TW201437011A - 形成強化燒結玻璃結構之方法 - Google Patents

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Abstract

一種強化分層玻璃結構包括第一基板層，該第一基板層包含具有小於或等於300 μm之厚度之可撓性玻璃片；第二基板層；及燒結玻璃熔塊材料層，該燒結玻璃熔塊材料層耦接至第一基板層之第一表面及第二基板層之第二表面，該燒結玻璃熔塊材料層包含燒結玻璃熔塊，該燒結玻璃熔塊耦接至第一及第二表面，從而在可撓性玻璃片之整個厚度中為該可撓性玻璃片提供至少約100 MPa之壓縮應力。

Description

形成強化燒結玻璃結構之方法 【相關申請案之交叉引用】
本申請案主張2013年2月21日申請之美國臨時申請案第61/767382號之優先權權益，本文依賴該案之內容且該案內容全文以引用之方式併入本文中。
本揭示案係關於分層玻璃結構，且更特定言之，係關於強化/抗損壞及抗衝擊玻璃分層結構。
分層玻璃結構可用作製造各種器具之組件、汽車組件、建築結構或電子器件。舉例而言，分層玻璃結構可合併成用於各種最終產品(諸如，冰箱、裝飾玻璃、電視)的蓋玻璃或合併成用於智慧型互動顯示器之嵌式觸控積層板。然而，使用分層玻璃結構之應用經受強度限制及抗衝擊限制。另外，一些電子設備需要特殊形狀之分層玻璃結構，諸如，具有彎曲、成形、傾斜、斜面或另外的波狀輪廓之分層玻璃片。因此，存在對用於形成強化及/或抗衝擊分層玻璃結構之裝置及方法的需要。
一種改良可撓性玻璃之機械可靠性及抗衝擊性之技術為將燒結材料層定位在兩個可撓性玻璃片之間或定位在可撓性玻璃片與另一基板之間。可撓性玻璃可為具有300微米或更小(包括(但不限於)300微米、275微米、250微米、225微米、200微米、190微米、180微米、170微米、160微米、150微米、140微米、130微米、120微米、110微米、100微米、90微米、80微米、70微米、60微米、50微米、40微米、30微米、20微米或10微米)之厚度的玻璃。視分層玻璃結構之機械強度及抗衝擊要求以及預期應用內之預期彎曲應力及分層玻璃結構之目的而定，分層玻璃結構可經設計以根據本文中揭示之概念滿足各種機械要求。分層玻璃結構在適當使用時可提供優於未經分層之可撓性玻璃之改良的機械可靠性及抗衝擊效能。舉例而言，分層玻璃結構之抗衝擊性可藉由落球測試之效能或藉由壓縮應力分析界定。
將在隨後的詳細描述中闡述額外特徵及優點，且對於熟習此項技術者而言，額外特徵及優點將部分地自描述中顯而易見或藉由實踐書面描述中所例示之本揭示案及附圖來認識到。應理解，前文一般描述及以下詳細描述兩者僅為本發明之例示且意欲提供用於理解本揭示案所主張之本揭示案之性質與特性的概述或框架。
包括隨附圖式以提供本揭示案之原理之進一步理解，且隨附圖式併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式圖示一或多個實施例，並與描述一起用於以實例之方式 解釋本揭示案的原理及操作。應理解，本說明書及圖式中所揭示之本揭示案之各種特徵可用於任何及所有組合中。根據以下態樣，本揭示案之各種特徵可以非限制實例之方式彼此組合。
根據第一態樣，提供一種強化分層玻璃結構，該結構包含：第一基板層，該第一基板層包含具有300μm之厚度之可撓性玻璃片；第二基板層；及燒結玻璃熔塊材料層，該燒結玻璃熔塊材料層耦接至第一基板層之第一表面及第二基板層之第二表面，燒結玻璃熔塊材料層包含燒結玻璃熔塊，該燒結玻璃熔塊耦接至第一及第二表面，從而在可撓性玻璃片之整個厚度中為可撓性玻璃片提供至少約100MPa之壓縮應力。
根據第二態樣，提供態樣1之強化分層玻璃結構，其中可撓性玻璃片具有200μm之厚度。
根據第三態樣，提供態樣1之強化分層玻璃結構，其中可撓性玻璃片具有100μm之厚度。
根據第四態樣，提供態樣1至3中任一態樣之強化分層玻璃結構，其中第二基板層由銅、金屬、玻璃或金屬合金中之一者組成。
根據第五態樣，提供態樣1至4中任一態樣之強化分層玻璃結構，其中燒結玻璃熔塊材料層之厚度為自25μm至125μm。
根據第六態樣，提供態樣1至5中任一態樣之強化分層玻璃結構，其中可撓性玻璃片為化學強化玻璃片。
根據第七態樣，提供態樣1至6中任一態樣之強化分層玻璃結構，其中強化分層玻璃結構經受離子交換製程。
根據第八態樣，提供態樣1至7中任一態樣之強化分層玻璃結構，其中強化分層玻璃結構之厚度小於或等於300μm。
根據第九態樣，提供態樣1至8中任一態樣之強化分層玻璃結構，該結構進一步包含第二及第三燒結玻璃熔塊材料層。
根據第十態樣，提供態樣1至9中任一態樣之強化分層玻璃結構，其中壓縮應力180MPa。
根據第十一態樣，提供態樣1至10中任一態樣之強化分層玻璃結構，其中在層壓之後，強化分層玻璃結構經受離子交換製程。
根據第十二態樣，提供一種形成強化分層玻璃結構之方法，該方法包含以下步驟：提供第一基板層，該第一基板層包含具有300μm之厚度之可撓性玻璃片；將玻璃熔塊材料層塗覆至可撓性玻璃片之表面，從而形成分層玻璃結構；在足以燒結玻璃熔塊材料之溫度下加熱玻璃熔塊材料，以使得在冷卻後，至少100MPa之壓縮應力引入可撓性玻璃片之整個厚度中。
根據第十三態樣，提供態樣12之形成強化分層玻璃結構之方法，其中玻璃熔塊材料為玻璃熔塊帶。
根據第十四態樣，提供態樣12或13中任一態樣之形成強化分層玻璃結構之方法，該方法進一步包含以下步驟：將第二基板層提供至分層玻璃結構。
根據第十五態樣，提供態樣14之形成強化分層玻璃結構之方法，其中第二基板層由銅、金屬、玻璃或金屬合金中之一者組成。
根據第十六態樣，提供態樣12至15中任一態樣之形成強化分層玻璃結構之方法，其中壓縮應力180MPa。
根據第十七態樣，提供態樣12至16中任一態樣之形成強化分層玻璃結構之方法，其中可撓性玻璃片具有200μm之厚度。
根據第十八態樣，提供態樣12至17中任一態樣之形成強化分層玻璃結構之方法，其中玻璃熔塊材料具有為可撓性玻璃片之CTE2倍之CTE。
根據第十九態樣，提供態樣12至18中任一態樣之形成強化分層玻璃結構之方法，其中玻璃熔塊材料之CTE值為自3ppm/C至10ppm/C。
根據第二十態樣，提供態樣12至19中任一態樣之形成強化分層玻璃結構之方法，其中玻璃熔塊材料之CTE值比可撓性玻璃片之CTE值大至少3ppm/C。
根據第二十一態樣，提供態樣12至20中任一態樣之形成強化分層玻璃結構之方法，其中玻璃熔塊材料具有分 級材料組成物。
根據第二十二態樣，提供態樣12至21中任一態樣之形成強化分層玻璃結構之方法，其中燒結玻璃熔塊材料層包括散射元素或紫外光吸收性質。
10‧‧‧強化燒結玻璃結構/分層玻璃結構
12‧‧‧可撓性玻璃片
14‧‧‧玻璃熔塊材料
18‧‧‧第一可撓性玻璃層
20‧‧‧燒結玻璃熔塊材料層
22‧‧‧第二可撓性玻璃層
24‧‧‧厚度
26‧‧‧厚度
28‧‧‧厚度
30‧‧‧總厚度
32‧‧‧可撓性玻璃層
34‧‧‧下可撓性玻璃層
36‧‧‧寬表面
38‧‧‧寬表面
40‧‧‧分層玻璃結構
42‧‧‧第一可撓性玻璃層
44‧‧‧燒結玻璃熔塊材料層
46‧‧‧基板層
52‧‧‧寬表面
54‧‧‧寬表面
60‧‧‧厚度
62‧‧‧總厚度
66‧‧‧基板材料
70‧‧‧分層玻璃結構
72‧‧‧第一可撓性玻璃層
74‧‧‧燒結玻璃熔塊材料層
76‧‧‧第二可撓性玻璃層
78‧‧‧界面
80‧‧‧界面
82‧‧‧熔塊帶
88‧‧‧厚度
92‧‧‧總厚度
94‧‧‧外表面
96‧‧‧歪脖凹面
100‧‧‧分層玻璃結構
102‧‧‧可撓性玻璃層
104‧‧‧分級組成物熔塊層
106‧‧‧可撓性玻璃層
108‧‧‧界面
110‧‧‧界面
112‧‧‧熔塊帶
116‧‧‧可撓性玻璃片
118‧‧‧上表面
120‧‧‧下表面
124‧‧‧厚度
126‧‧‧厚度
128‧‧‧總厚度
130‧‧‧分層玻璃結構
132‧‧‧可撓性玻璃層
134‧‧‧熔塊層
136‧‧‧基板層
138‧‧‧界面
140‧‧‧界面
144‧‧‧熔塊帶
145‧‧‧第一末端
147‧‧‧第二末端
148‧‧‧基板材料
150‧‧‧寬度
154‧‧‧厚度
156‧‧‧厚度
158‧‧‧總厚度
160‧‧‧分層玻璃結構
162‧‧‧第一可撓性玻璃層
164‧‧‧第一燒結玻璃熔塊材料層
166‧‧‧中心燒結玻璃熔塊材料層
168‧‧‧第二燒結玻璃熔塊材料層
170‧‧‧第二可撓性玻璃層
172‧‧‧玻璃熔塊材料
174‧‧‧熔塊帶
176‧‧‧上表面
178‧‧‧下表面
C‧‧‧中心平面
當參考附隨圖式閱讀以下詳細描述時，更好地理解本揭示案之該等及其他特徵、態樣及優點，其中：第1圖及第2圖圖示根據本揭示案之態樣之對稱分層玻璃結構的一個實施例的橫截面視圖；第3圖圖示根據本揭示案之態樣之不對稱分層玻璃結構的一個實施例的橫截面視圖；第4圖至第6圖圖示根據本揭示案之態樣之分層玻璃結構的不同實施例的橫截面視圖，其中燒結玻璃熔塊材料層具有分級組成物；及第7圖圖示根據本揭示案之態樣之具有多個燒結玻璃熔塊材料層之對稱分層玻璃結構的一個實施例的橫截面視圖。
在以下詳細描述中，出於解釋及非限制之目的，闡釋揭示具體細節之示例性實施例以提供對本揭示案之各種原理的透徹理解。然而，將對受益於本揭示案之一般技術者顯而易見的是，可在脫離本文中揭示之具體細節之其他實施例中實踐本揭示案。此外，可省略對熟知裝置、方法及材料之描述，以免模糊對本揭示案之各種原理之描述。最終，在任 何適用的情況下，相同元件符號係指相同元件。
在本文中，範圍可表示為「約」一個特定值及/或至「約」另一特定值。當表示此範圍時，另一實施例包括自一個特定值及/或至另一特定值。類似地，當值表示為近似值時，藉由使用先行詞「約」，將理解，特定值形成另一實施例。將進一步理解，範圍中之每一範圍的端點明顯與其他端點相關且與其他端點無關。
如本文中所使用之方向術語(例如，上、下、右、左、前、後、頂部、底部)僅參考所制圖式作出且不意欲暗示絕對定向。
除非另行明確說明，否則本文中闡述之任何方法決不意欲解釋為要求以特定次序執行該方法之步驟。因此，在方法請求項實際上未敘述待由方法步驟遵循之次序的情況下，或在申請專利範圍或描述中未以其他方式具體說明步驟限制於特定次序的情況下，在任何態樣，決不意欲推論次序。此情況適用於解釋之任何可能之非闡釋基礎，包括：關於步驟設置或操作流程之邏輯問題；源自文法組織或標點之普通含義；說明書中描述之實施例的數目或類型。
如本文中所使用，單數形式「一」及「該」包括複數個指示物，除非上下文另有明確表達。因此，例如，參考「組件」包括具有兩個或更多個該等「組件」之態樣，除非上下文另有明確表達。
儘管玻璃為固有強健材料，但玻璃之強度及機械可靠性為玻璃之表面缺陷或瑕疵大小密度分佈及應力對材料隨 時間之累積曝露的函數。在整個產品生命週期期間，分層玻璃結構可經受各種類型之靜態及動態機械應力。本文中所描述之實施例大體上係關於分層玻璃結構，其中可撓性玻璃片使用經燒結成可撓性玻璃片之熔塊材料強化。本文中論述之特定實例係關於分層玻璃結構，其中熔塊材料係玻璃熔塊材料。藉由在高溫下將玻璃熔塊材料燒結成可撓性玻璃片隨後緩慢冷卻來將玻璃熔塊材料與可撓性玻璃片之間的相對大的熱膨脹係數(CTE)失配用於改良抗衝擊性。一旦分層玻璃結構冷卻，此高溫方法則可在可撓性玻璃片之整個厚度上產生幾乎均勻分佈之剩餘壓縮應力。
強化燒結玻璃結構
參看第1圖、第2圖及第3圖，圖示示例性強化燒結玻璃結構10及強化燒結玻璃結構40(本文中亦稱為分層玻璃結構10及分層玻璃結構40)的橫截面視圖。分層玻璃結構可用可撓性玻璃、熔塊材料(例如，玻璃熔塊材料)及/或基板材料(例如，除了玻璃材料)形成。分層玻璃結構亦可為對稱或不對稱的。第1圖及第2圖中所示之對稱分層玻璃結構(諸如，分層玻璃結構10)經形成，以使得分層玻璃結構之中心平面C下方之層或部分層形成中心平面C上方之層或部分層的鏡像。第3圖中所示之不對稱分層玻璃結構(諸如，分層玻璃結構40)不具有關於中心平面C之此鏡像。反而，不對稱分層玻璃結構可包括例如可撓性玻璃層、燒結熔塊材料層及基板層，該基板層可為非玻璃基板或非同一玻璃，如下所述。
在本文中所描述之分層玻璃結構中，可撓性玻璃可具有約0.3mm或更小之厚度，包括(但不限於)以下厚度：例如，約0.01mm至0.05mm、約0.05mm至0.1mm、約0.1mm至0.15mm、約0.15mm至0.3mm、0.3mm、0.275mm、0.25mm、0.225mm、0.2mm、0.19mm、0.18mm、0.17mm、0.16mm、0.15mm、0.14mm、0.13mm、0.12mm、0.11mm、0.10mm、0.09mm、0.08mm、0.07mm、0.06mm、0.05mm、0.04mm、0.03mm、0.02mm或0.01mm。可撓性玻璃可由玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷材料或以上各者之複合物形成。形成高品質可撓性玻璃之融合製程(例如，下拉製程)可用於各種裝置(諸如，平板顯示器)中。當與由其他方法產生之玻璃相比時，融合製程中產生之玻璃具有擁有良好平面度及光滑度之表面。美國專利第3,338,696號及第3,682,609號中描述了融合製程。其他適當玻璃形成方法包括浮式製程、上拉製法及狹槽拉製法。另外，可撓性玻璃藉由使用玻璃之化學組成物可含有抗菌性質，該化學組成物包括表面上之範圍大於0至0.047μg/cm2之Ag離子濃度，此情況在美國專利申請公開案第2012/0034435 A1號中進一步描述。可撓性玻璃亦可塗覆有由銀組成之釉或以其他方式摻雜有銀離子，以獲得所需抗菌性質，此情況在美國專利申請公開案第2011/0081542 A1號中進一步描述。另外，可撓性玻璃可具有50%之SiO2、25%之CaO及25%之Na2O之莫耳組成物以實現所需抗菌效應。
由於引入可撓性玻璃之壓縮應力，可撓性玻璃藉由將熔塊材料燒結成可撓性玻璃得以強化。藉由將可為粉末、 溶液或帶形式之熔塊材料加熱至低於可撓性玻璃之特定熔點之溫度燒結熔塊材料，從而導致熔塊材料中之原子擴散在熔塊材料微粒之整個邊界中、固結熔塊材料且形成單一固體燒結熔塊材料層。燒結熔塊材料層可具有幾乎均勻之多孔性且可在不同材料級別之兩種材料之間形成接合。
首先參看第1圖及第2圖，分層玻璃結構10大體上稱為對稱分層玻璃結構且包括形成第一可撓性玻璃層18及第二可撓性玻璃層22之可撓性玻璃片12，以及形成燒結玻璃熔塊材料層20之玻璃熔塊材料14，該玻璃熔塊材料14夾在第一可撓性玻璃層18及第二可撓性玻璃層22之可撓性玻璃片12之間且接合至可撓性玻璃片12。壓縮應力由於可撓性玻璃片12之熱膨脹係數(CTE)與玻璃熔塊材料14之CTE之間的失配或差異產生在第一可撓性玻璃層18及第二可撓性玻璃層22中之可撓性玻璃片12的整個厚度中。強化壓縮應力可增強可撓性玻璃之強度或抗衝擊性。玻璃熔塊材料14之CTE可藉由改變玻璃熔塊材料14之組成物得以調整。燒結玻璃熔塊材料層20亦可具有分級組成物且水平或垂直地分級，從而允許可撓性玻璃片12中之壓縮應力相應分佈，如下所述。另外，可撓性玻璃片12中產生之壓縮應力可受溫度影響，分層玻璃結構10在該溫度下加熱以燒結熔塊材料層20，亦如本文中所論述。
分層玻璃結構10可具有在約50μm與約300μm之間的總厚度30。在第1圖及第2圖中，分層玻璃結構10之總厚度30可為約300μm。作為一個實例，分層玻璃結構10包 括可具有約100μm之厚度24之第一可撓性玻璃層18，燒結玻璃熔塊材料層20可具有約100μm之厚度26，且第二可撓性玻璃層22可具有約100μm之厚度28。可撓性玻璃片12可以離散片形式提供或可以其他方式提供於連續線軸中。在分層玻璃結構10之特定實施例中，兩個50μm厚之可撓性玻璃片12在兩個玻璃片之整個厚度中具有超過100MPa之計算之壓縮應力，其中100μm厚之熔塊帶層(下文描述)夾在玻璃片之間。在此情況下，可撓性玻璃片具有3ppm/C之CTE，熔塊材料具有10.4ppm/C之CTE，且總成溫度大於約450℃。
在第3圖中，不對稱分層玻璃結構40包括由可撓性玻璃片12組成之第一可撓性玻璃層42、由非玻璃基板材料66組成之基板層46及由玻璃熔塊材料14組成之燒結玻璃熔塊材料層44，該燒結玻璃熔塊材料層44夾在第一可撓性玻璃層42與基板層46之間。作為一個實例，分層玻璃結構40可具有約300μm之總厚度62。基板層46可具有等於約100μm之厚度60。在其他實施例中，基板層46之厚度60可小於或等於300μm，諸如，約200μm、約75μm、約50μm、約25μm或約10μm。基板材料66可為非玻璃基板，諸如，金屬、金屬合金(諸如，不銹鋼)、銅、鎳、黃銅、青銅、鈦、鎢、鑄鐵、鋁、陶瓷、複合物或另一剛性材料或該等材料之組合，或基板材料66亦可為替代玻璃，諸如，具有替換化學組成物或具有不同於第一可撓性玻璃層42之厚度的玻璃。當第一可撓性玻璃層42由於金屬之高CTE燒結至金屬基板材料66時，在形成分層玻璃結構40期間產生之壓縮應力可增加。例 如，銅具有16ppm/C之CTE及115GPa之楊氏模數，且不銹鋼具有15ppm/C之CTE及200GPa之楊氏模數。在此分層玻璃結構40之特定實施例中，不對稱分層玻璃結構40可由將具有50μm之厚度之可撓性玻璃層燒結至具有200μm之厚度之不銹鋼基板材料66而形成，該可撓性玻璃層與該不銹鋼基板材料66由燒結玻璃熔塊材料層44分離，該燒結玻璃熔塊材料層44由係具有25μm之厚度之熔塊帶的玻璃熔塊材料14組成。可撓性玻璃層中之壓縮應力經計算大於180MPa。在此情況下，可撓性玻璃片具有3ppm/C之CTE，熔塊材料具有10.4ppm/C之CTE，且總成溫度大於約450℃。
根據不同方法，可形成分層玻璃結構10及分層玻璃結構40，以及本文中所描述之其他分層玻璃結構。例如，一種形成分層玻璃結構10之方法包括以下步驟：用可撓性玻璃片12裝配第一可撓性玻璃層18及第二可撓性玻璃層22；及將玻璃熔塊材料14放置在可撓性玻璃片12之間。整個分層玻璃結構10接著在單一熱循環中加熱，將玻璃熔塊材料14燒結至可撓性玻璃片12，從而形成強化分層玻璃結構10且在整個可撓性玻璃片12中產生壓縮應力。熱循環可處於燒結溫度下，以使得玻璃熔塊材料14固結且黏附至可撓性玻璃片12。對於不對稱分層玻璃結構，諸如，分層玻璃結構40，在單一熱循環加熱之前，玻璃熔塊材料14可定位於基板材料66或可撓性玻璃片12之表面上。
另一形成分層玻璃結構10及分層玻璃結構40之方法包括兩個熱循環。對於分層玻璃結構10，玻璃熔塊材料14 定位於可撓性玻璃片12之表面上，從而形成第1圖中之下可撓性玻璃層34。結構接著在低於玻璃熔塊材料14之特定燒結溫度的溫度下加熱達一個熱循環。此舉可導致可為玻璃熔塊材料之一部分之黏合劑或任何其他物質散逸或消散。形成上可撓性玻璃層32之第二可撓性玻璃片12定位於經受一個熱循環之結構之頂部上，且整個總成在燒結溫度(諸如，400℃)下經受第二熱循環，該第二熱循環固結玻璃熔塊材料14，從而在玻璃熔塊材料14與可撓性玻璃片12之間形成接合且在整個可撓性玻璃片12中產生壓縮應力。對於不對稱分層玻璃結構40，玻璃熔塊材料14可在第一熱循環之前定位於基板材料66或可撓性玻璃片12之表面上，其中根據分層玻璃結構40中使用之材料，剩餘層定位於預燒結結構之頂部上且在燒結溫度下經受第二熱循環。
再次參看第2圖，分層玻璃結構10之第一可撓性玻璃層18及第二可撓性玻璃層22之可撓性玻璃片12中的剩餘壓縮應力在可撓性玻璃層18、可撓性玻璃層22之整個厚度中可為實質上均勻的。當玻璃熔塊材料14在升高燒結溫度下燒結至可撓性玻璃層18、可撓性玻璃層22且接著以冷卻速率(諸如，約20℃每分鐘或更小，諸如，約10℃每分鐘或更小，諸如，約5℃每分鐘或更小)冷卻至室溫時，產生剩餘壓縮應力。升高燒結溫度大於室溫且小於特定用於可撓性玻璃片12之變形溫度，包括(但不限於)約400℃或更大，諸如，約500℃或更大，諸如，約600℃或更大。在第3圖之不對稱分層玻璃結構40中，亦可考慮基板材料66之熱質量或變形溫 度。進一步，雖然第1圖、第2圖及第3圖中圖示三層分層玻璃結構，但層數目可大於或小於三層且該數目視(例如)最終使用及處理要求而定加以選擇。另外，本文中所描述之分層玻璃結構可為彎曲的或其他形狀，以便具有非平面輪廓。將在本文中描述各種其他分層積層實例。
再次參看第1圖、第2圖及第3圖，燒結玻璃熔塊材料層20及燒結玻璃熔塊材料層44由玻璃熔塊材料14形成。玻璃熔塊材料14為在加熱熱循環或燒結期間固結之材料。玻璃熔塊材料14之材料組成物可影響玻璃熔塊材料14之CTE，從而影響可撓性玻璃片12中產生之壓縮應力。玻璃熔塊材料14之材料組成物亦可根據預定應用之強度要求而變。例如，玻璃熔塊材料14可經選擇，以使得玻璃熔塊材料14具有高於可撓性玻璃片12之CTE值之CTE值。例如，玻璃熔塊材料14可具有比可撓性玻璃片12之CTE值高約2倍或約5倍之CTE值。在一些實施例中，CTE失配可為至少約3ppm/℃或更大，諸如，約6ppm/℃。
分層玻璃結構10之燒結玻璃熔塊材料層20可用於在第一可撓性玻璃層18及第二可撓性玻璃層22之各別寬表面36、38之間的界面處將第一可撓性玻璃層18與第二可撓性玻璃層22接合在一起。對於分層玻璃結構40，燒結玻璃熔塊材料層44可用於在第一可撓性玻璃層42及基板層46之各別寬表面52、54之間的界面處將第一可撓性玻璃層42接合至基板層46。在分層玻璃結構10、分層玻璃結構40中之任一者中，燒結玻璃熔塊材料層20、燒結玻璃熔塊材料層44 可為較薄的，具有小於或等於約200μm之厚度，諸如，小於或等於約100μm(包括小於或等於約50μm、小於或等於約25μm)。歸因於一或多個可撓性玻璃片12與玻璃熔塊材料14之間的大CTE失配，玻璃熔塊材料14可經允許相對於一或多個可撓性玻璃片12熱膨脹至少達某種程度。
在分層玻璃結構10、分層玻璃結構40中之任一者中，可塗覆玻璃熔塊材料14，以使得玻璃熔塊材料14覆蓋一或多個可撓性玻璃片12之整個表面或以使得玻璃熔塊材料14覆蓋不到一或多個可撓性玻璃片12之整個表面，例如，玻璃熔塊材料14可以圖案(諸如，條形圖案、Z形圖案、無規則圖案等等)安置。此舉可幫助在分層玻璃結構10、分層玻璃結構40上提供切割線或其他區域，此舉可允許將大分層玻璃結構分離成兩個或更多個單獨分層玻璃結構。玻璃熔塊材料14亦可使用塗佈製程(諸如，狹縫擠壓塗佈、網板印刷等等)塗佈至基板上。
如上所述，玻璃熔塊材料14可用於將不同類別之材料(諸如，可撓性玻璃及基板材料)接合在一起。玻璃熔塊可為熔塊帶或由熔塊溶液與玻璃熔塊材料及有機黏合劑組成之熔塊糊狀物。一些或所有有機黏合劑可在加熱期間消散，從而允許熔塊接合至可撓性玻璃片12及/或基板材料66。當熔塊用作玻璃熔塊材料14時，熔塊可分散於可撓性玻璃片12之整個表面中，而非僅局部塗覆。此舉可降低局限於熔塊材料中之過多應力可導致分層玻璃結構之脫結或破裂的可能性。
當玻璃熔塊材料14為熔塊帶時，熔塊帶可為塗覆於可撓性玻璃或基板之表面的未經燒結或部分燒結之帶。在可撓性玻璃片12以連續線軸形式提供的情況下，熔塊帶可允許連續形成分層玻璃結構。另外，當可撓性玻璃片12以連續線軸形式提供且熔塊用作燒結材料時，熔塊可在例如狹縫擠壓製程或帶壓鑄製程中分配。分配熔塊可在無燒結玻璃熔塊材料層的情況下，提供啟動及停止塗佈以形成切割線或區域的能力。
可用作分層玻璃結構10、分層玻璃結構40中之玻璃熔塊材料14的熔塊帶的實例可購自總部在康乃狄格州貝什耳之Vitta Corporation。熔塊帶可適用於具有範圍在大於或等於3ppm/C且小於或等於10ppm/C之CTE值且範圍在大於或等於25μm且小於或等於125μm之厚度的材料。熔塊帶之特定實例可具有410°攝氏(C)之工作溫度及7.5ppm/C之CTE值、460 C之工作溫度及10.4ppm/C之CTE值及450 C之工作溫度及8.9ppm/C之CTE值。
玻璃熔塊材料14可包括使得不同能源能夠在燒結製程期間使用的不同吸收能力。除了玻璃熔塊材料14，燒結玻璃熔塊材料層可包括額外元素，諸如，增強諸如有機發光二極體(OLED)照明及光伏打(PV)性質或紫外光吸收性質之應用的散射元素，該等性質可增強OLED及PV裝置之壽命。包括在燒結材料中之散射元素可增強OLED及PV應用之出耦合或入耦合。燒結玻璃熔塊材料層亦可由在不同波長下吸收光之元素形成或含有該等元素，以使得能夠在燒結期間 使用不同能源。
在以燒結溫度加熱，且允許冷卻之後，可撓性玻璃之在分層玻璃結構10、40之外表面上的層在可撓性玻璃片12之整個厚度中產生壓縮應力。在對稱分層玻璃結構10中，壓縮應力在整個可撓性玻璃層中可為幾乎均勻的，且在不對稱分層玻璃結構40中，壓縮應力在整個可撓性玻璃層中可為不均勻的。
具有分級燒結材料組成物之分層玻璃結構
現參看第4圖至第7圖，上述分層玻璃結構之燒結玻璃熔塊材料層可由熔塊帶或印刷製程形成。在該等實例中，燒結玻璃熔塊材料層可經構造，以使得燒結玻璃熔塊材料層在垂直或橫向方向上具有分級組成物。燒結材料在燒結玻璃熔塊材料層之整個厚度中或垂直地可為分級的，或在可撓性玻璃或基板之整個表面中或橫向地可為分級的。分級組成物可幫助將所得壓縮應力及抗拉應力放置於分層玻璃結構內之特定位置中。分層玻璃結構之應力剖面可藉由分級燒結玻璃熔塊材料層之組成物得以修改。例如，貫穿燒結玻璃熔塊材料層之厚度之分級組成物可允許更好控制建立之壓縮應力剖面，而基板或可撓性玻璃之整個表面中的分級組成物可在分離分層玻璃結構期間幫助切割製程或其他方式。
在第4圖中，分層玻璃結構70包括夾在由可撓性玻璃片12組成之第一可撓性玻璃層72及第二可撓性玻璃層76之間的燒結玻璃熔塊材料層74。燒結玻璃熔塊材料層74由具有垂直分級之多組分組成物之熔塊帶82組成。熔塊帶82經 分級，以使得形成熔塊帶82之熔塊材料之更大濃度的一個組分係在分層玻璃結構70之中心處，且熔塊材料之更大濃度之另一組分係在表面處。此分級組成物可影響分層玻璃結構70之第一可撓性玻璃層72及第二可撓性玻璃層76中產生的壓縮應力之應力剖面。例如，壓縮應力可分別在熔塊帶82與第一可撓性玻璃層72及第二可撓性玻璃層76之間的界面78及界面80處增加，且在分層玻璃結構70之外表面94、外表面96處減小。熔塊帶82之厚度88亦可經調整以形成熔塊帶82之各個垂直分級之組成物，而分層玻璃結構70之總厚度92仍可小於或約300μm。
參看第5圖，圖示具有不同垂直分級之組成物熔塊層104之分層玻璃結構100的另一實施例。分級組成物熔塊層104由具有厚度124之分級組成物熔塊帶112形成，其中熔塊材料之較高濃度之一個組分位於分層玻璃結構100之下表面120附近，且熔塊材料之較高濃度之另一組分位於上表面附近。例如，位於靠近具有較高濃度之一個組分之熔塊的分層玻璃結構100之下表面120處的可撓性玻璃層106在其整個厚度中具有高於位於分層玻璃結構100之上表面118處的可撓性玻璃層102之壓縮應力。另外，當熔塊材料之一個組分集中於更靠近分層玻璃結構100中之一個可撓性玻璃片時，可增強在熔塊帶112與下可撓性玻璃片116之間形成的接合。例如，熔塊帶112之熔塊材料之間的接合在熔塊帶112之熔塊材料與下可撓性玻璃片116之間的界面110處可比形成在熔塊帶112之熔塊材料與分層玻璃結構100之上可撓性 玻璃片12之間的界面108之接合強。雖然可撓性玻璃層102、可撓性玻璃層106皆可由可撓性玻璃片組成，但可撓性玻璃層102、可撓性玻璃層106可能不相同。例如，可撓性玻璃片12可具有約100μm之厚度24，而下可撓性玻璃片116可具有大於或小於約100μm之厚度126，或不同於可撓性玻璃片12。然而，分層玻璃結構100之總厚度128仍可小於或約300μm。
現參看第6圖，圖示具有總厚度158之分層玻璃結構130的另一實施例，其中熔塊層134具有橫向分級之組成物。分層玻璃結構130可為不對稱或對稱的。在此實施例中，分層玻璃結構130由以下各者形成：由可撓性玻璃片12組成之可撓性玻璃層132、由熔塊帶144組成之熔塊層134及由基板材料148組成之基板層136。基板材料148可為任何基板，如上所述，且基板材料148可具有比熔塊帶144及可撓性玻璃片12兩者之CTE大的CTE，從而形成高於可能用於對稱分層玻璃結構之壓縮應力。基板材料148具有可大於或等於約100μm且小於或等於約5mm之厚度156。熔塊帶144在組成物中沿分層玻璃結構130之寬度150及熔塊帶144之厚度154分級，以使得熔塊材料之較高濃度的一個組分位於分層玻璃結構130之第一末端145上而非在分層玻璃結構130之相對第二末端147上。熔塊材料之較高濃度之一個組分亦定位於基板材料148與熔塊帶144之間的界面140處。較低濃度之熔塊材料定位於可撓性玻璃片12與熔塊帶144之間的界面138附近。以此方式，熔塊材料之分級組成物沿更靠近 分層玻璃結構130之第一末端145之可撓性玻璃片12的界面138產生比在更靠近分層玻璃結構130之第二末端147之整個可撓性玻璃片12中形成之壓縮應力更高的壓縮應力。
在第7圖中，分層玻璃結構160可包括超過三層且可為對稱或不對稱的。分層玻璃結構160包括由第一可撓性玻璃片12形成之第一可撓性玻璃層162，以及由第二可撓性玻璃片12形成之第二可撓性玻璃層170形成。三個燒結玻璃熔塊材料層夾在第一可撓性玻璃層162與第二可撓性玻璃層170之間。第一燒結玻璃熔塊材料層164可與第二燒結玻璃熔塊材料層168相同。第一燒結玻璃熔塊材料層164及第二燒結玻璃熔塊材料層168可由玻璃熔塊材料172(諸如，熔塊帶)形成。分層玻璃結構160亦可包括亦由玻璃熔塊材料或熔塊帶174組成之中心燒結玻璃熔塊材料層166。燒結玻璃熔塊材料層164、燒結玻璃熔塊材料層166、燒結玻璃熔塊材料層168中之任一者可具有分級組成物且可與其他燒結玻璃熔塊材料層164、燒結玻璃熔塊材料層166、燒結玻璃熔塊材料層168中之任一者相同或不同。在該實施例中，形成中心燒結玻璃熔塊材料層166之熔塊帶174可具有分級組成物，或可具有比第一燒結玻璃熔塊材料層164及第二燒結玻璃熔塊材料層168高之熔塊材料濃度。此舉可影響分層玻璃結構160之應力剖面，以使得第一可撓性玻璃層162及第二可撓性玻璃層170中產生之壓縮應力沿某些表面集中或位於分層玻璃結構160之某些區域。分層玻璃結構160之其他實施例可具有更多或更少之燒結玻璃熔塊材料層164、燒結玻璃熔塊材料層166、 燒結玻璃熔塊材料層168，諸如，兩個燒結玻璃熔塊材料層、四個燒結玻璃熔塊材料層、五個燒結玻璃熔塊材料層或更多。另外，一些或所有燒結玻璃熔塊材料層可具有分級組成物且可以任何可能次序放置於分層玻璃結構160內。
在本文中所描述之分層玻璃結構之任何實施例中，進一步壓縮應力可藉由使分層玻璃結構經受離子交換製程產生於可撓性玻璃片中。離子交換製程為導致可撓性玻璃片內之壓縮應力集中於可撓性玻璃片之外表面上的化學強化製程。例如，第7圖之分層玻璃結構160之離子交換製程可導致第一可撓性玻璃層162之第一可撓性玻璃片12中的壓縮應力集中於上表面176上。同樣地，離子交換製程亦可導致第二可撓性玻璃層170之第二可撓性玻璃片12內的壓縮應力集中於下表面178上。可在形成分層玻璃結構之前、形成分層玻璃結構時或已形成分層玻璃結構之後實施離子交換。例如，可撓性玻璃片可在形成分層玻璃結構之前離子交換以誘發可撓性玻璃中之壓縮應力，或完全形成之分層玻璃結構可經受離子交換製程以在分層玻璃結構之外層內產生壓縮應力。
另外，本文中所描述之分層玻璃結構可藉由施加熱至靠近切割區域之基板的局部區域來切割或分離。熱可降低局部壓縮應力且允許使用各種切割方法，諸如，CO2雷射。切割之後，分層玻璃結構可允許返回至室溫，且返回壓縮應力，從而強化分層玻璃結構。本文中所描述之強化分層玻璃結構可經受比具有聚合物黏合劑之玻璃結構高的溫度，由於燒結 材料相對於聚合物材料具有增加之變形溫度及/或熱容量。
一般考慮
每一非玻璃基板本身可為由具有不同楊氏模數、不同泊松比及/或層厚度之不同類型金屬構成的分層結構或複合結構。在此情況下，熟習此項技術者將能夠使化合物層均勻化，以獲得整體層之有效值，包括有效厚度、有效楊氏模數及有效泊松比，該等有效值如本文所述可用於有利地配置玻璃金屬積層。例如，複合物可由以上材料及/或金屬(諸如，不銹鋼、鎳、銅、貴金屬、金屬氧化物等)之任何組合形成。
本文中描述之分層玻璃結構可為用作電子器件中之保護元件的光學透明可成形及/或可撓性結構，其中分層玻璃結構為複合結構，該結構包含厚度為自5微米至300微米之可撓性玻璃層及厚度範圍自0.1mm至5mm之非玻璃基板(諸如，金屬)層。在該連接中，分層玻璃結構之成形性允許該結構藉由彎曲及/或扭曲以偏離完全平面性，故該結構可適用於一些其他物件之形狀或形式。
根據分批製程，可撓性玻璃片及非玻璃基板可以片形式提供。或者，可撓性玻璃片可以片形式提供，且非玻璃基板來自連續輥軋。作為進一步可能性，可撓性玻璃片及非玻璃基板兩者皆來自連續輥軋。
具有燒結玻璃熔塊材料層之上述分層玻璃結構為可撓性玻璃提供增加之強度，且亦可改良效能、抗衝擊性、壽命及機械耐久性。在一些實施例中，可撓性玻璃亦可用作濕氣障壁且阻擋不需要的UV光。因為本文中所描述之分層玻璃 結構經強化，故分層玻璃結構之後處理可在高於可用於未經強化之玻璃結構的溫度下完成。準確且精確切割製程亦可藉由局部施加熱在分層玻璃結構上執行，從而緩解分層玻璃結構之可撓性玻璃中的壓縮應力。當分層玻璃結構冷卻至室溫時，壓縮應力將返回。
對於對稱分層玻璃結構，幾乎恆定均勻之壓縮應力可提供於上述分層玻璃結構中之玻璃厚度中。對於不對稱分層玻璃結構，基板材料可藉由分層玻璃結構中之可撓性玻璃層免受劃傷、破裂或其他損壞。分層玻璃結構之外表面上之可撓性玻璃可比基板材料之表面更容易清洗。例如，由不銹鋼分層至可撓性玻璃之分層玻璃結構製成的冰箱門可為耐指紋的，或由鋁分層至可撓性玻璃之分層玻璃結構鋁製成之行動電子器件電池蓋可防劃傷且易清洗。另外，基板材料可提供破裂保護且在發生任何破裂的情況下將可撓性玻璃固持在一起。不對稱分層玻璃結構可提供觸控及蓋玻璃，該蓋玻璃可用於替代化學強化玻璃。可提供彎曲顯示器玻璃，諸如，上文關於不對稱分層玻璃結構論述之彼玻璃。
額外功能性可併入不對稱分層玻璃結構中之非玻璃基板中。舉例而言，基板材料可包含金屬偏光片、對比度增強濾光片積層板，該基板材料可具有抗反射性質、濾色器性質或顏色轉換性質。或者或另外，非玻璃基板可經設計以阻擋不需要的環境光及/或具有散射粒子，以便降低波導且增加裝置之亮度。更進一步，或者或另外，玻璃可具有抗菌功能性。該等額外功能性可併入可撓性玻璃。
聚合物材料易於劃傷、自環境要素(包括日光暴露)降解且提供不良濕氣/氧氣障壁性質。另一方面，玻璃係耐劃傷、耐用的且因優良濕氣/氧氣障壁性質而著稱。然而，與(例如)金屬相比，玻璃具有較高密度且為脆性材料，其中玻璃之強度受缺陷及瑕疵影響。上述分層玻璃結構及製造該等分層玻璃結構之方法利用該等兩種類型之材料且將該等材料組合成一種分層結構，與裸可撓性玻璃堆疊相比，該分層結構具有改良之障壁性質、輕量及更高機械可靠性。
結論
應強調，本揭示案之上述實施例(包括任何實施例)僅為實施之可能實例，僅闡述用於清楚理解本揭示案之各種原理。在實質上不脫離本揭示案之精神及各種原理的情況下，可對本揭示案之上述實施例作出許多變化及修改。在本文中，所有此等修改及變化意欲包括於本揭示案之範疇內且受以下申請專利範圍保護。
10‧‧‧強化燒結玻璃結構/分層玻璃結構
12‧‧‧可撓性玻璃片
14‧‧‧玻璃熔塊材料
18‧‧‧第一可撓性玻璃層
20‧‧‧燒結玻璃熔塊材料層
22‧‧‧第二可撓性玻璃層
24‧‧‧厚度
26‧‧‧厚度
28‧‧‧厚度
30‧‧‧總厚度
32‧‧‧可撓性玻璃層
34‧‧‧下可撓性玻璃層

Claims (10)

  1. 一種強化分層玻璃結構，該結構包含：一第一基板層，該第一基板層包含具有300μm之一厚度之一可撓性玻璃片；一第二基板層；及一燒結玻璃熔塊材料層，該燒結玻璃熔塊材料層耦接至該第一基板層之一第一表面及該第二基板層之一第二表面，該燒結玻璃熔塊材料層包含一燒結玻璃熔塊，該燒結玻璃熔塊耦接至該第一及第二表面，從而在該可撓性玻璃片之一厚度中為該可撓性玻璃片提供至少約100MPa之一壓縮應力。
  2. 如請求項1所述之強化分層玻璃結構，其中該燒結玻璃熔塊材料層之一厚度為自25μm至125μm。
  3. 如請求項1所述之強化分層玻璃結構，其中該可撓性玻璃片為一化學強化玻璃片。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之強化分層玻璃結構，其中強化分層玻璃結構之一總厚度為300μm。
  5. 一種形成強化分層玻璃結構之方法，該方法包含以下步驟：提供一第一基板層，該第一基板層包含具有300μm之一厚度之一可撓性玻璃片； 將一玻璃熔塊材料層塗覆至該可撓性玻璃片之一表面，從而形成一分層玻璃結構；在足以燒結該玻璃熔塊材料之一溫度下加熱該玻璃熔塊材料，以使得在冷卻後，至少100MPa之一壓縮應力引入該可撓性玻璃片之一厚度中。
  6. 如請求項5所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：將一第二基板層提供至該分層玻璃結構。
  7. 如請求項5所述之方法，其中該玻璃熔塊材料具有一CTE，該CTE為該可撓性玻璃片之一CTE2倍。
  8. 如請求項5至7中任一項所述之方法，其中該玻璃熔塊材料之一CTE值比該可撓性玻璃片之一CTE值大至少3ppm/C。
  9. 如請求項5所述之方法，其中該玻璃熔塊材料具有一分級材料組成物。
  10. 如請求項6所述之材料，其中該燒結玻璃熔塊材料層包括散射元素或紫外光吸收性質。
TW103104766A 2013-02-21 2014-02-13 形成強化燒結玻璃結構之方法 TW201437011A (zh)

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