TW201606113A - 藍寶石基板之強化方法、藍寶石基板結構及電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種藍寶石基板結構，包括一藍寶石基板以及一第一填充層。藍寶石基板具有至少一微裂縫。第一填充層位於藍寶石基板之微裂縫內，用以增加藍寶石基板之結構強度。

Description

藍寶石基板之強化方法、藍寶石基板結構及電子裝置

本發明係關於一種藍寶石基板之強化方法、藍寶石基板結構及電子裝置，尤指一種將填充層填入藍寶石基板之微裂縫之藍寶石基板之強化方法與藍寶石基板結構以及使用藍寶石基板結構之電子裝置。

藍寶石基板之材料為單晶氧化鋁，其具有高硬度特性，因此目前已廣泛地被應用在觸控面板與穿戴式電子產品例如手錶的保護蓋。單晶氧化鋁由於具有高熔點，無法利用熱成型的方式製作出所需的外型，故一般對於藍寶石基板的外型加工主要仍採用機械切削方式，然而由於單晶氧化鋁是硬脆物質，故在機械切削的過程中無法避免地會使得藍寶石基板的加工面上產生微裂縫，而減低了藍寶石基板的結構強度。一般而言，為了減少微裂縫對於結構強度的不良影響，後續會對藍寶石基板進行研磨，以降低加工面的表面粗糙度，但研磨無法完全移除微裂縫，僅能微幅地降低微裂縫的平均深度，因此對於結構強度的恢復效果並不顯著，也造成了藍寶石基板的應用受到了一定的限制。

本發明之目的之一在於提供一種藍寶石基板之強化方法、一種具有高結構強度的藍寶石基板結構，以及一種使用藍寶石基板結構之電子裝置。

本發明之一實施例提供一種藍寶石基板結構，包括一藍寶石基板以及一第一填充層。藍寶石基板具有至少一微裂縫。第一填充層位於藍寶石基板之微裂縫內。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中該第一填充層係為一結晶填充層。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中該第一填充層包括一填充薄膜。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中該第一填充層之材料包括氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，另包括一第二填充層，位於藍寶石基板之微裂縫內並設置於第一填充層上，其中第一填充層與第二填充層實質上填滿藍寶石基板之微裂縫。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中第二填充層包括一結晶填充。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中該第二填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中第二填充層包括一結晶填充層或一非結晶填充層。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中第二填充層之材料包括非晶氧化鋁(Al₂O₃)、非晶氧化鋅(ZnO)、非晶氧化鉻(Cr₂O₃)、非晶氧化鎵(Ga₂O₃)或非晶氧化鐵(Fe₂O₃)

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中第一填充層實質上填滿藍寶石基板之微裂縫。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中第一填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。

本發明之另一實施例提供一種電子裝置，包括上述藍寶石基板結構，以及一電子元件設置於藍寶石基板結構上。

本發明之另一實施例提供一種電子裝置，其中藍寶石基板結構係為電子裝置之一基板、一蓋板或一保護蓋。

本發明之另一實施例提供一種電子裝置，其中藍寶石基板結構具有一透光區以及一裝飾區，裝飾區位於透光區之至少一側，以及一裝飾結構設置於藍寶石基板結構上且位於裝飾區。

本發明之另一實施例提供一種電子裝置，更包括一遮光層，其中裝飾結構至少部份設置於遮光層與藍寶石基板結構之間。

本發明之另一實施例提供一種電子裝置，其中電子元件設置於藍寶石基板結構上，且至少位於透光區。

本發明之另一實施例提供一種電子裝置，更包括一基板，其中電子元件設置於基板上。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，包括下列步驟。提供一藍寶石基板，其中藍寶石基板具有至少一微裂縫。於藍寶石基板之微裂縫內形成一第一填充層。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第一填充層係為一結晶填充層。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第一填充層包括一填充薄膜。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第一填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第一填充層係利用一原子層沉積製程形成。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中形成第一填充層之步驟包括：於藍寶石基板之微裂縫內形成一金屬層；以及氧化金屬層以形成第一填充層。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，另包括於藍寶石基板之微裂縫內之第一填充層上形成一第二填充層，其中第一填充層 與第二填充層實質上填滿藍寶石基板之微裂縫。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第二填充層包括一結晶填充層。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第二填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第二填充層包括一非結晶填充層。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板結構，其中第二填充層之材料包括非晶氧化鋁(Al₂O₃)、非晶氧化鋅(ZnO)、非晶氧化鉻(Cr₂O₃)、非晶氧化鎵(Ga₂O₃)或非晶氧化鐵(Fe₂O₃)

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第二填充層係利用一溶膠-凝膠(Sol-Gel)製程形成。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第一填充層實質上填滿藍寶石基板之微裂縫。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第一填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。

本發明之另一實施例提供一種藍寶石基板之強化方法，其中第一 填充層係利用一溶膠-凝膠(Sol-Gel)製程形成。

本發明之藍寶石基板之強化方法利用填充層填補微裂縫，可提升藍寶石基板的結構強度。

10‧‧‧藍寶石基板

12‧‧‧微裂縫

σ‧‧‧藍寶石基板的平均應力

a‧‧‧微裂縫的深度

1‧‧‧藍寶石基板結構

16‧‧‧第二填充層

2‧‧‧藍寶石基板結構

3‧‧‧藍寶石基板結構

100‧‧‧電子裝置

110‧‧‧藍寶石基板結構

130‧‧‧基板

101‧‧‧電子裝置

110T‧‧‧透光區

110P‧‧‧裝飾區

111‧‧‧裝飾結構

112‧‧‧遮光層

Z‧‧‧投影方向

20,22,24‧‧‧步驟

30,32,34‧‧‧步驟

40,42,44,46,48‧‧‧步驟

50,52,54,56‧‧‧步驟

60,62,64,66,68‧‧‧步驟

70,72‧‧‧步驟

第1圖與第2圖繪示了本發明之第一實施例之藍寶石基板之強化方法示意圖。

第3圖繪示了本發明之第一實施例之範例1之藍寶石基板之強化方法的流程圖。

第4圖繪示了本發明之第一實施例之範例2之藍寶石基板之強化方法的流程圖。

第5圖繪示了本發明之第二實施例之藍寶石基板之強化方法示意圖。

第6圖繪示了本發明之第二實施例之範例1之藍寶石基板之強化方法的流程圖。

第7圖繪示了本發明之第二實施例之範例2之藍寶石基板之強化方法的流程圖。

第8圖繪示了本發明之第二實施例之範例3之藍寶石基板之強化方法的流程圖。

第9圖繪示了本發明之第二實施例之範例4之藍寶石基板之強化方法的流程圖。

第10圖繪示了本發明之第三實施例之藍寶石基板之強化方法示意圖。

第11圖繪示了本發明之第三實施例之範例1之藍寶石基板之強化方法的流程圖。

第12圖繪示了本發明之第一實施例之電子裝置之示意圖。

第13圖繪示了本發明之第二實施例之電子裝置之示意圖。

為使熟悉本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第1圖與第2圖。第1圖與第2圖繪示了本發明之第一實施例之藍寶石基板之強化方法示意圖。如第1圖所示，首先提供一藍寶石(sapphire)基板10，其中藍寶石基板10之材料為單晶氧化鋁(monocrystalline aluminum oxide)，其具有透光及高硬度特性。接著，對藍寶石基板10進行一機械切削加工製程，以使藍寶石基板10具有預定的形狀，例如使藍寶石基板10具有平整的表面以及平整的邊緣，或具有平整的表面與弧形的邊緣，或是具有弧形的表面，但不以此為限。由於單晶氧化鋁是硬脆物質，故在機械切削加工製程的過程中無法避免地會使得藍寶石基板10的表面產生微裂縫(micro crack)12。在圖式中，為了方便說明僅繪示出單一個微裂縫12作為示意。隨後，可對藍寶石基板10的表面進行一研磨製程，以降低表面粗糙度，但由於研磨製程無法完全移除微裂縫12，僅能微幅地降低微裂縫的平均深度，因此在研磨製程後藍寶石基板10的表面仍會存在微裂縫12。一般而言，在研磨製程之後，微裂縫12的深度約介於數十至數百微米之間，在此狀況下，微裂縫12的存在確實會使得藍寶石基板10的結構強度降低。

如第2圖所示，接著於藍寶石基板10之微裂縫12內形成一第一填充層14，以提升藍寶石基板10的結構強度，製作出本實施例之藍寶石基板結構1。在本實施例中，第一填充層14實質上可為一共形(conformal)填充層，也就是說第一填充層14與位於其下的藍寶石基板10與微裂縫12具有相同的表面角度，但不以此為限。舉例而言，第一填充層14可包括一填充薄膜，沿著藍寶石基板10與微裂縫12的表面形狀堆積而具有與微裂縫12實質上相 同或相似形狀的薄膜。舉例而言，第一填充層14在對應於微裂縫12之尖端的部分通常具有較平滑的角度，而微裂縫12之尖端則具有較尖銳的角度。

也就是說，第一填充層14實質上具有約略一致的厚度，其覆蓋於微裂縫12的表面與藍寶石基板10的表面，但未填滿整個微裂縫12。第一填充層14係為一結晶填充層，且第一填充層14之材料例如可包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)、結晶氧化鐵(Fe₂O₃)或其它與藍寶石基板10具有相似的晶格排列的結晶材料。第一填充層14之材料較佳可選用與藍寶石基板10相同的材料，亦即氧化鋁，且兩者之材料較佳具有相同的結晶狀態，例如單晶氧化鋁，但不以此為限。舉例而言。第一填充層14之材料亦可為多晶氧化鋁、單晶或多晶之氧化鋅、單晶或多晶之氧化鉻、單晶或多晶之氧化鎵、單晶或多晶之氧化鐵(Fe₂O₃)，或其它具有六方最密堆積(hexagonal close-packing,HCP)排列的結晶材料，其中上述結晶材料的結晶狀態可包括單晶、多晶、微晶或奈米晶等。此外，第一填充層14的厚度實質上約介於5奈米至1微米之間，但不以此為限。

式(1)為格里菲思(Griffith)提出的應力、微裂縫之深度與微裂縫之曲率半徑之關係式。

其中σ_m為微裂縫之尖端承受的應力；σ為藍寶石基板的平均應力；a為微裂縫的深度；以及r為微裂縫的曲率半徑。

如第1圖所示，在形成第一填充層14之前，微裂縫12的曲率半 徑為r1；如第2圖所示，在形成第一填充層14之後，微裂縫12的曲率半徑為r2。由於第一填充層14的存在會使得微裂縫12的尖端平滑化，因此r2>r1，根據上式(1)可以得到形成第一填充層14之後的微裂縫12之尖端承受的應力σ_m2小於形成第一填充層14之前的微裂縫12之尖端承受的應力σ_m1的結果，亦即：

由上述可知，於微裂縫12內形成第一填充層14確實可以減少微裂縫12之尖端承受的應力，而可有效強化藍寶石基板10的結構強度。

範例1

請參考第3圖，並一併參考第1圖與第2圖。第3圖繪示了本發明之第一實施例之範例1之藍寶石基板之強化方法的流程圖。如第3圖所示，範例1之藍寶石基板之強化方法包括下列步驟：步驟20：提供藍寶石基板10；步驟22：進行一原子層沉積(atomic layer deposition)製程，於藍寶石基板10之微裂縫12內形成第一填充層14；以及步驟24：對第一填充層14進行一退火製程。

範例1使用原子層沉積製程形成第一填充層14，藉此第一填充層14具有良好的薄膜覆蓋性可以鑽進微裂縫12的尖端以提供良好的填補效果，且第一填充層14也具有良好緻密性，可以提升結構強化效果。退火製程的作用在於改變第一填充層14的結晶狀態，使得第一填充層14的結晶狀態與藍寶石基板10的結晶狀態相同，亦即使得第一填充層14的結晶狀態與藍寶石基板10的結晶狀態均為單晶(例如單晶氧化鋁)，或者是使第一填充層14的結晶狀態為多晶(Poly)。另外，退火製程還具有排除第一填充層14內之雜質例 如碳原子與氫原子的作用。在範例1中，退火製程可選用例如快速熱製程(rapid thermal process)，其製程溫度約可介於300℃至1100℃之間例如約950℃，且加熱時間約可介於60秒至1800秒之間，但不以此為限。快速熱製程的製程溫度與加熱時間可依據藍寶石基板10的厚度加以調整，例如藍寶石基板10的厚度愈厚，則快速熱製程加熱時間愈長。

範例2

請參考第4圖，並一併參考第1圖與第2圖。第4圖繪示了本發明之第一實施例之範例2之藍寶石基板之強化方法的流程圖。如第4圖所示，範例2之藍寶石基板之強化方法包括下列步驟：步驟30：提供藍寶石基板10；步驟32：於藍寶石基板10之微裂縫12內形成一金屬層；以及步驟34：進行一氧化製程將金屬層氧化，以形成第一填充層14。

範例2係先形成金屬層再利用氧化製程對金屬進行氧化形成第一填充層。金屬層較佳係以物理氣相沉積製程例如蒸鍍製程形成於藍寶石基板10之微裂縫12內。金屬層的氧化可藉由在含氧或富氧環境下進行一退火製程來實現。舉例而言，若金屬層之材料係選用鋁金屬，則在退火製程後形成的第一填充層14即為一氧化鋁層。退火製程除了可使鋁產生氧化而形成氧化鋁之外，退火製程還可以用在於改變第一填充層14的結晶狀態，使得第一填充層14的結晶狀態與藍寶石基板10的結晶狀態均為單晶(亦即單晶氧化鋁)，或者是使第一填充層14的結晶狀態為多晶(Poly)。範例2之金屬層之材料並不限定為鋁，可視欲形成之第一填充層14之材料加以變更，例如為鋅、鉻、鎵、鐵或其它金屬。

請參考第5圖。第5圖繪示了本發明之第二實施例之藍寶石基板 之強化方法示意圖。第二實施例之藍寶石基板之強化方法係接續第一實施例之藍寶石基板之強化方法後進行。如第5圖所示，在藍寶石基板10之微裂縫12內形成第一填充層14之後，接著在於藍寶石基板10之微裂縫12內之第一填充層14上形成一第二填充層16，製作出本實施例之藍寶石基板結構2。在本實施例中，第一填充層14可為一填充薄膜，且第一填充層14與第二填充層16實質上填滿藍寶石基板10之微裂縫12。第一填充層14包括一結晶填充層，且第一填充層之材料可如前述實施例所示之任一種。本實施例之第二填充層16也包括一結晶填充層，也就是說第一填充層14與第二填充層16均可為一結晶填充層，且第二填充層16之材料例如可包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)、結晶氧化鐵(Fe₂O₃)或其它與藍寶石基板10具有相似的晶格排列的結晶材料。第二填充層16之材料較佳可選用與藍寶石基板10相同的材料，亦即氧化鋁(例如單晶氧化鋁)。第二填充層16之材料亦可為多晶氧化鋁、單晶或多晶之氧化鋅、單晶或多晶之氧化鉻、單晶或多晶之氧化鎵或單晶或多晶之氧化鐵(Fe₂O₃)，或其它具有六方最密堆積(hexagonal close-packing,HCP)排列的結晶材料，其中上述結晶材料的結晶狀態可包括單晶、多晶、微晶或奈米晶等。由於第二填充層16填滿藍寶石基板10之微裂縫12，不僅可使藍寶石基板10具有平整表面，更可以進一步提升藍寶石基板10的結構強度。此外，在其它變化實施例中，第一填充層14係為一結晶填充層，且結晶填充層的材料如上所述，而第二填充層16係為一非晶填充層，且非晶填充層之材料可包括非晶氧化鋁(Al₂O₃)、非晶氧化鋅(ZnO)、非晶氧化鉻(Cr₂O₃)、非晶氧化鎵(Ga₂O₃)、非晶氧化鐵(Fe₂O₃)或其它與藍寶石基板10具有相似的晶格排列的非晶材料。

範例1

請參考第6圖，並一併參考第1圖、第2圖與第5圖。第6圖繪示了本發明之第二實施例之範例1之藍寶石基板之強化方法的流程圖。如第 6圖所示，範例1之藍寶石基板之強化方法包括下列步驟：步驟40：提供藍寶石基板10；步驟42：進行一原子層沉積(atomic layer deposition)製程，於藍寶石基板10之微裂縫12內形成第一填充層14；步驟44：對第一填充層14進行一退火製程；以及步驟46：進行一溶膠-凝膠(Sol-Gel)製程，於藍寶石基板10之微裂縫12內之第一填充層14上形成一第二填充層16。

範例1使用原子層沉積製程形成第一填充層14，其具有良好的薄膜覆蓋性與緻密性，可以提升結構強化效果。步驟44的退火製程的作用在於改變第一填充層14的結晶狀態，使得第一填充層14的結晶狀態與藍寶石基板10的結晶狀態相同，亦即使得第一填充層14的結晶狀態與藍寶石基板10的結晶狀態均為單晶(例如單晶氧化鋁)或者是使第一填充層14的結晶狀態為多晶(Poly)。另外，步驟44的退火製程還具有排除第一填充層14內之雜質例如碳原子與氫原子的作用。在範例1中，退火製程可選用例如快速熱製程(rapid thermal process)，其製程溫度約可介於300℃至1100℃之間，且加熱時間約可介於60秒至1800秒之間，但不以此為限。快速熱製程的製程溫度與加熱時間可依據藍寶石基板10的厚度加以調整，例如藍寶石基板10的厚度愈厚，則快速熱製程加熱時間愈長。接著，使用液態製程例如溶膠-凝膠製程形成第二填充層16，藉此第二填充層16可快速填滿藍寶石基板10之微裂縫12。由於第二填充層16填滿藍寶石基板10之微裂縫12，不僅可使藍寶石基板10具有平整表面，更可以進一步提升藍寶石基板10的結構強度。另外，若欲形成的第二填充層16係為一結晶填充層，則在本範例中也可以在形成一第二填充層16後，可選擇性地對第二填充層16再進行一退火製程，如下列步驟：步驟48：對第二填充層16進行另一退火製程。

步驟48的退火製程的作用在於改變第二填充層16的結晶狀態，使得第二填充層16的結晶狀態由非晶轉換為結晶，例如多晶氧化鋁。若欲形成的第二填充層16係為一非晶填充層，則可以省略步驟48的退火製程。

範例2

請參考第7圖，並一併參考第1圖、第2圖與第5圖。第7圖繪示了本發明之第二實施例之範例2之藍寶石基板之強化方法的流程圖。如第7圖所示，範例2之藍寶石基板之強化方法包括下列步驟：步驟50：提供藍寶石基板10；步驟52：進行一原子層沉積(atomic layer deposition)製程，於藍寶石基板10之微裂縫12內形成第一填充層14；步驟54：進行一溶膠-凝膠(Sol-Gel)製程，於藍寶石基板10之微裂縫12內之第一填充層14上形成一第二填充層16；以及步驟56：對第一填充層14與第二填充層16同時進行一退火製程。

不同於範例1使用兩次退火製程的作法，若欲形成的第一填充層14與第二填充層16均為結晶填充層，則範例2之第一填充層14與第二填充層16可僅使用同一退火製程，故可以降低製作成本。

範例3

請參考第8圖，並一併參考第1圖、第2圖與第5圖。第8圖繪示了本發明之第二實施例之範例3之藍寶石基板之強化方法的流程圖。如第8圖所示，範例3之藍寶石基板之強化方法包括下列步驟：步驟60：提供藍寶石基板10；步驟62：於藍寶石基板10之微裂縫12內形成一金屬層； 步驟64：進行一氧化製程將金屬層氧化以形成第一填充層14；以及步驟66：進行一溶膠-凝膠(Sol-Gel)製程，於藍寶石基板10之微裂縫12內之第一填充層14上形成一第二填充層16。

範例3係先形成金屬層再利用氧化製程對金屬進行氧化形成第一填充層。金屬層較佳係以物理氣相沉積製程例如蒸鍍製程形成於藍寶石基板10之微裂縫12內。金屬層的氧化可藉由在含氧或富氧環境下進行一退火製程來實現。舉例而言，若金屬層係選用鋁金屬，則在退火製程後形成的第一填充層14即為一氧化鋁層。退火製程除了可使鋁產生氧化而形成氧化鋁之外，退火製程還可以用在於改變第一填充層14的結晶狀態，使得第一填充層14的結晶狀態與藍寶石基板10的結晶狀態均為單晶(亦即單晶氧化鋁)或者是使第一填充層14的結晶狀態為多晶(Poly)。接著，使用液態製程例如溶膠-凝膠製程形成第二填充層16，藉此第二填充層16可快速填滿藍寶石基板10之微裂縫12。另外，若欲形成的第二填充層16係為一結晶填充層，則在本範例中也可以在形成一第二填充層16後，可選擇性對第二填充層16再進行一退火製程，如下列步驟：步驟68：對第二填充層16進行一退火製程。

步驟68的退火製程的作用在於改變第二填充層16的結晶狀態，使得第二填充層16的結晶狀態由非晶轉換為結晶，例如多晶氧化鋁。若欲形成的第二填充層16係為一非晶填充層，則可以省略步驟68的退火製程。

範例4

請參考第9圖，並一併參考第1圖、第2圖與第5圖。第9圖繪示了本發明之第二實施例之範例4之藍寶石基板之強化方法的流程圖。如第 9圖所示，範例4之藍寶石基板之強化方法包括下列步驟：步驟70：提供藍寶石基板10；步驟72：於藍寶石基板10之微裂縫12內形成一金屬層；步驟74：進行一溶膠-凝膠(Sol-Gel)製程，於藍寶石基板10之微裂縫12內之金屬層上形成一第二填充層16；以及步驟76：進行一氧化製程將金屬層氧化以形成第一填充層14，同時對第二填充層16進行一退火製程。

不同於範例3使用一氧化製程將金屬層氧化以形成第一填充層14，以及另外使用一退火製程改變第二填充層16的結晶狀態的作法，欲形成的第一填充層14與第二填充層16均為結晶填充層，則範例4將氧化製程與退火製程整合為單一熱製程，可以降低製作成本。

請參考第10圖。第10圖繪示了本發明之第三實施例之藍寶石基板之強化方法示意圖。如第10圖所示，首先提供一藍寶石基板10。接著於藍寶石基板10之微裂縫12內形成一第一填充層14，以提升藍寶石基板10的結構強度，製作出本實施例之藍寶石基板結構3。不同於第一實施例，在本實施例中，第一填充層14實質上填滿藍寶石基板10之微裂縫12。第一填充層14係為一結晶填充層，且第一填充層14之材料例如可包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)、結晶氧化鐵(Fe₂O₃)或其它與藍寶石基板10具有相似的晶格排列的結晶材料。第一填充層14之材料較佳可選用與藍寶石基板10相同的材料，亦即氧化鋁(例如單晶氧化鋁)。第一填充層14之材料亦可為多晶氧化鋁、單晶或多晶之氧化鋅、單晶或多晶之氧化鉻、單晶或多晶之氧化鎵、單晶或多晶之氧化鐵(Fe₂O₃)，或其它具有六方最密堆積(hexagonal close-packing,HCP)排列的結晶材料，其中上述結晶材料的結晶狀態可包括單晶、多晶、微晶或奈米晶等。由於第一 填充層14填滿藍寶石基板10之微裂縫12，不僅可使藍寶石基板10具有平整表面，更可以提升藍寶石基板10的結構強度。

範例1

請參考第11圖，並一併參考第10圖。第11圖繪示了本發明之第三實施例之範例1之藍寶石基板之強化方法的流程圖。如第11圖所示，範例1之藍寶石基板之強化方法包括下列步驟：步驟80：提供藍寶石基板10；步驟82：進行一溶膠-凝膠(Sol-Gel)製程，於藍寶石基板10之微裂縫12內形成第一填充層14；以及步驟84：對第一填充層14進行一退火製程。

範例1使用液態製程例如溶膠-凝膠製程形成第一填充層14，藉此第一填充層14可快速填滿藍寶石基板10之微裂縫12。另外，退火製程的作用在於改變第一填充層14的結晶狀態，使得第二填充層16的結晶狀態由非晶轉換為結晶，例如多晶氧化鋁。

本發明之藍寶石基板結構具有良好的結構強度，可以應用在各種具有高結構強度與耐刮性佳之基板、蓋板或保護蓋之電子裝置上。請參考第12圖。第12圖繪示了本發明之第一實施例之電子裝置之示意圖。如第12圖所示，本實施例之電子裝置100包括一藍寶石基板結構110，以及一電子元件120位於藍寶石基板結構110上，其中藍寶石基板結構110可選自前述任一實施例所揭示之藍寶石基板結構，且其特徵在此不再贅述。藍寶石基板結構110可具有一透光區110T以及一裝飾區110P位於透光區110T之至少一側，其中裝飾區110P的設計也可以是對應於電子元件120中的周邊走線或是機構構件的區域來設置。在本實施例中，裝飾區110P較佳係圍繞透光區110T， 但並不以此為限。在本實施例中，藍寶石基板結構110係為電子裝置100之一基板(或稱為基底或基材)，而電子元件120可設置於藍寶石基板結構110上，例如製作或貼附於藍寶石基板結構110之表面，且電子元件120至少位於透光區110T。電子元件120可包括顯示元件、觸控元件、通訊元件、微機電元件、半導體元件、感光元件或其它各式的電子元件。另外，電子裝置100更可包括另一基板130，作為蓋板或保護蓋之用，且基板130亦可選自前述任一實施例所揭示之藍寶石基板結構。

請參考第13圖。第13圖繪示了本發明之第二實施例之電子裝置之示意圖。如第13圖所示，不同於第12圖之實施例，在本實施例之電子裝置101中，藍寶石基板結構110係為電子裝置101之蓋板或保護蓋，覆蓋於電子件120上，具有保護或是美化電子元件120的效果。另外，電子裝置100更可包括另一基板130(或稱為基底或基材)，而電子元件120可設置於基板130上，例如製作或貼附於基板130之表面，且基板130亦可選自前述任一實施例所揭示之藍寶石基板結構。

另外，為了美化電子裝置101，藍寶石基板結構110可具有一透光區110T以及一裝飾區110P位於透光區110T之至少一側，其中裝飾區110P的設計也可以是對應於電子元件120中的周邊走線或是機構構件的區域來設置。在本實施例中，裝飾區110P較佳係圍繞透光區110T，但並不以此為限。在本實施例中，電子裝置101可更包括一裝飾結構111設置於藍寶石基板結構110上，並位於裝飾區110P中，裝飾結構111可由單層或多層堆疊之裝飾層例如彩色油墨、彩色光阻或其他具有顏色或材質效果之材料所形成，如此可達到遮蔽電子元件120中的周邊走線或是機構構件的功效。在本實施例中，裝飾結構111係設置於藍寶石基板結構110面對電子元件的一側，但並不以此為限。另外，藍寶石基板結構110更可包括一遮光層112，設置於裝飾結構 111上。換句話說，裝飾結構111於一垂直藍寶石基板結構110之投影方向Z上至少部分設置於遮光層112與藍寶石基板結構110之間。遮光層112可包括一深色油墨層、一深色光阻層或一反射層，藉以與使用非黑色裝飾層例如白色裝飾層所形成之裝飾結構111進行搭配，用以產生所需之裝飾效果。

為使電子裝置101達到薄型化的目的也可以將電子元件120直接整合在以藍寶石基板結構110當作蓋板或保護蓋的結構上。例如，當電子元件120是觸控元件時，觸控元件可直接製作或貼附於藍寶石基板結構110上。另外，觸控元件可至少位於透光區110T。如此一來，電子裝置101將可以減少一片基板的設置達成薄型化的目的。

由上述可知，本發明之藍寶石基板結構可作為各式電子裝置之基板、蓋板或保護蓋等之用，例如顯示面板之基板或蓋板、觸控面板之基板或蓋板、觸控顯示面板之基板或蓋板、或可攜式電子產品的保護蓋。進一步說明，顯示面板可為各種類型之顯示面板例如液晶顯示面板、電激發光顯示面板(包括有機發光二極體顯示面板或無機發光二極體顯示面板)、電潤溼顯示面板、量子點顯示面板與電泳顯示面板等。觸控面板可為各種類型之觸控面板例如電容式觸控面板、電阻式觸控面板與光學式觸控面板等。電容式觸控面板可包括各種型式之電容式觸控面板，例如自容式電容式觸控面板或互容式電容式觸控面板。觸控顯示面板係整合顯示面板與觸控面板，其中顯示面板可為上述揭示的任一種顯示面板，且觸控面板可為上述揭示的任一種觸控面板。依據顯示面板與觸控面板的相對位置，觸控顯示面板可為外掛式觸控顯示面板、外貼式觸控顯示面板與內嵌式觸控顯示面板等。穿戴式電子產品包括例如手錶、智慧型手機、數位相機與平板電腦等。

綜上所述，本發明之藍寶石基板之強化方法利用填充層填補微裂 縫，不僅可提升藍寶石基板的結構強度，且相較於使用雷射熔融製程修補藍寶石基板之微裂縫的作法，本發明之方法係利用氣相沉積製程及/或液相沉積製程形成填充層的方法，因此具有批式生產的優點，可以大幅提升藍寶石基板的產能並減少製作成本。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧藍寶石基板

12‧‧‧微裂縫

σ‧‧‧藍寶石基板的平均應力

a‧‧‧微裂縫的深度

1‧‧‧藍寶石基板結構

14‧‧‧第一填充層

Claims (32)

1. 一種藍寶石基板結構，包括：一藍寶石基板，該藍寶石基板具有一微裂縫(micro crack)；以及一第一填充層，位於該藍寶石基板之該微裂縫內。
2. 如請求項1所述之藍寶石基板結構，其中該第一填充層係為一結晶填充層。
3. 如請求項2所述之藍寶石基板結構，其中該第一填充層包括一填充薄膜。
4. 如請求項3所述之藍寶石基板結構，其中該第一填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。
5. 如請求項3所述之藍寶石基板結構，另包括一第二填充層，位於該藍寶石基板之該微裂縫內並設置於該第一填充層上，其中該第一填充層與該第二填充層實質上填滿該藍寶石基板之該微裂縫。
6. 如請求項5所述之藍寶石基板結構，其中該第二填充層包括一結晶填充層。
7. 如請求項6所述之藍寶石基板結構，其中該第二填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。
8. 如請求項5所述之藍寶石基板結構，其中該第二填充層包括一非晶填充 層。
9. 如請求項8所述之藍寶石基板結構，其中該第二填充層之材料包括非晶氧化鋁(Al₂O₃)、非晶氧化鋅(ZnO)、非晶氧化鉻(Cr₂O₃)、非晶氧化鎵(Ga₂O₃)或非晶氧化鐵(Fe₂O₃)。
10. 如請求項2所述之藍寶石基板結構，其中該第一填充層實質上填滿該藍寶石基板之該微裂縫。
11. 如請求項10所述之藍寶石基板結構，其中該第一填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。
12. 一種電子裝置，包括：如請求項1所述之該藍寶石基板結構；以及一電子元件，位於該藍寶石基板結構上。
13. 如請求項12所述之電子裝置，其中該藍寶石基板結構係為該電子裝置之一基板、一蓋板或一保護蓋。
14. 如請求項12所述之電子裝置，其中該藍寶石基板結構具有一透光區以及一裝飾區，該裝飾區位於該透光區之至少一側；以及一裝飾結構，設置於該藍寶石基板結構上且位於該裝飾區。
15. 如請求項14所述之電子裝置，更包括一遮光層，其中該裝飾結構至少部份設置於該遮光層與該藍寶石基板結構之間。
16. 如請求項14所述之電子裝置，其中該電子元件設置於該藍寶石基板結構上，且至少位於該透光區。
17. 如請求項14所述之電子裝置，更包括一基板，其中該電子元件設置於該基板上。
18. 一種藍寶石基板之強化方法，包括：提供一藍寶石基板，其中該藍寶石基板具有至少一微裂縫(micro crack)，以及於該藍寶石基板之該微裂縫內形成一第一填充層。
19. 如請求項18所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第一填充層係為一結晶填充層。
20. 如請求項19所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第一填充層包括一填充薄膜。
21. 如請求項20所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第一填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。
22. 如請求項20所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第一填充層係利用一原子層沉積製程形成。
23. 如請求項20所述之藍寶石基板之強化方法，其中形成該第一填充層之步驟包括：於該藍寶石基板之該微裂縫內形成一金屬層；以及 氧化該金屬層以形成該第一填充層。
24. 如請求項20所述之藍寶石基板之強化方法，另包括於該藍寶石基板之該微裂縫內之該第一填充層上形成一第二填充層，其中該第一填充層與該第二填充層實質上填滿該藍寶石基板之該微裂縫。
25. 如請求項24所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第二填充層包括一結晶填充層。
26. 如請求項25所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第二填充層之材料包括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。
27. 如請求項24所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第二填充層包括一非結晶填充層。
28. 如請求項27所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第二填充層之材料包括非晶氧化鋁(Al₂O₃)、非晶氧化鋅(ZnO)、非晶氧化鉻(Cr₂O₃)、非晶氧化鎵(Ga₂O₃)或非晶氧化鐵(Fe₂O₃)。
29. 如請求項24所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第二填充層係利用一溶膠-凝膠(Sol-Gel)製程形成。
30. 如請求項19所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第一填充層實質上填滿該藍寶石基板之該微裂縫。
31. 如請求項30所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第一填充層之材料包 括結晶氧化鋁(Al₂O₃)、結晶氧化鋅(ZnO)、結晶氧化鉻(Cr₂O₃)、結晶氧化鎵(Ga₂O₃)或結晶氧化鐵(Fe₂O₃)。
32. 如請求項30所述之藍寶石基板之強化方法，其中該第一填充層係利用一溶膠-凝膠(Sol-Gel)製程形成。