TW201433829A - 包含多層藍寶石覆蓋板件之移動式電子裝置 - Google Patents

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Abstract

所揭示的是包含覆蓋板件的電子裝置。覆蓋板件包含一或多個玻璃層以及一或多個藍寶石層，其中該等層的折射率匹配。復揭示的有用於製備電子裝置的方法。

Description

包含多層藍寶石覆蓋板件之移動式電子裝置 相關申請案交叉引用
本申請案主張2012年12月10日所提出的美國第61/735,281號臨時專利申請案的優先權。每個申請案的完整內容係引用合併於本文中。
本發明係關於移動式電子裝置，其包含藍寶石覆蓋板件，尤其是在一層藍寶石上包含一或多層折射率匹配玻璃(index matching glass)的覆蓋板件。
目前已存在多種包括至少部分透明顯示窗總成的移動式電子裝置。這些例如包括如媒體播放器、行動電話(手機)、個人資料助理器(PDA)、呼叫器、平板電腦、以及膝上型電腦與筆記型電腦之類的手持式電子裝置。顯示螢幕總成可包括多種組件層，舉例如液晶顯示器(LCD)等視覺顯示層、使用者輸入用觸敏層、以及至少一用於保護視覺顯示的外覆蓋層。這些層每一個通常都予以疊壓或接合在一起。
現今所用的移動式電子裝置有許多受到過度機械及/或化學破壞，起因尤其是手持不慎及/或掉落、螢幕與使用者口袋 或手提袋內鑰匙等物品接觸、或觸控螢幕使用頻繁。例如，智慧型手機與PDA的觸控螢幕表面及介面可因為造成實體使用者介面刮損與凹痕(pit)的磨損而受損，並且這些瑕疵作用為應力集中處，使得螢幕及/或下層組件在機械或其它震動時更易於破裂。另外，來自使用者皮膚的油脂或其它碎屑會塗佈表面並且可進一步促使裝置退化。此類磨損和化學作用會降低下層電子顯示組件的視覺清晰度，從而可能妨礙裝置的使用與享用並且限制其使用期。
已為了提升移動式電子裝置顯示窗的耐用性而使用 各種方法及材料。例如，可將聚合塗層或層件塗敷於觸控螢幕表面以便提供抗退化阻障件。然而，此類層件會干擾下層電子顯示器的視覺清晰度以及干擾觸控螢幕敏感度。此外，由於塗料通常也軟，其本身會容易受損，必需定期更換或限制裝置的使用期。
另一種常見的方式為使用更高度抗化學與防刮材料 作為顯示窗的外表面。例如，某些行動式裝置的觸控感測螢幕可包括一層化學強化鹼金屬鋁矽酸玻璃，以鉀離子取代鈉離子供強化硬度，如康寧(Corning)所提供稱為「金剛玻璃」的材料。然而，即使此類玻璃能由包括金屬鑰匙、砂、以及卵石在內的許多較硬材料予以刮之，進一步言之，作為玻璃，其仍易於脆性破壞或碎裂。也已推薦藍寶石並且予以當作顯示總成外層的材料或作為塗敷在顯示窗上的單獨保護片。然而，藍寶石較為昂貴，尤其是對現有厚度而言。
因此，儘管有能使行動式電子裝置顯示器較為抗損 的材料，業界仍需用於提供改良型機械粗糙度且抗刮又不使透光率下降的材料及方法。
本發明係關於電子裝置，其包含具有至少一透明顯 示區的覆蓋板件。覆蓋板件包含一或多個具有折射率ng的玻璃層以及一或多個具有折射率ns的藍寶石層，其中(ns-ng)不大於0.05。 (ns-ng)較佳的是不大於0.03，例如不大於0.02，並且更佳的是玻璃層的折射率與藍寶石層的折射率實質相同。電子裝置可復包含至少一具有顯示表面的顯示元件，而覆蓋板件可貼附於顯示表面或可移除式地置於如保護層等顯示表面上方。較佳的是，藍寶石層是覆蓋板件的前表面。
本發明復關於製備電子裝置的方法，其包含：形成 具有至少一透明顯示區的覆蓋板件，其中覆蓋板件包含一或多個具有折射率ng的玻璃層以及一或多個具有折射率ns的藍寶石層；以及將覆蓋板件合併到電子裝置的顯示元件上。在本具體實施例中，(ns-ng)不大於0.05。
要理解的是，前述發明內容及底下的實施方式兩者僅屬示例性及說明性，而目的在於對本發明提供進一步說明，如申請專利範圍所述。
100‧‧‧覆蓋板件
110‧‧‧藍寶石層
120‧‧‧玻璃層
130‧‧‧顯示元件
140‧‧‧後表面
200‧‧‧覆蓋板件
210‧‧‧藍寶石層
220a、220b‧‧‧玻璃層
230‧‧‧顯示元件
240a‧‧‧前表面
240b‧‧‧後表面
第1及2圖是本發明電子裝置特定具體實施例的示意圖。
本發明係關於包含具多重層件之覆蓋板件的電子裝置及用於製備覆蓋板件的方法。
本發明的電子裝置包含具有至少一透明顯示區的覆 蓋板件，如來自覆蓋板件置於其上之顯示元件的影像可透過透明顯示區予以顯示。復可有非透明區，尤其是作為如邊框之類的裝飾元件或作為界定(delineate)顯示器各個功能區(functional section)的元件。電子裝置可為本技術中任何已知，包含顯示器或顯示元件，如行動或手持式電子裝置，包括但不侷限於如mp3播放器之類的音樂及/或影片用電子媒體播放器、行動電話(手機)、個人資料助理器(PDA)、呼叫器、膝上型電腦、或電子筆記本或平板電腦。 裝置的顯示元件可包括多個組件層，包括例如LCD之類的視覺顯示層以及作為部分觸控螢幕應用(application)的觸敏層。覆蓋板件可貼附於裝置顯示元件的顯示表面、或其可為能放置或定位於顯示元件之上或上方並視需要在以後予以移除的單獨保護層。
本發明電子裝置的覆蓋板件包含一或多個藍寶石層以及一或多個玻璃層。因此，覆蓋板件是玻璃和藍寶石層的多層複合物，其例如包含2至10層，如2至5層或2至3層之類。較佳的是，玻璃層至少其一與藍寶石層至少其一直接接觸。例如，覆蓋板件可包含貼附於藍寶石層的後表面的玻璃層。較佳的是，藍寶石層為覆蓋板件與電子裝置的外部層，但復可塗敷抗反射及/或疏油塗層，厚度通常由大約0.001微米到大約1.5微米。另外，覆蓋板件可包含兩個玻璃層，各係貼附於藍寶石層的對立表面，藉以形成三層式夾層結構。其它組合也可行。
可使用本技術已知的任何技術將玻璃層塗敷於藍寶石層的合適表面。例如，可使用黏著劑組合玻璃與藍寶石層，並且可使用本技術已知的任何透明黏著劑或黏著層。適當黏著劑的實施例包括但不侷限於聚合物或如聚碳酸酯(PC)、聚乙二醇 (PEC)、或聚丁二碳酸(PBC)等聚合物的組合。復可使用靜電黏著。 另外，可將玻璃層熔融或熔化至藍寶石層以形成介面，以及所需溫度將視所使用的材料類型而定。例如，用於將玻璃層熔化至藍寶石的溫度可為650至1050℃的等級。或者，可以玻璃塗佈藍寶石層。例如，可熔化粉末玻璃料(powder frit)之類的玻璃原料(feedstock)、以及可將產生的玻璃熔體塗敷於藍寶石層的表面作為塗層。復可塗佈藍寶石層的邊緣。另外，可將藍寶石層垂直(側向)浸入熔化的玻璃以塗佈藍寶石層的兩側，或水平式地以便將玻璃層塗敷於一藍寶石表面以及藍寶石層的邊緣。
取決於各種因素，玻璃層可厚於或薄於藍寶石層。 例如，當玻璃層與藍寶石層之間的折射率差異高時或當玻璃抗破裂或破碎能力低時，較佳的可為較薄的玻璃層，下文有更詳細的說明。在此狀況下，藍寶石將加強玻璃層的特性。然而用以降低電子裝置總體成本同時維持藍寶石期望之主體(bulk)與表面特性，較佳的將是較厚的玻璃層，尤其是當藍寶石層為覆蓋板件及電子裝置的外部層件時。在任何一種情況下，複合物較佳的是未損及(compromise)覆蓋板件的總體透明度。
因此，玻璃層與藍寶石層的厚度可各隨例如電子裝置的類型和尺寸、層件中材料的特性、以及覆蓋板件期望特性而變。例如，藍寶石層及/或玻璃層的厚度可小於約3釐米(mm)，如由約0.01釐米到約3釐米之類，並且較佳的是小於約2釐米，如小於約1釐米、小於約0.5釐米、或小於約0.1釐米之類。另外，藍寶石層可為如可使用離子佈植法由藍寶石施體予以製備之類的超薄型藍寶石層，其厚度小於50微米，包括例如小於30微米、 小於25微米、小於20微米、或甚至小於15微米。較佳的是，藍寶石層呈獨立性並且因而能夠獨立於載體層而予以處理。
本發明的電子裝置的覆蓋板件的總體厚度復可隨各種因素而變，例如包括層件數量以及電子裝置的期望尺寸與重量。一般而言，多層覆蓋板件的厚度小於約5釐米，以及較佳地是具有由約0.3釐米到約3.0釐米的厚度。然而，由於本發明的覆蓋板件包含藍寶石及玻璃層，目前的覆蓋板件可較薄，同時剛性與強度也達到期望等級。因此，舉例而言，覆蓋板件的厚度更佳地是介於約0.4釐米到約2.5釐之間、甚至更佳地是由約0.5釐米到約2.0釐米、以及最佳地是介於約0.5釐米與約1.0釐米之間。
在本發明中，覆蓋板件的玻璃層至少其一以及藍寶石層至少其一的折射率匹配-亦即，玻璃與藍寶石層室溫下折射率的差異小。因此，若玻璃層的具有ng的折射率以及藍寶石層具有ns的折射率，則ng近似於ns。例如(ns-ng)較佳的是不大於約0.05，包括不大於約0.03以及不大於約0.02。較佳的是，玻璃層的折射率與藍寶石層的折射率實質相等。這在玻璃層與藍寶石層直接接觸時尤其真實。在特定實施例中，對於可見光範圍內的波長(350至750微米)，c軸藍寶石在室溫下的折射率為1.795到1.761。因此，在本發明中，貼附或塗佈到此藍寶石層上的玻璃層其折射率將介於1.845與1.711之間、較佳的是介於1.815與1.781之間、以及更佳的是介於1.805與1.751之間。折射率的匹配愈接近，玻璃層就可愈厚。
玻璃可為本技術中具有期望相對折射率而已知的任何一種。例如，玻璃層可包含鈉鈣玻璃、硼矽酸玻璃、或矽酸鋁 玻璃，包括化學強化鹼金屬鋁矽酸玻璃(如可得自康寧稱為「金剛玻璃」的材料)。較佳的是，除了折射率，玻璃層復具有適當的熱膨脹係數，其在層件中達到壓縮應力。此在玻璃層為藍寶石層上之層件時尤其重要。例如，對於塗有玻璃的藍寶石層，玻璃層的平均熱膨脹係數可由約6.0×10-6℃-1與7.0×10-6℃-1。依此方式，玻璃層跨越(across)藍寶石層可維持壓縮，防止藍寶石層因破裂而導致破壞。
覆蓋片的藍寶石層在本技術中可為任何所知，並且可使用各種不同方法予以製備。例如，藍寶石層可予以鋸切或切割自已在晶體生長設備中所製備藍寶石的較大本體，晶體生長設備為高溫爐，能夠在坩堝中以一般大於約1000℃的溫度加熱並且熔化氧化鋁等固態原料，隨後促使所產生已熔化原料物質再固化以形成結晶材料，如藍寶石晶錠(sapphire boule)。較佳的是，藍寶石本體係予以製備於熱交換器法晶體生長爐內，其中包含氧化鋁原料及至少一單晶藍寶石晶種的坩堝係予以加熱至高於其熔點，用以熔化原料而未實質熔化晶種，接著使用與坩堝底部進行熱傳遞並且置於晶種底下如氦冷却熱交換器之類的熱交換器自坩堝移除熱量。已表示本方法用以產生大型、高品質藍寶石本體(有時稱為晶錠)，可自晶錠移除藍寶石層。
本發明電子裝置中所使用覆蓋板件的藍寶石層具有類似於主體藍寶石的機械與物理特性。例如，在室溫下，藍寶石層包括介於約800與1000MPa之間在內至少約700MPA的撓曲強度、包括介於約2與5MPa之間大於1MPa的斷裂軔度(亦即，含破裂或刮損以抵抗斷裂之材料的能力)、包括介於約17與約20GPa 之間大於約15GPa的奴普硬度(Knoop hardness)、及/或包括介於約2000與3000kg/m之間在內大於約1000kg/m的維氏硬度(Vickers hardness)。如楊氏模量(Young's modulus)之類的模量也類似於主體藍寶石的模量，其一般介於約300至400GPa之間，但可隨覆蓋板件的期望特性(如觸敏度)而變。
在特定實施例中，第1圖概要表示本發明電子裝置的具體實施例，其包含折射率與藍寶石玻璃多層複合物匹配的覆蓋板件。如圖所示，覆蓋板件100包含藍寶石層110與玻璃層120。藍寶石層110為外部層，玻璃層120係貼附於藍寶石層110的後表面。覆蓋板件110係置於顯示元件130之上，玻璃層120與產生使用者所看影像的顯示表面接觸。在本實施例中，藍寶石層110的厚度小於玻璃層110的厚度，但如上所述，可變更這些厚度。如此，覆蓋板件100將預期具有藍寶石的表面特性(如抗刮性)以及機械特性(如硬度)，但成本則顯著降低。此外，由於玻璃層120的折射率與藍寶石層110的折射率實質類似，產生自顯示總成130的影像將預期光學特性未改變(optically unaltered)並且清楚。
第1圖所示具體實施例的特殊優點在於玻璃層120所貼著藍寶石層110的後表面的光學要求顯著降低。尤其是，後表面的粗糙度可較高，理由是，指定折射率塗敷玻璃層120將預期填充任何空洞(void)或其它非均勻部位而改變光學效能，尤其是藉由浸入已熔化玻璃內予以塗敷的情況。結果是，藍寶石層110與玻璃層120接觸的後表面140不必為了提供期望透明度而進行研磨。因此，舉例而言，藍寶石110(有時稱為藍寶石坯料(sapphire blank))可使用本技術的已知技術予以自藍寶石本體雷射切割或塑 形。產生的已切割表面及邊緣將預期非均勻且粗糙。然而，藉由將折射率已匹配的玻璃層120塗敷於藍寶石層110的後表面，後表面140的粗糙度及瑕疵可滑順，並且可恢復光學清晰度。因此，可製備覆蓋板件100而無需研磨藍寶石的兩個表面，並且此將表示覆蓋板件生產時顯著節省成本，從而復降低電子裝置的成本。 較佳的是復將研磨玻璃層的表面，以便提供具期望總體透明度的覆蓋板件，以及用以與電子裝置的顯示表面適當接觸，但是，所屬領域的技術人員將輕易認知的是，用於研磨此玻璃塗層的成本相較於藍寶石表面研磨的成本將非常低，並且生產能力也將顯著較快。
此外，若折射率匹配的玻璃層係塗敷於藍寶石層110的前與後表面兩者，藍寶石表面的研磨也將不需要，額外節省成本。第2圖概要表示本具體實施例的特定實施例。如圖所示，覆蓋板件200包含藍寶石層210及兩個玻璃層220a與220b。覆蓋板件200係置於顯示元件230之上，玻璃層220b與產生使用者所看影像的顯示表面接觸。此外，在本實施例中，藍寶石層210的邊緣也表示係塗佈在玻璃中，藉以圍繞藍寶石層210，但這並非必要。由於兩個玻璃層各自的折射率與藍寶石層210的折射率實質類似，故產生自顯示總成230的影像將預期光學特性未改變並且清楚。此外，由於存在這兩個玻璃層塗敷於藍寶石層，故可製備覆蓋板件200而無需研磨藍寶石層210的前表面240a或後表面240b，並且這將表示生產覆蓋板件時顯著節省成本。另外，對邊緣塗敷玻璃，由於將藉由玻璃塗佈微空洞和裂縫，將預期也增強藍寶石的強度，從而將點缺陷故障的可能性降到最低。如上所述， 玻璃表面較佳地復將為了提供具有期望總體特性的覆蓋板件而予以研磨。
因此，本發明復係關於生產包含具有至少一藍寶石層之覆蓋板件之電子裝置的方法。本方法包含：形成具有至少一透明顯示區的覆蓋板件，其中覆蓋板件包含一或多個具有折射率ng的玻璃層以及一或多個具有折射率ns的藍寶石層，其中(ns-ng)不大於0.05；以及隨後將覆蓋板件合併到電子裝置的顯示元件上。可在本方法中使用上述任何一種覆蓋板件。較佳的是，藍寶石層為覆蓋板件的外部層。覆蓋板件可使用上述任何一種技術將玻璃層貼附於藍寶石層的後表面而予以形成。在一個具體實施例中，本發明的方法不包含的步驟為研磨玻璃層係如藉由塗佈之類予以貼附之藍寶石層的後表面，但復包含的步驟是研磨對立於後表面的前表面，該前表面為使用者將互動的表面。在覆蓋板件包含兩個貼附於藍寶石層的對立表面之玻璃層的第二具體實施例中，本方法不包含研磨藍寶石層的表面。較佳的是，本方法復包含研磨玻璃層的外部表面的步驟。
已為了描述及說明介紹本發明較佳具體實施例在前述的說明。目的不在於徹底說明或將本發明侷限於所揭示的精確形式。鑑於上述指導，改進及變化是有可能的，或可獲自本發明的實踐。具體實施例是為了解釋本發明的理論及其實際應用而選擇並且說明，以使所屬領域的技術人員能夠以適用於所思特殊用途的各種具體實施例及各種改進利用本發明。意圖在於本發明的範疇係由所附申請專利範圍、以及其均等件予以界定。
200‧‧‧覆蓋板件
210‧‧‧藍寶石層
220a、220b‧‧‧玻璃層
230‧‧‧顯示元件
240a‧‧‧前表面
240b‧‧‧後表面

Claims (28)

  1. 一種電子裝置，其包含具有至少一透明顯示區的覆蓋板件，該覆蓋板件包含具有折射率ng的一或多個玻璃層以及具有折射率ns的一或多個藍寶石層，其中(ns-ng)不大於0.05。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中(ns-ng)不大於0.03。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中(ns-ng)不大於0.02。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該玻璃層的折射率與該藍寶石層的折射率實質相同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該藍寶石層的厚度小於約2釐米。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該覆蓋板件的厚度介於約0.3與3.0釐米之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該覆蓋板件的厚度介於約0.5與1.0釐米之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該藍寶石層是該覆蓋板件的外部層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該電子裝置復包含至少一具有顯示表面的顯示元件，以及其中該覆蓋板件係貼著於該顯示表面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該電子裝置復包含至少一具有顯示表面的顯示元件，以及其中該覆蓋板件是可移除地安置在該顯示表面上方的保護層。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該藍寶石層具有後表面，以及其中該玻璃層係貼著於該藍寶石層的該後表面。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的電子裝置，其中該玻璃層係予以塗佈到該藍寶石層的該後表面上。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的電子裝置，其中該藍寶石層的該後表面未遭到研磨。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該覆蓋板件包含兩個各自貼著於該藍寶石層的對立表面的玻璃層。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該電子裝置係電子媒體播放器、行動電話、個人資料助理器、呼叫器、平板電腦、膝上型電腦、或電子筆記本。
  16. 一種製備電子裝置的方法，其包含：i)形成具有一透明顯示區的覆蓋板件，該覆蓋板件包含具有折射率ng的一或多個玻璃層以及具有折射率ns的一或多個藍寶石層，其中(ns-ng)不大於0.05；以及ii)將該覆蓋板件合併到該電子裝置的顯示元件上。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中(ns-ng)不大於0.03。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中(ns-ng)不大於0.02。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該玻璃層的折射率與該藍寶石層的折射率實質相同。
  20. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該藍寶石層具有前表面與後表面，以及其中形成該覆蓋板件的步驟包含將該玻璃層貼附於該藍寶石層的該後表面。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中該玻璃層係藉由將 該玻璃層塗佈到該藍寶石層的該後表面上予以貼附。
  22. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中形成該覆蓋板件的步驟包含研磨該藍寶石層的該前表面而未研磨該後表面。
  23. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該覆蓋板件包含兩個具有該折射率ng的玻璃層。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的方法，其中該藍寶石層具有前表面、後表面、和邊緣，以及其中形成該覆蓋板件的步驟包含將玻璃層貼附於該藍寶石層的該前表面與該後表面兩者。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中該玻璃層係藉由將該等玻璃層塗佈到該藍寶石層的該前表面與該後表面予以貼附。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該藍寶石層的該等邊緣係以具有該折射率ng的玻璃層予以塗佈。
  27. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該顯示元件具有顯示表面，以及其中將該覆蓋板件合併到該顯示元件上的步驟包含將該覆蓋板件貼附於該顯示表面。
  28. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該顯示元件具有顯示表面，以及其中將該覆蓋板件合併到該顯示元件上的步驟包含將該覆蓋板件可移除地安置在該顯示表面上方作為保護層。
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