MX2015003529A - Hoja de vidrio y dispositivo que comprende la hoja de vidrio. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una hoja de vidrio no reforzado, que tiene una composición química de aluminosilicato de litio y un espesor de máximo 2.0 mm. La invención también se refiere a un dispositivo electrónico, en particular un dispositivo de bolsillo o portátil, que incluye al menos una hoja de vidrio de protección de acuerdo con la invención.

Description

HOJA DE VIDRIO Y DISPOSITIVO QUE COMPRENDE LA HOJA DE VIDRIO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere al campo de las hojas de vidrio delgadas. En particular, a hojas de vidrio delgadas que pueden soportar golpes fuertes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las hojas de vidrio delgadas se utilizan con frecuencia como vidrio de protección para diversos dispositivos electrónicos, particularmente portátiles o de bolsillo, como teléfonos inteligentes (a veces llamados "smartphones"), asistentes digitales personales (a veces llamado "PDA"), computadoras tipo tablet, cámaras digitales, reproductores multimedia, computadoras, pantallas de televisión o pantallas, etc.

Las hojas de vidrio utilizadas en este tipo de dispositivos son propensas a sufrir presiones importantes desde un punto de vista mecánico debido al contacto repetido con objetos duros y afilados, impactos de proyectiles, caídas, etcétera.

Para aumentar su resistencia al impacto, se acostumbra crear una zona superficial en compresión y una región central en tensión, mediante procesos de reforzamiento, generalmente de revenido térmico o de intercambio iónico (a veces llamado "revenido químico"). En este último caso, la sustitución superficial de un ion de la hoja de vidrio (normalmente un ion alcalino como sodio) por un ion de radio iónico más grande (por lo general un ion alcalino, tal como potasio) permite crear en la superficie de la hoja de vidrio las tensiones residuales de compresión, hasta una cierta profundidad.

En la mayoría de las aplicaciones anteriores, también es importante que la hoja de vidrio no se fragmente en caso de ruptura. Se entiende por fragmentación: la capacidad del vidrio de romperse formando una multitud de pequeños fragmentos (o partículas), que pueden ser expulsados, o, si permanecen en su lugar, reducen en gran medida la visibilidad a través de la hoja. El refuerzo proporcionado por la presencia de tensiones residuales después del temple se acompaña de tensiones centrales que promueven la fragmentación.

Un número creciente de dispositivos, incluyendo teléfonos inteligentes computadores tipo tablet, incorpora capacidades táctiles para detectar el contacto ejercido por un usuario a través de un dedo o un lápiz óptico para generar acciones de control de software o la manipulación de elementos que se muestran en la pantalla. Para ello, generalmente se dispone entre el vidrio protector y la pantalla de visualización un sensor táctil separado del vidrio de protección mediante un adhesivo que comprende al menos un sustrato de vidrio o de plástico (PET, por ejemplo). El sensor táctil es, por ejemplo, del tipo de "capacitivo proyectado" implementando redes finas conductoras en un lado o el otro de al menos uno de los sustratos.

Será útil, por razones de costo, peso y simplificación de la teenología, tener sustratos de vidrio disponibles que permitan realizar tanto las funciones del vidrio de protección como las del sensor de contacto.

El refuerzo químico del vidrio, sin embargo, hace difícil la integración de las dos funciones en el mismo sustrato. La deposición de las capas conductoras no puede lograrse antes del refuerzo químico, ya que estas últimas se deterioran. Del mismo modo, el corte y la conformación de los vidrios de protección deben realizarse antes del refuerzo químico ya que los vidrios reforzados no se pueden cortar sin reducir los efectos incapacitantes de refuerzo. Por lo tanto, se desea incorporar función táctil de un vidrio de protección requerirá la presentación de capas conductoras en pequeños sustratos (después del corte), lo cual no es económicamente viable.

Seria altamente preferible poder depositar las capas conductoras necesarias para la función táctil en grandes hojas de vidrio (varios metros de ancho), antes de cortar y dar forma.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención tiene por objeto evitar estos inconvenientes proporcionando hojas de vidrio utilizados tanto como sensores táctiles, y como vidrios de protección, y por lo tanto son capaces de mantener una alta resistencia mecánica incluso después de haber sido severamente dañadas durante el uso mientras tienen una capacidad de fragmentación baja.

Para este fin, la invención se refiere a una hoja de vidrio no reforzado, cuya composición química es de tipo aluminosilicato de litio, y cuyo espesor es de máximo 2.0 mm.

"No reforzada" quiere decir que la hoja de vidrio no está térmica o químicamente reforzada. Por lo tanto, no presenta normalmente tensiones superficiales mayores a 50 MPa, 10 MPa e incluso a 1 MPa. La hoja, sin estar reforzada químicamente, normalmente no contendrá una concentración excesiva de un óxido alcalino tal como Na o K en la superficie en relación con el centro de la hoja.

Los inventores han sido capaces de evidenciar que las hojas de vidrio de acuerdo con la invención presentan sorprendentemente, debido a su composición química, una resistencia después de un daño grave (por ejemplo un coque) que ha mejorado significativamente, a pesar de la ausencia de refuerzos mecánicos. Una consecuencia importante para el producto final es la falta de fragmentación después de la ruptura. Otra consecuencia, importante desde el punto de vista tanto del método como del producto, es que la hoja de vidrio se puede utilizar como el vidrio de protección e incorporar al mismo tiempo la función táctil (que es el soporte para el sensor táctil), la deposición de las capas conductoras se puede hacer económicamente en grandes hojas antes del corte y acabado del borde.

La invención también se refiere a un vidrio de cubierta para un dispositivo electrónico obtenido a partir de una hoja de vidrio de acuerdo con la invención. La invención también se refiere al uso de la hoja de vidrio de acuerdo con la invención como un vidrio de protección para un dispositivo electrónico, en particular, como un vidrio de protección para la pantalla de dicho dispositivo.

El grosor de la hoja de vidrio es de preferencia de 1.5 mm o 1.1 mm como máximo. El espesor de la hoja de vidrio es preferiblemente de al menos 0.05 mm, específicamente de 0.25 mm o incluso de 0.5 mm. Al menos una de sus dimensiones laterales, según sea el caso, antes o después de la deposición del medio de detección táctil, pero antes de la integración en el dispositivo electrónico, es ventajosamente de al menos 1 m o 2 m. Cuando se utiliza como vidrio para la protección de un dispositivo electrónico, la dimensión máxima de la hoja de vidrio es por otra parte, y de preferencia de 1 m como máximo, específicamente de 50 cm, e incluso de 30 cm.

El vidrio de aluminosilicato de litio es de preferencia tal que su composición química comprende los siguientes óxidos en los márgenes de peso de contenido definidos a continuación: Si02 50-80% A12O3 12-30% Li20 1-10% .

El contenido total por peso de óxidos alcalinos distintos del óxido de litio (especialmente Na20 y/o K20) es preferiblemente de un máximo de 2% en peso, especialmente 1% en peso, e incluso 0.5% o 0.1%. El contenido en peso de CaO es de preferencia como máximo 1%, en particular 0.5%, e incluso 0.1% o incluso cero (sin tener en cuenta las impurezas inevitables en las materias primas utilizadas y/o refractarias).

Un vidrio preferido es tal cuya composición química comprende los siguientes óxidos en los márgenes de contenido de peso definidos a continuación: Si02 52-75%, en particular 65-70% Al2C>3l5-27%, en particular 18-19.8% Li20 2-10%, en particular 2.5-3.8% Na200-1%, en particular 0-0.5% K20 0-5%, en particular 0-1% CaO 0-0.5%, en particular 0-0.1% ZnO 0-5%, en particular 1.2-2.8% MgO 0-5%, en particular 0.55-1.5% BaO 0-5%, en particular 0-1.4% SrO 0-3%, en particular 0-1.4% Ti020-6%, en particular 0-2% Zr020-3%, en particular 0-2.5% P2050-8%, en particular 0-1% La hoja de vidrio de acuerdo con la invención se proporciona ventajosamente en una de las caras del medio de detección táctil. Estos medios pueden ser de tipo resistivo, capacitivo, óptico o mecánico. Estos medios son de preferencia de tipo capacitivo, y particularmente capacitivo proyectado.

Los medios de detección táctil, particularmente los de tipo resistivo o capacitivo, de preferencia se encuentran en la forma de al menos una capa fina opcionalmente texturizada, dispuesta sobre una cara del sustrato. Especialmente cuando son de tipo capacitivo proyectado, los medios de detección táctil comprenden de preferencia al menos una red de pistas conductoras, particularmente dispuestas en varias filas y columnas. Las filas están dispuestas generalmente paralelas entre si, asi mismo las columnas, y las filas y columnas se cruzan según el ángulo dado. Las pistas conductoras están fabricadas de preferencia de un óxido electro conductor transparente (TCO), típicamente, y de manera no limitante, hecha de óxido de indio y de estaño (ITO) u de óxido de zinc y de estaño (IZO). Las pistas se pueden obtener, particularmente, por la deposición de capas (particularmente por pulverización catódica) seguido de una etapa de grabado, por ejemplo, mediante fotolitografía o mediante grabado láser. Las líneas se separan preferiblemente mediante la capa delgada eléctricamente aislante.

La invención también se refiere a un dispositivo electrónico, que incluye portátiles o tipo laptop, así como teléfonos inteligentes, PDA, cámaras digitales, reproductores multimedia, computadoras, computadoras tipo tablet, televisiones, cajeros automáticos, pantalla de pago automático integrada en mobiliario, electrodomésticos o tableros de vehículos, que incluyen un vidrio de protección o al menos una hoja de vidrio de acuerdo con la invención.

El vidrio de protección se diseña para proteger la pantalla contra choques. En el dispositivo, el vidrio de protección está en contacto directo con la atmósfera y con el usuario. En su caso, cuando se pone la hoja de vidrio en una de las caras del medio de detección táctil, como se definió anteriormente, éstas últimas están dispuestas en la parte inferior de la hoja de vidrio, es decir en la cara de la hoja de vidrio opuesta a la que está en contacto con la atmósfera y que el usuario toca con el dedo o un lápiz óptico. De esta manera, el usuario no puede tocar y desgastar dichos medios.

La pantalla de visualización se escoge de entre las pantallas de cristal liquido (LCD) y las pantallas de diodos electroluminiscentes orgánicos (OLED), particularmente de matriz activa.

La hoja de vidrio se puede formar por diversos métodos conocidos de otro modo, tal como el proceso de flotación, en el que el vidrio fundido se vierte en un baño de estaño fundido, el laminado entre dos rodillos, el método llamado "extracción fusionada", en donde el vidrio fundido se desborda de un canal que forma una hoja por la gravedad, o el llamado de "extracción inferior", en el que el vidrio fundido fluye hacia abajo a través de una ranura antes de ser estirado hasta alcanzar el espesor deseado y se enfria simultáneamente. Una etapa de adelgazamiento mecánico (por ejemplo, mediante el pulido o rectificado) también puede implementar subsiguientemente formación.

La hoja de vidrio entonces se proporciona opcionalmente de medios de detección táctil. Para hacer esto, se puede recubrir un lado de la hoja de vidrio de acuerdo con la invención, al menos una capa delgada, opcionalmente texturizada, y que incluye dos capas de ITO separadas por una capa de separación delgada eléctricamente aislante por pulverización catódica, cada capa de ITO se graban después de la deposición mediante fotolitografía o grabado láser para formar la red de líneas y columnas anteriores. La invención permite realizar estas etapas en grandes sustratos (uno de los cuales es de una dimensión de al menos 1 m, 2 m), en lugar de sobre sustratos cortados a su tamaño final.

La hoja de vidrio puede entonces cortarse para darle sus dimensiones finales, la etapa de corte necesita continuarse de una etapa de perforación de agujeros, de conformación o de pulido de los bordes y/o superficie.

La invención por lo tanto también se refiere a un método para fabricar un vidrio de protección para un dispositivo electrónico de acuerdo con la invención que comprende una etapa de formación de la hoja de vidrio, y una etapa en la que dicha hoja de vidrio, en la cual al menos una de las dimensiones es de al menos 1 m, está provista de medios de detección táctiles y de una etapa de corte.

Los ejemplos no limitantes a continuación ilustran la presente invención.

El vidrio utilizado en el ejemplo de acuerdo con la invención es un aluminosilicato de litio que tiene la siguiente composición: Si02 68 .2% A12O3 19. 0% LÍ20 3. 5% MgO 1.2% ZnO 1. 6% Ti02 2 . 6% Zr02 1 . 7%Na20 + K20 < 0. 5% Las hojas de vidrio de esta composición se produjeron con un espesor de 4 mm, y después se pulieron para lograr un espesor de aproximadamente 1 mm.

Los vidrios utilizados para los ejemplos comparativos C1 a C4 tienen diferentes composiciones químicas de peso presentadas en la Tabla 1 que está a continuación. Estos vidrios (de 1 mm de espesor) son según sea el caso, vidrios de vidrio sódico cálcico (por ejemplo, Cl), vidrios de aluminosilicato de sodio (por ejemplo, C2 y C3) y borosilicatos (C4).

Tabla 1 Para evaluar la resistencia al impacto repetido de las hojas de vidrio, se mide la ruptura por flexión del anillo de tensión en el trípode después de escotadura en condiciones ambientales de temperatura y de humedad, de la siguiente manera.

Las piezas de prueba de 70x70 mm2 se cortan en una hoja de vidrio que no ha sido sometida a ningún tratamiento después de la fabricación.

Una cara de cada muestra entonces se cubre con una película adhesiva en un lado que será posteriormente comprimida. El papel de esta película es permitir la ubicación del origen de la falla.

La escotadura se forma en la cara opuesta de la película adhesiva con una punta de diamante Vickers. La pieza de prueba se coloca debajo de la punta de manera que la escotadura se forma en medio de la pieza de prueba, a 1 mm aproximadamente. La punta se baja entonces sobre la muestra y el mantenimiento de la fuerza de escotadura se asegura durante 20 segundos.

En algunos experimentos, el vidrio se almacena durante 24 horas a fin de estabilizar la propagación de grietas, mientras que en las otras pruebas se realiza la prueba de flexión justo después de la escotadura. En caso de ruptura después de la escotadura, pero después de la prueba de flexión, la tensión de ruptura durante la flexión es nula.

La prueba de flexión por anillo en el trípode se construye utilizando un Instron 4400R, ajustado a una velocidad de descenso poligonal de 2 mm/min, equipado con un sensor de fuerza 5 kN, un anillo 10 mm de diámetro con un núcleo de 1 mm de radio, fijado en el extremo de la máquina Instron y una base en la que se unen tres bolas con radio de 5 mm, dispuestas a 120° en un círculo de 20 mm de radio y cuyo centro coincide con el centro del anillo.

La muestra se coloca entre las 3 bolas y el anillo, de modo que la marca de indentación se alinea con el centro del anillo, a 1 mm aproximadamente. A continuación se aplica sobre el anillo una fuerza creciente hasta que se rompe la probeta. Sólo son compatibles las probetas cuyo origen de ruptura está debajo del anillo. En la siguiente fórmula se muestra la resistencia a la tracción en función de la fuerza de rotura y de espesor de la probeta : ^ÍMPat — 0 . 847 x Fuerza ( (N) ) Espesor 2 (Ghth? Tabla 2 a continuación resume los resultados obtenidos para cada muestra que indica la Resistencia a la tracción para las cargas de indentación de 50, 100, 150 y 200 N, cuando la prueba de flexión se realiza inmediatamente después de la indentación y 24 horas después de la indentación. Los resultados son un promedio de 5 muestras. Un asterisco indica que al menos una de las muestras se rompió antes de que el prueba de flexión.

Tabla 2 Estos resultados demuestran la superioridad del vidrio de aluminosilicato de litio no reforzado sobre otros vidrios. Incluso en la ausencia de refuerzo, este vidrio es capaz de resistir daños sustanciales, y por lo tanto cumple la función de vidrio de protección de diversos dispositivos electrónicos.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Una hoja de vidrio no reforzado, cuya composición química es de tipo aluminosilicato de litio y cuyo espesor es como máximo 2.0 mm.

2. La hoja de vidrio de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque tiene un espesor de 1.5 mm o 1.1 mm.

3. La hoja de vidrio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada además porque su composición química comprende los siguientes óxidos en los márgenes de contenido 'por peso definidos a continuación: Si02 50-80% A12O3 12-30% Li20 1-10%

4. La hoja de vidrio de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque el contenido en peso total de óxidos de metales alcalinos distintos de óxido de litio es como máximo de 2% en peso, especialmente 1% en peso.

5. La hoja de vidrio de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque su composición química comprende los siguientes óxidos en los márgenes de contenido por peso definidos a continuación: Si02 52-75%, en particular 65-70% AI2O315-27%, en particular 18-19.8% Li20 2-10%, en particular 2.5-3.8% Na20 0-1%, en particular 0-0.5% K20 0-5%, en particular 0-1% CaO 0-0.5%, en particular 0-0.1% ZnO 0-5%, en particular 1.2-2.8% MgO 0-5%, en particular 0.55-1.5% BaO 0-5%, en particular 0-1.4% SrO 0-3%, en particular 0-1.4% Ti020-6%, en particular 0-2% Zr020-3%, en particular 0-2.5% P2050-8%, en particular 0-1%

6. La hoja de vidrio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada además porque se proporciona en uno de sus lados medios de detección táctil.

7. La hoja de vidrio de conformidad con reivindicación 6, caracterizada además porque el medio táctil es del tipo de proyección capacitiva.

8. La hoja de vidrio de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque el medio de detección táctil comprende al menos una red de pistas conductoras dispuestas en una pluralidad de filas y columnas.

9. La hoja de vidrio de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque las pistas conductoras están hechas de un óxido transparente eléctricamente conductor, en particular óxido de indio y de estaño (ITO).

10. Una cubierta de vidrio para un dispositivo electrónico caracterizada porque se obtiene a partir de una hoja de vidrio como la que se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Un método de fabricación de una protección de vidrio como la que se reclama en la reivindicación 10, caracterizado porque comprende una etapa de formación de la hoja de vidrio después, una etapa en la que dicha hoja de vidrio cuya dimensión es de al menos 1 m, se proporciona con medios de detección táctil y una etapa de corte.

12. El uso de una hoja de vidrio como la que se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, como un vidrio de cubierta para un dispositivo electrónico.

13. Un dispositivo electrónico, en particular portátiles o tipo laptop, tales como teléfonos inteligentes, PDA, cámaras digitales, reproductores multimedia, computadoras, computadoras tipo tableta, televisión, venta de entradas automática, cajeros automáticos, caja automática, pantallas de pago automático integrada en mobiliario, aparatos o tableros de vehículos, el dispositivo caracterizado porque comprende, como vidrio de protección al menos una hoja de vidrio como la que se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

14. Un dispositivo electrónico de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado porque la hoja de vidrio se proporciona en uno de sus lados con medios de detección táctil, colocado en la superficie inferior de la hoja de vidrio.