JP7346431B2 - 特別な面取り部の形状および高強度を有する超薄ガラス - Google Patents

特別な面取り部の形状および高強度を有する超薄ガラス Download PDF

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Description

本発明は、０．４ｍｍ以下の厚さ、第１の表面、第２の表面、および少なくとも１００ＭＰａの圧縮応力によって定義される圧縮応力領域、および前記第１の表面と前記第２の表面とをつなぐ少なくとも１つの面取りされた端部を有する、化学強化されたガラスに関する。本発明は、フレキシブルおよびプリンテッド・エレクトロニクスにおけるフレキシブルユニバーサル基板、タッチ制御パネルのためのセンサ、指紋センサ、薄膜電池の基板、モバイル電子機器、半導体インターポーザ、フレキシブル且つ曲げることができるディスプレイ、太陽電池、または高い化学的安定性と、温度安定性と、低いガス透過性と、柔軟性と、薄い厚さとの組み合わせが必要とされる他の用途としての、前記化学強化されたガラス物品の使用にも関する。消費者用および産業用の電子機器のほかに、前記発明は、産業上の生産または測定における保護用途のためにも使用できる。
種々の組成を有する薄ガラスは、透明性、高い化学的耐性および耐熱性、および定義された化学的特性および物理的特性が重要である多くの用途のために適した基板材料である。例えば、無アルカリガラスは、ディスプレイパネルのために、およびウェハ形式における電子的なパッケージング材料として使用され得る。アルカリ含有シリケートガラスは、フィルタコーティング基板、タッチセンサ基板および指紋センサモジュールのカバーのために使用される。
アルミノシリケート（ＡＳ）ガラス、リチウムアルミノシリケート（ＬＡＳ）ガラス、ホウケイ酸ガラスおよびソーダライムガラスは、指紋センサ（ＦＰＳ）用のカバー、保護カバーおよびディスプレイカバーなどの用途のために幅広く使用されている。それらの用途において、前記ガラスは通常、特別な試験、例えば２点曲げ（２ＰＢ）、球の落下、ペンの落下、鋭利物衝撃耐性、鋭利物接触耐性、引掻耐性およびその他によって測定される高い機械的強度を達成するために化学強化される。
化学強化は、例えばディスプレイ用途のためのカバーガラスとして使用されるソーダライムガラスまたはアルミノシリケート（ＡＳ）ガラスまたはリチウムアルミノシリケート（ＬＡＳ）ガラスまたはホウケイ酸ガラスなどのガラスの強度を高めるための周知の方法である。この状況下で、表面圧縮応力（ＣＳ）は典型的には１００～１０００ＭＰａであり、且つイオン交換層の深さは典型的には３０μｍを上回り、好ましくは４０μｍを上回る。輸送または航空における安全保護用途のためには、ＡＳガラスは１００μｍを上回る交換層を有することがある。通常、高いＣＳと高いＤｏＬとを兼備するガラスは、それら全ての用途を目的としており、且つガラスの厚さは通常約０．５ｍｍ～１０ｍｍの範囲である。
現在、製品の新たな機能性およびより広い用途分野についての継続的な要請により、高い強度と柔軟性とを有するさらにより薄く且つ軽いガラス基板が必要とされている。超薄ガラス（ＵＴＧ）が典型的に適用される分野は、精密電子機器、つまりフレキシブル且つ折りたたみ可能なディスプレイなどの保護カバーである。現在、製品の新たな機能性に対する高まる要請、および新規且つ広範な用途の探索により、新たな特性、例えば柔軟性を有するより薄く且つより軽いガラス基板が必要とされている。ＵＴＧの柔軟性に起因して、そのようなガラスは、例えばスマートホン、タブレット、時計および他のウェアラブル機器などの機器のためのカバーガラスおよびディスプレイとして調査および開発されてきた。そのようなガラスは、指紋センサモジュールのカバーガラスとして、およびカメラのレンズカバーとしても使用され得る。
しかしながら、ガラスシートが０．５ｍｍより薄くなってくると、主に、破壊をもたらす欠陥、例えばクラックおよびガラス端部での欠けに起因して、取り扱いがどんどん困難になる。また、全体の機械的強度、つまり曲げ強さまたは衝撃強さに反映される強度が著しく低下する。通常、より厚いガラスの端部はＣＮＣ（コンピュータ数値制御）研削されて欠陥が除去され得るが、その機械的研削を０．３ｍｍ未満の厚さを有する超薄ガラスに適用するのは難しい。端部でのエッチングは、超薄ガラスの欠陥を除去するための１つの解決策であり得るが、薄いガラスシートの柔軟性は、ガラス自体の低い曲げ強さによって制限されたままである。従って、薄いガラスについてガラスを強くすることは極めて重要である。しかしながら、超薄ガラスを強くすることは、ガラスの高い内部引張応力に起因して、自己破壊のリスクを常に伴う。
典型的には、０．５ｍｍ未満の厚さの超薄板ガラスは、直接的な熱間成型方法、例えばダウンドロー法、オーバーフローフュージョン法、または特別なフロート法によって製造され得る。リドロー法も可能である。化学的な方法または物理的な方法によって後処理された（例えば研削および研磨を介して製造された）薄いガラスと比較して、直接的に熱間成型された薄いガラスは、遙かに良好な表面均一性および表面粗さを有し、なぜなら、表面が高温溶融状態から室温へと冷却されるからである。ダウンドロー法を使用して、０．３ｍｍより薄い、またはさらには０．１ｍｍより薄いガラス、例えばアルミノシリケートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、アルカリホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラスまたは無アルカリアルミノホウケイ酸ガラスを製造できる。
ＵＴＧの化学強化は、いくつかの発明によって記載されている。米国特許出願公開第２０１５／１８３６８０号明細書(US2015183680)は、限定的な範囲の内部引張応力の範囲および３０μｍを上回るＤｏＬを有する０．４ｍｍ未満のガラスの強化を記載している。しかしながら、ＤｏＬが３０μｍを上回ると、強化された超薄ガラスにおける脆性および自己破壊などの問題が生じる。さらには、０．４ｍｍ未満の厚さのガラスをどのように製造するかは、この特許出願においては説明されていない。国際公開第２０１４／０３６２６７号(WO2014036267)は、高い屈曲強さを有するためには、ガラスは２１０００μｍ・ＭＰａよりも大きい、圧縮応力と層深さとの積を有するべきであることを主張している一方で、そのような高いＣＳおよびＤｏＬは超薄ガラスには適用されない。
米国特許出願公開第２０１０／０２７９０６７号明細書(US20100279067)および国際公開第２０１６／１８６９３６号(WO2016186936)は、明らかな面取り部を有さない端部がガラスの高い強度をもたらし得ることを主張している。これに対し、国際公開第２０１５／０９５０８９号(WO2015095089)は、ガラス端部上を面取りして鋭利な端部上でのストレスの集中を低減するためのレーザー加工方法を記載している。米国特許出願公開第２０１３／０２８８０１０号明細書(US20130288010)は、面取り部の角度を調整することによって０．１～３ｍｍ厚の強化ガラスの強度を改善するためのいくつかの例を示しており、且つその端部は特定の形状へと研削される。米国特許第８１１０２７９号明細書(US 8110279)は、２ｍｍ厚のガラスの端部と表面との間の面取り部の角度を機械的に丸めることによるガラスの端部強度の改善方法を示している。
米国特許出願公開第２０１５／１８３６８０号明細書 国際公開第２０１４／０３６２６７号 米国特許出願公開第２０１０／０２７９０６７号明細書 国際公開第２０１６／１８６９３６号 国際公開第２０１５／０９５０８９号 米国特許出願公開第２０１３／０２８８０１０号明細書 米国特許第８１１０２７９号明細書
本発明の課題は、最大で０．４ｍｍの厚さを有し且つ改善された曲げ強さを有する化学強化されたガラス物品を提供することである。他の課題は、強化された超薄ガラス物品の曲げ強さおよび曲げ半径を予測する方法を見出すことである。
技術用語の説明
ガラス物品： ガラス物品は、任意のサイズのものであってよい。例えばそれは、巻かれた長い超薄ガラスリボン（ガラスロール）、またはガラスロールから切り出された単独のより小さいガラス部材、または別個のガラスシート、または単独の小さいガラス物品（例えばＦＰＳまたはディスプレイのカバーガラス）等であってよい。
超薄ガラス： 本発明に関し、超薄ガラスは、厚さ０．４ｍｍ以下、好ましくは０．１４ｍｍ以下、特により好ましくは０．１ｍｍ以下を有するガラスである。
厚さ（ｔ）： ガラス物品の厚さは、測定される試料の厚さの算術平均である。
圧縮応力（ＣＳ）： ガラスの表面層上でイオン交換後にガラスの網目間で誘導される圧縮。そのような圧縮は、ガラスの変形によって緩和され得ず、応力として維持される。市販の試験機、例えばＦＳＭ６０００（株式会社ルケオ、日本、東京）は、導波管の機構によってＣＳを測定できる。
層深さ（ＤｏＬ）： ＣＳが存在するガラスの領域のイオン交換層の厚さ。市販の試験機、例えばＦＳＭ６０００（株式会社ルケオ、日本、東京）は、導波管の機構によってＤｏＬを測定できる。
内部引張応力（ＣＴ）： ＣＳが１枚のガラスシートの片側または両側上で誘導される場合、ニュートンの法則の第三原理に従って応力を均衡させるために、ガラスの中心領域では引張応力が誘導されなければならず、それが内部引張応力と称される。ＣＴは、測定されたＣＳとＤｏＬとから計算できる。
表面粗さ（Ｒa）： 表面組織の尺度。これは実際の表面の理想的な形態からの垂直方向のずれによって定量化される。慣例的に、振幅パラメータが、粗さプロファイルの中心線からの垂直方向のずれに基づいて表面を特徴付ける。Ｒaは、それらの垂直方向のずれの絶対値の算術平均である。
曲げ強さ（ＢＳ）： 超薄ガラスの曲げ強さは２点曲げ法によって測定され、ここで、超薄ガラスの片を２つの平行なプレートの間に置き、ガラスが破壊されるまでその２つのプレートを動かして互いに平行に近付け、破壊の際のプレート間の距離を記録する。
曲げ強さは式
Figure 0007346431000001
 によって計算される。
ここで、σは、試験された超薄ガラス表面の一部が、２つのプレス用プレートの表面と接触している場合の曲げ強さである。該試験において、試料の長さは、破壊の際にガラス表面が２点曲げにおける上部および下部のプレート表面と接触することを確実にするように注意深く選択され、そうでなければ、曲げ強さを上述の式によって計算できない。ｔはガラスの厚さであり、且つＥはガラスのヤング率であり、且つｄは破壊の際の２つのプレート間の距離であり、且つｖはガラスのポアソン比である。
曲げ強さは、ＵＴＭ（万能試験機）を使用して、小さい試料上で、約２０℃の室温および約５０％の相対湿度で測定される。ガラス物品が曲げ位置に持ち込まれ、その反対の端部は２つの平行なプレート（鋼板）の間に配置される。次いで、プレート間の距離を連続的に低下させて、破壊されるまでガラス物品の曲げ半径が減少し、ここで負荷速度は６０ｍｍ／分である。超薄ガラス物品がよれる、または損傷する、または２つまたは複数の破片へと破壊される際のプレート間の距離を記録し、それはＵＴＭソフトウェアの信号によって測定される。その距離から、破壊の時点でのガラス物品の相応の曲げ半径を計算し、ひいては曲げ強さを計算できる。
破壊曲げ半径（ＢＢＲ）： 破壊曲げ半径（ｍｍで示される）は、ガラス物品がよれる、または損傷する、または破壊される前に最大のたわみに達するところの、曲げ位置での円弧の最小半径（ｒ）である。それは、ガラス材料の曲げ位置での内側の曲率として測定される。半径が小さいほど、ガラスの柔軟性およびたわみが大きいことを意味する。曲げ半径は、ガラスの厚さ、ヤング率、およびガラスの強度に依存するパラメータである。化学強化された超薄ガラスは非常に薄い厚さ、低いヤング率、および高い強度を有する。３つ全ての要素が、小さい曲げ半径およびより良好な柔軟性に寄与する。ＢＢＲは曲げ強さから計算できる：
Figure 0007346431000002
本発明の詳細な説明
本発明の１つの態様によれば、０．４ｍｍ以下の厚さ（ｔ）、第１の表面および前記第１の表面に対向する第２の表面、および少なくとも１００ＭＰａの圧縮応力（ＣＳ）によって定義される圧縮応力領域、および前記第１の表面と前記第２の表面とをつなぐ少なくとも１つの端部を有する、化学強化されたガラス物品において、前記少なくとも１つの端部が、面取り部の幅（Ａ）と面取り部の高さ（Ｂ）を有する少なくとも１つの面取り部を有する。前記面取り部は、面取り部の幅／面取り部の高さの比（Ａ／Ｂ）１．５～２０を有し、且つ前記面取り部は、面取り部の幅／ガラスの厚さの比（Ａ／ｔ）少なくとも０．５を有する。本発明に関して、面取り部は傾斜面または曲がった表面であってよい。
そのような本発明によるガラス物品は改善された曲げ強さを有する。意外なことに、ガラスの種類にかかわらず、端部形状に関する本発明の特徴、つまりＡ／ＢおよびＡ／ｔは、超薄ガラス物品の曲げ強さ性能に強い影響を及ぼすことが判明した。端部の曲率を最適化することによりＵＴＧの性能を改善しようとした従来技術とは対照的に、本発明者らは、本発明の特定の比が、薄いガラス物品の高い曲げ強さをもたらすために非常に重要であることを見出した。圧縮応力（化学強化によってもたらされる）と端部の幾何学的形状との本発明の組み合わせは、ガラス物品の曲げ強さを非常に高度に改善する。
本発明による超薄ガラス物品は、厚さ４００μｍ以下、好ましくは３３０μｍ以下、また好ましくは２５０μｍ以下、さらに好ましくは２１０μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、また好ましくは１５０μｍ以下、より好ましくは１３０μｍ以下を有する。特に好ましい実施態様は、厚さ１００μｍ以下、より好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは７５μｍ以下、より好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは６５μｍ以下、より好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは５５μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは４５μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは３５μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２５μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下を有する。そのような特に薄いガラス物品が、上記の様々な用途のために望ましい。特に、厚さが薄いとガラスの柔軟性が与えられる。厚さは少なくとも５μｍであってよい。
本発明による比Ａ／Ｂは、≧１．５～２０の範囲である。意外なことに、本発明者らは、前記の比が高くなると曲げ強さが大々的に増加することを見出した。従って、前記の比Ａ／Ｂについての有利な下限は、＞１．５、好ましくは≧１，７５、好ましくは≧２．０、また好ましくは≧２．２５、好ましくは≧２．５、より好ましくは≧２．７５、より好ましくは≧３．０、また好ましくは≧３．２５、さらに好ましくは≧３．５、また好ましくは≧３．７５、好ましくは≧４．０であることができる。しかしながら、高すぎる比A/Bは曲げ強さをさらに増加させることの助けにはならない。従って、比Ａ／Ｂは最大２０である。比Ａ／Ｂについての有利な上限は、≦１９、好ましくは≦１８、好ましくは≦１７、好ましくは≦１６、好ましくは≦１５、好ましくは≦１４、好ましくは≦１３、好ましくは≦１２、好ましくは≦１１、好ましくは≦１０、好ましくは≦９、好ましくは≦８であることができる。比A/Bについての有利な範囲は１．５～２０、１．５～１５、２～１０、３～８または４～８であることができる。
有利な実施態様によれば、化学強化されたガラス物品の少なくとも１つの端部は、第１の表面に向かう比Ａ／Ｂを有する第１の面取り部、および第２の表面に向かう比Ａ’／Ｂ’を有する第２の面取り部を有する。従って、該ガラス物品は両側上で面取りされている。この特徴は、特に第１の面取り部および第２の面取り部がガラス物品の両側上で本質的に対称である場合に、曲げ強さを増加させる。本発明の有利な態様において、Ａ／ＢとＡ’／Ｂ’との間の差は３０％未満、好ましくは２０％未満、また好ましくは１０％未満である。これは、ガラス物品の曲げ特性をさらに改善することを助ける。
さらに、本発明者らは、面取り部の幅／ガラスの厚さの比（Ａ／ｔ）は、それが≧０．５、好ましくは＞０．５である場合に曲げ強さを増加させることを見出した。有利な実施態様において、比Ａ／ｔは＞０．６、好ましくは＞０．７、より好ましくは＞０．８、また好ましくは＞０．９、また好ましくは＞１．０、さらに好ましくは＞１．１、また好ましくは＞１．２である。いくつかの態様は、好ましくは比Ａ／ｔ＞１．３、また好ましくは＞１．４、さらに好ましくは＞１．５を有する。
本発明によるガラス物品の表面圧縮応力（ＣＳ）は、少なくとも１００ＭＰａである。好ましくは、ＣＳは２００ＭＰａを上回り、より好ましくは３００ＭＰａを上回り、より好ましくは４００ＭＰａを上回り、より好ましくは５００ＭＰａを上回り、より好ましくは６００ＭＰａを上回る。本発明の好ましい実施態様によれば、ＣＳは、７００ＭＰａであるかまたはそれを上回り、より好ましくは８００ＭＰａを上回り、より好ましくは９００ＭＰａを上回り、さらに好ましくは１０００ＭＰａを上回る。しかしながら、ＣＳは、非常に高くてはならず、なぜなら、そうでなければガラスが自己破壊しやすいことがあるからである。好ましくは、ＣＳは２０００ＭＰａ以下、好ましくは１６００ＭＰａ以下、有利には１５００ＭＰａ以下、より好ましくは１４００ＭＰａ以下である。いくつかの有利な態様はさらに、１３００ＭＰａ以下、または１２００ＭＰａ以下のＣＳを有する。
前記ガラス物品の層深さ（ＤｏＬ）は、有利な実施態様において＞１μｍ～＜４０μｍである。好ましくは、ＤｏＬは≦３０μｍ、好ましくは≦２０μｍである。ＤｏＬは好ましくは≧３μｍ、好ましくは≧５μｍ、好ましくは≧７μｍである。最大１００μｍの厚さを有する超薄ガラスに関し、好ましくは、ＤｏＬは≦１７μｍ、好ましくは≦１５μｍ、また好ましくは≦１３μｍ、さらに好ましくは≦１１μｍ、また好ましくは≦１０μｍである。
ガラス物品の１つの表面だけが化学強化されれば十分であることができる。好ましくは、第１の表面と第２の表面との両方が上述のとおり化学強化されるので、ガラス物品の両側上にＤｏＬがある。
本発明による化学強化されたガラス物品は改善された曲げ強さ（ＢＳ）を有する。有利な実施態様によれば、ガラス物品は曲げ強さ（ＢＳ）＞７００ＭＰａ、好ましくは＞８００ＭＰａ、好ましくは＞９００ＭＰａ、好ましくは＞１０００ＭＰａを有する。いくつかの有利な態様は、ＢＳ＞１１００ＭＰａ、好ましくは＞１２００ＭＰａ、また好ましくは＞１３００ＭＰａ、さらに好ましくは＞１４００ＭＰａを有する。これは、高い曲げ強さおよび柔軟性を確実にする。
本発明によって達成される曲げ性能の質および量を、ガラス物品の曲げ強さ（ＢＳ）と圧縮応力（ＣＳ）との間の差によって記載することもできる。さらなる実施態様によれば、ガラス物品は差（ＢＳ－ＣＳ）少なくとも１５０ＭＰａ、好ましくは少なくとも２００ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３００ＭＰａ、また好ましくは少なくとも４００ＭＰａ、また好ましくは少なくとも５００ＭＰａを有する。
本発明の有利な態様によれば、本発明者らは、ガラス物品の平均曲げ強さ（ＢＳ）が、
Figure 0007346431000003
 ［式中、「ａ」は≧４、好ましくは≧６、より好ましくは≧８、また好ましくは≧１０である定数（係数）である］
よりも高い場合、前記ガラス物品が大々的に改善された曲げ性能を有することを見出した。
化学強化されたガラス物品が、
Figure 0007346431000004
 ［式中、「ａ」≧４、好ましくは≧６、より好ましくは≧８、また好ましくは≧１０である定数である］
よりも小さい平均破壊曲げ半径を有する場合が、さらに有利である。
化学強化されたガラス物品が、破壊することなく、
Figure 0007346431000005
 ［式中、「ａ」は≧４、好ましくは≧６、より好ましくは≧８、また好ましくは≧１０である定数である］
よりも小さい平均破壊曲げ半径を有する場合が、さらに有利である。
破壊曲げ半径は、ＵＴＭ（万能試験機）を使用して、約２０℃の室温および約５０％の相対湿度で測定される。ガラス物品が曲げ位置に持ち込まれ、その反対の端部は２つの平行なプレート（鋼板）の間に配置される。次いで、プレート間の距離を低下させて、ガラス物品の曲げ半径が減少し、ここで負荷速度は６０ｍｍ／分である。超薄ガラス物品がよれる、または損傷する、または２つまたは複数の破片へと破壊される際のプレート間の距離を記録し、それは肉眼で測定される。その距離から、破壊時点でのガラス物品の相応の曲げ半径を計算する。この２点曲げ試験は、超薄ガラス物品に適合されており、且つそれに特に適しており、且つ非常に単純な方法で上記の問題、つまり負荷がかかる際のガラス物品（例えばＦＰＳまたはタッチディスプレイまたはフレキシブルディスプレイ）の曲げを再現する。これに関し、２点曲げ法は、他の公知の曲げ強さ試験、例えば３点および４点曲げ試験よりも、超薄ガラスについてはより信頼性がある。
上記のとおり、本発明による化学強化されたガラス物品は、非常に様々なサイズを有し得る。従って、曲げ強さおよび破壊曲げ半径などの特性を測定する過程で、以下を考慮しなければならない：
比較的大きなガラス物品（例えばガラスロールまたは大きなガラスシート）の場合、複数の試料を測定する。このために、ランダムな試料のＮ個の値が取得される。Ｎは、統計学的に確実な平均値を得るために十分に高くなければならない。好ましくは少なくとも１５、より好ましくは少なくとも２０、より好ましくは少なくとも３０の試料が試験される。試料数は、試験されるガラス物品のそれぞれのサイズに依存する。測定された値を平均して、その平均値が曲げ強さを表すために採用される。
しかしながら、小さいガラス物品（例えば個々の小さなカバーガラス）の場合、曲げ強さの単独の測定値で十分であり、それが曲げ強さを表すために採用される。
破壊曲げ半径については、平均値を計算できる。これを行うために、ランダムな試料のＮ個の値が取得される。試料数は、評価されるガラス物品のそれぞれのサイズに依存する。好ましくは、Ｎは、統計学的に確実な平均値を得るために十分に高くなければならない。好ましくは少なくとも２０、より好ましくは少なくとも３０の試料が試験される。従って、ランダムな試料のＮ個の値が破壊曲げ半径Ｒ1…ＲNについて取得され、それらのランダムな試料の値について、平均値
Figure 0007346431000006
 および分散
Figure 0007346431000007
 が計算される。
その平均破壊曲げ半径が、特許請求される破壊曲げ半径を表すために採用される。しかしながら、小さいガラス物品（例えば個々の小さなカバーガラス）の場合、破壊曲げ半径の単独の測定値で十分であり、それが特許請求される破壊曲げ半径を表すために採用される。
本発明のガラス物品の有利な態様によれば、端部は、複数の丸められた本質的に半球型の凹みを有する構造化された区域を有する。
本発明のさらに有利な態様によれば、化学強化されたガラス物品は、該ガラス物品上にさらなる材料を堆積または貼り合わせて、またはさらなる材料を堆積または貼り合わせないで、２０ｍｍよりも高いペン落下破壊高さに耐えることができる。ペン落下耐性、つまり、直径０．７ｍｍ以下の炭化タングステンボールを有する約５グラムの重量のペンがガラス表面上に垂直に落下される際の破壊に対するガラス物品の耐性は、超薄ガラスの強さの重要な特徴である。この発明における面取り加工および使用される幾何学的形状は、超薄ガラスのペン落下性能を保つ。面取り加工された超薄ガラスが厚さ１００μｍのＰＥフィルム上に設置される場合、ペン落下の破壊高さは２０ｍｍよりも高い。前記のペン落下破壊高さを、１つ以上の材料、例えば金属、セラミック、他の層のガラスおよび／またはポリマーを超薄ガラス物品の表面上に貼り合わせるかまたは堆積することによってさらに改善できる。
有利な実施態様において、化学強化されたガラス物品は、少なくとも１つの表面で、有機または無機材料の被覆されたまたは貼り合わせられた層を含んで、例えば衝撃耐性を改善する。適した材料は下記である。
１つの実施態様において、前記ガラスはアルカリ含有ガラス、例えばアルカリアルミノシリケートガラス、アルカリシリケートガラス、アルカリホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノホウケイ酸ガラス、アルカリホウ素ガラス、アルカリゲルマン酸ガラス、アルカリボロゲルマン酸ガラス、アルカリソーダライムガラスおよびそれらの組み合わせである。
本発明のこの態様および他の態様は、以下の説明、添付の図および特許請求項の範囲から明らかとなる。
以下は、添付の図面における図の説明である。図面は必ずしも縮尺通りではなく、明確性および簡潔性のために縮尺においてまたは模式的に強調して示される。
図１は、本発明による第１の例示的な端部の種類を示す、化学強化されたガラス物品の一部の断面である。 図２は、本発明による第２の例示的な端部の種類を示す、化学強化されたガラス物品の一部の断面である。 図３は、本発明による第３の例示的な端部の種類を示す、化学強化されたガラス物品の一部の断面である。 図４は、本発明による第４の例示的な端部の種類を示す、化学強化されたガラス物品の一部の断面である。 図５は、本発明による第５の例示的な端部の種類を示す、化学強化されたガラス物品の一部の断面である。 図６は、本発明のガラス物品の端部の垂直断面の光学顕微鏡写真である。 図７は、比較例および実施例について、前記の差（曲げ強さ－ＣＳ）を面取り部の幅／面取り部の厚さの比に対して示すプロットである。 図８は、比較例および実施例について、前記の差（曲げ強さ－ＣＳ）を面取り部の幅／面取り部の高さの比に対して示すプロットである。
図１～６に、本発明による化学強化されたガラス物品の種々の好ましい実施態様を断面図で示す。各々の場合において、ガラス物品１は０．４ｍｍ未満の厚さｔ、第１の表面２、第２の表面３、および前記第１の表面２と第２の表面３とをつなぐ少なくとも１つの端部４を有する。ガラスの全体の厚さはｔである。第１の表面２と端部４との間の接続部に、面取り部の幅Ａおよび面取り部の高さＢを有する面取り部５がある。第２の表面３と端部４との間の接続部に、面取り部の幅Ａ’および面取り部の高さＢ’を有する他の面取り部５’がある。第１の表面２から、ガラス物品中の第１の深さ（ＤｏＬ）へと延伸する圧縮応力領域があり、その領域は圧縮応力（ＣＳ）によって定義され、ここでＣＳは前記第１の表面で少なくとも１００ＭＰａである。好ましくは、第２の表面３から、ガラス物品中の第２の深さ（ＤｏＬ）へと延伸する圧縮応力領域があり、その領域は圧縮応力（ＣＳ）によって定義され、ここでＣＳは前記第２の表面で少なくとも１００ＭＰａである。ガラス物品１は、面取り部の幅／面取り部の高さの定義された面取り部の比（Ａ／Ｂ、Ａ’／Ｂ’）および面取り部の幅／ガラスの厚さの定義された比（Ａ／ｔ、Ａ’／ｔ）を有する。各々の場合において、面取り部の幅Ａ、Ａ’は、面取り部の高さＢ、Ｂ’よりも遙かに大きく、従ってその比は１より大きい。比Ａ／Ｂ、Ａ’／Ｂ’は、≧１．５～２０、好ましくは１．５～１５、好ましくは２～１０、さらに好ましくは３～８、好ましくは４～８である。面取り部は両側上でほぼ対称であり、つまりＡ／ＢとＡ’／Ｂ’との間の差は３０％、２０％および１０％より小さい。面取り部の幅Ａ、Ａ’とガラスの厚さｔとの間の比は＞０．５、＞０．６、＞０．８、＞１である。化学強化されたガラス物品の曲げ強さを、この特別な端部の幾何学的形状によって大々的に改善できる。
ＣＳ値と面取り部の形状との両方が、曲げ強さに影響し、且つ曲げ半径を決定する。超薄ガラスの平均曲げ強さはＣＳ＋１０×ａ×Ａ／Ｂ－ａ×（Ａ／Ｂ－１）2＋２０×ａ×Ａ／ｔよりも高く、ここで「ａ」はａ≧４、好ましくは≧６、好ましくは≧８、好ましくは≧１０の定数（係数）である。本発明者らによって、超薄ガラスの場合において、上述のパラメータが実現される場合、そのようなガラスは極めて高い曲げ強さに達することができることが判明した。
図１～５は化学強化されたガラス物品の一部の有利な断面の種々の図を模式的に示す。ここで、面取り部５、５’は両側上で対称であり、これが好ましい設計である。
各々の場合において、ガラス物品１の全体の厚さはｔである。第１の表面２と端部４との間の接続部に、幅Ａおよび高さＢを有する面取り部５がある。幅Ａおよび高さＢを定義するために、２つの表面をまず定義する必要がある。図１および２において、面取り部５は第１の表面２に対して傾斜した面、または関数ｙ＝f1（ｘ）を使用することによる曲がった表面であってよい。それらの実施態様において、端部４は終端区域６も含み、これはここでは垂直の区域であり、つまり第１の表面２および第２の表面３に対して垂直に向いている面である。第２の表面３と端部４との間の接続部に、幅Ａ’および高さＢ’を有する他の面取り部５’がある。図１および２に示すとおり、ＡまたはＡ’は曲線ｙ＝ｆ1（ｘ）をｘ軸上に投影した長さによって定義できる一方で、ＢまたはＢ’は曲線ｙ＝ｆ1（ｘ）をｙ軸上に投影した長さによって定義できる。
図３において、面取り部５、５’は連続的な曲がった表面であり、端部４の終端区域６は明確な垂直区域を含まない。面取り部の幅および面取り部の高さの境界点７は、曲線のｙ軸に対する接線８の角度が４５°より大きいところで定義される。次いで、第１の表面２から境界点７までの曲がった表面を、高さおよび幅のベースとして採用する。次いで、Ａ、Ａ’およびＢ、Ｂ’を、図１および２に関して記載された方法に従って決定できる。
図４および５において、端部４の面取り部５、５’と終端区域６との両方は、２つの不連続な曲がった表面である。２つの表面の境界点７（または、３次元的に考える場合は境界線）を、二次微分の不等式ｆ1 ’’（ｘ）≠ｆ2 ’’（ｘ）の点で定義する。次いで、図４および５に示される面取り部５、５’の幅Ａおよび高さＢを、図１および２に関して記載された方法に従って決定できる。
Ａ／ＢおよびＡ／ｔの比（上述の方法によって決定）はさらに重要であり且つガラス物品の曲げ強さを評価するために使用される。好ましくは、超薄ガラスの測定された平均の曲げ強さは
Figure 0007346431000008
 ［式中、「ａ」はａ≧４、好ましくは≧６、好ましくは≧８、好ましくは≧１０である係数である］
より高い。有利なことに、超薄ガラスの平均破壊曲げ半径は、
Figure 0007346431000009
 よりも小さい。さらに、全ての超薄ガラス物品は、有利なことに、破壊することなく
Figure 0007346431000010
 の曲げ半径に達する。
これらの基準によって、強くされた超薄ガラス物品が、それぞれの用途のために使用するために十分に適切に強く且つフレキシブルであるかどうかを、それが製品の一部になる前に判断でき、なぜなら、より薄いガラスは曲げおよび／または硬く且つ鋭利な物体との接触によって引き起こされる破壊に対して特に敏感だからである。
図６は、本発明のガラス物品１の端部４の終端区域６の光学顕微鏡写真を示す。端部４が、エッチングの後、複数の丸められた実質的に半球形の凹み９を有する構造化された垂直区域を有することが理解できる。この種の端部は非常に高い強度を有する。丸められた構造は、表面上で生じる引っ張り応力を、該表面の最下点、つまり実質的に半球形の凹み９の最下点まで散逸させるために特に有利な形状である。これは、表面内での可能な欠陥のところでのクラックの成長を効果的に抑制する。そのような丸められた実質的に半球形の凹み９は、全ての端部形状にとって有利であり得る。
ガラス物品を切断するためにレーザーを使用することは、後のエッチングと合わせて、そのような丸められた凹みの形成を高めることができる。例えば、超短パルスレーザーを使用でき、これは切断されるべきガラス中でパルス、または少なくとも２つの連続的なレーザーパルスを有するパルスパケットを放射して割れ目を生成する。バーストモードで（すなわち、レーザーのエネルギーが単独のパルスとして供給されるのではなく、一連のパルスとして供給され、それは互いに短い間隔で続いて、一緒にパルスパケットを形成する）、パルスパケットの内向きの放射でレーザーを使用することは、延伸する均一な割れ目を達成するために特に有利であることがあり、例えば波長１０６４ｎｍを有するネオジムドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザーを使用できる。この段階の後、切断されたガラスをエッチング媒体に晒し、ガラスから材料を除去し、丸められた実質的に半球形の凹みを端部表面に生成し、これが水平区域および／または面取りされた区域となり得る。ゆっくりとしたエッチング工程が好ましいことがある。適したエッチング媒体は下記である。代替的に、レーザー切断の代わりに、端部を機械的に、例えば切断ホイールまたはダイシングによって切断し、端部表面でマイクロクラックを生成することもできる。さらに代替的に、そのようなマイクロクラックを、ＣＮＣによって端部表面を研削することによって誘導できる。この段階の後、切断されたガラスをエッチング媒体に晒し、ガラスから材料を除去し、丸められた実質的に半球形の凹みを端部表面に生成する。
意外なことに、本発明者らは、図７および８に示されるとおり、超薄ガラス物品の曲げ強さがＡ／Ｂ、Ａ’／Ｂ’とＡ／ｔ、Ａ’／ｔとの間の比に非常に関係することを見出した。その強さ（曲げ強さ（ＢＳ）と圧縮強さＣＳ）との間の差によって表現される）は、特定の範囲内でＡ／ＢおよびＡ／ｔの増加に伴ってほぼ線形に増加する。しかしながら、Ａ／ｔが小さすぎると、Ａ／Ｂが非常に高くても超薄ガラス物品は比較的低い強さを有することも判明した。以下でＡ／Ｂについての値０は、顕著な面取り部がないことを意味する。当然、同じことがＡ’／Ｂ’およびＡ’／ｔの比に該当する。
さらに意外なことに、面取り部の形状、ＣＳおよび曲げ強さの関係は、ガラスの種類および端部の処理方法とは比較的無関係であることが判明し、ガラスはアルミノシリケート、リチウムアルミノシリケート、ソーダライム、ホウ素アルミノシリケート、ボロシリケートの種類のいずれかであるか、または端部は機械的な研削、ブラシ研磨、化学的エッチングまたは互いの組み合わせによって処理される。
ガラスまたはガラス物品の切断／分離を、あらゆる適した方法によって、例えばレーザー、ホイールによる切断およびスクライブ、エッチング、研削によって行うことができる。特別に設計された面取り部の形状を、化学的なエッチング、機械的研削、レーザー加工、ホイール切断または上述の加工方法の組み合わせによって生成できる。１つの実施態様において、面取り部の形状を中間段階の間に形成でき、次の工程段階を、割れ目を減らすためだけに使用する。他の実施態様において、面取り部の形状を、最も後の工程段階の間に作り出すことができる。
１つの有利な実施態様において、超薄ガラスを切断（例えばホイールによって切断およびスクライブ）して、好ましくは両方の表面を表面保護層、例えばポリマーまたは樹脂で被覆して、それにより後の端部の機械的研削工程における破壊を防ぐ。この貼り合わせられた超薄ガラスをＣＮＣで端部研削して、所望の面取り部の幾何学的形状（幅および高さ）を得る。任意に、端部／面取り部を化学的にエッチングして、ＣＮＣでの端部研削工程の間に生成した割れ目を除去する。代替的に、まずＵＴＧを少なくとも１つの保護層で被覆し、次いでより小さな片へと切断してもよい。
他の有利な実施態様において、超薄ガラスを切断（例えばホイールによって切断およびスクライブ）し、ＵＴＧのいくつかの片をポリマーまたは樹脂、例えばエポキシまたはＰＭＭＡ接着剤によって一緒に貼り合わせる。その積層物の端部をＣＮＣによって機械的に研削し、それにより、一緒に積層された面取り部のない超薄ガラスが製造される。その積層物を次に、エッチング溶液中に浸漬する。ガラスと接着剤との境界の表面近くでのエッチング速度はより速く、エッチング溶液の濃度、時間、温度および接着剤の特性を注意深く調節することによって所望の形状を有する面取り部を生成できる。
他の代替的な有利な実施態様において、より大きなサイズのいくつかのＵＴＧの片をポリマーまたは樹脂、例えばエポキシまたはＰＭＭＡ接着剤によって一緒に貼り合わせる。次いで、大きなサイズの積層物を切断（例えば切断ホイール、レーザー）によって分離し、任意にＣＮＣ研削し、先述の実施態様において記載したエッチング工程が続く。
他の有利な実施態様において、超薄ガラスを所望の最終形状でパターン形成し、エッチング剤に耐性のある接着剤またはフィルムで印刷または貼り合わせる。パターン形成された超薄ガラスをエッチング溶液中に浸漬し、ガラスをエッチングする。エッチング溶液濃度、時間、温度を調節することによって、所望の形状に達するように面取り部の形状を調整する。
エッチングが適用される場合、エッチング溶液が好ましい。従って、この実施態様においては、エッチングを湿式化学的に行う。これは、エッチングの間にガラスの構成成分を表面から除去するために有利である。エッチング溶液として、酸溶液とアルカリ溶液との両方を使用することができる。酸のエッチング媒体として、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｈ2ＳＯ4、重フッ化アンモニウム、ＨＮＯ3溶液またはこれらの酸の混合物が特に適している。アルカリのエッチング媒体については、ＫＯＨまたはＮａＯＨ溶液が好ましい。材料除去のより大きな速度は、典型的には酸のエッチング溶液を使用することによって達成できる。しかしながら、ゆっくりとした材料除去しか求められない場合は塩基性溶液を適用できる。
良好な化学強化性能を達成するために、前記ガラスはかなりの量のアルカリ金属イオン、好ましくはＮａ2Ｏを含有すべきであり、さらには、少量のＫ2Ｏをガラス組成物に添加することも、化学強化速度を改善できる。さらには、Ａｌ2Ｏ3をガラス組成物に添加すると、ガラスの強化性能を著しく改善できることが判明している。
ＳｉＯ2は、本発明のガラスにおける主たるガラスの網目形成成分である。さらには、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5もガラスの網目形成成分として使用され得る。ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5の合計の含有率は、慣例的な製造方法のためには４０％未満であってはならない。そうでなければ、ガラスシートは形成が困難になることがあり、且つ、脆くなり且つ透明性を失うことがある。高いＳｉＯ2含有率は、ガラスの製造の高い溶融温度および作業温度を必要とし、それは通常、９０％未満であるべきである。好ましい実施態様において、ガラス中のＳｉＯ2含有率は、４０～７５質量％、より好ましくは５０～７０質量％、さらにより好ましくは５５～６８質量％である。他の好ましい実施態様において、ガラス中のＳｉＯ2含有率は、５５～６９質量％、より好ましくは５７～６６質量％、さらにより好ましくは５７～６３質量％である。さらなる好ましい実施態様において、ガラス中のＳｉＯ2含有率は、６０～８５質量％、より好ましくは６３～８４質量％、さらにより好ましくは６３～８３質量％である。他のさらなる好ましい実施態様において、ガラス中のＳｉＯ2含有率は、４０～８１質量％、より好ましくは５０～８１質量％、さらにより好ましくは５５～７６質量％である。Ｂ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5をＳｉＯ2に添加すると、網目特性を修飾でき且つガラスの溶融温度および作業温度を低下させることができる。ガラスの網目形成成分も、ガラスのＣＴＥに大きな影響を及ぼす。
さらには、ガラスの網目中のＢ2Ｏ3は、２つの異なる多面体構造を形成し、そのことにより、外側からかかる力に対する適合性が増す。Ｂ2Ｏ3の添加は通常、より低い熱膨張およびより低いヤング率をもたらすことができ、そのことが良好な熱衝撃耐性およびよりゆっくりとした化学強化速度をみちびき、それを通じて低いＣＳおよび低いＤｏＬを容易に得ることができる。従って、Ｂ2Ｏ3の超薄ガラスへの添加は、化学強化処理のウィンドウおよび超薄ガラスを大々的に改善でき、且つ、化学強化された超薄ガラスの実用上の用途を広げることができる。好ましい実施態様において、本発明のガラス中のＢ2Ｏ3の量は、０～２０質量％、より好ましくは０～１８質量％、より好ましくは０～１５質量％である。いくつかの実施態様において、Ｂ2Ｏ3の量は０～５質量％、好ましくは０～２質量％であってよい。他の実施態様において、Ｂ2Ｏ3の量は５～２０質量％、好ましくは５～１８質量％であってよい。Ｂ2Ｏ3の量が多すぎると、ガラスの融点が高くなりすぎることがある。さらには、化学強化性能は、Ｂ2Ｏ3の量が多すぎると低下する。Ｂ2Ｏ3不含の態様が好ましいことがある。
Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの網目形成成分とガラスの網目修飾成分との両方として作用する。［ＡｌＯ4］四面体および［ＡｌＯ6］六面体が、ガラスの網目中でＡｌ2Ｏ3の量に依存して形成され、それらは、ガラスの網目内部のイオン交換のための空間のサイズを変化させることによってイオン交換速度を調節できる。一般に、この成分の含有率は、それぞれのガラスの種類に依存して変化する。従って、本発明のいくつかのガラスは好ましくは、Ａｌ2Ｏ3を少なくとも２質量％の量、より好ましくは少なくとも１０質量％、さらには少なくとも１５質量％の量で含む。しかしながら、Ａｌ2Ｏ3の含有率が高すぎると、ガラスの溶融温度および作業温度も非常に高くなり、且つ結晶が形成されやすくなり、ガラスが透明性および柔軟性をなくす。従って、本発明のいくつかのガラスは好ましくは、最大３０質量％、より好ましくは最大２７質量％、より好ましくは最大２５質量％の量のＡｌ2Ｏ3を含む。いくつかの有利な実施態様は、Ａｌ2Ｏ3を、最大２０質量％、好ましくは最大１５質量％または最大１０質量％、またはさらに好ましくは最大８質量％、好ましくは最大７質量％、好ましくは最大６質量％、好ましくは最大５質量％の量で含んでよい。いくつかのガラスの態様は、Ａｌ2Ｏ3不含であってよい。他の有利なガラスの態様は、少なくとも１５質量％、好ましくは少なくとも１８質量％のＡｌ2Ｏ3、および／または最大２５質量％、好ましくは最大２３質量％、より好ましくは最大２２質量％のＡｌ2Ｏ3を含んでよい。
アルカリ酸化物、例えばＫ2Ｏ、Ｎａ2ＯおよびＬｉ2Ｏは、ガラスの網目修飾成分として作用する。それらは、ガラスの網目を破壊し、ガラスの網目内部で非架橋酸化物を形成できる。アルカリを添加することで、ガラスの作業温度を低下させ且つガラスのＣＴＥを高めることができる。Ｎａ+／Ｌｉ+、Ｎａ+／Ｋ+、Ｌｉ+／Ｋ+のイオン交換は強化のために必須の段階であるので、ナトリウムおよびリチウム含有率は、化学強化可能である超薄フレキシブルガラスにとって重要であり、アルカリ自体が含有されなければガラスは強化されない。しかしながら、ナトリウムはリチウムよりも好ましく、なぜなら、リチウムはガラスの拡散率を著しく低減しかねないからである。従って、本発明のいくつかのガラスは好ましくは、Ｌｉ2Ｏを最大７質量％、好ましくは最大５質量％、より好ましくは最大４質量％、より好ましくは最大２質量％、より好ましくは最大１質量％、より好ましくは最大０．１質量％の量で含む。いくつかの好ましい実施態様はＬｉ2Ｏ不含ですらある。ガラスの種類に依存して、Ｌｉ2Ｏについての下限は３質量％、好ましくは３．５質量％であってよい。
本発明のガラスは好ましくは、Ｎａ2Ｏを少なくとも４質量％、より好ましくは少なくとも５質量％、より好ましくは少なくとも６質量％、より好ましくは少なくとも８質量％、より好ましくは少なくとも１０質量％の量で含む。ナトリウムは化学強化性能のために非常に重要であり、なぜなら、化学強化は好ましくは、ガラス中のナトリウムと、化学強化媒体中のカリウムとのイオン交換を含むからである。しかしながら、ナトリウム含有率も高すぎてはならず、なぜなら、ガラスの網目が酷く悪化することがあり、且つガラスが極めて形成されにくくなることがあるからである。他の重要な要因は、超薄ガラスが低いＣＴＥを有するべきであることであり、そのような要請に合致するためにガラスは多すぎるＮａ2Ｏを含有すべきではない。従って、ガラスは好ましくは、Ｎａ2Ｏを最大３０質量％、より好ましくは最大２８質量％、より好ましくは最大２７質量％、より好ましくは最大２５質量％、より好ましくは最大２０質量％の量で含む。
本発明のガラスはＫ2Ｏを含み得る。しかしながら、ガラスは好ましくは、ガラス中のナトリウムイオンと化学強化媒体中のカリウムイオンとを交換することにより化学強化されるので、ガラス中の多すぎる量のＫ2Ｏは化学強化性能を損なうことがある。従って、本発明のガラスは好ましくは、Ｋ2Ｏを最大１０質量％、より好ましくは最大８質量％の量で含む。いくつかの好ましい実施態様は、最大７質量％含み、他の好ましい実施態様は、最大４質量％、より好ましくは最大２質量％、より好ましくは最大１質量％、より好ましくは最大０．１質量％含む。いくつかの好ましい実施態様はＫ2Ｏ不含ですらある。
しかし、ガラスの網目が酷く悪化することがあり且つガラスが極めて形成しにくくなることがあるので、アルカリ含有率の総量は、好ましくは３５質量％以下、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは２８質量％以下、より好ましくは２７質量％以下、さらに好ましくは２５質量％以下であるべきである。いくつかの態様は、最大１６質量％、好ましくは最大１４質量％のアルカリ含有率を有する。他の重要な要因は、超薄ガラスが低いＣＴＥを有するべきであることであり、そのような要請に合致するためにガラスは多すぎるアルカリ元素を含有すべきではない。しかしながら、上述のとおり、化学強化を容易にするためには、ガラスはアルカリ元素を含有すべきである。従って、本発明のガラスは好ましくは、アルカリ金属酸化物を少なくとも２質量％、より好ましくは少なくとも３質量％、より好ましくは少なくとも４質量％、より好ましくは少なくとも５質量％、より好ましくは少なくとも６質量％の量で含む。
アルカリ土類酸化物、例えばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯは網目修飾成分として作用し、且つガラスの形成温度を低下させる。それらの酸化物を添加して、ガラスのＣＴＥおよびヤング率を調節できる。アルカリ土類酸化物は、特別な要請に合致させるためにガラスの屈折率を変えることができるという非常に重要な機能を有する。例えば、ＭｇＯはガラスの屈折率を低下させることができ、ＢａＯは屈折率を高めることができる。アルカリ土類酸化物の質量含有率は、好ましくは４０質量％以下、好ましくは３０質量％以下、好ましくは２５質量％以下、また好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１３質量％以下、より好ましくは１２質量％以下であるべきである。ガラスのいくつかの態様は、最大１０質量％、好ましくは最大５質量％、より好ましくは最大４質量％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。アルカリ土類酸化物の量が多すぎると、化学強化性能が悪化することがある。アルカリ土類酸化物についての下限は、１質量％または５質量％であってよい。さらには、アルカリ土類酸化物の量が多すぎると、結晶化傾向が高まることがある。いくつかの有利な態様は、アルカリ土類酸化物不含であることがある。
ガラス内のいくつかの遷移金属酸化物、例えばＺｎＯおよびＺｒＯ2は、アルカリ土類酸化物と類似した機能を有し、いくつかの実施態様において含まれることがある。他の遷移金属酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＴｉＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2およびＣｒ2Ｏ3は、特定の光学的機能またはフォトニック機能を有するガラス、例えばカラーフィルタまたは光変換器を製造するための着色剤として機能する。Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として、０～２質量％の量で添加することもできる。希土類酸化物を０～５質量％の量で添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
以下の有利な組成は、強化前の様々な種類のガラスに関する。
１つの実施態様において、超薄フレキシブルガラスは、以下の成分を示された量（質量％）で含むアルカリ金属アルミノシリケートガラスである：
Figure 0007346431000011
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として、０～２質量％の量で添加することもできる。希土類酸化物を０～５質量％の量で添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
本発明のアルカリ金属アルミノシリケートガラスは好ましくは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000012
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
最も好ましくは、本発明のアルカリ金属アルミノシリケートガラスは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000013
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
１つの実施態様において、超薄フレキシブルガラスは、以下の成分を示された量（質量％）で含むソーダライムガラスである：
Figure 0007346431000014
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
この発明のソーダライムガラスは好ましくは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000015
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
この発明のソーダライムガラスは好ましくは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000016
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
この発明のソーダライムガラスは好ましくは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000017
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
最も好ましくは、本発明のソーダライムガラスは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000018
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
最も好ましくは、本発明のソーダライムガラスは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000019
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
１つの実施態様において、超薄フレキシブルガラスは、以下の成分を示された量（質量％）で含むリチウムアルミノシリケートガラスである：
Figure 0007346431000020
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として、０～２質量％の量で添加することもできる。希土類酸化物を０～５質量％の量で添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
本発明のリチウムアルミノシリケートガラスは好ましくは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000021
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
最も好ましくは、本発明のリチウムアルミノシリケートガラスは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000022
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
１つの実施態様において、超薄フレキシブルガラスは、以下の成分を示された量（質量％）で含むホウケイ酸ガラスである：
Figure 0007346431000023
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
本発明のホウケイ酸ガラスは好ましくは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000024
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
本発明のホウケイ酸ガラスは好ましくは、以下の成分を示された量（質量％）で含む：
Figure 0007346431000025
任意に、着色酸化物、例えばＮｄ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｕＯ、ＣｅＯ2、Ｃｒ2Ｏ3を添加できる。０～２質量％のＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＳＯ3、Ｃｌおよび／またはＦを清澄剤として添加することもできる。０～５質量％の希土類酸化物を添加して、ガラスシートに磁性またはフォトニックまたは光学的機能を付加することもできる。
典型的には、本発明による超薄ガラスを、より厚いガラスから研磨により薄くするかまたはエッチングすることによって製造できる。それら２つの方法は経済的ではなく、且つ例えばＲa粗さによって定量化される粗悪な表面品質をもたらす。
直接的な熱間成型製造、例えばダウンドロー法、オーバーフローフュージョン法が量産には好ましい。リドロー法も有利である。これらの述べられた方法が経済的であり且つガラス表面の品質が高い。
強くすることは強化とも称され、カリウムイオンを有する溶融塩浴中にガラスを浸漬するか、またはカリウムイオンまたは他のアルカリ金属イオンを含有するペーストによってガラスを被覆し、高温で特定の時間加熱することによって行うことができる。塩浴またはペースト中のより大きなイオン半径を有するアルカリ金属イオンが、ガラス物品中のより小さな半径を有するアルカリ金属イオンと交換され、イオン交換に起因して表面圧縮応力が形成される。
本発明の化学強化されたガラス物品は、化学強化可能なガラス物品を化学的に強化することにより得られる。超薄ガラス物品を、一価のイオンを含有する塩浴中に浸漬して、ガラス内部のアルカリイオンと交換することによって、強化工程を行うことができる。塩浴中の一価のイオンは、ガラス内部のアルカリイオンよりも大きな半径を有する。ガラスへの圧縮応力は、より大きなイオンがガラスの網目中に割り込むことに起因して、イオン交換後に形成される。イオン交換後、超薄ガラスの強さおよび柔軟性は意外なことに、著しく改善される。さらに、化学強化によって誘導されるＣＳは、強化されたガラス物品の曲げ特性を改善し、ガラスの引っ掻き耐性および衝撃耐性を高め得るので、強化されたガラスは簡単には引っ掻き傷がつかず、且つＤｏＬは引っ掻き許容度を高めることができ、ガラスが引っ掻かれたとしても破壊しにくい。
化学強化のために最も使用される塩は、Ｎａ+含有溶融塩またはＫ+含有溶融塩、またはそれらの混合物である。慣例的に使用される塩は、ＮａＮＯ3、ＫＮＯ3、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｋ2ＳＯ4、Ｎａ2ＳＯ4、Ｎａ2ＣＯ3およびＫ2ＣＯ3である。添加剤、例えばＮａＯＨ、ＫＯＨおよび他のナトリウム塩またはカリウム塩を使用して、化学強化の間のイオン交換の速度、ＣＳおよびＤｏＬをより良好に制御することもできる。Ａｇ+含有またはＣｕ2+含有塩浴を使用して、超薄ガラスに抗菌機能を付加することができる。
化学強化は一段階に限定されない。それは、より良好な強化性能を達成するための、様々な濃度のアルカリ金属イオンを有する塩浴中での多段階を含み得る。従って、本発明による化学強化されたガラス物品を、１段階、または複数の段階、例えば２段階の過程で強化することができる。
本発明による化学強化されたガラス物品は、第１の表面からガラス物品内の第１の深さ（ＤｏＬ）までに及ぶ圧縮応力領域が存在する１つだけの表面（第１の表面）を有することができ、前記領域は圧縮応力（ＣＳ）によって定義される。この場合、ガラス物品は強化された側を１つだけ含む。好ましくは本発明によるガラス物品は、第２の表面からガラス物品内の第２の深さ（ＤｏＬ）までに及ぶ第２の圧縮応力領域が存在する、（前記第１の表面に対向する）第２の表面も含み、前記領域は圧縮応力（ＣＳ）によって定義される。この好ましいガラス物品は両側上で強化されている。
ＣＳは主にガラスの組成に依存する。より高いＡｌ2Ｏ3の含有率は、より高いＣＳを達成するために役立ち得る。強化後、超薄ガラスは、高い強度を達成するために十分に高いＣＳを有するべきである。従って、ＣＳは１００ＭＰａ以上であり、好ましくは１００ＭＰａを上回り、好ましくは２００ＭＰａを上回り、より好ましくは３００ＭＰａを上回り、また好ましくは４００ＭＰａを上回り、さらに好ましくは５００ＭＰａを上回る。特に好ましい実施態様において、ＣＳは、６００ＭＰａを上回り、さらに好ましくは７００ＭＰａを上回り、より好ましくは８００ＭＰａを上回る。
一般に、ＤｏＬはガラスの組成に依存するが、それは強化時間および強化温度の増加に伴ってほぼ無限に増加し得る。強化されたガラスの安定な強度を確実にするためには定義されたＤｏＬが必須であるが、高すぎるＤｏＬは、超薄ガラス物品が圧縮応力下にある際の自己破壊率および強度性能を高めるので、ＤｏＬは好ましく制御されるべきである。
いくつかの実施態様においては、ベアガラスの高い鋭利物接触耐性が必要とされ、低いＤｏＬが好ましい。定義された低いＤｏＬを達成するために、強化温度および／または強化時間を減少させる。本発明によれば、より低い強化温度が好ましいことがあり、なぜなら、ＤｏＬは温度に対してより敏感であり、より長い強化時間を量産の間に設定するのは容易であるからである。しかしながら、ガラス物品のＤｏＬを低下させるために、強化時間を減らすことも可能である。
ＤｏＬの有利な値は、各々の場合において、それぞれのガラス物品のガラス組成、厚さおよび適用されるＣＳに依存する。一般に、上記の有利な実施態様によるガラス物品は非常に低いＤｏＬを有する。ＤｏＬを減少させることで、ＣＴが減少する。そのような実施態様において鋭利な物体によって高い衝撃および／または押付荷重がかけられると、生じる欠陥はガラス表面上だけにある。ＣＴが著しく低下されているので、生じる欠陥はガラス物品の内部強度を乗り越えることができず、従ってガラス物品は２つまたは複数の破片へと破壊されない。低いＤｏＬを有するそのようなガラス物品は、改善された鋭利物接触耐性を有する。
本発明のいくつかの有利な実施態様によれば、強化されたガラス物品はＣＴ１０００ＭＰａ以下、より好ましくは７００ＭＰａ以下を有し得る。ＣＴ３００ＭＰａ以下、より好ましくは２００ＭＰａ以下、より好ましくは１００ＭＰａ以下を有するガラス物品が好ましい。いくつかの有利な実施態様は、６５ＭＰａ以下のＣＴを有することができる。他の有利な実施態様は、４５ＭＰａ以下のＣＴを有することができる。いくつかの態様は、２５ＭＰａ以下のＣＴを有することすらある。
上述のとおり、ＣＳ、ＤｏＬおよびＣＴは、ガラス組成（ガラスの種類）、ガラスの厚さおよび強化条件に依存する。
衝撃耐性を改善するために、化学強化されたガラス物品は好ましくは少なくとも１つの表面で、有機または無機材料の被覆されたまたは貼り合わせられた層を含む。
有利な実施態様によれば、強化されたガラス物品は、少なくとも１つの貼り合わせられたポリマー層を含み、ここでポリマー層は少なくとも１μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ、さらに好ましくは少なくとも１０μｍ、より好ましくは少なくとも２０μｍ、最も好ましくは少なくとも４０μｍの厚さを有して、改善された鋭利物接触力を達成する。ポリマー層の厚さの上限は２００μｍであってよい。貼り合わせを種々の公知の方法によって実施できる。
貼り合わせの場合、ポリマー材料を例えば、シリコーンポリマー、ゾルゲルポリマー、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン、ポリアクリレート、ポリイミド（ＰＩ）、無機シリカ／ポリマーハイブリッド、シクロオレフィンコポリマー、ポリオレフィン、シリコーン樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン、ポリプロピレンポリ塩化ビニル、ポリスチレン、スチレン－アクリロニトリルコポリマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エチレン－ビニルアセテートコポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、フッ素化ポリマー、塩素化ポリマー、エチレン－テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、テトラフルオロエチレン製のターポリマー、ヘキサフルオロプロピレン製のターポリマー、およびフッ化ビニリデン（ＴＨＶ）製のターポリマーまたはポリウレタンまたはそれらの混合物からなる群から選択することができる。ポリマー層を、化学強化された超薄ガラス物品上に任意の公知の方法によって施与できる。
種々の方法、例えば化学気相堆積法（ＣＶＤ）、ディップコーティング、スピンコーティング、インクジェット、キャスティング、スクリーン印刷、塗装および噴霧による保護層のコーティングが、特に加工後の最終層として有利であり得る。しかしながら、本発明はそれらの方法に限定されない。適した材料も当該技術分野で公知である。例えば、それらはフェノプラスト、フェノールホルムアルデヒド樹脂、アミノプラスト、ウレアホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、エポキシド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェナクリレート(phenacrylate)樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、架橋ポリウレタン樹脂、ポリメタクリレート反応樹脂およびポリアクリレート反応樹脂からなる群から選択されるポリマーであるデュロプラスチック反応樹脂を含み得る。
前記ガラス物品を、例えば反射防止、傷防止、指紋防止、抗菌、防眩、およびそれらの機能の組み合わせのために、さらに被覆できる。
前記ガラス物品を、フレキシブルおよび折りたたみ可能な電子製品、例えばイメージセンサ、ディスプレイカバー、スクリーンプロテクタのためのカバーおよび基板の分野において使用できる。さらに、それを、例えば以下の用途分野： ディスプレイの基板または保護カバー保護カバー、指紋センサカバー、一般的なセンサの基板またはカバー、消費者用電子機器のカバーガラス、ディスプレイおよび他の表面、特に曲げられた表面の保護カバーにおいて使用できる。さらには、前記ガラス物品を、ディスプレイの基板およびカバー、指紋センサモジュールの基板またはカバー、半導体のパッケージ、薄膜電池の基板およびカバー、折りたたみ可能なディスプレイの用途においても使用できる。特定の実施態様において、前記ガラス物品を、抵抗スクリーン用のカバーフィルム、およびディスプレイスクリーン、携帯電話、カメラ、ゲーム用ガジェット、タブレット、ラップトップ、ＴＶ、鏡、窓、航空機の窓、家具および白物家電用の使い捨て保護フィルムとして使用できる。
本発明は、ディスプレイの基板およびカバー、壊れやすいセンサ、指紋センサモジュールの基板またはカバー、半導体のパッケージ、薄膜電池の基板およびカバー、折りたたみディスプレイの用途において使用するために特に適している。さらに、それを、薄く、軽量で且つフレキシブルな特性を備えたフレキシブル電子機器（例えば曲がったディスプレイ、ウェアラブル機器）において使用できる。そのようなフレキシブル機器はまた、例えば部品を保持または搭載するためのフレキシブル基板を必要とする。さらに、高い接触耐性および小さな曲げ半径を有するフレキシブルディスプレイが可能である。
本発明によるガラス物品の製造方法であって、以下の段階：
ａ） 所望のガラスのための原料の組成物を準備する段階、
ｂ） 前記組成物を溶融する段階、
ｃ） 板ガラス工程においてガラス物品を製造する段階、
ｄ） 特別な面取り部の形状を有するガラス物品をサイズに切断して製造する段階、
ｅ） 前記ガラス物品を化学強化する段階、および
ｆ） 任意に、前記物品の少なくとも１つの表面を被覆層で被覆する段階、
ｇ） 任意に、前記物品の少なくとも１つの表面をポリマー層と貼り合わせる段階
を含み、ここで強化温度および／または強化時間が低減される、前記方法も本発明による。当然、有利または望ましい場合、段階ｄ～ｇを異なる順で実施してよい。
好ましくは、板ガラス工程は、ダウンドロー工程またはリドロー工程である。
有利には、化学強化工程はイオン交換工程を含む。量産のためには、イオン交換工程が、一価のカチオンを含有する塩浴中にガラス物品または該ガラス物品の一部を浸漬することを含む場合が好ましい。好ましくは、一価のカチオンはカリウムイオンおよび／またはナトリウムイオン(soda ion)である。
特別な面取り部の形状を、化学的なエッチング、機械的研削、レーザー加工、ホイール切断または上述の加工を一緒に組み合わせることによって生成できる。
さらに、ガラス物品または該ガラス物品の一部を塩浴中に温度３４０℃～４８０℃で３０秒～４８時間浸漬することが有利である。
いくつかのガラスの種類について、化学強化が２つの連続した強化段階を含み、ここで第１の段階が第１の強化剤での強化を含み、且つ第２の段階が第２の強化剤での強化を含む場合が好ましいことがある。好ましくは第１の強化剤および第２の強化剤は、ＫＮＯ3および／またはＮａＮＯ3および／またはそれらの混合物を含むか、またはそれらからなる。
製造および強化方法のさらなる詳細は既に上述されている。
Figure 0007346431000026
Figure 0007346431000027
Figure 0007346431000028
Figure 0007346431000029
実施態様の説明
表１は、化学強化可能である超薄ガラスを直接的に熱間成型するいくつかの典型的な実施態様の組成を示す。
様々なガラスの種類のガラス物品をダウンドロー工程で製造し、化学強化して、化学強化された超薄ガラス物品を形成した。各々の超薄ガラス物品は、第１の表面と第２の表面とを有する。示される実施態様において、ガラス物品である各々の試料は両側上で強化されている。従って、ガラス物品の各々の側の上で特定の深さ（ＤｏＬ）を有する圧縮応力領域がある。ここで、面取りされた端部をまず生成し、続いて化学強化した。比較例（表２）および実施例（表３）の特性を測定するため、各々の種類の少なくとも１５個の試料を製造して試験した。
比較例１、２、４、７、８は様々な厚さおよびガラスの種類のガラスであり、ほぼ面取り部を有さない。面取り部を有さない端部を、レーザー切断、ホイール切断およびスクライビング、および端部研削、場合により引き続くエッチングによって製造できる。それらの比較例の曲げ強さＢＳは、ＣＳの値よりもわずかに高いだけであり、且つ図７および８の左右の角に位置している。
比較例３、５、６および９は厚いガラスの端部の加工と同じように模倣する面取り部のサイズを有し、つまり、面取り部の幅対面取り部の高さの比は１に近く（４５°の面取り部と同様）、且つ曲げ強さはＣＳよりも著しく高くない。薄いガラスの破壊を回避し且つ欠けのサイズを低減するために、１００μｍのエポキシ保護フィルムをガラスの両側上に堆積した後、ＣＮＣ端部研削（比較例３、６）を行い、且つエポキシ保護層をアセトンで洗い落とした後、さらなる洗浄および強化工程を行う。保護フィルムとして適している他の材料は上記に記載されている。ＣＮＣ研削工程の後、わずかな化学エッチングを適用して、機械的研削工程中に生じた欠陥を補修することができる。
以下において、実施例は単に「例」と称される。例１はアルミノシリケートガラスであり、比較例３と同じ端部加工によって加工する一方で、異なる研削ホイールを使用して、比較例（特に比較例３）より高い面取り部の幅／面取り部の高さの比を有し、曲げ強さが比較例（特に比較例３）より著しく高い。
例２は他のアルミノシリケートガラスであり、異なる技術を使用して所望の面取り部の形状を得る。サイズに切断するために、薄いガラスをＵＶ硬化性ＰＭＭＡまたはエポキシ系接着剤によって一緒に貼り合わせる。１０片の薄いガラスを一緒に貼り合わせて十分な堅さを得た後、その貼り合わせ物を硬化させて堅さをさらに改善する。次に、貼り合わせ物をＣＮＣ研削によって加工して、面取り部のない垂直な端部を得る。次に、貼り合わせ物を希釈ＨＦ溶液中で特定の時間の間、消耗の面取り部のサイズが得られるまで化学的にエッチングする。次に、貼り合わせ物をベークして接着剤の貼り合わせ力を低減させ、単独の片の超薄ガラスを貼り合わせ物から剥離する。通常の洗浄および強化加工を後に適用する。面取り部の幅／高さのさらに高い比が得られ、試料のＣＳ値よりも遙かに高い曲げ強さの値が得られる。
例３はさらに他のアルミノシリケートガラスの種類であり、さらに異なる技術を使用して好ましい面取り部の形状を得る。ここで、大きな片の超薄ガラスは耐酸インクで両側がパターン形成されており、そのインクは所望の最終的な試料サイズに相応する相応するエリアを覆っている。パターン形成された超薄ガラスを化学薬品中に浸漬させて、インクが堆積されていないところの厚さをエッチングする。得られた試料は、面取り部の幅／高さの高い比および高い曲げ強さも有する。
例４はさらに異なるアルミノシリケートガラスの種類であり、例２から修正された技術を使用して好ましい面取り部の形状を得る。ガラスを最終製品よりも遙かに大きなサイズに貼り合わせる。硬化後、貼り合わせ物をホイールによって切断して、最終製品の形状に近付け、次にＣＮＣ端部研削を実施する。面取り部のサイズは、調整されたエッチング溶液および時間によって定義されるままである。
例５および６はリチウムアルミノシリケートガラスの種類およびソーダライムガラスの種類であり、且つ例１と同じ面取り加工を使用する。例６は、例１～４と同様のＤｏＬを達成するためにより長い強化時間を必要とする。
例７は例３と同じガラスの種類であるが、例４と同じ面取り部の加工を有する。例７と例３との両方は、異なる面取り加工にもかかわらず高いＢＳを有する。
例８は例２と同じガラスの種類であり且つ同じ加工を有するが、厚さがより高い。
例９は高いホウ素含有ホウケイ酸ガラスであり、より低いＤｏＬを有する。しかしながら、例４と同じ面取り部の加工および強化後、その曲げ強さはまた、この発明において主張される知見に従う。これは、本発明に記載される面取り部の形状と曲げ強さとの関係がガラスの種類に関わらず一般に適用可能であることの証拠である。
例１０はさらに異なる面取り加工を使用する。その物品は最終的な厚さ７０μｍを有する一方で、出発時の厚さは２１０μｍである。その２１０μｍのガラスを切断し、次にＣＮＣ研削して、比較例４と同じ面取り部の形状を得る。研削された２１０μｍのガラス試料を次に、表面または端部の保護をしないでエッチング溶液に浸漬する。厚さを７０μｍに低減した後、面取り部の幅／高さの間の比も変わる。強化後の曲げ強さも、比較例３、５または６に比して著しく上昇する。
例１１は例１と同じガラスの種類であり且つ例４と同じ加工を有するが、厚さがより高い。
例１２は特殊な例であり、図７および図８のプロットには含まれない。それは面取り部の幅／高さの非常に高い比を有する一方で、曲げ強さは面取り部の幅／高さの比の増加に匹敵するような程度には増加しない。従って、面取り部の幅／高さの比を、２０未満、好ましくは１５未満、好ましくは１０未満、またはさらに好ましくは８未満に調整して、最良の曲げ強さを達成するべきである。
例１３は例１２と同じ種類のガラスであり、且つ同じ加工を有するが、面取り部の幅／高さの比がより小さい。理解できるとおり、例１３の曲げ強さは例１２に比して高い。

Claims (20)

  1. ０．０５ｍｍ以下の厚さ（ｔ）、第１の表面（２）および第２の表面（３）、および少なくとも１００ＭＰａの圧縮応力（ＣＳ）によって定義される圧縮応力領域、および前記第１の表面（２）と前記第２の表面（３）とをつなぐ少なくとも１つの端部（４）を有する、化学強化されたガラス物品において、前記少なくとも１つの端部（４）が、面取り部の幅（Ａ）と面取り部の高さ（Ｂ）とを有する少なくとも１つの面取り部（５）を有し、
    ・ 前記面取り部（５）が、面取り部の幅／面取り部の高さの比（Ａ／Ｂ）１．５～２０を有し、且つ、
    ・ 前記面取り部（５）が、面取り部の幅／ガラスの厚さの比（Ａ／ｔ）少なくとも１．０を有する、前記化学強化されたガラス物品。
  2. 前記ガラス物品（１）が、厚さ≦０．０４５ｍｍ且つ／または≧０．００５ｍｍを有する、請求項１に記載の化学強化されたガラス物品。
  3. 前記ガラス物品（１）が、厚さ≦０．０４ｍｍを有する、請求項１に記載の化学強化されたガラス物品。
  4. 前記比Ａ／Ｂが、１．５～１５である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  5. 前記少なくとも１つの端部（４）が、比Ａ／Ｂを有する前記第１の表面（２）に向かう第１の面取り部（５）と、比Ａ’／Ｂ’を有する第２の表面（３）に向かう第２の面取り部（５’）とを有し、前記第１の面取り部（５）および前記第２の面取り部（５’）がガラス物品（１）の両側上で本質的に対称である、請求項１から４までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  6. Ａ／ＢとＡ’／Ｂ’との間の差が、３０％未満である、請求項５に記載の化学強化されたガラス物品。
  7. 前記比Ａ／ｔが、＞１．０である、請求項１から６までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  8. 前記比Ａ／ｔが、＞１．１である、請求項１から７までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  9. ＣＳが、＞２００ＭＰａ且つ／または２０００ＭＰａ未満である、請求項１から８までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  10. ＤｏＬが＞１μｍ～＜４０μｍである、請求項１から９までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  11. 前記ガラス物品（１）が、曲げ強さ（ＢＳ）＞７００ＭＰａを有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  12. 前記ガラス物品（１）が、差（ＢＳ－ＣＳ）少なくとも３００ＭＰａを有する、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  13. 前記ガラス物品（１）が、
    Figure 0007346431000030
     ［式中、「ａ」は≧４である定数である］
    よりも高い平均曲げ強さ（ＢＳ）を有する、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  14. 前記ガラス物品（１）の平均破壊曲げ半径が、
    Figure 0007346431000031
     ［式中、「ａ」は≧４である定数である］
    よりも小さい、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  15. 前記ガラス物品（１）が、破壊することなく
    Figure 0007346431000032
     ［式中、「ａ」は≧４である定数である］
    よりも小さい曲げ半径を有する、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  16. 前記端部（４）が、複数の丸められた実質的に半球形の凹み（９）を有する構造化された区域を有する、請求項１から１５までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  17. 前記端部（４）が、前記第１の表面（２）および前記第２の表面（３）に対して垂直に向いている面である終端区域（６）を含む、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  18. 前記ガラス物品（１）が、少なくとも１つの表面で、有機または無機材料の被覆されたまたは貼り合わせられた層を含む、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品。
  19. フレキシブルおよび折りたたみ可能な電子製品、例えばイメージセンサ、ディスプレイカバー、スクリーンプロテクタのためのカバーおよび基板の分野における、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品の使用。
  20. ディスプレイの基板およびカバー、壊れやすいセンサ、指紋センサモジュールの基板またはカバー、半導体のパッケージ、薄膜電池の基板およびカバー、折りたたみディスプレイの用途における、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の化学強化されたガラス物品の使用。
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