(57)【要約】  本方法および装置は、約０．３ｍｍよりも小さい厚さを有し、非可展３Ｄ形状のものであり、かつ約２００ｍｍよりも小さい曲率半径を有する少なくとも１つの曲がり部を含む極薄ガラスシートを提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
約０．３ｍｍよりも小さい厚さを有し、非可展３Ｄ形状のものであり、かつ約２００ｍｍよりも小さい曲率半径を有する少なくとも１つの曲がり部を含む、極薄ガラスシートを備えた、装置。
【請求項２】
前記ガラスシートが、約±０．０５の厚み変動を有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ガラスシートが、少なくともその１つの主要面において引張応力を実質的に発現しない、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
ガラスシートは複屈折関連の光の歪曲収差を実質的に発現しない、請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
約０．３ｍｍよりも小さい厚さを有する極薄ガラスシートをガラスシートの粘度を下げるのに十分な温度まで加熱することと、ガラスシートを曲げて約２００ｍｍよりも小さい曲率半径を有する少なくとも１つの曲がり部を含む非可展３Ｄ形状を製造することとを備える方法であって、前記ガラスシートの粘度を約０．５ｍｍから約１ｍｍの厚さを有する参照ガラスシートの改作された粘度よりも少なくとも１桁分が大きくなるように前記加熱工程を制御することを特徴とする方法。
【請求項６】
前記参照ガラスシートの改作された粘度は、約１０８から１０１２ポアズである、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ガラスシートは、約±０．０５の厚み変動を有する、請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全体として引用される、２０１４年７月３０日に出願された米国仮出願第６２／０３０６３７号について、米国特許法第１１９条に基づく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、ガラスシート、具体的には、製造工程中のガラスシートの変形のためなどの、極薄ガラスシートを加工する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
透明または半透明フレキシブル基板を提供する従来技術は、１つ以上の高分子膜で積層されたプラスチック基材などのプラスチック基板の使用を包含している。これらの積層構造体は、そのほとんどが比較的低コストであることにより、光起電（ＰＶ）デバイス、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ），液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）およびパターン化薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）エレクトロニクスに関連したフレキシブル包装によく使用されている。上記フレキシブルプラスチック基板は広く使われるようになってはいるが、それでもなお、少なくとも防湿バリアの提供または極めて薄肉の構造体の提供(実際には、構造体がプラスチック材料の性質のために比較的厚いが)に関連して劣った特性を発現している。
【０００４】
したがって、当該技術において、特に、基板が防湿バリアを提供すべき、例えば、ＰＶデバイス、ＯＬＥＤデバイス、ＬＣＤ、ＴＦＴエレクトロニクスなどに用いるフレキシブル基板が必要である。
【０００５】
フレキシブルガラス基板は、今日使用されている既存のフレキシブルプラスチック基板に対していくつかの技術優位性がある。技術優位性の１つは、ガラスプレートが良好な防湿バリアまたはガスバリアの役割を果たす能力であり、これは電子デバイスの屋外用途における主要な劣化メカニズムに関する。別の優位性は、フレキシブルガラス基板が、１つ以上のパッケージ基板層の削減または削除により最終製品の全体のパッケージサイズ(厚さ)と重量を低下させる潜在力である。電子ディスプレイ産業において、（上記厚さに関して）更に薄肉のフレキシブル基板に対する需要が増加しているので、製造者が適切なフレキシブル基板を提供するために数多くの難題に直面している。
【０００６】
ＰＶデバイス、ＯＬＥＤデバイス、ＬＣＤ、ＴＦＴエレクトロニクスなど向けのフレキシブルガラス基板の製作における大きな難題は、曲げ加工などにより、概ね平板状シートを非平板状(三次元、３Ｄ)形状に形成することである。（温度がかかっている状態での）ガラスの改作は、平板状ガラスを３Ｄガラスに成形する従来の技術ではあるが、具体的には、約０．３ｍｍよりも小さい、例えば、約０．０５ｍｍまでも薄い厚さで、極薄ガラスシートから非可展３Ｄ形状の部品を製造することは、特別な難題である。これらの難題は、加工の目標に以下の特性の少なくとも１つが含まれている場合に、増大される。（１）非可展３Ｄ形状、（２）約０．３ｍｍよりも小さい厚さ、（３）約±０．０５ｍｍよりも小さい、少ない厚み変動、（４）約２００ｍｍよりも小さい、小さい曲率半径、（５）極めて低いかまったくない引張応力、および（６）極めて低いかまったくない、複屈折関連の光の歪曲収差。
【０００７】
それゆえ、極薄ガラスシートから、上記特性の１つ以上を発現する、非可展３Ｄ形状の部品を製造する方法および装置が必要である。
【発明の概要】
【０００８】
極薄ガラスシートのガラスの性質は、極めて高度の柔軟性と低比重を組み合わせられる。この組み合わせにより、実用化の潜在力が大きくなる。例えば、そのような極薄ガラスシートは、将来のスリム型ディスプレイ並びに（その柔軟性により）没入型視聴用の快適なディスプレイの開発の成功への鍵である。
【０００９】
極薄ガラスシートを採用することにより、ガラスを破壊することなく、シートを円筒状に曲げ加工してかなり小さい曲率半径(典型的には、２００〜５０ｍｍの曲率半径)にすることができる。さらにまた、ガラスの極薄特性により、冷間曲げ加工操作中に引張応力が極めて低い結果となり、実際に、引張応力がガラスの破壊を起こさないほど十分に低くなり得る。それにもかかわらず、非可展変形および／または小さい曲率半径を呈する、３Ｄ形状の製品による極薄ガラスの利点(軽量、高い光透過率など)を享受するためには、冷間曲げ加工の方法は妥当なプロセスではない。実際に、そのような冷間曲げ加工により生ずる引張応力は許容できないであろうし、ガラス部品は破壊してしまうであろう。
【００１０】
それゆえ、極薄シートを有し、引張弾性応力を生じさせないような成形品を得る技術を開発することが望ましい。
【００１１】
１つ以上の広い態様において、本方法および装置は、約０．３ｍｍよりも小さい厚さを有し、非可展３Ｄ形状のものであり、かつ約２００ｍｍよりも小さい曲率半径を有する少なくとも１つの曲がり部を含む、極薄ガラスシートを提供する。
【００１２】
「上面」、「上方」、「底面」「下方」、「後方」、「前方」などの方向に関する用語は、ここで使用されてもよいが、これらは説明ための便宜上のものであり、特に断りがない限り、任意の項目について特定の向きを必要とするものと解釈すべきではない。
【００１３】
ガラスシートに関する本明細書および添付された特許請求の範囲において使用されている「比較的大きい」または「大きい」という用語は、少なくとも一つの方向において１ｍ以上の寸法を有するガラスシートを意味する。
【００１４】
ガラスシートに関する本明細書および添付された特許請求の範囲において使用されている「比較的高いＣＴＥ」または「高いＣＴＥ」という用語は、少なくとも７０×１０−７Ｃ１のＣＴＥを有するガラスまたはガラスシートを意味する。
【００１５】
ガラスシートに関する本明細書および添付された特許請求の範囲において使用されている「比較的薄い」または「薄い」という用語は、約０．５ｍｍから約１．５ｍｍの範囲の厚さを有するガラスシートを意味する。
【００１６】
ガラスシートに関する本明細書および添付された特許請求の範囲において使用されている「極薄」という語句は、約０．３よりも小さい厚さを有するガラスシートを意味する。
【００１７】
「非可展３Ｄ形状」という語句は、例えば、３Ｄ形状を平坦にして、ゆがみ（例えば、伸縮ゆがみおよび／または圧縮ゆがみ）のない平面にすることができないなど、ゼロを含まないガウス曲率を有する形状として定義できる。
【００１８】
ここに開示および／または記載された１つ以上の実施の形態の他の態様、特徴および利点は、添付図面と併せて読めば本明細書の記載から当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
説明目的のために、現在好ましい図面に示されている形態があるが、ここに開示され記載された実施の形態は、図示された正確な配置および手段に限定されないことが理解されよう。
【図１ａ】本明細書の１つ以上の実施の形態に係る改作されたガラスシートの端部概略図
【図１ｂ】本明細書の１つ以上の実施の形態に係る改作されたガラスシートの上面概略図
【図２ａ】本明細書の１つ以上の実施の形態に係る改作されたガラスシートの端部概略図
【図２ｂ】本明細書の１つ以上の実施の形態に係る改作されたガラスシートの上面概略図
【図３ａ】本明細書の１つ以上の実施の形態に係る改作されたガラスシートの端部概略図
【図３ｂ】本明細書の１つ以上の実施の形態に係る改作されたガラスシートの上面概略図
【図４】本明細書の１つ以上の実施の形態に係る極薄ガラスシート製造装置の１例の概略側面図
【図５】図１に示す形状にガラスシートを曲げ加工する、本明細書の１つ以上の実施の形態に係るプロセス
【図６】図１に示す形状にガラスシートを曲げ加工する、本明細書の１つ以上の実施の形態に係るプロセス
【図７】図１に示す形状にガラスシートを曲げ加工する、本明細書の１つ以上の実施の形態に係るプロセス
【図８】他の改作プロセスとの比較において、改作プロセスの特性、特に、曲げ加工中のガラスシートの粘度を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２０】
同様の符号が同様の要素を示す図面を参照すると、図１ａ、図１ｂ、図２ａ、図２ｂ、図３ａおよび図３ｂに、任意の数の用途向けのガラスカバーとして使用できる極薄改作ガラスシート１０の様々な実施の形態の概略図（それぞれ、端部および上面図）が示されている。極薄ガラスシート１０は、約０．２ｍｍよりも小さい、約０．１ｍｍよりも小さいおよび／または約０．５ｍｍと約０．１ｍｍの間など、約０．３ｍｍよりも小さい厚さを有するということにより特徴付けられる。さらに、極薄ガラスシート１０は、約±０．０５ｍｍよりも小さい厚み変動を有してもよいことが好ましい。
【００２１】
さらに、ガラスシート１０は、少なくとも一つの曲がり部を含む、非可展３Ｄ形状を示すということにより特徴付けられる。この少なくとも１つの曲がり部は、約２００ｍｍよりも小さい、約１００ｍｍよりも小さい、約５０ｍｍよりも小さい、約２５ｍｍと約５０ｍｍの間、および／または約１ｍｍと約２ｍｍの間など、比較的小さい曲率半径を有することを特徴としてもよい。
【００２２】
さらに、ガラスシート１０は、引張応力および／または複屈折関連の光の歪曲収差を実質的に発現しないということにより特徴付けられる。１つ以上の実施の形態において、ガラスシート１０は、その少なくとも１つの主要面において引張応力を実質的に発現しない（例えば、大部分のガラスシート１０に多少の応力があり得る場合によく見られるなど）ということにより特徴付けられる。
【００２３】
ガラスシート１０は、任意の適切なガラス組成物から成形できる。例として、コーニングインコーポレイテッドからのＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスなど、イオン変換プロセスを利用して化学的に強化されたガラスシート１０を利用していくつかの用途が最もよく提供できる。そのようなガラスは、極薄かつ軽量にでき、また高度な耐破砕性および耐傷性並びに高度な光学性能およびタッチ性能を有するガラスカバーを与えられる。
【００２４】
上述したように、加工目標に以下の特性の1つ以上（特に、すべて）が含まれている場合には、ガラスシート１０を製造することは極めて難題である。（１）非可展３Ｄ形状、（２）約０．３ｍｍよりも小さい厚さ、（３）約±０．０５ｍｍよりも小さい、少ない厚み変動、（４）約２００ｍｍよりも小さい、小さい曲率半径、（５）極めて低いかまったくない引張応力、および（６）極めて低いかまったくない、複屈折関連の光の歪曲収差。
【００２５】
これらの難題は、電子デバイスまたはその他のデバイスに関して所望の品質、外観、感触、適合性および仕上がりを与えるために、完成部品の組立て公差が±０．５ｍｍ以下の次元の場合に、さらに増大される。比較的大きなガラスシート１０（例えば、約１ｍ以上の主要寸法のものなど）に高温精密曲げ加工（詳細は後述）を行う場合に、そのような公差を達成するのは困難である。この公差の難題は、イオン交換可能なガラスについては特に困難である。実際に、イオン交換可能なガラスは一般的には比較的高いＣＴＥを有し、形成が可能な点（例えば、約６００〜７００℃）までガラスを軟化させるのに十分な温度まで比較的大きなガラスシート１０を加熱した場合、高精密公差を維持するためには数多くの要因に取り組む必要がある。
【００２６】
図４を参照すると、最初の段階で、ガラスリボン３０を製造するために溶融ガラスを流すことにより素ガラスシート２０を作製する。ガラスリボン３０は、例えば、スロットドロー、フロート、ダウンドローまたはアップドローなどの、任意の数のリボン形成プロセス技術により形成できる。図示例においては、ガラスリボン３０は、トラフ４０からスロットドロープロセスにより形成できる。その後、ガラスリボン３０を続いて分割して最終製品用の中間形状に更に加工するのに適したガラスシート２０を与えることもできる。
【００２７】
図５〜図７に示すように、所望の形状のガラスシート１０に素ガラスシート２０を改作できる。その際、素ガラスシート２０は、担体５０（例えば、フレームまたは金型など）上に担持される。その後、ガラスシート２０と担体５０は、曲げ加工炉（図示せず）に載置され、および／またはそのアニール温度と軟化温度の間までガラスシート２０の温度を上げるために、局在化した熱源により熱が印加される。例えば、ガラスシート２０は、約６００〜９００℃に迫る温度までもっていってもよいが、それはガラスシート２０の組成による。
【００２８】
その後、ガラスシート２０は、重力の作用により垂下させてもよく、および／またはガラスシート２０を下層の担体５０、特に担体５０の成形エレメントの形に形成するために、機械的曲げ加工機構（例えば、押圧エレメント、ローラー、真空成形など（図示せず））が適用されてもよい。上述したように、改作されたガラスシート１０には、例えば、約２００ｍｍよりも小さい、約１００ｍｍよりも小さい、約５０ｍｍよりも小さい、約２５ｍｍと約５０ｍｍの間、および／または約１ｍｍと約２ｍｍの間など、比較的小さい曲率半径を有する少なくとも一つの曲がり部が含まれる。
【００２９】
一連の図５〜図７に示すように、ガラスシート２０は、ガラスシート１０に改作された後に冷却される。
【００３０】
加熱および曲げ加工工程の注目に値する態様について、図８を参照しながら説明する。特に、加熱工程は、素ガラスシート２０の粘度が更に比較的厚い参照ガラスシート用の改作粘度よりも少なくとも１桁分大きくなるように、制御されるのが好ましい。言い換えれば、極薄ガラスシート２０の粘度は、従来のガラス改作プロセスにおいて採用されている粘度よりも著しく高い。実際に、Ｙ軸が粘度（例えば、ポアズまたはパスカル・秒など）を表し、Ｘ軸が異なるガラス組成および／または特性を表した、図８に示すとおりである。プロット６０は、例えば、約０．５ｍｍと約１．０ｍｍの間など、更に比較的厚いガラスシートに従来技術を利用した曲げ加工を達成するために改作プロセスにおいて採用されるであろう粘度範囲を表す。それゆえ、プロット６０の周辺には、約０．５ｍｍと約１．０ｍｍの間など、約１０８と約１０１２ポアズの間であってもよい、参照ガラスシートの可能な改作粘度を表す範囲６２がある。一方、プロット７０の周辺には、例えば、約３．０よりも小さいなど、参照ガラスシートの可能な改作粘度よりも少なくとも約１桁分小さい、極薄ガラスシート２０を利用した曲げ加工を達成するために改作プロセスにおいて採用されている粘度の範囲７２がある。それゆえ、ガラスシート１０に極薄ガラスシート２０を改作するための粘度範囲は、少なくとも約１０１３ポアズである。
【００３１】
連続的に複数のガラスシート１０を形成するために、複数の担体５０が、直列式に多ゾーン曲げ加工炉を通ってガラスシート１０を搬送するための連続移動コンベアに置かれてもよい。ガラスシート１０は、炉の下流に比較的冷涼な周囲環境(例えば、室温など)にて担体５０上に配置される。第一のゾーンは、ガラスシート１０がそのアニール温度に近い温度まで加熱される予熱ゾーンであってもよい。全体の予熱ゾーンには、複数の余熱ゾーンが含まれていてもよく、その各々は、ガラスシート１０がこれらのゾーンを通って搬送されながら、その温度を順次上げるために昇温されている。
【００３２】
その次のゾーンは、ガラスシート１０が、アニール温度と軟化温度の間、例えば、約６００〜９００℃に迫る温度など、加工温度または曲げ加工温度まで昇温される曲げ加工ゾーンである。ここでも、好ましい実施の形態において、ガラスシート１０の粘度は、少なくとも１０１３ポアズなど、更に比較的厚い参照ガラスシート用の改作粘度よりも少なくとも１桁分大きい。曲げ加工ゾーンでは、ガラスシート１０に、下層の担体５０の形状に成形するのに適した環境を与える。これには、曲げ加工ゾーン全体を約６００℃〜約９００℃の温度に加熱することが伴ってもよく、または曲げ加工ゾーン内で更に低い周囲温度を与え、１つ以上の局部加熱エレメントを採用してガラスシート１０の特定領域(例えば、特定の端部など)を更に高い温度に上げることが伴ってよい。曲げ加工ゾーン内では、ガラスシート１０は重力の作用により曲げ加工されてもよく、および／または機械力を受けて、下層の担体５０の金型の形態にガラスシート１０を適合させるようにしてもよい。
【００３３】
ガラスシート１０は、冷却ゾーンにおいて外部周囲温度まで冷却された後、炉から取り出される。
【００３４】
ここでの実施の形態は、特定の特徴や配置に関して記載してきたが、これらの詳細は、そのような実施の形態の原理および応用の例示に過ぎないことを理解すべきである。それ故に、多くの変更が例示実施形態に行われ、また本出願の趣旨および範囲から逸脱することなく、その他の構成が考案できることを理解すべきである。
【００３５】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００３６】
実施形態１
約０．３ｍｍよりも小さい厚さを有し、非可展３Ｄ形状のものであり、かつ約２００ｍｍよりも小さい曲率半径を有する少なくとも１つの曲がり部を含む、極薄ガラスシートを備えた、装置。
【００３７】
実施形態２
前記ガラスシートが、約０．２ｍｍよりも小さい厚さを有する、実施形態１記載の装置。
【００３８】
実施形態３
前記ガラスシートが、約０．１ｍｍよりも小さい厚さを有する、実施形態１記載の装置。
【００３９】
実施形態４
前記ガラスシートが、約０．０５ｍｍと約０．１ｍｍの間の厚さを有する、実施形態１記載の装置。
【００４０】
実施形態５
前記ガラスシートが、約±０．０５ｍｍよりも少ない厚み変動を有する、実施形態１から４のいずれか１項記載の装置。
【００４１】
実施形態６
前記少なくとも１つの曲がり部が、約１００ｍｍよりも小さい曲率半径を有する、実施形態１から５のいずれか１項記載の装置。
【００４２】
実施形態７
前記少なくとも１つの曲がり部が、約５０ｍｍよりも小さい曲率半径を有する、実施形態１から５のいずれか１項記載の装置。
【００４３】
実施形態８
前記少なくとも１つの曲がり部が約２５ｍｍと約５０ｍｍの間の曲率半径を有すること、および前記少なくとも１つの曲がり部が約１ｍｍと約２ｍｍの間の曲率半径を有すること、の少なくとも１つである、実施形態１から５のいずれか１項記載の装置。
【００４４】
実施形態９
前記ガラスシートが、その少なくとも１つの主要面において引張応力を実質的に発現しない、実施形態１から８のいずれか１項記載の装置。
【００４５】
実施形態１０
前記ガラスシートが、複屈折関連の光の歪曲収差を実質的に発現しない、実施形態１から９のいずれか1項記載の装置。
【００４６】
実施形態１１
約０．３ｍｍよりも小さい厚さを有する極薄ガラスシートをガラスシートの粘度を下げるのに十分な温度まで加熱すること、およびガラスシートを曲げ加工して約２００ｍｍよりも小さい曲率半径を有する少なくとも１つの曲がり部を含む非可展３Ｄ形状を製造することを備える方法であり、
前記ガラスシートの粘度が、約０．５ｍｍと約１ｍｍの間の厚さのものである、参照ガラスシートに関して改作用粘度よりも少なくとも１桁分大きくなるように、前記加熱加工が制御される、方法。
【００４７】
実施形態１２
前記参照ガラスシートの改作用粘度が、約１０８ポアズと約１０１２ポアズの間である、実施形態１１記載の方法。
【００４８】
実施形態１３
前記ガラスシートの粘度が、少なくとも約１０１３ポアズである、実施形態１１記載の方法。
【００４９】
実施形態１４
前記ガラスシートが、約０．２ｍｍよりも小さい厚さを有する、実施形態１１から１３のいずれか１項記載の方法。
【００５０】
実施形態１５
前記ガラスシートが、約０．１ｍｍよりも小さい厚さを有する、実施形態１１から１３のいずれか１項記載の方法。
【００５１】
実施形態１６
前記ガラスシートが、約０．０５ｍｍと約０．１ｍｍの間の厚さを有する、実施形態１１から１３のいずれか１項記載の方法。
【００５２】
実施形態１７
前記ガラスシートが、約±０．０５ｍｍよりも少ない厚み変動を有する、実施形態１１から１６のいずれか１項記載の方法。
【００５３】
実施形態１８
前記少なくとも１つの曲がり部が、約１００ｍｍよりも小さい曲率半径を有する、実施形態１１から１７のいずれか１項記載の方法。
【００５４】
実施形態１９
前記少なくとも１つの曲がり部が、約５０ｍｍよりも小さい曲率半径を有する、実施形態１１から１７のいずれか１項記載の方法。
【００５５】
実施形態２０
前記少なくとも１つの曲がり部が約２５ｍｍと約５０ｍｍの間の曲率半径を有すること、および前記少なくとも１つの曲がり部が約１ｍｍと約２ｍｍの間の曲率半径を有することの、いずれか１つである、実施形態１１から１７のいずれか１項記載の方法。
【図１ａ】
2017524642.tif 000003
【図１ｂ】
2017524642.tif 000004
【図２ａ】
2017524642.tif 000005
【図２ｂ】
2017524642.tif 000006
【図３ａ】
2017524642.tif 000007
【図３ｂ】
2017524642.tif 000008
【図４】
2017524642.tif 000009
【図５】
2017524642.tif 000010
【図６】
2017524642.tif 000011
【図７】
2017524642.tif 000012
【図８】
2017524642.tif 000013
【国際調査報告】
2017524642.tif 000014
2017524642.tif 000015
2017524642.tif 000016
2017524642.tif 000017
2017524642.tif 000018