玻璃制品及包括其的显示装置的制作方法

文档序号:25543874发布日期:2021-06-18 20:41
玻璃制品及包括其的显示装置的制作方法

本公开涉及玻璃制品及包括其的显示装置。



背景技术:

玻璃制品多用于包括显示装置的电子设备或建筑材料等。例如,玻璃制品适用于液晶显示装置、oled、电泳显示装置等的平板显示装置的基板或保护其的窗盖板等。

随着智能电话、平板电脑等之类便携式电子设备的增加,适用于其的玻璃制品也经常暴露在外部冲击下。为了便携性,要求开发薄的同时能够抵挡耐外部冲击的玻璃制品。虽然试图通过热或化学强化来改善玻璃制品的强度,但是为了顺应客户需求,需要管理更精密的应力分布。



技术实现要素:

本公开所要解决的课题是提供一种在特定深度具有良好的强度的玻璃制品。

本公开所要解决的另一课题是提供一种包括在特定深度具有良好的强度的玻璃制品的显示装置。

本公开的课题不限定于以上提及的课题,本领域技术人员能够从以下记载明确地理解未提及的再其它技术课题。

用于解决所述课题的根据一实施例的玻璃制品包括:第一表面;第二表面,与所述第一表面相对;第一压缩区域,从所述第一表面延伸至第一压缩深度;第二压缩区域,从所述第二表面延伸至第二压缩深度;以及拉伸区域,配置在所述第一压缩深度和所述第二压缩深度之间,所述第一压缩区域的应力分布包括位于所述第一表面和第一过渡点之间的第一趋势线、位于所述第一过渡点和第二过渡点之间的第二趋势线以及位于所述第二过渡点和所述第一压缩深度之间的第三趋势线,从所述第一表面至所述第一过渡点的深度为10um以下,所述第一过渡点处的应力为200mpa以上,从所述第一表面至所述第二过渡点的深度为50um至80um以下,所述第二过渡点处的应力为40mpa至100mpa。

可以是,所述第一趋势线具有第一平均斜率,所述第二趋势线具有第二平均斜率,所述第三趋势线具有第三平均斜率,所述第一平均斜率、所述第二平均斜率以及所述第三平均斜率分别具有负值。

可以是,所述第一平均斜率的大小分别大于所述第二平均斜率的大小以及所述第三平均斜率的大小。

可以是,所述第二平均斜率的大小大于所述第三平均斜率的大小。

可以是,所述第一过渡点处的切线具有第一过渡点斜率,所述第一过渡点斜率具有负值。

可以是,所述第一过渡点斜率的大小具有所述第一平均斜率的大小与所述第二平均斜率的大小之间的值。

可以是,所述第二过渡点处的切线具有第二过渡点斜率,所述第二过渡点斜率具有负值。

可以是,所述第二过渡点斜率的大小具有所述第二平均斜率的大小与所述第三平均斜率的大小之间的值。

可以是,所述第一趋势线具有第一切线斜率,所述第二趋势线具有第二切线斜率,所述第三趋势线具有第三切线斜率,所述第一切线斜率、所述第二切线斜率以及所述第三切线斜率均具有负值。

可以是,所述第一趋势线的所有所述第一切线斜率具有负值,所述第二趋势线的所有所述第二切线斜率具有负值,所述第三趋势线的所有所述第三切线斜率具有负值。

可以是,所述第一表面的压缩应力为700mpa至950mpa,所述第一压缩深度为125um至135um。

可以是,所述玻璃制品包括铝硅酸锂。

可以是,所述第二压缩区域的所述应力分布与所述第一压缩区域的所述应力分布具有对称关系。

用于解决所述课题的根据另一实施例的玻璃制品包括:第一表面;第二表面,与所述第一表面相对;第一压缩区域,从所述第一表面延伸至第一压缩深度;第二压缩区域,从所述第二表面延伸至第二压缩深度;以及拉伸区域,配置在所述第一压缩深度和所述第二压缩深度之间,所述第一压缩区域的应力分布包括位于所述第一表面和第一过渡点之间的第一趋势线、位于所述第一过渡点和第二过渡点之间的第二趋势线以及位于所述第二过渡点和所述第一压缩深度之间的第三趋势线,所述第一趋势线具有第一函数,所述第二趋势线具有第二函数,所述第三趋势线具有第三函数,所述第一函数、所述第二函数以及所述第三函数分别为y=a1(x-p1)2+q1、y=a2(x-p2)2+q2、y=a3(x-p3)2+q3,其中,a1、a2、a3分别是所述第一函数、所述第二函数以及所述第三函数的二次项系数,p1、p2、p3分别是所述第一函数、所述第二函数以及所述第三函数的顶点的x轴坐标,q1、q2、q3分别是所述第一函数、所述第二函数以及所述第三函数的顶点的y轴坐标,所述第一函数至所述第三函数的a1、a2、a3分别为正值。

可以是,所述第一函数的a1大于所述第二函数的a2及所述第三函数的a3,所述第二函数的a2大于所述第三函数的a3。

可以是,所述第一函数的p1的范围为5um至50um,所述第二函数的p2的范围为50um至150um,所述第三函数的p3的范围为160um至250um,所述第一函数的q1的范围为100mpa至300mpa,所述第二函数的q2的范围为5mpa至80mpa,所述第三函数的q3的范围为-60mpa至0mpa。

可以是,从所述第一表面至所述第一过渡点的深度为10um以下,所述第一过渡点处的应力为200mpa以上,从所述第一表面至所述第二过渡点的深度为50um至80um以下,所述第二过渡点处的应力为40mpa至100mpa。

可以是,所述第二压缩区域的所述应力分布与所述第一压缩区域的所述应力分布具有对称关系。

用于解决所述另一课题的根据一实施例的显示装置包括:显示面板,包括多个像素;窗盖板,配置在所述显示面板上方;以及光学透明结合层,配置在所述显示面板和所述窗盖板之间,所述窗盖板包括:第一表面;第二表面,与所述第一表面相对;第一压缩区域,从所述第一表面延伸至第一压缩深度;第二压缩区域,从所述第二表面延伸至第二压缩深度;以及拉伸区域,配置在所述第一压缩深度和所述第二压缩深度之间,所述第一压缩区域的应力分布包括位于所述第一表面和第一过渡点之间的第一趋势线、位于所述第一过渡点和第二过渡点之间的第二趋势线以及位于所述第二过渡点和所述第一压缩深度之间的第三趋势线,从所述第一表面至所述第一过渡点的深度为10um以下,所述第一过渡点处的应力为200mpa以上,从所述第一表面至所述第二过渡点的深度为50um至80um以下,所述第二过渡点处的应力为40mpa至100mpa,在离所述第一表面30um处,应力为100mpa以上。

可以是,所述第一趋势线具有第一平均斜率,所述第二趋势线具有第二平均斜率,所述第三趋势线具有第三平均斜率,所述第一平均斜率、所述第二平均斜率以及所述第三平均斜率分别具有负值,所述第一平均斜率的大小分别大于所述第二平均斜率的大小以及所述第三平均斜率的大小。

其它实施例的具体事项包括在详细的说明及附图中。

(公开的效果)

通过根据一实施例的玻璃制品及显示装置,提高与普通裂纹深度相应区间的应力,从而能够改善抗裂纹性。

根据实施例的效果不被以上例示的内容而限定,更多种效果包括在本说明书内。

附图说明

图1是根据各种实施例的玻璃制品的立体图。

图2是示出根据一实施例的玻璃制品适用为显示装置的窗盖板的例子的截面图。

图3是根据一实施例的平面板形状的玻璃制品的截面图。

图4是表示根据一实施例的离子交换工艺的概要图。

图5是表示根据一实施例的玻璃制品的应力分布的曲线图。

图6是放大图5的第一压缩区域附近的曲线图。

图7是表示第一趋势线的第一平均斜率、第二趋势线的第二平均斜率、第三趋势线的第三平均斜率、第一过渡点处的第一切线斜率以及第二过渡点处的第二切线斜率的模式图。

图8是示出根据一实施例的玻璃制品的抗裂纹性的模式图。

图9是表示根据另一实施例的玻璃制品的应力分布的曲线图。

图10是示出还结合有飞散层的玻璃制品的截面图。

(附图标记说明)

100、101、102、103:玻璃制品

csr1、csr2:压缩区域

ctr:拉伸区域

cs1、cs2:最大压缩应力

tp1、tp2:过渡点

doc1、doc2:压缩深度

具体实施方式

参照与所附附图一起详细后述的实施例,本公开的优点和特征以及实现它们的方法会变得清楚。但是,本公开并不限于下面所公开的实施例,可以实现为彼此不同的各种形式,本实施例仅仅是为了使本公开的公开完整且为了将公开的范畴完整地传达给本公开所属技术领域中具有通常知识的人而提供,本公开仅通过权利要求书的范畴来限定。

指称为元件或者层在其它元件或者层“上”是包括直接在其它元件之上或者在中间隔有其它层或其它元件的所有情况。贯穿整个说明书,相同的附图标记指称相同构成要件。

虽然第一、第二等是为了叙述各种构成要件而使用,但显然这些构成要件并不限于这些术语。这些术语仅仅是为了区分一个构成要件与其它构成要件而使用。因此,在下面提及的第一构成要件在本公开的技术构思范围内显然也可以是第二构成要件。

在本说明书中,“玻璃制品”指称整体由玻璃构成或局部性包括玻璃来构成的物件。

下面,参照所附附图说明实施例。

图1是根据各种实施例的玻璃制品的立体图。

玻璃不仅使用为平板电脑、笔记本电脑、智能电话、电子书、电视机、电脑显示器,而且在包括显示画面的冰箱、洗衣机等包括显示器的电子设备中使用为用于保护显示器的窗盖板、显示器面板用基板、触摸面板用基板、导光板之类光学部件等。玻璃也可以使用于汽车仪表盘等的玻璃罩、太阳电池用玻璃罩、建材的内置材料、建筑物或住宅的窗户等。

一些玻璃被要求具有强的强度。例如,在窗用玻璃的情况下,为了满足高透过率和轻重量的必要条件,优选的是具有薄厚度的同时具有不容易被外部冲击破损的强度。强度被强化的玻璃可以通过化学强化或热强化等方法来制造。各种形状的强化玻璃的例子示出在图1中。

参照图1,在一实施例中,玻璃制品100可以是平片或平面板形状。在另一实施例中,玻璃制品101、102、103可以是包括弯曲部分的三维形状。例如,可以是平坦部的边沿弯折(参照“101”),或整体弯曲(参照“102”),或折叠(参照“103”)。

玻璃制品100-103的平面形状可以是矩形,但不限于此,可以具有棱角为圆形的矩形、正方形、圆、椭圆等各种形状。在以下的实施例中,作为玻璃制品100-103,将平面形状为矩形的平面板作为例子进行说明,但显而易见的是不限于此。

图2是示出根据一实施例的玻璃制品适用为显示装置的窗盖板的例子的截面图。

参照图2,显示装置500可以包括显示面板200、配置在显示面板200上的窗盖板100、配置在显示面板200和窗盖板100之间而结合显示面板200和窗盖板100的光学透明结合层300。

显示面板200不仅包括例如有机发光显示面板(oled)、无机发光显示面板(inorganicel)、量子点发光显示面板(qed)、微led显示面板(micro-led)、纳米led显示面板(nano-led)、等离子显示面板(pdp)、场发射显示面板(fed)、阴极射线显示面板(crt)等的自发光显示面板,而且可以包括液晶显示面板(lcd)、电泳显示面板(epd)等的受光显示面板。

显示面板200包括多个像素px,可以利用在各像素px发射的光来显示图像。显示装置500可以还包括触摸部件(未图示)。在一实施例中,触摸部件可以内置于显示面板200。例如,通过在显示面板200的显示部件上直接形成触摸部件,显示面板200自身能够执行触摸功能。在另一实施例中,触摸部件可以相对于显示面板200单独制造之后,通过光学透明结合层附着在显示面板200的上面上。

在显示面板200的上方配置窗盖板100。窗盖板100起到保护显示面板200的作用。作为窗盖板100的主体,可以适用强化的玻璃制品100。窗盖板100可以是大小大于显示面板200而其侧面比显示面板200的侧面向外侧凸出,但不限于此。窗盖板100可以还包括在玻璃制品100的边缘部位配置在玻璃制品100的至少一表面上的印刷层。窗盖板100的印刷层使得从外部无法视觉识别到显示装置500的边框区域,根据情况可以执行装饰功能。

在显示面板200和窗盖板100之间配置光学透明结合层300。光学透明结合层300起到将窗盖板100固定在显示面板200上的作用。光学透明结合层300可以包括光学透明粘胶剂(opticalclearadhesive;oca)或光学透明树脂(opticalclearresin;ocr)等。

以下,针对上述的强化的玻璃制品100更详细说明。

图3是根据一实施例的平面板形状的玻璃制品的截面图。

参照图3,玻璃制品100可以包括第一表面us、第二表面rs以及侧面。在平面板形状的玻璃制品100中,第一表面us和第二表面rs是具有宽面积的主要表面,侧面成为连接第一表面us和第二表面rs的外侧表面。

第一表面us和第二表面rs在厚度方向上彼此相对。当玻璃制品100起到如显示器的窗盖板100那样使光透过的作用时,光可以主要向第一表面us和第二表面rs中任一个进入且向另一个透过。

玻璃制品100的厚度t由第一表面us和第二表面rs之间的距离来定义。玻璃制品100的厚度t虽不限于此,但可以为0.1mm至2mm的范围。在一实施例中,玻璃制品100的厚度t可以为约0.8mm或小于其。在另一实施例中,玻璃制品100的厚度t可以为约0.75mm或小于其。在又一实施例中,玻璃制品100的厚度t可以为约0.7mm或小于其。在又一实施例中,玻璃制品100的厚度t可以为约0.6mm或小于其。在又一实施例中,玻璃制品100的厚度t可以为约0.65mm或小于其。在又一实施例中,玻璃制品100的厚度t可以为约0.5mm或小于其。在又一实施例中,玻璃制品100的厚度t可以为约0.3mm或小于其。在特定的一些实施例中,玻璃制品100的厚度t可以在0.45mm至0.8mm的范围或0.5mm至0.75mm的范围。玻璃制品100可以具有均匀的厚度t,但不限于此,可以按照区域具有彼此不同的厚度t。

玻璃制品100可以被强化而在内部具有预定的应力分布。强化的玻璃制品100比强化前玻璃制品100更好地防止外部冲击导致的裂纹发生、裂纹的传播、破损等。通过强化工艺强化的玻璃制品100可以按照区域具有各种应力。例如,可以是,在玻璃制品100的临近表面处,即临近第一表面us和第二表面rs处配置作用有压缩应力的压缩区域csr1、csr2,在玻璃制品100的内部配置作用有拉伸应力的拉伸区域ctr。压缩区域csr1、csr2和拉伸区域ctr的分界处可以是应力值为0。一个压缩区域csr1、csr2内的压缩应力根据位置(即,离表面的深度)而其应力值会不同。另外,拉伸区域ctr的情况也会根据离表面us、rs的深度而具有不同的应力值。

在玻璃制品100内,压缩区域csr1、csr2的位置、压缩区域csr1、csr2内的应力分布、压缩区域csr1、csr2的压缩能量或拉伸区域ctr的拉伸能量等对表面强度之类的玻璃制品100的机械物性波及大的影响。针对此的详细说明将后述。

玻璃制品100包括玻璃组合物。玻璃制品100的玻璃组合物可以包括本技术领域中公知的各种组份。在一实施例中,玻璃组合物可以包括含有铝硅酸锂的las玻璃陶瓷。例如,玻璃组合物可以以50mol%至80mol%的含量含有sio2、以1mol%至30mol%的含量含有al2o3、0mol%至5mol%的含量含有b2o3、以0mol%至4mol%的含量含有p2o5、以3mol%至20mol%的含量含有li2o、以0mol%至20mol%的含量含有na2o、以0mol%至10mol%的含量含有k2o、以3mol%至20mol%的含量含有mgo、以0mol%至20mol%的含量含有cao、以0mol%至20mol%的含量含有sro、以0mol%至15mol%的含量含有bao、0mol%至10mol%的含量含有zno、以0mol%至1mol%的含量含有tio2、以0mol%至8mol%的含量含有zro2。

在此,“含量为0mol%”意指实质上不含有相应成分。组合物“实质上不含有”特定成分意指有意地使其特定成分不含在原材料等中,例如包括不可避免含有0.1mol%以下那样微量的杂质的情况。

针对玻璃组合物的各成分更详细说明的话,sio2可以起到构成玻璃的骨架、提高化学耐久性、减少发生在玻璃表面生成瑕疵(压痕)时的裂纹的作用。为了充分执行如上所述那样的作用,可以以50mol%以上的含量包括sio2。为了表现出充分的熔融性,在玻璃组合物内,sio2可以具有80mol%以下的含量。

al2o3起到提高玻璃的破碎性的作用。即,al2o3可以起到使得在玻璃破碎时产生更小数量的破片的作用。另外,al2o3可以以提高化学强化时的离子交换性能且增大强化后的表面压缩应力的有效成分起作用。当al2o3的含量为1mol%以上时,能够有效执行如上所述那样的功能。另一方面,为了保持玻璃的耐酸性、熔融性,优选的是al2o3的含量为30mol%以下。

b2o3提高玻璃的耐崩裂性且改善熔融性。b2o3也可以省略(0mol%),但是在含有0.5mol%以上时能够进一步提高玻璃的熔融性。b2o3的含量为5mol%以下可以对抑制熔融时发生条纹有利。

p2o5提高离子交换性能和耐崩裂性。p2o5也可以省略(0mol%),但是在含有0.5mol%以上时能够有意义地执行所述功能。p2o5具有4mol%以下的含量对防止破碎性及耐酸性显著降低有帮助。

li2o起到通过离子交换形成表面压缩应力的作用。配置在玻璃表面近处的li离子可以通过离子交换工艺交换为na离子等。li2o还可以进一步起到改善玻璃的破碎性的作用。用于有效的离子交换的li2o的含量为3mol%以上,在耐酸性观点上优选具有20mol%以下的含量。

na2o起到通过离子交换形成表面压缩应力且提高玻璃的熔融性的作用。配置在玻璃表面近处的na离子可以通过离子交换工艺交换为k离子等。na2o也可以省略,但当含有时,在有效执行如上所述那样的作用方面优选具有1mol%以上的含量。当仅有li离子和na离子交换过程而没有k离子交换过程时,为了顺畅的li离子和na离子交换,可以优选na2o的含有量为8mol%以下。当伴随k离子交换过程时,可以使用更多量的na2o,但此时也在耐酸性观点上可以优选具有20mol%以下的含量。

k2o提高离子交换性能,并关联于破碎性。k2o也可以省略,但是为了提高离子交换性能,可以含有0.5mol%以上。用于防止破碎性过度下降的k2o的含量可以为10mol%以下。

mgo起到增大化学强化玻璃的表面压缩应力且改善破碎性的作用。在具有3mol%以上的含量时能够有效执行如上所述那样的作用。mgo的含量具有20mol%以下的值对减少玻璃熔融时发生失透(devitrification)的可能性有利。

cao起到提高玻璃的熔融性且改善破碎性的作用。cao可省略,为了有效执行如上所述那样的作用,优选具有0.5mol%以上的含量。若cao的含量过大,则离子交换性能可能下降,因此优选cao的含量具有20mol%以下的值。

与cao相同,sro起到提高玻璃的熔融性且改善破碎性的作用。sro可省略,为了有效执行如上所述那样的作用,优选具有0.5mol%以上的含量。若sro的含量过大,则离子交换性能可能下降,因此优选sro的含量具有20mol%以下的值。

bao起到提高玻璃的熔融性且改善破碎性的作用。bao可省略,为了有效执行如上所述那样的作用,优选具有0.5mol%以上的含量。bao的含量具有15mol%以下的值可以对阻止离子交换性能下降有利。

zno起到提高玻璃的熔融性的作用。zno可省略,在具有0.25mol%以上的含量时,能够表现出含有其带来的有意义的熔融性提高效果。为了防止耐候性下降,优选将zno的含量保持为10mol%以下。

tio2改善化学强化玻璃的破碎性。tio2可省略,在具有0.1mol%以上的含量时,能够表现出含有其带来的有意义的破碎性提高效果。从防止熔融时的失透现象的角度,优选tio2具有1mol%以下的含量。

zro2能够增大基于离子交换的表面压缩应力且改善玻璃的破碎性。zro2可省略,当含有0.5mol%以上时能够有效执行如上所述那样的作用。zro2的含量为8mol%以下能够对抑制熔融时的失透现象有利。

玻璃组合物除以上列举的成分之外,也可以根据需要还包括y2o3、la2o3、nb2o5、ta2o5、gd2o3等成分。玻璃制品100的组份可以通过后述的成型工艺或离子交换工艺等变更。

上述的玻璃组合物可以用本技术领域中公知的各种方法形成为板玻璃形状。例如,可以用浮法(floatprocess)、熔合拉制法(fusiondrawprocess)、缝隙拉制法(slotdrawprocess)等的方法来成型。

根据一实施例的强化的玻璃制品100的化学强化可以通过离子交换工艺进行。离子交换工艺是将玻璃内部的离子交换为其它离子的工艺。通过离子交换工艺,玻璃表面或其近处的离子可以被具有相同原子价或氧化状态的更大的离子代替或交换。例如,当玻璃包括li+、na+、k+、rb+等的一价碱金属时,表面的一价阳离子可以被交换为离子半径大于其的na+、k+、rb+、cs+离子。为了针对离子交换工艺进行详细说明,参照图4。

图4是表示根据一实施例的离子交换工艺的概要图。

图4中例示玻璃内部的钠离子被交换为钾离子的情况。

参照图4,若将包含钠离子的玻璃以浸入包括硝酸钾的熔融盐浴槽(bath)等方法暴露于钾离子,则可以是玻璃内部的钠离子向外部排出而其位置被钾离子替代。交换的钾离子与钠离子相比离子半径大,因此生成压缩应力。交换的钾离子的量越多,压缩应力越变大。由于离子交换通过玻璃的表面完成,玻璃表面的钾离子的量可能最多。交换的钾离子的一部分向玻璃内部扩散的同时能够增加压缩区域的深度,也就是压缩深度,但是其量可以离表面越远而大体上越减少。因此,玻璃可以具有表面的压缩应力最大而越往内部越减小的应力分布。但是,实施例不限于所述例示,应力分布可以根据离子交换工艺的温度、时间、次数、有无热处理等而改变。

离子交换工艺可以进行三次以上。例如,离子交换工艺可以包括一次离子交换工艺、二次离子交换工艺以及三次离子交换工艺。一次离子交换工艺至三次离子交换工艺可以在不同的浴槽中完成。各离子交换工艺可以针对多个玻璃同时进行。即,可以使得在一个浴槽中浸入多个玻璃,在多个玻璃中同时完成离子交换。针对离子交换工艺的详细说明将后述。

以下,针对强化的玻璃制品100的应力分布进行详细说明。

图5是表示根据一实施例的玻璃制品的应力分布的曲线图。在图5的曲线图中,x轴表示玻璃制品的厚度方向。在图5中,压缩应力用正值表示,拉伸应力用负值表示。在本说明书中,压缩/拉伸应力的大小意指与其值的正负无关的绝对值的大小。

参照图5,玻璃制品100包括从第一表面us延伸(或扩展)至第一压缩深度doc1的第一压缩区域csr1以及从第二表面rs延伸(或扩展)至第二压缩深度doc2的第二压缩区域csr2。在第一压缩深度doc1和第二压缩深度doc2之间配置有拉伸区域ctr。玻璃制品100内的整体应力分布可以具有以厚度t方向中心为基准而两表面us、rs侧区域相互对称的关系。虽然图5中未示出,但在玻璃制品100的相面对的侧面之间也可以以类似的方式配置有压缩区域和拉伸区域。

第一压缩区域csr1和第二压缩区域csr2起到抵挡外部冲击而防止在玻璃制品100发生裂纹或玻璃制品100破损的作用。第一压缩区域csr1和第二压缩区域csr2的最大压缩应力cs1、cs2越大,玻璃制品100的强度大体上越增加。外部冲击通常通过玻璃制品100的表面传递,因此在玻璃制品100的表面具有最大压缩应力cs1、cs2在耐久性方面有利。在这种观点上,第一压缩区域csr1和第二压缩区域csr2的压缩应力呈现出在表面最大且越往内部大体上越减小的倾向。

第一压缩深度doc1和第二压缩深度doc2阻止在第一表面us及第二表面rs形成的裂纹或槽向玻璃制品100内部的拉伸区域ctr传播。第一压缩深度doc1和第二压缩深度doc2越大,越能够更好地阻止裂纹等的传播。与第一压缩深度doc1和第二压缩深度doc2相应的地点对应于压缩区域csr1、csr2与拉伸区域ctr的分界,其应力值成为0。

跨整个玻璃制品100,拉伸区域ctr的拉伸应力可以与压缩区域csr1、csr2的压缩应力形成均衡。即,玻璃制品100内的压缩应力的总和(即,压缩能量)和拉伸应力的总和(即,拉伸能量)可以相同。在玻璃制品100内,积累在向厚度t方向具有一定宽度的一区域中的应力能量可以通过将应力分布进行积分的值来计算。在厚度为t的玻璃制品100内的应力分布用函数f(x)表示时,以下的关系式可以成立。

[式1]

玻璃制品100是内部的拉伸应力的大小越大,越存在当玻璃制品100破碎时破片剧烈地爆裂并从玻璃制品100内部发生破碎的危险。满足这种玻璃制品100的脆弱性基准的最大拉伸应力虽不限于此,但可以满足以下的关系式。

[式2]

ct1≤-38.7×ln(t)+48.2

在一些实施例中,最大拉伸应力ct1可以为100mpa以下或85mpa以下。另一方面,最大拉伸应力ct1为75mpa以上在改善强度之类的机械特性上可以是优选的。在一实施例中,最大拉伸应力ct1可以为75mpa以上且85mpa以下,但不限于此。

玻璃制品100的最大拉伸应力ct1可以大体上位于玻璃制品100的厚度t方向中央部。例如,玻璃制品100的最大拉伸应力ct1可以位于0.4t至0.6t的范围或0.45t至0.55t的范围的深度,或者位于约0.5t的深度。

另一方面,为了提高玻璃制品100的强度,压缩应力及压缩深度doc1、doc2优选大,但若压缩能量变大,则拉伸能量也一起变大的同时,最大拉伸应力ct1也能增加。为了具有高强度的同时还满足脆弱性基准,优选的是将应力分布调节成最大压缩应力cs1、cs2及压缩深度doc1、doc2大且压缩能量变小。为此,第一压缩区域csr1和第二压缩区域csr2可以分别包括应力分布的斜率急剧变化的过渡点。但是,当在玻璃制品100的表面us、rs因外部冲击发生裂纹时,其裂纹可以向离玻璃制品100的表面us、rs约30um至50um的深度侵入。为了改善针对所述裂纹的抵挡性,根据一实施例的玻璃制品100能够增加离玻璃制品100的表面us、rs约30um至50um的深度的应力。

为了满足上述的高强度及脆弱性基准,进行一次离子交换及三次离子交换,但为了改善抗裂纹性,可以在一次离子交换和三次离子交换之间还进行二次离子交换。

即,根据一实施例的玻璃制品100通过进行一次至三次离子交换,可以在压缩区域csr1、csr2分别包括两个过渡点tp1、tp2以及两个过渡点tp3、pt4。这种应力分布的形状(尤其,压缩应力的应力分布的形状)可以通过调节一次离子交换工艺、二次离子交换工艺以及三次离子交换工艺的工艺条件来精密地调节。

以下,为了针对压缩区域的应力分布的详细说明,参照图6及图7。以下,以第一压缩区域csr1的应力分布为中心进行说明,第一压缩区域csr1和第二压缩区域csr2在应力分布上具有对称关系,因此针对第二压缩区域csr2的重复性应力分布的说明将省略或简化。

图6是放大图5的第一压缩区域附近的曲线图。图7是表示第一趋势线的第一平均斜率、第二趋势线的第二平均斜率、第三趋势线的第三平均斜率、第一过渡点处的第一切线斜率以及第二过渡点处的第二切线斜率的模式图。在图6中,样品#1表示实现三级强化的根据一实施例的玻璃制品100,样品#2表示实现二级强化的根据比较例的玻璃制品。

参照图6及图7,在第一压缩区域csr1中的应力分布可以包括第一趋势线、第二趋势线以及第三趋势线。

第一趋势线至第三趋势线分别具有负的斜率,从第一趋势线越往第三趋势线,斜率整体上越减小。

在第一压缩区域csr1内,应力分布包括斜率急剧变化的至少两个第一过渡点tp1(或拐点)及第二过渡点tp2(或拐点)。

第一过渡点tp1位于第一表面us和第一压缩深度doc1之间。应力分布可以以第一过渡点tp1为基准划分为第一趋势线和第二趋势线。即,应力分布可以包括从第一表面us延伸至第一过渡点tp1的第一趋势线。

第二过渡点tp2位于第一过渡点tp1和第一压缩深度doc1之间。应力分布可以以第二过渡点tp2为基准划分为第二趋势线和第三趋势线。即,应力分布可以包括从第一过渡点tp1延伸至第二过渡点tp2的第二趋势线,并包括从第二过渡点tp2延伸至第一压缩深度doc1的第三趋势线。

第一趋势线、第二趋势线以及第三趋势线可以通过分别侵入的离子种类来划分。例如,钾离子大体上在第一压缩区域csr1中侵入至相对位于第一表面us侧的第一趋势线的深度区间,比侵入至第一趋势线的深度区间的钾离子相当少的钾离子可以侵入至第二趋势线的深度区间。相反,钾离子可以实质上不侵入第三趋势线。相反,具有比钾离子小的离子大小的钠离子不仅侵入至第二趋势线的深度区间,还可以侵入至第三趋势线的深度。

在第一压缩区域csr1中,相对位于第一表面us侧的第一趋势线的应力可以主要通过钾离子的密度来决定。如上所述,第一趋势线的区间可以还包括钠离子,但是相应区间的应力可能主要取决于离子大小更大的钾离子的密度。在第一趋势线的深度区间,钾离子的密度越大,越表现出高应力,应力分布可以大体上近似于钾离子的密度分布。第一过渡点tp1可以对应于多个钾离子的最大侵入深度。

在第一压缩区域csr1中相对位于内部的第二趋势线的应力可以通过比侵入第一趋势线的钾离子相当少的钾离子以及钠离子的密度来决定。即,在第二趋势线的深度区间,少数钾离子及钠离子的密度越大,越表现出高应力,应力分布可以大体上近似于少数钾离子及钠离子的密度分布。

在第一压缩区域csr1中相对位于最内部的第三趋势线的应力主要通过钠离子的密度来决定。即,在第三趋势线的深度区间,钠离子的密度越大,越表现出高应力,应力分布大体上近似于钠离子的密度分布。

第一趋势线可以在深度为x轴、应力为y轴的坐标平面内用作为如以下式3那样的二次函数的第一函数来表达。

[式3]

y=a1(x-p1)2+q1

在所述第一函数中,二次项系数即a1成为表示所述第一函数的形态及斜率的系数,p1是所述第一函数的顶点的x轴坐标(深度),q1是所述第一函数的顶点的y轴坐标(应力)。

第二趋势线可以在深度为x轴、应力为y轴的坐标平面内通过作为如以下式4那样的二次函数的第二函数来表达。

[式4]

y=a2(x-p2)2+q2

在所述第二函数中,二次项系数即a2成为表示所述第二函数的形态及斜率的系数,p2是所述第二函数的顶点的x轴坐标(深度),q2是所述第二函数的顶点的y轴坐标(应力)。

第三趋势线可以在深度为x轴、应力为y轴的坐标平面内通过作为如以下式5那样的二次函数的第三函数来表达。

[式5]

y=a3(x-p3)2+q3

在所述第三函数中,二次项系数即a3成为表示所述第三函数的形态及斜率的系数,p3是所述第三函数的顶点的x轴坐标(深度),q3是所述第三函数的顶点的y轴坐标(应力)。

在所述函数中,二次项系数即a1、a2及a3可以分别具有正值。即,可以是,所述第一趋势线的所有所述第一切线斜率具有负值,所述第二趋势线的所有所述第二切线斜率具有负值,所述第三趋势线的所有所述第三切线斜率具有负值。

可以是,所述第一函数的a1大于所述第二函数的a2及所述第三函数的a3,所述第二函数的a2大于所述第三函数的a3。即,可以是,第一函数的斜率分别大于第二函数的斜率及第三函数的斜率,也就是说越往第一函数、第二函数及第三函数,函数宽度越逐渐变大。

可以是,第一表面us的压缩应力cs为700mpa至950mpa,第一压缩深度doc1为125um至135um。

可以是,所述第一函数的顶点的x轴坐标即p1的范围为5um至50um,所述第二函数的顶点的x轴坐标即p2的范围为50um至150um,所述第三函数的顶点的x轴坐标即p3的范围为160um至250um,所述第一函数的顶点的y轴坐标即q1的范围为100mpa至300mpa,所述第二函数的顶点的y轴坐标即q2的范围为5mpa至80mpa,所述第三函数的顶点的y轴坐标即q3的范围为-60mpa至0mpa。

应力分布的斜率(或倾斜)以第一过渡点tp1及第二过渡点tp2为基准急剧变化。

在第一过渡点tp1处的x轴坐标dol_tp1(从第一表面us至第一过渡点tp1的深度)可以为约20um以下或约10um以下。

在第一过渡点tp1处的y轴坐标cs_tp1(应力)可以为约200mpa以上。

在第二过渡点tp2处的x轴坐标dol_tp2(从第一表面us至第二过渡点tp2的深度)可以为约50um至约80um。

在第二过渡点tp2处的y轴坐标cs_tp2(应力)可以为约40mpa至约100mpa。

根据一实施例的玻璃制品100在第一过渡点tp1处的x轴坐标dol_tp1(从第一表面us至第一过渡点tp1的深度)为约20um以下或约10um以下的情况下第一过渡点tp1处的y轴坐标cs_tp1(应力)为约200mpa以上,并在第二过渡点tp2处的x轴坐标dol_tp2(从第一表面us至第二过渡点tp2的深度)为约50um至约80um的情况下第二过渡点tp2处的y轴坐标cs_tp2(应力)为约40mpa至约100mpa,因此当在玻璃制品100的表面us、rs因外部冲击发生裂纹时,能够确保针对向离玻璃制品100的表面us、rs约30um至50um的深度侵入的裂纹的抵挡性。即,在玻璃制品100的应力分布的x轴坐标为30um至50um的地点,y轴坐标具有约100mpa以上的应力,从而能够容纳裂纹深度而提高玻璃制品100的抗裂纹性。

即,为了改善针对所述裂纹的抵挡性,根据一实施例的玻璃制品100能够增加离玻璃制品100的表面us、rs约30um至50um的深度的应力。

参照图7,第一趋势线的连接第一表面us至第一过渡点tp1的线段l1可以在深度为x轴、应力为y轴的坐标平面内通过作为如以下式6那样的一次函数的第四函数来表达。

[式6]

y=a4x+b1

在所述第四函数中,一次项系数即a4表示所述第四函数的斜率,b1表示所述第四函数的第一表面us处的应力。

第二趋势线的连接第一过渡点tp1至第二过渡点tp2的线段l2可以在深度为x轴、应力为y轴的坐标平面内通过作为如以下式7那样的一次函数的第五函数来表达。

[式7]

y=a5x+b2

在所述第五函数中,一次项系数即a5表示所述第五函数的斜率,b2表示所述第五函数的第一表面us处的应力。

第三趋势线的连接第二过渡点tp2至第一压缩深度doc1的线段l3可以在深度为x轴、应力为y轴的坐标平面内通过作为如以下式8那样的一次函数的第六函数来表达。

[式8]

y=a6x+b3

在所述第六函数中,一次项系数即a6表示所述第六函数的斜率,b3表示所述第六函数的第一表面us处的应力。

参照式6至式8及图7,a4至a6可以分别具有负的斜率,a4的绝对值的大小可以分别大于a5的绝对值的大小以及a6的绝对值的大小,a5的绝对值的大小可以大于a6的绝对值的大小。

第一过渡点tp1处的切线l4可以在深度为x轴、应力为y轴的坐标平面内通过作为如以下式9那样的一次函数的第七函数来表达。

[式9]

y=a7x+b4

在所述第七函数中,一次项系数即a7表示所述第七函数的斜率,b4表示所述第七函数的第一表面us处的应力。

第二过渡点tp2处的切线l5可以在深度为x轴、应力为y轴的坐标平面内通过作为如以下式10那样的一次函数的第八函数来表达。

[式10]

y=a8x+b5

在所述第八函数中,一次项系数即a8表示所述第八函数的斜率,b5表示所述第八函数的第一表面us处的应力。

参照式6至式10及图7,a7及a8可以分别具有负值。可以是,a7的绝对值的大小具有a4的绝对值的大小和a5的绝对值的大小之间的值,a8的绝对值的大小可以具有a5的绝对值的大小和a6的绝对值的大小之间的值。

再次参照图6及图7,具有彼此不同斜率的第一趋势线、第二趋势线及第三趋势线可以通过多次离子交换工艺生成。可以是,通过一次离子交换工艺生成第三趋势线,通过二次离子交换工艺生成第二趋势线,通过三次离子交换工艺生成第一趋势线。

更具体说明的话,一次离子交换工艺是向玻璃赋予压缩深度doc1、doc2的工艺,通常以将玻璃暴露于包含钠离子的单一熔融盐或者包含钾离子和钠离子的混合熔融盐的方式进行。例如,为了一次离子交换工艺,将玻璃浸入包括包含硝酸钠的单一熔融盐或者混合有硝酸钾和硝酸钠的混合熔融盐的第一浴槽中。当使用混合熔融盐时,第一浴槽内的硝酸钾和硝酸钠的含量近似,但硝酸钠的含量可以大于硝酸钾的含量。例如,硝酸钾和硝酸钠的盐比可以在40:60至未满50:50的范围中调节。在一实施例中,在一次离子交换工艺的混合熔融盐中,硝酸钾和硝酸钠的盐比可以为40:60,但不限于此。

一次离子交换工艺可以在相对于比玻璃转化温度低50℃的温度±20℃的温度范围进行。例如,当玻璃转化温度为约580℃时,一次离子交换工艺可以在约500℃以上的温度下进行。一次离子交换工艺时间可以为3小时至8小时,但不限于此。

通过一次离子交换工艺,玻璃内部的作为小离子的锂离子/钠离子交换为熔融盐内的作为比其大的离子的钠离子/钾离子,在玻璃内部钠离子及/或钾离子的浓度升高。另一方面,熔融盐从玻璃提供接收锂离子,因此经过一次离子交换工艺的第一浴槽的熔融盐可以追加地还包括钠离子和钾离子之外的锂离子。

在一次离子交换工艺之后且二次离子交换工艺之前,可以还进行应力缓解工艺(或退火工艺)。应力缓解工艺可以在约500℃以上的温度下进行1小时至3小时。通过应力缓解工艺,减少最大压缩应力,钠离子(及/或钾离子)向玻璃内部扩散而压缩深度能够变大。应力缓解工艺可以在空气中或液体内进行。应力缓解工艺也可以省略。

若一次离子交换工艺结束(当追加应力缓解工艺时,若应力缓解工艺结束),则生成与第三趋势线相应的应力分布。即,混合熔融盐的钠离子及/或钾离子向玻璃内部交换且侵入之后,向深度方向扩散。钠离子大体上扩散至第一压缩深度doc1而形成从第一表面us至第一压缩深度doc1具有压缩应力的第一压缩区域csr1。即,通过一次离子交换工艺及/或应力缓解工艺,决定第一压缩深度doc1。

另一方面,基于扩散的离子的密度大体上与扩散的距离成反比。钠离子和钾离子从玻璃的表面通过离子交换进入玻璃内部而向深度方向扩散,因此表现出钠离子和钾离子的浓度离玻璃第一表面us越远而大体上越线性减少的倾向。

另外,离子的扩散程度与离子的大小成反比。即,离子的大小越是更小,越能够扩散更多。因此,当通过一次离子交换工艺,钠离子和钾离子向玻璃内部全部侵入时,具有相对更小的大小的钠离子扩散更多而能够侵入至更深处。虽然钠离子扩散至第一压缩深度doc1,但钾离子最多可以扩散至第二过渡点tp2以下的深度。

如此,第一压缩深度doc1与作为被离子交换的更小离子的钠离子的最大扩散深度具有密切的相关关系。第一压缩深度doc1可以与钠离子最大扩散深度相同,或即使具有些许差异也位于其周边并具有大体上与钠离子的最大扩散深度成比例的关系。如此,一次离子交换工艺及/或应力缓解工艺作为通过充分的扩散来形成预定的第一压缩深度doc1的工艺,进行足够长的时间以使离子能够充分扩散。

基于通过一次离子交换侵入的钠离子形成的应力分布呈现出如第三趋势线那样的形态。

根据扩散的离子的大小,对应扩散部分处的应力不同。如上所述,当在玻璃制品100的表面us、rs因外部冲击发生裂纹时,其裂纹可以向离玻璃制品100的表面us、rs约30um至50um的深度侵入。但是,由于钠离子的大小小,在裂纹侵入深度中难以确保用于具有对裂纹的抵挡性的充分的应力。即,一次离子交换工艺如此在离玻璃制品100的表面us、rs约30um至50um的深度形成具有对裂纹的抵挡性的充分的应力存在局限,因此为了在相应深度形成更大的应力,一次离子交换工艺之后,追加执行二次离子交换工艺。

二次离子交换工艺作为增大玻璃制品100的应力分布的第一过渡点tp1和第二过渡点tp2之间的深度,例如约30um至50um的深度中的应力的工艺,通常以暴露于包含钾离子和钠离子的混合熔融盐的方式进行。例如,为了二次离子交换工艺,将经一次离子交换工艺的玻璃浸入包括混合有硝酸钾和硝酸钠的混合熔融盐的第二浴槽中。第二浴槽内的硝酸钾的含量可以比一次离子交换工艺更大。例如,第二浴槽内的硝酸钠和硝酸钾的盐比可以在超过40:60且60:40以下的范围中调节。在一实施例中,第二浴槽内的硝酸钠和硝酸钾的盐比可以是50:50。

二次离子交换工艺可以以比一次离子交换工艺低的温度及短的时间进行。例如,二次离子交换工艺可以在380℃至460℃的温度范围进行1小时至3小时或者1.3小时至2小时。

通过二次离子交换,能够增加第一过渡点tp1和第二过渡点tp2之间的深度,例如约30um至50um的深度中的应力。具体地,通过二次离子交换侵入相应深度的钾离子的量可以比通过一次离子交换侵入第二过渡点tp2和第一压缩深度doc1的钾离子的量多。即,钾离子侵入第一过渡点tp1和第二过渡点tp2之间的深度,例如约30um至50um的深度,从而通过大小大的钾离子,相应部位的压缩应力变更大。

基于通过二次离子交换工艺追加侵入第一过渡点tp1和第二过渡点tp2之间的深度的钾离子形成的应力分布呈现出如第二趋势线那样的形态。

但是,在二次离子交换工艺中,由于钾离子的含量不出现与钠离子的含量大的差异而使第一表面us的最大压缩应力cs1变大存在局限,因此为了形成更大的表面压缩应力cs1,二次离子交换工艺之后,追加执行三次离子交换工艺。

三次离子交换工艺作为增大最大压缩应力cs1的工艺,通常以暴露于包含钾离子的熔融的单一盐或者包含钾离子和钠离子的混合熔融盐的方式进行。例如,为了三次离子交换工艺,将经二次离子交换工艺的玻璃浸入包括包含硝酸钾的单一熔融盐或混合有硝酸钾和硝酸钠的混合熔融盐的第三浴槽中。在使用混合熔融盐时,也调节盐比以使得钾离子成为向玻璃内部侵入的主要离子。即,第三浴槽内的硝酸钾的含量比二次离子交换工艺更大,进而,硝酸钾的浓度可以比硝酸钠更大。例如,第三浴槽内的硝酸钾和硝酸钠的盐比可以在80:20至98:2范围调节。在一实施例中,在三次离子交换工艺的混合熔融盐中,硝酸钾和硝酸钠的盐比可以是92:8,但不限于此。

三次离子交换工艺可以以比一次离子交换工艺低的温度及短的时间进行。例如,三次离子交换工艺可以在380℃至460℃的温度范围进行1小时至3小时或者1.3小时至2小时。

通过三次离子交换,玻璃表面us的浅深度区间中的压缩应力能够大幅增加。基于通过三次离子交换工艺追加侵入的钾离子形成的应力分布呈现出如第一趋势线那样的形态。

图8是示出根据一实施例的玻璃制品的抗裂纹性的模式图。

参照图8,裂纹的侵入深度d1可以为约30um至50um。

根据一实施例的玻璃制品100通过在一次离子交换和三次离子交换之间还进行在钾量比一次离子交换多的浴槽中进行的二次离子交换,能够提高玻璃制品100的从第一过渡点tp1的深度dol_tp1至第二过渡点tp2的深度dol_tp2的深度区间中的应力,由此能够改善针对所述裂纹的抵挡性。

图9是表示根据另一实施例的玻璃制品的应力分布的曲线图,图10是示出还结合有飞散层的玻璃制品的截面图。

参照图9及图10,根据本实施例的玻璃制品的应力分布与根据一实施例的玻璃制品100的应力分布不同点在于玻璃制品的应力分布完成共4次离子交换工艺而第一压缩区域包括三个过渡点(或拐点)。

更具体说明的话,根据本实施例的玻璃制品的应力分布完成共4次离子交换工艺而第一压缩区域包括三个过渡点(或拐点)。

在第一过渡点tp1_1处的x轴坐标dol_tp1_1(从第一表面us至第一过渡点tp1_1的深度)可以为约10um以下。

在第一过渡点tp1_1处的y轴坐标cs_tp1_1(应力)可以为约700mpa至800mpa以上。

在第二过渡点tp2_1处的x轴坐标dol_tp2_1(从第一表面us至第二过渡点tp2_1的深度)可以为约15um至约30um。

在第二过渡点tp2_1处的y轴坐标cs_tp2_1(应力)可以为约500mpa至约600mpa。

在第三过渡点tp3_1处的x轴坐标dol_tp3_1(从第一表面us至第三过渡点tp3_1的深度)可以为约80um至约100um。

在第三过渡点tp3_1处的y轴坐标cs_tp3_1(应力)可以为约100mpa至约200mpa。

根据本实施例的玻璃制品的应力分布可以包括从第一表面us至第一过渡点tp1_1的第一趋势线、从第一过渡点tp1_1至第二过渡点tp2_1的第二趋势线、从第二过渡点tp2_1至第三过渡点tp3_1的第三趋势线以及从第三过渡点tp3_1至第一压缩深度doc1的第四趋势线。

第一趋势线、第二趋势线、第三趋势线及第四趋势线的平均斜率可以全部具有负值。第一趋势线、第二趋势线、第三趋势线及第四趋势线可以是平均斜率的绝对值依次减小。

第四趋势线可以通过在硝酸钾和硝酸钠为50:50的浴槽中并在约500℃温度下进行约2小时至5小时的一次离子交换来生成,但所述条件不限于此。

第三趋势线可以通过在硝酸钾和硝酸钠为70:30的浴槽中并在约380℃至460℃温度下进行约1小时至3小时的二次离子交换来生成,但所述条件不限于此。

第二趋势线可以通过在硝酸钾和硝酸钠为95:2的浴槽中并在约380℃至460℃温度下进行约1小时至2小时的三次离子交换来生成,但所述条件不限于此。

第一趋势线可以通过在硝酸钾和硝酸钠为98:2的浴槽中并在约300℃温度下进行约30分钟至1小时的四次离子交换来生成,但所述条件不限于此。

另一方面,如本实施例那样,当进行四次离子交换工艺时,第一压缩区域csr1的面积能够增加。因此,拉伸区域ctr的面积也能够同时增加,若因裂纹到达拉伸区域ctr而玻璃制品被破坏,则可能增加破坏力。因此,如图10那样,通过在玻璃制品100上还配置飞散层fm,能够预先防止因玻璃制品破坏而破片飞散。飞散层fm可以包括本技术领域中广为公知的膜。

以上,参照所附附图说明了本公开的实施例,但是在本公开所属的技术领域中具有通常知识的人员应理解的是,在不变更本公开的其技术构思或必要特征的情况下可以以其它具体方式实施。因此,应理解为以上叙述的实施例在所有方面是例示性的而不是限定性的。

再多了解一些
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