(57)【要約】  開示されるのは、第１の表面と、第１の表面に対向する第２の表面と、第１の表面に形成された少なくとも１つの穴と、第１の表面からガラス系基材における圧縮の深さＤＯＣ１まで延在する圧縮応力下にある領域とを含み、当該領域における圧縮応力が第１の表面において最大であるガラス系基材を有する、ガラス系物品である。少なくとも１つの穴に配された導電性材料であって、少なくとも１つの穴の断面積および導電性材料の断面積の相違が０．１％以下である、導電性材料。
2019528236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス系基材であって、第１の表面と、該第１の表面に対向する第２の表面と、該第１の表面に形成された少なくとも１つの穴と、該第１の表面から該ガラス系基材における圧縮の深さＤＯＣ１まで延在する圧縮応力下にある領域とを含む、ガラス系基材であって、該領域における該圧縮応力が該第１の表面において最大である、ガラス系基材と、
該少なくとも１つの穴に配された導電性材料であって、該少なくとも１つの穴の断面積および該導電性材料の断面積の相違は０．１％以下である導電性材料と、
を含む、ガラス系物品。
【請求項２】
前記導電性材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）が前記ガラス系基材のＣＴＥより高い、請求項１記載のガラス系物品。
【請求項３】
前記第１の表面における前記ガラス系基材の前記圧縮応力が約１００ＭＰａ以上である、請求項１または２記載のガラス系物品。
【請求項４】
前記少なくとも１つの穴が、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通穴、または止まり穴である、請求項１から３いずれかに記載のガラス系物品。
【請求項５】
前記第２の表面から第２の圧縮の深さＤＯＣ２まで延在する第２の圧縮応力の領域、および前記圧縮応力の領域の間に位置する中央張力の領域をさらに含む、請求項１から４いずれかに記載のガラス系物品。
【請求項６】
前面、後面、および側面を有する筐体と、
少なくとも部分的に該筐体内にある電気部品であって、少なくとも制御装置、記憶装置、指紋センサー、およびディスプレイを含み、該ディスプレイが該筐体の前面にまたは該筐体の前面に隣接して設けられる電気部品と、
該ディスプレイを覆って配された、請求項１から５いずれかに記載のガラス系物品であって、導電性材料が該指紋センサーのための導電性経路を提供するガラス系物品と、
を含む、民生用電子製品。
【請求項７】
ガラス系物品を製造する方法であって、
ガラス系基材の第１のイオン交換を実施するステップであって、該ガラス系基材が、第１の表面と、該第１の表面に対向する第２の表面と、該第１の表面に形成された少なくとも１つの穴とを含んで、該第１の表面から該ガラス系基材における圧縮の深さＤＯＣまで延在する圧縮応力下にある領域を作る、実施するステップと、
該ガラス系基材をイオン交換した後、該少なくとも１つの穴を導電性材料で充填するステップと、
該少なくとも１つの穴を充填した後、該ガラス系基材の第２のイオン交換を実施するステップと、
を含む、方法。
【請求項８】
前記第２のイオン交換の継続時間が前記第１のイオン交換の継続時間より短い、請求項７記載の方法。
【請求項９】
充填の後かつ前記第２のイオン交換を実施する前に、前記ガラス系基材を加熱するステップをさらに含む、請求項７または８いずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの穴が、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通穴、または止まり穴である、請求項７から９いずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年８月３１日に出願された米国仮出願第６２／３８１７４０号の優先権の利益を米国特許法第１１９条のもとに主張し、この内容は、その全体が参照により依拠され、本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、導電性材料で充填された少なくとも１つの穴を有する強化ガラス系物品およびその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ディスプレイを有する民生用電子デバイスは、ガラス系材料から作製された強化カバー基材を有することが多い。カバー基材を貫いて導電性経路を持たせることができれば、例えば、指紋センサーがカバー基材の下に位置付けられている場合、民生用電子デバイスのある特定の態様の機能性が向上するだろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、そのような導電性経路を有する強化カバー基材を作製するプロセスは、穴を有する基材を強化し、その穴を導電性材料で充填するプロセスが非両立的であるために、困難であってきた。したがって、導電性材料で充填された穴を有する強化ガラス系物品を作る必要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様は、ガラス系基材であって、第１の表面と、当該第１の表面に対向する第２の表面と、当該第１の表面に形成された少なくとも１つの穴と、当該第１の表面から当該ガラス系基材における圧縮の深さＤＯＣ１まで延在する圧縮応力下にある領域とを含むガラス系基材であって、当該領域における当該圧縮応力が当該第１の表面において最大であるガラス系基材と、当該少なくとも１つの穴に配された導電性材料であって、当該少なくとも１つの穴の断面積および当該導電性材料の断面積の相違が０．１％以下である導電性材料と、を含む、ガラス系物品である。
【０００６】
前記導電性材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）が、前記ガラス系基材のＣＴＥより高い、第１の態様に記載の第２の態様。
【０００７】
前記第１の表面における前記ガラス系基材の前記圧縮応力が約１００ＭＰａ以上である、第１または第２の態様に記載の第３の態様。
【０００８】
前記第１の表面における前記ガラス系基材の前記圧縮応力が約１００ＭＰａから約１，２００ＭＰａまでの範囲である、第１から第３の態様いずれか１つに記載の第４の態様。
【０００９】
前記少なくとも１つの穴が、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通穴である、第１から第４の態様いずれか１つに記載の第５の態様。
【００１０】
前記少なくとも１つの穴が止まり穴である、第１から第５の態様いずれか１つに記載の第６の態様。
【００１１】
前記導電性材料が、銅、銀、アルミニウム、チタン、金、白金、ニッケル、タングステン、およびマグネシウムからなる群より選択される、第１から第６の態様いずれか１つに記載の第７の態様。
【００１２】
前記ＤＯＣ１が少なくとも２０μｍである、第１から第７の態様いずれか１つに記載の第８の態様。
【００１３】
前記第２の表面から第２の圧縮の深さＤＯＣ２まで延在する第２の圧縮応力の領域をさらに含む、第１から第８の態様いずれか１つに記載の第９の態様。
【００１４】
前記圧縮応力の領域の間に位置する中央張力の領域をさらに含む、第９の態様に記載の第１０の態様。
【００１５】
前記ガラス系基材がガラスである、第１から第１０の態様いずれか１つに記載の第１１の態様。
【００１６】
前記ガラス系基材がガラス‐セラミックである、第１から第１１の態様いずれか１つに記載の第１２の態様。
【００１７】
第１３の態様は、前面、後面、および側面を有する筐体と；少なくとも部分的に当該筐体内に設けられた電気部品であって、少なくとも制御装置、記憶装置、指紋センサー、およびディスプレイを含み、当該ディスプレイが当該筐体の前面にまたは当該筐体の前面に隣接して設けられる電気部品と；当該ディスプレイを覆って配された、第１から第１２の態様いずれか１つに記載のガラス系物品と、を含み、前記導電性材料が当該指紋センサーのための導電性経路を提供する、民生用電子製品である。
【００１８】
第１４の態様は、ガラス系基材の第１のイオン交換を実施するステップであって、当該ガラス系基材が第１の表面と、当該第１の表面に対向する第２の表面と、当該第１の表面に形成された少なくとも１つの穴とを含んで、当該第１の表面からガラス系基材における圧縮の深さＤＯＣまで延在する圧縮応力下にある領域を作る、実施するステップと；当該ガラス系基材をイオン交換した後、当該少なくとも１つの穴を導電性材料で充填するステップと；当該少なくとも１つの穴を充填した後、当該ガラス系基材の第２のイオン交換を実施するステップと、を含む、ガラス系物品を製造する方法である。
【００１９】
前記第２のイオン交換の継続時間が前記第１のイオン交換の継続時間より短い、第１４の態様に記載の第１５の態様。
【００２０】
前記第１のイオン交換の継続時間が約５時間から約１１時間までの範囲であり、前記第２のイオン交換の継続時間が約１０分から約４５分までの範囲である、第１５の態様に記載の第１６の態様。
【００２１】
充填の後かつ前記第２のイオン交換を実施する前に、前記ガラス系基材を加熱するステップをさらに含む、第１４から第１６の態様いずれか１つに記載の第１７の態様。
【００２２】
前記第１のイオン交換を実施した後かつ充填の前に、前記少なくとも１つの穴の側壁にコーティングを配するステップをさらに含み、当該コーティングにより、前記導電性材料と前記ガラス系基材との間での成分の移動が阻止される、第１４から第１７の態様いずれか１つに記載の第１８の態様。
【００２３】
前記少なくとも１つの穴が、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通穴である、第１４から第１８の態様いずれか１つに記載の第１９の態様。
【００２４】
前記少なくとも１つの穴が止まり穴である、第１４から第１９の態様いずれか１つに記載の第２０の態様。
【００２５】
前記導電性材料が、銅、銀、アルミニウム、チタン、金、白金、ニッケル、タングステン、およびマグネシウムからなる群より選択される、第１４から第２０の態様いずれか１つに記載の第２１の態様。
【００２６】
前記ガラス系基材が、ガラスまたはガラス‐セラミックである、第１４から第２１の態様いずれか１つに記載の第２２の態様。
【００２７】
さらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明において記述され、この説明から、当業者にとって、部分的に容易に明らかとなるであろう、または、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付された図面を含む本明細書で説明される実施形態を実施することによって、認識されるであろう。
【００２８】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明はともに、例示的であるにすぎず、特許請求の範囲の性質および特徴を理解することへの概観または枠組を提供することを意図するものであることが理解されるべきである。添付の図面は、さら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、本明細書の一部を構成する。図面は、１つまたは複数の実施形態を例示し、説明とともに様々な実施形態の原理および実施を説明するために有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】導電性材料で充填された少なくとも１つの穴を有する例示的なガラス系物品である。
【図２】本明細書で開示されるガラス系物品の圧縮応力領域における圧縮応力プロファイルの例示的な概略表現である。
【図３】３つの異なる方法によって実現されたガラス系物品の圧縮応力領域における圧縮応力プロファイルを比較する概略表現である。
【図４】貫通穴を充填し、次いで充填された貫通穴を有する物品をイオン交換する例示的なプロセスに従ってガラス系物品を処理する際の、ガラス系物品の上面図である。
【図５】充填されていない貫通穴を有する物品をイオン交換し、その貫通穴を充填し、次いで充填された貫通穴を有する物品をイオン交換する例示的なプロセスに従ってガラス系物品を処理する際の、ガラス系物品の上面図である。
【図６Ａ】本明細書で開示される任意のガラス系物品を実装した例示的な電子デバイスの平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの例示的な電子デバイスの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ここから本明細書の好ましい実施形態（複数可）に詳細に言及し、その例は添付の図面において図示される。可能な場合は必ず、同じまたは同様の部分に言及するために、同じ参照番号が図面を通して使用される。
【００３１】
一般に、本明細書で説明されるのは、少なくとも１つの穴（貫通穴もしくは止まり穴のいずれか、またはそれらの組み合わせ）を有するガラス系物品であって、少なくとも１つの穴が導電性材料で充填されているガラス系物品である。ガラス系物品は、ガラス系物品の表面から圧縮応力層の深さまで延在する圧縮応力下にある少なくとも１つの領域を有し、当該圧縮応力は、表面において最大である。また、穴の断面積および導電性材料の断面積の相違は、０．１％以下である。表面で最大圧縮応力を有することは、機械的強度を付与し、鋭い衝撃または落下による破壊に対する耐性を付与する。穴の断面積および導電性材料の断面積の相違を０．１％以下にすることは、最小限の空間的不一致があり、それにより導電性材料がガラス系材料から層剥離する可能性を最小にすることを意味する。いくつかの実施形態において、これらの特徴（すなわち、表面における最大圧縮応力、および０．１％以下の、穴の断面積と導電性材料の断面積との間での空間的不一致）は、少なくとも１つの穴を充填する前に、ガラス系基材を１回目にイオン交換し、次に少なくとも１つの穴を導電性材料で充填し、次に少なくとも１つの穴を充填した後、ガラス系基材を２回目にイオン交換することによって、実現されてもよい。
【００３２】
図１は、第１の表面１０４、対向する第２の表面１０６、および厚さｔを有するガラス系基材１０２を有する、例示的なガラス系物品１００を図示する。本明細書では、ガラス系という用語は、ガラスおよびガラス‐セラミックの両方を含む。いくつかの実施形態において、ガラス系基材１０２は、当該ガラス基材が、第１の表面１０４から圧縮の深さ（ＤＯＣ）ＤＯＣ１まで延在する圧縮応力（ＣＳ）下にある第１の領域１０８を有するように、強化されてもよい。いくつかの実施形態において、第１の領域１０８における圧縮応力は、第１の表面１０４で最大である。いくつかの実施形態において、ガラス系基材１０２はまた、第２の表面１０６から圧縮の深さＤＯＣ２まで延在する圧縮応力下にある第２の領域１１０を有してもよい。いくつかの実施形態において、第２の領域１１０における圧縮応力は、第２の表面１０６で最大である。いくつかの実施形態において、ガラス系基材１０２の中央領域１１２はＤＯＣ１からＤＯＣ２まで延在し、中央張力下にある。
【００３３】
ガラス系基材１０２はまた、第１の表面１０４に形成され、基材１０２の内部へと延在する少なくとも１つの穴１１４を有してもよい。いくつかの実施形態において、図１に示すように、穴１１４は第１の表面１０４から第２の表面１０６まで延在する貫通穴であってもよい。他の実施形態において、穴１１４は、第１の表面１０４からいくらかの距離を基材１０２中へ延在するが、第２の表面１０６まで達して貫通しない止まり穴であってもよい。いくつかの実施形態において、貫通穴のみ存在してもよい。他の実施形態において、止まり穴のみ存在してもよい。さらに他の実施形態において、貫通穴と止まり穴との組み合わせが存在してもよい。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの穴１１４は側壁１１３を有する。いくつかの実施形態において、ガラス系基材１０２は、当該ガラス基材１０２が、側壁１１３から圧縮の深さＤＯＣ３まで延在する圧縮応力（ＣＳ）下にある第３の領域１１５を有するように、強化されてもよい。いくつかの実施形態において、ＤＯＣ３はＤＯＣ１および／またはＤＯＣ２より小さい。他の実施形態において、ＤＯＣ３はＤＯＣ１および／またはＤＯＣ２と等しい。
【００３４】
いくつかの実施形態において、穴１１４は導電性材料１１６で充填されてもよい。いくつかの実施形態において、穴１１４の断面積および導電性材料１１６の断面積の相違は、０．１％以下、０．０９％以下、０．０８％以下、または０．０７％以下である。穴の断面積（Ａｈｏｌｅ）および導電性材料の断面積（Ａｃｏｎ）の相違は、（Ａｈｏｌｅ−Ａｃｏｎ）／（Ａｈｏｌｅ）≦０．００１である場合、０．１％以下である。ＡｈｏｌｅおよびＡｃｏｎは、走査型電子顕微鏡を使用して表面において測定する。
【００３５】
ガラス系基材１０２は、化学強化するためのイオン交換が可能な任意のガラス系材料を含んでもよい。いくつかの実施形態において、ガラス系材料は、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスであるか、またはアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含有する。いくつかの実施形態において、ガラス系基材１０２の厚さｔは、２ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１ｍｍ以下、０．９ｍｍ以下、０．８ｍｍ以下、０．７ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、または０．２ｍｍ以下であってもよい。いくつかの実施形態において、ガラス系基材１０２の厚さｔは、０．１ｍｍから２ｍｍまで、０．１ｍｍから１．５ｍｍまで、０．１ｍｍから１ｍｍまで、０．２ｍｍから２ｍｍまで、０．２ｍｍから１．５ｍｍまで、０．２ｍｍから１ｍｍまで、０．５ｍｍから２ｍｍまで、または０．５ｍｍから１．５ｍｍまでの範囲であってもよい。ガラス系基材１０２は図１において平坦であるように示されているが、これは例示であるにすぎない。いくつかの実施形態において、ガラス系基材１０２は、湾曲していても、曲がっていても、またはその他３次元に成形されてもよい。
【００３６】
第１の領域１０８および第２の領域１１０における圧縮応力は、それぞれ第１の表面１０４および第２の表面１０６の下の深さの関数として変動する。図２は、第１の領域１０８および／または第２の領域１１０における圧縮応力プロファイルの例示的な概略表現であり、圧縮応力はｙ軸に示され、その深さはｘ軸に示される。いくつかの実施形態において、図２に示すように、圧縮応力は表面において最大である。いくつかの実施形態において、第１の表面１０４および／または第２の表面１０６での圧縮応力は、少なくとも１００メガパスカル（ＭＰａ）、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも４００ＭＰａ、少なくとも５００ＭＰａ、少なくとも６００ＭＰａ、少なくとも７００ＭＰａ、少なくとも８００ＭＰａ、少なくとも９００ＭＰａ、少なくとも１，０００ＭＰａ、少なくとも１，１００ＭＰａ、または少なくとも１，２００ＭＰａである。いくつかの実施形態において、表面での圧縮応力は、１００ＭＰａから１，２００ＭＰａまで、１００ＭＰａから１，０００ＭＰａまで、４００ＭＰａから１，２００ＭＰａまで、４００ＭＰａから１，０００ＭＰａまで、５００ＭＰａから１，２００ＭＰａまで、５００ＭＰａから１，０００ＭＰａまで、６００ＭＰａから１，２００ＭＰａまで、６００ＭＰａから１，０００ＭＰａまで、７００ＭＰａから１，２００ＭＰａまで、または７００ＭＰａから１，０００ＭＰａまでの範囲であってもよい。いくつかの実施形態において、第１の領域１０８および／または第２の領域に対するＤＯＣは、少なくとも２０μｍ、少なくとも３０μｍ、少なくとも４０μｍ、少なくとも５０μｍ、少なくとも６０μｍ、少なくとも７０μｍ、少なくとも８０μｍ、少なくとも９０μｍ、または少なくとも１００μｍである。いくつかの実施形態において、第１の領域１０８および／または第２の領域に対するＤＯＣは、２０μｍから１００μｍまで、３０μｍから１００μｍまで、４０μｍから１００μｍまで、５０μｍから１００μｍまで、６０μｍから１００μｍまで、７０μｍから１００μｍまで、または８０μｍから１００μｍまでの範囲である。いくつかの実施形態において、第１の領域１０８に対するＤＯＣは、ガラス系基材１０２の厚さの５％以下、１０％以下、１５％以下、または２０％以下である。いくつかの実施形態において、第２の領域１１０に対するＤＯＣは、ガラス系基材１０２の厚さの５％以下、１０％以下、１５％以下、または２０％以下である。
【００３７】
いくつかの実施形態において、穴１１４は、レーザー損傷およびエッチング処理を使用して作られ、レーザーを利用して、ガラス系基材１０２に下穴または損傷トラックであってもよい損傷領域を作り、次いで下穴または損傷トラックを、エッチング処理を使用して拡大する。レーザー損傷生成および後続のエッチングを実施する例示的な方法は、米国出願公開第２０１５／０１６６３９５号明細書および米国特許第９，２７８，８８６号明細書に開示されており、これらの明細書の各々はここで、その全体が参照により援用される。いくつかの実施形態において、穴１１４は、約５μｍから約１５０μｍまで、５μｍから約１００μｍまで、５μｍから約５０μｍまで、約５μｍから約２０μｍまで、約２０μｍから約１５０μｍまで、約２０μｍから約１００μｍまで、約２０μｍから約５０μｍまで、約５０μｍから約１５０μｍまで、または約５０μｍから約１００μｍまでの範囲である最大径を有してもよい。いくつかの実施形態において、最大径は第１の表面１０４および／または第２の表面１０６にある。穴１１４は、円柱状、テーパー状、または砂時計形を含むが、これらに限定されない、様々な形状を有してもよい。いくつかの実施形態において、穴１１４は、砂時計形であってもよく、かつくびれ（最小径を有する穴に沿った点）を有してもよく、当該くびれは、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％である直径を有する。穴の直径は、例えば光学顕微鏡によって測定できる。
【００３８】
いくつかの実施形態において、導電性材料１１６は、ガラス系基材の熱膨張係数（ＣＴＥ）を超える熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する任意の好適な材料であってもよい。いくつかの実施形態において、導電性材料１１６は、銅、銀、アルミニウム、チタン、金、白金、ニッケル、タングステン、またはマグネシウムを含んでもよいが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、導電性材料は純金属、金属およびガラスフィラー粒子を含有するペースト、または金属フィラー粒子を有するポリマーペーストであってもよい。穴１１４は、任意の公知の技法を使用して導電性材料１１６で充填されてもよく、スパッタリング、電解めっき、化学気相蒸着、電気分解などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３９】
上記で言及したように、ガラス系基材１０２はイオン交換可能である。上述のとおり説明されるガラス系材料を化学的に処理して強化ガラス系材料をもたらす。イオン交換は、化学強化ガラス系材料に対して広範囲に使用されている。特定の一例において、アルカリ陽イオンの供給源（例えば、溶融塩、または「イオン交換」浴）内のアルカリ陽イオンは、ガラス系材料内のより小さいアルカリ陽イオンと交換されて、ガラス系材料の表面近傍の圧縮応力（ＣＳ）下にある層を実現する。圧縮層は、表面からガラス内の圧縮応力層（ＤＯＣ）の深さまで延在する。本明細書で説明されるガラス系材料において、例えば、これに限定されないが、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）などのカリウム塩を含む溶融塩浴にガラス系材料を浸漬することによって、イオン交換中、陽イオン供給源からのカリウムイオンは、ガラス系材料内のナトリウムおよび／またはリチウムイオンと交換される。イオン交換プロセスにおいて使用されてもよい他のカリウム塩として、塩化カリウム（ＫＣｌ）、硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）、およびこれらの組み合わせなどが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書で説明されるイオン交換浴は、カリウム以外のアルカリイオンおよびそれらに対応する塩を含有してもよい。例えば、イオン交換浴はまた、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウムなどのナトリウム塩を含んでもよい。
【００４０】
圧縮応力は、有限会社折原製作所（日本）が製造するＦＳＭ−６０００などの、市販されている機器を使用して、表面応力計（ＦＳＭ）によって測定する。表面応力測定は、ガラスの複屈折に関連する応力光係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依存する。次にＳＯＣは、「ガラスの応力光係数測定のための標準試験方法（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｇｌａｓｓ  Ｓｔｒｅｓｓ‐Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）」と称されるＡＳＴＭ規格Ｃ７７０−１６に説明される手順Ｃ（ガラスディスク法）に従って測定され、当該方法の内容はその全体を参照により本明細書に援用される。
【００４１】
本明細書では、ＤＯＣは、本明細書で説明される化学強化したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品における応力が、圧縮から引張に変化する深さを意味する。ＤＯＣは、イオン交換処理に応じて、ＦＳＭまたは散乱光偏光器（ＳＣＡＬＰ）によって測定してもよい。ガラス物品における応力を、カリウムイオンをガラス物品中へ変換することによって生成する場合、ＦＳＭを使用してＤＯＣを測定する。応力を、ナトリウムイオンをガラス物品中へ変換することによって生成する場合、ＳＣＡＬＰを使用してＤＯＣを測定する。ガラス物品における応力を、カリウムイオンおよびナトリウムイオンの両方をガラス中へ変換することによって生成する場合、ＤＯＣをＳＣＡＬＰによって測定するが、それは、ナトリウムの交換深さがＤＯＣを示し、カリウムイオンの交換深さが圧縮応力の大きさにおける変化（しかし、応力における圧縮から引張への変化ではない）を示すと考えられており、そのようなガラス物品におけるカリウムイオンの交換深さはＦＳＭによって測定するためである。
【００４２】
導電性材料１１６で充填された少なくとも１つの穴１１４を有するガラス系基材１０２であって、穴１１４の断面積および導電性材料１１６の断面積の相違が０．１％以下であり、ガラス系基材１０２が圧縮応力下にある少なくとも１つの領域１１０または１１２を有し、当該領域における最大圧縮応力が表面にある、ガラス系基材１０２を、以下の方法に従って形成してもよい。まず、少なくとも１つの穴１１４を導電性材料１１６で充填する前に、少なくとも１つの穴１１４を有するガラス系基材をイオン交換プロセスに供して第１の表面１０４および／または第２の表面１０６から延在する圧縮応力領域を作ってもよい。第１のイオン交換プロセスの後、少なくとも１つの穴１１４を導電性材料１１６で充填してもよい。次に、少なくとも１つの穴１１４を充填した後、ガラス系基材１０２を第２のイオン交換プロセスに供してもよい。上記で言及したように、図２は、第２のイオン交換プロセスの後に圧縮応力領域において実現された、例示的な応力プロファイルを図示している。いくつかの実施形態において、第１のイオン交換プロセスは、ガラス系基材１０２を溶融塩イオン交換浴に浸漬することを伴う。第１のイオン交換浴は、約４５から７０重量％のＫＮＯ３と約３０から５５重量％のＮａＮＯ３との混合物を含んでもよい。他の実施形態において、第１のイオン交換浴は、約５重量％以下のＮａＮＯ３と残りのＫＮＯ３との混合物を含んでもよい。いくつかの実施形態において、少量（＜５重量％）の、安定剤などの添加剤が存在してもよい。いくつかの実施形態において、第１のイオン交換は、約４４０℃から約４７０℃までの範囲の温度、例えば約４４０℃、約４５０℃、約４６０℃、または約４７０℃で実施してもよい。いくつかの実施形態において、第１のイオン交換の継続時間は、約５時間から約１１時間までの範囲、例えば約５時間、約６時間、約７時間、約８時間、約９時間、約１０時間、または約１１時間であってもよい。いくつかの実施形態において、第２のイオン交換は、第１のイオン交換より低い温度および／または継続時間で実施する。いくつかの実施形態において、第２のイオン交換は、約３８０℃から約４１０℃までの範囲の温度、例えば約３８０℃、約３９０℃、約４００℃、または約４１０℃で実施してもよい。いくつかの実施形態において、第２のイオン交換の継続時間は、約１０分から約４５分までの範囲、例えば約１０分、約１２分、約１５分、約１８分、約２０分、約２２分、約２５分、約２８分、約３０分、約３２分、約３５分、約３８分、約４０分、約４２分、または約４５分であってもよい。第２のイオン交換浴は、第１のイオン交換浴と同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態において、第２のイオン交換浴は、約５重量％以下のＮａＮＯ３と残りのＫＮＯ３との、例えば約１重量％のＮａＮＯ３と約９９重量％のＫＮＯ３との混合物を含んでもよい。いくつかの実施形態において、少量（＜５重量％）の、安定剤などの添加剤が存在してもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態において、導電性材料１１６とガラス系基材１０２との間での成分の移動を阻止するために、第１のイオン交換プロセスの後かつ充填の前に、少なくとも１つの穴１１４の側壁にコーティングを配してもよい。いくつかの実施形態において、コーティングは窒化ケイ素であってもよい。コーティングは従来の技法を使用して塗布してもよい。
【００４４】
いくつかの実施形態において、充填の後かつ第２のイオン交換の前に、ガラス系基材を加熱処理に供してもよい。いくつかの実施形態において、加熱することは、約３８０℃から約４１０℃までの範囲の温度、例えば約３８０℃、約３９０℃、約４００℃、または約４１０℃で行われてもよい。いくつかの実施形態において、加熱することの継続時間は、約３０分から約４時間までの範囲、例えば約３０分、約１時間、約１．５時間、約２時間、約２．５時間、約３時間、約３．５時間、または約４時間であってもよい。いくつかの実施形態において、当該方法はコーティングするステップおよび加熱するステップの両方を含んでもよい。
【００４５】
上記で説明した、第１のイオン交換を実施し、次に少なくとも１つの穴を導電性材料で充填し、次に第２のイオン交換を実施する方法は、ガラス系物品における、代替方法に対して有利な特質を提供する。この有利な特質は、表面での最大ＣＳ、導電性材料および穴の断面積の相違が０．１％未満であるように穴と導電性材料との間の空間的不一致を最小限にすること、ならびにガラス系基材と導電性材料との間の温度誘導応力を最小限にすることを含む。
【００４６】
図３は、３つの異なる方法に従うと得られる、ガラス系基材１０２の第１の領域１０８および／または第２の領域１１０において実現される圧縮応力プロファイルを比較する概略表現である。圧縮応力はｙ軸に示され、その深さはｘ軸に示される。応力プロファイル１は、少なくとも１つの穴を導電性材料で充填し、次に充填されたガラス系基材をイオン交換するプロセス（「プロセス１」）によると得られるものを図示する。応力プロファイル２は、少なくとも１つの穴を導電性材料で充填する前にガラス系基材をイオン交換するプロセス（「プロセス２」）によると得られるものを図示する。応力プロファイル３は、ガラス系基材を１回目にイオン交換し、次に少なくとも１つの穴を導電性材料で充填し、次に充填されたガラス系基材を２回目にイオン交換する、上述したプロセス（「プロセス３」）によると得られるものを図示する。各プロセスに対し、約８０μｍの直径を有する貫通穴、ならびに約５７．４モル％のＳｉＯ２、約１６．１モル％のＡｌ２Ｏ３、１７．１モル％のＮａ２Ｏ、約２．８モル％のＭｇＯ、約０．０７モル％のＳｎＯ２、および約６．５モル％のＰ２Ｏ５の組成を有する、０．７ｍｍ厚さのガラス基材試料を使用する。貫通穴は銅で充填する。応力プロファイル１を実現するには、ガラス試料を約９５重量％のＫＮＯ３および約５重量％のＮａＮＯ３を含むイオン交換浴中で、約４５０℃で約５時間にわたり、イオン交換する。応力プロファイル２を実現するには、ガラス試料を約９５重量％のＫＮＯ３および約５重量％のＮａＮＯ３を含むイオン交換浴中で、約４５０℃で約５時間にわたり、イオン交換する。応力プロファイル３を実現するには、貫通穴を充填する前に、ガラス試料を約９５重量％のＫＮＯ３および約５重量％のＮａＮＯ３を含むイオン交換浴中で、約４５０℃で約５時間にわたり、イオン交換する。ガラスを室温まで放冷し、次に貫通穴を充填する。貫通穴を充填した後、ガラスを約９９重量％のＫＮＯ３および約１重量％のＮａＮＯ３を含むイオン交換浴中で、約３９０℃で約３０分にわたり、２回目にイオン交換する。
【００４７】
以下に説明するように、応力プロファイル３を実現するために当該プロセスに従って処理した物品は、求められている特徴を実現することになる。図３において応力プロファイル１から３を比較することによってわかるように、応力プロファイル１および応力プロファイル３は最大圧縮応力を表面において有するのに対し、応力プロファイル２は表面の下に埋まった最大圧縮応力を有する。したがって、最大圧縮応力を表面において有することは、ガラスに耐衝撃性および耐擦傷性を付与することに寄与するため、応力プロファイル３は応力プロファイル２に対して利点を有する。応力プロファイル１に対する応力プロファイル３の利点に関して、図３からわかるように、応力プロファイル３は応力プロファイル１より大きいＤＯＣを有する。また、図４および図５において実証されるように、応力プロファイル３を実現するために使用したプロセス３（イオン交換―充填―イオン交換）に従って処理した物品は、応力プロファイル１を実現するために使用したプロセス１（充填―イオン交換）に従って処理した物品に対して、少なくとも１つの穴の断面積および導電性材料の断面積の相違を０．１％以下に最小限にする点で、利点を有する。
【００４８】
図４は、図３における応力プロファイル１を実現するために使用したプロセス１に従って処理されるガラス基材の上面図を図示する。ステップａは、直径ｄｇを有する充填されていない貫通穴を有するガラス基材を示す。ステップｂにおいて、貫通穴は銅で充填される。銅充填物は直径ｄｃを有し、貫通穴の直径と銅充填物の直径とは等しい。ステップｃにおいて、充填された貫通穴を有するガラス基材はイオン交換され、ガラス基材および銅充填物は、イオン交換ステップの間に起こる加熱の結果、膨張する。貫通穴および銅充填物の元の周界が破線で示されており、膨張後、貫通穴および銅充填物は同じ直径を有している。ガラスおよび銅は異なる熱膨張係数、銅は約１６．２８×１０−６／℃、および使用されたガラス組成物は８．７１×１０−６／℃、を有した。貫通穴および銅の直径は、イオン交換後、同じであると考えられ、銅の膨張が（その熱膨張係数がより高いため）同じ割合で貫通穴を膨張させた。このことにより、イオン交換プロセス中に、ガラス中に亀裂を生じ得る応力がガラスに生じる。イオン交換後のガラスと銅充填物との間の応力を算出するために、銅充填物およびガラスの両方は弾性的に変形するのみであり、充填するステップの後にはガラスと銅充填物の間に応力は存在しなかったと仮定する。ＭＰａでの応力（σ）を以下の式により算出する。
σ＝ΔＴ＊（αＣｕ‐αｇｌａｓｓ）＊［（（１−ｖＣｕ）／ＥＣｕ）＋（１−ｖｇｌａｓｓ）／Ｅｇｌａｓｓ］−１            （１）
式中、
ΔＴはイオン交換温度と室温との差であり、
αＣｕは銅の熱膨張係数であり、
αｇｌａｓｓはガラスの熱膨張係数であり、
ｖＣｕは銅のポアソン比（ここでは０．３５）であり、
ｖｇｌａｓｓはガラスのポアソン比（ここでは０．２２）であり、
ＥＣｕはＭＰａでの銅のヤング率（ここでは１１４，０００ＭＰａ）であり、
ＥｇｌａｓｓはＭＰａでのガラスのヤング率（ここでは６５，８００ＭＰａ）である。
銅、ガラス、および上記で特定するイオン交換温度を使用するプロセス１の応力は、約１３４．３ＭＰａであった。応力は、およそイオン交換の継続時間（およそ５時間）にわたり、継続したであろう。ステップｄにおいて、ガラス基材および銅充填物を室温まで放冷し、ガラスの直径ｄｇは銅充填物の直径ｄｃより大きい。銅のみがイオン交換中の応力によって弾性的に変形すると仮定すると、銅充填物はその元の形状に戻ると考えられる。しかしながら、イオン交換反応がガラスの化学組成を変えて貫通穴はその元の形状に戻らないようになり、そのような貫通穴は銅充填物よりも寸法が大きく、それによって貫通穴と銅充填物との間に寸法の不一致が生じる。この寸法の不一致により、銅充填物がガラス貫通穴から層剥離するおそれがある。
【００４９】
図５は、図３における応力プロファイル３を実現するために使用したプロセス３に従って処理されるガラス基材の上面図を図示する。ステップａは、直径ｄｇを有する充填されていない貫通穴を有するガラス基材を示す。ステップｂにおいて、充填されていない貫通穴を有するガラス基材はイオン交換され、充填されていない貫通穴の直径は膨張した。貫通穴の元の周界が破線で示されている。ステップｃにおいて、イオン交換され、かつ充填されていない貫通穴を室温まで放冷し、イオン交換反応がガラスの化学組成を変えて貫通穴が元の形状に戻らないようになるため、貫通穴の直径はステップａにおけるよりも大きい。ステップｄにおいて、貫通穴は銅で充填される。銅充填物は直径ｄｃを有し、貫通穴と銅充填物の直径は等しい。ステップｅにおいて、充填された貫通穴を有するガラス基材はイオン交換され、ガラス基材および銅充填物は、この第２のイオン交換ステップの間に起こる加熱の結果、膨張する。貫通穴および銅充填物の元の周界が破線で示されており、膨張後、貫通穴および銅充填物は同じ直径を有している。上記で言及したように、ガラスおよび銅は異なる熱膨張係数を有した。貫通穴および銅の直径は、第２のイオン交換後、同じであると考えられ、銅の膨張が（その熱膨張係数がより高いため）同じ割合で貫通穴を膨張させた。このことにより、第２のイオン交換プロセス中に、ガラス中に亀裂を生じ得る応力がガラスに生じた。銅、ガラス、および上記で特定するイオン交換温度を使用するプロセス３の応力は、上述の式（１）を使用して算出すると約１１５．５ＭＰａであり、第２のイオン交換の継続時間（約３０分）にわたり、継続したであろう。応力はプロセス１で生じた１３４．３ＭＰａより低く、プロセス１で経験されたものより非常に短い間継続したであろう。ステップｆにおいて、ガラス基材および銅充填物を室温まで放冷し、ガラスの直径ｄｇは銅充填物の直径ｄｃとほぼ同じである。第２のイオン交換反応がガラスの化学組成を変えるが、プロセス１とは対照的に、第２のイオン交換は短時間で行われて貫通穴と銅充填物との間の寸法の不一致が最小限であるようになる。
【００５０】
本明細書で開示されるガラス系物品は、ディスプレイ（またはディスプレイ物品）を有する物品（例えば、携帯電話、タブレット、ラップトップ型コンピュータ、コンピュータ、ナビゲーションシステムなどを含む民生用電子装置）などの別の物品に組み込んでもよい。本明細書で開示される任意のガラス系物品を組み込む例示的な物品を、図６Ａおよび図６Ｂに示す。具体的には、図６Ａおよび図６Ｂは、前面６０４、後面６０６、および側面６０８を有する筐体６０２と；少なくとも部分的に筐体の内側または完全に筐体内にあり、少なくとも制御装置、記憶装置、指紋センサーまたはタッチスクリーン、および筐体の前面にあるまたは筐体の前面に隣接したディスプレイ６１０を含む電気部品（図示せず）と；ディスプレイを覆うように、筐体の前面にあるまたは筐体の前面を覆うカバー基材６１２と、を含む民生用電子デバイス６００を示す。
いくつかの実施形態において、カバー基材６１２は、イオン交換されており、指紋センサーおよび／またはタッチスクリーンの一部として使用するための導電性経路を提供する導電性材料で充填された穴６１４を有する、本明細書で開示される任意のガラス系物品を含んでもよい。
【００５１】
様々な修正および変形が、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく行われ得ることは、当業者に明らかとなろう。
【００５２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００５３】
実施形態１  
ガラス系基材であって、第１の表面と、当該第１の表面に対向する第２の表面と、当該第１の表面に形成された少なくとも１つの穴と、当該第１の表面から当該ガラス系基材における圧縮の深さＤＯＣ１まで延在する圧縮応力下にある領域とを含む、ガラス系基材であって、当該領域における当該圧縮応力が当該第１の表面において最大である、ガラス系基材と、
当該少なくとも１つの穴に配された導電性材料であって、当該少なくとも１つの穴の断面積および当該導電性材料の断面積の相違は０．１％以下である導電性材料と、を含む、ガラス系物品。
【００５４】
実施形態２  
前記導電性材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）が前記ガラス系基材のＣＴＥより高い、実施形態１記載のガラス系物品。
【００５５】
実施形態３  
前記第１の表面における前記ガラス系基材の前記圧縮応力が約１００ＭＰａ以上である、実施形態１または２記載のガラス系物品。
【００５６】
実施形態４  
前記第１の表面における前記ガラス系基材の前記圧縮応力が約１００ＭＰａから約１，２００ＭＰａまでの範囲である、実施形態１または２記載のガラス系物品。
【００５７】
実施形態５  
前記少なくとも１つの穴が、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通穴である、実施形態１から４いずれか１つに記載のガラス系物品。
【００５８】
実施形態６  
前記少なくとも１つの穴が止まり穴である、実施形態１から４いずれか１つに記載のガラス系物品。
【００５９】
実施形態７  
前記導電性材料が、銅、銀、アルミニウム、チタン、金、白金、ニッケル、タングステン、およびマグネシウムからなる群より選択される、実施形態１から６いずれかに記載のガラス系物品。
【００６０】
実施形態８  
前記ＤＯＣ１が、少なくとも２０μｍである、実施形態１から７いずれかに記載のガラス系物品。
【００６１】
実施形態９  
前記第２の表面から第２の圧縮の深さＤＯＣ２まで延在する第２の圧縮応力の領域をさらに含む、実施形態１から８いずれかに記載のガラス系物品。
【００６２】
実施形態１０  
前記圧縮応力の領域の間に位置する中央張力の領域をさらに含む、実施形態９記載のガラス系物品。
【００６３】
実施形態１１  
前記ガラス系基材がガラスである、実施形態１から１０いずれかに記載のガラス系物品。
【００６４】
実施形態１２  
前記ガラス系基材がガラス‐セラミックである、実施形態１から１０いずれか１つに記載のガラス系物品。
【００６５】
実施形態１３  
前面、後面、および側面を有する筐体と、
少なくとも部分的に当該筐体内にある電気部品であって、少なくとも制御装置、記憶装置、指紋センサー、およびディスプレイを含み、当該ディスプレイが当該筐体の前面にまたは当該筐体の前面に隣接して設けられる電気部品と、
当該ディスプレイを覆って配された、実施形態１から１２いずれかに記載のガラス系物品であって、導電性材料が当該指紋センサーのための導電性経路を提供するガラス系物品と、を含む、民生用電子製品。
【００６６】
実施形態１４  
ガラス系物品を製造する方法であって、
ガラス系基材の第１のイオン交換を実施するステップであって、当該ガラス系基材が、第１の表面と、当該第１の表面に対向する第２の表面と、当該第１の表面に形成された少なくとも１つの穴とを含んで、当該第１の表面から当該ガラス系基材における圧縮の深さＤＯＣまで延在する圧縮応力下にある領域を作る、実施するステップと、
当該ガラス系基材をイオン交換した後、当該少なくとも１つの穴を導電性材料で充填するステップと、
当該少なくとも１つの穴を充填した後、当該ガラス系基材の第２のイオン交換を実施するステップと、
を含む、方法。
【００６７】
実施形態１５  
前記第２のイオン交換の継続時間が前記第１のイオン交換の継続時間より短い、実施形態１４記載の方法。
【００６８】
実施形態１６  
前記第１のイオン交換の継続時間が約５時間から約１１時間までの範囲であり、前記第２のイオン交換の継続時間が約１０分から約４５分までの範囲である、実施形態１５記載の方法。
【００６９】
実施形態１７  
充填の後かつ前記第２のイオン交換を実施する前に、前記ガラス系基材を加熱するステップをさらに含む、実施形態１４〜１６いずれか１つに記載の方法。
【００７０】
実施形態１８  
前記第１のイオン交換を実施した後かつ充填の前に、前記少なくとも１つの穴の側壁にコーティングを配するステップをさらに含み、当該コーティングにより、前記導電性材料と前記ガラス系基材との間での成分の移動が阻止される、実施形態１４〜１７いずれか１つに記載の方法。
【００７１】
実施形態１９  
前記少なくとも１つの穴が、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通穴である、実施形態１４〜１８いずれか１つに記載の方法。
【００７２】
実施形態２０  
前記少なくとも１つの穴が止まり穴である、実施形態１４〜１８いずれか１つに記載の方法。
【００７３】
実施形態２１  
前記導電性材料が、銅、銀、アルミニウム、チタン、金、白金、ニッケル、タングステン、およびマグネシウムからなる群より選択される、実施形態１４〜２０いずれかに記載の方法。
【００７４】
実施形態２２  
前記ガラス系基材が、ガラスまたはガラス‐セラミックである、実施形態１４〜２１いずれか１つに記載の方法。
【符号の説明】
【００７５】
１００  ガラス系物品
１０２  ガラス系基材
１０４  第１の表面
１０６  第２の表面
１０８  第１の領域
１１０  第２の領域
１１２  中央領域
１１３  側壁
１１４  穴
１１５  第３の領域
１１６  導電性材料
６００  民生用電子デバイス
６０２  筐体
６０４  前面
６０６  後面
６０８  側面
６１０  ディスプレイ
６１２  カバー基材
６１４  穴
【図１】
2019528236.tif 000003
【図２】
2019528236.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
2019528236.tif 000008
【図６Ｂ】
2019528236.tif 000009
【国際調査報告】
2019528236.tif 000010
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