CN104640819A - 玻璃板及包含所述玻璃板的装置 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是一种非强化玻璃板，其化学组成具有锂铝硅酸盐类型，其厚度为最多2.0毫米。本发明的另一主题是一种电子设备，特别是袖珍式或便携式电子设备，其包含至少一块本发明的玻璃板作为防护玻璃。

Description

玻璃板及包含所述玻璃板的装置

本发明涉及薄玻璃板领域。其更特别涉及能够经受猛烈冲击的薄玻璃板。

薄玻璃板通常用作各种电子设备，特别是袖珍式或便携式电子设备如智能手机、个人数字助理（有时称为PDA）、平板电脑、数码相机、多媒体播放器、计算机、电视显示屏等等的防护玻璃。

在此类设备中使用的玻璃板从机械的观点来看能够被高度施压：与坚硬和尖锐的物体反复接触、抛射物的冲击、下落等等。

为了提高它们的冲击强度，通常通过强化过程创造处于压缩下的表面区域和处在张力下的中心区域，所述强化过程通常是热回火（trempe）或离子交换（有时称为“化学回火”）的过程。在后一种情况下，用具有更大的离子半径的离子（通常为碱金属离子，如钾）表面置换玻璃板的离子（通常为碱金属离子，如钠） 能够在玻璃板的表面处（向下至一定深度）产生残余压应力。

在大部分前述应用中，同样重要的是该玻璃板在断裂的情况下不能破碎。术语“破碎”理解为是指玻璃破裂形成大量小的碎片（或甚至颗粒）的能力，这些碎片能够溅出，或者，如果它们留在原地的话会极大降低穿过该板的能见度。通过回火后存在残余应力提供的强化伴随着将促进碎片化的核心张力。

越来越多的设备，特别是智能手机或平板，集成了触摸感应功能，使得能够检测使用者经由手指或尖笔施加的接触以产生软件命令动作或用于操作显示在屏幕上的元素的动作。为此，触觉传感器（capteur tactile）通常位于防护玻璃与显示屏之间，该触觉传感器通过粘合剂与防护玻璃隔开，并包含至少一个由玻璃制成或由塑料制成（例如由PET制成）的基板。该触觉传感器例如具有“投射电容（capacitif projeté）”类型，其使用在该基板的至少一个的一个面上或其它基板上的薄导电层的网络。

出于成本、重量以及技术简化的原因，有用的是具有一种玻璃基底，该玻璃基底能够同时满足防护玻璃的功能与触觉传感器的功能。

但是，玻璃的化学强化使得难以在同一基板内集成这两种功能。不能在化学强化前沉积导电层，因为化学强化将使其劣化。类似地，防护玻璃的切割与成型必须在化学强化之前进行，因为强化的玻璃不能再进行切割，存在不可接受的降低强化的效果的风险。因此，希望将触摸感应功能集成到防护玻璃中将必须在小尺寸的基板（在切割后）上沉积导电层，这在经济上是不可行的。

非常优选的是能够在切割和成型前在大尺寸玻璃板（几米宽）上沉积触摸感应功能所需的导电层。

本发明的目的在于通过提供既可以用作触觉传感器又可以用作保护玻璃，并因此即使在其使用过程中受到严重破坏之后仍能够保持高机械强度且同时具有低的可破碎性的玻璃板来克服这些缺点。

为此，本发明的一个主题是一种非强化玻璃板，其化学组成为锂铝硅酸盐类型，其厚度最多为2.0毫米。

术语“非强化”理解为是指该玻璃板既未经化学强化，也未经热强化。因此其通常不具有大于50 MPa、特别是10 MPa和甚至1 MPa的表面应力。未经化学强化，该板在相对于该板的核心的表面处通常不含过度浓度的碱金属氧化物，如Na或K的氧化物。

本发明人已经能够证实如下事实：本发明的玻璃板因其化学组成而令人惊讶地表现出在严重破坏（例如在冲击的情况下）后得到显著改善的强度，尽管并不存在任何机械强化。最终产品的重要结果是在破裂后不存在碎裂。另一结果——从工艺和产品的角度来看是重要的——在于以下事实：该玻璃板可以用作防护玻璃并同时集成触摸感应功能（通过成为触觉传感器的支承），有可能在边缘的切割与成型前在大尺寸板上经济地进行导电层的沉积。

本发明的另一主题是获自本发明的玻璃板用于电子设备的防护玻璃。本发明的再一主题是本发明的玻璃板作为电子设备用防护玻璃的用途，特别是作为所述设备屏幕用防护玻璃的用途。

该玻璃板的厚度优选最高为1.5毫米，或甚至1.1毫米。该玻璃板的厚度优选为至少0.05毫米，特别是0.25毫米和甚至0.5毫米。其横向尺寸的至少一种（在适当情况下在沉积触摸感应检测装置之前或之后，但是在集成到电子设备中之前）有利地为至少1米，或甚至2米。当其用作电子设备用防护玻璃时，该玻璃板的最大尺寸在另一方面且优选为最多1米，特别是50厘米和甚至30厘米。

锂铝硅酸盐类型的玻璃优选使得其化学组成包含下面限定的重量含量范围内的下列氧化物：

                     SiO₂               50-80%

                     Al₂O₃             12-30%

                     Li₂O               1-10%。

除氧化锂之外的碱金属氧化物（尤其是Na₂O和/或K₂O）的总重量含量有利地为最多2重量%，特别是1重量%和甚至0.5重量%或0.1重量%。CaO的重量含量优选为最多1%，特别是0.5%和甚至0.1%，或者为零（考虑到所用原材料和/或耐火材料，除不可不避免的杂质之外）。

一种优选的玻璃使得其化学组成包含下面限定的重量含量范围内的下列氧化物：

       SiO₂               52-75%，特别是65-70%

       Al₂O₃             15-27%，特别是18-19.8%

       Li₂O               2-10%，特别是2.5-3.8%

       Na₂O              0-1%，特别是0-0.5%

       K₂O                0-5%，特别是0-1%

       CaO                0-0.5%，特别是0-0.1%

       ZnO                0-5%，特别是1.2-2.8%

       MgO               0-5%，特别是0.55-1.5%

       BaO                0-5%，特别是0-1.4%

       SrO                0-3%，特别是0-1.4%

       TiO₂               0-6%，特别是0-2%

       ZrO₂              0-3%，特别是0-2.5%

       P₂O₅              0-8%，特别是0-1%。

本发明的玻璃板有利地在其一个面上设置有触碰感应检测装置。这些装置特别可以是电阻、电容、光学或机械类型的。这些装置优选为电容类型的，特别是投射电容类型的。

该触碰感应检测装置，特别是当其具有电阻或电容类型时，优选为沉积在该基底的一个面上的至少一个任选织构化薄层的形式。特别是当它们具有投射电容类型时，该触碰感应检测装置优选包含至少一个导电通路的网络，特别是布置为多个行和列。行通常彼此平行定位，与列相同，行和列以给定角度交叉。该导电通路优选由导电透明氧化物（TCO）组成，通常而非限制性地由铟锡氧化物（ITO）制成或由锌锡氧化物（IZO）制成。该通路特别可以通过沉积层（特别是通过溅射）并随后进行蚀刻步骤（例如通过光刻法或通过激光蚀刻）来获得。行有利地与列通过薄的电绝缘隔离层隔开。

本发明的另一主题是一种电子设备，特别是袖珍式或便携式电子设备，特别例如智能手机、个人数字助理、数码相机、多媒体播放器、电脑、平板电脑、电视、自动售票机、银行自动引导仪（guichet automatique bancaire）、自动取款机（caisse automatique）、集成到家具中的屏幕、电器（électroménager）或车辆仪表板，其包含至少一块本发明的玻璃板作为防护玻璃。

表述“防护玻璃”理解为是指意在保护显示屏免受冲击的玻璃。在该设备中，防护玻璃因此直接接触大气和使用者。在适当的情况下，当该玻璃板在其一个面上设置如上定义的触碰感应检测装置时，后者定位在该玻璃板的下表面上，即在该玻璃板的与接触大气并被使用者的手指或尖笔触碰的面相反的面上。以这种方式，使用者不能触碰和破坏所述装置。

该显示屏优选选自液晶显示器（LCD）屏幕和有机发光二极管（OLED）屏幕，特别是具有有源矩阵（matrice active）。

该玻璃板可以通过进一步已知的各种方法形成，例如浮法工艺，其中将熔融的玻璃倾倒在熔融的锡浴上；在两个轧辊之间轧压；“热熔-牵引”法，其中熔融的玻璃溢出通道并通过重力形成板；或“下拉”法，其中熔融玻璃向下流过一缝隙，随后被牵引至所需厚度并同时冷却。在成型后还可以进行机械减薄（例如通过抛光或重铺）的步骤。

在适当情况下，随后向该玻璃板提供触碰感应检测装置。为此，可以用至少一个薄的、任选织构化的层，特别是通过溅射用由薄的电绝缘隔离层分隔的两个ITO层涂布本发明的玻璃板的一个面，该ITO层各自在沉积后通过光刻法或激光蚀刻法蚀刻以形成前述的行与列的网络。本发明能够在大尺寸基底上（其至少一个尺寸为至少1米，或甚至2米）而不是在切割到最终尺寸的基板上实施这些步骤。

该玻璃板随后可以被切割以获得其最终尺寸，切割步骤在必要时可以后接钻孔、成型或抛光边缘和/或表面的步骤。

本发明的另一主题因此是制造本发明的用于电子设备的防护玻璃的方法，包括形成玻璃板的步骤，随后是其中向所述玻璃板——其至少一个尺寸为至少1米——提供触碰感应检测装置的步骤，随后是切割步骤。

下面的非限制性实施例阐述本发明。

用于本发明的实施例的玻璃是具有按重量计的下列组成的锂铝硅酸盐：

       SiO₂                      68.2%

       Al₂O₃                    19.0%

       Li₂O                      3.5%

       MgO                      1.2%

       ZnO                       1.6%

       TiO₂                       2.6%

       ZrO₂                      1.7%

       Na₂O + K₂O          < 0.5%。

制造具有该组成的玻璃板，厚度为4毫米，随后抛光以达到大约1毫米的厚度。

用于对比例C1至C4的玻璃具有按重量计的不同化学组成，报道在下表1中。这些玻璃（厚度为1毫米）根据情况是钠钙硅玻璃（实施例C1）、铝硅酸钠玻璃（实施例C2和C3）和硼硅酸盐玻璃（实施例C4）。

	C1	C2	C3	C4
					SiO2	71.1	60.7	66.5	80.5
Al2O3	0.7	7.7	10.5	2.5
					B2O3	0	0	0.5	13.0
Li2O	0	0	0	0
					Na2O	13.8	13.1	14.0	3.4
K2O	0.3	9.6	2.0	0.6
					CaO	8.8	0	0.5	0
MgO	4.0	8.4	5.5	0
					SrO	0	0	0	0
SnO2	0	0	0.5	0
					As2O5	0	0	0	0

表1。

为了评价玻璃板的反复冲击强度，以下列方式，在压入（indentation）后，在环境温度和湿度条件下测量在三脚支撑上弯曲环（flexion anneau sur tripode）断裂应力。

从制得后未经任何处理的玻璃板上切割70×70 mm²的试片。

各试片的任意一面随后在随后将置于压力下的面上用粘合剂膜涂布。该膜的作用在于能够定位断裂的起点。

使用维氏金刚石刀头在与粘合剂膜相反的面上进行压入。试片放置在刀头下，使得在试片中部进行压入，至大约1毫米。该刀头随后拉低至试片上，保持压入力20秒。

在某些试验中，该玻璃随后储存24小时以稳定裂纹的传播，而在其它试验中，在压入后立即进行弯曲试验。在压入之后但是在弯曲试验之前断裂的情况下，断裂弯曲应力记为0。

使用控制十字头下降速率为2毫米/分钟的Instron 4400R机进行该在三脚支撑上弯曲环试验，该机器装有5 kN测压元件，连接在该Instron机的末端的圆环面半径为1毫米的直径10毫米的环，以及半径5毫米的3个球（围绕半径20毫米的圆周以120°定位，其中心与该环的中心重合）粘结到其上的支架。

试片放置在这3个球与该环之间，使得压痕标记与该环中心对齐，至大约1毫米。随后向该环施加渐增的力，直到试片断裂。仅计数断裂起点在该环下方的试片。通过下式给出了作为致断力和试片厚度的函数的断裂应力：

。

下表2概括了在压入后和在压入后24小时后进行弯曲试验时，对50、100、150和200 N的压入载荷通过对各样品指示断裂应力而获得的结果。该结果是对5个样品的平均值。星号表示至少一个样品在弯曲试验前破裂。

	载荷(N)	24小时后的断裂应力(MPa)	断裂应力(MPa)
				1	50	52	41
	100	50	48
					150	45	41
	200	42	30
				C1	50	38	38
	100	33	33
					150	32	28
	200	26*	15*
				C2	50	36	-
	100	33	-
					150	30	-
	200	8*	-
				C3	50	36	32
	100	42	26
					150	22*	15*
	200	20*	4*
				C4	50	42	38
	100	-	34
					150	31	31
	200	14	14

表2。

这些结果证实了非强化锂铝硅酸盐玻璃超越其它玻璃的优越性。即使在不存在强化的情况下，该玻璃能够承受巨大的破坏，并因此实现用于各种电子设备的防护玻璃的作用。

Claims (14)

1.非强化玻璃板，其化学组成是锂铝硅酸盐类型，其厚度为最多2.0毫米。

2.如权利要求1所要求保护的玻璃板，其厚度为最多1.5毫米或甚至1.1毫米。

3.如前述权利要求之一所要求保护的玻璃板，使得其化学组成包含在下面限定的重量含量范围内的下列氧化物：

SiO₂         50-80%

Al₂O₃       12-30%

Li₂O         1-10%。

4.如前述权利要求所要求保护的玻璃板，使得除氧化锂之外的碱金属氧化物的总重量含量为最多2重量%，特别地1重量%。

5.如权利要求3所要求保护的玻璃板，使得其化学组成包含在下面限定的重量含量范围内的下列氧化物：

SiO₂         52-75%，特别是65-70%

Al₂O₃       15-27%，特别是18-19.8%

Li₂O         2-10%，特别是2.5-3.8%

Na₂O       0-1%，特别是0-0.5%

K₂O         0-5%，特别是0-1%

CaO        0-0.5%，特别是0-0.1%

ZnO        0-5%，特别是1.2-2.8%

MgO       0-5%，特别是0.55-1.5%

BaO        0-5%，特别是0-1.4%

SrO         0-3%，特别是0-1.4%

TiO₂        0-6%，特别是0-2%

ZrO₂        0-3%，特别是0-2.5%

P₂O₅        0-8%，特别是0-1%。

6.如前述权利要求之一所要求保护的玻璃板，在其一个面上提供触碰感应检测装置。

7.如前述权利要求之一所要求保护的玻璃板，使得触碰感应检测装置是投射电容类型。

8.如前述权利要求所要求保护的玻璃板，使得该触碰感应检测装置包含至少一个布置为多个行和列的导电通路的网络。

9.如前述权利要求所要求保护的玻璃板，使得该导电通路由导电透明氧化物组成，特别是由铟锡氧化物（ITO）制成。

10.由权利要求1至9之一所要求保护的玻璃板获得的用于电子设备的防护玻璃。

11.制造如前述权利要求所要求保护的防护玻璃的方法，包括形成玻璃板的步骤，随后的其中向所述玻璃板提供触碰感应检测装置的步骤，其中所述玻璃板至少一个尺寸为至少1米，和随后的切割步骤。

12.如权利要求1至9之一所要求保护的玻璃板作为用于电子设备的防护玻璃的用途。

13.电子设备，特别是袖珍式或便携式电子设备，特别例如智能手机、个人数字助理、数码相机、多媒体播放器、电脑、平板电脑、电视、自动售票机、银行自动引导仪、自动取款机、集成到家具中的屏幕、电器或车辆仪表板，其包含至少一块如权利要求1至9之一所要求保护的玻璃板作为防护玻璃。

14.如前述权利要求所要求保护的电子设备，使得该玻璃板在其一面上提供触碰感应检测装置，该装置位于所述玻璃板的下表面。