[发明专利]利用离子交换对玻璃进行局部强化

说明书

优先权

本申请根据35U.S.C.§119，要求2011年2月28日提交的美国临时申请系列第61/447281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

本申请涉及化学强化的玻璃，具体涉及从大块的化学强化的玻璃板切割制品之后，对玻璃制品的边缘进行局部强化。

背景

由于其优异的强度和抗破坏性，化学强化的玻璃已经广泛地用于触摸板和便携式显示器。当玻璃作为表面暴露于高水平接触的器件的保护玻璃时，这些性质是特别重要的。化学强化的玻璃的抗破坏性是通过离子交换在玻璃基材上形成的表面压缩层的直接结果。表面压缩被玻璃内部的拉伸区所平衡。在例如Gorilla^TM玻璃（康宁公司(Corning Incorporated)）中，能够容易地实现大于750MPa的表面压缩（CS）和大于40微米的压缩层深度（DOL）。相比较而言，普通钠钙玻璃仅能够实现中等的表面压缩（“CS”）和层深度（“DOL”），通常来说分别<500MPa和<15微米。

近年来，触摸板领域感兴趣的是将触摸传感器直接放置在化学强化的保护玻璃上，而不是如同目前实践的那样将分开的触摸板结构层叠到保护玻璃上（参见图1）。最经济的制造方法是在一大片的化学强化的玻璃板上图案化多个触摸传感器，然后从其上具有触摸传感器的玻璃板切割出单个部件。然而，化学强化的玻璃的中心张力区中存储的弹性能和压缩应力的大小，使得难以对基材进行机械切割。因此，大多数的现有生产工艺涉及先对未离子交换的玻璃基材进行切割和精整，然后进行离子交换。在此情况下，需要在各个单独的部件上分别地图案化触摸传感器（“片部件”工艺），这没有“整体板”工艺来得经济。

在多个专利和专利申请公开文件中揭示了用于对回火和化学强化的玻璃基材进行切割的方法，例如参见US 4,468,534、US 2008-0128953、US 2010-0206008、US 2010-0210442以及JP 2008-007384，其中一些适用于分割高度强化的玻璃。已经揭示了对于应力分布设定限制能够允许采用常规切割方法，例如参见US 2005-0221044、JP 2008-007369、JP 2004-352535、JP 2004-083378、GB 1222181以及WO 2008-108332。但是，后者的方法会限制压缩和/或层深度的水平，因而会对玻璃中能够实现的抗破坏性造成限制。两个切割技术的一个严重的缺点在于，在分割工艺之后的制品边缘不是离子交换的，因而遭受破坏和可能的滞后破坏（疲劳）。因此，希望具有这样一种方法，该方法在分离过程之后在部件的边缘提供了抗破坏性和抗疲劳性的压缩。

虽然可以通过在分割过程之后，利用涂层保护玻璃表面，对边缘进行酸蚀刻实现高边缘强度，参见例如共同转让的美国专利申请第12/862096号，但是仍然存在一个问题。该问题是维持所述强度。如果边缘在酸处理之后被破坏，则强度会下降。也就是说，该过程没有保护玻璃免受例如消费者使用过程中的破坏。因此，希望具有这样一种方法，该方法在从大块玻璃板分割制品之后，在制品边缘提供了抗破坏性和抗疲劳性的压缩。

已知包含触摸传感器功能的膜对于高温是敏感的，此类膜通常受到耐受低于200℃的温度的限制，也就是说，该温度是此类膜应该经受的最大温度。本文涉及对玻璃边缘进行局部离子交换，同时维持玻璃表面的温度<200℃，特别是在玻璃表面具有触摸传感器的情况下。

发明内容

本发明描述了一种通过离子交换对玻璃制品边缘进行强化的方法，该方法在玻璃制品从已经经过离子交换对其表面进行强化的大块玻璃板分割之后，仅将分割的制品的一个或多个边缘与离子交换介质（例如但不限于，盐、糊料、玻璃料、玻璃）接触，同时将玻璃表面维持在小于200℃的温度。在一个实施方式中，从用户的角度来看，当使用器件，例如结合了该制品的手机时，所述制品的顶边缘和/或底边缘是离子交换的。在另一个实施方式中，玻璃制品的所有边都是离子交换的。玻璃制品具有长、宽和高，长和宽决定了玻璃的第一和第二面或表面，受到玻璃厚度限定的边缘在表面之间。所述边缘可以是平坦的或者具有形状的，例如但不限于，具有斜切、斜角或者外圆角的形状。