特表 2022-550779 ホログラフィック光学構造体用のガラス－ポリマー積層体を形成する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-05

(54)【発明の名称】ホログラフィック光学構造体用のガラス－ポリマー積層体を形成する方法

(51)【国際特許分類】

   C03C 27/10 20060101AFI20221128BHJP

   C03C 3/091 20060101ALI20221128BHJP

【ＦＩ】

C03C27/10 D

C03C3/091

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022519734

(86)(22)【出願日】2020-09-28

(85)【翻訳文提出日】2022-05-25

(86)【国際出願番号】 US2020053057

(87)【国際公開番号】W WO2021067180

(87)【国際公開日】2021-04-08

(31)【優先権主張番号】62/908,680

(32)【優先日】2019-10-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100175042

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 秀明

(72)【発明者】

【氏名】クロール，マーク フランシス

(72)【発明者】

【氏名】メーロトラ，カラン

【テーマコード（参考）】

4G061

4G062

【Ｆターム（参考）】

4G061AA02

4G061BA12

4G061CB05

4G061CB16

4G061CD02

4G062AA04

4G062BB01

4G062DA06

4G062DB04

4G062DC03

4G062DD01

4G062DE01

4G062DF01

4G062EA01

4G062EB01

4G062EC01

4G062ED03

4G062EE03

4G062EF03

4G062EG02

4G062EG03

4G062FA01

4G062FB01

4G062FC01

4G062FD01

4G062FE02

4G062FF01

4G062FG01

4G062FH01

4G062FJ01

4G062FK01

4G062FL01

4G062GA01

4G062GA10

4G062GB01

4G062GC01

4G062GD01

4G062GE01

4G062HH01

4G062HH03

4G062HH05

4G062HH07

4G062HH09

4G062HH11

4G062HH13

4G062HH15

4G062HH17

4G062HH20

4G062JJ01

4G062JJ03

4G062JJ05

4G062JJ07

4G062JJ10

4G062KK01

4G062KK03

4G062KK05

4G062KK07

4G062KK10

4G062MM02

(57)【要約】

ガラス積層体を形成する方法であって、ガラスシートを取得するステップと、ガラスシートのうち適合するガラス特性を有する複数の部分を選択するステップであって、ガラス特性は、反り、湾曲度、全体厚みムラ（ＴＴＶ）およびウェッジのうちの少なくとも１つである、ステップと、ガラスシートの選択された部分から複数のガラスウェハを切り出すステップと、複数のガラスウェハを積層してガラス積層体を形成するステップと、を含む方法を提供する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラス－ポリマー積層体を形成する方法であって、
ガラスシートを取得するステップと、
前記ガラスシートのうち適合するガラス特性を有する複数の部分を選択するステップであって、前記ガラス特性は、反り、湾曲度、全体厚みムラ（ＴＴＶ）、応力、およびウェッジのうちの少なくとも１つである、ステップと、
前記ガラスシートの選択された部分から複数のガラスウェハを切り出すステップと、
前記複数のガラスウェハを積層してガラス積層体を形成するステップと
を含む、方法。

【請求項2】

前記ガラスウェハが、
約６１質量％～約６２質量％のＳｉＯ_２；
約１８質量％～約１８．４質量％のＡｌ_２Ｏ_３；
約７．１質量％～約８．３質量％のＢ_２Ｏ_３；
約１．９質量％～約２．２質量％のＭｇＯ；
約６．５質量％～約６．９質量％のＣａＯ；
約２．５質量％～約３．６質量％のＳｒＯ；
約０．６質量％～約１．０質量％のＢａＯ；および
約０．１質量％～約０．２質量％のＳｎＯ_２、
を含む、請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記ガラスウェハが、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの厚さと、約５８９ｎｍの光学波長での約１．５１５５～約１．５１７５の屈折率と、約５７～約６７のアッベ数（Ｖ_Ｄ）とを有する、請求項１から２までのいずれか１項記載の方法。

【請求項4】

前記ガラスウェハが、形成時幾何学的特性として、
（ａ）約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約５μｍ以下の全体厚みムラ；
（ｂ）約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約２０μｍ以下の反り；および
（ｃ）約０．１分角以下のウェッジ、
を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。

【請求項5】

前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５～約１．５１７の屈折率を有するポリマー材料を含む表面を有し、
前記ポリマー材料が、表面レリーフ構造体を含む少なくとも１つの光学構造体、または光学ホログラフィック構造体、またはこれらの組み合わせを含み、
前記ガラス積層体は複数の交互のガラス層とポリマー材料層とを含み、
前記ガラス－ポリマー積層体の最終層がガラス物品層またはポリマー材料層である、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。

【請求項6】

ガラス－ポリマー積層体を形成する方法であって、
ガラスシートを取得するステップと、
前記ガラスシートの部分から複数のガラスウェハを切り出すステップと、
反り、湾曲度、全体厚みムラ（ＴＴＶ）およびウェッジのうちの少なくとも１つである適合するガラス特性を有する複数のガラスウェハを選択するステップと、
前記複数のガラスウェハを積層してガラス積層体を形成するステップと
を含む、方法。

【請求項7】

前記ガラスウェハが、
約６１質量％～約６２質量％のＳｉＯ_２；
約１８質量％～約１８．４質量％のＡｌ_２Ｏ_３；
約７．１質量％～約８．３質量％のＢ_２Ｏ_３；
約１．９質量％～約２．２質量％のＭｇＯ；
約６．５質量％～約６．９質量％のＣａＯ；
約２．５質量％～約３．６質量％のＳｒＯ；
約０．６質量％～約１．０質量％のＢａＯ；および
約０．１質量％～約０．２質量％のＳｎＯ_２、
を含む、請求項６記載の方法。

【請求項8】

前記ガラスウェハが、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの厚さと、約５８９ｎｍの光学波長での約１．５１５５～約１．５１７５の屈折率と、約５７～約６７のアッベ数（Ｖ_Ｄ）とを有する、請求項６から７までのいずれか１項記載の方法。

【請求項9】

前記ガラスウェハが、形成時幾何学的特性として、
（ａ）約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約５μｍ以下の全体厚みムラ；
（ｂ）約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約２０μｍ以下の反り；および
（ｃ）約０．１分角以下のウェッジ、
を有する、請求項６から８までのいずれか１項記載の方法。

【請求項10】

前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５～約１．５１７の屈折率を有するポリマー材料を含む表面を有し、
前記ポリマー材料が、表面レリーフ構造体を含む少なくとも１つの光学構造体、または光学ホログラフィック構造体、またはこれらの組み合わせを含み、
前記ガラス積層体は複数の交互のガラス層とポリマー材料層とを含み、
前記ガラス－ポリマー積層体の最終層がガラス物品層またはポリマー材料層である、
請求項６から９までのいずれか１項記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【関連出願】

【0001】

本願は、米国特許法第１２０条のもと、２０１９年１０月１日に出願された米国仮特許出願第６２／９０８６８０号の優先権の利益を主張し、その内容に依拠するものであって、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。

【技術分野】

【0002】

本開示の実施形態は、ガラスシートおよびガラス基板に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、光導波体ベースの拡張現実用光学デバイス用のガラスウェハまたはガラスパネルと、光導波体ベースのモバイルデバイス用のバックライトとに関する。

【背景技術】

【0003】

光導波体ベースの拡張現実用光学デバイス、およびモバイルデバイス用の光導波体ベースのバックライトなどの多数の新たな用途では、薄い平面形状（例えば薄いガラスウェハまたは薄いガラスパネル）を有し、さらに従来の光学ガラスと同様の屈折率属性を有するガラス物品（例えばガラスウェハまたはガラスパネル）が要求されている。このような用途では、平面性および平滑性に関して厳格な幾何学的属性も求められ、また、付加的な光学機能（例えば、レンズアレイ、表面レリーフ格子、ホログラム、ホログラフィック格子など）を実現する媒体としてポリマーが使用される場合に適切な光学ポリマーに適合化されたガラス屈折率も必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、当該技術分野では、従来の光学ガラスと同様の屈折率属性を有するガラス物品であって、薄い平面形状を有しつつ、他の有利な特質および特性も有するガラス物品が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ガラス積層体を形成する方法であって、ガラスシートを取得するステップと、ガラスシートのうち適合するガラス特性を有する複数の部分を選択するステップであって、ガラス特性は、反り、湾曲度、全体厚みムラ（ＴＴＶ）、およびウェッジのうちの少なくとも１つである、ステップと、ガラスシートの選択された部分から複数のガラスウェハを切り出すステップと、複数のガラスウェハを積層してガラス積層体を形成するステップとを含む、方法。

【0006】

ガラス－ポリマー積層体を形成する方法であって、ガラスシートを取得するステップと、ガラスシートの部分から複数のガラスウェハを切り出すステップと、反り、湾曲度、全体厚みムラ（ＴＴＶ）およびウェッジのうちの少なくとも１つである適合するガラス特性を有する複数のガラスウェハを選択するステップと、複数のガラスウェハを積層してガラス積層体を形成するステップとを含む、方法。

【0007】

本開示の他の実施形態および変形形態につき、以下に論じる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

上で簡潔にまとめ、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付の図面に示す開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。添付の図面は開示の典型的な実施形態のみを示しており、当該開示には他の等しく効果的な実施形態も認められうるため、範囲を限定するものと見なされるべきではない。

【図1】本開示の幾つかの実施形態によるガラス－ポリマー積層体を示す概略図である。

【図2】本開示の幾つかの実施形態による光学構造体を有するガラス－ポリマー積層体を示す概略図である。

【図3】本開示の幾つかの実施形態による光学構造体を有するガラス－ポリマー積層体を示す概略図である。

【図4】本開示の幾つかの実施形態による光学構造体を有するガラス－ポリマー－ガラス積層体を示す概略図である。

【図5】フュージョンドロープロセスにおいて精密シートを作製するために使用される成形マンドレルを示す概略図である。

【図6】位置６に沿って図１の成形マンドレルを示す断面図である。

【図7】反りの定義を説明するために使用される例示的なガラスウェハを示す概略図である。

【図8】全体厚みムラ（ＴＴＶ）の定義を説明するために使用される例示的なガラスウェハを示す概略図である。

【図9】本開示の幾つかの実施形態によるガラス積層体を形成する方法を示すフロー図である。

【図10】本開示の幾つかの実施形態によるガラス積層体を形成する方法を示すフロー図である。

【0009】

理解を容易にするために、各図に共通する同じ要素を示すことが可能な場合には同じ参照番号を用いている。各図は縮尺通りには描かれておらず、明確にするために簡略化したところがある。本明細書において開示する任意の実施形態の任意の要素および特徴は、さらなる言及なしで他の実施形態に有意に組み込むことができる。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本開示の実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、図面全体を通して、同じまたは類似の部材を指すために同じ参照番号を使用する。ただし、本開示は多くの異なる形態で具体化されうるものであり、本明細書に記載する実施形態に限定されると解釈されるべきではない。

【0011】

本明細書では、範囲は、特定の１つの“およそ”の値からかつ／または特定の別の“およそ”の値までとして表すことができる。このような範囲が表現されるとき、別の実施形態には、特定の１つの値からかつ／または特定の別の値までが含まれる。同様に、値が近似値として表現される場合には、先行詞“約”の使用により、特定の値が別の実施形態を成すことが理解されるであろう。さらに、範囲のそれぞれの端点は、他方の端点に関連してもまた他方の端点から独立しても重要であることが理解されるであろう。

【0012】

本明細書で使用する方向に関する用語（例えば、上、下、右、左、前、後、上部、底部、垂直、水平）は、描かれている図に関して用いられるのみであり、絶対的な方向を示唆することを意図するものではない。

【0013】

別段の明示的な言明がない限り、本明細書に記載する任意の方法は、その各ステップを特定の順序で実行することを要求するものと解釈されることも、任意の装置によって特定の方向が要求されるものと解釈されることも意図しない。したがって、方法の請求項がその各ステップの従うべき順序に実際に言明されていない場合、または任意の装置の請求項が個々の構成要素についての順序または方向に実際に言及していない場合、またはそれ以外にも各ステップの特定の順序への限定もしくは装置の構成要素についての特定の順序または方向の言及が特許請求の範囲または説明に具体的に記載されていない場合、いかなる点からも順序または方向が推定されることを意図しない。このことは、各ステップの配置、動作の流れ、構成要素の順序もしくは構成要素の方向に関する論理的事項；文法的編成または句読点から導出される明白な意味；および本明細書において説明する実施形態の数またはタイプ、を含む、解釈のための任意の可能な非明示的根拠に当てはまる。

【0014】

本明細書で使用される単数形（“a”，“an”，“the”）は、文脈が明らかに別の事項を示さない限り、複数に関する言及を含む。したがって、例えば「ある」構成要素への言及は、文脈が明らかに別の事項を示さない限り、２つ以上のこのような構成要素を有する態様を含む。

【0015】

本明細書で用いられる全ての数値範囲は当該範囲内の全ての整数値を明示的に含み、当該範囲内の特定の数値の選択は特定の用途に応じて考慮される。

【0016】

図１は、本開示の幾つかの実施形態によるガラス－ポリマー積層体１００の概略図を示している。ガラス－ポリマー積層体１００は、ガラス物品１０２と、当該ガラス物品の表面上のポリマー材料１０４とを含む。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２はガラスシートでありうる。幾つかの実施形態では、ガラスシートは、本明細書において説明するガラス製造装置を使用して形成されるフュージョンガラスシートであってよい。ガラス物品１０２は、第１の主面１１０と、第１の主面１１０の反対側の第２の主面１１２と、第１の主面１１０と第２の主面１１２との間に延在するエッジ面１１４とを有する。

【0017】

幾つかの実施形態では、ガラス－ポリマー積層体は、第１のガラスシートが第２のガラスシート上に積層されるロールツーロールプロセスで形成されうる。幾つかの実施形態では、ポリマー材料は、第１のガラスシートおよび／または第２のガラスシートに適用することができる。幾つかの実施形態では、ポリマー材料は、例えばスロットダイコーティングプロセスによって、圧延中にガラスシートに取り付けられる。幾つかの実施形態では、第１のガラスシートおよび第２のガラスシートは、実質的に同様のガラス特性（例えば、反り値、ＴＴＶ値、湾曲度値、および／またはウェッジ値）を有する。本明細書で使用される場合、「実質的に同様のガラス特性」とは、相互に１％以内、または相互に５％以内、または相互に１０％以内、または相互に１５％以内、または相互に２０％以内である値を指す。

【0018】

幾つかの実施形態では、ガラス－ポリマー積層体１００は方法９００によって形成される。図９は、本開示の幾つかの実施形態によるガラス積層体を形成する方法９００のフロー図を示している。幾つかの実施形態では、方法９００は、ガラスシートのうち適合するガラス特性を有する複数の部分を選択するステップ９０２と、ガラスシートの選択された部分から複数のガラスウェハを切り出すステップ９０４と、複数のガラスウェハを積層してガラスを形成するステップ９０６とを含む。幾つかの実施形態では、方法９００は、ガラスシートのうち適合するガラス特性を有する複数の部分を選択するステップ９０２と、ガラスシートの選択された部分から複数のガラスウェハを切り出すステップ９０４と、複数のガラスウェハを積層してガラスを形成するステップ９０６とから成る（または実質的にこれらのステップから成る）。

【0019】

幾つかの実施形態では、ガラス－ポリマー積層体１００は方法１０００により形成される。図１０は、本開示の幾つかの実施形態によるガラス積層体を形成する方法１０００のフロー図を示している。幾つかの実施形態では、方法１０００は、ガラスシートの部分から複数のガラスウェハを切り出すステップ１００２と、適合するガラス特性を有する複数のガラスウェハを選択するステップ１００４であって、当該ガラス特性は、反り、湾曲度、全体厚みムラ（ＴＴＶ）およびウェッジのうちの少なくとも１つである、ステップ１００４と、複数のガラスウェハを積層してガラス積層体を形成するステップ１００６とを含む。幾つかの実施形態では、方法１０００は、ガラスシートの部分から複数のガラスウェハを切り出すステップ１００２と、適合するガラス特性を有する複数のガラスウェハを選択するステップ１００４であって、当該ガラス特性は、反り、湾曲度、全体厚みムラ（ＴＴＶ）、およびウェッジのうちの少なくとも１つである、ステップ１００４と、複数のガラスウェハを積層してガラス積層体を形成するステップ１００６とを含む（または実質的にこれらのステップから成る）。

【0020】

方法９００または方法１０００の幾つかの実施形態では、コーティングが、切り出されたガラスウェハおよび／またはガラスシートの１つ以上の表面上に適用される。幾つかの実施形態では、コーティングは、反射防止コーティング、反射コーティングまたは部分反射コーティングであってよい。幾つかの例示的な実施形態では、コーティングは、ＭｇＦ_２またはＡｌ_２Ｏ_３である。

【0021】

幾つかの実施形態では、ガラス特性は、反り、全体厚みムラ（ＴＴＶ）、湾曲度、およびウェッジのうちの少なくとも１つである。本明細書で使用される場合、「適合するガラス特性を選択するステップ」とは、最終的なガラス積層体の幾何学的平坦度値を最大化する反り値、ＴＴＶ値、湾曲度値および／またはウェッジ値を有するガラス部分を選択することをいう。幾つかの実施形態では、適合するガラス特性を選択するステップは、最終的なガラス積層体の幾何学的平坦度値を最大化する第２のガラス特性を有するガラスシートの選択された第２の部分が補償されるよう、第１のガラス特性を有するガラスシートの第１の部分を選択するステップを含むことができる。適合するガラス特性を選択するステップの一例は、最終的なガラス積層体の幾何学的平坦度値を最大化するために、凸状に湾曲したプロフィルを有するガラスシートの選択された第２の部分に適合するよう、凹状に湾曲したプロフィルを有するガラスシートの第１の部分を選択するステップを含みうる。

【0022】

反りは、平面からの逸脱によって特徴付けられるガラスシートの欠陥である。図７を参照すると、反りの説明に使用されるガラスウェハ７０２の概略図が示されており、この反りは、それぞれ、最高点７０８からガラスウェハ７０２の形状に適用された最小２乗焦点面７１０（破線）までの間で測定される最大距離７０４の絶対値と、最低点７１２から最小２乗焦点面７１０（破線）までの間で測定される最大距離７０６の絶対値の合計として定義される。最高点７０８と最低点７１２とは共にガラスウェハ７０２の同一面に対するものである。最小２乗焦点面７１０は、クランプされていない（自由状態にある）ガラスウェハ７０２の形状に適用されている。最小２乗焦点面７１０は次の方法によって決定される。平面が式ｚ＝Ａ＋Ｂｘ－Ｃｙによって決定される。次に、平面からの実データの偏差の２乗の合計の行列最小化によって、最小２乗平面のフィッティングが決定される。当該方法により、最小２乗値Ａ、ＢおよびＣが見いだされる。行列は、

【0023】

【数1】

【0024】

として決定される。Ａ、ＢおよびＣについてこの式を解くことにより、最小２乗フィッティングが完了する。

【0025】

図８を参照すると、クランプされていない（自由状態にある）ガラスウェハ８０２の全面８０８上の最大厚さ（Ｔｍａｘ）の隆起部８０４と最小厚さ（Ｔｍｉｎ）の隆起部８０６との間の差として定義されるＴＴＶを説明するために用いられるガラス８０２の概略図が示されている。

【0026】

「湾曲度」は、厚さのばらつきにかかわらず、ウェハの中心から測定されたウェハの凹量または変形量として定義される。

【0027】

ある例示的な実施形態では、ガラス物品１０２は、約１ｍｍ未満の厚さ（すなわち、第１の主面１１０から第２の主面１１２までの距離）を有する。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約０．１ｍｍ～約１ｍｍ、または約０．２ｍｍ～約１ｍｍ、または約０．３ｍｍ～約１ｍｍ、または約０．４ｍｍ～約１ｍｍ、または約０．５ｍｍ～約１ｍｍ、または約０．６ｍｍ～約１ｍｍ、または約０．７ｍｍ～約１ｍｍ、または約０．８ｍｍ～約１ｍｍ、または約０．９ｍｍ～約１ｍｍの厚さを有する。

【0028】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約０．１ｍｍ～約０．９ｍｍ、または約０．１ｍｍ～約０．８ｍｍ、または約０．１ｍｍ～約０．７ｍｍ、または約０．１ｍｍ～約０．６ｍｍ、または約０．１ｍｍ～約０．５ｍｍ、または約０．１ｍｍ～約０．４ｍｍ、または約０．１ｍｍ～約０．３ｍｍ、または約０．１ｍｍ～約０．２ｍｍの厚さを有する。

【0029】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約６１質量％～約６２質量％のＳｉＯ_２、約１８質量％～約１８．４質量％のＡｌ_２Ｏ_３、約７．１質量％～約８．３質量％のＢ_２Ｏ_３、約１．９質量％～約２．２質量％のＭｇＯ、約６．５質量％～約６．９質量％のＣａＯ、約２．５質量％～約３．６質量％のＳｒＯ、約０．６質量％～約１．０質量％のＢａＯ、および約０．１質量％～約０．２質量％のＳｎＯ_２を含む（またはこれらから成る、またはこれらから実質的に成る）。

【0030】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約６７．８モル％～約６８．２モル％のＳｉＯ_２、約１１．６モル％～約１１．９モル％のＡｌ_２Ｏ_３、約６．７モル％～約７．８モル％のＢ_２Ｏ_３、約３．１モル％～約３．６モル％のＭｇＯ、約７．０モル％～約７．６モル％のＣａＯ、約１．６モル％から約２．３モル％のＳｒＯ、約０．３モル％～約０．４モル％のＢａＯ、および約０．０５モル％～約０．２モル％のＳｎＯ_２を含む（またはこれらから成る、またはこれらから実質的に成る）。

【0031】

本明細書において説明しているガラス組成物では、ＳｉＯ_２が基本的なガラス形成剤として機能する。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約５５質量％～約６８質量％、または好ましくは約６１質量％～約６２質量％のＳｉＯ_２を含む。

【0032】

Ａｌ_２Ｏ_３は、本明細書において説明しているガラスを製造するために使用される別のガラス形成剤である。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約１６質量％～約２０質量％のＡｌ_２Ｏ_３を含む。

【0033】

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラス形成剤であると共に、溶融を補助して溶融温度を下げる融剤でもある。これは、液相温度および粘度の両方に影響を与える。ガラスの液相粘度を上げるために、Ｂ_２Ｏ_３の増量を使用することができる。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約６質量％～約９．５質量％の、または好ましくは約７．１質量％～約８．３質量％のＢ_２Ｏ_３を含む。

【0034】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は３つのアルカリ土類酸化物、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯを含む。アルカリ土類酸化物は、溶融、清澄化、成形、および最終用途にとって重要な様々な特性をガラスに付与する。

【0035】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約１質量％～約３質量％、または好ましくは約１．９質量％～約２．２質量％のＭｇＯを含む。

【0036】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約５．５質量％～約８質量％、または好ましくは約６．５質量％～約６．９質量％のＣａＯを含む。

【0037】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約１．５質量％～約４．５質量％、または好ましくは約２．５質量％～約３．６質量％のＳｒＯを含む。

【0038】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約０．１質量％～約２質量％、または好ましくは約０．６質量％～約１．０質量％のＢａＯを含む。

【0039】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約０．０１質量％～約０．５質量％、または好ましくは約０．１質量％～約０．２質量％のＳｎＯ_２を含む。

【0040】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５～約１．５１７の屈折率を有する。屈折率はｎ＝ｃ／ｖと定義され、ここで、ｃは真空中の光速であり、ｖは対象となる媒体中での光の位相速度である。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約５８９ｎｍの光学波長において約１．５１６～約１．５１７の屈折率を有する。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約５８９ｎｍの光学波長において約１．５１５５～約１．５１７５の屈折率を有する。

【0041】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約５７～約６７のアッベ数（Ｖ_Ｄ）を有する。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約６０～約６４のアッベ数（Ｖ_Ｄ）を有する。ここで使用しているように、アッベ数（Ｖ_Ｄ）は、Ｖ数または透明材料の収斂性としても知られており、材料分散の尺度（波長に対する屈折率の変動量）である。材料のアッベ数は、

【0042】

【数2】

【0043】

として定義され、ここで、ｎ_Ｄ、ｎ_Ｆおよびｎ_Ｃは、フラウンホーファーのＤスペクトル線、Ｆスペクトル線およびＣスペクトル線の波長（それぞれ５８９．３ｎｍ、４８６．１ｎｍ、および６５６．３ｎｍ）における材料の屈折率である。

【0044】

幾つかの実施形態では、本明細書において説明しているガラス物品は、平坦度および粗面性について評価される際の幾つかの測定基準によって特徴付けられる。このような測定基準としては、以下に限定されるものではないが、全体厚みムラ（ＴＴＶ）、反り、およびウェッジを挙げることができる。

【0045】

上述したように、全体厚みムラ（ＴＴＶ）は、定義された間隔ν、典型的にはガラスシートの幅全体にわたるガラスシートの最大厚さと最小厚さとの間の差をいう。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約５μｍ以下の全体厚みムラの形成時幾何学的特性を有する。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約３００ｍｍの構成要素直径にわたる約５μｍ以下の全体厚みムラの形成時幾何学的特性を有する。

【0046】

上で論じたように、反りは、（図１内に）ガラス物品１０２の１１８で示された負の面外最大値と、ガラス物品１０２の１１６で示された正の面外最大値との差である。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約２０μｍ以下の反りの形成時幾何学的特性を有する。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約３００ｍｍの構成要素直径にわたる約２０μｍ以下の反りの形成時幾何学的特性を有する。

【0047】

幾つかの実施形態では、構成要素とは、（例えば、２００ｍｍまたは３００ｍｍの直径の）ガラス物品１０２を形成する規定のサイズのガラスシート（またはその一部）をいう。幾つかの実施形態では、構成要素は、より大きな直径のガラスシート（例えば直径２００ｍｍまたは３００ｍｍ）から切り出されたガラス物品１０２をいう。

【0048】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約０．１分角以下のウェッジの形成時幾何学的特性を有する。本明細書で使用される場合、ウェッジとは、ガラス物品の外縁によって規定されるガラス物品の「機械的軸線」と光学面によって規定される光軸との間の非対称性をいう。

【0049】

幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、円形、長方形、正方形、三角形、または自由形状（例えば円形、長方形、正方形、三角形ではない任意の形状）を有する。平坦なガラス構成要素の形状は、平坦なガラス構成要素の製造に使用されるガラス成形技術／ガラス切り出し技術によってのみ制限される。

【0050】

幾つかの実施形態では、図１に示したように、ポリマー材料１０４は、ガラス物品１０２の第１の主面１１０上に（すなわち直接に接触するように）配置される。幾つかの実施形態では、ポリマー材料１０４は、ガラス物品１０２と同様の屈折率特性を有する。幾つかの実施形態では、ポリマー材料１０４は、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５～約１．５１７の屈折率を有する。幾つかの実施形態では、ポリマー材料１０４は、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１６～約１．５１７の屈折率を有する。幾つかの実施形態では、ガラス物品１０２は、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５５～約１．５１７５の屈折率を有する。

【0051】

幾つかの実施形態では、ポリマー材料は、少なくとも１つの光学構造体を含む。図２～図３は、本開示の幾つかの実施形態による少なくとも１つの光学構造体１０６を有するガラス－ポリマー積層体１００の概略図を示している。幾つかの実施形態では、光学構造体１０６は、ナノ複製技術およびホログラフィック技術などの技術を使用して形成することができる。図２は、表面レリーフ光学構造体を有するガラス－ポリマー積層体１００を示している。幾つかの実施形態では、表面レリーフ光学構造体は格子である。幾つかの実施形態では、光学構造体１０６は光学ホログラフィック構造体である。図３は、ポリマーのボリューム内に格子および光学ホログラフィック構造体（またはホログラム）などの複数の光学構造体を有するガラス－ポリマー積層体１００を示している。幾つかの実施形態では、ガラス－ポリマー積層体１００のポリマー材料１０４の層に複数のホログラムを記録することができる。

【0052】

幾つかの実施形態では、ガラス－ポリマー積層体は、図１～図３に示されているような単一のガラス物品１０２の層および単一の光学材料１０４の層に限定されない。幾つかの実施形態では、ガラス－ポリマー積層体は、複数のガラス物品１０２の層および／または複数の光学材料１０４の層を含むことができる。幾つかの実施形態では、複数のガラスポリマー層（例えば、ガラス－ポリマー－ガラス、またはガラス－ポリマー－ガラス－ポリマー）を積層して、ホログラフィックに規定される複数の光学構造体を積層体の別個の異なる物理的層内に作製することができる。例えば、図４は、本開示の幾つかの実施形態による光学構造体を有するガラス－ポリマー－ガラス積層体の概略図を示している。

【0053】

本明細書において説明している本開示の実施形態は、本明細書において説明している組成および属性を有するガラス物品を有利に提供する。任意の形状のガラス物品を作製する能力と組み合わされるこれらの属性は、例えば光導波体ベースの拡張現実用光学デバイスおよびモバイルデバイス向けの光導波体ベースのバックライトのような用途のための明らかな利点である。ガラスの光学属性と有利なガラス物品の形成時幾何学的属性とを組み合わせる能力により、積層体を出る光線の全てがその相対位置を維持するようにガラスプレート内部の光線角度を維持する導波体ソリューションへの最小コストでの道筋が得られる。

【0054】

一実施形態では、例示のガラスは、フュージョンプロセスによってシートへと製造される。フュージョンドロープロセスにより、高解像度ＴＦＴバックプレーンおよびカラーフィルタのための、表面媒介歪みが低減されかつファイアポリッシングされた無垢なガラス面を得ることができる。図５は、非限定的なフュージョンドロープロセスにおける成形マンドレルまたはアイソパイプの概略図である。図６は、図５の位置５０６付近のアイソパイプの概略的な断面図である。ガラスは、入口５０１から導入され、堰壁５０９により形成されたトラフ５０４の底部に沿って圧縮端部５０２へ流れる。ガラスは堰壁５０９を越えてアイソパイプの一方側へ流れ（図６を参照）、ガラスの２つの流れは基部５１０で合流または融合する。アイソパイプの一方端のエッジディレクタ５０３は、ガラスを冷却してビードと称される厚いストリップをエッジに形成するために使用される。圧延ロールを引くことによってビードが引き下ろされ、これにより高粘度でのシート形成が可能となる。シートがアイソパイプから引き離される速度を調節することにより、フュージョンドロープロセスを使用して、固定の溶融速度できわめて広範な範囲の厚さを生じさせることができる。

【0055】

ダウンドローシートドロープロセス、および特に参照により援用される米国特許第３３３８６９６号明細書および米国特許第３６８２６０９号明細書（共に整理番号）に記載のフュージョンプロセスを本明細書において使用することができる。何らかの特定の動作理論に拘束されるものではないが、フュージョンプロセスは研磨を必要としないガラス基板を作製可能であると考えられる。現行のガラス基板の研磨は、原子間力顕微鏡法によって測定される約０．５ｎｍ（Ｒａ）より大きい平均粗面度を有するガラス基板を作製することができる。フュージョンプロセスによって作製されるガラス基板は、原子間力顕微鏡法により測定される０．５ｎｍ未満の平均粗面度を有する。基板はまた、１５０ｐｓｉ（約１０３４ｋＰａ）以下の、光学リタデーションによって測定される平均内部応力を有する。当然ながら、本明細書に添付している特許請求の範囲は、これに限定されるものではないがフロート成形プロセスなどの他の成形プロセスにも同様に適用可能であるため、本明細書において説明している実施形態としてのフュージョンプロセスに限定されるべきではない。

【0056】

一実施形態では、例示のガラスは、フュージョンプロセスを使用してシート形態へと製造される。例示のガラスはフュージョンプロセスとの適合性を有するが、異なる製造プロセスによってシートまたは他の物品に製造することもできる。このようなプロセスには、スロットドロー、フロート、圧延、および当業者に公知の他のシート形成プロセスが含まれる。

【0057】

ガラスシートを作製するためのこれらの代替的方法と比べて、上述したフュージョンプロセスは、きわめて薄く、きわめて平坦であり、きわめて均一かつ無垢な表面を有するシートを作製することができる。スロットドロー法では、無垢な表面を得ることはできるものの、経時的なオリフィス形状の変化、オリフィス－ガラス界面における揮発性のデブリの蓄積、および真に平坦なガラスの供給のためのオリフィスの作製困難性のために、スロットドローされたガラスの寸法均一性および表面品質は概してフュージョンドローされたガラスに劣る。フロートプロセスは、きわめて大きく均一なシートを提供することはできるが、一方側がフロートバスに接触し、他方側がフロートバスからの凝縮生成物に曝されることで、実質的には表面が損なわれる。これは、高性能ディスプレイ用途での使用のためにフロートガラスが研磨されなければならないことを意味する。

【0058】

フュージョンプロセスは、ガラスの高温からの急速冷却を含む場合があり、高い仮想温度Ｔ_ｆが生じる。ここで、仮想温度とは、ガラスの構造状態と、関心対象の温度で完全に緩和している場合に想定される状態との間の差を表現していると考えることができる。ガラス転移温度Ｔ_ｇを有するガラスをプロセス温度Ｔ_ｐへ再加熱すると、Ｔ_ｐ＜Ｔ_ｇ≦Ｔ_ｆがガラスの粘度によって影響を受ける可能性がある。Ｔ_ｐ＜Ｔ_ｆのガラスの構造状態はＴ_ｐで平衡状態から外れ、ガラスはＴ_ｐの平衡状態にある構造状態へ向かって自発的に応力緩和する。当該緩和速度は、Ｔ_ｐでのガラスの有効粘度に反比例し、よって、高い粘度では低い緩和速度が生じ、低い粘度では高い緩和速度が生じる。有効粘度は、ガラスの仮想温度に対して反比例にて変化し、よって、ガラスの低い仮想温度では高い粘度が生じ、高い仮想温度では比較的低い粘度が生じる。したがって、Ｔ_ｐでの緩和速度はガラスの仮想温度に正比例する。高い仮想温度を導入するプロセスでは、ガラスをＴ_ｐで再加熱する際に比較的高い緩和速度が生じる。

【0059】

Ｔ_ｐにおける緩和速度を低下させる１つの手段は、その温度におけるガラスの粘度を上昇させることである。ガラスのアニール点は、ガラスの粘度が１０^１３．２Ｐ（約１０^１２．２Ｐａ・ｓ）となる温度を表す。温度がアニール点を下回ると、過冷却溶融物の粘度が増大する。Ｔ_ｇ未満の固定の温度では、アニール点が高いガラスは、アニール点が低いガラスよりも粘度が高い。したがって、アニール点を高めれば、Ｔ_ｐにおける基板ガラスの粘度を上げることができる。一般的に、アニール点を高めるために必要な組成の変更は、他の全ての温度での粘度も増大させる。非限定的な実施形態では、フュージョンプロセスによって製造されるガラスの仮想温度は、約１０^１１～１０^１２Ｐ（約１０^１０Ｐａ・ｓ～１０^１１Ｐａ・ｓ）の粘度に相当するので、フュージョンに適合性を有するガラスのアニール点の上昇は、一般的にその仮想温度も上昇させる。形成プロセスに関係なく、所与のガラスについて、仮想温度が高いほどＴ_ｇ未満の温度での粘度が低くなり、したがって、仮想温度を高めることは、そうでない場合にアニール点を高めることにより得られる粘度上昇に抗するように作用する。Ｔ_ｐにおける緩和速度を大きく変更するには、一般的に、アニール点を比較的大きく変更しなければならない。例示のガラスの一態様は、約７９０℃、約７９５℃、約８００℃または約８０５℃以上のアニール点を有することである。何らかの特定の動作理論に拘束されるものではないが、このような高いアニール点は、低温ＴＦＴ処理中、例えば典型的には低温ポリシリコンの急速サーマルアニールサイクル中の熱緩和速度を許容可能に低くすると考えられる。

【0060】

仮想温度への影響に加えて、アニール点の上昇は、溶融および形成システム全体の温度、特にアイソパイプ上の温度も上昇させる。例えば、ＥａｇｌｅＸＧ（登録商標）ガラスおよびＬｏｔｕｓ（商標）ガラス（Corning Incorporated, Corning, NY）は、約５０℃異なるアニール点を有し、これらがアイソパイプに供給される温度も約５０℃異なる。約１３１０℃より高い温度で長時間保持すると、アイソパイプを形成するジルコン耐火物が熱クリープを示し、この熱クリープがアイソパイプ自体の重量とアイソパイプ上のガラスの重量との加算によって加速されうる。例示のガラスの第２の態様は、それぞれの供給温度が約１３５０℃、または約１３４５℃、または約１３４０℃、または約１３３５℃、または約１３３０℃、または約１３２５℃、または約１３２０℃、または約１３１５℃、または約１３１０℃以下である。このような供給温度により、アイソパイプを交換する必要なしに製造活動を延長することができ、またはアイソパイプ交換の間の時間を延長することができる。

【0061】

特許請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対して様々な修正形態および変形形態が可能であることは当業者には明らかであろう。したがって、本明細書では、本明細書に記載の様々な実施形態の修正形態および変形形態も、当該修正形態および変形形態が添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲に該当する限り包含されることを意図している。

【0062】

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

【0063】

実施形態１
ガラス－ポリマー積層体を形成する方法であって、
ガラスシートを取得するステップと、
前記ガラスシートのうち適合するガラス特性を有する複数の部分を選択するステップであって、前記ガラス特性は、反り、湾曲度、全体厚みムラ（ＴＴＶ）、応力、およびウェッジのうちの少なくとも１つである、ステップと、
前記ガラスシートの選択された部分から複数のガラスウェハを切り出すステップと、
前記複数のガラスウェハを積層してガラス積層体を形成するステップと
を含む、方法。

【0064】

実施形態２
前記方法が、切り出された前記ガラスウェハの１つ以上の表面上にコーティングを適用するステップをさらに含み、前記コーティングは、反射防止コーティング、反射コーティング、または部分反射コーティングである、実施形態１記載の方法。

【0065】

実施形態３
前記ガラスウェハが、
約６１質量％～約６２質量％のＳｉＯ_２；
約１８質量％～約１８．４質量％のＡｌ_２Ｏ_３；
約７．１質量％～約８．３質量％のＢ_２Ｏ_３；
約１．９質量％～約２．２質量％のＭｇＯ；
約６．５質量％～約６．９質量％のＣａＯ；
約２．５質量％～約３．６質量％のＳｒＯ；
約０．６質量％～約１．０質量％のＢａＯ；および
約０．１質量％～約０．２質量％のＳｎＯ_２、
を含む、実施形態１から２までのいずれか１つ記載の方法。

【0066】

実施形態４
前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５～約１．５１７の屈折率を有する、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。

【0067】

実施形態５
前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１６～約１．５１７の屈折率を有する、実施形態１から４までのいずれか１つ記載の方法。

【0068】

実施形態６
前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５５～約１．５１７５の屈折率を有する、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の方法。

【0069】

実施形態７
前記ガラスウェハが、約５７～約６７のアッベ数（Ｖ_Ｄ）を有する、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の方法。

【0070】

実施形態８
前記ガラスウェハが、約６０～約６４のＶ_Ｄを有する、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の方法。

【0071】

実施形態９
前記ガラスウェハが、形成時幾何学的特性として、
（ａ）約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約５μｍ以下の全体厚みムラ；
（ｂ）約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約２０μｍ以下の反り；および
（ｃ）約０．１分角以下のウェッジ、
を有する、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の方法。

【0072】

実施形態１０
前記ガラスウェハが、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの厚さを有する、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の方法。

【0073】

実施形態１１
前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５～約１．５１７の屈折率を有するポリマー材料を含む表面を有する、実施形態１から１０までのいずれか１つ記載の方法。

【0074】

実施形態１２
前記ポリマー材料が少なくとも１つの光学構造体を含む、実施形態１１記載の方法。

【0075】

実施形態１３
前記光学構造体が表面レリーフ構造体を含む、実施形態１２記載の方法。

【0076】

実施形態１４
前記表面レリーフ構造体が格子を含む、実施形態１３記載の方法。

【0077】

実施形態１５
前記光学構造体が光学ホログラフィック構造体を含む、実施形態１４記載の方法。

【0078】

実施形態１６
前記光学構造体が、格子および光学ホログラフィック構造体を含む、実施形態１５記載の方法。

【0079】

実施形態１７
前記ガラス積層体は複数の交互のガラス層とポリマー材料層とを含む、実施形態１１記載の方法。

【0080】

実施形態１８
前記ガラス－ポリマー積層体の最終層がガラス物品層である、実施形態１７記載の方法。

【0081】

実施形態１９
前記ガラス－ポリマー積層体の最終層がポリマー材料層である、実施形態１７記載の方法。

【0082】

実施形態２０
ガラス－ポリマー積層体を形成する方法であって、
ガラスシートを取得するステップと、
前記ガラスシートの部分から複数のガラスウェハを切り出すステップと、
反り、湾曲度、全体厚みムラ（ＴＴＶ）およびウェッジのうちの少なくとも１つである適合するガラス特性を有する複数のガラスウェハを選択するステップと、
前記複数のガラスウェハを積層してガラス積層体を形成するステップと
を含む、方法。

【0083】

実施形態２１
前記方法が、切り出された前記ガラスウェハの１つ以上の表面上にコーティングを適用するステップをさらに含み、前記コーティングは、反射防止コーティング、反射コーティング、または部分反射コーティングである、実施形態２０記載の方法。

【0084】

実施形態２２
前記ガラスウェハが、
約６１質量％～約６２質量％のＳｉＯ_２；
約１８質量％～約１８．４質量％のＡｌ_２Ｏ_３；
約７．１質量％～約８．３質量％のＢ_２Ｏ_３；
約１．９質量％～約２．２質量％のＭｇＯ；
約６．５質量％～約６．９質量％のＣａＯ；
約２．５質量％～約３．６質量％のＳｒＯ；
約０．６質量％～約１．０質量％のＢａＯ；および
約０．１質量％～約０．２質量％のＳｎＯ_２、
を含む、実施形態２０から２１までのいずれか１つ記載の方法。

【0085】

実施形態２３
前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５～約１．５１７の屈折率を有する、実施形態２０から２２までのいずれか１つ記載の方法。

【0086】

実施形態２４
前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１６～約１．５１７の屈折率を有する、実施形態２０から２３までのいずれか１つ記載の方法。

【0087】

実施形態２５
前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５５～約１．５１７５の屈折率を有する、実施形態２０から２４までのいずれか１つ記載の方法。

【0088】

実施形態２６
前記ガラスウェハが、約５７～約６７のアッベ数（Ｖ_Ｄ）を有する、実施形態２０から２５までのいずれか１つ記載の方法。

【0089】

実施形態２７
前記ガラスウェハが、約６０～約６４のＶ_Ｄを有する、実施形態２０から２６までのいずれか１つ記載の方法。

【0090】

実施形態２８
前記ガラスウェハが、形成時幾何学的特性として、
（ａ）約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約５μｍ以下の全体厚みムラ；
（ｂ）約２００ｍｍの構成要素直径にわたる約２０μｍ以下の反り；および
（ｃ）約０．１分角以下のウェッジ、
を有する、実施形態２０から２７までのいずれか１つ記載の方法。

【0091】

実施形態２９
前記ガラスウェハが、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの厚さを有する、実施形態２０から２８までのいずれか１つ記載の方法。

【0092】

実施形態３０
前記ガラスウェハが、約５８９ｎｍの光学波長に約１．５１５～約１．５１７の屈折率を有するポリマー材料を含む表面を有する、実施形態２０から２９までのいずれか１つ記載の方法。

【0093】

実施形態３１
前記ポリマー材料が少なくとも１つの光学構造体を含む、実施形態３０記載の方法。

【0094】

実施形態３２
前記光学構造体が表面レリーフ構造体を含む、実施形態３１記載の方法。

【0095】

実施形態３３
前記表面レリーフ構造体が格子を含む、実施形態３２記載の方法。

【0096】

実施形態３４
前記光学構造体が光学ホログラフィック構造体を含む、実施形態３３記載の方法。

【0097】

実施形態３５
前記光学構造体が格子およびホログラムを含む、実施形態３３記載の方法。

【0098】

実施形態３６
前記ガラス積層体が、複数の交互のガラス層とポリマー材料層とを含む、実施形態３０記載の方法。

【0099】

実施形態３７
前記ガラス－ポリマー積層体の最終層がガラス物品層である、実施形態３６記載の方法。

【0100】

実施形態３８
前記ガラス－ポリマー積層体の最終層がポリマー材料層である、実施形態３６記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】