专利名称：强化结构模件和制造方法
技术领域：
本发明涉及膜沉积技术和显示技木。特别是，本发明涉及包含玻璃基底的模件一该模件已被涂层强化，并涉及制造这种模件的方法。
背景技术：
很多用于显示器，特别是在平板显示器或触摸板中的结构模件，将ー个或多个玻璃片材用于各种目的。玻璃片材(glass sheet)可例如保护形成图像的像素基质，或其可为其他功能层——例如在显示器或触摸板中——提供机械支撑。同吋，作为材料的玻璃提供优良的光学性质，如对可见光的低吸光度，这是高品质显示器和这些显示器上的触摸板所必需的。当玻璃层位于观察者与显示器图像形成层之间时，玻璃层应当在光学上尽可能一致，使得图像品质不被覆盖的玻璃损害。为最小化ー个玻璃层的光学缺陷，通常ー个玻璃层 仅用ー个结构和光学均质的玻璃片材，并且不将单独的玻璃片材粘合在一起以形成层。因此，这种均质玻璃片材的尺寸自然地相应于平板尺寸，并且片材尺寸可在直径数英寸至甚至100英寸以上变化。为提高图像品质和降低平板重量，置于显示器中图像形成层前的玻璃片材通常很薄。因此，适于显示器的平板所用的玻璃片材可能在机械上不良，并具有低断裂阈。因此，对于高品质和低重量的显示器，重要的是能够制造出结合玻璃片材的结构模件，以使玻璃片材的断裂阈或对应于强度的其他參数在受到环境干扰后在模件中得到増加。现有技术述及了显示器的不同结构模件，其结合玻璃基底，通常是玻璃薄片。这些模件中的一些试图例如通过特定设计提高结构的机械坚固性和其他机械性质。例如专利申请公开US2001/0050372公开了挠性基底，其包含玻璃片材，该玻璃片材在其表面具有合成树脂材料层。随着显示器尺寸的不断増加，现在比以往对结合具有更高强度和机械坚固性的玻璃基底的显示器结构模件存在更强烈的需求。发明目的本发明的目的是通过提供包含玻璃基底的新型強化结构模件解决现有技术的上述技术问题。发明概述根据本发明的结构和方法的特征在于权利要求书所述。根据本发明的強化结构模件包含基本上平面的玻璃基底、基本上平面的第二基底和至少ー个间隔元件，该间隔元件在玻璃基底与第二基底之间并接触玻璃基底的平面表面和第二基底的平面表面。至少ー个间隔元件使玻璃基底与第二基底保持两基底的边缘彼此分离，并限定模件内两基底之间的空间。模件包含在模件外周围围绕模件的涂层，该涂层被共形地安排在玻璃基底上、第二基底上和至少ー个间隔元件上、朝向模件外侧的表面上，用于增加模件的強度。根据本发明，制造包含基本上平面的玻璃基底、基本上平面的第二基底和至少ー个间隔元件的強化结构模件的方法包括，在基本上平面的玻璃基底与基本上平面的第二基底之间安排至少ー个间隔元件，使其接触玻璃基底的平面表面和第二基底的平面表面。至少ー个间隔元件使玻璃基底与第二基底保持两基底的边缘彼此分离，并限定模件内两基底之间的空间。本方法包括使模件外周围围绕模件的涂层共形地形成于玻璃基底上、第二基底上和至少ー个间隔元件上、朝向模件外侧的表面上，用于增加模件的強度。在本说明书中，除非另外说明，涂层上下文中的表述"共形"或任何类似表述应被理解为涂层各点厚度基本相同且表面外形遵循下方基底表面特征的涂层。在本说明书中，除非另外说明，基底上下文中的表述"平面"或任何类似表述应被理解为平面状基底，其两侧向尺寸远大于基底厚度。因此，平面基底可以是例如略微弯曲的片材。令人惊讶地观察到，通过形成模件外周围围绕模件的共形涂层，模件強度显著增カロ。増加的強度通过测量模件的玻璃基底和完整模件的挠性强度和韦伯模数(Weibull modulus)的增加而被观察到。施加的共形涂层还提高了结构模件的密封，使得气体向模件内两基底之间的空间的扩散减少。根据本发明的一个实施方式，两基底之间的空间是封闭空间。当玻璃基底与第二基底之间的空间封闭时，空间内的功能性涂层或其他敏感组件可被有效密封，隔离环境。这便于例如模件的进ー步加工和组装，以用于其最終用途。根据本发明的一个实施方式，涂层是连续的薄膜。根据本发明的另ー实施方式，涂层具有50纳米以下的厚度。令人惊讶地观察到，即使是连续薄膜形式的很薄的共形涂层也足以造成模件的显著强化。薄膜还相对于较厚的涂层具有经济优势，例如为较少的材料消耗的形式和较短的制造时间。根据本发明的一个实施方式，第二基底是玻璃。当将玻璃也用作第二基底时，模件可被制成对可见光基本上是透明的。这种结构模件可用于液晶显示器。透明的模件还可在显示器中完全位于像素基质前，其给模件带来多能性，并使其能够用于例如显示器上的触觉界面(触摸感应板)。根据本发明的一个实施方式，本方法用于制造显示装置的模件。根据本发明的另ー实施方式，本发明的模件用于显示装置。根据本发明的另ー实施方式，模件是平板显示器中的模件。根据本发明再一个实施方式，两基底之间的空间包含适于液晶显示器的液晶。本发明的结构模件可容易容纳不同的功能层和平板显示器运行必需的其他材料。模件特别是适于平板液晶显示器，其中液晶可被嵌入并在模件内的空间被有效密封。根据本发明的一个实施方式，至少ー个间隔元件密封空间，从而防止气体从模件外侧流动到模件内。根据本发明的另ー实施方式，间隔元件的材料选自环氧树脂、弾性体和玻璃粉。在本发明的一些实施方式中，环氧树脂可以是热固性树脂(theremal-set resins)或光固性树脂(photo-set resins)。根据本发明的一个实施方式，基本上平面的玻璃基底平均薄于I. 5毫米。当将平均厚度小于I. 5mm的薄玻璃片材用作结构模件的玻璃基底时，所测模件強度的相对增加量由于围绕模件的共形涂层而特别高。根据本发明的一个实施方式，形成涂层包括在朝向模件外侧的表面上共形地沉积连续的膜。根据本发明的另ー实施方式，形成涂层包括将第一前体引入反应空间，以使至少部分第一前体吸附在朝向模件外侧的表面上，井随后浄化反应空间；和将第二前体引入反应空间，使得至少部分第二前体与第一前体的吸附部分发生反应，井随后浄化反应空间。根据本发明再一个实施方式，形成涂层包括以原子层沉积(ALD)型方法形成涂层。通过在表面上沉积连续膜而在结构模件外表面周围形成共形涂层，进一歩宣告了模件的強化效果。当涂层是以ALD型方法沉积到模件上的薄膜时，共形性特别高且强化效果突出，其中膜主要通过基本上自我限制的表面反应生长。涂层的良好共形性和模件的强化还通过基于如下的任何其他方法得到将前体交替引入反应空间，使得至少部分引入的前体吸附到模件的外表面上。上述本发明的实施方式可以彼此任意组合应用。几个实施方式可组合在一起，形成本发明进一步的实施方式。本发明涉及的结构或方法可包括上述本发明的实施方式的至少ー种。发明详述下文中，将通过參考附图
以示例性实施方式对本发明进行更详细地描述，其中
图I是根据本发明的一个实施方式制造图2模件的方法的流程说明；图2a是根据本发明ー个实施方式的模件的示意性横截面说明；图2b是从垂直于平面结构的平面的方向观察的根据图2a的模件的示意性横截面；图3a是根据本发明ー个实施方式的另ー模件的示意性横截面说明；图3b是根据本发明ー个实施方式的另ー模件的示意性横截面说明；和图3c是根据本发明ー个实施方式的又一模件的示意性横截面说明。为简便起见，下文示例性实施方式中项目编号将在重复组件的情况下保持不变。下文中说明书具体公开了本发明的一些实施方式，使得本领域技术人员能够基于本公开应用本发明。并非实施方式的全部步骤或组件均被详细讨论，因为其中很多步骤或组件基于本说明书对于本领域技术人员将是显而易见的。图I的方法起始于步骤SI，其中两个玻璃片材1、3通过两片材1、3之间的间隔元件5结合在一起。间隔元件5使两玻璃片材1、3分离，使得封闭空间7形成在玻璃片材I、3之间。生成的结构在下文中被称为预备模件，类似于图2a和图2b中所示意性说明的结构模件2，不具有围绕预备模件的共形涂层9。在图I的方法中，共形涂层9沉积在预备模件整个周围，成为围绕朝向模件外侧表面的连续膜，包括模件的顶部、底部和侧部。共形涂层9的沉积过程通过将预备模件引入反应空间而开始(步骤S2)。在预备模件和反应空间已达到目标沉积温度和适于沉积的其他条件吋，开始使模件表面交替暴露于不同的前体，从而以ALD型沉积方法在预备模件周围沉积共形且连续的薄膜。原子层沉积(ALD)或ALD型方法，是在各种形状的基底上——甚至在复杂的3D (三维)结构上——沉积均匀且共形的膜例如薄膜的方法。在ALD型方法中，沉积通过交替重复的基本上自我限制的前体与欲涂表面之间的表面反应而生长。因此，ALD型方法的生长机制通常不如很多其他涂层方法对例如反应室内的流动动力学敏感。在ALD型方法中，两种或更多种不同的化学药品(前体)被以顺序、交替的方式引入反应空间，并且前体在反应空间中吸附在表面上，例如基底上。顺序、交替地引入前体通常被称为(前体)脉冲。在各次前体脉冲之间存在净化期，期间不与该方法所用的前体发生反应的气流被引入通过反应空间。这种气体一常被称为载气，因此对于该方法所用的前体是惰性的，并且将反应空间浄化，去除如剰余的前体和之前的前体脉冲的吸附反应生成的副产物。该净化还可通过其他方法安排。ALD型方法的基本特征是使沉积表面顺序地暴露于前体和前体基本上在沉积表面上的生长反应。膜可由ALD型方法通过重复数次包括上述含有前体材料的脉冲和净化期的脉冲顺序而生长。该顺序的次数被称为"ALD循环"，取决于膜或涂层的目标厚度而重复。现有技术公开了大范围的可在ALD型方法中通过使基底表面交替暴露于不同前体而合成和沉积在基底上的材料。还有很多不同的适于实施ALD型方法的设备在现有技术中被公开。例如，US专利6174377述及了 ALD的沉积设备。关于ALD基础的良好回顾一般在 F列书中；Atomic Layer Epitaxy, T. Suntola 等暑，Blackie and Son Ltd. , Glasgow,1990。 根据本公开，适于实施下文实施方式中的方法的处理设备的构造对于技术人员而言将是显而易见的。该设备可以是例如适于操控过程化学药品的常规ALD设备。ALD设备(即反应器)被公开于例如US专利4389973和US专利4413022中，在此将其包括在内作为參考。其中很多涉及操控这种设备的步骤，如将基底输送到反应空间中、将反应空间抽气降至低压或调节设备中的气流——如果该过程在大气压下进行、加热基底和反应空间等，对于技术人员而言将是显而易见的。ALD型方法中的前体以其气体形式被适当地引入反应空间。这可通过如下实现首先在前体各自的来源容器中蒸发前体，其可被加热或可不被加热——取决于前体化学药品本身的性质。蒸发的前体可通过例如将其通过反应器设备的管道施加而被输送至反应空间中，该反应器设备包含用于将已蒸发前体输送至反应空间中的流动通道。将受控的蒸气施加至反应空间中可通过在流动通道中安置的阀门或其他流动控制器实现。这些阀门在适于ALD型沉积的系统中常被称为脉冲阀门。同样，可考虑使基底在反应空间内接触化学药品的其他机制。ー种选择是使基底表面(替代已蒸发的化学药品)在反应空间内移动，使得基底穿过气态化学药品占据的区域。适于ALD型沉积的一般反应器包含将载气如氮气或氩气引入反应空间的系统,使得在后续化学药品引入反应空间前使反应空间浄化，去除剰余的化学药品和反应副产物。该特征连同受控施加蒸发的前体能够使基底表面交替暴露于前体，而无不同前体在反应空间或反应器其他部分中大量混合。在实践中，在整个沉积过程中载气的流动通常是连续通过反应空间的，且仅各种前体被载气交替弓I入反应空间。显然，反应空间的净化不一定造成剰余的前体或反应副产物从反应空间完全消除，但这些材料或其他材料的残余可以始终存在。在预备模件已准备好并被引入反应空间后(上述步骤SI和S2)，在图I所示的本发明实施方式中，膜的ALD型生长起始于步骤S3 ;S卩，使预备模件朝向模件外侧的表面暴露于第一前体如水。表面暴露于第一前体在以下讨论的适当过程条件下导致部分引入的前体吸附在暴露的表面上。浄化反应空间之后，使表面暴露于第二前体(步骤S4)，在这种情况下其可以是例如三甲基铝(TMA)。随后，将反应空间再次自然浄化。该第二前体其中一些依次吸附到步骤S3生成的表面上。步骤S3，然后是步骤S4，导致沉积体在所有暴露的表面周围——即在预备模件朝向外侧的表面上——基本上共形形成。根据图I的实施方式，步骤S3或S4中沉积表面毎次暴露于前体均由于相应前体与表面的吸附反应而导致另外的沉积体在沉积表面上形成。因此，最終，步骤S3和S4在重复足够多次时导致连续且共形的涂层9在预备模件周围形成。步骤S3和S4的次数应当重复——很大程度上取决于(前体上的)过程化学，并且即使单个ALD循环也可足以在预备模件周围形成连续且共形的薄膜9。共形涂层9在预备模件上的厚度可通过以此顺序重复步骤S3和S4而增加，如图I流程图所示。共形涂层9的厚度増加，直到达到目标厚度，然后停止交替暴露，并且终结该过程。最終，根据本发明的一个实施方式，图I的方法生成图2a和图2b所示的強化结构模件2。由于沉积过程，共形且连续的薄膜形成在预备模件的表面上。如上所述，这种共形涂层9提供了模件2的显著强化。共形涂层9在模件2表面周围还具有优良的厚度一致性和组成一致性。通过ALD型方法生长的膜的另ー优势是膜良好的共形性和高密度增强模件内封闭空间7的密封。
強化的结构模件2可以以多种方式应用，因为其可结合多种不同的功能组件，使其适于例如不同类型的平板显示器和/或触摸屏的触摸感应板。图3a_3c示意性示例了本发明强化结构模件2的不同实施方式。该实施方式在強化结构模件2的空间7中合并了不同的功能元件。图3a的强化结构模件2在玻璃基底I和第二基底3上包含透明的电极11，各电极11在模件2朝向内侧(空间7)的表面上。基本上平面的玻璃基底I在此实施方式中略微弯曲。这种结构模件2可用于例如电阻式触摸板(resistive touch panels),在此第二基底3也是透明的。在本发明的ー些其他实施方式中，第二基底3可以是不透明的，例如金属箔。图3b的強化结构模件2在空间7中合并了另外的间隔13，以确保玻璃基底和第二基底在可能的外界干扰后彼此之间保持一定的距离。这可用于例如空间7安放敏感组件如液晶的应用。事实上，图3b的结构模件适于例如液晶显示器，在该情况下第二基底3通常是玻璃片材或其他透明材料例如聚合物的片材。图3c的強化结构模件2在模件2朝向内侧(空间7)的表面上的玻璃基底I和第ニ基底3上包含透明电极11。图3c的模件在沉积在朝向模件外侧的表面上的共形涂层9上进ー步包含另外的共形涂层15、17。另外的共形涂层可用于例如提高空间7密封隔离环境。共形涂层9可通过能够在预备模件上形成共形膜的任何方法沉积。除了 ALD——其生成甚至在纳米大小依然共形的膜，可利用其他涂层方法，如溅射、化学蒸气沉积(CVD)、溶胶-凝胶、浸涂、脉冲激光沉积(PLD)或SILAR(连续离子层吸附与反应)。通过适当地选择沉积方法，用于形成共形涂层的前体和过程參数、涂层在模件周围的共形性和均质性可被进ー步提高。下列实施例具体描述了共形涂层如何可在预备模件上适当地生长。
实施例共形涂层在预备模件的表面上形成。预备模件是两个各具有300微米厚度的玻璃片材通过密封间隔元件而边缘分离的结构。片材通过两片材之间的间隔元件结合在一起。基底如同图2示意性显示的结构，不具有包围模件的共形涂层9。这些基底首先被插入P400ALD批处理设备(可得自Beneq OY, Finland)的反应空间内。将基底安置于反应空间内，使得模件基本上整个外表面暴露于反应环境，并且仅少量小固定点支撑各模件。在将预备模件装载于ALD设备中的准备完成后，抽吸ALD设备的反应空间降至负压，并放置连续的载气流以达到约lmbar (IhPa)的处理压，随后加热基底至处理温度。通过计算机控制的6小时加热时期将反应空间内的温度稳定至185°C的处理温度。在此实施例中，上述且负责浄化反应空间的载气是氮气(N2)。处理温度足以造成热激活的ALD型生长，并且此实施例中不利用等离子体激活。在达到和稳定处理温度后，根据图I的步骤S3将第一前体引入反应空间，从而使预备模件的表面暴露于第一前体。使载气净化反应空间去除剰余的第一前体和反应副产物，然后在步骤S4中类似地使生成的基底表面暴露于第二前体。此后，再次浄化反应空间。由步骤S3和步骤S4组成的这种脉冲顺序进行一次，然后重复199次。其后，终止过程，并 且将模件排出反应空间和ALD设备。基底表面暴露于特定前体通过接通控制前体化学药品流入反应空间的P400ALD设备的脉冲阀而进行。反应空间的浄化通过关闭控制前体流入反应空间的阀，从而仅使载气的连续流流过反应空间而进行。此实施例中的脉冲顺序具体如下0. 6s暴露于水，I. 5s净化，0. 4s暴露于三甲基铝，2. Os净化。此顺序下的暴露时间和净化时间分别表示特定前体的特定脉冲阀保持开放的时间和所有前体的脉冲阀保持关闭的时间。200〃ALD循环〃生成厚度约20纳米(nm)的氧化铝共形膜。该膜经測量得出在很大表面区域上非常共形且一致。在涂布过程后，观察到強化结构模件与另ー相同的未经涂布的预备模件相比显示挠性断裂强度增加35%，同时韦伯模数显著増加70%。同样以其他沉积温度和其他膜厚度进行了与上文实施例具体描述的测试类似的测试。在这些测试中，涂层厚度在15nm与50nm之间变化，并且沉积温度在100°C与200°C之间变化。所有生成的涂布模件均显示挠性断裂強度和韦伯模数方面的显著强化。在上文实施例中，第一前体是水，并且第二前体是三甲基铝Al2 (CH3) 6，但也可采用其他前体。本发明不限于特别采用上述前体或ALD-方法，并且技术人员按照本说明书用其他前体和能够在基底周围生成共形涂层的其他涂层方法可得到本发明的优势。对于本领域技术人员而言明确的是，本发明不限于上述实施例，而实施方式可在权利要求的范围内自由改变。
权利要求
1.强化结构模件(2)，包含基本上平面的玻璃基底(I)、基本上平面的第二基底(3)和至少一个间隔元件(5)，所述至少一个间隔元件(5)在所述玻璃基底(I)与所述第二基底(3)之间，并接触所述玻璃基底(I)的平面表面和所述第二基底(3)的平面表面，所述至少一个间隔元件(5)使所述玻璃基底(I)与所述第二基底(3)保持两基底的边缘彼此分离，并在所述模件(2)内限定在所述两基底之间的空间(7)，其特征在于所述模件(2)包含在所述模件(2)外侧周围围绕所述模件(2)的涂层(9)，所述涂层(9)被共形地安排在所述玻璃基底(I)、第二基底(3)和至少一个间隔元件(5)上，在朝向所述模件外侧的表面(2)上，用于增加所述模件(2)的强度。
2.权利要求I所述的模件(2)，其特征在于所述两基底之间的所述空间(7)是封闭空间。
3.权利要求1-2中任一项所述的模件(2)，其特征在于所述涂层(9)是连续的薄膜。
4.权利要求1-3中任一项所述的模件(2)，其特征在于所述第二基底(3)是玻璃。
5.权利要求1-4中任一项所述的模件(2)，其特征在于所述模件(2)是平板显示器中的模件⑵。
6.权利要求1-5中任一项所述的模件(2)，其特征在于所述两基底之间的所述空间(7)包含适于液晶显示器的液晶。
7.权利要求1-6中任一项所述的模件(2)，其特征在于所述至少一个间隔元件(5)密封所述空间(7)，从而防止气体从所述模件(2)外侧流到所述模件(2)内。
8.权利要求1-7中任一项所述的模件(2)，其特征在于所述间隔元件(5)的材料选自环氧树脂、弹性体和玻璃粉。
9.权利要求1-8中任一项所述的模件(2)，其特征在于所述基本上平面的玻璃基底(I)平均薄于I. 5毫米。
10.权利要求1-9中任一项所述的模件(2)，其特征在于所述涂层(9)具有50纳米以下的厚度。
11.制造包含基本上平面的玻璃基底(I)、基本上平面的第二基底(3)和至少一个间隔元件(5)的强化结构模件(2)的方法，所述方法包括，将所述至少一个间隔元件(5)安排在所述基本上平面的玻璃基底(I)与所述基本上平面的第二基底(3)之间，接触所述玻璃基底⑴的平面表面和所述第二基底⑶的平面表面，所述至少一个间隔元件(5)使所述玻璃基底(I)与所述第二基底(3)保持两基底的边缘彼此分离，并在所述模件(2)内限定所述两基底之间的空间(7)，其特征在于所述方法包括 -使在所述模件(2)外侧周围围绕所述模件(2)的涂层(9)共形地形成在所述玻璃基底(I)、第二基底(3)和所述至少一个间隔元件(5)上，在朝向所述模件外侧的表面上，用于增加所述模件的强度。
12.权利要求11所述的方法，其特征在于所述两基底之间的所述空间(7)是封闭空间。
13.权利要求11-12中任一项所述的方法，其特征在于所述涂层(9)是连续的薄膜。
14.权利要求11-13中任一项所述的方法，其特征在于形成涂层(9)包括在朝向所述模件外侧的表面上共形地沉积连续的膜。
15.权利要求11-14中任一项所述的方法，其特征在于形成所述涂层(9)包括 -将第一前体引入反应空间，使得至少部分所述第一前体吸附在朝向所述模件外侧的表面上，并随后净化所述反应空间，和 -将第二前体引入反应空间，使得至少部分所述第二前体与所述第一前体的吸附部分发生反应，并随后净化所述反应空间。
16.权利要求11-15中任一项所述的方法，其特征在于形成涂层包括用原子层沉积(ALD)型方法形成所述涂层(9)。
17.权利要求11-16中任一项所述的方法，其特征在于所述第二基底(3)是玻璃。
18.权利要求11-17中任一项所述的方法，其特征在于所述模件(2)是平板显示器中的模件。
19.权利要求11-18中任一项所述的方法，其特征在于所述两基底之间的所述空间(7)包含适于液晶显示器的液晶。
20.权利要求11-19中任一项所述的方法，其特征在于所述至少一个间隔元件(5)密封所述空间(7)，从而防止气体从所述模件(2)外侧流到所述模件(2)内。
21.权利要求11-20中任一项所述的方法，其特征在于所述间隔元件(5)的材料选自环氧树脂、弹性体和玻璃粉。
22.权利要求11-21中任一项所述的方法，其特征在于所述基本上平面的玻璃基底(I)平均薄于I. 5毫米。
23.权利要求11-22中任一项所述的方法，其特征在于所述涂层(9)具有50纳米以下的厚度。
24.权利要求11所述的方法，其特征在于所述方法用于制造显示装置的模件(2)。
25.权利要求I所述的模件(2)在显示装置中的应用。
全文摘要
强化结构模件(2)和制造强化结构模件(2)的方法。模件包含基本上平面的玻璃基底(1)、基本上平面的第二基底(3)和在玻璃基底(1)与第二基底(3)之间的至少一个间隔元件(5)。该至少一个间隔元件(5)使玻璃基底(1)与第二基底(3)保持两基底的边缘彼此分离，并限定模件内两基底之间的空间(7)。模件包含在模件外侧周围围绕模件的涂层(9)。涂层(9)被共形安排在朝向模件外侧的表面上，用于增加模件的强度。
文档编号C03C17/00GK102770801SQ201180007993
公开日2012年11月7日 申请日期2011年1月31日 优先权日2010年2月2日
发明者A·帕卡拉, M·普特康恩, O·于尔海 申请人:贝尼科公司