TW201513188A - 減少藍寶石的厚度的方法 - Google Patents

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Abstract

一種從文中所描述之藍寶石中去除材料的方法。特別是，該方法包括提供初始藍寶石層，接著減少該層的厚度，而不會明顯增加該層的表面粗糙度的步驟。用於電子裝置的蓋板及其製備方法也在文中公開，並連同經由分析由本方法所製造的藍寶石物品的方法。

Description

減少藍寶石的厚度的方法
本案是關於2013年8月所申請的美國臨時申請案NO.61/862240。該專利申請的全部內容通過引用的方式併入本文中。
本案是關於，一般來說，一種從藍寶石物品中去除材料的方法，以及所得到的藍寶石物品的用途與應用。
目前有很多種可用的行動電子裝置都包含至少一部分是透明的顯示螢幕。這些包括，例如，手持式電子裝置像是媒體播放器、行動電話(手機)、個人數位助理(PDA)、傳呼機、平板電話、以及膝上型電腦和電子筆記本。該顯示螢幕組件可包括複數個成分層，像是，例如，視覺顯示層如液晶螢幕(LCD)、讓使用者輸入的觸控層、以及至少一層外覆蓋層用以保護視覺顯示層。每一個成分層一般都是層壓或連結在一起。
現今很多在使用的行動電子裝置會受到過當的機械和/或化學損傷，特別是因操作不甚和/或掉落， 因螢幕和物品的接觸像使用者口袋或皮包中的鑰匙，或因頻繁的觸控螢幕使用。例如，觸控螢幕表面以及智慧型手機與個人數位助理的操作介面可能會因為對使用者介面造成刮痕或坑洞等磨損而損傷，且這些缺陷可作為應力集中點，使得螢幕和/或底下的組件更易在機械或震動等情況下受影響而斷裂。此外，使用者皮膚分泌出的油可塗覆在表面，而能夠進一步促使裝置的退化。像磨擦或化學作用可能會造成底下電子組件之視覺清晰度的降低，從而間接的妨礙了裝置的使用度及喜好度且限制了它的壽命。
各種方法和材料已被使用為了增加行動電子裝置之顯示螢幕的耐用性。例如，聚合物塗覆和塗層可被用在觸控螢幕表面以提供對抗退化的屏障。然而，這樣的塗層能干擾底下電子顯示器的視覺清晰度以及干擾觸控螢幕的靈敏度。此外，作為塗覆材料也通常是柔軟的，它們自身可較容易被損傷，需要定期更換或限制裝置壽命。
另一種常見的方法是使用較高度的化學和抗刮傷材料作為該顯示螢幕的外表面。例如，一些行動裝置的觸控螢幕可包括一層化學強化的鋁矽酸鹽玻璃，其中利用鉀離子取代鈉離子以強化硬度，像是來自康寧公司被稱作Gorilla®玻璃的材料。然而，即使是這類的玻璃可被很多硬質材料刮傷，包括金屬鑰匙，砂礫，以及小石子，且進一步，作為玻璃是易於發生脆性破壞和破碎。
藍寶石也被建議和用於作為顯示組件之外層或作為用在顯示螢幕的單獨保護片。然而，藍寶石相對 較為昂貴，特別是對於目前的可用厚度，且減少一層藍寶石層到更需要的厚度會增加相當的花費和時間。例如，一般而言，藍寶石層，像是晶圓，是從比較大的藍寶石材料去除，像是人造剛玉，使用線鋸，且所得到的藍寶石必須遭受一系列粗糙和精細的研磨步驟以便減少厚度達到所期望的值。這類的研磨步驟是昂貴的，耗時的，而對必須被去除的顯著表面損傷採取一系列的拋光步驟以便製造一層透明層，進一步增加了製程上的花費和時間。
因此，雖然藍寶石材料可能夠使行動電子裝置的顯示螢幕相對不易受到損傷，但仍然需要工業中用於製造薄層透明的藍寶石的低成本方法。
本發明係有關於製造藍寶石層的方法。該方法包括以下步驟：提供具有厚度和至少一表面的初始藍寶石層，該初始藍寶石層的表面具有平均表面粗糙度Ra I ，接著藉由使用試劑溶液接觸該表面以減少該初始藍寶石層的厚度來製造藍寶石層，且其中，該藍寶石層具有小於該初始藍寶石層的厚度的厚度，以及另具有最終表面，該最終表面具有平均表面粗糙度RaF，且其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2。因此該方法減少了藍寶石層的厚度，而沒有顯著增加該藍寶石層的表面的粗糙度。
本發明進一步有關一種製備包括至少一由該方法製備的藍寶石層的蓋板的方法。該蓋板是用在電子裝置且具有至少一透明顯示區域。本發明進一步有關該蓋 板以及包含該蓋板的電子裝置。
應該理解的是，前面的描述和下文的詳細描述都只是示例性和說明性的，旨在對所要求保護的本發明提供進一步解釋。
100‧‧‧目前已知之減少藍寶石厚度的方法
110‧‧‧提供初始藍寶石層
120‧‧‧粗磨
130‧‧‧中度研磨
140‧‧‧細磨
150‧‧‧拋光
160‧‧‧精細拋光
200‧‧‧本發明之減少藍寶石層厚度的方法
210‧‧‧提供初始藍寶石層
220‧‧‧用試劑溶液接觸該層
230‧‧‧細磨
240‧‧‧精細拋光
第1圖顯示減少藍寶石層厚度的習知技術。
第2圖顯示本發明所公開之方法的具體實施例。
本發明涉及從初始藍寶石物品之至少一表面中去除藍寶石的方法，像是藍寶石層，從而減少至少一維度，像是厚度，而形成最終藍寶石物品。
本發明所公開方法是為一種具有期望或目標的厚度之藍寶石層的製備方法。該方法包括：提供具有起始厚度的初始藍寶石層，接著藉由用試劑溶液接觸該藍寶石的至少一表面以減少整體的厚度，從而製造出具有目標厚度之所期望的最終藍寶石層。因此，該所期望的最終藍寶石層之厚度小於最初藍寶石層之厚度且根據薄層的目標用途而被選取。該最終藍寶石層的厚度最好小於2公釐，像是小於1公釐和小於0.8公釐。作為一個特定的例子，該最初的藍寶石層具有約0.35公釐到0.75公釐的厚度範圍。這樣的藍寶石層作為各種電子裝置的保護層是特別有用的，在下文中會更詳細描述。
為了達到這些所期望的最終厚度，該初始 藍寶石層因此必須較厚，而該初始層之厚度可依據，例如，用以製備該初始層之方法而變化，以及依據該去除過程所需要的全部花費。例如，該初始藍寶石層能具有小於約5公釐(mm)的厚度，像是小於約2公釐和小於約1公釐。作為一特定的例子，該初始藍寶石層具有約0.4公釐到約0.8公釐之範圍的厚度。為了降低成本及防止浪費，該初始藍寶石層最好不要比最終所期望的藍寶石層厚太多，以致於需要過度去除藍寶石材料。例如，初始藍寶石層之厚度最好不要超過最終藍寶石層厚度的50%，包括不要超過40%和30%。該初始藍寶石層之厚度比最終藍寶石厚度小於25%則更為適當，像是約25%到約5%之間。
在本發明的方法中使用的初始藍寶石層可以是本領域中已知的任何藍寶石層。例如，該藍寶石層可以是晶圓，像是圓形，橢圓，方形或矩形之具有一個或多個側面以及一上表面和下表面的晶圓，如上述那樣的厚度。此外，該藍寶石層可以有任何的晶體方向。如本領域已知，該藍寶石可包括幾種不同的晶體軸，像是c軸、m軸、或a軸，而藍寶石層的特性可非常依據晶體方向。在本方法中使用的初始藍寶石層可以有相對於該藍寶石層的初始表面的任何方向。例如，該藍寶石層可以有具有垂直於於該表面之c軸晶體方向的初始表面。或者該藍寶石層可以具有a軸方向。晶體方向的選擇可依據藍寶石材料如何製備而定。
該初始藍寶石層可使用各種已知技術來製 備。例如，該初始藍寶石層可藉由從藍寶石材料供體切割或切片一層來製備，像是剛玉或是剛玉的一部分。作為一個具體的例子，藍寶石剛玉可以包芯而去除圓柱部分，然後可使用鋸子來切片或切割成晶圓，像是鑽石線鋸。該中芯部分可具有一定義的晶體方向，依據供體材料如何被製備(例如a軸，c軸，或m軸)。所得到的層可被機械地研磨成所需的厚度，且如果需要的話可選擇性地進一步被拋光以去除任何不要的表面缺陷。這樣的方法對於相對較厚的藍寶石層特別有用，包括那些具有大於約0.1釐米厚度的藍寶石層，儘管較薄的藍寶石層也可用此方法製造。
作為其他的例子，具有小於約100公釐之厚度的初始藍寶石層可使用各種已知的層轉移方法，以從藍寶石供體材料去除薄層來製備，包括，例如，控制剝落或離子植入，及剝離方法，像是美國專利申請號12/026,530，發明名稱為“METHOD TO FORM A PHOTOVOLTAIC CELL COMPRISING A THIN LAMINA”所描述的離子植入/剝離方法，在2008年2月5號申請，公開號為No.2009/0194162，以及在2011年12月20號申請的美國專利申請號13/331,909，“Method and Apparatus for Forming a Thin Lamina”，兩者全文皆包含了有由非沉積之半導體材料所形成的薄半導體層之太陽能電池的製造，被以引用的方式來併入本文。這樣的離子植入/剝離方法相較於目前用線鋸或切割來製備薄晶圓的方法更具有優勢，因為仔細考慮到藍寶石的特性(硬度與強度)可使得切割，研磨以及選擇性 地拋光變得非常困難，耗時且昂貴。此外，線鋸與切割方法會造成顯著的鋸口損失，浪費了有價值的材料，而不能夠可靠地製造薄藍寶石層。
在任一實施例中使用的該藍寶石供體材料可用本領域中之任何已知技術來製造。例如，該藍寶石供體材料可在晶體生成裝置中製備，其中，該裝置是高溫爐，能用於加熱和融化固體原料，像是氧化鋁，通常在溫度約高於1000℃的坩堝中，像是高於約2000度，接著隨後促進所得熔融原料的再固化以形成結晶材料，像是藍寶石剛玉。該藍寶石最好是在使用熱交換法的晶體生長爐中製備，其中，坩堝包括氧化鋁原料和至少一單晶體藍寶石晶種被加熱到其熔點之上以熔化原料但其晶種實質上並未熔化，接著用熱交換從坩堝中移除熱，像是氦冷卻或水冷卻交換器，提供在坩堝底部和晶種之下的熱連通。該方法已被證明從那些以可用方法便能容易去除的藍寶石中製造出大量的，高質量的藍寶石剛玉。
在本發明的方法中，初始藍寶石層可藉由用試劑溶液接觸至少一層表面，使得從該表面去除藍寶石材料，來減少厚度以製造最終藍寶石層。初始藍寶石層之任何一表面皆可用試劑溶液接觸。另外，多個表面可以同時或連續地進行處理。例如，對於具有邊緣和頂部和底部表面的圓形藍寶石晶圓，不論是頂部或底部表面，或是兩者，可用試劑溶液接觸。作為另一例子，藍寶石層可為複數層的晶圓，包括頂部藍寶石層，其具有可處理的頂部表 面及與另一層接觸的底部表面，像是玻璃層，聚合物層，或是另一藍寶石層。舉例來說，初始藍寶石層之可處理的頂部表面可用試劑溶液接觸。
所述試劑溶液可包含任何成分能夠從藍寶石層中去除材料。該試劑溶液最好是包含一種或多種酸的水性溶液，像是硫酸或磷酸，儘管額外的溶劑或助溶劑可能存在。更好的是，該試劑溶液包括硫酸和磷酸的混合物。這樣的混合物已知用於侵蝕藍寶石表面，但未被證明能夠或甚至期望用於降低整層或藍寶石物品的整體厚度。該試劑溶液的濃度以及組成比例(像是酸)可依據藍寶石層的種類，所期望的去除速率以及用於減少層厚度的條件來調整。
初始藍寶石層之表面和該試劑溶液的接觸可用本領域中任何已知技術來製成。例如，試劑溶液可在所規定的條件上置放於整個表面上，於下文有更詳細地描述，從而造成材料從表面的去除以及減少該層的厚度。更平均地與試劑溶液接觸，就有更平均的厚度被減少。作為另一個例子，該藍寶石晶圓可在包括試劑溶液的浴池中被浸漬或淹沒。
一旦初始藍寶石層之表面被試劑溶液接觸，材料的去除可藉由機械或物理手段之協助，像是藉由摩擦、拋光、研磨。然而，對本發明而言，很驚訝的是並不需要這樣的手段來減少初始藍寶石層的厚度。因此，在本發明之方法的一個較佳實施例中，初始藍寶層之表面與試劑溶液接觸而該層厚度不須機械手段協助即減少。對於 這較佳實施例，試劑溶液只有在控制條件下用於去除或溶解藍寶石層的表面，從而減少全體層的厚度。因此，例如，對於這較佳的實施例，初始藍寶石層藉由用包含至少一種活性試劑的溶液接觸該層，特別是該層之表面來被減少厚度，且最好是沒有加入任何試劑的分散液。因此，該試劑溶液是不屬於任何在本領域中已知的化學機械拋光組成物，不含有任何分散於其中的固體材料來明顯提供協助從藍寶石表面去除材料，像是研磨劑。
在條件下該初始藍寶石層之表面被接觸與其厚度被減少可依據，例如，所期望的去除速率和使用設備的類型(這部分取決於藍寶石層的大小和形狀)而變化。該表面最好是在高於或等於200℃下被接觸，像是高於或等於約250℃以及高於或等於約300℃。例如，初始藍寶石層的厚度約在250℃到350℃的範圍下可被減少而不需要上文所提的試劑溶液。壓力可依據使用的溶劑作調整。例如，試劑溶液可以是水溶液，因此，為了達到較佳溫度，該表面會在高於常壓的壓力下被接觸。這些溫度條件已被證明能夠以令人驚訝的快速速率來減少藍寶石層的厚度。例如，已經發現，在這些溫度下，初始藍寶石層的厚度可在大於或等於約10公釐/小時的速率來被減少，包括大於或等於約20公釐/小時、30公釐/小時、或40公釐/小時。其他條件也可被用於產生這些減少速率，像是藉由調整濃度和/或試劑溶液的組成成分種類，在本公開內容給予的好處下。
當初始藍寶石層的厚度被使用本發明之方法來減少時，驚訝地發現該方法並不會顯著地增加該層的表面粗糙度。特別是，如果初始藍寶石層的表面具有平均表面粗糙度Ra I ，而該初始藍寶石層在接觸試劑溶液後之最終表面具有平均表面粗糙度RaF，這些表面粗糙度之間的差值是小於或等於20%。因此，(RaF-Ra I )/Ra I 小於或等於0.2。(RaF-Ra I )/Ra I 較好是小於或等於0.1，以及更好是小於或等於0.05。最好的情況是(RaF-Ra I )/Ra I 小於或等於0。因此，平均表面粗糙度最好不要增加而是維持不變或減少，由本方法所造成之厚度減少的結果。
這是特別令人驚訝的，基於目前已知之減少藍寶石厚度的方法。例如，如第1圖所示，目前之方法100包括第一步驟110，其中，初始藍寶石層被提供經過一系列的研磨步驟，像是粗磨步驟120、中度研磨步驟130、以及精細研磨步驟140。額外的研磨步驟也可被包括在內，這取決於下列因素像是初始藍寶石層的起始厚度和用於研磨的條件。這些研磨步驟通常很慢。例如，研磨步驟140之速率通常是1-3公釐/小時，以避免大範圍的表面損傷。再者，從這些步驟得到的平均表面粗糙度值也通常較高，像是2-5A，這對於藍寶石層的透明度和光學品質有顯著影響。因此，為了去除由這些研磨步驟造成的明顯表面損傷範圍和提供具有所期望之透明度的藍寶石層，目前的方法100可包括一道或多道拋光步驟，150，然後進行最終拋光步驟160(有時也被稱為一個精細拋光)。這些研磨和 拋光步驟是相當耗時且大幅地增加具有所期望之總厚度的最終藍寶石所需的成本。
透過比較，在第2圖中，方法200，其是本發明之方法的具體實施例，包含第一步驟210，提供初始藍寶石層並經過初始藍寶石層之表面被試劑溶液接觸的接觸步驟220。初始藍寶石層的厚度在步驟220中減少，而沒有明顯增加該接觸面的表面粗糙度。如第2圖所示，該方法之實施例復包括選擇性的研磨步驟230和/或最終的拋光步驟240，相似目前方法100之步驟140和160，為了提供藍寶石的表面的額外平滑度。可以清楚地看出，方法200比目前方法100提供了明顯的改善。全部過程遠不複雜，需要較少的步驟，較少的設備，以及較少的時間，並大幅地減少製造具有所期望之厚度與透明度的藍寶石層所需的總成本。
利用本發明之方法製造的該藍寶石層可用於各種用途。特別是，該藍寶石層可被用於做為電子裝置的蓋板。因此，本發明進一步涉及製造蓋板用在電子裝置的方法、以及所製造的蓋板。該蓋板具有至少一透明顯示區域讓圖像可透過而被顯示，像是從該蓋板位在的顯示元件。非透明區域也可存在，特別是作為裝飾元素，如邊界或作為元素描繪在顯示器的各種功能部份。該蓋板復包括一或多層藍寶石層，製造該蓋板的方包括利用上文所述的方法細節所製造的至少一藍寶石層，然後形成了包含所得到之藍寶石層的蓋板。
用本發明之方法所形成的蓋板可包括一或多層藍寶石層或層片。藍寶石層的厚度可依據該蓋板所期望的特性以及存在的層數來變化，包括上述提到的關於最終藍寶石層之任何厚度。更具體的是，對於用本發明之方法形成的蓋板，該藍寶石層具有約50公釐到約2000公釐的厚度，包括，例如，50公釐到約1000公釐、50公釐到約750公釐、50公釐到約600公釐、100公釐到約600公釐、200公釐到約600公釐、400公釐到約600公釐。因此，該蓋板可為單一的，獨立的藍寶石層或可包括複數層，至少一層具有在這些範圍內的厚度，或者也可包括不只一層或層片具有在這些範圍內的厚度，包括2-10層，像是2-5層。例如，該蓋板可為單一的、獨立的藍寶石多層複合材料，其中每一層的厚度是約400公釐到600公釐。該藍寶石層最好是該蓋板和該電子裝置的外部層。本發明的電子裝置的蓋板的總厚度可取決於各種因素，包括，例如，層的數量、透明顯示區域所希望的大小範圍、以及該裝置的尺寸。一般來說，該蓋板具有小於約5公釐的厚度，像是小於約3公釐用於多層蓋板。
該蓋板可包括藍寶石層結合一或多層永久或臨時的載體基板或中間層，以提供該蓋板所希望的額外特徵。例如，該蓋板可復包括固定在藍寶石層的透明層。該透明層可以是在本領域中任何已知的透明材料包括，例如，玻璃層，像是鈉鈣玻璃，硼矽酸玻璃，或是鋁矽酸玻璃，包含化學強化的鹼性鋁矽酸玻璃(像是康寧公司所用的 Gorilla®玻璃材料)，或包含聚合物材料，像是聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸酯如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。該藍寶石層和該透明層可用任何在本領域中之已知技術來做結合，形成兩者之間的介面，包括在美國專利申請號No.12/980,424，“Method to form a device by constructing a support element on a thin semiconductor lamina”中所提到的方法，於2010年12月10號申請，現在的美國專利號8173452，其全文通過引用併入本文。例如，該介面可以藉由使用黏合層接合來被形成，從而固定該藍寶石層於該透明層之表面。合適的黏合劑包括，但不限於聚合物或聚合物的組合像是聚碳酸丙烯酯(PC)，聚碳酸乙烯酯(PEC)，聚碳酸丁烯酯(PBC)。也可以使用靜電黏附。另外，該介面可透過該藍寶石層和該透明層之熱接合來被形成，像是透過熱壓接合，在例如約5-100磅/平方英吋的壓力下，包括40磅/平方英吋，以及在約攝氏300℃-500℃下，包括400℃。特定接合條件將取決於所使用的透明層的特定類型而有所不同。此外，該透明層可以是稠合或熔融到藍寶石層以形成介面，且溫度將取決於所用的透明層的材料的類型。例如，熔融玻璃基板成藍寶石的溫度可以在650℃-1050℃的量級上，而較低的溫度，如110℃-150℃是適合基板是塑膠的情況。
在實施例中，該透明層是基底層，具有具有向前或面向外部之表面以使該藍寶石層附著從而形成多層合成物。該次表面層可為較厚或較薄，取決於其目的。 例如，該次表面層可以比該藍寶石層相對厚得多，以提供改善後的強度，特別是當該藍寶石層具有小於約500公釐的厚度時。例如，該次表面層可以是厚度超過0.2公釐的玻璃，包括超過0.3公釐或0.4公釐，像是約0.3公釐到約1公釐之間。藉由結合較厚的次表面層和較薄的藍寶石層在以形成本發明之方法所述的蓋板，該合成物會保留該藍寶石所期望的表面特性，像是硬度和耐刮性以及抗污性，同時也利用次表面材料所期望的主體性質，像是良好的耐斷裂性和低成本。例如，在藍寶石-玻璃複合結構中，藍寶石會增強玻璃的抗裂性和抗刮性，對於藍寶石聚合材料複合物，該組合能夠承受更強的機械損傷，像是破裂。這樣的複合物不會危及蓋板的透明度。這些薄藍寶石層和透明基片的其他有利的組合也是可能的，並且可以由本領域中之習知技術人士中來確定，在本公開內容給予的好處下。
在其他實施例中，固定於藍寶石層的透明層是一外表面的塗層。因此，雖然該藍寶石層最好是該蓋板的外部層，以及包含蓋板之電子裝置的外部層，然而，抗反射和/或抗油性的塗層，或其它期望的外部透明層，也可以應用到藍寶石層。通常這外部的透明表面塗層之厚度是小於2公釐，像是在約0.001公釐到約1.5公釐之間。
用本發明之方法形成的蓋板可復包括至少一透明傳導氧化層。這是特別優選的，當所述蓋板被用在包含電容性觸控螢幕的電子裝置，而其中該觸控螢幕電子元件被集成到該蓋板。所用的蓋板包括由所發明之方法所 製成的藍寶石層且具有所期望的厚度，能促進電容性觸控螢幕經由簡單的集成到顯示器上。例如，電容性觸控螢幕結構通常由兩層透明傳導氧化物(TCO)組成，常被介電層隔開。該兩層透明傳導氧化物經由圖案化成為線路，第一層的線路垂直於第二層的線路，儘管其他的線路圖型是有可能的。這些線圖案的間距可約在0.1到10公釐之間(像6公釐)，而這些線圖案的寬度可約在0.2到6公釐之間(像是5.9公釐或1公釐)。介電層可以是玻璃層，或者，也可以是濺鍍薄膜，從而導致具有更薄的整體結構。本發明之電子裝置的蓋板可包含任何透明傳導氧化層的配置。
由本發明之方法製備的該蓋板的藍寶石層具有希望用在電子裝置的機械和物理性質。例如，在室溫下，超薄的藍寶石層優先具有至少700MPA的抗折強度，包括約在800MPA到1000MPA之間，抗斷強度(即，包含斷裂即刮傷的材料之耐斷裂性能力)超過1MPA，包括約在2到5MPA之間，努氏硬度約大於15GPa，包括約在17到20GPa之間，和/或維氏硬度大於約1000公斤/米，包括約在2000到3000公斤/米之間。該係數，像是楊氏係數，也類似於藍寶石的係數，一般約在300-400GPa之間，但可依據蓋板之特性(像是觸控靈敏度)而變化。
因此，本發明進一步涉及包含上述之蓋板的電子裝置。該電子裝置可為本領域中包含顯示器或顯示元件的任何已知裝置，像是移動式或攜帶式電子裝置，包括但不限於用於播放音樂和影片的電子影音播放器，如 mp3撥放器，行動電話(手機)，個人數位助理(PDA)，傳呼機，膝上型電腦，電子筆記本或平板電腦。該裝置的顯示元件可包括多個元件層，包括，例如視覺顯示層，像是液晶顯示螢幕和觸控感應層作為觸控螢幕的一部分用途。蓋板可被固定於裝置顯示元件的顯示表面、或可以為單獨的保護層放置或位在顯示元件上，且如果需要可於之後去除。
如上所述，已經證明本發明之方法被用於製造具有表面的藍寶石層，其表面較一開始被製備的初始藍寶石層更為平滑且更具光學上的透明。例如，初始藍寶石層被用於切割和線鋸成晶圓或藍寶石剛玉的一層或藍寶石剛玉的一部份，像是中芯圓柱部分。該層的厚度可使用本發明之方法藉由接觸試劑溶液來減少，如上文所述，而所得到的藍寶石層已被證明不僅具有較為平滑的最終表面(即，RaF小於Ra I )而且該藍寶石層已被證明相較於初始藍寶石層明顯更為透明。
因此，本發明之製造藍寶石層的方法也可以用在製造具有增加透明度的藍寶石物品，這是適用於廣泛的各種領域。作為一個特定的例子，當藍寶石物品被如上述那樣來製備，這是有利的且經常需要分析該物品為了確定在晶體中產生的缺陷。然而，檢測工具通常需要平滑的，拋光過的，和透明的表面了適當地確認晶體類型和缺陷。
因此，本發明進一步涉及製造藍寶石物品的方法，該方法包括下列步驟，提供初始藍寶石層具有厚 度與至少一表面，該初始藍寶石物品之表面具有平均表面粗糙度Ra I ；接著藉由使用試劑溶液接觸該初始藍寶石物品之表面，以減少該厚度，並製造出藍寶石物品。該藍寶石物品的厚度小於初始藍寶石物品的厚度，且復具有平均表面粗糙度為Ra F 的最終表面，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2。該藍寶石物品可具有各種不同的形狀和/或尺寸，以根據它的橫截面形狀定義的尺寸，而減少藍寶石物品的厚度的步驟是有關於那些橫截面中一個或多個面向。例如，該藍寶石物品可為藍寶石剛玉的一部份，像是藍寶石磚或被製備的中芯圓柱部分，例如，藉由對一大塊藍寶石剛玉進行線鋸或其他種切割成為藍寶石物品。在這個例子中，減少了厚度的步驟包括從所述的磚或圓柱芯之至少一個表面上除去藍寶石材料，包括，例如，端部表面。物品也可以是藍寶石剛玉。此外，藍寶石物品也可以是藍寶石層或層片，因此該方法是如同上文所述的方法。該方法的任一步驟，條件，和上述有關從初始藍寶石層製造出藍寶石層的元件也可用本方法去從初始藍寶石物品中製造藍寶石物品。
此外，本方法涉及到一種分析藍寶石物品的方法。該方法包括下列步驟，提供具有厚度和至少一表面的初始藍寶石物品，該初始藍寶石物品的表面具有平均表面粗糙度Ra I ；接著藉由用試劑溶液接觸該初始藍寶石物品之表面，以減少該厚度，並製造出藍寶石物品。該藍寶石物品的厚度小於初始藍寶石物品的厚度，且復具有平 均表面粗糙度為Ra F 的最終表面，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 是小於或等於0.2。該方法包括分析該藍寶石物品的步驟。因此，該方法包括使用上述之方法從初始藍寶石物品製造出藍寶石物品並分析所得到的藍寶石物品。該物品可為上文所述的任何一種，包括藍寶石磚，圓柱芯，或中間層。分析藍寶石物品的步驟可包括決定該物品至少一種特性，特別是一種依據或難以量測於該物品不透明時的特性。該分析步驟最好包括決定藍寶石物品的光學特性或結晶品質。
本發明先前所提到的優選實施例是為了說明和描述的目的，而並非窮盡或限制本發明所公開的形式。根據上述的教示，是有可能進行修改和變化，或從本發明的實際操作中獲得。該實施例的選擇和描述是為了解釋本發明及其實際應用的原理，從而使本領域的其他技術人員能夠利用本發明的各種實施例以及適用於各種所預期之特定用途的修改。本發明的範圍意在由所附的申請專利範圍及其均等形式所限定。
200‧‧‧本發明之減少藍寶石層厚度的方法
210‧‧‧提供初始藍寶石層
220‧‧‧用試劑溶液接觸該層
230‧‧‧細磨
240‧‧‧精細拋光

Claims (64)

  1. 一種製造藍寶石層的方法，包括以下步驟：i)提供初始藍寶石層，具有厚度與至少一表面，該初始藍寶石層的該表面具有平均表面粗糙度RaI，以及ii)藉由用試劑溶液接觸該表面以減少該初始藍寶石層的該厚度來製造該藍寶石層，其中，該藍寶石層具有小於該初始藍寶石層的該厚度的厚度，並且復具有最終表面，該最終表面具有平均表面粗糙度RaF，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之厚度小於約5毫米。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之厚度小於約2毫米。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之厚度小於約1毫米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之厚度從約0.4毫米到約0.8毫米。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該藍寶石層之厚度小於約2毫米。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該藍寶石層之厚度小於約1毫米。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該藍寶石 層之厚度小於約0.8毫米。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該藍寶石層之厚度從約0.35毫米到約0.75毫米。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之該厚度大於或等於約10公釐/小時的速率減少。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之該厚度大於或等於約20公釐/小時的速率減少。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之該厚度大於或等於約30公釐/小時的速率減少。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之該厚度在大於或等於約200℃的溫度減少。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之厚度在大於或等於約250℃的溫度減少。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之厚度在大於或等於300℃的溫度減少。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層之厚度在從約250℃到約350℃的溫度範圍間減少。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該試劑溶液包括硫酸。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該試劑溶 液包括磷酸。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中，該試劑溶液包括磷酸。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.1。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.05。
  22. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0。
  23. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層具有垂直於該表面的c軸方位。
  24. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層具有垂直於該表面的a軸方位。
  25. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該方法復包括研磨該最終表面的步驟。
  26. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層包括在長晶爐中製備的單結晶藍寶石。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中，該長晶爐係為具備熱交換方法的加熱爐。
  28. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該初始藍寶石層被一方法製備，該方法包括下列步驟：提供藍寶石的供體，該供體包含上表面；從該供體之該上表面植入離子劑量，以在該上表面之下形成分開面；以及 沿著該分開面從該供體剝開該初始藍寶石層。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之電子裝置，其中，該離子劑量包括氫離子。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之電子裝置，其中，該離子劑量包括氦離子。
  31. 一種製備蓋板的方法，該蓋板係被用於電子裝置且具有至少一透明顯示區域，該蓋板包括一層或多層藍寶石層，其中，該方法包括以下步驟：i)提供具有厚度與至少一表面的初始藍寶石層，該初始藍寶石層的該表面具有平均表面粗糙度RaI；以及ii)藉由用試劑溶液接觸該表面以減少該初始藍寶石層的該厚度來製造該藍寶石層，其中，該藍寶石層具有小於該初始藍寶石層的該厚度的厚度，並且復具有最終表面，該最終表面具有平均表面粗糙度RaF，且其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2；以及iii)形成包含該藍寶石層的該蓋板。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中，該方法復包括研磨該最終表面的步驟。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中，該蓋板係一獨立的藍寶石層。
  34. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中，該蓋板包括超過一層藍寶石層。
  35. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中，形成該蓋板的步驟包括結合該藍寶石層與至少一層附加層。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之方法，其中，該藍寶石層係為該蓋板之外表層。
  37. 如申請專利範圍第36項所述之方法，其中，該藍寶石層之最終表面係朝向外。
  38. 如申請專利範圍第35項所述之方法，其中，該附加層係為透明層。
  39. 如申請專利範圍第38項所述之方法，其中，該透明層係為具有前表面的次表面層，且其中，該藍寶石層係附在該次表面層的該前表面上。
  40. 如申請專利範圍第39項所述之方法，其中，該次表面層包括玻璃。
  41. 如申請專利範圍第40項所述之方法，其中，該玻璃係為鈉鈣玻璃。
  42. 如申請專利範圍第40項所述之方法，其中，該玻璃係為硼矽酸玻璃。
  43. 如申請專利範圍第40項所述之方法，其中，該玻璃係為鋁矽酸玻璃。
  44. 如申請專利範圍第43項所述之方法，其中，該鋁矽酸玻璃係為化學強化鹼性鋁矽酸玻璃。
  45. 如申請專利範圍第39項所述之方法，其中，該次表面層包含聚合材料。
  46. 如申請專利範圍第45項所述之方法，其中，該聚合材 料係為聚碳酸。
  47. 如申請專利範圍第45項所述之方法，其中，該聚合材料係為聚異丁烯酸。
  48. 如申請專利範圍第39項所述之方法，其中，該蓋板復包括透明導電氧化層，設置在該次表面層上。
  49. 如申請專利範圍第44項所述之方法，其中，該透明導電氧化層係位在該藍寶石層和該次表面層之間。
  50. 如申請專利範圍第48項所述之方法，其中，該透明導電氧化層係被圖案化。
  51. 如申請專利範圍第38項所述之方法，其中，該透明層係為外表面包覆層。
  52. 如申請專利範圍第51項所述之方法，其中，該外表面包覆層係為抗反射層。
  53. 如申請專利範圍第52項所述之方法，其中，該抗反射層之厚度從約0.01公釐到約1.5公釐。
  54. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中，該電子裝置是電子影音撥放器、行動電話、個人數位助理、傳呼機、平板電腦、膝上型電腦、或電子筆記本。
  55. 一種蓋板，用來使用在電子裝置上，且具有至少一透明顯示區域，其中，該蓋板包括至少一藍寶石層，且被一方法製備，該方法包含以下步驟：i)提供具有厚度與至少一表面的初始藍寶石層，該藍寶石層之該表面具有平均表面粗糙度Ra I ；以及ii)藉由用試劑溶液接觸該表面以減少該初始藍寶 石層的該厚度來製造藍寶石層，其中，該藍寶石層具有小於該初始藍寶石層的該厚度的厚度，並且復具有最終表面，該最終表面具有平均表面粗糙度RaF，且其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2；以及iii)形成包含該藍寶石層的該蓋板。
  56. 如申請專利範圍第55項所述之蓋板，其中，該電子裝置包括至少一顯示元件，該顯示元件具有顯示表面，且其中，該蓋板係附在該顯示表面上。
  57. 如申請專利範圍第55項所述之蓋板，其中，該電子裝置包括至少一顯示元件，該顯示元件具有顯示表面，且其中，該蓋板是可在該顯示表面的頂部移動的保護層。
  58. 如申請專利範圍第55項所述之蓋板，其中，該電子裝置是電子影音播放器、行動電話、個人數位助理、傳呼機、平板電腦、膝上型電腦、或電子筆記本。
  59. 如申請專利範圍第55項所述之蓋板，其中，該蓋板係獨立的藍寶石層。
  60. 一種電子裝置，包括具有至少一透明顯示區域的蓋板，該蓋板包括至少一藍寶石層，其中，該蓋板被一方法製備，該方法包含以下步驟：i)提供具有厚度與至少一表面的初始藍寶石層，該初始藍寶石層的該表面具有平均表面粗糙度RaI；以及ii)藉由用試劑溶液接觸該表面以減少該初始藍寶 石層的該厚度來製造該藍寶石層，其中，該藍寶石層具有小於該初始藍寶石層的該厚度的厚度，並且另具有最終表面，該最終表面具有平均表面粗糙度RaF，且其中，(Ra F -Ra I )/Ra I 小於或等於0.2；以及iii)形成包含該藍寶石層的該蓋板。
  61. 如申請專利範圍第60項所述之電子裝置，其中，該電子裝置復包括至少一顯示元件，該顯示元件具有顯示表面，且其中，該蓋板係附在該顯示表面上。
  62. 如申請專利範圍第60項所述之電子裝置，其中，該電子裝置復包括至少一顯示元件，該顯示元件具有顯示表面，且其中，該蓋板是可在該顯示表面的頂部移動的保護層。
  63. 如申請專利範圍第60項所述之電子裝置，其中，該電子裝置是電子影音播放器、行動電話、個人數位助理、傳呼機、平板電腦、膝上型電腦、或電子筆記本。
  64. 如申請專利範圍第60項所述之電子裝置，其中，該蓋板係獨立的藍寶石層。
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