(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、少なくとも１８モル％のＢ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、約４モル％までのＣａＯ、並びにＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏの少なくとも１つである、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含まない場合をも含むガラスであって、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有するガラス。
【請求項２】
約４０×１０-7／℃未満の熱膨張係数を有する、請求項１記載のガラス。
【請求項３】
約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、約３モル％までのＭｇＯ、約４モル％までのＣａＯ、約５モル％までのＳｒＯ、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、および約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含む、請求項１または２記載のガラス。
【請求項４】
約６５モル％から約６９モル％のＳｉＯ2、約５モル％から約８モル％のＡｌ2Ｏ3、約１９モル％から約２４モル％のＢ2Ｏ3、約２モル％までのＭｇＯ、約３モル％までのＣａＯ、約４モル％までのＳｒＯ、約２モル％から約７モル％のＢａＯ、および約０．１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含む、請求項３記載のガラス。
【請求項５】
前記ガラスが、ガラス積層体におけるコアガラスの外面に積層されたクラッド層を形成し、前記コアガラスが、該クラッド層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、前記クラッド層が、少なくとも約１００ＭＰａの圧縮応力下にある、請求項１から４いずれか１項記載のガラス。
【請求項６】
前記アルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含まない、請求項１から５いずれか１項記載のガラス。
【請求項７】
コアガラスと、該コアガラスの外面に積層されたクラッドガラスとを備えたガラス積層体を製造する方法において、
ａ．コアガラス溶融物をフュージョンドローして、前記コアガラスを形成する工程、および
ｂ．クラッドガラス溶融物をダウンドローして、前記コアガラスを取り囲む前記クラッドガラスを形成する工程を有してなり、
前記コアガラスの熱膨張係数は前記クラッドガラスの熱膨張係数よりも大きく、前記クラッドガラスは、少なくとも約１００ＭＰａの圧縮応力下にあり、該クラッドガラスは、約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、少なくとも１８モル％のＢ2Ｏ3、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、約４モル％までのＣａＯ、並びにＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏからなる群より選択される、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含まない場合をも含み、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有する、方法。
【請求項８】
前記クラッドガラスの熱膨張係数が約４０×１０-7／℃未満である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記クラッドガラスが、約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、約３モル％までのＭｇＯ、約４モル％までのＣａＯ、約５モル％までのＳｒＯ、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、および約１モル％までの前記アルカリ金属酸化物改質剤を含む、請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
前記クラッドガラスが前記アルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含まない、請求項７から９いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１４年５月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／００１１８２号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、アルカリ金属酸化物が添加されたか、またはそのようなアルカリ金属酸化物を実質的に含まないガラスに関する。より詳しくは、本開示は、アルカリが添加されており、スロットドロー法およびフュージョンドロー法などのダウンドロー法により形成できるガラスに関する。さらにより詳しくは、本開示は、アルカリが添加されており、ガラス積層体のクラッド層に形成できるガラスに関する。
【発明の概要】
【０００３】
アルカリ添加および無アルカリバリウムアルミノホウケイ酸塩ガラスが提供される。このガラスは、酸化バリウム（ＢａＯ）並びに網目構造形成材のＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、およびＡｌ2Ｏ3を含んでおり、約１モル％までのＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、および／またはＫ2Ｏが添加されることがある。そのガラスは、いくつかの実施の形態において、約６１ＧＰａ未満のヤング率および／または約２０℃から約３００℃の温度範囲で平均された、約４０×１０-7／℃未満の熱膨張係数を有することがある。これらのガラスは、電子機器のカバーガラス、カラーフィルタ用基板、薄膜トランジスタ用基板、またはガラス積層体の外側クラッド層として使用してよい。
【０００４】
したがって、本開示の１つの態様は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、少なくとも１８モル％のＢ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、および約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含むガラスを提供することにある。このガラスは、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有する。
【０００５】
本開示の第２の態様は、約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、並びにＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏからなる群より選択される、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含むガラスを提供することにある。このガラスは、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有する。
【０００６】
本開示の第３の態様は、コアガラスと、そのコアガラスの外面に積層されたクラッドガラスとを備えたガラス積層体を提供することにある。そのクラッドガラスは、約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、並びにＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏからなる群より選択される、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含む。そのクラッドガラスは、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有する。このクラッドガラスは、約４０×１０-7／℃未満の第１の熱膨張係数を有し、前記コアガラスは、この第１の熱膨張係数よりも大きい第２の熱膨張係数を有する。
【０００７】
本開示の第４の態様は、コアガラスと、そのコアガラスの外面に積層されたクラッドガラスとを備えたガラス積層体を製造する方法を提供することにある。この方法は、コアガラス溶融物をフュージョンドローして、コアガラスを形成する工程、およびクラッドガラス溶融物をダウンドローして、コアガラスを取り囲むクラッドガラスを形成する工程を有してなる。そのコアガラスの熱膨張係数は、クラッドガラスのものよりも大きい。このクラッドガラスは、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、並びにＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏからなる群より選択される、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含み、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有する。
【０００８】
これらと他の態様、利点、および顕著な特徴は、以下の詳細な説明、添付図面、および付随の特許請求の範囲から明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガラス積層体の説明のための断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明において、図面に示されたいくつかの図に亘り、同様の参照文字は、同様のまたは対応する部品を指す。特に明記のない限り、「上部」、「下部」、「外方」、「内方」などの用語は、便宜上の単語であり、制限用語と考えるべきではないことも理解される。その上、群が、複数の要素およびその組合せの群の内の少なくとも１つを含むと記載されているときはいつでも、その群は、個別にまたは互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつを含んでも、から実質的になっても、またはからなってもよいことが理解される。同様に、群が、複数の要素またはその組合せの群の内の少なくとも１つからなると記載されているときはいつでも、その群は、個別にまたは互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつからなってもよいことが理解される。特に明記のない限り、値の範囲は、列挙されている場合、その範囲の上限と下限の両方、並びにそれらの間の任意の範囲も含む。ここに用いたように、特に明記のない限り、名詞は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」の対象を指すことが意図されている。本明細書および図面に開示された様々な特徴は、いずれの組合せにも、また全ての組合せにも使用して差し支えないことも理解される。
【００１１】
ここに用いたように、「ガラス物品("glass article"および"glass articles")」という用語は、全てがまたは部分的にガラスから作られた任意の物体を含むために最も広い意味で使用されている。特に明記のない限り、全ての組成は、モルパーセント（モル％）で表されている。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、１０-7／℃の単位で表され、特に明記のない限り、約２０℃から約３００℃の温度範囲に亘り測定された値を表す。
【００１２】
「実質的に」および「約」という用語は、任意の定量比較、値、測定、または他の表現に寄与するであろう固有の不確実性の度合いを表すためにここに使用されることがあることを留意のこと。これらの用語は、問題となっている主題の基本機能を変えずに、定量的表現が、述べられた基準から変動するかもしれない度合いを表すためにもここに使用される。したがって、例えば、「アルカリ金属酸化物を実質的に含まない」ガラスは、そのような酸化物が積極的に添加されていないか、またはガラス中にバッチ配合されていないが、汚染物質としてごく少量（例えば、０．１質量％未満）で存在することもあるものである。
【００１３】
概して図面を、特に図１を参照すると、図解は、特定の実施の形態を記載する目的のためであり、本開示または付随する特許請求の範囲をそれに制限することは意図されていないことが理解されよう。図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、図面の特定の特徴および特定の視野は、明確さおよび簡潔さのために、縮尺または図式で誇張されて示されることがある。
【００１４】
約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有するガラスおよびそれから製造されたガラス物品が、ここに記載されている。これらのガラスは、酸化バリウム（ＢａＯ）並びに網目構造形成材のＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、およびＡｌ2Ｏ3を含んでいる。これらのガラスは、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤のＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏ（すなわち、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ≦１モル％）が意図的に添加されているか、またはそのような改質剤を実質的に含まないかのいずれかである。いくつかの実施の形態において、そのガラスの熱膨張係数（ＣＴＥ）は低い（すなわち、約４０×１０-7／℃未満）。
【００１５】
いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、スロットドロー法およびフュージョンドロー法などの、当該技術分野で公知のダウンドロー法により形成できる。フュージョンドロー法は、薄いガラス板の大規模製造に使用されてきた産業技術である。フロート法またはスロットドロー法などの他のフラットガラス製造技術と比べると、フュージョンドロー法は、平坦度および表面品質が優れた薄いガラス板を生成する。その結果、フュージョンドロー法が、液晶ディスプレイ用の薄いガラス基板、並びにノート型パソコン、エンターテイメント装置、タブレット、ラップトップ型コンピュータなどの個人用電子機器用のカバーガラスを作製するための主要な製造技術となっている。
【００１６】
フュージョンドロー法は、典型的にジルコンまたは別の耐火材料から作られた、「アイソパイプ」として知られている樋を越える溶融ガラスの流動を含む。溶融ガラスは、アイソパイプの上部を両側から溢れ流れ、アイソパイプの底部で出合って、１枚の板であって、その内面しかアイソパイプと直接接触していない最終的な板を形成する。最終的なガラス板の露出された表面のいずれも、引張り過程中にアイソパイプの材料と接触していないので、そのガラスの両外面は、清浄な品質のものであり、その後に仕上げを必要としない。
【００１７】
フュージョンドロー法が可能であるためには、ガラスは、十分に高い液相粘度（すなわち、液相温度での溶融ガラスの粘度）を有さなければならない。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスの液相粘度は、少なくとも約１００キロポアズ（ｋＰ）、他の実施の形態において、少なくとも約１２０ｋＰ、およびさらに他の実施の形態において、これらのガラスの液相粘度は、少なくとも約３００ｋＰである。ここに記載されたアルカリ添加ガラスがガラス積層体におけるクラッド層として使用され、温度に関するコアガラスの粘度挙動がクラッドガラスのものとほぼ同じである場合において、クラッドガラスの液相粘度は、約１００ｋＰ以上であろう。
【００１８】
従来のフュージョンドロー法は、１つのアイソパイプを使用して行われ、均質なガラス製品が得られる。より複雑な積層フュージョン法では、外側のクラッドにより片（両）側が囲まれたコアガラス組成物を備えた積層板を形成するために、２つのアイソパイプが利用される。積層フュージョン法の主な利点の内の１つは、クラッドガラスの熱膨張係数がコアガラスのものより小さい場合、ＣＴＥの差により、外側のクラッド層に圧縮応力が生じることである。この圧縮応力により、イオン交換処理を必要とせずに、最終的なガラス製品の強度が増す。イオン交換とは異なり、この強化は、ガラス中にアルカリイオンを使用せずに行うことができる。
【００１９】
したがって、いくつかの実施の形態において、ここに記載されたアルカリ添加および無アルカリガラスを使用して、図１に概略が示されたガラス積層体を形成してもよい。ガラス積層体１００は、クラッドガラス１２０またはここに記載されたアルカリ添加または無アルカリガラスから形成された「クラッド層」により囲まれたコアガラス１１０を備えている。コアガラス１１０のＣＴＥは、クラッド層１２０におけるアルカリ添加および無アルカリガラスのものより大きい。コアガラスは、いくつかの実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスであってよい。１つの非限定的例において、コアガラスは、組成：６６．９モル％のＳｉＯ2、１０．１モル％のＡｌ2Ｏ3、０．５８モル％のＢ2Ｏ3、７．４５モル％のＮａ2Ｏ、８．３９モル％のＫ2Ｏ、５．７８モル％のＭｇＯ、０．５８モル％のＣａＯ、０．２モル％のＳｎＯ2、０．０１モル％のＺｒＯ2、および０．０１モル％のＦｅ2Ｏ3を有し、５７２℃の歪み点、６２９℃の徐冷点、８８８℃の軟化点、および９５．５×１０-7／℃のＣＴＥを示すアルカリアルミノケイ酸塩ガラスである。
【００２０】
積層製品におけるクラッドガラスとして使用した場合、ここに記載されたアルカリ添加および無アルカリガラス組成物は、クラッド層に高い圧縮応力を与えることができる。ここに記載された低アルカリ金属酸化物／アルカリ添加および無アルカリフュージョン形成可能なガラスのＣＴＥは、一般に、約４０×１０-7／℃以下の範囲、いくつかの実施の形態において、約３８×１０-7／℃以下の範囲にある。そのようなガラスを、例えば、９０×１０-7／℃のＣＴＥを有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラス（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄにより製造されているＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス）と対にした場合、クラッドガラスに予測される圧縮応力は、下付文字１および２が、それぞれ、コアガラスおよびクラッドガラスを称する、下記に与えられた弾性応力式を使用して計算できる：
【００２１】
【数１】
0006776128.tif 000002
【００２２】
および
【００２３】
【数２】
0006776128.tif 000003
【００２４】
式中、Ｅはヤング率であり、νはポアソン比であり、ｔはガラスの厚さであり、σは応力であり、ｅ2−ｅ1は、クラッドガラスとコアガラスとの間の熱膨張の差である。クラッドガラスおよびコアガラスに同じ弾性率およびポアソン比を使用すると、上記式はさらに簡素化される。
【００２５】
クラッドガラスとコアガラスとの間の熱膨張の差を計算するために、応力は、クラッドおよびコアの柔らかい方のガラスの歪み点より低いときに生じると仮定される。クラッドガラス中の応力は、これらの仮定および先の式を使用して予測することができる。
【００２６】
ここに記載されたアルカリ添加および無アルカリガラスは、特に低い熱膨張係数を有する。そのガラスのＣＴＥは、いくつかの実施の形態において、約４０×１０-7／℃未満、他の実施の形態において、約３８×１０-7／℃未満である。ここに記載されたガラスは、ＣＴＥがより高いコアガラスと対にされた場合、最終的な積層ガラス製品のクラッド層に高レベルの圧縮応力を与える。これにより、ガラス積層製品の強度が増す。積層体のクラッド層にここに開示されたガラスを使用することにより、少なくとも約５０ＭＰａ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約１００ＭＰａの室温での圧縮応力を達成できる。クラッド層として使用する場合、ここに記載されたガラスの液相粘度要件は、低下するであろう。温度に関するコアガラスの粘度挙動がクラッドガラスのものとほぼ同じ（すなわち、「一致する」）実施の形態において、クラッドガラスの液相粘度は、約１００ｋＰ以上であることがある。
【００２７】
アルカリ添加ガラスのヤング率値および剪断弾性率値は、他の市販のフュージョンドロー法により製造したガラスのものよりも著しく低い。ヤング率は、いくつかの実施の形態において、約６１ギガパスカル（ＧＰａ）未満、さらに他の実施の形態において、約５８ＧＰａ未満である。低い弾性率により、高レベルの固有損傷抵抗がこれらのガラスに与えられる。
【００２８】
いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスは、約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2（すなわち、６４モル％≦ＳｉＯ2≦７０モル％）、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3（すなわち、４モル％≦Ａｌ2Ｏ3≦１０モル％）、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3（すなわち、１８モル％≦Ｂ2Ｏ3≦３５モル％）、約１モル％から約８モル％のＢａＯ（すなわち、１モル％≦ＢａＯ≦８モル％）、約３モル％までのＭｇＯ（すなわち、０モル％≦ＭｇＯ≦３モル％）、約４モル％までのＣａＯ（すなわち、０モル％≦ＣａＯ≦４モル％）、および約５モル％までのＳｒＯ（すなわち、０モル％≦ＳｒＯ≦５モル％）から実質的になるか、またはそれらを含み、アルカリ金属酸化物改質剤であるＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏの合計は、約１モル％以下である（例えば、０モル％≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ≦１モル％）。
【００２９】
前記ガラスは、約０．５モル％までのＦｅ2Ｏ3（すなわち、０モル％≦Ｆｅ2Ｏ3≦０．５モル％）、約０．１モル％までのＺｒＯ2（すなわち、０モル％≦ＺｒＯ2≦０．１モル％）、および必要に応じて、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、Ｆ-などの少なくとも１種類の清澄剤をさらに含んでもよい。この少なくとも１種類の清澄剤は、いくつかの実施の形態において、約０．５モル％までのＳｎＯ2（すなわち、０モル％≦ＳｎＯ2≦０．５モル％）、約０．５モル％までのＣｅＯ2（すなわち、０モル％≦ＣｅＯ2≦０．５モル％）、約０．５モル％までのＡｓ2Ｏ3（すなわち、０モル％≦Ａｓ2Ｏ3≦０．５モル％）、および約０．５モル％までのＳｂ2Ｏ3（すなわち、０モル％≦Ｓｂ2Ｏ3≦０．５モル％）を含んでもよい。
【００３０】
特別な実施の形態において、前記ガラスは、約６５モル％から約６９モル％のＳｉＯ2（すなわち、６５モル％≦ＳｉＯ2≦６９モル％）、約５モル％から約８モル％のＡｌ2Ｏ3（すなわち、５モル％≦Ａｌ2Ｏ3≦８モル％）、約１９モル％から約２４モル％のＢ2Ｏ3（すなわち、１９モル％≦Ｂ2Ｏ3≦２４モル％）、約２モル％から約７モル％のＢａＯ（すなわち、２モル％≦ＢａＯ≦７モル％）、約２モル％までのＭｇＯ（すなわち、０モル％≦ＭｇＯ≦２モル％）、約３モル％までのＣａＯ（すなわち、０モル％≦ＣａＯ≦３モル％）、および約４モル％までのＳｒＯ（すなわち、０モル％≦ＳｒＯ≦４モル％）から実質的になるか、またはそれらを含み、アルカリ金属酸化物改質剤であるＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏの合計は、約０．１モル％以下である（例えば、０モル％≦Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ≦０．１モル％）。
【００３１】
前記ガラスは、約０．１モル％までのＺｒＯ2（すなわち、０モル％≦ＺｒＯ2≦０．１モル％）、約０．２モル％までのＦｅ2Ｏ3（すなわち、０モル％≦Ｆｅ2Ｏ3≦０．２モル％）、およびＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、Ｆ-などの少なくとも１種類の清澄剤をさらに含んでもよい。この少なくとも１種類の清澄剤は、いくつかの実施の形態において、約０．２モル％までのＳｎＯ2（すなわち、０モル％≦ＳｎＯ2≦０．２モル％）を含んでもよい。
【００３２】
これらのガラスの酸化物成分の各々は、ある機能を果たす。シリカ（ＳｉＯ2）は、主要なガラス形成酸化物であり、溶融ガラスの網目構造主鎖を形成する。純粋なＳｉＯ2は、低いＣＴＥを有し、アルカリ金属を含まない。しかしながら、純粋なＳｉＯ2は、その極めて高い溶融温度のために、フュージョンドロー法に適合していない。その粘度曲線も高すぎて、積層構造におけるどのコアガラスのものとも一致しない。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラス中のＳｉＯ2の量は、約６４モル％から約７０モル％に及ぶ。他の実施の形態において、ＳｉＯ2濃度は、約６６モル％から約６９モル％に及ぶ。
【００３３】
シリカに加え、ここに記載されたガラスは、安定なガラス形成、低いＣＴＥ、低いヤング率、低い剪断弾性率を達成し、溶融および形成を容易にするために、網目構造形成材のＡｌ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を含む。これらの網目構造形成材の３つ全てを適切な濃度で混合することにより、ＣＴＥおよび率を増加させる働きをする、アルカリ酸化物またはアルカリ土類酸化物などの網目構造改質剤の必要性を最小にしつつ、安定なバルクガラスの形成を行うことが可能になる。ＳｉＯ2のように、Ａｌ2Ｏ3は、ガラスの網目構造に対する剛性に寄与する。アルミナは、ガラス内に四配位または五配位のいずれかで存在し得る。ここに記載されたガラスは、いくつかの実施の形態において、約４モル％から約１０モル％Ａｌ2Ｏ3の、特別な実施の形態において、約５モル％から約８モル％のＡｌ2Ｏ3を含む。
【００３４】
酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）も、粘度を減少させるために使用されるガラス形成酸化物であり、それゆえ、ガラスを溶融し、形成する能力を改善する。Ｂ2Ｏ3は、ガラスの網目構造において三配位または４配位のいずれかで存在するであろう。三配位Ｂ2Ｏ3は、ヤング率および剪断弾性率を減少させるための最も効果的な酸化物であり、それゆえ、ガラスの固有損傷抵抗を改善する。したがって、ここに記載されたガラスは、いくつかの実施の形態において、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、他の実施の形態において、約１９モル％から約２４モル％のＢ2Ｏ3を含む。
【００３５】
アルカリ土類酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯ）も、Ｂ2Ｏ3のように、ガラスの溶融挙動を改善する。しかしながら、それらは、ＣＴＥ並びにヤング率および剪断弾性率を増加させる働きもする。ここに記載されたガラスは、いくつかの実施の形態において、約３モル％までのＭｇＯ、約４モル％までのＣａＯ、および／または約５モル％までのＳｒＯ、他の実施の形態において、約２モル％までのＭｇＯ、約３モル％までのＣａＯ、および／または約４モル％までのＳｒＯを含む。
【００３６】
ここに記載されたガラスの全てはＢａＯを含有している。この酸化物の存在により、ガラスの密度を、２．３５から２．４３ｇ／ｃｍ3の範囲にすることができる。これにより、製造中に、他の市販のガラス組成物への、またはそれからの移行が容易になる。
【００３７】
いくつかの実施の形態において、ここに記載されたガラスには、ガラス溶融物の抵抗率を低下させ、耐火物格納構造および加工構造の「貫通(fire-through)」を避けるために、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤（すなわち、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ≦１モル％）が意図的に添加されている。これらのガラスにおいて、アルカリ金属酸化物は、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、および／またはＫ2Ｏに制限される。いくつかの実施の形態において、前記ガラスには、約０．１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤のＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏ（すなわち、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ≦０．１モル％）が添加されている。他の実施の形態において、前記ガラスは、そのようなアルカリ金属酸化物改質剤を含まない。
【００３８】
前記ガラスは、溶融中のガス状含有物をなくすのに役立つように、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、Ｆ-などの少なくとも１種類の清澄剤を低濃度で含んでもよい。いくつかの実施の形態において、そのガラスは、約０．５モル％までのＳｎＯ2、約０．５モル％までのＣｅＯ2、約０．５モル％までのＡｓ2Ｏ3、および／または約０．５モル％までのＳｂ2Ｏ3を含んでもよい。他の実施の形態において、そのガラスは、約０．２モル％までのＳｎＯ2を含んでもよい。
【００３９】
溶解装置内での高温ガラスとジルコニア系耐火材料との接触により、少量のＺｒＯ2も導入されるであろう。それゆえ、ガラス中のＺｒＯ2レベルを監視することは、時間の経過によるタンクの摩耗速度を判断するために重要であろう。このガラスは、いくつかの実施の形態において、約０．１モル％までのＺｒＯ2を含有してもよい。そのガラスは、低濃度のＦｅ2Ｏ3をさらに含んでもよい。何故ならば、この材料は、バッチ材料中の一般的な不純物であるからである。そのガラスは、いくつかの実施の形態において、約０．５質量％までのＦｅ2Ｏ3、他の実施の形態において、約０．２モル％までのＦｅ2Ｏ3を含んでもよい。
【００４０】
これらのガラスの非限定的例の組成および選択された物理的性質（徐冷点および軟化点、２００ポアズ温度Ｔ200、密度、ＣＴＥ、およびヤング率Ｅ）が、表１に列挙されている。
【００４１】
【表１−１】
0006776128.tif 000004
【００４２】
【表１−２】
0006776128.tif 000005
【００４３】
ここに記載されたガラスを製造する方法も提供される。この方法は、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、およびＢａＯを含むガラス溶融物であって、アルカリ金属酸化物改質剤のＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、およびＬｉ2Ｏが添加されたか、実質的に含まないガラス溶融物を提供する工程、およびそのガラス溶融物をダウンドローして、ガラスを形成する工程を有してなる。ガラス溶融物をダウンドローする工程は、いくつかの実施の形態において、ガラス溶融物をスロットドローする工程、他の実施の形態において、ガラス溶融物をフュージョンドローする工程を含む。
【００４４】
ある実施の形態において、前記方法は、コアガラス溶融物を提供する工程、およびそのコアガラス溶融物をフュージョンドローして、クラッドガラスの熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有するコアガラスを形成する工程をさらに含む。次いで、クラッドガラス溶融物がフュージョンドローされて、クラッドガラス層を形成し、それにより、コアガラスを取り囲む。このクラッドガラス層は、少なくとも約１００ＭＰａ、いくつかの実施の形態において、少なくとも約５０ＭＰａの圧縮応力下にある。
【００４５】
ここに記載されたガラスは、アルカリ金属を実質的に含まない場合には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ディスプレイ用途に使用するのに適している。これらの用途には、アルカリイオンの存在により、薄膜トランジスタが汚染されるので、アルカリ添加された界面と、アルカリを含まない界面が必要である。それゆえ、イオン交換されたアルカリ含有ガラスは、そのような用途には適していない。クラッド層としてここに記載されたアルカリ添加ガラスおよび無アルカリガラスを用いたガラス積層体は、低レベル（≦１モル％、いくつかの実施の形態において、≦０．１モル％）のアルカリ金属またはアルカリ金属酸化物を含まないか、またはそれらが添加されたかのいずれかである界面と組み合わされた強化ガラス製品を提供する。
【００４６】
説明目的のために、典型的な実施の形態を述べてきたが、先の記載は、本開示の範囲または付随の特許請求の範囲に対する限定と考えるべきではない。したがって、本開示の範囲または付随の特許請求の範囲から逸脱せずに、様々な改変、適用、および代替手段が当業者に想起されるであろう。
【００４７】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００４８】
実施形態１
ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、少なくとも１８モル％のＢ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、および約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含むガラスであって、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有するガラス。
【００４９】
実施形態２
前記アルカリ金属酸化物改質剤が、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏの少なくとも１つである、実施形態１に記載のガラス。
【００５０】
実施形態３
前記ヤング率が約５８ＧＰａ未満である、実施形態１または２に記載のガラス。
【００５１】
実施形態４
約４０×１０-7／℃未満の熱膨張係数を有する、実施形態１から３いずれか１つに記載のガラス。
【００５２】
実施形態５
少なくとも１種類の清澄剤をさらに含む、実施形態１から４いずれか１つに記載のガラス。
【００５３】
実施形態６
前記少なくとも１種類の清澄剤が、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、およびＦ-の内の少なくとも１つを含む、実施形態５に記載のガラス。
【００５４】
実施形態７
約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、約３モル％までのＭｇＯ、約４モル％までのＣａＯ、約５モル％までのＳｒＯ、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、および約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含む、実施形態１から６いずれか１つに記載のガラス。
【００５５】
実施形態８
約６５モル％から約６９モル％のＳｉＯ2、約５モル％から約８モル％のＡｌ2Ｏ3、約１９モル％から約２４モル％のＢ2Ｏ3、約２モル％までのＭｇＯ、約３モル％までのＣａＯ、約４モル％までのＳｒＯ、約２モル％から約７モル％のＢａＯ、および約０．１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含む、実施形態７に記載のガラス。
【００５６】
実施形態９
前記ガラスが、ガラス積層体におけるコアガラスの外面に積層されたクラッド層を形成し、前記コアガラスが、該クラッド層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する、実施形態１から８いずれか１つに記載のガラス。
【００５７】
実施形態１０
前記クラッド層が、少なくとも約１００ＭＰａの圧縮応力下にある、実施形態９に記載のガラス。
【００５８】
実施形態１１
カラーフィルタ用基板、薄膜トランジスタ用基板、電子機器のカバーガラス、またはタッチインターフェースの少なくとも一部を形成する、実施形態１から１０いずれか１つに記載のガラス。
【００５９】
実施形態１２
少なくとも１００キロポアズの液相粘度を有する、実施形態１から１１いずれか１つに記載のガラス。
【００６０】
実施形態１３
ダウンドロー可能である、実施形態１２に記載のガラス。
【００６１】
実施形態１４
約０．５モル％までのＦｅ2Ｏ3、および約０．１モル％までのＺｒＯ2を含む、実施形態１から１３いずれか１つに記載のガラス。
【００６２】
実施形態１５
前記アルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含まない、実施形態１から１４いずれか１つに記載のガラス。
【００６３】
実施形態１６
約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、並びにＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏからなる群より選択される、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含むガラスであって、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有するガラス。
【００６４】
実施形態１７
熱膨張係数が約４０×１０-7／℃未満である、実施形態１６に記載のガラス。
【００６５】
実施形態１８
約３モル％までのＭｇＯ、約４モル％までのＣａＯ、および約５モル％までのＳｒＯをさらに含む、実施形態１６または１７に記載のガラス。
【００６６】
実施形態１９
約６５モル％から約６９モル％のＳｉＯ2、約５モル％から約８モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約２４モル％のＢ2Ｏ3、約２モル％までのＭｇＯ、約３モル％までのＣａＯ、約４モル％までのＳｒＯ、約２モル％から約７モル％のＢａＯ、および約０．１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含む、実施形態１６から１８いずれか１つに記載のガラス。
【００６７】
実施形態２０
前記ガラスが少なくとも１種類の清澄剤をさらに含み、該清澄剤がＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、およびＦ-の少なくとも１つを含む、実施形態１６から１９いずれか１つに記載のガラス。
【００６８】
実施形態２１
前記ガラスが、ガラス積層体におけるコアガラスの外面に積層されたクラッド層を形成し、前記コアガラスが、該クラッド層の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する、実施形態１６から２０いずれか１つに記載のガラス。
【００６９】
実施形態２２
前記クラッド層が、少なくとも約１００ＭＰａの圧縮応力下にある、実施形態２１に記載のガラス。
【００７０】
実施形態２３
カラーフィルタ用基板、薄膜トランジスタ用基板、カバーガラス、またはタッチインターフェースの少なくとも一部を形成する、実施形態１６から２１いずれか１つに記載のガラス。
【００７１】
実施形態２４
少なくとも１００キロポアズの液相粘度を有する、実施形態１６から２２いずれか１つに記載のガラス。
【００７２】
実施形態２５
ダウンドロー可能である、実施形態２４に記載のガラス。
【００７３】
実施形態２６
前記アルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含まない、実施形態１６から２５いずれか１つに記載のガラス。
【００７４】
実施形態２７
コアガラスと、該コアガラスの外面に積層されたクラッドガラスとを備えたガラス積層体であって、前記クラッドガラスは、約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、並びにＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏからなる群より選択される、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含み、該クラッドガラスは、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有し、該クラッドガラスは、約４０×１０-7／℃未満の第１の熱膨張係数を有し、前記コアガラスは、前記第１の熱膨張係数よりも大きい第２の熱膨張係数を有するガラス積層体。
【００７５】
実施形態２８
前記第１の熱膨張係数が約３８×１０-7／℃未満である、実施形態２７に記載のガラス積層体。
【００７６】
実施形態２９
前記クラッドガラスが、約３モル％までのＭｇＯ、約４モル％までのＣａＯ、および約５モル％までのＳｒＯをさらに含む、実施形態２７または２８に記載のガラス積層体。
【００７７】
実施形態３０
前記クラッドガラスが、約６５モル％から約６９モル％のＳｉＯ2、約５モル％から約８モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約２４モル％のＢ2Ｏ3、約２モル％までのＭｇＯ、約３モル％までのＣａＯ、約４モル％までのＳｒＯ、約２モル％から約７モル％のＢａＯ、および約０．１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含む、実施形態２７から２９いずれか１つに記載のガラス積層体。
【００７８】
実施形態３１
前記クラッドガラスが少なくとも１種類の清澄剤をさらに含み、該清澄剤がＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ5、Ｃｌ-、およびＦ-の少なくとも１つを含む、実施形態２７から３０いずれか１つに記載のガラス積層体。
【００７９】
実施形態３２
前記クラッドガラスが、少なくとも約４０ＭＰａの圧縮応力下にある、実施形態２７から３１いずれか１つに記載のガラス。
【００８０】
実施形態３３
前記コアガラスがアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含む、実施形態２７から３２いずれか１つに記載のガラス積層体。
【００８１】
実施形態３４
前記クラッドガラスの液相粘度が少なくとも約１００キロポアズである、実施形態２７から３３いずれか１つに記載のガラス積層体。
【００８２】
実施形態３５
前記クラッドガラスが前記アルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含まない、実施形態２７から３４いずれか１つに記載のガラス積層体。
【００８３】
実施形態３６
コアガラスと、該コアガラスの外面に積層されたクラッドガラスとを備えたガラス積層体を製造する方法において、
ａ．コアガラス溶融物をフュージョンドローして、前記コアガラスを形成する工程、および
ｂ．クラッドガラス溶融物をダウンドローして、前記コアガラスを取り囲む前記クラッドガラスを形成する工程を有してなり、
前記コアガラスの熱膨張係数は前記クラッドガラスの熱膨張係数よりも大きく、前記クラッドガラスは、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、並びにＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、およびＫ2Ｏからなる群より選択される、約１モル％までのアルカリ金属酸化物改質剤を含み、約２．３５ｇ／ｃｍ3から約２．４３ｇ／ｃｍ3の密度および約６１ＧＰａ未満のヤング率を有する、方法。
【００８４】
実施形態３７
前記ガラス溶融物をダウンドローする工程が、該ガラス溶融物をフュージョンドローする工程を含む、実施形態３６に記載の方法。
【００８５】
実施形態３８
前記クラッドガラスの液相粘度が少なくとも約１００キロポアズである、実施形態３７に記載の方法。
【００８６】
実施形態３９
前記クラッドガラスが、少なくとも約１００ＭＰａの圧縮応力下にある、実施形態３６から３８いずれか１つに記載の方法。
【００８７】
実施形態４０
前記クラッドガラスの熱膨張係数が約４０×１０-7／℃未満である、実施形態３６から３９いずれか１つに記載の方法。
【００８８】
実施形態４１
前記熱膨張係数が約３８×１０-7／℃未満である、実施形態４０に記載の方法。
【００８９】
実施形態４２
前記ヤング率が約５８ＧＰａ未満である、実施形態３６から４１いずれか１つに記載の方法。
【００９０】
実施形態４３
前記クラッドガラスが、約６４モル％から約７０モル％のＳｉＯ2、約４モル％から約１０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約３５モル％のＢ2Ｏ3、約３モル％までのＭｇＯ、約４モル％までのＣａＯ、約５モル％までのＳｒＯ、約１モル％から約８モル％のＢａＯ、および約１モル％までの前記アルカリ金属酸化物改質剤を含む、実施形態３６から４２いずれか１つに記載の方法。
【００９１】
実施形態４４
前記クラッドガラスが、約６５モル％から約６９モル％のＳｉＯ2、約５モル％から約８モル％のＡｌ2Ｏ3、約１８モル％から約２４モル％のＢ2Ｏ3、約２モル％までのＭｇＯ、約３モル％までのＣａＯ、約４モル％までのＳｒＯ、約２モル％から約７モル％のＢａＯ、および約０．１モル％までの前記アルカリ金属酸化物改質剤を含む、実施形態４３に記載の方法。
【００９２】
実施形態４５
前記クラッドガラスが前記アルカリ金属酸化物改質剤を実質的に含まない、実施形態３６から４４いずれか１つに記載の方法。
【符号の説明】
【００９３】
１００    ガラス積層体
１１０    コアガラス
１２０    クラッドガラス
【図１】
0006776128.tif 000006