の形成に用い得ることは当然である。コア７０及びスキン層８０，９０（及び中間層８５，９５）のガラス材料は、実質的に透明であり、歪みのない界面を形成するために同等な粘度を与えるように選ばれる。
代表的な積層化引下げプロセスまたはスロットプロセスにおいては、白金などの耐熱金属でつくられたスロットオリフィスに溶融ガラスが送り込まれる。積層化引下げ装置は、互いに並列に配置された複数のスロットオリフィスを有し、それぞれのオリフィスに別々の溶融ガラス流を送り込むことができる能力を有する。形成条件（一般に１０００００ポアズ（１００００Ｐａ秒））におけるガラスの流動性によって複数のガラス流はオリフィスをでる際に融合させられ、別々の層からなる一体ガラスシートを形成する。複数の層の厚さは個々のスロットオリフィスの寸法によって制御される。層の接合を補助するために下流のローラーがガラスシートに接し得ることは当然である。
一般に、積層化融合プロセスにおいては、米国特許第４２１４８８６号明細書に説明されているように、コア７０及びスキン層８０，９０（及びガラス中間層８５，９５）が形成部材に沿って同時に流れてから、所望の厚さをもつ単一のガラス積層基板を形成するに適する粘度まで冷却されるような、制御可能なオーバーフロー分配システム及び形成部材によってガラス積層基板６０が形成される。この明細書の開示は本明細書に参照として特に組み入れられる。
対称形成プロセスの一例についての図５を参照すれば、コア７０を形成するガラス及びスキン層８０，９０を形成するガラスが個別に溶融され、それぞれが適切な配送システムによって対応するオーバーフロー分配器１７０，１８０に配送される。オーバーフロー分配器１８０はオーバーフロー分配器１７０の上方に据えられ、オーバーフロー分配器１８０からのガラスはオーバーフロー分配器１８０の上端部分をこえて流れ、側面を流れ下って、オーバーフロー分配器１８０の上端部分の下で両側面上に適切な厚さの一様なフロー層を形成する。
下段のオーバーフロー分配器１７０は分配器１７０に付帯するくさび形形成部材２００を有する。形成部材２００は、オーバーフロー分配器１７０の側壁と上端でつながり、延伸線において収斂下端で終端する、収斂側壁部分を有する。下段のオーバーフロー分配器１７０をオーバーフローする溶融ガラスは分配器壁に沿って下方に流れて、形成部材２００の収斂外表面に隣接する初期ガラスフローを形成し、一方、分配器１８０をオーバーフローする溶融ガラスは上方から下方に上段分配器の壁にかけて流れて、コア層の外表面部分にかけて流れ、よって積層化ガラス流をつくる。形成部材２００のそれぞれの収斂側壁からの２つの個々のガラス層は延伸線において１つに合されて融合し、単一の連続積層を形成する。コアガラスの２つの層は融合してコア７０を形成し、スキン層を隔てる。
３層構成において、残留応力はスキン層８０，９０とコア７０の間のＣＴＥの差及びそれぞれの硬化点の差から得られる。スキンガラス及びコアガラスは高温で接合され、材料が周囲温度まで冷却されると、コアガラス（高ＣＴＥ）はスキンガラス（低ＣＴＥ）より大きく収縮しようとする。層は接合されているから、スキン層８０，９０に圧縮応力が発生し、引っ張り応力がコア７０に発生する。
図６に見られるように、追加のオーバーフロー分配器及びそれに付帯する形成部材（及びそれぞれのガラス配送システム）を積み重ねることによって、ガラス積層基板６０に、中間層８５，９５のような、付加層を組み込むことができる。すなわち、図４に示される５層ガラス積層基板６０は、（スキン層８０，９０を形成する）オーバーフロー分配器１８０が（中間層８５，９５を形成する）オーバーフロー分配器１８５の上方にあり、オーバーフロー分配器１８５は（コア７０を形成する）オーバーフロー分配器１７０の上方にある、図６に示されるシステムによって形成することができる。
図６をまた参照すれば、オーバーフロー分配器１８０は、２つの異なるガラスを分配器から流し出し、よってスキン層９０とは異なる材料のスキン層８０の形成を可能にするための中央壁体１８５を有することができる。中央壁体１８２を有するオーバーフロー分配器１８０が示されているが、代りにオーバーフロー分配器１８５が中央壁体を有し、よって相異なる材料からなる中間層８５及び９５を与え得ることは当然である。
形成部材を傾けることによるかまたは流量を変えて異ならせることによるか、あるいはこれらの組合せによるような、与えられたいずれかのオーバーフロー分配器（及び付帯する形成部材）の２つの側面上の相対ガラスフローの調節によって、非対称層厚を達成することができる。
寸法制御及び得られる初期ガラス表面状態により、融合プロセス、すなわちオーバーフロープロセスは、ガラス積層基板６０を作成するための満足できる方法となる。
５層構成のガラス積層基板６０の例に対する作成プロセスにおいては、スキンガラスのコーニング製「ＥＡＧＬＥ２０００」ガラスが初めに硬化し、無応力で収縮するであろう。コア７０のガラス、コーニングコード０３１７はガラス積層基板６０の中で最も軟らかいガラスであり、５８１℃の硬化点を有し、したがってコアガラスが５８１℃に冷却されるまではコアガラスに応力が生じない。しかし、中間層ガラスのコーニングコード７０５９は５９８℃の硬化点を有し、よって中間層ガラスはコアガラスより先に硬化して、張力を受け、積層６０が５９８℃から５８１℃に冷却される間にスキンガラスに圧縮を誘起するであろう。ほぼ５８１℃において、コアガラスが硬化し始め、コアガラスが最も高いＣＴＥ値を有することから、コアガラスが最も大きな張力を受け、中間層８５，９５及びスキン層８０，９０のいずれにも正味の圧縮を誘起するであろう。
ガラス積層基板６０が形成されてしまうと、機能層を含む、様々な層、コーティングまたはフィルムのいずれをもガラス積層基板に施すことができる。これらの付加層は一般に有意な残留圧縮応力または残留引っ張り応力を有することはないが、本明細書で論じたように、スキン層８０，９０（及び、用いられれば、中間層８５，９５）を、以降に基板上に被着される層を補償するように構成することができる。例えば、スキン層８０，９０及び／または中間層８５，９５の厚さ（または材料）を、そのような付加層を受け入れるための補償残留応力をつくるように選ぶことができる。すなわち、ガラス積層基板６０は、以降の層がコア７０の相対面にかかる圧縮応力の等化に貢献するような、不平衡表面圧縮応力を示すように形成することができる。
本発明を本発明の特定の例示的実施形態に関して説明したが、上述の説明に鑑みれば、当業者には多くの別形、改変及び変型が明らかであろう。したがって、本発明は、添付される特許請求項の精神及び広汎な範囲内に入れば、そのような別形、改変、及び変型の全てを包含するとされる。
６０ ガラス積層基板
７０ ガラスコア
８０，９０ スキン層
８５，９５ 中間層

Claims (1)

  1. 積層基板において、
    （ａ）第１の熱膨張係数を有する、間隔をおいて配置された一対の透明ガラススキン層、及び
    （ｂ）前記透明ガラススキン層の間に配置された、前記第１の熱膨張係数より高い第２の熱膨張係数を有する、透明ガラスコア、
    を有し、
    （i）前記一対の透明ガラススキン層それぞれは残留圧縮応力を有し、前記透明ガラスコアは残留引っ張り応力を有し、
    （ii）前記積層基板の総厚は、０．４ｍｍから０．６ｍｍの範囲であり、
    （iii）前記一対の透明ガラススキン層それぞれの厚みは、０．０２ｍｍから０．２ｍｍの範囲であり、
    （iv）前記残留引っ張り応力（σ ｃ ）に対する前記残留圧縮応力（σ ｓ ）の比の絶対値（｜σ ｓ /σ ｃ ｜）が条件式：２＜｜σ ｓ /σ ｃ ｜＜２０を満足する、
    ことを特徴とする積層基板。
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