TWI735495B - 具有低鹼金屬含量的硼矽酸鹽玻璃 - Google Patents

具有低鹼金屬含量的硼矽酸鹽玻璃 Download PDF

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Abstract

依據一個實施例，玻璃可以包括約50莫耳％至約70莫耳％的SiO2 ；約12莫耳％至約35莫耳％的B2 O3 ；約4莫耳％至約12莫耳％的Al2 O3 ；多於0莫耳％且少於或等於1莫耳％的鹼金屬氧化物，其中Li2 O多於或等於該鹼金屬氧化物的約20％；約0.3莫耳％至約0.7莫耳％的Na2 O或Li2 O；以及多於0莫耳％且少於12莫耳％的總二價氧化物，其中該總二價氧化物包括CaO、MgO及SrO中之至少一者，而且其中Li2 O（莫耳％）與（Li2 O（莫耳％）+Na2 O（莫耳％））的比率大於或等於0.4且小於或等於0.6。玻璃可以具有相對低的高溫電阻率和相對高的低溫電阻率。

Description

具有低鹼金屬含量的硼矽酸鹽玻璃
本說明書大體而言係關於硼矽酸鹽玻璃，更具體言之係關於具有相對低的鹼金屬含量的硼矽酸鹽玻璃。
玻璃基板通常用於各種電子應用，包括用於LED和LCD顯示器、觸控螢幕應用等的基板。這類應用中使用的玻璃基板的化學強化可以藉由離子交換製程來實現，其中玻璃中的較小鹼金屬離子被存在於玻璃放置的熔融鹽浴中的較大鹼金屬離子交換。玻璃藉由離子交換進行強化的適合性（即其「離子交換能力」）至少有部分是由於鹼金屬離子在玻璃中的移動性。也就是說，鹼金屬離子在玻璃中越可移動，則玻璃越適合藉由離子交換來進行強化。
雖然鹼金屬離子在玻璃中的移動性可以促進化學強化，但在某些應用中高的鹼金屬離子移動性並非總是所需的特性。例如，一些玻璃基板可被用於其中將複數個薄膜電晶體（TFT）沉積在玻璃基板的表面上的顯示裝置應用。當玻璃基板含有高度可移動的鹼金屬離子時，鹼金屬離子可能會遷移到TFT材料中並「毒化」TFT，使得TFT無法操作。因此，對於一些應用來說，玻璃中的鹼金屬離子量被減少或去除。
然而，從玻璃中去除鹼金屬離子也具有負面影響。例如，玻璃通常會被流過玻璃的電流熔化。當高度可移動的鹼金屬離子被還原或從玻璃中移除時，玻璃的高溫電阻率會隨著熔化玻璃所需的電壓明顯增加，此舉接著又導致含玻璃的耐火材料更快地降解或甚至失效。
因此，需要具有相對低的高溫電阻率來幫助熔化和相對高的低溫電阻率來降低鹼金屬離子在玻璃中的移動率的替代玻璃。
第一態樣包括的玻璃包含約50莫耳％至約70莫耳％的SiO2 ；約12莫耳％至約35莫耳％的B2 O3 ；約4莫耳％至約12莫耳％的Al2 O3 ；多於0莫耳％且少於或等於1莫耳％的鹼金屬氧化物，其中Li2 O多於或等於該鹼金屬氧化物的約20％；約0.3莫耳％至約0.7莫耳％的Na2 O或Li2 O；以及多於0莫耳％且少於12莫耳％的總二價氧化物，其中該總二價氧化物包括CaO、MgO及SrO中之至少一者，而且其中Li2 O（莫耳％）與（Li2 O（莫耳％）+Na2 O（莫耳％））的比率大於或等於0.4且小於或等於0.6。
在依據第一態樣的第二態樣中，其中該玻璃具有高於或等於1x109 Ω-cm的低溫電阻率。
在依據任一前述態樣的第三態樣中，其中該玻璃具有低於或等於180 Ω-cm的高溫電阻率。
在依據任一前述態樣的第四態樣中，其中該玻璃具有小於約40x10-7 /℃的熱膨脹係數及低於約65 GPa的楊氏模量。
在依據任一前述態樣的第五態樣中，其中該玻璃具有高於或等於100 kP的液相黏度。
在依據任一前述態樣的第六態樣中，其中Li2 O的濃度高於或等於該鹼金屬氧化物的約40％。
在依據任一前述態樣的第七態樣中，其中該玻璃的楊氏模量在該玻璃的最大楊氏模量的+/- 0.2內。
在依據任一前述態樣的第八態樣中，其中該玻璃的硬度在最大硬度的+/- 0.2內。
在依據任一前述態樣的第九態樣中，其中該玻璃包含少於或等於0.5莫耳％的鹼金屬氧化物。
在依據任一前述態樣的第十態樣中，其中該總二價氧化物少於或等於Al2 O3 的濃度 + 1莫耳％。
在依據任一前述態樣的第十一態樣中，其中該總二價氧化物少於或等於Al2 O3 的濃度。
第十二態樣包括的玻璃包含約50莫耳％至約70莫耳％的SiO2 ；約12莫耳％至約35莫耳％的B2 O3 ；約4莫耳％至約12莫耳％的Al2 O3 ；多於0莫耳％且少於或等於1莫耳％的鹼金屬氧化物，其中Li2 O多於或等於該鹼金屬氧化物的約20％；約0.2莫耳％至約0.7莫耳％的K2 O；以及多於0莫耳％且少於12莫耳％的總二價氧化物，其中該總二價氧化物包括CaO、MgO及SrO中之至少一者，其中Li2 O（莫耳％）與（Li2 O（莫耳％）+Na2 O（莫耳％））的比率大於或等於0.4且小於或等於0.6。
在依據第十二態樣的第十三態樣中，其中該玻璃具有高於或等於1x109 Ω-cm的低溫電阻率。
在依據第十二或第十三態樣的第十四態樣中，其中該玻璃具有低於或等於180 Ω-cm的高溫電阻率。
在依據第十二至第十四態樣中任一態樣的第十五態樣中，其中該玻璃具有小於約40x10-7 /℃的熱膨脹係數及低於約65 GPa的楊氏模量。
在依據第十二至第十五態樣中任一態樣的第十六態樣中，其中該玻璃具有高於或等於100 kP的液相黏度。
在依據第十二至第十六態樣中任一態樣的第十七態樣中，其中Li2 O的濃度高於或等於該鹼金屬氧化物的約40％。
在依據第十二至第十七態樣中任一態樣的第十八態樣中，其中該玻璃的楊氏模量在該玻璃的最大楊氏模量的+/- 0.2內。
在依據第十二至第十八態樣中任一態樣的第十九態樣中，其中該玻璃的硬度在最大硬度的+/- 0.2內。
在依據第十二至第十九態樣中任一態樣的第二十態樣中，其中該玻璃包含少於或等於0.5莫耳％的鹼金屬氧化物。
在依據第十二至第二十態樣中任一態樣的第二十一態樣中，其中該總二價氧化物少於或等於Al2 O3 的濃度 + 1莫耳％。
在依據第十二至第二十一態樣中任一態樣的第二十二態樣中，其中該總二價氧化物少於或等於Al2 O3 的濃度。
第二十三態樣包括的玻璃積層體包含芯玻璃；熔合於該芯玻璃的包層玻璃，該包層玻璃包含SiO2 、B2 O3 、Al2 O3 及多於0莫耳％且少於或等於1莫耳％的鹼金屬氧化物，其中：Li2 O多於或等於該鹼金屬氧化物的約20％；該包層玻璃具有第一熱膨脹係數；及該芯玻璃具有第二熱膨脹係數，該第二熱膨脹係數大於該第一熱膨脹係數。
在依據第二十三態樣的第二十四態樣中，其中該包層玻璃具有高於或等於1x109 Ω-cm的低溫電阻率。
在依據第二十三或第二十四態樣的第二十五態樣中，其中該包層玻璃具有低於或等於180 Ω-cm的高溫電阻率。
在依據第二十三至第二十五態樣中任一態樣的第二十六態樣中，其中Li2 O的濃度高於或等於該鹼金屬氧化物的約40％。
在依據第二十三至第二十六態樣中任一態樣的第二十七態樣中，其中Li2 O（莫耳％）與（Li2 O（莫耳％）+Na2 O（莫耳％））的比率大於或等於0.3且小於或等於0.7。
在依據第二十三至第二十七態樣中任一態樣的第二十八態樣中，其中該包層玻璃的彈性模量在該包層玻璃的最大彈性模量的+/- 0.2內。
在依據第二十三至第二十八態樣中任一態樣的第二十九態樣中，其中該包層玻璃處於至少40 MPa的壓縮應力之下。
第三十態樣包括的消費性電子產品包含具有前表面、後表面及側表面的殼體；至少部分被設置在該殼體內的電元件；以及第一至第二十二態樣中任一態樣、被配置在顯示器上的玻璃。
第三十一態樣包括的消費性電子產品包含具有前表面、後表面及側表面的殼體；至少部分被設置在該殼體內的電元件；以及第二十三至第二十九態樣中任一態樣、被配置在顯示器上的玻璃積層體。
將在以下的實施方式中提出本文所述玻璃的其他特徵與優點，而且從實施方式來看，部分的特徵與優點對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的，或者可藉由實施本文描述的實施例而認可部分的特徵與優點，該等特徵與優點包括以下的實施方式、申請專利範圍以及附圖。
應瞭解的是，前述的一般性描述與以下的實施方式皆描述各種實施例，而且意圖提供用於瞭解所主張標的物之本質與特點的概觀或架構。附圖被包括以提供對各種實施例的進一步瞭解，而且附圖被併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式說明本文描述的各種實施例，而且該等圖式與實施方式一起用以解釋所主張標的物的原理與操作。
現在將詳細參照硼矽酸鹽玻璃及包含該硼矽酸鹽玻璃的玻璃物件之實施例，將其中的實例圖示在附圖中。儘可能地，將在所有的圖式中使用相同的元件符號來指稱相同或相似的部件。依據一個實施例，玻璃可以包括約50莫耳％至約70莫耳％的SiO2 ；約12莫耳％至約35莫耳％的B2 O3 ；約4莫耳％至約12莫耳％的Al2 O3 ；多於0莫耳％且少於或等於1莫耳％的鹼金屬氧化物，其中Li2 O多於或等於該鹼金屬氧化物的約20％；以及多於0莫耳％且少於12莫耳％的總二價氧化物，其中該總二價氧化物包括CaO、MgO及SrO中之至少一者。在其他實施例中，玻璃可以包括約50莫耳％至約70莫耳％的SiO2 ；約12莫耳％至約35莫耳％的B2 O3 ；約4莫耳％至約12莫耳％的Al2 O3 ；多於0莫耳％且少於或等於1莫耳％的鹼金屬氧化物，其中Li2 O多於或等於該鹼金屬氧化物的約20％；約0.3莫耳％至約0.7莫耳％的Na2 O或Li2 O；以及多於0莫耳％且少於12莫耳％的總二價氧化物，其中該總二價氧化物包括CaO、MgO及SrO中之至少一者，其中Li2 O（莫耳％）與（Li2 O（莫耳％）+Na2 O（莫耳％））的比率大於或等於0.4且小於或等於0.6。在仍其他的實施例中，玻璃可以包括約50莫耳％至約70莫耳％的SiO2 ；約12莫耳％至約35莫耳％的B2 O3 ；約4莫耳％至約12莫耳％的Al2 O3 ；多於0莫耳％且少於或等於1莫耳％的鹼金屬氧化物，其中Li2 O多於或等於該鹼金屬氧化物的約20％；約0.2莫耳％至約0.7莫耳％的K2 O；以及多於0莫耳％且少於12莫耳％的總二價氧化物，其中該總二價氧化物包括CaO、MgO及SrO中之至少一者，其中Li2 O（莫耳％）與（Li2 O（莫耳％）+Na2 O（莫耳％））的比率大於或等於0.4且小於或等於0.6。本文將具體參照附圖來描述硼矽酸鹽玻璃及包含該硼矽酸鹽玻璃的玻璃物件之各種實施例。
應當理解的是，除非另有說明，否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」等用語是方便的詞語，而且不應被解讀為限制性用語。此外，每當一個群組被描述為包含一組元素及其組合中的至少一者時，應當理解的是，該群組可以包含單獨或相互組合的、任意數量的、列舉的那些元素，基本上由單獨或相互組合的、任意數量的、列舉的那些元素所組成，或由單獨或相互組合的、任意數量的、列舉的那些元素所組成。類似地，每當一個群組被描述為由一組元件或其組合中的至少一者所組成時，應當理解的是，該群組可以由單獨或相互組合的、任意數量的、列舉的那些元素所組成。
除非另有說明，否則當列舉一個範圍的值時，該範圍的值包括該範圍的上限和下限以及其間的任何範圍。本文中使用的不定冠詞「一（a）」、「一（an）」和相應的定冠詞「該」意指「至少一個」或「一個或更多個」，除非另有說明。還應當理解的是，說明書和圖式中揭示的各種特徵可以以任意和所有的組合使用。
本文中使用的用語「玻璃」、「多個玻璃」、「玻璃物件」、及「多個玻璃物件」是以其最廣泛的含義使用，以包括完全或部分由玻璃製成的任何物體。
本文中使用的用語「軟化點」是指玻璃的黏度為1x107.6 泊之時的溫度。軟化點是使用ASTM C1351M-96(2012)的平行板黏度法測定。
本文中使用的用語「退火點」是指玻璃的黏度為1x1013 泊之時的溫度。退火點是使用ASTM C598-93(2013)的梁彎曲黏度法測定。
本文中使用的用語「應變點」和「T應變 」是指玻璃的黏度為3x1014 泊之時的溫度。應變點是使用ASTM C598-93(2013)的梁彎曲黏度法測定。
熱膨脹係數（CTE）是以10−7 /℃表示，並表示在約20℃至約300℃的溫度範圍間量測的值，除非另有說明。在20-300℃的溫度範圍間的線性熱膨脹係數（CTE）是以ppm/K表示，並使用依據ASTM E228-11的推桿膨脹計測定。
應注意的是，本文中可以使用用語「大致上」和「約」來表示可歸因於任何定量比較、值、量測或其他表示的固有不確定性程度。本文中還使用這些用語來表示定量表示可以與陳述的參考不同而不會導致所討論的標的物的基本功能產生變化的程度。因此，「大致上不含鹼金屬氧化物」或「大致上不含P2 O5 」的玻璃是其中這類氧化物不被主動加入或分批加入玻璃中、但可以以非常少的量作為污染物存在的玻璃。
本文描述的玻璃是硼矽酸鹽玻璃，該硼矽酸鹽玻璃通常可以包括SiO2 、B2 O3 、及Al2 O3 的組合。玻璃還包括鹼金屬氧化物，該鹼金屬氧化物至少包括Li2 O。玻璃還可以包括至少一種鹼土金屬氧化物。在一些實施例中，玻璃可以進一步包含微量的一種或更多種另外的氧化物，例如SnO2 、As2 O3 等。這些成分可以作為例如澄清劑添加及/或進一步增強玻璃的性質。本文描述的玻璃具有相對高的低溫電阻率，使得由該玻璃形成的玻璃物件適合用來作為上面被沉積薄膜電晶體（TFT）的基板。玻璃還具有相對低的高溫電阻率，使得玻璃可輕易熔化。另外，玻璃相對低的高溫電阻率有助於減少或避免用以在熔化過程中容納玻璃的耐火容器和結構「燒穿」。也就是說，因為玻璃具有相對低的高溫電阻率，所以可以橫跨玻璃施加較低的電壓來實現期望的熔化。較低電壓的使用進而可以減輕耐火材料的介電擊穿。
在本文所述玻璃的實施例中，SiO2 是玻璃的最大組分，因此，SiO2 是玻璃網絡的主要組分。SiO2 增強玻璃的化學耐久性，特別是玻璃對酸中分解的耐受性和玻璃對水中分解的耐受性。因此，通常需要高的SiO2 濃度。然而，假使SiO2 的含量太高，則玻璃的可成形性可能降低，因為較高的SiO2 濃度會提高熔化玻璃的難度，此舉進而不利地影響玻璃的可成形性。在本文描述的實施例中，玻璃通常包含濃度高於或等於50莫耳％或甚至高於或等於55莫耳％且低於或等於約70莫耳％的SiO2 。在一些實施例中，玻璃中SiO2 的濃度可以高於約56莫耳％、高於約57莫耳％、或甚至高於約58莫耳％。在一些其他的實施例中，玻璃中SiO2 的濃度可以高於59莫耳％、高於60莫耳％或甚至高於61莫耳％。例如，在一些實施例中，玻璃可以包括約58莫耳％至約70莫耳％的SiO2 。在一些其他的實施例中，玻璃可以包括約60莫耳％至約70莫耳％的SiO2 。在仍其他的實施例中，玻璃可以包括約65莫耳％的SiO2 至約70莫耳％的SiO2 。
除了SiO2 之外，本文描述的玻璃包含玻璃網絡形成劑Al2 O3 和B2 O3 。可以加入Al2 O3 和B2 O3 以有助於穩定的玻璃形成及促進熔化和成形。藉由將這些網絡形成劑以合適的濃度混合，可以實現穩定的整體玻璃形成，同時最小化對於網絡修飾劑的需求，網絡修飾劑例如作用來增加玻璃的CTE和模量的鹼金屬或鹼土金屬氧化物。
與SiO2 一樣，Al2 O3 由於其在玻璃熔體中的主要四面體配位而有助於玻璃網絡的堅硬性並增加玻璃的黏度。另外，Al2 O3 相對於玻璃中鹼金屬氧化物或鹼土金屬氧化物的濃度增加通常會降低玻璃的CTE並提高玻璃的耐久性。當玻璃中Al2 O3 的濃度高（例如多於約12莫耳％）時，玻璃可能難以熔化。當玻璃中Al2 O3 的濃度低（例如少於約5莫耳％）時，玻璃中的修飾劑將B2 O3 從三重配位轉化為四重配位，此舉進而降低玻璃的耐損傷性。
在本文所述玻璃的實施例中，玻璃中Al2 O3 的濃度通常低於或等於約12莫耳％。例如，在一些實施例中，玻璃中Al2 O3 的濃度高於或等於約4莫耳％且低於或等於約12莫耳％。在一些實施例中，玻璃中Al2 O3 的濃度可以高於或等於約5莫耳％且低於或等於約10莫耳％。在一些其他的實施例中，Al2 O3 的濃度可以高於或等於約6莫耳％且低於或等於約8莫耳％。
與SiO2 和Al2 O3 一樣，B2 O3 有助於玻璃網絡形成。將B2 O3 添加到玻璃中以降低玻璃的黏度和液相溫度。具體來說，B2 O3 的濃度增加1莫耳％可以將獲得相當黏度所需的溫度降低10℃至14℃，取決於玻璃的具體成分。然而，B2 O3 可以將玻璃的液相溫度降低每莫耳％的B2 O3 18℃至22℃。因此，B2 O3 降低玻璃的液相溫度比降低玻璃的液相黏度更快，從而有效增加液相黏度。可以將B2 O3 添加到玻璃中來軟化玻璃網絡，且對CTE只有最小的影響。因此，B2 O3 對於改善熔化性能而不增加低溫CTE（即從20℃至300℃的CTE）是有用的。添加B2 O3 到玻璃中還降低玻璃的楊氏模量並改善玻璃的耐損傷性。添加B2 O3 還降低離子（例如鹼金屬離子）在玻璃網絡中的擴散性。
當玻璃中B2 O3 的濃度低（例如低於約12莫耳％）時，玻璃的耐損傷性降低。然而，當玻璃中B2 O3 的濃度高（例如高於約35莫耳％）時，玻璃變得太軟，且玻璃的可成形性降低。此外，在玻璃內可能發生明顯和不期望的相分離。
因此，在本文描述的實施例中，B2 O3 通常以低於或等於約35莫耳％的濃度存在於玻璃中。例如，在一些實施例中，B2 O3 以高於或等於約12莫耳％且低於或等於約35莫耳％的濃度存在於玻璃中。在一些實施例中，玻璃中B2 O3 的濃度可以高於或等於約15莫耳％且低於或等於約30莫耳％或甚至低於或等於約30莫耳％。在一些其他的實施例中，玻璃中B2 O3 的濃度可以高於或等於約15莫耳％且低於或等於約25莫耳％或甚至低於或等於約20莫耳％。
在本文描述的實施例中，玻璃含有相對低濃度的鹼金屬氧化物R2 O，其中R是鹼金屬，例如Na、K及Li。具體來說，在本文描述的實施例中，玻璃中的總鹼金屬氧化物濃度（即玻璃中所有鹼金屬氧化物的濃度之和）高於0莫耳％且低於或等於1莫耳％。在一些實施例中，玻璃中的總鹼金屬氧化物濃度可以高於0莫耳％且低於或等於0.9莫耳％或甚至低於或等於0.8莫耳％。在一些其他的實施例中，玻璃中的總鹼金屬氧化物濃度可以高於0莫耳％且低於或等於0.7莫耳％或甚至低於或等於0.6莫耳％。在仍其他的實施例中，玻璃中的總鹼金屬氧化物濃度可以高於0莫耳％且低於或等於0.5莫耳％或甚至低於或等於0.4莫耳％。在其他實施例中，玻璃中的總鹼金屬氧化物濃度可以高於0莫耳％且低於或等於0.3莫耳％或甚至低於或等於0.2莫耳％。
一般來說，較小的鹼金屬離子在玻璃網絡中更易移動，因此，預期相對於較大的鹼金屬離子增加較小的鹼金屬離子的濃度可降低玻璃的電阻率。例如，預期減少玻璃中Na2 O的濃度並增加玻璃中Li2 O的濃度將由於玻璃中高度移動的鋰離子的濃度增加而降低所得玻璃的電阻率。
事實上，已經發現添加Li2 O會由於鋰離子在玻璃中的移動性提高而降低玻璃在高溫下（例如在熔化溫度下）的電阻率。此舉使得玻璃能夠在較低的施加電壓下熔化，進而又延長在熔化過程中容納玻璃的耐火容器的使用壽命，從而降低製造成本。
然而，意外發現的是，增加本文所述玻璃中Li2 O的濃度實際上在相對較低的溫度下（即在250℃至500℃的範圍內與玻璃的熔化溫度相比為低的溫度）提高了玻璃的電阻率。電阻率提高通常表示鹼金屬離子在指定溫度範圍內在玻璃網絡中的移動率降低。當使用玻璃來形成上面被沉積TFT的基板時，鹼金屬離子的降低移動率可以例如在基板處理溫度下（即具有TFT的基板在TFT沉積期間或之後進行處理的溫度，通常在250℃至500℃的範圍內）減緩鹼金屬離子從玻璃到TFT的遷移。因此，本文描述的玻璃在較高溫度下具有相對低的電阻率，並且在較低溫度下具有出乎意料高的電阻率，此舉使得玻璃能夠被輕易地熔化和成形，同時在例如上面沉積有TFT的玻璃基材的典型處理溫度下減緩鹼金屬離子的遷移。
因此，在本文描述的實施例中，玻璃中的鹼金屬氧化物包括濃度足以在相對低的溫度下提高電阻率的Li2 O。在實施例中，Li2 O以高於或等於玻璃中總鹼金屬氧化物濃度的20％的濃度存在於玻璃中。例如，假使玻璃中的總鹼金屬氧化物濃度為1.0莫耳％，則至少0.2莫耳％的總鹼金屬氧化物濃度是由Li2 O所組成。在實施例中，Li2 O可以以高於或等於玻璃中總鹼金屬氧化物濃度的20％或甚至30％的濃度存在於玻璃中。在仍其他的實施例中，Li2 O可以以高於或等於玻璃中總鹼金屬氧化物濃度的40％或甚至50％的濃度存在於玻璃中。在又其他的實施例中，Li2 O可以以高於或等於玻璃中總鹼金屬氧化物濃度的60％的量存在於玻璃中。在一些實施例中，Li2 O可以以高於或等於總鹼金屬氧化物濃度的20％且低於或等於總鹼金屬氧化物濃度的100％的濃度存在於玻璃中。在一些其他的實施例中，Li2 O可以以高於或等於總鹼金屬氧化物濃度的35％且低於或等於總鹼金屬氧化物濃度的65％的濃度存在於玻璃中。在仍其他的實施例中，Li2 O可以以高於或等於總鹼金屬氧化物濃度的40％且低於或等於總鹼金屬氧化物濃度的50％的濃度存在於玻璃中。
當玻璃中Li2 O的濃度低（例如低於約0.04莫耳％）時，玻璃的可熔性降低。然而，當玻璃中Li2 O的濃度高（例如高於約1莫耳％）時，玻璃在約250℃至約500℃的溫度下的電阻率是低的，使得玻璃對於一些應用不理想。因此，在本文描述的實施例中，Li2 O以高於或等於0.04莫耳％且低於或等於1.0莫耳％的濃度存在於玻璃中。例如，Li2 O可以以高於或等於0.1莫耳％或甚至高於或等於0.2莫耳％且低於或等於1.0莫耳％的濃度存在於玻璃中。在實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於或等於0.3莫耳％或甚至高於或等於0.4莫耳％且低於或等於1.0莫耳％。在實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於或等於0.5莫耳％或甚至高於或等於0.6莫耳％且低於或等於1.0莫耳％。在實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於或等於0.7莫耳％或甚至0.8莫耳％且低於或等於1.0莫耳％。在實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於或等於0.9莫耳％且低於或等於1.0莫耳％。在一些實施例中，玻璃可以含有1莫耳％的Li2 O（即100％的總鹼金屬氧化物是Li2 O）。
在一些其他的實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於或等於0.1莫耳％且低於或等於0.9莫耳％。例如，在一些實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於或等於0.2莫耳％且低於或等於0.8莫耳％。在一些實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於或等於0.3莫耳％且低於或等於0.7莫耳％。在仍其他的實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於或等於0.4莫耳％且低於或等於0.6莫耳％。在實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於或等於0.4莫耳％、低於或等於0.5莫耳％。在實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於0莫耳％、低於或等於0.3莫耳％。在仍其他的實施例中，玻璃中Li2 O的濃度可以高於0莫耳％、低於或等於0.2莫耳％。
在實施例中，除了Li2 O之外，鹼金屬氧化物可以可選地包括K2 O。當玻璃中K2 O的濃度高（例如高於約0.8莫耳％）時，玻璃在約250℃至約500℃的溫度下的電阻率是低的，使得玻璃對於一些應用是不理想的。在包括K2 O的實施例中，玻璃中K2 O的濃度高於或等於約0莫耳％且低於或等於約0.8莫耳％。在這些實施例的一些實施例中，玻璃中K2 O的濃度可以高於或等於0.2莫耳％且低於或等於0.7莫耳％或甚至低於或等於0.6莫耳％。在仍其他的實施例中，玻璃中K2 O的濃度可以高於或等於0.2莫耳％且低於或等於0.5莫耳％或甚至低於或等於0.4莫耳％。在其他實施例中，玻璃中K2 O的濃度可以高於或等於0.2莫耳％且低於或等於0.3莫耳％。在實施例中，玻璃可以大致上不含K2 O。
在實施例中，除了Li2 O之外，鹼金屬氧化物可以可選地包括Na2 O。當玻璃中Na2 O的濃度高（例如高於約0.8莫耳％）時，玻璃在約250℃至約500℃的溫度下的電阻率是低的，使得玻璃對於一些應用是不理想的。因此，在本文所述玻璃的實施例中，玻璃中Na2 O的濃度高於或等於約0莫耳％且低於或等於約0.8莫耳％。在一些實施例中，玻璃中Na2 O的濃度可以高於或等於0.2莫耳％且低於或等於0.7莫耳％或甚至低於或等於0.6莫耳％。在仍其他的實施例中，玻璃中Na2 O的濃度可以高於或等於0.2莫耳％且低於或等於0.5莫耳％或甚至低於或等於0.4莫耳％。在又其他的實施例中，玻璃中Na2 O的濃度可以高於或等於0.2莫耳％且低於或等於0.3莫耳％。在實施例中，玻璃可以大致上不含Na2 O。
在本文描述的實施例中，玻璃中Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率大於或等於0.2且小於或等於1.0。例如，在實施例中，Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率可以大於或等於0.3或甚至大於或等於0.4且小於或等於1.0。在一些實施例中，Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率可以大於或等於0.5或甚至大於或等於0.6且小於或等於1.0。在一些其他的實施例中，Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率可以大於或等於0.7或甚至大於或等於0.8且小於或等於1.0。在仍其他的實施例中，Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率可以大於或等於0.9且小於或等於1.0。在一些其他的實施例中，Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率可以大於或等於0.3且小於或等於0.7。在仍其他的實施例中，Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率可以大於或等於0.4且小於或等於0.6。
本文描述的玻璃可以進一步包括二價氧化物MO，其中M是鹼土金屬（例如Mg、Ca及Sr）及/或Zn。二價氧化物改善玻璃的熔化行為，但提高平均熱膨脹係數。當二價氧化物包括鹼土金屬氧化物時，鹼土金屬氧化物使玻璃增加的平均熱膨脹係數不會像玻璃中所含的鹼金屬氧化物一樣多。
在本文描述的實施例中，玻璃中的總二價氧化物濃度（即所有二價氧化物的總和）高於或等於0莫耳％且低於或等於約12莫耳％。在一些實施例中，玻璃中的總二價氧化物濃度可以高於或等於1莫耳％且低於或等於約10莫耳％。在一些其他的實施例中，玻璃中的總二價氧化物濃度可以高於或等於3莫耳％且低於或等於約8莫耳％。
在本文描述的實施例中，總二價氧化物包括CaO、MgO及SrO中的至少一者。
在實施例中，MgO可以以高於或等於約0莫耳％且低於或等於約5莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約4莫耳％的濃度存在於玻璃中。在一些其他的實施例中，MgO可以以高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約3.5莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約3莫耳％的濃度存在於玻璃中。在仍其他的實施例中，MgO可以以高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約2.5莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約2莫耳％的濃度存在於玻璃中。在又其他的實施例中，MgO可以以高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約1.5莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約1莫耳％的濃度存在於玻璃中。
CaO可以以高於或等於約0莫耳％且低於或等於約12莫耳％的濃度或甚至高於或等於約1莫耳％且低於或等於約10莫耳％的濃度存在於玻璃中。在一些實施例中，CaO可以以高於或等於約1.5莫耳％且低於或等於約9莫耳％的濃度或甚至高於或等於約2.0莫耳％且低於或等於約8莫耳％的濃度存在於玻璃中。在仍其他的實施例中，CaO可以以高於或等於約2.0莫耳％且低於或等於約7莫耳％的濃度或甚至高於或等於約2.0莫耳％且低於或等於約6.5莫耳％的濃度存在於玻璃中。在又其他的實施例中，CaO可以以高於或等於約2.0莫耳％且低於或等於約6.0莫耳％的濃度或甚至高於或等於約2.5莫耳％且低於或等於約6莫耳％的濃度存在於玻璃中。
SrO可以以高於或等於約0莫耳％且低於或等於約3莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約2.5莫耳％的濃度存在於玻璃中。在一些其他的實施例中，SrO可以以高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約2.0莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約1.5莫耳％的濃度存在於玻璃中。在仍其他的實施例中，SrO可以以高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約1.0莫耳％的濃度存在於玻璃中。
在實施例中，ZnO可以以高於或等於約0莫耳％且低於或等於約5莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約4莫耳％的濃度存在於玻璃中。在一些其他的實施例中，ZnO可以以高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約3.5莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約3莫耳％的濃度存在於玻璃中。在仍其他的實施例中，ZnO可以以高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約2.5莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約2莫耳％的濃度存在於玻璃中。在又其他的實施例中，ZnO可以以高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約1.5莫耳％的濃度或甚至高於或等於約0.5莫耳％且低於或等於約1莫耳％的濃度存在於玻璃中。
在實施例中，本文描述的玻璃可以具有相對高的耐損傷性。此舉可以藉由確保玻璃中的總二價氧化物濃度（即ZnO、MgO、CaO及SrO的濃度之和）低於或等於Al2 O3 的濃度+ 1莫耳％而將玻璃中的大部分B2 O3 保持在三重配位狀態來實現。在一些實施例中，玻璃中的總二價氧化物濃度（即ZnO、MgO、CaO及SrO的濃度之和）可以高於或等於4.0莫耳％且低於或等於Al2 O3 的濃度+ 1莫耳％。在一些其他的實施例中，藉由確保玻璃中的總二價氧化物濃度（即ZnO、MgO、CaO及SrO的濃度之和）低於或等於Al2 O3 的濃度可以將玻璃中的大部分B2 O3 保持在三重配位狀態。在仍其他的實施例中，玻璃中的總二價氧化物濃度（即ZnO、MgO、CaO及SrO的濃度之和）可以高於或等於4.0莫耳％且低於或等於Al2 O3 的濃度。
在一些實施例中，本文所述玻璃中的總鹼金屬氧化物濃度和總二價氧化物濃度之和高於或等於4莫耳％。在一些其他的實施例中，總鹼金屬氧化物濃度和總二價氧化物濃度之和可以高於或等於4莫耳％且低於或等於Al2 O3 的濃度。
本文描述的玻璃可以可選地包括一種或更多種澄清劑。澄清劑可以包括例如SnO2 、As2 O3 、Sb2 O3 、及其組合。澄清劑可以以高於或等於約0莫耳％且低於或等於約0.7莫耳％的量存在於玻璃中。在例示性實施例中，澄清劑是SnO2 。 SnO2 可以以高於或等於約0莫耳％且低於或等於約0.7莫耳％的濃度存在於玻璃中。在這些實施例中，SnO2 可以以高於約0莫耳％且低於或等於約0.7莫耳％或甚至低於或等於約0.15莫耳％的濃度存在於玻璃中。
還可以藉由熔化器中熔融玻璃與氧化鋯基耐火材料之間的接觸來將少量的ZrO2 引入玻璃中。監測玻璃中ZrO2 的水平可以提供用於估計耐火材料隨時間磨損的速率之基礎。在本文描述的實施例中，玻璃可以包括高於或等於0莫耳％且低於或等於0.2莫耳％的ZrO2 。
玻璃可以進一步包含低濃度的Fe2 O3 ，因為Fe2 O3 是批料中常見的雜質。在一些實施例中，玻璃可以包括多達約0.5莫耳％的Fe2 O3 ，在其他實施例中，玻璃可以包括多達約0.2莫耳％的Fe2 O3 。
在一些實施例中，本文描述的玻璃可以不含P2 O5 。
如上所述，添加Li2 O到玻璃中產生相對低的高溫電阻率和相對高的低溫電阻率。在本文描述的實施例中，玻璃的高溫電阻率是在溫度1630℃下的電阻率（以歐姆-公分（Ω-cm）計）。在實施例中，低溫電阻率是玻璃物件（例如玻璃基板或類似物）在溫度250℃下的電阻率（以Ω-cm計）。電阻率（高溫或低溫）是使用ASTM D257-14和ASTM C657-93(2013)測定。
在本文描述的實施例中，玻璃具有低於或等於180 Ω-cm的高溫電阻率。在一些實施例中，高溫電阻率可以低於或等於170 Ω-cm或甚至低於或等於160 Ω-cm。在一些其他的實施例中，高溫電阻率可以低於或等於150 Ω-cm或甚至低於或等於140 Ω-cm。在仍其他的實施例中，高溫電阻率可以低於或等於130 Ω-cm或甚至低於或等於120 Ω-cm。在一些其他的實施例中，高溫電阻率可以低於或等於110 Ω-cm。在一些實施例中，高溫電阻率可以低於或等於100 Ω-cm或甚至低於或等於90 Ω-cm。在一些其他的實施例中，高溫電阻率可以低於或等於80 Ω-cm或甚至低於或等於70 Ω-cm。在仍其他的實施例中，高溫電阻率可以低於或等於60 Ω-cm或甚至低於或等於50 Ω-cm。在這些實施例的每一實施例中，高溫電阻率高於或等於40 Ω-cm。
在本文描述的實施例中，玻璃具有高於或等於1x109 Ω-cm的低溫電阻率。在一些實施例中，低溫電阻率可以高於或等於2.5x109 Ω-cm或甚至高於或等於5.0x109 Ω-cm。在一些實施例中，低溫電阻率可以高於或等於10.0x109 Ω-cm或甚至高於或等於15x109 Ω-cm。在一些其他的實施例中，低溫電阻率可以高於或等於20x109 Ω-cm或甚至高於或等於25x109 Ω-cm。在仍其他的實施例中，低溫電阻率可以高於或等於30x109 Ω-cm或甚至高於或等於35x109 Ω-cm。在其他實施例中，低溫電阻率可以高於或等於40x109 Ω-cm或甚至高於或等於45x109 Ω-cm。在仍其他的實施例中，低溫電阻率可以高於或等於50x109 Ω-cm或甚至高於或等於55x109 Ω-cm。在又其他的實施例中，低溫電阻率可以高於或等於60x109 Ω-cm或甚至高於或等於65x109 Ω-cm。在這些實施例的每一實施例中，低溫電阻率低於或等於80x109 Ω-cm。
在一些實施例中，本文描述的玻璃可藉由下拉製程成形，下拉製程例如狹縫拉伸和熔融拉伸製程。熔融拉伸製程通常用於薄玻璃片的大規模製造。與其他平面玻璃製造技術（例如浮式製程或狹縫拉伸製程）相比，熔融拉伸製程產出具有優異平坦度和表面品質的薄玻璃片。結果，熔融拉伸製程已成為製造用於液晶顯示器的薄玻璃基板以及用於個人電子裝置的蓋玻璃的主要製造技術，個人電子裝置例如筆記型電腦、娛樂裝置、平板電腦、膝上型電腦等。
熔融拉伸製程被大致描述於例如美國專利第3,149,949號中，該專利之全部內容以引用方式併入本文中。熔融拉伸製程涉及熔融玻璃在稱為「溢流槽」的槽上流動，溢流槽通常由鋯石或另一種耐火材料製成。熔融玻璃從兩側溢流出溢流槽的頂部，在溢流槽的底部會合而形成單個片材，其中只有最終片材的內部曾與溢流槽直接接觸。由於最終玻璃片的暴露表面在拉伸製程期間都沒有與溢流槽材料接觸，所以玻璃的兩個外表面都具有未受污染的品質，而且不需要隨後的修整。
為了是可熔融拉伸的，玻璃必須具有足夠高的液相黏度（即熔融玻璃在液相溫度下的黏度）。在一些實施例中，本文描述的玻璃具有至少約100千泊（kpoise）的液相黏度，在其他實施例中，本文描述的玻璃具有至少約120 kpoise的液相黏度，而在仍其他實施例中，這些玻璃具有至少約300 kpoise的液相黏度。在本文描述的玻璃被用作玻璃積層體中的包層並且芯玻璃相對於溫度的黏度行為與包層玻璃的黏度行為大致相同的那些情況下，包層玻璃的液相黏度可以高於或等於約70 kPoise。液相黏度藉由以下方法測定。首先，按照標題為「藉由梯度爐法量測玻璃的液相溫度的標準慣例（Standard Practice for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method）」的ASTM C829-81(2015)量測玻璃的液相溫度。接著，按照標題為「在高於軟化點下量測玻璃黏度的標準慣例（Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point）」的ASTM C965-96(2012)量測玻璃在液相溫度下的黏度。
傳統的熔融拉伸是使用單個溢流槽完成，從而得到均勻的玻璃產品。更複雜的熔融積層製程大致被描述於美國專利第4,214,886號中，該專利以引用方式併入本文中。熔融積層製程利用兩個溢流槽來形成積層玻璃片，積層玻璃片包含任一（或兩）側上被外包層包圍的芯玻璃組成物。熔融積層的主要優點之一在於，當包層玻璃的熱膨脹係數小於芯玻璃的熱膨脹係數時，CTE差異會在外包層中產生壓縮應力。此壓縮應力可提高最終玻璃產品的強度，而不需要進行離子交換處理。與離子交換不同的是，這種強化可以在玻璃中未使用鹼金屬離子的情況下實現。
因此，在一些實施例中，本文描述的玻璃可用於形成玻璃積層體，如第1圖中示意性描繪的。玻璃積層體100包含芯玻璃110，芯玻璃110熔合於由本文描述的玻璃形成的包層玻璃120或「包層」。芯玻璃110具有的CTE大於包層玻璃120的CTE。在一些實施例中，芯玻璃可以是例如鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃。在一個非限制性實例中，芯玻璃是成分為66.9莫耳％的SiO2 、10.1莫耳％的Al2 O3 、0.58莫耳％的B2 O3 、7.45莫耳％的Na2 O、8.39莫耳％的K2 O、5.78莫耳％的MgO、0.58莫耳％的CaO、0.2莫耳％的SnO2 、0.01莫耳％的ZrO2 、及0.01莫耳％的Fe2 O3 、且應變點為572℃、退火點為629℃、軟化點為888℃、CTE = 95.5 x 10-7 /℃的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃。
當被用作玻璃積層體中的包層玻璃時，本文描述的玻璃可以對​​包層提供高的壓縮應力。本文所述玻璃的CTE通常在約40 x 10-7 /℃或更低的範圍內，在一些實施例中，本文所述玻璃的CTE在約35 x 10-7 /℃或更低的範圍內。當將這樣的玻璃與例如CTE為90 x 10-7 /℃的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃（例如由康寧公司製造的Gorilla®玻璃）配對時，包層玻璃中的預期壓縮應力可以使用下面給出的彈性應力方程式計算，其中下標1和2分別指芯玻璃和包層玻璃：
Figure 02_image001
及
Figure 02_image003
其中E為楊氏模量，ν為帕松比，t為玻璃厚度，σ為應力，e2 -e1 為包層玻璃與芯玻璃之間的熱膨脹差異。使用彈性模量和帕松比相同的包層玻璃和芯玻璃進一步簡化上述方程式。
為了計算包層玻璃與芯玻璃之間的熱膨脹差異，假定應力在包層和芯玻璃中較軟者的應變點以下固定。可以使用這些假設和上述方程式來估計包層玻璃中的應力。對於CTE為30 x 10-7 /℃的典型顯示器樣玻璃作為包層玻璃和CTE為90 x 10-7 /℃的鹼金屬鋁矽酸鹽芯玻璃、在0.5-1.0 mm範圍內的總厚度及10-100 μm的包層玻璃厚度來說，估計包層玻璃的壓縮應力是在約200 MPa至約315 MPa的範圍中。在一些實施例中，本文描述的玻璃具有小於約40 x 10-7 /℃的熱膨脹係數，在一些實施例中，本文描述的玻璃具有小於約35 x 10-7 /℃的熱膨脹係數。對於這些玻璃來說，包層玻璃層的壓縮應力將為至少約40 MPa，在其他實施例中，包層玻璃層的壓縮應力將為至少約80 MPa。
本文描述的玻璃具有特別低的熱膨脹係數。在一些實施例中，玻璃的CTE小於約40 x 10-7 /℃，而在其他實施例中，玻璃的CTE小於約35 x 10-7 /℃。當與具有較高CTE的芯玻璃配對時，本文描述的玻璃在最終的積層玻璃產品的包層中提供高水平的壓縮應力。此舉提高玻璃積層產品的強度。藉由在積層體的包層中使用本文揭示的玻璃可以獲得至少約40 MPa、在一些實施例中至少約80 MPa的室溫壓縮應力。當被用作包層時，本文所述玻璃的液相黏度要求可以降低。在芯玻璃相對於溫度的黏度行為與包層玻璃的黏度行為大致相同（即「匹配」）的那些實施例中，包層玻璃的液相黏度可以高於或等於約70 kPoise。
本文描述的玻璃具有明顯小於其他市購熔融拉製玻璃的楊氏模量（即彈性模量）和剪切模量的值。在一些實施例中，楊氏模量低於約65吉帕斯卡（GPa），而在仍其他的實施例中，楊氏模量低於約60 GPa。低的彈性模量為這些玻璃提供高水平的耐損傷性。
在本文描述的實施例中，已經確定的是，可以藉由調整玻璃中Li2 O和Na2 O的相對濃度來控制玻璃的楊氏模量值（並因此訂製至特定值）。在實施例中，當Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率大於或等於0.3且小於或等於0.7時，玻璃的楊氏模量在玻璃的最大楊氏模量的+/- 0.2內。在一些其他的實施例中，當Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率大於或等於0.4且小於或等於0.6時，玻璃的楊氏模量在玻璃的最大楊氏模量的+/- 0.1內。
由本文描述的玻璃形成的玻璃物件通常具有高於或等於約5 GPa、例如高於或等於約5.5 GPa、高於或等於約6 GPa、或甚至高於或等於約6.5 GPa的硬度。在這些實施例中，硬度通常低於或等於約8 GPa或甚至7 GPa。
在本文描述的實施例中，玻璃的硬度和楊氏模量是藉由奈米壓印來測定，該奈米壓印包括用Berkovitch壓頭壓印玻璃的表面以形成壓痕深度在約50 nm至約1000 nm的範圍中的壓痕，並基於壓印儀器使用2004年1月J. Mater. Res.第19卷第1號中Oliver, W.C.和G.  M.  Pharr「藉由儀器壓印量測硬度和彈性模量：方法的理解和改進中的進步（Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology）」的程序的量測反應來測定硬度和楊氏模量。
如同楊氏模量，已經確定的是，可以藉由調整玻璃中Li2 O和Na2 O的相對濃度來控制玻璃的硬度（並因此訂製至特定值）。在實施例中，當Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率大於或等於0.3且小於或等於0.7時，玻璃的硬度在玻璃的最大硬度的+/- 0.2內。在一些其他的實施例中，當Li2 O（莫耳％）與Li2 O（莫耳％）和Na2 O（莫耳％）的總和之比率大於或等於0.4且小於或等於0.6時，玻璃的硬度在玻璃的最大硬度的+/- 0.1內。 實例
將藉由以下實例進一步闡明本文描述的實施例。 實例1
為了評估含有不同鹼金屬物種的玻璃的高溫電阻率，用K2 O或Li2 O遞增地取代基礎玻璃組成物中的Na2 O，並且量測所得玻璃的電阻率作為M+ ：（Na+ +M+ ）的函數，其中M為Li+ 或K+ 。具體來說，基礎玻璃組成物是由67.04莫耳％的SiO2 、19.79莫耳％的B2 O3 、6.25莫耳％的Al2 O3 、0.57莫耳％的MgO、4.85莫耳％的CaO、0.45莫耳％的SrO、0.88莫耳％的Na2 O、0.01莫耳％的K2 O、0.08莫耳％的SnO2 、及0.03莫耳％的ZrO2 所組成。在第一試驗中，用K2 O遞增地取代基礎玻璃組成物中的Na2 O，並在1630℃下對不同值的K+ ：（Na+ +K+ ）比率量測電阻率。此第一試驗的最終玻璃組成物是由66.64莫耳％的SiO2 、19.82莫耳％的B2 O3 、6.20莫耳％的Al2 O3 、0.56莫耳％的MgO、4.83莫耳％的CaO、0.44莫耳％的SrO、0.45莫耳％的Na2 O、0.42莫耳％的K2 O、0.08莫耳％的SnO2 、及0.04莫耳％的ZrO2 所組成。在第二試驗中，用Li2 O遞增地取代基礎玻璃組成物中的Na2 O，並在1630℃下對不同值的Li+ ：（Na+ +Li+ ）比率量測電阻率。此第二試驗的最終玻璃組成物是由67.26莫耳％的SiO2 、20.00莫耳％的B2 O3 、6.28莫耳％的Al2 O3 、0.61莫耳％的MgO、4.85莫耳％的CaO、0.45莫耳％的SrO、0.03莫耳％的Na2 O、0莫耳％的K2 O、0.76莫耳％的Li2 O、0.14莫耳％的SnO2 、及0.07莫耳％的ZrO2 所組成。將這兩個試驗的玻璃的高溫電阻率以圖形描繪在第2圖中作為M+ ：（Na+ +M+ ）的比率之函數。
對於本文描述的組成物來說，在熔化溫度下在玻璃中沒有觀察到混合鹼金屬效應，因為玻璃是液體並且陽離子（Li+ 、K+ ）可以自由移動來傳導。較小的離子（例如Li+ ）比大離子（例如K+ ）更有導電性。因此，對於相同莫耳百分比的鹼金屬氧化物來說，與其他物種相比在熔化器溫度下鋰允許最低的電壓。例如，如第2圖所示，玻璃的高溫電阻率隨著K+ ：（Na+ +K+ ）的莫耳比增加而增加。實際上隨著Li+ ：（Na+ +Li+ ）的莫耳比增加，玻璃的高溫電阻率降低了。雖然不希望受到理論的約束，但據信這些趨勢是由於鹼金屬離子的各別尺寸所致。特別的是，據信在玻璃中較大的K+ 離子相對於Na+ 離子較不易移動，接著Na+ 離子相對於Li+ 離子較不易移動。然而，相對較小的Li+ 離子在玻璃中更易移動，而且Li+ 離子的移動率隨著Li+ 離子的濃度增加而增加。 實例2
為了研究Li2 O對高溫電阻率的影響，將與實例1第二試驗的玻璃類似的玻璃與0.8莫耳％的Li2 O分批配料並且沒有其他的鹼金屬氧化物。在熔化器中Li2 O的濃度從0.8莫耳％降低，並且在1630℃的溫度下針對固定電流監測熔化器的操作電壓。在熔化器中達到最少0.21莫耳％的Li2 O。為了研究低於0.21莫耳％的鋰濃度，用具有0.2莫耳％、0.1莫耳％及0.0莫耳％ Li2 O的玻璃製造坩堝熔化物，並在1630℃下測試電阻率。將所有樣品（即0.8莫耳％ → 0.0莫耳％的Li2 O）的電阻率數據描繪於第3圖。如第3圖所示，隨著玻璃中Li2 O的濃度從0.8莫耳％降低，玻璃的高溫電阻率提高，表示隨著Li2 O的濃度愈高，玻璃愈可易於熔化。 實例3
還研究玻璃在較低溫度下的電阻率，其中玻璃處於固體的形式。具體來說，在250℃、300℃、400℃及500℃的溫度下評估玻璃的電阻率。所測試的玻璃具有與實例1所述具有0.1莫耳％Na2 O的基礎玻璃相似的成分。用Li2 O遞增地取代Na2 O，並在指定溫度下量測玻璃的電阻率。將測試的結果以圖形描繪於第4圖。具體來說，將玻璃在指定溫度下的電阻率描繪為Li+ ：（Li+ + Na+ ）的莫耳比之函數。
預期玻璃中Li2 O和Na2 O的混合物會由於混合鹼金屬效應而降低電阻率。然而，如第4圖所示，在較低溫度下（即在250℃和300℃下）意外地發現，玻璃的電阻率實際上隨著Li+ ：（Li+ + Na+ ）的莫耳比增加而提高。也就是說，玻璃在這些溫度下沒有表現出混合鹼金屬效應，此舉是意想不到的，因為這種效應在矽酸鹽玻璃中有充分的記載。事實上，個別繪製玻璃在300℃下的電阻率為Li2 O濃度和Na2 O濃度的函數（第5圖）顯示，含有Li2 O的玻璃實際上具有比含有相同濃度的Na2 O的玻璃更高的電阻率，此舉也是出人意料的，因為玻璃中鋰離子的移動率比鈉離子更高。 實例4
研究具有不同Li2 O和Na2 O比率的玻璃的楊氏模量和硬度。具體來說，將實例1的基礎玻璃組成物用不同比率的Li2 O：（Li2 O + Na2 O）修飾，並測定楊氏模量和硬度。總鹼金屬氧化物含量為0.86莫耳％。將結果以圖形描繪於第6圖中，且將楊氏模量（E）和硬度（H）描繪為玻璃中Li2 O：（Li2 O + Na2 O）的比率之函數。
如第6圖所示，楊氏模量和硬度相對於Li2 O：（Li2 O + Na2 O）的比率都表現出大致拋物線的行為。數據表示，可以藉由調整Li2 O和Na2 O的相對濃度同時保持相同的總鹼金屬氧化物含量來訂製玻璃的機械性質。
例如，第7圖以圖形描繪各種值的Li2 O：（Li2 O + Na2 O）比率的楊氏模量與硬度比，顯示對於玻璃中相同的總鹼金屬氧化物濃度而言，隨著Li2 O的濃度增加，楊氏模量與硬度的比率降低。第8圖圖示基於鹼金屬氧化物的成分變化，硬度的變化％為楊氏模量的變化％之函數。此數據表示，可以藉由調整玻璃中Li2 O和Na2 O的相對濃度同時保持總鹼金屬氧化物濃度來訂製玻璃的機械性質。例如，藉由將Li2 O濃度增加到總鹼金屬氧化物濃度的40％（總鹼金屬氧化物濃度保持固定），可以將硬度提高約14％，同時只將楊氏模量提高10％，從而得到具有意想不到的高硬度的玻璃。
還提供了製造本文所述玻璃的方法。該方法包括提供包含SiO2 、B2 O3 、Al2 O3 、至少包含Li2 O的鹼金屬氧化物、及二價氧化物的玻璃熔化物。將玻璃熔化物下拉以形成玻璃。在一些實施例中，下拉玻璃的步驟包含狹縫拉伸玻璃熔化物，而在其他實施例中，下拉玻璃的步驟包含熔融拉伸玻璃熔化物。
在某些實施例中，該方法進一步包括提供芯玻璃熔化物並熔融拉伸芯玻璃熔化物以形成芯玻璃，該芯玻璃具有的熱膨脹係數小於包層玻璃的熱膨脹係數。然後將包層玻璃熔化物熔融拉伸以形成包層玻璃層並熔合於芯玻璃而形成玻璃積層體。包層玻璃層處於至少約40 MPa、而且在一些實施例中至少約80 MPa的壓縮應力下。
本文描述的玻璃在約250℃至500℃範圍內的溫度下的相對高電阻率使得該玻璃適合用作薄膜電晶體（TFT）顯示器應用中的基板。玻璃在約250℃至500℃範圍內的溫度下的相對高電阻率減緩鹼金屬離子到TFT中的遷移，從而防止對TFT的損害。在一些實施例中，玻璃還具有減少熱壓縮的高退火和應變點，這是一種對於TFT顯示基板來說理想的性質。本文描述的玻璃還可被用於各種電子裝置中的彩色濾光片基板、蓋玻璃、或觸控界面。
可以將本文揭示的玻璃和積層體結合到另一個製品中，例如具有有或無薄膜電晶體的顯示器的製品（或顯示製品）（例如消費性電子裝置，包括行動電話、平板電腦、電腦、導航系統等）、建築製品、運輸製品（例如汽車、火車、飛機、海運工具等）、電器製品、或需要一些透明度、耐刮擦性、耐磨性、或上述之組合的任何製品。例如，消費性電子裝置可以包括具有前表面、後表面及側表面的殼體；至少部分或整個在該殼體內的電元件（未圖示），並至少包括控制器、記憶體、及在該殼體的前表面處或附近的顯示器；以及在該殼體的前表面處或上方的蓋基板，使得該蓋基板在該顯示器上方。在一些實施例中，該消費性電子裝置還可以包括薄膜電晶體。在一些實施例中，該蓋基板可以包括本文揭示的任何玻璃或積層體。
對於所屬技術領域中具有通常知識者而言顯而易見的是，可以在不偏離請求保護的標的物之精神和範圍下對本文描述的實施例進行各種修改和變化。因此，意圖使說明書涵蓋本文描述的各種實施例之修改和變化，前提是這類的修改和變化來到所附申請專利範圍及其均等物的範圍內。
100‧‧‧玻璃積層體110‧‧‧芯玻璃120‧‧‧包層玻璃
第1圖示意性描繪依據本文圖示和描述的一個或更多個實施例的玻璃積層體；
第2圖以圖形描繪玻璃的高溫電阻率為以M+ ：（Na+ +M+ ）（其中M為Li+ 或K+ ）的比率表示的玻璃中鉀或鋰含量之函數；
第3圖以圖形描繪玻璃的高溫電阻率為玻璃的鋰含量之函數；
第4圖以圖形描繪玻璃的低溫電阻率為以Li+ ：（Na+ +Li+ ）的比率表示的鋰含量之函數；
第5圖以圖形描繪在300℃下的電阻率為鹼金屬氧化物含量之函數；
第6圖以圖形描繪玻璃的楊氏模量和硬度為Li2 O：（Li2 O + Na2 O）的比率之函數；
第7圖以圖形描繪玻璃的楊氏模量與硬度的比率為Li2 O：（Li2 O + Na2 O）之函數；及
第8圖以圖形描繪含鋰玻璃的硬度變化為楊氏模量的變化之函數。
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100‧‧‧玻璃積層體
110‧‧‧芯玻璃
120‧‧‧包層玻璃

Claims (6)

  1. 一種玻璃，包含：50莫耳%至70莫耳%的SiO2；12莫耳%至35莫耳%的B2O3；4莫耳%至12莫耳%的Al2O3；鹼金屬氧化物，其包含Na2O、Li2O、K2O中的至少一者，其中：Na2O與Li2O中的至少一者為0.3莫耳%至0.5莫耳%；Li2O多於或等於該鹼金屬氧化物的20%；以及Li2O(莫耳%)與(Li2O(莫耳%)+Na2O(莫耳%))的比率大於或等於0.4且小於或等於0.6；其中該鹼金屬氧化物小於或等於0.5莫耳%；以及多於0莫耳%且少於12莫耳%的總二價氧化物，其中該總二價氧化物小於或等於Al2O3的濃度且包括CaO、MgO及SrO中之至少一者。
  2. 一種玻璃，包含：50莫耳%至70莫耳%的SiO2；12莫耳%至35莫耳%的B2O3；4莫耳%至12莫耳%的Al2O3；鹼金屬氧化物，其包含Na2O、Li2O、K2O中的至 少一者，其中：該鹼金屬氧化物進一步包含0.2莫耳%至0.4莫耳%的K2O；Li2O多於或等於該鹼金屬氧化物的20%；Li2O(莫耳%)與(Li2O(莫耳%)+Na2O(莫耳%))的比率大於或等於0.4且小於或等於0.6，其中該鹼金屬氧化物小於或等於0.5莫耳%；多於0莫耳%且少於12莫耳%的總二價氧化物，其中該總二價氧化物小於或等於Al2O3的濃度且包括CaO、MgO及SrO中之至少一者。
  3. 如請求項1或2所述之玻璃，其中該玻璃具有高於或等於1x109Ω-cm的低溫電阻率。
  4. 如請求項1或2所述之玻璃，其中該玻璃具有低於或等於180Ω-cm的高溫電阻率。
  5. 如請求項1或2所述之玻璃，其中該玻璃具有小於40x10-7/℃的熱膨脹係數及低於65GPa的楊氏模量。
  6. 一種消費性電子產品，包含：一殼體，具有前表面、後表面及側表面；至少部分被設置在該殼體內的電元件；以及請求項1或2任一者的玻璃，其被配置在一顯示器上。
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