JP2021070590A - カバーガラス、およびインセル型液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】厚さも、製造のための工数も増加させずに白濁化を防止でき、耐衝撃性にも優れたカバーガラス、およびインセル型液晶表示装置の提供。【解決手段】第1の主面および第2の主面を備える化学強化ガラスと、化学強化ガラスの第1の主面上に設けられた指紋防止処理層を備え、化学強化ガラスは、引張応力層の含有する全アルカリ金属のうち、Liのモル数が最も多く、圧縮応力層の深さDOLが60μm以上であり、前記指紋防止処理層の表面の摩擦帯電量が0kV以下、−1.5kV以上であることを特徴とするカバーガラス。【選択図】図1
Description
本発明は、カバーガラス、およびインセル型液晶表示装置に関する。
スマートフォンのような液晶表示装置を有する電子機器には、タッチ機能が搭載される場合がある。ここでいうタッチ機能とは、表示装置の表面に設けられたカバーガラスに操作者が指を接触あるいは近接させることにより、情報を入力する機能である。
タッチ機能を実現する構造としては、液晶表示装置にタッチパネルを取り付ける外付け型(アウトセル型)がある。
外付け型は液晶表示装置とタッチパネルの一方が不良であっても他方は利用可能であるため、歩留まりに優れるが、厚みや重さが増えるという問題もある。
そこで、液晶表示装置の液晶素子と偏光板の間にタッチパネルを挟み込んだオンセル型の液晶表示装置が登場している。
さらに、オンセル型よりも薄型軽量な構造として、タッチ機能を有する素子を液晶素子に埋め込んだインセル型の液晶表示装置も開発されている。
タッチ機能を実現する構造としては、液晶表示装置にタッチパネルを取り付ける外付け型(アウトセル型)がある。
外付け型は液晶表示装置とタッチパネルの一方が不良であっても他方は利用可能であるため、歩留まりに優れるが、厚みや重さが増えるという問題もある。
そこで、液晶表示装置の液晶素子と偏光板の間にタッチパネルを挟み込んだオンセル型の液晶表示装置が登場している。
さらに、オンセル型よりも薄型軽量な構造として、タッチ機能を有する素子を液晶素子に埋め込んだインセル型の液晶表示装置も開発されている。
一方で、インセル型の液晶表示装置(特にIPS液晶表示装置)は、指でカバーガラスをタッチした際に、帯電により、液晶画面が部分的に白濁するという問題があった。これは、外付け型やオンセル型では、液晶素子よりも操作者側に位置するタッチパネルが除電に寄与する一方で、インセル型の液晶表示装置は、液晶素子よりも操作者側にタッチパネルが配置されないため、液晶素子が静電気で帯電しやすいためである。特に、カバーガラスの表面には耐衝撃性や防汚性を高めるための層を形成する場合があり、これらの層が帯電しやすいと、より白濁化が生じやすくなる。
そこで、インセル型の液晶表示装置において、液晶表示装置よりも操作者側に導電層を設けて静電気を逃がすことにより白濁化を防止する構造が提案されている(特許文献1)。
しかしながら、特許文献1の構造は導電層を設けることにより、厚さが増えるという問題があった。また、表示装置を製造するための工数が増えるという問題もあった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、厚さも、製造のための工数も増加させずに白濁化を防止でき、耐衝撃性にも優れたカバーガラス、およびインセル型液晶表示装置(特にIPS液晶表示装置)の提供を目的とする。
本発明のカバーガラスは、第1の主面および第2の主面を備える化学強化ガラスと、前記化学強化ガラスの第1の主面上に設けられた指紋防止処理層と、を備え、前記化学強化ガラスは、引張応力層の含有する全アルカリ金属のうち、Liのモル数が最も多く、圧縮応力層の深さDOLが60μm以上であり、前記指紋防止処理層の表面の摩擦帯電量が、JIS L1094:2014に記載のD法で0kV以下、−1.5kV以上であることを特徴とする。
本発明によれば、指紋防止処理層の表面の摩擦帯電量が0kV以下、−1.5kV以上であるため、表面に使用者の指等が接触しても摩擦帯電がし難く、表示装置に組み込んだ場合に、静電気に起因する白濁化を防止できる。
また、本発明によれば、カバーガラスの物性で摩擦帯電を抑制しているため、導電層を設ける必要がなく、厚さも工数も増加させずに白濁化を防止できる。
さらに、本発明によれば、化学強化ガラスは、引張応力層の含有する全アルカリ金属のうち、Liのモル数が最も多い。そのため、圧縮応力層は、化学強化の際に、Liよりイオン半径の大きいKやNaをより多く含有でき、圧縮応力層の表面圧縮応力を高められる。
本発明によれば、化学強化ガラスは、圧縮応力層の深さDOLが60μm以上であるため、外部から衝撃が加えられた場合に、衝撃による変形が引張応力層まで伝わり難くなり、耐衝撃性を高められる。
また、本発明によれば、カバーガラスの物性で摩擦帯電を抑制しているため、導電層を設ける必要がなく、厚さも工数も増加させずに白濁化を防止できる。
さらに、本発明によれば、化学強化ガラスは、引張応力層の含有する全アルカリ金属のうち、Liのモル数が最も多い。そのため、圧縮応力層は、化学強化の際に、Liよりイオン半径の大きいKやNaをより多く含有でき、圧縮応力層の表面圧縮応力を高められる。
本発明によれば、化学強化ガラスは、圧縮応力層の深さDOLが60μm以上であるため、外部から衝撃が加えられた場合に、衝撃による変形が引張応力層まで伝わり難くなり、耐衝撃性を高められる。
本発明では、前記化学強化ガラスは、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、Li2O、Na2O、K2Oの濃度の合計をAモル%、Al2O3の濃度をBモル%としたとき、Aが14.5以上、かつ、A×Bが120以上であるのが好ましい。
あるいは、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、Li2O、Na2O、K2Oの濃度の合計をC質量%、Al2O3の濃度をD質量%としたとき、Cが11以上、かつ、C×Dが140以上であるのが好ましい。
本発明によれば、ガラスの骨格形成に寄与せず、移動度が高く静電気と結びついて除電を行うLi2O、Na2O、K2Oを一定量以上含むため、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
また、本発明によれば、骨格形成に寄与し、かつLi2O、Na2O、K2Oと近接する傾向があるAl2O3も一定量以上含むため、Li2O、Na2O、K2OがAl2O3で形成される骨格の間に入り込んで距離を拡張する。そのため、Li2O、Na2O、K2Oが、より移動しやすくなり、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
あるいは、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、Li2O、Na2O、K2Oの濃度の合計をC質量%、Al2O3の濃度をD質量%としたとき、Cが11以上、かつ、C×Dが140以上であるのが好ましい。
本発明によれば、ガラスの骨格形成に寄与せず、移動度が高く静電気と結びついて除電を行うLi2O、Na2O、K2Oを一定量以上含むため、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
また、本発明によれば、骨格形成に寄与し、かつLi2O、Na2O、K2Oと近接する傾向があるAl2O3も一定量以上含むため、Li2O、Na2O、K2OがAl2O3で形成される骨格の間に入り込んで距離を拡張する。そのため、Li2O、Na2O、K2Oが、より移動しやすくなり、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
本発明では、前記化学強化ガラスは、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計が81モル%以下であるのが好ましい。
あるいは、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計が82質量%以下であるのが好ましい。
本発明では、ガラスの骨格形成に寄与するため、移動度が低く、静電気と結びついて除電を行う作用が弱い成分であるSiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度を一定以下に抑制する。そのため、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
あるいは、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計が82質量%以下であるのが好ましい。
本発明では、ガラスの骨格形成に寄与するため、移動度が低く、静電気と結びついて除電を行う作用が弱い成分であるSiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度を一定以下に抑制する。そのため、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
本発明では、前記カバーガラスは、前記化学強化ガラスと前記指紋防止処理層の間に設けられた防眩機能層または反射防止層の少なくとも一方を備えるのが好ましい。
本発明では、カバーガラスが防眩機能層を備える場合、入射した光を散乱させ、入射光による映り込みをぼかすことができる。反射防止層を備える場合、入射した光の反射を防止でき、入射光による映り込みを防止できる。
本発明では、カバーガラスが防眩機能層を備える場合、入射した光を散乱させ、入射光による映り込みをぼかすことができる。反射防止層を備える場合、入射した光の反射を防止でき、入射光による映り込みを防止できる。
本発明では、前記第2の主面上に設けられた遮光層を備えるのが好ましい。
本発明によれば、第2の主面上に遮光層が設けられるため、カバーガラスを表示装置に組み込んだ際に、表示装置側の配線を隠蔽したり、バックライトの照明光を隠蔽して、表示装置の周囲から照明光が漏れるのを防止したりできる。
本発明によれば、第2の主面上に遮光層が設けられるため、カバーガラスを表示装置に組み込んだ際に、表示装置側の配線を隠蔽したり、バックライトの照明光を隠蔽して、表示装置の周囲から照明光が漏れるのを防止したりできる。
本発明では、前記遮光層は開口部を有するのが好ましく、前記開口部には、赤外線透過率が前記遮光層よりも高い赤外線透過層が設けられているのが好ましい。
本発明によれば、遮光層に赤外線透過層が設けられているので、赤外線センサを有する表示装置にカバーガラスを組み込んだ際に、赤外線センサを遮光層の裏側に設けることができ、かつ赤外線透過層を目立たなくできる。
本発明によれば、遮光層に赤外線透過層が設けられているので、赤外線センサを有する表示装置にカバーガラスを組み込んだ際に、赤外線センサを遮光層の裏側に設けることができ、かつ赤外線透過層を目立たなくできる。
本発明では、前記化学強化ガラスは屈曲ガラスであるのが好ましい。
本発明によれば、化学強化ガラスが屈曲ガラスであるため、カバーガラスを取り付ける相手側部材が屈曲形状を有していても、取り付けの精度が下がるおそれがない。
本発明によれば、化学強化ガラスが屈曲ガラスであるため、カバーガラスを取り付ける相手側部材が屈曲形状を有していても、取り付けの精度が下がるおそれがない。
本発明では、防眩層を有する場合には、最表面にある前記指紋防止処理層の表面で測定した表面粗さがRaで0.01μm〜0.5μmであるのが好ましい。
本発明によれば、防眩層を有するカバーガラスの場合には、前記指紋防止処理層の表面で測定した表面粗さがRaで0.01μm〜0.5μmであるため、帯電を防止しつつ、視認性を確保できる。
なお、本明細書で「a〜b」とは下限値aと上限値bを表し、「下限値aと上限値b」をそれぞれ含むと解釈する。
本発明によれば、防眩層を有するカバーガラスの場合には、前記指紋防止処理層の表面で測定した表面粗さがRaで0.01μm〜0.5μmであるため、帯電を防止しつつ、視認性を確保できる。
なお、本明細書で「a〜b」とは下限値aと上限値bを表し、「下限値aと上限値b」をそれぞれ含むと解釈する。
本発明のインセル型液晶表示装置は、上記のいずれかのカバーガラスを備えることを特徴とする。
本発明によれば、カバーガラスで保護されたインセル型液晶表示装置を得られる。
本発明によれば、カバーガラスで保護されたインセル型液晶表示装置を得られる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
〔カバーガラスの構成〕
まず、カバーガラスの構成について説明する。
図1に示すカバーガラス1は、化学強化ガラス2と、指紋防止処理層81を備える。
〔カバーガラスの構成〕
まず、カバーガラスの構成について説明する。
図1に示すカバーガラス1は、化学強化ガラス2と、指紋防止処理層81を備える。
化学強化ガラス2は平面視で矩形であり、可視光が透過する。化学強化ガラス2は、第1の主面21と、第2の主面22と、端面23とを備える。端面23には、面取り部24が設けられる。
化学強化ガラス2は圧縮応力層25、32および引張応力層27を備える。圧縮応力層25、32は圧縮応力が作用する層(圧縮応力が0MPa以上の層)である。圧縮応力層25は第1の主面21側の表面に設けられ、圧縮応力層32は、第2の主面22側の表面に設けられる。圧縮応力層は端面23にも設けられるが、ここでは説明を省略する。
引張応力層27は、引張応力が作用する層(圧縮応力が0MPa未満の層)である。引張応力層27は、圧縮応力層25と圧縮応力層32の間に設けられる。
引張応力層27は、引張応力が作用する層(圧縮応力が0MPa未満の層)である。引張応力層27は、圧縮応力層25と圧縮応力層32の間に設けられる。
化学強化ガラス2は、引張応力層27の含有する全アルカリ金属のうち、Liのモル数が最も多い。Liのモル数が最も多い組成であることにより、圧縮応力層25、32は、化学強化の際に、Liよりイオン半径の大きいKやNaをより多く含有できる。Liのモル数は、より好ましくはNaのモル数に対して0.5倍以上、さらに好ましくは0.8以上である。
化学強化ガラス2は、圧縮応力層25、32の深さDOL(Depth of Layer)が60μm以上である。DOLが60μm以上であることにより、外部から衝撃が加えられた場合に、衝撃による変形が引張応力層まで伝わり難くなり、ガラス表面の耐衝撃性を高めることができる。
より好ましくは、DOLが80μm〜250μmである。
DOLは、理論上は、板厚方向において、表面から圧縮応力が0MPaの位置までの深さを意味するが、EPMA(electron probe micro analyzer、電子線マイクロアナライザー)にてガラスの深さ方向のアルカリイオン濃度分析(この例の場合は化学強化で拡散したイオンの濃度分析)を行い、測定により得られたイオン拡散深さをDOLとみなすことができる。また、DOLは表面応力計(例えば、折原製作所製FSM−6000)等を用いても測定できる。
より好ましくは、DOLが80μm〜250μmである。
DOLは、理論上は、板厚方向において、表面から圧縮応力が0MPaの位置までの深さを意味するが、EPMA(electron probe micro analyzer、電子線マイクロアナライザー)にてガラスの深さ方向のアルカリイオン濃度分析(この例の場合は化学強化で拡散したイオンの濃度分析)を行い、測定により得られたイオン拡散深さをDOLとみなすことができる。また、DOLは表面応力計(例えば、折原製作所製FSM−6000)等を用いても測定できる。
化学強化ガラス2は、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、Li2O、Na2O、K2Oの濃度の合計をAモル%、Al2O3の濃度をBモル%としたとき、Aが14.5以上、かつ、A×Bが120以上であるのが好ましい。より好ましくは、Aが15〜20、A×Bが170〜300である。
なお、Aを質量で表す場合(C質量%とする)は、Li2O、Na2O、K2Oの合計に対する各成分のモル比にもよるが、11以上が好ましく、12〜20がより好ましい。
A×Bを質量で表す場合(C質量%×D質量%とする)も、Li2O、Na2O、K2Oの合計に対する各成分のモル比にもよるが、140以上が好ましく、150〜400がより好ましい。
理由は以下の通りである。
A×Bを質量で表す場合(C質量%×D質量%とする)も、Li2O、Na2O、K2Oの合計に対する各成分のモル比にもよるが、140以上が好ましく、150〜400がより好ましい。
理由は以下の通りである。
ガラスを構成する成分は、ガラスの骨格形成に寄与する成分(ネットワークフォーマーともいう)と、骨格形成に寄与しない成分とに大別できる。
このうち、帯電を防止する観点からは、骨格形成に寄与しない成分が多い方が好ましい。骨格形成に寄与しない成分は、寄与する成分よりも、移動度が高いため、静電気と結びついて除電を行うと考えられるためである。Li2O、Na2O、K2Oは、ガラスにおいては、骨格形成に寄与しない成分であるので、多い方が好ましい。これがAを規定する根拠である。
また、Al2O3は、骨格形成に寄与する成分としても、寄与しない成分としてもふるまう。骨格形成に寄与する場合、Li2O、Na2O、K2Oと近接する傾向にある。近接すると、Li2O、Na2O、K2Oが骨格を形成する成分の間に入り込んで、骨格間の距離を拡張する。骨格間の距離を拡張すると、骨格形成に寄与しない成分が骨格間を移動しやすくなり、移動度が上昇するため、好ましい。これがA×Bを規定する理由である。
このうち、帯電を防止する観点からは、骨格形成に寄与しない成分が多い方が好ましい。骨格形成に寄与しない成分は、寄与する成分よりも、移動度が高いため、静電気と結びついて除電を行うと考えられるためである。Li2O、Na2O、K2Oは、ガラスにおいては、骨格形成に寄与しない成分であるので、多い方が好ましい。これがAを規定する根拠である。
また、Al2O3は、骨格形成に寄与する成分としても、寄与しない成分としてもふるまう。骨格形成に寄与する場合、Li2O、Na2O、K2Oと近接する傾向にある。近接すると、Li2O、Na2O、K2Oが骨格を形成する成分の間に入り込んで、骨格間の距離を拡張する。骨格間の距離を拡張すると、骨格形成に寄与しない成分が骨格間を移動しやすくなり、移動度が上昇するため、好ましい。これがA×Bを規定する理由である。
なお、摩擦帯電は、圧縮応力層25の表面で生じる現象であるが、引張応力層27の好ましい組成を規定する理由は以下の通りである。
摩擦帯電に影響するのはガラスの骨格であるため、本来はガラスの構造を規定するのが望ましい。しかしながら、ガラスは非晶質であり、構造を特定し難い場合があるため、組成で規定するのが好ましい。一方で、圧縮応力層25は化学強化により、イオン交換が行われているため、引張応力層27とは組成が異なるが、ガラスのネットワーク構造は同じである。仮に圧縮応力層25の組成と同じ組成のガラスを化学強化なしで製造すると、ネットワーク構造が異なってしまうため、圧縮応力層25の組成で圧縮応力層25の構造を特定することは困難である。よって、引張応力層27の組成を特定することにより、引張応力層27の構造を特定し、化学強化しても引張応力層27と圧縮応力層25の構造が変わらないことを利用して、引張応力層27の組成から圧縮応力層25の構造を特定する。
摩擦帯電に影響するのはガラスの骨格であるため、本来はガラスの構造を規定するのが望ましい。しかしながら、ガラスは非晶質であり、構造を特定し難い場合があるため、組成で規定するのが好ましい。一方で、圧縮応力層25は化学強化により、イオン交換が行われているため、引張応力層27とは組成が異なるが、ガラスのネットワーク構造は同じである。仮に圧縮応力層25の組成と同じ組成のガラスを化学強化なしで製造すると、ネットワーク構造が異なってしまうため、圧縮応力層25の組成で圧縮応力層25の構造を特定することは困難である。よって、引張応力層27の組成を特定することにより、引張応力層27の構造を特定し、化学強化しても引張応力層27と圧縮応力層25の構造が変わらないことを利用して、引張応力層27の組成から圧縮応力層25の構造を特定する。
化学強化ガラス2は、引張応力層27を構成する酸化物成分のうち、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計が81モル%以下であるのが好ましい。これらの元素はガラスの骨格形成に寄与する成分であるため、含有量が少ない方が、除電に寄与する成分が多くなるためである。また、含有量が少ない方が、骨格を形成する成分間の距離が広くなり、骨格形成に寄与しない成分の移動度が上がるためである。
なお、摩擦帯電は、圧縮応力層25の表面で生じる現象であるが、引張応力層の好ましい組成を規定する理由は、AとBを規定する理由と同じである。
なお、摩擦帯電は、圧縮応力層25の表面で生じる現象であるが、引張応力層の好ましい組成を規定する理由は、AとBを規定する理由と同じである。
なお、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計を質量%で表す場合は、これらの合計に対する各成分のモル比にもよるが、82質量%以下が好ましく、70質量%〜81質量%がより好ましい。
より具体的な引張応力層27の組成としては、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO2を55%〜68%、Al2O3を10%〜25%、B2O3を0%〜5%、P2O5を0%〜15%、Li2Oを0%〜8%、Na2Oを1%〜20%、K2Oを0.1%〜10%、MgOを0%〜10%、CaOを0%〜5%、SrOを0%〜5%、BaOを0%〜5%、ZnOを0%〜5%、TiO2を0%〜1%、ZrO2を0%〜5%、及びFe2O3を0.005%〜0.1%含有するガラス組成が好ましい。
引張応力層27の組成は、化学分析、吸光光度分析、原子吸光分析、蛍光X線分析等の、公知の組成分析方法で定量できる。測定位置は、引張応力層27の任意の位置であるが、ガラス基板の厚さ方向の中心位置で、かつ平面上の重心位置が好ましい。
引張応力層27の組成は、化学分析、吸光光度分析、原子吸光分析、蛍光X線分析等の、公知の組成分析方法で定量できる。測定位置は、引張応力層27の任意の位置であるが、ガラス基板の厚さ方向の中心位置で、かつ平面上の重心位置が好ましい。
上述した引張応力層27の好ましいガラス組成における各成分について、以下に例示する。
SiO2はガラスの骨格を構成する成分である。また、化学的耐久性を上げる成分であり、ガラス表面に傷(圧痕)がついた時のクラックの発生を低減させる成分である。クラックの発生を抑制するために、SiO2含有量は55%以上が好ましく、56%以上がより好ましく、56.5%以上がさらに好ましく、58%以上が特に好ましい。一方、ガラス中で除電に寄与する元素の移動度を向上させるため、およびガラス製造工程における溶融性を向上させるためには、SiO2含有量は68%以下が好ましく、より好ましくは65%以下、さらに好ましくは63%以下、特に好ましくは61%以下である。
Al2O3は化学強化処理の際のイオン交換性能を向上させ、化学強化後の表面圧縮応力CSを大きくするために有効な成分である。また、ガラスの破壊靭性値を向上する効果がある。また、ガラスのTgを高くする成分であり、ヤング率を高くする成分でもある。ガラス中で除電に寄与する元素の移動度を向上させる効果も有する。これらの特性を高めるためには、Al2O3含有量は10%以上が好ましく、12%以上がより好ましい。また破壊靭性値を大きくするためには14%以上がさらに好ましい。一方、ガラス中で除電に寄与する元素の含有量を増やすという観点、およびガラスの耐酸性を保持し、失透温度を低くするという観点からは、Al2O3の含有量は、好ましくは25%以下、より好ましくは23%以下である。
また、Al2O3はリチウムアルミノシリケート結晶の構成成分である。曲げ成形時の結晶析出を抑制するためには、Al2O3の含有量は好ましくは22%以下、より好ましくは20%以下、さらに好ましくは19%以下である。
B2O3は、ガラスの溶融性を向上させる成分である。また、ガラスのチッピング耐性を向上させる成分である。B2O3は必須ではないが、含有させる場合の含有量は、溶融性を向上するために、好ましくは0.1%以上、より好ましくは0.5%以上、さらに好ましくは1%以上である。一方、ガラス中で除電に寄与する元素の移動度を向上させるという観点、および溶融時に脈理が発生するのを防ぐという観点からは、B2O3の含有量は好ましくは5%以下、より好ましくは4%以下、さらに好ましくは3%以下であり、特に好ましくは2.5%以下である。
P2O5は、化学強化処理時のイオン交換性能、および、チッピング耐性を向上させる成分である。P2O5は必須ではないが、含有させる場合の含有量は、好ましくは0.1%以上、より好ましくは1%以上、さらに好ましくは2%以上である。一方、耐酸性を確保し、帯電を防止するためには、好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは8%以下、さらに好ましくは6%以下、特に好ましくは4%以下である。
Li2Oは、硝酸ナトリウム等のナトリウム塩による化学強化処理で、表面圧縮応力層を形成させる成分である。ガラス中で除電に寄与する物質でもある。
Li2Oの含有量は、含有させる効果を得るためには0.1%以上であるのが好ましく、より好ましくは1%以上、さらに好ましくは2%以上である。一方、耐候性を確保する観点からは8%以下が好ましい。また、曲げ成形時の結晶析出を抑制するためには、7%以下が好ましく、6%以下がより好ましい。
Li2Oの含有量は、含有させる効果を得るためには0.1%以上であるのが好ましく、より好ましくは1%以上、さらに好ましくは2%以上である。一方、耐候性を確保する観点からは8%以下が好ましい。また、曲げ成形時の結晶析出を抑制するためには、7%以下が好ましく、6%以下がより好ましい。
Na2Oは、カリウム塩を用いる化学強化処理において表面圧縮応力層を形成させる成分であり、ガラスの溶融性を向上させ得る成分である。ガラス中で除電に寄与する物質でもある。
その効果を得るために、Na2Oの含有量は、1%以上が好ましく、より好ましくは1.5%以上、さらに好ましくは2%以上である。一方、表面圧縮応力CSを向上させるためには、20%以下が好ましく、16%以下がより好ましく、14%以下がさらに好ましく、8%以下が特に好ましい。
その効果を得るために、Na2Oの含有量は、1%以上が好ましく、より好ましくは1.5%以上、さらに好ましくは2%以上である。一方、表面圧縮応力CSを向上させるためには、20%以下が好ましく、16%以下がより好ましく、14%以下がさらに好ましく、8%以下が特に好ましい。
K2Oは、ガラスの溶融性を向上させる物質である。ガラス中で除電に寄与する物質でもある。K2Oを含有させる場合の含有量は、好ましくは0.1%以上であり、より好ましくは0.5%以上である。一方、化学強化ガラスの破砕性を確保するという観点からは、K2Oの含有量は8%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、3%以下がさらに好ましい。
MgOは必須ではないが、化学強化ガラスの表面圧縮応力CSを増大させるために、含有させることが好ましい。また、破壊靱性値を向上する効果がある。そのため、MgOの含有量は、好ましくは0.1%以上であり、より好ましくは、0.5%以上、さらに好ましくは2%以上である。一方、ガラス溶融時の失透を抑制するために、MgOの含有量は10%以下が好ましく、8%以下がより好ましく、6%以下がさらに好ましい。
CaOは必須ではないが、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、含有させてもよい。CaOを含有させる場合の含有量は、好ましくは0.05%以上であり、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.15%以上である。一方、化学強化処理時のイオン交換性能を確保する観点からは、5%以下が好ましく、2%以下がより好ましく1.5%以下がさらに好ましい。
SrOは必須ではないが、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、含有させてもよい。含有させる場合の含有量は、好ましくは0.05%以上、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.5%以上である。一方、化学強化処理時のイオン交換性能を高くするために、SrOの含有量は5%以下が好ましく、3.5%以下がより好ましく、2%以下がさらに好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。
BaOは必須ではないがガラスの溶融性を向上させる成分であり、含有させてもよい。含有させる場合の含有量は、好ましくは0.1%以上、より好ましくは0.5%以上、さらに好ましくは1%以上である。一方、化学強化処理時のイオン交換性能を高くするために、BaOの含有量は5%以下が好ましく、3%以下がより好ましく、2%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。
ZnOはガラスの溶融性を向上させる成分であり、含有させてもよい。ZnOを含有させる場合の含有量は、好ましくは0.05%以上であり、より好ましくは0.1%以上である。一方、ZnO含有量が5%以下であるとガラスの耐候性を高くできるので好ましい。ZnOの含有量は3%以下がより好ましく、さらに好ましくは1%以下であり、実質的に含有しないことが特に好ましい。
TiO2は、ソラリゼーションによるガラスの色調変化を抑制する成分であり、含有させてもよい。TiO2を含有させる場合の含有量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.03%以上、さらに好ましくは0.05%以上、特に好ましくは0.1%以上である。一方、溶融時の失透を抑制するためには1%以下が好ましく、より好ましくは0.5%以下、さらに好ましくは0.2%以下である。
ZrO2は、化学強化処理時にイオン交換による表面圧縮応力CSを増大させる成分であり、含有させてもよい。これらを含有させる場合の含有量は、好ましくは0.1%以上であり、より好ましくは0.5%以上、さらに好ましくは1%以上である。一方、溶融時の失透を抑制し、化学強化ガラスの品質を高めるためには、5%以下が好ましく、より好ましくは3%以下であり、特に好ましくは2.5%以下である。
Fe2O3は熱線を吸収するのでガラスの溶解性を向上させる効果があり、大型の溶解窯を用いてガラスを大量生産する場合には、含有することが好ましい。その場合の含有量は好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.006%以上、さらに好ましくは0.007%以上である。一方、過剰に含有すると着色が生じるので、ガラスの透明性を高めるためには0.1%以下が好ましく、より好ましくは0.05%以下、さらに好ましくは0.02%以下、特に好ましくは0.015%以下である。
なお、ここではガラス中の鉄酸化物をすべてFe2O3として説明したが、実際には、酸化状態のFe(III)と還元状態のFe(II)が混在しているのが普通である。このうちFe(III)は黄色の着色を生じ、Fe(II)は青色の着色を生じ、両者のバランスでガラスに緑色の着色が生じる。
なお、ここではガラス中の鉄酸化物をすべてFe2O3として説明したが、実際には、酸化状態のFe(III)と還元状態のFe(II)が混在しているのが普通である。このうちFe(III)は黄色の着色を生じ、Fe(II)は青色の着色を生じ、両者のバランスでガラスに緑色の着色が生じる。
Y2O3、La2O3、Nb2O5を含有させてもよい。これらの成分を含有させる場合の合計の含有量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.05%以上、さらに好ましくは0.1%以上であり、特に好ましくは0.15%以上、最も好ましくは1%以上である。一方、Y2O3、La2O3、Nb2O5の含有量が多すぎると、溶融時にガラスが失透しやすくなり、化学強化ガラスの品質が低下する恐れがあるため、これらの含有量は合計で7%以下とすることが好ましい。Y2O3、La2O3、Nb2O5の含有量の合計は、より好ましくは6%以下、さらに好ましくは5%以下、特に好ましくは4%以下であり、最も好ましくは3.5%以下である。
Ta2O5、Gd2O3は、化学強化ガラスの破砕性を改善するために少量含有してもよいが、屈折率や反射率が高くなるので5%以下が好ましく、2%以下がより好ましく、含有しないことがさらに好ましい。
さらに、ガラスに着色する場合は、所望の化学強化特性の達成を阻害しない範囲において着色成分を添加してもよい。着色成分としては、例えば、Co3O4、MnO2、NiO、CuO、Cr2O3、V2O5、Bi2O3、SeO2、CeO2、Er2O3、Nd3O3等が好適なものとして挙げられる。
着色成分の含有量は合計で7%以下であると失透等の問題が生じにくいので好ましい。この含量は好ましくは5%以下であり、より好ましくは3%以下であり、さらに好ましくは2%以下である。ガラスの可視光透過率を優先させる場合は、これらの成分は実質的に含有しないことが好ましい。
着色成分の含有量は合計で7%以下であると失透等の問題が生じにくいので好ましい。この含量は好ましくは5%以下であり、より好ましくは3%以下であり、さらに好ましくは2%以下である。ガラスの可視光透過率を優先させる場合は、これらの成分は実質的に含有しないことが好ましい。
ガラスの溶融の際の清澄剤として、SO3、塩化物、フッ化物などを適宜含有してもよい。As2O3は環境負荷が大きいので含有しないことが好ましい。Sb2O3を含有する場合は、1%以下が好ましく、0.5%以下がより好ましく、含有しないことが最も好ましい。
化学強化ガラス2は、表面圧縮応力CSが300MPa〜1500MPaであるのが好ましい。
300MPa以上であることにより、カバーガラスとして必要な曲げ強度を保持することできる。1500MPa以下であることにより、割れたときに粉々に飛散することを防ぐことができる。より好ましくは800MPa〜1200MPaである。
表面圧縮応力CSは、ここではガラス最表面の圧縮応力を意味する。表面圧縮応力CSは、表面応力計(例えば、折原製作所製FSM−6000)等を用いて測定できる。
300MPa以上であることにより、カバーガラスとして必要な曲げ強度を保持することできる。1500MPa以下であることにより、割れたときに粉々に飛散することを防ぐことができる。より好ましくは800MPa〜1200MPaである。
表面圧縮応力CSは、ここではガラス最表面の圧縮応力を意味する。表面圧縮応力CSは、表面応力計(例えば、折原製作所製FSM−6000)等を用いて測定できる。
化学強化ガラス2は、内部引張応力CTが20MPa〜100MPaであるのが好ましい。
20MPa以上であることにより、反作用として存在する圧縮応力が適切な応力値と深さである状態を達成できる。100MPa以下であることにより、割れたときに粉々に飛散することを防ぐことができる。より好ましくは40MPa〜85MPaである。
内部引張応力CTは、カバーガラス1の厚みをtとすると、関係式CT=(CS×DOL)/(t−2×DOL)により近似的に求められる。
20MPa以上であることにより、反作用として存在する圧縮応力が適切な応力値と深さである状態を達成できる。100MPa以下であることにより、割れたときに粉々に飛散することを防ぐことができる。より好ましくは40MPa〜85MPaである。
内部引張応力CTは、カバーガラス1の厚みをtとすると、関係式CT=(CS×DOL)/(t−2×DOL)により近似的に求められる。
指紋防止処理層81は、第2の主面22に人間の指が触れた際に、指紋、皮脂、汗等による汚れが付着するのを低減する層である。
指紋防止処理層81の構成材料は、防汚性、撥水性、撥油性を付与できるフッ素含有有機化合物等から適宜選択できる。具体的には、含フッ素有機ケイ素化合物や、含フッ素加水分解性化合物が挙げられる。フッ素含有有機化合物は、防汚性、撥水性および撥油性を付与できれば、特に制限なく使用できる。
なお、フッ素含有有機化合物は、本来は化学強化ガラス上に形成すると、指で触れた際に帯電しやすい特性を有するが、本実施形態では、指紋防止処理層81の表面の摩擦帯電量が0kV以下、−1.5kV以上であるため、帯電を抑制できる。
なお、フッ素含有有機化合物は、本来は化学強化ガラス上に形成すると、指で触れた際に帯電しやすい特性を有するが、本実施形態では、指紋防止処理層81の表面の摩擦帯電量が0kV以下、−1.5kV以上であるため、帯電を抑制できる。
指紋防止処理層81を形成する含フッ素有機ケイ素化合物被膜は、透明基板の主面または防眩層の処理面に反射防止層が形成される場合には、当該反射防止層の表面に形成されることが好ましい。また、透明基板として防眩処理、化学強化処理等の表面処理が施され、反射防止層が形成されないガラス基板を用いる場合には、含フッ素有機ケイ素化合物被膜は、これら表面処理の施された面に直接形成されることが好ましい。
指紋防止処理層81において、含フッ素有機ケイ素化合物被膜の形成に用いる含フッ素加水分解性ケイ素化合物は、得られる含フッ素有機ケイ素化合物被膜が、撥水性、撥油性等の防汚性を有するものであれば特に制限はない。具体的には、パーフルオロポリエーテル基、パーフルオロアルキレン基、およびパーフルオロアルキル基からなる群から選ばれる、1つ以上の基を有する、含フッ素加水分解性ケイ素化合物が挙げられる。
指紋防止処理層81の層厚は、特に制限されないが、2nm〜20nmが好ましく、2nm〜15nmがより好ましく、3nm〜10nmがさらに好ましい。層厚が2nm以上であれば、指紋防止処理層81によって反射防止層の表面が均一に覆われた状態となり、指紋防止性、耐擦り性が実用に耐えるものとなる。また、層厚が20nm以下であれば、指紋防止処理層81が積層された状態での視感反射率やヘイズ値等の光学特性が良好である。
カバーガラス1は、指紋防止処理層81表面での摩擦帯電量が0kV以下、−1.5kV以上である。ここでいう摩擦帯電量は、JIS L1094:2014に記載のD法(摩擦帯電減衰測定法)により求められた、摩擦帯電量を意味する。フッ素系の指紋防止処理層は上記評価方法では負に帯電するが、−1.5kV以上であることにより、帯電を防止できる。
より好ましくは0kV〜−1kVである。
以上が、カバーガラス1の構成の説明である。
より好ましくは0kV〜−1kVである。
以上が、カバーガラス1の構成の説明である。
〔カバーガラス1の製造方法〕
次に、カバーガラス1の製造方法の例について説明する。
次に、カバーガラス1の製造方法の例について説明する。
まず、化学強化ガラス2を製造する。
化学強化ガラス2は、一般的なガラス製造方法によって製造された化学強化用ガラスを、化学強化処理して製造される。
化学強化処理は、ガラスの表面にイオン交換処理を施し、圧縮応力を有する表面層を形成させる処理である。具体的には、化学強化用ガラスのガラス転移点以下の温度でイオン交換処理を行い、ガラス板表面付近に存在するイオン半径が小さな金属イオン(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いイオン(典型的には、Liイオンに対してはNaイオンまたはKイオンであり、Naイオンに対してはKイオン)に置換する。
化学強化ガラス2は、一般的なガラス製造方法によって製造された化学強化用ガラスを、化学強化処理して製造される。
化学強化処理は、ガラスの表面にイオン交換処理を施し、圧縮応力を有する表面層を形成させる処理である。具体的には、化学強化用ガラスのガラス転移点以下の温度でイオン交換処理を行い、ガラス板表面付近に存在するイオン半径が小さな金属イオン(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いイオン(典型的には、Liイオンに対してはNaイオンまたはKイオンであり、Naイオンに対してはKイオン)に置換する。
本強化ガラスは、例えば前述の引張応力層27の組成を有する化学強化用ガラスを、化学強化処理して製造できる。
なお、下記の製造方法は、板状の化学強化ガラスを製造する場合の例である。
なお、下記の製造方法は、板状の化学強化ガラスを製造する場合の例である。
まず、ガラス原料を調合し、ガラス溶融窯で加熱溶融する。その後、バブリング、撹拌、清澄剤の添加等によりガラスを均質化し、従来公知の成形法により所定の厚さのガラス板に成形し、徐冷する。またはブロック状に成形して徐冷した後に切断する方法で板状に成形してもよい。
板状に成形する方法としては、例えば、フロート法、プレス法、フュージョン法及びダウンドロー法が挙げられる。特に、大型のガラス板を製造する場合は、フロート法が好ましい。また、フロート法以外の連続成形法、たとえば、フュージョン法及びダウンドロー法も好ましい。
その後、成形したガラスを所定の大きさに切断し、面取りを行う。平面視での面取り部24の寸法が、0.05mm以上0.5mm以下となるように面取りを行うことが好ましい。
次に、ガラス板を1回または2回程度(1段階または2段階程度)イオン交換処理することにより、化学強化を行い、圧縮応力層25、32および引張応力層27を形成する。
化学強化工程では、処理に供するガラスを、そのガラス中に含まれるアルカリ金属イオン(例えば、ナトリウムイオン、または、リチウムイオン)より、イオン半径の大きなアルカリ金属イオンを含む溶融塩(例えば、カリウム塩、または、ナトリウム塩)と、ガラスの転移温度を超えない温度域で接触させる。
化学強化工程では、処理に供するガラスを、そのガラス中に含まれるアルカリ金属イオン(例えば、ナトリウムイオン、または、リチウムイオン)より、イオン半径の大きなアルカリ金属イオンを含む溶融塩(例えば、カリウム塩、または、ナトリウム塩)と、ガラスの転移温度を超えない温度域で接触させる。
ガラス中のアルカリ金属イオンと、アルカリ金属塩のイオン半径の大きなアルカリ金属塩とを、イオン交換させ、アルカリ金属イオンの占有面積の差により、ガラス表面に圧縮応力を発生させ、圧縮応力層を形成する。ガラスを溶融塩と接触させる温度域はガラスの転移温度を超えない温度域であればよいが、ガラス転移点より50℃以下であることが好ましい。これによりガラスの応力緩和を防げる。
化学強化処理において、ガラスとアルカリ金属イオンを含む溶融塩とを接触させる処理温度および処理時間は、ガラスおよび溶融塩の組成に応じて適宜調整できる。溶融塩の加熱温度は、通常350℃以上が好ましく、370℃以上がより好ましい。また、通常500℃以下が好ましく、450℃以下がより好ましい。
溶融塩の加熱温度を350℃以上とすることにより、イオン交換速度の低下により化学強化が入りにくくなるのを防ぐ。また、500℃以下とすることにより溶融塩の分解・劣化を抑制できる。
ガラスを溶融塩に接触させる処理時間は1回あたり、十分な圧縮応力を付与するためには、通常10分以上が好ましく、15分以上がより好ましい。また、長時間のイオン交換では、生産性が落ちるとともに、緩和により圧縮応力値が低下するため、通常20時間以下であり、16時間以下が好ましい。
化学強化の回数は、1回または2回を例示したが、目標とする圧縮応力層および引張応力層の物性(DOL、CS、CT)が得られるのであれば、特に回数は限定されない。3回以上の強化でもよい。また、2回の強化の間に、熱処理工程を行ってもよい。以下の説明では、3回化学強化を行う場合、および2回の強化の間に、熱処理工程を行う場合を3段階の強化と呼ぶ。
3段階の場合、例えば以下に説明する強化処理方法1または強化処理方法2を用いて製造できる。
3段階の場合、例えば以下に説明する強化処理方法1または強化処理方法2を用いて製造できる。
(強化処理方法1)
強化処理方法1においては、まず、ナトリウム(Na)イオンを含む金属塩(第一の金属塩)に、Li2Oを含有する化学強化用ガラスを接触させて、金属塩中のNaイオンと、ガラス中のLiイオンとの、イオン交換を起こさせる。以下ではこのイオン交換処理を「1段目の処理」と呼ぶことがある。
1段目の処理は、たとえば化学強化用ガラスを、350℃〜500℃程度のNaイオンを含む金属塩(例えば硝酸ナトリウム)に、0.1時間〜24時間程度浸漬する。生産性を向上するためには、1段目の処理時間は12時間以下が好ましく、6時間以下がより好ましい。
強化処理方法1においては、まず、ナトリウム(Na)イオンを含む金属塩(第一の金属塩)に、Li2Oを含有する化学強化用ガラスを接触させて、金属塩中のNaイオンと、ガラス中のLiイオンとの、イオン交換を起こさせる。以下ではこのイオン交換処理を「1段目の処理」と呼ぶことがある。
1段目の処理は、たとえば化学強化用ガラスを、350℃〜500℃程度のNaイオンを含む金属塩(例えば硝酸ナトリウム)に、0.1時間〜24時間程度浸漬する。生産性を向上するためには、1段目の処理時間は12時間以下が好ましく、6時間以下がより好ましい。
1段目の処理によって、ガラス表面に深い圧縮応力層が形成され、CSが200MPa以上、圧縮応力深さDOLが、板厚の1/8以上となるような応力プロファイルを形成できる。また、1段目の処理を終えた段階のガラスは、内部引張応力CTが大きいので破砕性が大きい。しかし、後の処理によって破砕性が改善されるので、この段階でのCTが大きいことはむしろ好ましい。1段目の処理を終えたガラスの内部引張応力CTは、90MPa以上が好ましく、100MPa以上がより好ましく、110MPa以上がさらに好ましい。圧縮応力層25の表面圧縮応力CSが大きくなるからである。
第一の金属塩はアルカリ金属塩であり、アルカリ金属イオンとしては、Naイオンを最も多く含有する。Liイオンを含有してもよいが、アルカリイオンのモル数100%に対して、Liイオンは2%以下が好ましく、1%以下がより好ましく、0.2%以下がさらに好ましい。また、Kイオンを含有してもよい。第一の金属塩に含まれるアルカリイオンのモル数100%に対して、Kイオンは20%以下が好ましく、5%以下がより好ましい。
次に、リチウム(Li)イオンを含有する金属塩(第二の金属塩)に、1段目の処理を終えたガラスを接触させ、金属塩中のLiイオンとガラス中のNaイオンとのイオン交換により、表層近傍の圧縮応力値を減少させる。この処理を「2段目の処理」と呼ぶことがある。
具体的には、たとえば、350℃〜500℃程度のNaとLiを含む金属塩(例えば硝酸ナトリウムと硝酸リチウムの混合塩)に、0.1時間〜24時間程度浸漬する。生産性を向上するためには、2段目の処理時間は12時間以下が好ましく、6時間以下がより好ましい。
具体的には、たとえば、350℃〜500℃程度のNaとLiを含む金属塩(例えば硝酸ナトリウムと硝酸リチウムの混合塩)に、0.1時間〜24時間程度浸漬する。生産性を向上するためには、2段目の処理時間は12時間以下が好ましく、6時間以下がより好ましい。
2段目の処理を終えたガラスは、内部の引っ張り応力を下げることができ、割れた際に激しい割れ方をしなくなる。
第2の金属塩は、アルカリ金属塩であり、アルカリ金属イオンとしてNaイオンとLiイオンを含有することが好ましい。また硝酸塩が好ましい。第二の金属塩に含まれるアルカリ金属イオンのモル数100%に対して、NaイオンとLiイオンの合計のモル数は、50%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上がさらに好ましい。Na/Liモル比を調整することで、DOL/4〜DOL/2における応力プロファイルを制御できる。
第2の金属塩のNa/Liモル比の最適値は、ガラス組成によって異なるが、0.3以上が好ましく、0.5以上がより好ましく、1以上がより好ましい。CTを小さくしつつ、圧縮応力層の圧縮応力値を大きくするためには、100以下であることが好ましく、60以下であることがより好ましく、40以下であることがさらに好ましい。
第2の金属塩のNa/Liモル比の最適値は、ガラス組成によって異なるが、0.3以上が好ましく、0.5以上がより好ましく、1以上がより好ましい。CTを小さくしつつ、圧縮応力層の圧縮応力値を大きくするためには、100以下であることが好ましく、60以下であることがより好ましく、40以下であることがさらに好ましい。
第2の金属塩が、硝酸ナトリウム−硝酸リチウム混合塩の場合、硝酸ナトリウムと硝酸リチウムの質量比は、たとえば25:75〜99:1が好ましく、50:50〜98:2がより好ましく、70:30〜97:3が、さらに好ましい。
次に、カリウム(K)イオンを含む金属塩(第3の金属塩)に、2段目の処理を終えたガラスを接触させ、金属塩中のKイオンとガラス中のNaイオンとのイオン交換により、ガラス表面に大きな圧縮応力を発生させる。このイオン交換処理を「3段目の処理」と呼ぶことがある。
具体的には、たとえば350℃〜500℃程度のKイオンを含む金属塩(例えば硝酸カリウム)に0.1時間〜10時間程度浸漬する。このプロセスにより、ガラス表層の0μm〜10μm程度の領域に大きな圧縮応力を形成できる。
具体的には、たとえば350℃〜500℃程度のKイオンを含む金属塩(例えば硝酸カリウム)に0.1時間〜10時間程度浸漬する。このプロセスにより、ガラス表層の0μm〜10μm程度の領域に大きな圧縮応力を形成できる。
3段目の処理はガラス表面の浅い部分の圧縮応力だけを大きくし、内部にはほとんど影響しないので、内部の引っ張り応力を抑制したままで、表層に大きな圧縮応力を形成できる。
第3の金属塩はアルカリ金属塩であり、アルカリ金属イオンとして、Liイオンを含んでもよいが、アルカリ金属の原子数100%に対してLiイオンは2%以下が好ましく、1%以下がより好ましく、0.2%以下がさらに好ましい。また、Naイオンの含有量は2%以下が好ましく、1%以下がより好ましく0.2%以下がさらに好ましい。
第3の金属塩はアルカリ金属塩であり、アルカリ金属イオンとして、Liイオンを含んでもよいが、アルカリ金属の原子数100%に対してLiイオンは2%以下が好ましく、1%以下がより好ましく、0.2%以下がさらに好ましい。また、Naイオンの含有量は2%以下が好ましく、1%以下がより好ましく0.2%以下がさらに好ましい。
強化処理方法1では、1段目〜3段目の処理時間の総和を24時間以下にできるので、生産性が高く好ましい。処理時間の総和は15時間以下がより好ましく、10時間以下がさらに好ましい。
(強化処理方法2)
強化処理方法2においては、まず、ナトリウム(Na)イオンを含む第一の金属塩に、Li2Oを含有する化学強化用ガラスを接触させて、金属塩中のNaイオンと、ガラス中のLiイオンとのイオン交換を起こさせる、1段目の処理を行う。
1段目の処理については、強化処理方法1の場合と同様なので説明を省略する。
強化処理方法2においては、まず、ナトリウム(Na)イオンを含む第一の金属塩に、Li2Oを含有する化学強化用ガラスを接触させて、金属塩中のNaイオンと、ガラス中のLiイオンとのイオン交換を起こさせる、1段目の処理を行う。
1段目の処理については、強化処理方法1の場合と同様なので説明を省略する。
次に、1段目の処理を終えたガラスを金属塩に接触させずに熱処理する。これを2段目の処理と呼ぶ。
2段目の処理は、たとえば1段目の処理を終えたガラスを、大気中で350℃以上の温度に一定時間保持して行う。保持温度は化学強化用ガラスの歪点以下の温度であり、1段目の処理温度より10℃高い温度以下が好ましく、1段目の処理温度と同じ温度がより好ましい。
この処理によれば、1段目の処理でガラス表面に導入されたアルカリイオンが、熱拡散することでCTが低下すると考えられる。
2段目の処理は、たとえば1段目の処理を終えたガラスを、大気中で350℃以上の温度に一定時間保持して行う。保持温度は化学強化用ガラスの歪点以下の温度であり、1段目の処理温度より10℃高い温度以下が好ましく、1段目の処理温度と同じ温度がより好ましい。
この処理によれば、1段目の処理でガラス表面に導入されたアルカリイオンが、熱拡散することでCTが低下すると考えられる。
次に、カリウム(K)イオンを含む第3の金属塩に、2段目の処理を終えたガラスを接触させ、金属塩中のKイオンとガラス中のNaイオンとのイオン交換により、ガラス表面に大きな圧縮応力を発生させる。このイオン交換処理を「3段目の処理」と呼ぶことがある。
3段目の処理については、強化処理方法1の場合と同様なので説明を省略する。
3段目の処理については、強化処理方法1の場合と同様なので説明を省略する。
強化処理方法2では、1段目〜3段目の処理時間の総和を24時間以下にできるので、生産性が高く好ましい。処理時間の総和は15時間以下がより好ましく、10時間以下がさらに好ましい。
強化処理方法1によれば、2段目の処理に用いる第2の金属塩の組成や処理温度の調整により、応力プロファイルを精密に制御できる。
強化処理方法2によれば、比較的簡単な処理により低コストで優れた特性の化学強化ガラスが得られる。
強化処理方法2によれば、比較的簡単な処理により低コストで優れた特性の化学強化ガラスが得られる。
化学強化処理の処理条件は、ガラスの特性・組成や溶融塩の種類などを考慮して、時間及び温度等を適切に選択すればよい。
以上の手順で化学強化ガラス2が製造される。
以上の手順で化学強化ガラス2が製造される。
次に、化学強化ガラス2の第1の主面21に、指紋防止処理層81を形成する。
形成方法としては、フッ素含有有機化合物等を真空槽内で蒸発させて、反射防止層の表面に付着させる真空蒸着法(乾式法)や、フッ素含有有機化合物等を有機溶剤に溶解させ、所定の濃度になるように調整し、反射防止層の表面に塗布する方法(湿式法)等を利用できる。
形成方法としては、フッ素含有有機化合物等を真空槽内で蒸発させて、反射防止層の表面に付着させる真空蒸着法(乾式法)や、フッ素含有有機化合物等を有機溶剤に溶解させ、所定の濃度になるように調整し、反射防止層の表面に塗布する方法(湿式法)等を利用できる。
乾式法としては、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレート法、スパッタ法、プラズマCVD法等、湿式法としては、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、スリットコート法、スプレー法等から適宜選択できる。乾式法、湿式法のどちらも使用できる。
含フッ素有機ケイ素化合物被膜を形成する方法としては、パーフルオロアルキル基;パーフルオロ(ポリオキシアルキレン)鎖を含む、フルオロアルキル基等のフルオロアルキル基を有するシランカップリング剤の組成物を、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、スリットコート法、スプレーコート法等により塗布した後加熱処理する方法、または、含フッ素有機ケイ素化合物を気相蒸着させた後加熱処理する、真空蒸着法等が挙げられる。
含フッ素有機ケイ素化合物被膜の形成は、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する、被膜形成用組成物を用いて行うことが好ましい。
以上が、カバーガラス1の製造方法の例についての説明である。
含フッ素有機ケイ素化合物被膜の形成は、含フッ素加水分解性ケイ素化合物を含有する、被膜形成用組成物を用いて行うことが好ましい。
以上が、カバーガラス1の製造方法の例についての説明である。
〔カバーガラス1の作用効果〕
カバーガラス1は、指紋防止処理層81の表面の摩擦帯電量が0kV以下、−1.5kV以上であるため、表面に使用者の指等が接触しても摩擦帯電がし難く、表示装置に組み込んだ場合に、静電気に起因する白濁化を防止できる。
カバーガラス1は、化学強化ガラスの物性で摩擦帯電を抑制しているため、導電層を設ける必要がなく、厚さも工数も増加させずに白濁化を防止できる。
カバーガラス1は、化学強化ガラス2の圧縮応力層25、32の深さDOLが60μm以上である。そのため、外部から衝撃が加えられた場合に、衝撃による変形が引張応力層まで伝わり難くなり、ガラス表面の耐衝撃性を高めることができる。
カバーガラス1は、指紋防止処理層81の表面の摩擦帯電量が0kV以下、−1.5kV以上であるため、表面に使用者の指等が接触しても摩擦帯電がし難く、表示装置に組み込んだ場合に、静電気に起因する白濁化を防止できる。
カバーガラス1は、化学強化ガラスの物性で摩擦帯電を抑制しているため、導電層を設ける必要がなく、厚さも工数も増加させずに白濁化を防止できる。
カバーガラス1は、化学強化ガラス2の圧縮応力層25、32の深さDOLが60μm以上である。そのため、外部から衝撃が加えられた場合に、衝撃による変形が引張応力層まで伝わり難くなり、ガラス表面の耐衝撃性を高めることができる。
カバーガラス1は、化学強化ガラス2が、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、ガラスの骨格形成に寄与せず、移動度が高く静電気と結びついて除電を行うLi2O、Na2O、K2Oの濃度の合計をAモル%、Al2O3の濃度をBモル%としたとき、Aが14.5以上、かつ、A×Bが120以上である。あるいは、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、Li2O、Na2O、K2Oの濃度の合計をC質量%、Al2O3の濃度をD質量%としたとき、Cが11以上、かつ、C×Dが140以上である。
よって、ガラスの骨格形成に寄与せず、移動度が高く静電気と結びついて除電を行うLi2O、Na2O、K2Oを一定量以上含むため、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
さらに、骨格形成に寄与し、かつLi2O、Na2O、K2Oと近接するAl2O3も一定量以上含むため、Li2O、Na2O、K2Oがネットワーク間に入り込んで距離を拡張する。そのため、Li2O、Na2O、K2Oが、より移動しやすくなり、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
よって、ガラスの骨格形成に寄与せず、移動度が高く静電気と結びついて除電を行うLi2O、Na2O、K2Oを一定量以上含むため、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
さらに、骨格形成に寄与し、かつLi2O、Na2O、K2Oと近接するAl2O3も一定量以上含むため、Li2O、Na2O、K2Oがネットワーク間に入り込んで距離を拡張する。そのため、Li2O、Na2O、K2Oが、より移動しやすくなり、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
化学強化ガラス2は、引張応力層を構成する酸化物成分のうち、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計が81モル%以下(または82質量%以下)であるため、ガラスの骨格形成に寄与し、移動度が高く静電気と結びついて除電を行う作用が弱い成分であるSiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度が一定以下に抑制される。
そのため、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
そのため、表面に使用者の指等が接触してもより摩擦帯電がし難い。
[変形例]
本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更等が可能である。本発明の実施の際の具体的な手順、および構造等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更等が可能である。本発明の実施の際の具体的な手順、および構造等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
化学強化ガラス2の形状は、平坦面のみを有する板のみならず、少なくとも一部に曲面を有する板、凹部を有する板であってもよい。例えば、図2に示すように、化学強化ガラス2が屈曲ガラスでもよい。屈曲ガラスを用いることで、カバーガラス1を取り付ける相手側部材が屈曲形状を有していても、取り付けの精度が下がるおそれがない。
化学強化ガラス2の厚さは0.5mm以上が好ましい。0.5mm以上の厚さを備えたガラスであれば、高い強度と良好な質感を兼ね備えたカバーガラス1を得られる利点がある。厚さは、0.7mm以上がより好ましい。車載用の表示装置に用いる場合、ヘッドインパクト試験に耐えられる耐衝撃性を担保するためには、1.1mm以上であることが好ましい。軽量化や透過率の確保という観点からは、5mm以下が好ましく、3mm以下がより好ましい。
化学強化ガラス2の平面形状は特に限定しない。第1の主面21および第2の主面22の面積も特に限定しないが、例えば5000mm2〜50000mm2程度である。
化学強化ガラス2の厚さは0.5mm以上が好ましい。0.5mm以上の厚さを備えたガラスであれば、高い強度と良好な質感を兼ね備えたカバーガラス1を得られる利点がある。厚さは、0.7mm以上がより好ましい。車載用の表示装置に用いる場合、ヘッドインパクト試験に耐えられる耐衝撃性を担保するためには、1.1mm以上であることが好ましい。軽量化や透過率の確保という観点からは、5mm以下が好ましく、3mm以下がより好ましい。
化学強化ガラス2の平面形状は特に限定しない。第1の主面21および第2の主面22の面積も特に限定しないが、例えば5000mm2〜50000mm2程度である。
化学強化ガラス2の第1の主面21および第2の主面22のうち少なくとも一方の面には、図3に示すように、機能層3として、防眩処理(AG処理)を施した防眩層、または反射防止処理(AR処理)を施した反射防止層の、少なくとも一方を備えてもよい。
指紋防止処理層81が設けられた側の主面に防眩層または反射防止層を備える場合、化学強化ガラス2と指紋防止処理層81の間に、防眩機能層または反射防止層を備える。
機能層3として、防眩層を設けることにより、第2の主面22側から入射した光を散乱させ、入射光による映り込みをぼかすことができる。
防眩性を付与する方法としては、化学強化ガラス2の第2の主面22に凹凸形状を形成する方法が挙げられる。化学強化後に防眩層を設けても、防眩層を設けた後に化学強化処理を行っても、どちらでもよい。
指紋防止処理層81が設けられた側の主面に防眩層または反射防止層を備える場合、化学強化ガラス2と指紋防止処理層81の間に、防眩機能層または反射防止層を備える。
機能層3として、防眩層を設けることにより、第2の主面22側から入射した光を散乱させ、入射光による映り込みをぼかすことができる。
防眩性を付与する方法としては、化学強化ガラス2の第2の主面22に凹凸形状を形成する方法が挙げられる。化学強化後に防眩層を設けても、防眩層を設けた後に化学強化処理を行っても、どちらでもよい。
凹凸形状を形成する方法としては、公知の方法を適用可能である。化学強化ガラス2の第2の主面22に、化学的または物理的に表面処理を施してエッチング層を形成し、所望の表面粗さの凹凸形状を形成する方法や、防眩フィルム等のコーティング層を貼りつける方法が利用できる。
防眩層がエッチング層であると、防眩用の材料を別途被覆する必要がない点で有利である。防眩層がコーティング層であると、材料の選択により、防眩性の制御が容易な点で有利である。
防眩層がエッチング層であると、防眩用の材料を別途被覆する必要がない点で有利である。防眩層がコーティング層であると、材料の選択により、防眩性の制御が容易な点で有利である。
化学的に防眩処理を行う方法としては、フロスト処理が挙げられる。フロスト処理は、例えば、フッ化水素とフッ化アンモニウムの混合溶液に、被処理体であるガラス基板を浸漬することで実現できる。物理的に防眩処理を行う方法としては、例えば、結晶質二酸化ケイ素粉、炭化ケイ素粉等を加圧空気でガラス基板の主面に吹き付けるサンドブラスト処理や、結晶質二酸化ケイ素粉、炭化ケイ素粉等を付着させたブラシを水で湿らせたものを用いて擦る方法等を利用できる。
防眩層の表面は、表面粗さ(二乗平均粗さ、RMS)が0.01μm〜0.5μmであることが好ましい。表面粗さ(RMS)は、0.01μm〜0.3μmがより好ましく、0.02μm〜0.2μmがさらに好ましい。表面粗さ(RMS)を上記範囲とすることで、防眩層を有する透明基板のヘイズ値を1%〜30%に調整できる。なお、ヘイズ値は、JIS K 7136(2000)で規定される値である。
機能層3として、反射防止層を備えることにより、第1の主面21側に反射防止層が設けられるので、第1の主面21側から入射した光の反射を防止でき、入射光による映り込みを防止できる。反射防止層としては、たとえば以下のものが挙げられる。
(1)相対的に屈折率が低い低屈折率層と相対的に屈折率が高い高屈折率層とが交互に積層された多層構造の反射防止層。
(2)化学強化ガラス2よりも屈折率が低い低屈折率層からなる反射防止層。
(1)相対的に屈折率が低い低屈折率層と相対的に屈折率が高い高屈折率層とが交互に積層された多層構造の反射防止層。
(2)化学強化ガラス2よりも屈折率が低い低屈折率層からなる反射防止層。
(1)の反射防止層は、波長550nmの光の屈折率が1.9以上の高屈折率層と、波長550nmの光の屈折率が1.6以下の低屈折率層を、積層した構造を備えるのが好ましい。反射防止層が高屈折率層と低屈折率層を積層した構造を備えることにより、可視光の反射を、より確実に防止できる。
反射防止層における高屈折率層と低屈折率層との層数は、それぞれを1層ずつ含む形態であってもよいが、それぞれを2層以上含む構成であってもよい。高屈折率層と低屈折率層をそれぞれ1層含む構成の場合は、化学強化ガラス2の第1の主面21に、高屈折率層、低屈折率層の順に積層したものが好ましい。また、高屈折率層と低屈折率層をそれぞれ2層以上含む構成の場合は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した積層体であることが好ましい。積層体は、生産性の観点から、全体で2層以上8層以下の積層が好ましく、2層以上6層以下の積層がより好ましい。また、光学特性を損なわない範囲での層の追加を行ってもよい。例えば、ガラス板からのNa拡散を防ぐために、ガラスと第1層との間にSiO2膜を挿入しても良い。
高屈折率層、低屈折率層を構成する材料は特に限定されるものではなく、要求される反射防止性の程度や生産性を考慮して選択できる。高屈折率層を構成する材料としては、例えば、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化チタン(TiO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、窒化ケイ素(SiN)等が挙げられる。これらの材料から選択される1種以上を好ましく使用できる。低屈折率層を構成する材料としては、酸化ケイ素(特に、二酸化ケイ素SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、フッ化マグネシウム(MgF2)、SiとSnとの混合酸化物を含む材料、SiとZrとの混合酸化物を含む材料、SiとAlとの混合酸化物を含む材料等が挙げられる。これら材料から選択される1種以上を好ましく使用できる。
(2)の反射防止層において、低屈折率層の屈折率は、化学強化ガラス2の屈折率に応じて設定され、1.1〜1.5が好ましく、1.1〜1.4がより好ましい。
反射防止層は、表面に無機薄膜を直接形成する方法、エッチング等の手法により表面処理する方法や、乾式法、例えば、化学蒸着(CVD)法や物理蒸着(PVD)法、特に物理蒸着法の一種である真空蒸着法やスパッタ法により好適に形成できる。
反射防止層の厚さは、90nm〜500nmが好ましい。反射防止層の厚さを90nm以上とすることで、効果的に外光の反射を抑制できるため好ましい。
反射防止層は、CIE(国際照明委員会)色差式において、膜付きカバーガラスの反射色がa*が−6〜1であり、b*が−8〜1であるのが好ましい。
反射防止層のa*が−6〜1であり、b*が−8〜1であると、反射防止層が危険色(警告色)に着色する恐れがなく、反射防止層の色彩が目立つのを防止できる。
防眩層を形成せず、ガラス上に直接、反射防止層および指紋防止処理層81を形成した場合において、カバーガラス1は、コロナ処理やプラズマ処理により指紋防止処理層81を除去した後の反射防止処理層の表面で測定した表面粗さがRaで1nm未満であることが好ましい。表面の、水の接触角が約20°以下であれば防汚膜が除去されたと判断できる。最表面の指紋防止処理層81を除去した後の表面粗さRaが1nm未満であることにより、高耐擦傷性が実現できる。より好ましくは0.3nm〜0.6nm、特に好ましくは0.3nm〜0.5nmである。
表面粗さRaは、例えば、セイコーインスツルメント社製走査型プローブ顕微鏡SPI3800NのDFMモードで測定できる。
反射防止層のa*が−6〜1であり、b*が−8〜1であると、反射防止層が危険色(警告色)に着色する恐れがなく、反射防止層の色彩が目立つのを防止できる。
防眩層を形成せず、ガラス上に直接、反射防止層および指紋防止処理層81を形成した場合において、カバーガラス1は、コロナ処理やプラズマ処理により指紋防止処理層81を除去した後の反射防止処理層の表面で測定した表面粗さがRaで1nm未満であることが好ましい。表面の、水の接触角が約20°以下であれば防汚膜が除去されたと判断できる。最表面の指紋防止処理層81を除去した後の表面粗さRaが1nm未満であることにより、高耐擦傷性が実現できる。より好ましくは0.3nm〜0.6nm、特に好ましくは0.3nm〜0.5nmである。
表面粗さRaは、例えば、セイコーインスツルメント社製走査型プローブ顕微鏡SPI3800NのDFMモードで測定できる。
図4に示すように、カバーガラス1は、第2の主面22上に設けられた遮光層31を備えてもよい。遮光層31は可視光を遮蔽する層であり、具体的には、例えば波長380nm〜780nmの光の視感透過率が50%以下の層である。遮光層31を備えることにより、表示装置側の配線を隠蔽したり、バックライトの照明光を隠蔽して、表示装置の周囲から照明光が漏れるのを防止したりできる。
遮光層31が設けられる第1の主面21および面取り部24には、遮光層31との密着性を向上させるため、プライマー処理やエッチング処理等が施されていてもよい。
遮光層31が設けられる第1の主面21および面取り部24には、遮光層31との密着性を向上させるため、プライマー処理やエッチング処理等が施されていてもよい。
遮光層31を設ける方法は特に限定しないが、バーコード法、リバースコート法、グラビアコート法、ダイコート法、ロールコート法、スクリーン法、インクジェット法等によりインクを印刷することにより設ける方法が挙げられる。厚さの制御の容易差を考慮すると、スクリーン法が好ましい。
遮光層31に使用するインクは、無機系でも有機系であってもよい。無機系のインクとしては、例えば、SiO2、ZnO、B2O3、Bi2O3、Li2O、Na2OおよびK2Oから選択される1種以上、CuO、Al2O3、ZrO2、SnO2およびCeO2から選択される1種以上、Fe2O3およびTiO2からなる組成物であってもよい。
遮光層31に使用するインクは、無機系でも有機系であってもよい。無機系のインクとしては、例えば、SiO2、ZnO、B2O3、Bi2O3、Li2O、Na2OおよびK2Oから選択される1種以上、CuO、Al2O3、ZrO2、SnO2およびCeO2から選択される1種以上、Fe2O3およびTiO2からなる組成物であってもよい。
有機系のインクとしては、樹脂を溶剤に溶解した種々の印刷材料を使用できる。例えば、樹脂としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、オレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリルニトリル−ブタジエン共重合体、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリウレタンポリオール等の樹脂からなる群から選ばれる、少なくとも1種以上を選択して使用してよい。溶媒としては、水、アルコール類、エステル類、ケトン類、芳香族炭化水素系溶剤、脂肪族炭化水素系溶剤を用いてもよい。例えば、アルコール類としては、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール等を使用でき、エステル類としては酢酸エチル、ケトン類としてはメチルエチルケトンを使用できる。芳香族炭化水素系溶剤としては、トルエン、キシレン、ソルベッソ(登録商標)100、ソルベッソ(登録商標)150等を使用でき、脂肪族炭化水素系溶剤としてはヘキサン等を使用できる。なお、これらは例として挙げたものであり、その他、種々の印刷材料を使用できる。前記有機系の印刷材料は、化学強化ガラス2に塗布した後、溶媒を蒸発させて樹脂の遮光層31を形成できる。加熱により硬化できる熱硬化性インクでもよく、UV硬化性インクでもよく、特に制限はない。
遮光層31に用いられるインクには、着色剤が含まれてもよい。着色剤としては、例えば、遮光層31を黒色とする場合、カーボンブラック等の黒色の着色剤を使用できる。その他、所望の色に応じて適切な色の着色剤を使用できる。
遮光層31は、所望の回数だけ積層してもよく、印刷に用いるインクは、各層異なるものを使用してもよい。また、遮光層31は、一方の主面だけでなく、他方の主面にも印刷してよく、端面に印刷してもよい。
遮光層31を所望の回数だけ積層する場合、各層で異なるインクを用いてもよい。例えば、利用者がカバーガラス1を第1の主面21側から見たときに、遮光層31を白く見せたい場合には、1層目を白色で印刷し、続いて2層目を黒色で印刷すればよい。これにより使用者が第1の主面21側から遮光層31を見た際、遮光層31の背面の視認性に関わる、いわゆる「透け感」を抑制した白色の遮光層31を形成できる。
遮光層31は、所望の回数だけ積層してもよく、印刷に用いるインクは、各層異なるものを使用してもよい。また、遮光層31は、一方の主面だけでなく、他方の主面にも印刷してよく、端面に印刷してもよい。
遮光層31を所望の回数だけ積層する場合、各層で異なるインクを用いてもよい。例えば、利用者がカバーガラス1を第1の主面21側から見たときに、遮光層31を白く見せたい場合には、1層目を白色で印刷し、続いて2層目を黒色で印刷すればよい。これにより使用者が第1の主面21側から遮光層31を見た際、遮光層31の背面の視認性に関わる、いわゆる「透け感」を抑制した白色の遮光層31を形成できる。
遮光層31の平面形状は、図4では枠形であり、枠の内側が表示領域4を構成するが、枠形ではなく、第2の主面22の一辺に沿う線状、連続する二辺に沿うL字状、対向する二辺に沿う2本の直線状でもよい。遮光層31は、第2の主面22が四角形以外の多角形や円形あるいは異形の場合、これらの形状に対応する枠状、多角形の一辺に沿う直線状、円形の一部に沿う円弧状でもよい。
カバーガラス1を表示装置に用いる場合、遮光層31は、表示装置が非表示の場合の色彩に対応した色彩を有するのが好ましい。例えば、非表示の場合の色彩が黒色系の場合は、遮光層31も黒色系であるのが望ましい。
カバーガラス1を表示装置に用いる場合、遮光層31は、表示装置が非表示の場合の色彩に対応した色彩を有するのが好ましい。例えば、非表示の場合の色彩が黒色系の場合は、遮光層31も黒色系であるのが望ましい。
カバーガラス1が遮光層31を備える場合、図5に示すように遮光層31は開口部33を有してもよく、開口部33には、赤外線透過率が遮光層31よりも高い赤外線透過層35を備えるのが好ましい。遮光層31の一部に開口部33を設けて、赤外線透過層35を設けることにより、赤外線センサを遮光層31の裏側に設けることができ、かつ赤外線透過層35を目立たなくできる。
赤外線透過層35を形成するインクは、無機系でも有機系であってもよい。無機系インクに含まれる顔料としては、例えば、SiO2、ZnO、B2O3、Bi2O3、Li2O、Na2OおよびK2Oから選択される1種以上、CuO、Al2O3、ZrO2、SnO2およびCeO2から選択される1種以上、Fe2O3およびTiO2からなる組成物であってもよい。
赤外線透過層35を形成するインクは、無機系でも有機系であってもよい。無機系インクに含まれる顔料としては、例えば、SiO2、ZnO、B2O3、Bi2O3、Li2O、Na2OおよびK2Oから選択される1種以上、CuO、Al2O3、ZrO2、SnO2およびCeO2から選択される1種以上、Fe2O3およびTiO2からなる組成物であってもよい。
有機系インクとしては、樹脂と顔料とを溶剤に溶解した種々の印刷材料を使用できる。例えば、樹脂としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、オレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリルニトリル−ブタジエン共重合体、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリウレタンポリオール等の樹脂からなる群から選ばれる、少なくとも1種以上を選択して使用してよい。溶媒としては、水、アルコール類、エステル類、ケトン類、芳香族炭化水素系溶剤、脂肪族炭化水素系溶剤を用いてもよい。例えば、アルコール類としては、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール等を使用でき、エステル類としては酢酸エチル、ケトン類としてはメチルエチルケトンを使用できる。芳香族炭化水素系溶剤としては、トルエン、キシレン、ソルベッソ(登録商標)100、ソルベッソ(登録商標)150等を使用でき、脂肪族炭化水素系溶剤としてはヘキサン等を使用できる。なお、これらは例として挙げたものであり、その他、種々の印刷材料を使用できる。前記有機系の印刷材料は、化学強化ガラス2に塗布した後、溶媒を蒸発させて樹脂の赤外線透過層35を形成できる。加熱により硬化できる熱硬化性インクでもよく、UV硬化性インクでもよく、特に制限はない。
赤外線透過層35に用いられるインクには、顔料が含まれてもよい。顔料としては、例えば、赤外線透過層35を黒色とする場合、カーボンブラック等の黒色顔料を使用できる。その他、所望の色に応じて適切な色の顔料を使用できる。
赤外線透過層35中の顔料の含有割合は、所望の光学特性に応じて自由に変更できる。赤外線透過層35の全質量に対する、顔料の含有量の比である含有割合は0.01質量%〜10質量%が好ましい。含有割合は、インクの質量全体に対する、赤外線透過材料の含有割合を調整することで実現できる。
赤外線透過層35を形成するインクは、光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂に赤外線透過能を有する顔料を含む。顔料としては、無機顔料および有機顔料のいずれも使用できる。無機顔料としては、酸化鉄、酸化チタン、複合酸化物系などが挙げられる。有機顔料としては、フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、アゾ系顔料等の金属錯体系顔料などが挙げられる。赤外線透過層35の色彩は、遮光層31と同じであることが好ましい。遮光層31が黒色の場合は、赤外線透過層35も黒色であるのが好ましい。
赤外線透過層35を形成する方法としては、特に限定はされないが、バーコード法、リバースコート法、グラビアコート法、ダイコート法、ロールコート法、スクリーン法、インクジェット法が挙げられる。製法の連続性を考慮すると、遮光層31と同じ形成方法が好ましい。
本発明のカバーガラス1は、例えば、液晶ディスプレイ等のパネルディスプレイや、車載用情報機器、携帯機器のカバーガラスといった表示装置用のカバー部材に使用できる。本発明のカバーガラス1を表示装置用カバーに用いることで、被対象物を保護しつつ、タッチセンサ使用時の白濁化を防止できる。
さらに、本発明のカバーガラス1は、例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のパネルディスプレイや、車載用情報機器、携帯機器を作製する際、パネルとカバーガラス貼合時等に、カバーガラス表面に貼るラミネートを剥がした際に発生するカバーガラスの帯電が抑えられるため、帯電による異物吸着を抑制することができる。
さらに、本発明のカバーガラス1は、例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のパネルディスプレイや、車載用情報機器、携帯機器を作製する際、パネルとカバーガラス貼合時等に、カバーガラス表面に貼るラミネートを剥がした際に発生するカバーガラスの帯電が抑えられるため、帯電による異物吸着を抑制することができる。
ここで、カバーガラス1を備える表示装置の一例について図6を参照して説明する。ここではインセル型IPS(In Plane Switching)液晶表示装置を例示する。
図6に示す表示装置10は、フレーム5を備える。フレーム5は、底部51と、底部51に対して交差する側壁部52と、底部51に対向する開口部53とを備える。底部51と側壁部52とで囲まれた空間には、液晶モジュール6が配置されている。液晶モジュール6は、底部51側に配置されたバックライト61と、バックライト61上に配置された液晶パネル62(表示パネル)とを備える。液晶パネル62は、IPS液晶を備え、タッチ機能を有する素子が液晶素子に埋め込まれたインセル型である。
また、フレーム5の上端には、第2の主面22が液晶モジュール6側を向くようにカバーガラス1が設けられる。カバーガラス1は、開口部53および側壁部52の上端面に設けられた接着層7を介して、フレーム5と、液晶モジュール6に貼合されている。
図6に示す表示装置10は、フレーム5を備える。フレーム5は、底部51と、底部51に対して交差する側壁部52と、底部51に対向する開口部53とを備える。底部51と側壁部52とで囲まれた空間には、液晶モジュール6が配置されている。液晶モジュール6は、底部51側に配置されたバックライト61と、バックライト61上に配置された液晶パネル62(表示パネル)とを備える。液晶パネル62は、IPS液晶を備え、タッチ機能を有する素子が液晶素子に埋め込まれたインセル型である。
また、フレーム5の上端には、第2の主面22が液晶モジュール6側を向くようにカバーガラス1が設けられる。カバーガラス1は、開口部53および側壁部52の上端面に設けられた接着層7を介して、フレーム5と、液晶モジュール6に貼合されている。
なお、接着層7は、透明で、化学強化ガラス2との屈折率差が小さいことが好ましい。
接着層7としては、例えば、液状の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる透明樹脂からなる層が挙げられる。硬化性樹脂組成物としては、例えば、光硬化性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物等が挙げられ、その中でも、硬化性化合物および光重合開始剤を含む光硬化性樹脂組成物が好ましい。硬化性樹脂組成物を、例えば、ダイコータ、ロールコータ等の方法を用いて塗布し、硬化性樹脂組成物膜を形成する。
接着層7は、OCAフィルム(OCAテープ)であってもよい。この場合、カバーガラス1の第2の主面22側にOCAフィルムを貼合すればよい。
接着層7の厚さは、5μm以上400μm以下が好ましく、50μm以上200μm以下がより好ましい。接着層7の貯蔵せん断弾性率は、5kPa以上5MPa以下が好ましく、1MPa以上5MPa以下がより好ましい。
接着層7としては、例えば、液状の硬化性樹脂組成物を硬化して得られる透明樹脂からなる層が挙げられる。硬化性樹脂組成物としては、例えば、光硬化性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物等が挙げられ、その中でも、硬化性化合物および光重合開始剤を含む光硬化性樹脂組成物が好ましい。硬化性樹脂組成物を、例えば、ダイコータ、ロールコータ等の方法を用いて塗布し、硬化性樹脂組成物膜を形成する。
接着層7は、OCAフィルム(OCAテープ)であってもよい。この場合、カバーガラス1の第2の主面22側にOCAフィルムを貼合すればよい。
接着層7の厚さは、5μm以上400μm以下が好ましく、50μm以上200μm以下がより好ましい。接着層7の貯蔵せん断弾性率は、5kPa以上5MPa以下が好ましく、1MPa以上5MPa以下がより好ましい。
表示装置10を製造するにあたり、組立順序は特に限定されない。例えば、予めカバーガラス1に接着層7を配置した構造体を準備しておき、フレーム5に配置し、その後、液晶モジュール6を貼合してもよい。
次に、本発明の実施例について説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
種々の特性のカバーガラスを作製し、帯電量および装置に組み込んだ際の白濁化の程度を求めた。具体的な手順は以下の通りである。例1は実施例、例2〜例6は比較例である。
種々の特性のカバーガラスを作製し、帯電量および装置に組み込んだ際の白濁化の程度を求めた。具体的な手順は以下の通りである。例1は実施例、例2〜例6は比較例である。
(例1)
まず、化学強化前のガラスとして、表1中の例1に示す組成のガラスになるように、原料を調合、溶解して、約110mm角のブロックとなるように流し出した後、徐冷を行ってガラス体を得た。その後、縦100mm、横100mm、厚さ0.7mmの板状になるように、切断、切削加工した。
次に、このガラスを化学強化した。化学強化の条件は、温度450℃の100重量%硝酸ナトリウム溶液に3時間浸漬後、温度450℃の100重量%硝酸カリウム溶液に3時間浸漬して化学強化した。
強化後のガラスを洗浄した後に、表面に指紋防止処理層81として、旭硝子社製Afluid S−550を旭硝子社製のフッ素溶媒アサヒクリンAC6000で0.1wt%に希釈した液をスプレーコート法により形成し、カバーガラスとした。膜厚は5nmであった。
なお、表1中の例1〜例6の各ガラスの組成(モル%、質量%)の総和は100にならないこともあるが、それぞれの値を四捨五入した結果であり、請求項に記載された濃度の計算に特段の影響を与えない。
作製したカバーガラスに対して以下の評価を行った。
<CS、DOL>
折原製作所社製のガラス表面応力計装置(FSM−6000LE)及び散乱光光弾性を応用した折原製作所社製の測定機SLP1000を用いて、ガラスの厚さ方向の応力分布を測定し、最表面の応力値を表面圧縮応力CSとした。ガラス内部において応力値が0MPaとなるガラス深さを、圧縮応力深さDOLとした。
<CT>
関係式CT=(CS×DOL)/(t−2×DOL)により近似的に求めた。
<摩擦帯電量>
摩擦帯電量は、INTEC社製摩擦帯電圧減衰測定装置を用い、JIS L1094:2014に記載のD法(摩擦帯電減衰測定法)により求めた。
<白濁化>
得られたカバーガラスをインセル型IPS液晶表示装置に組み込み、電源を入れた状態で、カバーガラス表面を指でタッチし、10cmの距離を、1秒間に1往復の速度で、10往復、指を移動し、白濁化の有無を目視で確認した。白濁化したものを「有」、白濁化しなかったものを「無」と判定した。
まず、化学強化前のガラスとして、表1中の例1に示す組成のガラスになるように、原料を調合、溶解して、約110mm角のブロックとなるように流し出した後、徐冷を行ってガラス体を得た。その後、縦100mm、横100mm、厚さ0.7mmの板状になるように、切断、切削加工した。
次に、このガラスを化学強化した。化学強化の条件は、温度450℃の100重量%硝酸ナトリウム溶液に3時間浸漬後、温度450℃の100重量%硝酸カリウム溶液に3時間浸漬して化学強化した。
強化後のガラスを洗浄した後に、表面に指紋防止処理層81として、旭硝子社製Afluid S−550を旭硝子社製のフッ素溶媒アサヒクリンAC6000で0.1wt%に希釈した液をスプレーコート法により形成し、カバーガラスとした。膜厚は5nmであった。
なお、表1中の例1〜例6の各ガラスの組成(モル%、質量%)の総和は100にならないこともあるが、それぞれの値を四捨五入した結果であり、請求項に記載された濃度の計算に特段の影響を与えない。
作製したカバーガラスに対して以下の評価を行った。
<CS、DOL>
折原製作所社製のガラス表面応力計装置(FSM−6000LE)及び散乱光光弾性を応用した折原製作所社製の測定機SLP1000を用いて、ガラスの厚さ方向の応力分布を測定し、最表面の応力値を表面圧縮応力CSとした。ガラス内部において応力値が0MPaとなるガラス深さを、圧縮応力深さDOLとした。
<CT>
関係式CT=(CS×DOL)/(t−2×DOL)により近似的に求めた。
<摩擦帯電量>
摩擦帯電量は、INTEC社製摩擦帯電圧減衰測定装置を用い、JIS L1094:2014に記載のD法(摩擦帯電減衰測定法)により求めた。
<白濁化>
得られたカバーガラスをインセル型IPS液晶表示装置に組み込み、電源を入れた状態で、カバーガラス表面を指でタッチし、10cmの距離を、1秒間に1往復の速度で、10往復、指を移動し、白濁化の有無を目視で確認した。白濁化したものを「有」、白濁化しなかったものを「無」と判定した。
(例2)
化学強化前のガラスとして、表1中の例2に示す組成のガラスをフロート法で製造し、0.7mmのガラス板を得たこと、また、420℃の100重量%硝酸カリウム溶液に8時間浸漬して化学強化を行ったこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
化学強化前のガラスとして、表1中の例2に示す組成のガラスをフロート法で製造し、0.7mmのガラス板を得たこと、また、420℃の100重量%硝酸カリウム溶液に8時間浸漬して化学強化を行ったこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
(例3)
化学強化前のガラスとして、表1中の例3に示す組成のガラスを用いたこと、また、425℃の100重量%硝酸カリウム溶液に6時間浸漬して化学強化を行ったこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
化学強化前のガラスとして、表1中の例3に示す組成のガラスを用いたこと、また、425℃の100重量%硝酸カリウム溶液に6時間浸漬して化学強化を行ったこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
(例4)
化学強化前のガラスとして、表1中の例4に示す組成のガラスを用いたこと、また、温度425℃の100重量%硝酸カリウム溶液に6時間浸漬して化学強化したこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
化学強化前のガラスとして、表1中の例4に示す組成のガラスを用いたこと、また、温度425℃の100重量%硝酸カリウム溶液に6時間浸漬して化学強化したこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
(例5)
化学強化前のガラスとして、表1中の例5に示す組成のガラスになるように、原料を調合、溶解してガラスブロックを得たこと、また、温度450℃の100重量%硝酸ナトリウム溶液に2時間浸漬後、温度425℃の100重量%硝酸カリウム溶液に1.5時間浸漬して化学強化したこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
化学強化前のガラスとして、表1中の例5に示す組成のガラスになるように、原料を調合、溶解してガラスブロックを得たこと、また、温度450℃の100重量%硝酸ナトリウム溶液に2時間浸漬後、温度425℃の100重量%硝酸カリウム溶液に1.5時間浸漬して化学強化したこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
(例6)
化学強化後のガラスとして、表1中の例6に示す組成のガラスを用いたこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
以上の結果を表1に示す。
化学強化後のガラスとして、表1中の例6に示す組成のガラスを用いたこと以外は、例1と同じ条件でカバーガラスを製造した。
以上の結果を表1に示す。
表1に示すように、例1は、摩擦帯電量が0kV以下、−1.5kV以上であり、圧縮応力層の深さDOLが60μm以上であり、引張応力層の含有する全アルカリ金属のうち、Liのモル数が最も多く、白濁化が生じていなかった。
例2〜4はDOLが60μm未満であったため、ガラス表面の耐衝撃性が劣ってしまい、カバーガラスとしては不適であった。
例4〜6は摩擦帯電量が−1.5kV未満であり、白濁化が生じてしまった。
例1は、CSが800〜1000MPa、CTが60MPa程度であった。
また、例1は、Aが14.5モル以上、かつ、A×Bが120以上であった。
例1は、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計が81モル%以下であった。
例2〜4はDOLが60μm未満であったため、ガラス表面の耐衝撃性が劣ってしまい、カバーガラスとしては不適であった。
例4〜6は摩擦帯電量が−1.5kV未満であり、白濁化が生じてしまった。
例1は、CSが800〜1000MPa、CTが60MPa程度であった。
また、例1は、Aが14.5モル以上、かつ、A×Bが120以上であった。
例1は、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計が81モル%以下であった。
以上の結果から、摩擦帯電量が0kV以下、−1.5kV以上であり、圧縮応力層の深さDOLが60μm以上であり、引張応力層の含有する全アルカリ金属のうち、Liのモル数が最も多い組成とすることにより、白濁化が防止でき、かつ耐衝撃性に優れたカバーガラスが得られることが分かった。
1…カバーガラス、2…化学強化ガラス、3…機能層、4…表示領域、5…フレーム、6…液晶モジュール、7…接着層、10…表示装置、21…第1の主面、22…第2の主面、23…端面、24…面取り部、25…圧縮応力層、27…引張応力層、31…遮光層、32…圧縮応力層、33…開口部、35…赤外線透過層、51…底部、52…側壁部、53…開口部、61…バックライト、62…液晶パネル、81…指紋防止処理層
Claims (11)
- 第1の主面および第2の主面を備える化学強化ガラスと、
前記化学強化ガラスの第1の主面上に設けられた指紋防止処理層と、
を備え、
前記化学強化ガラスは、
引張応力層の含有する全アルカリ金属のうち、Liのモル数が最も多く、
圧縮応力層の深さDOLが60μm以上であり、
前記指紋防止処理層の表面の摩擦帯電量が、JIS L1094:2014に記載のD法で0kV以下、−1.5kV以上であることを特徴とするカバーガラス。 - 前記化学強化ガラスは、
引張応力層を構成する酸化物成分のうち、Li2O、Na2O、K2Oの濃度の合計をAモル%、Al2O3の濃度をBモル%としたとき、Aが14.5以上、かつ、A×Bが120以上である請求項1に記載のカバーガラス。 - 前記化学強化ガラスは、
引張応力層を構成する酸化物成分のうち、Li2O、Na2O、K2Oの濃度の合計をC質量%、Al2O3の濃度をD質量%としたとき、Cが11以上、かつ、C×Dが140以上である請求項1に記載のカバーガラス。 - 前記化学強化ガラスは、
引張応力層を構成する酸化物成分のうち、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計が81モル%以下である、請求項1または2に記載のカバーガラス。 - 前記化学強化ガラスは、
引張応力層を構成する酸化物成分のうち、SiO2、Al2O3、B2O3、P2O5の濃度の合計が82質量%以下である、請求項1または2に記載のカバーガラス。 - 前記化学強化ガラスと前記指紋防止処理層の間に設けられた防眩機能層または反射防止層の少なくとも一方を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載のカバーガラス。
- 前記第2の主面上に設けられた遮光層を備える、請求項1から6のいずれか一項に記載のカバーガラス。
遮光層 - 前記遮光層は開口部を有し、
前記開口部には、赤外線透過率が前記遮光層よりも高い赤外線透過層が設けられている請求項7に記載のカバーガラス。 - 前記化学強化ガラスは屈曲ガラスである、請求項1から8のいずれか一項に記載のカバーガラス。
- 防眩層を有する場合の前記指紋防止処理層の表面で測定した表面粗さがRaで0.01μm〜0.5μmである、請求項1から9のいずれか一項に記載のカバーガラス。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載のカバーガラスを備えるインセル型IPS液晶表示装置。
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