WO2011049030A1 - 反射防止強化ガラスの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing tempered glass provided with antireflection properties by an antireflection film.
- Tempered glass with increased glass strength is widely used in applications such as window glass for automobiles and houses. Recently, however, various types of protective panels for capacitive touch panels, digital cameras, mobile phones, etc. It is also used for applications such as mobile device displays. In such tempered glass, shape processing such as cutting, end face processing, and drilling is difficult after the tempering process, and thus the tempering process is performed after the glass substrate is processed into the final product shape.
- a glass strengthening method As a glass strengthening method, a physical strengthening method by rapid cooling or a chemical treatment method by ion exchange is known, but the physical strengthening method is not effective for a thin glass substrate.
- chemical treatment methods are generally employed.
- the chemical treatment method by ion exchange is performed by replacing metal ions (for example, Na ions) having a small ion radius contained in glass with metal ions (for example, K ions) having a larger ion radius. That is, when a metal ion having a small ion radius is replaced with a metal ion having a larger ion radius, the inside of the glass is in a state where a stick is pushed into a narrow gap, and as a result, the glass surface is compressed. A layer of stress will result. Therefore, in order to break this glass, in addition to the force that breaks the bonds between molecules, it is also necessary to remove the compressive stress on the surface. Therefore, its strength is remarkably improved compared to ordinary glass. That is why.
- metal ions for example, Na ions
- K ions for example, K ions
- tempered glass tempered by chemical treatment by ion exchange may be required to have an antireflection function.
- the above-described protective panel and various displays require an antireflection function.
- an antireflection film having a low refractive index may be formed on the surface.
- the means for forming such an antireflection film can be roughly divided into a method by vapor deposition and a method by sol-gel method. It has been known. However, since the vapor deposition method requires an extremely expensive apparatus, it is not implemented industrially. Therefore, at present, a coating liquid containing fine particles is applied and a gel is formed by heat treatment.
- the sol-gel method for forming an anti-reflection film by the conversion is currently the mainstream because of its low production cost and high production.
- an antireflection film formed by such a sol-gel method for example, a film containing a hydrolyzed condensate of a silicon compound, a metal chelate compound, and a low refractive silica sol is known (see Patent Document 1).
- the shape processing of the tempered glass is performed before the tempering treatment, but in the tempered glass by the chemical treatment, the antireflection film must be formed after the tempering treatment. This is because after the antireflection film is formed, K ions cannot permeate into the glass, so that the strengthening process cannot be performed.
- the shape processing is performed prior to this strengthening treatment (chemical treatment by ion exchange)
- the formation of the antireflection film is performed after the shape processing of the glass. Therefore, even if the anti-reflection film is formed by the high-solubility sol-gel method, the anti-reflection film has to be formed for each product that has undergone shape processing. Is completely lost.
- the antireflection film proposed in Patent Document 1 is applied to the surface of a resin-made translucent substrate, and is applied to tempered glass, particularly tempered glass obtained by chemical treatment by an ion exchange method. It is not a thing.
- an object of the present invention is to provide a method for producing an antireflective tempered glass in which an antireflective film is formed and then the glass is tempered by chemical strengthening treatment by an ion exchange method.
- Another object of the present invention is to provide an antireflective tempered glass capable of forming an antireflective film prior to shape processing in connection with the formation of the antireflective film before the chemical strengthening treatment by the ion exchange method. It is in providing the manufacturing method of.
- the glass substrate on which the antireflection film is formed is subjected to a chemical strengthening treatment by an ion exchange method, thereby producing an antireflection tempered glass.
- the antireflection film is (A) The following formula (1): R n —Si (OR 1 ) 4-n (1)
- R is an alkyl group or an alkenyl group
- R 1 is an alkyl group or an alkoxyalkenyl group
- n is an integer from 0 to 2
- a method for producing an antireflective tempered glass comprising the metal chelate compound (c) in an amount of 20 parts by weight or less per 100 parts by weight of the total amount of (a) and silica sol (b). .
- the antireflection film comprises 0.01 to 20 parts by weight of the metal chelate compound (c) per 100 parts by weight of the total amount of the hydrolyzed condensate (a) of the silicon compound and the silica sol (b). Including in quantity, (2)
- the thickness of the antireflection film is in the range of 50 to 150 nm, (3)
- the silicon compound is a compound having a value of n of 0 or 1 in formula (1), particularly tetraethoxysilane or ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, (4)
- shape processing of the glass substrate is performed prior to the chemical strengthening treatment. Is preferred.
- the antireflection film formed prior to the chemical strengthening treatment of the glass substrate by the ion exchange method is a hydrolysis condensate (a) (so-called silane cup) of a silicon compound represented by the formula (1) as a binder component.
- a fine silica sol (b) having internal cavities at a certain ratio hereinafter sometimes referred to as a hollow silica sol
- a metal chelate compound (c) which is a ring agent component a crosslinking agent component
- the antireflection film can be formed prior to the shape processing of the glass substrate. Moreover, since the antireflection film is formed by the sol-gel method as understood from the components contained therein, the anti-reflection film is formed at a low cost and high in productivity by forming the antireflection film before the shape processing. The benefits of the law can be fully utilized.
- a predetermined glass substrate is prepared, an antireflection film is formed on the surface of the glass substrate, and then the glass substrate is shaped and then subjected to chemical strengthening treatment.
- An antireflection tempered glass having an antireflection function can be obtained.
- Glass substrate those having various compositions can be used as long as they have a composition that can be strengthened by a chemical strengthening treatment, but alkali metal ions or alkaline earths having smaller ion radii can be used.
- Glass containing metal ions is preferred.
- soda-lime silicate glass, alkali-containing aluminosilicate glass, alkali-containing borosilicate glass, and the like are suitable, and among these, those containing Na ions are most preferred.
- Na ions have a small ionic radius
- glass containing Na ions can be easily replaced with metal ions (for example, K ions) having a relatively small ionic radius among those having a larger ionic radius than Na ions. Therefore, even if an antireflection film described later is formed, it can be more effectively replaced with Na ions and strengthened.
- metal ions for example, K ions
- glass containing 5% by weight or more of Na ions is most preferable in the present invention.
- the thickness of the glass substrate is not particularly limited, but in general, in order to effectively perform the chemical strengthening process described later, it is generally preferable that the thickness is in the range of 1 mm or less.
- the antireflection film on the surface of the glass substrate uses a coating solution containing a silicon compound, a hollow silica sol (b), and a metal chelate compound (c), and this coating solution is applied to the surface of the glass substrate, followed by heat treatment. It is formed by doing.
- the silicon compound in the coating solution is an essential binder component for forming a film having good adhesion to the glass substrate, and the following formula (1): R n —Si (OR 1 ) 4-n (1)
- R is an alkyl group or an alkenyl group
- R 1 is an alkyl group or an alkoxyalkyl group
- n is an integer from 0 to 2
- a partially hydrolyzed condensate thereof is used. That is, the silicon compound (or a partially hydrolyzed condensate thereof) represented by the formula (1) undergoes hydrolysis and condensation by heat treatment to form a hydrolyzed condensate (a) of the silicon compound that functions as a binder.
- the silicon compound represented by the formula (1) is known as a silane coupling agent, and has a function of hydrolyzing itself to form a siliceous film.
- Examples of the alkyl group of the group R include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group and the like;
- Examples of the alkenyl group of the group R include a vinyl group and an allyl group; Can be illustrated. Any of these groups R may have a substituent.
- substituents include halogen atoms such as chlorine, mercapto groups, amino groups, (meth) acryloyl groups, and oxirane ring-containing groups. And the like.
- alkyl group of the group R 1 include the same groups as the above group R, and examples of the alkoxyalkyl group include the methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, etc., among the above alkyl groups. The thing which has an alkoxy group as a substituent can be illustrated.
- a plurality of groups R and R 1 may be the same as each other or different from each other.
- n 1
- Methyltrimethoxy (ethoxy) silane Methyltriphenoxysilane
- Ethyltrimethoxy (ethoxy) silane Ethyltrimethoxy (ethoxy) silane
- the silicon compound shown by said Formula (1) can be used also in the form of a hydrolyzate.
- Hollow silica sol (b) has an internal cavity, and is a fine hollow particle having a particle size (volume-based average particle size by laser diffraction scattering method) of 5 to 150 nm. That is, by using such a fine hollow silica sol, metal ions having a large ion radius permeate the antireflection film during the chemical strengthening treatment described later, and ion exchange with metal ions having a small ion radius contained in the glass substrate is possible. Thus, the glass substrate can be effectively strengthened.
- the hollow silica sol (b) as described above is known from, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-233611.
- a hollow silica sol is low in view of obtaining high antireflection properties. It is preferable to select one having a refractive index, specifically, one having a refractive index in the range of 1.20 to 1.38. That is, by using a hollow silica sol having a low refractive index, the refractive index of the formed antireflection film can be greatly reduced to 1.44 or less, and excellent antireflection performance can be exhibited.
- the thickness of the outer shell layer of the hollow silica sol is preferably in the range of about 1 to 5 nm in order to avoid a decrease in strength of the formed antireflection film.
- the hollow silica sol (b) described above is usually used for preparing a coating liquid in the form of a dispersion using a lower alcohol such as methanol, ethanol or propanol as a dispersion medium in order to prevent the aggregation.
- a lower alcohol such as methanol, ethanol or propanol
- such a hollow silica sol (b) has a weight ratio (a / b) between the hydrolyzed condensate (a) of the silicon compound and the silica sol (b) of 50/50 to 90/10, preferably 60. It is used at a ratio in the range of / 40 to 70/30. That is, if the amount of hollow silica sol used is more than necessary, the chemical strengthening treatment can be carried out effectively, but the mechanical strength of the antireflection film is lowered and the scratch resistance becomes unsatisfactory. The adhesion between the film and the glass substrate is also impaired, and the film is easily peeled off. Furthermore, if the amount used is small, it becomes difficult to exchange metal ions through the antireflection film, and the chemical strengthening process described later cannot be effectively performed.
- Metal chelate compound (c) is a component having a function as a crosslinking agent. That is, by using a metal chelate compound, the formed antireflection film can be made denser, and the decrease in strength and hardness of the film due to the blending of the hollow silica sol described above can be effectively suppressed.
- metal chelate compounds examples include titanium, zirconium, aluminum, tin, niobium, tantalum or lead compounds containing a bidentate ligand.
- a bidentate ligand is a chelating agent having a coordination number of 2, that is, a number of atoms capable of coordinating to a metal of 2, and generally a 5- to 7-membered ring formed by O, N, and S atoms. To form a chelate compound. These bidentate ligands are shown in Chemistry Dictionary Vol.
- acetylacetonate ethylacetoacetate, diethylmalonate, dibenzoylmethanato, salicylate, glycolato, catecholate, Salicylaldehyde, oxyacetophenato, bifenolato, pyromeconato, oxynaphthoquinato, oxyanthraquinonato, tropolonato, binocchilat, glycinato, alaninato, antroninato, picolinato, aminophenolato, ethanolaminato, mercaptoethylaminato, 8 Oxyquinolinato, salicylaldiminato, benzoinoxymato, salicylaldoximato, oxyazobenzenato, phenylazonaphtholato, ⁇ -nitroso- ⁇ -naphtholato, diazoaminobenzenato, biuretate,
- M is titanium, zirconium, aluminum, tin, niobium, Tantalum or lead, Li is a bidentate ligand;
- X is a monovalent group, preferably a hydrolyzable group, m is the valence of metal M, k is a number of 1 or more within a range not exceeding the valence of the metal M, The thing represented by is mentioned.
- the metal M is preferably titanium, zirconium or aluminum, and the group X is preferably an alkoxy group. Specific examples include the following titanium chelates, zirconium chelates, and aluminum chelates.
- titanium chelates Triethoxy mono (acetylacetonato) titanium tri-n-propoxy mono (acetylacetonato) titanium tri-i-propoxy mono (acetylacetonato) titanium tri-n-butoxy mono (acetylacetonato) titanium tri- sec-butoxy mono (acetylacetonato) titanium tri-t-butoxy mono (acetylacetonato) titanium diethoxybis (acetylacetonato) titanium di-n-propoxybis (acetylacetonato) titanium di-i- Propoxy bis (acetylacetonato) titanium Di-n-butoxy bis (acetylacetonato) titanium Di-sec-butoxy bis (acetylacetonato) titanium Di-t-butoxy bis (acetylacetonato) titanium monoethoxy ⁇ Tris (Ace Ruacetonato) titanium mono-n-propoxy-tris (acetylacetonato)
- zirconium chelates Triethoxy mono (acetylacetonato) zirconium tri-n-propoxy mono (acetylacetonato) zirconium tri-i-propoxy mono (acetylacetonato) zirconium tri-n-butoxy mono (acetylacetonato) zirconium tri- sec-butoxy mono (acetylacetonato) zirconium tri-t-butoxy mono (acetylacetonato) zirconium diethoxy bis (acetylacetonato) zirconium di-n-propoxy bis (acetylacetonato) zirconium di-i- Propoxy bis (acetylacetonato) zirconium di-n-butoxy bis (acetylacetonato) zirconium di-sec-butoxy bis (acetylacetonato) zirconium di-t-but Si-bis (acetylacetonato) zircon
- Examples of aluminum chelates Diethoxy mono (acetylacetonato) aluminum monoethoxy bis (acetylacetonato) aluminum di-i-propoxy mono (acetylacetonato) aluminum mono-i-propoxy bis (acetylacetonato) aluminum mono-i-propoxy ⁇ Bis (ethylacetoaceto) aluminum monoethoxy ⁇ bis (ethylacetoacetate) aluminum Diethoxy ⁇ mono (ethylacetoacetate) aluminum Di-i-propoxy ⁇ mono (ethylacetoacetate) aluminum
- a particularly suitable metal chelate compound is aluminum chelate.
- the above-mentioned metal chelate compound is 20 parts by weight or less, preferably 0.01 to 20 parts by weight, especially 1 to 5 parts per 100 parts by weight of the total amount of the hydrolyzed condensate (a) of silicon compound and silica sol (b). Used in parts by weight. If the amount is too large, the refractive index of the antireflection film increases and the antireflection performance deteriorates, and ion exchange through this film becomes difficult, making it difficult to effectively treat the glass substrate. End up. Moreover, when there are few this compounding quantities, the intensity
- the silicon compound represented by the formula (1), the hollow silica sol (b), and the metal chelate compound (c) are dissolved or dispersed in an organic solvent and used as a coating liquid.
- the organic solvent is not particularly limited as long as it can effectively dissolve or disperse each component without causing precipitation, and various organic solvents can be used.
- Alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropanol, ethyl cellosolve, and ethylene glycol; Ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone; Aromatic solvents such as toluene and xylene; Amide solvents such as dimethylformamide and dimethylacetamide; Is used. Particularly preferred are alcohol solvents.
- the amount of the organic solvent used may be such that the viscosity of the coating solution does not sag and is in a range suitable for coating.
- the organic solvent may be used in such an amount that the total solid content concentration is 0.1 to 20% by weight of the total weight.
- the amount of the organic solvent is a value including the amount of the dispersion medium. . Therefore, when a large amount of the dispersion medium of the hollow silica sol (b) is used, an organic solvent is not used separately from this, and other components are directly used in the dispersion of the hollow silica sol (b). It can also be added to form a coating solution.
- the silicon represented by the above formula (1) is used in an amount within a range that does not impair the purpose of forming an antireflection film that can be chemically strengthened and has excellent properties such as strength.
- the hollow silica sol (b) and the metal chelate compound (c) it is possible to add a small amount of other additive components.
- a small amount of an alkoxide of a polyvalent metal specifically, an alkoxide of titanium, aluminum, zirconium, tin or the like can be added.
- a polyvalent metal alkoxide exhibits a function as a cross-linking agent, makes the film dense, and can increase its strength and hardness.
- an acid aqueous solution such as an aqueous hydrochloric acid solution can be blended in an appropriate amount in the coating solution.
- the film formation using the coating liquid described above is performed by applying this coating amount to the surface of the glass substrate, and performing drying and heat treatment (firing).
- This heat treatment is performed at a temperature at which the glass substrate is not deformed, generally at a temperature of about 300 to 500 ° C. for about 10 minutes to 4 hours.
- the silicon compound represented by the above formula (1) is hydrolyzed and condensed with the metal chelate compound (c) or a metal alkoxide added as appropriate (ie, gelled), and the hollow silica sol (b) is taken in. It is possible to form an anti-reflection film that is dense and oval but can exchange ions through the film.
- this antireflection film contains the hollow silica sol at the above-mentioned quantitative ratio (a / b) with respect to the hydrolysis condensate (a) of the binder component (silicon compound represented by the formula (1)). It is possible to exchange ions through the membrane.
- the thickness of the antireflection film formed as described above is preferably 50 to 150 nm, particularly 90 to 120 nm. That is, if the thickness of this film is thin, it is difficult to exhibit a sufficient antireflection function, and the variation in the film thickness increases, resulting in variations in the characteristics of the antireflection film. On the other hand, when the film thickness is thicker than necessary, naturally, ion exchange of the glass substrate through the film becomes difficult, and there is a possibility that effective chemical strengthening treatment may be difficult.
- said antireflection film is formed in the appropriate position of a glass substrate according to the use, for example, may be formed in one surface of a glass substrate, and is formed in the whole surface of the front side and back side of a glass substrate May be.
- ⁇ Shape processing> In the present invention, after forming the antireflection film on the surface of the glass substrate as described above, prior to performing the chemical strengthening treatment, the shape processing according to the application, for example, cutting, end surface processing, drilling processing, etc. Processing is performed. In other words, such mechanical processing becomes difficult after the chemical tempering treatment is performed and the glass substrate is made to be tempered glass. By such shape processing, the glass substrate provided with the antireflection film is made into a final product shape.
- the last chemical strengthening treatment is to increase the strength of the glass substrate by replacing metal ions with a small ion radius contained in the glass substrate with metal ions with a large ion radius. With this, it is possible to obtain a tempered glass product having an antireflection film on the surface.
- This chemical strengthening treatment can be performed by a conventionally known method. Specifically, a small metal ion in the glass substrate is replaced with a large metal ion by bringing a glass substrate provided with an antireflection film into contact with a melt of a metal salt containing large metal ions by immersion. For example, by bringing a glass substrate containing Na ions into contact with a melt of a potassium salt such as potassium nitrate, Na ions having a small ionic radius are replaced with K ions having a large ionic radius, resulting in a high strength tempered glass.
- a potassium salt such as potassium nitrate
- the antireflection film contains the hollow silica sol (b) at a certain ratio
- the metal salt melt containing a large metal ion is brought into contact with the antireflection film
- the large metal ion is reflected in the antireflection film.
- chemical strengthening treatment by ion exchange becomes possible.
- Comparative Example 1 described later when a hollow silica sol is blended in the antireflection film, large metal ions are difficult to permeate the film, so that the level of strengthening is extremely low.
- the temperature of the melt is set to a temperature at which the shape-processed glass substrate is not deformed, for example, a temperature of about 400 to 460 ° C., and the treatment time is usually about 3 to 15 hours. It is.
- a final tempered glass product having an antireflection film on the surface of the tempered glass is obtained.
- a tempered glass product is suitably used for applications such as a product having a thin glass substrate, for example, an entire surface protection panel of a capacitive touch panel, a display of various mobile devices such as a digital camera and a mobile phone.
- the antireflection film can be formed on the surface of the glass substrate to be tempered glass before the shape processing, the productivity is extremely high, and the antireflection film is formed on the surface of the tempered glass at a low cost. A final tempered glass product can be produced.
- Glass substrate Soda glass (200mm x 200mm x 0.7mm)
- White plate glass 200mm x 200mm x 0.7mm
- Hollow silica sol manufactured by JGC Catalysts &Chemicals
- Average particle size 40 nm Solid content: 20% by weight
- Colloidal silica Particle size: 40-50nm Solid content: 30% by weight
- Dispersing solvent isopropanol (IPA)
- Example 1 The hollow silica sol dispersed in isopropanol (IPA) shown above, the hydrolyzate of tetraethoxysilane (TEOS) (containing 0.05N hydrochloric acid) and aluminum acetylacetonate as the metal chelate compound, and further as the organic solvent These were mixed using isopropanol (IPA) to prepare a coating solution having the following composition.
- IPA isopropanol
- the above-mentioned coating solution was applied to the float glass by dip coating, and baked at 500 ° C. for 2 hours to form an antireflection film to obtain a sample glass plate.
- five sample glass plates described above were prepared and immersed in potassium nitrate melted at 450 ° C. for 8 hours for chemical strengthening treatment.
- the light reflectance, strength and surface hardness are evaluated according to the methods described above, and the results are shown together with the composition of the coating liquid (antireflection film). It was shown in 1. In addition, about the light reflectivity and intensity
- Example 2 A sample glass plate on which an antireflection film was formed was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of the coating solution was changed as shown in Table 1, and the chemical strengthening treatment was performed in the same manner as in Example 1. The same evaluation was performed. The results are shown in Table 1.
- Example 3 A sample glass plate on which an antireflection film was formed was prepared in the same manner as in Example 1 except that the glass substrate was changed to white plate glass, and a chemical strengthening treatment was performed in the same manner, and the same evaluation as in Example 1 was performed. went. The results are shown in Table 1.
- Example 4 An antireflection film was formed in the same manner as in Example 1 except that ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane ( ⁇ -GPS) was used instead of tetraethoxysilane and a coating solution having the composition shown in Table 1 was used.
- ⁇ -GPS ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane
- Table 1 a coating solution having the composition shown in Table 1 was used.
- the obtained sample glass plate was produced and subjected to chemical strengthening treatment in the same manner, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
- Example 5 A sample glass plate on which an antireflection film was formed was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of the coating solution was changed as shown in Table 1, and the chemical strengthening treatment was performed in the same manner as in Example 1. The same evaluation was performed. The results are shown in Table 1.
- Example 1 A sample glass plate on which an antireflection film was formed was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating liquid having the composition shown in Table 2 prepared without using a hollow silica sol was used, and the same chemical was used. Reinforcing treatment was performed and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 2.
- Example 2 Although a hollow silica sol was used, a sample glass plate on which an antireflection film was formed was prepared in the same manner as in Example 1 except that a coating liquid whose composition was changed as shown in Table 2 was used. Then, chemical strengthening treatment was performed and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 2.
- Example 3 A sample glass plate on which an antireflection film was formed was prepared in the same manner as in Example 1 except that colloidal silica was used instead of the hollow silica sol, and the coating liquid whose composition was changed as shown in Table 2 was used. In the same manner, the chemical strengthening treatment was performed, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 2.
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Abstract
Description
事実、特許文献1で提案されている反射防止膜は、樹脂製の透光性基板表面に適用されるものであり、強化ガラス、特にイオン交換法による化学処理によって得られる強化ガラスに適用されるものではない。
本発明の他の目的は、反射防止膜がイオン交換法による化学強化処理前に形成されることに関連して、形状加工に先立って反射防止膜を形成することが可能な反射防止性強化ガラスの製造方法を提供することにある。
前記反射防止膜は、
(a)下記式(1):
Rn-Si(OR1)4-n (1)
式中、Rは、アルキル基またはアルケニル基であり、
R1は、アルキル基またはアルコキシアルケニル基であり、
nは、0~2の整数である、
で表されるケイ素化合物の加水分解縮合物、
(b)内部空洞を有する粒径が5~150nmのシリカゾル、
(c)金属キレート化合物、
を含み、前記ケイ素化合物の加水分解縮合物(a)とシリカゾル(b)との重量比(a/b)が50/50乃至90/10の範囲にあり、且つ該ケイ素化合物の加水分解縮合物(a)とシリカゾル(b)との合計量100重量部当り、前記金属キレート化合物(c)を20重量部以下の量で含むことを特徴とする反射防止性強化ガラスの製造方法が提供される。
(1)前記反射防止膜は、前記金属キレート化合物(c)を、前記ケイ素化合物の加水分解縮合物(a)とシリカゾル(b)との合計量100重量部当り、0.01乃至20重量部の量で含むこと、
(2)前記反射防止膜の厚みが50乃至150nmの範囲にあること、
(3)前記ケイ素化合物が、式(1)中のnの値が0または1の化合物、特にテトラエトキシシランまたはγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランであること、
(4)前記反射防止膜が形成された後、前記化学強化処理に先立ってガラス基板の形状加工を行うこと、
が好適である。
本発明において、ガラス基板としては、化学強化処理による強化が可能な組成を有するものである限り、種々の組成のものを使用することができるが、イオン半径がより小さいアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオンを含むガラスが好適である。例えば、ソーダ石灰ケイ酸塩ガラス、含アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、含アルカリホウケイ酸塩ガラスなどが好適であり、これらの中でもNaイオンを含むものが最も好適である。
即ち、Naイオンはイオン半径が小さく、従って、Naイオンを含むガラスは、Naイオンより大きなイオン半径を有するものの中でも相対的にイオン半径の小さな金属イオン(例えばKイオン)で容易に置換することができるため、後述する反射防止膜が形成されているものであっても、より効果的にNaイオンと置換して強化することが可能となるからである。例えば、Naイオンを5重量%以上含むガラスは、本発明においては、最も好適である。
また、このガラス基板の厚みは、特に制限されるものではないが、一般に、後述する化学強化処理を効果的に行うために、通常、1mm以下の範囲にあることが好ましい。
上記のガラス基板の表面の反射防止膜は、ケイ素化合物、中空シリカゾル(b)及び金属キレート化合物(c)を含むコーティング液を使用し、このコーティング液を前記のガラス基板表面に塗布し、熱処理を行うことにより形成される。
上記コーティング液中のケイ素化合物は、ガラス基板に対して密着性の良好な膜を形成するために必須のバインダー成分であり、下記式(1):
Rn-Si(OR1)4-n (1)
式中、Rは、アルキル基またはアルケニル基であり、
R1は、アルキル基またはアルコキシアルキル基であり、
nは、0~2の整数である、
で表されるケイ素化合物もしくはその部分加水分解縮合物が使用される。即ち、式(1)で示すケイ素化合物(またはその部分加水分解縮合物)が、熱処理により加水分解及び縮合が生じ、バインダーとして機能するケイ素化合物の加水分解縮合物(a)が形成される。
このケイ素化合物を示す式(1)において、
基Rのアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチ
ル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等;
基Rのアルケニル基としては、ビニル基、アリル基等;
を例示することができる。
また、これらの基Rは、何れも置換基を有していてもよく、このような置換基としては、塩素等のハロゲン原子、メルカプト基、アミノ基、(メタ)アクロイル基、オキシラン環含有基等の官能基を例示することができる。
また、基R1のアルキル基としては、上記の基Rと同じものを挙げることができ、アルコキシアルキル基としては、上記のアルキル基の内、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基を置換基として有しているものを例示することができる。
尚、複数存在する基R及び基R1は、それぞれ、互いに同一であってもよいし、互いに異なる基であってもよい。
n=0のケイ素化合物として、
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;
n=1のケイ素化合物として、
メチルトリメトキシ(エトキシ)シラン、
メチルトリフェノキシシラン、
エチルトリメトキシ(エトキシ)シラン、
プロピルトリメトキシ(エトキシ)シラン
ブチルトリメトキシ(エトキシ)シラン
ヘキシルトリメトキシ(エトキシ)シラン
オクチルトリメトキシ(エトキシ)シラン
デシルトリメトキシ(エトキシ)シラン
γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、
γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、
γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、
γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、
ビニルトリメトキシシラン、
フェニルトリメトキシシラン等のトリアルコキシシラン;
n=2のケイ素化合物として、
ジメチルジメトキシシラン、
ジメチルジエトキシシラン、
ジイソプロピルジメトキシシラン
ジイソブチルジメトキシシラン
シクロヘキシルメチルジメトキシシラン
γ-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、
γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、
γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、
γ-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等のジアルコキシ
シラン;
(上記アルキル基又はアルケニル基は、直鎖状或いは分岐状である)
を挙げることができる。
尚、上記の式(1)で示すケイ素化合物は、加水分解物の形でも使用することができる。
中空シリカゾル(b)は、内部空洞を有するものであり、その粒径(レーザ回折散乱法による体積基準の平均粒径)が5~150nmの微細な中空粒子である。即ち、このような微細な中空シリカゾルの使用により、後述する化学強化処理に際してイオン半径の大きな金属イオンが反射防止膜を透過し、ガラス基板中に含まれるイオン半径の小さな金属イオンとのイオン交換が可能となり、ガラス基板の強化処理を効果的に行うことが可能となるのである。
成分(c)の金属キレート化合物は、架橋剤としての機能を有する成分である。即ち、金属キレート化合物の使用によって、形成される反射防止膜をより緻密なものとし、前述した中空シリカゾルの配合による膜の強度や硬度の低下を有効に抑制することができる。
これらの二座配位子は、化学大辞典6巻に示されているが、具体的なものとして、アセチルアセトナト、エチルアセトアセタト、ジエチルマロナト、ジベンゾイルメタナト、サリチラト、グリコラト、カテコラト、サリチルアルデヒダト、オキシアセトフェノナト、ビフェノラト、ピロメコナト、オキシナフトキノナト、オキシアントラキノナト、トロポロナト、ビノキチラト、グリシナト、アラニナト、アントロニナト、ピコリナト、アミノフェノラト、エタノールアミナト、メルカプトエチルアミナト、8-オキシキノリナト、サリチルアルジミナト、ベンゾインオキシマト、サリチルアルドキシマト、オキシアゾベンゼナト、フェニルアゾナフトラト、β-ニトロソ-α-ナフトラト、ジアゾアミノベンゼナト、ビウレタト、ジフェニルカルバゾナト、ジフェニルチオカルバゾナト、ビグアニダト、ジメチルグリオキシマト等が挙げられるが、これらの例に限定されるものではない。
M(Li)k(X)m-k (2)
式中、Mはチタン、ジルコニウム、アルミニウム、スズ、ニオブ、
タンタル或いは鉛であり、
Liは二座配位子であり、
Xは1価の基、好適には加水分解可能な基であり、
mは金属Mの原子価であり、
kは金属Mの原子価を超えない範囲で1以上の数である、
で表されるものが挙げられる。これらの中でも、金属Mとしては、チタン、ジルコニウム、アルミニウムが好ましく、基Xとしては、アルコキシ基が好ましい。具体的には、以下のチタンキレート、ジルコニウムキレート及びアルミニウムキレートが挙げられる。
トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナト)チタン
トリ-n-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナト)チタン
トリ-i-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナト)チタン
トリ-n-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナト)チタン
トリ-sec-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナト)チタン
トリ-t-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナト)チタン
ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタン
ジ-n-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタン
ジ-i-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタン
ジ-n-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタン
ジ-sec-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタン
ジ-t-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタン
モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナト)チタン
モノ-n-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナト)チタン
モノ-i-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナト)チタン
モノ-n-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナト)チタン
モノ-sec-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナト)チタン
モノ-t-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナト)チタン
テトラキス(アセチルアセトナト)チタン
トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセタト)チタン
トリ-n-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセタト)チタン
トリ-i-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセタト)チタン
トリ-n-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセタト)チタン
トリ-sec-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセタト)チタン
トリ-t-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセタト)チタン
ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセタト)チタン
ジ-n-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセタト)チタン
ジ-i-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセタト)チタン
ジ-n-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセタト)チタン
ジ-sec-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセタト)チタン
ジ-t-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセタト)チタン
モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセタト)チタン
モノ-n-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセタト)チタン
モノ-i-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセタト)チタン
モノ-n-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセタト)チタン
モノ-sec-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセタト)チタン
モノ-t-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセタト)チタン
テトラキス(エチルアセトアセタト)チタン
モノ(アセチルアセトナト)トリス(エチルアセトアセタト)チタン
ビス(アセチルアセトナト)ビス(エチルアセトアセタト)チタン
トリス(アセチルアセトナト)モノ(エチルアセトアセタト)チタン
トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナト)ジルコニウム
トリ-n-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナト)ジルコニウム
トリ-i-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナト)ジルコニウム
トリ-n-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナト)ジルコニウム
トリ-sec-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナト)ジルコニウム
トリ-t-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナト)ジルコニウム
ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
ジ-n-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
ジ-i-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
ジ-n-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
ジ-sec-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
ジ-t-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
モノ-n-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
モノ-i-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
モノ-n-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
モノ-sec-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナト)ジルコニウ
ム
モノ-t-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
テトラキス(アセチルアセトナト)ジルコニウム
トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
トリ-n-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
トリ-i-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
トリ-n-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
トリ-sec-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセタト)ジルコニウ
ム
トリ-t-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
ジ-n-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
ジ-i-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
ジ-n-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
ジ-sec-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
ジ-t-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
モノ-n-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセタト)ジルコニウ
ム
モノ-i-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセタト)ジルコニウ
ム
モノ-n-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
モノ-sec-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセタト)ジルコニ
ウム
モノ-t-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
テトラキス(エチルアセトアセタト)ジルコニウム
モノ(アセチルアセトナト)トリス(エチルアセトアセタト)ジルコ
ニウム
ビス(アセチルアセトナト)ビス(エチルアセトアセタト)ジルコニ
ウム
トリス(アセチルアセトナト)モノ(エチルアセトアセタト)ジルコ
ニウム
ジエトキシ・モノ(アセチルアセトナト)アルミニウム
モノエトキシ・ビス(アセチルアセトナト)アルミニウム
ジ-i-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナト)アルミニウム
モノ-i-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)アルミニウム
モノ-i-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセタト)アルミニウム
モノエトキシ・ビス(エチルアセトアセタト)アルミニウム
ジエトキシ・モノ(エチルアセトアセタト)アルミニウム
ジ-i-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセタト)アルミニウム
本発明においては、上述した式(1)で示すケイ素化合物、中空シリカゾル(b)及び金属キレート化合物(c)の各成分は、有機溶媒に溶解乃至分散させてコーティング液として使用に供される。この有機溶媒としては、沈澱等を生じることなく、各成分を有効に溶解乃至分散させ得るものであれば特に制限されず、種々のものを使用することができるが、一般的には、
メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチルセロソルブ、エ
チレングリコール等のアルコール系溶媒;
酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、アセトン、メチルエチ
ルケトン等のケトン系溶媒;
トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒;
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒等;
が使用される。特に好ましいのはアルコール系溶媒である。
上述したコーティング液を用いての成膜は、このコーティング量をガラス基板の表面に塗布し、乾燥及び熱処理(焼成)を行うことによってなされる。この熱処理は、ガラス基板が変形しない程度の温度、一般的には、300乃至500℃程度の温度で10分間乃至4時間程度行われる。この熱処理により、前述した式(1)で示すケイ素化合物が加水分解し、金属キレート化合物(c)や適宜添加される金属アルコキシドなどと縮合し(即ち、ゲル化)、中空シリカゾル(b)を取り込んだ形で緻密ではあるが該膜を通してのイオン交換が可能な反射防止膜を形成することができる。即ち、この反射防止膜は、バインダー成分(式(1)で示すケイ素化合物)の加水分解縮合物(a)に対して、前述した量比(a/b)で中空シリカゾルを含んでいるため、該膜を通してのイオン交換が可能となるわけである。
本発明においては、上記のようにしてガラス基板の表面に反射防止膜を形成した後、化学強化処理を行うに先立って、用途に応じた形状加工、例えば切断、端面加工、穴あけ加工などの機械的加工が行われる。即ち、化学強化処理を行ってガラス基板を強化ガラスとした後では、このような機械加工が困難となってしまうためである。
かかる形状加工によって、反射防止膜を備えたガラス基板は、最終の製品形状とされる。
最後に行われる化学強化処理は、既に述べたとおり、ガラス基板中に含まれるイオン半径の小さな金属イオンを、イオン半径の大きな金属イオンに置換することにより、ガラス基板の高強度化を図るものであり、これによって、表面に反射防止膜を備えた強化ガラス製品を得ることができる。
このような強化ガラス製品は、ガラス基板の薄い製品、例えば静電容量式タッチパネルの全面保護パネルや、デジタルカメラ、携帯電話などの各種モバイル機器のディスプレイなどの用途に好適に使用される。
各実験例における各種の測定は、次の方法により行った。
日本分光(株)社製V-550試験機を使用して、波長550nmについて、測定した。
(2)強度;
IMDA製点加圧試験機を使用し、45φの穴の開いたステンレス治具上に50×50の大きさの試験体を乗せ、その中心を、10φの鋼球で加圧し、最大破壊強度を測定し強度を評価した。
(3)表面硬度;
スチールウール♯0000を使用し、500g/cm2の荷重をかけながら試験体表面を5往復摺擦し(1往復/秒、距離100mm/1往復)、反射防止膜表面の傷の発生の有無を観察した。
ガラス基板;
ソーダガラス(200mm×200mm×0.7mm)
白板ガラス(200mm×200mm×0.7mm)
中空シリカゾル(日揮触媒化成社製);
平均粒径:40nm
固形分:20重量%
分散溶媒:イソプロパノール(IPA)
コロイダルシリカ;
粒径:40~50nm
固形分:30重量%
分散溶媒:イソプロパノール(IPA)
上記で示したイソプロパノール(IPA)に分散された中空シリカゾル、テトラエトキシシラン(TEOS)の加水分解物(0.05N塩酸を含む)及び金属キレート化合物としてアルミニウムアセチルアセトネートを使用し、さらに有機溶媒としてイソプロパノール(IPA)を用い、これらを混合して下記組成のコーティング液を調製した。
コーティング液組成;
TEOS加水分解物(含0.05N塩酸):5.03重量部
(TEOS:2.72重量部、塩酸:2.31重量部)
中空シリカゾル(含IPA):6.25重量部
(シリカゾル:1.25重量部、IPA:5.00重量部)
IPA:88.70重量部
アルミニウムアセチルアセトネート:0.04重量部
(TEOS加水分解物/中空シリカゾル=69/31)
次いで、上記の試料ガラス板を5個作製し、450℃で溶融した硝酸カリウムに8時間浸漬して化学強化処理を行った。
尚、光線反射率及び強度については、5つの試料の平均値を示した。また、強度については、反射防止膜を形成する前のガラス基板(生ガラス)の値も併せて表1に示した。
コーティング液の組成を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして反射防止膜が形成された試料ガラス板を作製し、且つ同様にして化学強化処理を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表1に示した。
ガラス基板を白板ガラスに変更した以外は、実施例1と同様にして反射防止膜が形成された試料ガラス板を作製し、且つ同様にして化学強化処理を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表1に示した。
テトラエトキシシランの代わりにγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(γ-GPS)を使用し、表1に示す組成のコーティング液を使用した以外は、実施例1と同様にして反射防止膜が形成された試料ガラス板を作製し、且つ同様にして化学強化処理を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表1に示した。
コーティング液の組成を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして反射防止膜が形成された試料ガラス板を作製し、且つ同様にして化学強化処理を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表1に示した。
中空シリカゾルを使用せずに調整された表2に示す組成のコーティング液を用いた以外は、実施例1と同様にして反射防止膜が形成された試料ガラス板を作製し、且つ同様にして化学強化処理を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表2に示した。
中空シリカゾルを使用したが、組成が表2に示すように変更されたコーティング液を用いた以外は、実施例1と同様にして反射防止膜が形成された試料ガラス板を作製し、且つ同様にして化学強化処理を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表2に示した。
中空シリカゾルの代わりにコロイダルシリカを使用し、組成が表2に示すように変更されたコーティング液を用いた以外は、実施例1と同様にして反射防止膜が形成された試料ガラス板を作製し、且つ同様にして化学強化処理を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表2に示した。
組成が表2に示すように変更されたコーティング液を用いた以外は、比較例3と同様にして反射防止膜が形成された試料ガラス板を作製し、且つ同様にして化学強化処理を行い、実施例1と同様の評価を行った。その結果を表2に示した。
Claims (6)
- ガラス基板の表面に反射防止膜を形成した後、反射防止膜が形成されたガラス基板について、イオン交換法による化学強化処理を行うことにより、反射防止性強化ガラスを製造する方法において、
前記反射防止膜は、
(a)下記式(1):
Rn-Si(OR1)4-n (1)
式中、Rは、アルキル基またはアルケニル基であり、
R1は、アルキル基またはアルコキシアルキル基であり、
nは、0~2の整数である、
で表されるケイ素化合物の加水分解縮合物、
(b)内部空洞を有する粒径が5~150nmのシリカゾル、
(c)金属キレート化合物、
を含み、前記ケイ素化合物の加水分解縮合物(a)とシリカゾル(b)との重量比(a/b)が50/50乃至90/10の範囲にあり、且つ該ケイ素化合物の加水分解縮合物(a)とシリカゾル(b)との合計量100重量部当り、前記金属キレート化合物(c)を20重量部以下の量で含むことを特徴とする反射防止性強化ガラスの製造方法。 - 前記反射防止膜は、前記金属キレート化合物(c)を、前記ケイ素化合物の加水分解縮合物(a)とシリカゾル(b)との合計量100重量部当り、0.01乃至20重量部の量で含む請求項1に記載の反射防止性強化ガラスの製造方法。
- 前記反射防止膜の厚みが50乃至150nmの範囲にある請求項1に記載の製造方法。
- 前記ケイ素化合物が、式(1)中のnの値が0または1の化合物である請求項1に記載の製造方法。
- 前記ケイ素化合物がテトラエトキシシランまたはγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランである請求項3に記載の製造方法。
- 前記反射防止膜が形成された後、前記化学強化処理に先立ってガラス基板の形状加工を行う請求項1に記載の製造方法。
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