本申請(qǐng)根據(jù)35u.s.c.§119要求2014年04月30日提交的美國(guó)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(guò)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(guò)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(lái)說(shuō),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(rùn)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(shuō)明。為了清楚和簡(jiǎn)明起見(jiàn),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(lái)自涂覆未處理玻璃樣品的結(jié)果。
圖4顯示來(lái)自涂覆表面處理的玻璃樣品的結(jié)果。
圖5顯示來(lái)自在涂覆之后對(duì)玻璃樣品進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過(guò)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(lái)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(lái)自如分離和加工的過(guò)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(guò)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(rùn)濕能力的表面處理。潤(rùn)濕是液體保持接觸固體表面的能力。固體材料的潤(rùn)濕能力越高,液體更容易在大面積固體材料上鋪展。潤(rùn)濕能力取決于固體材料的表面能,且通過(guò)液滴與固體材料的接觸角來(lái)測(cè)定。隨著表面能增加和接觸角降低,潤(rùn)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(rùn)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(guò)程c或d與b可提高涂層的覆蓋,組合過(guò)程d和b可提高涂層的覆蓋和均勻性,組合過(guò)程e和b可消除涂層中的氣泡,且組合過(guò)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。基材可由單一層材料或多層不同材料制成。在一種示例性實(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(guò)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(guò)在(離子交換的)玻璃片或玻璃陶瓷片上的ito傳感器沉積來(lái)形成。因?yàn)槔绶蛛x和加工的過(guò)程,基材邊緣可具有瑕疵。使用例如蝕刻的過(guò)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(lái)增加基材邊緣的表面能,并因此增加基材邊緣的表面潤(rùn)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(rùn)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(guò)下述來(lái)清潔基材邊緣:將基材邊緣浸沒(méi)在溶劑中或用溶劑淋洗基材邊緣,用經(jīng)溶劑潤(rùn)濕的布來(lái)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(rùn)濕能力而言是所需的。當(dāng)使用溶劑來(lái)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)(mpa1/2)和溶劑的溶解度參數(shù)(mpa1/2)小于±1mpa1/2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20.3mpa1/2)和用于可固化涂層材料的環(huán)氧樹(shù)脂(溶解度參數(shù)為20.4mpa1/2)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(jiàn)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(guò)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(lái)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(guò)等離子體產(chǎn)生的激發(fā)的離子將與碳和氧反應(yīng)來(lái)形成co2、h2o和ch4。這些氣體可例如通過(guò)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(wú)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(wú)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(shù)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(guò)下述接枝到基材邊緣:將基材邊緣浸沒(méi)在溶液中,或者使用由溶液潤(rùn)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?。或者,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(guò)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(guò)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(lái)說(shuō),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(lái)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(shù)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(rùn)濕能力,且可以液體形式來(lái)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。可基于向基材邊緣施加的表面處理種類,來(lái)選擇可固化涂層材料。可使用任何合適的方法來(lái)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(guò)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(guò)分配器的噴嘴噴射到基材邊緣上。噴射涂覆的描述參見(jiàn)例如美國(guó)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(lái)覆蓋基材邊緣。除了噴射以外,可通過(guò)其它方法(如浸涂、噴涂或使用刷或輥的漆涂)來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)量的涂層材料將通過(guò)離心力從基材邊緣除去。可控制旋轉(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(lái)說(shuō),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(zhǎng),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(lái)說(shuō),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(lái)獲得所需結(jié)果。
在旋轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(zhǎng)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(lái)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(guò)程中省略這些輔助加工中的一種或多種。具體來(lái)說(shuō),可根據(jù)涂層材料的性質(zhì)和施加涂層的方法,來(lái)選擇涂覆過(guò)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(guò)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(rùn)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(shù)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(shù)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(shù)脂的接觸角是35°,且玻璃g4與作為測(cè)試液滴的低粘度樹(shù)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(rùn)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(guò)噴射用環(huán)氧樹(shù)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(méi)有完全的覆蓋。角落的沒(méi)有完全覆蓋的寬度是0.5-2.5毫米,筆直側(cè)面的沒(méi)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(guò)噴射在玻璃樣品的邊緣上施加環(huán)氧樹(shù)脂。丙酮和環(huán)氧樹(shù)脂具有相似的溶解度參數(shù)。丙酮的溶解度參數(shù)是20.3mpa1/2,且環(huán)氧樹(shù)脂的溶解度參數(shù)是20.4mpa1/2。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(rùn)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(guò)程之后,對(duì)實(shí)施例3的玻璃樣品進(jìn)行旋轉(zhuǎn)過(guò)程。旋轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程之后且在烘烤之前,在施加的環(huán)氧樹(shù)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(guò)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(jiàn)的氣泡402在圖7中不再可見(jiàn)。
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(shù)脂涂覆未處理的gorilla2318玻璃樣品。發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(kāi)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。