(57)【要約】【課題】シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み湾曲性に優れた薄板ガラス又はガラスフィルム及びそれらの製造方法を提供する。【解決手段】薄板ガラス又はガラスフィルムは、シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み、かつ、厚みが５μｍ以下のものである。シリカガラス繊維を基材として含むことにより、厚みが薄くても自立して容易に形成することができるようになっており、例えば、シリカガラス繊維よりなる多孔質のシート状基材と、このシート状基材の空隙を埋めるように形成されたシリカガラスよりなる穴埋め部とを有していることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み、かつ、厚みが５μｍ以下であることを特徴とする薄板ガラス又はガラスフィルム。
【請求項２】
シリカガラス繊維を含むことを特徴とする請求項１記載の薄板ガラス又はガラスフィルム。
【請求項３】
シリカガラス繊維よりなる多孔質のシート状基材と、
このシート状基材の空隙を埋めるように形成されたシリカガラスよりなる穴埋め部と
を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の薄板ガラス又はガラスフィルム。
【請求項４】
前記シリカガラス繊維の繊維径は、１μｍ以下であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の薄板ガラス又はガラスフィルム。
【請求項５】
シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み、かつ、厚みが５μｍ以下である薄板ガラス又はガラスフィルムの製造方法であって、
シリカガラス繊維により多孔質のシート状基材を形成する工程と、
前記シート状基材にケイ酸アルコキシドを試薬に用いたシリカガラスの前駆体溶液を塗布する工程と、
前記シリカガラスの前駆体溶液を塗布した前記シート状基材を熱処理する工程と
を含むことを特徴とする薄板ガラス又はガラスフィルムの製造方法。
【請求項６】
前記シリカガラス繊維は電界紡糸法により製造することを特徴とする請求項５記載の薄板ガラス又はガラスフィルムの製造方法。
【請求項７】
前記シリカガラス繊維の繊維径は１μｍ以下とすることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の薄板ガラス又はガラスフィルムの製造方法。
【請求項８】
前記シリカガラスの前駆体溶液を塗布する方法として、ディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、又は、インクジェットコーティングを用いることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１に記載の薄板ガラス又はガラスフィルムの製造方法。
【請求項９】
前記ケイ酸アルコキシドを試薬として、三官能性ケイ酸アルコキシド及び四官能性ケイ酸アルコキシからなる群から選択される少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１に記載の薄板ガラス又はガラスフィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルデバイス等に使用することができる湾曲性に優れた薄板ガラス又はガラスフィルム及びこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子ペーパーやタッチパネルディスプレイの分野で１００μｍ以下の薄板ガラスが使用されている。この薄板ガラスは、従来は、いわゆるオーバーフロー法やフュージョン法と呼ばれる手法で形成されている（例えば、特許文献１参照）。これはガラスの融液を耐火物槽に溜め込み、さらに均一に耐火物槽からあふれ出させて、直下の逆斜面の部分で合流をさせてガラスの薄板を成形する方法である。これら方法で成形された薄板ガラスは、数十μｍの厚さのガラス体まで作製可能であり、曲率半径は５０ｍｍ程度まで達成できている。
【０００３】
しかしながら、従来の方法で作製した薄板ガラスの厚みは数十μｍが限界であり、曲率半径を約５０ｍｍ以下にできないため、電子ペーパーやディスプレイを巻物状にすることや折りたたむことが難しいという問題があった。更に、融点の高いシリカガラスで薄板ガラスを製造する場合、オーバーフロー法は適しておらず、例えば、ベルヌーイ法で作製したインゴットを成形し、研削、研磨を行うことで薄板化する必要があった。このような加工による薄板化は加工キズが残留することから僅かな応力でも破壊の起点となりやすく、取り扱いが事実上難しいという問題があった。
【０００４】
また、シリカガラスの製造方法にはいくつか種類があり、石英粉を原料とする火炎溶融法や電気溶融法、ＳｉＣｌ４ガスを原料とするベルヌーイ法やＶＡＤ法（気相軸付け法）、又は、コーティング分野で採用されているゾルゲル法がある。ゾルゲル法のコーティング膜の特徴として、乾燥中に亀裂が生じやすく形成される膜厚は１μｍ以下が一般的な値である。ゾルゲル法のコーティング手法にはディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、又は、インクジェットコーティングなどがあり、基板上にゾルゲル膜をコーティングすることで薄膜を形成することができるが、薄膜自体を自立して回収することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６７２２６号公報
【特許文献２】特許５８３６３６１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＳＵＮＧ-ＳＥＥＮ  ＣＨＯＩ  他，“Ｓｉｌｉｃａ  Ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ  ｆｒｏｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ／Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ”，ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＳＣＩＥＮＣＥ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ２２，２００３，８９１−８９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み湾曲性に優れた薄板ガラス又はガラスフィルム及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
なお、特許文献２には、植物繊維からなる樹脂補強材料と、透明樹脂とを含む透明樹脂複合材料が記載されているが、本願発明とは材料が全く異なっている。また、非特許文献１には、ゾルゲル法によりシリカガラス繊維を製造する方法が記載されているが、薄板ガラス又はガラスフィルムは得られていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の薄板ガラス又はガラスフィルムは、シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み、かつ、厚みが５μｍ以下のものである。
【００１０】
本発明の薄板ガラス又はガラスフィルムの製造方法は、シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み、かつ、厚みが５μｍ以下の薄板ガラス又はガラスフィルムを製造するものであって、シリカガラス繊維により多孔質のシート状基材を形成する工程と、シート状基材にケイ酸アルコキシドを試薬に用いたシリカガラスの前駆体溶液を塗布する工程と、シリカガラスの前駆体溶液を塗布したシート状基材を熱処理する工程とを含むものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の薄板ガラス又はガラスフィルムによれば、シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み、かつ、厚みを５μｍ以下することができるので、優れた湾曲性を得ることができる。
【００１２】
また、シリカガラス繊維を含むようにしたので、又は、シリカガラス繊維よりなる多孔質のシート状基材と、このシート状基材の空隙を埋めるように形成されたシリカガラスよりなる穴埋め部とを有するようにしたので、厚みが薄くかつ自立した薄板ガラス又はガラスフィルムを容易に得ることができる。
【００１３】
本発明の薄板ガラス又はガラスフィルムの製造方法によれば、シリカガラス繊維により多孔質のシート状基材を形成する工程と、シート状基材にケイ酸アルコキシドを試薬に用いたシリカガラスの前駆体溶液を塗布する工程と、シリカガラスの前駆体溶液を塗布したシート状基材を熱処理する工程とを含むようにしたので、本発明の薄板ガラス又はガラスフィルムを容易に得ることができる。
【００１４】
また、ゾルゲル法と、シリカガラス繊維を電界紡糸法により製造する方法とを組み合わせるようにすれば、厚みの薄い薄板ガラス又はガラスフィルムをより容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る薄板ガラス又はガラスフィルムの構造を表すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る薄板ガラス又はガラスフィルムの製造方法の工程を表す流れ図である。
【図３】実施例１で作製したシート状基材の構造を表すＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係る薄板ガラス又はガラスフィルムの構造を表すものである。この薄板ガラス又はガラスフィルムは、シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み、かつ、厚みが５μｍ以下のものである。この薄板ガラス又はガラスフィルムは、シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含んでいるので、不純物が少なく、耐熱性に優れるという特性を得ることができ、かつ、厚みを５μｍ以下としているので、優れた湾曲性、例えば、３０ｍｍ以下の曲率半径を得ることができるようになっている。薄板ガラス又はガラスフィルムの厚みは、３μｍ以下、更には、１μｍ以下とすればより好ましい。湾曲性をより高めることができるからである。また、薄板ガラス又はガラスフィルムの厚みは、０．３μｍ以上とすることが好ましい。これよりも薄いと製造及び取り扱いが難しくなるからである。
【００１８】
この薄板ガラス又はガラスフィルムは、例えば、シリカガラス繊維を基材として含んでおり、それにより、厚みが薄くても自立して容易に形成することができるようになっている。具体的には、例えば、シリカガラス繊維よりなる多孔質のシート状基材と、このシート状基材の空隙を埋めるように形成されたシリカガラスよりなる穴埋め部とを有していることが好ましい。図１において、細く繊維状に写っている部分がシリカガラス繊維よりなるシート状基材であり、その間に薄い白色に写っている部分がシリカガラスよりなる穴埋め部である。すなわち、この薄板ガラス又はガラスフィルムは、非多孔質体として用いることもできる。
【００１９】
シリカガラス繊維の繊維径は、１μｍ以下であることが好ましく、０．７５μｍ以下であればより好ましく、０．５μｍ以下であれば更に好ましい。薄板ガラス又はガラスフィルムの厚みをより薄くすることができると共に、光の透過性を高め、透明感を高めることができるからである。また、シリカガラス繊維の繊維径は、０．１μｍ以上であることが好ましい。これよりも細いと製造及び取り扱いが難しくなるからである。
【００２０】
この薄板ガラス又はガラスフィルムは、柔軟性が求められるフレキシブルデバイス等に好ましく用いることができる。具体的には、例えば、ディスプレイや電池のセパレータが挙げられる。なお、ディスプレイ等のように高い光透過性が求められる用途の場合、薄板ガラス又はガラスフィルムにおいて光を散乱させるピンホールは少ない方が好ましく、例えば、５μｍ以上のピンホールが存在しなければより好ましい。
【００２１】
この薄板ガラス又はガラスフィルムは、例えば、次のようにして製造することができる。図２は製造方法の各工程の流れを表すものである。
【００２２】
まず、シリカガラス繊維を製造する（ステップＳ１０１）。シリカガラス繊維は、例えば、電界紡糸法（エレクトロスピニング法）により製造することが好ましい。太さ（繊維径）が１μｍ以下のシリカガラス繊維を容易に製造することができるからである。具体的には、例えば、ケイ酸アルコキシドを試薬に用いたシリカガラス繊維の前駆体溶液に高電圧を印加して繊維を紡糸する。シリカガラス繊維の前駆体溶液としては、例えば、ケイ酸アルコキシドと、水と、エタノールと、塩酸とを混合し、加熱して撹拌することにより作製したゾル液が挙げられる。ケイ酸アルコキシドとしては、三官能性ケイ酸アルコキシド及び四官能性ケイ酸アルコキシからなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。製造するシリカガラス繊維の繊維径は１μｍ以下とすることが好ましく、０．７５μｍ以下、更には、０．５μｍ以下とすればより好ましい。
【００２３】
次いで、製造したシリカガラス繊維を二次元的に回収してシリカガラス繊維を絡み合わせた不織布とし、多孔質のシート状基材を形成する（ステップＳ１０２）。シート状基材の厚みは５μｍ以下とすることが好ましく、３μｍ以下、更には、１μｍ以下とすればより好ましい。
【００２４】
続いて、形成したシート状基材にケイ酸アルコキシドを試薬に用いたシリカガラスの前駆体溶液を塗布する（ステップＳ１０３）。これにより、シート状基材の空隙を埋めることができる。シリカガラスの前駆体溶液としては、例えば、ケイ酸アルコキシドと、水と、エタノールと、塩酸とを混合したゾル溶液が挙げられる。ケイ酸アルコキシドとしては、三官能性ケイ酸アルコキシド及び四官能性ケイ酸アルコキシからなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。シリカガラスの前駆体溶液を塗布する方法としては、例えば、ディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、又は、インクジェットコーティングを用いることができる。
【００２５】
次に、シリカガラスの前駆体溶液を塗布したシート状基材を乾燥させ、熱処理する（ステップＳ１０４）。熱処理温度は、例えば、６００℃以上とすることが好ましく、８００℃以上とすればより好ましい。また、熱処理温度は、例えば、１２００℃以下とすることが好ましい。これにより、本実施の形態に係る薄板ガラス又はガラスフィルムが得られる。
【００２６】
このように本実施の形態によれば、シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み、かつ、厚みを５μｍ以下することができるので、優れた湾曲性を得ることができる。
【００２７】
また、シリカガラス繊維を含むようにしたので、又は、シリカガラス繊維よりなる多孔質のシート状基材と、このシート状基材の空隙を埋めるように形成されたシリカガラスよりなる穴埋め部とを有するようにしたので、厚みが薄くかつ自立した薄板ガラス又はガラスフィルムを容易に得ることができる。
【００２８】
更に、シリカガラス繊維により多孔質のシート状基材を形成する工程と、シート状基材にケイ酸アルコキシドを試薬に用いたシリカガラスの前駆体溶液を塗布する工程と、シリカガラスの前駆体溶液を塗布したシート状基材を熱処理する工程とを含むようにしたので、本実施の形態に係る薄板ガラス又はガラスフィルムを容易に得ることができる。
【００２９】
また、ゾルゲル法と、シリカガラス繊維を電界紡糸法により製造する方法とを組み合わせるようにすれば、厚みの薄い薄板ガラス又はガラスフィルムをより容易に得ることができる。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
まず、四官能性ケイ酸アルコキシであるテトラエトキシシラン１モル、水２モル、エタノール２モル、塩酸０．１モルを室温で１５分間攪拌し、その後８０℃で混合・撹拌してシリカガラス繊維の前駆体溶液であるゾル液を作製した。次いで、作製したシリカガラス繊維の前駆体溶液を電界紡糸装置に１０ｍＬ装填し、電極間に１４ｋＶをかけて約５時間かけてシリカガラス繊維を作製した（ステップＳ１０１）。続いて、作製したシリカガラス繊維を２次元的に回収して不織布状の多孔質のシート状基材を作製した（ステップＳ１０２）。得られたシート状基材についてＳＥＭにより観察したところ、シリカガラス繊維の繊維径は約１μｍ以下であった。図３に得られたシリカガラス繊維のＳＥＭ写真を示す。
【００３１】
次いで、作製したシート状基材に、テトラエトキシシラン１モル、水１０モル、エタノール６モル、塩酸０．０７モルを混合したシリカガラスの前駆体溶液をディップコーティングにより塗布した（ステップＳ１０３）。具体的には、上述したシリカガラスの前駆体溶液にシート状基材を浸漬させ、引き上げ速度６０ｃｍ／ｍｉｎの速度で引き上げた。その後、乾燥をさせ、１０００℃で３０ｍｉｎ焼成し、図１に示した薄板ガラス又はガラスフィルムを得た（ステップＳ１０４）。得られた薄板ガラス又はガラスフィルムの厚みは２μｍであった。また、得られた薄板ガラス又はガラスフィルムについて、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲で光学顕微鏡により観察をした結果、５μｍ以上のピンホールは見つからなかった。
【００３２】
（実施例２）
まず、テトラエトキシシラン１モル、水２モル、エタノール２モル、塩酸０．０１モルを室温で１５分間攪拌し、その後８０℃で混合・撹拌してシリカガラス繊維の前駆体溶液を作製した。次いで、作製したシリカガラス繊維の前駆体溶液を電界紡糸装置に１０ｍＬ装填し、電極間に１４ｋＶをかけて約５時間かけてシリカガラス繊維を作製した（ステップＳ１０１）。続いて、作製したシリカガラス繊維を２次元的に回収して不織布状の多孔質のシート状基材を作製した（ステップＳ１０２）。得られたシート状基材についてＳＥＭにより観察したところ、シリカガラス繊維の繊維径は約０．５μｍ以下であった。
【００３３】
次いで、作製したシート状基材に、テトラエトキシシラン１モル、水１０モル、エタノール６モル、塩酸０．０７モルを混合したシリカガラスの前駆体溶液をディップコーティングにより塗布した（ステップＳ１０３）。具体的には、上述したシリカガラスの前駆体溶液にシート状基材を浸漬させ、引き上げ速度６０ｃｍ／ｍｉｎの速度で引き上げた。その後、乾燥をさせ、８００℃で３０ｍｉｎ焼成し、薄板ガラス又はガラスフィルムを得た（ステップＳ１０４）。得られた薄板ガラス又はガラスフィルムの厚みは１μｍであった。また、得られた薄板ガラス又はガラスフィルムについて、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲で光学顕微鏡により観察をした結果、５μｍ以上のピンホールは見つからなかった。
【００３４】
（実施例３）
実施例１と同様にして多孔質のシート状基材を作製した（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。次いで、作製したシート状基材に、テトラエトキシシラン１モル、水５モル、エタノール３モル、塩酸０．０７モルを混合したシリカガラスの前駆体溶液をディップコーティングにより塗布した（ステップＳ１０３）。具体的には、上述したシリカガラスの前駆体溶液にシート状基材を浸漬させ、引き上げ速度６０ｃｍ／ｍｉｎの速度で引き上げた。その後、乾燥をさせ、１０００℃で３０ｍｉｎ焼成し、薄板ガラス又はガラスフィルムを得た（ステップＳ１０４）。得られた薄板ガラス又はガラスフィルムの厚みは２μｍであった。また、得られた薄板ガラス又はガラスフィルムについて、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲で光学顕微鏡により観察をした結果、５μｍ以上のピンホールを２０ヶ所発見した。
【００３５】
（比較例１）
テトラエトキシシラン１モル、水４モル、エタノール２モル、塩酸０．０１モルを室温で１５分間攪拌し、その後８０℃で混合・撹拌し、シリカガラス繊維の前駆体溶液を作製した。次いで、作製したシリカガラス繊維の前駆体溶液を電界紡糸装置に１０ｍＬ装填し、電極間に１４ｋＶをかけて約５時間かけてシリカガラス繊維を作製した。その結果、液滴が飛散しシリカガラス繊維を形成することはできなかった。
【００３６】
（まとめ）
実施例及び比較例の結果を表１にまとめて示す。表１に示したように、シリカガラス繊維により多孔質のシート状基材を形成し、ケイ酸アルコキシドを試薬に用いたシリカガラスの前駆体溶液を塗布して、熱処理するようにすれば、シリカガラス成分であるＳｉＯ２を９９．９％以上含み、かつ、厚みが５μｍ以下の薄板ガラス又はガラスフィルムを得られることが分かった。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
以上、実施の形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが変更してもよく、また、他の構成要素を備えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
ディスプレイや電池のセパレータ等のフレキシブルデバイス等に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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