WO2021171761A1 - 強化ガラス板及び強化用ガラス板 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a tempered glass plate and a tempered glass plate, and particularly to a tempered glass plate and a tempered glass plate suitable for a cover glass of a foldable display or the like.
- tempered glass that has been ion-exchanged is used as the cover glass (see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1).
- the cover glass of the foldable display is required to have a low Young's modulus and a high compressive stress value on the outermost surface.
- Young's modulus When the Young's modulus is low, the tensile stress generated in the bent portion of the cover glass when the flexible display is bent can be reduced. Further, when the compressive stress value of the outermost surface is high, it becomes easy to prevent breakage due to tensile stress generated in the bent portion of the cover glass when the flexible display is bent. As a result, when both a low Young's modulus and a high compressive stress value on the outermost surface are compatible, the cover glass is less likely to be damaged when the flexible display is bent.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and its technical problem is a tempered glass plate having good acid resistance and capable of achieving both a low Young's modulus and a high compressive stress value on the outermost surface and for strengthening. It is to create a glass plate.
- a tempered glass plate of the present invention the tempered glass having a compressive stress layer on the surface, as a glass composition, in mol%, SiO 2 50 ⁇ 75% , Al 2 O 3 1 ⁇ 20%, B 2 O 3 5 ⁇ 30%, Li 2 O 0 ⁇ 15%, Na 2 O 1 ⁇ 25%, K 2 O 0 ⁇ 10%, contains P 2 O 5 0 ⁇ 15% , the molar ratio [Al 2 O 3] / [Na 2 O] is 0.1 to 2.5, and [SiO 2 ] -3 ⁇ [Al 2 O 3 ]-[B 2 O 3 ] -2 ⁇ [Li 2 O] -1.5 ⁇ [ It is characterized in that the relationship of [Na 2 O]-[K 2 O] + 1.2 ⁇ [P 2 O 5] ⁇ -20% is satisfied.
- [SiO 2 ] is the content of SiO 2 (mol%)
- [Al 2 O 3 ] is the content of Al 2 O 3 (mol%)
- [B 2 O 3 ] is the content of B 2 O 3.
- Amount (mol%), [Li 2 O] is Li 2 O content (mol%), [Na 2 O] is Na 2 O content (mol%), [K 2 O] is K 2 O
- the content (mol%) and [P 2 O 5 ] represent the content (mol%) of P 2 O 5, respectively.
- the glass composition is SiO 2 50 to 75%, Al 2 O 3 11.7 to 13.5%, B 2 O 3 5 to 30%, Li 2 O in mol%. 0 ⁇ 15%, Na 2 O 13 ⁇ 16%, K 2 O 0 ⁇ 10%, contains P 2 O 5 0 ⁇ 15% , the molar ratio [Al 2 O 3] / [ Na 2 O] is 0.
- the tempered glass of the present invention as a glass composition, in mol%, SiO 2 62 ⁇ 67% , Al 2 O 3 11.7 ⁇ 13.5%, B 2 O 3 8 ⁇ 10%, Li 2 O 0 ⁇ 15%, Na 2 O 13 ⁇ 16%, K 2 O 0 ⁇ 10%, contains P 2 O 5 0 ⁇ 15% , the molar ratio [Al 2 O 3] / [ Na 2 O] is 0.
- the tempered glass of the present invention it is preferable that the content of P 2 O 5 is 0.1 to 15 mol%.
- the content of Li 2 O is preferably 0.1 to 15 mol%.
- the softening point is preferably 950 ° C. or lower.
- the "softening point” refers to a value measured based on the method of ASTM C338.
- the temperature at a high temperature viscosity of 10 2.5 dPa ⁇ s is preferably less than 1650 ° C.
- the "temperature at a high temperature viscosity of 10 2.5 dPa ⁇ s" refers to a value measured by the platinum ball pulling method.
- the plate thickness is preferably 100 ⁇ m or less.
- the tempered glass plate of the present invention preferably has a dimension of ⁇ 100 mm or more.
- the compressive stress value on the outermost surface of the compressive stress layer is preferably 200 to 1100 MPa.
- the stress depth of the compressive stress layer is preferably 10 to 15% of the plate thickness.
- the tempered glass plate of the present invention has an overflow confluence surface at the center in the plate thickness direction, that is, it is formed by an overflow down draw method.
- the tempered glass plate of the present invention is preferably used as a cover glass for a flexible display.
- Reinforcing glass plate of the present invention as a glass composition, in mol%, SiO 2 50 ⁇ 75% , Al 2 O 3 1 ⁇ 20%, B 2 O 3 5 ⁇ 30%, Li 2 O 0 ⁇ 15%, Na 2 O 1 ⁇ 25%, K 2 O 0 ⁇ 10%, contains P 2 O 5 0 ⁇ 15% , the molar ratio [Al 2 O 3] / [ Na 2 O] is 0.1 to 2.5 [SiO 2 ] -3 x [Al 2 O 3 ]-[B 2 O 3 ] -2 x [Li 2 O] -1.5 x [Na 2 O]-[K 2 O] +1.2 It is characterized in that the relationship of ⁇ [P 2 O 5] ⁇ ⁇ 20% is satisfied.
- Reinforcing glass plate of the present invention as a glass composition, in mol%, SiO 2 50 ⁇ 75% , Al 2 O 3 1 ⁇ 20%, B 2 O 3 5 ⁇ 30%, Na 2 O 1 ⁇ 25%, K 2 O 0 ⁇ 10%, contains P 2 O 5 0 ⁇ 15% , the molar ratio [Al 2 O 3] / [ Na 2 O] is 0.1 ⁇ 2.5, [SiO 2] - 3 ⁇ [Al 2 O 3 ]-[B 2 O 3 ] -2 ⁇ [Li 2 O] -1.5 ⁇ [Na 2 O]-[K 2 O] + 1.2 ⁇ [P 2 O 5 ] ⁇ It is characterized in that the relationship of ⁇ 20% is satisfied and the plate thickness is less than 100 ⁇ m.
- Tempered glass plate of the present invention (reinforced glass plate), as a glass composition, in mol%, SiO 2 50 ⁇ 75% , Al 2 O 3 1 ⁇ 20%, B 2 O 3 5 ⁇ 30%, Li 2 O 0 ⁇ 15%, Na 2 O 1 ⁇ 25%, K 2 O 0 ⁇ 10%, contains P 2 O 5 0 ⁇ 15% , the molar ratio [Al 2 O 3] / [ Na 2 O] is 0.
- SiO 2 is a component that forms a network of glass. If the content of SiO 2 is too small, it becomes difficult to vitrify and the acid resistance tends to decrease. Therefore, suitable lower limit ranges of SiO 2 are 50% or more, 52% or more, 54% or more, 55% or more, 57% or more, 59% or more, 60% or more, 61% or more, 62% or more, 63% or more, Especially 64% or more. On the other hand, if the content of SiO 2 is too large, the meltability and moldability tend to decrease, and the coefficient of thermal expansion becomes too low, making it difficult to match the coefficient of thermal expansion of the peripheral material. Therefore, the preferred upper limit range of SiO 2 is 75% or less, 73% or less, 71% or less, 70% or less, 69% or less, 68% or less, 67% or less, 66% or less, and particularly 65% or less.
- Al 2 O 3 is a component that increases the ion exchange rate.
- the content of Al 2 O 3 is 10 to 30%. If the content of Al 2 O 3 is too small, the ion exchange rate tends to decrease. Therefore, the preferred lower limit range of Al 2 O 3 is 1% or more, 3% or more, 4% or more, 5% or more, 6% or more, 7% or more, 8% or more, 9% or more, 10% or more, 11%. Above, especially 11.7% or more.
- the content of Al 2 O 3 is too large, devitrified crystals are likely to precipitate on the glass, and it becomes difficult to form a plate by the overflow down draw method or the like.
- the preferred upper limit range of Al 2 O 3 is 20% or less, 19% or less, 18% or less, 17% or less, 16% or less, 15% or less, 13.5% or less, 13% or less, especially 12% or less. Is.
- B 2 O 3 is a component that lowers Young's modulus, high-temperature viscosity, and density, and enhances devitrification resistance.
- the ion exchange rate (particularly the stress depth) tends to decrease.
- ion exchange tends to cause coloring of the glass surface, which is called discoloration, and to reduce acid resistance and water resistance. Therefore, the preferred lower limit range of B 2 O 3 is 5% or more, 6% or more, 7% or more, 8% or more, 9% or more, and particularly 10% or more.
- the preferred upper limit of B 2 O 3 is 30% or less, 25% or less, 22% or less, 20% or less, 18% or less, 16% or less, 13% or less, 12% or less, 11% or less, 10.5. % Or less, especially 10% or less.
- Li 2 O is an ion exchange component, particularly an effective component for obtaining a deep stress depth, and is a component that lowers high-temperature viscosity and enhances meltability and moldability.
- Li 2 O is a component that elutes during the ion exchange treatment and deteriorates the ion exchange solution. It is a component that further enhances Young's modulus. Therefore, suitable contents of Li 2 O are 0 to 15%, 0 to 10%, 0 to 7%, 0 to 5%, less than 0 to 3%, 0 to 2%, and particularly 0 to 1%.
- the preferable lower limit range of Li 2 O is 0.01% or more, 0.1% or more, 0.5% or more, and particularly 1% or more.
- Na 2 O is an ion exchange component, and is a component that lowers high-temperature viscosity and enhances meltability and moldability.
- Na 2 O is also a component that improves devitrification resistance and reaction devitrification with a molded refractory, particularly an alumina refractory. If the content of Na 2 O is too small, the meltability is lowered, the coefficient of thermal expansion is lowered too much, and the ion exchange rate is likely to be lowered. Therefore, the preferred lower limit range of Na 2 O is 1% or more, 5% or more, 6% or more, 7% or more, 8% or more, 9% or more, 10% or more, 11% or more, 12% or more, especially 13%. That is all.
- the preferred upper limit range of Na 2 O is 25% or less, 22% or less, 20% or less, 19.5% or less, 19% or less, 18% or less, 17% or less, 16.5% or less, 16% or less. , 15.5% or less, especially 15% or less.
- K 2 O is a component that lowers high-temperature viscosity and enhances meltability and moldability. It is also a component that improves devitrification resistance. However, if the content of K 2 O is too large, the acid resistance tends to decrease, the component balance of the glass composition is lost, and the devitrification resistance tends to decrease. Therefore, suitable upper limit ranges are 10% or less, 8% or less, 6% or less, 4% or less, 3% or less, 2% or less, 1% or less, 0.1% or less, and particularly less than 0.1%.
- P 2 O 5 is a component that increases the ion exchange rate while maintaining the compressive stress value. It is also a component that lowers Young's modulus. It is a component that further lowers the high-temperature viscosity and enhances meltability and moldability. However, if the content of P 2 O 5 is too large, the glass tends to become cloudy due to phase separation and the acid resistance tends to decrease. Therefore, the preferred upper limit of P 2 O 5 is 15% or less, 12% or less, 10% or less, 8% or less, 6% or less, 5% or less, 4% or less, 3% or less, 2% or less, 1%. Hereinafter, it is 0.5% or less, particularly 0.1% or less. When P 2 O 5 is added, the preferable lower limit range of P 2 O 5 is 0.1% or more, 0.5% or more, 1% or more, 2% or more, and particularly 3% or more.
- the molar ratio [Al 2 O 3 ] / [Na 2 O] is 0.1 to 2.5, and [SiO 2 ] -3 ⁇ [Al 2 O 3 ]-[B 2 O 3 ] -2 ⁇ [Li 2 O] -1.5 x [Na 2 O]-[K 2 O] + 1.2 x [P 2 O 5 ] is preferably -20% or more, -15% or more, -10% or more, -5. % Or more, -2.5% or more, -1% or more, especially 0 to 35%.
- the molar ratio [Al 2 O 3 ] / [Na 2 O] is 0.1 to 2.5, and [SiO 2 ] -3 ⁇ [Al 2 O 3 ]-[B 2 O 3 ] -2 ⁇ [Li If 2 O] ⁇ 1.5 ⁇ [Na 2 O] ⁇ [K 2 O] + 1.2 ⁇ [P 2 O 5 ] is too large, the acid resistance is lowered, which makes it difficult to apply to the acid treatment step.
- the molar ratio [Al 2 O 3 ] / [Na 2 O] is preferably 0.1 to 2.5, 0.2 to 2.2, 0.3 to 1.8, 0.4 to 1.5, It is 0.5 to 1.2, 0.6 to 1.1, 0.7 to 1.0, and particularly 0.8 to 0.9. If the molar ratio [Al 2 O 3 ] / [Na 2 O] is too large, the Young's modulus becomes too high. In addition, the devitrification resistance tends to decrease. On the other hand, if the molar ratio [Al 2 O 3 ] / [Na 2 O] is too small, the Young's modulus becomes too high. In addition, the compressive stress value on the outermost surface tends to decrease.
- MgO is a component that lowers high-temperature viscosity and enhances meltability and moldability. It is also a component that enhances acid resistance. However, if the MgO content is too high, the Young's modulus tends to increase, the ion exchange rate tends to decrease, and the glass tends to be devitrified. In particular, when an alumina refractory is used as the refractory of the molded body and plate-shaped molding is performed by the overflow downdraw method, devitrified crystals of spinel are likely to precipitate at the interface with the alumina refractory. Therefore, the preferred upper limit range of MgO is 6% or less, 4.5% or less, 3% or less, 2% or less, 1% or less, and particularly 0.1% or less.
- CaO is a component that has a great effect of lowering high-temperature viscosity, improving meltability and moldability, and increasing strain points without lowering devitrification resistance.
- the preferred content of CaO is 0-6%, 0-5%, 0-4%, 0-3.5%, 0-3%, 0-2%, 0-1%, especially 0-0. It is 5.5%.
- SrO and BaO are components that lower the high-temperature viscosity to improve meltability and moldability, and increase the strain point, but if their content is too large, the Young's modulus will increase and the ion exchange rate will increase. It decreases, the density and coefficient of thermal expansion increase, and the glass tends to devitrify. Therefore, the suitable contents of SrO and BaO are 0 to 2%, 0 to 1.5%, 0 to 1%, 0 to 0.5%, 0 to 0.1%, and particularly 0 to 0.1, respectively. Less than%.
- the total amount of CaO, SrO and BaO is preferably 0 to 5%, 0 to 2.5%, 0 to 2%, 0 to 1.5%, 0-1%, 0 to 0.5%, 0 to. 0.1%, especially 0-less than 0.1%. If the total amount of CaO, SrO and BaO is too large, the Young's modulus tends to increase and the ion exchange rate tends to decrease.
- ZnO is a component that increases the ion exchange rate, and is a component that has a particularly large effect of increasing the compressive stress value. It is also a component that lowers the high temperature viscosity without lowering the low temperature viscosity. However, if the ZnO content is too high, the glass tends to be phase-separated, the devitrification resistance is lowered, the density is high, and the stress depth is low. Therefore, the preferable content of ZnO is 0 to 6%, 0 to 3%, and particularly 0 to 1%.
- TiO 2 is a component that increases the ion exchange rate and a component that lowers the high-temperature viscosity, but if the content is too large, the glass is easily colored or devitrified. Therefore, the content of TiO 2 is preferably 0 to 4.5%, less than 0 to 1%, 0 to 0.5%, and particularly preferably 0 to 0.3%.
- ZrO 2 is a component that remarkably increases the ion exchange rate and also a component that increases the viscosity and strain point near the liquidus viscosity. However, if the content is too large, the devitrification resistance may be significantly reduced. Yes, and there is a risk that the density will be too high. Therefore, the preferred content of ZrO 2 is 0-5%, 0-4%, 0-3%, 0-2%, especially less than 0-1%.
- SnO 2 + SO 3 + Cl preferably the group of SnO 2 , SO 3, Cl.
- Suitable contents of SnO 2 + SO 3 + Cl are 0.01 to 3%, 0.05 to 3%, 0.1 to 3%, and particularly 0.2 to 3%.
- SnO 2 + SO 3 + Cl is the total amount of SnO 2 , SO 3 and Cl.
- Fe 2 O 3 is an impurity component from the raw material, but is a component that absorbs ultraviolet light, which has an adverse effect on the human eye. However, if the content of Fe 2 O 3 is too large, the coloring of the glass is strengthened. Therefore, the preferred content of Fe 2 O 3 is less than 1000 ppm (0.1%), less than 800 ppm, less than 600 ppm, less than 400 ppm, less than 300 ppm, less than 250 ppm, less than 200 ppm, less than 150 ppm, especially less than 100 ppm.
- Rare earth oxides such as Nd 2 O 3 and La 2 O 3 are components that increase Young's modulus. However, the cost of the raw material itself is high, and if a large amount is added, the devitrification resistance tends to decrease. Therefore, the preferable content of the rare earth oxide is 3% or less, 2% or less, 1% or less, 0.5% or less, and particularly 0.1% or less.
- the glass composition does not substantially contain As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Pb O, F, and Bi 2 O 3.
- “Substantially free of " means that although the explicit component is not positively added as a glass component, mixing of the impurity amount level is allowed. Specifically, the content of the explicit component is Refers to the case of less than 0.05%.
- the tempered glass plate (tempered glass plate) of the present invention preferably has the following characteristics, for example.
- the softening point is preferably 950 ° C. or lower, 900 ° C. or lower, 880 ° C. or lower, 860 ° C. or lower, particularly 700 to 850 ° C.
- the lower the softening point the better the heat workability and the less the burden on the glass manufacturing equipment such as the heat processing equipment. Therefore, the lower the softening point, the easier it is to reduce the manufacturing cost of tempered glass.
- the temperature at a high temperature viscosity of 10 2.5 dPa ⁇ s is preferably less than 1650 ° C., 1630 ° C. or lower, 1620 ° C. or lower, and particularly 1610 ° C. or lower.
- Young's modulus is preferably 70 GPa or less, 67 GPa or less, 65 GPa or less, 64 GPa or less, and particularly 50 to 63 GPa. If the Young's modulus is too high, the tensile stress generated in the bent portion of the cover glass becomes large when the flexible display is bent.
- the amount of mass loss per surface area of the glass when immersed in a 5 mass% HCl aqueous solution heated to 80 ° C. for 24 hours is preferably 30 mg / cm 2 or less, 25 mg / cm 2 or less, 20 mg / cm 2 or less, 15 mg. / Cm 2 or less, especially 10 mg / cm 2 or less. If the amount of mass reduction is too large, the glass tends to become cloudy in the acid treatment step.
- the liquidus viscosity is preferably 4.0 dPa ⁇ s or more, 4.3 dPa ⁇ s or more, 4.5 dPa ⁇ s or more, 4.8 dPa ⁇ s or more, 5.1 dPa ⁇ s or more, 5.3 dPa ⁇ s or more in Log ⁇ . In particular, it is 5.5 dPa ⁇ s or more. If the liquidus viscosity is too low, the devitrification resistance is lowered, and it becomes difficult to produce a reinforcing glass plate, particularly a reinforcing glass plate having a small plate thickness, by an overflow downdraw method or the like.
- the tempered glass plate of the present invention has a compressive stress layer on its surface.
- the compressive stress value on the outermost surface is preferably 200 MPa or more, 300 MPa or more, 400 MPa or more, 500 MPa or more, and particularly 600 MPa or more.
- the larger the compressive stress value on the outermost surface the easier it is to prevent damage caused by the tensile stress generated in the bent portion of the cover glass when the flexible display is bent.
- the compressive stress value on the outermost surface is preferably 1300 MPa or less, 1100 MPa or less, 900 MPa or less, and particularly preferably 800 MPa or less.
- the stress depth is preferably 1 ⁇ m or more, 3 ⁇ m or more, 5 ⁇ m or more, 7 ⁇ m or more, 8 ⁇ m or more, 9 ⁇ m or more, particularly 10 ⁇ m or more, and 8 to 17%, 10 to 15%, 11 to 14% of the plate thickness. Especially 12 to 13%.
- the larger the stress depth the more difficult it is for the tempered glass to break even if the tempered glass is deeply scratched, and the less the variation in mechanical strength becomes.
- the larger the stress depth the larger the dimensional change before and after the ion exchange treatment. Therefore, the stress depth is preferably 20 ⁇ m or less, 15 ⁇ m or less, and particularly 10 ⁇ m or less.
- the internal tensile stress value is preferably 250 MPa or less, 220 MPa or less, 200 MPa or less, 180 MPa or less, and particularly 170 PMa or less. If the internal tensile stress value is too high, the tempered glass plate is likely to self-destruct due to physical collision or the like. On the other hand, if the internal tensile stress value is too low, it becomes difficult to secure the mechanical strength of the tempered glass plate.
- the internal tensile stress value is preferably 60 MPa or more, 80 MPa or more, 100 MPa or more, 125 MPa or more, 140 MPa or more, and particularly 150 MPa or more.
- the internal tensile stress can be calculated by the following mathematical formula 1.
- the plate thickness is preferably 200 ⁇ m or less, 150 ⁇ m or less, 100 ⁇ m or less, 80 ⁇ m or less, 60 ⁇ m or less, 1 to 50 ⁇ m, 5 to 40 ⁇ m, and particularly 10 to 30 ⁇ m.
- the smaller the plate thickness the more flexible the cover glass and the easier it is to apply to a flexible display.
- the allowable radius of curvature when the cover glass is bent becomes smaller. Furthermore, it becomes easy to wind up in a roll shape.
- the dimensions are preferably ⁇ 100 mm or more, ⁇ 120 mm or more, ⁇ 150 mm or more, and particularly ⁇ 200 to 2000 mm. The larger the dimensions, the easier it is to apply to large flexible displays.
- Reinforcing glass plate of the present invention as a glass composition, in mol%, SiO 2 50 ⁇ 75% , Al 2 O 3 1 ⁇ 20%, B 2 O 3 5 ⁇ 30%, Na 2 O 1 ⁇ 25%, K 2 O 0 ⁇ 10%, contains P 2 O 5 0 ⁇ 15% , the molar ratio [Al 2 O 3] / [ Na 2 O] is 0.1 ⁇ 2.5, [SiO 2] - 3 ⁇ [Al 2 O 3 ]-[B 2 O 3 ] -2 ⁇ [Li 2 O] -1.5 ⁇ [Na 2 O]-[K 2 O] + 1.2 ⁇ [P 2 O 5 ] ⁇ It is characterized by satisfying a -20% relationship.
- the reinforcing glass plate of the present invention has a glass composition of SiO 2 50 to 75%, Al 2 O 3 1 to 20%, B 2 O 3 5 to 30%, and Na 2 O 1 to 25 in mol%. %, K 2 O 0 ⁇ 10 %, contains P 2 O 5 0 ⁇ 15% , the molar ratio [Al 2 O 3] / [ Na 2 O] is 0.1 ⁇ 2.5, [SiO 2 ] -3 x [Al 2 O 3 ]-[B 2 O 3 ] -2 x [Li 2 O] -1.5 x [Na 2 O]-[K 2 O] + 1.2 x [P 2 O 5] ] ⁇ ⁇ 20%, and the plate thickness is less than 100 ⁇ m.
- the technical features of the tempered glass plate of the present invention are common to the tempered glass plate of the present invention, and detailed description thereof will be omitted here.
- the reinforcing glass plate of the present invention can be produced as follows. First, a glass raw material prepared to have a desired glass composition is put into a continuous melting furnace, melted by heating at 1500 to 1700 ° C., clarified, and then the molten glass is supplied to a molding apparatus and molded into a plate shape. It is preferable to cool it. A well-known method can be adopted as a method of cutting into a predetermined size after forming the plate, but it is preferable to cut by laser fusing because the end face becomes smooth.
- the temperature range between the slow cooling point and the strain point of the molten glass it is preferable to cool the temperature range between the slow cooling point and the strain point of the molten glass at a cooling rate of 3 ° C./min or more and less than 1000 ° C./min, and the cooling rate is preferable. It is 10 ° C./min or more, 40 ° C./min or more, 60 ° C./min or more, particularly 100 ° C./min or more, preferably less than 1000 ° C./min, less than 800 ° C./min, especially less than 500 ° C./min. If the cooling rate is too slow, it becomes difficult to reduce the plate thickness. On the other hand, if the cooling rate is too high, the structure of the glass becomes rough and the hardness of the glass tends to decrease.
- the overflow down draw method is a method in which a large amount of high-quality glass plates can be produced and a thin glass plate can be easily produced. Further, in the overflow down draw method, alumina and zirconia are used as the refractory of the molded body. However, since the reinforcing glass plate of the present invention has good compatibility with alumina and zirconia, particularly alumina, these It is difficult to generate bubbles, bumps, etc. by reacting with the molded body.
- a molding method such as a float method, a down draw method (slot down draw method, a redraw method, etc.), a rollout method, a press method, or the like can be adopted.
- the tempered glass plate of the present invention is produced by subjecting a tempered glass plate to an ion exchange treatment.
- the conditions for the ion exchange treatment are not particularly limited, and the optimum conditions may be selected in consideration of the viscosity characteristics of the glass, the application, the thickness, the internal tensile stress, the dimensional change, and the like.
- K ions in the KNO 3 molten salt are ion-exchanged with the Na component in the glass, a compressive stress layer on the surface can be efficiently formed.
- the number of ion exchange treatments is not particularly limited, and may be performed only once or multiple times. If the number of ion exchange treatments is one, the cost of the cover glass can be reduced. When the ion exchange treatment is performed a plurality of times, the number of times of the ion exchange treatment is preferably two. In this way, the total amount of tensile stress accumulated inside the glass can be reduced while increasing the stress depth.
- Tables 1 to 8 show Examples (Samples Nos. 1 to 76) and Comparative Examples (Samples Nos. 77 and 78) of the present invention.
- the acid resistance index in the table is [SiO 2 ] -3 x [Al 2 O 3 ]-[B 2 O 3 ] -2 x [Li 2 O] -1.5 x [Na 2 O]-[ K 2 O] + 1.2 ⁇ [P 2 O 5 ] is shown.
- N Indicates unmeasured.
- Each sample in the table was prepared as follows. First, glass raw materials were prepared so as to have the glass composition shown in the table, and melted at 1580 ° C. for 8 hours using a platinum pot. Then, the obtained molten glass was poured onto a carbon plate, molded into a flat plate shape, and slowly cooled. Various characteristics of the obtained reinforcing glass plate were evaluated. The results are shown in Tables 1-8.
- Young's modulus refers to the value measured by the well-known resonance method.
- the strain point Ps and the slow cooling point Ta refer to the values measured by the well-known fiber elongation method.
- the softening point Ts refers to the value measured by the method of ASTM C338.
- the temperature at a high temperature viscosity of 10 2.5 dPa ⁇ s refers to the value measured by the platinum ball pulling method.
- Liquid phase viscosity 1og ⁇ atTL is a value obtained by measuring the viscosity of glass at the liquidus temperature by the platinum ball pulling method.
- the liquidus temperature is the temperature at which crystals precipitate after passing through a standard sieve of 30 mesh (500 ⁇ m) and placing the glass powder remaining in 50 mesh (300 ⁇ m) in a platinum boat and holding it in a temperature gradient furnace for 24 hours. ..
- both surfaces of each sample were optically polished to a thickness of 1.5 mm, and then immersed in a KNO 3 molten salt at 430 ° C. for 4 hours to perform an ion exchange treatment.
- the surface of each sample was washed after the ion exchange treatment.
- the compressive stress value and stress depth of the outermost surface were calculated from the number of interference fringes observed using a surface stress meter (FSM-6000 manufactured by Orihara Seisakusho Co., Ltd.) and their intervals.
- the refractive index of each sample was 1.51 and the optical elastic constant was 37.2 [(nm / cm) / MPa].
- sample No. 1 to 76 had a low Young's modulus and a high acid resistance.
- sample No. 77 had a high content of Al 2 O 3, a large molar ratio of Al 2 O 3 / Na 2 O, and a small acid resistance index, so that Young's modulus was high, acid resistance was low, and liquid phase viscosity was low.
- Sample No. 78 had a high Young's modulus and a low compressive stress value because the molar ratio Al 2 O 3 / Na 2 O was small.
- Sample Nos. A glass batch having a glass composition of 41 was melted in a test melting furnace to obtain each molten glass, and then a reinforcing glass plate having a plate thickness of 50 ⁇ m was formed by an overflow down draw method.
- the speed of the pulling roller, the speed of the cooling roller, the temperature distribution of the heating device, the temperature of the molten glass, the flow rate of the molten glass, the plate pulling speed, the rotation speed of the stirring stirrer, etc. are appropriately adjusted. Therefore, the thickness of the reinforcing glass plate was adjusted.
- the obtained tempered glass plate is cut to a predetermined size and then immersed in KNO 3 molten salt at 430 ° C. for 4 hours or in KNO 3 molten salt at 390 ° C. for 2.5 hours to perform ion exchange treatment. Was performed to obtain tempered glass plates, respectively.
- Sample Nos. A glass batch having a glass composition of 41 was melted in a test melting furnace to obtain each molten glass, and then a reinforcing glass plate having a plate thickness of 100 ⁇ m was formed by an overflow down draw method.
- the speed of the pulling roller, the speed of the cooling roller, the temperature distribution of the heating device, the temperature of the molten glass, the flow rate of the molten glass, the plate pulling speed, the rotation speed of the stirring stirrer, etc. are appropriately adjusted. Therefore, the thickness of the reinforcing glass plate was adjusted.
- the obtained tempered glass plate is cut to a predetermined size and then immersed in KNO 3 molten salt at 430 ° C. for 4 hours or in KNO 3 molten salt at 390 ° C. for 2.5 hours to perform ion exchange treatment. Was performed to obtain tempered glass plates, respectively.
- Sample Nos. A glass batch having a glass composition of 41 was melted in a test melting furnace to obtain molten glass, and then a reinforcing glass plate having a plate thickness of 30 ⁇ m was formed by an overflow down draw method.
- the speed of the pulling roller, the speed of the cooling roller, the temperature distribution of the heating device, the temperature of the molten glass, the flow rate of the molten glass, the plate pulling speed, the rotation speed of the stirring stirrer, etc. are appropriately adjusted. Therefore, the thickness of the reinforcing glass plate was adjusted.
- the obtained tempered glass plate is cut to a predetermined size and then immersed in KNO 3 molten salt at 430 ° C. for 4 hours or in KNO 3 molten salt at 390 ° C. for 2.5 hours for ion exchange. The treatment was carried out to obtain tempered glass plates, respectively.
- a glass raw material was prepared so as to have a glass composition of 41, and melted at 1580 ° C. for 8 hours using a platinum pot. Then, the obtained molten glass was poured onto a carbon plate, molded into a flat plate shape, and slowly cooled. From the obtained flat glass, a plate-shaped glass having a plate thickness of 0.5 mm was obtained by grinding and polishing, and then slimming by an etching process using hydrofluoric acid to obtain a reinforcing glass plate having a plate thickness of 75 ⁇ m. Next, the obtained tempered glass plate was cut to a predetermined size and then immersed in KNO 3 molten salt at 390 ° C.
- the compressive stress value was 763 MPa
- the compressive stress layer depth was 15.6 ⁇ m
- the bending radius R was damaged at 2.3 mm.
- a sample having a size of 20 ⁇ 130 mm was used as a measurement sample, and the bending radius R was reduced until the sample was subjected to bending deformation in the major axis direction and fractured.
- the measurement results for 15 sheets were recorded, and the average value thereof was used as the evaluation result.
- a glass raw material was prepared so as to have a glass composition of 76, and melted at 1580 ° C. for 8 hours using a platinum pot. Then, the obtained molten glass was poured onto a carbon plate, molded into a flat plate shape, and slowly cooled. From the obtained flat glass, a plate-shaped glass having a plate thickness of 0.5 mm was obtained by grinding and polishing, and then slimming by an etching process using hydrofluoric acid to obtain a reinforcing glass plate having a plate thickness of 55 ⁇ m. Next, the obtained tempered glass plate was cut to a predetermined size and then immersed in KNO 3 molten salt at 390 ° C.
- the compressive stress value was 832 MPa
- the compressive stress layer depth was 10.3 ⁇ m
- the bending radius R was damaged at 1.8 mm.
- a sample having a size of 20 ⁇ 130 mm was used as a measurement sample, and the bending radius R was reduced until the sample was subjected to bending deformation in the major axis direction and fractured.
- the measurement results for 15 sheets were recorded, and the average value thereof was used as the evaluation result.
- the tempered glass plate and the tempered glass plate of the present invention are suitable for cover glasses of foldable displays and the like, but in addition to these, cover glasses of mobile phones, digital cameras, PDA and the like, or glass substrates of touch panel displays and the like. Is suitable as.
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Abstract
本発明の強化ガラス板は、表面に圧縮応力層を有する強化ガラス板において、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Li2O 0~15%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たすことを特徴とする。
Description
本発明は、強化ガラス板及び強化用ガラス板に関し、特にフォルダブルディスプレイ等のカバーガラスに好適な強化ガラス板及び強化用ガラス板に関する。
近年、折り曲げ可能なフォルダブルディスプレイが市場に登場しており、ディスプレイを保護するために、カバーガラスを用いることが検討されている。
カバーガラスには、一般的に、イオン交換処理された強化ガラスが用いられている(特許文献1、2、非特許文献1参照)。
泉谷徹郎等、「新しいガラスとその物性」、初版、株式会社経営システム研究所、1984年8月20日、p.451-498
フォルダブルディスプレイのカバーガラスには、低いヤング率と最表面の高い圧縮応力値が求められる。ヤング率が低いと、フレキシブルディスプレイを曲げた際に、カバーガラスの曲げ部に発生する引っ張り応力を小さくすることができる。また、最表面の圧縮応力値が高いと、フレキシブルディスプレイを曲げた際に、カバーガラスの曲げ部に発生する引っ張り応力に起因する破損を防止し易くなる。結果として、低いヤング率と最表面の高い圧縮応力値を両立すると、フレキシブルディスプレイを曲げた際に、カバーガラスが破損し難くなる。
また、フレキシブルディスプレイの製造工程では、カバーガラスに対する酸処理工程があるが、カバーガラスの耐酸性が低いと、カバーガラスが白濁化して、視認性が低下してしまう。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その技術的課題は、良好な耐酸性を有し、且つ低いヤング率と最表面の高い圧縮応力値を両立し得る強化ガラス板及び強化用ガラス板を創案することである。
本発明者は、種々の検討を行った結果、ガラス組成を厳密に規制することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明の強化ガラス板は、表面に圧縮応力層を有する強化ガラス板において、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Li2O 0~15%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たすことを特徴とする。ここで、[SiO2]はSiO2の含有量(モル%)、[Al2O3]はAl2O3の含有量(モル%)、[B2O3]はB2O3の含有量(モル%)、[Li2O]はLi2Oの含有量(モル%)、[Na2O]はNa2Oの含有量(モル%)、[K2O]はK2Oの含有量(モル%)、[P2O5]はP2O5の含有量(モル%)をそれぞれ表している。
また、本発明の強化ガラス板では、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 11.7~13.5%、B2O3 5~30%、Li2O 0~15%、Na2O 13~16%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.8~1.2であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-2.5%の関係を満たすことが好ましい。
また、本発明の強化ガラス板では、ガラス組成として、モル%で、SiO2 62~67%、Al2O3 11.7~13.5%、B2O3 8~10%、Li2O 0~15%、Na2O 13~16%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.8~1.2であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-2.5%の関係を満たすことが好ましい。
また、本発明の強化ガラス板では、P2O5の含有量が0.1~15モル%であることが好ましい。
また、本発明の強化ガラス板では、Li2Oの含有量が0.1~15モル%であることが好ましい。
また、本発明の強化ガラス板では、軟化点が950℃以下であることが好ましい。ここで、「軟化点」は、ASTM C338の方法に基づいて測定した値を指す。
また、本発明の強化ガラス板では、高温粘度102.5dPa・sにおける温度が1650℃未満であることが好ましい。ここで、「高温粘度102.5dPa・sにおける温度」は、白金球引き上げ法で測定した値を指す。
また、本発明の強化ガラス板では、板厚が100μm以下であることが好ましい。
また、本発明の強化ガラス板では、寸法が□100mm以上であることが好ましい。
また、本発明の強化ガラス板では、圧縮応力層の最表面の圧縮応力値が200~1100MPaであることが好ましい。
また、本発明の強化ガラス板では、圧縮応力層の応力深さが板厚の10~15%であることが好ましい。
また、本発明の強化ガラス板では、板厚方向の中央部にオーバーフロー合流面を有すること、つまりオーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましい。
また、本発明の強化ガラス板では、フレキシブルディスプレイのカバーガラスに用いることが好ましい。
本発明の強化用ガラス板は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Li2O 0~15%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たすことを特徴とする。
本発明の強化用ガラス板は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たし、板厚が100μm未満であることを特徴とする。
本発明の強化ガラス板(強化用ガラス板)は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Li2O 0~15%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たすことを特徴とする。本発明の強化ガラス板(強化用ガラス板)において、各成分の含有範囲を限定した理由を下記に示す。なお、各成分の含有範囲の説明において、%表示は、特に断りがない限り、モル%を指す。
SiO2は、ガラスのネットワークを形成する成分である。SiO2の含有量が少な過ぎると、ガラス化し難くなり、また耐酸性が低下し易くなる。よって、SiO2の好適な下限範囲は50%以上、52%以上、54%以上、55%以上、57%以上、59%以上、60%以上、61%以上、62%以上、63%以上、特に64%以上である。一方、SiO2の含有量が多過ぎると、溶融性や成形性が低下し易くなり、また熱膨張係数が低くなり過ぎて、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。よって、SiO2の好適な上限範囲は75%以下、73%以下、71%以下、70%以下、69%以下、68%以下、67%以下、66%以下、特に65%以下である。
Al2O3は、イオン交換速度を高める成分である。Al2O3の含有量は10~30%である。Al2O3の含有量が少な過ぎると、イオン交換速度が低下し易くなる。よって、Al2O3の好適な下限範囲は1%以上、3%以上、4%以上、5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、特に11.7%以上である。一方、Al2O3の含有量が多過ぎると、ガラスに失透結晶が析出し易くなって、オーバーフローダウンドロー法等で板状成形し難くなる。特に、成形体耐火物としてアルミナ耐火物を用いて、オーバーフローダウンドロー法で板状成形する場合、アルミナ耐火物との界面にスピネルの失透結晶が析出し易くなる。また耐酸性も低下し、酸処理工程に適用し難くなる。更にヤング率が高くなり過ぎる。よって、Al2O3の好適な上限範囲は20%以下、19%以下、18%以下、17%以下、16%以下、15%以下、13.5%以下、13%以下、特に12%以下である。
B2O3は、ヤング率、高温粘度、密度を低下させると共に、耐失透性を高める成分である。しかし、B2O3の含有量が多過ぎると、イオン交換速度(特に応力深さ)が低下し易くなる。またイオン交換によって、ヤケと呼ばれるガラス表面の着色が発生したり、耐酸性や耐水性が低下し易くなる。よって、B2O3の好適な下限範囲は5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、特に10%以上である。またB2O3の好適な上限範囲は30%以下、25%以下、22%以下、20%以下、18%以下、16%以下、13%以下、12%以下、11%以下、10.5%以下、特に10%以下である。
Li2Oは、イオン交換成分、特に深い応力深さを得るために有効な成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。一方、Li2Oは、イオン交換処理時に溶出して、イオン交換溶液を劣化させる成分である。更にヤング率を高める成分である。よって、Li2Oの好適な含有量は0~15%、0~10%、0~7%、0~5%、0~3%未満、0~2%、特に0~1%である。なお、Li2Oを添加する場合、Li2Oの好適な下限範囲は0.01%以上、0.1%以上、0.5%以上、特に1%以上である。
Na2Oは、イオン交換成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、Na2Oは、耐失透性、成形体耐火物、特にアルミナ耐火物との反応失透性を改善する成分でもある。Na2Oの含有量が少な過ぎると、溶融性が低下したり、熱膨張係数が低下し過ぎたり、イオン交換速度が低下し易くなる。よって、Na2Oの好適な下限範囲は1%以上、5%以上、6%以上、7%以上、8%以上、9%以上、10%以上、11%以上、12%以上、特に13%以上である。一方、Na2Oの含有量が多過ぎると、ヤング率が高くなったり、耐酸性が低下したり、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する場合がある。よって、Na2Oの好適な上限範囲は25%以下、22%以下、20%以下、19.5%以下、19%以下、18%以下、17%以下、16.5%以下、16%以下、15.5%以下、特に15%以下である。
K2Oは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。更に耐失透性を改善する成分でもある。しかし、K2Oの含有量が多過ぎると、耐酸性が低下したり、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する傾向がある。よって、好適な上限範囲は10%以下、8%以下、6%以下、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下、0.1%以下、特に0.1%未満である。
P2O5は、圧縮応力値を維持した上で、イオン交換速度を高める成分である。またヤング率を低下させる成分である。更に高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。しかし、P2O5の含有量が多過ぎると、ガラスに分相による白濁が生じたり、耐酸性が低下し易くなる。よって、P2O5の好適な上限範囲は15%以下、12%以下、10%以下、8%以下、6%以下、5%以下、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下、0.5%以下、特に0.1%以下である。なお、P2O5を添加する場合、P2O5の好適な下限範囲は0.1%以上、0.5%以上、1%以上、2%以上、特に3%以上である。
モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]は、好ましくは-20%以上、-15%以上、-10%以上、-5%以上、-2.5%以上、-1%以上、特に0~35%である。モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]が大き過ぎると、耐酸性が低下するため、酸処理工程に適用し難くなる。
モル比[Al2O3]/[Na2O]は、好ましくは0.1~2.5、0.2~2.2、0.3~1.8、0.4~1.5、0.5~1.2、0.6~1.1、0.7~1.0、特に0.8~0.9である。モル比[Al2O3]/[Na2O]が大き過ぎると、ヤング率が高くなり過ぎる。また耐失透性が低下し易くなる。一方、モル比[Al2O3]/[Na2O]が小さ過ぎても、ヤング率が高くなり過ぎる。また最表面の圧縮応力値が低下し易くなる。
上記成分以外にも、例えば以下の成分を添加してもよい。
MgOは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また耐酸性を高める成分でもある。しかし、MgOの含有量が多過ぎると、ヤング率が高くなったり、イオン交換速度が低下したり、またガラスが失透したりする傾向がある。特に、成形体耐火物としてアルミナ耐火物を用いて、オーバーフローダウンドロー法で板状成形する場合、アルミナ耐火物との界面にスピネルの失透結晶が析出し易くなる。よって、MgOの好適な上限範囲は6%以下、4.5%以下、3%以下、2%以下、1%以下、特に0.1%以下である。
CaOは、他の成分と比較して、耐失透性の低下を伴うことなく、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点を高める効果が大きい成分である。しかし、CaOの含有量が多過ぎると、ヤング率が高くなったり、イオン交換速度が低下したり、イオン交換溶液を劣化させ易くなる。よって、CaOの好適な含有量は0~6%、0~5%、0~4%、0~3.5%、0~3%、0~2%、0~1%、特に0~0.5%である。
SrOとBaOは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点を高める成分であるが、それらの含有量が多過ぎると、ヤング率が高くなったり、イオン交換速度が低下したり、密度や熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。よって、SrOとBaOの好適な含有量は、それぞれ0~2%、0~1.5%、0~1%、0~0.5%、0~0.1%、特に0~0.1%未満である。
CaO、SrO及びBaOの合量は、好ましくは0~5%、0~2.5%、0~2%、0~1.5%、0~1%、0~0.5%、0~0.1%、特に0~0.1%未満である。CaO、SrO及びBaOの合量が多過ぎると、ヤング率が高くなり易く、またイオン交換速度が低下し易くなる。
ZnOは、イオン交換速度を高める成分であり、特に圧縮応力値を高める効果が大きい成分である。また低温粘性を低下させずに、高温粘性を低下させる成分である。しかし、ZnOの含有量が多過ぎると、ガラスが分相したり、耐失透性が低下したり、密度が高くなったり、応力深さが小さくなる傾向がある。よって、ZnOの好適な含有量は0~6%、0~3%、特に0~1%である。
TiO2は、イオン交換速度を高める成分であり、また高温粘度を低下させる成分であるが、その含有量が多過ぎると、ガラスが着色したり、失透し易くなる。よって、TiO2の含有量は0~4.5%、0~1%未満、0~0.5%、特に0~0.3%が好ましい。
ZrO2は、イオン交換速度を顕著に高める成分であると共に、液相粘度付近の粘性や歪点を高める成分であるが、その含有量が多過ぎると、耐失透性が著しく低下する虞があり、また密度が高くなり過ぎる虞もある。よって、ZrO2の好適な含有量は0~5%、0~4%、0~3%、0~2%、特に0~1%未満である。
清澄剤として、SnO2、SO3、Cl、CeO2の群(好ましくはSnO2、SO3、Clの群)から選択された一種又は二種以上を導入することが好ましい。SnO2+SO3+Clの好適な含有量は0.01~3%、0.05~3%、0.1~3%、特に0.2~3%である。なお、「SnO2+SO3+Cl」は、SnO2、SO3及びClの合量である。
Fe2O3は原料からの不純物成分であるが、人間の目に悪影響のある紫外光を吸収する成分である。しかし、Fe2O3の含有量が多過ぎると、ガラスの着色が強まる。よって、Fe2O3の好適な含有量は1000ppm(0.1%)未満、800ppm未満、600ppm未満、400ppm未満、300ppm未満、250ppm未満、200ppm未満、150ppm未満、特に100ppm未満である。
Nd2O3、La2O3等の希土類酸化物は、ヤング率を高める成分である。しかし、原料自体のコストが高く、また多量に添加すると、耐失透性が低下し易くなる。よって、希土類酸化物の好適な含有量は3%以下、2%以下、1%以下、0.5%以下、特に0.1%以下である。
環境的配慮から、ガラス組成中に実質的にAs2O3、Sb2O3、PbO、F、Bi2O3を含有しないことが好ましい。「実質的に~を含有しない」とは、ガラス成分として積極的に明示の成分を添加しないものの、不純物量レベルの混入を許容する趣旨であり、具体的には、明示の成分の含有量が0.05%未満の場合を指す。
本発明の強化ガラス板(強化用ガラス板)は、例えば、下記の特性を有することが好ましい。
軟化点は、好ましくは950℃以下、900℃以下、880℃以下、860℃以下、特に700~850℃である。軟化点が低い程、熱加工性が向上し、熱加工設備等のガラス製造設備への負担が軽減される。よって、軟化点が低い程、強化ガラスの製造コストを低廉化し易くなる。
高温粘度102.5dPa・sにおける温度は、好ましくは1650℃未満、1630℃以下、1620℃以下、特に1610℃以下である。高温粘度102.5dPa・sにおける温度が低い程、低温溶融が可能になり、溶融窯等のガラス製造設備への負担が軽減されると共に、泡品位を高め易くなる。よって、高温粘度102.5dPa・sにおける温度が低い程、強化ガラスの製造コストを低廉化し易くなる。
ヤング率は、好ましくは70GPa以下、67GPa以下、65GPa以下、64GPa以下、特に50~63GPaである。ヤング率が高過ぎると、フレキシブルディスプレイを曲げた際に、カバーガラスの曲げ部に発生する引っ張り応力が大きくなる。
80℃に加温した5質量%HCl水溶液に24時間浸漬させた時のガラスの表面積当たりの質量減少量は、好ましくは30mg/cm2以下、25mg/cm2以下、20mg/cm2以下、15mg/cm2以下、特に10mg/cm2以下である。上記質量減少量が大き過ぎると、酸処理工程でガラスが白濁し易くなる。
液相粘度は、好ましくはLogρで4.0dPa・s以上、4.3dPa・s以上、4.5dPa・s以上、4.8dPa・s以上、5.1dPa・s以上、5.3dPa・s以上、特に5.5dPa・s以上である。液相粘度が低過ぎると、耐失透性が低下して、オーバーフローダウンドロー法等で強化用ガラス板、特に板厚が小さい強化用ガラス板を作製し難くなる。
本発明の強化ガラス板は、表面に圧縮応力層を有している。最表面の圧縮応力値は、好ましくは200MPa以上、300MPa以上、400MPa以上、500MPa以上、特に600MPa以上である。最表面の圧縮応力値が大きい程、フレキシブルディスプレイを曲げた際に、カバーガラスの曲げ部に発生する引っ張り応力に起因する破損を防止し易くなる。一方、表面に極端に大きな圧縮応力が形成されると、強化ガラス板に内在する引っ張り応力が極端に高くなり、イオン交換処理前後の寸法変化が大きくなる虞がある。よって、最表面の圧縮応力値は1300MPa以下、1100MPa以下、900MPa以下、特に800MPa以下が好ましい。
応力深さは、好ましくは1μm以上、3μm以上、5μm以上、7μm以上、8μm以上、9μm以上、特に10μm以上であり、また板厚の8~17%、10~15%、11~14%、特に12~13%である。応力深さが大きい程、強化ガラスに深い傷が付いても、強化ガラスが割れ難くなると共に、機械的強度のバラツキが小さくなる。一方、応力深さが大きい程、イオン交換処理前後で寸法変化が大きくなり易い。よって、応力深さは、好ましくは20μm以下、15μm以下、特に10μm以下である。
内部の引っ張り応力値は、好ましくは250MPa以下、220MPa以下、200MPa以下、180MPa以下、特に170PMa以下である。内部の引っ張り応力値が高過ぎると、物理的衝突等により、強化ガラス板が自己破壊し易くなる。一方、内部の引っ張り応力値が低過ぎると、強化ガラス板の機械的強度を確保し難くなる。内部の引っ張り応力値は、好ましくは60MPa以上、80MPa以上、100MPa以上、125MPa以上、140MPa以上、特に150MPa以上である。なお、内部の引っ張り応力は下記の数式1で計算可能である。
〔数1]
内部の引っ張り応力値=(最表面の圧縮応力値×応力深さ)/(板厚-2×応力深さ)
内部の引っ張り応力値=(最表面の圧縮応力値×応力深さ)/(板厚-2×応力深さ)
本発明の強化ガラス板(強化用ガラス板)において、板厚は、好ましくは200μm以下、150μm以下、100μm以下、80μm以下、60μm以下、1~50μm、5~40μm、特に10~30μmである。板厚が小さい程、カバーガラスの可撓性が向上し、フレキシブルディスプレイに適用し易くなる。またカバーガラスを曲げた際の許容曲率半径が小さくなる。更にロール状に巻き取り易くなる。
寸法は、好ましくは□100mm以上、□120mm以上、□150mm以上、特に□200~2000mmである。寸法が大きくなると、大型のフレキシブルディスプレイに適用し易くなる。
本発明の強化用ガラス板は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たすことを特徴とする。また、本発明の強化用ガラス板は、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たし、板厚が100μm未満であることを特徴とする。本発明の強化用ガラス板の技術的特徴は、本発明の強化ガラス板と共通しており、ここでは詳細な説明を省略する。
本発明の強化用ガラス板は以下のようにして作製することができる。まず所望のガラス組成になるように調合したガラス原料を連続溶融炉に投入して、1500~1700℃で加熱溶融し、清澄した後、溶融ガラスを成形装置に供給した上で板状成形し、冷却することが好ましい。板状成形した後に、所定寸法に切断加工する方法は、周知の方法を採用することができるが、端面が平滑になるため、レーザー溶断により切断加工することが好ましい。
溶融ガラスの成形時に、溶融ガラスの徐冷点から歪点の間の温度域を3℃/分以上、且つ1000℃/分未満の冷却速度で冷却することが好ましく、その冷却速度は、好ましくは10℃/分以上、40℃/分以上、60℃/分以上、特に100℃/分以上であり、好ましくは1000℃/分未満、800℃/分未満、特に500℃/分未満である。冷却速度が遅過ぎると、板厚を小さくすることが困難になる。一方、冷却速度を速過ぎると、ガラスの構造が粗になり、ガラスの硬度が低下し易くなる。
溶融ガラスを板状成形する方法として、オーバーフローダウンドロー法を採用することが好ましい。オーバーフローダウンドロー法は、高品位なガラス板を大量に作製し得ると共に、薄いガラス板も容易に作製し得る方法である。更に、オーバーフローダウンドロー法では、成形体耐火物として、アルミナやジルコニアが使用されるが、本発明の強化用ガラス板は、アルミナやジルコニア、特にアルミナとの適合性が良好であるため、これらの成形体と反応して泡やブツ等を発生させ難い。
オーバーフローダウンドロー法以外にも、種々の成形方法を採用することができる。例えば、フロート法、ダウンドロー法(スロットダウンドロー法、リドロー法等)、ロールアウト法、プレス法等の成形方法を採用することができる。
本発明の強化ガラス板は、強化用ガラス板をイオン交換処理することにより作製される。イオン交換処理の条件は、特に限定されず、ガラスの粘度特性、用途、厚み、内部の引っ張り応力、寸法変化等を考慮して最適な条件を選択すればよい。特に、KNO3溶融塩中のKイオンをガラス中のNa成分とイオン交換すると、表面の圧縮応力層を効率良く形成することができる。
イオン交換処理の回数は特に限定されず、1回だけ行ってもよく、複数回行ってもよい。イオン交換処理の回数を1回にすれば、カバーガラスのコストを低廉化することができる。イオン交換処理を複数回行う場合、イオン交換処理の回数は2回が好ましい。このようにすれば、応力深さを増加させつつ、ガラス内部に蓄積する引っ張り応力の総量を低減することができる。
以下、実施例に基づいて、本発明を説明する。なお、以下の実施例は、単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
表1~8は、本発明の実施例(試料No.1~76)と比較例(試料No.77、78)を示している。なお、表中の耐酸性指標は、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]を示している。また、N.A.は、未測定を示している。
次のようにして表中の各試料を作製した。まず表中のガラス組成になるように、ガラス原料を調合し、白金ポットを用いて1580℃で8時間溶融した。その後、得られた溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して、平板形状に成形、徐冷した。得られた強化用ガラス板について、種々の特性を評価した。その結果を表1~8に示す。
ヤング率は、周知の共振法で測定した値を指す。
歪点Ps、徐冷点Taは、周知のファイバーエロンゲーション法で測定した値を指す。軟化点Tsは、、ASTM C338の方法で測定した値を指す。
高温粘度102.5dPa・sにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値を指す。
液相粘度1ogη at TLは、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。液相温度は、標準篩30メッシュ(500μm)を通過し、50メッシュ(300μm)に残るガラス粉末を白金ボートに入れて、温度勾配炉中に24時間保持した後、結晶が析出する温度である。
耐酸性試験は、測定試料として、50mm×10mm×1.0mm厚の寸法に両面鏡面加工したものを用い、中性洗剤及び純水で十分に洗浄した後、80℃に加温した5質量%HCl水溶液に24時間浸漬させると共に、浸漬前後の単位表面積当たりの質量減少(mg/cm2)を算出することで評価したものである。
次に、各試料の両表面に光学研磨を施し、板厚1.5mmとした後、430℃のKNO3溶融塩中に4時間浸漬することにより、イオン交換処理を行った。イオン交換処理後に各試料の表面を洗浄した。続いて、表面応力計(折原製作所社製FSM-6000)を用いて観察される干渉縞の本数とその間隔から最表面の圧縮応力値と応力深さを算出した。算出に当たり、各試料の屈折率を1.51、光学弾性定数を37.2[(nm/cm)/MPa]とした。なお、イオン交換処理前後で、ガラスの表層におけるガラス組成が微視的に異なるものの、ガラス全体として見た場合は、ガラス組成が実質的に相違しない。
表から明らかなように、試料No.1~76は、ヤング率が低く、且つ耐酸性が高かった。一方、試料No.77は、Al2O3の含有量が多く、モル比Al2O3/Na2Oが大きく、耐酸性指標が小さいため、ヤング率が高く、耐酸性が低く、液相粘度が低かった。試料No.78は、モル比Al2O3/Na2Oが小さいため、ヤング率が高く、圧縮応力値が低かった。
表中に記載の試料No.41のガラス組成になるガラスバッチを試験溶融炉で溶融して、溶融ガラスをそれぞれ得た後、オーバーフローダウンドロー法で板厚50μmの強化用ガラス板を成形した。なお、強化用ガラス板の成形に際し、引っ張りローラーの速度、冷却ローラーの速度、加熱装置の温度分布、溶融ガラスの温度、溶融ガラスの流量、板引き速度、攪拌スターラーの回転数等を適宜調整することで、強化用ガラス板の板厚を調整した。次に、得られた強化用ガラス板を所定サイズに切断した後、430℃のKNO3溶融塩中に4時間又は390℃のKNO3溶融塩中に2時間半浸漬することにより、イオン交換処理を行って、強化ガラス板をそれぞれ得た。
表中に記載の試料No.41のガラス組成になるガラスバッチを試験溶融炉で溶融して、溶融ガラスをそれぞれ得た後、オーバーフローダウンドロー法で板厚100μmの強化用ガラス板を成形した。なお、強化用ガラス板の成形に際し、引っ張りローラーの速度、冷却ローラーの速度、加熱装置の温度分布、溶融ガラスの温度、溶融ガラスの流量、板引き速度、攪拌スターラーの回転数等を適宜調整することで、強化用ガラス板の板厚を調整した。次に、得られた強化用ガラス板を所定サイズに切断した後、430℃のKNO3溶融塩中に4時間又は390℃のKNO3溶融塩中に2時間半浸漬することにより、イオン交換処理を行って、強化ガラス板をそれぞれ得た。
表中に記載の試料No.41のガラス組成になるガラスバッチを試験溶融炉で溶融して、溶融ガラスをそれぞれ得た後、オーバーフローダウンドロー法で板厚30μmの強化用ガラス板を成形した。なお、強化用ガラス板の成形に際し、引っ張りローラーの速度、冷却ローラーの速度、加熱装置の温度分布、溶融ガラスの温度、溶融ガラスの流量、板引き速度、攪拌スターラーの回転数等を適宜調整することで、強化用ガラス板の板厚を調整した。次に、得られた強化用ガラス板を所定サイズに切断した後、430℃のKNO3溶融塩中に4時間、又は390℃のKNO3溶融塩中に2時間半浸漬することにより、イオン交換処理を行って、強化ガラス板をそれぞれ得た。
表中に記載の試料No.41のガラス組成になるようガラス原料を調合し、白金ポットを用いて1580℃で8時間溶融した。その後、得られた溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して、平板形状に成形、徐冷した。得られた平板形状のガラスから、研削、研磨を経て板厚0.5mmの板状ガラスを得た後、フッ酸によるエッチング工程によるスリミングを経て板厚75μmの強化用ガラス板を得た。次に、得られた強化用ガラス板を所定サイズに切断した後、390℃のKNO3溶融塩中に2時間半浸漬することにより、イオン交換処理を行って、強化ガラス板をそれぞれ得た。圧縮応力値は763MPa、圧縮応力層深さは15.6μmであり、2点曲げ試験による強度試験を行ったところ、曲げ半径Rが2.3mmにおいて破損した。2点曲げ試験では、20×130mmサイズの試料を測定試料とし、長軸方向に曲げ変形を与え破壊するまで曲げ半径Rを小さくしていった。15枚分の測定結果を記録し、それらの平均値を評価結果とした。
表中に記載の試料No.76のガラス組成になるようガラス原料を調合し、白金ポットを用いて1580℃で8時間溶融した。その後、得られた溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して、平板形状に成形、徐冷した。得られた平板形状のガラスから、研削、研磨を経て板厚0.5mmの板状ガラスを得た後、フッ酸によるエッチング工程によるスリミングを経て板厚55μmの強化用ガラス板を得た。次に、得られた強化用ガラス板を所定サイズに切断した後、390℃のKNO3溶融塩中に15分浸漬することにより、イオン交換処理を行って、強化ガラス板をそれぞれ得た。圧縮応力値は832MPa、圧縮応力層深さは10.3μmであり、2点曲げ試験による強度試験を行ったところ、曲げ半径Rが1.8mmにおいて破損した。2点曲げ試験では、20×130mmサイズの試料を測定試料とし、長軸方向に曲げ変形を与え破壊するまで曲げ半径Rを小さくしていった。15枚分の測定結果を記録し、それらの平均値を評価結果とした。
本発明の強化ガラス板及び強化用ガラス板は、フォルダブルディスプレイ等のカバーガラスに好適であるが、それ以外にも、携帯電話、デジタルカメラ、PDA等のカバーガラス、或いはタッチパネルディスプレイ等のガラス基板として好適である。
Claims (15)
- 表面に圧縮応力層を有する強化ガラス板において、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Li2O 0~15%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たすことを特徴とする強化ガラス板。
- 表面に圧縮応力層を有する強化ガラス板において、ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 11.7~13.5%、B2O3 5~30%、Li2O 0~15%、Na2O 13~16%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.8~1.2であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-2.5%の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の強化ガラス板。
- 表面に圧縮応力層を有する強化ガラス板において、ガラス組成として、モル%で、SiO2 62~67%、Al2O3 11.7~13.5%、B2O3 8~10%、Li2O 0~15%、Na2O 13~16%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.8~1.2であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-2.5%の関係を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の強化ガラス板。
- P2O5の含有量が0.1~15モル%であることを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- Li2Oの含有量が0.1~15モル%であることを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- 軟化点が950℃以下であることを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- 高温粘度102.5dPa・sにおける温度が1650℃未満であることを特徴とする請求項1~6の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- 板厚が100μm以下であることを特徴とする請求項1~7の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- 寸法が□100mm以上であることを特徴とする請求項1~8の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- 圧縮応力層の最表面の圧縮応力値が200~1100MPaであることを特徴とする請求項1~10の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- 圧縮応力層の応力深さが板厚の10~15%であることを特徴とする請求項1~11の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- 板厚方向の中央部にオーバーフロー合流面を有することを特徴とする請求項1~12の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- フレキシブルディスプレイのカバーガラスに用いることを特徴とする請求項1~13の何れか一項に記載の強化ガラス板。
- ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たすことを特徴とする強化用ガラス板。
- ガラス組成として、モル%で、SiO2 50~75%、Al2O3 1~20%、B2O3 5~30%、Na2O 1~25%、K2O 0~10%、P2O5 0~15%を含有し、モル比[Al2O3]/[Na2O]が0.1~2.5であり、[SiO2]-3×[Al2O3]-[B2O3]-2×[Li2O]-1.5×[Na2O]-[K2O]+1.2×[P2O5]≧-20%の関係を満たし、板厚が100μm未満であることを特徴とする強化用ガラス板。
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