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JP6889106B2 - 決定された応力プロファイルを有するガラス物品、およびその製造方法 - Google Patents

決定された応力プロファイルを有するガラス物品、およびその製造方法 Download PDF

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Description

優先権の主張
本願は、２０１４年１０月７日に出願された米国仮特許出願第６２／０６０，９４１号による優先権を主張するものであり、その内容の全体を参照して本明細書に組み込む。
本開示は、一般的にはガラス物品に関し、より具体的には、決定された応力プロファイルを有する強化されたガラス物品に関する。
ガラス物品は、例えば、カバーガラス（例えば、スマートホン、タブレット、ラップトップコンピュータ、およびモニタ等のタッチスクリーン装置用）、自動車用ガラス、建築用パネル、および電化製品を含む様々な製品において用いられ得る。使用中に、ガラス物品の表面に比較的大きい傷が生じ得る。例えば、スマートホンの落下の結果として、スマートホンのカバーガラスに３００μｍ程度の深さの傷が生じたことが観察されている。従って、ガラス物品の機械的信頼性を向上させるために、ガラス物品は、深い傷に対する高い強度性能を有するのが望ましい。
本明細書において、決定された応力プロファイルを有するガラス物品、および、そのようなガラス物品を製造する方法が開示される。
本明細書において、コア層と、コア層に直に隣接したクラッド層とを含む積層ガラス物品が開示される。コア層はコアガラス組成を有する。クラッド層はクラッドガラス組成を有する。クラッド層が圧縮下にあり、コア層が張力下にあるように、クラッドガラス組成の平均クラッド熱膨張係数（ＣＴＥ）は、コアガラス組成の平均コアＣＴＥより小さい。クラッド層の外側部分内においては、クラッド層の圧縮応力は、クラッド層の外面からの距離が増加するにつれて減少する。クラッド層の外側部分とコア層との間に配設されたクラッド層の中間部分内においては、クラッド層の圧縮応力は、クラッド層の外面からの距離が増加しても略一定のままである。クラッド層の中間部分の厚さは、クラッド層の厚さの少なくとも約８２％である。
また、本明細書において、引張領域と、引張領域に直に隣接した内面、および内面とは反対側の外面を有する圧縮領域とを含むガラス物品も開示される。圧縮領域の外側部分は、圧縮領域の外面から内側に引張領域に向かって外側層深さ(外側ＤＯＬ：depth of layer）まで延在する。圧縮領域の中間部分は、外側ＤＯＬから内側に引張領域に向かって中間ＤＯＬまで延在する。圧縮領域の圧縮応力プロファイルは、第１の圧縮応力ＣＳ１および第２の圧縮応力ＣＳ２を含む。外側部分の圧縮応力は、外面においてＣＳ１であり、外側ＤＯＬにおいてＣＳ２である。中間部分の圧縮応力は、ＣＳ２で略一定である。
更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的にはその説明から当業者に自明であり、または、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む本明細書に記載されるように実施形態を実施することによって認識される。
上記の概要説明および以下の詳細説明は、単に例示的なものであり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は１以上の実施形態を示しており、明細書と共に、様々な実施形態の原理および作用を説明する役割をするものである。
ガラス物品の積層構造の例示的な一実施形態の部分的な断面図 ガラス物品を形成するために用いられ得る形成装置の例示的な一実施形態の断面図 ＣＴＥミスマッチのみによって生じる例示的な機械的応力プロファイルと、化学的強化のみによって生じる例示的な化学的応力プロファイルとを比較するグラフ 機械的強化と化学的強化との組合せによって生じる例示的な組み合わされた応力プロファイルのグラフ 化学的強化のみによって生じる応力プロファイルに対応する例示的な残留強度プロファイルと、機械的強化と化学的強化との組合せによって生じる応力プロファイルに対応する例示的な残留強度プロファイルとを比較するグラフ 機械的強化、化学的強化、および圧縮領域と引張領域との間でのイオン交換の組合せによって生じる例示的な応力プロファイルのグラフ
以下、添付の図面に示されている例示的な実施形態を詳細に参照する。可能な場合には常に、図面を通して、同一または類似の部分を参照するために同一の参照番号が用いられる。図面中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ、例示的な実施形態の原理を説明する際に強調されている。
本明細書において用いられる「平均熱膨張係数」または「平均ＣＴＥ」という用語は、所与の材料または層の０℃〜３００℃の平均線熱膨張係数を指す。本明細書において用いられる「熱膨張係数」または「ＣＴＥ」という用語は、特に明記しない限り、平均熱膨張係数を指す。
化学的に強化されたガラスは、様々な民生用電子装置（例えば、スマートホン、タブレットコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ウルトラブック、テレビ、およびカメラ）用のカバーガラスとして用いられる。電子装置の落下によって、そのようなカバーガラスの破損が生じ得る。いかなる理論にも縛られることは望まないが、電子装置の落下によって生じるカバーガラスの２つの主な破壊の態様は、曲げ破壊および激しい接触による破壊であると考えられる。曲げ破壊は、電子装置が落下した地面または他の表面と接触した際に電子装置が受ける動的負荷の結果としてのカバーガラスの曲げによって生じる。激しい接触による破壊は、ガラスが、カバーガラスに損傷を生じる粗い表面（例えば、アスファルト、花崗岩、砂利等）上に落下した際の、カバーガラス表面の激しい圧入によって生じる。化学的強化は、カバーガラスの表面に圧縮応力を生じることにより、カバーガラスの曲げ破壊に対する耐性を大きく改善できる。しかし、化学的に強化されたカバーガラスは、動的な激しい接触による破壊に対しては、接触点における局所的な圧入によって生じる高い応力の集中と、圧縮層の深さ（例えば、高々約８０μｍまで）と比較した、そのような接触によって生じ得る傷の深さ（例えば、高々約３００μｍまで）とを理由として、脆弱であり得る。傷が、圧縮応力領域を貫通するのに十分に深い場合には、カバーガラスは壊れ得る。カバーガラスの表面圧縮応力を増加させる、および／または、圧縮層の深さを増加させることで、深い傷によって生じる破壊に対するカバーガラスの耐性を高めることができるが、これらの技術は共に、カバーガラスの中心部の張力も増加させる。中心部の張力が、破砕性限界を超えて増加した場合には、カバーガラスは、破砕挙動、または極端な分裂挙動を示し得る。
様々な実施形態において、ガラス物品は、引張領域と、引張領域に直に隣接した圧縮領域とを有する。例えば、引張領域は、ガラス物品のコア層を含み、圧縮領域は、ガラス物品のクラッド層を含む。幾つかの実施形態では、圧縮領域は、第１の圧縮領域および第２の圧縮領域を含み、引張領域は、第１の圧縮領域と第２の圧縮領域との間に配設されている。例えば、クラッド層は、第１のクラッド層および第２のクラッド層を含み、コア層は、第１のクラッド層と第２のクラッド層との間に配設されている。ガラス物品は、第１の圧縮領域と第２の圧縮領域と（および、それぞれの応力プロファイル）が互いの鏡像であるという意味で、対称であり得る。或いは、ガラス物品は、第１の圧縮領域と第２の圧縮領域とが互いの鏡像ではないという意味で、非対称であり得る。圧縮領域は、引張領域に直に隣接した内面と、内面とは反対側の外面とを有する。圧縮領域の外側部分は、圧縮領域の外面から内側に引張領域に向かって外側層深さ（外側ＤＯＬ：depth of layer）まで延在する。圧縮領域の中間部分は、外側ＤＯＬから内側に引張領域に向かって中間ＤＯＬまで延在する。圧縮応力領域は、第１の圧縮応力ＣＳ１と、ＣＳ１より小さい第２の圧縮応力ＣＳ２とを含む決定された圧縮応力プロファイルを有する。幾つかの実施形態では、ＣＳ１は、圧縮領域の最大圧縮応力を有し、および／または、ＣＳ２は、圧縮領域の最小圧縮応力を有する。それに加えて、またはその代わりに、圧縮領域の外側部分の圧縮応力は、外面においてＣＳ１であり、外側ＤＯＬにおいてＣＳ２であり、中間部分の圧縮応力はＣＳ２で略一定である。例えば、中間部分の圧縮応力は、中間部分の厚さを通して、ＣＳ２の約１０％以内、約５％以内、約２％以内、または約１％以内である。それに加えて、またはその代わりに、応力プロファイルの勾配（例えば、単純線形回帰を用いて決定された、ガラス物品内における深さの関数としての、圧縮応力の線形傾向線の勾配）は、圧縮領域の中間部分を通して実質的にゼロである（例えば、約−７ＭＰａ／μｍ〜約７ＭＰａ／μｍ、約−５ＭＰａ／μｍ〜約５ＭＰａ／μｍ、約３ＭＰａ／μｍ〜約３ＭＰａ／μｍ、または約−１ＭＰａ／μｍ〜約１ＭＰａ／μｍ）。幾つかの実施形態では、圧縮応力領域は、中間ＤＯＬから内側に引張領域に向かって内側ＤＯＬまで延在する内側部分を更に含む。決定された圧縮応力プロファイルは、ＣＳ１とＣＳ２との間の第３の圧縮応力ＣＳ３を更に含む。幾つかの実施形態では、内側部分の圧縮応力は、中間ＤＯＬにおいて、ＣＳ２であるか、またはＣＳ２にほぼ等しく、内側ＤＯＬにおいて、ＣＳ３である。
図１は、ガラス物品１００の例示的な一実施形態の断面図である。幾つかの実施形態では、ガラス物品１００は、複数のガラス層を含む積層シートを含む。積層シートは、図１に示されているように略平面状（即ち、平坦）、または非平面状（即ち、曲面状）であり得る。他の実施形態では、ガラス物品は、成形されたガラス物品を含む。例えば、成形されたガラス物品を形成するために、積層シートは、型の成形面と接触させられる。ガラス物品１００は、第１のクラッド層１０４と第２のクラッド層１０６との間に配設されたコア層１０２を含む。幾つかの実施形態では、図１に示されているように、第１のクラッド層１０４および第２のクラッド層１０６は外側の層である。他の実施形態では、第１のクラッド層および／または第２のクラッド層は、コア層と外側の層との間に配設された中間層である。
コア層１０２は、第１の主要な表面と、第１の主要な表面とは反対側の第２の主要な表面とを有する。幾つかの実施形態では、第１のクラッド層１０４は、コア層１０２の第１の主要な表面に融着される。それに加えて、またはその代わりに、第２のクラッド層１０６は、コア層１０２の第２の主要な表面に融着される。そのような実施形態では、第１のクラッド層１０４とコア層１０２との間の界面、および／または、第２のクラッド層１０６とコア層１０２との間の界面には、いかなる接着材料（例えば、それぞれのクラッド層をコア層に接着するよう追加または構成されたポリマー中間層、接着剤、コーティング層、または任意の非ガラス材料等）も存在しない。従って、第１のクラッド層１０４および／または第２のクラッド層１０６は、コア層１０２に直に融着されるか、または、コア層１０２に直に隣接する。幾つかの実施形態では、ガラス物品は、コア層と第１のクラッド層との間、および／または、コア層と第２のクラッド層との間に配設された１以上の中間層を含む。例えば、中間層は、コア層とクラッド層との界面に形成された中間ガラス層および／または拡散層を含む。拡散層は、拡散層に隣接した各層の成分を含むブレンド領域を含む。幾つかの実施形態では、ガラスシート１００は、直に隣接したガラス層間の界面がガラス−ガラス界面であるガラス−ガラス積層体（例えば、その場で融着された多層ガラス−ガラス積層体）を含む。
幾つかの実施形態では、コア層１０２はコアガラス組成を有し、第１のクラッド層１０４および／または第２のクラッド層１０６は、コアガラス組成とは異なるクラッドガラス組成を有する。本明細書において記載されるように、ガラス物品を化学的に強化する前に、コアガラス組成とクラッドガラス組成とは互いに異なっている。例えば、図１に示されている実施形態では、コア層１０２はコアガラス組成を有し、第１のクラッド層１０４および第２のクラッド層１０６の各々は、クラッドガラス組成を有する。他の実施形態では、第１のクラッド層は第１のクラッドガラス組成を有し、第２のクラッド層は、コアガラス組成および／または第１のクラッドガラス組成とは異なる第２のクラッドガラス組成を有する。
ガラス物品は、例えば、フュージョンドロー法、ダウンドロー法、スロットドロー法、アップドロー法、またはフロート法等の適切なプロセスを用いて形成され得る。幾つかの実施形態では、ガラス物品は、フュージョンドロー法を用いて形成される。図２は、例えばガラス物品１００等のガラス物品を形成するために用いられ得るオーバーフロー分配器２００の例示的な一実施形態の断面図である。オーバーフロー分配器２００は、米国特許第４，２１４，８８６号明細書（その全体を参照して本明細書に組み込む）に記載されているように構成され得る。例えば、オーバーフロー分配器２００は、下部オーバーフロー分配器２２０と、下部オーバーフロー分配器の上方に配置された上部オーバーフロー分配器２４０とを含む。下部オーバーフロー分配器２２０は、トラフ２２２を含む。コアガラス組成物２２４が溶かされ、粘性状態でトラフ２２２内へと供給される。更に後述するように、コアガラス組成物２２４は、ガラス物品１００のコア層１０２を形成する。上部オーバーフロー分配器２４０は、トラフ２４２を含む。クラッドガラス組成物２４４が溶かされ、粘性状態でトラフ２４２へと供給される。更に後述するように、クラッドガラス組成物２４４は、ガラス物品１００の第１のクラッド層１０４および第２のクラッド層１０６を形成する。
コアガラス組成物２２４はトラフ２２２を越流して、下部オーバーフロー分配器２２０の互いに反対側にある外側形成面２２６および２２８を流れ下る。外側形成面２２６および２２８は延伸ライン２３０において収束する。下部オーバーフロー分配器２２０の外側形成面２２６および２２８をそれぞれ流れ下るコアガラス組成物２２４の別個の流れは、延伸ライン２３０において収束し、そこで一体に融着されて、ガラス物品１００のコア層１０２を形成する。
クラッドガラス組成物２４４はトラフ２４２を越流して、上部オーバーフロー分配器２４０の互いに反対側にある外側形成面２４６および２４８を流れ下る。クラッドガラス組成物２４４は、上部オーバーフロー分配器２４０によって外側に向かって偏向され、クラッドガラス組成物が下部オーバーフロー分配器２２０の周囲を流れて、下部オーバーフロー分配器の外側形成面２２６および２２８上を流れるコアガラス組成物２２４と接触するようになっている。クラッドガラス組成物２４４の別個の流れは、下部オーバーフロー分配器２２０の外側形成面２２６および２２８をそれぞれ流れ下るコアガラス組成物２２４の別個の流れのそれぞれに融着される。コアガラス組成物２２４の流れが延伸ライン２３０において収束すると、クラッドガラス組成物２４４は、ガラス物品１００の第１のクラッド層１０４および第２のクラッド層１０６を形成する。
幾つかの実施形態では、積層シートを形成するために、粘性状態のコア層１０２のコアガラス組成物２２４は、粘性状態の第１のクラッド層１０４および第２のクラッド層１０６のクラッドガラス組成物２４４と接触させられる。そのような幾つかの実施形態では、図２に示されているように、積層シートは、下部オーバーフロー分配器２２０の延伸ライン２３０から離れる方向に移動するガラスリボンの一部である。ガラスリボンは、例えば、重力および／または引張ローラを含む適切な手段によって、下部オーバーフロー分配器２２０から離れる方向に延伸され得る。ガラスリボンは、下部オーバーフロー分配器２２０から離れる方向に移動する際に冷える。ガラスリボンから積層シートを分離するために、ガラスリボンは分断される。従って、積層シートはガラスリボンから切断される。ガラスリボンは、例えば、罫書き、曲げ、熱衝撃、および／またはレーザ切断等の適切な技術を用いて分断され得る。幾つかの実施形態では、図１に示されているように、ガラス物品１００は積層シートを含む。他の実施形態では、積層シートは、ガラス物品１００を形成するために（例えば、切断または成形によって）更に処理され得る。
図１に示されているガラス物品１００は３つの層を含むが、本開示には他の実施形態も含まれる。他の実施形態では、ガラス物品は、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の層等の所定の数の層を有し得る。例えば、２つの層を有するガラス物品は、２つのオーバーフロー分配器のそれぞれの延伸ラインから離れる方向に移動する２つの層が接合されるよう配置された２つのオーバーフロー分配器を用いて、または、２つのガラス組成物が、単一オーバーフロー分配器の互いに反対側にある外側形成面上を流れて、オーバーフロー分配器の延伸ラインにおいて収束するように、分割されたトラフを有する単一のオーバーフロー分配器を用いて形成され得る。４つ以上の層を有するガラス物品は、更なるオーバーフロー分配器を用いて、および／または、分割されたトラフを有する複数のオーバーフロー分配器を用いて形成できる。従って、オーバーフロー分配器を適宜変形することにより、決定された数の層を有するガラス物品を形成できる。
幾つかの実施形態では、ガラス物品１００は、少なくとも約０．０５ｍｍ、少なくとも約０．１ｍｍ、少なくとも約０．２ｍｍ、または少なくとも約０．３ｍｍの厚さを有する。それに加えて、またはその代わりに、ガラス物品１００は、高々約３ｍｍ、高々約２ｍｍ、高々約１．５ｍｍ、高々約１ｍｍ、高々約０．７ｍｍ、または高々約０．５ｍｍの厚さを有する。例えば、ガラス物品は、約０．１ｍｍ〜約３ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約１ｍｍ、または約０．３ｍｍ〜約０．７ｍｍの厚さを有する。幾つかの実施形態では、ガラス物品１００の厚さに対するコア層１０２の厚さの比率は、少なくとも約０．５、少なくとも約０．７、少なくとも約０．８、少なくとも約０．８５、少なくとも約０．９、または少なくとも約０．９５である。幾つかの実施形態では、第２の層（例えば、第１のクラッド層１０４および第２のクラッド層１０６の各々）の厚さは約０．０１ｍｍ〜約０．３ｍｍである。
幾つかの実施形態では、ガラス物品１００は機械的に強化される。例えば、第１のクラッド層１０４および／または第２のクラッド層１０６のクラッドガラス組成は、コア層１０２のコアガラス組成とは異なる平均熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。幾つかの実施形態では、第１のクラッド層１０４および第２のクラッド層１０６は、コア層１０２より低い平均ＣＴＥを有するガラス組成物から形成される。ＣＴＥミスマッチ（即ち、第１のクラッド層１０４および第２のクラッド層１０６の平均ＣＴＥとコア層１０２の平均ＣＴＥとの差）により、ガラス物品１００が冷える際、クラッド層には圧縮応力が生じ、コア層には引張応力が生じる。
幾つかの実施形態では、コア層１０２の平均ＣＴＥと、第１のクラッド層１０４および／または第２のクラッド層１０６の平均ＣＴＥとは、少なくとも約５×１０−７℃−１、少なくとも約１５×１０−７℃−１、少なくとも約２５×１０−７℃−１、または少なくとも約３０×１０−７℃−１だけ異なる。それに加えて、またはその代わりに、コア層１０２の平均ＣＴＥと、第１のクラッド層１０４および／または第２のクラッド層１０６の平均ＣＴＥとは、高々約１００×１０−７℃−１、高々約７５×１０−７℃−１、高々約５０×１０−７℃−１、高々約４０×１０−７℃−１、高々約３０×１０−７℃−１、高々約２０×１０−７℃−１、または高々約１０×１０−７℃−１だけ異なる。幾つかの実施形態では、クラッドガラス組成は、高々約６６×１０−７℃−１、高々約５５×１０−７℃−１、高々約５０×１０−７℃−１、高々約４０×１０−７℃−１、または高々約３５×１０−７℃−１の平均ＣＴＥを有する。それに加えて、またはその代わりに、クラッドガラス組成は、少なくとも約１０×１０−７℃−１、少なくとも約１５×１０−７℃−１、少なくとも約２５×１０−７℃−１、または少なくとも約３０×１０−７℃−１の平均ＣＴＥを有する。それに加えて、またはその代わりに、コアガラス組成は、少なくとも約４０×１０−７℃−１、少なくとも約５０×１０−７℃−１、少なくとも約５５×１０−７℃−１、少なくとも約６５×１０−７℃−１、少なくとも約７０×１０−７℃−１、少なくとも約８０×１０−７℃−１、または少なくとも約９０×１０−７℃−１の平均ＣＴＥを有する。それに加えて、またはその代わりに、コアガラス組成は、高々約１２０×１０−７℃−１、高々約１１０×１０−７℃−１、高々約１００×１０−７℃−１、高々約９０×１０−７℃−１、高々約７５×１０−７℃−１、または高々約７０×１０−７℃−１の平均ＣＴＥを有する。
幾つかの実施形態では、ガラス物品１００は化学的に強化される。例えば、ガラス物品１００は、ガラス物品の外面付近のガラス物品の領域（例えば、本明細書において記載されるように、圧縮領域の外側部分）における圧縮応力を増加させるために、イオン交換処理を用いて強化される。幾つかの実施形態では、イオン交換処理は、ガラス物品１００の１以上の表面にイオン交換媒体を施すことを含む。イオン交換媒体は、ガラスマトリクス中のより小さいイオンと交換されるより大きいイオンを含む溶液、ペースト、ゲル、または他の適切な媒体を含む。例えば、ガラス物品１００の圧縮層は、アルカリアルミノシリケートガラスを含む。従って、ガラスの表面層中のより小さいイオン、およびイオン交換媒体中のより大きいイオンは、一価のアルカリ金属カチオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、および／またはＣｓ＋）である。或いは、ガラス物品１００中の一価のカチオンは、アルカリ金属カチオン以外の一価のカチオン（例えば、Ａｇ＋等）と交換され得る。幾つかの実施形態では、イオン交換媒体は溶融塩溶液を含み、イオン交換処理は、積層ガラス物品を、ガラスマトリクス中のより小さいイオン（例えば、Ｎａ＋および／またはＬｉ＋）と交換されるより大きいイオン（例えば、Ｋ＋および／またはＮａ＋）を含む溶融塩槽に浸漬することを含む。幾つかの実施形態では、溶融塩槽は、より大きいアルカリ金属イオンの塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、および／または塩化物）を含む。例えば、溶融塩槽は、溶融ＫＮＯ３、溶融ＮａＮＯ３、またはそれらの組合せを含む。それに加えて、またはその代わりに、溶融塩槽の温度は約３８０℃〜約４５０℃であり、浸漬時間は約２時間〜約１６時間である。ガラス物品１００の表面において、ガラスマトリクス中のより小さいイオンをより大きいイオンと交換することにより、ガラス物品の外面付近において、圧縮層の圧縮応力が増加される。
図３は、ＣＴＥミスマッチのみによって生じる例示的な機械的応力プロファイル３０２と、化学的強化のみによって生じる例示的な化学的応力プロファイル３０４とを比較するグラフである。応力プロファイルは、ガラス物品内における深さの関数としての応力によって表される。ガラス物品の外面からの距離として与えられるガラス物品内における深さはｘ軸上にプロットされており、応力はｙ軸上にプロットされている。
機械的応力プロファイル３０２を参照すると、圧縮領域（例えば、クラッド層）は、約５０μｍの厚さと、約１５０ＭＰａの第１の圧縮応力とを有する。機械的応力プロファイル３０２は階段関数である。従って、圧縮領域を通して、圧縮応力は表面圧縮応力で略一定であり、圧縮領域と引張領域との間の界面において（例えば、クラッド層とコア層との界面において）、応力は階段状の変化として表面圧縮応力から最大引張応力へと遷移する。
化学的応力プロファイル３０４を参照すると、圧縮領域は、約８０μｍのＤＯＬまで延在し、約９００ＭＰａの表面圧縮応力を有する。応力は、圧縮領域の外面における表面圧縮応力から引張領域内における最大引張応力へと連続的に遷移する。従って、機械的応力プロファイル３０２とは対照的に、化学的応力プロファイル３０４には、一定の圧縮応力の領域、または圧縮応力領域と引張領域との間の階段状の変化は無い。
幾つかの実施形態では、ガラス物品１００は、機械的強化と化学的強化との組合せによって強化される。例えば、本明細書において記載されるように、ＣＴＥミスマッチを有するガラス物品１００（例えば、ガラス積層体）は、圧縮層の外面付近の圧縮応力を更に増加させるために、化学的に強化される。図４は、機械的強化と化学的強化との組合せによって生じる例示的な組み合わされた応力プロファイルのグラフである。ガラス物品の応力プロファイルは、例えば、複屈折に基づく測定技術、または屈折ニアフィールド（ＲＮＦ）技術を用いることを含む、任意の適切な技術を用いて測定され得る。応力測定のための例示的な標準は、例えば、ＡＳＴＭＣ１４２２およびＡＳＴＭＣ１２７９を含む。応力プロファイルは、ガラス物品内における深さの関数としてのガラス物品１００内の応力を含む。ガラス物品の外面からの距離として与えられるガラス物品１００内における深さはｘ軸上にプロットされており、応力はｙ軸上にプロットされている。ガラス物品内における深さは、本明細書においては層深さ（ＤＯＬ）として参照され得る。圧縮応力は正のｙ軸上に示され、引張応力は負のｙ軸上に示される。しかし、本明細書において記載される圧縮応力および引張応力の値は、応力の絶対値を指している。従って、引張応力は、本明細書においては負の値ではなく正の値として与えられている。なお、図４は、ガラス物品の厚さの一部を通る（例えば、１つのクラッド層とコア層の一部とを通る）ガラス物品１００の応力プロファイルの一部のみを示している。対称のガラス物品については、ガラス物品の厚さの残りの部分を通る応力プロファイルは、図４に示されている応力プロファイルの部分の鏡像である。図４に示されている例では、圧縮領域（例えば、クラッド層）は、約１２５μｍの厚さと、約９００ＭＰａの第１の圧縮応力と、約１００ＭＰａの第２の圧縮応力とを有する。圧縮応力領域は、圧縮領域の外面から内側に引張領域に向かって外側ＤＯＬまで延在する外側部分と、外側ＤＯＬから内側に引張領域に向かって中間ＤＯＬまで延在する中間部分とを含む。幾つかの実施形態では、圧縮領域の外側部分は表面イオン交換領域を含み、表面イオン交換領域においては、ガラス組成プロファイルおよび／または応力プロファイルは少なくとも部分的に、（例えば、本明細書において記載されるように、積層ガラス物品にイオン交換処理を施すことにより）イオン交換領域内においてガラスマトリクス内へと入るより大きいイオン、およびガラスマトリクスから出るより小さいイオンの拡散によって生じる。例えば、表面イオン交換領域は、少なくとも部分的にイオン交換処理によって生じたことを示す特定の形状（例えば、誤差関数）を有する応力プロファイルを有するものとして識別され得る。それに加えて、またはその代わりに、表面イオン交換領域は、圧縮領域の中間部分内における略一定の圧縮応力と比較して、ガラス物品の表面にある、圧縮応力がガラス物品内における深さの関数として減少する領域として識別され得る。図４に示されている例では、外側ＤＯＬは約１０μｍであり、中間ＤＯＬは約１２５μｍである。従って、（外側ＤＯＬによって表される）圧縮領域の外側部分の厚さは、圧縮領域またはクラッド層の厚さの約８％であり、圧縮領域の中間部分の厚さは、圧縮領域またはクラッド層の厚さの約９２％である。幾つかの実施形態では、圧縮領域の外側部分の厚さは、圧縮領域の厚さの高々約１８％、高々約１６％、高々約１４％、高々約１２％、高々約１０％、高々約８％、高々約６％、高々約４％、または高々約２％である。それに加えて、またはその代わりに、圧縮領域の外側部分の厚さは、圧縮領域の厚さの少なくとも約０．１％、少なくとも約０．５％、または少なくとも約１％である。幾つかの実施形態では、圧縮領域の中間部分の厚さは、圧縮領域の厚さの少なくとも約８２％、少なくとも約８４％、少なくとも約８６％、少なくとも約８８％、少なくとも約９０％、少なくとも約９２％、少なくとも約９４％、少なくとも約９６％、または少なくとも約９８％である。それに加えて、またはその代わりに、圧縮領域の中間部分の厚さは、圧縮領域の厚さの高々約９９．９％、高々約９９．５％、または高々約９９％である。圧縮領域の外側部分の厚さを制限する、または、圧縮領域の中間部分の厚さを増加させることは（例えば、比較的高い表面圧縮応力、比較的厚い圧縮応力領域または深い合計ＤＯＬ、および圧縮応力プロファイル曲線の下の比較的低い領域を設けることにより）、本明細書において記載されるように、改善された残留強度と、ガラス物品内における比較的低い引張応力との組合せを可能にし得る。
図４に示されている例では、圧縮応力は、圧縮領域の外面における第１の圧縮応力から外側ＤＯＬにおける第２の圧縮応力へと急速に且つ連続的に減少し、外側ＤＯＬから内側ＤＯＬまでは第２の圧縮応力で略一定のままであり、次に、圧縮領域と引張領域との間の界面において、第２の圧縮応力から最大引張応力へと階段状の変化として遷移する。図４に示されている実施形態では、中間ＤＯＬはクラッド層の厚さに等しい。他の実施形態では、中間ＤＯＬはクラッド層の厚さより小さい。
幾つかの実施形態では、ガラス物品１００は、クラッド層の中間部分における圧縮応力を増加させることなく、クラッド層の外側部分における圧縮応力を増加させるために、化学的に強化される。従って、化学的強化は、圧縮層の全厚さより小さい厚さが化学的に強化され、化学的強化後に、本明細書において記載されるように、圧縮層が、略一定の圧縮応力を有する中間部分を含むような方法で行われる。イオン交換領域の深さを制限するために、例えば、化学的強化が行われる時間、および／または、化学的強化が行われる温度が制限され得る。
ガラス物品の残留強度は、ガラス物品の応力プロファイルに基づいて決定され得る。例えば、残留強度は、ガラス物品の表面から特定の深さまで延びる傷を形成し、傷の形成後に、ガラス物品の強度を決定することによって決定される。この強度は、例えば、（例えばＡＳＴＭＣ１４９９−０９に記載されているような）リング・オン・リング試験方法、ボール・オン・リング試験方法、三点曲げ試験方法、四点曲げ試験方法、または他の適切な方法もしくは技術を用いて決定されるガラス物品の曲げ強度である。そのような残留強度の決定は、ガラス物品の応力プロファイルに基づく破壊力学シミュレーションを用いて行うことができる。図５は、化学的強化のみによって生じる応力プロファイルに対応する例示的な残留強度プロファイルと、機械的強化と化学的強化との組合せによって生じる応力プロファイルに対応する例示的な残留強度プロファイルとを比較するグラフである。残留強度プロファイルは、傷のサイズの関数としての残留強度によって表される。ガラス物品の外面からの傷が延びる距離として与えられる傷のサイズはｘ軸上にプロットされており、残留強度はｙ軸上にプロットされている。化学的残留強度プロファイル５０４は、図３に示されている化学的応力プロファイル３０４に基づく破壊力学シミュレーションを用いて生成されたものであり、組み合わされた残留強度プロファイル５０６は、図４に示されている組み合わされた応力プロファイルに基づく破壊力学シミュレーションを用いて生成されたものである。
図５に示されているように、化学的残留強度プロファイル５０４および組み合わされた残留強度プロファイル５０６の各々は、ガラス物品の外面付近において、比較的高い残留強度（例えば、少なくとも約２００ＭＰａ）を含み、これは、比較的浅い傷（例えば、約１０μｍ未満）の結果としてのガラス物品の破損を回避するのを補助し得る。しかし、組み合わされた残留強度プロファイル５０６は、ガラス物品内のより深くまで、化学的残留強度プロファイル５０４より高い残留強度を保っている。例えば、約７０μｍ〜約３００μｍの傷のサイズについては、組み合わされた残留強度プロファイル５０６の残留強度は、化学的残留強度プロファイル５０４の残留強度より高く、これは、比較的深い傷の結果としてのガラス物品の破損を回避するのを補助し得る。電子装置（例えば、スマートホン）の落下の結果としてカバーガラスに生じる傷は、一般的に、約７０μｍ〜約３００μｍの傷のサイズを有する。従って、そのような傷のサイズから生じる破損に対する改善された耐性は、残留強度プロファイル５０４と比較して、組み合わされた残留強度プロファイル５０６に類似した残留強度プロファイルを有するカバーガラスの落下性能の改善となる。更に、組み合わされた残留強度プロファイル５０６により、残留強度プロファイル５０４と比較して、引張領域の最大引張応力を実質的に増加させることなく、大きい傷の結果として生じる破損に対する改善された耐性を達成できる。例えば、圧縮領域の比較的深くまで（例えば、中間部分にわたって）圧縮応力を比較的一定のレベルに保つことは、比較的深い傷によって生じる破損に対する保護を提供しつつ、引張領域における最大引張応力に比例する、応力プロファイル曲線の圧縮部分の下の領域を、比較的低く保つのを補助できる。従って、最大引張応力を、破砕性限界より低く保つことができる。それに加えて、またはその代わりに、外側ＤＯＬと中間ＤＯＬとの間の距離（即ち、圧縮領域の中間部分の厚さ）は、最大引張応力を許容不可能なレベルまで（例えば、破砕性限界を超えるまで）増加させることなく、（例えば、大きい傷から生じる破損に対する改善された耐性を達成するために）ガラス物品の深くまで比較的高い圧縮応力を保つのに十分に大きい。
幾つかの実施形態では、ガラス物品は、引張領域に隣接した圧縮領域の内側部分であって、圧縮領域の中間部分に対して増加された圧縮応力を有する圧縮領域の内側部分を形成するために、圧縮領域と引張領域との間でのイオン交換によって強化される。例えば、ガラス物品１００は、第１のクラッド層１０４および／または第２のクラッド層１０６とコア層１０２との間のイオン交換によって強化される。幾つかの実施形態では、圧縮領域の内側部分は界面イオン交換領域を含み、界面イオン交換領域においては、ガラス組成プロファイルおよび／または応力プロファイルは少なくとも部分的に、（例えば、本明細書において記載されるように、クラッド層とコア層との界面におけるクラッド層とコア層との間でのイオン交換によって）界面イオン交換領域内においてガラスマトリクス内へと入るより大きいイオン、およびガラスマトリクスから出るより小さいイオンの拡散によって生じる。例えば、界面イオン交換領域は、少なくとも部分的にイオン交換によって生じたことを示す特定の形状（例えば、誤差関数）を有する応力プロファイルを有するものとして識別され得る。それに加えて、またはその代わりに、界面イオン交換領域は、圧縮領域の中間部分内における略一定の圧縮応力と比較して、圧縮領域と引張領域との間の界面にある、圧縮応力がガラス物品内における深さの関数として増加する領域として識別され得る。
幾つかの実施形態では、第１のクラッド層１０４および／または第２のクラッド層１０６は、比較的低ＣＴＥのイオン交換可能なガラス組成を有し、コア層１０２は、比較的高ＣＴＥのイオン交換可能なガラス組成を有する。適切なガラス組成は、米国特許出願公開第２０１４／０１４１２１７号明細書（その全体を参照して本明細書に組み込む）に記載されているものを含み得る。そのようなガラス組成の例が表１に示されており、表中、「ＩＸ４１０−８」は、４１０℃で８時間にわたってイオン交換されたことを意味し、ＣＳは圧縮応力を意味し、ＤＯＬは層深さを意味する。幾つかの実施形態では、コアガラスは、ガラス物品の機械的強化のために十分に高いＣＴＥと、界面イオン交換のために十分なＫ２Ｏ濃度とを有する。
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コアガラス組成として用いられ得る例示的なガラス組成、およびそれらのガラス組成の様々な特性が、表２に示されている。幾つかの実施形態では、コアガラスは、クラッドガラス中の小さい半径の移動カチオン（例えば、Ｎａ＋および／またはＬｉ＋）と交換可能な大きい半径の移動カチオン（例えば、Ｋ＋および／またはＣｓ＋）を有する。（例えば、ガラス物品の形成中に）ガラス物品１００に熱が加えられると、コアガラス中のより大きいイオンは、クラッドガラス中のより小さいイオンと交換される。幾つかの実施形態では、積層中のガラス物品１００の加熱は、何らかの更なるまたは後続のイオン交換熱処理を行わなくても、クラッド層とコア層との間のイオン交換を生じさせるのに十分である。コア層とクラッド層との間のイオン交換は、中間ＤＯＬから内側に引張領域に向かって内側ＤＯＬまで延在する圧縮領域の内側部分内における圧縮応力を増加させる。
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幾つかの実施形態では、クラッドガラスは、ガラス物品の機械的強化のために十分に低ＣＴＥのイオン交換可能なガラスを有する。例えば、例示的な一実施形態では、クラッドガラスは、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２と、約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３と、ガラス網目形成成分として約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３と、約５モル％〜約１０モル％のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ、Ｎａ、およびＫのうちの少なくとも１つである）と、約３モル％〜約１１モル％の二価の酸化物ＭＯ（ここで、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｂａ、およびＺｎのうちの少なくとも１つである）とを含む。そのようなガラス組成は、一般的に、５５×１０−７℃以下の平均ＣＴＥを有し、イオン交換による強化に適している。
別の例示的な実施形態では、クラッドガラスは、約６５モル％〜約６８モル％のＳｉＯ２と、約１０モル％〜約１３モル％のＡｌ２Ｏ３と、ガラス網目形成成分として約６モル％〜約９モル％のＢ２Ｏ３と、約６モル％〜約９モル％のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏ（ここで、ＲはＬｉ、Ｎａ、およびＫのうちの少なくとも１つである）と、約７モル％〜約１０モル％の二価の酸化物ＭＯ（ここで、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｂａ、およびＺｎのうちの少なくとも１つである）とを含む。そのようなガラス組成は、一般的に、５５×１０−７℃以下の平均ＣＴＥを有し、イオン交換による強化に適している。
図６は、機械的強化、化学的強化、および圧縮領域と引張領域との間でのイオン交換の組合せによって生じる例示的な応力プロファイルのグラフである。図６に示されている例では、圧縮領域は、約１２５μｍの厚さと、約６００ＭＰａの第１の圧縮応力と、約１００ＭＰａの第２の圧縮応力と、約３００ＭＰａの第３の圧縮応力とを有する。圧縮応力領域は、圧縮領域の外面から内側に引張領域に向かって外側ＤＯＬまで延在する外側部分（例えば、表面イオン交換領域）と、外側ＤＯＬから内側に引張領域に向かって中間ＤＯＬまで延在する中間部分と、中間ＤＯＬから内側に引張領域に向かって内側ＤＯＬまで延在する内側部分（例えば、界面イオン交換領域）とを含む。図６に示されている例では、外側ＤＯＬは約１０μｍであり、中間ＤＯＬは約１１５μｍであり、内側ＤＯＬは約１２５μｍである。従って、圧縮応力は、圧縮領域の外面における第１の圧縮応力から外側ＤＯＬにおける第２の圧縮応力へと急速に且つ連続的に減少し、外側ＤＯＬから中間ＤＯＬまでは第２の圧縮応力で略一定のままであり、中間ＤＯＬにおける第２の圧縮応力から内側ＤＯＬにおける第３の圧縮応力までは急速且つ連続的に増加し、次に、圧縮領域と引張領域との間の界面においては、第３の圧縮応力から最大引張応力まで階段状の変化として遷移する。圧縮領域の内側部分の増加した圧縮応力は、引張領域の最大張力を、ガラス物品が破砕挙動を示すのに十分なほど増加させることなく、深い傷によって生じる破損に対するガラス物品の耐性を更に高めることができる。
幾つかの実施形態では、ＣＳ１は少なくとも約４００ＭＰａ、少なくとも約５００ＭＰａ、少なくとも約６００ＭＰａ、少なくとも約７００ＭＰａ、少なくとも約８００ＭＰａ、または少なくとも約９００ＭＰａである。それに加えて、またはその代わりに、ＣＳ１は高々約１０００ＭＰａ、または高々約９００ＭＰａである。例えば、ＣＳ１は約４００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａである。
幾つかの実施形態では、ＣＳ２は少なくとも約５０ＭＰａ、少なくとも約１００ＭＰａ、少なくとも約２００ＭＰａ、または少なくとも約３００ＭＰａである。それに加えて、またはその代わりに、ＣＳ２は高々約４５０ＭＰａ、高々約４００ＭＰａ、高々約３００ＭＰａ、または高々約２００ＭＰａである。例えば、ＣＳ２は約５０ＭＰａ〜約４５０ＭＰａである。
幾つかの実施形態では、ＣＳ３は少なくとも約１００ＭＰａ、少なくとも約２００ＭＰａ、少なくとも約３００ＭＰａ、または少なくとも約４００ＭＰａである。それに加えて、またはその代わりに、ＣＳ３は高々約８００ＭＰａ、高々約７００ＭＰａ、または高々約６００ＭＰａである。例えば、ＣＳ３は約１００ＭＰａ〜約８００ＭＰａである。
幾つかの実施形態では、外側ＤＯＬは少なくとも約１０μｍ、少なくとも約２０μｍ、少なくとも約３０μｍ、または少なくとも約４０μｍである。それに加えて、またはその代わりに、外側ＤＯＬは高々約５０μｍ、高々約４０μｍ、または高々約３０μｍである。例えば、外側ＤＯＬは約１０μｍ〜約５０μｍである。
幾つかの実施形態では、中間ＤＯＬは少なくとも約３０μｍ、少なくとも約５０μｍ、少なくとも約７０μｍ、または少なくとも約９０μｍである。それに加えて、またはその代わりに、中間ＤＯＬは高々約２５０μｍ、高々約２００μｍ、高々約１７０μｍ、高々約１５０μｍ、高々約１３０μｍ、高々約１２０μｍ、高々約１００μｍ、高々約８０μｍ、または高々約６０μｍである。例えば、中間ＤＯＬは約３０μｍ〜約２５０μｍである。
幾つかの実施形態では、内側ＤＯＬは、圧縮領域と引張領域との間の界面に対応する。例えば、内側ＤＯＬは、ガラス物品のそれぞれのクラッド層の厚さに等しい、または略等しい。
幾つかの実施形態では、ガラス物品は、第１のガラス層および第２のガラス層を有する積層ガラス複合体を含む。第１のガラス層は第１のガラス組成を有し、第２のガラス層は、第１のガラス組成とは異なる第２のガラス組成を有する。第１のガラス層は、外面および内面を有する。第２のガラス層は、第１のガラス層の内面に直に接触する。第１のガラス層は圧縮下にあり、第２のガラス層は張力下にある。第１のガラス層の変化する圧縮応力プロファイルは、第１の領域および第２の領域を有する。第１の領域においては、圧縮応力は、外面から内面に向かって内側に向かう方向に減少する。第２の領域においては、圧縮応力は略一定のまま（例えば、第２の領域の平均圧縮応力の約２０％以内、約１０％以内、約５％以内、または約２％以内）である。
本明細書において記載されるガラス物品は、例えば、民生用もしくは市販の電子装置（例えば、ＬＣＤディスプレイおよびＬＥＤディスプレイ、コンピュータモニタ、並びに現金自動預け払い機（ＡＴＭ）を含む）のカバーガラスもしくはガラスバックプレーン用途、携帯型電子装置（例えば、携帯電話、パーソナルメディアプレイヤー、およびタブレットコンピュータを含む）のタッチスクリーンもしくはタッチセンサ用途、（例えば、半導体ウェハを含む）集積回路用途、太陽光発電用途、建築用ガラス用途、自動車もしくは車輌用ガラス用途、または、市販の電化製品もしくは家電用途を含む様々な用途で用いられ得る。
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形および変更が行われ得ることが、当業者には自明であろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその等価物に照らす以外には限定されるべきではない。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
積層ガラス物品において、
コアガラス組成を有するコア層と、
前記コア層に直に隣接した、クラッドガラス組成を有するクラッド層であって、該クラッド層が圧縮下にあり、前記コア層が張力下にあるように、前記クラッドガラス組成の平均クラッド熱膨張係数（ＣＴＥ）が前記コアガラス組成の平均コアＣＴＥより小さい、クラッド層と
を含み、
前記クラッド層の外側部分内においては、前記クラッド層の圧縮応力が、前記クラッド層の外面からの距離が増加するにつれて減少し、
前記クラッド層の前記外側部分と前記コア層との間に配設された前記クラッド層の中間部分内においては、前記クラッド層の前記圧縮応力が、前記クラッド層の前記外面からの距離が増加しても略一定のままであり、前記クラッド層の前記中間部分の厚さが前記クラッド層の厚さの少なくとも約８２％である
ことを特徴とする積層ガラス物品。
実施形態２
前記クラッド層の前記外側部分が、前記クラッド層の表面イオン交換領域を含む、実施形態１記載の積層ガラス物品。
実施形態３
前記クラッド層の前記外側部分内においては、前記クラッド層の応力プロファイルが誤差関数を含む、実施形態１または２記載の積層ガラス物品。
実施形態４
前記クラッド層の前記中間部分の前記厚さが、前記クラッド層の厚さの高々約９９．９％である、実施形態１〜３のいずれか一つに記載の積層ガラス物品。
実施形態５
前記クラッド層の前記外面においては、前記クラッド層の前記圧縮応力が約４００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａである、実施形態１〜４のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態６
前記クラッド層の前記中間部分内においては、前記クラッド層の前記圧縮応力が約５０ＭＰａ〜約４５０ＭＰａである、実施形態１〜５のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態７
前記クラッド層の前記外側部分の厚さが約１０μｍ〜約５０μｍである、実施形態１〜６のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態８
前記クラッド層の前記中間部分の厚さが約１μｍ〜約２４０μｍである、実施形態１〜７のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態９
前記クラッド層の前記中間部分と前記コア層との間に配設された前記クラッド層の内側部分内においては、前記クラッド層の前記圧縮応力が、前記クラッド層の前記外面からの距離が増加するにつれて増加する、実施形態１〜８のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態１０
前記クラッド層の前記内側部分が、前記クラッド層の界面イオン交換領域を含む、実施形態９記載の積層ガラス物品。
実施形態１１
前記クラッド層の前記内側部分内においては、前記クラッド層の応力プロファイルが誤差関数を含む、実施形態９または１０記載の積層ガラス物品。
実施形態１２
前記平均コアＣＴＥが前記平均クラッドＣＴＥより少なくとも約１０−７／℃高い、実施形態１〜１１のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態１３
前記クラッド層が第１のクラッド層および第２のクラッド層を含み、前記コア層が前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に配設された、実施形態１〜１２のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態１４
ガラス物品において、
引張領域と、
圧縮領域であって、前記引張領域に直に隣接した内面と、該内面とは反対側の外面と、前記圧縮領域の前記外面から内側に前記引張領域に向かって外側層深さ（外側ＤＯＬ）まで延在する前記圧縮領域の外側部分と、前記外側ＤＯＬから内側に前記引張領域に向かって中間ＤＯＬまで延在する前記圧縮領域の中間部分とを含む圧縮領域と
を含み、
前記圧縮領域の圧縮応力プロファイルが、第１の圧縮応力ＣＳ１と、該ＣＳ１より小さい第２の圧縮応力ＣＳ２とを含み、前記外側部分の圧縮応力が、前記外面において前記ＣＳ１であり、前記外側ＤＯＬにおいて前記ＣＳ２であり、前記中間部分の圧縮応力が前記ＣＳ２で略一定であり、
前記外側ＤＯＬが、前記圧縮領域の厚さの高々約１８％である
ことを特徴とするガラス物品。
実施形態１５
前記圧縮領域の前記外側部分が、表面イオン交換領域を含む、実施形態１４記載のガラス物品。
実施形態１６
前記圧縮領域の前記外側部分内においては、前記圧縮領域の前記圧縮応力プロファイルが誤差関数を含む、実施形態１４または１５記載のガラス物品。
実施形態１７
前記外側ＤＯＬと前記中間ＤＯＬとの間の距離が、前記圧縮領域の厚さの少なくとも約８２％である、実施形態１４〜１６のいずれか一つに記載の積層ガラス物品。
実施形態１８
前記外側部分の前記圧縮応力が、前記外面における前記ＣＳ１から前記外側ＤＯＬにおける前記ＣＳ２まで連続的に減少する、実施形態１４〜１７のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態１９
前記ＣＳ１が約４００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａである、実施形態１４〜１８のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態２０
前記ＣＳ２が約５０ＭＰａ〜約４５０ＭＰａである、実施形態１４〜１９のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態２１
前記外側ＤＯＬが約１０μｍ〜約５０μｍである、実施形態１４〜２０のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態２２
前記中間ＤＯＬが約３０μｍ〜約２５０μｍである、実施形態１４〜２１のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態２３
前記中間ＤＯＬから内側に前記引張領域に向かって内側ＤＯＬまで延在する前記圧縮領域の内側部分を更に含み、
前記圧縮領域の前記圧縮応力プロファイルが、前記ＣＳ２と前記ＣＳ１との間の第３の圧縮応力ＣＳ３を含み、前記内側部分の圧縮応力が前記中間ＤＯＬにおいて前記ＣＳ２であり、前記内側ＤＯＬにおいて前記ＣＳ３である、
実施形態１４〜２２のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態２４
前記圧縮領域の前記内側部分が、界面イオン交換領域を含む、実施形態２３記載のガラス物品。
実施形態２５
前記圧縮領域の前記内側部分内においては、前記圧縮領域の前記圧縮応力プロファイルが誤差関数を含む、実施形態２３または２４記載のガラス物品。
実施形態２６
前記引張領域が、コアガラス組成を有するコア層を含み、前記圧縮領域が、前記コアガラス組成とは異なるクラッドガラス組成を有するクラッド層を含む、実施形態１４〜２５のいずれか一つに記載のガラス物品。
実施形態２７
前記コアガラス組成のコア熱膨張係数（ＣＴＥ）が、前記クラッドガラス組成のクラッドＣＴＥより少なくとも約１０−７／℃高い、実施形態２６記載のガラス物品。
実施形態２８
前記圧縮領域が、第１の圧縮領域および第２の圧縮領域を含み、前記引張領域が、前記第１の圧縮領域と前記第２の圧縮領域との間に配設された、実施形態２６または２７記載のガラス物品。
実施形態２９
コア層と、該コア層に直に隣接したクラッド層とを含む積層ガラス物品を形成するために、溶融したコアガラスを溶融したクラッドガラスと接触させる工程であって、前記コアガラスのコア熱膨張係数（ＣＴＥ）が前記クラッドガラスのクラッドＣＴＥより少なくとも約１０−７／℃高い、工程と、
前記コアＣＴＥと前記クラッドＣＴＥとの差から生じる前記コア層内の引張応力および前記クラッド層内の圧縮応力を生じるために、前記積層ガラス物品を冷却する工程と、
外側層深さ（外側ＤＯＬ）から内側に前記コア層に向かって中間ＤＯＬまで延在する前記クラッド層の中間部分であって、前記クラッド層の厚さの約８２％〜約９９．９％の厚さを有する前記クラッド層の前記中間部分における前記圧縮応力を増加させることなく、前記クラッド層の外面から内側に前記コア層に向かって前記外側ＤＯＬまで延在する前記クラッド層の外側部分における前記圧縮応力を増加させるために、前記積層ガラス物品を化学的に強化する工程と
を含むことを特徴とする方法。
実施形態３０
前記クラッド層の圧縮応力プロファイルが、第１の圧縮応力ＣＳ１と、該ＣＳ１より小さい第２の圧縮応力ＣＳ２とを含み、前記外側部分の圧縮応力が、前記外面において前記ＣＳ１であり、前記外側ＤＯＬにおいて前記ＣＳ２であり、前記中間部分の圧縮応力が前記ＣＳ２で略一定である、実施形態２９記載の方法。
実施形態３１
前記中間ＤＯＬから内側に前記引張領域に向かって内側ＤＯＬまで延在する前記クラッド層の内側部分内の前記圧縮応力を増加させるために、前記コア層と前記クラッド層との間でイオン交換を行わせる工程を更に含む、実施形態２９または３０記載の方法。
実施形態３２
前記クラッド層の圧縮応力プロファイルが、第１の圧縮応力ＣＳ１と、第２の圧縮応力ＣＳ２と、前記ＣＳ２と前記ＣＳ１との間の第３の圧縮応力ＣＳ３とを含み、
前記外側部分の圧縮応力が、前記外面において前記ＣＳ１であり、前記外側ＤＯＬにおいて前記ＣＳ２であり、前記中間部分の圧縮応力が前記ＣＳ２で略一定であり、前記内側部分の圧縮応力が、前記中間ＤＯＬにおいて前記ＣＳ２であり、前記内側ＤＯＬにおいて前記ＣＳ３である、
実施形態３１記載の方法。
実施形態３３
実施形態１〜２８のいずれか一つに記載のガラス物品を含むカバー、カラーフィルタ、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、またはタッチセンサのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする民生用電子装置。
実施形態３４
実施形態１〜２８のいずれか一つに記載のガラス物品を含むことを特徴とする建築用パネル。
実施形態３５
実施形態１〜２８のいずれか一つに記載のガラス物品を含むことを特徴とする自動車窓。
１００ ガラス物品
１０２ コア層
１０４ 第１のクラッド層
１０６ 第２のクラッド層

Claims (10)

  1. 積層ガラス物品において、
    コアガラス組成を有するコア層と、
    前記コア層に直に隣接した、クラッドガラス組成を有するクラッド層であって、該クラッド層が圧縮下にあり、前記コア層が張力下にあるように、前記クラッドガラス組成の平均クラッド熱膨張係数（ＣＴＥ）が前記コアガラス組成の平均コアＣＴＥより小さい、クラッド層と
    を含み、
    前記クラッド層の外側部分内においては、前記クラッド層の圧縮応力が、前記クラッド層の外面からの距離が増加するにつれて減少し、
    前記クラッド層の前記外側部分と前記コア層との間に配設された前記クラッド層の中間部分内における応力プロファイルの勾配は、−３ＭＰａ／μｍ〜３ＭＰａ／μｍであり、前記クラッド層の前記中間部分の厚さが前記クラッド層の厚さの少なくとも８２％である
    ことを特徴とする積層ガラス物品。
  2. 前記クラッド層の前記外側部分が、前記クラッド層の表面イオン交換領域を含む、請求項１記載の積層ガラス物品。
  3. 前記クラッド層の前記外面においては、前記クラッド層の前記圧縮応力が４００ＭＰａ〜１０００ＭＰａである、請求項１または２記載のガラス物品。
  4. 前記クラッド層の前記中間部分内においては、前記クラッド層の前記圧縮応力が５０ＭＰａ〜４５０ＭＰａである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス物品。
  5. 前記クラッド層の前記中間部分と前記コア層との間に配設された前記クラッド層の内側部分内においては、前記クラッド層の前記圧縮応力が、前記クラッド層の前記外面からの距離が増加するにつれて増加し、前記クラッド層の前記内側部分が、前記クラッド層の界面イオン交換領域を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス物品。
  6. ガラス物品において、
    引張領域と、
    圧縮領域であって、前記引張領域に直に隣接した内面と、該内面とは反対側の外面と、
    前記圧縮領域の前記外面から内側に前記引張領域に向かって外側層深さ（外側ＤＯＬ）まで延在する前記圧縮領域の外側部分と、前記外側ＤＯＬから内側に前記引張領域に向かって中間ＤＯＬまで延在する前記圧縮領域の中間部分とを含む圧縮領域であって、前記圧縮領域の外側部分と前記圧縮領域の中間部分内における応力プロファイルの勾配は、−３ＭＰａ／μｍ〜３ＭＰａ／μｍである圧縮領域と
    を含み、
    前記圧縮領域の圧縮応力プロファイルが、第１の圧縮応力ＣＳ１と、該ＣＳ１より小さい第２の圧縮応力ＣＳ２とを含み、前記外側部分の圧縮応力が、前記外面において前記ＣＳ１であり、前記外側ＤＯＬにおいて前記ＣＳ２であり、前記中間部分の圧縮応力が前記中間部分の厚さを通して、前記ＣＳ２の１０％以内であり、
    前記外側ＤＯＬが、前記圧縮領域の厚さの高々１８％であることを特徴とするガラス物品。
  7. 前記外側ＤＯＬと前記中間ＤＯＬとの間の距離が、前記圧縮領域の厚さの少なくとも８２％である、請求項６記載の積層ガラス物品。
  8. 前記ＣＳ１が４００ＭＰａ〜１０００ＭＰａであり、前記ＣＳ２が５０ＭＰａ〜４５０ＭＰａである、請求項６または７記載のガラス物品。
  9. 前記中間ＤＯＬから内側に前記引張領域に向かって内側ＤＯＬまで延在する前記圧縮領域の内側部分を更に含み、
    前記圧縮領域の前記圧縮応力プロファイルが、前記ＣＳ２と前記ＣＳ１との間の第３の圧縮応力ＣＳ３を含み、前記内側部分の圧縮応力が前記中間ＤＯＬにおいて前記ＣＳ２であり、前記内側ＤＯＬにおいて前記ＣＳ３である、
    請求項６〜８のいずれか一項に記載のガラス物品。
  10. コア層と、該コア層に直に隣接したクラッド層とを含む積層ガラス物品を形成するために、溶融したコアガラスを溶融したクラッドガラスと接触させる工程であって、前記コアガラスのコア熱膨張係数（ＣＴＥ）が前記クラッドガラスのクラッドＣＴＥより少なくとも１０−７／℃高い、工程と、
    前記コアＣＴＥと前記クラッドＣＴＥとの差から生じる前記コア層内の引張応力および前記クラッド層内の圧縮応力を生じるために、前記積層ガラス物品を冷却する工程と、
    前記クラッド層の外面から内側に前記コア層に向かって外側層深さ（外側ＤＯＬ）まで延在する前記クラッド層の外側部分における前記圧縮応力を増加させるために、前記積層ガラス物品を化学的に強化する工程であって、前記化学的に強化することはであって、前記クラッド層の外側部分と前記コア層との間に配設された、前記クラッド層の厚さの８２％〜９９．９％の厚さを有する前記クラッド層の中間部分内における応力プロファイルの勾配を、−３ＭＰａ／μｍ〜３ＭＰａ／μｍとするために調整される、前記積層ガラス物品を化学的に強化する工程と
    を含むことを特徴とする方法。
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