TWI557089B - 具有高紅外線穿透率的玻璃片 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種具高紅外線穿透率之玻璃片。本發明之一般技術領域為置放在顯示器表面區域上方之光學觸控面板。
特定言之，憑藉高紅外線(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被稱作平面散射偵測(PSD)或甚至受抑全內反射(FTIR)之光學技術(或任何其他要求高紅外線穿透率之技術)，以便偵測該薄片之表面上一或多個物件(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技術允許獲得便宜且可具有相對較大觸控表面(舉例而言，尺寸為3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)自一或多個邊緣/邊緣面，(例如使用LED)射出紅外(IR)線輻射進入在紅外線中透明的基板中；(ii)藉助於全內反射光學效應(無輻射「逸出」該基板)，紅外線輻射在該基板(其隨後起波導作用)內部傳播；(iii)使該基板之表面與某類物件(例如手指或觸控筆)接觸，從而
藉由輻射在所有方向中之散射而產生局部干擾；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反之表面上)形成紅外光光點。藉由位於該裝置下方之專門相機偵測此等偏離射線。
至於PSD技術，其在步驟(i)至(iii)之後包括兩個附加步驟：(iv)使用偵測器分析在基板邊緣處的所得紅外輻射；及(v)自所偵測之輻射經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件US 2013/021300 A1中。
基本上，由於玻璃之機械特性、耐久性、抗刮痕性、光學透明性及由於其可經化學方法或熱方法韌化，因此玻璃為用於觸控面板之選定材料。
就用於PSD或FTIR技術且具有極大面積且因此具有相對較大長度/寬度之玻璃面板而言，射出之紅外輻射之光學路徑較長。在此情況下，紅外輻射經玻璃材料之吸收因此對觸控面板之靈敏度具有顯著影響，其可隨後不當地減小面板之長度/寬度。就用於PSD或FTIR技術且具有較小面積且因此射出之紅外輻射具有更短光學路徑之玻璃面板而言，紅外輻射經玻璃材料之吸收亦具有影響，尤其對於合併有玻璃面板之裝置的能量消耗。
因此，一種在紅外線中極透明的玻璃片極其適用於此情形，以便當此表面的面積較大時確保整個觸控表面上未下降或令人滿意的靈敏度。詳言之，在自780nm至1200nm之波長範圍(該等波長通常用於此等技術)內具有等於或甚至小於1m-1的吸收係數之玻璃片為理想的。
為了於紅外線中(且於可見光中)獲得高穿透率，已知可減少玻璃中的鐵總含量(依據Fe2O3表示，根據該領域中之標準實務)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，因為後者在大部分所用分批材料(砂、石灰石、白雲石等)中作為雜質存在。鐵以三價鐵離子Fe3+與二價鐵離子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較短波長處發生弱吸收且在近紫外線(吸收帶以380nm為中心)中發生強吸收，而二價鐵離子Fe2+(有時表示為FeO氧化物)之存在引起在近紅外線(寬吸收帶以1050nm為中心)中之強吸收。因此，增加鐵總含量(呈其兩種形成之鐵的含量)增強在可見光及紅外線中之吸收。此外，高濃度之二價鐵離子Fe2+降低在紅外線中(尤其在近紅外線中)之穿透率。然而，為了藉由僅改變鐵總含量來獲得對於觸控應用而言足夠低的在自780nm至1200nm之波長範圍內的吸收係數，將要求此鐵總含量之較大降低，因而(i)其將導致生產成本太高，因為需要極純的分批材料(在某些情況下甚至不存在足夠純度的材料)，及(ii)其將造成生產問題(尤其是熔爐之過早磨損及/或在熔爐中加熱玻璃之困難)。
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，即減少二價鐵離子之數量來增加三價鐵離子。玻璃之氧化程度根據其氧化還原比率指定，定義為Fe2+原子相對於玻璃中所存在之鐵原子之總重量的重量比，即Fe2+/鐵總量。
為了降低玻璃之氧化還原比率，已知可添加氧化劑至分批材料之摻合物中。然而，大部分已知的氧化劑(硫酸鹽、硝酸鹽等)不具有足以獲得在使用FTIR或PSD技術之觸控面板應用中所尋求的紅外線穿透率值之高氧化能力。
本發明之一個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，當其用作較大面積之觸控螢幕、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極少降低或未降低。
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極少降低或未降低。
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，當其用作較小尺寸之觸控螢幕、觸控面板或觸控板中之觸控表面時，對裝置之能量消耗具有有利的影響。
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對於所選應用可接受之外觀的玻璃片。
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，其具有包含以下各物之組成，該等物質之量表示為玻璃總重量之百分比：
鐵總量(以Fe2O3形式表示) 0.002-0.06%；根據一個特定實施例，該組成另外包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.001%至1%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。
因此，本發明係基於一種完全新穎及創造性的方法，因為其能夠解決所述技術問題。特定言之，本發明人已出人意料地證明，可藉由在玻璃組成中組合低含量鐵與在特定含量範圍內之鈰來獲得一種在紅外線中極透明並且未影響其外觀及其顏色之玻璃片。另外，此類組成中之鈰允許獲得紫外過濾(或紫外分割)效應，當此類玻璃片用作觸控平板、觸控面板或觸控螢幕之外表面時其證明為不可否認的優勢，因為其隨後保護位於薄片(例如LCD螢幕或囊封)後方之電子及/或有機元件免於紫外輻射。
在本文全篇中，當指明範圍時，其極限包括在內。此外，數值範圍內之各個及每一整數值與子區間明確地包括在內，如同明確寫明一般。此外，在本文全篇中，百分比量或含量值為相對於玻璃總重量表示之按重量計之值。
根據本發明之玻璃片可由屬於多種類別之玻璃製成。玻璃因此可為鈉鈣矽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃等。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。在此較佳實施例中，玻璃片之組成可包含以下各物，其量表示為玻璃總重量之百分比：
較佳地，根據此實施例，玻璃片之組成可包含以下各物，其量表示為玻璃總重量之百分比：
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。
根據本發明，術語「玻璃」理解為意謂一種完全非晶材料，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可為藉由浮法製程、拉伸製程或軋製製程或任何其他已知的用於自熔融玻璃組合物來製造玻璃片之製程所獲得的玻璃片。根據本發明之較佳實施例，玻璃片為浮法玻璃片。表述「浮法玻璃片」係理解為意謂藉由浮法製程所形成之玻璃片，該浮法製程包括在還原性條件下將熔融的玻璃傾倒於熔融錫浴上。眾所周知，浮法玻璃片具有所謂的「錫側面」，亦即在該側面上接近薄片表面之玻璃區域富含錫。表述「富含錫」係理解為意謂相對於玻璃核心
之組成之錫濃度的提高，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多種尺寸且相對較大。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)或甚至例如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之厚度可在0.1mm與25mm之間。有利的是，就觸控面板應用而言，根據本發明之玻璃片之厚度可在0.1mm與6mm之間。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將為0.1mm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%範圍內之鐵總含量(依據Fe2O3表示)。按重量計小於或等於0.06%之鐵總含量(以Fe2O3形式表示)使得玻璃片之紅外線穿透率進一步提高。最小值確保玻璃之成本不過多增加，因為該等低鐵值常常要求極純且昂貴的分批材料或對該等分批材料進行純化。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%範圍內之鐵總含量(以Fe2O3形式表示)。最佳地，該組成包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.002%至0.02%範圍內之鐵總含量(以Fe2O3形式表示)，或甚至更好地，組成包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.002%至小於0.014%範圍內之總鐵含量(以Fe2O3形式表示)。
根據本發明之一個實施例，本發明之組成包含相對於玻璃的總重量，按重量計在0.005%至0.5%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。較佳地本發明之組成包含相對於玻璃的總重量，按重量計在0.005%至0.3%範圍內且更佳地在0.01%至0.2%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。該等鈰含量範圍允許獲得高紅外線穿透率而不顯著影響玻璃片之顏色。具體言之，當鈰大量存在時，使玻璃產生淡黃色。
根據本發明之一個有利實施例，本發明之組成具有一定鈰/總鐵
比率，使得：0.1CeO2/Fe2O3 50。根據此實施例且較佳地，組成具有一定鈰/總鐵比率，使得1CeO2/Fe2O3 50。此類鈰/總鐵比率範圍允許獲得高紅外線穿透率，而不顯著影響玻璃片之顏色。最佳地，組成具有一定鈰/總鐵比率，使得1CeO2/Fe2O3 25。或者，組成具有一定鈰/總鐵比率，使得1CeO2/Fe2O3 10。
根據本發明之另一實施例，該組成包含小於20ppm之Fe2+含量(以FeO形式表示)。此含量範圍允許獲得極令人滿意的特性，尤其在紅外線穿透率方面。較佳地，該組成包含小於10ppm之Fe2+含量(以FeO形式表示)。最佳地，該組成包含小於5ppm之Fe2+含量(以FeO形式表示)。
根據本發明，玻璃片具有高紅外線穿透率。更確切地說，本發明之玻璃片具有高近紅外線穿透率。
為了定量玻璃在紅外線範圍內之良好穿透率，在本說明書中，將使用1050nm、950nm及850nm波長處之吸收係數，在此情形下該等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。其係以m-1表示。因此其與材料厚度無關，但其取決於吸收的輻射之波長及材料之化學性質。
就玻璃而言，在所選波長λ處之吸收係數(μ)可由穿透率(T)之量測值及材料之折射率n計算(thick=厚度)，n、ρ及T之值取決於所選波長λ：
其中ρ=(n-1)2/(n+1)2
有利的是，根據本發明之玻璃片在1050nm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波長處具有小
於或等於2m-1之吸收係數。最佳地，根據本發明之玻璃片在1050nm波長處具有小於或等於1m-1之吸收係數。
亦有利的是，根據本發明之玻璃片在950nm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波長處具有小於或等於2m-1之吸收係數。最佳地，根據本發明之玻璃片在950nm波長處具有小於或等於1m-1之吸收係數。
亦有利的是，根據本發明之玻璃片在850nm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波長處具有小於或等於2m-1之吸收係數。最佳地，根據本發明之玻璃片在850nm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，除了包含雜質(其尤其包含於分批材料中)之外，玻璃片之組成還可包含低比例之添加劑(諸如促進玻璃熔化或精煉之試劑)或由於形成熔爐之耐火材料之溶解而產生的元素。
根據本發明之一個有利實施例，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其他著色劑。此(此等)著色劑可用以例如「中和」由大量鈰之存在而可能產生的淡黃色，且因此引起本發明之玻璃之顏色更加中性。或者，此(此等)著色劑可用以獲得所需顏色。
根據可與前述實施例組合的本發明之另一有利實施例，玻璃片可塗佈有層或薄膜(例如著色的PVB薄膜)，該層或薄膜允許改變或中和由大量鈰之存在所可能產生的淡黃顏色。
根據本發明之玻璃片可有利地以化學方法或以熱方法韌化。
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例如為基於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
(或抗-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有利的。根據本發明之抗反射層可為例如基於低折射率多孔二氧化矽之層，或其可由多個層(多層)製成，尤其可由多層介電層製成，該多層含有交替的低折射率與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從而限制/預防其受污點污染。此實施例在將本發明之玻璃片用作觸控螢幕前表面之情況下亦為有利的。此類層可與沈積於相反表面上之透明且導電的薄層組合。此類層可與沈積於同一表面上之抗反射層組合，抗污層置放於多層之外部上且因此覆蓋抗反射層。
亦可於根據本發明之玻璃片之主面中的至少一者上處理，例如使用酸或鹼消光，以便(例如)產生抗污特性亦或抗反射或抗閃爍特性。在本發明之玻璃片用作螢幕(無關其是否為觸控螢幕)之前面板的情況下，此為尤其有利的。
視所需應用及/或特性而定，可於根據本發明之玻璃片之一個及/或另一表面上沈積/進行其他層/其他處理。
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玻璃片，用於界定觸控表面。根據此實施例，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。詳言之，對於螢幕，玻璃片有利地置放在顯示器表面上方。
最終，本發明亦關於一種玻璃片之用途，該玻璃片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：
一定鈰含量，使得：0.001%CeO2 1%，在使用主要在該薄片內傳播之紅外線輻射的裝置中。
表述「主要在該薄片內傳播之輻射」理解為意謂在薄片之兩個主面之間的玻璃片主體中傳播之輻射。
有利地，根據根據本發明之用途的一個實施例，紅外線輻射藉由全內反射傳播。根據此實施例，紅外線輻射可自該薄片之一或多個邊緣射出至玻璃片中。表述「薄片之邊緣」理解為意謂藉由薄片之厚度所界定且實質上垂直於薄片之兩個主面的四個表面中之每一者。又根據此實施例，紅外線輻射可自主面之一個或兩個以一定角度射出至玻璃片中。
根據根據本發明之用途之一個實施例，本發明的組成包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.005%至0.5%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。較佳地，本發明之組成包含相對於玻璃之總重量，按重量計在0.005%至0.3%範圍內，且最佳地在0.01%至0.2%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。
根據根據本發明之用途之另一實施例，玻璃片的組成可包含以下各物，其量表示為玻璃總重量之百分比：
更佳地，根據本發明之用途之此實施例，玻璃片的組成可包含以下各物，其量表示為玻璃總重量之百分比：
根據根據本發明之用途之另一實施例，組成有利地包含相對於玻璃之總重量，按重量計0.002%至0.04%的總鐵含量(以Fe2O3形式表示)，且較佳地包含相對於玻璃之總重量，按重量計0.002%至0.02%的總鐵含量(以Fe2O3形式表示)。
以下實例說明本發明，然而並不意欲以任何方式限制其範疇。
將分批材料以粉末形式摻合，且將其置放在坩堝中以便熔融，摻合物具有在下表中指定之基礎組成。
使用不同量之鈰製備多個樣品，基礎組成保持相同。樣品1(參照/對比實例)對應於先前技術之未添加鈰之「低鐵」玻璃(所謂的「特別清晰的」玻璃)。樣品2-4對應於根據本發明之玻璃薄片組成。
量測呈薄片形式之各玻璃樣品之光學特性，且詳言之，藉助於使用配備有150mm直徑之積分球的PerkinElmer Lambda 950分光光度計之穿透率量測法來量測在850nm、950nm及1050nm波長處的吸收係數(μ)，樣品置放在用於量測之球體之入口孔隙中。
下表顯示在1050nm、950nm及850nm波長處根據本發明之樣品所獲得的吸收係數相對於參照樣品(即樣品1)(不含鈰)所獲得的值之相對差異(△)。
此等結果顯示，以根據本發明之含量範圍添加鈰使得在850nm、950nm及1050nm波長處之吸收係數急劇降低，甚至降低至零(△=-100%)，且因此在近紅外線中之輻射吸收通常減少。
Claims (15)
- 一種觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其使用FTIR或PSD光學技術且包含至少一種用於界定觸控表面之玻璃片，且具有包含以下各物之組成，該等物質之量表示為玻璃總重量之百分比：
- 如請求項1之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.005%至0.5%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。
- 如請求項1之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.005%至0.3%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。
- 如請求項3之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.01%至0.2%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。
- 如請求項1至4中任一項之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其中 該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計0.002%至0.04%之鐵總含量(以Fe2O3形式表示)。
- 如請求項5之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其中該組成具有相對於該玻璃之總重量，按重量計0.002%至0.02%之鐵總含量(以Fe2O3形式表示)。
- 如請求項1至4中任一項之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其中該組成具有小於10ppm之Fe2+含量(以FeO形式表示)。
- 如請求項7之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其中該組成具有小於5ppm之Fe2+含量(以FeO形式表示)。
- 如請求項1至4中任一項之觸控螢幕或觸控面板或觸控板，其中其在1050nm波長處具有小於5m-1之吸收係數。
- 一種玻璃片之用途，該玻璃片具有包含以下各物之組成，該等物質之量表示為玻璃總重量之百分比：
- 如請求項10之用途，其中該紅外線輻射藉由全內反射傳播。
- 如請求項10或11之用途，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%之總鐵含量(以Fe2O3形式表示)。
- 如請求項10或11之用途，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.005%至0.5%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。
- 如請求項12之用途，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.005%至0.3%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。
- 如請求項14之用途，其中該組成包含相對於該玻璃之總重量，按重量計在0.01%至0.2%範圍內之量的鈰(以CeO2形式表示)。
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