JP5589252B2 - 強化ガラス基板 - Google Patents

Description

本発明は、強化ガラス基板に関するものであり、特に、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ（携帯端末）、或いはタッチパネルディスプレイに好適な強化ガラス基板に関するものである。

携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、或いはタッチパネルディスプレイといったデバイスは、ますます普及する傾向にある。

これらの用途に用いられるガラス基板には、高い機械的強度が求められる。従来、これらの用途には、イオン交換等で強化したガラス基板（所謂、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）。
特開２００６−８３０４５号公報 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

非特許文献１によると、ガラス組成中のＡｌ₂Ｏ₃含有量を増加させていくと、ガラスのイオン交換性能が向上し、ガラス基板の機械的強度を向上できることが記載されている。

しかし、ガラス組成中のＡｌ₂Ｏ₃含有量を増加させていくと、ガラスの耐失透性が悪化し、成形中にガラスが失透しやすくなり、ガラス基板の製造効率、品位等が悪化する。特に、ガラスの耐失透性が悪いと、オーバーフローダウンドロー法等の成形方法を採用することができず、ガラス基板の表面精度を高めることができない。それ故、ガラス基板の成形後、別途研磨工程を付加しなければならない。ガラス基板を研磨すると、ガラス基板の表面に微小な欠陥が発生しやすくなり、ガラス基板の機械的強度を維持し難くなる。

このような事情から、ガラスのイオン交換性能と耐失透性を両立することが困難であり、ガラス基板の機械的強度を顕著に向上させることが困難となっていた。

また、デバイスの軽量化を図るため、タッチパネルディスプレイ等のデバイスに用いられるガラス基板は、年々薄肉化されてきている。薄板のガラス基板は破損しやすいことから、ガラス基板の機械的強度を向上させる技術は益々重要になってきている。

そこで、本発明は、ガラスのイオン交換性能と耐失透性を両立させ、従来よりも機械的強度が高いガラス基板を得ることを技術的課題とする。

本発明者は、種々の検討を行った結果、ガラス組成にＴｉＯ_２を含有させることで高いイオン交換性能が発現することを見出した。また、Ａｌ_２Ｏ_３の適正含有量を定めた上で、Ａｌ_２Ｏ_３とアルカリ金属酸化物の合量を最適化し、且つＡｌ_２Ｏ_３とアルカリ金属酸化物のモル比（モル分率）を最適化することで、イオン交換性能を損なうことなく、ガラスの耐失透性を改善できることを見出し、本発明を提案するに至った。すなわち、本発明の強化ガラス基板は、表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、
ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であって、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆを含有せず、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする。

本発明の強化ガラス基板は、ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜１２．５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ７〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜８％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜８％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜２．７、（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０〜０．５５であって、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆを含有せず、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

本発明の強化ガラス基板は、表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０．５〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であり、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

本発明の強化ガラス基板は、ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜１２．５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０．５〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．０１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜２８．５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜２．７であり、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

本発明の強化ガラス基板は、表面の圧縮応力が１００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが１μｍ以上であることが好ましい。ここで、「表面の圧縮応力」および「圧縮応力層の厚み」は、表面応力計（株式会社東芝製ＦＳＭ−６０）を用いて試料を観察した際に、観察される干渉縞の本数とその間隔から算出される値を指す。なお、算出の際、屈折率は１．５２、光弾性定数は２８［（ｎｍ／ｃｍ）／ＭＰａ］として計算を行った（以下、同様）。

本発明の強化ガラス基板は、未研磨の表面を有することが好ましい。

本発明の強化ガラス基板は、オーバーフローダウンドロー法で成形されていることが好ましい。

本発明の強化ガラス基板は、液相温度が１３００℃以下であることが好ましい。ここで、「液相温度」は、ガラスを粉砕し、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時間保持した後、結晶が析出する温度を指す。

本発明の強化ガラス基板は、液相粘度が１０ ^５．３ ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。ここで、「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を指す。なお、液相温度が低く、液相粘度が高い程、ガラスの耐失透性に優れるとともに、ガラス基板の成形性に優れている。

本発明の強化ガラス基板は、密度が２．８ｇ／ｃｍ³以下であることが好ましい。ここで、「密度」は、周知のアルキメデス法で測定した値を指す。

本発明の強化ガラス基板は、ヤング率が６８ＧＰａ以上であることが好ましい。ここで、「ヤング率」は、共振法により測定した値を指す。

本発明の強化ガラス基板は、３０〜３８０℃における熱膨張係数が４０〜９５×１０^-7／℃であることが好ましい。ここで、「熱膨張係数」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を指す。

本発明の強化ガラス基板は、クラック発生率が６０％以下であることが好ましい。ここで、「クラック発生率」は、次のようにして測定した値を指す。まず湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重５００ｇに設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。このようにして圧子を２０回打ち込み、総クラック発生数を求めた後、（総クラック発生数／８０）×１００の式により求める。

本発明の強化ガラス基板は、タッチパネルディスプレイに用いることが好ましい。

本発明のガラスは、ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であって、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆを含有せず、厚みが１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることに特徴付けられる。

本発明のガラスは、ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０．５〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であり、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることに特徴付けられる。

本発明のガラスは、４３０℃のＫＮＯ₃溶融塩中で４時間イオン交換したとき、表面の圧縮応力が２００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが３μｍ以上になることが好ましい。ここで、「表面の圧縮応力」および「圧縮応力層の厚み」は、表面応力計（株式会社東芝製ＦＳＭ−６０）を用いて試料を観察した際に、観察される干渉縞の本数とその間隔から算出される値を指す。

本発明の強化ガラス基板は、その表面に圧縮応力層を有する。ガラス基板の表面に圧縮応力層を形成する方法には、物理強化法と化学強化法がある。本発明の強化ガラス基板は、化学強化法で圧縮応力層を形成することが好ましい。化学強化法は、ガラスの歪点以下の温度でイオン交換によりガラス基板の表面にイオン半径の大きいアルカリイオンを導入する方法である。化学強化法で圧縮応力層を形成すれば、ガラス基板の板厚が薄くても、良好に強化処理を施すことができ、所望の機械的強度を得ることができる。さらに、化学強化法で圧縮応力層を形成すれば、風冷強化法等の物理強化法の場合と異なり、ガラス基板に圧縮応力層を形成した後に、ガラス基板を切断しても、ガラス基板が破壊し難い。

イオン交換の条件は、特に限定されず、ガラスの粘度特性等を考慮して決定すればよい。特に、ＫＮＯ₃溶融塩中のＫ₂Ｏをガラス基板中のＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏとイオン交換すると、ガラス基板の表面に圧縮応力層を効率良く形成することができる。

本発明の強化ガラス基板において、ガラス組成を上記範囲に限定した理由を以下に説明する。なお、以下の％表示は、特に断りがある場合を除き、モル％を指す。

ＳｉＯ₂は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、その含有量は５０〜８５％、好ましくは５３〜７８％、より好ましくは５５〜７５％、更に好ましくは５８〜７０％である。ＳｉＯ₂の含有量が８５％より多くなると、ガラスの溶融、成形が難しくなったり、熱膨張係数が小さくなり過ぎて、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。一方、ＳｉＯ₂の含有量が５０％より少ないと、ガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下しやすくなる。さらに、ＳｉＯ₂の含有量が５０％より少ないと、ガラス化し難くなったり、ガラスの耐失透性が悪化しやすくなる。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの耐熱性、イオン交換性能およびヤング率を高くする効果がある成分であり、その含有量は７〜３０％である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が３０％より多くなると、ガラスに失透結晶が析出しやすくなったり、ガラスの熱膨張係数が小さくなり過ぎて、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。また高温粘性が高くなり、溶融性が悪化するおそれもある。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が７％より少ないと、十分なイオン交換性能を発揮できないおそれが生じる。上記観点から、Ａｌ_２Ｏ_３の好適な範囲は、上限が２０％以下、１６％以下、１２．５％以下、１１％以下、１０％以下、特に９％以下であり、下限が７％以上である。

Ｂ₂Ｏ₃は、ガラスの液相温度、高温粘度および密度を低下させる効果がある成分であるとともに、ガラスのヤング率やイオン交換性能を高める効果がある成分であり、その含有量は０〜７％、好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜３％、更に好ましくは０〜１％である。一方、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が７％より多いと、イオン交換によって表面にヤケが発生したり、ガラスの耐水性が悪化したり、低温粘性が低下し過ぎたり、或いは液相粘度が低下するおそれがある。

ＴｉＯ_２は、ガラスのイオン交換性能を高め、ガラス基板の機械的強度を向上させる効果を有する成分であり、本発明において必須成分である。また、ＴｉＯ_２は、ガラスの低温粘性を高め、高温粘性を低下させる効果を有する。すなわち、ＴｉＯ_２は、ガラスの粘性をショートにさせ、オーバーフローダウンドロー法で表面精度の高いガラス基板を成形しやすくさせる成分である。さらに、ＴｉＯ_２は、イオン交換に使用する溶融塩の長期安定性を向上させる効果を有する。しかし、ＴｉＯ_２の含有量が多くなり過ぎると、ガラスが失透しやすくなったり、着色しやすくなる。したがって、ＴｉＯ_２の含有量は０．００１〜１０％、好ましくは０．０１〜８％、より好ましくは０．５〜５％、更に好ましくは１〜５％、特に好ましくは１〜３．７６％である。なお、ＴｉＯ_２導入源として、ＴｉＯ_２原料を用いてもよいが、珪砂等に含まれる微量成分からＴｉＯ_２を含有させても差し支えない。

Ｌｉ_２Ｏは、イオン交換成分であるとともに、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を向上させる成分である。さらに、Ｌｉ_２Ｏは、ガラスのヤング率を向上させる効果を有するとともに、クラック発生率を低減させる効果がある成分である。Ｌｉ_２Ｏの含有量は０〜４．３１％、好ましくは０〜４．３１％、より好ましくは０．１〜４．３１％、更に好ましくは０．５〜４．３１％、である。Ｌｉ_２Ｏの含有量が４．３１％より多くなると、ガラスが失透しやすくなり、液相粘度が低下することに加えて、ガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。また歪点が低下し過ぎて耐熱性が悪化したり、かえってイオン交換性能が悪化する場合がある。

Ｎａ₂Ｏは、イオン交換成分であるとともに、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を向上させたり、クラック発生率を低減させたりする効果がある成分である。また、Ｎａ₂Ｏは、ガラスの耐失透性を改善する成分でもある。Ｎａ₂Ｏの含有量は０〜２０％、好ましくは７〜２０％、より好ましくは７〜１８％である。Ｎａ₂Ｏの含有量が２０％より多くなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。また、Ｎａ₂Ｏの含有量が多過ぎると、ガラス組成のバランスを欠き、かえってガラスの耐失透性が悪化する傾向がある。さらに、Ｎａ₂Ｏの含有量が２０％より多くなると、ガラスの歪点が低下し過ぎて耐熱性が悪化したり、かえってイオン交換性能が悪化する場合がある。

Ｋ₂Ｏは、イオン交換を促進する効果があるだけでなく、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高めたり、クラック発生率を低減させたりする効果がある成分である。また、Ｋ₂Ｏは、耐失透性を改善する成分でもある。Ｋ₂Ｏの含有量は０〜２０％、好ましくは０．５〜１０％、より好ましくは０．５〜８％、更に好ましくは１〜６％、特に好ましくは１〜５％、最も好ましくは２〜４％である。Ｋ₂Ｏの含有量が２０％より多くなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。また、Ｋ₂Ｏの含有量が多過ぎると、ガラス組成のバランスを欠き、かえってガラスの耐失透性が悪化しやすくなる。

本発明の強化ガラス基板において、高い液相粘度とイオン交換性能を両立するために、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏ＋Ａｌ₂Ｏ₃の含有量、モル分率（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）／Ａｌ₂Ｏ₃の値を規制することが重要である。さらに、本発明の強化ガラス基板において、モル分率（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ₂Ｏ₃の値および／またはＬｉ₂Ｏ／（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）の値を規制すれば、より高いレベルで液相粘度とイオン交換性能を両立することができる。

アルカリ金属成分Ｒ₂Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋから選ばれる１種以上、つまりＲ₂Ｏ＝Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）とＡｌ₂Ｏ₃の合量が多くなり過ぎるとガラスが失透しやすくなることに加えて、熱膨張係数が大きくなり過ぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。また歪点が低下し過ぎる場合がある。それ故、これらの成分の合量は、３５％以下、３０％以下、２９％以下、特に２８．５％以下であることが望ましい。一方、Ｒ₂Ｏ＋Ａｌ₂Ｏ₃の合量が少な過ぎると、ガラスのイオン交換性能や溶融性が悪化しやすくなる。それ故、これらの成分の合量は、１５％以上、１７％以上、１９％以上、２０％以上、特に２２％以上であることが望ましい。

上記範囲にＲ₂Ｏ＋Ａｌ₂Ｏ₃の合量を規制した上で、モル分率Ｒ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃の値を０．７〜３に規制することで、より効果的に、高い液相粘度と、高いイオン交換性能を有するガラスを得ることができる。モル分率Ｒ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃の値を０．７以上（好ましくは１以上、１．５以上、１．７以上、１．８以上、特に１．９以上）とすることで、液相温度が低下し、高い液相粘度を有するガラスが得られやすくなるとともに、ガラスの溶融性が向上し、その結果、オーバーフローダウンドロー法で成形を行いやすくなる。しかし、モル分率Ｒ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃の値が大き過ぎると、ガラスのイオン交換性能が悪化する傾向にある。また、モル分率Ｒ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃の値が大きくなり過ぎると、ガラスの歪点が低下して耐熱衝撃性が悪化したり、熱膨張係数が大きくなり過ぎて、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。そのため、モル分率Ｒ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃の値は、３以下、２．８以下、２．７以下、２．５以下、２．４以下、２．３以下、２．２以下、特に２．１以下であることが好ましい。

また、モル分率（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ₂Ｏ₃の値を０〜０．５５の範囲に規定することで、より高いレベルでイオン交換性能と耐失透性を両立しやすくなる。（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ₂Ｏ₃の値が０．５５より大きくなると、密度や熱膨張係数が高くなったり、耐失透性が悪化する傾向にある。

さらに、本発明の強化ガラス基板において、モル分率Ｌｉ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値、モル分率Ｎａ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値、モル分率Ｋ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値を適正化することで、ガラスの熱膨張係数、ヤング率、イオン交換性能、失透性、クラック発生率等の特性を調整することができる。特に、モル分率Ｌｉ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値は、ヤング率、失透性、イオン交換性能、クラック発生率等の特性への影響が大きい。モル分率Ｌｉ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値が高くなると、ヤング率が高くなったり、或いはクラック発生率が低下する傾向にあるが、ガラスの耐失透性が悪化し、液相粘度が低下するため、モル分率Ｌｉ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値は０．７以下、特に０．６以下であることが好ましい。また、ガラスの失透性を改善するために、モル分率Ｎａ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値を０．３〜１、好ましくは０．４〜１、特に０．５〜１とすることが好ましい。更にモル分率Ｋ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値を好ましくは０〜０．５、より好ましくは０〜０．４、さらに好ましくは０〜０．３、特に好ましくは０〜０．１１に規制することが好ましい。

本発明の強化ガラス基板において、ガラス組成として、上記成分に加えてＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｐ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂等の成分が添加可能である。なお、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｐ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂等の成分は任意成分である。

ＺｎＯは、本発明に係るガラス系に適量添加すれば、イオン交換性能を顕著に向上させる効果がある成分である。また、ＺｎＯは、ガラスの高温粘度を低下させたり、ヤング率を向上させる効果がある成分である。ＺｎＯの含有量は０〜１５％、好ましくは０〜１２％、より好ましくは０〜１０％、更に好ましくは０．０１〜８％、最も好ましくは０．５〜６％である。ＺｎＯの含有量が１５％より多くなると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎることに加えて、ガラスの耐失透性が悪化したり、クラック発生率が高くなる傾向にある。

アルカリ土類金属成分Ｒ’Ｏ（Ｒ’はＣａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる１種以上）、つまりＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯは、種々の目的で添加可能な成分である。しかし、アルカリ土類金属成分Ｒ’Ｏが多くなると、ガラスの密度や熱膨張係数が高くなったり、耐失透性が悪化したりすることに加えて、クラック発生率が高くなったり、イオン交換性能が悪化する傾向がある。それ故、アルカリ土類金属成分Ｒ’Ｏの含有量は０〜６％である。

ＭｇＯは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高めたりする成分である。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向上させる効果が比較的高いため、その含有量を０〜１０％とすることができる。しかし、ＭｇＯの含有量が多くなると、ガラスの密度、熱膨張係数およびクラック発生率が高くなったり、ガラスが失透しやすくなったりする傾向がある。したがって、その含有量は、９％以下、６％以下、４％以下であることが望ましい。

ＣａＯは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高めたりする成分であり、その含有量を０〜１％とする。しかし、ＣａＯの含有量が多くなると、ガラスの密度、熱膨張係数およびクラック発生率が高くなったり、ガラスが失透しやすくなったりする傾向がある。したがって、その含有量は０．８％以下、特に０．５％以下が望ましく、理想的には実質的に含有しないことが望ましい。ここで、「ＣａＯを実質的に含有しない」とは、ガラス組成中のＣａＯの含有量が０．２％以下の場合を指す。

ＳｒＯは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を向上させたり、歪点やヤング率を高めたりする成分であり、その含有量を０〜１０％とすることができる。しかし、ＳｒＯの含有量が多くなると、ガラスの密度、熱膨張係数およびクラック発生率が高くなったり、ガラスが失透しやすくなったり、更にはイオン交換性能が悪化する傾向がある。したがって、その含有量は、８％以下、５％以下、３％以下、１％以下、０．８％以下、特に０．５％以下が望ましく、理想的には実質的に含有しないことが望ましい。ここで、「ＳｒＯを実質的に含有しない」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。

ＢａＯは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を向上させたり、歪点やヤング率を高めたりする成分であり、その含有量を０〜３％とすることができる。しかし、ＢａＯの含有量が多くなると、ガラスの密度、熱膨張係数およびクラック発生率が高くなったり、ガラスが失透しやすくなったり、更にはイオン交換性能が悪化する傾向がある。また、ＢａＯは、その原料である化合物が環境負荷物質であることから、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。したがって、その含有量は、２．５％以下、２％以下、１％以下、０．８％以下、特に０．５％以下が望ましく、理想的には実質的に含有しないことが望ましい。ここで、「ＢａＯを実質的に含有しない」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。

ＺｒＯ₂は、ガラスの歪点やヤング率を向上させ、イオン交換性能を向上させる成分であり、その含有量を０〜５％とすることができる。しかし、ＺｒＯ₂の含有量が多くなると、ガラスの耐失透性が悪化する。特に、オーバーフローダウンドロー法で成形する場合には、成形体との界面にＺｒＯ₂に起因する結晶が析出し、長期に亘る操業中にガラス基板の生産性を低下させるおそれが生じる。ＺｒＯ₂の好適な範囲は、０〜５％（望ましくは０〜３％、０〜１．５％、０〜１％、０〜０．８％、０〜０．５％、特に０〜０．１％）である。

Ｐ₂Ｏ₅は、ガラスのイオン交換性能を高める成分であり、特に、圧縮応力厚みを深くする効果が大きいため、その含有量を０〜８％とすることができる。しかし、Ｐ₂Ｏ₅の含有量が多くなると、ガラスが分相したり、耐水性が悪化したりするため、その含有量は５％以下、４％以下、３％以下であることが好ましい。

Ｒ’Ｏの合量をＲ₂Ｏの合量で除した値が大きくなると、クラック発生率が高くなるとともに、ガラスの耐失透性が悪化する傾向が現れる。それ故、モル分率でＲ’Ｏ／Ｒ₂Ｏの値を０．５以下、０．４以下、０．３以下、０．２以下、０．１以下に規制することが望ましい。

さらに、ガラスの特性を大きく損なわない範囲で他の成分を添加することができる。例えば清澄剤としてＳＯ₃、Ｃｌ、ＣｅＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃およびＳｎＯ₂の群から選択された一種または二種以上を０〜３％含有させてもよい。Ａｓ₂Ｏ₃やＦも清澄効果を奏するが、環境に対し悪影響を与えるおそれがあるため、できるだけ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、Ｓｂ₂Ｏ₃は、Ａｓ₂Ｏ₃に比べ、その毒性は低いが、環境的観点から使用を制限するのが好ましい場合もあり、実質的に含有しないことが好ましい場合もある。また、環境的観点および清澄効果を考慮すれば、清澄剤として、ＳｎＯ₂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、「Ａｓ₂Ｏ₃を実質的に含有しない」とは、ガラス組成中のＡｓ₂Ｏ₃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。「Ｓｂ₂Ｏ₃を実質的に含有しない」とは、ガラス組成中のＳｂ₂Ｏ₃の含有量が０．１％以下の場合を指す。一方、Ｓｂ₂Ｏ₃やＳＯ₃は清澄剤の中では、ガラスの透過率の低下を抑制する効果が高いため、高透過率が求められる用途においては清澄剤としてＳｂ₂Ｏ₃＋ＳＯ₃を０．００１〜５％程度含有させることが好ましい。

Ｎｂ₂Ｏ₅やＬａ₂Ｏ₃等の希土類酸化物は、ガラスのヤング率を高める成分である。しかし、原料自体のコストが高く、また多量に含有させると耐失透性が悪化する。それ故、それらの含有量は、３％以下、２％以下、１％以下、特に０．５％以下に制限することが望ましく、理想的には実質的に含有しないことが望ましい。ここで、「希土類酸化物を実質的に含有しない」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。

なお、本発明において、Ｃｏ、Ｎｉ等のガラスを強く着色するような遷移金属元素は、ガラス基板の透過率を低下させるため好ましくない。特に、タッチパネルディスプレイ用途に用いる場合、遷移金属元素の含有量が多いと、タッチパネルディスプレイの視認性が損なわれる。具体的には０．５％以下、０．１％以下、特に０．０５％以下となるよう、原料、或いはカレットの使用量を調整することが望ましい。また、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。

各成分の好適な含有範囲を適宜選択し、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）モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜１２．５％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ７〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜８％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜８％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ ２０〜２９％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、且つモル分率で（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が１．５〜２．５であり、（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０〜０．５であって、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯ、ＢａＯを含有しないガラス、
（２）モル％でＳｉＯ_２ ５５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜１１％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ７〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜８％、ＴｉＯ_２ ０．０１〜５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜３％、ＺｎＯ ０〜１０％、ＺｒＯ_２ ０〜５％、ＭｇＯ ０〜５．５％、ＣａＯ ０〜１％、ＳｒＯ ０〜５％、Ｐ_２Ｏ_５ ０〜３％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ ２２〜２８．５％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、且つモル分率で（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が１．８〜２．４であり、（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０〜０．５であって、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯ、ＢａＯを含有しないガラス、
（３）モル％でＳｉＯ_２ ５５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜９％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ７〜１８％、Ｋ_２Ｏ ０〜７％、ＴｉＯ_２ ０．０１〜５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜１％、ＺｎＯ ０〜６％、ＺｒＯ_２ ０〜５％、ＭｇＯ ０〜４．５％、ＣａＯ ０〜１％、ＳｒＯ ０〜５％、Ｐ_２Ｏ_５ ０〜０．５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ ２２〜２８．５％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、且つモル分率で（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が１．９〜２．４であり、（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０〜０．５であって、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆ、ＰｂＯ、ＢａＯを含有しないガラス、
（４）モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜１２．５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０．５〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜１５％、Ｋ_２Ｏ ０〜１０％、ＴｉＯ_２ ０．１〜１０％、ＺｎＯ ０〜１０％、ＺｒＯ_２ ０〜５％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１％、ＳｒＯ ０〜５％、ＢａＯ ０〜１％、Ｐ_２Ｏ_５ ０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ ２０〜２８．５％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、且つモル分率で（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が１．５〜２．５であり、実質的にＦを含有しないガラス、
（５）モル％でＳｉＯ_２ ５８〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜１１％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜３％、Ｌｉ_２Ｏ ３〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ６〜１１％、Ｋ_２Ｏ ０〜４％、ＴｉＯ_２ ０．１〜４％、ＺｎＯ ０〜１０％、ＺｒＯ_２ ０〜１％、ＭｇＯ ０〜９％、ＣａＯ ０〜１％、ＳｒＯ ０〜３％、ＢａＯ ０〜１％、Ｐ_２Ｏ_５ ０〜３％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ ２２〜２８．５％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、且つモル分率で（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が１．８〜２．３であり、実質的にＦを含有しないガラスが挙げられる。

ガラス組成を上記範囲内に規制すれば、ガラスの耐失透性を大幅に改善できるとともに、オーバーフローダウンドロー法による成形に必要な粘度特性を的確に確保でき、且つイオン交換性能を顕著に向上させることができる。

本発明の強化ガラス基板は、上記ガラス組成を有するとともに、ガラス表面に圧縮応力層を有している。圧縮応力層の圧縮応力は、１００ＭＰａ以上が好ましく、３００ＭＰａ以上がより好ましく、４００ＭＰａ以上が更に好ましく、５００ＭＰａ以上が更に好ましく、６００ＭＰａ以上が特に好ましく、７００ＭＰａ以上が最も好ましい。圧縮応力が大きくなるにつれて、ガラス基板の機械的強度が高くなる。一方、ガラス基板表面に極端に大きな圧縮応力が形成されると、基板表面にマイクロクラックが発生し、かえってガラスの強度が低下するおそれがあるため、圧縮応力層の圧縮応力の大きさは、２０００ＭＰａ以下とするのが好ましい。

圧縮応力層の厚みは、１μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がより好ましく、５μｍ以上が更に好ましく、１０μｍ以上が特に好ましく、１５μｍ以上が最も好ましい。圧縮応力層の厚みが大きい程、ガラス基板に深い傷がついても、ガラス基板が割れにくくなる。一方、ガラス基板表面に極端に大きな圧縮応力層が形成されると、ガラス基板を切断しにくくなるため、圧縮応力層の厚みは、５００μｍ以下とするのが好ましい。

本発明の強化ガラス基板は、板厚が１．５ｍｍ以下であり、０．７ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以下であることが好ましい。ガラス基板の板厚が薄い程、ガラス基板を軽量化することできる。また、本発明の強化ガラス基板は、板厚を薄くしても、ガラス基板が破壊しにくい利点を有している。

本発明の強化ガラス基板は、未研磨の表面を有することが好ましい。ガラスの理論強度は本来非常に高いのであるが、理論強度よりも遥かに低い応力でも破壊に至ることが多い。これは、ガラス基板の表面にグリフィスフローと呼ばれる小さな欠陥がガラスの成形後の工程、例えば研磨工程等で生じるからである。それ故、強化ガラス基板の表面を未研磨とすれば、本来のガラス基板の機械的強度を損ない難くなり、ガラス基板が破壊し難くなる。また、ガラス基板の表面を未研磨とすれば、ガラス基板の製造工程で研磨工程を省略できるため、ガラス基板の製造コストを下げることができる。本発明の強化ガラス基板において、ガラス基板の両面全体を未研磨とすれば、ガラス基板が更に破壊し難くなる。また、本発明の強化ガラス基板において、ガラス基板の切断面から破壊に至る事態を防止するため、ガラス基板の切断面に面取り加工等を施してもよい。

本発明に係るガラス基板は、所望のガラス組成となるように調合したガラス原料を連続溶融炉に投入し、ガラス原料を１５００〜１６００℃で加熱溶融し、清澄した後、成形装置に供給した上で溶融ガラスを板状に成形し、徐冷することにより製造することができる。

本発明に係るガラス基板は、オーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましい。オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を成形すれば、未研磨で表面品位が良好なガラス基板を製造することができる。その理由は、オーバーフローダウンドロー法の場合、ガラス基板の表面となるべき面は樋状耐火物に接触せず、自由表面の状態で成形されることにより、無研磨で表面品位が良好なガラス基板を成形できるからである。ここで、オーバーフローダウンドロー法は、溶融状態の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製造する方法である。樋状構造物の構造や材質は、ガラス基板の寸法や表面精度を所望の状態とし、ガラス基板に使用できる品位を実現できるものであれば、特に限定されない。また、下方への延伸成形を行うためにガラス基板に対してどのような方法で力を印加するものであってもよい。例えば、充分に大きい幅を有する耐熱性ロールをガラス基板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基板の端面近傍のみに接触させて延伸する方法を採用してもよい。本発明のガラスは、耐失透性に優れるとともに、成形に適した粘度特性を有しているため、オーバーフローダウンドロー法による成形を精度よく実行することができる。なお、液相温度が１３００℃以下、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ガラス基板を製造することができる。

本発明の強化ガラス基板の成形方法として、オーバーフローダウンドロー法以外にも、種々の方法を採用することができる。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、プレス法等の様々な成形方法を採用することができる。特に、プレス法でガラスを成形すれば、小型のガラス基板を効率良く製造することができる。

本発明の強化ガラス基板の製造方法として、強化処理を施した後、ガラス基板を所望の基板サイズに切断することが好ましい。このようにすれば、安価に強化ガラス基板を得ることができる。

本発明の強化ガラス基板は、下記の特性を満足することが好ましい。

本発明の強化ガラス基板において、ガラスの液相温度は、１２００℃以下、１１００℃以下、１０５０℃以下、１０００℃以下、９５０℃以下、特に９３０℃以下が好ましい。強化ガラス基板の液相温度が低い程、オーバーフローダウンドロー法等による成形中にガラスが失透しにくくなる。

本発明の強化ガラス基板において、ガラスの液相粘度は、１０^５．０ｄＰａ・ｓ以上であり、１０^５．３ｄＰａ・ｓ以上、１０^５．５ｄＰａ・ｓ以上、特に１０^５．７ｄＰａ・ｓ以上が好ましい。ガラスの液相粘度が高い程、オーバーフローダウンドロー法等による成形中にガラスが失透しにくくなる。

本発明の強化ガラス基板において、ガラスの密度は、２．８ｇ／ｃｍ³以下、２．７ｇ／ｃｍ³以下、２．６ｇ／ｃｍ³以下、２．５５ｇ／ｃｍ³以下、２．５ｇ／ｃｍ³以下、２．４５ｇ／ｃｍ³以下、特に２．４ｇ／ｃｍ³以下が好ましい。ガラスの密度が小さい程、ガラス基板の軽量化を図ることができる。

本発明の強化ガラス基板において、３０〜３８０℃におけるガラスの熱膨張係数は、４０〜９５×１０^-7／℃であることが好ましく、７０〜９５×１０^-7／℃であることがより好ましく、７５〜９５×１０^-7／℃であることが更に好ましく、７７〜９０×１０^-7／℃であることが特に好ましく、８０〜９０×１０^-7／℃であることが最も好ましい。ガラスの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と熱膨張係数が整合しやすくなり、金属、有機系接着剤等の部材の剥離を防止することができる。

本発明の強化ガラス基板において、ガラスの高温粘度１０^2.5ｄＰａ・ｓにおける温度は、１７００℃以下が好ましく、１６００℃以下がより好ましく、１５５０℃以下が更に好ましく、１５００℃以下が特に好ましい。ガラスの高温粘度１０^2.5ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、溶融窯等のガラスの製造設備への負担が小さいとともに、ガラス基板の泡品位を向上させることができる。つまり、ガラスの高温粘度１０^2.5ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、ガラス基板を安価に製造することができる。なお、ガラスの高温粘度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、ガラスの高温粘度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。

本発明の強化ガラス基板において、ガラスのヤング率は、７０ＧＰａ以上が好ましく、７１ＧＰａ以上がより好ましく、７３ＧＰａ以上が更に好ましい。ガラスのヤング率が高い程、ガラス基板がたわみにくくなり、その結果、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した際に、デバイス内部の液晶素子等を圧迫しにくくなり、ディスプレイの表示不良が発生しにくくなる。

本発明の強化ガラス基板において、ガラスの比ヤング率は、２７ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ³）以上が好ましく、２８ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ³）以上がより好ましく、２９ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ³）以上が更に好ましく、３０ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ³）以上が特に好ましい。ガラスの比ヤング率が高い程、自重によるガラス基板のたわみが低減される。その結果、製造工程においてガラス基板をカセットなどに収納する際、基板同士のクリアランスを狭くして収納することが可能になるため、生産性が向上する。

本発明の強化ガラス基板において、ガラスのクラック発生率は、６０％以下であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、４０％以下であることが更に好ましく、３０％以下であることが特に好ましく、２０％以下であることが最も好ましい。ガラスのクラック発生率が小さい程、ガラス基板にクラックが発生しにくくなる。

本発明のガラスは、ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であって、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆを含有せず、厚みが１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする。また、本発明のガラスは、ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０．５〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であり、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする。本発明のガラスにおいて、ガラス組成を上記範囲に限定した理由および好ましい範囲は、既述の強化ガラス基板と同様であるため、ここではその記載を省略する。さらに、本発明のガラスは、当然のことながら、既述の強化ガラス基板の特性、効果を併有することができる。

本発明のガラスは、４３０℃のＫＮＯ₃溶融塩中で４時間イオン交換したとき、表面の圧縮応力が２００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが３μｍ以上になることが好ましい。本発明のガラスは、ガラス組成が上記範囲に規制されているため、イオン交換性能が良好であり、容易に表面の圧縮応力を２００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みを３μｍ以上とすることができる。

本発明の強化ガラスは、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、且つモル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であって、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆを含有せず、板厚が１．５ｍｍ以下であり、液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であり、且つ表面に圧縮応力層が形成されている。また、本発明の強化ガラスは、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０．５〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であり、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であり、且つ表面に圧縮応力層が形成されている。本発明の強化ガラスにおいて、ガラス組成を上記範囲に限定した理由、好ましい範囲および圧縮応力層を形成する理由は、既述の強化ガラス基板と同様であるため、ここではその記載を省略する。さらに、本発明の強化ガラスは、当然のことながら、既述の強化ガラス基板の特性、効果を併有することができる。

タッチパネルディスプレイは、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ等に搭載されている。モバイル用途のタッチパネルディスプレイでは、軽量化、薄型化、高強度化の要請が強く、薄型で機械的強度が高いガラス基板が要求されている。その点、本発明の強化ガラス基板は、板厚を薄くしても、実用上、十分な機械的強度を有するため、本用途に好適に使用可能である。また携帯電話やデジタルカメラ等に搭載されるＬＣＤ等を保護するためのカバーガラスとしても使用可能である。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

表１〜７は、試料Ｎｏ．１〜４８を示している。

各試料は次のようにして作製した。まず、表１〜７のガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１６００℃で８時間溶融した。その後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形した。得られたガラス基板について、種々の特性を評価した。

密度は、周知のアルキメデス法によって測定した。

歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａは、ＡＳＴＭ Ｃ３３６の方法に基づいて測定した。

軟化点Ｔｓは ＡＳＴＭ Ｃ３３８の方法に基づいて測定を行った。

ガラスの粘度１０^4.0ｄＰａ・ｓ、１０^3.0ｄＰａ・ｓ、１０^2.5ｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した。

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ものである。

液相温度は、ガラスを粉砕し、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ものである。

クラック発生率は、次のようにして測定した。まず湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重５００ｇに設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。このようにして圧子を２０回打ち込み、総クラック発生数を求めた後、（総クラック発生数／８０）×１００の式により求めた。

ヤング率は共振法により測定した。

その結果、試料Ｎｏ．１〜４６は、密度が２．６ｇ／ｃｍ^３以下、ヤング率が７１ＧＰａ以上、比ヤング率が２９．５ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上であり、軽量でたわみにくい。また、試料Ｎｏ．１〜４６は、熱膨張係数が４３〜９５×１０^−７／℃であり、周辺材料と熱膨張係数が整合しているとともに、クラック発生率が３０％以下であり、ガラスが割れにくい。さらに、試料Ｎｏ．１〜４６は、液相粘度が１０^４．０ｄＰａ・ｓ以上と高くオーバーフローダウンドロー法で成形可能であり、しかも１０^２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が１７００℃以下と低く、安価に大量のガラス基板を供給できるものと考えられる。なお、未強化ガラス基板と強化ガラス基板は、ガラス基板の表層において微視的にガラス組成が異なっているものの、ガラス基板全体としてガラス組成が実質的に相違しない。したがって、密度、粘度、ヤング率などの特性値については未強化ガラス基板と強化ガラス基板は、上記特性が実質的に相違しない。尚、クラック発生率はガラス表層の組成の影響を受けるため、未強化ガラス基板と、強化ガラス基板で特性値が異なる場合があるが、強化ガラス基板ではクラック発生率がより低くなる傾向にあるため、本発明において強度を低下させる因子とはならない。

一方、比較例Ｎｏ．４７の試料は、液相温度が１３５０℃以上であり、液相粘度も低いため、オーバーフローダウンドロー法による成形が困難であると考えられる。

続いて各ガラス基板の両表面に光学研磨を施した後、イオン交換処理を行った。イオン交換は、４３０℃のＫＮＯ₃溶融塩中に各試料を４時間浸漬することで行った。処理を終えた各試料は表面を洗浄した後、表面応力計（株式会社東芝製ＦＳＭ−６０）を用いて観察される干渉縞の本数とその間隔から表面の圧縮応力値と圧縮応力層の厚みを算出した。

その結果、試料Ｎｏ．１〜４６は、その表面に３１０ＭＰａ以上の圧縮応力が発生しており、かつその厚みは１１μｍ以上であった。

一方、比較例Ｎｏ．４７、４８の各試料は、イオン交換処理後も圧縮応力層の存在が確認できなかった。

なお、上記実施例は、本発明の説明の便宜上、ガラスの溶融し、流し出しによる成形を行った後、イオン交換処理前に光学研磨を行った。工業的規模で実施する場合には、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、ガラス基板の両表面が未研磨の状態でイオン交換処理することが望ましい。

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ガラス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、高い機械的強度が要求される用途、例えば窓ガラス、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できる。

Claims (19)

1. 表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、
   ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であって、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆを含有せず、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする強化ガラス基板。
2. ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜１２．５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ７〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜８％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜８％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜２．７、（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０〜０．５５であり、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆを含有せず、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上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。
3. 表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、
   ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０．５〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であり、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする強化ガラス基板。
4. ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜１２．５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０．５〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．０１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜２８．５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜２．７であり、板厚が１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項３に記載の強化ガラス基板。
5. 表面の圧縮応力が１００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが１μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の強化ガラス基板。
6. 未研磨の表面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の強化ガラス基板。
7. オーバーフローダウンドロー法で成形されており、且つ切断面が面取り加工されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の強化ガラス基板。
8. ガラス組成として、モル％で、Ｔｉ_２Ｏ ０．００１〜３．７６％を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の強化ガラス基板。
9. 液相粘度が１０ ^５．３ ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の強化ガラス基板。
10. ガラス組成として、モル％で、ＳｎＯ_２ ０．００１〜３％を含有し、実質的にＳｂ_２Ｏ_３を含まないことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の強化ガラス基板。
11. ガラス組成として、モル％で、Ｋ_２Ｏ ０〜４％、ＺｒＯ_２ ０〜０．１％を含有し、且つＫ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値が０〜０．１１であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の強化ガラス基板。
12. ガラス組成として、モル％で、ＳｒＯ ０〜１％、ＣａＯ ０〜０．５％を含有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の強化ガラス基板。
13. 強化処理後に切断されてなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の強化ガラス基板。
14. タッチパネルディスプレイに用いることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の強化ガラス基板。
15. ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であり、実質的にＡｓ_２Ｏ_３、Ｆを含有せず、厚みが１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とするガラス。
16. ガラス組成として、モル％でＳｉＯ_２ ５０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ７〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜７％、Ｌｉ_２Ｏ ０．５〜４．３１％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ_２ ０．００１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ａｌ_２Ｏ_３ １５〜３５％、ＣａＯ ０〜１％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜６％を含有し、モル分率で、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／Ａｌ_２Ｏ_３の値が０．７〜３であり、厚みが１．５ｍｍ以下であり、且つ液相粘度が１０ ^５．０ ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とするガラス。
17. ガラス組成として、モル％で、Ｔｉ_２Ｏ ０．００１〜３．７６％を含有することを特徴とする請求項１５又は１６に記載のガラス。
18. ガラス組成として、モル％で、Ｋ_２Ｏ ０〜４％、ＺｒＯ_２ ０〜０．１％を含有し、且つＫ_２Ｏ／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）の値が０〜０．１１であることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載のガラス。
19. ガラス組成として、モル％で、ＳｒＯ ０〜１％、ＣａＯ ０〜０．５％を含有することを特徴とする請求項１５〜１８のいずれかに記載のガラス。