TW201546007A - 玻璃結構之製造方法與設備 - Google Patents

Abstract

一種玻璃結構之製造方法，其包含下列步驟。提供玻璃基材。形成陶瓷前驅物層覆蓋在玻璃基材之表面上。對陶瓷前驅物層進行雷射回火處理，以將陶瓷前驅物層結晶化成陶瓷膜。

Description

玻璃結構之製造方法與設備

本發明是有關於一種玻璃處理技術，且特別是有關於一種玻璃結構之製造方法與設備。

由於觸控電子產品的興起，對於觸控螢幕之硬度與耐磨性的要求也日益嚴苛。為了提升觸控螢幕的硬度與耐磨性，目前有些觸控產品甚至採用藍寶石(sapphire)來取代玻璃作為觸控螢幕的保護蓋板。

以藍寶石來作為觸控螢幕的保護蓋板雖可有效提高觸控螢幕的硬度與耐磨性，但是藍寶石基材本身的價格高，會導致觸控螢幕的成本提高。再加上藍寶石基材的表面較為惰性，如此會增加後續例如印刷與鍍膜等製程的困難度，而導致製程成本的增加。因此，以藍寶石基材來作為觸控螢幕的保護蓋板會使得成本大幅提高，且因製程難度高，也會造成製程良率不佳。

因此，本發明之一目的就是在提供一種玻璃結構之製造方法與設備，其係在玻璃基材之表面上塗佈陶瓷膜前驅物，再對此層陶瓷膜前驅物進行雷射回火(laser annealing)，以使此層陶瓷膜前驅物結晶而形成陶瓷膜，如此一來，可有效提高玻璃結構之表面硬度。

本發明之另一目的是在提供一種玻璃結構之製造方法與設備，其可先以電漿清潔玻璃基材之表面，再塗佈陶瓷膜前驅物玻璃基材之表面上，如此可使陶瓷膜前驅物輕易滲入玻璃基材之表面的毛細孔中，藉此可增加由陶瓷膜前驅物所結晶而成之陶瓷膜與玻璃基材表面之間的接合面積，進而可增強陶瓷膜對玻璃表面的附著力，因此可進一步提升玻璃結構之表面強度。

本發明之再一目的是在提供一種玻璃結構之製造方法與設備，其可有效提高玻璃結構之表面強度，故此玻璃結構可用來作為觸控螢幕的保護蓋板，藉此可大幅降低觸控螢幕之製程難度，並可提升製程良率，且可降低基材與製程成本。

根據本發明之上述目的，提出一種玻璃結構之製造方法，其包含下列步驟。提供玻璃基材。形成陶瓷前驅物層覆蓋在玻璃基材之表面上。對陶瓷前驅物層進行雷射回火處理，以將陶瓷前驅物層結晶化成陶瓷膜。

依據本發明之一實施例，於進行雷射回火處理之步驟前，上述玻璃結構之製造方法更包含對玻璃基材之表面進行電漿處理，以清潔玻璃基材之此表面之毛細孔。

依據本發明之另一實施例，上述形成陶瓷前驅物層之步驟包含使陶瓷前驅物層滲入毛細孔中。

依據本發明之又一實施例，上述形成陶瓷前驅物層 之步驟包含利用噴塗(spray coating)方式、浸潤塗佈(dip coating)方式、或噴墨塗佈(inkjet printing)方式。

依據本發明之再一實施例，上述之陶瓷前驅物層之材料包含金屬、金屬氧化物、金屬碳氧化物、金屬碳化物、及/或其混合物。

依據本發明之再一實施例，上述之陶瓷前驅物層之材料包含主成分與副成分，主成分包含氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、及/或氧化鎂，且副成分包含鐵、鈦、錳、鉛或稀土元素。

依據本發明之再一實施例，上述形成陶瓷前驅物層之步驟包含數個形成緻密陶瓷前驅物薄膜之步驟，每一形成緻密陶瓷前驅物薄膜之步驟包含形成陶瓷前驅物薄膜、以及對陶瓷前驅物薄膜進行預烘烤步驟，以形成緻密陶瓷前驅物薄膜。

根據本發明之上述目的，更提出一種玻璃結構之製造設備。此玻璃結構之製造設備包含傳送機構、塗佈裝置以及雷射回火裝置。傳送機構適用以傳送玻璃基材。塗佈裝置設於傳送機構之上方，且適用以形成陶瓷前驅物層於玻璃基材之表面上。雷射回火裝置設於傳送機構之上方，且適用以對玻璃基材之表面上之陶瓷前驅物層進行雷射回火處理。

依據本發明之一實施例，上述玻璃結構之製造設備更包含電漿裝置。此電漿裝置設於傳送機構之上方，且適用以在陶瓷前驅物層塗佈於玻璃基材之表面上之前，對玻 璃基材之表面進行電漿處理。

依據本發明之另一實施例，上述之塗佈裝置包含塗佈單元以及烘烤單元。塗佈單元適用以塗佈陶瓷前驅物薄膜於玻璃基材之表面上。烘烤單元適用以對陶瓷前驅物薄膜進行預烘烤處理。

100‧‧‧玻璃結構之製造設備

102‧‧‧傳送機構

104‧‧‧滾輪

106‧‧‧輸送帶

108‧‧‧玻璃基材

110‧‧‧表面

112‧‧‧電漿裝置

114‧‧‧塗佈裝置

116‧‧‧塗佈單元

118‧‧‧烘烤單元

120‧‧‧雷射回火裝置

122‧‧‧方向

124‧‧‧放大部分

126‧‧‧毛細孔

128‧‧‧陶瓷前驅物層

130‧‧‧陶瓷膜

131‧‧‧玻璃結構

132‧‧‧放大部分

134‧‧‧陶瓷前驅物薄膜

136‧‧‧緻密陶瓷前驅物薄膜

138‧‧‧陶瓷前驅物薄膜

140‧‧‧緻密陶瓷前驅物薄膜

142‧‧‧陶瓷前驅物層

144‧‧‧陶瓷膜

146‧‧‧玻璃結構

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種玻璃結構之製造設備的裝置示意圖。

第2A圖至第2D圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種玻璃結構之製造方法的流程剖面圖。

第3A圖至第3G圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種玻璃結構之製造方法的流程剖面圖。

有鑑於一般玻璃之表面的硬度與耐磨性已無法滿足現今觸控螢幕的要求，而藍寶石基材的採用又會增加觸控螢幕製作的困難度與成本大幅增加。因此，本案之實施方式提出玻璃結構之製造方法與方法，可在兼顧製程實施與成本的情況下，製作出硬度與耐磨性均滿足觸控螢幕要求的玻璃結構。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種玻璃結構之製造設備的裝置示意圖。在本實施方式 中，玻璃結構之製造設備100主要包含傳送機構102、塗佈裝置114以及雷射回火裝置120。傳送機構102適用以傳送一或多個用來製作玻璃結構之玻璃基材108，以使玻璃基材108沿著方向122移動。傳送機構102可由一輸送帶106與數個滾輪104所組成。在另一些例子中，傳送機構102可僅包含一輸送帶106而無滾輪104的設計。在又一些例子中，傳送機構102可僅包含數個滾輪104而無輸送帶106的設計。此外，傳送機構102可為連續式傳動機構或寸動式傳動機構。

塗佈裝置114設置在傳送機構102的上方。當傳送機構102將玻璃基材108傳送至塗佈裝置114下方時，可利用塗佈裝置114在玻璃基材108之表面110上形成陶瓷前驅物層128(請先參照第2C圖所示)。當傳送機構102採用寸動式傳動機構時，由於傳送機構102係以固定之步進距離前進後，停頓一預設時間再繼續步進，因此可減少塗佈裝置114所使用之陶瓷前驅物的量。在一些例子中，如第1圖所示，塗佈裝置114包含一塗佈單元116與一烘烤單元118。塗佈單元116可用以在玻璃基材108之表面110上塗佈陶瓷前驅物薄膜。烘烤單元118設置在塗佈單元116之後，以對玻璃基材108之表面110上所塗佈之陶瓷前驅物薄膜進行預烘烤處理，來緻密化此陶瓷前驅物薄膜。在另一些例子中，塗佈裝置114可包含多個塗佈單元116與多個烘烤單元118，這些塗佈單元116與烘烤單元118順著方向122交替排列，以在玻璃基材108之表面110上依序 進行多次的陶瓷前驅物薄膜塗佈與預烘烤處理。

在一些實施例中，玻璃結構之製造設備100更包含電漿裝置112，此電漿裝置112設置在傳送機構102之上方，且位於塗佈裝置114之前。電漿裝置112可用以在塗佈裝置114將陶瓷前驅物層128(請先參照第2C圖所示)塗佈於玻璃基材108之表面110上之前，先對玻璃基材108之此一表面110進行電漿處理，來清潔及/或活化玻璃基材108之表面110。在一些例子中，電漿裝置112對玻璃基材108之表面110所進行之電漿處理可清潔表面110之毛細孔。此外，電漿裝置112所採用之反應氣體可為空氣、氮氣、氬氣或氦氣，或者氮氣、氬氣或氦氣混合微量空氣、氧氣或氫氣。在一些示範例子中，電漿裝置112可例如為常壓電漿裝置，且可包含陣列噴射式電漿源、旋轉噴射式電漿源、絕緣障蔽式放電(dielectric barrier discharge，DBD)電漿源或高週波(radio frequency，RF)電漿源。

雷射回火裝置120同樣設於傳送機構102之上方，但位於塗佈裝置114之後方。雷射回火裝置120可用以對玻璃基材108之表面110上之陶瓷前驅物層128進行雷射回火處理，藉以使陶瓷前驅物層128結晶而形成陶瓷膜130(請先參照第2D圖所示)。

在本發明之一實施方式中，玻璃結構之製造方法可在玻璃結構之製造設備100中實施。請一併參照第1圖與第2A圖至第2D圖，其中第2A圖至第2D圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種玻璃結構之製造方法的流程剖面 圖。在本實施方式中，製造如第2D圖所示之玻璃結構131時，可先提供如第2A圖所示之玻璃基材108，並將此玻璃基材108放置在載送裝置上，例如第1圖所示之玻璃結構之製造設備100之傳送機構102。傳送機構102可順著方向122，將玻璃基材108往前載送。

在一些實施例中，傳送機構102將玻璃基材108載送至塗佈裝置114下方時，可直接利用塗佈裝置114在玻璃基材108之表面110上形成陶瓷前驅物層128，如第2C圖所示。在這些實施例中，請再次參照第1圖，可利用塗佈裝置114之塗佈單元116以噴塗方式或噴墨塗佈方式，先在玻璃基材108之表面110上塗佈一層陶瓷前驅物薄膜，接著利用塗佈裝置114之烘烤單元118來對此陶瓷前驅物薄膜進行預烘烤，藉以使此陶瓷前驅物薄膜緻密化，而形成陶瓷前驅物層128。在另一些實施例中，可利用浸潤塗佈方式，先在玻璃基材108之表面110上塗佈一層陶瓷前驅物薄膜，而後同樣利用烘烤單元118來對此陶瓷前驅物薄膜進行預烘烤，使此陶瓷前驅物薄膜緻密化而形成陶瓷前驅物層128。在一些示範例子中，對陶瓷前驅物薄膜之預烘烤處理的溫度可例如控制在100℃至400℃。

陶瓷前驅物層128之材料可例如包含金屬、金屬氧化物、金屬碳氧化物、金屬碳化物、及/或其混合物。這些混合物可例如為液相混合物或溶液。在一些示範例子中，陶瓷前驅物層128之材料可包含主成分與副成分，即陶瓷前驅物層128之材料包含含量較多的主成分以及少量的副 成分，其中主成分包含氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、及/或氧化鎂，且少量的副成分包含鐵、鈦、錳、鉛或稀土元素。

在另一些實施例中，如第2B圖之放大部分124所示，玻璃基材108之表面110具有許多的毛細孔126。因此，可在玻璃基材108之表面110上塗佈陶瓷前驅物層128之前，即以傳送機構102將玻璃基材108載送至塗佈裝置114前之電漿裝置112之下方時，先利用電漿裝置112對玻璃基材108之表面110進行電漿處理，藉以清潔及/或活化玻璃基材108之表面110。在電漿處理中，可清除玻璃基材108之表面110之毛細孔126中的汙染物。此外，電漿處理也可以在玻璃基材108之表面110上形成特定之官能基，藉此可活化玻璃基材108之表面110，以利後續塗佈之陶瓷前驅物層128可與表面110較為緊密的接合。在一示範例子中，電漿裝置112所採用之反應氣體可為空氣、氮氣、氬氣或氦氣，或者氮氣、氬氣或氦氣混合微量空氣、氧氣或氫氣。

在這樣的實施例中，於塗佈陶瓷前驅物層128前，先清潔玻璃基材108之表面110的毛細孔126，如此可在塗佈陶瓷前驅物層128時，使陶瓷前驅物層128滲入這些毛細孔126中。因此，可增加陶瓷前驅物層128與玻璃基材108之表面110之間的接合面積，而可增強陶瓷前驅物層128對玻璃基材108之表面110的附著力。

完成陶瓷前驅物層128的塗佈後，如第1圖所示，利用傳送機構102將玻璃基材108繼續沿著方向122往前 載送至雷射回火裝置120之下方。此時，利用雷射回火裝置120對玻璃基材108之表面110上的陶瓷前驅物層128進行雷射回火處理，以利用雷射所提供之熱量來使陶瓷前驅物層128結晶，而轉變成陶瓷膜130。在一些示範例子中，雷射回火處理之功率可控制在50mj/cm²至800mj/cm²。至此，如第2D圖所示，已完成包含互相堆疊之玻璃基材108與陶瓷膜130之玻璃結構131的製作。

藉由在玻璃基材108之表面110上塗佈陶瓷膜前驅物層128，再利用雷射回火處理來使此陶瓷膜前驅物層128結晶而形成陶瓷膜130，可使所形成之玻璃結構131具有相當高的表面硬度與耐磨性。此外，由於陶瓷前驅物層128滲入玻璃基材108之表面110的毛細孔126中，因此由陶瓷前驅物層128所結晶形成之陶瓷膜130嵌入表面110之毛細孔126中，而可提高陶瓷膜130對表面110的附著力，進而可提升玻璃結構131之表面強度。由於玻璃結構131的表面硬度與耐磨性高，因此玻璃結構131可應用來製作觸控螢幕的保護蓋板，達到降低觸控螢幕之製程難度、提升製程良率、以及降低基材與製程成本的目的。

請一併參照第1圖與第3A圖至第3G圖，其中第3A圖至第3G圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種玻璃結構之製造方法的流程剖面圖。在本實施方式中，製造如第3G圖所示之玻璃結構146時，可先提供如第2A圖與第3A圖所示之玻璃基材108，並將此玻璃基材108放置在載送裝置上，例如第1圖所示之玻璃結構之製造設備100 之傳送機構102。傳送機構102可順著方向122，將玻璃基材108往前載送。

在一些實施例中，如第3B圖之放大部分132所示，玻璃基材108之表面110具有許多的毛細孔126。因此，可在玻璃基材108之表面110上進行塗佈之前，利用傳送機構102將玻璃基材108載送至塗佈裝置114前之電漿裝置112之下方時，以先利用電漿裝置112對玻璃基材108之表面110進行電漿處理，藉以清潔及/或活化玻璃基材108之表面110。在電漿處理中，除了可清除玻璃基材108之表面110之毛細孔126中的汙染物，亦可在玻璃基材108之表面110上形成特定之官能基，藉此可活化玻璃基材108之表面110，以利後續塗佈之陶瓷前驅物薄膜134(請先參照第3C圖)可與表面110較為緊密的接合。在一示範例子中，電漿裝置112所採用之反應氣體可為空氣、氮氣、氬氣或氦氣，或者氮氣、氬氣或氦氣混合微量空氣、氧氣或氫。

在另一些實施例中，亦可省略電漿處理程序，而直接進行陶瓷前驅物的塗佈。在這些實施例中，傳送機構102將玻璃基材108載送至塗佈裝置114下方時，可直接利用塗佈裝置114在玻璃基材108之表面110上進行塗佈。在本實施方式中，係對玻璃基材108之表面110上依序進行多次的陶瓷前驅物薄膜塗佈與預烘烤處理。請再次參照第1圖，利用塗佈裝置114之塗佈單元116以噴塗方式或噴墨塗佈方式，先在玻璃基材108之表面110上塗佈一層陶瓷前驅物薄膜134，如第3C圖所示。接著，利用塗佈裝置114 之烘烤單元118來對陶瓷前驅物薄膜134進行預烘烤，藉以緻密化陶瓷前驅物薄膜134，而形成緻密陶瓷前驅物薄膜136，如第3D圖所示。

隨後，再次利用塗佈單元116，在緻密陶瓷前驅物薄膜136上塗佈另一層陶瓷前驅物薄膜138，如第3E圖所示。接著，利用烘烤單元118來對陶瓷前驅物薄膜138進行預烘烤，藉以緻密化陶瓷前驅物薄膜138，而形成緻密陶瓷前驅物薄膜140。如此，如第3F圖所示，可在玻璃基材108之表面110上形成由緻密陶瓷前驅物薄膜136與140堆疊而成之陶瓷前驅物層142。上述實施例係以形成二緻密陶瓷前驅物薄膜136與140舉例說明，然本實施方式形成陶瓷前驅物之步驟可包含二道以上形成緻密陶瓷前驅物薄膜之步驟，每一道形成緻密陶瓷前驅物薄膜之步驟均包含塗佈陶瓷前驅物薄膜與預烘烤步驟。

在一些示範例子中，對陶瓷前驅物薄膜134與138之預烘烤處理的溫度可例如控制在100℃至400℃。此外，除了噴塗方式或噴墨塗佈方式之外，亦可利用浸潤塗佈方式進行陶瓷前驅物薄膜134與138之塗佈。

同樣地，陶瓷前驅物層142之材料可例如包含金屬、金屬氧化物、金屬碳氧化物、金屬碳化物、及/或其混合物。這些混合物可例如為液相混合物或溶液。在一些示範例子中，陶瓷前驅物層142之材料可包含主成分與副成分，即陶瓷前驅物層142之材料包含含量較多的主成分以及少量的副成分，其中主成分包含氧化矽、氧化鋁、氧化 鈣、及/或氧化鎂，且少量的副成分包含鐵、鈦、錳、鉛或稀土元素。

於塗佈陶瓷前驅物層142前，先清潔玻璃基材108之表面110的毛細孔126，可在塗佈陶瓷前驅物薄膜134時，使陶瓷前驅物薄膜134滲入這些毛細孔126中。因此，可增加陶瓷前驅物薄膜134與玻璃基材108之表面110之間的接合面積，而可增強陶瓷前驅物薄膜134對玻璃基材108之表面110的附著力。

完成陶瓷前驅物層140的製作後，如第1圖所示，利用傳送機構102將玻璃基材108繼續沿著方向122往前載送至雷射回火裝置120之下方。此時，利用雷射回火裝置120對玻璃基材108之表面110上的陶瓷前驅物層140進行雷射回火處理，以利用雷射所提供之熱量來使陶瓷前驅物層140結晶，而轉變成陶瓷膜144。在一些示範例子中，雷射回火處理之功率可控制在50mj/cm²至800mj/cm²。至此，如第3G圖所示，已完成包含互相堆疊之玻璃基材108與陶瓷膜144之玻璃結構146的製作。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明係在玻璃基材之表面上塗佈陶瓷膜前驅物，再對此層陶瓷膜前驅物進行雷射回火，以使此層陶瓷膜前驅物結晶而形成陶瓷膜，因此可有效提高玻璃結構之表面硬度。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明可先以電漿清潔玻璃基材之表面，再塗佈陶瓷膜前驅物玻璃基材之表面上，如此可使陶瓷膜前驅物輕易滲 入玻璃基材之表面的毛細孔中，藉此可增加由陶瓷膜前驅物所結晶而成之陶瓷膜與玻璃基材表面之間的接合面積，進而可增強陶瓷膜對玻璃表面的附著力，因此可進一步提升玻璃結構之表面強度。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明可有效提高玻璃結構之表面強度，故此玻璃結構可用來作為觸控螢幕的保護蓋板，藉此可大幅降低觸控螢幕之製程難度，並可提升製程良率，且可降低基材與製程成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

108‧‧‧玻璃基材

110‧‧‧表面

130‧‧‧陶瓷膜

131‧‧‧玻璃結構

Claims (10)

1. 一種玻璃結構之製造方法，包含：提供一玻璃基材；形成一陶瓷前驅物層覆蓋在該玻璃基材之一表面上；以及對該陶瓷前驅物層進行一雷射回火處理，以將該陶瓷前驅物層結晶化成一陶瓷膜。
2. 如請求項1所述之玻璃結構之製造方法，於進行該雷射回火處理之步驟前，更包含對該玻璃基材之該表面進行一電漿處理，以清潔該玻璃基材之該表面之複數個毛細孔。
3. 如請求項2所述之玻璃結構之製造方法，其中形成該陶瓷前驅物層之步驟包含使該陶瓷前驅物層滲入該些毛細孔中。
4. 如請求項1所述之玻璃結構之製造方法，其中形成該陶瓷前驅物層之步驟包含利用一噴塗方式、一浸潤塗佈方式、或一噴墨塗佈方式。
5. 如請求項1所述之玻璃結構之製造方法，其中該陶瓷前驅物層之材料包含金屬、金屬氧化物、金屬碳氧化物、金屬碳化物、及/或其混合物。
6. 如請求項1所述之玻璃結構之製造方法，其中該陶瓷前驅物層之材料包含一主成分與一副成分，該主成分包含 氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、及/或氧化鎂，且該副成分包含鐵、鈦、錳、鉛或稀土元素。
7. 如請求項1所述之玻璃結構之製造方法，其中形成該陶瓷前驅物層之步驟包含複數個形成一緻密陶瓷前驅物薄膜之步驟，每一該些形成該緻密陶瓷前驅物薄膜之步驟包含：形成一陶瓷前驅物薄膜；以及對該陶瓷前驅物薄膜進行一預烘烤步驟，以形成該緻密陶瓷前驅物薄膜。
8. 一種玻璃結構之製造設備，包含：一傳送機構，適用以傳送一玻璃基材；一塗佈裝置，設於該傳送機構之上方，且適用以形成一陶瓷前驅物層於該玻璃基材之一表面上；以及一雷射回火裝置，設於該傳送機構之上方，且適用以對該玻璃基材之該表面上之該陶瓷前驅物層進行一雷射回火處理。
9. 如請求項8所述之玻璃結構之製造設備，更包含一電漿裝置，設於該傳送機構之上方，且適用以在該陶瓷前驅物層塗佈於該玻璃基材之該表面上之前，對該玻璃基材之該表面進行一電漿處理。
10. 如請求項8所述之玻璃結構之製造設備，其中該塗佈裝置包含： 一塗佈單元，適用以塗佈一陶瓷前驅物薄膜於該玻璃基材之該表面上；以及一烘烤單元，適用以對該陶瓷前驅物薄膜進行一預烘烤處理。