TWI614227B - 低ｃｔｅ之無鹼硼鋁矽酸鹽玻璃組成物及包含其之玻璃物件 - Google Patents

低ｃｔｅ之無鹼硼鋁矽酸鹽玻璃組成物及包含其之玻璃物件 Download PDF

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Abstract

本發明描述低CTE玻璃組成物及由該玻璃組成物形成之玻璃物件。在一個實施例中，玻璃組成物包括自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物至少包括CaO。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物無鹼金屬。玻璃組成物具有在自約20℃至300℃之溫度範圍內取平均值之小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。玻璃組成物尤其非常適合用作疊層玻璃物件中之玻璃包覆層。

Description

低CTE之無鹼硼鋁矽酸鹽玻璃組成物及包含其之玻璃物件 【相關申請案交叉引用】
本申請案根據專利法主張2012年2月29日申請之美國臨時申請案第61/604,839號之優先權之權利，本申請案依據該案之內容且該案之內容以引用之方式全文併入本文中。
本說明書大體係關於玻璃組成物，且更具體言之，本說明書係關於低CTE之無鹼硼鋁矽酸鹽玻璃組成物及包含該玻璃組成物之玻璃物件。
玻璃物件(諸如覆蓋玻璃、玻璃底板等)使用於消費電子裝置及商業電子裝置(諸如LCD及LED顯示器、電腦監視器、自動櫃員機(ATM)等)。此類玻璃物件中之一些可包括「觸摸」功能，該「觸摸」功能使得玻璃物件必須由包括使用者手指及/或手寫筆裝置之各種物品接觸，且如此，玻璃必須足夠堅固以容許常規接觸而無損壞。此外，此類玻 璃物件亦可併入可攜式電子裝置(諸如行動電話、個人媒體播放機及平板電腦)中。併入此類器件中之玻璃物件在相關聯之裝置之運輸及/或使用期間可能易於損壞。因此，使用於電子裝置中之玻璃物件可需要增大之強度以便不僅能耐受實際使用之日常「觸摸」接觸還能耐受正運輸裝置時可能發生之偶發接觸及衝擊。
玻璃物件通常藉由熱回火及/或藉由離子交換處理加強。在任一情況下，在玻璃物件形成以後，該玻璃物件經受額外加工步驟。此等額外加工步驟可增加玻璃物件之總成本。此外，執行此等加工步驟所需要之額外處理增加對玻璃物件之損壞的風險，該風險降低製造產出率且進一步增加玻璃物件之生產成本及最終成本。
因此，存在對替代玻璃組成物之需要，該等替代玻璃組成物可用以在不需要額外加工步驟及由此類組成物製造之玻璃物件之情況下生產加強玻璃物件。
根據一個實施例，玻璃組成物可包括自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物至少包括CaO。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃組成物具有在約20℃至300℃之溫度範圍內小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係 數。玻璃組成物尤其非常適合用作疊層玻璃物件(諸如藉由熔融貼合法製程形成之疊層玻璃物件)中之玻璃包覆層。
在一組實施例中，玻璃物件包括安置於第一玻璃包覆層與第二玻璃包覆層之間的玻璃核心層。在此等實施例之一些實施例中，核心玻璃可具有第一表面及相對第一表面之第二表面，其中第一玻璃包覆層可熔合至玻璃核心層之第一表面，且第二玻璃包覆層可熔合至玻璃核心層之第二表面。在其他實施例中，第一漫射玻璃層可安置於玻璃核心層與第一玻璃包覆層之間，此外第二漫射玻璃層可安置於玻璃核心層與第二玻璃包覆層之間，此等漫射層可在(例如)融合形成製程期間形成。第一玻璃包覆層與第二玻璃包覆層由玻璃組成物形成，該玻璃組成物包括自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物至少包括CaO。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃包覆層實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃包覆層可具有在約20℃至300℃之範圍溫度內取平均值的小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。
玻璃組成物及由玻璃組成物形成之玻璃物件之額外特徵及優勢將在下文詳細描述中加以陳述，且熟習此項技術者將自彼描述部分地顯而易見該等額外特徵及優勢，或者該等額外特徵及優勢將藉由實踐本文所述之實施例(包括下文 詳細描述、申請專利範圍以及附圖)瞭解。
應瞭解前述一般描述及以下詳細描述兩者皆描述各種實施例且意在提供概述或框架用於理解所主張標的之本質及特徵。包括隨附圖式以提供對各種實施例之進一步理解，且隨附圖式併入此說明書中且構成此說明書之部分。圖式圖示本文所述之各種實施例，且與描述一起用於解釋所主張標的之原理及操作。
100‧‧‧疊層玻璃物件
102‧‧‧玻璃核心層
104a‧‧‧第一玻璃包覆層
104b‧‧‧第二玻璃包覆層
200‧‧‧疊層融合拉伸裝置
202‧‧‧上部ISO管
204‧‧‧下部ISO管
206‧‧‧熔融玻璃覆蓋組成物
208‧‧‧熔融玻璃核心組成物
210‧‧‧槽
212‧‧‧槽
216‧‧‧表面
218‧‧‧表面
220‧‧‧根部
222‧‧‧表面
224‧‧‧表面
第1圖根據本文所示及所述之一或更多個實施例示意性地圖示疊層玻璃物件之截面；及第2圖示意性地圖示用於製造第1圖之玻璃物件之融合拉伸製程。
現將詳細參看具有低熱膨脹係數之玻璃組成物及併入該玻璃組成物之玻璃物件的實施例，該等實施例之實例將於隨附圖式中圖示。任何可能的時候，遍及圖式將使用相同元件符號以指示相同或相似部分。本文中所述之玻璃組成物大體上具有相對低的熱膨脹係數，且如此，可連同具有相對高熱膨脹係數之核心玻璃組成物一起利用以生產疊層玻璃物件，該等疊層玻璃物件在不經離子交換或熱回火的情況下經壓縮地加壓。在一個實施例中，玻璃組成物可包括自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳% 之鹼土氧化物。鹼土氧化物至少包括CaO。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃組成物具有在約20℃至300℃之溫度範圍內取平均值之小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。玻璃組成物及由玻璃組成物形成之玻璃物件將具體參考附圖在本文中更詳細地描述。
如本文中使用之術語「液相黏度」指代玻璃組成物在該玻璃組成物之液相溫度下之剪切黏度。
如本文中使用之術語「液相溫度」指代玻璃組成物中發生反玻化時之最高溫度。
如本文中使用之術語「CTE」指代在自約20℃至300℃之溫度範圍內取平均值之玻璃組成物之熱膨脹係數。
當用以描述玻璃組成物中缺乏特定氧化物成分時，術語「實質上無」意謂該成分作為污染物以小於1莫耳%之極微量存在於玻璃組成物中。
本文中所述之玻璃組成物之實施例中，除非另外規定，否則組成成分(例如SiO2、Al2O3,、B2O3等)之濃度基於氧化物以莫耳百分比(莫耳%)給定。
本文中所述之玻璃組成物具有諸如液相黏度及液相溫度之特性，該等特性使玻璃組成物尤其非常適合供融合形成製程(諸如融合下拉伸製程及/或熔融淋膜法製程)使用。此等特性可歸因於玻璃之具體組成物，如將在本文中更詳細描述。
在本文中所述之玻璃組成物之實施例中，SiO2係組 成物之最大組分，且如此，SiO2係由玻璃組成物形成之玻璃網路之主要組分。純SiO2具有相對低之CTE且無鹼。然而，純SiO2具有極高之熔點。因此，若本文中所述玻璃組成物中之SiO2濃度太高，則玻璃組成物之可塑性可隨著較高SiO2濃度增加熔化玻璃之難度而減弱，此又不利地影響玻璃之可塑性。在本文中所述之實施例中，玻璃組成物大體上包含濃度小於或等於約66莫耳%以使促進融合形成玻璃組成物之SiO2。舉例而言，在一些實施例中，玻璃組成物中之SiO2濃度大於或等於約60莫耳%且小於或等於約66莫耳%。在一些其他實施例中，SiO2以大於或等於約63莫耳%且小於或等於約65莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。
本文中所述之玻璃組成物亦包含Al2O3。Al2O3起玻璃網路形成體之作用，類似於SiO2。像SiO2一樣，Al2O3歸因於Al2O3在由玻璃組成物形成之玻璃熔體中之四面體配位增加玻璃組成物之黏度。然而，當Al2O3濃度與玻璃組成物中SiO2濃度及鹼土氧化物濃度相平衡時，Al2O3可降低玻璃熔體之液相溫度，因此以某種形成製程(諸如融合形成製程)增強液相黏度及改良玻璃組成物之相容性。
在本文中所述之實施例中，玻璃組成物中之Al2O3濃度大體上小於或等於約10莫耳%以使達成具有所要液相溫度之組成物。舉例而言，在一些實施例中，玻璃組成物中之Al2O3濃度大於或等於約7莫耳%且小於或等於約10莫耳%。在此等實施例之一些實施例中，玻璃組成物中之Al2O3濃度可小於或等於約9莫耳%或甚至小於或等於約8莫耳%。舉例而 言，在一些實施例中，玻璃組成物中之Al2O3濃度大於或等於約7莫耳%且小於或等於約9莫耳%或甚至大於或等於約7莫耳%且小於或等於約8莫耳%。
本文中所述之實施例中之玻璃組成物進一步包含B2O3。像SiO2及Al2O3一樣，B2O3有助於形成玻璃網路。將B2O3添加至玻璃組成物以降低玻璃組成物之黏度及液相溫度。確切地說，B2O3濃度增加1莫耳%可將獲得相等黏度所需溫度降低10℃至14℃，視玻璃之具體組成物而定。然而，B2O3可將玻璃組成物之液相溫度降低達每莫耳%B2O318℃至22℃。如此，B2O3降低玻璃組成物之液相溫度比其降低玻璃組成物之液相黏度更快。B2O3亦添加至玻璃組成物以軟化玻璃網路。此外，當玻璃組成物用於融合形成之疊層玻璃物件之玻璃包覆層時，特別是當用於含鹼之玻璃核心層中之玻璃核心層時，利用玻璃包覆層中之B2O3以使玻璃包覆層之黏度與玻璃核心層之黏度匹配。進一步，將B2O3添加至玻璃組成物亦降低玻璃組成物之楊氏模數且改良玻璃之內在抗損壞性。
在本文中所述之實施例中，B2O3大體上以大於或等於約14莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。舉例而言，在一些實施例中，B2O3以大於或等於約14莫耳%且小於或等於約18莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。在此等實施例中之一些實施例中，玻璃組成物中之B2O3濃度可小於或等於約17莫耳%或甚至小於或等於約16莫耳%。在本文中所述之其他實施例中，B2O3以大於或等於約16莫耳%且小於或等於約17 莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。
本文中所述之玻璃組成物亦包括至少一種鹼土氧化物。鹼土氧化物大體上藉由降低熔化所需溫度改良玻璃組成物之熔化行為。此外，若干不同鹼土氧化物之組合有助於降低玻璃組成物之液相溫度且增加玻璃組成物之液相黏度。包括於本文中所述之玻璃組成物中之鹼土氧化物係CaO、MgO、SrO及以上之組合。
在本文中所述之實施例中，鹼土氧化物以大於或等於約9莫耳%且小於或等於約16莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。在一些實施例中，玻璃組成物可包含自約11莫耳%至約12莫耳%之鹼土氧化物。在本文中所述之實施例之每一實施例中，玻璃組成物至少包括CaO作為濃度大於或等於約3莫耳%且小於或等於約12莫耳%之鹼土氧化物。在一些實施例中，CaO之濃度可大於或等於約7莫耳%且小於或等於約12莫耳%。鹼土氧化物可進一步包括濃度大於或等於約0莫耳%且小於或等於約6莫耳%之MgO。在一些實施例中，玻璃組成物中之MgO濃度可大於或等於約2莫耳%且小於或等於約4莫耳%。玻璃組成物中之鹼土氧化物亦可包括濃度大於或等於約0莫耳%且小於或等於6莫耳%之SrO。在一些實施例中，SrO可以自約1莫耳%至約4莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。
在本文中所述之玻璃組成物之所有實施例中，玻璃組成物實質上無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。因此，應瞭解本文中所述之玻璃組成物實質上無諸如K2O、Na2O及Li2O 之鹼氧化物。
本文中所述之玻璃組成物可視需要包括一或更多個澄清劑。澄清劑可包括(例如)SnO2、As2O3、Sb2O3及以上之組合。澄清劑可以大於或等於約0莫耳%且小於或等於約0.5莫耳%之量存在於玻璃組成物中。在示例性實施例中，澄清劑係SnO2。在此等實施例中，SnO2可以大於約0莫耳%且小於或等於約0.2莫耳%或甚至小於或等於0.15莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。
在本文中所述之一些實施例中，玻璃組成物可進一步包含微量Fe2O3及/或ZrO2。舉例而言，在一些實施例中，玻璃組成物可包含濃度大於或等於約0莫耳%且小於或等於約0.2莫耳%之Fe2O3。或者或另外，玻璃組成物可包含濃度大於或等於約0莫耳%且小於或等於約0.08莫耳%之ZrO2。
在本文中所述之一些實施例中，玻璃組成物實質上無重金屬及含有重金屬之化合物。實質上無重金屬及含有重金屬之化合物之玻璃組成物亦可被稱作「翠綠(SuperGreen)」玻璃組成物。如本文中使用之術語「重金屬」指代Ba、As、Sb、Cd及Pb。
本文中所述之玻璃組成物大體上具有在自20℃至300℃之溫度範圍內取平均值之小於或等於約40×10-7/℃的熱膨脹係數(CTE)。在一些實施例中，玻璃組成物之CTE可在自20℃至300℃之範圍內小於或等於約37×10-7/℃。而在其他實施例中，玻璃組成物之CTE可在自20℃至300℃之範圍內小於或等於約35×10-7/℃。玻璃組成物之相對低CTE值(至 少部分)可歸因於缺乏提高玻璃組成物之CTE之鹼氧化物，諸如K2O、Na2O及Li2O。此等相對低CTE使得玻璃組成物尤其非常適合於用作融合形成之疊層玻璃物件之玻璃包覆層。確切地說，當低CTE玻璃包覆層在熔融淋膜法製程期間與具有較高CTE之玻璃核心層配對時，玻璃核心層與玻璃包覆層在CTE中的差別導致一旦冷卻後即形成玻璃包覆層中之壓縮應力。因此，可利用本文中所述之玻璃組成物以在不需要離子交換處理之情況下形成強化疊層玻璃物件。
本文中所述之玻璃組成物具有液相黏度，該液相黏度使得該等玻璃組成物適合用於融合拉伸製程，詳言之，適合用作熔融淋膜法製程中之玻璃覆蓋組成物。在一些實施例中，液相黏度大於或等於約50千泊。在一些其他實施例中，液相黏度可大於或等於100千泊或甚至大於或等於250千泊。
如上文指出，添加B2O3至玻璃組成物降低玻璃組成物之楊氏模數，此又改良玻璃之內在抗損壞性。在本文中所述之實施例中，玻璃組成物大體上具有小於或等於約10.5 MPsi之楊氏係數。在一些實施例中，玻璃組成物可具有小於10 MPsi或甚至小於9 MPsi之楊氏係數。
基於前述，應瞭解本文中揭示低CTE玻璃組成物之各種實施例。在第一示例性實施例中，玻璃組成物包括自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物至少包括CaO。CaO可以自約3 莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃組成物可具有在自約20℃至300℃之範圍溫度內取平均值的小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。
在第二示例性實施例中，玻璃組成物包括自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物包括CaO及MgO與SrO中之至少一者。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃組成物可具有在自約20℃至300℃之範圍溫度內取平均值的小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。
在第三示例性實施例中，玻璃組成物包括自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約11莫耳%至約12莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物至少包括CaO。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃組成物具有在自約20℃至300℃之範圍溫度內取平均值的小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。
在第四示例性實施例中，玻璃組成物包括自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之 Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物至少包括CaO。鹼土氧化物可進一步包括MgO與SrO中之至少一者。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。MgO可以自約0莫耳%至約6莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。SrO可以自約0莫耳%至約6莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃組成物具有在自約20℃至300℃之範圍溫度內取平均值的小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。
在第五示例性實施例中，玻璃組成物包括自約63莫耳%至約65莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約16莫耳%至約17莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物包括CaO、MgO和SrO。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。MgO可以自約2莫耳%至約4莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。SrO可以自約1莫耳%至約4莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃組成物具有在自約20℃至300℃範圍溫度內取平均值的小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。
在第六示例性實施例中，玻璃組成物包括自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形 成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物包括CaO、MgO和SrO。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。MgO可以自約2莫耳%至約4莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。SrO可以自約1莫耳%至約4莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃組成物具有在自約20℃至300℃之範圍溫度內取平均值的小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。
在第七示例性實施例中，玻璃組成物包括自約63莫耳%至約65莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約16莫耳%至約17莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物至少包括CaO。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。玻璃組成物具有在自約20℃至300℃之範圍溫度內取平均值的小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數。
儘管在上文已參考用於每一玻璃組成物之各種構成組分(諸如SiO2、Al2O3、B2O3等)之具體組成範圍描述示例性玻璃組成物，但應瞭解每一構成組分之每一組成範圍可包括用於彼構成組分之一或更多個較窄組成範圍，如上所述。進一步，亦應瞭解，構成組分之此等較窄範圍及/或各種構成組分之間的關係可併入本文中所述之玻璃組成物之實施例中之任一實施例中以便生產具有所要特性之玻璃。
現參看第1圖，本文中所述之玻璃組成物可用以形成玻璃物件，諸如示意性地描繪於第1圖中之截面中之疊層玻璃物件100。疊層玻璃物件100大體上包含玻璃核心層102及一對玻璃包覆層104a、104b。本文中所述之玻璃組成物歸因於該等玻璃組成物之相對低之熱膨脹係數尤其非常適合用作玻璃包覆層，如將在本文中更詳細地論述。
第1圖圖示所示之玻璃核心層102，玻璃核心層102包含第一表面103a與第二表面103b，第二表面103b與第一表面103a相對。第一玻璃包覆層104a融合至玻璃核心層102之第一表面103a，且第二玻璃包覆層104b融合至玻璃核心層102之第二表面103b。玻璃包覆層104a、104b在無額外材料(諸如安置在玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之間的黏合劑、塗層等)之情況下融合至玻璃核心層102。因此，玻璃核心層之第一表面與第一玻璃包覆層直接鄰接，且玻璃核心層之第二表面與第二玻璃包覆層直接鄰接。在一些實施例中，玻璃核心層102及玻璃包覆層104a、104b經由熔融淋膜法製程形成。漫射層(未圖示)可形成於玻璃核心層102與玻璃包覆層104a之間或玻璃核心層102與玻璃包覆層104b之間或兩者皆可。在此情況下，第一漫射層之平均包覆熱膨脹係數具有介於核心之平均包覆熱膨脹係數值與第一包覆層之平均包覆熱膨脹係數值之間的值，或第二漫射層之平均包覆熱膨脹係數具有介於核心之平均包覆熱膨脹係數值與第二包覆層之平均包覆熱膨脹係數值之間的值。
在本文中所述之疊層玻璃物件100之實施例中，玻 璃包覆層104a、104b由具有平均包覆熱膨脹係數CTEclad之第一玻璃組成物形成，且玻璃核心層102由具有平均熱膨脹係數CTEcore之不同的第二玻璃組成物形成。CTEcore大於CTEclad，此導致玻璃包覆層104a、104b在不經離子交換或熱回火的情況下經壓縮地加壓。
確切地說，本文中所述之玻璃物件100可藉由諸如描述於美國專利第4,214,886號之製程之熔融淋膜法製程形成，該專利以引用之方式併入本文中。例如，參看第2圖，用於形成疊層玻璃物件之疊層融合拉伸設備200包括定位於下部ISO管204上方之上部ISO管202。上部ISO管202包括槽210，熔融玻璃覆蓋組成物206自熔化器(未圖示)進給至槽210中。類似地，下部ISO管204包括槽212，熔融玻璃核心組成物208自熔化器(未圖示)進給至槽212中。在本文中所述之實施例中，熔融玻璃核心組成物208具有平均熱膨脹係數CTEcore，該平均熱膨脹係數CTEcore大於熔融玻璃覆蓋組成物206之平均熱膨脹係數CTEclad。
當熔融玻璃核心組成物208填充槽212時，熔融玻璃核心組成物208溢出槽212且溢出下部ISO管204之外部形成表面216、218。下部ISO管204之外部形成表面216、218在根部220處會聚。因此，溢出外部形成表面216、218之熔融玻璃核心組成物208在下部ISO管204之根部220處再聚合，從而形成疊層玻璃物件之玻璃核心層102。
同時地，熔融玻璃覆蓋組成物206溢出形成於上部ISO管202中之槽210且溢出上部ISO管202之外部形成表 面222、224。熔融玻璃覆蓋組成物206由於上部ISO管202向外偏轉以使熔融玻璃覆蓋組成物206環繞下部ISO管204流動且接觸熔融玻璃核心組成物208，熔融玻璃核心組成物208溢出下部ISO管之外部形成表面216、218、融合至熔融玻璃核心組成物且在玻璃核心層102周圍形成玻璃包覆層104a、104b。
如上文指出，熔融玻璃核心組成物208大體上具有平均熱膨脹係數CTEcore，該平均熱膨脹係數CTEcore大於熔融玻璃覆蓋組成物206之平均熱膨脹係數CTEclad。因此，隨著玻璃核心層102及玻璃包覆層104a、104b冷卻，玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、104b之熱膨脹係數之差別導致壓縮應力產生於玻璃包覆層104a、104b中。壓縮應力在無離子交換處理或高熱回火處理之情況下增加所得疊層玻璃物件之強度。
再次參看於第1圖中圖示之疊層玻璃物件100，疊層玻璃物件100之玻璃包覆層104a、104b由具有相對低平均熱膨脹係數之玻璃組成物形成，該等玻璃組成物諸如本文所述之具有小於或等於40×10-7/℃之熱膨脹係數的玻璃組成物。
舉例而言，在一個實施例中，玻璃包覆層由具有低CTE之玻璃組成物(諸如上文所述的玻璃組成物)形成，該玻璃組成物包含自約60莫耳%至約66莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約14莫耳%至約18莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。用於玻璃包覆層之玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼 土氧化物至少包括CaO。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。用於此等玻璃包覆層中之玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。
在另一示例性實施例中，玻璃包覆層由具有低CTE之玻璃組成物(諸如上文所述之玻璃組成物)形成，該玻璃組成物包括自約63莫耳%至約65莫耳%之SiO2、自約7莫耳%至約10莫耳%之Al2O3及自約16莫耳%至約17莫耳%之B2O3作為玻璃網路形成體。用於玻璃包覆層之玻璃組成物可進一步包括自約9莫耳%至約16莫耳%之鹼土氧化物。鹼土氧化物包括CaO、MgO和SrO之組合。CaO可以自約3莫耳%至約12莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。MgO可以自約2莫耳%至約4莫耳%之濃度存在於玻璃組成物中。SrO可以自約1莫耳%至約4莫耳%之濃度存在於組成物中。用於此等玻璃包覆層中之玻璃組成物實質上可無鹼金屬及含有鹼金屬之化合物。
儘管在本文中已描述用作玻璃包覆層104a、104b之具體玻璃組成物，但應瞭解本文中所述之玻璃組成物中之任一玻璃組成物可用以形成疊層玻璃物件100之玻璃包覆層104a、104b。
進一步，儘管在上文已將疊層玻璃物件100之玻璃包覆層104a、104b描述為正由具有相對低平均熱膨脹係數之玻璃組成物形成，玻璃物件100之玻璃核心層102由玻璃組成物形成，該玻璃組成物具有比玻璃包覆層104a、104b高之平均熱膨脹係數，以促進一旦在融合形成後之疊層物件冷卻 後即在包覆層中產生壓縮應力。舉例而言，玻璃核心層可由包含鹼離子之玻璃組成物(諸如描述於讓與康寧公司之名為「High CTE Potassium Borosilicate Core Glasses and Glass Articles Comprising the Same」之同在申請中的美國專利申請案第61/607,869號的玻璃組成物)形成，該玻璃組成物具有在自20℃至300℃溫度範圍內大於或等於75×10-7/℃之熱膨脹係數。舉例而言，核心玻璃層可由玻璃組成物形成，該玻璃組成物包含下列成分：自約70莫耳%至約80莫耳%之SiO2、自約0莫耳%至約8莫耳%之Al2O3、自約3莫耳%至約10莫耳%之B2O3、自約0莫耳%至約2莫耳%之Na2O、自約10莫耳%至約15莫耳%之K2O、及自約5莫耳%至約6莫耳%之鹼土氧化物，其中鹼土氧化物係不含MgO之CaO、SrO及BaO中之至少一者。然而，應瞭解其他玻璃組成物亦可用以形成疊層玻璃物件100之玻璃核心層102，只要玻璃核心層102之平均熱膨脹係數大於玻璃包覆層104a、104b之平均熱膨脹係數。
實例
本文中所述之玻璃組成物之各種實施例將由以下實例進一步闡明。
根據下文表1-3列出之配料組成物製備之複數個示例性玻璃組成物。混合、融化氧化物構成組分之配料且使氧化物構成組分之配料形成玻璃板。量測玻璃融體及所得玻璃物件之特性(亦即液相溫度、退火點等)，且在表1-3中報告結果。
參看表1-3提供本發明玻璃組成物(亦即實例A1-A26)及比較玻璃組成物(亦即實例C1-C4)之組成物及特性。如表中所指明，實例A1及A3-A26各表現出相對高液相黏度(大於約50千泊)及相對低熱膨脹係數(小於或等於約40×10-7/℃)，此情形使得玻璃組成物非常適合供融合形成製程使用，詳言之，適合用作融合形成之疊層玻璃物件中之玻璃包覆層。此等玻璃亦表現出相對高之退火點(大於約650℃)，此使得玻璃在加強後暴露於升高之溫度時不易受應力鬆弛影響。
確定為實例A2之玻璃組成物在本文中所述之發明玻璃組成物內。然而，此玻璃組成物表現出略低於50千泊之液相黏度。儘管不希望被理論束縛，但鹹信此相對低之液相黏度(至少部分)歸因於組成物中之錫(SnO2)相對於此特別組成物中其他構成組分之濃度。
參看表3，提供比較實例C1-C4之特性。比較實例C1-C4各自包括較高Al2O3濃度。歸因於Al2O3濃度、SiO2濃度及鹼土氧化物濃度之間的不平衡，此Al2O3濃度之增加導致液相黏度降低。
Figure TWI614227BD00001
Figure TWI614227BD00002
表2：示例性玻璃組成物
Figure TWI614227BD00003
Figure TWI614227BD00004
Figure TWI614227BD00005
Figure TWI614227BD00006
現應瞭解本文中所述之玻璃組成物具有相對低之熱膨脹係數。如此，本文中所述之玻璃組成物尤其非常適合結合具有相對高之熱膨脹係數的玻璃組成物使用，以藉由熔融淋膜法製程形成壓縮地加壓之疊層玻璃物件。此等玻璃物件可用於多種消費電子裝置中，該等消費電子裝置包括但不限於行動電話、個人音樂播放機、平板電腦、LCD及LED顯示器、自動櫃員機等。
亦應瞭解本文中所述之玻璃組成物之特性(如液相黏度、液相溫度等)使得玻璃組成物非常適合供融合形成製程使用，融合形成製程諸如融合下拉伸製程或熔融淋膜法製程。
此外，本文中所述之玻璃組成物無鹼金屬。如此，本文中所述之玻璃組成物可尤其非常適合用作LCD、LED及 OLED顯示器之底板基板，其中鹼金屬之存在可能損害沉積於底板基板上之薄膜電晶體處。本文中所述之玻璃組成物可用以形成整個底板基板或者可用作包括含鹼玻璃核心之疊層玻璃基板中之覆蓋玻璃。
進一步，儘管在本文中已具體提及玻璃組成物作為疊層玻璃物件之包覆層之使用，但應瞭解玻璃組成物亦可用以單獨形成玻璃物件(亦即非疊層玻璃物件)，諸如(例如)用於電子裝置之蓋玻璃、用於顯示裝置之底板玻璃及其他類似玻璃物件。
熟習此項技術者將顯而易見可對本文中所述之實施例做各種修改及變化而不脫離所主張標的之精神及範疇。因此本說明書意欲涵蓋本文中所述各種實施例之修改及變化，假如此修改及變化在隨附申請專利範圍及申請專利範圍之等效物範疇內。
100‧‧‧疊層玻璃物件
102‧‧‧玻璃核心層
104a‧‧‧第一玻璃包覆層
104b‧‧‧第二玻璃包覆層

Claims (27)

  1. 一種玻璃組成物，該玻璃組成物包含：自60莫耳%至66莫耳%之SiO2；自7莫耳%至10莫耳%之Al2O3；自14莫耳%至18莫耳%之B2O3；及自9莫耳%至16莫耳%之鹼土氧化物，其中該鹼土氧化物包含自3莫耳%至12莫耳%之CaO、自2莫耳%至4莫耳%之MgO及自1莫耳%至4莫耳%之SrO；其中該玻璃組成物實質上無鹼金屬也無含有鹼金屬之化合物；及其中該玻璃組成物具有小於或等於1040℃之一液相溫度。
  2. 如請求項1所述之玻璃組成物，其中該玻璃組成物包含：自63莫耳%至65莫耳%之SiO2；及自16莫耳%至17莫耳%之B2O3。
  3. 如請求項1所述之玻璃組成物，其中該玻璃組成物具有在自20℃至300℃之一溫度範圍內平均小於或等於40×10-7/℃之一熱膨脹係數。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃組成物，其中該玻璃組成物具有大於或等於50千泊之一液相黏度。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃組成物，其中該玻璃組成物具有小於或等於10.5Mpsi之一楊氏模數。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃組成物，其中該玻璃組成物進一步包含SnO2、As2O3及Sb2O3中之至少一者作為一澄清劑。
  7. 如請求項6所述之玻璃組成物，其中該澄清劑以大於0莫耳%且小於或等於0.5莫耳%之一濃度存在於該玻璃組成物中。
  8. 如請求項6所述之玻璃組成物，其中該澄清劑係SnO2，該SnO2以大於0莫耳%且小於或等於0.2莫耳%之一濃度存在於該玻璃組成物中。
  9. 如請求項1所述之玻璃組成物，其中該玻璃組成物無重金屬且具有大於或等於50千泊之一液相黏度。
  10. 一種玻璃物件，該玻璃物件包含：一玻璃核心層，該玻璃核心層安置於一第一玻璃包覆層與一第二玻璃包覆層之間，其中該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層由一玻璃組成物形成，該玻璃組成物包含以下成分：自60莫耳%至66莫耳%之SiO2； 自7莫耳%至10莫耳%之Al2O3；自14莫耳%至18莫耳%之B2O3；自9莫耳%至16莫耳%之鹼土氧化物，其中該鹼土氧化物包含自3莫耳%至12莫耳%之CaO、自2莫耳%至4莫耳%之MgO及自1莫耳%至4莫耳%之SrO；其中該玻璃組成物實質上無鹼金屬也無含有鹼金屬之化合物；其中該玻璃物件具有小於或等於1040℃之一液相溫度；以及其中該玻璃核心層具有一平均核心熱膨脹係數CTEcore，且該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層具有一平均包覆熱膨脹係數CTEclad，該平均包覆熱膨脹係數CTEclad小於該平均核心熱膨脹係數CTEcore。
  11. 如請求項10所述之玻璃物件，其中該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層包含自11莫耳%至12莫耳%之鹼土氧化物。
  12. 如請求項10所述之玻璃物件，其中該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層包含：自63莫耳%至65莫耳%之SiO2；及自16莫耳%至17莫耳%之B2O3。
  13. 如請求項10所述之玻璃物件，其中該平均包覆熱膨脹係數CTEclad在自20℃至300℃之一溫度範圍內小於或等於40×10-7/℃。
  14. 如請求項10所述之玻璃物件，其中該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層經壓縮地加壓。
  15. 如請求項10所述之玻璃物件，其中該玻璃核心層包含鹼離子。
  16. 如請求項10所述之玻璃物件，其中該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層具有小於或等於10.5Mpsi之一楊氏模數。
  17. 如請求項10所述之玻璃物件，其中該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層進一步包含SnO2、As2O3與Sb2O3中之至少一者作為一澄清劑。
  18. 如請求項17所述之玻璃物件，其中該澄清劑以大於0莫耳%且小於或等於0.5莫耳%之一濃度存在於該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層中。
  19. 如請求項17所述之玻璃物件，其中該澄清劑係SnO2，該 SnO2以大於0莫耳%且小於或等於0.2莫耳%之一濃度存在於該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層中。
  20. 如請求項10所述之玻璃物件，其中該第一玻璃包覆層與該第二玻璃包覆層實質上無重金屬。
  21. 如請求項10至20中任一項所述之玻璃物件，其中該玻璃核心層之一第一表面與該第一玻璃包覆層直接鄰接，且其中該玻璃核心層之一第二表面與該第二玻璃包覆層直接鄰接。
  22. 如請求項10至20中任一項所述之玻璃物件，其中一第一漫射層安置於該第一玻璃包覆層與該玻璃核心層之間。
  23. 如請求項22所述之玻璃物件，其中該第一漫射層之平均熱膨脹係數值介於該核心之一平均核心熱膨脹係數值與該第一包覆層之一平均覆蓋熱膨脹係數值之間。
  24. 如請求項22所述之玻璃物件，其中一第二漫射層安置於該第二玻璃包覆層與該玻璃核心層之間。
  25. 如請求項24所述之玻璃物件，其中該第二漫射層之平均熱膨脹係數值介於該核心之一平均核心熱膨脹係數值與該第二包覆層之一平均覆蓋熱膨脹係數值之間。
  26. 一種如請求項1至9中任一項所述之玻璃組成物之用途，其係用於包括LCD及LED顯示器、電腦監視器、自動櫃員機(ATM)之消費或商業電子裝置中的覆蓋玻璃或玻璃底板應用、用於觸控式螢幕或觸摸感測器應用、用於包括行動電話、個人媒體播放機及平板電腦之可攜式電子裝置、用於光電應用、用於建築用玻璃應用、用於汽車或車載玻璃應用，或用於商業或家用電器應用。
  27. 一種如請求項10至20中任一項所述之玻璃物件之用途，其係用於包括LCD及LED顯示器、電腦監視器、自動櫃員機(ATM)之消費者或商業電子裝置中的覆蓋玻璃或玻璃底板應用、用於觸控式螢幕或觸摸感測器應用、用於包括行動電話、個人媒體播放機及平板電腦之可攜式電子裝置、用於光電應用、用於建築用玻璃應用、用於汽車或車載玻璃應用，或用於商業或家用電器應用。
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