(57)【要約】  傷抑制特性が改善されたイオン注入ガラス系物品が提供される。該イオン注入ガラス系物品は、概して、イオン注入前のガラス系物品と比較して少なくとも１．２５倍の増加を表す、少なくとも６５０グラムの最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重、及び／又は少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力を有する。イオン注入プロセスの有効性に影響を及ぼす因子には、出発ガラス又はガラスセラミック基板のＩＦＴ荷重（天然のＩＦＴ荷重）、イオンのタイプ、イオンドーズ量、注入エネルギー、ビーム電流、及びガラス温度が含まれうる。
2019524613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板
を含む物品であって、
前記イオン注入されたガラス又はガラスセラミック物品が、少なくとも６５０グラムの最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を有することを特徴とする、
物品。
【請求項２】
前記少なくとも１つの面に、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、及びそれらの組合せからなる群より選択されるイオンが注入されることを特徴とする、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記イオンが、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２の範囲のドーズ量で注入されることを特徴とする、請求項２に記載の物品。
【請求項４】
ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前の前記ガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力；ｉｉｉ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｉｖ）前記研磨紙と前記ガラスの表面との間に１００μｍのエアギャップが存在するように前記ガラスの表面に位置付けられた３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも約４０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の物品。
【請求項５】
ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前の前記ガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍〜約１０倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）約６５０グラム〜約５０００グラムの最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）約１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の物品。
【請求項６】
前記物品が、筐体、ディスプレイ、及びカバー基板を含む電子デバイスであり、前記ディスプレイが、前記筐体の前面に又はそれに隣接して設けられており、前記カバー基板が、前記筐体の前記前面又はその上に、及び前記ディスプレイの上に設けられており、かつ、前記カバー基板、及び前記筐体の一部のうちの少なくとも一方が、前記ガラス又はガラスセラミック基板を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の物品。
【請求項７】
ガラス又はガラスセラミック基板の少なくとも１つの表面下にドーズ量のイオンを注入する工程
を含む方法であって、
前記ガラス又はガラスセラミック基板が、少なくとも１００グラムの初期圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を有することを特徴とし；かつ
前記イオン注入ガラス系物品が、前記ガラス又はガラスセラミック基板の前記ＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍の最終ＩＦＴ荷重、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することを特徴とする、
方法。
【請求項８】
前記イオンが、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、及びそれらの組合せからなる群より選択されるイオンを含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記イオンのドーズ量が、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２の範囲にあることを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記注入工程が、約４５ｋｅＶ〜約２０００ｋｅＶの注入エネルギーで行われることを特徴とする、請求項７〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記注入工程が、約１ミリアンペア〜約４ミリアンペアのビーム電流で行われることを特徴とする、請求項７〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記イオンが、前記ガラス又はガラスセラミック基板の前記少なくとも１つの表面下に５μｍ以下の平均深さで注入されることを特徴とする、請求項７〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
筐体；
前記筐体の前面又はそれに隣接して設けられたディスプレイ；及び
前記筐体の前記前面又はその上に、かつ前記ディスプレイの上に設けられたカバー基板
を含む、電子デバイスであって
前記カバー基板、及び前記筐体の一部のうちの少なくとも一方が、少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含む、イオン注入ガラス系物品を含み、かつ、約６５０グラム〜約５０００グラムの圧入破壊閾値荷重、約１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値、又はそれらの組合せを有することを特徴とする、
電子デバイス。
【請求項１４】
少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板
を含む物品であって、
該イオン注入されたガラス系物品が、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力を有することを特徴とする、
物品。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの面に、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、及びそれらの組合せからなる群より選択されるイオンが注入されることを特徴とする、請求項１４に記載の物品。
【請求項１６】
ｉ）１００グラムであるイオン注入前の前記ガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍〜約１０倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）約６５０グラム〜約５０００グラムの最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値力、ｉｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｖ）前記研磨紙と前記ガラスの表面との間に１００μｍのエアギャップが存在するように前記ガラスの表面に位置付けられた３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも約４０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、請求項１４又は１５に記載の物品。
【請求項１７】
前記物品が、筐体、ディスプレイ、及びカバー基板を含む電子デバイスであり、前記ディスプレイが、前記筐体の前面に又はそれに隣接して設けられており、前記カバー基板が、前記筐体の前記前面又はその上に、及び前記ディスプレイの上に設けられており、かつ、前記カバー基板、及び前記筐体の一部のうちの少なくとも一方が、前記ガラス又はガラスセラミック基板を含むことを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１８】
少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含む物品であって、該ガラス又はガラスセラミック基板がイオン交換したガラス又はガラスセラミック基板である、物品。
【請求項１９】
少なくとも６５０グラムの最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することを特徴とする、請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
前記物品が、筐体、ディスプレイ、及びカバー基板を含む電子デバイスであり、前記ディスプレイが、前記筐体の前面に又はそれに隣接して設けられており、前記カバー基板が、前記筐体の前記前面又はその上に、及び前記ディスプレイの上に設けられており、かつ、前記カバー基板、及び前記筐体の一部のうちの少なくとも一方が、前記ガラス又はガラスセラミック基板を含むことを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１６年６月２８日出願の米国仮特許出願第６２／３５５４３７号の米国法典第３５編特許法１１９条に基づく優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、例えばイオン注入を通じた、ガラス系物品の強化に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラスは、しばしば使用中に破損することがある脆弱な材料である。概して、破損及び引っ掻きなどの他の損傷を最小限に抑えるために、処理が用いられる。処理は、傷の数、深さ、又は成長を最小限に抑えるように設計される。
【０００４】
これらの処理の例には、熱焼戻し及びイオン交換などの応力に基づいた処理が含まれる。焼戻し及びイオン交換は、表面近くに、応力、すなわち、内部の張力と釣り合う圧縮応力をガラスに付与する。応力に基づく処理を使用することの１つの欠点は、ガラス系物品が薄くなるにつれて、機械的特性の向上がより限定されてしまうことである。コンピュータのモニタ、ラップトップ、タブレット、ハンドヘルドデバイス、又はスクリーンプロテクタなどのディスプレイに用いられるガラス系物品は、概して、より薄いガラスの方へと駆り立てられる。より薄いガラスは、表面近くのガラスの圧縮応力と釣り合う内部ガラスが少ないことから、とりわけ携帯用途において、ディスプレイ製品の薄肉化、軽量化、及び安価化を可能にする。より薄いガラスは、応力に基づく処理の有効性を制限する。
【発明の概要】
【０００５】
さまざまな実施形態では、イオン注入されたガラス系物品が提供される。幾つかの実施形態では、該イオン注入ガラス系物品は、少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、少なくとも１つの面の下に、層に注入されるイオンの平均深さが５μｍ以下（例えば、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、又は１μｍ以下）のイオン注入層（例えば、限定はしないが、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、及び／又はＮ２＋などのイオンが注入される）を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、少なくとも１つの表面下に、約１μｍ、約０．８μｍ、約０．５μｍ、約０．２μｍ、約０．１μｍ、又は指定された値の間の任意の範囲の厚さを有する、イオン注入層（例えば、限定はしないが、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋又はそれらの組合せなどのイオンを注入）を含む。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの表面下に注入されるイオン（例えば、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、及び／又はＮ２＋）のドーズ量は、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２（例えば、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約５×１０１５イオン／ｃｍ２又は約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約１×１０１６イオン／ｃｍ２）の範囲にある。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板の初期ＩＦＴ荷重は、少なくとも１００グラムである。幾つかの実施形態では、イオン注入前のガラス又はガラスセラミック基板の初期圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重は、約１００グラム、約１５０グラム、約２００グラム、約４００グラム、約６００グラム、約８００グラム、約１０００グラム、又は指定された値の間の任意の範囲である。イオン注入前に少なくとも１００グラムの初期ＩＦＴを有するガラス又はガラスセラミック基板は、当技術分野で知られている。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換プロセスに適していない。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、アルカリガラス組成物又はアルカリを含まないガラス組成物、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス組成物、又はアルカリアルミノシリケートガラス組成物を含む。他の適切なガラス又はガラスセラミック基板は、本明細書に記載されている。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、２ｍｍ以下（例えば、０．７ｍｍ以下）の平均厚さを有する。
【０００６】
ある特定の実施形態は、その最終ＩＦＴ荷重を特徴とする、イオン注入ガラス系物品を対象とする。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、少なくとも６５０グラム（例えば、６５０グラム〜約５０００グラム）の最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を有することを特徴とする。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの面に、限定はしないが、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、又はそれらの組合せなどのイオンが注入される。幾つかの実施形態では、イオンは、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２（例えば、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約５×１０１５イオン／ｃｍ２又は約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約１×１０１６イオン／ｃｍ２）の範囲のドーズ量で注入される。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、イオン交換プロセスに適していないガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、アルカリガラス組成物又はアルカリを含まないガラス組成物、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス組成物、又はアルカリアルミノシリケートガラス組成物を含む。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、２ｍｍ以下（例えば、０．７ｍｍ以下）の平均厚さを有する。幾つかの実施形態では、イオンは、少なくとも１つの表面下に、５μｍ以下（例えば、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下）の平均深さで注入される。
【０００７】
幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前のガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍（例えば、約１．５倍〜約１０倍）の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）少なくとも１０Ｎ（例えば、１０Ｎ〜約３０Ｎ）の引っ掻き閾値力；ｉｉｉ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｉｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに約４０ｃｍ〜約５０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、電子ディスプレイである。幾つかの実施形態では、電子ディスプレイは、筐体及びディスプレイ、並びに、少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含むカバーガラスを含む。幾つかの実施形態では、ディスプレイは、筐体の前面又はそれに隣接して設けられる。幾つかの実施形態では、カバーガラスは、筐体の前面又はその上に、かつディスプレイの上に設けられる。
【０００８】
ある特定の実施形態は、その引っ掻き閾値力によって特徴づけられる、イオン注入ガラス系物品を対象とする。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、少なくとも１つのイオン注入面を含み、該イオン注入されたガラス系物品が、少なくとも１０Ｎ（例えば、１０Ｎ〜約３０Ｎ）の引っ掻き閾値力を有することを特徴とする。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの面に、限定はしないが、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、又はそれらの組合せなどのイオンが注入される。幾つかの実施形態では、イオンは、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２（例えば、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約５×１０１５イオン／ｃｍ２又は約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約１×１０１６イオン／ｃｍ２）の範囲のドーズ量で注入される。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、イオン交換プロセスに適していないガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、アルカリガラス組成物又はアルカリを含まないガラス組成物、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス組成物、又はアルカリアルミノシリケートガラス組成物を含むガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、２ｍｍ以下（０．７ｍｍ以下）の平均厚さを有する。幾つかの実施形態では、イオンは、少なくとも１つの表面下に、５μｍ以下（例えば、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下）の平均深さで注入される。
【０００９】
幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前のガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍（例えば、約１．５倍〜約１０倍）の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）少なくとも６５０グラム（例えば、６５０グラム〜約５０００グラム）の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）少なくとも１０Ｎ（例えば、１０Ｎ〜約３０Ｎ）の引っ掻き閾値力；ｉｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに約４０ｃｍ〜約５０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする。
【００１０】
ある特定の実施形態は、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板を含む、イオン注入ガラス系物品を対象とする。例えば、幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、ガラス又はガラスセラミック基板及び少なくとも１つのイオン注入面を含み、該ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、部分的にイオン交換したガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、少なくとも６５０グラム（例えば、約１０００グラム〜約５０００グラム）の最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することを特徴とする。
【００１１】
ある特定の実施形態は、本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品を含む電子デバイスを対象とする。例えば、幾つかの実施形態では、実質的に半透明又は透明のイオン注入ガラス系物品を含む電子デバイスが提供される。幾つかの実施形態では、電子デバイスは、筐体及びディスプレイを含む。幾つかの実施形態では、ディスプレイは、筐体の前面又はそれに隣接して設けられる。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、筐体の前面又はその上、及びディスプレイの上に設けられたカバーガラスの少なくとも一部を形成する。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、少なくとも１つのイオン注入面を含み、少なくとも約６５０グラム（例えば、６５０グラム〜約５０００グラム）の圧入破壊閾値荷重、少なくとも１０Ｎ（１０Ｎ〜約３０Ｎ）の引っ掻き閾値、又はそれらの組合せを有することを特徴とする。他の適切なイオン注入ガラス系物品は、本明細書に記載されている。
【００１２】
ある特定の実施形態は、イオン注入ガラス系物品を調製するプロセスを対象とする。幾つかの実施形態では、本プロセスは、ガラス又はガラスセラミック基板の少なくとも１つの表面下にドーズ量のイオンを注入する工程を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板が、少なくとも１００グラムの初期圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を有することを特徴とする。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの表面下に注入されたイオンは、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、又はそれらの組合せなどのイオンを含む。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの表面下に注入されたイオンのドーズ量は、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２（例えば、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約５×１０１５イオン／ｃｍ２又は約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約１×１０１６イオン／ｃｍ２）の範囲にある。幾つかの実施形態では、注入工程は、約４５ｋｅＶ〜約２０００ｋｅＶの注入エネルギーで行われる。幾つかの実施形態では、該注入工程は、約１ミリアンペア〜約４ミリアンペアのビーム電流で行われる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板（例えば、部分的にイオン交換したガラス又はガラスセラミック基板）を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換プロセスに適していない。幾つかの実施形態では、イオンは、少なくとも１つの表面下に５μｍ以下（例えば、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、又は１μｍ以下）の平均深さで注入される。
【００１３】
本明細書に記載されるプロセスによって調製されるイオン注入ガラス系物品は、その傷抑制特性によって特徴づけることができる。幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるプロセスによって調製されるイオン注入ガラス系物品は、ガラス又はガラスセラミック基板のＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍（例えば、約１．５倍〜約１０倍）の最終ＩＦＴ荷重、少なくとも１０Ｎ（例えば、１０Ｎ〜約３０Ｎ）の引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することを特徴とする。幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるプロセスによって調製されるイオン注入ガラス系物品は、ｉ）イオン注入前のガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍〜約１０倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）６５０グラム〜約５０００グラムの最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値；ｉｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに約４０ｃｍ〜約５０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする。
【００１４】
実施形態の前述の概要並びに以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読む場合に、よりよく理解されよう。例示の目的で、図面は、特定の実施形態の使用を説明する場合がある。しかしながら、本明細書に記載される方法及び組成物は、図面に論じられる又は記載される正確な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】イオン注入のための例示的なガラス又はガラスセラミック基板を示す図
【図１Ｂ】イオン注入面を有するガラス又はガラスセラミック基板の断面の概略図
【図２】ガラス又はガラスセラミック基板の少なくとも１つの表面下へのイオンの注入に使用するのに適した、例示的なイオン注入システムを示す図
【図３Ａ】対照ガラスとしての天然の（すなわち、イオン注入されていない）状態におけるさまざまなガラスの圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を、イオン注入後に対応するガラスに観察されるＩＦＴ荷重と比較する棒グラフ
【図３Ｂ】対照ガラスとしての天然の（すなわち、注入されていない）状態におけるさまざまなガラスのＩＦＴ荷重を、イオン注入後に対応するガラスに観察されるＩＦＴ荷重と比較する、さらなる棒グラフ。図３Ｂでは、非イオン注入対照ガラスとイオン注入ガラスの各対応する対のバーが、隣り合わせに表示されている。
【図４】対照ガラスとしての天然の（すなわち、イオン注入されていない）状態におけるＥａｇｌｅ  ＸＧ（登録商標）ガラス及びガラスＡのＩＦＴ荷重を、さまざまなイオンを注入後の対応するガラスに観察されるＩＦＴ荷重と比較する棒グラフ。灰色のバーはガラスＡを表す。斜線のバーは、「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスを表す。
【図５】対照ガラスとして、それらの天然の（すなわち、イオン注入されていない）状態におけるガラスＡ及び「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスのＩＦＴ荷重を、さまざまなエネルギー及びドーズ量でＮ＋を注入後の対応するガラスに観察されるＩＦＴ荷重と比較する棒グラフ。灰色のバーは「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスを表す。斜線のバーは、ガラスＡを表す。
【図６】対照ガラスとしての天然の（すなわち、イオン注入されていない）状態における「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスの引っ掻き閾値力を、イオン注入後の対応するガラスに観察される引っ掻き閾値力と比較するグラフ
【図７Ａ】研磨紙上球（Ball on Sandpaper）（「ＢｏＳ」）試験に使用するための例示的な装置
【図７Ｂ】ＢｏＳ試験における、さまざまなガラス（イオン交換したソーダ石灰ガラス（ＳＬＳ−ＩＯＸ）、イオン交換したガラスＣ、及び天然の（すなわち、イオン注入されていない）「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラス）の破損高さを、イオン注入された「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラス（ＥＸＧ）と比較するグラフ
【図８Ａ】研磨紙上反転球（inverted Ball on Sandpaper）試験（「ＩＢｏＳ」）中の損傷導入を示す図
【図８Ｂ】ＩＢｏＳ試験に使用するための例示的な装置を示す図
【図８Ｃ】反転ＢｏＳ試験において、さまざまなガラス（イオン交換したソーダ石灰ガラス（ＳＬＳ−ＩＯＸ）、イオン交換したガラスＣ、イオン交換したガラスＡ、及び二重イオン交換したガラスＤ及び天然の（すなわち、非イオン注入「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラス）の破損高さを、イオン注入した「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラス（ＥＸＧ）と比較するグラフ
【図９Ａ】本明細書に開示されるイオン注入ガラスのいずれかを組み込む例示的な電子デバイスの平面図
【図９Ｂ】図９Ａの例示的な電子デバイスの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
定義
「含む（include, including, contain及びcontaining）」などのオープンタームは、「含む（comprising）」を意味する。これらのオープンエンドの移行句は、追加的な記載されていない要素又は方法工程を除外しない、要素、方法工程などのオープンエンドのリストを組み込むために用いられる。実施形態が「含む（comprising）」という言葉で説明されている場合はいつでも、「〜からなる（consisting of）」及び／又は「〜から実質的になる（consisting substantially of）」で表現された他の類似の実施形態もまた提供されることが理解される。
【００１７】
移行句「〜からなる（consisting of）」及びそれらのバリエーションは、それらに通常関連する不純物を除き、記載されていない任意の要素、工程、又は成分を除外する。
【００１８】
移行句「〜から実質的になる（consists essentially of）」、若しくは「〜から実質的になる（consist essentially of又はconsisting essentially of）」などのバリエーションは、特定の方法、構造又は組成物の基本的な又は新規の特性を実質的に変更しないものを除き、記載されていない任意の要素、工程、又は成分を除外する。
【００１９】
また、本開示の要素又は構成成分に先行する不定詞「ａ」及び「ａｎ」は、事例の数、すなわち、要素又は構成成分の発生に関して非制限的であることが意図されている。したがって、「ａ」又は「ａｎ」は、１つ又は少なくとも１つを含むと解釈されるべきであり、要素又は構成成分の単数形もまた、その数が明らかに単数であることを意味しない限り、複数も含む。
【００２０】
本明細書で用いられる場合、本開示に関係する値を修飾する用語「約」は、例えば、日常的な試験及び取り扱いを通じて；そのような試験及び取り扱いにおける不注意によるエラーを通じて；本開示に使用される成分の製造、供給源、または純度の違いを通じてなど、起こりうる数量の変動を指す。用語「約」で修飾されているかどうかにかかわらず、特許請求の範囲は、記載される量の等価物を含む。一実施形態では、用語「約」は、報告される数値の１０％以内を意味する。
【００２１】
用語「開示」又は「本開示」は、本明細書で用いられる場合、非限定的な用語であり、特定の開示のいずれかの単一の実施形態のことを指すことは意図されておらず、本願に記載されるすべての可能な実施形態を包含する。
【００２２】
本明細書で用いられる場合、用語「ガラス又はガラスセラミック基板」、「ガラス又はガラスセラミック基板」、「ガラス系物品」、及び「ガラス系物品」は、全体又は一部をガラスで作られたあらゆる物体を含むように、最も広い意味で用いられる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板、及び／又はガラス系物品は、非結晶質相及び１つ以上の結晶相を有しうる。
【００２３】
文脈から明らかでない限り、「厚さ」は、平均厚さと理解されるべきである。例えば、１ｍｍの厚さを有するガラス系物品は、該ガラス系物品が１ｍｍの平均厚さを有すると理解されるべきである。
【００２４】
同様に、文脈から明らかでない限り、「深さ」は、平均深さと理解されるべきである。例えば、表面下１μｍ以下に注入されたイオンは、注入されたイオンの平均深さが表面下１μｍ以下であると理解されるべきである。
【００２５】
当業者に理解されるように、本明細書で用いられる「ミクロン」又は「μｍ」の単位は、マイクロメートル、すなわち、１×１０−６メートルを指す。
【００２６】
イオン注入プロセス
ガラス系物品の厚さが、例えば７００μｍ以下又は５００μｍ以下など、１ｍｍ未満に低下する場合、応力に基づかない処理は、イオン交換処理などの応力に基づく処理と競合するか、あるいはそれらよりも優れている。
【００２７】
イオン注入は、ガラス系物品に著しい応力を生成しない、若しくは閉じ込めないように見える。イオン注入は、運動量分析器を備えた又は備えていない、イオンシャワー、プラズマ浸漬イオン注入などのプロセスを含む。理論に縛られることは望まないが、イオン注入は、ガラス系物品の表面近くを、該表面がより微延性になるように変換すると考えられる。微延性は、内部応力を使用することなく、傷の形成を抑制する。ガラスの厚さは、注入処理の有効性とは関係がない。
【００２８】
イオン注入とイオン交換又は熱焼戻しなどの他の処理との主な違いの１つは、ガラス内に閉じ込められる応力の量である。本明細書に示されるように、イオン注入は、ガラス内に顕著な応力を閉じ込めない。片面のみに注入されたガラスウエハ（０．７ｍｍ又は０．５５ｍｍ厚）は、注入後に著しく湾曲しなかったことから、注入による応力が低いことが推論される。イオンは、概して、５μｍ以下（例えば、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、又は１μｍ以下）の平均深さで表面下に注入される。別の実験では、ガラスウエハを注入前に部分的にマスキングした。偏光板を使用して、注入された領域と注入されていない領域との接合部には、応力は検出されなかった。
【００２９】
５００μｍを超える厚さのガラスでは、イオン交換は、典型的には、破壊に対する抵抗を高めるために用いられる。イオン交換は、破壊を低減するための機構として閉じ込められた応力を利用することから、表面近くの圧縮応力との釣り合いをとるために、内部ガラスには著しい閉じ込められた張力が存在する。ガラスが薄くなるにつれて、張力に耐える内部ガラスが少なくなり、したがってイオン交換処理を減らさなければならない。対照的に、イオン注入は、応力なしに傷の発生を抑制する。ガラスの厚さ及びイオン注入によるＩＦＴの増強は、互いに関係がないように見える。
【００３０】
これより図面に目を向ける。例示的なプロセスのためのガラス又はガラスセラミック基板１００が図１Ａに示されている。ガラス又はガラスセラミック基板１００は、第１及び第２の対向する表面１０１及び１０２、並びに、第１及び第２の対向する表面間に横方向に延びる１０３及び１０４などの複数の端面を有する。最大の利益のために、ガラス表面は、イオン注入処理前に、できるだけ傷がないようにすべきである。ガラス又はガラスセラミック基板１００は、ガラスウエハ、ガラスリボン、又は他のこのようなガラス部材から切断されうる。図１Ａに示されるガラス又はガラスセラミック基板１００は長方形の形状であるが、適切なガラス又はガラスセラミック基板は、任意の適切な幾何学形状をとることができ、任意の適切な目的のために作り出すことができることが当業者に理解される。一実施形態では、例えば、ガラス又はガラスセラミック基板は、概して、長方形の形状を有していてよく、例えば、電子デバイス（例えば、消費者向け電子デバイス）のカバーガラスとしての役割を果たすように構成することができる。他の実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、円形の形状を有していてもよく、例えば、カメラ又は時計のカバーガラスとしての役割を果たすように構成することができる。
【００３１】
ガラス又はガラスセラミック基板は、例示的なガラス又はガラスセラミック基板１００について、図１Ａでは「Ｔ」と表されるさまざまな厚さを有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、例えば、２ｍｍ以下の平均厚さを伴って、ほぼ平面である。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、３Ｄ構造を有しうる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、２ｍｍ以下（例えば、１ｍｍ以下、０．７ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、０．２ｍｍ以下、０．１ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以下、又は０．０１ｍｍ以下）の平均厚さを有する。例えば、ガラス又はガラスセラミック基板は、約２ｍｍ、約１ｍｍ、約０．７ｍｍ、約０．６ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．３ｍｍ、約０．２ｍｍ、約０．１ｍｍ、約０．０５ｍｍ、約０．０１ｍｍ、又は指定された値の間の任意の範囲の平均厚さを有しうる。本明細書に記載される利点は、薄いガラス用途において、より顕著であるが、幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるイオン注入プロセスをより厚いガラスに用いることもできる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、少なくとも０．７ｍｍ（例えば、少なくとも１ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、少なくとも１００ｍｍ、又は少なくとも１０００ｍｍ）の平均厚さも有しうる。
【００３２】
ガラス又はガラスセラミック基板１００由来の例示的なイオン注入ガラス系物品の断面概略図が、図１Ｂに示されている。図１Ｂでは、ガラス又はガラスセラミック基板の一方の表面１０１にのみ、イオン注入されている。表面１０１のイオン注入により、限定はしないが、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、又はＮ２＋などのイオンが注入された「層」１０５が生成する。概して、この層１０５に注入されたイオンの平均深さは、表面１０１の下、５μｍ以下（例えば、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、又は１μｍ以下）である。幾つかの実施形態では、この層１０５に注入されたイオンの平均深さは、表面１０１の下、１μｍ以下（例えば、０．５μｍ以下、０．２μｍ以下、又は０．１μｍ以下）である。幾つかの実施形態では、層１０５に注入されたイオンの平均深さは、表面１０１の下、約１μｍ、約０．８μｍ、約０．５μｍ、約０．２μｍ、約０．１μｍ、又は指定された値の間の任意の範囲である。理論に縛られることは望まないが、この層１０５は、表面がより微延性になるように補助すると考えられ、該微延性は、内部応力を使用することなく傷の形成を抑制することができる。
【００３３】
層１０５は、表面の異なるエリアにわたって、注入されたイオンの均一又は実質的に均一な分布を有していてもよいが、必要ではない。層１０５内のイオン濃度のばらつきは、概して許容される。例えば、イオンは、濃度勾配を伴って、表面１０１下に注入することができる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板の第１の表面１０１等の表面は、異なる濃度のイオン及び／又は異なるタイプのイオンを有する領域を伴う、注入イオン濃度勾配を有しうる。例えば、周縁１０３に近い第１の表面１０１の領域は、第１の表面の中央より高濃度のイオン、及び／又は、第１の表面の中央とは異なるタイプの注入イオンを有していてもよい。加えて又は代替的に、縁部１０４に近い第１の表面１０１の領域は、第１の表面の中央より高濃度のイオン、及び／又は、第１の表面の中央とは異なるタイプの注入イオンを有しうる。例えば、周縁にはＮ＋イオン及び／又はＳｉ＋イオンが注入されうるが、中央にはＰ＋イオンが注入されうる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、注入されたイオンは、層１０５に均一に又は実質的に均一に分散される。例えば、ガラス又はガラスセラミック基板のシートは、イオン注入され、その後、さまざまな必要性に応じて切断され、エッジ処理されてよく、これは、典型的には、切断及びエッジ処理後にガラス又はガラスセラミック基板の中央及び縁部間に均一又は実質的に均一に分散されたイオンを生じることができる。イオン注入処理後にガラスは著しい応力下にはないことから、イオン注入後のガラス系物品の切断及びエッジ処理は、従来の方法を使用して行うことができる。
【００３５】
ガラス又はガラスセラミック基板１００の２つ以上の表面にイオンを注入することができる。第１及び第２の対向する表面１０１及び１０２並びにガラス又はガラスセラミック基板１００の端面１０３及び１０４のいずれかに、イオン注入することができる。例えば、幾つかの実施形態では、第１及び第２の対向する表面１０１及び１０２の一方はイオン注入され、第１及び第２の対向する表面１０１及び１０２の他方はイオン注入されない。幾つかの実施形態では、第１及び第２の対向する表面１０１及び１０２の両方にイオン注入される。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板の第１及び第２の対向する表面１０１及び１０２の一方にはイオン注入されるが、残りの表面にはイオン注入されない。言い換えれば、図１Ｂに示されるように、ガラス又はガラスセラミック基板の一方の表面にのみ、イオンが注入される。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板の第１及び第２の対向する表面１０１及び１０２の両方にイオン注入されうるが、残りの表面はイオン注入されない。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板の第１及び第２の対向する表面１０１及び１０２の一方はイオン注入され、少なくとも１つの端面、例えば１０３及び１０４もまた、イオン注入される。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板の第１及び第２の対向する表面１０１及び１０２の両方にイオン注入され、少なくとも１つの端面、例えば１０３及び１０４もまた、イオン注入される。幾つかの実施形態では、端面、例えば１０３及び１０４は、イオン注入されない。幾つかの実施形態では、１つ以上の端面もまたイオン注入される。幾つかの実施形態では、すべての表面にイオン注入される。
【００３６】
２つ以上の表面にイオンを注入される場合、イオンのタイプ及びイオンの濃度は、同じ表面又は異なる表面下で、異なっていてもよい。例えば、第１の表面１０１は、端面１０３及び１０４とは異なる濃度のイオン、及び／又は端面１０３及び１０４とは異なるイオンを注入されうる。さらには、端面１０３及び１０４の各々は、異なる濃度のイオン及び／又は異なるイオンを有しうる。
【００３７】
適切なイオン注入プロセスは、運動量分析器が備わった、又は備わっていない、イオンシャワー、プラズマ浸漬イオン注入など、当技術分野で知られているもののいずれかを含む。典型的には、イオン注入プロセスは、表面がイオン注入デバイスからイオンを受け取ることができるように、ガラス又はガラスセラミック基板１００の表面（例えば、第１又は第２の対向する表面）をイオン注入デバイスの方に向けることを包含する。幾つかの実施形態では、３次元構造を有するガラス又はガラスセラミック基板では、プラズマ浸漬イオン注入が用いられる。理論に縛られることは望まないが、プラズマ浸漬イオン注入プロセスは、イオンシャワーイオン注入の使用と比較した場合、より容易に３次元基板を調整することができる。さまざまなイオン注入デバイスが当技術分野で知られており、本明細書に開示される実施形態に用いることができる。
【００３８】
図２は、例示的なイオン注入システムを示している。注入システム１１０は、従来の技法に従って動作させることができる。最初に、ガラス又はガラスセラミック基板１００は、イオンがガラス又はガラスセラミック基板１００に向けられ、注入できるように、エンドステーション１２４に位置付けられうる。注入用のイオンは、イオン源１１２から開始する。ケイ素、窒素、ＢＦ３、ＳｉＦ４、Ｐ、Ｎ２、又は別の元素／分子などの元素／分子は、イオン源として使用するためにイオンプラズマに変換されうる。イオンは、その後、分析電磁石１１４によって方向転換させられ、可変スリット１１６によって濾過又は分離される。イオンは、その後、イオン加速管１１８を通過する。イオンは、次に、ガラス又はガラスセラミック基板１００に衝突する前に、垂直スキャナ１２０及び水平スキャナ１２２を含む電子走査システム又はユニットを通過する。プラズマ浸漬イオン注入システムなどの他のイオン注入システムも当技術分野で知られており、本明細書に記載される実施形態に使用することができる。
【００３９】
適切な条件下でのイオン注入処理は、例えば、ガラスの圧入破壊閾値（ＩＦＴ）及び／又は引っ掻き閾値力を増加させるなど、注入された表面が傷の形成を抑制するように、ガラスを変換する。傷の抑制の改善に加えて、本明細書に記載されるイオン注入処理は、さまざまな他の利点にも関連する。例えば、イオン注入を伴うガラス系物品は、経済的に製造することができる。幾つかの実施形態では、イオン注入工程は、ガラス系物品の製造における連続リボンプロセス又はロール・ツー・ロールプロセスに組み込むことができる。イオン注入はまた、従来のイオン交換と比較した場合、よりクリーンなプロセスである。概して、注入プロセスは廃棄物を生じない。注入処理時間は、従来のイオン交換プロセスに比べて大幅に削減することができる。また、本明細書に記載されるイオン注入されたガラス系物品は、最少量の光学歪み及び最小限の透明性の喪失を示した。
【００４０】
特に指定のない限り、又は文脈から明らかでない限り、ＢｏＳ又はＩＢｏＳ試験によって測定される、最終ＩＦＴ荷重、引っ掻き閾値力、故障耐性などの本明細書に記載されるイオン注入ガラス物品の傷抑制特性とは、少なくとも１つのイオン注入面について測定された特性のことを指す。イオン注入前の出発ガラス又はガラスセラミック基板の表面が実質的に同じ特性を有すると仮定して、非イオン注入面について測定された傷抑制特性は、出発イオン注入前のガラス又はガラスセラミック基板の対応する特性を反映することができる。例えば、幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品の非イオン注入面について決定されるＩＦＴ荷重は、イオン注入前のガラス又はガラスセラミック基板の初期ＩＦＴ荷重を反映することができる。
【００４１】
ＩＦＴ荷重
本明細書に記載されるイオン注入処理は、ガラス系物品の圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を増加させる。圧入破壊閾値は、ガラス系物品の圧入損傷抵抗の尺度である。ＩＦＴ荷重は、圧痕に由来する強度制御欠陥（放射状亀裂）の開始の閾値荷重であり、亀裂開始に対するガラスの抵抗の尺度である。例えば、本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品は、少なくとも６５０グラム（例えば、少なくとも７００グラム、少なくとも８００グラム、少なくとも１０００グラム、少なくとも１２００グラム、少なくとも１６００グラム、少なくとも２０００グラム、少なくとも２４００グラム、少なくとも２８００グラム、少なくとも３２００グラム、少なくとも３６００グラム、少なくとも４０００グラム、又は少なくとも５０００グラム）の最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を有することによって特徴づけることができる。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、約６５０グラム、約７００グラム、約８００グラム、約１０００グラム、約１２００グラム、約１６００グラム、約２０００グラム、約２４００グラム、約２８００グラム、約３２００グラム、約３６００グラム、約４０００グラム、約５０００グラム、又は指定された値の間の任意の範囲の最終ＩＦＴ荷重を有することを特徴とする。
【００４２】
イオン注入の有効性に影響を及ぼす因子としては、出発ガラス又はガラスセラミック基板のＩＦＴ荷重（天然のＩＦＴ荷重）、イオンのタイプ、イオンドーズ量、注入エネルギー、ビーム電流、及びガラス温度が挙げられる。
【００４３】
天然のＩＦＴ荷重
ガラス系物品の天然（すなわち、本明細書に記載されるイオン注入プロセス前）の傷抑制特性は、イオン注入されたガラス系物品の最終的な傷抑制特性の決定要因である。例えば、高い天然ＩＦＴのガラス又はガラスセラミック基板から出発すると、イオン注入後の最終的な物品に最良の傷抑制特性がもたらされうる。
【００４４】
本明細書に記載されるイオン注入処理は、ガラス系物品の天然のＩＦＴ荷重、すなわち、イオン注入前のＩＦＴ荷重に比例して、ガラス系物品のＩＦＴ荷重を高めることができる。典型的には、イオン注入ガラス系物品は、イオン注入前のガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍（例えば、少なくとも１．５倍、少なくとも２倍、少なくとも４倍、少なくとも６倍、少なくとも８倍、又は少なくとも１０倍）の最終ＩＦＴ荷重を有する。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、イオン注入前のガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍、約２倍、約４倍、約６倍、約１０倍、又は指定された値の間の任意の範囲の最終ＩＦＴ荷重を有する。ガラス系物品の天然のＩＦＴ荷重が高くなると、イオン注入ガラス系物品において、より高い最終ＩＦＴ荷重を得ることができる。
【００４５】
本明細書に記載される５０％亀裂形成での荷重（本明細書では圧入破壊閾値荷重として定義される）は、ビッカース圧子によって測定される。圧入破壊閾値は、ガラスの圧入損傷抵抗の尺度である。試験は、ビッカース圧子と称される、面間の角度が１３６°の四角錐型ダイヤモンド圧子の使用を包含する。ビッカース圧子は、標準微小硬さ試験で使用されているものと同じである（ＡＳＴＭ−Ｅ３８４−１１を参照）。各試験片について、該試験片表面に５つの圧入を複数セット導入する。５つの圧入の各セットが異なる荷重で導入されるが、同一セットの５つの圧入はすべて、同じ荷重で作られ、各個別の圧入は最低でも５ｍｍ分離され、かつ、試験片の端から５ｍｍ以内ではない。５０ｋｇ／分の圧子荷重／非荷重速度が、≧２ｋｇの試験荷重に用いられる。＜２ｋｇの試験荷重では、５ｋｇ／分の速度が用いられよう。目標荷重で１０秒の滞留（すなわち、保持）時間が用いられる。機械は、滞留期間中、荷重制御を維持する。その後、目標荷重は、滞留期間の後に取り除かれる。少なくとも１２時間の後、圧入は、５００倍又は圧入の詳細な検査を可能にするのに十分な高さの倍率で、複合顕微鏡を使用して反射光の下で検査される。次に、各圧入の隅部の周りのメジアン／放射状亀裂の数がカウントされ（単一の圧入の周りのこれらの亀裂の最大数は４であってよく、各圧入隅部に１つが許容される）、次いで、全圧入隅部のパーセンテージとして表される。例えば、５つの圧入では、合計２０の圧入隅部が存在する。圧入隅部のうちの１０にメジアン／放射状亀裂が形成された場合、５０％の圧入隅部がメジアン／放射状亀裂を形成したことから、その荷重はガラスのＩＦＴであろう。この試験はメジアン／放射状亀裂の形成に関係しているため、横方向亀裂の形成は、閾値の挙動を示すとは見なされないことに留意されたい。試験前、試験及び試験後の環境は、ガラス試験片の疲労（応力腐食）挙動のばらつきを最小限に抑えるために、理想的には２３±２℃及び５０±５％ＲＨに制御されるべきである。馴染みのない組成物又は起源のものを最初に試験する場合、必要とされる圧入荷重及びブラケット増分は、しばしば、「反復検索」を行うことによって決定する必要があることに留意すべきである。試料の性能に精通してきたら、予想される閾値に近い荷重のみを試験し、次に、必要な場合にのみ、追加の圧入荷重を「補充する」ことにより、その後の試験を合理化することができる。
【００４６】
イオン注入の後に観察されるＩＦＴ荷重の増強の例が図３Ａ及び３Ｂに示されている。図３Ａは、対照ガラスとしての天然の（すなわち、イオン注入されていない）状態におけるさまざまなガラスのＩＦＴ荷重を、イオン注入後（一方の側のみを処理した）に対応するガラスに観察されるＩＦＴ荷重と比較している。図３Ａに示されるように、ソーダ石灰ガラス、並びに、モル％の酸化物基準で、６９．２モル％のＳｉＯ２、８．５モル％のＡｌ２Ｏ３、１３．９モル％のＮａ２Ｏ、１．２モル％のＫ２Ｏ、６．５モル％のＭｇＯ、０．５モル％のＣａＯ、０．２モル％のＳｎＯ２の組成を有するアルカリアルミノシリケートガラスＡ（全体を通して「ガラスＡ」と称される）の両方のＩＦＴ荷重は、０．５５ｍｍ及び０．７ｍｍの厚さで試験したときに、Ｎ＋を注入後に２倍以上改善された。例えば、イオン注入ガラスＡ（０．７ｍｍの厚さを有する）は、約２００グラムの天然のＩＦＴ荷重と比較して約１０００グラムのＩＦＴ荷重、すなわち、５倍近い増強を有する。同様に、イオン注入ガラスＡ（０．５５ｍｍの厚さを有する）は、約３２０グラムの天然のＩＦＴ荷重と比較して約１１００グラムのＩＦＴ荷重、すなわち、３倍を超える増強を有する。他のタイプのガラスについても同じ傾向が観察された。図３Ｂに示されるように、対照ガラスとしての天然の（すなわち、注入されていない）状態におけるさまざまなガラスのＩＦＴ荷重と、Ｎ＋を用いたイオン注入後に対応するガラスに観察されるＩＦＴ荷重との比較は、天然のガラスのＩＦＴが高くなると、イオン注入されたガラスのＩＦＴが高くなることを示している。例えば、「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスは、試験されるガラス系物品の中でもとりわけ、約１０００グラムの最も高い天然のＩＦＴ荷重を有するため、イオン注入した「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラス系物品は、イオン注入後に最も高いＩＦＴ荷重（約２１００グラム）を有する。図３Ａ及び３Ｂにも示されるように、天然のガラスＡは、天然のソーダ石灰ガラスよりも高いＩＦＴを有する。処理後、ガラスＡの最終的なＩＦＴは、イオン注入ソーダ石灰よりもはるかに高い。同様に、図３Ｂは、天然のガラスＢが、天然のソーダ石灰ガラスよりも高いＩＦＴを有することを示している。処理後、ガラスＢの最終的なＩＦＴもまた、イオン注入ソーダ石灰よりも高い。図３Ｂで用いたガラスＢは、下記表１に示される質量％の酸化物基準の一般組成を有する、アルカリ土類アルミノホウケイ酸ガラスである：
【００４７】
【表１】
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【００４８】
よって、好ましい実施形態では、本明細書に記載されるイオン注入プロセスは、例えば、少なくとも１００グラム（例えば、少なくとも１５０グラム、少なくとも２００グラム、少なくとも４００グラム、少なくとも６００グラム、少なくとも８００グラム、少なくとも１０００グラム、又は少なくとも３０００グラム）の高いイオン注入前の初期ＩＦＴ荷重を有するガラス又はガラスセラミック基板から開始される。幾つかの実施形態では、イオン注入前の初期ＩＦＴ荷重は、約１００グラム、約１５０グラム、約２００グラム、約４００グラム、約６００グラム、約８００グラム、約１０００グラム、約３０００グラム、又は指定された値の間の任意の範囲である。
【００４９】
さまざまなタイプのガラス組成物から、イオン注入ガラス系物品のガラス又はガラスセラミック基板を形成することができる。イオン交換プロセスに適していないガラス又はガラスセラミック基板も、イオン注入処理することができる。例えば、ガラス又はガラスセラミック基板は、典型的なイオン交換プロセス（例えば、溶融硝酸塩を使用するプロセス）で交換することができるイオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋などのアルカリイオン）を含まなくても良い。他の実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換処理が（部分的なイオン交換プロセスでさえも）基板の破損につながるような、薄すぎる場合がある（例えば５００μｍ以下）。しかしながら、幾つかの実施形態では、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板にも、イオン注入処理することができる。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、アルカリを含まないガラス、アルカリガラス、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」）、アルカリアルミノシリケートガラス（例えば、ガラスＡ）、又はアルカリアルミノホウケイ酸ガラス（例えば、ガラスＣ）である、ガラス又はガラスセラミック基板を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラスである。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、アルカリアルミノホウケイ酸ガラスである。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、約６１モル％〜約７５モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１５モル％のＡ１２Ｏ３；０モル％〜約１２モル％のＢ２Ｏ３；約９モル％〜約２１モル％のＮａ２Ｏ；０モル％〜約４モル％のＫ２Ｏ；０モル％〜約７モル％のＭｇＯ；及び０モル％〜約３モル％のＣａＯを含む、アルカリアルミノシリケートガラスである。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、６９．４９％のＳｉＯ２、８．４５％のＡ１２Ｏ３、１４．０１％のＮａ２Ｏ、１．１６％のＫ２Ｏ、０．１８５％のＳｎＯ２、０．５０７％のＣａＯ、６．２％のＭｇＯ、０．０１％のＺｒＯ２、及び０．００８％のＦｅ２Ｏ３を含む（モル％単位で）、アルカリアルミノシリケートガラスである。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、ソーダ石灰ガラスではない。他の適切なガラスは当技術分野で知られており、本明細書に記載される実施形態に用いることができる。
【００５０】
幾つかの実施形態では、イオン交換プロセスとイオン注入プロセスとの組合せが有利でありうる。イオン交換プロセス及びイオン注入についての破砕を低減する機構は、亀裂に対し、さらに増強された耐性を得るために、互いに補完することができる。イオン交換プロセスは、破砕を低減するための機構として閉じ込められた応力を利用して、破砕に対する耐性を増強することが知られており、表面近くの圧縮応力との釣り合いをとるために、内部ガラスには著しい閉じ込められた張力が存在する。対照的に、イオン注入は、応力なしに傷の発生を抑制する。理論に縛られることは望まないが、イオン交換したガラスの表面近くの圧縮応力は、表面近くの初期亀裂がさらに広がるのを防ぐのに役立てることができると考えられる。他方では、イオン注入は、ガラス系物品の表面の近くを表面がより微延性になるように変換し、これは、内部応力を使用することなく、傷の形成を抑制すると考えられる。よって、幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換したガラスでもあってもよい。例えば、ガラス又はガラスセラミック基板が、２０００マイクロメートル以下（例えば、１０００マイクロメートル以下、又は５００マイクロメートル以下）の厚さを有する薄いガラスである場合、例えば、ガラス又はガラスセラミック基板は、部分的にイオン交換したガラスでありうる。イオン交換したガラスは当技術分野で知られており、本明細書に記載される実施形態に用いることができる。
【００５１】
イオン及びドーズ量
さまざまなイオンを、本明細書に記載されるイオン注入物品を形成するように注入することができる。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、又はそれらのいずれかの組合せが注入される。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、Ｎ＋が注入される。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、ＳｉＦ３＋が注入される。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、Ｓｉ＋が注入される。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、ＢＦ２＋が注入される。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、Ｐ＋が注入される。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、Ｎ＋は注入されない。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、ＳｉＦ３＋は注入されない。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、Ｓｉ＋は注入されない。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、ＢＦ２＋は注入されない。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、Ｐ＋は注入されない。幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、ＳｉＦ３＋及びＮ２＋の一方又は両方が注入されない。Ａｌ＋、Ｏ＋、Ｃ＋、Ｇｅ＋、Ｇａ＋、Ａｓ＋、Ｈ＋、Ｈｅ＋、Ｂ＋、及びＡｒ＋などのイオン注入プロセスでの使用に適した他のイオンは、当技術分野で知られており、本明細書に記載される実施形態のガラス系物品に注入することもできる。しかしながら、幾つかの実施形態では、ガラス系物品には、Ｈ＋、Ｈｅ＋、及びＡｒ＋のうちの１つ以上は注入されない。幾つかの実施形態では、Ａｌ−、Ｏ−、Ｃ−、Ｇｅ−、Ｇａ−、Ａｓ−、Ｆ−、Ｃｌ−、Ｂ３＋、Ａｌ３＋など、陰イオン又は陽イオンの二価又は多価イオンもまた、使用することができる。しかしながら、幾つかの実施形態では、注入されるイオンは、一価の正電荷を帯びたイオンである。
【００５２】
最終ＩＦＴ荷重における異なるタイプのイオンの影響が図４に示されている。図４に示されるように、さまざまなイオンを注入して、最終的なＩＦＴを増強することができる。特に、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、又はＳｉＦ３＋を注入した「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスはすべて、Ｎ＋を注入した「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスについて観察された最終ＩＦＴ荷重と同様の約２０００グラムの最終ＩＦＴ荷重を達成した（図３Ｂ参照）。
【００５３】
１つ以上のタイプのイオンを、ガラス系物品の少なくとも１つの表面下に注入することができる。幾つかの実施形態では、単一型のイオンが、ガラス系物品の少なくとも１つの表面下に注入される。幾つかの実施形態では、２つ以上の異なるイオンの組合せが、ガラス系物品の少なくとも１つの表面下に注入される。例えば、幾つかの実施形態では、ガラス系物品の第１の表面には、１つのタイプのイオンが注入され、ガラス系物品の第２の表面（例えば、端面又は第１面とは反対の面）には、異なるタイプのイオンが注入される。幾つかの実施形態では、２つ以上の異なるイオンの組合せが、ガラス系物品の同一表面下に注入される。
【００５４】
さまざまなドーズ量のイオンを、ガラス系物品の少なくとも１つの表面下に注入することができる。幾つかの実施形態では、ドーズ量は、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２の範囲である。例えば、ドーズ量は、約４×１０１４イオン／ｃｍ２、約５×１０１５イオン／ｃｍ２、約１×１０１６イオン／ｃｍ２、約２×１０１６イオン／ｃｍ２、約３×１０１６イオン／ｃｍ２、約４×１０１６イオン／ｃｍ２、約５×１０１６イオン／ｃｍ２、約６×１０１６イオン／ｃｍ２、約７×１０１６イオン／ｃｍ２、約８×１０１６イオン／ｃｍ２、約９×１０１６イオン／ｃｍ２、約１×１０１７イオン／ｃｍ２、約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２、又は指定された値の間の任意の範囲でありうる。
【００５５】
最終ＩＦＴ荷重におけるイオンドーズ量の影響が図５に示されている。イオン注入されていないガラスＡ試料と比較して、Ｎ＋イオンを注入されたガラスＡ試料のＩＦＴ荷重は、概して、１×１０１６イオン／ｃｍ２〜４×１０１６イオン／ｃｍ２のイオンドーズ量にわたり、少なくとも２倍高い。さらには、５×１０１５イオン／ｃｍ２のイオンドーズ量を用いてさえも、Ｎ＋イオンを注入されたＣｏｒｎｉｎｇ「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスのＩＦＴ荷重は、約１２００グラムであり、これは、約７５０グラムの天然のＩＦＴ（すなわち、イオン注入前）に対して顕著な改善である。よって、図５は、約５×１０１５イオン／ｃｍ２で試験した最低のドーズ量が、完全な傷の抑制効果を生じたことを示している。イオンドーズ量及びイオン注入のコストが直接関係するため、傷の抑制効果をもたらす約４×１０１４イオン／ｃｍ２又は約５×１０１５イオン／ｃｍ２の低いイオンドーズ量は、有利でありうる。幾つかの実施形態では、ドーズ量はまた、例えば、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約１×１０１６イオン／ｃｍ２、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約５×１０１５イオン／ｃｍ２、又は約５×１０１５イオン／ｃｍ２〜約１×１０１６イオン／ｃｍ２など、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜最大約１×１０１６イオン／ｃｍ２まででありうる。
【００５６】
当業者に理解されるように、注入されたイオンの合計ドーズ量は、次式の方程式によるビーム電流に関係し、したがって、制御可能である：
Ｑ＝Ｉｔ／ＺｅＡ
式中、Ｑは合計注入ドーズ量であり；Ｉはビーム電流（アンペア）であり、ｔは走査面積に対する注入時間（秒）であり、Ｚはイオンの電荷であり、ｅは１．６×１０−１９Ｃの電子電荷であり、Ａは面積（ｃｍ２）である。
【００５７】
本明細書に記載されるプロセスでは、ビーム電流は、典型的には、約１ミリアンペア〜約４ミリアンペア（例えば、約１．５ミリアンペア、約２ミリアンペア、約２．５ミリアンペア、約３ミリアンペア、約３．５ミリアンペア、約４ミリアンペア、又は指定された値の間の任意の範囲）の範囲である。本発明者らは、試験したすべてのビーム電流（約１ミリアンペア〜約４ミリアンペア）で、ＩＦＴ荷重及び傷抑制効果の増強が生じたことを見出した。ビーム電流が高くなると、概して、より速く、より経済的なイオン注入処理が可能になることから、好ましい。
【００５８】
本明細書に記載されるプロセスに用いられる注入エネルギーは、典型的には、約４５ｋｅＶ〜約２０００ｋｅＶの範囲である。幾つかの実施形態では、注入エネルギーは、約４５ｋｅＶ〜約２００ｋｅＶ（例えば、約５０ｋｅＶ、約７０ｋｅＶ、約９０ｋｅＶ、約１１０ｋｅＶ、約１３０ｋｅＶ、約１５０ｋｅＶ、約１７０ｋｅＶ、約１９０ｋｅＶ、約２００ｋｅＶ、又は指定された値の間の任意の範囲）の範囲である。幾つかの実施形態では、注入エネルギーは、少なくとも２００ｋｅＶ（例えば、約２５０ｋｅＶ、約３００ｋｅＶ、約４００ｋｅＶ、約５００ｋｅＶ、約７５０ｋｅＶ、約１０００ｋｅＶ、約１５００ｋｅＶ、約２０００ｋｅＶ、又は指定された値の間の任意の範囲）である。幾つかの実施形態では、注入エネルギーは、約４５ｋｅＶから最大でイオン注入デバイスに適した最大エネルギーまでである。しかしながら、幾つかの実施形態では、より低い注入エネルギーを使用することもできる。例えば、ある特定の実施形態では、注入エネルギーはまた、例えば約２０ｋｅＶなど、４５ｋｅＶ未満であってもよい。４５ｋｅＶより低い注入エネルギーレベルでは、処理されたガラスのＩＦＴ荷重の増強は低減されうる。最終ＩＦＴ荷重における異なる注入エネルギーの効果が図５に示されている。図５に示されるように、３×１０１６イオン／ｃｍ２のドーズ量でＮ＋を注入したガラスＡ試料は、１３０ｋｅＶ〜１７０ｋｅＶの範囲の注入エネルギーで、ほぼ同じ最終ＩＦＴ荷重を示した。
【００５９】
典型的には、イオン（例えば、本明細書に記載される）は、少なくとも１つの表面下に、例えば、５μｍ以下（例えば、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、又は１μｍ以下）の平均深さで、ガラス系物品の近表面下に注入される。幾つかの実施形態では、イオンは、少なくとも１つの表面下に１μｍ以下（例えば、０．５μｍ以下、０．２μｍ以下、又は０．１μｍ以下）の平均深さで、ガラス系物品の近表面下に注入される。図１Ｂも参照されたい。幾つかの実施形態では、注入されたイオンは、少なくとも１つの表面下、約１μｍ、約０．８μｍ、約０．５μｍ、約０．２μｍ、約０．１μｍ、又は指定された値の間の任意の範囲の平均深さに達しうる。幾つかの実施形態では、ガラス系物品の２つ以上の表面にイオン注入される場合、イオンは、表面下に注入することができ、同じ又は異なる平均深さに達する。
【００６０】
ガラスのアニール温度は、イオン注入されたガラス系物品のＩＦＴ荷重に影響を及ぼしうる。ＩＦＴ荷重が増強されたイオン注入ガラス系物品は、５００℃で２時間、該ガラスをアニールした後、それらの天然の（注入されていない）ＩＦＴ値に戻る。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品はアニールされない。幾つかの実施形態では、イオン交換がイオン注入と併用される場合、典型的には約３００℃〜約６００℃の温度を包含するイオン交換工程は、イオン注入工程の前に行われる。例えば、イオン交換した（例えば、部分的に交換した）ガラスを、本明細書に記載されるイオン注入のためのガラス又はガラスセラミック基板として用いることができる。
【００６１】
引っ掻き閾値力
イオン注入処理はまた、ガラス系物品の引っ掻き閾値力も増強する。例えば、本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品は、少なくとも１０Ｎ（例えば、少なくとも１２Ｎ、少なくとも１４Ｎ、少なくとも１６Ｎ、少なくとも１８Ｎ、少なくとも２０Ｎ、少なくとも２２Ｎ、少なくとも２４Ｎ、少なくとも２６Ｎ、少なくとも２８Ｎ、又は少なくとも３０Ｎ）の引っ掻き閾値力を有することによって特徴づけることができる。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、約１０Ｎ、約１２Ｎ、約１４Ｎ、約１６Ｎ、約１８Ｎ、約２０Ｎ、約２２Ｎ、約２４Ｎ、約２６Ｎ、約２８Ｎ、約３０Ｎ、又は指定された値の間の任意の範囲の引っ掻き閾値力を有する。引っ掻き閾値力は、横方向の引っ掻き閾値限界及び引っ掻き可視性に関係し、ヌープ引っ掻き閾値試験によって決定することができる。
【００６２】
典型的には、イオン注入ガラス系物品は、イオン注入前のガラス系物品の初期引っ掻き閾値力の少なくとも１．２５倍（例えば、少なくとも１．５倍、少なくとも２倍、少なくとも４倍、少なくとも６倍、少なくとも８倍、又は少なくとも１０倍）の引っ掻き閾値力を有する。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、イオン注入前のガラス系物品の初期引っ掻き閾値力の約１．５倍、約２倍、約４倍、約６倍、約１０倍、又は指定された値の間の任意の範囲の引っ掻き閾値力を有する。幾つかの実施形態では、イオン注入前のガラス系物品の初期引っ掻き閾値力は、少なくとも２Ｎ（例えば、少なくとも４Ｎ、少なくとも６Ｎ、少なくとも８Ｎ、少なくとも１０Ｎ、又は少なくとも１６Ｎ）でありうる。幾つかの実施形態では、イオン注入前のガラス系物品の初期引っ掻き閾値力は、約２Ｎ、約４Ｎ、約６Ｎ、約８Ｎ、約１０Ｎ、約１２Ｎ、約１４Ｎ、約１６Ｎ、又は指定された値の間の任意の範囲でありうる。
【００６３】
本明細書に記載される引っ掻き閾値力は、横方向引っ掻き閾値限界及び引っ掻き可視性を理解するために、ヌープ引っ掻き閾値試験によって決定される。ヌープ圧子は、標準微小硬さ試験で使用されているものと同じである（ＡＳＴＭ−Ｅ３８４−１１を参照）。一定荷重の引っ掻き傷が、０．４ｍｍ／秒の速度で生じる荷重当り５個の引っ掻き傷で、生成される。引っ掻き傷の典型的な長さは約１０ｍｍであり、引っ掻き傷は、少なくとも３ｍｍ離間されている。測定単位はニュートン（Ｎ）である。未知の履歴の試料では、出発荷重は０．２５Ｎであり、１Ｎの荷重に達するまで０．２５のデルタで増加し、＞１Ｎのデルタの増加は１Ｎであり、１０Ｎを超えるとデルタの増加は２Ｎである。荷重は、０．２５Ｎから出発して、横方向引っ掻き閾値限界に達するまで増加させる。試料は、少なくとも１２時間後に、顕微鏡下で検査される。横方向引っ掻き閾値の範囲は、次の故障モードの１つに対して試験片を比較することによって決定される：１）溝の幅の２倍を超える、持続した側面亀裂、又は２）溝の幅の２倍を超える、大きい表面下横方向亀裂の存在、及び／又は、引っ掻き傷の頂点にメジアン亀裂が存在する。その荷重が閾値荷重と見なされるためには、５個の引っ掻き傷のうちの少なくとも３つは、上記の基準１又は２を満たす必要があり、また、この荷重は、これが発生する最小荷重でなければならない。例えば、５Ｎの荷重で引っ掻き傷のうち１つだけが基準を満たしているが、６Ｎの荷重では、５つの引っ掻き傷のうちの３つが基準を満たしていると仮定する。すると、閾値荷重は、＞５Ｎかつ＜６Ｎと表される。ヌープ引っ掻き閾値が５．５Ｎとなるように、中間点をとると便利である。
【００６４】
引っ掻き閾値におけるイオン注入の効果が図６に示されている。図６は、引っ掻き損傷に対する天然の「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスの耐性が、Ｎ＋イオン注入後に、４Ｎから１６Ｎ超まで、４倍以上の増強を伴って、非常に増強されることを示している。
【００６５】
引っ掻きによる損傷に対する高い耐性を有するイオン注入されたガラス系物品は、さまざまなガラス又はガラスセラミック基板（例えば、本明細書に記載されるもの）から調製することができる。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、アルカリを含まないガラス、アルカリガラス、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」）、アルカリアルミノケイ酸ガラス（例えば、ガラスＡ）、又はアルカリアルミノホウケイ酸ガラス（例えば、ガラスＣ）である、ガラス又はガラスセラミック基板である。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラスである。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、アルカリアルミノホウケイ酸ガラスである。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、約６１モル％〜約７５モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１５モル％のＡ１２Ｏ３；０モル％〜約１２モル％のＢ２Ｏ３；約９モル％〜約２１モル％のＮａ２Ｏ；０モル％〜約４モル％のＫ２Ｏ；０モル％〜約７モル％のＭｇＯ；及び０モル％〜約３モル％のＣａＯを含む、アルカリアルミノシリケートガラスである。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、６９．４９％のＳｉＯ２、８．４５％のＡ１２Ｏ３、１４．０１％のＮａ２Ｏ、１．１６％のＫ２Ｏ、０．１８５％のＳｎＯ２、０．５０７％のＣａＯ、６．２％のＭｇＯ、０．０１％のＺｒＯ２、及び０．００８％のＦｅ２Ｏ３を（モル％単位で）含む、アルカリアルミノシリケートガラスである。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板（例えば、部分的にイオン交換したガラス又はガラスセラミック基板）を含む。幾つかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板はイオン交換プロセスに適していない。例えば、ガラス又はガラスセラミック基板は、典型的なイオン交換プロセス（例えば、溶融硝酸塩を使用するプロセス）で交換することができるイオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋などのアルカリイオン）を含まなくてもよい。他の実施形態では、ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換処理が（部分的なイオン交換プロセスでさえも）、基板の破損につながるような、薄すぎる（例えば、５００μｍ以下）場合がある。好ましくは、ガラス又はガラスセラミック基板は、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」）である。
【００６６】
鋭い接触損傷に対する耐性の改善
本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品はまた、研磨紙上球（ＢｏＳ）試験及び／又は研磨紙上反転球（ＩＢｏＳ）試験で決定して、鋭い接触損傷導入欠陥に対する改善された性能も有する。
【００６７】
研磨紙上球
概して、本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品は、イオン交換されたソーダ石灰、他のタイプのイオン交換されたガラス、又は天然のＩＦＴが高いディスプレイガラスなどのガラスよりも高い、鋭い接触損傷導入故障に対する耐性（ＢｏＳ試験で測定）を有する。幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品は、ＢｏＳ試験で測定して、少なくとも１２０ｃｍ（例えば、少なくとも１４０ｃｍ、少なくとも１６０ｃｍ、少なくとも１８０ｃｍ、少なくとも２００ｃｍ、又は少なくとも２２０ｃｍ）の標準化４．２ｇ球落下破損高さを有することによって特徴づけることができる。幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品は、ＢｏＳ試験で測定して、約１２０ｃｍ、約１４０ｃｍ、約１６０ｃｍ、約１８０ｃｍ、約２００ｃｍ、約２２０ｃｍ、又は指定された値の間の任意の範囲の標準化４．２ｇ球落下破損高さを有することによって特徴づけることができる。典型的には、イオン注入ガラス系物品は、イオン注入前のガラス系物品で観察されるよりも少なくとも２０％（例えば、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも７５％、少なくとも１００％、又は少なくとも２００％）高い、標準化４．２ｇ球落下破損高さを有する。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、イオン注入前のガラス系物品で観察されるよりも約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約７５％、約１００％、約２００％、又は指定された値の間の任意の範囲だけ高い、標準化４．２ｇ球落下破損高さを有する。
【００６８】
ＢｏＳ試験は、A. Nakagawa, et al., in “Establishment of Evaluation Method of Surface Fracture Mode with Front-side-origin for Cover Glass” SID Symposium Digest of Technical Papers. 44(1):1148 -1151 (2013)に記載されている。典型的なボール落下試験が図７Ａに示されており、これは、米国特許出願公開第２０１５／０２３９７７６号明細書にも記載されている。ボール落下試験アセンブリ２５０は、花崗岩スラブなどの固体の硬い基板２１２と、所定の質量及び直径の鋼球２３０とを含む。ガラス試料２２０は基板２１２に固定され、所望のグリットを有する研磨紙２１４片が、基板２１２と反対側のガラス試料２２０の上面に配置される。研磨紙２１４は、研磨紙の粗い表面２１４ａがガラス試料２２０の上面２２２（イオン注入面）に接触するように、ガラス試料２２０の上に配置される。鋼球２３０は、所定の高さｈから研磨紙２１４上へと自由落下させる。ガラス試料２２０の上面２２２又は圧縮面は、研磨紙２１４の粗い表面２１４ａと接触し、上面／圧縮面２２２の表面に亀裂を取り込む。高さｈは、最大高さに達するか、又はガラス試料が破砕するまで、徐々に増加させることができる。
【００６９】
イオン注入による、鋭い接触損傷導入欠陥に対する改善された性能（０．７ｍｍのガラス及び研磨紙として３０グリットのＳｉＣを使用してＢｏＳ試験で測定）が、図７Ｂに示されている。図７Ｂに示されるように、イオン注入された「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスは、少なくとも１６０ｃｍの破損高さを伴って、ソーダ石灰、（約９０ｃｍの破損高さ）よりもはるかに高い破損高さを示す。図７Ｂはさらに、「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」のような高い天然ＩＦＴのガラスに対し、イオン注入のような低い内部応力処理をすることにより、傷の抑制が優れたガラス系物品が生じることを示している。表２は、ガラスＣの組成を示している：
【００７０】
【表２】
2019524613.tif 000004
【００７１】
研磨紙上反転球
本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品はまた、研磨紙上反転球（ＩＢｏＳ）試験で決定して、鋭い接触損傷導入欠陥に対する改善された性能も有する。ＩＢｏＳ試験は、衝撃を受ける表面が凸状に湾曲している場合の鋭い接触損傷導入故障耐性を測定する。凸状湾曲部は、衝撃を受けた表面に引張応力を与える。イオン交換されたガラスは、それらの圧縮応力面に起因して、ＢｏＳ試験と比較してこの試験では幾分優れている。
【００７２】
本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品は、対応する天然のガラス系物品より、すなわち、イオン注入前よりも高い、鋭い接触損傷導入故障耐性（ＩＢｏＳ試験で測定）を有する。幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品は、ＩＢｏＳ試験で測定して、少なくとも約４０ｃｍ、少なくとも約４５ｃｍ、少なくとも約５０ｃｍ、少なくとも約５５ｃｍ、少なくとも約６０ｃｍ、又は約４０ｃｍ〜約６０ｃｍ（例えば、約４０ｃｍ、約４５ｃｍ、約５０ｃｍ、約５５ｃｍ、約６０ｃｍ、又は指定された値の間の任意の範囲）の標準化された４．２ｇの球反転落下破損高さを有することによって特徴づけることができる。典型的には、イオン注入ガラス系物品は、イオン注入前のガラス系物品で観察されるよりも少なくとも１０％（例えば、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、又は少なくとも４０％）高い、標準化された４．２ｇの球反転落下破損高さを有する。幾つかの実施形態では、イオン注入ガラス系物品は、イオン注入前のガラス系物品で観察されるよりも約１０％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、又は指定された値の間の任意の範囲だけ高い、標準化された４．２ｇの球反転落下破損高さを有する。
【００７３】
研磨紙上反転球（ＩＢｏＳ）試験は、損傷導入に加えて、典型的には、図８Ａに概略的に示され、米国特許出願公開第２０１５／０２３９７７６号明細書にも記載されているように、携帯又はハンドヘルド電子デバイスに用いられる強化されたガラス系物品に起こる曲げに起因する、故障の支配的な機構を模倣する、動的成分レベル試験である。この分野では、損傷導入（図８Ａのａ）は、ガラスの上面に起こる。破砕は、ガラスの上面で開始し、損傷が圧縮層を貫通する（図８Ａのｂ）か、あるいは、破砕は、上面上の曲げから又は中央張力から伝播する（図８Ａのｃ）。ＩＢｏＳ試験は、同時に、ガラスの表面に損傷を導入し、かつ、動的荷重下で曲げを適用するように設計される。
【００７４】
ＢｏＳ試験装置が図８Ｂに概略的に示されている。装置２００は、試験スタンド２１０と球２３０とを含む。球２３０は、例えばステンレス鋼球などの硬質又は中実の球である。一実施形態では、球２３０は、１０ｍｍの直径を有する４．２グラムのステンレス鋼球である。球２３０は、所定の高さｈからガラス試料２１８上に直接落とされる。試験スタンド２１０は、花崗岩などの硬質の剛性材料を含む中実のベース２１２を含む。表面に研磨材料が配置されたシート２１４は、研磨材料を有する表面が上方に向くように、中実のベース２１２の上面に配置される。幾つかの実施形態では、シート２１４は、３０グリットの表面を有する研磨紙であり、他の実施形態では１８０グリットの表面を有する研磨紙である。ガラス試料２１８は、エアギャップ２１６がガラス試料２１８とシート２１４との間に存在するように、試料ホルダ２１５によってシート２１４の上の適所に保持される。シート２１４とガラス試料２１８との間のエアギャップ２１６により、球２３０による衝撃で、ガラス試料２１８はシート２１４の研磨面上へと曲がる。一実施形態では、ガラス試料２１８は、ボールの衝撃点にのみ曲げが含まれるように保たれ、かつ、再現性を確保するように、すべての隅部にわたって把持される。幾つかの実施形態では、試料ホルダ２１４及び試験スタンド２１０は、最大で約２ｍｍの試料の厚さに対応するように調整される。エアギャップ２１６は、約５０μｍ〜約１００μｍの範囲にある。粘着テープ２２０を使用してガラス試料の上面を覆い、球２３０の衝撃によるガラス試料２１８の破砕事象における断片を回収してもよい。
【００７５】
さまざまな材料を研磨面として使用することができる。１つの特定の実施形態では、研磨面は、炭化ケイ素又はアルミナ研磨紙、人工的な研磨紙、若しくは、同等の硬さ及び／又は鋭さを有するような当業者に知られているいずれかの研磨材料などの研磨紙である。幾つかの実施形態では、コンクリート又はアスファルトよりも一貫性がある表面トポグラフィ、並びに、所望のレベルの試験片表面損傷を生成する粒径及び鋭さを有するため、３０グリットの研磨紙が用いられうる。
【００７６】
イオン注入による、鋭い接触損傷導入欠陥に対する改善された性能（研磨紙として３０グリットのＳｉＣを使用するＩＢｏＳ試験で測定）が、図８Ｃに示されている。ＩＢｏＳ試験では、イオン注入された「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」ガラスは、イオン交換されたソーダ石灰（約３４．３ｃｍの破損高さ）に対し、優れた約４５．７ｃｍの反転球破損高さを有し、天然の「Ｅａｇｌｅ  ＸＧ」（約３８．５ｃｍの破損高さ）に対し、改善されている（約２０％高い）。この試験では、イオン交換したガラスはより良好に機能する。ガラスＣの組成は上の表２に記載されている。表３は、ガラスＤの組成を示している：
【００７７】
【表３】
2019524613.tif 000005
【００７８】
デバイス
イオン注入プロセスは、落下性能を低減する高い中央張力を示すイオン交換されたガラスと比較して、スクリーンプロテクタなどの薄いガラス用途にとって理想的である。本明細書で試験したイオン注入されたガラス系物品は、最少量の光学歪み及び最小限の透明性喪失を示した。さまざまな実施形態では、本明細書に記載されるイオン注入ガラス系物品は、コンピュータのモニタ、ラップトップ、タブレット、ハンドヘルドデバイス、又はスクリーンプロテクタなどのディスプレイに使用することができる。
【００７９】
例えば、本明細書に開示されるイオン注入ガラス系物品は、ディスプレイを備えた物品（又はディスプレイ物品）（例えば、携帯電話、タブレット、コンピュータ、ラップトップ、ナビゲーションシステムなどを含む、消費者向け電子製品）、建築物品、輸送物品（例えば、自動車、列車、航空機、船舶等）、電化製品、若しくは、ある程度の透明性、耐引っ掻き性、耐摩耗性、又はそれらの組合せを必要とする任意の物品など、別の物品に組み込まれてもよい。本明細書に開示されるイオン注入ガラス系物品のいずれかを組み込む例示的な物品が図９Ａ及び９Ｂに示されている。特に、図９Ａ及び９Ｂは、前面３０４、背面３０６、及び側面３０８を有する筐体３０２；筐体の内部に少なくとも部分的に、あるいは、筐体内に全体的にあり、少なくともコントローラ、メモリ、及び筐体の前面又はそれに隣接したディスプレイ３１０を含む、電気部品（図示せず）；並びに、ディスプレイの上に存在するように筐体の前面又はその上にある、カバー基板３１２を含む、消費者向け電子デバイス３００を示している。幾つかの実施形態では、カバー基板３１２は、本明細書に開示されるイオン注入ガラス系物品のいずれかを含みうる。
【００８０】
態様（１）では、物品は、少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含み、該イオン注入ガラス又はガラスセラミック物品が、少なくとも６５０グラムの最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を有することを特徴とする。
【００８１】
少なくとも１つの面に、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、及びそれらの組合せからなる群より選択されるイオンが注入される、態様（１）に従う態様（２）。
【００８２】
イオンが、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２の範囲のドーズ量で注入される、態様（２）に従う態様（３）。
【００８３】
ガラス又はガラスセラミック基板が、イオン交換プロセスに適していない、態様（１）〜（３）のいずれかに従う態様（４）。
【００８４】
ガラス又はガラスセラミック基板が、アルカリガラス組成物又はアルカリを含まないガラス組成物、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス組成物、又はアルカリアルミノシリケートガラス組成物を含む、態様（１）〜（３）のいずれかに従う態様（５）。
【００８５】
２ｍｍ以下の平均厚さを有する、態様（１）〜（５）のいずれかに従う態様（６）。
【００８６】
イオンが、少なくとも１つの面の下に５μｍ以下の平均深さで注入される、態様（１）〜（６）のいずれかに従う態様（７）。
【００８７】
ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前のガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力；ｉｉｉ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｉｖ）研磨紙とガラスの表面との間に１００μｍのエアギャップが存在するようにガラスの表面上に位置付けられた３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも約４０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、態様（１）〜（７）のいずれかに従う態様（８）。
【００８８】
ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前のガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍〜約１０倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）約６５０グラム〜約５０００グラムの最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）約１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、態様（１）〜（８）のいずれかに従う態様（９）。
【００８９】
物品が、筐体、ディスプレイ、及びカバー基板を含む電子デバイスであり、ディスプレイは、筐体の前面又はそれに隣接して設けられ、カバー基板は、筐体の前面又はその上に、及びディスプレイの上に設けられ、かつ、カバー基板、及び筐体の一部のうちの少なくとも一方は、ガラス又はガラスセラミック基板を含む、態様（１）〜（９）のいずれかに従う態様（１０）。
【００９０】
ガラス又はガラスセラミック基板から実質的になる、態様（１）〜（１０）のいずれかに従う態様（１１）。
【００９１】
態様（１２）では、方法は、ガラス又はガラスセラミック基板の少なくとも１つの表面下にドーズ量のイオンを注入する工程を含み；該ガラス又はガラスセラミック基板が、少なくとも１００グラムの初期圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を有することを特徴とし；かつ、イオン注入ガラス系物品が、ガラス又はガラスセラミック基板のＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍の最終ＩＦＴ荷重、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することを特徴とする。
【００９２】
イオンが、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、及びそれらの組合せからなる群より選択されるイオンを含む、態様（１２）に従う態様（１３）。
【００９３】
イオンのドーズ量が、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２の範囲にある、態様（１２）又は（１３）に従う態様（１４）。
【００９４】
注入工程が、約４５ｋｅＶ〜約２０００ｋｅＶの注入エネルギーで行われる、態様（１２）〜（１４）のいずれかに従う態様（１５）。
【００９５】
注入工程が、約１ミリアンペア〜約４ミリアンペアのビーム電流で行われる、態様（１２）〜（１５）のいずれかに従う態様（１６）。
【００９６】
ガラス又はガラスセラミック基板がイオン交換プロセスに適していない、態様（１２）〜（１６）のいずれかに従う態様（１７）。
【００９７】
ガラス又はガラスセラミック基板が、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板である、態様（１２）〜（１７）のいずれかに従う態様（１８）。
【００９８】
ガラス又はガラスセラミック基板が、２ｍｍ以下の平均厚さを有する、態様（１２）〜（１８）のいずれかに従う態様（１９）。
【００９９】
イオンが、ガラス又はガラスセラミック基板の少なくとも１つの表面下に５μｍ以下の平均深さで注入される、態様（１２）〜（１９）のいずれかに従う態様（２０）。
【０１００】
イオン注入ガラス系物品が、ｉ）イオン注入前のガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍〜約１０倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）約６５０グラム〜約５０００グラムの最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）約１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値；ｉｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｖ）研磨紙とガラスの表面との間に１００μｍのエアギャップが存在するようにガラスの表面上に位置付けられた３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも約４０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、態様（１２）〜（２０）のいずれかに従う態様（２１）。
【０１０１】
態様（１２）〜（２１）の何れかによって生産されたイオン注入ガラス系物品を含む、態様（２２）。
【０１０２】
態様（２３）では、電子デバイスは、筐体；筐体の前面又はそれに隣接して設けられるディスプレイ；及び、筐体の前面又はその上に、かつディスプレイの上に設けられたカバー基板を含み、カバー基板、及び筐体の一部のうちの少なくとも一方は、少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含む、イオン注入ガラス系物品を含み、かつ、約６５０グラム〜約５０００グラムの圧入破壊閾値荷重、約１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値、又はそれらの組合せを有することを特徴とする。
【０１０３】
態様（２４）では、物品は、少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含み、該イオン注入されたガラス系物品が、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力を有することを特徴とする。
【０１０４】
少なくとも１つの面に、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、及びそれらの組合せからなる群より選択されるイオンが注入される、態様（２４）に従う態様（２５）。
【０１０５】
イオンが、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２の範囲のドーズ量で注入される、態様（２５）に従う態様（２６）。
【０１０６】
ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前のガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍〜約１０倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）約６５０グラム〜約５０００グラムの最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値力、ｉｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｖ）研磨紙とガラスの表面との間に１００μｍのエアギャップが存在するようにガラスの表面上に位置付けられた３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも約４０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、態様（２４）〜（２６）のいずれかに従う態様（２７）。
【０１０７】
物品が、筐体、ディスプレイ、及びカバー基板を含む電子デバイスであり、ディスプレイは、筐体の前面又はそれに隣接して設けられ、カバー基板は、筐体の前面又はその上に、及びディスプレイの上に設けられ、かつ、カバー基板、及び筐体の一部のうちの少なくとも一方が、ガラス又はガラスセラミック基板を含む、態様（２４）〜（２７）のいずれかに従う態様（２８）。
【０１０８】
態様（２９）では、物品は、少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含み、該ガラス又はガラスセラミック基板は、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板である。
【０１０９】
ガラス又はガラスセラミック基板が、部分的にイオン交換したガラス又はガラスセラミック基板である、態様（２９）に従う態様（３０）。
【０１１０】
少なくとも６５０グラムの最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することを特徴とする、態様（２９）又は（３０）に従う態様（３１）。
【０１１１】
物品が、筐体、ディスプレイ、及びカバー基板を含む電子デバイスであり、ディスプレイは、筐体の前面又はそれに隣接して設けられ、カバー基板は、筐体の前面又はその上に、及びディスプレイの上に設けられ、かつ、カバー基板、及び筐体の一部のうちの少なくとも一方は、ガラス又はガラスセラミック基板を含む、態様（２９）〜（３１）のいずれかに従う態様（３２）。
【０１１２】
特定の実施形態の上記説明は、他の人が、当業者の技量の範囲内の知識を適用することによって、本開示の一般的な概念から逸脱することなく、過度の実験をすることなしに、このような特定の実施形態をさまざまな用途に容易に修正及び／又は適応することができる、本開示の一般的な性質を完全に明らかにする。したがって、このような適用及び修正は、本明細書に提示される教示及び指針に基づいて、本開示の実施形態の等価物の意味及び範囲内にあることが意図されている。本明細書における語法又は用語は説明のためのものであり、制限するものではなく、よって、本明細書の用語又は語法は、この教示及び指針に照らして、当業者によって解釈されるべきであることが理解されるべきである。
【０１１３】
本開示の広さ及び範囲は、上述の例示的な実施形態の何れかによって制限されるべきではない。
【０１１４】
本明細書に記載されるさまざまな態様、実施形態、及び選択肢はすべて、ありとあらゆるバリエーションで組み合わせることができる。
【０１１５】
本明細書で言及された全ての刊行物、特許、及び特許出願は、あたかも各個々の刊行物、特許、又は特許出願が参照により具体的かつ個別に組み込まれることが示されるのと同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１１７】
実施形態１
少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板
を含む物品であって、
前記イオン注入されたガラス又はガラスセラミック物品が、少なくとも６５０グラムの最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を有することを特徴とする、
物品。
【０１１８】
実施形態２
前記少なくとも１つの面に、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、及びそれらの組合せからなる群より選択されるイオンが注入されることを特徴とする、実施形態１に記載の物品。
【０１１９】
実施形態３
前記イオンが、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２の範囲のドーズ量で注入されることを特徴とする、実施形態２に記載の物品。
【０１２０】
実施形態４
前記ガラス又はガラスセラミック基板がイオン交換プロセスに適していないことを特徴とする、実施形態１〜３のいずれかに記載の物品。
【０１２１】
実施形態５
前記ガラス又はガラスセラミック基板が、アルカリガラス組成物又はアルカリを含まないガラス組成物、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス組成物、又はアルカリアルミノシリケートガラス組成物を含むことを特徴とする、実施形態１〜３のいずれかに記載の物品。
【０１２２】
実施形態６
２ｍｍ以下の平均厚さを有することを特徴とする、実施形態１〜５のいずれかに記載の物品。
【０１２３】
実施形態７
前記イオンが、前記少なくとも１つの面の下に５μｍ以下の平均深さで注入されることを特徴とする、実施形態１〜６のいずれかに記載の物品。
【０１２４】
実施形態８
ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前の前記ガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力；ｉｉｉ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｉｖ）前記研磨紙と前記ガラスの表面との間に１００μｍのエアギャップが存在するように前記ガラスの表面に位置付けられた３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも約４０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、実施形態１〜７のいずれかに記載の物品。
【０１２５】
実施形態９
ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前の前記ガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍〜約１０倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）約６５０グラム〜約５０００グラムの最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）約１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、実施形態１〜８のいずれかに記載の物品。
【０１２６】
実施形態１０
前記物品が、筐体、ディスプレイ、及びカバー基板を含む電子デバイスであり、前記ディスプレイが、前記筐体の前面に又はそれに隣接して設けられており、前記カバー基板が、前記筐体の前記前面又はその上に、及び前記ディスプレイの上に設けられており、かつ、前記カバー基板、及び前記筐体の一部のうちの少なくとも一方が、前記ガラス又はガラスセラミック基板を含むことを特徴とする、実施形態１〜９のいずれかに記載の物品。
【０１２７】
実施形態１１
前記ガラス又はガラスセラミック基板から実質的になることを特徴とする、実施形態１〜９のいずれかに記載の物品。
【０１２８】
実施形態１２
ガラス又はガラスセラミック基板の少なくとも１つの表面下にドーズ量のイオンを注入する工程
を含む方法であって、
前記ガラス又はガラスセラミック基板が、少なくとも１００グラムの初期圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重を有することを特徴とし；かつ
前記イオン注入ガラス系物品が、前記ガラス又はガラスセラミック基板の前記ＩＦＴ荷重の少なくとも１．２５倍の最終ＩＦＴ荷重、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することを特徴とする、
方法。
【０１２９】
実施形態１３
前記イオンが、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、及びそれらの組合せからなる群より選択されるイオンを含むことを特徴とする、実施形態１２に記載の方法。
【０１３０】
実施形態１４
前記イオンのドーズ量が、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２の範囲にあることを特徴とする、実施形態１２又は１３に記載の方法。
【０１３１】
実施形態１５
前記注入工程が、約４５ｋｅＶ〜約２０００ｋｅＶの注入エネルギーで行われることを特徴とする、実施形態１２〜１４のいずれかに記載の方法。
【０１３２】
実施形態１６
前記注入工程が、約１ミリアンペア〜約４ミリアンペアのビーム電流で行われることを特徴とする、実施形態１２〜１５のいずれかに記載の方法。
【０１３３】
実施形態１７
前記ガラス又はガラスセラミック基板がイオン交換プロセスに適していないことを特徴とする、実施形態１２〜１６のいずれかに記載の方法。
【０１３４】
実施形態１８
前記ガラス又はガラスセラミック基板が、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板であることを特徴とする、実施形態１２〜１７のいずれかに記載の方法。
【０１３５】
実施形態１９
前記ガラス又はガラスセラミック基板が、２ｍｍ以下の平均厚さを有することを特徴とする、実施形態１２〜１８のいずれかに記載の方法。
【０１３６】
実施形態２０ 
前記イオンが、前記ガラス又はガラスセラミック基板の前記少なくとも１つの表面下に５μｍ以下の平均深さで注入されることを特徴とする、実施形態１２〜１９のいずれかに記載の方法。
【０１３７】
実施形態２１
前記イオン注入ガラス系物品が、ｉ）イオン注入前の前記ガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍〜約１０倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）約６５０グラム〜約５０００グラムの最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）約１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値；ｉｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｖ）前記研磨紙と前記ガラスの表面との間に１００μｍのエアギャップが存在するように前記ガラスの表面に位置付けられた３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも約４０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、実施形態１２〜２０のいずれかに記載の方法。
【０１３８】
実施形態２２
実施形態１２〜２１のいずれかによって生産された、イオン注入ガラス系物品。
【０１３９】
実施形態２３
筐体；
前記筐体の前面又はそれに隣接して設けられたディスプレイ；及び
前記筐体の前記前面又はその上に、かつ前記ディスプレイの上に設けられたカバー基板
を含む、電子デバイスであって、
前記カバー基板、及び前記筐体の一部のうちの少なくとも一方が、少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含む、イオン注入ガラス系物品を含み、かつ、約６５０グラム〜約５０００グラムの圧入破壊閾値荷重、約１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値、又はそれらの組合せを有することを特徴とする、
電子デバイス。
【０１４０】
実施形態２４
少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板
を含む、物品であって、
該イオン注入されたガラス系物品が、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力を有することを特徴とする、
物品。
【０１４１】
実施形態２５
前記少なくとも１つの面に、Ｎ＋、Ｓｉ＋、ＢＦ２＋、Ｐ＋、ＳｉＦ３＋、Ｎ２＋、及びそれらの組合せからなる群より選択されるイオンが注入されることを特徴とする、実施形態２４に記載の物品。
【０１４２】
実施形態２６
前記イオンが、約４×１０１４イオン／ｃｍ２〜約２．１×１０１７イオン／ｃｍ２の範囲のドーズ量で注入されることを特徴とする、実施形態２５に記載の物品。
【０１４３】
実施形態２７
ｉ）少なくとも１００グラムであるイオン注入前の前記ガラス系物品の初期ＩＦＴ荷重の約１．５倍〜約１０倍の最終ＩＦＴ荷重；ｉｉ）約６５０グラム〜約５０００グラムの最終ＩＦＴ荷重；ｉｉｉ）１０Ｎ〜約３０Ｎの引っ掻き閾値力、ｉｖ）３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも１２０ｃｍの標準化４．２ｇ球落下破損高さ；ｖ）前記研磨紙と前記ガラスの表面との間に１００μｍのエアギャップが存在するように前記ガラスの表面に位置付けられた３０グリットの炭化ケイ素研磨紙上に落下させたときに少なくとも約４０ｃｍの標準化４．２ｇ反転球落下破損高さ、又はそれらの組合せを有することをさらに特徴とする、実施形態２４〜２６のいずれかに記載の物品。
【０１４４】
実施形態２８
前記物品が、筐体、ディスプレイ、及びカバー基板を含む電子デバイスであり、前記ディスプレイが、前記筐体の前面に又はそれに隣接して設けられており、前記カバー基板が、前記筐体の前記前面又はその上に、及び前記ディスプレイの上に設けられており、かつ、前記カバー基板、及び前記筐体の一部のうちの少なくとも一方が、前記ガラス又はガラスセラミック基板を含むことを特徴とする、実施形態２４〜２７のいずれかに記載の物品。
【０１４５】
実施形態２９
少なくとも１つのイオン注入面を含むガラス又はガラスセラミック基板を含む物品であって、該ガラス又はガラスセラミック基板が、イオン交換したガラス又はガラスセラミック基板である、物品。
【０１４６】
実施形態３０
前記ガラス又はガラスセラミック基板が、部分的にイオン交換したガラス又はガラスセラミック基板であることを特徴とする、実施形態２９に記載の物品。
【０１４７】
実施形態３１
少なくとも６５０グラムの最終的な圧入破壊閾値（ＩＦＴ）荷重、少なくとも１０Ｎの引っ掻き閾値力、又はそれらの組合せを有することを特徴とする、実施形態２９又は３０に記載の物品。
【０１４８】
実施形態３２
前記物品が、筐体、ディスプレイ、及びカバー基板を含む電子デバイスであり、前記ディスプレイが、前記筐体の前面に又はそれに隣接して設けられており、前記カバー基板が、前記筐体の前記前面又はその上に、及び前記ディスプレイの上に設けられており、かつ、前記カバー基板、及び前記筐体の一部のうちの少なくとも一方が、前記ガラス又はガラスセラミック基板を含むことを特徴とする、実施形態２９〜３１のいずれかに記載の物品。
【符号の説明】
【０１４９】
１００  ガラス又はガラスセラミック基板
１０１，１０２  対向する表面
１０３，１０４  縁部
１０５  注入層
１１０  注入システム
１１２  イオン源
１１４  分析電磁石
１１６  可変スリット
１１８  イオン加速管
１２０  垂直スキャナ
１２２  水平スキャナ
１２４  エンドステーション
２００  ＢｏＳ試験装置
２１０  試験スタンド
２１２  基板／中実のベース
２１４  研磨紙／シート
２１５  試料ホルダ
２１６  エアギャップ
２１８，２２０  ガラス試料
２２２  上面
２３０  鋼球
２５０  ボール落下試験アセンブリ
３００  消費者向け電子デバイス
３０２  筐体
３０４  前面
３０６  背面
３０８  側面
３１０  ディスプレイ
３１２  カバー基板
【図１Ａ】
2019524613.tif 000006
【図１Ｂ】
2019524613.tif 000007
【図２】
2019524613.tif 000008
【図３Ａ】
2019524613.tif 000009
【図３Ｂ】
2019524613.tif 000010
【図４】
2019524613.tif 000011
【図５】
2019524613.tif 000012
【図６】
2019524613.tif 000013
【図７Ａ】
2019524613.tif 000014
【図７Ｂ】
2019524613.tif 000015
【図８Ａ】
2019524613.tif 000016
【図８Ｂ】
2019524613.tif 000017
【図８Ｃ】
2019524613.tif 000018
【図９Ａ】
2019524613.tif 000019
【図９Ｂ】
2019524613.tif 000020
【国際調査報告】
2019524613.tif 000021
2019524613.tif 000022
2019524613.tif 000023
2019524613.tif 000024
2019524613.tif 000025
2019524613.tif 000026