CN104701456A - 机械挠性耐久性基片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种包含无定形无机组合物的挠性基片,所述基片的厚度至少约为250μm,所述基片具有以下性质中的至少一种:a)脆性比约小于9.5(μm)-1/2,或者b)断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2。本发明还揭示了包含所述挠性基片的电子器件。本发明还揭示了一种制造挠性基片的方法,该方法包括选择无定形无机材料,所述无机材料能够形成厚度约小于250微米的基片:该基片具有以下性质中的至少一种:a)脆性比约小于9.5(μm)-1/2,或者b)断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2;然后用选择的无定形无机材料形成基片。
Description
本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2008/006329,国际申请日为2008年5月16日,进入中国国家阶段的申请号为200880023240.6,发明名称为“机械挠性耐久性基片及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
技术领域
本发明涉及挠性基片以及用来制造所述挠性基片的方法。
背景技术
挠性基片可以用于各种用途,包括电子器件,如发光显示器。在这些应用中,挠性基片会在制造、处理和操作过程中受到拉伸、压缩以及剪切应力作用,会导致器件故障或者器件寿命缩短。合适的基片材料的机械要求以及随之带来的对其选择和/或制造会根据预期的用途而变化。评价基片材料的时候通常需要考虑的一些因素包括:机械耐久性,工艺适应性,重量,弯曲半径,热容量,表面粗糙度,透明性,电性能和成本。
人们已经将各种材料用于制造挠性基片和器件。不锈钢之类的金属基片通常具有一些至少与某些发光显示器器件不相容的性质,例如表面粗糙度,不透明,以及导电性。类似地,热塑性塑料基片,例如聚萘二甲酸乙二醇酯,聚醚砜,聚碳酸酯和聚酰亚胺也可能表现出与至少某些发光显示器器件不相容的以下性质:阻隔氧和水的性质,热膨胀系数,热机械稳定性,热的限制,以及化学耐久性。尽管可以用无机薄膜涂层改变热塑性基片的阻隔性质,但是这些薄膜通常很脆,容易开裂,因此会造成渗透性以及/或者器件故障。
传统上基于可用的材料和外部性质(例如厚度)选择由玻璃材料构成的基片。通常所选的玻璃材料会由于脆性和/或较差的机械耐久性而显示较差的机械稳定性,不足以使器件承受制造过程以及/或者用于最终应用。
人们对电子器件的尺寸和耐久性的要求一直在增加。因此,人们需要给出与用于电子器件有关的挠性基片的尺寸稳定性、热膨胀系数、韧性、透明性、热容量、阻隔性和气密性、以及其他的性质。通过本发明的组合物和方法可以满足这些需要和其他的需要。
发明内容
本发明涉及挠性基片,具体涉及包含无定形无机组合物的机械耐久性挠性基片,其可以用于例如电子器件,例如发光显示器。本发明通过使用新颖的组合物、选择标准和/或制造方法至少解决一部分的上述问题。
在第一个方面,本发明提供了一种包含无定形无机组合物的基片,所述基片的厚度约小于250微米,所述基片具有以下性质中的至少一种:a)脆性比(brittleness ratio)约小于9.5(μm)-1/2,或者断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2。
在第二个方面,本发明提供了一种电子器件,该器件包括包含无定形无机组合物的挠性基片,所述基片的厚度约小于250微米,所述基片具有以下性质中的至少一种:a)脆性比约小于9.5(μm)-1/2,或者断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2。
在第三个方面,本发明提供了一种制造挠性基片的方法,该方法包括:a)选择无定形无机材料,所述无机材料能够形成厚度约小于250微米的基片,该基片具有以下性质中的至少一种:a)脆性比约小于9.5(μm)-1/2,或者ii)断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2,以及b)用a)选择的无机材料形成基片。
在第四个方面,本发明提供采用上述方法制造的挠性基片。
在以下详细描述、附图和任一权利要求中部分地提出了本发明的另外一些方面和优点,它们部分由详细描述得到,或可以通过实施本发明来了解。通过所附权利要求中特别指出的要素和组合将会认识和获得下述优点。应理解,前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例和说明性的,不构成对所揭示的本发明的限制。
附图说明
附图被结合在本说明书中,并构成说明书的一部分,附图说明了本发明的一些方面,并与描述部分一起用来说明本发明的原理,但不构成限制。在所有的附图中相同的编号表示相同的元件。
图1显示了根据本发明各个方面,各种材料的磨损强度(abradedstrength)随断裂韧度的变化关系。
图2显示了根据本发明各个方面,各种材料的磨损强度(abradedstrength)随脆性比的变化关系。
具体实施方式
参考以下详细描述、附图、实施例、权利要求以及之前和以下的描述,可以更容易地理解本发明。但是,在揭示和描述本发明的组合物、制品、器件和方法之前,应理解,本发明不限于揭示的具体组合物、制品、器件和方法,除非另有规定,因此以上这些当然可以改变。应当理解本文所使用的术语仅为了描述特定的方面而不是限制性的。
提供以下对本发明的描述,作为按其目前已知方面来揭示本发明内容。因此,相关领域的技术人员会认识并理解,可以对本文所述的本发明的各方面作出许多变化,同时仍能获得本发明的有益结果。还显而易见的是,本发明所需的有益结果中的一部分可以通过选择本发明的一些特征而不利用其他的特征来获得。因此,本领域技术人员会认识到,对本发明的许多更改和修改都是可能的,在某些情况下甚至是希望的,并且是本发明的一部分。因此,提供的以下描述作为对本发明原理的说明而不构成对本发明的限制。
揭示了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而使用、可用于所揭示的方法和组合物的制备、或者是所揭示的方法和组合物的产物的材料、化合物、组合物、以及组分。在本文中揭示了这些和其它的材料,应当理解,揭示了这些材料的组合、子集、相互作用、组,等等而未明确地揭示每个不同的单独的和集合的组合的具体参考以及这些化合物的置换时,在本文中具体设想和描述了它们中的每一个。因此,如果揭示了一类取代基A、B、和C且揭示了一类取代基D、E、和F和组合方面即A-D的实例,则可单独地和集合地设想每一个。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C;D,E和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C;D,E和F;以及实例组合A-D的内容揭示的。这种概念适用于本发明内容的所有方面,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,如果存在可执行的多个附加步骤,应当理解,可通过所揭示方法的任一特定方面或各方面的组合来执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其是揭示的。
在本说明书和下面的权利要求书中,会提到许多术语,这些术语具有以下含义:
如本文中所用,单数形式的“一个”,“一种”和“该”包括复数的被谈到的事物,除非文本中有另外的明确表示。因此,例如,提到“组分”包括具有两种或更多种这类组分的方面,除非文本中有另外的明确表示。
“任选的”或“任选地”表示随后描述的事件或情形会或不会发生,而且该描述包括事件或情形发生的实例和事件或情形不发生的实例。例如,词语“任选的组分”表示该组分可以存在或者不存在,并且该描述包括本发明包括所述组分和排除所述组分的两个方面。
在本文中,范围可以表示为从“约”一个具体值和/或到“约”另一个具体值。当表示这样一个范围的时候,另一个方面包括从一个特定值和/或到另一特定值。类似地,当使用先行词“约”表示数值为近似值时,应理解,具体数值形成另一个方面。还应理解,每个范围的端点无论是与另一个端值有关还是与另一个端点无关,都是有意义的。
以下文献描述了各种组合物以及用来测试这些组合物的物理性质的方法,它们全文参考结合入本文中,用来具体说明材料以及关于硬度、断裂韧度和脆性比的测试方法:Anstis,G.R.等的“测量断裂韧度的压痕技术的关键性测定:I,直接裂纹测量法(A Critical Evaluation of Indentation Techniquesfor Measuring Fracture Toughness:I,Direct Crack Measurements)”,J.Am.Ceram.Soc.64(9)533-538(1981);Lawn,B.R.等的“硬度、韧度和脆性:压痕分析(Hardness,Toughness,and Brittleness:An Indentation Analysis)”,J.Am.Ceram.Soc.62(7-8)347-350(1979);Sehgal,Jeetendra等的“钠钙玻璃类中的新的低脆性玻璃(A New Low-Brittleness Glass in the Soda-Lime-SilicaGlass Family)”,J.Am.Ceram.Soc.81(9)2485-2488(1998);Sehgal,Jeetendra等的“玻璃的脆性(Brittleness of glass)”,J.Non-Crystalline Solids253(1999)126-132;以及Oliver,W.C.等的“使用负荷和位移传感压痕实验测定硬度和弹性模量的改进的技术(An improved technique for determininghardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentationexperiments)”,J.Mater.Res.7(6)1564-1583(1992)。
如上文简单介绍,本发明提供了一种用于挠性基片,具体来说是用于机械耐久性的挠性基片的组合物,其包含无定形无机组合物,可以用于电子器件,例如发光显示器,包括LCD,OLED,电泳和胆甾相液晶显示器器件,还可以用于硅和有机半导体器件,例如光生伏打器件,RFID,太阳能电池以及传感器技术器件。本发明部分地提供了用来选择可适用于所述电子器件的基片材料的标准。本发明所述的选择标准和性质可以单独使用或者以任一方式组合使用,可提供合适的基片。
电子应用,例如挠性发光显示器器件可能需要基片能够在例如制造和/或使用过程中弯曲或者耐受拉伸应力。基片的破坏通常取决于基片缺陷的尺寸和浓度,施加在基片上的应力大小,以及基片材料抵抗断裂的能力。人们尝试采用各种方法来减少或防止基片的破坏。这些方法包括在基片上添加涂层以阻止在基片表面上形成缺陷,例如通过以下方法将基片所受的应力水平减至最小:将基片材料的模量减至最小,将基片的厚度减至最小,以及/或者将基片表面和无应力中性轴之间的距离减至最小。本发明提供了用来选择基片材料的标准,例如断裂韧度、脆性比、模量、疲劳强度(fatiguestrength)以及弯曲半径。这些选择标准可能给出基片材料耐受破裂或者强度极限破坏的能力,以及其它固有的材料性质。
本发明的基片可以是适合用于电子器件的任意厚度。基片的厚度可以约小于250μm,例如为250,220,180,150,110,80,75,60,40或30μm;优选约小于150μm,例如140,120,100,80,75,60或40μm;或者更优选约小于75μm,例如70,60,50,40或30μm。在一个方面,所述基片的厚度约为1微米至约小于250微米。在另一个方面,所述基片厚度约为250微米。在另一个方面,所述基片厚度约为150微米。在又一个方面,所述基片厚度约为75微米。在各个其他的方面,所述基片的厚度可以约等于或大于250微米。
本发明的基片材料的主要选择标准包括断裂韧度和/或脆性比。本发明的基片可以具有根据本发明描述和本文所述数值的断裂韧度、脆性比,或者同时具有所述断裂韧度和脆性比。
断裂韧性
在本发明中,断裂韧性表示包含裂纹或其它缺陷的材料抵抗断裂的能力。断裂韧度表示为KIc,单位通常为MPa·(m)1/2。断裂韧度是材料包含裂纹时抗脆性断裂性的定量表示。本发明的基片的断裂韧度可以至少约为0.75MPa·(m)1/2,例如约为0.75,0.77,0.80,0.83,0.85,0.87,0.9,0.95,0.99,1.0,1.5,或1.1MPa·(m)1/2;优选至少约为0.85MPa·(m)1/2,例如约0.85,0.87,0.9,0.95,0.99,1.0,1.5或1.1MPa·(m)1/2;更优选至少约1.0MPa·(m)1/2,例如约1.0,1.05,1.1,1.15或2MPa·(m)1/2;最优选至少约1.1MPa·(m)1/2,例如约1.1,1.12,1.14,1.16,1.18,1.2或1.3MPa·(m)1/2。在一个方面,所述基片的断裂韧度至少约为0.75-10MPa·(m)1/2。在另一个方面,本发明的基片的断裂韧度约为0.86MPa·(m)1/2。在另一个方面,本发明的基片的断裂韧度约为0.95MPa·(m)1/2。
脆性比
在本发明中,脆性比表示特定材料的硬度与断裂韧度之比。脆性比通常可表示为H/KIc,单位为(μm)-1/2。机械耐久性挠性基片具有低硬度和高断裂韧度,因此具有低脆性比。本发明的基片的脆性比可以约小于9.5(μm)-1/2;例如约小于9.5,9.3,9.1,8.8,8.5,8.3,8.1,7.9,7.75,7.5,7.25,7.0,6.75,6.5,6.25,6或5.5(μm)-1/2;优选约小于8.0(μm)-1/2,例如约小于8.0,7.9,7.75,7.5,7.25,7.0,6.75,6.5,6.25,6或5.5(μm)-1/2;更优选约小于6.5(μm)-1/2,例如约小于6.5,6.25,6,5.5,5或4.5(μm)-1/2;或者最优选约小于5.5(μm)-1/2,例如约小于5.5,5.25,5,4.75或4.5(μm)-1/2。在一个方面,所述基片的脆性比约为0.1(μm)-1/2至小于9.5(μm)-1/2。在另一个方面,所述基片的脆性比约为6.46(μm)-1/2。在另一个方面,所述基片的脆性比约为5.5(μm)-1/2。
本发明的基片可以具有如上所述的断裂韧度和/或脆性比。基片不一定同时具有例如至少约0.75MPa·(m)1/2的断裂韧度和例如约小于9.5(μm)-1/2的脆性比。在一个方面,基片的断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2。在另一个方面,所述基片的脆性比约为9.5(μm)-1/2。在又一个方面,基片同时具有例如至少约0.75MPa·(m)1/2的断裂韧度和例如约小于9.5(μm)-1/2的脆性比。
模量×基片厚度
基片材料在弯曲过程中经受的应力水平可以与基片材料的模量(E)成正比并与离无应力中性轴的距离成正比。特定基片的无应力中性轴的位置可以随基片的组成而变化。无应力中性轴的位置也可以在单层或多层基片之间变化,例如制造的器件的基片或者包括涂层材料的基片的无应力中性轴的位置会发生变化。在一个示例性的方面,牵拉挠性基片通过辊到辊(roll-to-roll)加工系统,其中拉伸应力(σt)与基片的截面积成反比,因此与基片厚度成反比。在此示例性的方面,基片上的总应力是基片输送通过辊系统的时候所受的弯曲应力与以上所述拉伸应力的总和。
为了达到所需的耐久性和挠性,模量(E)和基片厚度(t)的乘积应当约小于2GPa·cm,例如约小于2.0,1.8,1.6,1.4,1.2,1.0,0.8,0.6或0.5GPa·cm;优选约小于1.0GPa·cm,例如约小于1.0,0.9,0.7或0.5GPa·cm;或者更优选约小于0.5GPa·cm,例如约小于0.5,0.4,0.3或0.2。本发明的模量·厚度乘积不一定约小于2GPa·cm,但是小于2GPa·cm的乘积可以使得基片具有改进的耐久性和挠性。在一个方面,基片的模量和厚度的乘积约为0.001GPa·cm至约小于2GPa·cm。在另一个方面,基片的模量和厚度的乘积约为1.8GPa·cm。在另一个方面,基片的模量和厚度的乘积约为1.4GPa·cm。在又一个方面,基片的模量和厚度的乘积约为0.5GPa·cm。可以将关于模量·厚度乘积的标准与断裂韧度值、脆性比结合,或者同时与断裂韧度值和脆性比结合。在一个方面,基片的模量·厚度乘积约为1.8GPa·cm,断裂韧度约为1.0MPa·(m)1/2。在另一个方面,基片的模量·厚度乘积约为2.5GPa·cm,脆性比约小于6.5MPa·(μm)-1/2。在又一个方面,基片的模量·厚度乘积约为1.8GPa·cm,断裂韧度约为0.9MPa·(m)1/2,脆性比约小于7.0(μm)-1/2。传统上用于挠性基片的玻璃材料,例如AF45(Schott),D263(Shott),和0211(Corning)可以具有低模量·厚度乘积,但是通常不具有必需的断裂韧度和/或脆性比。
疲劳强度
在挠性基片中,断裂力学通常适用于基片材料中包含的缺陷。具体来说,应力强度因子KI与表面拉伸应力σa以及缺陷深度的关系如下式所示
KI=Yσa(πa)1/2
其中Y是基片材料中所含的缺陷的几何因子。当KI达到材料的断裂韧度的时候(KI=KIC),发生断裂。另外,开裂速度和应力强度之间的关系用下式表示
V=AKI n
其中A和n都是裂纹增生参数。裂纹增生参数n可以提供基片材料对亚临界裂纹增生的敏感性的指示。对于玻璃,陶瓷和玻璃-陶瓷材料,n通常用动态疲劳强度度量,如下式所示,材料强度σf作为应力速率(stress rate)σr的函数测量
(σf1/σf2)n+1=(σr1/σr2)
其中下标1和2表示不同的应力速率测量的强度。可以简单地对强度的log值与应力速率的log值的关系进行回归而确定n的值,其中斜率=1/(n+1)。下表1详细列出了通过动态疲劳法得到的玻璃材料示例性的疲劳强度值。
表1–示例性的疲劳强度值
用于常规片材成形法的玻璃材料的n值通常约小于30。可是,包含极少网络改性剂的玻璃材料,例如二氧化硅的n值通常等于或大于30。除了以上所述的断裂韧度和/或脆性比以外,本发明的基片可以任选具有大于通常用于显示器应用的玻璃的疲劳强度值的疲劳强度n,或者本发明基片的疲劳强度值至少约为29,例如约为29,30,31,33,35,38,39,40,42,46或50;优选至少约为38,例如约为38,39,40,42,46或50。疲劳强度值不一定至少约为29,但是如果至少约为29,则可以为基片提供改进的物理性质和性能。在一个方面,本发明的基片的疲劳强度值n为30。在一个方面,本发明的基片的疲劳强度值n为39。
弯曲半径
挠性基片的弯曲半径是基片在不发生断裂的情况下可弯曲达到的最小半径。挠性基片可以允许的弯曲半径通常与可允许施加的弯曲应力成反比。因此,具有较高n值的材料可以允许挠性基片弯曲达到较小的半径。本发明基片的弯曲半径可以约小于30cm,例如约小于30,28,26,24,22,20,18,16,14,12,10,8,6,4,2,1或0.5cm;优选约小于10cm,例如约小于10,8,6,4,2或1cm;或者更优选约小于2cm,例如约小于2,1.6,1.2,1,0.8,0.6,0.4或0.3cm。本发明的基片的弯曲半径不一定小于约30厘米,但是如果小于约30厘米,可以提供改进的挠性和性能。在一个方面,基片的弯曲半径约为26cm。在另一个方面,基片的弯曲半径约为8cm。在又一个方面,基片的弯曲半径约为1.2cm。
基片组合物
本发明的基片包含至少一种无定形无机组合物。在本发明中,“无定形”表示非长程有序的非晶体材料。无定形无机组合物可以是适合用于预期用途(例如电子器件)的任何无机组合物,只要基片具有上述脆性比或断裂韧度中的至少一种性质即可。所述无定形无机组合物可以包含玻璃、玻璃陶瓷、或者其组合。示例性的玻璃材料可以包括硼-硅酸盐玻璃,钠钙玻璃,磷酸盐玻璃,铝-硼硅酸盐玻璃,硼硅酸锌玻璃,二氧化硅玻璃,硼硅酸钡玻璃,铝硅酸盐玻璃,碱土金属铝硅酸盐玻璃,稀土金属铝硅酸盐玻璃,或者它们的组合。在一个方面,所述基片包含玻璃。在一个特殊的方面,所述基片包含铝-硼硅酸盐玻璃。
所述基片可以任选地包含其他的组合物。不一定整个基片都是无定形无机组合物,或者如果存在任意任选的组合物,其可以包括无定形无机组合物。如果存在任选的组合物的话,其可以包括晶体材料。在一个方面,所述基片包含玻璃和晶体组分。用于制备基片的基片材料和组合物,例如玻璃材料可以在市场上购得,本领域技术人员可以很容易地根据本文所述的标准选择合适的材料和/或组合物。
基片涂层
本发明的基片可以任选包括在至少一个基片表面的至少一部分上的涂层。涂层可以保护基片的表面,为基片提供机械支承,以及/或者为基片提供其它的性质。如果存在涂层的话,涂层可以包含适合用于电子器件的任意厚度的任意材料。涂层可以作为单层或者多层存在,例如具有2,3,4,5或更多的层。如果存在多层,多层可以包含相同或不同的组成。不一定所有的层都包含相同的组成。在一个方面,基片在一个基片表面上包括单层涂层。在另一个方面,基片在两个相对的基片表面上包括单层涂层。在各个示例性的方面,涂层材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯,聚醚砜,聚碳酸酯,聚酯,聚乙烯,聚丙烯酸酯,聚烯烃,环烯烃共聚物,聚芳基胺,聚酰胺,聚酰亚胺,或者其组合。在一个方面,所述基片包含聚丙烯酸酯涂层。在一个方面,所述基片包含聚醚砜涂层。如果存在涂层,则涂层可以具有适于预期用途的任意厚度。任选的涂层的厚度可以约为是小于1μm至200μm,或者更大,例如约0.3,1,2,4,7,10,14,20,30,50,70,100,120,140,160,190,200或220μm。在一个方面,所述基片包括厚度为1微米的涂层。在另一个方面,所述基片包括厚度为30微米的涂层。在又一个方面,所述基片包括厚度为150微米的涂层。在再一个方面,基片在两个相对的基片表面上包括双层涂层。涂层和涂料是可以在市场上购得的,本领域技术人员可以根据制造器件的方法以及/或者预期的用途很容易地选择和施涂合适的涂层。
电子器件
本发明的基片可以用于各种电子器件,例如发光显示器器件。器件的设计可以根据预期的用途和要求变化。器件可以是挠性的,或者可以需要至少一部分基片为挠性。在一个方面,所述电子器件是发光器件,例如有机发光显示器器件。在另一个方面,所述器件具有能够使得弯曲半径约小于30厘米的挠性基片。
需要机械耐久性和挠性基片的器件可以包括具有尺寸和/或重量限制的应用,例如手机和膝上型计算机。在这些应用中,基片可以在器件制造过程中以及最终应用中都保持平坦。这些设计可能要求基片能够耐受弯曲应力,但是并不是所有的应用都存在上述要求。只要本发明的基片能够以约小于30厘米的弯曲半径弯曲,机械耐久性就会提供另外的益处和价值,这是因为基片可以比常规基片材料更薄,更轻。
机械耐久性基片的其它应用包括基片会在器件制造或最终应用过程中经受弯曲半径的器件。这些器件的例子包括电子应用和显示器应用,例如太阳能电池,光生伏打器件,有机发光二极管显示器,电泳显示器,LCD显示器,胆甾相液晶显示器,Si TFT电子器件,有机TFT电子器件,基于氧化物的电子器件,以及其他器件技术。在这些器件中,基片会在器件制造过程中经受弯曲半径,例如在粘合于载体基片和从载体基片上剥离的步骤中,使用辊到辊制造工艺,使用片加入连续制造工艺,安装大面积显示器或者需要将成卷的基片退卷的电子器件,使用卷绕或退绕工艺,或者其它工艺的过程中都涉及弯曲半径。示例性的要求弯曲半径的器件包括可卷、可折叠、铰接的器件或者在器件寿命期间会经历变化的弯曲状态的其它器件。另外的示例性器件包括可仿形的显示器或电子器件,例如用于汽车仪表板、飞机座舱、照明、建筑器件、传感器和其它可能在器件寿命期间一次弯曲到永久状态或半永久状态的器件。
制造挠性基片的方法
本发明还包括一种制造挠性基片的方法,该方法包括:选择无机材料,所述无机材料能够形成厚度约小于250微米的基片,该基片具有以下性质中的至少一种:a)脆性比(brittleness ratio)约小于9.5(μm)-1/2,或者b)断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2,然后至少用选择的无定形无机材料形成基片。成形工艺可以包括烧结工艺,凝固工艺,拉制工艺,包括无机物熔融、狭缝拉制工艺的方法,熔融拉制法,上拉法,溢流法,下拉法,再拉制法,吹制法,浮法,结晶法,退火工艺,烟灰沉积法,辊成形法,其它能够形成厚度约小于250微米的材料的方法,其它能够影响已经成形的无机片材或制品的固有性质(例如断裂韧度、模量、脆性比、耐疲劳性)的方法,或者这些方法的组合。在一个方面,所述成形工艺包括熔融工艺。在另一个方面,所述成形工艺包括烧结工艺。在又一个方面,所述成形工艺包括下拉法。各种成形工艺是人们已知的,本领域技术人员可以很容易地选择用于制造本发明的基片组合物的合适的成形工艺。
本发明所述的各种方法可以独立地使用,或者任意组合起来使用,成形制得挠性基片,或者包括挠性基片的电子器件。在各种方面,基片的脆性比约小于9.5(μm)-1/2,断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2,模量和厚度的乘积约小于2GPa·cm,能够在不断裂的情况下达到约小于30厘米的弯曲半径,或者这些性质的组合。
虽然附图中图示并在详细描述中说明了本发明的几个方面,但是应理解,本发明不限于揭示的各方面,在不偏离由以下权利要求书陈述和限定的本发明的精神的情况下能够进行多种重新配置、修改和替换。
实施例
为进一步说明本发明的原理,提供以下实施例,以向本领域普通技术人员提供对构成本发明权利要求的制品、器件和方法的制作以及评价的完整揭示和描述。这些实施例规定为仅是本发明的示例,不是用来限制本发明人认为是他们的发明的范围。已经努力保证数字(如,量,温度等)的准确性,但是应说明存在一些误差和偏差。根据例如具体的批料和供应来源,材料性质可能会变化。因此预期在任何测量方法中都会出现数据分布。除非另有说明,否则,温度按℃表示或是环境温度,压力为大气压或接近大气压。可以采用的工艺条件有许多变化和组合,以达到最佳的产品质量和性能。仅需要合理的和常规的实验来优化这样的工艺条件。
实施例1–基片性质的测定
在第一实施例中,测定了各种材料,包括陶瓷、玻璃陶瓷、二氧化硅玻璃、磷酸盐玻璃、以及其它组合物的模量、硬度、断裂韧度和脆性比并将它们详细列于下表2。包括各种材料来具体说明适合用于本发明基片的物理性质,但是并非表2所列的所有材料都可以容易形成玻璃。模量值表示纳米压痕测量结果。硬度值表示纳米压痕,Knoop,以及/或者Vickers测量结果,其中压痕是使用例如角锥形金刚石在基片上形成的。断裂韧度值表示压痕和/或Chevron缺口测量结果。脆性比数值表示如上所述硬度和断裂韧度的测量值。纳米压痕,Knoop硬度,Vickers硬度和Chevron缺口测量是已知的,本领域技术人员可以很容易地选择合适的测量方法来测定特定材料的模量、硬度、断裂韧度和/或脆性比。
表2的数值,同时包括文献值(在可得到的时候)以及实验得到的数值。在一些情况下,一般材料性质数值得自公开文献,没有说明具体测量技术。在这些情况下,这些数值应当假定为近似值。
表2–材料的性质
玻璃*
*例如焦磷酸盐类的碱金属锌氟磷酸盐
如表2所示,许多常规玻璃材料不具有本发明选择标准所需的断裂韧度或脆性比。另外,如上文所述,表2详细列出的一部分具有所需断裂韧度和/或脆性比的材料不能很容易地形成玻璃,因此不适于许多的用途。所述的一些材料,例如CorningCorning 7740,Schott BK-7,Corning1737和Corning同时具有本发明选择标准所规定的至少约0.75MPa·(m)1/2的断裂韧度以及/或者约小于9.5(μm)-1/2的脆性比。因此这些材料适合用作本发明薄挠性基片中的组合物。
实施例2–磨损强度
在第二实施例中,测定了实施例1所述的一部分材料的磨损强度值。实验材料选自明显不同的组合物种类,以说明物理性质之间的关系。将选择的材料的样品切割并抛光至大约1×1英寸的片,厚度约为1毫米。然后用150J砂纸在这些样品的一个面上进行打磨,然后在样品的打磨面处于拉伸状态下,测定环上环(ring-on-ring)双轴强度。对于该强度测试,负荷环直径通常为0.25英寸,支承环直径通常为0.50英寸。测试速度通常为0.05英寸/分钟。
图1-2分别显示了所得的磨损强度值随断裂韧度和脆性比的变化关系。图1显示了磨损强度随着断裂韧度增大而增大的趋势。类似地,图2显示磨损强度随着脆性比减小而增大的趋势。因此,可以通过增大断裂韧度,减小脆性比,或者同时进行这两种方式而得到具有增加的磨损强度的基片。
对本文描述的组合物、制品、器件和方法可作出各种修改和变化。考虑到本文揭示的组合物、制品、器件和方法的详细说明和实施,本文描述的组合物、制品、器件和方法的其它方面将是显而易见的。本发明人的意图是,本说明书和实施例被认为是示例性的。
Claims (14)
1.一种用于电子器件的基片,该基片包含无碱的、无定形无机组合物,其中,所述基片的厚度约小于250μm,所述基片具有以下性质中的至少一种:
a)脆性比约小于9.5(μm)-1/2,或者
b)断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2,
并且所述基片的弯曲半径约小于30厘米。
2.如权利要求1所述的基片,其特征在于,所述基片具有以下性质中的至少一种:
a)脆性比约为0.1(μm)-1/2至约小于9.5(μm)-1/2,或者
b)断裂韧度约为0.75-10MPa·(m)1/2。
3.如权利要求1所述的基片,其特征在于,所述基片具有模量和厚度,基片模量和基片厚度的乘积约小于2.0GPa·cm。
4.如权利要求3所述的基片,其特征在于,所述基片的模量和基片厚度的乘积约小于1.0GPa·cm。
5.如权利要求1所述的基片,其特征在于,所述基片同时具有以下性质:脆性比约小于9.5(μm)-1/2,断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2。
6.如权利要求1所述的基片,其特征在于,所述基片同时具有以下性质:脆性比约小于9.5(μm)-1/2,断裂韧度至少约为0.75MPa·(m)1/2;所述基片具有模量和厚度,基片的模量和厚度的乘积约小于2GPa·cm。
7.如权利要求1所述的基片,其特征在于,所述基片同时具有以下性质:脆性比约小于8.0(μm)-1/2,断裂韧度至少约为0.9MPa·(m)1/2;所述基片具有模量和厚度,基片的模量和厚度的乘积约小于2GPa·cm。
8.如权利要求1所述的基片,其特征在于,所述基片的疲劳强度值n约大于29。
9.如权利要求1所述的基片,其特征在于,所述基片是熔融拉制的。
10.如权利要求1所述的基片,其特征在于,所述基片是硼硅酸盐玻璃。
11.如权利要求10所述的基片,其特征在于,所述硼硅酸盐玻璃是铝-硼硅酸盐玻璃。
12.一种包括挠性基片的电子器件,所述基片是权利要求1所述的基片。
13.如权利要求12所述的电子器件,其特征在于,所述基片具有模量和厚度,基片的模量和厚度的乘积约小于2.0GPa·cm。
14.如权利要求12所述的电子器件,其特征在于,所述器件是显示器器件。
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