JP2020011880A - ガラス積層体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚れの付着を抑制することができるガラス積層体及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るガラス積層体は、第１面及び第２面を有するガラス板１と、前記ガラス板の第１面に積層され、表面に深さが２５〜２００ｎｍの凹凸を有する導電層２と、前記導電層の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層３と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス積層体及びその製造方法に関する。

特許文献１には、ガラス板の表面に導電層が形成されたガラス積層体が開示されている。このガラス積層体は、太陽電池用の透明基板として用いられ、導電層は、表面に微細な凹凸を有する酸化スズにより形成されている。

特開２０１４−１３３６６５号公報

ところで、上記のような導電性を有するガラス積層体は、太陽電池のみならず、タッチパネルなど、種々のデバイスに用いられる。このようなデバイスの表面は、指で触れられるほか、種々の部材が触れたり、擦られる可能性がある。このとき、擦られた部材が凹凸に残留し、これが汚れとなって目立つ可能性がある。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、汚れの付着を抑制することができるガラス積層体及びその製造方法を提供することを目的とする。

項１．第１面及び第２面を有するガラス板と、
前記ガラス板の第１面に積層され、表面に深さが２５〜２００ｎｍの凹凸を有する導電層と、
前記導電層の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層と、
を備えている、ガラス積層体。

項２．前記被覆層は、絶縁性の材料で形成され、前記導電層の表面の凸部の少なくとも一部が外部に露出するように、当該導電層に被覆されている、項１に記載のガラス積層体。

項３．前記被覆層は、導電性ポリマーを含有し、前記導電層の表面全体を覆うように被覆されている、項１に記載のガラス積層体。

項４．前記ガラス板及び前記導電層の端面には、面取り加工が施された加工面が形成されており、
前記被覆層は、前記導電層、及び前記加工面の少なくとも一部を覆うように被覆されている、項３に記載のガラス積層体。

項５．前記被覆層は、前記ガラス板の端面と前記第２面との境界まで延びるように被覆されている、項４に記載のガラス積層体。

項６．前記導電層は、フッ素を含有する酸化スズにより形成されている、項１から５のいずれかに記載のガラス積層体。

項７．電気抵抗値が、１５〜２５Ωである、項１から６のいずれかに記載のガラス積層体。

項８．可視光透過率が、８３〜８５％である、項１または２に記載のガラス積層体。

項９．項１から８のいずれかに記載のガラス積層体により構成されたタッチパネル用のカバーガラスを備えている、タブレットＰＣ。

項１０．項１から８のいずれかに記載のガラス積層体により構成されたタッチパネル用のカバーガラスを備えている、スマートフォン。

項１１．項１から８のいずれかに記載のガラス積層体により構成されたタッチパネル用のカバーガラスを備えている、スマートウォッチ。

項１２．溶融したガラス原料を、溶融金属上でガラスリボンへと成形するステップと、
前記溶融金属上の前記ガラスリボンの表面に、原料ガスを接触させることで、表面に深さが２５〜２００ｎｍの凹凸を有する導電層を形成するステップと、
前記導電層の表面の少なくとも一部を被覆層により被覆するステップと、
を備えている、ガラス積層体の製造方法。

項１３．前記原料ガスは、少なくとも、スズ化合物、水、酸素、及びフッ化水素を含有し、
前記導電層は、フッ素を含有する酸化スズにより形成されている、項１２に記載のガラス積層体の製造方法。

項１４．前記被覆層は、絶縁性の材料で形成され、前記導電層の表面の凸部の少なくとも一部が外部に露出するように、当該導電層に被覆される、項１２または１３に記載のガラス積層体の製造方法。

項１５．前記被覆層は、導電性ポリマーを含有し、前記導電層の表面全体を覆うように被覆される、項１２または１３に記載のガラス積層体の製造方法。

項１６．前記被覆層の被覆に先立って、前記ガラス板及び前記導電層の端面に、面取り加工を施すことで、加工面を形成するステップをさらに備えており、
前記被覆層は、前記導電層、及び前記加工面の少なくとも一部を覆うように被覆される、項１５に記載のガラス積層体の製造方法。

本発明によれば、汚れの付着を抑制することができる。

本発明に係るガラス積層体の第１実施形態を示す断面図である。 ガラス板の製造方法の一例を示す図である。 本発明に係るガラス積層体の第２実施形態を示す断面図である。 ガラス積層体に面取り加工による加工面を施した例を示す断面図である。 ガラス積層体に面取り加工による加工面を施した例を示す断面図である。 ガラス積層体の他の例を示す断面図である。

＜Ａ．第１実施形態＞
以下、本発明に係るガラス積層体の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜１．ガラス積層体の概要＞
図１は、本実施形態に係るガラス積層体の断面図である。図１に示すように、このガラス積層体は、ガラス板１と、このガラス板１の上面（第１面）に形成される導電層２と、この導電層２の表面に被覆される被覆層３と、を備えている。以下、各部材について説明する。

＜１−１．ガラス板＞
ガラス板１は、透明のフロート板ガラスなど、種々のガラスにより形成することができる。また、このガラス板１は、平坦に形成されており、厚みは、例えば、例えば、０．５〜１０ｍｍであることが好ましく、０．６〜５ｍｍであることがさらに好ましく、０．７〜３ｍｍであることが特に好ましい。

ガラス板１の組成は、従来の型板ガラス、建築用板ガラス、自動車用板ガラスなどの組成と同じであってもよい。具体的には、公知のソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス等を用いることができる。

＜１−２．導電層＞
導電層２は、透明の種々の材料で形成することができるが、例えば、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、二酸化ケイ素などで形成することができ、いずれもフッ素を含有したもの（ドープしたもの）とすることができる。例えば、酸化スズにより導電層２を形成する場合、導電層２における酸化スズの割合が、９０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、９５ｍｏｌ％以上であることがさらに好ましい。一方、フッ素の割合は、０．０１〜４ｍｏｌ％であることが好ましく、０．０２〜２ｍｏｌ％であることがさらに好ましい。

導電層２の厚みは、１００〜６００ｎｍであることが好ましく、１５０〜５００ｎｍであることがさらに好ましい。これは、導電層２の厚みによって抵抗値が変化するからであり、後述するような所望の抵抗値に応じて、導電層２の厚みを変化させればよい。

図１の拡大図に示すように、導電層２の表面には、微細な凹凸が形成されている。具体的には、深さが２５〜２００ｎｍ、さらに好ましくは深さが３０〜１５０ｎｍの凹凸が形成されている。ここでいう凹凸の深さとは、最大凸部（導電層２の厚さ方向に対して最も突出している凸部）と最大凹部（導電層２の厚さ方向に対して最も深く窪んだ凹部）との間の、導電層２の厚さ方向における距離が２５〜２００ｎｍの範囲内であるということを意味する。以下、凹凸の深さが記載されている場合は、前記内容を意味する。

上記のような凹凸は、種々の方法で形成することができるが、例えば、次のような方法で形成することができる。以下、上記のような凹凸を形成するための導電層２の製造方法の一例について説明する。ここでは、フッ素を含有する酸化スズにより導電層２を形成する場合について説明する。

この製造方法は、以下の工程を含む。
・溶融したガラス原料を、溶融金属上でガラスリボンへと成形する。
・溶融金属上のガラスリボンの表面に、スズ化合物、水（水蒸気）、酸素、フッ化水素を含有する原料ガスを吹き付ける。スズ化合物は、四塩化スズ等の無機スズ化合物、またはモノブチル三塩化スズ、ジメチルジクロライドスズを代表例とする有機スズ化合物を用いることができる。また、このときの処理温度は、例えば、５５０〜７５０℃とすることができる。

この方法は、例えば図２に示す装置を用いて実施できる。まず、フロート窯５１で溶融されたガラス原料（溶融ガラス）は、フロート窯５１からフロートバス５２に流れ出し、ガラスリボン１０となって溶融錫（溶融金属）５５上を移動して半固形となった後、ローラ５７により引き上げられて徐冷炉５３へと送り込まれる。徐冷炉５３で固形化したガラスリボンは、図示を省略する切断装置によって所定の大きさのガラス板１へと切断される。

溶融錫５５上の高温状態のガラスリボン１０の表面から所定距離を隔てて、所定個数のコータ５６（図示した装置では３つのコータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ）が、フロートバス５２内に配置されている。これらのコータ５６ａ〜５６ｃの少なくとも１つのコータから、ガラスリボン１０上に連続的に、上述した原料ガスが供給される。これにより、ガラスリボン１０の表面に、フッ素を含有した酸化スズの結晶が形成され、これが成長することで、導電層２が形成される。そして、この過程において、酸化スズの表面に凹凸が形成される。なお、導電層２の厚みや凹凸の深さは、原料ガスの濃度、温度、処理時間を適宜変更することで、調整することができる。

＜１−３．被覆層＞
被覆層３は、透明の材料により形成されている。また、図１の拡大図に示すように、被覆層３は、導電層２の表面全体に被覆されるのではなく、凹凸の凹部に被覆され、凸部（頂部）は被覆層３から突出するように被覆される。すなわち、ガラス積層体の表面は被覆層３で覆われているものの、導電層２の一部、つまり凸部が露出するように構成されている。但し、全ての凸部が露出していなくてもよく、わずかであれば、一部の凸部が被覆層３に覆われていてもよい。

被覆層３は、絶縁性の材料で形成され、特には限定されないが、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニアなどを含有する材料で形成することができる。特に、シリカは非晶質を作製しやすいため、結晶特有の粒子構造を取りにくいため、凹凸の凹部を均一に被覆するので好適である。

被覆層３を形成する方法は、特には限定されないが、例えば、ディップコート、ロールコート、スピンコートなどを用いて、導電層２の表面に被覆層３を被覆することができる。

＜２．ガラス積層体の物性＞
ガラス積層体の抵抗値は、１０〜３０Ω／□であることが好ましく、１２〜２５Ω／□であることがさらに好ましい。

また、ガラス積層体の可視光透過率は、例えば、波長３８０〜７８０ｎｍの光の平均透過率が８３〜９０％であることが好ましく、８５〜８８％であることがさらに好ましい。このような物性値は、後述する第２実施形態においても同等にすることができる。

＜２．特徴＞
上記のように形成されたガラス積層体は、次の効果を得ることができる。
（１）導電層２の表面の凹凸が被覆層３によって被覆されているため、見かけ上の凹凸の深さが浅くなる。そのため、ガラス積層体の表面を、他の部材で擦ったとき、その部材がちぎれたとしても、凹凸の凹部に残存しがたくなる。したがって、ガラス積層体の表面の汚れの付着を防止することができる。また、指でガラス積層体の表面をタッチしたときにも、汚れが付着するのを防止することができる。なお、汚れが凹凸に残留したとしても、凹凸が見かけ上、浅いため、拭き取りなどで残留物を簡単に除去することができる。特に、被覆層３をシリカのような硬い材料で形成すると、耐傷性も向上することができる。

（２）被覆層３は、導電層２の表面全体を覆うのではなく、導電層２の凸部が露出するように被覆されている。そのため、被覆層３が絶縁性を有していても、ガラス積層体の表面から露出する導電層２により、導電性能を担保することができる。

（３）導電層２の表面の凹凸の凹部に被覆層３が被覆されるため、凹凸の見かけ上の深さが浅くなる。これにより、ガラス積層体の表面に照射される光の拡散が減少し、これによって、可視光の透過率を向上することができる。例えば、酸化スズの場合、それ自体が高屈折率であり、最表面に来ると、反射率も高くなるい。ここに、低屈折率である被覆層を最表面に配置すると、反射率が低下し、透過率が向上する。

（４）このようなガラス積層体は、導電性が必要な、タブレットＰＣ、スマートフォン、スマートウォッチなどのタッチパネル用のカバーガラス、太陽電池用基板などに利用することができる。このような用途は、次に説明する第２実施形態においても同じである。

＜Ｂ．第２実施形態＞
以下、本発明に係るガラス積層体の第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

第２実施形態に係るガラス積層体は、第１実施形態のガラス積層体と、主として被覆層３の構成が相違し、ガラス板１及び導電層２の構成は同じである。したがって、以下では、相違点についてのみ説明を行う。

図３は第２実施形態に係るガラス積層体の断面図である。図３に示すように、第２実施形態に係るガラス積層体では、被覆層３が導電層２の表面全体を覆うように形成されている。すなわち、ガラス積層体の表面から導電層２は露出しない。但し、導電層２が完全に被覆されていなくてもよく、わずかであれば、一部の導電層２が露出していてもよい。

被覆層３は、透明の導電性ポリマーにより形成されている。具体的には、導電性ポリマーとして、例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）―ポリ（スチレンスルホナート）、ポリピロール、ポリアニリン等を用いることができるが、これに限定されない。したがって、ガラス積層体の表面は、導電層２が露出しなくても、被覆層３により導電性能を担保することができる。

被覆層３の形成方法は、例えば、第１実施形態で示したものを適宜用いることができる。

図４に示すように、ガラス積層体の端面には、面取り加工により加工面１０を形成することができる。加工面１０としては、例えば、図４に示すような、ガラス積層体における被覆層３が形成された側の表面から端面に亘って延びる傾斜面を形成することができる。あるいは、図５に示すように、ガラス積層体の端面を円弧状に形成することもできる。面取り加工は、例えば、グラインダーなどで行うことができる。

導電性ポリマーを被覆する場合、加工面１０にも導電性を持たせることができる。例えば、図６に示すように、導電層２を形成後、面取り加工を先に行い、その後、被覆層３を被覆する。このとき、被覆層３は、導電層２の表面だけでなく、加工面１０にも被覆する。これにより、ガラス積層体は、表面のみならず、端面にも導電性を持たせることができる。

したがって、特に、以下の効果を得ることができる。
（１）端面に導電性を持たせたガラス積層体は、配線を表面側まで施すことなく、端面での導通が可能である。したがって、例えば、タッチパネル用のカバーガラスとして有用である。

（２）特に、小面積のガラス積層体に導電性能を持たせる製品、例えば、タブレットＰＣ、スマートフォン、スマートウォッチなどのタッチパネル用のカバーガラスとして、本実施形態に係るガラス積層体を用いると、端面での導通が可能となるため、導通不良等の発生を抑えることができる。また、カバーガラスの表面を全面的に使用することができるため、意匠面でも有利になる。なかでも、スマートウォッチは、カバーガラスの面積が特に小さいため、本実施形態に係るガラス積層体をカバーガラスとして用いると、特に有利である。

（３）被覆層３は、ガラス積層体の端面全体、つまり、導電層２からガラス板１の端面と下面（第２面）との境界まで達するように被覆することができる。これにより、例えば、ガラス積層体の下側に電気部品が設けられている場合には、配線を設けることなく、ガラス積層体と電気部品とを導通させることができる。この観点から、被覆層３が、さらに、ガラス板１の下面の少なくとも一部を被覆するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、導電層２の凹凸が被覆層によって覆われているため、第１実施形態と同様に、汚れ防止効果を得ることができる。また、被覆層３が導電性を有しているため、上述した加工面のように、被覆層３によって覆われる部分に、導電性を持たせることができる。この場合、被覆層３は、ガラス板１及び導電層２の端面全体に被覆しなくてもよく、一部だけ（例えば、面取り加工がなされている部分のみ）でもよい。

＜Ｃ．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。また、以下の変形例は、適宜、組み合わせが可能である。

＜４−１＞
第１実施形態においては、被覆層３を絶縁材料によって形成しているが、第２実施形態と同様の導電性ポリマーなどで形成することもできる。また、第２実施形態と同様に、面取り加工を行うこともできる。

＜４−２＞
ガラス板１の形状は特には限定されず、種々の形状が可能である。すなわち、矩形状のほか、円形状、楕円状、多角形状、異形状など、種々の形状にすることができる。

上記の実施形態では、ガラス板１を平坦にしているが、プレス加工などで、湾曲させたり、Ｌ字状などに折り曲げることもできる。

＜４−３＞
ガラス板１のいずれかの面に、濃色のセラミックなどで遮蔽層を形成することができる。例えば、ガラス板２の周縁に遮蔽層を積層し、遮蔽層で囲まれた部分を透過領域として用いることができる。

１ ガラス板
２ 導電層
３ 被覆層
１０ 加工面

Claims (16)

1. 第１面及び第２面を有するガラス板と、
   前記ガラス板の第１面に積層され、表面に深さが２５〜２００ｎｍの凹凸を有する導電層と、
   前記導電層の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層と、
   を備えている、ガラス積層体。
2. 前記被覆層は、絶縁性の材料で形成され、前記導電層の表面の凸部の少なくとも一部が外部に露出するように、当該導電層に被覆されている、請求項１に記載のガラス積層体。
3. 前記被覆層は、導電性ポリマーを含有し、前記導電層の表面全体を覆うように被覆されている、請求項１に記載のガラス積層体。
4. 前記ガラス板及び前記導電層の端面には、面取り加工が施された加工面が形成されており、
   前記被覆層は、前記導電層、及び前記加工面の少なくとも一部を覆うように被覆されている、請求項３に記載のガラス積層体。
5. 前記被覆層は、前記ガラス板の端面と前記第２面との境界まで延びるように被覆されている、請求項４に記載のガラス積層体。
6. 前記導電層は、フッ素を含有する酸化スズにより形成されている、請求項１から５のいずれかに記載のガラス積層体。
7. 電気抵抗値が、１５〜２５Ωである、請求項１から６のいずれかに記載のガラス積層体。
8. 可視光透過率が、８３〜８５％である、請求項１または２に記載のガラス積層体。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のガラス積層体により構成されたタッチパネル用のカバーガラスを備えている、タブレットＰＣ。
10. 請求項１から８のいずれかに記載のガラス積層体により構成されたタッチパネル用のカバーガラスを備えている、スマートフォン。
11. 請求項１から８のいずれかに記載のガラス積層体により構成されたタッチパネル用のカバーガラスを備えている、スマートウォッチ。
12. 溶融したガラス原料を、溶融金属上でガラスリボンへと成形するステップと、
    前記溶融金属上の前記ガラスリボンの表面に、原料ガスを接触させることで、表面に深さが２５〜２００ｎｍの凹凸を有する導電層を形成するステップと、
    前記導電層の表面の少なくとも一部を被覆層により被覆するステップと、
    を備えている、ガラス積層体の製造方法。
13. 前記原料ガスは、少なくとも、スズ化合物、水、酸素、及びフッ化水素を含有し、
    前記導電層は、フッ素を含有する酸化スズにより形成されている、請求項１２に記載のガラス積層体の製造方法。
14. 前記被覆層は、絶縁性の材料で形成され、前記導電層の表面の凸部の少なくとも一部が外部に露出するように、当該導電層に被覆される、請求項１２または１３に記載のガラス積層体の製造方法。
15. 前記被覆層は、導電性ポリマーを含有し、前記導電層の表面全体を覆うように被覆される、請求項１２または１３に記載のガラス積層体の製造方法。
16. 前記被覆層の被覆に先立って、前記ガラス板及び前記導電層の端面に、面取り加工を施すことで、加工面を形成するステップをさらに備えており、
    前記被覆層は、前記導電層、及び前記加工面の少なくとも一部を覆うように被覆される、請求項１５に記載のガラス積層体の製造方法。