觸控保護(hù)玻璃的組成的制作方法
【專利摘要】一種觸控保護(hù)玻璃(cover?glass)的組成，其組成成份的重量百分比分別為64%≤SiO2≤69%、7%≤Al2O3≤11.5%、1.5%≤B2O3≤2.5%、4.5%≤MgO≤7.5%、0%<CaO≤2.5%、0%<ZnO≤2%、0%<ZrO2≤0.2%、0%<TiO2≤1%、14.5%≤Na2O≤16.5%、1%≤K2O≤4%、及0%<SnO2≤0.4%，其中CaO及MgO的總含量，以在4.5%～10%為最佳，且Na2O及K2O的總含量，以在15.5%～20.5%為最佳，如此，即可將前述組成材料熔融形成觸控保護(hù)玻璃，并浸泡于高溫(KNO3)溶液，以離子交換(Ion?Exchange)的方式將觸控保護(hù)玻璃的表層一定深度的鈉離子(體積較小)替換為鉀離子(體積較大)，使其表層產(chǎn)生擠壓作用，進(jìn)而形成高強(qiáng)度、耐磨損及刮傷(Scratch)的觸控保護(hù)玻璃。
【專利說明】觸控保護(hù)玻璃的組成

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]—種觸控保護(hù)玻璃(cover glass)的組成,本發(fā)明尤其是指一種具有高強(qiáng)度、耐磨損及抗刮傷特性，且不含As2O3或Sb2O3等對(duì)環(huán)境有害的成份的觸控保護(hù)玻璃的組成。

【背景技術(shù)】
[0002]在攜帶式電子設(shè)備(如手機(jī)、平板或筆記型電腦)的觸控屏幕和液晶顯示器上所使用的觸控保護(hù)玻璃(cover glass)，均屬鋁硅酸玻璃，其經(jīng)由離子交換處理過程以進(jìn)行強(qiáng)化，此種玻璃組成中僅含極微量的堿金屬氧化物成份，可利用浮式法或下拉法等成型法制成玻璃。
[0003]如中國臺(tái)灣公告第1252844號(hào)專利案所揭的玻璃成份可知，其中含有對(duì)人體及環(huán)境有害的As2O3及Sb2O3，若以不同成分替代玻璃中的As2O3及Sb2O3，必定會(huì)改變玻璃原有的光學(xué)與物理特性，故必須對(duì)玻璃的組成成份及其重量百分比進(jìn)行廣泛的研發(fā)與變化，方能克服上述的問題。
[0004]在成型制程中，熔融態(tài)玻璃液溫度降低時(shí)，極易引發(fā)玻璃產(chǎn)生結(jié)晶現(xiàn)象而失透(即因玻璃析出結(jié)晶而失去透明性)，而定義玻璃開始失透或產(chǎn)生結(jié)晶的最高溫度，即玻璃液相溫度(LT, Liquidus Temperature),為避免產(chǎn)生失透現(xiàn)象,從而影響到玻璃的外觀品質(zhì)，玻璃的液相溫度(LT)要求越低越好，因此，作業(yè)溫度高于玻璃液相溫度時(shí)，即使經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的熱處理，也不致產(chǎn)生失透或結(jié)晶現(xiàn)象，反之則容易產(chǎn)生結(jié)晶失透的問題，導(dǎo)致玻璃表面或內(nèi)部產(chǎn)生雜質(zhì)，如此將改變玻璃內(nèi)部的應(yīng)力分布，降低了玻璃硬度及強(qiáng)度，導(dǎo)致產(chǎn)品良率下降，例如中國臺(tái)灣公告第 1305768號(hào)專利案所揭的玻璃，由于其液相溫度大于1000°C，故其玻璃穩(wěn)定性較差。
[0005]此外，成型制程中原料的熔解溫度也要求越低越好，以降低能源消耗并提高爐體壽命。在中國臺(tái)灣公開第200637800號(hào)專利案所揭示的玻璃中，其組成成份必須要達(dá)1600°C以上的高溫才能進(jìn)行熔解，因此會(huì)消耗能量較高，不利于降低生產(chǎn)成本。
[0006]綜上，本發(fā)明所揭，即為如何設(shè)計(jì)出一種創(chuàng)新的觸控保護(hù)玻璃的組成，能借助添加及改變組成分比例的方式來取代As2O3或Sb2O3等對(duì)環(huán)境有害的成份，進(jìn)而生產(chǎn)出具有耐失透性的觸控保護(hù)玻璃，以解決現(xiàn)有玻璃不符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于上述，本發(fā)明的主要目的在于借助添加及改變組成分比例的方式來取代氧化鉛、As2O3或Sb2O3等對(duì)環(huán)境有害的成份，進(jìn)而生產(chǎn)出具有耐失透性的觸控保護(hù)玻璃，以解決現(xiàn)有玻璃于熔解過程中產(chǎn)生有害氣體排放，且玻璃成品含有害物質(zhì)的問題。
[0008]為達(dá)上述的目的，本發(fā)明主要是借助添加及改變玻璃組成物中組成成分的重量百分比例的方式來強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，進(jìn)而生產(chǎn)出具有耐失透性的觸控保護(hù)玻璃，所述觸控保護(hù)玻璃的組成成份的重量百分比分別為64% ( S12 ( 69%、7% ( Al2O3 ^ 11.5%、1.5% ( B2O3 ( 2.5%、4.5% ( MgO ( 7.5%、0%〈Ca0 ( 2.5%、0%〈Zn0 ( 2%、0%〈Zr02 ( 0.2%、0%〈Ti02 ≤1%、14.5% ≤Na2O ≤ 16.5%、1% ≤ K2O ≤4% 及 0%〈Sn02 ≤ 0.4%,其中 CaO 及 MgO的總含量，以在4.5%~10%為最佳，且Na2O及K2O的總含量，以在15.5%~20.5%為最佳，如此，即可將前述組成材料熔融后，制成具有較佳耐失透性的觸控保護(hù)玻璃，且可借助S12在玻璃中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并借助Al2O3使玻璃生成堅(jiān)韌的表面，進(jìn)而增加玻璃耐熱性與抗失透性，減少玻璃膨脹率，且借助B203、MgO及CaO降低玻璃的粘度及膨脹系數(shù)，同時(shí)借助ZnO增加玻璃的耐蝕性與熔融性，并借助ZrO2增加玻璃的耐化學(xué)性、耐熱性與熔融性，且借助T12降低玻璃原料的熔解溫度，同時(shí)借助Na2O使玻璃易于成形，并借助K2O可增加玻璃粘度，使玻璃硬而有光澤，且借助SnO2取代氧化鉛、As2O3或Sb2O3等成分，作為玻璃熔解時(shí)的澄清劑或除泡劑，如此，即能解決現(xiàn)有玻璃因含As2O3或Sb2O3等對(duì)環(huán)境有害的成份，以致于熔解過程中產(chǎn)生有害氣體排放，且玻璃成品含有害物質(zhì)的問題。

【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明主要提供一種觸控保護(hù)玻璃的組成，該觸控保護(hù)玻璃是由下列材料(成份)，依一定的重量百分比，組合而成:
[0010](I)重量百分比 64% ≤S12 ≤ 69% ；
[0011 ] (2)重量百分比 7% ≤ Al2O3 ≤ 11.5% ;
[0012](3)重量百分比 1.5% ≤ B2O3 ≤2.5% ；
[0013](4)重量百分比 4.5% ≤ MgO ≤7.5% ；
[0014](5)重量百分比 0%〈Ca0 ≤ 2.5% ；
[0015](6)重量百分比 0%〈Ζη0 ≤ 2% ；
[0016](7)重量百分比 0%〈Zr02 ≤ 0.2% ；
[0017](8)重量百分比 0%〈Ti02 ≤1% ；
[0018](9)重量百分比 14.5% ≤ Na2O ≤ 16.5% ；
[0019](10)重量百分比 1% ≤ K2O ≤ 4% ；
[0020](11)重量百分比 0%〈Sn02 ≤ 0.4% ;及
[0021](12)其中CaO及MgO的總重量百分比，在4.5%~10%為最佳，且Na2O及K2O的總重量百分比，在15.5%~20.5%為最佳。
[0022]在本發(fā)明中，由于各組成分的重量百分比，將依其物理特性，對(duì)玻璃的特性、結(jié)構(gòu)及制作等方面，造成不同程度的影響，故各組成分在重量百分比上必須有所限制，以下詳細(xì)說明觸控保護(hù)玻璃各組成分的選擇及其重量百分比限定于一定范圍內(nèi)的理由:
[0023]S12是構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的主要成份，對(duì)提高化學(xué)耐久性、增加粘性及降低液相溫度有很好的效果，其較佳的重量百分比含量為64%~69%，若S12含量少于64%，所制作出的玻璃將容易失透，另一方面，若S12含量多于69%，將導(dǎo)致玻璃的熔解溫度太高，所制成的玻璃也容易失透。
[0024]Al2O3是用以提高玻璃結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，使玻璃生成堅(jiān)韌的表面，進(jìn)而增加玻璃耐熱性與抗失透性，減少玻璃膨脹率，對(duì)提高化學(xué)耐久性及增加粘性有很好的效果，其較佳的重量百分比含量為7%~11.5%，若Al2O3含量少于7%，玻璃將容易失透，也容易受到外界水氣或化學(xué)試劑的侵蝕，另若Al2O3含量多于11.5%,也將導(dǎo)致玻璃的熔解溫度太高,而不利于以一般熔解爐制造。
[0025]B2O3的作用作為助熔劑，主要用以降低熔制玻璃時(shí)玻璃的粘度，對(duì)玻璃的均質(zhì)化、降低熔解溫度有很好的效果，其較佳的重量百分比含量為1.5%~2.5%，若B2O3含量少于
1.5%，其助熔劑效果即無法充分發(fā)揮，容易使玻璃產(chǎn)生失透，若B2O3含量多于2.5%，將大幅降低玻璃的應(yīng)變點(diǎn)，不利于后續(xù)制程的應(yīng)用。
[0026]MgO用以降低熔制玻璃時(shí)玻璃的粘度及膨脹系數(shù)，以減少其中的氣泡或不純物的含量，同時(shí)降低液相溫度、增加耐失透性，為調(diào)整光學(xué)常數(shù)的有效成份，其較佳的重量百分比含量為4.5%~7.5%，但若MgO含量多于7.5%，玻璃將容易失透，化學(xué)耐久性也會(huì)變差。
[0027]CaO的作用促進(jìn)玻璃的熔解，可降低玻璃液相溫度并提升其耐失透性，其較佳的重量百分比含量為0%〈Ca0 ≤ 2.5%，若CaO含量為0%，將無法有效降低玻璃的粘度及液相溫度，若CaO含量多于2.5%，玻璃的耐失透性及化學(xué)耐久性將會(huì)變差，且熱膨脹系數(shù)會(huì)大幅提高，不利于后續(xù)制程的應(yīng)用。
[0028]ZnO可增加玻璃的耐蝕性與熔解性，有改善化學(xué)耐久性的效果及降低液相溫度的效果，其較佳的重量百分比含量為0%〈ZnO ≤ 2%，若ZnO含量為0%，上述效果會(huì)變得不明顯，若ZnO含量多于2%，則玻璃耐失透性會(huì)變差。
[0029]ZrO2可增加耐化學(xué)性、耐熱性與熔融性，且有增加耐失透性及化學(xué)耐久性的效果，其較佳的重量百分比含量為0%〈Zr02 ≤0.2%，若ZrO2含量為0%，上述效果會(huì)變得不明顯，若ZrO2含量多于0.2%，則玻璃耐失透性會(huì)變差，不利于產(chǎn)品的應(yīng)用J12可降低玻璃原料的熔解溫度，其較佳的重量百分比含量是在0%〈Ti02 ≤1%之間。
[0030]本發(fā)明的組成形成的觸控保護(hù)玻璃必須再浸泡于高溫KNO3溶液，以化學(xué)強(qiáng)化(chemical strengthening)的方式將觸控保護(hù)玻璃表層的鈉離子(體積較小)替換為鉀離子(體積較大)，進(jìn)而形成高強(qiáng)度、耐磨損及抗刮傷(Scratch)的觸控保護(hù)玻璃，因此觸控保護(hù)玻璃中必須含有一定量的鈉離子，故在本發(fā)明的組成中添加Na2O,借以提供足量的鈉離子；另，Na2O可降低玻璃熔解溫度及液相溫度，使玻璃易于成形，其較佳的重量百分比含量為14.5%~16.5%，若Na2O含量多于16.5%，則玻璃耐失透性會(huì)惡化；K20可降低熔解溫度及液相溫度，其較佳的重量百分比含量為1%~4%，若K2O含量多于4%，玻璃將容易失透。
[0031]SnO2的作用主要在于取代As2O3或Sb2O3等成分，作為玻璃熔解時(shí)的澄清劑或除泡劑，其較佳的重量百分比含量為0%〈Sn02 ≤0.4%之間，若SnO2含量為0%，上述效果會(huì)變得不明顯，若SnO2含量多于0.4%，不但玻璃耐失透性會(huì)變差，不利于產(chǎn)品的應(yīng)用，且容易在玻璃降溫的過程中，凝結(jié)于鉬金系統(tǒng)(即由鉬金材質(zhì)所組成的熔融態(tài)玻璃液輸送系統(tǒng)，用以使玻璃液能順利地消除氣泡及攪拌均勻)的上部低溫處，并掉回玻璃液中，導(dǎo)致瑕疵產(chǎn)生，使良率降低。
[0032]承上，前述CaO及MgO等成份雖用以促進(jìn)玻璃的熔解度，及調(diào)整玻璃的熱膨脹系數(shù)，但CaO及MgO的總重量百分比含量，以在4.5%~10%為最佳，若CaO及MgO的總含量少于4.5%，玻璃的熔解溫度將會(huì)太高，反之，若CaO及MgO的總含量多于10%，則玻璃將容易失透，且玻璃的熱膨脹系數(shù)會(huì)太高；另，Na2O及K2O的總重量百分比含量，以在15.5%~20.5%為最佳，若Na2O及K2O的總含量少于15.5%，玻璃的熔解溫度及液相溫度將會(huì)太高，反之，若Na2O及K2O等成份的總含量多于20.5%，則玻璃耐失透性會(huì)惡化。
[0033]本發(fā)明實(shí)施時(shí)，是先將各組成物進(jìn)行混合,再導(dǎo)入一玻璃熔解槽,待其熔解成玻璃液后，將其溫度降低到成型所需的溫度范圍，再以下拉成型法，制成預(yù)定厚度的玻璃板。
[0034]以下謹(jǐn)就本發(fā)明前述的各組成物，以不同的重量百分比，加以混合，再依前述程序制作出不同的玻璃樣品，并以所述各玻璃樣品為例，列表說明其熱膨脹系數(shù)、應(yīng)變點(diǎn)、密度及玻璃液相溫度等特性值間的差異:
[0035]表一(例I)為本發(fā)明的實(shí)施例，其是以如下方法制造；各組成成份取常用原料，依對(duì)應(yīng)的重量百分比加以均勻混合，再以1650°C的溫度，于熔爐中熔解，再于鉬金加熱系統(tǒng)內(nèi)攪拌均勻，然后將呈熔融態(tài)的玻璃液以下拉成形法冷卻成型為片狀。此時(shí)，針對(duì)玻璃樣品進(jìn)行檢測(cè)，可分別得到熱膨脹系數(shù)、應(yīng)變點(diǎn)、密度及玻璃液相溫度等特性值，并表列在表一的對(duì)應(yīng)欄位上。
[0036]本發(fā)明在檢測(cè)各玻璃樣品的各特性值時(shí)，主要是依下列方法進(jìn)行:
[0037](1)熱膨脹系數(shù)(單位:10_7/°C )的檢測(cè):以機(jī)械推桿式熱膨脹儀，加熱并量測(cè)玻璃樣品的伸長(zhǎng)量，溫度范圍自室溫量到玻璃不再伸長(zhǎng)，甚至因軟化而收縮為止的溫度。
[0038](2)應(yīng)變點(diǎn)(單位:V )的檢測(cè):加熱并量測(cè)玻璃樣品的粘度與溫度的關(guān)系，以特定粘度(114 5Poise)所對(duì)應(yīng)的溫度作為應(yīng)變點(diǎn)。
[0039](3)密度(單位:g/cm3)的檢測(cè):取約2克重不含氣泡的塊狀玻璃，以玻璃樣品在比重液中浮沉的情形量測(cè)其密度。
[0040](4)玻璃液相溫度(單位:V )的檢測(cè):將小于850 μ m的玻璃屑放入鉬金皿中，置于梯度爐24小時(shí)后，以顯微鏡測(cè)量玻璃的結(jié)晶情形，判定其液相溫度而得。
[0041]表一

【權(quán)利要求】
1.一種觸控保護(hù)玻璃的組成，其特征在于，其各組成的成份及各該成份的重量百分比包括:
64% ^ S12 ^ 69% ；
7% ≤ Al2O3 ^ 11.5% ；
1.5% ≤ B2O3 ≤ 2.5% ；
4.5% ≤ MgO ≤ 7.5% ；
0% < CaO ≤ 2.5% ；
0% < ZnO ≤ 2% ；
0% < ZrO2 ≤ 0.2% ；
0% < T12 ≤ 1% ；
14.5% ≤ Na2O ≤ 16.5% ；
1% ≤ K2O ≤ 4% ；以及
0% < SnO2 ≤ 0.4%ο
2.如權(quán)利要求1所述的觸控保護(hù)玻璃的組成，其特征在于，CaO及MgO的總重量百分比為 4.5% ~10%ο
3.如權(quán)利要求1所述的觸控保護(hù)玻璃的組成，其特征在于，Na2O及K2O的總重量百分比為 15.5% ~20.5%ο
【文檔編號(hào)】C03C3/093GK104071980SQ201310103769
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月26日
【發(fā)明者】余襄程 申請(qǐng)人:富蕎企業(yè)管理顧問有限公司