CN105358320A - 强化的薄玻璃-聚合物层压件 - Google Patents

Abstract

一种玻璃-聚合物层压件结构,其包括一种厚度不大于约0.3mm的柔性玻璃基片。将聚合物层层压到柔性玻璃基片表面，该聚合物层的热膨胀系数(CTE)至少约为柔性玻璃基片的CTE的2倍。在热膨胀聚合物层之后，将所述聚合物层层压到柔性玻璃基片的表面以提供柔性玻璃基片，所述柔性玻璃基片穿过其厚度具有至少约30MPa的面内压缩应力。

Description

强化的薄玻璃-聚合物层压件

本申请根据35U.S.C.§119要求2012年8月31日提交的美国临时申请系列号61/695781的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。

领域

本发明涉及玻璃-聚合物层压件结构，具体来说，涉及强化的薄玻璃-聚合物层压件结构。

背景技术

使用与一种或更多种聚合物膜层压的聚合物基材料制备柔性聚合物基片。这些层压的基片堆叠件通常用于与PV,OLED,LCD和图案化薄膜晶体管(TFT)电子器件相关的柔性封装，因为它们成本低且具有高性能。

为了促进将柔性玻璃结构作为一种替代的技术选择，必须克服和演绎与脆性材料玻璃相关的机械可靠性性能的实际和设想的限制。柔性玻璃基片提供多种比柔性聚合物技术更好的优势。一种技术优势是玻璃能用作水分或气体阻挡层，这是户外电子器件中的主要降解机理。第二个技术优势是它通过减少或消除一种或更多种包装基片层，潜在地降低总包装大小(厚度)和重量。另一个优势是玻璃具有优异的表面质量，可方便地清洁。因此，可克服与玻璃相关的机械可靠性性能的实际和设想的限制，可推进柔性玻璃结构的应用。

概述

改善纯柔性玻璃的机械可靠性的一种技术是将柔性玻璃基片与一种或更多种薄膜聚合物层压。取决于机械强度要求和预期的终端应用中的弯曲应力和方向，根据本发明的概念，可设计柔性玻璃-聚合物层压件基片来满足机械要求。当正确使用时，层压的结构将提供比柔性非层压(纯玻璃)结构更好的机械可靠性。

在以下的详细描述中提出了本发明的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容而容易理解，或按文字描述以及附图中所述实施本发明而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。

包括的附图提供了对本发明原理的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来说明例如本发明的原理和操作。应理解，在本说明书和附图中揭示的本发明的各种特征可以以任意和所有的组合使用。作为非限制性例子，本发明的各种特征可相互组合如下：

根据第一方面,提供一种玻璃-聚合物层压件结构，其包括:

一种柔性玻璃基片，其厚度不大于约0.3mm；和

层压到柔性玻璃基片表面的聚合物层，其热膨胀系数(CTE)至少约为2倍的柔性玻璃基片的CTE,在热膨胀聚合物层之后，将所述聚合物层层压到柔性玻璃基片的表面以提供柔性玻璃基片，所述柔性玻璃基片穿过其厚度具有至少约30MPa的压缩应力。

根据第二方面,一种玻璃-聚合物层压件结构，其包括:

一种柔性玻璃基片，其厚度不大于约0.3mm；和

层压到柔性玻璃基片表面的聚合物层，其热膨胀系数(CTE)至少比柔性玻璃基片的CTE大约3ppm/℃,在热膨胀聚合物层之后，将所述聚合物层层压到柔性玻璃基片的表面以提供柔性玻璃基片，所述柔性玻璃基片穿过其厚度具有至少约30MPa的压缩应力。

根据第三方面,提供如方面1或方面2所述的层压件结构，其中穿过柔性玻璃基片的厚度，柔性玻璃基片的面内压缩应力为至少约80MPa。

根据第四方面,提供如方面1-3中任一项所述的层压件,其中聚合物层的CTE至少约为10倍的柔性玻璃基片的CTE。

根据第五方面,提供如方面1-4中任一项所述的层压件,还包括粘合层，其将聚合物层层压到柔性玻璃基片。

根据第六方面,提供如方面5所述的层压件,其中粘合层加热活化,且活化温度大于约50℃。

根据第七方面,提供如方面5所述的层压件,其中粘合层是压敏粘合剂。

根据第八方面,提供如方面5所述的层压件,其中粘合层是UV活化的。

根据第九方面,提供如方面1-8所述的层压件,其中柔性玻璃基片是第一柔性玻璃基片,该层压件结构还包括层压到聚合物层的第二柔性玻璃基片,该聚合物层在第一和第二柔性玻璃基片之间。

根据第十方面,提供如方面9所述的层压件,其中聚合物层由液体聚合物形成。

根据第十一方面,提供如方面10所述的层压件,其中聚合物层延伸超过第一和第二柔性玻璃基片中至少一个的外部边缘。

根据第十二方面,提供如方面1-11所述的层压件,其中聚合物层是第一聚合物层,该层压件结构还包括层压到柔性玻璃基片的第二聚合物层,该柔性玻璃基片在第一和第二聚合物层之间。

根据第十三方面,提供一种形成柔性玻璃-聚合物层压件结构的方法，所述方法包括:

加热柔性玻璃-聚合物层压件结构的聚合物层到大于20℃的升高的温度,该聚合物层的热膨胀系数(CTE)至少是2倍的柔性玻璃-聚合物层压件结构的柔性玻璃基片的CTE；

在升高的温度下，将聚合物层层压到柔性玻璃基片；和

在低于所述升高的温度下冷却聚合物层，从而穿过柔性玻璃基片的厚度引入至少约30MPa的压缩应力。

根据第十四方面，一种形成柔性玻璃-聚合物层压件结构的方法包括：

加热柔性玻璃-聚合物层压件结构的聚合物层到大于20℃的升高的温度,该聚合物层的热膨胀系数(CTE)至少比柔性玻璃-聚合物层压件结构的柔性玻璃基片的CTE大约3ppm/℃；

在升高的温度下，将聚合物层层压到柔性玻璃基片；和

在低于所述升高的温度下冷却聚合物层，从而穿过柔性玻璃基片的厚度引入至少约30MPa的压缩应力。

根据第十五方面,提供如方面12或方面13所述的方法，其中穿过柔性玻璃基片的厚度，柔性玻璃基片的面内压缩应力为至少约80MPa。

根据第十六方面,提供如方面13-15中任一项所述的方法,其中聚合物层的CTE至少约为10倍的柔性玻璃基片的CTE。

根据第十七方面,提供如方面11-13所述的方法，包括当将聚合物层加热到所述升高的温度时，使聚合物层相对于柔性玻璃基片膨胀。

根据第十八方面,提供如方面13-17所述的方法，还包括在柔性玻璃基片和聚合物层之间施加粘合层，其将聚合物层层压到柔性玻璃基片。

根据十九方面,提供如方面18所述的方法，包括在聚合物层达到所述升高的温度之后，加热活化粘合层。

根据二十方面,提供如方面18所述的方法，包括在聚合物层达到所述升高的温度之后，加压活化粘合层。

根据二十一方面,提供如方面18所述的方法，包括在聚合物层达到所述升高的温度之后，UV活化粘合层。

根据第二十二方面,提供形成柔性玻璃-聚合物层压件结构的方法，所述方法包括:

加热柔性玻璃-聚合物层压件结构的聚合物层到大于20℃的升高的温度,该聚合物层的热膨胀系数(CTE)至少比柔性玻璃-聚合物层压件结构的柔性玻璃基片的CTE大约3ppm/℃；

在升高的温度下，将聚合物层层压到柔性玻璃基片；和

在低于所述升高的温度下冷却聚合物层来弯曲柔性玻璃基片同时穿过柔性玻璃基片的厚度提供压缩应力。

根据二十三方面,提供如方面22所述的方法,其中加热聚合物层的步骤包括在将聚合物层层压到柔性玻璃基片之前，把聚合物层加热到至少约50℃的温度。

根据第二十四方面,一种柔性玻璃-聚合物层压件结构，其包括:

一种柔性玻璃基片，其厚度不大于约0.3mm；和

层压到柔性玻璃基片表面的聚合物层，其热膨胀系数(CTE)至少比柔性玻璃基片的CTE大约3ppm/℃,在热膨胀聚合物层之后，将所述聚合物层层压到柔性玻璃基片的表面以提供柔性玻璃基片，该柔性玻璃基片具有弯曲的构造同时沿着至少一部分的柔性玻璃厚度提供压缩应力。

附图简述

图1示意性地显示对称的柔性玻璃-聚合物层压件结构的一种实施方式；

图2示意性地显示对称的柔性玻璃-聚合物层压件结构的另一种实施方式；

图3示意性地显示具有边缘保护特征的柔性玻璃-聚合物层压件结构的另一种实施方式；

图4示意性地显示具有不对称构造的柔性玻璃-聚合物层压件结构的另一种实施方式；

图5是具有中性弯曲轴线的一片玻璃的示意图；

图6显示了示例性热弯曲的层压件中拉伸应力的降低；

图7示意性地显示柔性玻璃-聚合物层压件结构的另一种实施方式；和

图8示意性地显示柔性玻璃-聚合物层压件结构的另一种实施方式。

具体描述

在以下的详述中，为了说明而非限制，给出了说明具体细节的示例性实施方式，以提供对本发明的各种原理的充分理解。但是，对于本领域普通技术人员显而易见的是，在从本说明书获益后，可以以不同于本文详述的其它实施方式实施本发明。此外，可省略对熟知装置、方法和材料的描述，从而不会模糊对本发明的各种原理的描述。最后，在任何适用的情况下，相同的附图标记表示相同的元件。

在此，范围可以表示为从“约”一个具体值和/或到“约”另一个具体值的范围。当表示这样一个范围的时候，另一个实施方式包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一个实施方式。应理解每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时，都是有意义的。

本文所用的方向术语，例如上、下、左、右、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来表示绝对的取向。

虽然玻璃固有的是高强度材料，但它的强度(可靠性)随它的表面缺陷或瑕疵尺寸密度分布以及应力随着时间对材料的累积暴露而变化。在整个产品生命周期中，柔性玻璃-聚合物层压件将遭受各种静态和动态机械应力。本文所述的实施方式总体涉及使用聚合物层强化的柔性玻璃基片。通过在升高的温度下将聚合物层层压到柔性玻璃基片然后缓慢冷却，来利用聚合物层和柔性玻璃基片之间的较大的热膨胀系数(CTE)不匹配。一旦冷却层压件结构之后，这种升高的温度的层压方法可形成穿过柔性玻璃基片厚度均匀分布的残余压缩应力。

参考图1和2,显示了两种示例性柔性玻璃-聚合物层压件结构10和40以及它们对应的应力图案12和42。首先参考图1,柔性玻璃-聚合物层压件结构10包括由第一柔性玻璃基片16(具有Eg,Vg,α,t_g/2)形成的第一最外面玻璃层14,由第二柔性玻璃基片20(具有Eg,Vg,α,t_g/2)形成的第二最外面玻璃层18以及聚合物层22(具有Ep,Vp,α_p,t_p)，该聚合物层夹在第一和第二柔性玻璃基片16和20之间并层压到第一和第二柔性玻璃基片16和20。粘合层24和26可用于在它们各自宽表面28,30和32,34的界面处，将第一和第二柔性玻璃基片16和20层压到聚合物层22。

虽然图1显示最外面玻璃层14和18,图2显示了一种替代实施方式，其中柔性玻璃基片44(具有Eg,Vg,α,t_g)夹在最外面聚合物层50和52(各自具有Ep,Vp,α_p,t_p/2)之间。同样的，粘合层54和56可用于在它们各自宽表面58,60和62,64的界面处，将第一和第二聚合物层50和52层压到柔性玻璃基片44。

1图1和2的应力图案12和42显示穿过柔性玻璃-聚合物层压件结构10的柔性玻璃基片16和20的厚度以及柔性玻璃-聚合物层压件结构40的柔性玻璃基片44的厚度产生残留的面内压缩应力,这通过柔性玻璃-聚合物层压件结构10的聚合物层22以及柔性玻璃-聚合物层压件结构40的聚合物层50和52中的拉伸应力来补偿。首先参考图1,柔性玻璃-聚合物层压件结构10的柔性玻璃基片16和20中的残留压缩应力可穿过柔性玻璃基片16和20的厚度基本上均匀分布，并可通过在升高的温度下将聚合物层22层压到柔性玻璃基片16和20和随后冷却到室温来产生。类似地，参考图2,柔性玻璃-聚合物层压件结构40的柔性玻璃基片44中的残留压缩应力可穿过柔性玻璃基片44的厚度基本上均匀分布，并可通过在升高的温度下将聚合物层50和52层压到柔性玻璃基片44和随后冷却到室温来产生，如下文所更加详细描述。此外，虽然图1和2显示了三层层压件结构,但层数可大于或小于3层，且可根据例如终端应用和加工要求来选择。本文将描述各种其它层数的层压件。

柔性玻璃基材16,20和44可以是“超薄的”，厚度t_g小于或等于约0.3mm，包括但不限于以下厚度，例如，约0.01-0.05mm、约0.05-0.1mm、约0.1-0.15mm以及约0.15-0.3mm。柔性玻璃基片16,20和44可由玻璃,玻璃陶瓷,陶瓷材料或其复合材料形成。可将形成高质量薄玻璃板的熔合法(例如下拉法)用于各种设备例如平板显示器。与用其它方法制备的玻璃板相比，熔合法中制备的玻璃板包括含优异平坦度和光滑度的表面。这种熔合法参见美国专利号3,338,696和3,682,609。其它合适的玻璃板形成方法包括浮法、上拉制和狭缝拉制法。

强化对称的柔性玻璃-聚合物层压件

开发了一种用于强化柔性玻璃基片的方法，其利用聚合物层和柔性玻璃基片之间的大的CTE不匹配(例如,约2倍或更大,例如约5倍或更大,例如约10倍或更大)，通过在升高的温度下层压聚合物层和柔性玻璃基片(例如,如图1和2所示)和随后缓慢冷却以穿过柔性玻璃基片的厚度形成残留压缩应力。在一些实施方式中,CTE不匹配可为至少约3ppm/℃或更大,例如约6ppm/℃或更大,例如约9ppm/℃或更大,例如约12ppm/℃或更大,例如约15ppm/℃或更大,例如约20ppm/℃或更大,例如约27ppm/℃或更大,例如约50ppm/℃或更大。柔性玻璃-聚合物层压件可分为对称的和不对称的。对称的层压件结构这样构造：层压件结构的中央平面C(图1和2)下面的层与中央平面C上面的层形成镜相，不对称的层压件绕着它们的中央平面没有这种镜像。对于由两种不同材料形成的和具有三层或更多层CTE不同且在升高的温度下层压的对称的柔性玻璃-聚合物层压件,室温下穿过柔性玻璃基片的厚度(假定双轴变形)的压缩应力通过下述给出：

其中：

E是杨氏模量,α是线性热膨胀系数,t是一种材料的总厚度,ν是泊松(Poisson)比,和下标“g”和“p”分别指“玻璃”和“聚合物”。T_层压指用于层压过程的粘合剂的固化温度。

因此,可通过下述的一种或更多种来增加柔性玻璃基片中的压缩应力

1.降低玻璃层厚度；

2.增加柔性玻璃基片的杨氏模量；

3.增加聚合物层的杨氏模量；

4.增加聚合物层的厚度；

5.增加柔性玻璃基片和聚合物层之间的热膨胀系数差异；和

6.增加层压温度。

虽然穿过柔性玻璃基片的厚度的较大压缩应力(例如,30MPa或更大,例如50MPa或更大,例如60MPA或更大,例如约70MPa或更大例如约80MPa或更大,例如约90MPA或更大,例如约100MPa或更大,例如约110MPa或更大)是理想的，但对可引入的压缩应力的量有限制。例如,为了取得柔性玻璃基片中的大压缩应力,一种方法是将层压温度设定的尽可能高。但是，这个层压温度的上限不应该超过由柔性玻璃-聚合物层压件材料的特殊性质所设定的极限，例如所用的任何粘合剂的工作温度。在确保产品可靠性时应考虑材料和结构完整性。因此,各种限制可能影响能引入柔性玻璃基片的压缩应力的量。

形成强化的柔性玻璃-聚合物层压件

可使用任意数目的层压过程来取得在柔性玻璃基片中所需的高压缩应力。重要的是，在将聚合物层层压到柔性玻璃基片之前，因为柔性玻璃基片和聚合物层之间大的CTE不匹配，应允许聚合物层相对于柔性玻璃基片热膨胀,至少热膨胀到一定程度。一旦层压后,可允许柔性玻璃-聚合物层压件结构受控地冷却(例如,约1-2℃/分钟或更低)回室温,这将压缩应力引入柔性玻璃基片。

下面描述了在升高的温度下层压用于因为聚合物层和柔性玻璃基片之间大的CTE不匹配而产生压缩应力的实施例。这些实施例本质上是示例性的，并无意于限定。例如,虽然在下面描述的许多实施例中可使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物层,但也可使用聚碳酸酯的聚合物层，以及如下所述的各种其它聚合物材料，其具有与柔性玻璃基片较大的CTE不匹配。当柔性玻璃-聚合物层压件的终端应用中透明是优选地时，PMMA和聚碳酸酯聚合物材料可为理想的。

实施例1:UV敏感的粘合剂

柔性玻璃-聚合物层压件结构(如图1所示)由厚度为0.1mm的两种柔性玻璃基片以及由一种透明热塑性塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成且厚度为1.3mm的聚合物层来形成。将UV敏感的粘合剂(NOA68，可购自诺兰产品(NorlandProducts))以约20nm的厚度施涂在聚合物层和柔性玻璃基片层之间。将柔性玻璃-聚合物层压件结构置于一个热电热台上，并从一侧加热并保持在80℃,这低于UV敏感的粘合剂的90℃的工作极限。然后，使用从柔性玻璃-聚合物层压件结构的与热电热台相对的一侧施加到UV敏感的粘合剂的UV灯固化UV敏感的粘合剂，从而在升高的温度下将聚合物层粘结到柔性玻璃基片层并允许以3℃/分钟的速率冷却。使用双折射测量(FSM)确认柔性玻璃基片中约110MPa的压缩应力。下面的表I突出了用于这个示例性柔性玻璃-聚合物层压件结构的材料性质，以及下文的表II显示使用如上所述的压缩应力公式估算的应力。

表1：材料

表II应力估算

实施例2:热敏粘合剂

柔性玻璃-聚合物层压件结构(如图1所示)由厚度为0.1mm的两种柔性玻璃基片以及由PMMA形成且厚度为1.3mm的聚合物层来形成。将热敏粘合剂(NOA68H，可购自诺兰产品(NorlandProducts))以约20nm的厚度施涂在聚合物层和柔性玻璃基片层之间。将柔性玻璃-聚合物层压件结构在对流烘箱中加热到层压温度(在100℃下固化3小时,3℃/分钟升温速率,1℃/分钟冷却速率，冷却到室温之前在50℃下陈化12小时),这低于PMMA的软化温度(91℃-115℃),当达到层压温度时允许聚合物层膨胀，从而在升高的温度下将聚合物层粘结到柔性玻璃基片层。

实施例3:压敏粘合剂

柔性玻璃-聚合物层压件结构(如图1所示)由厚度为0.1mm的两种柔性玻璃基片以及由PMMA形成且厚度为1.3mm的聚合物层来形成。将压敏粘合剂(8211OCA，可购自3M)以约50nm的厚度施涂在聚合物层和柔性玻璃基片层之间。将柔性玻璃-聚合物层压件结构在反应釜中加热到层压温度,这低于PMMA的软化温度(91℃-115℃),当达到层压温度时允许聚合物层膨胀，从而在升高的温度下将聚合物层粘结到柔性玻璃基片层(在90psi和85℃下固化1小时,3°F/分钟的升温和冷却速率)。

虽然上面的实施例使用中间粘合层来粘结聚合物层和柔性玻璃基片,其它实施方式可包括直接粘结到柔性玻璃基片的聚合物层却不使用任何中间粘合层。例如,可将聚合物层加热到高于塑性软化温度(玻璃化转变温度)、但低于聚合物的熔融温度的温度。对于PMMA,例如,软化温度是91℃-115℃和熔融温度是160℃。可利用加热和压力的组合(例如,使用反应釜)来将聚合物层加热到软化温度和熔融温度之间的温度。在一些情况下，可将加热温度保持预定时间段，然后可以预定速率冷却(例如,小于约3°F/分钟)柔性玻璃-聚合物层压件结构。

作为聚合物层的另一实施例,可将液体聚合物溶液注入柔性玻璃基片之间的空间。简要参考图3,在升高的温度下,柔性玻璃-聚合物层压件70通过分离柔性玻璃基片72和74来形成,例如使用间隔体(由虚线76表示)。可将液体聚合物溶液78注入在柔性玻璃基片72和74之间形成的空间80。将聚合物层82层压到柔性玻璃基片72和74可通过聚合物固结(例如固化)和受控的冷却步骤来完成。毛细管力、粘性流动和液体聚合物溶液78加热时的膨胀可迫使液体聚合物溶液78超出柔性玻璃基片72和74的外部边缘84和86,这可导致包封和覆盖外部边缘84和86。一旦形成聚合物层82，外部边缘84和86的这种包封可为柔性玻璃基片72和74提供边缘保护特征88。这种边缘保护可以是优选地，因为在柔性基片72和74的边缘处的压缩应力可较小或甚至不存在，甚至在形成聚合物层82之后，且与本体玻璃相比具有较低的强度。为了促进粘结,可将粘合剂促进剂添加到聚合物溶液78。在聚合物层82和柔性玻璃基片72和74之间可发生物理粘结，和在一些情况下发生化学粘结。

除了如上所述的加热器和烘箱，可使用非接触式加热器,例如辐射加热器(和微波加热)来加热本文所述的聚合物层。辐射加热器发射红外辐射，这可被材料吸收导致向加热物体的传热。与对流或传导加热相比，辐射加热可以是高效和快速的，且不需要接触加热的物体的表面。作为实施例1的加热的替代，可使柔性玻璃-聚合物层压件结构通过UV光源和辐射加热器,从而使粘合剂材料的UV固化获得所需温度,这可通过辐射加热来保持。此外，作为实施例2的变体，可用两个辐射加热器来替换对流烘箱，在柔性玻璃-聚合物层压件结构各侧各一个。通过控制进料速率、加热器实现加热的功率、层压温度和冷却，所述方法可以是连续的。可使用多种辐射加热器来控制加热、停留和冷却速率。

不对称的柔性玻璃-聚合物层压件

还可使用层压方法来操作或实施不对称的柔性玻璃-聚合物层压件结构中的应力分布。在这些实施方式中，在将聚合物层层压到柔性玻璃基片之前，因为柔性玻璃基片和聚合物层之间大的CTE不匹配，应允许聚合物层相对于柔性玻璃基片热膨胀。因为柔性玻璃-聚合物层压件结构的不对称的，可将单轴或双轴的弯曲引入柔性玻璃基片和聚合物层。

参考图4,由对称的柔性玻璃-聚合物层压件结构90中的CTE不匹配诱导的单轴弯曲曲率通过下述表示(假定平面应力且柔性玻璃基片96和聚合物层98具有相同的宽度和长度尺寸):

其中：

κ是弯曲曲率，E是杨氏模量,α是线性热膨胀系数,t是一种材料的总厚度,下标“g”和“p”分别指“玻璃”和“聚合物”。T_层压指用于层压过程的粘合剂的固化温度。

弯曲曲率κ与从中央C到中性轴线所测的半径R相关，表示为:

R＝1/κ

还和在柔性玻璃-聚合物层压件结构90的端部92和94之间所测的角度θ相关，表示为:

θ＝L/R＝κL。

到中性轴线的高度h可由下述决定：

$h=R(1-\cos \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right))=\frac{1}{\mathrm{\κ}}(1-\cos \left(\frac{\mathrm{\κL}}{2}\right)).$

因此,当已知材料性质和层压温度时，可测定对称的柔性玻璃-聚合物层压件结构的弯曲特征。例如,对于100μm/500μm/100μm玻璃/聚碳酸酯/玻璃层压件，其中聚碳酸酯的杨氏模量E是2.377GPa,CTEα是67.5x10^-6/℃和层压温度T_层压是80℃,一旦冷却到室温后的高度h是约11.3mm。

参考图5,当将未涂覆的玻璃工件100(玻璃板或玻璃带)弯曲到弯曲半径R(例如当在设备中固定玻璃或者在加工时绕着辊弯曲时)时,在玻璃中形成应力。当对玻璃工件100进行弯曲时刻，从而玻璃取得弯曲半径R时,在相对于x轴(中性轴线)位置(y)处的应力可通过下述计算：

$\mathrm{\σ}=\frac{E_{g}y}{R(1-{v_g}^2)}$ (平面应变)

或者

$\mathrm{\σ}=\frac{E_{g}y}{R}$ (平面应力)

其中：

σ是应力；

E_g是玻璃的杨氏模量；

v_g是玻璃的泊松比；

y是计算应力σ处在y轴的位置；

R是玻璃的弯曲半径。

最大拉伸应力出现在玻璃100的任一侧，要么是表面102要么是表面104，这取决于弯曲方向。即,如果弯曲玻璃100从而表面102是凸面的,最大拉伸应力将在表面102上,而如果弯曲玻璃100从而表面104是凸面的,最大拉伸应力将在表面104上。在任一情况下，通过用1/2tg代入y,最大应力σ_max的绝对值通过下述定义:

$\left|{\mathrm{\σ}}_{\max }\right|=\frac{E_g{t}_g}{2R(1-{v_g}^2)}$ (平面应变)

或者

$\left|{\mathrm{\σ}}_{\max }\right|=\frac{E_g{t}_g}{2R}$ (平面应力)

在升高的温度下，将聚合物层98层压到柔性玻璃基片96(如图4所示),例如,与未涂覆的图5的玻璃相比允许操控应力分布。具体来说，层压与柔性玻璃基片96具有高的CTE不匹配的聚合物层98来在柔性玻璃基片中产生弯曲和产生压缩应力可降低或甚至消除预期在弯曲的玻璃中的拉伸应力，并可强化整个弯曲的柔性玻璃层压件结构90(图4)。

下面的讨论显示柔性-玻璃聚合物层压件中的柔性玻璃基片中拉伸应力的降低。对于由两种不同材料形成的对称的柔性玻璃-聚合物层压件，由CTE不匹配诱导的曲率(假定为单轴平面应力弯曲)是(如上所述):

中性轴线通过下述给出：

$y_0=\frac{{\mathrm{\α}}_p(E_p{t}_p^4/E_g+{6t}_p^3{t}_g+{9t}_p^2{t}_g^2+{4t}_p{t}_g^3)+{\mathrm{\α}}_g(E_g{t}_g^4/E_p-{3t}_g^2{t}_p^2-{2t}_g{t}_p^3)}{6({\mathrm{\α}}_p-{\mathrm{\α}}_g)t_g{t}_p(t_g+t_p)}$

以及，室温下穿过柔性玻璃基片的厚度的弯曲应力通过下述给出:

σ＝E_g(κ₀(y-y₀)+α_g(T_层压-T_室温))

在柔性玻璃基片顶部表面的弯曲应力通过下述给出:

且在底部表面(即,与聚合物层的接合表面)的弯曲应力通过下述给出:

其中：

E_g,ν_g是柔性玻璃基片的杨氏模量和泊松比；

E_p,ν_p是聚合物层的杨氏模量和泊松比；

t_g是柔性玻璃基片的厚度；

t_p是塑料层的厚度；

α_g是柔性玻璃基片的热膨胀系数；

α_p是聚合物层的热膨胀系数；

T_层压是层压温度；

T_室温是室温；

κ₀是由CTE不匹配诱导的弯曲曲率；

σ是弯曲应力；和

y₀是弯曲的层压件的中性轴线。

参考图6和上面特别用于弯曲应力的公式,可知在热弯曲的柔性玻璃基片内侧的拉伸应力比机械弯曲的柔性玻璃基片的小得多。这种拉伸应力的降低可在柔性玻璃基片从底部侧到顶部侧的整个厚度观察到。但是，应注意，因为柔性玻璃基片的弯曲，穿过柔性玻璃基片的整体厚度的应力不是像图1和2所示的那样均匀。在该实施方式中，只有靠近柔性玻璃基片底部侧的一部分的柔性玻璃的厚度大于或等于30MPa。

总体考虑

用于本文所述的层压件结构的聚合物层可包括各种聚合物,例如,下述的任意一种或更多种：聚对苯二甲酸乙二醇(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、或热聚合物聚烯烃(TPO^TM-聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯嵌段共聚物(BCPP),或橡胶的聚合物/填料的混合物)、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯丁酸酯(polyvinylbuterate)、聚氯乙烯、聚乙烯和取代的聚乙烯类、聚羟基丁酸酯、聚羟基乙烯基丁酸酯、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphalate)、聚酰亚胺、聚醚、聚砜、聚乙烯基乙炔(polyvinylacetylenes)、透明的热塑性塑料、透明的聚丁二烯、聚氰基丙烯酸酯(polycyanoacrylates)、纤维素基聚合物、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、多硫化物、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯和聚硅氧烷。还可使用能作为预聚物或预复合物沉积/涂覆并随后转化的聚合物，例如环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂。许多显示器和电气应用可优选基于丙烯酸的聚合物、硅酮和这种结构辅助层，例如可购自杜邦公司(DuPont)的对于某些应用，聚合物层可以是透明的，但对于其它应用无需透明。

用于在升高的温度下将聚合物层层压到柔性玻璃基片的粘合剂材料的非限制性例子包括以下公司生产的可紫外固化的光粘合剂或光接合剂：诺兰德^TM光学粘合剂(Norland^TMOpticalAdhesives)(NOA60、NOA61,NOA63,NOA65,NOA68,NOA68T,NOA71,NOA72,NOA73,NOA74,NOA75,NOA76,NOA78,NOA81,,NOA84,NOA88,NOA89)、道康宁公司(DowCorning^TM)(Sylgard184和其他热固化硅酮),Dymax^TM等。对于热-活化粘合剂材料(例如,NOA83H),可使用活化温度大于预选择的温度(例如,约50℃或更大,例如约70℃或更大,例如80℃或更大,例如100℃或更大)的粘合剂材料，从而允许聚合物层有机会在层压到柔性玻璃基片之前相对于其膨胀。

此外，各聚合物层自身可为由具有不同的杨氏模量,不同的泊松比,和/或层厚度的不同的类聚合物制成的层压的结构或复合材料结构。在这种情况下，本领域普通技术人员能匀化复合物层来发现用于总体层的有效值，包括有效的厚度,有效的杨氏模量,和有效的泊松比，其可用作本文所述的总体层并有益地构造玻璃-聚合物层压件。例如，复合材料可有上述材料和/或金属的任意组合形成，例如不锈钢、镍、铜、贵金属、金属氧化物等。

本文所述的玻璃-聚合物层压件可用作用于安装设备功能层的基片，或者可用作设备内的包封层或阻挡层。设备可电子器件，例如显示屏(包括液晶显示器、等离子体显示器、有机发光二极管显示器、平板显示器例如)发光设备、或者太阳能电池模块。功能层可包括例如薄膜晶体管(TFT)、二极管、光二极管、三极管、光伏电池、光耦合器、透明电极、滤色片、或者导电层。玻璃-聚合物层压件可用作层压到显示屏的盖板。玻璃-聚合物层压件不仅可用作用于OLED(小分子荧光(SMF)和(LEP)发光聚合物)的基片/包封剂，还可用于其它设备包括电活性层，例如有机光检测器、有机太阳能电池、薄膜晶体管(TFT)阵列和用于OLED的TFT。另一种应用是用于LEP产品，例如未图案化的背光和其它光源或者图案化的设备例如信息牌、字母数字显示器或者点-矩阵和其它高分辨显示器。

玻璃-聚合物层压件可为基本上透明、可成形的和/或柔性的结构，用于用作电子器件中的保护性元件,其中玻璃-聚合物层压件是复合材料结构，其包括厚度为5-300微米的玻璃层,和厚度为50微米-1cm或更大的聚合物层。在这种连接中，玻璃-聚合物层压件的形成能力允许通过弯曲和/或扭曲偏离完全的平坦性，所以它可适应一些其它物体的形状或形式。它的柔性允许弯曲，却不会不利地影响它的阻挡性质。

玻璃-聚合物层压件可构成用于电子器件的基片，这样可用透明电极层涂覆。该层可为阳极，且可为氧化铟锡或者基于银的导体。或者，玻璃-聚合物层压件可构成用于发光或者其它电子器件的包封膜。

具有玻璃-聚合物层压件的电子器件可按照集成步骤的顺序制造，包括构造玻璃-聚合物层压件,沉积透明电极层,沉积各电活性层和沉积第二电极层。考虑间歇性、半连续或连续的工艺来制造完整的设备。可在第二电极层上提供额外的包封层。根据不同的实施方式，可使用各种用于玻璃-聚合物层压件的技术。

根据一种实施方式，提供携带第一透明电极(例如ITO)涂层的聚合物层。然后，在第二电极层后面沉积至少一电活性层,例如电致发光的有机材料。然后将完整的结构层压到玻璃层。根据另一种实施方式，在前面的顺序中交换聚合物和玻璃层。根据另一种实施方式，预先制造玻璃-聚合物层压件并随后用作基础，用于沉积第一电极层,至少一层电气活性材料和第二电极层。

根据一个间歇过程，可以片材的形式提供玻璃和聚合物层。或者，可以片材形式提供玻璃层，且聚合物层来自连续的卷。作为另一种可能，玻璃和聚合物层都来自连续的卷。复合材料结构可通过层压玻璃和聚合物层来形成，例如根据间歇过程，连续的卷－对－卷过程或者半连续过程，其中聚合物层是连续的膜且玻璃层是片材的形式。

对于聚合物层，可使用能作为预聚物或预复合物沉积/涂覆并随后转化的聚合物，例如环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂。玻璃和聚合物层的层压可在层之间使用胶/粘合剂。在这种情况下，可将粘合剂预涂覆在两种基片的一种或两种上；或者在层压过程中提供，在室温或升高的温度下且有或没有压力。UV固化的胶也是合适的。聚合物层可以是聚合物片材的形式，其用热密封的胶预涂覆。将聚合物层层压和/或沉积到玻璃层上可集成进入玻璃的制造过程，即用聚合物涂覆从制造线流出的玻璃(其仍然是热的、温的或冷的)。

作为通过层压形成的替代，可通过间歇或连续过程将复合材料的聚合物层涂覆到玻璃层上。可通过浸涂、喷涂、溶液涂覆、溶液刮刀、弯月面涂覆(meniscuscoating)将聚合物涂覆到玻璃上，或者将熔融的聚合物涂覆到玻璃侧层上。即，可考虑不同的情况(i)聚合物已经作为膜存在并层压到玻璃，以及(ii)聚合物不是薄膜的形式，但通过浸涂、喷涂等涂覆到玻璃上等。例如，如上所述的预聚物适用于情况(ii)。但是，如上所述的其它几种聚合物也可用情况(ii)来涂覆。在这种情况下，主要通过下述将聚合物涂覆到玻璃上：从溶液、从熔体或者作为预聚物涂覆。

在制造电子器件时，通常需要将一些或所有的层暴露于加工步骤。例如，如果存在半导体共轭聚合物如聚(亚苯基亚乙烯)(PPV)的电致发光有机材料，那么沉积该层通常通过沉积溶剂中的聚合物前体来进行，例如通过旋涂，然后对该层进行后续的加工步骤来把前体转化成最终聚合物。因此,下面玻璃-聚合物层压件如果在这些加工步骤中存在时，必须能耐受用于旋涂前体层的溶剂以及用于驱除溶剂和把前体转化成聚合物的温度。因此,玻璃-聚合物层压件的聚合物层需要具有合适的质量。例如,如果玻璃-聚合物层压件将暴露于温度，那么聚合物层的玻璃化转变温度(以及所用的任何粘合剂的工作温度)应大于那些温度。例如，大于150℃的是可能的。此外，在一些情况下，聚合物层应耐受用于聚合物层的溶剂,例如混合的二甲苯,THF,用于可溶解的共轭聚合物例如MEHPPV。

玻璃-聚合物层压件可包括多于2或3层。参考图7,柔性玻璃-聚合物层压件结构120包括大于3层,在这种情况下,包括7层122,124,126,128,130,132和134，即层122和134标记的玻璃1,层126和130标记玻璃2,层124和132标记的聚合物2和层128标记的聚合物1。这里，玻璃层122和134形成最外面的层。玻璃1和玻璃2可具有相同或不同的玻璃组成(包括Eg,Vg,α,t_g)和各自可为单一均匀玻璃板或者为玻璃层压件。聚合物1和聚合物2可为相同或不同的材料(包括Ep,Vp,α_p,t_p)和各自可为单一均匀的聚合物片材或为不同的聚合物的层压件。

参考图8,另一种柔性玻璃-聚合物层压件结构140包括7层142,144,146,148,150,152和154，即层142和154标记的聚合物2,层146和150标记的聚合物1,层144和152标记的玻璃2和层148标记的玻璃1。这里,聚合物层142和154形成最外面层(具有Ep2,Vp2,α_p2,t_p2/2)。玻璃1和玻璃2(分别包括:Eg1,Vg1,α_g1,t_g1；和Eg2,Vg2,α_g2,t_g2/2)可具有相同或不同的玻璃组成和各自可为单一均匀玻璃板或者为玻璃层压件。聚合物1和聚合物2(分别包括:Ep1,Vp1,α_p1,t_p1/2；和Ep2,Vp2,α_p2,t_p2/2)可为相同或不同的材料和各自可为单一均匀的聚合物片材或为不同的聚合物的层压件。

如上所述的柔性玻璃-聚合物层压件结构为超薄柔性玻璃基片提供增加的强度。对于对称的层压件结构，可穿过玻璃厚度提供几乎恒定均匀的压缩应力。聚合物层可提供破碎保护，并在任何破碎事件中将柔性玻璃基片固定在一起。柔性玻璃-聚合物层压件结构可提供触摸和盖板玻璃,其可用于置换化学强化的玻璃。可提供弯曲的玻璃,例如结合对称的柔性玻璃-聚合物层压件结构所述的那些。柔性玻璃-聚合物层压件结构可为薄膜PV例如BIPV应用提供阻挡层，以及为PV模块提供概述的抗冲保护。柔性玻璃基片还可用作挡水层，和用于阻挡不利的UV光。一种潜在的应用是作为OLED的包封剂。

可将其它功能结合进入聚合物层。例如，聚合物层可包括聚合物极化剂片材、增强对比度的滤光片层压件、具有减反射性质、滤色片性质或者颜色转化性质。例如，能提供设备，其中发光层发射蓝光且其中层压件包括例如红色或绿色荧光分子，其吸收蓝光并再次发射红光或绿光。附加的或可选的，聚合物层可设计成阻挡不利的环境光和/或具有散射颗粒，从而降低波导和增加设备的亮度。这种额外的功能可能结合进入玻璃层。当在复合材料结构中提供聚合物层时，这允许两种不同的类型聚合物层，提供将不同的额外功能结合进入不同的层的可能性。

除了电子器件之外，如上所述的柔性玻璃-聚合物层压件结构可用于其它领域，例如建筑表面装饰、保护性涂层、电致发光窗户、防火表面和用于满足防弹要求所需的多堆叠件结构的各种构造。类似地,柔性玻璃-聚合物层压件结构可用作阻挡层材料，以保护膜、结构和/或设备免受氧气和水分入侵/渗透，例如用于有机/薄膜,PV,OLED显示器和发光的应用。

柔性玻璃-聚合物层压件结构可利用来自两种材料(有机和无机)的特征。聚合物材料易于刮擦，因包括太阳光暴露的环境因素而降解，提供低劣的水/氧阻挡性质。另一方面，玻璃是耐刮擦的，耐久的，且熟知有优异的水/氧阻挡性质。但是，与聚合物相比玻璃具有较高的密度，且是脆性材料，其中玻璃的强度受缺陷和瑕疵主导。上述柔性玻璃-聚合物层压件结构和制备它们的方法利用了这两类材料并组合成一种层压件结构，与纯的薄玻璃堆叠件相比，该层压件结构具有改善的阻挡性质、轻量和较高的机械可靠性。

结论

应当强调，本发明上述实施方式、特别是任意“优选的”实施方式，仅仅是可能实现的实施例，仅用来清楚理解本发明的各种原理。在不基本上偏离本发明的精神和各种原理的前体下，可对如上所述的本发明的实施方式进行许多变化和修改。所有这些变化和修改旨在包括在该说明书、本发明和所附权利要求保护的范围内。

Claims (11)

1.一种玻璃-聚合物层压件结构，其包括：

一种柔性玻璃基片，其厚度不大于约0.3mm；和

层压到所述柔性玻璃基片表面的聚合物层，其热膨胀系数(CTE)至少为柔性玻璃基片的CTE的2倍或者其CTE至少比柔性玻璃基片的CTE大3ppm/℃，在热膨胀该聚合物层之后，将所述聚合物层层压到柔性玻璃基片的表面以提供柔性玻璃基片，所述柔性玻璃基片穿过其厚度具有至少约30MPa的压缩应力。

2.如权利要求1所述的层压件结构，其特征在于，穿过所述柔性玻璃基片的厚度，该柔性玻璃基片的压缩应力为至少约80MPa。

3.如权利要求1或2所述的层压件结构，其特征在于，聚合物层的CTE至少约为柔性玻璃基片的CTE的10倍。

4.如权利要求1-3中任一项所述的层压件结构，其特征在于，还包括粘合层，该粘合层将聚合物层层压到柔性玻璃基片。

5.如权利要求1-4中任一项所述的层压件结构，其特征在于，还包括弯曲的构造。

6.一种形成柔性玻璃-聚合物层压件结构的方法，所述方法包括:

将柔性玻璃-聚合物层压件结构的聚合物层加热到大于20℃的升高的温度,该聚合物层的热膨胀系数(CTE)至少是柔性玻璃-聚合物层压件结构的柔性玻璃基片的CTE的2倍，或者该聚合物层的热膨胀系数(CTE)至少比柔性玻璃-聚合物层压件结构的柔性玻璃基片的CTE大约3ppm/℃；

在升高的温度下，将聚合物层层压到柔性玻璃基片；和

在低于所述升高的温度下冷却聚合物层，从而穿过柔性玻璃基片的厚度引入至少约30MPa的压缩应力。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，穿过所述柔性玻璃基片的厚度，该柔性玻璃基片的压缩应力为至少约80MPa。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，聚合物层的CTE至少约为柔性玻璃基片的CTE的10倍。

9.如权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，当将聚合物层加热到所述升高的温度时，使聚合物层相对于柔性玻璃基片膨胀。

10.如权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在柔性玻璃基片和聚合物层之间施加粘合层，该粘合层将聚合物层层压到柔性玻璃基片。

11.如权利要求6-10中任一项所述的方法，其特征在于，在低于所述升高的温度下冷却所述聚合物层来弯曲柔性玻璃基片，同时穿过柔性玻璃基片的至少一部分厚度提供压缩应力。