TWI473774B - 改良之玻璃強化 - Google Patents

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Description

改良之玻璃強化
按照慣例，一些攜帶型電子器件使用玻璃作為其器件之一部分(內部或外部)。在外部，可提供一玻璃部分作為外殼之一部分，該種玻璃部分通常稱為防護玻璃罩(cover glass)。玻璃之透明性及抗刮性使其極適用於該等應用。在內部，可提供玻璃部分以支持顯示技術。更特定言之，為了支持顯示，攜帶型電子器件可在外部防護玻璃罩之下提供顯示技術層。感測配置亦可具備有顯示技術層或與顯示技術層鄰接。舉例而言，顯示技術層可包括或有關於包括液晶模組(LCM)之液晶顯示器(LCD)。LCM通常包括上部玻璃片及下部玻璃片，上部玻璃片與下部玻璃片之間夾有液晶層。感測配置可為觸控式感測配置，諸如用於製造觸控式螢幕之感測配置。舉例而言，電容性感測觸控式螢幕可包括分散於玻璃片周圍之實質上透明的感測點或節點。
然而，不幸的是，在攜帶型電子器件中使用玻璃需要該玻璃相對較薄。一般而言，當攜帶型電子器件受到應力或處於強力下時，玻璃越薄，則玻璃更易受損壞。已使用化學強化來強化玻璃。儘管化學強化有效，但仍需要提供改良之方式來強化玻璃(亦即薄玻璃)。
本發明大體上係關於用於改良玻璃之化學強化之技術。在一實施例中，可在玻璃物品經歷化學強化時在玻璃物品上誘導機械應力。在另一實施例中，可在玻璃物品之化學強化期間誘導振動，諸如超音波振動。在玻璃物品之化學強化期間使用機械應力及/或振動可增強化學強化過程之有效性。因此，已經歷化學強化處理之玻璃物品不僅可較薄，而且足夠堅固並能耐損傷。強化型玻璃物品極其適用於消費型產品中，諸如消費型電子器件(例如攜帶型電子器件)。
本發明可以多種方式實施，包括實施為方法、系統、器件或裝置。下文論述本發明之若干實施例。
作為強化一玻璃片之方法，一實施例可例如至少包括：獲得一片欲被化學強化之玻璃；在該玻璃片上誘導暫時機械應力；及至少當在該玻璃片上誘導該暫時機械應力時化學強化該玻璃片。
作為用於玻璃物品之玻璃強化系統，一實施例可例如包括：用於在玻璃物品上誘導機械應力之應力固定器及提供鹼金屬溶液之浴槽台(bath station)。該浴槽台用於容納具有玻璃物品之應力固定器且因而用於促進浴槽台內鹼金屬離子與玻璃物品內鈉離子之交換。
作為用於加工玻璃片以改良其強度之方法，一實施例可例如至少包括：將該玻璃片緊固至應力誘導固定器；將緊固有該玻璃片之該應力誘導固定器浸沒於經加熱之鹼金屬浴中；判定是否應自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片；若判定應自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片，則自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片；接著自該應力誘導固定器移除該玻璃片；及在自該經加熱之鹼金屬浴及該應力誘導固定器移除該玻璃片後對該玻璃片進行後處理。
作為用於強化玻璃片之方法，一實施例可例如至少包括獲得欲被化學強化之玻璃片及藉由離子交換化學強化該玻璃片。該化學強化可至少包括(i)將該玻璃片置放於鹼金屬離子浴中；及(ii)在該玻璃片上或該玻璃片附近誘導振動條件。
作為用於玻璃物品之玻璃強化系統，一實施例可例如至少包括：經組態用以固持玻璃物品之固定器；經組態以在玻璃物品上或相對於玻璃物品誘導振動條件之振動元件；及提供鹼金屬溶液之浴槽台。浴槽台可用於容納具有玻璃物品之固定器，且亦可用於促進浴槽台內鹼金屬離子與玻璃物品內鈉離子之交換，而振動元件在玻璃物品上或相對於玻璃物品誘導振動條件。
作為用於加工玻璃片以改良其強度之方法，一實施例可例如至少包括：將該玻璃片緊固至振動誘導固定器；將緊固有該玻璃片之該振動誘導固定器浸沒於經加熱之鹼金屬浴中；判定是否應自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片；若判定應自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片，則自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片；接著自該振動誘導固定器移除該玻璃片；及在自該經加熱之鹼金屬浴及該振動誘導固定器移除該玻璃片後對該玻璃片進行後處理。
根據以下[實施方式]並結合隨附圖式來理解，本發明之其他態樣及優點將變得顯而易見，其中該等圖式以舉例方式說明本發明之原理。
藉由以下詳細描述且結合隨附圖式可容易地理解本發明，其中相同參考數字指示相同結構元件。
本發明大體上係關於用於改良玻璃之化學強化之技術。在一實施例中，可在玻璃物品經歷化學強化時在玻璃物品上誘導機械應力。在另一實施例中，可在玻璃物品之化學強化期間誘導振動，諸如超音波振動。在玻璃物品之化學強化期間使用機械應力及/或振動可增強化學強化過程之有效性。因此，已經歷化學強化處理之玻璃物品不僅可較薄，而且足夠堅固並能耐損傷。強化型玻璃物品極其適用於消費型產品中，諸如消費型電子器件(例如攜帶型電子器件)。
本發明之實施例可關於用於改良用於消費型產品(諸如消費型電子器件)之薄玻璃構件之強度的裝置、系統及方法。在一實施例中，玻璃構件可為消費型電子器件之外表面。舉例而言，玻璃構件可例如對應於幫助形成電子器件之顯示區之一部分(亦即作為獨立部分位於顯示器前面或整合於顯示器內)的玻璃罩。作為另一實例，玻璃構件可形成消費型電子器件之外殼之一部分(例如可形成除顯示區中以外的外表面)。在另一實施例中，玻璃構件可為消費型電子器件之內部組件。舉例而言，玻璃構件可為LCD顯示器之組件玻璃片，其提供於消費型電子器件之外殼內。
用於改良薄玻璃之強度的裝置、系統及方法尤其適用於玻璃罩或顯示器(例如LCD顯示器)，尤其裝配於小封裝(small form factor)電子器件(諸如手持型電子器件，例如行動電話、媒體播放器、個人數位助理、遙控器等)中之玻璃罩或顯示器。在該等小封裝實施例中玻璃可能較薄，諸如小於3 mm，或更特定言之介於0.3 mm與2.5 mm之間。該等裝置、系統及方法亦可用於其他器件之玻璃罩或顯示器，包括(但不限於)相對較大封裝之電子器件(例如攜帶型電腦、平板電腦、顯示器、監視器、電視等)。在該等較大封裝之實施例中玻璃亦可能較薄，諸如小於5 mm，或更特定言之介於0.3 mm與3 mm之間。
下文參考圖1至圖10論述本發明之實施例。然而，熟習此項技術者將易於瞭解，本文中關於該等圖式提供之詳細描述用於說明性目的，原因在於本發明不限於該等有限實施例。該等圖式中提供之圖示未必按比例展示；相反，以有助於呈現之方式呈現圖示。
圖1為根據一實施例之玻璃強化方法100之流程圖。玻璃強化方法100用於化學強化玻璃片以使得其更好地適用於其特定用途。
玻璃強化方法100可對玻璃誘導104物理效應。在一實例中，物理效應可有關施加於至少一部分玻璃上之機械應力。在另一實例中，物理效應可有關施加於至少一部分玻璃上之機械振動，諸如超音波振動。
當在玻璃中誘導104物理效應時，玻璃可被化學強化106。在一實施例中，可經由化學處理對玻璃進行化學強化106。特定地，可將玻璃置放於鉀溶液中以使得鉀溶液中之鉀離子可與玻璃內之鈉離子進行交換。
藉由在玻璃被化學強化106時誘導104物理效應，玻璃可以增強之方式被化學強化106。更特定言之，物理效應之存在可允許更大程度地強化106玻璃。在區塊106後，玻璃片已被化學強化。歸因於向玻璃提供之物理效應，能夠更大程度地化學強化玻璃。在化學強化106後，玻璃強化方法100可結束。
圖2說明根據一實施例之玻璃強化系統200。玻璃強化系統200容納欲經由化學處理強化之玻璃物品202。玻璃強化系統200亦提供固定器204。將玻璃物品202及固定器204提供至固定器台206。在固定器台206處，玻璃物品202可由固定器204緊固或緊固至固定器204。在一實施例中，固定器台經組態以向玻璃物品提供物理效應。在一實例中，物理效應可有關施加於至少一部分玻璃物品上之機械應力。在另一實例中，物理效應可有關施加於至少一部分玻璃物品上之機械振動，諸如超音波振動。
接著可將緊固有玻璃物品202之固定器204插入於(例如浸沒入)浴槽台處提供之浴槽208中。浴槽208可包括鹼金屬溶液，諸如鉀溶液210。在浴槽台處，玻璃物品202與鉀溶液210之間發生離子交換。隨後，在化學強化完成後，可自浴槽208移除具有玻璃物品202之固定器204。此時，玻璃物品202已經化學強化。因為固定器204能夠誘導物理效應，所以與在玻璃物品不經受物理效應時所將測定的結果相比，能夠更大程度地化學強化玻璃物品202。
此外，在自浴槽208移除具有玻璃物品202之固定器204後，可自固定器204移除玻璃物品202。隨後，在所需程度上，可對玻璃物品202進行後處理。後處理可取決於玻璃物品之所欲應用而廣泛變化。然而，後處理可例如包括沖洗、拋光、退火及其類似處理中之一或多者。
可加熱浴槽208內之鉀溶液210至預定溫度，且可將具有玻璃物品202之固定器204浸沒於浴槽208內保持預定時間。由浴槽208對玻璃物品202提供之化學強化程度取決於：(1)玻璃類型，(2)浴槽濃度(例如K濃度)，(3)在第二浴槽208中之時間，及(4)浴槽208之溫度。
在一實施例中，用於玻璃物品之玻璃可為例如矽酸鋁玻璃或鹼石灰玻璃。亦應注意，來自不同供應商之玻璃即使玻璃類型相同，亦會具有不同性質且因此可能需要不同值。玻璃物品202保持浸沒於浴槽208中之時間可為約6-20小時且浴槽208之溫度可為約攝氏300度至攝氏500度。
圖3A為根據一實施例之玻璃片加工300之流程圖。玻璃片加工300用於加工玻璃片以使得其更適合於消費型產品中之後續使用。
玻璃片加工300以獲得302玻璃片為起始。接著可將玻璃片緊固304至應力誘導固定器。應力誘導固定器可固持一或多個玻璃片且在一或多個玻璃片上施加應力，例如負載。舉例而言，負載可使得一部分玻璃片處於附加張力下而另一部分處於附加壓力下。此外，應注意，所施加之應力可針對玻璃片之特定區域，諸如玻璃邊緣。舉例而言，可藉由在玻璃片邊緣處誘導應力來增強對邊緣之化學強化。
接著，可將具有玻璃片之應力誘導固定器浸沒306於經加熱之鹼金屬浴中。舉例而言，經加熱之鹼金屬浴可為經加熱之鉀浴。接著決策308可判定是否應自經加熱之鹼金屬浴移除玻璃片。經加熱之鹼金屬浴可例如維持在預定溫度且應力誘導固定器以及玻璃片可浸沒於經加熱之鹼金屬浴內保持預定時間。若決策308判定不自鹼金屬浴移除應力誘導固定器以及玻璃片，則可視情況控制310玻璃片上誘導之應力。此處，若由應力誘導固定器誘導之應力為靜態，則施加於玻璃片上之應力可在玻璃片保持於鹼金屬浴中時原位施加及保持。另一方面，施加於玻璃片上之應力可在玻璃片保持於鹼金屬浴中時以動態方式施加。可由控制系統控制310動態應力以使得可改變所施加應力之量(或程度)、位置及/或持續時間。
一旦決策308判定欲自鹼金屬浴移除玻璃片，則自鹼金屬浴移除應力誘導固定器以及玻璃片。接著可自應力誘導固定器移除312玻璃片。接著，可對玻璃片進行後處理314。後處理可取決於應用而不同。舉例而言，後處理可包括玻璃片之拋光、研磨(grinding)、加熱、退火、清洗及其類似處理中之一或多者。通常，對玻璃片進行後處理314以使玻璃片更適合於其所欲用途。
在進行後處理314後，玻璃片可用於消費型產品中316。玻璃片可用作消費型產品外殼之外部部分或可用作內部組件(例如LCD玻璃面板)玻璃片。舉例而言，消費型產品可為消費型電子產品，諸如攜帶型電子器件。在區塊316後，玻璃片加工300可結束。
將玻璃片浸沒306於經加熱之鹼性浴(例如經加熱之鉀浴)中之預定時間可取決於實施例及所欲用途而變化。舉例而言，玻璃片可在約攝氏300度至攝氏500度之溫度下浸沒於經加熱之鉀浴中保持約6-20小時之預定時間量。
圖3B為根據另一實施例之玻璃片加工350之流程圖。玻璃片加工350用於加工玻璃片以使得其更適合於消費型產品中之後續使用。
玻璃片加工350以獲得352玻璃片為起始。接著可將玻璃片緊固354至振動誘導固定器。振動誘導固定器可誘導玻璃片振動或呈其他方式以加工玻璃片。振動可為例如超音波振動。應注意，所施加之振動可施加於整個玻璃片或可針對玻璃片之特定區域，諸如玻璃邊緣。舉例而言，藉由誘導一部分玻璃或全部玻璃片振動可增強對一部分玻璃或全部玻璃片之化學強化。
可將具有玻璃片之振動誘導固定器浸沒356於經加熱之鹼金屬浴中。舉例而言，經加熱之鹼金屬浴可為經加熱之鉀浴。接著決策358可判定是否應自經加熱之鹼金屬浴移除玻璃片。經加熱之鹼金屬浴可例如維持在預定溫度且振動誘導固定器以及玻璃片可浸沒於經加熱之鹼金屬浴內保持預定時間。若決策358判定不自鹼金屬浴移除振動誘導固定器以及玻璃片，則可控制360玻璃片上誘導之振動。此處，若由振動誘導固定器誘導之振動為靜態，則施加於玻璃片上之振動可在玻璃片保持於鹼金屬浴中時原位施加及保持。舉例而言，可在玻璃片位於鹼金屬浴中時於至少預定量的時間內施加振動。另一方面，施加於玻璃片上之振動可在玻璃片保持於鹼金屬浴中時以動態方式施加。可由控制系統控制360動態振動以使得可改變所施加振動之量(或程度)、位置及/或持續時間。
一旦決策358判定欲自鹼金屬浴移除玻璃片，則自鹼金屬浴移除振動誘導固定器以及玻璃片。接著可自振動誘導固定器移除362玻璃片。接著，可對玻璃片進行後處理364。後處理可取決於應用而不同。舉例而言，後處理可包括玻璃片之拋光、研磨、加熱、退火、清洗及其類似處理中之一或多者。通常，對玻璃片進行後處理364以使玻璃片更適合於其所欲用途。
在進行後處理364後，玻璃片可用於消費型產品中366。玻璃片可用作消費型產品外殼之外部部分或可用作內部組件(例如LCD玻璃面板)玻璃片。舉例而言，消費型產品可為消費型電子產品，諸如攜帶型電子器件。在區塊366後，玻璃片加工350可結束。
將玻璃片浸沒356於經加熱之鹼性浴(例如經加熱之鉀浴)中之預定時間可取決於實施例及所欲用途而變化。舉例而言，玻璃片可在約攝氏300度至攝氏500度之溫度下浸沒於經加熱之鉀浴中保持約6-20小時之預定時間量。
根據另一實施例，玻璃加工可進一步包括另一種浴。可提供另一種浴以提供玻璃片(玻璃物品)表面離子之少量反向交換。反向交換可用於使玻璃片之鹼金屬離子(例如鉀離子)與鈉離子進行交換。此反向交換過程在自外部邊緣向內(10-70微米)之壓縮最大值下可更適用，因為緊鄰邊緣之疵點或裂痕存在於自邊緣稍微向內處且可為使得玻璃片更易於引起對玻璃構件之損害的弱點。
圖4說明根據另一實施例之玻璃強化系統400。玻璃強化系統400容納欲經由化學處理強化之玻璃物品402。玻璃強化系統400亦提供固定器404。將玻璃物品402及固定器404提供至固定器台406。在固定器台406處，玻璃物品402可由固定器404緊固或緊固至固定器404。在一實施例中，固定器台經組態以向玻璃物品提供物理效應。在一實例中，物理效應可有關施加於至少一部分玻璃物品上之機械應力。在另一實例中，物理效應可有關施加於至少一部分玻璃物品上之機械振動，諸如超音波振動。
接著可將緊固有玻璃物品402之固定器404插入於(例如浸沒入)第一浴槽台處提供之浴槽408中。浴槽408可包括鹼金屬溶液，諸如鉀溶液410。在第一浴槽台處，玻璃物品402與鉀溶液410之間發生離子交換，其對玻璃物品402之外表面實施化學強化。隨後，在化學強化完成後，可自浴槽408移除具有玻璃物品402之固定器404。此時，玻璃物品402已經化學強化。因為固定器404能夠誘導物理效應，所以與在玻璃物品不經受物理效應時所將測定的結果相比，能夠更大程度地化學強化玻璃物品402。
可加熱浴槽408內之鉀溶液410至預定溫度，且可將具有玻璃物品402之固定器404浸沒於浴槽408內保持預定時間。由浴槽408對玻璃物品402提供之化學強化程度取決於：(1)玻璃類型，(2)浴槽濃度(例如K濃度)，(3)在第二浴槽408中之時間，及(4)浴槽408之溫度。
此外，在自浴槽408移除具有玻璃物品402之固定器404後，可將具有玻璃物品202之固定器404提供至第二浴槽台，此處提供浴槽412。可將玻璃物品402插入於(例如浸沒入)包括鈉溶液414之浴槽412中。此處，來自玻璃物品402之鹼金屬離子(例如鉀離子)與鈉溶液414中之鈉離子交換。此可稱為反向交換，因為一些先前與玻璃物品交換之離子未被有效交換或返回。接著，自浴槽412移除玻璃物品402。
可加熱浴槽412內之鈉溶液414至預定溫度，且可將玻璃物品402浸沒於浴槽412內保持預定時間。對浴槽408所用之預定時間可與對浴槽412所用之預定時間相同或不同。通常，對浴槽412所用之預定時間實質上少於對浴槽408所用之預定時間。
此外，在自浴槽412移除具有玻璃物品402之固定器404後，可自固定器404移除玻璃物品402。隨後，在所需程度上，可對玻璃物品402進行後處理。後處理可取決於玻璃物品之所欲應用而廣泛變化。然而，後處理可例如包括沖洗、拋光、退火及其類似處理中之一或多者。
在一實施例中，用於玻璃物品402之玻璃可為例如矽酸鋁玻璃或鹼石灰玻璃。來自不同供應商之玻璃即使玻璃類型相同，亦會具有不同性質且因此可能需要不同的值。玻璃物品402保持浸沒於浴槽408中之時間可為約6-20小時且浴槽408之溫度可為約攝氏300度至攝氏500度。浴槽412可為鈉(Na)浴或硝酸鈉(NaNO3 )浴，在任一情況下鈉濃度均為30% mol-100% mol。玻璃物品402保持浸沒於浴槽412中之時間可為約1-30分鐘且浴槽412之溫度可為約攝氏350度至攝氏450度。
圖5為根據一實施例之反向交換過程500之流程圖。反向交換過程500提供可與圖3A中說明之玻璃片加工300或圖3B中說明之玻璃片加工350一起使用的額外、視情況選用之處理。舉例而言，可在玻璃片加工300中之區塊308後及區塊312前視情況使用反向交換過程500，或可在玻璃片加工350中之區塊358後及區塊362前視情況使用反向交換過程500。
反向交換過程500提供另一種浴以用於使鈉反向交換於玻璃片中。根據反向交換過程500，可將玻璃片浸沒502於經加熱之鈉浴中。接著決策504可判定是否應自經加熱之鈉浴移除玻璃片。舉例而言，經加熱之鈉浴可維持於預定溫度且可將玻璃片浸沒於經加熱之鈉浴內保持預定時間。作為實例，決策504可判定在玻璃片已浸沒於經加熱之鈉浴中保持預定時間量後應自經加熱之鈉浴移除玻璃片。
一旦決策504判定欲自經加熱之鈉浴移除玻璃片，則玻璃片之加工過程可返回至圖3A中說明之玻璃片加工300中自應力誘導固定器移除312玻璃片以及在區塊314處進行預處理及進行後續操作，或圖3B中說明之玻璃片加工350中自振動誘導固定器移除362玻璃片以及在區塊364處進行預處理及進行後續操作。
在反向交換過程500中，經加熱之鈉浴可加熱至預定溫度，且可將玻璃片浸沒於經加熱之鈉浴內保持預定時間。玻璃片之反向交換之程度可取決於：(1)玻璃類型，(2)浴槽濃度(例如Na濃度)，(3)在鈉浴中之時間，及(4)鈉浴之溫度。在一實施例中，用於玻璃片之玻璃可為例如矽酸鋁玻璃或鹼石灰玻璃。又，來自不同供應商之玻璃即使玻璃類型相同，亦會具有不同性質且因此可能需要不同的值。經加熱之鈉浴可為鈉(Na)浴或硝酸鈉(NaNO3 )浴，在任一情況下鈉濃度均為30% mol-100% mol。玻璃片保持浸沒於經加熱之鈉浴中以進行反向交換之預定時間可為約1-30分鐘且經加熱之鈉浴之溫度可為約攝氏350度至攝氏450度。
如先前所述，玻璃罩可用作電子器件(諸如攜帶型電子器件)外殼之部分的外表面。小型及高度可攜式攜帶型電子器件可稱為手持型電子器件。手持型電子器件可例如用作媒體播放器、電話、網際網路瀏覽器、電子郵件單元或該等器件中之兩者或兩者以上之一些組合。手持型電子器件通常包括外殼及顯示區。
圖6A及圖6B為根據一實施例之電子器件600之示意圖。圖6A說明電子器件600之俯視圖且圖6B說明電子器件600關於參考線A-A'之截面側視圖。電子器件600可包括外殼602，其具有作為頂面之玻璃罩窗604(玻璃罩)。罩窗604基本透明以使得可透過罩窗604看見顯示總成606。可使用本文中所描述之化學強化處理來化學強化罩窗604。顯示總成606可例如與罩窗604相鄰安置。除顯示總成外，外殼602亦可含有內部電組件，諸如控制器(處理器)、記憶體、通信電路等。顯示總成606可例如包括LCD模組。舉例而言，顯示總成606可包括液晶顯示器(LCD)，該液晶顯示器包括液晶模組(LCM)。在一實施例中，罩窗604可與LCM一起整體形成。外殼602亦可包括用於容納內部電組件之開口608，該等內部電組件用於為電子器件600提供電子能力。在一實施例中，外殼602可無需包括用於罩窗604之帶槽框。作為替代，罩窗604可延伸越過外殼602之頂面以使得罩窗604之邊緣可與外殼602之側邊對準(或實質上對準)。罩窗604之邊緣可保持暴露。儘管罩窗604之邊緣可如圖6A及6B中所示暴露，但在替代性實施例中，可進一步保護該等邊緣。作為一實例，罩窗604之邊緣可自外殼602之外側凹入(水平或垂直)。作為另一實例，可由置放於罩窗604之邊緣周圍或附近的其他物質保護罩窗604之邊緣。
罩窗604通常可以多種方式配置或體現。作為實例，罩窗604可經組態為安置於諸如平板顯示器(例如LCD)或觸控式螢幕顯示器(例如LCD及觸控層)之下伏顯示器(例如顯示總成606)上之保護玻璃片。或者，罩窗604可與顯示器有效整合在一起，亦即玻璃窗可形成為顯示器之至少一部分。此外，罩窗604可與觸控感測器件(諸如與觸控式螢幕相關之觸控層)實質上整合在一起。在一些情況下，罩窗604可充當顯示器之最外層。
圖7A及圖7B為根據本發明之另一實施例之電子器件700的示意圖。圖7A說明電子器件700之俯視圖且圖7B說明電子器件700關於參考線B-B'之截面側視圖。電子器件700可包括外殼702，其具有作為頂面之玻璃罩窗704(玻璃罩)。可使用本文中所描述之化學強化處理來化學強化罩窗704。在此實施例中，可由外殼702之側表面703保護罩窗704。此處，罩窗704不完全延伸越過外殼702之頂面；然而，側表面703之頂面可與罩窗704之外表面相鄰且垂直對準。因為可將罩窗704之邊緣圓化以增強強度，所以側表面703與罩窗704之周邊邊緣之間可能存在間隙705。若罩窗704之厚度較薄(例如小於3 mm)，則間隙705通常極小。然而，可視需要用材料填充間隙705。該材料可為塑膠、橡膠、金屬等。材料可符合間隙705以使得電子器件700之整個前表面齊平，甚至越過緊鄰罩窗704之周邊邊緣的間隙705。填充間隙705之材料可為柔性。置放於間隙705中之材料可實施為墊圈。藉由填充間隙705，可填充或密封外殼702中其他可能不希望有的間隙以防止間隙705中形成污染(例如污垢、水)。儘管側表面703可與外殼702整合在一起，但側表面703可或者與外殼702隔開且例如作為罩窗704之帶槽框起作用。
罩窗704基本透明以使得可透過罩窗704看見顯示總成706。顯示總成706可例如與罩窗704相鄰安置。除顯示總成外，外殼702亦可含有內部電組件，諸如控制器(處理器)、記憶體、通信電路等。顯示總成706可例如包括LCD模組。舉例而言，顯示總成706可包括液晶顯示器(LCD)，該液晶顯示器包括液晶模組(LCM)。在一實施例中，罩窗704與LCM一起整體形成。外殼702亦可包括用於容納內部電組件之開口708，該等內部電組件用於為電子器件700提供電子能力。
電子器件700之前表面亦可包括使用者介面控制器708(例如點擊轉盤控制器(click wheel control))。在此實施例中，罩窗704不覆蓋電子器件700之整個前表面。電子器件700基本上包括覆蓋一部分前表面之部分顯示區。
罩窗704通常可以多種方式配置或體現。作為實例，罩窗704可經組態為安置於諸如平板顯示器(例如LCD)或觸控式螢幕顯示器(例如LCD及觸控層)之下伏顯示器(例如顯示總成706)上之保護玻璃片。或者，罩窗704可與顯示器有效整合在一起，亦即玻璃窗可形成為顯示器之至少一部分。此外，罩窗704可與觸控感測器件(諸如與觸控式螢幕相關之觸控層)實質上整合在一起。在一些情況下，罩窗704可充當顯示器之最外層。
如上所述，電子器件可為手持型電子器件或攜帶型電子器件。本發明可用於使玻璃罩不僅薄，而且足夠堅固。因為手持型電子器件及攜帶型電子器件為行動器件，所以其可能經歷固定器件不會經歷之多種不同衝擊事件及應力。因此，本發明完全適用於實施經設計為較薄之手持型電子器件或攜帶型電子器件之玻璃表面。
強化玻璃(例如玻璃罩或罩窗)尤其適用於薄玻璃應用。舉例而言，所強化之玻璃罩之厚度可介於約0.5-2.5 mm之間。在其他實施例中，強化適用於厚度小於約2 mm，或甚至小於約1 mm，或甚至小於約0.6 mm之玻璃產品。
化學強化玻璃(例如玻璃罩或罩窗)可更有效用於玻璃邊緣，該等玻璃邊緣以具有應用於玻璃邊緣轉角之厚度之至少10%的預定曲率(或稜角半徑(edge radius))的預定邊緣幾何形狀圓化。在其他實施例中，預定曲率可介於玻璃厚度之20%至50%之間。
在一實施例中，玻璃罩大小取決於相關電子器件大小。舉例而言，對於手持型電子器件，玻璃罩大小通常為對角線不超過五(5)吋(約12.7 cm)。作為另一實例，對於攜帶型電子器件，諸如小型可攜電腦或桌上型電腦，玻璃罩大小通常為對角線介於四(4)(約10.2 cm)至十二(12)吋(約30.5 cm)之間。作為另一實例，對於攜帶型電子器件，諸如全尺寸可攜電腦、顯示器(包括電視)或監視器，玻璃罩大小通常為對角線介於十(10)(約25.4 cm)至二十(20)吋(約50.8 cm)之間或甚至二十吋以上。
然而，應瞭解，螢幕尺寸越大，則所需玻璃層厚度可能越大。可能需要增加玻璃層厚度以保持較大玻璃層之平面度。儘管顯示器可仍然保持相對較薄，但最小厚度可隨螢幕大小增加而增加。舉例而言，亦取決於螢幕大小，對於小型手持型電子器件，玻璃罩之最小厚度可對應於約0.3 mm，對於小型可攜電腦或桌上型電腦，該厚度可為約0.5 mm，，對於全尺寸可攜電腦、顯示器或監視器，該厚度可為約1.0 mm或1.0 mm以上。然而，一般而言，玻璃罩厚度可取決於電子器件之應用及/或大小。
如上文所論述，玻璃罩或一般而言，玻璃片可經化學處理以使得玻璃表面被有效強化。經由該強化，可使玻璃片更堅固，從而使較薄玻璃片可用於消費型電子器件。具有足夠強度之較薄玻璃可使消費型電子器件變得更薄。
圖8說明根據一實施例化學處理玻璃片表面之過程800。過程800可表示根據一實施例之與浴槽台(諸如上文所論述之鹼金屬浴(例如鉀浴))處之化學強化相關之加工。化學處理玻璃片表面(例如邊緣)之過程800可以步驟802為起始，步驟802中獲得玻璃片。在一實施例中，可在將玻璃板單分為玻璃片(例如玻璃罩)後獲得玻璃片，且處理玻璃片之邊緣使其具有預定幾何形狀。然而，應瞭解，可自任何合適來源獲得欲被化學處理之玻璃片。
在步驟804中，玻璃片可置放於支架上。支架通常經組態以在化學處理期間支撐玻璃片(以及其他玻璃片)。一旦將玻璃片置放於支架上後，可在步驟806中將支架浸沒於經加熱之離子浴中。經加熱之離子浴通常可為包括一定濃度的離子(例如鹼金屬離子，諸如鋰、銫或鉀)之浴。應瞭解，浴槽中之離子濃度可變化，因為改變離子濃度可允許控制玻璃表面上之壓應力。經加熱之離子浴可加熱至任何合適溫度以促進離子交換。
在將支架浸沒於經加熱之離子浴中後，可在步驟808中誘發物理效應且在步驟810中可發生離子浴與固定於支架上之玻璃片之間的離子交換。可由支架實施物理效應。玻璃片(其通常包括Na+ 離子)與離子浴之間發生擴散交換。在擴散交換期間，鹼金屬離子(其大於Na+ 離子)有效置換玻璃片中之Na+ 離子。通常，靠近玻璃片之表面區域之Na+ 離子可由鹼性離子置換，而非玻璃片表面區域部分中之Na+ 離子基本上不由鹼性離子置換。作為鹼性離子置換玻璃片中Na+ 離子之結果，玻璃片表面附近有效產生壓縮層。由鹼金屬離子自玻璃片置換之Na+ 離子變為離子溶液之一部分。此外，步驟808處誘發之物理效應可用於增強離子浴與玻璃片之間的離子交換。作為第一實例，在一實施例中，物理效應可有關施加於玻璃片上之應力。作為第二實例，在另一實施例中，物理效應可有關施加於玻璃片或離子浴上之振動。
在步驟812中可進行關於將支架浸沒於經加熱之離子浴中之時間是否結束之判定。應瞭解，支架之浸沒時間量可取決於實施例而廣泛變化。通常，支架浸沒時間越長，則鹼金屬離子與Na+ 離子之交換時間越長，化學強化層之深度越深。舉例而言，對於厚度為約1 mm之玻璃片，離子浴中提供之化學加工(亦即離子交換)可提供入玻璃片表面10微米或10微米以上深度處。舉例而言，若玻璃片由鹼石灰玻璃形成，則由離子交換產生之壓縮層之深度可為約10微米。作為另一實例，若玻璃片由矽酸鋁玻璃形成，則由離子交換產生之壓縮層之深度可為約50微米。
若在步驟812中判定將支架浸沒於經加熱之離子浴中之時間尚未結束，則過程800流程可返回至步驟810，其中使離子浴與玻璃片之間繼續發生化學反應。或者，若判定浸沒時間結束，則在步驟814中可終止所誘發之物理效應且在步驟816中可自離子浴移除支架。在自離子浴移除支架後，在步驟818中可自支架移除玻璃片且可完成化學處理玻璃片表面之過程800。然而，可視需要對玻璃片進行拋光。舉例而言，拋光可移除化學處理後玻璃片上之任何混濁物或殘餘物。
如上文所提及，經歷化學強化處理之玻璃罩通常包括化學強化層。圖9A為根據一實施例已經化學處理從而產生化學強化層之玻璃罩之截面圖。玻璃罩900包括化學強化層928及非化學強化部分926。在一實施例中，儘管玻璃罩900整體經化學強化，但外表面亦接受強化。強化作用在於非化學強化部分926處於張力中而化學強化層928處於壓力中。儘管圖9A中之玻璃罩900展示為具有圓形邊緣幾何形狀902，但應瞭解，玻璃罩900通常可具有任何邊緣幾何形狀，但圓形邊緣幾何形狀可允許增強玻璃罩900之邊緣之強化。圓形邊緣幾何形狀902作為實例展示且並非出於限制性目的。
圖9B為根據一實施例已經化學處理之玻璃罩之截面圖，如圖所示其包括已植入有鉀離子之經化學處理之部分。化學強化層928具有可取決於其中利用玻璃罩900之特定系統之要求而變化的厚度(y)。非化學強化部分926通常包括Na+ 離子934，但無鹼金屬離子936。化學強化過程使得化學強化層928形成，以使得化學強化層928包括Na+ 離子934及鹼金屬離子936。
圖10為根據一實施例之化學處理方法之示意圖，其涉及將玻璃罩浸沒於離子浴中。當玻璃罩1000(其以橫截面部分展示)浸沒或浸泡於經加熱之離子浴1032中時發生擴散。如圖所示，存在於玻璃罩1000中之鹼金屬離子1034擴散入離子浴1032中，而離子浴1032中之鹼金屬離子1036(例如鉀(K))擴散入玻璃罩1000中，從而形成化學強化層1028。換言之，來自離子浴1032之鹼金屬離子可與Na+ 離子1034交換以形成化學強化層1028。鹼金屬離子1036通常不會擴散入玻璃罩1000之中心部分1026中。藉由控制化學強化處理之持續時間(亦即時間)、離子浴1032中之溫度及/或鹼金屬離子1036濃度，可實質上控制化學強化層1028之厚度(y)。
當玻璃罩浸泡於離子浴中時，離子浴中鹼金屬離子之濃度可變化。換言之，在不偏離本發明之精神或範疇情況下，當玻璃罩浸沒於離子浴中時，離子浴中鹼金屬離子之濃度可保持實質上恆定、可增加及/或可降低。舉例而言，由於鹼金屬離子置換玻璃中之Na+ 離子，Na+ 離子變為離子浴之部分。因此，除非額外鹼金屬離子添加入離子浴中，否則離子浴中鹼金屬離子之濃度可變化。
本文中所描述之技術可應用於多種電子器件中之任一者使用之玻璃表面，包括(但不限於)手持型電子器件、攜帶型電子器件及實質上固定式電子器件。該等器件之實例包括任何已知的包括顯示器之消費型電子器件。作為實例且非限制性，電子器件可對應於媒體播放器、行動電話(例如蜂巢式電話)、PDA、遙控器、筆記型電腦、桌上型PC、監視器、一體成型電腦及其類似物。
上文所描述之本發明之各種態樣、特徵、實施例或實施方式可單獨使用或以不同組合使用。
關於強化玻璃物品邊緣及/或不同化學浴之其他細節可見於：(i) 2009年3月2日申請之題為「Techniques for Strengthening Glass Covers for Portable Electronic Devices」之美國臨時專利申請案第61/156,803號，其以引用的方式併入本文中；(ii) 2010年5月2日申請之題為「Techniques for Strengthening Glass Covers for Portable Electronic Devices」之國際專利申請案第PCT/US2010/025979號，其以引用的方式併入本文中；(iii) 2010年8月18日申請之題為「ENHANCED GLASS STRENGTHING OF GLASS」之美國臨時專利申請案第61/374,988號，其在此以引用的方式併入本文中；(iv) 2010年9月30日申請之題為「ENHANCED STRENGTHENING OF GLASS」之美國專利申請案第12/895,823號；(v) 2010年9月30日申請之題為「Techniques for Strengthening Glass Covers for Portable Electronic Devices」之美國專利申請案底12/895,372號，其以引用的方式併入本文中；(vi) 2010年9月30日申請之題為「Techniques for Strengthening Glass Covers for Portable Electronic Devices」之美國專利申請案第12/895,393號，其以引用的方式併入本文中；及(vii) 2010年2月4日申請之題為「Techniques for Strengthening Glass Covers for Portable Electronic Devices」之美國臨時專利申請案第61/301,585號，其在此以引用的方式併入本文中。
儘管僅描述本發明之少數實施例，但應瞭解，可在不偏離本發明之精神或範疇情況下以多種其他特定形式體現本發明。舉例而言，與本發明之方法相關之步驟可廣泛變化。可在不偏離本發明之範疇之精神情況下添加、移除、改變、組合及重排各步驟。類似地，儘管圖式中以特定次序展示各操作，但此不應被理解為需要以所示之特定次序或以連續次序執行該等操作或需要執行所有所示之操作以獲得所需結果。
儘管本說明書含有許多特定細節，但該等特定細節不應視為限制本發明或申請專利範圍之範疇，而是作為本發明之特定實施例之特定特徵的描述。在獨立實施例之情形中描述之某些特徵亦可以組合形式實施。相反地，在單一實施例之情形中描述之各種特徵亦可於多個實施例中獨立地實施或以任何合適子組合形式實施。此外，儘管上文中可能將特徵描述為以某些組合形式起作用，但在一些情況下，可自所主張之組合中去除來自該組合之一或多個特徵，且所主張之組合可有關於子組合或子組合之變體。
儘管已根據若干實施例描述本發明，但存在屬於本發明範疇內之變化、改變及等效形式。亦應注意，存在多種實施本發明之方法及裝置之替代性方式。因此，以下隨附申請專利範圍意欲解釋為包括屬於本發明之真實精神及範疇內的所有該等變化、改變及等效形式。
200．．．玻璃強化系統
202．．．玻璃物品
204．．．固定器
206．．．固定器台
208．．．浴槽
210．．．鉀溶液
400．．．玻璃強化系統
402．．．玻璃物品
404．．．固定器
406．．．固定器台
408．．．浴槽
410．．．鉀溶液
412．．．浴槽
414．．．鈉溶液
600．．．電子器件
602．．．外殼
604．．．玻璃罩窗
606．．．顯示總成
608．．．開口
700．．．電子器件
702．．．外殼
703．．．外殼之側表面
704．．．玻璃罩窗
705．．．間隙
706．．．顯示總成
708．．．開口
900．．．玻璃罩
902．．．圓形邊緣幾何形狀
926．．．非化學強化部分
928．．．化學強化層
934．．．Na+ 離子
936．．．鹼金屬離子
1000．．．玻璃罩
1026．．．中心部分
1028．．．化學強化層
1032．．．離子浴
1034．．．鹼金屬離子
1036．．．鹼金屬離子
A-A'．．．參考線
B-B'．．．參考線
y．．．化學強化層厚度
圖1為根據一實施例之玻璃強化方法之流程圖。
圖2說明根據一實施例之玻璃強化系統。
圖3A為根據一實施例之玻璃片加工之流程圖。
圖3B為根據另一實施例之玻璃片加工之流程圖。
圖4說明根據另一實施例之玻璃強化系統。
圖5為根據一實施例之反向交換(back exchange)過程之流程圖。
圖6A及圖6B為根據一實施例之電子器件之示意圖。
圖7A及圖7B為根據本發明之另一實施例之電子器件之示意圖。
圖8說明根據一實施例化學處理玻璃片表面之過程。
圖9A為根據一實施例已經化學處理從而產生化學強化層之玻璃罩之截面圖。
圖9B為根據一實施例已經化學處理之玻璃罩之截面圖，如圖所示其包括已植入鉀離子之經化學處理之部分。
圖10為根據一實施例之化學處理方法之示意圖，其涉及將玻璃罩浸沒於離子浴中。
100．．．玻璃強化方法
102．．．獲得玻璃片
104．．．對玻璃誘導物理效應
106．．．當在玻璃片上誘導物理效應時化學強化玻璃

Claims (30)

  1. 一種強化玻璃片之方法，該方法包含：獲得欲被化學強化之一玻璃片；在該玻璃片上誘導一暫時機械應力；及至少當在該玻璃片上誘導該暫時機械應力時化學強化該玻璃片，其中該暫時機械應力係在該玻璃片經化學強化時在該玻璃片之至少一部分上動態誘導。
  2. 如請求項1之方法，其中該玻璃片之厚度不超過約1.0mm。
  3. 如請求項1之方法，其中該玻璃片之厚度為約0.3mm至5.0mm。
  4. 如請求項1之方法，其中該玻璃片之該化學強化包含：將該玻璃片置放於鉀溶液中。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中在該玻璃片之至少一個邊緣區域上誘導該暫時機械應力。
  6. 一種用於玻璃物品之玻璃強化系統，其包含：一應力固定器，其用於在玻璃物品上誘導機械應力；及一浴槽台，其提供鹼金屬溶液，該浴槽台用於容納具有該玻璃物品之該應力固定器且因而用於促進該浴槽台內鹼金屬離子與該玻璃物品內鈉離子之交換，其中在該玻璃物品被置放於該應力固定器內時該應力固定器在該玻璃物品之至少一部分上誘導一暫時機械應力。
  7. 如請求項6之玻璃強化系統，其中該等鹼金屬離子為鉀 離子。
  8. 如請求項6至7中任一項之玻璃強化系統，其中加熱該鹼金屬溶液至預定溫度。
  9. 如請求項6之玻璃強化系統，其中該玻璃強化系統包含：一後續浴槽台，其提供鈉溶液，該後續浴槽台用於在該浴槽台後容納該玻璃物品且將鈉離子替代鹼金屬離子重新引入至該玻璃物品之表面中。
  10. 一種加工玻璃片以改良其強度之方法，該方法包含：將該玻璃片緊固至一應力誘導固定器，該應力誘導固定器係連接至該玻璃片之至少一部分以對其誘導一暫時機械應力；將緊固有該玻璃片之該應力誘導固定器浸沒於一經加熱之鹼金屬浴中；判定是否應自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片；若判定應自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片，則自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片；接著自該應力誘導固定器移除該玻璃片；及在自該經加熱之鹼金屬浴及該應力誘導固定器移除該玻璃片後對該玻璃片進行後處理。
  11. 如請求項10之方法，其中該方法進一步包含：將該玻璃片附接至一攜帶型電子器件，該玻璃片充當該攜帶型電子器件之外殼之外表面的一部分。
  12. 如請求項10之方法，其中該玻璃片之厚度不超過約1.0 mm。
  13. 如請求項10至12中任一項之方法，其中該方法進一步包含：在自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片之後及在進行該後處理之前將該玻璃片浸沒於經加熱之鈉浴中；及判定是否應自該經加熱之鈉浴移除該玻璃片。
  14. 一種強化一玻璃片之方法，該方法包含：獲得欲被化學強化之一玻璃片；及藉由離子交換化學強化該玻璃片，該化學強化至少包括(i)將該玻璃片置放於鹼金屬離子浴中；及(ii)在該玻璃片上或該玻璃片附近誘導一振動條件。
  15. 如請求項14之方法，其中經由固持至少駐存於該鹼金屬離子浴中之該玻璃片的一固定器誘導該振動條件。
  16. 如請求項14至15中任一項之方法，其中經由該鹼金屬離子浴內流體之振動誘導該振動條件。
  17. 如請求項14之方法，其中該振動條件為超音波振動。
  18. 一種用於玻璃物品之玻璃強化系統，其包含：一固定器，其經組態以固持一玻璃物品；一振動元件，其經組態以在一玻璃物品上或相對於一玻璃物品誘導一振動條件；及一浴槽台，其提供鹼金屬溶液，該浴槽台用於容納具有該玻璃物品之該固定器且亦用於在該振動元件在該玻璃物品上或相對於該玻璃物品誘導該振動條件時促進該浴槽台內鹼金屬離子與該玻璃物品內鈉離子之交換。
  19. 如請求項18之玻璃強化系統，其中該振動條件為超音波振動。
  20. 如請求項18之玻璃強化系統，其中該玻璃物品之厚度不超過約1.0mm。
  21. 如請求項18之玻璃強化系統，其中該玻璃物品之厚度為約0.3mm至5.0mm。
  22. 一種加工一玻璃片以改良其強度之方法，該方法包含：將該玻璃片緊固至一振動誘導固定器；將緊固有該玻璃片之該振動誘導固定器浸沒於一經加熱之鹼金屬浴中；判定是否應自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片；若判定應自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片，則自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片；接著自該振動誘導固定器移除該玻璃片；及在自該經加熱之鹼金屬浴及該振動誘導固定器移除該玻璃片後對該玻璃片進行後處理。
  23. 如請求項22之方法，其中該方法進一步包含：將該玻璃片附接至一攜帶型電子器件，該玻璃片充當該攜帶型電子器件之外殼之外表面的一部分。
  24. 如請求項22之方法，其中該玻璃片之厚度不超過約1.0mm。
  25. 如請求項22至24中任一項之方法，其中該方法進一步包含：在自該經加熱之鹼金屬浴移除該玻璃片之後及在進行 該後處理之前將該玻璃片浸沒於一經加熱之鈉浴中；及判定是否應自該經加熱之鈉浴移除該玻璃片。
  26. 如請求項1之方法，其中該玻璃片係為一片玻璃片，其中該化學強化該玻璃片包含：將該片玻璃片緊固至一應力誘導固定器；將緊固有該片玻璃片之該應力誘導固定器浸沒於一經加熱之鹼金屬浴中；判定是否應自該經加熱之鹼金屬浴移除該片玻璃片；若判定應自該經加熱之鹼金屬浴移除該片玻璃片，則自該經加熱之鹼金屬浴移除該片玻璃片；及接著自該應力誘導固定器移除該片玻璃片。
  27. 如請求項26之方法，其中該方法進一步包含：在自該經加熱之鹼金屬浴及該應力誘導固定器移除該玻璃片後對該玻璃片進行後處理。
  28. 如請求項26之方法，其中將該片玻璃片緊固至該應力誘導固定器係僅經由該片玻璃片之邊緣而固持該片玻璃片。
  29. 如請求項26之方法，其中該方法進一步包含：將該片玻璃片附接至一攜帶型電子器件，該片玻璃片充當該攜帶型電子器件之外殼之外表面的一部分。
  30. 如請求項27之方法，其中該方法進一步包含：在自該經加熱之鹼金屬浴移除該片玻璃片之後及在進行該後處理之前將該片玻璃片浸沒於經加熱之鈉浴中；及判定是否應自該經加熱之鈉浴移除該片玻璃片。
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