JP6014126B2 - ガラス−プラスチック積層デバイス、そのための処理ライン及び方法 - Google Patents
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Description
5〜500μmの厚さを有するガラスシート、及び
ガラスシートの第1の表面に積層された第1のポリマー、
を有する積層構造であって、
第1のポリマーがガラスシートに被覆係数(F)を与え、
被覆係数(F)は下式:
F=(1−γβ 2 )/(1+γβ)
で定義され、ここで
γ=[Ep1(1−νg 2)]/[Eg(1−νp1 2)]、
β=tp1/tg、
Ep1=第1のポリマーのヤング率、
tp1=第1のポリマーの厚さ、
νp1=第1のポリマーのポアソン比、
Eg=ガラスのヤング率、
tg=ガラスの厚さ、
νg=ガラスのポアソン比、
であり、
積層構造はガラスシートの第2の表面が凹面形状で配されるように湾曲される、及び
さらに、被覆係数(F)は1より小さい、
積層構造が提供される。
第1の表面、第2の表面及び5〜500μmの厚さを有するガラスシート、
ガラスシートの第1の表面に積層された第1のポリマー層、
−第1のポリマー層は、第1のヤング率(Ep1)、第1の厚さ(tp1)及び第1のポアソン比(νp1)を有する、
及び
ガラスシートの第2の表面に積層された第2のポリマー層、
−第2のポリマー層は、第2のヤング率(Ep2)、第2の厚さ(tp2)及び第2のポアソン比(νp2)を有する、
を有する積層構造であって、
ガラスシートは第2の表面が凹面形状で配されるように湾曲される、及び
さらに、第1のポリマー層と第2のポリマー層は:
[(Ep1tp1(tg+tp1)/(1−νp1 2)]>[(Ep2tp2(tg+tp2)/(1−νp2 2)]
であるように構成される,
積層構造が提供される。
ハウジング、及び
ハウジングに結合されたガラス−ポリマー積層構造部分、
を有し、
ガラス−ポリマー積層構造部分が、
第1の表面、第2の表面及び5〜500μmの厚さtgを有するガラスシート、及び
ガラスシートの第1の表面に積層された第1のポリマー層、
を有し、
ガラス−ポリマー積層構造はガラスシートの第2の表面が凹面形状で配されるように湾曲される、
電子デバイスが提供される。
第1のポリマー層がガラスシートに被覆係数(F)を与え、
被覆係数(F)は下式:
F=(1−γβ 2 )/(1+γβ)
で定義され、ここで
γ=[Ep1(1−νg 2)]/[Eg(1−νp1 2)]、
β=tp1/tg、
Ep1=第1のポリマーのヤング率、
tp1=第1のポリマーの厚さ、
νp1=第1のポリマーのポアソン比、
Eg=ガラスのヤング率、
tg=ガラスの厚さ、
νg=ガラスのポアソン比、
であり、
積層構造はガラスシートの第2の表面が凹面形状で配されるように湾曲される、及び
さらに、被覆係数(F)は1より小さい、
第18の態様のデバイスが提供される。
第1のポリマー層が、第1のヤング率(Ep1)、第1の厚さ(tp1)及び第1のポアソン比(νp1)を有し、
ガラス−ポリマー積層構造がガラスシートの第2の表面に積層された第2のポリマー層をさらに有し、
第2のポリマー層が、第2のヤング率(Ep2)、第2の厚さ(tp2)及び第2のポアソン比(νp2)を有し、
さらに、第1のポリマー層と第2のポリマー層は:
[(Ep1tp1(tg+tp1)/(1−νp1 2)]>[(Ep2tp2(tg+tp2)/(1−νp2 2)]
であるように構成される,
第18の態様のデバイスが提供される。
直径D1を有する第1のロール、
−ガラス−ポリマー積層品の第2の側は第1のロールに面するように配される、
及び
直径D2を有する第2のロール、
−ガラス−ポリマー積層品の第1の側は第2のロールに面するように配される、
を備え、ここで
D1<D2であり、
さらに、ガラス−ポリマー積層品が第1の側に第1のポリマー層を有し、第2の側に第2のポリマー層を有する場合、
第1のポリマー層は、第1のヤング率(Ep1)、第1の厚さ(tp1)及び第1のポアソン比(νp1)を有し、
第2のポリマー層は、第2のヤング率(Ep2)、第2の厚さ(tp2)及び第2のポアソン比(νp2)を有し、
第1のポリマー層と第2のポリマー層は:
[(Ep1tp1(tg+tp1)/(1−νp1 2)]>[(Ep2tp2(tg+tp2)/(1−νp2 2)]
であるように構成される。
直径がD1の第1のロールを巡ってガラス−ポリマー積層品を搬送する工程、
−ガラス−ポリマー積層品の第2の側は第1のロールに面するように配される、
及び
直径がD2の第2のロールを巡ってガラス−ポリマー積層品を搬送する工程、
−ガラス−ポリマー積層品の第1の側は第2のロールに面するように配される、
を含み、ここで
D1<D2であり、
さらに、ガラス−ポリマー積層品が第1の側に第1のポリマー層を有し、第2の側に第2のポリマー層を有する場合、
第1のポリマー層は、第1のヤング率(Ep1)、第1の厚さ(tp1)及び第1のポアソン比(νp1)を有し、
第2のポリマー層は、第2のヤング率(Ep2)、第2の厚さ(tp2)及び第2のポアソン比(νp2)を有し、
第1のポリマー層と第2のポリマー層は:
[(Ep1tp1(tg+tp1)/(1−νp1 2)]>[(Ep2tp2(tg+tp2)/(1−νp2 2)]
であるように構成される。
5μm〜500μmの範囲の与えられたガラス厚、及び4〜100GPaの与えられたガラスのヤング率に対して、与えられた衝撃エネルギーを受けたときのガラスの最大主応力が所要最大主応力より小さくなるように、ポリマー厚を選択する工程及びポリマーのヤング率を選択する工程を含む。
ガラス板(ガラスのシートまたはリボン)が(ガラスがデバイス内に保持されているかまたは処理中にローラーを巡って曲げられるときのように)湾曲または半径Rの曲げを受けると、ガラスに応力が発生する。無被覆ガラス板の形状が図1に示される。ガラス板が曲げ半径Rを達成するように、ガラスが図1のz軸の周りに印加される曲げモーメントを受けると、x軸(中立軸)に対する位置(y)における応力は下式[1]:
σは応力であり、
Egはガラスのヤング率であり、
νgはガラスのポアソン比であり、
κは曲げ曲率であって、2/Dに等しく、
yは応力σが計算されるy軸における位置であり、
Dはガラスの曲げ半径Rの2倍であり、
tgはガラスの厚さである。
図2に示されるように、ガラス10の一表面、図2に示されるように表面12にポリマー層20が積層されている場合、中立軸y0は下式[3]:
β=tp/tgであり、
tpはポリマーの厚さであり
Epはポリマーのヤング率であり、
νpはポリマーのポアソン比である。
図11は三層可撓性ガラス−ポリマー構造を示し、同様の参照数字及び変数は図1〜10に関して上で論じたものと同様の項目を表す。この構成において、ガラス−ポリマー積層構造は、表面12及び14を有するガラス10,第1のポリマー層20及び第2のポリマー層30を有する。
β1=tp1/tg、
β2=tp2/tg、
tp1=第1のポリマー層20の厚さ、
tp2=第2のポリマー層30の厚さ、
Ep1=第1のポリマー層20のヤング率、
Ep2=第2のポリマー層30のヤング率、
νp1=第1のポリマー層20のポアソン比、
νp2=第2のポリマー層30のポアソン比、
である。
|κ|=1/D、
であり、
Dはガラス−ポリマー構造の曲げ半径Rの2倍、
である。上式[9]及び[10]から、式[11]:
曲げ半径Rは、バッチ処理ラインまたは連続処理ラインとすることができる成形ラインまたは処理ラインを通してガラス−ポリマー積層品が搬送される際に、ロールによって与えられる−ラインは例えば成形ラインまたは処理ラインとすることができるが、説明の容易さだけのため、連続処理ラインに関して搬送を説明する。連続処理ラインを搬送される場合、ガラス−ポリマー積層品は連続リボンの形態にあるであろう。そのような処理ラインにおいて、リボンは一般に、例えば様々な処理ステーションの間で、リボンのセクションを累積するため一連のロールに巻き付けられる。ロールは累積リボン長が大きくなるにつれてリボンの張力を維持するために移動することができる。ロールはリボンの張力を維持するため、自重方式によるかまたは(独立にまたはマスタ−/スレーブ構成で)駆動装置を用いて1つ以上のロールを能動的に移動させることによって、操作することができる。多くのロールが連続して存在し得るから、使用スペースを最小限に抑えるために可能な限り小さい半径のロールを有することが望ましい。本明細書に開示される概念は、ロールによって占められる空間を最小限に抑えるため、そのようなリボン搬送に適用することができる。
本開示を通して、ガラス−ポリマー積層構造は、積層構造に用いられる得るガラスと同様に、(所望のいずれかの形状の)シートまたはリボンの形態にあることができる。
上述したガラス−ポリマー積層構造の要件及び構成は、表面欠陥集団が動的衝撃により2つの軸平面において引張応力下におかれる、衝撃荷重に耐えるように積層構造を設計する上でも有用であり得る。例えば製品適格性評価中になされる、ボール落下試験は衝撃荷重の代用として役立つことが多い。ガラス−ポリマー積層構造への動的衝撃荷重のモデル研究を、(図19〜22の議論を通して適用できる)以下の仮定:
ガラス及び/またはポリマーの積層構造の試料寸法は300mm×300mmであり、四辺の全てについて外周25.4mm幅はクランプされる、
Eg=73.6GPa、
νg=0.23、
ガラス密度=2.38×103kg/m3、
ポリマー被覆#1:E=3GPa、ν=0.3、密度=1.4×103kg/m3、
ポリマー被覆#2:E=6GPa、ν=0.3、密度=1.4×103kg/m3、
ポリマー被覆#3:E=9GPa、ν=0.3、密度=1.4×103kg/m3、
ポリマー被覆#4:E=12GPa、ν=0.3、密度=1.4×103kg/m3、及び
二層ガラス−ポリマー積層構造のガラス側上へのボール落下、
を用いて実施した。
ガラスの固有の機械的信頼性特性は適切な応力管理により維持され得る。所要最大主応力を調節するための一手法は応力ディレーティングによる安全率を適用することである。安全率は材料の固有強度に対する印加応力の比である。設計に適用される比が小さくなるほど、長期信頼性保証の確率が高くなる。設計属性がガラス−ポリマー積層構造の選択、厚さ及び場所に影響するであろう。
本発明の上述した実施形態は、特にいずれの「好ましい」実施形態も、可能な実施形態の例に過ぎず、本発明の様々な原理の明瞭な理解のために述べられているに過ぎないことは強調されるべきである。本発明の精神及び様々な原理を実質的に逸脱することなく、本発明の上述した実施形態に多くの変形及び改変がなされ得る。全てのそのような改変及び変形は、本開示及び本発明の範囲内に含められ、添付される特許請求の範囲によって保護されるとされる。
10 ガラス
12,14 ガラスの表面
20,30 ポリマー層
100,200 ロール
300 デバイス
302 ハウジング
304 ガラス−ポリマー積層部
Claims (10)
- 積層構造において、
5〜500μmの厚さを有するガラスシート、及び
前記ガラスシートの第1の表面に積層された第1のポリマー、
を有し、
前記第1のポリマーが前記ガラスシートに被覆係数(F)を与え、
前記被覆係数(F)が下式:
F=(1−γβ 2 )/(1+γβ)
で定義され、ここで
γ=[Ep1(1−νg 2)]/[Eg(1−νp1 2)]、
β=tp1/tg、
Ep1=前記第1のポリマーのヤング率、
tp1=前記第1のポリマーの厚さ、
νp1=前記第1のポリマーのポアソン比、
Eg=前記ガラスのヤング率、
tg=前記ガラスの厚さ、及び
νg=前記ガラスのポアソン比、
であり、
前記積層構造は前記ガラスシートの第2の表面が凹面形状で配されるように湾曲される、及び
さらに、前記被覆係数(F)は0より小さい、
ことを特徴とする積層構造。 - βが1〜400であり、γが0.001〜0.2であることを特徴とする請求項1に記載の積層構造。
- Egが50〜95GPaであることを特徴とする請求項1または2に記載の積層構造。
- Ep1が10〜9500MPaであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の積層構造。
- 積層構造において、
第1の表面、第2の表面及び5〜500μmの厚さを有するガラスシート、
前記ガラスシートの前記第1の表面に積層された第1のポリマー層であって、第1のヤング率(Ep1)、第1の厚さ(tp1)、及び第1のポアソン比(νp1)を有する第1のポリマー層、
及び
前記ガラスシートの前記第2の表面に積層された第2のポリマー層であって、第2のヤング率(Ep2)、第2の厚さ(tp2)、及び第2のポアソン比(νp2)を有する第2のポリマー層、
を有し、
前記ガラスシートは前記第2の表面が凹面形状で配されるように湾曲される、及び
さらに、前記第1のポリマー層と前記第2のポリマー層は:
[(Ep1tp1(tg+tp1)/(1−νp1 2)]>[(Ep2tp2(tg+tp2)/(1−νp2 2)]
であるように構成される、
ことを特徴とする積層構造。 - 前記ガラスが25〜400μmの厚さを有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の積層構造。
- 電子デバイスにおいて、
ハウジング、及び
前記ハウジングに結合されたガラス−ポリマー積層構造部分、
を有し、
前記ガラス−ポリマー積層構造部分が、
ガラスシートの厚さが5〜500μmの、請求項1から5のいずれか1項に記載の積層構造を有し、
前記ガラス−ポリマー積層構造部分は前記ガラスシートの前記第2の表面が凹面形状で配されるように湾曲される、
ことを特徴とする電子デバイス。 - ガラス−ポリマー積層品を搬送する方法において、
前記ガラス−ポリマー積層品が第1の側及び第2の側を有し、前記ガラス−ポリマー積層品が前記第1の側に第1のポリマー層及び前記第2の側にガラスを有する構造体または前記第1の側に第1のポリマー層及び前記第2の側に第2のポリマー層を前記第1のポリマー層と前記第2のポリマー層の間のガラスとともに有する構造体のいずれかであって、前記方法が、
直径D1を有する第1のロールを巡って前記ガラス−ポリマー積層品を搬送する工程であって、前記ガラス−ポリマー積層品の前記第2の側は前記第1のロールに面するように配される工程、
及び
直径D2を有する第2のロール巡って前記ガラス−ポリマー積層品を搬送する工程であって、前記ガラス−ポリマー積層構造の前記第1の側は前記第2のロールに面するように配される工程、
を含み、ここで
D1<D2であり、
さらに、前記ガラス−ポリマー積層品が前記第1の側に第1のポリマー層を有し、前記第2の側に第2のポリマー層を有する場合、
前記第1のポリマー層が、第1のヤング率(Ep1)、第1の厚さ(tp1)、及び第1のポアソン比(νp1)を有し、
前記第2のポリマー層が、第2のヤング率(Ep2)、第2の厚さ(tp2)、及び第2のポアソン比(νp2)を有し、
前記第1のポリマー層と前記第2のポリマー層は:
[(Ep1tp1(tg+tp1)/(1−νp1 2)]>[(Ep2tp2(tg+tp2)/(1−νp2 2)]
であるように構成される、
ことを特徴とする方法。 - 前記第2のポリマー層が異なるポリマーからなる積層構造であって、Ep2,tp2及びνp2が前記第2のポリマー層に対する実効値であることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記第1のポリマー層が異なるポリマーからなる積層構造であって、Ep1,tp1及びνp1が前記第1のポリマー層に対する実効値であることを特徴とする請求項8または9に記載の方法。
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