专利名称：可层压的成形玻璃制品及其制备方法
技术领域：
本发明涉及可层压出平坦表面的成形玻璃制品以及制备所述可层压的成形玻璃制品的方法。
背景技术：
图1显示了打算用作平板显示屏的防护盖的成形玻璃盖1，如用于移动电子设备。玻璃盖I通过将平面玻璃片再成形为三维形状来制备。玻璃盖I具有外凸表面3和内凹表`面5。将玻璃盖I结合到平面显示屏设备上是具有挑战性的，特别是当这种设备包括触摸屏时。触摸屏通常必须与顶玻璃盖接触，以闭合电路和转移触摸信号。如图1所示，将玻璃盖I安装到平面触摸屏显示器或平面显示屏9上时，会在玻璃盖I的内凹表面5与平面触摸屏显示器或平面显示屏之间形成大的空腔7。仅就平面显示屏(即没有触摸屏)而言，可在空腔7中填注折射率匹配的光学透明黏合剂，使得通过玻璃盖I看时，显示屏的亮度和清晰度高于填注空气的空腔所能得到的亮度和清晰度。然而，需要最大程度减少折射率匹配的光学透明黏合剂的使用，因为这种特殊的黏合剂较昂贵。另外，在平面显示屏9上安装玻璃盖I的过程中会在黏合剂中形成气泡，这会影响显示品质。由于弯曲的内表面具有曲度，玻璃盖I在平面显示屏9上有可能没有精确对齐。对于平面触摸屏显示器，如包含电容性触摸屏的平面触摸屏显示器，在玻璃盖的弯曲内表面与触摸屏之间可以没有空腔。若触摸屏用玻璃制成，则不可能将触摸屏直接层压到玻璃盖的弯曲内表面上。当弯曲内表面是仅在一个轴上有曲率的简单弯曲表面时，聚合物触摸屏，例如日本写真印刷株式会社(Nisha)制造的PET膜上的触摸屏，可层压到玻璃盖的弯曲内表面上。然而，若玻璃表面的弯曲内表面是球形表面或样条表面(spline surface)的一部分，即便将聚合物触摸屏层压到弯曲内表面上也是不可能的。因此，对于触摸屏上层压有厚度均匀的弯曲玻璃片的平面触摸屏显示器，其制造能力局限于形成非常简单的二维曲面。即使在一个轴上具有简单的球面曲率，一旦完成触摸屏的层压，仍然存在上述结合平面显示器的困难。
发明内容
在本发明的第一方面，可层压成形玻璃制品包含光学透明的平坦表面/弯曲表面玻璃体。在本发明的第二方面，制备可层压成形玻璃制品的方法包括将平坦表面/平坦表面玻璃体再成形为弯曲表面/弯曲表面玻璃体，对所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体的弯曲表面之一进行平面化处理，形成平坦表面/弯曲表面玻璃制品，所述平坦表面/弯曲表面玻璃制品即为可层压成形玻璃制品。
在本发明的第三方面，制备可层压成形玻璃制品的方法包括将平坦表面/平坦表面玻璃片再成形为包含多个弯曲表面/弯曲表面玻璃体的玻璃片，从所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体的玻璃片上提取弯曲表面/弯曲表面玻璃体，对至少一个弯曲表面/弯曲表面玻璃体的弯曲表面之一进行平面化处理，形成平坦表面/弯曲表面玻璃制品，所述平坦表面/弯曲表面玻璃制品即为可层压成形玻璃制品。从下面的描述和所附权利要求书很容易了解本发明的其他方面。
以下是对附图中各图的描述。附图不一定按比例绘制，为了清楚和简明起见，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。图1显示了现有技术中安装在显示屏上的成形玻璃盖。图2显示了根据本发明的一个实施方式的可层压成形玻璃制品。图3显示了安装在平面触摸屏和显示屏上的图2所示可层压成形玻璃制品。图4是描述如何制备诸如图2所示的可层压成形玻璃制品的工艺流程图。图5是叠置于凹陷表面/凸起表面玻璃体上的平坦表面/凸起表面玻璃制品。
图6是叠置于凹陷表面/凸起表面玻璃体上的平坦表面/凹陷表面玻璃制品。图7是图4所示工艺流程的一种变化形式。图8是一片弯曲表面/弯曲表面玻璃体的片段。图9是图4所示工艺流程的另一种变化形式。
具体实施例方式按照本文的使用习惯，M-表面/N-表面玻璃片、玻璃体或玻璃制品具有M-表面和N-表面，其中N-表面与M-表面相背，与M-表面相隔玻璃材料的厚度，所述厚度可均匀，也可不均匀。根据本发明的一个或多个实施方式，可层压成形玻璃制品具有两个相隔玻璃材料厚度的相背表面。所述相背表面当中的一个表面是弯曲的(三维)表面，所述相背表面当中的另一个表面是平坦的(二维)表面。该可层压成形玻璃制品也可称作平坦表面/弯曲表面玻璃制品。可层压成形玻璃制品的弯曲表面可选自凹陷或凸起表面，球形或非球形表面，圆柱形或非圆柱形表面。非球形或非圆柱形表面可以是连续的或多缀片(mult1-patch)的几何样条表面。在一个或多个实施方式中，弯曲表面和平坦表面是光滑的，例如粗糙度等于或小于IOnm RMS。在一个或多个实施方式中，可层压成形玻璃制品是光学透明的，即不存在会对其透光性、透明度或性能造成负面影响的缺陷或涂层。在一个或多个实施方式中，可层压成形玻璃制品可用作平面显示屏的防护盖，或者可层压到触摸屏上，触摸屏后面是平面显示器。图2显示了根据本发明的一个实施方式的可层压成形玻璃制品11，它具有弯曲表面13和平坦表面15，所述弯曲表面13与平坦表面15之间相隔玻璃材料17的厚度。弯曲表面13是凹陷的连续几何样条表面。图3显示了已安装到平面物品19上的可层压成形玻璃制品11。在一个实施方式中，平面物品19代表平面显示屏。在另一个实施方式中，平面物品19代表平面触摸屏。在可层压成形玻璃制品11的平坦表面15与平面触摸屏或平面显示屏19之间设置一层折射率匹配的光学透明黏合剂21，将可层压成形玻璃制品11固定到平面触摸屏或平面显示屏19上。与图1所示的现有技术中的实例不同，仅需要一薄层黏合剂21，因为平坦表面15是平整地安装在平面触摸屏或平面显示屏19上的。图4是描述如何制备上述可层压成形玻璃制品的工艺流程图。提供平面(平坦表面/平坦表面)玻璃片(23)。可以通过任意合适的方法，例如熔合拉制法或浮法，制造所述平面玻璃片。通常优选熔合拉制法，因为它能给玻璃片带来具有火抛光品质(fire-polished quality)的表面。将平面玻璃片分离成平面(平坦表面/平坦表面)玻璃体(25)。分离操作可通过划线和折断完成。划线可以用激光源进行，即激光划线。将每个平面玻璃体再成形为弯曲表面/弯曲表面玻璃体(27)。再成形可以是热再成形。有多种方法将平面玻璃体热再成形为弯曲表面/弯曲表面玻璃体。根据这些方法当中的一类方法，将平面玻璃体置于模具上方，并沿着所述模具加热。然后，平面玻璃体下垂到模腔中。加热方案可差异化，使得平面玻璃体下垂到模具中时，模具基本上比平面玻璃体更冷。2009年6月29日提交的美国专利申请第12/493674号描述了这种差异化加热方案。通常将平面玻璃体加热到玻璃软化点与退火点之间的温度。模具的表面具有特定轮廓，决定了平面玻璃体下垂到模腔中形成的弯曲表面/弯曲表面玻璃体的形状。下垂可通过真空辅助。热再成形也可通过用加热的成形活塞压制加热的平面玻璃体来进行。再成形之后产生的弯曲表面/弯曲表面玻璃体具有两个相隔玻璃材料的均匀厚度的相背表面，其中所述相背表面均为弯曲表面。相比于通过机械加工玻璃形成弯曲玻璃表面，采用热成形具有多个优点
(I)热成形可以低成本和高产量形成复杂的表面形状，而机械加工复杂玻璃曲面的成本很高，同时周期长，通常需要起决定作用的精研和抛光；(2)为清除前面较粗的步骤中留下的机械加工痕迹而对任何弯曲表面进行抛光的成本高,需要在整个弯曲表面上均匀去除至少10 μ m的材料；(3)机械加工的玻璃总是有一定水平的表面损伤，所述表面损伤会降低玻璃的强度，使其抗损伤性不及热成形玻璃片。若采用热再成形，可将弯曲表面/弯曲表面玻璃体冷却或者让其自然冷却至例如低于玻璃的退火点或应变点的温度。然后，对弯曲表面/弯曲表面玻璃体进行退火(29)。退火之后,通过机械加工除去每个弯曲表面/弯曲表面玻璃体周边不需要的材料(31)。为达到此目的，可采用计算机数控(CNC)机械工具。根据最终玻璃制品的设计需要，还可在每个弯曲表面/弯曲表面玻璃体的表面上机械加工出其他特征，如凹陷、孔洞和狭缝。上述工艺流程包括对弯曲表面/弯曲表面玻璃体进行平面化处理，产生平坦表面/弯曲表面玻璃制品(33)。平坦表面/弯曲表面玻璃体具有两个相背表面，相背表面当中的一个表面是平坦的，而另一个是弯曲的。对弯曲表面/弯曲表面玻璃体的平面化处理(33 )可在机械加工弯曲表面/弯曲表面玻璃体(31)之前或之后进行。在平面化步骤(33)中，对每个弯曲表面/弯曲表面玻璃体的弯曲表面之一进行平面化处理，形成平坦表面，从而获得上述平坦表面/弯曲表面玻璃制品。平面化处理可以是研磨、精研和抛光的任意组合。典型的顺序可以是先研磨，快速除去材料；然后精研，降低研磨表面的粗糙度；然后抛光，实现所需的表面粗糙度，例如表面粗糙度等于或小于1.5nmRMS。弯曲表面/弯曲表面玻璃体可安装在支架例如真空卡盘上，使待平面化的弯曲表面露出来。然后，可利用合适的平面化工具对露出的弯曲表面进行平面化处理。为了能够进行平面化步骤(33)，在提供平面玻璃片的步骤(23)中，平面玻璃片必须具有足够的厚度(即必须比平坦表面/弯曲表面玻璃制品的最终厚度大得多)，以适应对弯曲表面的平面化处理，形成平坦表面。图5显示了通过对凹陷表面/凸起表面玻璃体43的凹陷表面40进行平面化处理产生的平坦表面/凸起表面玻璃制品41。平坦表面/凸起表面玻璃制品41的凸起表面是连续的几何样条表面。出于比较的目的，将平坦表面/凸起表面玻璃制品41叠置在凹陷表面/凸起表面玻璃体43上。类似的，图6显示了通过对凹陷表面/凸起表面玻璃体47的凸起表面44进行平面化处理产生的平坦表面/凹陷表面玻璃制品45。平坦表面/凹陷表面玻璃制品45的凹陷表面46是连续的几何样条表面。出于比较的目的，将平坦表面/凹陷表面玻璃制品45叠置在凹陷表面/凸起表面玻璃体47上。回过来参见图4，在平面化步骤(33)或机械加工步骤(31)之后，对平坦表面/弯曲表面玻璃制品进行化学强化(35)。在一个或多个实施方式中，化学强化涉及离子交换工艺。为了进行离子交换，平坦表面/弯曲表面玻璃制品(提示还有提供平面玻璃片的步骤
(23)中的玻璃片)必须由可离子交换的玻璃制成。可进行离子交换的玻璃是带有如Li+和/或Na+的较小金属离子的含碱金属的玻璃，这些较小的碱金属离子在离子交换过程中可被较大的碱金属离子例如K+交换。美国专利申请第11/888213号、第12/277573号，第12/392577号、第12/393241号和第12/537393号，以及美国临时申请第61/235767号和第61/235762号[全部转让给康宁有限公司(Corning Incorporated)]描述了合适的可进行离子交换的玻璃的例子，这些文献的内容通过参考结合于此。这些玻璃可以在较低的温度下离子交换到至少30 μ m的深度。例如,美国专利第5674790号(Araujo, Roger J.)描述了通过离子交换强化玻璃的方法。所述方法一般包括将作为处理对象的玻璃浸入含碱金属盐的熔盐浴，所述碱金属盐的碱金属离子大于作为处理对象的玻璃中的碱金属离子。作为处理对象的玻璃中较小的碱金属离子被熔盐浴中较大的碱金属离子交换。该过程通常在不超过玻璃转变温度的升高的温度范围内进行。离子交换之后，从熔盐浴中取出作为处理对象的玻璃，然后冷却该作为处理对象的玻璃。出于图4所示工艺流程的目的，作为处理对象的玻璃代表要通过离子交换进行化学强化的每个平坦表面/弯曲表面玻璃制品。该工艺流程的最后一步是检查平坦表面/弯曲表面玻璃制品的缺陷(37 )。图7是图4所示工艺流程的变化形式。为了避免不必要的重复，将尽可能参考前面已经描述过的材料。图7中的工艺流程从提供平面玻璃片(49)开始，正如图4所示的提供平面玻璃片的步骤(23)。接着，将该平面玻璃片再成形为一片弯曲表面/弯曲表面玻璃体
(51)。图8是一片示例性弯曲表面/弯曲表面玻璃体的片段，显示了在单片64上形成的多个弯曲表面/弯曲表面玻璃体62。该片弯曲表面/弯曲表面玻璃体可通过热再成形制备，例如通过加热使平面玻璃片下垂到具有多个模腔的模具中，其中每个模腔由具有合适轮廓的表面限定。对该片弯曲表面/弯曲表面玻璃体进行退火步骤(53)，正如图4中的退火步骤(29)。然后，从该片弯曲表面/弯曲表面玻璃体中取出弯曲表面/弯曲表面玻璃体，即分离或切割该片弯曲表面/弯曲表面玻璃体(55)。对弯曲表面/弯曲表面玻璃体的周边进行机械加工(57)，除去不需要的材料，正如图4中的机械加工步骤(31)。机械加工步骤(57)还可包括在弯曲表面/弯曲表面玻璃体中形成特征。对弯曲表面/弯曲表面玻璃体进行平面化处理，形成平坦表面/弯曲表面玻璃制品(59)，正如图4中的平面化步骤(33)。平面化步骤(59)可在机械加工步骤(57)之前或之后进行。该工艺流程包括化学强化步骤(61)，正如图4中的化学强化步骤(35);还包括检查步骤(63)，正如图4中的检查步骤(37)。
图9是图4所示工艺流程的变化形式。为了避免不必要的重复，将尽可能参考前面已经描述过的材料。图9中的工艺流程从提供平面玻璃片(65)开始，正如图4所示的提供平面玻璃片的步骤(23)。该工艺接着将平面玻璃片分离为平面玻璃体(67)，正如图4中的分离步骤(25)。接下来，对每个平面玻璃体的周边进行机械加工，除去任何不需要的材料(69)。对每个经过机械加工的平面玻璃体进行再成形，产生弯曲表面/弯曲表面玻璃体
(71)，正如图4中的再成形步骤(27)。再成形之后，对每个弯曲表面/弯曲表面玻璃体进行退火(73 )，正如图4中的退火步骤(29 )，然后进行平面化(75 )，正如图4中的平面化步骤
(33)。可对平面化步骤(33)得到的平坦表面/弯曲表面玻璃制品进行化学强化(77)，正如图4中的化学强化步骤(35);还可进行检查(79)，正如图4中的检查步骤(37)。在平面化步骤(75)之前，可对弯曲表面/弯曲表面玻璃体进行图4中的机械加工步骤(31)那样的第二机械加工步骤(81)。尽管已经就有限数量的实施方式描述了本发明，但是受益于本发明的本领域技术人员应理解，在不偏离本文所揭示的本发明范围的前提下，可设计出其他的实施方式。因此，本发明的范围 应仅由所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种制备可层压成形玻璃制品的方法，所述方法包括将平坦表面/平坦表面玻璃体再成形为弯曲表面/弯曲表面玻璃体；以及对所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体的弯曲表面之一进行平面化处理，形成平坦表面/弯曲表面玻璃制品，所述平坦表面/弯曲表面玻璃制品是可层压成形玻璃制品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供平坦表面/平坦表面玻璃片；以及将所述平坦表面/平坦表面玻璃片分离成多个平坦表面/平坦表面玻璃体，所述步骤Ca)中的平坦表面/平坦表面玻璃体是所述多个平坦表面/平坦表面玻璃体之一。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述平坦表面/平坦表面玻璃体当中的其他平坦表面/平坦表面玻璃体重复所述再成形步骤和平面化步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在平面化步骤之前对所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体进行退火。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述平面化步骤之后对所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体的周边进行机械加工，除去不需要的材料。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述平面化步骤之前对所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体的周边进行机械加工，除去不需要的材料。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述平面化步骤之后通过离子交换对所述平坦表面/弯曲表面玻璃制品进行化学强化。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供作为可离子交换玻璃的平坦表面/平坦表面玻璃体。
9.一种制备可层压成形玻璃制品的方法，所述方法包括将平坦表面/平坦表面玻璃片再成形为包含多个弯曲表面/弯曲表面玻璃体的玻璃片;从该片弯曲表面/弯曲表面玻璃体中取出弯曲表面/弯曲表面玻璃体；以及对所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体当中的至少一个弯曲表面/弯曲表面玻璃体的弯曲表面之一进行平面化处理，形成平坦表面/弯曲表面玻璃制品，所述平坦表面/弯曲表面玻璃制品是可层压成形玻璃制品。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在平面化步骤之前对所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体当中的至少一个弯曲表面/弯曲表面玻璃体进行退火。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述平面化步骤之前对所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体当中的至少一个弯曲表面/弯曲表面玻璃体的周边进行机械加工，除去不需要的材料。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述平面化步骤之后通过离子交换对所述平坦表面/弯曲表面玻璃制品进行化学强化。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述弯曲表面/弯曲表面玻璃体当中的其他弯曲表面/弯曲表面玻璃体重复平面化步骤。
14.一种可层压成形玻璃制品，它包含光学透明的平坦表面/弯曲表面玻璃体。
15.如权利要求14所述的可层压成形玻璃制品，其特征在于，所述平坦表面/弯曲表面玻璃体的弯曲表面是凸起表面。
16.如权利要求14所述的可层压成形玻璃制品，其特征在于，所述平坦表面/弯曲表面玻璃体的弯曲表面是凹陷表面。
17.如权利要求14所述的可层压成形玻璃制品，其特征在于，所述平坦表面/弯曲表面玻璃体的弯曲表面是几何样条表面。
全文摘要
一种可层压成形玻璃制品，它包括平坦表面/弯曲表面玻璃制品。将平坦表面/平坦表面玻璃体再成形为弯曲表面/弯曲表面玻璃体。对弯曲表面/弯曲表面的弯曲表面之一进行平面化处理，形成平坦表面/弯曲表面玻璃制品。
文档编号C03B23/023GK103038182SQ201180024464
公开日2013年4月10日 申请日期2011年5月5日 优先权日2010年5月17日
发明者R·萨比亚, L·尤克雷辛克 申请人:康宁股份有限公司