本申請(qǐng)根據(jù)35u.s.c.§119要求2014年04月30日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)系列第61/986234號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請(qǐng)的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過參考將其完整地結(jié)合于此。

領(lǐng)域

本發(fā)明涉及改善已經(jīng)歷如分離和加工的弱化過程的玻璃制品或玻璃陶瓷制品的抗沖強(qiáng)度的方法。具體來說，本發(fā)明涉及將保護(hù)涂層施加到例如適用于顯示器應(yīng)用的玻璃制品或玻璃陶瓷制品的基材邊緣的方法。

背景

當(dāng)應(yīng)用如玻璃的脆性材料時(shí)，例如分離和加工的工藝常常得到具有各種形狀、尺寸和維度的瑕疵(例如裂紋和碎屑)的材料邊緣。這些瑕疵使得脆性材料易于損壞，因?yàn)殍Υ米兂墒稽c(diǎn)，所述失效位點(diǎn)在當(dāng)脆性材料處于高應(yīng)力下或當(dāng)對(duì)瑕疵進(jìn)行直接沖擊時(shí)可引發(fā)斷裂。為了提高脆性材料對(duì)沖擊損壞的耐受性，可將保護(hù)涂層施加到有瑕疵的邊緣。保護(hù)涂層將覆蓋瑕疵，由此防止與瑕疵的直接沖擊。

概述

本文所述的主題涉及把保護(hù)涂層施加到基材邊緣的方法，所述基材可由例如玻璃或玻璃陶瓷的脆性材料制成。

在一種示例性實(shí)施方式中，將保護(hù)涂層施加到基材的方法包括向基材的至少一個(gè)邊緣施加表面處理以增加所述至少一個(gè)邊緣的潤濕能力和/或預(yù)熱所述基材。在對(duì)基材進(jìn)行表面處理和/或預(yù)熱之后，在所述至少一個(gè)邊緣上沉積可固化涂層材料。然后，以選定的旋轉(zhuǎn)速度將基材旋轉(zhuǎn)選定的持續(xù)時(shí)間，從而調(diào)節(jié)可固化涂層的均勻性和厚度。在旋轉(zhuǎn)之后，對(duì)可固化涂層材料進(jìn)行固化，從而在至少一個(gè)邊緣上形成保護(hù)涂層。

應(yīng)理解，上面的總體描述和下文的詳細(xì)描述都是示例性的。結(jié)合附圖和詳細(xì)描述，進(jìn)一步描述上面的示例性實(shí)施方式和額外的示例性實(shí)施方式。

附圖簡(jiǎn)述

以下是結(jié)合附圖進(jìn)行的附圖說明。為了清楚和簡(jiǎn)明起見，附圖不一定按比例繪制，附圖的某些特征和某些視圖可以按比例放大顯示或示意性顯示。

圖1顯示根據(jù)一示例性實(shí)施方式的用于對(duì)基材進(jìn)行邊緣涂覆的加工流程。

圖2a顯示用于高粘度涂層材料和低粘度涂層材料的粘度隨溫度的變化。

圖2b顯示未處理的(virgin)和表面處理的樣品的接觸角。

圖3顯示來自涂覆未處理玻璃樣品的結(jié)果。

圖4顯示來自涂覆表面處理的玻璃樣品的結(jié)果。

圖5顯示來自在涂覆之后對(duì)玻璃樣品進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過程的結(jié)果。

圖6顯示在烘烤之前玻璃樣品上的涂層。

圖7顯示來自在涂覆之后對(duì)玻璃樣品進(jìn)行烘烤的結(jié)果。

具體描述

在于基材邊緣上施加可固化涂層材料以在基材邊緣上獲得高質(zhì)量保護(hù)涂層之前和/或之后，可對(duì)來自如分離和加工的過程的基材邊緣進(jìn)行一種或多種輔助加工。輔助加工可選自：(i)在將可固化涂層材料施加到基材邊緣之前，對(duì)基材邊緣進(jìn)行表面處理，(ii)在將可固化涂層材料施加到基材邊緣之前，預(yù)熱基材(或者上面安裝基材的平臺(tái))，(iii)在將可固化涂層材料施加到基材邊緣之后但在對(duì)所述可固化涂層材料進(jìn)行固化之前，使基材經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)過程，和(iv)對(duì)所述可固化涂層材料進(jìn)行固化之前，烘烤所述可固化涂層材料。

在如上所述的輔助加工中，感興趣的表面處理是能改善基材邊緣的表面潤濕能力的表面處理。潤濕是液體保持接觸固體表面的能力。固體材料的潤濕能力越高，液體更容易在大面積固體材料上鋪展。潤濕能力取決于固體材料的表面能，且通過液滴與固體材料的接觸角來測(cè)定。隨著表面能增加和接觸角降低，潤濕能力增加。在將可固化涂層材料施加到基材之前增加基材邊緣的表面潤濕能力具有下述效果：提高可固化涂層材料和基材邊緣的粘合。

表1總結(jié)了如上所述的輔助加工對(duì)涂層質(zhì)量的影響。從表1可知，組合涂覆過程c或d與b可提高涂層的覆蓋，組合過程d和b可提高涂層的覆蓋和均勻性，組合過程e和b可消除涂層中的氣泡，且組合過程b到d可提高涂層的覆蓋和均勻性且消除涂層中的氣泡。為了獲得高質(zhì)量涂層，可用輔助加工的其它組合。

表1

圖1顯示用于向基材邊緣施加保護(hù)涂層的示例性加工流程?；目捎蓡我粚硬牧匣蚨鄬硬煌牧现瞥伞Ｔ谝环N示例性實(shí)施方式中，所述基材選自玻璃片、玻璃陶瓷片、離子交換的玻璃片、離子交換的玻璃陶瓷片和集成觸摸玻璃片(或面板)。在一種實(shí)施方式中，所述集成觸摸玻璃片包括在可為經(jīng)過離子交換的玻璃片或玻璃陶瓷片上的一層傳感器材料。集成觸摸玻璃片可通過在(離子交換的)玻璃片或玻璃陶瓷片上的ito傳感器沉積來形成。因?yàn)槔绶蛛x和加工的過程，基材邊緣可具有瑕疵。使用例如蝕刻的過程，邊緣中的瑕疵尺寸可已經(jīng)減小和/或邊緣中的瑕疵的尖端已經(jīng)鈍化。

根據(jù)圖1的示例性加工，向至少基材邊緣施加表面處理(100)來增加基材邊緣的表面能，并因此增加基材邊緣的表面潤濕能力。在一些情況下，可方便地向整體基材施加表面處理。存在多種可用于增加基材邊緣的表面能和因此增加基材邊緣表面潤濕能力的多種表面處理。

在一種示例性實(shí)施方式中，表面處理包括溶劑清潔，其中通過下述來清潔基材邊緣：將基材邊緣浸沒在溶劑中或用溶劑淋洗基材邊緣，用經(jīng)溶劑潤濕的布來擦拭基材邊緣，或使基材邊緣接觸溶劑的蒸氣。例如，所述溶劑可選自烴、醇、酮、酯和其它有機(jī)溶劑。

hildebrand溶解度參數(shù)(δ)為材料之間的相互作用程度提供了數(shù)值估算，且可為良好溶解度指標(biāo)，特別是對(duì)于例如許多聚合物的非極性材料而言。具有相似δ數(shù)值的材料有可能互溶，這對(duì)促進(jìn)表面潤濕能力而言是所需的。當(dāng)使用溶劑來處理基材邊緣時(shí)，溶劑的溶解度參數(shù)應(yīng)盡可能接近要施加到基材邊緣的可固化涂層材料的溶解度參數(shù)。例如，如果可固化涂層材料是聚合物，那么如果聚合物的溶解度參數(shù)(mpa^1/2)和溶劑的溶解度參數(shù)(mpa^1/2)小于±1mpa^1/2時(shí)，則認(rèn)為溶劑的溶解度參數(shù)接近聚合物的溶解度參數(shù)。例如，用于表面處理的丙酮(溶解度參數(shù)為20.3mpa^1/2)和用于可固化涂層材料的環(huán)氧樹脂(溶解度參數(shù)為20.4mpa^1/2)是一種很好的組合。合適的聚合物和溶劑的組合物的其它示例參見表2。

表2

在另一種示例性實(shí)施方式中，表面處理包括等離子體清潔。在等離子體清潔中，通過使用由氣態(tài)物質(zhì)形成的高能等離子體或介電阻擋放電(dbd)等離子體，來從基材邊緣除去雜質(zhì)和污染物。使用如氬氣和氧氣的氣體，以及如空氣和氫氣/氮?dú)獾幕旌衔锏臍怏w。如果污染物具有碳元素和氧元素，通過等離子體產(chǎn)生的激發(fā)的離子將與碳和氧反應(yīng)來形成co2、h2o和ch4。這些氣體可例如通過真空系統(tǒng)進(jìn)行放電。存在各種可用于等離子體清潔的等離子體處理技術(shù)，例如電暈處理、常壓等離子體處理、火焰等離子體處理和化學(xué)等離子體處理。在一些實(shí)施方式中，可在等離子體清潔之前進(jìn)行溶劑清潔。

在另一種示例性實(shí)施方式中，表面處理包括向基材邊緣接枝偶聯(lián)劑，例如硅烷偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑是硅基化學(xué)品，其在相同分子中包含兩種類型反應(yīng)性-無機(jī)的和有機(jī)的。典型通式是(ro)3sich2ch2ch2-x，其中ro是可水解的基團(tuán)(如甲氧基、乙氧基或乙酰氧基)，且x是有機(jī)官能團(tuán)(如氨基、甲基丙烯酰氧基、環(huán)氧基團(tuán)等)。硅烷是無機(jī)材料(玻璃、金屬和礦物)與有機(jī)材料之間的界面。例如，當(dāng)將環(huán)氧樹脂用作可固化涂層材料時(shí)，可將具有選自下述的有機(jī)反應(yīng)性的硅烷偶聯(lián)劑用于表面處理：例如氨基、環(huán)氧基團(tuán)、巰基、異氰酸酯、芐基氨基、氯代丙基、三聚氰胺(melaime)和乙烯基-芐基-氨基。對(duì)于其它類型的可固化涂層材料，硅烷偶聯(lián)劑可不同。偶聯(lián)劑可例如以0.01-5重量％的量存在于溶液中，且可通過下述接枝到基材邊緣：將基材邊緣浸沒在溶液中，或者使用由溶液潤濕的布擦拭基材邊緣。

在向至少基材邊緣施加表面處理之后，對(duì)基材進(jìn)行預(yù)熱(102)?？芍苯蛹訜峄??；蛘?，可加熱上面安裝基材的平臺(tái)，其中施加到平臺(tái)的熱量的至少一部分通常轉(zhuǎn)移到基材，從而有效地加熱基材。所述平臺(tái)可為旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其在旋轉(zhuǎn)過程中旋轉(zhuǎn)。當(dāng)將可固化涂層材料施加到基材邊緣時(shí)，所述平臺(tái)還可為基材提供支撐。選定基材所預(yù)熱到的溫度，從而促進(jìn)從涂層材料除去氣泡，且防止涂層材料從基材邊緣流動(dòng)到基材的(非邊緣)表面?？深A(yù)熱基材(或上面安裝基材的平臺(tái))，從而當(dāng)涂層材料接觸基材邊緣時(shí)，在基材邊緣的涂覆過程中，涂層材料的粘度低于1000cps(用于從涂層材料除去氣泡)但大于50cps(用于避免涂層材料流動(dòng)到基材表面上)。通常，對(duì)于高粘度和低粘度涂層材料，最高預(yù)熱溫度將低于200℃。對(duì)于高粘度涂層材料，即在25℃下具有大于或等于4000cps粘度的涂層材料，預(yù)熱溫度通常大于60℃。對(duì)于低粘度涂層材料，即在25℃下具有小于4000cps粘度的涂層材料，預(yù)熱溫度通常大于40℃。一般來說，預(yù)熱溫度可為40℃-200℃。

在預(yù)熱基材(或上面安裝基材的平臺(tái))之后，將可固化涂層材料施加到基材邊緣(104)。在一示例性實(shí)施方式中,可固化的涂層材料以液體形式來提供。在一示例性實(shí)施方式中,可固化的涂層材料是聚合物樹脂，其具有高透明度和在玻璃表面或玻璃陶瓷表面上的良好的潤濕能力，且可以液體形式來利用。在一示例性實(shí)施方式中,可固化的涂層材料選自丙烯酸、環(huán)氧、硅酮、透明聚酰亞胺和硬涂層材料?？苫谙蚧倪吘壥┘拥谋砻嫣幚矸N類，來選擇可固化涂層材料?？墒褂萌魏魏线m的方法來將可固化涂層材料施加到基材邊緣。合適方法的一個(gè)示例是通過噴射涂覆，其中將可固化涂層材料以液體形式供應(yīng)進(jìn)入分配器，任何通過分配器的噴嘴噴射到基材邊緣上。噴射涂覆的描述參見例如美國專利申請(qǐng)?zhí)?4/185101。噴射的材料在基材邊緣上形成珠子，其將鋪展來覆蓋基材邊緣。除了噴射以外，可通過其它方法(如浸涂、噴涂或使用刷或輥的漆涂)來施加涂層材料。

在將可固化涂層材料施加到基材邊緣之后，可對(duì)基材進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過程(106)。在一種示例性實(shí)施方式中，這涉及以選定的旋轉(zhuǎn)速度將上面安裝基材的平臺(tái)旋轉(zhuǎn)選定的旋轉(zhuǎn)時(shí)間。在基材的旋轉(zhuǎn)過程中，將提高基材邊緣上的可固化涂層材料的覆蓋和均勻性，且過量的涂層材料將通過離心力從基材邊緣除去?？煽刂菩D(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)間，以獲得所需厚度和質(zhì)量的可固化涂層。一般來說，旋轉(zhuǎn)速度越高，涂層厚度越薄。此外，旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間越長,涂層厚度越薄且越光滑。通常，對(duì)于電子顯示器應(yīng)用而言，例如小于100微米的薄涂層是優(yōu)選的。一般來說，旋轉(zhuǎn)速度可為200rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)-2,500rpm，且旋轉(zhuǎn)時(shí)間可為15秒-70秒。在一示例實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)參數(shù)選自：1,500rpm保持60秒,200rpm保持60秒,500保持30秒然后1,500rpm保持30秒，且500rpm保持30秒然后2,000rpm保持30秒。但是，這些旋轉(zhuǎn)參數(shù)只是示例，且可方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)來獲得所需結(jié)果。

在旋轉(zhuǎn)過程之后，在烘箱中烘烤(108)施加到基材邊緣的可固化涂層材料。通常在可固化涂層材料變成固體之前，施加烘烤。這種烘烤有助于消除可固化涂層材料中的氣泡。在一示例實(shí)施方式中，選定烘烤溫度，從而可固化涂層材料的粘度低于2000cps，用于消除氣泡。圖2a顯示典型的用于高粘度(200)涂層材料和低粘度(202)涂層材料的粘度隨溫度的變化。在超過50℃的溫度下，高粘度涂層材料通常具有低于2000cps的粘度?；趫D2a，可使用50-150℃的烘烤溫度來從涂層材料消除氣泡，或者顯著減少涂層材料中的氣泡。烘烤的持續(xù)時(shí)間可為1分鐘到10分鐘，但通?；谔囟ǖ耐繉硬牧虾蜅l件來確定。

在烘烤之后，對(duì)可固化涂層材料進(jìn)行固化，以在基材邊緣上形成保護(hù)涂層?？稍趦蓚€(gè)階段(110,112)中實(shí)施固化。第二固化(112)也可稱作后固化，且可在比用于第一固化(110)的溫度更高的溫度下進(jìn)行，或者可在與用于第一固化的溫度相同的溫度下進(jìn)行但進(jìn)行更長的持續(xù)時(shí)間。固化溫度和固化時(shí)間取決于可固化涂層材料的種類。如果可固化涂層材料是可uv固化的涂層材料，可使用uv光來進(jìn)行固化。否則，應(yīng)選擇對(duì)可固化涂層材料進(jìn)行固化的適當(dāng)?shù)姆椒ā?/p>

雖然將圖1描述為包括表面處理(100)、預(yù)熱(102)、旋轉(zhuǎn)(106)和烘烤(108)，但應(yīng)指出，在替代實(shí)施方式中，可從涂覆過程中省略這些輔助加工中的一種或多種。具體來說，可根據(jù)涂層材料的性質(zhì)和施加涂層的方法，來選擇涂覆過程中包括的輔助加工。不同于圖1所示的組合的合適的組合的一個(gè)示例是表面處理(100)，然后進(jìn)行涂覆(104)，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(106)，然后進(jìn)行固化(110,112)。另一個(gè)示例是表面處理(100)，然后進(jìn)行涂覆(104)，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(106)，然后進(jìn)行固化(110,112)。另一個(gè)示例是預(yù)熱(102)，然后進(jìn)行涂覆(104)，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(106)，然后進(jìn)行固化(110,112)。另一個(gè)示例是預(yù)熱(102)，然后進(jìn)行涂覆(104)，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(106)，然后進(jìn)行烘烤(108)，然后進(jìn)行固化(110,112)。

旋轉(zhuǎn)(106)對(duì)于薄化涂層厚度以及提高涂層均勻性是有用的。當(dāng)使用非常高粘度涂層材料(例如，在室溫下具有8500cps量級(jí)的粘度)時(shí)，這是特別相關(guān)的。因?yàn)橥繉硬牧鲜且后w，所以當(dāng)涂層材料在基材邊緣上沉積之后，涂層材料將彎垂。旋轉(zhuǎn)過程可有助于避免涂層材料彎垂到基材表面上。同時(shí)，彎垂可有助于在基材邊緣上實(shí)現(xiàn)涂層材料的均勻覆蓋。對(duì)于在施加涂層材料時(shí)避免形成氣泡而言，基材或平臺(tái)的預(yù)熱(102)是有用的。如果在施加涂層材料之后，在涂層材料中存在氣泡，烘烤(108)將有助于同時(shí)減少涂層材料中氣泡的數(shù)目和尺寸。表面處理(100)將提高基材邊緣的潤濕能力。

實(shí)施例1—圖2b顯示玻璃樣品g1、g2、g3、g4的接觸角。玻璃g1和g3是未處理的(未表面處理的)gorilla2318玻璃樣品。玻璃g1與作為測(cè)試液滴的高粘度樹脂的接觸角是42.0°,且玻璃g3與作為測(cè)試液滴的低粘度樹脂的接觸角是38.8°。玻璃g2和g4是進(jìn)行真空等離子體清潔的gorilla2318玻璃樣品。玻璃g2與作為測(cè)試液滴的高粘度樹脂的接觸角是35°,且玻璃g4與作為測(cè)試液滴的低粘度樹脂的接觸角是20.4°。結(jié)果表明在真空等離子體清潔之后，提高了玻璃的表面潤濕能力。真空等離子體清潔是使用真空除去耗散的氣體的真空清潔。

實(shí)施例2—通過噴射用環(huán)氧樹脂涂覆未處理gorilla2318玻璃樣品的邊緣。圖3中的結(jié)果表明在沿著玻璃樣品(300)的邊緣的許多位置中沒有完全的覆蓋。角落的沒有完全覆蓋的寬度是0.5-2.5毫米，筆直側(cè)面的沒有完全覆蓋的寬度是0.5毫米。

實(shí)施例3—在丙酮中淋洗gorilla2318玻璃樣品，然后通過噴射在玻璃樣品的邊緣上施加環(huán)氧樹脂。丙酮和環(huán)氧樹脂具有相似的溶解度參數(shù)。丙酮的溶解度參數(shù)是20.3mpa^1/2,且環(huán)氧樹脂的溶解度參數(shù)是20.4mpa^1/2。圖4中的結(jié)果表明玻璃樣品(400)的邊緣的大多數(shù)筆直部分被完全覆蓋，這表明丙酮處理提高玻璃潤濕。但是，在玻璃角落的完全覆蓋較困難。對(duì)于角落而言，不完全覆蓋的寬度是2.0-2.5毫米。在邊緣的筆直部分上觀察到一些涂層的彎垂。

實(shí)施例4-在噴射涂覆過程之后，對(duì)實(shí)施例3的玻璃樣品進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過程。旋轉(zhuǎn)過程包括在500rpm下保持30秒的第一旋轉(zhuǎn)，以及隨后在1700rpm下保持30秒的第二旋轉(zhuǎn)。圖5中的結(jié)果表明與實(shí)施例3相比，對(duì)于角落而言，樣品(500)的覆蓋寬度提高約0.5-1.0毫米。通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，可進(jìn)一步提高覆蓋寬度。

實(shí)施例5-在噴射涂覆過程之后，將實(shí)施例3的玻璃樣品在125℃下烘烤5分鐘。在噴射涂覆過程之后且在烘烤之前，在施加的環(huán)氧樹脂中存在氣泡。圖6顯示烘烤之前具有氣泡402的涂層的局部放大視圖。在烘烤過程之后，大多數(shù)的氣泡消失，且剩余的氣泡具有約50微米的尺寸。圖7顯示具有烘烤的涂層的結(jié)果。注意到在圖4(圖6)中可見的氣泡402在圖7中不再可見。

實(shí)施例6—發(fā)現(xiàn)厚度為0.7毫米的未處理的gorilla2318玻璃樣品在落球測(cè)試中耐受最高達(dá)0.39j。手動(dòng)地用環(huán)氧樹脂涂覆未處理的gorilla2318玻璃樣品。發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂涂覆的gorilla2318玻璃樣品在落球測(cè)試中耐受最高達(dá)0.49j。手動(dòng)地用環(huán)氧樹脂涂覆另一未處理的gorilla2318玻璃樣品，然后旋轉(zhuǎn)該玻璃。發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的環(huán)氧樹脂涂覆的gorilla2318玻璃在落球測(cè)試中耐受最高達(dá)0.98j。落球測(cè)試涉及垂直地設(shè)置玻璃，且從不同距離在玻璃上掉落一個(gè)500g的球。每一玻璃樣品的尺寸是60mm×44mm×0.7mm。涂層厚度是0.43毫米。對(duì)于固化，使用大于30j/cm²的uv劑量。旋轉(zhuǎn)速度是1500rpm下保持20秒。將環(huán)氧樹脂在150℃下進(jìn)行2小時(shí)的后固化。這個(gè)實(shí)施例表明在涂覆之后的旋轉(zhuǎn)提高玻璃的抗沖強(qiáng)度。

盡管已經(jīng)參考具體實(shí)施方式描述了本發(fā)明,但是受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解能夠在不背離本發(fā)明所揭示的范圍的前提下進(jìn)行其他的實(shí)施方式。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由所附權(quán)利要求書限定。