CN112456766A - 一种曲面超薄玻璃、其制作方法及折叠装置 - Google Patents

一种曲面超薄玻璃、其制作方法及折叠装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种曲面超薄玻璃、其制作方法及折叠装置中，该制作方法包括：提供待减薄的平面玻璃；将平面玻璃热弯形成曲面玻璃；对曲面玻璃进行减薄处理；对减薄后的曲面玻璃进行钢化处理，获得曲面超薄玻璃。在本发明中，通过先将较厚的平面玻璃热弯成曲面玻璃，再对曲面玻璃进行减薄的方式获得较薄的曲面玻璃，避免了对较薄的平面玻璃进行热弯来形成较薄的曲面玻璃，由此解决了较薄的平面玻璃在热弯过程中被压坏的问题，提高了曲面超薄玻璃的成品良率。可应用于折叠/滑卷等新形态移动终端设备的盖板。

Description

一种曲面超薄玻璃、其制作方法及折叠装置
技术领域
本发明涉及玻璃加工技术领域，尤其涉及一种曲面超薄玻璃、其制作方法及折叠装置。
背景技术
随着显示技术的不断发展，出现了搭载超薄玻璃(Ultra-Thin Glass,UTG)的作为保护盖板(Cover window)的折叠显示终端，使得显示终端形态不再局限于直板机或翻盖机，而呈现出多样化的发展趋势。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种曲面超薄玻璃、其制作方法及折叠装置，用以提高曲面超薄玻璃的成品良率。
因此，本发明实施例提供的一种曲面超薄玻璃的制作方法，包括：
提供待减薄的平面玻璃；
将所述平面玻璃热弯形成曲面玻璃；
对所述曲面玻璃进行减薄处理；
对减薄后的所述曲面玻璃进行钢化处理，获得所述曲面超薄玻璃。
可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法中，对所述曲面玻璃进行减薄处理，具体包括：
通过在所述曲面玻璃的正上方或四周喷洒减薄液的顶喷方式，对所述曲面玻璃进行蚀刻，使得蚀刻后的所述曲面玻璃的厚度均匀。
可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法中，对减薄后的所述曲面玻璃进行钢化处理，具体包括：
将减薄后的所述曲面玻璃浸入包含钾离子的熔融盐浴，或者，将包含钾离子的膏状物覆盖在减薄后的所述曲面玻璃上，并在350℃-420℃的温度下加热10min-60min。
可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法中，在将所述平面玻璃热弯形成曲面玻璃之后，且在对所述曲面玻璃进行减薄处理之前，还包括：在所述曲面玻璃的一个表面上形成防酸保护膜。
可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法中，在对减薄后的所述曲面玻璃进行钢化处理之后，还包括：对钢化处理后的所述曲面超薄玻璃进行边缘蚀刻。
可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法中，对钢化处理后的所述曲面超薄玻璃进行边缘蚀刻，具体包括：
通过将钢化处理后的所述曲面超薄玻璃放入减薄液中的浸泡方式，对所述曲面超薄玻璃进行蚀刻，以修复热弯、减薄和/或钢化过程中产生的表面缺陷。
可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法中，提供待减薄的平面玻璃，具体包括：
将铝硅酸盐玻璃切割并进行边缘磨抛处理，得到预定尺寸的平面玻璃。
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种曲面超薄玻璃，所述曲面超薄玻璃采用上述制作方法制备。
可选地，在本发明实施例提供的上述曲面超薄玻璃中，所述曲面超薄玻璃的厚度为10μm-400μm，表面压应力为200MPa-1200MPa，应力层深度为4μm-30μm。
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种折叠装置，包括上述曲面超薄玻璃。
本发明有益效果如下：
在本发明实施例提供的曲面超薄玻璃、其制作方法及折叠装置中，该制作方法包括：提供待减薄的平面玻璃；将平面玻璃热弯形成曲面玻璃；对曲面玻璃进行减薄处理；对减薄后的曲面玻璃进行钢化处理，获得曲面超薄玻璃。在本发明中，通过先将较厚的平面玻璃热弯成曲面玻璃，再对曲面玻璃进行减薄的方式获得较薄的曲面玻璃，避免了对较薄的平面玻璃进行热弯来形成较薄的曲面玻璃，由此解决了较薄的平面玻璃在热弯过程中被压坏的问题，提高了曲面超薄玻璃的成品良率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的曲面超薄玻璃的制作方法的一种流程图；
图2为本发明实施例提供的曲面超薄玻璃的制作方法的又一种流程图；
图3为本发明实施例曲面超薄玻璃在展平状态下的结构示意图；
图4为本发明实施例曲面超薄玻璃在折叠状态下的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。需要注意的是，附图中各图形的尺寸和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“内”、“外”、“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
在保护盖板采用单纯高分子膜层堆叠的方案中，由于高分子膜层的柔性较好、刚性不足，导致折叠显示终端在由折叠状态展平时，其折叠区域容易出现褶皱现象。超薄玻璃不但具备玻璃材料的刚性特性，而且兼顾一定的弯折性，因此，使用超薄玻璃作为保护盖板可有效解决折痕问题。
当显示终端形态多样化的趋势遇上可有效解决折痕等问题的超薄玻璃，可谓是天作之合，在这样的背景下，更多的可能的保护盖板方案应运而生，其中一种便是使用曲面(3D)形态的超薄玻璃作为保护盖板。
然而，由于超薄玻璃对性能要求较高，和通常的平板玻璃或工业玻璃相比，加工工艺环节或许相似，但前者对产品的各项规格要求极高，生产制造极其困难，尚有部分难关亟待攻破。
发明人在先将市面常见较厚的平面(2D)玻璃减薄，再对减薄后的平面玻璃进行热弯形成曲面超薄玻璃的过程中发现：相关技术中的热弯模具和热弯工艺不适用于减薄后的平面玻璃，容易导致减薄后的平面玻璃在热弯过程中被压坏，产品良率较低。
针对相关技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供一种曲面超薄玻璃的制作方法，如图1所示，可以包括以下步骤：
S101、提供待减薄的平面玻璃；
在一些实施例中，待减薄的平面玻璃为市面上容易得到的普通玻璃，优选可一次强化的铝硅酸盐玻璃，厚度可为100μm-1200μm。在具体实施时，可将较厚的铝硅酸盐玻璃切割并进行边缘磨抛处理后，得到预定尺寸的平面玻璃。可选地，可通过机械切割、激光切割、等离子切割等数控切割(CNC cutting)方式对铝硅酸盐玻璃进行切割。切割过程在边缘切割面处会留下或多或少的微裂纹，当玻璃受到尖锐物品冲击时，微裂纹迅速扩展使玻璃破碎。通过抛光工艺可修复切割面上的微裂纹，使切割面较光滑，从而改善微裂纹对强度的不良影响。具体地，磨抛工艺中研磨可选平磨、扫磨等，抛光可选机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、磁流变抛光等，在此不做限定。
S102、将平面玻璃热弯形成曲面玻璃；
热弯工艺是将平面玻璃放在模具中加热软化成型，再经退火制程后获得曲面玻璃的方法，包括加热、成型、退火、冷却等工序。该热弯成型方法为一次成型，无需传统的粗磨、精磨、抛光等加工工序，具有高效率、高质量等优点，是目前制备曲面玻璃较为理想的方法。在本发明中，可采用相关技术中的模具和热弯工艺参数对较厚的平面玻璃进行热弯处理。该过程在相关技术中较为成熟，可批量生产且良率较高。在一些实施例中，平面玻璃热弯的方向和角度、宽度等参数可根据终端机型量身定制。
S103、对曲面玻璃进行减薄处理；
在一些实施例中，可采用物理减薄法或化学减薄法对曲面玻璃进行减薄。其中，物理减薄法主要是利用玻璃与研磨粉之间的摩擦作用达到玻璃减薄的目的，这种方法精度不好控制，并且耗时较长、良率较低；化学减薄法主要是利用玻璃与减薄液之间的相互反应，达到化学减薄的作用，这种方法减薄时间短，设备投入小，产品良率高。基于此，本公开中优选可控的化学减薄法。
相较于平面玻璃的减薄，曲面玻璃的减薄在弯折区的处理上需要尤其谨慎，稍有不慎将会使弯曲区产生局部厚度不均，或因应力集中等问题导致玻璃在减薄过程中碎裂。
在具体实施时，可通过在曲面玻璃的正上方或四周喷洒减薄液的顶喷方式，对曲面玻璃进行蚀刻，使得蚀刻后的曲面玻璃的厚度均匀。在顶喷减薄的过程中，可根据弯折结构形态定制与曲面玻璃形状大致相同的仿形治具，在减薄过程中采用该仿形治具支撑、固定曲面玻璃，并通过专用喷头等喷淋装置，以近似于雾状的喷淋方式，将减薄液均匀地喷洒在曲面玻璃表面，使得减薄液对曲面玻璃的蚀刻均匀性好，减薄结束后所获得曲面玻璃的整体厚度均一、良率较高。
可选地，在减薄过程中还可以根据所需减薄的厚度合理控制减薄液的浓度和减薄速率。需要说明的是，本发明中是需要将较厚(例如400μm)的平面玻璃进行减薄(例如减薄至50μm)，选用顶喷法进行减薄的方式可快速减薄至目标厚度，效率较高。当然，在具体实施时，也可以采用浸泡法等其他方式进行减薄。浸泡法减薄是将减薄液放入减薄设备的反应槽中，然后将曲面玻璃置入减薄液中一定时间，使减薄液与曲面玻璃反应，实现曲面玻璃减薄。相较于顶喷法减薄，浸泡法减薄的速率较小，在减薄至相同厚度的条件下，所需的时间较长。
在一些实施例中，可通过双面减薄的方式对曲面玻璃进行减薄，或者，通过单面减薄的方式对曲面玻璃进行减薄。由于单面减薄的方式便于控制减薄速率和减薄厚度公差，工艺更易实现，并且在将减薄厚度公差控制在±5μm甚至更小时，因化学减薄而造成的表面缺陷(例如划痕、麻点、裂纹、残余应力等)可忽略不计，因此，优选单面减薄。
在一些实施例中，在采用单面减薄的方式时，可在进行减薄之前在曲面玻璃的一侧形成防酸保护膜(例如防酸膜、防酸油墨)，该防酸保护膜可在化学减薄过程中避免曲面玻璃被减薄液腐蚀。可选地，可先在曲面玻璃中垂直厚度方向的第一表面上形成防酸保护膜，以对曲面玻璃中垂直厚度方向的第二表面所在侧进行减薄；随后除去防酸保护膜，并在曲面玻璃中垂直厚度方向的第二表面上形成防酸保护膜，以对曲面玻璃中垂直厚度方向的第一表面所在侧进行减薄；经过两次相同厚度的减薄后达到所需的目标厚度。或者，还可以通过仅对曲面玻璃中垂直厚度方向的第一表面所在侧进行减薄，或仅对曲面玻璃中垂直厚度方向的第二表面所在侧进行减薄的单面减薄方式达到所需的目标厚度。在本发明中，减薄后的曲面玻璃的目标厚度可以根据对弯折形态、弯折半径等需求进行定制。
另外，根据不同玻璃原材制造厂商，不同厚度玻璃进行顶喷式或浸泡式可控化学减薄，一方面可以突破原材来源对超薄玻璃的限制，另一方面可突破厚度对超薄玻璃的限制。可以预见的是，终端机型将会朝着屏占比更高、曲率更大的趋势发展，在这样的风口上，提出高强度曲面超薄玻璃的概念有望为实现上述目标提供解决方案。
S104、对减薄后的曲面玻璃进行钢化处理，获得曲面超薄玻璃。
在一些实施例中，可采用物理刚化法或化学钢化法对减薄后的曲面玻璃进行强化。其中，物理钢化法通过采用物理方法使减薄后的曲面玻璃表面产生压应力、内部产生张应力，以此达到提高玻璃强度的效果；化学钢化法是利用玻璃表面离子的迁移和扩散特性，使减薄后的曲面玻璃表面的化学组分发生改变，导致减薄后的曲面玻璃的表面产生压应力、内部产生张应力，从而达到提高玻璃强度的效果。由于化学钢化法处理的减薄后的曲面玻璃具有强度高、热稳定性好、表面不变形、可做适当切裁处理、无自爆现象等优势，因此在本发明中优选化学刚化法对减薄后的曲面玻璃进行强化。
考虑到每对减薄后的曲面玻璃进行一次化学钢化，则在减薄后的曲面玻璃内部产生一次张应力，若进行多次化学钢化，减薄后的曲面玻璃可能会因内部张应力过大而发生自爆，因此，为了提高产品良率，优选一次化学钢化。在具体实施时，可通过以下方式实现化学刚化：将减薄后的曲面玻璃浸入包含钾离子的熔融盐浴，或者，将包含钾离子的膏状物覆盖在减薄后的曲面玻璃上，并在350℃-420℃的温度下加热10min-60min。
在具体实施时，可选用含钠离子(Na+)、含钾离子(K+)的碱盐来置换减薄后的曲面玻璃中的钠离子(Na+)。可选地，碱盐可以选自NaNO3、KNO3、NaCl、KCl、K2SO4、Na2SO4、Na2CO3和K2CO3的任一或组合，且由于碱盐中半径较大的钾离子与减薄后的曲面玻璃中半径较小的钠离子进行置换来实现化学钢化，因此在碱盐中钾离子的浓度需要远大于钠离子的浓度，例如在碱盐中钾离子占正离子的百分数可以约为96％，而钠离子的浓度约为4％。具体地，碱盐中半径较大的钾离子与减薄后的曲面玻璃中半径较小的钠离子进行交换之后，因更大半径的钾离子在减薄后的曲面玻璃网络中推挤而产生作用在减薄后的曲面玻璃表面的压应力，相应地，减薄后的曲面玻璃内部会产生与压应力大小相同的张应力。并且，在离子交换之后，减薄后的曲面玻璃的强度和柔性出人意料地得以显著提高。此外，由化学钢化引起的表面压应力增加可以提高减薄后的曲面玻璃的耐擦伤性，以便减薄后的曲面玻璃将不容易被划伤，并且应力层深度的增加可以增加擦伤容限，使得减薄后的曲面玻璃即使被擦伤也不太可能破裂。另外，还可以在碱盐中添加NaOH、KOH、以及本领域技术人员公知的其它钠盐或钾盐等添加剂，以使得在化学钢化期间可以更好地控制离子交换速度、表面压应力和应力层深度。
可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法中，如图2所示，在执行步骤S104对钢化处理后的曲面超薄玻璃进行边缘蚀刻之后，还可以执行以下步骤：S105、对钢化处理后的曲面超薄玻璃进行边缘蚀刻。
在一些实施例中，可通过将钢化处理后的曲面超薄玻璃放入减薄液中的浸泡方式，对曲面超薄玻璃进行蚀刻，以修复热弯、减薄和/或钢化过程中产生的表面缺陷(例如划痕、麻点、裂纹、残余应力等)，达到提升强度的效果。由于在热弯、减薄和/或钢化过程中产生的瑕疵属于表面缺陷，蚀刻掉表面缺陷所在的表层即可实现表面瑕疵的修复，因此，优选针对蚀刻量小且可批量蚀刻的浸泡法来蚀刻在热弯、减薄和/或钢化过程中产生的表面缺陷。
由以上描述可知，在本发明提供的上述制作方法中，通过先将较厚的平面玻璃热弯成曲面玻璃，再对曲面玻璃进行减薄的方式获得较薄的曲面玻璃，避免了对较薄的平面玻璃进行热弯来形成较薄的曲面玻璃，由此解决了较薄的平面玻璃在热弯过程中被压坏的问题，提高了曲面超薄玻璃的成品良率。另外，通过化学刚化处理后的曲面超薄玻璃的强度通常要比普通玻璃的强度提高几倍甚至十几倍，是一种高强度的曲面超薄玻璃。
基于同一发明构思，如图3和图4所示，本发明实施例提供了一种曲面超薄玻璃，该曲面超薄玻璃采用上述制作方法制备。具体地，图3为通过上述制作方法做出的曲面超薄玻璃，图4为图3所示曲面超薄玻璃折叠后的形态。可以预见的是，图4所示尺寸可实现更高的屏占比，从外观上来说对现有折叠产品是又一代革新。
应当理解的是，图3所示仅展示了曲面超薄玻璃一种可能的热弯形状(即在左侧边缘为弯折区)，在具体实施时，曲面超薄玻璃还可以在至少一个其他边缘(例如右、前、后)具有弯折区，在此不做限定。
需要说明的是，由于该曲面超薄玻璃解决问题的原理与上述制作方法解决问题的原理相似，因此，本发明实施例提供的该曲面超薄玻璃的实施可以参见本发明实施例提供的上述制作方法的实施，重复之处不再赘述。
可选地，在本发明实施例提供的上述曲面超薄玻璃中，曲面超薄玻璃的厚度可以为10μm-400μm，表面压应力可以为200MPa-1200MPa，应力层深度可以为4μm-30μm；其中，应力层深度具体指碱盐中钾离子与曲面超薄玻璃中的钠离子交换的深度。
示例性地，在曲面超薄玻璃的厚度为30μm时，表面压应力可以大于或等于450MPa，应力层深度约为6μm；在曲面超薄玻璃的厚度为50μm时，表面压应力可以大于或等于500MPa，应力层深度约为7μm；在曲面超薄玻璃的厚度为70μm时，表面压应力可以大于或等于550MPa，应力层深度约为9μm。
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种折叠装置，包括本发明实施例提供的上述曲面超薄玻璃。对于折叠装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。可选地，曲面超薄玻璃可以作为折叠装置的衬底、保护盖板、或其他弯曲表面。
在一些实施例中，该折叠装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪、智能手表、健身腕带、个人数字助理等任何具有显示功能的产品或部件；或者还可以为指纹传感器件。
另外，由于该折叠装置解决问题的原理与上述曲面超薄玻璃解决问题的原理相似，因此，该折叠装置的实施可以参见上述曲面超薄玻璃面板的实施例，重复之处不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种曲面超薄玻璃的制作方法，其特征在于，包括：
提供待减薄的平面玻璃；
将所述平面玻璃热弯形成曲面玻璃；
对所述曲面玻璃进行减薄处理；
对减薄后的所述曲面玻璃进行钢化处理，获得所述曲面超薄玻璃。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，对所述曲面玻璃进行减薄处理，具体包括：
通过在所述曲面玻璃的正上方或四周喷洒减薄液的顶喷方式，对所述曲面玻璃进行蚀刻，使得蚀刻后的所述曲面玻璃的厚度均匀。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，对减薄后的所述曲面玻璃进行钢化处理，具体包括：
将减薄后的所述曲面玻璃浸入包含钾离子的熔融盐浴，或者，将包含钾离子的膏状物覆盖在减薄后的所述曲面玻璃上，并在350℃-420℃的温度下加热10min-60min。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在将所述平面玻璃热弯形成曲面玻璃之后，且在对所述曲面玻璃进行减薄处理之前，还包括：在所述曲面玻璃的一个表面上形成防酸保护膜。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在对减薄后的所述曲面玻璃进行钢化处理之后，还包括：对钢化处理后的所述曲面超薄玻璃进行边缘蚀刻。
6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，对钢化处理后的所述曲面超薄玻璃进行边缘蚀刻，具体包括：
通过将钢化处理后的所述曲面超薄玻璃放入减薄液中的浸泡方式，对所述曲面超薄玻璃进行蚀刻，以修复热弯、减薄和/或钢化过程中产生的表面缺陷。
7.如权利要求1-6任一项所述的制作方法，其特征在于，提供待减薄的平面玻璃，具体包括：
将铝硅酸盐玻璃切割并进行边缘磨抛处理，得到预定尺寸的平面玻璃。
8.一种曲面超薄玻璃，其特征在于，所述曲面超薄玻璃采用如权利要求1-7任一项所述的制作方法制备。
9.如权利要求8所述的曲面超薄玻璃，其特征在于，所述曲面超薄玻璃的厚度为10μm-400μm，表面压应力为200MPa-1200MPa，应力层深度为4μm-30μm。
10.一种折叠装置，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的曲面超薄玻璃。
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