CN110576658A - 形成保留形状的挠性玻璃-聚合物层叠体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及形成保留形状的挠性玻璃‑聚合物层叠体的方法。本发明涉及一种挠性玻璃‑聚合物层叠结构，包括：弯曲成弯曲形状的挠性玻璃基材，使所述挠性玻璃基材包括弯曲部分；层叠到所述挠性玻璃基材的弯曲部分上的聚合物层；其中，所述挠性玻璃‑聚合物层叠结构的玻璃总厚度不小于层叠总厚度的1/3；其中，所述挠性玻璃基材的玻璃材料具有工作温度，所述聚合物层的聚合物材料具有工作温度，其中，所述聚合物材料的工作温度小于或等于所述玻璃材料工作温度的25％；其中，所述聚合物层具有强度和刚性，使得所述聚合物层在不施加任何外部作用力的情况下维持所述挠性玻璃基材的弯曲形状。

Description

形成保留形状的挠性玻璃-聚合物层叠体的方法
本申请是国际申请号为PCT/US2014/017884，国际申请日为2014年2月24日的PCT国际申请进入中国国家阶段后的申请，申请号为201480010414.0，发明名称为“形成保留形状的挠性玻璃-聚合物层叠体的方法”的发明专利申请的分案申请。
本申请根据35U.S.C.§119要求2013年2月26日提交的美国临时申请系列第61/769379号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
技术领域
本发明涉及玻璃-聚合物层叠结构，更具体地，涉及成形的挠性玻璃-聚合物层叠体。
背景技术
采用聚合物基底材料制造挠性聚合物基材，所述聚合物基底材料任选地层叠或者涂覆了一层或多层聚合物膜或真空沉积涂层。由于其低成本，这些层叠的基材堆叠体常用于与PV、OLED、LCD和图案化薄膜晶体管(TFT)电子器件相关的挠性封装。
为了促进挠性玻璃基材作为替代的技术选择，必须克服和证实与玻璃(脆性材料)相关的机械可靠性性能的实际和感知限制。挠性玻璃基材相对于挠性聚合物技术具有数种技术优势。一个技术优势在于，玻璃能够作为水分或气体阻隔，这是室外电子器件的主要劣化机制。第二个技术优势是它通过减少或消除一种或更多种包装基材层，降低总包装尺寸(厚度)和重量的潜力。另一个优势是具有与玻璃相关的优异表面质量，可以容易地对其进行清洁。因此，如果可以克服与玻璃相关的机械可靠性性能的实际和感知限制，则可以推进挠性玻璃结构的使用。
发明内容
改善裸的挠性玻璃的机械可靠性的一种技术是将挠性玻璃基材与一个或多个薄膜聚合物层叠。取决于机械强度要求和预期弯曲应力以及终端应用的方向，根据本文所揭示的概念，可以将挠性玻璃-聚合物层叠基材设计成符合各种形状和机械要求。具体来说，可将挠性玻璃-聚合物层叠结构形成为具有所需的非平面形态。
在以下的详细描述中给出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容而容易理解，或按文字描述和附图实施本发明而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。
所含附图用于进一步理解本发明的原理，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来说明例如本发明的原理和操作。应理解，在本说明书和附图中揭示的本发明的各种特征可以以任意和所有的组合使用。作为非限制性例子，本发明的各种特征可相互组合如下。
根据第1个方面，提供了一种形成挠性玻璃-聚合物层叠结构的方法，该方法包括：
将聚合物层加热到提升的温度，该提升的温度大于20℃且小于与所述聚合物层相邻的挠性玻璃基材的工作温度，所述挠性玻璃基材的厚度不超过约0.3mm；
在该提升的温度下使得挠性玻璃基材与聚合物层成形；以及
将聚合物层冷却至低于该提升的温度，使得挠性玻璃-聚合物层叠结构维持非平面形态。
根据第2个方面，提供了第1方面的方法，其中，所述挠性玻璃基材在非平面形态中具有一个或多个弯曲部分。
根据第3个方面，提供如第1或第2方面的方法，其还包括将聚合物层与挠性玻璃基材层叠。
根据第4个方面，提供第3方面的方法，其中，在对聚合物层进行加热步骤的过程中，进行层叠步骤。
根据第5个方面，提供第3方面的方法，其中，在对聚合物层进行加热的步骤之前，进行聚合物层与挠性玻璃基材的层叠步骤。
根据第6个方面，提供第1-5方面的方法，其中，挠性玻璃-聚合物层叠结构的玻璃总厚度不小于层叠总厚度的约1/3。
根据第7个方面，提供第1-6方面的方法，其中，所述提升的温度小于约200℃。
根据第8个方面，提供第1-7方面的方法，其中，对挠性玻璃基材进行成形的步骤包括施加作用力以使得挠性玻璃基材弯曲。
根据第9个方面，提供第1-8方面的方法，其中，对聚合物层进行冷却的步骤包括以不超过约10℃每分钟的速率对聚合物层进行冷却。
根据第10个方面，提供第1-9方面的方法，其中，挠性玻璃基材的厚度不超过约75μm。
根据第11个方面，提供了一种形成挠性玻璃-聚合物层叠结构的方法，该方法包括：
使得挠性玻璃基材与施加到其上的聚合物层进行成形，所述挠性玻璃基材的厚度不超过约0.3mm；以及
使聚合物层硬化，从而使得挠性玻璃-聚合物层叠结构维持非平面形态。
根据第12个方面，提供第11方面的方法，该方法还包括将聚合物层加热到提升的温度，该提升的温度大于20℃且小于挠性玻璃基材的工作温度。
根据第13个方面，提供第12方面的方法，其中，所述提升的温度小于约200℃。
根据第14个方面，提供第11-13方面的方法，其中，使聚合物层硬化的步骤包括向聚合物层施加紫外辐射。
根据第15个方面，提供了第11-14方面的方法，其中，所述挠性玻璃基材在非平面形态中具有一个或多个弯曲部分。
根据第16个方面，提供如第11-15方面的方法，其还包括将聚合物层与挠性玻璃基材层叠。
根据第17个方面，提供第11-16方面的方法，其中，挠性玻璃-聚合物层叠结构的玻璃总厚度不小于层叠总厚度的约1/3。
根据第18个方面，提供第11-17方面的方法，其中，对挠性玻璃基材进行成形的步骤包括施加作用力以使得挠性玻璃基材弯曲。
根据第19个方面，提供第11-18方面的方法，其中，使聚合物层硬化的步骤包括以不超过约10℃每分钟的速率对聚合物层进行冷却。
根据第20个方面，提供第11-19方面的方法，其中，挠性玻璃基材的厚度不超过约75μm。
附图说明
图1是具有非平面形态的挠性玻璃-聚合物层叠结构的一个实施方式的示意图；
图2是具有非平面形态的挠性玻璃-聚合物层叠结构的另一个实施方式的示意图；
图3是形成挠性玻璃-聚合物层叠结构的方法的实施方式；
图4是用于提供具有非平面形态的挠性玻璃-聚合物层叠结构的成形设备的一个实施方式的示意图；
图5是用于提供具有非平面形态的挠性玻璃-聚合物层叠结构的处于开放构造的成形设备的另一个实施方式的示意图；
图6是图5的成形设备处于封闭构造的另一个示意图；以及
图7是形成具有非平面形态的挠性玻璃-聚合物层叠结构的方法的另一个实施方式的示意图。
具体实施方式
在以下的详述中，为了说明而非限制，给出了说明具体细节的示例性实施方式，以提供对本发明的各个原理的充分理解。但是，对于本领域普通技术人员显而易见的是，在从本说明书获益后，可以以不同于本文详述的其它实施方式实施本发明。此外，可能省略了对于众所周知的器件、方法和材料的描述，以免混淆本发明的各个原理的描述。最后，在任何适用的情况下，相同的附图标记表示相同的元件。
本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值和/或到“约”另一个具体值的范围。当表示这样一个范围的时候，另一个实施方式包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当使用前缀“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值形成另一个方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时，都是有意义的。
本文所用的方向术语，例如上、下、左、右、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来表示绝对的取向。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。这样同样适用于任何可能的未明确表述的解释依据，包括：关于设置步骤或操作流程的逻辑；由语法结构或标点获得的一般含义；说明书所述的实施方式的数量或种类。
如本文中所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代形式，除非文中另有明确说明。因此，例如，提到的一种“组件”包括具有两种或更多种这类组件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
挠性玻璃基材可实现将弯曲或相适应的形状用于例如电子器件、包装和建筑应用。由于挠性玻璃基材的弹性，(挠性玻璃基材自身外部的)外部作用力可用于以预定的非平面形态弯曲挠性玻璃基材或/或将其形状维持在预定的非平面形态。如本文所述，采用挠性玻璃基材和聚合物基材形成具有非平面形态的挠性玻璃-聚合物层叠结构。挠性玻璃-聚合物层叠可保持其非平面形态作为自立式物体(即，无需任何玻璃-聚合物层叠体外部的作用力，以维持挠性玻璃-聚合物层叠体它们的非平面形态)。
参见图1和2，显示两种示例性挠性玻璃-聚合物层叠结构10和50。首先参见图1，挠性玻璃-聚合物层叠结构10包括第一最外玻璃层12、第二最外玻璃层16以及聚合物层20，所述第一最外玻璃层12由第一挠性玻璃基材14形成，所述第二最外玻璃层16由第二挠性玻璃基材18形成，所述聚合物层20由聚合物材料22形成，其被夹在第一挠性玻璃基材14和第二挠性玻璃基材18之间并与它们层叠。可以使用或者不使用粘合剂，将聚合物材料22与第一挠性玻璃基材14和第二挠性玻璃基材18层叠。作为一个例子，可以选择聚合物材料22直接与第一挠性玻璃基材14和第二挠性玻璃基材18在它们各自的宽表面28、32和32、34之间的界面处粘结。
挠性玻璃-聚合物层叠结构10具有非平面形态。本文所用术语“非平面形态”指的是3D形状，其中，至少一部分的挠性玻璃-聚合物层叠结构向平面P外延伸或者与平面P呈角度，所述平面P由挠性玻璃-聚合物层叠结构10的原始、展开构造限定。在图1的示例性实施方式中，挠性玻璃-聚合物层叠结构10具有一个或多个升起部或弯曲部分36、38和40，它们从平面P的相对侧向外延伸，形成略微波状的非平面形态。挠性玻璃-聚合物层叠体10可保持非平面形态作为自立式物体，无需任何外部作用力，具体如下文进一步详述。虽然显示挠性玻璃-聚合物层叠结构10包括三层，但是可以存在挠性玻璃基材和聚合物层的每一个的任意合适的层数量。
虽然图1显示最外玻璃层12和16以及波状的非平面形态，但是也可以是其他构造。例如，图2显示挠性玻璃-聚合物层叠结构50，其包括由挠性玻璃基材54形成的最外玻璃层52和由聚合物材料58形成的最外聚合物层56。挠性玻璃-聚合物层叠体50的形式是较为光滑的、弓形非平面形态，其从平面P伸出。虽然显示层叠结构50的玻璃层52的外表面是凸形，聚合物层56的外表面显示为凹形，但是反之亦可。此外，虽然显示层叠结构50具有两层，但是也可存在挠性玻璃基材和聚合物材料的每一个的任意合适的层数量。
本文所述的挠性玻璃基材的厚度小于或等于约0.3mm，包括但不限于如下厚度，例如：约0.01-0.05mm、约0.05-0.1mm、约0.1-0.15mm约0.15-0.3mm，包括例如0.3、0.275、0.25、0.225、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02或0.01mm。使用薄的挠性玻璃基材允许在形成所需的非平面形态中使用薄的聚合物层。例如，在一些实施方式中，参见图1，玻璃总厚度Tgtot(即，Tg1和Tg2的总和，其分别是挠性玻璃基材14和16的厚度)不小于层叠总厚度TL(即，Tg1、Tg2和Tp，其中Tp是聚合物层20的厚度)的约1/3。挠性玻璃基材可由玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷材料或其复合物形成；出于方便描述的缘故，术语“挠性玻璃基材”或“玻璃层”可在本说明书全文使用，其中此类基材或层可替代地由任意这些其他材料制造。可以使用形成高质量挠性玻璃基材的熔融法(例如，下拉法)来形成挠性玻璃基材。相比于通过其他方法生产的玻璃片，熔融法中生产的挠性玻璃基材的表面可具有优异的平坦度和光滑度。熔融法如美国专利系列第3,338,696号和3,682,609号所述。其他合适的挠性玻璃基材成形法包括浮法、上拉法和狭缝拉制法。
建立了用于形成挠性玻璃-聚合物层叠结构的方法，所述挠性玻璃-聚合物层叠结构利用聚合物材料和挠性玻璃基材的挠性，在低于所使用的特定挠性玻璃基材的工作温度的温度下，形成自立式非平面形态。“工作温度”是这样的温度，将挠性玻璃基材或聚合物材料加热至该温度，该温度使其软化至材料可以被成形且在冷却之后保留形状的粘度。对于挠性玻璃基材，工作温度取决于所使用的挠性玻璃的组成，但是可高于约1000°F，例如高于约1500°F，例如高于约2000°F。聚合物材料的工作温度可远低于挠性玻璃基材的工作温度。在一些情况下，聚合物材料的工作温度可以小于或等于挠性玻璃基材的工作温度的约50％，例如小于或等于约40％，例如小于或等于约30％，例如小于或等于约25％，例如小于或等于约15％，例如小于或等于约10％。因为聚合物材料可以在比挠性玻璃基材的工作温度低的温度下成形，聚合物材料可用于将挠性玻璃基材保持在所需的自立式、非平面形态。
现在描述用于制造层叠结构的方法。图3显示示例性方法的步骤，应理解的是，除非另有说明，否则所示步骤可以不同顺序进行。此外，可提供没有显示的附加步骤，除非另有说明。如图3所示，所述方法可任选地在100开始，步骤102提供厚度小于约300μm或更小的挠性玻璃基材，例如小于或等于50μm。挠性玻璃基材可提供选自各种玻璃家族的玻璃，包括钠钙玻璃、硼硅酸盐和碱土硼铝硅酸盐，但在其它例子中可使用其它类型的玻璃组合物。
在步骤104，可向挠性基材的宽表面施加聚合物材料。可向挠性玻璃基材的一侧施加聚合物材料以形成仅仅一层聚合物层(图2)，或者可向多侧施加聚合物材料以形成多层聚合物层。可向聚合物层施加另一挠性玻璃基材，从而将聚合物层夹在玻璃层之间(参见图1)。可以增加额外的挠性玻璃基材和聚合物基材层。可以在聚合物和玻璃层之间施加中间粘合剂层或其他层类型。在许多实施方式中，可以在无需使用任意中间粘合剂层的情况下，使得挠性玻璃基材与聚合物材料直接粘结。
还参见图4，在步骤106，可采用成形设备110和施加能量112的组合，对预成形挠性玻璃-聚合物结构108进行成形。预成形挠性玻璃-聚合物结构108可初始是平坦的，从而限定了平面P(图1)。在其他实施方式中，可以将预成形玻璃-聚合物结构108成形为一些其他形状。使用重物114或者一些其他外部源(例如，压制机、成形设备等)向预成形挠性玻璃-聚合物结构108施加作用力。施加的能量112可以是任意合适的能量，例如热、辐射(例如，紫外光)等。当施加能量112时，预成形挠性玻璃-聚合物结构被成形为所需的非平面形态。在成形之后，去除能量，聚合物材料冷却(例如，以不超过约10℃每分钟的速率，如不超过约5℃每分钟的速率)，并且由于聚合物层的强度和刚性，预成形挠性玻璃-聚合物结构108保持非平面形态。可以使用高于约10℃每分钟的冷却速率。
例如，参见图1，如果提供的话，弯曲部分36、38、40可具有各种曲率，其由各个挠性玻璃基材14或18的曲率半径Rg一般地限定。在一些例子中，各个挠性玻璃基材14和18的每一个的曲率半径可维持在高于最小值，以降低成形步骤过程中挠性玻璃基材中的应力。例如，如果挠性玻璃基材14、18能够在5mm弯曲半径的情况下不发生破裂，则可以将预成形挠性玻璃-聚合物结构108成形为使得挠性玻璃基材14和18分别具有不小于约5mm的弯曲半径，形成最终的非平面形态。
可以对挠性玻璃基材的最小曲率半径Rg进行选择，以符合预定等式。例如，可以对最小曲率半径进行选择，以符合下式：
其中，“E”是玻璃的杨氏模量，“t”是玻璃的厚度，以及σ最大是挠性玻璃基材中所需的最大应力。
通过为上式(1)选择适当的玻璃和弯曲半径的参数，可以将挠性玻璃基材14、18弯曲成形成宽范围的曲率。例如，假定挠性玻璃基材14、18的σ最大为15MPa，杨氏模量为70GPa以及厚度为50μm，则最小曲率半径可计算为116.7mm。考虑到安全因素，如果需要的话，对于厚度为50μm的挠性玻璃基材14、18，可将挠性玻璃基材14、18的曲率半径Rg保持在高于20cm的最小曲率半径。但是，取决于所使用的挠性玻璃基材的类型、厚度等，这些值可发生变化。虽然显示部分36、38、40具有相似的曲率半径，但是不必是这种情况，即它们可具有相互不同的曲率半径。
一旦完成，如步骤114所示，步骤106的成形可提供这样的挠性玻璃-聚合物层叠，其中，可以将预成形挠性玻璃-层叠结构的形状(例如，平坦)弯曲成使得通过聚合物材料将挠性玻璃基材保持在其非平面形态。这样，一旦固化之后，聚合物材料将挠性玻璃基材保持在非平面形态。但是，在聚合物材料固化之前，可以使用成形设备、重物、夹具或者一些其他保持结构以维持挠性玻璃片的非平面形态，直至聚合物材料在冷却过程中固化。
在一些实施方式中，将聚合物材料与挠性玻璃基材层叠以及对挠性玻璃-聚合物层叠进行成形的步骤，可至少在一定程度上同时进行。例如，参见图5，可以提供成形设备200(例如模具或者其他加压装置(如压制机))，其中，采用挤出机204向成形设备200施加经加热的、软化的聚合物材料202。经加热的聚合物材料202可施加到成形设备200的单个部分206(例如，以提供单层聚合物层)，或者可施加到成形设备200的多个部分206和208(例如，以提供多层聚合物层)。此外，可以以任意合适的式样将经加热的聚合物材料202施加到所述部分206。参见图6，可以使成形设备200的所述部分206和208接触，使得挠性玻璃基材201位于其间。可以看出，成形设备200的所述部分206和208可具有成形表面212和214，其迫使挠性玻璃基材210成为所需的非平面形状，并当聚合物材料202冷却和固化时，将挠性玻璃基材210保持在非平面形状。然后可以从成形设备200取出具有非平面形态的挠性玻璃-聚合物层叠结构，并维持其非平面形状。这种工艺类型的另一个例子可以使用插入挠性玻璃的聚合物注射模具。可以当聚合物注入到模具中的时候，将挠性玻璃保持在非平面形状。在从模具取出并冷却之后，挠性玻璃和聚合物结构可保持非平面形状。
实施例
采用聚合物材料(压敏粘合剂)将两块75μm厚的挠性玻璃基材层叠在一起，提供预成形挠性玻璃-聚合物结构。将预成形挠性玻璃-聚合物结构放入室温烘箱中，支撑和重物(分别为25g)的布置如图4所示。将烘箱以5℃每分钟的速率加热至200℃的温度(远低于挠性玻璃基材的工作温度)。温度在200℃保持1小时，之后以5℃每分钟的速率冷却。在从重物和支撑取出挠性玻璃-聚合物层叠之后，挠性玻璃-聚合物层叠保持其非平面形态。
虽然上文所述的挠性玻璃基材显示为挠性玻璃片，但是可以在连续过程中(例如，辊或制造(如下拉)过程)期间，使用连续的挠性玻璃基材形成具有非平面形态的挠性玻璃聚合物层叠结构。例如，图7显示挠性玻璃基材的两个示例性来源250，但是可以提供其他来源。例如，来源250可以包括下拉玻璃成形设备252。如示意性所示，下拉玻璃成形设备252可包括位于槽256底部的成形楔254，其中，玻璃从成形楔254的相对侧258和260向下流出。当它们从成形楔254的根部262拉出的时候，两块熔融玻璃片随后融合在一起。这样，挠性玻璃带形式的挠性玻璃基材266可以被熔融拉制成以向下方向268穿过，离开成形楔254的根部254，导向进入位于下拉玻璃成形设备下游的向下区264。
在形成之后，挠性玻璃基材266可以被进一步加工，例如通过切割、修剪等。可以将连续挠性玻璃带形式的挠性玻璃基材266传递或导向到成形设备268。成形设备268可以类似于图5的成形设备200，并且可以用于使得挠性玻璃基材266具有非平面形态。在所示的实施方式中，聚合物材料207可以是从辊272供给到挠性玻璃基材266的连续膜。聚合物材料270还可以是可固化的材料或涂料的形式。成形设备268的部分可以发生接触，如上所述采用加热器275对聚合物材料进行加热然后冷却(例如，采用水冷却或其他冷却方法)，以使得所得到的挠性玻璃-聚合物层叠结构274具有非平面形态。可以使用其他成形设备，例如相对棍，其可用于使得挠性玻璃-聚合物层叠结构具有非平面形状。
挠性玻璃基材266的另一示例性来源250可以包括挠性玻璃基材266的成卷卷绕(coiled spool)276。例如，在采用例如下拉玻璃成形设备252拉制成挠性玻璃带之后，可以将挠性玻璃基材266卷成成卷卷绕276。因此，如果来源250包括成卷卷绕276，则可以从成卷卷绕276解绕挠性玻璃基材266，以向下方向268穿过进入向下区264。也可以是其他布置，例如以水平方向解绕挠性玻璃基材。
用于本文所述的层叠结构的聚合物层可包括各种聚合物，例如以下任意一种或多种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯四氟乙烯(ETFE)或者热聚合物聚烯烃(TPOTM，聚乙烯、聚丙烯、嵌段共聚物聚丙烯(BCPP)或橡胶的聚合物/填料掺混物)，聚酯、聚碳酸酯、聚丁酸乙烯(polyvinylbuterate)、聚氯乙烯、聚乙烯和取代的聚乙烯、聚羟基丁酸酯、聚羟基乙烯丁酸酯、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphalate)、聚酰亚胺、聚醚、聚砜、聚乙烯乙炔(polyvinylacetylenes)、透明热塑料、透明聚丁二烯、聚氰基丙烯酸酯、基于纤维素的聚合物、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚硫化物、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯和聚硅氧烷。还可以使用作为预聚物或预化合物沉积/涂覆然后发生转化的聚合物，例如环氧树脂、聚氨酯、苯酚甲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂。许多显示器和电子应用可能优选基于丙烯酸的聚合物、硅酮和此类结构辅助层，例如购自杜邦(DuPont)公司的对于某些应用，聚合物层可能是透明的，但是对于其他应用不必如此。
此外，各聚合物层自身可以是由具有不同杨氏模量、不同泊松比和/或层厚度的不同类型的聚合物制造的层叠或复合结构。聚合物材料还可以是填充的复合物体系，其可同时包含分布在其本体层中的有机和无机组分。在此情况下，可以对化合物层进行均匀化以找到对于总体层的有效值，包括可用于本文所述以有利地构造玻璃-聚合物层叠的有效厚度、有效杨氏模量和有效泊松比。例如，复合物可以由上述材料和/或金属(例如，不锈钢、镍、铜、贵金属、金属氧化物等)的任意组合形成。
本文所述的玻璃-聚合物层叠可用作用于安装器件功能层的基材，或者可用作器件内的包封层或阻隔层。器件可以是电子器件，例如显示屏(包括例如，液晶显示器、等离子体显示器、有机发光二极管显示屏、平板显示器)、发光器件或太阳能电池模块。功能层可包括例如，薄膜晶体管(TFT)、二极管、光电二极管、三极管、光伏电池、光耦合器、透明电极、滤色器或导电层。玻璃-聚合物层叠可用作层叠到显示屏上的覆盖。玻璃-聚合物层叠不仅可用作OLED(小分子荧光(SMF)和(LEP)发光聚合物)的基材/包封，还可用作其他包含电活性层的器件(例如，有机光检测器、有机太阳能电池、薄膜晶体管(TFT)阵列和用于OLED的TFT)的基材/包封。另一种用途是用于LEP产品，例如非图案化背光和其他光源或图案化器件，例如信号器、字母数字显示器或点矩阵和其他高分辨率显示器。此外，可以在层叠结构的最终组装前，在分开的挠性玻璃或聚合物层上完全或部分地制造器件。在此情况下，器件可存在于聚合物和挠性玻璃层之间。
用于电子器件中的保护元件时，玻璃-聚合物层叠可以是基本透明结构，其中，所述玻璃-聚合物层叠是包含厚度为5-300微米的玻璃层以及厚度为50微米至1cm或更厚的聚合物层的复合结构。在该连接中，玻璃-聚合物层叠的可成形性使其可以通过弯曲和/或扭曲偏离完全平面性，并且然后固定于形状。
玻璃和聚合物层可根据间歇法以片形式提供。或者，可以以片形式提供玻璃层，从连续辊提供聚合物层。作为另一种可能性，玻璃和聚合物层都来自连续辊。可以通过层叠玻璃和聚合物层来形成复合结构，例如根据间歇法、连续辊-辊法或者半连续法(其中，聚合物层是连续膜而玻璃层是片形式)。玻璃和/或聚合物层可以是恒定的厚度，或者可以是变化的厚度。
对于聚合物层，还可以使用作为预聚物或预化合物沉积/涂覆然后发生转化的聚合物，例如环氧树脂、聚氨酯、苯酚甲醛树脂、可UV固化的丙烯酸酯和三聚氰胺甲醛树脂。玻璃和聚合物层的层叠可以是在层之间具有胶/粘合剂。在此情况下，可以将粘合剂预涂覆到基材的一个或两个表面上，或者在层叠过程中提供，在室温或提升的温度下，具有或者不具有压力。UV固化的胶也是合适的。聚合物层可以是预涂覆了热密封胶的聚合物片的形式。可以在玻璃的制造过程中整合将聚合物层层叠和/或沉积到玻璃层上，即玻璃离开制造线然后(在仍然热的状态或者温或者冷的状态下)涂覆聚合物。
作为通过层叠成形的替代方式，可以通过间歇法或连续法将复合物的聚合物层涂覆到玻璃层上。可以通过浸涂、喷涂、溶液旋涂、溶液刀涂、弯液面涂覆、狭缝模头涂覆将聚合物涂覆到玻璃上，或者可以将熔融聚合物涂覆到玻璃层上。也就是说，可以考虑不同情形：(i)已经存在作为膜的聚合物，并层叠到玻璃；以及(ii)聚合物不是膜形式，但是通过浸涂、喷涂等涂覆到玻璃上。预聚物属于情况(ii)。但是，上文所述的数种其他聚合物可以情况(ii)涂覆。在此情况下，主要可以通过如下方式将聚合物涂覆到玻璃上：从溶液涂覆，从熔体或作为预聚物涂覆。
在电子器件的制造中，通常需要使得部分或全部层经受加工步骤。例如，如果存在电致发光有机材料(其是半导体共轭聚合物，例如聚(亚苯基亚乙烯)(PPV))，则该层的沉积通常以如下方式进行：通过例如旋涂使得前体沉积在溶剂中聚合物中，然后使得该层经受后续加工步骤以将前体转变成最终聚合物。因此，如果在这些加工步骤过程中存在下方玻璃-聚合物层叠的话，其必须能够耐受用于旋涂前体层的溶剂以及用于驱散溶剂并将前体转变成聚合物的后续温度。因此，玻璃-聚合物层叠的聚合物层需要具有合适的质量。例如，如果玻璃-聚合物层叠要经受高温，则聚合物层的玻璃转化温度(以及使用的任意粘合剂的工作温度)应该高于那些温度。例如，可能超过150℃的温度。此外，在某些情况下，聚合物层应该对于用于聚合物的溶剂层具有抗性，例如混合二甲苯、THF，其用于可溶性共轭聚合物如MEH PPV。
上文所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构采用超薄挠性玻璃基材，其实现了使用较薄的聚合物层或较低分子量聚合物层，以将挠性玻璃基材固定在非平面形态。相比于玻璃层的厚度，聚合物层的厚度可以是小于或等于3倍(例如，小于或等于2倍，或者约为相同厚度等)。相比于较厚的玻璃基材，超薄挠性玻璃基材可在弯曲后具有低得多的应力。该较低的弯曲应力可实现相比于较厚的玻璃基材小得多的弯曲半径。
除了电子器件，上文所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构可用于其他领域，例如建筑表面装饰、保护涂层、电致变色窗(electrochromatic window)、防火表面以及需要符合弹道釉色要求的多堆叠结构的各种构造。类似地，对于例如有机/薄膜、PV、OLED显示器和照明灯应用，挠性玻璃-聚合物层叠结构可作为阻隔材料来保护膜、结构和/或器件免受氧和水分的进入/渗透。
应当强调，本发明上述实施方式、特别是任意“优选的”实施方式，仅仅是可能实现的例子，仅用来清楚理解本发明的各个原理。可以对本发明的上文所述的实施方式进行许多改变和改进，而不明显背离本发明的精神和各个原理。所有这些改变和改进旨在包括在本文和本发明的范围内，并且受到如下附权利要求书的保护。

Claims (20)

1.一种挠性玻璃-聚合物层叠结构，所述结构包括：
弯曲成弯曲形状的挠性玻璃基材，使所述挠性玻璃基材包括弯曲部分；
层叠到所述挠性玻璃基材的弯曲部分上的聚合物层；
其中，所述挠性玻璃-聚合物层叠结构的玻璃总厚度不小于层叠总厚度的1/3；
其中，所述挠性玻璃基材的玻璃材料具有工作温度，所述聚合物层的聚合物材料具有工作温度，其中，所述聚合物材料的工作温度小于或等于所述玻璃材料工作温度的25％；
其中，所述聚合物层具有强度和刚性，使得所述聚合物层在不施加任何外部作用力的情况下维持所述挠性玻璃基材的弯曲形状。
2.如权利要求1所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述挠性玻璃基材的弯曲部分限定最小曲率半径Rg，其中，Rg符合下式：
其中，“E”是所述挠性玻璃基材的玻璃材料的杨氏模量，“t”是所述挠性玻璃基材的厚度，以及σ最大是所述挠性玻璃基材中所需的最大应力。
3.如权利要求1或2所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述挠性玻璃基材的外表面在弯曲部分处限定了凸弯曲表面。
4.如权利要求3所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述聚合物层沿着所述挠性玻璃基材的凹弯曲表面层叠到挠性玻璃基材的内表面，所述凹弯曲表面位于所述挠性玻璃基材的与凸弯曲表面相对的一侧。
5.如权利要求1或权利要求2所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述挠性玻璃基材的厚度不大于约0.3mm。
6.如权利要求1或2所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述挠性玻璃基材的玻璃材料的工作温度大于1000°F。
7.如权利要求1或权利要求2所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述挠性玻璃基材的玻璃材料是钠钙玻璃材料、硼硅酸盐玻璃材料和碱土金属硼铝硅酸盐玻璃材料中的一种。
8.如权利要求1或权利要求2所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构，其中，还包括第二挠性玻璃基材，所述第二挠性玻璃基材包括弯曲部分，其中，所述聚合物层层叠在所述挠性玻璃基材和所述第二挠性玻璃基材之间。
9.如权利要求8所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述聚合物层直接粘合到所述挠性玻璃基材的内部宽表面，并且直接粘合到所述第二挠性玻璃基材的内部宽表面。
10.如权利要求1或权利要求2所述的挠性玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述挠性玻璃基材包括多个弯曲部分。
11.一种弯曲的玻璃-聚合物层叠结构，所述层叠结构包括：
包括弯曲部分的玻璃基材；和
连接所述玻璃基材弯曲部分的表面的聚合物层；
其中，所述玻璃基材的玻璃材料具有工作温度，其中，所述聚合物层的聚合物材料具有工作温度，其中，所述聚合物材料的工作温度小于或等于所述玻璃材料工作温度的50％；
其中，所述聚合物层在不施加任何外部作用力的情况下维持所述挠性玻璃基材的弯曲形状。
12.如权利要求11所述的弯曲的玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述玻璃基材的外表面在弯曲部分处限定了凸弯曲表面，其中，所述聚合物层沿着位于所述弯曲部分中的所述玻璃基材的凹弯曲表面层叠到玻璃基材的内表面。
13.如权利要求11或12所述的弯曲的玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述玻璃基材的厚度不大于约0.3mm。
14.如权利要求11或12所述的弯曲的玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述弯曲玻璃-聚合物层叠结构的总玻璃厚度不小于总层压板厚度的约1/3。
15.如权利要求11或12所述的弯曲玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述玻璃基材的厚度在5微米至300微米之间，其中，所述聚合物层的厚度在50微米至1厘米之间。
16.如权利要求11或12所述的弯曲的玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述玻璃基材的玻璃材料的工作温度大于1000°F，其中，所述玻璃基材的玻璃材料是钠钙玻璃材料、硼硅酸盐玻璃材料和碱土金属硼铝硅酸盐玻璃材料中的一种。
17.如权利要求11或12所述的弯曲的玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述玻璃基材的弯曲部分限定最小曲率半径Rg，其中，Rg符合下式：
其中，“E”是所述玻璃基材的玻璃材料的杨氏模量，“t”是所述玻璃基材的厚度，以及σ最大是所述玻璃基材中所需的最大应力。
18.一种弯曲的玻璃-聚合物层叠结构，所述层叠结构包括：
包括弯曲部分、内表面和外表面的玻璃基材，其中，位于弯曲部分的玻璃基材的外表面限定凸弯曲表面，位于弯曲部分的玻璃基材的内表面限定凹弯曲表面；和
连接所述玻璃基材内表面的聚合物层；
其中，所述聚合物层具有强度和刚性，使得所述聚合物层在不施加任何外部作用力的情况下维持所述玻璃基材弯曲部分的弯曲形状。
19.如权利要求18所述的弯曲的玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述玻璃基材的玻璃材料具有工作温度，其中，所述聚合物层的聚合物材料具有工作温度，其中，所述聚合物材料的工作温度小于或等于所述玻璃材料工作温度的25％。
20.如权利要求18或19所述的弯曲的玻璃-聚合物层叠结构，其中，所述玻璃基材的弯曲部分限定最小曲率半径Rg，其中，Rg符合下式：
其中，“E”是所述玻璃基材的玻璃材料的杨氏模量，“t”是所述玻璃基材的厚度，以及σ最大是所述玻璃基材中所需的最大应力。
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