JP2018067709A - 電子デバイス構造およびその中で使用される超薄型ガラスシート - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスの機能性を改善し、デバイス全体の厚さを減少させ、かつデバイスの信頼性を改善する、電子デバイス構造およびその中で使用される超薄型ガラスシートを提供する。【解決手段】電子デバイス構造１は、機能性デバイス１５と、機能性デバイスの上にある超薄型ガラス１２とを含む。超薄型ガラスは、０．４ｍｍ以下の厚さを有し、かつ強化層も有し、その厚さは、超薄型ガラスの厚さの５０％を超えない。超薄型ガラスは、２０μｍ以下の全体の厚さのばらつきを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子デバイス構造、特に、超薄型ガラスシートを使用した電子デバイス構造およびその中で使用される超薄型ガラスシートに関する。

背景技術
近年、科学技術の発展に伴い、ますます薄いガラスが製造されている。厚さ０．４ｍｍ未満の超薄型ガラスは、フィルムおよびセンサー、特に指紋認証デバイス、ディスプレイデバイス、タッチデバイスまたはカメラデバイスなどといった様々な電子製品において使用されている。現在、新しい機能や新しい製品用途へのニーズが高まり続けており、柔軟性などの新しい特性を備えた、より薄くて軽いガラスが求められている。

一般に、薄型ガラスは、より厚いガラス、例えばホウケイ酸ガラスを研削することによって製造することができる。しかしながら、厚さ０．５ｍｍ未満のガラスシートは、より厚いガラスシートを研削および研磨することによって製造することはできないか、可能であっても、極端に過酷な環境下でしか製造することができない。今日では、厚さ０．４ｍｍ未満の市販のガラスの一部は、概ね、化学的薄型化法(chemical thinning method)により製造されている。要するに、このような薄型ガラスは、より厚いガラス、例えば厚さ０．５５ｍｍのガラスを、ＨＦまたはその混酸などの酸を使用する化学的腐食法により薄型化することによって得られる。化学的薄型化の後、ガラスの厚さの均質性を制御することは難しい。換言すれば、ガラスの全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）は、２０μｍよりも大きく、一般に３０μｍから５０μｍの範囲にある。このような厚さのばらつきは、例えば指紋認証製品にとっては大きすぎる。一般に、指紋状組織の山と谷の差は約５０μｍである。ガラスのＴＴＶが２０μｍよりも大きく、さらには３０〜５０μｍにまでいたる場合、それはチップによる指紋認証に深刻な影響を与え、ひいてはチップの感度を明らかに低下させる。

ガラスが、例えば０．１ｍｍほどの小さい厚さを有する場合、ガラスのＴＴＶは、より重要である。薄型化されたガラスの場合、ガラスは、７０μｍ、一般に１３０μｍの最小厚さを有することができる。２枚のガラスが一緒に接着されるいくつかのプロセスにおいては、同じ製品のＴＴＶは、化学的に薄型化されたガラスが使用される場合、６０μｍ〜１００μｍまでになり得るが、これは許容範囲を超えている。

加えて、化学的薄型化によって、ガラス表面の化学的均質性はかなり劣ることになり、ひいてはコーティングなどの何らかのプロセス後のフィルム層の不均質性および不安定性に影響を与える。

本発明の概要
上記の技術的課題を解決するために、本発明は、電子デバイス構造およびその中で使用される超薄型ガラスを提供し、ここで、超薄型ガラスのＴＴＶは±１０μｍの範囲内にあり、すなわちＴＴＶは２０μｍ以下である。これは、切断、穿孔、コーティング、スクリーン印刷、積層、接着などの後続の見込まれるプロセスにおいて、品質を保証し、かつ電子デバイス構造、特に指紋認証デバイスの感度を改善することができる。

上記の課題は、以下の技術的解決策により達成される。

機能性デバイスと、
機能性デバイスの上にある、０．４ｍｍの厚さを有し、かつ強化層を含む超薄型ガラスと
を含み、ここで、強化層が、超薄型ガラスの厚さの５０％以下の深さを有し、かつ超薄型ガラスが、５００ｍｍ×４００ｍｍの寸法で測定して２０μｍ以下のＴＴＶを有する、電子デバイス構造。

本発明において使用される超薄型ガラスは、化学強化前に、好ましくは４００μｍ以下、より好ましくは３５０μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１７５μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２５μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下の厚さを有する。しかしながら、ガラスの厚さは、非常に破損し易くなる可能性があることから、極端に小さくないほうがよい。さらに、極端に小さい厚さを有するガラスは、加工性に限界が生まれる可能性があり、かつ取り扱いが困難になる可能性がある。好ましくは、化学強化前のガラスの厚さは、１μｍよりも大きく、より好ましくは２μｍよりも大きい。

好ましくは、電子デバイス構造は、機能性デバイスの上に埋込み層をさらに含む。

好ましくは、埋込み層は、接着材構造によって、機能性デバイスおよび／または機能性デバイスを取り囲む支持構造に結合されている。

好ましくは、接着材構造は、フレーム形状または点形状を有し、そうすることで誘電材料を収容するための空間が、機能性デバイスと埋込み層との間に形成されている。

好ましくは、機能性デバイスは、接着材構造によって、直接的な表面結合により埋込み層に結合されている。

好ましくは、強化層の深さは、超薄型ガラスの厚さの３０％以下である。

好ましくは、超薄型ガラスはまた、抗菌性のイオン交換表面層を含むことができる。抗菌性のイオン交換表面層は、超薄型ガラスの厚さの１／５未満の深さを有する。

好ましくは、電子デバイス構造は、機能性フィルムまたは保護フィルムを超薄型ガラスの外面にさらに含む。好ましくは、保護フィルムはポリマーである。

好ましくは、機能性フィルムは、反射防止（ＡＲ）フィルム、超硬質フィルム、アンチグレアフィルム（ＡＧ）、抗菌膜（ＡＭ）または指紋付着防止フィルム（ＡＦ）を含む。

好ましくは、超薄型ガラスは、１ｎｍ未満、より好ましくは０．５ｎｍ未満の表面粗さＲａを有する。

好ましくは、超薄型ガラスは、５００ｍｍ×４００ｍｍの寸法で測定して１５μｍ以下のＴＴＶを有する。

好ましくは、機能性デバイスは、指紋チップセンサー、カメラモジュール、ディスプレイスクリーン、特にフレキシブルディスプレイスクリーン、またはタッチスクリーン、特にフレキシブルタッチスクリーンを含む。

別の実施形態においては、本発明はまた、上述の電子デバイス構造を含む、指紋認証デバイス、ディスプレイデバイスまたはタッチスクリーンデバイスに関する。

更なる実施形態においては、本発明はまた、指紋認証デバイス、カメラ、カメラレンズの撮像デバイス、カメラ、ディスプレイ、携帯電話、パッド、コンピュータまたはテレビのディスプレイデバイスにおいて使用するための、０．４ｍｍ以下の厚さを有し、かつ強化層を有する超薄型ガラスシートに関する。強化層は、超薄型ガラスシートの厚さの５０％以下の深さを有し、かつ超薄型ガラスシートは、５００ｍｍ×４００ｍｍの寸法で測定して２０μｍ以下のＴＴＶを有する。

好ましくは、超薄型ガラスシートは、５００ｍｍ×４００ｍｍの寸法で測定して１５μｍ以下のＴＴＶを有する。

好ましくは、超薄型ガラスシートは、１ｎｍ未満、より好ましくは０．５ｎｍ未満の表面粗さＲａを有する。

好ましくは、超薄型ガラスシートの表面粗さＲａは、任意の粗さ低減プロセスなしにガラス製造プロセスにおいて直接得られる。

超薄型ガラスシートの表面粗さは、斑点状の形状のランダムに分布した山と谷およびランダム配向に基づく。

好ましくは、強化層の深さは、超薄型ガラスの厚さの３０％以下である。

強化が単一工程で実施される場合、イオン交換層の相当低い深さ（ＤｏＬ）、例えば、超薄型ガラスの全体の厚さｔの４０％以下、好ましくは３０％以下、同じく好ましくは１０％以下の深さを有することが有利であり得る。しかしながら、強化が複数の強化工程で実施される場合、ＤｏＬの値はより高くなり得る。

本発明によれば、イオン交換層における表面圧縮応力（ＣＳ）は、０ＭＰａよりも高く、より好ましくは５０ＭＰａよりも高く、より好ましくは１００ＭＰａよりも高く、より好ましくは２００ＭＰａよりも高く、より好ましくは３００ＭＰａよりも高く、より好ましくは４００ＭＰａよりも高く、より好ましくは５００ＭＰａよりも高く、より好ましくは６００ＭＰａよりも高い。本発明の有利な実施形態によれば、ＣＳは、７００ＭＰａまたは好ましくは７００ＭＰａを上回り、より好ましくは８００ＭＰａを上回り、より好ましくは９００ＭＰａを上回り、さらに好ましくは１０００ＭＰａを上回ってよい。しかしながら、ＣＳは、あまり高くないほうがよく、さもなければガラスが自己破壊し易くなるからである。好ましくは、ＣＳは、２０００ＭＰａ以下、好ましくは１８００ＭＰａ以下、有利には１６００ＭＰａ以下、より好ましくは１４００ＭＰａ以下、より好ましくは１２００ＭＰａ以下である。

好ましくは、超薄型ガラスシートは、該超薄型ガラスシートの厚さの１／５未満の深さを有する抗菌性のイオン交換表面層をさらに含む。

上述の技術的解決策により、本発明は、電子デバイス構造において、超薄型ガラスが製造プロセス上の性能要件を満たすように十分な硬度を有しているだけでなく、電子デバイスの感度ならびに軽量特性および薄型特性を改善するように２０μｍ以下のＴＴＶも有している超薄型ガラスを使用する。ディスプレイ製品において、市場はますます薄い製品を要求しており、したがって、各構成要素、特に各構成要素の厚さの均質性、すなわちＴＴＶには、ますます厳格な要件が課される。一方で、低いＴＴＶを有するこの薄型ガラスは、製品自体の性能要件を満たすことができ、例えば、物自体が曲げられたり捻られたりしたときに、薄型ガラス表面の低いＴＴＶに基づき、光学歪みなどの撮像品質に影響を与えない。他方で、この薄型ガラスは、他の構成要素の厚さのばらつきに対してより柔軟な範囲を提供し、これにより加工およびコスト管理が容易となる。

本発明または先行技術の技術的解決策をより具体的に説明するために、実施形態および先行技術の説明において使用される図面を以下で簡単に述べる。

本発明の第一の実施形態による電子デバイス構造の例示的な側面図である。 第一の実施形態の変形例の例示的な側面図である。 本発明の第二の実施形態による電子デバイス構造の例示的な側面図である。 本発明の第三の実施形態による電子デバイス構造の例示的な側面図である。 本発明による超薄型ガラスの構造を示す例示的な図である。 本発明による超薄型ガラスのエッジ形状を示す例示的な図である。 本発明の第三の実施形態による接着材の構造を示す例示的な図である。 本発明の第三の実施形態による接着材の構造を示す別の例示的な図である。 本発明によるガラスサンプルの表面粗さを示す例示的な図である。 薄型化されたガラスの表面粗さを示す例示的な図である。 本発明によるガラスと薄型化されたガラスとの厚さのばらつきの比較図を示す。

図面における数字および記号は、対応する構成要素を示す。

数字のリスト
１ 電子デバイス構造
１１ 機能性層
１２ 超薄型ガラス
１２１，１２２ 強化層
１２３ 抗菌性のイオン交換層
１３ 埋込み層
１４ 接着材構造
１５ 機能性デバイス
１６ 支持構造
１７ 中間の材料空間
ｔ 超薄型ガラスの厚さ
ｄ１，ｄ２ 強化層の厚さ
ｄ３ 抗菌性のイオン交換層の深さ

好ましい実施形態
本発明において使用される用語および略語は、以下のように理解されるべきである。

「ガラス」という用語は、ガラス、セラミックおよび／またはガラスセラミックを含む最も広い意味において使用される。本明細書において使用される「超薄型ガラス」は、特に明記しない限り、厚さ０．４ｍｍ以下のガラスおよびガラスシートまたはガラス物品を指す。薄型および超薄型成形のために最適化された例示的なガラス組成および超薄型ガラスを必要とする用途は、本明細書またはＳＣＨＯＴＴ（登録商標）による国際出願ＰＣＴ／ＣＮ２０１３／０７２６９５号明細書(PCT/CN2013/072695)において記載されるが、これらだけに限られない。

未加工の原料ガラス：ガラス製造プロセスから直接得られたガラスであって、研磨またはエッチングなどの任意の薄型化プロセスにより処理されていないガラス。しかしながら、このガラスには、強化、アニーリングなどのような表面品質に影響を与えない何らかの処理が施されていてもよい。

全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）：基材または結合された物品の厚さの最大のばらつき。全体の厚さのばらつきは、一般に、（ウェハエッジに接近しすぎていない）クロスパターンにおいて約２０〜２００個の点でガラス物品またはシートを測定し、かつ厚さの最大測定差、すなわちＴＴＶ＝Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎを計算することによって決定される。

圧縮応力（ＣＳ）：例えば、ガラスのいかなる変形も生じさせないイオン交換（化学強化）または熱急冷（熱強化）による、ガラスネットワークの表面層における圧縮効果に起因する圧縮応力。ＣＳは、光学原理に基づく市販の応力測定装置ＦＳＭ６０００によって測定することができる。

イオン交換層の深さ（ＤｏＬ）：表面圧縮応力ＣＳを示すイオン交換表面層の厚さ。ＤｏＬは、光学原理に基づく市販の応力測定装置ＦＳＭ６０００によって測定することができる。

平均粗さ（Ｒａ）：粗さは、表面の小規模の極めて小さな山と谷の凹凸を意味し、かつ平均粗さＲａは、サンプリング長さの範囲内での材料表面プロファイルの偏差の絶対値からの算術平均値である。Ｒａは、原子間力顕微鏡によって測定することができる。

本発明による技術的解決策は、本発明の図面と一緒に、以下で明らかにかつ余すところなく説明される。

実施形態１
図１に示すように、本発明による電子デバイス構造１は、機能性デバイス１５を含む。本実施形態においては、機能性デバイス１５は、指紋チップセンサーである。埋込み層１３は、機能性デバイス１５の上に位置している。埋込み層１３は、例えば、有機もしくは無機インキがスクリーン印刷された層または有機プラスチックフィルム層を含む。埋込み層１３は、接着材構造１４により機能性デバイス１５と結合されている。本実施形態においては、接着材構造１４は、接着材層であり、これは異なる種類の接着剤、プラスチックシール材などを含む。接着材層は、機能性デバイス１５の上面および埋込み層１３の下面に全面で適用されていてもよく、それらを一緒に結合する。つまり、機能性デバイス１１と埋込み層１３とは一緒に、接着材層によって直接表面結合されている。

本発明による電子デバイス構造１はまた、埋込み層１３の上に位置する超薄型ガラス１２を含む。超薄型ガラス１２は、０．１７５ｍｍの厚さｔを有し、強化層は２５±４μｍの厚さを有し、かつ全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）は１５μｍ以下である。超薄型ガラスは、指紋チップモジュールの寸法と同じ寸法を有し、それは１０．６ｍｍ×１０．６ｍｍである。超薄型ガラス１２の四隅は、４ｍｍの半径Ｒにより丸みを帯びている。あるいは超薄型ガラス１２は、直角２０１を有するエッジ、丸みを帯びたエッジ２０２、面取りされたエッジ２０３または半円２０４を有するエッジなどの異なる形状のエッジを有する。超薄型ガラス１２は、２０５で示すように、隅部で弧状に上面から下面に薄型化されることにより形成されていてもよい。異なるエッジ形状を図６において読み取ることができる。上記の丸みを帯びた形状を生じるエッジ処理によって、ガラスの曲げ性能を改善することができる。超薄型ガラス１２の内部の特定の構造を、以下で詳細に説明する。

本発明による電子デバイス構造は、超薄型ガラス１２の上に、ガラス表面の一部または全部を覆う保護フィルム１０をさらに含むことができる。

追加的にまたは代替的に、本発明による電子デバイス構造は、超薄型ガラス１２の上に位置する機能性フィルム１１も含むことができ、これは、例えば、特定の用途に応じて反射防止フィルム、超硬質フィルムまたは指紋付着防止フィルムであってよい。機能性フィルムまたは保護フィルムを一番上に含まない変形例も可能である（図２）。

本実施形態の変形例においては、機能性デバイス１５は、スマートフォンである。この場合、超薄型ガラス１２は、保護カバーとして機能する。超薄型ガラス１２は、０．１ｍｍの厚さｔを有し、かつ強化層は１５±３μｍの厚さを有する。さらに、ガラスには、Ａｇイオン交換の抗菌処理も施されている。抗菌層の厚さは６μｍであり、かつ全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）は１５μｍ以下である。超薄型ガラスは、携帯電話の寸法よりもわずかに３ｍｍ小さい寸法を有する。具体的には、携帯電話は、１３８．１ｍｍ×６７ｍｍの寸法を有し、かつガラスは、１３５．１ｍｍ×６４ｍｍの寸法を有し、その四隅は、５ｍｍの半径Ｒにより面取りされている。

本実施形態の別の変形例においては、機能性デバイス１５は、ディスプレイスクリーン、特にフレキシブルディスプレイスクリーンである。この場合、超薄型ガラス１２は、０．０７ｍｍの厚さｔを有し、強化層は１５±３μｍの厚さを有し、かつ全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）は１０μｍ以下である。超薄型ガラスは、ディスプレイスクリーンの寸法と同じ寸法を有する。

本実施形態の更なる変形例においては、機能性デバイス１５は、３Ｄフレキシブルディスプレイスクリーンである（図２に示す曲げ状態を参照されたい）。この場合、超薄型ガラス１２は、０．３ｍｍの厚さｔを有し、強化層は３０±３μｍの厚さを有し、かつ全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）は１０μｍ以上である。超薄型ガラスは、ディスプレイスクリーンの寸法と同じ寸法を有する。

本実施形態の更なる変形例においては、機能性デバイス１５は、タッチスクリーン１５である。任意に、タッチスクリーン１５は、フレキシブルタッチスクリーンである。この場合、超薄型ガラス１２は、０．０７ｍｍの厚さｔを有し、強化層は１５±３μｍの厚さを有し、全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）は１０μｍ以下である。超薄型ガラスは、ディスプレイスクリーンの寸法と同じ寸法を有する。

実施形態２
図３に示すように、本発明による電子デバイス構造１は、機能性デバイス、例えばフレキシブルディスプレイスクリーン１５を含む。埋込み層１３は、機能性デバイス１５の上に位置している。埋込み層１３は、例えば、有機もしくは無機インキがスクリーン印刷された層または有機プラスチックフィルム層を含む。埋込み層１３は、接着材構造１４により機能性デバイス１５と結合されている。本実施形態においては、接着材構造１４は、接着材層であり、これは異なる種類の接着剤、プラスチックシール材などを含む。接着材層は、フレキシブルディスプレイスクリーン１５の上面および埋込み層１３の下面に全面で適用されていてもよく、それらを一緒に結合する。つまり、フレキシブルディスプレイスクリーン１５と埋込み層１３とは一緒に、接着材層によって直接表面結合されている。

本発明による電子デバイス構造１はまた、埋込み層１３の上に位置する超薄型ガラス１２を含む。超薄型ガラス１２は、０．０７ｍｍの厚さｔを有し、強化層は７±２μｍの厚さを有し、かつ全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）は１０μｍ以下である。超薄型ガラスは、ディスプレイスクリーンの寸法と同じ寸法を有する。１００μｍの厚さを有する保護フィルム１０が、超薄型ガラス１２の上に位置している。

実施形態３
図４に示すように、本実施形態においては、機能性デバイス１５は、カメラモジュールである。接着材構造１４は、機能性デバイス１５を取り囲む支持構造１６に結合されるが、機能性デバイス１５自体には結合されない。好ましくは、接着材構造１４は、フレーム形状を有し（図７を参照されたい）、そうすることで媒体材料を収容するための空間が、機能性デバイス１５と埋込み層１３との間に、様々な透明材料、例えば空気、光学透明接着剤（ＯＣＡ）、光学透明樹脂（ＯＣＲ）などを収容するように形成されている。

あるいは接着材構造１４は、エッジ部で複数の斑点の形状をとっていてもよい。図８に示すように、接着材構造は、機能性デバイス１５と埋込み層１３とを一緒に結合するように四隅の４つの斑点であってもよい。同様に、この場合、接着材構造１４はまた、機能性デバイス１５と埋込み層１３との間に媒体材料を収容するための空間を、様々な透明材料、例えば空気、光学透明接着剤（ＯＣＡ）、光学透明樹脂（ＯＣＲ）などを収容するように形成する。

この構造においては、超薄型ガラス１２は、０．３ｍｍの厚さｔを有し、強化層は３０±４μｍの厚さを有し、かつ全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）は２０μｍ以下である。超薄型ガラスは、カメラモジュールよりも１０ｍｍ大きい寸法を有し、すなわち１１ｍｍ×１１ｍｍであり、それらの四隅は、４ｍｍの半径Ｒにより面取りされている。

ガラス表面には、反射防止（ＡＲ）フィルム１１が存在し、これはスパッタリングプロセスによって５００ｎｍのフィルム厚さで適用されている。このフィルムは、構造全体の透過率を３％以上改善する。

本実施形態においては、残りの構造は、第一の実施形態のものと同じであることから、その説明は省略する。

上記の特定の実施形態およびその中で言及した特定のパラメータに限定されることなく、図５を参照して、上記３つの実施形態およびそれらの変形例に適用することができる、本発明による超薄型ガラス１２の一般的な内部構造を説明する。

超薄型ガラス１２は、化学イオン交換プロセスにより上面および下面に形成された強化層１２１，１２２を有しており、特に、強化が単一工程で実施される場合、超薄型ガラス１２の全体の厚さｔの５０％以下、好ましくは４０％以下、より好ましくは３０％以下、さらにより好ましくは１０％以下の深さ（すなわちイオン交換層の深さＤｏＬ）ｄ１，ｄ２を有する。しかしながら、強化が複数の強化工程で実施される場合、ＤｏＬはより高くてもよい。

強化層１２１，１２２は、曲げ特性、圧縮抵抗または耐引掻性などの超薄型ガラス１２の機械的特性を改善することができる。大きいガラスシートにイオン交換プロセスを施し、次いで切断するプロセスが採用される場合、超薄型ガラス１２の上面および下面に、個々の強化層１２１，１２２が、超薄型ガラスの全体の厚さｔの３０％以下、好ましくは１０％以下の厚さｄ１，ｄ２により形成される。電子デバイス構造１の感度を達成するために、本発明による超薄型ガラスは、５００ｍｍ×４００ｍｍの寸法から選択された５０個の点でレーザー三角測量法、マイクロメーターまたは干渉計により測定して、２０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下の全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）を有する。より好ましくは、１ｍ×１ｍのより大きいガラスシートについて測定した全体の厚さのばらつき（ＴＴＶ）もまた２０μｍ以下である。さらに、公称厚さに関して、本発明による超薄型ガラス１２は、１０μｍ未満の厚さのばらつきを有し、これは、図９ａ、図９ｂおよび図１０（以下を参照されたい）に示すように、化学的薄型化プロセスにより薄型化されたガラスの厚さのばらつき（２０μｍよりも大きい）よりもはるかに小さい。これによって指紋認証チップセンサーなどの機能性エレメント１５の感度が改善され、それに指紋の認証が改善される。

あるいはさらに、超薄型ガラス１２の一方の表面側には、抗菌性のイオン交換表面層１２３が適用され、これは、超薄型ガラスの厚さの１／５未満の厚さ（すなわちイオン交換の深さＤｏＬ）ｄ３を有する。

一般に、本発明による超薄型ガラス１２は、超薄型ガラスシートから当業者に知られている従来の切断プロセスにより製造される。超薄型ガラスシートの製造プロセスには、ダウンドローまたはオーバーフローフュージョンプロセスが含まれる。ダウンドローおよびオーバーフローフュージョンプロセスは、好ましくはバッチ生産にとって有利であり、これは０．４ｍｍまで、好ましくは０．３ｍｍまでの厚さを有する高表面品質の超薄型ガラスの製造にとって経済的である。本発明によれば、ダイレクトフュージョンプロセスと、その後のダウンドローまたはオーバーフローフュージョンプロセスにおける冷却が行われる製造プロセスでは、１ｎｍ未満、好ましくは０．５ｎｍ未満、より好ましくは０．３ｎｍ〜０．４ｎｍの粗さＲａを有する未加工表面または火炎研磨された表面を有することができ、その表面の化学組成の均質性は、ナノメートル範囲にある。すなわち、本発明による超薄型ガラスシートの表面粗さは、任意の粗さ低減プロセスなしにガラス製造プロセスにおいて直接得られる表面粗さである。さらに、超薄型ガラスシートの表面粗さは、斑点状の形状のランダムに分布した山と谷およびランダム配向に基づく。斑点状の形状は、山と谷の形状と理解されるべきであり、これらは、一般に等方性であり、ここで、表面寸法は、それぞれの山または谷の他の寸法よりも顕著には大きくなく、特に、それぞれの山または谷の最小寸法よりも約５倍大きい寸法はない。

図９ａおよび図９ｂは、比較のために、本発明（図９ａ）おいて使用される超薄型ガラスおよび従来どおりに薄型化されたアルミナ−ケイ酸ガラス（図９ｂ）の表面粗さの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像を示す。図９ａから読み取ることができるように、表面粗さを構成する山と谷は、均質に分布しており、一般に、比較的小さい寸法を有する実質的に斑点状の形状を有する。特に、山と谷の寸法は、マイクロメートル範囲（可視領域は２μｍ×２μｍ）にある描写領域の典型的な長さスケールよりも著しく小さい。さらに、図９ａに示す領域における山（白）と谷（黒）と高低差の絶対値は０．６ｎｍ以下である。このように、本発明において使用される超薄型ガラスは、マイクロメートルの長さスケールにおける本質的に均質かつ等方的に構造化された表面を非常に低い表面粗さで有することが直ちに明らかになる。

図９ｂは、対照的に、図９ａの画像と同じ面積を有する従来の薄型化されたアルミナ−ケイ酸ガラスの表面を示す。表面は、はるかに高い粗さを有し、かつ山（白）と谷（黒）の高低差の絶対値が３．１ｎｍと高いことが直ちに明らかになる。さらに、表面構造は、可視領域（２μｍ×２μｍ）よりも大きい長さスケールを有する。さらに、表面構造は、斑点状の形状ではなく高度に異方性であり、これらの構造は、実質的に平行な多数の隆起部と溝部とから構成され、ランダム配向でいくつかの個々の重なり合った深い溝部を有する。これらの表面特徴は、従来のガラスの表面加工から直接得られた結果である。要約すると、図９ｂに示す長さスケールにおける従来の薄型化されたガラスの表面構造は、高度に不均質で異方性であり、かつ表面加工していない本発明において使用される超薄型ガラスよりも約５倍大きい高低差の表面粗さを有する。

電子デバイスにおいて使用される実用的なガラスシートの場合、厚さのばらつきの許容範囲は±１０μｍに達し得る。したがって、寸法に依存して計算すると、５００×４００ｍｍの寸法を有するガラスのＴＴＶは２０μｍ以下である。ＴＴＶは、ガラスが小さいほど小さく、超薄型ガラスのＴＴＶは１０μｍよりも小さい。本発明によれば、より大きい寸法、例えば１ｍ×１ｍの寸法を有するガラスの場合、そのＴＴＶは２０μｍ以下であることができる。

図１０の左側に示すように、２００ｍｍ×３００ｍｍの領域において５０個の点を測定することによって得られる本発明において使用されるガラスの公称厚さに関する厚さのばらつきは、すべて±１０μｍを大きく下回っている。そのうえ、これらの測定から、ガラスサンプルのすべての測定について、最大の厚さのばらつきがおおよそわずか±８μｍであることが示される。比較のために、図１０の右側には、従来の薄型化されたガラスの対応する測定値を示している。容易に推測することができるように、厚さのばらつきは、本発明において使用される超薄型ガラスのばらつきよりも著しく大きい。特に、これらの測定から、同じサイズのガラスで、おおよそ±３５μｍもの大きい値が生じる。

超薄型ガラスは、シートまたはロールの形態で製造または加工することができる。シートは、１００×１００ｍｍ^２以上、好ましくは４００×３００ｍｍ^２以上、より好ましくは４７０×３７０ｍｍ^２以上、最も好ましくは５５０×４４０ｍｍ^２以上の寸法を有する。超薄型ガラスロールは、２５０ｍｍよりも大きい、好ましくは３２０ｍｍよりも大きい、より好ましくは３７０ｍｍよりも大きい、最も好ましくは４４０ｍｍよりも大きい幅を有する。ガラスロールは、１ｍよりも大きい、好ましくは１０ｍよりも大きい、より好ましくは１００ｍよりも大きい、最も好ましくは５００ｍよりも大きい長さを有する。

強化プロセスは、ガラス内部のアルカリイオンと交換するための一価イオンを含有する塩浴にガラスまたはガラスロールを浸漬することによって行うことができる。塩浴中の一価イオンは、ガラス内部のアルカリイオンよりも大きい直径を有し、かつイオン交換後にガラスネットワークに作用する圧縮応力を生じさせることができる。イオン交換後、超薄型ガラスの強度および柔軟性が改善される。加えて、化学強化によって引き起こされる圧縮応力ＣＳは、ガラスの耐引掻性を改善することができ、そうすることで強化ガラスは容易に傷がつかず、また、より大きいＤｏＬは、耐引掻性を改善することができ、そうすることでガラスは容易に壊れたり、さらには傷がついたりすることがなくなる。

化学強化において一般に使用される塩は、Ｎａ^＋を含有する溶融塩またはＫ^＋を含有する溶融塩またはそれらの組合せである。一般に使用される塩には、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウムまたは炭酸ナトリウムが含まれる。水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは他のナトリウム塩もしくはカリウム塩もしくはセシウム塩のような添加剤を使用して、化学強化のためのイオン交換の速度をより良好に制御することができる。本発明による抗菌性のイオン交換表面層は、Ａｇ^＋またはＣｕ^２＋を含有する塩浴を用いたイオン交換によって超薄型ガラスに導入される。抗菌機能は、Ａｇ^＋を含有する塩浴またはＣｕ^２＋を含有する塩浴中でのイオン交換によって超薄型ガラスシート上に付与することができる。イオン交換後、表面のＡｇ^＋またはＣｕ^２＋は、１ｐｐｍよりも大きい、好ましくは１００ｐｐｍよりも大きい、より好ましくは１０００ｐｐｍよりも大きい濃度を有する。細菌の阻害率は、５０％よりも高く、好ましくは８０％よりも高く、より好ましくは９５％よりも高い。抗菌機能を有する超薄型ガラスは、医療用機器、例えば病院で使用されるコンピュータまたはスクリーンに適用することができる。

イオン交換は、オンライン式ロール・ツー・ロールプロセスまたはオンライン式ロール・ツー・シートプロセスの間に行うことができる。これらのプロセスの間、ガラスロールは、化学強化浴に装入され、次いで再びロールに巻かれるか、またはシートに切断される。あるいは化学強化されたガラスロールは、洗浄のために一列のタンクに直接装入されてよく、その後、再びロールに巻かれるか、またはシートに切断される。

ガラスは非常に薄いので、イオン交換は、速すぎたり深すぎたりしてはならず、また、中心引張応力ＣＴの値は、超薄型ガラスにとって非常に重要であり、これは次式：
［式中、σ_ＣＳはＣＳの値であり、Ｌ_ＤｏＬはＤｏＬの値であり、かつｔはガラスの厚さである］によって表されることができる。応力の単位はＭＰａであり、かつ厚さの単位はマイクロメートルである。イオン交換は、より厚いガラスの深さほど深く行うべきではなく、かつ化学強化プロセスの正確な制御を提供するためにあまりにも速く行うべきではない。深いＤｏＬは、高いＣＴを引き起こすことがあり、超薄型ガラスの自己破壊を招くかもしれず、または超薄型ガラスが完全にイオン交換され、すなわち強化されず、さらにはＣＳが消滅する。概ね、化学強化を伴う高いＤｏＬは、超薄型ガラスの強度および柔軟性を改善しない。

本発明によれば、超薄型ガラスにおいて、ガラス厚さｔ、ＤｏＬ、ＣＳおよびＣＴの間の特別な関係は、以下のとおりである：

本発明によるガラスは、好ましくは、以下のパラメータを有する：

さらに、本発明による超薄型ガラスシートは、好ましい実施形態においては、以下の特性を有する。

本発明において使用される超薄型ガラスは、アルカリ含有ガラスである。好ましいガラスは、例えば、アルカリ含有ケイ酸ガラス、アルカリ含有アルミノケイ酸ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラス、アルカリ含有ホウアルミノケイ酸ガラス、アルカリ含有リン酸ガラス、アルカリ含有ホウリン酸ガラス、アルカリ含有ケイ酸リン酸ガラスもしくはそれらの組合せ、またはガラスセラミックである。

好ましい実施形態においては、ガラス基材は、以下の組成を重量％で有するリチウムアルミノケイ酸ガラスを含む：

好ましくは、リチウムアルミノケイ酸ガラスは、以下のガラス組成を重量％で含む：

さらに好ましくは、リチウムアルミノケイ酸ガラスは、以下のガラス組成を重量％で含む：

別の好ましい実施形態においては、超薄型ガラスは、以下の組成を重量％で有するソーダ石灰ガラスを含む：

好ましくは、ソーダ石灰ガラスは、以下のガラス組成を重量％で含む：

さらに好ましくは、本発明によるソーダ石灰ガラスは、以下のガラス組成を重量％で含む：

別の好ましい実施形態においては、ガラス基材は、以下の組成を重量％で有するホウケイ酸ガラスを含む：

好ましくは、本発明によるホウケイ酸ガラスは、以下の組成を重量％で含む：

さらに好ましくは、本発明によるホウケイ酸ガラスは、以下の組成を重量％で含む：

別の好ましい実施形態においては、超薄型ガラスは、以下の組成を重量％で有するアルカリ金属アルミノケイ酸ガラスを含む：

好ましくは、本発明によるアルカリ金属アルミノケイ酸ガラスは、以下の組成を重量％で含む：

さらに好ましくは、本発明によるアルカリ金属アルミノケイ酸ガラスは、以下の組成を重量％で含む：

別の好ましい実施形態においては、超薄型ガラスは、以下の組成を重量％で有する低アルカリ含有量のアルミノケイ酸ガラスを含む：

好ましくは、本発明による低アルカリ含有量のアルミノケイ酸ガラスは、以下の組成を重量％で含む：

さらに好ましくは、本発明による低アルカリ含有量のアルミノケイ酸ガラスは、以下の組成を重量％で含む：

本発明において使用されるガラス、特に上述のガラスは、改質することもできる。例えば、遷移金属イオン、希土類イオン、例えばＮｄ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｕＯ、ＣｅＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３などを添加することによって色を変えることができる。このような改質性着色剤を含めることで、例えば、バックカバーのための色の要求などの家電製品のデザインを拡充し、または強化ガラス製品のための追加の機能、例えばカラーフィルターなどを提供することができる。さらに、光増幅器、ＬＥＤ、チップレーザーなどといった光学機能を付与するために、遷移金属および希土類イオンなどの発光イオンを添加することができる。特に、０〜５重量％の希土類酸化物を、磁気、光子または光学機能を導入するために添加することができる。さらに、清澄剤、例えばＡｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＳＯ_３、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ_２を０〜２重量％の量でガラス組成物中に添加することができる。

本発明の好ましい実施形態においては、超薄型ガラスは、以下のガラス組成を重量％で含む：

このガラス組成物の成分の合計は１００重量％になることが理解されるべきである。このようなガラスのさらに好ましいバリエーションは、例えば国際出願ＰＣＴ／ＣＮ２０１３／０７２６９５号明細書(PCT/CN2013/072695)に見出すことができ、ここで参照によって本明細書に組み込む。

本発明によるガラスの適用領域には、指紋認証チップ用のカバー、タッチスクリーン、曲げられるまたは折りたためるディスプレイパネルまたは基材、携帯電話の保護フィルム、携帯電話カメラ用の外面カバー、光学デバイス用の被覆基材、半導体パッケージングシートまたはその保護カバーとしての使用が含まれる。

本発明による超薄型ガラスの上述の高誘電率、柔軟性および耐引掻性ならびに優れた厚さ均質性に基づき、指紋認証チップ用の保護カバーとしてユーザーの指紋認証の安全かつ信頼できる感度を提供する。さらに、その高い誘電率に基づき、ガラスは、タッチスクリーンのためのより良好なタッチ特性を提供することができる。加えて、本発明による超薄型ガラスは、厚さ０．２５ｍｍのガラスの場合、３００ｎｍのＵＶ波長において８０％の透過率を有し、３８０ｎｍを上回る波長を有する可視光に対しては９０％の透過率を有する。それゆえ、カメラヘッド用のガラスカバーの場合、本発明による薄型ガラスは、優れた透過率のほかに柔軟性および耐引掻性を示す。

上記の開示内容は、本発明の好ましい実施形態に過ぎない。当業者は、本発明の思想から逸脱することなく、本発明の保護範囲に含まれることを前提とした変更または改良を行うことができることを指摘しておく。

１ 電子デバイス構造、 １１ 機能性層、 １２ 超薄型ガラス、 １２１，１２２ 強化層、 １２３ 抗菌性のイオン交換層、 １３ 埋込み層、 １４ 接着材構造、 １５ 機能性デバイス、 １６ 支持構造、 １７ 中間の材料空間、 ｔ 超薄型ガラスの厚さ、 ｄ１，ｄ２ 強化層の厚さ、 ｄ３ 抗菌性のイオン交換層の深さ

Claims (29)

1. 機能性デバイス（１５）と、
   機能性デバイス（１５）の上にある、厚さ（ｔ）を有し、かつ強化層（１２１，１２２）を含む超薄型ガラス（１２）と
   を含む電子デバイス構造（１）において、強化層（１２１，１２２）が、超薄型ガラス（１２）の厚さ（ｔ）の５０％以下の深さ（ｄ１，ｄ２）を有し、かつ超薄型ガラス（１２）が、５００ｍｍ×４００ｍｍの寸法で測定して２０μｍ以下のＴＴＶを有することを特徴とする、電子デバイス構造（１）。
2. 機能性デバイス（１５）の上に埋込み層（１３）をさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の電子デバイス構造（１）。
3. 埋込み層（１３）が、接着材構造（１４）によって、機能性デバイス（１５）および／または機能性デバイス（１５）を取り囲む支持構造（１６）に結合されていることを特徴とする、請求項２記載の電子デバイス構造（１）。
4. 接着材構造（１４）が、フレーム形状を有し、そうすることで誘電材料を収容するための空間が、機能性デバイス（１５）と埋込み層（１３）との間に形成されていることを特徴とする、請求項３記載の電子デバイス構造（１）。
5. 接着材構造（１４）が、複数の斑点の形状を有することを特徴とする、請求項３記載の電子デバイス構造（１）。
6. 機能性デバイス（１５）が、接着材構造（１４）によって、直接的な表面結合により埋込み層（１３）に結合されていることを特徴とする、請求項３記載の電子デバイス構造（１）。
7. 強化層（１２１，１２２）の深さ（ｄ１，ｄ２）が、超薄型ガラス（１２）の厚さ（ｔ）の３０％以下であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子デバイス構造（１）。
8. 超薄型ガラス（１２）が、抗菌性のイオン交換表面層（１２３）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子デバイス構造（１）。
9. 抗菌性のイオン交換表面層（１２３）が、超薄型ガラス（１２）の厚さ（ｔ）の１／５未満の深さ（ｄ３）を有することを特徴とする、請求項８記載の電子デバイス構造（１）。
10. 機能性フィルム（１１）または保護フィルム（１０）を、超薄型ガラス（１２）の外面にさらに含むことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子デバイス構造（１）。
11. 機能性フィルム（１１）が、反射防止フィルム、超硬質フィルム、アンチグレアフィルムまたは指紋付着防止フィルムであることを特徴とする、請求項１０記載の電子デバイス構造（１）。
12. 保護フィルム（１０）が、ポリマーフィルムであることを特徴とする、請求項１０記載の電子デバイス構造（１）。
13. 超薄型ガラス（１２）が、１ｎｍ未満の表面粗さＲａを有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子デバイス構造（１）。
14. 超薄型ガラス（１２）が、０．５ｎｍ未満の表面粗さＲａを有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子デバイス構造（１）。
15. 超薄型ガラス（１２）が、５００ｍｍ×４００ｍｍの寸法で測定して１５μｍ以下のＴＴＶを有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子デバイス構造（１）。
16. 超薄型ガラスの厚さ（ｔ）が、０．４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子デバイス構造（１）。
17. 機能性デバイス（１５）が、指紋チップセンサー、カメラモジュール、ディスプレイスクリーンまたはタッチスクリーンの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子デバイス構造（１）。
18. ディスプレイスクリーンまたはタッチスクリーンが、それぞれフレキシブルなディスプレイスクリーンまたはタッチスクリーンであることを特徴とする、請求項１７記載の電子デバイス構造（１）。
19. 請求項１から１６までのいずれか１項記載の電子デバイス構造（１）を含む、指紋認証デバイス、またはディスプレイデバイスもしくはタッチスクリーンデバイス。
20. 指紋認証デバイス、カメラ、カメラレンズの撮像デバイス、カメラ、ディスプレイ、携帯電話、パッド、コンピュータまたはテレビのディスプレイデバイスにおいて使用するための、厚さ（ｔ）を有し、かつ強化層（１２１，１２２）を含む超薄型ガラスシートにおいて、強化層（１２１，１２２）が、超薄型ガラス（１２）の厚さ（ｔ）の５０％以下の深さ（ｄ１，ｄ２）を有し、かつ超薄型ガラス（１２）が、５００ｍｍ×４００ｍｍの寸法で測定して２０μｍ以下のＴＴＶを有することを特徴とする、超薄型ガラスシート。
21. 超薄型ガラスシートが、５００ｍｍ×４００ｍｍの寸法で測定して１５μｍ以下のＴＴＶを有することを特徴とする、請求項２０記載の超薄型ガラスシート。
22. 超薄型ガラスシートが、１ｎｍ未満の表面粗さＲａを有することを特徴とする、請求項２０または２１記載の超薄型ガラスシート。
23. 超薄型ガラスシートが、０．５ｎｍ未満の表面粗さＲａを有することを特徴とする、請求項２０または２１記載の超薄型ガラスシート。
24. 超薄型ガラスシートの表面粗さＲａが、任意の粗さ低減プロセスなしにガラス製造プロセスにおいて直接得られていることを特徴とする、請求項２２記載の超薄型ガラスシート。
25. 超薄型ガラスシートの表面粗さが、斑点状の形状のランダムに分布した山と谷およびランダム配向に基づくことを特徴とする、請求項２４記載の超薄型ガラスシート。
26. 強化層（１２１，１２２）の深さ（ｄ１，ｄ２）が、超薄型ガラス（１２）の厚さ（ｔ）の３０％以下であることを特徴とする、請求項２０または２１記載の超薄型ガラスシート。
27. 超薄型ガラスシートが、抗菌性のイオン交換表面層（１２３）をさらに含むことを特徴とする、請求項２０または２１記載の超薄型ガラスシート。
28. 抗菌性のイオン交換表面層（１２３）が、ガラス（１２）の厚さ（ｔ）の１／５未満の深さ（ｄ３）を有することを特徴とする、請求項２７記載の超薄型ガラスシート。
29. 超薄型ガラスシートの厚さ（ｔ）が、０．４ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２０または２１記載の超薄型ガラスシート。