TWI784093B - 製造塗佈玻璃系部件的方法 - Google Patents

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Abstract

製造具有塗層及目標形狀之玻璃系物件，目標形狀包含平坦的中央部分及周邊部分，周邊部分圍住至少部分平坦的中央部分並且延伸出平坦的中央部分之平面，周邊部分具有周邊邊緣及目標邊緣至相對邊緣尺寸。方法包括形成玻璃系部件以提供具有初始三維形狀之初始形成的部件，初始三維形狀與目標形狀至少於目標邊緣至相對邊緣尺寸不同。施加塗層至初始形成的部件以形成具有塗層之玻璃系物件，塗層賦予應力至初始模製的部件，應力對初始形狀引起經計算的、翹曲誘發的改變。

Description

製造塗佈玻璃系部件的方法
本申請案根據專利法主張於2017年11月29日提出申請之美國臨時申請案第62/592,066號之優先權權益，本申請案仰賴該申請案之內容並且該申請案的內容以引用之形式全部倂入本文。
此揭示之具體實施態樣大致上關於製造例如玻璃系覆蓋之塗佈玻璃系(glass-based)部件的方法。
玻璃系物件，特別是強化的玻璃系物件，廣泛地用於電子裝置中作為用於諸如行動電話、智慧型手機、平板、錄放影機、資訊終端(IT)裝置、筆記型電腦、導航系統及類似物之可攜式或行動電子通訊及娛樂裝置之覆蓋板或窗，以及諸如建築(如，窗、淋浴板、工作檯面等等)、交通運輸(如，汽車、火車、飛行器、航海器等等)、家用設備之其他應用中，或受益於優異破裂阻抗但薄且輕量物件之任何應用。強化的玻璃系物件，諸如化學強化的玻璃系物件，例如用於行動電話、穿戴式裝置(如，手錶)，及其他電子裝置之覆蓋，形狀與幾何可為非平坦的(例如，「三維」或「3D」及「2.5維的」)，含有一些非共平面形狀，如樂金(LG®)曲面電話覆蓋玻璃及三星(Samsung®)邊緣覆蓋玻璃。此2.5D及3D成型的玻璃對覆蓋玻璃系部件之形成及可靠度帶來大的挑戰。
第1圖顯示代表性、非限制性之用於3D玻璃系覆蓋(業界亦稱為3D覆蓋玻璃)的形狀，其可用於電子裝置，諸如電話、電視、平板、監視器，或類似物。如此圖中所示的，呈覆蓋100形式之3D玻璃系物件包括平坦的中央部分101、周邊部分102，及周邊邊緣103。平坦的中央部分101為扁平的或幾乎扁平的。周邊部分102延伸出平坦的中央部分101之平面，因此提供具整體三維形狀(相對於二維形狀)之玻璃覆蓋。雖然如第1圖中所示的，周邊部分102完全地圍繞中央部分101，於一些具體實施態樣中，周邊部分可繞部分中央部分延伸，即，少於整個周邊，如針對具有矩形形狀之玻璃覆蓋，少於玻璃覆蓋之所有四邊可包括周邊部分，如兩邊可具有周邊部分及其他兩邊可為扁平的或實質上扁平的。周邊邊緣103定義邊緣至相對邊緣尺寸(edge-to-opposite edge dimension) D1及邊緣至相對邊緣尺寸D2。同樣地，為成為三維的，呈盤或碟形式之玻璃覆蓋可具有部分(包括僅一些或所有)其扁平的或幾乎扁平的中央部分過渡成周邊部分，其延伸出扁平的或幾乎扁平的中央部分之平面。
將為明顯的是，取決於將使用3D玻璃覆蓋之裝置之設計者的希望，3D玻璃覆蓋的形狀可廣泛地變化。因此，3D玻璃覆蓋可具有各種各樣的整體形狀及可包括各種大小及形狀的中央部分及周邊部分，以及於中央與周邊部分之間可採用各種構形之過渡。2013年02月22日提出申請之名為「覆蓋玻璃物件(Cover Glass Article)」之共同受讓的美國專利申請案第13/774,238號，公開為美國專利申請公開案第2013/0323444號，該案的內容以引用之形式全部倂入本文，提供用於3D玻璃覆蓋之各種代表性尺寸，以及針對覆蓋之典型應用的敘述。
周邊邊緣103的橫向尺寸(厚度)對應於自其製作玻璃系覆蓋之玻璃系片狀物的厚度，其典型地小於1毫米，如0.8毫米或更小、0.7 mm或更小、0.6 mm或更小、0.5 mm或更小、0.4 mm或更小、0.3 mm或更小、0.2 mm或更小、0.1 mm或更小、75微米(μm)或更小、50微米或更小、低至10微米。如果施加功能性塗層(如，耐刮或抗反射塗層)至成型的2.5D及3D玻璃系部件，功能性塗層的殘餘應力可引起形狀翹曲，造成部件超出針對尺寸公差之規格。並且當玻璃越薄時此效應越大。
因此，所希望的是提供用於製做具有具機械及光學表現之塗層的玻璃系部件以及將2.5D及3D部件形狀塗層施加維持於尺寸公差內的方法。此外，所希望的是提供用於製做化學強化的(如，經離子交換的)玻璃系物件之方法，化學強化的玻璃系物件具有具機械及光學表現的塗層以及在塗層施加之後將2.5D及3D部件形狀保持於尺寸公差內。
此揭示之第一態樣關於製造具有塗層及目標形狀之玻璃系物件，目標形狀包含平坦的中央部分及周邊部分，周邊部分圍住至少部分平坦的中央部分並且延伸出平坦的中央部分之平面，周邊部分具有周邊邊緣及目標邊緣至相對邊緣尺寸。方法包括形成玻璃系部件(亦稱為玻璃系物件或玻璃系基板)以提供具有初始三維形狀之初始形成的部件，初始三維形狀與目標形狀至少於目標邊緣至相對邊緣尺寸不同。施加塗層至初始形成的部件以形成具有塗層之玻璃系物件，塗層賦予應力至初始模製的部件，應力引起對初始形狀之經計算的、翹曲誘發的改變。
此揭示之另一態樣關於製造玻璃系物件之方法，包含以下步驟：使用具有模製表面之模來形成初始模製的部件，初始模製的部件具有預塗佈三維形狀，預塗佈三維形狀包含平坦的中央部分及周邊部分，周邊部分圍住至少部分平坦的中央部分並且延伸出平坦的中央部分之平面以提供具三維度之初始模製的部件，周邊部分具有周邊邊緣及預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸；以及以塗層來塗佈初始模製的部件以形成玻璃系物件，塗層賦予應力至初始模製的部件上，應力翹曲初始模製的部件及改變初始模製的部件之預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸以提供不同於預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸之目標邊緣至相對邊緣尺寸，目標邊緣至相對邊緣尺寸等於基於模型化計算考量塗層厚度、塗層楊氏模數及初始模製的部件厚度之經計算的值。
此揭示之另一態樣關於模型化起因於由初始玻璃系部件上之塗層所賦予並使部件翹曲之應力之對初始玻璃系部件之尺寸改變的方法，方法包含以下步驟：於電腦上產生併入塗層厚度、塗層楊氏模數、玻璃系材料厚度及玻璃系材料楊氏模數之模型；於電腦上使用模型來執行有限元素分析，其中執行有限元素分析包含決定，初始玻璃系材料形成的部件具有預塗佈形狀，預塗佈形狀包含平坦的中央部分及周邊部分，周邊部分圍住至少部分平坦的中央部分並且延伸出平坦的中央部分之平面，周邊部分具有周邊邊緣及預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸；以及於電腦上基於模型來決定起因於由塗層所賦予並造成目標邊緣至相對邊緣尺寸之壓縮應力之對初始玻璃系形成的部件之預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸的量化改變。
於描述數個例示性具體實施態樣之前，要理解的是，此揭示不受限於提出之建構或製程步驟之細節。本文提供之揭示涵蓋其他具體實施態樣並且可以各種方式實現或進行。
於此說明書通篇參照「一個具體實施態樣」、「某些具體實施態樣」、「一些具體實施態樣」、「各種具體實施態樣」、「一或更多具體實施態樣」，或「一具體實施態樣」意指關於具體實施態樣描述之特定特徵、結構、材料，或特性係包括於此揭示之至少一個具體實施態樣中。因此，於此說明書通篇各處出現之諸如「於一或更多具體實施態樣中」、「於某些具體實施態樣中」、「於各種具體實施態樣中」、「於一個具體實施態樣中」、「於一些具體實施態樣中」或「於一具體實施態樣中」之用語不必然參照相同的具體實施態樣。此外，於一或更多其他具體實施態樣中，可以任何合適的方式組合關於一個具體實施態樣描述之特定的特徵、結構、材料，或特徵。本文中描述之各種玻璃系物件及方法可選自建築玻璃系基板、汽車鑲嵌玻璃、汽車內部玻璃系基板、家用設備玻璃系基板、手持裝置玻璃系基板(諸如用作螢幕覆蓋之部件)，以及穿戴式裝置玻璃系基板。
此揭示之一或更多具體實施態樣提供包括玻璃系基板之玻璃系物件，玻璃系基板具有初始形狀及於玻璃系基板上之塗層。於一或更多具體實施態樣中，塗層賦予應力至初始形成的部件，應力引起對初始形狀之經計算的、翹曲誘發的改變。塗層可包括多層塗層。玻璃系部件或基板可為平坦的，或彼等可於一或更多方向(如，x、y和/或z平面)中為彎曲的以提供三維基板或部件。玻璃系基板或部件可為冷形成的。於一或更多具體實施態樣中，基板或部件於至少一個方向(如，x、y和/或z平面)中為彎曲的。於一或更多具體實施態樣中，例如藉由具有斜面的邊緣，玻璃系基板或部件可具有2.5維度。
根據一或更多具體實施態樣，提供塗佈玻璃系物件。於一或更多具體實施態樣中，玻璃系物件包括塗層，針對諸如耐刮、例如銳利接觸誘發的破裂之損化保護、抗菌性質、抗反射性質、電容式觸控敏感度、光致變色塗層，或其他光學品質之功能而施加塗層。可以任何合適的技術來施加塗層，諸如化學氣相沉積(CVD) (如，電漿增進的CVD、低壓CVD、大氣壓力CVD，及電漿增進的大氣壓力CVD)、物理氣相沉積(PVD) (如，反應性或非反應性濺鍍或雷射消融)、熱或電子束蒸鍍和/或原子層沉積。亦可藉由浸塗、噴灑、擦刷、旋塗及其他合適的施加塗層之技術來施加塗層。
本文提供製做塗佈玻璃系物件之方法，塗佈玻璃系物件為例如用於電子裝置之覆蓋，具有緊密對應由物件之設計師所指定者的形狀(目標形狀；於透過CAD繪圖指定形狀的情況中亦稱為「CAD形狀」 (CAD意指電腦輔助設計))。於施加賦予應力至塗佈部件之表面的塗層之後，2.5D及3D玻璃系物件傾向翹曲。因為塗層賦予應力至玻璃系物件而發生翹曲。取決於塗層賦予拉伸應力還是壓縮應力至玻璃系物件之表面，及取決於施加塗層之玻璃系物件之側，此造成玻璃的尺寸增加或減少。為決定玻璃系物件的尺寸是增加或減少，例如於x平面或y平面之一或二者中，於塗佈之前及塗佈之後量測玻璃系物件的尺寸。
塗層誘發的翹曲所造成之形狀偏差為不希望的，因為客戶規格之尺寸公差可為±100微米或更小。為補償此塗層誘發的翹曲，提供方法以預先計算對玻璃系部件之尺寸的改變程度，以提供對初始形狀及尺寸之經計算的-翹曲誘發的改變。
因為塗層誘發的翹曲取決於玻璃系物件之整體形狀的細節，以及物件之邊緣之形狀及厚度的細節，通常，藉由將塗層誘發的翹曲問題轉換成熱擴散問題來獲得校正值，因此允許使用市售可得的軟體來解決塗層誘發的翹曲問題，市售可得的軟體如由美國賓州15317坎農斯堡市275科技道之ANSYS公司所販售之ANSYS®軟體，其採用有限元素及圖形顯示技術。以及，可輸入目標形狀，及特別是CAD規格化的目標形狀，至此市售可得的軟體。實際上，使用本文中所揭示的技術，可提供具模輪廓校正之用以形成玻璃系部件的模，其可發展其而不需要對物理模之重複的反覆改變。
於一些具體實施態樣中，由2D玻璃片狀物使用諸如於美國專利申請公開案第2010/0000259及2012/0297828號中所描述之熱重組製程來製作3D玻璃系物件，該等該公開案的內容以引用之形式全部倂入本文。於一些具體實施態樣中，由融合製程來製造2D玻璃片狀物，儘管亦可使用由諸如浮製、向下抽拉、向上抽拉，或軋製程之其他製程製造之2D玻璃片狀物。
因此，透過熱形成製程，諸如藉由模製，初始地形成的玻璃系部件可形成為3D成型的玻璃系物件。此初始地形成的部件可接著經塗佈。於一或更多具體實施態樣中，在塗佈之前，藉由離子交換可化學強化部件，其可誘發離子交換翹曲。因此，於部件經離子交換的具體實施態樣中，於製做之前將決定/計算離子交換誘發的翹曲及塗層誘發的翹曲兩者以決定對初始地形成的部件之尺寸改變的幅度。於一或更多具體實施態樣中，方法包括於具有模製表面之模中形成玻璃系物件，以及模製表面經設計及尺寸化以補償對初始形狀之經計算的、翹曲誘發的改變，使得具有塗層之玻璃系物件具有目標形狀及目標邊緣至相對邊緣尺寸。於一或更多具體實施態樣中，初始地形成的部件可具有三維度或曲線，以及施加賦予應力至具有初始形狀之塗佈部件的塗層以自初始地形成的部件移除曲線以提供具有扁平形狀之最終塗佈部件。
現參照第2圖，此揭示之具體實施態樣關於例如為玻璃系覆蓋之塗佈玻璃系物件200，玻璃系物件200包含玻璃系基板210，玻璃系基板210具有第一表面215以及相對第一表面215之第二表面235，第一表面215具有第一塗層220於其上提供介於第一塗層220與玻璃系基板210之間的第一界面225。第一塗層220具有自第一塗層表面230延伸至第一表面215之第一塗層厚度tc 。玻璃系基板210具有自第一表面215延伸至第二表面235之基板厚度ts 。基板厚度於自0.01毫米(mm)至3毫米之範圍中，例如自0.01 mm至2.75 mm、自0.01 mm至2.5 mm、自0.01 mm至2.25 mm、自0.01 mm至2.0 mm、自0.01 mm至1.75 mm、自0.01 mm至1.5 mm、自0.01 mm至1.25 mm、自0.01 mm至1.0 mm、自0.01 mm至0.75 mm、自0.01 mm至0.5 mm、自0.025 mm至3.0 mm、自0.05 mm至3.0 mm、自0.075 mm至3.0 mm、自0.1 mm至3.0 mm、自0.2 mm至3.0 mm、自0.3 mm至3.0 mm、自0.05 mm至2.5 mm、自0.075 mm至2.0 mm、自0.1 mm至1.75 mm、自0.1 mm至1.5 mm、自0.1 mm至1.25 mm、自0.1 mm至1.1 mm、自0.2 mm至1.1 mm、自0.2 mm至1.0 mm、自0.2 mm至1.0 mm、自0.4 mm至1.0 mm、自0.5 mm至1.0 mm、0.6 mm至1.0 mm、0.7 mm至1.0 mm，或0.8 mm至1.0 mm。第一塗層220賦予應力於玻璃系基板210上。可於基板210之第一表面215或第二表面235上之第一塗層220具有於約80奈米至10微米之範圍中的塗層厚度tc 。於一些具體實施態樣中，玻璃系物件為非強化的。於第2圖中，玻璃系基板210具有自第一表面215延伸之壓縮應力區域240。壓縮應力區域於玻璃系物件之表面具有自約750 MPa至高達約1200 MPa的表面壓縮應力(CS)並且延伸至於該點應力由壓縮轉變為拉伸之壓縮深度(DOC)。於一或更多具體實施態樣中，第一塗層220賦予壓縮應力至基板210。於其他具體實施態樣中，第一塗層220賦予拉伸應力至基板210。取決於希望的最終部件形狀，可選擇及施加拉伸應力誘發或壓縮應力誘發塗層至第一表面215及第二表面235之至少一者，其將賦予應力於基板210上，改變部件之初始形狀以引起對部件形狀及初始地形成的部件之邊緣至相對邊緣尺寸之經計算的、翹曲誘發的改變。
第3圖為顯示針對施加至化學強化的玻璃之硬、脆塗層之量測的破裂應變相對厚度的圖形。第3圖顯示應力之塗層態及塗層厚度對增加塗層之強韌性以及下方基板之強韌性的重要性，如由破裂應變%所量測的。通常，隨破裂應變%增加，物體將更加強韌及耐損壞。圓形數據點代表塗層之破裂應變，而方形數據點代表基板自身之破裂應變。所有的樣本具有相同的下方基板組成、厚度，及應力輪廓。針對樣本D，塗層及基板破裂應變實質上相同為約0.7%。樣本A及B兩者具有460 nm厚的塗層，其中兩個塗層具有約188 GPa之楊氏模數(E)。樣本C及D具有1160 nm厚的塗層，其中塗層具有約229 GPa之楊氏模數(E)。針對塗層C、B、A，及D之塗層應力(σ)分別為479 MPa (拉伸)、147 MPa (拉伸)、90 MPa (拉伸)，及- 960 MPa (壓縮)。比較相同厚度及楊氏模數之塗層顯示越為壓縮(較小拉伸)的應力導致塗層及基板兩者中之破裂應變增加。舉例而言，塗層A及B具有相同的厚度及楊氏模數，但塗層A (具有較小拉伸應力)具有增加的破裂應變。類似地，塗層C及D具有相同的厚度及及楊氏模數，但塗層D (具有較小拉伸應力)具有增加的破裂應變。由第3圖亦可見到的是，較薄的塗層導致破裂應變增加，特別是於下方基板中。舉例而言，比較樣本A及B (各具有460 nm之厚度)與樣本C (具有1160 nm之厚度)，見到的是具有較薄塗層之樣本中之塗層及下方基板兩者中破裂應變增加。類似地，比較樣本A及B (各具有460 nm之厚度)與樣本D (具有1160 nm之厚度)，見到的是具有較薄塗層之樣本中之下方基板中之破裂應變增加。因此，通常，較薄、較小拉伸塗層傾向產生具有較強韌塗層以及下方基板的產品。
第4圖顯示臨界應變相對標準化的瑕疵大小作圖之模型化的結果。類似於破裂應變，臨界應變為基板與塗層強韌性之量測。通常，臨界應變越高，物體(無論是基板、塗層，或塗佈基板)將越強韌(較不易例如藉由破裂而失效，因為瑕疵較難傳播)。第4圖顯示當塗佈1.1微米厚的塗層時針對下方玻璃基板自身之臨界應變。實線代表具有0.48 GPa之拉伸應力的塗層，而虛線代表具有1.0 GPa之壓縮應力的塗層。類似於第3圖，第4圖顯示製造較小拉伸之塗層提供較強韌塗佈基板。
利用2.0μ m厚的塗層來執行進一步的模型化作業，如第5圖中所示的。如於第3及4圖兩者中所示的，於塗層及基板強韌性兩者中發現類似的改善，於此量測作為臨界應變。更特別地，所有的塗層具有相同之2微米厚度、為相同材料(AlON)，以及於具有相同組成、厚度，及應力輪廓的基板上模型化。類似於第3及4圖，第5圖顯示針對給定塗層厚度，當塗層應力變為較小拉伸時，樣本變為更加強韌。以及第5圖展現此關係於所有的標準化的瑕疵大小上。另外，比較第4及5圖，再次見到的是較薄的塗層對樣本強韌性具有較大的改善。特別是，第4圖顯示，針對4之標準化的瑕疵大小，具有1.0 GPA之塗層壓縮的較薄(1.1微米)塗層具有約0.95%之臨界應變。另一方面，第5圖顯示，針對4之標準化的瑕疵大小，具有1.0 GPa之壓縮應力(三角形數據點)之較厚塗層(2微米)具有低於0.8%之臨界應變。
因此，由第3-5圖，見到的是適當地選擇塗層，就其厚度及其應力位準而言，可有利地影響塗佈基板之強韌性。因此，較為壓縮的塗層為希望的。
以及，咸信透過玻璃壓縮應力之適度增加可得到下落表現之漸進改善。因此，遵循AlON塗層之壓縮(以及其他類型塗層之壓縮)增加可改善下落事件期間之抗尖銳損壞接觸，因此改善下落表現。預測塗層壓縮改善塗層之破裂開始應變及玻璃之撓曲強度。
透過塗層沉積參數之變化，或藉由機械方法可獲得塗層壓縮或張力。舉例而言，於一或更多具體實施態樣中，塗層與玻璃系部件間之熱膨脹係數(CTE)差異或溫度差異可用以增加或減少塗層壓縮或張力。比如，如果塗層具有低於下方玻璃系部件之CTE，塗層可施加壓縮力於下方部件上。於一或更多具體實施態樣中，可利用高能量塗層沉積以提供緻密、牢固背襯的塗層，其將造成於下方玻璃系部件上之壓縮應力。藉由改變塗層沉積參數可控制塗層密度。
然而，壓縮塗層將賦予壓縮力至玻璃系基板，其將翹曲部件並且自初始地形成的尺寸改變部件之尺寸，以及肇因於部件翹曲，目前認知高幅度的塗層壓縮應力為不希望的。然而，於形成期間由快速回復(snap-back)、熱梯度效應，及非對稱、三維加工或模形成的部件之化學強化，翹曲自然地發生。透過製程調整及控制可控制快速回復及熱梯度作用。然而，肇因於離子交換的翹曲是由應力的再平衡引起，由於非對稱、全厚度形狀使其引起變形。因此，藉由補償模形狀可解決模形成的部件之離子交換誘發的翹曲，使得部件於離子交換製程之後回到最終、希望的形狀，如美國專利第9,292,634號中所描述的，該案的內容以引用之形式全部倂入本文。因為塗層沉積誘發的翹曲是由導致再平衡之塗層中的壓縮應力或拉伸應力所引起的，透過模型化可預測諸如玻璃系覆蓋之塗佈玻璃系物件的最終形狀。可設計翹曲補償的模以於塗層施加及離子交換兩者之後允許部件達成其希望的形狀。針對非三維部件之模製可執行類似的製程以在塗層之施加後產生變為扁平的形狀。然而，對三維部件施用的方法對製程不增加額外的步驟。
針對具薄塗層之扁平板，使用史東納等式(Stoney’s equation)可預估部件翹曲。儘管此揭示主要以3D應用為目標，其亦可施用於2.5D部件(如，具斜面的邊緣之部件)及扁平基板。此外，針對二維板研究扁平板翹曲可提供對於可能在形成的三維部件中產生的翹曲之理解。於第6圖中給出來自史東納等式的結果以及可見到的是曲線(K)取決於塗層厚度及應力兩者。於等式1中給出史東納等式：
Figure 02_image001
(1) 其中
Figure 02_image003
代表曲線、
Figure 02_image005
代表由玻璃系模製的部件上之塗層所賦予的應力、
Figure 02_image007
代表塗層厚度、
Figure 02_image009
代表玻璃系模製的部件之柏松比、
Figure 02_image011
代表玻璃系模製的部件之楊氏模數、
Figure 02_image013
代表玻璃系模製的部件之厚度。基於史東納等式，針對具變化的塗層厚度及塗層應力之玻璃系部件，可決定預測的基板曲線(K)，其中
Figure 02_image011
=65 GPa。
由等式(1)及第6圖可見到的是，曲線(K)隨著基板厚度(h)平方之倒數增加。因為針對諸如行動電話之電子裝置的覆蓋變得較薄，塗層應力態變為更具影響，以及由塗層產生的曲線增加。以及曲線隨著塗層應力線性增加(如，針對給定厚度的基板，當塗層應力自500 MPa壓縮應力增加至2 GPa壓縮應力，曲線(K)增加)。此再次顯示塗層中越壓縮的應力(較小拉伸應力)有利於塗佈基板的強韌性。但是，再次的，當塗層壓縮增加時，基板之翹曲增加。因此，為得到增加塗層壓縮之益處並仍維持希望的部件形狀，根據本揭示補償塗層之翹曲。
第7A及7B圖展現於非翹曲補償的部件上藉由離子交換產生之翹曲的實驗性量測。第7A圖顯示離子交換之前的形狀，以及第7B圖顯示離子交換之後以毫米表示之對CAD形狀尺寸的偏差。更特別地，這些圖之各者中的數字代表基板表面的位置作為自給定參考平面之距離。因此，於第7A圖的中央，見到的是基板表面自參考平面偏離0.04 mm。另一方面，於第7B圖中，見到的是基板的相同中央部分自參考平面偏離0.15 mm。針對第7A圖之中央部分與第7B圖之相同中央部分比較這些值，見到的是離子交換已引起0.11 mm (如，0.15 – 0.4 = 0.11)之額外的偏差。因此，於離子交換之後部件形狀可變化多如約0.1 mm或更多，特定是於彼之希望為扁平的部分上，例如顯示螢幕的主要部分(相對於已經彎曲的周邊邊緣)。此形狀改變可造成部件於嚴格幾何尺寸公差外。除了由塗層自身中之應力引起者，還有來自離子交換之此翹曲。然而，在執行離子交換及塗佈之前，藉由調整基板之形狀(相對於目標形狀)可補償這兩種翹曲。
於第8圖中顯示透過基於離子交換之後針對盤形部件之翹曲的有限元素分析結果之熱擴散類比的離子交換製程模擬。於第8圖中翹曲幅度未按部件大小比例並且以微米表示尺寸。利用由此模型化所得到的知識，模可經翹曲補償以產生符合嚴格公差之部件。亦即，可相當準確地預測由離子交換所誘發的翹曲，以致可補償該翹曲(以及由塗層所誘發的翹曲)之補償以於部件中產生希望的目標形狀。
於第9圖中顯示離子交換、翹曲補償的部件之實例，其中以毫米表示尺寸。再次，類似於第7A及7B圖，於部件之各位置的數字代表自參考平面之該位置的偏差。然而，於第9圖中，於相同圖上表示離子交換之前及離子交換之後之量測簡單作為兩者的差異。因此，於第9圖中針對部件之中央，具有為0的形狀改變，相對於針對第7A及B圖實例之0.11 mm的形狀改變。亦即，相較於未經補償的部件(第7B圖)，經補償的部件(第9圖)更為扁平，即，具有較小的面外變形。可直接地施加類似的模校正至由塗層殘餘應力所引起的形狀改變。使用本文所描述之方法可校正於第6圖中所示之塗層沉積誘發的曲線以及由第7A及7B圖所示之離子交換誘發的位移，以產生目標幾何公差內之部件，類似於用以產生第9圖中所示之部件的製程。
本文揭示提供方法以改善複合系統之塗層及基板的表現。塗層存活性為針對裝置功能性及使用者經驗之屬性，而部件或覆蓋存活性為防止覆蓋玻璃系統層級失效之屬性。
第10圖為說明適用於熱形成製程之代表性模之概要、橫斷面示意圖。模300包括模主體302，模主體302具有頂表面306及凹腔304。凹腔於頂表面306敞開以及其底包含模製(成型)表面308。模製表面308具有表面輪廓，根據本揭示，其經校正以補償塗層誘發的翹曲和/或離子交換誘發的翹曲，該翹曲對模300中形成的部件之初始形狀引起經計算的、翹曲誘發的改變。如可意識到的是，取決於待製造之3D玻璃覆蓋的細節，模製表面308之輪廓將自第10圖中所示者變化。
如第10圖中所示的，模主體302可包括一或更多自模主體之底表面315延伸至模製表面之狹縫和/或孔310 (以下稱為「孔洞」)。配置孔洞310以提供模外部與模製表面之間的交通。於一個實例中，孔洞為真空孔洞。亦即，孔洞可連接至真空泵或其他裝置(未顯示)以透過模製表面308提供真空給凹腔304。
第10圖亦顯示具有位於凹腔304之上之部分320的扁平玻璃系基板318。簡單地說，於使用第10圖中所示之類型的模形成3D玻璃覆蓋時，施加熱至板318以致其下凹至凹腔304中，而施加真空以使軟化的玻璃符合已加工至模製表面308中之形狀。為承受相關此製程之溫度，可由耐熱材料來製造模300。作為實例，可由高溫鋼或鑄造鐵來製造模。為延長模的壽命，可利用減少模與構成玻璃覆蓋之玻璃之間的交互作用之高溫材料，如鉻塗層，來塗佈模製表面。
現將描述此揭示之各種具體實施態樣。於第一具體實施態樣中，提供製造玻璃系物件之方法，物件具有塗層及目標形狀，目標形狀包含平坦的中央部分及周邊部分，周邊部分圍住至少部分平坦的中央部分並且延伸出平坦的中央部分之平面。周邊部分具有周邊邊緣及目標邊緣至相對邊緣尺寸。於第一具體實施態樣中，方法包含以下步驟：形成玻璃系部件以提供具有初始三維形狀之初始形成的部件，初始三維形狀與目標形狀至少於目標邊緣至相對邊緣尺寸不同；以及施加塗層至初始形成的部件以形成具有塗層之玻璃系物件，塗層賦予應力至初始形成的部件，應力引起對初始形狀之經計算的、翹曲誘發的改變。於第二具體實施態樣中，第一具體實施態樣之初始形成的部件具有三維形狀。於第三具體實施態樣中，第二具體實施態樣之目標形狀為扁平的。
於第四具體實施態樣中，第二具體實施態樣包括形成玻璃系物件，包含以下步驟：於具有模製表面之模中形成玻璃系物件，以及其中模製表面經設計及尺寸化以補償對初始形狀之經計算的、翹曲誘發的改變，使得具有塗層之玻璃系物件具有目標形狀及目標邊緣至相對邊緣尺寸。於第五具體實施態樣中，第四具體實施態樣之目標形狀為三維的。
於第六具體實施態樣中，塗層賦予壓縮應力於第一至第五具體實施態樣中任一者之形成的部件上。於第七具體實施態樣中，塗層賦予拉伸應力於第一至第五具體實施態樣中任一者之形成的部件上。於第八具體實施態樣中，藉由模型化來決定於第一至第七具體實施態樣之任一者中對於初始形狀之經計算的、翹曲誘發的改變。於第九具體實施態樣中，第八具體實施態樣之模型化包括有限元素分析。
於第十具體實施態樣，於第一至第九具體實施態樣之任一者的方法中，初始形成的部件包括選自由積層的玻璃系基板、可離子交換的玻璃系基板、熱強化的玻璃系基板及彼等的組合所組成之群組之基板。於第十一具體實施態樣中，第一至第九具體實施態樣之任一者之初始形成的部件包括可離子交換的玻璃系基板。
於第十二具體實施態樣中，第一至第十一具體實施態樣任一者之玻璃系基板包含可離子交換的鹼鋁矽酸鹽玻璃組成。於第十三具體實施態樣中，第一至第十一具體實施態樣之任一者之玻璃系物件包含可離子交換的鹼鋁硼矽酸鹽玻璃組成。
於第十四具體實施態樣中，具體實施態樣十一之方法進一步包含離子交換強化可離子交換的玻璃系基板以在塗佈之前強化可離子交換的玻璃系基板。於第十五具體實施態樣中，第十四具體實施態樣之離子交換強化在可離子交換的玻璃系基板之外區中形成100 MPa至1100 MPa之範圍中的CS。
於第十六具體實施態樣中，第十四具體實施態樣之離子交換強化在可離子交換的玻璃系基板之外區中形成600 MPa至1100 MPa之範圍中的CS。於第十七具體實施態樣中，第十四至第十六具體實施態樣之任一者之模型化進一步包含計算起因於可離子交換的玻璃系基板之離子交換強化之對初始形狀之改變。
於第十八具體實施態樣中，第一至第六及第八至第十七具體實施態樣之任一者之塗層賦予100 MPa至950 MPa，更具體地400-950 MPa，之範圍中之壓縮應力。於第十九具體實施態樣中，第一至第十八具體實施態樣之任一者之塗層具有自5奈米至5微米之厚度。
於第二十具體實施態樣中，第一至第十九具體實施態樣之任一者之塗層具有10奈米至2微米之範圍中之厚度。
第二十一具體實施態樣關於製造玻璃系物件之方法，包含以下步驟：使用具有模製表面之模來形成初始模製的部件，初始模製的部件具有預塗佈三維形狀，預塗佈三維形狀包含平坦的中央部分及周邊部分，周邊部分圍住至少部分平坦的中央部分並且延伸出平坦的中央部分之平面以提供具有三維度之初始模製的部件，周邊部分具有周邊邊緣及預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸；以及利用塗層來塗佈初始模製的部件以形成玻璃系物件，塗層賦予應力於初始模製的部件上，應力翹曲初始模製的部件及改變初始模製的部件之預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸以提供與預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸不同之目標邊緣至相對邊緣尺寸，目標邊緣至相對邊緣尺寸等於基於模型化計算考量塗層厚度、塗層楊氏模數及初始模製的部件厚度之經計算的值。於第二十二具體實施態樣中，第二十一具體實施態樣之模型化計算包括有限元素分析。
於第二十三具體實施態樣中，第二十一及第二十二具體實施態樣之任一者之初始模製的部件包括選自由積層的玻璃系基板、可離子交換的玻璃系基板、熱強化的玻璃系基板及彼等的組合所組成之群組的基板。於第二十四具體實施態樣中，第二十一及第二十二具體實施態樣之任一者之初始模製的部件包括可離子交換的玻璃系基板。於第二十五具體實施態樣中，第二十四具體實施態樣進一步包含離子交換強化可離子交換的玻璃系基板以在塗佈之前強化可離子交換的玻璃系基板。於第二十六具體實施態樣中，第二十五具體實施態樣之離子交換強化在可離子交換的玻璃系基板之外區中形成100 MPa至1100 MPa範圍中之CS。於第二十七具體實施態樣中，第二十五具體實施態樣之離子交換強化在可離子交換的玻璃系基板之外區中形成600 MPa至1100 MPa範圍中之CS。
於第二十八具體實施態樣中，第二十五至第二十七具體實施態樣之任一者之模型化進一步包含計算起因於可離子交換的玻璃系基板之離子交換強化之對目標預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸的改變。
於第二十九具體實施態樣中，第二十一至第二十八具體實施態樣之任一者之塗層賦予100 MPa至950 MPa之範圍中的壓縮應力。於第三十具體實施態樣中，第二十一至第二十九具體實施態樣之任一者之塗層具有自5奈米至5微米之範圍中之厚度。於第三十一具體實施態樣中，第二十一至第三十具體實施態樣之任一者之塗層具有自10奈米至2微米之厚度。
第三十二具體實施態樣關於模型化起因於由初始玻璃系部件上之塗層所賦予並使形成的部件翹曲之應力之對初始玻璃系部件之尺寸改變的方法。第三十二具體實施態樣之方法包含以下步驟：於電腦上產生併入塗層厚度、塗層楊氏模數、玻璃系部件厚度及玻璃系部件楊氏模數之模型；於電腦上使用模型來執行有限元素分析，其中執行有限元素分析包含決定玻璃系部件之預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸，以及其中初始玻璃系部件具有預塗佈形狀，預塗佈形狀包含平坦的中央部分及周邊部分，周邊部分圍住至少部分平坦的中央部分並且延伸出平坦的中央部分之平面，周邊部分具有周邊邊緣；以及於電腦上基於模型來決定起因於由塗層所賦予並造成目標邊緣至相對邊緣尺寸之對初始玻璃系部件之預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸的量化改變。
於第三十三具體實施態樣中，第三十二具體實施態樣之模型進一步包含於電腦上計算起因於初始玻璃系材料模製的部件之離子交換強化之對預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸的改變。
如本文中所使用的，以彼等之最廣義來使用術語「玻璃系物件」、「玻璃系物體」、「玻璃系基板」、「玻璃系部件」，及「玻璃系覆蓋」以包括全部或部分由玻璃製造之任何物體，包括玻璃、玻璃陶瓷，及藍寶石。「玻璃-陶瓷」包括透過控制的玻璃結晶所產生的材料。於具體實施態樣中，玻璃陶瓷具有約1%至約99%之結晶度。合適之玻璃陶瓷的實例可包括Li2 O-Al2 O3 -SiO2 系統(即，LAS系統)玻璃陶瓷、MgO-Al2 O3 -SiO2 系統(即，MAS系統)玻璃-陶瓷、ZnO×Al2 O3 ×nSiO2 (即，ZAS系統)，和/或包括主要結晶相之玻璃陶瓷，包括β-石英固溶體、β-鋰輝石、堇青石，及二矽酸鋰。使用本文所揭示之化學強化製程可強化玻璃陶瓷基板。於一或更多具體實施態樣中，可於Li2 SO4 熔融鹽中強化MAS系統玻璃陶瓷基板，藉此可發生以2Li+ 交換Mg2+ 。玻璃系物體包括玻璃與非玻璃材料之積層、玻璃與結晶材料之積層，以及玻璃陶瓷(包括非晶相及結晶相)。除非另行指明，以莫耳百分比(mol %)表示所有組成。根據一或更多具體實施態樣之玻璃系基板及部件可選自鈉鈣玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、含鹼硼矽酸鹽玻璃及鹼鋁硼矽酸鹽玻璃。於一或更多具體實施態樣中，基板或部件為玻璃，及玻璃可經強化，例如經熱強化、強化玻璃，或化學強化的玻璃(例如，經離子交換的玻璃)。於一或更多具體實施態樣中，強化的玻璃系基板或部件具有CS層，具於化學強化的玻璃內自化學強化的玻璃延伸至10 µm或更高、高達數十，或甚至數百微米深之壓縮應力壓縮深度(DOC)的CS。於一或更多具體實施態樣中，玻璃系基板為經化學強化的玻璃系基板，諸如康寧公司(Corning®)的Gorilla®玻璃(可購自紐約州康寧市之康寧公司)。
如本文中所使用的，術語「約」意指含量、大小、配方、參數，及其他數量及特性不是及不必須精確，但可為如所希望的近似和/或較大或較小，反映公差、換算因數、捨入數值、量測誤差及類似者，及其他所屬技術領域中具有通常知識者知悉的因子。當使用術語「約」描述值或範圍的端點時，應理解此揭示包括提及的特定值或端點。無論說明書中之範圍的數值或端點使否記載「約」，範圍之數值或端點意圖包括兩個具體實施態樣：一個以「約」修飾，及一個未以「約」修飾。將進一步理解的是，範圍的各端點於相關於另一端點以及與另一端點獨立兩方面為重要的。
如本文中所使用之術語「實質的」、「實質上」及彼等的變化旨在表明描述的特徵等於或大約等於一值或敘述。舉例而言，「實質上平坦的」表面旨在表示表面為平坦的或大約平坦的。另外，「實質上」旨在表明兩個值相等或大約相等。於一些具體實施態樣中，「實質上」可表示於彼此之約10%內之值，諸如於彼此之約5%內之值，或於彼此之約2%內之值。
因此，例如「實質上沒有MgO」之玻璃系物件為不主動添加或批量MgO至玻璃系物件中者，但可存在非常小量作為污染物。
如本文中所使用之方向性術語，例如上、下、左、右、前、後、頂、底，僅用以參照繪製之圖式並且不用以暗示絕對方向。
如本文中所使用的術語「該」、「一(a)」或「一(an)」表示「至少一個」，並且不應被限制為「僅一個」，除非反向清楚地指明。因此，舉例而言，參照「一組件」包括具有兩個或多個此等組件之具體實施態樣，除非文中另行清楚地指明。
使用各種各樣不同的製程可提供玻璃系基板以形成初始部件及覆蓋。舉例而言，例示性玻璃系基板形成方法包括浮製玻璃製程以及諸如融合抽拉及狹縫抽拉之向下抽拉製程、向上抽拉，及軋製程。藉由浮製玻璃製程所製備之玻璃系基板的特徵可為平滑的表面及均勻的厚度，以及由漂浮於典型為錫之熔融金屬床上的熔融玻璃所製造。於實例製程中，饋送至熔融錫床之表面上的熔融玻璃形成漂浮玻璃帶。當玻璃帶沿著錫浴流動時，逐漸降低溫度直到玻璃帶固化成可由錫抬升至滾子的固體玻璃系基板。一旦離開浴，可進一步冷卻並退火玻璃系基板以降低內部應力。
向下抽拉製程產生擁有相對原始(pristine)表面之具有均勻厚度之玻璃系基板。因為玻璃系基板之平均撓曲強度受控於表面瑕疵之量與大小，曾具有最少接觸之原始表面具有較高的初始強度。當此高強度玻璃系基板接著經進一步強化(如，化學地)時，所得的強度可高於具已經摺疊及拋光之表面之玻璃系基板的強度。可抽拉向下抽拉玻璃系基板至少於約2 mm之厚度，例如1.75 mm、1.5 mm、1.25 mm、1.1 mm、1.0 mm、0.9 mm、0.8 mm、0.7 mm、0.6 mm、0.5 mm、0.4 mm、0.3 mm、0.2 mm、0.1 mm、0.075 mm、0.05 mm，及居間之任何範圍或子範圍。此外，向下抽拉玻璃系基板具有可用於其最終應用而不需昂貴研磨及拋光之非常扁平、平滑的表面。
融合抽拉製程，例如使用具有用於接受熔融玻璃原料之通道的拉製槽。通道具有於通道兩側上沿著通道的長度於頂部敞開的堰體。當通道填有熔融材料時，熔融玻璃溢流出堰體。肇因於重力，熔融玻璃流下拉製槽之外表面成為兩流動的玻璃膜。拉製槽之這些外表面向下及向內延伸以致彼等於拉製槽之下的邊緣接合。兩流動的玻璃膜於此邊緣接合以融合並形成單一流動的玻璃系基板。因為流動於通道之上的兩玻璃膜融合在一起，融合抽拉法提供的優點為所得之玻璃系基板的任一外表面都沒有接觸設備的任何部件。因此，融合抽拉的玻璃系基板之表面性質不受此接觸影響。
狹縫抽拉製程不同於融合抽拉法。於狹縫抽拉製程中，提供熔融原料玻璃給拉製槽。拉製槽的底部具有具噴嘴的開口狹縫，噴嘴延伸於狹縫的長度。熔融玻璃流經狹縫/噴嘴以及經向下抽拉成為連續的基板並進入退火區域。於一些具體實施態樣中，用於玻璃系基板之組成可批量有0-2 mol %之選自包括Na2 SO4 、NaCl、NaF、NaBr、K2 SO4 、KCl、KF、KBr，及SnO2 之群組至少一澄清劑。
一旦形成，用以製造初始部件之玻璃系基板可經強化以形成強化的玻璃系基板以提供塗佈有脆塗層之強化的基板。應注意到的是，亦可以與玻璃系基板相同的方式來強化玻璃陶瓷基板。如本文中所使用的，術語「強化的基板」可指玻璃系基板或例如透過將較大離子與玻璃系基板之表面中較小離子進行離子交換之經化學強化的玻璃系基板。然而，可利用業界知悉之熱強化方法，例如熱加勁(thermal tempering)或熱強化(heat strengthening)，以形成強化的玻璃系基板。於一些具體實施態樣中，可使用化學強化製程及熱強化製程的組合來強化基板。
可用以製造基板及部件之玻璃的實例可包括鹼鋁矽酸鹽玻璃組成或鹼鋁硼矽酸鹽玻璃組成，儘管也考慮其他玻璃組成。此等玻璃組成的特性可為可離子交換的。如本文中所使用的，「可離子交換的」意謂基板包含於基板之表面或接近基板之表面的陽離子可與尺寸較大或較小之相同價數陽離子交換之組成。一個實例玻璃組成包含SiO2 、B2 O3 及Na2 O，其中(SiO2 + B2 O3 ) ≥ 66 mol.%，及Na2 O ≥ 9 mol.%。於一些具體實施態樣中，合適的玻璃組成進一步包含K2 O、MgO，及CaO之至少一者。於一些具體實施態樣中，用於基板中之玻璃組成可包含61-75 mol.%之SiO2 ；7-15 mol.%之Al2 O3 ；0-12 mol.%之B2 O3 ；9-21 mol.%之Na2 O；0-4 mol.%之K2 O；0-7 mol.%之MgO；及0-3 mol.%之CaO。
適用於基板或部件之進一步實例玻璃組成包含：60-70 mol.%之SiO2 ；6-14 mol.%之Al2 O3 ；0-15 mol.%之B2 O3 ；0-15 mol.%之Li2 O；0-20 mol.%之Na2 O；0-10 mol.%之K2 O；0-8 mol.%之MgO；0-10 mol.%之CaO；0-5 mol.%之ZrO2 ；0-1 mol.%之SnO2 ；0-1 mol.%之CeO2 ；少於50 ppm之As2 O3 ；及少於50 ppm之Sb2 O3 ；其中12 mol.% £ (Li2 O + Na2 O + K2 O) £ 20 mol.%及0 mol.% £ (MgO + CaO) £ 10 mol.%。
適用於基板或部件之仍進一步實例玻璃組成包含：63.5-66.5 mol.%之SiO2 ；8-12 mol.%之Al2 O3 ；0-3 mol.%之B2 O3 ；0-5 mol.%之Li2 O；8-18 mol.%之Na2 O；0-5 mol.%之K2 O；1-7 mol.%之MgO；0-2.5 mol.%之CaO；0-3 mol.%之ZrO2 ；0.05-0.25 mol.%之SnO2 ；0.05-0.5 mol.%之CeO2 ；少於50 ppm之As2 O3 ；及少於50 ppm之Sb2 O3 ；其中14 mol.% £ (Li2 O + Na2 O + K2 O) £ 18 mol.%及2 mol.% £ (MgO + CaO) £ 7 mol.%。
於一些具體實施態樣中，適用於基板或部件之鹼鋁矽酸鹽玻璃組成包含氧化鋁、至少一鹼金屬，及於一些具體實施態樣中，大於50 mol.%之SiO2 ，於其他具體實施態樣中58或更多mol.%之SiO2 ，及於仍其他具體實施態樣中60或更多mol.%之SiO2 ，其中((Al2 O3 + B2 O3 )/Ʃ修飾劑)之比例＞1，其中於比例中以mol.%表示組分及修飾劑為鹼金屬氧化物。於特別具體實施態樣中，此玻璃組成包含：58-72 mol.%之SiO2 ；9-17 mol.%之Al2 O3 ；2-12 mol.%之B2 O3 ；8-16 mol.%之Na2 O；及0-4 mol.%之K2 O，其中((Al2 O3 + B2 O3 )/Ʃ修飾劑)之比例＞1。
於一些具體實施態樣中，基板或部件可包括鹼鋁矽酸鹽玻璃組成，包含：64-68 mol.%之SiO2 ；12-16 mol.%之Na2 O；8-12 mol.%之Al2 O3 ；0-3 mol.%之B2 O3 ；2-5 mol.%之K2 O；4-6 mol.%之MgO；及0-5 mol.%之CaO，其中：66 mol.% ≤ SiO2 + B2 O3 + CaO ≤ 69 mol.%；Na2 O + K2 O + B2 O3 + MgO + CaO + SrO ＞ 10 mol.%；5 mol.% ≤ MgO + CaO + SrO ≤ 8 mol.%；(Na2 O + B2 O3 ) - Al2 O3 ≤ 2 mol.%；2 mol.% ≤ Na2 O - Al2 O3 ≤ 6 mol.%；及4 mol.% ≤ (Na2 O + K2 O) - Al2 O3 ≤ 10 mol.%。
於一些具體實施態樣中，基板或部件可包含鹼鋁矽酸鹽玻璃組成，包含：2 mol%或更多之Al2 O3 和/或ZrO2 ，或4 mol%或更多之Al2 O3 和/或ZrO2 。
於包括強化的玻璃系部件之一些具體實施態樣中，可藉由離子交換製程來化學強化此等強化的部件。於離子交換製程中，典型地藉由將玻璃系基板浸入熔融鹽浴中持續預定的時段，於玻璃或玻璃陶瓷基板之表面或接近玻璃或玻璃陶瓷基板之表面的離子與來自鹽浴之較大金屬離子交換。於一些具體實施態樣中，熔融鹽浴之溫度為約400-430ºC及預訂的時段為約四至約十二小時。藉由於表面區域中或於基板之表面的區域中及鄰接基板之表面的區域中產生壓縮應力，併入較大離子至玻璃或玻璃陶瓷基板中強化基板。於中央區域或離基板之表面一距離的區域內誘發對應的拉伸應力以平衡壓縮應力。可更具體地描述利用此強化製程之玻璃或玻璃陶瓷基板為經化學強化的或經離子交換的玻璃或玻璃陶瓷基板。
於一些實例中，於強化的玻璃系基板中之鈉離子經來自諸如硝酸鉀鹽浴之熔融浴之鉀離子取代，儘管具有較大原子半徑之其他鹼金屬離子，例如銣或銫，可取代玻璃中之較小鹼金屬離子。根據一些具體實施態樣，於玻璃或玻璃陶瓷中之較小鹼金屬離子可被Ag+離子取代以提供抗菌效應。類似地，可使用其他鹼金屬鹽，諸如但不限於硫酸鹽、磷酸鹽、鹵化物及類似者，於離子交換製程中。
於低於玻璃網絡可鬆弛之溫度之以較大離子取代較小離子產生造成應力輪廓之橫越強化的基板之表面的離子分佈。較大容積之進入離子於表面上產生CS及於強化的基板之中央中產生張力(中央張力，或CT)。
藉由表面應力計(FSM)使用市售可得的儀器，例如由日本折原設備有限公司(Orihara Industrial Co., Ltd.)製作之FSM-6000，來量測壓縮應力(包括表面CS)。表面應力量測仰賴應力光學係數(SOC)之準確量測，其相關於玻璃之雙折射。進而根據名為「用於玻璃應力光學係數之量測之標準測試方法(Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient)」之ASTM標準C770-16中描述之程序C (玻璃盤方法)來量測SOC，其內容以引用之形式全部倂入本文。
於一或更多具體實施態樣中，玻璃系基板可具有750 Mpa或更大之表面壓縮應力，如800 MPa或更大、850 MPa或更大、900 MPa或更大、950 MPa或更大、1000 MPa或更大、1150 MPa或更大，或1200 MPa。
如本文中所使用的，DOC意謂本文中所描述之化學強化的鹼鋁矽酸鹽玻璃物件中的應力自壓縮改變為拉伸之深度。取決於離子交換處理，可使用FSM或散射光偏光儀(SCALP)來量測DOC。當藉由將鉀離子交換至玻璃物件中來產生玻璃物件中之應力時，使用FSM來量測DOC。當藉由將鈉離子交換至玻璃物件中來產生玻璃物件中之應力時，使用SCALP來量測DOC。當藉由將鉀及鈉離子兩者交換至玻璃物件中來產生玻璃物件中之應力時，使用SCALP來量測DOC，因為相信鈉的交換深度表示DOC及鉀離子的交換深度表示壓縮應力幅度之改變(但不是自壓縮至拉伸之應力改變)；由FSM量測此等玻璃物件中之鉀離子的交換深度。
使用業界知悉之散射光偏光儀(SCALP)技術來量測最大CT值。
以上提供玻璃組成之實例。於一些具體實施態樣中，可使用美國專利第9,156,724號(「'724專利」)中所揭示之玻璃組成來形成玻璃系基板或部件。'724專利揭示耐尖銳衝擊損壞及能夠快速離子交換之鹼鋁矽酸鹽玻璃。此等鹼鋁矽酸鹽玻璃之實例包含4或更多mol %之P2 O5 ，及當經離子交換時，具有為約3或更高kgf、為約4或更高kgf、為約5或更高kgf、為約6或更高kgf或為約7或更高kgf，及前述值之間之任何及所有範圍及子範圍之維克斯裂縫起始閾值。於一些具體實施態樣中，第一強化的基板包含鹼鋁矽酸鹽玻璃，包含約4或更高mol %之P2 O5 及自0 mol %至約4 mol %之B2 O3 ，其中鹼鋁矽酸鹽玻璃為無Li2 O及其中：1.3
Figure 02_image015
[P2 O5 + R2 O/M2 O3 ]
Figure 02_image017
2.3；其中M2 O3 = Al2 O3 + B2 O3 ，及R2 O為存在鹼鋁矽酸鹽玻璃中之單價陽離子氧化物的總和。於一些具體實施態樣中，此等鹼鋁矽酸鹽玻璃包含少於1 mol %之K2 O，例如0 mol %之K2 O。於一些具體實施態樣中，此等鹼鋁矽酸鹽玻璃包含少於1 mol %之B2 O3 ，例如0 mol %之B2 O3 。於一些具體實施態樣中，此等鹼鋁矽酸鹽玻璃經離子交換至約10μm或更多之層深度，及鹼鋁矽酸鹽玻璃具有自玻璃之表面延伸至層深度之壓縮層，及其中壓縮層受到為約300 MPa或更高之壓縮應力。於一些具體實施態樣中，此等鹼鋁矽酸鹽玻璃包括選自由Na2 O、K2 O、Rb2 O、Cs2 O、MgO、CaO、SrO、BaO，及ZnO所組成之群組之單價或二價陽離子氧化物。於一些具體實施態樣中，此等鹼鋁矽酸鹽玻璃包含自約40 mol %至約70 mol %之SiO2 ；自約11 mol %至約25 mol %之Al2 O3 ；自約4 mol %至約15 mol %之P2 O5 ；及自約13 mol %至約25 mol %之Na2 O。由上述玻璃組成製造之玻璃系基板或部件可經離子交換。
於一或更多具體實施態樣中，可利用美國專利申請公開案第20150239775號中所描述之玻璃組成來製作可經塗佈以提供本文中所描述之部件及覆蓋的玻璃系基板。美國專利申請公開案第20150239775號描述具有壓縮應力輪廓之玻璃系物件，壓縮應力輪廓包括兩線性部分：自表面延伸至相對淺深度並具有陡坡度之第一部分；及自淺深度延伸至壓縮深度之第二部分；這些應力輪廓可被賦予至本文中所描述之玻璃系基板。
以上提供塗層之實例。塗層之一個實例為耐刮塗層。如由柏科維基壓痕器硬度測試量測的，耐刮塗層可展現為約9 Gpa或更大之硬度。一些具體實施態樣之耐刮塗層可展現約1.7或更大之折射係數。耐刮塗層可包括AlN、Si3 N4 、AlOx Ny 、SiOx Ny 、Al2 O3 、SixCy、Six Oy Cz 、ZrO2 、TiOx Ny 、鑽石、類鑽碳，及Siu Alv Ox Ny 之一或多者。
於一或更多具體實施態樣中，如由柏科維基壓痕器硬度測試量測的(自耐刮塗層之主表面量測)，耐刮塗層展現於自約9GPa至約30Gpa範圍中之硬度。於一或更多具體實施態樣中，耐刮塗層展現於自約10 GPa至約30 GPa、自約11 GPa至約30 GPa、自約12 GPa至約30 GPa、自約13 GPa至約30 GPa、自約14 GPa至約30 GPa、自約15 GPa至約30 GPa、自約9 GPa至約28 GPa、自約9 GPa至約26 GPa、自約9 GPa至約24 GPa、自約9 GPa至約22 GPa、自約9 GPa至約20 GPa、自約12 GPa至約25 GPa、自約15 GPa至約25 GPa、自約16 GPa至約24 GPa、自約18 GPa至約22 GPa之範圍中及居間之所有範圍及子範圍中的硬度。於一或更多具體實施態樣中，耐刮塗層可展現大於15 Gpa、大於20 Gpa，或大於25 Gpa之硬度。於一或更多具體實施態樣中，耐刮塗層展現於自約15 GPa至約150 GPa、自約15 GPa至約100 Gpa，或自約18 GPa至約100 Gpa之範圍中的硬度。這些硬度值可存於為約50 nm或更大，或約100 nm或更大(如，於自約100 nm至約300 nm、自約100 nm至約400 nm、自約100 nm至約500 nm、自約100 nm至約600 nm、自約200 nm至約300 nm、自約200 nm至約400 nm、自約200 nm至約500 nm，或自約200 nm至約600 nm之範圍中)之壓痕深度。
耐刮塗層之物理厚度可於自約1.5 µm至約3 µm之範圍中。於一些具體實施態樣中，耐刮塗層之物理厚度可於自約1.5 µm至約3 µm、自約1.5 µm至約2.8 µm、自約1.5 µm至約2.6 µm、自約1.5 µm至約2.4 µm、自約1.5 µm至約2.2 µm、自約1.5 µm至約2 µm、自約1.6 µm至約3 µm、自約1.7 µm至約3 µm、自約1.8 µm至約3 µm、自約1.9 µm至約3 µm、自約2 µm至約3 µm、自約2.1 µm至約3 µm、自約2.2 µm至約3 µm、自約2.3 µm至約3 µm之範圍中，及居間之所有範圍及子範圍中。於一些具體實施態樣中，耐刮塗層之物理厚度可於自約0.1 µm至約2 µm、或自約0.1 µm至約1 µm，或自0.2 µm至約1 µm之範圍中。
於一或更多具體實施態樣中，耐刮塗層具有為約1.6或更大之折射係數。於一些具體實施態樣中，耐刮塗層之折射係數可為約1.65或更大、1.7或更大、1.8或更大、1.9或更大、2或更大，或2.1或更大(如，於自約1.8至約2.1，或自約1.9至約2.0之範圍中)。耐刮塗層可具有大於玻璃系基板210之折射係數的折射係數。於一些具體實施態樣中，當於約550 nm之波長量測時，耐刮塗層具有之折射係數大於基板之折射係數約0.05係數單位或約0.2係數單位。
使用各種各樣的電腦設備，包括個人電腦、工作站、主機等等，可直接實行以上描述之數學程序。來自程序之輸出可呈電子和/或硬拷貝形式，及可顯示為各種各樣的格式，包括呈表列式及圖形式。可以各種各樣形式，如於硬碟、磁片、CD、快閃驅動裝置等等上，來儲存和/或分佈軟體碼，包括用於商用套裝軟體之數據輸入常式。
儘管前述關於各種具體實施態樣，可策畫此揭示之其他及進一步具體實施態樣而不背離此揭示之基本範疇，以及由隨後的申請專利範圍來決定此揭示之範疇。
100‧‧‧覆蓋101‧‧‧中央部分102‧‧‧周邊部分103‧‧‧周邊邊緣200‧‧‧玻璃系物件210‧‧‧玻璃系基板215‧‧‧第一表面220‧‧‧第一塗層225‧‧‧第一界面230‧‧‧第一塗層表面235‧‧‧第二表面240‧‧‧壓縮應力區域300‧‧‧模302‧‧‧模主體304‧‧‧凹腔306‧‧‧頂表面308‧‧‧模製表面310‧‧‧孔洞315‧‧‧底表面318‧‧‧玻璃系基板320‧‧‧部分D1‧‧‧邊緣至相對邊緣尺寸D2‧‧‧邊緣至相對邊緣尺寸tc‧‧‧第一塗層厚度ts‧‧‧基板厚度
第1圖為代表性3D玻璃覆蓋之透視圖；
第2圖說明根據一些具體實施態樣之於一側上具有塗層之強化的玻璃系基板；
第3圖為顯示包括塗層之玻璃系基板之量測的破裂應變相對厚度之圖形；
第4圖為基於模型化顯示臨界應變百分比相對標準化的瑕疵大小之圖形；
第5圖為基於模型化顯示臨界應變%相對標準化的瑕疵大小之圖形；
第6圖為針對具有各種塗層厚度之部件顯示預測的基板曲線相對基板厚度之圖形；
第7A圖說明離子交換之前量測的覆蓋部件形狀；
第7B圖說明離子交換之後量測的覆蓋部件形狀；
第8圖說明模型化的有限元素分析作圖，顯示離子交換之後之盤型部件的翹曲；
第9圖說明由翹曲校正模所產生之翹曲補償部件之形狀改變量測；以及
第10圖為說明用於製造3D玻璃覆蓋之代表性模之概要、橫斷面示意圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100‧‧‧覆蓋
101‧‧‧中央部分
102‧‧‧周邊部分
103‧‧‧周邊邊緣
D1‧‧‧邊緣至相對邊緣尺寸
D2‧‧‧邊緣至相對邊緣尺寸

Claims (15)

  1. 一種製造一玻璃系物件之方法，包含以下步驟： 形成一玻璃系部件，該玻璃系部件包含一初始形狀，該初始形狀與一目標形狀至少於該目標邊緣至相對邊緣尺寸(target edge-to-opposite edge dimension)不同，該初始形狀包含一平坦的中央部分及圍住至少部分平坦的中央部分之一周邊部分，該周邊部分包含一周邊邊緣；以及施加一塗層至該形成的玻璃系部件，該塗層賦予一應力，該應力對該初始形狀引起一經計算的、翹曲誘發的(calculated, warp-induced)改變。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該初始形狀包含一三維形狀，該三維形狀包含一平坦的中央部分及一周邊部分，該周邊部分圍住至少部分該平坦的中央部分並且延伸出該平坦的中央部分之該平面。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該目標形狀為扁平的。
  4. 如請求項3所述之方法，其中形成該玻璃系物件的步驟包含以下步驟：於包含一模製表面的一模中形成該玻璃系物件，以及其中該模製表面經設計及尺寸化以補償對該初始形狀之該經計算的、翹曲誘發的改變，使得該塗佈玻璃系物件包含該目標形狀及該目標邊緣至相對邊緣尺寸。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該目標形狀為三維的，包含一平坦的中央部分及一周邊部分，該周邊部分圍住至少部分該平坦的中央部分及延伸出該平坦的中央部分之該平面。
  6. 如請求項1-5之任一項所述之方法，其中藉由模型化來決定對該初始形狀之經計算的、翹曲誘發的改變，以及其中該模型化包含有限元素分析。
  7. 如請求項1-5之任一項所述之方法，其中該初始形成的部件包含選自由一積層的玻璃系基板、一可離子交換的玻璃系基板、一熱強化的玻璃系基板及彼等的一組合所組成之群組的一基板。
  8. 如請求項1-5之任一項所述之方法，其中：(i-iii)之至少一者： (i) 該初始形成的部件包含一可離子交換的玻璃系基板； (ii) 其中該玻璃系物件包含一可離子交換的鹼鋁矽酸鹽玻璃組成；或 (iii) 其中該玻璃系物件包含一可離子交換的鹼鋁硼矽酸鹽玻璃組成，以及 進一步包含以下步驟：離子交換強化該可離子交換的玻璃系基板以在該塗層之前強化該可離子交換的玻璃系基板。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該離子交換強化在該可離子交換的玻璃系基板之一外區中形成600 MPa至1100 MPa之一範圍中之一表面壓縮應力。
  10. 如請求項8所述之方法，其中該模型化之步驟進一步包含以下步驟：計算起因於該可離子交換的玻璃系基板之該離子交換強化之對該初始形狀的改變。
  11. 如請求項1-5之任一項所述之方法，其中該塗層具有自5奈米至5微米之一厚度。
  12. 一種製造一玻璃系物件之方法，包含以下步驟： 使用包含一模製表面之一模來形成一初始模製的部件，該初始模製的部件包含一預塗佈三維形狀，該預塗佈三維形狀包含一平坦的中央部分及一周邊部分，該周邊部分圍住至少部分該平坦的中央部分並且延伸出該平坦的中央部分之該平面，以致該初始模製的部件具有三維度，該周邊部分包含一周邊邊緣及一預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸；以及 以一塗層來塗佈該初始模製的部件以形成該玻璃系物件，該塗層賦予一應力於該初始模製的部件上，該應力翹曲該初始模製的部件及改變該初始模製的部件之該預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸，以致一目標邊緣至相對邊緣尺寸不同於該預塗佈邊緣至相對邊緣尺寸，該目標邊緣至相對邊緣尺寸等於基於一模型化計算考量塗層厚度、塗層楊氏模數及初始模製的部件厚度之一經計算的值。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該模型化計算包含有限元素分析。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該初始模製的部件包含一可離子交換的玻璃系基板，以及進一步包含以下步驟：離子交換強化該可離子交換的玻璃系基板以在該塗佈之前強化該可離子交換的玻璃系基板，其中該離子交換強化在該可離子交換的玻璃系基板之一外區中形成600 MPa至1100 MPa之一範圍中之一表面壓縮應力，以及其中該模型化之步驟進一步包含以下步驟：計算起因於該可離子交換的玻璃系基板之該離子交換強化之對該目標邊緣至相對邊緣尺寸的改變。
  15. 如請求項12所述之方法，其中該塗層具有自5奈米至5微米之一厚度。
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