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TWI642540B - 借助於光感玻璃的壓縮性受壓積層玻璃製品與製作該製品的方法 - Google Patents

借助於光感玻璃的壓縮性受壓積層玻璃製品與製作該製品的方法 Download PDF

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TWI642540B
TWI642540B TW102136058A TW102136058A TWI642540B TW I642540 B TWI642540 B TW I642540B TW 102136058 A TW102136058 A TW 102136058A TW 102136058 A TW102136058 A TW 102136058A TW I642540 B TWI642540 B TW I642540B
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Abstract

本發明關於包含玻璃核心與被覆層的積層製品，更詳言之，關於壓縮性受壓積層製品，該製品包含夾置於第一被覆層與第二被覆層之間的玻璃核心，該等被覆層由光感玻璃形成。

Description

借助於光感玻璃的壓縮性受壓積層玻璃製品與製作該製品的方法 【背景】
此申請案依照專利法主張美國臨時申請案61/744,854號之優先權權益，該美國臨時申請案於2012年10月4日提出申請，本文仰賴該申請案之內容，且該申請案之全文在此以引用形式併入本文。
本說明書大體上關於包含玻璃核心與被覆層的製品，更詳言之，關於積層製品，該等積層製品包含夾置於第一被覆層與第二被覆層之間的玻璃核心，該等被覆層由光感玻璃形成。
玻璃製品(諸如蓋板玻璃、玻璃底板與類似物)運用在消費者與商用電子裝置中，諸如LCD與LED顯示器、電腦螢幕、自動櫃員機(ATM)與類似物。這些玻璃製品中的一些玻璃製品可包括「觸控」功能，該觸控功能要求玻璃製品被各種物體接觸，該等物體包括使用者的手指及/或觸控筆 (stylus)裝置，且就此而言，該玻璃必須充分牢固，以耐受例常性接觸且不受損傷。再者，此類玻璃製品也可能併入可攜式電子裝置中，諸如行動電話、個人媒體播放器與平板電腦。併入這些裝置中的玻璃製品可能會在運輸及/或使用相關裝置期間易受損傷。因此，用在電子裝置中的玻璃製品可能需要強化的強度，以能夠不僅只忍受實際使用上的常規「觸控式」接觸，還能夠抵抗可能在裝置輸送期間偶發的接觸與衝擊。
根據本發明所揭露之內容，提供一種用於形成積層玻璃製品的方法，該積層玻璃製品是由玻璃核心層與直接鄰接的玻璃被覆(clad)層所形成，而該等被覆層由一或更多個光感玻璃組成物形成。
一些實施例中，揭露一種方法，該方法包含以下步驟：以熔合(fusion)積層製程形成積層玻璃片，該積層玻璃片具有至少一個被覆層，該被覆層由光感玻璃組成物形成，該被覆層鄰接核心層，該核心層由玻璃組成物形成，在一些實施例中，該核心層所藉以形成的該玻璃組成物並非光感玻璃組成物。在熔合曳引包含核心層與被覆層的積層結構之後，該積層結構接著暴露至UV光，該UV光足以引起光感組成物內的成核，從而在該被覆層內生長第二(secondary)晶相，而造成該被覆層壓縮性受壓(compressively stress)以及強化該積層玻璃結構。
另一組實施例中，也在此揭露由上述方法形成的積 層玻璃製品。一些實施例中，核心玻璃具有第一表面與第二表面，該第二表面與第一表面相對，其中第一玻璃被覆層熔合至該玻璃核心層的該第一表面，且第二玻璃被覆層熔合至該玻璃核心層的該第二表面。其他實施例中，第一散光(diffusive)玻璃層配置在該玻璃核心層與該第一玻璃被覆層之間；此外第二散光玻璃層配置在該玻璃核心層與該第二玻璃被覆層之間；這些散光層是在例如熔合形成製程期間形成，或是在一或更多個熔合後(post-fusion)UV光處理步驟中形成。
玻璃組成物與由該等玻璃組成物形成的玻璃製品的額外的特徵與優點將於下文的【實施方式】中提出，並且在某種程度上熟悉本領域之技術人員從該敘述中將很容易理解該些特徵與優點，或藉由實施在此描述的實施例(包括隨後的【實施方式】、申請專利範圍與附圖)，而能夠認識該些特徵與優點。
應瞭解，前文的【發明內容】與下文的【實施方式】描述各種實施例，申請人希望前文的【發明內容】與下文的【實施方式】提供概述或框架以使世人理解所請標的之本質與特質。在此納入附圖以提供對各種實施例之進一步之理解，且該等附圖被納入本說明書並且構成本說明書之一部分。該等圖式繪示了此述的各種實施例，並連同說明書以解釋所請標的之原理與操作。
100‧‧‧玻璃製品
102‧‧‧核心層
103a、103b‧‧‧表面
104a、104b‧‧‧被覆層
200‧‧‧熔合曳引設備
202‧‧‧上等管
204‧‧‧下等管
206‧‧‧熔融玻璃被覆組成物
208‧‧‧熔融玻璃核心組成物
210、212‧‧‧槽
216、218‧‧‧外形成表面
220‧‧‧根部
222、224‧‧‧外形成表面
第1圖示意性地描繪根據在此所述及所示的一或更 多個實施例的積層玻璃製品的剖面；以及第2圖示意性地描繪用於製作第1圖的玻璃製品的熔合曳引製程。
現在，請詳閱在此揭露的玻璃陶瓷組成物及納入該組成物的製品之實施例，該等實施例之範例繪示於附圖中。如可能，則於整份說明書中使用相同的元件符號以指稱相同或類似部件。
如在此所用的「液化黏度(liquidus viscosity)」之用語是指玻璃組成物在其液化溫度下的剪黏度。
如在此所用的「液化溫度(liquidus temperature)」之用語是指玻璃組成物中發生去玻(devitrification)時的最高溫度。
如在此所用的「CTE」之用語是指從約20℃至約300℃的溫度範圍內經平均的玻璃組成物之熱膨脹係數。
用語「實質上無」在用於描述特定氧化物成分不存在於玻璃組成物時，意味該成分是以低於1莫耳%的痕量存在於該玻璃組成物中作為混入物(contaminant)。
此述的玻璃組成物的實施例中，組成分(例如SiO2、Al2O3、Na2O、與類似物)的濃度除非以其他方式指明，否則是在氧化物的基礎上以莫耳百分比(莫耳%)給定。
此述的玻璃組成物可視情況任選包括一或更多個澄清劑。該等澄清劑可包括例如SnO2、As2O3、Sb2O3，以及前述物質之組合。澄清劑可以一量存在於玻璃組成物中，該量 大於或等於約0莫耳%且低於或等於約0.5莫耳%。示範性實施例中，澄清劑是SnO2。這些實施例中，SnO2可以一濃度存在於該玻璃組成物中，該濃度大於約0莫耳%且低於或等於約0.2莫耳%，或甚至低於或等於約0.15莫耳%。
在此所揭露的一些實施例中，玻璃組成物可進一步包含痕量的其他氧化物。
此述的一些實施例中，玻璃組成物實質上無重金屬及含重金屬的化合物。實質上無重金屬及含重金屬的化合物的玻璃組成物也可稱為「超青(SuperGreen)」玻璃組成物。如在此所用的「重金屬」之用語是指Ba、As、Sb、Cd與Pb。
在此揭露的玻璃組成物具有使他們適合用於熔合曳引製程的液化黏度，且此液化黏度尤其使該等玻璃組成物適合用作為熔合積層製程中的玻璃被覆組成物或玻璃核心組成物。
現在請參考第1圖，此述的玻璃組成物可用於形成製品，諸如第1圖中以剖面示意性描繪的積層玻璃製品100。積層玻璃製品100大體上包含玻璃核心層102與一對玻璃被覆層104a、104b。此述的玻璃組成物特別合適於用作玻璃被覆層，在此將更詳細地討論。
第1圖繪示玻璃核心層102，圖中顯示該玻璃核心層102包含第一表面103a與第二表面103b，該第二表面103b與該第一表面103a相對。第一玻璃被覆層104a直接熔合至玻璃核心層102的第一表面103a，且第二玻璃被覆層104b直接熔合至玻璃核心層102的第二表面103b。陶瓷化後，玻璃 被覆層104a、104b熔合至玻璃核心層102，而無額外的材料(諸如黏著劑、聚合物層、塗佈層或類似物)配置於玻璃核心層102與玻璃被覆層104a、104b之間。因此，玻璃核心層的第一表面直接鄰接第一玻璃被覆層，且玻璃核心層的第二表面直接鄰接第二玻璃被覆層。一些實施例中，玻璃核心層102與玻璃被覆層104a、104b經由熔合積層製程形成。散光層(圖中未示)可形成在玻璃核心層102與玻璃被覆層104a之間，或玻璃核心層102與玻璃被覆層104b之間，或既在玻璃核心層102與玻璃被覆層104a之間也在玻璃核心層102與玻璃被覆層104b之間。
此述的積層玻璃製品100的實施例中的至少一些實施例中，玻璃被覆層104a、104b由第一玻璃陶瓷組成物形成，該第一玻璃陶瓷組成物具有平均被覆熱膨脹係數(CTEclad)，且玻璃核心層102由不同的第二玻璃組成物形成，該第二玻璃組成物具有平均熱膨脹係數(CTEcore)。
詳言之，此述的玻璃製品100可由熔合積層製程形成，該熔合積層製程諸如美國專利4,214,886號中所述的製程，該專利在此以參考形式併入本文中。參考第2圖(作為範例)，用於形成積層玻璃製品的積層熔合曳引設備200包括上等管(isopipe)202，該上等管202定位在下等管204上方。上等管202包括槽210，熔融玻璃被覆組成物206從熔融器(圖中未示)饋送進入該槽210中。同樣，下等管204包括槽212，熔融玻璃核心組成物208從熔融器(圖中未示)饋送進入該槽212中。此述的實施例中，熔融玻璃核心組成物 208具有適當高的液化黏度以流淌(run)於下等管204上。
當熔融玻璃核心組成物208填充槽212時，它溢流(overflow)出槽212，且流動於下等管204的外形成表面216、218上。下等管204的外形成表面216、218會聚於根部220。由此，流於外形成表面216、218上的熔融玻璃核心組成物208於下等管204的根部220再度接合，從而形成積層的玻璃結構之玻璃核心層102。
同時，熔融玻璃陶瓷被覆組成物206溢流出形成於上等管202中的槽210，且流動於上等管202的外形成表面222、224上。熔融的玻璃陶瓷被覆組成物206具有較低的液化黏度需求，以流淌於上等管202上，且該組成物206(當以玻璃存在時)的CTE將會等於或低於玻璃核心組成物208的CTE，例如約5 x10-7/℃以內。熔融玻璃陶瓷被覆組成物206被上等管202向外偏折，使得熔融玻璃被覆組成物206在下等管204周圍流動並且接觸熔融玻璃核心組成物208(該組成物208流動於下等管的外形成表面216、218上)，熔合至該熔融玻璃核心組成物且形成在玻璃核心層102周圍的預陶瓷化玻璃被覆層104a、104b。
一些實施例中，在如此形成的積層玻璃片中，被覆厚度也會顯著地比核心玻璃厚度薄，使得被覆物進行壓縮而核心進行拉張。但當CTE差異很小時，核心中拉張應力的量值將會非常低(例如在10MPa或更低的等級)，而將得以產生會相對容易中斷曳引的積層玻璃片，這是由於玻璃片的核心拉張的程度較低的緣故。藉此玻璃片可從由熔合曳引設備 曳引的積層結構或積層製品切除，且當玻璃片切除後，所切下的產品隨後可經過適合的UV光處理，諸如以形成最終的積層製品。
一些實施例中，光感玻璃的液化黏度為約200kP或更低；這些實施例中的一些實施例中，光感玻璃是高鹼(大量的鋰)鋁矽酸鹽玻璃。液化黏度可隨玻璃成分改變，諸如改變氧化鋁對鹼金屬(或鹼金屬之摻合物)的比例；此外，光感度可例如依照所用的方法而改變。
例如，一些實施例中，玻璃暴露至UV光，而藉由銀導致成核，且一經熱處理，矽酸鋰晶體生長，諸如偏矽酸鋰(Li2SiO3)及/或二矽酸鋰(Li2Si2O5)。一些實施例中，剛製成的玻璃的CTE在70-80 x 10-7/℃的範圍內。將此玻璃經過第二(且更高)的溫度，一些再結晶發生，而形成ß-鋰輝石(ß-spodumene)，造成降低的CTE，達約60 x 10-7/℃。在Li2Si2O5持續存在且加上矽土(低溫鱗石英)的實施例中，CTE較高，例如高達至約100 x 10-7/℃。剛製成的玻璃的CTE可匹配同時形成的內(核心)玻璃的CTE，但隨後可受光感驅動結晶而經改變以形成壓縮性(被覆)層。
示範性光感玻璃提供於表1中。
表1
表1中的示範性玻璃即使不用作為光感材料，也是離子交換的候選材料，這是因為高鋰含量之故。鋰可與富含鈉或鉀的內玻璃交換，而形成強化的積層物。這樣的鹼金屬遷移也可能發生在曳引期間。因此，在此揭露的一些實施例中，積層玻璃製品包含玻璃核心層與一或更多個直接鄰接的玻璃被覆層，該玻璃被覆層由一或更多個光感或可離子交換玻璃組成物形成。被覆層可隨後經處理，以包含經光感化(或離子交換)的被覆組成物，而得強化的積層製品。
一些實施例中，被覆層包含從約70.0莫耳%至約77.0莫耳%的SiO2；從約2.5莫耳%至約5.0莫耳%的Al2O3；從約12.0莫耳%至約18.0莫耳%的Li2O。這些實施例的一些實施例中，被覆層進一步包含從約1.0莫耳%至約3.0莫耳%的Na2O。這些實施例中的一些實施例中，被覆層進一步包含從約1.0莫耳%至約5.0莫耳%的K2O。這些實施例的一些實 施例中，被覆層進一步包含從約0莫耳%至約2.5莫耳%的BaO。這些實施例中的一些實施例中，被覆層進一步包含從約0.1莫耳%至約1.3莫耳%的K2O。
在此揭露的積層製品可運用在多種消費者電子裝置中，這些裝置包括(不限於)行動電話、個人音樂播放器、平板電腦、LCD與LED顯示器、自動櫃員機與類似物。
一些實施例中，積層製品可包含一或更多個不透明、透明、或半透明的層，諸如源自一玻璃組成物的被覆物，其中該被覆層經熱處理後為不透明、透明、或半透明。再者，可利用片狀形式的玻璃之用途。
對於熟習此技藝者而言，將明瞭可對在此所述的實施例製作各種修飾形式與變化形式，但不可背離所請標的之精神與範疇。因此，申請人希望該說明書涵蓋此述之各種實施例的修飾形式與變化形式，只要這樣的修飾形式與變化形式在所附的申請專利範圍及他們的等效形式的範疇內即可。

Claims (17)

  1. 一種形成ß-鋰輝石(beta-spodumene)玻璃陶瓷片的方法，包括以下步驟：經由熔合曳引法形成一積層玻璃片，該積層玻璃片具有多個被覆層與一核心層，該等被覆層由一光感組成物形成，該核心層由一非光感玻璃組成物形成；將該積層玻璃片暴露至UV光，該UV光足以引起該光感組成物內的成核，從而在該被覆層內生長一第二晶相，而造成該被覆層壓縮性受壓(compressively stress)且從而將該玻璃片強化成一壓縮性強化的積層玻璃結構。
  2. 如請求項1所述之方法，其中在熔合曳引之後且於暴露至UV光前，切割該積層玻璃片。
  3. 如請求項1所述之方法，其中：在將該積層玻璃片暴露至UV光之前，該光感組成物之熱膨脹係數小於或等於該非光感玻璃組成物之熱膨脹係數，且該光感組成物之熱膨脹係數與該非光感玻璃組成物之熱膨脹係數之間的差小於或等於約5 x 10-7/℃；並且，在該被覆層內生長該第二晶相之後，該光感組成物之熱膨脹係數降低，使得該非光感玻璃組成物之熱膨脹係數與該光感組成物之熱膨脹係數之間的差大於約5 x 10-7/℃。
  4. 一種玻璃製品，由請求項1所述之壓縮性強化的積層玻璃結構所形成。
  5. 一種如請求項4所述之玻璃製品的用途，該玻璃製品用於：消費者或商用電子裝置中的蓋板玻璃或玻璃底板的應用，該消費者或商用電子裝置包括LCD與LED顯示器、電腦螢幕、自動櫃員機(ATM)；觸控螢幕或觸控感測器應用；可攜式電子裝置，包括行動電話、個人媒體播放器、以及平板電腦；光伏應用；建築結構之玻璃應用；汽車或運具的玻璃應用；或者商用或家庭用品的應用。
  6. 一種積層製品，包含：一玻璃核心層，配置在一第一玻璃被覆層與一第二玻璃被覆層之間，其中該玻璃核心層的一組成物與該第一玻璃層及該第二玻璃層的該組成物不同，且其中該第一玻璃被覆層與該第二玻璃被覆層的至少一者包含從約70.0莫耳%至約77.0莫耳%的SiO2；從約2.5莫耳%至約5.0莫耳%的Al2O3；以及從約12.0莫耳%至約18.0莫耳%的Li2O。
  7. 如請求項6所述之積層製品，其中該第一玻璃被覆層與該第二玻璃被覆層的至少一者進一步包含從約1.0莫耳%至約3.0莫耳%的Na2O。
  8. 如請求項6所述之積層製品，其中該第一玻璃被覆層與該第二玻璃被覆層的至少一者進一步包含從約1.0莫耳%至約5.0莫耳%的K2O。
  9. 如請求項6所述之積層製品，其中該第一玻璃被覆層與該第二玻璃被覆層的至少一者進一步包含從約0莫耳%至約2.5莫耳%的BaO。
  10. 如請求項6所述之積層製品，其中該第一玻璃被覆層與該第二玻璃被覆層的至少一者進一步包含從約0.1莫耳%至約1.3莫耳%的K2O。
  11. 如請求項6所述之積層製品，其中該第一玻璃被覆層與該第二玻璃被覆層的至少一者包含ß-鋰輝石。
  12. 一種積層製品，包含：一玻璃核心層，配置在一第一玻璃被覆層與一第二玻璃被覆層之間，其中該玻璃核心層的一組成物與該第一玻璃層及該第二玻璃層的該組成物不同，且其中該第一玻璃被覆層與該第二玻璃被覆層的至少一者包含矽酸鋰晶體，其中該矽酸鋰晶體是偏矽酸鋰(Li2SiO3)、二矽酸鋰(Li2Si2O5)或前述物質之組合。
  13. 如請求項12所述之積層製品，其中該第一玻璃被覆層與該第二玻璃被覆層的至少一者的CTE在約70-80 x 10-7/℃的範圍內。
  14. 一種積層製品，包含：一玻璃核心層，配置在一第一玻璃陶瓷被覆層與一第二玻璃陶瓷被覆層之間，其中該玻璃核心層的一組成物與該第一玻璃陶瓷被覆層及該第二玻璃陶瓷被覆層的該組成物不同，且其中該第一玻璃陶瓷被覆層與該第二玻璃陶瓷被覆層的至少一者包含ß-鋰輝石。
  15. 如請求項14所述之積層製品，其中該第一玻璃陶瓷被覆層與該第二玻璃陶瓷被覆層的至少一者的CTE多達約60 x 10-7/℃。
  16. 如請求項14所述之積層製品，其中該第一玻璃陶瓷被覆層與該第二玻璃陶瓷被覆層的至少一者的CTE多達約100 x 10-7/℃。
  17. 一種如請求項6至16任一項所述之積層製品的用途，該積層製品用於：消費者或商用電子裝置中的蓋板玻璃或玻璃底板的應用，該消費者或商用電子裝置包括LCD與LED顯示器、電腦螢幕、自動櫃員機(ATM)；觸控螢幕或觸控感測器應用；可攜式電子裝置，包括行動電話、個人媒體播放器，以及平板電腦；光伏應用；建築結構之玻璃應用；汽車或運具的玻璃應用；或者商用或家庭用品的應用。
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