CN114426400A - 柔性覆盖窗及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提出了柔性覆盖窗及其制造方法，该柔性覆盖窗用于同时提高玻璃基超薄柔性覆盖窗的强度特性和折叠特性。玻璃基柔性覆盖窗构造成使得玻璃中心处的替换金属离子的强度与玻璃表面处的替换金属离子的强度之比为1:3或更大。本公开可以通过执行包括初次钢化、变薄和二次钢化的梯度钢化过程来调节钢化层的深度(离子渗透深度)和表面压缩应力，从而提供一种具有提高的窗强度特性和折叠特性的柔性覆盖窗。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年10月29日提交的韩国专利申请号10-2020-0142017的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过该参引并入本文中以用于所有目的。
技术领域
本公开涉及用于同时提高玻璃基超薄柔性覆盖窗的强度特性和折叠特性的柔性覆盖窗，并且还涉及该柔性覆盖窗的制造方法。
背景技术
随着电气和电子技术的快速发展，具有各种功能的显示产品正在开发中。为满足时代的这种需求，显示产品的形状已经变得更加多样化，并且潮流越来越趋向于轻量并且轻薄的显示产品。
显示产品通常具有施加至显示面板的顶部的覆盖窗以保护显示面板，并且还需要使覆盖窗变薄以满足使显示产品的重量和厚度减小的趋势。
常规地，诸如聚合物膜之类的材料已经被用作覆盖窗。然而，聚合物膜具有较弱的机械强度，并且因此仅用来防止显示面板上的划伤。其他缺点包括抗冲击性弱、透光率低以及成本相对较高。
为了克服用于覆盖窗的聚合物膜的这种限制，最近已经对玻璃基覆盖窗进行了各种研究。
由于具有诸如屏幕不失真、足够的抗外部冲击的耐久性和优良的触感之类的有利特征，玻璃基覆盖窗目前为止已被广泛使用。另外，玻璃基覆盖窗基本上需要具有物理特性、比如足够的强度、即使与触摸笔反复接触或诸如落笔之类的冲击也不会变形或受到损坏。
然而，随着玻璃基覆盖窗变得更薄，所需的物理性能、特别是耐久性和抗冲击性无法得到满足。
另外，随着各种柔性显示产品的发布，对玻璃基柔性覆盖窗具有强烈的需求。在玻璃基柔性覆盖窗的情况下，需要同时满足折叠特性以及强度特性所需的物理特性。
顺应趋向于轻量、轻薄的显示产品，在玻璃基柔性覆盖窗领域中，对800μm或以下的超薄玻璃的需求越来越大。这需要开发同时实现强度特性和折叠特性的最佳钢化过程。
前述内容仅意于帮助理解本公开的背景技术，并不意于意味着本公开落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
因此，本公开已经谨记相关技术中出现的上述问题，并且本公开的目的是提供一种柔性覆盖窗及其制造方法，该柔性覆盖窗用于同时提高玻璃基超薄柔性覆盖窗的强度特性和折叠特性。
为实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种玻璃基柔性覆盖窗，该柔性覆盖窗构造成使得玻璃中心处的替换金属离子的强度与玻璃表面处的替换金属离子的强度之比为1:3或更大。
根据本公开的另一方面，提供了一种制造柔性覆盖窗的方法，该方法包括：第一步，提供玻璃；第二步，对玻璃进行初次钢化，以在玻璃的表面上形成钢化层；第三步，对玻璃的表面进行变薄处理，以降低钢化层的深度；以及第四步，对玻璃进行二次钢化，以增加玻璃的压缩应力。此处，一系列第二步至第四步可以重复执行一次或多次以使得能够在增加玻璃的压缩应力的同时对玻璃进行梯度钢化。
此外，可以将第四步的二次钢化的钢化时间设定成比第二步的初次钢化的钢化时间短，或者可以将后续钢化过程的钢化时间设定成比之前的钢化过程的钢化时间短。
此外，第二步的初次钢化和第四步的二次钢化可以通过离子交换过程、离子注入过程和离子辅助过程中的任一者或至少两者的组合来实现。
此外，第二步的初次钢化和第四步的二次钢化可以通过对初次钢化和二次钢化中的每一者应用化学浸渍、化学浆、喷剂钢化和糊状钢化中的任一者来实现，或者通过对初次钢化和二次钢化中的每一者应用化学浸渍、化学浆、喷剂钢化和糊状钢化中的至少两者的组合来实现。
此外，在进行第二步的初次钢化后或进行第四步的二次钢化后，可以进行热处理或快速冷却。
此外，离子交换过程可以通过将玻璃浸入混合金属盐或单一金属盐中来进行。此处，混合金属盐可以包括LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4和Cs2SO4中的至少一者，并且单一金属盐可以是LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4和Cs2SO4中的任一者。
此处，替换金属离子可以包括K离子。
此外，第三步的变薄处理可以通过湿法蚀刻、抛光、激光成型和掩膜中的任一者或至少两者的组合来实现，或者通过将抛光用作后期处理的湿法蚀刻、激光成型或掩膜来实现。
此处，柔性覆盖窗可以构造成使得通过梯度钢化实现的压缩应力即使在相同的拉伸应力条件下也可以相对较高。
本公开可以通过进行包括初次钢化、变薄和二次钢化的梯度钢化过程来调节钢化层的深度(离子渗透深度)和表面压缩应力，从而提供一种具有提高的窗强度特性和折叠特性的柔性覆盖窗。
附图说明
从结合附图的以下详细描述将更清楚地理解本公开的上述和其他目的、特征以及其他优点，在附图中：
图1是图示了根据本公开的实施方式的制造柔性覆盖窗的方法的示意图。
图2是图示了根据本公开的示例和比较示例1的作为玻璃深度的函数的K离子强度的曲线图；以及
图3是图示了根据本公开的示例和比较示例2的作为玻璃深度的函数的K离子强度的曲线图。
具体实施方式
本公开涉及一种用于同时提高玻璃基超薄柔性覆盖窗的强度特性和折叠特性的制造柔性覆盖窗的方法以及由此制造的柔性覆盖窗。
特别地，本公开涉及一种制造柔性覆盖窗的方法，该方法通过对在多个阶段中通过钢化玻璃获得的钢化层的深度(离子渗透深度)和表面压缩应力进行调节来确保最佳强度特性和折叠特性并且在钢化过程之间使钢化层变薄，并且涉及由此制造出的柔性覆盖窗。
后文中，将参照附图详细描述本公开。图1是图示了根据本公开的实施方式的制造柔性覆盖窗的方法的示意图，图2是图示了根据本公开的示例和比较示例1的作为玻璃深度的函数的K离子强度的曲线图，并且图3是图示了根据本公开的示例和比较示例2的作为玻璃深度的函数的K离子强度的曲线图。
如图1中所图示的，根据本公开的制造柔性覆盖窗的方法包括：第一步，提供玻璃；第二步，对玻璃进行初次钢化以在玻璃的表面上形成钢化层；第三步，对玻璃的表面进行变薄处理，以减少钢化层的深度；以及第四步，对玻璃进行二次钢化以增加玻璃的表面上的压缩应力。此处，一系列的第二步至第四步被重复执行一次或多次以在增加玻璃的表面上的压缩应力的同时能够实现玻璃的梯度钢化。
根据本公开的玻璃可以是能够被物理地或化学地钢化的任何玻璃，但可以是例如硅酸铝基或钠钙基玻璃(第一步)。
另外，根据本公开的玻璃在厚度上没有限制，但可以具有约20μm至800μm的厚度，该厚度足以提高薄玻璃的强度特性。
首先，对根据本公开的玻璃进行初次钢化，以在玻璃的表面上形成钢化层(第二步)。此处，钢化层是指玻璃表面的化学成分通过钢化而发生变化的区域。在本公开的一个实施方式中，钢化层由化学钢化导致的替换离子的渗透深度来决定，该渗透深度通常称为层深度(DOL)。
根据本公开的钢化可以是离子交换过程、离子注入过程和离子辅助过程中的任一者或组合。在本公开的一个实施方式中，钢化可以是化学浸渍、化学浆、喷剂钢化和糊状钢化中的任一者或组合。
在本公开的优选实施方式中，钢化可以是用于离子交换的化学浸渍。即钢化是将玻璃浸入(浸到)金属盐中进行离子交换，以在玻璃的表面上形成钢化层的过程。后文中，本公开的实施方式将聚焦于化学浸渍导致的离子交换进行描述。
对根据本公开的实施方式提供的30μm厚的玻璃进行初次钢化，以在玻璃的表面上形成钢化层。
此处，根据本公开最终所应用的产品的强度特性和折叠特性，通过调节钢化条件来执行初次钢化。这是通过调节钢化时间和温度来实现的。
已经以此方式进行了初次钢化的玻璃具有特定深度的强化层，并且因此表现出特定的拉伸应力。
一般来说，基于离子交换的化学钢化涉及在特定的时间和温度下将玻璃浸入金属盐中，该金属盐含有比玻璃中的金属离子更大的金属离子，其中，比玻璃中的金属离子更大的金属离子渗透到玻璃中，从而在玻璃的表面上产生压缩应力(CS)。
在这种情况下，当钢化层的深度、即金属离子的渗透深度(DOL)增加时，压缩应力(CS)降低以保持应力平衡，使得难以获得具有特定的强度特性和所需的压缩应力的钢化层。
即，当钢化层的深度增加时，压缩应力减小，而当钢化层的深度减小时，压缩应力增加。由于这个原因，在该玻璃的情况下，在提高强度特性上存在极限。另外，虽然需要增加压缩应力以便提高折叠特性，但需要减小钢化层的深度，这会导致强度特性上变差。
为了解决这样的问题，本公开提供了一种钢化方法，该钢化方法能够互补地调节钢化层的深度和压缩应力，以提高薄玻璃的最佳强度特性和折叠特性，以便最佳地用于柔性覆盖窗。
如上所述，作为根据本公开的实施方式的在玻璃上进行初次钢化的结果，具有特定深度的钢化层形成有特定的拉伸应力。在这种情况下，可以根据钢化时间和温度调节钢化层的深度，并且考虑到耐久性，在玻璃的变形温度以下进行足够时间(5分钟至2小时)的初次钢化。
虽然可以通过初次钢化形成具有足够深度的钢化层，但是拉伸应力降低，并且因此在提高强度特性和折叠特性上存在极限。
为了克服这个限制，在本公开中，执行下述过程：通过使玻璃表面变薄来减小钢化层的深度(第三步)。
变薄可以是减小钢化层深度的任何过程。在本公开的一个实施方式中，变薄可以通过湿法蚀刻、抛光、激光成型和掩膜中的任一者或至少两者的组合来实现，或者通过将抛光用作后期处理的湿法蚀刻、激光成型或掩膜来实现。
然后，在变薄的玻璃上进行二次钢化，以增加玻璃的压缩应力(第四步)。
此处，根据玻璃的厚度，考虑到最终产品的强度特性和折叠特性，在特定的钢化温度和时间的条件下进行二次钢化。
与初次钢化不同，二次钢化是聚焦于增加玻璃表面上的压缩应力的过程。第四步的二次钢化的钢化时间可以设定成比第二步的初次钢化的钢化时间短。这是为了仅增加表面压缩应力而不改变变薄的钢化层的深度。
另外，如果需要，可以在不同温度下进行第二步的初次钢化和第四步的二次钢化。例如，根据玻璃的成分，可以将二次钢化的温度设定成比初次钢化的温度低，使得只增加表面压缩应力，而不会改变变薄的钢化层的深度。
为此目的，第四步的二次钢化在下述条件下进行：其钢化温度设定成比第二步的初次钢化的温度低并且其钢化时间设定成比第二步的初次钢化的钢化时间短。
如上所述，考虑到产品的强度特性和折叠特性，通过在特定条件下进行初次钢化、变薄和二次钢化，可以独立地调节钢化层的深度和表面压缩应力。
另一方面，在本公开的另一实施方式中，根据产品的规格，如果需要，可以多次重复一系列的初次钢化、变薄和二次钢化，并且可以通过分级的方式调节钢化层的深度和表面压缩应力来在多个阶段中进行钢化过程。这在本公开中将被称为梯度钢化。
当一系列的初次钢化、变薄和二次钢化被重复多次时，可以通过将后续钢化过程的钢化时间设定成比之前的钢化过程的钢化时间短或通过将后续钢化过程的钢化温度设定成比之前的钢化过程的钢化温度低来将钢化层的深度和表面压缩应力调节至特定深度和特定压缩应力。
另一方面，在进行第二步的初次钢化后或进行第四步的二次钢化后，可以进行热处理或快速冷却以调节钢化层的深度和压缩应力。
根据本公开的实施方式，初次钢化和二次钢化中的每一者可以通过基于如上所述的离子交换的化学钢化来进行，并且可以通过化学浸渍来进行，在化学浸渍中，玻璃被浸到混合金属盐或单一金属盐中。
此处，混合金属盐可以包括LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4和Cs2SO4中的至少一者，并且单一金属盐可以是LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4和Cs2SO4中的任一者。这些金属盐材料可以根据玻璃的组成、即玻璃中包含的金属离子并且根据要形成的钢化层的深度来适当地选择和使用。
为了形成根据本公开的钢化层，玻璃中包含的金属离子被半径比玻璃中包含的金属离子中的Na离子的半径大的至少一种离子所替换。在本公开的一个实施方式中，玻璃中的金属离子被K离子替换。
为此目的，作为单一金属盐，可以使用KNO3。作为混合金属盐，可以根据钢化层的深度以适当的比例混合和使用NaNO3和KNO3。
如此制造的根据本公开的柔性覆盖窗构造成使得在玻璃中心处的替换金属离子的强度与在玻璃表面处的替换金属离子的强度之比为1:3或更大。优选地，替换金属离子的强度为K离子的强度。
替换金属离子的强度是金属离子的数目、即作为玻璃深度的函数的金属离子的强度的测量值并且通过能量色散X射线(EDX)分析来测量。在根据本公开的柔性覆盖窗中，玻璃表面处的替换金属离子的强度是玻璃中心处的替换金属离子的强度的三倍或更多倍。玻璃表面处的替换金属离子的强度不会增加，并且根据玻璃的类型、金属盐的类型以及钢化条件而在一段时间后达到饱和。因此，玻璃表面处的替换金属离子的强度为玻璃中心处的替换金属离子的强度的三倍或更多倍，并且玻璃表面处的替换金属离子强度的上限设定成表面上的替换金属离子的强度变得饱和时的值。
与玻璃中心处的替换金属离子的强度与玻璃表面处的替换金属离子的强度之比为1:1.5至1:2.8的常规情况相比，玻璃表面处的非常高的K离子强度通过根据本公开的梯度钢化来实现。这意味着玻璃表面处的的压缩应力由此增加。
另外，如图2和图3中所图示的，在根据本公开的柔性覆盖窗的情况下，当横轴代表玻璃的深度时，纵轴代表替换K离子的强度，并且这些值由通过最小二乘法得到的二次曲线进行近似，其中，y＝6E-07x4+0.0004x3-0.0219x2+0.2041x+164.84。
图2图示了能量色散X射线(EDX)分析的测量结果，其中，横轴表示玻璃的深度(从表面至中心的距离)，纵轴表示替换K离子的强度，并且这些值由通过最小二乘法得到的二次曲线进行近似。在根据本公开的示例的柔性覆盖窗经受梯度钢化过程(红色曲线)的情况下和在根据比较示例1的柔性覆盖窗仅经受普通单阶段钢化过程(蓝色曲线)的情况下，作为玻璃深度的函数的替换K离子的强度由通过最小二乘法获得的二次曲线进行近似。
如图2中图示的，结果显示，通过根据本公开的梯度钢化过程实现的玻璃表面处的K离子强度远高于通过普通单阶段钢化过程实现的K离子强度，表明表面压缩应力较高。
图3图示了能量色散X射线(EDX)分析的测量结果，该测量结果说明在柔性覆盖窗经受单阶段钢化以便具有与通过梯度钢化过程实现的玻璃中心处的拉伸应力(绿色图案)相同的拉伸应力的情况下并且柔性覆盖窗经受梯度钢化过程(蓝色图案)的情况下的作为玻璃深度的函数的替换K离子的强度。
在图3中，横轴代表玻璃的深度(表面到中心的距离)，纵轴代表替换K离子的强度，并且这些数值由通过最小二乘法得到的二次曲线进行近似。在根据本公开的示例的柔性覆盖窗经受梯度钢化过程(红色曲线)的情况下和在根据比较示例2的柔性覆盖窗仅经受普通单阶段钢化过程(蓝色曲线)的情况下的作为玻璃深度的函数的替换K离子的强度由通过最小二乘法得到的二次曲线进行近似。
如图3中图示的，结果显示，在本公开的示例的柔性覆盖窗的情况下，即使在相同的拉伸应力的条件下，玻璃表面处的K离子强度也很高，这表明可以通过梯度钢化过程实现相对高的压缩应力。
下面的表1示出了根据本公开的实施方式的柔性覆盖窗的物理特性的测量结果。
表格1
如上表1中所示的，结果显示，在用于测量折叠特性的2PB测试的情况下，比较示例1(单阶段钢化)具有0.6R的平均值，而本公开的示例具有0.39R的平均值，这表明弯曲特性得到改善。
在用于测量折叠特性的折叠屈服测试的情况下，比较示例1具有80％的折叠屈服，而本公开的示例具有100％的折叠屈服，这表明折叠特性得到改善。
在用于测量强度特性的穿刺试验的情况下，比较示例1具有5Kgf的平均抗穿刺性，而根据本公开的示例具有20Kgf的平均抗穿刺性，这表明强度特性得到改善。
在用于测量强度特性的落笔测试的情况下，比较示例1具有1.5cm的平均落笔高度，而根据本公开的示例具有10cm至20cm的平均落笔高度，这表明强度特性得到显着改善。
如上所述，与经受普通单阶段钢化过程的30μm厚的柔性覆盖窗相比，经受包括初次钢化、变薄和二次钢化的梯度钢化过程的根据本公开的柔性覆盖窗可以通过适当调节钢化层的深度(离子渗透深度，DOL)和压缩应力的最佳值来同时提高强度特性和折叠特性两者，并且因此可以非常适合应用于薄玻璃基柔性覆盖窗。
Claims (15)
1.一种玻璃基柔性覆盖窗，所述柔性覆盖窗构造成使得玻璃中心处的替换金属离子的强度与玻璃表面处的替换金属离子的强度之比为1:3或更大。
2.根据权利要求1所述的柔性覆盖窗，其中，通过执行包括玻璃的初次钢化、对通过所述初次钢化而产生的钢化层进行局部变薄处理、以及对通过所述局部变薄处理产生的玻璃进行二次钢化的一系列过程或者通过重复执行所述一系列过程而使得能够对玻璃进行梯度钢化，从而调节钢化层的深度和压缩应力。
3.根据权利要求2所述的柔性覆盖窗，其中，所述二次钢化的钢化时间设定成比所述初次钢化的钢化时间短，或者
后续钢化过程的钢化时间设定成比之前的钢化过程的钢化时间短。
4.根据权利要求2所述的柔性覆盖窗，其中，通过所述梯度钢化获得的压缩应力即使在相同的拉伸应力条件下也相对较高。
5.一种制造柔性覆盖窗的方法，所述方法包括：
第一步，提供玻璃
第二步，对所述玻璃进行初次钢化，以在所述玻璃的表面上形成钢化层；
第三步，对所述玻璃的所述表面进行变薄处理，以降低所述钢化层的深度；以及
第四步，对所述玻璃进行二次钢化，以增加所述玻璃的压缩应力，
其中，重复进行一系列的所述第二步至所述第四步一次或多次，以使能够在增加所述玻璃的压缩应力的同时对所述玻璃进行梯度钢化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第四步的所述二次钢化的钢化时间设定成比所述第二步的所述初次钢化的钢化时间短，或者
后续钢化过程的钢化时间设定成比之前的钢化过程的钢化时间短。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二步的所述初次钢化和所述第四步的所述二次钢化通过离子交换过程、离子注入过程和离子辅助过程中的任一者或至少两者的组合来实现。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二步的所述初次钢化和所述第四步的所述二次钢化通过对所述初次钢化和所述二次钢化中的每一者应用化学浸渍、化学浆、喷剂钢化和糊状钢化中的任一者来实现，或者通过对所述初次钢化和所述二次钢化中的每一者应用化学浸渍、化学浆、喷剂钢化和糊状钢化中的至少两者的组合来实现。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，在进行所述第二步的所述初次钢化后或在进行所述第四步的所述二次钢化后，进行热处理或快速冷却。
10.根据权利要求7的所述方法，其中，所述离子交换过程通过将所述玻璃浸入混合金属盐或单一金属盐中来进行。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述混合金属盐包括LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4和Cs2SO4中的至少一者，并且
所述单一金属盐是LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4和Cs2SO4中的任一者。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述柔性覆盖窗构造成使得在玻璃中心处的替换金属离子的强度与在玻璃表面处的替换金属离子的强度之比为1:3或更大。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述替换金属离子包括K离子。
14.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三步的所述变薄处理通过湿法蚀刻、抛光、激光成型和掩膜中的任一者或至少两者的组合来实现，或者通过将抛光用作后期处理的湿法蚀刻、激光成型或掩膜来实现。
15.根据权利要求5所述的方法，其中，所述柔性覆盖窗构造成使得通过所述梯度钢化获得的压缩应力即使在相同的拉伸应力条件下也相对较高。
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