蓝宝石层合体

摘要

本文讨论了各种蓝宝石结构和层合体结构。一个实施例可采用如下形式的蓝宝石结构，该蓝宝石结构具有第一蓝宝石片和第二蓝宝石片，所述第一蓝宝石片具有形成主表面的第一蓝宝石平面类型，所述第二蓝宝石片具有形成主表面的第二不同的蓝宝石平面类型。第一蓝宝石片和第二蓝宝石片熔合在一起以形成所述蓝宝石结构。

权利要求

1.一种蓝宝石结构，包括：

第一蓝宝石片，所述第一蓝宝石片具有形成主表面的第一蓝宝石平面类型；和第二蓝宝石片，所述第二蓝宝石片具有形成主表面的第二蓝宝石平面类型，所述第二蓝宝石片熔合到所述第一蓝宝石片以形成所述蓝宝石结构。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石结构，其中所述第一蓝宝石片包括C-平面片。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石结构，其中所述第二蓝宝石片包括A-平面片。

4.根据权利要求1所述的蓝宝石结构，其中所述蓝宝石结构的至少一个边缘平行于蓝宝石平面。

5.根据权利要求1所述的蓝宝石结构，其中所述蓝宝石结构的至少一个边缘包括第一片边缘和第二片边缘，所述第一片边缘相对于晶体平面取向成第一角度，所述第二片边缘相对于晶体平面取向成第二角度。

6.根据权利要求5所述的蓝宝石结构，其中所述蓝宝石结构的至少一个边缘取向成平行于C-平面。

7.根据权利要求1所述的蓝宝石结构，其中所述蓝宝石结构小于1mm厚。

8.根据权利要求1所述的蓝宝石结构，包括斜面化边缘，其中所述斜面化边缘包括圆化斜面或成角度的斜面之一。

9.一种蓝宝石结构，包括：

第一蓝宝石片；和

熔合到所述第一蓝宝石片的第二蓝宝石片，所述第一蓝宝石片和所述第二蓝宝石片具有形成主表面的共同的蓝宝石平面类型，并且其中至少所述两个片的匹配的边缘具有不同的晶体学取向。

10.根据权利要求9所述的蓝宝石结构，其中所述第一蓝宝石片和所述第二蓝宝石片具有C-平面取向的主表面或A-平面取向的主表面中的一者。

11.根据权利要求9所述的蓝宝石结构，其中所述蓝宝石结构的至少一个边缘取向成平行于C-平面、A-平面或m-平面中的至少一者。

12.一种玻璃组件，包括：

玻璃片；和

附着到所述玻璃片的蓝宝石片，其中所述组件小于或大约等于1mm厚。

13.根据权利要求12所述的玻璃组件，其中所述蓝宝石片附着到所述玻璃片的第一侧，其中所述玻璃组件还包括附着到所述玻璃片的第二侧的第二蓝宝石片。

14.根据权利要求13所述的玻璃组件，其中所述玻璃组件的总厚度小于1.5mm厚。

15.根据权利要求13所述的玻璃组件，其中所述蓝宝石片和所述第二蓝宝石片具有形成所述主表面的共同的蓝宝石平面类型。

16.根据权利要求15所述的玻璃组件，其中所述蓝宝石片和所述第二蓝宝石片具有C-平面取向的主表面或A-平面取向的主表面中的一者。

17.根据权利要求13所述的玻璃组件，其中所述蓝宝石片和所述第二蓝宝石片的匹配边缘具有不同的晶体学取向。

18.一种制造玻璃组件的方法，包括：

打磨并抛光蓝宝石片的第一侧；

将所述蓝宝石片附着到玻璃片；

打磨并抛光所述蓝宝石片的第二侧；以及

化学强化所述玻璃片。

19.根据权利要求18所述的制造方法，还包括将疏油涂层或墨掩模涂层施涂到所述玻璃片或所述蓝宝石片中的至少一者上。

20.根据权利要求18所述的方法，还包括抛光所述玻璃片。

说明书

蓝宝石层合体

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2012年3月6日提交的名称为“Sapphire Laminates”的美国临时专利申请61/607,401的优先权，其内容全文以引用方式并入本文中。

技术领域

[0003] 本申请整体涉及蓝宝石，并且更具体地涉及薄型蓝宝石层合体。

背景技术

[0004] 金刚砂为一种晶体形式的氧化铝并以各种不同的颜色存在。除了通常被称为红宝石的红色金刚砂和被称为莲花刚玉(padparadscha)的粉橙色金刚砂以外，所有这些金刚砂通常统称为蓝宝石。透明形式的金刚砂被认为是宝石或珍宝。一般来讲，金刚砂极为坚硬，其中纯金刚砂被定义为具有9.0的莫氏硬度，因此能够擦刮几乎所有其它矿物质。对于本发明的目的来讲，术语“金刚砂”和“蓝宝石”可互换使用，从而整体指称晶体形式的氧化铝。

[0005] 如可理解的那样，由于金刚砂的某些特性，包括其硬度和透明特性等等，其可用于多种不同的应用。然而，有益于特定应用的相同的特性通常增加了加工和制备用于那些应用的蓝宝石的成本和难度。因此，除了与其作为宝石相关联的成本以外，制备用于特定用途的金刚砂的成本也常常高得让人望而却步。例如，当实施常规的加工技术时，蓝宝石的硬度使得切割和抛光该材料既困难又费时。另外，当用于加工金刚砂时，常规的加工工具诸如切割器还经受相对快速的磨损。

发明内容

[0006] 本文讨论了各种蓝宝石结构和层合体结构。一个实施例可采用如下形式的蓝宝石结构，该蓝宝石结构具有第一蓝宝石片和第二蓝宝石片，所述第一蓝宝石片具有形成主表面的第一蓝宝石平面类型，所述第二蓝宝石片具有形成主表面的第二不同的蓝宝石平面类型。第一蓝宝石片和第二蓝宝石片熔合在一起以形成所述蓝宝石。

[0007] 另一个实施例可采用如下形式的蓝宝石层合体，该蓝宝石层合体具有第一蓝宝石片和熔合到第一蓝宝石片的第二蓝宝石片。第一蓝宝石片和第二蓝宝石片相对于它们的主表面具有相同的晶体取向，但相对于它们的边缘具有不同的晶体取向。即，第一蓝宝石片和第二蓝宝石片可具有形成主表面的共同的蓝宝石平面和形成次表面的不同的蓝宝石平面。

[0008] 另一个实施例可采用如下形式的玻璃结构，该玻璃结构具有玻璃片和附着到玻璃片的蓝宝石片。玻璃结构小于或大约等于1mm厚。

[0009] 另一个实施例可采用所述形式的制造层合体结构的方法。该方法包括打磨并抛光蓝宝石片的第一侧并将蓝宝石片附着到玻璃片。该方法也包括打磨并抛光蓝宝石片的第二侧并化学强化玻璃片。

[0010] 另外，另一个实施例还可包括使用用于消费电子装置的显示器的带有玻璃内表面的蓝宝石外表面，其中所述两个蓝宝石表面与玻璃(提供对显示器的支撑)和蓝宝石(提供耐刮擦性和耐久性优点)层合在一起。

[0011] 尽管公开了多个实施例，但是通过以下具体实施方式，本发明的其他实施例对于本领域的技术人员将变得显而易见。如将认识到，可对所述实施例在各个方面进行修改，其均不脱离所述实施例的实质和范围。因此，附图和具体实施方式应被视为本质上是示例性的，而不是限制性的。

附图说明

[0012] 图1示出了具有蓝宝石盖板的电子装置。

[0013] 图2示出了两个蓝宝石片，在将它们接合在一起以形成蓝宝石结构之前，它们各自在主表面上具有不同的平面。

[0014] 图3示出了接合在一起以形成蓝宝石结构的图2的所述两个蓝宝石片。

[0015] 图4为流程图，其示出了用于产生具有两个蓝宝石片的蓝宝石结构的步骤。

[0016] 图5示出了两个蓝宝石片，它们各自在主表面上具有相同的平面，但取向方式不同，使得不同的平面在边缘表面上彼此相邻。

[0017] 图6示出了接合在一起以形成蓝宝石结构的图5的所述两个蓝宝石片。

[0018] 图7示出了在层合玻璃片与蓝宝石片之前的蓝宝石片和玻璃片。

[0019] 图8示出了在两个蓝宝石片之间具有玻璃片的蓝宝石结构。

具体实施方式

[0020] 本文讨论了蓝宝石层合体，它们利用了蓝宝石的特性。具体地，蓝宝石为各向异性的，并且蓝宝石的晶体结构具有多个不同的平面。虽然每个平面均表现出优于其它矿物质的显著硬度，但一些平面可具有另外的不同特性。例如，虽然C-平面蓝宝石可比其它蓝宝石平面更硬，但A-平面蓝宝石可比其它平面具有更高的破裂模量。R-平面和M-平面蓝宝石可提供其它优点。

[0021] 在一些实施例中，两个具有不同蓝宝石平面的蓝宝石片熔合在一起以利用所述不同平面的不同特性。在其它实施例中，控制蓝宝石片的次级取向使得边缘可具有不同的平面。在其它实施例中，蓝宝石片可层合到另一种材料上。例如，在一个实施例中，蓝宝石片可附着到玻璃片。

[0022] 另外，难以操纵和加工大约一毫米或更小的蓝宝石片，因为需要格外小心以防止破损。更具体地，操纵小于大约0.5毫米(诸如0.4毫米的片)的蓝宝石片通常导致蓝宝石片的破损增多。根据本文所讨论的技术，玻璃上的蓝宝石结构和/或蓝宝石层合体允许产生大约一毫米或更小厚度的片。此外，就玻璃与蓝宝石的层合而言，使用玻璃可比使用蓝宝石节约成本，因为蓝宝石一般比获得和/或加工玻璃更昂贵。蓝宝石层合体提供增加的硬度以防止磨损、擦刮和/或损坏玻璃。

[0023] 转到图1，示出了一个示例性电子装置100，其中可实施蓝宝石结构或层合体。例如，蓝宝石层合体102可用作装置100的盖玻璃和/或背板。除此之外或作为另外一种选择，蓝宝石层合体还可用作用于该装置的照相机的覆盖件和/或镜片。应当理解，蓝宝石层合体可用于各种不同的装置。例如，它们可用于照相机、计算机、移动装置、手表、显示装置、触摸屏和时钟等等中的窗口、反射镜、盖玻璃、透镜等。

[0024] 图2示出了在将两个蓝宝石片熔合或附着在一起之前的两个蓝宝石片。每个片均可在所述片的主表面中具有不同的平面。例如，顶部片104可为C-平面片，并且下片106可为A-平面片。C-平面可提供增加的硬度，而A-平面可提供更高的破裂模量。因此，所述两个片的组合可提高A-平面片的硬度和C-平面片的强度以提供与在主表面中仅具有单一平面的蓝宝石片相比改善的蓝宝石片。图3示出了组合在一起以形成蓝宝石结构108的两个蓝宝石片。

[0025] 图4为流程图，其示出了用于将两个蓝宝石片熔合在一起的方法110。初始时，打磨并抛光第一蓝宝石片的第一侧(方框112)。然后打磨并抛光第二片的第一侧(方框114)。抛光第一蓝宝石片的第一侧和第二蓝宝石片的第一侧以帮助减小发生任何缺陷或不一致处的可能性，所述缺陷或不一致处可能影响这些片的光学特性。然后将第一蓝宝石片和第二蓝宝石片的打磨并抛光侧熔合在一起以形成蓝宝石层合体(方框116)。蓝宝石片的熔合可在蓝宝石的熔融温度下、在接近或高于蓝宝石的熔融温度下进行。在一些实施例中，可通过使用粘合剂来替代熔合而将所述两个片附着在一起。在其中利用粘合剂的实施例中，粘合剂可具有大约等于或接近蓝宝石折射率的折射率以帮助消除或减少任何折射，所述折射可在光从一个蓝宝石片穿过粘合剂并进入到另一个蓝宝石片中时发生。

[0026] 一旦所述两个片被接合在一起而形成了蓝宝石层合体，就可打磨并抛光蓝宝石层合体的暴露的表面(方框118)。可同时打磨并抛光蓝宝石层合体的这两个暴露的表面。即，蓝宝石层合体可浸没在研磨和/或抛光浆液中，其中每一侧上均带有抛光垫。也可机械地修饰蓝宝石结构以帮助减小破碎或压裂的可能性(方框120)。例如，边缘可被斜化或斜面化。另外，还可用疏油涂层来处理和/或用墨来印刷蓝宝石结构(方框122)。

[0027] 应当理解，在一些实施例中，可省略一个或多个步骤和/或可改变执行这些步骤的顺序。例如，在一个实施例中，不存在层合后的打磨。即，各个片在层合之前可为完全完成的。

[0028] 由于使用了多个平面，所得蓝宝石层合体可同时实现优异的硬度和强度。这些特性的组合可允许以小于一毫米的厚度来操纵蓝宝石层合体，同时具有减小的破损可能性。在一个例子中，每个蓝宝石片均可具有大约一毫米的厚度以帮助减小在产生蓝宝石层合体之前因操纵而破损的可能性。在形成了蓝宝石层合体之后，可将其打磨并抛光至小于一毫米的厚度。由该层合体所提供的硬度和强度可允许进行进一步的操纵，同时具有减小的破损风险。所述更薄的层合体可用来帮助减小实施蓝宝石层合体的产品的深度或厚度。

[0029] 图5示出了另一个实施例，其采用了如下形式的两个片，这两个片在它们的主表面中具有相同的蓝宝石平面。如本文所用，术语“主表面”是指片的主要平面(例如，蓝宝石片的顶部表面或底部表面)。具体地，示出了两个A-平面蓝宝石片130、132。在该实施例中，A-平面片130、132可相对于彼此旋转，使得边缘134、136取向至不同的平面。例如，顶部片可具有沿右边缘的C-平面，并且底部片可具有沿右侧的M-平面。即，顶部片130的长轴线可取向在C-平面中，而底部片132的长轴线可取向在M-平面中。因此，这些片的纵向轴线(以及轴向轴线)可相对于蓝宝石的晶体结构取向成特定的角度。在一些实施例中，这些片的边缘可不直接与晶体结构对齐。例如，边缘可与C-平面偏移10度。

[0030] 沿边缘提供多种多样的平面可帮助改善蓝宝石结构的边缘的弹性。例如，由于边缘可具有可沿不同线断裂的不同的蓝宝石平面并可进一步提供不同的硬度和强度特性，据信这些边缘可更具破损抗性。更具体地，如果一个平面更具破碎抗性，而另一个出于强度方面的因素为可优选的，则将这些片层合在一起提供了可有利地具有减少的破碎和增加的强度的边缘。图6示出了在所述两个片已被熔合在一起之后的蓝宝石结构138。

[0031] 图7示出了带有蓝宝石片140和玻璃片142的另一个实施例。打磨并抛光蓝宝石片140的一侧144。也可抛光玻璃片。然后用粘合剂将蓝宝石的抛光侧附着到玻璃片。可使用具有介于蓝宝石折射率和玻璃折射率之间的折射率的粘合剂以帮助减小可在或沿蓝宝石和玻璃之间的界面处发生的任何光学效应。一般来讲，期望通过光学透明的粘合剂来实现薄且牢固的粘结。一些环氧树脂和液体光学透明的粘合剂(“LOCA”)可用作粘合剂。

[0032] 虽然该实施例是作为玻璃上的蓝宝石层合体来讨论的，但应当理解，蓝宝石层合体可施加于钢背板、塑料背板或其它材料。在这些实施例中，可能仍然期望使用环氧树脂和LOCA来实现薄且牢固的粘结。

[0033] 然后可进一步打磨并抛光蓝宝石的第二侧(例如，蓝宝石的暴露侧)。也可打磨并抛光玻璃。对玻璃和蓝宝石的打磨和抛光可在单一双面打磨规程中进行。由于玻璃比蓝宝石软，因此在打磨过程中其一般将比蓝宝石更快地变薄。为了抵消对玻璃的更快打磨，在一些实施例中，玻璃层初始时可比蓝宝石厚得多，或打磨垫可为不同的材料。在打磨并抛光了组合的蓝宝石和玻璃之后，总厚度可小于大约一毫米。在一些实施例中，总厚度可小于或为大约一毫米或更小(例如，大约0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、或0.4毫米或更小)。在一起打磨玻璃和蓝宝石片可最小化与单独打磨并抛光薄型蓝宝石片相关联的收率难题。即，当与玻璃在一起打磨时，蓝宝石片可不太易于受到损坏。

[0034] 在打磨并抛光之前，可对蓝宝石层合的玻璃执行计算机数控工艺。另外，还可对粘合剂和接合部执行边缘抛光以整平接合部并进一步消除起因于玻璃和蓝宝石的接合处的任何可见效应。

[0035] 在一些实施例中，可化学强化所述玻璃。所述化学强化可在玻璃和蓝宝石被附着在一起之前或之后执行，因为蓝宝石将基本上不受玻璃化学强化工艺的影响。一般来讲，可在玻璃被抛光之后化学强化所述玻璃。在一些实施例中，在化学强化之后，可执行微量的再抛光。另外，还可机械地修饰玻璃和蓝宝石，从而例如具有斜面化边缘。

[0036] 利用用于蓝宝石的玻璃基板可为蓝宝石提供增加的回弹力。即，玻璃可通过加固蓝宝石来帮助减小蓝宝石片破损的可能性。另外，玻璃基板的使用还可允许利用更薄的蓝宝石片，这可节约成本，因为在每个装置上将使用更少的蓝宝石，并且可从刚玉料获得更多的蓝宝石片(因为它们可被切成更薄的片)。

[0037] 图8示出了蓝宝石结构150，其在两个蓝宝石片154、156之间具有玻璃片152。蓝宝石结构150可被构造成用于多种不同的能力。例如，蓝宝石结构150可用作消费电子装置诸如智能电话、平板电脑、照相机等中的盖玻璃。在一些具体实施中，可有利地使蓝宝石结构成为薄型的。因此，其可为大约1.5mm或更薄。例如，蓝宝石结构可为大约1.4mm、1.3mm、1.2mm、1.1mm、1.0mm、或更薄。另外，所述各种片还可按任何合适的方式附着在一起以形成所述结构。

[0038] 在一些实施例中，蓝宝石片154、156在它们的主表面中可具有相同的晶体学取向。即，蓝宝石片中的每一个可各自为C-平面蓝宝石或A-平面蓝宝石。然而在可供选择的实施例中，蓝宝石片在它们的主表面中可各自具有不同的取向。例如，第一片154可为C-平面蓝宝石，并且第二片156可为A-平面蓝宝石。

[0039] 另外，如上所述，蓝宝石片的次级取向可相对于彼此有差别以利用蓝宝石的所述不同平面的独特特性。例如，第一片154可具有提供破碎抗性的次级取向，而第二片156可具有对强度有利的取向。应当理解，可选择次级取向以向蓝宝石结构的特定侧或边缘提供特定特性，如上所述。另外，还应当理解，在一些实施例中，次级取向可与所述结构的边缘偏移某个角度。即，蓝宝石片的晶体学取向可相对于所述结构的边缘成一角度。例如，其可与所述结构的长侧偏移大约45度的角度。应当理解，偏移角度可为介于0度和90度之间的任何合适的角度。

[0040] 前文描述了蓝宝石结构和层合体的一些示例性实施例。虽然前文讨论呈现了具体实施例，但本领域的技术人员将认识到，可在不脱离所述实施例的实质和范围的情况下在形式和细节上作出改变。具体地，上文关于一个实施例所述的某些工艺和/或处理方法可与其它实施例一起实施。因此，本文所述的具体实施例应被理解为例子且不是限制本发明的范围。