EA030352B1

EA030352B1 - Электронное устройство, карманное или портативное

Info

Publication number: EA030352B1
Application number: EA201590609A
Authority: EA
Inventors: Клэр Лестренган; Рене Жи; Жюльен Селлье
Original assignee: Сэн-Гобэн Гласс Франс
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2018-07-31
Also published as: EA201590609A1; CN104640819A; MX2015003529A; KR20150064029A; FR2995887B1; JP6463682B2; CA2884810A1; US20150251947A1; AU2013320035B2; US10071930B2; BR112015005422A2; AU2013320035A1; WO2014044985A1; EA201590609A8; MY182316A; JP2015530351A; EP2897917A1; FR2995887A1

Abstract

Объектом изобретения является электронное устройство, в частности карманное или портативное, содержащее в качестве защитного стекла по меньшей мере один неупрочненный стеклянный лист, являющийся по химическому составу стеклом литийалюмосиликатного типа, толщина которого не превышает 2,0 мм.

Description

Изобретение относится к области тонких стеклянных листов. В частности, оно относится к тонким стеклянным листам, способным выдерживать сильные удары.

Тонкие стеклянные листы часто применяются как защитное стекло в разных электронных приборах, в частности карманных или портативных, таких, например, как смартфоны (от английского 5таг1р1юпс умный телефон), карманные персональные компьютеры (иногда называемые РИА - личный электронный секретарь), планшеты, цифровые фотоаппараты, мультимедийные ридеры, компьютеры, экраны телевизора или отображающие экраны и т.д.

Стеклянные листы, используемые в таких устройствах, могут испытывать сильные механические нагрузки: неоднократные контакты с твердыми и острыми предметами, попадание пуль, падения и т.д.

Для повышения их ударной прочности принято создавать поверхностную зону сжатия и центральную зону растяжения посредством процессов упрочнения, обычно термической закалкой или ионным обменом (который иногда называют химической закалкой). В последнем случае замена на поверхности листового стекла иона (обычно иона щелочного металла, такого как натрий) на ион с большего ионного радиуса (обычно ион щелочного металла, такого как калий) позволяет создавать на поверхности стеклянного листа остаточные сжимающие напряжения, доходящие до определенной глубины.

В большинстве вышеназванных приложений важно также, чтобы стеклянный лист на разделялся на части при поломке. Под разделением на части (фрагментацией) понимается способность стекла разбиваться, образуя множество мелких фрагментов (и даже частиц), способных разлетаться или, если они остаются на месте, способных сильно ухудшать видимость сквозь стекло. Упрочнение, обеспечиваемое наличием остаточных напряжений после закалки, сопровождается растягивающими напряжениями в центре, которые будут способствовать фрагментации.

Растущее число устройств, в частности смартфонов или планшетов, включает в себя тактильные функции, позволяющие обнаружить касание, производимое пользователем пальцем или посредством стилуса, чтобы генерировать действия, управляющие компьютерной программой или манипуляцией элементами, отображенными на экране. Для этого между защитным стеклом и экраном визуализации обычно располагают тактильный датчик, отделенный от защитного стекла адгезивом и содержащий по меньшей мере одну основу из стекла или пластмассы (например, из ПЭТ). Тактильный датчик является, например, емкостным датчиком проекционного типа, использующим систему тонких проводящих слоев на той или иной стороне по меньшей мере одной из основ.

Из соображений стоимости, веса и упрощения технологии было бы полезным располагать стеклянными основами, позволяющими одновременно выполнять функции защитного стекла и тактильного датчика.

Однако химическое упрочнение стекла усложняет это объединение двух функций в одной основе. Осаждение проводящих слоев нельзя осуществить до химического упрочнения, так как последнее привело бы к ухудшению их свойств. Аналогично, резка и отделка защитных стекол должны проводиться до химического упрочнения, так как упрочненные стекла нельзя больше резать, без того, чтобы не снизить в корне эффекты упрочнения. Поэтому желание ввести тактильную функцию в защитное стекло требует осаждения проводящих слоев на основы малого размера (после резки), что экономически нежизнеспособно.

Было бы в высшей степени предпочтительным иметь возможность осаждать проводящие слои, необходимые для тактильной функции, на стеклянные листы большого размера (несколько метров в ширину) до резки и отделки.

Задачей изобретения является устранить эти недостатки, предлагая стеклянные листы, подходящие для применения одновременно в качестве тактильных датчиков и защитных стекол, таким образом, способных сохранять повышенную механическую прочность даже после тяжелых повреждений при их применении, демонстрируя низкую склонность к фрагментации.

Ввиду этого объектом изобретения является неупрочненный стеклянный лист, являющийся по химическому составу стеклом литийалюмосиликатного типа, толщина которого не превышает 2,0 мм.

Под "неупрочненным" понимается, что стеклянный лист не усилен ни химически, ни термически. Таким образом, он обычно не имеет поверхностных напряжений больше 50 МПа, в частности 10 и даже 1 МПа. Не будучи усилен химически, лист обычно не имеет превышения концентрации оксида щелочного металла, такого как Να или К, в приповерхностной области по сравнению с серединой листа.

Авторам изобретения удалось установить, что стеклянные листы согласно изобретению неожиданно имели благодаря своему химическому составу заметно улучшенную стойкость после серьезных повреждений (например, в случае удара), несмотря на отсутствие какого-либо механического упрочнения. Важным следствием для конечного продукта является отсутствие фрагментации после разрушения. Другое следствие, важное как с точки зрения способа, так и продукта, состоит в том, что стеклянный лист можно применять в качестве защитного стекла, включающего одновременно тактильную функцию (в качестве основы для тактильного датчика), причем осаждение проводящих слоев можно осуществить экономически выгодным способом на листах большого размера до резки и обработки кромок.

Объектом изобретения является также защитное стекло для электронного устройства, полученное, исходя из стеклянного листа по изобретению. Объектом изобретения является также применение стек- 1 030352

лянного листа согласно изобретению в качестве защитного стекла для электронного устройства, в частности как стекло для защиты экрана указанного устройства.

Толщина стеклянного листа предпочтительно не превышает 1,5 и даже 1,1 мм. Толщина стеклянного листа предпочтительно составляет по меньшей мере 0,05 мм, в частности 0,25 и даже 0,5 мм. По меньшей мере один из его боковых размеров, при необходимости перед или после нанесения тактильных средств детектирования, но перед встраиванием в электронное устройство, предпочтительно больше или равен 1 и даже 2 м. Напротив, когда лист используется в качестве защитного стекла электронного устройства, максимальный размер стеклянного листа предпочтительно не превышает 1 м, в частности 50 и даже 30 см.

Стекло литийалюмосиликатного типа предпочтительно таково, что его химический состав включает следующие оксиды в определенных ниже диапазонах весовых содержаний:

ЗЮ₂ 50-80%

А1₂О₃ 12-30%

Ы₂О 1-10%.

Суммарное весовое содержание оксидов щелочных металлов, отличных от оксида лития (в частности, Ыа₂О и/или К₂О), предпочтительно составляет не более 2 вес.%, в частности 1 и даже 0,5 или 0,1%. Весовое содержание СаО предпочтительно не превышает 1%, в частности 0,5 и даже 0,1% или равно нулю (не считая неизбежных примесей, принимая во внимание используемые исходные материалы и/или огнеупорные материалы).

Предпочтительно такое стекло, химический состав которого включает следующие оксиды в определенных ниже диапазонах весового содержания:

зю₂	52-75%,	в частности, 65-70%
А1₂О₃	15-27%,	в частности	:, 18-19,
ы₂о	2-10%, ι	з частности,	2,5-3,8
Ыа₂О	0-1%, в	частности,	0-0,5%
К₂О	0-5%, в	частности,	0-1%
СаО	0-0,5%,	в частности	:, 0-0,1%
ΖηΟ	0-5%, в	частности,	1,2-2,8%
МдО	0-5%, в	частности,	0,55-1,5
ВаО	0-5%, в	частности,	0-1,4%
ЗгО	0-3%, в	частности,	0-1,4%
тю₂	0-6%, в	частности,	0-2%
ΖγΟ₂	0-3%, в	частности,	0-2,5%
р₂0₅	0-8%, в	частности,	0-1%.

Стеклянный лист согласно изобретению предпочтительно снабжен на одной из своих поверхностей тактильными средствами детектирования. Эти средства могут быть, в частности, средствами резистивного, емкостного, оптического или механического типа. Предпочтительно это средства емкостного типа, в частности емкостного проекционного типа.

Тактильные средства детектирования, в частности, когда они являются средствами резистивного или емкостного типа, предпочтительно находятся в виде по меньшей мере одного тонкого слоя, возможно текстурированного, осажденного на поверхность основы. В частности, в случае тактильных средств детектирования проекционного емкостного типа они предпочтительно содержат по меньшей мере одну сетку проводящих дорожек, в частности, размещенных как множество строк и столбцов. Строки обычно расположены параллельно друг другу, равно как и столбцы, и строки и столбцы пересекаются под заданным углом. Проводящие дорожки предпочтительно образованы из прозрачного проводящего оксида (ТСО), обычно, но без ограничений, из оксида индия и олова (1ТО) или из оксида цинка и олова (ΙΖΟ). Дорожки могут быть получены, в частности, осаждением слоев (в частности, катодным напылением), за которым следует этап травления, например, методом фотолитографии или лазерным травлением. Строки предпочтительно отделены от столбцов электроизоляционным тонким разделительным слоем.

Объектом изобретения является также электронное устройство, в частности карманное или портативное, такое, в частности, как смартфон, карманный персональный компьютер, цифровой фотоаппарат, мультимедийный ридер, компьютер, планшет, телевидение, автоматическая билетная касса, банкомат, автоматическая касса, экран, встроенный в меблировку, электробытовая техника или приборная панель автомобиля, содержащее в качестве защитного стекла по меньшей мере один стеклянный лист согласно изобретению.

Под защитным стеклом понимается стекло, предназначенное для защиты экрана визуализации от ударов. Таким образом, в устройстве защитное стекло находится в прямом контакте с атмосферой и с

- 2 030352

пользователем. При необходимости, когда стеклянный лист снабжен на одной из своих поверхностей тактильными средствами детектирования, какие определены выше, эти последние находятся на нижней стороне стеклянного листа, т.е. на стороне стеклянного листа, противоположной стороне, контактирующей с атмосферой, и которой касаются пальцы пользователя или стилус. Таким образом, пользователь не может дотронуться и повредить указанные средства.

Экран визуализации предпочтительно выбран из жидкокристаллических экранов (5СО) и экранов на органических светодиодах (01.14)), в частности, с активной матрицей.

Стеклянный лист можно сформировать различными известными для этого способами, такими как флоат-способ, в котором расплавленное стекло выливают на ванну жидкого олова, прокатка между двумя валками, способ, называемый "Гиыоп-с1га\у" (вытягивание и расплава), в котором расплавленное стекло вытекает из канала и будет образовывать лист под действием силы тяжести, а также способ, называемый "с1о\уп-с1га\у" (вертикальное вытягивание вниз), в котором расплавленное стекло стекает вниз через щель, после чего вытягивается до желаемой толщины и одновременно охлаждается. После формования может также проводиться этап механического уменьшения толщины (например, шлифовкой или рихтовкой).

Затем стеклянный лист, при необходимости, снабжают тактильными средствами детектирования. Для этого можно нанести методом катодного напыления на поверхность стеклянного листа по изобретению по меньшей мере один тонкий слой, возможно текстурированный, в частности два слоя ΙΤ0, разделенных тонким непроводящим разделительным слоем, причем каждый из слоев ΙΤ0 протравливают после его осаждения методом фотолитографии или лазерным травлением, чтобы сформировать вышеупомянутую сетку строк и столбцов. Изобретение позволяет осуществлять эти этапы на основах большого размера (у которых по меньшей мере одно из измерений составляет по меньшей мере 1, даже 2 м), а не на основах, нарезанных на конечный размер.

Затем стеклянный лист режут, чтобы придать ему его конечные размеры, причем за этапом резки, при необходимости, следует этап перфорации, отделки или шлифовки кромок и/или поверхности.

Таким образом, объектом изобретения является также способ получения защитного стекла для электронного устройства согласно изобретению, включающий этап формования стеклянного листа, затем этап, на котором указанный стеклянный лист, у которого по меньшей мере одно измерение составляет по меньшей мере 1 м, снабжают тактильными средствами детектирования, затем этап резки.

Ниже настоящее изобретение проиллюстрировано неограничивающими примерами.

Стекло, использующееся для примера по изобретению, является литийалюмосиликатным стеклом, имеющим следующий весовой состав:

ЗЮ₂	68,2
А1₂0з	19, 0
Ы₂0	3,5%
МдО	1,2%
ΖηΟ	1, 6%
ΤίΟ₂	2, 6%
ΖγΟ₂	1,7%
Ыа₂0 + К₂0	<0,5

Стеклянные листы этого состава изготовляли толщиной 4 мм, а затем шлифовали, чтобы достичь толщины примерно 1 мм.

Стекла, использующиеся для сравнительных примеров С1-С4, имеют другой весовой химический состав, указанный в табл. 1. Эти стекла (толщиной 1 мм) представляют собой, в зависимости от конкретного случая, натриево-кальциево-силикатное стекло (пример С1), натрийалюмосиликатное стекло (примеры С2 и С3) и боросиликатное стекло (пример С4).

- 3 030352

Таблица 1

Для оценки стойкости стеклянных листов к повторным ударам измеряют разрушающее напряжение при изгибе методом кольца на треноге после вдавливания в окружающих условиях по температуре и влажности следующим образом.

Из стеклянного листа, который не подвергали никакой обработке после изготовления, вырезают образцы размером 70x70 мм².

Затем любую одну поверхность каждого образца покрывают адгезивной пленкой на стороне, которая будет позднее подвергаться сжатию. Роль этой пленки состоит в том, чтобы позволить локализовать исходную точку разрушения.

Вдавливание осуществляют на стороне, противоположной адгезивной пленке, с помощью алмазной пирамиды Виккерса. Образец позиционируют под верхушкой пирамиды таким образом, чтобы произвести вдавливание в середине образца с точностью 1 мм. Затем верхушку опускают на образец и обеспечивают поддержание усилия вдавливания в течение 20 с.

В некоторых опытах стекло затем временно складируют на 24 ч, чтобы стабилизировать распространение трещин, а в других опытах испытание на изгиб реализуют сразу после вдавливания. В случае разрушения после вдавливания, но перед испытанием на изгиб разрушающее напряжение при изгибе принимают равным нулю.

Испытание на изгиб методом кольца на треноге осуществляют на машине ΙπδΐΓοπ 4400К, установленной на скорость опускания траверсы 2 мм/мин, оборудованной силовым датчиком на 5 кН, кольцом диаметром 10 мм с тором радиусом 1 мм, закрепленным на краю машины ΙπδΐΓοπ, и основание, на которое приклеено 3 шарика радиусом 5 мм, расположенных под углом 120° на окружности радиусом 20 мм, центр которой совпадает с центром кольца.

Образец помещают между 3 шариками и кольцом так, чтобы отметина от вдавливания была на одной линии с центром кольца с точностью 1 мм. Затем к кольцу прикладывают возрастающую силу до разрушения образца. Подсчитываются только те образцы, у которых источник разрушения находится под кольцом. Разрушающее напряжение в зависимости от разрушающего усилия и толщины образца рассчитывается по следующей формуле:

0,847 х Сила_{Н}

&(МПа) ~ 2

толщина_{мм}

Полученные результаты, сведенные в табл. 2, указывают для каждого образца разрушающее напряжение при вдавливающей нагрузке 50, 100, 150 и 200 Н, когда испытание на изгиб проводится сразу после вдавливания и через 24 ч после вдавливания. Результаты усреднены по 5 образцам. Звездочка указывает, что по меньшей мере один из образцов разбился перед испытанием на изгиб.

- 4 030352

Таблица 2

	Нагрузка (Н)	Разрушающее напряжение через 24 ч (МПа)	Разрушающее напряжение (МПа)
1	50	52	41
100	50	48
150	45	41
200	42	30
С1	50	38	38
100	33	33
150	32	28
200	26*	15*
С2 СЗ С4	50	36	-
100	33	-
150	30	-
200 50 100 150 200 50	8* 36 42 22* 20* 42	32 26 15* 4* 38
100	-	34
150	31	31
200	14	14

Эти результаты демонстрируют преимущество неупрочненного литийалюмосиликатного стекла над другими стеклами. Даже в отсутствие упрочнения это стекло способно сопротивляться значительным повреждениям и, тем самым, способно выполнять функцию защитного стекла в различных электронных устройствах.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Электронное устройство, карманное или портативное, содержащее неупрочненный защитный стеклянный лист литийалюмосиликатного типа, химический состав которого включает следующие оксиды в определенных диапазонах весового содержания, вес.%: δΐθ₂ - 50-80; А1₂О₃ - 12-30; Ь1₂О - 1-10, и толщина которого не превышает 2,0 мм.
2. Устройство по п.1, в котором толщина листа составляет не более 1,5, даже 1,1 мм.
3. Устройство по п.1, в котором полное весовое содержание оксидов щелочных металлов, кроме оксида лития, в составе листа не превышает 2 вес.%, в частности 1 вес.%.
4. Устройство по п.1, где химический состав листа включает следующие оксиды в определенных диапазонах весового содержания, вес.%: δΐθ₂ - 52-75, в частности 65-70; А1₂О₃ - 15-27, в частности 1819,8; Ь1₂О - 2-10, в частности 2,5-3,8; Иа₂О - 0-1, в частности 0-0,5; К₂О - 0-5, в частности 0-1; СаО - 0-0,5, в частности 0-0,1; 2пО - 0-5, в частности 1,2-2,8; МдО - 0-5, в частности 0,55-1,5; ВаО - 0-5, в частности 0-1,4; διΌ - 0-3, в частности 0-1,4; ТЮ₂ - 0-6, в частности 0-2; ΖιΌ₂ - 0-3, в частности 0-2,5; Р₂О₅ - 0-8, в частности 0-1.
5. Устройство по одному из предыдущих пунктов, в котором лист снабжен на одной из своих сторон тактильными средствами детектирования.
6. Устройство по п.5, причем тактильные средства детектирования являются средствами емкостного проекционного типа.
7. Устройство по п.6, причем тактильные средства детектирования содержат по меньшей мере одну сетку проводящих дорожек, расположенных в виде множества строк и столбцов.
8. Устройство по п.7, причем проводящие дорожки состоят из прозрачного проводящего оксида, в частности, из оксида индия и олова.
9. Устройство по одному из предыдущих пунктов, представляющее собой одно из следующей группы: смартфон, карманный персональный компьютер, цифровой фотоаппарат, мультимедийный ридер, компьютер, планшет, телевизор, автоматическую билетную кассу, банкомат, автоматическую кассу, экран, встроенный в меблировку, электробытовую технику или приборную панель автомобиля.

- 5 030352
10. Устройство по одному из предыдущих пунктов, причем стеклянный лист снабжен на одной из сторон тактильными средствами детектирования, расположенными на нижней поверхности стеклянного листа.

О