WO2016067926A1 - ガラス及びガラスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

 互いに対向する第1面および第2面、ならびに前記第1面と前記第2面の間に設けられる少なくとも一つの第1端面とを有するガラスであって、前記第1面又は前記第2面と前記第1端面とを接続する少なくとも一つの第1面取り面を有し、前記第1面取り面の表面粗さRaが0.4μm以下である。

Description

ガラス及びガラスの製造方法
 本発明は、ガラス及びガラスの製造方法に関する。
 近年、液晶テレビ、タブレット端末やスマートフォンに代表される携帯情報端末等に液晶表示装置が設けられている。液晶表示装置は、バックライトとして機能する面状発光装置と、この面状発光装置の光出射面側に配置される液晶パネルを有している。
 面状発光装置には直下型とエッジライト型があるが、光源の小型化を図ることができるエッジライト型が多用されている。エッジライト型の面状発光装置は、光源、導光板、反射シート、及び拡散シート等を有している。
 光源からの光は、導光板の側面に形成された入光面から導光板内に入射する。導光板は、液晶パネルと対向する光出射面と反対側の光反射面に複数の反射ドットが形成されている。反射シートは光反射面と対向するよう配置され、拡散シートは光出射面と対向するよう配置される。
 光源から導光板に入射した光は、反射ドット及び反射シートに反射されつつ進行し、光出射面から出射される。この光出射面から出射された光は、拡散シートで拡散された上で液晶パネルに入射される。
 この導光板の材質としては、透過率が高く耐熱性に優れたガラスを用いることができる(例えば、特許文献1,2参照)。
特開2013-093195号公報 特開2013-030279号公報
 携帯情報端末等に搭載される液晶表示装置は、薄型化が望まれている。この液晶表示装置の薄型化の要望に伴い、導光板として用いられるガラスも薄型化が要求されている。
 しかしながら、ガラスを薄型化するとガラスの強度が低下してしまう。また、光出射面と入光面との角部及び光反射面と入光面との角部等(以下、これらの角部を総称して「エッジ部」とも言う)が直角に交わった構成であると、導光板(ガラス)を面状発光装置又は液晶表示装置に搭載する際にエッジ部が他の構成物と接触してエッジ部が損傷する場合がある。
 このため、エッジ部に面取り部を形成することが行われている。面取り部は、ガラスのエッジ部を研削加工することにより形成される。この研削加工の際、ガラスからはカレット(ガラス屑)が発生する。このカレットが導光板として使用されるガラスに付着した場合、反射ドットと同様に入射光を反射してしまう。
 このように入射光がカレットで反射することにより、既定の反射ドットで反射される反射光と共に、カレットで反射される光が光出射面から出射される。よって光出射面に輝度ムラが発生し、この導光板を用いた液晶表示装置の表示品質が低下してしまう。
 本発明のある態様の例示的な目的の一つは、カレット発生量を抑制できるガラス及びガラスの製造方法を提供することにある。
 本発明のある態様によると、
 互いに対向する第1面および第2面ならびに前記第1面と前記第2面の間に設けられる少なくとも一つの第1端面とを有するガラスであって、
 前記第1面又は前記第2面と前記第1端面とを接続する少なくとも一つの第1面取り面を有し、
 前記第1面取り面の表面粗さRaが0.4μm以下であるガラスが提供される。
 また、本発明の他の態様によると、
 互いに対向する第1面および第2面、ならびに前記第1面と前記第2面の間に設けられる少なくとも一つの第1端面及び少なくとも一つの第2端面とを有するガラス基材を準備する工程と、
 前記ガラス基材の前記第2端面を面取り加工する第1面取り工程と、
 前記ガラス基材の前記第1端面を鏡面加工する鏡面加工工程と、
 前記鏡面加工工程に供された前記ガラス基材の前記第1端面を面取り加工することにより、前記第1面又は前記第2面と前記第1端面とを接続する少なくとも一つの第1面取り面を形成し、前記第1面取り面の表面粗さRaを0.4μm以下とせしめる第2面取り工程と、
 を備えるガラスの製造方法が提供される。
 本発明のある態様によると、カレット発生量を抑制し、ガラスを導光板として使用した際に輝度ムラが発生することを防止することができる。
図1は、ある実施形態であるガラスを導光板として用いた液晶表示装置を示す概略構成図である。 図2は、導光板の光反射面を示す図である。 図3は、導光板の斜視図である。 図4は、導光板に形成される面取り面を説明するための図である。 図5は、ある実施形態であるガラスの製造方法の工程図である。 図6は、ある実施形態であるガラスの製造方法の切断構成を説明するための図である。 図7は、鏡面加工工程を説明するための図である。 図8は、入光側面取り部の表面粗さとカレット発生量との関係を示す図である。 図9は、カレット発生量の測定方法を説明するための図である。
 次に、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。
 なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、特に指定しない限り、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。従って、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。
 また、以下説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
 図1は、本発明のある実施形態であるガラスを導光板として用いた液晶表示装置1を示している。液晶表示装置1は、例えば携帯情報端末等の小型及び薄型化が図られた電子機器に搭載される。
 液晶表示装置1は、液晶パネル2と面状発光装置3とを有している。
 液晶パネル2は、中心に配設される液晶層を挟むよう配向層、透明電極、ガラス基板及び偏光フィルターが積層された構成を有する。また、液晶層の片面には、カラーフィルターが配設されている。液晶層の分子は、透明電極に駆動電圧を印加することにより配光軸周りに回転し、この配光軸周りの回転により所定の表示を行う。
 面状発光装置3は、小型化及び薄型化を図るためエッジライト型を採用している。面状発光装置3は、光源4、導光板5、反射シート6、拡散シート7、及び反射ドット10A~10Cを有している。
 光源4から導光板5に入射した光は、反射ドット10A~10C及び反射シート6に反射されつつ進行し、導光板5の液晶パネル2と対向した光出射面51から出射される。この光出射面51から出射された光は、拡散シート7で拡散された上で液晶パネル2に入射される。
 光源4は、特に限定されるものではないが、熱陰極管、冷陰極管、或いはLED(Light Emitting Diode)を用いることができる。この光源4は、導光板5の入光面53と対向するように配置される。
 また、光源4から放射状に発射される光の導光板5への入射効率を高めるため、光源4の背面側にはリフレクタ8が設けられている。
 反射シート6は、アクリル樹脂等の樹脂シートの表面に光反射部材を被膜した構成を有する。この反射シート6は、導光板5の光反射面52及び非入光面54~56に配設される。光反射面52は、導光板5の光出射面51とは反対側の面である。非入光面54~56は、光反射面52の端面のうち入光面53を除く端面である。なお、入射効率を特に高める必要がなければ、反射シート6を非入光面54~56に配設しない構成とすることもできる。
 拡散シート7は、乳白色のアクリル樹脂製フイルム等を用いることができる。拡散シート7は、導光板5の光出射面51から出射した光を拡散するため、液晶パネル2の背面側には輝度ムラのない均一な光を照射することができる。なお、反射シート6及び拡散シート7は、導光板5の所定位置に例えば接着により固定される。
 次に、導光板5について説明する。
 導光板5は、透明度の高いガラスにより形成されている。本実施形態では、導光板5として用いられるガラスの材料として、多成分系の酸化物ガラスを用いている。
 具体的には、導光板5として、有効光路長が5cm~200cmであり、有効光路長での可視光域(波長380nm~780nm)の平均内部透過率が80%以上であり、かつ、JIS Z8701(附属書)でのXYZ表色系における三刺激値のY値が90%以上であるガラス部材を用いている。Y値は、Y=Σ(S(λ)×y(λ))により求められる。ここで、S(λ)は、各波長における透過率であり、y(λ)は各波長の重みづけ係数である。従って、Σ(S(λ)×y(λ))は、各波長の重みづけ係数と、その透過率とを掛け合わせたものの総和である。なお、y(λ)は、眼の網膜細胞のうち、M錐体(G錐体/緑)に対応し、波長535nmの光に最も反応する。可視光域の平均内部透過率は、有効光路長で82%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上が更に好ましい。Y値は、有効光路長で91%以上が好ましく、92%以上がより好ましく、93%以上が更に好ましい。
 また、ガラスは別の表現では、有効光路長50mmの条件下での、波長400nm~700nmにおける平均内部透過率が90%以上であることが好ましい。これにより、ガラスに入射した光の減衰を極力抑えることができる。有効光路長50mmの条件下での、波長400nm~700nmにおける平均内部透過率は、92%以上が好ましく、95%以上がより好ましく、98%以上が更に好ましく、99%以上が特に好ましい。
 ガラスの、有効光路長50mmの条件下での、波長400nm~700nmにおける平均内部透過率は、次の方法で測定できる。まず、ガラスを主面に垂直な方向で割断することにより、ガラスの中心部分から、縦50mm×横50mmの寸法で採取され、相互に対向する第1および第2の割断面(端面)が、算術平均粗さRa≦0.03μmとなるようにされたサンプルSを得る。このサンプルSにおいて、前記第1の割断面から法線方向における50mm長において、紫外可視赤外分光光度計(UH4150、日立ハイテクサイエンス社製)によって、スリット等で入射光のビーム幅を板厚よりも狭くしたうえで、測定する。このようにして得られた有効光路長50mmの条件下での透過率から、表面での反射による損失を除去することにより、有効光路長50mmの条件下での内部透過率が得られる。
 導光板5として用いられるガラスの鉄の含有量の総量Aは、100質量ppm以下であることが、上述した波長400nm~700nmにおける内部透過率を満たすうえで好ましく、40質量ppm以下であることがより好ましく、20質量ppm以下であることがさらに好ましい。一方、ガラス板として用いられるガラスの鉄の含有量の総量Aは、5質量ppm以上であることが、多成分系の酸化物ガラス製造時において、ガラスの溶解性を向上させるうえで好ましく、8質量ppm以上であることがより好ましく、10質量ppm以上であることがさらに好ましい。なお、導光板5として用いられるガラスの鉄の含有量の総量Aは、ガラス製造時に添加する鉄の量により調節できる。
 本明細書においては、ガラスの鉄の含有量の総量Aを、Feの含有量として表しているが、ガラス中に存在する鉄がすべてFe3+(3価の鉄)として存在しているわけではない。通常、ガラス中にはFe3+とFe2+(2価の鉄)が同時に存在している。Fe2+およびFe3+は、波長400nm~700nmの範囲に吸収係数を有するが、Fe2+の吸収係数(11cm-1 Mol-1)はFe3+の吸収係数(0.96cm-1 Mol-1)よりも1桁大きいため、Fe2+は波長400nm~700nmにおける内部透過率をより低下させる。そのため、Fe2+の含有量が少ないことが、波長400nm~700nmにおける内部透過率を高めるうえで好ましい。
 導光板5として用いられるガラスのFe2+の含有量Bは、20質量ppm以下であることが、上述した波長400nm~700nmにおける内部透過率を満たすうえで好ましく、10質量ppm以下であることがより好ましく、5質量ppm以下であることがさらに好ましい。一方、導光板5として用いられるガラスのFe2+の含有量Bは、0.01質量ppm以上であることが、多成分系の酸化物ガラス製造時において、ガラスの溶解性を向上させるうえで好ましく、0.05質量ppm以上であることがより好ましく、0.1質量ppm以上であることがさらに好ましい。
 なお、導光板5として用いられるガラスのFe2+の含有量Bは、ガラス製造時に添加する酸化剤の量、または溶解温度等により調節できる。ガラス製造時に添加する酸化剤の具体的な種類と添加量については後述する。Feの含有量Aは、蛍光X線測定によって求めた、Feに換算した全鉄の含有量(質量ppm)である。Fe2+の含有量Bは、ASTM C169-92(2011)に準じて測定した。なお、測定したFe2+の含有量BはFeに換算して表記した。
 導光板5として用いられるガラスの組成の好適な具体例を以下に示す。ただし、導光板5として用いられるガラスの組成はこれらに限定されない。
 導光板5として用いられるガラスの一構成例(構成例E)は、酸化物基準の質量百分率表示で、SiOを60%~80%、Alを0%~7%、MgOを0%~10%、CaOを0%~20%、SrOを0%~15%、BaOを0%~15%、NaOを3%~20%、KOを0%~10%、Feを5質量ppm~100質量ppm含む。
 導光板5として用いられるガラスの別の一構成例(構成例E)は、酸化物基準の質量百分率表示で、SiOを45%~80%、Alを7%超30%以下、Bを0%~15%、MgOを0%~15%、CaOを0%~6%、SrOを0%~5%、BaOを0%~5%、NaOを7%~20%、KOを0%~10%、ZrOを0%~10%、Feを5質量ppm~100質量ppm含む。
 導光板5として用いられるガラスのさらに別の一構成例(構成例E)は、酸化物基準の質量百分率表示で、SiOを45%~70%、Alを10%~30%、Bを0%~15%、MgO、CaO、SrOおよびBaOを合計で5%~30%、LiO、NaOおよびKOを合計で0%以上3%未満、Feを5質量ppm~100質量ppm含む。
 上記した成分を有する本実施形態の導光板5として用いられるガラスの組成の各成分の組成範囲について、以下に説明する。なお、各組成の含有量の単位はいずれも酸化物基準の質量百分率表示または質量ppm表示であり、それぞれ単に「%」または「ppm」と表す。
 SiOは、ガラスの主成分である。SiOの含有量は、ガラスの耐候性及び失透特性を保つため、酸化物基準の質量百分率表示で、構成例Eにおいては、好ましくは60%以上、より好ましくは63%以上であり、構成例Eにおいては、好ましくは45%以上、より好ましくは50%以上であり、構成例Eにおいては、好ましくは45%以上、より好ましくは50%以上である。
 一方、SiOの含有量は、溶解を容易にし、泡品質を良好なものとするために、またガラス中の二価鉄(Fe2+)の含有量を低く抑え、光学特性を良好なものとするため、構成例Eにおいては、好ましくは80%以下、より好ましくは75%以下であり、構成例Eにおいては、好ましくは80%以下、より好ましくは70%以下であり、構成例Eにおいては、好ましくは70%以下、より好ましくは65%以下である。
 Alは、構成例E及びEにおいてはガラスの耐候性を向上させる必須成分である。本実施形態のガラスにおいて実用上必要な耐候性を維持するためには、Alの含有量は、構成例Eにおいては、好ましくは1%以上、より好ましくは2%以上であり、構成例Eにおいては、好ましくは7%超、より好ましくは10%以上であり、構成例Eにおいては、好ましくは10%以上、より好ましくは13%以上である。
 ただし、二価鉄(Fe2+)の含有量を低く抑え、光学特性を良好なものとし、泡品質を良好なものとするため、Alの含有量は、構成例Eにおいては、好ましくは7%以下、より好ましくは5%以下であり、構成例Eにおいては、好ましくは30%以下、より好ましくは23%以下であり、構成例Eにおいては、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下である。
 Bは、ガラス原料の溶融を促進し、機械的特性や耐候性を向上させる成分であるが、揮発による脈理(ream)の生成、炉壁の侵食等の不都合が生じないために、Bの含有量は、ガラスEにおいては、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下であり、構成例E及びEにおいては、好ましくは15%以下、より好ましくは12%以下である。
 LiO、NaO、及び、KOといったアルカリ金属酸化物は、ガラス原料の溶融を促進し、熱膨張、粘性等を調整するのに有用な成分である。
 そのため、NaOの含有量は、構成例Eにおいては、好ましくは3%以上、より好ましくは8%以上である。NaOの含有量は、構成例Eにおいては、好ましくは7%以上、より好ましくは10%以上である。ただし、溶解時の清澄性を保持し、製造されるガラスの泡品質を保つために、NaOの含有量は、構成例E及びEにおいては、20%以下とするのが好ましく、15%以下とするのがさらに好ましく、構成例Eにおいては、3%以下とするのが好ましく、1%以下とするのがより好ましい。
 また、KOの含有量は、構成例E及びEにおいては、好ましくは10%以下、より好ましくは7%以下であり、構成例Eにおいては、好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下である。
 また、LiOは、任意成分であるが、ガラス化を容易にし、原料に由来する不純物として含まれる鉄含有量を低く抑え、バッチコストを低く抑えるために、構成例E、E及びEにおいて、LiOを2%以下含有させることができる。
 また、これらアルカリ金属酸化物の合計含有量(LiO+NaO+KO)は、溶解時の清澄性を保持し、製造されるガラスの泡品質を保つために、構成例E及びEにおいては、好ましくは5%~20%、より好ましくは8%~15%であり、構成例Eにおいては、好ましくは0%~2%、より好ましくは0%~1%である。
 MgO、CaO、SrO、及びBaOといったアルカリ土類金属酸化物は、ガラス原料の溶融を促進し、熱膨張、粘性等を調整するのに有用な成分である。
 MgOは、ガラス溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する作用がある。また、MgOは、比重を低減させ、ガラス板に疵をつきにくくする作用があるために、構成例E、E及びEにおいて、含有させることができる。また、ガラスの熱膨張係数を低く、失透特性を良好なものとするために、MgOの含有量は、構成例Eにおいては、好ましくは10%以下、より好ましくは8%以下であり、構成例Eにおいては、好ましくは15%以下、より好ましくは12%以下であり、構成例Eにおいては、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下である。
 CaOは、ガラス原料の溶融を促進し、また粘性、熱膨張等を調整する成分であるので、構成例E、E及びEにおいて含有させることができる。上記の作用を得るためには、構成例Eにおいては、CaOの含有量は、好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上である。また、失透を良好にするためには、構成例Eにおいては、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下であり、構成例Eにおいては、好ましくは6%以下であり、より好ましくは4%以下である。
 SrOは、熱膨張係数の増大及びガラスの高温粘度を下げる効果があり、この効果を得るために、構成例E、E及びEにおいてSrOを含有させることができる。ただし、ガラスの熱膨張係数を低く抑えるため、SrOの含有量は、構成例E及びEにおいては、15%以下とするのが好ましく、10%以下とするのがより好ましく、構成例Eにおいては、5%以下とするのが好ましく、3%以下とするのがより好ましい。
 BaOは、SrO同様に熱膨張係数の増大及びガラスの高温粘度を下げる効果があり、この効果を得るために、E、E及びEにおいてBaOを含有させることができる。ただし、ガラスの熱膨張係数を低く抑えるため、構成例E及びEにおいては、15%以下とするのが好ましく、10%以下とするのがより好ましく、構成例Eにおいては、5%以下とするのが好ましく、3%以下とするのがより好ましい。
 また、これらアルカリ土類金属酸化物の合計含有量(MgO+CaO+SrO+BaO)は、熱膨張係数を低く抑え、失透特性を良好なものとし、強度を維持するために、構成例Eにおいては、好ましくは10%~30%、より好ましくは13%~27%であり、構成例Eにおいては、好ましくは1%~15%、より好ましくは3%~10%であり、構成例Eにおいては、好ましくは5%~30%、より好ましくは10%~20%である。
 本実施形態の導光板5として用いられるガラスのガラス組成においては、ガラスの耐熱性及び表面硬度の向上のために、任意成分としてZrOを、構成例E、E及びEにおいて、10%以下、好ましくは5%以下含有させてもよい。ZrOの含有量を10%以下とすることで、ガラスが失透しにくくなる。
 本実施形態の導光板5として用いられるガラスのガラス組成においては、ガラスの溶解性向上のため、Feを、構成例E、E及びEにおいて、5ppm~100ppm含有させてもよい。なお、Fe量の好ましい範囲は上述のとおりである。
 また、本実施形態の導光板5として用いられるガラスは、清澄剤としてSOを含有してもよい。この場合、SO含有量は、質量百分率表示で0%超、0.5%以下が好ましい。SO含有量は、0.4%以下がより好ましく、0.3%以下がさらに好ましく、0.25%以下であることがさらに好ましい。
 また、本実施形態の導光板5として用いられるガラスは、酸化剤及び清澄剤としてSb、SnO及びAsのうちの一つ以上を含有してもよい。この場合、Sb、SnOまたはAsのうち一つ以上の含有量は、質量百分率表示で0%~0.5%が好ましい。Sb、SnOまたはAsのうち一つ以上の含有量は、0.2%以下がより好ましく、0.1%以下がさらに好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。
 ただし、Sb、SnO及びAsは、ガラスの酸化剤として作用するため、ガラスのFe2+の量を調節する目的により上記範囲内で添加してもよい。ただし、環境面からはAsを実質的に含有しないことが好ましい。
 また、本実施形態の導光板5として用いられるガラスは、NiOを含有してもよい。NiOを含有する場合、NiOは、着色成分としても機能するので、NiOの含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、10ppm以下とするのが好ましい。特に、NiOは、波長400nm~700nmにおけるガラス板の内部透過率を低下させないという観点から、1.0ppm以下とするのが好ましく、0.5ppm以下とすることがより好ましい。
 本実施形態の導光板5として用いられるガラスは、Crを含有してもよい。Crを含有する場合、Crは、着色成分としても機能するので、Crの含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、10ppm以下とするのが好ましい。特に、Crは、波長400nm~700nmにおけるガラス板の内部透過率を低下させないという観点から、1.0ppm以下とするのが好ましく、0.5ppm以下とすることがより好ましい。
 本実施形態の導光板5として用いられるガラスは、MnOを含有してもよい。MnOを含有する場合、MnOは、可視光を吸収する成分としても機能するので、MnOの含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、50ppm以下とするのが好ましい。特に、MnOは、波長400nm~700nmにおけるガラス板の内部透過率を低下させないという観点から、10ppm以下とするのが好ましい。
 本実施形態の導光板5として用いられるガラスは、TiOを含んでいてもよい。TiOを含有する場合、TiOは、可視光を吸収する成分としても機能するので、TiOの含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、1000ppm以下とするのが好ましい。TiOは、波長400nm~700nmにおけるガラス板の内部透過率を低下させないという観点から、含有量を500ppm以下とすることがより好ましく、100ppm以下とすることが特に好ましい。
 本実施形態の導光板5として用いられるガラスは、CeOを含んでいてもよい。CeOには鉄のレドックスを下げる効果があり、全鉄量に対するFe2+量の比率を小さくすることができる。一方で、鉄のレドックスを3%未満に下がることを抑制するためにも、CeOの含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、1000ppm以下とするのが好ましい。また、CeOの含有量は、500ppm以下とするのがより好ましく、400ppm以下とするのがさらに好ましく、300ppm以下とするのが特に好ましく、250ppm以下とするのが最も好ましい。
 本実施形態の導光板5として用いられるガラスは、CoO、V及びCuOからなる群より選ばれる少なくとも1種の成分を含んでいてもよい。これらの成分を含有する場合、可視光を吸収する成分としても機能するので、前記成分の含有量は、上記したガラス組成の合量に対し、10ppm以下とするのが好ましい。特に、これら成分は、波長400nm~700nmにおけるガラス板の内部透過率を低下させないように、実質的に含有しないことが好ましい。
 しかしながら、導光板5として用いるガラスはこれらに限定されるものではない。
 この導光板5は、図1に加えて図2~図4に示すように、光出射面51(第1面)、光反射面52(第2面)、入光面53(第1端面)、非入光面54~56(第2端面)、入光側面取り面57(第1面取り面)、及び非入光側面取り面58(第2面取り面)を有している。
 光出射面51は、液晶パネル2と対向する面である。本実施形態では、光出射面51は平面視した状態(光出射面51を上から見た状態)で矩形状を有する。しかしながら、光出射面51の形状は矩形状に限定されるものではない。
 この光出射面51の大きさは、液晶パネル2に対応して決定されるため、特に限定されるものではないが、例えば、300mm×300mm以上のサイズが好適であり、500mm×500mm以上のサイズがより好適である。導光板5は高い剛性を有するため、サイズが大きいほどその効果を発揮する。
 光反射面52は、光出射面51と対向する面である。光反射面52は、光出射面51に対して平行となるよう形成されている。また光反射面52の形状及びサイズは、光出射面51と同一となるよう形成されている。
 しかしながら、光反射面52は光出射面51に対して必ずしも平行である必要はなく、段差や傾斜を設けた構成を有してもよい。また光反射面52のサイズも、光出射面51と異なるサイズとしてもよい。
 光反射面52には、図2に示すように、反射ドット10A~10Cが形成されている。この反射ドット10A~10Cは、例えば白色インクをドット状に印刷したものである。入光面53から入射した光の輝度は強く、導光板5内で反射して進むことにより輝度が低下する。
 このため、本実施形態では、入光面53から光の進行方向に向けて(図1及び図2における右方向に向けて)、反射ドット10A~10Cの大きさを異ならせている。具体的には、入光面53に近い領域における反射ドット10Aの直径(L)は小さく設定されており、この入光面53に近い領域より光の進行方向に向かうに従い反射ドット10Bの直径(L)及び反射ドット10Cの直径の半径(L)が大きくなるよう設定されている(L<L<L)。
 このように、各反射ドット10Aの大きさを導光板5内の光の進行方向に向けて変化させることにより、光出射面51から出射する出射光の輝度を均一化でき、輝度ムラの発生を抑制することができる。なお、各反射ドット10Aの大きさの代わりに、各反射ドット10Aの数密度を導光板5内の光の進行方向に向けて変化させることによっても、同等の効果を得ることができる。また、反射ドット10Aの代わりに入射した光を反射するような溝を光反射面52に形成することによっても、同等の効果を得ることができる。
 本実施形態では、光出射面51と光反射面52との間に4つの端面が形成される。4つの端面の内、第1端面である入光面53は、前記した光源4から光が入光される面である。第2~第4端面である非入光面54~56は、光源4から光が入光されない面である。
 入光面53は、導光板5を形成するガラスの製造時に鏡面加工されていることが好ましい。具体的には、入光面53の表面の算術平均粗さ(中心線平均粗さ)Raが0.10μm未満であることが好ましく、より好ましくは0.03μm未満であり、さらに好ましくは0.01μm以下であり、特に好ましくは0.005μm以下である。よって、光源4から導光板5内に入光される光の入光効率が高められている。入光面53の厚さ(図4に矢印Wで示す)は、面状発光装置3が搭載される液晶表示装置1から要求される厚さに設定されている。
 なお、以下の説明において、表面粗さRaと記載した場合、JIS B 0601~JIS B 0031による算術平均粗さ(中心線平均粗さ)を指すものとする。
 光出射面51と入光面53との間、及び光反射面52と入光面53との間には、入光側面取り面57が形成されている。
 本実施形態では、光出射面51と入光面53との間と、光反射面52と入光面53との間の双方に入光側面取り面57を形成した例を示しているが、いずれか一方にのみ入光側面取り面57を形成する構成としてもよい。
 本実施形態のように小型化及び薄型化が要求されている面状発光装置3では、導光板5の厚さも薄くすることが望ましい。このため、本実施形態に係る導光板5の厚さは10mm以下である。しかしながら、導光板5に入光側面取り面57を設けず角部を有する構成とした場合、導光板5を面状発光装置3の組み立てる際等において角部が他の構成物と接触して損傷する場合があり、このような場合には導光板5の強度が低下しうる。このため、本実施形態に係る導光板5は、厚さが0.5mm以上であり、更に入光面53の上縁及び下縁に入光側面取り面57を形成している。
 導光板5の厚さは、0.7mm以上がより好ましく、1.0mm以上がさらに好ましく、1.5mm以上が一層好ましい。導光板5の厚さが0.7mm以上であることで、十分な剛性を得ることができる。また、導光板5の厚さはより好ましくは3.0mm以下であり、これにより面発光照明装置の薄型化に寄与することができる。
 光源4から導光板5内への光の入光効率を高めるためには、入光面53の面積を広くする必要がある。このため、入光側面取り面57は小さい方が望ましく、このため本実施形態では入光側面取り面57として面取り加工がなされている。
 入光側面取り面57(面取り面)の幅寸法をX(mm)とすると、図4に示すように、この幅寸法Xの面取り面長手方向(以下、単に長手方向という)における平均値Xaveは0.1mmである。Xaveは0.1mm~0.5mmであることが好ましい。Xaveが0.5mm以下であれば入光面53の幅寸法を大きくすることができる。Xaveが0.1mm以上であれば、後述するXの誤差を小さくすることができる。
 入光側面取り面57の幅寸法Xには、実際には長手方向において面取り加工時の加工ムラに起因する誤差が生じる。図4では、入光側面取り面57の幅寸法Xの誤差は、0.05mm以下である。このように、入光側面取り面57の幅寸法Xの長手方向における平均値がXave(mm)である場合に、Xの長手方向における誤差はXaveの50%以内であることが好ましい。すなわち、Xは、0.5Xave≦X≦1.5Xaveを満たすことが好ましい。Xの長手方向における誤差は、より好ましくはXaveの40%以内であり、更に好ましくはXaveの30%以内であり、特に好ましくはXaveの20%以内である。これにより、長手方向における、入光側面取り面57の幅寸法及び入光面53の幅寸法の誤差が小さくなるため、導光板5で発生する輝度ムラを小さくすることができる。
 また、入光側面取り面57の表面粗さRaは、0.4μm以下である。なお、入光側面取り面57の表面粗さRaを0.4μm以下とした理由については、説明の便宜上、後述するものとする。入光側面取り面57の表面粗さRaは0.1μm以下であることが好ましく、0.05μm以下であることがより好ましく、0.03μm未満であることがさらに好ましい。
 また、本実施形態では、図3に示されるように、光出射面51と非入光面54との間、光反射面52と非入光面54との間、光出射面51と非入光面55との間、光反射面52と非入光面55との間、光出射面51と非入光面56との間、光反射面52と非入光面56との間の全てに非入光側面取り面58を形成している。しかしながら、必ずしも上記の全てに非入光側面取り面58を形成する必要はなく、選択的に非入光側面取り面58を形成する構成としてもよい。
 非入光側面取り面58の幅寸法をY(mm)とすると、図4に示すように、この幅寸法Yの長手方向における平均値YaveはYave=0.1(mm)~0.6(mm)である。Yaveが0.6mm以下であれば非入光面54~56の幅寸法を大きくすることができる。Yaveが0.1mm以上であれば、後述するYの誤差を小さくすることができる。
 非入光側面取り面58の幅寸法Yには、長手方向において面取り加工時の加工ムラに起因する誤差が生じる。Yの長手方向における平均値がYave(mm)である場合に、Yの長手方向における誤差はYaveの50%以内であることが好ましい。すなわち、Yは、0.5Yave≦Y≦1.5Yaveを満たすことが好ましい。Yの長手方向における誤差は、より好ましくはYaveの40%以内であり、更に好ましくはYaveの30%以内であり、特に好ましくはYaveの20%以内である。これにより、入射光の反射する非入光面54~56の、長手方向における幅寸法の誤差が小さくなるため、導光板5で発生する輝度ムラを小さくすることができる。
 また非入光側面取り面58の表面粗さRaは、入光側面取り面57の表面粗さRaよりも大きくすることができる。その場合、入光側面取り面57の表面粗さRa好ましくは0.4μm以上である。また、非入光側面取り面58の表面粗さRaは、好ましくは1.0μm以下である。
 非入光側面取り面58が形成される非入光面54~56は、光源4からの光は入光されないため、非入光面54~56の表面を高精度に加工する必要はない。このため、非入光側面取り面58の表面粗さRaは、入光側面取り面57の場合よりも大きく設定されることにより、非入光側面取り面58の加工は入光側面取り面57に比べて容易となり、生産性が向上する。更に、非入光側面取り面58の表面粗さRaが0.4μm以上1.0μm以下であることで、反射シート6が非入光側面取り面58に接着される場合に両者間の接着性が良好となる。なお、生産性を考慮しなければ、非入光側面取り面58の表面粗さRaは0.4μm未満であることが、クラック防止の観点から好ましい。
 また、非入光面54~56の表面粗さRaは、1.5μm以下である。非入光面54~56の表面粗さRaは好ましくは1.0μm以下であり、より好ましくは0.8μm以下である。
 また、本実施形態では、非入光面54~56に対して研磨処理は行われていない。このため、非入光面54~56の表面粗さRaは、いずれも入光面53の表面粗さRaよりも大きく設定されており、非入光面54~56の表面粗さRaは好ましくは0.03μm以上であり、より好ましくは0.1μm以上である。これにより、非入光面54~56の加工は入光面53に比べて容易もしくは加工が不要となり、生産性が向上する。しかしながら、非入光面54~56に対して研磨処理が行われてもよい。
 次に、導光板5となるガラスの製造方法について説明する。
 図5~図7は、導光板5の製造方法を説明するための図である。図5は、導光板5の製造方法を示す工程図である。
 導光板5を製造するには、まずガラス素材12を用意する。このガラス素材12は、前記したように有効光路長が5cm~200cmであり、厚さが0.5mm~10mmであり、有効光路長での可視光域の平均内部透過率が80%以上であり、かつ、JIS Z8701(附属書)でのXYZ表色系における三刺激値のY値が90%以上である。このガラス素材12は、導光板5の既定形状よりも大きい形状を有する。
 ガラス素材12には、まず図5にステップS10で示す切断工程が実施される。切断工程では、切削装置を用いて図6に破線で示す各位置(1箇所の入光面側位置と3箇所の非入光面側位置)で切断加工処理が行われる。なお、切断加工処理は必ずしも3箇所の非入光面側位置に対して行われなくてもよく、1箇所の入光面側位置と対向する1箇所の非入光面側位置のみを切断加工してもよい。
 切断加工処理を行うことにより、ガラス素材12からガラス基材14が切断される。なお、本実施形態では導光板5が平面視で矩形状を有するため、1箇所の入光面側位置と3箇所の非入光面側位置に対して切断加工処理を行った。しかしながら切断位置は、導光板5の形状に応じて適宜選定されるものである。
 切断加工処理が終了すると、第1面取り工程(ステップS12)が実施される。第1面取り工程では、研削装置を用いて光出射面51と非入光面56との間、及び光反射面52と非入光面56との間の双方に非入光側面取り面58を形成する。
 なお、光出射面51と非入光面54との間、光反射面52と非入光面54との間、光出射面51と非入光面55との間、及び光反射面52と非入光面55との間の全て、或いはいずれか一箇所に非入光側面取り面58を形成する場合には、この第1面取り工程において面取り加工処理を行う。
 また、この第1面取り工程において、光出射面51と入光面53との間、又は光反射面52と入光面53との間を面取り加工してもよい。その場合、得られる面取り面の表面粗さRaは、後述する第2面取り工程において得られる入光側面取り面57の表面粗さRaよりも大きいことが、生産性の観点から好ましい。
 また、本実施形態では、第1面取り工程において、非入光面54~56に対して研削処理又は研磨処理を行う。非入光面54~56に対する研削処理又は研磨処理を行うのは、前述の非入光側面取り面58を形成する前でも後でもよく、同時に行うこととしてもよい。なお、非入光面54,55については、切断加工処理を行った面をそのまま非入光面54,55として使用してもよい。
 第1面取り工程(ステップS12)は後述する鏡面加工工程(ステップS14)及び第2面取り工程(ステップS16)と同時、もしくはそれらの後に行うこともできるが、それらより前に行うことが好ましい。これにより、導光板5の形状に応じた加工をステップS12で比較的速いレートで行うことができるため、生産性が向上するとともに、ステップS12で発生する比較的大きなカレットが、入光面53や入光側面取り面57を傷つけにくくなる。
 第1面取り工程(ステップS12)が終了すると、次に鏡面加工工程が(ステップS14)で実施される。この鏡面加工工程では、図7に示すようにガラス基材14の入光面側に対して鏡面加工され入光面53が形成される。前記のように、入光面53は光源4から光が入光される面である。よって、入光面53は、表面粗さRaが0.03μm未満となるよう鏡面加工される。
 鏡面加工工程(ステップS14)でガラス基材14に入光面53が形成されると、続いて第2面取り工程(ステップS16)を実施することにより、光出射面51と入光面53との間、及び光反射面52と入光面53との間を研削処理又は研磨処理することにより、入光側面取り面57(面取り面)を形成する。なお、ステップS16はステップS14よりも前に行うこともでき、ステップS14と同時に行うこともできる。
 第2面取り工程では、入光側面取り面57の幅寸法Xの長手方向における平均値をXaveとすると、Xの長手方向における誤差がXaveの50%以内となるように、また表面粗さRaが0.4μm以下となるように加工される。
 この入光側面取り面57を形成する際、研削処理又は研磨処理を行う工具としては砥石を用いてもよく、また砥石の他に、布、皮、ゴム等からなるバフやブラシ等を用いてもよく、その際、酸化セリウム、アルミナ、カーボランダム、コロイダルシリカ等の研磨剤を用いてもよい。
 以上のステップS10~S16に示す各工程を実施することにより、導光板5は製造される。なお、前記した反射ドット10A~10Cは、導光板5が製造された後に光反射面52に対して印刷される。
 ところで、上記した導光板5の製造時に実施される切断加工、面取り加工、鏡面加工等の各工程では、ガラス素材12及びガラス基材14からガラス屑(カレット)が発生する。切断工程及び第1面取り工程は、鏡面加工工程及び第2面取り工程に比べて精度が低い加工であるため、発生するカレットは比較的大きく、よって導光板5に付着しにくい。
 これに対して鏡面加工工程及び第2面取り工程は精度の高い加工であるため、発生するカレットは切断工程及び第1面取り工程で発生するカレットに比べて小さい。このため、鏡面加工工程及び第2面取り工程で発生するカレットは、導光板5に付着しやすい。
 更に、鏡面加工工程及び第2面取り工程は入光面53及び入光側面取り面57に対する加工であるため、鏡面加工工程及び第2面取り工程で発生するカレットは入光面53及び入光側面取り面57の近傍に付着しやすい。
 入光面53及び入光側面取り面57の近傍位置には、図2に示すように直径Lが小さい反射ドット10Aが形成される。即ち、反射ドット10Aが形成される領域は、導光板5のガラスが露出した面積が広い領域である。
 更に、カレットは前記のようにガラス屑であるため、光を反射する性質を有している。
 よって、光源4から入光される光の反射量は、反射ドット10B,10Cが形成される領域にカレットが付着した場合に比べ、この反射ドット10Aが形成される領域にカレットが付着した場合は大きく変化する(反射量が多くなる)。このため、特に反射ドット10Aが形成される領域にカレットが付着した場合、導光板5で発生する輝度ムラは大きくなる。
 この反射ドット10Aが形成される領域における輝度ムラの発生を抑制するには、入光面53及び入光側面取り面57の加工時に発生するカレットの発生量を抑制する必要がある。面取り加工である入光側面取り面57の加工は、鏡面加工される入光面53の加工に比べて発生するカレットの量は多い。
 そこで、本発明者らは、入光側面取り面57の加工において発生するカレット量を測定する実験を行った。また、この実験では、入光側面取り面57の加工精度を変化させた場合、拡散シート7の表面粗さRaが変化するため、入光側面取り面57の表面粗さRaと発生するカレット量との相関関係を調べた。
 入光側面取り面57の面取り加工時に発生するカレットは、次のような方法で定量した。図9は、発生するカレットの定量方法を示す工程図である。
 入光側面取り面57の面取り加工時に発生するカレットを定量するには、純水を入れたビーカを用意し、この純水内に面取り加工を実施した導光板5の入光側面取り面57及びその近傍を浸漬させる(ステップS30)。
 面取り加工を実施することにより、入光側面取り面57及びその近傍にはカレットが付着している。よって、入光側面取り面57等に付着したカレットも、純水内に浸漬された状態となる。
 次に、ビーカを超音波振動させることにより、導光板5の入光側面取り面57に対して超音波洗浄を行う(ステップS32)。この超音波洗浄を行うことにより、入光側面取り面57及びその近傍に付着していたカレットは、ビーカの底に落下して溜まる(このカレットが落下した純水を「カレット水」とも言う)。
 次に、ステップS32で作成したカレット水を、予め重量測定を行っているフィルターでろ過する(ステップS34)。これにより、カレットはフィルターに採取される。カレットが採取されたフィルターは、乾燥機を用いて乾燥処理が行われる(ステップS36)。
 次に、フィルターが十分に乾燥した後、このフィルターの重量測定を行う(ステップS38)。そして、ステップS38で測定された重量から、予め測定されていたフィルターの重量を減算することにより、入光側面取り面57の面取り加工時に発生したカレットの発生量を得ることができる(ステップS40)。
 図8は、入光側面取り面57の表面粗さRaと、カレット発生量(1mm当たりに発生するカレットの質量)の関係を示している。同図より、入光側面取り面57の表面粗さRaが0.3μmより大きい範囲では、カレット発生量が表面粗さRaと相関していることが分かる。
 なお、本実験では入光側面取り面57のみならず入光面53も純水内に浸漬されるが、これによるカレット発生量と表面粗さRaの相関関係への影響は無視できる。これは、本実施形態における入光面53の表面粗さRaは0.03μm未満であり、図8より入光面53において発生するカレット量は微小であるためである。
 一方、本発明者らは、入光側面取り面57にカレットが付着した場合、輝度ムラが発生するカレット発生量を求める演算を行った。
 カレットの直径が100μm以上であると、導光板5の発光特性(輝度ムラ等)に影響を及ぼす。また、前記のように、導光板5の光学特性に影響を及ぼすカレットの付着位置は、小径(L)の反射ドット10Aが形成される領域である。この反射ドット10Aが形成される領域の面積は、導光板5の全面積の略10%の広さである。
 更に、面状発光装置3では、導光板5に3%を超える輝度ムラが発生した場合、液晶表示装置1の表示品質が大きく劣化する。よって、小径の反射ドット10Aが形成される領域に発生する輝度ムラは、3%以下にすることが好ましい。
 以上の条件に基づき、輝度ムラの影響が生じないカレットの発生量を演算する。
 ガラス素材12の比重を2.5[g/cm]とすると、直径100μmのカレットの質量Wは、W=1.31×10-3[μg]となる。
 また、導光板5のサイズを、入光面L(mm)×非入光面H(mm)、入光側面取り面57の幅の長手方向における平均値をXave(mm)とすると、入光側面取り面57の面積Sは下式(1)により求められる。
  S=√2×2×L×Xave[mm]・・・(1)
 更に、反射ドット10Aが形成された領域(カレットが付着した場合に輝度ムラに影響を及ぼす領域)の面積は、導光板5の全面積の略10%の広さである。この反射ドット10Aが形成された領域の面積S[mm]は下式(2)により求められる。
  S=0.1×L×H[mm]・・・(2)
 ここで、カレット発生量をc[μg/mm]とすると、入光側面取り面57から生じる直径100μmのカレットの発生個数は、c×S/W[個]である。
 反射ドット10Aが形成される領域に、上記のように発生したカレットが全て付着すると仮定すると、輝度ムラが3%以下になるためには、反射ドット10Aが形成される領域に付着するカレットが示す面積の割合を3%以下にする必要がある。即ち、下式(3)を満足させる必要がある。
  {(c×S/W×50×π)/S}≦0.03・・・(3)
 入光側面取り面57の幅は式(1)よりSに比例するため、入光面53の面積を十分に大きくするためにも、S/S≧100を満たすことが好ましい。従って、上記の式(3)及びS/S≧100を常に満たすためには、カレット発生量cは下式(4)を満足させることが好ましい。
 c≦100×0.03×W/(50×π)・・・(4)
 上記の式(4)を満たすカレット発生量cは0.5[μg/mm]以下となる。
 ここで、図8を参照すると、カレット発生量が0.5[μg/mm]以下となるのは、入光側面取り面57の表面粗さRaが0.4μm以下となる場合である。よって、入光側面取り面57の表面粗さRaを0.4μm以下とすることにより、輝度ムラの発生がない導光板5を実現できることが立証された。
 なお、入光側面取り面57の幅寸法Xが大きいほど、カレット発生量も増加する。そのような場合にもカレット発生量を0.5[μg/mm]以下とするためにも、入光側面取り面57の表面粗さRaは好ましくは0.3μm以下であり、より好ましくは0.1μm以下であり、更に好ましくは0.03μm以下である。
 以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能なものである。
 本出願は、2014年10月28日に日本国特許庁に出願された特願2014-219671及び2014年11月14日に日本国特許庁に出願された特願2014-231141に基づくものであり、その出願を優先権主張するものであり、その出願の全ての内容を参照することにより包含するものである。
1 液晶表示装置
2 液晶パネル
3 面状発光装置
4 光源
5 導光板(ガラス)
6 反射シート
7 拡散シート
8 リフレクタ
10A~10C 反射ドット
12 ガラス素材
14 ガラス基材
51 光出射面(第1面)
52 光反射面(第2面)
53 入光面(第1端面)
54,55,56 非入光面(第2端面)
57 入光側面取り面(第1面取り面)
58 非入光側面取り面(第2面取り面)

Claims (10)

  1.  互いに対向する第1面および第2面、ならびに前記第1面と前記第2面の間に設けられる少なくとも一つの第1端面とを有するガラスであって、
     前記第1面又は前記第2面と前記第1端面とを接続する少なくとも一つの第1面取り面を有し、
     前記第1面取り面の表面粗さRaが0.4μm以下であるガラス。
  2.  前記第1面取り面の幅の長手方向における平均値をXave(mm)とするとき、
     前記第1面取り面の幅Xの長手方向における誤差がXave(mm)の50%以下である請求項1に記載のガラス。
  3.  前記第1面と前記第2面の間に、前記第1端面とは異なる少なくとも一つの第2端面を有し、
     前記第1面又は前記第2面と前記第2端面とを接続する少なくとも一つの第2面取り面を有し、
     前記第2面取り面の表面粗さRaが前記第1面取り面の表面粗さRaよりも大きく、1.5μm以下である請求項1又は2に記載のガラス。
  4.  前記第2面取り面の幅の長手方向における平均値をYave(mm)とするとき、
     前記第2面取り面の幅Yの長手方向における誤差がYave(mm)の50%以下である請求項3に記載のガラス。
  5.  前記第2端面の表面粗さRaが1.5μm以下である請求項3又は4に記載のガラス。
  6.  前記第1面は矩形状であり、
     前記第1面と前記第2面の間に設けられ、前記第1端面とは異なる少なくとも3つの前記第2端面とを有し、
     前記第1面又は前記第2面と前記第2端面とを接続する少なくとも3つの前記第2面取り面を有し、
     前記第2面取り面の表面粗さRaがいずれも前記第1面取り面の表面粗さRaよりも大きく、1.5μm以下である請求項3~5のいずか一項に記載のガラス。
  7.  前記第1面取り面におけるカレット発生量が0.5[μg/mm]以下である請求項1~6のいずれか一項に記載のガラス。
  8.  有効光路長が5cm~200cmであり、有効光路長での可視光域の平均内部透過率が80%以上である請求項1~7のいずれか一項に記載のガラス。
  9.  光路長50mmの条件下での、波長400nm~700nmにおける平均内部透過率が90%以上である請求項1~8のいずれか一項に記載のガラス。
  10.  互いに対向する第1面および第2面、ならびに前記第1面と前記第2面の間に設けられる少なくとも一つの第1端面及び少なくとも一つの第2端面とを有するガラス基材を準備する工程と、
     前記ガラス基材の前記第2端面を面取り加工する第1面取り工程と、
     前記ガラス基材の前記第1端面を鏡面加工する鏡面加工工程と、
     前記鏡面加工工程に供された前記ガラス基材の前記第1端面を面取り加工することにより、前記第1面又は前記第2面と前記第1端面とを接続する少なくとも一つの第1面取り面を形成し、前記第1面取り面の表面粗さRaを0.4μm以下とせしめる第2面取り工程と、
     を備えるガラスの製造方法。
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