CN116615395A - 对于冷成型方法制作的玻璃制品的改善的性能和可靠性的优化形状 - Google Patents
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Abstract
公开了一种玻璃制品。所述玻璃制品包括具有第一主表面和第二主表面的冷成型的玻璃片材。所述第二主表面与所述第一主表面相对。所述第一主表面具有曲率，所述曲率具有可变曲率半径，所述可变曲率半径在所述曲率的顶点处包括最小曲率半径。所述曲率从所述顶点在第一方向上延伸并从所述顶点在第二方向上延伸。所述第一方向与所述第二方向相对。所述可变曲率半径随着在所述第一方向上和所述第二方向上距所述顶点的距离增加而连续地增加。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张于2020年12月8日递交的美国临时申请序列号63/122,664的优先权权益，依靠其内容并通过引用将其内容作为整体并入本文。
背景技术
本公开内容涉及一种弯曲玻璃制品，且更具体地涉及一种具有可变曲率半径的弯曲玻璃制品，所述可变曲率半径从顶点增加至玻璃制品的边缘。
汽车内饰包括弯曲表面并且可将显示器并入这些弯曲表面中。用于形成这些弯曲表面的材料通常受限于聚合物，其并未表现出如玻璃一样的耐久性和光学性能。正因如此，弯曲玻璃片材是可取的，尤其是在用作显示器用罩盖时。诸如热成型之类的形成这些弯曲玻璃片材的现有方法具有包括高成本、光学畸变、和表面印记在内的缺点。此外，为了满足制造需求，对于每条加工线都需要多个成型设备，并且由于所需的成型设备的数量，因而成型设备的制造和使用优选相对廉价。因此，申请人已识别出对于这样的交通工具内饰系统的需求：其可以成本节约的方式并入弯曲玻璃片材且没有与玻璃热成型工艺典型相关的问题。
发明内容
根据一个方面，本公开内容的实施方式涉及一种玻璃制品。所述玻璃制品包括具有第一主表面和第二主表面的冷成型的玻璃片材。所述第二主表面与所述第一主表面相对。所述第一主表面限定具有顶点的可变曲率、从所述顶点在第一方向上空间地设置的第一边缘、从所述顶点在与所述第一方向相对的第二方向上空间地设置的第二边缘、第一平坦尖端区域、和第二平坦尖端区域。所述第一边缘定位在所述顶点和所述第一平坦尖端区域之间，并且所述第二边缘定位在所述顶点和所述第二平坦尖端区域之间。所述可变曲率在所述顶点处具有第一曲率半径、在所述第一边缘处具有第二曲率半径、和在所述第二边缘处具有第三曲率半径。所述第二曲率半径和所述第三曲率半径均大于所述第一曲率半径。
根据另一方面，本公开内容的实施方式涉及一种玻璃制品。所述玻璃制品包括具有第一主表面和第二主表面的冷成型的玻璃片材。所述第二主表面与所述第一主表面相对。所述第一主表面具有曲率，所述曲率具有可变曲率半径，所述可变曲率半径在所述曲率的顶点处包括最小曲率半径。所述曲率从所述顶点在第一方向上延伸并从所述顶点在第二方向上延伸。所述第一方向与所述第二方向相对。所述可变曲率半径随着在所述第一方向上和所述第二方向上距所述顶点的距离增加而连续地增加。
根据又一方面，本公开内容的实施方式涉及一种成型玻璃制品的方法。在所述方法中，玻璃片材定位在加工卡盘上方。所述玻璃片材具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面。所述加工卡盘包括限定可变曲率的成型表面。所述玻璃片材定位成使得所述第一主表面面向所述成型表面。所述玻璃片材在所述加工卡盘上方弯曲，从而所述玻璃片材符合所述加工卡盘的可变曲率。通过粘合剂层将框架附接至所述玻璃片材以在所述玻璃片材中保持所述可变曲率。所述玻璃片材中的可变曲率在所述可变曲率的顶点处具有最小曲率半径并在顶点的每一侧上具有曲率半径大于最小曲率半径的区域。
另外的特征和优点将在随后的详细描述中进行阐述，其通过该描述而对本领域技术人员而言将显而易见、或者通过实践如本文所描述的包括随后的详细描述、权利要求书、以及随附的附图在内的实施方式而将认识到。
要理解的是，前述的一般描述和下述的详细描述均仅为示例性的，且意图提供概述或框架以理解权利要求书的本质和特征。包括随附的附图以提供进一步的理解，这些随附的附图被并入并构成本说明书的一部分。附图图解了一个或多个实施方式，并与该描述一起用以解释本公开内容的原理和操作。
附图说明
图1是根据示例性实施方式的具有交通工具内饰相同的交通工具内饰的透视图。
图2A和图2B分别描绘了根据示例性实施方式的V状和C状弯曲玻璃制品。
图3描绘了根据示例性实施方式的玻璃制品和加工卡盘的分解透视图。
图4A至图4C提供了根据示例性实施方式的恒定曲率半径和可变曲率半径之间的对比。
图5描绘了根据示例性实施方式的在平坦区段之间具有可变曲率半径的V状玻璃制品的俯视图和侧视图。
图6描绘了根据示例性实施方式的可变曲率半径轮廓与恒定曲率半径轮廓相比较的曲线图。
图7描绘了根据示例性实施方式的具有可变曲率半径和恒定曲率半径的玻璃片材的形状偏移量。
图8描绘了根据示例性实施方式的用于具有可变曲率半径的玻璃制品和用于具有恒定曲率半径的玻璃制品的粘合剂层中的应力轮廓。
图9描绘了根据示例性实施方式的具有可变曲率半径的C状玻璃制品的俯视图和侧视图。
图10描绘了根据示例性实施方式的具有位于粘合剂层中的缓冲器的可变曲率半径玻璃制品的实施方式。
图11A至图11D描绘了根据示例性实施方式的用于恒定曲率半径玻璃制品(图11A和图11B)和用于可变曲率半径玻璃制品(图11C和图11D)的模型化的形状偏移量和漏光。
图12描绘了作为恒定曲率半径玻璃制品和可变曲率半径玻璃制品的粘合剂模量的函数的形状偏移量的曲线图。
图13描绘了根据示例性实施方式的玻璃制品的几何尺寸。
具体实施方式
现在将详细参照各种实施方式，其示例被图解在随附的附图中。一般而言，本公开内容有关一种具有曲率半径可变的玻璃片材的弯曲玻璃制品。如本文中将详细讨论，曲率半径随着距曲率的顶点的距离增加而增加。曲率半径可连续地或断续地增加。在该半径连续地增加的具体实施方式中，曲率半径按照至少三级的多项式函数增加。可变曲率半径降低了将弯曲配置中的玻璃制品保持抵靠支撑框架的粘合剂层上的应力。此外，可变曲率半径在曲率的各侧上的平坦尖端区域中表现出小的形状偏移量(例如，100μm或更小)，这减少了漏光并改善了安装至玻璃片材的显示器上的黑色均匀性。这些和其他方面和优点将结合以下提供的并在附图中的实施方式进行描述。这些实施方式通过示例的方式、而非限制的方式进行呈现。
为了提供本文中描述的玻璃制品和成型玻璃制品的工艺的语境，将结合交通工具内饰系统的具体应用描述弯曲玻璃制品的示例性实施方式。
图1示出了包括交通工具内饰系统的三种不同实施方式20、30、40的交通工具的示例性内饰10。交通工具内饰系统20包括示出为中心主控台底座22的底座，其具有包括显示器26的弯曲表面24。交通工具内饰系统30包括示出为仪表盘底座32的底座，其具有包括显示器36的弯曲表面34。仪表盘底座32典型地包括也可含显示器的仪表板38。交通工具内饰系统40包括示出为方向盘底座42的底座，其具有弯曲表面44和显示器46。在一个或多个实施方式中，交通工具内饰系统包括底座，其是扶手、车柱、座椅靠背、地板、头枕、车门面板、或交通工具内饰中包括弯曲表面的任何部分。
本文中描述的弯曲玻璃制品的实施方式尤其可用于交通工具内饰系统20、30、40各自中。在这些实施方式中，本文中讨论的玻璃制品可包括也覆盖仪表盘、中心主控台、方向盘、门板等的非显示表面的罩盖玻璃片材。在这些实施方式中，玻璃材料可基于其重量、美学外观等进行选择，并且可设有包括图案(例如，金属拉丝外观、木纹外观、皮革外观、彩色外观等)的涂层(例如，油墨或颜料涂层)以在视觉上使玻璃部件与相邻的非玻璃部件匹配。在具体的实施方式中，这种油墨或颜料涂层可具有在显示器26、36、38、46不活动时提供空接面(deadfront)功能性或颜色匹配功能性的的透明度水平。进一步地，尽管图1的交通工具内饰描绘了车辆(例如，小汽车、卡车、公交车和类似者)形式的交通工具，但本文中公开的玻璃制品可被并入其他交通工具中，诸如火车、海用船舶(小艇、轮船、潜水艇和类似者)、和飞行器(例如，无人机、飞机、喷气式飞机、直升机和类似者)。
在实施方式中，弯曲表面24、34、44可以是任何各种弯曲形状，诸如分别如图2A和图2B中所示的V状和C状。首先参照图2A，示出了V状玻璃制品50的实施方式的侧视图。玻璃制品50包括玻璃片材52，所述玻璃片材52具有第一主表面54、与所述第一主表面54相对的第二主表面56、以及连接所述第一主表面54和所述第二主表面56的次表面58。第一主表面54和第二主表面56限定玻璃片材52的厚度T。在实施方式中，玻璃片材52的厚度T是从0.3mm至2mm、特别是0.5mm至1.1mm。在交通工具中，第一主表面54面向交通工具的乘员。
在实施方式中，第一主表面54和/或第二主表面56包括一个或多个表面处理。可应用于第一主表面54和第二主表面56中的一者或两者的表面处理的示例包括防眩光涂层、抗反射涂层、提供触控功能性的涂层、装饰性(例如，油墨或颜料)涂层、和易清洁涂层中的至少一者。
如图2A中可见，玻璃片材52具有设置在第一平坦区段62a和第二平坦区段62b之间的弯曲区域60。如本文中公开，弯曲区域60具有可变曲率半径，其从弯曲区域60的顶点V处的第一曲率半径R1过渡至弯曲区域60的边缘E处的第二曲率半径R2。如以下将更全面讨论，第二曲率半径R2大于第一曲率半径R1。进一步地，在实施方式中，曲率半径可随着距顶点V的距离增加而从第一曲率半径R1连续地改变至第二曲率半径R2。在其他实施方式中，曲率半径在第一曲率半径R1和第二曲率半径R2之间断续地例如以分步骤的方式改变。例如，随着距顶点V的距离增加，曲率半径可在第一曲率半径R1处从顶点V朝向第一区段中的边缘E延伸、对于第二区段过渡至第二曲率半径R2、然后可选地过渡至一个或多个进一步的区段上方的一个或多个进一步的曲率半径。在这些实施方式中，过渡区域可存在于具有其各自曲率半径的各个区段之间。
在具体的实施方式中，曲率半径从第一曲率半径R1连续地改变至第二曲率半径R2，并且曲率半径基于至少三级的多项式函数。特别是，xy坐标平面中的第一主表面54上的曲率坐标由一般式为Anxn+An-1xn-1+...+A1x+A0＝y函数给出，其中n大于或等于3。对于立方函数(例如，如在x＝0处具有顶点V的图4C中所示)，形式为A3x3+A2x2+A1x+A0＝y，且该立方等式的曲率半径R由下式给出：
在其中y'是立方函数的一阶导数，且y”是立方函数的二阶导数。曲率半径R1在顶点V处的函数简化为：
在弯曲区域60的边缘E处，第二曲率半径R2接近平坦(例如，至少10m的曲率半径)并过渡成平坦区段62a、62b。如以下将更全面讨论，曲率60的边缘E和平坦区段62a、62b之间的过渡区域被称为“平坦尖端区域”。有利地，本文中公开的可变曲率允许平坦尖端区域的尺寸与由恒定曲率产生的平坦尖端区域的尺寸相比减小。在实施方式中，平坦尖端区域的宽度为10mm或更小、特别是5mm或更小、更特别是3mm或更小、且最特别是1mm或更小。进一步地，如图2A中所示，弯曲区域60相对于第一主表面54限定凹曲面，但在其他实施方式中，弯曲区域60相对于第一主表面54反而是凸曲面。
在图2A的玻璃制品50中，框架64附着至玻璃片材52的第二主表面56。框架64通过粘合剂层66附着至玻璃片材52。在实施方式中，将框架64接合至玻璃片材52的粘合剂层66是结构粘合剂，诸如增韧环氧树脂、柔性环氧树脂、丙烯酸、硅树脂、氨基甲酸酯、聚氨酯、或硅烷改性聚合物。在实施方式中，粘合剂层66在框架64和玻璃片材52之间具有2mm或更小的厚度。
部分地，框架64促进将玻璃制品50安装至交通工具内饰底座(诸如，如图1中所示的中心主控台底座22、仪表盘底座32、和/或方向盘底座42)。此外，框架64具有弯曲框架支撑表面65，其通过由粘合剂层66建立的结合将玻璃片材52保持其弯曲形状(至少在弯曲区域60中)。在实施方式中，玻璃片材52以弯曲区域60并非永久性的方式成型。即，如果玻璃片材52未附着至框架64，玻璃片材52会弹回平面、非弯曲(即，平坦)的配置。因此，玻璃片材52受力而产生曲率并在玻璃制品50的寿命期间保持受力。
图2B描绘了玻璃制品50的另一实施方式、特别是C状玻璃制品50。与图2A的V状玻璃制品50相比，图2B的C状玻璃制品50具有更大的弯曲区域60和更短的平坦区段62a、62b。V状和C状仅为可设有根据本公开内容的具有可变曲率半径的曲率的弯曲玻璃制品50的两个示例。在其他实施方式中，玻璃制品50尤其可包括具有相对曲率的弯曲区域60以建立S状、由平坦区段62a续接的弯曲区域60以建立J状、和由平坦区段62a分离的弯曲区域60以建立U状。此外，尽管图2A和图2B中示出的弯曲区域60被描述为关于顶点V对称，但在其他实施方式中，弯曲区域60并未关于顶点V对称，例如，曲率可在一个方向上延伸得比在顶点V的相对侧上的另一方向上更多。
在实施方式中，根据本公开内容的玻璃制品50通过冷成型技术进行成型。一般而言，如图3的透视图中所示，冷成型工艺涉及在玻璃片材52位于卡盘68上的同时将弯曲力施加至玻璃片材52。由此可见，卡盘68具有弯曲成型表面70，并且玻璃片材52弯曲成与弯曲成型表面70一致。有利地，(与和热成型相关联的高温破坏表面处理的趋势(这需要以更复杂的工艺将表面处理施加至弯曲制品)相比)更易于在玻璃片材52中建立曲率之前将表面处理施加至平坦的玻璃片材52，并且冷成型允许经处理的玻璃片材52弯曲而没有破坏表面处理。在实施方式中，在低于玻璃片材52的玻璃组合物的软化温度的温度下执行冷成型工艺。特别是，可在室温(例如，约20℃)或稍微升高的温度下，例如在200℃或更低、150℃或更低、100℃或更低的温度下、或在50℃或更低的温度下，执行冷成型工艺，这可辅助粘合剂层66的固化。
在设计根据本公开内容的玻璃制品50中，可取的是将粘合剂层66的结合区域最小化并将可用于显示器的区域最大化。对于给定的玻璃曲率，结合区域的减小通常将粘合剂层66放置在更大的应力下，但粘合剂层66必须仍然承受住典型的环境和操作应力。进一步地，使用具有更高弹性模量或剪切模量的粘合剂可能并非总是可行的，并因此，根据本公开内容，玻璃片材52的曲率被用于在仅最小化影响玻璃制品50的形状的同时将粘合剂层66中的应力最小化。如上所讨论，玻璃片材52的曲率的改变限定了在边缘处具有大于曲率的顶点处的曲率半径R1的曲率半径R2的曲率。常规而言，生产的玻璃制品在每个曲面中具有恒定的曲率半径。然而，根据本公开内容的可变且增加的曲率半径能够降低粘合剂层66中的应力、改善玻璃制品50的可靠性、允许在弯曲区域60中更紧密的弯曲半径、并减少玻璃制品50的显示区域中漏光。
图4A至图4C提供了常规的恒定半径曲率和当前公开的可变半径曲率的对比。特别是，图4A描绘了恒定半径曲率，其可被概念化为具有朝向玻璃片材的边缘示出的相对接触点的四点弯曲曲面。由于在四点弯曲曲面中建立曲率的相对的力集中在曲率的边缘处，因而建立了弯曲力矩。如以下将讨论，这种弯曲力矩在平坦尖端区域中建立了距平面的偏移量，其进而可在定位成邻接平坦尖端区域的显示器中导致漏光。图4B描绘了根据本公开内容的可变半径曲率，并且所示出的具体实施方式是立方(三级的多项式函数)曲率。这种可变半径曲率可被概念化为具有玻璃片材的边缘处的两个接触点和曲率的中点处的一个相对接触点的三点弯曲。与四点弯曲相比，相对的力被进一步分散开，实质上减小或消除了弯曲力矩。
可在图4C的曲线图中看出4A的恒定半径曲率和图4B的可变(立方)曲率半径之间的形状差。由于当前公开的弯曲玻璃制品50的曲率半径可变，因而单一的曲率半径并未描述该曲面(不同于恒定半径曲面的曲率，其可就单一的曲率半径进行描述)。因此，为了比较这些曲面，每个曲面考虑了对称曲面，该对称曲面在顶点处(即，顶点坐标为(0，-23))距平面的最大偏转量为23mm。如图4C中可见，在650mm的跨度(y轴)上绘制了半径为2300mm的圆。应当注意的是，x轴和y轴的比例不相同，这意味着圆形图的弧看起来并非圆形。曲率半径也为2300mm的恒定半径曲面覆盖在圆形图上，并且该曲率实质上匹配圆形图的曲率。也绘制了本公开内容的可变半径曲率，并且从图4C中可以看出，半径一开始小于恒定半径曲面的半径(即，具有更紧密的曲率)。曲率半径随着曲线朝向边缘打开而按照立方函数增加，在y轴和650mm跨度的边界处与恒定半径曲线相交。尽管在玻璃片材的整个跨度内连续地改变玻璃片材的中点和边缘之间的曲率半径，但根据本公开内容的可变半径曲线和常规恒定半径曲线之间的偏移量为2mm或更小。因此，有利地，在没有生产(对于人眼而言)可察觉出与恒定半径曲面不同弯曲玻璃制品的情况下提供了恒定半径曲率的改善性质。
图5提供了V状玻璃制品50的俯视图和侧视图的示意性描绘。首先参照图5，V状玻璃制品包括弯曲区域60，其两侧为两个平坦尖端区域80，在其中该曲面过渡成平坦区段62a、62b。如上所述，平坦尖端区域80是具有可变半径曲率的弯曲区域60(由符号Θ表示)和平坦区段62a、62b之间的过渡区域。在曲率半径连续且由至少三级的多项式函数描述的实施方式中，平坦尖端区域80可以不由多项式函数限定。如图5中所示，显示器被配置成安装在平坦区段62a、62b中以限定显示区域82。从顶部看，边框84被限定在显示区域82外部的区域中。在实施方式中，边框84可至少部分地由粘合剂层66和设计为隐藏到显示区域82中的显示器的连接的框架64和/或非透明层。进一步地，显示器的位置、并因此显示区域82的位置可由客户规格来决定。
由在比较图5的俯视图和侧视图时可以看出，边框84和平坦尖端区域80的边缘与显示区域82的边缘一致。对于横跨65mm的中心曲面，250mm的恒定半径具有与半径从124mm增加至无穷大(即，平坦)的可变(立方)轮廓具有相同的视角。有利地，如图6中的曲线轮廓(半轮廓)的曲线图中所示，轮廓中的差值在整个跨度上为1mm或更小，这对于人眼而言不可能被察觉。然而，尽管察觉到曲率差异很小，但减少了粘合剂层66上的应力，并改善了通往显示区域82的平坦尖端区域80中的平坦度，这就来自显示器的漏光而言提供了有利之处。特别是，且如以下将更全面讨论，玻璃片材52的不规则弯曲将弯曲和剪切应力传输至显示玻璃，造成非预期的穿过显示器泄露的偏振光。
在图5的V状玻璃制品中，立方曲率的平坦尖端区域80与如图7中所示的相等曲率的恒定曲率半径相比跨越更小的距离。特别是，图7描绘了对于立方曲率的半轮廓和图6中示出的恒定半径曲率的半轮廓距平面的形状偏移量。从图7中可见，当玻璃制品被设计为3.8mm的平坦尖端区域时，立方轮廓距平面的最大形状偏移量为约40μm。进一步地，其上方存在有形状偏移量的区域为小于150mm。相比之下，对于设计有3.8mm的平坦尖端区域的恒定半径曲率而言，最大形状偏移量为约240μm。此外，其上方存在有形状偏移量的区域大于175mm。为了将恒定半径曲率的形状偏移量降低至于立方曲率相同的水平，在恒定半径曲率中不得不将平坦尖端区域设计为至少10mm。形状偏移量对于漏光具有直接影响，并因此，对于相同尺寸的平坦尖端区域，立方轮廓会有比恒定半径曲率更小的漏光。另一方面，如果恒定半径曲率被设计为具有与立方曲率相同水平的形状偏移量和漏光，那么与立方曲率相比，用于恒定半径曲面的平坦尖端区域的尺寸将减少可提供的显示区域。
进一步地，冷成型的应力状态和粘合剂层66的拉伸和压缩应力的位置在立方曲率和恒定半径曲率之间显著不同。如图8中所示，从曲率的顶点开始并朝向边缘移动，立方曲率在实质上线性减少的粘合剂层中表现出初始的拉伸应力(正应力)并过渡至邻接显示区域82的压缩应力(负应力)。恒定半径曲率具有0应力，直到距顶点约5mm的距离，其中拉伸应力在粘合剂层中发展并增加直到约25mm。恒定半径曲率的应力在25mm后剧烈地转向，在约30mm处过渡至粘合剂层中的压缩应力并表现出与邻接显示区域的区域中的立方曲率相比显著更大的压缩应力。进一步地，如图8中所示，立方曲率的压缩应力区域比恒定半径曲率的压缩区域更宽(在25mm处开始)且更浅(更低的量级)。
有利地，立方曲率玻璃制品50的粘合剂层66中的应力轮廓(profile)在诸如不同曲率半径和零件尺寸之类的各种设计配置内均更加可重复且可预测。以这种方式，可定制粘合剂分配、选择、和覆盖以改善整体可靠性。
C状玻璃制品会表现类似的应力轮廓。图9描绘了这种C状玻璃制品50的俯视图和侧视图。如在图9中可见，弯曲区域60实质上跨越玻璃制品50的整个长度，同时平坦尖端区域80接近玻璃片材52的边缘。如图9中可见，平坦尖端区域80延伸至显示区域82中并限定了以上讨论的图2B中示出的平坦区段62a、62b。有利地，可变(立方)曲率向C状玻璃制品提供了以上关于V状玻璃制品讨论的相同优点，包括通过降低粘合剂层66中的应力来改善粘合剂可靠性和降低漏光。
漏光对于图10中示出的V状玻璃制品针对立方曲率(有效曲率为250mm)和针对恒定半径曲率(250mm曲率半径)进行建模。在该模型中，就漏光的效果(或者相反地，黑色均匀性)考虑各种参数。在该建模中考虑的一个因素是有关粘合剂层66的固化程度对两个曲率的漏光的效果。特别是，对于1％、10％、和100％固化的粘合剂层66的漏光进行建模，以便理解在完全固化(其对于在有限数量的加工卡盘上提高产量是可取的，尤其在全部固化可能耗费高达24小时的情况下)前将玻璃制品从加工卡盘移除的效果。在较低的固化百分比时，粘合剂层66将具有较低的模量，允许玻璃片材52压缩并展开，并造成更高的形状偏移量和增加的漏光。此外，考虑了邻接显示器92的平坦尖端区域80中的缓冲器(bumper)90的效果。缓冲器90是粘合剂层66中(至少在于弯曲固化之前从卡盘移除时)具有比粘合剂层66更高模量的薄区域(例如，1mm至3mm)。在实施方式中，缓冲器90是预固化的粘合剂的条带或者橡胶/泡沫胶带的条带。缓冲器90抵抗来自玻璃片材52的压缩变形。
图11A至图11D图解了对于两个曲率的示例形状偏移量和漏光建模结果。图11A描绘了半个具有恒定曲率的玻璃片材的整体形状。如图11A中可见，最小测量值(在图11A中被标记为“最小”)，或平面之下的最大偏移量，为约0.38mm。最大测量值，或平面之上的最大偏移量，为约0.03mm。图11B描绘了基于玻璃制品中预测应力的穿过显示器泄露的光的分数。因此，这一“漏光”(在图11B中被称为“LL”)是暗态中的显示器的局部照亮。图11B中示出的漏光分数是指来自显示器的背光单元的入射强度在暗态中穿过玻璃片材的分数。在图11B中示出的示例中，恒定曲率玻璃片材的最大漏光分数是0.232x 10-3。
图11C描绘了具有可变(立方)曲率的玻璃片材52的整体性质。如图11C中可见，最小测量值(在图11C中被标记为“最小”)，或平面之下的最大偏移量，为约0.12mm，其小于图11A中测量的最小值的三分之一。最大测量值，或平面之上的最大偏移量，为约0.01mm，其也约为图11A中测量的最大值的三分之一。图11D描绘了对于可变半径(立方)曲率的漏光(LL)分数。最大漏光分数是0.840x 10-5，其比图11B中示出的恒定半径曲率低了两个数量级。
玻璃片材的最终形状和其对漏光的影响取决于在移除夹持和卡盘支撑件时粘合剂的模量，而非最终粘合剂模量值。表1总结了来自所有建模的案例的结果。在这些模型中，所考虑的粘合剂层是BetasealTM X2500(可购自DuPont,Wilmington,DE)，其具有3.207MPa的完全固化剪切模量。进一步地，对于恒定半径曲率基于65.45mm的弯曲长度和对于可变(立方)曲率基于58mm的弯曲长度生成建模数据。
在表1中，黑色均匀性(BU)是最小光强度相对于最大光强度的比，并且是用于评价漏光性能的工业标准。对于图11B和图11D中所示的漏光(LL)分数的模型，黑色均匀性是1/(1+LLmax x CR)，其中CR是显示对比度。对于建模的数据，使用了1000的对比度。典型地，对于成品而言50％或更高的黑色均匀性是期望的。然而，为了解决也可有助于降低BU的制造和部件可变性，具有更高的BU的设计更加强健且可取。
如表1中可见，首先的两个案例考虑了在其中粘合剂固化至1％的恒定半径曲率。第一个案例具有比第二个案例更大的平坦尖端长度(分别为6.4mm和0.5mm)，并且更长的平坦尖端长度提供了更少的漏光和更大的黑色均匀性。第三个案例是具有1％固化的粘合剂层和0.5mm平坦尖端长度的可变(立方)曲率。与第二个案例相比，漏光和黑色均匀性相似。第四个案例和第五个案例考虑了固化至10％且具有0.5mm平坦尖端长度的恒定半径曲率。如表1中可见，可变(立方)曲率具有显著更高的黑色均匀性(92％相对于67％)和显著更低的漏光(低了数量级)。第六个案例至第九个案例各自考虑了缓冲器90对于两个和黑色均匀性的效果。对于第六个和第七个案例，平坦尖端区域为2mm且粘合剂固化1％。对于可变(立方)曲率，黑色均匀性比恒定曲率的更高(87％对70％)，并且可变(立方)曲率的漏光约为恒定曲率的三分之一。对于第八个和第九个案例，平坦尖端区域为0.5mm，并且粘合剂层固化至100％。如表1中可见，黑色均匀性和漏光在可变(立方)曲率中分别显著改善至99％和8.4x 10-6。对于恒定半径曲率，黑色均匀性仅增加至81％。
表1用于恒定半径曲率和可变半径曲率的设计参数以及漏光和黑色均匀性性能。
表2提供了用于恒定半径曲率和可变半径曲率的黑色均匀性性能的总结。如表2中可见，黑色均匀性对于每种粘合剂固化水平且在粘合剂层中使用缓冲器的情况下更大。
图12图解了基于涉及和粘合剂模量(x轴)的玻璃片材形状偏移量的改善(UZ，y轴)，这可表示在从成型设备(例如，真空卡盘)移除时的固化百分比。如图12中可见，与恒定半径曲率相比，可变(立方)曲率的形状偏移量随着粘合剂模量增加而下降得更快。因此，例如，具有可变半径曲率的玻璃制品可在比具有恒定曲率半径的玻璃制品低的固化程度时从成型设备移除，由此增加具有可变曲率半径的玻璃制品的产量。此外，由于可变半径曲率可被描述为三点弯曲，因而在粘合剂固化期间玻璃片材的夹持可实质上少于恒定半径曲率。例如，具有可变半径的玻璃制品可被夹持在弯曲区域的顶点处。
参照图13，示出并描述了玻璃片材52的额外结构细节。如上所述，玻璃片材52具有实质上恒定且被定义为第一主表面54和第二主表面56之间的距离的厚度T。在各种实施方式中，T可以是指玻璃片材的平均厚度或最大厚度。除此之外，玻璃片材52包括被定义为与厚度T正交的第一主表面54或第二主表面56之一的第一最大尺寸的宽度W、和被定义为与厚度和宽度两者均正交的第一主表面54或第二主表面56之一的第二最大尺寸的长度L。在其他实施方式中，W和L可以分别是玻璃片材52的平均宽度和平均长度。
在各种实施方式中，平均或最大厚度T在0.3mm至2mm的范围内。在各种实施方式中，宽度W在从5cm至250cm的范围内，并且长度L在从约5cm至约1500cm的范围内。如上所述，玻璃片材52的中点处的曲率半径(例如，如图2A和图2B中所示的R1)为约30mm至约1000mm。
在实施方式中，玻璃片材52可进行强化。在一个或多个实施方式中，玻璃片材52可进行强化以包括从表面延伸到压缩深度(DOC)的压缩应力。压缩应力区域由表现出拉伸应力的中心部分来平衡。在DOC处，应力从正(压缩)应力跨越到负(拉伸)应力。
在各种实施方式中，玻璃片材52可通过利用制品的各部分之间的热膨胀系数的失配来进行机械强化，以产生压缩应力区域和表现出拉伸应力的中心区域。在一些实施方式中，玻璃片材可通过将玻璃加热至高于玻璃化转变点的温度、然后快速淬火来进行热强化。
在各种实施方式中，玻璃片材52可通过离子交换来进行化学强化。在离子交换过程中，在玻璃片材表面处或附近的离子被具有相同价态或氧化态的更大离子替换、或与其交换。在其中玻璃片材包括碱硅铝酸盐玻璃的那些实施方式中，制品的表面层中的离子和更大离子是一价碱金属阳离子，诸如Li+、Na+、K+、Rb+、和Cs+。或者，表面层中的一价阳离子可被诸如Ag+等之类的碱金属阳离子之外的一价阳离子替换。在这些实施方式中，交换到玻璃片材中的一价离子(或阳离子)产生应力。
离子交换工艺通常是通过将玻璃片材浸入含有待与玻璃片材中的更小离子交换的更大离子的熔融盐浴(或者两个或更多个熔融盐浴)中来实施。应当注意的是，也可以使用盐水浴。除此之外，浴的组成可包括多于一种类型的更大离子(例如，Na+和K+)或单种更大离子。本领域技术人员将理解，离子交换工艺的参数(包括但不限于浴的组成和温度、浸入时间、玻璃片材在一个或多个盐浴中的浸入次数、多个盐浴的使用、诸如退火、洗涤等之类的另外步骤)通常由玻璃片材的组成(包括制品的结构和存在的任何结晶相)以及由强化产生的玻璃片材的期望DOC和CS来确定。示例性熔浴组成可包括更大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从约380℃直至约450℃的范围内，而浸入时间在从约15分钟直至约100小时的范围内，这取决于玻璃片材的厚度、浴温和玻璃(或单价离子)扩散率。然而，也可以使用与上述的那些不同的温度和浸入时间。
在一个或多个实施方式中，玻璃片材52可浸入温度为从约370℃至约480℃的100％ NaNO3、100％ KNO3、或NaNO3和KNO3的组合的熔融盐浴中。在一些实施方式中，玻璃片材可浸入包括从约5％至约90％ KNO3和从约10％至约95％ NaNO3的熔融混合盐浴中。在一个或多个实施方式中，玻璃片材可在浸入第一浴中之后浸入第二浴中。第一浴和第二浴可具有彼此不同的组成和/或温度。在第一浴和第二浴中的浸入时间可变化。例如，在第一浴中的浸入可长于在第二浴中的浸入。
在一个或多个实施方式中，玻璃片材可浸入温度低于约420℃(例如，约400℃或约380℃)的包括NaNO3和KNO3(例如，49％/51％、50％/50％、51％/49％)的熔融混合盐浴中达少于约5小时、或甚至约4小时或更少。
离子交换条件可进行定制以提供“尖峰(spike)”或增加所得玻璃片材的表面处或附近的应力分布(stress profile)的斜率。该尖峰可产生更大的表面CS值。由于本文中描述的玻璃片材中使用的玻璃组成的独特性质，因此该尖峰可通过单个浴或多个浴来实现，其中该单个浴或多个浴具有单一组成或混合组成。
在一个或多个实施方式中，在多于一种单价离子被交换至玻璃片材中的情况下，不同的单价离子可被交换至玻璃片材内的不同深度(并在玻璃片材内、不同深度处产生不同量级的应力)。所得的应力产生离子的相对深度可进行测定，并导致应力分布的不同特性。
CS是利用诸如通过使用商品可得的仪器(诸如由Orihara Industrial Co.,Ltd.(Japan)制造的FSM-6000)的表面应力计(FSM)之类的本领域中已知的那些手段来测量的。表面应力测量依赖于与玻璃的双折射相关的应力光学系数(SOC)的精确测量。SOC继而通过诸如纤维弯曲和四点弯曲方法(这两者在名称为“Standard Test Method forMeasurement of Glass Stress-Optical Coefficient”的ASTM标准C770-98(2013)中有所描述，通过引用将其内容作为整体并入本文)、以及集装罐方法(bulk cylinder method)之类的本领域已知的那些方法来测量。如本文所用，CS可以是作为在压缩应力层内测得的最高压缩应力值的“最大压缩应力”。在一些实施方式中，所述最大压缩应力位于玻璃片材的表面处。在其他实施方式中，最大压缩应力可发生在表面以下的深度处，从而使压缩分布呈现“埋峰”的外观。
DOC可通过FSM或通过散射光偏光镜(SCALP)(诸如可从位于Tallinn Estonia的Glasstress Ltd.购入的SCALP-04散射光偏光镜)来测量，这取决于强化方法和条件。当玻璃片材通过离子交换处理进行化学强化时，取决于何种离子被交换至玻璃片材中而可使用FSM或SCALP。在通过将钾离子交换至玻璃片材中来产生玻璃片材中的应力的情况下，使用FSM来测量DOC。在通过将钠离子交换至玻璃片材中来产生应力的情况下，使用SCALP来测量DOC。在通过将钾离子和钠离子两者交换至玻璃中来产生玻璃片材中的应力的情况下，通过SCALP来测量DOC，因为据信钠的交换深度指示DOC，并且钾离子的交换深度指示压缩应力的量级变化(但不是从压缩应力到拉伸应力的变化)；这些玻璃片材中钾离子的交换深度通过FSM来测量。中心张力或CT是最大拉伸应力，并且通过SCALP来测量。
在一个或多个实施方式中，玻璃片材可进行强化以表现出被描述为玻璃片材的厚度T的分数的DOC(如本文所述)。例如，在一个或多个实施方式中，DOC可在约0.05T至约0.25T的范围内。在一些情况下，DOC可以在20μm至约300μm的范围内。在一个或多个实施方式中，强化的玻璃片材52可具有约200MPa或更大、约500MPa或更大、或约1050MPa或更大的CS(其可被发现在表面处或玻璃片材内的深度处)。在一个或多个实施方式中，强化的玻璃片材可具有在约20MPa至约100MPa的范围内的最大拉伸应力或中心张力(CT)。
用于玻璃片材52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、含碱铝硅酸盐玻璃、含碱硼硅酸盐玻璃、以及含碱硼铝硅酸盐玻璃。
除非另外指明，否则本文中公开的玻璃组合物以如在氧化物基础上分析的摩尔百分比(mol％)进行描述。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包括在从约66mol％至约80mol％的范围内的量的SiO2。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包括从约3mol％至约15mol％的量的Al2O3。在一个或多个实施方式中，玻璃制品被描述为铝硅酸盐玻璃制品或包括铝硅酸盐玻璃组合物。在这些实施方式中，玻璃组合物或由其形成的制品包括SiO2和Al2O3，且并非是钠钙硅酸盐玻璃。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包括在约0.01mol％至约5mol％的范围内的量的B2O3。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物实质上不含B2O3。如本文所用，关于组合物的组分的短语“实质上不含”意指组分在初始配料期间没有被主动或有意添加至组合物中，但是可以小于约0.001mol％的量作为杂质存在。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可选地包括约0.01mol％至2mol％的量的P2O5。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物实质上不含P2O5。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包括在从约8mol％至约12mol％的范围内的R2O的总量(其为诸如Li2O、Na2O、K2O、Rb2O和Cs2O之类的碱金属氧化物的总量)。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可实质上不含Rb2O、Cs2O、或Rb2O和Cs2O两者。在一个或多个实施方式中，R2O可仅包括Li2O、Na2O和K2O的总量。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包括选自Li2O、Na2O和K2O的至少一种碱金属氧化物，其中所述碱金属氧化物以大于约8mol％的量存在。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包括在从约8mol％至约20mol％的范围内的量的Na2O。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包括在从约0mol％至约4mol％的范围内的量的K2O。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可实质上不含K2O。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物实质上不含Li2O。在一个或多个实施方式中，组合物中Na2O的量可大于Li2O的量。在一些情况下，Na2O的量可大于Li2O和K2O的组合量。在一个或多个可替代实施方式中，组合物中Li2O的量可大于Na2O的量或Na2O和K2O的组合量。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包括在从约0mol％至约2mol％范围内的RO的总量(其为诸如CaO、MgO、BaO、ZnO和SrO之类的碱土金属氧化物的总量)。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物包括小于约1mol％的量的CaO。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物实质上不含CaO。在一些实施方式中，玻璃组合物包括在从约0mol％至约7mol％范围内的量的MgO。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物包括等于或小于约0.2mol％的量的ZrO2。在一个或多个实施方式中，玻璃组合物包括等于或小于约0.2mol％的量的SnO2。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包括赋予玻璃制品颜色或色彩的氧化物。在一些实施方式中，玻璃组合物包括防止玻璃制品在玻璃制品暴露于紫外线辐射时脱色的氧化物。这些氧化物的示例包括但不限于以下项的氧化物：Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ce、W、以及Mo。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物包括表达为Fe2O3的Fe，其中Fe以最高达1mol％的量存在。在玻璃组合物包括TiO2的情况下，TiO2可以以约5mol％或更少的量存在。
示例性玻璃组合物包括在从约65mol％至约75mol％的范围内的量的SiO2、在从约8mol％至约14mol％的范围内的量的Al2O3、在从约12mol％至约17mol％的范围内的量的Na2O、在从约0mol％至约0.2mol％的范围内的量的K2O、和在从约1.5mol％至约6mol％的范围内的量的MgO。可选地，可以以本文中另外公开的量包括SnO2。应当理解的是，尽管前述的玻璃组合物段落表达了近似的范围，但在其他实施方式中，玻璃片材52可由落入以上讨论的精确数值范围中的任一者内的任何玻璃组合物制成。
除非另外明确声明，否则绝不意图本文中阐述的任何方法被解读为要求其步骤以具体顺序来执行。因此，在方法权利要求实际上并未记载其步骤所要遵循的顺序的情况下，或者在权利要求书或描述中并未另外具体声明这些步骤受限于具体顺序的情况下，都绝非意图要推断顺序。除此之外，如本文中所用，冠词“a”意图包括一个或多于一个部件或元件，且并不意图被解读为仅意味着一个。
对本领域技术人员将显而易见的是，可在没有脱离所公开的实施方式的精神和范围的情况下做出各种改进和变形。由于本领域技术人员可想到所公开实施方式并入这些实施方式的精神和实质的改进、组合、子组合、和变形，因而所公开的实施方式应被解读为包括随附的权利要求书和它们的等价体的范围内的一切。
Claims (20)
1.一种玻璃制品，包括：
冷成型的玻璃片材，包括第一主表面和第二主表面，其中所述第二主表面与所述第一主表面相对；
其中所述第一主表面限定包括顶点的可变曲率、从所述顶点在第一方向上空间地设置的第一边缘、从所述顶点在与所述第一方向相对的第二方向上空间地设置的第二边缘、第一平坦尖端区域、和第二平坦尖端区域，其中所述第一边缘定位在所述顶点和所述第一平坦尖端区域之间，并且所述第二边缘定位在所述顶点和所述第二平坦尖端区域之间；
其中所述可变曲率在所述顶点处具有第一曲率半径、在所述第一边缘处具有第二曲率半径、和在所述第二边缘处具有第三曲率半径；
其中所述第二曲率半径和所述第三曲率半径均大于所述第一曲率半径。
2.根据权利要求1所述的玻璃制品，其中所述第一曲率半径在跨越穿过所述顶点的第一距离的第一区段中恒定，其中所述第二曲率半径在跨越第二距离至所述第一边缘的第一侧区域中恒定，并且所述第三曲率半径在跨越第三距离至所述第二边缘的第二侧区域中恒定。
3.根据权利要求1所述的玻璃制品，进一步包括设置在所述第一边缘和所述顶点之间的第一梯度区域和设置在所述第二边缘和所述顶点之间的第二梯度区域，其中所述第一曲率半径在所述第一梯度区域中连续地或以第一多个步骤增加至所述第二曲率半径，并且其中所述第一曲率半径在所述第二梯度区域中连续地或以第二多个步骤增加至所述第三曲率半径。
4.根据权利要求1所述的玻璃制品，其中所述可变曲率由至少三级的多项式函数限定。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的玻璃制品，其中所述冷成型的玻璃片材是V状，且包括第一平坦区域和第二平坦区域，其中所述第一平坦尖端区域将所述第一边缘过渡成所述第一平坦区域，并且所述第二平坦尖端区域将所述第二边缘过渡成所述第二平坦区域。
6.根据权利要求5所述的玻璃制品，其中所述冷成型的玻璃片材在所述第一平坦尖端区域与所述第二平坦尖端区域中和在所述第一平坦区域与所述第二平坦区域中距平面偏移不大于100μm。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的玻璃制品，进一步包括附着至所述冷成型的玻璃片材的所述第二主表面的至少一个显示器。
8.根据权利要求7所述的玻璃制品，其中，如从所述第一主表面所视，所述至少一个显示器包括至少50％的黑色均匀性。
9.根据权利要求7所述的玻璃制品，进一步包括粘合剂层、通过所述粘合剂层附着至所述冷成型的玻璃片材的所述第二主表面的框架、和设置成邻接所述至少一个显示器的缓冲器元件；
其中所述框架被配置成将所述冷成型的玻璃片材保持为冷成型的配置；
其中所述粘合剂层包括第一弹性模量且所述缓冲器元件包括第二弹性模量；并且
其中所述第二弹性模量大于所述第一弹性模量。
10.一种玻璃制品，包括：
冷成型的玻璃片材，包括第一主表面和第二主表面，其中所述第二主表面与所述第一主表面相对；
其中所述第一主表面包括含可变曲率半径的曲率，所述可变曲率半径在所述曲率的顶点处具有最小曲率半径；
其中所述曲率从所述顶点在第一方向上延伸并从所述顶点在第二方向上延伸，所述第一方向与所述第二方向相对；并且
其中所述可变曲率半径随着在所述第一方向上和所述第二方向上距所述顶点的距离增加而连续地增加。
11.根据权利要求10所述的玻璃制品，其中所述可变曲率半径由至少三级的多项式函数限定。
12.根据权利要求10或11所述的玻璃制品，进一步包括附着至所述冷成型的玻璃片材的所述第二主表面的至少一个显示器。
13.根据权利要求12所述的玻璃制品，其中，如从所述第一主表面所视，所述至少一个显示器包括至少50％的黑色均匀性。
14.根据权利要求12所述的玻璃制品，进一步包括粘合剂层、通过所述粘合剂层附着至所述冷成型的玻璃片材的所述第二主表面的框架、和设置成邻接所述至少一个显示器的缓冲器元件；
其中所述粘合剂层包括第一弹性模量且所述缓冲器元件包括第二弹性模量；并且
其中所述第二弹性模量大于所述第一弹性模量。
15.根据权利要求12所述的玻璃制品，其中所述曲率设置成邻接所述冷成型的玻璃片材的平坦区域，其中所述至少一个显示器在所述平坦区域中附着至所述冷成型的玻璃片材，并且其中在所述平坦区域中距平面的偏移量不大于100μm。
16.一种成型玻璃制品的方法，包括：
将玻璃片材定位在加工卡盘上方，其中所述玻璃片材包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中所述加工卡盘包括限定可变曲率的成型表面，其中所述玻璃片材定位成使得所述第一主表面面向所述成型表面；
在所述加工卡盘上方弯曲所述玻璃片材从而所述玻璃片材符合所述加工卡盘的可变曲率；
通过粘合剂层将框架附接至所述玻璃片材以在所述玻璃片材中保持所述可变曲率；
其中所述玻璃片材中的可变曲率在所述可变曲率的顶点处包括最小曲率半径并在所述顶点的每一侧上包括曲率半径大于所述最小曲率半径的区域。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括将至少一个显示器附接至所述玻璃片材的第二主表面。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括将缓冲器元件定位在所述粘合剂层中且邻接所述至少一个显示器，其中所述缓冲器元件包括第一模量，其中所述粘合剂层包括第二模量，并且其中所述第一模量大于所述第二模量。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中在所述顶点的每一侧上的区域中的曲率半径随着距所述顶点的距离增加而连续地增加。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述可变曲率由至少三级的多项式函数限定。
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