TW201728545A - 可折疊電子裝置組件及用於其之蓋板元件 - Google Patents
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Abstract
一種用於可折疊電子裝置的蓋板元件,該蓋板元件包括可折疊玻璃元件、第一和第二主表面、及壓縮應力區域,該壓縮應力區域從該第一主表面延伸到第一深度並由在第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI界定。該裝置還包括位於該第一主表面上的聚合物層。該玻璃元件具有的應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時在該第一主表面處誘發彎曲拉伸應力σB,σI+ σB< 400 MPa(張力)。另外,按照落下測試1,該蓋板元件可以承受的筆落高度為沒有該層的蓋板元件之對照筆落高度的至少1.5倍。
Description
相關申請案的交叉引用:本專利申請案根據專利法主張分別於2016年1月15日和2016年10月31日提出申請的美國臨時專利申請案序號第62/279,558號和第62/415,088號的優先權權益,該等申請案之內容為本案所依據且以引用方式全部併入本文中。
本揭示大體而言係關於可折疊電子裝置組件、用於這些組件的蓋板元件、及用於製造這些元件和組件的各種方法。更具體言之,本揭示係關於這些元件和組件的可彎曲、耐衝擊及抗翹曲變化形式、以及用於製造該等變化形式的方法。
傳統上性質堅硬的產品和元件的可撓變化形式被概念化用於新的應用。例如,可撓電子裝置可以提供薄的、重量輕的及可撓的性質,以為新的應用(例如彎曲顯示器和可佩戴裝置)提供可能性。這些可撓電子裝置中有許多需要可撓基材來保持和固定這些裝置的電子元件。金屬箔有一些優點,包括熱穩定性和耐化學性,但是有成本高且缺乏光學透明性的問題。聚合物箔具有一些優點,包括抗疲勞破壞,但會有邊緣光學透明性、缺乏熱穩定性及氣密性有限的問題。聚合物箔亦具有提供下方電子元件耐衝擊性的能力有限的問題。另外,聚合物箔在重複的應用相關彎曲後會遭受與自身的黏彈性相關的永久變形。
這些電子裝置中有一些也可以利用可撓顯示器。光學透明性和熱穩定性對於可撓顯示器的應用來說往往是重要的性質。此外,可撓顯示器應當具有高的抗疲勞性和抗刺穿性,包括在小彎曲半徑處的抗破壞性,特別是對於具有觸控螢幕功能及/或可折疊的可撓顯示器。
傳統的可撓玻璃材料為撓性基材及/或顯示器應用提供許多所需的性質。然而,到目前為止,將玻璃材料用於這些應用的努力大部分是不成功的。一般來說,玻璃基材可以被製造到非常低厚度的水平(<25 μm),以實現愈來愈小的彎曲半徑。這些「薄的」玻璃基材有抗刺穿性有限的問題。同時,較厚的玻璃基材(>150 μm)可以被製造成具有較佳的抗刺穿性,但是這些基材在彎曲時缺乏適當的抗疲勞性和機械可靠性。
此外,用於可折疊電子裝置應用的可折疊玻璃基材儘管在透明性、穩定性及耐磨性上提供優於聚合物箔的改良,但仍受限於耐衝擊性。更具體來說,當受到衝擊時,可折疊玻璃基材的耐衝擊性問題會表現為對基材及/或下方電子元件的損壞。
因此,需要改良的可折疊電子裝置組件及用於這些組件的蓋板元件,以可靠地用於可撓基材及/或顯示器應用和功能,特別是用於可撓電子裝置的應用。
依據一些實施例,提供一種用於可折疊電子裝置的蓋板元件,該蓋板元件包括:包含厚度約25 μm至約200 μm的可折疊玻璃元件,該玻璃元件進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定。該裝置還包括聚合物層,該聚合物層包含約10 μm至約100 μm的厚度並位於該玻璃元件的該第一主表面上。另外,該玻璃元件之特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發彎曲拉伸應力σB
,σI
+ σB
< 400 MPa(張力)。此外,該蓋板元件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層的蓋板元件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1(Drop Test 1)量測,且該層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據一些實施例,提供一種用於可折疊電子裝置的蓋板元件,該蓋板元件包括:包含厚度約25 μm至約200 μm的可折疊玻璃元件,該玻璃元件進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第二主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第二主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定。該裝置還包括聚合物層,該聚合物層包含約10 μm至約100 μm的厚度並位於該玻璃元件的該第一主表面上。另外,該玻璃元件之特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第一主表面的側面上以便在該第二主表面處誘發彎曲拉伸應力σB
,σI
+ σB
< 200 MPa(張力)。此外,該蓋板元件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層的蓋板元件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1量測,且該層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據一些實施例,提供一種可折疊電子裝置組件,該可折疊電子裝置組件包括:可折疊電子裝置基材;厚度從約25 μm至約200 μm的可折疊玻璃元件,該玻璃元件進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定;以及厚度約10 μm至約100 μm並位於該玻璃元件的該第一主表面上的聚合物層。另外,該玻璃元件之特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發彎曲拉伸應力σB
,σI
+ σB
< 400 MPa(張力)。此外,該可折疊電子裝置組件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該聚合物層的可折疊電子裝置組件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1量測,且該層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據一些實施例,提供一種可折疊電子裝置組件,該可折疊電子裝置組件包括:可折疊電子裝置基材;厚度從約25 μm至約200 μm的可折疊玻璃元件,該玻璃元件進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定;以及厚度約10 μm至約100 μm並位於該玻璃元件的該第一主表面上的聚合物層。另外,該玻璃元件之特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發彎曲拉伸應力σB
,σI
+ σB
< 400 MPa(張力)。此外,該可折疊電子裝置組件包含抵抗永久翹曲的能力,使得該可折疊電子裝置組件的永久翹曲比同等可折疊電子裝置組件的永久翹曲少至少10%,其中該裝置組件的永久翹曲是在85℃和85%相對濕度下480小時的測試持續時間後按照靜態測試(Static Test)量測。此外,該同等可折疊電子裝置組件包含(a)同等基材和同等聚合物層,該同等基材和同等聚合物層包含與該可折疊電子裝置組件的相應基材和聚合物層相同的尺寸和成分,及(b)同等可折疊聚合物元件,該同等可折疊聚合物元件位於該同等基材與包含聚亞醯胺(PI)的同等聚合物層之間,該同等可折疊聚合物元件包含與該可折疊電子裝置組件的該玻璃元件相同或更小的厚度。
依據一些實施例,任一上述實施例的該蓋板元件被設置成使得在該玻璃元件的該第一主表面處、在該玻璃元件的該第二主表面處、或在該二主表面處σI
+ σB
< 0 MPa。該蓋板元件還可被設置成使得到該玻璃元件的該第一主表面、該玻璃元件的該第二主表面、或該二主表面下方至少1 μm的深度σI
+ σB
< 0 MPa。另外,在該玻璃元件的該第一及/或第二主表面處的壓縮應力可以從約700 MPa至約2000 MPa,其中該壓縮應力區域包含複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,該離子交換金屬離子包含的原子半徑大於該可離子交換金屬離子的原子半徑。此外,可以將該壓縮應力區域的該第一深度設定為距離該玻璃元件的該第一及/或第二主表面約三分之一的該玻璃元件厚度或更小。
依據一些實施例,該蓋板元件係依據任一上述實施例設置,而且該玻璃元件進一步包含在該玻璃元件的該第一主表面處、在該玻璃元件的該第二主表面處、或在該二主表面處小於或等於2 μm的最大裂紋尺寸。
在一些實施例中,該聚合物層包含聚亞醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、或聚甲基丙烯酸甲酯。在一些實施例中,該層也可以藉由黏著劑耦接到該玻璃元件。
依據一些實施例,該蓋板元件或該可折疊電子裝置組件係依據任一上述實施例設置,而且進一步包括位於該聚合物層上的耐刮擦塗層。該塗層具有依據ASTM測試方法D3363至少5H的鉛筆硬度。此外,該蓋板元件或該可折疊電子裝置組件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層和該塗層的該蓋板元件或該裝置組件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1量測,且該層和塗層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據一些實施例,任一上述實施例的該可折疊電子裝置組件可設以承受依據落下測試1大於8 cm的筆落高度。在一些實施例中,該可折疊電子裝置組件可設以承受依據落下測試1大於15 cm的筆落高度。
依據一些實施例,任一上述實施例的該可折疊電子裝置組件可設以具有抵抗永久翹曲的能力,使得該可折疊電子裝置組件的永久翹曲比同等可折疊電子裝置組件的永久翹曲少至少20%。
依據一些實施例,任一上述實施例的該可折疊玻璃元件進一步設置有第二壓縮應力區域,該第二壓縮應力區域從該第一或第二主表面(視情況而定)延伸到該玻璃元件中的第二深度。另外,此第二壓縮應力區域可以以在該玻璃元件的該第一或第二主表面處至少100 MPa的壓縮應力σI
界定(視情況而定)。
依據一些實施例,提供任一上述實施例的可折疊電子裝置組件,使得該可折疊電子裝置基材包含顯示器、印刷電路板、黏著劑、及/或其他電子元件中之一者或更多者。
在一些實施例中,任一上述實施例的該可折疊玻璃元件可以進一步包含位於該第一玻璃層下方的一個或更多個附加玻璃層及一個或更多個相應壓縮應力區域。例如,該玻璃元件可以在該第一玻璃層下方包含兩個、三個、四個或更多個具有相應的附加壓縮應力區域的附加玻璃層。
在一些實施例中,任一上述實施例的該可折疊玻璃元件的玻璃層包含無鹼金屬或含鹼金屬鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽、硼鋁矽酸鹽、或矽酸鹽玻璃組成物。該玻璃層的厚度也可以在約50 μm至約100 μm的範圍內。依據一些實施例,該厚度可以在60 μm至約80 μm的範圍內。
在一些實施例中,任一上述實施例的可折疊玻璃元件(或在該元件內的玻璃層)的彎曲半徑可以從約1 mm至約20 mm。在其他實施例中,該彎曲半徑可以從約3 mm至約10 mm。當被結合在可折疊玻璃元件內時,在一些實施例中該玻璃層的彎曲半徑可以從約1 mm至約5 mm。另外,此類玻璃層的彎曲半徑也可以從約5 mm至約7 mm。
在一些實施例中,在任一上述實施例的可折疊玻璃元件的第一主表面及/或第二主表面處的壓縮應力區域中的壓縮應力為從約500 MPa至約2000 MPa。在一些實施例中,在該第一主表面及/或第二主表面處的壓縮應力為從約600 MPa至1000 MPa。該壓縮應力區域還可以包括在該玻璃元件的該第一主表面及/或第二主表面處5 μm或更小的最大裂紋尺寸。在某些情況下,該壓縮應力區域包含2.5 μm或更小、或甚至低至0.4 μm或更小的最大裂紋尺寸。
在其他實施例中,任一上述實施例的可折疊玻璃元件內的壓縮應力區域包含複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,選擇該離子交換金屬離子以便產生壓縮應力。在一些實施例中,該離子交換金屬離子的原子半徑大於該可離子交換金屬離子的原子半徑。依據其他實施例,該玻璃元件內的可折疊玻璃元件及/或玻璃層可以進一步包含芯區域、及位於該芯區域上的第一和第二包層區域,而且進一步地其中該芯區域的熱膨脹係數大於該包層區域的熱膨脹係數。
將在以下的實施方式中提出其他特徵與優點,而且從實施方式來看,部分的特徵與優點對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的,或者可藉由實施本文描述的實施例而認可部分的特徵與優點,該等特徵與優點包括以下的實施方式、申請專利範圍以及附圖。
應瞭解的是,前述的一般性描述與以下的實施方式皆只為例示性的,而且意圖提供用以瞭解申請專利範圍之本質與特點的概觀或架構。附圖被涵括以提供進一步的瞭解,而且附圖被併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式說明一個或更多個實施例,而且該等圖式與實施方式一起用以解釋各種實施例的原理與操作。本文中使用的方向性用語(例如上、下、右、左、前、後、頂部、底部)的使用只是參照描繪的圖式,而且無意暗指絕對方向。
現在將詳細參照實施例,將其中的實例圖示在附圖中。只要可以,將在所有的圖式中使用相同的元件符號來指稱相同或相似的部件。本文中可以將範圍表達為從「約」一個特定值、及/或到「約」另一個特定值。當表達這樣的範圍時,另一個實施例包括從該一個特定值及/或到其他特定值。類似地,當將值表達為近似值時,藉由使用先行詞「約」將被理解的是,該特定值形成另一個實施例。無論說明書中範圍的數值或端點是否陳述「約」,範圍的數值或端點意圖包括兩個實施例:一個被「約」修飾,而一個未被「約」修飾。還將理解的是,每個範圍的端點相對於另一個端點及獨立於另一個端點都是有意義的。
本文中使用的用語「實質的」、「實質上」及其變型之意在於表示所描述的特徵等於或近似等於一值或描述。例如,「實質上平面的」表面意圖表示平面或近似平面的表面。此外,「實質上」意圖表示兩個值相等或近似相等。在一些實施例中,「實質上」可以表示在彼此的約10%內、例如在彼此的約5%內或在彼此的約2%內的值。
在其他特徵和效益中,本揭示用於可折疊電子裝置的蓋板元件和可折疊電子裝置組件(及其製造方法)提供在小彎曲半徑處的機械可靠性(例如處於靜態張力和疲勞)、高的抗刺穿性和耐衝擊性及/或抗永久翹曲性和抗變形性。當本揭示的蓋板元件和可折疊電子裝置組件用於可折疊顯示器時,小的彎曲半徑、抗刺穿性和耐衝擊性及抗永久翹曲性是有益的,例如其中顯示器的一個部分被折疊到顯示器的另一個部分的頂部上(例如處於「內折」或「外折」的結構,且在將裝置折疊之後顯示器在內側或外側上)。另外,本文所述用於可折疊電子裝置的蓋板元件和可折疊電子裝置組件可被以三折或多折的配置使用,其中裝置的兩個或更多個部分被折疊到彼此之上。
例如,蓋板元件及/或可折疊電子裝置組件可被用作以下中之一者或更多者:在可折疊顯示器的面向使用者部分上的蓋板,是抗刺穿性和耐衝擊性特別重要的位置;上面配置電子元件、位於該元件本身內部的基材;或可折疊顯示裝置中的其他地方。或者,蓋板元件及/或可折疊電子裝置組件可被用於沒有顯示器的裝置中,但該裝置利用玻璃層的有益特性並且被以類似於可折疊顯示器的方式折疊到緊的彎曲半徑。當蓋板元件及/或可折疊電子裝置組件被用在使用者將與之互動的裝置之外部上時,抗刺穿性和耐衝擊性是特別有益的。
當本揭示的蓋板元件和可折疊電子裝置組件用於折疊驅動的應用(例如可折疊顯示器、具有電子元件的可折疊基材等)時,抗翹曲性也是重要的。尤其,在與應用相關的折疊和彎曲之後,大多數與這些應用相關的裝置可以受益於沒有折疊相關的經歷明顯存在裝置中。也就是說,本文揭示的蓋板元件和可折疊電子裝置組件可以表現出抗永久翹曲性,此舉有利地使含有這些元件和組件的裝置在應用相關的裝置級折疊和彎曲之後可抗永久摺痕、折疊、彎曲等。
參照第1圖和第1B圖,描繪出可折疊電子裝置組件200,可折疊電子裝置組件200包括可折疊電子裝置基材150和位於基材150上的蓋板元件100。蓋板元件100包括可折疊玻璃元件50。玻璃元件50具有厚度52、第一主表面54及第二主表面56。此外,蓋板元件100亦包括位於可折疊玻璃元件50的第一主表面54上、具有厚度72的聚合物層70。
進一步關於可折疊玻璃元件50的是,在一些實施例中,厚度52可以在約25 μm至約200 μm的範圍內。在其他實施例中,厚度52可以在約25 μm至約125 μm、約50 μm至約100 μm或約60 μm至約80 μm的範圍內。也可以將厚度52設定於上述範圍之間的其他厚度。
可折疊玻璃元件50包括玻璃層50a,玻璃層50a具有玻璃層第一主表面54a和玻璃層第二主表面56a。此外,玻璃層50a亦包括邊緣58b,邊緣58b通常設置成與主表面54a和56a成直角。玻璃層50a進一步由玻璃層厚度52a界定。在第1圖和第1B圖描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的實施例中,可折疊玻璃元件50包括一個玻璃層50a。因此,玻璃層厚度52a與裝置組件200和蓋板元件100的玻璃元件厚度52相當。在其他實施例中,可折疊玻璃元件50可以包括兩個或更多個玻璃層50a(參見例如第2圖描繪的可折疊電子裝置組件200c和蓋板元件100c及相關的描述)。因此,玻璃層50a的厚度52a可以在約1 μm至約200 μm的範圍內。例如,玻璃元件50可以包括三個玻璃層50a,每個玻璃層50a皆具有約8 μm的厚度52a。在此實例中,玻璃元件50的厚度52可以是約24 μm。然而,亦應當理解的是,除了一個或更多個玻璃層50a之外,玻璃元件50亦可以包括其他非玻璃層(例如柔性聚合物層)。亦應當理解的是,包含兩個或更多個玻璃層50a的可折疊玻璃元件50可被設置成使得層50a具有不同的厚度52a。
在第1圖和第1B圖中,玻璃層50a可以由無鹼金屬鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽、硼鋁矽酸鹽及矽酸鹽玻璃組成物製成。玻璃層50a也可以由含鹼金屬鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽、硼鋁矽酸鹽及矽酸鹽玻璃組成物製成。在某些實施例中,可以添加鹼土金屬修飾劑到用於玻璃層50a的任何前述組成物中。在一些實施例中,依據以下的玻璃成分適用於玻璃層50a:64至69%(莫耳%)的SiO2
;5至12%的Al2
O3
;8至23%的B2
O3
;0.5至2.5%的MgO;1至9%的CaO;0至5%的SrO;0至5%的BaO;0.1至0.4%的SnO2
;0至0.1%的ZrO2
;及0至1%的Na2
O。在一些實施例中,以下成分適用於玻璃層50a:~67.4%(莫耳%)的SiO2
;~12.7%的Al2
O3
;~3.7%的B2
O3
;~2.4%的MgO;0%的CaO;0%的SrO;~0.1%的SnO2
;及~13.7%的Na2
O。在一些實施例中,以下成分也適用於玻璃層50a:68.9%(莫耳%)的SiO2
;10.3%的Al2
O3
;15.2%的Na2
O;5.4%的MgO;及0.2%的SnO2
。在一些實施例中,將用於玻璃層50a的組成物選擇為具有相對低的彈性模量(與其他替代玻璃相比)。玻璃層50a中較低的彈性模量可以在彎曲過程中減少層50a中的拉伸應力。可以使用其他標準來選擇用於玻璃層50a的組成物,其他標準包括但不限於易於製造到低厚度水平同時最少化裂紋的併入、易於發展壓縮應力區域以抵消在彎曲過程中產生的拉伸應力、光學透明性及/或耐腐蝕性。
可折疊玻璃元件50和玻璃層50a可以採用各種實體形式。從剖面視圖來看,元件50和層50a(或多個層50a)可以是平坦的或平面的。在一些實施例中,元件50和層50a可被製造成非直線、片狀的形式,取決於最終的應用。作為實例,具有橢圓形顯示器和邊框的行動顯示裝置可以包括具有大致橢圓形、片狀形式的玻璃元件50和層50a。
仍參照第1圖和第1B圖,可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的可折疊玻璃元件50可以包括從第一主表面54a延伸到玻璃元件50中的第一深度62的壓縮應力區域60。除了其他優點之外,壓縮應力區域60可被用於玻璃層50a內來抵消彎曲時在玻璃層50a中產生的拉伸應力,特別是在第一主表面54a附近達到最大值的拉伸應力。壓縮應力區域60可以包括在層54a的第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
。在一些實施例中,在第一主表面54a處的壓縮應力σI
為約600 MPa至約1000 MPa。在其他實施例中,在第一主表面54a處的壓縮應力σI
可以超過1000 MPa、高達2000 MPa,取決於用以在玻璃層50a中產生壓縮應力的處理。在本揭示的其他實施例中,在第一主表面54a處的壓縮應力σI
也可以在約100 MPa至約600 MPa的範圍內。如具有通常知識者也顯而易見的,在層54a的第一主表面處應力σI
可被設置為處於壓縮從約100 MPa至約2000 MPa的任何水平。此外,在一些實施例中,壓縮應力區域60可以從玻璃元件50的第二主表面56a(未圖示)延伸到玻璃元件50中的選定深度。亦應當理解的是,兩個壓縮應力區域60可以存在於元件50內,每個皆源自主表面54、56其中之一向下到元件50內的選定深度。
壓縮應力(在玻璃的表面,例如在可折疊玻璃元件50的主表面54、56其中之一)是使用市售可得的儀器藉由表面應力計(FSM)量測,市售可得的儀器例如Orihara工業有限公司(日本)製造的FSM-6000。表面應力量測仰賴於應力光學係數(SOC)的精確量測,與玻璃的雙折射有關。接著按照ASTM標準C770-16、標題為「量測玻璃應力-光學係數的標準測試方法(Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient)」中描述的程序C(玻璃碟方法)量測SOC,將上述標準的內容以引用方式全部併入本文中。
本文中使用的壓縮深度(「DOC」)意指本文描述的化學強化鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃物件中的應力從壓縮變為拉伸的深度。DOC可以藉由FSM或散射光偏振儀(SCALP)量測,取決於離子交換處理。當玻璃物件中的壓縮應力是藉由將鉀離子交換到玻璃物件中來產生時,則使用FSM量測DOC。當壓縮應力是藉由將鈉離子交換到玻璃物件中來產生時,則使用SCALP量測DOC。當玻璃物件中的壓縮應力是藉由將鉀和鈉離子交換到玻璃中來產生時,則DOC是藉由SCALP量測,因為據信鈉的交換深度表示DOC,而鉀離子的交換深度表示壓縮應力大小的變化(但不是應力從壓縮到拉伸的變化);鉀離子在此類玻璃物件中的交換深度是藉由FSM量測。
在壓縮應力區域60內,壓縮應力可以保持恆定、以從玻璃層的第一主表面54a向下到第一深度62的深度為函數在玻璃層50a內減小或增大。因此,可以在壓縮應力區域60中採用各種壓縮應力分佈。另外,可以將深度62設定為距離玻璃層的第一主表面54a大約15 μm或更近。在其他實施例中,可以將深度62設定為使得深度62距離玻璃層的第一主表面54a約為玻璃層50a的厚度52a的1/3或更低或玻璃層50a的厚度52a的20%或更低。
參照第1圖和第1A圖,依據一些實施例,可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的可折疊玻璃元件50的特徵可以在於當元件被保持在約25℃和約50%的相對濕度下從約1 mm至約20 mm的彎曲半徑40持續至少60分鐘時不會損壞。如第1A圖所示及本文中界定的,將彎曲半徑40量測到可折疊玻璃元件50的主表面54(或如第3A圖所示到主表面56),除非另有說明。不受理論的約束,具有通常知識者將認可的是,可以將與裝置組件200及/或蓋板元件100相關的彎曲半徑量測到聚合物層70(或耐刮擦塗層90,若存在的話)的外表面,其中值的範圍是基於彎曲半徑40和本文詳述的相關考量。例如,依據一些實施例,可折疊電子裝置組件200及/或蓋板元件100的特徵可以在於當組件及/或元件被保持在約25℃和約50%的相對濕度下量測到聚合物層70的外表面(且聚合物層70的厚度72)從約1 mm至約20 mm的彎曲半徑持續至少60分鐘時不會損壞。本文中使用的用語「損壞」等是指使得本揭示的可折疊電子裝置組件、蓋板元件、玻璃物件、及/或玻璃元件不適用於其預期目的的破裂、破壞、分層、裂紋延伸或其他機制。當在這些條件下將玻璃元件50保持在彎曲半徑40時,將彎曲力42施加到元件50的端部。一般來說,在施加彎曲力42的過程中會在元件50的第一主表面54產生拉伸應力,並在第二主表面56產生壓縮應力。在其他實施例中,可以將玻璃元件50設置成針對範圍從約3 mm至約10 mm的彎曲半徑避免損壞。在一些實施例中,可以將彎曲半徑40設定在從約1 mm至約5 mm的範圍中。依據蓋板元件100的其他實施例,亦可以將彎曲半徑40設定於從約5 mm至7 mm的範圍而不會導致玻璃元件50損壞。在一些實施例中,玻璃元件50的特徵亦可以在於當元件被保持在約25℃和約50%的相對濕度下從約1 mm至約20 mm的彎曲半徑40持續至少120小時時不會損壞。彎曲測試結果可以在溫度及/或濕度水平與前述不同的測試條件下改變。
再次參照第1圖和第1B圖描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件,當元件50的第二主表面56由(i)彈性模量小於約1 GPa的約25 μm厚壓敏黏著劑(「PSA」)和(ii)彈性模量小於約10 GPa的約50 μm厚聚對苯二甲酸乙二酯層(「PET」)支撐且元件50的第一主表面54載有直徑200 μm的平底不銹鋼銷時,可折疊玻璃元件50的特徵亦可以在於大於約1.5 kgf的抗刺穿性。依據本揭示之實施例的刺穿測試是在0.5 mm/min十字頭速度的位移控制下進行。在指定數量的測試(亦即10次測試)之後將不銹鋼銷替換成新的銷,以避免可能從與具有較高彈性模量的材料(例如玻璃元件50)的測試相關的金屬銷變形產生的偏差。在一些實施例中,玻璃元件50的特徵在於在韋伯圖中5%或更高的損壞率下大於約1.5 kgf的抗刺穿性。玻璃元件50的特徵亦可以在於在韋伯特徵強度(亦即63.2%或更高)下大於約3 kgf的抗刺穿性。在某些實施例中,蓋板元件100的玻璃元件50可以抵抗在約2 kgf或更高、2.5 kgf或更高、3 kgf或更高、3.5 kgf或更高、4 kgf或更高、甚至更高範圍的刺穿。玻璃元件50的特徵亦在於大於或等於8H的鉛筆硬度。
參照第1圖和第1B圖,可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100包括具有厚度72的聚合物層70。在此等結構中,聚合物層70位於可折疊玻璃元件50的第一主表面54上方。例如,在一些實施例中,可以將聚合物層70直接配置在可折疊玻璃元件的第一主表面54上。在其他實施例中,如第1圖和第1B圖的例示形式描繪的,可以用黏著劑80將聚合物層70黏附於可折疊玻璃元件50。在一些實施例中,可以將聚合物層70的厚度72設定於約1微米(μm)至約200 μm或更小。在其他實施例中,可以將聚合物層70的厚度72設定於約10 μm至約100 μm。如具有通常知識者也顯而易見的,可以將聚合物層70的厚度72設置於從任何水平從約1 μm至約200 μm,以及在前述值之間的所有範圍和子範圍。
依據另外的實施方案,聚合物層70可以具有低的摩擦係數。在這些結構中,聚合物層70被配置在玻璃元件50的第一主表面54上。當用於本揭示的蓋板元件和可折疊電子元件時,聚合物層70可用於減少摩擦及/或減少來自磨損的表面損壞。當元件及/或層經受了超出導致損壞的設計限制的應力時,聚合物層70亦可以提供保留玻璃元件50及/或層50a的破片和碎片的安全性措施。在一些態樣中,可以將聚合物層70的厚度72設定為1微米(μm)或更小。在其他態樣中,對於某些組成物來說,可以將聚合物層70的厚度72設定為500 nm或更小,或小至10 nm或更小。另外,在可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的一些態樣中,可以將聚合物層70用在主表面56上,以在保留從超出玻璃元件50及/或層50a的設計要求的應力產生的玻璃元件50及/或層50a的碎片時提供安全效益。主表面56上的聚合物層70亦可以提供蓋板元件100提高的抗刺穿性。不希望受到理論的約束,聚合物層70可以具有允許蓋板元件100承受在沒有聚合物層70的情況下將無法承受的負載的能量吸收及/或耗散及/或分散特性。該負載可以是靜態的或動態的,而且可被施加在蓋板元件100具有聚合物層70的側面上。
當被配置在第1圖和第1B圖描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100中時,依據一些實施例,聚合物層70可以在元件及/或層經受了超出導致損壞的設計限制(如裝置組件200和蓋板元件100內設置的)的應力的事件中提供保留可折疊玻璃元件50及/或層50a的破片和碎片的安全性措施。另外,在可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的一些實施例中,附加的聚合物層70(未圖示)可以被用在可折疊玻璃元件50的第二主表面56上,以在保留從超出可折疊玻璃元件50的設計要求的應力產生的玻璃元件50及/或層50a的碎片(亦即位於第二主表面56上或附近)中提供額外的安全效益。
如第1圖和第1B圖所描繪的,在可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100中採用的可折疊玻璃元件50的主表面56上的聚合物層70亦可以具有對組件和元件提供提高的耐衝擊性和抗刺穿性的功能。不希望受到理論的約束,聚合物層70可以具有允許可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100承受在沒有聚合物層70的情況下將無法承受的負載的能量吸收及/或耗散及/或分散特性。該負載可以是靜態的或動態的,而且可被施加在可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100具有聚合物層70的側面上。類似地,聚合物層70的存在可以確保使可能以其他方式直接影響可折疊玻璃元件50的物體和其他工具衝擊聚合物層70。此舉可以在降低衝擊相關裂紋、缺陷及類似物在可能在靜態及/或循環彎曲中以其他方式降低強度的可折疊玻璃元件50中發展的可能性方面提供效益。此外,聚合物層70的存在亦可以用於將來自衝擊的應力場散佈於下方可折疊玻璃元件50和任何可折疊電子裝置基材150(若存在的話)的較大區域上。在一些實施例中,聚合物層70的存在可以降低損傷可折疊電子裝置基材150內容納的電子元件、顯示器特徵、像素及類似物的可能性。
依據一些實施例,與沒有聚合物層(例如聚合物層70)的同等可折疊電子裝置組件200及/或蓋板元件100相比,第1圖和第1B圖中描繪的可折疊電子裝置組件200及/或蓋板元件100(亦即包括聚合物層70)可以承受較大的筆落高度。更具體來說,這些筆落高度可以按照落下測試1量測。如本文中描述和參照的,進行落下測試1使得蓋板元件或可折疊電子裝置組件的樣品(視情況而定)被以賦予可折疊玻璃元件(例如可折疊玻璃元件50)上面具有聚合物層70(當這樣的層是堆疊的一部分時)的側面的負載(亦即來自在某一高度落下的筆)測試,且蓋板元件或裝置組件的相對側是由鋁板(6063鋁合金,用400號砂紙拋光的表面粗糙度)支撐。玻璃元件靜置在鋁板上的側面上不使用膠帶。依據落下測試1使用一個管將筆引導到樣品,並將管放在與樣品的頂表面接觸,使得管的縱軸實質垂直於樣品的頂表面。每個管皆具有2.54 cm(1英吋)的外徑、1.4 cm(十六分之九英吋)的內徑及90 cm的長度。採用丙烯腈丁二烯(「ABS」)墊片將筆保持在每個測試的期望高度(除了在90 cm進行的測試之外,因為沒有墊片用於此高度)。在每次落下之後,將管相對於樣品重新定位以將筆引導到樣品上的不同衝擊位置。在落下測試1中使用的筆是具有碳化鎢、直徑0.7 mm的圓珠筆尖及包括蓋子重量5.73公克(沒有蓋子4.68 g)的BIC®易滑細筆(BIC® Easy Glide Pen, Fine)。依據落下測試1,讓蓋子附著於頂端(亦即與筆尖相對的端)的筆落下,使得圓珠可以與測試樣品相互作用。在依據落下測試1的落下程序中,1個筆落下是在1 cm的初始高度進行,隨後以2 cm的增量連續落下直到90 cm的最大筆落高度。另外,在進行每次落下之後,記錄對可折疊電子裝置組件或蓋板元件造成的任何可觀察斷裂、損壞或其他損傷跡像的存在以及個別的筆落高度。更具體來說,針對本揭示的裝置組件和蓋板元件,筆落高度的記錄是基於對聚合物層、玻璃元件及/或含OLED基材造成的可觀察損傷。在落下測試1之下,可以依據相同的落下程序測試多個樣品,以產生具有改良統計量的總數。並且,依據落下測試1,每5次落下之後將筆更換為新筆,並用於每個測試的新樣品。此外,所有的筆落皆是在樣品上的隨機位置或在樣品中心或附近進行,沒有筆落在樣品邊緣上或附近。
依據一些實施例,第1圖和第1B圖中描繪的可折疊電子裝置組件200及/或蓋板元件100(亦即包括聚合物層70)可以承受與沒有聚合物層(例如聚合物層70)的同等可折疊電子裝置組件200及/或蓋板元件100相關的對照筆落高度的至少1.5倍的筆落高度,其中所有的筆落高度皆是按照本文概述的落下測試1量測。另外,在一些實施例中,按照落下測試1量測,可折疊電子裝置組件200及/或蓋板元件100可以承受大於5 cm、6 cm、7 cm、8 cm、9 cm、10 cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm、20 cm、21 cm、22 cm、23 cm、24 cm、25 cm的筆落高度、及介於這些水平之間的所有筆落高度。
依據一些實施例,聚合物層70可以採用多種耐能聚合材料中的任何一種。在一些實施例中,選擇具有高光學透射率的聚合組成物的聚合物層70,特別是當顯示裝置或相關應用中採用包括層70的可折疊電子裝置組件200或蓋板元件100時。依據一些實施例,聚合物層70包含聚亞醯胺(「PI」)、聚對苯二甲酸乙二酯(「PET」)、聚碳酸酯(「PC」)、或聚甲基丙烯酸甲酯(「PMMA」)。在一些實施例中,層70亦可以藉由黏著劑80耦接到可折疊玻璃元件50,如第1圖和第1B圖所示。
依據另一個實施方案,聚合物層70可以採用習知具有低表面能的各種碳氟化合物材料,包括熱塑性塑膠,例如聚四氟乙烯(「PTFE」)、氟化乙烯丙烯(「FEP」)、聚偏二氟乙烯「PVDF」)、及無定形碳氟化合物(例如DuPont® Teflon® AF和Asahi® Cytop®塗層),上述材料通常仰賴機械互鎖機制進行黏附。層70也可以由含矽烷製劑製成,例如可以被沉積為單層或多層的Dow Corning® 2634塗層或其他氟矽烷或全氟矽烷(例如烷基矽烷)。在一些態樣中,層70可以包括聚矽氧樹脂、蠟、聚乙烯(氧化的)、PET、聚碳酸酯(PC)、上面具有硬塗層(HC)的PC、聚亞醯胺(PI)、具有HC的PI、或膠帶(例如3M®代號471膠帶),上述材料可獨自使用或與熱端塗層例如氧化錫或氣相沉積塗層例如聚對二甲苯及類金剛石塗層(「DLC」)結合使用。層70亦可以包括可單獨使用或作為添加劑用於前述塗層組成物和製劑的氧化鋅、二硫化鉬、二硫化鎢、六方氮化硼、或鋁鎂硼化物。
此外,聚合物層70可以被直接施加於玻璃元件50(例如當層70的材料被作為液體施加時)、可以被放在玻璃元件50的頂上(例如當層70的材料處於片或膜的形式時)、或者可以被使用例如黏著劑(例如黏著劑80)結合於玻璃層50。當存在時,黏著劑80可以是光學透明的、壓敏的、或上述之組合。
替代或附加於上述的,聚合物層70可以包括各種其他屬性,例如抗微生物、抗碎裂、抗玷污及抗指紋特性。此外,聚合物層70本身可以由多於一個層製成,或者可以在一個層內由不同的材料製成,以便為可折疊電子裝置組件200或蓋板元件100提供各種功能,視情況而定。
在一些實施例中,第1圖和第1B圖描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100可以包括具有壓縮應力區域60的可折疊玻璃元件50,且在玻璃層50的第一主表面54a處具有5 μm或更小的最大裂紋尺寸。最大裂紋尺寸也可以被保持在2.5 μm或更小、2 μm或更小、1.5 μm或更小、0.5 μm或更小、0.4 μm或更小及前述值之間的所有範圍和子範圍,或甚至更小的裂紋尺寸範圍。減小玻璃元件50、層50a及/或多個層50a的壓縮應力區域中的裂紋尺寸可以進一步降低這些元件及/或層在施加拉伸應力時由於彎曲力(例如彎曲力42,參見第1A圖)導致的裂紋延伸而損壞的傾向。此外,可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的一些實施例可以包括具有受控的裂紋尺寸分佈(例如在玻璃層50a的第一主表面54a處0.5 μm或更小的裂紋尺寸)的表面區域,該表面區域也缺乏疊加的壓縮應力區域。
再次參照第1A圖,施加於可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的彎曲力42在可折疊玻璃元件50的第一主表面54處產生處於拉伸的彎曲應力σB
。更緊的彎曲半徑40導致更高的拉伸、彎曲應力σB
。可以使用以下式(1)來估計裝置組件200或蓋板元件100中的最大拉伸應力σmax
,特別是在經受具有恆定彎曲半徑40的彎曲的可折疊玻璃元件50的第一主表面54處並假定幾乎沒有或沒有來自聚合物層70、黏著劑80、裝置基材150及耐刮擦塗層90的影響。鑒於這些假設和考量,式(1)由下式給出:(1) 其中E為玻璃元件50的楊氏模量,v為玻璃元件50的帕松比(大多數玻璃組成物的v通常為〜0.2-0.3),h反映玻璃元件的厚度52,R為彎曲曲率半徑(與彎曲半徑40相當)。在式(1)中,當裝置組件200及/或蓋板元件100圍繞兩個平行板之間的假想、完美圓柱形心軸彎曲時,假定R是固定的。 不受理論的約束,具有通常知識者亦將認可的是,在彎曲演變期間半徑R可以是不固定的,不論是來自應用相關的彎曲或兩個平行板之間的測試。以下式(1A)可以解釋這些不一致性:(1A) 其中E為材料的模量以GPa計,ν為材料的帕松比,t為材料的厚度以mm計,D為平行板之間的間隔距離(以mm計)。式(1A)是平行板彎曲設備中的最大應力,並且與式(1)中的最大應力不同,因為式(1A)考慮到以下事實:樣品在平行板測試設備中將不會實現一致的恆定彎曲半徑(式(1)所假設的),但是將具有較小的最小半徑。最小半徑(R)被定義為D - h = 2.396 R,其中h為玻璃元件厚度以mm計並且與t相同。為給定的板間隔決定的最小半徑R可被用於式(1)以決定最大應力。更一般來說,從式(1)和(1A)可以看出,最大彎曲應力線性依賴於玻璃元件的厚度52和彈性模量,並相反地依賴於玻璃元件的彎曲曲率半徑40。
施加於可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的彎曲力42亦可以產生裂紋延伸的可能性,導致瞬間發生的或較緩慢的疲勞損壞機制。在可折疊玻璃元件50的第一主表面54處或恰好在表面下方存在的裂紋可以有助於這些潛在的損壞模式。使用以下式(2)可以估計經受彎曲力42的可折疊玻璃元件50中的應力強度因子K。式(2)由下式給出:(2) 其中a為裂紋尺寸,Y為幾何因子(對於從玻璃邊緣發出裂紋的典型損壞模式通常假定為1.12),σ為與使用式(1)估計的彎曲力42相關的彎曲應力。式(2)假定沿著裂紋面的應力是固定的,當裂紋尺寸小(例如< 1 μm)的時候這是合理的假設。當應力強度因子K
達到玻璃元件50的斷裂韌性KIC
時將發生瞬時損壞。對於適合在玻璃元件50中使用的大多數組成物來說,KIC
為〜0.7 MPa√m。類似地,當K達到等於或高於疲勞閾值Kthreshold
的水平時,損壞也會經由緩慢的循環疲勞負載條件發生。Kthreshold
的合理假設為〜0.2 MPa√m。然而,Kthreshold
可以經由實驗決定並取決於整體應用參數(例如,對於給定應用來說,較高疲勞壽命可以增加Kthreshold
)。鑒於式(2),可以藉由減小在可折疊玻璃元件50的表面的總拉伸應力水平及/或裂紋尺寸來減小應力強度因子。
依據可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的一些實施例,經由式(1)和(2)估計的拉伸應力和應力強度因子可以經由控制在可折疊玻璃元件50的第一主表面54的應力分佈來最小化。特別地,從式(1)計算出的彎曲應力減去在第一主表面54處和下方的壓縮應力分佈(例如壓縮應力區域60)。因此,整體彎曲應力水平降低了,這接著又減小經由式(2)估計的應力強度因子。依據可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的一些實施例,可折疊玻璃元件50的特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當玻璃元件50彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑40時,曲率中心位於第二主表面54的側面上以便在該第一主表面處誘發處於拉伸的彎曲應力σB
,σI
+ σB
< 400 MPa(張力)。依據一些實施例,可折疊電子裝置組件200及/或蓋板元件100被設置成使得在可折疊玻璃元件50的第一主表面54處、在該玻璃元件的第二主表面56處、或在兩個主表面54、56處σI
+ σB
< 0 MPa。該蓋板元件還可以被設置成使得σI
+ σB
< 0 MPa到在該玻璃元件的第一主表面54、該玻璃元件的第二主表面56下方或兩個主表面54、56下方至少1 μm的深度。
亦如第1圖和第1B圖所示,可折疊電子裝置組件200包括具有厚度152的可折疊電子裝置基材150。在一些實施例中,可折疊基材包括一個或更多個可折疊特徵。在其他實施例中,如第1圖和第1B圖所示,裝置基材150包括複數個有機發光二極體(「OLED」)元件160。裝置基材150例如可以包括可撓顯示器、印刷電路板、外殼及/或與可撓的電子裝置相關的其他特徵。當可折疊電子基材150被設置為例如電子顯示器的一部分時,容納基材150的可折疊電子裝置組件200可以是實質上透明的。在一些實施例中,可折疊電子裝置組件200是可佩戴電子裝置,例如包括或以其他方式結合依據先前所述的蓋板元件100的手錶、錢包或手鐲。如本文所定義的,「可折疊」包括完全折疊、部分折疊、彎曲、屈曲及多重折疊能力。
依據一些實施例,第1圖和第1B圖描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100可以包括位於聚合物層70上方的耐刮擦塗層90。塗層90可被設置有厚度92,在一些實施例中厚度92被設定為1 μm或更小。在其他實施例中,對於塗層90的某些組成物來說,塗層90的厚度92可以被設定於500 nm或更低,或低至10 nm或更低,以及前述值之間的所有範圍和子範圍。在其他實施例中,塗層90具有範圍從約1 μm至約100 μm的厚度92,包括這些限值之間的所有厚度水平。更一般來說,對於採用耐刮擦塗層90的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100來說,耐刮擦塗層90可用以提供額外的耐刮擦性(例如,依據ASTM測試方法D3363以至少750 g的負載測試表現為增加的鉛筆硬度)。此外,耐刮擦塗層90亦可以增強可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的耐衝擊性,如藉由本文描述的落下測試1量化。增加的耐刮擦性(和在一些實施例中額外的耐衝擊性)對於裝置組件200和蓋板元件100可以是有利的,以確保由聚合物層70提供的、明顯增加的抗刺穿性和耐衝擊性不被減小的耐刮擦性抵消(例如,與缺少聚合物層70的裝置組件及/或蓋板元件相比)。
在一些實施例中,耐刮擦塗層90可以包含含矽烷製劑,例如可以沉積為單層或多層的Dow Corning® 2634塗層或其他氟矽烷或全氟矽烷(例如烷基矽烷)。本文中使用的這類含矽烷製劑也可被稱為硬塗層(「HC」),同時認可的是,本揭示的領域中理解的其他製劑也可以構成硬塗層。在一些實施例中,耐刮擦塗層90可以包括聚矽氧樹脂、蠟、聚乙烯(氧化的)、PET、聚碳酸酯(PC)、具有HC成分的PC、PI、及具有HC成分的PI、或膠帶(例如3M®代號471膠帶),上述材料可獨自使用或與熱端塗層例如氧化錫、或氣相沉積塗層例如聚對二甲苯及類金剛石塗層(「DLC」)結合使用。此外,耐刮擦塗層90亦可以包括具有其他功能特性的表面層,包括例如習知具有低表面能的附加碳氟化合物材料,包括熱塑性塑膠,例如聚四氟乙烯(「PTFE」)、氟化乙烯丙烯(「FEP」)、聚偏二氟乙烯(「PVDF」)及無定形碳氟化合物(例如DuPont® Teflon® AF和Asahi® Cytop®塗層),上述材料通常仰賴機械互鎖機制進行黏附。在一些另外的實施例中,耐刮擦塗層90可以包括可單獨使用或作為添加劑用於前述塗層組成物和製劑的氧化鋅、二硫化鉬、二硫化鎢、六方氮化硼或鋁鎂硼化物。
在第1圖和第1B圖描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的某些實施例中,耐刮擦塗層90具有至少5H的鉛筆硬度(依據ASTM測試方法D3363以至少750 g的負載量測)。依據一些實施例,耐刮擦塗層90可以表現出按照ASTM測試方法D3363量測至少6H、7H、8H、9H、及在這些硬度水平之間的所有值的鉛筆硬度。
依據第1圖和第1B圖描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100的某些實施例,可以在聚合物層70與可折疊玻璃元件50之間、及/或在可折疊電子裝置基材150與可折疊玻璃元件50之間採用一種或更多種黏著劑80。在一些實施例中,這類黏著劑的厚度通常可以在約1 μm至100 μm的範圍中。在其他實施例中,每種黏著劑80的厚度可以在約10 μm至約90 μm、約20 μm至約60 μm的範圍中、或在一些情況下從1 μm至100 μm及上述值之間的所有範圍和子範圍中的任何厚度值。在較佳實施例中,尤其是對於被設置用於顯示型應用的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100來說,黏著劑80是實質上可透射的,例如本揭示所屬技術領域中具有通常知識者理解的光學透明黏著劑(「OCA」)。
參考第1C圖,描繪出依賴離子交換處理來形成壓縮應力區域60a的可折疊電子裝置組件200a和蓋板元件100a之橫截面。第1C圖圖示的裝置組件200a和蓋板元件100a類似於第1圖至第1B圖中描繪的裝置組件200和蓋板元件100的實施例,而且元件符號類似的元件具有同等的結構和功能。然而,在蓋板元件100a中,可折疊玻璃元件50的壓縮應力區域60a可以經由離子交換處理形成。也就是說,壓縮應力區域60a可以包括複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,選擇離子交換金屬離子以便在區域60a中產生壓縮應力。在裝置組件200a和蓋板元件100a的一些實施例中,離子交換金屬離子的原子半徑大於可離子交換金屬離子的原子半徑。在進行離子交換處理之前,可離子交換離子(例如Na+
離子)存在於可折疊玻璃元件50和層50a中。離子交換離子(例如K+
離子)可以被併入可折疊玻璃元件50和層50a中,取代一些可離子交換離子。將離子交換離子(例如K+
離子)併入可折疊玻璃元件50和層50a中可以藉由將元件或層浸沒在含有離子交換離子的熔融鹽浴(例如熔融KNO3
鹽)中來實現。在此實例中,K+
離子具有比Na+
離子更大的原子半徑,並傾向於在存在的玻璃中產生局部壓縮應力。
取決於所採用的離子交換處理條件,可以從第一主表面54a向下到第一離子交換深度62a賦予離子交換離子,從而為壓縮應力區域60a建立離子交換壓縮深度(「DOC」)。類似地,可以從第二主表面56a向下到第二離子交換深度63a形成第二壓縮應力區域60a,如第1C圖所示。使用這種離子交換處理可以在DOC內實現遠超過100 MPa、高達2000 MPa的壓縮應力水平。如前所述,壓縮應力區域60a(以及存在的第二區域60a)中的壓縮應力水平可用以抵消在蓋板元件100a、玻璃元件50及玻璃層50a中由彎曲力42產生的拉伸應力,例如使得σI
+ σB
< 400 MPa(張力)、σI
+ σB
< 200 MPa(張力)或甚至σI
+ σB
< 0 MPa。
再次參照第1C圖,可折疊電子裝置組件200a和蓋板元件100a的一些實施例可以包括一個或更多個邊緣壓縮應力區域59a,每個邊緣壓縮應力區域59a是由至少100 MPa的壓縮應力界定。可折疊玻璃元件50中的邊緣壓縮應力區域59a可以從邊緣58b向下到邊緣深度59b建立。可以展開性質與用以產生壓縮應力區域60a類似的離子交換處理來產生邊緣壓縮應力區域59a。更具體來說,邊緣壓縮應力區域59a可被用於抵消經由例如彎曲玻璃元件50跨過邊緣58b的面而在邊緣58b產生的拉伸應力。替代地,或作為附加的,不受理論的約束,壓縮應力區域59a可以抵消來自在邊緣58b或對邊緣58b的衝擊或磨損事件的不利影響。
在第1D圖中,描繪出仰賴玻璃層50a的區域之間的熱膨脹係數(「CTE」)不匹配來形成壓縮應力區域60b的可折疊電子裝置組件200b和蓋板元件100b。第1D圖描繪的裝置組件200b和蓋板元件100b皆類似於第1圖至第1B圖中描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100,而且元件符號類似的元件具有同等的結構和功能。然而,在裝置組件200b和蓋板元件100b中,可折疊玻璃元件50的壓縮應力區域60b可以經由玻璃層50a的訂製結構形成,該訂製結構仰賴於層50a本身內的CTE差異。尤其,玻璃層50a包括芯區域55a及位在芯區域55a上的第一和第二包層區域57a。值得注意的是,芯區域55a的CTE大於包層區域57a的CTE。在製造期間將玻璃層50a冷卻之後,芯區域55a與包層區域57a之間的CTE差異在冷卻時引起不均勻的體積收縮,導致在包層區域57a中、在相應的第一和第二主表面54a和56a下方形成壓縮應力區域60b,如第1D圖所示。換句話說,在高溫下使芯區域55a和包層區域57a彼此緊密接觸;然後將區域55a和57a冷卻到低溫,使得高CTE芯區域55a相對於低CTE包層區域57a的較大體積變化在包層區域57a中產生壓縮應力區域60b。
再次參照第1D圖,CTE形成的壓縮應力區域60b從玻璃層的第一主表面54a向下到達CTE區域深度62b,並從第二主表面56a向下到達CTE區域深度63b,從而建立CTE相關DOC。在一些實施例中,壓縮應力區域60b中的壓縮應力水平可以超過150 MPa。最大化芯區域55a與包層區域57a之間的CTE值差異可以在製造之後增大在可折疊玻璃元件50冷卻時在壓縮應力區域60b中形成的壓縮應力的大小,此舉有益於第1D圖描繪的可折疊電子裝置組件200b和蓋板元件100b的可靠性和效能。
在可折疊電子裝置組件200b和蓋板元件100b的一些實施例中,芯區域55a具有芯區域厚度55b,並且包層區域57a具有包層厚度57b,如第1D圖所示。在此等實施例中,將芯區域厚度55b除以包層區域厚度的總和57b的厚度比設定為大於或等於3是較佳的。因此,相對於包層區域57a的尺寸及/或CTE來最大化芯區域55a的尺寸及/或CTE可用以增大在裝置組件200b和蓋板元件100b的壓縮應力區域60b中觀察到的壓縮應力水平的大小。
依據一些實施例,第2圖和第2A圖描繪具有可折疊玻璃元件50的可折疊電子裝置組件200c和蓋板元件100c,可折疊玻璃元件50具有多個玻璃層50a(例如兩個層50a、三個層50a、四個層50a等)。第2圖和第2A圖描繪的裝置組件200c和蓋板元件100c皆類似於第1圖至第1B圖描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100,而且元件符號類似的元件具有同等的結構和功能。如第2圖和第2A圖所示,堆疊在一起的三個玻璃層50a構成可折疊玻璃元件50。壓縮應力區域60可以存在於每個層50a中,如第2圖所示。可以將層50a直接堆疊在一起,或者在一些實施例中,可以將柔性中間層配置在層50a之間。另外,在裝置組件200c和蓋板元件100c的一些實施例中,壓縮應力區域60並不是玻璃元件50內的所有層50a皆需要的。較佳的是,壓縮應力區域60存在於元件50的最上層50a中(例如彎曲外側的部分)。此外,在一些實施例中,在一個或更多個層50a中包括邊緣壓縮應力區域59a(參見第1C圖和相關的描述)、壓縮應力區域60a(參見第1C圖和相關的描述)及/或壓縮應力區域60b(參見第1D圖和相關的描述)也是較佳的。
一般來說,第2圖和第2A圖描繪的可折疊電子裝置組件200c和蓋板元件100c的層50a被設置成允許在可折疊玻璃元件50彎曲時相對於彼此移動(參見第2A圖);或層50a彼此鬆散地耦接。經由層50a的堆疊獲得的可折疊玻璃元件50的總體厚度可以提高元件50的抗刺穿性,因為每個層50a將層支撐在其上方。另外,玻璃層50a在彎曲過程中相對於彼此移動的能力減少了在彎曲到彎曲半徑40時在每個層50a中產生的拉伸應力的量。此是因為每個層50a的厚度(而不是元件50的厚度)是在該層中產生拉伸應力的促成因素,如式(1)所估計的。因為每個層50a在產生彎曲應力時通常會與其相鄰層50a分離,所以裝置組件200c和蓋板元件100c的一些實施例在存在於組件和蓋板元件中的每個層50a內包含壓縮應力區域60,視情況而定。
現在參照第3圖至第3B圖,描繪出可折疊電子裝置組件200d和蓋板元件100d。第3圖至第3B圖描繪的裝置組件200d和蓋板元件100d皆類似於第1圖至第1B圖描繪的可折疊電子裝置組件200和蓋板元件100,而且元件符號類似的元件具有同等的結構和功能。各別裝置組件200d和蓋板元件100d與裝置組件200和蓋板元件100之間的差異在於後者的組件和元件被圖示為以「外折」結構彎曲(其中蓋板元件在裝置基材與曲率中心相反的側上),其中處於拉伸的最大彎曲應力與可折疊玻璃元件50的第一主表面54相關。相反地,第3A圖圖示的裝置組件200d和蓋板元件100d是以「內折」結構彎曲(其中蓋板元件是在裝置基材與曲率中心相同的側上),其中處於拉伸的最大彎曲應力與可折疊玻璃元件50的第二主表面56相關。因此,裝置組件200d和蓋板元件100d可以包括可折疊玻璃元件50,可折疊玻璃元件50包含從約25 μm至約200 μm的厚度52和從玻璃元件50的第二主表面56延伸到玻璃元件中的第一深度62的壓縮應力區域60(參見第3圖),該區域由在玻璃元件的第二主表面處至少約100 MPa處於壓縮的應力σI
界定。因此,壓縮應力區域60的位置鄰近可折疊玻璃元件50的第二主表面56可確保當裝置組件200d和蓋板元件100d被以「內折」結構彎曲時(參見第3A圖),壓縮應力區域60可以抵消在該位置處處於拉伸的彎曲應力。另外,玻璃元件50的特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑40時,曲率中心位於第一主表面54的側面上以便在第二主表面56處誘發處於拉伸的彎曲應力σB
,σI
+ σB
< 200 MPa(張力)。
此外,第3圖至第3B圖描繪的裝置組件200d和蓋板元件100d亦包括聚合物層70,聚合物層70包含從約10 μm至約100 μm的厚度72並位於可折疊玻璃元件50的第一主表面54上方。此外,裝置組件200d和蓋板元件100d的特徵可以在於承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有層70的蓋板元件100d之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1量測,且層70位於該玻璃元件面向筆的側面上。
現在參照第4圖和第4B圖,依據本揭示的其他態樣描繪出蓋板元件(或玻璃物件)100e。在許多態樣中,蓋板元件100e類似於蓋板元件100-100d(參見第1圖至第3B圖),而且元件符號類似的元件具有相同或相似的結構,除非另有說明。蓋板元件100e包括具有厚度102的玻璃結構110,厚度102大於玻璃層50a的厚度52a。玻璃層50a包括第一主表面54a和第二主表面56a。第一主表面54a亦可以延伸到玻璃結構110的第一主表面。在一些態樣中,玻璃結構110具有大於或等於125 μm的厚度102。依據例示性實施例,可以將玻璃層的厚度52a設定於從約20 μm至約125 μm。在蓋板元件100e的某些態樣中,可以將聚合物層70配置在玻璃層50a和玻璃結構110的第一主表面54a上。為此目的用於蓋板元件100e的聚合物層70具有與稍早關於蓋板元件100-100d概述的聚合物層70同等的結構和功能。此外,如第4圖和第4B圖的例示性形式描繪的,可以使用可選的黏著劑80將聚合物層70黏附於可折疊玻璃元件50。亦如例示性形式中描繪的,第4圖和第4B圖描繪的蓋板元件100e可以可選地包括位於聚合物層70上方的耐刮擦塗層90。塗層90可以設置有厚度92,在一些實施例中將厚度92設定為1 μm或更小。在其他實施例中,對於塗層90的某些組成物來說,可以將塗層90的厚度92設定於500 nm或更小、或低至10 nm或更小、以及前述值之間的所有範圍和子範圍。在其他實施例中,塗層90具有範圍從約1 μm至約100 μm、包括此等限值之間的所有厚度水平的厚度92。
如第4圖和第4B圖所示,蓋板元件/玻璃物件100e的玻璃結構110和玻璃層50a相對於彼此是整體的。然而,在一些態樣中,玻璃結構110可以是被黏合或以其他方式結合於玻璃層50a的個別元件。另外,在蓋板元件100e中,玻璃層50a被配置在玻璃結構110的中心區域96中、介於玻璃結構的實質平行邊緣98之間。在一些態樣中,如第4圖和第4B圖中描繪的,玻璃層50a和中心區域96與每個平行邊緣98隔開一些距離。在其他態樣中,可以使玻璃層50a和中心區域96以比一個實質平行的邊緣98更靠近另一個邊緣98地留間隔。
在第4圖和第4B圖描繪的蓋板元件(或玻璃物件)100e中,結合於玻璃結構110中的玻璃層50a基本上與先前關於蓋板元件100、100a及100b描述的玻璃層50a相同。因此,蓋板元件100e中採用的玻璃層50a包括從玻璃層50a的第一主表面54a向下延伸到第一深度62a的壓縮應力區域60、60a或60b。依據蓋板元件100e的一些態樣,玻璃層50a內的壓縮應力區域60、60a或60b也可以橫向延伸到玻璃結構110中。儘管不是所有的態樣皆需要的,但貫穿玻璃層50a和玻璃結構110包括壓縮應力區域60、60a或60b可以提供可製造性效益。例如,在一個浸沒步驟中可以採用離子交換處理在玻璃層50a和玻璃結構110中皆形成壓縮應力區域60或60a。
如第4A圖所示,蓋板元件100e(或玻璃物件)可以受到彎曲力42,彎曲力42根據恆定彎曲半徑40彎曲玻璃層50a。由於玻璃層50a的厚度52a通常小於玻璃結構110的厚度102,彎曲力42傾向於在玻璃層50a中引起彎曲位移,而且在玻璃結構110的相鄰區段中很少或沒有彎曲。因此,彎曲應力和應力強度水平在玻璃層50a的第一主表面54a處由於將厚度52a最小化到低於玻璃結構110的厚度102的水平而減小。然而,玻璃結構110的增加厚度102可為大部分的蓋板元件100e提供額外的抗刺穿性(亦即超過包含玻璃層50a的中心區域96中的抗刺穿性)。
在蓋板元件100e的一些另外的態樣中,玻璃層50a和第二主表面56a下方的中心區域96可以進一步用大致非柔性的聚合物層強化。此種強化可傾向於抵消玻璃層50a中相對於玻璃結構110的抗刺穿性降低的任何抗刺穿性。另外,在蓋板元件100e的玻璃層50a中採用的壓縮應力區域60、60a或60b可以經由先前關於蓋板元件100a和100b(參見第1C和第1D圖以及相關的描述)概述的離子交換處理及/或CTE不匹配概念來形成。
如第5圖、第5A圖及第5B圖所示,提供的玻璃物件或蓋板元件100f包含:具有厚度52e、第一主表面54e及第二主表面56e的玻璃層50e。第一主表面54e亦可以延伸到玻璃結構110的第一主表面(參見第5圖和第5B圖)。在一些態樣中,玻璃結構110具有大於或等於125 μm的厚度102。依據例示性實施例,可以將玻璃層50e的厚度52e設定於約20 μm至約125 μm。在蓋板元件100f的某些態樣中,可以將聚合物層70配置在玻璃層50e的第一主表面54e上及/或玻璃結構110的一個或兩個主表面上。為此目的在蓋板元件100f中採用的聚合物層70具有與先前關於蓋板元件100概述的聚合物層70同等的結構和功能。依據一些實施例,亦可以將另外的聚合物層70配置在第二主表面56e上。
在第5圖和第5B圖描繪的蓋板元件(或玻璃物件)100f中,併入玻璃結構110中的玻璃層50e基本上與先前關於蓋板元件100、100a及100b描述的玻璃層50a相同。此外,蓋板元件100f的結構和配置類似於較早關於第4圖、第4A圖及第4B圖描述的蓋板元件100e。然而,蓋板元件100f中採用的玻璃層50e不包括壓縮應力區域60。
如第5A圖所示,蓋板元件100f(或玻璃物件)可以受到彎曲力42,彎曲力42根據恆定彎曲半徑40彎曲玻璃層50e。由於玻璃層50e的厚度52e通常小於玻璃結構110的厚度102,彎曲力42傾向於在玻璃層50e中引起彎曲位移,而且在玻璃結構110的相鄰區段中很少或沒有彎曲。因此,彎曲應力和應力強度水平在玻璃層50e的第一主表面54e處由於將厚度52e最小化到低於玻璃結構110的厚度102的水平而減小。
然而,在蓋板元件100f(或玻璃物件)中,玻璃結構110的增加厚度102可為大部分的蓋板元件提供額外的抗刺穿性(亦即超過包含玻璃層50e的中心區域96中的抗刺穿性)。如第6圖描繪的結果所展現的,抗刺穿性和玻璃厚度會有相關。第6圖的結果是藉由量測厚度包括116 µm、102 µm、87 µm、71 µm、60 µm、49 µm、33 µm及25 µm的各種玻璃樣品的抗刺穿性來產生。此等玻璃樣品是藉由使用具有15體積%的HF和15體積%的HCl的蝕刻溶液將130 μm厚的玻璃樣品蝕刻到上述厚度水平來製備。在每個層壓到375 μm柔性層堆疊的玻璃樣品上進行抗刺穿性測試,以模擬可撓顯示裝置的結構。375 μm厚的柔性層堆疊是由以下的層組成:(a)50 μm厚的PSA層,(b)100 μm厚的PET層,及(c)100 μm厚的PSA層,以及(d)125 μm厚的PET層。一旦每個玻璃樣品(例如116 μm厚的玻璃、102 μm厚的玻璃等)被層壓到375 μm厚的柔性層堆疊,則將具有200 μm直徑不銹鋼尖端的平頭探針推入該玻璃樣品與柔性層堆疊相對的主表面中。隨後將尖端推到樣品中直到損壞(藉由用光學顯微鏡目視觀察驗證),並量測損壞時的力(以kgf為單位)。將此測試的結果繪製在第6圖中。
如第6圖的結果所展現的,隨著玻璃層厚度從約116 μm減小到約25 μm,玻璃樣品的抗刺穿性分別從約2.5 kgf降到約0.4 kgf。因此,此等玻璃樣品的抗刺穿性與玻璃厚度高度相關。此外,第6圖展現的是,厚度約116 μm的測試玻璃基材樣品的抗刺穿性為約2.5 kgf。經由外推可以明顯看出,經由使用厚度130 μm或更大的玻璃基材可以獲得可超過3 kgf的抗刺穿性水平。因此,蓋板元件100f的一個態樣(參見第5圖、第5A圖及第5B圖)採用厚度約130 μm或更大的玻璃結構110來獲得3 kgf的抗刺穿性(在蓋板元件100f超出鄰近包含較薄玻璃層50e的中心區域96的彼等區域中)。在蓋板元件100f的一些另外的態樣中,玻璃層50e和第二主表面56e下方的中心區域96可以進一步用大致非柔性的聚合物層強化。此強化可傾向於抵消玻璃層50e中相對於玻璃結構110的增加抗刺穿性的任何降低的抗刺穿性。
在第5圖、第5A圖及第5B圖描繪的蓋板元件100f中,玻璃層50e的厚度52e通常小於玻璃結構110的厚度102。在蓋板元件100f的一個實施方案中,彎曲半徑≤ 2 mm用於蓋板元件100f是可行的,且厚度52e約20至25 μm。為了獲得用於厚度52e的這種厚度水平,同時將厚度102保持在較高值以保持抗刺穿性,可以對蓋板元件100f進行選擇性蝕刻製程。
在一個實例的選擇性蝕刻製程中,一個步驟是提供具有實質上恆定厚度的玻璃結構,該恆定厚度等於玻璃結構110的厚度102。隨後將塗層材料施加於玻璃結構110的第二主表面56e上、在與玻璃結構110的預期中心區域96相鄰的區域(亦即將被蝕刻到厚度52e的區域)中,以在隨後的蝕刻步驟期間保護或以其他方式遮蔽這些區域。例如,這些材料可以是可藉由層壓或網版印刷製程塗佈在玻璃結構110上的膜或油墨。所屬技術領域中具有通常知識者將可輕易理解什麼類型的塗佈材料會適用於選擇用於蓋板元件100f的選擇性蝕刻製程的特定蝕刻劑組成物。藉由在中心區域96附近施加這些塗層材料或類似物,只有中心區域96將暴露於隨後的蝕刻步驟中使用的酸。在隨後的蝕刻步驟中,可以將依據前述的蝕刻溶液(例如15體積%的HF和15體積%的HCl)施加於被遮蔽的玻璃結構持續適當的時間,以在玻璃層50e中實現期望的厚度52e。在選擇性蝕刻完成(包括例如用去離子水洗去蝕刻溶液)之後,可以使用適當的剝離劑溶液剝除或以其他方式剝離遮蔽材料,取決於選擇性蝕刻製程使用的特定遮蔽材料。
再次談論用以製造蓋板元件100f的選擇性蝕刻製程,在蝕刻步驟期間邊緣98可以保持未塗佈。結果,當玻璃層50e形成有厚度52e時,這些邊緣98經受輕度蝕刻。這種對邊緣98的輕蝕刻可以有益地改善邊緣98的強度。尤其,在採用選擇性蝕刻製程之前用以切割玻璃結構的切割或分離製程會在玻璃結構110的表面內留下裂紋和其他缺陷。這些裂紋和缺陷會在從應用環境和使用時施加應力到蓋板元件100f的過程中延伸並使玻璃破裂。由於輕微地蝕刻這些邊緣98,選擇性酸蝕刻製程可以移除這些裂紋中的至少一些裂紋,從而提高蓋板元件100f的邊緣的強度及/或抗斷裂性。
在蓋板元件(或玻璃物件)100f中,玻璃層50e的特徵可以在於:(a)當層50e在約25℃和約50%相對濕度下保持在約1 mm至約5 mm的彎曲半徑持續至少60分鐘時不會損壞;(b)當層50e的第二主表面56e由以下支撐時抗刺穿性大於約1.5 kgf:(i)彈性模量小於約1 GPa的約25 μm厚壓敏黏著劑,及(ii)彈性模量小於約10 GPa的約50 μm厚聚對苯二甲酸乙二酯層,並且層50e的第一主表面54e裝有直徑200 μm的平底不銹鋼銷;以及(c)大於或等於8H的鉛筆硬度。在一些態樣中,玻璃結構110的厚度102可以等於或大於125 μm。在另一態樣中,可以將玻璃層50e的厚度52e設定為約20 μm至約125 μm以實現彎曲半徑。依據例示性實施例,可以將玻璃層50e的厚度52e設定於約20 μm至約30 μm,以實現約1 mm至約5 mm的彎曲半徑。在一些態樣中,玻璃層50e(例如具有無鹼金屬鋁-硼矽酸鹽玻璃組成物)的厚度52e可以是約25 μm或更小,以獲得約2 mm的彎曲半徑、及約1 mm的彎曲半徑且有一些額外的輕蝕刻。
第1圖至第5B圖描繪的可折疊電子裝置組件200-200d和蓋板元件100-100f可以依據包括形成可折疊玻璃元件/層50、50a的某些步驟的方法製造。例如,該方法可以包括形成可折疊玻璃元件/第一玻璃層50、50a,可折疊玻璃元件/第一玻璃層50、50a具有第一主表面54、54a、從玻璃元件/層50、50a的第一主表面54、54a延伸到第一深度62、62a、62b的壓縮應力區域60、60a、60b以及最終厚度52、52a。
用於形成第1圖至第5B圖描繪的裝置組件200-200d和蓋板元件100-100f的方法亦可以包括形成玻璃元件50的步驟,玻璃元件50具有從約25 μm至約125 μm的厚度52。此處,元件50亦包含玻璃層50a、50e、第一主表面54及第二主表面56。在這些態樣中,玻璃元件50或玻璃層50a、50e的特徵亦可以在於:(a)當元件50或玻璃層50a、50e在約25℃和約50%相對濕度下保持在約3 mm至約20 mm的彎曲半徑40持續至少60分鐘時不會損壞;(b)當元件50的第二主表面56由以下支撐時抗刺穿性大於約1.5 kgf:(i)彈性模量小於約1 GPa的約25 μm厚PSA,及(ii)彈性模量小於約10 GPa的約50 μm厚PET層,並且元件50或玻璃層50a、50e的第一主表面54、54a、54e裝有直徑200 μm的平底不銹鋼銷;以及(c)大於或等於8H的鉛筆硬度。在該方法的其他態樣中,玻璃元件50或玻璃層50a、50e可設以避免彎曲半徑範圍從約3 mm至約10 mm的損壞。在一些態樣中,可以將彎曲半徑40設定在從約1 mm至約5 mm的範圍中。依據該方法的其他態樣,亦可以將彎曲半徑40設定在從約5 mm至7 mm的範圍中而不會導致玻璃元件50或玻璃層50a、50e損壞。
在前述方法的一些實施例中,形成可折疊玻璃元件/玻璃層50、50a的步驟採用一種或更多種以下成形製程:熔合、狹縫拉伸、滾壓、再拉伸或漂浮。可以採用其他成形製程,取決於用於玻璃元件/層50、50a的最終形狀因子及/或用於最終玻璃元件/層50、50a的玻璃前驅物的中間物尺寸。
成形製程可進一步設以將可折疊玻璃元件/玻璃層50、50a成形為最終厚度52、52a,並因此可包括子製程步驟以獲得最終厚度52、52a。形成玻璃元件/玻璃層50、50a的步驟可以包括設以從玻璃元件/層50、50a移除材料以達到最終厚度52、52a的材料移除製程。如所屬技術領域中具有通常知識者所理解的,為此目的可以採用各種習知的酸蝕刻/酸薄化製程。例如,適當的蝕刻溶液可以包含15體積%的HF和15體積%的HCl。藉由控制蝕刻時間及/或蝕刻溶液濃度,可以在玻璃元件/層50、50a中獲得期望的最終厚度52、52a。使用此溶液的例示蝕刻速率為約1.1 μm/分鐘。在該方法的一些實施例中,用以達到最終厚度52、52a的材料移除製程可進一步設以將第一主表面54、54a及/或第二主表面56、56a附近及/或邊緣的最大裂紋尺寸減小到例如5 μm或更小、2.5 μm或更小、0.5 μm或更小,或甚至更小。
依據製造第1圖至第5B圖描繪的可折疊電子裝置組件200-200d和蓋板元件100-100f的方法的一些實施例,可以採用離子交換處理來產生壓縮應力區域60、60a、60b及/或邊緣壓縮應力區域59a。如先前概述的,形成從可折疊玻璃元件50及/或層50a的一個或更多個主表面延伸到一個或更多個選定深度的壓縮應力區域60、60a、60b及/或邊緣壓縮應力區域59a的步驟可以包括以下的附加子處理步驟:提供包含複數種離子交換金屬離子的強化浴,選擇該等離子交換金屬離子以便在含有可離子交換金屬離子的玻璃元件/層50、50a中產生壓縮應力;以及將玻璃元件/層50、50a浸入該強化浴中,以將玻璃元件/層50、50a中的複數種可離子交換金屬離子的一部分與該強化浴中的複數種離子交換金屬離子的一部分交換,以形成從一個或更多個主表面延伸到玻璃元件/層50、50a內的一個或更多個選定深度的壓縮應力區域60、60a、60b及/或邊緣壓縮應力區域59a。在該方法的一些實施例中,離子交換金屬離子的原子半徑大於玻璃元件/層50、50a中所含的可離子交換金屬離子的原子半徑。在該方法的其他實施例中,浸沒步驟包括將玻璃元件/層50、50a浸在約400℃至約450℃的強化浴中持續約15分鐘至約180分鐘以形成壓縮及/或邊緣壓縮應力區域。
依據一些實施例,使成分與Corning® Gorilla Glass® 2.0一致的75 μm厚玻璃樣品進行離子交換處理,該離子交換處理包括在430℃的KNO3
浴中浸沒30分鐘。隨後量測以玻璃層深度(μm)為函數的壓縮應力(MPa),並將結果描繪於第8A圖。如所圖示的,此離子交換處理在玻璃表面產生約889 MPa的壓縮應力,而且明顯的壓縮應力水平量測到約11.4 μm的深度(亦即DOC = 11.4 μm)。
在該方法的一些實施例中,用以從玻璃元件/層50、50a的表面移除材料的離子交換後處理可以在裂紋尺寸減小的方面提供益處。尤其,這類移除製程可以在形成壓縮應力區域60、60a之後採用輕蝕刻步驟在第一主表面54、54a從玻璃元件/層52、52a的最終厚度移除約1 μm至約5 μm。例如,為此目的,移除步驟可以採用950 ppm F-
離子(例如HF酸)、0.1 M檸檬酸蝕刻溶液進行~128分鐘。如先前關於式(2)所概述的,玻璃元件/層50、50a中、特別是在主表面及/或邊緣附近的最大裂紋尺寸減小可用以減少從將層及/或元件彎曲產生的應力強度因子。
參照第8B圖,可以觀察到對於經受離子交換和離子交換後材料移除製程的玻璃元件/層(例如可折疊玻璃元件/層50、50a)中的壓縮應力的影響。特別是第8B圖描繪了按照第8A圖中的那些製備、並另外進行輕蝕刻製程以從表面移除約1-2 μm的材料的玻璃層樣品之壓縮應力為玻璃層深度(μm)的函數。這些樣品經量測在玻璃表面具有約772 MPa的壓縮應力,並量測到深度約9.6 μm的明顯壓縮應力水平(亦即DOC = 9.6 μm)。實際上,第8B圖具有與第8A圖所示類似的壓縮應力為深度的函數的關係;然而,顯而易見的是,第8B圖實際上是第8A圖的截斷版本,其中移除的第一部分與從輕蝕刻製程實際移除的材料一致。因此,離子交換後材料移除製程在某種程度上可以減小從離子交換處理獲得的DOC和最大壓縮應力,同時在裂紋尺寸減小方面提供益處。在給定的應用需要較高的壓縮應力水平及/或DOC水平的範圍內,可以修改離子交換處理以產生略高於目標水平的壓縮應力和DOC水平,前提是預期的效果來自離子交換後材料移除製程。
依據一些實施例,可以進行移除製程以在玻璃元件/層50、50a的主表面(例如第一主表面54)及/或邊緣將壓縮應力區域60、60a及/或60b及/或邊緣壓縮應力區域59a中的裂紋分佈控制到5 μm或更小的最大裂紋尺寸。亦可以進行移除步驟,使得在玻璃元件/層50、50a的主表面及/或邊緣處壓縮應力區域包含2.5 μm或更小或甚至低至0.4 μm或更小以及前述值之間的所有範圍和子範圍的最大裂紋尺寸。依據該方法的一些另外的實施例,亦可以進行移除步驟以控制在缺少壓縮應力區域及/或邊緣壓縮應力區域的疊加的玻璃元件/層50、50a的區域內的裂紋尺寸分佈。
依據一些實施例,一種製造第1圖至第5B圖描繪的可折疊電子裝置組件200-200d和蓋板元件100-100f的方法可以包括形成可折疊玻璃元件/層50、50a的某些步驟。這類方法可以包括:形成第一玻璃層50a,第一玻璃層50a具有第一主表面54a、從玻璃層50a的第一主表面54a延伸到玻璃層50a中的第一深度62的壓縮應力區域60及最終厚度52a,其中區域60由在層50a的第一主表面54a處至少約100 MPa的壓縮應力界定;以及形成厚度52從約25 μm至約125 μm的可折疊玻璃元件50,元件50亦包含玻璃層50a、第一主表面54及第二主表面56。在一些實施例中,元件50包含一個玻璃層50a。
在一些實施例中,形成第一玻璃層50a和可折疊玻璃元件50的步驟可以包括使用熔合、狹縫拉伸、滾壓、再拉伸、漂浮或其他直接玻璃成形製程形成超過玻璃層50a的最終厚度52a(和元件50的厚度52)的暫時厚度(例如約200 μm)的步驟。隨後可以使用習知的切割製程(例如水切割、雷射切割等)將暫時玻璃元件/層50、50a分離、切割及/或以其他方式成形為接近最終部件的尺寸。在這個時間點,之後可以按照前述製程步驟將暫時玻璃元件/層50、50a蝕刻到最終厚度52、52a(例如約75 μm)。在製程中的這個階段蝕刻到最終厚度可以在移除從先前的玻璃成形和分離/切割步驟引入的裂紋和其他缺陷中提供益處。接下來,可以對玻璃元件/層50、50a進行用於形成壓縮應力區域60的製程步驟,該製程步驟包括但不限於前述離子交換處理。隨後可以依據前述製程在包含壓縮應力區域60的玻璃元件/層50、50a上進行最終的輕蝕刻。隨後,此種最終的輕蝕刻可以移除玻璃元件/層50、50a的表面中從先前的離子交換處理產生的任何明顯的裂紋和缺陷。依據該方法製造的玻璃元件50或玻璃層50a的特徵可以在於:(a)當元件50或玻璃層50a在約25℃和約50%相對濕度下保持在約3 mm至約20 mm的彎曲半徑持續至少60分鐘時不會損壞;(b)當元件50的第二主表面56、56a由以下支撐時抗刺穿性大於約1.5 kgf:(i)彈性模量小於約1 GPa的約25 μm厚壓敏黏著劑,及(ii)彈性模量小於約10 GPa的約50 μm厚聚對苯二甲酸乙二酯層,並且元件50或層50a的第一主表面54、54a裝有直徑200 μm的平底不銹鋼銷;以及(c)大於或等於8H的鉛筆硬度。
在一些實施例中,將第一玻璃層50a和可折疊玻璃元件50分別成形到最終厚度52a和厚度52的步驟可以藉由採用熔合、狹縫拉伸、滾壓、再拉伸、漂浮或其他直接玻璃成形製程來進行。隨後可以使用習知的切割製程(例如水切割、雷射切割等)將玻璃層50a(和元件50)分離、切割及/或以其他方式成形為接近最終部件的尺寸。在這個時間點,之後可以對玻璃層50a(和元件50)進行用於形成壓縮應力區域60的製程步驟,該製程步驟包括但不限於前述離子交換處理。隨後可以依據前述製程在包含壓縮應力區域60的玻璃層50a和元件50上進行最終的輕蝕刻。隨後,此種最終的輕蝕刻可以移除玻璃層50a和元件50的表面中從先前的離子交換處理產生的任何明顯的裂紋和缺陷。
依據該方法製造的可折疊玻璃元件50或玻璃層50a的特徵可以在於:(a)當元件50或玻璃層50a在約25℃和約50%相對濕度下保持在約3 mm至約20 mm的彎曲半徑持續至少60分鐘時不會損壞;(b)當元件50或層50a的第二主表面56、56a由以下支撐時抗刺穿性大於約1.5 kgf:(i)彈性模量小於約1 GPa的約25 μm厚壓敏黏著劑,及(ii)彈性模量小於約10 GPa的約50 μm厚聚對苯二甲酸乙二酯層,並且元件50或層50a的第一主表面54、54a裝有直徑200 μm的平底不銹鋼銷;以及(c)大於或等於8H的鉛筆硬度。
參照第9A圖,針對三種成分「A」、「B」及「C」的玻璃層提供估計的應力強度因子之示意圖。A組的成分為:67.1%(以莫耳%計)的SiO2
;6.3%的Al2
O3
;19.9%的B2
O3
;0.5%的MgO;4.8%的CaO;0.5%的SrO;0%的SnO2
;及0.9%的Na2
O。B組的成分為:66.7%(以莫耳%計)的SiO2
;10.9%的Al2
O3
;9.7%的B2
O3
;2.2%的MgO;9.1%的CaO;0.5%的SrO;0.1%的SnO2
;及0%的Na2
O。C組的成分為:67.4%(以莫耳%計)的SiO2
;12.7%的Al2
O3
;3.7%的B2
O3
;2.4%的MgO;0%的CaO;0%的SrO;0.1%的SnO2
;及13.7%的Na2
O。採用式(2)來產生第7A圖描繪的估計值。玻璃層「A」、「B」及「C」分別具有57.4、69.3及73.6 GPa的彈性模量。另外,玻璃層「A」、「B」、及「C」分別具有0.22、0.22及0.23的帕松比。此外,對厚度25 μm、50 μm及100 μm、以及彎曲半徑3 mm、5 mm及7 mm的玻璃層「A」、「B」及「C」進行應力強度因子估算。所有的情況皆假設裂紋尺寸為400奈米(nm),因為400 nm是熔合成形的玻璃表面典型的最大裂紋尺寸。假設這些玻璃層的任意玻璃層中皆不存在壓縮應力區域。
在第9A圖中,區域I、II及III分別指瞬間損壞、緩慢疲勞損壞及無損壞區域。如估計值所指出的,增加彎曲半徑和減小玻璃層的厚度是每個傾向於減小應力強度因子的步驟。假使將彎曲半徑保持為不小於5 mm並將玻璃層的厚度保持為25 μm或更低,則第9A圖的估計應力強度因子表示在靜態張力或疲勞中不會發生損壞(例如,對於區域III,K < 0.2 MPa√m)。依據本揭示的某些態樣,第9A圖描繪的這些特定玻璃層(亦即彎曲半徑等於或大於5 mm且厚度為25 μm或更小的玻璃層)可適用於具有相對適度的抗刺穿性要求的可折疊電子裝置組件、蓋板元件及玻璃物件。
參照第9B圖,針對三種成分「A」、「B」及「C」的玻璃層提供估計的應力強度因子之示意圖(亦即與第9A圖描繪的玻璃層所採用的相同的成分)。假設第9B圖描繪的估計值中採用的每個玻璃層皆具有50 μm的厚度和5 mm的彎曲半徑。另外,依據本揭示的一個態樣,假設「對照」(也以A、B及C表示)組沒有疊加的壓縮應力區域,並假設「IOX」組(也以A”、B”及C”表示)具有經由離子交換處理形成的壓縮應力區域,該壓縮應力區域具有約700 MPa的表面壓縮。為了產生這些估計值的目的,假設2000 nm(2 μm)的更保守裂紋尺寸,從而反映出在製造包含依據本揭示的一個態樣的可折疊電子裝置組件、玻璃元件或玻璃物件的裝置之後的適當時間在應用-使用階段由顧客引入大裂紋的最壞情況。
如第9B圖的估計值所示,使用離子交換處理在玻璃層中形成的壓縮應力區域可以明顯抵消彎曲時在玻璃層中觀察到的應力強度水平。由於疊加在彎曲期間形成的拉伸應力的附加壓縮應力,在厚度50 μm和彎曲半徑5 mm的「IOX」玻璃層上觀察到遠低於區域III臨界值的應力強度水平(例如,對於區域III,K
< 0 MPa√m)。相比之下,沒有壓縮應力區域的對照組經估計具有在區域I內的應力強度水平。
參照第10圖,提供了在一個特定成分的玻璃層的表面的估計應力水平之示意圖,該特定成分是一種與第9A圖和第9B圖描繪的C組的成分相當的玻璃成分。假設用以產生第10圖描繪的應力估計值的每個玻璃層皆具有25 μm、50 μm、75 μm及100 μm的厚度及5 mm的彎曲半徑。另外,假設這些玻璃層中有一些沒有壓縮應力區域(亦即「對照」組),並假設其餘的玻璃層具有表面壓縮約700 MPa的壓縮應力區域,例如依據本揭示的另一態樣經由離子交換處理形成的(亦即「IOX」組)。所有的情況皆假設400 nm的裂紋尺寸,因為400 nm是熔合成形的玻璃表面典型的最大裂紋尺寸。另外,將安全區(亦即區域III)設定於K
< 0.2 MPa√m的應力強度安全因子。
如第10圖的估計值所示,使用離子交換處理在玻璃層中形成的壓縮應力區域可以明顯降低彎曲時在玻璃層中觀察到的應力強度水平。由於疊加在彎曲期間形成的拉伸應力的附加壓縮應力,在厚度25 μm、50 μm、75 μm及100 μm以及彎曲半徑5 mm的所有「IOX」玻璃層上觀察到遠低於區域III臨界值的應力強度水平(例如,對於區域III,K
< 0.2 MPa√m)。相比之下,對於所有厚度,沒有壓縮應力區域的對照組經估計具有在區域I內的應力強度水平。
參照第11圖,依據本揭示的一個態樣提供了具有75 μm的厚度和經由離子交換處理形成的壓縮應力區域的一種成分的玻璃層之損壞刺穿負載資料圖。尤其,第11圖中測試的樣品的玻璃成分為:68.9%(以莫耳%計)的SiO2
;10.3%的Al2
O3
;15.2%的Na2
O;5.4%的MgO;及0.2%的SnO2
。在用以產生第11圖的資料的實驗中測試的所有玻璃層皆進行離子交換處理,以產生在表面具有約772 MPa的壓縮應力和9.6 μm的DOL的壓縮應力區域。為了測試的目的,用25 μm的PSA層(彈性模量小於約1 GPa)將玻璃層層壓到50 μm的PET層(彈性模量小於約10 GPa)。在外玻璃表面上進行刺穿測試。
如第11圖所示,測試四組樣品以產生刺穿測試資料。每組對應於不同的刺穿裝置:200 μm直徑,平底不銹鋼衝頭;0.5 mm碳化鎢球;1.0 mm碳化鎢球;及1.5 mm碳化鎢球。第11圖的資料顯示刺穿損壞負載資料對測試中採用的特定刺穿裝置的靈敏度。一般來說,結果的可變性對於所使用的每個裝置似乎是相似的。如第11圖所示,當用直徑200 μm的平底不銹鋼衝頭測試時,具有75 μm厚度和經由離子交換處理形成的壓縮應力區域的玻璃層具有遠超過4 kgf的刺穿損壞負載。
在另一個實例中,依據本揭示的一個態樣製備成分與第11圖測試的玻璃層相當的玻璃層,且使經由離子交換處理產生的壓縮應力區域進行2點靜態疲勞彎曲測試。特別的是,測試的玻璃層具有75 μm的厚度,而且玻璃層的壓縮應力區域是藉由浸沒在430℃的KNO3
熔融鹽浴中30分鐘來形成。另外,對玻璃層進行離子交換後材料移除製程,該離子交換後材料移除製程涉及在950 ppm F-
離子、0.1 M檸檬酸蝕刻溶液中酸蝕刻約128分鐘。測試後,玻璃層在經受~5 mm的彎曲半徑120小時之後沒有損壞。
在進一步的實例中,按照第11圖中測試的樣品的成分和離子交換處理步驟製備75 μm厚的玻璃層樣品。這些樣品沒有用任何柔性層層壓。所製備的這些樣品為105 x 20 x 0.075 mm。隨後將10個樣品以彎曲的結構配置在具有10 mm板間距的靜態測試治具內(板由Teflon®材料製成)。隨後將樣品保持在85℃、85%相對濕度下的治具內。在治具中測試超過兩個月之後,10個樣品中有9個沒有經歷任何損壞模式。一個樣品在測試的第一天損壞。考慮到這些結果和其他分析後相信的是,在處理之後仍有引起損壞的表面裂紋的任何樣品皆可以經由驗證測試來移除。
在另外的實例中,按照第11圖中測試的樣品的成分和離子交換處理步驟製備75 μm厚的玻璃層樣品,包括用25 μm的PSA層層壓到50 μm的PET層。所製備的這些樣品為105 x 20 x 0.075 mm(不包括PET/PSA層)。隨後對五個樣品進行蛤殼式循環疲勞測試。蛤殼式循環疲勞測試治具用10 mm板間距將樣品保持在環境溫度和濕度條件下。每個循環包括關閉蛤殼式治具,同時保持10 mm的板間距,隨後完全打開治具使得樣品一致沒有彎曲。五個樣品中的每一個皆安全度過45,000個這樣的循環。
現在參照第12圖,依據本揭示的另一態樣提供成分與用於第9A圖和第9B圖給出的估計值的樣品組相同的三種成分「A」、「B」及「C」組的玻璃層的估計應力強度因子之示意圖。用於第12圖中的估計值的每個樣品具有25 μm、50 μm、75 μm或100 μm的厚度和10 mm或20 mm的彎曲半徑。此處,每個測試樣品皆具有經由加熱和隨後的冷卻形成的壓縮應力區域,玻璃層的芯和包層區域處於緊密接觸,芯區域的CTE大於包層區域的CTE。第12圖中採用的估計值假設對於每個樣品在玻璃層的表面中裂紋尺寸約2 μm。另外,假設經由芯區域和包層區域之間的CTE不匹配在這些玻璃層的壓縮應力區域中形成約150 MPa的壓縮應力。
如第12圖的估計值所示,使用芯區域與包層區域之間的CTE不匹配在玻璃層中形成的壓縮應力區域可以明顯降低彎曲時在玻璃層中觀察到的應力強度水平。由於疊加在彎曲期間形成的拉伸應力的附加壓縮應力,在厚度25 μm、50 μm、75 μm、及100 μm、以及彎曲半徑20 mm的所有玻璃層上觀察到遠低於區域III臨界值的應力強度水平(例如,對於區域III,K
< 0.2 MPa√m)。此外,厚度25 μm和50 μm及彎曲半徑10 mm的玻璃層也具有低於區域III臨界值的應力強度水平。因此,依據本揭示的態樣,可以在彎曲半徑要求為10 mm或更大的可折疊電子裝置組件、蓋板元件及玻璃物件(參見例如第1D圖的蓋板元件100b和相關的描述)中採用這些使用CTE不匹配作法的特定玻璃層。
在第13圖中,依據本揭示的一個態樣提供具有75 μm厚度和經由離子交換處理形成的壓縮應力區域的一種成分的玻璃層之損壞機率vs.刺穿負載數據的韋伯圖。特別是,用於測試樣品的玻璃成分與第11圖中測試的那些相當。在用以產生第13圖的數據的實驗中測試的所有玻璃層皆進行離子交換處理,以產生在表面具有約772 MPa的壓縮應力和9.6 μm的DOL的壓縮應力區域。第13圖中由空心圓圈符號表示的「B」組玻璃層是由使用25 μm的PSA層層壓到50 μm的PET層的玻璃樣品所組成。所有的刺穿測試皆在這些樣品遠離PET/PSA層堆疊的外玻璃表面上進行。第13圖中由實心圓圈符號表示的「A」組玻璃層是由未層壓到PET/PSA層堆疊的玻璃樣品所組成。第13圖圖示的刺穿測試結果是使用直徑200 μm的平底不銹鋼衝頭產生。
如第13圖所示,未層壓的「A」組和層壓的「B」組樣品分別表現出4.3 kgf和3.3 kgf的韋伯特徵強度值(亦即破壞機率為63.2%或更高)。另外,來自兩組的所有樣品皆在5.5 kgf或更高損壞。層壓「B」組的韋伯模量高於非層壓「A」組的韋伯模量,表示損壞效能的可變性可以藉由將樣品層壓來降低。另一方面,與層壓「B」組相比,非層壓「A」組表現出較高的平均刺穿損壞負載和韋伯特徵強度,表示層壓在某些程度上會降低刺穿測試效能,可能是因為與在刺穿測試尖端附近的玻璃周遭的柔性層相關的局部應力集中增加所導致的。因此,與依據本揭示的態樣的層壓可折疊電子裝置組件和蓋板元件相關的選擇和選項可以考慮抗刺穿變化性的潛在最佳化及抗刺穿性的整體最大化。
玻璃元件及
/
或層中的
整體應力分佈
玻璃中的拉伸應力傾向於使裂紋延伸,而玻璃中的壓縮應力傾向於抑制裂紋的延伸。從製造、處理或加工玻璃的性質來看,玻璃中可能存在裂紋。因此,理想的是具有在壓縮中可能具有或接收裂紋的玻璃部分(亦即主表面以及從彼等表面到裂紋可能穿透的深度)。對於彎曲的玻璃片來說,應力分佈是由兩個主要分量組成,第一σI
是從玻璃製造及/或加工的方式固有的,第二σB
是由玻璃中的彎曲誘發的。
將玻璃本身固有的第一分量σI
應力的一個實例圖示於第14圖。線1202是由壓縮應力756 MPa和DOC 9.1微米的康寧代號2319(Gorilla ® Glass 2)製成的75微米厚玻璃元件的應力分佈。本文中使用的正(+)應力是拉伸的,壓縮應力是負的(-)。在製造玻璃時,玻璃中的固有應力分佈可以基於不同的IOX條件、玻璃成分及/或不同的加工條件而改變(如在上述玻璃層壓體的情況下,可以在玻璃的外層中賦予壓縮應力)。在任何情況下,玻璃本身將具有固有的應力分佈。
當本揭示的可折疊電子裝置組件和蓋板元件中採用的可折疊玻璃元件50彎曲時,彎曲對玻璃內的應力分佈誘發第二應力分量σB
。例如,當可折疊玻璃元件50在第1A圖圖示的方向上彎曲時,由彎曲動作誘發的拉伸應力是由上式(1)給出,而且將是在外表面(例如玻璃元件50的第一主表面54)的最大值。第二主表面56將處於壓縮。彎曲誘發應力的實例在第15圖中圖示為線1302。線1302是由康寧代號2319(Gorilla ® Glass 2)製成的75微米厚玻璃元件的彎曲應力圖,但暫時忽略玻璃中由於IOX所產生的固有應力分佈。如圖所示,對於此種類型的玻璃,式(1)的參數是彈性模量E = 71.3 GPa,帕松比ν = 0.205,厚度h = 75微米,彎曲半徑R = 4.5 mm。
因此,玻璃(例如可折疊玻璃元件50)中的總應力分佈將再次是上述兩個分量的總和,亦即σI
+ σB
。在第16圖中將總應力圖示為實線1402,實線1402為以短虛線圖示的線1202固有應力σI
和以長虛線圖示的線1302彎曲誘發應力σB
之和。將在玻璃元件50的外表面(例如第1A圖圖示的主表面54)的應力圖示於圖的左側,而將在第二主表面56(內)的應力圖示於圖的右側。從線1402可以看出,在內部第二主表面56處的應力是壓縮的,而且將限制裂紋的延伸。而且,在外或第一主表面54的應力也是壓縮的,而且將限制裂紋的延伸。如圖所示,對於上述條件,壓縮應力從第一主表面54延伸到幾微米的深度。如先前和貫穿本揭示所述,可以以多種方式增加在外主表面的壓縮應力的量以及壓縮應力延伸到外主表面下方的深度。第一,可以使彎曲誘發的拉伸應力更小。從式(1)可以看出,藉由使用更薄的玻璃及/或更大的彎曲半徑及/或具有更低彈性模量E的玻璃及/或具有較高帕松比ν的玻璃,可以使彎曲誘發的應力σB
更小。第二,藉由選擇在期望位置處具有更大固有壓縮應力σI
的玻璃,例如藉由使用不同的IOX條件、玻璃成分及/或不同的處理條件,如上面結合第14圖的討論所述,可以增加在外主表面處的壓縮應力的量。
在一些實施例中,在外面第一主表面處,亦即在可折疊玻璃元件50的彎曲部分的外部的主表面,例如第1A圖圖示的第一主表面54,對於其中彎曲半徑≤ 20 mm的可折疊或可捲曲顯示器(例如可折疊電子裝置組件200-200d和蓋板元件100-100f)來說,可以將固有應力σI
和彎曲應力σB
的總和設定為小於0 MPa,如以下式(3)所示。 σI
+ σB
< 0 (3)
亦如先前所述,可折疊電子裝置組件200-200d和蓋板元件100-100f的一些實施例使得式(3)產生小於400 MPa(張力)、小於200 MPa(張力)等的固有應力σI
與彎曲應力σB
之和。
另外,會有益的是,在可折疊電子裝置組件200-200d的可折疊玻璃元件50和蓋板元件100-100f中界定應力分佈,使得在一些實例中式(3)滿足到主表面54下方至少1微米的深度,在其他實例中到主表面54下方至少2微米的深度,在仍其他實例中到主表面54下方至少3微米的深度,以及在上述值之間的所有範圍和子範圍。式(3)成立所及的主表面下方越深,則裝置就越耐用。亦即,假使裂紋(例如在製造或使用期間從處理裝置產生的刮痕)在主表面下方延伸到比式(3)成立中的關係更大的程度,則裂紋將隨時間延伸,而且玻璃元件將損壞。換句話說,應當管理IOX分佈,使得由彎曲誘發的應力被包含在區域1403中,亦即線1402在零或更低與Y軸相交,以最少化損壞(參見第16圖)。此外,在進一步的實例中,應當管理裂紋總數,使得裂紋被包含在區域1403中,亦即距離玻璃表面的最大裂紋深度不超過線1402與X軸相交的點,藉此裂紋被包含在玻璃的壓縮區域中而且將不會延伸。因此,藉由使區域1403最大化可以容忍更小的彎曲半徑和更深的裂紋,同時最少化損壞。
在前述討論中,將外主表面圖示為第一主表面54,但是在一些實例中,第二主表面56可以是外主表面,而不是第一主表面54。在其他實例中,例如在三折的配置中,第一主表面54和第二主表面56皆可以具有作為外主表面的部分,亦即在玻璃元件50的彎曲部分的外側上。在一些實例中,可折疊電子裝置組件200-200d和蓋板元件100-100f(參見第1圖至第5B圖)將與位於第二主表面56的側面上的顯示面板一起使用,而在其他實例中,這些組件和蓋板元件可以與位於第一主表面54的側面上的顯示面板一起使用。如前所述,裝置組件200-200d和蓋板元件100-100f具有位於第一和第二主表面54、56中的一者或兩者上方的聚合物層70,藉此觀看者將經由聚合物層70和可折疊玻璃元件50觀看顯示器。例如參見第1A圖、第2A圖及第3A圖。
耐衝擊性
如前所述,為了進一步提高本揭示的可折疊電子裝置組件和蓋板元件的抗刺穿性(及/或耐久性),可以有利地在玻璃元件50接收負載的側面上使用聚合物層70。儘管不希望受到理論的約束,但是當層70在蓋板元件100-100f接收負載的側面上時,層70可以有助於耗散來自負載的能量,從而允許玻璃元件承受增加的負載。此在負載為動態負載時尤其為真,與以上關於不銹鋼尖端和碳化鎢球測試所描述的靜態負載相反。動態負載測試的一個實例是筆落測試,如先前關於「落下測試1」所述。
現在參照第7A圖,提供了在經受落下測試1之後同等可折疊電子裝置組件的聚亞醯胺層的表面和有機發光二極體(OLED)層的表面的一系列照片。在此同等可折疊電子裝置組件的結構中,可撓的含OLED基材(亦即Samsung® Galaxy S6邊緣可撓OLED模組)當作基材。另外,在基材上方配置兩個交替層的50 μm厚聚亞醯胺(「PI」)材料和50 μm厚可移除膠帶,如第7A圖所示。
隨後使第7A圖所示沒有可折疊玻璃元件和位於玻璃元件上的聚合物層的此同等元件結構以各種筆落高度進行落下測試1,且筆落在組件的PI側上。從第7A圖可以看出,在筆落高度3 cm的PI層上和筆落高度7 cm的下方含OLED基材上觀察到損傷。因此,此同等結構在7 cm的筆落高度下容易損傷。此外,在含OLED基材上方的PI層/黏著劑結構沒有提供任何額外的耐衝擊性,因為7 cm的筆落高度對PI/黏著劑層和下方含OLED基材皆造成損傷。
現在參照第7B圖,提供了在以3 cm和17 cm的筆落高度進行了落下測試1之後依據本揭示的一些實施例的可折疊電子裝置組件的聚亞醯胺層的表面、可折疊玻璃元件的表面及有機發光二極體(OLED)層的表面的一系列照片。在此可折疊電子裝置組件的結構中,可撓的含OLED基材(包含PET材料)當作基材。如第7B圖所示,用50 μm厚的可移除膠帶層將厚度75 μm的可折疊玻璃元件(例如與第1圖至第1A圖中描繪的可折疊玻璃元件50相當)耦接到含OLED基材。亦如第7B圖所示,用25 μm的可移除膠帶層將50 μm厚的PI層耦接到可折疊玻璃元件。
隨後使第7B圖所示包括可折疊玻璃元件和位於該玻璃元件上的聚合物層的此可折疊電子裝置組件結構以各種筆落高度進行落下測試1,且筆落在組件的PI側上。從第7B圖顯見的,在3 cm的筆落高度下在最外面的PI層上觀察到小的凹痕,而在17 cm的筆落高度之前沒有在下方含OLED基材中觀察到損傷。因此,從第7A圖和第7B圖可以看出,包括上面配置有聚合物層的可折疊玻璃元件有利地傾向於減少與衝擊相關的損傷,特別是對下方基材的衝擊損傷。
現在參照下表1,按照列出的樣品以本揭示概述的落下測試1進行一系列筆落測試。樣品的設置如表1所示,每個樣品皆具有下方的可撓含OLED基材。更具體來說,「OLED」是指可撓的含OLED基材(包含Samsung® Galaxy S6邊緣可撓OLED模組);「膠帶」是指可移除膠帶(例如與第1圖至第1D圖所示和本文所述的黏著劑80同等的);「PI」是指聚亞醯胺層(例如與第1圖至第1D圖所示和本文所述的聚合物層70同等的);「HC」是指硬塗層(例如與第1圖至第1D圖所示和本文所述的耐刮擦塗層90同等的);「玻璃」是指可折疊玻璃結構(例如與第1圖至第1D圖所示和本文所述的可折疊玻璃元件50同等的);以及「OCA」是指光學透明的黏著劑(例如與第1圖至第1D圖所示和本文所述的黏著劑80同等的)。 表1-採用落下測試1的含OLED基材樣品的落下測試結果(筆落高度以cm計)
從表1的結果顯見的是,在不包括可撓玻璃元件的比較例中,例如比較例1和比較例2中,含OLED基材中的像素在約6.2 cm或更小的相對低筆落高度下發生損傷。亦即,在到特定筆落高度的落下測試1之後,OLED基材中的某些像素被視為無法運作(對於從落下測試1對含OLED基材造成像素相關損傷的實例,參見例如第7A圖的最中心和最右側的影像)。另外,具有PI層和含OLED基材的比較例(比較例2)在約3 cm的筆落高度下經歷對其最外面PI層的凹痕型損傷(對於由落下測試1中的筆落造成的凹痕的實例,參見例如第7A圖的最左側影像)。因此,不使用可折疊玻璃元件的樣品在約6.2 cm或更小的筆落高度下經歷筆落相關的損傷。另外,將HC層和PI層添加到含OLED基材傾向於些微改善含OLED基材組件的耐損傷性,如在比較例3顯見的。尤其,這些樣品在高達約10 cm的筆落高度之下沒有經歷對其各自的下方含OLED基材的損傷。類似地,納入可折疊玻璃元件到含OLED基材中(如比較例4描寫的)亦傾向於改善組件的耐損傷性。特別是,這些樣品在9.2 cm的筆落高度之前沒有經歷對其下方含OLED基材的損傷,而在約4.6 cm的筆落高度下玻璃元件發生損傷。
然而,令人驚訝的是,在含OLED基材上方組合PI層和玻璃元件在衝擊相關的耐損傷性上產生了實質的改善,此在發明樣品實例2和實例3的結果中是明顯的。更具體來說,實例2和實例3的樣品在高達19 cm的落下高度下表現出沒有對各自的玻璃元件和含OLED基材造成損傷。鑑於表1的結果,各具有可折疊玻璃元件和聚合物層的發明樣品實例2和實例3可以承受高達19 cm的筆落高度而沒有損傷。此與具有可折疊玻璃元件但沒有聚合物層、表現出4.6 cm的最大筆落高度的比較樣品(比較例4)相比仍然成立。因此,這些結果證實,與亦包括可折疊玻璃元件、但沒有聚合物層的同等裝置組件和蓋板元件相比,依據本揭示設置的、具有聚合物層和可折疊玻璃元件的蓋板元件和可折疊電子裝置組件可以承受至少1.5倍的筆落高度。
現在參照下表2,按照列出的樣品以本揭示概述的落下測試1進行一系列筆落測試,主要證明表1樣品的厚度變化與這些結果沒有明顯的關聯。此實例中樣品的設置如表2所示,每個樣品皆具有下方的可撓含OLED基材。更具體來說,表1的代碼與表2的代碼一致,「PET」是指包含聚對苯二甲酸乙二酯材料的可撓聚合物層。 表2-採用落下測試1的含OLED基材樣品的落下測試結果(筆落高度以cm計)
從表2顯而易見的是,可以將具有可折疊玻璃元件的發明例實例3(亦即表1所列的相同實例3樣品)與三個比較例:比較例5、比較例6及比較例7相比,每個比較例皆沒有可折疊玻璃元件,但具有與發明例實例3相同的總厚度。如表2所證實的,所有沒有玻璃元件的比較例(比較例5-7)在不大於7 cm的筆落高度下皆經歷對各自的下方含OLED基材的損傷。相比之下,具有可折疊玻璃元件的發明例(實例3)在高達19 cm的落下高度下表現出沒有對其玻璃元件和含OLED基材造成損傷。由於表2的所有實例皆具有相同的總厚度,顯而易見的是,由實例3樣品展現的耐損傷性會與其與包含聚亞醯胺(「PI」)的聚合物層結合的可折疊玻璃元件相關。
亦在與本揭示的原理一致的蓋板元件上使用兩種不同版本的筆落測試:落下測試2和落下測試3研究動態負載。
在落下測試2中,將負載賦予到蓋板元件上具有聚合物層70(當這樣的層是蓋板元件的一部分時)的側面來測試樣品,且蓋板元件的相對側被Kydex® T材料製成的平台支撐。該平台是矩形的,經量測為12.7 cm × 10.16 cm(5英吋×4英吋),且7.3 cm(2又7/8英吋)的方形中心部分具有減小的厚度。厚度減小的部分為1.6 mm(0.0625英吋)厚,而平台的其餘部分(周邊)為4.7 mm(0.185英吋)厚。將玻璃元件與衝擊相反的側面(亦即靜置在平台上的側面)用3M®代號471膠帶(0.14 mm厚)黏附以保持斷裂片,亦即將膠帶的黏性側施加到玻璃元件並讓非黏性側靜置在平台上。用管將筆引導到樣品,並將管懸掛在平台的中心部分上方,而且管通常垂直於樣品的頂表面。管具有2.2 cm(7/8英吋)的外徑和1.7 cm(21/32英吋)的內徑。在每次落下之後,將管相對於樣品重新定位以將筆引導到樣品上的不同衝擊位置。筆是具有直徑0.8 mm的圓珠和重量6.45克的Paper Mate®, FlexGrip Elite®。在圓珠暴露的情況下讓筆落下,使得圓珠可與測試樣品相互作用。筆首先從2 cm的高度落下,每次落下高度遞增2 cm,直到落下導致玻璃斷裂。隨後記錄引起斷裂的落下高度。每5次落下之後將筆更換為新筆,並用於每個新的測試樣品。
第21圖圖示使用依據落下測試2的筆落測試來測試各種玻璃元件的結果。以與製備本揭示中的其他樣品類似的方式製備此數據組的玻璃元件。具體來說,對成分與Corning® Gorilla Glass® 2.0一致的玻璃樣品進行深蝕刻,以實現約67微米的期望厚度,隨後進行IOX並在IOX之後進行輕蝕刻。所得玻璃片為67微米厚,並具有與本文描述的其他樣品相似的壓縮應力和DOL。例如A組,玻璃元件在頂部上沒有任何附加層之下進行測試,亦即讓筆直接落到玻璃元件上。例如B組,玻璃元件在頂部上設置12.7微米厚的PET層之下進行測試,且在玻璃元件與附加層之間沒有用任何黏著劑耦接。例如C組,玻璃元件在頂部上設置254微米厚的PET層之下進行測試,且在玻璃元件與附加層之間沒有用任何黏著劑耦接。例如D組,玻璃元件在頂部上設置127微米厚的PC層之下進行測試,且在玻璃元件與附加層之間沒有用任何黏著劑耦接。從第21圖可以看出,藉由將A組與B-D組中任一組進行比較,玻璃元件在附加層存在時比附加層不存在時更能夠承受增加的筆落高度,亦即能夠吸收更多的負載能量而沒有損壞。另外,附加層的性質(例如層的厚度和製作該層的材料)影響蓋板元件吸收能量而不損壞的能力。藉由比較B組與C組可以看出,通常增加聚合物層70的厚度允許蓋板元件(例如可折疊電子裝置組件中採用的)吸收更多的負載能量,亦即蓋板元件可以承受較高的筆落高度。並且,層70的材料選擇將影響蓋板元件吸收能量的能力。藉由比較C組與D組可以看出,較薄的(127微米)PC層能夠承受至少與較厚的(254微米)PET層相同量的負載能量,亦即150 cm的筆落高度(最大測試高度)。
在落下測試3中,將負載賦予到蓋板元件上具有聚合物層70(當這樣的層是蓋板元件的一部分時)的側面來測試樣品,且蓋板元件的相對側被鋁板支撐。在玻璃元件靜置在鋁板上的側面上沒有使用膠帶。用管將筆引導到樣品,並讓管位於樣品的頂表面上,使得管的縱軸大致垂直於樣品的頂表面。管具有2.54 cm(1英吋)的外徑和1.4 cm(9/16英吋)的內徑。在每次落下之後,將管相對於樣品重新定位以將筆引導到樣品上的不同衝擊位置。筆是具有直徑0.7 mm的圓珠和重量4.68克、具有Easy-Glide System®, Fine的BIC®。在蓋子附著於頂端的情況下讓筆落下,使得圓珠可與測試樣品相互作用。筆首先從1 cm的高度落下,每次落下高度遞增1 cm,直到落下導致玻璃斷裂。隨後記錄引起斷裂的落下高度。每5次落下之後將筆更換為新筆,並用於每個新的測試樣品。
下表3顯示使用依據落下測試3的筆落測試來測試各種玻璃元件的結果。以與製備本揭示中的其他樣品類似的方式製備此數據組的玻璃元件。具體來說,對成分與Corning® Gorilla Glass® 2.0一致的玻璃樣品進行深蝕刻,以實現約75微米的期望厚度,隨後進行IOX並在IOX之後進行輕蝕刻。所得玻璃片為75微米厚,並具有與本文描述的其他樣品相似的壓縮應力和DOL。用壓敏黏著劑將聚合物層層壓到玻璃元件上。隨後讓筆落到樣品上,且聚合物層面向進入的筆。使用各種聚合物層厚度與黏著劑厚度的組合,其中在每個樣品組中使用相同材料的每個聚合物層和黏著劑。對於此組測試:在E組中玻璃元件自身進行測試;對於F組,用50微米厚的PSA層將玻璃元件層壓到80微米厚的PI加HC層,其中HC面向進入的筆;對於G組,用50微米厚的PSA層將玻璃元件層壓到50微米厚的PI加HC層,其中HC面向進入的筆;對於H組,用30微米厚的PSA層將玻璃元件層壓到80微米厚的PI加HC層,其中HC面向進入的筆。從表3中可以看出,藉由將E組與F-H組中的任一組進行比較,玻璃元件在附加層存在時比附加層不存在時更能夠承受增加的筆落高度,亦即能夠吸收更多的負載能量而沒有損壞。另外,附加層的性質(例如層的厚度和黏著劑的厚度)影響蓋板元件(例如可折疊電子裝置組件中採用的)吸收能量而不損壞的能力。藉由比較F組與G組可以看出,通常增加聚合物層70的厚度允許蓋板元件吸收更多的負載能量,亦即蓋板元件可以以80微米厚的層承受32 cm的較高筆落高度,而相同材料的50微米厚的層只能夠承受18 cm的筆落高度。並且,用以耦接該層與玻璃元件的黏著劑的厚度將影響蓋板元件吸收能量的能力。藉由比較F組與H組可以看出,F組中具有50微米的黏著劑層厚度的蓋板元件能夠承受比黏著劑厚度僅30微米(玻璃厚度和附加層厚度/材料相同)、承受僅9 cm的筆落高度的蓋板元件更高的筆落高度(32 cm)。再次的,不希望受到理論的約束,在一些實例中,較厚的黏著劑可以吸收及/或耗散及/或分散比相同材料的較薄黏著劑更多的、由落下的筆賦予的負載能量,藉此較厚的黏著劑將蓋板元件的玻璃元件(例如可折疊電子裝置組件中使用的)保護得更好。 表3
儘管沒有對第21圖和表3的樣品特別進行彎曲半徑測試,因為玻璃元件是以與本文討論的其他樣品相同的方式製備的,但預期該等樣品能夠實現類似的彎曲半徑。而且假使將蓋板元件彎曲使得曲率中心在蓋板元件上不存在附加層的一側上,則此將特別為真。亦即,當如第1A圖、第2A圖、第3A圖、第4A圖或第5A圖所示將蓋板元件彎曲時,聚合物層70可以藉由有利地平移中性應力軸來對玻璃提供額外的益處,如在2015年8月11日提出申請的PCT專利申請號PCT/US15/44596中所討論的。因此,當嘗試使用更薄的玻璃元件來實現更緊的彎曲半徑時,如上文關於第21圖和表3描述的聚合物層70對於提供抗刺穿性可以特別有用。
儘管用於上述的抗刺穿性測試(如使用不銹鋼尖端或碳化鎢球)與筆落測試的負載條件在靜態對比動態負載的意義上來說不同,但通常可預期的是,在方向上,已知蓋板元件中的材料的特性和厚度,則兩種測試皆可表示蓋板元件吸收能量而不損壞的能力。亦即,蓋板元件承受比另一個蓋板元件更高的靜態負載的能力通常也表示蓋板元件也將承受更高的動態負載。
IOX
後輕蝕刻
步驟的益處
將IOX強化步驟之後進行蝕刻步驟的益處圖示於第17圖和第18圖,第17圖和第18圖圖示各種兩點彎曲強度分佈。藉由如下測試樣品來量測此等圖中的兩點彎曲值。以250 MPa/sec的恆定速率對樣品施加應力。對於兩點彎曲方案,參見SID Conf.,2011年,第652–654頁中S. T. Gulati、J. Westbrook、S. Carley、H. Vepakomma和T. Ono的「45.2:薄玻璃基材的兩點彎曲(45.2: Two point bending of thin glass substrates)」。將環境控制在50%相對濕度和25℃下。數據組顯示損壞時的最大應力,並假設損壞發生在最小半徑的位置。線1501顯示被從200微米厚深蝕刻到75微米厚(未對此等樣品進行IOX或後續蝕刻)的玻璃樣品的強度之韋伯分佈。該組樣品在10%損壞機率下表現出約850 MPa的強度。線1502顯示被從200微米厚深蝕刻到75微米厚、隨後進行IOX(但是沒有後續蝕刻)的玻璃樣品的強度之韋伯分佈。此等樣品表現出從線1501的僅深蝕刻樣品的值略微降低的強度,在10%損壞機率下約700 MPa。不希望受到理論的約束,IOX處理似乎藉由延伸裂紋而降低了強度。隨後線1503顯示被從200微米厚深蝕刻到75微米厚、在與線1502的樣品相同的條件下進行IOX、隨後進行後續的輕蝕刻以從每個表面移除< 2微米的厚度的玻璃樣品的強度之韋伯分佈。相對於線1501和1502的每個樣品組,這些樣品表現出在10%損壞機率下約1500 MPa的增加強度。因此,第17圖顯示在IOX之後進行輕蝕刻的益處。再次的,不希望受到理論的約束,據信在IOX之後的輕蝕刻減少了由IOX處理本身引入的裂紋深度和鈍頭裂紋尖端,並因此增加了樣品的強度。
儘管IOX似乎降低了深蝕刻樣品中的強度(如第17圖所見),但第18圖圖示出強化用於可折疊及/或可捲曲顯示器的玻璃的主表面的另一個益處(除了以上關於第14圖至第16圖所討論的)。特別是,非IOX玻璃因未使其(彎曲的)外表面處於壓縮而經受疲勞。因此,非IOX玻璃樣品更可能看到時間延遲的損壞。線1601顯示僅被從200微米厚度深蝕刻到75微米厚度、並在與立方角金剛石壓頭的非常低負載10 gf接觸之後進行2點彎曲強度測試的玻璃樣品的強度之韋伯分佈(這些不是IOX的)。特別是,在具有立方角金剛石壓頭尖端的Mitutoyo HM-200硬度測試機上進行立方角測試。在放置於設備的樣品台上的裸玻璃上進行測試。施加10克的負載力(gf)並保持10秒的停留時間。在50%相對濕度和25℃下進行壓痕。壓痕在測試樣品的中心,使得這在藉由兩點彎曲測試進行測試時將是最大應力(最小半徑)的位置。壓痕後,在如上所述的兩點彎曲測試之前將樣品保持在相同的環境中24小時。線1601顯示在10%的損壞機率下約150 MPa的強度。線1603顯示被從200微米厚度深蝕刻到75微米厚度、進行IOX、隨後進行蝕刻以從每一側移除2微米的厚度、隨後在與立方角金剛石壓頭的非常低負載10gf接觸之後進行2點彎曲強度測試的玻璃樣品的強度之韋伯分佈。線1603顯示在10%的損壞機率下約800 MPa的強度。藉由比較線1601與線1501、並藉由比較線1603與線1503可以看出,任何接觸皆將大大降低非強化部分的強度。然而,藉由比較線1603與線1601可以看出,損傷被包含在IOX部分的壓縮深度內,從而對線1603的強化部分給予比線1601的非強化部分更大的強度。因此,藉由例如IOX的強化是降低接觸損傷、甚至是由10 gf的相對低負載引起的接觸損傷的影響的有益方式。
維氏裂紋引發
依據本揭示的玻璃元件的實例亦能夠對強度限制裂紋的形成提供抗性,此舉在玻璃元件用作蓋玻璃並經受來自使用者的接觸或其他接觸事件時是有利的。儘管不希望受到理論的約束,但IOX也對強度限制裂紋的形成提供抗性。在已被深蝕刻、IOX、隨後輕蝕刻的玻璃樣品中產生/引發> 100微米的裂紋需要大於2 kgf的力,如以上所討論。第19A圖、第19B圖、第19C圖、及第19D圖圖示樣品之間的比較,第19A圖和第19B圖的樣品是IOX的(如以上所討論經受深蝕刻、IOX、然後輕蝕刻),而第19C圖和第19D圖的樣品沒有被IOX(但僅被深蝕刻)。第19A圖圖示的IOX樣品經受維氏金剛石壓頭的1 kgf負載。在Leco維氏硬度測試計LV800AT上進行維氏裂紋引發測試。在放置於壓痕設備的樣品台上的裸玻璃上進行測試。將玻璃以增加的負載壓痕,直到在給定負載下製作出的十個凹痕中超過50%顯現強度限制裂紋的存在。在環境條件下以10秒的壓頭停留時間進行壓痕。如第19A圖所見,壓頭產生小於100微米的裂紋。第19B圖顯示的IOX樣品經受維氏壓頭的2 kgf負載。類似於第19A圖,壓頭產生小於100微米的裂紋。因此,可以看出的是,本揭示的實例可以承受2 kgf的負載而不會產生強度限制裂紋,亦即大於100微米的裂紋。第19C圖圖示的非IOX玻璃樣品經受維氏壓頭的1 kgf負載。如第19C圖所見,壓頭產生大於100微米的裂紋。第19D圖圖示的非IOX玻璃樣品經受維氏壓頭的2 kgf負載。如第19D圖所見,壓頭產生遠大於100微米的裂紋。第19A圖與第19C圖的比較及第19B圖與第19D圖的比較顯示,IOX玻璃部分能夠對強度限制裂紋(亦即大於100微米的裂紋)的形成提供抗性。由第19B圖與第19D圖的比較可以看出,在維氏壓頭上非常小的力增加(亦即從1 kgf到2 kgf)在非強化部分中產生了遠較大的裂紋。儘管不希望受到理論的約束,但是據認為維氏壓頭需要遠(比立方角)更多的力來產生強度限制裂紋,因為維氏壓頭具有遠比立方角壓頭更寬的角度。
維氏硬度
玻璃元件具有550至650 kgf/mm2
的維氏硬度。在Mitutoyo HM-114硬度測試機上量測維氏硬度。硬度是藉由以200克的力(gf)壓痕並量測所得壓痕的兩個主要對角線長度的平均值來量測。藉由下式計算硬度:VHN = (P * 1.8544)/d2
,其中VHN為維氏硬度值,P為200 gf的施加負載,d為平均主對角線長度。通常進行10個VHN量測來測定平均VHN。壓痕在50%相對濕度和25℃下進行。測試是在放置於壓痕設備的樣品台上的裸玻璃上進行。壓痕的停留時間為10秒。硬度(包括維氏硬度)是材料中永久變形的量度。材料越硬(如以較高的維氏硬度值表示),則材料中的永久變形越少。因此,硬度是材料對於例如鑰匙及可能與該材料接觸的類似或較低硬度的物品的耐刮擦性和其他耐損傷性的量度。550至650 kgf/mm2
的維氏硬度為裝置蓋板提供對可能在使用者的口袋或背包中找到(例如與裝置蓋板一起)的鑰匙和其他物體的適當耐刮擦性和其他耐損傷性。
閉合力
在可折疊或可彎曲顯示器中的另一個考量是使裝置折疊或彎曲的力。關閉裝置所需的力不應高到使使用者在關閉裝置時感到不舒服。此外,該力不應高到當想要使裝置保持關閉時傾向於使裝置想要打開。因此,應當限制兩點彎曲閉合力。然而,因為兩點彎曲閉合力亦取決於玻璃元件沿著折疊線的方向延伸的尺寸(本文稱為寬度),所以應基於寬度將該力標準化。兩點彎曲閉合力由下式(4)給出,式(4)假設玻璃的行為將好像玻璃被配置在兩個平行板之間,也就是使得玻璃沒有恆定的彎曲半徑。模量下方的(1-ν2
)項考慮到對於諸如玻璃的材料來說,在一個方向上的應力/彎曲將在另一個方向上產生收縮。此舉通常是板狀物體的情況。
其中t為樣品的厚度以mm計,w為玻璃元件沿折線的寬度以mm計,E為玻璃材料的模量以GPa計,v為材料的帕松比,其中當使用平行板兩點彎曲法時,σmax
由以下式(5)給出。
其中E為材料的模量以GPa計,v為材料的帕松比,t為材料的厚度以mm計,D為平行板之間的間隔距離(以mm計)。式(5)為平行板彎曲設備中的最大應力,而且不同於式(1)中的最大應力,因為式(5)考慮到以下事實:樣品在測試設備中將不會實現一致的恆定彎曲半徑(式(1)所假設的),但將具有較小的最小半徑。最小半徑(R)被定義為D - h = 2.396 R,其中h為玻璃厚度以mm計,並與t相同。可將對於給定的板間隔決定的最小半徑R用於式(1)來決定最大應力。
將式(4)的每一側除以w(玻璃元件沿折線的寬度)得出F/w的值。帶入本發明人發現對於玻璃樣品具有特別有益的閉合力的值—厚度t = 0.075mm,板間隔距離D = 10 mm(其中板間隔距離是在經由平行板的兩點彎曲法中,如下文結合循環測試討論的),71 GPa的模量E,0.205的帕松比ν—本發明人已經發現,0.076 N/mm或更小的F/w值產生可接受的閉合力,亦即對於使用者來說不會不舒服的閉合力,而且當處於折疊狀態時不會傾向於使裝置打開的閉合力。舉例來說,本發明人發現,在105.2 mm的寬度下,7.99 N的閉合力是可接受的。而在20 mm的寬度下,1.52 N的力是可接受的。因此,再次地,針對寬度進行標準化發現值F/w = 0.076 N/mm或更小是可接受的。
循環測試
在顯示器或其他裝置中使用的過程中,玻璃元件50可能經受重複的彎曲循環。例如,顯示裝置可能被重複折疊和展開。因此,為了測定裝置的適當壽命,有利的是特徵化玻璃元件可以被折疊和展開的循環次數。為了測試玻璃元件50的循環彎曲耐久性,將玻璃元件50以彎曲的形狀配置在初始間隔距離D為30 mm的兩個平行板2102和2104之間(參見第20圖)。隨後將板移動,同時保持平行,以便將間隔距離減小到目標距離,保持在該目標距離持續約1秒鐘,隨後回到30 mm的初始間隔距離,在初始間隔距離保持約1秒鐘,從而結束一個循環。將板以38 mm/s的速率移動。隨後重複該循環。隨後可以計數循環次數直到玻璃元件損壞。儘管選擇了30 mm的初始間隔距離D,但在其他測試中,初始間隔距離可以大於或小於30 mm。選擇30 mm的值作為不會對玻璃元件50造成顯著負載的距離。可以改變目標距離,以便實現期望測試的目標彎曲半徑。目標彎曲半徑(為被測試的玻璃元件實現的最緊半徑)等於平行板2102、2104的間隔距離D的0.414倍。此基本上是從式(5)之後論述的最小彎曲半徑R的計算忽略玻璃厚度h(或t)的簡化計算,因為感興趣的玻璃厚度通常將遠小於板間隔距離D。然而,在必要的程度上,藉由使用在以上式(5)之後論述的最小彎曲半徑R的計算來考量玻璃厚度。彎曲半徑不是簡單地為D的一半,因為在測試設備中玻璃元件不會形成完美的半圓。因此,為了測試不同的目標彎曲半徑,可以適當地計算不同的平行板距離。如圖所示,第一主表面54形成彎曲的外表面並與平行板的內表面接觸,而第二主表面56形成彎曲的內表面。當聚合物層70存在於第一主表面54上時,聚合物層70將與平行板接觸。因為聚合物層70的厚度72可以是最小的,所以在一些實施例中(在1微米或更小的量級),當從板間隔距離D計算彎曲半徑時(對於第一主表面54,如第22圖所示)可以忽略聚合物層70的厚度72。然而,在聚合物層70具有任何明顯厚度的程度上,依據其他實施例,可以將板間隔距離D增加第二層厚度的兩倍,以在測試的主表面(如第22圖所示,第一主表面54)實現期望的目標彎曲半徑。儘管將第一主表面54圖示為彎曲結構的元件50的外主表面,但也可以使用類似的方法來測試彎曲半徑並將第二主表面56作為彎曲的外表面進行循環,視玻璃元件50在最終裝置中將採用的結構而定。
依據本揭示的一個實例的玻璃元件為75微米厚、具有775 MPa的IOX壓縮應力和10微米的DOL,而且在9 mm的目標板間隔距離D下承受超過200,000個彎曲循環,如上所述。依據本揭示的另一個實例的另一個玻璃元件是75微米厚、具有775 MPa的IOX壓縮應力和10微米的DOL、而且在8 mm的目標板間隔距離D下承受超過200,000個彎曲循環,如上所述。對於典型的顯示裝置來說,經由200,000個彎曲循環被認為是適當的壽命。
此外,儘管以上描述了動態彎曲測試,但仍可以使用類似的平行板測試設備來測試靜態彎曲半徑。在此種情況下,將平行板2102、2104(參見第20圖)設定於期望的間隔距離D,使得板間隔距離的0.414倍等於待測試的期望靜態彎曲半徑。一旦將平行板2102、2104設定於必要的間隔距離D,則將玻璃元件放在平行板之間,以便實現如第20圖所示的彎曲結構。
耐永久翹曲性和耐變形性
除了由本揭示的可折疊電子裝置組件和蓋板元件提供的耐損傷性之外,此等裝置組件和蓋板元件亦提供與彎曲和折疊進展相關的耐永久翹曲性和耐變形性。當將包含OLED顯示器模組的裝置設計用於可彎曲、可折疊或可捲曲的應用時,在此等模組中由於反覆的打開/關閉(動態彎曲)或在閉合或部分打開位置中長時間暴露於彎曲或折疊(靜態彎曲)便形成了應力。由於此等應力,傳統含OLED的顯示模組中的聚合物會在此等彎曲的位置及/或在該位置附近永久變形。相比之下,本揭示的可折疊電子裝置組件和蓋板元件明顯更具有此種耐永久翹曲性和耐變形性。
為了模擬此等效果,進行高溫高濕彎曲測試(本文中稱為「靜態測試」)。在靜態測試中,將樣品安裝在兩個金屬合金板之間。將兩個金屬板以指定的距離相互平行地配置。當板一起移動到指定距離時,將樣品彎曲成期望的C形結構。除非另有說明,否則將樣品彎曲,使得彎曲曲率半徑位於樣品的含OLED基材側上,類似於第1A圖圖示的彎曲方向。因此,對於包含可折疊玻璃元件的樣品來說,使第一或外主表面從彎曲而處於張力中,並且使玻璃元件的第二或內主表面藉由彎曲而處於壓縮。另外,當在兩個金屬板之間以恆定間距進行靜態彎曲測試時,使樣品處在相對濕度85%和溫度85℃的氛圍中。在特定的測試持續時間(例如120小時、240小時、480小時等)之後,從板和指定的85℃/85%相對濕度氛圍中取出樣品。在1小時的鬆弛時間(或另一個指定的鬆弛時間)之後,量測樣品中剩餘的摺痕或彎曲的高度。
現在參照下表4,按照列出的樣品進行一系列靜態彎曲測試。樣品的設置如表4所示,每個樣品皆具有下方的可撓100 μm厚PET材料作為含OLED基材的替代物(標記為「PET」)。也如表4所列,「PI」是指聚亞醯胺層(例如與第1圖至第1D圖所示和本文所述的聚合物層70同等的);「玻璃」是指可折疊玻璃結構(例如與第1圖至第1D圖所示和本文所述的可折疊玻璃元件50同等的);以及「OCA」是指光學透明的黏著劑(例如與第1圖至第1D圖所示和本文所述的黏著劑80同等的)。 表4-含OLED基材樣品的靜態測試結果(剩餘彎曲/摺痕高度或板距離以mm計)
從表4顯而易見的是,使用100 μm厚的PET層的比較例(比較例8)顯示在測試480小時之後剩餘彎曲為68 mm,剩餘彎曲在測試外另外168小時的鬆弛之後未明顯減小。當添加額外的聚合物材料(比較例9)、特別是黏彈性比PET低的PI層時,在測試480小時之後和另外168小時的鬆弛之後剩餘彎曲高度分別減小到57 mm和52 mm。此外,PI層看起來引起一定程度的鬆弛,因為在168小時的鬆弛時間之後比較例9的彎曲高度從57 mm減小到52 mm。此是耐永久翹曲性和耐變形性的表示。在包括75 μm厚的玻璃元件的發明樣品(實例4-6)中,結果甚至更加顯著。特別是,此等樣品在測試480小時之後表現出約46 mm至48 mm的彎曲高度,而且在168小時的附加鬆弛之後表現出約34 mm至42 mm的彎曲高度。
因此,本揭示的可撓電子裝置組件200-200d(參見第1圖至第3B圖和相關的描述)以及與此等例示性組件一致的變型可以包含抵抗永久翹曲的能力,使得可折疊電子裝置組件的永久翹曲比同等可折疊電子裝置組件的永久翹曲低至少10%,其中裝置組件的永久翹曲是在85℃和85%相對濕度下測試480小時的持續時間之後依據靜態測試量測。此外,同等可折疊電子裝置組件包含(a)同等基材和同等聚合物層,該同等基材和同等聚合物層包含與該可折疊電子裝置組件的相應基材和聚合物層相同的尺寸和成分,及(b)同等可折疊聚合物元件,該同等可折疊聚合物元件位於該同等基材與包含聚亞醯胺(PI)的同等聚合物層之間,該同等可折疊聚合物元件包含與該可折疊電子裝置組件的該玻璃元件相同或更小的厚度。在一些實施例中,可折疊電子裝置組件200-200d可被設置有抵抗永久翹曲的能力,使得可折疊電子裝置組件的永久翹曲比同等可折疊電子裝置組件的永久翹曲低至少20%。
如所屬技術領域中具有通常知識者可理解的,在表4的實例4-6和比較例9之間比較結果和樣品證明了這些屬性。亦即,本發明樣品實例5和實例6在測試480小時之後的剩餘彎曲/摺痕高度為約46.5 mm,而且在另外168小時的鬆弛之後為41 mm;而在相同測試條件下比較例(比較例9)的剩餘彎曲/摺痕高度分別為約57 mm和52 mm。因此,具有可折疊玻璃元件的發明樣品在永久翹曲(分別在測試480小時和480小時+168小時的鬆弛之後)上表現出優於具有PI層而不是可折疊玻璃元件的同等樣品約18%(57 – 46.5 / 57)和約21%(52 – 41 / 52)的改良。因此,在本揭示的可折疊電子裝置組件和蓋板元件中包括可折疊玻璃元件大大改善了組件和蓋板元件的耐永久翹曲性和耐變形性。
另外,本文中使用的用語「玻璃」意在包括至少部分由玻璃製成的任何材料,包括玻璃和玻璃陶瓷。「玻璃-陶瓷」包括經由受控的玻璃結晶產生的材料。在實施例中,玻璃-陶瓷具有約30%至約90%的結晶度。可以使用的玻璃陶瓷系統的非限制性實例包括Li2
O × Al2
O3
× nSiO2
(亦即LAS系統)、MgO × Al2
O3
× nSiO2
(亦即MAS系統)及ZnO × Al2
O3
× nSiO2
(亦即ZAS系統)。
在不實質偏離本揭示的精神和各種原理的情況下,可以對本揭示的上述實施例進行許多變化和修改。意圖使所有此類的修改和變化被包括在本文中本揭示的範圍內並由以下申請專利範圍保護。
例如,儘管在一些實施例中將蓋板元件描述為用作顯示器的典型「蓋板玻璃」,但也可以將蓋板元件用在裝置殼體的任何部分上,而且在一些實施例中不需要是透明的(不將蓋板元件使用在人們將經由其觀看物體的位置)。
依據第一例示性態樣,提供一種蓋板元件,該蓋板元件包含:包含厚度約25 μm至約200 μm的可折疊玻璃元件,該玻璃元件進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定;以及聚合物層,該聚合物層包含約10 μm至約100 μm的厚度並位於該玻璃元件的該第一主表面上。該玻璃元件之特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發彎曲拉伸應力σB
,σI
+ σB
< 400 MPa(張力)。另外,該蓋板元件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層的蓋板元件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1(Drop Test 1)量測,且該層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據第二例示性態樣,提供一種蓋板元件,該蓋板元件包含:包含厚度約25 μm至約200 μm的可折疊玻璃元件,該玻璃元件進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第二主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第二主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定;以及聚合物層,該聚合物層包含約10 μm至約100 μm的厚度並位於該玻璃元件的該第一主表面上。該玻璃元件之特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第一主表面的側面上以便在該第二主表面處誘發彎曲拉伸應力σB
,σI
+ σB
< 200 MPa(張力)。另外,該蓋板元件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層的蓋板元件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1量測,且該層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據第三例示性態樣,提供第一例示性態樣的蓋板元件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處σI
+ σB
< 0 MPa。
依據第四例示性態樣,提供第二例示性態樣的蓋板元件,其中在該玻璃元件的該第二主表面處σI
+ σB
< 0 MPa。
依據第五例示性態樣,提供第一和第三例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處該玻璃元件亦包含小於或等於2 μm的最大裂紋尺寸。
依據第六例示性態樣,提供第二和第四例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中在該玻璃元件的該第二主表面處該玻璃元件亦包含小於或等於2 μm的最大裂紋尺寸。
依據第七例示性態樣,提供第一至第六例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中該層包含聚亞醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
依據第八例示性態樣,提供第一至第七例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中該層藉由黏著劑耦接到該玻璃元件。
依據第九例示性態樣,提供第一和第三例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中到該玻璃元件的該第一主表面下方至少1 μm的深度σI
+ σB
< 0 MPa。
依據第十例示性態樣,提供第二和第四例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中到該玻璃元件的該第二主表面下方至少1 μm的深度σI
+ σB
< 0 MPa。
依據第十一例示性態樣,提供第一和第三例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處的壓縮應力為約700 MPa至約2000 MPa,而且進一步地其中該壓縮應力區域包含複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,該等離子交換金屬離子包含的原子半徑大於該等可離子交換金屬離子的原子半徑。
依據第十二例示性態樣,提供第二和第四例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中在該玻璃元件的該第二主表面處的壓縮應力為約700 MPa至約2000 MPa,而且進一步地其中該壓縮應力區域包含複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,該等離子交換金屬離子包含的原子半徑大於該等可離子交換金屬離子的原子半徑。
依據第十三例示性態樣,提供第一和第三例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中將該第一深度設定為距離該玻璃元件的該第一主表面約三分之一的該玻璃元件厚度或更小。
依據第十四例示性態樣,提供第二和第四例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,其中將該第一深度設定為距離該玻璃元件的該第二主表面約三分之一的該玻璃元件厚度或更小。
依據第十五例示性態樣,提供第一至第十四例示性態樣中任一態樣的蓋板元件,該蓋板元件進一步包含:位於該聚合物層上的耐刮擦塗層,其中該塗層具有依據ASTM測試方法D3363至少5H的鉛筆硬度,而且進一步地其中具有該層和該塗層的該蓋板元件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層和該塗層的該蓋板元件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1量測,且該層和塗層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據第十六例示性態樣,提供一種可折疊裝置組件,該可折疊裝置組件包含:可折疊電子裝置基材;及位於該裝置基材上方的可折疊玻璃元件,該玻璃元件包含約25 μm至約200 μm的厚度並進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定。該可折疊裝置組件亦包括聚合物層,該聚合物層包含約10 μm至約100 μm的厚度並位於該玻璃元件的該第一主表面上方。該玻璃元件之特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發彎曲應力σB
,σI
+ σB
< 400 MPa(張力)。另外,該可折疊電子裝置組件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該聚合物層的可折疊電子裝置組件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1量測,且該層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據第十七例示性態樣,提供第十六例示性態樣的裝置組件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處σI
+ σB
< 0 MPa。
依據第十八例示性態樣,提供第十六或第十七例示性態樣的裝置組件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處該玻璃元件亦包含小於或等於2 μm的最大裂紋尺寸。
依據第十九例示性態樣,提供第十六至第十八例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中該可折疊電子裝置組件能夠承受依據落下測試1大於8 cm的筆落高度。
依據第二十例示性態樣,提供第十六至第十九例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中該可折疊電子裝置組件能夠承受依據落下測試1大於15 cm的筆落高度。
依據第二十一例示性態樣,提供第十六至第二十例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中該層包含聚亞醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、或聚甲基丙烯酸甲酯。
依據第二十二例示性態樣,提供第十六至第二十一例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中該層藉由黏著劑耦接到玻璃元件,而且該玻璃元件藉由黏著劑耦接到該裝置基材。
依據第二十三例示性態樣,提供第十六至第二十二例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中到該玻璃元件的該第一主表面下方至少1 μm的深度σI
+ σB
< 0 MPa。
依據第二十四例示性態樣,提供第十六至第二十三例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處的應力為約700 MPa至約2000 MPa(壓縮),而且進一步地其中該壓縮應力區域包含複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,該等離子交換金屬離子包含的原子半徑大於該等可離子交換金屬離子的原子半徑。
依據第二十五例示性態樣,提供第十六至第二十四例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中將該第一深度設定為距離該玻璃元件的該第一主表面約三分之一的該玻璃元件厚度或更小。
依據第二十六例示性態樣,提供第十六至第二十五例示性態樣中任一態樣的裝置組件,該裝置組件進一步包含:位於該聚合物層上的耐刮擦塗層,其中該塗層具有依據ASTM測試方法D3363至少5H的鉛筆硬度,而且進一步地其中該可折疊電子裝置組件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層和該塗層的該可折疊電子裝置組件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1量測,且該層和塗層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據第二十七例示性態樣,提供一種可折疊電子裝置組件,該可折疊電子裝置組件包含:可折疊電子裝置基材;及位於該裝置基材上方的可折疊玻璃元件,該玻璃元件包含約25 μm至約200 μm的厚度並進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定。該可折疊裝置組件還包括聚合物層,該聚合物層包含約10 μm至約100 μm的厚度並位於該玻璃元件的該第一主表面上方。該玻璃元件之特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發彎曲應力σB
,σI
+ σB
< 400 MPa(張力)。另外,該可折疊電子裝置組件包含抵抗永久翹曲的能力,使得該可折疊電子裝置組件的永久翹曲比同等可折疊電子裝置組件的永久翹曲少至少10%,其中該裝置組件的永久翹曲是在85℃和85%相對濕度下480小時的測試持續時間後按照靜態測試(Static Test)量測。此外,該同等可折疊電子裝置組件包含(a)同等基材和同等聚合物層,該同等基材和同等聚合物層包含與該可折疊電子裝置組件的相應基材和聚合物層相同的尺寸和成分,及(b)同等可折疊聚合物元件,該同等可折疊聚合物元件位於該同等基材與包含聚亞醯胺(PI)的同等聚合物層之間,該同等可折疊聚合物元件包含與該可折疊電子裝置組件的該玻璃元件相同或更小的厚度。
依據第二十八例示性態樣,提供第二十七例示性態樣的裝置組件,其中該可折疊電子裝置組件包含抵抗永久翹曲的能力,使得該可折疊電子裝置組件的永久翹曲比同等可折疊電子裝置組件的永久翹曲少至少20%。
依據第二十九例示性態樣,提供第二十七或第二十八例示性態樣的裝置組件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處σI
+ σB
< 0 MPa。
依據第三十例示性態樣,提供第二十七至第二十九例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處該玻璃元件亦包含小於或等於2 μm的最大裂紋尺寸。
依據第三十一例示性態樣,提供第二十七至第三十例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中該層包含聚亞醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
依據第三十二例示性態樣,提供第二十七至第三十一例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中該層藉由黏著劑耦接到該玻璃元件,而且該玻璃元件藉由黏著劑耦接到該裝置基材。
依據第三十三例示性態樣,提供第二十七至第三十二例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中到該玻璃元件的該第一主表面下方至少1 μm的深度σI
+ σB
< 0 MPa。
依據第三十四例示性態樣,提供第二十七至第三十三例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處的壓縮應力為約700 MPa至約2000 MPa,而且進一步地其中該壓縮應力區域包含複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,該離子交換金屬離子包含的原子半徑大於該可離子交換金屬離子的原子半徑。
依據第三十五例示性態樣,提供第二十七至第三十四例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中將該第一深度設定為距離該玻璃元件的該第一主表面約三分之一的該玻璃元件厚度或更小。
依據第三十六例示性態樣,提供第二十七至第三十五例示性態樣中任一態樣的裝置組件,該裝置組件進一步包含:位於該聚合物層上的耐刮擦塗層,其中該耐刮擦塗層具有依據ASTM測試方法D3363至少5H的鉛筆硬度,而且進一步地其中該可折疊電子裝置組件包含承受筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層和該塗層的該可折疊電子裝置組件之對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照落下測試1量測,且該層和該塗層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
依據第三十七例示性態樣,提供第一或第三例示性態樣的蓋板元件,其中該可折疊玻璃元件進一步包含第二壓縮應力區域,該第二壓縮應力區域從該玻璃元件的該第二主表面延伸到該玻璃元件中的第二深度,該第二區域係藉由在該玻璃元件的該第二主表面處至少100 MPa的壓縮應力σI
界定。
依據第三十八例示性態樣,提供第二或第四例示性態樣的蓋板元件,其中該可折疊玻璃元件進一步包含第二壓縮應力區域,該第二壓縮應力區域從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的第二深度,該第二區域係藉由在該玻璃元件的該第一主表面處至少100 MPa的壓縮應力σI
界定。
依據第三十九例示性態樣,提供第十六至第二十六例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中該可折疊玻璃元件進一步包含第二壓縮應力區域,該第二壓縮應力區域從該玻璃元件的該第二主表面延伸到該玻璃元件中的第二深度,該第二區域係藉由在該玻璃元件的該第二主表面處至少100 MPa的壓縮應力σI
界定。
依據第四十例示性態樣,提供第二十七至第三十六例示性態樣中任一態樣的裝置組件,其中該可折疊玻璃元件進一步包含第二壓縮應力區域,該第二壓縮應力區域從該玻璃元件的該第二主表面延伸到該玻璃元件中的第二深度,該第二區域係藉由在該玻璃元件的該第二主表面處至少100 MPa的壓縮應力σI
界定。
依據第四十一例示性態樣,提供一種玻璃物件,該玻璃物件包含:包含厚度約25 μm至約75 μm的可折疊玻璃元件,該玻璃元件進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定。該玻璃元件之特徵在於應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至10 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發彎曲拉伸應力σB
,σI
+ σB
< 0 MPa。另外,該蓋板元件包含承受從高度大於單獨玻璃元件高度的筆落的能力。
依據第四十二例示性態樣,提供第四十一例示性態樣的玻璃物件,其中該玻璃元件能夠承受依據落下測試2從高度大於40 cm的筆落、或依據落下測試3從高度大於3 cm的筆落。
依據第四十三例示性態樣,提供第四十一或第四十二例示性態樣的玻璃物件,該玻璃物件進一步包含:位於該玻璃元件的該第一主表面上的層,其中具有該層的該玻璃物件具有承受筆落高度為沒有該層的玻璃物件的筆落高度之至少2倍的能力,其中筆係按照落下測試2或落下測試3落下,且該層位於該玻璃元件面向進入的筆的側面上。
依據第四十四例示性態樣,提供第四十一至第四十三例示性態樣中任一態樣的玻璃物件,其中該層包含聚亞醯胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚碳酸酯(PC)。
依據第四十五例示性態樣,提供第四十一至第四十四例示性態樣中任一態樣的玻璃物件,其中該層藉由黏著劑耦接到該玻璃元件。
依據第四十六例示性態樣,提供第四十一至第四十五例示性態樣中任一態樣的玻璃物件,其中到該第一主表面下方至少1微米的深度σI
+ σB
< 0。
依據第四十七例示性態樣,提供第四十一至第四十六例示性態樣中任一態樣的玻璃物件,其中該玻璃元件進一步包含大於或等於8H的鉛筆硬度。
依據第四十八例示性態樣,提供第四十一至第四十七例示性態樣中任一態樣的玻璃物件,其中該玻璃元件進一步包含複數個層。
依據第四十九例示性態樣,提供第四十一至第四十八例示性態樣中任一態樣的玻璃物件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處的壓縮應力為約700 MPa至約2000 MPa。
依據第五十例示性態樣,提供第四十一至第四十九例示性態樣中任一態樣的玻璃物件,其中將該第一深度設定為距離該玻璃元件的該第一主表面約三分之一的該玻璃元件厚度或更小。
依據第五十一例示性態樣,提供第四十一至第五十例示性態樣中任一態樣的玻璃物件,其中該壓縮應力區域包含在該玻璃元件的該第一主表面處為5 µm或更小的最大裂紋尺寸。
依據第五十二例示性態樣,提供第四十一至第五十一例示性態樣中任一態樣的玻璃物件,其中該壓縮應力區域包含複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,該離子交換金屬離子具有的原子半徑大於該可離子交換金屬離子的原子半徑。
依據第五十三例示性態樣,提供一種可折疊電子裝置,該可折疊電子裝置包含:具有可折疊特徵的電子裝置,其中該可折疊特徵包含如第四十一至第五十二例示性態樣中任一態樣的玻璃物件。
依據第五十四例示性態樣,提供一種製造玻璃物件的方法,該方法包括以下步驟:形成厚度從約25 µm至約125 µm的玻璃物件,該玻璃元件進一步包含:(a)第一主表面,(b)第二主表面,及(c)從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的第一深度的壓縮應力區域,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI
界定。該玻璃元件之特徵在於(a)一應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至10 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發彎曲拉伸應力σB
,σI
+ σB
< 0 MPa;以及(b)當該玻璃元件的該第一主表面載有直徑1.5 mm的碳化鎢球時大於約1.5 kgf的抗刺穿性。
依據第五十五例示性態樣,提供第五十四例示性態樣的方法,其中該玻璃元件能夠承受依據落下測試2從高度大於40 cm的筆落、或依據落下測試3從高度大於3 cm的筆落。
依據第五十六例示性態樣,提供第五十四或第五十五例示性態樣的方法,該方法進一步包含位於該玻璃元件的該第一主表面上的層,其中具有該層的該玻璃物件具有承受筆落高度為沒有該層的玻璃物件的筆落高度之至少2倍的能力,其中筆係按照落下測試2或落下測試3落下,且該層位於該玻璃元件面向進入的筆的側面上。
依據第五十七例示性態樣,提供第五十四至第五十六例示性態樣中任一態樣的方法,其中該層包含聚亞醯胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚碳酸酯(PC)。
依據第五十八例示性態樣,提供第五十四至第五十七例示性態樣中任一態樣的方法,其中該層藉由黏著劑耦接到玻璃元件。
依據第五十九例示性態樣,提供第五十四至第五十八例示性態樣中任一態樣的方法,其中到第一主表面下方至少1微米的深度σI
+ σB
< 0。
依據第六十例示性態樣,提供第五十四至第五十九例示性態樣中任一態樣的方法,其中形成該第一玻璃層的步驟包含選自由熔合、狹縫拉伸、滾壓、再拉伸及漂浮製程所組成之群組的成形製程,該成形製程進一步設以將該玻璃層成形至最終厚度。
依據第六十一例示性態樣,提供第五十四至第六十例示性態樣中任一態樣的方法,其中形成該第一玻璃層的步驟包含選自由熔合、狹縫拉伸、滾壓、再拉伸及漂浮製程所組成之群組的成形製程及材料移除製程,該材料移除製程從該玻璃層移除材料以達到最終厚度。
依據第六十二例示性態樣,提供第五十四至第六十一例示性態樣中任一態樣的方法,其中形成從該玻璃層的該第一主表面延伸到該玻璃層中的第一深度的壓縮應力區域的步驟包含以下步驟:提供強化浴,該強化浴包含複數種離子交換金屬離子,該複數種離子交換金屬離子的原子半徑尺寸大於該玻璃層中所含的複數種可離子交換金屬離子的原子半徑;以及將該玻璃層浸沒在該強化浴中以將該玻璃層中的一部分該複數種可離子交換金屬離子與該強化浴中的一部分該複數種離子交換金屬離子交換而形成從該第一主表面延伸到該玻璃層中的第一深度的壓縮應力區域。
依據第六十三例示性態樣,提供第六十二例示性態樣的方法,其中該浸沒步驟包含將該玻璃層浸沒在約400℃至約450℃的強化浴中持續約15分鐘至約180分鐘。
依據第六十四例示性態樣,提供第六十一例示性態樣的方法,該方法進一步包含以下步驟:在形成該壓縮應力區域之後在該第一主表面從該玻璃層的該最終厚度移除約1 µm至約5 µm,其中該移除步驟係在浸沒該玻璃層的步驟之後進行。
依據第六十五例示性態樣,提供第五十四至第六十四例示性態樣中任一態樣的方法,其中壓縮應力為約700 MPa至2000 MPa。
依據第六十六例示性態樣,提供第五十四至第六十五例示性態樣中任一態樣的方法,其中該玻璃元件進一步包含大於或等於8H的鉛筆硬度。
依據第六十七例示性態樣,提供第五十四至第六十六例示性態樣中任一態樣的方法,其中該玻璃元件進一步包含複數個層。
40‧‧‧彎曲半徑
42‧‧‧彎曲力
50‧‧‧可折疊玻璃元件
50a‧‧‧玻璃層
50e‧‧‧玻璃層
52‧‧‧厚度
52a‧‧‧厚度
52e‧‧‧厚度
54‧‧‧第一主表面
54a‧‧‧第一主表面
54e‧‧‧第一主表面
55a‧‧‧芯區域
55b‧‧‧芯區域厚度
56‧‧‧第二主表面
56a‧‧‧第二主表面
56e‧‧‧第二主表面
57a‧‧‧包層區域
57b‧‧‧包層厚度
58b‧‧‧邊緣
59a‧‧‧邊緣壓縮應力區域
59b‧‧‧邊緣深度
60‧‧‧壓縮應力區域
60a‧‧‧壓縮應力區域
60b‧‧‧壓縮應力區域
62‧‧‧第一深度
62a‧‧‧第一深度
62b‧‧‧第一深度
63a‧‧‧第二離子交換深度
63b‧‧‧CTE區域深度
70‧‧‧聚合物層
72‧‧‧厚度
80‧‧‧黏著劑
90‧‧‧耐刮擦塗層
92‧‧‧厚度
96‧‧‧中心區域
98‧‧‧邊緣
100‧‧‧蓋板元件
100a‧‧‧蓋板元件
100b‧‧‧蓋板元件
100c‧‧‧蓋板元件
100d‧‧‧蓋板元件
100e‧‧‧蓋板元件
100f‧‧‧蓋板元件
102‧‧‧厚度
110‧‧‧玻璃結構
150‧‧‧基材
152‧‧‧厚度
160‧‧‧有機發光二極體元件
200‧‧‧裝置組件
200a‧‧‧可折疊電子裝置組件
200b‧‧‧可折疊電子裝置組件
200c‧‧‧可折疊電子裝置組件
200d‧‧‧可折疊電子裝置組件
1202‧‧‧線
1302‧‧‧線
1402‧‧‧實線
1403‧‧‧區域
1501‧‧‧線
1502‧‧‧線
1503‧‧‧線
1601‧‧‧線
1603‧‧‧線
2102‧‧‧平行板
2104‧‧‧平行板
42‧‧‧彎曲力
50‧‧‧可折疊玻璃元件
50a‧‧‧玻璃層
50e‧‧‧玻璃層
52‧‧‧厚度
52a‧‧‧厚度
52e‧‧‧厚度
54‧‧‧第一主表面
54a‧‧‧第一主表面
54e‧‧‧第一主表面
55a‧‧‧芯區域
55b‧‧‧芯區域厚度
56‧‧‧第二主表面
56a‧‧‧第二主表面
56e‧‧‧第二主表面
57a‧‧‧包層區域
57b‧‧‧包層厚度
58b‧‧‧邊緣
59a‧‧‧邊緣壓縮應力區域
59b‧‧‧邊緣深度
60‧‧‧壓縮應力區域
60a‧‧‧壓縮應力區域
60b‧‧‧壓縮應力區域
62‧‧‧第一深度
62a‧‧‧第一深度
62b‧‧‧第一深度
63a‧‧‧第二離子交換深度
63b‧‧‧CTE區域深度
70‧‧‧聚合物層
72‧‧‧厚度
80‧‧‧黏著劑
90‧‧‧耐刮擦塗層
92‧‧‧厚度
96‧‧‧中心區域
98‧‧‧邊緣
100‧‧‧蓋板元件
100a‧‧‧蓋板元件
100b‧‧‧蓋板元件
100c‧‧‧蓋板元件
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100e‧‧‧蓋板元件
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102‧‧‧厚度
110‧‧‧玻璃結構
150‧‧‧基材
152‧‧‧厚度
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200‧‧‧裝置組件
200a‧‧‧可折疊電子裝置組件
200b‧‧‧可折疊電子裝置組件
200c‧‧‧可折疊電子裝置組件
200d‧‧‧可折疊電子裝置組件
1202‧‧‧線
1302‧‧‧線
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1501‧‧‧線
1502‧‧‧線
1503‧‧‧線
1601‧‧‧線
1603‧‧‧線
2102‧‧‧平行板
2104‧‧‧平行板
第1圖為依據本揭示的一些實施例包含可折疊玻璃元件、聚合物層及可折疊電子裝置基材的可折疊電子裝置組件之立體圖。
第1A圖為第1圖描繪的裝置組件經受彎曲力且曲率中心在組件的基材側上的立體圖。
第1B圖為第1圖描繪的裝置組件之剖視圖。
第1C圖為第1圖描繪的裝置組件之剖視圖,包括依據一些實施例具有藉由離子交換處理形成的壓縮應力區域的可折疊玻璃元件。
第1D圖為第1圖描繪的裝置組件之剖視圖,包括依據一些實施例具有包含芯區域和兩個包層區域的玻璃層的可折疊玻璃元件。
第2圖為依據本揭示的一些實施例包含具有三個玻璃層的可折疊玻璃元件、聚合物層及可折疊電子裝置基材的可折疊電子裝置組件之立體圖。
第2A圖為第2圖描繪的裝置組件經受彎曲力且曲率中心在組件的基材側上的立體圖。
第3圖為依據本揭示的一些實施例包含可折疊玻璃元件、聚合物層及可折疊電子裝置基材的可折疊電子裝置組件之立體圖。
第3A圖為第3圖描繪的裝置組件經受彎曲力且曲率中心在組件的聚合物層側上的立體圖。
第3B圖為第3圖描繪的裝置組件之剖視圖。
第4圖為依據本揭示的態樣包含玻璃結構和玻璃元件的蓋板元件之立體圖。
第4A圖為第4圖描繪的蓋板元件經受彎曲力的立體圖。
第4B圖為第4圖描繪的蓋板元件之剖視圖。
第5圖為依據本揭示的態樣包含玻璃結構和玻璃元件的蓋板元件之立體圖。
第5A圖為第5圖描繪的蓋板元件經受彎曲力的立體圖。
第5B圖為第5圖描繪的蓋板元件之剖視圖。
第6圖為依據本揭示的態樣破壞刺穿負載測試數據為玻璃層厚度的函數之圖。
第7A圖為同等可折疊電子裝置組件的聚亞醯胺層表面和有機發光二極體(OLED)層表面在經受落下測試1之後的一系列照片。
第7B圖為依據本揭示的一些實施例的可折疊電子裝置組件的聚亞醯胺層表面、玻璃元件表面及有機發光二極體(OLED)層表面在經受落下測試1之後的一系列照片。
第8A圖為依據本揭示的一些實施例在離子交換處理步驟之後在75 μm厚的可折疊玻璃元件中的壓縮應力vs.深度之圖。
第8B圖為依據本揭示的一些實施例在離子交換處理步驟和輕蝕刻(light etching)步驟之後在75 μm厚的可折疊玻璃元件中的壓縮應力vs.深度之圖。
第9A圖為厚度25 μm、50 μm及100 μm且彎曲半徑3 mm、5 mm及7 mm、具有三種成分的玻璃層之估計應力強度因子的示意圖。
第9B圖為依據本揭示的態樣有和沒有壓縮應力區域、厚度50 μm且彎曲半徑5 mm、具有三種成分的玻璃層之估計應力強度因子的示意圖。
第10圖為依據本揭示的另一態樣有和沒有經由離子交換處理形成的壓縮應力區域、厚度25 μm、50 μm、75 μm及100 μm且彎曲半徑5 mm、具有一種成分的玻璃層的表面之估計最大應力水平的示意圖。
第11圖為依據本揭示的態樣具有75 μm的厚度和經由離子交換處理形成的壓縮應力區域、具有一種成分的玻璃層之損壞刺穿負載測試資料的圖。
第12圖為依據本揭示的另一態樣具有25 μm、50 μm、75 μm及100 μm的厚度、10 mm和20 mm的彎曲半徑及經由玻璃層的芯區域與包層區域之間的熱膨脹係數不匹配所形成的壓縮應力區域、具有三種成分的玻璃層之估計應力強度因子的示意圖。
第13圖為依據本揭示的態樣的兩組玻璃樣品之損壞機率vs.損壞時的負載的韋伯圖。
第14圖為壓縮應力從鹽與玻璃之間的金屬離子交換產生時依據本揭示的實施例的可折疊玻璃元件之應力分佈。
第15圖為依據本揭示的實施例的可折疊玻璃元件受到彎曲應力時的應力分佈。
第16圖為圖示第6圖和第7圖加在一起的應力分佈之合成應力分佈。
第17圖為在各種不同玻璃樣品的兩點彎曲下的損壞機率vs.強度之韋伯圖。
第18圖為在立方角接觸之後在各種不同玻璃樣品的兩點彎曲下的損壞機率vs.強度之韋伯圖。
第19A圖為使用1 kgf負載的維氏壓頭壓痕之後依據本揭示的態樣的樣品玻璃。
第19B圖為使用2 kgf負載的維氏壓頭壓痕之後依據本揭示的態樣的樣品玻璃。
第19C圖為使用1 kgf負載的維氏壓頭壓痕之後的比較玻璃。
第19D圖為使用2 kgf負載的維氏壓頭壓痕之後的比較玻璃。
第20圖為兩點彎曲測試配置。
第21圖為依據本揭示的態樣的不同蓋板元件結構在玻璃元件損壞時的筆落高度之圖。
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50‧‧‧可折疊玻璃元件
50a‧‧‧玻璃層
52‧‧‧厚度
52a‧‧‧厚度
54‧‧‧第一主表面
54a‧‧‧第一主表面
56‧‧‧第二主表面
56a‧‧‧第二主表面
58b‧‧‧邊緣
60‧‧‧壓縮應力區域
62‧‧‧第一深度
70‧‧‧聚合物層
72‧‧‧厚度
80‧‧‧黏著劑
90‧‧‧耐刮擦塗層
92‧‧‧厚度
100‧‧‧蓋板元件
150‧‧‧基材
160‧‧‧有機發光二極體元件
200‧‧‧裝置組件
Claims (10)
- 一種用於可折疊電子裝置的蓋板元件,包含: 一可折疊玻璃元件,包含約25 μm至約200 μm的厚度,該玻璃元件進一步包含:(a)一第一主表面,(b)一第二主表面,及(c)一壓縮應力區域,從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的一第一深度,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的壓縮應力σI 界定;以及一聚合物層,包含約10 μm至約100 μm的厚度並位於該玻璃元件的該第一主表面上,其中該玻璃元件之特徵在於一應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發一彎曲拉伸應力σB ,σI + σB < 400 MPa(張力),及其中該蓋板元件包含承受一筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層的該蓋板元件之一對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照一落下測試1(Drop Test 1)量測,且該層位於該玻璃元件面向筆的側面上。
- 如請求項1所述之蓋板元件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處σI + σB < 0 MPa。
- 如請求項1所述之蓋板元件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處該玻璃元件亦包含小於或等於2 μm的最大裂紋尺寸。
- 如請求項1-3中任一項所述之蓋板元件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處的該壓縮應力為約700 MPa至約2000 MPa,而且進一步地其中該壓縮應力區域包含複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,該等離子交換金屬離子的原子半徑大於該等可離子交換金屬離子的該原子半徑。
- 如請求項1-3中任一項所述之蓋板元件,進一步包含: 一耐刮擦塗層,位於該聚合物層上, 其中該塗層具有依據ASTM測試方法D3363至少5H的鉛筆硬度,及 進一步地其中具有該層和該塗層的該蓋板元件包含承受一筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層和該塗層的該蓋板元件之一對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照一落下測試1量測,且該層和該塗層位於該玻璃元件面向該筆的側面上。
- 一種可折疊電子裝置組件,包含: 一可折疊電子裝置基材; 一可折疊玻璃元件,位於該裝置基材上,該玻璃元件包含從約25 μm至約200 μm的厚度,並且進一步包含: (a)一第一主表面, (b)一第二主表面,及 (c)一壓縮應力區域,從該玻璃元件的該第一主表面延伸到該玻璃元件中的一第一深度,該區域由在該玻璃元件的該第一主表面處至少約100 MPa的一壓縮應力σI 界定;以及 一聚合物層,包含約10 μm至約100 μm的厚度並位於該玻璃元件的該第一主表面上, 其中該玻璃元件之特徵在於一應力分佈,該應力分佈使得當該玻璃元件彎曲到1 mm至20 mm的目標彎曲半徑時,曲率中心位於該第二主表面的側面上以便在該第一主表面處誘發一彎曲拉伸應力σB ,σI + σB < 400 MPa(張力), 其中該折疊電子裝置組件包含抵抗永久翹曲的能力,使得該可折疊電子裝置組件的永久翹曲比同等可折疊電子裝置組件的永久翹曲少至少10%,其中該裝置組件的該永久翹曲是在85o C和85%相對濕度下480小時的測試一持續時間後按照一靜態測試(Static Test)量測,及 進一步地其中該同等可折疊電子裝置組件包含(a)一同等基材和同等聚合物層,包含與該可折疊電子裝置組件的相應基材和聚合物層相同的尺寸和組成物,及(b)一同等可折疊聚合物元件,位於該同等基材與包含一聚亞醯胺(PI)的同等聚合物層之間,該同等可折疊聚合物元件包含與該可折疊電子裝置組件的該玻璃元件相同或更小的厚度。
- 如請求項6所述之裝置組件,進一步地其中該可折疊電子裝置組件包含抵抗永久翹曲的能力,使得該可折疊電子裝置組件的永久翹曲比該同等可折疊電子裝置組件的永久翹曲少至少20%。
- 如請求項6所述之裝置組件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處該玻璃元件亦包含小於或等於2 μm的最大裂紋尺寸。
- 如請求項6-8中任一項所述之裝置組件,其中在該玻璃元件的該第一主表面處的壓縮應力為約700 MPa至約2000 MPa,而且進一步地其中該壓縮應力區域包含複數種可離子交換金屬離子和複數種離子交換金屬離子,該等離子交換金屬離子的原子半徑大於該等可離子交換金屬離子的該原子半徑。
- 如請求項6-8中任一項所述之裝置組件,進一步包含: 一耐刮擦塗層,位於該聚合物層上, 其中該耐刮擦塗層具有依據ASTM測試方法D3363至少5H的鉛筆硬度,及 進一步地其中該可折疊電子裝置組件包含承受一筆落高度的能力,該筆落高度為沒有該層和該塗層的該可折疊電子裝置組件之一對照筆落高度的至少1.5倍,其中該筆落高度係按照一落下測試1量測,且該層和該塗層位於該玻璃元件面向該筆的側面上。
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