JP4489614B2 - Method for improving bending strength of glass substrate - Google Patents
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Description
本発明は、有機ELディスプレー、液晶ディスプレー等の薄型ディスプレー等に好適に使用される薄板ガラスの曲げ強度を向上させる手段に関する。 The present invention relates to a means for improving the bending strength of a thin glass plate suitably used for thin displays such as organic EL displays and liquid crystal displays.
有機ELディスプレー、液晶ディスプレー等の薄型ディスプレーは、携帯機器、電子ペーパー、カード、電子書籍等への応用展開が期待され、該ディスプレーには、薄型軽量化、可撓化が要求されている。従って、それらに使用されるガラス基材にもより一層の薄型化、及び可撓性が要求されている。ガラス基材の厚さを薄くし、500μm以下としていくことで、ガラス基材は可撓性を有するようになり、200μm、100μm以下としていくとガラスの可撓性は益々向上し、電子ペーパー等への使用に期待される上記薄型ディスプレーの実現に望ましいものとなる。 Thin displays such as organic EL displays and liquid crystal displays are expected to be applied to portable devices, electronic paper, cards, electronic books, etc., and the displays are required to be thin and light and flexible. Therefore, further reduction in thickness and flexibility are required for the glass substrates used for them. By reducing the thickness of the glass substrate to 500 μm or less, the glass substrate becomes flexible. When the thickness is 200 μm or 100 μm or less, the flexibility of the glass is further improved, such as electronic paper. This is desirable for realizing the thin display expected for use in the above-described applications.
しかしながら、このような薄板ガラスは、耐衝撃性が小さい等の強度的な問題があるので、ガラス基材に膜層を形成する等の対策がとられている。例えば、特許文献1では、液晶ディスプレー用ガラス基材として、透明な樹脂基材の少なくとも片面にガラスからなる薄板を設けてなる基材を開示している。又、特許文献2では、厚さ≦200μmのガラスとプラスチックとからなる基材を開示している。これらは、薄板ガラスに樹脂層を設けることで、基材の強度を向上させている。 However, since such a thin glass has strength problems such as low impact resistance, measures such as forming a film layer on the glass substrate are taken. For example, Patent Document 1 discloses a base material in which a thin plate made of glass is provided on at least one surface of a transparent resin base material as a glass base material for a liquid crystal display. Patent Document 2 discloses a base material made of glass and plastic having a thickness ≦ 200 μm. These are improving the intensity | strength of a base material by providing a resin layer in thin plate glass.
しかし、ディスプレー製造時には昇降温プロセスがあり、基材には熱負荷が加わる。特に薄膜トランジスタ(TFT)を搭載した高精細ディスプレーにおいては、350℃以上の温度での安定性が必要となる。従って、これらを考慮するガラス基材上に形成する膜層も無機系のものとすることが好ましい。
本発明では、無機系の膜層を形成することで薄板ガラスの曲げ強度を向上させる手段に関し、ガラス基材の曲げ強度を向上させ、さらにはガラス基材の厚みを薄くできる手段を提供することを課題とする。 The present invention relates to means for improving the bending strength of a thin glass sheet by forming an inorganic film layer, and provides means for improving the bending strength of a glass substrate and further reducing the thickness of the glass substrate. Is an issue.
本発明のガラス基材の曲げ強度の向上方法は、シリカ前駆体を加水分解及び重縮合してなるシリカゾルを厚さ200μm以下のガラス基材に塗布及び固化させることで膜層を形成して基材の曲げ強度を向上させる方法であり、前記シリカ前駆体が4官能性シリカ前駆体及び3官能性シリカ前駆体からなり、シリカゾルをガラス基材に塗布する前にガラス基材表面を化学的にエッチングすることを特徴とする。 The method for improving the bending strength of a glass substrate according to the present invention is based on forming a film layer by applying and solidifying a silica sol obtained by hydrolysis and polycondensation of a silica precursor onto a glass substrate having a thickness of 200 μm or less. The silica precursor is composed of a tetrafunctional silica precursor and a trifunctional silica precursor, and the surface of the glass substrate is chemically treated before the silica sol is applied to the glass substrate. Etching is performed.
ガラス基材に化学的にエッチングすることにより、ガラス表層に存在する微小クラックが取り除かれ、ガラスの強度が向上することは特許文献3にて開示されている。そして特許文献3では、化学的にエッチングされたガラス表層を保持することを目的に鉛筆ひっかき値で5H以上の硬さの膜が形成されている。 It is disclosed in Patent Document 3 that chemical cracking in a glass substrate removes microcracks present in the glass surface layer and improves the strength of the glass. In Patent Document 3, a film having a hardness of 5H or more is formed with a pencil scratch value for the purpose of holding a chemically etched glass surface layer.
当該方法は、厚さ数mmのガラスの端面強度を向上させることに効果を奏するものと思われるが、本発明が目的とする厚さ200μm以下のガラス基材の曲げ強度を向上させることに対しては顕著な効果を奏するものではなかった。事実、厚さ100μmのガラス基材を化学的にエッチングしても、効果がないわけではないが、ほとんど曲げ強度の向上には寄与しない。 Although this method seems to be effective in improving the end face strength of a glass having a thickness of several millimeters, the present invention aims to improve the bending strength of a glass substrate having a thickness of 200 μm or less. Did not have a noticeable effect. In fact, even if a glass substrate having a thickness of 100 μm is chemically etched, it is not ineffective, but hardly contributes to an improvement in bending strength.
そして、厚さ200μm以下のガラス基材の曲げ強度を向上させることに効果的な方法を鋭意検討した結果、本発明をなすに至った。すなわち、本発明は、ガラス基材を化学的にエッチング後に、4官能性シリカ前駆体及び3官能性シリカ前駆体からなるシリカ前駆体を加水分解及び重縮合してなるシリカゾルをガラス基材に塗布及び固化させることで膜層を形成することを最大の特徴とする。ガラス基材の化学的エッチングと前記手段による膜の形成で、曲げ強度の向上を図ることが可能となる。 And as a result of earnestly examining a method effective for improving the bending strength of a glass substrate having a thickness of 200 μm or less, the present invention has been made. That is, in the present invention, after a glass substrate is chemically etched, a silica sol obtained by hydrolyzing and polycondensing a silica precursor composed of a tetrafunctional silica precursor and a trifunctional silica precursor is applied to the glass substrate. The most characteristic feature is to form a film layer by solidification. Bending strength can be improved by chemical etching of the glass substrate and formation of a film by the above means.
前記したガラス基材表面の化学的エッチングについては、リン酸溶液、フッ化水素を含むリン酸溶液、フッ化水素酸溶液、アルカリ性溶液で行うことが好ましく、中でもガラス基材のエッチング速度が速いフッ化水素酸溶液の使用が特に好ましく、特にフッ化水素の濃度が、0.05乃至0.2重量%のフッ化水素酸溶液が好ましい。又、該エッチング溶液は、加温された状態、すなわち40乃至80℃の溶液としてもよい。 The above-described chemical etching of the glass substrate surface is preferably performed using a phosphoric acid solution, a phosphoric acid solution containing hydrogen fluoride, a hydrofluoric acid solution, or an alkaline solution. The use of a hydrofluoric acid solution is particularly preferred, and a hydrofluoric acid solution having a hydrogen fluoride concentration of 0.05 to 0.2% by weight is particularly preferred. The etching solution may be in a heated state, that is, a solution at 40 to 80 ° C.
そして、前記したシリカ前駆体については、4官能性シリカ前駆体と3官能性シリカ前駆体とのモル比を1.1:1乃至1:1.1とするとガラス基材の曲げ強度の向上に効果を奏するので好ましい。ガラス基材の曲げ強度は、ガラス基材上に形成される膜層の状態も影響する。ガラス基材上に形成する膜を上記比の組成を有するシリカ前駆体を原料として作製すると、ガラス基材の曲げ強度の向上に特に効果を奏する。 And about an above described silica precursor, when the molar ratio of a tetrafunctional silica precursor and a trifunctional silica precursor shall be 1.1: 1 thru | or 1: 1.1, it will improve the bending strength of a glass base material. This is preferable because it produces an effect. The bending strength of the glass substrate also affects the state of the film layer formed on the glass substrate. When a film formed on a glass substrate is prepared using a silica precursor having a composition with the above ratio as a raw material, it is particularly effective in improving the bending strength of the glass substrate.
本発明のガラス基材の曲げ強度向上方法は、簡便な手段でガラス基材の曲げ強度を向上させることができる。又、ガラス基材を化学的にエッチングする際に、エッチング時間を長くすることにより、ガラス基材の厚みをより薄くすることも可能なので、ガラス基材の可撓性向上に有利で、電子ペーパー等への使用に期待される上記薄型ディスプレーの実現に望ましいガラス基材を提供することに奏功する。 The method for improving the bending strength of a glass substrate of the present invention can improve the bending strength of the glass substrate by a simple means. In addition, when the glass substrate is chemically etched, the glass substrate can be made thinner by extending the etching time, which is advantageous for improving the flexibility of the glass substrate. The present invention is effective in providing a glass substrate desirable for realizing the above-mentioned thin display expected to be used for the above.
本発明のガラス基材の曲げ強度の向上方法は、シリカ前駆体を加水分解及び重縮合してなるシリカゾルを厚さ200μm以下のガラス基材に塗布及び固化させることで膜層を形成して基材の曲げ強度を向上させる方法であり、前記シリカ前駆体が4官能性シリカ前駆体及び3官能性シリカ前駆体からなり、シリカゾルをガラス基材に塗布する前にガラス基材表面を化学的にエッチングすることを特徴とする。 The method for improving the bending strength of a glass substrate according to the present invention is based on forming a film layer by applying and solidifying a silica sol obtained by hydrolysis and polycondensation of a silica precursor onto a glass substrate having a thickness of 200 μm or less. The silica precursor is composed of a tetrafunctional silica precursor and a trifunctional silica precursor, and the surface of the glass substrate is chemically treated before the silica sol is applied to the glass substrate. Etching is performed.
4官能性シリカ前駆体には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラフェノキシシラン、テトラセアセトキシシラン、テトラクロロシラン等が挙げられる。 Examples of the tetrafunctional silica precursor include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraphenoxysilane, tetraceacetoxysilane, and tetrachlorosilane.
3官能性シリカ前駆体には、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、トリフルオロメチルメトキシシラン、トリフルオロメチルエトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−(N,N−ジグリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシシプロピルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメト
キシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、メチルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、フェニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、メチルトリアセトキシシラン、フェニルトリアセトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリクロロシラン等が挙げられる。
Trifunctional silica precursors include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, octadecyltrimethoxysilane, octadecyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyl Triethoxysilane, trifluoromethylmethoxysilane, trifluoromethylethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3- (N, N-diglycidyl) aminopropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxysipropyl Limethoxysilane, heptadecafluorodecyltrimethoxysilane, tridecafluorooctyltrimethoxysilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, methyltris (2-methoxyethoxy) silane, phenyltris (2-methoxyethoxy) silane, methyltriacetoxysilane , Phenyltriacetoxysilane, vinyltriacetoxysilane, methyltrichlorosilane, phenyltrichlorosilane, vinyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, heptadecafluorodecyltrichlorosilane, tridecafluorooctyltrichlorosilane, trifluoropropyltrichlorosilane, etc. .
シリカ前駆体は、上記4官能性シリカ前駆体、及び3官能性シリカ前駆体以外に2官能性シリカ前駆体も必要に応じて導入してもよい。そして、2官能性シリカ前駆体には、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジメトキ
シシラン、オクタデシルメチルジメトキシシラン、ジメチルジアセトキシシラン、ジフェニルジアセトキシシラン、ジメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、メチルフェニルジクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン、オクタデシルメチルジクロロシラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジクロロシラン等が挙げられる。
As the silica precursor, in addition to the tetrafunctional silica precursor and the trifunctional silica precursor, a bifunctional silica precursor may be introduced as necessary. Bifunctional silica precursors include dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, methylphenyldimethoxysilane, methylvinyldimethoxysilane, methylvinyldiethoxysilane, 3-glycidoxy Propylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-chloropropylmethyldimethoxysilane, 3-chloropropylmethyldiethoxysilane, cyclohexylmethyldimethoxy Silane, heptadecafluorodecylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyldimethoxysilane, octadecylmethyldimethoxysilane, dimethyldiacetoxysila , Diphenyl diacetoxy silane, dimethyldichlorosilane, diethyl dichlorosilane, diphenyl dichlorosilane, methylphenyl dichlorosilane, methylvinyl dichlorosilane, octadecyl methyl dichlorosilane, heptadecafluorodecyl methyldichlorosilane, and the like.
用いられる混合物の例としては、テトラエトキシシランとメチルトリエトキシシランとの混合物、テトラエトキシシランとメチルトリメトキシシランとの混合物、テトラメトキシシランとメチルトリメトキシシランとの混合物、テトラエトキシシランとメチルトリエトキシシランとジメチルジエトキシシランとの混合物等が挙げられる。 Examples of mixtures used include tetraethoxysilane and methyltriethoxysilane, tetraethoxysilane and methyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane and methyltrimethoxysilane, tetraethoxysilane and methyltrimethoxysilane. Examples thereof include a mixture of ethoxysilane and dimethyldiethoxysilane.
上記したようなシリカ前駆体を溶媒に希釈し、好ましくは、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、リン酸、多価カルボン酸等の酸性触媒、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、アミノ基を有するアルコキシシラン等の塩基性触媒を含んでもよく、そして、さらに好ましくは、水を加えることでシリカゾルを得る。 The silica precursor as described above is diluted in a solvent, preferably acidic catalyst such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, phosphoric acid, polycarboxylic acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, hydroxide A basic catalyst such as ammonium, triethylamine, diethylamine, triethanolamine, diethanolamine, alkoxysilane having an amino group or the like may be contained, and more preferably, silica sol is obtained by adding water.
そして、該溶媒には、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、3−メチル−3−メトキシ−1−ブタノールなどのアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類;エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチルエーテルなどのエーテル類;メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンなどのケトン類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類;エチルアセテート、エチルセロソルブアセテート、3−メチル−3−メトキシ−1−ブタノールアセテートなどのアセテート類;トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサンなどの芳香族あるいは脂肪族炭化水素の他、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド等の有機溶媒を使用することが好ましい。 Examples of the solvent include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol and 3-methyl-3-methoxy-1-butanol; glycols such as ethylene glycol and propylene glycol; ethylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monomethyl ether Ethers such as propylene glycol monobutyl ether and diethyl ether; ketones such as methyl isobutyl ketone and diisobutyl ketone; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; ethyl acetate, ethyl cellosolve acetate, 3-methyl-3-methoxy-1 -Acetates such as butanol acetate; aromatic or aliphatic hydrocarbons such as toluene, xylene, hexane, cyclohexane, and γ-buty Lactones, it is preferred to use N- methyl-2-pyrrolidone, an organic solvent such as dimethyl sulfoxide.
溶媒の量、酸性触媒又は塩基性触媒の量、水の量は、任意に選択可能であるが、シリカ前駆体1に対して重量比で、溶媒の量は0.1倍量乃至100倍量、酸性触媒又は塩基性触媒の量は0.001倍量乃至0.1倍量、水の量は、0.1倍量乃至10倍量の範囲で用いることができる。ガラス基材にシリカゾルを塗布する手段としては、ディップコート、フローコート、スピンコート、ロールコート、スプレーコート、スクリーン印刷、フレキソ印刷等の公知手段によって行うことができる。 The amount of the solvent, the amount of the acidic catalyst or the basic catalyst, and the amount of water can be arbitrarily selected, but the amount of the solvent is 0.1 to 100 times by weight with respect to the silica precursor 1. The amount of acidic or basic catalyst is 0 . 001 times to 0.1 times the amount of water can be used in the range of 0.1 times to 10 times the amount. As means for applying the silica sol to the glass substrate, known means such as dip coating, flow coating, spin coating, roll coating, spray coating, screen printing, flexographic printing and the like can be used.
そして、シリカゾルをガラス基材に塗布後、風乾、加熱等の手段で、シリカ前駆体からの重縮合物中のシラノール基と、他の重縮合物中のシラノール基及びガラス基材表面のシラノール基とを結合させることで、塗布物を固化させることにより膜層が形成されたガラス基材が得られる。 And after applying silica sol to the glass substrate, by means of air drying, heating, etc., silanol groups in the polycondensate from the silica precursor, silanol groups in other polycondensates and silanol groups on the glass substrate surface Are combined to obtain a glass substrate on which a film layer is formed by solidifying the coating.
膜層を形成する前に行うガラス基材表面の化学的エッチングは、リン酸溶液、フッ化水素を含むリン酸溶液、フッ化水素酸溶液、アルカリ性溶液等のエッチング溶液をガラス表面に接触させることで行うことができる。該接触には、ガラス基材をエッチング溶液に浸漬する方法、エッチング液をガラス基材表面に噴霧する方法等を採用でき、エッチング過程中にエッチング溶液を改質していき、シリカゾル溶液とするような処理を行えば、より薄くされたガラス基材を得ることが可能となる。 The chemical etching of the glass substrate surface before forming the film layer is performed by bringing an etching solution such as a phosphoric acid solution, a phosphoric acid solution containing hydrogen fluoride, a hydrofluoric acid solution, or an alkaline solution into contact with the glass surface. it can be carried out in. For the contact, a method of immersing the glass substrate in an etching solution, a method of spraying an etching solution on the surface of the glass substrate, etc. can be adopted. If this process is performed, a thinner glass substrate can be obtained.
又、形成されたガラス基材の膜層側に、ガラス基材の曲げ強度の向上のために水を接触させてもよい。そして、膜層に接触させる水は、水蒸気、液体を使用できるが、液体とすることが、安価なプロセスとすることができ好ましい。又、該水は、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、リン酸、多価カルボン酸等の酸性物、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、トリエチルアミン、ジエチルアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、アミノ基を有するアルコキシシラン等の塩基性物を含んでもよい。 Moreover, you may make water contact the film | membrane layer side of the formed glass base material in order to improve the bending strength of a glass base material. As the water to be brought into contact with the membrane layer, water vapor or liquid can be used. However, it is preferable to use liquid because it can be an inexpensive process. In addition, the water is an acid such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, phosphoric acid, polycarboxylic acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, triethylamine, diethylamine, triethanolamine, Basic substances such as diethanolamine and alkoxysilane having an amino group may be included.
本発明のガラス基材の製法で使用されるガラス基材は、厚み200μm以下のもので、中でもガラス基材の厚さは薄型ディスプレー用基材として必要とされている10μm以上のもので、好ましくは10μm乃至150μm、より好ましくは、50μm乃至100μmの厚さのものが好ましい。ガラス基材の材質としては、ソーダ石灰ガラス、硼珪酸塩ガラス、アルミノ珪酸ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、低アルカリガラス、無アルカリガラス等を使用することができる。 The glass substrate used in the method for producing a glass substrate of the present invention has a thickness of 200 μm or less, and in particular, the thickness of the glass substrate is preferably 10 μm or more, which is required as a thin display substrate. Is preferably 10 μm to 150 μm, more preferably 50 μm to 100 μm thick. As a material for the glass substrate, soda lime glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, low alkali glass, non-alkali glass, or the like can be used.
1.シリカ前駆体の選定
シリカ前駆体として、4官能性シリカ前駆体であるテトラエトキシシラン(以下、TEOSとする)と3官能性シリカ前駆体であるメチルトリエトキシシラン(以下、MTESとする)とを準備した。
1. Selection of Silica Precursor As a silica precursor, tetraethoxysilane (hereinafter referred to as TEOS) which is a tetrafunctional silica precursor and methyltriethoxysilane (hereinafter referred to as MTES) which is a trifunctional silica precursor. Got ready.
シリカ前駆体に対して、4倍量のエタノール溶媒を、約20℃の室温で、10分間混合し、混合物を得た。この際のTEOSとMTESは混合比については、モル比で、100:0、70:30、50:50、30:70、そして、0:100の5種とした。該混合物に0.1重量%の塩酸を含有する水をシリカ前駆体導入量に対し、4倍量添加、約20℃の室温で、2時間混合しシリカ前駆体を加水分解及び重縮合してなるシリカゾルを得た。 Four times the amount of ethanol solvent was mixed with the silica precursor at room temperature of about 20 ° C. for 10 minutes to obtain a mixture. At this time, TEOS and MTES were mixed at five molar ratios of 100: 0, 70:30, 50:50, 30:70, and 0: 100. Water containing 0.1% by weight of hydrochloric acid was added to the mixture in an amount 4 times the amount of silica precursor introduced and mixed at room temperature of about 20 ° C. for 2 hours to hydrolyze and polycondense the silica precursor. A silica sol was obtained.
該シリカゾルを引き上げ速度3.03mm/秒のディップコート法で50mm×50mm×0.1mm厚の無アルカリガラス(D263、ショット社製)に塗布し、約20℃の室温で1時間乾燥し、100℃で1時間加熱した、試料を各シリカ前駆体に対して10個得た。 The silica sol was applied to an alkali-free glass (D263, manufactured by Schott) having a thickness of 50 mm × 50 mm × 0.1 mm by a dip coating method with a lifting speed of 3.03 mm / second, and dried at room temperature of about 20 ° C. for 1 hour. Ten samples were obtained for each silica precursor, heated at 0 ° C. for 1 hour.
本実施例で得られた試料を、円筒曲げ治具を取り付けた引張圧縮試験機[株式会社オリエンテック;STA−1225]で曲げ強度を評価した。まず、円筒内径10mmの圧子と、円筒外径30mmの支持台をそれぞれ試験機に取り付け、圧子と支持台の中心位置を軸合わせ治具により調整した。測定では、試料を支持台の上にのせ、荷重速度0.5mm/minにて試料に荷重を加えたときのガラスが破壊したときの荷重(破壊荷重)を測定した。試料の作製条件毎に10個測定用試料を用意し、得られた破壊荷重の平均値を試料の曲げ強度とし、あわせて標準偏差を求めた。 The bending strength of the sample obtained in this example was evaluated with a tensile and compression tester [Orientec Co., Ltd .; STA-1225] equipped with a cylindrical bending jig. First, an indenter having a cylindrical inner diameter of 10 mm and a support base having a cylindrical outer diameter of 30 mm were respectively attached to the testing machine, and the center positions of the indenter and the support base were adjusted by an axis alignment jig. In the measurement, the load (breaking load) when the glass was broken when the sample was placed on the support and the load was applied to the sample at a load speed of 0.5 mm / min was measured. Ten samples for measurement were prepared for each sample preparation condition, and the average value of the obtained breaking loads was taken as the bending strength of the sample, and the standard deviation was also obtained.
結果を図1に示す。破壊荷重の値は、「○」でプロットされ、平均値は図内で「←」、標準偏差は、「n」で示される。又、図1でのX軸は、TEOS とMTESとのモル比、Y軸は、曲げ強度(Fracture strength)を示している。この結果よりTEOSとMTESとのモル比は、50:50とすることが最適であることがわかったので、ガラス基材の化学的エッチング後に形成させる膜層は、前記組成比を有すシリカ前駆体より得られるものとした。 The results are shown in FIG. The value of the breaking load is plotted by “◯”, the average value is indicated by “←” in the figure, and the standard deviation is indicated by “n”. In FIG. 1, the X axis represents the molar ratio between TEOS and MTES, and the Y axis represents the bending strength. From this result, it was found that the optimal molar ratio of TEOS to MTES was 50:50, so that the film layer formed after chemical etching of the glass substrate was a silica precursor having the above composition ratio. It was obtained from the body.
2.化学的エッチングがなされたガラス基材に膜層が形成された場合の曲げ強度の評価
前記と同一のガラス基材を5N又は2NのNaOH水溶液若しくは5NのKOH 水溶液、1重量%又は0.1重量%のフッ化水素酸水溶液に所定時間浸漬させることでガラス基材表面の化学的エッチングを行った。図2に0.1重量%のフッ化水素酸水溶液にガラス基材に浸漬させたときの浸漬時間と質量減少量との関係を示す。60分の浸漬によりガラス基材の厚みは、0.6μm減少した。
2. Evaluation of bending strength when a film layer is formed on a chemically etched glass substrate 5N or 2N NaOH aqueous solution or 5N KOH aqueous solution, 1% by weight or 0.1% by weight The glass substrate surface was chemically etched by immersing it in a 30% aqueous hydrofluoric acid solution for a predetermined time. FIG. 2 shows the relationship between the immersion time and the amount of mass reduction when the glass substrate is immersed in a 0.1 wt% hydrofluoric acid aqueous solution. The thickness of the glass substrate decreased by 0.6 μm after 60 minutes of immersion.
図3に1重量%のフッ化水素酸水溶液に1秒間浸漬させたガラス基材表面の原子間力顕微鏡の観測で得られた図面代用写真、図4に0.1重量%のフッ化水素酸水溶液に10分間浸漬させたガラス基材表面の原子間力顕微鏡の観測で得られた図面代用写真を示す。この結果より、低い濃度のフッ化水素で長い時間エッチング処理した方がなめらかなガラス表面が得られることがわかる。 FIG. 3 is a drawing-substituting photograph obtained by observation with an atomic force microscope on the surface of a glass substrate immersed in a 1 wt% hydrofluoric acid aqueous solution for 1 second, and FIG. 4 is 0.1 wt% hydrofluoric acid. The drawing substitute photograph obtained by observation with the atomic force microscope of the glass base-material surface immersed in aqueous solution for 10 minutes is shown. From this result, it can be seen that a smooth glass surface can be obtained by etching for a long time with a low concentration of hydrogen fluoride.
化学的エッチングがなされたガラス基材にTEOSとMTESのモル比が1:1でなる膜層を形成し、前記と同様の曲げ強度の評価を行った。図5にNaOH水溶液又はKOH水溶液にガラス基材を30分間浸漬させることで化学的エッチングを行った後に膜層が形成されたガラス基材の曲げ強度を示す。 A film layer having a molar ratio of TEOS to MTES of 1: 1 was formed on a glass substrate subjected to chemical etching, and the bending strength was evaluated in the same manner as described above. FIG. 5 shows the bending strength of a glass substrate on which a film layer is formed after chemical etching is performed by immersing the glass substrate in an aqueous NaOH solution or an aqueous KOH solution for 30 minutes.
破壊荷重の値は、「○」でプロットされ、平均値は図内で「←」、標準偏差は、「n」で示される。又、図5でのX軸は、試料を作製したときの条件を表し、括弧内は、エッチング溶液の種類、「coating」は膜層が形成されたガラス基材を示している。そして、Y軸は、曲げ強度(Fracture strength)を示している。化学的エッチングがなされたガラス基材に膜層を形成すると、ガラス基材又は化学的エッチングがなされただけのガラス基材若しくは膜層が形成されただけのガラス基材と比較して顕著にガラス基材の曲げ強度が向上した。 The value of the breaking load is plotted by “◯”, the average value is indicated by “←” in the figure, and the standard deviation is indicated by “n”. The X axis in FIG. 5 represents the conditions when the sample was prepared, the parentheses indicate the type of the etching solution, and “coating” indicates the glass substrate on which the film layer is formed. And the Y-axis has shown bending strength (Fracture strength). When a film layer is formed on a glass substrate that has been chemically etched, it is significantly more glass than a glass substrate or a glass substrate that has only been chemically etched or a glass substrate that has only been subjected to a chemical layer. The bending strength of the substrate was improved.
次ぎに化学的エッチングをフッ化水素水溶液で行った場合のガラス基材の曲げ強度の変化について説明する。図6にフッ化水素水溶液にガラス基材を浸漬させることで化学的エッチングを行った後に膜層が形成されたガラス基材の曲げ強度を示す。 Next, changes in the bending strength of the glass substrate when chemical etching is performed with an aqueous hydrogen fluoride solution will be described. FIG. 6 shows the bending strength of a glass substrate on which a film layer has been formed after chemical etching is performed by immersing the glass substrate in an aqueous hydrogen fluoride solution.
破壊荷重の値は、「○」でプロットされ、平均値は図内で「←」、標準偏差は、「n」で示される。又、図6でのX軸は、試料を作製したときの条件を表し、括弧内はフッ化水素の濃度とガラス基材の浸漬時間、「coating」は膜層が形成されたガラス基材を示している。そして、Y軸は、曲げ強度(Fracture strength)を示している。化学的エッチングがなされたガラス基材に膜層を形成すると、ガラス基材又は化学的エッチングがなされたガラス基材若しくは膜層が形成されただけのガラス基材と比較してガラス基材の曲げ強度は向上し、フッ化水素酸溶液のフッ化水素濃度を適切化することによりガラス基材の曲げ強度は顕著に向上した。これは、図4に示すようにガラス基材の化学的エッチング時のなめらかなガラス表面の形成が奏功したものと推察される。 The value of the breaking load is plotted by “◯”, the average value is indicated by “←” in the figure, and the standard deviation is indicated by “n”. The X axis in FIG. 6 represents the conditions when the sample was prepared. The parentheses indicate the concentration of hydrogen fluoride and the immersion time of the glass substrate, and “coating” indicates the glass substrate on which the film layer is formed. Show. And the Y-axis has shown bending strength (Fracture strength). When a film layer is formed on a chemically etched glass substrate, the glass substrate is bent compared to a glass substrate or a chemically etched glass substrate or a glass substrate with only a film layer formed. The strength was improved, and the bending strength of the glass substrate was significantly improved by optimizing the hydrogen fluoride concentration of the hydrofluoric acid solution. This is presumed that the smooth glass surface formation at the time of chemical etching of the glass substrate was successful as shown in FIG.
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