TWI535679B

TWI535679B - 具高紅外線穿透率之玻璃片

Info

Publication number: TWI535679B
Application number: TW103105516A
Authority: TW
Inventors: 奧黛莉道奇蒙; 湯瑪士藍布里奇; 賽巴斯汀漢納科
Original assignee: Ａｇｃ歐洲玻璃公司
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2016-06-01
Also published as: HUE032796T2; KR20150120430A; JP6346905B2; EP2958868A1; ES2633438T3; US9630874B2; EP2958868B1; CN108726873A; CN105073667B; WO2014128016A1; TW201442975A; PL2958868T3; US20160002094A1; KR102219471B1; CN105073667A; JP2016513059A

Description

具高紅外線穿透率之玻璃片

本發明係關於一種展示高紅外線穿透率的玻璃片。本發明之一般領域為安裝在顯示器表面上之光學觸控面板之領域。

憑藉高紅外線(IR)穿透率，根據本發明之玻璃片可適宜地用於觸控螢幕或觸控面板或觸控板中，該觸控螢幕或觸控面板或觸控板利用被稱作平面散射偵測(PSD)亦或受抑全內反射(FTIR)之光學技術(或任何其他要求高紅外線穿透率之技術)，以便偵測該薄片之表面上之一或多個物件(例如手指或觸控筆)的位置。

本發明因此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技術使獲得相對便宜且可具有相對高觸感之表面(舉例而言，3至100吋)又很薄之多重偵測觸控螢幕/面板成為可能。

此兩種技術包括：(i)始於一或多個邊緣，(例如憑藉LED)射出紅外(IR)線進入對紅外線透明的基板中；(ii)經由全內反射(無放射線「離開」該基板)之光學現象，紅外線在該基板(其隨後充當波導)內部傳播；(iii)該基板之表面與任何物件(例如手指或觸控筆)接觸，從而藉由放射線在所有方向上之散射引起局部擾動；部分偏轉射線將由此能夠「離開」該基板。

在FTIR技術中，偏轉射線於基板之與觸控表面相反之下部表面上形成紅外光光點。此等光點經位於該裝置上方之專門相機可見。

PSD技術於其部分中在階段(i)至(iii)之後包含兩個附加階段：(iv)藉由偵測器分析基板邊緣處之所得紅外線；及(v)始於所偵測之放射線，經演算法計算與表面接觸的物件的位置。此技術尤其係陳述於文件US2013021300A1中。

基本上，由於玻璃之機械特性、耐久性、對刮痕之抗性及光學清晰性及其可經化學方法或熱方法強化，因此玻璃為一種用於觸控面板之選定材料。

就用於PSD或FTIR技術且具有極大表面且由此具有相對大的長度/寬度之玻璃面板而言，射出之紅外線具有較長的光學路徑長度。在該種狀況下，紅外線經玻璃材料之吸收由此顯著影響觸控面板之靈敏度，其可隨後不當地減小面板之長度/寬度。就用於PSD或FTIR技術且具有較小表面且由此射出之紅外線具有更短光學路徑長度之玻璃面板而言，紅外線經玻璃材料之吸收尤其對合併有玻璃面板之裝置的能量消耗亦具有影響。

由此，一種對紅外線而言極透明的玻璃片非常適用於此情形，以確保當此表面較大時整個觸控表面上之完整或充分靈敏度。詳言之，在1050nm(通常用於此等技術)之波長處具有等於或甚至小於1m^-1的吸收係數之玻璃片為理想的。

為了於紅外區(且於可見區)獲得高穿透率，已知可減少玻璃中鐵之總含量(依據Fe₂O₃表示，根據該領域中之標準實務)，以獲得低鐵玻璃。矽酸鹽類型之玻璃始終包含鐵，因為鐵在大部分所用起始材料(砂、石灰石、白雲石及其類似物)中作為雜質存在。鐵以三價鐵Fe³⁺ 離子與二價鐵Fe²⁺離子之形式存在於玻璃之結構中。三價鐵Fe³⁺離子之存在賦予玻璃低波長可見光之微小吸收及在近紫外區(吸收帶以380nm為中心)之較強吸收，而二價鐵Fe²⁺離子(有時表示為FeO氧化物)之存在於近紅外區(吸收帶以1050nm為中心)產生強吸收。由此，總鐵含量(呈此等形式兩者)的升高增強在可見區與紅外區之吸收。此外，高濃度之二價鐵Fe²⁺離子導致紅外區(尤其近紅外區)中穿透率的降低。然而，為了藉由僅影響總鐵含量來實現對於觸控應用而言足夠低的在1050nm波長處之吸收係數，此將要求總鐵含量較大程度的降低，因而(i)此將導致生產成本太高，因為需要極純的起始材料(有時其甚至不以足夠的純度存在)，抑或(ii)此將帶來生產問題(尤其熔爐之過早磨損及/或在熔爐內加熱玻璃之困難)。

為進一步提高玻璃之穿透率，亦已知可氧化存在於玻璃中之鐵，換言之，減少二價鐵離子之含量同時提高三價鐵離子之含量。玻璃之氧化程度根據其氧化還原指定，定義為Fe²⁺原子相對於玻璃中所存在之鐵原子之總重量之重量比，即Fe²⁺/總鐵。

為了減少玻璃之氧化還原，已知可添加氧化成分至起始材料之批料中。然而，大部分已知的氧化劑(硫酸鹽、硝酸鹽及其類似物)所具有的氧化能力不夠強，無法獲得利用FTIR或PSD技術之觸控面板應用所要的紅外穿透率值。

本發明之目標在其至少一個實施例中為提供一種具高紅外線穿透率之玻璃片。詳言之，本發明之目標為提供一種具高近紅外線穿透率之玻璃片。

本發明之另一目標在其至少一個實施例中為提供一種玻璃片，當其用作較大尺寸之觸控螢幕、觸控面板或觸控板中之觸控表面時，導致觸控功能之靈敏度沒有損失或極少損失。

本發明之另一目標在其至少一個實施例中為提供一種玻璃片，當其用作較適度尺寸之觸控螢幕、觸控面板或觸控板中之觸控表面時，有利於裝置之能量消耗。

本發明之另一目標在其至少一個實施例中為提供一種具高紅外線穿透率且具有所選應用上可接受之美觀性品質之玻璃片。

最後，本發明之另一目標為提供一種具高紅外線穿透率之玻璃片，其生產相對便宜。

本發明係關於一種玻璃片，其具有包含以下各物之組成，該等物質之含量表示為玻璃總重量之百分比：

根據一特定實施例，該組成另外包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.06%範圍內之鉻(以Cr₂O₃形式表示)含量。

因此，本發明係基於一種完全新穎及創造性的方法，其能夠解決提出的技術問題。此係因為本發明人已出人意料地證明，藉由在玻璃組成中組合低含量之鐵與在特定含量範圍內之鉻(在「選擇性」著色的玻璃組成中尤其被稱為強力著色劑)，能夠獲得一種在紅外區非常透明且美觀性品質或顏色未受到過度負面影響之玻璃片。

在本文全篇中，當指明範圍時，極限包括在內。此外，數值範圍內之全部整數值及子域值均明確地包括在內，就如同明確地寫明一般。此外在本文全篇中，呈百分比形式之含量值為相對於玻璃之總重量表示的按重量計之值。

本發明之其他特徵及優勢在閱讀以下實施方式後將變得更加顯而易見。

在本發明之含義內，術語「玻璃」係理解為意謂一種完全非晶形材料，因此排除任何結晶材料，甚至部分結晶材料(諸如，例如玻璃結晶或玻璃陶瓷材料)。

根據本發明之玻璃片係由可屬於多種類別之玻璃製成。玻璃因此可為鈉鈣矽、鋁矽酸鹽或硼矽酸鹽類型及其類似類型之玻璃。較佳地及出於降低生產成本之原因，根據本發明之玻璃片為鈉鈣矽玻璃之薄片。根據此較佳實施例，玻璃片之組成可包含以下各物，其含量表示為玻璃總重量之百分比：

根據本發明之玻璃片可為藉由浮法製程、拉伸製程、軋製製程或任何其他已知的由熔融玻璃組合物開始來製造玻璃片之製程所獲得的玻璃片。根據本發明之一優先實施例，玻璃片為浮法玻璃片。術語「浮法玻璃片」係理解為意謂藉由浮法玻璃製程所形成之玻璃片，該浮法玻璃製程係在還原性條件下將熔融的玻璃傾倒於熔融錫浴上。浮法玻璃片以已知的方式包含「錫表面」，換言之，在接近玻璃片表面之玻璃體內富含錫之表面。術語「富含錫」係理解為意謂相對於中心處玻璃組成之錫濃度的提高，其實質上可為或可不為零(不含錫)。

根據本發明，不同的包含鉻之起始材料可用於將鉻引入玻璃組成內。詳言之，鉻氧化物CrO、Cr₂O₃、CrO₂或CrO₃為可能的且相對純的鉻源。亦可使用其他富鉻物質，諸如鉻酸鹽、亞鉻酸鹽或任何其他鉻類化合物。然而，由於安全原因，包含6+形式之鉻之化合物為欠佳的。

根據本發明之玻璃片可具有變化的且相對較大的尺寸。例如，其可具有範圍高達3.21m×6m或3.21m×5.50m或3.21m×5.10m或3.21m×4.50m(「PLF」玻璃片)或此外例如3.21m×2.55m或3.21m×2.25m(「DLF」玻璃片)之尺寸。

根據本發明之玻璃片可具有在0.1與25mm之間變化之厚度。適宜的是，就觸控面板應用而言，根據本發明之玻璃片可具有在0.1與6mm之間變化之厚度。較佳地，就觸控螢幕應用而言，出於重量原因，根據本發明之玻璃片之厚度為0.1至2.2mm。

根據本發明，本發明之組成包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.06%範圍內之總鐵(依據Fe₂O₃表示)含量。按重量計小於或等於0.06%之總鐵(以Fe₂O₃形式表示)含量使得進一步提高玻璃片之紅外穿透率成為可能。該最小值可能不會對玻璃成本造成過度損害，因為該等低鐵值常常要求昂貴、極純的起始材料以及對此等起始材料進行純化。較佳地，該組成包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.04%範圍內之總鐵(以Fe₂O₃形式表示)含量。極佳地，該組成包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.02%範圍內之總鐵(以Fe₂O₃形式表示)含量。

根據本發明之一適宜實施例，本發明之組成包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.03%範圍內之鉻(以Cr₂O₃形式表示)含量。該種鉻含量範圍可在紅外區獲得高穿透率而不過度損害美觀性外觀或玻璃片之著色。極佳地，本發明之組成包含在0.002%至0.02%範圍內之鉻(以Cr₂O₃形式表示)含量。

根據本發明之一尤其適宜實施例，該組成包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.02%範圍內之總鐵(以Fe₂O₃形式表示)含量與按重量計在0.002%至0.02%範圍內之鉻(以Cr₂O₃形式表示)含量。該種組成可在紅外區且尤其在1050nm之波長處獲得吸收係數之極低值。

根據本發明之另一實施例，該組成包含小於20ppm之Fe²⁺(以FeO形式表示)含量。此含量範圍可獲得極令人滿意之性質，尤其在紅外線穿透率方面。較佳地，該組成包含小於10ppm之Fe²⁺(以FeO形式表示)含量。極佳地，該組成包含小於5ppm之Fe²⁺(以FeO形式表示)含量。

根據本發明，玻璃片具有高紅外線穿透率。更特定言之，本發明之玻璃片在近紅外線區具有高放射線穿透率。

為了定量玻璃在紅外區之良好穿透率，在本說明書中，將利用1050nm之波長處之吸收係數，因此該吸收係數應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輻射所行進的光學路徑之長度的比率來定義。其係以m^-1表示。由此其與材料厚度無關，但其為吸收的放射線之波長及材料之化學性質的函數。

就玻璃而言，在所選波長λ處之吸收係數(μ)可由穿透率(T)之量測值及由材料之折射率n計算，n、ρ及T之值為所選波長λ之函數：

其中ρ=(n-1)²/(n+1)²

適宜的是，根據本發明之玻璃片在1050nm之波長處具有小於5m^-1之吸收係數。較佳地，根據本發明之玻璃片在1050nm之波長處具有小於或等於2m^-1之吸收係數。極佳地，根據本發明之玻璃片在1050nm之波長處具有小於或等於1m^-1之吸收係數。

同樣適宜的是，根據本發明之玻璃片在950nm之波長處具有小於5m^-1之吸收係數。較佳地，根據本發明之玻璃片在950nm之波長處具有小於或等於2m^-1之吸收係數。極佳地，根據本發明之玻璃片在950nm之波長處具有小於或等於1m^-1之吸收係數。

同樣適宜的是，根據本發明之玻璃片在850nm之波長處具有小於5m^-1之吸收係數。較佳地，根據本發明之玻璃片在850nm之波長處具有小於或等於2m^-1之吸收係數。極佳地，根據本發明之玻璃片在850nm之波長處具有小於或等於1m^-1之吸收係數。

根據本發明之一個實施例，除尤其存在於起始材料內之雜質以外，玻璃片之組成還可包含低比例之添加劑(諸如幫助玻璃熔化或精煉之試劑)或源自構成熔化爐之耐火材料之溶解的成分。

根據本發明之一適宜實施例，玻璃片之組成可另外包含隨所需效果而變的適量的一或多種著色劑。此/此等著色劑可用於例如「中和」由鉻之存在所產生之顏色，並且從而使得本發明之玻璃之著色更加中性或無色。或者，此/此等著色劑可用以獲得不同於可由鉻之存在所產生的所需顏色。

根據可與前述實施例組合的本發明之另一適宜實施例，玻璃片可塗佈有層或薄膜(例如著色的PVB薄膜)，該層或薄膜可改變或中和可由鉻之存在所產生的顏色。

根據本發明之玻璃片可適宜地以化學方法或以熱方法回火。

根據本發明之一個實施例，玻璃片塗佈有至少一個透明且導電的薄層。根據本發明之透明且導電的薄層可為例如基於SnO₂：F、SnO₂：Sb或ITO(氧化銦錫)、ZnO：Al亦或ZnO：Ga之層。

根據本發明之另一適宜實施例，玻璃片塗佈有至少一個抗反射層。此實施例在將本發明之玻璃片用作螢幕前表面之情況下為明顯適宜的。根據本發明之抗反射層可例如為基於具有低折射率之多孔二氧化矽之層，或其可由若干層(堆疊)構成，尤其是具有低折射率與高折射率且以具有低折射率之層終止的介電材料交替層的堆疊。

根據另一實施例，玻璃片塗佈有至少一個防指紋層或已經處理以便減少或防止留下指紋。此實施例在將本發明之玻璃片用作觸控螢幕之前表面之情況下亦為適宜的。此類層或此類處理可與沈積於相對表面上之透明及導電薄層組合。此類層可與沈積於同一表面上之抗反射層組合，該防指紋層係在堆疊之外部且從而覆蓋該抗反射層。

根據所需應用及/或性質，其他層可沈積於根據本發明之玻璃片之一個及/或另一表面上。

本發明亦關於一種觸控螢幕或一種觸控面板或一種觸控板，其包含至少一個界定觸控表面之根據本發明之玻璃片。根據此實施例，觸控螢幕或觸控面板或觸控板適宜使用FTIR或PSD光學技術。詳言之，對於螢幕，玻璃片適宜安裝在顯示器表面上方。

最後，憑藉高紅外線穿透率，根據本發明之玻璃片可適宜地用於觸控螢幕或觸控面板或觸控板中，該觸控螢幕或觸控面板或觸控板利用平面散射偵測(PSD)或受抑全內反射(FTIR)光學技術以偵測該薄片之表面上之一或多個物件(例如手指或觸控筆)的位置。

以下實例說明本發明，且不具有以任何方式限制其涵蓋範圍之意圖。

實例

根據下表中指定之基礎組成，將啟動材料以粉末形式混合且置放於坩堝中用於熔化。

使用可變含量之鉻製備不同樣品且基礎組成維持恆定。樣品1(比較例)對應於目前先進技術之玻璃，其具有低鐵含量且不包含鉻(且被稱作「特別明晰的」)。樣品2至4對應於根據本發明之玻璃片組成。

測定呈片狀形式之各玻璃樣品之光學性質，且尤其在配備有直徑150mm之積分球之Perkin Elmer Lambda 950分光光度計上經由穿透率量測來測定在1050、950及850nm波長處之吸收係數，樣品係置放於用於量測之球體之輸入埠中。

下表中呈現在1050、950及850nm之波長處所獲得之吸收係數，其隨鉻(鉻以鉻(III)氧化物形式添加)之添加量而變。

此等結果顯示，添加在根據本發明之含量範圍內的鉻可顯著降低在1050、950及850nm之波長中每一者處的吸收係數，且從而整體減少近紅外線之吸收。

在使用0.01%的總鐵含量的情況下，約200ppm的鉻含量對於降至低於1m^-1(對於利用FTIR或PSD光學技術之觸控應用而言理想的吸收係數值)為必需的。若總鐵之含量低於0.01%，則所需之鉻含量將更低，且反之亦然。

Claims

一種玻璃片，其具有包含以下各物之組成，該等物質之含量表示為玻璃總重量之百分比：總鐵(以Fe₂O₃形式表示)0.002-0.06%；其特徵在於該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.06%範圍內之鉻(以Cr₂O₃形式表示)含量及該組成包含低於5ppm之Fe²⁺(以FeO形式表示)含量。
如請求項1之玻璃片，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.03%範圍內之鉻(以Cr₂O₃形式表示)含量。
如請求項2之玻璃片，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.02%範圍內之鉻(以Cr₂O₃形式表示)含量。
如請求項1至3中任一項之玻璃片，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.04%範圍內之總鐵(以Fe₂O₃形式表示)含量。
如請求項4之玻璃片，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.02%範圍內之總鐵(以Fe₂O₃形式表示)含量。
如請求項5之玻璃片，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.02%範圍內之總鐵(以Fe₂O₃形式表示)含量與在0.002%至0.02%範圍內之鉻(以Cr₂O₃形式表示)含量。
如請求項1至3中任一項之玻璃片，其中該玻璃片為鈉鈣矽玻璃之薄片。
如請求項1至3中任一項之玻璃片，其中其在1050nm之波長處的吸收係數低於或等於5m^-1。
一種觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其包含至少一個界定觸控表面之如請求項1至8中任一項之玻璃片。
如請求項9之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其利用FTIR或PSD光學技術。
一種如請求項1至8中任一項之玻璃片在觸控螢幕或觸控面板或觸控板中之用途，該觸控螢幕或觸控面板或觸控板利用FTIR或PSD光學技術以偵測該薄片之表面上一或多個物件之位置。