CN113003946A - 玻璃制品和包括其的显示设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及玻璃制品和显示设备。该玻璃制品包括：玻璃相，包括第一结构，在第一结构中，硅原子共价键合到四个第一氧原子；以及多个晶体，分散在玻璃相中。晶体包括β‑石英晶体，β‑石英晶体中的每个包括第一结构和第二结构，在第二结构中，铝原子共价键合到四个第二氧原子，以及β‑石英晶体的结晶度在约40％至约50％的范围内。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年12月20日提交的第10-2019-0171904号韩国专利申请的优先权以及从其获得的所有权益，所述韩国专利申请的内容通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
本发明的实施方式涉及玻璃制品以及包括该玻璃制品的显示设备。
背景技术
玻璃制品广泛用于包括显示设备的电子设备、建筑材料等中。例如，玻璃制品被应用于诸如液晶显示器、有机发光显示器或电泳显示器的平板显示设备的衬底或者应用于用于保护显示设备的覆盖窗。
随着诸如智能电话和平板个人计算机(“PC”)的便携式电子设备的增加，应用于这类设备的玻璃制品经常暴露于外部冲击。在这类便携式电子设备中，为了用户方便(例如，便携性)，需要薄的玻璃制品。然而，玻璃制品也需要具有适当的强度。
发明内容
具有形成在表面中以减轻裂纹扩展的压缩区域的回火玻璃制品可以用于便携式电子设备。然而，可能无法容易地在使玻璃制品变薄并使玻璃制品形成为具有适当强度的同时在短的加工时间内将压缩区域形成到适当的压缩深度。
本发明的实施方式提供了一种玻璃制品，该玻璃制品是薄的且具有适当的强度，并且可以在短的加工时间期间形成适当的压缩区域。
本发明的另一实施方式提供了一种包括玻璃制品的显示设备，该玻璃制品是薄的且具有适当的强度，并且可以在短的加工时间期间形成适当的压缩区域。
根据实施方式，玻璃制品包括：玻璃相，包括第一结构，在第一结构中，硅原子共价键合到四个第一氧原子；以及多个晶体，分散在玻璃相中，其中，晶体包括β-石英晶体，β-石英晶体中的每个包括第一结构和第二结构，在第二结构中，铝原子共价键合到四个第二氧原子，并且β-石英晶体的结晶度在约40％至约50％的范围内。
在实施方式中，晶体中的每一个还可以包含第一碱金属，第一碱金属与共价键合到四个第二氧原子的铝原子键合。
在实施方式中，第一碱金属和铝原子之间的键可以包括通过静电吸引形成的键。
在实施方式中，晶体中的每一个还可以包括共价键合到第三氧原子的第二碱金属。
在实施方式中，玻璃相还可以包括共价键合到第四氧原子的第三碱金属。
在实施方式中，玻璃制品可以包括第一表面；第二表面，与第一表面相对；第一压缩区域，从第一表面延伸到距第一表面第一压缩深度的点；第二压缩区域，从第二表面延伸到距第二表面第二压缩深度的点；以及拉伸区域，设置在第一压缩区域和第二压缩区域之间，其中，晶体可以分散在第一压缩区域、第二压缩区域和拉伸区域中的每一个中。
在实施方式中，第一碱金属和铝原子之间的键可以弱于第二碱金属和第三氧原子之间的键。
在实施方式中，第一碱金属和铝原子之间的键可以弱于第三碱金属和第四氧原子之间的键。
在实施方式中，第一碱金属可以包括锂或钠。
在实施方式中，可以通过X-射线衍射/里特维德(Rietveld)分析来确定β-石英晶体的结晶度。
在实施方式中，玻璃制品还可以包括晶核试剂，晶核试剂包含TiO2或ZrO2，其中，β-石英晶体可以通过晶核试剂形成。
在实施方式中，约400纳米(nm)至约700nm的可见光谱中的光在玻璃制品中的透射率为约87％或更大。
在实施方式中，玻璃相的折射率与晶体的折射率之间的差可以小于约0.06。
在实施方式中，每个晶体的尺寸可以在约20nm至约30nm的范围内。
在实施方式中，玻璃制品的断裂韧度可以为约1.0兆帕平方根米(MPa·m1/2)或更大。
根据实施方式，显示设备，包括：显示面板，包括多个像素；覆盖窗，设置在显示面板上；以及光学透明结合层，设置在显示面板和覆盖窗之间。在这种实施方式中，覆盖窗包括：玻璃相，包含第一结构，在第一结构中，硅原子共价键合到四个第一氧原子；以及多个晶体，分散在玻璃相中并包括第一结构和第二结构，在第二结构中，铝原子共价键合到四个第二氧原子，其中，晶体包括β-石英晶体，并且晶体的结晶度在约40％至约50％的范围内。
在实施方式中，晶体中的每一个还可以包括第一碱金属，第一碱金属与共价键合到四个第二氧原子的铝原子键合。
在实施方式中，第一碱金属和铝原子之间的键可以包括通过静电吸引形成的键。
在实施方式中，晶体中的每一个还可以包括共价键合到第三氧原子的第二碱金属。
在实施方式中，玻璃相还可以包括共价键合到第四氧原子的第三碱金属。
附图说明
通过下面结合附图对实施方式的描述，本发明的这些和/或其他特征将变得显而易见并且更容易理解，在附图中：
图1是根据各种实施方式的玻璃制品的立体图；
图2是示出显示设备的实施方式的剖视图，其中玻璃制品应用作显示设备的覆盖窗；
图3是根据实施方式的平板形状的玻璃制品的剖视图；
图4是示出根据实施方式的玻璃制品的应力分布的曲线图；
图5是示出根据实施方式的玻璃制品的晶体的结构的结构式；
图6是示出根据实施方式的玻璃制品的玻璃相的结构的结构式；
图7是示出根据实施方式的离子交换过程的示意图；
图8是示出根据实施方式的穿过玻璃制品的光的路径的示意图；
图9是图8的区域A的放大视图；
图10示出了具有各种结晶度并且在回火前和回火后的玻璃制品的实施方式；
图11是示出具有各种晶体结晶度的玻璃制品的实施方式中的热膨胀程度的曲线图；
图12是示出具有各种晶体结晶度和各种离子交换温度的玻璃制品的实施方式中的压缩深度形成速率的曲线图；以及
图13是示出根据实施方式的用于确定晶体的结晶度的X射线衍射(“XRD”)分析方法的曲线图。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的各种实施方式。然而，本发明可以以不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
应当理解，当层被称为在另一层或衬底“上”时，它可以直接在另一层或衬底上，或者也可以存在居间的层。相反，当元件被称为“直接”在另一元件“上”时，不存在居间的元件。
应当理解，当元件被称为与另一元件相关(诸如“联接”或“连接”到另一元件)时，它可以直接联接或连接到另一元件，或者在它们之间可以存在居间的元件。相反，应当理解，当元件被称为与另一元件相关(诸如“直接联接”或“直接连接”到另一元件)时，不存在居间的元件。应以相同的方式解释元件之间的关系的其他表述，诸如“在…之间”、“直接在…之间”、“邻近于”或“直接邻近于”。
在整个说明书中，相同的附图标记将表示相同或相似的部件。
将理解，虽然在本文中可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不背离本文中的教导的情况下，以下所讨论的“第一元件”、“第一组件”、“第一区域”、“第一层”或“第一部分”可以被称作第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
本文中所使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并且并非旨在进行限制。如本文中所使用的，“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”和“至少一个(at least one)”不表示数量的限制，并且旨在包括单数和复数两者，除非上下文另外清楚地指示。例如，除非上下文另外清楚地指出，否则“一元件”具有与“至少一个元件”相同的含义。“至少一个”不应被解释为限制“一”或“一个”。“或”意味着“和/或”。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”或者“包括(includes)”和/或“包括(including)”指定所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。
此外，诸如“下”或“底部”以及“上”或“顶部”的相对术语可以在本文中用来描述如图中所示的一个元件与另一元件的关系。应当理解，相对术语旨在包括设备的除了图中所描绘的取向之外的不同取向。例如，如果图中的一个中的设备被翻转，则被描述为在其他元件的“下”侧上的元件将随之被定向在其他元件的“上”侧上。因此，取决于图的特定取向，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”两种取向。类似地，如果图中的一个中的设备被翻转，则被描述为在其他元件“下方”或“下面”的元件将随之被定向在其他元件“上方”。因此，示例性术语“下方”或“下面”可以包括上方和下方两种取向。
如本文中所使用的，“约”或“近似”包括所述值以及如由本领域普通技术人员在考虑到所讨论的测量和与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的限制)时所确定的特定值的可接受偏差范围内的平均值。例如，“约”可表示在一个或多个标准偏差内，或在所述值的±30％、±20％、±10％或±5％内。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域中的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还应理解的是，术语，诸如在常用字典中定义的那些术语，应被解释为具有与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确地如此定义，否则将不以理想化或过于形式化的含义进行解释。
本文中参考作为理想化实施方式的示意图的剖视图描述示例性实施方式。如此，应预期例如由于制造技术和/或公差而导致的、图示的形状的变型。因此，本文中所描述的实施方式不应该解释为受限于如本文中示出的区域的具体形状，而是应包括例如由制造而导致的形状的偏差。例如，示出或描述为平坦的区域通常可具有粗糙和/或非线性特征。此外，所示的尖角可以是圆润的。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出区域的精确形状，并且不旨在限制本权利要求的范围。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式。
图1是根据各种实施方式的玻璃制品的立体图。
玻璃制品可以在包括显示器的电子设备中用作用于保护显示面板的覆盖窗、用于显示面板的衬底、用于触摸面板的衬底、诸如导光板的光学构件等，电子设备诸如为平板个人计算机(“PC”)、膝上型计算机、智能电话、电子书、电视和PC显示器以及包括显示屏的冰箱和洗衣机。玻璃制品也可用于车辆仪表板的覆盖玻璃、太阳能电池的覆盖玻璃、建筑物内部材料以及建筑物或房屋的窗户。
一些玻璃制品可能需要具有强的强度。在一个实施方式中，例如，当玻璃制品用作窗户时，窗户可期望薄到具有高的透光率和轻的重量，但也期望足够强到不容易因外部冲击而破碎。强度增加的玻璃制品可以使用诸如化学回火或热回火的方法生产。图1中示出了具有各种形状的回火玻璃的实施方式。
参照图1，在实施方式中，玻璃制品100可以是平片或平板的形状。在替代实施方式中，玻璃制品101、102或103可以具有包括曲化部分的三维形状。在一个实施方式中，例如，玻璃制品可包括其边缘曲化的平坦部分(参见“101”)，玻璃制品可整体曲化(参见“102”)，或者玻璃制品可折叠(参见“103”)。
玻璃制品100至103的实施方式可以具有矩形平面形状。然而，玻璃制品100至103的实施方式中的每个形状不限于矩形平面形状，并且可以不同地修改以具有其他平面形状中的一个，诸如具有圆润拐角的矩形、正方形、圆形和椭圆形。在下文中，为了便于描述，将详细描述其中玻璃制品为具有矩形平面形状的平板形状的实施方式，但不限于此。
图2是示出根据实施方式的玻璃制品应用为显示设备500的覆盖窗(在下文中，也称为玻璃制品)100的示例的剖视图。
参照图2，显示设备500可以包括显示面板200、设置在显示面板200上的覆盖窗100以及设置在显示面板200和覆盖窗100之间以将显示面板200和覆盖窗100结合在一起的光学透明结合层300。
显示面板200可以是例如自发光显示面板，诸如有机发光显示面板(“OLED”)、无机电致发光(“EL”)显示面板、量子点发光显示面板、微发光二极管(“LED”)显示面板、纳米LED显示面板、等离子体显示面板(“PDP”)、场发射显示面板(“FED”)或阴极射线管(“CRT”)显示面板，或者显示面板200可以是光接收显示面板，诸如液晶显示(“LCD”)面板或电泳显示(“EPD”)面板。
显示面板200可以包括多个像素PX，并且可以使用从每个像素PX发射的光来显示图像。显示设备500还可以包括触摸构件(未示出)。在实施方式中，触摸构件可以内置在显示面板200中。在一个实施方式中，例如，触摸构件可以直接形成在显示面板200的显示构件上，使得触摸构件可以限定为显示面板200的元件以执行触摸功能。在另一实施方式中，触摸构件可以与显示面板200分开制造，并且然后通过光学透明结合层300附接到显示面板200的上表面。
覆盖窗100设置在显示面板200上。覆盖窗100保护显示面板200。在实施方式中，加强或增强的玻璃制品可以应用为覆盖窗100的主体。覆盖窗100在尺寸上可以大于显示面板200。因此，覆盖窗100的侧表面可以比显示面板200的侧表面更向外突出，但实施方式不限于此。覆盖窗100还可以包括在玻璃制品100的边缘处设置在玻璃制品100的至少一个表面上的印刷层。覆盖窗100的印刷层可以防止显示设备500的边框区域从外部可见，并且可以选择性地或可选地执行装饰功能。
光学透明结合层300设置在显示面板200和覆盖窗100之间。光学透明结合层300将覆盖窗100固定在显示面板200上。光学透明结合层300可以包括光学透明粘合剂(“OCA”)或光学透明树脂(“OCR”)。
玻璃制品100的玻璃组合物可以包括本领域中已知的各种组合物。在实施方式中，玻璃组合物可以包括含铝硅酸锂的锂-氧化铝-硅(“LAS”)玻璃陶瓷。
在一个实施方式中，例如，玻璃组合物可以包含50至80mol％SiO2、1至30mol％Al2O3、0至5mol％B2O3、0至4mol％P2O5、3至20mol％Li2O、0至20mol％Na2O、0至10mol％K2O、3至20mol％MgO、0至20mol％CaO、0至20mol％SrO、0至15mol％BaO、0至10mol％ZnO、0至1mol％TiO2和0至8mol％ZrO2。这里，“0mol％”是指基本上不包含相应的组分。当组合物不“基本上含有”特定组分时，这意味着该特定组分不是有意地包含在原材料中，并且包括其中不可避免地含有微量(例如，0.1mol％或更少的杂质)的情况。
现在将更详细地描述玻璃组合物的每个组分。SiO2可用于形成玻璃的架构，增加化学耐用性，并减少由于玻璃表面上的划痕(压痕)而产生的裂纹。在实施方式中，可以包含约50mol％或更大量的SiO2，以有效地形成玻璃架构，增加化学耐用性，并减少裂纹的产生。在实施方式中，玻璃组合物中可以包含80mol％或更少量的SiO2以表现出足够的可熔性。
Al2O3可以用作活性组分，其在化学回火期间改善离子交换性能并增加回火后的表面压应力。在实施方式中，可以包含约1mol％或更大量的Al2O3，以允许Al2O3有效地执行以上功能。在实施方式中，Al2O3的含量可以是约30mol％或更低，以保持玻璃的耐酸性和可熔性。
B2O3改善了玻璃的耐碎裂性和可熔性。在实施方式中，可以省略B2O3(0mol％)。替代地，可以包含约0.5mol％或更大量的B2O3以进一步改善玻璃的可熔性。在这样的实施方式中，可以包含约5mol％或更少量的B2O3以在熔化期间抑制条纹(striae)的产生。
P2O5改善了离子交换性能和耐碎裂性。在实施方式中，可以省略P2O5(0mol％)。替代地，可以包含约0.5mol％或更大量的P2O5以有效地执行上述功能。在这样的实施方式中，可以包含约4mol％或更少量的P2O5以防止耐酸性的显著降低。
Li2O用于通过离子交换形成表面压应力。设置在玻璃表面附近的Li离子可以通过离子交换过程与Na离子交换。在实施方式中，用于有效离子交换的Li2O含量为约3mol％或更高，并且从耐酸性的角度来看，Li2O含量可以为约20mol％或更低。
Na2O用于通过离子交换形成表面压应力并改善玻璃的可熔性。设置在玻璃表面附近的Na离子可以通过离子交换过程与K离子交换。在实施方式中，可以省略Na2O。替代地，可以包含约1mol％或更大量的Na2O，以通过离子交换有效地形成表面压应力并改善玻璃的可熔性。在实施方式中，在没有任何K离子交换过程的情况下仅执行Li-Na离子交换过程，Na2O的含量可以为约8mol％或更低，以促进Li-Na离子交换。在执行K离子交换过程的实施方式中，可以使用更大量的Na2O。在这样的实施方式中，从耐酸性的角度来看，Na2O的含量可以是约20mol％或更低。
K2O用于改善离子交换性能。在实施方式中，可以省略K2O(0mol％)。替代地，可以包含约0.5mol％或更大量的K2O以改善离子交换性能。在这样的实施方式中，K2O含量可以是10mol％或更低，以防止碎屑的过度增加。
MgO用于增加化学回火玻璃的表面压应力。在实施方式中，MgO的含量为约3mol％或更高，以有效地增加化学回火玻璃的表面压应力。在这样的实施方式中，MgO含量可以是约20mol％或更低，以降低在玻璃熔化期间失透的可能性。
CaO用于改善玻璃的可熔性。在实施方式中，可以省略CaO(0mol％)。替代地，可以包含约0.5mol％或更大量的CaO，以有效地改善玻璃的可熔性。在这样的实施方式中，由于太高的CaO含量可能降低离子交换性能，因此CaO的含量可以是约20mol％或更低。
像CaO那样，SrO用于改善玻璃的可熔性。在实施方式中，可以省略SrO(0mol％)。替代地，可以包含约0.5mol％或更大量的SrO，以有效地改善玻璃的可熔性。在这样的实施方式中，由于太高的SrO含量可能降低离子交换性能，因此SrO的含量可以是约20mol％或更低。
BaO用于改善玻璃的可熔性和可压碎性(crushbility)。在实施方式中，可以省略BaO(0mol％)。替代地，可以包含约0.5mol％或更大量的BaO，以有效改善玻璃的可熔性和可压碎性。在这样的实施方式中，BaO含量可以是约15mol％或更低，以防止离子交换性能的过度降低。
ZnO用于改善玻璃的可熔性。在实施方式中，可以省略ZnO(0mol％)。替代地，可以包含约0.25mol％或更大量的ZnO，以有效地改善玻璃的可熔性。在这样的实施方式中，ZnO的含量可以为约10mol％或更低，以防止耐候性(weather resistance)的降低。
除了上述组分之外，玻璃组合物还可以选择性地包括诸如Y2O3、La2O3、Nb2O5、Ta2O5和Gd2O3的组分。玻璃制品100的组成可以通过稍后描述的模制工艺或离子交换过程来改变。
如果为了变薄而减小玻璃制品100的厚度，则玻璃制品100的诸如断裂韧度(KIC)和压缩应力的强度特性可降低。因此，变薄可以使玻璃制品100易受外部应力的影响。在实施方式中，可以执行包含上述玻璃组合物的玻璃制品100的结晶工艺或回火工艺，以提高玻璃制品100的断裂韧度，这将在后面描述。
现在将更详细地描述回火玻璃制品100。
图3是根据实施方式的平板形状的玻璃制品100的剖视图。
参照图3，玻璃制品100的实施方式可以包括第一表面US、第二表面RS和侧表面(图1中的SS)。平板形状的玻璃制品100的第一表面US和第二表面RS是具有大面积的主表面，并且侧表面是连接第一表面US和第二表面RS的外表面。
第一表面US和第二表面RS在厚度方向上彼此面对。在玻璃制品100用于透射光的实施方式中，例如，当玻璃制品100用作显示器的覆盖窗100时，光通常可以入射在第一表面US和第二表面RS中的任一个上，并且然后透射到第一表面US和第二表面RS的另一表面。
玻璃制品100的厚度t限定为第一表面US和第二表面RS之间的距离。玻璃制品100的厚度t可以是但不限于在0.1毫米(mm)至2mm的范围内。在实施方式中，玻璃制品100的厚度t可以是约0.8mm或更小。在实施方式中，玻璃制品100的厚度t可以是约0.75mm或更小。在实施方式中，玻璃制品100的厚度t可以是约0.7mm或更小。在实施方式中，玻璃制品100的厚度t可以是约0.6mm或更小。在实施方式中，玻璃制品100的厚度t可以是约0.65mm或更小。在实施方式中，玻璃制品100的厚度t可以是约0.5mm或更小。在实施方式中，玻璃制品100的厚度t可以是约0.3mm或更小。在实施方式中，例如，玻璃制品100的厚度t可以在约0.45mm至约0.8mm的范围内或在约0.5mm至约0.75mm的范围内。玻璃制品100可以具有均匀的厚度t，但不限于此。替代地，玻璃制品100可以具有拥有彼此不同的厚度的区域。
在实施方式中，玻璃制品100可以被回火以在其中具有预定的应力分布。回火后的玻璃制品100可以比回火前的玻璃制品100更有效地防止由于外部冲击而引起的裂纹产生、裂纹扩展和破裂。通过回火工艺回火的玻璃制品100可以在每个区域中具有不同的应力。在一个实施方式中，例如，其中压缩应力作用的压缩区域CSR1和CSR2可以设置在玻璃制品100的表面附近，即，设置在第一表面US和第二表面RS附近，并且其中拉伸应力作用的拉伸区域CTR可以设置在玻璃制品100内部。在压缩区域CSR1和CSR2中的每一个与拉伸区域CTR之间的边界处的应力值可以是零。一个压缩区域CSR1或CSR2中的压缩应力可以根据位置(即，点距表面的深度)而具有不同的应力值。在这样的实施方式中，拉伸区域CTR可以根据距表面US或RS的深度而具有不同的应力值。
玻璃制品100中的压缩区域CSR1和CSR2的位置、压缩区域CSR1和CSR2中的应力分布、压缩区域CSR1和CSR2的压缩能量或拉伸区域CTR的拉伸能量等影响玻璃制品100的诸如表面强度的机械性质。
图4是示出根据实施方式的玻璃制品100的应力分布的曲线图。在图4的曲线图中，x轴表示玻璃制品100的厚度(t)方向，并且y轴表示应力。在图4中，压缩应力由正值表示，并且拉伸应力由负值表示。在本文中，压缩应力/拉伸应力的大小表示绝对值的大小，而不考虑该值的符号。
参照图3和图4，玻璃制品100包括从第一表面US延伸到距第一表面US第一深度(第一压缩深度DOC1)处的点的第一压缩区域CSR1和从第二表面RS延伸到距第二表面RS第二深度(第二压缩深度DOC2)处的点的第二压缩区域CSR2。拉伸区域CTR设置在第一压缩区域CSR1和第二压缩区域CSR2之间，即，设置在第一压缩深度DOC1和第二压缩深度DOC2之间。尽管在图3中未示出，但是压缩区域和拉伸区域也可以以类似的方式设置在玻璃制品100的两个相对侧表面SS(在图1中示出)之间。
第一压缩区域CSR1和第二压缩区域CSR2抵抗外部冲击以减轻玻璃制品100中裂纹的产生或玻璃制品100的破裂。在实施方式中，第一压缩区域CSR1和第二压缩区域CSR2的最大压缩应力CS1和CS2越大，玻璃制品100的强度越大。由于外部冲击通常通过玻璃制品100的表面US、RS和SS传递，因此就耐用性而言，期望在玻璃制品100的表面US、RS和SS处具有最大压缩应力CS1和CS2。第一压缩区域CSR1和第二压缩区域CSR2的最大压缩应力CS1和CS2可以是约700兆帕(MPa)或更大。在实施方式中，第一压缩区域CSR1和第二压缩区域CSR2的最大压缩应力CS1和CS2可以在约800MPa至约1050MPa的范围内。在一个实施方式中，例如，第一压缩区域CSR1和第二压缩区域CSR2的最大压缩应力CS1和CS2可以在约850MPa至约1000MPa的范围内。
第一压缩深度DOC1和第二压缩深度DOC2防止在第一表面US和第二表面RS中形成的裂纹或细槽扩展到玻璃制品100内的拉伸区域CTR。第一压缩深度DOC1和第二压缩深度DOC2越大，可以更有效地防止裂纹的扩展。
第一压缩深度DOC1和第二压缩深度DOC2可以在约20微米(μm)至约150μm的范围内。在实施方式中，第一压缩深度DOC1和第二压缩深度DOC2可以在约50μm至约100μm的范围内。在一个实施方式中，例如，第一压缩深度DOC1和第二压缩深度DOC2可以在约70μm至约85μm的范围内。
在一些实施方式中，关于玻璃制品100的厚度t，第一压缩深度DOC1和第二压缩深度DOC2可以满足以下关系。
DOC1，DOC2≥0.1*t (1)
在实施方式中，如图4中所示，第一压缩区域CSR1和第二压缩区域CSR2的压缩应力在表面US和RS处最大(参见CS1和CS2)，并且随着朝向玻璃制品100的内部而减小。这种应力分布可以通过离子交换过程形成。离子交换过程是将玻璃制品100内的离子与其他离子交换的过程。离子交换过程可以允许位于玻璃制品100的表面US、RS和SS上或附近的离子被替换或交换为具有相同价态或氧化态的较大离子。在一个实施方式中，例如，在玻璃制品100包括单价碱金属(诸如锂或锂离子(Li+)、钠或钠离子(Na+)、钾或钾离子(K+)或者铷或铷离子(Rb+))的情况下，表面上的单价阳离子可以交换为具有较大离子半径的钠或钠离子(Na+)、钾或钾离子(K+)、铷或铷离子(Rb+)或者铯或铯离子(Cs+)。
玻璃制品100的这种回火工艺可以改善玻璃制品100的强度特性，诸如断裂韧度(KIC)和压缩应力。
在实施方式中，如图3中所示，包括上述玻璃组合物的玻璃制品100可以包括玻璃相120和分散在玻璃相120中的晶体110。玻璃相120可以是指形成玻璃制品100的主相。如本文中所使用的，主相可以是指由玻璃组合物成型的玻璃制品100的初始相/源相。在玻璃制品100的玻璃相120中，构成玻璃相120的一些玻璃组合物可以设置成非晶态。如本文中所使用的，非晶态不同于晶体110的状态，并且可以意味着玻璃相120的玻璃组合物形成非晶态而不形成某些晶体。
晶体110可以是通过包括预定的热/压力处理的结晶工艺从作为主相的玻璃相120获得的相。在实施方式中，晶体110可以通过进一步使用成晶核试剂(nucleating agent)对作为玻璃制品100的初始相的玻璃相120执行结晶工艺来形成。晶核试剂是一种能够自成核的催化剂，并且可以促进成核以形成晶体110。晶核试剂可以是但不限于ZnO、ZrO2、TiO2、钛、铂、金或铑。
在实施方式中，玻璃制品100可以包括多个晶体110。晶体110可以分散在玻璃相120中。晶体110可以遍及玻璃制品100的第一压缩区域CSR1和第二压缩区域CSR2以及拉伸区域CTR分散。
分散在玻璃相120中的晶体110可用于增加玻璃制品100的断裂韧度(KIC)。
在实施方式中，晶体110可以是β-石英晶体。晶体110可以具有三维六边形结构。晶体110可以具有结构式(Li2,R)O-Al2O3-nSiO2，其中R＝Mg2+、Zn2+、n＝2至10。晶体110可以通过结晶工艺形成，在结晶工艺中在范围为约760℃至约800℃的温度下执行约2小时的热处理。
在替代实施方式中，晶体110可以是Li2OSiO2晶体。在这样的实施方式中，当晶体110是Li2OSiO2晶体时，可以在与为了生产β-石英晶体而执行的结晶工艺中的处理温度和处理时间不同的温度下执行不同的处理时间的热处理。
玻璃相120的结构(在下文中，被称为第二结构)和晶体110的结构(在下文中，被称为第一结构)可以彼此不同。也就是说，第一结构和第二结构可以彼此不同。稍后将更详细地描述第一结构和第二结构。
可以使用本领域中广泛已知的维氏方法(Vickers method)测量断裂韧度(KIC)。这里，尖端由金刚石制成，尖端的重量为约4.9牛顿(N)，尖端的尺寸为约19μm，并且玻璃制品100的厚度为约1mm。
在玻璃制品仅由玻璃相120组成的情况下，玻璃制品的断裂韧度可以为约0.66兆帕平方根米(MPa·m1/2)。在实施方式中，在玻璃制品100包括晶体110和玻璃相120并且稍后将描述的晶体110的结晶度在约40％至约50％的范围内(在回火之前)的情况下，玻璃制品100的断裂韧度可以为约1.0MPa·m1/2或更大。
仅由玻璃相120组成并且经历回火工艺而不经历结晶工艺的玻璃制品的断裂韧度被测量为约0.7MPa·m1/2，其低于包括晶体110和玻璃相120并且其中晶体110的结晶度在约40％至约50％的范围内的玻璃制品100的实施方式的断裂韧度。
因此，包括晶体110和玻璃相120并且其中晶体110的结晶度在约40％至约50％的范围内的玻璃制品100的实施方式的断裂韧度得到改善。
因此，可以看出，尽管玻璃制品100的回火工艺和结晶工艺中的每一个均改善了强度特性，特别是改善了玻璃制品100的断裂韧度，但是结晶工艺对改善玻璃制品100的断裂韧度具有更大的影响。
上述回火工艺中的离子交换程度可能受回火时间、回火温度、熔融盐的类型、玻璃制品100在回火之前的材料和状态等的影响。已经经过结晶工艺的玻璃制品100的晶体110可以物理地妨碍玻璃制品100内的相对小的离子与熔融盐的相对大的离子进行交换。也就是说，在包括晶体110的玻璃制品100中，回火工艺的离子交换过程可能不太活跃地发生。
更具体地，分散在已经经过结晶工艺的玻璃制品100的玻璃相120中的晶体110可以用于在物理上妨碍玻璃制品100内的相对小的离子与其他相对大的离子进行交换的过程。因此，可能无法容易地形成防止在第一表面US和第二表面RS中形成的裂纹或细槽扩展到玻璃制品100内的拉伸区域CTR的第一压缩深度DOC1和第二压缩深度DOC2。也就是说，相比于没有经过结晶工艺并且仅包括玻璃相120的玻璃制品，通过结晶工艺形成为在玻璃相120中包括晶体110的玻璃制品100在相同的工艺时间内可以具有更小的压缩深度DOC1和DOC2。
在实施方式中，玻璃制品100的晶体110可以是β-石英晶体，并且可以用于形成玻璃制品100，使得可以促进与熔融盐的离子交换。这将在下文中参考图5和图6进行详细描述。
图5是示出根据实施方式的玻璃制品的晶体110的结构的结构式。图6是示出根据实施方式的玻璃制品的玻璃相120的结构的结构式。图7是示出根据实施方式的离子交换过程的示意图。
在图5和图6中，α可以是玻璃制品100的相对小的离子或原子，该相对小的离子或原子在上述回火工艺中与熔融盐的相对大的离子或原子进行交换。在实施方式中，α可以是锂或锂离子(Li+)、钠或钠离子(Na+)、钾或钾离子(K+)或铷或铷离子(Rb+)。在实施方式中，α可以是碱金属。
参照图5至图7，在实施方式中，晶体110可以具有第一结构，并且玻璃相120可以具有第二结构。第一结构和第二结构可以不同。
晶体110的第一结构和玻璃相120的第二结构中的每一个可以包括其中作为四价原子的每个硅或硅原子(Si)共价键合到四个氧或氧原子(O)的结构。
在玻璃相120的第二结构中，α可以与共价键合到硅或硅原子(Si)的氧或氧原子(O)形成第一键。根据α与和α形成第一键的氧或氧原子(O)之间的电负性差异，第一键可被分类为共价键或离子键。
同样，在晶体110的第一结构中，α可以与共价键合到硅或硅原子(Si)的氧原子形成第一键。然而，在晶体110的第一结构中，一些铝或铝原子(Al)可以通过替换硅或硅原子(Si)而共价键合到四个氧或氧原子(O)。
由于铝或铝原子(Al)的价态或氧化态是四价的，所以具有一价化合价或氧化态的α+可以与铝或铝原子(Al)形成第二键，以实现共价键合到四个氧或氧原子(O)的铝或铝原子(Al)的电子平衡。第二键可以通过静电吸引形成。α+与铝或铝原子(Al)之间的第二键可以是相对弱的键。第二键可以弱于第一键。由于第二键相对弱，所以α+与铝或铝原子(Al)之间的第二键可容易地断裂，并且断裂的第二键中的α+可在离子交换过程中被离子交换为β。
β可以是玻璃制品100的相对大的离子或原子，β在上述回火工艺中与玻璃制品100的相对小的离子或原子(α)进行离子交换。在实施方式中，β可以是钠或钠离子(Na+)、钾或钾离子(K+)、铷或铷离子(Rb+)或者铯或铯离子(Cs+)。β可以是大于α的碱金属。
在实施方式中，如图7中所示，当通过例如将玻璃浸没在含有硝酸钾的熔融盐浴中而使含有α+的玻璃暴露于β+时，玻璃内部的α+可排放到外部，并且β+可代替α+。由于β+的离子半径大于α+的离子半径，所以取代α+的β+产生压缩应力。β+的量越大，压缩应力变得越大。由于离子交换是通过玻璃表面发生的，因此β+的量在玻璃表面上可以是最大的。随着β+扩散到玻璃，β+中的一些可以增加压缩区域的深度，即压缩深度。然而，β+的量通常可以随着距表面的距离增加而减少。因此，玻璃可以具有这样的应力分布，其中压缩应力在表面处最大并且朝向玻璃的内部减小。然而，实施方式不限于此，且应力分布可根据离子交换过程的温度、过程时间、过程的数量、热处理的存在与否等而变化。
尽管玻璃制品100包括分散在玻璃相120中并且能够在回火工艺中物理地妨碍离子交换的多个晶体110，但是α+与铝或铝原子(Al)之间的第二键是弱的且因此可以容易地断裂，并且断裂的第二键中的α+可以在如上所述的离子交换过程中被离子交换为β。因此，相比于没有经过结晶工艺并且仅包括玻璃相120的玻璃制品，通过结晶工艺形成并且包括玻璃相120中的晶体110的玻璃制品100的实施方式可以在相同的工艺时间内具有更大的压缩深度DOC1和DOC2。
图8是示出根据实施方式的穿过玻璃制品100的光的路径的图。图9是图8的区域A的放大视图。图8和图9中所示的光L1可以是从图2中所示的显示面板200产生的光。光L1可以包括在约400纳米(nm)至约700nm的可见光谱内的光。
参照图8和图9，玻璃制品100的实施方式可以用作如上所述的显示设备500的覆盖窗100。因此，位于显示设备500的外表面上的覆盖窗100可以有效地透射从显示面板200产生的光L1。在实施方式中，玻璃制品100对可见波长范围内的光的透光率可以为约87％或更高。在一个实施方式中，例如，玻璃制品100可以具有约90％或更大的透光率和约1.1mm的厚度，或者具有约97％或更大的透光率和约5mm的厚度。
玻璃制品100的透光率与玻璃制品100内的每个晶体110的尺寸以及晶体110和玻璃相120之间的折射率的差有关。玻璃制品100的透光率通常可以与每个晶体110的尺寸成反比，并且与晶体110和玻璃相120之间的折射率的差的大小成反比。
玻璃相120的折射率可以与每个晶体110的折射率相差不大。玻璃相120的折射率和每个晶体110的折射率之间的差可以小于约0.6、小于约0.4、小于约0.3或小于约0.2。在一个实施方式中，例如，玻璃相120的折射率可以是约1.5，并且每个晶体110的折射率可以大于约1.5并且小于约2.0。
在这样的实施方式中，如上所述，在玻璃相120的折射率和每个晶体110的折射率之间的差大致较小的情况下，光L1可以基本上不受作为光学界面的玻璃相120和每个晶体110之间的界面的影响。因此，光L1的路径可以基本上不改变。这里，‘基本上不变’意味着光可以被视为大致在光学上直的，因为在从玻璃相120进入玻璃相120和晶体110之间的界面的光的入射角和从该界面进入晶体110的光的折射角之间实际上没有差别。
在实施方式中，如图9中所示，光L1可以包括通过玻璃相120入射到晶体110的第一光La、第一光La中的实际上进入晶体110中的第二光Lb以及第一光La中的在玻璃相120和晶体110之间的界面处反射的第三光Lc。在这样的实施方式中，如上所述，在从玻璃相120进入玻璃相120和晶体110之间的界面的第一光La的入射角θ1和从该界面进入晶体110中的第二光Lb的折射角θ2之间可以实际上没有差别。在这样的实施方式中，由于第一光La基本上不受玻璃相120和晶体110之间的界面的光学影响，所以实际上可以不存在于界面处反射的第三光Lc。
晶体110的尺寸与上述断裂韧度(KIC)有关。随着晶体110的尺寸增加，对外部应力的抗性增加，从而增加断裂韧度(KIC)。如上所述，由于玻璃相120的折射率和晶体110的折射率之间的差基本上是最小的，因此光L1基本上不受作为光学界面的玻璃相120和晶体110之间的界面的影响。因此，即使晶体110的尺寸增大，玻璃制品100对光L1的透光率也可不减小。在实施方式中，晶体110可以具有在约20nm至约30nm的范围内的尺寸。
图10示出了具有各种晶体的结晶度并且在回火前和回火后的玻璃制品的实施方式。
在下文中，将详细描述与图10中所示的实施方式对应的制备示例。
制备示例1：制备回火玻璃(1)
制备具有锂-铝硅酸盐组合物并具有不同结晶度的多个1.0mm厚的、板形状的玻璃衬底，并将其分别分成样品组#1、样品组#2和样品组#3。然后，对每个样品组执行化学回火处理。样品组#1中的晶体的结晶度为0％，样品组#2中的晶体的结晶度为40％至50％，并且样品组#3中的晶体的结晶度为80％。每个样品组的玻璃组合物包含66mol％SiO2、22mol％Al2O3、4.5mol％LiO2、1mol％MgO、1mol％P2O3、0.5mol％Na2O、0.5mol％K2O、2mol％TiO2和2.5mol％ZrO2。每个样品组的晶体是β-石英晶体，并且晶体尺寸是30nm。
具体地，将玻璃衬底浸入熔融盐浴中，在熔融盐浴中，硝酸钾和硝酸钠以80:20的盐比混合，并在460℃下执行2小时的离子交换过程。
制备示例2：制备回火玻璃(2)
在与制备示例1相同的条件下执行离子交换过程，不同之处在于每个样品组的回火温度条件为480℃。
制备示例3：制备回火玻璃(3)
在与制备示例1相同的条件下执行离子交换过程，不同之处在于每个样品组的回火温度条件为500℃。
使用由折原工业有限公司(Orihara Industrial CO.,Ltd)(日本)制造的表面应力计FSM-6000和散射光偏振器(“SCALP”)测量在制备示例1至制备示例3中的每一个中的经过回火的玻璃在厚度方向上的每个位置处的应力和压缩深度，并且在表1和表2以及图10中示出了结果。
[表1]
[表2]
| 样品组(DOC(um)) | #1 | #2 | #3 |
| 460℃ | 6.7 | 8 | 48 |
| 480℃ | 7.9 | 10.8 | 2.3 |
| 500℃ | 11.3 | 14.5 | 93 |
参照图10，可以观察到，在460℃、480℃和500℃下回火的样品组#3在玻璃表面中具有裂纹。
图11是示出在具有各种晶体结晶度的玻璃制品的实施方式中的热膨胀程度的曲线图。在图11中，x轴表示温度(℃)、并且y轴表示热膨胀系数CTE。
参照图11，其晶体的结晶度为0％的玻璃(制备示例1和制备示例2中的样品#1)的热膨胀系数CTE随着温度的升高而增加。其晶体的结晶度为40％至50％的玻璃(制备示例1和制备示例2中的样品#2)的热膨胀系数CTE随着温度的升高而增加。其晶体的结晶度为80％或更高的玻璃(制备示例1和制备示例2中的样品#3)具有这样的区段，其中热膨胀系数CTE随着温度升高而略微降低。热膨胀系数CTE随着其晶体的结晶度为80％或更大的玻璃(制备示例1和制备示例2中的样品#3)的温度升高而稍微降低的温度范围包括460℃至500℃，这是制备示例1和制备示例2中的离子交换温度。
玻璃的热膨胀系数CTE可与离子交换程度有关。玻璃的热膨胀系数CTE可以表示玻璃在加热时膨胀或体积增加的特性。当玻璃的热膨胀系数CTE为负值时，玻璃的体积可以在热膨胀系数CTE为负值的温度范围内减小。因此，在离子交换期间，玻璃的相对小的单价离子可能无法被熔融盐的相对大的单价离子代替。另外，当玻璃的相对较小的单价离子被熔融盐的相对大的单价离子代替时，由于玻璃的体积减小，可能产生大的应力，从而导致如图10中所示的在玻璃中形成裂纹。
制备示例4：制备回火玻璃(4)
制备具有锂-铝硅酸盐组合物并具有不同结晶度的多个5.0mm厚的、板形状的玻璃衬底，并将其分别分成样品组#4、样品组#5和样品组#6。然后，对每个样品组执行化学回火处理。样品组#4中的晶体的结晶度为0％，样品组#5中的晶体的结晶度为40％至50％，并且样品组#6中的晶体的结晶度为80％。在与制备示例1相同的条件下执行离子交换过程，不同之处在于每个样品组的玻璃组合物包含64mol％SiO2、22mol％Al2O3、3.5mol％LiO2、1mol％MgO、1.5mol％ZnO、0.5mol％Na2O、0.5mol％K2O、2.5mol％BaO、0.5mol％CaO、2.5mol％TiO2和1.5mol％ZrO2。
制备示例5：制备回火玻璃(5)
在与制备示例4相同的条件下执行离子交换过程，不同之处在于每个样品组的回火温度条件为480℃。
制备示例6：制备回火玻璃(6)
在与制备示例4相同的条件下执行离子交换过程，不同之处在于每个样品组的回火温度条件为500℃。
如同制备示例1至制备示例3中那样，发现在制备示例4至制备示例6中的离子交换过程之后，在460℃、480℃和500℃下回火的样品组#6在玻璃表面中出现裂纹。在样品组#6中出现表面裂纹的原因与以上参照图10和图11所描述的相同，并且因此将省略其任何重复的详细描述。
图12是示出具有各种晶体结晶度和各种离子交换温度的玻璃制品的实施方式中的压缩深度形成速率的曲线图。
参照图12，相比于其晶体的结晶度为0％的玻璃，其晶体的结晶度为40％至50％的玻璃陶瓷在每个离子交换过程时间具有更大的压缩深度DOL。此外，其晶体的结晶度为40％至50％的玻璃陶瓷在较高的离子交换过程温度下在每个时间具有较大的压缩深度DOL。
图13是示出根据实施方式的用于确定晶体的结晶度的X射线衍射(“XRD”)分析方法的曲线图。在图13中，通过XRD/Rietveld分析设备确定晶体的结晶度，该分析设备是XRD分析设备。
在图13中，‘高’表示制备示例1中的样品#3，其晶体的结晶度为80％，‘中’表示制备示例1中样品#2，其晶体的结晶度为40％至50％，并且‘低’表示制备示例1中的样品#1，其晶体的结晶度为0％。
XRD分析设备和XRD分析设备的分析方法在本领域中是广泛公知的，并且因此将省略对其的任何详细描述。
玻璃制品和包括该玻璃制品的显示设备的实施方式可以具有薄的厚度并且可以具有适当的强度。在这样的实施方式中，可以在短时间内形成适当的压缩深度。
本发明不应被解释为限于本文中所阐述的示例性实施方式。相反，提供这些示例性实施方式使得本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的构思。
虽然已经参考本发明的实施方式具体地示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本公开中进行形式和细节上的各种改变。
Claims (20)
1.玻璃制品，包括：
玻璃相，包括第一结构，在所述第一结构中，硅原子共价键合到四个第一氧原子；以及
多个晶体，分散在所述玻璃相中，
其中，所述晶体包括β-石英晶体，
所述β-石英晶体中的每个包括所述第一结构和第二结构，在所述第二结构中，铝原子共价键合到四个第二氧原子，以及
所述β-石英晶体的结晶度在40％至50％的范围内。
2.根据权利要求1所述的玻璃制品，其中，所述晶体中的每一个还包含第一碱金属，所述第一碱金属与共价键合到所述四个第二氧原子的所述铝原子键合。
3.根据权利要求2所述的玻璃制品，其中，所述第一碱金属和所述铝原子之间的键包括通过静电吸引形成的键。
4.根据权利要求2所述的玻璃制品，其中，所述晶体中的每一个还包括共价键合到第三氧原子的第二碱金属。
5.根据权利要求4所述的玻璃制品，其中，所述玻璃相还包括共价键合到第四氧原子的第三碱金属。
6.根据权利要求5所述的玻璃制品，包括：
第一表面；
第二表面，与所述第一表面相对；
第一压缩区域，从所述第一表面延伸到距所述第一表面第一压缩深度的点；
第二压缩区域，从所述第二表面延伸到距所述第二表面第二压缩深度的点；以及
拉伸区域，设置在所述第一压缩区域和所述第二压缩区域之间，
其中，所述晶体分散在所述第一压缩区域、所述第二压缩区域和所述拉伸区域中的每一个中。
7.根据权利要求6所述的玻璃制品，其中，所述第一碱金属和所述铝原子之间的键弱于所述第二碱金属和所述第三氧原子之间的键。
8.根据权利要求7所述的玻璃制品，其中，所述第一碱金属和所述铝原子之间的所述键弱于所述第三碱金属和所述第四氧原子之间的键。
9.根据权利要求2所述的玻璃制品，其中，所述第一碱金属包括锂或钠。
10.根据权利要求2所述的玻璃制品，其中，通过X-射线衍射/里特维德分析来确定所述β-石英晶体的所述结晶度。
11.根据权利要求1所述的玻璃制品，还包括：
晶核试剂，包含TiO2或ZrO2，
其中，所述β-石英晶体通过所述晶核试剂形成。
12.根据权利要求1所述的玻璃制品，其中，400nm至700nm的可见光谱中的光在所述玻璃制品中的透射率为87％或更大。
13.根据权利要求12所述的玻璃制品，其中，所述玻璃相的折射率与所述晶体的折射率之间的差小于0.06。
14.根据权利要求13所述的玻璃制品，其中，所述晶体中的每一个的尺寸在20nm至30nm的范围内。
15.根据权利要求1所述的玻璃制品，其中，所述玻璃制品的断裂韧度为1.0MPa·m1/2或更大。
16.显示设备，包括：
显示面板，包括多个像素；
覆盖窗，设置在所述显示面板上；以及
光学透明结合层，设置在所述显示面板和所述覆盖窗之间，
其中，所述覆盖窗包括：
玻璃相，包含第一结构，在所述第一结构中，硅原子共价键合到四个第一氧原子；以及
多个晶体，分散在所述玻璃相中并包括所述第一结构和第二结构，在所述第二结构中，铝原子共价键合到四个第二氧原子，
其中，所述晶体包括β-石英晶体，以及
所述晶体的结晶度在40％至50％的范围内。
17.根据权利要求16所述的显示设备，其中，所述晶体中的每一个还包括第一碱金属，所述第一碱金属与共价键合到所述四个第二氧原子的所述铝原子键合。
18.根据权利要求17所述的显示设备，其中，所述第一碱金属和所述铝原子之间的键包括通过静电吸引形成的键。
19.根据权利要求17所述的显示设备，其中，所述晶体中的每一个还包括共价键合到第三氧原子的第二碱金属。
20.根据权利要求19所述的显示设备，其中，所述玻璃相还包括共价键合到第四氧原子的第三碱金属。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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