CN103513799A - 硬质基板、触控面板及硬质基板的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硬质基板、触控面板及硬质基板的处理方法，其中触控面板包括此硬质基板。硬质基板包括一离子强化表面层，其完整地包覆于全表面，且硬质基板具有一蚀刻壁，其中离子强化表面层在蚀刻壁的平均深度与其在蚀刻壁以外的表面的平均深度实质上相同。

Description

硬质基板、触控面板及硬质基板的处理方法

技术领域

本发明是有关于一种基板、触控面板及基板的处理方法，且特别是有关于一种硬质基板、包括此硬质基板的触控面板以及硬质基板的处理方法。

背景技术

随着使用者直接接触面板装置的机率大幅提升，面板装置因机械强度不足而损坏的可能亦随之升高。所以，面板装置的机械强度成为电子产品是否耐用的重要因素。目前，已采用强化过的基板(例如强化过的玻璃板，或是业界所称的覆盖板)来制作面板装置以提高其机械强度。也就是说，触控或显示等作用的电子元件可以制作于强化过的基板上以提高整体面板装置的机械强度。

然而，强化过的基板为了符合产品的尺寸设计一般都经过切削成型的处理，切削成型的过程会在切削过的边缘产生大小不一的裂隙，而这些大小不一的裂隙往往成为应力的集中区。因此，这样的基板对于面板装置的机械强度的提升仍有其限制，特别是，基板往往由这些切削过的边缘开始破裂。

发明内容

本发明提供一种硬质基板，具有空隙均匀的蚀刻壁而可提供理想的机械强度。

本发明提供一种触控面板，以机械强度理想的硬质基板提供承载而具有良好的品质及耐用性。

本发明提供一种硬质基板的处理方法，可有效地改善硬质基板经切削之后壁的应力集中的现象。

本发明提供一种硬质基板，包括一离子强化表面层，其完整地包覆于硬质基板的全表面，且硬质基板具有一蚀刻壁，其中离子强化表面层在蚀刻壁的平均深度与其在蚀刻壁以外的表面的平均深度实质上相同。

本发明另提供一种触控面板，包括一硬质基板以及一触控元件。硬质基板包括一离子强化表面层，其完整地包覆于硬质基板的全表面，且硬质基板具有一蚀刻壁，其中离子强化表面层在蚀刻壁的平均深度与其在蚀刻壁以外的表面的平均深度实质上相同。触控元件配置于硬质基板上。

根据本发明的一实施例，上述蚀刻壁的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um。

根据本发明的一实施例，上述蚀刻壁包括多个裂隙，且裂隙的孔径大小由3微米至15微米。

根据本发明的一实施例，上述蚀刻壁包括多个裂隙，且离子强化表面层的平均深度实质上大于裂隙的平均深度。

根据本发明的一实施例，上述触控面板还包括一装饰图案层，配置于硬质基板上，且装饰图案层实质上位于触控元件周边。

本发明另提供一种硬质基板的处理方法。对一硬质母板进行一机械加工或材料移除处理以形成至少一硬质基板，使硬质基板具有一切割壁。对切割壁进行一蚀刻处理而使切割壁成为一蚀刻壁。对硬质基板进行一离子强化处理使硬质基板的全表面完整地包括一离子强化表面层，其中该离子强化表面层在该蚀刻壁的平均深度实质上相同于在该蚀刻壁以外的表面的平均深度。

根据本发明的一实施例，上述对切割壁进行蚀刻处理的步骤包括贴附一抗蚀层于硬质基板上并使抗蚀层暴露出切割壁；以及将暴露出来的蚀刻壁接触一蚀刻液。具体而言，硬质基板的材质为玻璃而蚀刻液为氢氟酸。另外，进行离子强化处理之前例如将抗蚀层移除。

根据本发明的一实施例，上述切割壁的平均表面粗糙度由1.0um至3um，而蚀刻壁的的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um。

根据本发明的一实施例，上述进行离子强化处理的步骤包括将硬质基板整体地接触于一离子强化液中。

根据本发明的一实施例，上述机械加工或材料移除处理包括切割、磨边、凿孔、导角、图案化蚀刻以及抛光工序的至少其中之一。

根据本发明的一实施例，上述蚀刻处理是使用一干蚀刻媒介或一湿蚀刻媒介而进行，且该干蚀刻媒介包括含氟气体或等离子体，而该湿蚀刻媒介包括至少含氢氟酸或含氟的溶剂。

基于上述，本发明提供一种处理方法以对硬质基板经机械加工或材料移除处理过的切割壁进行蚀刻而形成蚀刻壁。蚀刻壁具有的裂隙大小大于经机械加工或材料移除处理而未蚀刻前的切割壁，且蚀刻壁具有的平均表面粗糙度小于经切削而未蚀刻的切割壁。所以，蚀刻壁相对于切割壁而言较不容易在特定区域产生应力集中的现象。如此一来，经离子强化处理的蚀刻壁可以有效提升硬质基板的机械强度也随之使具有此硬质基板的触控面板具有理想的品质及耐用性。

进一步而言，因为前段机械加工或材料移除处理加工的品质不一，这样的前段加工所造成的裂隙深度将会不一致，这会影响离子强化之后所能够达到的效果。不过，本发明实施例通过将前段加工之后的硬质基板先进行蚀刻后再全面施行化学强化，这可以更确保裂隙可以实质上被离子强化表面层所涵盖。此时，离子强化表面层可以衍生出一对应的压应力分布层，而压应力层可约束玻璃表层的裂隙成长而提高玻璃受破坏的强度，因此可使得成品强度更稳固。

除上述之外，从另一角度来看，由于裂隙深度已预先经由蚀刻被减低；因此，后续的全面化学强化，其处理条件就不需这么严苛即可使离子强化表面层涵盖裂隙，例如：处理时间可相对较短等等。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1至图4为本发明一实施例的硬质基板的处理方法的流程图；

图5及图6分别为切割壁100A与蚀刻壁102A在显微镜下放大50倍时的态样图；

图7为本发明实施例的基板的切割壁100A与蚀刻壁102A的剖面结构图；

图8为本发明一实施例的触控面板图；

图9至图11为本发明的多个实施例的触控元件的设计图；

图12为本发明另一实施例中经由机械加工或材料移除处理的硬质基板初坯的剖面示意图。

附图标记说明：

10：硬质母板；

20：抗蚀膜；

20A：孔洞；

100、100’：硬质基板初坯；

102：硬质基板；

100A、100A’：切割壁；

100B’：上表面；

100C’：下表面；

102A：蚀刻壁；

200：触控面板；

210：触控元件；

220：装饰图案层；

B：裂隙；

d1、d2：深度；

O、T：裂隙末端；

R：导角；

S1：第一感测串列；

S2：第二感测串列；

S3：条状电极；

S4：矩形电极；

TH：穿孔；

W1、W2：尺寸。

具体实施方式

要说明的是，本发明实施例中所谓的玻璃的离子强化表面层的深度是指钾离子从玻璃表面扩散进入玻璃内部的平均深度，而较佳的定义是指在玻璃全表面划分出多个区域时，钾离子在这些区域中的最大扩散深度的平均值。离子强化表面层的深度一般可以通过仪器检测钾离子是否存在而得知。由于即使在同一处理过程下，离子扩散深度仍会有深浅不一的情形存在，因此本文中将采取扩散深度的平均值作为判定离子强化表面层的深度的标准。

也就是说，在一实施例中，离子强化表面层的深度可定义为在多个量测点上由玻璃表面朝内部量测钾离子(K+)的浓度以取得对应的深度，并将这些点所量测得的深度求取平均值所获得的值。通常，钾离子分布情形为表层部位最高，然后渐次向玻璃内部递减至零或是背景值。因此，每一量测点量测的深度实质上为玻璃表面到钾离子分布递减至零或是背景值的位置两者的距离，其中背景值是指玻璃制造时所含有的原料部分。

例如，玻璃原本的成分中即含有钾离子时，其原料中钾离子的浓度即可定义为背景值。换句话说，由于离子强化表面层是交换离子(例如钾离子)通过交换/扩散等机制进入玻璃的深度所界定而来的。交换离子的浓度分布会由玻璃基板表面往中心慢慢降低至零或是背景值，因此离子强化表面层是否存在可以通过仪器检测交换离子的存在而得知。另外，这里所谓的平均深度可以是离子强化表面层在多个量测点的深度的平均值。较佳地，平均深度是交换离子在玻璃内每个量测区域中的最大扩散深度的平均值所定义。

实际上，同一道离子强化处理过程可能形成深度些许不同的离子强化表面层，因此在此可以通过检测几个不同位置的离子强化表面层的深度，再取其平均值。例如，选取强化后的玻璃基板上5个不同位置点，用仪器检测钾离子的扩散深度，再加以将量测的五个数值求取平均，并以此平均数值代表整个离子强化表面层的平均深度T或d。另外，前述钾离子置换钠离子的离子交换行为仅为例示性说明而不用以限定本发明，其它能产生提高强度的效果的离子交换行为，均能应用于本发明的各个实施例。再者，上述的玻璃材质并不特别地限定，其例如包括钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃等材质均可。

图1至图4为本发明一实施例的硬质基板的处理方法的流程图。请先参照图1，提供一硬质母板10。具体而言，硬质母板10的材质为玻璃，其例如有钠玻璃(soda-lime glass)、硼玻璃(boro-silicate glass)、铝硅酸玻璃(alumo-silicate glass)等。不过，本发明不特别地局限硬质母板10的材质，而凡是可以在面板装置中作为承载用的玻璃板材都可以应用以下所揭示的处理方法进行处理。

接着，进行一机械加工或材料移除处理以将图1的硬质母板10图案化成至少一个具有所需外型的硬质基板初坯100，如图2所示。在一实施例中，硬质母板10可以被切削成1个、2个、3个、4个，或是多于4个硬质基板初坯100。也就是说，此处不特别地限定切削过程使硬质母板10所切削出来的硬质基板初坯100的数量。因此，图2仅示出一个硬质基板初坯100以便于说明。

另外，此处所记载的机械加工或材料移除处理可以包括切割步骤、磨边步骤、凿孔步骤、导角步骤、图案化蚀刻步骤及抛光步骤等至少其中一种工序。因此，切割后的硬质基板初坯100除了具备所设定的尺寸外还可以具有研磨过的导角R，这有利于硬质基板初坯100应用于产品时提升产品的美观并且避免产品的尖角刮伤使用者。另外，切割后的硬质基板初坯100还可以随着设计需求而通过凿孔形成穿孔TH，其可以作为实际电子产品中的耳音孔、麦克风孔、或是装饰孔等。

当然，上述结构仅是举例说明之用，并非用以限定本发明。在其他的实施例中，硬质基板初坯100可选择性地具有尖锐的转角。甚至，在另一实施例中，如图12所示出的本发明另一实施例的经机械加工或材料移除处理过的硬质基板初坯的剖面示意图，硬质基板初坯100’可以具有圆弧状的切割壁100A’。此时，硬质基板初坯100’具有实质上平坦的上表面100B′与下表面100C′且圆弧状的切割壁100A’连接于上表面100B’与下表面100C’之间。当然，这样的设计仅是举例说明之用，在其他的实施例中，上表面100B’也可以具有圆弧状外型。

值得一提的是，在切割步骤、磨边步骤、凿孔步骤、导角步骤、图案化蚀刻步骤及抛光步骤等机械加工或材料移除处理的过程中，硬质基板初坯100的切割壁100A会数次地受到撞击(刀具的撞击、研磨粒子的撞击、蚀刻剂的侵蚀或是抛光粒子的撞击等)，所以切割壁100A实际上会具有多个大小不一且规则性不佳的裂隙。这些裂隙由受到冲击的表面向内部延伸而往往在后续的制作程序或是使用过程中构成应力的集中区域。特别是，这些裂隙的规则性越差则应力越容易集中在特定的局部区域。所以，切削加工之后的硬质基板初坯100虽然已经具备所需外型却无法具有理想的机械强度。

因此，本实施例进一步对硬质基板进行其他的处理程序。举例而言，请参照图3，本实施例的处理方法进一步将一抗蚀膜20贴附于硬质基板初坯100上，且让抗蚀膜20暴露出切割壁100A甚至邻近于切割壁100A的一部分。另外，由于穿孔TH也是经由前述的机械加工或材料移除处理而制作的且定义出穿孔TH的壁面也是所谓的切割壁100A，所以，抗蚀膜20还设有暴露出穿孔TH的孔洞20A。接着，对抗蚀膜20暴露出来的切割壁100A以及定义出穿孔TH的壁面进行一蚀刻处理。

在一实施例中，蚀刻处理可以是让硬质基板初坯100接触一干蚀刻媒介或一湿蚀刻媒介，且其中干蚀刻媒介包括含氟气体或等离子体，而湿蚀刻媒介包括至少含氢氟酸或含氟的溶剂。在此，硬质基板初坯100的材质为玻璃，所以所选用的蚀刻媒介可以是氢氟酸或是可以对玻璃侵蚀的材质。

在蚀刻处理的进行下，硬质基板初坯100接触于蚀刻媒介的局部表面会侵蚀，因而切割壁100A上的裂隙会发生改变。举例而言，切割壁100A上分布及尺寸皆不均匀的裂隙可以经蚀刻媒介的作用而转变为分布及尺寸皆较为均匀的状态。因此，经由蚀刻处理后，移除抗蚀膜20并且对整个硬质基板初坯100进行离子强化处理即可以获得如图4所示出的具有理想机械强度的硬质基板102。此处的离子强化处理可以是已知的应用于强化玻璃板的离子强化过程，其例如是将表面没有贴附其他膜层的硬质基板初坯100完整地接触离子强化液。亦即，将表面没有贴附其他膜层的硬质基板初坯100整个浸没于离子强化液中。

另外，请参照图4，硬质基板102具有蚀刻壁102A，并且图4中虽未特别地示出，不过硬质基板102整个全表面上实质上完整地包覆着离子强化表面层。并且，离子强化表面层在蚀刻壁102A的平均深度实质上相同于在蚀刻壁102A以外的表面的平均深度。在一实施例中，蚀刻壁102A可以包括多个裂隙(如图7所示)，而离子强化表面层的平均深度实质上大于裂隙的平均深度。在此，离子强化表面层的深度的定义与量测方式已记载于上文中，不另赘述。

值得一提的是，此处的蚀刻壁102A不同于图3的切割壁100A之处包括有：切割壁100A的平均表面粗糙度由1.0um至3um，而蚀刻壁102A的的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um。另外，图5及图6分别为切割壁100A与蚀刻壁102A在显微镜下放大50倍时的态样图。同时参照图5与图6可以清楚知道，切割壁100A的表面均匀性相对较差(裂隙分布较不均匀)而蚀刻壁102A的表面均匀性相对较好(裂隙分布较均匀)。此外，如图6所示，蚀刻壁102A包括多个裂隙B，且这些裂隙B的孔径大小由3微米至15微米。根据这样的结构，具有蚀刻壁102A的硬质基板102相对于具有切割壁100A的硬质基板初坯100而言，较不容易发生应力集中的现象。

举例而言，图7为本发明实施例的硬质基板的切割壁100A与蚀刻壁102A的剖面结构图。请参照图7，在机械加工或材料移除处理的过程当中，切割壁100A的表面会直接受到刀具、研磨粒子等物质的撞击，所以切割壁100A的剖面结构会呈现出许多大小不一且尖锐的裂隙。然而，在经过蚀刻液的作用之后，蚀刻壁102A的表面会相对于切割壁100A的表面内缩，因此，除了裂隙深度d2降低(相较于裂隙深度d1)之外，原本尖锐的裂隙末端T还可以变得相对地圆滑(如裂隙末端O)并且原来裂隙的尺寸W1也相对地增大(如裂隙尺寸W2)。

根据Griffith’s理论，裂隙末端T、O的曲率半径越大(越圆滑)则应力集中效应越小。因此，本实施例在切削过程后进行一蚀刻处理使得均匀性相对较差的切割壁100A变成均匀性相对较好的蚀刻壁102A，这有助于降低硬质基板102发生应力集中而破损的几率。另外，本实施例的处理方法在蚀刻壁102A形成后再进行离子强化步骤，可以更进一步提升硬质基板102的机械强度。

整体而言，无论切削过程的处理条件是否受到严谨地控制而避免裂隙的产生，在切削过程后使用蚀刻液接触切割壁100A都有助于让原本在切割壁100A上的裂隙深度降低，以及使得裂隙变的更为平缓而形成均匀度较高的蚀刻壁102A。如此一来，经过处理的硬质基板102在机械强度上可以优于硬质基板初坯100。因此，上述的处理步骤中，除了离子强化过程外，蚀刻液的蚀刻作用也可以使得切削过的硬质基板初坯100的强度进一步地被强化，这有助于提升硬质基板102的良率。举例而言，在通过破坏性试验以量测硬质基板102的机械强度时，硬质基板102的通过率可以较硬质基板初坯100更为提升。

图8为本发明一实施例的触控面板图。请参照图8，本实施例可以直接将触控元件210制作在经由上述步骤处理之后的硬质基板102上以构成触控面板200。另外，硬质基板102上还可以设置有装饰图案层220，且装饰图案层220可以位于触控元件210周边。装饰图案层220可选择性地如图8所示般位于触控元件210所在位置的一侧。不过，在其他的实施例中，触控元件210与装饰图案层220可以分别地位于硬质基板102的相对两侧。装饰图案层220的材质可以是油墨、类钻碳或陶瓷材料等。

值得一提的是，上述图1至图4所记载的步骤中，硬质基板102已经被切割成设计所需的尺寸大小。因此，制作触控面板200的方法可以是直接在硬质基板102上制作触控元件210。并且制作触控元件210之后不需进一步进行分割，这有利于避免额外的分割步骤造成触控面板200的强度下降。另外，为了量产所需或是为了减少设备成本，还可以选择地将多个硬质基板102贴附于辅助载板(未示出)上，并且利用辅助载板的承载，同时在多个硬质基板102上制作对应的触控元件210。如此一来，仅需一次的制作程序就可以完成多个触控面板200的制作。

由于硬质基板102具备理想的机械强度，则触控面板200可以不需额外的保护盖保护即可以具备良好的品质。因此，触控面板200可以作为电子装置中最外侧的元件而不需以其他构件保护。

此外，触控元件210可以由单层感测电极层或是多层感测电极层所构成，并且触控元件210可由多种设计来实现。举例而言，触控元件210可以由图9所示出的多个第一感测串列S1与多个第二感测串列S2所构成。或是，触控元件210可以由图10所示出的多个条状电极S3所构成，其中每个条状电极S3的宽度由一端向另一端逐渐减少。当然，触控元件210也可以由多个图11所示出的矩形电极S4所构成。值得一提的是，上述各种触控元件210的设计仅是举例说明，并非限定本发明所记载的触控元件210的实施方式。

综上所述，本发明对切削加工后的硬质基板的壁(亦即切割壁)以蚀刻液进行局部的蚀刻。所以，硬质基板具有蚀刻壁，其中蚀刻壁相对于切割壁具有更佳的均匀性。所以，经离子强化过的蚀刻壁不容易发生应力集中的现象而有助于提升硬质基板的机械强度，例如抗弯曲(bending)强度。值得一提的是，因为前段机械加工或材料移除处理加工的品质不一，这样的前段加工所造成的裂隙深度将会不一致，这会影响离子强化之后所能够达成的效果。不过，本发明实施例通过将前段加工之后的硬质基板先进行蚀刻后再全面施行化学强化，这可以更确保裂隙可以实质上被离子强化表面层所涵盖。此时，离子强化表面层可以衍生出一对应的压应力分布层，而压应力层可约束玻璃表层的裂隙成长而提高玻璃受破坏的强度，因此可使得成品强度更稳固。

如此一来，以这样的硬质基板制作触控面板可以让触控面板具有理想的机械强度及良好的品质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (17)

1.一种硬质基板，其特征在于，包括一离子强化表面层，完整地包覆于该硬质基板的全表面，且该硬质基板具有一蚀刻壁，其中该离子强化表面层在该蚀刻壁的平均深度与其在该蚀刻壁以外的表面的平均深度实质上相同。

2.根据权利要求1所述的硬质基板，其特征在于，该蚀刻壁的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um。

3.根据权利要求1所述的硬质基板，其特征在于，该蚀刻壁包括多个裂隙，且这些裂隙的孔径大小由3微米至15微米。

4.根据权利要求1所述的硬质基板，其特征在于，该蚀刻壁包括多个裂隙，该离子强化表面层的平均深度实质上大于这些裂隙的平均深度。

5.一种触控面板，其特征在于，包括：

一硬质基板，该硬质基板包括一离子强化表面层，完整地包覆于全表面，且该硬质基板具有一蚀刻壁，且该离子强化表面层在该蚀刻壁的平均深度与其在该蚀刻壁以外的表面的平均深度实质上相同；以及

一触控元件，配置于该硬质基板上。

6.根据权利要求5所述的触控面板，其特征在于，该蚀刻壁的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um。

7.根据权利要求5所述的触控面板，其特征在于，该蚀刻壁包括多个裂隙，且这些裂隙的孔径大小由3微米至15微米。

8.根据权利要求5所述的触控面板，其特征在于，该蚀刻壁包括多个裂隙，该离子强化表面层的平均深度实质上大于这些裂隙的平均深度。

9.根据权利要求5所述的触控面板，其特征在于，该触控面板还包括一装饰图案层，配置于该硬质基板上，且该装饰图案层实质上位于该触控元件周边。

10.一种硬质基板的处理方法，其特征在于，包括：

对一硬质母板进行一机械加工或材料移除处理以形成至少一硬质基板初坯，使该硬质基板初坯具有一切割壁；

对该切割壁进行一蚀刻处理而使该切割壁成为一蚀刻壁；以及

对该硬质基板进行一次性的离子强化处理使该硬质基板初坯的全表面完整地包括一离子强化表面层以形成一硬质基板，其中该离子强化表面层在该蚀刻壁的平均深度实质上相同于在该蚀刻壁以外的表面的平均深度。

11.根据权利要求10所述的硬质基板的处理方法，其特征在于，对该切割壁进行该蚀刻处理的步骤包括贴附一抗蚀层于该硬质基板初坯上并使该抗蚀层暴露出该切割壁；以及将暴露出来的该蚀刻壁接触一蚀刻液。

12.根据权利要求10所述的硬质基板的处理方法，其特征在于，该硬质基板初坯的材质为玻璃而该蚀刻液为氢氟酸。

13.根据权利要求10所述的硬质基板的处理方法，其特征在于，进行该离子强化处理之前还包括将该抗蚀层移除。

14.根据权利要求10所述的硬质基板的处理方法，其特征在于，该切割壁的平均表面粗糙度由1.0um至3um，而该蚀刻壁的的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um。

15.根据权利要求10所述的硬质基板的处理方法，其特征在于，进行该离子强化处理的步骤包括将该硬质基板整体地接触于一离子强化液。

16.根据权利要求10所述的硬质基板的处理方法，其特征在于，该机械加工或材料移除处理包括切割、磨边、凿孔、导角、图案化蚀刻以及抛光工序的至少其中之一。

17.根据权利要求10所述的硬质基板的处理方法，其特征在于，该蚀刻处理过程是使用一干蚀刻媒介或一湿蚀刻媒介而进行，且该干蚀刻媒介包括含氟气体或等离子体，而该湿蚀刻媒介包括至少含氢氟酸或含氟的溶剂。

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