CN102791646A - 用于便携式电子设备的盖体的增强的化学强化玻璃 - Google Patents

用于便携式电子设备的盖体的增强的化学强化玻璃 Download PDF

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Abstract

公开了改进用于电子设备的薄玻璃构件的强度的装置、系统与方法。在一个实施方式中，该玻璃构件可以具有根据预定的应力剖面的改进的强度特性。该预定的应力剖面可以通过多个化学强化阶段形成。所述阶段例如可以具有其中较大离子交换到玻璃构件中的第一离子交换阶段和其中所述较大离子中的一些从玻璃构件中交换出来的第二离子交换阶段。在一个实施方式中，玻璃构件可以关于用于电子设备外罩的玻璃盖体。玻璃盖体可以在显示器之上提供或者与显示器集成。

Description

用于便携式电子设备的盖体的增强的化学强化玻璃
对其它申请的交叉引用
本申请保护以下申请的优先权：(i)于2010年2月2日提交且标题为“TECHNIQUES FOR STRENGTHENING GLASS COVERSFOR PORTABLE ELECTRONIC DEVICES”的美国临时专利申请号61/300,793，该申请在此引入作为参考；及(ii)于2010年2月2日提交且标题为“TECHNIQUES FOR STRENGTHENING GLASSCOVERS FOR PORTABLE ELECTRONIC DEVICES”的美国临时专利申请号61/300,792，该申请在此引入作为参考。
背景技术
传统上，小形状因子的设备，诸如手持式电子设备，具有包括各个层的显示器布置。这些各个层通常包括至少显示技术层，而且可以附加地包括位于所述显示技术层之上的感测布置和/或盖体窗口。作为例子，显示技术层可以包括或者关于包括液晶模块(LCM)的液晶显示器(LCD)。LCM通常包括上玻璃板和下玻璃板，它们中间夹着液晶层。感测布置可以是触摸感测布置，诸如用于创建触摸屏的那些触摸感测布置。例如，电容性感测触摸屏可以包括关于一片玻璃(或者塑料)散布的基本上透明的感测点或者感测节点。此外，盖体窗口一般设计成作为层堆的外部保护屏障。
用于小形状因子的设备的盖体窗口或者玻璃盖体可以由塑料或者玻璃制成。塑料耐用但是容易被刮伤。玻璃抗刮伤但是易碎。总的来说，玻璃越厚越结实。但不幸的是，玻璃盖体常常相当薄，而且可能是设备结构相对脆弱的部件，尤其是在其边缘。例如，当便携式电子设备以滥用的方式被压时，玻璃盖体可能易于受到损坏。化学强化已经用于强化玻璃。尽管这通常工作得很好，但是存在提供用于强化玻璃盖体的方式的持续需求。
发明内容
实施方式涉及用于改进电子设备的薄玻璃构件的强度的装置、系统与方法。在一个实施方式中，该玻璃构件可以具有根据预定的应力剖面的改进的强度特性。该预定的应力剖面可以通过多个化学强化阶段形成。这些阶段可以例如具有其中较大的离子交换到玻璃构件中的第一离子交换阶段和其中较大的离子中的一些从玻璃构件交换出来的第二离子交换阶段。在一个实施方式中，玻璃构件可以关于用于电子设备外罩的玻璃盖体。该玻璃盖体可以在显示器之上提供或者与显示器集成。
本发明可以以多种途径实现，包括作为方法、系统、设备或者装置。以下讨论本发明的若干实施方式。
作为用于产生消费者电子产品的暴露表面的玻璃盖体的方法，一个实施方式可以例如包括至少以下动作：获得玻璃板；把该玻璃板单个化成多个玻璃盖体，每个玻璃盖体的尺寸都适当地确定成在消费者电子产品的暴露表面上提供；化学强化玻璃盖体；以及化学韧化玻璃盖体。
作为消费者电子产品，一个实施方式可以例如包括至少：具有前表面、后表面和侧表面的外罩；至少部分地在外罩内部提供的电子部件，该电子部件包括至少控制器、存储器和显示器，该显示器在外罩的前表面处或者与其相邻提供；以及玻璃盖体，在外罩的前表面处或者其之上提供，从而使得其在显示器之上提供，其中玻璃盖体是化学强化且化学韧化的玻璃盖体。
作为适于附连到手持式电子设备的外罩的盖体玻璃构件，由在一个实施方式中可以例如包括至少以下步骤的过程产生、强化和韧化盖体玻璃构件：获得玻璃板；把玻璃板单个化成多个玻璃盖体构件，每个玻璃盖体构件的尺寸都适当地确定成在手持式电子设备的暴露表面上提供，每个玻璃盖体构件都包括边缘和至少一个非边缘部分；化学强化每个玻璃盖体构件的至少边缘，其中化学强化每个玻璃盖体构件的至少边缘包括改变该至少边缘的成分，使得该至少边缘的成分与至少一个非边缘部分的成分不同；以及通过减小玻璃盖体构件边缘中的压缩应力来韧化玻璃盖体构件。
作为消费者电子产品，一个实施方式可以例如包括至少：外罩，具有前表面、后表面和侧表面；电子部件，至少部分地在该外罩内部提供；以及玻璃构件，已经化学强化从而使得玻璃构件的峰值压缩应力是该玻璃构件的暴露表面的次表面。
从以下具体描述并联系通过例子说明本发明原理的附图，本发明的其它方面与优点将变得显而易见。
附图说明
通过以下具体描述并联系附图，本发明将很容易理解，其中在附图中相似的标号指示相似的结构元素，而且其中：
图1A是根据一个实施方式的玻璃构件的透视图。
图1B是根据一个实施方式的电子设备的简化图。
图2是根据一个实施方式的玻璃盖体过程的流程图。
图3A至图3E是根据各种实施方式的、用于电子设备的外罩的玻璃盖体的横截面图。
图4A是根据关于斜切边缘几何形状的附加实施方式的、用于电子设备外罩的玻璃盖体的横截面图。
图4B说明了具有包括直拐角(即，尖锐拐角)的参考边缘几何形状的玻璃盖体的横截面图。
图5A和图5B是根据一个实施方式的电子设备的图示表示。
图6A和图6B是根据本发明的另一个实施方式的电子设备的图示表示。
图7A是根据一个实施方式的玻璃盖体的部分横截面视图的图，该图示出了初始张力/压缩应力剖面。
图7B是根据一个实施方式的玻璃盖体的部分横截面视图的图，该图示出了减小的张力/压缩应力剖面。
图7C是压缩表面应力对压缩表面层深度的图，该图示出了玻璃盖体的减小的中央张力、减小的压缩表面应力和压缩表面层深度的相交范围的三角连续体。
图8A说明了根据一个实施方式的、化学处理玻璃片表面的过程。
图8B是根据一个实施方式的、说明强化和韧化玻璃盖体的过程的另一个流程图。
图8C说明了根据一个实施方式的示例性剖面。
图9A和图9B是根据一个实施方式的、已经经过化学处理使得建立了化学强化层的玻璃盖体的横截面图。
图10A是根据一个实施方式的、涉及把玻璃盖体浸入离子浴中的化学处理过程的图示表示。
图10B是根据一个实施方式的、涉及在先前已经把玻璃盖体浸入碱金属浴之后又把玻璃盖体浸入钠浴的化学处理过程的图示表示。
具体实施方式
本发明总体上涉及增加玻璃的强度。具有增加的强度的玻璃可以减薄，但仍然足够结实，以适于用在电子设备中，诸如便携式电子设备中。
以下具体描述仅仅是说明性的，而且不是要以任何方式进行限制。对于受益于本公开内容的技术人员来说，其它实施方式是很容易想到的。现在具体参考如附图中所说明的实现方式。
为了清晰起见，没有示出和描述在此所述的实现方式的全部例行特征。当然，可以认识到，在任何此类实际实现方式的开发中，为了实现开发者的具体目的，诸如与应用和企业相关的约束兼容，必须做出多种特定于实现的决定，而且这些具体目的将从一个实现方式到另一个实现方式及从一个开发者到另一个开发者有变化。此外，还可以认识到，这种开发努力可能是复杂和耗时的，但不管怎么说都是受益于本公开内容的本领域普通技术人员的例行工程任务。
实施方式涉及用于改进电子设备的薄玻璃构件的强度的装置、系统与方法。在一个实施方式中，玻璃构件可以具有根据预定的应力剖面的改进的强度特征。该预定的应力剖面可以通过多个化学强化阶段形成。这些阶段可以例如具有其中较大的离子交换到玻璃构件中的第一离子交换阶段和其中较大的离子的一些从玻璃构件交换出来的第二离子交换阶段。
在一个例子中，玻璃构件可以是电子设备的外表面。玻璃构件可以例如对应于例如有助于形成电子设备显示区域的一部分的玻璃盖体(例如，位于显示器的前面，作为独立的部分或者与显示器集成)。作为替代或者附加地，玻璃构件可以形成外罩的一部分。例如，它可以形成除显示区域之外的外表面。
用于改进薄玻璃的强度的装置、系统与方法尤其适用于组装在诸如手持式电子设备(例如，移动电话、媒体播放器、个人数字助理、遥控器，等等)之类的小形状因子的电子设备中的玻璃盖体，或者显示器(例如，液晶显示(LCD)显示器)。该装置、系统与方法还可以用于其它相对较大形状因子的电子设备(例如，便携式电脑、平板电脑、显示器、监视器、电视机，等等)的玻璃盖体或者显示器。在这些各种实施方式中，玻璃可以薄，诸如小于5mm或者更特别地是在0.5mm和3mm之间。在特别薄的实施方式中，玻璃的厚度可以在0.3mm和1mm之间。
在一个实施方式中，玻璃盖体可以延伸到电子设备的外罩的边缘，而没有保护性边框或者其它屏障。在一个实施方式中，玻璃盖体可以包括围绕其边缘的边框。在任何一个情况下，通过建立特定的边缘几何形状和/或化学强化使边缘更加结实。玻璃盖体可以在显示器之上提供或者与显示器集成，其中的显示器诸如LCD显示器。
以下参考图1A至图10B讨论本发明的实施方式。但是，本领域技术人员将很容易认识到，在此关于这些图给出的具体描述是为了解释的目的，因为本发明延伸超出了这些有限的实施方式。
贯穿附图和以下的具体描述，总体上使用相同的参考指示来指示相同或相似的部分。应当认识到，附图通常没有按比例绘制，而且附图的至少一些特征已经为了方便说明而夸大了。
图1A是根据一个实施方式的玻璃构件10的透视图。玻璃构件10是薄玻璃板。例如，在许多应用中，玻璃的厚度小于等于3mm。玻璃构件10的长度、宽度或者面积依赖于应用。玻璃构件10的一个应用是作为诸如便携式或手持式电子设备之类的电子设备的外罩的玻璃盖体。如图1A中所说明的，玻璃构件10可以包括前表面12、后表面14、顶表面16、底表面18和侧表面20。为了增强的强度，边缘或侧面(包括顶部、底部、左边和右边)可以根据预定的几何形状形成。使用化学强化，边缘处的预定几何形状可以增加玻璃构件10在边缘处的强度。玻璃构件10的表面也可以化学强化。预定几何形状的使用可以使边缘更易于接受化学强化，这是因为机械应力松弛减小了。例如，可以通过把玻璃构件10放到一种或多种化学溶液中来对玻璃构件10执行化学强化，其中玻璃构件10可以诸如通过离子交换与这种溶液相互作用。如以下所指出的，用于边缘的预定几何形状可以代替尖锐的过渡提供平滑的过渡(例如，弯曲的、圆化的)。在一个实施方式中，玻璃构件是为消费者电子设备提供的玻璃结构。玻璃构件可以在消费者电子设备的外表面或者内表面上提供。总的来说，玻璃结构可以是消费者电子设备由玻璃制成的任何部分。在一个实施方式中，玻璃结构是消费者电子设备的外罩(例如，外表面)的至少一部分。
图1B是根据一个实施方式的电子设备100的简化图。电子设备100可以例如体现为具有薄形状因子(或者低剖面)的便携式或手持式电子设备。电子设备100可以例如对应于便携式媒体播放器、媒体存储设备、便携式数字助理(PDA)、平板PC、电脑、移动通信设备(例如，蜂窝电话、智能电话)、GPS单元、遥控器设备，等等。电子设备100可以称为消费者电子设备。
电子设备100可以包括充当电子设备100的外表面的外罩102。电子部件(未示出)位于外罩102中。电子部件可以包括控制器(或者处理器)、存储器、电池和显示器(例如，LCD显示器)。显示区域104位于电子设备100的外罩102中。电子设备100可以包括全视图或基本上全视图的显示区域104，其中显示器104就算没有占用电子设备100的全部前表面，也占用了大部分。显示区域104可以体现为多种形式。在一个例子中，显示区域104包括至少一个显示器，诸如平板显示器，更特别地是LCD显示器。此外，电子设备100具有在显示区域104之上提供的盖体玻璃106。盖体玻璃106充当电子设备100的外表面，即，顶表面。盖体玻璃106可以是光亮的或者透明的，使得显示区域104可以通过盖体玻璃106看到。盖体玻璃106还抗刮伤，并且因此为电子设备100的外罩102的顶表面提供了基本上抗刮伤的表面。
显示区域104可以代替地或者附加地包括位于显示屏之上的触摸感测设备。例如，显示区域104可以包括具有分布在其上的电容性感测点的一个或多个玻璃层。这些部件中的每一个都可以是独立的层，或者它们可以集成到一个或多个堆中。在一个实施方式中，盖体玻璃106可以充当显示区域104的最外层。
如果以滥用的方式使用的话，电子设备100的任何部件都容易损坏。例如，就其跌落时抗弯曲和损坏的强度而言，盖体玻璃106会是电子设备100的一个弱点。因此，当电子设备100被压时，诸如在跌落的情况下，盖体玻璃106会易于损坏。作为例子，对盖体玻璃106的应力会导致损坏，诸如裂缝或者破裂。
另外，如图1B中所示，盖体玻璃106可以跨外罩102的整个顶表面延伸。在这种情况下，盖体玻璃106的边缘与外罩102的侧面对准，或者基本上对准。但是，在其它实施方式中，盖体玻璃106只需要在外罩102给定表面的一部分之上提供。在任何情况下，假定盖体玻璃106的厚度相当薄(即，小于几毫米)，则盖体玻璃106可以被强化，从而减小其对损坏的易受性。
首先，用于盖体玻璃106的玻璃材料可以选自比较结实的可用玻璃。例如，铝硅酸盐玻璃是用于盖体玻璃106的玻璃材料的一个合适选择。玻璃材料的其它例子包括，但不限于包括，碱石灰、硼硅酸盐等。
第二，例如，通过单个化和/或机械加工，玻璃材料可以形成为适当的尺寸。作为例子，一片玻璃材料可以切割成多个单独的盖体玻璃片。盖体玻璃片的尺寸可以例如适当地确定成适合安装在电子设备100的外罩102的顶表面上。
在一个实施方式中，盖体玻璃片的边缘可以配置成对应于特定的预定几何形状。通过把盖体玻璃片的边缘形成(例如，机械加工)为对应于特定的预定几何形状，盖体玻璃片变得更结实，并且因而不太容易损坏。以下讨论用于盖体玻璃片的边缘的合适的预定几何形状(也称为边缘几何形状)的例子。在一个实施方式中，把边缘形成(例如，机械加工)为对应于特定的预定几何形状可以使边缘处的压缩应力更一致。换句话说，压缩应力剖面可以得到管理，使得压缩最小值不会从平均压缩应力偏离太多。此外，就存在最小压缩应力而言，预定几何形状可以用来确定压缩最小次表面从边缘出发的位置(即，轻微向内)。在一个例子中，边缘几何形状可以包括从一个表面到另一个表面的软性的或者渐进性的过渡，例如，就象在与第二表面垂直的第一表面之间的交界处。在这里，尖锐的拐角或者边缘可以弯曲或者以别的方式平滑，使得它们不太尖锐。通过使尖锐的拐角或边缘圆化或者平滑，就象由预定几何形状所提供的一样，盖体玻璃片可以变得更易于接受更一致的化学强化。
第三，不管是否使用了任何特定的边缘几何形状，盖体玻璃片都可以被化学处理，以用于进一步的强化。一个合适的化学处理是在升高的温度下把盖体玻璃片放到包含碱金属(例如，KNO3)离子的化学浴中持续一段时间(例如，若干小时)。该化学处理可以期望地在盖体玻璃片表面处导致更高的压缩应力。所形成的压缩层的深度可以随所使用的玻璃的特性和具体的化学处理而变化。例如，在有些实施方式中，所形成的压缩层的深度可以从用于碱石灰玻璃的可以为大约10微米的压缩层的深度到用于铝硅酸盐玻璃的大约100微米的深度。更一般地说，对于碱石灰玻璃或者铝硅酸盐玻璃，压缩层的深度都可以是从10微米至90微米。但是，应当理解，压缩层的深度可以依赖应用到玻璃的具体化学处理而变化。
盖体玻璃片的表面包括盖体玻璃片的边缘。较高的压缩应力可能是在盖体玻璃表面处或者其附近离子交换的结果。盖体玻璃片的表面包括盖体玻璃片的边缘。较高的压缩应力可能是在盖体玻璃表面处或者其附近K+离子有效置换一些Na+离子的结果。
小形状因子的设备，诸如手持式电子设备，一般包括显示区域(例如，显示区域104)，该显示区域包括各个层。这些各个层可以包括至少显示器，而且可以附加地包括位于显示器之上(或者与其集成)的感测布置。在有些情况下，这些层可以堆叠并彼此相邻，而且甚至可以层压，由此形成单个单元。在其它情况下，这些层中的至少一些在空间上隔离而且不直接相邻。例如，感测布置可以位于显示器上方，使得在其间存在间隙。作为例子，显示器可以包括液晶显示器(LCD)，其中LCD又包括液晶模块(LCM)。LCM通常包括至少上玻璃板和下玻璃板，其间至少部分地夹着液晶层。感测布置可以是触摸感测布置，诸如用于建立触摸屏的那些触摸感测布置。例如，电容性感测触摸屏可以包括关于一片玻璃(或者塑料)散布的基本上透明的感测点或者感测节点。盖体玻璃可以充当显示区域的外部保护屏障。盖体玻璃一般与显示区域相邻，但是也可以与显示区域集成，诸如用作其另一层(外部保护层)。
图2是根据一个实施方式的玻璃盖体过程200的流程图。玻璃盖体过程200可以例如用于形成一个或多个盖体玻璃片。玻璃盖体片可以例如用于图1B中所说明的盖体玻璃106。
玻璃盖体过程200可以初始地获得202玻璃板。该玻璃板是例如铝硅酸盐玻璃。然后，可以处理玻璃板，以把玻璃板单个化204成单个的玻璃盖体。玻璃盖体例如用在消费者电子产品上，例如图1B中所说明的电子设备100。在一个实施方式中，玻璃板被切割(例如，例如利用刀片、划线&折断、水注或者激光)，以把玻璃板单个化204成单个的玻璃盖体。在备选实施方式中，玻璃盖体可以单独地形成，而不需要单个化。
接下来，可以对单个玻璃盖体的边缘进行操纵(manipulate)206，以使其具有预定几何形状，从而强化该玻璃盖体。边缘的操纵206可以使边缘采取预定几何形状的形状。例如，操纵206可以机械加工、研磨、切割、蚀刻、划线、制模、陷落或者以别的方式把玻璃盖体的边缘形成为预定几何形状。边缘也可以抛光。
(除操纵206之外)附加地或者作为替代，单个的玻璃盖体可以被化学强化208。在一个实施方式中，玻璃盖体可以放到化学浴中，以允许发生化学强化。在这种类型的化学强化中，在玻璃盖体的表面发生离子交换过程，这个过程用来增加表面(包括边缘)处的压缩应力。另外，化学强化可以使用一系列化学浴(即，阶段)来形成期望的压缩应力剖面。换句话说，通过一系列化学浴的使用，可以将期望的压缩应力剖面工程化(即，引入)到玻璃盖体中。期望的应力剖面的细节可以依赖玻璃盖体的应用和所使用的玻璃的特性而变化。
其后，玻璃盖体可以附连210到对应的消费者电子产品。玻璃盖体可以形成对应的消费者电子产品的外表面(例如，外罩的顶表面)。一旦得以附连210，玻璃盖体的边缘就可以暴露。尽管玻璃盖体的边缘可以暴露，但是边缘也可以进一步得以保护。作为一个例子，玻璃盖体的边缘可以从消费者电子产品的外罩的外侧凹进去(例如，沿一个或多个轴)。作为另一个例子，玻璃盖体的边缘可以围绕或者与盖体玻璃边缘相邻的附加材料保护。玻璃盖体可以多种方式附连210，包括粘合、键合或者机械设备(例如，按扣、螺丝，等等)。在有些实施方式中，玻璃盖体还可以附连有显示模块(例如，LCM)。在盖体玻璃附连210到消费者电子产品之后，玻璃盖体过程200可以结束。
尽管玻璃盖体的边缘的操纵206可以操纵玻璃盖体的所有边缘，但是应当指出，不是所有边缘都需要被操纵206。换句话说，依赖于特定的实施方式或者设计，操纵206可以强加于玻璃盖体的仅一个或多个边缘。对于给定的边缘，可以将边缘的全部或者一部分操纵成预定几何形状。此外，不同的边缘可以被不同地操纵206(即，不同的边缘可以具有不同的几何形状)。此外，有些边缘可以具有预定几何形状，而其它边缘可以保持尖锐。在给定的边缘被操纵206之后，预定几何形状也可以变化，诸如具有复杂的曲线(例如，s-曲线)。
把玻璃板单个化204成单个的玻璃盖体可以减少在边缘处的微裂缝和/或应力集中的方式执行，由此提高整体强度。所使用的单个化技术可以变化而且可以依赖于玻璃板的厚度。在一个实施方式中，玻璃板使用激光划线过程单个化。在另一个实施方式中，玻璃板是使用机械划线技术单个化，诸如其中可以使用机械切割轮的情况。
图3A至图3E是根据各种实施方式的、用于电子设备的外罩的玻璃盖体的横截面图。横截面图说明了可以对要在电子设备外罩上提供的玻璃盖体使用的某些预定的边缘几何形状。应当认识到，所示出的边缘几何形状是作为例子，而不应当认为是限制。为了说明起见，图3A至图3B中所描绘的宽度与厚度不是成比例的。
图3A说明了具有边缘几何形状302的玻璃盖体300的横截面图。尽管应当认识到厚度(t)可以变化，但是玻璃盖体的厚度(t)是大约1.0毫米。边缘几何形状302可以具有例如大约0.1毫米的小边缘半径(r)。在这里，边缘几何形状302的边缘圆化成边缘半径为盖体玻璃厚度的10％。
图3B说明了具有边缘几何形状322的玻璃盖体320的横截面图。尽管应当认识到厚度(t)可以变化，但是玻璃盖体的厚度(t)是大约1.0毫米。边缘几何形状322可以具有例如大约0.2毫米的边缘半径(r)。在这里，边缘几何形状322的边缘圆化成边缘半径为盖体玻璃厚度的20％。
图3C说明了具有边缘几何形状342的玻璃盖体340的横截面图。尽管应当认识到厚度(t)可以变化，但是玻璃盖体的厚度(t)是大约1.0毫米。边缘几何形状342可以具有例如大约0.3毫米的中等边缘半径(r)。在这里，边缘几何形状342的边缘圆化成边缘半径为盖体玻璃厚度的30％。
图3D说明了具有边缘几何形状362的玻璃盖体360的横截面图。尽管应当认识到厚度(t)可以变化，但是玻璃盖体的厚度(t)是大约1.0毫米。边缘几何形状362可以具有例如大约0.4毫米的大边缘半径(r)。在这里，边缘几何形状362的边缘圆化成边缘半径为盖体玻璃厚度的50％。
图3E说明了具有边缘几何形状382的玻璃盖体380的横截面图。尽管应当认识到厚度(t)可以变化，但是玻璃盖体的厚度(t)是大约1.0毫米。边缘几何形状382可以具有例如大约0.5毫米的全边缘半径(r)。在这里，边缘几何形状382的边缘圆化成边缘半径为盖体玻璃厚度的50％。
总的来说，图3A至图3E中所说明的预定边缘几何形状用来使玻璃盖体的边缘圆化。通过消除玻璃盖体上的尖锐边缘，玻璃盖体的强度能够得到增加。具体而言，以别的方式使尖锐边缘圆化提高了边缘的强度，由此强化了边缘，要不然，边缘就是玻璃盖体脆弱的区域。边缘能够被强化，使得玻璃盖体的压缩应力通常在其表面之上(甚至在边缘处)都是一致的。总的来说，边缘半径越大，强化在玻璃盖体的表面之上可以越一致，从而强度可以越大。但是，可以执行化学强化来形成故意不一致的应力剖面。
除图3A至图3E中所说明的边缘的圆化之外，玻璃盖体的边缘还可以除通过圆化之外的其它方式机械加工。作为一个例子，边缘几何形状可以关于边缘的变平。作为另一个例子，边缘几何形状可以是复杂的几何形状。复杂几何形状的一个例子是样条曲线。复杂几何形状的另一个例子是s-曲线。
图4A是根据关于斜切边缘几何形状的附加实施方式的、用于电子设备外罩的玻璃盖体的横截面图。更特别地，图4A说明了具有边缘几何形状402的玻璃盖体400的横截面图。玻璃盖体的厚度(t)是大约1.0毫米。边缘几何形状402具有变平的边缘。边缘几何形状402有效地是斜切边缘。斜切是基本上连接两侧或两个表面的斜边。在一个实施方式中，斜切边缘可以具有在大约0.15毫米和大约0.25毫米之间的深度。作为例子，边缘几何形状402可以包括大约0.15毫米的斜切或者大约0.25毫米的斜切。通过提供斜切边缘，近似地在位置405可以出现基本上最小的压缩应力。对应于基本上最小冯米斯(VanMises)应力位置的一个位置在位置407处指示。在一个实施方式中，位置407的中心基本上在离与边缘几何形状402关联的拐角大约十(10)微米的地方。换句话说，从边缘(例如，拐角)向内移动最小压缩应力，诸如通过使用边缘几何形状402，可以使边缘更结实。如果变平的边缘还圆化，诸如以大约图3A至图3E中所说明的程度，则变平的边缘(例如，位置405)可以得到更一致的化学强化。
图4B说明了具有包括直拐角(即，尖锐拐角)的参考边缘几何形状422的玻璃盖体420的横截面图。而这种边缘几何形状不产生诸如在图3A至图3E中那样的预定边缘几何形状的强度增强。尽管应当认识到厚度(t)可以变化，但是玻璃盖体的厚度(t)是大约1.0毫米。参考边缘几何形状422是直的拐角，例如，大约90度的拐角。对于参考边缘几何形状422，基本上最小压缩应力的区域出现在位置425。对应于基本上最小冯米斯应力位置的一个位置在位置427处指示。在一个实施方式中，位置427的中心基本上在离与参考边缘几何形状422关联的拐角大约十微米的地方。比较图4A和图4B的基本上最小冯米斯应力位置的位置，位置407比位置427更远离边缘。
如前面所讨论的，玻璃盖体可以用作诸如手持式电子设备之类的电子设备的部分外罩的外表面。手持式电子设备可以例如充当媒体播放器、电话、互联网浏览器、电子邮件单元或者以上两种或多种的某种组合。手持式电子设备通常包括外罩和显示区域。参考图5A、图5B、图6A和图6B，具有盖体玻璃(或者玻璃窗口)的不同手持式电子设备可以根据在此所述的实施方式组装。作为例子，手持式电子设备可以对应于由位于加州Cupertino的Apple公司制造的iPhoneTM或者iPodTM。
经强化的玻璃，诸如玻璃盖体或者盖体窗口，特别适用于薄的玻璃应用。例如，经强化的玻璃盖体的厚度可以在大约0.5mm-2.5mm之间。在其它实施方式中，强化适用于厚度小于大约2mm或者甚至比大约1mm薄或者更甚至比大约0.6mm薄的玻璃产品。
用于强化玻璃(诸如玻璃盖体或者盖体窗口)的技术对于通过预定边缘几何形状圆化的玻璃的边缘特别有用，其中该预定边缘几何形状具有的预定边缘半径(或者预定的曲率)至少是应用到玻璃边缘拐角的厚度的10％。在其它实施方式中，预定边缘半径可以在玻璃厚度的20％至50％之间。50％的预定边缘半径也可以看作连续曲率(或者完全圆化)，其一个例子在图3E中说明。作为替代，经强化的玻璃，例如玻璃盖体或者盖体窗口，可以特征化为使得，在强化之后，跨玻璃的表面(包括边缘在内)玻璃具有基本一致的强度。例如，在一个实施方式中，玻璃边缘处的强度减小不比其它非边缘部分玻璃的强度小超过10％。作为另一个例子，在另一个实施方式中，玻璃边缘处的强度减小不比其它非边缘部分玻璃的强度小超过5％。
在一个实施方式中，玻璃盖体的尺寸依赖于所关联的电子设备的尺寸。例如，对于手持式电子设备，玻璃盖体的尺寸常常是对角线不大于五(5)英寸(大约12.7cm)。作为另一个例子，对于便携式电子设备，诸如较小的便携式电脑或者平板电脑，玻璃盖体的尺寸常常是对角线在四(4)英寸(大约10.2cm)至十二(12)英寸(大约30.5cm)之间。作为还有另一个例子，对于便携式电子设备，诸如全尺寸的便携式电脑、显示器或者监视器，玻璃盖体的大小常常是对角线在十(10)英寸(大约25.4cm)至二十(20)英寸(大约50.8cm)之间或者甚至更大。
但是，应当认识到，在有些情况下，对于较大的屏幕尺寸，玻璃层的厚度可能需要更大。可能需要增加玻璃层的厚度以维持较大玻璃层的平面性。尽管显示器可以仍然维持相对薄，但最小厚度可能随增加的屏幕尺寸而增加。例如，同样是依赖于屏幕的尺寸，对于小的手持式电子设备，玻璃盖体的最小厚度可以对应于大约0.4mm，对于较小的便携式电脑或者平板电脑是大约0.6mm，而对于全尺寸的便携式电脑、显示器或者监视器是大约1.0mm或者更大。但是，玻璃盖体的厚度可以依赖于电子设备的应用、结构和/或尺寸。
图5A和图5B是根据一个实施方式的电子设备500的图示表示。图5A说明了电子设备500的顶视图，而图5B说明了电子设备500关于参考线A-A’的横截面侧视图。电子设备500可以包括具有玻璃盖体窗口504(玻璃盖体)作为顶表面的外罩502。盖体窗口504从根本上说是透明的，使得显示组件506可以通过盖体窗口504看到。在一个实施方式中，盖体窗口504可以使用在此所述的任何技术强化。显示组件506可以例如与盖体窗口504相邻定位。除显示组件之外，外罩502还可以包含内部电子部件，诸如控制器(处理器)、存储器、通信电路系统，等等。显示组件506可以例如包括LCD模块。作为例子，显示组件506可以包括液晶显示器(LCD)，其中LCD又包括液晶模块(LCM)。在一个实施方式中，盖体窗口504可以与LCM一体化地形成。外罩502还可以包括用于包含内部电子部件的开口508，以为电子设备500提供电子能力。在一个实施方式中，外罩502可能不需要包括用于盖体窗口504的边框。相反，盖体窗口504可以跨外罩502的顶表面延伸，使得盖体窗口504的边缘可以与外罩502的侧面对准(或者基本上对准)。盖体窗口504的边缘可以保持暴露。尽管如图5A和图5B所示，盖体窗口504的边缘可以暴露，但是在备选实施方式中，边缘也可以进一步加以保护。作为一个例子，盖体窗口504的边缘可以从外罩502的外侧(水平地或者垂直地)凹进去。作为另一个例子，盖体窗口504的边缘可以由围绕或者与盖体窗口504的边缘相邻的附加材料保护。
盖体窗口504通常可以多种方式布置或者体现。作为例子，盖体窗口504可以配置成作为位于底层显示器(例如，显示器组件506)，诸如平板显示器(例如，LCD)或者触摸屏显示器(例如，LCD与触摸层)，之上的保护性玻璃片。作为替代，盖体窗口504可以有效地与显示器集成，即，玻璃窗口可以被形成作为显示器的至少一部分。附加地，盖体窗口504可以基本上与触摸感测设备(诸如与触摸屏关联的触摸层)集成。在有些情况下，盖体窗口504可以充当显示器的最外层。
图6A和图6B是根据本发明的另一个实施方式的电子设备600的图示表示。图6A说明了电子设备600的顶视图，而图6B说明了电子设备600关于参考线B-B’的横截面侧视图。电子设备600可以包括具有玻璃盖体窗口604(玻璃盖体)作为顶表面的外罩602。在这种实施方式中，盖体窗口604可以由外罩602的侧表面603保护。在这里，盖体窗口604没有完全跨外罩602的顶表面延伸；但是，侧表面603的顶表面可以与盖体窗口604的外表面相邻并垂直对准。由于，为了增强的强度，盖体窗口604的边缘可以圆化，因此在侧表面603与盖体窗口604的外围边缘之间可能会存在间隙605。假定盖体窗口604的厚度很薄(例如，小于3mm)，间隙605一般非常小。但是，如果期望的话，间隙605可以被材料填充。这种材料可以是塑料、橡胶、金属，等等。这种材料可以适应(conform)间隙605，使电子设备600的整个前表面齐平，甚至跨与盖体窗口604外围边缘相邻的间隙605都齐平。填充间隙605的材料可以是柔性的(compliant)。放在间隙605中的材料可以实现垫圈。通过填充间隙605，外罩602中以别的方式有可能不期望的间隙可以被填充或密封，以防止污染物(例如，灰尘、水)在间隙605中形成。尽管侧表面603可以与外罩602一体化地形成，但是，作为替代，侧表面603可以与外罩602分开而且，例如，作为盖体窗口604的边框而进行操作。
盖体窗口604从根本上说是透明的，使得显示组件606可以通过盖体窗口604看到。显示组件606可以例如与盖体窗口604相邻定位。除显示组件之外，外罩602还可以包含内部电子部件，诸如控制器(处理器)、存储器、通信电路系统，等等。显示组件606可以例如包括LCD模块。作为例子，显示组件606可以包括液晶显示器(LCD)，其中LCD又包括液晶模块(LCM)。在一个实施方式中，盖体窗口604与LCM一体化形成。外罩602还可以包括用于包含内部电子部件的开口607，以为电子设备600提供电子能力。
电子设备600的前表面还可以包括用户接口控制608(例如，点击轮控制)。在这种实施方式中，盖体窗口604不覆盖电子设备600的整个前表面。电子设备600基本上包括覆盖一部分前表面的部分显示区域。
盖体窗口604通常可以多种方式布置或者体现。作为例子，盖体窗口604可以配置成作为位于底层显示器(例如，显示器组件606)，诸如平板显示器(例如，LCD)或者触摸屏显示器(例如，LCD与触摸层)，之上的保护性玻璃片。作为替代，盖体窗口604可以有效地与显示器集成，即，玻璃窗口可以作为显示器的至少一部分形成。附加地，盖体窗口604可以基本上与诸如与触摸屏关联的触摸层之类的触摸感测设备集成。在有些情况下，盖体窗口604可以充当显示器的最外层。
如以上所指出的，电子设备可以是手持式电子设备或者便携式电子设备。本发明可以用来使玻璃盖体不仅薄而且足够结实。由于手持式电子设备和便携式电子设备是移动的，因此它们潜在地易于经受固定设备不会遭受的各种不同的冲击事件和应力。由此，本发明很好地适于用于被设计成很薄的手持式电子设备或者便携式电子设备的玻璃表面的实现。
如以上所讨论的，玻璃盖体或者，更一般地说，玻璃片可以被化学处理，使得玻璃的表面被有效地强化。通过这种强化，可以使玻璃片更结实且更坚韧，从而使得比较薄的玻璃片可以用于消费者电子设备。具有足够强度的较薄的玻璃允许消费者电子设备变得更薄。
玻璃盖体或者，更一般地说，玻璃片可以被化学处理，使得玻璃包括边缘在内的表面被有效地强化。例如，在单交换过程中，玻璃片的表面区域附近的一些Na+离子可以被碱金属离子(例如，K+离子)置换，以强化表面区域。当一般比Na+离子大的碱金属离子置换了Na+离子之后，压缩层有效地在玻璃盖体的所述表面并由此在边缘附近生成。由此，从根本上使玻璃盖体在表面更结实。
除了化学强化玻璃之外，玻璃还可以被化学韧化。在双交换过程中，一旦碱金属离子置换了Na+离子中的某些，则最靠近玻璃片外侧表面的，例如顶表面区域的，碱金属离子(例如，K+离子)就可以被Na+离子置换，以便从所述顶表面区域附近除去一些压缩应力，同时，先前交换进玻璃片中的底层碱金属离子可以保留在下表面区域中。除了为玻璃盖体提供减小的压缩表面应力之外，双交换过程还可以为玻璃盖体提供减小的中央张力。因而，第二个交换过程可以用来化学韧化玻璃。
图7A是根据一个实施方式的玻璃盖体的部分横截面视图的图，该图示出了初始的张力/压缩应力剖面。该初始的张力/压缩应力剖面可以从强化玻璃盖体表面区域的初始交换过程得到。在沿该图顶部水平方向部署的图注中，使用小写的希腊字母σ。σ－图注指示张力的剖面区域。σ+图注指示压缩的剖面区域。垂直的虚线和σ＝0图注指示压缩与张力之间的交叉。
在图7A所示的玻璃盖体的部分横截面视图中，示出了玻璃盖体的厚度(t)。初始张力/压缩应力剖面的初始压缩表面应力(cs)示为在图7A所示盖体玻璃的表面。盖体玻璃的压缩应力具有如图7A所示的压缩应力层深度(d)。压缩应力层深度(d)从玻璃盖体的表面朝中央区域延伸，如图7A中所绘的玻璃盖体的横截面视图所示。初始张力/压缩应力剖面的初始中央张力(ct)在玻璃盖体的中央区域，如图7A所示。
如图7A所示，初始压缩应力具有其峰值在玻璃盖体表面的剖面。即，初始压缩表面应力(cs)的峰值在玻璃盖体的表面。初始压缩应力剖面显示，随着压缩应力层深度从玻璃盖体的表面朝玻璃盖体的中央区域延伸，有减小的压缩应力。初始压缩应力向内继续减小，直到压缩与张力之间的交叉。在图7A中，初始压缩应力的减小剖面的区域利用从右向左的对角线影线突出。
在压缩与张力之间的交叉之后，初始中央张力(ct)的剖面延伸到在玻璃盖体横截面视图中所示出的中央区域中。在图7A中，延伸到中央区域中的初始中央张力(ct)的剖面利用从左向右的对角线影线突出。
图7B是根据一个实施方式的玻璃盖体的部分横截面视图的图，该图示出了减小的张力/压缩应力剖面。减小的张力/压缩应力剖面可以从双交换过程得到，而且尤其是从化学韧化玻璃过程得到。减小的张力/压缩应力剖面的减小的压缩表面应力(cs’)在图7B中示出。在图7B中，压缩应力层深度(d)现在对应于减小的压缩应力。此外，在玻璃盖体的减小的张力/压缩应力剖面中，减小的中央张力(ct’)在中央区域示出。
在图7B中，减小的压缩表面应力示出了在玻璃盖体表面的下面的浸没剖面峰值。浸没剖面峰值的深度(dp)依赖玻璃盖体的厚度及玻璃的特性而变化。例如，在一个实施方式中，压缩应力的峰值的深度(dp)可以基本上在大约五(5)微米至五十(50)微米的范围内。在另一个实施方式中，压缩应力的峰值的深度(dp)可以基本上在大约十(10)微米至三十(30)微米的范围内。应当理解，作为对减小压缩表面应力的权衡(例如，从(cs)到(cs’))，在图7B中所示在压缩应力的深度(dp)处的减小的压缩应力的大小大于在图7A中所示在初始压缩应力的深度(dp)处的初始压缩应力的大小。
鉴于前面所述，应当理解，减小的压缩表面应力(cs’)显示，随着压缩表面层深度从玻璃盖体的表面朝浸没剖面峰值延伸，有增加的剖面。压缩应力的这种增加的剖面对于阻止裂缝是有利的。在浸没剖面峰值(dp)的深度(dp)内，当裂缝试图从盖体玻璃的表面传播深入盖体玻璃时，它遇到增加的压缩应力，这提供了裂缝阻止作用(即，可以停止裂缝的传播)。此外，如图7B中所示，从浸没剖面峰值朝中央区域进一步向内延伸，减小的压缩应力转而提供减小的剖面，直到压缩与张力之间的交叉。在图7B中，减小的压缩应力剖面的区域利用从右向左的对角线影线突出。
在压缩与张力之间的交叉之后，减小的中央张力(ct’)的剖面延伸到图7B所说明的玻璃盖体的横截面视图中所示的中央区域中。在图7B中，延伸到中央区域中的减小的中央张力(ct’)的剖面利用从左向右的对角线影线突出。
超过预定张力极限很多的初始中央张力可能不利地促使玻璃盖体的破碎。相对于预定张力极限减小初始中央张力可能有利地抑制(例如，限制)玻璃盖体的破碎。图7A与图7B的比较突出显示双交换过程可能减小图7A中所示的初始中央张力(ct)，从而提供减小的中央张力(ct’)。例如，双交换过程可以把初始中央张力(ct)减小到充分低于预定的张力极限，从而提供减小的中央张力(ct’)，例如象在大约四十(40)兆帕斯卡(MPa)至七十(70)兆帕斯卡(MPa)。
在玻璃盖体中，初始中央张力(ct)可以基本上关于初始压缩表面应力(cs)呈线性；而减小的中央张力(ct’)可以基本上关于减小的压缩表面应力(cs’)呈线性。这可以用数学关系ct＝(cs-d)/(t-2d)和ct’＝(cs’-d)/(t-2d)来估计，其中t是玻璃盖体的厚度，而d是压缩表面层深度。相应地，应当理解，把图7A中所示的初始压缩表面应力(cs)减小到图7B中所示的减小的压缩表面应力(cs’)涉及把图7A中所示的初始中央张力(ct)减小到图7B中所示的减小的中央张力(ct’)。
虽然对于有利地限制玻璃盖体的破碎来说减小初始中央张力(ct)可能是期望的，但是把初始压缩表面应力(cs)减小到减小的压缩表面应力(cs’)降低了增强的表面强度，其中增强的表面强度由初始交换过程提供。相应地，在双交换过程中限制初始压缩表面应力的减小可能是有利的，从而产生增强的表面强度的有限降低。另外，应当理解，钠浴的化学韧化处理可以采用持续一段时间。化学韧化处理的时间段可以限制成例如大约半个小时或者更少的持续时间，从而在玻璃盖体的增强的表面强度中产生有限的降低。
图7A与图7B的比较突出显示在双交换过程中相对于预先选择的压缩值限制图7A中所示出的初始压缩表面应力(cs)的减小，使得图7B中所示的减小的压缩表面应力(cs’)保持充分大于预化学强化后的压缩值。例如，在双交换过程中把图7A中所示出的初始压缩表面应力(cs)的减小限制在基本上在从大约五百(500)MPa到九百(900)MPa的范围之内的压缩值，使得图7B中所示的减小的压缩表面应力(cs’)仍然保持充分被初始交换过程强化，诸如减小的压缩表面应力(cs’)在三百(300)MPa到五百(500)MPa。
图7C是压缩表面应力对压缩表面层深度的图，该图示出了玻璃盖体的减小的中央张力、减小的压缩表面应力和压缩表面层深度的相交范围的三角连续体。玻璃盖体可以化学强化持续足够长时间段(例如在加热的KNO3浴中大约六小时或者更多)，使得玻璃盖体的压缩表面层深度充分大于预先选择的压缩表面层深度值。例如，如图7C中所示，玻璃盖体可以化学强化持续足够长时间段，使得玻璃盖体的压缩表面层深度(d)大于大约五十(50)微米。这在图7C的图中利用水平图注d＞50um说明，该图注沿三角连续体的水平扩展布置。
在一个实施方式中，利用预先确定的压缩值设计极限，例如基本上在从大约三百(300)MPa至五百五十(550)MPa的范围之内，图7C所示的减小的压缩表面应力(cs’)可以充分大于所述预定的压缩值设计极限。这在图7C的图中利用垂直图注cs’＞300-550MPa说明，该图注沿三角连续体的垂直扩展布置。
此外，在一个实施方式中，利用预先确定的张力设计极限，例如基本上在从大约四十(40)MPa至七十(70)MPa的范围之内，图7C所示的减小的中央张力(ct’)可以充分小于所述预定的张力极限。如在此前面所提到的，在玻璃盖体中，减小的中央张力(ct’)可以关于减小的压缩表面应力(cs’)呈线性。以上所述在图7C中利用图注ct’＜40-70MPa说明，该图注是沿三角连续体的斜边扩展布置的。在图7C中，影线用于突出玻璃盖体减小的中央张力、减小的压缩表面应力与压缩表面层深度的相交范围的三角连续体。
图8A说明了根据一个实施方式的、化学处理玻璃片的表面的过程800。作为例子，玻璃片可以关于用作便携式电子设备的外罩一部分的盖体玻璃。过程800用来强化玻璃片。
化学处理玻璃片表面(例如边缘)的过程800可以在其中获得玻璃片的步骤802开始。在一个实施方式中，玻璃片可以在把玻璃板单个化成玻璃片，例如玻璃盖体，之后获得，而且玻璃片的边缘可以操纵成具有预定几何形状。但是，应当认识到，要化学处理的玻璃片可以从任何合适的源获得。
在步骤804中，玻璃片可以放在架子上。所述架子一般配置成在化学处理期间支撑该玻璃片，以及其它的玻璃片。一旦玻璃片被放到了架子上，架子就可以在步骤806中浸入加热的离子浴中。所述加热的离子浴通常可以是包括一定浓度离子(例如，碱金属离子，例如锂、铯或者钾)的浴。应当认识到，浴中离子的浓度可以变化，因为改变离子的浓度允许玻璃表面上的压缩应力得到控制。加热的离子浴可以加热到便于离子交换的任何合适的温度。作为例子，加热的离子浴可以加热到大约370摄氏度和大约430摄氏度之间。
在架子浸入到加热的离子浴中之后，在步骤808中允许在离子浴和保持在架子上的玻璃片之间发生离子交换。在通常包括Na+离子的玻璃片和离子浴之间发生扩散交换。在扩散交换的期间，比Na+离子大的碱金属离子有效地置换玻璃片中的Na+离子。总的来说，在玻璃片的表面区域附近的Na+离子可以被碱金属离子置换，而在玻璃的非表面区域的部分中Na+离子基本上不被碱金属离子置换。作为碱金属离子置换玻璃片中的Na+离子的结果，压缩层在玻璃片的表面附近有效地生成。被碱金属离子从玻璃片中置换出来的Na+离子变成离子溶液的一部分。
在步骤810中可以确定把架子浸入在加热的离子浴中的时间段是否结束。应当认识到，架子要浸入的时间量可以依赖实现方式而广泛变化。例如，该时间量可以依赖于架子的浸入及由此玻璃片的厚度与特性。如果架子浸入加热的离子浴是双交换过程的一部分，则把架子浸入钾浴的时间可以小于大约六(6)小时。一般来说，架子浸入的时间越长，即，碱金属离子和Na+离子的交换时间越长，则化学强化层的深度越深。例如，对于大约1mm的玻璃板厚度，在离子浴中提供的化学处理(即，离子交换)可以提供到玻璃片在十(10)微米或者更多的深度中。例如，如果玻璃片是由碱石灰玻璃形成的，则由于离子交换产生的压缩层的深度可以是大约十(10)微米。作为另一个例子，如果玻璃片是由铝硅酸盐玻璃形成的，则由于离子交换产生的压缩层的深度可以是从大约五十(50)微米至一百(100)微米。
如果在步骤810中确定在加热的离子浴中浸入架子的时间段还没有结束，则过程流800可以返回步骤817，在该步骤中允许化学反应继续在离子浴与玻璃片之间发生。作为替代，如果确定浸入的时间段已经结束，则在步骤812中架子可以从离子浴中除去。
如前面所提到的，由过程800提供的化学强化使用双交换过程。关于化学强化是双交换过程，玻璃片的化学强化层可以化学处理以有效地从化学强化层的表面附近除去一些或全部碱金属离子(例如，K+离子)，同时使得其它碱金属离子(例如，K+离子)在化学强化层的表面之下基本上保留。双交换过程可以总体上增加玻璃片的可靠性。
其后，过程800从步骤812移动到可选步骤814，在该步骤中架子浸入钠浴中持续预定的时间量，以便减小玻璃片表面附近或者，更具体地说是，玻璃片的化学强化层的表面附近的压缩应力。钠浴可以是硝酸钠(NaNO3)浴。钠浴中的Na+离子可以经由扩散置换玻璃片的化学强化层的表面附近的至少一些碱金属离子(例如，K+离子)。在一个实施方式中，钠浴是第二加热的浴，其可以操作成用钠离子反交换一部分先前交换出的碱金属离子。即，Na+离子扩散到玻璃片中，而只有一部分先前扩散到玻璃片中的碱金属离子扩散出来。
架子以及，由此，玻璃片保持浸入在钠浴中的时间量可以依赖于例如Na+离子要置换玻璃片的化学强化层中的碱金属离子(例如，K+离子)的深度而变化。架子保持浸入在钠浴中的时间量可以依赖于架子先前浸入在加热的离子浴(例如，钾浴)中的时间量。例如，架子浸入在加热的离子浴(例如，钾浴)和钠浴中的总时间量可以是大约3个-25个小时。作为例子，架子可以浸入在加热的离子浴中持续大约5.75个小时，而架子可以浸在钠浴中持续大约0.25个小时。总的来说，架子可以浸在加热的离子浴中持续大约4个-20个小时，而架子可以浸在钠浴中持续大约两个小时。
一旦从钠浴中除去架子，玻璃片就可以在步骤816中从架子上除去，而且化学处理玻璃片的表面的过程800可以完成。在玻璃片在步骤816中从架子上除去之后，化学处理玻璃片的表面的过程800可以完成。但是，如果期望的话，玻璃片可以抛光。抛光可以例如除去在化学处理之后玻璃片上的任何浑浊或者残留物。
图8B是根据一个实施方式的、说明强化和韧化玻璃盖体的过程840的另一个流程图。强化和韧化玻璃盖体的过程840可以在其中获得玻璃板的步骤842中开始。过程840可以通过把玻璃板单个化844成多个玻璃盖体来继续，其中每个玻璃盖体的尺寸都可以适当地确定，以便在消费者电子产品的暴露表面上提供。
过程840可以以在预备净化浴846中化学预处理的玻璃盖体来继续。所述预备净化浴846可以包括4％重量的HF和4％重量的H2SO4。预备净化浴846的持续时间可以从大约三十(30)秒至大约十(10)分钟。
过程840可以以缓慢地预加热848玻璃盖体来继续，从而在后续化学强化850玻璃盖体的步骤中限制对玻璃盖体的热冲击。玻璃盖体可以使用碱金属离子浴(例如，钾浴)化学强化。预加热可以发生持续一段时间，例如，长达大约三十(30)分钟，以便把玻璃盖体的温度从大约室温升高至大约三百五十(350)摄氏度。
过程840可以通过在中间净化浴852中净化玻璃盖体来继续。在这里，可选地，玻璃盖体可以短暂地浸入中间净化浴852中。中间净化浴852可以包括适当地加热的水。过程840可以以化学韧化854玻璃盖体来继续。例如，玻璃盖体可以通过浸入诸如钠浴中来化学韧化854。钠浴可以允许钠离子对碱金属离子(例如，钾)的反交换，由此化学韧化玻璃盖体。
过程840可以以玻璃盖体的冷却856来继续。冷却856可以在冷却炉中缓慢地执行。冷却可以持续长达大约一个小时的持续时间，以把玻璃盖体的温度从化学韧化玻璃盖体的钠浴的温度降低到大约一百五十(150)摄氏度。
一旦玻璃盖体被充分冷却，过程840就可以以把每个玻璃盖体附连858到对应的消费者电子产品来继续。把每个玻璃盖体附连858到对应的消费者电子产品之后，用于强化与韧化玻璃盖体的过程840就可以结束。
图8C说明了根据一个实施方式的示例性剖面880。示例性剖面880代表在玻璃片外部区域处的压缩应力作为从外表面进入玻璃片的深度的函数。总的来说，剖面880利用一个或多个离子交换过程获得，其中峰值压缩应力(Smax)不在玻璃片的表面处。相反，峰值压缩应力(Smax)被控制成在玻璃的外表面的次表面提供。在一个实施方式中，峰值压缩应力(Smax)可以是两百(200)MPa至两千(2000)MPa，从玻璃的外表面中的峰值压缩应力(Smax)的深度(D1)是五(5)微米至五十(50)微米，而从外表面进入玻璃的压缩应力区域的深度(D2)可以是二十(20)微米至两百(200)微米。
经历了化学强化过程的玻璃盖体通常包括化学强化层，如前面所提到的。图9A和图9B是根据一个实施方式的玻璃盖体的横截面图，所述玻璃盖体已经化学处理过，使得建立了化学强化层。玻璃盖体900包括化学强化层928和非化学强化部分926。在一个实施方式中，尽管玻璃盖体900整体上经受了化学强化，但是只有外表面受到了强化。强化的效果是非化学强化部分926在拉紧，而化学强化层928在压缩。尽管玻璃盖体900示为具有圆化的边缘几何形状902，但是应当认识到，玻璃盖体900通常可以具有任何边缘几何形状，诸如选择来增加玻璃盖体900的边缘强度的那些形状。圆化的边缘几何形状902是作为例子绘出的，而不是为了限制。
化学强化层928具有厚度(y)，该厚度可以依赖其中利用玻璃盖体900的特定系统的需求而变化。非化学强化部分926通常包括Na+离子934，但不包括碱金属离子936。化学强化过程使化学强化层928形成，使得化学强化层928既包括Na+离子934又包括碱金属离子936。在一个实施方式中，如图9B中所说明的，化学强化层928可以使得化学强化层928的外部包括比化学强化层928底部充分多的Na+离子934，其中化学强化层928的底部既包括Na+离子934又包括碱金属离子936。
图10A是根据一个实施方式的、涉及把玻璃盖体浸入离子浴中的化学处理过程的图示表示。当玻璃盖体1000浸入或者浸泡到加热的离子浴1032中时，扩散发生，其中玻璃盖体以横截面部分地示出。如图所示，玻璃盖体1000中所存在的碱金属离子1034扩散到离子浴1032中，而离子浴1032中的碱金属离子1036(例如，钾(K+))扩散到玻璃盖体1000中，使得化学强化层1028形成。换句话说，来自离子浴1032的碱金属离子1036可以与Na+1034离子交换，以形成化学强化层1028。碱金属离子1036一般将不扩散到玻璃盖体1000的中央部分1026中。通过控制化学强化处理的持续时间(即，时间)、离子浴1032的温度和/或其中碱金属离子1036的浓度，化学强化层1028的厚度(y)或者层的深度可以从根本上得到控制。
如以上所讨论的，在一个实施方式中，玻璃盖体还可以被处理以基本上除去位于化学强化层1028的外表面附近的碱金属离子(例如，K+离子)1036。钠浴可以用于促进这种碱金属离子(例如，K+离子)1036的去除。图10B是根据一个实施方式的、涉及在先前已经把玻璃盖体浸入碱金属浴之后又把玻璃盖体浸入钠浴的化学处理过程的图示表示。如以上关于图10A所述的先前浸入到加热的离子浴(例如，钾浴)中的玻璃盖体1000可以浸入到钠浴1038中，使得化学强化层1028’可以包括包含很少或者不包含碱金属离子1036而且基本上只包含Na+离子1034的外层1028a与既包括Na+离子1034又包括碱金属离子(例如，K+离子)1036的内层1028b。当玻璃盖体1000浸入钠浴1038中时，Na+离子1034可以从外层1028a置换碱金属离子(例如，K+离子)1036，而在内层1028b中碱金属离子(例如，K+离子)1036保留。因而，包括碱金属离子(例如，K+离子)1036和Na+离子1034的内层1028b有效地位于外层1028a和非化学强化部分1026之间。非化学强化部分1026一般没有碱金属离子(例如，K+离子)1036，而外层1028a相对内层1028b来说具有降低水平的碱金属离子(例如，K+离子)1036。有可能是，外层1028a具有很少或者没有碱金属离子(例如，K+离子)1036。被置换出的碱金属离子(例如，K+离子)1036可以有效地从外层1028a扩散到钠浴1038中。
化学强化层1028’可以具有厚度(y)，而外层1028a可以具有厚度(y1)。厚度(y1)可以基本上受钠浴1038中的Na+离子1034的浓度及受玻璃盖体1000浸入钠浴1038的时间量控制。
加热的离子浴(例如，钾浴)中的碱金属离子(例如，K+离子)的浓度可以在玻璃盖体浸泡在加热的离子浴中的时候变化。换句话说，钾浴中的碱金属离子(例如，K+离子)的浓度可以在玻璃盖体浸入在加热的离子浴中的时候维持基本上恒定、可以增加和/或可以减小。例如，随着碱金属离子置换玻璃中的Na+离子，Na+离子变成加热的离子浴的一部分。由此，除非有附加的碱金属离子添加到加热的离子浴中，否则加热的离子浴中碱金属离子的浓度可以变化。
改变钾浴中的K+离子的浓度和/或改变玻璃盖体在钾浴中的浸泡时间可以使玻璃盖体近似中心处的张力得到控制。在一个实施方式中，玻璃盖体可以放到加热的离子浴中大约10个-15个小时，其中加热的离子浴是例如钾浴，其中K+离子浓度在大约百分之四十(40％)和大约百分之九十八(98％)之间。在一个实施方式中，可以使用充分大于大约百分之九十(90％)至大约百分之九十五(95％)的K+离子浓度。
与碱金属浴和/或钠浴关联的参数总体上可以广泛变化。碱金属浴中的碱金属(例如，钾)的浓度可以变化，如前面所提到的。类似地，双交换过程中所使用的钠浴中的钠的浓度也可以变化。对于钠浴来说，合适的Na+离子浓度可以由大约百分之五十(50％)至百分之九十(90％)KNO3和剩余(百分之五十50％至百分之十10％)NaNO3的分子比来提供。例如，在一个实施方式中，对于钠浴来说，合适的Na+离子浓度可以由大约百分之七十(70％)KNO3和百分之三十(30％)NaNO3的分子比来提供。另外，浴要加热的温度及玻璃盖体浸入浴中的时间长度也都可以广泛变化。温度不限于在大约370摄氏度与大约430摄氏度之间。作为例子，玻璃盖体浸入在碱金属浴的总时间可以是大约十(10)小时。另外，在双交换过程中，玻璃盖体浸入碱金属浴和钠浴的总时间可以是大约十(10)小时，例如，玻璃盖体浸入碱金属浴中持续大约6.7小时，浸入钠浴持续大约3.3小时。浸入(例如，浸泡)在任何一个浴中的时间长度可以依赖浓度而变化。在钠浴中的时间长度依赖Na+离子浓度，其中对于越高的Na+离子浓度，在钠浴中的时间越短越优选。例如，对于具有由大约百分之七十(70％)KNO3和百分之三十(30％)NaNO3的分子比提供的相对较高Na+离子浓度的钠浴，在钠浴中小于大约半小时可能是合适的。在其它例子中，可以采用在钠浴中更短或者更长的时间，例如大约一(1)小时、十(10)分钟或者大约一(1)分钟。
离子浴中碱金属离子的浓度可以在盖体玻璃浸泡在离子浴中的时候变化。换句话说，在不背离本发明主旨或范围的情况下，离子浴中碱金属离子的浓度可以在玻璃盖体浸入在离子浴中的时候维持基本上恒定、可以增加和/或可以减小。例如，随着碱金属离子置换玻璃中的Na+离子，Na+离子变成离子浴的一部分。由此，除非有附加的碱金属离子添加到离子浴中，否则离子浴中碱金属离子的浓度可以变化。
在此所述的技术可以应用到多种电子设备，包括但不限于手持式电子设备、便携式电子设备和基本上固定电子设备。这些的例子包括任何已知的包括显示器的消费者电子设备。作为例子，但不是作为限制，电子设备可以对应于媒体播放器、移动电话(例如，蜂窝电话)、PDA、遥控器、笔记本、平板PC、监视器，多合一电脑等。
尽管只描述了本发明的几种实施方式，但是应当理解，在不背离本发明主旨或范围的情况下，本发明可以体现为许多其它的具体形式。作为例子，与本发明的方法关联的步骤可以广泛变化。在不背离本发明主旨或范围的情况下，步骤可以添加、除去、改变、组合和重新排序。
本申请还参考：(i)于2008年8月16日提交、标题为“METHODSAND SYSTEMS FOR STRENGTHENING LCD MODULES”的美国专利申请号12/193,001，该申请在此引入作为参考；(ii)于2008年7月11日提交、标题为“METHODS AND SYSTEMS FORINTEGRALLY TRAPPING A GLASS INSERT IN A METALBEZEL”的美国专利申请号12/172,073，该申请在此引入作为参考；(iii)于2009年3月2日提交、标题为“Techniques for StrengtheningGlass Covers for Portable Electronic Devices”的美国临时专利申请号61/156,803，该申请在此引入作为参考；(iv)于2009年9月30日提交、标题为“Techniques for Strengthening Glass Covers for PortableElectronic Devices”的美国临时专利申请号61/247,493，该申请在此引入作为参考；(v)于2010年9月30日提交、标题为“Techniques forStrengthening Glass Covers  for Portable Electronic Devices”的美国专利申请号12/895,372，该申请在此引入作为参考；以及(vi)于2010年9月30日提交、标题为“Techniques for Strengthening Glass Coversfor Portable Electronic Devices”的美国专利申请号12/895,393，该申请在此引入作为参考。
以上所述本发明的各个方面、特征、实施方式或者实现方式可以单独地或者以各种组合使用。
尽管本说明书包含许多细节，但是这些细节不应当看作对本公开内容范围或者所要求保护范围的限制，而仅仅是对特定于所公开内容特定实施方式的特征的描述。在单独实施方式背景下描述的某些特征也可以组合实现。反过来，在单个实施方式背景下描述的各个特征也可以在多个实施方式中单独地或者以任何合适的子组合实现。此外，尽管特征在以上可能描述为以某种组合起作用，但是来自所要求保护组合的一个或多个特征在某些情况下也可以从该组合中排除，而且所要求保护组合可以针对一个子组合或者一个子组合的变体。
类似地，尽管操作在附图中是以特定次序描述的，但是这不应当理解为，为了获得期望的结果，需要这种操作以所示出的特定次序或者顺序执行，或者需要执行全部所说明的操作。
尽管本发明已经关于若干实施方式进行了描述，但是存在落入本发明范围的变体、变更和等价方式。还应当指出，存在许多实现本发明方法与装置的备选方式。因此，以下所附权利要求应当解释为包括落入本发明真正主旨与范围的所有这种变体、变更和等价方式。

Claims (30)

1.一种产生用于消费者电子产品的暴露表面的玻璃盖体的方法，所述方法包括：
获得玻璃板；
把所述玻璃板单个化成多个玻璃盖体，每个玻璃盖体的尺寸适当地确定成在消费者电子产品的暴露表面上提供；
化学强化所述玻璃盖体；以及
化学韧化所述玻璃盖体。
2.如权利要求1所述的方法，
其中所述玻璃盖体的化学强化产生所述玻璃盖体的增强的强度，以及
其中所述玻璃盖体的化学韧化产生所述玻璃盖体的所述增强的强度中的有限减小。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述玻璃盖体的化学韧化包括：
化学韧化处理持续一段时间；以及
限制所述化学韧化处理的时间段，从而产生所述玻璃盖体的所述增强的强度中的有限减小。
4.如权利要求1所述的方法，
其中所述玻璃盖体的化学强化产生所述玻璃盖体的初始压缩表面应力，以及
其中所述玻璃盖体的化学韧化把所述玻璃盖体的所述初始压缩表面应力减小到减小的压缩表面应力。
5.如权利要求1所述的方法，
其中所述玻璃盖体的化学强化产生所述玻璃盖体的初始压缩表面应力，以及
其中所述玻璃盖体的化学韧化把所述玻璃盖体的所述初始压缩表面应力减小到减小的压缩表面应力，其中所述减小的压缩表面应力具有从每个玻璃盖体的表面向内延伸的增加的应力剖面。
6.如权利要求1所述的方法，
其中所述玻璃盖体的化学强化产生所述玻璃盖体的初始压缩表面应力，以及
其中所述玻璃盖体的化学韧化相对于预定的压缩极限限制所述初始压缩表面应力的减小，从而产生保持充分大于所述预定压缩极限的减小的压缩表面应力。
7.如权利要求1所述的方法，
其中所述玻璃盖体的化学强化在所述玻璃盖体中产生初始中央张力，以及
其中化学韧化所述玻璃盖体把所述玻璃盖体中的所述初始中央张力减小到减小的中央张力。
8.如权利要求1所述的方法，
其中所述玻璃盖体的化学强化在所述玻璃盖体中产生初始中央张力，以及
其中所述玻璃盖体的化学韧化相对于预定的张力极限减小所述初始中央张力，从而产生充分小于所述预定张力极限的减小的中央张力。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：
在化学强化所述玻璃盖体之前在预备净化浴中化学预处理所述玻璃盖体。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：
在化学强化所述玻璃盖体之前预加热所述玻璃盖体，以便在化学强化玻璃盖体的过程中限制对所述玻璃盖体的热冲击。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：
在化学强化所述玻璃盖体之后并且在化学韧化所述玻璃盖体之前在中间净化浴中净化所述玻璃盖体。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：
其后，在冷却炉中冷却所述玻璃盖体。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括：
其后，把每个玻璃盖体附连到对应的消费者电子产品。
14.一种消费者电子产品，包括：
外罩，具有前表面、后表面和侧表面；
电子部件，至少部分地在所述外罩内部提供，所述电子部件包括至少控制器、存储器和显示器，其中所述显示器在所述外罩的前表面处或者与其相邻提供；以及
玻璃盖体，在所述外罩的前表面处或者之上提供，使得所述玻璃盖体在所述显示器之上提供，其中所述玻璃盖体是化学强化和化学韧化的玻璃盖体。
15.如权利要求14所述的消费者电子产品，其中所述化学强化和化学韧化的玻璃盖体特征在于从所述化学强化和化学韧化的玻璃盖体表面向内延伸的增加的压缩应力剖面。
16.如权利要求14所述的消费者电子产品，其中所述化学强化和化学韧化的玻璃盖体特征在于其浸没峰值在所述化学强化和化学韧化的玻璃盖体表面之下的压缩应力剖面。
17.如权利要求14所述的消费者电子产品，
其中所述化学强化和化学韧化的玻璃盖体特征在于其浸没峰值在所述化学强化和化学韧化的玻璃盖体表面之下一个深度的压缩应力剖面，以及
其中所述浸没剖面峰值的深度基本上在大约十(10)微米至三十(30)微米的范围内。
18.如权利要求14所述的消费者电子产品，其中所述化学强化和化学韧化的玻璃盖体包括铝硅酸盐玻璃。
19.如权利要求14所述的消费者电子产品，其中所述消费者电子产品是手持式电子设备。
20.如权利要求14所述的消费者电子产品，其中所述消费者电子产品是手机、便携式媒体播放器、个人数字助理或者遥控器设备。
21.如权利要求14所述的消费者电子产品，其中所述玻璃盖体的厚度小于1mm。
22.一种适于附连到手持式电子设备的外罩的玻璃盖体构件，所述玻璃盖体构件通过以下过程产生、强化和韧化：
获得玻璃板；
把所述玻璃板单个化成多个玻璃盖体构件，每个玻璃盖体构件的尺寸都确定成适于在所述手持式电子设备的暴露表面上提供，每个玻璃盖体构件包括至少一个外表面；
化学强化每个玻璃盖体构件的所述至少一个外表面，其中化学强化每个玻璃盖体构件的所述至少一个外表面包括改变所述每个玻璃盖体构件的所述至少一个外表面的成分；以及
通过减小所述玻璃盖体构件的外表面的表面处的压缩应力，使得峰值压缩应力从外表面的表面向内，来韧化所述玻璃盖体构件。
23.如权利要求22所述的玻璃盖体构件，其中韧化玻璃盖体构件包括化学韧化所述玻璃盖体构件。
24.一种消费者电子产品，包括：
外罩，具有前表面、后表面和侧表面；
电子部件，至少部分地在所述外罩内部提供；以及
玻璃构件，经过了化学强化，使得所述玻璃构件的峰值压缩应力是所述玻璃构件的暴露表面的次表面。
25.如权利要求24所述的消费者电子产品，其中所述玻璃构件附连成与所述外罩相邻。
26.如权利要求24所述的消费者电子产品，其中所述玻璃构件形成所述外罩的前表面或者后表面的主要部分。
27.如权利要求24所述的消费者电子产品，其中所述峰值压缩应力(Smax)在从所述玻璃构件的外表面向内的五(5)微米至五十(50)微米的深度处。
28.如权利要求24所述的消费者电子产品，其中所述玻璃构件具有0.5mm至2.0mm的厚度，而且其中所述峰值压缩应力(Smax)是大约两百(200)MPa至两千(2000)MPa。
29.如权利要求24所述的消费者电子产品，其中所述玻璃构件的压缩应力从所述外表面延伸到玻璃中二十(20)微米至两百(200)微米的深度。
30.如权利要求24所述的消费者电子产品，其中所述玻璃构件的压缩应力具有包括第一区域和第二区域的剖面，其中所述第一区域具有从所述玻璃构件的外表面向内延伸至第一深度的增加的应力剖面，而所述第二区域具有从所述第一深度向内延伸至第二深度的减小的应力剖面。
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