(57)【要約】【課題】空中ディスプレイの高精細化に対応可能であり、かつ、空中ディスプレイ以外の用途にも適用可能なガラス構造体およびその製造方法を提供する。【解決手段】この発明に係るガラス構造体は、微細溝１２が形成される溝形成領域２０と、この溝形成領域２０の外側に連続する周縁領域２２と、からなる微細溝付きガラス基板１０を少なくとも１つ有する。このガラス構造体における微細溝付きガラス１０は、溝形成領域２０に幅２００μｍ以下の微細溝２０であって、その側面が平滑面によって構成された微細溝２０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細溝が形成される溝形成領域と、この溝形成領域の外側に連続する周縁領域と、からなる微細溝付きガラス基板を少なくとも１つ有するガラス構造体であって、
前記微細溝付きガラス基板は、前記溝形成領域に幅２００μｍ以下の微細溝であって、その側面が平滑面によって構成された微細溝を備えたことを特徴とするガラス構造体。
【請求項２】
前記微細溝付きガラス基板を少なくとも２つ以上備え、
各微細溝付きガラス基板が、互いの微細溝が直交する状態で前記周縁領域を介して接着または粘着されるように構成された請求項１に記載のガラス構造体。
【請求項３】
前記微細溝付きガラス基板を積層し、または前記微細溝付きガラス基板と透明支持基板とを接着または粘着してなる請求項１に記載のガラス構造体。
【請求項４】
請求項１〜３に記載のガラス構造体を製造するためのガラス構造体製造方法であって、
前記微細溝が形成されるべき位置をレーザビームによって走査することによって、この位置にエッチングされやすい性質の改質ラインを形成するレーザ加工ステップと、
前記改質ラインをエッチングすることによって微細溝を貫通させるエッチング処理ステップと、
を少なくとも含むガラス構造体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細溝が形成される溝形成領域と、この溝形成領域の外側に連続する周縁領域と、からなる微細溝付きガラス基板を少なくとも１つ有するガラス構造体に関し、特に、空中ディスプレイやマイクロ流路の用途に適用可能なガラス構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス部材と金属等の光反射膜と交互に積層させてなる空中結像用の光学ガラスパネルが使用されることがあった。空中結像用の光学ガラスパネルでは、被写体からの光を一方の主面側から入射することによって、反対の主面側の空中に被写体の立体映像を結像させることが可能になる。このような光学ガラスパネルは、金属膜が形成されたガラス基板を積層させ、ワイヤーソー等で切断することで製造されることが一般的であった。
【０００３】
ところが、上述した従来の製造方法では、積層体を切断する際にガラスにクラックが発生してしまったり、切断面が蛇行してしまったりする不具合が生じてしまうことがあった。
【０００４】
そこで、従来技術の中には、ワイヤーソーによって切断すべき箇所をレーザビームによって変質化させる技術を採用するものがあった（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、レーザビームによって変質化した箇所にワイヤーソーを案内させるようにすることで、積層体が蛇行状に切断されたり、クラックが入ってしまったりすることを防止できる、とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２２０９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような従来技術においては、切断によって得られる微細ガラス片の微細化に限界がある。微細ガラス片の微細化は、例えば、空中ディスプレイの高精細化には不可欠なものであるが、従来技術においては、空中ディスプレイの高精細化に限界が生じていた。
【０００７】
また、従来技術において加工されるガラス部材は、空中ディスプレイ以外の用途に応用することが困難である。好ましくは、高精細の空中ディスプレイに適用可能で、かつ、それ以外の用途にも容易に適用可能な多用途のガラス構造体が望まれるところである。
【０００８】
本発明の目的は、空中ディスプレイの高精細化に対応可能であり、かつ、空中ディスプレイ以外の用途にも適用可能なガラス構造体およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るガラス構造体は、微細溝が形成される溝形成領域と、この溝形成領域の外側に連続する周縁領域と、からなる微細溝付きガラス基板を少なくとも１つ有する。このガラス構造体における微細溝付きガラス基板は、溝形成領域に幅２００μｍ以下の微細溝であって、その側面が平滑面によって構成された微細溝を備えている。ここで幅とは、溝の長手方向に直交する短手方向の大きさ（深さ方向において大きさが変化する場合には、それらのうちの最大値）を意味する。
【００１０】
ここで平滑面とは、スピンドルやカッタ等を用いた機械加工やレーザを用いたアブレーション加工等で発生するような傷（クラック）が存在しない面のことを意味している。より具体的には、平滑面とは、エッチング処理によって形成される面全域の表面粗さＳａが１．０μｍ以下のケミカル処理面を意味している。
【００１１】
上述の構成においては、ガラス基板が幅２００μｍ以下の微細溝を有していることから、例えば、この溝幅の２倍程度のピッチ（４００μｍ程度）で複数の微細溝を配置することが可能になる。つまり、微細溝のピッチの微細化は、従来のような切断された複数の微細ガラス片の微細化に比較して、より一層容易に実現する。このため、空中ディスプレイやマイクロ流路等の精細化にも対応し易くなる。
【００１２】
上述のガラス構造体が、微細溝付きガラス基板を少なくとも２つ以上備え、各微細溝付きガラス基板が、互いの微細溝が直交する状態で周縁領域を介して接着されるように構成されることが好ましい。このような構成を採用することによって、高精細の空中ディスプレイ用の空中結像用の光学ガラスパネルが実現する。なお、接着は、透明接着材やＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｌｅａｒ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ）フィルム等によって行うことが好ましい。
【００１３】
一方で、上述のガラス構造体が、微細溝付きガラス基板を積層し、微細溝付きガラス基板と透明支持基板とを接着するように構成されることが好ましい。このような構成を採用することによって、高精細の流路を有するマイクロ流路形成部材が実現する。
【００１４】
また、本発明に係るガラス構造体製造方法は、上述のガラス構造体を製造するためのものである。このガラス構造体製造方法は、微細溝が形成されるべき位置をレーザビームによって走査することによって、この位置にエッチングされやすい性質の改質ラインを形成するレーザ加工ステップと、改質ラインをエッチングすることによって微細溝を貫通させるエッチング処理ステップとを少なくとも有する。
【００１５】
このような製造方法を採用することにより、例えば、エッチング処理によって一度に多量の微細溝の形成が可能になる等、生産性の向上、特に量産性の向上が図られる。また、エッチング処理を採用することにより、加工時に傷等が発生しないためガラス構造体の強度が強くなり、また、超薄化にも対応し易くなる。
【００１６】
レーザのビーム径は一般的に１〜１００μｍ程度であり、ガラス基板の板厚が薄い場合には、レーザのビーム径とほとんど同じ幅の微細溝を形成することが可能になる。ただし、処理すべきガラス基板の板厚が増すにつれて、エッチング処理時に微細溝の幅が微増する傾向がある。このため、必要な溝幅に応じて、適宜、用いるガラス基板の板厚を選択したり、サイドエッチングが発生しにくいエッチング手法を選択したりすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、空中ディスプレイの高精細化に対応可能であり、かつ、空中ディスプレイ以外の用途にも適用可能なガラス構造体が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る結像用光学ガラスパネルの概略を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る結像用光学ガラスパネルの製造方法の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る結像用光学ガラスパネルの製造方法の一例を示す図である。
【図４】結像用光学ガラスパネルの製造に用いるエッチング装置の例を示す図である。
【図５】微細溝の側面の平坦化の例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る結像用光学ガラスパネルの製造方法の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るマイクロ流路形成部材の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図を用いて、本発明に係るガラス構造体の一実施形態を説明する。ガラス構造体は、医療用のマイクロ流路形成部材、産業用のマイクロ流路形成部材（インクジェット装置のマニホールド等）、および結像用光学ガラスパネル等の用途に利用可能である。ここでは、ガラス構造体を空中ディスプレイ分野の結像用光学ガラスパネル１０に用いる例を説明する。
【００２０】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、結像用光学ガラスパネル１０は、それぞれ複数の微細溝１２を有する第１のガラス基板１０２および第２のガラス基板１０４を備えている。第１のガラス基板１０２および第２のガラス基板１０４は中央部に溝形成領域２０が配置されており、この溝形成領域の外側に連続するように周縁領域２２が配置されている。
【００２１】
第１のガラス基板１０２および第２のガラス基板１０４は、ガラスと同等の屈折率の透明接着剤または透明両面粘着性フィルム等を用いて互いに接着または粘着されている。第１のガラス基板１０２および第２のガラス基板１０４の接着または粘着は、上述の周縁領域２２を介して行われる。
【００２２】
第１のガラス基板１０２の微細溝１２および第２のガラス基板１０４の微細溝１２は、図１（Ｂ）に示すように、互いに直交するように配置されている。ただし、第１のガラス基板１０２および第２のガラス基板１０４の基本的構成は同一であるため、以下において、原則として、第１のガラス基板１０２についてのみ説明を行い、第２のガラス基板１０４についてはその説明を省略する。
【００２３】
第１のガラス基板１０２の微細溝１２の側面には、光反射膜１４が設けられている。光反射膜１４の例として、Ａｌ薄膜およびＡｇ薄膜等の反射率の良い金属薄膜が挙げられる。ここでは、光反射膜１４としてＡｌ薄膜が採用されているが、これには限定されない。また、第１のガラス基板１０２の微細溝１２の幅を極限まで小さくする場合には、光反射膜１４を用いなくても、光反射効果を得ることが可能になる。
【００２４】
この実施形態においては、微細溝１２には、第１のガラス基板１０２と同等の屈折率の樹脂材（図示省略）が充填されている。ただし、この構成はあくまで任意のものであり、このような構成に限定されるものではない。
【００２５】
上述の結像用光学ガラスパネル１０の一方の主面に対して、被写体からの光が入射すると、入射側とは反対側の主面から光が出射し、その近傍の空中に被写体の結像映像を映し出すことが可能となる。この結像映像は、微細溝１２の配置ピッチ、すなわち光反射膜１４の配置ピッチを短くすることによって、より高精細化させることが可能である。  
【００２６】
続いて、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）および図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を用いて、結像用光学パネル１０の製造方法の一例を説明する。まず、図２（Ａ）および図３（Ａ）に示すように、第１のガラス基板１０２における微細溝１２の形成予定位置にレーザビームを走査させて、微細溝形成用の改質ライン１２２が形成される。
【００２７】
レーザビームは、第１のガラス基板１０２における微細溝形成予定位置をエッチングされ易い性質に改質できる限り、その種類および照射条件は限られない。この実施形態では、レーザヘッドから、短パルスレーザ（例えばピコ秒レーザ、フェムト秒レーザ）から発振されるレーザビームが照射されているが、例えば、ＣＯ2レーザ、ナノ秒レーザ等を用いても良い。この実施形態では、レーザビームの平均レーザエネルギが、約３０μＪ〜３００μＪ程度になるように出力制御が行われている。
【００２８】
微細溝形成予定位置に形成される改質ライン１２２は、ピコ秒レーザまたはフェムト秒レーザ等のパルスレーザから照射されるレーザビームパルス（ビーム径は１〜１０μｍ程度）によって形成される複数のフィラメント層を配列したフィラメントアレイの形状を呈し、例えば、複数の貫通孔または改質層を有するミシン目状を呈している。改質ライン１２２は、第１のガラス基板１０２における他の箇所よりもエッチングされ易い性質を有している。もちろん、改質ライン１２２の形状は、この形状には限定されるものではなく、これ以外の形状を呈するものであっても良い。
【００２９】
レーザビームは、適宜、その集光領域が調整されることが好ましい。ここでは、レーザビームの集光領域が第１のガラス基板１０２の厚み方向の全域にわたるように調整することによって、微細溝１２が容易に形成されやすくなる。
【００３０】
上述のレーザ加工処理に続いて、図４に示すように、多面取り用ガラス母材１０は、エッチング装置５０に導入され、フッ酸および塩酸等を含むエッチング液によるエッチング処理が施される。通常、フッ酸１〜１０重量％、塩酸５〜２０重量％程度を含むエッチング液が用いられ、必要に応じて適宜、界面活性剤等が併用される。
【００３１】
エッチング装置５０では、搬送ローラによって第１のガラス基板１０２を搬送しつつ、エッチングチャンバ内で第１のガラス基板１０２の主面にエッチング液を接触させることによって、第１のガラス基板１０２に対するエッチング処理が行われる。なお、エッチング装置５０におけるエッチングチャンバの後段には、第１のガラス基板１０２に付着したエッチング液を洗い流すための洗浄チャンバが設けられているため、第１のガラス基板１０２はエッチング液が取り除かれた状態でエッチング装置５０から排出される。
【００３２】
第１のガラス基板１０２にエッチング液を接触させる手法の一例として、図４（Ａ）に示すように、エッチング装置５０の各エッチングチャンバ５２において、第１のガラス基板１０２に対してエッチング液をスプレイするスプレイエッチングが挙げられる。また、スプレイエッチングに代えて、図４（Ｂ）に示すように、オーバーフロー型のエッチングチャンバ５４において、オーバーフローしたエッチング液に接触しながら第１のガラス基板１０２が搬送される構成を採用することも可能である。
【００３３】
さらには、図４（Ｃ）に示すように、エッチング液が収納されたエッチング槽５６に、キャリアに収納された単数または複数の第１のガラス基板１０２を浸漬されるディップ式のエッチングを採用することも可能である。
【００３４】
上述のエッチング処理によって、第１のガラス基板１０２の改質ライン１２２が貫通し微細溝１２が形成される。上述の手法によって幅が極限まで最小化された微細溝１２を形成することが可能である。微細溝１２の幅は、５μｍ〜５００μｍ程度の範囲で適宜調整することが可能である。この実施形態では、空中ディスプレイの高精細化のために微細溝１２の幅が２００μｍ以下になるようにしている。微細溝１２の配置ピッチは、溝幅の２倍程度になるため、例えば、微細溝１２の幅を５μｍ程度にまで極小化すれば、微細溝１２の配置ピッチを１０〜２０μｍ程度にまで極小化することが可能になる。
【００３５】
原則として、第１のガラス基板１０２の板厚が薄ければ、微細溝１２の溝幅を小さくし易くなる。その理由は、エッチング処理において、微細溝１２の溝幅がレーザビーム径よりも微増するからである。この微増化に対する対策として、エッチング処理において、酸化チタン等のフッ素錯化剤を添加することにより、エッチング処理における微細溝１２の溝幅の微増化が抑制されることが出願人の実験によって明らかになっている。このため、必要に応じて、エッチング液にフッ素錯化剤を適量添加することによって、微細溝１２の溝幅の調整が可能になる。
【００３６】
続いて、図２（Ｃ）および図３（Ｃ）に示すように、微細溝の一側面に光反射膜１４が形成される。光反射膜１４を形成するための手法として、真空蒸着、スパッタリング、および無電解めっき等が挙げられるが、その他の手法を採用することも可能である。
【００３７】
この光反射膜１４の形成に先立って、第１のガラス基板１０２の微細溝１２の側面の表面粗さが平滑であることが好ましい。上述の手法によって、通常は、図５（Ａ）に示すように、微細溝１２の側面全域の表面粗さＳａが数十ナノメートル〜数百ナノメートルになることが多い。
【００３８】
微細溝１２の側面全域の表面粗さＳａをさらに小さくするためには、例えば、４０〜４２℃程度に温度管理された、硫酸３５〜９５重量％、フッ酸１〜１０重量％程度の通常のエッチング処理とは異なるエッチング液を用いて追加的にエッチング処理を用いると良い。これにより、図５（Ｂ）に示すように、第１のガラス基板１０２の微細溝１２の側面全体の表面粗さＳａを数ナノメートル程度にまで平滑化させることが可能である。
【００３９】
また、上述した、第１のガラス基板１０２の生産効率をさらに高めるために、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、第１のガラス基板１０２を多面取りするためのガラス母材１００に対してレーザ加工、エッチング、成膜等を行い、その後に分断する手法を採用することが好ましい。
【００４０】
例えば、図６（Ａ）に示すような第１のガラス基板１０２を４行×４列のマトリックス状に配置したガラス母材１００は、スクライブブレーク法によって、１６枚の第１のガラス基板１０２に分断することが可能である。スクライブブレーク法以外では、エッチング処理によって分断することも可能である。エッチング処理によって分断する場合は、第１の主面および第２の主面を保護膜で被覆した後、保護膜における切断箇所に対応する箇所を除去してエッチング処理することで分断することが可能である。
【００４１】
これまで、複数の微細溝付きガラス基板を有するガラス構造体を空中ディスプレイの結像用光学ガラスパネル１０に使用する例を示したが、本発明に係るガラス構造体をこれ以外の用途に適用することが可能である。
【００４２】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、ガラス構造体の他の適用例としてのマイクロ流路形成部材の概略を示している。図７（Ａ）は、５枚の第１のガラス基板１０２を積層することによって、連続する微細溝１２をマイクロ流路として活用する例を示している。それぞれの第１のガラス基板１０２は、例えば、ＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｌｅａｒ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ）フィルム等の透明性の高い接着剤を使用することが好ましいが、これには限定されない。
【００４３】
一方で、図７（Ｂ）は、第１のガラス基板１０２とサポートガラス１１０とを接合し、溝形成領域２０の外側を切断することによって、微細溝１２をマイクロ流路として活用する例を示している。ガラスは、流路形成用耐薬液部材として広く用いられているＰＥＥＫ材等と比較しても、同等以上の耐薬品性を備えているため、さまざまな薬液を導入するための流路として活用することが可能である。また、ガラスの透明性により、マイクロ流路の視認性が著しく向上するため、マイクロ流路において不具合が発生した場合でも対処し易くなる。
【００４４】
以上のように、ワイヤーソー等による切断によってガラス微細片を作成する手法に比較して、微細溝１２の溝幅の縮小化や溝配置ピッチの縮小化は容易である。このため、本発明に係るガラス構造体を用いることによって、光学パネルやマイクロ流路等の精細化等の好適な作用効果を実現することが可能になる。
【００４５】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４６】
１０−結像用光学ガラスパネル
１２−微細溝
１４−光反射膜
２０−溝形成領域
２２−周縁領域
５０−エッチング装置
１００−ガラス母材
１０２−第１のガラス基板
１０４−第２のガラス基板
１１０−サポートガラス基板
１２２−改質ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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