用于制造化学预应力玻璃基底的方法

用于制造化学预应力玻璃基底的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造化学预应力玻璃基底的方法。其中：首先，使基底受化学预应力；然后，沿着一条线局部加热该基底至玻璃转化温度Tg以上的温度；之后，沿着所述线分离所述基底。
【专利说明】用于制造化学预应力玻璃基底的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造化学预应力玻璃基底的方法。本发明特别涉及将用于显示器和触摸区的玻璃基底进行预应力处理以及将化学预应力玻璃基底进行分离。

【背景技术】
[0002]对于玻璃的预应力加工是公知的。热学预应力加工在工业上有各种各样的应用，在该预应力加工中，对整块玻璃体进行加热，然后通过用冷空气进行鼓吹使玻璃表面快速淬火。由此使表面立刻固化，而玻璃内部进一步收缩。因此在内部产生拉应力，相应地在外表面产生压应力。然而，热学预应力加工一般情况下仅适用于厚度大于Imm的玻璃，但是对于许多应用而言，例如移动设备的显示器和触摸区，不能够实现期望的玻璃强度以及表面的抗刮伤强度。
[0003]因此，对于许多应用而言，优选化学预应力加工。对此在基底上存在的离子例如钠离子通过较大的离子例如钾离子来替换，由此在基底的表面上产生压应力，利用该压应力显著提高了玻璃的强度。
[0004]缺点是，强化学预应力基底一般情况下通过应力感应的分离方法(例如机械刻划或激光刻划以及接下来的断裂处理)不能可控地进行分离，因为一般情况下会导致不可控地断裂。
[0005]弱化学预应力玻璃(这种玻璃中在表面区域的压应力较小)仍会频繁出现应力感应的断裂。这样的玻璃自然大多数在抗刮伤强度和断裂强度方面不具有所期望的性能。
[0006]此外还可以考虑，利用非应力感应的方法来分离化学预应力基底，例如通过在基底的整个厚度上进行激光烧蚀。但是这种方法非常耗费工本，并因此在实践中一般情况下并不适用。
[0007]因此，在实践中多数情况下，强化学预应力基底至少在进行化学预应力处理之前进行分离处理。这样尤其对接下来的处理是不利的，即不利于在基底上施加电子元件，这些电子元件例如用于形成显示器区和/或触摸区。通常以薄层技术施加的电子元件只能例如施加在已经分离的各个基底部分上，由于各个基底部分的较小尺寸造成较大的人工消耗以及由此导致的不经济性。
[0008]由此导致，实践中为了制造显示器(例如用于小型电话)通常使用两层式结构:一层玻璃盖片进行强化学预应力处理，并且作为抗刮伤层。在该玻璃盖片下方设置另一层基底，在该基底上施加用于形成触摸区的电子元件并且该另一层基底没有预先硬化。
[0009]公开文献JP2011-251879公开了，化学预硬化的玻璃首先在表面的特定位置上设有初始裂缝，然后沿着该初始裂缝将该玻璃加热到在玻璃转化温度以下最大200°C的温度，以热感应机械应力区域，并由此将玻璃分割开。该方法特别是对于制造显示器和触摸区来说也不是很实用。


【发明内容】

[0010]发明目的
[0011]据此，本发明的目的在于提供一种实用的方法，通用该方法能够以简单的方式使化学预应力玻璃进行受控地分离。
[0012]特别是，本发明的目的在于以简单的方式实现:在保证经济的制造加工的同时还能够实现在预应力处理之后对基底进行分离处理。
[0013]发明概述
[0014]本发明的上述目的已经通过根据独立权利要求的一种用于制造化学预应力玻璃基底的方法以及一种化学预应力玻璃基底来实现。
[0015]本发明优选的实施方式和扩展方案在各个从属权利要求中给出。
[0016]本发明涉及一种用于制造化学预应力玻璃基底的方法。
[0017]本发明特别涉及化学预应力基底，该基底在基底表面上具有至少600MPa的压应力，优选至少800MPa，其中，具有较高的压应力的层的穿透深度为至少30μπι，优选至少
40μ m0
[0018]在多步骤的化学预应力基底的情况下，表面上的压应力可以较小。在至少两个步骤的化学预应力基底的条件下，一般情况下压应力为至少500MPa，其中，当然，具有较高的压应力的层的穿透深度较大，如:至少50 μ m，优选至少100 μ m。
[0019]此外，本发明优选涉及具有小于Imm厚度的玻璃基底。
[0020]根据本发明，首先，提供化学预应力玻璃基底。在化学预应力处理之后进行对玻璃基底的分离，也就是将基底分成多个部分。
[0021]根据本发明，沿着至少一条线加热该化学预应力玻璃基底至玻璃转化温度Tg以上的温度。然后，沿着所述线分离所述玻璃基底。
[0022]优选，将所述玻璃基底沿着所述线局部加热到上冷却温度(退火温度，annealingtemperature)以上的温度。在此，上冷却温度理解成，在该温度条件下玻璃的粘度是1013dPas，并且在该温度条件下玻璃快速松弛。
[0023]发明人由此得出，局部加热实现了使通过化学预应力加工产生的预应力这样局部持续地消除，以随后实现利用传统的、特别是应力感应的分离方法进行分离处理，例如机械刻划(scribing)或激光刻划。
[0024]在此，局部加热能够特别在退火点以上使玻璃组织结构非常快速地松弛，从而局部消除由于离子交换而产生的应力。
[0025]可以理解为，在本发明的范围内，非限定性地，加热均匀地沿着一条连续的线进行，如在本发明的优选实施方式中所述。
[0026]可以考虑，特别是在使用激光的条件下，以点的形式经过由相继设置的点组成的链对基底进行加热，这些相继设置的点沿着该线延伸。然而在此，尽管沿着线、至少在表面附近区域或在预应力层的延伸区域进行不均匀加热，但也要到达至少玻璃转化温度。
[0027]为了使基底材料有充分的时间松弛，优选玻璃基底沿着最迟的分离线，以至少0.5秒、优选至少I秒的时间，加热到玻璃转化温度以上的温度。
[0028]例如可以通过使基底相对于热源，例如沿着激光射线运动来实现加热。
[0029]另外可以考虑，同时加热一条或多条线，例如利用扇形放射式激光辐射。
[0030]为了热学加热，可以使用例如CO2激光。特别是，激光辐射可以良好地聚焦并且在表面温度方面得到良好地控制。
[0031]如在本发明的一个实施方式中所设置的，温度可以借助高温计进行控制和/或调
-K-T。
[0032]优选使玻璃基底在分离之前进行冷却，特别是冷却到小于300°C、优选小于100°C
的温度。
[0033]本发明利用了这样一个效应，S卩，通过加热到玻璃转化温度以上来实现玻璃晶格结构的重新布置，并且由此持续降低压应力，该压应力通过引入较大的离子而被带入已有的玻璃晶格中。由此实现了两个方法步骤(即局部加热和分离)完全在时间上脱离关系，而在现有技术已知的具有热感应的应力区的分离步骤中，该分离步骤必须直接与温度场的引入相关地进行。
[0034]特别是在使用激光进行加热、该加热能够得到良好的控制和聚焦的情况下，局部冷却也能够受控地进行，从而使产生的应力通过局部加热和冷却尽可能保持很小。
[0035]在本发明的一个扩展方案中，使玻璃基底从两侧进行局部加热。优选地，局部加热大致从两侧同时进行。由此可知，在基底经加热的相对置的侧面上存在最大温度差为150°C，优选为100°C。这表示，特别在使用对于许多玻璃类型已经被表面附近的区域吸收的激光，例如CO2激光时，一般情况下必须从两侧同时进行加热，以避免基底的损坏。令人惊奇地在使用CO2激光时证明，实践中不能实现:在没有相应损坏的情况下，首先在一侧沿着一条线对基底进行加热，然后在另一侧沿着相对置的一条线对基底进行加热。
[0036]在本发明的一个扩展方案中，基底在仅局部加热的状态下进行分离。在此，温度沿着分离线已经达到玻璃转化温度以下。但是引入的热能可以用于随后的热分离步骤，例如用于激光刻划或热喷(thermisches Sprengen)。
[0037]本发明优选涉及平面式基底或具有轻微拱曲的基底。然而还可以考虑例如对圆形基底例如管件进行分离。
[0038]在本发明的另一个实施方式中，局部加热利用电磁辐射来进行，电磁辐射的穿透深度是基底的至少四分之一，优选至少一半，特别优选至少整个厚度。
[0039]使用一个波长，基底对于该波长是部分可透过的，但是仍然能够吸收足够多的辐射，以对基底加热。穿透深度是指在Ι/e上的辐射强度的衰减。
[0040]通过具有大的穿透深度的电磁辐射实现了，基底在其整个厚度上进行均匀加热。那么可以考虑，在基底上使热生成应力保持很小。此外可以考虑，能够省去从两侧进行加热，因为通过大的穿透深度可以确保实现，即使与电磁辐射源相对置的一侧也被加热到玻璃转化温度之上。因此，例如使用短波的红外辐射或还有具有波长在基底的吸收棱边的范围中的激光辐射。
[0041]玻璃基底的分离优选以应力感应的方式进行，特别以机械的方式通过刻划(scribing)或激光划刻来实现。
[0042]在本发明的一个扩展方案中，在分离之前，在基底上施加电子元件，这些电子元件特别用于形成显示器和/或触摸区。
[0043]本发明实现了，在施加电路之后，借助于薄层技术将化学预应力基底分隔开，这样显著简化了加工过程，并且此外实现了以更为简单和经济的方式提供显示器或触摸区，其中，并没有为了电子元件而区分出玻璃盖片和基底玻璃，而且在此的玻璃盖片同时还用作电子兀件的基底。
[0044]本发明此外还涉及一种可如前述制造的化学预应力玻璃基底。其特征特别在于，强化学预应力基底在边缘侧具有断裂棱，沿着该断裂棱通过压力感应的方式使该基底断
O

【具体实施方式】
[0045]下面，结合附图中图1至图5根据示意性的实施例详细描述本发明。
[0046]在图1示意性示出了玻璃基底I，该玻璃基底沿着线2被分成多个局部块la、lb。
[0047]如图2所示，该基底沿着位于局部块la、lb之间的线2从两侧同时借助于相对置的激光3进行加热。
[0048]化学预应力层5的穿透深度用虚线示出。在该区域中，基底具有高的压应力。
[0049]参见区域4，在该区域内部，基底由于激光辐射而被加热到玻璃转化温度以上，优选加热到上冷却温度以上，其中的激光辐射在本实施例中主要在基底的表面上被吸收。
[0050]由此如图3所示，通过短时地局部加热超过I秒的时间，使区域4范围内的材料得到松弛，而且预应力层5不再存在于局部块la、lb之间的区域4中。
[0051]这时，沿着线2，可以借助于应力感应的分离方法将基底分割开。
[0052]图4示意性示出了如何能够在制造手机显示器的过程中通过本发明简化加工过程。
[0053]在加工步骤I中提供一块玻璃基底I。
[0054]然后在加工步骤II中，使玻璃基底I在盐浴6中进行化学预应力处理。
[0055]在步骤III中，使已经受预应力的基底设有用于形成显示器7的电子元件。进一步由此所示，还可以施加框架8，例如作为喷涂的金属层。
[0056]在步骤IV中，这时在单个块之间沿着线2局部加热基底，从而沿着分割线消除化学预应力。
[0057]可以理解，加热也可以在施加电子元件之前进行。
[0058]在步骤V中，基底以应力感应的方式分割成局部块la、lb，这些局部块此时已经形成显示器。
[0059]可以理解，接下来还可以进行后续处理，例如对棱边进行打磨和抛光。
[0060]图5示出了本发明的一个实施例的主要方法步骤的流程图。首先，提供一块玻璃基底。然后，将该玻璃基底沿着线局部加热到玻璃转化温度Tg以上。接下来，使玻璃基底在盐浴中进行化学预应力处理。在尚未分开的基底上施加用于形成显示器的导体电路和半导体元件。此后，通过沿着线刻划以及通过区域分离，以应力感应的方式使基底分开。
[0061]通过本发明能够提供一种简单的用于分离玻璃基底的方法，利用该方法能够使化学预应力玻璃基底在预应力处理之后进行分离。
【权利要求】
1.一种用于制造化学预应力玻璃基底的方法，所述方法包括以下步骤: -提供化学预应力玻璃基底(I); -沿着至少一条线(2)局部加热所述化学预应力玻璃基底(I)至玻璃转化温度Tg以上的温度； -沿着所述线分离所述玻璃基底。
2.根据权利要求1所述的用于制造化学预应力玻璃基底的方法，其特征在于，利用激光(3)局部加热所述玻璃基底(I)。
3.根据权利要求1或2所述的用于制造化学预应力玻璃基底的方法，其特征在于，从两侧局部加热所述玻璃基底(I)。
4.根据权利要求3所述的用于制造化学预应力玻璃基底的方法，其特征在于，所述局部加热基本上同时从两侧进行。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的用于制造化学预应力玻璃基底的方法，其特征在于，所述局部加热利用电磁辐射来进行，所述电磁辐射的穿透深度是所述基底的至少四分之一、优选至少一半、特别优选至少整个厚度。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于制造化学预应力玻璃基底的方法，其特征在于，使所述玻璃基底(I)沿着所述线(2)以应力感应的方式进行分离。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于制造化学预应力玻璃基底的方法，其特征在于，使所述玻璃基底(I)在分离之前进行冷却。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的用于制造化学预应力玻璃基底的方法，其特征在于，在分离之前，在所述基底上施加电子元件，特别是用于形成显示器(7)和/或触摸区。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的用于制造化学预应力玻璃基底的方法，其特征在于，所述玻璃基底(I)在玻璃转化温度以上的温度下局部加热至少0.5秒、优选至少I秒的时间。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的用于制造化学预应力玻璃基底的方法，其特征在于，使所述玻璃基底(I)局部加热到退火温度(退火点)以上的温度。
11.一种化学预应力玻璃基底(I)，其是可根据权利要求ι-?ο任意一项所述的方法制造的，特别是根据权利要求1-10任意一项所述的方法制造的。
【文档编号】C03B33/09GK104470868SQ201380037975
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】费边·瓦格纳, 沃克·普拉珀, 奥利弗·豪克瑞恩, 托马斯·里施 申请人:肖特股份有限公司