TW201111313A - Multi-length scale textured substrate for anti-fingerprinting - Google Patents

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201111313 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於抗指紋的玻璃基板，以及製造玻璃基板 之方法。 1 【先前技術】 用來製造觸控式螢幕表面的浮雕玻璃物品，抗指紋的 應用和方法的需求日朗加。從美學和技術的觀點，我們 需要可避免指紋轉移或站污的觸控式螢幕表面。有關手握 式電子裝置的應用，作為和使用者互動的表面的—般需求 包括尚穿透性，低混濁，避免指紋轉移堅固耐用，和I毒宝 。當使用者以手指麵時，抗指紋的絲必辦水和油汗。 的轉移。這種表©難㈣性使絲面是疏水性和抗油性 的。 【發明内容】 本發明提供的玻璃基板至少有一個具有工程性質的表 面’包括但不限定是疏水性（即水的接觸角度>9〇度)，抗油 性（即油的翻肢>90度)，指紋巾魏的粒子或液體物質 t黏性或附著性，持久性，和透明度（即混濁度_。玻璃 土板有至少一組拓撲特徵可提供疏水性和抗油性。 本發明項特性方面是提供光學透明的玻璃基板，有 至少-個表面是抗指紋的。玻璃基板可抵抗機械和化學磨 損0 二===== 201111313 的抬樸特徵，其中拓撲特徵制擁有凹角的幾何形狀，可防 止減：>、包含至少一種水或皮脂油滴狀物的接觸角度。 第三項特性方面提供製造至少一個疏水性和抗油性的 玻璃基板表面的方法。此方法包括的步驟有：提供玻璃基 板;並在玻璃基板的至少—個表面形成至少—组拓撲特徵 。此種至少—組域槪具有平均尺寸的拓樸特徵，其中 拓撲特徵共同擁有凹肖的幾何形狀可防止減少包含至少一 種水或皮脂油滴狀物的接觸角度。 本發明其轉性及優賴示於下舰明，以及部份可 由5兒明清楚瞭解’簡由實施下列說明以及巾請專利範圍 以及附圖而明瞭。 【實施方式】 以下的說明，圖中顯示的各個圖中同樣的參考編號表 示同樣的或對應的元件。應該也要瞭解，除非特別註明要 不然譬如"頂部v底部"，"向外”，”向内”等詞，只是方便說 明的用字，並沒有想要加以限定的意思。除此之外，當描述 -個群組時，是包含至少—個群組的元素或其組合，要瞭解 的疋群組可以是由那些元素的任何個數所組成，個別地或 互相的組合。除非特別註明，要不然當提到值的範圍時，是 包括範圍的上下限。 大致參考圖的說明，要瞭解的是這些圖是為了描述特 定實施例中，而不是想要限定此項說明。圖不一定需要按 照比例緣製，為了清楚地說明圖的-些特徵和觀點被誇大 顯示。 4 201111313 玻璃物°°°抗指纟域排斥雛駐要雜絲面必須是 對包含該指紋之液體為不具濕潤性的（即水和基板之間的 接觸角度(CA)大於90度）。如這裡所使用的”抗指紋的”一 "司疋扣表面防止人的指紋中所見的流體或其他物質的轉移 ;表面相對於該流體及物質的不濕潤性質；和最小化，隱藏， 或模糊表面上的指紋，或這些的組合。指紋包含皮脂的油（ 分泌皮膚油，脂肪，及蠟)，產生脂肪死的細胞碎屑，以及水 洛性成分。這些物質之組合及/或混合物在此亦稱為"指紋 物質”。抗指紋表面當被使用者手指碰觸時能夠抵抗水份 及油脂轉移。在一項實施例中，由手指轉移至在此所說明 玻璃基板抗指紋表面之指紋物質數量為小於〇. 〇2mg每手指 碰觸。在另一項實施例中，轉移該物質為小於0 01mg每手 指碰觸。在另一項實施例中，轉移該物質為小於〇 〇〇5呢每 手指碰觸。每此觸摸轉移的滴狀物所涵蓋抗指紋表面的面 積是小於手指接觸的玻璃基板總面積的20%,而在一項實施 範例中是小於10%。該表面濕潤的特徵將使得表面是疏水 性(水和基板之間的接觸角度(CA)大於90度)和抗油性（油 和基板之間的接觸角度大於90度）。 表面的粗糙度（突出，凹陷，溝槽，洞，孔，裂縫等等)存 在會改變流體和扁平基板之間的接觸角度。這種接觸角度 上表面粗糙度的效應也就是已知的”蓮花π或”蓮葉"效應。 如 Quere(Ann. Rev. Mater. Res· 2008，vol. 38，ρρ. 71 - 99)所描述的，粗链固體表面上的濕潤特性可描述成 Wenzel (低接觸角度）或Cassie-Baxter(高接觸角度）的模 201111313 型。在圖la料的Wenzel魏她 滴120穿透自由咖門衣回上机體水 Μ固體1 in 一，可μ括但*—定必須限定是粗 ^體表面110上的突出，凹陷，溝槽，洞，孔，裂縫等，在— 线況中被峡在_表面112上。w_ 粗糙固體絲U0地辦絲鳴_)的介面= ’並預測田平/月表面是疏水性時，將使這種表面粗糖進一步 水性D相^也’當平滑表面是親水性時，從1模 型預測使這種表面粗輪將會進一步增加其親水性。相對於 =賺1模型，Cassie_Baxter模型（圖示於圖比)的預測是不 :平π的固體表面是親水性或疏水性，使這種表面粗缝總 是會增加流體液滴12〇的接觸角度化。Cassie_Baxter模 型描述的例子是，在粗糖固體表面11〇的自由空間114内形 成氣囊130,被圈陷在粗縫固體表s 11〇上的流體液滴12〇下 方以防止接觸肖度碰H2㈣定在粗縫化 固體表面110上。除了防止固定流體液滴120,氣囊130也會 增加流體液滴120的接觸角度<9 γ。譬如將手指所施的壓力 施加到流體液滴12〇可能導致流體液滴12〇穿透自由空間ι14 ，變成固定在粗糙固體表面11〇上，也就是說流體液滴12〇從

Cassie-Baxter狀態（圖lb)轉移成Wenzel狀態（圖la)。當 抗指紋的表面和流體接觸時，應該提供蓮葉效應，維持液滴 是在Cassie-Baxter狀態，在這裡氣囊被圈陷在粗糙固體表 面上的流體液滴下方，可以防止固定流體液滴，並且某種程 度防止或減缓接觸角度0 γ的減少，以及防止壓力施加到流 體液滴時，轉移成Wenzel狀態。 201111313 表面的疏水性和抗油性也和固體基板的表面能量γ SV 有關。流體液滴表面的接觸角度0Y定義為 COS0Y = (ysv - ySL )/γιν 其中是扁平表面的接觸角度（已知為Y〇ung接觸角度)， Tsv是固體表面能量，rsL是液體和固體之間的介面能量， 而TLV是液體表面張力。為了使0Y>9〇度，C0S(9Y必須是 負的，因而限製表面能量ysv的值小於7 SL。液體和固體 之間的介面能量7a通常是未知的，接觸角度通常被增 加到大於90度（即cos6»Υ<〇)以最小化固體的表面能量rsv ，達到疏水性和/或抗油性。例如，傳統的平滑未潤溼表面 包括譬如Teflon(聚四氟乙烯）的氟化物材料，具有的表面 能量rsv是和18達因s/cm 一樣低。這種鐵氟龍Tef 1〇n表 面並不是抗油性的，如例行性研究油例如油酸（7lv〜32達因 /cm)的油在鐵氟龍上顯示出約8〇度的接觸角度。 可藉由產生低表面能量的粗糙表面，達到疏水性和抗 油性抗指_表面。據此，τ提供經由浮猶理過程產生 具有粗糖表面的玻璃物品或基板(除非另外標示，否則"玻 璃物品”和”玻璃基板'，是相同的用詞，在這裡可交換使用）， 其具有抗赦絲，α魏抗频及化雜 ’

施财，玻縣财有工雜_ ^包括I 不限疋疋疏雜和抗雜。在各種實_彳也提供其他性 ’包括抗指紋，粒子物質的抗黏性或抗附著性，機械和化學 =久性，和透明度（即混濁度卿等。這些性質 藉由提供玻璃基板的至少―個表面至少-__徵^ 201111313

Utr她爾，遍物㈣、一種水或 以1所二;=2滴狀物接觸角度。在-些實施例中， 拓樸特徵，祕料3^供=絲面纽不同的 。-組拓樸特徵的平均尺寸和另一_ 組拓樸特徵的平均尺寸 減二:C樸特徵一起形成凹角的幾何形狀可防正 t接觸角度〜和固定包含至少一種水或皮脂油的滴狀 例掃=示=具有多組拓樸特徵的破璃基板表面的範 目®2所不表面結射·接_度化材料 =’和表面間射液狀液滴的穿透或”固定”，因而提仲 卜抗油性，抗黏性，和抗指紋的性質。更者，圖2顯干的L -:=Γ定例子的表面型態，可提供蓮葉效應的 拓:二;=:表面包括第，撲⑽，第二 ㈣第-拓 突屮輪919 ^ 、’ /、中的拓撲特徵(這裡是 等:是侧 均:寸是從約5。™到約300nm的範圍。在其他實 =撲則拓撲特徵的平均尺寸是從約1微二乎第 1_。在另—實施例中，第—拓撲 ^微未的 ::1微米__的範圍。在 加可包括任何可_的無機氧化物譬如料蚊是驗 201111313 ，ZnO,氧化鈽，氧化链氧化懿等。 將中間長度的第二拓撲22〇置放在第一括撲21〇上。第 二拓撲220提供凹角的幾何形狀可防止或延緩祕表面上 滴120 從CassieBaxter 狀態(圖ib)轉移成Wenzei 狀 〜、a。在Cassie-Baxter狀態下，流體液滴12〇停留在 ^第拓撲210的犬出物212頂端。第二枯撲22〇的特徵 ，疋二拓撲21G從玻璃基板的平面測以—個角度a(也稱為） 凹角角度”突出，至少部份阻斷流體液滴12〇到自由空間的 入口，這是由突出物212之間的凹陷214所形成，因而防止或 延緩玻璃基板的表面轉移成Wenzel狀態（圖⑷。 如圖2所見，第二拓撲22〇可包含第一拓撲21〇較大突起 表面上的突出物。第二拓撲22〇拓撲特徵的平均尺寸是小 於第-拓撲2H)拓撲特徵的平均尺寸，在一些實施例中是從 約1簡到約1微米的範圍。在其他實施例中，第二拓撲刎拓 撲特徵的平均尺寸是從約lnm到約5〇咖的範圍。在一項實 施例中，第二拓撲220包括金屬或任何可韻刻的無機氧化物 i如但不限定是SnG2,蛾氧化鈽，氧化乾氧化錯等。 最小長度的第三拓撲230的拓撲特徵是大約化學鍵的 大=(從約0· 7埃(Angstroms)到約3埃(7〇_獅⑽的範圍） 。第三拓撲230是像躐的，具有低表面能量衍生作用。在一 些實施例中，第三拓撲230是覆蓋至少一部份第一和第二拓 撲210, 220的塗層包含低表面能量聚合物或寡聚合物譬如 但不限定是Teflon或其他業界可取得的氟聚合物或氟石夕烷 譬如但不限定是Dow Corning ，腿，DK 0_)1 201111313 DSX，Shintesu 0PTR0N，十七氟矽烷（Gelest)，FluoroSyl (Cytonix)等。為了避免在施加壓力（以手指施加屢力）時 液滴120固定在第二拓撲22〇内的間隙要修整第三拓撲23〇 在凹角的間隙或溝槽壁板形成杯狀物23〇,以最小化固定的 情況，因而提供額外的有效阻擔再進入的幾何形狀。 第一和第二長度的拓撲特徵可以排序，打亂順序，”自 我仿射或分形，或其任何組合。與拓撲紋理真正的拓撲和 /或微結構性質無關，必須達到物件表面的一些平均幾何條 件是抗指紋，抗油性和/或超抗油性的。 就抗油性而言，在基板表面粗糙部分(η)和固體液體 部分區域（〇之間必須符合以下式子的需求： f<l/(l+0.26η) (1) 因此，就超抗油性而言(接觸角度郎〇度)，必須在基板表 ^粗糙部分(η)和固體液體部分區域⑴之間，符合以下的 f〈 0·13/(1+〇· 26η) (2) 就中間階的抗油性而言（譬如接觸角度大於ΐ25度），必須在 基板表面粗糙部分⑹和固體液體部分區域⑴之間滿足 以下的需求： f < 〇· 43/(1+rfC〇s0Y) (3) 圖7所畫的是需要達到抗指紋表__液 分⑹之_係。以最小抗指紋的物件而^ 其紋理應該使座標（f，rf)落在圖7的 示超抗油性行為和/或非貝 201111313 的紋理必須使f對η的座標落在圖7所示ca=150度曲線下方 區域。在此玻璃基板抗指紋的表面的紋理以式子（1)所示 關係界定出。在另-實施例中，紋理是以式子⑵所示關係 界定出，在第三實施财，紐是喊子⑶所示關係界定 出。 為了達到光學透明，應該限制紋理的長度在一定的範 圍内。由於指紋液滴有平均直徑大約2_5微米的有限大小 分佈也可提高長度的關。在抗指紋的表面和這裡描述的 玻璃基板，紋理的均方根(RMS)幅度在約lnm和2微米之間。 在-項^施例中，紋理的RMS幅度在約lnm和湖歷之間而 在另-實施例是在約lnm和300nm之間。有自動關聯長度的 紋理是在1咖和10nm之間。在一些實施例中，自動關聯是在 1簡到1微米之間，而在另一實施例是在lnm到5〇〇⑽之間。 為了產生負拉普拉斯(Lapiace)壓力，終止液體彎月面 的穿透，尤从油的彎脑紐卿近祕表面之間的空 間，第二拓撲至少1 〇%紋理的定位角（圖2的角度a)小於9〇度 ’在一項實施例中小於乃度。 在二實細•例中，玻璃基板是具有兩個主表面的平面 或三維的玻璃片。至少一個玻璃基板的主表面有這裡描述 多個不同組或層次的拓撲特徵。在一些實施例中，玻璃基 板的兩個主表面有多個不同層次的拓撲特徵。在其他實施 例中’/、有個玻璃基板的主表面有這種特徵。 本發明也提供製造具有疏水性和抗油性咖基板表面 的方法。此綠包括的步驟:提供财_麵面的玻璃基 201111313 = 璃基板的至少-個表面形成至少-組具有平均尺 狀，可防止減少包含至少雜有凹角的幾何形 择〇 _ ·ε由 種水或皮月曰油滴狀物的接觸角 二「實施例中，多組的拓撲徵是在基板的表面形 成。母奸均尺相蝴特徵和其他奸均 徵不同。所有組的抬樸特徵共同具有凹角的幾何形狀= =減少接觸角度〜和固定包含至少—種水或皮脂油滴狀 在各種實施例中，多個組的拓撲特徵包含至少 =撲210,第二拓辑和第三拓謂，如這裡以上所描 =項實珊，第—拓撲21_由在麵基板 沙而形成。在-個非限定的實施例中以5q微米的 -b紹㈣噴沙玻璃基板的表φ 2〇〇不同量的時間以達到 所需的粗齡數。然後經由此項技術已知的化學汽相沉積 方法，以無魏錄縣噴沙表面。在—項實蝴中放置 陰影遮罩在玻璃基板表面。接㈣域罩，倾Ζη()到玻璃 基板產生模擬遮罩特徵的第一拓撲。圖3是噴塗Μ表 面的原子力顯微影像⑽)，顯示第—拓撲的⑽特徵。這 種特徵包括具有約5〇nm的高度a，和約55微米節距或間距b 的25微米直徑的"凸塊"212。 第二拓撲220可使用此項技術已知的物理（譬如噴塗 蒸發’雷射電燒等）或化學汽相沉積（譬如CVD，賴輔助，加 強的CVD等）&方法而形成。在一項實施例中，可藉由飯刻 12 201111313 喷塗的金屬氧化物薄膜或陽極處理汽相的金屬薄膜達到第 二拓撲220。噴塗的參數(譬如喷塗的壓力和基板溫度)和 触刻行為_以產生所需的拓撲。α Kluth等人的Th⑽t〇n 模擬("Modified Thornton Model for Magnetron Sputtered

Zmc 0xide:Film Structure and Etching Behavior", Thin Solid Films, 2003，v〇l. 442，pp. 80_85)，其内容在這 裡也全部併入參考，描述喷塗的參數（譬如喷塗的壓力和基 板溫度）’結構的薄膜特性，和玻璃基板上RF喷塗薄膜的蝕 刻仃為之間的關聯。可適當調整喷塗的條件來選擇並形成 喷塗的柱狀或粒狀拓撲，接著再進行侧。 圖4a c和5a-c掃瞄電子顯微(SEM)影像的兩個範例中， .‘具示如何藉由钱刻形成第二拓撲22〇的1Q_刚删表面特徵 。圖4和5顯示個別的表面特徵，尺寸在約1()到5⑽⑽之間。 圖4a-c顯示在具有柱狀結構的喷塗滅薄膜上，使用漠縮 的HC1約5分鐘的強烈侧效果。圖4包括侧前的Sn〇2薄 膜柱狀結構侧面或橫截面（圖4a)，和頂部（圖化)的SEM影像 圖。圖4c顯示的則是侧後的謹薄膜頂部顯微影像圖， 達到所需的粗糙值，並產生第二拓撲420。 :圖h-c顯示類似於圖4a的Sn〇2，在具有柱狀結構的噴 濺ZnO薄膜上溫和侧的效果。圖5a是触刻前ho薄膜的柱 =結構頂部圖，而圖5b和圖5c是以〇· 1 M啦分職刻Η和 秒鐘後喷塗的ZnO薄膜柱狀結構頂部圖以產生第二拓撲 〇 ZnO 4膜的粗缝度隨著姓刻的時間增加而增加。、 第三拓撲包括低表面能量的聚合物或寡聚合物譬如但 201111313 不限疋疋這禮之前描述的氟聚合物或氣石夕烧 。第三拓撲是 在^成第-和第二域層之後而形成。寡聚合物或聚合物 包含的第二拓撲是藉著嘴塗，喷霧塗覆，旋轉塗覆，浸潰塗 覆等方式_到麵基板表面200。 不論表面是不是要離子交換，將鐵氟龍緊緊黏到鹼金 屬㈣酸鹽的麵表面為比較容易喷塗 。以氬喷塗(50W，1 5 ^公着采柱的條件）的鐵氟龍沉積速率高達約7nm/分鐘 。當以a電漿處理時(5_15分鐘，2〇〇w)時喷塗的鐵氟龍疏 水隨示沒有什纽變;和水的觀肢*會超過約100度 。然而以〇2電漿處理的噴塗的鐵舰會增加三倍抗油性， 從20度到6〇度。 尸第三拓撲一個非限定的例子包含圖6a和b所示的喷塗 鐵^龍低表面能量的表面。圖6a_b也顯示如何消除凹角的 =擒形狀和指紋成分_定狀況。為了避免指朗吸附成 刀從擴散進入，並在施加手指壓力時固定在第二拓撲（圖6a) 内的間隙，修整喷塗鐵I龍的沉積條件，在凹角間隙（凹溝） 的壁板710處形成杯狀物62〇(圖⑹，最小化間隙或凹溝壁 板的固疋狀况&供不貴又有效的阻擒再進入的幾何形狀。 f用此項技術已知的噴塗條件，在沉積期間平均自由路徑 是小的情況下可達成。此外，冷卻玻璃基板表面以減少表 面遷移。 在一項實施例中，這裡描述的玻璃基板是透明的，穿透 基板和抗指紋表面的穿透率大於7〇%。在一些實施例中，穿 透破螭基板和防炫光表面的穿透率大於8〇%，在其他實施例 201111313 中，大於90%。 如這裡使用的，依據ASTM程式D1003,π混濁度|，和"穿透 混濁度"一詞是指穿透的光線散射在角錐區±4. 〇度外的百 分比，其内容在這裡也全部併入參考。以光學平滑的表面 而s，穿透混濁度通常接近零。這裡描述的玻璃基板抗指 紋的表面混濁度小於約80%。在第二個實施例中，防炫光表 面的混濁度小於50%，而在第三個實施例中，抗指紋表面的 穿透混濁度小於10%。 如這裡使用的，光澤度"一詞是指鏡面反射依據As] 處理過程D523校準之-個鮮（譬如認證的黑玻璃標準）的 測量。在此所說明玻璃基板之抗指紋表面具有光澤度為大 於60%(即在60下相對於標準由試樣頻譜反射光線量）。 在一項實施例中如這裡描述的，不同表面拓撲的組合 提供玻璃基板表面加強的耐久性例如使用纖維或像是手指 的其他儀H摩擦，或是暴露在譬如酸或驗的磨損環境時。 塗層耐久性(也稱為对摩擦性(Cr〇ck Resistance))是指塗 層的玻璃樣本可禁得起以布重複摩擦的能力。抗摩擦:測 試是想要模擬布料或纖維和觸控螢幕裝置之間的物理接觸 以判斷這種接觸之後塗層的耐久性。 耐摩擦測定儀是-種標準的儀器，可用來判斷經歷這 種摩擦後，表面的抗摩擦程度。耐摩擦測定儀是使用^ 载片直接和絲在重量手摩擦尖端解指接觸。 標準的手指是紐15mm㈣咖體壓克力桿。將— 的鮮抗摩擦布放置在這讎克力手指上^然如謂J的 15 201111313 壓力讓手指#在樣本上，接著移開手臂，細在樣本上重複 嘗试’以觀察耐久性/抗摩擦性的變化。這裡實驗所使用的 耐摩擦測定儀是馬達趨動的模擬，提供每分鐘6〇轉的均勻 速率。耐摩擦性測試描述於ASTM測試程式^319_94,標題 名稱為"Standard Test Method f0r De-Abrasion and Smudge Resistance of lmages pr〇duced from Business Copy Products"。 這裡描述的塗層和表面耐摩擦性或耐久性是在以ASTM 測試程式F1319-94所定義的固定擦拭次數後，以光學（譬如 混濁度或穿透率）或化學（譬如水和/或油接觸角度)測量來 判斷，其中擦拭是定義成以摩擦尖端或手指來回兩下或一 個循環。在一項實施例中，油在這裡描述的基板抗指紋表 面上的接觸角度，經50次擦拭後是在開始值的2〇%以内。在 一些實施例中，油在抗指紋表面上的接觸角度，經1〇〇〇次擦 拭後疋在開始值的20%以内，而在一些實施例中，油在抗指 紋表面上的接觸角度，經5〇〇〇次擦拭後是在開始值的2〇%以 内。同樣地，水在基板表面上的接觸角度，經5〇次擦栻後維 持在開始值的20%以内。在其他實施例中，水在基板表面上 的接觸角度經1000次擦拭後維持在開始值的2〇%以内，而在 其他實施例中，經5000次擦拭後維持在開始值的2〇%以内。 這裡描述的抗指紋表面在這種重複擦拭後，仍維持低階的 混濁度。在一項實施例中，在經過ASTM測試程式F1319_94 所定義的至少100次擦拭後，玻璃基板的混濁度小於1〇0/〇。 我們通常會使用這裡先前描述的接觸角度（5/ γ)作為 201111313 評估抗指紋的疏水性和抗油性的測量基準。如之前所对褕

的，涵角度是測量疏水性和/或抗油性抗指紋成分和Z 基板工程性質的表面之__程度。越少的潤澄（即越 高的接度)，越少黏著到表面。在—項實施例中以抗 指紋和抗黏性而言，賴角度對於親油和親水材料是大於 90度。 在一項非限制性實施例中，在具有這裡描述括樸表面 的驗金屬銘魏鹽的玻璃樣本上，測量水(親水性)和油酸（ 親油性）的接觸角度。每個玻璃表面是先以〇2電漿用謂 電衆處理5分鐘’準備作ZnQ倾。接著在丨微絲采柱的室 内使用50W的RF功率，喷塗Zn0目標物6〇分鐘，沉積在玻 璃表面。以0· 05 M HC1分職刻樣本15, 3〇, 45和9〇秒接 著測量水和油_細航。紐將樣本浸潰在包含以― Clean(D0W Corning DC2604)的氟矽烷溶液中接著進行另 -種接觸角度測量。表i列出的是每個樣本的水和油接觸 角度。如從表1中所看到的，在以EZ_clean(表丨的”咖恤 EZ-clean”）塗層紐雜核，爾義水接則度报低 範圍從約15度(樣本D)到稍微低於3〇度(樣本n著 也如⑷職thEZ-cW)浸潰塗覆，每個樣本的^ 水接觸角度增加到大於疏水性的9()朗檻值，細從約⑶ 度到139度。職地，每憾糊得的油酸翻肖度超過抗 油性的Η檻，範圍從約93度到約96度。這裡描述具有多個 f樸（包括EZ-clean提供的第三拓樸）的玻璃表面顯示出疏 7性和抗油性的行為，如同表丨呈現的接觸角度測量的結果 201111313 所證實。 表1在鹼金屬鋁矽酸鹽表面上噴塗ZnO之水及油酸的接觸 角，以度表示 試樣 每一·次（秒） 15 30 45 90 水 油 水 油 水 油 水 油 無EZ-清理 A 29.8。 - — 一 - — — 一 B 一 一 25.9。 — — — - 一 C 一 - — 一 26.5。 - 一 — D - - — - - — 15.2° 一 有EZ-清理 A 133° 93.4。 — 一 - 一 — B — - 131.5° 91.1° 一 — — 一 C 一 - 一 一 139° 96.1° — ~9h2°~ D 一 - 一 — 一 — 134.4° 在一個實施例中，玻璃物品包含基本上是由蘇打石灰 玻璃組成份。在另一個實施例中，玻璃物品包含基本上是 由任何可以抽拉的玻璃組成份譬如但不限定是鹼金屬鋁石夕 酸鹽玻璃。在一個實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃基本上 包含:60-72 mol% Si〇2; 9-16 mol% AI2O3; 5-12 mol% B2O3; 8-16 mol% Na2〇;和 0-4 mol% K2O 組成份，其中比例 (Ah〇3 + B2〇3)/驗金屬改質劑(mol%)>l，其中驗金屬改 質劑是鹼金屬氧化物。在另一實施例中，驗金屬铭石夕酸鹽 玻璃實質上包含:61-75 111〇1%81〇2;7-15 111〇1°/^12〇3;〇-12 mol% B2O3； 9-21 mol% Na2〇; 0-4 mol°/〇 K2O; 0-7 mol% MgO;以及0-3 mol% CaO。在另一實施例中，鹼金屬鋁矽酸 鹽玻璃實質上包含：60-70 mol% Si〇2; 6-14 mol% Al2〇3; 〇 -15 mol% B2O3; 0-15 mol°/〇 LizO; 0-20 mol% Na2〇; 〇-l〇 18 201111313 mol% K2O; 0-8 mol% MgO; 0-10 mol% CaO;0-5 mol% Zr〇2； 0-1 mol% Sn〇2; 0-1 mol% Ce〇2;小於 50 ppm AsA;以及小於 50 ppm Sb2〇3;其中 12 mol%SLi2〇 + Na2〇 + K2〇S20 mol%以 及0 mol%SMgO + CaOSlO mol%。在另一實施例中，鹼金屬 銘石夕酸鹽玻璃實質上包含：64-68 mol% Si〇2; 12-16 mol% Na2〇; 8-12 mol% AI2O3； 0-3 mol% B2O3； 2-5 mol% K2O; 4-6 • mol% MgO;以及 0-5 mol% CaO,其中：66 mol%SSi〇2 + B2O3 + Ca0^69 mol%;Na2〇 4· K2O + B2O3 + MgO + CaO + SrO > 10 mol%; 5 raol%^MgO + CaO + Sr0^8 mol%; (Na2〇 + B2O3)-AI2O3S2 mol%; 2 mol% SNa2〇-Al2〇3$6 mol%;以及 4 mol% S(Na2〇 + K2O)- AI2O3SIO mol%。在另一實施例中，驗金屬 鋁矽酸鹽玻璃實質上包含:50-80 wt% Si〇2; 2-20 wt% Al2〇3; 0-15 wt°/〇 B2O3； 1-20 wt% Na2〇; 0-10 wt°/〇 L12O; 0Ί0 wt°/〇 M);以及 0-5 wt% (MgO + CaO + SrO + BaO); 0-3 wt% ( SrO+BaO);以及 0-5 wt% (Zr〇2 + Ti〇2),其中 〇$(Li2〇 + K2〇)/Na2〇S0.5。 在一項實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃具有組成份： 66.7 mol% S1O2； 10.5 mol% AI2O3； 0.64 mol% B2O3； 13.8 mol% Na2〇; 2.06 mol% K2O; 5.50 mol% MgO; 0.46 mol% CaO; 0.01 mol% Zr〇2; 0.34 mol% AS2O3;以及 0.007 mol% Fe2〇3。在另一實施例中，驗金屬鋁石夕酸鹽玻璃具有 組成份：66. 4 mol% Si〇2; 10. 3 mol% Al2〇3; 0. 60 mol% B2O3； 4.0 mol°/〇 Na2〇; 2.10 mol°/〇 K2O； 5.76 mol°/〇 MgO; 0.58 mol% CaO; 0.01 mol% Zr〇2; 0.21 m〇i% Sn〇2;以及 201111313 〇. 007 mol% Fe2〇3。 在有些實施例中，驗金屬叙石夕酸鹽玻璃是真正不含鐘 的，而在其他實施例中，鹼金屬叙石夕酸鹽玻璃是真正不含 坤，錄和鋇的至少-種。在有些實施例中，玻璃物品是向 •下抽拉的，使耻項技術已知的方法譬如但不限定是熔融 抽拉，細縫抽拉，再抽拉等方式。 該驗金屬紹石夕酸鹽玻璃非限制性範例說明於美國第u /^々以號專利^發明人為趔挪了以丨^等人發明 名稱為"Down—Drawable，Chemically strength_ for Cover Plate11，申請曰期為2007年7月3!日，其優先權 係依據2007年5月22日之美國第6〇/93〇,8〇8號專利臨時申 請案以及具有相同的發明名稱；美國第12/277573號專利，其 發明人為Matthew J. Dejneka等人，發明名稱為"Glasses Having Improved Toughness and Scratch Resistance", ψ 請曰期為2008年11月25日，其優先權係依據2007年u月 29曰之美國第61/004, 677號專利臨時申請案以及具有相同 的發明名稱;美國第12/392, 577號專利，其發明人為Matthew J. Dejneka 等人，發明名稱為"Fining Agents f0r Silicate Glasses”，申請日期為2009年2月25日，其優先權係依據2008 年2月26日之美國第61/067,130號專利臨時申請案以及具 有相同的發明名稱;美國第12/393,241號專利，其發明人為

MatthewJ. Dejneka 等人，發明名稱為"I〇n-Exchanged，Fast Cooled Glasses'申請曰期為2009年2月25日，其優先權係 依據2008年2月29日之美國第61/067, 732號專利臨時申請 20 201111313 案以及具有相同的發明名稱；美國第12/537, 393號專利，其 發明人為Kristen L. Barefoot等人，發明名稱為"Strengthened

Glass Articles and Methods of Making”，申請日期為 2009 年8月7日，其優先權係依據2008年8月8日之美國第61/ 087,324號專利臨時申請案以及發明名稱為"〇16111^117 Tempered Cover Glass";美國第 61/235, 767 號專利臨時申 請案，發明人為Kristen L. Barefoot等人，發明名稱為”

Crack and Scratch Resistant Glass and Enclosures Made Therefrom"，申請日期為2009年8月21日；以及美國第61/23 5, 762號專利臨時申請案，發明人為Matthew J· Dejneka等 人，發明名稱為"Zircon Compatible Glasses for Down Draw" ，申凊日期為2009年8月21日；這些專利之說明在此加入作 為參考。 玻璃物品或基板在形成在此所說明粗糖化玻璃基板表 面之前以化學或熱學地加以強化。在一個實施例中，玻璃物 品在浮雕後，而且在切割或從玻璃母片分割之前或之後，進 行熱或化學強化。強化的玻璃物品有強化表面層，從第一表 面和第二表面延伸到表面以下的深度層。強化表面層是在 壓縮應力下，而玻璃物品的中央區是在張力或拉伸應力下以 平衡玻璃内的力。在熱強化處理過程（這裡也稱為熱回火)， 將玻璃物品加熱到大於玻璃應變點並低於玻璃軟化點的溫 度，接著快速冷卻到應變點以下的溫度，在玻璃物品的表面 產生強化層。在另一個實施例中，可藉由已知的離子交換處 理過程，化學強化玻璃物品。在這種處理中，玻璃表面層的 201111313 離子被具有同樣價或氧化狀態的大型離子取代或交換。在 那些實施例中，玻璃物品包含，基本上是由驗金屬銘石夕酸鹽 玻璃組成份，玻璃和大型離子是單價的驗金屬陽離子，嬖如 Li+(玻璃内呈現的），Na+，κ+，Rb+，和Cs+。或者，表面層單價的 離子可以被鹼金屬陽離子以外的單價陽離子取代譬如知+等。 離子交換處理通常是包括將玻璃物品浸沒在包含較大 離子的熔融鹽浴中，可和玻璃内的較小離子交換。熟悉此 項技術的人所知的，離子交換處理的參數包括但不限定是 鹽浴的成分和溫度，浸沒時間，玻璃在鹽浴中的浸沒次數， 多個鹽浴的使用，譬如退火，沖洗等額外的步驟，這些通常 都是藉著強化運作由玻璃成分和所需的深度層和玻璃的壓 縮應力來決定，以達到離子交換。舉例而言，含鹼金屬玻璃 的離子父換可藉著將其浸沒在包含某種鹽的至少一個溶融 鹽浴中而達到，譬如但不限定是硝酸鹽，硫化鹽，和較大鹼 金屬離子的氯化物。熔融鹽浴的溫度通常是在約38〇<5CW 上到約450°c的範圍，而浸沒時間在約15小時以上到約16 小時的範圍。然而，也可使用和以上描述不同的溫度和浸沒 時間。種離子交換處理通常會產生深度層範圍約1〇微米 到50微米，壓應力範圍從約2〇〇MPa以上到約8〇〇MPa，而且 中央拉力小於約l〇〇MPa的強化驗金屬銘石夕酸鹽玻璃。 離子交換處理過程之非限制性範例已提供於先前所提 及美國專利申請案以及臨時申請案中。玻璃浸潰於多離子 父換浴中在浸潰之間具有清洗及/或退火步驟之離子交換 處理過程的其他非限制性範例說明於美國第12/5〇〇, 65〇號 22 201111313 專利’其發明人為Douglas C. Allan等人，發明名稱為"Glass with Compressive Surface for Consumer Applications" ，申請日期為2009年7月l〇日，其優先權係依據2008年7 月11日之美國第61/079, 995號專利臨時申請案以及具有相 同的發明名稱，其中玻璃藉由在不同濃度鹽浴中經由多次連 續性地次潰，離子交換處理而增強；以及美國第丨2/5丨〇, 599 號專利，其發明人為Christopher M. Lee等人，發明名稱為" Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass"，申請日期為2009年7月28日其優先權係依據 2008年7月29日之美國第61/084,398號專利臨時申請案 以及具有相同的發明名稱，其巾玻璃增麵藉由在利用放流 離子稀釋之第-鹽浴中離子交換，接著在比第一鹽浴較小放 流離子濃度之第二鹽浴中浸潰而達成。美國第12/5〇〇,65〇 及12/510’599號專利申請案之内容在此加入作為參考之用。 可使用這裡描述的玻璃基板做為顯示器和觸控應用裝 置的保護蓋板，譬如但不限定是可攜式轉移和娛樂裝置，譬 如電活’音樂播放器，影像播放器等;和資訊相關終端機（譬 如可攜式或膝上型電腦）的顯示螢幕；以及其他應用。 雖然本發明在此已對特定實施例作說明，人們瞭解這 些實施例只作為說明本發明原理以及顧。因而人們瞭解 列舉性實施雛夠作許多變化以及能夠設計出其他排列而 並不會脫離下列巾請專·圍界定出本發明精神及原理。 【附圖簡單說明】 圖la示意性地顯示出在粗糖化固體表面上液滴潤渥行 23 2〇1Ul313 為Wenzel模擬。 圖lb示意性地顯示出在粗糖化固體表面上液滴潤溼行 為 Cassie-Baxter 模擬。 圖2示意性地顯示出具有多階拓樸之玻璃基板。 ， 圖3為具有尺寸大於1微米表面拓樸特徵之原子力顯微 . 影像。 圖4a為在蝕刻前喷塗Sn〇2薄膜柱狀結構之斷面圖。 圖4b為在餘刻前喷tSn〇2薄膜餘結構之頂視圖。 圖4c為利用遭HC1侧歷時5分鐘後喷塗Sn〇2薄膜柱狀 結構之頂視圖。 圖5a為在爛前喷塗Zn〇薄膜柱狀結構之斷面圖。 圖5b為利用〇. iM HCH虫刻歷時15秒後嘴塗Zn〇薄膜柱 狀結構之頂視圖。 狀結=^1MHG1_細秒嫌糊膜柱 隙。圖如示意性地顯示出作為指紋固定位置之第二城空 所形成鐵氟龍杯狀物使在圖&中 所顯不第二拓樸空隙中缺峡最小化。 Hbat 數之^^"^積部份之曲線圖’為粗輪度係 【主要元件符號說明】 體表面110;自由空間114;流體液滴1 囊30;玻璃基板表面2〇〇;第一拓撲耻突出物取凹 24 201111313 陷214;第二拓撲220;突出物212;凹陷214;第三拓撲 230;第二拓撲420;第二拓撲520;杯狀物620;壁板710。 25

Claims (1)

1. 201111313 七、申請專利範圍 1· 一種玻璃基板，其具有至少一個表面是抗指紋的，其中玻 璃基板是光學透明以及可抵抗機械和化學磨損。 2. 依據申請專利範圍第1項之玻璃基板，其中每次指紋接觸 小於2mg質量之非人工人體指紋材料被轉移至表面。 3. 依據申請專利範圍第1或2項之玻璃基板，其中每次指紋 接觸轉移至表面被液滴所覆蓋面積為小於手指接觸玻璃基 板表面總面積之20%。 4. 依據申請專利範圍第1項之玻璃基板，其中基板具有透射 度為大於70%。 5. 依據申請專纖㈣丨項之㈣基板，其巾基板具有混濁 度為小於80%。 6. 依據巾請專纖圍第丨項之玻璃基板其中表面以角度6〇 度量測之光澤度為大於60%。 7. 依據申請專利範圍第j項之玻璃基板，其中油在基板表面 上經50次擦拭後呈現的接觸角度為油接觸角度初始值的20 %以内。 &依據申請專利範圍第丨項之玻璃基板，其中水在基板表面 。上經5G :鳩拭後呈現的接觸肖度為水接觸肖度初始值的卽 %以内。 依據申請專利範圍第丨項之玻璃基板，其中玻璃基板的至 〉'一個表面包括至少一組拓撲特徵，此至少-組具有平均 ^寸的拓樸特徵，射拓撲特徵共同擁有凹角的幾何形狀， 可防止減少包含至少—種水和皮脂油雜物的接觸角度。 26 2〇1111313 10. 依據申請專利範圍第9項之玻璃基板，其中表面具有固 體-液體界面部份f以及拓樸特徵具有粗糙係數η，以及其 中 f〈1/(1+0. 26η)。 11. 依據申請專利範圍第1 〇項之玻璃基板，其中 f〈 0·43/(1+〇. 26η)。 12. 依據申請專利範圍第10項之玻璃基板，其中 f〈0· 13/(1+〇· 26η)。 13. 依據申請專利範圍第9項之玻璃基板，其中至少部份拓 樸特徵為對準角度相對於表面所形成之平面為小於8(^产。 U.依據申請專利範圍第9項之玻璃基板，其中拓樸特徵 1 均方根(RMS)幅度在約inm和2微米之間。 15.依據申請專利範圍第9項之玻璃基板，其中抬樸特徵加 以排序。 16. 依據申請專利範圍第9項之玻璃基板，其中拓樸特徵勺 衫.徵，每-_徵具有平均尺奴蝴特徵^ 異於其他組拓樸特徵之平均尺寸。 17. 依據申請專利範圍帛9項之玻璃基板，其中平均尺 50nm至高達2微米範圍内。 、 18.依據申請專利範圍第9項之玻璃基板其中表面更進 步包合至少一種氟聚合物以及氟矽烷塗層。 9.種玻璃基板，其具有至少一個表面是疏水性和抗油性 古，、,在至4 -個表面包括至少—組拓撲特徵，此至少一组具 編㈣的幾 匕3至乂 一種水和皮脂油滴狀物的接觸 27 201111313 角度。 20·依據申請專利範圍第19項之玻璃基板，其 5〇nm至高達2微米範_。 句尺寸在 軸19彻纖，射_徵包 :異於其他徵而 ㈣21物銳，其中多紐拓 為特徵’在第一階中拓樸特徵具有平均尺寸 為b=r?r徵，在第二階中拓樸特徵具有平咐 範圍内；樸特徵之平均尺寸以及在1咖至高達1微米 在c7n第三階拓樸特徵，在第一階中拓樸特徵具有平均尺寸 23 pm至尚達300pm範圍内。 22項之玻璃基板，其中第一階拓樸 氣化物。、/#膜，儿積在表面上，圖案化薄膜包含無機 包=^申„圍第24項之玻璃基板，其中無機氧化物 其叙人種氧化錫，氧化鋅，氧化錦，氧化銘，氧化錯以及 26.依據申請專利範圍第22項之玻璃基板，其中第一階拓樸 28 201111313 特徵之平均尺寸在約丨微米至高達5Q微絲圍内。 27:依據申請專利範圍帛22項之玻璃基板，其中第二階拓樸 特徵包含_薄膜，網薄膜包含無機氧化物。 28. 依據申請專利範圍第27項之玻璃基板，其中無機氧化物 〇 a至y種氧化錫，氧化鋅，氧化飾，氧化紹，氧化錯以及 其組合。 29. 依據申請專利範圍第19項之玻璃基板，其中第三階拓樸 特徵包含至少一種氟聚合物以及氟矽烷。 30. 依據申請專利範圍第1或19項之玻璃基板，其中玻璃基 板包含一種鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃以及蘇打石灰玻璃。 31. 依據申請專利範圍第30項之玻璃基板，其中鹼金屬鋁矽 酸鹽玻璃藉由離子交換加以強化。 32. 依據申凊專利圍第30項之玻璃基板，其中驗金屬在呂 矽酸鹽玻璃為下列一項： a. 60-72 mol°/〇 Si〇2; 9-16 mol°/〇 AI2O3； 5-12 mol°/〇 B2O3； 8-16 mol% Na2〇;和 0-4 mol% K2O,其中比例（AI2O3 + B2O3)/ 鹼金屬改質劑(mol%)>l，其中鹼金屬改質劑是鹼金屬氧化 物； b. 61-75 mol% S1O2； 7-15 mol% Al2〇3；0-12mol% B2O3； 9 -21 mol% Na2〇; 0-4 mol% K2O; 0-7 mol% MgO;以及 0-3 mol% CaO; c. 60_70 mol% S1O2； 6-14 mol% AI2O3； 0-15 mol% B2O3; 〇-15 mol% L12O; 0-20 mol% Na2〇; 0-10 mol% K2O; 0-8 mol% Mg〇5 0-10 mol% CaO; 0_5 mol% Zr〇2； 0-1 mol% Sn〇2； 0-1 29 201111313 mol% Ce〇2;小於 50ppm As2〇3 ;以及小於 5〇 PPm Sb〇3;其中 12 mol%SLi2〇 + Na2〇 + K2〇S20 mol%以及 〇 mol%$MgO + CaO S10 mol% o 33. 依據申請專利範圍第19項之玻璃基板，其中玻璃基板之 表面經100次擦拭後具有至少一項水接觸角度以及油接觸 角度為大於90度。 34. 依據申請專利範圍第19項之玻璃基板，其中玻璃基板經 100次擦拭後具有混濁度為小於10%。 35·依據申請專利範圍第19項之玻璃基板，其中玻璃基板具 有抗指紋特性。 36·依據申請專利範圍第19項之玻璃基板，其中玻璃基板為 觸控銀幕及保遵蓋板玻璃之一，保護蓋板玻璃作為至少一 種手持電子裝置，資訊相關終端機，以及觸控感測器裝置。 37. -種製造賴基板之找，賴基板具有抗指紋以及疏 水性和抗油性表面，此方法包括的步驟： a.提供透明玻璃基板；以及 b.在玻璃基板的至少—個表面形成至少—組拓撲特徵， 八 >、轉有平均尺寸触樸特徵，其巾拓撲特徵共同 幾何形狀峨止減少包含至少—種水或皮脂 油滴狀物的接觸角度。 38·依據申請專利範圍第37項之 少-個表面形成至少—組城 ”、H反的至 的至少，、’、特紅步·'魅含在玻璃基板 寸之姆1形成多_撲特徵，每—組具有平均尺 寸拓樸特徵不同於其他組拓樸特徵之平均尺寸。 201111313 39 Γ依據申請專利範圍第38項之方法，其令在表面上形成多 組拓撲特徵之步·含麵面上形絲-絲域，第 表面拓樸包含減魏騎第—平均財至少為2微米。 40. 依據申請專利範圍第39項之方法其中在表面上形 一表面拓樸之步驟包含藉由物理汽相沉積以及化學汽相沉 積之一沉積金屬氧化物於表面上。 41. 依據申請專利範圍第39項之方法其中在玻璃基板表面 上形成第-表面減之步驟包含姆於玻縣板之表面。 42. 依據申請專利範圍帛39項之方法，其中在 組拓樸特徵之步驟更進—步包含形成第二表面蝴於表面夕 上’第二表面拓樸包含拓樸特徵具有第二平均尺寸在lnm至 南達1微米範圍内。 43.依據申請專利範圍第42項之方法，其中形成第二表面拓 樸之步驟包含藉由物理汽相沉積以及化學汽相沉積之一沉 積金屬氧化物於表面上。 44. 依據申請專利範圍第37項之方法，其中在破璃基板的至 少一個表面上形成至少一組拓撲特徵之步驟更進一步包含 在表面上形成第三表面拓撲，第三表面拓樸包含拓樸特徵 具有第二平均尺寸在7〇pm至高達300pm範圍内。 45. 依據申請專利範圍第44項之方法，其中至少一種氟聚人 物以及氟矽烷藉由喷塗，喷霧塗覆，旋轉塗覆，浸潰塗覆之 一沉積到表面上。