CN113021081A - 玻璃基板表面粗糙化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种玻璃基板表面粗糙化的方法，主要为在两块玻璃基板之间加入硬质磨料，该硬质磨料的硬度等于或大于玻璃基板的硬度，用以使该两块玻璃基板相对研磨后，与该硬质磨料接触的玻璃基板表面可获得表面粗化的效果，且玻璃基板可再以药液清洗，使玻璃基板表面产生高低落差的坑谷微结构。

Description

玻璃基板表面粗糙化的方法
技术领域
本发明与玻璃加工有关，特别是指一种针对高铝盖板玻璃的表面粗糙化的方法。
背景技术
玻璃基板是3C消费电子产品的触控屏或外壳的关键材料(如智慧型手机)，玻璃基板表面粗糙化后所形成的微型坑谷(凹坑)结构，能透亮并达到漫反射的效果，进而发挥抗炫光功能，因此，目前3C消费电子产品的触控屏或外壳表面均有经过粗糙化处理。
下列四种物理性能指标常被用来作为表面粗糙化与漫反射的效能指标，包括透光率(Transmittance)、雾度(Haze)、光泽度(Gross)和粗糙值(Ra)。商业应用时会针对不同用途而有不同的规格要求，例如：作为智慧型手机的前盖板与后盖板，前盖板的规格要求重点在于需配合手机的显示功能，要求高透光率、低雾度、高光泽与较低的Ra值，而后盖板的规格要求重点在于握住手机时手掌与收指触摸背盖板的用户体验，一般会要求低透光率、高雾度、适当的光泽度与略高的Ra值。前述各技术指标的高低均直接取决于玻璃表面粗糙化后的微结构形貌，微结构形貌主要指玻璃表面所形成的微坑谷(又称微凹坑)的大小、高低、形状、均匀性等因素。
目前市面上流行的玻璃表面粗糙化，特别是应用于AG玻璃生产的主流方法，是使用喷砂或化学蒙砂(蒙砂膏或蒙砂液)对玻璃表面先进行粗糙化工序，然后再经化学蚀刻完成，如US6807824、US9446979、US9651720、US5989450、CN207958150及CN106892572等专利所示。喷砂法制作的玻璃表面颗粒度较大且较不均匀，粒子凹坑直径极差范围为40-80μm，凹坑直径均质落于30-70μm区间。化学蒙砂法所制作的玻璃表面例粒子凹坑的品质会比喷砂法要好一点，一般而言，其粒子凹坑直径极差范围仍高达40-60μm，凹坑直径均质落于15-40μm之间。
惟，目前市场主流的喷砂蚀刻或化学蒙砂、蚀刻等方法主要是针对浮法玻璃基板，特别是传统钠钙玻璃板，进行蚀刻工艺，对于高端电子产品运用的玻璃(高铝硅酸盐玻璃)而言，由于其硬度与耐化学腐蚀性均较传统钠钙玻璃大幅提升，传统的喷砂/蒙砂加上传统化学蚀刻方法对于高铝硅酸盐玻璃会发生无效或是AG品质差与极不稳定的现象，目前亦无较佳的制作工艺。
因此，对于触控屏用的高铝玻璃盖板，如何在玻璃表面制作类似坑谷的凹凸微结构，达到玻璃表面抗炫的效果，或是藉由类似坑谷的凹凸微结构增加玻璃表面温润的触感与摩擦力，都是目前业界亟需解决的技术难点。
发明内容
本发明的主要目的即在提供一种玻璃基板表面粗糙化的方法，其硬磨工艺可适用于任何种类的玻璃，特别是高铝玻璃，可使玻璃基板表面产生高低落差的坑谷微结构，适合应用于抗炫玻璃的生产，甚具实用价值。
缘是，为达成前述的目的，本发明提供一种玻璃基板表面粗糙化的方法，主要为在两块玻璃基板之间加入硬质磨料，该硬质磨料的硬度等于或大于玻璃基板的硬度，用以使该两块玻璃基板相对研磨后，与该硬质磨料接触的玻璃基板表面可获得表面粗化的效果。
进一步地，至少包含有以下步骤：a)固定玻璃基板：将两块玻璃基板分别吸附在一研磨设备的一上磨盘与一下磨盘；b)调配研磨浆料：依据玻璃表面需粗糙化的要求，选择预定粗细程度的硬质磨料以调配成该研磨浆料，再置入该研磨设备的一料桶内；c)研磨玻璃基板：启动该研磨设备进行玻璃基板表面研磨，该研磨设备会自动输送研磨浆料至上、下磨盘间的研磨位置，研磨时间为3-15分钟；d)水洗后干燥：卸下两块玻璃基板并予以水洗后干燥。
进一步地，更包含有以下步骤：e)药液清洗：对玻璃基板的研磨面进行药液清洗，清洗时间为1-5分钟，药液由纯水、硫酸和氢氟酸所组成；f)水洗后干燥。
进一步地，a)步骤中，玻璃基板为溢流法生产的玻璃板，任何一面皆可作为加工面。
进一步地，a)步骤中，玻璃基板为浮法生产的玻璃板，将玻璃板的锡液对应面吸附于上、下磨盘、空气对应面作为加工面。
进一步地，b)步骤中，该研磨浆料以硬质磨料、分散剂等化学添加剂与水均匀混合而成，该硬质磨料可包括但不限于下列材料：同质玻璃粉、碳化硅粉、氮化硅粉、氮化硼粉、碳化钨粉等。
进一步地，该硬质磨料的粒径介于3-20μm之间、形状可以是球形、椭圆形、多边型或不规则型。
进一步地，e)步骤中，药液可以但不限于以下重量份的原料比例：硫酸与氢氟酸的浓度比值为8-13，硫酸、氢氟酸的总量与纯水的比例为0.1-0.9。
进一步地，该两块玻璃基板利用一研磨设备进行研磨，该研磨设备可以但不限于圆盘(公转与自转)研磨机、震动(机械震动与超声波震动)等研磨机型式。
进一步地，c)步骤中，该研磨设备为圆盘(公转与自转)研磨机。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种玻璃基板表面粗糙化的方法，其属硬磨工艺，可使玻璃基板表面产生高低落差的坑谷微结构，方法简单、高效，可调整与应用的范围广泛，可适用于任何种类的玻璃，特别是用于电子产品的高铝盖板玻璃，特别适合应用于抗炫玻璃的生产。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的流程图。
图2为本发明另一较佳实施例的流程图。
图3为利用不同粒径的磨料以不同研磨与药洗时间处理后的玻璃试样显微镜图，其中，A为平均粒径5μm的磨料进行研磨15分钟与药液清洗4分钟、B为平均粒径5μm的磨料进行研磨10分钟与药液清洗3分钟、C为平均粒径5μm的磨料进行研磨6分钟与药液清洗1分钟、D为平均粒径3μm的磨料进行研磨15分钟与药液清洗1分钟。
附图标记
100、200：玻璃基板表面粗糙化的方法；110：固定玻璃基板；120：调配研磨浆料；130：研磨玻璃基板；140：水洗后干燥；210：药液清洗；220：水洗后干燥。
具体实施方式
以下，兹举本发明二较佳实施例，并配合图式做进一步的详细说明如后：
首先，本发明一较佳实施例的玻璃基板表面粗糙化的方法100，其主要为在两块玻璃基板之间加入硬质磨料，该硬质磨料的硬度等于或大于玻璃基板的硬度，该两块玻璃基板利用一研磨设备进行研磨，该研磨设备为习知玻璃加工领域常见的研磨设备，例如圆盘(公转与自转)研磨机、震动(机械震动与超声波震动)等研磨机型式皆可，用以使该两块玻璃基板相对研磨后，与该硬质磨料接触的玻璃基板表面可获得表面粗化的效果。
详言之，如图1所示，本发明的第一步骤为固定玻璃基板110：将两块玻璃基板分别吸附在研磨设备的一上磨盘与一下磨盘，玻璃基板可为习知溢流法或浮法生产的玻璃板，溢流法生产的玻璃板，可以其任何一面作为加工面而固定于上、下磨盘，若玻璃基板为浮法生产的玻璃板，则将玻璃基板的锡液对应面吸附于上、下磨盘、空气对应面作为加工面。该研磨设备为圆盘研磨机，包含供固定玻璃的上、下磨盘与料桶等元件(图中未示)，料桶供容纳研磨剂等。玻璃基板并经清洁除去残留于表面的大颗粒与油污等沾污。
本发明的第二步骤为调配研磨浆料120：依据玻璃表面需粗糙化的要求，选择预定粗细程度的硬质磨料以调配成该研磨浆料，再置入该研磨设备的料桶内。该研磨浆料为以粒径介于3-20μm之间的硬质磨料、分散剂等化学添加剂与水均匀混合而成，该等硬质磨料如同质玻璃粉(如被表面粗化的玻璃本身产生的玻璃粉体)、碳化硅粉、氮化硅粉、氮化硼粉、碳化钨粉等，且形状可为球形、椭圆形、多边型或不规则型，其颗粒的硬度应等于或大于玻璃板材料的硬度。
本发明的第三步骤为研磨玻璃基板130：启动该研磨设备，使该两块玻璃基板可相对研磨，该研磨设备则会自动将料桶内的研磨浆料输送至上、下磨盘间的研磨位置，研磨时间可为3-15分钟，则与硬质磨料接触的玻璃基板表面可获得表面粗化的效果，且该粗化效果可透过硬质磨料颗粒的大小来进行调控，亦即，经由调整颗粒大小与研磨时间，可得到不同透光率或雾度等性能的组合。
本发明的最后步骤为水洗后干燥140：卸下两块玻璃基板并予以水洗后干燥。
借此，即可将玻璃基板表面予以粗糙化。
其次，如图2所示，为本发明另一较佳实施例的玻璃基板表面粗糙化的方法200，其特色在于将玻璃基板表面粗糙化后，再对玻璃基板表面的微结构进行调整，可提升抗炫微结构的透亮的效果，其方法更包含有以下步骤：
药液清洗210：对玻璃基板的研磨面(玻璃加工面)进行药液清洗，清洗时间为1-5分钟，药液由纯水、硫酸和氢氟酸所组成，包括但不限于以下重量份的原料组成：品质浓度为硫酸/氢氟酸比值为8-13，较佳地是9-12，所有酸(硫酸和氢氟酸)的总量与纯水的比例为0.1-0.9，较佳地是0.3-0.8。
水洗后干燥220：将玻璃基板予以水洗后干燥。
基此，粗糙化的玻璃基板表面再经药剂清洗处理后，可使玻璃基板表面形成坑谷微结构，此等坑谷微结构特别适合应用于抗炫(Anti-glare,AG)玻璃，且坑谷微结构的微观颗粒的平均直径在适当范围内，可以藉由磨料的粒径、形状、研磨时间、酸性清洗液成分与浓度、以及蚀刻时间等因素进行调控，并可缩小微观颗粒的直径极差而达到提升微观颗粒的均匀性，微观颗粒直径可以由原来的50-80μm提升到15μm以下，直径极差由原来的40-60μm提升到7μm以内
以下，为本发明方法的实施例说明：
实施例1：
将二高铝硅酸盐玻璃基板吸附于研磨设备的上、下磨盘(下方玻璃基板可大于上方的玻璃基板)，注入研磨浆料后进行玻璃板研磨(浆料内含平均粒径为5μm的碳化硅颗粒与分散剂)，玻璃基板经表面粗糙化后，即可进行药液清洗，药液主要品质成分为硫酸15％，氢氟酸4％，其余为纯水与微量介面活性剂。
如图3所示，玻璃试样A、B、C三者的研磨时间与药液清洗时间分别为A:研磨15分钟和药液清洗4分钟；B:研磨10分钟和药液清洗3分钟；C:研磨6分种和药液清洗1分钟，由图3A、B、C可观察到，上述三种加工条件所制成的玻璃试样均可达到玻璃表面粗糙化的效果，但微型凹坑平均直径分别约为20μm、14μm、12μm。由此也可得知，研磨时间加长有利于颗粒的均匀性，药液清洗时间加长会降低微型坑谷结构的高低落差幅度，也就是触摸时的手感会比较滑顺，此一结果符合玻璃表面研磨与酸洗的科学认知。
实施例2：
将另一高铝硅酸盐玻璃试样D如同前述实施例1的条件进行处理，但此时浆料内的碳化硅颗粒平均粒径降为3μm，试样D的研磨时间与药液清洗时间为15分钟和药液清洗1分钟，如图3D中可观察到，此一加工条件所制成的玻璃试样所达到的玻璃表面微型凹坑平均直径降为8μm左右且直径分布范围比的前三种试样增大。此一结果显示，相同研磨时间时，使用较小的硬质研磨颗粒可以降低凹坑平均粒径，但会增加粒径间的不均匀性，但此不均匀性可以利用增加研磨时间来改善之。
由上可知，本发明所提供玻璃基板表面粗糙化的方法，其属硬磨工艺，可使玻璃基板表面产生高低落差的坑谷微结构，方法简单、高效，可调整与应用的范围广泛，可适用于任何种类的玻璃，特别是用于电子产品的高铝盖板玻璃，特别适合应用于抗炫玻璃的生产。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，主要为在两块玻璃基板之间加入硬质磨料，该硬质磨料的硬度等于或大于玻璃基板的硬度，用以使该两块玻璃基板相对研磨后，与该硬质磨料接触的玻璃基板表面可获得表面粗化的效果。
2.如权利要求1所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，至少包含有以下步骤：
a)固定玻璃基板：将两块玻璃基板分别吸附在一研磨设备的一上磨盘与一下磨盘；
b)调配研磨浆料：依据玻璃基板表面需粗糙化的要求，选择预定粗细程度的硬质磨料以调配成该研磨浆料，再置入该研磨设备的一料桶内；
c)研磨玻璃基板：启动该研磨设备进行玻璃基板表面研磨，该研磨设备会自动输送研磨浆料至上、下磨盘间的研磨位置，研磨时间为3-15分钟；及
d)水洗后干燥：卸下二玻璃板并予以水洗后干燥。
3.如权利要求2项所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，更包含有以下步骤：
e)药液清洗：对玻璃基板的研磨面进行药液清洗，清洗时间为1-5分钟，药液由纯水、硫酸和氢氟酸所组成；及
f)水洗后干燥。
4.如权利要求2所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，a)步骤中，玻璃基板为溢流法生产的玻璃板，任何一面皆可作为加工面。
5.如权利要求2所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，a)步骤中，玻璃基板为浮法生产的玻璃板，将玻璃基板的锡液对应面吸附于上、下磨盘、空气对应面作为加工面。
6.如权利要求2所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，b)步骤中，该研磨浆料为以硬质磨料、分散剂等化学添加剂与水均匀混合而成，该硬质磨料可包括但不限于下列材料：同质玻璃粉、碳化硅粉、氮化硅粉、氮化硼粉、碳化钨粉。
7.如权利要求6所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，该硬质磨料的粒径介于3-20μm之间、形状可以是球形、椭圆形、多边型或不规则型。
8.如权利要求3所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，e)步骤中，药液可以但不限于以下重量份的原料比例：硫酸与氢氟酸的浓度比值为8-13，硫酸、氢氟酸的总量与纯水的比例为0.1-0.9。
9.如权利要求1所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，该两块玻璃基板利用一研磨设备进行研磨，该研磨设备可以但不限于圆盘研磨机、震动研磨机型式。
10.如权利要求2所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其特征在于，a)步骤中，该研磨设备为圆盘研磨机型式。
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