本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§119，要求2014年3月7日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列第61/949359號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請(qǐng)為基礎(chǔ)并將其全文通過(guò)引用結(jié)合于此。

背景

玻璃層疊結(jié)構(gòu)可用作建筑和運(yùn)輸應(yīng)用(包括汽車、鐵路車輛和飛機(jī))中的窗戶和玻璃窗。本文所用的玻璃窗可以是壁或者其他結(jié)構(gòu)的透明或半透明部分。用于建筑和汽車應(yīng)用的常見(jiàn)類型的玻璃窗包括透明有色玻璃，包括層疊玻璃。包括用塑化聚(乙烯醇丁縮醛)(PVB)片分開(kāi)的相對(duì)玻璃片的層疊玻璃窗，可用作例如窗戶、擋風(fēng)玻璃或者天窗。在某些應(yīng)用中，希望玻璃層疊結(jié)構(gòu)具有高機(jī)械強(qiáng)度和聲衰減性質(zhì)，從而提供安全阻隔的同時(shí)降低來(lái)自外部來(lái)源的聲傳輸。

在許多車輛應(yīng)用中，燃料經(jīng)濟(jì)性與車輛重量相關(guān)。因此，希望降低此類應(yīng)用中玻璃窗的重量，而不損害強(qiáng)度和聲衰減性質(zhì)。關(guān)于這一點(diǎn)，對(duì)于玻璃層疊結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，下述情況是優(yōu)選的：相對(duì)于外部沖擊事件例如蓄意強(qiáng)行進(jìn)入或與石頭或冰雹接觸時(shí)具有機(jī)械牢固性，又能適當(dāng)?shù)睾纳⒂蓛?nèi)部沖擊事件例如與乘坐者的接觸(如在碰撞中)造成的能量(和裂紋)。此外，政府法規(guī)對(duì)于道路車輛正要求更高的燃料里程和更低的二氧化碳排放。因此，不斷努力降低這些車輛的重量的同時(shí)維持現(xiàn)有政府和工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了非玻璃窗口材料，例如聚碳酸酯，其降低了車輛重量，但是無(wú)法提供合適的環(huán)境抗性、抗碎片性和其他考慮。

此外，工業(yè)上致力于使用具有抬頭或平視顯示器(HUD)的汽車玻璃窗。通常來(lái)說(shuō)，采用浮法工藝制造汽車擋風(fēng)玻璃；但是在制造過(guò)程期間，該工藝提供的在熔融玻璃和熔融錫之間的摩擦所產(chǎn)生的透明度和拉制線不足。在HUD應(yīng)用中，例如，在光投射到擋風(fēng)玻璃上的地方，這些線是可見(jiàn)的。此外，由于厚度以及各層疊結(jié)構(gòu)中的玻璃片的透明度缺乏，常規(guī)HUD系統(tǒng)會(huì)提供雙重圖像或者幻影圖像。

但是，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了明顯的重量降低、安全合規(guī)性、有效的耐用性并降低了車輛撞擊事件中的破裂可能性。本文的實(shí)施方式還可提供當(dāng)使用HUD系統(tǒng)時(shí)具有優(yōu)異特性的汽車玻璃窗。鑒于前文所述，需要薄的、輕量化的、高透明度玻璃窗，其具有與較厚、較重的玻璃窗相比擬的耐久性和消音性能。

概述

本文一般地涉及玻璃層疊結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)，其包含：強(qiáng)化的外側(cè)玻璃窗格和非強(qiáng)化的內(nèi)側(cè)玻璃窗格，強(qiáng)化的內(nèi)側(cè)玻璃窗格和非強(qiáng)化的外側(cè)玻璃窗格，以及強(qiáng)化的內(nèi)側(cè)和外側(cè)玻璃窗格。此類混合層疊結(jié)構(gòu)可表征為輕量化、良好的消音性能以及高抗沖擊性。具體來(lái)說(shuō)，所揭示的混合層疊結(jié)構(gòu)可滿足用于非擋風(fēng)玻璃應(yīng)用的商業(yè)適用的沖擊測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)并且可以提供清楚的屏幕來(lái)向司機(jī)投射平視圖像。本文所用術(shù)語(yǔ)“強(qiáng)化”可包括化學(xué)強(qiáng)化、熱強(qiáng)化(例如，熱回火或者退火)、用于玻璃強(qiáng)化的其他技術(shù)，或其組合。

在一些實(shí)施方式中，提供的玻璃層疊結(jié)構(gòu)包括：非強(qiáng)化的外部玻璃片、強(qiáng)化的內(nèi)部玻璃片以及位于外部和內(nèi)部玻璃片之間的至少一層聚合物中間層，其中，內(nèi)部玻璃片的厚度約為0.3-1.5mm、約為0.5-1.5mm，外部玻璃片的厚度約為1.5-3.0mm，以及聚合物中間層的第一邊緣具有第一厚度，與第一邊緣相對(duì)的第二邊緣具有大于第一厚度的第二厚度。

在其他實(shí)施方式中，提供的玻璃層疊結(jié)構(gòu)包括：非強(qiáng)化的內(nèi)部玻璃片、強(qiáng)化的外部玻璃片以及位于外部和內(nèi)部玻璃片之間的至少一層聚合物中間層，其中，外部玻璃片的厚度約為0.3-1.5mm、約為0.5-1.5mm，其中，內(nèi)部玻璃片的厚度約為1.5-3.0mm，以及其中，聚合物中間層的第一邊緣具有第一厚度，與第一邊緣相對(duì)的第二邊緣具有大于第一厚度的第二厚度。

在其他實(shí)施方式中，提供的玻璃層疊結(jié)構(gòu)包括：強(qiáng)化的內(nèi)部玻璃片、強(qiáng)化的外部玻璃片以及位于外部和內(nèi)部玻璃片之間的至少一層聚合物中間層，其中，外部和內(nèi)部玻璃片的厚度分別約為0.3-1.5mm、約為0.5-1.5mm，以及其中，聚合物中間層的第一邊緣具有第一厚度，與第一邊緣相對(duì)的第二邊緣具有大于第一厚度的第二厚度。

在以下的詳細(xì)描述中給出了要求保護(hù)的主題內(nèi)容的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過(guò)實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書(shū)以及附圖在內(nèi)的本文所述的所要求保護(hù)的主題而被認(rèn)識(shí)。

應(yīng)理解的是，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都介紹了本發(fā)明的實(shí)施方式，用來(lái)提供理解要求保護(hù)的主題的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖舉例說(shuō)明了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，并與描述一起用來(lái)解釋所要求保護(hù)的主題的原理和操作。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

出于說(shuō)明的目的，在附圖中示出目前優(yōu)選的形式，但是，應(yīng)理解，本文所揭示和所討論的實(shí)施方式不限于所示的精確配置和手段。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的示例性平面混合玻璃層疊體的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方式的示例性彎曲混合玻璃層疊體的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方式的示例性彎曲混合玻璃層疊體的示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的額外實(shí)施方式的示例性彎曲混合玻璃層疊體的示意圖。

圖5A是以45°入射角拍攝的1.6mm厚的鈉鈣玻璃片的照片。

圖5B是以45°入射角拍攝的2.1mm厚的鈉鈣玻璃片的照片。

圖5C是以45°入射角拍攝的0.7mm厚的玻璃片的照片。

圖6A和6B是1.6mm厚的鈉鈣玻璃片的輪廓和表面曲線測(cè)量。

圖7A和7B是0.7mm厚的玻璃片的輪廓和表面曲線測(cè)量。

圖8A和8B是1.6mm厚的鈉鈣玻璃片的Zygo強(qiáng)度圖。

圖9A和9B是0.7mm厚的玻璃片的Zygo強(qiáng)度圖。

圖10是采用HUD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃的圖示。

圖11A、11B和11C是使用HUD系統(tǒng)的一些實(shí)施方式的圖示。

圖12是一些實(shí)施方式的楔角與層疊結(jié)構(gòu)厚度的關(guān)系圖。

圖13是采用標(biāo)稱HUD系統(tǒng)參數(shù)的雙重圖像角度Δθ_r對(duì)于擋風(fēng)玻璃厚度變化的依賴性圖。

圖14是對(duì)于標(biāo)稱HUD系統(tǒng)參數(shù)的雙重圖像角度Δθ_r對(duì)于楔角變化的依賴性圖。

發(fā)明詳述

在以下描述中，相同的附圖標(biāo)記表示附圖所示的若干視圖中類似或相應(yīng)的部分。還應(yīng)理解，除非另外指出，術(shù)語(yǔ)如“頂部”，“底部”，“向外”，“向內(nèi)”等是方便用語(yǔ)，不構(gòu)成對(duì)術(shù)語(yǔ)的限制。此外，每當(dāng)將一個(gè)組描述為包含一組要素中的至少一個(gè)要素和它們的組合時(shí)，應(yīng)將其理解為所述組可以單個(gè)要素或相互組合的形式包含任何數(shù)量的這些所列要素，或者主要由它們組成，或者由它們組成。

類似地，每當(dāng)將一個(gè)組描述為由一組要素中的至少一個(gè)要素或它們的組合組成時(shí)，應(yīng)將其理解為所述組可以單個(gè)要素或相互組合的形式由任何數(shù)量的這些所列要素組成。除非另外說(shuō)明，否則，列舉的數(shù)值范圍同時(shí)包括所述范圍的上限和下限。除非另外說(shuō)明，否則，本文所用的不定冠詞“一個(gè)”和“一種”及其相應(yīng)的定冠詞“該”表示“至少一(個(gè)/種)”，或者“一(個(gè)/種)或多(個(gè)/種)”。

提供以下對(duì)本發(fā)明的描述，作為按其目前已知的最佳實(shí)施方式來(lái)揭示本

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以對(duì)本文所述的實(shí)施方式做出許多改變，同時(shí)仍能獲得本發(fā)明的有益結(jié)果。還顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明所需的有益結(jié)果中的一部分可以通過(guò)選擇本發(fā)明的一些特征而不利用其他的特征來(lái)獲得。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，對(duì)本發(fā)明的許多更改和修改都是可能的，在某些情況下甚至可能是理想的，并且是本發(fā)明的一部分。因此，提供以下描述作為對(duì)本發(fā)明原理的說(shuō)明，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，本文所述的示例性實(shí)施方式可以具有各種改進(jìn)而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，描述并不旨在也不應(yīng)理解為限制于給出的例子，而是應(yīng)該具有所附權(quán)利要求及其等價(jià)形式所提供的完全保護(hù)范圍。此外，還可使用本發(fā)明的一些特征，而相應(yīng)地不使用其它特征。因此，以下提供示例或示意實(shí)施方式的描述，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成其限制，且可包括對(duì)本發(fā)明的修改和置換。

本文所揭示的玻璃層疊結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成包括：外部強(qiáng)化玻璃片和內(nèi)部非強(qiáng)化玻璃片，外部非強(qiáng)化玻璃片和內(nèi)部強(qiáng)化玻璃片，或者外部和內(nèi)部強(qiáng)化玻璃片。如本文所限定，當(dāng)使用玻璃層疊結(jié)構(gòu)時(shí)，外部玻璃片會(huì)接近或接觸環(huán)境，而內(nèi)部玻璃片會(huì)接近或接觸結(jié)合了玻璃層疊構(gòu)成的結(jié)構(gòu)或車輛(例如汽車)的內(nèi)部(例如，客艙)。

如圖1所示是示例性玻璃層疊結(jié)構(gòu)。玻璃層疊結(jié)構(gòu)100包括外部玻璃片110、內(nèi)部玻璃片120和聚合物中間層130。聚合物中間層可以分別與相應(yīng)的外部玻璃片和內(nèi)部玻璃片直接物理接觸(例如，與它們層疊)。在所示的非限制性實(shí)施方式中，聚合物中間層130是非楔型中間層。外部玻璃片110具有外表面112和內(nèi)表面114。類似地，內(nèi)部玻璃片120具有外表面122和內(nèi)表面124。如示意性實(shí)施方式所示，外部玻璃片110的內(nèi)表面114和內(nèi)部玻璃片120的內(nèi)表面124分別與聚合物中間層130接觸。

在使用過(guò)程中，希望玻璃層疊結(jié)構(gòu)能夠抵抗響應(yīng)外部沖擊事件的破裂。但是，響應(yīng)內(nèi)部沖擊事件，例如玻璃層疊體被車輛的乘坐者撞擊時(shí)，希望所述玻璃層疊體將乘坐者保持在車輛中，且耗散沖擊后的能量以使得損傷最小化。模擬發(fā)生于車輛內(nèi)部的沖擊事件的ECE R43人頭模型測(cè)試，是要求層疊玻璃窗響應(yīng)規(guī)定的內(nèi)部沖擊而碎裂的常規(guī)測(cè)試。

不希望受到理論的限制，當(dāng)玻璃片/聚合物中間層/玻璃片層疊體的一塊窗格受到?jīng)_擊時(shí)，受沖擊玻璃片的相對(duì)表面以及相對(duì)玻璃片的外表面處于拉伸狀態(tài)中。玻璃片/聚合物中間層/玻璃片層疊體在雙軸向負(fù)載下計(jì)算的應(yīng)力分布表明：負(fù)載率低時(shí)，受到?jīng)_擊的玻璃片的相對(duì)表面的拉伸應(yīng)力的大小可相當(dāng)于(或甚至稍微大于)相對(duì)玻璃片的外表面所經(jīng)受的拉伸應(yīng)力的大小。但是，當(dāng)負(fù)載率高時(shí)(這通常也是汽車中經(jīng)受的沖擊的特點(diǎn))，相對(duì)玻璃片的外表面的拉伸應(yīng)力的大小，可能遠(yuǎn)大于受到?jīng)_擊的玻璃片的相對(duì)表面的拉伸應(yīng)力。如本文所揭示，通過(guò)將混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)造成具有化學(xué)強(qiáng)化的外部玻璃片和非化學(xué)強(qiáng)化的內(nèi)部玻璃片，可同時(shí)優(yōu)化對(duì)于外部沖擊事件和內(nèi)部沖擊事件的抗沖性。

合適的內(nèi)部或外部玻璃片可以是非強(qiáng)化的玻璃片，或者也可以是強(qiáng)化的玻璃片。(無(wú)論是強(qiáng)化或者非強(qiáng)化的)玻璃片，都可包括鈉鈣玻璃，鋁硅酸鹽、硼鋁硅酸鹽或者堿性鋁硅酸鹽玻璃。任選地，內(nèi)部玻璃片可進(jìn)行熱強(qiáng)化。在將鈉鈣玻璃用作非化學(xué)強(qiáng)化的玻璃片的實(shí)施方式中，可以使用常規(guī)的裝飾材料和方法(例如玻璃料釉和絲網(wǎng)印刷)，這可簡(jiǎn)化玻璃層疊結(jié)構(gòu)制造工藝?？蓪⒂猩c鈣玻璃片結(jié)合到混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)中，從而實(shí)現(xiàn)電磁譜上所需的透過(guò)率和/或衰減。

可以通過(guò)離子交換過(guò)程對(duì)合適的外部或內(nèi)部玻璃片進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化。在該過(guò)程中，通常將玻璃片在熔鹽浴中浸沒(méi)一段預(yù)定的時(shí)間，玻璃片表面處或者表面附近的離子與來(lái)自鹽浴的較大金屬離子發(fā)生交換。在一個(gè)實(shí)施方式中，熔鹽浴的溫度約為430℃，預(yù)定的時(shí)間約為8小時(shí)。較大離子結(jié)合到玻璃中，通過(guò)在近表面區(qū)域產(chǎn)生壓縮應(yīng)力來(lái)強(qiáng)化玻璃片。在玻璃的中心區(qū)域內(nèi)誘發(fā)了相應(yīng)的拉伸應(yīng)力，以平衡壓縮應(yīng)力。

適用于形成混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)的示例性可離子交換玻璃是鈉鈣玻璃、堿性鋁硅酸鹽玻璃或者堿性鋁硼硅酸鹽玻璃，但是也考慮其他玻璃組合物。如本文所用，“可離子交換”表示玻璃能夠通過(guò)尺寸更大或更小的同價(jià)態(tài)陽(yáng)離子交換位于玻璃表面處或附近的陽(yáng)離子。一種示例性玻璃組合物包含SiO₂、B₂O₃和Na₂O，其中，(SiO₂+B₂O₃)≥66摩爾％，并且Na₂O≥9摩爾％。在一個(gè)實(shí)施方式中，玻璃片包含至少6重量％的氧化鋁。在另一個(gè)實(shí)施方式中，玻璃片包含一種或多種堿土氧化物，使得堿土氧化物的含量至少為5重量％。在一些實(shí)施方式中，合適的玻璃組合物還包含K₂O、MgO和CaO中的至少一種。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，玻璃可包含61-75摩爾％的SiO₂；7-15摩爾％的Al₂O₃；0-12摩爾％的B₂O₃；9-21摩爾％的Na₂O；0-4摩爾％的K₂O；0-7摩爾％的MgO；以及0-3摩爾％的CaO。

適合形成混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)的另一種示例性玻璃組合物包含：60-70摩爾％的SiO₂；6-14摩爾％的Al₂O₃；0-15摩爾％的B₂O₃；0-15摩爾％的Li₂O；0-20摩爾％的Na₂O；0-10摩爾％的K₂O；0-8摩爾％的MgO；0-10摩爾％的CaO；0-5摩爾％的ZrO₂；0-1摩爾％的SnO₂；0-1摩爾％的CeO₂；小于50ppm的As₂O₃；以及小于50ppm的Sb₂O₃；其中12摩爾％≤(Li₂O+Na₂O+K₂O)≤20摩爾％，并且0摩爾％≤(MgO+CaO)≤10摩爾％。

另一種示例性玻璃組合物包含：63.5-66.5摩爾％的SiO₂；8-12摩爾％的Al₂O₃；0-3摩爾％的B₂O₃；0-5摩爾％的Li₂O；8-18摩爾％的Na₂O；0-5摩爾％的K₂O；1-7摩爾％的MgO；0-2.5摩爾％的CaO；0-3摩爾％的ZrO₂；0.05-0.25摩爾％的SnO₂；0.05-0.5摩爾％的CeO₂；小于50ppm的As₂O₃；以及小于50ppm的Sb₂O₃；其中，14摩爾％≤(Li₂O+Na₂O+K₂O)≤18摩爾％，并且2摩爾％≤(MgO+CaO)≤7摩爾％。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，堿性鋁硅酸鹽玻璃包含氧化鋁、至少一種堿金屬以及，在一些實(shí)施方式中大于50摩爾％的SiO₂，在另一些實(shí)施方式中至少58摩爾％的SiO₂，以及在其他實(shí)施方式中至少60摩爾％的SiO₂，其中比例其中組分的比例以摩爾％計(jì)，改性劑是堿金屬氧化物。在具體實(shí)施方式中，該玻璃包括下述組分、基本由下述組分組成或者由下述組分組成：58-72摩爾％的SiO₂；9-17摩爾％的Al₂O₃；2-12摩爾％的B₂O₃；8-16摩爾％的Na₂O；以及0-4摩爾％的K₂O，其中比例

在另一個(gè)實(shí)施方式中，堿性鋁硅酸鹽玻璃包含以下組分、基本由以下組分組成或者由以下組分組成：61-75摩爾％的SiO₂；7-15摩爾％的Al₂O₃；0-12摩爾％的B₂O₃；9-21摩爾％的Na₂O；0-4摩爾％的K₂O；0-7摩爾％的MgO；以及0-3摩爾％的CaO。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，堿性鋁硅酸鹽玻璃基材包含以下組分、基本由以下組分組成或者由以下組分組成：60-70摩爾％的SiO₂；6-14摩爾％的Al₂O₃；0-15摩爾％的B₂O₃；0-15摩爾％的Li₂O；0-20摩爾％的Na₂O；0-10摩爾％的K₂O；0-8摩爾％的MgO；0-10摩爾％的CaO；0-5摩爾％的ZrO₂；0-1摩爾％的SnO₂；0-1摩爾％的CeO₂；小于50ppm的As₂O₃；以及小于50ppm的Sb₂O₃；其中12摩爾％≤Li₂O+Na₂O+K₂O≤20摩爾％，0摩爾％≤MgO+CaO≤10摩爾％。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，堿性鋁硅酸鹽玻璃包含以下組分、主要由以下組分組成或者由以下組分組成：64-68摩爾％的SiO₂；12-16摩爾％的Na₂O；8-12摩爾％的Al₂O₃；0-3摩爾％的B₂O₃；2-5摩爾％的K₂O；4-6摩爾％的MgO；以及0-5摩爾％CaO，其中66摩爾％≤SiO₂+B₂O₃+CaO≤69摩爾％；Na₂O+K₂O+B₂O₃+MgO+CaO+SrO>10摩爾％；5摩爾％≤MgO+CaO+SrO≤8摩爾％；(Na₂O+B₂O₃)≤Al₂O₃≤2摩爾％；2摩爾％≤Na₂O-Al₂O₃≤6摩爾％；以及4摩爾％≤(Na₂O+K₂O)-Al₂O₃≤10摩爾％。

在一些實(shí)施方式中，化學(xué)強(qiáng)化玻璃以及非化學(xué)強(qiáng)化玻璃可以配有0-2摩爾％的選自下組的至少一種澄清劑，該組包括：Na₂SO₄、NaCl、NaF、NaBr、K₂SO₄、KCl、KF、KBr和SnO₂。

在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，化學(xué)強(qiáng)化玻璃中的鈉離子可以被來(lái)自熔鹽浴的鉀離子替換，但是具有較大原子半徑的其他堿金屬離子(例如銣或銫)也可以替換玻璃中較小的堿金屬離子。根據(jù)具體實(shí)施方式，玻璃中較小的堿金屬離子可以被Ag⁺離子替換。類似地，其它堿金屬鹽，例如但不限于硫酸鹽以及鹵化物等，可以用于離子交換過(guò)程。

在低于玻璃網(wǎng)絡(luò)會(huì)發(fā)生松弛的溫度下用較大離子替換較小離子，在玻璃表面上產(chǎn)生離子分布，這導(dǎo)致應(yīng)力曲線。進(jìn)入的離子的較大體積在表面上產(chǎn)生壓縮應(yīng)力(CS)，在玻璃中心產(chǎn)生張力(中心張力，或者CT)。壓縮應(yīng)力與中心張力的關(guān)系如下式所示：

$CS=CT\left(\frac{t-2DOL}{DOL}\right)$

式中，t是玻璃片的總厚度，以及DOL是交換深度，也稱為層深度。

根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)包括離子交換的玻璃，其可以具有多種所需性質(zhì)，包括輕量化、高抗沖性和改善的聲衰減。在一個(gè)實(shí)施方式中，化學(xué)強(qiáng)化玻璃片的表面壓縮應(yīng)力可以至少為300MPa，例如至少400、450、500、550、600、650、700、750或者800MPa，層深度至少約為20μm(例如，至少約為20、25、30、35、40、45或者50μm)，且/或中心張力大于40MPa(例如，大于40、45或者50MPa)，但是小于100MPa(例如，小于100、95、90、85、80、75、70、65、60或者55MPa)。

化學(xué)強(qiáng)化的玻璃片的彈性模量可以約為60-85GPa(例如，60、65、70、75、80或85GPa)。玻璃片和聚合物中間層的彈性模量可同時(shí)影響所得到的玻璃層疊結(jié)構(gòu)的機(jī)械性質(zhì)(例如，撓度和強(qiáng)度)以及聲性能(例如，穿透損耗)。

可以通過(guò)熱回火過(guò)程或者退火過(guò)程對(duì)合適的外部或內(nèi)部玻璃片進(jìn)行熱強(qiáng)化。經(jīng)熱強(qiáng)化的玻璃片的厚度可以小于約2mm或者小于約1mm。

示例性玻璃片成形方法包括熔合拉制和狹縫拉制工藝，其例子分別是下拉法和浮法。強(qiáng)化和非強(qiáng)化的玻璃片都可以用這些方法形成。熔合拉制工藝使用拉制容器，其具有用來(lái)接受熔融玻璃原料的通道。通道具有堰，其沿著通道的長(zhǎng)度在通道兩側(cè)的頂部開(kāi)放。當(dāng)用熔融材料填充通道時(shí)，熔融玻璃從堰溢流。在重力的作用下，熔融玻璃從拉制容器的外表面流下。這些外表面向下且向內(nèi)延伸，從而它們?cè)诶迫萜飨路降倪吘壧幗Y(jié)合。兩個(gè)流動(dòng)玻璃表面在該邊緣處結(jié)合，從而熔合并形成單個(gè)流動(dòng)片材。熔合拉制法的優(yōu)點(diǎn)在于，由于從通道上流過(guò)的兩塊玻璃膜熔合在一起，因此所得到的玻璃片的任一外表面都沒(méi)有與設(shè)備的任何部件相接觸。因此，熔合拉制玻璃片的表面性質(zhì)不受到此類接觸的影響。

狹縫拉制法與熔合拉制法不同。在此方法中，將熔融原料玻璃提供到拉制容器。拉制容器的底部具有開(kāi)放狹縫，其具有沿著狹縫的長(zhǎng)度延伸的噴嘴。熔融玻璃流過(guò)狹縫/噴嘴，以連續(xù)的片材下拉并進(jìn)入退火區(qū)。狹縫拉制工藝可以比熔合拉制工藝提供更薄的片材，因?yàn)閮H有單片被拉制通過(guò)狹縫，而不是將兩片熔合在一起。

下拉工藝生產(chǎn)具有均勻厚度和較原始加工表面的玻璃片。因?yàn)椴ＡП砻娴膹?qiáng)度受到表面瑕疵的量和尺寸的控制，因此接觸程度最小的原始表面具有較高的初始強(qiáng)度。當(dāng)隨后對(duì)該高強(qiáng)度玻璃進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化時(shí)，所得到的強(qiáng)度可高于已經(jīng)進(jìn)行過(guò)磨光和拋光的表面的強(qiáng)度。下拉玻璃可以拉制成厚度小于約2mm。此外，下拉玻璃具有非常平坦、光滑的表面，使得可用于其最終應(yīng)用而無(wú)需高成本的研磨和拋光。

在浮法玻璃方法中，可通過(guò)使得熔融玻璃在熔融金屬(通常是錫)床上浮動(dòng)，來(lái)制造可表征為具有光滑表面和均勻厚度的玻璃片。在示例性過(guò)程中，將熔融玻璃進(jìn)料到熔融錫床表面上，形成浮動(dòng)帶。隨著玻璃帶沿著錫浴流動(dòng)，溫度逐漸降低直至可以將固體玻璃片從錫上舉起到輥上。一旦離開(kāi)浴，可以對(duì)玻璃片進(jìn)行進(jìn)一步冷卻并退火以降低內(nèi)應(yīng)力。

玻璃片可用于形成玻璃層疊結(jié)構(gòu)。如本文所限定，在一個(gè)實(shí)施方式中，混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)可以包括朝向外部的強(qiáng)化玻璃片，朝向內(nèi)部的非強(qiáng)化玻璃片，以及形成在玻璃片之間的聚合物中間層。另一種混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)可以包括朝向外部的非強(qiáng)化玻璃片，朝向內(nèi)部的強(qiáng)化玻璃片，以及形成在玻璃片之間的聚合物中間層。聚合物中間層可包含整體式聚合物片、楔形聚合物片、多層聚合物片或者復(fù)合聚合物片。聚合物中間層可以是，例如，塑化聚(乙烯醇縮丁醛)片。

可以采用各種工藝形成玻璃層疊結(jié)構(gòu)。在示例性實(shí)施方式中，組裝涉及敷設(shè)第一玻璃片，將聚合物中間層(例如PVB片)鋪在其上，敷設(shè)第二玻璃片，以及隨后裁剪超出玻璃片邊緣的過(guò)量PVB。粘結(jié)步驟可包括從界面處排出大部分的空氣，并使PVB與玻璃片部分粘合。通常在提升的溫度和壓力下進(jìn)行的精整步驟完成了各塊玻璃片與聚合物中間層的匹配。在前述實(shí)施方式中，所述第一片可以是化學(xué)強(qiáng)化的玻璃片，以及所述第二片可以是非化學(xué)強(qiáng)化的玻璃片，反之亦然。雖然上文描述的中間層是單層和/或是基本平坦的，但是本文所附的權(quán)利要求書(shū)不限于此。例如，中間層可以是楔形的和/或可以是多層材料，其包括在部分或者全部中間層上的有色層、IR隔絕或者隔熱層、隔聲層等。在一個(gè)實(shí)施方式中，示例性楔形中間層可以在層疊結(jié)構(gòu)的第一邊緣具有約為0.8mm的厚度。在與層疊結(jié)構(gòu)的第一邊緣相對(duì)的第二邊緣，中間層的厚度可以約為1.0mm。當(dāng)然，這些厚度僅僅是示例性的，且不應(yīng)限制本文所附權(quán)利要求的范圍。

可以將熱塑性材料(例如PVB)用作預(yù)先形成的聚合物中間層。在某些實(shí)施方式中，熱塑性層的厚度可以至少為0.125mm(例如，0.125、0.25、0.38、0.5、0.7、0.76、0.81、1、1.14、1.19或者1.2mm)。熱塑性層的厚度可以小于或等于1.6mm(例如，0.4-1.2mm,，例如約0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1或1.2mm)。熱塑性層可以覆蓋玻璃的兩個(gè)相反主表面的大部分，或者優(yōu)選地基本上全部覆蓋。它還可覆蓋玻璃的邊緣面?？梢詫⑴c熱塑性層接觸的玻璃片加熱至高于熱塑性材料的軟化點(diǎn)，例如比軟化點(diǎn)高至少5℃或10℃，以促進(jìn)熱塑性材料與各個(gè)玻璃片的粘結(jié)?？梢栽诓Ａc熱塑性層接觸的情況下，在壓力下進(jìn)行加熱。

選擇市售可得的聚合物中間層材料總結(jié)于表1，其還提供每種產(chǎn)品樣品的玻璃轉(zhuǎn)化溫度和模量。從供應(yīng)商的技術(shù)數(shù)據(jù)頁(yè)或者采用DSC 200差示掃描量熱儀(日本精工儀器公司(Seiko Instruments Corp.,Japan))或者通過(guò)用于玻璃轉(zhuǎn)化和模量數(shù)據(jù)的ASTM D638方法，來(lái)分別確定玻璃轉(zhuǎn)化溫度和模量數(shù)據(jù)。用于ISD樹(shù)脂的丙烯酸類/硅酮樹(shù)脂材料的進(jìn)一步描述見(jiàn)美國(guó)專利第5,624,763號(hào)，吸聲改性的PVB樹(shù)脂的描述見(jiàn)日本專利第05138840號(hào)，它們的全文分別通過(guò)引用結(jié)合入本文。

表1：示例性聚合物中間層材料

可以在混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)中結(jié)合一層或多層聚合物中間層。多層中間層可以提供互補(bǔ)或不同的功能性，包括促進(jìn)粘附、控制吸聲、控制UV透射率、調(diào)色、染色和/或控制IR透射率。

聚合物中間層的彈性模量可以約為1-75MPa(例如，約為1、2、5、10、20、25、50或75MPa)。對(duì)于1Hz的負(fù)荷率(loading rate)，標(biāo)準(zhǔn)PVB中間層的彈性模量可以約為15MPa，吸聲等級(jí)PVB中間層的彈性模量可以約為2MPa。

在層疊過(guò)程中，通常將中間層加熱至實(shí)現(xiàn)中間層軟化的溫度，這促進(jìn)了中間層與玻璃片的相應(yīng)表面的共形匹配。對(duì)于PVB，層疊溫度可以約為140℃。中間層材料中流動(dòng)的聚合物鏈與玻璃表面建立鍵合，這促進(jìn)了粘附。提升的溫度還加速了殘留的空氣和/或水分從玻璃-聚合物界面擴(kuò)散出去。

施加壓力同時(shí)促進(jìn)了中間層材料的流動(dòng)并抑制了氣泡的形成，否則水的蒸汽壓與界面處俘獲的空氣結(jié)合起來(lái)可能會(huì)導(dǎo)致氣泡的形成。為了抑制氣泡的形成，對(duì)高壓釜中的組件同時(shí)加熱和加壓。

混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)可提供有益的效果，包括噪聲衰減、降低UV和/或IR光透射，和/或增加窗口的美觀性。包含所揭示的玻璃層疊結(jié)構(gòu)的單片玻璃片以及所形成的層疊體可以用以下一個(gè)或多個(gè)屬性進(jìn)行表征，包括：組成、密度、厚度、表面形貌以及各種性質(zhì)，包括光學(xué)性質(zhì)、聲衰減性質(zhì)以及機(jī)械性質(zhì)如抗沖性。本文描述了混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面。

示例性混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)可適于用作例如窗戶或者玻璃窗，并且構(gòu)造成任意合適的尺寸和大小。在一些實(shí)施方式中，玻璃層疊結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度和寬度可以獨(dú)立地從10cm變化至1m或更大(例如，0.1、0.2、0.5、1、2或5m)。獨(dú)立地，玻璃層疊體可具有大于0.1m²的面積，例如大于0.1、0.2、0.5、1、2、5、10或25m²。

示例性混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)可以是基本平坦的或者對(duì)于某些應(yīng)用是具有形狀的。例如，用于擋風(fēng)玻璃或蓋板的玻璃層疊結(jié)構(gòu)可以成形為彎曲或者具有形狀的部件。具有形狀的玻璃層疊體的結(jié)構(gòu)可以是簡(jiǎn)單或復(fù)雜的。在某些實(shí)施方式中，具有形狀的玻璃層疊結(jié)構(gòu)可以具有復(fù)雜曲率，其中，玻璃片在兩個(gè)獨(dú)立方向上具有不同的曲率半徑。從而此類具有形狀的玻璃片可以表征為具有“交叉曲率”，其中，玻璃沿著平行于給定維度的軸彎曲，還沿著垂直于該相同維度的軸彎曲。例如，通常測(cè)得的汽車天窗約為0.5m x 1.0m，沿短軸的曲率半徑為2-2.5m，沿長(zhǎng)軸的曲率半徑為4-5m。

根據(jù)某些實(shí)施方式，可以通過(guò)彎曲因子來(lái)定義具有形狀的玻璃層疊結(jié)構(gòu)，其中，對(duì)于給定的部件，彎曲因子等于沿著給定軸的曲率半徑除以該軸的長(zhǎng)度。因此，對(duì)于沿0.5m和1.0m的各軸的曲率半徑分別為2m和4m的示例性汽車天窗，沿各軸的彎曲因子是4。具有形狀的玻璃層疊結(jié)構(gòu)的彎曲因子可以為2-8(2、3、4、5、6、7或8)。

圖2顯示了示例性的具有形狀的玻璃層疊結(jié)構(gòu)200。具有形狀的玻璃層疊結(jié)構(gòu)200包括在層疊體的凸表面上形成的外部(強(qiáng)化)玻璃片110，同時(shí)在層疊體的凹表面上形成的內(nèi)部(非強(qiáng)化)玻璃片120。但是，應(yīng)理解，非示意性實(shí)施方式的凸面可包括非強(qiáng)化玻璃片，同時(shí)相對(duì)凹表面可包括強(qiáng)化玻璃片。還應(yīng)理解的是，非示意性實(shí)施方式的凸表面和凹表面都可包括化學(xué)強(qiáng)化玻璃片。

圖3是本文其他實(shí)施方式的橫截面圖。圖4是本文的額外實(shí)施方式的透視圖。參見(jiàn)圖3和4以及上文段落中的討論，示例性層疊結(jié)構(gòu)10可以包括化學(xué)強(qiáng)化玻璃(例如玻璃)的內(nèi)層16。該內(nèi)層16可以經(jīng)過(guò)熱處理、離子交換和/或退火。外層12可以是非化學(xué)強(qiáng)化的玻璃片，例如常規(guī)鈉鈣玻璃或者經(jīng)退火的玻璃等。層疊結(jié)構(gòu)10還可包括位于外玻璃層和內(nèi)玻璃層之間的聚合物中間層14。玻璃的內(nèi)層16的厚度可以小于或等于1.0mm，并且殘留表面CS水平約為250-350MPa，DOL大于60微米。在另一個(gè)實(shí)施方式中，內(nèi)層16的CS水平優(yōu)選約為300MPa。在一個(gè)實(shí)施方式中，中間層14的厚度可以約為0.8mm。示例性中間層14可以包括但不限于聚乙烯醇縮丁醛或者本文所述的其他合適的聚合物材料。其他中間層14可以包括楔形中間層(例如，單層，多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)包括在部分或者全部多層結(jié)構(gòu)上的有色層，IR隔絕層或者隔熱層，隔聲層等)。在額外的實(shí)施方式中，可以對(duì)外層12和/或內(nèi)層16的任意表面進(jìn)行酸蝕刻，以改善對(duì)于外部沖擊事件的耐用性。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，外層12的第一表面13可以經(jīng)過(guò)酸蝕刻和/或內(nèi)層的另一表面17可以經(jīng)過(guò)酸蝕刻。在另一個(gè)實(shí)施方式中，外層的第一表面15可以經(jīng)過(guò)酸蝕刻和/或內(nèi)層的另一表面19可以經(jīng)過(guò)酸蝕刻。從而此類實(shí)施方式可以提供層疊構(gòu)造，其明顯比常規(guī)層疊結(jié)構(gòu)更輕，并且其符合規(guī)定沖擊要求。外層12和/或內(nèi)層16的示例性厚度可以是約為0.3-1.5mm，0.5mm至1.5mm至2.0mm，或者更厚。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，薄的化學(xué)強(qiáng)化內(nèi)層16的表面應(yīng)力可以約為250-900MPa，并且厚度可以約為0.5-1.0mm。在該實(shí)施方式中，外層12可以是經(jīng)過(guò)退火(非化學(xué)強(qiáng)化)的玻璃，厚度約為1.5-3.0mm或者更厚。當(dāng)然，在各個(gè)層疊結(jié)構(gòu)10中，外層12和內(nèi)層16的厚度可以是不同的。示例性層疊結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式可以包括0.7mm的化學(xué)強(qiáng)化玻璃的內(nèi)層、約為0.76mm厚的聚乙烯醇縮丁醛層以及2.1mm的經(jīng)退火玻璃的外層。

在一些實(shí)施方式中，示例性混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)可用于具有平視或抬頭顯示(HUD)系統(tǒng)的交通工具(汽車和飛行器等)。根據(jù)一些實(shí)施方式，熔融形成的透明度可以優(yōu)于通過(guò)浮法形成的玻璃，從而提供更好的駕駛經(jīng)歷并且改善安全性，因?yàn)榭梢愿菀椎刈x取信息，不容易分散注意力。非限制性HUD系統(tǒng)可以包括投影單元、組合器以及視頻生成計(jì)算機(jī)。示例性HUD中的投影單元可以是光學(xué)準(zhǔn)直儀，其具有凸透鏡或者凹面鏡，在其焦距處具有顯示器(例如，光波導(dǎo)、掃描激光器、LED、CRT或者視頻成像儀等)，但不限于此。投影單元可用于產(chǎn)生所需的圖像。在一些實(shí)施方式中，HUD系統(tǒng)還可包括組合器或者分束器，改變來(lái)自投影單元的投影圖像的方向，從而改變或更改視域和投影圖像。一些組合器可以包括特殊涂層，以對(duì)投影到其上的單色光進(jìn)行反射，同時(shí)允許其他光波長(zhǎng)穿過(guò)。在額外的實(shí)施方式中，組合器也可以是曲面的，從而對(duì)來(lái)自投影單元的圖像進(jìn)行重新聚焦。任意示意性HUD系統(tǒng)還可包括處理系統(tǒng)，以提供投影單元和可用交通工具系統(tǒng)之間的界面，由此可以接受、操作、監(jiān)測(cè)和/或顯示數(shù)據(jù)。一些處理系統(tǒng)還可用于產(chǎn)生待通過(guò)投影單元進(jìn)行顯示的圖像和符號(hào)。

使用此類示例性HUD系統(tǒng)，可以通過(guò)將來(lái)自HUD系統(tǒng)的圖像投影到示例性玻璃層疊結(jié)構(gòu)10的朝內(nèi)表面19上，來(lái)產(chǎn)生信息顯示(例如，數(shù)字、圖像、方向或者字符等)。然后，玻璃層疊結(jié)構(gòu)10可以改變圖像的方向，從而使其處于駕駛員的視域內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，中間層14可以包括額外的膜，其反射投影儀的特定光波長(zhǎng)(分束器)?？梢栽谝恍?shí)施方式中采用額外的中間層(例如，偏振膜等)，它們?nèi)Q于各HUD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其光源。

因此，根據(jù)一些實(shí)施方式的示例性玻璃層疊結(jié)構(gòu)可以為玻璃的內(nèi)片16提供薄的原始表面19。在一些實(shí)施方式中，可以將熔合拉制的Gorilla玻璃用作內(nèi)片。此類玻璃不含任何通過(guò)浮法制造的常規(guī)玻璃(例如，鈉鈣玻璃)所通常具有的浮線(float line)。圖5A是以45°入射角拍攝的1.6mm厚的鈉鈣玻璃片的照片。圖5B是以45°入射角拍攝的2.1mm厚的鈉鈣玻璃片的照片。圖5C是以45°入射角拍攝的0.7mm厚的Gorilla玻璃片的照片。如圖5A、5B和5C所證實(shí)，Gorilla玻璃片不具有拉制線外觀(其會(huì)導(dǎo)致圖5A和5B中的鈉鈣玻璃片的重影)。

申請(qǐng)人所進(jìn)行的表面測(cè)量表明，通過(guò)Zygo新視野干涉儀測(cè)得Gorilla玻璃和鈉鈣玻璃片之間的峰谷表面粗糙度存在一個(gè)數(shù)量級(jí)的增加。圖6A和6B是1.6mm厚的鈉鈣玻璃片沿著線50的輪廓和表面曲線測(cè)量。圖7A和7B是0.7mm厚的玻璃片沿著線52的輪廓和表面曲線測(cè)量。如這些附圖所示，通過(guò)浮法形成的鈉鈣玻璃的表面波動(dòng)變化極大(例如，多達(dá)約+0.089762μm至-.0.0505μm)，并且申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)對(duì)HUD顯示器中所看到的重影具有貢獻(xiàn)。相比較而言，發(fā)現(xiàn)Gorilla玻璃片具有最小波動(dòng)，如圖7A和7B所示。

采用Zygo GPI干涉儀對(duì)1.6mm厚的鈉鈣玻璃和0.7mm厚的Gorilla玻璃樣品進(jìn)行測(cè)量，確定拉制線對(duì)于玻璃片上的傳輸波陣面的影響。在不具有本體不均勻性(例如，沒(méi)有拉制線)的情況下，離開(kāi)的波陣面或者反射波陣面保持基本未變化；但是，當(dāng)存在本體不均勻性時(shí)(鈉鈣玻璃)，離開(kāi)的波陣面或者反射波陣面變得扭曲。圖8A和8B是1.6mm厚的鈉鈣玻璃片的Zygo強(qiáng)度圖，以及圖9A和9B是0.7mm厚的Gorilla玻璃片的Zygo強(qiáng)度圖。參見(jiàn)圖8A和8B，相比于擴(kuò)展通過(guò)Gorilla玻璃片的波陣面(圖9A和9B)，在鈉鈣玻璃片的干涉圖樣中觀察到高得多且更為劇烈的周期性變化，顯示更大的波陣面扭曲(因而具有重影效應(yīng))。

根據(jù)本文實(shí)施方式的HUD可用于機(jī)動(dòng)車、飛行器、合成視覺(jué)系統(tǒng)和/或面具顯示器(例如，頭戴式顯示器，例如護(hù)目鏡、面具以及頭盔等)，其采用本文所述的示例性玻璃層疊結(jié)構(gòu)。此類HUD系統(tǒng)可以通過(guò)玻璃層疊結(jié)構(gòu)將關(guān)鍵信息(速度、燃料、溫度、轉(zhuǎn)向信號(hào)、警告信息)等投射到駕駛員前方。在其他實(shí)施方式中，HUD系統(tǒng)可以采用具有平坦或者楔形聚合物中間層的玻璃層疊結(jié)構(gòu)。但是，應(yīng)注意的是，除了上文所述的玻璃片的組成和類型之外，玻璃層疊結(jié)構(gòu)的幾何形貌也會(huì)對(duì)為用戶或駕駛員所提供的圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響。圖10以及11A-11C圖示了采用HUD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃(圖10A)以及采用HUD系統(tǒng)的一些實(shí)施方式(圖11A-11C)。參見(jiàn)圖10，顯示標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃101具有平坦形狀的聚合物中間層106，其位于第一和第二鈉鈣玻璃片102、104之間?？梢詮腍UD系統(tǒng)或者投影儀投影圖像(速度、燃料、溫度、轉(zhuǎn)向信號(hào)、警告信息等)105到標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃101上，從而產(chǎn)生來(lái)自第一鈉鈣玻璃片102的內(nèi)表面107的第一圖像103以及從第二鈉鈣玻璃片104的外表面109反射并傳輸通過(guò)擋風(fēng)玻璃的圖像105的第二圖像108。第二圖像108通過(guò)擋風(fēng)玻璃的大傳播距離導(dǎo)致第一和第二圖像106、108之間的較大間隙111。該間隙通常稱作重影或者導(dǎo)致提供到觀察者的模糊復(fù)合圖像。

參見(jiàn)圖11A，根據(jù)本文實(shí)施方式的一些示例性玻璃層疊結(jié)構(gòu)121可以包括位于第一和第二化學(xué)強(qiáng)化玻璃片122、124(例如，Gorilla玻璃)之間的楔形聚合物中間層126?？梢詮腍UD系統(tǒng)或者投影儀投影圖像(速度、燃料、溫度、轉(zhuǎn)向信號(hào)、警告信息等)105到結(jié)構(gòu)121上，從而產(chǎn)生來(lái)自第一化學(xué)強(qiáng)化玻璃片122的內(nèi)表面127的第一圖像122以及從第二化學(xué)強(qiáng)化玻璃片124的外表面129反射并傳輸通過(guò)結(jié)構(gòu)的圖像105的第二圖像128。該第二圖像128通過(guò)結(jié)構(gòu)121的短傳播距離導(dǎo)致第一和第二圖像126、128之間的小間隙131(如果存在的話)，并且導(dǎo)致提供到觀察者的高質(zhì)量復(fù)合圖像。類似地，參見(jiàn)圖11B，其他示例性玻璃層疊結(jié)構(gòu)140可以包括位于內(nèi)部非化學(xué)強(qiáng)化玻璃片142和外部化學(xué)強(qiáng)化玻璃片144之間的楔形聚合物中間層126?？梢詮腍UD系統(tǒng)或者投影儀投影圖像(速度、燃料、溫度、轉(zhuǎn)向信號(hào)、警告信息等)105到結(jié)構(gòu)140上，從而產(chǎn)生來(lái)自內(nèi)部非化學(xué)強(qiáng)化玻璃片142的內(nèi)表面147的第一圖像143，以及從外部化學(xué)強(qiáng)化玻璃片144的外表面149反射并傳輸通過(guò)結(jié)構(gòu)的圖像105的第二圖像148。該第二圖像148通過(guò)結(jié)構(gòu)140的短傳播距離導(dǎo)致第一和第二圖像146、148之間的小間隙150(如果存在的話)，并且導(dǎo)致提供到觀察者的高質(zhì)量復(fù)合圖像。參見(jiàn)圖11C，其他示例性玻璃層疊結(jié)構(gòu)160可以包括位于內(nèi)部化學(xué)強(qiáng)化玻璃片162和外部非化學(xué)強(qiáng)化玻璃片164之間的楔形聚合物中間層126?？梢詮腍UD系統(tǒng)或者投影儀投影圖像(速度、燃料、溫度、轉(zhuǎn)向信號(hào)、警告信息等)105到結(jié)構(gòu)160上，從而產(chǎn)生來(lái)自內(nèi)部化學(xué)強(qiáng)化玻璃片162的內(nèi)表面167的第一圖像163以及從外部非化學(xué)強(qiáng)化玻璃片164的外表面169反射并傳輸通過(guò)結(jié)構(gòu)的圖像105的第二圖像168。該第二圖像168通過(guò)結(jié)構(gòu)160的短傳播距離導(dǎo)致第一和第二圖像166、168之間的小間隙170(如果存在的話)，并且導(dǎo)致提供到觀察者的高質(zhì)量復(fù)合圖像。

應(yīng)注意的是，HUD系統(tǒng)對(duì)于反射介質(zhì)的角度(例如，擋風(fēng)玻璃位置)是敏感的。因而，相比于根據(jù)本文實(shí)施方式的示例性結(jié)構(gòu)的間隙(如果存在的話)，相對(duì)于水平方向呈現(xiàn)更為銳角的標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃所展現(xiàn)出來(lái)的間隙會(huì)是更為明顯可注意到的。因而，本文所述的實(shí)施方式可以通過(guò)更為寬松的擋風(fēng)玻璃制造規(guī)格來(lái)提供產(chǎn)率，并且可以實(shí)現(xiàn)更寬的可視角。

雖然本文描述的楔形中間層是單層，但是本文所附的權(quán)利要求書(shū)不應(yīng)限于此。例如，楔形中間層可以是多層材料，其包括在部分或者全部中間層上的有色層、IR隔絕層或者隔熱層、隔聲層等。在一個(gè)實(shí)施方式中，示例性楔形中間層可以在層疊結(jié)構(gòu)的第一邊緣具有約為0.8mm的厚度。在與層疊結(jié)構(gòu)的第一邊緣相對(duì)的第二邊緣，中間層的厚度可以約為1.0mm。當(dāng)然，這些厚度僅僅是示例性的，且不應(yīng)限制本文所附權(quán)利要求的范圍。

圖12是一些實(shí)施方式的楔角與層疊結(jié)構(gòu)厚度的關(guān)系圖。參見(jiàn)圖12，發(fā)現(xiàn)楔角α對(duì)于玻璃層疊結(jié)構(gòu)(例如擋風(fēng)玻璃等)的厚度具有線性依賴性，采用標(biāo)稱HUD系統(tǒng)參數(shù)(例如，曲率半徑R_c＝8301mm，源距離R_i＝1000mm，折射率n＝1.52，以及入射角θ＝62.08°)。如圖12所示，發(fā)現(xiàn)消除疊影所需的楔角α隨著擋風(fēng)玻璃厚度線性下降。也就是說(shuō)，對(duì)于標(biāo)稱擋風(fēng)玻璃參數(shù)，當(dāng)厚度降低0.7mm時(shí)，楔角從約為0.475毫弧度降低至約為0.4毫弧度。

圖13是采用標(biāo)稱HUD系統(tǒng)參數(shù)的雙重圖像角度Δθ_r對(duì)于擋風(fēng)玻璃厚度變化的依賴性圖。參見(jiàn)圖13，發(fā)現(xiàn)疊影角Δθ_r隨著厚度降低。此外，還發(fā)現(xiàn)對(duì)于厚度變化的Δθ_r依賴性(梯度)不是厚度相關(guān)的。也就是說(shuō)，如果由于制造工藝規(guī)格所導(dǎo)致的厚度變化是標(biāo)稱厚度的百分?jǐn)?shù)，則符合如下規(guī)律：較薄的擋風(fēng)玻璃會(huì)具有較小的疊影角變化，如變量70、72所示。

圖14是對(duì)于標(biāo)稱HUD系統(tǒng)參數(shù)的雙重圖像角度Δθ_r對(duì)于楔角變化α的依賴性圖。參見(jiàn)圖14，發(fā)現(xiàn)依賴于楔角變化的疊影角Δθ_r不是厚度敏感的。例如，對(duì)于楔角α的0.1毫弧度變化，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)厚度(4.96mm)和厚度減小(4.26mm)的擋風(fēng)玻璃，疊影角Δθ_r都近似為0.02度。因此，符合如下規(guī)律：如果由于加工條件所導(dǎo)致的楔角變化可以成比例地降低至α值，則對(duì)于較薄的擋風(fēng)玻璃，疊影角變化也會(huì)成比例地降低。

在一些實(shí)施方式中，提供的玻璃層疊結(jié)構(gòu)包括：非化學(xué)強(qiáng)化的外部玻璃片、化學(xué)強(qiáng)化的內(nèi)部玻璃片以及位于外部和內(nèi)部玻璃片之間的至少一層聚合物中間層，其中，內(nèi)部玻璃片的厚度約為0.3-1.5mm、約為0.5-1.5mm，外部玻璃片的厚度約為1.5-3.0mm，以及聚合物中間層的第一邊緣具有第一厚度，與第一邊緣相對(duì)的第二邊緣具有大于第一厚度的第二厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，內(nèi)部玻璃片包含一種或多種堿土氧化物，使得堿土氧化物的含量至少約為5重量％。在其他實(shí)施方式中，內(nèi)部玻璃片的厚度約為0.3-0.7mm。在另一個(gè)實(shí)施方式中，內(nèi)部玻璃片的表面壓縮應(yīng)力約為250-900MPa。示例性聚合物中間層可以是單片聚合物片、多層聚合物片或者復(fù)合聚合物片。中間層還可以包括如下材料，例如但不限于，聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚碳酸酯、吸聲PVB、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、熱塑性聚氨酯(TPU)、離聚物、熱塑性材料，及其組合。在一些實(shí)施方式中，聚合物中間層在第一邊緣處的厚度約為0.4-1.2mm。在其他實(shí)施方式中，外部玻璃片包括選自下組的材料：鈉鈣玻璃和經(jīng)退火的玻璃。示例性玻璃層疊體可用于車輛擋風(fēng)玻璃、天窗或蓋板等應(yīng)用。

在其他實(shí)施方式中，提供的玻璃層疊結(jié)構(gòu)包括：非化學(xué)強(qiáng)化的內(nèi)部玻璃片、化學(xué)強(qiáng)化的外部玻璃片以及位于外部和內(nèi)部玻璃片之間的至少一層聚合物中間層，其中，外部玻璃片的厚度約為0.3-1.5mm、約為0.5-1.5mm，其中，內(nèi)部玻璃片的厚度約為1.5-3.0mm，以及其中，聚合物中間層的第一邊緣具有第一厚度，與第一邊緣相對(duì)的第二邊緣具有大于第一厚度的第二厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，外部玻璃片包含一種或多種堿土氧化物，使得堿土氧化物的含量至少約為5重量％。在其他實(shí)施方式中，外部玻璃片的厚度約為0.3-0.7mm。在另一個(gè)實(shí)施方式中，外部玻璃片的表面壓縮應(yīng)力約為250-900MPa。示例性聚合物中間層可以是單片聚合物片、多層聚合物片或者復(fù)合聚合物片。中間層還可以包括如下材料，例如但不限于，聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚碳酸酯、吸聲PVB、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、熱塑性聚氨酯(TPU)、離聚物、熱塑性材料，及其組合。在一些實(shí)施方式中，聚合物中間層在第一邊緣處的厚度約為0.4-1.2mm。在其他實(shí)施方式中，內(nèi)部玻璃片包括選自下組的材料：鈉鈣玻璃和經(jīng)退火的玻璃。示例性玻璃層疊體可用于車輛擋風(fēng)玻璃、天窗或蓋板等應(yīng)用。

在其他實(shí)施方式中，提供的玻璃層疊結(jié)構(gòu)包括：化學(xué)強(qiáng)化的內(nèi)部玻璃片、化學(xué)強(qiáng)化的外部玻璃片以及位于外部和內(nèi)部玻璃片之間的至少一層聚合物中間層，其中，外部和內(nèi)部玻璃片的厚度分別約為0.3-1.5mm、約為0.5-1.5mm，以及其中，聚合物中間層的第一邊緣具有第一厚度，與第一邊緣相對(duì)的第二邊緣具有大于第一厚度的第二厚度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，外部和內(nèi)部玻璃片可以包含一種或多種堿土氧化物，使得堿土氧化物的含量至少約為5重量％。在其他實(shí)施方式中，內(nèi)部和外部玻璃片的厚度可以約為0.3-0.7mm。在另一個(gè)實(shí)施方式中，外部和內(nèi)部玻璃片的表面壓縮應(yīng)力約為250-900MPa。在這些實(shí)施方式的一部分中，內(nèi)部玻璃片或其部分的表面壓縮應(yīng)力可以小于外部玻璃片的表面壓縮應(yīng)力。示例性聚合物中間層可以是單片聚合物片、多層聚合物片或者復(fù)合聚合物片。中間層還可以包括如下材料，例如但不限于，聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚碳酸酯、吸聲PVB、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、熱塑性聚氨酯(TPU)、離聚物、熱塑性材料，及其組合。在一些實(shí)施方式中，聚合物中間層在第一邊緣處的厚度約為0.4-1.2mm。示例性玻璃層疊體可用于車輛擋風(fēng)玻璃、天窗或蓋板等應(yīng)用。

從而本發(fā)明的實(shí)施方式可以提供一種通過(guò)使用較薄的玻璃材料來(lái)降低汽車車窗的重量同時(shí)維持光學(xué)和安全要求的方式。常規(guī)層疊擋風(fēng)玻璃可占據(jù)車輛玻璃窗總重的62％；但是，通過(guò)例如采用0.7-mm厚的化學(xué)強(qiáng)化內(nèi)層以及2.1-mm厚的非化學(xué)強(qiáng)化外層，可以使得擋風(fēng)玻璃重量降低33％。此外，發(fā)現(xiàn)使用1.6-mm厚的非化學(xué)強(qiáng)化外層以及0.7-mm厚的化學(xué)強(qiáng)化內(nèi)層，得到45％的整體重量節(jié)約。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式使用示例性層疊結(jié)構(gòu)可以允許層疊擋風(fēng)玻璃符合所有規(guī)定的安全要求，包括對(duì)來(lái)自內(nèi)部和外部物體的穿透的抵抗力以及得到可接受的頭部沖擊標(biāo)準(zhǔn)(HIC)值的合適彎曲度。此外，包括經(jīng)過(guò)退火的玻璃的示例性外層可以提供由外部物體沖擊所導(dǎo)致的可接受的破裂圖案，并且允許當(dāng)由于沖擊結(jié)果產(chǎn)生碎片或裂紋時(shí)通過(guò)擋風(fēng)玻璃的連續(xù)操作可見(jiàn)性。研究還證實(shí)，采用化學(xué)強(qiáng)化玻璃作為不對(duì)稱擋風(fēng)玻璃的內(nèi)表面提供了如下額外益處：相比于常規(guī)退火擋風(fēng)玻璃的乘客沖擊的情況，降低了破裂可能性。

玻璃層疊結(jié)構(gòu)的彎曲和/或成形方法可以包括重力彎曲、按壓彎曲以及它們的混合方法。在將薄的平坦玻璃片重力彎曲成彎曲形狀(例如車輛擋風(fēng)玻璃)的常規(guī)方法中，將冷的、預(yù)切割的單片或多片玻璃片放在彎曲固定件的剛性、預(yù)成形的、周界支撐表面上。彎曲固定件可以用金屬或耐火材料制造。在示例性方法中，可以使用活動(dòng)連接的彎曲固定件。在彎曲之前，通常僅在數(shù)個(gè)接觸點(diǎn)上支撐玻璃。通常通過(guò)在玻璃韌化爐中暴露于提升的溫度，來(lái)加熱玻璃，這使得玻璃軟化，實(shí)現(xiàn)玻璃重力彎垂或跌落成與周圍支撐表面一致。通常，進(jìn)而基本上整個(gè)支撐表面會(huì)與玻璃周界接觸。

一種相關(guān)技術(shù)是按壓彎曲，其中，將單塊平坦玻璃片加熱至基本對(duì)應(yīng)于玻璃軟化點(diǎn)的溫度。然后在具有互補(bǔ)成形表面的陽(yáng)模和陰膜元件之間，將經(jīng)過(guò)加熱的玻璃片壓制或者成形為所需曲率。模具元件成形表面可包括真空或空氣噴嘴，以與玻璃片嚙合。在一些實(shí)施方式中，成形表面可構(gòu)造成基本上與相應(yīng)的整個(gè)玻璃表面接觸?；蛘?，相對(duì)成形表面中的一個(gè)或兩個(gè)可以在離散區(qū)域或離散接觸點(diǎn)分別與玻璃表面接觸。例如，陰模表面可以是環(huán)形表面。在一些實(shí)施方式中，可以使用重力彎曲和按壓彎曲技術(shù)的組合。

玻璃層疊結(jié)構(gòu)的總厚度范圍可以約為2-5mm，其中，外部化學(xué)強(qiáng)化的玻璃片和/或內(nèi)部化學(xué)強(qiáng)化的玻璃片的厚度小于或等于1mm(例如，0.3-1mm，例如0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或者1mm)。此外，內(nèi)部非化學(xué)強(qiáng)化玻璃片和/或外部非化學(xué)強(qiáng)化玻璃片的厚度可以小于或等于2.5mm(例如，1-2mm，例如1、1.5、2或者2.5mm)，或者厚度可以大于或等于2.5mm。在一些實(shí)施方式中，玻璃層疊體中的玻璃片的總厚度小于3.5mm(例如，小于3.5、3、2.5或者2.3mm)。

申請(qǐng)人已經(jīng)顯示本文所揭示的玻璃層疊結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的耐用性、抗沖擊性、韌性和耐劃痕性。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，玻璃片或?qū)盈B體的強(qiáng)度和抗機(jī)械沖擊性能受到玻璃中的缺陷(包括兩個(gè)表面和內(nèi)部的缺陷)的限制。當(dāng)玻璃層疊結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊時(shí)，沖擊點(diǎn)受到壓縮，同時(shí)沖擊點(diǎn)周圍的環(huán)或者“環(huán)帶”以及受到?jīng)_擊的玻璃片的相對(duì)表面處于拉伸狀態(tài)中。通常，會(huì)從裂紋處開(kāi)始發(fā)生破壞，這常常位于玻璃表面上的最高張力點(diǎn)或者最高張力點(diǎn)附近。這可能發(fā)生在相對(duì)表面上，但是也可能發(fā)生在環(huán)內(nèi)。如果在沖擊事件中，玻璃中的裂紋處于拉伸，則裂紋可能會(huì)擴(kuò)展，玻璃通常會(huì)破裂。因此，高量級(jí)和深度的壓縮應(yīng)力(層深度)是優(yōu)選的。

因?yàn)閺?qiáng)化作用，所揭示的混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)中使用的強(qiáng)化玻璃片的一個(gè)或兩個(gè)表面處于壓縮狀態(tài)。在玻璃的近表面區(qū)域結(jié)合壓縮應(yīng)力，可抑制玻璃片的裂紋擴(kuò)展和失效。為了使裂紋擴(kuò)展以及失效發(fā)生，來(lái)自沖擊的拉伸張力必須在裂紋尖端處超過(guò)表面壓縮應(yīng)力。在一些實(shí)施方式中，強(qiáng)化玻璃片的高壓縮應(yīng)力和高層深度允許使用比非化學(xué)強(qiáng)化玻璃的情況下更薄的玻璃。

在混合玻璃層疊結(jié)構(gòu)的情況下，層疊結(jié)構(gòu)在響應(yīng)機(jī)械沖擊時(shí)，與更厚的整體式非化學(xué)強(qiáng)化玻璃，或者更厚的非化學(xué)強(qiáng)化玻璃層疊體相比，可更進(jìn)一步撓曲而不發(fā)生破裂。這種增加的撓度實(shí)現(xiàn)了將更多的能量轉(zhuǎn)移到層疊體中間層，這可以降低到達(dá)玻璃的相對(duì)側(cè)的能量。因此，與具有相似厚度的整體式非強(qiáng)化玻璃或者非化學(xué)強(qiáng)化玻璃層疊體相比，本文所揭示的混合玻璃層疊體可以經(jīng)受更高的沖擊能量。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，除了它們的機(jī)械性能以外，層疊結(jié)構(gòu)還可用于削弱聲波。本文所揭示的混合玻璃層疊件雖然使用較薄(且較輕)的結(jié)構(gòu)，但是可以顯著地降低聲波傳輸，所述較薄(且較輕)的結(jié)構(gòu)還擁有許多窗用玻璃應(yīng)用所必需的機(jī)械性質(zhì)。

層疊體和玻璃窗的吸聲性能通常受到玻璃窗結(jié)構(gòu)的撓性振動(dòng)的影響。不希望受到理論的限制，人體聲響應(yīng)峰通常為500-5000Hz，對(duì)應(yīng)于空氣中約0.1-1m的波長(zhǎng)以及玻璃中1-10m的波長(zhǎng)。對(duì)于厚度小于0.01m(<10mm)的玻璃窗結(jié)構(gòu)，主要通過(guò)振動(dòng)和聲波與玻璃窗的撓曲振動(dòng)的耦合產(chǎn)生透過(guò)。層疊玻璃窗結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成將能量從玻璃窗撓曲模式轉(zhuǎn)化為聚合物中間層中的剪切應(yīng)變。在采用較薄玻璃片的玻璃層疊體中，較薄玻璃的較大順應(yīng)性允許較大的振動(dòng)幅度，這進(jìn)而賦予中間層較大的剪切應(yīng)變。大多數(shù)粘彈性聚合物中間層材料的低抗剪切性意味著中間層會(huì)通過(guò)高剪切應(yīng)變來(lái)促進(jìn)阻尼衰減，所述高剪切應(yīng)變會(huì)在分子鏈滑動(dòng)和松弛影響下轉(zhuǎn)化成熱量。

除了玻璃層疊體厚度，構(gòu)成層疊體的玻璃片的特性也會(huì)影響聲衰減性質(zhì)。例如，在強(qiáng)化玻璃片和非強(qiáng)化玻璃片之間，可能在玻璃-聚合物中間層界面處存在小的、但是明顯的差異，這導(dǎo)致聚合物層中較高的剪切應(yīng)變。同樣地，除了它們的明顯組成不同之外，鋁硅酸鹽玻璃和鈉鈣玻璃具有不同的物理和機(jī)械性質(zhì)，包括模量、泊松比、密度等，這可能導(dǎo)致不同的聲響應(yīng)。

雖然本文可包含許多具體情況，但是它們不應(yīng)該理解為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，而是對(duì)于具體的特定實(shí)施方式的特征的描述。在本說(shuō)明書(shū)的單獨(dú)的實(shí)施方式中描述的某些特征也可以組合起來(lái)在單個(gè)實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)。反之，在單一實(shí)施方式的內(nèi)容中描述的各種特征也可以在多個(gè)實(shí)施方式中獨(dú)立地或者以任何適當(dāng)次級(jí)組合的形式實(shí)現(xiàn)。而且，雖然上述特征被描述成以某些組合的形式起作用，而且甚至最初也是這樣要求權(quán)利的，但所要求權(quán)利的組合中的一種或多種特征在一些情況下可以從該組合中去除，所要求權(quán)利的組合可以針對(duì)次級(jí)組合或者次級(jí)組合的變化。

類似地，雖然在圖中或附圖中以特定的順序來(lái)描述操作，但是這不應(yīng)理解為要求此類操作以所示特定順序或者連續(xù)順序進(jìn)行，或者進(jìn)行所有所示的操作，以實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果。在某些情況下，多任務(wù)化和平行操作可能是有利的。

本文中，范圍可以表示為從“約”一個(gè)具體值和/或到“約”另一個(gè)具體值的范圍。當(dāng)表述這種范圍時(shí)，例子包括自某一具體值始和/或至另一具體值止。類似地，當(dāng)使用先行詞“約”表示數(shù)值為近似值時(shí)，應(yīng)理解，具體數(shù)值構(gòu)成另一個(gè)方面。還應(yīng)理解的是，每個(gè)范圍的端點(diǎn)值在與另一個(gè)端點(diǎn)值有關(guān)和與另一個(gè)端點(diǎn)值無(wú)關(guān)時(shí)，都是有意義的。

還要注意的是，本文關(guān)于將本發(fā)明的組件“配置成”或“使其適于”以特定的方式起作用的描述。這方面而言，對(duì)這樣一個(gè)組件進(jìn)行“配置成”或“使其適于”是為了具體表現(xiàn)特定的性質(zhì)，或者以特定的方式起作用，其這樣的描述是結(jié)構(gòu)性的描述，而不是對(duì)預(yù)期應(yīng)用的描述。更具體地，本文所述的將組件“構(gòu)造成”或“使其適于”的方式表示該組分現(xiàn)有的物理?xiàng)l件，因此可以將其看作該組件的結(jié)構(gòu)特征的限定性描述。

如附圖所示的各種構(gòu)造和實(shí)施方式所示，描述了用于平視顯示的各種玻璃層疊結(jié)構(gòu)。

雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)理解的是，所述的實(shí)施方式僅僅是示意性的，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書(shū)以及在閱讀本發(fā)明的基礎(chǔ)上本領(lǐng)域技術(shù)人員自然獲得的等價(jià)形式、許多變形和改進(jìn)的全部范圍所限定。