(57)【要約】  本方法及び装置は、第１の破損歪み特性、第１の弾性率特性、及び曲げ強さを有するガラス基板と、その硬度を高めることを目的として複合構造物を生成するように前記ガラス基板の上に施された、第２の破損歪み特性及び第２の弾性率特性を有する被覆であって、第１の破損歪み特性が第２の破損歪み特性より高い、被覆とを提供し、（ｉ）被覆を施した結果生じるガラス基板の曲げ強さの低下が緩和されるように、第１の弾性率特性が最小の所定閾値より大きい；及び（ｉｉ）被覆を施した結果生じるガラス基板の破損歪みの低下が緩和されるように、第１の弾性率特性が最大の所定閾値より小さい、のうちの１つであることを特徴とする。
2017526605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の破損歪み特性、第１の弾性率特性、及び曲げ強さを有するガラス基板を提供する工程；
前記ガラス基板の上に、第２の破損歪み特性及び第２の弾性率特性を有する被覆を施して、複合構造物を生成する工程であって、前記第１の破損歪み特性が前記第２の破損歪み特性より高い、工程；及び
（ｉ）前記被覆を施した結果生じる前記ガラス基板の前記曲げ強さの低下が緩和されるように、前記第１の弾性率特性が最小の所定閾値より大きい；及び
（ｉｉ）前記被覆を施した結果生じる前記ガラス基板の前記破損歪みの低下が緩和されるように、前記第１の弾性率特性が最大の所定閾値より小さい
のうちの１つとなるように、前記第１の弾性率特性を選択する工程
を含む、方法。
【請求項２】
（ｉ）前記第１の破損歪み特性が約１％より大きく、前記第２の破損歪み特性が約１％未満である；及び（ｉｉ）前記第１の破損歪み特性が約０．５％より大きく、前記第２の破損歪み特性が約０．５％未満である
のうちの少なくとも１つであること、
（ｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約７０ＧＰａである；（ｉｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約７５ＧＰａである；（ｉｉｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約８０ＧＰａである；及び（ｉｖ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約８５ＧＰａである
のうちの少なくとも１つであること、
（ｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約６５ＧＰａ以下である；（ｉｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約６０ＧＰａ以下である；（ｉｉｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約５５ＧＰａ以下である；及び（ｉｖ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約５０ＧＰａ以下である
のうちの少なくとも１つであること、
前記被覆の前記第２の弾性率特性が、
少なくとも４０ＧＰａ、少なくとも４５ＧＰａ、少なくとも５０ＧＰａ、少なくとも５５ＧＰａ、及び少なくとも６０ＧＰａ
のうちの少なくとも１つであること、及び
前記被覆を施した後の前記複合構造物の前記曲げ強さが、
少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、及び少なくとも４００ＭＰａ
のうちの少なくとも１つであること、
を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ガラス基板が、
イオン交換されていないガラス、及びイオン交換されたガラス
のうちの１つであること、及び
前記被覆が、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、窒化アルミニウム、オキシ窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、炭化アルミニウム、オキシ炭化アルミニウム、酸化アルミニウム、ダイヤモンド状炭素、ナノ結晶性ダイヤモンド、酸化物、及び酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のうち１つ以上を含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１の破損歪み特性、第１の弾性率特性、及び曲げ強さを有するガラス基板と、
複合構造物を生成するために前記ガラス基板の上に施された、第２の破損歪み特性及び第２の弾性率特性を有する被覆であって、前記第１の破損歪み特性が前記第２の破損歪み特性より高い、被覆と
を備え、
前記第１の弾性率特性が、
（ｉ）前記被覆を施した結果生じる前記ガラス基板の前記曲げ強さの低下が緩和されるように、前記第１の弾性率特性が最小の所定閾値より大きい；及び
（ｉｉ）前記被覆を施した結果生じる前記ガラス基板の前記破損歪みの低下が緩和されるように、前記第１の弾性率特性が最大の所定閾値より小さい
のうちの１つとなるように選択される
ことを特徴とする、装置。
【請求項５】
（ｉ）前記第１の破損歪み特性が約１％より大きく、前記第２の破損歪み特性が約１％未満である；及び（ｉｉ）前記第１の破損歪み特性が約０．５％より大きく、前記第２の破損歪み特性が約０．５％未満である
のうちの少なくとも１つであること、
（ｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約７０ＧＰａである；（ｉｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約７５ＧＰａである；（ｉｉｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約８０ＧＰａである；及び（ｉｖ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約８５ＧＰａである；
のうちの少なくとも１つであること、
（ｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約６５ＧＰａ以下である；（ｉｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約６０ＧＰａ以下である；（ｉｉｉ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約５５ＧＰａ以下である；及び（ｉｖ）前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約５０ＧＰａ以下である
のうちの少なくとも１つであること、
前記被覆の前記第２の弾性率特性が、
少なくとも４０ＧＰａ、少なくとも４５ＧＰａ、少なくとも５０ＧＰａ、少なくとも５５ＧＰａ、及び少なくとも６０ＧＰａ
のうちの少なくとも１つであること、及び
前記被覆を施した後の前記複合構造物の前記曲げ強さが、
少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、及び少なくとも４００ＭＰａ
のうちの少なくとも１つであること
を特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ガラス基板がイオン交換されていないガラスである、及び前記ガラス基板がイオン交換されたガラスである
のうちの１つであること、及び
前記被覆が、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、窒化アルミニウム、オキシ窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、炭化アルミニウム、オキシ炭化アルミニウム、酸化アルミニウム、ダイヤモンド状炭素、ナノ結晶性ダイヤモンド、酸化物、及び酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のうちの１つ以上を含むこと
を特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記複合構造物を生成するために、前記ガラス基板と前記被覆との間に、中間被覆をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
約７５ＧＰａ、約８０ＧＰａ、及び約８５ＧＰａのうちの１つよりも高い弾性率を有するガラス基板と、
前記ガラス基板上に配された、前記ガラス基板のものよりも低い破損歪みを有する被覆と
を備え、
前記ガラス基板と前記被覆とが一体化した特有の曲げ強さが、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、少なくとも４００ＭＰａ、少なくとも５００ＭＰａ、少なくとも７００ＭＰａ、少なくとも１０００ＭＰａ、及び少なくとも１５００ＭＰａのうちの少なくとも１つである
ことを特徴とする、装置。
【請求項９】
約６５ＧＰａ、６０ＧＰａ、５５ＧＰａ、５０ＧＰａ、４５ＧＰａ、及び４０ＧＰａのうちの１つよりも低い弾性率を有するガラス基板と、
前記ガラス基板上に配された、前記ガラス基板のものよりも低い破損歪みを有する被覆と
を備え、
前記ガラス基板と前記被覆とが一体化した特有の破損歪みが、少なくとも０．５％、少なくとも０．８％、少なくとも１％、少なくとも１．５％、少なくとも２．０％、及び少なくとも２．５％のうちの少なくとも１つである
ことを特徴とする、装置。
【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、２０１４年８月２８日出願の米国仮特許出願第６２／０４２，９６６号の米国法典第３５編第特許法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、被覆されたガラス基板構造物において高い強度及び／又は歪みを保持するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの消費者向け及び市販用の製品は、製品内のクリティカル・デバイスを保護するために高品質のカバーガラスのシートを使用し、入力及び／又は表示用のユーザインタフェース、及び／又は多くの他の機能を提供している。例えば、スマートフォン、ｍｐ３プレーヤ、コンピュータタブレット等の携帯機器は、製品の保護及び前述のユーザインタフェースの達成の両方を目的として、製品に１つ以上の高強度のガラスシートを使用していることが多い。このような用途及び他の用途において、ガラスは、好ましくは、耐久性があり（例えば、引っ掻き耐性及び耐破壊性）、透明であり、及び／又は反射防止性である。実際、スマートフォン及び／又はタブレット用途において、カバーガラスは、ユーザ入力及び表示のための主インタフェースであることが多く、これは、好ましくはカバーガラスが高い耐久性及び高い光学性能特性を示すことを意味する。
【０００４】
製品上のカバーガラスが苛酷な動作条件への曝露を示しうる痕跡の中でもとりわけ、破壊（例えば、亀裂）及び引っ掻き傷が、おそらく最も一般的であろう。このような痕跡は、先端が尖ったものとの接触の単事象損傷が、携帯製品のカバーガラス上の可視的な亀裂（及び／又は引っ掻き傷）の主要な原因であることを示唆している。ひとたび、ユーザ入力／表示要素のカバーガラスに著しい亀裂又は引っ掻き傷が生じると、製品の外観は劣化し、結果として生じる光散乱の増加により、表示性能に著しい低下を引き起こしうる。著しい亀裂及び／又は引っ掻き傷はまた、タッチセンサ式ディスプレイの正確性及び信頼性にも影響を及ぼしかねない。単一の重度の亀裂及び／又は引っ掻き傷、及び／又は複数の中程度の亀裂及び／又は引っ掻き傷は、どちらも見苦しく、製品性能に著しく影響を及ぼしかねないことから、それらは、とりわけスマートフォン及び／又はタブレットなどの携帯機器についての、顧客の主要な不満となることが多い。
【０００５】
製品のカバーガラスに引っ掻き傷をつける可能性を低減するために、カバーガラスの硬度を約１５ＧＰａ以上に高めることが提案されている。所与のガラス基板の硬度を高めるための１つの取り組みは、ガラス基板に膜被覆又は層を施して、ベアガラス基板と比較してより高い硬度を示す複合構造物を生成することである。例えば、複合構造物の硬度特性を向上させるために、ダイヤモンド状炭素被覆をガラス基板に施してもよい。実際、ダイヤモンドは１００ＧＰａの硬度を示す；しかしながら、このような材料は、材料コストが高いことから、控えめに使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガラス基板上に被覆を加えることにより構造物の硬度を向上させ、それによってカバーガラスの引っ掻き耐性を向上させうる一方で、被覆は、基板の曲げ強さ及び／又は基板の破損歪みなど、基板の他の特性を低下させうる。ガラス基板の強度及び／又は破損歪みの低下により、亀裂、特に深い亀裂に対する感受性が高くなって現れる場合がある。
【０００７】
したがって、ガラス基板上に高硬度の被覆を実現するための新しい方法及び装置が当該技術において必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある特定の電気特性、光学特性、半導体特性等を実現するためのような、ガラス基板に被覆を施す理由はいくらでもありうる。概して、硬い表面は、柔らかい表面と比較して、より良好な引っ掻き耐性を示す。しかしながら、特定の用途のためのある特定の強度及び／又は破損歪み特性を実現するために用いられる所与の基板組成物は、所望のレベルの表面硬度、ひいては所望のレベルの引っ掻き耐性を示さない場合がある。よって、表面硬度の問題に対処するため、被覆がガラス基板に施されうる。
【０００９】
例えば、コーニング・インコーポレイテッド社から入手可能なゴリラ（Ｇｏｒｉｌｌａ）（登録商標）ガラスなどの酸化物ガラスは、家庭用電化製品に幅広く利用されている。このようなガラスは、従来のガラスの強度及び／又は破損歪みが所望の性能レベルを実現するには不十分な場合の用途に用いられる。「ゴリラ」ガラスは、望ましい光学特性（高い透過性、低い反射性、及び適切な屈折率など）を維持しつつ、高レベルの強度を実現するために、化学強化（イオン交換）によって製造される。イオン交換に適したガラス組成物には、アルカリアルミノケイ酸ガラス又はアルカリアルミノホウケイ酸ガラスが含まれるが、他のガラス組成物も可能である。イオン交換（ＩＸ）法は、処理されたガラスに高レベルの圧縮応力を生じさせることができ、薄いガラス基板に適している。
【００１０】
本明細書での曲げ強さの決定に関しては、周囲温度での先端セラミックの単調等二軸曲げ強さについての既知の試験方法である、リングオンリング試験が行われうる（例えば、ＡＳＴＭ  Ｃ１４９９−０９を参照）。リングオンリング試験法には、単調一軸荷重下で、同心円状のリング配置を介した、周囲温度での先端脆性材料の二軸強度の決定が含まれる。このような試験は広く受け入れられており、ガラス基板の表面強度の評価に用いられている。リングオンリング実験が本明細書の実施形態に関して行われている限りにおいては、約５．１ｃｍ×５．１ｃｍ（約２インチ×２インチ）の試料寸法に、直径約２．５ｃｍ（１インチ）の支持リング及び直径約１．３ｃｍ（０．５インチ）の負荷リングが用いられうる。リングの接触半径は約１．６ｍｍ、ヘッド速度は約１．２ｍｍ／分でありうる。被覆されたガラス物品では、表面曲げ強さ又は表面破損歪みを、ボールオンリングなどの他の同様の方法に加えて、リングオンリング法で測定してもよい。被覆に関連した強度の低下は、典型的には、被覆が張力下に置かれているときに観察され、このことは、これらの試験において、物品の被覆された表面が、内側の（負荷）リング又はボールとは反対側の表面にある（例えば被覆された表面が、荷重下で物品によって形成された「椀形状の外側」にある）ことを意味する。特性強度は、しばしば、統計的平均又はワイブルの特性強度などの既知の統計的方法を使用して説明される。我々は、典型的には、これらの値を、試料群についてのワイブルの特性強度又はワイブルの特性破損歪みという観点で用いており、試験における１群あたり少なくとも１０の名目上同一の試料が存在する。
【００１１】
「ゴリラ」ガラスは、非常に望ましい強度特性を示す一方、このようなガラスの硬度は、約６〜１０ＧＰａの範囲内にある。上で述べたように、多くの用途にとってより望ましい硬度は、概ね、約１５ＧＰａ以上でありうる。本明細書の目的では、「硬度」なる用語は、ＧＰａで測定し、材料の押し込み硬さの試験に用いられるナノ圧子先端を使用する、バーコビッチ硬度試験のことを指すことが企図されていることに留意されたい。先端は、比較的偏平な外形を有する、幾何学的に自己相似の三角錐であり、夾角の合計が１４２．３度、半角が６５．３５度である（三角錐の平面の１つに対する主軸から測定）。他の硬度試験を代替的に使用してもよい。
【００１２】
上述のように、所与のガラス基板の硬度を高めるための１つの取り組みは、膜被覆又は層を施し、ベアガラス基板と比較してより高い硬度を示す複合構造物を生成することである。これも上述したように、このような被覆はガラス基板の強度及び／又は破損歪みを低下させる場合がある。
【００１３】
例えば、ガラス基板の硬度を向上させるために用いられる被覆は、典型的には、例えば、約１００ＧＰａ以上のＥｃ及び約７０ＧＰａのＥｓなど、ガラス基板の弾性率（Ｅｓ）よりも高い弾性率（Ｅｃ）を有しうる。さらには、ガラスの応力と比較して被覆の応力がより高いことを原因として、亀裂動力学はしばしば被覆に由来しうるが、これは、被覆がガラス基板に強力に接着している場合に被覆とガラスとの等しい歪みによって達成される。亀裂動力学は、ガラス基板を貫通し、負荷によるガラス基板の圧縮応力（ＣＳ）に打ち勝ち、最終的には、連続的な負荷に起因してガラス基板に伝播する亀裂によって、さらに特徴付けることができる。
【００１４】
被覆されたガラス基板の複合構造物における曲げ強さの損失は、以下の破壊力学的枠組みによって、機構的に表されうる。被覆及びガラス基板に与えられる、表面と平行な、２軸を適用したマクロ的な歪みとしてεＭを用いた、亀裂のない被覆σＣ及び亀裂のないガラス基板σＳ上に作用する正味応力は次の通りである：
【００１５】
【数１】
2017526605.tif 000003
【００１６】
【数２】
2017526605.tif 000004
【００１７】
式中、
2017526605.tif 000005
【００１８】
及び
2017526605.tif 000006
【００１９】
は、被覆及びガラス基板における残留応力であり、
【００２０】
【数３】
2017526605.tif 000007
【００２１】
は、面内弾性率であり、
【００２２】
【数４】
2017526605.tif 000008
【００２３】
は、適用されたマクロ的応力を指す。
【００２４】
被覆の結果、ガラス基板においてどの程度の曲げ強さの低下が生じるのかを評価するためには、図１に示されるように、基準状態が必要とされる（すなわち、対照）。対照試料は、事前に存在しているガラスの欠陥１０を有する、イオン交換された（強化された）ガラス基板１０２である。事前に存在しているガラスの欠陥（亀裂）の大きさは、対照試料の強度分布の解析を通じて評価されうる。ガラスの欠陥の大きさは、概して、サブマイクロメータ又はマイクロメータ領域にあることから、残留応力は、亀裂の大きさにわたって均一であると思われる。比較として、図２に示されるように、ガラス基板１０２と、ガラス基板１０２の事前に存在しているガラスの欠陥に関係する被覆亀裂を有する被覆１０４とを有している、被覆されたガラス基板が考慮される。このような状態は、ガラス基板１０２に事前に存在しているガラスの欠陥１０によって被覆１０４内に生じた堆積欠陥又は応力集中に起因して生じる可能性がある。このような筋書きにおいて、図１の亀裂先端のモードＩの応力強度因子は、ｈｃ＜ａを用いて、次のように表すことができる：
【００２５】
【数５】
2017526605.tif 000009
【００２６】
式中、
【００２７】
【数６】
2017526605.tif 000010
【００２８】
であり、
【００２９】
【数７】
2017526605.tif 000011
【００３０】
について、
【００３１】
【数８】
2017526605.tif 000012
【００３２】
及び
【００３３】
【数９】
2017526605.tif 000013
【００３４】
である。
【００３５】
しかしながら、ガラス基板１０２及び／又は被覆１０４のある特定の特性を適切に考慮することにより、被覆後のガラス基板１０２の曲げ強さ及び／又は破損歪みの低下の緩和が達成されうることが見出された。例えば、方法及び装置は、以下を含みうる：第１の破損歪み特性、第１の弾性率特性、及び曲げ強さを有するガラス基板１０２の提供；硬度を高めるために、ガラス基板１０２上に被覆１０４を施すことによる複合構造物の生成、ここで、被覆１０４は第２の破損歪み特性及び第２の弾性率特性を有し、第１の破損歪み特性は、第２の破損歪み特性より高い；及び、次のうちの１つとなるような第１の弾性率特性の選択：（ｉ）第１の弾性率特性が最小の所定閾値より大きいことにより、被覆を施した結果生じるガラス基板の曲げ強さの低下が緩和される；及び（ｉｉ）第１の弾性率特性が最大の所定閾値より小さいことにより、被覆を施した結果生じるガラス基板の破損歪みの低下が緩和される。
【００３６】
他の態様、特徴、及び利点は、添付の図面と共に参照される本明細書の記載から、当業者にとって明らかになるであろう。
【００３７】
説明する目的で、現在好ましい形態が図面に示されているが、本明細書に開示及び説明される実施形態は、図示されている正確な配置及び手段に限られないことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】被覆工程の前に、表面に初期欠陥を有するガラス基板の概略図
【図２】被覆の欠陥がガラス基板表面の初期欠陥と合致している、被覆された図１のガラス基板の概略図
【図３】硬度を改善するために、被覆される準備ができている、未被覆のガラス基板の概略図
【図４】少なくとも１つの層をその上に形成し、ガラス基板の硬度を改変するために、被覆工程に供されたガラス基板の概略図
【図５】改善の可能性を示す、被覆工程の前後の複数のガラス基板試料についての破壊確率（Ｙ軸上）及びＲｏＲ破損荷重（Ｘ軸上）の複数のプロットを含むグラフ
【図６】本明細書の１つ以上の実施形態に従った（及び本明細書に記載のある特定の前提に従った）被覆工程の前後の複数のガラス基板試料についての破壊確率（Ｙ軸上）及びＲｏＲ破損荷重、曲げ強さ（Ｘ軸上）の複数のプロットを含む計算グラフ
【図７】本明細書の１つ以上の実施形態に従った（及び本明細書に記載のある特定の前提に従った）被覆工程の前後の複数のガラス基板試料についての破壊確率（Ｙ軸上）及び破損歪み（Ｘ軸上）の複数のプロットを含む計算グラフ
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本明細書に開示されるさまざまな実施形態は、基板上に被覆１０４（１つ以上の層でありうる）を施すことによって、ガラス基板１０２などの基板の硬度を改善することを対象とする。被覆１０４は、ガラス基板１０２表面の硬度を（したがって、引っ掻き耐性も）向上させる。本明細書における発見，ひいては幅広い範囲が予定されている実施形態がいかにして達成されたかについてさらに十分な理解をもたらすため、ある特定の実験及び理論の考察が提供されるであろう。図３を参照すると、未処理の（又はベア）ガラス基板１０２の機械的及び光学的特性を向上させることを目的として、新しい方法及び構造体を評価及び開発するために、図示される基板によって表された対象とする複数のガラス基板１０２が選択された。この選択された基板材料には、イオン交換されたガラス、通常はアルカリアルミノケイ酸ガラス又はアルカリアルミノホウケイ酸ガラスである、コーニング・インコーポレイテッド社の「ゴリラ」ガラスが含まれていたが、他のガラス組成物も可能である。選択された基板材料には、イオン交換されていないガラス（例えば、コーニング・インコーポレイテッド社から入手可能なアルミノホウケイ酸ガラス（boro-aluminosilicate glass））も含まれていた。
【００４０】
考察及び例として、未処理の「ゴリラ」ガラス基板１０２は、典型的には約７ＧＰａの硬度を有するが、多くの用途にとってより望ましい硬度は、およそ、少なくとも約１０ＧＰａであり、又は代替的に、少なくとも１５ＧＰａ以上である。上で述べたように、被覆１０４を未処理のガラス基板１０２に施すことによって、より高い硬度が得られうる。
【００４１】
一部の事例では、高い硬度が原因で使用されてこなかった被覆が施されてもよいが、これらの被覆は、被覆されたガラスと比較して、被覆されたガラス物品の強度又は破損歪みを低下させることができる、高い弾性率及び／又は低い破損歪みを有する。これらの被覆としては、電気被覆、光学被覆、摩擦改質被覆、耐摩耗性被覆、自己浄化性被覆、反射防止被覆、タッチセンサ被覆、半導体被覆、透明導電性被覆等が挙げられうる。このような被覆のための例示的な材料には、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＨＦＯ２、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化アルミニウム亜鉛、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、フッ化酸化スズ、ケイ素、酸化インジウムガリウム亜鉛、及び当該技術分野で知られている他のものが含まれうる。
【００４２】
図４を参照すると、複合構造物１００を生成することを目的として、未処理のガラス基板１０２の複数の試料に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の２μｍの厚さの被覆１０４を施すことの機械的効果を評価するために、ベースラインの測定が何回か行われた。具体的には、図４は、少なくとも１つのＡｌＮ層１０４をその上に形成するために被覆工程に供され、それによって基板１０２の硬度が改変された（硬度が高められた）、１つのこのようなベアガラス基板１０２の概略図である。関与する機構をさらに十分に理解するため、一部の未処理のガラス基板１０２にはイオン交換が行われ、他の未処理のガラス基板１０２（例えば、コーニング・インコーポレイテッド社から入手可能なアルミノホウケイ酸ガラス）にはイオン交換は行われなかった。
【００４３】
ガラス基板１０２の試料（イオン交換した試料とイオン交換していない試料の両方）を、例えば、基板１０２を酸性研磨又は別の方法で処理することによって被覆１０４が施されるように前処理して、表面の欠陥の悪影響を排除又は低減した。基板１０２を清浄化又は前処理して、施された被覆１０４の接着を促進した。被覆１０４は、スパッタリング法、プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）法、又は電子（Ｅ−ビーム）蒸着法を含みうる蒸着法を介して、未処理の基板１０２に施してよい。被覆の厚さを約０．０３μｍから２μｍまで変化させて実験を行ったが、被覆１０４の典型的な厚さは約２μｍであった。しかしながら、当業者は、被覆１０４が施される特定の機構が前述の技法に厳密に限定されるのではなく、特定の製品用途又は製造目的の要件に対処するために、当業者によって選択されてよいことを認識するであろう。
【００４４】
複合構造物１００の結果的に得られる機械的特性を特徴付けるために、図５が参照され、これは、対照となる未処理のガラス基板１０２及び複合構造物１００についての破壊確率（％で測定、縦座標、Ｙ軸上）及びＲｏＲ破損荷重（ｋｇｆで測定、横座標、Ｘ軸上）の複数のプロットを含むグラフである。被覆されていない未処理の対照ガラス基板１０２のプロットは、３０２（イオン交換されていないガラス基板に関して）及び３０４（イオン交換されたガラス基板に関して）とラベル付けされる。被覆された複合構造物１００（イオン交換されたガラス基板１０２を使用）についてのプロットは３０６とラベル付けされており、被覆された複合構造物１００（イオン交換されていないガラス基板１０２を使用）についてのプロットも３０８とラベル付けされている。
【００４５】
プロット３０２、３０４、３０６、３０８に明確に示されるように、より硬いＡｌＮ被覆を施すことにより、ガラスがイオン交換型であったか否かに関係なく、ガラス基板１０２の強度が低下した。しかしながら、イオン交換ガラス基板１０２を使用する複合構造物１００は、イオン交換されていない複合構造物１００と比較して、より高い強度を保持していた。実際、ガラス基板１０２にＩＴＯ、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ等の硬い被覆を施すことにより、ガラスの強度は大幅に低下するが、これは、ある特定の強度のあるガラス基板と比較して、被覆において、より低い破損歪みを生じた結果である可能性がかなり高く、被覆１０４とガラス基板１０２との間の弾性率の不一致によって悪化しうる。被覆１０４の弾性率は、ガラス基板１０２の弾性率よりもはるかに高く、したがって、亀裂が高弾性率の被覆１０４に由来する場合、ガラス基板１０２の応力と比較して高い応力に起因して、このような亀裂は、ガラス基板１０２内を貫通する大きい推進力を有する。イオン交換されたガラス基板の事例では、亀裂は、負荷の際の層の圧縮応力深さに打ち勝つことがあり、連続した負荷によって最終的にはガラス基板１０２に亘って伝播しうる。
【００４６】
ガラス基板１０２及び被覆１０４のさまざまな特性について注意深く検討することにより、得られる複合構造物１００に結果的に生じる曲げ強さ及び／又は破損歪みに改善が生じうることが見出された。例えば、強度及び／又は破損歪みの低下現象を観察するためには、ガラス基板１０２は、被覆１０４の亀裂発生歪みと比較して比較的高い破損歪みを有していなくてはならず、当然ながら、被覆１０４とガラス基板１０２との間の層間剥離は存在してはならない。言い換えれば、ガラス基板１０２（未被覆）は、第１の破損歪み特性、第１の弾性率特性、及び曲げ強さを有するであろう。被覆１０４は、第２の破損歪み特性及び第２の弾性率特性を有するであろう。第１の破損歪み特性は、第２の破損歪み特性より高いことが好ましい。例として、第１の破損歪み特性は約１％より大きくてよく、第２の破損歪み特性は約１％未満でありうる。あるいは、第１の破損歪み特性は約０．５％より大きくてよく、第２の破損歪み特性は約０．５％未満でありうる。他の事例では、第１の破損歪み特性は、１．５％、２．０％又は３．０％の大きさであってよく、各事例において、第２の破損歪み特性は、第１の破損歪み特性より小さい。
【００４７】
被覆されたガラス基板複合構造物１００に関する強度及び／又は破損歪みの低下に対処するために、ガラス基板１０２の第１の弾性率特性は、前述の特性の中でも特定の関係が得られるように選択される。例えば、強度の低下に対処するために、第１の弾性率特性は、被覆１０４を施した結果生じるガラス基板１０２の曲げ強さの低下が緩和されるように、最小の所定閾値より高くなるように選択される。このような実施形態は、高い応力又は耐荷重能力が不可欠な、例えば一部のタッチディスプレイデバイス用途、一部の自動車用途、及び／又は一部の建築用途などの最終的な用途にとって好ましいであろう。
【００４８】
あるいは、破損歪みの低下に対処するために、第１の弾性率特性は、被覆１０４を施した結果生じるガラス基板１０２の破損歪みの低下が緩和されるように、最大の所定閾値未満になるように選択される。これらの実施形態は、高い歪み耐性が不可欠な、例えば一部のタッチディスプレイデバイス又は一部のフレキシブルディスプレイデバイスなどの最終的な用途にとって好ましいであろう。
【００４９】
次に図６が参照され、これは、被覆が試験によって引張荷重を被るように物品が荷重された場合のリングオンリング又はボールオンリング試験の結果を表しうる、破壊確率（％で測定、Ｙ軸上）及び破壊強度（ＭＰａで測定、Ｘ軸上）の複数のプロットを含む計算グラフである。プロットは、６０２とラベルされた、イオン交換されたガラス１０２（未被覆）の仮定対照試料と、３０ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で被覆１０４された、１４０ＧＰａのヤング率を有するイオン交換されたガラス１０２の試料とを使用し、上述の理論的な破壊力学的枠組みを使用して算出される。複合構造物１００の第１の組は、約１２０ＧＰａの弾性率を有するガラス基板１０２を含み、６０４とラベルされた。複合構造物１００の第２の組は、約７２ＧＰａの弾性率を有するガラス基板１０２を含み、６０６とラベルされた。複合構造物１００の第３の組は、約３７ＧＰａの弾性率を有するガラス基板１０２を含み、６０８とラベルされた。図６は、被覆工程の後の強度の保持におけるガラス弾性率の算出された影響を示している。プロットの算出では、仮定は以下の通りであった：（ｉ）すべての弾性率のガラスについて同一の初期表面強度、すなわち、同一の初期欠陥母集団を用いること；（ｉｉ）すべてのガラスについて、０．７ＭＰａ ｍ＾１／２の破壊靱性ΚＩＣ；（ｉｉｉ）ＩＴＯ特性が、ΕＩＴＯ＝１４０ＧＰａのヤング率で同一である；及び（ｉｖ）ガラス基板の残留表面圧縮が８５６ＭＰａである。明らかに、このような理論解析に基づいて、同様の表面強度から開始する場合、弾性率がより高いガラスの方が強度低下を緩和することができる。
【００５０】
この場合もやはり、上述のように、強度の低下に対処するために、第１の弾性率特性は、最小の所定閾値より高くなるように選択される（ガラス基板１０２の曲げ強さの低下を緩和するため）。例として、ガラス基板１０２の第１の弾性率特性の最小の所定閾値は、少なくとも約７０ＧＰａでありうる。あるいは、最小の所定閾値は、少なくとも約７５ＧＰａ、少なくとも約８０ＧＰａ、及び／又は少なくとも約８５ＧＰａでありうる。ガラス基板１０２の第１の弾性率特性の所定閾値についてのこのような制御及び／又は選択により、好ましくは、被覆１０４を施した後に生じる複合構造物１００の曲げ強さは次のうちの少なくとも１つになる：少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、及び／又は少なくとも４００ＭＰａ。
【００５１】
次に図７が参照され、これは、本明細書の１つ以上の実施形態に従った被覆工程の前後の複数のガラス基板についての破壊確率（Ｙ軸上、％で測定）及び破損歪み（Ｘ軸上、％で測定）の複数の算出されたプロットを含む計算グラフである。上記図６と同様に、これらの破損歪みの値は、被覆が試験によって引張荷重を被るように物品が負荷された場合のリングオンリング又はボールオンリング試験の結果を表しうる。イオン交換されたガラス１０２の試料は、やはり１４０ＧＰａのヤング率を有する、３０ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を有する被覆１０４を有すると仮定した。複合構造物１００の第１の組は、約３７ＧＰａの弾性率を有するガラス基板１０２を含み、７０２とラベルされた。複合構造物１００の第２の組は、約７２ＧＰａの弾性率を有するガラス基板１０２を含み、７０４とラベルされた。複合構造物１００の第３の組は、約１２０ＧＰａの弾性率を有するガラス基板１０２を含み、７０６とラベルされた。図７は、破損歪みにおけるガラス弾性率の影響を示している。プロットの算出において、仮定は以下の通りであった：（ｉ）すべての弾性率のガラスについて同一の初期表面強度、すなわち、同一の初期欠陥母集団を用いること；（ｉｉ）すべてのガラスについて、０．７ＭＰａ ｍ＾１／２の破壊靱性ΚＩＣ；（ｉｉｉ）ＩＴＯ特性が、ΕＩＴＯ＝１４０ＧＰａのヤング率で同一である；及び（ｉｖ）ガラス基板の残留表面圧縮が８５６ＭＰａである。明らかに、このような理論解析に基づいて、同様の表面強度から開始する場合、弾性率がより低いガラスの方が、硬脆性の被覆を施してさえも、より大きい破損歪みを有したままで存在しうる。
【００５２】
この場合もやはり、上述のように、破損歪みの低下に対処するため、第１の弾性率特性は、最大の所定閾値未満になるように選択される（ガラス基板１０２の破損歪みの低下を緩和するため）。例として、ガラス基板１０２の第１の弾性率特性の最大の所定閾値は、約６５ＧＰａ以下、約６０ＧＰａ以下、約５５ＧＰａ以下、及び／又は約５０ＧＰａ以下でありうる。
【００５３】
本明細書の実施形態の利点をさらに十分に認識するために、ガラス基板１０２の材料選択のさらに詳細な考察が以下にもたらされるであろう。ガラス基板１０２の選択については、これまで示された例は、略平面的な構造物に目を向けてきたが、他の実施形態では、湾曲した又は別の成形又は彫刻されたガラス基板１０２が使用されてもよい。加えて又は代替的に、ガラス基板１０２の厚さは、ガラス基板１０２の中心寄りの領域と比べて端部の厚みを大きくするなど、美的及び／又は機能的な理由から変化させてもよい。
【００５４】
ガラス基板１０２は、イオン交換されていないガラスから形成されても、イオン交換されたガラスから形成されてもよい。
【００５５】
イオン交換されていないガラスから形成されるガラス基板１０２に関しては、このような基板が、イオン交換可能なガラスから、具体的には、化学強化（イオン交換、ＩＸ）によって強化された従来のガラス材料から形成されると考えられてもよい。本明細書で用いられる「イオン交換可能な」とは、ガラスが、ガラスの表面又はその近くに位置するカチオンをサイズがより大きい又は小さい同一の価数のカチオンと交換することが可能であることを意味する。上で述べたように、このようなイオン交換可能なガラスの一例は、コーニング・インコーポレイテッド社から入手可能なコーニング「ゴリラ」ガラスである。
【００５６】
未処理のガラス基板１０２の提供には、さまざまな特定のガラス組成物が使用されうる。例えば、本明細書の実施形態における使用に適したイオン交換可能なガラスとしては、アルカリアルミノケイ酸ガラス又はアルカリアルミノホウケイ酸ガラスが挙げられるが、他のガラス組成物も予定されている。
【００５７】
例えば、適切なガラス組成物は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３及びＮａ２Ｏを含み、ここで、（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）≧６６モル％、及びＮａ２Ｏ≧９モル％である。ある実施形態では、ガラス板は少なくとも６モル％の酸化アルミニウムを含む。さらなる実施形態では、ガラス板は、アルカリ土類酸化物の含有量が少なくとも５モル％になるように、１種類以上のアルカリ土類酸化物を含む。適切なガラス組成物は、一部の実施形態では、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、及びＣａＯのうちの少なくとも１種類をさらに含む。特定の実施形態では、ガラスは、６１〜７５モル％のＳｉＯ２；７〜１５モル％のＡｌ２Ｏ３；０〜１２モル％のＢ２Ｏ３；９〜２１モル％のＮａ２Ｏ；０〜４モル％のＫ２Ｏ；０〜７モル％のＭｇＯ；及び０〜３モル％のＣａＯを含みうる。
【００５８】
ハイブリッドガラスラミネートの形成に適したさらなる例示的なガラス組成物は以下を含む：６０〜７０モル％のＳｉＯ２；６〜１４モル％のＡｌ２Ｏ３；０〜１５モル％のＢ２Ｏ３；０〜１５モル％のＬｉ２Ｏ；０〜２０モル％のＮａ２Ｏ；０〜１０モル％のＫ２Ｏ；０〜８モル％のＭｇＯ；０〜１０モル％のＣａＯ；０〜５モル％のＺｒＯ２；０〜１モル％のＳｎＯ２；０〜１モル％のＣｅＯ２；５０ｐｐｍ未満のＡｓ２Ｏ３；及び５０ｐｐｍ未満のＳｂ２Ｏ３；ここで、１２モル％≦（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦２０モル％及び０モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦１０モル％である。
【００５９】
さらなる例示的なガラス組成物は以下を含む：６３．５〜６６．５モル％のＳｉＯ２；８〜１２モル％のＡｌ２Ｏ３；０〜３モル％のＢ２Ｏ３；０〜５モル％のＬｉ２Ｏ；８〜１８モル％のＮａ２Ｏ；０〜５モル％のＫ２Ｏ；１〜７モル％のＭｇＯ；０〜２．５モル％のＣａＯ；０〜３モル％のＺｒＯ２；０．０５〜０．２５モル％のＳｎＯ２；０．０５〜０．５モル％のＣｅＯ２；５０ｐｐｍ未満のＡｓ２Ｏ３；及び５０ｐｐｍ未満のＳｂ２Ｏ３；ここで、１４モル％≦（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１８モル％及び２モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦７モル％である。
【００６０】
別の実施形態では、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、以下を含む、これらから実質的になる、又は、これらからなる：６１〜７５モル％のＳｉＯ２；７〜１５モル％のＡｌ２Ｏ３；０〜１２モル％のＢ２Ｏ３；９〜２１モル％のＮａ２Ｏ；０〜４モル％のＫ２Ｏ；０〜７モル％のＭｇＯ；及び０〜３モル％のＣａＯ。
【００６１】
特定の実施形態では、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、アルミナ、少なくとも１種類のアルカリ金属、及び、一部の実施形態では、５０モル％を超えるＳｉＯ２、他の実施形態では、少なくとも５８モル％のＳｉＯ２、さらに他の実施形態では、少なくとも６０モル％のＳｉＯ２を含み、ここで、比は
【００６２】
【数１０】
2017526605.tif 000014
【００６３】
であり、この比において、成分はモル％で表され、改質剤はアルカリ金属酸化物である。このガラスは、特定の実施形態において、以下を含む、以下から実質的になる、又は、以下からなる：５８〜７２モル％のＳｉＯ２；９〜１７モル％のＡｌ２Ｏ３；２〜１２モル％のＢ２Ｏ３；８〜１６モル％のＮａ２Ｏ；及び０〜４モル％のＫ２Ｏ、ここで、比は
【００６４】
【数１１】
2017526605.tif 000015
【００６５】
である。
【００６６】
さらに別の実施形態では、アルカリアルミノケイ酸ガラス基板は、以下を含む、以下から実質的になる、又は、以下からなる：６０〜７０モル％のＳｉＯ２；６〜１４モル％のＡｌ２Ｏ３；０〜１５モル％のＢ２Ｏ３；０〜１５モル％のＬｉ２Ｏ；０〜２０モル％のＮａ２Ｏ；０〜１０モル％のＫ２Ｏ；０〜８モル％のＭｇＯ；０〜１０モル％のＣａＯ；０〜５モル％のＺｒＯ２；０〜１モル％のＳｎＯ２；０〜１モル％のＣｅＯ２；５０ｐｐｍ未満のＡｓ２Ｏ３；及び５０ｐｐｍ未満のＳｂ２Ｏ３；ここで、１２モル％≦Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ≦２０モル％及び０モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１０モル％である。
【００６７】
さらなる別の実施形態では、アルカリアルミノケイ酸ガラスは、以下を含む、以下から実質的になる、又は、以下からなる：６４〜６８モル％のＳｉＯ２；１２〜１６モル％のＮａ２Ｏ；８〜１２モル％のＡｌ２Ｏ３；０〜３モル％のＢ２Ｏ３；２〜５モル％のＫ２Ｏ；４〜６モル％のＭｇＯ；及び０〜５モル％のＣａＯ；ここで、６６モル％≦ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＣａＯ≦６９モル％；Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＞１０モル％；５モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦８モル％；（Ｎａ２Ｏ＋Ｂ２Ｏ３）≦Ａｌ２Ｏ３≦２モル％；２モル％≦Ｎａ２Ｏ≦Ａｌ２Ｏ３≦６モル％；及び４モル％≦（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦Ａｌ２Ｏ３≦１０モル％である。
【００６８】
未処理のガラス基板１０２の表面でイオンを交換する特定の工程に関して、イオン交換は、所定期間、未処理のガラス基板１０２を溶融塩浴内に浸漬することによって行われ、ここで、未処理のガラス基板１０２内の表面又はその近くのイオンは、例えば塩浴由来の、より大きい金属イオンで交換される。未処理のガラス基板は、約４〜２４時間の範囲内、好ましくは約４〜１０時間の範囲内の所定期間、約４００〜５００℃の範囲内の温度で溶融塩浴内に浸漬されうる。より大きいイオンをガラス内に取り込むことによって、表面領域近くに圧縮応力が生み出され、イオン交換されたガラス基板１０２’が強化される。イオン交換されたガラス基板１０２’の中心領域内に対応する引張応力が誘起されて、圧縮応力との平衡が保たれる。ナトリウムをベースとしたガラス組成物及びＫＮＯ３の塩浴だとすれば、未処理のガラス基板１０２内のナトリウムイオンは、溶融塩浴に由来する、より大きいカリウムイオンと交換されて、イオン交換されたガラス基板１０２’を生成しうる。
【００６９】
ガラスネットワークが緩みうるより低い温度で、より小さいイオンをより大きいイオンと交換することにより、イオン交換されたガラス基板１０２’の表面に亘ってイオンの分布が生じ、その結果、前述の応力プロファイルが生じる。取り込まれるイオンのより大きい容積により、イオン交換されたガラス基板１０２’の表面には圧縮応力（ＣＳ）が生じ、中心領域には張力（中央張力又はＣＴ）が生じる。圧縮応力は、次の関係式により、中央張力に関係している：
【００７０】
【数１２】
2017526605.tif 000016
【００７１】
式中、ｔはガラス基板１０２の全厚であり、ＤＯＬは、イオン交換の層深さであり、圧縮層の深さとも称される。圧縮層の深さは、一部の事例では約１５μｍより大きく、一部の事例では２０μｍより大きい。
【００７２】
イオン交換工程に利用可能な特定のカチオンに関して、当業者には多くの選択肢が存在する。例えば、アルカリ金属は、イオン交換工程のためのカチオンの利用可能な供給源である。アルカリ金属は、周期表の第１族に見られる化学元素であり、具体的には次のものが挙げられる：リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（ＲＢ）、セシウム（Ｃｓ）、及びフランシウム（Ｆｒ）。厳密にはアルカリ金属ではないが、タリウム（Ｔｌ）は、イオン交換工程のためのカチオンの別の利用可能な供給源である。タリウムは、イオン性塩として、＋３及び＋１の酸化状態へと酸化する傾向があり、＋３の状態は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、及びインジウムのものと類似する。しかしながら、タリウムの＋１の酸化状態は、アルカリ金属の化学的性質を誘起する。
【００７３】
例えば、硬度、引っ掻き耐性、強度等の複合構造物１００の機械的特性は、被覆層１０４の組成、厚さ及び／又は硬度の影響を受けうる。実際、複合構造物１００の高い硬度、及び場合によって低い全反射という所望の特性は、被覆１０４の特定の材料及び／又は化学組成の注意深い選択によって達成されうる。
【００７４】
上で述べたように、被覆１０４は、第２の弾性率特性を有していた（ガラス基板１０２の弾性率と比較として）。例として、被覆１０４の第２の弾性率特性は、次のうちの少なくとも１つでありうる：少なくとも４０ＧＰａ、少なくとも４５ＧＰａ、少なくとも５０ＧＰａ、少なくとも５５ＧＰａ、及び少なくとも６０ＧＰａ。
【００７５】
さらなる例として、被覆１０４の材料は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、オキシ窒化アルミニウム、オキシ炭化アルミニウム、例えばＭｇ２ＡｌＯ４などの酸化物、ダイヤモンド状炭素膜、超ナノ結晶性ダイヤモンド、又は他の材料から選んでもよい。被覆１０４のための材料のさらなる例は、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＣａＡｌ２Ｏ４、例えばＭｇＡｌ２Ｏ４−ｘ、ＭｇＡｌ２Ｏ４−ｘ、Ｍｇ（１−ｙ）Ａｌ（２＋ｙ）Ｏ４−ｘ、及び／又はＣａ（１−ｙ）Ａｌ（２＋ｙ）Ｏ４−ｘの近傍組成物、ＳｉＯｘＣｙ、ＳｉＯｘＣｙＮｚ、Ａｌ、ＡｌＮ、ＡｌＮｘＯｙ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２、ＢＣ、ＢＮ、ＤＬＣ、グラフェン、ＳｉＣＮｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｎＯ２、ＳｎＯ２／ＳｉＯ２、Ｔａ３Ｎ５、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＯ２、及び／又はＺｒＯ２の１つ以上を含みうる。
【００７６】
被覆１０４の厚さについては、このような厚さは、一又は複数の層を介して達成されてよく、次のうちの１つに達する：（ｉ）約１〜５μｍの厚さ、（ｉｉ）約１〜４μｍの厚さ、（ｉｉｉ）約２〜３μｍの厚さ、及び（ｉｖ）約２μｍ。概して、厚さの増加は、結果的により高い硬度特性が得られることから好ましい；しかしながら、製造性においてコストがかかる。約２μｍの厚さは、合理的な製造コスト／複雑さの折り合い（ｔｒａｄｅｏｆｆｓ）を維持しつつ、複合構造物１００の全体的な硬度（及び引っ掻き耐性）に大きい効果を及ぼすのに適した厚さであると考えられる。実際、比較的先の鋭い物体が複合構造物１００に当てられる場合（例えばバーコビッチ試験によってなど）、先の鋭い物体により生じる応力場は、複合構造物１００の表面に、物体の半径の約１００倍にわたって拡がりうることが分かった。これらの応力場は、容易に、衝撃部位から１０００μｍ以上に到達しうる。よって、このような遠くまで到達する応力場に対処及び対抗し、複合構造物全体の引っ掻き耐性を向上させるために、比較的大きい厚さ（１〜５μｍ）の被覆１０４が選択されうる。
【００７７】
光学被覆又は電気被覆用途などの他の用途については、被覆１０４の厚さは特に限定されず、例えば、約１０ナノメートルから約１００ナノメートルまで、又は約１０ナノメートルから約１０００ナノメートルまででありうる。
【００７８】
被覆１０４の硬度に関しては、硬度が望ましい用途では、そのような硬度は次のうちの１つでありうる：（ｉ）少なくとも１０ＧＰａ、（ｉｉ）少なくとも１５ＧＰａ、（ｉｉｉ）少なくとも１８ＧＰａ、及び（ｉｖ）少なくとも２０ＧＰａ。被覆１０４の厚さ特性と同様に、適用された先の鋭い物体によって誘起された応力場に具体的に対処及び対抗し、それによって引っ掻き耐性を向上させるために、有意なレベルの硬度を選択してもよい。
【００７９】
さらなる実施形態では、ガラス基板１０２と被覆１０４との間に１つ以上の中間被覆を用いて、複合構造物１００を製造してもよい。
【００８０】
本明細書の開示は特定の実施形態に関して説明されているが、これらの実施形態は、本明細書における実施形態の原理及び用途の単なる例示であることが理解されるべきである。したがって、本願の精神及び範囲から逸脱することなく、例示される実施形態に多くの修正がなされうること、及び他の構成が考えられると解されるべきである。
【００８１】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００８２】
実施形態１
第１の破損歪み特性、第１の弾性率特性、及び曲げ強さを有するガラス基板を提供する工程；
前記ガラス基板の上に、第２の破損歪み特性及び第２の弾性率特性を有する被覆を施して複合構造物を生成する工程であって、前記第１の破損歪み特性が前記第２の破損歪み特性より高い、工程；及び
（ｉ）前記被覆を施した結果生じる前記ガラス基板の前記曲げ強さの低下が緩和されるように、前記第１の弾性率特性が最小の所定閾値より大きい；及び
（ｉｉ）前記被覆を施した結果生じる前記ガラス基板の前記破損歪みの低下が緩和されるように、前記第１の弾性率特性が最大の所定閾値より小さい
のうちの１つとなるように、前記第１の弾性率特性を選択する工程
を含む、方法。
【００８３】
実施形態２
前記第１の破損歪み特性が約１％より大きく、前記第２の破損歪み特性が約１％未満である；及び
前記第１の破損歪み特性が約０．５％より大きく、前記第２の破損歪み特性が約０．５％未満である
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００８４】
実施形態３
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約７０ＧＰａである；
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約７５ＧＰａである；
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約８０ＧＰａである；及び
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約８５ＧＰａである
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００８５】
実施形態４
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約６５ＧＰａ以下である；
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約６０ＧＰａ以下である；
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約５５ＧＰａ以下である；及び
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約５０ＧＰａ以下である
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００８６】
実施形態５
前記被覆の前記第２の弾性率特性が、少なくとも４０ＧＰａ、少なくとも４５ＧＰａ、少なくとも５０ＧＰａ、少なくとも５５ＧＰａ、及び少なくとも６０ＧＰａのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００８７】
実施形態６
前記被覆を施した後の前記複合構造物の前記曲げ強さが、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、及び少なくとも４００ＭＰａのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００８８】
実施形態７
前記ガラス基板がイオン交換されていないガラスであることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００８９】
実施形態８
前記ガラス基板がイオン交換されたガラスであることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００９０】
実施形態９
前記被覆が、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、窒化アルミニウム、オキシ窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、炭化アルミニウム、オキシ炭化アルミニウム、酸化アルミニウム、ダイヤモンド状炭素、ナノ結晶性ダイヤモンド、酸化物、及び酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のうちの１つ以上を含むことを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
【００９１】
実施形態１０
前記ガラス基板上に前記被覆を施す前に、前記ガラス基板に中間被覆を施して複合構造物を生成する工程をさらに含む、実施形態１に記載の方法。
【００９２】
実施形態１１
第１の破損歪み特性、第１の弾性率特性、及び曲げ強さを有するガラス基板と、
複合構造物を生成するために前記ガラス基板の上に施された、第２の破損歪み特性及び第２の弾性率特性を有する被覆であって、前記第１の破損歪み特性が前記第２の破損歪み特性より高い、被覆と
を備え、
前記第１の弾性率特性が、
（ｉ）前記被覆を施した結果生じる前記ガラス基板の前記曲げ強さの低下が緩和されるように、前記第１の弾性率特性が最小の所定閾値より大きい；及び
（ｉｉ）前記被覆を施した結果生じる前記ガラス基板の前記破損歪みの低下が緩和されるように、前記第１の弾性率特性が最大の所定閾値より小さい
のうちの１つとなるように選択されることを特徴とする、装置。
【００９３】
実施形態１２
前記第１の破損歪み特性が約１％より大きく、前記第２の破損歪み特性が約１％未満である；及び
前記第１の破損歪み特性が約０．５％より大きく、前記第２の破損歪み特性が約０．５％未満である
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１１に記載の装置。
【００９４】
実施形態１３
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約７０ＧＰａである；
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約７５ＧＰａである；
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約８０ＧＰａである；及び
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最小の所定閾値が少なくとも約８５ＧＰａである
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１１に記載の装置。
【００９５】
実施形態１４
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約６５ＧＰａ以下である；
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約６０ＧＰａ以下である；
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約５５ＧＰａ以下である；及び
前記ガラス基板の前記第１の弾性率特性の前記最大の所定閾値が約５０ＧＰａ以下である
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１１に記載の装置。
【００９６】
実施形態１５
前記被覆の前記第２の弾性率特性が、少なくとも４０ＧＰａ、少なくとも４５ＧＰａ、少なくとも５０ＧＰａ、少なくとも５５ＧＰａ、及び少なくとも６０ＧＰａのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１１に記載の装置。
【００９７】
実施形態１６
前記被覆を施した後の前記複合構造物の前記曲げ強さが、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、及び少なくとも４００ＭＰａのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、実施形態１１に記載の装置。
【００９８】
実施形態１７
前記ガラス基板がイオン交換されていないガラスであることを特徴とする、実施形態１１に記載の装置。
【００９９】
実施形態１８
前記ガラス基板がイオン交換されたガラスであることを特徴とする、実施形態１１に記載の装置。
【０１００】
実施形態１９
前記被覆が、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、窒化アルミニウム、オキシ窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、炭化アルミニウム、オキシ炭化アルミニウム、酸化アルミニウム、ダイヤモンド状炭素、ナノ結晶性ダイヤモンド、酸化物、及び酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のうちの１つ以上を含むことを特徴とする、実施形態１１に記載の装置。
【０１０１】
実施形態２０
前記複合構造物を生成するために、前記ガラス基板と前記被覆との間に中間被覆をさらに備えることを特徴とする、実施形態１１に記載の装置。
【０１０２】
実施形態２１
約７５ＧＰａ、約８０ＧＰａ、及び約８５ＧＰａのうちの１つよりも高い弾性率を有するガラス基板と、
前記ガラス基板上に配された、前記ガラス基板のものよりも低い破損歪みを有する被覆と、
を備え、
前記ガラス基板と前記被覆とが一体化した特有の曲げ強さが、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、少なくとも４００ＭＰａ、少なくとも５００ＭＰａ、少なくとも７００ＭＰａ、少なくとも１０００ＭＰａ、及び少なくとも１５００ＭＰａのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、装置。
【０１０３】
実施形態２２
約６５ＧＰａ、６０ＧＰａ、５５ＧＰａ、５０ＧＰａ、４５ＧＰａ、及び４０ＧＰａのうちの１つよりも低い弾性率を有するガラス基板と、
前記ガラス基板上に配された、前記ガラス基板のものよりも低い破損歪みを有する被覆と、
を備え、
前記ガラス基板と前記被覆とが一体化した特有の破損歪みが、少なくとも０．５％、少なくとも０．８％、少なくとも１％、少なくとも１．５％、少なくとも２．０％、及び少なくとも２．５％のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、装置。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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