用于显示器的覆盖玻璃元件的制造方法及覆盖玻璃

摘要

本发明提供一种用于光学显示器的覆盖玻璃元件(1)的制造方法，其中-提供平坦的化学预应力的玻璃衬底(10)，其在两侧具有处在压应力下的交换层(11、12)，其中，-在玻璃衬底(10)的侧面(13)上沉积包括至少一个硬质材料层并具有内应力的无机涂层(20)，使得通过所述内应力在玻璃衬底(10)上施加弯曲力矩，-其中给具有玻璃衬底(10)的所述覆盖玻璃元件(1)施加负向的曲力矩，抵消通过无机涂层(20)的内应力造成的玻璃衬底(10)的翘曲，其中负向的弯曲力矩是覆盖玻璃元件的固有弯曲力矩或减小涂覆之后的内应力，使得在沿着玻璃衬底(10)的表面的150毫米距离上测量的剩余变形小于300μm、优选小于200μm、特别优选小于100μm。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及覆盖玻璃、尤其用于所述设备的显示器的覆盖玻璃。特别地，本发明涉及设置有功能涂层的覆盖玻璃。

背景技术

在移动电子设备、如所谓的智能电话和平板PC的覆盖玻璃方面提出对强度和耐久性的高要求，因此在更长的使用持续时间之后显示器也不断裂和划出划痕。特别地，在所述覆盖玻璃的变形方面也对制造商方面提出非常高的要求。根据显示器的实施方式，在6英寸(约150mm)的长度(对角线)上存在最大50-100μm弯曲。因此，付出许多努力制造尽可能平的玻璃衬底，其在化学的预应力之后并且在可能应用的一侧或者两侧的打磨步骤之后也如此平坦，使得能够实现产品的加工。大多由硅酸铝玻璃构成的平的化学预应力的覆盖玻璃是已知的并且是现有技术。然而，常规的玻璃的缺陷是其具有相对高的反射率。但是，恰巧在移动的使用时在显示器上造成的反射是非常干扰的。因此，移动电子设备通常在空旷的非常明亮的周围环境中操作。反射是相应强烈的，从而显示器可能几乎不能或者完全不再能读取。

在此，补救措施可以尤其生成抗反射涂层。涂层也可用于保护覆盖玻璃免于快速的划出划痕。

然而，例如通过溅射方法涂覆的涂层通常具有内应力，所述内应力导致衬底的变形。变形的强度取决于多种因素、例如处理参数(温度、功率密度、压力、处理气体等)、衬底材料(CTE、厚度等)和涂层材料(CTE、层厚度)。

熟练的处理控制也许可以导致变形的减小，然而处理参数的选择不总是自由可行的或者低成本的，因为特殊光学设计所确定的层厚度或者其他的层特性、如高的机械稳定性是必须的。

典型地，在高的内应力下存在机械耐久的层、所谓的硬质材料层或者耐磨层，其性能恰好通过高的内应力给定，并且如此选择所述涂层参数，使得达到层的高的内应力。

因此，不能轻而易举地涂覆具有硬质材料层或者机械耐久的抗反射系统的薄平的玻璃衬底、如其在智能电话或者平板PC中所使用的那样，因为这些层在具有高的机械性能时不可避免地导致玻璃的强烈变形并且在涂覆之后不能进行进一步的加工。

发明内容

因此，本发明的任务是，防止或者至少如此最小化通过涂覆(例如硬质材料层或者化学稳定的抗反射系统)导致的(可能化学预应力的)玻璃衬底的变形，使得能够实现进一步加工成产品。

本发明的任务通过独立权利要求的主题来解决。在相应的从属权利要求中说明本发明的有利设计。

因此，本发明提供一种用于制造用于光学显示器、尤其用于移动电子设备的光学显示器的覆盖玻璃元件的方法，其中

-提供平坦的化学预应力的玻璃衬底，所述玻璃衬底在两侧上具有在压应力下存在的交换层(11、12)，其中

-在玻璃衬底的一个侧面上沉积包括至少一个硬质材料层并且具有内应力的无机涂层，其方式是，使得通过所述内应力在所述玻璃衬底上施加弯曲力矩，

-其中给具有所述玻璃衬底的覆盖玻璃元件施加负向的弯曲力矩，抵消无机涂层的内应力所造成的玻璃衬底的翘曲，其中负向的弯曲力矩是所述覆盖玻璃元件的固有弯曲力矩或者降低在涂覆之后的内应力，使得在沿着所述玻璃衬底的表面的150毫米距离上所测量的剩余变形小于300μm、优选小于200μm、特别优选小于100μm。

硬质材料层尤其可以通过氮化物、碳化物和/或硼化物以及通过一些硬质氧化物、如Al₂O₃或者氧化钨构成。根据本发明的一种特别优选的实施方式，玻璃衬底以包括至少一种含有氮化物的硬质材料层的无机涂层涂覆。氮化物不仅非常硬，而且也提供有利的光学特性。特别地，氮化硅是非常透明的并且因此适合作为光学的功能层。因此，含有氮化硅的硬质材料层是特别优选的。氮化铝也是适合的。尤其可以使用不仅包含氮化硅而且包含氮化铝的层。

在此，负向的弯曲力矩的施加可以在无机涂层的沉积之前、期间或者之后实现。

覆盖玻璃元件通过玻璃衬底和沉积在所述玻璃衬底上的一个或多个涂层构成。

固有弯曲力矩理解为包含在覆盖玻璃元件自身中并且由覆盖玻璃元件的一部分或者区段、尤其玻璃中的层或者涂层施加的弯曲力矩。因此，所述弯曲力矩不是从外部、例如通过压紧到底座上或者通过在保持装置中的张紧产生的。

因此，借助本发明能够实现，将在压应力或者拉应力下产生的涂层自身施加到薄的玻璃上并且保持具有所述涂层的覆盖玻璃元件仍然平坦。因此，本发明尤其在具有小于2毫米、优选小于1.5毫米、特别优选小于1.1毫米的厚度的薄的玻璃衬底中提供特别的优点。

以下还根据附图进一步阐述本发明。在此，在附图中相同的附图标记指示相同或者相应的部件。

附图说明

图1示出了包括设置有无机的、具有内应力的涂层的薄玻璃的覆盖玻璃元件，其中所述薄玻璃涂覆的一侧凸地翘曲；

图2示出了包括设置有无机的、具有内应力的涂层的薄玻璃的覆盖玻璃元件，其中所述薄玻璃经涂覆的一侧凹地翘曲；

图3示出了本发明的具有用于补偿翘曲的涂层的一种实施方式；

图4和图5示出了这样的实施方式，其中部分移除(abtragen)交换层；

图6至图9示出了根据本发明的另一种实施方式的方法步骤，其中在涂覆期间玻璃衬底处在机械张力下；

图10和图11示出了覆盖玻璃元件上的抗反射涂层；

图12示意性地示出了垂直于覆盖玻璃元件的表面的方向上的机械应力的分布。

具体实施方式

在图1中示出经涂覆的、平坦的玻璃衬底10。所述玻璃衬底10由适于离子交换的玻璃、即特别是包含碱金属氧化物作为玻璃组分的材料制成。通过更大的在两个侧面13、14上的同源表面交换层11、12中至少部分交换玻璃衬底10的碱金属离子，玻璃衬底是化学预应力的。由图1中的虚线表征通过交换深度限定的交换层的边界。玻璃衬底10通过化学预应力获得更大的强度，这使得玻璃衬底10尤其也适于移动电子媒体设备、如智能电话和平板PC的覆盖玻璃。

通常期望的是，给予玻璃一定的特性、如高的抗划痕性或者较低光反射。为此，以功能性的无机涂层20涂覆侧面13、14中的一个、在所示示例中的侧面13，所述无机涂层包括至少一个硬质材料层。根据本发明的一种实施方式，涂层20是抗反射涂层。在此，一个或多个硬质材料层尤其可以是多层抗反射涂层的组成部分。根据本发明的另一种实施方式，以无机涂层20涂覆玻璃衬底10，所述无机涂层包括至少一个硬质材料层。含氮化物或者基于氮化物的硬质材料层、如氮化物或者氮氧化物的特征在于高的透明度。由硅和/或铝组成的氮化物或者氮氧化物是特别适合的。

然而，多个无机涂层具有内应力。这导致，在涂层的沉积之后将弯曲力矩施加到衬底、在此玻璃衬底10上。所述弯曲力矩则导致平面玻璃衬底10的翘曲。在图1中示出的示例中，无机涂层20具有压内应力。玻璃衬底10、确切说具有涂层20的侧面13通过所述压内应力凸地翘曲。相应地，在拉内应力(Zug-Eigenspannung)的情况下出现经涂覆的侧面13的凹的翘曲。图2示出所述情形。

对于多种应用、尤其也作为用于移动电子设备的显示器的覆盖玻璃而言，所述翘曲是不利的。现在借助本发明，克服或者至少减小所述翘曲，为此，在包括玻璃衬底10和无机涂层20的覆盖玻璃元件1中产生弯曲力矩，所述弯曲力矩抵抗涂层20的内应力。在图1中示出的示例中，因此现在相应地施加弯曲力矩，其在没有涂层20的内应力的情况下导致经涂覆的侧面13的凸的翘曲。

根据本发明的第一实施方式，如在图3中示意性示出的那样，在玻璃衬底10的与涂层20相对置的侧面14上沉积变形补偿涂层30，其同样具有内应力，其中涂层20的内应力和变形补偿涂层30的内应力具有相同的预应力，使得在无机涂层(20)的压应力的情况下变形补偿涂层(30)也具有压应力，而相反地在无机涂层(20)的拉应力的情况下变形补偿涂层(30)具有拉应力。在理想情形中，涂层20的内应力和变形补偿涂层30的内应力大小相同。在这种情形中，完全补偿由涂层20引起的翘曲。如果变形补偿涂层30的内应力与功能涂层20的内应力不精确地相同而是仅仅相近、具有例如20％偏差，则通过涂覆变形补偿涂层30依然实现设置有功能层的覆盖玻璃元件1具有显著减小的变形。因此，变形补偿涂层30的应用提供稳健的方式来减小经涂覆的玻璃衬底的变形。

在此，变形补偿涂层30不必与无机的功能涂层20相同。更确切地说，变形补偿涂层30可以与涂层20在层厚度、层材料和可选的涂层20、30内的各个层的层顺序方面不同。

可选地，本发明的该实施方式也能够实现，在变形补偿涂层30的沉积期间控制所述翘曲。在此，也可以中断所述沉积处理，测量翘曲并且在剩余的翘曲的情况下沉积另一个层作为变形补偿涂层30的组成部分。根据本发明参考图2描述的方法的一种扩展方案，在沉积变形补偿涂层30的开始之后并且结束之前测量翘曲并且在变形补偿涂层30的进一步沉积时根据所测量的剩余的翘曲来调节沉积参数，以便补偿所述剩余的翘曲。优选地，将层厚度用作沉积参数。但可选地也可以在溅射涂覆时通过其他参数、例如等离子体的能量密度来调节内应力。

在本发明的以上所描述的实施方式的扩展方案中，变形补偿涂层30具有与玻璃衬底10相似的折射率，优选也具有小的或者与玻璃衬底10相似的吸收系数，无论无机的功能层20的类型和结构如何。由此确保，所述层在光学上不明显。此外确保，在连接(键合、层压)到聚合物薄膜上之后所述层在视觉上不明显。尤其将以下折射率视为相似的折射率：其与玻璃的折射率在量上相差不大于0.2、优选不大于0.1。

根据本发明的另一种扩展方案，变形补偿涂层30理想地具有与玻璃相似的化学组分。由此确保，键合/层压到聚合物薄膜上的方法与键合/层压到玻璃上同样好地起作用。

理想地，变形补偿涂层30具有内应力，所述内应力在层厚度相同的情况下在量值方面至少与功能层的内应力同样大。优选地，在层厚度相同时内应力甚至更大。由此，能够比无机的功能层20更薄地实施所述变形补偿层。

图4示出本发明的另一种实施方式。所述实施方式基于以下：固有弯曲力矩通过交换层11、12中的一个的部分移除实现，使得交换层(11、12)的压应力变得不同。对于如图2中所示出的、经涂覆侧面13的凹的翘曲，本发明的这种实施方式尤其适合。如根据图4所示出的那样，在与经涂覆的侧面13相对置的侧面14上部分移除所述交换层12，从而使玻璃厚度减小量值△d。因此，在图4中交换层12比涂层20下方的交换层11更薄。

相应地，侧面14上的压应力降低，从而现在通过两个交换层的不同压应力产生弯曲力矩，所述弯曲力矩抵抗通过无机的涂层20产生的弯曲力矩。化学预应力的玻璃材料通过抛光去除了厚度量值△d，减小没有涂覆的一侧上的化学预应力，从而减少作用在系统上的分力。随着抛光持续时间或者抛光深度的进展，由衬底10和涂层20组成的系统越来越平坦。

在理想情形中，得到平坦覆盖玻璃元件1。在本发明的所述实施方式中，在涂层20的沉积之后实现翘曲的校正。但也可设想的是，在涂层20的沉积之前进行移除。

因此，根据所述实施方式，在侧面13上沉积具有拉内应力的无机涂层20，其中在玻璃衬底10的与所述侧面13相对置的侧面14上事先部分移除交换层12。

但是，如果涂层20具有压内应力从而发生如在图1中所示出那样的凸的翘曲，则同样可以校正所述翘曲。在这种情形中，在侧面13上部分移除交换层11。在此，在涂层20的沉积之前，然而如根据本发明所设置的那样同样在化学预应力之后，实施所述移除。图5示出根据本发明的所述实施方式的覆盖玻璃元件1，其中交换层11相应具有比交换层12更小的厚度。一般而言，所述实施方式基于：在化学预应力的玻璃衬底10的侧面13上首先部分移除交换层11，随后在所述侧面上沉积涂层20，其中所述涂层20具有压内应力。

一般而言，在没有限制于所描述的实施方式的情况下，通过相应的侧面13、14的打磨实现所述部分移除。

为了补偿涂层20的通过交换层11、12的影响引起的压内应力，存在另一种可能性。根据本发明的所述实施方式，在化学预应力的玻璃衬底10施加涂层并且随后附加地或者再一次对所述玻璃衬底10施加化学预应力。所述涂层起扩散阻挡作用，从而通过没有涂覆的侧面13、14上的化学预应力产生比相对置的侧面14更高的压应力。当无机的功能涂层20自身构成起扩散屏障作用的涂层时，所述方法则是特别简单的。因此，本发明的所述扩展方案基于：无机涂层20施加压应力，其中在无机涂层20的沉积之后对玻璃衬底10附加地或者再一次地施加化学预应力，其中所述无机涂层20起扩散阻挡作用，从而通过在涂覆有无机涂层20的侧面13上施加的化学预应力产生比在相对置的侧面14上更小的压应力。同样如在图5中示出的那样，由此在与经涂覆的侧面13相对置的侧面14上得到相对于交换层11深度足够的交换层12。

根据另一种扩展方案，另一个涂层也可以起扩散阻挡作用。所述涂层也可以在再一次施加化学预应力之后再次去除。通过这种方式也能够实现，当在待设置无机涂层20的侧面13上施加另一个涂层，所述侧面实施再一次的化学预应力，去除所述另一个涂层并且然后在所述侧面上沉积无机的功能涂层20时，补偿无机涂层20的拉内应力。

在到目前为止阐述的实施方式中，已经分别产生了固有弯曲力矩，其相对于内应力的弯曲力矩具有相反的预应力。也可能的是，通过在涂覆之后松弛所述弯曲力矩，所述弯曲力矩在涂覆之后减小了内应力。

此外也可能的是，直接在无机涂层20和/或邻接的侧面上补偿通过内应力产生的弯曲力矩。在此，尤其可以已经在无机涂层20的沉积过程中进行所述补偿。本发明的所述实施方式基于：产生固有弯曲力矩，为此，在涂覆无机涂层20的期间使玻璃衬底10弯曲或者变形并且因此处在机械应力下，并且在所述涂覆之后缓解所述玻璃衬底(10)。因此，尤其也在所述涂层20中至少部分自身地产生固有弯曲力矩。

根据图6至图9示例性地阐述根据本发明的所述实施方式的方法步骤。所述示例基于：涂覆具有压内应力的涂层20。首先如在图6中示出的那样，在层沉积装置3前方的衬底保持器4上设置玻璃衬底10。为了补偿涂层20的压内应力，现在使所述玻璃衬底10如此弯曲，使得待涂覆的侧面13凹地变形。为此，如在图7中示出的那样，在相对置的侧面14设置拉伸装置6并且通过借助拉伸装置6的拉伸使玻璃衬底10变形。随后，如在图8中示出的那样，借助层沉积装置3沉积所述无机涂层。优选通过溅射产生涂层20。因此在这种情形中，层沉积装置3是溅射装置。在沉积之后，如在图9中示出的那样，玻璃衬底10不施加应力并且松开拉伸装置6。在此，现在同时使经沉积的涂层20变形并且产生固有弯曲力矩，所述固有弯曲力矩抵抗压内应力。

如以上所实施的那样，作为无机涂层20特别优选地施加抗反射(AR)层系统。所述AR层系统尤其也可以包括一个或多个硬质材料层，所述硬质材料层同时用作AR层系统的高折射率层。通过这种方式，能够使覆盖玻璃元件同时具有好的抗反射特性和高的抗划痕性。在此如所述的那样，含有氮化物的硬质材料层是特别适合的。特别是由硅和/或铝组成的氮化物或者氮氧化物一方面是硬的而另一方面是足够透明的并且具有高的折射率，从而所述材料特别适合于硬质抗反射涂层。然而，所述涂层通常出现高的内应力。因为本发明以简单的方式使得所述硬的AR涂层在薄的衬底上的沉积也成为可能，所以本发明恰好对于所述涂层的使用带来大的优点。

在此，根据本发明的一种扩展方案，无机涂层20包括多层的抗反射涂层，所述抗反射涂层：

-具有不同的折射率多个层，其中优选地具有较高折射率的层和具有较低折射率的层交替，其中

-具有较低折射率的层包含氧化硅，其中

-具有较高折射率的层包含氮化物、优选由硅和/或铝组成的氮化物。在此，所述氮化物也可以是氮氧化物。

特别优选地，所述层不仅包含硅而且包含铝。在此，所述铝的材料量与硅的材料量的比例尤其可以大于0.05、优选大于0.08，但其中硅的材料量超过铝的材料量。

所述抗反射涂层可以以简单的方式通过反应性的溅射制造。尤其可以通过单个靶材的溅射沉积所述涂层，其中可以通过处理气体的交替产生高折射率的层和低折射率的层。

反射涂层优选具有总共200至1000纳米范围、优选200至700纳米范围的层厚度。

此外，在本发明的扩展方案中，抗反射涂层具有至少两个具有较高折射率的层和至少两个具有较低折射率的层。

根据一种特别优选的、图10和图11的实施方式所基于的实施方式，抗反射涂层23设置有由四个连续层24、25、26、27组成的叠层，其中最下层24是含有氮化硅的高折射率的层，其中构成叠层的最上方的高折射率的层的、所述另一个含有氮化硅的高折射的层26在叠层中具有最大的层厚度，其中所述叠层的最上方的层27构成具有较低折射率、由氧化硅组成的、优选具有铝成分的层并且在叠层的层下具有第二最大的层厚度，其中第一层24和第二层25的组合具有比最上层的层厚度更薄的层厚度，所述第二层如最上层那样是具有较低折射率的、由氧化硅组成的具有铝成分的层。

尤其在图11中所示出的示例中，最上方的高折射率的层的层厚度非常大。将在图11中所示出的示例优化到非常大的抗划痕性。然而出人意料地，抗反射特性比在图10中所示出的优化到低的反射率的示例仅仅微不足道地更差。

四层的抗反射涂层的、以硬质材料层形式的、在两个示例中存在的、厚的第三层能够实现高的耐磨性。因此一般地，根据本发明的一种扩展方案在没有局限到所示出的示例上的情况下设置，无机涂层20包括具有由四个连续层24、25、26、27组成的叠层的抗反射涂层23，其中第三层26是含有氮化硅的较高折射的层，其层厚度为整个叠层24、25、26、27的至少40％、优选为整个叠层24、25、26、27的至少60％、特别优选为整个叠层24、25、26、27的至少70％。在此，在图11中示出的示例中，层26的层厚度大于整个四个层的抗反射涂层的厚度的70％。

除抗反射涂层的叠层以外，无机涂层20也可以包括另一层。在此，在抗反射涂层的沉积之前优选施加增附剂层28。适合的例如是薄的氧化硅层，尤其是具有以下组成的层：如其也具有抗反射涂层23的低折射的层25、26。

现在，借助根据本发明的方法能够制造的覆盖玻璃元件1的特征在于，应力分布(Spannungsprofil)在垂直于表面的方向上不对称于中间面。一般而言，玻璃元件中的相对于其中间面的应力分布也是如此。在此，但仍基本上均衡通过应力产生的弯曲力矩，从而得到平坦覆盖玻璃。如果例如在一侧附加地施加预应力，则在所述侧上增大压应力。但是所述应力分布已经因此通常是非对称的，因为无机涂层20的层厚度与交换层的深度不同。在玻璃元件10中，通过在两个侧面上不同的化学预应力得到非对称的应力分布。在理想情形中，针对平的覆盖玻璃补偿所述力矩。

对此在图12中的示例示出压应力σ的示意性分布，其作为位置坐标z垂直于覆盖玻璃元件1的表面的函数。无机涂层20、玻璃元件10的侧面13、14、交换层11、12和与所述侧面13、14平行的中间面16的位置以相应的附图标记表征。在示图中，压应力示出为正值。因此，在示例中无机涂层是受预压应力的。邻接的交换层11同样存在于压应力下，然而其比在相对置的侧面14上的交换层12的压应力更低。因此，压应力的最大值CS相差了值△CS，如也在图12的示例中示出的那样。因此，玻璃元件10中的应力分布相对于中间面16非对称。例如在图5中示出的示例中，存在这样的压力分布。根据本发明的实施方式，在所示出的其他示例中也得到不同的非对称的应力分布。

因此，本发明在没有局限在所示出的实施方式上的情况下也设置可根据本发明制造的用于光学显示器的、尤其用于移动电子设备的触碰敏感的光学显示器的覆盖玻璃元件1，其包括：

-平坦的玻璃衬底10，其

-是化学预应力的，为此，通过更大的在其两个侧面13、14上的同源表面交换层11、12中至少部分交换玻璃衬底10的碱金属离子，其中

-在玻璃衬底10的侧面13上沉积具有内应力的无机涂层20，其方式是，使得在玻璃衬底10上通过内应力施加弯曲力矩，其中

-玻璃衬底的侧面上的压应力的最大值不同，和/或

-玻璃衬底中的机械应力的应力分布在垂直于玻璃元件10的表面的方向上相对于与侧面13、14平行延伸的中间面非对称，其方式是，至少部分均衡无机涂层20的内应力。借助所描述的特征，玻璃衬底10如此平或者不翘曲，使得在沿着玻璃衬底10的表面的150毫米距离上所测量的剩余的变形小于300μm、优选小于200μm、特别优选小于100μm。

对于玻璃衬底10的侧面13、14上的压应力的最大值不同的情形，根据本发明的一种扩展方案设置，侧面13、14上的最大压应力的差别小于30MPa、优选小于15MPa。不仅可以通过交换层的以上所描述的部分移除而且通过附加的一侧的预应力实现所述压应力并且通过这种方式也可以均衡无机涂层20的高的压应力。

对于本领域专业人员显而易见的是，本发明不局限于所示出的实施方式，而是更确切地说可以在随后的权利要求的主题的范畴内改变。尤其也可以相互组合各个实施方式的特征。因此完全可能的是，相互组合用于实现非对称的应力分布的多个方法。例如，在受压力预应力的无机涂层20和待涂覆的侧面的移除中，通过一侧的附加的预应力克服剩余的翘曲。在玻璃衬底10的翘曲的情况下，也可以如其根据图6至9已描述的那样与本方法的其他实施方式中的一种进行组合，以便均衡剩余的翘曲。因此，相对置的交换层可以根据翘曲部分移除或者通过附加的预应力增强。

附图标记列表

1覆盖玻璃元件

3层沉淀装置

4衬底保持器

6拉伸装置

10玻璃衬底

11、12交换层

13、1410的侧面

1610的中间面

20无机涂层

23抗反射涂层

24、25

26、2723的层

28增附剂层