[0001] 相关申请交叉参考

[0002] 本申请根据35U.S.C.§119要求2012年11月30日提交的美国临时申请系列第61/731,671号的优先权，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。

[0003] 本发明涉及光学触摸屏，且具体而言涉及用于光学触摸屏系统的玻璃材料。

[0004] 背景

[0005] 触摸屏功能在移动装置应用(如智能电话、电子书阅览器、笔记本电脑和平板电脑)中的使用日益广泛，且所产生的具有触摸屏功能的显示器市场日益繁荣。此外，大型显示器(如用于台式电脑和壁式屏幕)的尺寸持续增大。使用常规触摸屏技术(如投射电容
式触摸(PCAP)技术)时，显示器尺寸的增加伴随着显示器成本的增加。

[0006] 因此，需要最小化触摸屏的总厚度和重量以用于从最小的手持式装置到最大的显示器的多种应用。此外，还需要触摸屏具有更稳健的功能，例如改进的触摸位置精确性、指纹免疫和多点触控能力。结果是，已开发了多种感应装置以使显示器具有触摸屏功能。这
些技术进一步要求开发新材料，以完全实现各方法并获得最佳的效率和效果。

[0007] 一个方面包括用于触摸屏应用的高光学透射率玻璃。该高光学透射率玻璃允许将基于受抑全内反射(FTIR)的方法用于触摸屏应用。在一些实施方式中，该玻璃允许使用基
于FTIR的方法，其中使用的光是电磁波谱的紫外、可见或红外区。在一些实施方式中，该玻璃允许使用基于FTIR的方法，其中使用的光是约750nm至约2500nm。

[0008] 一个实施方式包含一种含有少于200ppm Fe2O3的高光学透射率玻璃；其中，该玻-1
璃在900nm处的吸收系数是小于5.0m ；且该玻璃在约400至约800nm处的吸收系数是小
-1
于5.0m 。在一些实施方式中，该玻璃包含少于100ppm Fe2O3。在一些实施方式中，该玻璃-1
在900nm处的吸收系数是小于2.0m 。在一些实施方式中，该玻璃在约400至约800nm的
-1 3
吸收系数是小于2.0m 。在一些实施方式中，该玻璃的密度是2.45g/cm或更高。在一些实
1/2
施方式中，该玻璃的断裂韧度是0.7MPa m 或更高。在一些实施方式中，该玻璃在200g负
2
荷下的维氏硬度是600kgf/mm或更高。在一些实施方式中，该玻璃的剪切模量是30GPa或
更高。在一些实施方式中，该玻璃的压缩应力是600MPa或更高。在一些实施方式中，该玻
璃的层深度是10μm或更大。在一些实施方式中，该玻璃的厚度是2mm或更小。在一些实
-1
施方式中，该玻璃是经过离子交换的。在一些实施方式中，该玻璃的β-OH值为0.2mm 至
-1
0.9mm 。在一些实施方式中，该玻璃的平均表面粗糙度(Ra)为小于或等于 优选小于
或等于 其中玻璃板未经抛光。在一些实施方式中，该玻璃的厚度小于3mm，且玻璃基
2 2
材的曲率变形W小于0.5μm/cm，如方程W＝D/L所述，其中D是玻璃基材的最大曲率(单
位为mm)且L是玻璃基材的对角线长度(单位为cm)。

[0009] 在以下的发明详述中给出了本发明的其他特征和优点，对本领域的技术人员而言，其中的部分特征和优点根据所作描述就可以容易地看出，或者通过实施包括以下发明
详述、权利要求书和附图在内的本文所述的本发明而被认识。权利要求纳入下文的发明详
述且成为其组成部分。

[0010] 附图简要说明

[0011] 图1是本发明所述触摸屏系统的透明板的截面图；

[0012] 图2是Na2O–CaO–MgO–SiO2玻璃中Fe3+和Fe2+离子的特定吸收光谱；

[0013] 图3是Gorilla 的X射线荧光数据，该玻璃中整合有包含约30-50ppmFe2O3的SiO2、包含约100ppm Fe2O3的Al2O3以及包含约400ppm Fe2O3的MgO；

[0014] 图4是波导衰减系数测量的示意图；

[0015] 图5是波导衰减系数测量装置的视图，其显示(a)IR吸收边界，(b)LED和(c)经测量的(d)光电二极管的位置；

[0016] 图6显示两种Gorilla 样品的吸收系数。样品是所有侧面都经过抛光的10mm x20mm x50mm坯料；

[0017] 图7是来自样品A-G的所有侧面都经过抛光的10mm x20mm x50mm坯料的吸收系数的比较；

[0018] 图8是来源于肯塔基州哈罗兹堡(Harrodsburg)的标准1.1mm厚Gorilla(曲线“A”)和来源于日本且由低铁组分组成的0.7mm厚“特种”Gorilla 样品(曲
线“B”)在850nm处的波导衰减系数的测量数据。由线性拟合的斜率得到的αwg分别为
-1 -1
9.6m 和3.0m ；

[0019] 图9是来自样品G的所有侧面都经过抛光的10mm x20mm x50mm坯料的吸收系数；

[0020] 图10是来自样品A的所有侧面都经过抛光的10mm x20mm x50mm坯料的吸收系数；

[0021] 图11是来自样品B的所有侧面都经过抛光的10mm x20mm x50mm坯料的吸收系数；

[0022] 图12是来自样品C的所有侧面都经过抛光的10mm x20mm x50mm坯料的吸收系数；

[0023] 图13是来自样品D的所有侧面都经过抛光的10mm x20mm x50mm坯料的吸收系数；

[0024] 图14是来自样品E的全部侧面都经过抛光的10mm x20mm x50mm坯料的吸收系数；

[0025] 图15是来自样品F的所有侧面都经过抛光的10mm x20mm x50mm坯料的吸收系数。

[0026] 在以下的发明详述中给出了本发明的其他特征和优点，对本领域的技术人员而言，其中的部分特征和优点根据所作描述就可以容易地看出，或者通过实施包括以下发明
详述、权利要求书和附图在内的本文所述的本发明而被认识。

[0027] 发明详述

[0028] 在以下详细描述中，为了提供对本发明实施方式的透彻理解，陈述了许多具体的细节。但是，对本领域技术人员显而易见的是，可以实施本发明的实施方式而无需其具体细节中的一些或全部。在其他情况中，可能没有详细描述众所周知的特征或工艺以免不必要
地使本发明变得不突出。此外，类似或相同的附图编号可用于标识相同或类似的元件。此
外，除非另外定义，否则，本文中所使用的所有技术和科学术语都具有本发明所属领域普通技术人员通常所理解的同样含义。在抵触的情况下，以本说明书(包括定义在内)为准。

[0029] 虽然在本发明的实施或测试中可以采用其他方法和材料，但下文描述了某些合适的方法和材料。

[0030] 揭示了材料、化合物、组合物以及组分，它们可用于所揭示的方法和组合物，可结合所揭示的方法和组合物使用，可用于制备所揭示的组合物，或者是所揭示的方法和组合物的实施方式。在本文中公开了这些和其他的材料，应理解当公开了这些材料的组合、子
集、相互作用、组等等而未明确地具体揭示这些化合物的每个不同的单独和共同组合以及
排列时，在本文中具体设想和描述了它们中的每一种情况。

[0031] 因此，如果公开了一类取代物A、B和C并且还公开了一类取代物D、E和F以及一个组合实施方式A-D的实例，则可单独地和共同地设想每一个。因此，在本例中，具体设想了以下组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F中的每一个，应认为以上这些都是从A、B和/或C；D、E和/或F；以及实例组合A-D的内容揭示的。同样，也具体设想并揭示了
上述的任何子集或这些子集的组合。因此，例如，具体设想了A-E、B-F和C-E的亚组，并应认为它们是从A、B和/或C；D、E和/或F；以及实例组合A-D的内容揭示的。这种概念应
用于本内容的所有方面，包括但不限于组合物的任何组分以及所揭示组合物的制备方法和
使用方法中的各步骤。因此，如果存在可进行的多个附加步骤，应当理解可通过所公开方法的任一特定实施方式或实施方式的组合来进行这些附加步骤中的每一个，而且可具体设想
每一个这样的组合且应当认为它是公开的。

[0032] 此外，当本文中列出包含上限值和下限值的数值范围时，除非另外指出，该范围旨在包括范围的端点以及该范围之内的所有整数和分数。本发明的范围并不限于定义范围时所列举的具体值。此外，当以范围、一种或更多种优选范围、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了
通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而
不考虑这种成对结合是否具体揭示。最后，当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，应理解本发明包括所参考的具体值或者端点。

[0033] 如本文所使用，术语“约”指数量、尺寸、公式、参数和其它数量和特征不是精确的或无需精确的，但可以按照要求是接近的和/或更大或者更小，如反射公差、转化因子、四舍五入、测量误差等等，以及本领域技术人员所知的其它因素。一般的，不管是否明确说明，数量、尺寸、公式、参数或其它数量或特征都是“约”或“接近”。

[0034] 如本文所使用，术语“或”是包括端值的；具体来说，相“A或B”指“A，B，或者同时包括A和B”。本文中，排他性的“或”通过术语如“要么A要么B”和“A或B之一”来指定。

[0035] 使用不定冠词“一个”或“一种”对本发明的元件和部件进行描述。使用这些冠词时指存在一种或至少一种这些元件或组件。尽管这些冠词通常用于表明修饰的名词是单数名词，但除非另有说明，本文所用的冠词“一个”或“一种”也包括复数。类似的，同样除非另有说明，如本文所使用，定冠词“该”也表示修饰的名词可以是单数或复数。

[0036] 出于描述本发明的实施方式的目的，应注意的是，本文涉及的一个变量是一个参数或另一变量的“函数”并不旨在表示该变量仅仅是所列出的参数或变量的函数。相反，本文涉及的一个变量是所列出的参数的“函数”是开放式的，从而该变量可以是单个参数或者多个参数的函数。

[0037] 应当指出，本文所用的诸如“优选”、“通常”和“典型”之类的词语不是用来限制本发明要求保护的范围，也不表示某些特征对本发明要求保护的结构或者功能来说是重要的、关键的或者甚至是必不可少的。相反地，这些术语仅仅用来表示本发明实施方式的特定方面，或者强调可以或者不可以用于本发明特定实施方式的替代的或附加的特征。

[0038] 出于描述和限定本发明的目的，应当指出，词语“基本上”和“约”在本文中用来表示可归属于任何定量比较、数值、测量或其他表达的固有不确定程度。本文所用术语“基本”和“大约”还用来表示数量的表达值与所述的参比值的偏离程度，这种偏离不会导致所讨论的主题的基本功能发生改变。

[0039] 应注意，权利要求书中的一项或多项权利要求使用术语“其特征在于”作为过渡语。出于限定本发明的目的，应当指出，在权利要求中用该术语作为开放式过渡短语来引出对一系列结构特征的描述，应当对其作出与更常用的开放式引导语“包含”类似的解释。

[0040] 作为生产本发明的玻璃组合物的原材料和/或设备的结果，会在最终的玻璃组合物中存在某些不是故意添加的杂质或组分。此类物质在玻璃组合物中以微量存在，在本文
中称作“混入物”。

[0041] 如本文所使用，玻璃组合物包括0重量％的化合物定义为没有故意将该化合物、分子或元素添加到该组合物中，但该组合物可能仍然包括该化合物，通常是以不确定的数
量或痕量的方式。类似的，“不含钠”、“不含碱金属”、“不含钾”等定义为没有故意将该化合物、分子或元素添加到该组合物中，但该组合物可能仍然包括钠、碱金属或钾，但是是以接近不确定的数量或痕量的方式。

[0042] 触摸屏在商业和个人使用中变得越来越普遍，存在许多方法将该功能添加至智能电话、平板电脑或较大的显示器。一种这类方法是基于受抑全内反射(FTIR)的光学触
摸屏，其涉及引导电磁辐射通过透明材料。通过使物体接触材料表面而产生的辐射衰减
可被用于提供与诸如位置和接触压力的事件相关的信息。一种在触摸屏系统中利用FTIR
TM
的示例性方法是LightTouch ，如美国申请号13/686,571、13/686,426和美国临时申请号
61/744,878和61/640,605所述，其通过引用全文纳入本文。

[0043] 在来自LightTouchTM的一个示例性设计中，发光二极管(LED)和光电二极管位于透明材料(通常是Gorilla )板的周边(参见美国申请号13/686,571，其通过引用
全文纳入本文)。将来自LED的光投入板内，且符合全内反射条件的射线横穿屏幕传播，如
图1所示。当手指或其他合适的物体接触板表面时，由于来自引导模式的光与接触物体偶
联导致传输光束衰减。通过监测板的相对和相邻边缘上发光二极管中的光电流来实现触摸
感应和与位置和/或压力关连(参见例如美国申请号13/686,571，13/686,426和美国临时
申请号61/640,605，其通过引用全文纳入本文)。

[0044] 传输介质中的光损失主要是由于：1)来自缺陷的散射以及2)来自介质内化合物的吸收。这将转而需要更多的发射能量，可能增加噪音和/或导致接收侧上较低的信号，从设计的实际角度出发这些都是不希望的。此外，因为光学组件通常布置在屏幕的周边，由于路径长度差异产生的显著光损耗可导致LED和光电二极管之间信号的显著差异，从而更需
要光电二极管和相关电子元件的动态范围。

[0045] 吸收是波长依赖性特性，且硅酸盐玻璃通常在许多FTIR触摸系统中使用的近红外(NIR)区域中具有提高的吸收。约800-1000nm的波长通常被用于使光对用户不可见且
LED和发光二极管由于低成本而被设计用于该范围。然而，使用本文所述玻璃的装置可使
用为FTIR提供的电磁辐射的任何波长。在一些实施方式中，该电磁辐射的波长是约350nm
至约25,000nm。在一些实施方式中，该电磁辐射是约350nm至约850nm。在一些实施方式
中，该电磁辐射是约750nm至约2500nm。在一些实施方式中，该电磁辐射是约800nm至约
1000nm。

[0046] 前述约800至约1000nm波长下硅酸盐玻璃中增加的吸收(参见图2)主要是由于2+ 3+ 2+
存在常见的杂质——铁。Fe在玻璃中以Fe 或Fe 的形式存在。Fe 在约1000nm为中心
3+
的波长下具有强宽带吸收，其在600nm附近逐渐变小，以及400nm下出现强吸收。Fe 主要
在400nm下吸收。因此，为最小化光学触摸屏的IR吸收，需要将玻璃的总铁含量降低至适
当水平或控制氧化程度使得铁离子主要是三价的。优选前一种方法，因为后者在正常的工
2+ 3+
业环境中通常较难实现。对于该研究，假定Fe /Fe 比例保持恒定。在一些实施方式中，
2+ 3+
Fe /Fe 的比例是约0:100、约10:90、约20:80、约30:70、约40:60、约50:50、约60:40、约
70:30、约80:20、约90:10或约100:0。在一些实施方式中，对于 型玻璃，该比例是
3+ 3+
约90％Fe 。在一些实施方式中，对于 型玻璃，该比例是约0.4至约0.55的Fe 。

[0047] 对于FTIR应用，介质中的路径长度相对较长(数百mm)，因此通过玻璃片厚度(通常数mm或更小)进行的透射测量通常不能完全解决潜在的衰减问题。例如，在1mm厚度的
-1 -1
玻璃板内，吸收系数从1m 至3m 的显著增加导致透射率仅降低0.2％。为更精确地模拟
FTIR条件，基于多重路径长度透射实验的吸收系数测量可以被使用并提供更精确的结果，
并无需考虑菲涅尔反射。

[0048] 材料的吸收系数α的表征方法通常是测量抛光的长方体上多种路径的吸光度。在一些实施方式中，在UV-Vis-NIR分光仪中测量10mm x20mm x50mm抛光的坯料。在该配置
中，不同于两个界面处的反射损耗，测量的光通过样品传播而不进一步弹射或与气体/玻
璃界面相互作用。假定由于散射发生的损耗可忽略，这导致测量玻璃的基础吸收，一种本体材料性质。通过比尔-朗伯定律描述吸收：

[0049] I＝Ioe-αx

[0050] 其中Io是初始强度，α是吸收系数，且x是距离位置xo的距离。因此，对多个路径长度进行透射率测量可计算α，从而计算上文所述10mm x20mm x50mm样品。

[0051] 然而，对于许多应用，FTIR触摸屏是波导配置，意味着光在空气/玻璃界面处弹射TM多次。例如，以波导配置设置LightTouch 。因此，以类似方式而非通过上文所述直通路径方法表征吸收损耗是可行的。所得数据是衰减系数的测量值，这意味着考虑在测样品的几
何和表面性质所导致的损耗。为清楚起见，该测量值称作波导衰减系数αwg。预期该技术
产生不同于上述使用准直光和抛光的光学阻挡物的测量方法的结果。实际上，在一些实施
方式中，发现αwg为约2α。

[0052] 本发明的一个方面包括用于触摸屏应用的高光学透射率玻璃。该高光学透射率玻璃允许将基于受抑全内反射(FTIR)的方法用于触摸屏应用。

[0053] 本发明的第一方面包括用于触摸屏应用的高光学透射率玻璃，该高光学透射率玻璃包含较少的缺陷。缺陷包括但不限于：气体或固体内含物、污染物、附着物、空气线、缝隙、裂纹、挤出物、结状物、凹点、空穴、颗粒、晶体、气泡、缺口、线道(cord)、断裂、凹处、晶粒、石
3
状物、划痕、污点和擦痕及其组合。在一些实施方式中，缺陷的数目是每cm约0.00001至
约1000个缺陷，其中缺陷的尺寸是沿缺陷的最长尺寸的轴小于约500、400、300、200、100、
3
50、25、10、1、0.5、0.25、0.1μm。在一些实施方式中，缺陷的数目是每cm少于约0.00001、
0.00005、0.0001、0.0005、0.001、0.005、0.01、0.1、0.5、1、2、3、4、5、10、25、50或100、500或
1000个缺陷，其中缺陷的尺寸是沿缺陷的最长尺寸的轴小于约500、400、300、200、100、50、
25、10、1、0.5、0.25、0.1μm。在一些实施方式中，其中缺陷包括内含物、气泡或空气线，缺陷
3
的数目是每cm约0.00001至约1000个缺陷，其中缺陷的尺寸是沿缺陷的最长尺寸的轴小
于约500、400、300、200、100、50、25、10、1、0.5、0.25、0.1μm。

[0054] 在一些实施方式中，缺陷的减少涉及导致用于FTIR的波长下电磁辐射衰减的缺陷。在一些实施方式中，缺陷的减少涉及导致波长为约750至约2500nm的光衰减的缺陷。
在一些实施方式中，缺陷的尺寸小于用于FTIR的光的波长。在一些实施方式中，缺陷的尺
寸约等于(在一些实施方式中，约等于表示平均波长的±5、10、15、20或25％)用于FTIR
的光的波长。在一些实施方式中，缺陷的尺寸大于用于FTIR的光的波长。在一些实施方式
中，由缺陷导致的散射包括瑞利散射、米氏散射或其组合。在一些实施方式中，控制颗粒尺寸以限制瑞利散射、米氏散射或瑞利和米氏散射。

[0055] 另一个方面包括用于触摸屏应用的高透射率玻璃，其包括在FTIR中使用的波长下吸收的组分的浓度或含量的降低。在一些实施方式中，浓度降低的组分包括含有铁、镁或铝的化合物。例如，该化合物可包括但不限于氧化铁Fe2O3、氧化镁MgO或氧化铝Al2O3。多种金属氧化物的红外光谱可参见D.W.Sheibley和M.H.Fowler，NASA技术笔记D-3750，路
易斯研究中心，1966年12月，其通过引用全文纳入本文。

[0056] 一些实施方式包括用于触摸屏应用的高透射率玻璃，其包含低浓度的铁。在一些实施方式中，通常以Fe2O3形式测量的铁含量的降低可通过替换较纯的批料材料来实现，所述批料材料包括(以对一些实施方式的影响排序)SiO2(砂)、Al2O3和MgO。例如，在实施例
中列举的玻璃组合物中，砂的含量超过60重量％。

[0057] 二氧化硅SiO2是一种涉及玻璃形成的氧化物，其功能是稳定玻璃的网络结构。在一些实施方式中，该玻璃组合物包含0至约70重量％的SiO2。在一些实施方式中，该玻璃
组合物包含0至约45重量％的SiO2。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含约35至约
45重量％的SiO2。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含约40至约70重量％的SiO2。
在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含约50至约70重量％的SiO2。在一些实施方式中，
该玻璃组合物可包含约55至约65重量％的SiO2。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包
含约40至约70重量％、约40至约65重量％、约40至约60重量％、约40至约55重量％、
约40至50重量％、约40至45重量％、50至约70重量％、约50至约65重量％、约50至约
60重量％、约50至约55重量％、约55至约70重量％、约60至约70重量％、约65至约70
重量％、约55至约65重量％或约55至约60重量％的SiO2。在一些实施方式中，该玻璃组
合物可包含0至约45重量％、0至约40重量％、0至约35重量％、0至约30重量％、0至约
25重量％、0至约20重量％、0至约15重量％、0至约10重量％、0至约5重量％、约5至约
45重量％、约5至约40重量％、约5至约35重量％、约5至约30重量％、约5至约25重
量％、约5至约20重量％、约5至约15重量％、约5至约10重量％、约10至约45重量％、
约10至约40重量％、约10至约35重量％、约10至约25重量％、约10至约20重量％、约
10至约15重量％、约15至约45重量％、约15至约40重量％、约15至约35重量％、约15
至约30重量％、约15至约25重量％、约15至约20重量％、约20至约45重量％、约20至
约45重量％、约20至约40重量％、约20至约35重量％、约20至约30重量％、约20至约
25重量％、约25至约45重量％、约25至约40重量％、约25至约35重量％、约25至约30
重量％、约30至约45重量％、约30至约40重量％、约30至约35重量％、约35至约45重
量％、约35至约40重量％或约40至约45重量％的SiO2。在一些实施方式中，该玻璃组合
物包含约0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、
26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、
51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69或70重量％的SiO2。

[0058] 二氧化硅中的铁含量可以随砂的来源地变化，其中特定的地点处二氧化硅中具有较高或较低的铁含量。在一些实施方式中，用于形成高透射率玻璃的二氧化硅包含0ppm至
约200ppm Fe2O3。在一些实施方式中，该高透射率玻璃包含含有约0.1、0.5、1、2、3、4、5、10、
20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200或250ppm Fe2O3的二氧化硅。

[0059] Al2O3可提供以下功能：a)维持最低可能液相线温度，b)降低膨胀系数，或c)提高应变点。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含约0至约35重量％的Al2O3。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含约0至约30重量％的Al2O3。在一些实施方式中，该玻璃组合
物可包含约8至约20重量％的Al2O3。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含约5至约
15重量％的Al2O3。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含0至约35重量％、0至约30重
量％、0至25重量％、0至20重量％、0至约15重量％、0至约10重量％、0至约5重量％、
约5至约35重量％、约5至约30重量％、约5至约25重量％、约5至约20重量％、约5至
约15重量％、约5至约10重量％、约10至约35重量％、约10至约25重量％、约10至约
20重量％、约10至约15重量％、约15至约35重量％、约15至约30重量％、约15至约25
重量％、约15至约20重量％、约20至约35重量％、约20至约30重量％、约20至约25重
量％、约25至约35重量％、约25至约30重量％或约30至约35重量％的Al2O3在一些实施
方式中，该玻璃组合物可包含约8至约20重量％、约8至约18重量％、约8至约15重量％、
约8至约12重量％、约8至约10重量％、约10至约20重量％、约10至约18重量％、约10
至约15重量％、约10至约12重量％、12至约20重量％、约12至约18重量％、约12至约
15重量％、约15至约20重量％、约15至约18重量％或约18至约20重量％的Al2O3。在
一些实施方式中，该玻璃组合物可包含约0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、
17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34或35重量％的Al2O3。

[0060] 在下文实施例中氧化铝含量超过10重量％。在一些实施方式中，该高透射率玻璃包含含有0至约400ppm Fe2O3的氧化铝。在一些实施方式中，该高透射率玻璃包含含有约
0.1、0.5、1、2、3、4、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、250、300、
350或400ppm Fe2O3的氧化铝。

[0061] MgO可有效地在较高温度下降低玻璃的粘度并在较低温度下增加玻璃的粘度，并且可用于改进熔融性质和提高应变点。然而，如果使用过量的MgO，玻璃失透和相分离的
趋势增大。在一些实施方式中，可向玻璃中添加MgO以降低熔融温度，提高应变点或调节
CTE(与其他碱土化合物(如CaO、SrO和BaO)联用时)。在一些实施方式中，该玻璃可包含
0至约12重量％MgO。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含0至约5重量％的MgO。在
一些实施方式中，该玻璃组合物可包含大于0至约5重量％的MgO。在一些实施方式中，该
玻璃组合物可包含0至约12重量％、0至约10重量％、0至约8重量％、0至约5重量％、0
至约4重量％、0至约3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、约1至约12重量％、约1
至约10重量％、约1至约8重量％、约1至约5重量％、约1至约4重量％、约1至约3重
量％、约1至约2重量％、约2至约12重量％、约2至约10重量％、约2至约8重量％、约
2至约5重量％、约2至约4重量％、约2至约3重量％、约3至约12重量％、约3至约10
重量％、约3至约8重量％、约3至约5重量％、约3至约4重量％、约4至约12重量％、约
4至约10重量％、约4至约8重量％、约4至约5重量％、约5至约12重量％、约4至约10
重量％、约5至约8重量％、约8至约12重量％、约8至约10重量％、约10至约12重量％
的MgO。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含约0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12重量％的MgO。

[0062] 虽然实施例中MgO含量为约4重量％，其仍可对总铁水平具有实质性贡献，因为与其他批料材料相比，其可具有显著较高的铁杂质水平。市售可得的MgO可具有约400ppm至
约1500ppm的Fe2O3含量，取决于制造商和地点。

[0063] 可将其他组分纳入玻璃组合物中以提高其他益处。例如，可以澄清剂的形式添加其他组分(以例如促进从用于生产玻璃的熔融批料中除去气体内含物)和/或用于其他目
的。在一些实施方式中，该玻璃可包含一种或多种用作紫外辐射吸收剂的化合物。在一些
实施方式中，该玻璃可包含3重量％或更少的TiO2、MnO、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、ZrO2、Y2O3、La2O3、HfO2、CdO、SnO2、Fe2O3、CeO2、As2O3、Sb2O3、Cl、Br或其组合。在一些实施方式中，玻璃可包含0至约3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、0至0.5重量％、0至0.1重
量％、0至0.05重量％或者0至0.01重量％的TiO2、MnO、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、ZrO2、Y2O3、La2O3、HfO2、CdO、SnO2、Fe2O3、CeO2、As2O3、Sb2O3、Cl、Br或其组合。在一些实施方式中，该玻璃可包含0至约3重量％、0至约2重量％、0至约1重量％、0至约0.5重量％、0至约
0.1重量％、0至约0.05重量％或0至约0.01重量％的TiO2、CeO2或Fe2O3或其组合。

[0064] 根据一些实施方式，该玻璃组合物(例如上文所述玻璃中的任一种)可包含F、Cl2+ 3+
或Br，例如，该玻璃包含Cl和/或Br作为澄清剂或用于改变Fe /Fe 比例的情况下。

[0065] 该高透射率玻璃通常可由任何合适的玻璃组合物制得，其可形成为薄平板并支持体内的光传输而基本没有因散射或吸收导致的损耗。在一个实施方式中，该高透射率玻璃
可以是化学强化的玻璃，如钠钙型玻璃。用作高透射率玻璃的一种示例性玻璃是通过离
子交换强化的碱金属铝硅酸盐玻璃。这些类型的玻璃可包括Na2O(苏打)、CaO(石灰)和
SiO2(二氧化硅)，但还可包括氧化物，例如MgO、Li2O、K2O、ZnO和ZrO2。一旦通过离子交换强化，这些类型的玻璃即表现出某些特性，使其适用于触摸屏应用以及其他应用(如作为
盖板玻璃)。适用作高透射率玻璃的钠钙型玻璃的其他细节(如配制和/或生产)可参见以
下一篇或多篇文献：2007年7月31日提交的美国专利申请号11/888,213；2009年8月7日
提交的美国专利申请号12/537,393；2009年8月21日提交的美国专利申请号12/545,475；
以及2009年2月25日提交的美国专利申请号12/392,577，上述文献都通过引用纳入本文。
一种可能的高透射率玻璃是来自康宁公司(纽约州康宁市)的超低铁Gorilla 符
合本发明的高透射率要求的玻璃组合物(如低铁Gorilla 或其他低铁离子交换玻
璃)参见美国专利号7,666,511，美国公开号2009/0202808、2009/0215607、2012/0159991、
2011/0045961、2011/0294647，以及美国申请号13/533,298、13/408,169、13/678,013、
13/417,835和13/677,805，上述文献都通过引用全文纳入本文。

[0066] 该高透射率玻璃可以具有对所述实施方式合理有用的任何厚度。然而，理想情况下通常要将装置制造得尽可能轻，同时仍保留结构刚性。此外，使用较薄的玻璃导致传输
模式中较少的光损耗(即光垂直地传播至玻璃板)。各玻璃板实施方式的厚度可以是约
4mm或更小、约3mm或更小、约2.9mm或更小、约2.8mm或更小、约2.7mm或更小、约2.6mm
或更小、约2.5mm或更小、约2.4mm或更小、约2.3mm或更小、约2.2mm或更小、约2.1mm或
更小、约2.0mm或更小、约1.9mm或更小、约1.8mm或更小、约1.7mm或更小、约1.6mm或更
小、约1.5mm或更小、约1.4mm或更小、约1.3mm或更小、约1.2mm或更小、约1.1mm或更小、约1.0mm或更小、0.9mm或更小、0.8mm或更小、0.7mm或更小、0.6mm或更小、0.5mm或更小、
0.4mm或更小、0.3mm或更小、0.2mm或更小、0.1mm或更小、约900μm或更小、约800μm或
更小、约700μm或更小、约600μm或更小、约500μm或更小、约400μm或更小、约300μm
或更小、约200μm或更小、约100μm或更小、约90μm或更小、约80μm或更小、约70μm
或更小、约80μm或更小、约70μm或更小、约60μm或更小，或者约50μm或更小。

[0067] 根据一些实施方式，可通过任何适当的玻璃制造工艺(如浮法、熔合法或轧制法)来制备高透射率玻璃。在一些实施方式中，该高透射率玻璃可以进行下拉操作，也就是说，能够采用下拉法使玻璃成形为板材，该下拉法包括例如但不限于熔合拉制法和狭缝拉制
法，这些方法是玻璃制造领域的技术人员已知的。这些下拉工艺被用于显示器玻璃或可离
子交换玻璃之类的平板玻璃的大规模制造。

[0068] 熔合拉制法使用溢流槽，该溢流槽包含沟槽，用来接受熔融的玻璃原料。该沟槽沿着沟槽的长度，在沟槽两侧具有顶部开放的堰。当在沟槽内装入熔融材料的时候，熔融的玻璃从堰上溢流。在重力的作用下，熔融玻璃从溢流槽的外表面流下。这些外表面向下和向内延伸，使得它们在溢流槽下方的边缘处结合。两个流动玻璃表面在此边缘处接合，以熔融并形成单独的流动片材。熔合下拉法的优点在于，由于从沟槽溢流的两块玻璃膜熔合在一
起，因此制得的玻璃片的任一外表面都没有与设备的任何部件发生接触。因此，表面性质不会受这类接触的影响。

[0069] 狭缝拉制法与熔合拉制法不同。在此方法中，将熔融的原料玻璃提供给管道。管道的底部具有开放的狭缝，其一个维度的尺寸比另一个维度的尺寸宽，还包括沿着狭缝的
长度延伸的喷嘴。熔融的玻璃流过所述狭缝/喷嘴，以连续的板材的形式通过该狭缝/喷
嘴下拉，并进入退火区。相较于熔合拉制法，狭缝拉制法提供了更薄的板材，这是因为通过狭缝仅仅拉制了单块板材，而不是像熔合下拉法那样形成了熔合在一起的两块板材。

[0070] 一些实施方式包括高光学透射率玻璃，其在光波长下具有足够低的吸收系数，以允许该玻璃用于FTIR触摸屏应用。在一些实施方式中，该吸收系数是在900nm下小于约
-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
5.0m 、4.5m 、4.0m 、3.5m 、3.0m 、2.5m 、2.0m 、1.5m 、1.0m 或0.5m 。在一些实施方式-1 -1 -1 -1 -1 -1
中，该吸收系数是在约400至约800nm下小于约5.0m 、4.5m 、4.0m 、3.5m 、3.0m 、2.5m 、-1 -1 -1 -1
2.0m 、1.5m 、1.0m 或0.5m 。在一些实施方式中，该吸收系数主要随玻璃中的铁含量变
化。在一些实施方式中，该高透射率玻璃包含少于200、180、160、140、120、100、80、70、60、-1 -1
50、40、30、20或10ppm的Fe2O3；且该玻璃的吸收系数是在900nm下小于约5.0m 、4.5m 、-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
4.0m 、3.5m 、3.0m 、2.5m 、2.0m 、1.5m 、1.0m 或0.5m ；且该玻璃的吸收系数是在约-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
400至约800nm下小于约5.0m 、4.5m 、4.0m 、3.5m 、3.0m 、2.5m 、2.0m 、1.5m 、1.0m-1
或0.5m 。在一些实施方式中，该玻璃包含少于100ppm的Fe2O3；且该玻璃的吸收系数是在
-1 -1 -1 -1
900nm下小于2.0m 、1.5m 、1.0m 或0.5m ；且该玻璃的吸收系数是在约400至约800nm
-1 -1 -1 -1
下小于2.0m 、1.5m 、1.0m 或0.5m 。

[0071] 为了能够适应下拉工艺，本发明所述的高透射率玻璃组合物可具有高液相线粘度。在一些实施方式中，该玻璃组合物的液相线粘度可以是约10,000泊或更高、约20,000
泊或更高、约30,000泊或更高、约40,000泊或更高、约50,000泊或更高、约60,000泊或
更高、约70,000泊或更高、约80,000泊或更高、约90,000泊或更高、约100,000泊或更高、约110,000泊或更高、约1200,000泊或更高、约130,000泊或更高、约140,000泊或更高、
约150,000泊或更高、约160,000泊或更高、约170,000泊或更高、约180,000泊或更高、
约190,000泊或更高、约200,000泊或更高、约225,000泊或更高、约250,000泊或更高、
约275,000泊或更高、约300,000泊或更高、约325,000泊或更高、约350,000泊或更高、
约375,000泊或更高、约400,000泊或更高、约425,000泊或更高、约450,000泊或更高、约
475,000泊或更高，或者约500,000泊或更高。

[0072] 在一些实施方式中，该玻璃组合物的应变点为约500℃或更高、约510℃或更高、约520℃或更高、约530℃或更高、约540℃或更高、约550℃或更高、约560℃或更高、约
570℃或更高、约580℃或更高、约590℃或更高、约600℃或更高、约610℃或更高、约620℃或更高、约630℃或更高、约640℃或更高、约650℃或更高、约660℃或更高、约670℃或更高、约680℃或更高、约690℃或更高，或者约690℃或更高。

[0073] 在一些实施方式中，该高透射率玻璃的热膨胀系数为约25x10-7或更高、约26x10-7-7 -7 -7 -7或更高、约27x10 或更高、约28x10 或更高、约29x10 或更高、约30x10 或更高、约
-7 -7 -7 -7 -7
31x10 或更高、约32x10 或更高、约33x10 或更高、约34x10 或更高、约35x10 或更高、
-7 -7 -7 -7 -7
约36x10 或更高、约37x10 或更高、约38x10 或更高、约39x10 或更高、约40x10 或更
-7 -7 -7 -7 -7
高、约41x10 或更高、约42x10 或更高、约43x10 或更高、约44x10 或更高、约45x10 或
-7 -7 -7 -7 -7
更高、约46x10 或更高、约47x10 或更高、约48x10 或更高、约49x10 或更高、约50x10
-7 -7 -7 -7
或更高、约51x10 或更高、约52x10 或更高、约53x10 或更高、约54x10 或更高、约
-7 -7 -7 -7 -7
55x10 或更高、约56x10 或更高、约57x10 或更高、约58x10 或更高、约59x10 或更高、
-7 -7 -7 -7 -7
约60x10 或更高、约61x10 或更高、约62x10 或更高、约63x10 或更高、约64x10 或更
-7 -7 -7 -7 -7
高、约65x10 或更高、约66x10 或更高、约67x10 或更高、约68x10 或更高、约69x10 或
-7 -7 -7 -7 -7
更高、约70x10 或更高、约71x10 或更高、约72x10 或更高、约73x10 或更高、约74x10
-7 -7 -7 -7
或更高、约75x10 或更高、约76x10 或更高、约77x10 或更高、约78x10 或更高、约
-7 -7 -7 -7 -7
79x10 或更高、约80x10 或更高、约81x10 或更高、约82x10 或更高、约83x10 或更高、
-7 -7 -7 -7 -7
约84x10 或更高、约85x10 或更高、约86x10 或更高、约87x10 或更高、约88x10 或更
-7 -7
高、约89x10 或更高，或者约90x10 或更高。

[0074] 在一些实施方式中，该高透射率玻璃的特征为：应变点大于或等于540℃，热膨胀系数为6.5至10.5ppm/℃，以及液相线粘度超过50000泊。同样地，理想情况下其适用于通过熔合法形成为板。

[0075] 或者，可通过本领域已知的浮法或轧制法形成高透射率玻璃。

[0076] 如本文中所用，β-OH是使用红外光谱测量的玻璃中羟基含量的度量参数，并使用用于玻璃的基础羟基吸收测定(美国专利号6,128,924，其通过引用全文纳入本文)。β-OH是一种测量玻璃中水含量的方法。水含量可在玻璃组合物特性中起作用并可能影响装置性
能。在一些实施方式中，该高透射率玻璃的β-OH值为0.1至约1、0.1至0.9、0.1至0.8、
0.1至0.7、0.1至0.6、0.1至0.5、0.1至0.4、0.1至0.3、0.1至0.2、0.2至0.10、0.2至
0.9、0.2至0.8、0.2至0.7、0.2至0.6、0.2至0.5、0.2至0.4、0.2至0.3、0.3至约1、0.3
至0.9、0.3至0.8、0.3至0.7、0.3至0.6、0.3至0.5、0.3至0.4、0.4至约1、0.4至0.9、
0.4至0.8、0.4至0.7、0.4至0.6、0.4至0.5、0.5至约1、0.5至0.9、0.5至0.5、0.5至
0.7、0.5至0.6、0.6至约1、0.6至0.9、0.6至0.8、0.6至0.7、0.7至约1、0.7至0.9、0.7
至0.8、0.8至约1、0.8至0.9，或0.9至约1。在一些实施方式中，该β-OH值为0.1、0.2、
0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。

[0077] 在本发明所列举的高透射率玻璃的另一个方面中，该玻璃板的平均表面粗糙度(Ra)为小于或等于 优选小于或等于 其中玻璃板未经抛光。在本发明所列举的
高透射率玻璃的另一个方面中，该玻璃基材的厚度小于3mm，且该玻璃基材的曲率变形W小
2 2
于0.5微米/cm，如方程W＝D/L所述，其中D是玻璃基材的最大曲率(单位为μm)且L
是玻璃基材的对角线长度(单位为cm)。

[0078] 用于触敏显示器的高透射率玻璃可单独使用或与常规电容触摸显示器联用。该触敏显示器可包括承载框，其可沿边缘位于透明板表面的顶上。该触摸屏系统可以可操作地
放置在显示器顶上，并在一个实施例中包括支持制造该触摸屏系统的多个组件的底架。

[0079] 可纳入触敏装置的其他组件包括但不限于：背光源、薄膜晶体管(TFT)玻璃层、液晶层、框架、电路、滤色玻璃层、集成电路和顶部偏振层。

[0080] 本发明的另一个方面包括测定用于触摸屏应用的玻璃的透射率的方法。对于生产高透射率产品而言，建立质量控制方案是重要的，无论该透射率是通过减少缺陷还是减少
光吸收化合物来实现的。在一些实施方式中，针对待用于FTIR的玻璃进行监测，其中使用
的光的波长范围是约750-2500nm。在这类实施方式中，一种监测衰减的方法是测量Fe2O3的浓度。在一些实施方式中，可能所需性质是给定波长的光学吸收，但这比Fe2O3总浓度更难以测量。如前文所述，吸收系数取决于存在的铁的量以及氧化还原状态。如果假定后者维
持恒定，则周期性测试总铁含量就足够了。在一些实施方式中，可使用X射线荧光(XRF)来
测量来自熔合拉制机器的玻璃样品。该测量可提供精确至最接近的10ppm的准确性。如果
需要更高分辨率，可以使用诸如电感偶合等离子质谱(ICP-MS)的方法。在引入新的玻璃组
合物时，需要小心分析其对于总铁含量和氧化状态的影响。
实施例

[0081] 对研究型熔炉中生产的样品以及坩埚熔体进行吸收系数(α)测量。该样品是“典型的” 组合物，或低Fe变体，其主要使用较清洁的批料。特定的批料细节列于表
1：

[0082] 表1

[0083]

[0084]

[0085] 使用了两种不同的方法，一种用于测量由于材料对250-2500nm波长的内在光学吸收(α)而产生的衰减，另一种用于测量对于850nm红外光的波导配置(αwg)中的总光学
衰减。

[0086] 吸收系数测量

[0087] 对熔融样品进行吸收系数测量，包括“典型”和低Fe变体的Gorilla 。提交的样品由10mm x20mm x50mm长方体组成，其所有面都被抛光。在测量前，使用HPLC级试剂
醇浸湿的 TX-609擦拭器清洁样品表面。使用具有60mm直径积分球检测器的日
立(Hitachi)分光光度计测量样品。对于三种样品路径长度中的每一种，都对250–2500nm
波长范围进行测量，允许计算各玻璃的吸收系数。

[0088] 下文图6显示两种Gorilla “典型”变体(命名为“A”和“B”)的典型结果。该结果清楚地显示由于这些样品中存在Fe2+而导致的约1000nm下的宽带吸收。图7
显示多种样品测得的吸收系数，其中通过使用较高纯度的批料来控制Fe含量。如图所示，
对于这些变体中的每一个都观察到随后发生的IR吸收降低，其中样品G显示最大程度的降
低，其850nm下吸收系数下降94％。然而，与样品A-F中使用的市售级砂相比，该批料由源
材料(如IOTA-6，一种光电级砂)组成。

[0089] 波导衰减系数测量

[0090] 如上文结合图4所述，在850nm下进行αwg测量。使用红外LED将光投入透明材料板，并使用光电二极管来测量距该LED若干不同距离处沿直线的一系列点处的光密度。图5
显示一种典型的测量装置。测量前，使用黑色绝缘胶带覆盖板的周边附近的一部分面和边
缘。该胶带的目的是最小化边缘对光的反射。该测量技术对杂散光敏感，因此努力将其消
除，除前文提到的黑色胶带外还包括彻底的表面清洁。使用环氧树脂或UV可固化光学粘合
剂将850nm LED粘连至待测量的板表面(图5显示5个不同的LED，因为在这种情况下测量
多个波长)。在该配置中，沿着与LED垂直轴之间大于41.8°夹角发射自LED的光被板捕
获。使用额定电流为100mA的Thorlabs LDC200激光二极管电流控制器驱动该LED。使用
Agilent 81150A任意波形发生器，用1kHz方形波触发LDC200。使用具有方形7.5mm2辐射
敏感区域和集成的日光阻挡过滤器的Vishay半导体TEMD5110X01硅光电二极管，在不同范
围测量板坯中的光强。使用UV可固化光学粘合剂将该光电二极管暂时粘合至板表面。每
次测量后，使用刀片移开光电二极管并将其移动至更远离LED的位置，如附图中所示。通过绘制x(范围)-ln(x(I(x)))图来完成吸收系数的计算，其中I(x)是测量的各范围的光电
流。所得迹线是线性的，其斜率为αwg。

[0091] 典型样品的测量值示于图8，其显示1.1mm厚 和0.7mm厚低Fe在850nm下的吸收数据。表2总结了该研究中所有测量的结果。

[0092] 表2.波导衰减系数测量的总结

[0093]

[0094] 表2中0.7mm厚低Fe 中的Fe2O3水平经测量为80ppm(还可参见图3)。作为对照，测量若干其他材料的αwg，包括 “低Fe”钠钙玻璃(PPG
)、肖特公司 33、丙烯酸类(MMC公司)和聚碳酸酯(拜尔公司)。作为对比，铁
含量最低的样品(样品G)含有26ppm铁(如ICP-MS所测量的那样)，其等于13ppm的Fe2O3
浓度(将总Fe含量报道为[Fe2O3]是标准的内部惯例)。除了更清洁的批料外，该特定熔
融物还添加有NaCl作为澄清剂。

[0095] 低Fe熔融物的结果显示， 中IR吸收值可至少降低3倍(与“典型”水平相比)。此外，样品G证明可以驱动铁含量和α至较低水平，但这会增加原材料成本。其
他测量结果显示，诸如PPG的 的材料实际上显示对FTIR应用中使用而言过高的
IR吸收。

[0096] 虽然已经参考具体的方面和特征描述了本文的实施方式，但应理解，这些实施方式仅仅是对所需原理和应用的说明。因此，应理解，在不背离所附权利要求书的精神和范围的前提下，可以对列举的实施方式进行各种修改，并且可以作出其它安排。