用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法。其中：首先，使基底受化學預(yù)應(yīng)力；然后，沿著一條線局部加熱該基底至玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg以上的溫度；之后，沿著所述線分離所述基底。
【專利說明】用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法。本發(fā)明特別涉及將用于顯示器和觸摸區(qū)的玻璃基底進行預(yù)應(yīng)力處理以及將化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底進行分離。

【背景技術(shù)】
[0002]對于玻璃的預(yù)應(yīng)力加工是公知的。熱學預(yù)應(yīng)力加工在工業(yè)上有各種各樣的應(yīng)用，在該預(yù)應(yīng)力加工中，對整塊玻璃體進行加熱，然后通過用冷空氣進行鼓吹使玻璃表面快速淬火。由此使表面立刻固化，而玻璃內(nèi)部進一步收縮。因此在內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，相應(yīng)地在外表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。然而，熱學預(yù)應(yīng)力加工一般情況下僅適用于厚度大于Imm的玻璃，但是對于許多應(yīng)用而言，例如移動設(shè)備的顯示器和觸摸區(qū)，不能夠?qū)崿F(xiàn)期望的玻璃強度以及表面的抗刮傷強度。
[0003]因此，對于許多應(yīng)用而言，優(yōu)選化學預(yù)應(yīng)力加工。對此在基底上存在的離子例如鈉離子通過較大的離子例如鉀離子來替換，由此在基底的表面上產(chǎn)生壓應(yīng)力，利用該壓應(yīng)力顯著提高了玻璃的強度。
[0004]缺點是，強化學預(yù)應(yīng)力基底一般情況下通過應(yīng)力感應(yīng)的分離方法(例如機械刻劃或激光刻劃以及接下來的斷裂處理)不能可控地進行分離，因為一般情況下會導(dǎo)致不可控地斷裂。
[0005]弱化學預(yù)應(yīng)力玻璃(這種玻璃中在表面區(qū)域的壓應(yīng)力較小)仍會頻繁出現(xiàn)應(yīng)力感應(yīng)的斷裂。這樣的玻璃自然大多數(shù)在抗刮傷強度和斷裂強度方面不具有所期望的性能。
[0006]此外還可以考慮，利用非應(yīng)力感應(yīng)的方法來分離化學預(yù)應(yīng)力基底，例如通過在基底的整個厚度上進行激光燒蝕。但是這種方法非常耗費工本，并因此在實踐中一般情況下并不適用。
[0007]因此，在實踐中多數(shù)情況下，強化學預(yù)應(yīng)力基底至少在進行化學預(yù)應(yīng)力處理之前進行分離處理。這樣尤其對接下來的處理是不利的，即不利于在基底上施加電子元件，這些電子元件例如用于形成顯示器區(qū)和/或觸摸區(qū)。通常以薄層技術(shù)施加的電子元件只能例如施加在已經(jīng)分離的各個基底部分上，由于各個基底部分的較小尺寸造成較大的人工消耗以及由此導(dǎo)致的不經(jīng)濟性。
[0008]由此導(dǎo)致，實踐中為了制造顯示器(例如用于小型電話)通常使用兩層式結(jié)構(gòu):一層玻璃蓋片進行強化學預(yù)應(yīng)力處理，并且作為抗刮傷層。在該玻璃蓋片下方設(shè)置另一層基底，在該基底上施加用于形成觸摸區(qū)的電子元件并且該另一層基底沒有預(yù)先硬化。
[0009]公開文獻JP2011-251879公開了，化學預(yù)硬化的玻璃首先在表面的特定位置上設(shè)有初始裂縫，然后沿著該初始裂縫將該玻璃加熱到在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以下最大200°C的溫度，以熱感應(yīng)機械應(yīng)力區(qū)域，并由此將玻璃分割開。該方法特別是對于制造顯示器和觸摸區(qū)來說也不是很實用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明目的
[0011]據(jù)此，本發(fā)明的目的在于提供一種實用的方法，通用該方法能夠以簡單的方式使化學預(yù)應(yīng)力玻璃進行受控地分離。
[0012]特別是，本發(fā)明的目的在于以簡單的方式實現(xiàn):在保證經(jīng)濟的制造加工的同時還能夠?qū)崿F(xiàn)在預(yù)應(yīng)力處理之后對基底進行分離處理。
[0013]發(fā)明概述
[0014]本發(fā)明的上述目的已經(jīng)通過根據(jù)獨立權(quán)利要求的一種用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法以及一種化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底來實現(xiàn)。
[0015]本發(fā)明優(yōu)選的實施方式和擴展方案在各個從屬權(quán)利要求中給出。
[0016]本發(fā)明涉及一種用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法。
[0017]本發(fā)明特別涉及化學預(yù)應(yīng)力基底，該基底在基底表面上具有至少600MPa的壓應(yīng)力，優(yōu)選至少800MPa，其中，具有較高的壓應(yīng)力的層的穿透深度為至少30μπι，優(yōu)選至少
40μ m0
[0018]在多步驟的化學預(yù)應(yīng)力基底的情況下，表面上的壓應(yīng)力可以較小。在至少兩個步驟的化學預(yù)應(yīng)力基底的條件下，一般情況下壓應(yīng)力為至少500MPa，其中，當然，具有較高的壓應(yīng)力的層的穿透深度較大，如:至少50 μ m，優(yōu)選至少100 μ m。
[0019]此外，本發(fā)明優(yōu)選涉及具有小于Imm厚度的玻璃基底。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，首先，提供化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底。在化學預(yù)應(yīng)力處理之后進行對玻璃基底的分離，也就是將基底分成多個部分。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，沿著至少一條線加熱該化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底至玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg以上的溫度。然后，沿著所述線分離所述玻璃基底。
[0022]優(yōu)選，將所述玻璃基底沿著所述線局部加熱到上冷卻溫度(退火溫度，annealingtemperature)以上的溫度。在此，上冷卻溫度理解成，在該溫度條件下玻璃的粘度是1013dPas，并且在該溫度條件下玻璃快速松弛。
[0023]發(fā)明人由此得出，局部加熱實現(xiàn)了使通過化學預(yù)應(yīng)力加工產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力這樣局部持續(xù)地消除，以隨后實現(xiàn)利用傳統(tǒng)的、特別是應(yīng)力感應(yīng)的分離方法進行分離處理，例如機械刻劃(scribing)或激光刻劃。
[0024]在此，局部加熱能夠特別在退火點以上使玻璃組織結(jié)構(gòu)非常快速地松弛，從而局部消除由于離子交換而產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0025]可以理解為，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，非限定性地，加熱均勻地沿著一條連續(xù)的線進行，如在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中所述。
[0026]可以考慮，特別是在使用激光的條件下，以點的形式經(jīng)過由相繼設(shè)置的點組成的鏈對基底進行加熱，這些相繼設(shè)置的點沿著該線延伸。然而在此，盡管沿著線、至少在表面附近區(qū)域或在預(yù)應(yīng)力層的延伸區(qū)域進行不均勻加熱，但也要到達至少玻璃轉(zhuǎn)化溫度。
[0027]為了使基底材料有充分的時間松弛，優(yōu)選玻璃基底沿著最遲的分離線，以至少0.5秒、優(yōu)選至少I秒的時間，加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上的溫度。
[0028]例如可以通過使基底相對于熱源，例如沿著激光射線運動來實現(xiàn)加熱。
[0029]另外可以考慮，同時加熱一條或多條線，例如利用扇形放射式激光輻射。
[0030]為了熱學加熱，可以使用例如CO2激光。特別是，激光輻射可以良好地聚焦并且在表面溫度方面得到良好地控制。
[0031]如在本發(fā)明的一個實施方式中所設(shè)置的，溫度可以借助高溫計進行控制和/或調(diào)
-K-T。
[0032]優(yōu)選使玻璃基底在分離之前進行冷卻，特別是冷卻到小于300°C、優(yōu)選小于100°C
的溫度。
[0033]本發(fā)明利用了這樣一個效應(yīng)，S卩，通過加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上來實現(xiàn)玻璃晶格結(jié)構(gòu)的重新布置，并且由此持續(xù)降低壓應(yīng)力，該壓應(yīng)力通過引入較大的離子而被帶入已有的玻璃晶格中。由此實現(xiàn)了兩個方法步驟(即局部加熱和分離)完全在時間上脫離關(guān)系，而在現(xiàn)有技術(shù)已知的具有熱感應(yīng)的應(yīng)力區(qū)的分離步驟中，該分離步驟必須直接與溫度場的引入相關(guān)地進行。
[0034]特別是在使用激光進行加熱、該加熱能夠得到良好的控制和聚焦的情況下，局部冷卻也能夠受控地進行，從而使產(chǎn)生的應(yīng)力通過局部加熱和冷卻盡可能保持很小。
[0035]在本發(fā)明的一個擴展方案中，使玻璃基底從兩側(cè)進行局部加熱。優(yōu)選地，局部加熱大致從兩側(cè)同時進行。由此可知，在基底經(jīng)加熱的相對置的側(cè)面上存在最大溫度差為150°C，優(yōu)選為100°C。這表示，特別在使用對于許多玻璃類型已經(jīng)被表面附近的區(qū)域吸收的激光，例如CO2激光時，一般情況下必須從兩側(cè)同時進行加熱，以避免基底的損壞。令人驚奇地在使用CO2激光時證明，實踐中不能實現(xiàn):在沒有相應(yīng)損壞的情況下，首先在一側(cè)沿著一條線對基底進行加熱，然后在另一側(cè)沿著相對置的一條線對基底進行加熱。
[0036]在本發(fā)明的一個擴展方案中，基底在僅局部加熱的狀態(tài)下進行分離。在此，溫度沿著分離線已經(jīng)達到玻璃轉(zhuǎn)化溫度以下。但是引入的熱能可以用于隨后的熱分離步驟，例如用于激光刻劃或熱噴(thermisches Sprengen)。
[0037]本發(fā)明優(yōu)選涉及平面式基底或具有輕微拱曲的基底。然而還可以考慮例如對圓形基底例如管件進行分離。
[0038]在本發(fā)明的另一個實施方式中，局部加熱利用電磁輻射來進行，電磁輻射的穿透深度是基底的至少四分之一，優(yōu)選至少一半，特別優(yōu)選至少整個厚度。
[0039]使用一個波長，基底對于該波長是部分可透過的，但是仍然能夠吸收足夠多的輻射，以對基底加熱。穿透深度是指在Ι/e上的輻射強度的衰減。
[0040]通過具有大的穿透深度的電磁輻射實現(xiàn)了，基底在其整個厚度上進行均勻加熱。那么可以考慮，在基底上使熱生成應(yīng)力保持很小。此外可以考慮，能夠省去從兩側(cè)進行加熱，因為通過大的穿透深度可以確保實現(xiàn)，即使與電磁輻射源相對置的一側(cè)也被加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度之上。因此，例如使用短波的紅外輻射或還有具有波長在基底的吸收棱邊的范圍中的激光輻射。
[0041]玻璃基底的分離優(yōu)選以應(yīng)力感應(yīng)的方式進行，特別以機械的方式通過刻劃(scribing)或激光劃刻來實現(xiàn)。
[0042]在本發(fā)明的一個擴展方案中，在分離之前，在基底上施加電子元件，這些電子元件特別用于形成顯示器和/或觸摸區(qū)。
[0043]本發(fā)明實現(xiàn)了，在施加電路之后，借助于薄層技術(shù)將化學預(yù)應(yīng)力基底分隔開，這樣顯著簡化了加工過程，并且此外實現(xiàn)了以更為簡單和經(jīng)濟的方式提供顯示器或觸摸區(qū)，其中，并沒有為了電子元件而區(qū)分出玻璃蓋片和基底玻璃，而且在此的玻璃蓋片同時還用作電子兀件的基底。
[0044]本發(fā)明此外還涉及一種可如前述制造的化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底。其特征特別在于，強化學預(yù)應(yīng)力基底在邊緣側(cè)具有斷裂棱，沿著該斷裂棱通過壓力感應(yīng)的方式使該基底斷
O

【具體實施方式】
[0045]下面，結(jié)合附圖中圖1至圖5根據(jù)示意性的實施例詳細描述本發(fā)明。
[0046]在圖1示意性示出了玻璃基底I，該玻璃基底沿著線2被分成多個局部塊la、lb。
[0047]如圖2所示，該基底沿著位于局部塊la、lb之間的線2從兩側(cè)同時借助于相對置的激光3進行加熱。
[0048]化學預(yù)應(yīng)力層5的穿透深度用虛線示出。在該區(qū)域中，基底具有高的壓應(yīng)力。
[0049]參見區(qū)域4，在該區(qū)域內(nèi)部，基底由于激光輻射而被加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上，優(yōu)選加熱到上冷卻溫度以上，其中的激光輻射在本實施例中主要在基底的表面上被吸收。
[0050]由此如圖3所示，通過短時地局部加熱超過I秒的時間，使區(qū)域4范圍內(nèi)的材料得到松弛，而且預(yù)應(yīng)力層5不再存在于局部塊la、lb之間的區(qū)域4中。
[0051]這時，沿著線2，可以借助于應(yīng)力感應(yīng)的分離方法將基底分割開。
[0052]圖4示意性示出了如何能夠在制造手機顯示器的過程中通過本發(fā)明簡化加工過程。
[0053]在加工步驟I中提供一塊玻璃基底I。
[0054]然后在加工步驟II中，使玻璃基底I在鹽浴6中進行化學預(yù)應(yīng)力處理。
[0055]在步驟III中，使已經(jīng)受預(yù)應(yīng)力的基底設(shè)有用于形成顯示器7的電子元件。進一步由此所示，還可以施加框架8，例如作為噴涂的金屬層。
[0056]在步驟IV中，這時在單個塊之間沿著線2局部加熱基底，從而沿著分割線消除化學預(yù)應(yīng)力。
[0057]可以理解，加熱也可以在施加電子元件之前進行。
[0058]在步驟V中，基底以應(yīng)力感應(yīng)的方式分割成局部塊la、lb，這些局部塊此時已經(jīng)形成顯示器。
[0059]可以理解，接下來還可以進行后續(xù)處理，例如對棱邊進行打磨和拋光。
[0060]圖5示出了本發(fā)明的一個實施例的主要方法步驟的流程圖。首先，提供一塊玻璃基底。然后，將該玻璃基底沿著線局部加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg以上。接下來，使玻璃基底在鹽浴中進行化學預(yù)應(yīng)力處理。在尚未分開的基底上施加用于形成顯示器的導(dǎo)體電路和半導(dǎo)體元件。此后，通過沿著線刻劃以及通過區(qū)域分離，以應(yīng)力感應(yīng)的方式使基底分開。
[0061]通過本發(fā)明能夠提供一種簡單的用于分離玻璃基底的方法，利用該方法能夠使化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底在預(yù)應(yīng)力處理之后進行分離。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，所述方法包括以下步驟: -提供化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底(I); -沿著至少一條線(2)局部加熱所述化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底(I)至玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg以上的溫度； -沿著所述線分離所述玻璃基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，其特征在于，利用激光(3)局部加熱所述玻璃基底(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，其特征在于，從兩側(cè)局部加熱所述玻璃基底(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，其特征在于，所述局部加熱基本上同時從兩側(cè)進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，其特征在于，所述局部加熱利用電磁輻射來進行，所述電磁輻射的穿透深度是所述基底的至少四分之一、優(yōu)選至少一半、特別優(yōu)選至少整個厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，其特征在于，使所述玻璃基底(I)沿著所述線(2)以應(yīng)力感應(yīng)的方式進行分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，其特征在于，使所述玻璃基底(I)在分離之前進行冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項所述的用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，其特征在于，在分離之前，在所述基底上施加電子元件，特別是用于形成顯示器(7)和/或觸摸區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項所述的用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，其特征在于，所述玻璃基底(I)在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上的溫度下局部加熱至少0.5秒、優(yōu)選至少I秒的時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項所述的用于制造化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底的方法，其特征在于，使所述玻璃基底(I)局部加熱到退火溫度(退火點)以上的溫度。
11.一種化學預(yù)應(yīng)力玻璃基底(I)，其是可根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο任意一項所述的方法制造的，特別是根據(jù)權(quán)利要求1-10任意一項所述的方法制造的。
【文檔編號】C03B33/09GK104470868SQ201380037975
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月17日
【發(fā)明者】費邊·瓦格納, 沃克·普拉珀, 奧利弗·豪克瑞恩, 托馬斯·里施 申請人:肖特股份有限公司