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TWI679184B - 摻雜鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃以及不含鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃 - Google Patents

摻雜鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃以及不含鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃 Download PDF

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TWI679184B
TWI679184B TW108100043A TW108100043A TWI679184B TW I679184 B TWI679184 B TW I679184B TW 108100043 A TW108100043 A TW 108100043A TW 108100043 A TW108100043 A TW 108100043A TW I679184 B TWI679184 B TW I679184B
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Jason Sanger Frackenpohl
馬羅約翰可里斯多福
John Christopher Mauro
諾尼二世道格拉斯邁斯
Douglas Miles Noni Jr.
文卡塔拉曼納特桑
Natesan Venkataraman
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美商康寧公司
Corning Incorporated
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Abstract

茲提供摻雜鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃以及不含鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃。該玻璃包括網絡形成劑SiO2 、B2 O3 、及Al2 O3 。在一些實施例中，該玻璃可以具有小於約65 GPa的楊氏模數及/或小於約40 x 10-7 /℃的熱膨脹係數。該玻璃可被用來作為電子裝置的覆蓋玻璃、彩色濾光基板、薄膜電晶體基板、或玻璃層合體的外包層。

Description

摻雜鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃以及不含鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃
相關申請案的交叉引用：本專利申請案根據專利法主張於2013年8月15日提出申請的美國臨時專利申請案序號第61/866272號的優先權權益，該申請案之內容為本案所依據且該申請案之內容以引用方式全部併入本文中。
本揭示係關於不含鹼金屬或鹼金屬氧化物的玻璃。更具體言之，本揭示係關於含有低含量鹼金屬及/或鹼金屬氧化物的玻璃或是摻雜鹼金屬及不含鹼金屬並且可藉由下拉製程成形的玻璃，該下拉製程例如狹縫拉伸和熔融拉伸技術。甚至更具體言之，本揭示係關於含有低含量鹼金屬及/或鹼金屬氧化物的玻璃或是摻雜鹼金屬及不含鹼金屬並且可以成形為用於玻璃層合體的包層的玻璃。
現有的技術仍然存在缺陷。本發明的目的在於解決這樣的缺陷及/或提供優於現有技術的改良。
茲提供摻雜鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃以及不含鹼金屬的硼鋁矽酸鹽玻璃。該玻璃包括網絡形成劑SiO2 、B2 O3 、及Al2 O3 。在一些實施例中，該玻璃可以具有小於約65 GPa的楊氏模數（Young’s modulus）及/或在約20 ℃至約300 ℃的溫度範圍間平均小於約40 x 10-7 /℃的熱膨脹係數。該玻璃可被用來作為電子裝置的覆蓋玻璃、彩色濾光基板、薄膜電晶體基板、或玻璃層合體的外包層。
因此，本揭示之一個態樣係提供一種玻璃，該玻璃包含：約50莫耳%至約70莫耳%的SiO2 ；約5莫耳%至約20莫耳%的Al2 O3 ；約12莫耳%至約35莫耳%的B2 O3 ；多達約5莫耳%的MgO；多達約12莫耳%的CaO；以及多達約5莫耳%的SrO；其中鹼金屬氧化物修飾劑之總和係小於或等於約1莫耳%。
本揭示之第二態樣係提供一種包含SiO2 、B2 O3 、及Al2 O3 的玻璃。該玻璃實質上不含鹼金屬氧化物修飾劑和P2 O5 ，而且該玻璃具有小於約65 GPa的楊氏模數、在約20 ℃至約300 ℃的溫度範圍間平均小於約40 x 10-7 /℃的熱膨脹係數、及至少約15 N（牛頓）的努氏（Knoop）刮痕臨界值中之至少一者。
本揭示之第三態樣係提供一種玻璃層合體，該玻璃層合體包含芯玻璃（core glass）及包覆玻璃（clad glass），該包覆玻璃被層合於該芯玻璃之外表面上。該包覆玻璃層包含SiO2 、B2 O3 、及Al2 O3 ，而且該包覆玻璃層實質上不含鹼金屬氧化物修飾劑。該包覆玻璃具有在約20 ℃至約300 ℃的溫度範圍間平均小於約40 x 10-7 /℃的第一熱膨脹係數，並且該芯玻璃具有在約20 ℃至約300 ℃的溫度範圍間平均大於該第一熱膨脹係數的第二熱膨脹係數。
本揭示之第四態樣係提供一種製造玻璃的方法。該方法包含以下步驟：提供玻璃熔化物，該玻璃熔化物包含SiO2 、B2 O3 、及Al2 O3 ，其中該玻璃熔化物實質上不含鹼金屬氧化物修飾劑；以及下拉該玻璃熔化物以形成該玻璃。
從以下實施方式、附圖以及申請專利範圍，這些態樣和其他態樣、優點以及顯著的特徵將會變得顯而易見。
在下面的描述中，類似的參考符號在所有圖示中圖示的幾個視圖中指稱類似或相關的部件。亦瞭解到，除非另有指明，否則術語如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」以及類似者為方便的用語且不可被解釋為限制性術語。此外，每當將一個群組描述為包含一元素群組及其組合中之至少一者時，應瞭解的是，該群組可以包含、本質上之組成為或組成為任意數量的該等引述元素，無論是獨自地或彼此互相組合。同樣地，每當將一個群組描述為由一元素群組或其組合中之至少一者所組成時，應瞭解的是，該群組可以由任意數量的該等引述元素所組成，無論是獨自地或彼此互相組合。除非另有指明，否則當被引述時，一個範圍的值包括該範圍的上限和下限以及其間的任意範圍兩者。如本文中使用的，除非另有指明，否則不定冠詞「一」與相應的定冠詞「該」意指「至少一個」或「一個或更多個」。還應瞭解的是，說明書和圖式中揭示的各種特徵可被用於任意的及所有的組合。
本文中使用的術語「玻璃物件」被以最廣泛的含義使用，以包括任何全部或部分由玻璃製成的物體。除非另有指明，否則所有的組成物皆使用莫耳百分比（莫耳%）表示。熱膨脹係數（CTE）係使用10-7 /℃表示並代表在約20 ℃至約300 ℃的溫度範圍間量測的值，除非另有指明。
應當指出的是，術語「實質上」和「約」在本文中可被用來表示可以歸因於任何定量比較、值、量測、或其它表示的固有不確定程度。這些術語在本文中也被用來表示為定量表示可以偏離陳述的參考值而不會導致討論的標的物在基本功能上產生變化的程度。因此，「實質上不含鹼金屬氧化物的」或「實質上不含P2 O5 的」玻璃是其中這樣的氧化物未被主動添加或分批加入玻璃、但可以以非常少的量作為污染物存在的玻璃。
參照一般的圖式，特別是參照第1圖，將理解的是，圖式是用於描述特定實施例的目的，而且並無意圖限制本揭示或隨附的申請專利範圍。圖式不一定是按比例的，而且為了清楚和簡明的目的，圖式的某些特徵和某些視圖可以在尺度上或示意地被誇大圖示。
本文中描述的是玻璃及由該玻璃製成的玻璃物件，該玻璃包含網絡形成劑SiO2 、B2 O3 、及Al2 O3 ，而且在一些實施例中，該玻璃具有低的（即小於約40 x 10-7 /℃的）熱膨脹係數（CTE）。在一些實施例中，該玻璃被故意地輕微摻雜少於約1莫耳%的鹼金屬或鹼金屬氧化物，以降低玻璃熔化物的電阻率，並避免「燒穿」耐火容器及處理結構。在其它的實施例中，該玻璃不含鹼金屬和鹼金屬氧化物（在本文中也被稱為「鹼金屬氧化物修飾劑」）。在一些實施例中，這些玻璃還具有低值的楊氏模數和剪切模數（shear modulus），以改良玻璃的固有或原生耐損傷性。
在一些實施例中，本文描述的玻璃可藉由本技術領域中習知的下拉製程來成形，該下拉製程例如狹縫拉伸和熔融拉伸製程。該熔融拉伸製程是一種已被用於大規模製造薄玻璃板的工業技術。與其它諸如浮法或狹縫拉伸製程的平板玻璃製造技術相比，該熔融拉伸製程產出的薄玻璃板具有優異的平整度和表面品質。因此，該熔融拉伸製程已在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覆蓋玻璃中成為主要的製造技術，該個人電子裝置例如筆記型電腦、娛樂裝置、桌、膝上型輕便電腦、及類似者。
熔融拉伸製程牽涉到熔融玻璃溢流於習知為「等管（isopipe）」的槽，該等管通常是由鋯或另一種耐火材料所製成。熔融玻璃從兩側溢流於等管的頂部，並在等管的底部會合，以形成單一的片，其中只有最終的片內部曾與等管有過直接接觸。由於最終的玻璃片之曝露表面在拉伸製程的過程中皆未曾與等管材料有過接觸，故玻璃的兩個外表面皆具有純淨的品質，而且不需要隨後的修整。
為了成為可以融合拉伸的，玻璃必須具有足夠高的液相線黏度（即熔融玻璃在液相線溫度下的黏度）。在一些實施例中，本文所述的玻璃具有至少約100千泊（kpoise）的液相線黏度，在其它的實施例中，本文所述的玻璃具有至少約120千泊的液相線黏度，並且在仍其它的實施例中，這些玻璃具有至少約300千泊的液相線黏度。在其中摻雜鹼金屬和不含鹼金屬的玻璃被使用於玻璃層合體中作為包層並且芯玻璃相對於溫度的黏度行為與包覆玻璃相對於溫度的黏度行為大致相同的那些例子中，包覆玻璃的液相線黏度可以大於或等於約70千泊。
傳統的熔融拉伸是使用單個等管完成的，從而產生均勻的玻璃產品。更複雜的層合體熔融製程利用兩個等管來形成包含芯玻璃組成物的層合片，並且該層合片之任一側（或兩側皆）被外包層包圍。層合體熔融的其中一個主要的優點在於，當包覆玻璃的熱膨脹係數小於芯玻璃的熱膨脹係數時，熱膨脹係數的差異導致外包層中產生壓縮應力。此壓縮應力提高了最終玻璃產品的強度，而不需要離子交換處理。不像離子交換，這種強化可以在玻璃中未使用鹼金屬離子之下實現。
因此，在一些實施例中，本文所述摻雜鹼金屬的和不含鹼金屬的玻璃可以被用來形成第1圖示意性圖示的玻璃層合體。玻璃層合體100包含芯玻璃110，芯玻璃110被包覆玻璃120或「包層」包圍，包覆玻璃120或「包層」係由本文所述摻雜鹼金屬的和不含鹼金屬的玻璃所形成。芯玻璃110的CTE大於包層120中摻雜鹼金屬的和不含鹼金屬的玻璃之CTE。在一些實施例中，該芯玻璃可以是鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃。在一個非限制的實例中，該芯玻璃為具有組成66.9莫耳% SiO2 、10.1莫耳% Al2 O3 、0.58莫耳% B2 O3 、7.45莫耳% Na2 O、8.39莫耳% K2 O、5.78莫耳% MgO、0.58莫耳% CaO、0.2莫耳% SnO2 、0.01莫耳% ZrO2 、及0.01莫耳% Fe2 O3 、且應變點572℃、退火點629℃、軟化點888℃並且CTE = 95.5 x 10-7 /℃的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃。
當被用作層合產品中的包覆玻璃時，本文所述摻雜鹼金屬的和不含鹼金屬的玻璃組成物可以提供包層高的壓縮應力。本文所述的低鹼金屬氧化物/摻雜鹼金屬的和不含鹼金屬的熔融成形玻璃之熱膨脹係數通常是在約40 x 10-7 /℃或更小的範圍中，而且在一些實施例中是在約35 x 10-7 /℃或更小的範圍中。當這種玻璃被與例如熱膨脹係數為90 x 10-7 /℃的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃（例如由康寧公司製造的Gorillaâ Glass）配對時，包覆玻璃中的預期壓縮應力可以使用以下給出的彈性應力方程式計算，其中下標1和2分別指芯玻璃和包覆玻璃：



以及



其中E為楊氏模數，ν為帕松比，t為玻璃厚度，σ為應力，以及e2 -e1 為包覆玻璃和芯玻璃之間的熱膨脹差異。使用相同彈性模數和帕松比的包覆玻璃和芯玻璃進一步簡化了上面的方程式。
為了計算包覆玻璃和芯玻璃之間的熱膨脹差異，假設應力在包覆玻璃和芯玻璃中較軟的玻璃之應變點以下開始產生。包覆玻璃中的應力可以使用這些假設和上面的方程式來估計。對於CTE為30 x 10-7 /℃的典型顯示狀玻璃作為包覆玻璃及CTE為90 x 10-7 /℃的鹼金屬鋁矽酸鹽芯玻璃、總厚度在0.5-1.0 mm的範圍中以及10-100 μm的包覆玻璃厚度來說，包覆玻璃的壓縮應力據估計是在從約200 MPa至約315 MPa的範圍中。在一些實施例中，本文所述的玻璃具有小於約40×10-7 /℃的熱膨脹係數，而且在一些實施例中，本文所述的玻璃具有小於約35×10-7 /℃的熱膨脹係數。對於這些玻璃，包覆玻璃層的壓縮應力將為至少約40 MPa，而且在其它的實施例中，包覆玻璃層的壓縮應力將為至少約80 MPa。
本文所述摻雜鹼金屬的和不含鹼金屬的玻璃具有特別低的熱膨脹係數。在一些實施例中，玻璃的熱膨脹係數小於約40 x 10-7 /℃，而且在其它的實施例中，玻璃的熱膨脹係數小於約35 x 10-7 /℃。當與具有較高CTE的芯玻璃配對時，本文所述的玻璃在最終的層合玻璃產品之包層中提供高水平的壓縮應力。這提高了玻璃層合產品的強度。藉由使用本文中揭示的玻璃，在層合體的包層中可以獲得至少約40 MPa的室溫壓縮應力，而且在一些實施例中為至少約80 MPa。當被用作包層時，本文所述的玻璃之液相線黏度要求可以降低。在芯玻璃相對於溫度的黏度行為與包覆玻璃相對於溫度的黏度行為大致相同（即「匹配」）的那些實施例中，包覆玻璃的液相線黏度可以大於或等於約70千泊。
摻雜鹼金屬和不含鹼金屬的玻璃具有的楊氏模數和剪切模數值明顯小於其它市售可得的熔融拉伸玻璃之楊氏模數和剪切模數值。在一些實施例中，楊氏模數小於約65 GPa，而且在仍其它的實施例中，楊氏模數小於約60 GPa。低的彈性模數提供這些玻璃高水平的固有耐損傷性。
在一些實施例中，本文所述的玻璃基本上由以下物質所組成或包含以下物質：約50莫耳%至約70莫耳%的SiO2 （即50莫耳% £ SiO2 £ 70莫耳%）；約5莫耳%至約20莫耳%的Al2 O3 （即5莫耳% £ Al2 O3 £ 20莫耳%）；約12莫耳%至約35莫耳%的B2 O3 （即12莫耳% £ B2 O3 £ 35莫耳%）；多達約5莫耳%的MgO（即0莫耳% £ MgO£ 5莫耳%）；多達約12莫耳%的CaO（即0莫耳% £ CaO£ 12莫耳%）；以及多達約5莫耳%的SrO（即0莫耳% £ SrO£ 5莫耳%），其中鹼金屬氧化物修飾劑的總和小於或等於0.1莫耳%（即0莫耳% £ Li2 O + Na2 O + K2 O £ 0.1莫耳%）。在一些實施例中，4莫耳% £ MgO + CaO + SrO £ Al2 O3 + 1莫耳%。在某些實施例中，玻璃實質上不含或含有0莫耳%的P2 O5 及/或鹼金屬氧化物修飾劑。
玻璃可以進一步包括多達約0.5莫耳%的Fe2 O3 （即0莫耳% £ Fe2 O3 £ 0.5莫耳%）；多達約0.2莫耳%的ZrO2 （即0莫耳% £ ZrO2 £ 0.2莫耳%）；以及選擇性的至少一種澄清劑，例如SnO2 、CeO2 、As2 O3 、Sb2 O5 、Cl- 、F- 、或類似者。在一些實施例中，該至少一種澄清劑可包括多達約0.7莫耳%的SnO2 （即0莫耳% £ SnO2 £ 0.5莫耳%）；多達約0.7莫耳%的CeO2 （即0莫耳% £ CeO2 £ 0.7莫耳%）；多達約0.5莫耳%的As2 O3 （即0莫耳% £ As2 O3 £ 0.5莫耳%）；以及多達約0.5莫耳%的Sb2 O3 （即0莫耳% £ Sb2 O3 £ 0.5莫耳%）。
在特定的實施例中，玻璃基本上由以下物質所組成或包含以下物質：約55莫耳%至約70莫耳%的SiO2 （即55莫耳%£ SiO2 £ 70莫耳%）；約6莫耳%至約10莫耳%的Al2 O3 （即6莫耳% ＜ Al2 O3 £ 10莫耳%）；約18莫耳%至約30莫耳%的B2 O3 （即18莫耳% £ B2 O3 £ 30莫耳%）；多達約3莫耳%的MgO（即0莫耳% £ MgO£ 3莫耳%）；約2莫耳%至多達約10莫耳%的CaO（即2莫耳% £ CaO£ 10莫耳%）；以及多達約3莫耳%的SrO（即0莫耳% £ SrO£ 3莫耳%），其中鹼金屬氧化物修飾劑的總和小於或等於1莫耳%（即0莫耳% £ Li2 O + Na2 O + K2 O £ 1莫耳%）。在一些實施例中，本文所述的玻璃中MgO、CaO、及SrO的總量大於或等於約4莫耳%且小於或等於玻璃中存在的Al2 O3 量（即4莫耳% £ MgO + CaO + SrO £ Al2 O3 ）。在一些實施例中，本文所述的玻璃中鹼金屬和鹼土金屬氧化物的總量大於或等於約4莫耳%且小於或等於玻璃中存在的Al2 O3 量（即4莫耳% £ Li2 O + Na2 O + K2 O + MgO + CaO + SrO £ Al2 O3 ）。在某些實施例中，玻璃不含P2 O5 。
玻璃可以進一步包括多達約0.2莫耳%的ZrO2 （即0莫耳% £ ZrO2 £ 0.2莫耳%），多達約0.2莫耳%的Fe2 O3 （即0莫耳% £ Fe2 O3 £ 0.2莫耳%）以及至少一種澄清劑，例如SnO2 、CeO2 、As2 O3 、Sb2 O5 、Cl- 、F- 、或類似者。在一些實施例中，該至少一種澄清劑可包括多達約0.2莫耳%的SnO2 （即0莫耳% £ SnO2 £ 0.2莫耳%）。
這些玻璃的組成和非限制性實例列於表1中。這些玻璃的每個氧化物成分皆提供功能。二氧化矽（SiO2 ）是主要的玻璃成形氧化物，並形成熔融玻璃的網絡骨架。純的SiO2 具有低的熱膨脹係數，並且不含鹼金屬。然而，由於SiO2 的極高熔化溫度，純的SiO2 與熔融拉伸製程並不相容。黏度曲線也遠過高而無法與層合體結構中的任何芯玻璃匹配。在一些實施例中，本文所述的玻璃中SiO2 量的範圍在約50莫耳%至約70莫耳%。在其它的實施例中，SiO2 濃度範圍在約55莫耳%至約70莫耳%。
除了二氧化矽之外，本文所述的玻璃包含網絡形成劑Al2 O3 和B2 O3 來實現穩定的玻璃成形、低熱膨脹係數、低楊氏模數、低剪切模數，並便於熔化和成形。藉由以適當的濃度混合全部四個這些網絡形成劑，能夠實現穩定的塊狀玻璃成形，同時最少化對於諸如鹼金屬或鹼土金屬氧化物等網絡修飾劑的需求，該網絡修飾劑的作用是提高熱膨脹係數和模數。就像SiO2 ，Al2 O3 有助於玻璃網絡的剛性。氧化鋁可以以四倍或五倍的配位存在於玻璃中。在一些實施例中，本文所述的玻璃包含約5莫耳%至約12莫耳%的Al2 O3 ，而且在特定的實施例中，本文所述的玻璃包含約6莫耳%至約10莫耳%的Al2 O3 。
氧化硼（B2 O3 ）也是用來降低黏度並從而提高熔化及成形玻璃的能力的玻璃成形氧化物。B2 O3 可以以三倍或四倍的配位存在於玻璃網絡中。三倍配位的B2 O3 是降低楊氏模數和剪切模數並從而提高玻璃的固有耐損傷性的最有效氧化物。因此，在一些實施例中，本文所述的玻璃包含約12莫耳%至多達約35莫耳%的B2 O3 ，而且在其它的實施例中，本文所述的玻璃包含約18莫耳%至約30莫耳%的B2 O3 。
就像B2 O3 ，鹼土金屬氧化物（MgO、CaO、及SrO）也改良了玻璃的熔化行為。然而，它們也作用來提高CTE及楊氏和剪切模數。在一些實施例中，本文所述的玻璃包含多達約5莫耳%的MgO、多達約12莫耳%的CaO、及多達約5莫耳%的SrO，而且在其它的實施例中，本文所述的玻璃包含多達約3莫耳%的MgO、約2莫耳%至多達約10莫耳%的CaO、以及多達約3莫耳%的SrO。為了確保玻璃中絕大部分的B2 O3 是處在三倍配位的狀態並從而獲得高的原生耐刮性，在一些實施例中(MgO) + (CaO) + (SrO) ≤ (Al2 O3 ) + 1莫耳%，或者在其它的實施例中，(MgO) + (CaO) + (SrO) ≤ (Al2 O3 )。
玻璃還可以包括至少一種澄清劑，例如低濃度的SnO2 、CeO2 、As2 O3 、Sb2 O5 、Cl- 、F- 、或類似者，以幫助在熔化過程中消除氣態夾雜物。在一些實施例中，玻璃可以包含多達約0.7莫耳%的SnO2 、多達約0.7莫耳%的CeO2 、多達約0.5莫耳%的As2 O3 、及/或多達約0.5莫耳%的Sb2 O3 。在其它的實施例中，至少一種澄清劑可以包含多達約0.2莫耳%的SnO2 。
少量的ZrO2 也可以藉由在熔爐中使熱玻璃與氧化鋯系耐火材料接觸來引入，因此監測ZrO2 在玻璃中的含量對於判斷槽隨著時間的磨損率可能是重要的。在一些實施例中，玻璃可以包括多達約0.1莫耳%的ZrO2 。玻璃可以進一步包含低濃度的Fe2 O3 ，因為這種材料是批次材料中共同的雜質。在一些實施例中，玻璃可以包括多達約0.5莫耳%的Fe2 O3 ，而且在其它的實施例中，玻璃可以包括多達約0.2莫耳%的Fe2 O3 。
表1. 示例性的玻璃組成
表1. (接續)
表1. (接續)
表1. (接續)
表1. (接續)
表1. (接續)
在未藉由離子交換進行化學強化之下，存在的大量硼提供玻璃高水平的固有或「原生」耐刮性。耐刮性是藉由努氏（Knoop）刮痕臨界值測試來測定。在努氏臨界值測試中，機械測試儀夾持努氏鑽石，其中玻璃被以增加的負載刮傷，以測定橫向龜裂的開始；即比原始刮痕/裂紋的兩倍寬度更大的持續裂紋。這個橫向龜裂的開始被定義為「努氏刮痕臨界值」。本文所述的玻璃具有約15 N（牛頓）的最小努氏刮痕臨界值。在一些實施例中，該努氏刮痕臨界值為至少20 N，而且在其它的實施例中，該努氏刮痕臨界值為至少約25 N。
表1中玻璃樣品25的努氏刮痕測試結果照片被圖示於第2a-f圖。玻璃在測試之前未進行離子交換。在高達26 N的負載下（第2a-d圖），沒有觀察到與原始刮痕200相關的橫向裂紋。在28 N的負載下觀察到橫向裂紋212（第2e圖），但橫向裂紋212的程度小於原始刮痕202的兩倍寬度。在30 N的負載下達到玻璃的努氏刮痕臨界值（第2f圖），因為觀察到的橫向裂紋214大於原始刮痕204的兩倍寬度。
與本文所述的玻璃相比，其它的鹼土硼矽酸鹽玻璃（Eagle XGâ Glass，由康寧公司製造）表現出8-10 N的努氏刮痕臨界值，而經離子交換的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃（Gorillaâ Glass和Gorillaâ Glass 3，由康寧公司製造）分別表現出3.9-4.9 N和9.8-12 N的努氏刮痕臨界值。
本發明還提供了製造本文所述的玻璃之方法。該方法包括提供玻璃熔化物，該玻璃熔化物包含SiO2 、B2 O3 、及Al2 O3 和P2 O5 中之至少一者，其中該玻璃熔化物實質上不含鹼金屬氧化物修飾劑，以及下拉該玻璃熔化物以形成該玻璃。在一些實施例中，下拉玻璃的步驟包含狹縫拉伸該玻璃熔化物，且在其它的實施例中，下拉玻璃的步驟包含熔融拉伸該玻璃熔化物。
在某些實施例中，該方法進一步包括提供芯玻璃熔化物以及熔融拉伸該芯玻璃熔化物以形成芯玻璃，該芯玻璃的熱膨脹係數小於包覆玻璃的熱膨脹係數。然後熔融拉伸包覆玻璃熔化物，以形成包覆玻璃層，從而包圍該芯玻璃。該包覆玻璃層係處於至少約40 MPa的壓縮應力下，而且在一些實施例中，該包覆玻璃層係處於至少約80 MPa的壓縮應力下。
因實質上不含鹼金屬，故本文所述的玻璃適用於薄膜電晶體（TFT）顯示器的應用。這些應用要求摻雜鹼金屬和不含鹼金屬的界面，因為鹼金屬離子的存在會毒化薄膜電晶體。因此，經離子交換的含鹼金屬玻璃並不適合這樣的應用。採用本文所述摻雜鹼金屬的和不含鹼金屬的玻璃作為包層的玻璃層合體提供了一種與界面結合的強化玻璃產品，該界面為摻雜鹼金屬和不含鹼金屬的，或是摻雜低水平（＜ 1莫耳%）的鹼金屬或鹼金屬氧化物。在一些實施例中，摻雜鹼金屬的和不含鹼金屬的玻璃還具有高的退火點和應變點，以減少熱壓縮，這對於TFT顯示器基板是理想的。本文所述的玻璃還可被用於彩色濾光基板、覆蓋玻璃、或各種電子裝置中的觸碰介面。
雖然為了說明的目的已經提出典型的實施例，但是不應將上述說明視為本揭示的範疇或申請專利範圍之限制。因此，在不偏離本揭示或申請專利範圍的精神與範疇下，熟悉該項技藝之人士可以做出各種修改、適應性的變化以及選擇。
100‧‧‧玻璃層合體
110‧‧‧芯玻璃
120‧‧‧包覆玻璃
200‧‧‧原始刮痕
202‧‧‧原始刮痕
204‧‧‧原始刮痕
212‧‧‧橫向裂紋
214‧‧‧橫向裂紋
第1圖為玻璃層合體之示意剖面圖；以及
第2a-f圖為玻璃樣品的努氏刮痕測試結果之照片。
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無
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無

Claims (20)

  1. 一種玻璃，該玻璃包括：
    約50莫耳%至約70莫耳%的SiO2；約6莫耳%至約10莫耳%的Al2O3；約18莫耳%至約30莫耳%的B2O3；多達約5莫耳%的MgO；多達約10莫耳%的CaO；多達約5莫耳%的SrO；及0.01莫耳%至約0.5莫耳%的Fe2O3，其中MgO + CaO + SrO £ Al2O3，且鹼金屬氧化物修飾劑的總和小於或等於約1莫耳%。
  2. 如請求項1所述之玻璃，其中4莫耳% £ MgO + CaO + SrO £ Al2O3。
  3. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃具有小於約65 GPa的楊氏模數（Young’s modulus）。
  4. 如請求項3所述之玻璃，其中該楊氏模數小於約60 GPa。
  5. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃具有小於約40 x 10-7/℃的熱膨脹係數。
  6. 如請求項5所述之玻璃，其中該熱膨脹係數小於約35 x 10-7/℃。
  7. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃進一步包含SnO2、CeO2、As2O3、Sb2O5、Cl-及F-中之至少一者。
  8. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃包括下述之至少一者：
    多達約0.7莫耳%的SnO2；多達約0.7莫耳%的CeO2；多達約0.5莫耳%的As2O3；及多達約0.5莫耳%的Sb2O3。
  9. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃包含：
    約55莫耳%至約70莫耳%的SiO2；
    大於6莫耳%至約10莫耳%的Al2O3；
    約18莫耳%至約30莫耳%的B2O3；
    多達約3莫耳%的MgO；
    多達約10莫耳%的CaO；及
    多達約3莫耳%的SrO。
  10. 如請求項9所述之玻璃，其中該玻璃包含多達約0.2莫耳%的SnO2。
  11. 如請求項10所述之玻璃，其中該玻璃在一玻璃層合體中形成一包層，該玻璃層合體包含一芯玻璃並具有一熱膨脹係數，該熱膨脹係數大於該包層之熱膨脹係數。
  12. 如請求項11所述之玻璃，其中該包層處於至少約40 MPa的壓縮應力。
  13. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃具有至少100千泊的液相線黏度。
  14. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃係可下拉的。
  15. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃包含多達約0.1莫耳%的ZrO2。
  16. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃不含鹼金屬氧化物修飾劑。
  17. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃的努氏（Knoop）刮痕臨界值為至少15N。
  18. 如請求項17所述之玻璃，其中該玻璃的努氏刮痕臨界值為至少20N。
  19. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃形成一彩色濾光基板、一薄膜電晶體基板、一覆蓋玻璃、或一觸碰介面之至少一部分。
  20. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃包括0莫耳%的BaO。
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