TWI652164B - 抬頭顯示器系統之玻璃積層結構 - Google Patents

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普里斯特里理查席恩
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Abstract

一種玻璃積層結構，其包含非強化外部玻璃片、強化內部玻璃片，及處於該外部玻璃片與該內部玻璃片中間的至少一個聚合物間層。該內部玻璃片可具有在約0.3mm至約1.5mm範圍變化的厚度，該外部玻璃片可具有在約1.5mm至約3.0mm範圍變化的厚度，且該聚合物間層可具有：第一邊緣，該第一邊緣具有第一厚度；以及與該第一邊緣相反的第二邊緣，該第二邊緣具有大於該第一厚度的第二厚度。其他實施例包括外部強化玻璃片及內部強化玻璃片，以及外部強化玻璃片及內部非強化玻璃片。

Description

抬頭顯示器系統之玻璃積層結構 相關申請案之交互參照
本申請案根據專利法主張2014年3月7日申請的美國臨時申請案序列號第61/949359號之優先權權益，該臨時申請案之內容為本文之基礎且係以全文引用方式併入本文中。
本發明係關於抬頭顯示器系統之玻璃積層結構。
玻璃積層結構可用作建築學及運輸應用中之窗戶及窗玻璃(glazings)，該等應用包括汽車、鐵道車輛及飛機。如本文所使用，窗玻璃可為牆壁或其他結構之透明或半透明部分。用於建築學及汽車應用中之窗玻璃的一般類型包括透明玻璃及染色玻璃，包括積層玻璃。包含由塑化聚乙烯醇縮丁醛(poly(vinyl butyral)；PVB)分離的相反玻璃片之積層窗玻璃例如可用作窗戶、擋風玻璃或太陽天窗(sunroof)。在某些應用中，具有高機械強度及消音性質之玻璃積層結構為合乎需要的，以便提供安全障壁同時減小來自外部來源之聲音穿透。
在許多運載工具應用中，燃料經濟性隨運載工具重量而變化。因此，合乎需要的是，減少用於此等應用之窗玻璃之重量而不折衷強度及消音性質。就此而言，可為有利的是，玻璃積層結構就諸如試圖利用石頭強制進入或與冰雹接觸的外部衝擊事件而言為機械上強固的，而且適合地消散例如在碰撞期間由諸如與乘坐者接觸的內部衝擊事 件而產生之能量(及裂痕)。另外，政府法規對道路運載工具要求較高的燃料哩程及較低的二氧化碳排放量。因此，已在加大努力來減少此等運載工具之重量，同時維持當前政府及行業的安全標準。已開發出諸如聚碳酸酯之非玻璃窗材料，其減少運載工具重量但不提供對環境、碎屑及其他關切物之適當抵抗力。
另外，業內已在努力使用具有抬頭顯示器(Head-up Display/Heads-up Display；HUD)之汽車窗玻璃。習知地，汽車擋風玻璃係使用浮製製程製造；然而，此種製程提供不足夠清晰度以及畫線(draw lines)，該等畫線係於製造製程期間由熔融玻璃與熔融錫之間的摩擦產生。在HUD應用中，例如，在光投射於玻璃擋風玻璃上的情況下，此等線為可見的。另外，習知HUD系統可由於各別積層結構中玻璃片之厚度及透明度不足而提供雙重影像或疊影影像。
然而，本揭示內容之實施例提供實質重量減少、安全性順應性、有效耐久性及在運載工具損毀情況下減小的撕裂可能性。實施例亦可在使用HUD系統時為汽車窗玻璃提供優異特徵。鑒於前述內容，擁有與較厚、較重窗玻璃相關聯的耐久性及聲音阻尼性質之高透明度窗玻璃為合乎需要的。
本揭示內容總體上係關於玻璃積層結構，且更特定而言係關於混合玻璃積層結構，其包含強化外玻璃窗格及非強化內玻璃窗格、強化內玻璃窗格及非強化外玻璃窗格，以及強化內玻璃窗格及外玻璃窗格。此等混合積層結構可藉由低重量、良好聲音阻尼效能及高衝擊抗力表徵。詳言之，所揭示混合積層結構可滿足針對非風屏應用的商業可應用衝擊試驗準則，且可提供向駕駛員投射抬頭影像之清晰屏。如本文所 使用，術語「強化」可包括化學強化、熱強化(例如，藉由熱回火或退火)、用於強化玻璃或其組合之其他技術。
在一些實施例中，提供玻璃積層結構，其包含非強化外部玻璃片、強化內部玻璃片，及處於外部玻璃片與內部玻璃片中間的至少一個聚合物間層，其中內部玻璃片具有在約0.3mm至約1.5mm、約0.5mm至約1.5mm範圍變化的厚度，外部玻璃片具有在約1.5mm至約3.0mm範圍變化的厚度，且聚合物間層具有：第一邊緣，該第一邊緣具有第一厚度；以及與第一邊緣相反的第二邊緣，該第二邊緣具有大於第一厚度的第二厚度。
在另外的實施例中，提供玻璃積層結構，其包含非強化內部玻璃片、強化外部玻璃片，及處於外部玻璃片與內部玻璃片中間的至少一個聚合物間層，其中外部玻璃片具有在約0.3mm至約1.5mm、約0.5mm至約1.5mm範圍變化的厚度，其中內部玻璃片具有在約1.5mm至約3.0mm範圍變化的厚度，且其中聚合物間層具有：第一邊緣，該第一邊緣具有第一厚度；以及與第一邊緣相反的第二邊緣，該第二邊緣具有大於第一厚度的第二厚度。
在其他實施例中，提供玻璃積層結構，其包含強化內部玻璃片、強化外部玻璃片，及處於外部玻璃片與內部玻璃片中間的至少一個聚合物間層，其中外部玻璃片及內部玻璃片各自具有在約0.3mm至約1.5mm、約0.5mm至約1.5mm範圍變化的厚度，且其中聚合物間層具有：第一邊緣，該第一邊緣具有第一厚度；以及與第一邊緣相反的第二邊緣，該第二邊緣具有大於第一厚度的第二厚度。
所請求標的之其他特徵及優點將在以下的詳細描述中闡述，且在部分程度上，熟習此項技術者將根據該描述而容易明白該等特徵及 優點，或藉由實踐如本文(包括隨後的實施方式、發明申請專利範圍以及隨附圖式)所述的所請求標的來認識該等特徵及優點。
應理解，前述的一般描述及以下詳細描述提出本揭示內容之實施例，且意欲提供用於理解所請求標的之性質及特徵的概述及框架。隨附圖式係納入來提供對本揭示內容之進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。圖式例示各種實施例，且與說明書一起用於解釋所請求標的之原理及操作。
10‧‧‧積層結構
12‧‧‧外層
13‧‧‧第一表面
14‧‧‧聚合物間層/間層
15‧‧‧第一表面
16‧‧‧內層/化學強化內層/內片材
17‧‧‧另一表面
19‧‧‧另一表面/面向內部表面/初始表面
50‧‧‧線
52‧‧‧線
70‧‧‧變化
72‧‧‧變化
100‧‧‧玻璃積層結構
101‧‧‧標準擋風玻璃
102‧‧‧第一鈉鈣玻璃片
103‧‧‧第一影像
104‧‧‧第二鈉鈣玻璃片
105‧‧‧影像
106‧‧‧平面成形聚合物間層
107‧‧‧內表面
108‧‧‧第二影像
109‧‧‧外表面
110‧‧‧外部玻璃片
111‧‧‧間隙
112‧‧‧外表面
114‧‧‧內表面
120‧‧‧內部玻璃片
121‧‧‧玻璃積層結構/結構
122‧‧‧外表面/第一化學強化玻璃片
123‧‧‧第一影像
124‧‧‧內表面/第二化學強化玻璃片
126‧‧‧楔形聚合物間層
127‧‧‧內表面
128‧‧‧第二影像
129‧‧‧外表面
130‧‧‧聚合物間層
131‧‧‧間隙
140‧‧‧玻璃積層結構/結構
142‧‧‧內部非化學強化玻璃片
143‧‧‧第一影像
144‧‧‧外部化學強化玻璃片
147‧‧‧內表面
148‧‧‧第二影像
149‧‧‧外表面
150‧‧‧間隙
160‧‧‧玻璃積層結構
162‧‧‧內部化學強化玻璃片
163‧‧‧第一影像
164‧‧‧外部非化學強化玻璃片
167‧‧‧內表面
168‧‧‧第二影像
169‧‧‧外表面
170‧‧‧間隙
200‧‧‧成形玻璃積層結構
出於例示之目的，圖式中展示目前較佳的形式，然而應理解，本文所揭示及所論述之實施例不限於所展示的精確佈置及手段。
第1圖為根據本揭示內容之一些實施例的示範性平面混合玻璃積層體之示意圖。
第2圖為根據本揭示內容之其他實施例的示範性彎曲混合玻璃積層體之示意圖。
第3圖為根據本揭示內容之其他實施例的示範性彎曲混合玻璃積層體之示意圖。
第4圖為根據本揭示內容之另外實施例的示範性彎曲混合玻璃積層體之示意圖。
第5A圖為以45°入射角獲取的1.6mm厚鈉鈣玻璃片之照片。
第5B圖為以45°入射角獲取的2.1mm厚鈉鈣玻璃片之照片。
第5C圖為以45°入射角獲取的0.7mm厚Gorilla®玻璃片之照片。
第6A及6B圖為1.6mm厚鈉鈣玻璃片之外形及表面輪廓量測。
第7A及7B圖為0.7mm厚Gorilla®玻璃片之外形及表面輪廓量測。
第8A及8B圖為1.6mm厚鈉鈣玻璃片之Zygo強度映像。
第9A及9B圖為0.7mm厚Gorilla®玻璃片之Zygo強度映像。
第10圖為使用HUD系統之標準擋風玻璃之圖像繪示。
第11A、11B及11C圖為使用HUD系統之一些實施例之圖像繪示。
第12圖為一些實施例之楔角對比積層結構厚度之繪圖。
第13圖為使用標稱HUD系統參數情況下對擋風玻璃厚度變化之雙像角度△θr依賴性之繪圖。
第14圖為針對標稱HUD系統參數的對楔角變化α之雙像角度△θr依賴性之繪圖。
在以下描述中，相同參考符號在圖式中展示的若干視圖中始終指明相同或相應部件。亦應瞭解，除非另外規定，否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」及其類似語之術語為方便用詞且不應解釋為限制術語。另外，每當一群組係描述為包含一組要素中之至少一者及其組合時，應理解的是，該群組可包含任何數目的彼等所列舉要素，基本上由彼等要素組成或由彼等要素組成，彼等要素係單獨的或彼此組合的。
類似地，每當一群組係描述為由一組要素中之至少一者或其組合組成時，應理解的是，該群組可由任何數目的彼等所列舉要素組成，彼等要素係單獨的或彼此組合的。除非另外規定，否則在列舉時，值之範圍包括該範圍之上限及下限兩者。除非另外規定，否則如本文所 使用，不定冠詞「一(a/an)」及相應定冠詞「該」意謂「至少一個」或「一或多個」。
本揭示內容之以下描述係提供為本揭示內容及其最佳、當前已知實施例之賦能教示。熟習此項技術者將認識到，可對本文所述的實施例做出許多改變，同時仍獲得本揭示內容之有益結果。亦將明白的是，本揭示內容之一些所要益處可藉由選擇本揭示內容之一些特徵而不利用其他特徵來獲得。因此，熟習此項技術者將認識到，本揭示內容之許多修改及改編為可能的，且甚至可在某些情形中為合乎需要的且為本揭示內容之部分。因此，以下描述係提供為對本揭示內容之原理的說明而非對其之限制。
熟習此項技術者將瞭解的是，在不脫離本揭示內容之精神及範疇的情況下，對本文所述的示範性實施例之許多修改為可能的。因此，該描述不欲且不應解釋為限於給出之實例，但應給與藉由隨附發明申請專利範圍及其等效物所提供的完全保護寬度。另外，可能在無其他特徵之相應使用的情況下，使用本揭示內容之一些特徵。因此，示範性或例示性實施例之以下描述係提供用於說明本揭示內容之原理的目的，且不對該等原理進行限制，且可包括對該等實施例之修改及對該等實施例之置換。
本文揭示的玻璃積層結構可配置來包括外部強化玻璃片及內部非強化玻璃片、外部非強化玻璃片及內部強化玻璃片，或外部強化玻璃片及內部強化玻璃片。如本文所定義，當玻璃積層結構投入使用時，外部玻璃片將接近於環境或與環境接觸，而內部玻璃片將接近於併入有玻璃積層結構之結構或運載工具(例如，汽車)之內部(例如，座艙)或與該內部接觸。
第1圖中例示示範性玻璃積層結構。玻璃積層結構100包含外部玻璃片110、內部玻璃片120及聚合物間層130。聚合物間層可直接實體接觸(例如，積層至)各別外部玻璃片及內部玻璃片中之每一者。在所繪示非限制性實施例中，聚合物間層130為非楔型間層。外部玻璃片110具有外表面112及內表面114。以類似脈絡而言，內部玻璃片120具有外表面122及內表面124。如所例示實施例所示，外部玻璃片110之內表面114及內部玻璃片120之內表面124各自與聚合物間層130接觸。
在使用期間，合乎需要的是，玻璃積層結構抵抗回應於外部衝擊事件之斷裂。然而，回應於諸如玻璃積層體正受運載工具乘坐者擊打之內部衝擊事件，合乎需要的是，玻璃積層體使乘坐者保持在運載工具中，但在衝擊之後消散能量以便最小化損傷。模擬自運載工具內部發生的衝擊事件的歐洲經濟委員會(ECE)R43頭型試驗為一種法規試驗(regulatory test)，其需要積層窗玻璃回應於指定內部衝擊之斷裂。
不希望受理論之約束，當玻璃片/聚合物間層/玻璃片積層體之一個窗格受衝擊時，受衝擊片材之相反表面以及相反片材之外表面經受張力。受雙軸負載的玻璃片/聚合物間層/玻璃片積層體之計算應力分佈揭露出：針對低加載速率，受衝擊片材之相反表面中拉伸應力之量值可與相反片材之外表面處所經歷的拉伸應力之量值相當(或甚至稍大於該量值)。然而，針對作為典型地在汽車中經歷的衝擊之特徵的高加載速率，相反片材之外表面處拉伸應力之量值可比受衝擊片材之相反表面處的拉伸應力大得多。如本文所揭示，藉由配置混合玻璃積層結構以具有強化外部玻璃片及非強化內部玻璃片，對外部衝擊事件及內部衝擊事件兩者的衝擊抗力可得以最佳化。
適合的內部玻璃片或外部玻璃片可為非強化玻璃片，或亦可為強化玻璃片。玻璃片(無論經強化抑或未經強化)可包括鈉鈣玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、硼鋁矽酸鹽玻璃或鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃。視需要，內部玻璃片可經熱強化。在其中鈉鈣玻璃係用作非強化玻璃片之實施例中，可使用習知裝飾材料及方法(例如，玻璃料搪瓷及網版印刷)，從而可簡化玻璃積層結構製造製程。著色鈉鈣玻璃片可併入混合玻璃積層結構中，以達成跨於電磁波譜之所要透射率及/或衰減。
適合的外部玻璃片或內部玻璃片可藉由離子交換製程來化學強化。在此製程中，典型地藉由將玻璃片浸沒於熔融鹽浴中歷時預定時段，玻璃片之表面處或附近的離子與來自鹽浴的較大金屬離子交換。在一個實施例中，熔融鹽浴之溫度為約430℃且預定時段為約八小時。較大離子於玻璃中之併入藉由在近表面區域中產生壓縮應力而強化片材。在玻璃之中心區域內誘導相應拉伸應力來平衡壓縮應力。
適用於形成混合玻璃積層結構之示範性離子可交換玻璃為鈉鈣玻璃、鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃或鹼金屬鋁硼矽酸鹽玻璃，儘管涵蓋其他玻璃組成物。如本文所使用，「可離子交換」意指玻璃能夠使位於玻璃之表面處或附近的陽離子與大小較大或較小的具有相同原子價之陽離子交換。一種示範性玻璃組成物包含SiO2、B2O3及Na2O，其中(SiO2+B2O3)66mol.%，且Na2O9mol.%。在一實施例中，玻璃片包括至少6wt.%氧化鋁。在另一實施例中，玻璃片包括一或多種鹼土金屬氧化物，以使得鹼土金屬氧化物之含量為至少5wt.%。在一些實施例中，適合的玻璃組成物進一步包含K2O、MgO及CaO中之至少一者。在一特定實施例中，玻璃可包含61-75mol.% SiO2；7-15mol.% Al2O3； 0-12mol.% B2O3；9-21mol.% Na2O；0-4mol.% K2O；0-7mol.% MgO；以及0-3mol.% CaO。
適用於形成混合玻璃積層體結構之另一示範性玻璃組成物包含：60-70mol.% SiO2；6-14mol.% Al2O3；0-15mol.% B2O3；0-15mol.% Li2O；0-20mol.% Na2O；0-10mol.% K2O；0-8mol.% MgO；0-10mol.% CaO；0-5mol.% ZrO2；0-1mol.% SnO2；0-1mol.% CeO2；小於50ppm As2O3；以及小於50ppm Sb2O3；其中12mol.%(Li2O+Na2O+K2O)20mol.%且0mol.%(MgO+CaO)10mol.%。
又一示範性玻璃組成物包含：63.5-66.5mol.% SiO2；8-12mol.% Al2O3；0-3mol.% B2O3；0-5mol.% Li2O；8-18mol.% Na2O；0-5mol.% K2O；1-7mol.% MgO；0-2.5mol.% CaO；0-3mol.% ZrO2；0.05-0.25mol.% SnO2；0.05-0.5mol.% CeO2；小於50ppm As2O3；以及小於50ppm Sb2O3；其中14mol.%(Li2O+Na2O+K2O)18mol.%且2mol.%(MgO+CaO)7mol.%。
在一特定實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含氧化鋁、至少一種鹼金屬，及在一些實施例中大於50mol.% SiO2，在其他實施例中58mol.% SiO2，及在其他實施例中至少60mol.% SiO2，其中比率 ，其中組分之比率係以mol.%表示且改質劑為鹼金屬氧化 物。在特定實施例中，此種玻璃包含以下者、基本上由以下者組成或由以下者組成：58-72mol.% SiO2；9-17mol.% Al2O3；2-12mol.% B2O3；8-16mol.% Na2O；以及0-4mol.% K2O，其中比率
在另一實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃可包含以下者、基本上由以下者組成或由以下者組成：61-75mol.% SiO2；7-15mol.% Al2O3；0-12mol.% B2O3；9-21mol.% Na2O；0-4mol.% K2O；0-7mol.% MgO；以及0-3mol.% CaO。
在又一實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃基板可包含以下者、基本上由以下者組成或由以下者組成：60-70mol.% SiO2；6-14mol.% Al2O3；0-15mol.% B2O3；0-15mol.% Li2O；0-20mol.% Na2O；0-10mol.% K2O；0-8mol.% MgO；0-10mol.% CaO；0-5mol.% ZrO2；0-1mol.% SnO2；0-1mol.% CeO2；小於50ppm As2O3；以及小於50ppm Sb2O3；其中12mol.%Li2O+Na2O+K2O20mol.%且0mol.%MgO+CaO10mol.%。
在其他實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃基板可包含以下者、基本上由以下者組成或由以下者組成：64-68mol.% SiO2；12-16mol.% Na2O；8-12mol.% Al2O3；0-3mol.% B2O3；2-5mol.% K2O；4-6mol.% MgO；以及0-5mol.% CaO，其中：66mol.%SiO2+B2O3+CaO69mol.%；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10mol.%；5mol.%MgO+CaO+SrO8mol.%；(Na2O+B2O3)-Al2O3 2mol.%；2mol.%Na2O-Al2O3 6mol.%；以及4mol.%(Na2O+K2O)-Al2O3 10mol.%。
在一些實施例中，化學強化以及非化學強化玻璃可與0-2mol.%選自包括以下者之群組的至少一種澄清劑分批處理：Na2SO4、NaCl、NaF、NaBr、K2SO4、KCl、KF、KBr以及SnO2。
在一個示範性實施例中，化學強化玻璃中之鈉離子可由來自熔融浴之鉀離子置換，然而諸如銣或銫的具有較大原子半徑之其他鹼金 屬離子可置換玻璃中之較小鹼金屬離子。根據特定實施例，玻璃中之較小鹼金屬離子可由Ag+離子置換。類似地，諸如但不限於硫酸鹽、鹵化物及類似物的其他鹼金屬鹽可用於離子交換製程。
較小離子於低於玻璃網狀結構可鬆弛所處的溫度下由較大離子之置換產生離子跨於玻璃之表面的分佈，從而產生應力特徵分佈(profile)。引入離子之較大體積在表面上產生壓縮應力(compressive stress；CS)，且在玻璃之中心產生張力(中心張力或CT)。壓縮應力藉由以下關係與中心張力相關： 其中t為玻璃片之總厚度，且DOL為交換深度，亦稱為層深度。
根據各種實施例，包含離子交換玻璃之混合玻璃積層結構可擁有一系列所要性質，包括低重量、高衝擊抗力及改良的聲音衰減。在一個實施例中，化學強化玻璃片可具有至少300MPa之表面壓縮應力，例如，至少400MPa、450MPa、500MPa、550MPa、600MPa、650MPa、700MPa、750MPa或800MPa，至少約20μm(例如，至少約20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm)之層深度，及/或大於40MPa(例如，大於40MPa、45MPa或50MPa)但小於100MPa(例如，小於100MPa、95MPa、90MPa、85MPa、80MPa、75MPa、70MPa、65MPa、60MPa或55MPa)之中心張力。
化學強化玻璃片之彈性模數可在約60GPa至85GPa範圍變化(例如，60GPa、65GPa、70GPa、75GPa、80GPa或85GPa)。玻璃片及聚合物間層之彈性模數可影響所得玻璃積層結構之機械性質(例如，偏轉及強度)及聲學效能(例如，傳輸損耗)兩者。
適合的外部玻璃片或內部玻璃片可藉由熱回火製程或退火製程來熱強化。熱強化玻璃片之厚度可小於約2mm或小於約1mm。
示範性玻璃片成形方法包括熔融拉製及狹槽拉製製程，其各自為下拉製程以及浮製製程之實例。此等方法可用於形成強化玻璃片及非強化玻璃片兩者。熔融拉製製程使用拉伸槽，該拉伸槽具有用於接收熔融玻璃原料之通道。通道具有堰口，該等堰口在通道之兩側上沿通道之長度於頂部處敞開。當通道充滿熔融材料時，熔融玻璃溢出堰口。由於重力，熔融玻璃沿拉伸槽之外側表面向下流動。此等外表面向下且向內延伸，以便其在拉伸槽下方之邊緣處接合。兩個流動玻璃表面在此邊緣處接合以便熔合且形成單個流動片材。熔融拉製方法提供的優點在於：因為在通道上方流動的兩個玻璃膜熔合在一起，所以所得玻璃片之任一外表面均不與設備之任何部分接觸。因此，熔融拉製玻璃片之表面性質不受此種接觸影響。
狹槽拉製方法不同於熔融拉製方法。此處，將熔融原料玻璃提供至拉伸槽。拉伸槽之底部具有敞開狹槽，該狹槽具有沿狹槽之長度延伸的噴嘴。熔融玻璃流動穿過狹槽/噴嘴且作為連續片材向下拉伸並進入退火區域。狹槽拉製製程可提供比熔融拉製製程更薄的片材，因為僅單一片材經拉伸穿過狹槽，而非兩個片材熔合在一起。
下拉製程產生具有均勻厚度之玻璃片，該玻璃片擁有相對原始的表面。因為玻璃表面之強度係藉由表面瑕疵之量及大小控制，所以有過最小接觸的原始表面具有較高的初始強度。當此種高強度玻璃隨後獲化學強化時，所得強度可高於已研磨及拋光之表面之強度。下拉玻璃可拉伸至小於約2mm之厚度。此外，下拉玻璃具有極為平坦、平滑的表面，該表面可用於其最終應用而無需高成本的研磨及拋光。
在浮製玻璃方法中，可表徵為平滑表面及均勻厚度的玻璃片係藉由在熔融金屬(典型地為錫)床層上浮動熔融玻璃來製成。在一示範性製程中，進料至熔融錫床層之表面上的熔融玻璃形成浮製帶材。當玻璃帶沿錫浴流動時，溫度逐漸減小直至固體玻璃片可自錫提起至滾筒上。一旦離開該浴，玻璃片即可經進一步冷卻並退火來降低內部應力。
玻璃片可用於形成玻璃積層結構。如本文所定義，在一個實施例中，混合玻璃積層結構可包含面向外部的強化玻璃片、面向內部的非強化玻璃片，及形成於該等玻璃片之間的聚合物間層。另一混合玻璃積層結構可包含面向外部的非強化玻璃片、面向內部的強化玻璃片，及形成於該等玻璃片之間的聚合物間層。聚合物間層可包含單塊聚合物片材、楔形聚合物片材、多層聚合物片材或複合聚合物片材。聚合物間層可為例如塑化聚乙烯醇縮丁醛片材。
玻璃積層結構可使用各種製程來形成。在一示範性實施例中，組裝涉及敷設第一玻璃片、上覆諸如PVB片材之聚合物間層、敷設第二玻璃片，且隨後修整對玻璃片之邊緣為過量的PVB。縫接(tacking)步驟可包括自介面排出大部分空氣，且將PVB部分地黏結至玻璃片。典型地在高溫及高壓下進行的精整步驟完成玻璃片中之每一者與聚合物間層之配接。在先前實施例中，第一片材可為化學強化玻璃片，且第二片材可為非化學強化玻璃片，或反之亦然。雖然至此間層已描述為單層及或實質上平面的，但是隨附發明申請專利範圍不應如此受限。例如，間層可為楔形的及/或可為多層材料，其包括在其全部或部分上的著色層、紅外線(IR)隔絕層或絕熱層、隔音層等等。在一個實施例中，示範性楔形間層可於積層結構之第一邊緣處具有約0.8mm之厚度。於與積層 結構之第一邊緣相反的第二邊緣處，間層可具有約1.0mm之厚度。當然，此等厚度為僅示範，且不應限制隨附發明申請專利範圍之範疇。
諸如PVB之熱塑性材料可用作預成形聚合物間層。在某些實施例中，熱塑性層可具有至少0.125mm(例如0.125mm、0.25mm、0.38mm、0.5mm、0.7mm、0.76mm、0.81mm、1mm、1.14mm、1.19mm或1.2mm)之厚度。熱塑性層可具有小於或等於1.6mm之厚度(例如，0.4mm至1.2mm，諸如約0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm或1.2mm)之厚度。熱塑性層可覆蓋玻璃之兩個相反主面之大部分或較佳地實質上全部。其亦可覆蓋玻璃之邊緣面。與熱塑性層接觸之玻璃片可經加熱至熱塑膠之軟化點以上，諸如，例如軟化點以上至少5℃或10℃，以便促進熱塑性材料與各別玻璃片之黏結。加熱可在壓力下、在玻璃與熱塑性層接觸的情況下進行。
所選市售聚合物間層材料概括於表1中，該表亦提供各個產品樣本之玻璃轉移溫度及模數。玻璃轉移溫度及模數資料係根據可獲自供應商的技術資料表單決定，或使用DSC 200示差掃描熱析儀(Seiko Instruments Corp.,Japan)或藉由分別用於玻璃轉移及模數資料之美國試驗材料學會(ASTM)D638方法來測定。用於ISD樹脂中之丙烯酸系/聚矽氧樹脂材料之另一描述揭示於美國專利第5,624,763號中，且聲學改質PVB樹脂之描述揭示於日本專利第05138840號中，每一專利之全部內容據此以全文引用方式併入。
一或多個聚合物間層可併入混合玻璃積層結構中。複數個間層可提供補充或相異功能性，包括黏著力促進、聲學控制、紫外線(UV)透射控制、著色、變色及/或紅外線透射控制。
聚合物間層之彈性模數可在約1MPa至75MPa範圍變化(例如，約1MPa、2MPa、5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、50MPa或75MPa)。在1Hz之加載速率下，標準PVB間層之彈性模數可為約15MPa，且聲學級PVB間層之彈性模數可為約2MPa。
在積層製程期間，間層典型地加熱至有效軟化間層之溫度，該溫度促進間層與玻璃片之各別表面之保形配接。對PVB而言，積層溫度可為約140℃。間層材料內的可移動聚合物鏈與玻璃表面產生促進黏著力的鍵結。高溫亦加速殘餘空氣及/或水分自玻璃-聚合物介面之擴散。
壓力之施加促進間層材料之流動且抑制氣泡形成，該氣泡形成在其他情況下可藉由俘獲於介面處的水及空氣之組合蒸氣壓而誘導。為抑制氣泡形成，在高壓釜中將熱及壓力同時施加至總成。
混合玻璃積層結構可提供有益效果，包括聲學雜訊之衰減、UV及/或IR光透射之減少，及/或窗戶開口之美學訴求增強。構成所揭示玻璃積層結構之個別玻璃片以及所形成積層體可由一或多種屬性表征，該等屬性包括組成、密度、厚度、表面計量學，以及包括光學、聲音衰減及諸如衝擊抗力之機械性質的各種性質。本文描述所揭示混合玻璃積層結構之各種態樣。
示範性混合玻璃積層結構可適於例如用作窗戶或窗玻璃，且配置成任何適合大小及尺寸。在一些實施例中，玻璃積層結構可具有獨立地自10cm變化至1m或更多(例如，0.1m、0.2m、0.5m、1m、2m或5m)之長度及寬度。獨立地，玻璃積層體可具有大於0.1m2之面積，例如，大於0.1m2、0.2m2、0.5m2、1m2、2m2、5m2、10m2或25m2之面積。
示範性混合玻璃積層結構可為實質上平坦的或針對某些應用加以成形。例如，玻璃積層結構可形成為適於用作擋風玻璃或蓋板之彎曲或成形部件。成形玻璃積層體之結構可為簡單或複雜的。在某些實施例中，成形玻璃積層結構可具有複雜曲率，其中玻璃片在兩個獨立方向上具有相異曲率半徑。此等成形玻璃片可因此表徵為具有「交叉曲率」，其中玻璃沿平行於給定維度之軸彎曲，且亦沿垂直於相同維度之軸彎曲。汽車太陽天窗例如典型地量測為約0.5m乘1.0m，且具有沿短軸之2m至2.5m之曲率半徑，及沿長軸之4m至5m之曲率半徑。
根據某些實施例之成形玻璃積層結構可由彎曲因子限定，其中給定部件之彎曲因子等於沿給定軸之曲率半徑除以該軸之長度。因此，對具有沿0.5m及1.0m之各別軸的2m及4m之曲率半徑的示範性 汽車太陽天窗而言，沿每一軸之彎曲因子為4。成形玻璃積層結構可具有在2至8範圍變化(例如，2、3、4、5、6、7或8)的彎曲因子。
第2圖中例示示範性成形玻璃積層結構200。成形玻璃積層結構200包含形成於積層體之凸表面處的外部(強化)玻璃片110，而內部(非強化)玻璃片120形成於積層體之凹表面上。然而應瞭解，未例示實施例之凸表面可包含非強化玻璃片，而相反凹表面可包含強化玻璃片。亦可瞭解的是，未例示實施例之凸表面及凹表面兩者皆可包含化學強化玻璃片。
第3圖為本揭示內容之其他實施例之橫截面圖解。第4圖為本揭示內容之另外實施例之透視圖。參考第3及4圖且如先前段落中所論述，示範性積層結構10可包括化學強化玻璃(例如，Gorilla®玻璃)之內層16。此內層16可已經熱處理、離子交換及/或退火。外層12可為非化學強化玻璃片，諸如習知鈉鈣玻璃、退火玻璃或類似物。積層結構10亦可包括處於外玻璃層及內玻璃層中間的聚合物間層14。玻璃之內層16可具有小於或等於1.0mm之厚度，且具有約250MPa至約350MPa之間的殘餘表面CS位準，其中DOL大於60微米。在另一實施例中，內層16之CS位準較佳為約300MPa。在一個實施例中，間層14可具有大致0.8mm之厚度。示範性間層14可包括但不限於聚乙烯醇縮丁醛或如本文所述的其他適合聚合物材料。其他間層14可包括楔形間層(例如，單層、多層結構，該多層結構包括在其全部或部分上的著色層、IR隔絕層或絕熱層、隔音層等等)。在另外的實施例中，外層12及/或內層16之任何表面可經酸蝕刻以改良對外部衝擊事件之耐久性。例如，在一個實施例中，外層12之第一表面13可經酸蝕刻，及/或內層之另一表面17可經酸蝕刻。在另一實施例中，外層之第一表面15可經酸蝕刻，及/或內層之 另一表面19可經酸蝕刻。此等實施例可因此提供比習知積層結構實質上更輕且符合法規衝擊要求的積層構造。外層12及/或內層16之示範性厚度可在約0.3mm至約1.5mm、自0.5mm至1.5mm至2.0mm或更大的厚度範圍變化。
在一較佳實施例中，薄的化學強化內層16可具有在約250MPa與900MPa之間的表面應力，且可在約0.3mm至約1.0mm的厚度範圍變化。在此實施例中，外層12可為具有約1.5mm至約3.0mm或更大厚度之退火(非化學強化)玻璃。當然，外層12及內層16之厚度可在各別積層結構10中有所不同。示範性積層結構之另一較佳實施例可包括0.7mm化學強化玻璃之內層、厚度約0.76mm之聚乙烯醇縮丁醛層，以及退火玻璃之2.1mm外部層。
在一些實施例中，示範性混合玻璃積層結構可用於具有抬頭顯示器(Head-up Display/Heads-up Display；HUD)系統之運載工具(汽車、飛機及類似物)中。根據一些實施例形成的熔體之透明度可優於由浮製製程形成的玻璃，以便進而提供更好的駕駛體驗以及改良安全性，因為資訊可更易於讀取且更少分心。非限制性HUD系統可包括投影單元、組合器及視訊產生電腦。示範性HUD中之投影單元可為但不限於具有凸透鏡或凹面鏡之光學準直儀，其中顯示器(例如，光學波導、掃描雷射器、LED、CRT、視訊影像系統或類似物)處於該凸透鏡或凹面鏡之焦點處。投影單元可用於產生所要影像。在一些實施例中，HUD系統亦可包括組合器或射束分束器，以將投射影像自投影單元重新導向，從而使視場及投射影像變化或改變。一些組合器可包括特殊塗層以將投射於其上之單色光反射，同時允許其他波長之光穿過。在另外的實施例中，組合器亦可經彎曲以將來自投影單元之影像重新聚焦。任何示範性 HUD系統亦可包括處理系統以提供投影單元與可應用運載工具系統之間的介面，可自該處理系統接收、操縱、監視及/或顯示資料。一些處理系統亦可用於產生欲藉由投影單元顯示的影像及符號。
使用此種示範性HUD系統的情況下，資訊(例如，數量、影像、方向、文句或其他資訊)之顯示可藉由將來自HUD系統之影像投射至示範性玻璃積層結構10之面向內部表面19上而產生。玻璃積層結構10可隨後將影像重新導向，以便其處於駕駛員之視場中。在一些實施例中，間層14可包括另外薄膜，該等薄膜反射投影儀之特定波長之光(分束光(beamsplitter))。另外的間層(例如，偏振薄膜或類似物)可用於一些實施例中，且可取決於各別HUD系統及其光源之設計。
根據一些實施例的示範性玻璃積層結構可因此提供用於玻璃之內片材16之薄初始表面19。在一些實施例中，熔融拉製Gorilla玻璃可用作內片材。此玻璃不含有利用浮製製程製造的習知玻璃(例如，鈉鈣玻璃)所典型具有的任何浮製線條。第5A圖為以45°入射角獲取的1.6mm厚鈉鈣玻璃片之照片。第5B圖為以45°入射角獲取的2.1mm厚鈉鈣玻璃片之照片。第5C圖為以45°入射角獲取的0.7mm厚Gorilla玻璃片之照片。如藉由第5A、5B及5C圖所表明，Gorilla玻璃片不遭受與第5A及5B圖中之鈉鈣玻璃片一樣的畫線外觀，該畫線外觀可造成疊影。
由申請人進行的表面量測指示：如藉由Zygo NewView干涉儀所量測，在Gorilla玻璃片與鈉鈣玻璃片之間，存在峰值至穀值表面粗糙度之一個數量級的增加。第6A及6B圖為1.6mm厚鈉鈣玻璃片之沿線50的外形及表面輪廓量測。第7A及7B圖為0.7mm厚Gorilla玻璃片之沿線52的外形及表面輪廓量測。如此等圖式所示，藉由浮製製程形成的鈉鈣玻璃之表面擾動大大地變化(例如，多達約+0.089762μm至-.0.0505 μm)，且申請人發現其貢獻於HUD顯示器中看見的疊影。相較而言，發現Gorilla玻璃片具有如第7A及7B圖所示的極小擾動。
使用Zygo GPI干涉儀量測1.6mm厚鈉鈣玻璃及0.7mm厚Gorilla玻璃樣本，以測定畫線對玻璃片上之透射波前的影響。在無整體不均勻性(例如，無畫線)的情況下，退出或反射波前保持實質上無變化；然而，當存在整體不均勻性(鈉鈣玻璃)時，退出或反射波前變成受畸變的。第8A及8B圖為1.6mm厚鈉鈣玻璃片之Zygo強度映像，且第9A及9B圖為0.7mm厚Gorilla玻璃片之Zygo強度映像。參考第8A及8B圖，觀察到鈉鈣玻璃片之條紋圖樣中更加高及巨大的週期變化，從而說明相較於傳播穿過Gorilla玻璃片之波前(第9A及9B圖)而言的較大波前畸變(及因此疊影效果)。
根據本揭示內容之實施例的HUD可用於利用本文所述的示範性玻璃積層結構之汽車運載工具、飛機、合成視覺系統，及/或遮罩顯示器(例如，頭戴顯示器，諸如護目鏡、面罩、頭罩及類似物)。此等HUD系統可經由玻璃積層結構在駕駛員前方投射關鍵資訊(速度、燃料、溫度、轉向信號、警告訊息等等)。在其他實施例中，HUD系統可與具有平面或楔形聚合物間層之玻璃積層結構一起使用。然而應注意，除如上所述的玻璃片之組成及類型之外，玻璃積層結構之幾何形狀亦可對提供至使用者或駕駛員之影像之品質具有作用。第10及11A-11C圖為使用HUD系統之標準擋風玻璃(第10A圖)及使用HUD系統之一些實施例(第11A-11C圖)的圖像繪示。參考第10圖，標準擋風玻璃101例示為具有平面成形聚合物間層106，其處於第一鈉鈣玻璃片102及第二鈉鈣玻璃片104中間。影像(速度、燃料、溫度、轉向信號、警告訊息等等)105可自HUD系統或投影儀投射於標準擋風玻璃101上，從而引起來自第一鈉 鈣玻璃片102之內表面107的第一影像103之產生，及由影像105穿過擋風玻璃之透射且自第二鈉鈣玻璃片104之外表面109反射的第二影像108之產生。此第二影像108穿過擋風玻璃之大行進距離產生第一影像106與第二影像108之間的較大間隙111。此間隙111典型地稱為疊影，或產生提供至檢視者之模糊複合影像。
參考第11A圖，根據本揭示內容之實施例的一些示範性玻璃積層結構121可包括楔形聚合物間層126，其處於第一化學強化玻璃片122(例如，Gorilla玻璃)及第二化學強化玻璃片124(例如，Gorilla玻璃)中間。影像(速度、燃料、溫度、轉向信號、警告訊息等等)105可自HUD系統或投影儀投射於結構121上，從而引起來自第一化學強化玻璃片122之內表面127的第一影像123之產生，及由影像105穿過該結構之透射且自第二化學強化玻璃片124之外表面129反射的第二影像128之產生。此第二影像128穿過結構121之短行進距離產生第一影像126與第二影像128之間的小(若存在)間隙131，且產生提供至檢視者之高品質複合影像。類似地且參考第11B圖，其他示範性玻璃積層結構140可包括楔形聚合物間層126，其處於內部非化學強化玻璃片142與外部化學強化玻璃片144中間。影像(速度、燃料、溫度、轉向信號、警告訊息等等)105可自HUD系統或投影儀投射於結構140上，從而引起來自內部非化學強化玻璃片142之內表面147的第一影像143之產生，及由影像105穿過該結構之透射且自外部化學強化玻璃片144之外表面149反射的第二影像148之產生。此第二影像148穿過結構140之短行進距離產生第一影像146與第二影像148之間的小(若存在)間隙150，且產生提供至檢視者之高品質複合影像。參考第11C圖，另外的示範性玻璃積層結構160可包括楔形聚合物間層126，其處於內部化學強化玻璃片162與外部非化學強 化玻璃片164中間。影像(速度、燃料、溫度、轉向信號、警告訊息等等)105可自HUD系統或投影儀投射於結構160上，從而引起來自內部化學強化玻璃片162之內表面167的第一影像163之產生，及由影像105穿過該結構之透射且自外部非化學強化玻璃片164之外表面169反射的第二影像168之產生。此第二影像168穿過結構160之短行進距離產生第一影像166與第二影像168之間的小(若存在)間隙170，且產生提供至檢視者之高品質複合影像。
應注意，HUD系統對反射介質之角度(例如，擋風玻璃位置)為敏感的。因此，相較於根據本揭示內容之實施例的示範性結構之間隙(若存在)而言，藉由標準擋風玻璃以對水平而言更大銳角展現的間隙將被顯著地注意到。本文所述的實施例可因此因擋風玻璃製造中更寬鬆的規範而改良產率，且可允許較寬可檢視角度。
雖然楔形間層已描述為單層，但隨附發明申請專利範圍不應受此限制。例如，楔形間層可為多層材料，其包括在其全部或部分上的著色層、IR隔絕層或絕熱層、隔音層等等。在一個實施例中，示範性楔形間層可於積層結構之第一邊緣處具有約0.8mm之厚度。於與積層結構之第一邊緣相反的第二邊緣處，間層可具有約1.0mm之厚度。當然，此等厚度為僅示範，且不應限制隨附發明申請專利範圍之範疇。
第12圖為一些實施例之楔角對比積層結構厚度之繪圖。參考第12圖，發現：在使用標稱HUD系統參數(例如，曲率半徑Rc=8301mm、來源距離：Ri=1000mm、折射率n=1.52及入射角θ=62.08°)的情況下，楔角α擁有對玻璃積層結構(例如，擋風玻璃等等)厚度之線性依賴性。如第12圖所示，據發現，消除雙像所需的楔角α隨擋風玻璃厚度 線性地減小。亦即，對於標稱擋風玻璃參數而言，當厚度減小0.7mm時，楔角自大致0.475mrad減少至大致0.4mrad。
第13圖為使用標稱HUD系統參數情況下對擋風玻璃厚度變化之雙像角度△θr依賴性之繪圖。參考第13圖，發現：雙像角度△θr隨厚度減小。另外，發現：對厚度變化(梯度)之△θr依賴性不為依賴厚度的。因此，若由於製造製程之厚度變化以標稱厚度之百分比來定標，則遵循的是，較薄擋風玻璃將具有較小雙像角度變化，如藉由變化70、72所展現。
第14圖為針對標稱HUD系統參數的對楔角變化α之雙像角度△θr依賴性之繪圖。參考第14圖，發現：對楔角變化之雙像角度△θr依賴性不為厚度敏感的。例如，對楔角α之0.1mrad變化而言，標準厚度(4.96mm)及減小厚度(4.26mm)的擋風玻璃兩者之雙像角度△θr為大致0.02度。因此遵循的是，若由於處理條件之楔角變化可與α之值按比例減小，則對較薄擋風玻璃而言，雙像角度變化亦將按比例減小。
在一些實施例中，提供玻璃積層結構，其包含非化學強化外部玻璃片、化學強化內部玻璃片，及處於外部玻璃片與內部玻璃片中間的至少一個聚合物間層，其中內部玻璃片具有在約0.3mm至約1.5mm、約0.5mm至約1.5mm範圍變化的厚度，外部玻璃片具有在約1.5mm至約3.0mm範圍變化的厚度，且聚合物間層具有：第一邊緣，該第一邊緣具有第一厚度；以及與第一邊緣相反的第二邊緣，該第二邊緣具有大於第一厚度的第二厚度。在另一實施例中，內部玻璃片包括一或多種鹼土金屬氧化物，以使得鹼土金屬氧化物之含量為至少約5wt.%。在另一實施例中，內部玻璃片具有在約0.3mm至約0.7mm之間的厚度。在另一實施例中，內部玻璃片可具有在約250MPa與約900MPa之間的 表面壓縮應力。示範性聚合物間層可為單一聚合物片材、多層聚合物片材或複合聚合物片材。間層亦可包含諸如但不限於以下者之材料：聚乙烯醇縮丁醛(poly vinyl butyral；PVB)、聚碳酸酯、聲學PVB、乙烯乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate；EVA)、熱塑性聚胺甲酸酯(thermoplastic polyurethane；TPU)、離子聚合物、熱塑性材料，及其組合。在一些實施例中，聚合物間層於第一邊緣處具有約0.4mm至約1.2mm之間的厚度。在其他實施例中，外部玻璃片包含選自由鈉鈣玻璃及退火玻璃組成之群的材料。示範性玻璃積層體可尤其在如汽車擋風玻璃、太陽天窗或蓋板之其他應用中實現實用性。
在另外的實施例中，提供玻璃積層結構，其包含非化學強化內部玻璃片、化學強化外部玻璃片，及處於外部玻璃片與內部玻璃片中間的至少一個聚合物間層，其中外部玻璃片具有在約0.3mm至約1.5mm、約0.5mm至約1.5mm範圍變化的厚度，其中內部玻璃片具有在約1.5mm至約3.0mm範圍變化的厚度，且其中聚合物間層具有：第一邊緣，該第一邊緣具有第一厚度；以及與第一邊緣相反的第二邊緣，該第二邊緣具有大於第一厚度的第二厚度。在另一實施例中，外部玻璃片包括一或多種鹼土金屬氧化物，以使得鹼土金屬氧化物之含量為至少約5wt.%。在另一實施例中，外部玻璃片具有在約0.3mm至約0.7mm之間的厚度。在另一實施例中，外部玻璃片可具有在約250MPa與約900MPa之間的表面壓縮應力。示範性聚合物間層可為單一聚合物片材、多層聚合物片材或複合聚合物片材。間層亦可包含諸如但不限於以下者之材料：聚乙烯醇縮丁醛(poly vinyl butyral；PVB)、聚碳酸酯、聲學PVB、乙烯乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate；EVA)、熱塑性聚胺甲酸酯(thermoplastic polyurethane；TPU)、離子聚合物、熱塑性材料，及其 組合。在一些實施例中，聚合物間層於第一邊緣處具有約0.4mm至約1.2mm之間的厚度。在其他實施例中，內部玻璃片包含選自由鈉鈣玻璃及退火玻璃組成之群的材料。示範性玻璃積層體可尤其在如汽車擋風玻璃、太陽天窗或蓋板之其他應用中實現實用性。
在其他實施例中，提供玻璃積層結構，其包含化學強化內部玻璃片、化學強化外部玻璃片，及處於外部玻璃片與內部玻璃片中間的至少一個聚合物間層，其中外部玻璃片及內部玻璃片各自具有在約0.3mm至約1.5mm、約0.5mm至約1.5mm範圍變化的厚度，且其中聚合物間層具有：第一邊緣，該第一邊緣具有第一厚度；以及與第一邊緣相反的第二邊緣，該第二邊緣具有大於第一厚度的第二厚度。在另一實施例中，外部玻璃片及內部玻璃片可包括一或多種鹼土金屬氧化物，以使得鹼土金屬氧化物之含量為至少約5wt.%。在另一實施例中，內部玻璃片及外部玻璃片可具有在約0.3mm至約0.7mm之間的厚度。在另一實施例中，外部玻璃片及內部玻璃片可具有在約250MPa與約900MPa之間的表面壓縮應力。在一些此等實施例中，內部玻璃片或其部分可具有小於外部玻璃片之表面壓縮應力的表面壓縮應力。示範性聚合物間層可為單一聚合物片材、多層聚合物片材或複合聚合物片材。間層亦可包含諸如但不限於以下者之材料：聚乙烯醇縮丁醛(poly vinyl butyral；PVB)、聚碳酸酯、聲學PVB、乙烯乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate；EVA)、熱塑性聚胺甲酸酯(thermoplastic polyurethane；TPU)、離子聚合物、熱塑性材料，及其組合。在一些實施例中，聚合物間層於第一邊緣處具有約0.4mm至約1.2mm之間的厚度。示範性玻璃積層體可尤其在如汽車擋風玻璃、太陽天窗或蓋板之其他應用中實現實用性。
本揭示內容之實施例可因此提供藉由使用較薄玻璃材料同時維持光學及安全性要求來減少汽車窗玻璃之重量的手段。習知積層擋風玻璃可佔運載工具之總窗玻璃重量之62%；然而，藉由例如使用0.7mm厚化學強化內層與2.1mm厚非化學強化外層，擋風玻璃重量可減少33%。此外，已發現：使用1.6mm厚非化學強化外層與0.7mm厚化學強化內層產生總體45%之重量減輕。因此，使用根據本揭示內容之實施例的示範性積層結構可允許積層擋風玻璃通過所有法規安全性要求，包括自內部及外部物體之穿透抗性及產生可接受頭部衝擊準則(Head Impact Criteria；HIC)值之適當撓曲度。另外，包含退火玻璃之示範性外層可提供藉由外部物體衝擊引起的可接受的破裂模式，且允許當碎裂或裂紋由於衝擊而出現時，達成穿過擋風玻璃之持續操作可見度。研究亦已證明：使用化學強化玻璃作為不對稱擋風玻璃之內表面提供以下增加的益處：相較於在利用習知退火擋風玻璃的情況下由乘坐者衝擊所引起者而言減小的撕裂可能性。
用於彎曲及/或成形玻璃積層結構之方法可包括重力彎曲、按壓彎曲及其混合方法。在將薄的平坦玻璃片重力彎曲成諸如汽車擋風玻璃的曲面形狀之傳統方法中，將冷的預切割單一玻璃片或多個玻璃片置放於彎曲夾具之剛性、預成形周邊支撐表面上。彎曲夾具可使用金屬或耐火材料製成。在一示範性方法中，可使用鉸接彎曲夾具。彎曲之前，玻璃典型地僅支撐於幾個接觸點處。通常藉由暴露於窯爐中之高溫來加熱玻璃，該窯爐軟化玻璃，從而允許重力使玻璃凹陷或塌陷成而與周邊支撐表面符合。實質上，整體支撐表面通常將隨即與玻璃之周邊接觸。
相關技術為按壓彎曲，其中將單一平坦玻璃片加熱至實質上相應於玻璃之軟化點的溫度。受加熱片材隨後於具有互補成形表面之凸 形模製構件與凹形模製構件之間按壓或成形至所要曲率。模製構件成形表面可包括用於與玻璃片接合之真空或空氣噴口。在實施例中，成形表面可配置來實質上接觸整體相應玻璃表面。或者，相反成形表面之一或兩者可接觸於各別玻璃表面之離散區域上或離散接觸點處。例如，凹形模製表面可為環形表面。在實施例中，可使用重力彎曲及按壓彎曲技術之組合。
玻璃積層結構之總厚度可在約2mm至5mm範圍變化，而外部及/或內部化學強化玻璃片具有1mm或更小(例如，0.3mm至1mm，諸如，例如0.3mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm)之厚度。另外，內部及/或外部非化學強化玻璃片可具有2.5mm或更小(例如，1mm至2mm，諸如，例如1mm、1.5mm、2mm或2.5mm)之厚度或可具有2.5mm或更大之厚度。在實施例中，玻璃積層體中玻璃片之總厚度小於3.5mm(例如，小於3.5mm、3mm、2.5mm或2.3mm)。
申請人已證實：本文揭示的玻璃積層結構具有極佳耐久性、衝擊抗力、韌性及防刮性。如熟習此項技術者所熟知，玻璃片或積層體之強度及機械衝擊效能係藉由玻璃中之缺陷限制，該等缺陷包括表面缺陷及內部缺陷兩者。當玻璃積層結構受衝擊時，衝擊點受壓縮，而衝擊點周圍之環或「環路」以及衝擊片材之相反面受張力。典型地，斷裂起點將在瑕疵處，通常處於玻璃表面上、在最高張力點處或附近。此可發生於相反面上，但可發生於環內。若玻璃中之瑕疵在衝擊事件期間受張力，則瑕疵將可能傳播，且玻璃典型地將破裂。因此，壓縮應力之高量值及深度(層深度)為較佳的。
由於強化，用於所揭示混合玻璃積層體之強化玻璃片之表面之一或兩者處於壓縮下。壓縮應力於玻璃之近表面區域中之併入可抑制裂紋傳播及玻璃片之斷裂。為使瑕疵傳播及斷裂發生，來自衝擊之拉伸應力必須於瑕疵之尖端處超過表面壓縮應力。在實施例中，與非化學強化玻璃的狀況相比，強化玻璃片之高壓縮應力及高層深度允許較薄玻璃之使用。
在混合玻璃積層結構的狀況下，積層結構可回應於機械衝擊比較厚單塊非化學強化玻璃或較厚非強化玻璃積層體無破裂偏轉得更遠。此種增加的偏轉允許更多能量傳遞至積層體間層，從而可減少達到玻璃之相反側之能量。因此，本文揭示的混合玻璃積層體可比類似厚度的單塊非強化玻璃或非化學強化玻璃積層體耐受更高的衝擊能量。
除其機械性質之外，如將由熟練技藝人士瞭解的，積層結構可用於阻尼聲波。在使用亦擁有用於許多窗玻璃應用之必要機械性質的較薄(及較輕)結構時，本文揭示的混合玻璃積層體可劇烈地減少聲傳輸。
積層體及窗玻璃之聲學效能通常受窗玻璃結構之撓曲振動影響。不希望受理論之約束，人類聲學回應典型地在500Hz與5000Hz之間出現峰值，此相應於在空氣中約0.1-1m之波長及在玻璃中1-10m之波長。對小於0.01m(<10mm)厚之窗玻璃結構而言，主要經由振動及聲波與窗玻璃之撓曲振動之耦合而發生傳輸。積層窗玻璃結構可設計來將來自窗玻璃撓曲模式之能量轉化成聚合物間層內之剪切應變。在使用較薄玻璃片之玻璃積層體中，較薄玻璃之較大順應性允許較大振動振幅，繼而可對間層施加較大剪切應變。大多數黏彈性聚合物間層材料之低剪切抗力意謂著：間層將經由高剪切應變來促進阻尼，該高剪切應變將在分子鏈滑動及鬆弛的影響下轉化成熱。
除玻璃積層厚度之外，構成積層體之玻璃片之性質亦可影響聲音衰減性質。例如，如在強化玻璃片與非強化玻璃片之間，在玻璃-聚合物間層介面處可存在小的但顯著的差異，此有助於聚合物層中之較高剪切應變。此外，除鋁矽酸鹽玻璃及鈉鈣玻璃之明顯組成差異之外，該等玻璃具有不同的物理及機械性質，包括可產生不同聲學回應之模數、帕松比、密度等等。
雖然本說明書可包括許多特例，但是此等特例不應解釋為對本說明書範疇之限制，而應解釋為對特定實施例而言為特定的特徵之描述。至此在獨立實施例之上下文中已描述的某些特徵亦可在單一實施例中組合實行。相反地，在單一實施例之上下文中描述的各種特徵亦可在多個實施例中獨立地或以任何適合的子組合來實行。此外，儘管特徵可在以上描述為以某些組合來作用，且甚至可按此初始地提出保護主張，但是來自所請求組合之一或多個特徵可在一些狀況下自該組合移去，且所請求組合可針對子組合或子組合之變化。
類似地，雖然操作以特定次序繪示於圖式或圖中，但此次序不應理解為需要此等操作以所展示的特定次序或以順序次序來進行，或不應理解為欲進行所有所例示操作來達成合乎需要的結果。在某些情形中，多功技能(multitasking)及並行處理可為有利的。
本文中可將範圍表述為自「約」一個特定值，及/或至「約」另一特定值。當表述此範圍時，實例包括自一個特定值及/或至另一特定值。類似地，當藉由使用先行詞「約」將值表述為近似值時，應理解，特定值形成另一態樣。應進一步理解，範圍中每一者之端點相對於另一端點而言及獨立於另一端點而言均有意義。
亦應注意，本文中之敘述係指經「配置」或「調適」以特定方式起作用的本揭示內容之組分。就此而言，此組分經「配置」或「調適」以具體化特定性質或以特定方式起作用，其中此等敘述為與預期用途之敘述相對的結構性敘述。更確切言之，本文中對組分經「配置」或「調適」之方式的提及表示組分之現存實體條件，且因此應將其視為對組分之結構特徵的確定敘述。
如圖中所例示的各種配置及實施例所示，已描述抬頭顯示器之各種玻璃積層結構。
雖然已描述本揭示內容之較佳實施例，但應理解，所描述實施例僅為說明性的，且本發明之範疇將由隨附發明申請專利範圍來唯一地界定，當符合等效物之完整範圍時，熟習此項技術者自對發明申請專利範圍之細讀而自然地思及許多變化及修改。

Claims (27)

  1. 一種玻璃積層結構，包含：一非強化外部玻璃片；一強化內部玻璃片；以及至少一個聚合物間層，處於該外部玻璃片及該內部玻璃片中間，其中該內部玻璃片具有在約0.3mm至約1.5mm範圍變化的一厚度，其中該外部玻璃片具有在約1.5mm至約3.0mm範圍變化的一厚度，其中該內部玻璃片的一厚度小於該外部玻璃片的一厚度，且其中該聚合物間層具有：一第一邊緣，該第一邊緣具有一第一厚度；以及與該第一邊緣相反的一第二邊緣，該第二邊緣具有大於該第一厚度之一第二厚度。
  2. 如請求項1所述之玻璃積層結構，其中該內部玻璃片包括一或多種鹼土金屬氧化物，以使得鹼土金屬氧化物之一含量為至少約5wt.%。
  3. 如請求項1所述之玻璃積層結構，其中該內部玻璃片具有在約0.3mm至約0.7mm之間的一厚度。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃積層結構，其中該聚合物間層包含一單一聚合物片材、一多層聚合物片材或一複合聚合物片材。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃積層結構，其中該聚合物間層包含選自由下列所組成之群組的一材料：聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚碳酸酯、聲學PVB、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、熱塑性聚胺甲酸酯(TPU)、離子聚合物、一熱塑性材料，及前述材料的組合。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃積層結構，其中該聚合物間層於該第一邊緣處具有約0.4mm至約1.2mm之間的一厚度。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃積層結構，其中該外部玻璃片包含選自由鈉鈣玻璃及退火玻璃組成之群組的一材料。
  8. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃積層結構，其中該玻璃積層體為一汽車擋風玻璃、太陽天窗或蓋板。
  9. 如請求項1至3中任一項所述之玻璃積層結構，其中該內部玻璃片具有在約250MPa與約900MPa之間的一表面壓縮應力。
  10. 一種玻璃積層結構，包含：一非化學強化內部玻璃片；一化學強化外部玻璃片；以及至少一個聚合物間層，處於該外部玻璃片及該內部玻璃片中間，其中該外部玻璃片具有在約0.3mm至約1.5mm範圍變化的一厚度，其中該內部玻璃片具有在約1.5mm至約3.0mm範圍變化的一厚度，其中該內部玻璃片的一厚度小於該外部玻璃片的一厚度，且其中該聚合物間層具有：一第一邊緣，該第一邊緣具有一第一厚度；以及與該第一邊緣相反的一第二邊緣，該第二邊緣具有大於該第一厚度之一第二厚度。
  11. 如請求項10所述之玻璃積層結構，其中該外部玻璃片包括一或多種鹼土金屬氧化物，以使得鹼土金屬氧化物之一含量為至少約5wt.%。
  12. 如請求項10所述之玻璃積層結構，其中該外部玻璃片具有在約0.3mm至約0.7mm之間的一厚度。
  13. 如請求項10至12中任一項所述之玻璃積層結構，其中該聚合物間層包含一單一聚合物片材、一多層聚合物片材或一複合聚合物片材。
  14. 如請求項10至12中任一項所述之玻璃積層結構，其中該聚合物間層包含選自由下列所組成之群組的一材料：聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚碳酸酯、聲學PVB、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、熱塑性聚胺甲酸酯(TPU)、離子聚合物、一熱塑性材料，及前述材料的組合。
  15. 如請求項10至12中任一項所述之玻璃積層結構，其中該聚合物間層於該第一邊緣處具有約0.4mm至約1.2mm之間的一厚度。
  16. 如請求項10至12中任一項所述之玻璃積層結構，其中該內部玻璃片包含選自由鈉鈣玻璃及退火玻璃組成之群組的一材料。
  17. 如請求項10至12中任一項所述之玻璃積層結構，其中該玻璃積層體為一汽車擋風玻璃、太陽天窗或蓋板。
  18. 如請求項10至12中任一項所述之玻璃積層結構，其中該外部玻璃片具有在約250MPa與約900MPa之間的一表面壓縮應力。
  19. 一種玻璃積層結構，包含：一強化內部玻璃片；一強化外部玻璃片；以及至少一個聚合物間層，處於該外部玻璃片及該內部玻璃片中間，其中該外部玻璃片及該內部玻璃片各自具有在約0.3mm至約1.5mm範圍變化的一厚度，其中該內部玻璃片的一厚度小於該外部玻璃片的一厚度，且其中該聚合物間層具有：一第一邊緣，該第一邊緣具有一第一厚度；以及與該第一邊緣相反的一第二邊緣，該第二邊緣具有大於該第一厚度之一第二厚度。
  20. 如請求項19所述之玻璃積層結構，其中該外部玻璃片及該內部玻璃片各自包括一或多種鹼土金屬氧化物，以使得鹼土金屬氧化物之一含量為至少約5wt.%。
  21. 如請求項19所述之玻璃積層結構，其中該外部玻璃片及該內部玻璃片各自具有在約0.3mm至約0.7mm之間的一厚度。
  22. 如請求項19至21中任一項所述之玻璃積層結構，其中該聚合物間層包含一單一聚合物片材、一多層聚合物片材或一複合聚合物片材。
  23. 如請求項19至21中任一項所述之玻璃積層結構，其中該聚合物間層包含選自由下列所組成之群組之一材料：聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚碳酸酯、聲學PVB、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、熱塑性聚胺甲酸酯(TPU)、離子聚合物、一熱塑性材料，及前述材料的組合。
  24. 如請求項19至21中任一項所述之玻璃積層結構，其中該聚合物間層於該第一邊緣處具有約0.4mm至約1.2mm之間的一厚度。
  25. 如請求項19至21中任一項所述之玻璃積層結構，其中該玻璃積層體為一汽車擋風玻璃、太陽天窗或蓋板。
  26. 如請求項19至21中任一項所述之玻璃積層結構，其中該外部玻璃片具有在約250MPa與約900MPa之間的一表面壓縮應力。
  27. 如請求項19至21中任一項所述之玻璃積層結構，其中該內部玻璃片或該內部玻璃片的部分具有小於該外部玻璃片之該表面壓縮應力的一表面壓縮應力。
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