JP2014001100A

JP2014001100A - カバーガラス

Info

Publication number: JP2014001100A
Application number: JP2012137212A
Authority: JP
Inventors: Masaya Tsukazaki; 雅也塚▲崎▼; Tatsuya Oe; 達也大江
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-01-09

Abstract

【課題】機械的強度が高く、かつ製造コストが低いカバーガラスを提供すること。
【解決手段】板状のカバーガラスであって、表面、及び裏面には圧縮応力層が設けられ、一方で、端面には前記圧縮応力層が設けられておらず、端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが１０００ｎｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、カバーガラスに関する。

携帯電話やＰＤＡなどの携帯端末装置のディスプレイには、機器本体の薄型化、軽量化の要求により、一般的に、板厚０．７ｍｍ以下のガラス基板が用いられている。このような薄型ガラス基板をディスプレイとする携帯端末装置では、衝撃や外力が加わると、ディスプレイ自体が破損したり、変形などによって画像が乱れたりするという問題があった。

上記の問題に対しては、ディスプレイの保護を目的とする保護板を、携帯端末装置のディスプレイに取り付けることが行われており、例えば、特許文献１には、プラスティック製の保護板、例えば、透明性の高いアクリル樹脂製の保護板が提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、プラスティック製の保護板は、外力によって撓みやすく、耐久性を付与するためには保護板自体の厚みを厚くしなければいけないといった課題を有している。また、プラスティック製の保護板は、経時劣化によって透明性が損なわれる場合もあり、劣化による透明性の低下を長期にわたって防止でき、かつ厚みの薄い保護板に対する要求は高まりつつある。

このような状況下、保護板として、ガラス材料から構成されるカバーガラスが提案されており、例えば、特許文献２には、白ガラスから構成されるカバーガラスが提案されている。また、特許文献３には、板状のガラス基板をエッチングすることによって得られる、カバーガラスが提案されている。また、特許文献３には、カバーガラスの全面をさらにイオン交換処理によって化学強化処理せしめたものが提案されている。

特開２００４−２９９１９９号公報特開２００３−１４０５５８号公報特開２００９−１６７０８６号公報

ガラス材料から構成されるカバーガラスが破損した場合には、破片が飛散する等の問題があり、カバーガラスには通常の使用によって破損が生じない程度の強度が要求される。しかしながら、周知のガラス材料では強度が十分とは言えないのが現状である。ここで、特許文献３に提案がされているように、カバーガラスの全面をイオン交換処理によって化学処理した場合には、カバーガラスの強度を向上させ、上記破損等の発生を低減させることができる。一方で、上記特許文献３に提案がされているカバーガラスは、板状のガラス基板をエッチング加工して、個片化した後に化学強化処理を施すことでカバーガラスの強度を向上させるものであり、工程数が多く、製造コストが高いといった問題が存在する。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、機械的強度が高く、かつ製造コストが低いカバーガラスを提供することを主たる課題とする。

上記課題を解決するための本発明は、板状のガラス基板を含むカバーガラスであって、前記ガラス基板の表面、及び裏面には圧縮応力層が設けられ、一方で、前記ガラス基板の端面には前記圧縮応力層が設けられておらず、前記ガラス基板の端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが１０００ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、上記の発明において、前記圧縮応力層が、前記ガラス基板をイオン交換処理することで得られる圧縮応力層であってもよい。また、前記カバーガラスのＪＩＳＲ１６０１（２００８）で規定される機械的強度が４００ＭＰａ以上であってもよい。

本発明のカバーガラスによれば、カバーガラスを構成するガラス基板の端面には、圧縮応力層が設けられていないものの、該端面の算術平均粗さ（Ｒａ）が所定の範囲内に規定されていることから、機械的強度を満足させることができる。また、端面に圧縮応力層を設けることなく機械的強度を満足させることができ、製造コストの点でも優れる。

本発明のカバーガラスの一例を示す概略断面図である。本発明のカバーガラスの形状の一例を示す平面図である。本発明のカバーガラスの製造方法の一例を示す工程図である。一例の製造方法の各工程を説明するための概略断面図である。

以下、本発明のカバーガラスについて図面を用いて具体的に説明する。なお、図１は、本発明のカバーガラスの一例を示す概略断面図である。

＜＜カバーガラス＞＞
図１に示すように、本発明のカバーガラス１０は、板状のガラス基板１の表面、及び裏面に圧縮応力層５が設けられた構成をとる。さらに、本発明のカバーガラス１０は、ガラス基板１の端面には、圧縮応力層５が設けられておらず、ガラス基板１の端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが１０００ｎｍ以下であることを特徴とする。以下、カバーガラス１０の各構成について具体的に説明する。なお、本発明、及び本願明細書でいう、「ガラス基板１の裏面」とは、ガラス基板の面のうち、被対象物と接する側の面、例えば、携帯端末装置のディスプレイと、本発明のカバーガラス１０とが接する側の面をいい、「ガラス基板１の表面」とは、ガラス基板１の裏面と反対側に位置する面をいう。また、「ガラス基板１の端面」とは、上記ガラス基板１の表面、及び裏面とは異なる面をいう。

（ガラス基板）
ガラス基板１の材料について特に限定はなく、シリカガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラスなど従来公知のガラス材料を用いることができる。

なお、後述するように、イオン交換処理により化学強化を行うことで圧縮応力層５を形成する場合には、ガラス基板１には、イオン交換性能を有する成分等が含有されている。例えば、ガラス基板１として、アルミノシリケートガラスを用いる場合には、ＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）、Ｎａイオンと交換されるＬｉ₂Ｏ（酸化リチウム）や、Ｋイオンと交換されるＮａ₂Ｏ（酸化ナトリウム）等が含有されたものを挙げることができる。

ガラス基板１の厚みについて特に限定はないが、本発明のカバーガラス１０を携帯端末用途に用いる場合には、０.７ｍｍ以下であることが好ましい。なお、通常のガラス基板を０．７ｍｍ以下とした場合には、機械的強度が弱く、カバーガラス１０としての使用は困難であるが、本発明では、後述するように、ガラス基板１の表面、及び裏面に圧縮応力層５が設けられているとともに、圧縮応力層が設けられていないガラス基板１の端面の算術平均粗さが所定の範囲内に規定されていることから、ガラス基板１の厚みを０．７ｍｍ以下と非常に薄くした場合であっても機械的強度を満足させることができる。

ガラス基板１の形状についても特に限定はなく、図２（ａ）に示すように略矩形形状であってもよく、図２（ｂ）に示すように楕円形状、円形状であってもよい。また、図２（ｃ）に示すように、ガラス基板１の輪郭の一部が負の曲率を含む形状であってもよい。また、図２（ｄ）に示すように上記図２（ａ）〜（ｃ）の形状において、ガラス基板１の表面の一部が貫通孔７（図２（ｄ）における破線部）を有していてもよい。

ガラス基板１の大きさについても特に限定はなく、本発明のカバーガラス１０が用いられる用途に応じて適宜設定することができる。

また、本発明ではガラス基板１の端面には、後述する圧縮応力層５が設けられておらず、かつ、該端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）が１０００ｎｍ以下に規定されている。換言すれば、本発明のカバーガラス１０は、ガラス基板１の表面、及び裏面に圧縮応力層５を設け、一方で、ガラス基板１の端面に圧縮応力層５を設けずに、ガラス基板１の端面の粗さを上記範囲内に調整することによって、機械的強度を担保している。なお、ガラス基板１の表面、及び裏面に圧縮応力層５が設けられている場合であっても、ガラス基板１の端面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１０００ｎｍを超える場合には、カバーガラス全体としての機械的強度を満足させることができず、外力によってカバーガラスにキズ等が発生しやすくなる。ガラス基板１の表面、及び裏面に圧縮応力層５が設けられ、一方で端面に圧縮応力層５が設けられていないカバーガラスの製造方法の一例については後述する。

なお、ガラス基板１の端面の表面粗さは、非接触表面形状測定機（ＮｅｗＶｉｅｗＺｙｇｏ社製）を用いて、倍率１０倍（視野：１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）で測定したときの値である。表面粗さの測定では、ガラス基板の端面方向から、表面角部近傍、中央部近傍、裏面角部を長さ方向に対して数箇所測定した。後述する実施例、及び比較例のカバーガラスの端面の表面粗さの測定も同様にして行った。なお、倍率が高くなると粗さの山の正確な大きさを認識することができず、実際の粗さよりも低くなってしまう場合がある。したがって、高倍率で測定を行う場合には、倍率１０倍（視野：１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）で測定した後に、５０倍（視野：０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）、１００倍（視野：０．１ｍｍ×０．１ｍｍ）で測定することが望ましい。

（圧縮応力層）
図１に示すように、ガラス基板１の表面、及び裏面には圧縮応力層５が設けられている。本発明では、ガラス基板１の表面に圧縮応力層５を設けることで、カバーガラスの圧縮応力値を高め、外圧に対する機械的強度の向上を図っている。さらに、ガラス基板１の裏面にも圧縮応力層５を設けることで、カバーガラス搬送時における破損を防止せしめている。さらには、ガラス基板１の表面、及び裏面に圧縮応力層５を設けることで、圧縮応力のバランスをとることができ、カバーガラスに生じうる反り等の発生を防止せしめている。

圧縮応力層５は、ガラス基板１の圧縮応力値を高めることを目的とする層であり、この目的を達成することができるものであれば、従来公知の方法を適宜選択して形成可能である。例えば、ガラス基板１を化学的処理、或いは物理的処理を施すことで圧縮応力層５を形成することができる。なお、本発明における圧縮応力層５は、この方法によって形成されるものに限定されることはなく、ガラス基板１上に、圧縮応力値の高い別途の層を設けることによって実現することもできる。以下、化学的処理、物理的処理によって得られる圧縮応力層について説明する。

ガラス基板１に化学的処理を施すことで得られる圧縮応力層としては、イオン交換処理によって得られる圧縮応力層を挙げることができる。イオン交換処理とは、ガラス基板１中に存在するアルカリイオンを他のアルカリイオンに入れ替える方法である。具体的には、ガラス転移温度以下の溶融塩に、ガラス基板１を浸漬させ、ガラス基板１の内部のアルカリイオンを、よりイオン半径の大きいアルカリイオンと交換し、イオン半径の違いにより圧縮応力をガラス基板１の表面に発生させる方法である。

ガラス基板１に物理的処理を施すことで得られる圧縮応力層５としては、風冷強化法によって得られる圧縮応力層５を挙げることができる。風冷強化法とは、ガラス基板１の表面を軟化点付近まで加熱した後に、エアブローなどで急冷し、ガラス表面と内部の収縮スピードに差を持たせることで圧縮応力層５を形成する方法である。

圧縮応力層５は、化学的処理、物理的処理、或いは別途の層を設ける方法のいずれの方法によって形成されたものであってもよいが、化学的処理であるイオン交換法は、圧縮応力層５の厚みの制御が容易である点から、圧縮応力層５を形成する方法として好ましく用いることができる。

圧縮応力層５の厚みについても特に限定はないが、５μｍ以上であることが好ましく、１５μｍ以上であることが特に好ましい。特に、本発明のカバーガラス１０が、携帯端末用途である場合には、圧縮応力層５は深く形成されていることが好ましく、１５μｍ以上であることが好ましい。

なお、ガラス基板１に化学的処理、或いは物理的処理を施して圧縮応力層５を形成する場合における、「ガラス基板１の端面」とは、圧縮応力層５が存在しない領域のことを示す。例えば、図１に示す場合には、図中の符号（Ａ）領域が、ガラス基板１の端面となる。

上述したように本発明のカバーガラス１０の形状、大きさについて特に限定はないが、例えば、携帯端末の用途に用いられる場合等には、その大きさは、平面形状が、１００ｍｍ×１００ｍｍの輪郭内であり、厚みが０．７ｍｍ以下であることが好ましい。また、当該形状のカバーガラスのＪＩＳＲ１６０１（２００８）で規定される機械的強度は、４００ＭＰａ以上であることが好ましい。

また、カバーガラス１０の平面形状、及び厚みの何れか一方又は双方が、上記形状を超える大きさ（大型のカバーガラス）である場合には、以下の条件を満たしていることが好ましい。
条件：平面形状を１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚みを０．７ｍｍとしたカバーガラス１０のＪＩＳＲ１６０１（２００８）に規定される機械的強度が４００ＭＰａ以上となるときの、ガラス基板１の材質、圧縮応力層５の厚み、及び端面の算術平均粗さ（Ｒａ）となっていること。

なお、カバーガラス１０の機械的強度の測定には、（テンシロンＵＣＴ−５Ｔ、オリエンテック社製）を用いた。測定条件は、ＪＩＳＲ１６０１（２００８）に準拠し、固定形４点曲げ試験ジグを用い、ｌ（スモールＬ）、Ｌ、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ２７ｍｍ、８０ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍとした。後述する実施例、及び比較例のカバーガラスの機械的強度の測定も同様にして行った。

以上、本発明のカバーガラス１０について具体的に説明を行ったが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、各種の変更を加えてもよい。例えば、ガラス基板１の表面、裏面に設けられる圧縮応力層５の一方の層上に、タッチパネルセンサーとしての役割を付与する透明導電膜が設けられていてもよい。

＜＜カバーガラスの製造方法＞＞
次に、本発明のカバーガラスを得るための製造方法の一例について図３、図４を用いて説明する。図３は、本発明のカバーガラスの製造方法の一例を示す工程図であり、図４は、各工程を説明するための概略断面図である。なお、本発明のカバーガラス１０は、以下に示す実施形態によって製造されたものに限定されるものではない。また、図４では、説明の便宜上、各構成を誇張して示している。

ここで説明する一例のカバーガラスの製造方法は、マザーガラスを準備する準備工程（Ｓ１）と、マザーガラスの全面に圧縮応力層を形成する圧縮応力層形成工程（Ｓ２）と、圧縮応力層が形成されたマザーガラスにレジスト材を塗工する塗工工程（Ｓ３）と、レジスト材を耐エッチングマスクとして用いてエッチング加工し、所望の形状に個片化されたガラス基板を得るエッチング工程（Ｓ４）とを含み、エッチング工程（Ｓ４）では、ガラス基板の端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが１０００ｎｍ以下となるようにエッチング加工が行われる。上記工程によって、ガラス基板の表面、及び裏面に圧縮応力層が設けられ、一方で、ガラス基板の端面に圧縮応力層が設けられておらず、かつ、該ガラス基板の端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが１０００ｎｍ以下であるカバーガラスが製造される。以下、各工程について具体的に説明する。

（準備工程）
準備工程（Ｓ１）は、マザーガラスを準備する工程である。マザーガラスは、後述するエッチング工程によって得られるガラス基板の基となる板状のガラスであり、上記本発明のカバーガラスのガラス基板において説明した材料等を適宜選択して用いることができる。なお、マザーガラスの厚みは、最終的に得られるカバーガラスの厚みと同じ厚みとなり、したがって、マザーガラスの厚みは、この点を考慮して設定することができる。

（圧縮応力層形成工程）
圧縮応力層形成工程（Ｓ２）は、図４（ａ）に示すようにマザーガラスの全面に圧縮応力層を形成する工程である。図４（ａ）は、マザーガラス２０の全面に圧縮応力層５が形成された状態を示す概略断面図である。圧縮応力層を形成する方法としては、上述したイオン交換処理法や、風冷強化法等を用いることができる。圧縮応力層の好ましい厚みについても同様である。なお、これらの方法では、マザーガラスの全面、すなわち、表面、裏面、及び端面に圧縮応力層が形成される。

（塗工工程）
塗工工程（Ｓ３）は、図４（ｂ）に示すように圧縮応力層５が形成されたマザーガラス２０にレジスト材２５を塗工する工程である。レジスト材について特に限定はないが、処理性が良く、所望の解像性があるものを用いることが好ましい。また、レジスト材は、ポジ型のレジスト材であっても、ネガ型のレジスト材であってもよい。ポジ型のレジスト材としては、例えば、東京応化工業（株）製のＯＦＰＲ８００、ＴＦＲ−Ｈ、ＴＦＲ−７９０等を用いることができる。

レジスト材を塗工した後に、所望の形状パターンで露光し、これを現像することで図４（ｃ）に示すようにガラス基板の形状となるレジストパターンが形成される。なお、ここで形成されるレジストパターンは、最終的にカバーガラスの形状となるパターンである。

現像によってレジストパターンを形成するための現像液についても限定はない。例えば、レジスト材として東京応化工業（株）製のレジスト材ＯＦＰＲ８００等を用いる場合には、現像液として東京応化工業（株）製のＮＭＤ−３等を用いることで、露光された領域のレジスト材を除去することができる。

レジストパターンの形成は、圧縮応力層が設けられたマザーガラスの片面側にのみ行うこととしてもよいが、寸法安定性の点からは、図４（ｃ）に示すように、マザーガラス２０の両面に行うことが好ましい。

（エッチング工程）
エッチング工程（Ｓ４）は、レジスト材を耐エッチングマスクとして用いてエッチング加工し、所望の形状に切り抜くことで、表面、及び裏面に圧縮応力層５が設けられたガラス基板１を得る工程である。すなわち、個片化されたガラス基板１を得る工程である。本工程では、エッチング加工によって切り抜かれた部分、すなわち、個片化されたガラス基板の端面には圧縮応力層は存在しない。したがって、当該工程を経ることで得られるガラス基板は、図４（ｄ）に示すように表面、及び裏面に圧縮応力層が設けられ、端面に圧縮層が設けられていない構成をとる。

エッチング加工法についても特に限定はなく、湿式エッチング法、乾式エッチング法のいずれの方法も用いることができる。湿式エッチング法や乾式エッチング法に用いられるエッチング剤は、マザーガラスの材料を溶解侵食・食刻することができるものであればよい。湿式エッチング法に用いられるエッチング剤としては、フッ酸を主成分とする酸性溶液等を挙げることができる。乾式エッチング法に用いられるエッチング剤としては、フッ素系ガス等を挙げることができる。

エッチングレートや、エッチング時間についても特に限定はないが、少なくとも、マザーガラスを切り抜くことで得られるガラス基板の端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが１０００ｎｍ以下となるような条件でエッチング加工を行うことが好ましい。端面が上記粗さとなるような条件でエッチング加工を行うことで、エッチング加工後に、別途端面を上記粗さとするような平坦化処理等を行うことなく、機械的強度の高いガラス基板とすることができる。

最後に、残存したレジスト材を除去することで、図４（ｅ）に示すように、ガラス基板の表面、裏面に圧縮層が設けられ、一方で、ガラス基板の端面に圧縮応力層が設けられておらず、当該端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが１０００ｎｍ以下のカバーガラス１０が製造される。

得られるカバーガラス１０の機械的強度としては、上記本発明のカバーガラス１０で説明した好ましい機械的強度となっていることが好ましい。したがって、カバーガラスの製造にあたっては、機械的強度がこのような範囲内となるように、圧縮応力層の厚み、マザーガラスの材料、及び端面の算術平均粗さ（Ｒａ）を適宜設定することが望ましい。表面、及び裏面に圧縮応力層が設けられ、一方で、端面に圧縮応力層が設けられておらず、端面の算術平均粗さ（Ｒａ）が本発明の範囲内であれば、カバーガラスとしての十分な機能を発揮せしめることができる。

以下に実施例と比較例を挙げて本発明を説明する。なお、文中の「部」は特に断りの内限り質量基準である。

（実施例１）
厚みが０．７ｍｍの板状のマザーガラス（材質：アルミノシリケートガラス）を、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の溶融塩に浸漬させることで化学強化し、マザーガラスの表裏面に厚みが２０μｍの圧縮応力層を形成した。次いで、１００ｍｍ×１００ｍｍの四角形状にスクリーン印刷でレジストパターンのマスキングを施し、フッ酸を含む混合水溶液を用いたエッチングで切り抜くことで、１００ｍｍ×１００ｍｍに個片化された実施例１のカバーガラスを得た。得られたカバーガラスの端面の算術平均粗さを、非接触表面形状測定機（ＮｅｗＶｉｅｗＺｙｇｏ社製）を用いて測定（視野：１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）したところ、該カバーガラス端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａは６００ｎｍであった。また、実施例１のカバーガラスのＪＩＳＲ１６０１（２００８）で規定される機械的強度は４９０ＭＰａであった。

（比較例１）
厚みが０．７ｍｍの板状のマザーガラス（材質：アルミノシリケートガラス）を、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の溶融塩に浸漬させることで化学強化し、マザー基板の表裏面に厚みが２０μｍの圧縮応力層を形成した。次いで、ダイヤモンド刃のホイールカッターで、溝を形成し、この溝を起点として手作業で分割することで、１００ｍｍ×１００ｍｍに個片化されたカバーガラスを得た。このカバーガラスの端面を機械加工で研磨することで比較例１のカバーガラスを得た。得られたカバーガラスの端面の算術平均粗さを、非接触表面形状測定機（ＮｅｗＶｉｅｗＺｙｇｏ社製）を用いて測定（視野：１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）したところ、該カバーガラス端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａは４２００ｎｍであった。また、比較例１のカバーガラスのＪＩＳＲ１６０１（２００８）で規定される機械的強度は１５０ＭＰａであった。

１０・・・カバーガラス
１・・・ガラス基板
５・・・圧縮応力層
７・・・貫通孔
２０・・・マザーガラス
２５・・・レジスト材

Claims

板状のガラス基板を含むカバーガラスであって、
前記ガラス基板の表面、及び裏面には圧縮応力層が設けられ、一方で、前記ガラス基板の端面には前記圧縮応力層が設けられておらず、
前記ガラス基板の端面のＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される算術平均粗さＲａが１０００ｎｍ以下であることを特徴とするカバーガラス。
前記圧縮応力層が、前記ガラス基板をイオン交換処理することで得られる圧縮応力層であることを特徴とする請求項１に記載のカバーガラス。
前記カバーガラスのＪＩＳＲ１６０１（２００８）で規定される機械的強度が４００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカバーガラス。