CN104944790B - 强化玻璃的组合物和用其制造触摸屏玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

一种强化玻璃的组合物和使用该强化玻璃的组合物的方法，该强化玻璃的组合物包括：1重量％至20重量％的氢氟酸；0.1重量％至5重量％的氟化铵；1重量％至20重量％的无机酸、有机酸或者1重量％至10重量％的有机酸盐；以及余量的水。

Description

强化玻璃的组合物和用其制造触摸屏玻璃的方法
本申请要求于2014年3月31日递交的韩国专利申请10-2014-0037661的优先权和权益，通过引用而将其并入以用于如同在本文中被完全提出的所有目的。
技术领域
例示性实施方式涉及强化玻璃的组合物和使用该强化玻璃的组合物制造触摸屏玻璃的方法。
背景技术
触摸屏面板是一种输入装置，它允许人用他或她的手或物体选择图像显示装置的屏幕上显示的指令。
为了实现这一目标，触摸屏面板被设置在图像显示装置的正面，以将人的手或物体触摸的接触位置转换成电信号。因此，接触位置处选择的指令被输入作为输入信号。
由于触摸屏面板可以与被连接到图像显示装置(诸如键盘或鼠标)的单独的输入装置替换，触摸屏面板的普及已经增大。
然而，当触摸屏面板被粘合在图像显示这种的面板之上时，整个显示装置的体积可能会增加。同样地，可携带性可能会降低。因此，存在对薄的触摸屏面板的开发的需要。
然而，在普通的触摸屏板的情况下，为了提高装置的强度，窗口被额外地设置在触摸屏面板的上表面上。同样地，触摸屏面板的厚度增加。
进一步地，窗口通常实现为强化玻璃基板。然而，为了使用强化玻璃基板作为窗口，在玻璃基板被切割之后，在切割后的玻璃基板上单独进行强化工艺。
当使用未强化的玻璃基板作为窗口并且使用母玻璃(mother glass)制造触摸屏面板时，由于窗口的断裂强度很弱，未强化的玻璃基板可能会易于开裂。
此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对发明构思的背景的理解，并因此它可能含有未形成本国的本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的例示性实施方式提供了强化玻璃的组合物和制造触摸屏玻璃的方法。
额外的方面将在下面的详细描述中提出，并且在某种程度上由本发明来看是明显的或者可能通过发明构思的实践而得知。
本发明的例示性实施方式提供了一种强化玻璃的组合物，该强化玻璃的组合物具有：1重量％至20重量％的氢氟酸；0.1重量％至5重量％的氟化铵；1重量％至20重量％的无机酸、有机酸或者1重量％至10重量％的有机酸盐；以及余量的水。
本发明的另一个例示性实施方式提供了一种制造触摸屏玻璃的方法，该方法包括：将片材玻璃切割成单位晶胞(cell unit)的面板玻璃；形成切割后的面板玻璃的形状；并且将形成其形状的面板玻璃浸入强化玻璃的组合物中。强化玻璃的组合物具有：1重量％至20重量％的氢氟酸；0.1重量％至5重量％的氟化铵；1重量％至20重量％的无机酸、有机酸或者1重量％至10重量％的有机酸盐；以及余量的水。
根据本发明的例示性实施方式，由于强化玻璃的组合物具有预定量的氢氟酸、氟化铵、无机酸和有机酸，当将玻璃浸入时能够形成具有合适尺寸的凹陷并且能够使得玻璃具有合适的伸长率。
前面的一般性描述和下面的详细描述都是例示性和解释性的，并且意在提供对要求保护的主题的进一步解释。
附图说明
附图被包含以提供对发明构思的进一步理解，并被并入且构成本说明书的一部分。附图与说明书一起示出发明构思的例示性的实施方式，用于解释发明构思的原理。
图1A和图1B示出在用强化玻璃的组合物执行钝化处理之前和之后的裂纹。
图2是示出用于移动电话的触摸屏玻璃的示意图。
图3是在浸入强化玻璃的组合物之后的切割后的玻璃的SEM图像。
图4是示出根据本发明的例示性实施方式的制造触摸屏玻璃的方法的框图。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，许多具体细节被提出用于提供对各种例示性实施方式的彻底理解。然而，明显的是，各种例示性实施方式可以在没有这些具体细节或具有一个或多个等效配置的情况下实施。在其它情况中，众所周知的结构和装置以框图形式示出，以便避免不必要地使各种例示性实施方式模糊不清。
在附图中，为了清楚和说明性目的起见，可以扩大层、膜、面板、区域等的尺寸和相对尺寸。而且，相同的附图标记表示相同的元件。
当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上、连接到或耦合到另一元件或层，或者可以存在中间元件或中间层。然而，当元件或层被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，不存在中间元件或中间层。出于本发明的目的，“X、Y和Z的至少一种”和“选自由X、Y和Z组成的组中的至少一种”可以被解释为仅X、仅Y、仅Z，或X、Y和Z的两种或更多种的任意组合，例如，XYZ、XYY、YZ和ZZ。相同的数字自始至终指代相同的元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关所列的项目的一个或多个的任意组合和所有组合。
尽管术语第一、第二等可在本文中用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受限于这些术语。这些术语用于区分元件、组件、区域、层和/或部分与另一元件、组件、区域、层和/或部分。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层和/或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层和/或部分。
诸如“之下”、“下面”、“下”、“上面”、“上”等的空间相对术语可在本文中用于描述性目的，并且由此描述附图中所示的元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图中描述的方位，空间相对术语意在包含在使用、操作和/或制造中设备的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，被描述为“下面”或“之下”的元件或特征将被定向为在其它元件或特征“上方”。因此，例示性术语“下面”可以包括上面和下面两种方位。此外，设备可被另外定向(例如，旋转90度或在其它方位)，并且，同样地，本文中使用的空间相对描述做出相应的解释。
本文中使用的术语用于描述具体实施方式的目的，而不意在受到限制。除非上下文清楚地另外指明，如本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”也意在包括复数形式。而且，术语“包含”和/或“包括”当在本说明书中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。
除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域普通技术人员普遍理解相同的含义。诸如通常使用的字典中所定义的术语应被解释为具有与它们在相关领域的情况下的含义相一致的含义，并且不会被解释为理想化的或过于正式的意义，除非在本文中如此明确定义。
现将对根据本发明的例示性实施方式的强化触摸屏玻璃的组合物进行详细说明。
当制造触摸屏的玻璃时，片材玻璃被切割成面板玻璃，并且使面板玻璃成形为适于特定的应用。在这种情况下，微观裂纹(在下文中为裂纹)由于切割而形成玻璃的切割表面。因此，玻璃的伸长率减小，并且甚至小的冲击也能使玻璃易于破裂。
因此，可以执行用于强化切割后的玻璃的单独工艺。由于玻璃的切割表面上的裂纹是通过强化工艺而被蚀刻，强化工艺也可被称为愈合工艺。
本发明涉及愈合工艺中使用的强化玻璃的组合物和使用强化玻璃的组合物制造触摸屏玻璃的方法。当使用强化玻璃的组合物处理成形后的玻璃时，切割表面上的裂纹被蚀刻以形成凹陷，使得应力的强度不会集中在微观裂纹中。
图1A示出通过切割而在玻璃中形成的裂纹。图1B示出了通过使用强化玻璃的组合物蚀刻裂纹而形成的凹陷。
参照图1A，在横截面中指出裂纹。裂纹宽度r和施加到玻璃的应力α之间的关系可以表示为下面的等式。
α＝1+2L/r
因此，随着半径r减小，应力α增大。
然而，参照图1B，愈合工艺增大裂纹的半径r。尤其是，通过愈合工艺蚀刻裂纹，并且由此形成具有半圆形横截面的凹陷。换句话说，裂纹通过蚀刻而被钝化。
因此，施加到玻璃上的应力α减小。应力的减小导致玻璃的伸长率增大。也就是说，在愈合工艺中，在裂纹周围的玻璃上执行各向同性蚀刻以形成平缓的半圆形横截面，使得施加到玻璃的应力减小并且玻璃的伸长率增大。因此，通过愈合工艺强化玻璃。
根据本发明的例示性实施方式的强化玻璃的组合物可包括：1重量％至20重量％的氢氟酸；0.1重量％至5重量％的氟化铵；1重量％至20重量％的无机酸、1重量％至20重量％的有机酸；以及余量的水。强化玻璃的组合物可以任选地包括1重量％至10重量％的有机酸盐。
在强化玻璃的组合物中，氢氟酸用于蚀刻玻璃。也就是说，氢氟酸在去离子水中解离成H+阳离子和F-阴离子，并且它使接触的玻璃分离。因此，玻璃被蚀刻。
当氢氟酸的含量小于1重量％时，玻璃未被充分地蚀刻。因此，玻璃的伸长率未增大。
同时，当氢氟酸的含量大于20重量％时，蚀刻玻璃的速率过高，并且难以控制蚀刻。也就是说，裂纹可能被过度蚀刻，并且玻璃的其它部分可能被损坏。
在强化玻璃的组合物中，氟化铵可以控制蚀刻的程度，以控制所蚀刻的裂纹的形状。也就是说，氟化铵中的铵离子粘附到玻璃表面，以控制pH值。氟化铵用作控制玻璃的快速蚀刻的缓冲剂。
当氟化铵小于0.1重量％时，难以控制蚀刻玻璃的程度。同时，当氟化铵大于5重量％时，蚀刻玻璃的速率显著减小。因此，蚀刻时间过度增大。
在强化玻璃的组合物中，无机酸控制pH值，以适当地增大蚀刻速率。也就是说，当pH减小时，蚀刻速率增大，并且，当pH增大时，蚀刻速率减小。
当无机酸小于1重量％时，不能充分控制pH值，并且因此蚀刻速率可能显著减小。当无机酸的含量大于20重量％时，蚀刻速率过高，并且可能会在裂纹之外的位置处蚀刻玻璃。
无机酸是选自硫酸(H2SO4)、盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)、磷酸(H3PO4)、氨基磺酸(SO3HNH2)、高氯酸(HClO4)、铬酸(HCrO4)、亚硫酸(H2SO3)和亚硝酸中的一种或多种。
在强化玻璃的组合物中，有机酸增大蚀刻玻璃的各向同性并增大蚀刻玻璃的程度，以提高处理量。也就是说，有机酸使得裂纹通过各向同性蚀刻而被蚀刻成均匀的半圆形横截面。进一步地，有机酸增大蚀刻玻璃的程度，使得能够在同一时间处理更多的玻璃。此外，当将有机酸添加到强化玻璃的组合物时，甚至在溶液保存很长一段时间之后，溶液仍具有相同的性能。
当有机酸的含量小于1重量％时，可能无法充分发挥增大蚀刻各向同性和蚀刻速率的效果。而且，当有机酸的含量大于20重量％时，蚀刻玻璃的速率过高，并且可能会在裂纹之外的位置处蚀刻玻璃，使得可能引起损坏。
有机酸是选自羧酸、二羧酸、三羧酸和/或四羧酸中的一种或多种。例如，有机酸是选自乙酸、丁酸、柠檬酸、甲酸、葡糖酸、乙醇酸、丙二酸、草酸、戊酸、磺基苯甲酸、磺基琥珀酸、磺基邻苯二甲酸、水杨酸、磺基水杨酸、苯甲酸、乳酸、甘油酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸、异柠檬酸、丙烯酸、亚氨基二乙酸和乙二胺四乙酸(EDTA)中的一种或多种。
在强化触摸屏玻璃的组合物中，水可以是去离子水。在这种情况下，去离子水的电阻率可以等于或大于18MΩ/cm。可以适当地控制水的含量以使得整个组合物的总重量为100％。水可具有半导体工艺纯度。
进一步地，强化玻璃的组合物可以额外包括表面活性剂、增稠剂，和/或类似物。表面活性剂可以是阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。增稠剂是增大溶液的粘度所添加的并给予溶液触变性的物质。可以使用任何合适的增稠剂。
将在下面进行描述根据本发明例示性实施方式的制造触摸屏玻璃的方法。根据本发明的例示性实施方式的制造触摸屏玻璃的方法包括：将片材玻璃切割成单位晶胞的面板玻璃；形成切割后的面板玻璃的形状；并且将形成其形状的面板玻璃浸入强化玻璃的组合物中，强化玻璃的组合物具有：1重量％至20重量％的氢氟酸、0.1重量％至5重量％的氟化铵、1重量％至20重量％的无机酸、1重量％至20重量％的有机酸，和余量的水。组合物可以还包括1重量％至10重量％的有机酸盐。
图4示出根据本发明的例示性实施方式的制造触摸屏玻璃的方法。
在操作10中，将片材玻璃切割成适合一个装置的面板玻璃。可以使用诸如轮、激光、水射流、蚀刻剂或类似的物理或化学方法切割片材玻璃。
根据一些实施方式，该方法可以包括操作8，可以任选地在将片材玻璃切割成面板玻璃之前执行操作8。操作8可以包括通过离子交换来强化片材玻璃。
可以通过使片材玻璃浸入KNO3溶液中并在400至450度的温度下加热浸入后的片材玻璃约15至18小时来执行操作8，并且通过用钾(K)成分取代玻璃基板的表面上的钠(Na)成分来提高玻璃基板的表面的强度。也就是说，在执行操作8后，在片材玻璃的表面上形成离子被取代的强化层。然而，也可以使用其它合适的强化工艺。
在操作12中，使片材玻璃成形。可以通过CNC(计算机数字控制)工艺或类似的工艺来执行成形。
图2是示出使面板玻璃成形用于移动电话的触摸屏玻璃的示意图。参照图2，形成用于扬声器和主页键的孔。此外，处理玻璃的边缘以成为平滑的曲线。
如图2的圆所示，在成形操作12期间，图1A中示出的裂纹形成在切割表面上。裂纹导致玻璃的强度变差。
通过强化操作8形成的强化层形成在玻璃基板的前表面和/或后表面上。因此，面板玻璃的切割表面未受到强化层保护，并且比受保护的表面更弱。
再次参照图4，在操作14中，将成形后的面板玻璃浸入上面描述的强化玻璃的组合物中。也就是说，强化玻璃的组合物可以具有：1重量％至20重量％的氢氟酸；0.1重量％至5重量％的氟化铵；1重量％至20重量％的无机酸、1重量％至20重量％的有机酸；以及余量的水。例如，可以在25℃的温度下将面板玻璃浸入3分钟。
操作14可以进一步包括：在将面板玻璃浸入强化玻璃的组合物中之前，将保护层涂覆到面板玻璃的前表面和/或后表面。保护层用于保护玻璃的覆盖面免于与强化玻璃的组合物接触。保护层可以被粘附或分离，并且可以形成为薄膜或浆料的形式。也就是说，在浸入之前可以粘附保护层，并且在浸入完成之后可以除去保护层。
图1A中示出的裂纹通过强化玻璃的组合物进行蚀刻，从而形成图1B中所示的结构。如上所述，蚀刻减小施加到玻璃的应力，以增大玻璃的伸长率。也就是说，玻璃的脆性减小，并且其伸长率增大，使得玻璃不易于受到外部冲击而损坏。
图3是在浸入强化玻璃的组合物之后的玻璃的SEM图像。参照图3，可以看出，裂纹已被蚀刻成圆形凹陷。
上述凹陷可以具有6μm至12μm的直径。当玻璃包括具有这样尺寸的凹陷时，玻璃的伸长率等于或大于0.6。
接着，将通过下面的实验进行描述根据本发明的例示性实施方式的强化玻璃的组合物和制造触摸屏玻璃的方法的效果。
将玻璃的片材浸入具有表1所示的组成的实验实施方式1-3和比较例1的强化玻璃的组合物中。形成的凹陷的尺寸和玻璃的片材的伸长率也示于表1中。
[表1]
HF AF 硝酸 乙酸 凹陷直径(μm) 伸长率(％)
实验实施方式1 7 1 7 1 9.55 1.14
实验实施方式2 7 1 7 1 9.52 1.12
实验实施方式3 7 1 7 3 9.55 1.15
比较例1 7 1 7 - 9.51 1.12
在这种情况下，在本实验中，制备10kg的玻璃基板，并在使玻璃基板在25℃的恒定温度下浸入达3分钟后，清洗玻璃基板，并测量凹陷的直径和玻璃的伸长率。
如表1所示，可以看出，当使玻璃的片材浸入强化玻璃的组合物中时，形成直径为6μm至12μm的凹陷，并且伸长率为至少0.6。
进一步地，为了通过添加有机酸来比较处理速度，在制备具有与表2所示相同组成的强化玻璃的组合物后，对蚀刻的玻璃的量和保存期(在没有丧失蚀刻性能的情况下保存溶液)进行测量并示于表2。
[表2]
HF AF 硝酸 乙酸 蚀刻的玻璃的量(ppm) 保存期(天)
实验实施方式4 7 1 7 5 1000 7
比较例1 7 1 7 - 200 1
在与前面的实验的条件相同的条件下执行这些实验，并且在实验后测量蚀刻的玻璃的量。其结果是，从添加乙酸(有机酸)的实验实施方式4可以看出，蚀刻的玻璃的量为1000ppm，这证明了大量的蚀刻和高的蚀刻速率。然而，从未添加乙酸(有机酸)的比较例1可以看出，由于蚀刻的玻璃的量为200ppm，蚀刻速率是添加乙酸的实验实施方式4蚀刻速率的约五分之一。
也就是说，可以看出，添加乙酸时的处理速率是在相同的条件下的五倍。
进一步地，当未添加乙酸时，一天之后溶液的愈合性能丧失。然而，当添加乙酸时，其愈合性能可以保持一周。
虽然某些例示性实施方式和实施已在本文中描述，但是从此描述来看其它实施方式和修改将显而易见。因此，发明构思并不限于这些实施方式，而限于所呈现的权利要求和各种明显的修改和等同配置的更宽范围。

Claims (11)

1.一种强化玻璃的组合物，包括：
1重量％至20重量％的氢氟酸；
0.1重量％至5重量％的氟化铵；
1重量％至20重量％的无机酸；
1重量％至20重量％的有机酸；和
余量的水；以及
其中，所述无机酸是硝酸；
所述有机酸是乙酸；
其中，通过将片材玻璃切割成面板玻璃、使切割后的面板玻璃成形、将成形后的面板玻璃浸入所述强化玻璃的组合物之后，玻璃中的裂纹被蚀刻成圆形凹陷，所述圆形凹陷的直径范围为6μm至12μm，并且在浸入所述强化玻璃的组合物之后，玻璃的伸长率为至少0.6。
2.根据权利要求1所述的强化玻璃的组合物，其中，所述水是去离子水。
3.根据权利要求2所述的强化玻璃的组合物，其中，所述去离子水具有至少18MΩ/cm的电阻率。
4.根据权利要求1所述的强化玻璃的组合物，其中，所述强化玻璃的组合物进一步包括：表面活性剂、增稠剂，或它们的组合。
5.一种制造触摸屏玻璃的方法，包括：
将片材玻璃切割成面板玻璃；
使切割后的面板玻璃成形；
将成形后的面板玻璃浸入强化玻璃的组合物；和
将裂纹蚀刻成圆形凹陷，其中，所述强化玻璃的组合物包括：
1重量％至20重量％的氢氟酸；
0.1重量％至5重量％的氟化铵；
1重量％至20重量％的无机酸；
1重量％至20重量％的有机酸；和
余量的水；
其中，所述无机酸是硝酸；
所述有机酸是乙酸；
所述凹陷的直径范围为6μm至12μm；并且
在浸入所述强化玻璃的组合物之后，玻璃的伸长率为至少0.6。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：在将所述片材玻璃切割成所述面板玻璃之前，通过离子交换过程强化所述片材玻璃。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述片材玻璃切割成所述面板玻璃包括使用轮、激光、水射流或蚀刻剂。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，使切割后的面板玻璃成形包括使用计算机数字控制工艺。
9.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：在将成形后的面板玻璃浸入之前，在所述成形后的面板玻璃上形成保护层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述保护层包括可分离的膜或浆料。
11.根据权利要求5所述的方法，其中，所述水包括具有至少18MΩ/cm的电阻率的去离子水。
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