CN108883609B - 使用梯度层的蓝宝石和玻璃层压体 - Google Patents

使用梯度层的蓝宝石和玻璃层压体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及将蓝宝石片通过梯度层层压到玻璃片，所述梯度层从所述蓝宝石片处主要为Al2O3的组成转变到所述玻璃片处主要为SiO2的组成。所述梯度层与所述蓝宝石片和所述玻璃片两者化学结合，并且没有明显的界面。

Description

使用梯度层的蓝宝石和玻璃层压体
其他申请的交叉引用
本专利申请要求于2016年9月23日提交的“SAPPHIRE AND GLASS LAMINATES WITHA GRADIENT LAYER”的美国临时专利申请序列号62/399,089和于2017年9月21日提交的“SAPPHIRE AND GLASS LAMINATES WITH A GRADIENT LAYER”的美国专利申请序列号15/711,851的优先权，这两个申请据此出于所有目的全文以引用方式并入本文。
技术领域
所述实施方案总体涉及采用设置在显示屏上的透明覆盖玻璃的电子设备。透明覆盖玻璃形成电子设备的壳体的外部部分并保护显示屏免受损坏。更具体地讲，本发明实施方案涉及由蓝宝石片通过梯度层层压到玻璃片形成的覆盖玻璃，该梯度层从蓝宝石片处主要为Al2O3的组成转变到玻璃片处主要为SiO2的组成。
背景技术
许多便携式电子设备，诸如智能电话和平板电脑，包括触敏显示器。该显示器通常包括部件叠层的一部分，该部件叠层包括显示屏、覆盖显示屏的触敏层，以及外部的单块透明玻璃片(通常称为“覆盖玻璃”)，其保护显示器和触敏层。由于覆盖玻璃是电子设备的外壳的一部分，所以覆盖玻璃需要坚固并且能够抵抗在便携式电子设备跌落或显示区域经历冲击事件时可能发生的刮擦和其他损坏。
用于许多便携式电子设备的覆盖玻璃通常由化学强化玻璃制成，与标准玻璃相比，该化学强化玻璃提供对某些跌落和冲击事件的改善的抗断裂性。然而，强化玻璃固有地比一些其他材料选择更软，这可能导致在玻璃表面上形成划痕，而这对用户感知和覆盖玻璃的可靠性均不利，因为划痕可降低玻璃的断裂强度。
发明内容
本公开的实施方案涉及可用于电子设备(诸如智能电话或平板电脑)中的覆盖玻璃。在一些实施方案中，使用设置在蓝宝石和玻璃之间的梯度层将蓝宝石片结合到下面较厚的玻璃片上。所得的覆盖玻璃可包括蓝宝石外表面，与覆盖玻璃的内部玻璃部分相比，该蓝宝石外表面具有增加的硬度、刚度和/或抗冲击性。
一些实施方案涉及梯度层，该梯度层沉积在蓝宝石片的一侧上并且从蓝宝石片处主要为Al2O3的组成转变到相对表面处主要为SiO2的组成。第一退火工艺可用于在蓝宝石片界面处使纳米晶体成核，并将梯度层化学结合到蓝宝石片上。玻璃片可被置于梯度层的主要为SiO2的相对表面上，并且可使用第二低温退火工艺将梯度层结合到玻璃片上。在退火工艺之后，蓝宝石-玻璃层压体是单块结构，其中梯度层从Al2O3逐渐变为SiO2，没有明显的界面。与传统的覆盖玻璃设计相比，蓝宝石-玻璃层压体可表现出优异的光学性能和改进的可靠性。
在一些实施方案中，包括透明覆盖玻璃的电子设备包括外壳、定位在外壳内的显示器，以及设置在显示器上方并附接到外壳的覆盖玻璃。覆盖玻璃包括蓝宝石片、玻璃片和设置在蓝宝石片和玻璃片之间的梯度层。梯度层从蓝宝石片处主要为Al2O3的组成转变到玻璃片处主要为SiO2的组成。
在各种实施方案中，梯度层从蓝宝石片处主要为Al2O3的组成逐渐转变到玻璃片处主要为SiO2的组成。在一些实施方案中，梯度层包括设置在蓝宝石片和梯度层之间的界面处的Al2O3纳米晶体层。在各种实施方案中，梯度层的厚度在25纳米和300纳米之间。
在一些实施方案中，玻璃和蓝宝石层压体包括蓝宝石片、玻璃片和设置在蓝宝石片和玻璃片之间的梯度层。梯度层从蓝宝石片处主要为Al2O3的组成转变到玻璃片处主要为SiO2的组成。在各种实施方案中，梯度层包括设置在蓝宝石片和梯度层之间的界面处的Al2O3纳米晶体层。
在一些实施方案中，Al2O3纳米晶体具有与蓝宝石片的晶体取向匹配的晶体取向。在各种实施方案中，Al2O3纳米晶体具有与蓝宝石片的晶体取向不同的晶体取向。在一些实施方案中，当沿远离蓝宝石片的方向移动时，梯度层从Al2O3纳米晶体层转变到Al2O3纳米晶体和非晶Al2O3的混合物。在各种实施方案中，当沿远离蓝宝石片的方向移动时，梯度层从Al2O3纳米晶体和非晶Al2O3的混合物转变到主要为非晶SiO2。
在一些实施方案中，梯度层的化学组成从主要为Al2O3逐渐变为主要为SiO2。在各种实施方案中，梯度层的厚度在25纳米和300纳米之间。在一些实施方案中，蓝宝石片的厚度在5微米和100微米之间。在一些实施方案中，玻璃片的厚度在100微米和1000微米之间。在各种实施方案中，梯度层是第一梯度层，并且层压体还包括第二梯度层，该第二梯度层设置在蓝宝石片上与第一梯度层相对的一侧上。
在一些实施方案中，将蓝宝石片结合到玻璃片的方法包括在蓝宝石片的第一表面上沉积梯度层，其中梯度层主要由蓝宝石片处的Al2O3构成并且在梯度层的外表面处转变到主要为SiO2。该方法还包括将蓝宝石片和梯度层在足以将梯度层化学结合到蓝宝石片上的温度下退火，以及在梯度层的外表面上设置玻璃片。将玻璃片、梯度层和蓝宝石片在足以将玻璃片化学结合到梯度层的温度下退火。
在一些实施方案中，梯度层被沉积为具有基本上线性梯度的非晶层，该基本上线性梯度从蓝宝石片处主要为Al2O3变化到梯度层的外表面处主要为SiO2。在各种实施方案中，蓝宝石片在高于玻璃片的软化点的温度下退火。在一些实施方案中，将蓝宝石片和梯度层退火导致在梯度层和蓝宝石片之间的界面处形成Al2O3纳米晶体层。在各种实施方案中，梯度层也沉积在蓝宝石片的与第一表面相对的第二表面上。
为更好地理解本公开的性质和优点，应参考以下描述及附图。然而，应当理解，图中的每个仅被提供用于例示的目的，并且图中的每个并非旨在作为对本公开的范围的限制的定义。而且，作为一般性规则，且除非明显与描述相反，若在不同图中的元件使用相同附图标号，则元件在功能或目的上一般是相同或至少类似的。
附图说明
图1描绘了根据本公开实施方案的可包括覆盖玻璃的电子设备100的简化透视图；
图2是图1中所示的覆盖玻璃的简化透视图；
图3A和图3B是根据本公开一些实施方案的图1和图2中所示的覆盖玻璃的简化剖视图；
图4示出了根据本公开实施方案的与将蓝宝石片结合到玻璃片的方法相关联的步骤；
图5A至图5E示出了根据图4所述的方法将蓝宝石片结合到玻璃片的简化剖视图；
图6示出了根据本公开实施方案的与使用激光退火将蓝宝石片结合到玻璃片的方法相关联的步骤；
图7A至图7E示出了根据图6所述的方法将蓝宝石片结合到玻璃片的简化剖视图；
图8示出了根据本公开实施方案的层压覆盖玻璃的示例性组成曲线；
图9示出了根据本公开实施方案的与将两侧具有梯度层的蓝宝石片结合到玻璃片的方法相关联的步骤；并且
图10A至图10D示出了根据图9所述的方法将蓝宝石片结合到玻璃片的简化剖视图。
具体实施方式
本公开的一些实施方案涉及可用于电子设备(诸如智能电话和平板电脑)中的覆盖玻璃。虽然本公开可用于各种各样的配置，但是本公开的一些实施方案对于由玻璃片和蓝宝石片通过梯度层结合在一起的层压体制成的覆盖玻璃特别有用，该梯度层从蓝宝石片处主要为Al2O3的组成转变到玻璃片处主要为SiO2的组成。与传统的覆盖玻璃配置相比，玻璃和蓝宝石的层压体可表现出改进的光学性能和可靠性。
例如，在一些实施方案中，梯度层沉积在蓝宝石片的一个表面上。梯度层是非晶的，并且从蓝宝石片处主要为Al2O3的组成转变到相对表面处主要为SiO2的组成。进行第一退火工艺，其将梯度层化学结合到蓝宝石片并在蓝宝石表面形成Al2O3纳米晶体。然后将玻璃片放置在梯度层的相对表面(主要为SiO2)上，并且进行较低温度的第二退火步骤以将玻璃片化学结合到梯度层。
为了更好地了解根据本公开的电子设备的层压蓝宝石和玻璃覆盖玻璃的特征和方面，通过讨论根据本公开的实施方案的电子设备的一个特定具体实施，在以下部分中提供了本公开的另外的背景。这些实施方案仅是示例性的，并且其他实施方案可用于其他电子设备，诸如但不限于计算机、手表、媒体播放器和其他设备。
图1描绘了根据本公开实施方案的可包括覆盖玻璃的电子设备100的简化透视图。如图1所示，电子设备100(在该示例中是智能电话)包括覆盖玻璃105，该覆盖玻璃附接到外壳110并且至少部分地定位在显示器117上。覆盖玻璃105和外壳110组合以提供容纳电子设备100的各种电子部件的壳体，所述各种电子部件包括处理器、通信电路、显示器117、相机和电池以及其他部件(图1中未全示出)。覆盖玻璃105是透明的并且包括对应于显示器117的中心区域115，并且在中央显示区域外面分别包括用于接收器的小切口120和用于靠近电子设备100的顶部和底部的输入按钮125的区域。在一些实施方案中，覆盖玻璃105为显示器117提供保护，并且还可形成用于电子设备100的壳体的连续透明表面。
图2是图1中所示的覆盖玻璃的简化透视图。如图2所示，覆盖玻璃105从壳体110移除(参见图1)。虽然在图2中不可见，但在一些实施方案中，覆盖玻璃105可包括通过梯度层结合到下面的玻璃基层(片)的一个或多个薄的蓝宝石片，如下文更详细讨论的。
图3A是根据本公开实施方案的图1和图2中所示的覆盖玻璃的简化部分剖视图。如图3A所示，覆盖玻璃105可包括使用梯度层330粘附到较厚玻璃片320的相对薄的蓝宝石片310。
当覆盖玻璃结合到电子设备(诸如图1中所示的电子设备100)中时，蓝宝石片310可形成覆盖玻璃105的外表面335。由于蓝宝石片310比通常用作覆盖玻璃的玻璃或强化玻璃硬得多，因此覆盖玻璃105比传统的覆盖玻璃更耐刮擦和损坏。此外，由于梯度层330用于将蓝宝石片310结合到玻璃片320，因此覆盖玻璃105是可靠的(例如，不会分层)并且具有相对低的内反射量，如下文更详细地描述的。
在一些实施方案中，梯度层330是组成从在第一界面370处(在蓝宝石片310和梯度层330之间)主要为Al2O3逐渐变为在第二界面380处(在玻璃片320和梯度层330之间)主要为SiO2的层。组成的逐渐改变允许梯度层330化学结合到蓝宝石片310和玻璃片320两者，形成可靠且坚固的复合结构。此外，由于梯度层330没有明显的界面并且组成逐渐改变，因此与蓝宝石片310直接结合到玻璃片320时的情况相比，它表现出更少的内反射。因此，梯度层330在蓝宝石片310和玻璃片320之间提供可靠的界面，具有少量的内反射。
在一些实施方案中，如图3B所示，可采用一个或多个退火工艺在梯度层330内形成富铝纳米晶Al2O3层340，以增加蓝宝石片310和玻璃片320之间的结合强度，如下文更详细地描述的。
在一些实施方案中，玻璃片320可以是透明玻璃片，其可由任何玻璃材料包括化学强化玻璃制成。在一个实施方案中，玻璃片320由二氧化硅(SiO2)制成。在另一个实施方案中，玻璃片320由阻挡红外光谱的至少一部分的“蓝色玻璃”制成。可使用任何其他类型的玻璃，包括具有施加到其上的一个或多个涂层的玻璃，所述一个或多个涂层限制某些波长的光的反射和/或透射。虽然本公开的实施方案不限于玻璃片320的任何特定厚度，但是在一些实施方案中，玻璃片的厚度在100微米到1000微米之间，而在其他实施方案中，玻璃片的厚度在300微米到800微米之间，并且在另一些实施方案中，玻璃片的厚度在400微米到700微米之间。
在一些实施方案中，蓝宝石片310是结晶Al2O3的层并且可具有施加到其上的一个或多个涂层，所述一个或多个涂层限制某些波长的光的反射和/或透射。虽然本公开的实施方案不限于蓝宝石片310的任何特定厚度，但是在一些实施方案中，蓝宝石片的厚度在5微米到100微米之间，而在其他实施方案中，蓝宝石片的厚度在10微米和80微米之间，并且在另一些实施方案中，蓝宝石片的厚度在20微米和70微米之间。
图4示出了根据本公开实施方案的与将蓝宝石片结合到玻璃片的方法相关联的步骤。图5A至图5E示出了根据图4所述的方法将蓝宝石片结合到玻璃片的简化剖视图。如图4所示，方法400包括使用任何适当的制造技术形成蓝宝石片(步骤405)。参考图5A，提供蓝宝石片505。在一些实施方案中，蓝宝石片505的厚度在5微米到100微米之间，而在其他实施方案中，蓝宝石片的厚度在10微米到80微米之间，并且在另一些实施方案中，蓝宝石片的厚度在20微米到70微米之间。
在步骤410中，将Al2O3至SiO2梯度层510(参见图5B)沉积在蓝宝石片505上。梯度层510形成在蓝宝石片505的一个表面上。在一些实施方案中，可使用物理气相沉积(PVD)溅射工艺来沉积梯度层510，其中将单独的硅靶和铝靶定位在PVD室内并且控制PVD工艺使得沉积的梯度层510具有基本上线性的梯度，该基本上线性的梯度从蓝宝石片505的表面处的相对高浓度的Al2O3和相对低浓度的SiO2变化到梯度层的外表面507处的相对低浓度的Al2O3和相对高浓度的SiO2。在其他实施方案中，梯度层510的组成基本上不是线性的并且可具有任何组成曲线。除PVD之外的其他沉积技术可用于形成梯度层510，并且在本公开的范围内。
在一些实施方案中，梯度层510可以是沉积的非晶层，例如，厚度在25纳米到300纳米之间，而在其他实施方案中，厚度可在50纳米到200纳米之间，并且在另一些实施方案中，厚度在50纳米到100纳米之间。在希望使复合覆盖玻璃内的内反射最小化的各种实施方案中，梯度层510的厚度可被选择为高于50微米。在各种实施方案中，梯度层510的厚度可被选择为高于100微米，以实现复合覆盖玻璃内的内反射的进一步减少。
在步骤415中，对具有Al2O3至SiO2梯度层510的蓝宝石片505进行第一退火处理。在足以将梯度层510化学结合到蓝宝石片505的温度下进行第一退火处理，该温度可高于玻璃片530(未经受高温退火)将熔化的温度。在一些实施方案中，第一退火处理在惰性或非惰性气氛中且在高于1000℃的最终退火温度下进行。在另一个实施方案中，第一退火处理的最终退火温度可高于1200℃。在一个实施方案中，第一退火处理温度在4至6小时内升至最终退火温度，在最终退火温度下保持约2小时，然后在约16小时内回降至环境温度。在其他实施方案中，可使用不同的温度和渐升式温度曲线，包括激光退火，如下文更详细描述的。
如图5C所示，在一些实施方案中，第一退火处理使得Al2O3的纳米晶体层520形成在蓝宝石片505的内层525上。更具体地讲，在第一退火处理中的相对高温期间，纳米晶体在蓝宝石片505的晶格上成核。在一些实施方案中，纳米晶体具有与蓝宝石片505相同的晶体取向，而在其他实施方案中，纳米晶体可具有与蓝宝石片不同的取向。纳米晶体从梯度层510中成核并在第一退火处理期间生长。通过控制第一退火处理的时间和温度曲线，可控制形成的纳米晶体的量和尺寸。
在可独立于步骤405至415进行的步骤420中，方法400包括使用任何适当的制造技术形成玻璃片530。在一些实施方案中，提供的玻璃片530的厚度在100微米到1000微米之间，而在其他实施方案中，玻璃片的厚度在300微米到800微米之间，并且在另一些实施方案中，玻璃片的厚度在400微米到700微米之间。在各种实施方案中，玻璃片530由二氧化硅制成，并且可被化学强化并且/或者被配置为阻挡红外光。
在步骤425中，玻璃片530与梯度层510对齐并放置在该梯度层的顶部，如图5D所示。
在步骤430中，在比步骤415中描述的第一退火处理更低的温度下进行第二退火处理。在一些实施方案中，第二退火处理在环境气氛中并且在约125℃的最终退火温度下进行。如图5E所示，在一些实施方案中，第二退火处理使梯度层510(在梯度层和玻璃片530之间的界面处富含SiO2)化学结合到玻璃片530。在一些实施方案中，可在第二退火处理期间在蓝宝石片505和玻璃片530之间施加压力，以确保表面紧密结合。
图6示出了根据本公开实施方案的与使用激光退火工艺将蓝宝石片结合到玻璃片的方法相关联的步骤。图7A至图7E示出了根据图6所述的方法将蓝宝石片结合到玻璃片的简化剖视图。如图6中所述，将梯度层沉积在玻璃片上而不是如上所述沉积在蓝宝石片上。
如图6所示，方法600包括使用任何适当的制造技术形成玻璃片(步骤605)。参考图7A，提供的玻璃片705的厚度可在100微米到1000微米之间，而在其他实施方案中，玻璃片的厚度在300微米到800微米之间，并且在另一些实施方案中，玻璃片的厚度在400微米到700微米之间。在各种实施方案中，玻璃片705由二氧化硅制成，并且可被化学强化并且/或者被配置为阻挡红外光。
在步骤610中，SiO2至Al2O3梯度层710(参见图7B)沉积在玻璃片705的一侧上。在一些实施方案中，梯度层710是使用上文参照图4所述的相同类型的PVD溅射工艺沉积的非晶层，不同的是梯度层710从非常高浓度的SiO2和非常低浓度的Al2O3变化到梯度层的外表面处的非常低浓度的SiO2和高浓度的Al2O3。更具体地讲，在该实施方案中，梯度层710始于SiO2而非Al2O3，因此SiO2可与玻璃片705形成结合。在一些实施方案中，层710的梯度的组成可以是线性的，而在其他实施方案中，组成可以是非线性的。
在一些实施方案中，梯度层710可以是沉积的非晶层，例如，厚度在25纳米到300纳米之间，而在其他实施方案中，厚度可在50纳米到200纳米之间，并且在另一些实施方案中，厚度在50纳米到100纳米之间。在希望使复合覆盖玻璃内的内反射最小化的各种实施方案中，梯度层710的厚度可被选择为高于50微米。在一些实施方案中，梯度层710的厚度可被选择为高于100微米，以实现复合覆盖玻璃内的内反射的进一步减少。
在步骤615中，使用任何适当的制造技术形成Al2O3的蓝宝石片。参考图7C，提供蓝宝石片715。在一些实施方案中，蓝宝石片715的厚度在5微米到100微米之间，而在其他实施方案中，蓝宝石片的厚度在10微米到80微米之间，并且在另一些实施方案中，蓝宝石片的厚度在20微米到70微米之间。
在步骤620中，蓝宝石片715与玻璃片705对齐并放置成与梯度层710直接接触(参见图7C)。
在步骤625中，对蓝宝石片715和梯度层710进行第一退火处理。在一些实施方案中，第一退火处理在环境气氛中使用激光进行，该激光透射穿过蓝宝石片715并聚焦在蓝宝石片和梯度层710之间的界面707处或附近，以将界面加热到足以引起蓝宝石片与梯度层的富含Al2O3部分之间的原子级结合的温度，而基本上不会使玻璃片705软化。在一个实施方案中，激光被配置为将界面加热到高于1000℃的温度，而在其他实施方案中，它可将界面加热到高于1200℃的温度。
如图7D所示，在一些实施方案中，在步骤625中进行的第一退火处理使得Al2O3的纳米晶体层720形成在蓝宝石片715的内层725上。更具体地讲，在第一退火处理期间产生的相对高温期间，纳米晶体在蓝宝石片715的晶格上成核。在一些实施方案中，纳米晶体具有与蓝宝石片715相同的晶体取向，而在其他实施方案中，纳米晶体可具有与蓝宝石片不同的取向。纳米晶体从梯度层710中成核并在第一退火处理期间生长。通过控制在步骤625中进行的第一退火处理的时间和温度曲线，可控制形成的纳米晶体的量和尺寸。
在步骤630中，在比步骤625中进行的第一退火处理更低的温度下对材料进行第二退火处理。在一些实施方案中，第二退火处理可在环境气氛中并且在约125℃的最终退火温度下进行。在一些实施方案中，第二退火处理可在烘箱中或使用激光在最终退火温度下进行，该最终退火温度低于玻璃片705的软化点。在一个示例中，在步骤630中进行的第二退火处理将玻璃片705和梯度层710之间的界面加热到约125℃的温度。如图7E所示，在一些实施方案中，第二退火处理使得梯度层710的富含SiO2部分结合到玻璃片705。在各种实施方案中，可在第二退火处理期间在蓝宝石片715和玻璃片705之间施加压力，以确保表面紧密结合。
在用于将蓝宝石片结合到上述玻璃片的方法400和600中的每一个中，梯度层内的Al2O3和SiO2的组成曲线可以从最初形成的沉积态的组成曲线显著变为在一次或多次退火处理之后的最终组成曲线，如下文更详细描述的。
图8示出了根据本公开实施方案形成的完成的层压覆盖玻璃的最终组成曲线800的一个示例，包括方法400或方法600。如图8所示，在一些实施方案中，梯度层330的最终组成曲线800可以非线性方式在其整个厚度上改变。最终组成曲线800的各个部分在下文使用图3B中示出的附图标号表示，并且为了便于描述最终组成曲线800，有时同时参考图3B和图8。
最终组成曲线800示出了右侧的蓝宝石片310和左侧的玻璃片320。从蓝宝石片310开始，蓝宝石片的组成合理地恒定，显示出稳定的氧和铝的原子百分比。朝向第一界面370(在蓝宝石片310和梯度层330之间)前进，由于硅从梯度层扩散到蓝宝石片中，硅的原子百分比开始逐渐增加。前进通过第一界面370并进入梯度层330，富铝纳米晶Al2O3层340可包括已在蓝宝石表面形成的Al2O3的纳米晶体。在一些实施方案中，纳米晶体可具有与蓝宝石片310相同的晶体取向，而在其他实施方案中，它们可具有不同的晶体取向。如图8所示，富铝纳米晶Al2O3层340中的组成可以主要是铝和氧，并且可以是约20纳米厚。
进一步朝向玻璃片320移动，富铝纳米晶Al2O3层340可转变到富硅纳米晶和非晶层350。更具体地讲，在一些实施方案中，在第一界面370处，主要是纳米晶Al2O3存在，并且朝向玻璃片320移动，梯度层330的组成转变为非晶Al2O3。在一个示例中，富硅纳米晶和非晶层350的组成可以是氧、硅和铝的混合物，并且厚度可在10纳米到50纳米之间。
进一步朝向玻璃片320移动，在一些实施方案中，富硅纳米晶和非晶层350可转变到非晶二氧化硅，使得在玻璃片320的表面处主要是二氧化硅。在各种实施方案中，当富硅纳米晶和非晶层350转变到玻璃片320时，铝的组成百分比在第二界面380处(玻璃片320和梯度层330之间)缩减并减小到接近零。进一步朝向玻璃片320移动，组成在玻璃片320内主要是硅和氧，其中痕量的铝已从梯度层330扩散到玻璃片中。
图8中所示的层厚度和化学组成仅是示例性的，其他厚度和组成也在本公开的范围内。
图9示出了根据本公开实施方案的与将两侧具有梯度层的蓝宝石片结合到玻璃片的方法相关联的步骤。图10A至图10D示出了根据图9所述的方法将蓝宝石片结合到玻璃片的简化剖视图。如图9中所述，梯度层沉积在蓝宝石片的两侧，而不是如上文在图5A至图8中所述的实施方案中所讨论的仅在蓝宝石片的一侧上。在蓝宝石片的两侧上沉积梯度层可减少蓝宝石片的弯曲，如下文更详细地描述的。
如图9中所示，在步骤905中，使用任何适当的制造技术形成Al2O3的蓝宝石片。参考图10A，提供蓝宝石片1015。在一些实施方案中，蓝宝石片1015的厚度在5微米到100微米之间，而在其他实施方案中，蓝宝石片的厚度在10微米到80微米之间，并且在另一些实施方案中，蓝宝石片的厚度在20微米到70微米之间。
在步骤910中，第一Al2O3至SiO2梯度层1010a(参见图10B)沉积在蓝宝石片1015的第一侧1040上，并且第二Al2O3至SiO2梯度层1010b沉积在蓝宝石片的第二侧1045上。在一些实施方案中，第一梯度层和第二梯度层1010a、1010b分别是使用上文参照图4描述的相同类型的PVD溅射工艺沉积的非晶层。在一些实施方案中，梯度层可以同时沉积，而在其他实施方案中，它们可以顺序沉积。在该示例中，第一梯度层和第二梯度层1010a、1010b分别在蓝宝石表面处以Al2O3开始，因此Al2O3可与蓝宝石片1015形成结合。在一些实施方案中，第一梯度层和第二梯度层1010a、1010b的组成分别可以是线性的，而在其他实施方案中则可以是非线性的。分别在蓝宝石片1015的任一侧上沉积第一梯度层和第二梯度层1010a、1010b可“平衡”蓝宝石片中的应力并且与仅在一侧上涂覆有梯度层的实施方案(诸如图4所示的示例)相比减少了蓝宝石片的弯曲。
在步骤915中，对分别具有第一梯度层和第二梯度层1010a、1010b的蓝宝石片1015进行第一退火处理。第一退火处理在足以将第一梯度层和第二梯度层1010a、1010b分别化学结合到蓝宝石片1015的温度下进行。在一些实施方案中，第一退火处理在惰性或非惰性气氛中且在高于1000℃的最终退火温度下进行。在另一个实施方案中，第一退火处理的最终退火温度可高于1200℃。在一个实施方案中，第一退火处理温度在4至6小时内升至最终退火温度，在最终退火温度下保持约2小时，然后在约16小时内回降至环境温度。在其他实施方案中，可使用不同的温度和渐升式温度曲线，包括使用激光退火。
如图10C所示，在一些实施方案中，第一退火处理分别使得Al2O3的第一纳米晶体层和第二纳米晶体层1020a、1020b分别在蓝宝石片1015的第一侧和第二侧1040、1045上形成。更具体地讲，在第一退火处理中的相对高温期间，纳米晶体在蓝宝石片1015两侧上的晶格上成核。在一些实施方案中，纳米晶体具有与蓝宝石片1015相同的晶体取向，而在其他实施方案中，纳米晶体可具有与蓝宝石片不同的取向。纳米晶体分别从第一梯度层和第二梯度层1010a、1010b中成核，并在第一退火处理期间生长。通过控制第一退火处理的时间和温度曲线，可控制形成的纳米晶体的量和尺寸。
在可独立于步骤905至915进行的步骤920中，方法400包括使用任何适当的制造技术形成玻璃片1030。在一些实施方案中，提供的玻璃片1030的厚度在100微米到1000微米之间，而在其他实施方案中，玻璃片的厚度在300微米到800微米之间，并且在另一些实施方案中，玻璃片的厚度在400微米到700微米之间。在各种实施方案中，玻璃片1030由二氧化硅制成，并且可被化学强化并且/或者被配置为阻挡红外光。
在步骤925中，玻璃片1030与第一梯度层1010a对齐并放置在该第一梯度层的顶部，如图10D所示。
在步骤930中，在比步骤915中描述的第一退火处理更低的温度下进行第二退火处理。在一些实施方案中，第二退火处理在环境气氛中并且在约125℃的最终退火温度下进行。如图10D所示，在一些实施方案中，第二退火处理使第一梯度层1010a(在梯度层和玻璃片1030之间的界面处富含SiO2)化学结合到玻璃片。在一些实施方案中，可在第二退火处理期间在蓝宝石片1015和玻璃片1030之间施加压力，以确保表面紧密结合。
如上所述，与仅在一侧上涂覆有梯度层的实施方案相比，分别在蓝宝石片1015的任一侧上沉积第一梯度层和第二梯度层1010a、1010b可减少蓝宝石片的弯曲。此外，减少的弯曲可改善对玻璃片1030的粘附和层压(参见图10D)，并且还可减少完成的层压结构中的弯曲，如图10D所示。
在需要减少的表面重新选择的实施方案中，与表现出大约8％的表面反射的蓝宝石片1015相比，第二梯度层1010b可表现出大约4％或更小的表面重新选择。
在需要在电子设备的外表面上改善蓝宝石片的耐刮擦性能的一些实施方案中，可在层压到玻璃片1030之后抛光第二梯度层1010b。在各种实施方案中，可在蓝宝石片1015的第二侧1045上施加不同类型的涂层来代替第二梯度层1010b。例如，在一个实施方案中，可在第二侧1045上施加类金刚石碳涂层。在一些实施方案中，不同的涂层可提供改善的耐刮擦性(例如，优于第二梯度层1010b)并且还可减少如上所述的弯曲。在各种实施方案中，可选择不同的涂层以具有适当的热膨胀系数和/或模量以抵消第一梯度层1010a，并且还可在第二梯度层1010b上提供改善的耐刮擦性能。
其他变型和实施方案在本公开的范围内。例如，在另一个实施方案中，蓝宝石片可结合到玻璃片的任一侧。也就是说，第一蓝宝石片可结合到玻璃片的第一侧，并且第二蓝宝石片可结合到玻璃片的第二侧，以平衡玻璃片内的应力。
虽然电子设备100(参见图1)被描述和图示为一个特定电子设备，但本发明的实施方案适于与多种电子设备一起使用。例如，任何接收或传输音频信号、视频信号或数据信号的设备可与本公开的实施方案一起使用。在一些情况下，由于其使用透明显示屏，本公开的实施方案特别适用于与便携式电子媒体设备一起使用。如本文所用，电子媒体设备包括带有可用于呈现人类可感知媒体的至少一个电子部件的任何设备。此类设备可包括例如便携式音乐播放器(例如，MP3设备以及苹果的iPod设备)、便携式视频播放器(例如，便携式DVD播放器)、蜂窝电话(例如，智能电话，诸如苹果的iPhone设备)、摄影机、数字照相机、投影系统(例如，全息投影系统)、游戏系统、PDA以及平板计算机(例如，苹果的iPad设备)、膝上型计算机或其他移动计算机。这些设备中的一些可被配置为提供音频、视频或其他数据或感官输出。
为简单起见，图中未示出各种内部部件，诸如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备和电子设备100(参见图1)的其他部件。
在前述说明书中，已经参考可从一个具体实施到另一个具体实施变化的许多具体细节描述本公开的实施方案。相应地，说明书和附图应被视为有例示性的而非限制性的意义。本公开的范围以及由申请人预期为本公开的范围的内容的唯一和排他性的指示是以用此类权利要求书发布的具体形式从本专利申请发布的包括任何后续的校正的一套权利要求书的字面和等效的范围。特定实施方案的具体细节可在不脱离本公开的实施方案的实质和范围的情况下以任何合适的方式组合。
除此之外，空间相关术语，诸如“底部”或“顶部”等可用于描述一个元件和/或特征与另一或多个元件和/或另一或多个特征的关系，如例如在图中例示的。应当理解，空间相关术语旨在涵盖除了在图中所描绘的取向之外设备在使用和/或操作中的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为“底部”表面的元件可然后被取向成在其他元件或特征“上面”。设备可以其他方式取向(例如，旋转90度或在其他的取向处)，并且在本文中使用的空间相关描述符被相应地解释。

Claims (18)

1.一种包括透明覆盖玻璃的电子设备，所述电子设备包括：
外壳；
显示器，所述显示器被定位在所述外壳内；
覆盖玻璃，所述覆盖玻璃设置在所述显示器上并附接到所述外壳，所述覆盖玻璃包括：
蓝宝石片；
玻璃片；和
梯度层，所述梯度层设置在所述蓝宝石片和所述玻璃片之间，并且从所述蓝宝石片处主要为Al2O3的组成转变到所述玻璃片处主要为SiO2的组成，并且其中所述梯度层包括靠近所述蓝宝石片定位的包括Al2O3纳米晶体的第一区域和位于所述Al2O3纳米晶体和所述玻璃片之间的包括非晶Al2O3的第二区域。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述梯度层从所述蓝宝石片处主要为Al2O3的组成逐渐转变到所述玻璃片处主要为SiO2的组成。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述梯度层的厚度在25纳米和300纳米之间。
4.一种玻璃和蓝宝石层压体，包括：
蓝宝石片；
玻璃片；和
梯度层，所述梯度层设置在所述蓝宝石片和所述玻璃片之间，并且从所述蓝宝石片处主要为Al2O3的组成转变到所述玻璃片处主要为SiO2的组成，并且其中所述梯度层包括靠近所述蓝宝石片定位的包括Al2O3纳米晶体的第一区域和位于所述Al2O3纳米晶体和所述玻璃片之间的包括非晶Al2O3的第二区域。
5.根据权利要求4所述的层压体，其中所述Al2O3纳米晶体具有与所述蓝宝石片的晶体取向匹配的晶体取向。
6.根据权利要求4所述的层压体，其中所述Al2O3纳米晶体具有与所述蓝宝石片的晶体取向不同的晶体取向。
7.根据权利要求4所述的层压体，其中当沿远离所述蓝宝石片的方向移动时，所述梯度层从所述Al2O3纳米晶体层转变到Al2O3纳米晶体和非晶Al2O3的混合物。
8.根据权利要求7所述的层压体，其中当沿远离所述蓝宝石片的方向移动时，所述梯度层从Al2O3纳米晶体和非晶Al2O3的所述混合物转变到主要为非晶SiO2。
9.根据权利要求4所述的层压体，其中所述梯度层的化学组成从主要为Al2O3逐渐变为主要为SiO2。
10.根据权利要求4所述的层压体，其中所述梯度层的厚度在25纳米和300纳米之间。
11.根据权利要求4所述的层压体，其中所述蓝宝石片的厚度在5微米和100微米之间。
12.根据权利要求4所述的层压体，其中所述玻璃片的厚度在100微米和1000微米之间。
13.根据权利要求4所述的层压体，其中所述梯度层是第一梯度层，并且所述层压体还包括第二梯度层，所述第二梯度层设置在所述蓝宝石片上与所述第一梯度层相对的一侧上。
14.一种将蓝宝石片结合到玻璃片的方法，所述方法包括：
在所述蓝宝石片的第一表面上沉积梯度层，其中所述梯度层在所述蓝宝石片处主要由Al2O3构成并且在所述梯度层的外表面处转变到主要为SiO2；
将所述蓝宝石片和所述梯度层在足以将所述梯度层化学结合到所述蓝宝石片的温度下退火；
在所述梯度层的所述外表面上设置玻璃片；以及
将所述玻璃片、所述梯度层和所述蓝宝石片在足以将所述玻璃片化学结合到所述梯度层的温度下退火，
其中所述梯度层包括靠近所述蓝宝石片定位的包括Al2O3纳米晶体的第一区域和位于所述Al2O3纳米晶体和所述玻璃片之间的包括非晶Al2O3的第二区域。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述梯度层被沉积为具有基本上线性梯度的非晶层，所述基本上线性梯度从所述蓝宝石片处主要为Al2O3变化到所述梯度层的外表面处主要为SiO2。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述蓝宝石片在高于所述玻璃片的软化点的温度下退火。
17.根据权利要求14所述的方法，其中将所述蓝宝石片和所述梯度层退火导致在所述梯度层和所述蓝宝石片之间的界面处形成Al2O3纳米晶体层。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述梯度层还沉积在所述蓝宝石片的与所述第一表面相对的第二表面上。
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