TWI585053B - 表面經修飾之玻璃基板 - Google Patents

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Description

表面經修飾之玻璃基板 【交互參照之相關申請案】
本申請案根據專利法法規主張西元2012年10月3日申請的美國臨時專利申請案第61/709,339號的優先權權益，本申請案依賴該申請案全文內容且該申請案全文內容以引用方式併入本文中。
本發明大體係關於表面經修飾的玻璃基板，且特別係關於具耐刮層的玻璃基板，耐刮層設在基板的主要表面。
刮痕在手持裝置和其他諸如監測器與其他顯示器等裝置的玻璃蓋應用方面係重要課題。刮痕會增加光散射，以致降低此類監測器所顯示的影像與文字的亮度和對比。另外，裝置為關閉狀態時，刮痕會讓顯示器看起來霧霧、髒髒的，不美觀。尤其是對監測器和手持裝置而言，耐刮性係重要屬性。
刮痕的特徵可在於刮痕深度和刮痕寬度。深刮痕延伸至材料表面內至少2微米，寬刮痕則超過2微米寬。由於刮痕的物理限度，破片或碎裂通常會伴隨深及/或寬刮痕。就脆性固體而言，例如玻璃基板，藉由最佳化玻璃化學(即玻璃組成)，可改善對深與寬刮痕的耐刮性。
另一方面，刮痕亦可為淺及/或窄。淺刮痕的特徵為深度小於2微米，窄刮痕的特徵為寬度小於2微米。呈該等尺度的刮痕有時稱作「微展」刮痕。咸信在玻璃蓋由氧化物玻璃製成的顯示器與手持裝置中，使用期間所累積的刮痕大部分係微展刮痕。雖然微展刮痕通常與大量破片或碎裂材料無關，但微展刮痕將不當影響玻璃蓋的光學性質。另外，相較於又大又「重」的刮痕，微展刮痕不易藉由玻璃化學改質來避免。
藉由調整待刮表面的硬度，可減少微展刮痕形成。較硬表面通常更耐微展刮劃。構成玻璃基板且用作許多玻璃蓋的氧化物玻璃通常具有6至9京帕(GPa)的硬度，如本文所述，在氧化物玻璃上形成較硬表面層，可大大減低微展刮痕形成的傾向。
鑒於上述，期提供又硬又透光的耐刮層，該層可應用於剛性玻璃蓋，使得玻璃蓋不但經濟且與底下玻璃的物性與化性相容。
本文揭示具修飾表面的玻璃基板。玻璃基板包括具 相對主要表面的玻璃主體，及設在大部分的第一主要表面的一層。至少部分層的屬性包括至少10GPa的Berkovich壓痕硬度(或使用Berkovich壓痕器測量的硬度)和x射線無定形結構，視情況而定，尚具有至少70%的光學透通性及/或至少10兆帕(MPa)的壓縮應力。
玻璃基板可做為覆蓋玻璃或電子裝置的部分外殼，其中該層設置做為面向外層。例如，在電子裝置外殼中，玻璃基板可由(a)正面玻璃蓋與(b)背面玻璃蓋的至少一者組成，正面玻璃蓋經放置及固定以提供電子裝置外殼的正面，背面玻璃蓋經放置及固定以提供電子裝置外殼的背面。正面玻璃蓋及/或背面玻璃蓋亦可經塑形而延伸到外殼一側，以提供外殼的側面。
本發明的附加特徵和優點將詳述於後，熟諳此技術者在參閱或實行包括實施方式說明、申請專利範圍和附圖所述示例後，在某種程度上將變得更清楚易懂。
應理解以上概要說明和下述詳細說明均描述本發明的實施例，及擬提供概觀或架構以對本發明主張的本質和特性有所瞭解。所含附圖提供對本發明的進一步瞭解，故當併入及構成說明書的一部分。圖式描繪本發明的各種實施例，並連同實施方式說明來解釋本發明的原理和操作。
100‧‧‧玻璃基板
110‧‧‧層
120‧‧‧玻璃主體
200‧‧‧濺射沉積設備/材料
205‧‧‧真空腔室
210‧‧‧基板平臺
212‧‧‧基板
220‧‧‧罩幕平臺
222‧‧‧蔭罩
240‧‧‧真空埠
250‧‧‧水冷卻口
260‧‧‧氣體入口
280‧‧‧夾具
282‧‧‧引線
286‧‧‧監測器
290、390‧‧‧電源供應器
293、393‧‧‧控制器
295、395‧‧‧控制站
300‧‧‧濺射槍
310‧‧‧靶材
400‧‧‧壓痕器
410‧‧‧凹槽
420‧‧‧碎裂與破片
425‧‧‧裂痕
430‧‧‧大塊碎屑
500‧‧‧行動電話
510‧‧‧蓋板
600‧‧‧電子裝置
610、616、618、619‧‧‧表面
620‧‧‧外圍構件
624、625、627‧‧‧開口
650‧‧‧前蓋組件
652‧‧‧支撐結構
654‧‧‧玻璃基板
655‧‧‧顯示器
656、657‧‧‧開口
659a、659b‧‧‧區域
A‧‧‧箭頭
第1圖係在玻璃基板的主要表面設置層的示意圖；第2圖係根據一些實施例，單腔室濺射工具的示意 圖，用以形成層至玻璃基板上；第3圖圖示在單調負載循環下，於玻璃表面形成刮痕；第4圖係根據各種實施例，行動電子裝置的上視圖，行動電子裝置具有由耐刮玻璃製成的蓋板；第5圖係根據各種實施例的電子裝置結構視圖；及第6圖圖示根據一或更多實施例，相較於裸玻璃主體，玻璃基板的刮痕深度與寬度縮減。
玻璃物件包含具相對主要表面的玻璃主體，及設在大部分的第一主要表面的一層。該層具有至少10GPa的Berkovich壓痕硬度，且沿著至少一部分的層厚度乃呈現x射線無定形結構，以提供底下玻璃耐刮性。該層亦可選擇性包括至少70%的光學透通性及/或至少10MPa的壓縮應力。
該層可包含透光硬塗層，硬塗層賦予玻璃基板耐刮性。在實施例中，玻璃基板包含化學強化玻璃。該層可實質增強基板表面的耐刮性，同時維持玻璃的整體光學清晰度。如第1圖所示，耐刮玻璃基板100包含層110，層110設在玻璃主體120的主要表面。
玻璃基板本身可利用各種不同的製程提供。例如，示例玻璃基板形成方法包括浮式製程和下拉製程，例如融合抽拉、狹槽抽拉和輥壓成形。
在浮式玻璃製程中，使熔融玻璃在熔融金屬(例如 錫)床上浮動，以製作特徵為平滑表面與均一厚度的玻璃基板。在示例製程中，送到熔融錫床表面的熔融玻璃將形成浮動玻璃帶。當玻璃帶沿著錫浴流動時，溫度逐漸降低，直到玻璃帶固化成固體玻璃基板為止，接著可自錫將玻璃基板抬起到軋輥上。一旦離開浴，即可進一步冷卻及退火處理玻璃基板，以減少內部應力。
下拉製程製造厚度均一的玻璃基板，玻璃基板具有相當質樸的表面。由於玻璃基板的平均彎曲強度受控於表面裂縫的數量與尺寸，故經最小接觸的質樸表面將有較大的初始強度。接著進一步強化(例如化學強化)此高強度玻璃基板時，所得強度將大於具研磨與拋光表面的玻璃基板強度。下拉玻璃基板可抽拉成厚度小於約2毫米(mm)。此外，下拉玻璃基板具有非常平坦、平滑的表面，不需進行高成本研磨及拋光，即可用於最終應用。
融合抽拉製程例如使用抽拉槽，抽拉槽具有收容熔融玻璃原料的通道。通道具有堰，堰在頂部沿著通道兩側的通道長度敞開。當通道充滿熔融材料時，熔融玻璃將溢出堰。因重力所致，熔融玻璃會像兩個流動玻璃膜般於抽拉槽的外側表面往下流動。抽拉槽的外側表面向下及向內延伸而在抽拉槽底下邊緣結合。兩個流動玻璃膜於此邊緣結合，以融合及形成單一流動玻璃基板。融合抽拉方法的優點在於，由於流過通道的兩個玻璃膜融合在一起，所得玻璃基板的外側表面將不會接觸設備的任何零件。故融合抽拉玻璃基板的表面性質不會受到此類接觸影響。
狹槽抽拉製程不同於融合抽拉方法。在狹槽抽拉製程中，熔融原料玻璃提供至抽拉槽。抽拉槽的底部具有開放狹槽，狹槽具有延伸狹槽長度的噴嘴。熔融玻璃流經狹槽/噴嘴，並往下抽拉成像連續基板一樣及進入退火區。
在一些實施例中，用於玻璃基板100的玻璃基板可分批加入0-2莫耳%的至少一澄清劑，澄清劑選自包括Na2SO4、NaCl、NaF、NaBr、K2SO4、KCl、KF、KBr和SnO2的群組。
一旦形成，即可以離子交換製程來化學強化玻璃基板。在此製程中，一般係藉由把玻璃基板浸入熔融鹽浴一段預定時間，使玻璃表面或附近的離子與鹽浴中的較大金屬離子交換。在一實施例中，熔融鹽浴的溫度為約400℃至約430℃，預定時間為約4至約8小時。將較大離子併入玻璃可在附近表面區域產生壓縮應力而強化基板。玻璃中心區域內則會引發對應的拉伸應力，以平衡壓縮應力。
在一示例實施例中，化學強化玻璃中的鈉離子被鹽浴中的鉀離子取代，然其他具較大原子半徑的鹼金屬離子(例如銣或銫)也可取代玻璃中的較小鹼金屬離子。根據特定實施例，玻璃中的較小鹼金屬離子被Ag+離子取代。同樣地，其他鹼金屬鹽亦可用於離子交換製程，例如硫酸鹽、鹵化物等，但不以此為限。
較大離子在低於玻璃網狀物可鬆弛的溫度下取代較小離子將產生離子分布遍及玻璃表面而造成應力輪廓。體積較大的進入離子於表面產生壓縮應力(CS)並於玻璃中心產 生張力(中心張力或CT)。壓縮應力與中心張力的關係式如下： 其中t係玻璃片的總體厚度，DOL係交換深度，DOL亦稱作層深度。
在一實施例中，化學強化玻璃片的表面壓縮應力為至少300MPa(例如至少400、450、500、550、600、650、700、750或800MPa)，層深度為至少約20μm(例如至少約20、25、30、35、40、45或50μm)，及/或中心張力為大於40MPa(例如大於40、45或50MPa)，但小於100MPa(例如小於100、95、90、85、80、75、70、65、60或55MPa)。
可做為玻璃基板的示例可離子交換玻璃為鹼金屬矽酸鋁玻璃或鹼金屬矽酸鋁硼玻璃，然也可為其他玻璃組成。在此所用的「可離子交換」一詞意指玻璃能交換位於玻璃表面或附近的陽離子與較大或較小的同價陽離子。一示例玻璃組成包含SiO2、B2O3和Na2O，其中(SiO2+B2O3)66莫耳%，Na2O9莫耳%。在一實施例中，玻璃基板包括至少6重量%的氧化鋁。在另一實施例中，玻璃基板包括一或更多鹼土金屬氧化物，鹼土金屬氧化物的含量為至少5重量%。在一些實施例中，適合的玻璃組成進一步包含K2O、MgO和CaO的至少一者。在一特定實施例中，玻璃基板包含61-75莫耳%的SiO2、7-15莫耳%的Al2O3、O-12莫耳%的B2O3、9-21莫耳%的Na2O、0-4莫耳%的K2O、0-7莫耳%的MgO和0-3莫耳%的CaO。
適合玻璃基板的另一示例玻璃組成包含：60-70莫耳%的SiO2、6-14莫耳%的Al2O3、O-15莫耳%的B2O3、0-15莫耳%的Li2O、0-20莫耳%的Na2O、0-10莫耳%的K2O、0-8莫耳%的MgO、0-10莫耳%的CaO、0-5莫耳%的ZrO2、0-1莫耳%的SnO2、0-1莫耳%的CeO2、少於50ppm的As2O3和少於50ppm的Sb2O3，其中12莫耳%(Li2O+Na2O+K2O)20莫耳%，0莫耳%(MgO+CaO)10莫耳%。
又一示例玻璃組成包含：63.5-66.5莫耳%的SiO2、8-12莫耳%的Al2O3、0-3莫耳%的B2O3、0-5莫耳%的Li2O、8-18莫耳%的Na2O、0-5莫耳%的K2O、1-7莫耳%的MgO、0-2.5莫耳%的CaO、0-3莫耳%的ZrO2、0.05-0.25莫耳%的SnO2、0.05-0.5莫耳%的CeO2、少於50ppm的As2O3和少於50ppm的Sb2O3，其中14莫耳%(Li2O+Na2O+K2O)18莫耳%，2莫耳%(MgO+CaO)7莫耳%。
在一特定實施例中，鹼金屬矽酸鋁玻璃包含氧化鋁、至少一鹼金屬，且在一些實施例中包含多於50莫耳%的SiO2，在其他實施例中包含至少58莫耳%的SiO2，在又一些 其他實施例中包含至少60莫耳%的SiO2，其中的比率>1，該比率中的成分係以莫耳%表示，修飾劑係鹼金屬氧化物。在特定實施例中，此玻璃包含、實質由或由58-72莫耳%的SiO2、9-17莫耳%的Al2O3、2-12莫耳%的B2O3、8-16莫 耳%的Na2O和0-4莫耳%的K2O組成，其中的比率>1。
在另一實施例中，鹼金屬矽酸鋁玻璃包含、實質由或由61-75莫耳%的SiO2、7-15莫耳%的Al2O3、0-12莫耳%的B2O3、9-21莫耳%的Na2O、0-4莫耳%的K2O、0-7莫耳%的MgO和0-3莫耳%的CaO組成。
在又一實施例中，鹼金屬矽酸鋁玻璃基板包含、實質由或由60-70莫耳%的SiO2、6-14莫耳%的Al2O3、0-15莫耳%的B2O3、0-15莫耳%的Li2O、0-20莫耳%的Na2O、0-10莫耳%的K2O、0-8莫耳%的MgO、0-10莫耳%的CaO、0-5莫耳%的ZrO2、0-1莫耳%的SnO2、0-1莫耳%的CeO2、少於50ppm的As2O3和少於50ppm的Sb2O3組成，其中12莫耳%Li2O+Na2O+K2O20莫耳%，0莫耳%MgO+CaO10莫耳%。
在再一實施例中，鹼金屬矽酸鋁玻璃包含、實質由或由64-68莫耳%的SiO2、12-16莫耳%的Na2O、8-12莫耳%的Al2O3、0-3莫耳%的B2O3、2-5莫耳%的K2O、4-6莫耳%的MgO和0-5莫耳%的CaO組成，其中66莫耳%SiO2+B2O3+CaO69莫耳%，Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10莫耳%，5莫耳%MgO+CaO+SrO8莫耳%，(Na2O+B2O3)-Al2O3 2莫耳%，2莫耳%Na2O-Al2O3 6莫耳%，且4莫耳%(Na2O+K2O)-Al2O3 10莫耳%。
玻璃基板的厚度為約100微米至5mm。示例基板厚度為100微米至500微米，例如100、200、300、400或500微米。另一示例基板厚度為500微米至1000微米，例如500、600、700、800、900或1000微米。玻璃基板的厚度可為大於 1mm，例如約2、3、4或5mm。
該層可為轉移層或原位沉積薄膜。轉移層可由層轉移製程提供，層轉移製程通常涉及沿著劈理面劈開來源晶圓(例如Al2O3)，劈理面由離子植入來源晶圓所定義。通常，氫做為離子植入物種。層轉移製程的優點在於可多次重複氫植入引起分層，從而自初始獨立晶圓獲得多層。獲得層可接合至玻璃基板的表面。
在進一步實施例中，利用化學氣相沉積(例如電漿加強化學氣相沉積)、物理氣相沉積(例如濺射沉積或雷射剝除)或熱蒸鍍適當起始材料，使之直接至玻璃基板或先經表面修飾的玻璃基板上，以形成層。
濺射製程可包括反應性濺射或非反應性濺射。第2圖圖示用於形成此類層的單腔室濺射沉積設備200。設備200包括真空腔室205，真空腔室205具有基板平臺210和罩幕平臺220，平臺210供一或更多玻璃基板212放置於上，平臺220可用於裝設蔭罩222，以圖案化沉積層至基板的定義區域上。腔室205裝配有用以控制內部壓力的真空埠240和水冷卻口250與氣體入口260。真空腔室可為低溫泵(CTI-8200/Helix；美國麻州)，且可在適合蒸鍍製程(~10-6托耳)與RF濺射沉積製程(~10-3托耳)的壓力下操作。
如第2圖所示，多個蒸鍍夾具280各自具有選擇性對應蔭罩222，以將材料蒸鍍到玻璃基板212上，蒸鍍夾具280經由導電引線282連接至各電源供應器290。待蒸鍍起始材料200可放進各夾具280內。厚度監測器286可整合至包 括控制器293的反饋控制迴路和控制站295，以控制材料沉積量。
在一示例系統中，蒸鍍夾具280各自配備一對銅引線282，以在約80-180瓦的操作功率下提供DC電流。有效夾具電阻通常為夾具幾何形狀的函數，此將決定確切電流和瓦數。
亦提供具濺射靶材310的RF濺射槍300，以於玻璃基板上形成材料層(例如金屬氧化物、氮化物、碳化物或硼化物)。RF濺射槍300經由RF電源供應器390和反饋控制器393連接至控制站395。為濺射形成層，水冷式筒狀RF濺射槍(Onyx-3TM，Angstrom Sciences,Pa)可設在腔室205內。適當的RF沉積條件包括50-150瓦(W)的前向功率(<1W的反射功率)，此相當於約5埃(Å)/秒的典型沉積速率(Advanced Energy公司，美國)。在實施例中，濺射速率例如在每秒0.1至10埃之間變化。
在玻璃基板係化學強化玻璃基板的實施例中，為免不當影響基板內的應力輪廓，於基板表面形成層的步驟包含加熱玻璃基板達最大溫度500℃。形成層期間的基板溫度可為約-200℃至500℃。在實施例中，基板溫度維持在約室溫至500℃之間，例如在形成層期間為低於500℃或低於300℃。
該層(轉移層或沉積層)可以化性、機械及/或光學性質描繪特徵。根據各種實施例，耐刮玻璃基板可具一組性質，包括重量輕、高耐衝擊性和高光學透通性。在組成方面，該層可包含金屬氧化物層、金屬氮化物層、金屬碳化物層、 金屬硼化物層或類鑽石碳層。氧化物、氮化物、碳化物或硼化物層的金屬實例包括硼、鋁、矽、鈦、釩、鉻、釔、鋯、鈮、鉬、錫、鉿、鉭和鎢。該層可包含無機材料。非限定無機層實例包括氧化鋁和氧化鋯層。
該層可包含化學計量組成(例如Al2O3)或非化學計量組成(例如Al2O3-x，0.05<x<0.3)。另外，可使用包含兩個或更多金屬加成的化合氧化物。例如，除了基底氧化物以外，整體層組成可包括5-40重量%的鹼土金屬氧化物，例如CaO或MgO。
在實施例中，該層適當黏著至底下玻璃基板，故使用時不會分層或脫落。在層直接物理性接觸玻璃基板的實施例中，層與玻璃基板的黏著性特徵在於界面能為10至100焦耳/平方公分(J/cm2)或以上，例如大於100或150J/cm2。
該層的一種屬性為抗化性。做為面向外層，該層不溶於諸如水、鹽水、氨水、異丙醇、甲醇、丙酮和其他市售清潔液等常見溶劑可延長層的耐久性和使用壽命。該層若可抵抗曝照環境光(包括紫外光)造成的分解亦有所助益。在實施例中，該層經照光1000小時或10000小時後不會明顯泛黃。
層厚度可為10奈米(nm)至2微米。例如，平均層厚度可為約10、20、50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500或2000nm。在實施例中，層厚度為50至200nm。例如，約100至200nm厚的轉移層可具機械順從性，故適合轉移製程及順應接合至玻璃基板。就單 晶(即層轉移)層而言，結晶材料的差排密度會小於108/cm2，即約105/cm2至108/cm2。
層硬度可大於(例如至少大10%)基板硬度。例如，層硬度可比基板硬度大至少10%、20%、30%、40%或50%。一示例層在比100nm淺的壓痕方面可有至少10GPa的Berkovich壓痕硬度，例如Berkovich壓痕硬度為10至30GPa。
該層的楊氏模數可為50至200GPa，例如60至100GPa或100至200GPa。在進一步實施例中，該層的楊氏模數可大於200GPa。
在實施例中，該層係非多孔、緻密或實質緻密層。至於理論密度，層可具至少70%的相對密度，例如至少80%或90%。在實施例中，層密度為理論密度約的70%-90%。
在一或更多實施例中，該層特徵可為無定形或具x射線無定形結構。在一或更多特定實施例中，該層包括約20體積%或以下的結晶分率，或無結晶分率。該層的結晶分率可包括約18體積%或以下、約16體積%或以下、約14體積%或以下、約12體積%或以下、約10體積%或以下、約8體積%或以下、約6體積%或以下、約4體積%或以下、約2體積%或以下、約1體積%或以下和介於其間的所有範圍與子範圍。在一或更多實施例中，相較於結晶或多晶材料，x射線無定形層具有均一特徵。為予以說明，多晶材料包括晶體，基於原子沉積至底下表面的方式，晶體將成長或形成具有不同方向。當對多晶層施力或刮劃多晶層時，使多晶材料形成層的不同晶體成長位向將造成部分多晶層碎裂及剝落。
在一或更多替代實施例中，至少部分層可為單晶層及/或多晶層。此類單晶層及/或多晶層可稱作層內子層。在一變體中，結晶子層及/或多晶子層可設在該層的無定形部之間。換言之，層的無定形部可於結晶層及/或多晶層頂部與底下形成無定形子層。單晶子層可例如利用層轉移製程提供。多晶子層可如沉積薄膜般形成。多晶子層可包含等軸晶粒。在結晶及/或多晶子層內，複數個晶粒可呈無規取向或具優選取向。在某些實施例中，多晶子層包括無定形分率。此類多晶材料的結晶含量可為至少50%，例如至少50%、60%、70%、80%、90%或95%。例如，多晶子層的結晶含量可為50%至80%。
多晶子層的特徵可在於粒徑。在實施例中，多晶子層的平均粒徑可大於10微米。在進一步實施例中，粒徑大於50nm，且包括超過約200nm至5000nm的晶粒。
層的熱膨脹係數(CTE)可與玻璃基板匹配。在實施例中，層的熱膨脹係數與玻璃基板的熱膨脹係數相差至多10ppm，CTE差異小於10或5ppm。在實施例中，層與玻璃基板的熱膨脹係數相差5至10ppm。
例如，就轉移的單晶藍寶石層而言，熱膨脹係數於晶底(c軸)面具同向性。故除了提供a軸、m軸或r軸藍寶石外，轉移藍寶石層可包含c軸材料。
該層可受到壓縮應力作用。些微壓縮應力可改善對裂痕傳播或穿透層的抗性。在層受壓縮應力的實施例中，應力的絕對值(一般壓縮為負，拉伸為正)為10至500MPa。
根據一些實施例，層的磨擦係數可為0.1至0.8，例 如0.1至0.3或0.3至0.8。層的示例磨擦係數值包括0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7和0.8。
在實施例中，層的面向外表面可經織構，但面向外表面係平滑、平坦表面，該表面特徵為面積1μm2的均方根(rms)粗糙度小於100nm，例如5至100nm。在實施例中，層的rms表面粗糙度小於5nm。
如上所述，該層可直接提供在玻璃基板的表面。或者，該層可提供至先經表面修飾的玻璃基板上。若有，層與玻璃基板間的一或更多插入層可包括抗反射層、防火花層、抗眩層和黏著促進層。
可修改層的光學性質，以最小化光散射及吸收，而製得高光學品質的玻璃物件。在玻璃基板用作顯示覆蓋玻璃的應用中，該層可具光學清晰度(例如如水般清澈)及光學透通性。例如，可見光譜內的層折射率可小於約3，例如約1.4至2、約1.45至1.55或約1.7至2.8，可見光譜內的反射比小於40%，例如小於40%、30%、20%、10%或5%。層的折射率可實質等於玻璃基板的折射率。
在實施例中，該層可透射大於70%的入射光，例如至少70%或80%。例如，該層可透射80%至90%的入射光。在進一步實施例中，該層可透射95%或以上的入射光，例如至少95%、96%、97%、98%或99%。如水般清澈的層可透射大於98%的入射光。
該層除光學透通性外(此有助於用於顯示玻璃蓋)，還可讓射頻透通。在實施例中，該層的射頻(RF)透通性為 至少50%。例如，該層的RF透通性可為50%、60%、70%、80%、90%或95%。該層可實質無刮痕，包括微展刮痕。
耐刮測試期間施加負載循環通常會引起三種不同的響應轄域。第3圖圖示於玻璃表面造成的刮痕圖案隨施加負載變化的情形。第3圖的箭頭A指示刮劃方向。第一轄域係微展轄域(I)，此對應受到壓痕器400作用的塑性變形，並且出現永久性凹槽410。在此第一轄域中，亦出現次表面側向裂痕。微展轄域的特徵為凹槽410的任一側無損壞或碎屑。負載增加時將遭遇第二轄域(II)，此稱作微裂轄域。微裂轄域因側向裂痕與表面相交而形成碎裂與破片420。微裂轄域也會形成放射狀(Λ型)裂痕425。此類碎裂將劇烈影響玻璃的光學透通性。第三轄域(III)稱作微磨轄域，微磨轄域的特徵在於形成大塊碎屑430。
在一或更多實施例中，利用Berkovich壓痕器，以各種負載刮劃玻璃基板時，相較於無上述層的玻璃基板(或裸玻璃基板)，具修飾表面(例如包括上述層)的玻璃基板將展現刮痕寬度及/或刮痕深度縮減。此類負載可模擬併入此類玻璃基板的電子裝置使用。例如，此類負載可包括60毫牛頓(mN)、120mN及/或160mN。相較於以相同方式刮劃未包括上述層的玻璃基板(或裸玻璃基板)，Berkovich壓痕器以此類負載造成刮痕的刮痕深度可減小多達60%。在一或更多實施例中，利用Berkovich壓痕器，分別以160mN負載、120mN負載和60mN負載來刮劃後，相較於無上述層的玻璃基板(或裸玻璃基板)，包括上述層的玻璃基板的刮痕深度 可縮減35%或以上或40%或以上、或甚至60%或以上。在一或更多實施例中，若玻璃基板經修飾而包括上述層，同樣可改善刮痕寬度。例如，利用Berkovich壓痕器，以60mN、120mN或甚至160mN負載來刮劃玻璃基板時，相較於無上述層的玻璃基板(或裸玻璃基板)，刮痕寬度可縮減至少35%。
併入可受惠於耐刮性玻璃物件的技術包括軍用與民生用光學器件，包括錶玻璃、雜貨店的掃描窗口、複印機的掃描窗口與LCD螢幕保護器、硬碟記憶表面、引擎的活塞環、機器加工工具和其他移動及滑動部件。
本文亦揭示包含蓋板的行動電子裝置，且至少部分蓋板係透明的。此類行動電子裝置包括行動通信裝置，例如個人數據助理、行動電話、呼叫器、手錶、收音機、膝上型電腦和筆記型電腦等，但不以此為限。在此所用的「蓋板」一詞係指覆蓋視覺顯示器的玻璃片或窗口。至少部分蓋板係透明的，以容許看到顯示器。在一定程度上，蓋板可耐撞擊、防破損及耐刮，並可應用於期窗口具高表面強度、硬度與耐刮性的電子裝置。在一實施例中，蓋板為觸摸感應式。
第5圖圖示行動電話的上視圖。行動電話500包括蓋板510，蓋板包含上述表面經修飾的玻璃基板。在行動電話500中，蓋板510用作顯示窗口。蓋板形成期間，可將下拉玻璃片切割成預定形狀和尺寸。可在按尺寸製作蓋板前或後，利用離子交換來強化玻璃片，接著提供無機耐刮層至玻璃的露出表面。接著使用黏著劑或其他已知手段，將蓋板與行動電子裝置的主體結合。
本文亦提供用於諸如上述行動電子裝置(但不以此為限)和非電子錶等的蓋板。蓋板可由上述玻璃組成製成。
目前揭示的實施例亦關於電子裝置用外殼。在實施例中，電子裝置外殼具有一或更多外部構件(例如露出的主要表面)，例如由玻璃組成的正面或背面。一或更多玻璃表面可為外部構件組件的一部分，且可固定至電子裝置外殼的其他部分。
做為電子裝置外殼，一實施例例如可包括至少一正面玻璃蓋和背面玻璃蓋，正面玻璃蓋經放置及固定以提供電子裝置外殼的正面，背面玻璃蓋經放置及固定以提供電子裝置外殼的背面。
如第5圖所示，電子裝置600包括外圍構件620，外圍構件圍繞電子裝置600的周圍，以界定電子裝置的一些或所有最外側表面、頂表面與底表面(例如表面610、616、618、619)。外圍構件620可具任何適合形狀，且可封住裝置的內部容積，以組裝及保持電子裝置部件。
在一些實施例中，外圍構件620可包括一或更多開口、旋鈕、延伸件、凸緣、倒角或其他特徵結構，用以接收裝置的部件或元件。外圍構件的特徵結構可從外圍構件的任何表面延伸，例如包括從內面或從外面。特別地，外圍構件620可包括狹槽或開口624，用以接收卡片或托盤。開口624可對準一或更多內部部件，內部部件操作以接收及連接至插入部件(例如插入SIM卡)。又例如，外圍構件620可包括連接器開口625(例如用於30接腳連接器)，由此連接器可嚙 合電子裝置600的一或更多導電接腳。另外，外圍構件620可包括開口627，用以提供使用者聲音(例如鄰接揚聲器的開口)或接收來自使用者的聲音(例如鄰接麥克風的開口)。
為使部件保持在內部容積內，電子裝置600可包括正蓋組件650和背蓋組件(未圖示)，以分別提供電子裝置的正面和背面。可以任何適當方式，將各蓋組件耦接至外圍構件620，例如包括使用黏著劑、膠帶、機械固定件、卡鉤、舌片或上述物質組合物。在一些實施例中，一個或兩個蓋組件為可拆式，以如維修或更換電子裝置部件(例如電池)。在一些實施例中，蓋組件包括數個不同零件，例如包括固定式零件和可拆式零件。
在所示實例中，正蓋組件650可包括支撐結構652供玻璃基板654放置於上。支撐結構652可包括一或更多開口，包括供顯示器655裝配的開口。在一些實施例中，支撐結構652和玻璃基板654包括裝置部件用開口，例如按鈕開口656和接收器開口657。
玻璃基板654可包括上述表面經修飾的玻璃基板。舉例來說，外殼可包括正面外部玻璃基板及/或背面玻璃基板，正面玻璃基板提供外殼的正面(如圖所示)，背面玻璃基板提供外殼的背面。電子裝置可為可攜式，在一些情況下為手持裝置。
在一些實施例中，玻璃基板654包括裝飾漆，以隱藏電子裝置的內部部件。例如，不透明層可塗鋪於玻璃基板的周圍區域並圍繞顯示器655，以隱藏顯示電路的非顯示部 分。由於一或更多感測器會經由玻璃基板654接收訊號，故不透明層可選擇性移除或選擇讓訊號通過玻璃板而達板後的感測器。例如，玻璃基板654可包括區域659a、659b，感測器(例如照相機、紅外線感測器、接近感測器或環境光感測器)可由此接收訊號。
除非本文另行指明，否則在此所用「一」和「該」的單數形式包括複數意涵。例如，除非本文清楚指出，否則指稱一「層」包括具有兩個或更多「層」的實例。
在此，範圍可表示成從「約」一特定值及/或至「約」另一特定值。以此範圍表示時，實例包括從一特定值及/或至另一特定值。同樣地，藉由使用前述詞「約」以大約形式表示數值時，應理解特定值將構成另一態樣。另應理解各範圍的終點彼此係有意義的，但與另一終點無關。
除非特別指明，否則在此提及的任何方法不擬解釋成需按特定順序進行方法步驟。是以當方法請求項未實際敘述步驟依循順序，或者申請專利範圍和實施方式未明確指出步驟限於特定順序時，不擬推斷任何特定順序。
以下實例代表本發明的某些非限定實施例。
製備實例1和對照實例2，以說明具或不具上述層設置於上的玻璃主體所展現的刮痕深度與刮痕寬度縮減。提供三個化學強化玻璃主體，以製備實例1的三個樣品，化學強化玻璃主體各自有相對的主要表面，及形成包含氮氧化矽的一層於各樣品的主要表面。該層的厚度為2.6μm。利用DC磁控管系統進行離子輔助DC濺射製程，以沉積該層。以約 0.5毫托耳的壓力、在存有氬氣的情況下，自靶材濺射該層，氬氣流率為約60sccm，DC功率供應6千瓦(kW)。以0.18kW的功率及使用氮氣與氧氣混合物來產生離子束。提供三個化學強化玻璃主體，以製備對照實例2的三個樣品，化學強化玻璃主體的壓縮應力和壓縮應力層厚度和用於實例1的樣品的玻璃主體一樣。分別使用Berkovich壓痕器，以三種不同負載刮劃實例1和對照實例2的樣品。就實例1的樣品而言，係刮劃包括該層的玻璃主體側。測量各樣品上的刮痕寬度和深度，並且列於表1。
第6圖圖示實例1和對照實例2的樣品經各自刮劃後的原子力顯微鏡(AFM)圖。
亦應注意本文提及「配置」或「適於」的部件係以特定方式運作。依此，相對於預期用途敘述，此類部件係「配置」或「適於」體現特殊性質或特殊運作方式，此為結構敘述。更特定言之，在此提及「配置」或「適於」部件的方式係表示部件的現存物理條件，因而視為明確敘述部件的結構 特徵。
雖然特定實施例的各種特徵結構、元件或步驟係以轉承用語「包含」來描述，但應理解包括以「由...組成」或「實質由...組成」等轉承用語描述的替代實施例亦涵蓋在內。例如，包含玻璃材料的替代玻璃基板實施例包括玻璃基板由玻璃材料組成的實施例和玻璃基板實質由玻璃材料組成的實施例。
熟諳此技術者將明白，在不脫離本發明的精神和範疇內，當可對本文作各種更動與潤飾。因熟諳此技術者可併入本發明的精神與本質而獲得所述實施例的修改組合、子組合和變化，故本發明應解釋成包括落在後附申請專利範圍與均等物內的一切事物。

Claims (23)

  1. 一種電子裝置外殼，包含：(a)一正面玻璃蓋與(b)一背面玻璃蓋的至少一者，該正面玻璃蓋經放置及固定以提供該電子裝置外殼的一正面，該背面玻璃蓋經放置及固定以提供該電子裝置外殼的一背面，其中該正面玻璃蓋和該背面玻璃蓋包含一玻璃基板，其中該玻璃基板包含：一玻璃主體，該玻璃主體具有多個相對的主要表面；以及具一厚度的一層，該層設在大部分的一第一主要表面，其中該層至少一部分的該厚度包含至少10GPa的一Berkovich壓痕硬度和一x射線無定形結構，且其中該層包含選自由以下所組成一群組的至少一種屬性：至少70%的一光學透通性；以及至少10MPa的一壓縮應力。
  2. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層包含選自該群組的兩種屬性。
  3. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層包含10GPa至30GPa的一Berkovich壓痕硬度。
  4. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層具有70%至 90%的一光學透通性。
  5. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層的該厚度為約50nm至約200nm。
  6. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層的該厚度為約50nm至約2μm。
  7. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層具有10MPa至500MPa的一壓縮應力。
  8. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層具有約20體積%或以下的一結晶分率。
  9. 如請求項8所述之電子裝置外殼，其中該層實質無任何結晶分率。
  10. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層係一相連層。
  11. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層設置成直接物理性接觸該玻璃基板。
  12. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中一抗反射層、一防火花層、一抗眩層和一黏著促進層的一或更多者設在該玻 璃基板與該層之間。
  13. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層的一折射率在一可見波長下為小於約3。
  14. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層的一折射率在一可見波長下為約1.7至2.8。
  15. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層的一反射比在一可見波長下為小於約40%。
  16. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層乃如水般清澈。
  17. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層實質無微展刮痕。
  18. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該玻璃基板具有約100微米至5mm的一厚度。
  19. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該玻璃基板包含一化學強化玻璃。
  20. 如請求項1所述之電子裝置外殼，其中該層包含一金屬 氧化物、一金屬氮化物、一金屬碳化物、一金屬硼化物、一類鑽石碳或一上述物質組合物。
  21. 如請求項20所述之電子裝置外殼，其中該金屬選自由以下所組成的一群組：B、Al、Si、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta和W。
  22. 一種電子裝置外殼，包含：(a)一正面玻璃蓋與(b)一背面玻璃蓋的至少一者，該正面玻璃蓋經放置及固定以提供該電子裝置外殼的一正面，該背面玻璃蓋經放置及固定以提供該電子裝置外殼的一背面，其中該正面玻璃蓋和該背面玻璃蓋包含一玻璃基板，其中該玻璃基板，包含：一玻璃主體，該玻璃主體具有多個相對的主要表面；以及具一厚度的一層，該層設在大部分的一第一主要表面，其中該層至少一部分的該厚度包含至少10GPa的一Berkovich壓痕硬度和一x射線無定形結構，且其中當使用一Berkovich壓痕器與至少60mN的一負載來刮劃時，相較於無該層設在大部分的一第一主要表面的一玻璃主體，該玻璃基板的一刮痕寬度縮減至少35%。
  23. 一種電子裝置外殼，包含：(a)一正面玻璃蓋與(b)一背面玻璃蓋的至少一者，該正面 玻璃蓋經放置及固定以提供該電子裝置外殼的一正面，該背面玻璃蓋經放置及固定以提供該電子裝置外殼的一背面，其中該正面玻璃蓋和該背面玻璃蓋包含一玻璃基板，其中該玻璃基板，包含：一玻璃主體，該玻璃主體具有多個相對的主要表面；以及具一厚度的一層，該層設在大部分的一第一主要表面，其中該層至少一部分的該厚度包含至少10GPa的一Berkovich壓痕硬度和一x射線無定形結構，且其中當使用一Berkovich壓痕器與至多約160mN的一負載來刮劃時，相較於無該層設在大部分的一第一主要表面的一玻璃主體，該玻璃基板的一刮痕深度縮減至少35%。
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