TWI500585B - A cover glass for a display, and a method for manufacturing a covered glass for a display - Google Patents

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Description

顯示器用覆蓋玻璃、顯示器用覆蓋玻璃之製造方法
本發明係關於一種於行動電話、個人數位助理(PDA,Personal Digital Assistant)等移動設備等顯示器裝置、顯示器裝置之覆蓋玻璃等中較適宜之顯示器用覆蓋玻璃玻璃及該顯示器用覆蓋玻璃之製造方法。
近年來,於行動電話或個人數位助理(PDA)等平板顯示器裝置中,為提高顯示器之保護或美觀,將較薄之板狀覆蓋玻璃配置於顯示器之前表面以形成比圖像顯示部分更廣之區域。對此種平板顯示器裝置要求輕量及薄型化,因此,亦要求使用於顯示器保護用之覆蓋玻璃變薄。
然而,若使覆蓋玻璃之厚度變薄,則會有如下問題:會有強度降低,由於使用中或攜帶中之掉落等引起覆蓋玻璃自身破裂之情況,無法實現原本之保護顯示器裝置之效果。
因此,先前之覆蓋玻璃藉由對玻璃板進行化學強化而於表面形成壓縮應力層,提高覆蓋玻璃之耐劃傷性(專利文獻1)。為提高玻璃基板之機械強度,必需對玻璃表面賦予較大之壓縮應力(專利文獻2)。又,提出有為提高機械強度而加深壓縮應力層之想法(專利文獻3)。
另一方面,於專利文獻4中,記載有為提高玻璃之切割性,於離子交換後,於比初始浸漬處理溫度更高之溫度下進行浸漬處理,之後進行熱處理之化學強化玻璃之製造方 法。又,於專利文獻5中,記載有為提高玻璃之切割性,於離子交換後,保持為比初始浸漬處理溫度更高之溫度之方法。
又,於專利文獻6中,記載有一種離子交換強化方法,其特徵在於:進行離子交換處理而於玻璃表面層形成表面壓縮應力層,以480~600℃之溫度對玻璃實施加熱處理,使壓縮應力層自玻璃表面移動至內部後,對玻璃進行離子交換而於玻璃表面層形成壓縮應力層。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1:日本專利特開2011-105598號公報
專利文獻2:日本專利特開2008-115071號公報
專利文獻3:日本專利特開2002-174810號公報
專利文獻4:日本專利第4289931號公報
專利文獻5:日本專利第4289927號公報
專利文獻6:日本專利特開昭54-83923號公報
由於平板顯示器裝置隨身攜帶,故而可認為覆蓋玻璃破損之情形多為以由於掉落導致石頭等撞擊玻璃面,因其壓入而進入之裂痕為起點而破損之情況。即,雖稱為覆蓋玻璃之強度,但相比彎曲強度更需要對壓入之較高之耐受性。
實際上,於使用者不慎掉落平板顯示器裝置之情形等對 覆蓋玻璃施加衝擊之時,即便為經化學強化之覆蓋玻璃,亦會有玻璃以穿透壓縮應力層之損傷為起點,產生以相對緩慢之速度破裂之慢速裂痕之情況(以下將此種玻璃之破裂方式稱作慢速裂痕破裂)。
與所謂之邊緣破裂及下述之蛛網型破裂等相比,慢速裂痕破裂由於更低荷重或自更低位置掉落而產生,就該方面而言,其與先前之問題顯著不同。
由於慢速裂痕破裂破壞起點產生於超出壓縮應力層之區域(損傷之深度具有典型性的是數十~數百微米,化學強化產生之壓縮應力層為數~數十微米),故而必需開發對慢速裂痕破裂具有較強之機械特性之覆蓋玻璃。
又,為防止於損傷進入深於壓縮應力層之位置中時玻璃變得粉碎,需要對慢速裂痕破裂具有較強之機械特性,並且對損傷之強度(以下亦稱作損傷強度)亦優異之覆蓋玻璃。
本發明者等人發現,如專利文獻2及3所記載般,若增大壓縮應力,增大壓縮應力深度,則容易產生慢速裂痕破裂。
另一方面,於專利文獻4及專利文獻5所記載之方法中,存在如下問題:雖可加深壓縮應力深度,但由於表面之壓縮應力變小,故而損傷強度變低。又,於專利文獻6所記載之方法中,由於熱處理之溫度比覆蓋玻璃所使用之玻璃之轉移點高,玻璃由於熱處理而鬆弛,故而於防止應力鬆弛之方面並不充分。
因此,本發明提供一種即便壓縮應力較大且壓縮應力深度較深,對慢速裂痕破裂之耐受性亦較高,且損傷強度較強之顯示器用覆蓋玻璃。
即,本發明如下。
1.一種顯示器用覆蓋玻璃,其壓縮應力深度(DOL,Depth of Exchange Layer)為30μm以上,表面壓縮應力(CS,Compress Stress)為300MPa以上,壓縮應力為表面壓縮應力之半值之位置(HW,headway,頂部空間)為與玻璃表面相距8μm以上之位置,且壓縮應力深度(DOL)及壓縮應力為表面壓縮應力(CS)之半值之位置(HW)之比(HW/DOL)滿足下述式(I):式(I) 0.05≦HW/DOL≦0.23。
如前項1之顯示器用覆蓋玻璃,其中壓縮應力深度(DOL)為75μm以下。
如前項1之顯示器用覆蓋玻璃,其中板厚為1.2mm以下。
如前項1之顯示器用覆蓋玻璃,其中板厚為1.0mm以下;且表面壓縮應力(CS)、壓縮應力深度(DOL)以及藉由下述砂紙落球試驗所測定的慢速裂痕破裂高度(H)滿足下述式(II):式(II) CS×DOL×H≧656MPa.mm.cm;砂紙落球試驗:準備切割成尺寸為50mm×50mm之化學強化玻璃15片,將15片玻璃依序配置於包含花崗岩之基台上,並於使玻璃之上表面與P30(JIS R6252:2006年)之砂紙之摩擦面接觸之狀態下,使直徑為0.75英吋、4克之包含不鏽鋼之球體自上方掉落,算出破壞時之落球高度之簡單平均值而得的平均破壞高度,並將上述平均破壞高度作為慢速裂痕破裂高度(H)。
如前項1至4中任一項之顯示器用覆蓋玻璃,其中包含根據以莫耳%表示之組成為50%~80%之SiO2 、2%~25%之Al2 O3 、0%~10%之Li2 O、0%~18%之Na2 O、0%~10%之K2 O、0%~15%之MgO、0%~5%之CaO及0%~5%之ZrO2
如前項1至4中任一項之顯示器用覆蓋玻璃,其中包含根據以莫耳%表示之組成為50%~74%之SiO2 、1%~10%之Al2 O3 、6%~14%之Na2 O、3%~11%之K2 O、2%~15%之 MgO、0%~6%之CaO及0%~5%之ZrO2 ;且SiO2 及Al2 O3 之含量之合計為75%以下,Na2 O及K2 O之含量之合計為12~25%、MgO及CaO之含量之合計為7~15%。
如前項1至4中任一項之顯示器用覆蓋玻璃,其中含有根據以莫耳%表示之組成為68%~80%之SiO2 、4%~10%之Al2 O3 、5%~15%之Na2 O、0%~1%之K2 O、4%~15%之MgO及0%~1%之ZrO2 。8.一種顯示器用覆蓋玻璃之製造方法,其依序包含以下之步驟(1)~(3),該顯示器用覆蓋玻璃之壓縮應力深度(DOL)為30μm以上且表面壓縮應力(CS)為300MPa以上:(1)第1化學強化步驟,其藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面形成壓縮應力層;(2)加熱步驟,其以比玻璃轉移點低50℃以上之溫度對玻璃進行加熱處理;(3)第2化學強化步驟,其藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面進而形成壓縮應力層。
如前項8之顯示器用覆蓋玻璃之製造方法,其中步驟(1)及(3)中之離子交換處理為比玻璃轉移點低50℃以上之溫度下之處理。
如前項8或9之顯示器用覆蓋玻璃之製造方法,其中所獲得之顯示器用覆蓋玻璃之壓縮應力深度(DOL)及壓縮應力為表面壓縮應力(CS)之半值之位置(HW)之比(HW/DOL)滿足下述式(I),且壓縮應力為表面壓縮應力(CS)之半值之位置(HW)為與玻璃表面相距8μm以上之位置:式(I) 0.05≦HW/DOL≦0.23。
本發明之顯示器用覆蓋玻璃即便於表面壓縮應力較高且壓縮應力深度較深之情形時,亦顯示較高之對慢速裂痕破裂之耐受性,並且具有優異之損傷強度。
即,本發明之顯示器用覆蓋玻璃為耐慢速裂痕破裂及損傷強度較強之玻璃。
1.慢速裂痕破裂
本發明之顯示器用覆蓋玻璃對慢速裂痕破裂顯示較高之耐受性。以於掉落平板顯示器裝置時產生之慢速裂痕破裂作為具體例對慢速裂痕破裂之機制進行說明。
圖1係表示於平板顯示器裝置掉落時於覆蓋玻璃中產生 慢速裂痕破裂之情況之模式圖,圖2係模式性地表示產生慢速裂痕破裂之機制之圖。又,圖3(a)係表示已產生慢速裂痕破裂之附帶觸摸感測器功能之平板PC照片之圖,圖3(b)係表示自上方觀察破壞起點而得之放大照片之圖,圖3(c)係表示自側面觀察破壞起點而得之照片之圖。
平板顯示器裝置以包圍圖像顯示部之方式設置有大致矩形之框架,覆蓋玻璃於框架上受到支撐。如圖1所示,若附帶觸摸感測器功能之平板PC1掉落至地面(瀝青、混凝土等)上而以覆蓋玻璃2朝下之狀態與瀝青、混凝土3中之小石4上之砂5等接觸,則壓縮應力作用於破壞起點O,拉伸應力作用於覆蓋玻璃之圖像顯示部側[圖2(a)]。繼而,拉伸應力作用於破壞起點O,裂痕C延伸,從而覆蓋玻璃2破裂[圖2(b)]。
再者,破壞起點亦有產生於覆蓋玻璃之中央部之情況,覆蓋玻璃之彎曲由於框架而受到約束,產生於破壞起點之應力變大,故而產生於受框架支撐之區域之一部分的情況較多。此種覆蓋玻璃2之破裂並不限於掉落至地面之情形,亦產生於掉落至會議室、客廳或廚房等之地板之情形。
此時之覆蓋玻璃2之破裂如圖3(c)之斷裂面所示般,深於壓縮應力層之深度之損傷成為破壞起點。於圖3(a)及圖3(b)中,一條裂痕自破壞起點延伸導致覆蓋玻璃破裂成兩半。若進而觀察該圖3(c)所示之斷裂面,則於深於壓縮應力層之深度之破壞起點之周圍,發現如鏡子般平滑之鏡面 半徑(mirror radius)較長之鏡面(mirror)。
圖4係模式性地表示圖3(c)之斷裂面之圖。於斷裂面中反映了破壞之過程,即破壞起點、破壞之進行方向、破壞是緩慢地進行或急速地進行等主要因素。根據該慢速裂痕破裂之斷裂面分析,鏡面半徑較長之鏡面意味著破壞因較小之應力而進行,且此種平滑之斷裂面意味著裂痕以比音速慢得多之速度緩慢成長。
因此,根據圖3(c)之斷裂面可知,於覆蓋玻璃中形成深於壓縮應力層之深度之起點後,裂痕緩慢成長,破壞以較小之應力進行。由於此種慢速裂痕破裂而破裂之覆蓋玻璃破裂碎片達到數片至(視情形)數十片。
典型而言為2片至20片,圖3(a)及(b)所示之一條裂痕自破壞起點延伸導致覆蓋玻璃破裂成兩半之例係慢速裂痕破裂之象徵性之例。
更微觀而言,是否產生慢速裂痕破裂係以如下方式進行判斷。首先,若非破壞起點明確者則無法稱為慢速裂痕破裂。又,對該破壞起點附近進行觀察而確認到穿透壓縮應力層般之損傷,即深於壓縮應力層深度(所謂之DOL)之損傷為破壞起點之情形為慢速裂痕破裂。又,鏡面半徑較長,破裂面斷裂面為鏡面且未確認到霧面或針狀之情形為慢速裂痕破裂。
繼而,為與慢速裂痕破裂進行對比,對並非慢速裂痕破裂之覆蓋玻璃之破裂方式(以下亦稱作非慢速裂痕破裂)進行說明。作為非慢速裂痕破裂,對將努氏壓頭壓入玻璃表 面而產生之覆蓋玻璃之破裂進行說明。圖5係表示自側面觀察由非慢速裂痕破裂引起之覆蓋玻璃之破壞起點而得的照片之圖,圖6係模式性地表示圖5之斷裂面之圖。
若對該非慢速裂痕破裂之斷裂面進行觀察,則於壓縮應力層內形成有破壞起點,於周圍發現如鏡子般平滑之鏡面半徑較短之鏡面,進而於鏡面之周圍存在霧面(mist)。根據該非慢速裂痕破裂之斷裂面分析,鏡面半徑較短之鏡面意味著破壞由於較大之應力而進行,霧面意味著裂痕急速成長。
因此,根據圖5之斷裂面可知,於覆蓋玻璃中形成比壓縮應力層之深度淺之破壞起點後,破壞於較大之應力下進行,裂痕急速地成長。若產生非慢速裂痕破裂,則如圖7所示,覆蓋玻璃由於蛛網狀地延伸之複數條裂痕而成為複數片(20片以上)玻璃片(以下亦將此種破裂方式稱作蛛網型破裂)。如此可知,慢速裂痕破裂及非慢速裂痕破裂係以完全不同之模式而產生破壞。
關於非慢速裂痕破裂,由於破壞起點產生於壓縮應力層內,故而為防止該情況,有效的是增大表面壓縮應力或加深壓縮應力層。然而,關於慢速裂痕破裂,由於破壞起點產生於超出壓縮應力層之區域,即拉伸應力層(損傷之深度具有典型性的是數十~數百微米,且化學強化產生之壓縮應力層為數~數十微米),故而於容易產生慢速裂痕破裂之附帶觸摸感測器功能之平板PC用覆蓋玻璃中,必需選擇對慢速裂痕破裂亦具有較強之機械特性之覆蓋玻璃。
因此,本發明者等人發現以下說明之砂紙落球試驗作為用以再現該慢速裂痕破裂之方法。而且,根據該砂紙落球試驗求出閾值,將閾值以上之覆蓋玻璃作為附帶觸摸感測器功能之平板PC用覆蓋玻璃,藉此可提供薄型化、且耐慢速裂痕破裂之附帶觸摸感測器功能之平板PC用覆蓋玻璃。
如圖8所示,砂紙落球試驗係將於表面形成有壓縮應力層之化學強化玻璃10配置於基台11上,使化學強化玻璃10與包含壓縮應力層之深度以上之大小之研磨材的砂紙12之摩擦面12a接觸,並使鐵球等球體13自上方掉落者。
此時,砂紙12較佳為配置於化學強化玻璃10之上方,化學強化玻璃10之上表面10a與砂紙12之摩擦面12a接觸,且球體13掉落至砂紙12之與摩擦面12a為相反側之面12b上。
作為基台11,較佳為由如花崗岩般之較硬之石頭形成。藉此,與容易產生成為破壞起點之損傷之由框架支撐之覆蓋玻璃的區域相同地,可排除應力之退避場所。但是,基台11之材質可根據目的變更彈性模數或彎曲度,可適當選擇直材、玻璃、中央挖空之框架等。
本發明中之砂紙不限於研磨紙(摩擦紙,JIS(Japanese Industrial Standards,日本工業標準)R6252:2006年),包含藉由接著劑將研磨材塗裝於基材上而成者,或與此相當者,例如包含研磨布(JIS R6251:2006年)、耐水研磨紙(JIS R6253:2006年)等。
砂紙12中,對應於所含之研磨材之粒度存在P12~P2500號(JIS R6252:2006年)。研磨材較典型的為氧化鋁、碳化 矽。若假定瀝青、混凝土中所含之砂之粒徑為0.06 mm~1 mm,則作為砂紙12中所含之研磨材之粒度,P30~P600大致與此對應。
例如,若假定壓縮應力層之深度為30 μm,則作為包含大於壓縮應力層之深度之研磨材之砂紙,選擇P30(D3 :710 μm)、P100(D3 :180 μm)、P320(d3 :66.8 μm)、P600(d3 :43.0 μm)等之砂紙。
球體13之材質或重量可根據目的進行變更,典型而言使用不鏽鋼製之4~150 g之不鏽鋼球。
如此,於配置於基台11上之化學強化玻璃10中,藉由使球體13掉落,化學強化玻璃10中由於砂紙12中所含之研磨材而於深於上表面10a側之壓縮應力層處產生破壞起點O。
此時,壓縮應力作用於破壞起點O,拉伸應力作用於其周圍[圖9(a)]。繼而,拉伸應力作用於破壞起點O,裂痕C延伸,從而覆蓋玻璃破裂[圖9(b)]。即,雖然破壞起點之面存在上表面與下表面之區別,但以與圖2(a)及(b)中說明之慢速裂痕破裂相同之機制產生破裂。
圖10(a)係表示於將化學強化玻璃10配置於包含花崗岩之基台上,使化學強化玻璃10之上表面與P30之砂紙12之摩擦面接觸之狀態下,使直徑為0.75英吋、4 g之包含不鏽鋼之球體13自17 mm之高度掉落而產生慢速裂痕破裂之覆蓋玻璃之照片的圖,圖10(b)係自側面觀察圖10(a)之破壞起點而得之照片之圖。
關於化學強化玻璃可知,一條裂痕延伸導致覆蓋玻璃破 裂成兩半,又,圖10(b)表示與圖3(c)相同之斷裂面,且以與慢速裂痕破裂相同之機制產生破裂。
圖11(a)係P30之砂紙之放大照片,圖11(b)係瀝青、混凝土(採自橫濱)之放大照片,圖11(c)係表示P30之砂紙前端之角度分佈及砂之前端之角度分佈之圖表。
圖11(c)係分別於144個場所觀測砂紙、於149個場所觀測砂,並將砂紙或砂之前端角度示於橫軸,將頻度示於縱軸而得者。於本發明中,由於P30之砂紙中所含之作為研磨材之氧化鋁與瀝青、混凝土中所含之小石等之形狀之近似性而選擇P30之砂紙。
2.顯示器用覆蓋玻璃
本發明之顯示器用覆蓋玻璃其壓縮應力深度(DOL)為30 μm以上,較佳為40 μm以上,更佳為50 μm以上。若壓縮應力深度未達30 μm,則於玻璃之損傷較深之情形時,玻璃容易破裂。壓縮應力深度係於實施例中藉由下述方法進行測定。
本發明之顯示器用覆蓋玻璃之表面壓縮應力(CS)為300 MPa以上,較佳為350 MPa以上,更佳為400 MPa以上。若表面壓縮應力未達300 MPa,則無法保持顯示器用覆蓋玻璃所要求之充分之強度。表面壓縮應力係於實施例中藉由下述方法進行測定。
本發明之顯示器用覆蓋玻璃其壓縮應力為表面壓縮應力之半值之位置(HW)為與玻璃表面相距8 μm以上之位置,較佳為10 μm以上之位置,更佳為12 μm以上之位置。若壓 縮應力為表面壓縮應力之半值之位置(HW)為與玻璃表面相距未達8 μm之位置,則對損傷之強度不充分。壓縮應力為表面壓縮應力之半值之位置係於實施例中藉由下述方法進行測定。
本發明之顯示器用覆蓋玻璃之壓縮應力深度(DOL)及壓縮應力為表面壓縮應力之半值之位置(HW)滿足下述式(I):式(I)0.05≦HW/DOL≦0.23。
使用圖12對表面壓縮應力(CS)、壓縮應力深度(DOL)、及壓縮應力為表面壓縮應力之半值之位置(HW)的關係進行說明。圖12中所示之圖表之橫軸表示自玻璃表面朝向玻璃內部之距離,縱軸為將壓縮應力設為正而得之應力值。負值表示係拉伸應力。
此處,表面壓縮應力(CS)為玻璃表面處之壓縮應力,該值為300 MPa以上。又,壓縮應力深度(DOL)表示自玻璃表面應力壓縮之區域,即於圖12中,應力值自正變負之深度。又,壓縮應力為表面壓縮應力之半值之位置(HW)表示成為表面之壓縮應力之一半之應力值位於玻璃內部之哪個深度。
HW/DOL越低,對損傷之耐受性越不充分,損傷強度越低。又,圖13係具有遵循菲克定律之應力分佈之情形的表面壓縮應力(CS)、壓縮應力深度(DOL)及慢速裂痕破裂高度之關係,若增大壓縮應力深度(DOL),增大表面壓縮應力(CS),則慢速裂痕破裂高度降低,由此,HW/DOL越 高,對慢速裂痕破裂高度之耐受性越降低。
式(I)係表示提高覆蓋玻璃之對慢速裂痕破裂高度之耐受性,且可獲得充分之損傷強度之分佈者。於式(I)中,HW/DOL為0.05以上,較佳為0.08以上,更佳為0.1以上。
若HW/DOL未達0.05,則損傷強度變得不充分,會有損傷於深於壓縮應力層之位置進入玻璃時玻璃破裂之虞。再者,損傷強度可於實施例中藉由下述三點彎曲試驗進行評價。
又,於式(I)中,HW/DOL為0.23以下,較佳為0.21以下。若HW/DOL超過0.23,則容易產生慢速裂痕破裂。
作為將顯示器用覆蓋玻璃之HW/DOL設為0.05以上0.23以下之方法,具體而言,例如,可列舉以下述方式,利用依序包含下述步驟(1)~(3)之方法對玻璃進行處理,且將壓縮應力深度設為30 μm、將表面壓縮應力設為300 MPa以上之方法:(1)第1化學強化步驟,其藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面形成壓縮應力層;(2)加熱步驟,其以比玻璃轉移點低50℃以上之溫度對玻璃進行加熱處理;(3)第2化學強化步驟,其藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面進而形成壓縮應力層。
本發明之顯示器用覆蓋玻璃板厚較佳為1.2 mm以下,更佳為1.0 mm以下,進而較佳為0.8 mm以下,尤佳為0.6 mm以下。
本發明之顯示器用覆蓋玻璃尤其可抑制典型地見於附帶觸摸感測器功能之平板PC用覆蓋玻璃之慢速裂痕破裂之產生,可獲得更大之效果,但並不限於此,亦可用於PDP(Plasma Display Panel,電漿顯示器)、LCD(Liquid Crystal Display,液晶顯示器)、行動電話、個人數位助理、桌上型PC或膝上型PC等平板顯示器裝置。
3.附帶觸摸感測器功能之平板PC用覆蓋玻璃
附帶觸摸感測器功能之平板PC立設使用之情況較多,於使用者不慎將附帶觸摸感測器功能之平板PC顛倒之情形等通常對覆蓋玻璃造成不至破裂之衝擊時,報告有即便為經化學強化之覆蓋玻璃亦產生破裂之情況。可認為該破裂為慢速裂痕破裂。
上述慢速裂痕破裂未成為先前問題,需要更難以產生該情況。又,由於附帶觸摸感測器功能之平板PC與行動電話或個人數位助理相比尺寸較大,故而為輕量化需要使玻璃變得更薄,實際上,作為其覆蓋玻璃,使用有厚度為0.6 mm者。其結果為,於附帶觸摸感測器功能之平板PC中,慢速裂痕破裂之問題變得顯著。
慢速裂痕破裂於附帶觸摸感測器功能之平板PC用覆蓋玻璃中成為顯著問題之原因如下。例如,由於PDP、LCD、桌上型PC、或膝上型PC等係於電視支架或桌上使用者,與產生穿透壓縮應力層之損傷之物質接觸之虞較低,又,對覆蓋玻璃造成產生慢速裂痕破裂之程度之衝擊之虞較小,因此,相對難以產生慢速裂痕破裂。
另一方面,由於行動電話或個人數位助理等係使用者隨身攜帶之物,故而與產生穿透壓縮應力層之損傷之物質接觸之虞較高,又,由於掉落等而造成衝擊之虞較高。
然而,由於行動電話或個人數位助理等尺寸較小,自高處掉落之情況較多,故而於不慎掉落之情形時,主要產生的是以邊緣為起點之衝擊破裂(典型的是玻璃變得粉碎)。因此,於行動電話或個人數位助理等中亦相對難以產生慢速裂痕破裂。
與此相對,於附帶觸摸感測器功能之平板PC中,尺寸為150~350 mm×100~250 mm,且質量為150~1000 g,儘管與行動電話或個人數位助理等相比尺寸較大且質量較重,但仍為使用者隨身攜帶之物。
再者,所謂尺寸,係指顯示器面之面積,所謂尺寸為150~350 mm×100~250 mm,係指縱邊或一邊為150~350 mm,橫邊或另一邊為100~250 mm。
作為使用方法之例,例如有於廚房中立設附帶觸摸感測器功能之平板PC,一面看食譜一面烹調,或於會議室中立設附帶觸摸感測器功能之平板PC,一面看資料一面進行討論等使用方式。
因此,於不慎將附帶觸摸感測器功能之平板PC掉落之情形或顛倒之情形時,附帶觸摸感測器功能之平板PC用覆蓋玻璃與行動電話或個人數位助理相比,由於玻璃之面積較大故而與破壞起點之接觸可能性較高,由於玻璃較薄故而化學強化時之內部拉伸應力較高,由於製品較重故而即便 為自膝蓋上等相對較低之高度掉落之情形,其時產生之衝擊能亦變得較高,因此,容易產生穿透表面壓縮應力層之損傷,容易產生慢速裂痕破裂。
如圖13所示,若增大壓縮應力深度(DOL),增大表面壓縮應力(CS),則慢速裂痕破裂高度降低。因此,藉由降低壓縮應力,且降低表面壓縮應力深度,可提高附帶觸摸感測器功能之平板PC之對慢速裂痕破裂之耐受性。
更具體而言,藉由將表面壓縮應力及壓縮應力深度之積(DOL×CS)之值設為35 MPa.mm以下,較佳為30 MPa.mm以下,更佳為25 MPa.mm以下,而成為對慢速裂痕破裂之耐受性較高之附帶觸摸感測器功能之平板PC。
作為將表面壓縮應力及壓縮應力深度之積(DOL×CS)之值設為35 MPa.mm以下之方法,例如可列舉調整離子交換處理之處理溫度及處理時間之方法、調整熔鹽之方法或調整玻璃組成之方法。
本發明之附帶感測器功能之平板PC用覆蓋玻璃為提高損傷性,進行化學強化時之壓縮應力層之深度為15 μm以上,較佳為20 μm以上,更佳為30 μm以上。又,表面壓縮應力為300 MPa以上,較佳為400 MPa以上,更佳為500 MPa以上。
4.顯示器用覆蓋玻璃之製造方法
於本發明之顯示器用覆蓋玻璃之製造方法中,除化學強化處理步驟以外並無特別限定,只要適當選擇即可,典型而言可應用先前公知之步驟。
例如,將各成分之原料以成為下述組成之方式進行調合,利用玻璃熔融窯進行加熱熔融。藉由起泡、攪拌、澄清劑之添加等使玻璃均質化,藉由先前公知之成形法而成形為特定之厚度之玻璃板並緩慢冷卻。
作為玻璃之成形法,例如可列舉浮式法、壓製法、熔融法及下拉法。尤佳為適於大量生產之浮式法。又,除浮式法以外之連續成形法、即熔融法及下拉法亦較佳。
視需要對成形之玻璃進行研削及研磨處理,並進行化學強化處理後,清洗及乾燥。
(玻璃之組成)
作為供給至化學強化處理之玻璃,使用含有離子半徑較小之鹼性離子(例如離子半徑小於鉀之鹼金屬離子、或小於鈉之鹼金屬離子)之玻璃。就充分賦予表面壓縮應力,並且可於短時間內進入壓縮應力層之厚度之觀點而言,該玻璃之組成較佳為包含SiO2 、Al2 O3 、Na2 O、及MgO,或SiO2 、Al2 O3 、Li2 O、及MgO。
SiO2 為形成玻璃骨架之必需成分。
Na2 O係於離子交換處理中主要藉由經鉀離子取代而對玻璃進行化學強化,並且控制熱膨脹係數,降低玻璃之高溫黏度而提高熔融性或成形性之成分。
Li2 O係於離子交換處理中主要藉由經鈉離子取代而對玻璃進行化學強化,並且控制熱膨脹係數,降低玻璃之高溫黏度而提高熔融性或成形性之成分。
Al2 O3 係具有提高Tg(thermogravity,熱重)、耐候性、楊 氏模數之效果,進而提高玻璃表面之離子交換性能之成分。
MgO係使玻璃難以受損,並且提高玻璃之熔解性之成分。
ZrO2 係提高離子交換速度,並提高玻璃之化學耐久性或硬度之成分,有時較佳為含有該成分。
又,作為供給至化學強化處理之玻璃,例如使用以下組成之玻璃:(i)根據以莫耳%顯示之組成,包含50~80%之SiO2 、2~25%之Al2 O3 、0~10%之Li2 O、0~18%之Na2 O、0~10%之K2 O、0~15%之MgO、0~5%之CaO及0~5%之ZrO2 的玻璃;(ii)以莫耳%顯示之組成為含有50~74%之SiO2 、1~10%之Al2 O3 、6~14%之Na2 O、3~11%之K2 O、2~15%之MgO、0~6%之CaO及0~5%之ZrO2 ,且SiO2 及Al2 O3 之含量之合計為75%以下,Na2 O及K2 O之含量之合計為12~25%、MgO及CaO之含量之合計為7~15%之玻璃;(iii)以莫耳%顯示之組成為含有68~80%之SiO2 、4~10%之Al2 O3 、5~15%之Na2 O、0~1%之K2 O、4~15%之MgO及0~1%之ZrO2 之玻璃;(iv)以莫耳%顯示之組成為含有67~75%之SiO2 、0~4%之Al2 O3 、7~15%之Na2 O、1~9%之K2 O、6~14%之MgO及0~1.5%之ZrO2 ,且SiO2 及Al2 O3 之含量之合計為71~75%,Na2 O及K2 O之含量之合計為12~20%,於含有CaO之情形時其含量未達1%之玻璃; (v)以莫耳%顯示之組成為含有60~75%之SiO2 、5~15%之Al2 O3 、0~12%之MgO、0~3%之CaO、0~3%之ZrO2 、10~20%之Li2 O、0~8%之Na2 O、0~5%之K2 O,且Li2 O、Na2 O及K2 O之含量之合計R2 O為25%以下,Li2 O之含量與R2 O之比Li2 O/R2 O為0.5~1.0之玻璃;(vi)以莫耳%顯示之組成為含有61~72%之SiO2 、8~17%之Al2 O3 、6~18%之Li2 O、2~15%之Na2 O、0~8%之K2 O、0~6%之MgO、0~6%之CaO、0~4%之TiO2 、0~2.5%之ZrO2 ,且Li2 O、Na2 O及K2 O之含量之合計R2 O為15~25%,Li2 O之含量與R2 O之比Li2 O/R2 O為0.35~0.8,MgO及CaO之含量之合計為0~9%之玻璃。
(化學強化處理)
所謂化學強化處理,係指以離子半徑較大之鹼性離子(例如鉀離子、或鈉離子)取代玻璃之表面之離子半徑較小之鹼性離子(例如鈉離子、或鋰離子)之處理。例如,可藉由利用包含鉀離子之熔融處理鹽對含有鈉離子之玻璃進行處理而進行。又,可藉由利用包含鈉離子之熔融處理鹽對含有鋰離子之玻璃進行處理而進行。藉由進行上述離子交換處理,玻璃表面之壓縮應力層之組成與離子交換處理前之組成存在若干不同,但基板深層部之組成與離子交換處理前之組成大致相同。
本發明之顯示器用覆蓋玻璃之製造方法依序包含以下之步驟(1)~(3)。根據本發明之製造方法而獲得之顯示器用覆蓋玻璃之壓縮應力深度為30 μm以上,且表面壓縮應力為 300 MPa以上。
(1)第1化學強化步驟,其藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面形成壓縮應力層;(2)加熱步驟,其以比玻璃轉移點低50℃以上之溫度對玻璃進行加熱處理;(3)第2化學強化步驟,其藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面進而形成壓縮應力層。
以下對各步驟進行說明。
(1)藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面形成壓縮應力層之第1化學強化步驟
步驟(1)係使供給至化學強化處理之玻璃與熔鹽(例如鉀鹽、或鈉鹽)於不超過玻璃之轉移溫度之溫度域內進行接觸,使玻璃中之鹼金屬離子與鹼金屬鹽之離子半徑較大之鹼金屬鹽進行離子交換,並藉由鹼金屬離子之佔據面積之差於玻璃表面產生壓縮應力而形成壓縮應力層之步驟,該熔鹽包含離子半徑比該玻璃中所包含之鹼金屬離子(例如鈉離子、或鋰離子)大之鹼金屬離子。
使玻璃與包含鹼金屬離子之熔鹽進行接觸之處理溫度及處理時間根據玻璃及熔鹽之組成適當進行調整。熔鹽之加熱溫度通常較佳為350℃以上,更佳為370℃以上。又,通常較佳為500℃以下,更佳為450℃以下。
藉由將熔鹽之加熱溫度設為350℃以上,防止由於離子交換速度之降低導致難以進入化學強化。又,藉由設為500℃以下可抑制熔鹽之分解、劣化。
為賦予充分之壓縮應力,使玻璃與熔鹽接觸之時間通常較佳為10分鐘以上,更佳為15分鐘以上。又,於長時間之離子交換中,生產性下降,並且由於鬆弛導致壓縮應力值降低,故而較佳為12小時以下,更佳為8小時以下,進而較佳為2小時以下。
(2)以比玻璃轉移點低50℃以上之溫度對玻璃進行加熱處理之加熱步驟
步驟(2)係藉由對步驟(1)中獲得之於玻璃表面形成壓縮應力層之玻璃進行加熱處理,而使存在於表面之壓縮應力層之更大之鹼金屬離子、例如鉀離子自玻璃之表面移動至玻璃內部,藉此使壓縮應力層自玻璃表面移動至玻璃內部之步驟。
由於壓縮應力層自玻璃表面移動至玻璃內部,玻璃表面之壓縮應力降低,較佳為於與玻璃表面相距0~20 μm之層形成壓縮應力層,較佳為形成50 μm以上之壓縮應力層。
對玻璃進行加熱處理之溫度設為比玻璃轉移點低50℃以上,較佳為70℃以上,更佳為100℃以上之溫度。藉由以比玻璃轉移點低50℃以上之溫度對玻璃進行加熱處理,可防止玻璃之應力鬆弛。
對玻璃進行加熱處理之時間較佳為根據加熱處理溫度適當進行調整,通常較佳為30分鐘~2000分鐘,更佳為30~300分鐘。
(3)藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面進而形成壓縮應力層之第2化學強化步驟
步驟(3)係藉由對步驟(2)中獲得之玻璃進行離子交換而於玻璃表面進而形成壓縮應力層之步驟。藉由於步驟(3)中再次進行離子交換,可於玻璃表面及其內部形成壓縮應力層。
步驟(3)之離子交換處理可藉由與步驟(1)中之上述離子交換處理相同之方法進行,亦可為其他方法。又,亦可使用其他熔鹽。
本發明之製造方法中之步驟(1)~(3)可以連續之步驟、例如在玻璃板製造步驟中對連續移動之玻璃帶於聯機狀態下依序進行,或亦可非連續地於聯機狀態下進行。
用以進行離子交換處理之熔鹽較佳為使用至少包含鉀離子、或鈉離子之處理鹽。作為此種處理鹽,例如可較佳地列舉硝酸鉀、或硝酸鈉。再者,以下只要並非特別說明,則各成分之含量係以質量百分率顯示。
又,於混合熔鹽中亦可含有其他成分。作為其他成分,例如可列舉硫酸鈉及硫酸鉀等鹼性硫酸鹽,以及氯化鈉及氯化鉀等鹼性氯化鹽等。
藉由依序包括上述步驟(1)~(3)之本發明之製造方法而獲得的壓縮應力深度為30 μm,且表面壓縮應力為300 MPa以上之顯示器用覆蓋玻璃較佳為滿足上述式(I)。
實施例
以下,藉由實施例說明本發明,但本發明並不限於該等。
(評價方法)
(1)表面壓縮應力(CS)及壓縮應力層之深度(DOL)
表面壓縮應力(CS)及壓縮應力層之深度(DOL)係使用折原製作所製造之玻璃表面應力計(FSM-6000LE)進行測定。
(2)表面壓縮應力(CS)及壓縮應力層之深度(DOL)、拉伸應力
表面壓縮應力(CS)及壓縮應力層之深度(DOL)、拉伸應力係藉由利用雙折射成像系統Abrio(Tokyo Instruments公司製造),使光於化學強化玻璃之化學強化層通過,而測量表面壓縮應力層之延遲,並使用玻璃之光彈性常數而算出。
(3)慢速裂痕破裂高度
慢速裂痕破裂高度係藉由砂紙落球試驗而進行測定。準備切割為尺寸:50 mm×50 mm之化學強化玻璃15片,將15片玻璃依序配置於包含花崗岩之基台上,並於使玻璃之上表面與P30(JIS R6252:2006年)之砂紙之摩擦面接觸之狀態下,使直徑為0.75英吋、28 g或4 g之包含不鏽鋼之球體自上方掉落,算出破壞時之落球高度之簡單平均值設為平均破壞高度。
(4)三點彎曲強度
三點彎曲強度係於跨距為30 mm、十字頭速度為0.5 mm/min之條件下以3點彎曲試驗之方法進行。對厚度為1 mm、大小為5 mm×40 mm且兩面經氧化鈰進行鏡面研磨之玻璃板進行化學強化後,於各玻璃板之中心於溫度為20~28℃、濕度為40~60%之條件下,使用維氏硬度計以20 kgf=196 N之力打入維氏壓頭,形成壓痕並測定彎曲強度 (單位:MPa)。
(5)慢速裂痕破裂高度與CS×DOL之相關關係
將利用浮式法製造之具有以下所示之組成之化學強化用玻璃切分為尺寸:50 mm×50 mm後,使用# 1000之磨石進行研磨,其後使用氧化鈰進行研磨而使表面成為鏡面,並製成厚度為1 mm之板狀玻璃。
化學強化用玻璃之組成:根據以莫耳%顯示之組成為72.5%之SiO2 、6.2%之Al2 O3 、8.5%之MgO、12.8%之Na2 O。
其後,使用硝酸鉀鹽對獲得之玻璃進行離子交換處理後,對獲得之化學強化玻璃之物性進行評價。壓縮等力及壓縮應力深度係使用折原製作所製造之玻璃表面應力計(FSM-6000LE)進行測定。將其結果示於表1及圖13。
如表1及圖13所示可知,若增大玻璃之壓縮應力並且增大壓縮應力深度,則容易產生慢速裂痕破裂。
將具有表2所示之組成之化學強化用玻璃切分為尺寸:50 mm×50 mm後,使用# 1000之砥石進行研磨,其後使用氧化鈰進行研磨而使表面成為鏡面,並製成厚度為1 mm之 板狀玻璃。
其後,將獲得之玻璃於表3~4所示之條件下進行處理後,對獲得之化學強化玻璃之物性進行評價。將其結果示於表3~4。再者,壓縮應力、壓縮應力深度、拉伸應力係利用雙折射成像系統Abrio(Tokyo Instruments公司製造)進行測定。於表3~4中,所謂「HW」,係指壓縮應力為表面壓縮應力之半值之位置(μm)。
又,將設橫軸為CS×DOL,設縱軸為慢速裂痕破裂高度而對例7~13進行描繪而得之結果示於圖14。於圖14中,˙為描繪例9、10、12、13之結果,○為描繪例7、8、11之結果。
如表3所示,HW/DOL未達0.05之例3及例6與HW/DOL為 0.05以上之情形相比,3點彎曲強度較低。又,HW/DOL超過0.23之例1、2、5與HW/DOL為0.23以下之例4相比,慢速裂痕破裂高度較低。
又,如圖14所示可知,HW/DOL為0.23以下之例9、10、12、13、HW/DOL超過0.23之例7、8、11之任一情形中均同樣地隨著CS×DOL之值增大,而慢速裂痕破裂高度降低,但若以相同之CS×DOL進行比較,則HW/DOL為0.23以下之例9、10、12、13與HW/DOL超過0.23之例7、8、11相比,可維持慢速裂痕破裂高度為較高。
根據該等結果可知,藉由將玻璃之HW/DOL設為0.05以上,可提高損傷強度。又,可知藉由將玻璃之HW/DOL設為0.23以下,可提高對慢速裂痕破裂之耐受性。
使用特定之態樣對本發明進行了詳細說明,但業者應明確的是可於不脫離本發明之意圖及範圍之情況下實施各種變更及變形。再者,本案係基於於2011年12月16日提出申請之日本專利申請(日本專利特願2011-276203),其全部內容藉由引用而加以援用。
1‧‧‧附帶觸摸感測器功能之平板PC
2‧‧‧覆蓋玻璃
3‧‧‧瀝青、混凝土
4‧‧‧小石
5‧‧‧砂
10‧‧‧化學強化玻璃
10a‧‧‧化學強化玻璃10之上表面
10b‧‧‧化學強化玻璃10之下表面
11‧‧‧基台
12‧‧‧砂紙
12a‧‧‧摩擦面
12b‧‧‧與摩擦面12a為相反側之面
13‧‧‧球體
C‧‧‧裂痕
O‧‧‧破壞起點
圖1係表示於平板顯示器裝置掉落時於覆蓋玻璃產生慢速裂痕破裂之情況之模式圖。
圖2係模式性地表示產生慢速裂痕破裂之機制之圖,圖2(a)係表示破壞起點之圖,圖2(b)係表示裂痕之圖。
圖3(a)係表示已產生慢速裂痕破裂之附帶觸摸感測器功能之平板PC之照片之圖,圖3(b)係表示自上方觀察破壞起 點而得之放大照片之圖,圖3(c)係表示自側面觀察破壞起點而得之照片之圖。
圖4係模式性地表示圖3(c)之斷裂面之圖。
圖5係表示自側面觀察產生非慢速裂痕破裂之覆蓋玻璃之破壞起點而得的照片之圖。
圖6係模式性地表示圖5之斷裂面之圖。
圖7係表示產生蛛網型破裂之覆蓋玻璃之照片之圖。
圖8係慢速裂痕破裂之再現方法之模式圖。
圖9係模式性地表示圖8之慢速裂痕破裂之再現方法中的產生化學強化玻璃之破裂之機制之圖,圖9(a)係表示破壞起點之圖,圖9(b)係表示裂痕之圖。
圖10(a)係表示於將化學強化玻璃配置於包含花崗岩之基台上,並使化學強化玻璃之上表面與P30之砂紙之摩擦面接觸之狀態下,使直徑為0.75英吋、4 g之不鏽鋼性球體自17 mm之高度掉落而產生慢速裂痕破裂之覆蓋玻璃之照片之圖。圖10(b)係表示自側面觀察破壞起點而得之照片之圖。
圖11(a)係表示P30之砂紙之放大照片之圖,圖11(b)係表示瀝青、混凝土之放大照片之圖,圖11(c)係表示P30之砂紙前端之角度分佈及砂之前端之角度分佈之圖表。
圖12表示表面壓縮應力(CS)、壓縮應力深度(DOL)及壓縮應力為表面壓縮應力之半值之位置(HW)的關係。橫軸表示自玻璃表面朝向玻璃內部之距離,縱軸表示將壓縮應力設為正而得之應力值。
圖13表示表面壓縮應力(CS)、壓縮應力深度(DOL)及慢速裂痕破裂高度之關係。
圖14表示表面壓縮應力(CS)、壓縮應力深度(DOL)及慢速裂痕破裂高度之關係。

Claims (10)

  1. 一種顯示器用覆蓋玻璃,其壓縮應力深度(DOL)為30μm以上,表面壓縮應力(CS)為300MPa以上,壓縮應力為表面壓縮應力之半值之位置(HW)為與玻璃表面相距8μm以上之位置,且壓縮應力深度(DOL)及壓縮應力為表面壓縮應力(CS)之半值之位置(HW)之比(HW/DOL)滿足下述式(I):式(I) 0.05≦HW/DOL≦0.23。
  2. 如請求項1之顯示器用覆蓋玻璃,其中壓縮應力深度(DOL)為75μm以下。
  3. 如請求項1之顯示器用覆蓋玻璃,其中板厚為1.2mm以下。
  4. 如請求項1之顯示器用覆蓋玻璃,其中板厚為1.0mm以下;且表面壓縮應力(CS)、壓縮應力深度(DOL)以及藉由下述砂紙落球試驗所測定的慢速裂痕破裂高度(H)滿足下述式(II):式(II) CS×DOL×H≧656MPa.mm.cm;砂紙落球試驗:準備切割成尺寸為50mm×50mm之化學強化玻璃15片,將15片玻璃依序配置於包含花崗岩之基台上,並於使玻璃之上表面與P30(JIS R6252:2006年)之砂紙之摩擦面接觸之狀態下,使直徑為0.75英吋、4克之包含不鏽鋼之球體自上方掉落,算出破壞時之落球高度之簡單平均值 而得的平均破壞高度,並將上述平均破壞高度作為慢速裂痕破裂高度(H)。
  5. 如請求項1至4中任一項之顯示器用覆蓋玻璃,其中包含根據以莫耳%表示之組成為50%~80%之SiO2 、2%~25%之Al2 O3 、0%~10%之Li2 O、0%~18%之Na2 O、0%~10%之K2 O、0%~15%之MgO、0%~5%之CaO及0%~5%之ZrO2
  6. 如請求項1至4中任一項之顯示器用覆蓋玻璃,其中包含根據以莫耳%表示之組成為50%~74%之SiO2 、1%~10%之Al2 O3 、6%~14%之Na2 O、3%~11%之K2 O、2%~15%之MgO、0%~6%之CaO及0%~5%之ZrO2 ;且SiO2 及Al2 O3 之含量之合計為75%以下,Na2 O及K2 O之含量之合計為12~25%、MgO及CaO之含量之合計為7~15%。
  7. 如請求項1至4中任一項之顯示器用覆蓋玻璃,其中含有根據以莫耳%表示之組成為68%~80%之SiO2 、4%~10%之Al2 O3 、5%~15%之Na2 O、0%~1%之K2 O、4%~15%之MgO及0%~1%之ZrO2
  8. 一種顯示器用覆蓋玻璃之製造方法,其依序包含以下之步驟(1)~(3),該顯示器用覆蓋玻璃之壓縮應力深度(DOL)為30μm以上且表面壓縮應力(CS)為300MPa以上:(1)第1化學強化步驟,其藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面形成壓縮應力層;(2)加熱步驟,其以比玻璃轉移點低50℃以上之溫度對 玻璃進行加熱處理;(3)第2化學強化步驟,其藉由對玻璃進行離子交換處理而於玻璃表面進而形成壓縮應力層。
  9. 如請求項8之顯示器用覆蓋玻璃之製造方法,其中步驟(1)及(3)中之離子交換處理為於比玻璃轉移點低50℃以上之溫度下之處理。
  10. 如請求項8或9之顯示器用覆蓋玻璃之製造方法,其中所獲得之顯示器用覆蓋玻璃之壓縮應力深度(DOL)及壓縮應力為表面壓縮應力(CS)之半值之位置(HW)之比(HW/DOL)滿足下述式(I),且壓縮應力為表面壓縮應力(CS)之半值之位置(HW)為與玻璃表面相距8μm以上之位置:式(I) 0.05≦HW/DOL≦0.23。
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