CN113734055A - 用于车辆内部系统的可卷绕或可折叠玻璃板 - Google Patents

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Abstract

本公开内容的实施例涉及一种可卷绕玻璃板，被配置为在平坦构型和弯曲构型之间可逆地转换。可卷绕玻璃板包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。第一主表面和第二主表面限定0.4mm或更小的玻璃板的厚度。在平坦构型中，第一主表面具有第一表面压缩应力和第一压缩深度，并且在弯曲构型中，第一主表面具有曲率。在50mm的曲率半径下，第一主表面具有小于第一压缩应力的第二表面压缩应力和小于第一压缩深度且大于11μm的第二压缩深度。

Description

用于车辆内部系统的可卷绕或可折叠玻璃板
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2020年3月29日提交的美国临时申请序列号No.63/031,617的优先权的权益，依赖于该申请的内容，并通过引用的方式将其全部内容合并于此。
技术领域
本公开内容涉及车辆内部系统，具体而言，涉及可用于车辆内部系统的可伸缩显示系统的可卷绕或可折叠玻璃板。
背景技术
车辆内部包括用于信息和娱乐的各种显示器。例如，车辆内部可以包括在方向盘后面的仪表板，其提供关于当前速度、rpm、轮胎压力、维护警告、燃料水平、冷却剂温度等的信息。另外，中央控制台可以包括娱乐或控制中心，其具有用于操纵音频系统、GPS、车厢温度等的触摸屏显示器。除了这些显示器提供的附加功能之外，还努力以不引人注目或美观的方式将它们结合到车厢内部，尤其是通过将显示器与车辆内部的纹理或图案混合。
发明内容
根据一方面，本公开内容的实施例涉及一种可卷绕玻璃板，被配置为在平坦构型和弯曲构型之间可逆地转换。可卷绕玻璃板包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。第一主表面和第二主表面限定0.4mm或更小的玻璃板厚度。在平坦构型中，第一主表面具有第一表面压缩应力和第一压缩深度；在弯曲构型中，第一主表面包括曲率。在50mm的曲率半径下，第一主表面具有小于第一压缩应力的第二表面压缩应力和小于第一压缩深度且大于11μm的第二压缩深度。
根据另一方面，本公开内容的实施例涉及一种用于车辆内部系统的显示系统。显示系统包括支撑结构和连接到支撑结构的玻璃板。玻璃板包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。第一主表面和第二主表面限定玻璃板的厚度。厚度为0.4mm或更小。玻璃板被配置为在缩回构型和展开构型之间可逆地转换。支撑结构在展开构型中增强玻璃板。在展开构型中，玻璃板具有平面部分，该平面部分在第一主表面和第二主表面之间具有中心张力。中心张力为95Mpa至175MPa。在缩回构型中，第二主表面包括弯曲区域，并且在50mm的曲率半径处，弯曲区域中的第二主表面具有大于11μm的弯曲压缩深度。
根据又一方面，本公开内容的实施例涉及一种方法，其中，玻璃板从展开构型缩回至缩回构型。玻璃板包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。第一主表面和第二主表面限定玻璃板的厚度。厚度为0.4mm或更小。在展开构型中，玻璃板具有平面部分，该平面部分在第一主表面和第二主表面之间具有中心张力。中心张力为95MPa至175MPa。在缩回构型中，第二主表面包括弯曲区域，并且在50mm的曲率半径处，弯曲区域中的第二主表面具有大于11μm的第一压缩深度。
在以下具体实施方式中将阐述附加特征和优点，并且部分特征和优点对本领域技术人员而言从该描述将是显而易见的，或者通过实践如本文所述的实施例而被认识到，这些实施例包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图。
应当理解，前面的发明内容和下面的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供理解权利要求的性质和特征的概述或框架。附图被包括以提供进一步的理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。
附图说明
并入说明书中并形成说明书一部分的附图示出了本发明的几个方面，并且与说明一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1A和1B是根据示例性实施例的具有带有可卷绕或可折叠的玻璃板的展示系统的车辆内部的透视图；
图2A-2D示出了根据示例性实施例的如图1A和1B所示的显示系统的实施例的局部截面侧视图；
图3A和3B示出了根据示例性实施例的与玻璃板一起卷绕或折叠的支撑结构的实施例；
图4-8示出了根据示例性实施例的曲线图，其示出了对于各种玻璃厚度，在50mm弯曲半径状态下的压缩深度与平坦状态下的表面压缩应力和压缩深度的函数关系。
图9示出了根据示例性实施例的在0.1mm参考长度下在0.3mm和0.4mm厚的玻璃上施加弯曲应力的Weibull曲线图；以及
图10示出了根据示例性实施例用于保持玻璃静态弯曲的装置。
具体实施方式
现在将详细参考各种实施例，在附图中示出了实施例的示例。通常，各种实施例涉及具有可卷绕或可折叠的显示屏的车辆内部系统。在本文讨论的实施例中，显示屏从车辆内部系统内部的卷绕或折叠(即，储存)构型伸展到车辆内部系统外部的平坦(即，展开)构型。用于显示屏的玻璃板被配置为弯曲成50mm(或者在某些应用中甚至更低)的曲率半径，以缠绕在车辆内部系统的内部上的卷轴周围。为了防止在储存构型中破裂，对玻璃板进行离子交换强化，以确保在弯曲半径为50mm时的压缩应力深度(DOC)大于11μm，这是用于车辆内部的玻璃板的平均边缘瑕疵深度。此外，为了满足展开构型中的相关头形冲击测试(HIT)要求，对玻璃板进行离子交换强化，以确保弯曲半径为50mm时的DOC小于19μm，这是指示展开构型中的中心张力过高而不能满足HIT要求的DOC。本文公开了玻璃板、显示系统、包含显示系统的车辆内部系统以及展开/缩回显示系统的方法的各种实施例。这些实施例是通过说明而不是限制的方式提供的。
图1A示出了车辆内部10的实施例，其包括车辆内部系统的显示系统12，具体是仪表板14。虽然描述了仪表板14，但是在其他实施例中，显示系统12可以并入其他车辆内部系统中。例如，除了其它可能性之外，显示系统12可以从车顶向下伸展、从内部立柱向外伸展(例如使用图2D所示的实施例)、或者从地板向上伸展。在图1A中，显示系统12处于展开构型，其中显示系统12的可卷绕或可折叠玻璃板16包括从仪表板14的表面中的开口18伸展的平面部分。如下文将讨论的，玻璃板16可以包括保持弯曲并且机械地接合到仪表板14的表面下方的缩回机构的部分。在所示的实施例中，端盖20设置在玻璃板16的第一端。在实施例中，端盖20设计成接合开口18(例如，通过套入开口18的埋头区域)，使得当玻璃板16缩回时，端盖20与仪表板14的周围表面齐平。另外，如下面将要讨论的，端盖20可以形成支撑结构的一部分，该支撑结构在展开构型中为玻璃板16提供抗挠刚度和硬度。
图1B示出了从仪表板14伸展的显示系统12的另一实施例。如图1B的实施例中可见，显示系统12的玻璃板16包括面向车辆乘客的凹曲率。在实施例中，曲率为玻璃板16提供足够的刚性，使得其可以支撑自身。然而，在其它实施例中，玻璃板16仍可包括支撑结构，尤其是为了满足相关的HIT要求。
图2A示出了玻璃板16处于展开构型的显示系统12的局部截面侧视图。如图2A中可见，玻璃板16保持至少部分地与缩回机构22接合。如弧23所示，当玻璃板16从缩回位置运转到展开位置时，玻璃板16可围绕缩回机构22卷绕或缠绕，反之亦然。然而，在其它实施例中，诸如图2B所示，玻璃板16可如横向线25所示地围绕缩回机构22折叠或弯曲。在这方面，玻璃板16可以说是“可卷绕的”或“可折叠的”。在任一情况下，玻璃板16将具有至少一个弯曲到缩回机构22的曲率半径的区域(尽管该区域可随着玻璃板16铺开或展开在玻璃板16上移动)。
在实施例中，假定缩回机构22被配置为安装在仪表板中，则缩回机构22的曲率半径R相对较小，鉴于仪表板空间中包含的所有其它典型的控制装置、通风口、电子设备等，仪表板可具有有限的空间。因此，在实施例中，缩回机构22可具有例如约20mm至约100mm的曲率半径R。对于下面讨论的示例性实施例，考虑50mm的曲率半径R。然而，在其它实施例中，曲率半径R可以更大，这取决于显示系统12安装在车辆中的位置。
图2A显示了玻璃板16包括第一主表面24和与第一主表面24相对的第二主表面26。第一主表面24和第二主表面26通过围绕玻璃板16的周边伸展的次表面28连接。第一主表面24和第二主表面26在它们之间限定厚度T。通常，厚度T必须相对较薄，以便弯曲到本文所预期的曲率半径。特别地，平均厚度T小于0.40mm，在实施例中具体为0.20mm至0.40mm。作为参考，第一主表面24面向车辆的乘客，并且第二主表面24面向挡风玻璃(对于仪表板14中包含的显示系统12的实施例)。在所示的实施例中，使用例如光学透明粘合剂或压敏粘合剂将显示器30安装到玻璃板16的第二主表面24。在实施例中，显示器30是有机发光二极管(OLED)显示器，因为其较薄(例如，＜2mm)且具有柔性。在其它实施例中，显示器30可以是例如微LED显示器或任何其它柔性显示器。显示器30覆盖第二主表面26的在仪表板12上方延伸的平面部分的至少一部分。在其他实施例中，显示器30可以是照亮玻璃板16的第一主表面24或第二主表面26的投影仪。
由于玻璃板16和显示器30(当提供时)较薄，可以提供支撑结构32以保持玻璃板16和显示器30直立并且为展开状态下的显示系统12提供抗挠刚度。在实施例中，支撑结构32是从仪表板14内部延伸穿过开口18的伸缩框架34。在实施例中，伸缩框架34连接到端盖20，以便当缩回机构22展开和缩回玻璃板16时，端盖20使伸缩框架34伸缩或折叠。
在玻璃板16围绕缩回机构22卷绕的实施例中，缩回机构22可以是电机驱动的可旋转轴36，玻璃板16的第二端固定(例如，通过紧固件或粘合剂)到该轴上。通过驱动可旋转轴36，玻璃板16的第二端由于固定到可旋转轴36上而将导致玻璃板16卷绕或铺开，以分别用于缩回或展开。如图2C所示，玻璃板16可以在相反方向上卷绕或铺开。即，第一主表面24面向车辆的内部，并且当卷绕或铺开时，第一主表面24可以是凹的或凸的。
图2B示出了一个实施例，其中，缩回机构22包括沿轨道40推动玻璃板16的第二端的线性致动器38。在如上所述的这种实施例中，玻璃板16围绕缩回机构22折叠，即，沿着轨道40折叠。因此，玻璃板16沿着轨道40的横向运动使玻璃板16从仪表板14伸展或缩回。可替换地，线性致动器38可驱动伸缩框架34，使得伸缩框架34的垂直运动导致玻璃板16沿着轨道40运动。
图2D示出了又一实施例，其中，缩回机构22竖直地布置，使得玻璃板16向外(例如，从内部支柱或其它竖直结构)伸展，而不是如图2A-2C所示向上伸展。图2D示出了可旋转轴36形式的缩回机构22。然而，在其它实施例中，可使用不同的缩回机构22，例如图2B所示的缩回机构。此外，图2D的显示系统12可包括如图2A-2C所示的支撑结构32(未示出)。
虽然图2A-2D所示的各实施例描述了展开时玻璃板16伸展成平面构型(例如，如图1A所示)，但这些实施例也可以是如图1B所示的弯曲构型。为了展开成弯曲构型，可以操纵开口18的形状以在展开时使玻璃板16弯曲。在实施例中，弯曲构型中的曲率半径可以是例如250mm或更大，诸如从250mm至5000mm。在其它实施例中，根据特定应用和其中部署显示系统12的空间的大小，弯曲构型中的曲率半径可以低于250mm。
图3A和3B示出了与玻璃板16一起卷绕或折叠的支撑结构32的另一实施例。在图3A的实施例中，支撑结构32是联动系统42。图3B更详细地示出了联动系统42。可以看出，联动系统42包括多个连杆44，所述连杆延伸横跨并粘附到玻璃板16的第二主表面26。在一个实施例中，连杆44位于玻璃板16的横向边缘处或附近。当玻璃板16卷绕或折叠时，连杆44能够相对于彼此旋转，使得联动系统42与玻璃板16一起卷绕或折叠。在实施例中，联动系统42还可包括为玻璃板16提供额外支撑的横向构件46。在图3B所示的实施例中，每个连杆44包括横向构件46，但是在其它实施例中，可以每隔一个或每隔三个、四个或五个连杆设置横向构件46，例如并且取决于连杆44的尺寸和所需的增强程度。
在其它实施例中，支撑结构32可以是与玻璃板16一起卷绕或折叠的薄金属板。在其它实施例中，支撑结构32可以是附着到第二主表面26的遵循轨道的导轨。在实施例中，导轨可以通过横向构件(例如图3B中所示的横向构件46)连接。
独立于缩回机构22和支撑结构32，玻璃板16可被配置为停止在完全缩回状态和完全伸展状态之间的各种位置。在实施例中，玻璃板16在完全伸展状态下在仪表板14上方伸展达250mm的高度。此外，在实施例中，玻璃板16的宽度高达200mm。这些尺寸仅仅是说明性的。具有更多空间的车辆可以容纳更大的屏幕。
为了满足根据FMVSS 201的头型冲击测试(HIT)的要求，对玻璃板16进行强化。具体地，为了通过HIT要求，显示装置12在受到头型冲击时必须不允许头型以头型在3ms或更长的持续时间内连续超过80g力的方式减速。
在具体的实施例中，玻璃板16通过离子交换过程进行化学强化。示例性离子交换过程的细节将在下面进一步提供。强化玻璃板16在第一主表面24和第二主表面26上具有表面压缩应力(CS)。压缩应力在第一主表面24和第二主表面26处最大，并且将朝着内部逐渐减少。压缩应力将达到零，并且从表面到压缩应力达到零的点的距离被称为压缩应力深度(DOC)。此后，应力转变为张应力，通常在厚度中心处或附近达到最大中心张力(CT)。CS、DOC和CT都对HIT中的玻璃板16的性能有影响。在实施例中，玻璃板16的平坦CS在550MPa至1000MPa的范围内，特别是在550MPa至900MPa的范围内。此外，在实施例中，平坦CT在95MPa至175MPa的范围内。在更进一步的实施例中，DOC至少为32μm。
此外，CS和DOC尤其对玻璃板16的弯曲性能有影响。由于玻璃板16被卷绕或弯曲的方式，第一主表面24将具有与第二主表面26不同的CS和DOC。假设平坦构型中第一表面24和第二表面26上的CS和DOC相等，则位于弯曲内部的第一主表面24上的CS和DOC将增加，而位于弯曲外部的第二主表面26上的CS和DOC将减小。应当注意，该讨论涉及例如图2A和2B所示的实施例，其中第二主表面26是凹入的。该讨论同样适用于例如图2C所示的实施例，除了第一主表面24而不是第二主表面26是凹入的并且将经历CS和DOC减小。因此，虽然以下讨论是参考第二主表面26进行的，但在第一主表面26包括凹(外)曲率的实施例中，其也适用于第一主表面24。
玻璃板16的标准边缘精整通常会留下深度高达11微米的边缘瑕疵。因此，如本文所公开的，在50mm弯曲半径下，第二主表面26上的DOC保持在11μm以上。在特定的实施例中，在50mm弯曲半径下，第二主表面26上的DOC保持在11μm以上，安全系数为约1.5。因此，在50mm弯曲半径下，第二主表面26上的DOC保持在17μm或更大。然而，在50mm弯曲半径下，第二主表面26上的DOC也保持在19μm以下，以便防止CT升得太高，这将对HIT性能具有不利影响。此外，在实施例中，使用HF蚀刻的先进边缘精整可以将边缘瑕疵减少到3μm或更低。因此，在玻璃板16进行先进边缘精整的实施例中，即使包括安全系数，50mm弯曲半径下的DOC也可进一步减小。在实施例中，先进边缘精整玻璃的50mm弯曲半径下的DOC为至少5μm、至少7μm、或至少10μm。
50mm弯曲半径下的DOC(以下称为“R50 DOC”)受到平坦DOC和CS的影响。特别地，当弯曲到50mm的半径时，DOC将从平坦DOC减小到R50 DOC。对于相对较高平坦度的CS，平坦DOC可较浅，同时仍提供在11μm至19μm范围内、特别是在17μm至小于19μm范围内的R50 DOC。相反，对于相对较低平坦度的CS，平坦DOC将需要更深以提供在指定范围内的R50 DOC。下表1-5和图4-7描述了平坦DOC、平坦CS和R50 DOC之间的关系。
特别地，下面的表1-5考虑了对于范围为0.21mm至0.40mm的五个厚度的平坦DOC、平坦CS和R50 DOC。CS可以使用本领域已知的方法测量，例如通过表面应力计(FSM)，使用市售仪器，例如Orihara Industrial Co.,Ltd.(日本)制造的FSM-6000。表面应力测量依赖于应力光学系数(SOC)的精确测量，SOC与玻璃的双折射有关。SOC又通过本领域已知的那些方法来测量，例如光纤和四点弯曲方法(这两种方法都在名为“Standard Test Method forMeasurement of Glass Stress-Optical Coefficient(测量玻璃应力-光学系数的标准测试方法)”的ASTM标准C770-98(2013)中描述，其内容通过引用的方式整体并入本文)，以及整体圆柱体方法。
取决于强化方法和条件，可以利用FSM或散射光偏振计(SCALP)(例如可从位于Tallinn Estonia的Glasstress Ltd.获得的SCALP-04散射光偏振计)测量DOC。当玻璃板通过离子交换处理进行化学强化时，可以取决于哪种离子交换到玻璃板中而使用FSM或SCALP。当通过将钾离子交换到玻璃板中而生成玻璃板中的应力时，使用FSM来测量DOC。在通过将钠离子交换到玻璃板中而生成应力的情况下，使用SCALP测量DOC。当通过将钾离子和钠离子交换到玻璃中而生成玻璃板中的应力时，通过SCALP测量DOC，因为认为钠的交换深度表示DOC，而钾离子的交换深度表示压缩应力大小的变化(而不是应力从压缩到拉伸的变化)；通过FSM测量这种玻璃板中钾离子的交换深度。CT是最大拉伸应力，并且通过SCALP测量。
已知CS和DOC，可以使用数值模型来估计CT和弯曲应力。特别地，根据下面的等式1来估计CT：
Figure BDA0003089883170000081
其中CT是中心张力，CS是表面压缩应力，DOC是压缩应力的深度，T是玻璃板16的厚度。
弯曲引起的应力由下面的等式2确定：
Figure BDA0003089883170000082
其中σbend是弯曲引起的应力，E是杨氏模量，ν是泊松比，T是玻璃板16的厚度，x是进入厚度的深度，R是弯曲半径。弯曲应力在表面处最大，此处x＝0，并且中性轴在中间厚度处，或者x＝T/2。
由弯曲引起的应力分布中得到的偏移是平坦状态下的应力分布和由等式2提供的线性弯曲应力的叠加。弯曲状态下的DOC由零应力深度确定。所关注的具体DOC是针对第二主表面26的，将具有从平坦DOC减小的R50 DOC。
下表1考虑了厚度T为0.21mm的玻璃板16。在表的右侧给出平坦DOC，在表的内部提供每个平坦CS的平坦CS(单位MPa)，并且在表的顶部提供所得到的R50 DOC设置。
表1.对于0.21mm厚的玻璃板，获得所需R50 DOC的平坦DOC和CS(MPa)
Figure BDA0003089883170000091
从表1可以看出，675MPa的平坦CS和32μm的平坦DOC将允许17.0μm的R50 DOC。图4示出了基于表1中包含的数据点生成的曲线。通常，选择落入R50 DOC为17.0μm和R50 DOC为19.0μm的曲线之间的区域的平坦DOC和平坦CS将提供能够被卷绕或折叠到50mm半径，同时仍具有比典型边缘瑕疵更深的DOC(具有安全系数)的玻璃板16。此外，落在R50 DOC为17.0μm和R50 DOC为19.0μm的曲线之间的区域内的平坦CS和DOC将与CT(由公式1给出)相关联，该CT将允许玻璃板16在平面部分中满足HIT要求，例如当显示系统12处于展开构型时。特别地，落在R50 DOC为17.0μm和R50 DOC为18.0μm的曲线之间的区域内的平坦CS和DOC将提供边缘瑕疵和CT的安全系数。
下表2考虑了厚度T为0.25mm的玻璃板16。平坦DOC、平坦CS(MPa)和R50 DOC的数据以与表1相同的方式排列。
表2.对于0.25mm厚的玻璃板，获得所需R50 DOC的平坦DOC和CS(MPa)
Figure BDA0003089883170000101
图5示出了从表2所示的数据点得到的17.0μm、18.0μm和19.0μm的R50 DOC的曲线。如前所述，平坦CS和DOC应取自R50 DOC为17.0μm和19.0μm的曲线之间的区域，特别是取自R50 DOC为17.0μm和18.0μm的曲线之间的区域。
下表3考虑了厚度T为0.30mm的玻璃板16。平坦DOC、平坦CS(MPa)和R50 DOC的数据以与表1-2相同的方式排列。
表3.对于0.30mm厚的玻璃板，获得所需R50 DOC的平坦DOC和CS(MPa)
Figure BDA0003089883170000102
图6示出了从表3所示的数据点得到的17.0μm、18.0μm和19.0μm的R50 DOC的曲线。如前所述，平坦CS和DOC应取自R50 DOC为17.0μm和19.0μm的曲线之间的区域，特别是取自R50 DOC为17.0μm和18.0μm的曲线之间的区域。
下表4考虑了厚度T为0.36mm的玻璃板16。平坦DOC、平坦CS(MPa)和R50 DOC的数据以与表1-3相同的方式排列。
表4.对于0.36mm厚的玻璃板，获得所需R50 DOC的平坦DOC和CS(MPa)
Figure BDA0003089883170000111
图7示出了从表4所示的数据点得到的17.0μm、18.0μm和19.0μm的R50 DOC的曲线。如前所述，平坦CS和DOC应取自R50 DOC为17.0μm和19.0μm的曲线之间的区域，特别是取自R50 DOC为17.0μm和18.0μm的曲线之间的区域。
下表5考虑了厚度T为0.40mm的玻璃板16。平坦DOC、平坦CS(MPa)和R50 DOC的数据以与表1-4相同的方式排列。
表5.对于0.40mm厚的玻璃板，获得所需R50 DOC的平坦DOC和CS(MPa)
Figure BDA0003089883170000112
图8示出了从表5所示的数据点得到的17.0μm、18.0μm和19.0μm的R50 DOC的曲线。如前所述，平坦CS和DOC应取自R50 DOC为17.0μm和19.0μm的曲线之间的区域，特别是取自R50 DOC为17.0μm和18.0μm的曲线之间的区域。
关于表1-5中提供的和图4-8中所示的数据，仅以举例的方式提供了平坦DOC和平坦CS。所使用的平坦DOC和平坦CS可以在相应表和图中所示的范围之外。例如，表5提供了38μm至42μm的平坦DOC范围以及与其相关的平坦CS范围。然而，平坦DOC和平坦CS可延伸到该范围之外，只要平坦DOC和平坦CS外推到图8所示的图的边界之外时落在17.0μm和19.0μm的R50 DOC曲线之间的区域即可。对于表1-4和图4-7的平坦DOC和平坦CS同样如此。通常，平坦DOC的下限将是11μm以解决边缘瑕疵，并且上限将部分地由玻璃板16的厚度T和通过强化生成的应力分布来限定。此外，某些平坦DOC和平坦CS在技术上是可实现的，但在商业上是不可行的，这将限制它们在根据本公开内容生产的典型产品中的应用。
前述分析进一步得到下面将要讨论的实验数据的支持。在实验中，将厚度为0.3mm和0.4mm的玻璃板16切割成尺寸为200mm×340mm的试样。玻璃板16的杨氏模量(E)为71.5GPa，泊松比(υ)为0.21。使用400和800磨砂砂轮将玻璃板16边缘精整为标准PRC圆角。对从玻璃板16上切下的试样进行离子交换。对于0.3mm厚的试样，平坦CS是781MPa，平坦DOC是36μm。对于0.4mm厚的试样，平坦CS是803MPa，平坦DOC是40μm。
在2点弯曲试验中测试试样以生成如图9所示的Weibull曲线图。该Weibull曲线图考虑了在0.1mm参考长度上的恒定应力。Weibull曲线图可用于基于从Weibull曲线图导出的参数来估计产品的寿命性能，例如容许寿命应力。下面进行的计算特别感兴趣的两个参数是Weibull特征强度值S0(在63.2％故障概率下的断裂应力)和Weibull模量m。根据图9的Weibull曲线图，对于0.4mm厚的玻璃，将特征强度值S0确定为736.9MPa，对于0.3mm的玻璃，确定为699.0MPa。此外，根据图9的Weibull曲线图，对于0.4mm玻璃试样，将Weibull模量m确定为为49，对于0.3mm玻璃试样，确定为55。
为了确定这些厚度的玻璃如何响应于在给定时间段内以特定曲率半径被卷绕或折叠，根据等式3确定0.4mm和0.3mm厚的玻璃的容许寿命应力SAL：
SAL＝S0(Fp*FS*FF)
S0是Weibull特征强度值(如上所述)，FP是概率因子，FS是尺寸因子，FF是疲劳因子。在这种情况下，可以忽略疲劳因子FF，因为如上所述，边缘缺陷保持在DOC内。概率因子FP由等式4给出：
Figure BDA0003089883170000121
其中，R'是0.3mm厚的玻璃试样和0.4mm厚的玻璃试样的可靠性，m是Weibull模量。可靠性R'是设计成在给定的一组条件下无故障地操作的部件的期望水平。在这种情况下，期望故障概率至多为0.1％或0.001，因此，可靠性R为99.9％或0.999。基于等式4、期望的可靠性R'和来自图9的曲线图的Weibull参数，对于0.4mm厚的玻璃，将概率因子FP确定为0.853，对于0.3mm的玻璃，将概率因子FP确定为0.869。
尺寸因子FS由等式5给出：
Figure BDA0003089883170000131
其中，Lreference是用于生成Weibull曲线图的参考长度，其如上所述为0.1mm。Lproduct是被分析的产品的实际长度。此处，在将要弯曲的侧面上将试样切割成340mm的长度。另外，由于存在弯曲的两个侧面，所以总Lproduct是2*340mm或680mm。同样，m是Weibull模量，对于0.4mm和0.3mm厚的玻璃，其分别为49和55。基于上述参数和等式5，对于0.4mm厚的玻璃板16，尺寸因子FS为0.835，对于0.3mm厚的玻璃板16，尺寸因子FS为0.852。
根据等式3，可以使用Weibull特征强度S0、概率因子FP和尺寸因子FS来确定容许寿命应力SAL。对于0.4mm厚的玻璃，将容许寿命应力SAL确定为约525MPa(736.9*0.853*0.835)，对于0.3mm厚的玻璃，将容许寿命应力SAL确定为约518MPa(699.0*0.869*0.852)。
在知道了0.1％的期望故障率下的容许寿命应力的情况下，可以确定能够以高可靠度存放0.4mm和0.3mm玻璃的最紧密半径。特别地，使用容许寿命应力SAL作为上述方程2中的最大弯曲应力，可以确定产生该应力的半径。特别地，等式2可以重新排列以求解0.4mm和0.3mm厚的玻璃的曲率半径R，如下所示：
Figure BDA0003089883170000132
Figure BDA0003089883170000133
因此，使用由Weibull曲线图得出的容许寿命应力SAL和根据等式2的最大应力，将0.4mm厚的玻璃的最小或最紧弯曲半径确定为约29mm，并且将0.3mm厚的玻璃的最小或最紧弯曲半径确定为约22mm。应当注意，上述曲率半径为50mm的弯曲应力远低于0.4mm和0.3mm玻璃各自的容许寿命应力(弯曲应力分别为约300MPa和约225MPa)。因此，厚度为0.4mm和0.3mm的玻璃可以可靠地以小于50mm的曲率存放，或者通过分别以大于29mm和22mm的曲率存放，可以提高0.4mm和0.3mm玻璃存放的可靠性。
为了证实这些分析和实验观察，将如上所述的0.4mm和0.3mm厚的玻璃试样以各种曲率静态弯曲一周或更长时间以确定可靠性性能。图10示出了用于使用上压机120和下模具130将玻璃试样110保持在静态弯曲中的装置100。上压机120包括具有以所研究的弯曲半径弯曲的凸面的块140，并且下模具130包括以所研究的弯曲半径弯曲的凹面。图10所示的特定装置100被构造成以50mm的弯曲半径保持玻璃试样110，并且恒定弯曲下的长度(即，玻璃试样110在块140的凸面与模具130的凹面之间的部分)为110mm。在其它装置中，在35mm和25mm的半径下保持0.4mm和0.3mm厚的玻璃试样。将每种厚度的十个试样在每个弯曲半径下保持至少一周。下表6总结了结果。
表6.各种弯曲半径下的静态弯曲测试
Figure BDA0003089883170000141
从表6可以看出，所有样品均经受住在50mm和35mm半径下静态弯曲1周，这是根据容许寿命应力和最小弯曲半径计算所预期的。实际上，上述讨论表明，0.4mm玻璃试样和0.3mm玻璃试样在分别低至29mm和22mm的弯曲半径下将以高可靠性保存下来。这在25mm的静态弯曲半径下得到证明，其中0.3mm厚的玻璃试样保存下来，包括我们在25mm曲率半径下保持12周的5个样品。此外，由于对于0.4mm厚的玻璃试样预测的29mm的最小弯曲半径，将0.4mm厚的玻璃试样保持在25mm的较低弯曲半径导致10个样品中的8个立即发生故障，并且剩余的两个样品在10分钟内发生故障。因此，实验数据证实了基于图9的Weibull曲线图的预测和根据等式2-5的预测。
用于车辆内部10的显示系统12的各种实施例可以包含于交通工具中，例如火车、汽车(例如，小汽车、卡车、公共汽车等)、海船(小艇、轮船、潜艇等)和飞行器(例如，无人机、飞机、喷气机、直升机等)。
如上所述，玻璃板16被强化，特别是通过化学强化，例如通过离子交换强化。在离子交换过程中，玻璃板表面上或附近的离子被具有相同价态或氧化态的较大离子置换或交换。在玻璃板包含碱金属铝硅酸盐玻璃的那些实施例中，制品表面层中的离子和较大的离子是一价碱金属阳离子，例如Li+、Na+、K+、Rb+和Cs+。可替换地，表面层中的一价阳离子可以被除碱金属阳离子以外的一价阳离子如Ag+等代替。在这样的实施例中，交换到玻璃板中的一价离子(或阳离子)生成应力。
离子交换过程通常通过将玻璃板浸入熔融盐浴(或两种或更多种熔融盐浴)中来进行，该熔融盐浴含有要与玻璃板中的较小离子交换的较大离子。应当注意，也可以使用水性盐浴。此外，浴的组成可包括一种以上类型的较大离子(例如Na+和K+)或单一较大离子。本领域技术人员应理解，离子交换过程的参数，包括但不限于浴组成和温度、浸入时间、玻璃板浸入盐浴(或多种盐浴)的次数、使用多种盐浴、额外步骤(如退火、清洗等)，通常由玻璃板的组成(包括制品的结构和存在的任何晶相)和强化所产生的玻璃板的所需DOC和CS决定。示例性的熔融浴组合物可以包括较大的碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐和氯化物。典型的硝酸盐包括KNO3、NaNO3、LiNO3、NaSO4及其组合。熔融盐浴的温度通常在约380℃至高达约450℃的范围内，而浸入时间在约15分钟至高达约100小时的范围内，这取决于玻璃板厚度、浴温度和玻璃(或一价离子)扩散率。然而，也可以使用与上述不同的温度和浸入时间。
在一个或多个实施例中，可以将玻璃板浸入温度为约370℃至约480℃的100％NaNO3、100％KNO3或NaNO3和KNO3的组合的熔融盐浴中。在一些实施例中，可以将玻璃板浸入包含约5％至约90％KNO3和约10％至约95％
NaNO3的熔融混合盐浴中。在一个或多个实施例中，可以将玻璃板在浸入第一浴之后浸入第二浴。第一和第二浴可具有彼此不同的组成和/或温度。第一和第二浴中的浸入时间可以变化。例如，在第一浴中的浸入可以比在第二浴中的浸入更长。
在一个或多个实施例中，可以将玻璃板浸入温度低于约420℃(例如，约400℃或约380℃)的包含NaNO3和KNO3(例如，49％/51％、50％/50％、51％/49％)的熔融混合盐浴中少于约5小时，或甚至约4小时或更少。
可以调整离子交换条件以在所得玻璃板的表面处或附近提供“尖峰”或增加应力分布的斜率。该尖峰可以导致更大的表面CS值。由于本文所述的玻璃板中所用的玻璃组合物的独特性质，这种尖峰可以通过单一浴或多种浴来实现，其中浴具有单一组成或混合组成。
在一个或多个实施例中，在将一种以上的一价离子交换到玻璃板中的情况下，不同的一价离子可以交换到玻璃板内的不同深度(并在玻璃板内不同深度处生成不同大小的应力)。可以确定应力生成离子的所得相对深度，并且该所得相对深度可以导致应力分布的不同特性。
用于玻璃板16的合适的玻璃组合物包括钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、硼铝硅酸盐玻璃、含碱金属的铝硅酸盐玻璃、含碱金属的硼硅酸盐玻璃和含碱金属的硼铝硅酸盐玻璃。
在一个或多个实施例中，玻璃组合物可以包括含量为约66mol％至约80mol％的SiO2、含量为约4mol％至约15mol％的Al2O3、含量为约0mol％至约5mol％的B2O3、含量为约0mol％至约2mol％的P2O5、含量为约8mol％至约20mol％的R2O、含量为约0mol％至约2mol％的RO、含量为约0mol％至约0.2mol％的ZrO2以及含量为约0mol％至约0.2mol％的SnO2。在上述组成中，R2O是指碱金属氧化物(如Li2O、Na2O、K2O、Rb2O和Cs2O)的总量。特别地，Na2O的存在量可以为约8mol％至约20mol％，K2O的存在量可以为约0mol％至约4mol％。此外，在上述组合物中，RO是指碱土金属氧化物(如CaO、MgO、BaO、ZnO和SrO)的总量。特别地，CaO的存在量可以为约0mol％至约1mol％，MgO的存在量可以为约0mol％至约7mol％。
在实施例中，玻璃组合物可以包括诸如Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ce、W和Mo的金属的其它氧化物。特别地，Fe2O3形式的Fe的存在量可以为约0mol％至约1mol％，TiO2的存在量可以为约0mol％至约5mol％。
示例性的玻璃组合物包括含量为约65mol％至约75mol％的SiO2、含量为约8mol％至约14mol％的Al2O3、含量为约12mol％至约17mol％的Na2O、含量为约0mol％至约0.2mol％的K2O、以及含量为约1.5mol％至约6mol％的MgO。任选地，SnO2可以以本文另外公开的量包含在内。
除非另有明确说明，否则决不旨在将本文所阐述的任何方法解释为需要以特定顺序执行其步骤。因此，在方法权利要求实际上没有叙述其步骤所遵循的顺序或者在权利要求或说明书中没有另外具体陈述这些步骤将被限于特定顺序的情况下，决不旨在推断任何特定顺序。另外，如本文所用，冠词“一”旨在包括一个或多于一个组件或元件，并且不旨在被解释为仅意指一个。
对于本领域技术人员来说，在不脱离所公开的实施例的精神或范围的情况下，可以进行各种修改和变化是显而易见的。由于本领域技术人员可以想到结合实施例的精神和实质的所公开实施例的修改、组合、子组合和变化，所以所公开的实施例应当被解释为包括所附权利要求及其等同方案的范围内的所有内容。

Claims (41)

1.一种可卷绕玻璃板，被配置为在平坦构型和弯曲构型之间可逆地转换，所述可卷绕玻璃板包括：
第一主表面；
与所述第一主表面相对的第二主表面，所述第一主表面和所述第二主表面限定玻璃板的厚度，其中，所述厚度为0.4mm以下；
其中，在所述平坦构型中，所述第一主表面具有第一表面压缩应力和第一压缩深度；及
其中，在所述弯曲构型中，所述第一主表面具有曲率，以及其中，在50mm的曲率半径下，所述第一主表面具有小于所述第一压缩应力的第二表面压缩应力和小于所述第一压缩深度且大于11μm的第二压缩深度。
2.根据权利要求1所述的可卷绕玻璃板，在所述平坦构型中还具有中心张力，所述中心张力在所述第一主表面和所述第二主表面之间，其中，所述中心张力最大为175MPa。
3.根据权利要求2所述的可卷绕玻璃板，其中，所述中心张力至少为95MPa。
4.根据权利要求1所述的可卷绕玻璃板，其中，所述第一压缩应力至少为550MPa。
5.根据权利要求1所述的可卷绕玻璃板，其中，所述第一压缩应力最大为1000MPa。
6.根据权利要求1所述的可卷绕玻璃板，其中，所述第二压缩深度小于19μm。
7.根据权利要求1所述的可卷绕玻璃板，其中，所述第一压缩深度至少为32μm。
8.根据权利要求1所述的可卷绕玻璃板，包括边缘精整，其中缺陷的平均深度为11μm以下。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的可卷绕玻璃板，包括钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的可卷绕玻璃板，其中，所述玻璃通过离子交换过程进行化学强化。
11.一种用于车辆内部系统的显示系统，所述显示系统包括：
支撑结构；
连接到所述支撑结构的玻璃板，所述玻璃板包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中，所述第一主表面和所述第二主表面限定所述玻璃板的厚度，其中，所述厚度为0.4mm以下；
其中，所述玻璃板被配置为在缩回构型和展开构型之间可逆地转换；
其中，所述支撑结构增强在所述展开构型中的所述玻璃板；
其中，在所述展开构型中，所述玻璃板包括具有在所述第一主表面和所述第二主表面之间的中心张力的部分，所述中心张力为95Mpa至175MPa；
其中，在所述缩回构型中，所述第二主表面包括弯曲区域，以及其中，在50mm的曲率半径处，所述第二主表面在所述弯曲区域中具有大于11μm的弯曲压缩深度。
12.根据权利要求11所述的显示系统，其中，在所述展开构型中，所述第二主表面在所述部分中具有第一表面压缩应力，其中，在所述缩回构型中，所述第二主表面在所述弯曲区域中具有第二表面压缩应力，并且其中，所述第二表面压缩应力小于所述第一压缩应力。
13.根据权利要求12所述的显示系统，其中，第二主表面在所述部分中具有最大45μm的平坦压缩深度。
14.根据权利要求12所述的显示系统，其中，所述第一压缩应力至少为550MPa。
15.根据权利要求12所述的显示系统，其中，所述第一压缩应力最大为1000MPa。
16.根据权利要求11所述的显示系统，其中，所述弯曲压缩深度小于19μm。
17.根据权利要求13所述的显示系统，其中所述平坦压缩深度至少为32μm。
18.根据权利要求11所述的显示系统，其中，所述玻璃板包括边缘精整，其中缺陷的平均深度为11μm以下。
19.根据权利要求11-18中任一项所述的显示系统，其中，所述玻璃板包括钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃。
20.根据权利要求11-18中任一项所述的显示系统，其中，所述玻璃板通过离子交换过程进行化学强化。
21.根据权利要求11-18中任一项所述的显示系统，其中，还包括致动器，所述致动器被配置为使所述玻璃板在所述展开构型和所述缩回构型之间转换。
22.根据权利要求21所述的显示系统，其中，在所述缩回构型中，所述玻璃板卷绕成曲率半径小于100mm的卷。
23.根据权利要求11-18中任一项所述的显示系统，还包括在所述玻璃板的所述第二主表面上的显示器。
24.根据权利要求23所述的显示系统，其中，所述显示器是有机发光二极管显示器或微发光二极管显示器。
25.根据权利要求11-18中任一项所述的显示系统，其中，当经受根据FMVSS 201的头型冲击测试时，所述头型在不会连续经历大于80g的减速度超过3ms。
26.根据权利要求11-18中任一项所述的显示系统，其中，所述部分是平面的。
27.根据权利要求11-18中任一项所述的显示系统，其中，所述部分是弯曲的。
28.根据权利要求27所述的显示系统，其中，所述第一主表面在弯曲的所述部分中包括曲率半径为250mm以上的凹曲率。
29.根据权利要求11-18中任一项所述的显示系统，其中，所述支撑结构包括伸缩框架、轨道系统或联动系统中的至少一个。
30.一种交通工具，包括根据权利要求11-18中任一项所述的显示系统。
31.根据权利要求30所述的交通工具，其中，所述交通工具是汽车、飞机、船只或火车。
32.一种方法，包括步骤：
将玻璃板从展开构型缩回至缩回构型；
其中，所述玻璃板包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中，所述第一主表面和所述第二主表面限定所述玻璃板的厚度，其中，所述厚度为0.4mm以下；
其中，在所述展开构型中，所述玻璃板包括具有在所述第一主表面和所述第二主表面之间的中心张力的部分，所述中心张力为95MPa至175MPa；
其中，在所述缩回构型中，所述第二主表面包括弯曲区域，并且其中，在50mm的曲率半径处，所述第二主表面在所述弯曲区域中具有大于11μm的第一压缩深度。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述缩回步骤还包括使轴转动，从而使所述玻璃板围绕所述轴卷绕，所述轴的半径为100mm以下。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，当所述玻璃板围绕所述轴卷绕时，所述第一主表面具有凹曲率。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，当所述玻璃板围绕所述轴卷绕时，所述第二主表面具有凸曲率。
36.根据权利要求32所述的方法，其中，所述缩回步骤还包括沿着轨道线性地拉动所述玻璃板的端部，其中，所述轨道包括曲率半径为100mm以下的曲线。
37.根据权利要求32-36中任一项所述的方法，其中，在所述展开构型中，所述玻璃板的平面的所述部分在交通工具的仪表板上方伸展。
38.根据权利要求32-35中任一项所述的方法，其中，在所述展开构型中，所述第二主表面在所述部分中具有第一表面压缩应力，其中，在所述缩回构型中，所述第二主表面在所述弯曲区域中具有第二表面压缩应力，并且其中，所述第二表面压缩应力小于所述第一压缩应力。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述第二主表面在平面的所述部分中具有最大45μm的平坦压缩深度。
40.根据权利要求38所述的方法，其中，所述第一压缩应力的范围为550MPa至1000MPa。
41.根据权利要求39所述的方法，其中，所述第一压缩深度小于19μm，并且其中，所述平坦压缩深度至少为32μm。
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