TWI634198B - 強化玻璃的組合物和用其製造觸摸屏玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

一種強化玻璃的組合物和使用該強化玻璃的組合物的方法，該強化玻璃的組合物包括：1重量%至20重量%的氫氟酸；0.1重量%至5重量%的氟化銨；1重量%至20重量%的無機酸、有機酸或者1重量%至10重量%的有機酸鹽；以及餘量的水。

Description

強化玻璃的組合物和用其製造觸摸屏玻璃的方法
本申請基於2014年3月31日遞交的韓國專利申請10-2014-0037661主張優先權和權益，通過引用而將其併入以用於本說明書中所提出的所有目的。
例示性實施方式有關於一種強化玻璃的組合物和使用該強化玻璃的組合物製造觸摸屏玻璃的方法。
觸摸屏面板是一種輸入裝置，係允許人用他或她的手或物體選擇圖像顯示裝置的螢幕上顯示的指令。
為了實現這一目標，觸摸屏面板被設置在圖像顯示裝置的正面，以將人的手或物體觸摸的接觸位置轉換成電訊號。因此，接觸位置處選擇的指令被輸入作為輸入訊號。
由於觸摸屏面板可以替換被連接到圖像顯示裝置(諸如鍵盤或滑鼠)的單獨的輸入裝置，觸摸屏面板的普及已經增大。
然而，當觸摸屏面板被黏合在圖像顯示這種的面板之上時，整個顯示裝置的體積可能會增加。同樣地，可攜帶性可能會降低。因此，存在開發薄的觸摸屏面板的需要。
然而，在普通觸摸屏板的情況下，為了提高裝置的強 度，視窗被額外地設置在觸摸屏面板的上表面上。同樣地使觸摸屏面板的厚度增加。
進一步地，視窗通常實現為強化玻璃基板。然而，為了使用強化玻璃基板作為視窗，在玻璃基板被切割之後，在切割後的玻璃基板上單獨進行強化步驟。
當使用未強化的玻璃基板作為視窗並且使用母玻璃(mother glass)製造觸摸屏面板時，由於視窗的斷裂強度很弱，未強化的玻璃基板可能會易於開裂。
此先前技術部分中公開的上述資訊僅用於增強對發明構思背景的理解，並因此可能含有未形成本國的所屬技術領域中具有通常知識者已知的現有技術的資訊。
本發明的例示性實施方式提供了強化玻璃的組合物和製造觸摸屏玻璃的方法。
額外的方面將在下面的詳細描述中提出，並且在某種程度上由本發明來看是明顯的或者可能通過發明構思的實踐而得知。
本發明的例示性實施方式提供了一種強化玻璃的組合物，該強化玻璃的組合物具有：1重量%至20重量%的氫氟酸；0.1重量%至5重量%的氟化銨；1重量%至20重量%的無機酸、有機酸或者1重量%至10重量%的有機酸鹽；以及餘量的水。
本發明的另一個例示性實施方式提供了一種製造觸摸屏玻璃的方法，該方法包括：將片材玻璃切割成單位晶胞 (cell unit)的面板玻璃；形成切割後的面板玻璃的形狀；並且將形成其形狀的面板玻璃浸入強化玻璃的組合物中。強化玻璃的組合物具有：1重量%至20重量%的氫氟酸；0.1重量%至5重量%的氟化銨；1重量%至20重量%的無機酸、有機酸或者1重量%至10重量%的有機酸鹽；以及餘量的水。
根據本發明的例示性實施方式，由於強化玻璃的組合物具有預定量的氫氟酸、氟化銨、無機酸和有機酸，當將玻璃浸入時能夠形成具有合適尺寸的凹陷並且能夠使得玻璃具有合適的伸長率。
前面的一般性描述和下面的詳細描述都是例示性和解釋性的，並且意在進一步解釋要求保護的主題。
包含附圖以提供對發明構思的進一步理解，並被併入且構成本說明書的一部分。附圖與說明書一起表示發明構思的例示性實施方式，用於解釋發明構思的原理。
r‧‧‧裂紋寬度(半徑)
8、10、12、14‧‧‧操作
圖1A和圖1B表示在用強化玻璃的組合物執行鈍化處理之前和之後的裂紋。
圖2是表示用於行動電話的觸摸屏玻璃的示意圖。
圖3是在浸入強化玻璃的組合物之後的切割後的玻璃的SEM圖像。
圖4是表示根據本發明的例示性實施方式的製造觸摸屏玻璃的方法的流程圖。
在以下描述中，出於解釋的目的係提出許多具體細節，以徹底理解各種例示性實施方式。然而，明顯的是各種例示性實施方式可以在沒有這些具體細節或具有一個或多個等效配置的情況下實施。在其他情況中，眾所周知的結構和裝置以流程圖形式表示，以便避免不必要地使各種例示性實施方式模糊不清。
在附圖中，為了清楚和說明性目的起見，可以擴大層、膜、面板、區域等的尺寸和相對尺寸。而且，相同的附圖標記表示相同的元件。
當元件或層被稱為「在」另一元件或層「上」、「連接到」或「耦合到」另一元件或層時，它可以直接在另一元件或層上、連接到或耦合到另一元件或層，或者可以存在中間元件或中間層。然而，當元件或層被稱為「直接在」另一元件或層「上」、「直接連接到」或「直接耦合到」另一元件或層時，係不存在中間元件或中間層。出於本發明的目的，「X、Y和Z的至少一種」和「選自由X、Y和Z所組成的群組中的至少一種」可以被解釋為僅X、僅Y、僅Z，或X、Y和Z的兩種或更多種的任意組合，例如，XYZ、XYY、YZ和ZZ。相同的符號自始至終指相同的元件。如本文所使用的，術語「和/或」包括相關所列的項目的一個或多個的任意組合和所有組合。
儘管術語第一、第二等可在本文中用於描述各種元件、元件、區域、層和/或部分，但是這些元件、元件、區域、層和/或部分不應受限於這些術語。這些術語用於區分 元件、元件、區域、層和/或部分與另一元件、元件、區域、層和/或部分。因此，在不脫離本發明教導的情況下，下面討論的第一元件、元件、區域、層和/或部分可以被稱為第二元件、元件、區域、層和/或部分。
諸如「之下」、「下面」、「下」、「上面」、「上」等的空間相對術語在本文中係用於描述性目的，並且由此描述附圖中所示的元件或特徵與另一元件或特徵的關係。除了附圖中描述的方位，空間相對術語意在包含在使用、操作和/或製造中設備的不同方位。例如，如果附圖中的設備被翻轉，被描述為「下面」或「之下」的元件或特徵將被定向為在其他元件或特徵「上方」。因此，例示性術語「下面」可以包括上面和下面兩種方位。此外，設備可被另外定向(例如旋轉90度或在其他方位)，且同樣地，本文中使用的空間相對描述做出相應的解釋。
本文中使用的術語用於描述具體實施方式，而不意在受到限制。除非上下文清楚地另外指明，如本文所用的單數形式「一」、「一個」和「該」也意在包括複數形式。而且，術語「包含」和/或「包括」當在本說明書中使用時係指定所陳述的特徵、整數、步驟、操作、元件、元件和/或它們的組的存在，但不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、元件和/或它們的組的存在或添加。
除非另有定義，本文中使用的所有術語(包括技術和科學術語)的含義係與本發明所屬技術領域中具有通常知識者普遍理解相同。諸如通常使用的字典中所定義的術語 應被解釋為具有與它們在相關領域的情況下的含義一致的含義，並且不會被解釋為理想化或過於正式的意義，除非在本文中如此明確定義。
現將對根據本發明的例示性實施方式的強化觸摸屏玻璃的組合物進行詳細說明。
當製造觸摸屏的玻璃時，片材玻璃被切割成面板玻璃，並且使面板玻璃成形為適於特定的應用。在這種情況下，微觀裂紋(在下文中稱為裂紋)由於切割而形成玻璃的切割表面。因此，玻璃的伸長率減小，並且甚至小的衝擊也能使玻璃易於破裂。
因此，可以執行用於強化切割後的玻璃的單獨步驟。由於玻璃的切割表面上的裂紋是通過強化步驟而被蝕刻，強化步驟也可被稱為癒合步驟。
本發明涉及癒合步驟中使用的強化玻璃的組合物和使用強化玻璃的組合物製造觸摸屏玻璃的方法。當使用強化玻璃的組合物處理成形後的玻璃時，切割表面上的裂紋被蝕刻以形成凹陷，使得應力的強度不會集中在微觀裂紋中。
圖1A表示通過切割而在玻璃中形成的裂紋。圖1B表示了通過使用強化玻璃的組合物蝕刻裂紋而形成的凹陷。
參照圖1A，在橫截面中指出裂紋。裂紋寬度r和施加到玻璃的應力α之間的關係可以表示為下面的等式。
α=1+2L/r
因此，隨著半徑r減小，應力α增大。
然而，參照圖1B，癒合步驟增大裂紋的半徑r。尤其是 通過癒合步驟蝕刻裂紋，並且由此形成具有半圓形橫截面的凹陷。換句話說，裂紋通過蝕刻而被鈍化。
因此，施加到玻璃上的應力α減小。應力的減小導致玻璃的伸長率增大。也就是說，在癒合步驟中，在裂紋周圍的玻璃上執行等向性蝕刻以形成平緩的半圓形橫截面，使得施加到玻璃的應力減小並且玻璃的伸長率增大。因此，通過癒合步驟強化玻璃。
根據本發明的例示性實施方式的強化玻璃的組合物可包括：1重量%至20重量%的氫氟酸；0.1重量%至5重量%的氟化銨；1重量%至20重量%的無機酸、1重量%至20重量%的有機酸；以及餘量的水。強化玻璃的組合物可以任意地包括1重量%至10重量%的有機酸鹽。
在強化玻璃的組合物中，氫氟酸用於蝕刻玻璃。也就是說，氫氟酸在去離子水中解離成H+陽離子和F-陰離子，並且使接觸的玻璃分離。因此玻璃被蝕刻。
當氫氟酸的含量小於1重量%時，玻璃未被充分地蝕刻。因此，玻璃的伸長率未增大。
同時，當氫氟酸的含量大於20重量%時，蝕刻玻璃的速率過高，並且難以控制蝕刻。也就是說，裂紋可能被過度蝕刻，並且玻璃的其他部分可能被損壞。
在強化玻璃的組合物中，氟化銨可以控制蝕刻的程度，以控制所蝕刻的裂紋的形狀。也就是說，氟化銨中的銨離子黏附到玻璃表面，以控制pH值。氟化銨用作控制玻璃的快速蝕刻的緩衝劑。
當氟化銨小於0.1重量%時，難以控制蝕刻玻璃的程度。同時，當氟化銨大於5重量%時，蝕刻玻璃的速率明顯減小。因此蝕刻時間過度增大。
在強化玻璃的組合物中，無機酸控制pH值，以適當地增大蝕刻速率。也就是說，當pH減小時，蝕刻速率增大，並且，當pH增大時，蝕刻速率減小。
當無機酸小於1重量%時，不能充分控制pH值，並且因此蝕刻速率可能明顯減小。當無機酸的含量大於20重量%時，蝕刻速率過高，並且可能會在裂紋之外的位置處蝕刻玻璃。
無機酸是選自硫酸(H2SO4)、鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)、磷酸(H3PO4)、氨基磺酸(SO3HNH2)、過氯酸(HClO4)、鉻酸(HCrO4)、亞硫酸(H2SO3)和亞硝酸中的一種或複數種。
在強化玻璃的組合物中，有機酸增大蝕刻玻璃的等向性並增大蝕刻玻璃的程度，以提高處理量。也就是說，有機酸使得裂紋通過等向性蝕刻而被蝕刻成均勻的半圓形橫截面。進一步地，有機酸增大蝕刻玻璃的程度，使得能夠在同一時間處理更多的玻璃。此外，當將有機酸添加到強化玻璃的組合物時，甚至在溶液保存很長一段時間之後，溶液仍具有相同的性能。
當有機酸的含量小於1重量%時，可能無法充分發揮增大蝕刻等向性和蝕刻速率的效果。而且，當有機酸的含量大於20重量%時，蝕刻玻璃的速率過高，並且可能會在裂 紋之外的位置處蝕刻玻璃，使得可能引起損壞。
有機酸是選自羧酸、二羧酸、三羧酸和/或四羧酸中的一種或複數種。例如，有機酸是選自乙酸、丁酸、檸檬酸、甲酸、葡糖酸、乙醇酸、丙二酸、草酸、戊酸、磺基苯甲酸、磺基琥珀酸、磺基鄰苯二甲酸、水楊酸、磺基水楊酸、苯甲酸、乳酸、甘油酸、琥珀酸、蘋果酸、酒石酸、異檸檬酸、丙烯酸、亞胺二乙酸和乙二胺四乙酸(EDTA)中的一種或複數種。
在強化觸摸屏玻璃的組合物中，水可以是去離子水。在這種情況下，去離子水的電阻率可以等於或大於18MΩ/cm。可以適當地控制水的含量以使得整個組合物的總重量為100%。水可具有半導體步驟純度。
進一步地，強化玻璃的組合物可以額外包括表面活性劑、增稠劑，和/或類似物。表面活性劑可以是陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑。增稠劑是增大溶液的黏度所添加者並給予溶液觸變性的物質。可以使用任何合適的增稠劑。
下面描述根據本發明例示性實施方式的製造觸摸屏玻璃的方法。根據本發明的例示性實施方式的製造觸摸屏玻璃的方法包括：將片材玻璃切割成單位晶胞的面板玻璃；形成切割後的面板玻璃的形狀；並且將形成其形狀的面板玻璃浸入強化玻璃的組合物中，強化玻璃的組合物具有：1重量%至20重量%的氫氟酸、0.1重量%至5重量%的氟化銨、1重量%至20重量%的無機酸、1重量%至20重量%的有 機酸，和餘量的水。組合物可以還包括1重量%至10重量%的有機酸鹽。
圖4表示根據本發明的例示性實施方式的製造觸摸屏玻璃的方法。
在操作10中，將片材玻璃切割成適合一個裝置的面板玻璃。可以使用諸如輪、雷射、噴射水流、蝕刻劑或類似的物理或化學方法切割片材玻璃。
根據一些實施方式，該方法可以包括操作8，可以任意地在將片材玻璃切割成面板玻璃之前執行操作8。操作8可以包括通過離子交換來強化片材玻璃。
可以通過使片材玻璃浸入KNO3溶液中並在400至450度的溫度下加熱浸入後的片材玻璃約15至18小時來執行操作8，並且通過用鉀(K)成分取代玻璃基板的表面上的鈉(Na)成分來提高玻璃基板的表面的強度。也就是說，在執行操作8後，在片材玻璃的表面上形成離子被取代的強化層。然而，也可以使用其他合適的強化步驟。
在操作12中使片材玻璃成形。可以通過CNC(電腦數位控制)步驟或類似的步驟來執行成形。
圖2是表示使面板玻璃成形用於行動電話的觸摸屏玻璃的示意圖。參照圖2，形成用於揚聲器和主頁鍵的孔。此外，處理玻璃的邊緣以成為平滑的曲線。
如圖2的圓所示，在成形操作12期間，圖1A中表示的裂紋形成在切割表面上。裂紋導致玻璃的強度變差。
通過強化操作8形成的強化層形成在玻璃基板的前表 面和/或後表面上。因此，面板玻璃的切割表面未受到強化層保護，並且比受保護的表面更弱。
再次參照圖4，在操作14中，將成形後的面板玻璃浸入上面描述的強化玻璃的組合物中。也就是說，強化玻璃的組合物可以具有：1重量%至20重量%的氫氟酸；0.1重量%至5重量%的氟化銨；1重量%至20重量%的無機酸、1重量%至20重量%的有機酸；以及餘量的水。例如，可以在25℃的溫度下將面板玻璃浸入3分鐘。
操作14可以進一步包括：在將面板玻璃浸入強化玻璃的組合物中之前，將保護層塗覆到面板玻璃的前表面和/或後表面。保護層用於保護玻璃的覆蓋面，免於與強化玻璃的組合物接觸。保護層可以被黏附或分離，並且可以形成為薄膜或糊漿的形式。也就是說，在浸入之前可以黏附保護層，並且在浸入完成之後可以除去保護層。
圖1A中表示的裂紋通過強化玻璃的組合物進行蝕刻，從而形成圖1B中所示的結構。如上前述，蝕刻減小施加到玻璃的應力，以增大玻璃的伸長率。也就是說，玻璃的脆性減小，並且其伸長率增大，使得玻璃不易於受到外部衝擊而損壞。
圖3是在浸入強化玻璃的組合物之後的玻璃的SEM圖像。參照圖3可以看出，裂紋已被蝕刻成圓形凹陷。
上述凹陷可以具有6μm至12μm的直徑。當玻璃包括具有這樣尺寸的凹陷時，玻璃的伸長率等於或大於0.6。
接著通過下面的實驗進行描述根據本發明的例示性實 施方式的強化玻璃的組合物和製造觸摸屏玻璃的方法的效果。
將玻璃的片材浸入具有表1所示的組成的實施例1-3和比較例1的強化玻璃的組合物中。形成的凹陷的尺寸和玻璃的片材的伸長率也示於表1中。
在這種情況下，在本實驗中，製備10kg的玻璃基板，並在使玻璃基板在25℃的固定溫度下浸入達3分鐘後，清洗玻璃基板，並測量凹陷的直徑和玻璃的伸長率。
如表1所示，可以看出，當使玻璃的片材浸入強化玻璃的組合物中時，形成直徑為6μm至12μm的凹陷，並且伸長率為至少0.6。
進一步地，為了通過添加有機酸來比較處理速度，在製備具有與表2所示相同組成的強化玻璃的組合物後，對蝕刻的玻璃的量和保存期(在沒有喪失蝕刻性能的情況下保存溶液)進行測量並示於表2。
在與前面的實驗的條件相同的條件下執行這些實驗，並且在實驗後測量蝕刻的玻璃的量。其結果是，從添加乙酸(有機酸)的實施例4可以看出，蝕刻的玻璃的量為1000ppm，這證明了大量的蝕刻和高的蝕刻速率。然而，從未添加乙酸(有機酸)的比較例1可以看出，由於蝕刻的玻璃的量為200ppm，蝕刻速率是添加乙酸的實施例4的蝕刻速率的約五分之一。
也就是說，可以看出添加乙酸時的處理速率是在相同的條件下的五倍。
進一步地，當未添加乙酸時，一天之後溶液的癒合性能喪失。然而，當添加乙酸時，其癒合性能可以保持一周。
雖然某些例示性實施方式和實施已在本文中描述，但是從此描述來看其他實施方式和修改將顯而易見。因此，發明構思並不限於這些實施方式，而限於所呈現的申請專利範圍和各種明顯的修改和等同配置的更寬範圍。

Claims (18)

  1. 一種強化玻璃的組合物，包括：1重量%至20重量%的氫氟酸；0.1重量%至5重量%的氟化銨；1重量%至20重量%的無機酸；1重量%至20重量%的有機酸；及餘量的水；其中，前述強化玻璃的組合物不包括陰離子聚合物；及其中，在浸入前述強化玻璃的組合物之後，玻璃的伸長率至少為0.6。
  2. 如請求項1所記載的強化玻璃的組合物，其中，前述無機酸是選自由硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、氨基磺酸、過氯酸、鉻酸、亞硫酸和亞硝酸所組成的群組中的一種或複數種。
  3. 如請求項1所記載的強化玻璃的組合物，其中，前述有機酸是選自由羧酸、二羧酸、三羧酸和四羧酸所組成的群組中的一種或複數種。
  4. 如請求項1所記載的強化玻璃的組合物，其中，前述有機酸是選自由乙酸、丁酸、檸檬酸、甲酸、葡糖酸、乙醇酸、丙二酸、草酸、戊酸、磺基苯甲酸、磺基琥珀酸、磺基鄰苯二甲酸、水楊酸、磺基水楊酸、苯甲酸、乳酸、甘油酸、琥珀酸、蘋果酸、酒石酸、異檸檬酸、丙烯酸、亞胺二乙酸和乙二胺四乙酸所組成的群組中的一種或 複數種。
  5. 如請求項1所記載的強化玻璃的組合物，其中，前述水是去離子水。
  6. 如請求項5所記載的強化玻璃的組合物，其中，前述去離子水具有高於18MΩ/cm的電阻率。
  7. 一種製造觸摸屏玻璃的方法，包括：將片材玻璃切割成面板玻璃；使切割後的面板玻璃成形；及將成形後的面板玻璃浸入強化玻璃的組合物；其中，前述強化玻璃的組合物包括：1重量%至20重量%的氫氟酸；0.1重量%至5重量%的氟化銨；1重量%至20重量%的無機酸；1重量%至20重量%的有機酸；及餘量的水；其中，前述強化玻璃的組合物不包括陰離子聚合物；及其中，在浸入前述強化玻璃的組合物之後，玻璃的伸長率至少為0.6。
  8. 如請求項7所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其進一步包括：在將前述片材玻璃切割成前述面板玻璃之前，通過離子交換步驟強化前述片材玻璃。
  9. 如請求項7所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其中，將前述片材玻璃切割成前述面板玻璃係包括使用輪、雷 射、噴射水流或蝕刻劑。
  10. 如請求項7所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其中，使切割後的面板玻璃成形包括使用電腦數位控制步驟。
  11. 如請求項7所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其進一步包括：在將成形後的面板玻璃浸入之前，在前述成形後的面板玻璃上形成保護層。
  12. 如請求項11所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其中，前述保護層包括可分離的膜或糊漿。
  13. 如請求項7所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其中，前述方法包括：在將前述成形後的面板玻璃浸入之後，將裂紋蝕刻成圓形凹陷。
  14. 如請求項13所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其中，前述凹陷的直徑範圍為6μm至12μm。
  15. 如請求項7所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其中，前述無機酸是選自由硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、氨基磺酸、過氯酸、鉻酸、亞硫酸和亞硝酸所組成的群組中的一種或複數種。
  16. 如請求項7所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其中，前述有機酸是選自由羧酸、二羧酸、三羧酸和四羧酸所組成的群組中的一種或複數種。
  17. 如請求項7所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其中，前述有機酸是選自由乙酸、丁酸、檸檬酸、甲酸、葡糖酸、乙醇酸、丙二酸、草酸、戊酸、磺基苯甲酸、 磺基琥珀酸、磺基鄰苯二甲酸、水楊酸、磺基水楊酸、苯甲酸、乳酸、甘油酸、琥珀酸、蘋果酸、酒石酸、異檸檬酸、丙烯酸、亞胺二乙酸和乙二胺四乙酸所組成的群組中的一種或複數種。
  18. 如請求項7所記載的製造觸摸屏玻璃的方法，其中，前述水包括具有高於18MΩ/cm的電阻率的去離子水。
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