CN103313952A

CN103313952A - 具有聚合物边缘保护的完全一体化的触摸制品

Info

Publication number: CN103313952A
Application number: CN2012800046767A
Authority: CN
Inventors: D·M·诺尼
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2013-09-18
Also published as: KR20140004708A; US20130280464A1; JP2014502950A; TW201228824A; WO2012094548A1

Abstract

本申请涉及由玻璃制造的一种产品或材料或制品，其中，通过应用固体预成形的聚合物材料对所述玻璃的边缘进行保护，所述固体预成形的聚合物材料包含在玻璃的厚度内。受保护的玻璃制品的品质因数范围为0.4-20，并且发现制品的边缘能耐受最高至500mm/s的冲击速度。将包含在玻璃厚度内的固体预成形聚合物材料施涂到边缘，由于它是施涂的，从而不会突出进入到玻璃的顶部以及底部可视平面、表面或面（大表面区域）。所述固体预成形聚合物材料，包含在玻璃厚度内的保护材料在本文中也可称作“缓冲器”。

Description

具有聚合物边缘保护的完全一体化的触摸制品

优先权

本申请根据35U.S.C.§119，要求2011年1月6日提交的美国临时申请系列第61/430325号以及2011年6月7日提交的美国临时申请系列第61/494126号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

领域

本发明涉及保护玻璃和完全一体化触摸玻璃应用，以及用于此类应用中的制品及其制备方法。具体来说，本发明涉及保护玻璃和聚合物边缘保护的FIT制品。

背景

本发明涉及完全一体化触摸（“FIT”）应用，其中，玻璃基板在母板水平上经过离子交换（“IOX”），将电子元件用于经离子交换的母板，然后对其上具有电子元件的母板在组件水平进行切割并精整，以从单片玻璃母板产生多个相同制品。

图1和2分别显示了“离散”法和“一体化”法来形成触摸板或制品。在离散方法中，提供了具有选定长度、宽度和厚度的保护玻璃的大片母板10。在步骤12中对玻璃母板10进行切割并精整，以产生多个单独的保护玻璃制品，例如图1中所示的10a-10l。然后如箭头14所示，对所述多个制品的每个单独的保护玻璃制品（例如图1中所示的玻璃10a）进行离子交换，以产生经离子交换的玻璃10aa，可以将所述经离子交换的玻璃10aa与触摸板模块16的一面接触。触摸板模块16的另一面与LCD面板18接触，所述LCD面板18分别由CF元件17和TFF元件19组成。离散法的一些缺点在于，它需要处理多个制品（保护玻璃、触摸板模块和LD面板），这会耗费大量劳动力，因为如图1中所示的每片保护玻璃10a-10l都必须单独地进行处理并单独地进行离子交换，并且单个制品（保护玻璃、触摸板模块和LCD面板）必须小心地对准。

完全一体化触摸或FIT方法为实现可观的制造优势和成本节约提供了机会。在FIT方法中（如图2所示），在步骤114中对具有长宽高的玻璃母板110进行离子交换。长和宽限定了玻璃板的面（第一面和第二面），它们被玻璃的厚度分隔开。然后对经过离子交换的母板进行光刻过程，以形成在经过离子交换的玻璃母板的一个表面上具有多个触摸传感元件的母板。在图2中，附图标记110a-110l表示单片母板上的多个触摸传感元件。在形成母板并在其上形成触摸元件之后，在图2的附图标记112所示的步骤中，对母板进行切割来分离一体化保护玻璃/触摸传感器115，所述保护玻璃/触摸传感器115是由例如在玻璃的一个面上具有触摸传感元件115的玻璃部件110a构成的。然后如图2所示，一体化制品115可以用于LCD面板18。虽然FIT方法提供了制造和成本优势，但是该一体化方法的问题在于，对经离子交换的玻璃进行切割，产生了在玻璃周边具有暴露的中心张力（“CT”）区域的制品，这明显降低了玻璃的强度。如果该暴露的CT区域受到冲击，制品会从冲击区域碎裂一段距离，或者如果冲击力足够大，则制品会粉碎。已经尝试了许多技术来对玻璃边缘进行强化。例如，在一个方法中，对玻璃边缘进行酸蚀刻以提升强度。但是这些方法都被证明无法令人满意。因此，希望找到一种对FIF制品或组件的边缘进行强化的方法，所述FIF制品或组件是在经过离子交换的玻璃母板上制造并分离的。

发明内容

在一个实施方式中，本发明涉及由玻璃制造的一种产品或材料或制品，其中，通过应用固体预成形的聚合物材料对所述玻璃的边缘进行保护，所述固体预成形的聚合物材料包含在玻璃的厚度内。玻璃制品具有长宽高，它们限定了第一面（或顶面）和第二面（或底面）。玻璃制品还具有一个边缘（例如但不限于，圆形或椭圆形制品）或者多个边缘（例如但不限于，正方形、矩形或者六边形制品），所述边缘受到制品厚度的限定。将包含在玻璃厚度内的固体预成形聚合物材料施涂到边缘，由于它是施涂的，从而不会突出进入到玻璃的顶部可视平面或面以及底部可视平面或面（大表面区域）。所述包含在玻璃厚度内的固体预成形聚合物材料也可称作“防护装置”或者“缓冲器”。现如今的电子设备中，此类防护装置材料不会突出到玻璃表面上或者上方是重要的，因为这对于美学和触觉性能方面而言是非常不希望的。在另一个实施方式中，本发明涉及由玻璃制造的一种产品或材料或制品的制造方法或工艺，其中，通过应用固体预成形的聚合物材料对所述玻璃的边缘进行保护，所述固体预成形的聚合物材料包含在玻璃的厚度内。

在一个实施方式中，本发明涉及这样一种玻璃制品，其具有通过至少一个边缘连接的第一表面或面和第二表面或面以及设置在至少一部分边缘上的保护材料，其中，所述保护材料不会突出到第一表面或第二表面上。所述保护材料是固体聚合材料。在一个实施方式中，所述保护材料是单片。在另一个实施方式中，所述保护材料是能够施涂到边缘的流体或糊料，从而使其包含在玻璃制品的厚度内，然后容易地固化以形成边缘保护装置。

在另一个实施方式中，本发明涉及用于具有厚度的制品的边缘保护器，所述边缘保护器包含单片聚合材料，该单片聚合材料可沿着制品外周布设，并且其厚度小于或等于制品的厚度。所述边缘保护器是固体聚合材料。

在另一个实施方式中，本发明涉及对制品边缘进行保护的方法，该方法具有以下步骤：形成厚度小于制品厚度的聚合边缘保护器；并沿着制品边缘布设聚合边缘保护器。可以用粘合剂或环氧树脂将聚合边缘保护器与边缘粘合，来布设所述聚合边缘保护器。在一个实施方式中，所述聚合边缘保护器是不具有自由端的单片形制品，所述制品是可轻微膨胀的，从而其可以装在保护玻璃或玻璃FIT制品的边缘上。

在另一个实施方式中，本发明涉及对制品边缘进行保护的方法，该方法具有以下步骤：提供具有粘性的聚合流体或糊料，从而它不会离开边缘；将所述聚合流体或糊料施涂到边缘厚度，从而流体或糊料不与制品表面发生接触；以及使所述聚合流体或糊料固化，以形成固体弹性聚合边缘保护装置。可以通过加热来完成固化，例如但不限于，采用红外辐射（特别是中范围红外辐射）或者当边缘保护装置材料是UV可固化时采用UV固化。该方法提供了一种聚合边缘保护器，其与制品边缘接触的厚度小于或等于制品厚度。可以用粘合剂或环氧树脂将聚合边缘保护器与边缘粘合，来布设所述聚合边缘保护器。

附图简要说明

图1显示了用于制造由保护玻璃和触摸板模块组成的“离散”触摸制品，然后将保护玻璃/触摸板与例如LCD面板组合的步骤。

图2显示了用于制造“完全一体化触摸”或“FIT”制品的步骤，其中，保护玻璃在其一个面上形成有触摸传感器，并将FIT制品与LCD面板结合。

图3a是包含在玻璃厚度内的固体预成形聚合物材料或缓冲器的截面图。

图3b是保护玻璃或FIT制品的斜视图，其中，固体预成形聚合物材料或缓冲器盖在保护玻璃或FIT制品的边缘上，并且缓冲器的边缘与保护玻璃或FIT制品的顶面和底面齐平。

图3c提供了应用了缓冲器的保护玻璃的放大截面侧视图，显示了外圆角和45度倒角轮廓足以对准或“安置”固体预成形聚合物材料或缓冲器。

图4显示了在安装到一起，从而对玻璃制品进行保护之前（左图）和之后（右图）的保护玻璃制品和缓冲器。

图5A显示了具有边缘保护（三角形）和不具有边缘保护（正方形）的外圆角精整玻璃制品冲击之后的残留强度。

图5B显示了具有边缘保护（三角形）和不具有边缘保护（正方形）的外圆角精整玻璃制品冲击之后的残留强度。

图5C是显示了随着速度增加的边缘保护性能的柱状图。

图6是显示了不同冲击速度下边缘保护的冲击变形的一系列照片。

图7是制品边缘应用了固体预成形聚合物材料或缓冲器的外圆角玻璃制品。

图8是玻璃制品70的侧视图，该玻璃制品70具有至少一个槽72，槽72位于每个制品边缘73的厚度中，用于接纳具有对应于所述槽的舌形件76的缓冲器74。

图9是玻璃制品80的侧视图，其具有至少一个凸表面82，用于接纳具有凹表面86的缓冲器84。

图10是玻璃制品90的侧视图，其具有至少一个锯齿表面92，用于接纳具有平坦表面96的缓冲器94。

具体实施方式

在一个实施方式中，本发明涉及由玻璃制造的一种产品或材料或制品，其中，通过应用固体预成形的聚合物材料对所述玻璃的边缘进行保护，所述固体预成形的聚合物材料包含在玻璃的厚度内。玻璃制品具有长宽高，它们限定了第一面（或顶面）和第二面（或底面）。玻璃制品还具有一个边缘（例如但不限于，圆形或椭圆形制品）或者多个边缘（例如但不限于，正方形、矩形、六边形制品），所述边缘受到制品厚度的限定。将包含在玻璃厚度内的固体预成形聚合物材料施涂到边缘，由于它是施涂的，从而不会突出进入到玻璃的顶部可视平面或表面以及底部可视平面或面（大表面区域）。

可以手工或者通过机器将固体预成形材料施涂到玻璃边缘，从而保护边缘免受破坏。所述预成形聚合材料可以是能够略微膨胀用于将材料施涂到边缘的任意材料，只要所述材料为冲击提供了机械缓冲即可。一种示例性材料是ProtoGen^TMO-XT18420（购自，伊利诺伊州埃尔金(Elgin,Illinois)），这是一种可用于立体光刻的通用精密环氧树脂。ProtoGen^TMO-XT18420是一种高温ABS状光敏聚合物，可用于产生精密RTV图案，耐用概念模块、高度精密部件以及耐湿度和耐温度的部件。其他的示例性材料是注塑ABS、聚丙烯和Santoprene^TM（埃克森美孚化学品公司(Exxon Mobil Chemical)），这是一种聚丙烯与氨基甲酸酯橡胶的混合物。此外，可以使用高模量材料来提供耐冲击的韧性，可以使用低模量材料来提供在冲击和掉落事件过程中的缓冲。

生产的本文所用的预成形缓冲器是可略微膨胀的、连续的、单片部件，它可以发生膨胀以装配在玻璃制品的边缘附近，并保持它们的装配位置。图3a是包含在玻璃厚度内的固体预成形聚合物材料或缓冲器的截面图。图3a中所示的缓冲器具有符合玻璃边缘的轮廓，如图7进一步详示。图3b是保护玻璃或FIT制品的斜视图，其中，固体预成形聚合物材料或缓冲器盖在保护玻璃或FIT制品的边缘上，并且缓冲器的边缘与保护玻璃或FIT制品的顶面和底面齐平。图3c提供了应用了缓冲器的保护玻璃的放大截面侧视图，显示了外圆角和45度倒角轮廓足以对准或“安置”固体预成形聚合物材料或缓冲器。图4显示了在安装到一起，从而对玻璃制品进行保护之前（左图）和之后（右图）的保护玻璃制品和缓冲器。采用上文所述的ProtoGen^TMO-XT18420材料来生产连续单片缓冲器。

图5A显示了具有边缘保护（三角形50）和不具有边缘保护（正方形52）的玻璃制品在冲击之后的残留强度。进行测试的所有部件都是厚度为1.1mm的离子交换的Corning（康宁）2318铝硅酸盐玻璃。从母板切割玻璃制品，然后进行倒圆角精整（参见图7）。受到本文所述的缓冲器保护的玻璃制品在遭受如图所示的速度冲击之后保留有90%的初始边缘强度，因为冲击并未到达玻璃边缘。图5B显示了具有边缘保护（三角形）和不具有边缘保护（正方形）的玻璃制品在冲击之后的平均残留强度。图5C是显示通过测量制品在不同冲击速度下的残留强度（单位为MPa）的边缘保护的柱状图。每个柱表示25百分点-75百分点的范围，每个柱中的十字圆表示50百分点，每个柱中的水平线表示中值残留强度。图5A-5C中的数据清楚地表明了采用本文所述的缓冲器保护装置所带来的益处。图6显示在用速度为10、12.5、15和17.5英寸/秒的冲击器冲击（40）之后的具有本文所述的聚合物缓冲器42的玻璃制品44。

评估对玻璃边缘进行保护的各种方法，例如美国专利申请公开第2010-0282260号、第2010-285277号以及第2010-0221501号以及其他专利或申请文件中所述的方法，并将它们与本文所述方法进行比较。所述其他专利或申请文件中的方法包括尝试采用聚合物包覆（越过玻璃边缘达到面上）、可机械加工金属装甲层、聚合物带和液态聚合物以及成形纤维例如玻璃纤维来保护玻璃边缘。采用相同的测试设备来评估本文所述的聚合物边缘保护材料以及方法，在≥12.5英寸/秒的速度下，现有技术的方法都不能对玻璃进行保护或者避免自破坏/脱层。从美观和触觉而言，聚合物包覆法是不合乎希望的，因为材料包覆到制品的表面上。相反地，根据本发明的边缘受到保护的玻璃制品通过了冲击速度为17.5英寸/秒的冲击测试。

其他材料也可用于制造本文所述的预成形聚合物边缘保护，只要它们能够略微膨胀以将材料应用到边缘，并且为冲击提供了机械缓冲即可。为了用于大规模地批量生产部件，可能希望采用注塑或者类似技术来制造边缘保护材料。另一种可能是以卷或条带来制造边缘保护材料，并通过装配、修剪长度并与边缘连接到一起，以用于不同玻璃部件尺寸。还应该对正常角度至略小于90度之间的倾斜角度之间的边缘冲击的保护轮廓给予设计上的考虑。

图7-10显示了接纳了本文所述缓冲器的边缘的实施方式，但不限于此。图7所示是具有倒圆角82的玻璃制品60，所述玻璃制品60具有固体预成形聚合物材料或缓冲器64，所述固体预成形聚合物材料或缓冲器64具有用于制品60的边缘62的成形的凹陷表面66。图7还显示曲率半径R以及玻璃与缓冲器表面间的数个尺寸，单位为英寸，如图所示。图8是玻璃制品70的侧视图，该玻璃制品70具有至少一个槽72，槽72位于每个制品边缘73的厚度中，用于接纳具有对应于所述槽的舌形件76的缓冲器74。图9是玻璃制品80的侧视图，其具有至少一个凸表面82，用于接纳具有凹表面86的缓冲器84。图7和9的区别在于，相对于图7的较短和短粗的倒圆角，图9中玻璃的圆角以及用于接纳该圆角的缓冲器表面更长。图10是玻璃制品90的侧视图，其具有至少一个锯齿表面92，用于接纳具有平坦表面96的缓冲器94。

表1给出了如本文所述具有边缘保护的玻璃制品的品质因数。品质因数（“FOM”）是能用于表征装置、系统、或方法相对于其代替物的性能的数值。在工程和材料科学中，对于特定的材料或装置常定义品质因数，从而确定它们对于某一应用的相对效用。在本发明中，等式1用于计算如本文所述具有边缘保护的玻璃制品的FOM：

等式1

对于根据本发明进行边缘保护的玻璃制品，对于长度在50-120mm范围内、宽度在30-60mm范围内，厚度在0.4-1.2mm范围内的玻璃，当以速度为300-525mm/s且边缘保护为450-800μm的范围对边缘保护的玻璃制品进行测试时，FOM在0.4-20的范围内。表1给出了对于边缘保护器厚度为500μm和700μm的玻璃样品，采用等式1计算所得到的FOM值。

表1：品质因数值

表1提供了品质因数的实际结果和预测结果。在关于实际“冲击力”方面，具有最快速度且最薄边缘保护的最重玻璃制品具有最大的破坏可能性。相反地，最低速度和最厚边缘保护的最轻玻璃制品被破坏的可能性最低。除了样品10和11之外（它们的玻璃重量为15克），样品9是最重测试玻璃制品的代表（1.1g），速度最快（750mm/s），但是边缘保护为750μm。该玻璃的FOM为5.22。样品1是在重量和边缘保护厚度方面相同的玻璃制品，但是其测试速度为317.5mm/s，FOM为3.25。这些结果，特别是从图5A和5B的“残留强度与标称冲击速度的关系”来看，表明0.4-20范围内的FOM能够使得保护玻璃制品免受破坏。

此外，本文所述的保护边缘及其制造方法可用于任意玻璃制品，且不受到所用玻璃类型的限制。所述玻璃可以是二氧化硅、熔凝二氧化硅、硼硅酸盐、碱金属硼硅酸盐、铝硅酸盐、碱金属铝硅酸盐、钠钙玻璃、二氧化硅-氧化钛或硫属化物玻璃，或者本领域已知的其他玻璃。玻璃可以经过离子交换或者未经离子交换。本文所述方法也可用于制造具有边缘保护的玻璃-陶瓷和陶瓷制品。在本文所述的一个实施方式中，具有边缘保护的制品是透明玻璃-陶瓷。

以本文所列举的速度，用刀片冲击具有边缘保护的制品的边缘以及不具有边缘保护的制品的边缘，来得到图中所示的边缘保护的数据。可以通过移动制品来接触刀片或者通过移动刀片来接触制品来进行测试。本文所用的是前一种方法。

因此，本发明揭示了一种玻璃制品或者透明玻璃-陶瓷制品，其具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面都具有选定的长度、宽度以及表面之间的厚度，所述厚度限定了制品边缘，其还具有设置在所述边缘上的聚合保护材料；其中所述保护材料没有突出到第一表面或第二表面上，并且制品的品质因数的范围为0.4-20。玻璃的长度范围为50-120mm，宽度范围为30-60mm，厚度范围为0.4-1.2mm，并且如本文所述，玻璃可以经过离子交换或者未经离子交换。在一个实施方式中，所述保护材料是围绕制品边缘的聚合材料的连续片。在一个实施方式中，玻璃制品的边缘是成形的边缘，形状选自下组：倒圆角、斜面、圆角、锯齿、凸起和织构化的。在一个特定实施方式中，制品边缘是平坦的，在边缘中具有至少一条槽，并且所述制品具有边缘保护器，该边缘保护器具有装配到所述槽中的对应的舌形件。在另一个特定实施方式中，制品的边缘是凸起的，并且所述制品具有边缘保护器，该边缘保护器具有对应的凹陷表面。

本文还揭示了一种对玻璃制品边缘进行保护的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面和第二表面的玻璃制品，第一表面和第二表面都具有选定的长度和厚度，并且选定的厚度受到表面的限定，所述厚度限定了制品的边缘；形成聚合边缘保护器，该聚合边缘保护器的厚度小于制品的厚度；沿着制品边缘布设聚合边缘保护器，使得边缘保护器不会突出到第一表面或第二表面上，从而形成边缘保护的玻璃制品。边缘保护的玻璃制品的品质因数在0.4-20范围内。在一个实施方式中，所提供的聚合边缘保护器是一连续片，沿着边缘布设，并通过弹性力进行固定。在另一个实施方式中，用粘合剂或者环氧树脂将所提供的聚合边缘保护器从边缘粘接到边缘。在一个实施方式中，所提供的玻璃制品的长度范围为50-120mm，宽度范围为30-60mm，厚度范围为0.4-1.2mm。此外，所提供的玻璃制品是成形边缘，形状选自下组：平面、倒圆角、斜面、圆角、锯齿、凸起和织构化的。

虽然为了说明的目的提出了典型的实施方式，但是前面的描述不应被认为是对本说明书或所附权利要求书范围的限制。因此，本领域技术人员在不偏离本说明书或者所附权利要求书的精神和范围的情况下可进行各种变更、修改和替换。

Claims

1.一种玻璃制品，其具有第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面都具有选定的长度和宽度，以及位于表面之间的选定的厚度，所述厚度限定了制品的边缘，并且聚合保护材料布设在所述边缘上，

其特征在于，所述保护材料没有突出到第一表面或第二表面上，并且

所述制品的品质因数在0.4-20范围内。

2.如权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，玻璃的长度范围为50-120mm，宽度范围为30-60mm，厚度范围为0.4-1.2mm。

3.如权利要求2所述的玻璃制品，其特征在于，所述保护材料是围绕制品边缘的聚合材料的连续片。

4.如权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品的边缘是成形的边缘，形状选自下组：倒圆角、斜面、圆角、锯齿、凸起和织构化的。

5.如权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述制品的边缘是平坦的，在边缘中具有至少一条槽，并且所述制品具有边缘保护器，该边缘保护器具有装配到所述槽中的对应的舌形件。

6.如权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述制品的边缘是凸起的，并且所述制品具有边缘保护器，该边缘保护器具有对应的凹陷表面。

7.如权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃选自下组：二氧化硅、熔凝二氧化硅、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、二氧化硅-氧化钛玻璃以及硫属化物玻璃，并且所述玻璃经过离子交换或者未经过离子交换。

8.一种对玻璃制品的边缘进行保护的方法，该方法包括：

提供具有第一表面和第二表面的玻璃制品，该第一表面和第二表面都具有选定的长度和厚度，并且选定的厚度受到表面的限定，所述厚度限定了制品的边缘，

形成聚合边缘保护器，该聚合边缘保护器的厚度小于制品的厚度；以及

沿着制品边缘布设聚合边缘保护器，使得边缘保护器不会突出到第一表面或第二表面上，从而形成边缘保护的玻璃制品，该玻璃制品的品质因数范围为0.4-20。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚合边缘保护器是一连续片，沿着边缘布设，并通过弹性力进行固定。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，用粘合剂或者环氧树脂将所述聚合边缘保护器从边缘粘接到边缘。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所提供的玻璃制品的长度范围为50-120mm，宽度范围为30-60mm，厚度范围为0.4-1.2mm。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所提供的玻璃制品的边缘是成形的边缘，形状选自下组：平面、倒圆角、斜面、圆角、锯齿、凸起和织构化的。