CN101076447A

CN101076447A - 具有改进的抗冲击负荷能力和抗静态负荷能力的玻璃层叠基板

Info

Publication number: CN101076447A
Application number: CNA2005800425617A
Authority: CN
Inventors: J·C·拉普; S·T·古拉蒂
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2025-12-08
Also published as: EP2444246A1; TWI284091B; WO2006065657A3; EP1836274A2; CN101076447B; WO2006065657A2; JP5649267B2; EP1836274A4; KR101180200B1; JP2015078115A; EP2444246B1; US20060127679A1; JP5820039B2; TW200635762A; US7201965B2; KR20070087650A; JP2008522950A; EP1836274B1

Abstract

一种用于平板显示器之类的电子基板的玻璃层叠基板，其包括被透明的玻璃表层包围的透明玻璃芯，所述芯的热膨胀系数大于表层的热膨胀系数，从而在表层中形成残余压缩应力，在芯中形成残余拉伸应力。可以对所述表层的相对厚度进行选择，以提高玻璃层叠基板的强度，同时在芯中保持足够低的残余拉伸应力，以使得对基板进行刻划和将其分成一定的尺寸。夹层可位于芯和表层之间，所述夹层包括残余压缩应力，在芯中产生减小的残余拉伸应力。

Description

具有改进的抗冲击负荷能力和抗静态负荷能力的玻璃层叠基板

发明背景

发明领域

本发明涉及电子基板，更具体来说，本发明涉及玻璃层叠基板，例如用于平板显示器的玻璃层叠基板，所述基板中选定的层包括残余压缩应力或残余拉伸应力，以提高所述基板的抗静态负荷能力和抗冲击负荷能力。

相关领域描述

玻璃基板经常被用于显示器，例如用于液晶显示器(LCD)。LCD越来越广泛地用于计算器、手表、电视游戏、音像设备、便携式计算机和汽车仪表板中，用来显示信息。LCD品质和尺寸的改进使得LCD成为电视机和台式计算机显示器中通常使用的阴极射线管(CRT)的一种吸引人的替代品。另外，人们还在开发其它种类的平板显示器(FPD)，例如等离子显示器(PD)、场致发射显示器(FED)和有机发光聚合物显示器(OLED)，作为LCD的替代品。

在某些FPD中，使用两个玻璃板来支承功能层，例如电子导电层，用来进行像素寻址、滤色器；LCD中的液晶取向或调整层；或者FED和PD中的磷光层。在具有功能层的两个玻璃板之间，设置有液晶化合物(LCD)、发光聚合物(OLED)或等离子体形成气(PD)。

日本专利待公开第6-175143号中描述了用塑料片代替玻璃板。由于塑料片的挠性(从而提供良好的抗裂性)以及抗冲击负荷和静态负荷的能力，可以制成比玻璃片更薄的形式。而且塑料片的比重小于玻璃片，因此使用塑料基板的LCD比使用玻璃基板的LCD更轻更薄。

不幸的是，塑料片具有三个性质限制其在显示器中的应用：即，与玻璃片相比，塑料片的玻璃化转变温度较低、对可见光的透光度较低、透气率较高。较低的玻璃化转变温度限制了塑料片的最高使用温度。因此，塑料片在处于高温(制造用于LCD和OLED显示器的a-Si或p-Si基TFT所需的300-600℃的温度)时会发生热分解。较低的透光性降低了图像亮度。塑料片的透气性会造成用于OLED显示器中的有机发光材料降解。这些限制制约了塑料片在显示器中的应用。

因此，人们仍然需要能够提供玻璃片的优点、而且强度获得改良的玻璃层叠基板。人们还需要能够形成大块的提高强度的玻璃层叠基板，并随后减小其尺寸，而不会由于碎屑而造成显著的损失。人们还需要厚度减小、从而使得重量减小、但是同时还具有提高的抗负荷能力的玻璃层叠基板。人们还需要具有基本预先确定的抗冲击负荷能力和抗静态负荷能力的玻璃层叠基板。

发明内容

本发明提供了一种玻璃层叠基板，所述基板具有提高的抗冲击负荷能力和抗静态负荷能力，同时还能具有玻璃片的优点。所述玻璃层叠基板包括一些选定的层，这些层具有残余压缩应力或残余拉伸应力，以提高基板的抗负荷能力。

所述玻璃层叠基板可用作电子基板，例如但不限于焦平面阵列、光电子器件、光生伏打电池、光学器件、平板显示器以及处于晶片和组件阶段的集成电路。

通常所述玻璃层叠基板包括透明的玻璃芯和一对透明的玻璃表层，所述芯的热膨胀系数大于表层。对所述芯相对于表层的相对厚度以及热膨胀系数进行选择，在表层中产生残余压缩应力，在芯中产生残余拉伸应力。这些残余应力提高了基板的抗负荷能力。可对表层中的压缩应力和芯中的拉伸应力进行选择，使得可以随后对基板进行刻划和分离，而不会造成无法接受的基板断裂或产生碎片。

在一种构型中，可以将玻璃层叠基板用于例如平板显示器，其中所述基板包括：一对隔开的透明玻璃表层，这些玻璃表层具有第一热膨胀系数；一个透明的玻璃芯介于所述表层之间，所述透明的玻璃芯具有更高的第二热膨胀系数，使得玻璃表层的残余压缩应力约大于1,000psi(6.9MPa)，所述玻璃芯的残余拉伸应力约小于4,000psi(27.6MPa)。

在一些构造中，对所述玻璃层叠基板进行选择，使得表层中的压缩应力保持在至少约为4,000psi(27.6Mpa)，芯中的拉伸应力保持在约小于1,000psi(6.9Mpa)。

在另外的构型中，所述玻璃层叠基板包括至少一个介于表层和芯层之间的玻璃夹层(interlayer)。通过对形成表层、夹层和芯的玻璃的凝固点和热膨胀系数进行选择，可以减小芯中的残余拉伸应力，同时保持或增大表层中的残余压缩应力。

表层中的残余压缩应力和玻璃芯中的残余拉伸应力在玻璃层叠基板中产生了储存的能量，这些储存的能量提供了抗裂纹产生和裂纹蔓延的能力，所述储存的能量足够低，使得可以对所述基板进行刻划和分离，而不会产生基板损坏或者产生颗粒或碎片之类的不利的污染性玻璃碎屑。

应当理解以上概述和以下的详述都对本发明的实施方式进行列举说明，用来对本发明所要求的性质和特征提供便于理解的纵览或框架。通过附图来进一步帮助理解本发明，附图结合入本文中，构成说明书的一部分。附图显示了本发明的各种示例性的实施方式，附图和说明一起用来解释本发明的原理和操作。

附图简述

图1是具有两个间隔开的玻璃片的常规LCD的截面图。

图2是受到负荷情况下的图1的玻璃片的分离截面图。

图3是根据本发明制造的玻璃层叠基板、例如用于平板显示器的玻璃层叠基板的截面图。

图4是包括夹层的本发明玻璃层叠基板的另一个示例性构型的截面图。

图5是用来制造玻璃层叠基板的溢流分配器器(distributor)系统和成形部件的截面图。

图6是用来制造另一种构型的玻璃层叠基板的另一种溢流分配器系统和成形部件的截面图。

发明详述

本发明包括用于平板显示器的玻璃层叠基板60(例如图3和图4所示的例子)。在本文中，术语“平板显示器”是电子基板的例子，可包括但不限于液晶显示器(LCD)、等离子显示器(PD)、场致发射显示器(FED)和有机发光聚合物显示器(OLED)。

参见图1，图中显示了LCD的示意图，其中玻璃片20，30(图中显示未层叠)被填充有液晶材料的间隙40隔开。用低模量聚合物粘合剂44将玻璃片20、30的边缘密封在一起，将其置于相对刚性的框架(图中未显示)内。漫射板(diffuserplate)46与玻璃片30间隔预定的距离，所述漫射板作为背光源。

所述玻璃片20具有暴露的表面22和间隙表面24，所述玻璃片30包括间隙表面32和暴露的表面34。

在如图2所示施加负荷L的时候，所述表面22和32发生压缩，因此对负荷比较有耐受能力。但是表面24和34的拉伸应力增大，根据负荷的强度以及表面24和34上发现的固有的缺陷，所述拉伸应力可能会造成玻璃片20、30发生破坏。

通常玻璃片会被产生足以造成断裂的内部应变的冲击所破坏，拉伸应变要比压缩应变更容易造成玻璃断裂。因此，冲击造成的断裂通常是由拉伸应力造成的。根据本发明制造的玻璃层叠基板60利用残余压缩应力来至少部分地抵消由于基板受到负荷所带来的拉伸应力。在下文中将进一步描述到，可以对玻璃层叠基板60中的残余压缩应力和残余拉伸应力进行选择，以提高抗冲击负荷能力和抗静态负荷能力而不会在刻划和分离过程中产生无法接受的碎屑(或基片破坏)。

可以用本发明的玻璃层叠基板60来代替玻璃片20，30，提高暴露的表面和间隙表面的强度，从而提高制得的显示器的抗冲击负荷能力和抗静态负荷能力。

如图3中的例子所述，在三层构型中，玻璃层叠基板60包括置于一对间隔开的玻璃表层80、90之间的玻璃芯(层)70。所述玻璃层叠基板60被设计成使得表层80、90中的残余压缩应力和芯70中的残余拉伸应力大体具有预定的关系。在选定的构型中，所述表层80，90直接与玻璃芯70结合。

但是还应当理解可将中间层置于芯70和表层80、90之间。这些中间层可包括但不限于玻璃夹层85，95。从图4的例子可以看出，在五层构型中，夹层85，95位于表层80，90和玻璃芯70之间，所述表层和夹层具有残余压缩应力，芯具有残余拉伸应力。因此，所述表层80，90可以直接整体性地与芯70相结合，或者通过例如至少一个夹层85、95分别间接地与芯结合。

在玻璃层叠基板60的三层(芯70和表层80，90)构型中，例如表层80，90中的应力σ_s可通过下式描述(1)：

σ_{s} = (\frac{E_{c}}{1 - v_{c}}) \frac{(α_{s} - α_{c}) (T^{*} - 25)}{[\frac{t_{s}}{t_{c}} + \frac{E_{c}}{E_{s}} (\frac{1 - v_{s}}{1 - v_{s}})]} - - - (1)

芯70中的应力σ_c可通过下式(2)描述：

σ_{c} = (\frac{E_{s}}{1 - v_{s}}) \frac{(α_{c} - α_{s}) (T^{*} - 25)}{[\frac{t_{c}}{t_{s}} + \frac{E_{s}}{E_{c}} (\frac{1 - v_{c}}{1 - v_{s}})]} - - - (2)

式中E_c和E_s分别是芯和表层玻璃的弹性模量；v_c和v_s分别是芯和表层玻璃的泊松比；α_s是表层玻璃从室温到凝固点(T^*)的平均热膨胀系数；α_c是芯的玻璃从室温至凝固点(T^*)的平均热膨胀系数；T^*是芯和表层玻璃的凝固点中较低的那个凝固点(凝固点定义为高于玻璃应变点5℃的温度)；t_s是各表层的厚度；t_c是芯厚度的一半。

根据式1和式2，可以将对称的层叠体的σ_s/σ_c之比写作：

\frac{σ_{s}}{σ_{c}} = - \frac{t_{c}}{t_{s}}

(3)，此式可再写作；

σ_st_s＝-σ_ct_c (4)

通过为表层80、90和芯70的玻璃选择合适的热膨胀系数(CTE)，可以在表层中形成残余压缩应力，在芯中形成残余拉伸应力。

按照式1和式2，通过控制芯70、表层80、90的厚度，以及它们各自的凝固点和CTEs，可以设定残余应力(在表层中为残余压缩应力，在芯中为残余拉伸应力)的大小。

通常表层80、90的玻璃材料的CTE低于芯的玻璃材料的CTE。尽管一个优选的构型使用相差在大约35％以内的表层CTE和芯CTE，但是应当理解，如以下实施例所示，表层玻璃和芯玻璃之间可使用任意的CTE之差。

实施例1：

玻璃	E(×106psi)	v	(室温至凝固点，×10^-6/C)	T^*(C)
玻璃	E(×106psi)	v	(室温至凝固点，×10^-6/C)	T^*(C)	Corning Code 1737(芯70)	10.3	0.23	4.20	671
CorningEAGLE^2000TM(表层80，90)	10.3	0.23	3.61	671	Corning Code 1737(芯70)	10.3	0.23	4.20	671

σ_{s} = \frac{- 5098.6}{[1 + \frac{t_{s}}{tc}]}

σ_{c} = \frac{- 5098.6}{[1 + \frac{t_{c}}{t_{s}}]}

2(t_c+t_s)(毫米)	t_c(毫米)	t_s(毫米)	t_c/t_s	σ_c(psi)	σ_s(psi)	σ_s/σ_c
2(t_c+t_s)(毫米)	t_c(毫米)	t_s(毫米)	t_c/t_s	σ_c(psi)	σ_s(psi)	σ_s/σ_c	1.1	0.496	0.0539	9.197	500	-4599	9.197
1.1	0.388	0.1618	2.399	1500	-3599	2.399	1.1	0.496	0.0539	9.197	500	-4599	9.197
1.1	0.388	0.1618	2.399	1500	-3599	2.399	1.1	0.334	0.2158	1.549	2000	-3099	1.549
0.7	0.316	0.0343	9.197	500	-4599	9.197	1.1	0.334	0.2158	1.549	2000	-3099	1.549
0.7	0.316	0.0343	9.197	500	-4599	9.197	0.7	0.281	0.0686	4.099	1000	-4099	4.099
0.7	0.250	0.1000	2.5	1457	-3642	2.5	0.7	0.281	0.0686	4.099	1000	-4099	4.099
0.7	0.250	0.1000	2.5	1457	-3642	2.5	0.7	0.247	0.1030	2.399	1500	-3599	2.399
0.7	0.15	0.2	0.75	2913	-2185	0.75	0.7	0.247	0.1030	2.399	1500	-3599	2.399
0.7	0.15	0.2	0.75	2913	-2185	0.75	0.4	0.18	0.0196	9.197	500	-4599	9.197
0.4	0.161	0.0392	4.099	1000	-4099	4.099	0.4	0.18	0.0196	9.197	500	-4599	9.197
0.4	0.161	0.0392	4.099	1000	-4099	4.099	0.4	0.05	0.2	0.33	3824	-1275	0.33

实施例2：

玻璃	E(×10⁶psi)		α(室温至凝固点，×10^-6/C)	T^*(C)
玻璃	E(×10⁶psi)		α(室温至凝固点，×10^-6/C)	T^*(C)	Corning Code 7059(芯70)	9.8	0.28	5.01	598
CorningEAGLE^2000TM(表层80，90)	10.3	0.23	3.61	671	Corning Code 7059(芯70)	9.8	0.28	5.01	598

σ_{s} = \frac{- 10919}{[1.0175 + \frac{t_{s}}{t_{c}}]}

σ_{c} = \frac{10731}{[0.983 + \frac{t_{c}}{t_{s}}]}

2(t_c+t_s)(毫米)	t_c(毫米)	t_s(毫米)	t_c/t_s	σ_c(psi)	σ_s(psi)	σ_s/σ_c
2(t_c+t_s)(毫米)	t_c(毫米)	t_s(毫米)	t_c/t_s	σ_c(psi)	σ_s(psi)	σ_s/σ_c	1.1	0.524	0.0256	20.479	500	-10240	20.48
1.1	0.499	0.0512	9.748	1000	-9748	9.74	1.1	0.524	0.0256	20.479	500	-10240	20.48
1.1	0.499	0.0512	9.748	1000	-9748	9.74	1.1	473	0.0767	6.171	1500	-9257	6.17
0.7	0.334	0.0163	20.479	500	-10240	20.48	1.1	473	0.0767	6.171	1500	-9257	6.17
0.7	0.334	0.0163	20.479	500	-10240	20.48	0.7	0.317	0.0326	9.748	1000	-9784	9.74
0.7	0.301	0.0488	6.171	1500	-9257	6.17	0.7	0.317	0.0326	9.748	1000	-9784	9.74
0.7	0.301	0.0488	6.171	1500	-9257	6.17	0.7	0.285	0.0650	4.383	2000	-8765	4.38
0.4	0.191	0.0093	20.479	500	-10240	20.48	0.7	0.285	0.0650	4.383	2000	-8765	4.38
0.4	0.191	0.0093	20.479	500	-10240	20.48	0.4	0.181	0.0186	9.748	1000	-9748	9.75
0.4	0.172	0.0279	6.171	1500	-9257	6.17	0.4	0.181	0.0186	9.748	1000	-9748	9.75

实施例3：

玻璃	E(×10⁶psi)		α(室温至凝固点，×10^-6/C)	T^*(C)
玻璃	E(×10⁶psi)		α(室温至凝固点，×10^-6/C)	T^*(C)	Corning Code0317(芯70)	10.4	0.22	9.8	581
CorningEAGLE^2000TM(表层80，90)	10.3	0.23	3.61	671	Corning Code0317(芯70)	10.4	0.22	9.8	581

σ_{s} = \frac{- 45888.5}{[0.997 + \frac{t_{s}}{t_{c}}]}

σ_{c} = \frac{46037.5}{[1.003 + \frac{t_{c}}{t_{s}}]}

2(t_c+t_s)(毫米)	t_c(毫米)	t_s(毫米)	t_c/t_s	σ_c(psi)	σ_s(psi)	σ_s /σ_c
2(t_c+t_s)(毫米)	t_c(毫米)	t_s(毫米)	t_c/t_s	σ_c(psi)	σ_s(psi)	σ_s /σ_c	1.1	0.526	0.0239	22.016	2000	-44021	22.01
0.7	0.331	0.0190	17.412	2500	-43520	17.41	1.1	0.526	0.0239	22.016	2000	-44021	22.01
0.7	0.331	0.0190	17.412	2500	-43520	17.41	0.7	0.323	0.0266	12.151	3500	-42517	12.15
0.4	0.191	0.0087	22.016	2000	-44021	22.01	0.7	0.323	0.0266	12.151	3500	-42517	12.15

在一种代表性的玻璃层叠基板60中，其弹性模量E_s和E_c为10.3×10⁶(磅/平方英寸)psi(7.1×10⁴MPa)，泊松比v_s和v_c为0.22，T^*＝671℃，α_c＝37.8×10^-7，α_s＝31.8×10^-7，t_c＝0.30毫米，t_s＝0.05毫米，这种玻璃层叠基板60中，表层中的残余压缩应力为4,400psi(30.3MPa)，芯70中的内部拉伸应力为725psi(5MPa)。使用工业上已知的环上环强度测试(ring-on-ring strength test)测得，这种层叠体的表面强度比相应的未层叠的芯的表面强度高大约10-25％。已经观察到约小于1,000psi(6.9Mpa)的内部拉伸应力使得玻璃层叠基板可以进行刻划和分离，而不会经受破裂或者产生可察觉的会污染玻璃表面的玻璃颗粒。

人们认为当芯70中的拉伸应力高达4,000psi(27.6MPa)的时候，便可以在不会使基片产生不可接受的碎屑或损坏的前提下，对玻璃层叠基板60进行充分的刻划和分离。但是，由于随着芯70中的残余拉伸应力的减小，所产生的碎屑的量和基板损坏的程度会减小，因此希望芯中的残余拉伸应力约小于2,000psi(13.8MPa)，更优选约小于1,500psi(10.3MPa)。人们认为当芯70中的残余拉伸应力约小于1,000psi(6.9MPa)，优选约小于750psi(5.2MPa)的时候，使得表层80、90中具有足够的残余压缩应力以提高抗冲击负荷能力和抗静态负荷能力，同时还能在刻划和分离过程中提供可接收的碎屑产生量和基板破损(破碎)率。

因此，表层80、90中的残余压缩应力优选约为3,000-15,000psi(20.7-103.4MPa)，玻璃芯70中的拉伸应力保持在低于一定的水平，使得可以对玻璃层叠基板60进行刻划和分离，而不会产生破碎或可察觉的碎屑，例如所述残余压缩应力约小于4,000psi(27.6MPa)，优选约小于2,000psi(13.8MPa)，在选定的构型中为约小于1,500psi(10.3MPa)。

应当理解芯70中可允许的残余拉伸应力至少部分地由芯、以及表层80、90的玻璃的具体组成决定，因此可以在提供优良结果的同时改变残余拉伸应力。另外，残余压缩应力与残余拉伸应力的绝对值之比可约为2-20，其中残余拉伸应力约小于4,000，更优选小于1,500psi(10.3Mpa)。

通过选择芯/表层的合适的玻璃组成和厚度比，表层80、90中的残余压缩应力可以约等于9,000psi(62.01Mpa)，从而将玻璃层叠基板60的表面强度增加大约50％。

尽管通过使表层80、90中的压缩应力最大化(至少部分地被芯70中的残余拉伸应力平衡)，使得玻璃层叠基板60的强度最大化，但是这种强度最大化的玻璃层叠基板60中的能量释放可能在刻划和分离过程中造成显著的基板损坏率和显著产生碎屑。因此，对所述残余压缩应力和残余拉伸应力进行选择，以最佳地提高特定玻璃层叠基板60的强度，同时在刻划和分离过程中不会产生可察觉的基板损坏率或产生可觉察的碎屑。

出于说明的目的，基于可获得的文献，可以由下式对面积为50毫米×50毫米的具有残余应力的玻璃上的碎片产生进行估算：

N₅₀＝β(σ_c/K_IC)⁴，式中β＝2.5×10^-3α²/16，σ_c是中心拉伸应力，K_IC是玻璃的断裂韧度，α＝16/15√3(1+v)＝0.5(对于v＝0.23的泊松比)，β＝39×10^-6，N＝39×10^-6(σ_c/K_IC)⁴，然后对于K_IC＝0.75MPa√m，N＝123.2×10^-6σ_c ⁴/米²。

因此，对于芯片中不同的拉伸应力，碎片数N为：

σ_c(psi)	σ_c(MPa)(psi)	N(碎片数/50毫米×50毫米的面积)	N(#碎片/英寸²)
σ_c(psi)	σ_c(MPa)(psi)	N(碎片数/50毫米×50毫米的面积)	N(#碎片/英寸²)	500	3.45 500	0.02	0.005
1000	6.89 1000	0.28	0.07	500	3.45 500	0.02	0.005
1000	6.89 1000	0.28	0.07	1500	10.3 1500	1.4	0.35
2000	13.8 2000	4.5	1.1	1500	10.3 1500	1.4	0.35
2000	13.8 2000	4.5	1.1	2500	17.2 2500	10.9	2.7
3000	20.7 3000	22.6	5.6	2500	17.2 2500	10.9	2.7
3000	20.7 3000	22.6	5.6	3500	24.1 3500	41.8	10.4
4000	27.6 4000	71.3	17.8	3500	24.1 3500	41.8	10.4

厚度为0.7毫米(常规的平板显示器的尺寸)的示例性三层1米×1米的玻璃层叠基板60沿成形的边沿的表面积略大于1英寸²(6.45厘米²)。由于不存在颗粒组分，推荐芯70中的残余拉伸应力约为2000psi(13.8MPa)，使得在刻划和分离过程中，生成的颗粒保持在等于或小于1个颗粒/英寸²(6.45厘米²)。应当理解所述玻璃层叠基板60可以构建成用来在芯70中提供约高达4,000psi(27.6MPa)的残余拉伸应力，以使得在刻划和分离过程中产生可接受的碎屑，并且得到可接受的基板损坏率。

已经发现一种可用于芯70的令人满意的玻璃材料是Corning Code 1737玻璃，用于表层80、90的令人满意的玻璃材料是Corning生产的EAGLE^2000TM玻璃。在选定的构型中，所述玻璃可具有匹配的或相同的折射率。发现这些材料在用于具有厚度约为0.02-0.2毫米的表层的层叠体的时候，可以提供足够的保护，使得层叠体在加工、组装和显示器使用过程中免于发生表面损坏。

对于用来安装在显示器中的玻璃层叠体60，尽量减轻重量是一个要素。因此，所述用于平板显示器用途的玻璃层叠基板60的厚度可以约小于2.0毫米，可约小于1.5毫米，通常其厚度约等于或小于1.1毫米，所述表层80，90(和夹层85，95，如果使用的话)和芯70形成至少基本平坦的层叠体。对于便携式平板显示器，使重量减至最轻通常是主要的考虑因素，因此玻璃层叠基板60的厚度通常约为0.4-0.6毫米。对于电视或台式显示器之类的固定平板显示器，玻璃层叠基板60的厚度可约为0.7毫米。

通常用于平板显示器的玻璃层叠基板60的总厚度可约为0.4-1.1毫米，其中对表层80、90的厚度进行选择，使其约为基板总厚度的8-15％，更优选表层的厚度约为基板总厚度的10％。因此，所述玻璃层叠基板60在具有对于玻璃回火来说通常是过小的厚度的同时，还通过残余应力增大了强度。因此，所述玻璃层叠基板60可以由未回火的玻璃制成。

本发明的玻璃层叠基板还解决了玻璃中产生裂纹和裂纹蔓延的问题，从而提供了具有改进的抗破坏能力的基板。具体来说，图3中的例子的玻璃层叠基板60提供了具有残余压缩应力的表层80，90，通过残余压缩应力的强度，使得所述表层具有更高的抗破坏能力。例如但不限于，对于表层80、90中的表面压缩应力为5,000psi(34.5MPa)的玻璃层叠基板60，与未层叠的玻璃相比，要形成相同尺寸的裂纹，前者需要多施加5,000psi(34.5MPa)的应力。因此，本发明的玻璃层叠基板在制造平板显示器(例如LCD)的加工/处理步骤中，更不易损坏。另外，残余应力造成所述玻璃层叠基板60的永久性强化作用。也即是说，为了达到能够在玻璃层叠基板60中产生裂纹的拉伸应力的强度，需要超过所述外层中残余压缩应力的应力。另外，通过在表层中使用例如5000psi(34.5MPa)的残余压缩应力，在层叠的玻璃基板上产生裂纹要比在未层叠的玻璃上产生裂纹所需的拉伸应力大5000psi(34.5MPa)。

通常各表层80，90包括相同的材料和厚度，从而在芯70周围提供基本对称的应力。类似地，在五层构型中，各夹层85，95包括相同的材料和厚度，从而在芯70周围提供对称的应力。也即是说，表层80、90内(或夹层85、95内)的残余压缩应力可以是基本上相等的。但是应当理解，在给定芯70上的表层80，90(和/或夹层85，95)可包含不同的材料，CTE或厚度，这可能有利于存在不对称负荷时的应用。例如，通过使表层的厚度加倍，玻璃层叠基板60对水平取向的弯曲(例如台架储存)的耐受性获得提高。在这样的不对称结构中，残余应力会造成在沿垂直取向设置的时候，优选弯曲。因此，协同操作的玻璃层叠基板60可以用框架固定，以克服或补偿这种不对称的残余应力。因此，可以将表层中的不对称残余应力设定在预定的强度，例如约为10％。在一种构型中，表层80、90中的残余压缩应力约为20％以内，优选约为10％以内，例如约为相互的5％以内。

在包括夹层85、95的玻璃层叠基板60的构型(例如图4所示的构型)内，可以进一步限制玻璃芯70中的拉伸应力而不会对表层80、90中的残余压缩应力造成负面影响。实施例4是图4所示的五层构型的一种代表性的结构。

实施例4：对于层间构型，使得k＝E/(1-v)。

玻璃	E(×10⁶psi)	v	k(×10⁶psi)	α(室温至凝固点，×10^-6/C)	T^*(C)	556℃下的ΔL/L(ppm)
玻璃	E(×10⁶psi)	v	k(×10⁶psi)	α(室温至凝固点，×10^-6/C)	T^*(C)	556℃下的ΔL/L(ppm)	Corning Code0317(芯70)	10.4	0.22	13.33	9.8	581	5449
Corning Code7059(夹层85，95)	9.8	0.28	13.61	5.01	598	2785	Corning Code0317(芯70)	10.4	0.22	13.33	9.8	581	5449
Corning Code7059(夹层85，95)	9.8	0.28	13.61	5.01	598	2785	CorningEAGLE^2000TM(表层80，90)	10.3	0.23	13.38	3.61	671	2007

在玻璃层叠基板60中包括夹层85，95的一个优点在于能够在减小芯70中的残余拉伸应力的同时，在表层80、90中保持较大的残余压缩应力。

压缩应力数值涉及夹层85、95和表层80、90相对于玻璃芯70的各自的厚度。五层玻璃层叠基板60中的最终应力由下式给出：

σ_c＝k_c(e_c-e_o)

σ_i＝k_i(e_i-e_o)

σ_s＝k_s(e_s-e_o)

式中e表示各种玻璃在最低的凝固点温度下的ΔL/L，下标c，i和s分别表示芯、夹层和表层玻璃。因此由下式给出e_o：

e_{o} = \frac{t_{c} k_{c} e_{c} + t_{i} k_{i} e_{i} + t_{s} k_{s} e_{s}}{t_{c} k_{c} + t_{i} k_{i} + t_{s} k_{s}}

例如，当层叠体的总厚度为0.7毫米，夹层85，95的厚度和表层80，90的厚度均为0.0133毫米时(与实施例3中的构型相同)：

t_c＝0.3234毫米

e_o＝5215×10^-6

σ_c＝(5449-5215)×13.33＝3119psi(21.5Mpa)(芯中的拉伸)

σ_i＝(2785-5215)×13.61＝-33072psi(227.9MPa)(夹层中的压缩)

σ_s＝(2007-5215)×13.38＝-42923psi(295.7MPa)(表层中的压缩)

因此，相对于包括Corning Code 0317玻璃芯70和Corning制造的EAGLE^2000TM玻璃表层80，90的三层二玻璃层叠基板60，五层三玻璃层叠基板60的芯的拉伸小11％，夹层85、95中的压缩小11％，而表层中的压缩大1％。因此，具有夹层85、95的五层三玻璃体系显著减小了芯70中的拉伸应力，同时保持表层80、90中的压缩应力。芯70中残余的内部拉伸应力的减小有助于减少刻划和分离过程中的破碎和碎屑产生。

如文中关于玻璃层叠基板60的三层构型所述，通过控制芯70、夹层85、95和表层80、90的厚度；各自的凝固点和CTE，可以通过设计来设定残余应力的强度(表层和夹层中的压缩应力和芯中的拉伸应力)。也即是说，基本上可以预先确定残余应力的强度(表层80、90和夹层85、95中的压缩应力以及芯70中的拉伸应力)。

所述玻璃层叠基板60中的残余应力是通过在高于组成层的玻璃的最低凝固点的温度时，将多个层结合在一起形成的。较佳的是，在使熔融玻璃成形制成片状的时候进行层叠，使得相邻的层之间(例如芯70与表层80，90，或者夹层85，95与芯和表层)得以充分结合。对于玻璃成形领域的技术人员，已知有许多种制得这样的结构的方法，例如层叠下拉法和层叠熔合法。

通常对表层(和夹层)玻璃与芯层玻璃一起熔融下拉是一种令人满意的形成玻璃层叠基板60的方法。但是应当理解，也可使用其它的方法，例如狭缝拉制法、双缝拉制法或其它合适的结合方法来形成所述玻璃层叠基板60。对所述芯70和表层80，90(以及夹层85，95)的材料进行选择，以提供适于形成基本透明且无扭曲的界面的粘度。

在一种常规的层叠下拉法或狭缝法中，将熔融玻璃输送到由铂之类的耐火金属形成的狭缝口处。层叠下拉设备具有多个互相平行的狭缝口，能够将不同的熔融玻璃流输送到各个口。玻璃在此成形条件下的流体性质(通常为100,000泊)使得多股玻璃流在离开口的时候熔合起来，形成整体性的不同层的玻璃片。多个层的厚度由单独的狭缝口的尺寸控制。应当理解下游的辊可以与玻璃片相接触，以帮助层的结合。

如美国专利第4,214,886号(本文中所述的该专利内容参考结合入本文中)所述，通常在层叠熔合法中，所述玻璃层叠基板60由可控的溢流分配系统和成形部件形成，使得芯70和表层80，90(以及玻璃夹层85，95)同时沿成形部件流动，直至冷却至具有适于成形制成具有所需厚度的单独的玻璃层叠基板的粘度为止。

例如参见图5的对称成形工艺的例子，形成芯70的玻璃和形成表层80、90的玻璃分别熔化并通过合适的传输系统分别传输到相应的分配器170，180。溢流分配器180安装在溢流分配器170上方，使得来自溢流分配器180的玻璃在溢流分配器180的顶部边缘部分上流动，沿侧面流下，在该顶部边缘部分下方的溢流分配器180的两侧流下，形成具有合适厚度的均匀流层。

底部溢流分配器170具有与之相连的楔形成形部件200。所述成形部件200具有收敛的侧壁部分，这些侧壁部分在其顶端与溢流分配器170的侧壁相连，终止于它们在拉制线路中的收敛的底端。熔融的玻璃溢流过底部溢流分配器170，沿分配器壁向下流，形成与成形部件200的收敛形外表面相邻的初始玻璃流层，溢流过分配器180的熔融玻璃在上部分配器壁的上方从上向下流动，在芯层的外表面部分上方流动，从而形成层叠的玻璃流。来自成形部件200的各个收敛性侧壁的两个单独的玻璃层相互接触，在拉制线路熔合起来，形成单独的连续层叠体。这两层芯玻璃熔合形成芯70，芯70将表层玻璃分隔开。

在三层构型中，残余应力源自表层80、90和芯70之间的CTE差异。表层玻璃和芯玻璃在升高的温度下结合起来，当该材料冷却至常温的时候，表层玻璃(较低CTE)的收缩程度倾向于小于芯玻璃(较高CTE)。在将层结合起来的时候，在表层80、90中产生压缩应力，在芯中产生拉伸应力。

在图6中可以看出，可以通过累加另外的溢流分配器和相连的成形部件(以及它们相应的玻璃输送系统)，可以将另外的层，例如夹层185，195结合入玻璃层叠基板60中。因此图4所示的五层玻璃层叠基板60可以用图6所示的系统形成，溢流分配器180(形成表层80，90)位于溢流分配器185(形成夹层185，195)上方，而溢流分配器185又位于溢流分配器170(形成芯70)上方。

由图6还可看出，溢流分配器180可包括中壁182，使得两种不同的玻璃从分配器溢流，从而形成与表层90的材料不同的表层80。尽管图中所示的溢流分配器180具有中心壁182，但是应当理解所述溢流分配器185可包括中壁，从而提供由不同的材料形成的夹层185和195。

通过调节任何给定的溢流分配器(和相连的成形部件)两侧之上的相对玻璃流，可以获得不对称的层厚度，所述调节方法包括例如使成形部件倾斜，或者使用各种不同的流速，或者它们的组合。

尺寸控制和所得的初始玻璃表面条件使得所述熔合法或溢流法成为适于制备玻璃层叠基板60的方法。

在玻璃层叠基板60的五层构型的制造方法例子中，表层玻璃，购自Corning的EAGLE^2000TM玻璃首先凝固，而且发生无应力收缩。芯70的玻璃，Corning Code0317是玻璃层叠基板60中最软的玻璃，凝固点为581℃，因此直到芯玻璃冷却至581℃之前，其中都不会产生应力。但是夹层玻璃，Corning Code 7059的凝固点为598℃，于是当层叠体60从598℃冷却至581℃时夹层玻璃将会先于芯玻璃凝固，并产生拉伸，同时在表层玻璃中产生压缩。在大约581℃时，芯玻璃开始凝固，由于芯玻璃具有最高的CTE值，所以芯玻璃将会经历最大的拉伸，在夹层85、95和表层80、90中产生净压缩。

一旦玻璃层叠基板60形成，可以对玻璃层叠基板施涂各种的层、涂层或膜，包括施涂功能性层。这些附加的层通常不具有显著的残余压缩应力或拉伸应力，如本文所述，表层80，90(和夹层85，95，如果使用的话)可以构建成补偿这些随后设置在基板上的层。例如，可以对表层80、90和/或夹层85、95的厚度(或材料进行选择，以产生补偿残余应力，对这些附加的层进行调节。因此，可以形成玻璃层叠基板60，该基板具有不平衡的表面压缩应力，使得随后的层倾向于平衡在芯70的相对的表面上的压缩应力。

尽管以上已经结合本发明具体的示例性实施方式对本发明进行了描述，但是本领域技术人员通过阅读以上描述，可以很显而易见地进行许多替代、改变和修改。因此，本发明包括落在所附权利要求书精神和宽泛范围内的所有这些替代、改变和修改。

Claims

1.一种层叠基板，该基板包括：

(a)一对隔开的透明玻璃表层，它们具有第一热膨胀系数；

(b)位于所述玻璃表层之间的透明玻璃芯，所述透明玻璃芯具有更高的第二热膨胀系数，

所述玻璃表层具有约大于1,000psi的残余压缩应力，所述玻璃芯具有约小于4,000psi的残余拉伸应力。

2.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃芯中的残余拉伸应力小于2000psi。

3.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃芯中的残余拉伸应力小于1500psi。

4.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃芯中的残余拉伸应力小于1000psi。

5.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，至少一个所述玻璃表层中的残余压缩应力大于2,000psi。

6.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，至少一个所述玻璃表层中的残余压缩应力大于3,000psi。

7.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，至少一个所述玻璃表层中的残余压缩应力大于4,000psi。

8.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述第一热膨胀系数是在第二热膨胀系数的50％以内。

9.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述基板基本是平坦的。

10.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃表层和玻璃芯的总厚度小于2.5毫米。

11.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃表层和玻璃芯的总厚度小于1.5毫米。

12.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃芯直接与玻璃表层相结合。

13.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃芯间接地与所述玻璃表层相结合。

14.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述残余压缩应力与残余拉伸应力的绝对值之比约为2-20。

15.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述残余压缩应力约为3,000-15,000psi。

16.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述残余拉伸应力足以允许对层叠基板进行刻划和分离，而不会使所述层叠基板破碎。

17.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述残余拉伸应力足以允许对层叠基板进行刻划和分离，而不会产生有害的碎屑。

18.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，一个玻璃表层中的残余压缩应力是在另一个玻璃表层中的残余压缩应力的20％以内。

19.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，一个玻璃表层中的残余压缩应力基本等于另一个玻璃表层中的残余压缩应力。

20.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，一个玻璃表层中的残余压缩应力与另一玻璃表层中的压缩应力相差至少约10％。

21.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃表层的凝固点高于玻璃芯的凝固点。

22.如权利要求1所述的层叠基板，其特征在于，所述层叠基板还包括位于玻璃芯和至少一个玻璃表层之间的夹层。

23.如权利要求22所述的层叠基板，其特征在于，所述夹层的凝固点高于玻璃芯的凝固点，低于至少一个玻璃表层的凝固点。

24.如权利要求22所述的层叠基板，其特征在于，所述夹层的热膨胀系数大于至少一个玻璃表层的热膨胀系数，小于玻璃芯的热膨胀系数。

25.用于平板显示器的层叠基板，所述层叠基板包括：

(a)透明玻璃表层，其具有表层热膨胀系数和表层凝固点；

(b)透明玻璃芯，其具有芯热膨胀系数和芯凝固点；

(c)介于玻璃表层和玻璃芯之间的透明玻璃夹层，所述夹层具有夹层热膨胀系数和夹层凝固点；

所述夹层热膨胀系数小于表层热膨胀系数，大于芯热膨胀系数。

26.如权利要求25所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃芯具有约小于4,000psi的残余拉伸应力，所述玻璃表层具有约大于1,000psi的残余压缩应力。

27.如权利要求25所述的层叠基板，其特征在于，所述玻璃芯具有约小于4,000psi的残余拉伸应力，玻璃表层具有约大于10,000psi的残余压缩应力。

28.如权利要求25所述的层叠基板，其特征在于，所述夹层凝固点低于表层凝固点，高于芯凝固点。