專利名稱：化學強化用玻璃及顯示裝置用玻璃板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及便攜式電話、便攜式信息終端(PDA)等移動設備、觸摸屏、大型液晶電視機等大型薄型電視機等顯示裝置，適合用于顯示裝置的覆蓋玻璃等的顯示裝置用玻璃板，及適合用于這種玻璃板的化學強化用玻璃。
背景技術：
近幾年，對于便攜式電話、PDA等移動設備、觸摸屏、液晶電視機等顯示裝置，越來越多地使用用于提高顯示器的保護及美觀的覆蓋玻璃(保護玻璃)。此外，對于液晶電視機等薄型電視機的覆蓋玻璃等，有時會進行形成具有例如防反射、防沖擊破損、電磁波屏蔽、近紅外線屏蔽、色調(diào)校正等功能的膜等表面加工。為了減少由薄型設計引起的差別化及移動的負擔，要求這種顯示裝置輕量和薄型化。因此，要求用于顯示器保護用的覆蓋玻璃也薄。但是，如果將覆蓋玻璃的厚度變薄，則強度降低，會在固定安裝型的情況下因為物體的飛來或落下引起的沖擊、或者在便攜設備的情況下因為使用中的落下等而導致覆蓋玻璃自身破裂，存在無法起到保護顯示裝置這一原有作用的問題。為了解決上述問題，考慮提高覆蓋玻璃強度，作為該方法，通常已知的有在玻璃表面形成壓縮應力層的方法。作為在玻璃表面形成壓縮應力層的方法，具有代表性的方法是通過風冷等將加熱至軟化點附近的玻璃板表面急速冷卻的風冷強化法(物理強化法)；以及在玻璃化溫度以下的溫度下，通過離子交換將玻璃板表面的離子半徑小的堿金屬離子(典型的是Li離子、Na離子)交換為離子半徑更大的堿離子(典型的是K離子)的化學強化法。如上所述，要求覆蓋玻璃的厚度薄。但是,如果對厚度小于作為覆蓋玻璃所要求的2mm的這種薄的玻璃板采用風冷強化法，則由于表面和內(nèi)部不易形成溫度差，因此難以形成壓縮應力層，無法獲得目標高強度的特性。因此，通常使用通過后者的化學強化法進行強化而得的覆蓋玻璃。作為這種覆蓋玻璃，廣泛使用對鈉鈣玻璃進行化學強化而得的覆蓋玻璃(例如參照專利文獻I)。鈉鈣玻璃廉價，而且具有能夠通過化學強化使在玻璃表面形成的壓縮應力層的表面壓縮應力S達到550MPa以上的特征，但是存在難以將壓縮應力層的厚度t (以下，也稱為壓縮應力層深度)制為30 μ m以上的問題。另外，后述的例27的玻璃為鈉鈣玻璃。于是，提出了對與鈉鈣玻璃不同的SiO2 - Al2O3 - Na2O類玻璃進行化學強化而得的覆蓋玻璃(例如參照專利文獻2、3)。上述SiO2 — Al2O3 — Na2O類玻璃(以下，稱為現(xiàn)有玻璃)具有下述特征不僅能夠使上述S達到550MPa以上，還能夠將上述t制成30 μ m以上。另外，后述的例28、29的玻璃為現(xiàn)有玻璃的例子。現(xiàn)有技術文獻
專利文獻專利文獻I:日本專利特開2007-11210號公報專利文獻2:美國專利申請公開第2009/0298669號說明書專利文獻3:美國專利申請公開第2008/0286548號說明書

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術問題移動設備從手中、口袋或包中掉落而在其覆蓋玻璃上產(chǎn)生損傷(壓痕)的機會較多，此外，有時也會有將掉落的移動設備踩踏、或者在將移動設備裝入口袋的情況下直接坐在移動設備上的情況，因此對覆蓋玻璃施加大負荷的機會也有很多。
液晶電視機、等離子電視機等薄型電視機，特別是尺寸為20英寸以上的大型的薄型電視機由于其覆蓋玻璃的面積大，因此產(chǎn)生損傷的機會也較多，此外，由于畫面大，因此以該損傷為破壞起點而破壞的可能性增大。還有，如果薄型電視機以壁掛類型使用，則還有落下的可能性，該情況下會對覆蓋玻璃施加大的負荷。觸摸屏在其使用時產(chǎn)生刮痕等損傷的機會較多。隨著更加廣泛地使用這種大小的顯示裝置的情況日益增多，則與使用次數(shù)少時相t匕，覆蓋玻璃發(fā)生破壞的現(xiàn)象數(shù)本身增加。已知如果使用維氏硬度計的維氏壓頭對目前所使用的現(xiàn)有玻璃制的化學強化覆蓋玻璃施加5kgf = 49N的力，則化學強化覆蓋玻璃發(fā)生破壞。本發(fā)明的目的是提供一種與現(xiàn)有的相比即使帶有損傷也難以破壞的顯示裝置用玻璃板。解決技術問題所采用的技術方案本發(fā)明提供一種化學強化用玻璃，其中，以下述氧化物基準的摩爾百分率表示，含有 65 85% 的 Si02、3 15% 的 Al203、5 15% 的 Na20、0 低于 2% 的 K20、0 15% 的MgO,O ~ I %的ZrO2, SiO2及Al2O3的含量的總和SiO2 +Al2O3為88%以下(以下，也將該化學強化用玻璃稱為本發(fā)明的玻璃)。另外，本說明書中，例如“65 85%”是指“65%以上且85%以下”的涵義，“O 低于2% ”是指“O%以上且低于2% ”的涵義。此外，本發(fā)明提供一種化學強化用玻璃，其中，以氧化物基準的摩爾百分率表示，含有 68 80% 的 Si02、4 10% 的 Al203、5 15% 的 Na20、0 1%的1(20、4 15% 的 MgO、O I %的ZrO2, SiO2及Al2O3的含量的總和SiO2 + Al2O3為85%以下。此外，本發(fā)明提供上述化學強化用玻璃，其中，SiO2為77%以下，Na2O為8%以上，MgO為4 14%，SiO2 + Al2O3為85%以下，含有CaO時其含量低于I %，并且用各成分的含量并利用下述式算出的R為O. 66以上(以下，也將該化學強化用玻璃稱為本發(fā)明的玻璃α ) 0R=O. 029 X SiO2 + O. 021 XAl2O3 + O. 016 XMgO — O. 004 X CaO + O. 016 X ZrO2 +
O.029XNa2O + OXK2O - 2. 002。此外，本發(fā)明提供上述化學強化用玻璃，其中，用各成分的含量并利用下述式算出的D為O. 18以上(以下，也將該化學強化用玻璃稱為本發(fā)明的玻璃β )。D=12. 8 — O. 123XSi02 — O. 160 XAl2O3 — O. 157XMg0 — O. 163 X ZrO2 —O.113 XNa2O0此外，本發(fā)明提供一種化學強化用玻璃，其中，使用維氏壓頭對制成厚度為Imm且經(jīng)化學強化的玻璃板的鏡面精加工表面施加98N的力時，該經(jīng)化學強化的玻璃板發(fā)生破壞的概率為10%以下。此外，本發(fā)明提供一種化學強化用玻璃，其中，使用努氏壓頭對制成厚度為Imm且經(jīng)化學強化的玻璃板的鏡面精加工表面施加196N的力時，該經(jīng)化學強化的玻璃板發(fā)生破壞的概率為10%以下(以下，也將該化學強化用玻璃稱為玻璃A)。此外，本發(fā)明提供上述化學強化用玻璃，其中，將制成厚度為Imm的玻璃板在4000C的KNO3中浸潰6小時時所得的表面壓縮應力記為S·，在450°C的KNO3中浸潰6小時時所得的表面壓縮應力記為S45tl,以下式表示的Λ為O. 21以下。Δ - (S40O — S450) /S400此外，本發(fā)明提供一種化學強化玻璃，其通過對上述化學強化用玻璃進行化學強化而得到。此外，本發(fā)明提供上述化學強化玻璃，其中，壓縮應力層厚度為10 μ m以上，表面壓縮應力為400MPa以上。 此外，本發(fā)明提供一種顯示裝置用玻璃板，其通過對由上述化學強化玻璃構成的玻璃板進行化學強化而得到。此外，本發(fā)明提供一種顯示裝置，其具有由上述顯示裝置用玻璃板構成的覆蓋玻
3 ο此外，本發(fā)明提供上述顯示裝置，其中，顯示裝置為移動設備、觸摸屏或尺寸為20英寸以上的薄型電視機。以往，化學強化玻璃的破壞容易度以上述S及上述t作為指標來考慮，但是，本發(fā)明人將化學強化玻璃本身帶有壓痕時的裂紋的發(fā)生容易度作為指標進行研究，從而完成了本發(fā)明。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可獲得能夠實現(xiàn)由化學強化引起的充分強度提高、而且不易以玻璃使用時產(chǎn)生的壓痕為起點而產(chǎn)生裂紋的化學強化用玻璃。此外，即使產(chǎn)生壓痕，玻璃的強度也難以降低，因此可以獲得即使對玻璃施加沖擊或靜負載等負荷也不易破裂的化學強化玻璃以及適合于這種化學強化玻璃的化學強化用玻璃。此外，還可獲得因化學強化處理前的損傷或玻璃加工時的潛在損傷及碎屑(chipping)引起的裂紋難以產(chǎn)生、以此為原因而引起的化學強化玻璃使用時自發(fā)破壞的可能性減少了的化學強化用玻璃。此外，可以獲得使用這種化學強化用玻璃作為覆蓋玻璃等顯示裝置用玻璃板的移動設備、觸摸屏、薄型電視機等顯示裝置。


圖I是表示根據(jù)玻璃組成計算而求得的R與由熔融鉀鹽中的Na濃度增加而引起的表面壓縮應力的降低比例r之間的關系的圖。
圖2是表示根據(jù)玻璃組成計算而求得的D與在400°C及450°C的溶融硝酸鉀鹽中將玻璃浸潰6小時時而得的表面壓縮應力的降低比例、即應力松弛率△之間的關系的圖。
具體實施例方式本發(fā)明的化學強化玻璃及顯示裝置用玻璃板均是通過對本發(fā)明的化學強化用玻璃進行化學強化而得到的，以下，統(tǒng)稱為本發(fā)明的強化玻璃。在用于顯示裝置等的情況下，本發(fā)明的強化玻璃的上述S通常為550MPa以上，典型的是650MPa以上。此外，玻璃的厚度低于2mm的情況下，優(yōu)選S為1400MPa以下。如果大于1400MPa，則有可能內(nèi)部拉伸應力變得過大。更優(yōu)選1300MPa以下，典型的是1200MPa以下。在用于顯示裝置等的情況下，優(yōu)選本發(fā)明的強化玻璃的表面壓縮應力層的厚度t 大于10 μ m,更優(yōu)選大于15 μ m,典型的是大于20 μ m。此外，強化玻璃的厚度低于2mm的情況下，優(yōu)選t為90 μ m以下。如果大于90 μ m，則有可能內(nèi)部拉伸應力變得過大。更優(yōu)選80 μ m以下，典型的是70 μ m以下。作為用于獲得本發(fā)明的強化玻璃的化學強化處理的方法，只要是能夠對玻璃表層的Na離子和熔融鹽中的K離子實施離子交換的方法則沒有特別限定，例如可例舉將玻璃浸潰在經(jīng)加熱的硝酸鉀(KNO3)熔融鹽中的方法。為形成具有玻璃所需的表面壓縮應力的化學強化層(壓縮應力層)的化學強化處理條件，如果是玻璃板，則隨其厚度等的不同而不同，但是，典型的是將玻璃基板在350 5500C的KNO3溶融鹽中浸潰2 20小時。從經(jīng)濟性的觀點考慮，優(yōu)選在350 500°C、2 16小時的條件下浸潰,更優(yōu)選的浸潰時間為2 10小時。優(yōu)選本發(fā)明的強化玻璃、特別是本發(fā)明的顯示裝置用玻璃板是即使用維氏硬度計的維氏壓頭施加5kgf = 49N的力也不發(fā)生破壞的玻璃,更優(yōu)選即使施加7kgf的力也不發(fā)生破壞的玻璃，特別優(yōu)選即使施加IOkgf的力也不發(fā)生破壞的玻璃。此外，優(yōu)選用維氏壓頭施加20kgf = 196N的力時的破壞率為20%以下，更優(yōu)選10%以下。此外，優(yōu)選本發(fā)明的強化玻璃、特別是本發(fā)明的顯示裝置用玻璃板是即使用努氏硬度計的努氏壓頭施加IOkgf = 98N的力也不發(fā)生破壞的玻璃。更優(yōu)選施加20kgf的力時的破壞率為10%以下，特別優(yōu)選施加30kgf的力時的破壞率為10%以下。另外，對將上述玻璃A化學強化而得的玻璃施加20kgf的力時的破壞率為10%以下。本發(fā)明的顯示裝置用玻璃板通?？赏ㄟ^對由本發(fā)明的化學強化用玻璃構成的玻璃板經(jīng)切割、開孔、研磨等加工而獲得的玻璃板進行化學強化而得到。本發(fā)明的顯示裝置用玻璃板的厚度通常為O. 3 2mm，典型的是I. 5mm以下。本發(fā)明的顯示裝置用玻璃板典型的是覆蓋玻璃。對由上述化學強化用玻璃構成的玻璃板的制造方法無特別限定，例如可以通過將各種原料適量混合，加熱至約1400 170(TC而熔融后，通過脫泡、攪拌等進行均質(zhì)化，采用公知的浮法、下拉法、加壓法等成形為板狀，退火后，切割成所需的尺寸來制造。優(yōu)選本發(fā)明的化學強化用玻璃、即本發(fā)明的玻璃的玻璃化溫度Tg為400°C以上。如果低于400°C，則導致離子交換時表面壓縮應力松弛，有可能無法獲得充分的應力。優(yōu)選本發(fā)明的玻璃的粘度達到102dPa · s時的溫度T2為1750°C以下。
優(yōu)選本發(fā)明的玻璃的粘度達到104dPa · s時的溫度T4為1350°C以下。優(yōu)選本發(fā)明的玻璃的比重P為2. 50以下。優(yōu)選本發(fā)明的玻璃的楊氏模量E為68GPa以上。如果低于68GPa，則有可能玻璃的耐裂性及破壞強度變得不充分。優(yōu)選本發(fā)明的玻璃的泊松比σ為O. 25以下。如果大于O. 25，則有可能玻璃的耐裂性變得不充分。接著，對上述本發(fā)明的玻璃α進行說明。如以上所述，通常用于化學強化的離子交換處理通過將含有鈉(Na)的玻璃浸潰在熔融鉀鹽中來進行，作為該鉀鹽，使用硝酸鉀或硝酸鉀與硝酸鈉的混合鹽。
離子交換處理中，進行玻璃中的Na和熔融鹽中的鉀⑷的離子交換，因此如果一邊持續(xù)使用相同的熔融鹽一邊重復離子交換處理，則熔融鹽中的Na濃度上升。如果熔融鹽中的Na濃度增高，則經(jīng)化學強化的玻璃的表面壓縮應力S降低，因此存在必須嚴格管理熔融鹽中的Na濃度以使化學強化玻璃的S不低于所需的值、而且必須頻繁進行熔融鹽的交換等問題。要求盡可能地減少這種熔融鹽的交換頻率，本發(fā)明的玻璃α是為了解決這種問題的優(yōu)選的本發(fā)明實施方式之一。本發(fā)明人考慮，通過將含Na玻璃浸潰在熔融鉀鹽中重復多次形成化學強化玻璃的離子交換而引起的熔融鉀鹽中的Na濃度上升、與此同時化學強化玻璃的表面壓縮應力逐漸變小的現(xiàn)象或許與含Na玻璃的組成之間存在關系，于是進行了如下所述的實驗。首先，準備以下29種玻璃板具有表I 3中以摩爾百分率表示的組成，厚度為I. 5mm,尺寸為20mmX20mm,兩面用氧化鋪進行鏡面研磨而得的玻璃板。這些玻璃的玻璃化溫度Tg(單位°C )在同一表中示出。另外，帶*的值是根據(jù)組成計算而求出的值。對該29種玻璃板進行在KNO3的含有比例為100%、溫度為400°C的熔融鉀鹽中浸潰10小時的離子交換，來制作化學強化玻璃板，測定其表面壓縮應力CSl (單位MPa)。另夕卜，玻璃A27是移動設備的覆蓋玻璃所使用的玻璃。此外，對該29種玻璃板進行在KNO3的含有比例為95%、NaN03的含有比例為5%、溫度為400°C的熔融鉀鹽中浸潰10小時的離子交換，來制作化學強化玻璃板，測定其表面壓縮應力CS2(單位MPa)。CSU CS2與它們的比r=CS2/CSl —起在表I 3的相應欄中示出，現(xiàn)有的覆蓋玻璃A27的r為O. 65。表I
玻璃 Ial I a 2 |A1 ~[A2[A3~[m~[AS~[μ[α ~IAS Slo^ 73. O 72. O 64. 3 64. 3 64. 3 64. 3 63. 8 63. 8 64. 3 64. 3 Al2O3 7.0 6.0 6. 5 7.0 6. 5 7.0 7.0 7. 5 6.0 6.0 MgO 6. O 10. O 11. O 11. O 11. O 11. O 11. O 11. O 11. 5 12. O CaO O O O. I O. I O. I O. I O. I O. I O. I O. I
權利要求
1.一種化學強化用玻璃，其特征在于，以下述氧化物基準的摩爾百分率表示，含有65 85% 的 Si02、3 15% 的 Al203、5 15% 的 Na20、0 低于 2% 的 K20、0 15% 的 MgO、O I %的ZrO2, SiO2及Al2O3的含量的總和SiO2 + Al2O3為88%以下。
2.如權利要求I所述的化學強化用玻璃，其特征在于，SiO2為68 80%,Al2O3為4 10 %，K2O 為 O I %，MgO 為 4% 以上，SiO2 + Al2O3 為 85 % 以下。
3.如權利要求I或2所述的化學強化用玻璃，其特征在于，不含CaO，或者含有CaO時其含量低于I %。
4.如權利要求I 3中任一項所述的化學強化用玻璃，用各成分的含量并利用下述式算出的D為O. 18以下。D=12. 8-0. 123 X SiO2 — O. 160 X Al2O3 — O. 157 XMgO — O. 163 X ZrO2 — O. 113 X Na2O
5.如權利要求I 3中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，SiO2為77%以下，Na2O為8%以上，MgO為3%以上，SiO2 +Al2O3為85%以下，含有CaO時其含量低于1%，并且用各成分的含量并利用下述式算出的R為O. 66以上。R=O. 029XSiO2 + O. 021 XAl2O3 + O. 016XMg0 — O. 004XCaO + O. 016XZrO2 +.O.029XNa2O + OXK2O — 2. 002
6.如權利要求I 3中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，SiO2為77%以下，Na2O為8%以上，MgO為3%以上，SiO2 +Al2O3為85%以下，含有CaO時其含量低于1%，不含1(20。
7.如權利要求I 6中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，SiO2+ Al2O3為75%以上。
8.如權利要求I 7中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，Al2O3為4.5%以上。
9.如權利要求I 8中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，SiO2為70 75%，Al2O3 為 5% 以上，Na2O 為 8% 以上，MgO 為 5 12%，SiO2 + Al2O3 為 77 83%。
10.如權利要求I 9中任一項所述的化學強化用玻璃,其特征在于,Al2O3為6%以下。
11.如權利要求I 10中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，MgO為8%以上。
12.如權利要求I 11中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，含有CaO、SrO、BaO及ZrO2中任意I種以上的成分時，該4種成分的含量的總和低于I. 5%。
13.如權利要求I 12中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，Si02、Al203、Na20及MgO的含量的總和為98%以上。
14.如權利要求I 13中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，使用維氏壓頭對制成厚度為1_且經(jīng)化學強化的玻璃板的鏡面精加工表面施加98N的力時，該經(jīng)化學強化的玻璃板發(fā)生破壞的概率為10%以下。
15.如權利要求I 13中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，使用努氏壓頭對制成厚度為Imm且經(jīng)化學強化的玻璃板的鏡面精加工表面施加196N的力時，該經(jīng)化學強化的玻璃板發(fā)生破壞的概率為10%以下。
16.如權利要求I 15中任一項所述的化學強化用玻璃，其特征在于，將制成厚度為Imm的玻璃板在400°C的KNO3中浸潰6小時時所得的表面壓縮應力記為S·，在450°C的KNO3中浸潰6小時時所得的表面壓縮應力記為S45tl,以下式表示的Λ為O. 21以下。A " (S400 — S450) /S400
17.一種化學強化用玻璃，其特征在于，使用維氏壓頭對制成厚度為Imm且經(jīng)化學強化的玻璃板的鏡面精加工表面施加98N的力時，該經(jīng)化學強化的玻璃板發(fā)生破壞的概率為10%以下。
18.—種化學強化用玻璃，其特征在于，使用努氏壓頭對制成厚度為Imm且經(jīng)化學強化的玻璃板的鏡面精加工表面施加196N的力時，該經(jīng)化學強化的玻璃板發(fā)生破壞的概率為10%以下。
19.一種化學強化用玻璃，其特征在于，將制成厚度為Imm的玻璃板在400°C的KNO3中浸潰6小時時所得的表面壓縮應力記為S_,在450°C的KNO3中浸潰6小時時所得的表面壓縮應力記為S450,以下式表示的A為O. 21以下。 A " (S4QO — S450) /S400
20.一種化學強化玻璃，其特征在于，該化學強化玻璃通過對權利要求I 19中任一項所述的化學強化用玻璃進行化學強化而得到。
21.如權利要求20所述的化學強化玻璃，其特征在于，壓縮應力層厚度為10μ m以上，表面壓縮應力為400MPa以上。
22.—種顯示裝置用玻璃板，其特征在于，該顯示裝置用玻璃板通過對由權利要求I 19中任一項所述的化學強化用玻璃構成的玻璃板進行化學強化而得到。
23.—種顯示裝置，其特征在于，該顯示裝置具有由權利要求22所述的顯示裝置用玻璃板構成的覆蓋玻璃。
24.如權利要求23所述的顯示裝置，其特征在于，顯示裝置為移動設備、觸摸屏或尺寸為20英寸以上的薄型電視機。
全文摘要
本發(fā)明提供即使帶有損傷也不容易破壞的用于化學強化玻璃的玻璃。一種化學強化用玻璃，其以下述氧化物基準的摩爾百分率表示，含有65～85％的SiO2、3～15％的Al2O3、5～15％的Na2O、0～低于2％的K2O、0～15％的MgO、0～1％的ZrO2，SiO2及Al2O3的含量的總和SiO2＋Al2O3為88％以下。
文檔編號G02F1/1333GK102892722SQ20118002440
公開日2013年1月23日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權日2010年5月19日
發(fā)明者秋葉周作, 小野和孝, 遠藤淳, 澤村茂輝, 中島哲也, 黑木有一 申請人:旭硝子株式會社