[发明专利]具有降低的侵入离子表面浓度的化学强化玻璃基板及其制造方法

说明书

本发明披露了注入的离子用于改变化学强化玻璃基板的侵入离子表面层浓度的用途，其中所述离子选自N、H、O、He、Ne、Ar和Kr的离子中的一种或多种并且以包括在10¹⁴离子/cm²与10¹⁸离子/cm²之间的剂量以及包括在5kV与100kV之间的加速电压被注入所述化学强化玻璃基板中。

技术领域

本发明涉及特别是通过使用离子注入来降低化学强化玻璃的表面层中的侵入离子浓度的方法。特别地，这导致改性的化学强化玻璃基板，这些玻璃基板具有基本上未改变的表面压缩应力和压缩层深度值。

背景技术

多年来，玻璃一直是建筑窗户和车窗以及还有显示盖板的选择材料。玻璃提供高化学和机械强度以及高透明度。玻璃还与任何种类的显示技术，如LCD、等离子显示、OLED以及大范围的触摸屏界面技术相容。例如，在电视屏幕、智能手机、移动电话、平板电脑、电子书、手表和计算机显示器上使用玻璃盖板。显示技术最近的趋势是朝着更薄、更轻和更大的装置。在运输行业(即汽车、航空)中也看到朝着更大且更轻的窗户的类似趋势。因此，已经变得有必要制造更薄的玻璃板，这些玻璃板仍然提供所希望的光学特性以及必需的机械耐受性。

一种众所周知的用于强化玻璃的技术是化学强化。在化学强化中，在远低于玻璃退火点的温度下，将含有碱金属的玻璃基板浸入含有熔融碱金属盐例如像KNO₃的加热浴中。发生玻璃的主体碱金属离子与来自熔融盐的侵入碱金属离子之间的离子交换。如果侵入离子在尺寸上大于主体离子，那么所产生的侵入离子在玻璃的近刚性原子网络中填充导致形成包括高表面压缩和某一平衡的内部拉伸应力的应力分布(profile)，其取决于交换的离子的量、离子交换深度和玻璃板厚度。与其他玻璃强化工艺相比，化学强化具有以下优点：它引入更高的表面压缩而没有光学变形，并且它可以应用于甚至小于1mm厚度的薄玻璃板。

取决于化学强化工艺的工艺参数和玻璃基板，获得了不同的离子交换程度。离子交换程度，即玻璃基板中交换的离子的量和离子交换层的深度，产生具有在300与1300MPa之间的压缩表面应力(CS)的应力分布，其中压缩层深度(DOL)范围为从几微米到几百微米。整体强化水平由跨过玻璃基板的厚度的应力分布决定。为了获得高断裂强度，具有高DOL值和高CS值的应力分布是必需的。化学强化的显示器盖板玻璃典型地需要具有高于600MPa的压缩表面应力(CS)，以及大于12μm的压缩层深度(DOL)。

在化学强化中可以使用许多不同玻璃类型，它们含有具有相对小的离子半径的碱金属离子(被称为主体离子)，如锂或钠离子，该碱金属离子可以与具有相对较大的离子半径的另一种离子(被称为侵入离子，如钾、铷或铯离子)交换。

压缩表面应力(CS)：基于光学原理，如通过来自折原工业公司(OriharaIndustrial Co.Ltd.)的可商购表面应力计FSM测量的，在玻璃中的离子交换后由玻璃表面对玻璃网络的挤出效应产生的应力。

离子交换层深度(DOL)：其中发生离子交换并产生压缩应力的玻璃表面层的厚度。DOL可以基于光学原理通过来自折原工业公司的可商购表面应力计FSM来测量。

中心拉伸应力(CT)：在玻璃的夹层中产生并且抵消在离子交换后在玻璃的上表面与下表面之间产生的压缩应力的拉伸应力。CT可以从测量的CS和DOL值计算。

一旦达到所需的CS和DOL值，为了避免劣化CS和DOL值而通常不希望改变玻璃基板中的侵入离子的浓度分布。这限制了化学强化玻璃的改性可能性。然而，存在其中化学强化玻璃中的钾向外扩散造成问题的应用。例如，某些透明导电氧化物TCO涂层需要升高的温度，例如高于200℃。在这样的升高的温度下，钾从化学强化玻璃向外扩散到正在形成的TCO涂层中增加其电阻率。

因此，本领域中需要降低化学强化玻璃中的侵入离子的表面浓度，而不显著劣化其CS和DOL值。

发明内容