JP7414524B2 - 膜付きガラス基板、物品、および膜付きガラス基板の製造方法 - Google Patents
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Description
処理方法としては、特許文献1のように、ガラス基板の表面をエッチングして防眩処理する方法がある。
また、ガラス基板の表面に、防眩膜、低反射膜、導電膜等の機能膜を形成する方法もある。
これに対しては、化学強化後に機能膜を形成する方法がある。しかしながら、化学強化後に機能膜を形成すると、機能膜の焼成温度によっては、温度の上昇により圧縮応力層の緩和が生じて、圧縮応力が低下するおそれがある。
特許文献2には、導電膜として酸化錫をガラス基板の表面に形成すると、膜形成した後に化学強化を行えると記載されている。
しかしながら、特許文献2~5に記載の技術であっても、機能膜を形成する面と形成しない面のイオンの透過率に差があるため、化学強化の際に圧縮応力層の深さや圧縮応力値の差が生じ、ガラス基板が反る場合があるという問題があった。
主面間の圧縮応力層のK量差の比=(第一主面のK量-第二主面のK量)/{(第一主面のK量+第二主面のK量)/2}…式(1)
ここで、第一主面とは、前記膜が設けられた側の前記主面を意味し、第二主面とは、前記膜が設けられていない側の前記主面を意味する。K量とは、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)を用いて、圧縮応力層を含む一定厚さの層の厚さ方向のKのカウント数を積算した値から、圧縮応力層を含む一定厚さの層と同じ厚さで、圧縮応力層が形成されていない部分のKのカウント数を積算した値を差し引いた値を意味する。
本発明のこの態様では、主面間の圧縮応力層のK量差の比が-0.02~0.02であるため、2つの主面の圧縮応力層の深さおよび圧縮応力値の差がさらに小さい。よって、機能膜の形成後に化学強化を行う場合であっても、ガラス基板の反りが抑制される。
本発明のこの態様では、膜がシリカ系マトリクスを含むため、化学強化時にイオンが膜を透過できる。そのため、機能膜の形成後に化学強化を行う場合であっても、ガラス基板の反りが抑制される。
本発明では、機能膜の形成後に化学強化を行う場合であっても、反りが抑制されたガラス基板を物品が備えるので、物品の強度が向上するとともに、ガラス基板を組み込んだ状態での寸法精度が向上する。
シリカ前駆体(B)[mol]/(シリカ前駆体(A)[mol]+シリカ前駆体(B)[mol])≧0.3…式(2)
そのため、機能膜の形成後に化学強化を行う場合であっても、ガラス基板の反りが抑制される。
また、本発明では、塗布液を塗布、乾燥させたのちに化学強化を行うため、化学強化の際に塗布液が強化液により加熱されて膜を熱硬化する。
そのため、塗布液の焼成を必ずしも行わなくてもよく、生産性に優れる。
本発明のこの態様では、シリカ前駆体(A)として、安定性と加水分解のしやすさのバランスがよいテトラアルコキシシランを用いるので、膜生成が容易となる。
本発明のこの態様では、シリカ前駆体(A)として、テトラアルコキシシランを用いるので、膜の耐摩耗強度を向上させられる。
本発明のこの態様では、シリカ前駆体(B)として、入手が容易な上記のトリアルコキシシランを用いるので、生産性に優れる。
化学強化法は、ガラス基板の表層に圧縮応力層を形成する方法の一つである。具体的には、ガラス基板をガラスの歪点以下の温度で溶融塩に浸漬し、ガラス基板表層のイオン(例えばNaイオン)を、より大きなイオン半径のイオン(例えばKイオン)へ置換する方法である。これにより、ガラス基板の表層に圧縮応力が生じる。なお、ガラスの歪点は軟化点よりも低い。
「圧縮応力層」は、所望の表面圧縮応力を有する層(化学強化層)である。
圧縮応力層の厚さは、表面応力計(例えば折原製作所製:FSM-6000LE)により測定される。
「酸化物換算固形分」とは、塗布液に含まれる成分のうち、金属元素を含む成分の酸化物換算(金属酸化物換算)の含有量の合計を意味する。
酸化物換算固形分に対する割合として示される含有量は、酸化物換算の含有量である。例えばシリカ前駆体の含有量は、SiO2換算量である。より具体的には、シリカ前駆体に含まれる全てのSiがSiO2に転化したときの含有量である。
図1は、本発明の膜付きガラス基板1の一例を模式的に示す断面図である。
この例の膜付きガラス基板1は、ガラス基板3と、膜5を備える。
ガラス基板3は化学強化ガラスであり、圧縮応力層17を有する主面21と、圧縮応力層19を有する主面23を備える。
ガラス基板3の厚さは、5mm以下が好ましく、0.33mm以上、2mm以下がより好ましく、0.7mm以上、1.1mm以下が特に好ましい。
厚さが2mm以下のガラス基板3は、風冷強化法での強化が難しい。そのため、ガラス基板3の厚さが2mm以下の場合に本発明の有用性が高い。また、ガラス基板3の厚さが薄いほど、光の吸収が抑えられるので、透過率を向上させる用途には好ましい。また、ガラス基板3の厚さが薄いと、単位面積当たりの膜付きガラス基板1の質量が軽くなり、膜付きガラス基板1を備える物品を軽量化できる。
ガラス基板3の厚さが0.33mm以上であると、膜付きガラス基板1が大きい場合(例えば長辺が300mm以上)でも、たわみが小さく、扱いやすい。
ガラス基板3の表面圧縮応力は、用途によっては、500MPa以上がより好ましく、600MPa以上がさらに好ましい。また、典型的には、表面圧縮応力は800MPa以上である。
ガラス基板3は、以下の式(1)で表される、主面21と主面23の圧縮応力層17、19の「主面間のK量差の比」が、-0.027~0.027である。
主面間のK量差の比=(第一主面のK量-第二主面のK量)/{(第一主面のK量+第二主面のK量)/2}…式(1)
ここで、第一主面とは、膜5が設けられた側の主面21を意味し、第二主面とは、膜5が設けられていない側の主面23を意味する。K量とは、EPMAを用いて、圧縮応力層を含む一定厚さの層の厚さ方向のKのカウント数を積算した値から、圧縮応力層を含む一定厚さの層と同じ厚さで、圧縮応力層が形成されていない部分のKのカウント数を積算した値を差し引いた値を意味する。
主面間のK量差の比を-0.027~0.027とすることにより、ガラス基板3の反りを抑制できる。
主面間のK量差の比は、-0.02~0.02であるのが好ましく、-0.016~0.016であるのがより好ましく、-0.015~0.015がさらに好ましい。
主面間のK量差の比を-0.02~0.02にすると、さらにガラス基板3の反りを抑制できる。
主面間のK量差の比を-0.016~0.016とすると、指跡が付きにくくなり、正常な膜表面が得られる。-0.015~0.015とすることにより、Clarity(解像度指標値C、詳細は後述)も良好となる。
化学強化前のガラス基板3の条件については、製造方法の項で説明する。
膜5はガラス基板3の主面21、23のうち、少なくとも一方に設けられる。図1では主面21に設けられる。膜5は主面21の一部に設けられてもよいし、主面21の全面を覆ってもよい。膜5は、ガラス基板3に防眩性、低反射性、耐傷性、防汚性等のいずれかの機能を付与する機能膜である。
シリカ系マトリクスは、シリカがマトリクス中に50質量%以上含まれるものが好ましい。
これらの成分の中でも、膜5は、カリウム(K)を1at%以上含有する。これは、膜5がKイオンを透過する膜であるためである。
シリカ前駆体(B)[mol]/(シリカ前駆体(A)[mol]+シリカ前駆体(B)[mol])≧0.3…式(2)
また、膜付きガラス基板1をカバーガラスとして太陽電池の光入射側に設けた場合に、太陽電池の発電効率が向上する。
膜厚は、分光光度計により測定された反射率から求める。
膜5を備える部分(以下、機能膜面ともいう)は、耐摩耗性試験前後での60°鏡面光沢度の差が、好ましくは60以下、より好ましくは55以下、さらに好ましくは50以下の耐摩耗性を有する。耐摩耗性試験は、先端に消しゴム、スチールウール、フェルト等の摩擦子を取り付け、一定荷重下で往復運動が可能な耐摩耗性試験機(以下、ラビングテスターともいう)を用いて行う。膜面側の60°鏡面光沢度は、ガラス基板の膜面とは反対側の面からの反射の影響を受けないようにした上で、JIS Z8741:1997に基づいて測定する。表面の摩耗が進むと、所定入射角からの入射光に対する表面からの鏡面反射成分は増加するので、60°鏡面光沢度の変化が小さいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
特に、物体の接触による物理的な劣化が抑えられ、長期耐久性に優れた膜を得られる点から、膜5は、耐摩耗性試験前後での60°鏡面光沢度の差が20以下の耐摩耗性を有するのが好ましい。より好ましくは15以下、さらに好ましくは10以下である。
耐摩耗性試験前後での60°鏡面光沢度の差が実質的に無い場合、即ち差が0の場合が、最も好ましい。
膜付きガラス基板1は、例えば、化学強化する前のガラス基板3上に塗布液を塗布して膜5を形成し、塗布液を塗布したガラス基板3を乾燥させ、膜5が形成されたガラス基板3を化学強化して製造できる。
必要に応じて、化学強化の後に、膜付きガラス基板1に対して公知の後加工を施してもよい。
膜付きガラス基板1を、膜5がガラス基板3の一部に備えられる態様とする場合には、たとえばガラス基板3の表面のうち、膜5を形成しない部分をマスキングしてから膜5を形成すればよい。
塗布液は、炭素数が3以上、10以下のアルキル基を有するトリアルコキシシランを除くシラン化合物、および/または、その加水分解縮合物を含むシリカ前駆体(A)と、炭素数が3以上、10以下のアルキル基を有するトリアルコキシシラン、および/または、その加水分解縮合物を含むシリカ前駆体(B)と、液状媒体を含む。塗布液は、必要に応じて、粒子、添加剤等を含んでもよい。
シリカ前駆体(A)は、炭素数が3以上、10以下のアルキル基を有するトリアルコキシシランを除くシラン化合物、および/または、その加水分解縮合物からなり、加水分解縮合物がシリカ系マトリクスの骨格となる。
シリカ前駆体(A)としては、安定性と加水分解のしやすさのバランスがよい、アルコキシシランが好ましい。
アルコキシシランとしては、アルキル基を有するアルコキシシラン(メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン等)、ビニル基を有するアルコキシシラン(ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等)、エポキシ基を有するアルコキシシラン(2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等)、アクリロイルオキシ基を有するアルコキシシラン(3-アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン等)等が挙げられる。
さらに、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、パーフルオロポリエーテルトリエトキシシラン、パーフルオロエチルトリエトキシシランも挙げられる。
中でも、膜5の耐摩耗強度を向上させられる、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等のテトラアルコキシシラン、および/または、その加水分解縮合物が好ましい。テトラエトキシシランとテトラメトキシシランは、取扱いのし易さや入手の容易性といった実用性の観点から、最も好ましい。
シリカ前駆体(B)は、加水分解縮合物がシリカ系マトリクスの骨格となるとともに、化学強化の前の予備加熱処理の際にアルキル基が燃焼することで、膜5のイオン透過性を高め、ガラスの反りを防止する。
イオン透過性を高めるために、シリカ前駆体(B)は、炭素数が3以上、10以下のアルキル基を有するトリアルコキシシラン、および/または、その加水分解縮合物からなる。
シリカ前駆体(B)としては、プロピルトリメトキシシラン(PTMS)、プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、および/または、それらの加水分解縮合物等が挙げられる。
シリカ前駆体(B)は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
例えばシリカ前駆体(A)がテトラアルコキシシランの場合、テトラアルコキシシランの4倍モル以上の水、および触媒として酸またはアルカリを用いて行う。
酸としては、無機酸(HNO3、H2SO4、HCl等)、有機酸(ギ酸、シュウ酸、モノクロル酢酸、ジクロル酢酸、トリクロル酢酸等)が挙げられる。アルカリとしては、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。触媒としては、シリカ前駆体(A)およびシリカ前駆体(B)の加水分解縮合物の長期保存性の点では、酸が好ましい。
液状媒体は、シリカ前駆体(A)とシリカ前駆体(B)を溶解または分散するものであり、シリカ前駆体(A)とシリカ前駆体(B)を溶解する溶媒であることが好ましい。塗布液が粒子を含む場合、液状媒体は、粒子を分散する分散媒としての機能も有するものであってよい。
ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。
エーテル類としては、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等が挙げられる。
セロソルブ類としては、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等が挙げられる。
エステル類としては、酢酸メチル、酢酸エチル等が挙げられる。
グリコールエーテル類としては、エチレングリコールモノアルキルエーテル等が挙げられる。
含窒素化合物としては、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等が挙げられる。
含硫黄化合物としては、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
液状媒体は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
この場合、液状媒体は、水のみであってもよく、水と他の液体との混合液であってもよい。他の液体としては、例えば、アルコール類、ケトン類、エーテル類、セロソルブ類、エステル類、グリコールエーテル類、含窒素化合物、含硫黄化合物等が挙げられる。他の液体のうち、シリカ前駆体(A)およびシリカ前駆体(B)の溶媒としては、アルコール類が好ましく、メタノール、エタノール、イソプロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブタノールが特に好ましい。
塗布液が粒子を含む場合、粒子の種類や配合量によって、膜5の特性(屈折率、透過率、反射率、色調、導電性、濡れ性、物理的耐久性、化学的耐久性等)を調整できる。
粒子としては、無機粒子、有機粒子等が挙げられる。
金属酸化物としては、Al2O3、SiO2、SnO2、TiO2、ZrO2、ZnO、CeO2、Sb含有SnOX(ATO)、Sn含有In2O3(ITO)、RuO2等が挙げられる。
粒子の形状としては、球状、楕円状、針状、板状、棒状、円すい状、円柱状、立方体状、長方体状、ダイヤモンド状、星状、不定形状等が挙げられる。
粒子は、中実粒子でもよく、中空粒子でもよく、多孔質粒子等の穴あき粒子でもよい。「中実」は、内部に空洞を有しないことを示す。「中空」は、内部に空洞を有することを示す。
特に板状、または鱗片状のシリカ粒子が防眩性発現の観点から好適に用いられる。
添加剤としては、公知の各種添加剤を用いることができ、例えば、レベリング性向上のための界面活性剤、膜5の耐久性向上のための金属化合物、紫外線吸収剤、赤外線反射剤、赤外線吸収剤、反射防止剤等が挙げられる。
界面活性剤としては、シリコーンオイル系、アクリル系等が挙げられる。
金属化合物としては、ジルコニウムキレート化合物、チタンキレート化合物、アルミニウムキレート化合物等が好ましい。ジルコニウムキレート化合物としては、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムトリブトキシステアレート等が挙げられる。
塗布液の組成:
塗布液は、以下の式(2)を満たす割合でシリカ前駆体(A)とシリカ前駆体(B)を含む組成である。
シリカ前駆体(B)[mol]/(シリカ前駆体(A)[mol]+シリカ前駆体(B)[mol])≧0.3…式(2)
式(2)の下限を満たすことにより、膜5のイオン透過性を高めることができる。下限が0.4以上であると、さらに膜5のイオン透過性が高くなり、ガラス基板3の反りが小さくなるので好ましい。
式(2)の上限は0.8以下であると、シリカ系マトリクスを、さらに強固にできるため、好ましい。上限が0.6以下であるとClarityを高くできるため、より好ましい。
SiO2換算濃度が酸化物換算固形分に対して50質量%以上であると、ガラス基板3と膜5との間で充分な密着強度が得られる。
SiO2換算濃度の上限は、特に限定されず、100質量%であってもよい。シリカ前駆体(A)とシリカ前駆体(B)の含有量は、塗布液に必要に応じて配合される、他の成分の含有量に応じて適宜設定できる。
塗布液の固形分濃度は、塗布液の全量(100質量%)のうち、1~6質量%が好ましく、2~5質量%がより好ましい。固形分濃度が前記範囲の下限値以上であれば、膜5の形成に用いる塗布液の液量を少なくできる。固形分濃度が前記範囲の上限値以下であれば、膜5の膜厚の均一性が向上する。
塗布液の固形分濃度は、塗布液中の、液状媒体以外の全成分の含有量の合計の濃度である。ただし、金属元素を含む成分の含有量は、酸化物換算である。
化学強化する前のガラス基板3(以下、「未強化ガラス基板」という。)としては、化学強化可能な組成を有するものである限り特に限定されず、種々の組成のものを使用することができる。例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス等が好適に使用できる。化学強化しやすい点では、アルミノシリケートガラスが好ましい。
化学強化しやすいガラス基板は、ガラス組成として、酸化物基準のモル百分率表示で、SiO2を56~75%、Al2O3を1~20%、Na2Oを8~22%、K2Oを0~10%、MgOを0~14%、ZrO2を0~5%、CaOを0~10%含有することが好ましい。
また、化学強化しやすいガラス基板は、別のガラス組成として酸化物基準のモル百分率表示で、SiO2を60~75%、Al2O3を2~25%、Na2Oを10~20%、K2Oを0~7%、MgOを0~10%、CaOを0~15%含有することが好ましい。
また、化学強化しやすいガラス基板は、別のガラス組成として酸化物基準のモル百分率表示で、SiO2を50~74%、Al2O3を2~8%、Na2Oを8~18%、K2Oを0~8%、MgOを2~15%、ZrO2を0~4%、CaOを0~10%、SrOを0~3%、BaOを0~3%含有することが好ましい。
また、化学強化しやすいガラス基板は、別のガラス組成として酸化物基準のモル百分率表示で、SiO2を50~74%、Al2O3を8~25%、Na2Oを8~18%、K2Oを0~8%、MgOを2~15%、ZrO2を0~4%、CaOを0~10%、SrOを0~3%、BaOを0~3%含有することが好ましい。
なお、例えば「K2Oを0~10%含む」とは、K2Oは必須ではないが10%まで含んでもよいという意味である。MgO、ZrO2、CaOについても同様である。
未強化ガラス基板は、フロート法等により成形された平滑なガラス基板であってもよく、表面に凹凸を有する型板ガラス基板であってもよい。また、平坦なガラス基板のみでなく曲面形状を有するガラス基板でもよい。
未強化ガラス基板は、市販のものを使用してもよく、公知の製造方法により製造したものを用いてもよい。
未強化ガラス基板は、例えば、ガラスを構成する種々の原料を調合し、加熱溶融した後、脱泡または攪拌等で均質化し、周知のフロート法、ダウンドロー法(例えば、フュージョン法)、プレス法等で板状に成形し、徐冷後、所望の寸法に切断することで製造できる。フロート法、ダウンドロー法によるガラス成形中に、オンライン上でガラスリボンを用いてもよい。
ガラス基板3と塗布液を選択した後に、未強化ガラス基板上に、前記の塗布液を塗布し、乾燥して膜5を形成する。
塗布液の塗布方法としては、公知のウェットコート法(スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ダイコート法、カーテンコート法、スクリーンコート法、インクジェット法、フローコート法、グラビアコート法、バーコート法、フレキソコート法、スリットコート法、ロールコート法等)等が挙げられる。
スプレー法に用いるノズルとしては、2流体ノズル、1流体ノズル等が挙げられる。
ノズルから吐出される塗布液の液滴の粒径は、通常、0.1~100μmであり、1~50μmが好ましい。液滴の粒径が1μm以上であれば、防眩効果が充分に発揮される凹凸を短時間で形成できる。液滴の粒径が50μm以下であれば、防眩効果が充分に発揮される適度な凹凸を形成しやすい。
液滴の粒径は、レーザ測定器によって測定されるザウター平均粒子径である。液滴の粒径は、ノズルの種類、スプレー圧力、液量等により適宜調整できる。例えば、2流体ノズルでは、スプレー圧力が高くなるほど液滴は小さくなり、また、液量が多くなるほど液滴は大きくなる。
一定の塗布条件下では、塗布時間、すなわちスプレー法によるコート面数(重ね塗り回数)によって、形成される膜5の表面の算術平均粗さRaおよび60°鏡面光沢度を調整できる。例えば、コート面数が多くなるほど、膜5の表面の算術平均粗さRaが大きくなり、60°鏡面光沢度が低下する(すなわち、防眩効果が高くなる)傾向がある。
膜5として防眩膜を形成する場合の塗布液の塗布方法として、静電塗装法を用いてもよい。静電塗装法による塗布方法として、例えば、回転霧化頭を備える静電塗装ガンを用いて塗布液を帯電させ噴霧する方法が挙げられる。
塗布液を塗布する際の未強化ガラス基板の温度は、雰囲気の温度と同じでも異なってもよい。
膜5として防眩膜を形成する場合、未強化ガラス基板を、あらかじめ30~90℃に加熱してから、塗布液を塗布することが好ましい。未強化ガラス基板の温度が30℃以上であれば、液状媒体がすばやく蒸発するため、充分な凸凹を形成しやすい。未強化ガラス基板の温度が90℃以下であれば、未強化ガラス基板と膜5との密着性が良好となる。未強化ガラス基板が厚さ5mm以下の場合、あらかじめ、未強化ガラス基板の温度以上の温度に設定した保温板を、未強化ガラス基板の下に配置し、未強化ガラス基板の温度低下を抑えてもよい。
例えば、最初に、粒子を含まない塗布液を塗布し、その後、粒子を含む塗布液を塗布してもよい。また、粒子を含む塗布液を塗布し、その後、粒子を含み、かつ先に塗布した塗布液とは、含有する粒子の種類や含有量が異なる塗布液を塗布してもよい。
複数の塗布液を順次塗布する場合、複数の塗布液のうちの1つの塗布液を塗布した後、形成された塗膜の上に次の塗布液をそのまま塗布してもよく、次の塗布液を塗布する前に、該塗膜の乾燥を行ってもよい。このときの乾燥は、塗膜中の液状媒体が完全に除去されるように行ってもよく、塗膜中に液状媒体が残存するように行ってもよい。
ガラス基板3をフロート法で製造した場合、膜5を生成する面は、溶融スズに接した面(B面)でもよいし、反対側の面(T面)でもよい。
ただし、一般的に、B面はT面にくらべて化学強化においてKイオンによる置換が起こりにくく、化学強化され難いため、膜5を生成する面は、T面にするのが好ましい場合がある。
未強化ガラス基板に塗布液を塗布し、膜5を形成した後の乾燥は、加熱により行ってもよく、加熱せずに自然乾燥や風乾等により行ってもよい。
加熱して乾燥する場合は、塗布液を未強化ガラス基板に塗布する際に、未強化ガラス基板を加熱することによって、塗布と加熱を同時に行ってもよく、塗布液を未強化ガラス基板に塗布した後、塗膜を加熱してもよい。
乾燥温度の下限は、特に限定されない。自然乾燥であってもシラン前駆体の重合は、ある程度進むため、時間に何らの制約もないのであれば、乾燥温度を室温付近の温度に設定することも理論上は可能である。
充分な乾燥条件が確保できる点から、乾燥温度は、25℃以上が好ましく、30℃以上がより好ましい。
化学強化の効率の点では、乾燥温度は、25~400℃が好ましく、30~400℃が特に好ましい。
乾燥時間は、乾燥温度によっても異なるが、典型的には0.5~30分間程度であり、1~5分間が好ましい。
塗布により未強化ガラス基板に膜5が形成された後に、未強化ガラス基板を化学強化する。これにより、未強化ガラス基板がガラス基板3となって膜付きガラス基板1が得られる。
例えば未強化ガラス基板がNa2Oを含有するものである場合の例として、加熱された硝酸カリウム(KNO3)溶融塩に、膜5が形成された未強化ガラス基板を浸漬する方法が挙げられる。該方法では、未強化ガラス基板表層のNaイオンと、溶融塩中のKイオンとが交換され、表面圧縮応力が生じるとともに圧縮応力層17、19が形成される。KNO3溶融塩は、KNO3以外に、例えばNaNO3を5%程度含有するものであってもよい。
化学強化が終了すると、ガラス基板3と膜5とを備える膜付きガラス基板1が得られる。
以上説明した、本発明の膜付きガラス基板1は、式(1)で表される、圧縮応力層17、19のカリウム含有率の差の比(主面間のK量差の比)が-0.027~0.027であるため、主面21と主面23の圧縮応力層17、19の深さおよび圧縮応力値の差が小さい。よって、膜5の形成後に化学強化を行う場合であっても、ガラス基板3の反りが抑制される。
そのため、膜5の形成後に化学強化を行う場合であっても、ガラス基板3の反りが抑制される。
また、本発明では、塗布液を塗布、乾燥させたのちに化学強化を行うため、化学強化の際に塗布液が強化液により加熱されて膜5を熱硬化する。
そのため、塗布液の焼成を必ずしも行わなくてもよく、生産性に優れる。
本発明では、シリカ前駆体(B)として、入手が容易な上記のトリアルコキシシランを用いるので、生産性に優れる。
本発明の物品は、前述の膜付きガラス基板1を備える。
本発明の物品は、膜付きガラス基板1からなるものでもよく、膜付きガラス基板1以外の他の部材をさらに備えるものでもよい。また、ガラス基板3の一部に膜5を備えるものでもよい。
本発明の物品の例としては、膜付きガラス基板1の用途として挙げたもの、それらのいずれか一種以上を備える装置、等が挙げられる。
装置としては、例えば膜5が防眩膜(低反射性を有してもよく有しなくてもよい)または低反射膜である場合の例として、太陽電池モジュール、表示装置、照明装置等が挙げられる。
表示装置の例としては、携帯電話、スマートフォン、タブレット、カーナビゲーション等が挙げられる。
照明装置の例としては、有機EL(エレクトロルミネッセンス)照明装置、LED(発光ダイオード)照明装置等が挙げられる。
以下の各例のうち、例1~4は、実施例であり、例5~7は、比較例である。
まず、各例に対する測定および評価方法を以下に示す。
膜5中のK量は、膜中のKをat%基準で測定する。膜5をカミソリでガラス基板3から切り離し、Cテープ(JCAA D O29規格品)に張り付けた後に導電性付与のためにCコートをした。そして、SEM-EDX(SEMは日立ハイテクノロジー社製SU-6600、EDXはThermo scientific社製 Noran System 6)を用いて、加速電圧15kVにて、スタンダードレスで、全酸化物としてK量を定量した。
主面のK量は、以下のようにカウント数から求めた。まず試料をエポキシ樹脂に包埋し、研磨により断面試料を得た。この断面のガラス部分をEPMA(JEOL社製JXA-8500F)にて測定を行った。加速電圧を15kV、試料電流30nAとし、1μmピッチで線分析を行った。分光結晶はPETHを用い1000msec/pointでKのX線強度を測定した。
各試料、各面の得られたKのカウント数のプロファイルの「表面から40μmまで積算した値」から、「40μmから80μmまで積算した値」を差し引いた値(COUNT・μm)を算出した。測定はn=3で実施し、平均値をK量とした。これは、作製するガラスの圧縮応力層17、19の深さの目標値から勘案し、計算上誤差が問題ないレベルまでK量が飽和する深さを40μmとしたためである。
主面間のK量差の比は式(1)を用いて算出した。
化学強化後の反り量は、Nidek社製斜入射干渉法フラットネステスターFT-17を用いて測定した。100mm角サンプルの中央60mm角範囲を測定し、測定結果を90mm角サイズに換算した値を反り量とした。
また、90mm角サイズ当たりの反り量が100μmを超え、FT-17での測定が困難である場合はスキマゲージを用いて測定した。この場合、定盤に凸面が下となるように100mm角サンプルを置き、4隅よりJIS規格品の0.05mm厚の、スキマゲージを用いて、90mm角サイズ当たりの反り量を測定した。
なお、反りの向きは、主面21側に凸の場合は正とし、凹の場合を負とした。
指跡測定は目視によって行った。膜5を塗布した後、ガラスのエッジを手袋をした手で持って取り扱う。その手が触れる場所を観察した。
膜付きガラス基板のヘイズ率(Hz、%)は、ヘイズメーター(村上色彩技術研究所製HR-100型)を用いて、JIS K7136:2000に規定されている方法に従って測定した。
膜付きガラス基板の膜5を有する表面の光沢度として60゜鏡面光沢度(60゜Gloss、%)を測定した。60゜鏡面光沢度は、JIS Z8741:1997の60゜鏡面光沢度に規定されている方法で、光沢度計(コニカミノルタ社製、MULTI GLOSS 268Plus)を用い、膜付きガラス基板の裏面反射は消さず、防眩層のほぼ中央部で測定した。
Clarityの測定は、日本電色工業株式会社製変角光度計、GC5000Lを用いて、以下の手順で行った。まず、膜付きガラス基板の第一主面側から、膜付きガラス基板の厚さ方向と平行な方向を角度θ=0゜としたときに、角度θ=0゜±0.5゜の方向(以下、「角度0°の方向」ともいう)に、第1の光を照射した。第1の光は、膜付きガラス基板を透過する。第二主面からの透過光を受光し、その輝度を測定して、「0゜透過光の輝度」とした。
次に、第二主面から出射された光を受光する角度θを、-30゜~30゜の範囲で変化させ、同様の操作を実施した。これにより、膜付きガラス基板を透過して、第二主面から出射される光の輝度分布を測定して合計し、「全透過光の輝度」とした。
次に、以下の式(3)から、Clarity(解像度指標値C)を算定した。
Clarity(解像度指標値C)=
1-{(全透過光の輝度-0゜透過光の輝度)/(全透過光の輝度)}・・・式(3)
このClarity(解像度指標値C)は、観察者の目視による解像性の判断結果と相関し、人の視感に近い挙動を示すことが確認されている。例えば、解像度指標値Cが小さな(0に近い)値を示す膜付きガラス基板は解像性が劣り、逆に解像度指標値Cが大きな値を示す膜付きガラス基板は、良好な解像性を有する。従って、この解像度指標値Cは、膜付きガラス基板の解像性を判断する際の定量的指標として、使用することができる。
Diffusionの測定は、日本電色工業株式会社製変角光度計、GC5000Lを用いて、以下の手順で行った。
膜付きガラス基板の第一主面側から、膜付きガラス基板の厚さ方向と平行な方向を角度θ=0゜としたときに、角度θ=-45゜±0.5゜の方向(以下、「角度-45°の方向」ともいう)に、第1の光を照射する。第1の光は、膜付きガラス基板に反射される。第一主面から角度45°の方向に反射された45゜反射光を受光し、その輝度を測定して、「45゜反射光の輝度」とする。
次に、第一主面から出射された光を受光する角度θを、5゜~85゜の範囲で変化させ、同様の操作を実施する。これにより、膜付きガラス基板を透過して、第二主面から出射される光の輝度分布を測定して合計し、「全反射光の輝度」とする。
次に、以下の式(4)から、Diffusion(防眩性指標値D)を算定する。
Diffusion(防眩性指標値D)=
{(全反射光の輝度-45゜反射光の輝度)/(全反射光の輝度)}・・・式(4)
このDiffusion(防眩性指標値D)は、観察者の目視による防眩性の判断結果と相関し、人の視感に近い挙動を示すことが確認されている。例えば、防眩性指標値Dが小さな(0に近い)値を示す膜付きガラス基板は防眩性が劣り、逆に防眩性指標値Dが大きな値を示す膜付きガラス基板は、良好な防眩性を有する。従って、この防眩性指標値Dは、膜付きガラス基板の防眩性を判断する際の定量的指標として、使用することができる。
液晶ディスプレイ(i-Phone4、アップルインコーポレイテッド社製、ピクセル密度326ppi)の表示面の上に膜付きガラス基板を、凹凸を有する表面が上になるように置き、アイシステム社製アイスケールISC-Aを用いてぎらつき指標値Sを測定した。
JIS K5600-5-4:1999に準拠し実施した。
評価は、膜5を有する表面において実施した。なお、鉛筆によって生じる傷の有無は、反射を目視で確認することで判定した。
防眩膜の表面粗さは、表面粗さ計(東京精密社製、サーフコム(登録商標)1500DX)を用い、JIS B0601:2001に記載された方法によって、Raを測定した。
以上が測定および評価方法の説明である。
次に、各例の製造条件について説明する。
(ガラス基板)
未強化ガラス基板として、酸化物基準のモル百分率表示で、SiO2を64.4%、Al2O3を8.0%、Na2Oを12.5%、K2Oを4.0%、MgOを10.5%、CaOを0.1%、SrOを0.1%、BaOを0.1%、およびZrO2を0.5%含むガラス基板(サイズ:100mm×100mm、厚さ:1.1mm)を準備した。
まず、以下の原料を用意した。
シリカ前駆体(A):
テトラエトキシシラン(TEOS)
シリカ前駆体(B):
プロピルトリメトキシシラン(PTMS)、信越シリコーン社製KBM3033
溶媒:
エタノール系有機溶媒、日本アルコール販売社製「ソルミックス(登録商標)」AP-11
シリカ前駆体(A)(B)以外のSiO2含有物:
SLV液(AGCエスアイテック社製鱗片状シリカ粒子サンラブリーLFS HN150を解砕し、水に分散させた分散液)。SLV液中の鱗片状シリカ粒子の平均粒子径:175nm、平均アスペクト比(平均粒子径/平均厚み):80、鱗片状シリカ粒子(SiO2換算濃度5質量%)。
まず、AP-11を78.1g用意し、マグネチックスターラーを用いて撹拌しながら、シリカ前駆体(A)0.0113mol(SiO2換算質量0.68g)とシリカ前駆体(B)0.0453mol(SiO2換算質量2.72g)を添加した。
シリカ前駆体(B)[mol]/(シリカ前駆体(A)[mol]+シリカ前駆体(B))=0.0453mol/(0.0453mol+0.0113mol)=0.80となった。実施例では、この値をPTMS含有比とも呼ぶ。
さらに、SLV液を12g添加し、25℃にて30分間混合した。
続いて、60質量%硝酸水溶液を0.12g添加し、60℃にて60分間混合した。
シリカ前駆体液中の鱗片状シリカ粒子のSiO2換算濃度は、100×(SLV液質量12g/シリカ前駆体液総質量100g)×0.05(SiO2換算濃度5質量%)=0.60質量%であった。
シリカ前駆体液中のシリカ前駆体(A)(B)の合計のSiO2換算濃度は、100×(シリカ前駆体(A)質量0.68g+シリカ前駆体(B)質量2.72g)/シリカ前駆体液総質量100g=3.40質量%であった。
シリカ前駆体液中の酸化物固形分は、鱗片状シリカ粒子とシリカ前駆体(A)(B)のみである。よって、塗布液中の酸化物換算固形分に対する、シリカ前駆体(A)(B)の合計のSiO2換算濃度は、100×3.40/(0.60+3.40)=85質量%であり、50質量%以上であった。また、酸化物固形分の濃度はSiO2換算で0.60+3.40=4.00質量%であった。
このシリカ前駆体液を、AP-11で、酸化物固形分の濃度がSiO2換算で1.00質量%となるように希釈したものを、塗布液とした。
静電塗装ガンを備える静電塗装装置(液体静電コーター、旭サナック社製)を用意した。静電塗装ガンとしては、回転霧化式自動静電ガン(旭サナック社製、サンベル、ESA120、カップ径70mm)を使用した。ガラス基板の接地をより取りやすくするために、導電性基板として金属メッシュトレイを用意した。
静電塗装装置のコーティングブース内の温度を25±1℃の範囲内、湿度を50%±10%の範囲内に調節した。
静電塗装装置のチェーンコンベア上に、あらかじめ30℃±3℃に加熱しておいた洗浄済みの未強化ガラス基板を、導電性基板を介して置いた。チェーンコンベアで等速搬送しながら、ガラス基板3の主面21に、静電塗装法によって、25±1℃の範囲内の温度の塗布液を塗布した後、大気中で、450℃で30分間乾燥させて膜5を形成した。塗布液の塗布条件は、コート液量29mL/分、カップ回転数35krpm、ノズル高さ245mm、電圧60kV、塗布回数4回、シェーブエアは圧力0.07MPaとした。ここで、コート液量は静電塗装ガンへの塗布液の供給量を示す。カップ回転数は回転霧化頭の回転速度を示す。ノズル高さは静電塗装ガンのノズル先端(塗料組成物の噴霧方向における回転霧化頭の前端)から未強化ガラス基板までの距離を示す。電圧は静電塗装ガンに印加した電圧を示す。塗布回数は、未強化ガラス基板の搬送回数、すなわちガラス基板3に静電塗装ガンの下を通過させて塗料組成物を塗布した回数を示す。シェーブエアは、未強化ガラス基板を筒型に囲むように上下方向に吹き付けて、塗布液が塗布範囲外へ飛散するのを防ぐガスであり、圧力はそのガス圧である。
静電塗装後の未強化ガラス基板を、純水中で超音波洗浄処理し、風乾し、予熱炉にて420℃で120分間処理し、その後、KNO3溶融浴中に420℃で150分間浸漬した。処理後、ガラス基板を取り出して室温下で60分間冷却し、純水中で超音波洗浄処理、風乾して膜付きガラス基板1を得た。
PTMS含有比を0.6に変更した以外は、例1と同様にして、膜付きガラス基板1を得た。
〔例3〕
PTMS含有比を0.4に変更した以外は、例1と同様にして、膜付きガラス基板1を得た。
〔例4〕
PTMS含有比を1.0(TEOSを0%)に変更した以外は、例1と同様にして、膜付きガラス基板1を得た。
〔例5〕
PTMS含有比を0.2に変更した以外は、例1と同様にして、膜付きガラス基板1を得た。
〔例6〕
PTMS含有比を0(TEOSを100%)に変更した以外は、例1と同様にして、膜付きガラス基板1を得た。
〔例7〕
膜5を生成しなかったこと以外は、例1と同様にして、ガラス基板を得た。
以上が、各例の製造条件である。
また、PTMSの好ましい含有比は0.4~0.8であることも分かった。
本出願は、2017年4月28日出願の日本特許出願2017-089543に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Claims (8)
- それぞれ圧縮応力層を有する2つの主面を備えたガラス基板と、
前記ガラス基板の一方の前記主面に設けられ、Kを1at%以上含有する膜と、を備え、
前記膜は防眩膜であり、
前記膜の屈折率は1.23~1.47であり、
前記膜の表面における60°鏡面光沢度が130%以下であり、
前記膜の表面の算術平均粗さRaが0.01~1μmであり、
前記膜は、シリカ前駆体(A)の加水分解縮合物及びシリカ前駆体(B)の加水分解縮合物を、以下の式(2)を満たす割合で骨格中に含み、
シリカ前駆体(B)[mol]/(シリカ前駆体(A)[mol]+シリカ前駆体(B)[mol])≧0.3…式(2)
ここで、前記シリカ前駆体(A)は、炭素数が3以上、10以下のアルキル基を有するトリアルコキシシランを除くシラン化合物、および/または、その加水分解縮合物からなり、前記シリカ前駆体(B)は、炭素数が3以上、10以下のアルキル基を有するトリアルコキシシラン、及び/又は、その加水分解縮合物からなり、
前記2つの主面は、以下の式(1)で表される主面間の圧縮応力層のK量差の比が-0.027~0.027であることを特徴とする膜付きガラス基板。
主面間の圧縮応力層のK量差の比=(第一主面のK量-第二主面のK量)/{(第一主面のK量+第二主面のK量)/2}…式(1)
ここで、第一主面とは、前記膜が設けられた側の前記主面を意味し、第二主面とは、前記膜が設けられていない側の前記主面を意味する。K量とは、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)を用いて、圧縮応力層を含む一定厚さの層の厚さ方向のKのカウント数を積算した値から、圧縮応力層を含む一定厚さの層と同じ厚さで、圧縮応力層が形成されていない部分のKのカウント数を積算した値を差し引いた値を意味する。 - 前記2つの主面は、前記式(1)で表される主面間の圧縮応力層のK量差の比が-0.02~0.02である請求項1に記載の膜付きガラス基板。
- 前記膜は、シリカ系マトリクスを含み、前記シリカ系マトリクスは、シリカがマトリクス中に50質量%以上含まれる請求項1または2に記載の膜付きガラス基板。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の膜付きガラス基板を備える物品。
- 2つの主面を有するガラス基板の一方の面に塗布液を静電塗装によって塗布する工程と、前記塗布液を塗布した前記ガラス基板を化学強化して膜付きガラス基板を得る工程とを含む、膜付きガラス基板の製造方法において、
前記塗布液は、炭素数が3以上、10以下のアルキル基を有するトリアルコキシシランを除くシラン化合物、および/または、その加水分解縮合物からなるシリカ前駆体(A)と、炭素数が3以上、10以下のアルキル基を有するトリアルコキシシラン、および/または、その加水分解縮合物からなるシリカ前駆体(B)を、以下の式(2)を満たす割合で含み、かつ、前記シリカ前駆体(A)と前記シリカ前駆体(B)の含有量の合計がSiO2換算濃度で、前記塗布液中の酸化物換算固形分に対して50質量%以上であることを特徴とする膜付きガラス基板の製造方法。シリカ前駆体(B)[mol]/(シリカ前駆体(A)[mol]+シリカ前駆体(B)[mol])≧0.3…式(2) - 前記シリカ前駆体(A)は、テトラアルコキシシラン、および/または、その加水分解縮合物である請求項5に記載の膜付きガラス基板の製造方法。
- 前記シリカ前駆体(A)は、
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、およびそれらの加水分解縮合物から選ばれる少なくとも一種である請求項6に記載の膜付きガラス基板の製造方法。 - 前記シリカ前駆体(B)は、
プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、およびそれらの加水分解縮合物の内の少なくとも一種である請求項5から7のいずれか一項に記載の膜付きガラス基板の製造方法。
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