特許 5920554 強化ガラス基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5920554

(24)【登録日】2016年4月22日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】強化ガラス基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03C 21/00 20060101AFI20160428BHJP

   C03C 3/085 20060101ALI20160428BHJP

   C03C 3/087 20060101ALI20160428BHJP

   C03C 3/091 20060101ALI20160428BHJP

   C03C 17/245 20060101ALI20160428BHJP

   G02F 1/1333 20060101ALI20160428BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20160428BHJP

   G09F 9/00 20060101ALI20160428BHJP

【ＦＩ】

   C03C21/00 101

   C03C3/085

   C03C3/087

   C03C3/091

   C03C17/245 A

   G02F1/1333 500

   G06F3/041 400

   G06F3/041 420

   G09F9/00 302

   G09F9/00 313

   G09F9/00 366A

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-38696(P2016-38696)

(22)【出願日】2016年3月1日

(62)【分割の表示】特願2014-24171(P2014-24171)の分割

【原出願日】2014年2月12日

【審査請求日】2016年3月1日

(31)【優先権主張番号】特願2013-61355(P2013-61355)

(32)【優先日】2013年3月25日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(72)【発明者】

【氏名】村田 隆

(72)【発明者】

【氏名】川本 浩佑

【審査官】 岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１８４１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１６２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２２８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｃ １５／００−２３／００

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（１）ガラス原料を調合し、ガラスバッチを得る工程と、（２）ガラスバッチを溶融し、得られた溶融ガラスを１．５ｍｍ以下のガラス基板に成形する工程と、（３）ガラス基板のおもて面と裏面に膜を形成する工程と、（４）おもて面と裏面に膜を有するガラス基板をイオン交換処理して、ガラス基板のおもて面、裏面及び端面に圧縮応力層を形成し、端面の応力深さが主表面の応力深さより大きい強化ガラス基板を得る工程と、（５）強化ガラス基板のおもて面と裏面の膜を除去する工程と、を有することを特徴とする強化ガラス基板の製造方法。

【請求項2】

膜の厚みが５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス基板の製造方法。

【請求項3】

ガラス基板のおもて面と裏面が未研磨であることを特徴とする請求項１又は２に記載の強化ガラス基板の製造方法。

【請求項4】

膜の厚みが５〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の強化ガラス基板の製造方法。

【請求項5】

膜の成分としてＳｉＯ_２を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の強化ガラス基板の製造方法。

【請求項6】

強化ガラス基板の内部引っ張り応力値が２００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の強化ガラス基板の製造方法。

【請求項7】

強化ガラス基板が、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜３０％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％を含有することを特徴とする請求項１〜６に記載の強化ガラス基板の製造方法。

【請求項8】

エッチングにより、強化ガラス基板のおもて面と裏面の膜を除去することを特徴とする請求項１〜７に記載の強化ガラス基板の製造方法。

【請求項9】

強化ガラス基板のおもて面と裏面の膜を完全に除去することを特徴とする請求項１〜８に記載の強化ガラス基板の製造方法。

【請求項10】

スパッタ法により、ガラス基板のおもて面と裏面に膜を形成することを特徴とする請求項１〜９に記載の強化ガラス基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、強化ガラス基板及びその製造方法に関し、具体的には携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ（携帯端末）、タッチパネルディスプレイ等に好適な強化ガラス基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、タッチパネルディスプレイ等のデバイスは、益々普及する傾向がある。これらの用途に用いられるガラス基板は、高い機械的強度が要求されると共に、薄型で軽量であることも要求される。このような事情から、一部のデバイスには、イオン交換処理等で化学強化処理したガラス基板、つまり強化ガラス基板が用いられている（特許文献１、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−８３０４５号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】泉谷徹朗等、「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

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、強化ガラス基板は、高強度化及び薄型化の要求が高まっている。

【0006】

しかし、高強度化と薄型化の両立は困難である。強化ガラス基板の機械的強度を高めるためには、圧縮応力層の圧縮応力値、応力深さを大きくすることが有効である。しかし、圧縮応力層の圧縮応力値、応力深さを大きくすると、強化ガラス基板の内部に、その圧縮応力の大きさに相当する引っ張り応力が形成されて、強化ガラス基板が破損する虞が生じる。特に、強化ガラス基板の板厚を小さくした場合に、その傾向が顕著になる。

【0007】

内部引っ張り応力は、内部引っ張り応力値[ＭＰａ]＝（主表面の圧縮応力値[ＭＰａ]×主表面の応力深さ［μｍ］）／（板厚［μｍ］−主表面の応力深さ［μｍ］×２）の関係で表される。上記関係式から分かるように、内部引っ張り応力により、強化ガラス基板が自己破壊する可能性がある。特に、薄い強化ガラス基板は、主表面の圧縮応力値、応力深さが大きい場合、その可能性が上昇する。結果として、強化ガラス基板の板厚を小さくした場合に、高強度化を達成し難くなる。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、その技術的課題は、高強度化と薄型化を両立し得る強化ガラス基板の製造方法を創案することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者等は、強化ガラス基板の高強度化と薄型化を両立するために、強化ガラス基板の内部に形成される圧縮応力歪みの分布を鋭意検討したところ、強化ガラス基板が破損に至る際、端面を起点に破損する確率が高く、その場合、強化ガラス基板の主表面の面内強度が端面強度より高いことを見出した。更に強化ガラス基板の端面には、破損に至る深い傷が形成されているか、或いは形成され易く、その一方で主表面は、深い傷が形成され難いことを見出した。

【0010】

本発明者等は、上記知見に基づき、強化ガラス基板の内部引っ張り応力を適正化しつつ、強化ガラス基板の主表面方向と端面方向で異なる応力分布を形成すれば、強化ガラス基板の高強度化と薄型化を両立し得ることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明に係る強化ガラス基板は、圧縮応力層を有する強化ガラス基板において、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ端面の応力深さが、主表面の応力深さより大きいことを特徴とする。ここで、「主表面」とは、強化ガラス基板の板厚方向の表面（おもて面及び裏面）に相当し、通常、有効面（例えば、ディスプレイ用途の場合、表示面及び表示面に対応する裏面）を指す。「端面」とは、主表面以外の表面に相当し、通常、強化ガラス基板の外周部を構成する側面を指す。「圧縮応力値」及び「応力深さ」は、表面応力計で干渉縞の本数とその間隔を観察することで算出することができる。

【0011】

本発明に係る強化ガラス基板は、主表面が未研磨であることが好ましい。強化ガラス基板の主表面を研磨すると、端面の応力深さを主表面の応力深さより大きくすることが可能になるが、この方法では、主表面に傷が形成されて、強化ガラス基板の機械的強度を維持し難くなる。逆に言えば、主表面を未研磨にすれば、強化ガラス基板の機械的強度を維持し易くなると共に、強化ガラス基板の製造効率を高めることができる。

【0012】

本発明に係る強化ガラス基板は、主表面がエッチングされていないことが好ましい。このようにすれば、強化ガラス基板の製造効率を高めることができる。

【0013】

本発明に係る強化ガラス基板は、主表面に膜を有することが好ましい。このようにすれば、主表面の圧縮応力値と応力深さを制御し易くなる。更に、膜を導電膜、反射防止膜等の機能膜として有効利用することができる。

【0014】

本発明に係る強化ガラス基板は、膜の厚みが５〜１０００ｎｍであることが好ましい。

【0015】

本発明に係る強化ガラス基板は、膜の成分としてＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）の何れかを含むことが好ましい。

【0016】

本発明に係る強化ガラス基板は、内部引っ張り応力値が２００ＭＰａ以下であることが好ましい。

【0017】

本発明に係る強化ガラス基板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜３０％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％を含有することが好ましい。

【0018】

本発明に係る強化ガラス基板は、主表面の圧縮応力値が５０ＭＰａ以上、主表面の応力深さが１００μｍ以下であり、且つ端面の圧縮応力値が３００ＭＰａ以上、端面の応力深さが１０μｍ以上であることが好ましい。

【0019】

本発明に係る強化ガラス基板は、密度が２．６ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。ここで、「ヤング率」は、曲げ共振法により測定した値を指す。

【0020】

第十一に、本発明に係る強化ガラス基板は、ヤング率が６７ＧＰａ以上であることが好ましい。ここで、「ヤング率」は、曲げ共振法により測定した値を指す。

【0021】

本発明に係る強化ガラス基板は、ディスプレイに用いることが好ましい。

【0022】

本発明に係る強化ガラス基板は、タッチパネルディスプレイに用いることが好ましい。

【0023】

第十四に、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、（１）ガラス原料を調合し、ガラスバッチを得る工程と、（２）ガラスバッチを溶融し、得られた溶融ガラスを１．５ｍｍ以下のガラス基板に成形する工程と、（３）ガラス基板の主表面（おもて面と裏面）に膜を形成する工程と、（４）主表面に膜を有するガラス基板をイオン交換処理して、ガラス基板の主表面及び端面に圧縮応力層を形成し、端面の応力深さが主表面の応力深さより大きい強化ガラス基板を得る工程と、（５）強化ガラス基板の主表面の膜を除去する工程と、を有することを特徴とする。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明に係る強化ガラス基板において、板厚は１．５ｍｍ以下であり、好ましくは１．３ｍｍ以下、１．１ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下、０．８ｍｍ以下、０．７ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、０．２ｍｍ以下、特に０．１ｍｍ以下である。強化ガラス基板の板厚が小さい程、強化ガラス基板を軽量化することでき、結果として、デバイスの薄型化、軽量化を図ることができる。

【0025】

主表面の応力深さが大き過ぎると、内部引っ張り応力が高くなり過ぎて、強化ガラス基板が自己破壊する虞がある。一方、主表面の応力深さが小さ過ぎると、研磨痕、取り扱い傷等を起点として、強化ガラス基板が破損し易くなる。よって、板厚と機械的強度のバランスを考慮して、主表面の応力深さを規制する必要がある。

【0026】

本発明に係る強化ガラス基板において、主表面の応力深さをＤＴ、端面の応力深さをＤＨとすると、ＤＴ／ＤＨの値は、好ましくは０．１〜０．９９、０．１〜０．７、０．１〜０．５、０．１〜０．４５、０．１５〜０．４５、特に０．２〜０．４が好ましい。ＤＴ／ＤＨの値を上記範囲にすれば、端面の応力深さが適正化されて、内部引っ張り応力を不当に上昇させずに、強化ガラス基板の機械的強度を高めることができる。

【0027】

板厚が０．５ｍｍ以下である場合、主表面の応力深さは、好ましくは５０μｍ以下、４５μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、特に１０μｍ以下である。一方、板厚が０．５ｍｍより大きい場合、主表面の応力深さの上限範囲は、好ましくは１００μｍ以下、８０μｍ、６０μｍ、５０μｍ以下、４５μｍ以下、特に３５μｍ以下であり、下限範囲は、好ましくは５μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ、以上、２０μｍ以上、２５μｍ以上、特に３０μｍ以上である。

【0028】

端面の応力深さは、好ましくは１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、２５μｍ以上、３０μｍ以上、３５μｍ以上、４０μｍ以上、４５μｍ以上、５０μｍ以上、５５μｍ以上、特に６０μｍ以上である。端面には、製造工程での取り扱い時、或いは端面加工（面取り加工）時に深い傷が形成され易い。端面の応力深さが１０μｍ未満であると、これらの傷を起点として、強化ガラス基板が破損し易くなり、機械的強度を高めることが困難になる。

【0029】

主表面の圧縮応力値は、好ましくは５０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上、４００ＭＰａ以上、特に５００ＭＰａ以上である。主表面の圧縮応力値が大きい程、強化ガラス基板の機械的強度が高くなる。なお、主表面の圧縮応力値の上限は、好ましくは９００ＭＰａ未満、特に８００ＭＰａ以下である。このようにすれば、内部引っ張り応力が不当に上昇する事態を回避し易くなる。

【0030】

端面の圧縮応力値は、好ましくは３００ＭＰａ以上、４００ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以上、７００ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以上、９００ＭＰａ以上、特に１０００ＭＰａ以上である。端面の圧縮応力値が大きい程、強化ガラス基板の機械的強度が高くなる。

【0031】

本発明に係る強化ガラス基板は、主表面に膜を有することが好ましい。このようにすれば、主表面の圧縮応力値と応力深さを制御することが可能になる。例えば、ガラス基板の主表面に膜を形成した後に、膜を有するガラス基板に対して、イオン交換処理して、ガラス基板の主表面及び端面に圧縮応力層を形成すると、端面の応力深さを主表面の応力深さより大きくすることができる。なお、強化ガラス基板の反りが許容される場合（又は強化ガラス基板に積極的に湾曲形状を付与したい場合）は、主表面の一方の面のみに膜を形成してもよいが、強化ガラス基板の反りを可及的に低減したい場合は、主表面の全面（両面）に膜を形成することが好ましい。

【0032】

膜の成分としてＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＩＴＯの何れかを含むことが好ましく、特にＳｉＯ_２を含むことが好ましい。膜は、単層膜に限られず、多層膜であってもよい。更に、導電膜、反射防止膜等の機能を兼ね備えた膜設計が成されることが好ましい。

【0033】

膜厚の下限は、好ましくは５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上、特に１００ｎｍ以上であり、上限は、好ましくは１０００ｎｍ以下、８００ｎｍ以下、６００ｎｍ以下、４００ｎｍ以下、特に３００ｎｍ以下である。膜厚が小さ過ぎると、主表面の応力深さを小さくすることが困難となる。一方、膜厚が大き過ぎると、成膜に長時間を要すると共に、主表面の応力深さが低下し過ぎて、強化ガラス基板の機械的強度を担保し難くなる。

【0034】

（主表面の全面に成膜した場合の主表面の圧縮応力値）／（成膜しなかった場合の主表面の圧縮応力値）の比をＲ_ＣＳとすると Ｒ_ＣＳは、好ましくは１．２以下、１．１以下、１．０以下、０．９以下、０．８以下、０．７以下、特に０．６以下である。また、（主表面の全面に成膜した場合の主表面の応力深さ）／（成膜しなかった場合の主表面の応力深さ）の比をＲ_ＤＯＬとすると、Ｒ_ＤＯＬは、好ましくは１．０未満、０．９以下、０．８以下、０．７以下、０．６以下、０．５以下、０．４以下、特に０．３以下である。このようにすれば、内部引っ張り応力を適正に低減し易くなる。

【0035】

膜の形成方法として、種々の方法を採用することができる。例えば、スパッタ法、ＣＶＤ、ディップコート等を採用することができる。その中でも、膜厚制御の観点から、スパッタ法が好ましい。

【0036】

なお、膜を機能膜として有効利用したい場合は、イオン交換処理後に、別途、膜を除去する工程を設ける必要はないが、主表面の面内強度を可及的に高めたい場合は、イオン交換処理後に、別途、膜を除去する工程を設けることが好ましい。

【0037】

本発明に係る強化ガラス基板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜３０％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％を含有することが好ましい。各成分の含有量を限定した理由を以下に示す。なお、ガラス組成に関する説明において、％表示は、特に断りがある場合を除き、質量％を指す。

【0038】

ＳｉＯ_２は、ガラスネットワークを形成する成分である。ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは４５〜７５％、５０〜７５％、５２〜６５％、特に５２〜６３％である。ＳｉＯ_２の含有量が４５％より少ないと、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなったり、ガラス化し難くなったり、耐失透性が低下し易くなる。一方、ＳｉＯ_２の含有量が７５％より多いと、溶融性、成形性が低下し易くなったり、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し難くなる。

【0039】

Ａｌ_２Ｏ_３は、耐熱性、イオン交換性能、ヤング率を高める成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は１〜３０％が好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が少な過ぎると、イオン交換性能を十分に発揮できない虞が生じる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多過ぎると、耐酸性が低下し易くなる。よって、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量を調整して、イオン交換性能と耐酸性を両立させることは困難である。しかし、主表面に膜を形成すると、膜により耐酸性を維持しながら、Ａｌ_２Ｏ_３の増量によりイオン交換性能を高めることができる。従って、板厚０．５ｍｍ以下の強化ガラス基板について、耐酸性を確保しつつ、非常に大きな圧縮応力値、応力深さを得ることが可能になる。但し、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が３０％より多いと、ガラスに失透結晶が析出し易くなったり、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し難くなる。また、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が３０％より多いと、高温粘性が高くなり、溶融性が低下する虞もある。Ａｌ_２Ｏ_３の好適な範囲は、上限が２５％以下、２３％以下、２２％以下、２１％以下、特に２０％以下であり、下限が１．５％以上、３％以上、５％以上、１０％以上、１１％以上、１２％以上、１４％以上、１５％以上、１６．５％以上、１７％以上、特に１８％以上である。

【0040】

Ｎａ_２Ｏは、イオン交換成分であると共に、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高めたり、耐失透性を改善する成分である。Ｎａ_２Ｏの含有量は、好ましくは０〜２０％、７〜２０％、７〜１８％、８〜１６％、１０〜１６％、１２〜１６％、特に１２〜１５％である。Ｎａ_２Ｏの含有量が２０％より多いと、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなる。また、Ｎａ_２Ｏの含有量が２０％より多いと、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に耐失透性が低下する傾向がある。更に、Ｎａ_２Ｏの含有量が２０％より多いと、歪点が低下し過ぎて、耐熱性が低下したり、かえってイオン交換性能が低下する場合がある。

【0041】

Ｋ_２Ｏは、イオン交換を促進する効果があり、アルカリ金属酸化物の中では応力深さを大きくする効果がある。また、Ｋ_２Ｏは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高めたり、クラック発生率を低減させたり、耐失透性を改善する成分である。Ｋ_２Ｏの含有量は、好ましくは０〜２０％、０〜１０％、０〜８％、０〜５％、０．１〜４％、０．１〜２％、特に０．５〜２％未満である。Ｋ_２Ｏの含有量が２０％より多いと、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなる。また、Ｋ_２Ｏの含有量が２０％より多いと、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に耐失透性が低下する傾向がある。

【0042】

質量比（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ）／Ｎａ_２Ｏの値は、好ましくは０．１〜６．５、０．１〜５、０．２〜３、０．２〜２．５、０．４〜２、０．７〜１．７、特に１．０〜１．５が好ましい。このようにすれば、イオン交換処理で応力深さを大きくすることができる。質量比（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ）／Ｎａ_２Ｏの値が０．１より小さいと、応力深さを大きくすることが困難になる。一方、質量比（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ）／Ｎａ_２Ｏの値が６．５より大きいと、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、耐失透性が低下する傾向があると共に、Ｎａ_２Ｏ成分が不足することに起因して、圧縮応力値が低下し易くなる。

【0043】

上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加してもよい。

【0044】

Ｂ_２Ｏ_３は、液相温度、高温粘度、密度を低下させる成分である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは０〜７％、０〜５％、０．１〜３％、特に０．５〜１％である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が７％より多いと、イオン交換処理によって主表面にヤケが発生したり、耐水性が低下したり、低温粘性が低下して、圧縮応力値、応力深さが低下する場合がある。

【0045】

Ｌｉ_２Ｏは、イオン交換成分であり、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り、更にはヤング率を高める成分である。Ｌｉ_２Ｏの含有量は、好ましくは０〜２０％、０〜１０％、０〜８％、０〜６％、０〜４％、０〜３．５％、０〜３％、０〜２％、０〜１％、特に０〜０．１％である。Ｌｉ_２Ｏの含有量が２０％より多いと、ガラスが失透し易くなり、液相粘度が低下し易くなり、更には熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなる。また、Ｌｉ_２Ｏの含有量が２０％より多いと、歪点が低下し過ぎて、耐熱性が低下したり、かえってイオン交換性能が低下する場合がある。なお、Ｌｉ_２Ｏを導入する場合、その含有量は０．００１％以上、特に０．０１％以上が好ましい。

【0046】

Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ（Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合量）の含有量が少な過ぎると、イオン交換性能や溶融性が低下し易くなる。よって、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの含有量は、好ましくは５％以上、１０％以上、１３％以上、１５％以上、特に１７％以上である。一方、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの含有量が多過ぎると、ガラスが失透し易くなることに加えて、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合し難くなる。また、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの含有量が多過ぎると、歪点が低下し過ぎて、圧縮応力値が低下し過ぎる虞がある。よって、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの含有量は、好ましくは３０％以下、２２％以下、特に２０％以下である。

【0047】

ＭｇＯは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性、歪点、ヤング率を高める成分である。また、ＭｇＯは、アルカリ土類金属酸化物の中では、イオン交換性能を高める効果が比較的に大きい。しかし、ＭｇＯの含有量が多過ぎると、密度、熱膨張係数、クラック発生率が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。よって、ＭｇＯの含有量は、好ましくは１０％以下、９％以下、６％以下、０．１〜４％、特に１〜３％である。

【0048】

ＣａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性、歪点、ヤング率を高める成分である。しかし、ＣａＯの含有量が多過ぎると、密度、熱膨張係数、クラック発生率が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。更には大きな応力深さを得難くなる。よって、ＣａＯの含有量は、好ましくは１０％以下、８％以下、５％以下、３％以下、１％以下、１％未満、０．５％以下、特に０．１％以下である。

【0049】

ＳｒＯは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性、歪点、ヤング率を高める成分である。しかし、ＳｒＯの含有量が多過ぎると、密度、熱膨張係数、クラック発生率が高くなったり、ガラスが失透し易くなったり、更にはイオン交換性能が低下する傾向がある。よって、ＳｒＯの含有量は、好ましくは１０％以下、８％以下、５％以下、３％以下、１％以下、０．８％以下、特に０．５％以下であり、実質的に含有しないことがより好ましい。ここで、「実質的にＳｒＯを含有しない」とは、ガラス組成中のＳｒＯの含有量が０．２％以下の場合を指す。

【0050】

ＢａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性、歪点、ヤング率を高める成分である。しかし、ＢａＯの含有量が多過ぎると、密度、熱膨張係数、クラック発生率が高くなったり、ガラスが失透し易くなったり、更にはイオン交換性能が低下する傾向がある。また、ＢａＯは、原料化合物が環境負荷物質であるため、環境的視点に立てば、その使用を極力控えることが好ましい。よって、ＢａＯの含有量は、好ましくは３％以下、２．５％以下、２％以下、１％以下、０．８％以下、特に０．５％以下であり、実質的に含有しないことがより好ましい。ここで、「実質的にＢａＯを含有しない」とは、ガラス組成中のＢａＯの含有量が０．１％以下の場合を指す。

【0051】

ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量）が多過ぎると、密度、熱膨張係数が高くなったり、耐失透性が低下したり、イオン交換性能が低下する傾向がある。よって、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜１６％、０〜１０％、０〜６％、特に０〜３％である。

【0052】

ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量をＬｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの含有量で割った値が大きくなると、密度が高くなったり、耐失透性が低下する傾向が現れる。よって、質量比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値は、好ましくは０．５以下、０．４以下、０．３以下、０．２以下、特に０．１以下である。

【0053】

ＺｎＯは、圧縮応力値を大きくする効果がある。また、ＺｎＯは、高温粘度を低下させたり、ヤング率を高める効果がある。しかし、ＺｎＯの含有量が多過ぎると、密度、熱膨張係数が高くなったり、耐失透性が低下する傾向がある。よって、ＺｎＯの含有量は、好ましくは０〜１５％、０〜１０％、０〜２％、０〜０．５％、特に０〜０．１％である。

【0054】

ＴｉＯ_２は、イオン交換性能を高める成分であるが、その含有量が多過ぎると、ガラスが失透し易くなったり、着色し易くなる。よって、ＴｉＯ_２の含有量は、好ましくは０〜１０％、０〜５％、０〜１％、特に０〜０．５％であり、実質的に含有しないことがより好ましい。ここで、「実質的にＴｉＯ_２を含有しない」とは、ガラス組成中のＴｉＯ_２の含有量が０．１％以下の場合を指す。

【0055】

ＺｒＯ_２は、歪点、ヤング率、イオン交換性能を高める成分であり、また高温粘性を低下させる成分である。また液相温度付近の粘性を高める効果がある。しかし、ＺｒＯ_２の含有量が多過ぎると、耐失透性が極端に低下する場合がある。よって、ＺｒＯ_２の含有量は、好ましくは０〜１０％、０〜９％、０〜７％、０〜５％、０〜３％、０〜１％、特に０〜０．１％未満である。

【0056】

Ｐ_２Ｏ_５は、イオン交換性能を高める成分であり、特に応力深さを増大させる成分である。しかし、Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多過ぎると、ガラスが分相し易くなる。よって、Ｐ_２Ｏ_５の含有量は、好ましくは８％以下、５％以下、４％以下、３％以下、特に２％以下である。また、Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多過ぎると、耐水性が低下し易くなる。なお、主表面に膜が形成されており、且つ膜による保護機能が十分である場合、耐水性の低下を考慮しなくてもよい場合がある。Ｐ_２Ｏ_５を導入する場合、その含有量は、好ましくは０．１％以上、０．５％以上、特に１％以上である。

【0057】

清澄剤としてＳＯ_３、Ｃｌ、ＣｅＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３及びＳｎＯ_２から選択された一種又は二種以上を０〜３％含有することが好ましい。Ａｓ_２Ｏ_３、Ｆは、清澄効果を奏するが、環境に対して悪影響を与える虞があるため、極力使用しないことが好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。また、Ｓｂ_２Ｏ_３は、Ａｓ_２Ｏ_３に比べて、毒性が低いが、環境的観点から使用が制限される場合もあり、実質的に含有しないことが好ましい場合もある。また、環境的観点と清澄効果を考慮すれば、清澄剤として、ＳｎＯ_２を０．０１〜３％（望ましくは０．０５〜１％）含有させることが好ましい。ここで、「実質的にＡｓ_２Ｏ_３を含有しない」とは、ガラス組成中のＡｓ_２Ｏ_３の含有量が０．１％以下の場合を指す。「Ｆを実質的に含有しない」とは、ガラス組成中のＦの含有量が０．０５％以下の場合を指す。「実質的にＳｂ_２Ｏ_３を含有しない」とは、ガラス組成中のＳｂ_２Ｏ_３の含有量が０．１％以下の場合を指す。一方、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳＯ_３は、清澄剤の中では、透過率の低下を防止する効果が大きい。よって、高透過率が要求される用途に用いる場合、Ｓｂ_２Ｏ_３＋ＳＯ_３（Ｓｂ_２Ｏ_３とＳＯ_３の合量）の含有量は、好ましくは０．００１〜５％である。

【0058】

Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等の着色作用を有する遷移金属元素は、強化ガラス基板の透過率を低下させる虞がある。特に、ディスプレイ用途に用いる場合、遷移金属酸化物の含有量が多過ぎると、ディスプレイの視認性が損なわれる虞がある。よって、遷移金属酸化物の含有量は、好ましくは０．５％以下、０．１％以下、特に０．０５％以下である。

【0059】

Ｎｄ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３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、原料コストが高く、また多量に導入すると、耐失透性が低下し易くなる。よって、希土類酸化物の含有量は、好ましくは３％以下、２％以下、１％以下、特に０．５％以下であり、実質的に含有しないことがより好ましい。ここで、「実質的に希土類酸化物を含有しない」とは、ガラス組成中の希土類酸化物の含有量が０．１％以下の場合を指す。

【0060】

ＰｂＯは、環境負荷物質であるため、実質的に含有しないことが好ましい。ここで、「ＰｂＯを実質的に含有しない」とは、ガラス組成中のＰｂＯの含有量が０．１％以下の場合を指す。

【0061】

各成分の好適な含有範囲を適宜選択して、好ましいガラス組成範囲とすることができる。その中でも、より好ましいガラス組成範囲として、
（１）質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜２５％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜９％、Ｎａ_２Ｏ ７〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜８％を含有し、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯを含有しない、
（２）質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ３〜２５％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜３．５％、Ｎａ_２Ｏ ７〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜８％を含有し、質量比（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ）／Ｎａ_２Ｏが０．１〜３であり、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯを含有しない、
（３）質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ １０〜２２％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜３％、Ｎａ_２Ｏ ７〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜５％を含有し、質量比（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ）／Ｎａ_２Ｏが０．５〜２であり、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯを含有しない、
（４）質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜６５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １０〜２２％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜３％、Ｎａ_２Ｏ ７〜１６％、Ｋ_２Ｏ ０〜８％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜１０％を含有し、質量比（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ）／Ｎａ_２Ｏが０．３〜１．８であり、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯを含有しない、
（５）質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜６５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １１〜２２％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜３％、Ｎａ_２Ｏ ７〜１６％、Ｋ_２Ｏ ０〜５％、ＭｇＯ ０〜３％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜９％を含有し、質量比（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ）／Ｎａ_２Ｏが１〜１．５であり、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯを含有しない。
（６）質量％で、ＳｉＯ_２ ５０〜６３％、Ａｌ_２Ｏ_３ １１〜２０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜２％、Ｎａ_２Ｏ ８〜１５．５％、Ｋ_２Ｏ ０〜５％、ＭｇＯ ０〜３％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜８％を含有し、質量比（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ）／Ｎａ_２Ｏが１〜１．５であり、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯを含有しない、
（７）質量％で、ＳｉＯ_２ ５０〜６３％、Ａｌ_２Ｏ_３ １１〜２０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜１％、Ｎａ_２Ｏ ８〜１５％、Ｋ_２Ｏ ０．１〜５％、ＭｇＯ ０〜２．５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、質量比（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｋ_２Ｏ）／Ｎａ_２Ｏが１〜１．５であり、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯを含有しない、が挙げられる。

【0062】

本発明に係る強化ガラス基板は、以下のガラス特性を有することが好ましい。

【0063】

密度は、好ましくは２．８ｇ／ｃｍ^３以下、２．７ｇ／ｃｍ^３以下、２．６ｇ／ｃｍ^３以下、２．５７ｇ／ｃｍ^３以下、２．５５ｇ／ｃｍ^３以下、２．５ｇ／ｃｍ^３以下、２．４５ｇ／ｃｍ^３以下、特に２．４ｇ／ｃｍ^３以下である。密度が低い程、強化ガラス基板を軽量化することができる。

【0064】

歪点は、好ましくは５００℃以上、５１０℃以上、５２０℃以上、５３０℃以上、５４０℃以上、５５０℃以上、５６０℃以上、特に５７０℃以上である。歪点が高いと、イオン交換処理の際、応力緩和が生じ難くなり、圧縮応力値を高め易くなる。ここで、「歪点」は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６の方法に基づいて測定した値を指す。なお、ガラス組成中のアルカリ土類金属酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５の含有量を増加、或いはアルカリ金属酸化物の含有量を低減すれば、歪点が上昇する傾向がある。

【0065】

高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、好ましくは１７００℃以下、１６００℃以下、１５６０℃以下、１５００℃以下、１４５０℃以下、１４２０℃以下、特に１４００℃以下である。高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、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、ガラス基板の泡品位を高めることができる。つまり、高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、ガラス基板の製造コストを低廉化し易くなる。ここで、「高温粘度１０^２．５ｄＰａ・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。なお、高温粘度１０^２.５ｄＰａ・ｓにおける温度は、ガラスの溶融温度に相当しており、高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、低温でガラスを溶融することができる。

【0066】

熱膨張係数は、好ましくは４０〜１１０×１０^−７／℃、７０〜１０５×１０^−７／℃、７５〜１００×１０^−７／℃、８０〜１００×１０^−７／℃、特に８０〜９０×１０^−７／℃である。熱膨張係数を上記範囲とすれば、金属、有機系接着剤等の部材の熱膨張係数に整合し易くなり、金属、有機系接着剤等の部材の剥離を防止し易くなる。ここで、「熱膨張係数」は、ディラトメーターを用いて、３０〜３８０℃の温度範囲における平均値を測定した値を指す。

【0067】

ヤング率は、好ましくは６７ＧＰａ以上、６８ＧＰａ以上、７０ＧＰａ以上、７１ＧＰａ以上、特に７３ＧＰａ以上である。ヤング率が高い程、強化ガラス基板が撓み難くなり、タッチパネルディスプレイ等のデバイスにおいて、ペン等でディスプレイを押す際に、デバイス内部の液晶素子等が圧迫され難くなる。その結果、ディスプレイに表示不良が発生し難くなる。一方、ヤング率が高過ぎると、強化ガラス基板がペン等で押されて変形する際、その変形により発生する応力が高くなり、破損に至る虞が生じる。特に、強化ガラス基板の板厚が小さい場合、この点に留意することが好ましい。よって、ヤング率は、好ましくは１００ＧＰａ以下、９５ＧＰａ以下、９０ＧＰａ以下、８５ＧＰａ以下、８０ＧＰａ以下、特に７８ＧＰａ以下である。

【0068】

比ヤング率は、好ましくは２７ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上、２８ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上、２９ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上、特に３０ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上である。比ヤング率が高い程、自重により強化ガラス基板が撓み難くなる。その結果、強化ガラス基板をカセット等に収納する際、強化ガラス基板同士のクリアランスを狭くして、強化ガラス基板を収納することが可能になり、強化ガラス基板及びデバイスの製造効率を高め易くなる。

【0069】

液相温度は、好ましくは１２００℃以下、１１００℃以下、１０５０℃以下、１０００℃以下、９３０℃以下、９００℃以下、特に８８０℃以下である。液相温度が低い程、オーバーフローダウンドロー法等でガラス基板を成形する際に、ガラスが失透し難くなる。ここで、「液相温度」は、ガラスを粉砕した後、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶が析出する温度を測定した値を指す。

【0070】

液相粘度は、好ましくは１０^４．０ｄＰａ・ｓ以上、１０^４．３ｄＰａ・ｓ以上、１０^４．５ｄＰａ・ｓ以上、１０^５．０ｄＰａ・ｓ以上、１０^５．５ｄＰａ・ｓ以上、１０^５．７ｄＰａ・ｓ以上、１０^５．９ｄＰａ・ｓ以上、特に１０^６．０ｄＰａ・ｓ以上である。液相粘度が高い程、オーバーフローダウンドロー法等でガラス基板を成形する際に、ガラスが失透し難くなる。ここで、「液相粘度」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を指す。

【0071】

本発明の強化ガラス基板の製造方法は、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、（１）ガラス原料を調合し、ガラスバッチを得る工程と、（２）ガラスバッチを溶融し、得られた溶融ガラスを１．５ｍｍ以下のガラス基板に成形する工程と、（３）ガラス基板の主表面（おもて面と裏面）に膜を形成する工程と、（４）主表面に膜を有するガラス基板をイオン交換処理して、ガラス基板の主表面及び端面に圧縮応力層を形成し、端面の応力深さが主表面の応力深さより大きい強化ガラス基板を得る工程と、（５）強化ガラス基板の主表面の膜を除去する工程と、を有することを特徴とする。本発明の強化ガラス基板の製造方法の技術的特徴（ガラス組成及びガラス特性等）について、既述の部分は、便宜上、その記載を省略する。

【0072】

本発明の強化ガラス基板の製造方法において、オーバーフローダウンドロー法で１．５ｍｍ以下のガラス基板に成形することが好ましい。オーバーフローダウンドロー法の場合、薄いガラス基板を容易に成形することができる。ここで、オーバーフローダウンドロー法は、溶融ガラスを耐熱性の樋状構造物の両側から溢れさせて、溢れた溶融ガラスを樋状構造物の下端で合流させながら、下方に延伸成形してガラス基板を成形する方法である。樋状構造物の構造や材質は、所望の寸法や表面品位を実現できる限り、特に限定されない。また、下方に延伸成形する際、力を印加する方法は特に限定されない。例えば、十分に大きい幅を有する耐熱性ロールをガラスに接触させた状態で回転させて延伸する方法を採用してもよいし、複数の対になった耐熱性ロールをガラスの端縁近傍のみに接触させて延伸する方法を採用してもよい。なお、液相温度が１２００℃以下、且つ液相粘度が１０^４．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、オーバーフローダウンドロー法で薄いガラス基板を成形することができる。

【0073】

なお、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、例えば、フロート法、スロットダウン法、リドロー法、ロールアウト法、プレス法等を採用することができる。

【0074】

本発明の強化ガラス基板の製造方法は、ガラス基板に対して、イオン交換処理して、ガラス基板の主表面及び端面に圧縮応力層を形成し、強化ガラス基板を得る工程を有する。イオン交換処理は、ガラス基板の歪点以下の温度で、ガラス表面に大きなイオン半径のアルカリイオンを導入する方法である。イオン交換処理の条件は、特に限定されず、ガラス基板の粘度特性等を考慮して決定すればよい。特に、ガラス組成中のＮａ成分をＫＮＯ_３溶融塩中のＫイオンでイオン交換すると、圧縮応力層を効率良く形成することができる。なお、イオン交換処理は、風冷強化法等の物理強化法と異なり、イオン交換処理後に強化ガラス基板を切断しても、強化ガラス基板が容易に破損しないという利点がある。

【0075】

特に、イオン交換処理の条件として、３５０〜５００℃のＫＮＯ_３溶融塩中にガラス基板を２〜２４時間浸漬することが好ましい。このようにすれば、ガラス基板に圧縮応力層を効率良く形成することができる。

【0076】

本発明の強化ガラス基板の製造方法は、膜を有するガラス基板をイオン交換処理した後、その膜を除去する工程を有するが、この工程を省略すれば、膜を導電膜、反射防止膜等の機能膜として有効利用することができ、結果として強化ガラス基板の製造効率を高めることができる。

【0077】

本発明の強化ガラス基板の製造方法は、膜を有するガラス基板をイオン交換処理した後、その膜を除去する工程を有する。本発明者等の調査によると、イオン交換処理後の膜は、主表面の面内強度を低下させる場合がある。この場合、イオン交換処理後に、別途、膜を除去する工程を設けると、そのような事態を的確に防止することができる。なお、膜を除去する工程で、完全に膜を除去してもよいが、部分的に膜を除去しても、上記効果を享受することができる。

【0078】

膜を除去する工程として、エッチングが好ましい。例えば、ＳｉＯ_２膜を有する強化ガラス基板の場合、Ｆを含む溶液、特にＨＦ溶液でＳｉＯ_２膜をエッチングすることが好ましい。このようにすれば、主表面の面内強度を高めつつ、膜を的確に除去することができる。

【0079】

膜をエッチングする場合、端面がエッチングされないように、端面を樹脂等で保護してもよい。このようにすれば、ＤＴ／ＤＨの値を所定範囲に規制し易くなる。一方、膜をエッチングする場合、端面も同時にエッチングされるようにしてもよい。このようにすれば、端面に存在するクラックソースが低減されるため、端面強度を高めることができる。

【実施例】

【0080】

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明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。

【0081】

表１、２は、強化ガラスの材質例（試料Ｎｏ．１〜２０）を示している。

【0082】

【表1】

【0083】

【表2】

【0084】

次のようにして、各試料を作製した。まず表１、２のガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、ガラスバッチを作製した後、このガラスバッチを白金ポットに投入して、１６００℃で８時間溶融し、溶融ガラスを得た。次に、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出し、ガラス基板に成形した。得られたガラス基板について、種々の特性を評価した。

【0085】

密度は、周知のアルキメデス法で測定した値である。

【0086】

歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａは、ＡＳＴＭ Ｃ３３６の方法に基づいて測定した値である。

【0087】

軟化点Ｔｓは、ＡＳＴＭ Ｃ３３８の方法に基づいて測定した値である。

【0088】

高温粘度１０^４．０ｄＰａ・ｓ、１０^３．０ｄＰａ・ｓ、１０^２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、周知の白金球引き上げ法で測定した。

【0089】

熱膨張係数αは、ディラトメーターを用いて、３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した値である。

【0090】

液相温度ＴＬは、ガラス基板を粉砕し、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値である。液相粘度ｌｏｇηａｔＴＬは、液相温度ＴＬ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を指す。

【0091】

ヤング率は共振法により測定した値である。また、比ヤング率は、ヤング率を密度で割った値である。

【0092】

表１、２から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜２０は、密度が２．４８ｇ／ｃｍ３以下、ヤング率が６９ＧＰａ以上、熱膨張係数が７８〜９６×１０^-７／℃であった。更に、試料Ｎｏ．１〜２０は、液相粘度が１０^５．１ｄＰａ・ｓ以上、高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が１６５３℃以下であった。

【0093】

なお、未強化ガラス基板と強化ガラス基板では、表層においてガラス組成が微視的に異なっているものの、全体として見た場合、ガラス組成は実質的に相違しない。よって、密度、粘度、ヤング率等の特性は、未強化ガラス基板と強化ガラス基板で実質的に相違しない。

【0094】

更に、各試料の主表面に光学研磨を施した後、イオン交換処理を行った。イオン交換処理は、試料Ｎｏ.１〜１７について、４３０℃のＫＮＯ_３溶融塩中に６時間浸漬し、Ｎｏ.１８〜２０について、４３０℃のＫＮＯ_３溶融塩中に４時間浸漬することで行った。次に、イオン交換処理後の各試料の表面を洗浄した上で、表面応力計（株式会社東芝製ＦＳＭ−６０００）を用いて、観察される干渉縞の本数とその間隔から圧縮応力層の圧縮応力値ＣＳと応力深さＤＯＬを算出した。なお、測定に際し、屈折率を１．５０、光弾性定数を３０［(ｎｍ／ｃｍ)／ＭＰａ]とした。

【0095】

表１、２から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜２０は、圧縮応力値ＣＳが７２８ＭＰａ以上であり、応力深さＤＯＬが３４μｍ以上であった。また、内部引っ張り応力値は、段落［０００７］に記載の関係式により算出したところ、８８ＭＰａであった。

【0096】

上記実験では、便宜上、溶融ガラスを流し出し、ガラス基板に成形した後、イオン交換処理の前に光学研磨を行った。しかし、工業的規模で強化ガラス基板を作製する場合、製造効率の観点から、オーバーフローダウンドロー法等でガラス基板を成形した後、未研磨のガラス基板をイオン交換処理することが望ましい。

【0097】

続いて、試料Ｎｏ.１７に記載の材質について、オーバーフローダウンドロー法によりガラス基板（板厚０．５５ｍｍ）を成形した。その後、スパッタ法により、ガラス基板の主表面全体（おもて面と裏面）にＳｉＯ_２の膜を形成した。成膜時の圧力として、０．３Ｐａ又は０．１Ｐａを設定し、厚み５０〜５００ｎｍの膜を形成した。更に、膜を有するガラス基板について、イオン交換処理（４３０℃のＫＮＯ_３溶融塩中に６時間浸漬）を行い、試料ｂ〜ｉを作製した。なお、試料ａは、膜を形成せずに、上記イオン交換処理を行ったものである。最後に、得られた強化ガラス基板を定盤上に載置し、ダイヤペン（２７．４ｇ）を５０ｍｍの高さから落下させて、破損後の破片数を評価した。その結果を表３に示す。

【0098】

【表3】

【0099】

試料ａでは、主表面の圧縮応力値ＣＳが８７９ＭＰａであり、応力深さＤＯＬが４６μｍであった。よって、試料ａ〜ｉの端面の圧縮応力値ＣＳは８７９ＭＰａ程度、応力深さＤＯＬは４６μｍ程度と考えられる。

【0100】

表３から明らかなように、試料ｂ〜ｉでは、端面の応力深さＤＯＬが主表面の応力深さＤＯＬより大きいため、試料ａに比べて、内部引っ張り応力値ＣＴが小さかった。結果として、落下試験後の破片数が少なかった。なお、試料ｄ、ｅ、ｈ、ｉは、圧縮応力値ＣＳと応力深さＤＯＬが測定されていないが、破片数が低下しているため、端面の応力深さＤＯＬが、主表面の応力深さＤＯＬより大きく、内部引っ張り応力値ＣＴが低下しているものと推定される。

【0101】

表３の実験では、便宜上、試料Ｎｏ．１７に記載の材質を用いたが、試料Ｎｏ．１〜１６、１８〜２０に記載の材質でも同様の傾向を示すものと考えられる。

【0102】

上記実験では、ＳｉＯ_２膜を除去する工程を設けていないが、主表面の面内強度と端面の端面強度を同時に高める観点から、膜を有する強化ガラスをＨＦ水溶液に浸漬して、ＳｉＯ_２膜をエッチングすると共に、端面に存在するクラックソースを低減することが好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0103】

本発明の強化ガラス基板は、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基板として好適である。また、本発明の強化ガラス基板は、これらの用途以外にも、高強度が要求される用途、例えば窓板ガラス、磁気ディスク用基板、フラットパネルディスプレイ用基板、太陽電池用カバーガラス、固体撮像素子用カバーガラス、食器への応用が期待される。

【要約】

【課題】本発明の技術的課題は、高強度化と薄型化を両立し得る強化ガラス基板の製造方法を創案することである。
【解決手段】本発明の強化ガラス基板の製造方法は、（１）ガラス原料を調合し、ガラスバッチを得る工程と、（２）ガラスバッチを溶融し、得られた溶融ガラスを１．５ｍｍ以下のガラス基板に成形する工程と、（３）ガラス基板のおもて面と裏面に膜を形成する工程と、（４）おもて面と裏面に膜を有するガラス基板をイオン交換処理して、ガラス基板のおもて面、裏面及び端面に圧縮応力層を形成し、端面の応力深さが主表面の応力深さより大きい強化ガラス基板を得る工程と、（５）強化ガラス基板のおもて面と裏面の膜を除去する工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】なし