(57)【要約】【課題】ガラス表面を粗面化することなく、十分な表面強度を有して、可視域を超える広い範囲でフラットな透過率特性を有する光拡散ガラス部材を提供する。【解決手段】ガラス中に結晶相を有し、酸化物換算による重量％表示で、ＳｉＯ２を３５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３を０〜８．０％、Ｂ２Ｏ３を１５〜３５％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏから選択される成分を全体で３〜１０％、ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３から選択される成分を全体で６〜２０％、及び、Ｓｂ２Ｏ３を０〜１％、を含有して構成され、厚さ２．０ｍｍの部材で評価して、波長４００ｎｍ〜２５００ｎｍについて全光線平均透過率が５〜５０％であり、前記全光線平均透過率に対する透過率偏差の平均値が、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長領域において４．０％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス中に結晶相を有し、酸化物換算による重量％表示で、
ＳｉＯ２を３５〜７０％、
Ａｌ２Ｏ３を０〜８．０％、
Ｂ２Ｏ３を１５〜３５％、
Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏから選択される成分を全体で３〜１０％、
ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３から選択される成分を全体で６〜２０％、及び、
Ｓｂ２Ｏ３を０〜１％、を含有して構成され、
厚さ２．０ｍｍの部材で評価して、波長４００ｎｍ〜２５００ｎｍについて全光線平均透過率が５〜５０％であり、
前記全光線平均透過率に対する透過率偏差の平均値が、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長領域において４．０％以下であることを特徴とする光拡散ガラス部材。
【請求項２】
１．０〜１０％のＺｎＯを更に含有する請求項１に記載の光拡散ガラス部材。
【請求項３】
６．０〜１５％のＹ２Ｏ３、及び／又は、６．０〜２０％のＣａＯを、全体で６．０〜１２％含有する請求項１又は２に記載の光拡散ガラス部材。
【請求項４】
１．０％未満のＦ成分を含有する請求項１〜３の何れかに記載の光拡散ガラス部材。
【請求項５】
波長４００ｎｍ〜２５００ｎｍの領域で評価した場合に、その領域における全光線平均透過率に対する透過率偏差が１０％以下である請求項１又は２に記載の光拡散ガラス部材。
【請求項６】
ガラス原料を溶解する工程と、溶解したガラスを成形する工程と、成形したガラスを徐冷する工程と、徐冷後の成形ガラスを７３０℃〜８５０℃加熱温度で、８時間〜３０時間継続して加熱する工程とを含んで構成されることを特徴とする光拡散ガラス部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視域を超える広い波長域にわたって、フラットな透過率特性を有する光拡散ガラス部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明器具や光学機械などの光拡散材として、ガラス部材が使用される場合がある。このような光拡散ガラス部材としては、スパッタリングや真空蒸着によってガラス表面に適宜な乳白色膜を形成する成膜法や、硬質の砂を圧搾空気でガラス表面に吹き当てるサンドブラスト法が知られている。また、ブラスト加工された後のガラス表面をフッ化水素でエッチングする方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−０１０６０５号公報
【特許文献２】特開２０１１−０３２１２４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８７７９１号公報
【特許文献４】特開２０１１−０７７１８２号公報
【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、サンドブラスト法のようにガラス表面を粗面化する構成では、ガラス表面全体に同一の光学特性を実現することができないという問題がある。また、ガラス表面に汚れが付着しやすく、経年的に一定の光学特性を維持することができない。一方、成膜法を採る場合には、表面硬度が不足して傷つき易いという問題がある。
【０００５】
ここで、結晶化ガラスを使用する方法は知られているが、所望の透過率であって、しかも、可視域を超える広い範囲でフラットな透過率特性を有する安価なガラス組成や、そのようなガラス組成を使用した好適な結晶化ガラスの製造方法は知られていない。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ガラス表面を粗面化することなく、十分な表面強度を有して、可視域を超える広い範囲でフラットな透過率特性を有する光拡散ガラス部材、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明に係る光拡散ガラス部材は、ガラス中に結晶相を有し、酸化物換算による重量％表示で、ＳｉＯ２を３５〜７０％、Ａｌ２Ｏ３を０〜８．０％、Ｂ２Ｏ３を１５〜３５％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏから選択される成分を全体で３〜１０％、ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３から選択される成分を全体で６〜２０％、及び、
Ｓｂ２Ｏ３を０〜１％、を含有して構成され、厚さ２．０ｍｍの部材で評価して、波長４００ｎｍ〜２５００ｎｍについて全光線平均透過率が５〜５０％であり、前記全光線平均透過率に対する透過率偏差の平均値が、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長領域において４．０％以下であることを特徴とする。なお、数値範囲は、その下限と上限を含む概念である。
本発明者の研究により、透過率を制御する成分として、Ａｌ２Ｏ３やＣａＯが有効であることが最初に確認されたが、更に、Ｙ２Ｏ３やＺｎＯも結晶化に関与しており、その含有量によって透過率を制御できることが確認された。ここで、ＣａＯとＹ２Ｏ３は、実施例１〜３及び実施例５のように、選択的に使用しても良いし、実施例４のように併用しても良い。
何れにしても、ＣａＯの好適な含有量は６〜２０％であり、Ｙ２Ｏ３の好適な含有量は、６〜１５％である。Ｙ２Ｏ３は透過率を低下させる効果があるので、より好ましくは、所定の透過率を維持するべく、その含有量を１０％以下とすべきである。また、ＣａＯとＹ２Ｏ３を併用する場合には、ＣａＯを１．０〜２０％、Ｙ２Ｏ３を１．０〜１５％の範囲で含有させるのが好ましい。なお、ＣａＯの含有量を増減することで透過率を制御でき、Ｙ２Ｏ３の添加により化学的耐久性能を向上させることができる。
ただし、これらを多量に使用するとガラスが不安定となるので、好ましくは、ＣａＯ＋Ｙ２Ｏ３の総量を６〜１２％（より好ましくは８〜１０％）とすべきである。
また、好適には、更に、ＺｎＯを０〜１０％含有させるべきであり、ＺｎＯを加えることで、透過率を低下させることができる。なお、Ｆ成分を０〜１％添加することで、化学的耐久性能が向上し、ガラスの低粘性化が得られる。
【０００８】
また、好ましくは、ＳｉＯ２を４８〜６２％（より好ましくは、５２〜５８％）、Ｂ２Ｏ３を２０〜３０％（より好ましくは、２２〜２８％）、Ｓｂ２Ｏ３を０．１〜０．５％（より好ましくは、０．２〜０．４％）とすべきである。
【０００９】
ところで、例えば、Ｙ２Ｏ３やＺｎＯを含まない場合には、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、及びＣａＯについては、必要とされる透過率に対応して含有量が適宜に増減される。具体的には、透過率を上げたい場合には、Ａｌ２Ｏ３やＣａＯの含有量を減少すれば良い。また、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏの含有量を増加して、透過率を上げることもできる。一方、透過率を下げたい場合には、Ａｌ２Ｏ３やＣａＯを増加すれば良い。
【００１０】
但し、Ａｌ２Ｏ３は０．５〜４％（より好ましくは、１〜３％）、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏは全体で４〜８％（より好ましくは５〜７％）、ＣａＯは、７〜１５％（より好ましくは、８〜１２％）の範囲から選択される。なお、化学的耐久性能を高めるべくＺｒＯ２を０〜５ｗｔ％加えることもできる。
【００１１】
全光線平均透過率は、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長範囲について、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２２に準じて分光透過率を測定して算出される。また、表裏面を研磨して板厚２ｍｍ±０．１ｍｍに仕上げた光拡散ガラス部材が測定試料となる。
【００１２】
本発明に係る光拡散部材は、広い波長範囲にわたってフラットな透過率特性を有するが、上記した好適な組成を採用することで、波長４００ｎｍ〜２５００ｎｍの領域で評価した場合に、その領域における全光線平均透過率に対する透過率偏差の平均値を３．０％以下にすることができる。
また、波長４００ｎｍ〜２５００ｎｍの領域で評価した場合に、その領域における全光線平均透過率に対する透過率偏差を１０％以下にすることができる。
【００１３】
本発明に係る光拡散部材は、結晶化ガラスにより実現されるが、ガラス原料を溶解する第１工程と、溶解したガラスを成形する第２工程と、成形したガラスを徐冷する第３工程と、徐冷後の成形ガラスを７３０℃〜８５０℃の加熱温度で８時間〜３０時間継続して加熱する第４工程と、を含んで製造される。
【００１４】
第４工程において加熱温度が７３０℃より低い場合には、加熱時間を増加しても、フラットな透過率特性を実現することができない。
【００１５】
図１は、本発明の範囲内に含まれる同一組成のガラスについて、第４工程の加熱温度の違いによる透過率特性の変化を図示したものである。なお、加熱時間は全て１０時間である。図示の通り、加熱温度が６５０℃、６７５℃、７００℃程度では、結晶化が不十分であり透過率が波長に依存して大きく変化している。
【００１６】
これに対して、加熱温度が７５０℃、８００℃、８５０℃の領域では、フラットな透過率特性を実現できる。なお、加熱温度８５０℃より高い加熱温度では、フラットな透過率統制を実現できないことが、加熱温度８８０℃の実験結果が示している。
【００１７】
図２及び図３は、本発明の範囲内に含まれる同一組成のガラスについて、第４工程の加熱処理時間の違いによる透過率特性の変化を図示したものである。なお、加熱温度は全て７５０℃である。図示の通り、加熱時間が１時間〜３時間程度では、結晶化が不十分であり透過率が波長に依存して大きく変化する。
【００１８】
これに対して、１０時間、２０時間、３０時間程度の加熱時間とするとフラットな透過率特性を実現できる。なお、図示していないが、３０時間以上の加熱時間としても性能的に変化がなく、不図示の実験結果から、加熱時間を８時間〜３０時間とすべきことを確認している。
【００１９】
なお、本発明の第４工程は、７３０℃〜８５０℃の加熱温度で８時間〜３０時間継続して加熱すれば足りるので、必ずしも、一定の加熱温度を維持する必要はなく、最高加熱温度に向けて段階的に加熱温度を増加させるのも好適である。
【００２０】
同様に、８時間〜３０時間の加熱時間を経過した後は、徐冷工程を設けるのが好ましく、この場合には、その後の切断や研磨などの工程における機械的強度を確保することができる。但し、徐冷工程を設けない場合でも、透過率などの光学特性に差異は生じないことを確認している。
【発明の効果】
【００２１】
上記した本発明によれば、平坦なガラス表面を有して、可視域を超える広い範囲でフラットな透過率特性を有する光拡散ガラス部材を実現することができる。そして、本発明の光拡散ガラス部材は、表示装置の光拡散板、各種測定装置の光拡散板、各種照明の光拡散板やカバーなどに好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】熱処理温度と全光線透過率の関係を示す図面である。
【図２】熱処理時間と全光線透過率の関係を示す図面である。
【図３】熱処理時間と全光線透過率の関係を示す別の図面である。
【図４】実施例の製造方法を示すフロー図である。
【図５】実施例１の組成の試料について、全光線透過率を示す図面である。
【図６】実施例４〜５の組成の試料について、全光線透過率を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが特に限定されるものではない。図４は、本発明を実施する場合の工程フロー図である。
【００２４】
先ず、必要な粉体原料を秤量して混合する（ＳＴ１）。図１〜図２に示す実験に使用した組成は、下表の実施例１の通りである。Ｎａ２ＯやＫ２Ｏに代えて、或いは、これに追加してＬｉ２Ｏを使用するなど、組成比を、例えば実施例２〜実施例３のように変更した多数の実験でも、図１〜図２と同様の傾向が得られている。なお、耐水性能を高めるべくＺｒＯ２を０〜５ｗｔ％加えることもできることは、実施例２や実施例３の組成で確認している。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
続いて、混合した粉体原料を電気炉又はガス炉を使用して溶解させる（ＳＴ２）。なお、この工程は、通常のガラス製造工程と同じであり徐冷工程を含んでいる。次に、検査工程をパスした試料について、必要に応じて、形状やサイズに合わせて型押しする（ＳＴ３）。
【００２７】
このようにして、ステップＳＴ２又はステップＳＴ３の処理が終われば、このガラス部材を熱処理して、結晶化させることで白色化させる。この再加熱工程は、加熱温度７３０℃〜８５０℃、加熱時間８時間〜３０時間の範囲で加熱温度と加熱時間が適宜に設定される。図４に示すように、最高温度に向けて段階的に加熱温度を上昇させると共に、徐冷工程を設けるのが好ましい。
【００２８】
何れにしても、透過率を低くした場合には、最高加熱温度を下げ、透過率を上げたい場合には最高加熱温度を上げるのが好ましい。図５は、最高加熱温度が８００℃の試料１と、７５０℃の試料２についての透過率曲線を示している。図４（ｂ）は、試料を製造する上での加熱温度の推移を示したものであり、何れも、最高加熱温度での加熱時間が１０時間であり、その後に徐冷工程を設けている。
なお、試料１及び試料２は、実施例１の組成比の材料について、図４（ｂ）に示す工程で製造されており、熱処理温度（８００℃と７５０℃）だけが相違する。
また、以下の特性を有しており、平均透過率（２８．１５％と２０．９０％）に対する透過率偏差の平均値（平均偏差）が、１．１８％と３．０２％であって、４％以下であり、最大偏差は、７．６６％と６．７６％であって１０％以下である。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
以上のような再加熱工程（ＳＴ４）が終わると、必要に応じて適宜な形状に切断し、表面を研磨して平坦化する。なお、反射防止膜などの薄膜の成膜工程を設けても良い。
【００３１】
ところで、実施例１〜実施例３の組成では、ＣａＯを必須成分にしているが、これに代え、又は、これに加えて、Ｙ２Ｏ３を含有するのも好適である。表３は、このような実施例４や実施例５の組成を示している。Ｙ２Ｏ３を含有させることで、広い波長範囲（波長４００ｎｍ〜２５００ｎｍ）にわたって、平坦な透過率特性を害することなく、透過率を低下させることができる。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
また、Ｙ２Ｏ３に加えてＺｎＯを添加することで、更に透過率を低下させることができる。なお、実施例５では、透過率特性を、更に平坦化するためＣｕＯを着色剤として含有させている。着色剤としては、例えば、ＣｕＯやＣｏＯを例示することができるが、何れの場合でも添加量は０．１重量％以下である。
【００３４】
図６は、実施例４と実施例５の組成を有する原料について、図４に示す工程を経て製造した光拡散ガラスの透過率曲線を示したものである。なお、この光拡散ガラスは、熱処理温度８００℃、熱処理時間１０時間で製造されている。
【００３５】
【表４】
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【００３６】
表４は、実施例４と実施例５の光拡散ガラスについて、平均透過率と、平均透過率に対する平均偏差と、平均透過率に対する最大偏差とを纏めたものである。表４では、可視域（４００〜７００ｎｍ）と、４００ｎｍ〜２５００ｎｍにおける特性を示しており、可視域での平均透過率が５％以下、４００ｎｍ〜２５００ｎｍでの平均透過率が１０％以下となっている。
【００３７】
また、平均透過率に対する偏差も少なく透過率曲線がフラットであり、４００ｎｍ〜２５００ｎｍ域における最大偏差が７％以下、４００〜７００ｎｍ域での最大偏差が２％以下となっている。なお、透過率偏差の平均値（平均偏差）は、４００ｎｍ〜２５００ｎｍ域において３．５％以下、４００〜７００ｎｍ域において０．６％以下である。
【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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