WO2015046111A1 - ガラス板 - Google Patents

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WO2015046111A1
WO2015046111A1 PCT/JP2014/075011 JP2014075011W WO2015046111A1 WO 2015046111 A1 WO2015046111 A1 WO 2015046111A1 JP 2014075011 W JP2014075011 W JP 2014075011W WO 2015046111 A1 WO2015046111 A1 WO 2015046111A1
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WO
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depth
glass
glass plate
fluorine
fluorine concentration
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/075011
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English (en)
French (fr)
Inventor
聡史 宮坂
亮祐 加藤
正信 白井
信彰 井川
丈宜 三浦
山中 一彦
泰夫 林
史朗 谷井
Original Assignee
旭硝子株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 旭硝子株式会社 filed Critical 旭硝子株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0055Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by ion implantation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/007Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in gaseous phase

Definitions

  • the present invention relates to a glass plate.
  • a thin plate-like cover glass is disposed on the front surface of the display.
  • Such a flat panel display device is required to be lightweight and thin, and accordingly, a cover glass used for display protection is also required to be thin.
  • the conventional cover glass raises the damage resistance of the cover glass by forming the compressive-stress layer on the surface by chemically strengthening the glass manufactured by the float method (henceforth a float glass). .
  • the warpage includes a glass surface that is not in contact with a molten metal such as molten tin (hereinafter also referred to as a top surface) and a glass surface that is in contact with the molten metal (hereinafter also referred to as a bottom surface). It is said that this is caused by the different ways of entering chemical strengthening on both sides.
  • a molten metal such as molten tin
  • a bottom surface a glass surface that is in contact with the molten metal
  • the warp of the float glass increases as the chemical strengthening becomes stronger. Therefore, when the surface compressive stress is made higher than ever, particularly 600 MPa or higher in order to meet the demand for high scratch resistance, the problem of warp becomes more obvious.
  • Patent Document 1 discloses a glass strengthening method in which the amount of ions entering the glass during chemical strengthening is adjusted by chemically strengthening after forming a SiO 2 film on the glass surface.
  • Patent Documents 2 and 3 disclose a method of reducing warpage after chemical strengthening by setting the surface compressive stress on the top surface side within a specific range.
  • the method of grinding or polishing at least one surface of the glass before chemical strengthening has a problem from the viewpoint of improving productivity, and it is preferable to omit these grinding or polishing treatments.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the gap between the glass and the stage becomes too large when printing the black frame of the cover glass, and the glass may not be adsorbed on the stage.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the cover glass has a certain amount of warpage, uneven brightness or Newton rings may occur.
  • an object of the present invention is to provide a glass plate that can effectively suppress warping after chemical strengthening and can omit or simplify the polishing treatment before chemical strengthening.
  • the present inventors have found that by treating the glass surface with fluorine, it is possible to suppress a difference in the way of entering the chemical strengthening between one side and the other side of the glass and to reduce the warp after the chemical strengthening. Based on this finding, the present invention has been completed.
  • the present invention is as follows. 1. On the depth profile by secondary ion mass spectrometry (SIMS) where the horizontal axis is the depth and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%), the average of the depth profile at the depth of 0 to 20 ⁇ m on one surface A glass plate whose value is larger than the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the other surface and whose ratio is larger than 1.4, the horizontal axis is the depth, and the vertical axis is the fluorine concentration.
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • a glass plate in which the amount of fluorine contained in the glass is 0.23 mol% ⁇ ⁇ m more than 21 mol% ⁇ ⁇ m or less on the profile in the depth direction by SIMS (mol%).
  • 2. The glass plate according to item 1, wherein the ratio of the average value in the depth direction profile at a depth of 0 to 20 ⁇ m on one surface to the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the other surface is 4 or more. . 3.
  • a glass plate manufactured by a float process wherein the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the top surface is larger than the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the bottom surface.
  • the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on at least one surface is the depth 50
  • Any one of items 1 to 5 above, wherein a value (S 1 / S 4 ) divided by an average value (S 4 ) of a depth direction profile at a depth of 50 to 70 ⁇ m viewed from the same direction is 2.1 or more The glass plate as described in. 7).
  • the average value (S 1 ) of the depth direction profile at a depth of 0 to 20 ⁇ m on at least one surface is Any one of items 1 to 6 above, wherein a value (S 1 / S 4 ) divided by an average value (S 4 ) of a depth direction profile at a depth of 50 to 70 ⁇ m viewed from the same direction is 2.1 to 100
  • the glass plate according to 6 or 7 above which is a glass plate produced by a float process. 9.
  • 12 A chemically strengthened glass plate obtained by chemically strengthening the glass plate according to any one of items 1 to 11.
  • 13 A flat panel display device provided with a cover glass, wherein the cover glass is the chemically strengthened glass plate according to item 12 above.
  • F 20 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 20 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 20 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration)
  • F 3 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration) 15.
  • the amount of fluorine contained in the glass is more than 0.23 mol% ⁇ ⁇ m and 21 mol% ⁇ ⁇ m or less.
  • F 20 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 20 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 20 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration)
  • F 3 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration) 16.
  • F 3 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration)
  • the glass plate of the present invention has a surface treated with fluorine, thereby suppressing a difference in the way of chemical strengthening between one side and the other side of the glass, and a desired stress value due to chemical strengthening. Can be a value. Further, even if the polishing treatment before chemical strengthening is simplified or omitted, the warp of the glass after chemical strengthening can be reduced and excellent flatness can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a double-flow type injector that can be used in the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a single-flow injector that can be used in the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a flat panel display used as a cover glass for a flat panel display after chemically strengthening the chemically strengthened float glass of the present invention.
  • FIG. 4A shows a typical fluorine concentration profile by SIMS of an aluminosilicate glass.
  • FIG. 4B is a diagram in which the horizontal axis represents the depth and the vertical axis represents the slope at an arbitrary point x i represented by the formula (a).
  • FIG.4 (c) shows the figure which expanded the dotted-line part in FIG.4 (b).
  • FIG. 5 (a) shows a schematic explanatory diagram of a method for treating the surface of a glass ribbon by supplying a gas containing a molecule having fluorine atoms in the structure thereof by a beam in the production of a glass plate by a float method.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views of beams that can be adjusted by dividing the amount of gas into three in the width direction of the glass ribbon.
  • FIGS. 7A to 7C show typical fluorine concentration profiles by SIMS of a fluorine-treated aluminosilicate glass.
  • FIG. 5 (a) shows a schematic explanatory diagram of a method for treating the surface of a glass ribbon by supplying a gas containing a molecule having fluorine atoms in the structure thereof by a beam in the production of a glass plate by a float method.
  • FIG. 5B is a cross-sectional
  • FIG. 8 is a diagram showing a method for calculating the amount of fluorine contained in the glass from the SIMS profile.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the amount of fluorine contained in the glass of the glass plate (soda lime glass) according to the present invention determined by SIMS and the amount of warp displacement after the glass is chemically strengthened.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the amount of fluorine contained in the glass of the glass plate (aluminosilicate glass) according to the present invention determined by SIMS and the amount of warp displacement after the glass is chemically strengthened.
  • the “glass plate” includes those in which molten glass is formed into a plate shape.
  • a so-called glass ribbon in a float bath is also a glass plate.
  • the warpage after chemical strengthening of the glass plate is caused by the difference in the way of chemical strengthening on one side and the other side of the glass plate.
  • chemical strengthening is performed on the glass surface (top surface) that is not in contact with the molten metal (usually tin) and the glass surface (bottom surface) that is in contact with the molten metal during float forming. Warping after chemical strengthening occurs due to the difference in the way of entering.
  • one side of the glass plate and the other side of the glass plate are treated by fluorinating the glass plate to make a difference between the degree of fluorination treatment on one side and the degree of fluorination on the other side. It is possible to balance the way of chemical strengthening on one side and the other side by adjusting the diffusion rate of ions in. Therefore, the glass plate of the present invention can reduce the warpage of the glass plate after chemical strengthening without adjusting the strengthening stress or without performing processing such as grinding and polishing before the chemical strengthening treatment.
  • the ion diffusion rate on the treated surface and the ion diffusion rate on the non-treated surface are adjusted to be the same, and the method of entering chemical strengthening is balanced. can do.
  • the depth of one surface is 0 to 0 on the profile in the depth direction by SIMS in which the horizontal axis is the depth when the glass surface is zero and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%).
  • SIMS the horizontal axis is the depth when the glass surface is zero and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%).
  • This is a glass plate in which the average value of the profile in the depth direction at 20 ⁇ m is larger than the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the other surface. That is, when the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on one surface is S 1 , and the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the other surface is S 2 , 1 / S 2 ⁇ 1.
  • the average value of the depth direction profile at least at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the top surface is the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the bottom surface. Larger is preferred.
  • the glass plate of the present invention has an average depth profile at a depth of 0 to 20 ⁇ m on one surface on a depth profile by SIMS, where the horizontal axis is the depth and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%).
  • the value obtained by dividing the value by the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the other surface is preferably larger than 1.0 ⁇ 10 0 and smaller than 1.0 ⁇ 10 5 , 1.1 ⁇ greater than 10 0, more preferably less than 1.0 ⁇ 10 4, greater than 1.3 ⁇ 10 0, more preferably less than 1.0 ⁇ 10 3.
  • it is more than 7.22 / 5.19, that is, more than 1.4, preferably 4 or more, and more preferably 4.9 or more. Note that the calculation is performed so that the division value is 1 or more.
  • the glass plate of the present invention has an average depth profile at a depth of 0 to 20 ⁇ m on one surface on a depth profile by SIMS, where the horizontal axis is the depth and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%).
  • the glass plate of the present invention is a glass plate after chemical strengthening, on the profile in one depth on the depth direction profile by SIMS in which the horizontal axis is the depth and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%).
  • the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m is larger than the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the other surface.
  • the glass plate of the present invention is a glass plate after chemical strengthening, on the profile in one depth on the depth direction profile by SIMS in which the horizontal axis is the depth and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%).
  • the average value of the depth profile in a depth 0 ⁇ 20 [mu] m was divided by the average value of the depth profile in a depth 0 ⁇ 20 [mu] m on the other surface value
  • S 1 / S 2 is greater than 1.0 ⁇ 10 0 , preferably less than 1.0 ⁇ 10 5, more than 1.1 ⁇ 10 0, more preferably less than 1.0 ⁇ 10 4, greater than 1.3 ⁇ 10 0, 1.0 ⁇ More preferably, it is less than 10 3 .
  • S 1 / S 2 is further preferably more than 1.4, more than 1.8, and particularly preferably more than 2.1, more preferably 4 or more, and further preferably 4.9 or more.
  • the glass plate of the present invention has a depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on at least one surface on a depth profile by SIMS in which the horizontal axis is the depth and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%).
  • the average value of the profile is a glass plate larger than the average value of the profile in the depth direction at a depth of 50 to 70 ⁇ m.
  • the average value of the depth profile at a depth of 0 to 20 ⁇ m on the top surface is larger than the average value of the profile in the depth direction at a depth of 50 to 70 ⁇ m.
  • the average value in the depth direction profile at a depth of 0 to 20 ⁇ m is more preferably larger than the average value of the depth direction profile at a depth of 50 to 70 ⁇ m.
  • the glass plate of the present invention has a depth direction profile at a depth of 0 to 20 ⁇ m on at least one surface on a depth direction profile by SIMS, where the horizontal axis is depth and the vertical axis is fluorine concentration (mol%).
  • a value obtained by dividing the average value by the average value of the profile in the depth direction at a depth of 50 to 70 ⁇ m is preferably greater than 1.0 ⁇ 10 0 and less than 1.0 ⁇ 10 5 , and 1.1 ⁇ 10 0 greater, more preferably less than 1.0 ⁇ 10 4, more than 1.3 ⁇ 10 0, more preferably less than 1.0 ⁇ 10 3.
  • S 1 / S 4 is further preferably more than 1.4, more than 1.8, and particularly preferably more than 2.1, more preferably 4 or more, and further preferably 4.8 or more.
  • the average value of the depth profile at a depth of 0 to 20 ⁇ m on at least one surface is the depth 50
  • the warp is obtained by making the value obtained by dividing the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m on at least one surface by the average value of the profile in the depth direction at a depth of 50 to 70 ⁇ m larger than 1.0. It can prevent that the improvement effect of becomes small.
  • the glass plate of the present invention is a glass plate after chemical strengthening, at least one surface on the depth direction profile by SIMS in which the horizontal axis is the depth and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%).
  • the average value of the profile in the depth direction at a depth of 0 to 20 ⁇ m is larger than the average value of the profile in the depth direction at a depth of 50 to 70 ⁇ m.
  • the glass plate of the present invention is a glass plate after chemical strengthening, at least one surface on the depth direction profile by SIMS in which the horizontal axis is the depth and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%).
  • the average value of the depth profile in a depth of 0 ⁇ 20 [mu] m greater value obtained by dividing the than 1.0 ⁇ 10 0 by the average value of the depth profile in a depth 50 ⁇ 70 ⁇ m, 1.0 ⁇ 10 below 5 it is preferably greater than 1.1 ⁇ 10 0, more preferably less than 1.0 ⁇ 10 4, greater than 1.3 ⁇ 10 0, further be less than 1.0 ⁇ 10 3 preferable.
  • S 1 / S 4 is further preferably more than 1.4, more than 1.8, and particularly preferably more than 2.1, more preferably 4 or more, and further preferably 4.8 or more.
  • the glass plate of the present invention is a glass plate containing fluorine on both sides, the fluorine concentration on one side being larger than the fluorine concentration on the other side, and a represented by the following formula is less than ⁇ 0.1 Preferably, it is ⁇ 0.2 or less, more preferably ⁇ 20 or more and ⁇ 0.2 or less. When a is less than ⁇ 0.1, the warp of the glass sheet after chemical strengthening can be reduced.
  • F 20 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 20 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 20 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration)
  • F 3 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration)
  • fluorine concentration at depth x ⁇ m is calculated as an average fluorine concentration at depth (x ⁇ 0.5) to (x + 0.5) ⁇ m.
  • fluorine concentration at a depth of 3 ⁇ m is calculated as an average fluorine concentration at a depth of 2.5 to 3.5 ⁇ m
  • fluorine concentration at 20 ⁇ m is calculated as an average fluorine concentration of 19.5 to 20.5 ⁇ m.
  • the glass plate of the present invention is a glass plate that contains fluorine on both sides, the fluorine concentration on one surface is larger than the fluorine concentration on the other surface, and b represented by the following formula is 4 or more, 5 or more It is preferable that it is 5 or more and 360 or less. When b is 4 or more, the curvature of the glass plate after chemical strengthening can be reduced.
  • F 20 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 20 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 20 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration)
  • F 3 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration)
  • the glass plate of the present invention is a glass plate containing fluorine on both sides, the fluorine concentration on one surface being larger than the fluorine concentration on the other surface, and F 3 represented by the following formula is 4 or more, 5 Preferably, it is preferably 5 or more and 300 or less. By F 3 is 4 or more, it is possible to reduce the warp of the glass plate.
  • F 3 (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a high fluorine concentration) / (fluorine concentration by SIMS with a depth of 3 ⁇ m on a surface with a low fluorine concentration)
  • the glass plate of the present invention has a depth profile obtained by secondary ion mass spectrometry (SIMS) in which the horizontal axis is the depth when the glass surface is zero and the vertical axis is the fluorine concentration (mol%). It is a glass plate in which the amount of fluorine contained therein is more than 0.23 mol% ⁇ ⁇ m and 21 mol% ⁇ ⁇ m or less.
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the amount of fluorine contained in the glass is the depth ( ⁇ m) when the glass surface is zero on the depth profile in SIMS, and the vertical axis is the fluorine concentration ( mol%) can be obtained by integration (mol% ⁇ ⁇ m).
  • the calculation method of the fluorine concentration in SIMS will be described later.
  • the amount of fluorine contained in the glass is precisely the amount of fluorine atoms contained in the entire glass plate, but it is considered that there is a limit to the depth at which fluorine can penetrate into the glass by the fluorine treatment. Actually, it can be regarded as the same value as the integral value when the depth profile from the glass surface to 0 to 30 ⁇ m is measured.
  • the warpage displacement amount is obtained by the following equation.
  • Warpage displacement ⁇ X ⁇ Y ⁇ X: amount of warpage change due to chemical strengthening of untreated glass plate
  • ⁇ Y amount of warpage change due to chemical strengthening of treated glass plate
  • the amount of warpage change is the amount of warpage of the glass plate after chemical strengthening, and the glass plate before chemical strengthening
  • the amount of change in warping is ⁇ X> 0. If ⁇ Y warps in the same direction as ⁇ X, ⁇ Y> 0, and if it warps in the opposite direction to ⁇ X, ⁇ Y ⁇ 0.
  • the amount of fluorine contained in the glass is within the above range, the warp when chemically strengthened can be improved regardless of the type of the glass.
  • glass produced by the float process is preferable because more warping improvement effects can be seen.
  • the amount of fluorine contained in the glass is more than 0.23 mol% ⁇ ⁇ m, preferably 0.7 mol% ⁇ ⁇ m or more. When the amount of fluorine contained in the glass is 0.23 mol% ⁇ ⁇ m or less, there is no significant difference in warpage displacement. Further, the amount of fluorine contained in the glass is 21 mol% ⁇ ⁇ m or less, and preferably 9 mol% ⁇ ⁇ m or less.
  • the glass plate of the present invention is a glass plate after chemical strengthening, it is determined by secondary ion mass spectrometry (SIMS) in which the horizontal axis represents depth ( ⁇ m) and the vertical axis represents fluorine concentration (mol%).
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the horizontal axis represents depth ( ⁇ m)
  • the vertical axis represents fluorine concentration (mol%).
  • the amount of fluorine contained in the glass is more than 0.23 mol% ⁇ ⁇ m and 21 mol% ⁇ ⁇ m or less.
  • the glass plate of the present invention may contain fluorine on both sides or may contain fluorine only on one side. Among these, the latter is preferable from the viewpoint of improving warpage.
  • the one surface and the other surface of the glass plate refer to the one surface and the other surface facing each other in the thickness direction.
  • the both surfaces of a glass plate mean the both surfaces which oppose a plate
  • the secondary ion intensity I M1 of the isotope M 1 of the element M in secondary ion mass spectrometry is the primary ion intensity I P , the sputtering rate Y of the matrix, the concentration M M of the element M (ratio to the total concentration), and the isotope M. It is proportional to the existence probability ⁇ 1 of 1 , the secondary ionization rate ⁇ M of the element M, and the transmission efficiency ⁇ (including the detection efficiency of the detector) of the mass spectrometer.
  • I M1 A ⁇ I P ⁇ Y ⁇ C M ⁇ ⁇ 1 ⁇ ⁇ M ⁇ ⁇ (Formula w)
  • A is the ratio of the secondary ion detection area to the scanning range of the primary ion beam.
  • is eliminated by using a main component element or the like in the same sample as a reference element and taking a ratio with (formula w).
  • the average fluorine concentration is calculated from the profile according to the following procedures (a1) to (a3) after measuring the fluorine concentration profile in the glass with a SIMS apparatus.
  • FIGS. 7A to 7C show typical fluorine concentration profiles by SIMS of a fluorine-treated aluminosilicate glass.
  • A1 Measure the fluorine concentration profile by SIMS of a standard sample with a known concentration and a sample to be measured [FIG. 7 (a)].
  • a calibration curve is created from the measurement results of the standard sample, and a coefficient for converting 19 F / 30 Si into a fluorine concentration (mol%) is calculated [FIG. 7 (b)].
  • the fluorine concentration (mol%) of the sample to be measured is obtained from the coefficient calculated in step (a2).
  • the average fluorine concentration (mol%) by SIMS at a depth of 0 to 3 ⁇ m is a value obtained by integrating the fluorine concentrations at a depth of 0 to 3 ⁇ m and dividing by the depth of 3 ⁇ m [FIG. 7 (c)].
  • the average fluorine concentration (mol%) by SIMS at a depth of 0 to 30 ⁇ m can be obtained in the same manner.
  • the integrated value when the fluorine concentration (mol%) is on the vertical axis and the depth ( ⁇ m) is on the horizontal axis is defined as the amount of fluorine (mol% ⁇ ⁇ m) contained in the glass.
  • SIMS analysis conditions include the following conditions.
  • the analysis conditions shown below are examples, and should be changed as appropriate depending on the measurement device, sample, and the like.
  • the depth of the horizontal axis of the profile in the depth direction obtained by SIMS can be obtained by measuring the depth of the analysis crater with a stylus type film thickness meter (for example, Dektak 150 manufactured by Veeco).
  • More specific analysis conditions include, for example, the following conditions.
  • ADEPT 1010 manufactured by ULVAC-PHI can be mentioned.
  • the thickness of the glass plate is not particularly limited, and examples thereof include 2 mm, 0.8 mm, 0.73 mm, 0.7 mm, 0.56 mm, and 0.4 mm. In order to carry out, it is usually preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less, further preferably 1.5 mm or less, and particularly preferably 0.8 mm or less.
  • the warp amount after chemical strengthening of a 0.7 mm thick glass plate is required to be 40 ⁇ m or less.
  • the amount of warpage after chemical strengthening is about 130 ⁇ m.
  • the amount of warpage of the glass plate after chemical strengthening is inversely proportional to the square of the plate thickness, so the amount of warpage when the thickness of the glass plate is 2.0 mm is about 16 ⁇ m, and the warpage is substantially a problem.
  • the problem of warpage after chemical strengthening may occur when the thickness of the glass plate is less than 2 mm, typically 1.5 mm or less.
  • the warpage after chemical strengthening is improved by adding fluorine to the glass surface layer, but the following parameters are set in consideration of the penetration depth of fluorine.
  • the glass plate of the present invention is a glass plate in which the fluorine concentration on one surface facing in the thickness direction is larger than the fluorine concentration on the other surface, and preferably satisfies the following formula (1).
  • F (x i ) represents the fluorine concentration (mol%) by SIMS at the depth x i ( ⁇ m).
  • FIG. 4A shows a fluorine concentration profile by SIMS of a typical soda lime glass.
  • FIG. 4B is a graph plotting the depth at the horizontal axis and the slope at an arbitrary point x i represented by the following equation (a) on the vertical axis.
  • F (x) represents the fluorine concentration (mol%) at the point x. [F (x i + ⁇ x) ⁇ F (x i )] / ⁇ x (a)
  • ⁇ x is 0.1
  • the maximum depth x ( ⁇ m) at which the slope represented by the formula (a) is ⁇ 0.015 is 1 or more, preferably 2 or more. It is more preferably 8 or more, and particularly preferably 3 or more.
  • x is less than 1, there is no significant difference in warpage displacement.
  • FIG. 4 (c) is an enlarged view of the dotted line portion of the graph of FIG. 4 (b).
  • ⁇ x is 0.1
  • the maximum depth x ( ⁇ m) at which the slope represented by the formula (a) is ⁇ 0.015 is 6.5.
  • the method for forming molten glass into a plate-like glass plate is not particularly limited, and as long as the glass has a composition that can be strengthened by a chemical strengthening treatment, it has various compositions. Things can be used. For example, appropriate amounts of various raw materials are prepared, heated and melted, then homogenized by defoaming or stirring, and formed into a plate shape by a well-known float method, downdraw method (for example, fusion method) or press method, After slow cooling, it is cut into a desired size and polished to produce.
  • a well-known float method, downdraw method (for example, fusion method) or press method After slow cooling, it is cut into a desired size and polished to produce.
  • glass produced by the float process is preferable because the improvement of warpage after chemical strengthening, which is the effect of the present invention, is particularly easily exhibited.
  • the glass plate used in the present invention include a glass plate typically made of soda lime silicate glass, aluminosilicate glass, borate glass, lithium aluminosilicate glass, or borosilicate glass.
  • glass having a composition containing Al is preferable.
  • Al coexists with Al, it takes 4-coordination and participates in the formation of a network that becomes a glass skeleton like Si.
  • tetracoordinate Al increases, movement of alkali ions becomes easy, and ion exchange easily proceeds during chemical strengthening treatment.
  • the composition of the glass plate of the present invention is a composition expressed in mol%, SiO 2 is 50 to 80%, Al 2 O 3 is 0.1 to 25%, Li 2 O + Na 2 O + K 2 O is 3 to 30%.
  • a glass containing 0 to 25% MgO, 0 to 25% CaO and 0 to 5% ZrO 2 but is not particularly limited. More specifically, the following glass compositions may be mentioned. For example, “containing 0 to 25% of MgO” means that MgO is not essential but may contain up to 25%.
  • the glass of (i) is contained in soda lime silicate glass, and the glass of (ii) and (iii) is contained in aluminosilicate glass.
  • the composition expressed as mol% is SiO 2 50 to 74%, Al 2 O 3 1 to 10%, Na 2 Contains 6-14% O, 3-11% K 2 O, 2-15% MgO, 0-6% CaO and 0-5% ZrO 2 , and contains SiO 2 and Al 2 O 3 composition total 75% or less, and displayed in the total content of Na 2 O content and K 2 O 12 to 25% glass (iii) mol percent total of 7 to 15% of the content of MgO and CaO 0 but the SiO 2 68 ⁇ 80%, the Al 2 O 3 4 ⁇ 10% , a Na 2 O 5 ⁇ 15%, the K 2 O 1%, the MgO 4 ⁇ 15% and ZrO 2 are compositions displaying 0-1% glass containing (iv) mol%, a SiO 2 67 ⁇ 75%, the Al 2 O 3 0 ⁇ 4% , Na 2 O the 7 ⁇ 15% K 2 O 1-9% of MgO 6 ⁇ 14% and the ZrO 2 and contains 0 to 1.
  • a gas or liquid containing a molecule having a fluorine atom in its structure (hereinafter referred to as a fluorine-containing fluid) is brought into contact with at least one surface of the glass plate or the glass ribbon.
  • a fluorine-containing fluid a gas or liquid containing a molecule having a fluorine atom in its structure
  • the surface temperature of the glass ribbon is preferably 600 ° C. or higher, and more preferably over 650 ° C.
  • the fluorine-containing fluid can be easily sprayed with a total fluorine contact amount sufficient to reduce the amount of warpage of the glass after chemical strengthening with respect to the obtained glass.
  • glass plate may be used as a generic term for a glass plate and a glass ribbon.
  • fluorine-containing fluid examples include hydrogen fluoride (HF), flon (for example, chlorofluorocarbon, fluorocarbon, hydrochlorofluorocarbon, hydrofluorocarbon, and halon), hydrofluoric acid, fluorine alone, trifluoroacetic acid, and carbon tetrafluoride.
  • HF hydrogen fluoride
  • flon for example, chlorofluorocarbon, fluorocarbon, hydrochlorofluorocarbon, hydrofluorocarbon, and halon
  • hydrofluoric acid fluorine alone, trifluoroacetic acid
  • carbon tetrafluoride examples include silicon tetrafluoride, phosphorus pentafluoride, phosphorus trifluoride, boron trifluoride, nitrogen trifluoride, chlorine trifluoride and the like, but are not limited to these gases or liquids.
  • hydrogen fluoride, chlorofluorocarbon or hydrofluoric acid is preferable because of its high reactivity with the glass plate surface. Moreover, you may mix and use 2 or more types among these gases. Further, when the glass is produced by the float process, when the fluorine-containing fluid is sprayed on the glass ribbon, it is preferable not to use a single fluorine because the oxidizing power is too strong in the float bath.
  • the liquid When a liquid is used, the liquid may be supplied to the glass plate surface by spray coating, for example, or may be supplied to the glass plate surface after vaporizing the liquid. Moreover, you may dilute with another liquid or gas as needed.
  • the fluorine-containing fluid may contain a liquid or a gas other than those liquids or gases, and is preferably a liquid or a gas that does not react with molecules having fluorine atoms at room temperature.
  • liquid or gas examples include, but are not limited to, N 2 , air, H 2 , O 2 , Ne, Xe, CO 2 , Ar, He, and Kr. Moreover, 2 or more types of these gases can also be mixed and used.
  • the carrier gas for the fluorine-containing fluid it is preferable to use an inert gas such as N 2 or argon.
  • the fluorine-containing fluid may further contain SO 2 .
  • SO 2 is used when a glass plate is continuously produced by a float process or the like, and has a function of preventing wrinkles from being generated on the glass due to the conveyance roller coming into contact with the glass plate in the slow cooling region.
  • disassembled at high temperature may be included.
  • the fluorine-containing fluid may contain water vapor or water.
  • Water vapor can be extracted by bubbling an inert gas such as nitrogen, helium, argon, carbon dioxide in heated water.
  • an inert gas such as nitrogen, helium, argon, carbon dioxide in heated water.
  • fluorine By spraying a fluorine-containing fluid onto glass or a glass ribbon, fluorine can enter from the glass surface, and glass containing fluorine can be obtained. It is necessary to adjust the conditions for spraying the fluorine-containing fluid so that the fluorine contained in the obtained glass is more than 0.23 mol% ⁇ ⁇ m and 21 mol% ⁇ ⁇ m or less.
  • the fluorine atom concentration in the fluorine-containing fluid is 0.1% to 15% by volume in order to reduce the load on the equipment. And preferably from 0.1% by volume to 10% by volume.
  • the surface temperature of the glass ribbon is preferably 600 ° C. or higher from the viewpoint of allowing fluorine to penetrate deeper into the glass.
  • the surface temperature of the glass ribbon is preferably (Tg + 50 ° C.) to (Tg + 460 ° C.), more preferably (Tg + 150 ° C.) to (Tg + 460 ° C.), where Tg is the glass transition temperature of the glass plate. Preferably, it is (Tg + 230 ° C.) to (Tg + 460 ° C.).
  • the float method will be described in detail as a specific example of a method for forming molten glass into a plate-like glass plate.
  • a glass manufacturing apparatus having a melting furnace for melting glass raw materials, a float bath for floating glass on a molten metal (such as tin) to form a glass ribbon, and a slow cooling furnace for gradually cooling the glass ribbon Is used to produce a glass plate.
  • a fluorine-containing fluid is supplied to the glass plate conveyed on the molten metal bath from the side not touching the metal surface (top surface). You may process the glass plate surface.
  • the glass plate is conveyed by a roller.
  • the slow cooling region includes not only the inside of the slow cooling furnace but also the portion from the time when the molten metal (tin) bath is carried out in the float bath to the time when it is carried into the slow cooling furnace.
  • the gas may be supplied from the side not touching the molten metal (tin).
  • FIG. 5 (a) shows a schematic explanatory diagram of a method for treating a glass surface by supplying a fluorine-containing fluid in the production of a glass plate by a float process.
  • a fluorine-containing fluid is sprayed onto the glass ribbon 101 by a beam 102 inserted into the float bath.
  • the fluorine-containing fluid is preferably sprayed onto the glass ribbon 101 from the side where the glass ribbon 101 does not touch the molten metal surface.
  • An arrow Ya indicates a direction in which the glass ribbon 101 flows in the float bath.
  • the temperature of the glass ribbon 101 is preferably (Tg + 50) ° C. to (Tg + 460) ° C., and (Tg + 150) ° C. (Tg + 460) ° C. is more preferable, and (Tg + 230) ° C. to (Tg + 460) ° C. is more preferable.
  • the preferred glass ribbon temperature depends on the type of fluid to be sprayed, the principle is to increase the amount of fluorine in the resulting glass by spraying a higher concentration and / or more fluid at higher temperatures. Can do.
  • the position of the beam 102 may be upstream or downstream of the radiation gate 103.
  • the amount of the fluorine-containing fluid sprayed onto the glass ribbon 101 is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 6 to 5 ⁇ 10 ⁇ 3 mol / cm 2 of the glass ribbon.
  • FIG. 5 (b) shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the fluorine-containing fluid blown to the glass ribbon 101 from the Y1 direction by the beam 102 flows in from “IN” and flows out from the “OUT” direction. That is, it moves in the directions of arrows Y4 and Y5 and is exposed to the glass ribbon 101.
  • the fluorine-containing fluid that has moved in the direction of arrow Y4 flows out from the direction of arrow Y2, and the fluorine-containing fluid that has moved in the direction of arrow Y5 flows out from the direction of arrow Y3.
  • the amount of warpage of the glass plate after chemical strengthening may change depending on the position of the glass ribbon 101 in the width direction. In such a case, it is preferable to adjust the amount of the fluorine-containing fluid. That is, it is preferable to increase the amount of the fluorine-containing fluid sprayed at a position where the warpage amount is large, and to decrease the amount of the fluorine-containing fluid sprayed at a position where the warpage amount is small.
  • the structure of the beam 102 is made to be a structure in which the amount of fluorine-containing fluid can be adjusted in the width direction of the glass ribbon 101.
  • the amount of warpage may be adjusted in the width direction of the ribbon 101.
  • FIG. 6A shows a cross-sectional view of a beam 102 that adjusts the amount of a fluorine-containing fluid by dividing it into I to III in the width direction 110 of the glass ribbon 101.
  • the gas systems 111 to 113 are divided by partition walls 114 and 115, and a fluorine-containing fluid is caused to flow out from the gas blowing holes 116 and sprayed onto the glass.
  • the arrow in Fig. 6 (a) indicates the flow of the fluorine-containing fluid.
  • the arrows in FIG. 6B indicate the flow of the fluorine-containing fluid in the gas system 111.
  • the arrows in FIG. 6C indicate the flow of the fluorine-containing fluid in the gas system 112.
  • the arrows in FIG. 6D indicate the flow of the fluorine-containing fluid in the gas system 113.
  • Examples of a method for supplying a fluorine-containing fluid to a glass surface on a glass plate include a method using an injector and a method using an introduction tube.
  • FIG. 1 and 2 are schematic views of an injector used for the surface treatment of a glass plate that can be used in the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a double-flow type injector that can be used in the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a single-flow injector that can be used in the present invention.
  • the fluorine-containing fluid is discharged from the central slit 1 and the outer slit 2 toward the glass plate 20, flows on the glass plate 20 through the flow path 4, and is exhausted from the exhaust slit 5.
  • symbol 21 in FIG.1 and FIG.2 is a direction through which the glass plate 20 flows, and is parallel to the flow path 4.
  • the distance between the gas discharge port of the injector and the glass plate is preferably 50 mm or less.
  • the gas By setting the distance to 50 mm or less, the gas can be prevented from diffusing into the atmosphere, and a sufficient amount of gas can reach the glass plate with respect to the desired gas amount.
  • the distance from the glass plate is too short, for example, when the glass plate produced by the float process is processed online, the glass plate and the injector may come into contact with each other due to the fluctuation of the glass ribbon.
  • the fluorine-containing fluid supplied from the injector is a liquid
  • the distance between the liquid discharge port of the injector and the glass plate there is no particular limitation on the distance between the liquid discharge port of the injector and the glass plate, and it may be arranged so that the glass plate can be processed uniformly.
  • the injector may be used in any manner such as double flow or single flow, and two or more injectors may be arranged in series in the flow direction of the glass plate to treat the glass plate surface.
  • the double-flow injector is an injector in which the gas flow from discharge to exhaust is equally divided in the forward direction and the reverse direction with respect to the moving direction of the glass plate.
  • This double-flow injector is common and is also known for use in producing low reflection glass.
  • asahi glass soda lime silicate glass glass transition point 560 ° C.
  • HF gas from the central slit 1 is 1.12 SLM (liters per minute as standard gas) and a nitrogen (N 2) gas was mixed gas 9SLM heated to 0.99 ° C. flow rate 64cm / s, to blow 45.5SLM the N 2 gas from the outer slit 2, which may be used.
  • the surface roughness (arithmetic mean roughness) Ra of the glass surface sprayed with HF gas in this manner is 30.6 nm, and the value of x described above is 2.5 ⁇ m.
  • the single-flow injector is an injector in which the gas flow from discharge to exhaust is fixed in either the forward direction or the reverse direction with respect to the moving direction of the glass plate.
  • the gas flow on the glass plate and the moving direction of the glass plate are preferably the same in terms of airflow stability.
  • a fluorine-containing fluid supply port a gas generated by reacting with an unreacted fluorine-containing fluid and a glass plate, or a gas exhaust port generated by reacting two or more kinds of gases among fluorine-containing fluids It is preferable that it exists in the surface of the same side of a glass plate.
  • two or more conveyors may be arranged in series, and an injector may be installed between adjacent conveyors to supply the gas from the side touching the conveyor to treat the glass plate surface.
  • an injector may be installed between adjacent conveyors to supply the gas from the side touching the conveyor to treat the glass plate surface.
  • the glass plate when flowing on the roller, it may be supplied from the side not touching the roller, or may be supplied from between adjacent rollers on the side touching the roller.
  • the same or different gas may be supplied from both sides of the glass plate.
  • the glass plate may be surface-treated by supplying gas from both the side not touching the roller and the side touching the roller.
  • the side that is not touching the roller Gas may be supplied from both sides of the side touching the roller.
  • the injector arranged on the side touching the roller and the injector arranged on the side not touching the roller may be arranged at different positions in the flow direction of the glass plate. In arranging at different positions, any of them may be arranged upstream or downstream with respect to the flow direction of the glass plate.
  • a glass plate with a functional film is manufactured online by combining glass manufacturing technology using a float process and CVD technology.
  • the transparent conductive film and the underlying film are formed on the glass plate by supplying gas from the surface not touching the tin or the surface not touching the roller. Yes.
  • an injector may be disposed on the surface in contact with the roller, and a fluorine-containing fluid may be supplied from the injector to the glass plate to treat the glass plate surface.
  • the case of using HF as the fluorine-containing fluid will be described as a representative.
  • the higher the HF flow rate the greater the warp improvement effect during the chemical strengthening treatment, which is preferable.
  • the higher the HF concentration the better the warp improvement effect during the chemical strengthening treatment. Becomes larger.
  • the warpage after chemical strengthening is improved as the conveyance speed of the glass plate is lower. Even in facilities where the total gas flow rate and HF flow rate cannot be controlled well, the warpage after chemical strengthening can be improved by appropriately controlling the conveying speed of the glass plate.
  • a glass plate with improved warpage after chemical strengthening can be obtained by chemically strengthening the glass plate into which fluorine has been introduced.
  • the amount of warpage (warpage variation) of the glass plate after chemical strengthening relative to the glass plate before chemical strengthening is measured by a three-dimensional shape measuring machine (for example, manufactured by Mitaka Kogyo Co., Ltd.), or surface roughness and contour shape measurement It can be measured with a machine (for example, manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.).
  • the improvement of warpage after chemical strengthening is evaluated by the amount of warpage displacement obtained by the following formula in the experiment under the same conditions except that the surface treatment is performed with a fluorine-containing fluid.
  • Warpage displacement ⁇ X ⁇ Y ⁇ X: amount of warpage change due to chemical strengthening of untreated glass plate
  • ⁇ Y amount of warpage change due to chemical strengthening of treated glass plate
  • the amount of warpage change is the amount of warpage of the glass plate after chemical strengthening, and the glass plate before chemical strengthening The value obtained by subtracting the amount of warpage.
  • the amount of change in warping is ⁇ X> 0. If ⁇ Y warps in the same direction as ⁇ X, ⁇ Y> 0, and if it warps in the opposite direction to ⁇ X, ⁇ Y ⁇ 0.
  • the amount of warpage change due to chemical strengthening of untreated glass sheets varies greatly depending on various conditions. That the amount of warp displacement is larger than a predetermined value means that the warp can be controlled regardless of the above-mentioned variation. Therefore, a glass plate having a warp displacement amount of a predetermined value, specifically, 10 ⁇ m or more can reduce the warp problem.
  • the CS (surface compressive stress) and DOL (compressive stress layer depth) of the glass plate can be measured with a surface stress meter.
  • the surface compressive stress of the chemically strengthened glass is preferably 600 MPa or more, and the depth of the compressive stress layer is preferably 15 ⁇ m or more.
  • a functional film 41 is provided on the front surface of the cover glass 30 that emits light from the display panel 45, and a functional film 42 is provided on the rear surface on which the light from the display panel 45 is incident at a position corresponding to the display panel 45.
  • the functional films 41 and 42 are provided on both surfaces in FIG. 3, the functional films 41 and 42 are not limited to this and may be provided on the front surface or the back surface, or may be omitted.
  • the functional films 41 and 42 have functions such as anti-reflection of ambient light, prevention of impact breakage, electromagnetic wave shielding, near-infrared shielding, color tone correction, and / or scratch resistance improvement, and thickness and shape are used for applications. It is selected as appropriate.
  • the functional films 41 and 42 are formed, for example, by attaching a resin film to the cover glass 30. Or you may form by thin film formation methods, such as a vapor deposition method, a sputtering method, or CVD method.
  • Reference numeral 44 denotes a black layer, which is, for example, a coating formed by applying ink containing pigment particles to the cover glass 30, irradiating it with ultraviolet rays, or heating and baking it, and then cooling it.
  • a black layer which is, for example, a coating formed by applying ink containing pigment particles to the cover glass 30, irradiating it with ultraviolet rays, or heating and baking it, and then cooling it.
  • the display panel and the like cannot be seen from the outside, and the appearance is improved.
  • the surface roughness (arithmetic average roughness) Ra is preferably 2.5 nm or less, and more preferably 1.5 nm or less. . Thereby, it can prevent impairing the clearness of the display image of a display apparatus with a cover glass.
  • the surface roughness Ra of the glass plate can be measured as follows based on JIS B0601 (2001). Using an AFM (Atomic Force Microscope), for example, Park Systems, XE-HDM as a measuring device, measure 3 locations at a scan size of 1 ⁇ m ⁇ 1 ⁇ m, and average the 3 locations. Ra value.
  • ADEPT1010 manufactured by ULVAC-PHI Primary ion species: Cs + Primary acceleration voltage: 5.0 kV Primary ion current: 1 ⁇ A Primary ion incident angle (angle from the direction perpendicular to the sample surface): 60 ° Raster size: 200x200 ⁇ m 2 Detection area: 40 ⁇ 40 ⁇ m 2 Secondary ion polarity: Electron gun for negative neutralization Use: Yes
  • the depth of the horizontal axis of the depth direction profile obtained by SIMS analysis was determined by measuring the depth of the analysis crater with a stylus type film thickness meter (Dektak 150 manufactured by Veeco).
  • the obtained glass with a thickness of 0.7 mm was cut into three pieces of 100 mm square, the warpage of two diagonal lines corresponding to the 90 mm square portion of the substrate was measured, and the average value was taken as the amount of warpage before strengthening. .
  • the glass plate of glass material B is immersed in KNO 3 molten salt heated to 450 ° C. for 2 hours, and the glass plate of glass material A is immersed in KNO 3 molten salt heated to 420 ° C. for 2.5 hours. Reinforced.
  • the warpage of two diagonal lines corresponding to the 90 mm square portion of the substrate was measured, and the average value was taken as the warped amount after strengthening.
  • the ratio of the average value of the profile in the depth direction at the depth of 0 to 20 ⁇ m on one surface is greater than 1.4 and the ratio of the average value of the profile in the depth direction at the depth of 0 to 20 ⁇ m on the other surface is It was found that Examples 1-1 to 1-37 in which the amount of fluorine contained in was more than 0.23 mol% ⁇ ⁇ m and 21 mol% ⁇ ⁇ m or less had a higher warp improving effect after chemical strengthening. Further, as shown in Tables 1 to 3, it was found that in Examples 1-1 to 1-37 in which x ( ⁇ m) was 1 or more, the warpage after chemical strengthening was effectively improved.

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Abstract

 本発明は、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とする二次イオン質量分析(SIMS)による深さ方向プロファイル上で、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値がもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きく、両者の比が1.4より大きいガラス板であって、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板に関する。本発明のガラス板によれば、化学強化後の反りを効果的に抑制することができるとともに、化学強化前の研磨処理等を省略または簡略化することができる。

Description

ガラス板
 本発明は、ガラス板に関する。
 近年、携帯電話または携帯情報端末(PDA)、パーソナルコンピュータ、テレビ、車載ナビゲーション表示装置等のフラットパネルディスプレイ装置において、ディスプレイの保護および美観を高めるために、画像表示部分よりも広い領域となるように薄い板状のカバーガラスをディスプレイの前面に配置することが行われている。
 このようなフラットパネルディスプレイ装置に対しては、軽量および薄型化が要求されており、そのため、ディスプレイ保護用に使用されるカバーガラスも薄くすることが要求されている。
 しかし、カバーガラスの厚さを薄くしていくと、強度が低下し、使用中または携帯中の落下などによりカバーガラス自身が割れてしまうことがあり、ディスプレイ装置を保護するという本来の役割を果たすことができなくなるという問題がある。
 このため従来のカバーガラスは、フロート法により製造されたガラス(以下、フロートガラスということがある。)を、化学強化することで表面に圧縮応力層を形成しカバーガラスの耐傷性を高めている。
 フロートガラスは化学強化後に反りが生じて平坦性が損なわれることが報告されている(特許文献1~3)。該反りは、フロート成形時に溶融錫等の溶融金属と接触していないガラス面(以下、トップ面ともいう。)と、溶融金属と接触しているガラス面(以下、ボトム面ともいう。)とが異質になり、両面の化学強化の入り方が異なることにより生じるとされている。
 前記フロートガラスの反りは化学強化の入り方が強いほど大きくなる。したがって、高い耐傷性への要求に応えるべく表面圧縮応力をこれまで以上、特に600MPa以上にする場合、反りの問題がより顕在化することとなる。
 特許文献1には、ガラス表面にSiO膜を形成した後に化学強化することにより、化学強化時にガラスに入るイオンの量を調整するガラスの強化方法が開示されている。また、特許文献2および3には、トップ面側の表面圧縮応力を特定範囲とすることにより、化学強化後の反りを低減する方法が開示されている。
 また、従来、前記反りの問題を低減するために、化学強化による強化応力を小さくしたり、ガラスの少なくとも一方の面を研削処理または研磨処理等することにより表面異質層を除去した後に化学強化する対処方法がなされている。
米国特許出願公開第2011/0293928号明細書 国際公開第2007/004634号 日本国特開昭62-191449号公報
 しかしながら、特許文献1に記載のガラス表面にSiO膜を形成した後に化学強化する方法では、化学強化の際の予熱条件が限定され、さらには条件によってはSiO膜の膜質が変化して反りに影響を与える可能性がある。また、特許文献2および3に記載のように、トップ面側の表面圧縮応力を特定範囲とする方法では、ガラスの強度の観点から問題がある。
 また、化学強化前にガラスの少なくとも一方の面を研削処理または研磨処理等する方法は、生産性を向上させる観点から問題があり、これらの研削処理または研磨処理等を省略することが好ましい。
 さらに、化学強化後にある程度以上の反りが生じる場合、カバーガラスの黒枠を印刷する時にガラスとステージの間に隙間が大きくなりすぎて、ガラスがステージに吸着しなくなることがある。また、タッチパネル一体型のカバーガラスに使用される場合には、後工程にて大板の状態でITO(Indium Tin Oxide)等の成膜を行うことがある。その際に、ガラスが薬液処理槽や洗浄槽のエアーナイフに接触する等の搬送異常が生じたり、ITO成膜中に反りが増大し、基板周辺部のITOの成膜状態が適切にならず、剥がれてしまう等の不具合を生じることがある。また、LCD(Liquid Crystal Display)とタッチパネルが貼りつけられたカバーガラスの間に空間が存在するタイプの場合、カバーガラスに一定以上の反りがあると、輝度ムラやニュートンリングが生じることがある。
 したがって、本発明は、化学強化後の反りを効果的に抑制することができるとともに、化学強化前の研磨処理等を省略または簡略化することができるガラス板を提供することを目的とする。
 本発明者らは、ガラス表面をフッ素処理することにより、ガラスの一方の面ともう一方の面において化学強化の入り方に差が生じるのを抑制し、化学強化後の反りを低減できることを見出し、この知見に基づいて、本発明を完成させた。
 すなわち、本発明は以下の通りである。
1.横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とする二次イオン質量分析(SIMS)による深さ方向プロファイル上で、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値がもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きく、両者の比が1.4より大きいガラス板であって、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
2.一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値ともう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値の比が4以上である前項1に記載のガラス板。
3.フロート法により製造されたガラス板であって、トップ面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値がボトム面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きい前項1に記載のガラス板。
4.トップ面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値とボトム面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値の比が4.9以上である前項3に記載のガラス板。
5.横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値が、深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きいガラス板であって、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
6.横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値(S)を、同方向から見た深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値(S)で除した値(S/S)が2.1以上である前項1~5のいずれか1項に記載のガラス板。
7.横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値(S)を、同方向から見た深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値(S)で除した値(S/S)が2.1~100である前項1~6のいずれか1項に記載のガラス板。
8.フロート法により製造されたガラス板である前項6または7に記載のガラス板。
9.厚みが1.5mm以下である前項1~8のいずれか1項に記載のガラス板。
10.厚みが0.8mm以下である前項1~9のいずれか1項に記載のガラス板。
11.表面粗さRaが2.5nm以下である前項1~10のいずれか1項に記載のガラス板。
12.前項1~11のいずれか1項に記載のガラス板を化学強化して得られる化学強化ガラス板。
13.カバーガラスを備えたフラットパネルディスプレイ装置であって、該カバーガラスが前項12に記載の化学強化ガラス板であるフラットパネルディスプレイ装置。
14.一方の面におけるフッ素濃度が他方の面におけるフッ素濃度より大きいフッ素含有ガラス板であって、下記式で表されるaが-0.1未満であり、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
a=(F20-F)/17
20=(フッ素濃度の大きい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)
=(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
15.一方の面におけるフッ素濃度が他方の面におけるフッ素濃度より大きいフッ素含有ガラス板であって、下記式で表されるbが4以上であり、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
b=F-3×a
a=(F20-F)/17
20=(フッ素濃度の大きい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)
=(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
16.一方の面におけるフッ素濃度が他方の面におけるフッ素濃度より大きいフッ素含有ガラス板であって、下記式で表されるFが4以上であり、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
=(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
 本発明のガラス板はその表面がフッ素処理されていることにより、ガラスの一方の面ともう一方の面において化学強化の入り方に差が生じるのを抑制し、化学強化による応力値を所望の値にできる。また、化学強化前の研磨処理等を簡略化または省略しても、化学強化後におけるガラスの反りを低減し、優れた平坦度を得ることができる。
図1は、本発明で用いることのできる両流しタイプのインジェクタを模式的に示す図である。 図2は、本発明で用いることのできる片流しタイプのインジェクタを模式的に示す図である。 図3は、本発明の化学強化用フロートガラスを化学強化した後、フラットパネルディスプレイ用のカバーガラスとして用いたフラットパネルディスプレイの断面図である。 図4(a)は、アルミノシリケートガラスのSIMSによる典型的なフッ素濃度プロファイルを示す。図4(b)は、横軸に深さ、縦軸に式(a)で表される任意の点xにおける傾きをプロットした図を示す。図4(c)は、図4(b)中の点線部分を拡大した図を示す。 図5(a)にフロート法によるガラス板の製造において、その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体をビームにより供給してガラスリボンの表面を処理する方法の概略説明図を示す。図5(b)は、図5(a)のA-A断面図である。 図6(a)~(d)は、気体の量をガラスリボンの幅方向で3分割して調整可能なビームの断面図を示す。 図7(a)~(c)は、フッ素処理したアルミノシリケートガラスのSIMSによる典型的なフッ素濃度プロファイルを示す。 図8は、SIMSプロファイルから、ガラス中に含まれるフッ素量を算出する方法を示した図である。 図9は、SIMSより求めた本発明に係るガラス板(ソーダライムガラス)のガラス中に含まれるフッ素量と、当該ガラスを化学強化処理した後の反り変位量との関係を示す図である。 図10は、SIMSより求めた本発明に係るガラス板(アルミノシリケートガラス)のガラス中に含まれるフッ素量と、当該ガラスを化学強化処理した後の反り変位量との関係を示す図である。
1.ガラス板
 本発明において、「ガラス板」とは、溶融ガラスが板状に成形されているものも含み、たとえばフロートバス内のいわゆるガラスリボンもガラス板である。ガラス板の化学強化後の反りは、ガラス板の一方の面ともう一方の面において化学強化の入り方が異なることにより生じる。具体的には、例えば、フロートガラスの場合、フロート成形時に溶融金属(通常、錫)と接触していないガラス面(トップ面)と溶融金属と接触しているガラス面(ボトム面)において化学強化の入り方が異なることにより化学強化後の反りが生じる。
 本発明によれば、ガラス板上をフッ素処理して一方の面のフッ素処理の程度ともう一方の面のフッ素処理の程度に差をつけることにより、ガラス板の一方の面ともう一方の面におけるイオンの拡散速度を調整して、一方の面ともう一方の面における化学強化の入り方を均衡化することができる。そのため、本発明のガラス板は、強化応力を調整したり、化学強化処理の前に研削および研磨等の処理をすることなく、化学強化後のガラス板の反りを低減することができる。
 また、片面のガラス板上のフッ素処理の程度を変更することにより、処理面のイオン拡散速度と非処理面のイオン拡散速度が同じになるように調整して、化学強化の入り方を均衡化することができる。
 ガラス板の表面をフッ素処理することにより化学強化後の反りが低減できるメカニズムとしては、以下のような現象が生じていると考えられる。
(1)ガラスの表面に取り込まれたフッ素により緩和が促進され、フッ素処理された面のCS(compressive stress、表面圧縮応力)が低下する。
(2)ガラスの表面に取り込まれたフッ素によりイオン交換が阻害され、フッ素処理された面のDOL(depth of layer、圧縮応力深さ)が低下する。
(3)フッ素処理により、ガラスの脱アルカリが生じる。
(4)フッ素処理によりガラス表面の主成分が変化し、ガラス中のSiがSiFまたはHSiFとしてガラス表面から減少するため、応力の入り方が変化する。
(5)フッ素処理により、ガラス表面からの脱水が抑制されるかあるいは水が侵入することにより、反りが低減される。
 本発明のガラス板は、横軸をガラス表面をゼロとした時の深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値がもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きいガラス板である。すなわち、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値をS、もう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値をSとした場合に、S/S≠1である。
 なお、フロート法により製造されたガラス板である場合、少なくともトップ面の深さ0~20μmにおける該深さ方向プロファイルの平均値がボトム面の深さ0~20μmにおける該深さ方向プロファイルの平均値より大きいことが好ましい。
 本発明のガラス板は、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値をもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値で除した値が1.0×10より大きく、1.0×10未満であることが好ましく、1.1×10より大きく、1.0×10未満であることがより好ましく、1.3×10より大きく、1.0×10未満であることがさらに好ましい。典型的には7.22/5.19超すなわち1.4超であり、4以上であることが好ましく、4.9以上であることがより好ましい。尚、割り算の値が1以上になるように計算することとする。
 本発明のガラス板は、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値をもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値で除した値を1.0×10未満とすることにより、反りの改善が進行しすぎて反対側に大きく反ってしまうのを防ぐことができる。一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値をもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値で除した値を1.0より大きくすることにより、反りの改善効果が小さくなってしまうのを防ぐことができる。
 本発明のガラス板は、化学強化後のガラス板である場合にも、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値がもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きいガラス板である。
 本発明のガラス板は、化学強化後のガラス板である場合にも、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値をもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値で除した値S/Sが1.0×10より大きく、1.0×10未満であることが好ましく、1.1×10より大きく、1.0×10未満であることがより好ましく、1.3×10より大きく、1.0×10未満であることがさらに好ましい。S/Sはさらには1.4超、1.8超、特には2.1超であることが好ましく、4以上であることがより好ましく、4.9以上であることがさらに好ましい。
 また、本発明のガラス板は、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値が、深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きいガラス板である。すなわち、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値をS、同方向から見た深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値をSとした場合に、S/S>1であり、2.1以上であることが好ましく、2.1以上100以下であることがより好ましい。
 なお、フロート法により製造されたガラス板である場合、トップ面の深さ0~20μmにおける該深さ方向プロファイルの平均値が、深さ50~70μmにおける該深さ方向プロファイルの平均値より大きいことが好ましく、少なくともトップ面において、深さ0~20μmにおける該深さ方向プロファイルの平均値が、深さ50~70μmにおける該深さ方向プロファイルの平均値より大きいことがより好ましい。
 本発明のガラス板は、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値を、深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値で除した値が1.0×10より大きく、1.0×10未満であることが好ましく、1.1×10より大きく、1.0×10未満であることがより好ましく、1.3×10より大きく、1.0×10未満であることがさらに好ましい。S/Sはさらには1.4超、1.8超、特には2.1超であることが好ましく、4以上であることがより好ましく、4.8以上であることがさらに好ましい。
 横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値を、深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値で除した値を1.0×10未満とすることにより、反りの改善が進行しすぎて反対側に大きく反ってしまうのを防ぐことができる。また、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値を、深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値で除した値を1.0より大きくすることにより、反りの改善効果が小さくなってしまうのを防ぐことができる。
 本発明のガラス板は、化学強化後のガラス板である場合にも、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値が、深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きいガラス板である。
 本発明のガラス板は、化学強化後のガラス板である場合にも、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値を、深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値で除した値が1.0×10より大きく、1.0×10未満であることが好ましく、1.1×10より大きく、1.0×10未満であることがより好ましく、1.3×10より大きく、1.0×10未満であることがさらに好ましい。S/Sはさらには1.4超、1.8超、特には2.1超であることが好ましく、4以上であることがより好ましく、4.8以上であることがさらに好ましい。
 本発明のガラス板は、両面にフッ素を含有し、一方の面におけるフッ素濃度が他方の面におけるフッ素濃度より大きいガラス板であって、下記式で表されるaが-0.1未満であり、好ましくは-0.2以下であり、より好ましくは-20以上-0.2以下である。aが-0.1未満であることにより、化学強化後のガラス板の反りを低減することができる。
a=(F20-F)/17
20=(フッ素濃度の大きい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)
=(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
 なお、本明細書において、「深さxμmのフッ素濃度」とは深さ(x-0.5)~(x+0.5)μmの平均フッ素濃度として算出する。例えば、深さ3μmのフッ素濃度とは深さ2.5~3.5μmの平均フッ素濃度として算出し、20μmのフッ素濃度とは、19.5~20.5μmの平均フッ素濃度として算出する。
 本発明のガラス板は、両面にフッ素を含有し、一方の面におけるフッ素濃度が他方の面におけるフッ素濃度より大きいガラス板であって、下記式で表されるbが4以上であり、5以上であることが好ましく、5以上360以下であることがより好ましい。bが4以上であることにより、化学強化後のガラス板の反りを低減することができる。
b=F-3×a
a=(F20-F)/17
20=(フッ素濃度の大きい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)
=(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
 上記においてa、bを求める際に深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度を考慮するのは、試料の履歴の観点から、深さ0~2μmにおけるフッ素濃度と比較して、フッ素処理後に試料が受ける影響を受けにくいと考えられるためである。
 本発明のガラス板は、両面にフッ素を含有し、一方の面におけるフッ素濃度が他方の面におけるフッ素濃度より大きいガラス板であって、下記式で表されるFが4以上であり、5以上であることが好ましく、5以上300以下であることがより好ましい。Fが4以上であることにより、ガラス板の反りを低減することができる。
=(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
 本発明のガラス板は、横軸をガラス表面をゼロとした時の深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とする二次イオン質量分析(SIMS)による深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板である。
 ガラス中に含まれるフッ素量とは、図8に示すように、SIMSにおける深さ方向プロファイル上で、横軸をガラス表面をゼロとした時の深さ(μm)とし、縦軸をフッ素濃度(mol%)とした際の積分(mol%・μm)により求めることができる。SIMSにおけるフッ素濃度の算出方法については後述する。
 ガラス中に含まれるフッ素量とは、正確にはガラス板全体に含まれるフッ素原子の量であるが、フッ素処理によってフッ素がガラス中に侵入できる深さには限界があると考えられることから、実際にはガラス表面からの深さが0~30μmまでの深さ方向プロファイルを測定した際の積分値と同じ値であるとみなすことができる。
 ガラス中に含まれるフッ素量(mol%・μm)と当該ガラスを化学強化処理した後の反り変位量(μm)とは、一次の比例関係にあると考えられる(図9及び図10)。ここで反り変位量とは、以下に示す式により求められる。
 反り変位量=ΔX-ΔY
ΔX:未処理ガラス板の化学強化による反り変化量
ΔY:処理ガラス板の化学強化による反り変化量
 ここで、反り変化量は、化学強化後のガラス板の反り量から、化学強化前のガラス板の反り量を減じた値である。反り変化量は、ΔX>0とする。ΔYはΔXと同方向に反る場合にΔY>0、ΔXと逆方向に反る場合はΔY<0とする。
 ガラス中に含まれるフッ素量が上記範囲内であれば、そのガラスの種類によらず、化学強化した際の反りを改善することができる。中でも、フロート法により製造されたガラスは、より多くの反り改善効果がみられることから好ましい。ガラス中に含まれるフッ素量は0.23mol%・μm超であり、0.7mol%・μm以上であることが好ましい。ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm以下であると、反りの変位に有意な差が見られない。また、ガラス中に含まれるフッ素量は21mol%・μm以下であり、9mol%・μm以下であることが実用上好ましい。
 本発明のガラス板は、化学強化後のガラス板である場合にも、横軸を深さ(μm)とし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とする二次イオン質量分析(SIMS)による深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下となる。
 本発明のガラス板は、両面にフッ素を含有していても、一方の面にのみフッ素を含有していてもよい。中でも、後者の方が反り改善の点から好ましい。
 なお、本明細書において、ガラス板の一方の面と他方の面とは、板厚方向に対向する一方の面と他方の面をいう。また、ガラス板の両面とは、板厚方向に対向する両面をいう。
 次に、二次イオン質量分析(SIMS)においてF濃度(mol%)を求める方法について説明する。
 二次イオン質量分析における元素Mの同位体Mの二次イオン強度IM1は、一次イオン強度I、マトリックスのスパッタ率Y、元素Mの濃度C(全濃度に対する比)、同位体Mの存在確率α、元素Mの二次イオン化率β、および質量分析計の透過効率η(検出器の検出効率を含む)に比例する。
 IM1=A・I・Y・C・α・β・η (式w)
 ここで、Aは一次イオンビームの走査範囲に対する二次イオンの検出面積の比である。一般的には装置のηを求めるのは困難なためβの絶対値を求めることができない。そこで、同じ試料の中の主成分元素などを参照元素として用い、(式w)との比をとることによりηを消去する。
 ここで参照元素をR、その同位体をRとした場合、(式x)が得られる。
 IM1/IRj=(C・α・β)/(C・α・β)=C/K (式x)
 ここでKは元素Mの元素Rに対する相対感度因子である。
 K=(C・α・β)/(α・β) (式y)
 この場合、元素Mの濃度は(式z)より求められる。
 C=K・IM1/IRj (式z)
 本発明においては、FはMに、SiはRにそれぞれ対応する。したがって、(式x)より両者の強度比(F/Si)はフッ素濃度CをKで除したものに等しい。
 平均フッ素濃度は、SIMS装置でガラス中のフッ素濃度プロファイル測定を実施し、以下の手順(a1)~(a3)により該プロファイルから算出する。図7(a)~(c)はフッ素処理したアルミノシリケートガラスのSIMSによる典型的なフッ素濃度プロファイルを示す。
(a1)濃度が既知の標準試料および測定対象サンプルのSIMSによるフッ素濃度プロファイルを測定する[図7(a)]。
(a2)標準試料の測定結果から検量線を作成し、19F/30Siをフッ素濃度(mol%)に変換するための係数を算出する[図7(b)]。
(a3)工程(a2)で算出した係数から測定対象サンプルのフッ素濃度(mol%)を求める。例えば、深さ0~3μmのSIMSによる平均フッ素濃度(mol%)は、深さ0~3μmのフッ素濃度を積算し、深さ3μmで除した値である[図7(c)]。
 深さ0~30μmのSIMSによる平均フッ素濃度(mol%)についても、同様に求めることができる。
 このフッ素濃度(mol%)を縦軸とし、深さ(μm)を横軸とした際の積分値を、ガラス中に含まれるフッ素量(mol%・μm)と定義する。
 SIMSの分析条件としては、例えば、以下の条件が挙げられる。なお、以下で示す分析条件は例示であり、測定装置、サンプルなどによって適宜変更されるべきものである。また、SIMSによって得られる深さ方向プロファイルの横軸の深さは、分析クレーターの深さを触針式膜厚計(例えば、Veeco社製Dektak150)によって測定することで、求められる。
(分析条件)
一次イオン種:Cs
一次イオン入射角:60°
一次加速電圧:5kV
 より具体的な分析条件としては、例えば、以下の条件が挙げられる。
(分析条件)
測定装置:四重極型質量分析器を有する二次イオン質量分析装置
一次イオン種:Cs
一次加速電圧:5.0kV
一次イオンカレント:1μA
一次イオン入射角(試料面垂直方向からの角度):60°
ラスターサイズ:200x200μm
検出領域:40x40μm
二次イオン極性:マイナス
中和用の電子銃使用:有
 四重極型質量分析器を有する二次イオン質量分析装置としては、例えば、アルバック・ファイ社製ADEPT1010が挙げられる。
 ガラス板の厚みは、特に制限されるものではなく、たとえば2mm、0.8mm、0.73mm、0.7mm、0.56mm、0.4mmが挙げられるが、後述する化学強化処理を効果的に行うために、通常5mm以下であることが好ましく、3mm以下であることがより好ましく、1.5mm以下であることがさらに好ましく、0.8mm以下であることが特に好ましい。
 通常、厚み0.7mmのガラス板の化学強化後における反り量は40μm以下であることが求められる。90mm角のガラス板でCSが750MPa、DOLが40μmの場合、化学強化後の反り量は約130μmである。一方、化学強化後におけるガラス板の反り量は板厚の2乗と反比例の関係にあるので、ガラス板の厚みが2.0mmのときの反り量は約16μmとなり、実質的に反りが問題となることはない。したがって、ガラス板の厚み2mm未満、典型的には1.5mm以下で化学強化後における反りの問題が生じる可能性がある。
 ガラス表層にフッ素を添加することで化学強化後の反りが改善されるが、フッ素の侵入深さを考慮して下記パラメータを設定する。
 本発明のガラス板は、厚み方向に対向する一方の面のフッ素濃度が他方の面のフッ素濃度より大きいガラス板であって、下式(1)を満たすことが好ましい。
 1≦x…(1)
 式(1)中、xはSIMSによるフッ素濃度プロファイルにおいて、任意の深さx(μm)における傾きが下式(2)を満たす最大の深さ(μm)である。
[F(x+0.1)-F(x)]/0.1=-0.015…(2)
 式(2)中、F(x)は、深さx(μm)におけるSIMSによるフッ素濃度(mol%)を示す。
 図4(a)に典型的なソーダライムガラスのSIMSによるフッ素濃度プロファイルを示す。図4(b)は、横軸に深さ、縦軸に下式(a)で表される任意の点xにおける傾きをプロットしたグラフである。下式(a)において、F(x)は点xにおけるフッ素濃度(mol%)を示す。
[F(x+Δx)-F(x)]/Δx…(a)
 Δxを0.1とした場合に、式(a)で表される傾きが-0.015となる最大の深さx(μm)は1以上であり、2以上であることが好ましく、2.8以上であることがより好ましく、3以上であることが特に好ましい。xが1未満であると、反りの変位に有意な差が見られない。
 図4(c)は、図4(b)のグラフの点線部分を拡大した図である。例えば、図4(c)において、Δxを0.1とした場合に、式(a)で表される傾きが-0.015となる最大の深さx(μm)は6.5となる。
2.ガラス板の製造方法
 本発明において溶融ガラスを板状のガラス板に成形する方法は特に限定されず、また該ガラス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。例えば、種々の原料を適量調合し、加熱溶融した後、脱泡または攪拌などにより均質化し、周知のフロート法、ダウンドロー法(例えば、フュージョン法など)またはプレス法などによって板状に成形し、徐冷後、所望のサイズに切断し、研磨加工を施して製造される。これらの製造方法の中でも、フロート法により製造されたガラスは、特に本発明の効果である化学強化後の反り改善が発揮され易いため、好ましい。
 本発明に用いられるガラス板としては、具体的には、例えば、典型的にはソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、ホウ珪酸ガラスからなるガラス板が挙げられる。
 これらの中でも、Alを含む組成のガラスが好ましい。Alはアルカリが共存すると4配位をとってSiと同様にガラスの骨格となる網目の形成に参加する。4配位のAlが増えると、アルカリイオンの移動が容易になり、化学強化処理時にイオン交換が進行しやすくなる。
 本発明のガラス板の組成としては、モル%で表示した組成で、SiOを50~80%、Alを0.1~25%、LiO+NaO+KOを3~30%、MgOを0~25%、CaOを0~25%およびZrOを0~5%含むガラスが挙げられるが、特に限定されない。より具体的には、以下のガラスの組成が挙げられる。なお、例えば、「MgOを0~25%含む」とは、MgOは必須ではないが25%まで含んでもよい、の意である。(i)のガラスはソーダライムシリケートガラスに含まれ、(ii)および(iii)のガラスはアルミノシリケートガラスに含まれる。
(i)モル%で表示した組成で、SiOを63~73%、Alを0.1~5.2%、NaOを10~16%、KOを0~1.5%、MgOを5~13%及びCaOを4~10%を含むガラス
(ii)モル%で表示した組成が、SiOを50~74%、Alを1~10%、NaOを6~14%、KOを3~11%、MgOを2~15%、CaOを0~6%およびZrOを0~5%含有し、SiOおよびAlの含有量の合計が75%以下、NaOおよびKOの含有量の合計が12~25%、MgOおよびCaOの含有量の合計が7~15%であるガラス
(iii)モル%で表示した組成が、SiOを68~80%、Alを4~10%、NaOを5~15%、KOを0~1%、MgOを4~15%およびZrOを0~1%含有するガラス
(iv)モル%で表示した組成が、SiOを67~75%、Alを0~4%、NaOを7~15%、KOを1~9%、MgOを6~14%およびZrOを0~1.5%含有し、SiOおよびAlの含有量の合計が71~75%、NaOおよびKOの含有量の合計が12~20%であり、CaOを含有する場合その含有量が1%未満であるガラス
 本発明のガラス板の製造方法では、ガラス板またはガラスリボンの少なくとも一面に対して、その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体または液体(以下、フッ素含有流体という)を接触させて表面処理する。
 ガラスリボンの少なくとも一面に対してフッ素含有流体を接触させて表面処理する場合、ガラスリボンの表面温度は600℃以上であることが好ましく、650℃超であることがより好ましい。650℃超とすることにより、得られたガラスに対して化学強化後のガラスの反り量を低減するのに十分なフッ素総接触量でフッ素含有流体の吹き付け処理を実施しやすくなる。なお、以下ではガラス板という語をガラス板およびガラスリボンを総称するものとして用いることがある。
 フッ素含有流体としては、例えば、フッ化水素(HF)、フロン(例えば、クロロフルオロカーボン、フルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ハロン)、フッ化水素酸、フッ素単体、トリフルオロ酢酸、四フッ化炭素、四フッ化ケイ素、五フッ化リン、三フッ化リン、三フッ化ホウ素、三フッ化窒素、三フッ化塩素などが挙げられるが、これらの気体または液体に限定されるものではない。
 これらの中でも、フッ化水素、フロンまたはフッ化水素酸がガラス板表面との反応性が高い点で好ましい。またこれらのガスのうち、2種以上を混合して使用してもよい。また、フロート法でガラスを製造するに際し、ガラスリボンに対してフッ素含有流体を吹き付ける場合には、フロートバス内では酸化力が強すぎるので、フッ素単体を使用しないことが好ましい。
 また液体を使用する場合は、液体のまま、例えば、スプレー塗布でガラス板表面に供給しても、液体を気化してからガラス板表面に供給してもよい。また必要に応じて他の液体または気体で希釈してもよい。
 フッ素含有流体としては、それらの液体や気体以外の液体または気体を含んでいてもよく、常温でフッ素原子が存在する分子と反応しない液体または気体であることが好ましい。
 前記液体または気体としては、例えば、N、空気、H、O、Ne、Xe、CO、Ar、HeおよびKrなどが挙げられるが、これらのものに限定されるものではない。またこれらのガスのうち、2種以上を混合して使用することもできる。
 フッ素含有流体のキャリアガスとしては、N、アルゴンなどの不活性ガスを用いることが好ましい。また、フッ素含有流体には、更にSOを含んでもよい。SOはフロート法などで連続的にガラス板を生産する際に使用されており、徐冷域において搬送ローラーがガラス板と接触して、ガラスに疵を発生させることを防ぐ働きがある。また、高温で分解するガスを含んでいてもよい。
 更に、フッ素含有流体には、水蒸気または水を含んでもよい。水蒸気は加熱した水に窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスをバブリングさせて取り出すことができる。大量の水蒸気が必要な場合は、気化器に水を送り込んで直接気化させる方法をとることも可能である。
 フッ素含有流体をガラス又はガラスリボンに吹き付けることにより、ガラス表面からフッ素を侵入させ、フッ素を含むガラスを得ることができる。フッ素含有流体を吹き付ける条件を、得られたガラスに含まれるフッ素が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下となるように、調整することが必要である。
 例えば、フロート法においてガラスリボンにフッ素含有流体を吹き付けてフッ素を侵入させる場合には、フッ素含有流体におけるフッ素原子濃度は0.1体積%~15体積%であることが設備への負荷低減の点から好ましく、0.1体積%~10体積%がより好ましい。さらに、ガラスリボンの表面温度は600℃以上であることがガラスのより深くまでフッ素を侵入させる点から好ましい。
 ガラスリボンの表面温度は、該ガラス板のガラス転移温度をTgとした場合に、(Tg+50℃)~(Tg+460℃)であることが好ましく、(Tg+150℃)~(Tg+460℃)であることがより好ましく、(Tg+230℃)~(Tg+460℃)であることがさらに好ましい。
 ガラスリボンにフッ素含有流体を吹き付ける場合、フッ素含有流体を吹き付けることでフッ素をガラス内に侵入させるが、ガラスリボンを徐冷してフロートガラス板を製造するまでの間に、侵入したフッ素の一部はガラス内から抜けることがある。
 しかしながら、本発明の趣旨においてその抜けるフッ素量は微量であることから、ガラスリボン中のフッ素原子濃度と、成形工程を経た後のフロートガラス中のフッ素原子濃度とを区別する技術的必要性はない。
 本発明において溶融ガラスを板状のガラス板に成形する方法の具体例としてフロート法について詳述する。フロート法では、ガラスの原料を溶解する溶融炉と、溶融ガラスを溶融金属(錫等)上に浮かせてガラスリボンを成形するフロートバスと、該ガラスリボンを徐冷する徐冷炉とを有するガラス製造装置を用いてガラス板が製造される。
 溶融金属(錫)浴上でガラスが成形される際に、溶融金属浴上を搬送されるガラス板に対して、金属面に触れていない側(トップ面)からフッ素含有流体を供給して当該ガラス板表面を処理してもよい。溶融金属(錫)浴に続く徐冷領域では、ガラス板はローラーにより搬送される。
 ここで、徐冷領域とは、徐冷炉内だけではなく、フロートバス内で上記溶融金属(錫)浴から搬出されてから徐冷炉内に搬送されるまでの部分も含むものである。徐冷領域においては溶融金属(錫)に触れていない側から当該ガスを供給してもよい。
 図5(a)にフロート法によるガラス板の製造において、フッ素含有流体を供給してガラス表面を処理する方法の概略説明図を示す。
 溶融ガラスを溶融金属(錫等)上に浮かせてガラスリボン101を成形するフロートバスにおいて、フロートバス内に挿入したビーム102により、フッ素含有流体を、該ガラスリボン101に吹き付ける。図5(a)に示すように、フッ素含有流体は、ガラスリボン101が溶融金属面に触れていない側からガラスリボン101に吹き付けることが好ましい。矢印Yaは、フロートバスにおいてガラスリボン101が流れる方向を示す。
 ビーム102によりガラスリボン101にフッ素含有流体を吹き付ける位置は、ガラス転移点が550℃以上の場合には、ガラスリボン101の温度は(Tg+50)℃~(Tg+460)℃が好ましく、(Tg+150)℃~(Tg+460)℃がより好ましく、(Tg+230)℃~(Tg+460)℃がさらに好ましい。好ましいガラスリボンの温度は、吹きつける流体の種類によっても異なるが、原則は、より高温でより高濃度及び/又はより多量の流体を吹き付けることによって、得られたガラス中のフッ素量を多くすることができる。
 また、ビーム102の位置は、ラジエーションゲート103の上流であってもよいし、下流であってもよい。ガラスリボン101に吹きつけるフッ素含有流体の量は、HFの場合1×10-6~5×10-3mol/ガラスリボン1cmであることが好ましい。
 図5(b)に図5(a)のA-A断面図を示す。ビーム102によりY1の方向からガラスリボン101に吹き付けられたフッ素含有流体は、「IN」から流入して、「OUT」の方向から流出する。すなわち、矢印Y4およびY5の方向に移動して、ガラスリボン101に曝露する。また、矢印Y4の方向に移動したフッ素含有流体は矢印Y2の方向から流出し、矢印Y5の方向に移動したフッ素含有流体は矢印Y3の方向から流出する。
 ガラスリボン101の幅方向の位置によって化学強化後におけるガラス板の反り量が変化する場合もあり、そのような場合は、フッ素含有流体の量を調整することが好ましい。すなわち、反り量が大きい位置にはフッ素含有流体を吹きつける量を多くし、反り量が少ない位置にはフッ素含有流体を吹きつける量を少なくすることが好ましい。
 ガラスリボン101の位置によって化学強化後におけるガラス板の反り量が変化する場合には、ビーム102の構造を、ガラスリボン101の幅方向でフッ素含有流体量を調整可能な構造とすることにより、ガラスリボン101の幅方向で反り量を調整してもよい。
 具体例として、フッ素含有流体の量をガラスリボン101の幅方向110でI~IIIに3分割して調整するビーム102の断面図を図6(a)に示す。ガス系統111~113は、隔壁114、115によって分割されており、それぞれガス吹き穴116からフッ素含有流体を流出させて、ガラスに吹き付ける。
 図6(a)における矢印はフッ素含有流体の流れを示す。図6(b)における矢印は、ガス系統111におけるフッ素含有流体の流れを示す。図6(c)における矢印は、ガス系統112におけるフッ素含有流体の流れを示す。図6(d)における矢印は、ガス系統113におけるフッ素含有流体の流れを示す。
 ガラス板にフッ素含有流体をガラス表面に供給する方法としては、例えば、インジェクタを用いる方法、および導入チューブを用いる方法等が挙げられる。
 本発明で用いることのできるガラス板の表面処理に用いるインジェクタの模式図を図1および図2に示す。図1は、本発明で用いることのできる両流しタイプのインジェクタを模式的に示す図である。図2は、本発明で用いることのできる片流しタイプのインジェクタを模式的に示す図である。
 フッ素含有流体は、中央スリット1及び外スリット2からガラス板20に向かって吐出され、ガラス板20上を流路4を通じて流れ、排気スリット5から排気される。なお、図1及び図2中の符号21は、ガラス板20が流れる方向であり、流路4と平行である。
 インジェクタより供給されるフッ素含有流体が気体である場合、インジェクタの気体吐出口とガラス板との距離は50mm以下であることが好ましい。
 前記距離を50mm以下とすることにより、気体が大気中に拡散するのを抑制し、所望するガス量に対して、ガラス板に十分量のガスを到達させることができる。逆にガラス板との距離が短すぎると、例えばフロート法で生産されるガラス板にオンラインで処理をする際に、ガラスリボンの変動により、ガラス板とインジェクタが接触する恐れがある。
 またインジェクタより供給されるフッ素含有流体が液体である場合、インジェクタの液体吐出口とガラス板との距離には特段の制限がなく、ガラス板が均一に処理できるような配置であればよい。
 インジェクタは、両流しまたは片流しなど、いずれの態様で用いてもよく、ガラス板の流れ方向に直列に2個以上並べて、ガラス板表面を処理してもよい。両流しインジェクタとは、図1に示す通り、吐出から排気へのガスの流れがガラス板の移動方向に対して、順方向と逆方向に均等に分かれるインジェクタである。
 この両流しインジェクタは一般的なものであり、低反射ガラスを製造するために使用するものとしても知られている。例えば、600℃まで再加熱した厚さ1.8mmの旭硝子製ソーダライムシリケートガラス(ガラス転移点560℃)に、中央スリット1からHFガスを1.12SLM(標準状態での気体で毎分リットル)と窒素(N)ガス9SLMを混合したガスを150℃に加熱し流速64cm/sで、外スリット2からNガスを45.5SLM吹き付けるように、使用することがある。このようにしてHFガスが吹き付けられたガラス表面の表面粗さ(算術平均粗さ)Raは30.6nmであり、上述のxの値は2.5μmである。
 片流しインジェクタとは、図2に示す通り、吐出から排気へのガスの流れがガラス板の移動方向に対して順方向もしくは逆方向のいずれかに固定されるインジェクタである。片流しインジェクタを使用するときは、気流安定性の点でガラス板上のガスの流れとガラス板の移動方向が同じであることが好ましい。
 また、フッ素含有流体の供給口と、未反応のフッ素含有流体ならびにガラス板と反応して生成する気体、またはフッ素含有流体のうち2種以上のガスが反応して生成する気体の排気口とが、ガラス板の同じ側の面に存在することが好ましい。
 搬送されているガラス板表面に対してフッ素含有流体を供給して表面処理をするにあたっては、例えば、ガラス板がコンベヤーの上を流れている場合は、コンベヤーに触れていない側から供給してもよい。また、コンベヤーベルトにメッシュベルトなどのガラス板の一部が覆われていないメッシュ素材を用いることにより、コンベヤーに触れている側から供給してもよい。
 また2つ以上のコンベヤーを直列に並べて、隣り合うコンベヤーの間にインジェクタを設置することにより、コンベヤーに触れている側から当該ガスを供給してガラス板表面を処理してもよい。また、ガラス板がローラーの上を流れている場合は、ローラーに触れていない側から供給してもよいし、ローラーに触れている側において、隣り合うローラーの間から供給してもよい。
 ガラス板の両方の側から同じまたは異なるガスを供給してもよい。例えば、ローラーに触れていない側と、ローラーに触れている側の両方の側からガスを供給してガラス板を表面処理してもよい。例えば、徐冷領域で両方の側からガスを供給する場合は、連続的に搬送されているガラスに対してインジェクタを、ガラス板を挟んで向かい合うように配置して、ローラーに触れていない側とローラーに触れている側の両方の側からガスを供給してもよい。
 ローラーに触れている側に配置されるインジェクタと、ローラーに触れていない側に配置されるインジェクタは、ガラス板の流れ方向に異なる位置に配置してもよい。異なる位置に配置するにあたっては、いずれがガラス板の流れ方向に対して上流に配置されても、下流に配置されてもよい。
 フロート法によるガラス製造技術とCVD技術を組み合わせて、オンラインで機能膜付きガラス板が製造されていることは広く知られている。この場合透明導電膜及びその下地膜については、いずれも錫に触れていない面から、もしくは、ローラーに触れていない面からガスを供給して、ガラス板上に成膜されることが知られている。
 例えば、このオンラインCVDによる機能膜付きガラス板の製造において、ローラーに触れている面にインジェクタを配置して、そのインジェクタからガラス板にフッ素含有流体を供給してガラス板表面を処理してもよい。
 また、フッ素含有流体をガラス板表面に供給する際のガラス板表面の圧力は、大気圧-100Paから大気圧+100Paの圧力範囲の雰囲気であることが好ましく、大気圧-50Paから大気圧+50Paの圧力範囲の雰囲気であることがより好ましい。
 ガス流量について、フッ素含有流体としてHFを用いた場合について代表して述べる。HFでガラス板を処理するにあたっては、HF流量が多いほど化学強化処理時の反り改善効果が大きいため好ましく、全ガス流量が同じ場合は、HF濃度が高いほど、化学強化処理時の反り改善効果が大きくなる。
 全ガス流量とHFガス流量とが一定の場合は、ガラス板を処理する時間が長いほど、化学強化処理時の反り改善効果が大きくなる。例えばガラス板を加熱した後に、HFガスを用いてガラス板表面を処理する場合、ガラス板の搬送速度が低いほど化学強化後の反りが改善する。全ガス流量やHF流量をうまくコントロールできない設備でも、ガラス板の搬送速度を適宜コントロールすることによって、化学強化後の反りを改善することができる。
3.化学強化
 化学強化は、ガラス転移点以下の温度で、イオン交換により、ガラス表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン(典型的には、LiイオンまたはNaイオン)を、イオン半径のより大きなアルカリ金属イオン(典型的には、Kイオン)に交換することで、ガラス表面に圧縮応力層を形成する処理である。化学強化処理は従来公知の方法によって行うことができる。
 本発明では、フッ素を導入したガラス板を化学強化することにより、化学強化後の反りが改善されたガラス板を得ることができる。化学強化前のガラス板に対する化学強化後のガラス板の反りの変化量(反り変化量)は、三次元形状測定機(例えば、三鷹光器株式会社製)、または、表面粗さ・輪郭形状測定機(例えば、株式会社東京精密製)で測定することができる。
 本発明において、化学強化後の反りの改善は、フッ素含有流体により表面処理する以外は全て同じ条件の実験において、以下に示す式により求める反り変位量により評価する。
 反り変位量=ΔX-ΔY
ΔX:未処理ガラス板の化学強化による反り変化量
ΔY:処理ガラス板の化学強化による反り変化量
 ここで、反り変化量は、化学強化後のガラス板の反り量から、化学強化前のガラス板の反り量を減じた値である。反り変化量は、ΔX>0とする。ΔYはΔXと同方向に反る場合にΔY>0、ΔXと逆方向に反る場合はΔY<0とする。
 未処理ガラス板の化学強化による反り変化量は、種々の条件に依存しばらつきが大きい。反り変位量が所定値より大きいということは、上記ばらつきにかかわらず反りを制御できることを意味する。したがって、反り変位量が所定値、具体的には10μm以上であるガラス板は、反り問題を低減することができる。
 ガラス板のCS(表面圧縮応力)およびDOL(圧縮応力層の深さ)は、表面応力計により測定することができる。化学強化ガラスの表面圧縮応力は600MPa以上であることが好ましく、圧縮応力層の深さは15μm以上であることが好ましい。化学強化ガラスの表面圧縮応力および圧縮応力層の深さを当該範囲とすることにより、優れた強度と耐傷性が得られる。
4.フラットパネルディスプレイ装置
 以下、本発明のガラス板を化学強化した後、当該化学強化ガラスをフラットパネルディスプレイ装置のカバーガラスとして用いた例について説明する。図3は、カバーガラスが配置されたディスプレイ装置の断面図である。なお、以下の説明において、前後左右は図中の矢印の向きを基準とする。
 ディスプレイ装置40は、図3に示すように、筐体15内に設けられた表示パネル45と、表示パネル45の全面を覆い筐体15の前方を囲うように設けられるカバーガラス30とを備える。
 カバーガラス30は、主として、ディスプレイ装置40の美観や強度の向上、衝撃破損防止などを目的として設置されるものであり、全体形状が略平面形状の一枚の板状ガラスから形成される。カバーガラス30は、図3に示すように、表示パネル45の表示側(前側)から離間するように(空気層を有するように)設置されていてもよく、透光性を有する接着膜(図示せず)を介して表示パネル45の表示側に貼り付けられてもよい。
 カバーガラス30の表示パネル45からの光を出射する前面には機能膜41が設けられ、表示パネル45からの光が入射する背面には、表示パネル45と対応する位置に機能膜42が設けられている。なお、機能膜41、42は、図3では両面に設けたが、これに限らず前面または背面に設けてもよく、省略してもよい。
 機能膜41、42は、例えば、周囲光の反射防止、衝撃破損防止、電磁波遮蔽、近赤外線遮蔽、色調補正、および/または耐傷性向上などの機能を有し、厚さおよび形状などは用途に応じて適宜選択される。機能膜41、42は、例えば、樹脂製の膜をカバーガラス30に貼り付けることにより形成される。あるいは、蒸着法、スパッタ法またはCVD法などの薄膜形成法により形成されてもよい。
 符号44は、黒色層であり、例えば、顔料粒子を含むインクをカバーガラス30に塗布し、これを紫外線照射、または加熱焼成した後、冷却することによって形成された被膜であり、筐体15の外側からは表示パネル等が見えなくなり、外観の審美性を向上させる。
 このように、ディスプレイ装置のカバーガラスとして本発明のガラス板を用いる場合、表面粗さ(算術平均粗さ)Raが2.5nm以下であることが好ましく、1.5nm以下であることがさらに好ましい。これにより、カバーガラスによってディスプレイ装置の表示像の鮮明さを損なうことを防止できる。ガラス板の表面粗さRaは、JIS B0601(2001年)に準拠して、次のように測定できる。測定装置として、AFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)、例えばPark Systems社製、XE-HDM用いて、スキャンサイズ1μm×1μmにて3か所測定し、3か所の平均値をガラス板のRa値とする。
 以下に本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
(ガラス板の組成)
 本実施例では、以下の組成の硝材AおよびBのガラス板を用いた。
(硝材A)モル%表示で、SiOを72.0%、Alを1.1%、NaOを12.6%、KOを0.2%、MgOを5.5%、CaOを8.6%含有するガラス(ガラス転移温度566℃)
(硝材B)モル%表示で、SiOを64.3%、Alを8.0%、NaOを12.5%、KOを4.0%、MgOを10.5%、CaOを0.1%、SrOを0.1%、BaOを0.1%およびZrOを0.5%含有するガラス(ガラス転移温度604℃)
(反り量の測定)
 化学強化前にサーフコム表面粗さ・輪郭形状測定機(株式会社東京精密製)で反り量を測定した後、各ガラスを化学強化し、化学強化後の反り量も同様に測定し、上述の手順に基づいて反り変位量を算出した。
(二次イオン質量分析;SIMS)
 二次イオン質量分析の分析条件は以下とした。
測定装置:アルバック・ファイ社製 ADEPT1010
一次イオン種:Cs
一次加速電圧:5.0kV
一次イオンカレント:1μA
一次イオン入射角(試料面垂直方向からの角度):60°
ラスターサイズ:200x200μm
検出領域:40x40μm
二次イオン極性:マイナス
中和用の電子銃使用:有
 得られた結果から、上述した式1~式4より強度比(F/Si)を求め、さらにフッ素濃度(mol%)に変換した。横軸を深さとし、縦軸をフッ素濃度(mol%)とする深さ方向プロファイルを作成し、その積分値をガラス中に含まれるフッ素量(mol%・μm)とした。
 また、SIMS分析によって得られる深さ方向プロファイルの横軸の深さは、分析クレーターの深さを触針式膜厚計(Veeco社製Dektak150)によって測定した。
(HF総接触量)
 HF総接触量(mol/cm)は、下式により求めた。同式中の処理時間とは、HFガスがガラスリボンの表面と接触している時間である。
[HF総接触量(mol/cm)]=[HFガス濃度(体積%)]/100×[ガス流量(mol/s/cm)]×[処理時間(s)]…(b)
[実施例1]
 硝材AおよびBのガラスリボンが流れるフロートバスにおいて、フッ素含有流体としてHFガスを用いてフッ素処理(以下、HF処理という)を実施した。得られたガラスを上述の手順で測定し、ガラス中に含まれるフッ素量、フッ素の侵入深さx、表面フッ素濃度等を算出した。
 得られた板厚0.7mmのガラスを100mm角3枚に切断し、その基板の90mm角部に相当する部分の対角線2本の反りを測定し、その平均値を強化前の反り量とした。その後、硝材Bのガラス板を450℃に加熱されたKNO熔融塩中に2時間浸漬し、硝材Aのガラス板を420℃に加熱されたKNO熔融塩中に2.5時間浸漬し化学強化を行った。次に、基板の90mm角部に相当する部分の対角線2本の反りを測定し、その平均値を強化後の反り量とした。
 結果を表1~3に示す。なお、比較例1-1~1-3は、HF処理を実施していないリファレンスである。
 表3の「a」欄に記載の数値は、下記式により求めた。
a=(F20-F)/17
20=(フッ素濃度の大きい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)
=(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
 表3の「b」欄に記載の数値は、下記式により求めた。
b=F-3×a
a=(F20-F)/17
20=(フッ素濃度の大きい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)
=(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表1~3に示すように、HFで表面処理した実施例1-1~1-37のガラス板は、HFで表面処理しなかった比較例1-1~1-3と比較して、化学強化後の反りが改善されていた。このことから、一方の面の深さ0~20μmにおけるSIMS分析における平均フッ素濃度が、もう一方の面の深さ0~20μmにおける平均フッ素濃度より大きいガラス板は、反り変位量が10μm以上となり、化学強化後の反りが改善されることが分かった。
 また、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値がもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値の比が1.4より大きく、且つガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下である実施例1-1~1-37は、化学強化後の反り改善効果がより高いことがわかった。また、表1~3に示すように、x(μm)が1以上である実施例1-1~1-37は、化学強化後の反りが効果的に改善されていることがわかった。
 また、表1~3に示すように、aを-0.1未満とすることにより、反り変位量10μm以上となり、化学強化後の反りが改善されることが分かった。また、bを4以上とすることにより、反り変位量が10μm以上となり、化学強化後の反りが改善されることが分かった。さらに、Fを4以上とすることにより、反り変位量が10μm以上となり、化学強化後の反りが改善されることが分かった。
 本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れることなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。
 なお、本出願は、2013年9月25日付けで出願された日本特許出願(特願2013-198472)に基づいており、その全体が引用により援用される。
1 中央スリット
2 外スリット
4 流路
5 排気スリット
15 筐体
20 ガラス板
30 カバーガラス
40 ディスプレイ装置
41,42 機能膜
45 表示パネル
101 ガラスリボン
102 ビーム
103 ラジエーションゲート
110 ガラスリボンの幅方向
111,112,113 ガス系統
114,115 隔壁
116 ガス吹き穴

Claims (16)

  1.  横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とする二次イオン質量分析(SIMS)による深さ方向プロファイル上で、一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値がもう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きく、両者の比が1.4より大きいガラス板であって、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
  2.  一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値ともう一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値の比が4以上である請求項1に記載のガラス板。
  3.  フロート法により製造されたガラス板であって、トップ面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値がボトム面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きい請求項1に記載のガラス板。
  4.  トップ面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値とボトム面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値の比が4.9以上である請求項3に記載のガラス板。
  5.  横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値が、深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値より大きいガラス板であって、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
  6.  横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値(S)を、同方向から見た深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値(S)で除した値(S/S)が2.1以上である請求項1~5のいずれか1項に記載のガラス板。
  7.  横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、少なくとも一方の面の深さ0~20μmにおける深さ方向プロファイルの平均値(S)を、同方向から見た深さ50~70μmにおける深さ方向プロファイルの平均値(S)で除した値(S/S)が2.1~100である請求項1~6のいずれか1項に記載のガラス板。
  8.  フロート法により製造されたガラス板である請求項6または7に記載のガラス板。
  9.  厚みが1.5mm以下である請求項1~8のいずれか1項に記載のガラス板。
  10.  厚みが0.8mm以下である請求項1~9のいずれか1項に記載のガラス板。
  11.  表面粗さRaが2.5nm以下である請求項1~10のいずれか1項に記載のガラス板。
  12.  請求項1~11のいずれか1項に記載のガラス板を化学強化して得られる化学強化ガラス板。
  13.  カバーガラスを備えたフラットパネルディスプレイ装置であって、該カバーガラスが請求項12に記載の化学強化ガラス板であるフラットパネルディスプレイ装置。
  14.  一方の面におけるフッ素濃度が他方の面におけるフッ素濃度より大きいフッ素含有ガラス板であって、下記式で表されるaが-0.1未満であり、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
    a=(F20-F)/17
    20=(フッ素濃度の大きい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)
    =(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
  15.  一方の面におけるフッ素濃度が他方の面におけるフッ素濃度より大きいフッ素含有ガラス板であって、下記式で表されるbが4以上であり、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
    b=F-3×a
    a=(F20-F)/17
    20=(フッ素濃度の大きい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ20μmのSIMSによるフッ素濃度)
    =(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
  16.  一方の面におけるフッ素濃度が他方の面におけるフッ素濃度より大きいフッ素含有ガラス板であって、下記式で表されるFが4以上であり、横軸を深さとし、且つ縦軸をフッ素濃度(mol%)とするSIMSによる深さ方向プロファイル上で、ガラス中に含まれるフッ素量が0.23mol%・μm超21mol%・μm以下であるガラス板。
    =(フッ素濃度の大きい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)/(フッ素濃度の小さい面における深さ3μmのSIMSによるフッ素濃度)
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JPS61205641A (ja) * 1985-03-09 1986-09-11 Central Glass Co Ltd フロ−トガラスの化学強化方法
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