TW201604163A - 具高紅外線穿透率之玻璃片 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種玻璃片，其具有包含以玻璃總重量之百分比表示之量的以下各者之組合物：
□
該組合物亦包含以下組分中之一者：錳(以MnO形式表示)，呈0.01重量%至1重量%範圍內之量；銻(以Sb2O3形式表示)，呈0.01重量%至1重量%範圍內之量；砷(以As2O3形式表示)，呈0.01重量%至1重量%範圍內之量；或銅(以CuO形式表示)，呈0.0002重量%至0.1重量%範圍內之量。本發明亦關於此類玻璃片在採用基本上在該片內傳播之
紅外線輻射之裝置中之用途。藉助於其在紅外線波長處之高穿透率，該玻璃片可有利地用於例如螢幕或面板或板中，該玻璃片限定觸控表面。
Description
本發明係關於一種具高紅外線穿透率之玻璃片。本發明之一般領域為置放於顯示表面區域上方之光學觸控面板。
具體言之，藉助於其高紅外線(IR)穿透率，根據本發明之玻璃片可有利地用於觸控螢幕、觸控面板或觸控板中，該觸控螢幕、觸控面板或觸控板使用稱為平面散射偵測(PSD)或甚至受抑全內反射(FTIR)之光學技術(或任何其他需要高紅外線穿透率之技術)偵測該片之表面上的一或多個物件(例如手指或觸控筆)之位置。
因此，本發明亦關於一種包含此類玻璃片之觸控螢幕、觸控面板或觸控板。
PSD及FTIR技術允許獲得便宜且可具有相對較大觸控表面(例如大小為3吋至100吋)及較小厚度之多點觸控觸控螢幕/面板。
此兩種技術包括：(i)使用例如LED將紅外線(IR)輻射自一或多個邊緣/邊緣面射入紅外線透明之基板中；(ii)經由全內反射光學效應(無輻射「逸出」基板)在該基板(其隨後起波導作用)內傳播該紅外線輻射；(iii)使該基板之表面與某種物件(例如，手指或觸控筆)接觸，以
便藉由在所有方向上使輻射散射來產生局部干擾；某些偏離射線將因此能夠「逸出」該基板。
在FTIR技術中，偏離射線在基板之下表面上，亦即在與觸控表面相對之表面上形成紅外光點。藉由位於裝置後方之特殊相機偵測此等偏離射線。
PSD技術於其部分中在步驟(i)至(iii)之後包括兩個額外步驟：(iv)用偵測器分析在基板邊緣處之所得IR輻射；及(v)由偵測到的輻射以演算法計算與表面接觸之物件之位置。此技術尤其描述於文獻US 2013/021300 A1中。
基本而言，玻璃由於其機械特性、其耐久性、其抗刮擦性、其光學透明性及由於其可經化學或熱強化而為用於觸控面板之精選材料。
在玻璃面板用於PSD或FTIR技術且具有極大面積且因此相對較大長度/寬度之情況下，射入IR輻射之光學路徑較長。在此情況下，由玻璃材料吸收IR輻射因此對觸控面板之靈敏度具有顯著影響，可隨後不合需要地減小面板之長度/寬度。在玻璃面板用於PSD或FTIR技術且具有較小面積且因此具有射入IR輻射之較短光學路徑之情況下，由玻璃材料吸收IR輻射亦尤其對併有玻璃面板之裝置的功率消耗具有影響。
因此，高度紅外線透明之玻璃片極適用於此情形，以保證在此表面為大面積時整個觸控表面上之未下降或令人滿意的靈敏度。特定言之，在780nm至1200nm波長(該等波長一般用於此等技術中)之範圍內具有等於或甚至小於1m-1吸收係數之玻璃片為理想的。
為了獲得高紅外線(及可見光)穿透率，已知降低玻璃中之總鐵(根據本領域中之標準實務以Fe2O3表示)含量且因此獲得具有低鐵含量之玻璃(或「低鐵」玻璃)。矽酸鹽玻璃始終含有鐵，因為鐵作為雜質
存在於大多數所用批料(砂、石灰石、白雲石等)中。鐵以三價鐵離子Fe3+及二價亞鐵離子Fe2+之形式存在於玻璃之結構中。三價鐵離子Fe3+之存在使得玻璃在可見光中之短波長處弱吸收且在近紫外線(吸收帶以380nm為中心)中強吸收，而二價亞鐵離子Fe2+(有時表示為FeO氧化物)之存在引起在近紅外線(吸收帶以1050nm為中心)中之強吸收。因此，增加總鐵含量(呈其兩種形式之鐵含量)增強可見光及紅外線之吸收。另外，高濃度二價亞鐵離子Fe2+降低紅外線(尤其近紅外線)穿透率。然而，為了僅藉由改變總鐵含量獲得足夠低的用於波長在780nm至1200nm範圍內之觸控應用之吸收係數，將需要此總鐵含量之大降低，以致(i)將導致生產成本將過高，因為需要極純批料(具有足夠純度之材料在某些情況下甚至不存在)，及(ii)將引起生產問題(尤其熔爐之過早磨損及/或在熔爐中加熱玻璃之困難)。
亦已知，為了進一步提高玻璃穿透率，氧化存在於玻璃中之鐵，亦即減少二價鐵亞離子數目而增加三價鐵離子。玻璃之氧化程度由其氧化還原比給出，該氧化還原比定義為存在於玻璃中之Fe2+原子之重量與鐵原子之總重量的比率，亦即Fe2+/總Fe。
為了降低玻璃之氧化還原比，已知將氧化劑添加至批料摻合物中。然而，大多數已知氧化劑(硫酸鹽、硝酸鹽等)不具有足夠高的氧化能力來獲得使用FTIR或PSD技術之觸控面板應用所尋求之IR穿透率值。
本發明在其至少一個實施例中之一個目標為提供一種具高紅外線穿透率之玻璃片。特定言之，本發明之目標為提供一種具高近紅外線穿透率之玻璃片。
本發明在其至少一個實施例中之另一目標為提供一種玻璃片，
當該玻璃片在大面積觸控螢幕、觸控面板或觸控板中用作觸控表面時，其使觸控功能之靈敏度極少降低或不降低。
本發明在其至少一個實施例中之另一目標為提供一種玻璃片，當該玻璃片在更適當大小之觸控螢幕、觸控面板或觸控板中用作觸控表面時，其對裝置之功率消耗具有有利影響。
本發明在其至少一個實施例中之另一目標為提供一種具高紅外線穿透率且具有對於所選應用可接受之外觀之玻璃片。
最後，本發明之另一目標為提供一種具高紅外線穿透率且生產便宜之玻璃片。
本發明係關於一種玻璃片，其具有包含以玻璃總重量之百分比表示之量的以下各者之組合物：
根據本發明，該組合物另外包含以下組分中之一者：- 錳(以MnO形式表示)，呈0.01重量%至1重量%範圍內之量；- 銻(以Sb2O3形式表示)，呈0.01重量%至1重量%範圍內之量；
- 砷(以As2O3形式表示)，呈0.01重量%至1重量%範圍內之量；或- 銅(以CuO形式表示)，呈0.0002重量%至0.1重量%範圍內之量。
因此，本發明基於一種完全新穎且創造性之方法，因為其允許解決所述技術問題。具體言之，本發明人已證明可能藉由在玻璃組合物中組合低鐵含量與選自錳、銻、砷或銅之組分來獲得IR極透明之玻璃片，而對其外觀及顏色不具有過多負面影響。
在本文通篇中，當指定範圍時，該範圍包括其極限。另外，數值範圍內之各及每一整數值及子範圍明確地包括在內，就如同明確地寫入。另外，在本文通篇中，除非另外指明，否則百分比量或含量值為相對於玻璃總重量表示的按重量計之值。
根據本發明之玻璃片可由屬於各種類別之玻璃製成。因此，玻璃可為鈉鈣矽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃等。較佳地，且出於較低生產成本之原因，根據本發明之玻璃片為鈉鈣矽玻璃片。在此較佳實施例中，玻璃片之組合物可包含以玻璃總重量之百分比表示之量的以下各者：
更佳地，根據此實施例，玻璃片之組合物可包含以玻璃總重量之百分比表示之量的以下各者：
本發明之其他特徵及優點在閱讀以下實施方式後將變得更加顯而易見。
較佳地，在本發明之上下文中，術語「玻璃」係指完全非晶形材料，排除任何部分結晶材料(諸如，玻璃結晶或玻璃陶瓷材料)。
根據本發明之玻璃片可為藉由浮法製程、拉伸製程或滾軋製程或自熔融玻璃組合物製造玻璃片之任何其他已知製程獲得之玻璃片。根據如本發明之一較佳實施例，玻璃片為浮法玻璃片。表述「浮法玻璃片」理解為意謂藉由浮法製程形成之玻璃片，其在於在還原條件下將熔融玻璃傾倒至熔融錫浴上。如所已知，浮法玻璃片具有所謂的「錫側」，亦即其上接近片表面之玻璃區域富含錫之側。表述「富含錫」理解為意謂錫濃度相對於玻璃芯之組成增加，其可實質上為零(不含錫)或不為零。
根據本發明之玻璃片可為各種大小且相對較大。其尺寸範圍可例如高達3.21m×6m，或3.21m×5.50m，或3.21m×5.10m或3.21m×4.50m(「PLF」玻璃片)，或甚至例如3.21m×2.55m或3.21m×
2.25m(「DLF」玻璃片)。
根據本發明之玻璃片之厚度可在0.1mm與25mm之間。有利地，在觸控面板應用之情況下，根據本發明之玻璃片之厚度可在0.1mm與6mm之間。較佳地，在觸控螢幕應用之情況下，出於重量原因，根據本發明之玻璃片之厚度將為0.1mm至2.2mm。
根據本發明，本發明之組合物包含相對於玻璃總重量在0.002重量%至0.06重量%範圍內之總鐵(以Fe2O3表示)含量。總鐵(以Fe2O3形式表示)含量小於或等於0.06重量%允許玻璃片之IR穿透率進一步提高。最小值確保玻璃成本不會過多增加，因為此類低鐵值通常需要極純、昂貴的批料或後者之另外純化。較佳地，組合物包含相對於玻璃之總重量在0.002重量%至0.04重量%範圍內之總鐵(以Fe2O3形式表示)含量。最佳地，組合物包含相對於玻璃之總重量在0.002重量%至0.02重量%範圍內或相對於玻璃之總重量甚至在0.002重量%至0.015重量%範圍內之總鐵(以Fe2O3形式表示)含量。
較佳地，組合物包含以下組分中之一者：- 錳(以MnO形式表示)，呈0.01重量%至1重量%範圍內之量；- 銻(以Sb2O3形式表示)，呈0.01重量%至1重量%範圍內之量；或- 銅(以CuO形式表示)，呈0.0002重量%至0.1重量%範圍內之量。
根據本發明之第一有利實施例，組合物包含呈0.02重量%至1重量%或仍更佳0.02重量%至0.5重量%範圍內之量之錳(以MnO形式表示)。較佳地，組合物包含呈0.04重量%至0.5重量%且更佳0.1重量%至0.5重量%、甚至更佳0.2%至0.5%範圍內之量之錳(以MnO形式表示)。
根據本發明之第二有利實施例，組合物包含呈0.02重量%至1重量%或仍更佳0.02重量%至0.5重量%範圍內之量之銻(以Sb2O3形式表
示)或砷(以As2O3形式表示)。較佳地，組合物包含呈0.05重量%至0.5重量%或仍更佳0.1重量%至0.5重量%範圍內之量之銻(以Sb2O3形式表示)或砷(以As2O3形式表示)。完全較佳地，組合物包含呈0.1重量%至0.3重量%範圍內之量之銻(以Sb2O3形式表示)或砷(以As2O3形式表示)。在此第二實施例中，本發明之組合物較佳包含銻。出於環境及安全原因，在本發明之組合物中銻優於砷。
根據本發明之第三有利實施例，組合物包含呈0.0005重量%至0.05重量%或仍更佳0.001重量%至0.05重量%範圍內之量之銅(以CuO形式表示)。較佳地，組合物包含呈0.001重量%至0.02重量%或仍更佳0.002重量%至0.02重量%範圍內之量之銅(以CuO形式表示)。完全較佳地，組合物包含呈0.002重量%至0.01重量%範圍內之量之銅(以CuO形式表示)。
根據本發明之又一實施例，組合物包含小於20ppm Fe2+(以FeO形式表示)含量。此含量範圍允許尤其在IR穿透率方面獲得極令人滿意之特性。較佳地，組合物包含小於10ppm Fe2+(以FeO形式表示)含量。最佳地，組合物包含小於5ppm Fe2+(以FeO形式表示)含量。
根據本發明，玻璃片擁有高紅外線穿透率。更精確而言，本發明之玻璃片擁有高近紅外線穿透率。
在本說明書中，為了定量玻璃在紅外線範圍內之良好穿透率，將使用在1050nm、950nm及850nm波長處之吸收係數，在此情況下，吸收係數必須儘可能低以便獲得良好穿透率。吸收係數係藉由吸光度與在給定介質內電磁射線所行進的光學路徑之長度的比率來定義。其以m-1表示。因此，其與材料厚度無關，但視吸收輻射之波長及材料之化學性質而定。
在玻璃之情況下，所選波長λ處之吸收係數(μ)可由材料之穿透率(T)及折射率n之量測值計算(thick=厚度)，n、ρ及T之值視所選波長λ
而定：
其中ρ=(n-1)2/(n+1)2
有利地，根據本發明之玻璃片在1050nm波長處之吸收係數小於5m-1。較佳地，根據本發明之玻璃片在1050nm波長處之吸收係數小於或等於2m-1。最佳地，根據本發明之玻璃片在1050nm波長處之吸收係數小於或等於1m-1。
亦有利地，根據本發明之玻璃片在950nm波長處之吸收係數小於5m-1。較佳地，根據本發明之玻璃片在950nm波長處之吸收係數小於或等於2m-1。最佳地，根據本發明之玻璃片在950nm波長處之吸收係數小於或等於1m-1。
亦有利地，根據本發明之玻璃片在850nm波長處之吸收係數小於5m-1。較佳地，根據本發明之玻璃片在850nm波長處之吸收係數小於或等於2m-1。最佳地，根據本發明之玻璃片在850nm波長處之吸收係數小於或等於1m-1。
根據本發明之一個實施例，除尤其批料中所含有之雜質之外，玻璃片之組成可包含小比例之添加劑(諸如促進玻璃熔融或精煉之試劑)或歸因於形成熔爐之耐火材料之溶解的要素。
根據本發明之一個有利實施例，玻璃片之組合物可另外包含視所需效果而定適合量之一或多種著色劑。此(等)著色劑可例如用來「中和」可因存在顯著數量之銅或錳而產生的輕微顏色且因此使本發明之玻璃之著色更中性。替代地，此(等)著色劑可用來獲得特定所需顏色。
根據本發明之可與前述實施例組合之另一有利實施例，玻璃片可塗佈有允許修改或中和可因存在顯著數量之錳或銅而產生的輕微顏
色之層或膜(例如經著色PVB膜)。
根據本發明之玻璃片可有利地經化學或熱回火。
根據本發明之一個實施例，玻璃片塗佈有至少一個薄、透明且導電之層。根據本發明之薄、透明且導電之層可為例如基於SnO2：F、SnO2：Sb或ITO(氧化銦錫)、ZnO：Al或甚至ZnO：Ga之層。
根據本發明之另一有利實施例，玻璃片塗佈有至少一個抗反射(antireflective/anti-reflection)層。此實施例在本發明之玻璃片用作螢幕正面之情況下為顯然有利的。根據本發明之抗反射層可例如為基於低折射率多孔二氧化矽之層，或其可由多個層(多層)、尤其介電層多層組成，該多層含有交替的低折射率層及高折射率層且以低折射率層終止。
根據另一實施例，玻璃片塗佈有至少一個抗污層以便限制/防止污跡使其污損。此實施例在本發明之玻璃片用作觸控螢幕正面之情況下亦為有利的。此種層可與沈積於相對面上之薄、透明且導電之層組合。此種層可與沈積於同一面上之抗反射層、置放於多層外部且因此覆蓋抗反射層之抗污層組合。
根據本發明之玻璃片亦可在其至少一個主面上經處理，例如用酸或鹼磨砂，以便例如產生抗污特性或甚至抗反射或防眩光特性。此在本發明之玻璃片用作觸控表面/螢幕之情況下亦為尤其有利的。
視所需應用及/或特性而定，其他層可沈積於根據本發明之玻璃片之一面及/或另一面上。
此外，本發明亦關於一種觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其包含至少一個根據本發明之限定觸控表面之玻璃片。所有上文關於本發明之玻璃片所描述之實施例因此亦適用於根據本發明之觸控螢幕或觸控面板或觸控板。根據一個實施例，觸控螢幕或觸控面板或觸控板有利地使用FTIR或PSD光學技術。特定言之，對於螢幕，玻璃片有利地
置放於顯示表面上方。
最後，本發明亦關於根據本發明之玻璃片之用途，其用於採用基本上在該片內傳播之紅外線輻射之裝置中。所有上文關於本發明之玻璃片所描述之實施例因此亦適用於本發明之用途。
表述「基本上在片內傳播之輻射」理解為指傳播穿過介於玻璃片之兩個主面之間的玻璃片主體之輻射。
有利地，根據如本發明之用途之一個實施例，紅外線輻射藉由全內反射傳播。在此實施例中，紅外線輻射可自玻璃片之一或多個邊緣射入該片中。表述「片之邊緣」理解為意謂由片之厚度限定且實質上垂直於片之兩個主面的四個表面中之每一者。同樣在此實施例中且替代地，紅外線輻射可以一定角度自一個或兩個主面射入玻璃片中。
以下實例說明本發明但不意欲以任何方式限制其範疇。
將批料以粉末形式摻合且置放於坩堝中以便熔融，摻合物具有下表中給出之基礎組成。
在基礎組成保持相同且錳、銻或銅呈可變數量(分別以MnO氧化物、Sb2O3氧化物及CuO氧化物形式添加)之情況下製備各種樣本。樣本1(參考樣本)對應於先前技術之具有低鐵含量之玻璃(其稱為超透明玻璃)且不添加錳、銻或銅。樣本2至8對應於根據本發明之玻璃片組
合物。
量測呈片形式之各玻璃樣本之光學特性，且特定言之，使用裝備有150mm直徑積分球之PerkinElmer Lambda 950分光光度計經由穿透率量測在850nm、950nm及1050nm波長處量測吸收係數(μ)，將樣本置放於球體之入口孔徑中以用於量測。
以下各表展示對於根據本發明之樣本所獲得的隨錳(表1)、銻(表2)或銅(表3)之數量而變化的在1050nm、950nm及850nm波長處之吸收係數相對於相應參考樣本(無錳、銻或銅)之值的變化(Δ)。
此等結果展示以根據本發明之含量範圍添加錳、銻或銅，允許在850nm、950nm及1050nm波長處之吸收係數顯著降低，且因此，一般而言，近紅外線之輻射吸收降低。
Claims (20)
- 一種玻璃片，其具有包含以玻璃總重量之百分比表示之量的以下各者之組合物：
- 如請求項1之玻璃片，其中該組合物包含呈0.02重量%至1重量%範圍內之量之錳(以MnO形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.02重量%至0.5重量%範圍內之量之錳(以MnO形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.04重量%至0.5重量%範圍內之量之錳(以MnO形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.1重量%至0.5重量%範圍內之量之錳(以MnO形式表示)。
- 如請求項1之玻璃片，其中該組合物包含呈0.02重量%至1重量%範圍內之量之銻(以Sb2O3形式表示)或砷(以As2O3形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.02重量%至0.5重量%範圍內之量之銻(以Sb2O3形式表示)或砷(以As2O3形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.05重量%至0.5重量%範圍內之量之銻(以Sb2O3形式表示)或砷(以As2O3形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.1重量%至0.5重量%範圍內之量之銻(以Sb2O3形式表示)或砷(以As2O3形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.1重量%至0.3重量%範圍內之量之銻(以Sb2O3形式表示)或砷(以As2O3形式表示)。
- 如請求項6至10之玻璃片，其中該組合物包含銻。
- 如請求項1之玻璃片，其中該組合物包含呈0.0005重量%至0.05重量%範圍內之量之銅(以CuO形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.001重量%至0.05重量%範圍內之量之銅(以CuO形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.001重量%至0.02重量%範圍內之量之銅(以CuO形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.002重量%至0.02 重量%範圍內之量之銅(以CuO形式表示)。
- 如前述請求項之玻璃片，其中該組合物包含呈0.002重量%至0.01重量%範圍內之量之銅(以CuO形式表示)。
- 一種觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其包含至少一個限定觸控表面之如請求項1至16中任一項之玻璃片。
- 如前述請求項之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其使用FTIR或PSD光學技術。
- 一種如請求項1至16中任一項之玻璃片之用途，其用於採用基本上在該片內傳播之紅外線輻射之裝置中。
- 如前述請求項之用途，其中該紅外線輻射藉由全內反射傳播。
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