TWI574931B - 高紅外線傳輸之玻璃片 - Google Patents

Description

高紅外線傳輸之玻璃片

本發明係關於一種具有高紅外線傳輸之玻璃片。

本發明亦關於此類玻璃片在使用主要在該薄片內部傳播之紅外輻射之裝置中的用途。

因為根據本發明之玻璃片具有高紅外線(IR)傳輸，所以其實際上可有利地用於例如使用稱為平面散射偵測(PSD)或受抑全內反射(FTIR)之光學技術(或任何其他需要高紅外線傳輸之技術)偵測該薄片之表面上一或多個物體(例如手指或觸控筆)之位置的觸控螢幕或觸控面板或觸控板中。

因此，本發明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技術允許獲得廉價且可具有相對較大觸摸感應式表面(例如3吋至100吋)同時亦具有較小厚度之多重偵測觸控螢幕/面板。

此兩種技術包括：(i)自一個或多個邊緣/側面，例如藉助於LED射出紅外線輻射(IR)進入紅外線透明基板中；(ii)藉助於全內反射光學現象(無輻射「離開」該基板)，紅外線輻射在該基板(其因此充當波導)內部傳播；(iii)使該基板之表面與任何物體(例如手指或觸控筆)接觸，藉 由輻射在所有方向上之漫射而引起局部干擾；偏離射線中之一部分將由此能夠「離開」該基板。

在FTIR技術中偏離射線在基板與觸摸感應式表面相反之內部表面上形成紅外光點。藉由位於該裝置下方之專門相機可看到此等偏離射線。

PSD技術本身在步驟(i)-(iii)之清單中包含兩個附加步驟： (iv)藉由偵測器分析在基板邊緣之層面處的所得紅外線輻射；及 (v)自所偵測之輻射藉由演算法計算與表面接觸之物體之位置。此技術尤其揭示於文件US 2013/021300 A1中。

基本上，由於玻璃之機械特性、耐久性、抗刮痕性、光學清晰性及由於其可經化學方法或熱方法韌化，因此玻璃為精選用於觸控面板之材料。

就用於PSD或FTIR技術之具有極大表面積且因此具有相對較大長度/寬度之玻璃面板而言，射出之紅外線輻射之光學路徑較長。在此情況下，紅外線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該面板之長度/寬度。就用於PSD或FTIR技術之具有較小表面積且因此射出的紅外線輻射具有較短光學路徑之玻璃面板而言，紅外線輻射經玻璃材料之吸收亦尤其對於其中整合玻璃面板之裝置的能量消耗具有影響。

因此，在此情形下一種對於紅外線輻射極透明之玻璃片為非常有用的，以便當此表面較大時確保整個觸摸感應式表面上的靈敏度沒有減小或足夠的。詳言之，在一般用於此等技術之1050nm波長處具有最低可能吸收係數之玻璃片為合乎需要的。

為獲得高紅外線傳輸(以及可見光傳輸)，已知可減少玻璃中的總鐵含量(根據該領域中之標準實務以Fe₂O₃表示)以獲得低鐵玻璃。基於 矽酸鹽之玻璃始終含有鐵，因為此在許多使用之原材料中(且尤其砂中)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⁺之存在使玻璃對低波長可見光之吸收弱及在近紫外線(吸收帶以380nm為中心)中之吸收較強，而二價鐵離子Fe²⁺(有時表示為氧化物FeO)之存在引起在近紅外線(吸收帶以1050nm為中心)中之吸收強。由此，增加總鐵含量(呈其兩種形式)可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⁺引起紅外線(尤其近紅外線)傳輸降低。然而，為了僅藉由在總鐵含量上產生影響來獲得對於觸摸感應式應用而言足夠低的在1050nm波長處之吸收係數，將要求總鐵含量顯著降低，因而(i)其將產生太高的生產成本，因為需要極純的原材料(即使其有時不以足夠純的狀態存在)，(ii)或此將造成生產問題(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傳輸，亦已知可氧化存在於玻璃中之鐵，亦即減少二價鐵離子之含量來增加三價鐵離子之含量。玻璃之氧化程度根據其氧化還原作用指定，定義為Fe²⁺相對於存在於玻璃中之鐵原子之總重量的原子量比率，即Fe²⁺/總鐵。

為減少玻璃之氧化還原作用，已知可添加氧化成分至原材料之批料中。然而，大部分已知的氧化劑(硫酸鹽、硝酸鹽等)不具有足夠高的氧化能力，不能獲得使用FTIR或PSD技術之觸控面板應用所尋求的紅外線傳輸值，或必須添加太大量之該等氧化劑而附帶諸如成本、著色、與生產過程之不相容性等缺點。

本發明之目標在其至少一個實施例中為提供一種具有高紅外線傳輸之玻璃片。詳言之，本發明之一目標為提供一種具有高近紅外線輻射傳輸之玻璃片。

本發明之目標在其至少一個實施例中為提供一種具有高紅外線傳輸之玻璃片，特定言之其在使用主要在該薄片內部傳播之紅外線輻射之裝置中為尤其有利的。

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，當其用作具有較大尺寸之觸控螢幕、觸控面板或觸控板中之觸摸感應式表面時，並未引起觸摸感應式功能之靈敏度之任何損耗，或即使引起損耗亦極少。

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，當其用作具有更適度尺寸之觸控螢幕、觸控面板或觸控板中之觸摸感應式表面時，對裝置之能量消耗為有益的。

本發明之另一目標在其至少一個實施例中為提供一種具有高紅外線傳輸且具有對於所選應用而言可接受之美觀性外觀的玻璃片。

最後，本發明之目標亦為提供一種生產廉價的具有高紅外線傳輸之玻璃片。

本發明係關於一種玻璃片，其具有包含以下各物質之組成，該等物質的含量以占玻璃總重量之百分比表示：

0.002總鐵(以Fe₂O₃形式表示)0.06%。

根據一特定實施例，該組成另外包含諸如0.0001%Cr₂O₃ 0.06%的以占玻璃總重量之百分比表示的鉻含量。

由此，本發明係基於一種完全新穎及創造性的方法，因為其能夠解決所提出的技術問題。實際上，本發明人已出人意料地顯示，可能藉由在玻璃組合物中組合低含量鐵與在特定含量範圍內之鉻(在所謂的「選擇性」著色玻璃中尤其被稱為強著色劑)，來獲得一種高度紅外線透明而其美觀性外觀、顏色未受到過多負面影響之玻璃片。

在本文全篇中，當指示範圍時，數值範圍內之所有完全域及子域值均明確地包括在內，如同經明確陳述一般。同樣，除非明確提及，否則在本文全篇中，百分比含量值為相對於玻璃總重量表示之重量值。

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清晰。

在本發明之意義上，應瞭解玻璃意謂一種完全非晶形材料，且因此甚至在某種程度上排除任何結晶材料(例如，諸如玻璃結晶(vitrocrystalline)或玻璃陶瓷材料)。

根據本發明之玻璃片可為藉由浮法製程、拉伸製程或層壓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，可使用含有鉻之不同原材料來將鉻引入玻璃組合物。詳言之，鉻氧化物、CrO、Cr₂O₃、CrO₂或CrO₃為可能的及相對純的鉻來源。亦可使用其他富含鉻之物質，諸如鉻酸鹽、鉻鐵礦及任何其他以鉻為主之化合物。然而，出於安全性原因，含有6+形式鉻之化合物為欠佳的。

根據本發明之玻璃片可具有多種且相對較大的尺寸。舉例而言，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(被稱作PLF玻璃片)亦或例如3.21m×2.55m或3.21m×2.25m(被稱作DLF玻璃片)之尺寸。

根據本發明之玻璃片可具有在0.05mm與25mm之間之範圍內的厚度。有利地，就觸控面板應用而言，根據本發明之玻璃片可具有在0.1mm與6mm之間變化的厚度。就觸控面板應用而言，出於重量原因，根據本發明之玻璃片之厚度較佳為0.1mm至2.2mm。

根據本發明，本發明之組成具有諸如0.002總鐵(以Fe₂O₃形式表示)0.06%之總鐵含量。按重量計小於或等於0.06%之總鐵含量(以Fe₂O₃形式表示)能夠進一步提高玻璃片之紅外線傳輸。最小值意謂玻璃之成本將不會為過分不利的，因為該等低鐵值通常需要昂貴的極純的原材料或對原材料之純化。較佳地，該組成具有相對於玻璃總重量，按重量計在0.002%至0.04%範圍內之總鐵含量(以Fe₂O₃形式表示)。尤其較佳地，該組成具有相對於玻璃總重量，按重量計在0.002%至0.02%範圍內之總鐵含量(以Fe₂O₃形式表示)。

根據本發明之一尤其有利實施例，該組成具有諸如0.0005%Cr₂O₃ 0.06%之鉻含量。尤其較佳地，本發明之組成具有諸如0.001%Cr₂O₃ 0.06%之鉻含量。甚至更佳地，本發明之組成具有諸如0.002%Cr₂O₃ 0.06%之鉻含量。此類鉻含量之最小值能夠進一步提高紅外線傳輸。

根據本發明之一有利實施例，該組成具有之鉻含量(以Cr₂O₃形式表示)為諸如：0.0001%Cr₂O₃ 0.03%，或甚至更佳，諸如0.001%Cr₂O₃ 0.03%，且較佳地，諸如0.002%Cr₂O₃ 0.03%。該等鉻含量範圍能夠獲得紅外線的顯著傳輸而玻璃片之美觀性外觀未受到過多負面影響。甚至更佳地，本發明之組成具有之鉻含量為諸如： 0.0001%Cr₂O₃ 0.02%，或甚至更佳，諸如0.001%Cr₂O₃ 0.02%，且較佳地，諸如0.002%Cr₂O₃ 0.02%。

根據本發明之另一實施例，該組成具有諸如55SiO₂ 78%的以占玻璃總重量之百分比表示的SiO₂含量。

根據可與前述實施例組合考慮的本發明之另一實施例，該組成具有諸如0Al₂O₃ 18%的以占玻璃總重量之百分比表示的Al₂O₃含量。

根據本發明之另一實施例，該組成具有小於20ppm之Fe²⁺含量(以FeO形式表示)。較佳地，該組成具有小於10ppm之Fe²⁺含量(以FeO形式表示)。尤其較佳地，該組成具有小於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傳輸。更確切而言，本發明之玻璃片具有高近紅外線輻射傳輸。為定量玻璃在紅外線範圍中之高傳輸，在本發明中將使用在1050nm波長處之吸收係數，因此其應儘可能低以便獲得高傳輸。吸收係數係藉由吸光度與在給定介質中電磁輻射所覆蓋的光學路徑之長度之間的比例來定義。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)可由傳輸(T)之量測值以及材料之折射率n計算(thick=厚度)，其中n、ρ及T之值隨所選波長λ而變：

其中ρ=(n-1)²/(n+1)²。

有利地，根據本發明之玻璃片在1050nm波長處具有小於或等於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3.5m^-1之吸收係數。尤其較佳地，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。甚至更佳地，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。

有利地，根據本發明之玻璃片在950nm波長處具有小於或等於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3.5m^-1之吸收係數。尤其較佳地，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。甚至更佳地，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。

有利地，根據本發明之玻璃片在850nm波長處具有小於或等於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3.5m^-1之吸收係數。尤其較佳地，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。甚至更佳地，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。

根據本發明之一實施例，除了特定言之包含於原材料中之雜質之外，玻璃片之組成還可包含較小比例之添加劑(諸如幫助玻璃熔化或精煉之試劑)或由形成熔化爐之耐火材料之溶解產生的元素。

根據本發明之一實施例，玻璃片之組成可另外包含其量隨所尋求的效果而調節之一或多種著色劑。此(此等)著色劑可用以例如「中和」由鉻之存在所產生的顏色，且因此使得本發明之玻璃之著色更加中性、無色。或者，此(此等)著色劑可用以獲得除由鉻之存在所產生的顏色之外的所需顏色。

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PVB薄膜)，該層或薄膜能夠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有利地以化學方法或以熱方法韌化。

根據本發明之一實施例，玻璃片塗佈有至少一個透明的導電薄 層。根據本發明之透明的導電薄層可為例如基於SnO₂：F、SnO₂：Sb或ITO(氧化銦錫)、ZnO：Al亦或ZnO：Ga之層。

根據本發明之另一有利實施例，玻璃片塗佈有至少一個抗反射(或防眩光)層。此實施例在將本發明之玻璃片用作螢幕正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具有低折射率之多孔二氧化矽之層或其可由若干層(堆疊)形成，尤其由低折射率與高折射率層交替且以低折射率層終止的介電材料層之堆疊形成。

根據另一實施例，玻璃片塗佈有至少一個抗指紋層以便減少/防止顯示指紋。此實施例在將本發明之玻璃片用作觸控螢幕正面之情況下亦為有利的。此類層可與沈積於相反面上之透明的導電薄層組合。此類層可與沈積於同一面上之抗反射層組合，其中抗指紋層在堆疊之外部上且因此覆蓋抗反射層。

根據本發明之玻璃片亦可在至少一個其主要面上例如使用酸或鹼去光製程處理以產生例如抗指紋特性，或亦產生防眩光或防閃光特性。此尤其在本發明之玻璃片用作觸摸感應式表面/螢幕的情況下亦為有利的。

視所需應用及/或特性而定，可在根據本發明之玻璃片之一個面及/或另一面上沈積其他層/進行其他處理。

另外，本發明亦關於一種螢幕或面板或板，其包含至少一個根據本發明之玻璃片，其中該玻璃片界定觸摸感應式表面。較佳地，觸控螢幕或觸控面板或觸控板使用FTIR或PSD光學技術。詳言之，玻璃片有利地安放於顯示器表面之頂部上。

最後，本發明亦關於具有包含以下各物質之組成的玻璃片之用途，該等物質之含量以占玻璃總重量之百分比表示：

0.002總鐵(以Fe₂O₃形式表示)0.06%

其用於使用主要在該薄片內部傳播之紅外線輻射的裝置中。應瞭解術語主要在該薄片內傳播之輻射意謂在玻璃片之主體中在薄片之兩個主要面之間行進的輻射。

有利地，根據本發明之用途之一實施例，紅外線輻射之傳播藉由全內反射進行。根據此實施例，紅外線輻射可在玻璃片內部自該薄片之一或多個側面射出。薄片之側面應理解為藉由薄片之厚度界定且實質上垂直於薄片之兩個主要面之四個表面中的每一者。或者，又根據此實施例，紅外線輻射可在玻璃片內部自主要面中之一者或兩者以某一角度射出。

根據本發明用途之一尤其有利實施例，該組成具有諸如0.0005%Cr₂O₃ 0.06%之鉻含量。尤其較佳地，該組成具有諸如0.001%Cr₂O₃ 0.06%之鉻含量。甚至更佳地，本發明之組成具有諸如0.002%Cr₂O₃ 0.06%之鉻含量。

根據本發明用途之一有利實施例，該組成具有之鉻含量(以Cr₂O₃形式表示)為諸如：0.0001%Cr₂O₃ 0.03%，或甚至更佳，諸如0.001%Cr₂O₃ 0.03%，且更佳地，諸如0.002%Cr₂O₃ 0.03%。該等鉻含量範圍能夠獲得紅外線的顯著傳輸而玻璃片之美觀性外觀未受到過多負面影響。甚至更佳地，本發明之組成具有之鉻含量為諸 如：0.0001%Cr₂O₃ 0.02%，或甚至更佳，諸如0.001%Cr₂O₃ 0.02%，且較佳地，諸如0.002%Cr₂O₃ 0.02%。

根據本發明用途之另一實施例，該組成具有諸如55SiO₂ 78%的以占玻璃總重量之百分比表示的SiO₂含量。

根據可與前述實施例組合考慮的本發明用途之另一實施例，該組成具有諸如0Al₂O₃ 18%的以占玻璃總重量之百分比表示的Al₂O₃含量。

根據本發明用途之另一實施例，組成有利地具有相對於玻璃總重量，按重量計0.002%至0.04%之總鐵含量(以Fe₂O₃形式表示)，且較佳地具有相對於玻璃總重量，按重量計0.002%至0.02%之總鐵含量(以Fe₂O₃形式表示)。

以下實例說明本發明而不意欲以任何方式限制其覆蓋範圍。

實例

根據下表中指定之組成以粉末形式混合原材料且將其置放於熔爐中。

測定呈薄片形式之根據本發明之玻璃樣品之光學特性，且詳言之，藉由在裝配有150mm直徑之積分球的Perkin Elmer lambda 950分光光度計上之傳輸量測來測定在1050nm、950nm及850nm波長處的 吸收係數，樣品置放於用於量測之球體之入口處。亦對相同基礎組成但不添加鉻之參考(比較)樣品進行此等相同量測。

下表顯示在1050nm、950nm及850nm波長處根據本發明之具有鉻之樣品及參考所獲得的吸收係數。

此等結果顯示添加在根據本發明之含量範圍內的鉻能夠使得在1050nm、950nm及850nm波長處的吸收係數明顯降低，且因此一般而言能夠使得近紅外線輻射之吸收減少。

若總鐵量低於根據本發明之實例的總鐵量(例如80或70ppm)，則獲得吸收係數同等值所需的鉻量應較低。相反地，若總鐵量高於根據本發明之實例的總鐵量(例如130或150ppm)，則獲得吸收係數同等值所需的鉻量應較高。

Claims (15)

1. 一種玻璃片，其具有包含以下各物質之組成，該等物質之含量以占玻璃總重量之百分比表示： 0.002總鐵(以Fe₂O₃形式表示)0.06%，其特徵在於該組成包含諸如0.0001%Cr₂O₃ 0.06%的以占玻璃總重量之百分比表示的鉻含量。
2. 如前述請求項之玻璃片，其中該組成具有諸如0.0005%Cr₂O₃ 0.06%之鉻含量。
3. 如前述請求項之玻璃片，其中該組成具有諸如0.001%Cr₂O₃ 0.06%之鉻含量。
4. 如前述請求項之玻璃片，其中該組成具有諸如0.002%Cr₂O₃ 0.06%之鉻含量。
5. 如前述請求項中任一項之玻璃片，其中該組成具有相對於該玻璃之總重量，按重量計0.002%至0.04%之總鐵含量(以Fe₂O₃形式表示)。
6. 如前述請求項之玻璃片，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%之總鐵含量(以Fe₂O₃形式表示)。
7. 如前述請求項中任一項之玻璃片，其中該組成具有諸如55SiO₂ 78%的以占該玻璃總重量之百分比表示的SiO₂含量。
8. 如前述請求項中任一項之玻璃片，其中該組成具有諸如0Al₂O₃ 18%的以占該玻璃總重量之百分比表示的Al₂O₃含量。
9. 如前述請求項中任一項之玻璃片，其中其在1050nm波長處具有小於或等於5m^-1之吸收係數。
10. 如前述請求項之玻璃片，其中其在1050nm波長處具有小於或等於3.5m^-1之吸收係數。
11. 如前述請求項之玻璃片，其中其在1050nm波長處具有小於或等於2m^-1之吸收係數。
12. 一種螢幕或面板或板，其包含至少一個如請求項1至11中任一項之玻璃片，其中該玻璃片界定觸摸感應式表面。
13. 如前述請求項之螢幕或面板或板，其使用FTIR或PSD光學技術。
14. 一種具有包含以下各物質之組成的玻璃片之用途，該等物質之含量以占玻璃總重量之百分比表示： 0.002總鐵(以Fe₂O₃形式表示)0.06%，鉻含量為諸如：0.0001%Cr₂O₃ 0.06%其係用於使用主要在該薄片內部傳播之紅外線輻射的裝置 中。
15. 如前述請求項之用途，其中該紅外線輻射之傳播係藉由全內反射進行。