CN103058506A - 在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法及依该方法制成玻璃基板 - Google Patents

Abstract

一种可在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，包括在玻璃基板表面形成预定图案的屏蔽，该预定图案具有复数镂空区域及遮蔽区域，再对玻璃基板进行化学离子强化制程，于该玻璃基板的未受屏蔽遮蔽区域的表面形成压应力层，据此制成一表面具压应力层图案的玻璃基板；特别是，该玻璃基板的至少一表面设有压应力层图案，该图案可在该表面界定出多个具备不同压应力的局部区域，其包含若干高压应力区域与低压应力区域，该玻璃基板的高压应力区域可增加玻璃抗性，促进抵挡碎裂和刮痕的效能，而在低压应力区域则可保持加工性，使玻璃基板便于进行切割、分裂或研磨等加工。

Description

在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法及依该方法制成玻璃基板

技术领域

本发明涉及一种在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法及依该方法制成的玻璃基板，尤指一种以化学离子强化手段在设有预定图案屏蔽的玻璃基板表面形成压应力层图案，使该玻璃基板表面具有经强化的局部区域及非强化的局部区域。 

背景技术

现有的玻璃强化方式主要有两种，一种是热强化方式，另一种是化学离子强化方式；其中，热强化方式是将玻璃片加热到大于玻璃应变点但在玻璃软化点以下的温度迅速冷却到璃应变点以下的温度，在玻璃表面产生压应力层，以增加玻璃抗性；至于化学离子强化，其将待强化的玻璃片(例如钠玻璃)浸浴在熔融的玻璃强化液(例如钾盐)中，使强化液中的大型离子(例如K+，钾离子)取代玻璃片上小型离子(例如Na+，钠离子)，由于这种置换作用，将其抵抗拉应力的压应力层预先置入玻璃表面，实现了玻璃强化的目的。 

目前无论是哪一种玻璃强化方式，都是对玻璃板的”全部表面”进行强化加工，甚包含无实益或不需要的玻璃板表面部分。但因强化玻璃板体内的压应力会使切割或分裂的加工更加困难，尤其使用机械刀具来切割强化层深度超过约20微米、压缩应力大于约400MPa的强化玻璃时，通常会造成无法控制的裂隙传播，导致玻璃的碎裂，而且即使玻璃板体被顺利分割，也可能会 产生很差的边缘质量，特别是在较厚玻璃片。 

诚如前述，经强化后的玻璃会使加工性变差，所以对玻璃板的切割、钻孔或打磨等相关的加工大多必须在强化处理前事先进行，否则经强化后的玻璃板将难以再进行加工；这结果已严重限缩了强化玻璃板在各式面板制程方面的应用，例如在面板制作时只能采用个别单元逐一生产方式，即，预先将玻璃基板切割成个别单元所需尺寸规格的小片料，然后再分别对该等已分割的小片料各别实施配置所需的电路等面板生产制程；但因面板制程具有精密性及繁复性，所以前述个别单元逐一生产面板的方式其生产效率低，且因玻璃基板被分割成小尺寸的片料，导致在面板制程中的对位操作愈形困难，这结果不仅形成生产技术上的瓶颈，更造成使产品不良率高居不下的缺点。 

发明内容

本发明提供一种可在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其主要是利用在玻璃基板表面形成预定图案的屏蔽，再对玻璃基板进行化学离子强化制程，以在玻璃基板表面形成压应力层图案。 

为了达成上述目的，本发明所提供的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其步骤如下：(1)提供一玻璃基板，其上、下表面至少之一为平坦面，而该平坦面的另一对应表面可为平坦面或非平坦面，最好，板体厚度小于5mm；(2)在玻璃基板表面形成预定图案的屏蔽，该预定图案具有多个镂空区域及遮蔽区域；(3)对玻璃基板进行化学离子强化制程，将前述设有屏蔽的玻璃基板浸渍在充满熔态强化液的盐浴池中来进行离子交换处理，使玻璃基板表面层的离子被具有同价或氧化状态的大型离子取代或交换，在该玻璃 基板的未受屏蔽遮蔽区域的表面形成压应力层；以及(4)去除玻璃基板表面的屏蔽，以获得一表面具有所欲的压应力层图案的玻璃基板。 

特别是，前述屏蔽是使用具备耐酸蚀性以及可耐高温380℃以上的合成橡胶材料所制成的，所述的合成橡胶材料选自于硅胶(Silicone)、多硫化物(polysulfide)等，但实施的材料范围不以前述材料为限；该屏蔽的设置方式可使用熔融的合成橡胶材料以模板印刷法、狭缝式涂布法或是毛细管涂布法等技术手段布设到玻璃基板表面，也可使用由合成橡胶材料制成的薄膜以覆贴等技术手段，在该玻璃基板表面形成屏蔽图案，但屏蔽的设置方式并不以上述设置手段为限；设置在玻璃基板表面形成屏蔽图案可经由加热烘烤的方式，促进屏蔽的定型及增进在基板表面的附着力。 

特别是，该玻璃基板材料可选用钠钙硅酸盐玻璃，当然实施的材料范围并不以此为限，例如其他各种碱金属铝硅酸盐玻璃也可适用。而前述强化液系选自于硝酸盐、硫酸盐或大型碱金属离子的氯化物的溶液之一或其混合物，但实施的材料范围不以前述溶液为限；例如为对前述的钠钙硅酸盐玻璃进行化学离子强化制程，该强化液可采用硝酸钾(KNO₃)溶液。 

在一可行实施例中，该玻璃基板在上、下表面分别具一均匀压应力层，令该均匀压应力层的压应力层深度范围约在20μm以下。 

本发明也提供一种表面具压应力层图案的玻璃基板，可在玻璃基板表面形成预设的强化面及非强化面之局部区域，因此在该玻璃基板表面的强化面局部区域可增加玻璃抗性，促进抵挡碎裂和刮痕的效能，而在非强化面之局部区域则可保持加工性，使玻璃基板便于进行切割、分裂或研磨等加工。 

根据本发明，该表面具压应力层图案的玻璃基板可由本发明的前述方法 制成；其于玻璃基板上的至少一表面具有压应力层图案，该图案(pattern)可在该表面界定出多个具备不同压应力的局部区域，在一可行实施例中，该压应力层图案具有若干个高压应力区域由低压应力区域予分隔开来，而高压应力区域与低压应力区域之间的压应力差异值在100MPa以上，或是压应力层深度差异值在5μm以上；其中，该低压应力区域的压应力值在400MPa以下，最好是等于或趋近0MPa，该高压应力区域的压应力值范围约在100MPa到800Mpa，或是令该低压应力区域的压应力层深度范围约0到20μm，而该高压应力区域的压应力层深度范围约5μm到90μm；因此本发明的玻璃基板在高压应力区域形成高强度的局部区域可供制作各式面板的透明基板或盖板，而在该等低压应力区域则仍可保持优良的加工性，使玻璃基板即使经强化处理后，仍可由对玻璃基板的低压应力区域进行切割、分裂或研磨等加工，据此可克服现有强化玻璃板应用在面板制程方面的限制，达提升生产效率及质量良率的目的。 

前述玻璃基板的上、下表面至少之一为平坦面，而该平坦面的另一对应表面可为平坦面或非平坦面，例如是凸面、凹面或凸凹面等，理想的玻璃基板是选用一平板玻璃，且其板体厚度小于5mm；该玻璃基板材料是选自于钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃等，但实施的材料范围不以前述材料为限。 

在通常的实施态样中，该玻璃基板于设有压应力层图案的表面的相对应表面上设有一均匀压应力层，以避免玻璃基板的二表面之间的压应力差异过大产生翘曲变形，而该均匀压应力层约略与前述低压应力区域相同，其压应力层深度范围约在20μm以下。 

在本发明的另一可行实施例中，该玻璃基板的上、下表面可分别设有压 应力层图案，其中，在该上、下表面的压应力层图案系可选择的呈彼此对应或不对应地设置。 

附图说明

图1系本发明之玻璃基板与屏蔽分离状态的立体示意图； 

图2系本发明之玻璃基板与屏蔽组合的立体示意图； 

图3系本发明之玻璃基板设置在盐浴池的正面图，显示在化学离子强化制程中该夹持装置及往复式运动机构的运作示意图； 

图4系本发明之盐浴池的侧面剖视示意图； 

图5为本发明之一种玻璃基板成品之立体图； 

图6为本发明之一种玻璃基板成品之侧视剖面图； 

图7为本发明另一种玻璃基板成品之侧视剖面图； 

图8为本发明再一种玻璃基板成品之立体图；以及 

图9为本发明再一种玻璃基板成品之侧视剖面图。 

图中： 

1，玻璃基板； 

12、12’，高压应力区域； 

13、13’，低压应力区域； 

14，均匀压应力层； 

2，屏蔽； 

21，镂空区域； 

22，遮蔽区域； 

61，夹持装置； 

62，盐浴池； 

63，强化液； 

64，循环过滤器； 

65，往复式运动机构； 

F、F’，压应力层图案； 

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。本发明实施例提供的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法之流程步骤如下： 

首先，取一玻璃基板1，该玻璃基板上具有较大面积的上表面或下表面；玻璃基板不一定要是平面的，但至少在上、下表面之一为平坦面，而该平坦面的另一对应表面可为平坦面或非平坦面，例如是凸面、凹面或凸凹面等。在这个实施例中，该玻璃基板材料是采用钠钙硅酸盐玻璃，其板体厚度约为1mm(毫米)、且其上、下表面均为平坦面的素玻璃板。 

然后，如图1、图2所示，在玻璃基板1的上表面设置屏蔽2，该屏蔽具有预定图案，该图案由多个镂空区域21及遮蔽区域22共同构成；该屏蔽的遮蔽区域22部位可紧密附着于该玻璃基板的表面；该屏蔽采用具备耐酸蚀特性且可耐高温约380℃以上的硅胶材料，其利用模板印刷的技术手段将熔融的硅胶印刷在玻璃基板1表面以形成屏蔽图案。将硅胶材料设置到玻璃基板表面后，最好，再将玻璃基板1置入于热风烤箱中进行低温烘烤，然后徐徐降温至常温(约25℃左右)，以促进该屏蔽的定型，并以增加该屏蔽2在基板表面的附着力。 

接续前述屏蔽设置制程之后，对该玻璃基板1进行化学离子强化制程；请参阅图3、图4所示，该玻璃基板1被锁固安装在一夹持装置61上，使玻璃基板1的板体上、下面呈敞露状态，该夹持装置系呈可升降位移的设置在一盐浴池62上方，该盐浴池内盛装有温度范围约380℃到450℃的熔态强化液63，且令该盐浴池内的强化液63容量在制程中均应保持在一特定的液面高度，且该高度至少要能让该欲化学离子强化加工的玻璃基板可完全被浸渍在该强化液内；在这个实施例中，为对前述的钠钙硅酸盐玻璃进行化学离子强化制程，该强化液是采用硝酸钾(KNO₃)溶液。最好，在该盐浴池中设一循环过滤器64，以便在制程中可将混杂在强化液中的残屑和尘粒滤除，并利用此循环过程产生搅拌效应，以增进强化液的均匀度；以及，该夹持装置61可枢接于一组往复式运动机构65，使该夹持装置可做上、下、左、右方位的往复式位移；进行化学离子强化制程时，该挟持装置61将玻璃基板1挟持固定并以略呈垂直矗立态样浸没入盐浴池62内的强化液63中，同时利用该往复式运动机构65驱动该夹持装置61，使该玻璃基板在强化液63中以顺沿其板面的平行方向作上、下及(或)左、右方位的往复式位移，据此促进化学离子强化作用的均匀度，并提升加工的效率。 

在化学离子强化制程中，在玻璃基板1上的屏蔽的镂空区域21的表面将会与强化液63之间进行离子交换处理，使玻璃表面层的钠离子(Na⁺)被强化液中同价的钾离子(K⁺)取代，由强化液中的大型离子(钾离子，K⁺)取代玻璃基板上小型离子(钠离子，Na⁺)，因此在前述镂空区域21的玻璃基板表面形成压应力层，达成玻璃强化的目的，而于遮蔽区域22的玻璃基板表面因未进行离子交换处理，不会表面形成压应力层，所以仍然保持原有的可加工性。 

通常玻璃基板浸渍在强化液中的时间从约0.5小时到约7小时。离子交换处理产生的强化玻璃，其压应力层深度的深度范围从约10μm(微米)到50μm，压应力范围约从200MPa到800MPa。 

熟悉此项技术的人知道，离子交换处理的参数包括但不限定如上述的盐浴池的成分和温度，浸渍时间，盐浴池中浸渍玻璃的个数，多个盐浴池的使用，譬如退火的额外步骤，冲洗等，这些通常可根据玻璃的成分和所需要压应力层的深度、表面的压应力数值等因素，作为强化作业参数的设定。 

最后，再进行剥膜加工制程以将玻璃基板1上的屏蔽2剥除，使玻璃基板表面上的压应力图案呈现出来；其实施方式略对该玻璃基板表面上设置屏蔽2的部位进行喷洒剥膜剂或轻量抛磨，使屏蔽可顺利地由玻璃基板表面被剥离去除，再以洗涤液(例如：清水)对该玻璃基板施予清洗。 

经过完成前述各加工步骤，即可在玻璃基板的表面形成所欲的压应力层图案F(如图5所示)，使设置压应力层图案的局部区域表面增加玻璃抗性，促进抵挡碎裂和刮痕的效能，而其他的局部区域表面则仍保持优良的加工性，使玻璃基板便于进行切割、分裂或研磨等加工。特别是，当玻璃基板的板体厚度在5mm以下时，最能彰显本发明的特色与优点。 

另外，上述本发明实施例中，该玻璃基板1除了选用素玻璃板外，也可采用一经预先强化处理的玻璃基板，使其在板体的上、下表面分别形成一均匀的压应力层，而该均匀压应力层的压应力层深度范围约在20μm以下；另外，当该屏蔽2设置在玻璃基板1的上表面时，可在玻璃基板的下表面设置一密封屏蔽，将该下表面全部遮蔽；也可在玻璃基板的下表面可不设置屏蔽，使下表面呈敞露的状态，以便在化学离子强化制程中，该敞露的下表面会与强 化液63进行离子交换处理，并获得一具备均匀压应力层的玻璃表面。除此之外，在本发明的其他应用方式，可对具有同一屏蔽的玻璃基板进行一次以上的化学离子强化制程，也可对一玻璃基板进行多次前述化学离子强化制程但每次都配置不同屏蔽，以便在玻璃基板上形成所需的压应力图案。 

再请参阅图5、图6所示，依据本发明前述方法所制成的玻璃基板，在一实施例中，该玻璃基板1是在上表面形成压应力层图案F，该压应力层图案中包含若干高压应力区域12与低压应力区域13，低压应力区域13将该等高压应力区域12彼此之间分隔设置；因此该压应力层图F可在该玻璃基板1的表面上界定出具备可抵挡碎裂和刮痕的高压应力区域12(即，强化区域)，以及具备切割、分裂和研磨加工性的低压应力区域13(即，非强化或低强化区域)。理想的，在该玻璃基板表面的低压应力区域13，其压应力层深度范围约0到20μm(微米)以下，压应力值在400MPa以下，而该高压应力区域12的压应力层深度范围从约5μm到90μm，压应力范围约在100MPa到800MPa。特别是，该玻璃基板的压应力层图案F的表面被区分成高、低压应力区域12、13，但在表面上任意二相邻的区域之间的压应力差异值在100MPa以上，或是压应力层深度差异值在5μm以上。 

不同于现有强化玻璃的应用方式，本发明的玻璃基板可以预先进行玻璃强化制程，也不会减损其切割、分裂和研磨等加工性；例如本发明的玻璃基板可应用在各式面板的生产制造，将面板结构的相关电路及组件制作在该等高压应力区域12内的表面上，然后利用对低压应力区域13进行切割、分裂和研磨等后加工，以克服现有强化玻璃板应用在面板制程方面的限制，并达提升生产效率及质量良率的目的。 

在前述实施例中，该玻璃基板的上表面具有压应力层图案F，而与其相对应的下表面也可设置一均匀压应力层14(详如图7所示)，以防玻璃板体表面压应力差异过大产生翘曲变形，通常该均匀压应力层14约略与前述低压应力区域13相同，其压应力层深度范围约在20μm以下。 

图8、图9中显示本发明的另一实施例，该玻璃基板在上、下表面均设有压应力层图案F、F’，且该等上、下表面的压应力层图案呈彼此对应设置，即在玻璃基板上表面的高压应力区域12与下表面的高压应力区域12’位置对应，而在玻璃基板上表面的低压应力区域13与下表面的低压应力区域13’位置对应；因此除可保持玻璃板体上下表面的压应力平衡、避免产生翘曲变形之外，在该玻璃基板的高压应力区域表面可倍增玻璃抗性，而其他的低压应力区域表面则仍可保持优良的切割加工性。 

本发明并非局限于以上所述形式，很明显参考上述说明后，能有更多技术均等性的改良与变化；是以，举凡熟悉本案技艺的人士，有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。 

Claims (23)

1.一种在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.提供一玻璃基板；

b.在玻璃基板表面形成预定图案的屏蔽，该预定图案具有多个镂空区域及遮蔽区域；

c.对玻璃基板进行化学离子强化制程，将前述设有屏蔽的玻璃基板浸渍在充满熔态强化液的盐浴池中来进行离子交换处理，使玻璃基板表面层的离子被具有同价或氧化状态的大型离子取代或交换，在该玻璃基板的未受屏蔽遮蔽区域的表面形成压应力层；以及

d.去除玻璃基板表面的屏蔽，以获得一表面具有所欲的压应力层图案的玻璃基板。

2.根据权利要求1所述的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：其中，该玻璃基板的材料是选自于钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃其中之一。

3.根据权利要求1所述的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：其中，该玻璃基板的上、下表面至少之一为平坦面，而该平坦面的另一对应表面可为平坦面或非平坦面。

4.根据权利要求3所述的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：其中，该玻璃基板的板体厚度小于5mm。

5.根据权利要求1所述的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：其中，该玻璃基板在上、下表面分别具一均匀压应力层，令该均匀压应力层的压应力层深度范围约在20μm以下。

6.根据权利要求1所述的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：其中，该屏蔽是使用具备耐酸蚀性以及可耐高温380℃以上的合成橡胶材料。

7.根据权利要求6所述的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：其中，该合成橡胶材料为硅胶。

8.根据权利要求7所述的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：其中，该硅胶以模板印刷手段设置到该玻璃基板表面以形成屏蔽。

9.根据权利要求1所述的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：其中，该强化液选自于硝酸盐、硫酸盐或大型碱金属离子的氯化物溶液其中之一或其混合物。

10.根据权利要求9所述的在玻璃基板表面形成压应力层图案的方法，其特征在于：其中，该强化液为硝酸钾溶液。

11.一种表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：于玻璃基板的至少一表面具有压应力层图案，而该图案可在该表面界定出多个具备不同压应力的局部区域，其包含若干高压应力区域与低压应力区域，由低压应力区域而将该等高压应力区域彼此之间分隔设置，并令高压应力区域与低压应力区域之间的压应力差异值在100MPa以上。

12.根据权利要求11所述的表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，该低压应力区域的压应力值在400MPa以下。

13.根据权利要求11所述的表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，该高压应力区域的压应力值范围约在100MPa到800MPa。

14.一种表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：于玻璃基板的至少一表面具有压应力层图案，而该图案可在该表面界定出多个具备不同压应力的局部区域，其包含若干高压应力区域与低压应力区域，由低压应力区域而将该等高压应力区域彼此之间分隔设置，令高压应力区域与低压应力区域分别具有不同的压应力层深度，且高压应力区域与低压应力区域之间的压应力层深度差异值在5μm以上。

15.根据权利要求14表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，该低压应力区域的压应力层深度范围约0到20μm以下。

16.根据权利要求14表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，该高压应力区域的压应力层深度范围约5μm到90μm。

17.根据权利要求11或14表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，前述玻璃基板的上、下表面至少之一为平坦面，而该平坦面的另一对应表面可为平坦面或非平坦面。

18.根据权利要求17表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，该玻璃基板的上、下表面均为平坦面，且其板体厚度小于5mm。

19.根据权利要求11或14表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，该玻璃基板材料是选自于钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃其中之一。

20.根据权利要求11或14表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，还包含一均匀压应力层被设置在前述玻璃基板设有压应力层图案的表面的相对应表面上。

21.根据权利要求20表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，该均匀压应力层的压应力层深度范围约在20μm以下。

22.根据权利要求11或14表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，还包含在该玻璃基板的上、下表面分别设有压应力层图案。

23.根据权利要求22表面具压应力层图案的玻璃基板，其特征在于：其中，前述上、下表面的压应力层图案呈彼此对应地设置。

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