CN111152523B - 形成层叠玻璃结构的方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成层叠玻璃结构的方法，其包括：将厚度不大于约0.3mm的挠性玻璃基材的连续带引入到基材材料。基材材料的热膨胀系数(CTE)大于挠性玻璃基材的热膨胀系数。在提升的温度下，将挠性玻璃基材层叠到基材材料。对基材材料进行冷却，以在挠性玻璃基材的厚度方向上引入压缩应力。

Description

形成层叠玻璃结构的方法
分案申请说明
本申请系申请日为2014年04月14日、国际申请号为PCT/US2014/033925、进入中国国家阶段后的国家申请号为201480021790.X、题为“形成层叠玻璃结构的方法”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4月19日提交的美国临时申请系列第61/813718号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及玻璃层叠结构，更具体地，涉及形成层叠的玻璃结构的方法。
背景
层叠玻璃结构可用作各种器具、汽车组件、建筑结构或电子器件制造中的组件。例如，可结合层叠玻璃结构作为各种终端产品(例如，冰箱、装饰玻璃、电视机或智能交互显示器的嵌入式触摸层叠)的覆盖玻璃。但是，采用层叠玻璃结构的应用受到强度和冲击的限制。此外，一些电子件要求特殊形状的层叠玻璃结构，例如具有弯曲、成形、斜面、斜角或任意其他轮廓曲线的层叠玻璃片。因此，存在对用于形成层叠玻璃结构的设备和方法的需求。
发明内容
改善挠性玻璃的机械可靠性的一种技术是使得挠性玻璃与一种或多种层叠材料或基材层叠或结合。挠性玻璃可以是厚度小于或等于300微米(包括但不限于300、275、250、225、200、190、180、170、160、150、140、130、120、110、100、90、80、70、60、50、40、30、20或10微米)的玻璃。取决于层叠玻璃结构的机械强度和抗冲击性要求，以及目标应用的预期弯曲应力和方向，可根据本文所揭示的概念将层叠玻璃结构设计成符合各种机械要求。当合适地使用时，层叠玻璃结构可相对于非层叠挠性玻璃提供改进的机械可靠性和/或抗划痕性、抗破坏性或抗冲击性性能。
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：
根据第一方面，一种形成层叠玻璃结构的方法，其包括：
将厚度不超过约0.3mm的挠性玻璃基材的连续带引入到非玻璃基材材料，所述非玻璃基材材料的热膨胀系数(CTE)大于所述挠性玻璃基材的热膨胀系数；
在提升的温度下，将挠性玻璃基材层叠到非玻璃基材材料；以及
对层叠的玻璃结构进行冷却，以在挠性玻璃基材的厚度方向上引入压缩应力。
根据第二方面，提供第1方面的方法，其中，挠性玻璃基材在所述挠性玻璃基材的厚度方向上的压缩强度至少约40MPa。
根据第三方面，提供第1或第2方面的方法，其中，挠性玻璃基材在所述挠性玻璃基材的厚度方向上的压缩强度至少约69MPa。
根据第四方面，提供第1-3方面中任一项的方法，其中，非玻璃基材材料的CTE至少约为挠性玻璃基材的CTE的10倍。
根据第五方面，提供第1-4方面中任一项的方法，所述方法包括随着基材材料被加热到提升的温度，使得非玻璃基材材料相对于挠性玻璃基材膨胀。
根据第六方面，提供第1-5方面中任一项的方法，所述方法还包括在挠性玻璃基材和非玻璃基材材料之间提供粘合层，所述粘合层使得非玻璃基材材料与挠性玻璃基材层叠。粘合层可以是UV活化或者压力活化的。
根据第七方面，一种形成层叠玻璃结构的方法，其包括：
将预先形成的基材成形为非平面形状，所述预先形成的基材包括非玻璃材料；以及
将挠性玻璃基材层叠到预先形成的基材，同时使得挠性玻璃贴合预先形成的基材的非平面形状。
根据第八方面，提供第7方面的方法，其中，非玻璃材料包括金属、金属合金或聚合物。
根据第九方面，提供如第7或第8方面的方法，所述方法还包括在挠性玻璃基材和预先形成的基材之间提供粘合层。
根据第十方面，提供第7-9方面中任一项的方法，其中，使得预先形成的基材成形的步骤包括将预先形成的基材引入到具有非平面轮廓的成形表面。
根据第十一方面，提供第7-10方面中任一项的方法，其中，将挠性玻璃基材层叠到预先形成的基材的步骤包括加热位于挠性玻璃基材和预先形成的基材之间的粘合层。
根据第十二方面，提供第11方面的方法，其中，将挠性玻璃基材层叠到预先形成的基材的步骤包括向挠性玻璃基材和/或预先形成的基材施加外部压力。
根据第十三方面，提供第11或第12方面的方法，其中，当向挠性玻璃基材和/或预先形成的基材施加外部压力时，对粘合层都进行加热和冷却。
根据第十四方面，一种形成层叠玻璃结构的方法，其包括：
形成基材堆叠，所述基材堆叠包括一层挠性玻璃基材、一层预先形成的基材(其包括非玻璃材料)以及一层粘合材料(其位于挠性玻璃基材和预先形成的基材之间)；
将基材堆叠引入到压力区；以及
在压力区内向基材堆叠施加压力，同时对基材堆叠都进行加热然后冷却。
根据第十五方面，提供第14方面的方法，其中，非玻璃材料包括金属、金属合金或聚合物。
根据第十六方面，提供第14或第15方面的方法，所述方法包括作为挠性玻璃基材的连续带，将挠性玻璃基材引入到预先形成的基材。
根据第十七方面，提供第14-16方面中任一项的方法，所述方法包括作为挠性玻璃基材的连续带，将预先形成的基材引入到挠性玻璃带。
根据第十八方面，提供第14-17方面中任一项的方法，所述方法包括作为粘合材料的连续带，将粘合材料引入到挠性玻璃基材和/或预先形成的基材。
根据第十九方面，提供第第14-18方面中任一项的方法，所述方法还包括作为基材堆叠的连续带，将基材堆叠引入到压力区。
根据第二十方面，提供第14-19方面中任一项的方法，所述使得预先形成的基材成形的步骤包括将预先形成的基材引入到具有非平面轮廓的成形表面。
根据第二十一方面，提供第14-20方面中任一项的方法，其中，在一对加热的压力辊之间形成至少部分的加压区。
根据第二十二方面，提供第14-21方面中任一项的方法，其中，在一对冷却的压力辊之间形成至少部分的加压区。
根据第二十三方面，提供第14-22方面中任一项的方法，其中，在一对加热的压力辊之间和一对冷却的压力辊之间都形成至少部分的加压区。
根据第二十四方面，提供第14-23方面中任一项的方法，所述方法还包括将预先形成的基材成形为非平面形状。
根据第二十五方面，提供第24方面的方法，其中，形成基材堆叠的步骤包括将挠性玻璃基材层叠到预先形成的基材，同时使得挠性玻璃贴合预先形成的基材的非平面形状。
附图说明
参照附图，阅读本发明的以下详细描述，可以更好地理解本发明的这些方面、特征和优点以及其他的方面、特征和优点，其中：
图1显示根据本发明的方面的对称层叠玻璃结构的一个实施方式的截面图；
图2显示根据本发明的方面的不对称层叠玻璃结构的一个实施方式的截面图；
图3显示根据本发明的方面的图1的对称层叠玻璃结构的截面图，其在粘合层上具有装饰图案；
图4显示根据本发明的方面的不对称层叠玻璃结构的一个实施方式的截面图，其不具有粘合层；
图5示意性显示用于形成层叠玻璃结构的工艺和设备的实施方式；
图6示意性显示用于形成层叠玻璃结构的工艺和设备的另一个实施方式；
图7示意性显示用于形成层叠玻璃结构的工艺和设备的另一个实施方式；
图8示意性显示采用卷-卷层叠来形成层叠玻璃结构的工艺和设备的实施方式；
图9示意性显示采用卷-卷层叠来形成层叠玻璃结构的工艺和设备的另一个实施方式；
图10示意性显示采用卷-卷层叠来形成层叠玻璃结构的工艺和设备的另一个实施方式；
图11示意性显示采用卷-卷层叠来形成层叠玻璃结构的工艺和设备的另一个实施方式；
图12示意性显示采用卷-卷层叠来形成层叠玻璃结构的工艺和设备的另一个实施方式；
图13和14示意性显示用于形成层叠玻璃结构的方法和设备的实施方式；
图15示意性显示用于图13的设备中的辊头的实施方式；
图16示意性显示用于图13的设备中的辊头的另一个实施方式；
图17显示用于形成层叠玻璃结构的方法和设备的另一个实施方式；
图18显示用于形成层叠玻璃结构的方法和设备的另一个实施方式；以及
图19显示由挠性载体材料运载的挠性玻璃的离散片。
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实施方式。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。
虽然玻璃是固有的牢固材料，但是其强度和机械可靠性与其表面缺陷或瑕疵尺寸密度分布以及材料的随时间累积应力暴露有关。在整个产品寿命周期过程中，层叠玻璃结构可能经受各种类型的静态和动态机械应力。本文所述的实施方式一般地涉及形成层叠玻璃结构的方法，其中，可以采用非玻璃基材对挠性玻璃基材进行强化。本文所讨论的具体例子涉及层叠玻璃结构，其中，非玻璃基材是聚合物和/或金属或金属合金，例如不锈钢、铝、镍、镁、黄铜、青铜、钛、钨、铜、铸铁或贵金属。在一些实施方式中，可以利用非玻璃基材与挠性玻璃之间较大的热膨胀系数(CTE)失配，通过在提升的层叠温度(例如，大于约100℃)下层叠非玻璃基材和挠性玻璃基材，然后通过受控冷却，从而改善强度。该提升的层叠温度方法可使得一旦在层叠玻璃结构冷却之后，在挠性玻璃片的厚度方向上产生均匀分布的压缩残留应力。
在一些实施方式中，建立了连续过程来强化挠性玻璃基材，其利用非玻璃基材和挠性玻璃基材之间大的CTE失配(例如大于或等于约2倍、例如大于或等于约5倍、例如大于或等于约10倍)，通过在提升的温度下层叠非玻璃基材和挠性玻璃基材，然后缓慢冷却，从而在挠性玻璃基材的厚度方向上产生残留压缩应力。在一些实施方式中，CTE失配可以至少约3ppm/℃或更大，例如约6ppm/℃或更大，例如约9ppm/℃或更大，例如约12ppm/℃或更大，例如约15ppm/℃或更大，例如约20ppm/℃或更大，例如约27ppm/℃或更大，例如约50ppm/℃或更大。
参见图1和2，显示两种示例性层叠玻璃结构200和202的截面图。首先参见图1，层叠玻璃结构200一般地涉及对称层叠玻璃结构，并且包括：由挠性玻璃片140形成的第一最外挠性玻璃层141，由另一挠性玻璃片140形成的第二最外挠性玻璃层143，以及夹在第一和第二挠性玻璃层141和143之间并与它们层叠的非玻璃基材层133。如图1所示的对称层叠玻璃结构200构造成使得层叠玻璃结构200的中心平面C下面的层形成中心平面C上方的层的镜像，而如图2所示的不对称层叠玻璃结构不具有绕着其中心平面的这种镜像。非玻璃基材层133由非玻璃基材130形成，例如聚合物、金属合金(如不锈钢)、铜、镍、黄铜、青铜、钛、钨、铸铁、铝、陶瓷、复合物、或者另一种聚合物或刚性材料，或者这些材料的组合。在许多实施方式中，非玻璃基材130由金属或金属合金形成。
可以采用聚合物材料形成非玻璃基材130，例如以下任意一种或多种：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(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
Figure GDA0003754824880000071
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。
使用可以由粘合材料170形成的粘合层174、175，可以使得第一和第二挠性玻璃层141、143在其各自宽表面134、142和132、148处与非玻璃基材层133层叠。粘合材料170可以是非粘合中间层、粘合剂、粘合剂的片或膜、液态粘合剂、粉末粘合剂、压敏粘合剂、紫外光粘合剂、热粘合剂或者其他类似粘合剂，或其组合。粘合材料170可帮助层叠过程中挠性玻璃140与非玻璃基材130的附着。低温粘合材料170的一些例子包括：UV固化的Norland 68，3MOCA 8211和8212(室温下压力粘结)、硅酮、丙烯酸酯、光学透澈的粘合剂、密封材料、聚氨酯和木胶。较高温度粘合材料170的一些例子包括：DuPont(杜邦)SentryGlas、DuPont PV5411，日本世界公司材料FAS和聚乙烯醇缩丁醛树脂。粘合层174可以是薄的，厚度小于或等于约1000μm，包括小于或等于约500μm、约250μm，小于或等于约50μm、小于或等于约25μm，以及约0.1-5mm。粘合剂还可还有其他功能组分，例如颜色、装饰、抗热性或抗UV性、AR过滤等。粘合材料170可以是固化时光纤透澈或者可以是不透明的。在粘合材料170是粘合剂的片或膜的实施方式中，粘合材料170可以具有通过挠性玻璃的厚度可见的装饰性图案或设计，如图3所示。
在图3中，层叠玻璃结构200包括由粘合材料170的片或膜形成的粘合层174。粘合材料170具有条145的式样，其从挠性玻璃层141的外表面144是可见的。在层叠过程中或层叠之后，可能在层叠玻璃结构中夹带一些空气泡，但是直径小于或等于100μm的空气泡不会影响层叠玻璃结构的抗冲击性。可以通过使用真空系统或者向结构的表面施加压力来减少空气泡的形成。在其他实施方式中，可以在没有粘合剂的情况下层叠挠性玻璃层。在另一些实施方式中，第二挠性玻璃层143可以由化学组成不同于第一挠性玻璃层141的挠性玻璃片140的挠性玻璃形成。操纵层叠玻璃结构的层141、174、133之间的结合强度还会影响层叠玻璃结构的抗冲击性。
虽然图1显示对称层叠玻璃结构200中的最外挠性玻璃层141、143，图2显示替代的层叠玻璃结构202，其仅具有层叠到非玻璃基材层133的第一最外挠性玻璃层141，通常称作不对称层叠玻璃结构。再次，可以使用粘合层174，使得第一最外挠性玻璃层141与非玻璃基材层133在它们各自的宽表面134、142之间的界面处层叠。图4显示另一种层叠玻璃结构204，其包括在没有粘合层174的情况下，层叠到非玻璃基材层133的第一最外挠性玻璃层141。图1-4显示具有数层的示例性层叠玻璃结构，但是也可采用具有较多层或较少层的其他层叠玻璃结构。
挠性玻璃片140的厚度146可以小于或等于约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，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。挠性玻璃片140可由玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷材料或其复合物形成。形成高质量挠性玻璃片的熔融法(例如，下拉法)可用于各种装置，一种此类应用是平板显示器。相比于通过其他方法生产的玻璃片，熔融法中生产的玻璃片的表面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。其他合适的玻璃片成形法包括浮法、上拉法、下拉法和狭缝拉制法。此外，挠性玻璃片140还可通过如下方式含有抗微生物性质：为玻璃使用化学组合物，包括表面上的Ag离子浓度，其大于0至0.047μg/cm2，如美国专利申请公开号2012/0034435A1进一步所述。挠性玻璃140还可涂覆釉料(其包括银或任意其他掺杂银离子的那些)，以得到所需的抗微生物性质，如美国专利申请公开号2011/0081542A1进一步所述。此外，挠性玻璃140可具有如下摩尔组成：50％的SiO2、25％的CaO和25％的Na2O，以实现所需的抗微生物作用。
图5-7示意性显示用于形成各种层叠玻璃结构的工艺和设备。首先参见图5，显示片-片层叠方法300，其中使用压力使得挠性玻璃片302与基材片304结合。在该实施方式中，压力辊306和308形成夹具310，将挠性玻璃片302和基材片304递送到所述夹具310。在一些实施方式中，当挠性玻璃片302和基材片304同时递送到夹具310时，可以在它们之间提供粘合剂。夹具310中的压力用于形成层叠玻璃结构312。加热的辊306和308可用于利用挠性玻璃片302和基材片304之间的CTE失配，从而在挠性玻璃片302的厚度方向上引入压缩用力，以在冷却之后强化挠性玻璃片302。参见图6，显示卷-片层叠方法320；同样地，使用压力使得来自供给卷334的挠性玻璃的连续带322与基材片304结合。在该实施方式中，压力辊326和328(例如，加热的或未加热的)形成夹具330，将挠性玻璃的连续带302和基材片304递送到所述夹具330。在一些实施方式中，当挠性玻璃的连续带322和基材片304同时递送到夹具330时，可以在它们之间提供粘合剂。夹具330中的压力用于形成层叠玻璃结构332。参见图7，显示卷-卷层叠方法340，其中，使用压力使得来自供给卷344的挠性玻璃的连续带342与来自供给卷354的基材材料的连续带346结合。在该实施方式中，压力辊348和350形成夹具352，将挠性玻璃的连续带342和基材材料的连续带346递送到所述夹具352。在一些实施方式中，当挠性玻璃的连续带342和基材材料的连续带346同时递送到夹具353时，可以在它们之间提供粘合剂。夹具352中的压力用于形成层叠玻璃结构356。
现参见图8-12，示意性显示采用卷-卷层叠来形成层叠玻璃结构的示例性设备和工艺。参见图8，设备360包括：形成基材段369，粘合剂施加段364、挠性玻璃施加段366和层叠段368。形成基材段369可包括基材材料(例如，塑料和/或金属)的来源365(例如，卷、挤出机等)，所述基材材料形成基材材料的连续带370。基材材料的选择可影响层叠玻璃结构的材料性质。例如，选择具有较高CTEα的基材材料可通过在挠性玻璃的厚度方向上引入压缩应力并降低拉伸应力，来影响层叠玻璃结构的强度。压缩应力可增加层叠玻璃结构的抗冲击性。在基材材料的CTEα值明显大于挠性玻璃的CTEα值(例如，大两倍或三倍)的情况下，可以增加挠性玻璃中的压缩应力。此外，基材材料的刚度可影响层叠玻璃结构的弯曲应力。例如，如果基材材料具有高的刚度，则层叠玻璃结构可具有降低的弯曲应力。
可以将基材材料的连续带370传递到粘合剂施加段364，用于施涂粘合材料。在该实施方式中，粘合剂施加段364包括：供给卷372和374，其向基材材料的连续带370的相对表面供给粘合材料的连续带376和378。或者，可以将任意其他方法和粘合材料形式应用于基材材料的连续带370。压力辊380和382(例如，加热的或未加热的)可以提供基材材料的连续带370与粘合材料的连续带376和378之间的初始结合。挠性玻璃施加段366包括：供给卷384和386，其向基材材料的连续带370的相对表面供给挠性玻璃的连续带388和390，从而粘合材料可用于将挠性玻璃的连续带388和390层叠到基材材料的连续带370。压力辊392和394可以提供基材材料的连续带370与挠性玻璃的连续带388和390之间的初始结合。层叠段368可利用热和压力来形成连续的层叠玻璃结构396。层叠段368可包括：加热站398、真空站400和冷却站402。可以采用真空装置403施加真空，以提供用于形成连续的层叠玻璃结构396的压力。可以提供切割装置401用于从连续的层叠玻璃结构396切割或者其他方式分离层叠玻璃结构396的区段。可以在层叠之后或者在进入层叠段368之前进行切割操作(参见虚线401)。
图9显示用于形成层叠玻璃结构406的方法和设备404的替代实施方式，其包括上文参照设备360所述的许多元素和特征，包括：形成基材段408、粘合剂施加段410、挠性玻璃施加段412、层叠段414和切割装置415。但是，在该示例性实施方式中，在形成层叠玻璃结构406中，使用压力辊416连同加热和受控冷却。
图10显示用于形成层叠玻璃结构422的方法和设备420的另一个替代实施方式，其包括上文参照设备360所述的许多元素和特征，包括：形成基材段424、粘合剂施加段426、挠性玻璃施加段428、层叠段430和切割装置431。但是，在该示例性实施方式中，在形成层叠玻璃结构422中，使用压板432连同加热和受控冷却。
图11显示用于形成层叠玻璃结构436的方法和设备434的另一个替代实施方式，其包括上文参照设备360所述的许多元素和特征，包括：形成基材段438、粘合剂施加段440、挠性玻璃施加段442、层叠段444和切割装置445。但是，在该示例性实施方式中，在形成层叠玻璃结构436中，使用来自加压空气(或惰性气体)源446的加压空气(或惰性气体)来供给层叠压力，连同加热和受控冷却。
图12显示用于形成层叠玻璃结构452的方法和设备450的另一个替代实施方式，其包括上文参照设备360所述的许多元素和特征，包括：形成基材段454、粘合剂施加段456、挠性玻璃施加段458、层叠段460和切割装置461。但是，在该示例性实施方式中，在形成层叠玻璃结构452中，使用带组件462来供给层叠压力，连同加热。带组件462可包括绕着驱动辊466放置的带464。加热的辊组件468可包括一个或多个加热的压力辊470，其可用于同时进行加热和施加层叠压力。冷却辊组件472可包括一个或多个冷却压力辊474，用于形成层叠玻璃结构452并进行冷却。
虽然在挠性玻璃结构的厚度方向上较大的压缩应力(例如，大于或等于约30MPa，例如大于或等于约40MPa，例如大于或等于约50MPa，例如大于或等于约60MPa，例如大于或等于约69MPa，例如大于或等于约80MPa，例如大于或等于约90MPa，例如大于或等于约100MPa，例如大于或等于约110MPa)可能是合乎希望的，但是对于可以引入的压缩应力的量存在限制。例如，为了实现挠性玻璃基材中的大压缩应力，一种方法是层叠温度设定得尽可能高。但是，该层叠温度的上限不应该超过挠性玻璃-聚合物层叠材料的具体性质所设定的限制，例如所使用的任意粘合剂的工作温度限制。应该考虑材料和结构完整性，以确保产品可靠性。因而，各种限制可能影响可以引入到挠性玻璃结构的压缩应力的量。
虽然上述方法和设备中的许多可用于形成连续层叠结构，现参见图13和14，显示可用于以不连续方式使用挠性玻璃的片的形成层叠玻璃结构的设备500的一个实施方式的示意性截面图。形成层叠玻璃结构的设备500包括：真空模510和真空系统520。将预先形成的层叠材料530放在真空模510中。在形成层叠玻璃结构的设备500的该实施方式中还包括了动态递送段550和可编程辊组件560。形成层叠玻璃结构的设备500的其他实施方式可仅仅包括这些元素中的部分或者不止这些元素。虽然在图13中显示为一个取向，应理解的是，形成层叠玻璃结构的设备500的取向可以是“颠倒的”、垂直的或者呈角度的取向。
可以任意合适的方式连接真空组件520与真空模510，例如通过管线524并且可以拉动或推动空气或其他气体通过真空模510，以在靠近真空模510的表面516产生真空环境。可以将预先形成的层叠材料530放置成靠近真空模510或者放入真空模510中，并且可以通过由真空组件520产生的靠近真空模510的表面516的真空环境与真空模510固定。在一些实施方式中，可以在将预先形成的层叠材料530传递到真空模510之前、过程中和/或之后，对其进行加热。可以通过动态递送段550将挠性玻璃540进料到形成层叠玻璃结构的设备500，或者从卷轴进料，如下所述。在一个实施方式中，动态递送段550可以递送挠性玻璃540靠近预先形成的层叠材料530。当挠性玻璃540贴近预先形成的层叠材料530，可编程辊组件560可在动态递送段550的后缘557靠近真空模510。然后，可编程辊组件560可以以对应于动态递送段550的速度和角度追随动态递送段550。随着可编程辊组件560沿着致动路径跟随动态递送段550，可编程辊组件560可以向挠性玻璃540施加压力，有助于挠性玻璃540接触预先形成的层叠材料530，从而将挠性玻璃540层叠到预先形成的层叠材料530并形成层叠玻璃结构600(如图14所示)，其具有利用CTEα失配和/或抗冲击性增强机制在挠性玻璃540的厚度方向上诱发的适当加工的压缩应力。在一些情况下，层叠玻璃结构600可以是不对称的，使挠性玻璃540层叠到预先形成的层叠材料530的一个表面。在其他情况下，层叠玻璃结构500可以是对称的，使挠性玻璃540层叠到预先形成的层叠材料530的一个表面或相对表面。层叠玻璃结构600可具有增加的强度、耐用性和抗冲击性，这是由于挠性玻璃540中任意诱发的压缩应力以及挠性玻璃540和预先形成的层叠材料530的材料性质。应注意的是，连同将预先形成的层叠保持在模中的真空系统520，可以将空气轴承系统等设计成避免预先形成的表面与真空模系统510的直接接触。此外，可以将压缩空气或气体进料系统(未示出)连接到真空模系统510。
仍参见图13，真空模510可具有带孔或多孔第一表面514以及带孔或多孔成形表面516，其中，孔或开口从第一表面514延伸通过真空模510到达成形表面516。孔或开口可允许沿着整个表面或者表面的某些离散区段推动或拉动空气或其他气体，从真空模510的第一表面514到真空模510的成形表面516。在图13所示的实施方式中，通过连接管线524使得真空组件520与真空模510附连。真空组件520包括真空装置522，其从真空模510的成形表面516拉动空气通过真空模520的宽度512朝向真空模510的第一表面514，大致方向为526。在层叠过程中或者层叠完成之后，所述连接的压缩空气或气体组件(未示出)，还可推动空气从真空模510的第一表面514到达真空模510的成形表面516，方向大致与方向526相反。在表面516处该增加的空气压力还可实现层叠玻璃结构600易于从真空模510脱离。
真空模510的保持和/或成形表面516可以是各种复杂形状，例如具有一个或多个弯曲或波动的形状，或者包含完全或部分平坦区段的曲线、三维轮廓或者任意其他非平面轮廓。真空模510的成形表面516可以由金属、多孔金属、陶瓷、多孔陶瓷、聚合物、多孔聚合物或其复合物，或者任选其他选择避免损坏预先形成的层叠材料530的材料构成。用于真空模510的成形表面516的材料的选择可以影响将预先形成的层叠材料530放置成靠近真空模510或放入真空模510的能力，或者从真空模510去除层叠玻璃结构600的能力。
真空模510可以是一片式模、两片式模或者可具有与成形表面516附连的其他片，以产生多种复杂形状并且可以是任意可再次使用的。真空模510的主体可以由任意固体材料(例如，玻璃、陶瓷、金属、木材、聚合物和/或复合物)构成。
将预先形成的层叠材料530放置成靠近真空模510或者放入真空模510中。预先形成的层叠材料530具有第一表面532和第二表面534。预先形成的层叠材料530放置成使得预先形成的层叠材料530的第一表面532与真空模510的成形表面516接触。预先形成的层叠材料530可以由玻璃(包括与挠性玻璃540相同的玻璃)、木材、玻璃陶瓷、金属(例如不锈钢或铝)、陶瓷、复合物、或者其他聚合物或刚性材料构成。本文通过测量材料的杨氏模量确定刚度。示例性刚性材料是铝(杨氏模量为70000MPa)或者不锈钢(杨氏模量为200000MPa)。
预先形成的层叠材料530的选择可影响层叠玻璃结构600的材料性质。例如，选择具有较高CTEα的预先形成的层叠材料可通过在挠性玻璃540的厚度546方向上引入压缩应力并降低拉伸应力，来影响层叠玻璃结构600的强度。压缩应力可增加层叠玻璃结构600的抗冲击性。在预先形成的层叠材料530的CTEα值明显大于挠性玻璃540的CTEα值(例如，大两倍或三倍)的情况下，可以增加挠性玻璃540中的压缩应力。此外，预先形成的层叠材料530的刚度可影响层叠玻璃结构600的弯曲应力。例如，如果预先形成的层叠结构600具有高的刚度，则层叠玻璃结构600可具有降低的弯曲应力。
预先形成的层叠材料530可以在第一和第二表面532、534上具有粘合材料570，如图14所示，形成一层或多层粘合层574。粘合材料570可帮助层叠过程中挠性玻璃540与预先形成的层叠材料530的附着。粘合材料570的一些例子是市售可得的，如Norland 68、3M OCA8211、3M 8212、DuPont(杜邦)SentryGlas、DuPont(杜邦)PV 5411、硅酮、丙烯酸酯、日本世界公司材料FAS、密封材料、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛树脂或者木胶等，或者其他光学透澈的粘合剂。粘合层574可以是薄的，厚度小于或等于500μm，包括小于或等于250μm，小于或等于50μm、小于或等于25μm，以及亚微米厚度。如果粘合层574是基本透澈的，则从挠性玻璃540的第二表面544可以看到预先形成的层叠材料530的第二表面534。粘合材料570还可以是可UV固化的、热活化的、或压敏粘合剂。粘合剂可还有其他功能组分，例如颜色、装饰、抗热性或抗UV性、AR过滤等。
可以通过动态递送段550将待层叠到预先形成的层叠材料530的挠性玻璃540递送到预先形成的层叠材料530。在其他实施方式中，可以通过连续挠性玻璃卷轴递送挠性玻璃540，如下文所述。挠性玻璃540是“超薄的”，厚度546(参见图1和2)小于或等于约0.3mm，如上文所述。挠性玻璃540可以与膜临时和/或永久结合，涂覆或未涂覆功能材料，例如显示器触摸材料。挠性玻璃540放置成使得挠性玻璃540的第一表面542靠近预先形成的层叠材料530的第二表面534，挠性玻璃540的第二表面544可以与动态递送段550接触。
动态递送段550包括：递送表面552、致动表面554、前缘556和后缘557。动态递送段550包括致动机制559，其与动态递送段550的致动表面554相连。动态递送段550将挠性玻璃540递送到预先形成的层叠材料530。挠性玻璃540放置在递送表面542上，使得挠性玻璃540的第二表面544与动态递送段550的递送表面552接触或者使得挠性玻璃540的第二表面544与动态递送段550的递送表面552的位置靠近。可以在递送表面552上包含涂层(例如特氟龙(Teflon)或其他减少摩擦或无摩擦材料)，从而避免递送表面552损坏挠性玻璃540，并且实现以光滑的方式将挠性玻璃540传输到预先形成的层叠材料540。递送表面552还可以是空气轴承，从而避免或者任意其他方式限制与挠性玻璃540的直接接触。在一些实施方式中，动态递送段550可以由挠性、弹性材料(例如，聚合物、塑料、橡胶等)形成。在其他实施方式中，动态递送段550可以由刚性材料(例如，聚合物、塑料、金属等)形成。动态递送段550的后缘557可以是波状外形的、弯曲的、或者任意其他设计，从而避免当挠性玻璃540离开递送表面552并且层叠到预先形成的层叠材料530以形成层叠玻璃结构600时，与挠性玻璃540的硬角或边缘接触。
在如图13所示的实施方式中，动态递送段550可以以大致方向558致动，使得前缘556在后缘557之前。动态递送段550具有初始位置551，在该位置，后缘557放置成靠近预先形成的层叠材料530的第二表面534。动态递送段550沿着致动路径700致动，并以大致方向558继续，直至整个挠性玻璃540层叠到预先形成的层叠材料530并且动态递送段550到达最终位置553。致动路径700可包括不止一个曲线、弧形、弯曲或者其他波动，例如取决于成形表面516的形状或轮廓。在层叠完成后，如图14所示，动态递送段550可再装载另一片挠性玻璃540，并重新放置到动态递送段550的初始位置551。通过致动机制559可以连续地调节动态递送段550相对于真空模510的速度、方向和角度。动态递送段550的动态运动可控制当挠性玻璃540递送到真空模510时的运动。例如，可以将动态递送段550放置成相对于真空模510呈30度的角度，从而以30度的角度将挠性玻璃540递送到真空模510。在另一个例子中，可以将动态递送段550放置成相对于真空模510呈20度的角度，从而以20度的角度将挠性玻璃540递送到真空模510。在另一个例子中，可以将动态递送段550放置成相对于真空模510呈10度的角度，从而以10度的角度将挠性玻璃540递送到真空模510。
仍参见图13和14，当动态递送段550处于初始位置551时，可编程辊组件560位于靠近动态递送段550的初始位置561。可编程辊组件560包括：辊头562、辊架564和致动组件566。由于可编程辊组件560放置在靠近动态递送段550处于初始位置561，可编程辊组件560的辊头562靠近动态递送段550的后缘557和挠性玻璃540。随着动态递送段550沿着致动路径700致动，可编程辊组件560沿着致动路径700跟随动态递送段550，靠近后缘557，直至到达图14中的最终位置569。辊头562可接触挠性玻璃540并施加压力，使挠性玻璃540层叠到预先形成的层叠材料530，或者在预先形成的层叠材料130和挠性玻璃540之间形成粘合剂结合。可编程辊组件560的致动组件566可控制压力、相对于真空模510的角度以及辊架564的速度，这可决定压力以及辊头562向挠性玻璃540施加压力的角度。对于不对称层叠玻璃结构502、504，压力曲线可以降低翘曲。在提升的层叠温度(其可高于室温)下进行层叠。可以通过辊头562影响层叠温度，并且可以影响层叠玻璃结构600的材料性质，如上文所述。
致动组件566可以是活塞和缸组件、气动组件、水力组件或者任意其他运动控制组件。可编程辊组件560的辊架564可以沿着方向567致动或延伸或缩回(或者相对于其角度)，以及延伸大致方向568跟随致动路径700，使挠性玻璃540层叠到预先形成的层叠材料530。可以使用控制器580来控制并调整可编程辊组件560以及动态递送段550的运动，如图13和14所示。可以通过连接到致动组件566的控制器580连续地调节可编程辊组件560的压力、角度、速度以及其他移动。
挠性玻璃540的表面质量可影响挠性玻璃540的固有强度。划痕、破裂或者其他表面损伤可降低挠性玻璃540的表面质量，并且它们可能是由于粘附到辊头562的外表面563的污染物或颗粒引起的。如图15和16所示是辊头562的两个实施方式。在图15中，显示辊头562具有直径565和外表面563。在层叠过程中，外表面563可以与挠性玻璃540接触。辊头562的外表面563可以包含或者其它方式涂覆固体润滑剂无摩擦材料或涂层，例如特氟龙、聚氨酯、硅酮、聚对苯二甲酸乙二酯或者其他无摩擦材料，从而避免造成挠性玻璃540的表面损伤。如果外表面563涂覆有固体润滑剂无摩擦涂层，则辊头562可能仅能运行固定次数的循环，因为可能从辊头562的外表面562剥离涂层。然后可替换涂层或者可以使用新的辊头562。
辊头562的另一个实施方式如图16所示，其中，辊头562可以是空气轴承，从而避免与挠性玻璃540的直接接触。如果辊头562是空气轴承，当辊头162沿着致动路径300的时候，可以通过辊头562的外表面563以接近均匀压力注入空气或其他气体。当可编程辊组件560沿着致动路径700前进时，辊头562可以转动，或者当可编程辊组件560前进时，辊头562可以任意其他方式保持固定位置。如果当可编程辊组件560沿着致动路径700前进时辊头562转动，则辊头562可具有均匀出口将空气注射通过外表面563，从而实现近均匀的空气分布。如果辊头562保持固定位置，则辊头562可以是仅仅靠近挠性玻璃540的一部分是空气轴承。
现参见图17，显示形成层叠玻璃结构的设备500的另一个实施方式的截面图。该实施方式也包括：真空模510、真空系统520、预先形成的层叠材料530、动态递送段550和可编程辊组件560。但是，该实施方式显示的真空模510的成形表面516是更为复杂的形状。预先形成的层叠材料530是类似的复杂形状。在图17中，显示可编程辊组件560是在靠近动态递送段550的后缘557的初始位置561，以及在致动路径700的终点的最终位置569。显示将挠性玻璃540递送到预先形成的层叠材料530以及层叠到预先形成的层叠材料530，并形成层叠玻璃结构600。在图17中，在其层叠之后，在挠性玻璃540之间存在间隙，但这仅是处于清楚目的。当完成层叠，挠性玻璃540的第一表面542会与预先形成的层叠材料530的第二表面534相连，是例如直接相连或者通过粘合剂相连。
现参见图18，显示形成层叠玻璃结构的设备500的另一个实施方式的截面图。该实施方式也包括：真空模510、真空系统520、预先形成的层叠材料530和可编程辊组件560。但是，在该实施方式中，将挠性玻璃540从挠性玻璃卷轴580递送到预先形成的层叠材料530。挠性玻璃卷轴580含有挠性玻璃载体582的同心层。如图19所示，挠性玻璃载体582包括附着到挠性载体材料586的挠性玻璃540的离散片。挠性玻璃卷轴580可绕着芯584以方向583转动，这取决于形成层叠玻璃结构的设备500的取向。随着挠性玻璃载体582从挠性玻璃卷轴580解绕，挠性玻璃540的位置靠近预先形成的层叠材料530。在一个实施方式中，可编程辊组件560以辊头562接触挠性载体材料586，并且如同之前的实施方式，沿着致动路径700。当可编程辊组件560到达最终位置569，完成挠性玻璃540与预先形成的层叠材料530的层叠，可以自动地去除挠性载体材料586或者在分开的阶段和设备去除。可编程辊组件560和卷轴580相对于真空模510的相对移动实现了将挠性玻璃施加到层叠材料530。但是，实际上，如果卷轴重的话，可以将模组件作为移动部件，而辊组件可以是固定的或者可以与模相反的方向移动。
在图18的形成层叠玻璃结构的设备500的一些实施方式中，当从挠性玻璃540去除挠性载体材料586时，可以连续地卷绕其，或者可以在可编程辊组件560的致动之前去除挠性载体材料186。在其他实施方式中，可以随着可编程辊组件560沿着致动路径700前进时，以连续的方式从挠性玻璃540去除挠性载体材料586。在一些情况下，可编程辊组件560可以接触挠性玻璃540而不是挠性载体材料586。在一些情况下，在单独的设备中完成层叠结构的冷却。在其他一些情况下，可以对层叠结构进行加热然后冷却，以实现显示器质量的光学层叠。
除了上文提供的那些，用于在提升的温度下层叠非玻璃基材和挠性玻璃片的粘合材料的其他非限制性例子包括可UV固化光粘合剂或者光胶，例如如下公司制造的那些：诺兰德TM光学粘合剂(NorlandTMOptical Adhesives)(NOA60、NOA61、NOA63、NOA65、NOA68、NOA68T、NOA71、NOA72、NOA73、NOA74、NOA75、NOA76、NOA78、NOA81、NOA84、NOA88、NOA89)、道康宁公司(Dow CorningTM)(Sylgard 184和其他热固化硅酮)、DymaxTM等。对于热活化的粘合材料(例如，NOA83H)，可以使用活化温度大于预先选定的温度(例如大于或等于约50℃，例如大于或等于约70℃，例如大于或等于约80℃，例如大于或等于约100℃)的粘合材料，以实现在基材材料与挠性玻璃层叠之前的基材材料相对于挠性玻璃膨胀的机会。
此外，各个非玻璃基材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金属制造的层叠或复合结构。在此情况下，本领域技术人员能够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-金属层叠的有效厚度、有效杨氏模量、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。
本文所述的层叠玻璃结构可以是光学透澈可成形的和/或挠性结构，用作电子器件中的保护元件，其中所述层叠玻璃结构是如下复合结构，其包括厚度为5-300微米的挠性玻璃片140的层，以及厚度为0.1-5mm的非玻璃基材130(例如金属)的层。以这种关系，层叠玻璃结构的可成形性允许通过弯曲和/或翘曲使其偏离完全平坦，从而使其适于成形或形成为其他目标。
可以根据批料法，以片形式提供挠性玻璃片和非玻璃基材。或者，可以以片形式提供挠性玻璃片或者从连续辊提供非玻璃基材。作为另一种可能性，挠性玻璃片和非玻璃基材都来自连续辊。虽然一些实施方式显示形成非玻璃基材然后立即在线使用形成层叠(参见，例如图8-12的实施方式)，但不必是这种情况；相反地，可以形成非玻璃基材，卷存或者任意其他方式储存，然后在稍后的时间用于形成层叠的工艺，例如通过解绕。
对于非玻璃基材，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。挠性玻璃和非玻璃基材的层叠可以在层之间具有粘合材料。在此情况下，可以将粘合材料预涂覆到挠性玻璃片和/或非玻璃基材上，或者在层叠过程期间以其它方式提供，在室温或提升的温度下，具有或者不具有压力。UV固化的粘合剂也是合适的。非玻璃基材可以是预涂覆了热密封胶的金属片的形式。可以在玻璃的制造过程中整合将非玻璃基材层叠和/或沉积到挠性玻璃上，即玻璃离开制造线然后(在仍然热或暖的状态或者冷的状态下)涂覆金属基材。
上文所述的层叠玻璃结构可以为挠性玻璃提供增加的强度。对于对称层叠玻璃结构，可以在玻璃厚度方向上提供近乎恒定均匀的压缩应力。在任意破裂事件中，基材材料可以提供破裂保护并将挠性玻璃保持在一起。层叠玻璃结构可提供触摸和覆盖玻璃，这可用于替代化学强化玻璃。可以提供弯曲的显示器玻璃，例如上文关于不对称层叠玻璃结构所述的那些。挠性玻璃还可作为水分阻隔并阻挡不合乎希望的UV光。
层叠玻璃结构还可改善通过挠性玻璃的基材材料的光学质量、性能、强度、抗冲击性和机械耐久性。可以通过层叠玻璃结构中的挠性玻璃的层来保护基材材料免受划痕、破裂或者其他损坏。层叠玻璃结构的外表面上的挠性玻璃可以比基材材料的表面更易于清洁。例如，由具有层叠到挠性玻璃的不锈钢的层叠玻璃结构制造的冰箱门可以是防指纹的，或者由具有层叠到挠性玻璃的铝的层叠玻璃结构制造的移动电子器件电池覆盖可以是耐划痕且易于清洁的。
可以在非玻璃基材中结合其他功能性。例如，基材材料可以包括金属偏振器片、对比增强滤波器层叠件，具有减反射性质、滤色性质或者色彩转换性质。作为替代或补充，非玻璃基材可设计成阻挡不合乎希望的环境光和/或具有散射颗粒，从而降低波导并增加装置的亮度。此外，作为替代或补充，玻璃可具有抗微生物功能性。可以在挠性玻璃中结合此类额外的功能性。
聚合物材料易于发生划痕，由于环境元素(包括日照)发生降解，并提供差的水分/氧阻隔性。另一方面，玻璃耐划痕、耐用，并且已知具有优异的水分/氧阻隔性。但是，玻璃相比于例如金属具有较高的密度，并且是易碎材料，玻璃的强度由缺陷和瑕疵决定。上文所述的层叠玻璃结构及其制造方法利用了这两类材料的优势，并结合到一种层叠结构中，该层叠结构相比于裸的挠性玻璃堆叠具有改善的阻隔性、轻的重量和较高的机械可靠性。
应当强调，本发明上述实施方式、包括任意实施方式，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 (4)

1.一种形成层叠玻璃结构的方法，所述方法包括：
从一卷挠性玻璃基材的连续带，将厚度不超过0.3mm的挠性玻璃基材的连续带引入到非玻璃基材材料，所述非玻璃基材材料的热膨胀系数(CTE)大于所述挠性玻璃基材的热膨胀系数；
在大于约100℃的提升的温度下，将所述挠性玻璃基材连续层叠到所述非玻璃基材材料；以及
当所述层叠玻璃结构连续通过对层叠玻璃结构进行冷却的冷却站时，对所述层叠玻璃结构进行冷却，以在所述挠性玻璃基材的厚度方向上引入压缩应力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挠性玻璃基材在挠性玻璃基材的厚度方向上的压缩强度至少为40MPa。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非玻璃基材材料的CTE至少是所述挠性玻璃基材的CTE的10倍。
4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在所述挠性玻璃基材和所述非玻璃基材材料之间提供粘合层，所述粘合层使得所述非玻璃基材材料与所述挠性玻璃基材相连接。
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