CN104204920A - 光电前平面基板 - Google Patents

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Abstract

描述了采用层压玻璃基板(例如，具有可挠性玻璃和对碱迁移敏感的光电装置的离子交换玻璃基板)的前平面制品，还描述了制造所述制品的方法。

Description

光电前平面基板
本申请根据35U.S.C.§120要求2012年10月25日提交的美国申请序列号13/660494(其根据35U.S.C.§119要求2011年11月8日提交的美国临时申请序列号61/556934的优先权)的优先权，本申请依赖于上述申请的内容，同时其全部内容在此通过引用并入。
技术领域
本发明涉及使用层压结构的光电装置，并且尤其涉及使用强化玻璃作为具有可挠性玻璃层或聚合物层的前平面基板的光电装置及其制造方法。
背景技术
目前人们关注于将显示器和类似装置制造得薄、轻且机械地耐用。当前方法为使用强化玻璃盖以保护单独制造的显示器。所述当前方法使用多个基板并且产生了相对厚的封装装置。人们关注于整合强化盖和显示器以到达比目前存在的装置更薄、更轻且更耐用的装置。人们还关注于实现机械可靠的共形显示器或非平坦显示器。
目前为止采用的制造较薄装置的不同方法已经包括了制造显示器面板或其他装置面板并且化学地蚀刻该厚度。然后将强化盖附接到接近的框架或将强化盖直接粘合到显示器。如果直接粘合，那么它是作为装置封装中的步骤执行的，而不是面板制造的一部分。
使用强化玻璃基板来产生机械耐用的电子装置前平面将是有利的。
发明内容
在2011年5月6日提交的共同拥有的美国临时专利申请61/483205中已经描述了机械强化离子交换玻璃作为基板以及可挠性薄玻璃用作屏蔽以制造有源电子装置。由于无碱可挠性玻璃还可以用作前平面且所述前平面一般充当液晶显示器(LCD)的彩色滤光片，所以我们认为将可挠性玻璃层压到机械耐用玻璃(例如离子交换玻璃)作为前玻璃可以产生机械牢固的前盖以及更薄更轻的无碱玻璃表面。
相反，本发明与过去的方法不同之处在于强化盖直接整合到装置结构中作为面板制造过程的部分。通过将强化玻璃整合为面板制造的部分，可以实现更薄、更轻以及更耐用的装置。同样，所述方法产生用于制造共形显示器的更有效的过程。
本发明涉及将强化盖整合到显示器前平面的装置设计。具体实施例包括用于粘合到强化盖的可挠性玻璃前平面和直接制造在强化盖上的前平面的概念。所述设备配置和制造所述设备的方法尚未有报道。
实施例可以提供以下优点中的一个或多个优点：机械可靠性—通过将前平面直接整合到盖玻璃，实现更高等级的机械可靠性。平坦前平面的直接粘合先前已在显示器和触控面板中出现。在一个实施例中，前平面直接粘合到盖玻璃作为面板组件或制造过程的一部分；处理能力—通过将可挠性玻璃前平面基板整合到盖玻璃，实现另外的处理选择。可以将可挠性玻璃最佳化，以用于卷到卷(roll-to-roll)处理或其他处理，并且接着在完成制造后将所述可挠性玻璃层压到盖玻璃。当卷到卷处理是有益的时候，所述方法使用卷到卷处理。所述方法允许将完全或部分制造的可挠性玻璃前平面结合到非平坦盖玻璃。当粘合到盖玻璃的可挠性玻璃的片处理是优点时，所述方法还使用粘合到盖玻璃的可挠性玻璃的片处理；更薄和重量更轻—通过整合盖玻璃和前平面，实现更薄和重量更轻的装置；和/或所述方法可以消除不必要的装置厚度和/或重量。
一种可能是使用强化玻璃(例如(康宁公司的注册商标)玻璃)作为前平面基板。
一个实施例是一种用于光电装置的前平面基板，所述前平面基板包括：玻璃基板，所述玻璃基板具有第一表面和第二表面；以及可挠性玻璃层，所述可挠性玻璃层具有弯曲到30cm或更大的半径的能力，并且具有第一表面和第二表面，其中可挠性玻璃层的第一表面邻近玻璃基板的第二表面。
另一个实施例是一种方法，所述方法包括：提供玻璃基板，所述玻璃基板具有第一表面和第二表面；以及涂覆一可挠性玻璃层，所述可挠性玻璃层具有弯曲到30cm或更大的半径的能力，并且具有第一表面和第二表面，其中可挠性玻璃层的第一表面邻近玻璃基板的第二表面。
将在随后详细描述中阐述本发明另外的特征和优点，同时本领域技术人员将易于从描述中部分地显而易见所述特征和优点，或者通过实施如书面说明书及其权利要求，以及附图所描述的本发明而认识到所述特征和优点。
应当理解的是，前面的总体描述和接下来的详细描述仅仅是本发明的示例，并旨在提供用于了解本发明所要求的性质和特征的概要或框架。
包括附图以提供对本发明的进一步了解，并且所述附图并入和构成此说明书的一部分。所述附图示出了本发明的一个或多个实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理和操作。
附图说明
可以单独地由以下详细描述理解本发明或者与附图一起理解本发明。
图1是根据一个实施例的前平面基板的视图。
图2是根据一个实施例的前平面基板的视图。
图3是示出了在各种厚度下的示例性离子交换玻璃基板的环上环负载失效的图表。
具体实施方式
现在将详细参考不同的实施例。
如本文中所使用，术语“基板”可以用于描述取决于装置配置的基板或顶置板(superstrate)。例如，基板是顶置板，如果在顶置板装配到(例如)光伏电池中时，那么顶置板在光伏电池的光入射侧上。顶置板可以为光伏材料提供保护以免受影响和环境劣化，同时允许透射适当波长的太阳光谱。此外，多个光伏电池可以配置成光伏模块，光伏装置可以描述电池、模块、或这两者。
如如本文中所使用，术语“邻近”可限定为非常接近。邻近结构可以彼此物理接触或可以彼此不物理接触。邻近结构可以具有布置在所述邻近结构之间的其他层和/或结构。邻近层可以通过一个或多个层分隔，所述一个或多个层包括一个或多个气隙。
实施例包括粘合或制造在强化盖玻璃上的装置前平面。前平面可以制造在可挠性玻璃基板上然后粘合到盖玻璃，或者前平面可以直接制造在盖玻璃本身上。
前平面可以包括诸如用于电子纸的前平面的结构。所述前平面可以包括电泳前平面或电致变色前平面。前平面还可以包括用于液晶显示器或电子纸显示器以及触摸传感器基板的彩色滤波片前平面。前平面还可以包括光伏装置前平面。一般而言，装置前平面是基板，在所述基板上不形成半导体元件并且所述基板通常与后平面相对。
强化盖玻璃可以包括离子交换基板或其他强化基板。这类强化盖玻璃的示例包括玻璃和FIT基板。
可挠性玻璃基板可以包括具有或不具有保护涂层的厚度小于300μm的玻璃基板。与前平面制造相容的可挠性玻璃基板的示例包括：熔融拉伸Eagle(康宁公司的注册商标)，再拉伸Eagle以及槽缝式拉伸0211。对于前平面制造，可挠性玻璃可用作离散片或用作一卷卷绕玻璃。卷绕可挠性玻璃提供在有效的卷到卷(roll-to-roll)工序中制造前平面的能力。在卷到卷前平面制造之后，离散装置前平面可以单一化并且粘合到独立的盖玻璃基板。这允许在其有益时使用卷到卷处理，并且在需要基于片的处理时使用粘合到盖玻璃的可挠性玻璃。例如，如果在某一点后需要基于特定片的处理，那么盖玻璃可用作对可挠性玻璃的处理载体。在可挠性玻璃上制造装置还允许粘合到非平面强化盖玻璃基板。从处理观点来看，直接在弯曲的或非平面盖玻璃上制造装置将是不实际的。然而，如图2所示，前平面首先在可挠性玻璃上制造并且然后粘合到弯曲的盖玻璃是可能的。
作为另一个说明，本发明使用于装配共形显示器的一种方法成为可能。如果在平整状态下装配装置，那么在装置接着弯曲到给定半径时将发生一定量的应变。所述诱发的应变可能影响装置性能。例如，如果平整装配LCD并且接着弯曲LCD，那么在其他层的液晶中产生的应变可能导致扭曲图像或低品质图像。然而，利用本发明，可以首先制造前平面并且接着将所述前平面粘合到弯曲的盖玻璃。然后，可将后平面装配到前平面。通过以所述次序构造装置，在弯曲时，粘合剂以及粘合前平面和后平面的其他材料处于无应力状态下。
如图1所示，一个实施例是用于光电装置的前平面基板100，所述前平面基板100包括：玻璃基板10，所述玻璃基板10具有第一表面12和第二表面14；以及可挠性玻璃层16，所述可挠性玻璃层16具有弯曲到3cm或更大的半径的能力，并且具有第一表面18和第二表面20，其中可挠性玻璃层16的第一表面18邻近玻璃基板10的第二表面14。如图1所示的一个实施例，光电装置22邻近可挠性玻璃层16的第二表面20。
在一个实施例中，可挠性玻璃层布置在玻璃基板上，例如，可挠性玻璃层与玻璃基板物理接触。在一个实施例中，可挠性玻璃层是无碱玻璃。无碱玻璃可以不含有有意添加的碱，或例如，无碱玻璃可以具有0.05重量百分比或更少的碱含量，例如0重量百分比的碱。可挠性玻璃层可以具有玻璃片的形式。
【0001】在一个实施例中，挠性玻璃层或片是光学透明的。可挠性玻璃层可以是光学透明或光学透明和光学半透明的。光学透明可以意味着透过裸眼可见的颜色。
可挠性玻璃层可以由无碱玻璃组合物制成并且可拉伸到小于300μm的厚度。例如，可挠性玻璃可以具有一定的平均厚度，所述平均厚度是300μm或更小，例如，200μm或更小，例如，100μm或更小，例如，50μm或更小。在一个实施例中，可挠性玻璃层具有150μm或更小的平均厚度。可挠性玻璃可以具有典型熔融拉伸液晶显示器(LCD)基板的尺寸公差和表面品质，以使得能够在可挠性玻璃表面上制造光电装置。在一些实施例中，可挠性玻璃能够具有一定的最小弯曲半径，所述最小弯曲半径是30cm或更大，例如，25cm或更大，例如，20cm或更大，例如，15cm或更大，例如，10cm或更大，例如，5cm或更大，例如，3cm或更大，或1cm或更大的最小弯曲半径。在一些实施例中，可挠性玻璃能够具有一定的最小弯曲半径，所述最小弯曲半径是从30cm到1cm，例如，25cm到1cm，例如，20cm到1cm，例如，15cm到1cm，例如，10cm到1cm，例如，5cm到1cm，例如，3cm到1cm。本文描述的弯曲半径范围是指朝着玻璃中的越来越紧的弯曲，其中10cm与30cm相比是更小和更紧的弯曲。0cm弯曲半径可以描述没有弯曲的玻璃。可挠性玻璃能够具有所述最小弯曲半径而不破裂、不震裂和/或不断裂。
在一个实施例中，装置布置在可挠性玻璃层上，例如，装置与可挠性玻璃层物理接触。
在另一个实施例中，装置由可挠性玻璃层间隔开。在装置与可挠性玻璃层之间的空间中可存在多个层，例如，一个或多个聚合物层，一个或多个粘接层，所述空间可以包括空气和/或彩色滤光片层或区域。
根据一个实施例并且如图1所示，前平面基板还包括可选粘合层24，所述可选粘合层24布置在可挠性玻璃层16与玻璃基板10之间。在一个实施例中，粘合层是层压层并且可挠性玻璃层层压到玻璃基板。所述层压层可以是有机或无机粘接薄膜。作为另一个示例，粘合层24可以是光固化粘接层或热固化粘接层。压敏粘合剂、光固化有机粘合剂、硅树脂薄膜以及热固化粘合剂，诸如玻璃原料的无机层是粘合层24的示例。
在一个实施例中，玻璃基板是玻璃片的形式。在一个实施例中，玻璃基板包括强化玻璃，所述强化玻璃具有至少20kgf的维式(Vicker)裂缝起始阈值。玻璃基板可以是离子交换玻璃。玻璃基板可以是平面或非平面的，例如，玻璃基板可以具有单一或可变弯曲半径。
根据一些实施例，玻璃基板具有一定的厚度，所述厚度是4.0mm或更小，例如，3.5mm或更小，例如，3.2mm或更小，例如，3.0mm或更小，例如，2.5mm或更小，例如，2.0mm或更小，例如，1.9mm或更小，例如，1.8mm或更小，例如，1.5mm或更小，例如，1.1mm或更小，例如，0.5mm到2.0mm，例如，0.5mm到1.1mm，例如，0.7mm到1.1mm。虽然这些厚度是示例性厚度，但是玻璃基板可以具有任何数值的厚度，包括从0.1mm直到4.0mm(包括4.0mm)的范围内中的小数位。
在一个实施例中，功能层布置在玻璃基板的第一表面上。功能层可以选自：防眩层、防污层、自洁层、防反射层、防指纹层、光学散射层及其组合。
在一个实施例中，强化玻璃基板是玻璃片的形式。强化玻璃基板可以是离子交换玻璃。强化玻璃基板可以是平面或非平面的，例如，强化玻璃基板可以具有单一或可变弯曲半径。如图2所示，可挠性玻璃基板16可以粘合到弯曲的强化玻璃基板10的凹面。未示出的可替代实施例是可挠性玻璃基板16还可以粘合到弯曲的强化玻璃基板10的凸面。
经设计以用于诸如消费电子装置和需要高等级的抗破坏性的其他领域的应用的玻璃，通过热方式(例如，热回火)或化学方式频繁强化。离子交换广泛的应用于化学强化用于所述应用的玻璃制品。在所述过程中，将包含第一金属离子(例如，Li2O，Na2O等中的碱阳离子)的玻璃制品至少部分地浸没于或以其他方式接触包含第二金属离子的离子交换浴或介质，所述第二金属离子大于或小于存在于玻璃中的第一金属离子。第一金属离子从玻璃表面扩散到离子交换浴/介质中，同时来自离子交换浴/介质的第二金属离子置换玻璃中在玻璃表面以下的层深度的第一金属离子。较大离子取代玻璃中的较小离子在玻璃表面处产生压缩应力，反之，较小离子取代玻璃中的较大离子通常在玻璃表面处产生拉伸应力。在一些实施例中，第一金属离子和第二金属离子可以是一价碱金属离子。然而，其他一价金属离子(例如Ag+，Tl+，Cu+等)也可以在离子交换过程中使用。
在一个实施例中，玻璃基板是钠钙玻璃、铝硼硅酸盐、碱铝硼硅酸盐、铝硅酸盐或碱铝硅酸盐。在一个实施例中，玻璃基板是强化玻璃基板。在一个实施例中，强化玻璃基板是离子交换玻璃基板。
在一个实施例中，玻璃基板包括强化玻璃，其中玻璃在距离玻璃表面至少20μm的层深度进行离子交换。
在一个实施例中，当通过离子交换进行化学强化时，本文所述的强化玻璃基板展现至少约5kgf(千克力)的维式起始破裂阈值，在一些实施例中，至少约10kgf，在一些实施例中以及在其他实施例中，至少约20kgf，例如，至少约30kgf。图3是示出了各种厚度下的示例性离子交换玻璃基板(例如，玻璃)的环上环负载失效的图表。
在一个实施例中，功能层布置在强化玻璃基板的第一表面上。功能层可以选自：防眩层、防污层、自洁层、防反射层、防指纹层、防破裂层、光学散射层及其组合。
另一个实施例是一种方法，所述方法包括提供玻璃基板，所述玻璃基板具有第一表面和第二表面，以及涂覆可挠性玻璃层，所述可挠性玻璃层具有弯曲到3cm或更大的半径的能力，并且具有第一表面和第二表面，其中可挠性玻璃层的第一表面邻近玻璃基板的第二表面。
在一个实施例中，所述方法还包括形成邻近可挠性玻璃层的第二表面的光电装置。
在一个实施例中，所述方法还包括将一层非常薄的可挠性玻璃片涂覆在离子交换玻璃片上。可以利用有机粘合剂或玻璃-玻璃粘合过程(例如，卷对卷方法)粘合无碱可挠性玻璃片。实质上无碱可挠性玻璃片可以有效地阻止碱离子从离子交换玻璃片迁移。根据一个实施例，在将可挠性玻璃片粘合到离子交换玻璃片之后，可以在可挠性玻璃片上制造光电装置。
聚合物层可以用于将可挠性玻璃粘合到离子交换玻璃，并且所述聚合物层可以通过溶液处理方法沉积。聚合物可以是热固化的(交联的)或光固化的(交联的)。
在将可挠性玻璃层或聚合物层涂覆到玻璃基板之后，可以在可挠性玻璃的第二表面或聚合物层上制造光电装置或其他中间层(例如，一个或多个彩色滤光片、一个或多个粘接层和/或一个或多个聚合物层)。例如，有机TFT装置可以包括：离子交换玻璃基板，所述离子交换玻璃基板包括可挠性玻璃层或聚合物层。这些层可以以不同的顺序堆叠并且可以由气隙分隔。在另一种方法中，再将可挠性玻璃层压到离子交换玻璃基板之前，可以在无碱可挠性玻璃层上制造光电装置。这允许在前平面制造期间使用工艺(process)相容的可挠性玻璃。然后将所述可挠性玻璃层粘合到离子交换玻璃层以产生机械耐用的堆叠。
如前所述，可挠性玻璃基板可以粘合到机械耐用的离子交换玻璃基板以产生符合结构。所述复合结构提供用于高品质光电装置制造及性能的无碱可挠性玻璃表面。所述复合结构还提供离子交换玻璃的高机械耐久性。
可挠性玻璃层可以由无碱玻璃组合物制成，并且可拉伸到小于300μm的厚度。例如，可挠性玻璃可以具有一定的厚度，所述厚度是300μm或更小，例如，200μm或更小，例如，100μm或更小，例如，50μm或更小。可挠性玻璃可以具有典型熔融拉伸LCD基板的尺寸公差和表面品质，以使得能够在可挠性玻璃表面上或靠近所述可挠性玻璃表面处制造光电装置。
离子交换玻璃基板可以具有小于1.5mm的厚度，并且具有与玻璃和完全整合触摸(FIT)的产品基板的那些典型特征类似的机械耐久性特征。例如，所述离子交换玻璃基板可以具有压缩层，所述压缩曾使得能够在预切割到最终尺寸的装置基板上制造前平面，或者所述离子交换玻璃基板使得能够在尺寸近似1mx1m或更大的基板或类似基板上制造前平面，随后，切割为成品形状。
通过层压或其他粘合方式将可挠性玻璃粘合到离子交换玻璃表面。可挠性玻璃具有与离子交换玻璃相同的尺寸，或可挠性玻璃可以小得多并且能够将数个离散可挠性玻璃块粘合到离子交换玻璃表面上。为了与低温处理相容，可以使用压敏粘合剂(PSA)(例如，由硅树脂或丙烯酸酯制成的压敏粘合剂)粘合可挠性玻璃。典型的PSA薄膜厚度范围从12.5μm到50μm。还可以通过使用涂覆到可挠性玻璃或离子交换玻璃的可固化粘合剂粘合可挠性玻璃。所述粘合剂还可以是热固化或UV(光)固化的。
如前所述，在将可挠性玻璃表面粘合到离子交换玻璃基板之前或之后，可以在所述可挠性玻璃表面上制造光电装置。如果在粘合之前制造光电装置，那么可以通过本领域中已知的方法(例如，分批处理方法，连续馈片式方法或卷对卷方法)制造装置。所述方法利用可挠性玻璃与聚合物薄膜相比的尺寸稳定性。
在已完全或部分制造装置之后，如果需要，那么可以使用高强度切割方法(例如，激光切割)来单一化独立装置基板。这使得机械耐用的装置前平面能够具有高强度的表面和边缘。
本文中所描述的实施例可以提供以下优点中的一个或多个优点：提供在强化玻璃(例如，离子交换玻璃基板)上制造光电装置并且促进将强化玻璃(例如，离子交换玻璃)用作显示器后平面的合适基板的实用方法；允许在不改变玻璃的优异压缩强度的情况下在强化玻璃(例如，离子交换玻璃)上制造电子装置；和/或提供最小化离子交换玻璃上的离子迁移到电子装置中的简单方法。
对本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种修改和改变。因此，旨在本发明覆盖本发明的修改和改变，只要所述修改和改变在所附权利要求及其等价物的范围内。

Claims (25)

1.一种用于光电装置的前平面基板，包括：
玻璃基板，所述玻璃基板具有第一表面和第二表面；以及
可挠性玻璃层，所述可挠性玻璃层具有弯曲到30cm或更大的半径的能力，并且具有第一表面和第二表面，其中可挠性玻璃层的第一表面邻近所述玻璃基板的第二表面。
2.根据权利要求1所述的前平面基板，还包括邻近所述可挠性玻璃层的光电装置。
3.根据权利要求2所述的前平面基板，其中所述装置布置在所述可挠性玻璃层上。
4.根据权利要求2所述的前平面基板，其中所述装置通过一个或多个层与所述可挠性玻璃层间隔开。
5.根据权利要求4所述的前平面基板，其中所述一个或多个层包括空气、聚合物层或粘接层。
6.根据权利要求2所述的前平面基板，其中所述装置选自由下列组成的组：光伏装置，薄膜晶体管，二极管，触控屏装置，电泳装置，电致变色装置，以及显示装置。
7.根据权利要求1所述的前平面基板，其中所述玻璃是钠钙玻璃、铝硼硅酸盐、碱铝硼硅酸盐、铝硅酸盐或碱铝硅酸盐。
8.根据权利要求1所述的前平面基板，其中所述可挠性玻璃层布置在所述玻璃基板上。
9.根据权利要求1所述的前平面基板，还包括布置在所述可挠性玻璃层和所述玻璃基板之间的粘合层。
10.根据权利要求9所述的前平面基板，其中所述粘合层是层压层，并且所述可挠性玻璃层被层压到所述玻璃基板。
11.根据权利要求1所述的前平面基板，其中所述可挠性玻璃层是无碱玻璃。
12.根据权利要求1所述的前平面基板，其中所述可挠性玻璃层是玻璃片。
13.根据权利要求1所述的前平面基板，其中所述玻璃基板是玻璃片。
14.根据权利要求1所述的前平面基板，所述玻璃基板包括强化玻璃，其中所述玻璃被离子交换到距离玻璃表面至少20μm的层深度。
15.根据权利要求1所述的前平面基板，其中所述玻璃基板是离子交换玻璃。
16.根据权利要求1所述的前平面基板，其中所述玻璃基板具有至少20kgf的维式裂缝起始阈值。
17.根据权利要求1所述的前平面基板，还包括布置在所述玻璃基板的第一表面上的功能层。
18.根据权利要求17所述的前平面基板，其中所述功能层选自：防眩层、防污层、自洁层、防反射层、防指纹层、光学散射层及其组合。
19.根据权利要求1所述的前平面基板，其中所述玻璃基板是弯曲的。
20.一种方法，包括：
提供一玻璃基板，所述玻璃基板具有第一表面和第二表面；以及
涂覆一可挠性玻璃层，所述可挠性玻璃层具有弯曲到30cm或更大的半径的能力，并且具有第一表面和第二表面，其中可挠性玻璃层的第一表面邻近玻璃基板的第二表面。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括形成邻近所述可挠性玻璃层的第二表面的光电装置。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述可挠性玻璃层包括无碱玻璃，并且其中涂覆所述可挠性玻璃层包括在形成所述装置前将所述无碱玻璃布置在所述玻璃基板上。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述可挠性玻璃层包括无碱玻璃，并且其中涂覆所述可挠性玻璃层包括在形成所述装置后将所述无碱玻璃布置在所述玻璃基板上。
24.根据权利要求20所述的方法，其中涂覆所述可挠性玻璃层到所述玻璃基板包括：将所述层和所述基板卷绕在一起，以便在所述层和所述片之间形成真空粘合。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述涂覆包括：将所述无碱玻璃层压或粘性粘合到所述玻璃基板。
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