TWI592382B - 硬質基板、觸控面板及硬質基板的處理方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種基板、觸控面板及基板的處理方法,且特別是有關於一種硬質基板、包括此硬質基板的觸控面板以及硬質基板的處理方法。
隨著使用者直接接觸面板裝置的機率大幅提升,面板裝置因機械強度不足而損害的可能亦隨之升高。所以,面板裝置的機械強度成為電子產品是否耐用的重要因素。目前,已採用強化過的基板(例如強化過的玻璃板,或是業界所稱的覆蓋板)來製作面板裝置以提高其機械強度。也就是說,觸控或顯示等作用的電子元件可以製作於強化過的基板上以提高整體面板裝置的機械強度。
然而,強化過的基板為了符合產品的尺寸設計一般都經過切削成型的處理,切削成型的過程會在切削過的邊緣產生大小不一的裂隙,而這些大小不一的裂隙往往成為應力的集中區。因此,這樣的基板對於面板裝置的機械強度的提昇仍有其限制,特別是,基板往往由這些切削過的邊緣開始破裂。
本發明提供一種硬質基板,具有空隙均勻的蝕刻壁而可提供理想的機械強度。
本發明提供一種觸控面板,以機械強度理想的硬質基板提供承載而具有良好的品質及耐用性。
本發明提供一種硬質基板的處理方法,可有效地改善硬質基板經切削之後壁的應力集中現象。
本發明提出一種硬質基板,包括一離子強化表面層,其完整地包覆於硬質基板的全表面,且硬質基板具有一蝕刻壁,其中離子強化表面層在蝕刻壁的平均深度與其在蝕刻壁以外的表面的平均深度實質上相同。
本發明另提出一種觸控面板,包括一硬質基板以及一觸控元件。硬質基板包括一離子強化表面層,其完整地包覆於硬質基板的全表面,且硬質基板具有一蝕刻壁,其中離子強化表面層在蝕刻壁的平均深度與其在蝕刻壁以外的表面的平均深度實質上相同。觸控元件配置於硬質基板上。
根據本發明之一實施例,上述蝕刻壁的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um。
根據本發明之一實施例,上述蝕刻壁包括多個裂隙,且裂隙的孔徑大小由3微米至15微米。
根據本發明之一實施例,上述蝕刻壁包括多個裂隙,且離子強化表面層的平均深度實質上大於裂隙的平均深度。
根據本發明之一實施例,上述觸控面板更包括一裝飾圖案層,配置於硬質基板上,且裝飾圖案層實質上位於觸控元件周邊。
本發明另提出一種硬質基板的處理方法。對一硬質母板進行一機械加工或材料移除處理以形成至少一硬質基板,使硬質基板具有一切割壁。對切割壁進行一蝕刻製程而使切割壁成為一蝕刻壁。對硬質基板進行一離子強化製程使硬質基板的全表面完整地包括一離子強化表面層,其中該離子強化表面層在該蝕刻壁的平均深度實質上相同於在該蝕刻壁以外的表面的平均深度。
根據本發明之一實施例,上述對切割壁進行蝕刻製程的步驟包括貼附一抗蝕層於硬質基板上並使抗蝕層暴露出切割壁;以及將暴露出來的蝕刻壁接觸一蝕刻液。具體而言,硬質基板的材質為玻璃而蝕刻液為氫氟酸。另外,進行離子強化製程之前例如將
抗蝕層移除。
根據本發明之一實施例,上述切割壁的平均表面粗糙度由1.0um至3um,而蝕刻壁的的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um。
根據本發明之一實施例,上述進行離子強化製程的步驟包括將硬質基板整體地接觸於一離子強化液中。
根據本發明之一實施例,上述機械加工或材料移除處理包括切割、磨邊、鑿孔、導角、圖案化蝕刻以及拋光工序的至少其中之一。
根據本發明之一實施例,上述蝕刻製程係使用一乾蝕刻媒介或一濕蝕刻媒介而進行,且該乾蝕刻媒介包括含氟氣體或電漿,而該濕蝕刻媒介包括至少含氫氟酸或含氟之溶劑。
基於上述,本發明提出一種處理方法以對硬質基板經機械加工或材料移除處理過的切割壁進行蝕刻而行成蝕刻壁。蝕刻壁具有的裂隙大小大於經機械加工或材料移除處理而未蝕刻前的切割壁,且蝕刻壁具有的平均表面粗糙度小於經切削而未蝕刻的切割壁。所以,蝕刻壁相對於切割壁而言較不容易在特定區域產生應力集中的現象。如此一來,經離子強化處理的蝕刻壁可以有效提升硬質基板的機械強度也隨之使具有此硬質基板的觸控面板具有理想的品質及耐用性。
進一步而言,因為前段機械加工或材料移除處理加工的品質不一,這樣的前段加工所造成的裂隙深度將會不一致,這會影響離子強化之後所能夠達成的效果。不過,本發明實施例藉由將前段加工之後的硬質基板先進行蝕刻後再全面施行化學強化,這可以更確保裂隙可以實質上被離子強化表面層所涵蓋。此時,離子強化表面層可以衍生出一對應的壓應力分佈層,而壓應力層可約束玻璃表層的裂隙成長而提高玻璃受破壞的強度,故可使得成品強度更穩固。
除上述之外,從另一角度來看,由於裂隙深度已預先經由蝕刻被減低;因此,後續的全面化學強化,其製程條件就不需這麼嚴苛即可使離子強化表面層涵蓋裂隙,例如:製程時間可相對較短等等。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧硬質母板
20‧‧‧抗蝕膜
20A‧‧‧孔洞
100、100’‧‧‧硬質基板初坯
102‧‧‧硬質基板
100A、100A’‧‧‧切割壁
100B’‧‧‧上表面
100C’‧‧‧下表面
102A‧‧‧蝕刻壁
200‧‧‧觸控面板
210‧‧‧觸控元件
220‧‧‧裝飾圖案層
B‧‧‧裂隙
d1、d2‧‧‧深度
O、T‧‧‧尖端
R‧‧‧導角
S1‧‧‧第一感測串列
S2‧‧‧第二感測串列
S3‧‧‧條狀電極
S4‧‧‧矩形電極
TH‧‧‧穿孔
W1、W2‧‧‧尺寸
圖1至圖4繪示為本發明一實施例之硬質基板的處理方法的流程。
圖5及圖6分別為切割壁100B與蝕刻壁102B在顯微鏡下放大50倍時的態樣。
圖7示意性地表示硬質基板之切割壁100A與蝕刻壁102A的剖面結構。
圖8繪示為本發明一實施例的觸控面板。
圖9至圖11繪示為本發明之多個實施例的觸控元件的設計。
圖12繪示為本發明另一實施例中經由機械加工或材料移除處理的硬質基板初坯的剖面示意圖。
要說明的是,本發明實施例中所謂的玻璃的離子強化表面層的深度是指鉀離子從玻璃表面擴散進入玻璃內部的平均深度,而較佳的定義是指在玻璃全表面化分出多個區域時,鉀離子在這些區域中的最大擴散深度的平均值。離子強化表面層的深度一般可以藉由儀器偵測鉀離子是否存在而得知。由於即使在同一製程下,離子擴散深度仍會有深淺不一的情形存在,因此本文中將採取擴散深度的平均值作為判定離子強化表面層的深度之標準。
也就是說,於一實施例中,離子強化表面層的深度可定義為在多個量測點上由玻璃表面朝內部量測鉀離子(K+)的濃度以取得對應的深度,並將這些點所量測得的深度求取平均值所獲得的
值。通常,鉀離子分布情形為表層部位最高,然後漸次向玻璃內部遞減至零或是背景值。故,每一量測點量測的深度實質上為玻璃表面到鉀離子分布遞減至零或是背景值的位置兩者的距離,其中背景值係指玻璃製造時所含有的原料部份。
例如,玻璃原本的成分中即含有鉀離子時,其原料中鉀離子的濃度即可定義為背景值。換句話說,由於離子強化表面層是交換離子(例如鉀離子)藉由交換/擴散等機制進入玻璃的深度所界定而來的。交換離子的濃度分佈會由玻璃基板表面往中心慢慢降低至零或是背景值,因此離子強化表面層是否存在可以藉由儀器偵測交換離子的存在而得知。另外,這裡所謂的平均深度可以是離子強化表面層在多個量測點的深度的平均值。較佳地,平均深度是交換離子在玻璃內每個量測區域中的最大擴散深度的平均值所定義。
實務上,同一道離子強化製程可能形成深度些許不同的離子強化表面層,因此在此可以藉由偵測幾個不同位置的離子強化表面層的深度,再取其平均值。例如,選取強化後的玻璃基板上5個不同位置點,用儀器偵測鉀離子的擴散深度,再加以將量測的五個數值求取平均,並以此平均數值代表整面離子強化表面層的平均深度T或d。另外,前述鉀離子置換鈉離子的離子交換行為僅為例示性說明而不用以限定本發明,其它能產生提高強度的效果的離子交換行為,均能應用於本發明的各個實施例。再者,上述的玻璃材質並不特別地限定,其例如包括鈉鈣矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等材質均可。
圖1至圖4繪示為本發明一實施例之硬質基板的處理方法的流程。請先參照圖1,提供一硬質母板10。具體而言,硬質母板10的材質為玻璃,其例如有鈉玻璃(soda-lime glass)、硼玻璃(boro-silicate glass)、鋁矽酸玻璃(alumo-silicate glass)等。不過,本發明不特別地侷限硬質母板10的材質,而凡是可以在面板裝置
中作為承載用的玻璃板材都可以應用以下所揭露的處理方法進行處理。
接著,進行一機械加工或材料移除處理以將圖1的硬質母板10圖案化成至少一個具有所需外型的硬質基板初坯100,如圖2所示。在一實施例中,硬質母板10可以被切削成1個、2個、3個、4個,或是多於4個硬質基板初坯100。也就是說,此處不特別地限定切削製程使硬質母板10所切削出來之硬質基板初坯100的數量。因此,圖2僅繪示一個硬質基板初坯100以便於說明。
另外,此處所記載的機械加工或材料移除處理可以包括切割步驟、磨邊步驟、鑿孔步驟、導角步驟、圖案化蝕刻步驟及拋光步驟等至少其中一種工序。因此,切割後的硬質基板初坯100除了具備所設定的尺寸外還可以具有研磨過的導角R,這有利於硬質基板初坯100應用於產品時提升產品的美觀並且避免產品之尖角刮傷使用者。另外,切割後的硬質基板初坯100還可以隨著設計需求而藉由鑿孔形成穿孔TH,其可以作為實際電子產品中的耳音孔、麥克風孔、或是裝飾孔等。
當然,上述結構僅是舉例說明之用,並非用以限定本發明。在其他的實施例中,硬質基板初坯100可選擇性地具有尖銳的轉角。甚至,在另一實施例中,如圖12所繪示的本發明另一實施例的經機械加工或材料移除處理過的硬質基板之剖面,硬質基板初坯100’可以具有圓弧狀的切割壁100A’。此時,硬質基板初坯100’具有實質上平坦的上表面100B'與下表面100C'且圓弧狀的切割壁100A’連接於上表面100B’與下表面100C’之間。當然,這樣的設計僅是舉例說明之用,在其他的實施例中,上表面100B’也可以具有圓弧狀外型。
值得一提的是,在切割步驟、磨邊步驟、鑿孔步驟、導角步驟、圖案化蝕刻步驟及拋光步驟等機械加工或材料移除處理的過程中,硬質基板初坯100的切割壁100A會數次地受到撞擊(刀具
的撞擊、研磨粒子的撞擊、蝕刻劑的侵蝕或是拋光粒子的撞擊等),所以切割壁100A實際上會具有多個大小不一且規則性不佳的裂隙。這些裂隙由受到衝擊的表面向內部延伸而往往在後續的製作程序或是使用程序中構成應力的集中區域。特別是,這些裂隙的規則性越差則應力越容易集中在特定的局部區域。所以,切削加工之後的硬質基板初坯100雖然已經具備所需外型卻無法具有理想的機械強度。
因此,本實施例進一步對硬質基板進行其他的處理程序。舉例而言,請參照圖3,本實施例的處理方法進一步將一抗蝕膜20貼附於硬質基板初坯100上,且讓抗蝕膜20暴露出切割壁100A甚至鄰近於切割壁100A的一部分。另外,由於穿孔TH也是經由前述的機械加工或材料移除處理而製作的且定義出穿孔TH的壁面也是所謂的切割壁100A,所以,抗蝕膜20還設有暴露出穿孔TH的開口20A。接著,對抗蝕膜20暴露出來的切割壁100A以及定義出穿孔TH之壁面進行一蝕刻製程。
在一實施例中,蝕刻製程可以是讓硬質基板初坯100接觸一乾蝕刻媒介或一濕蝕刻媒介,且其中乾蝕刻媒介包括含氟氣體或電漿,而濕蝕刻媒介包括至少含氫氟酸或含氟之溶劑。在此,硬質基板初坯100的材質為玻璃,所以所選用的蝕刻媒介可以是氫氟酸或是可以對玻璃侵蝕的材質。
在蝕刻製程的進行下,硬質基板初坯100接觸於蝕刻媒介的局部表面會侵蝕,因而切割壁100A上的裂隙會發生改變。舉例而言,切割壁100A上分佈及尺寸皆不均勻的裂隙可以經蝕刻媒介的作用而轉變為分佈及尺寸皆較為均勻的狀態。因此,經由蝕刻製程後,移除抗蝕膜20並且對整個硬質基板初坯100進行離子強化製程即可以獲得如圖4所繪示的具有理想機械強度的硬質基板102。此處的離子強化製程可以是已知的應用於強化玻璃板的離子強化製程,其例如是將表面沒有貼附其他膜層的硬質基板初
坯100完整地接觸離子強化液。亦即,將表面沒有貼附其他膜層的硬質基板初坯100整個浸没於離子強化液中。
另外,請參照圖4,硬質基板102具有蝕刻壁102A,並且圖4中雖未特別地繪示,不過硬質基板102整個全表面上實質上完整地包覆著離子強化表面層。並且,離子強化表面層在蝕刻壁102A的平均深度實質上相同於在蝕刻壁102A以外的表面的平均深度。在一實施例中,蝕刻壁102A可以包括多個裂隙(如圖7所示),而離子強化表面層的平均深度實質上大於裂隙的平均深度。在此,離子強化表面層的深度的定義與量測方式已記載於上文中,不另贅述。
值得一提的是,此處的蝕刻壁102A不同於圖3之切割壁100A之處包括有:切割壁100A的平均表面粗糙度由1.0um至3um,而蝕刻壁102A的的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um。另外,圖5及圖6分別為切割壁100B與蝕刻壁102B在顯微鏡下放大50倍時的態樣。同時參照圖5與圖6可以清楚知道,切割壁100A的表面均勻性相對較差(裂隙分佈較不均勻)而蝕刻壁102A的表面均勻性相對較好(裂隙分佈較均勻)。此外,如圖6所示,蝕刻壁102A包括多個裂隙B,且這些裂隙B的孔徑大小由3微米至15微米。根據這樣的結構,具有蝕刻壁102A的硬質基板102相對於具有切割壁100A的硬質基板初坯100而言,較不容易發生應力集中的現象。
舉例而言,圖7示意性地表示硬質基板之切割壁100A與蝕刻壁102A的剖面結構。請參照圖7,在機械加工或材料移除處理的過程當中,切割壁100A的表面會直接受到刀具、研磨粒子等物質的撞擊,所以切割壁100A的剖面結構會呈現出許多大小不一且尖銳的裂隙。然而,在經過蝕刻液的作用之後,蝕刻壁102A的表面會相對於切割壁100A的表面內縮,因此,除了裂隙深度d2降低(相較於裂隙深度d1)之外,原本尖銳的裂隙末端T還可以
變得相對地圓滑(如裂隙末端O)並且原本裂隙的尺寸W1也相對地增大(如裂隙尺寸W2)。
根據Griffith’s理論,裂隙末端T、O的曲率半徑越大(越圓滑)則應力集中效應越小。因此,本實施例在切削製程後進行一蝕刻製程使得均勻性相對較差的切割壁100A變成均勻性相對較好蝕刻壁102A,這有助於降低硬質基板102發生應力集中而破損的機率。另外,本實施例的處理方法在蝕刻壁102A形成後再進行離子強化步驟,可以更進一步提升硬質基板102的機械強度。
整體而言,無論切削製程的製程條件是否受到嚴謹地控制而避免裂隙之產生,在切削製程後使用蝕刻液接觸切割壁100A都有助於讓原本在切割壁100A上的裂隙深度降低,以及使得裂隙變的更為平緩而形成均勻度較高的蝕刻壁102A。如此一來,經過處理的硬質基板102在機械強度上可以優於硬質基板初坯100。因此,上述的處理步驟中,除了離子強化製程外,蝕刻液的蝕刻作用也可以使得切削過的硬質基板初坯100的強度進一步地被強化,這有助於提升硬質基板102的良率。舉例而言,在藉由破壞性試驗以量測硬質基板102的機械強度時,硬質基板102的通過率可以較硬質基板初坯100更為提昇。
圖8繪示為本發明一實施例的觸控面板。請參照圖8,本實施例可以直接將觸控元件210製作在經由上述步驟處理之後的硬質基板102上以構成觸控面板200。另外,硬質基板102上還可以設置有裝飾圖案層220,且裝飾圖案層220可以位於觸控元件210周邊。裝飾圖案層220可選擇性地如圖8所示般位於觸控元件210所在一側。不過,在其他的實施例中,觸控元件210與裝飾圖案層220可以分別地位於硬質基板102的相對兩側。裝飾圖案層220的材質可以是油墨、類鑽碳或陶瓷材料等。
值得一提的是,上述圖1至圖4所記載的步驟中,硬質基板102已經被切割成設計所需的尺寸大小。因此,製作觸控面板200
的方法可以是直接在硬質基板102上製作觸控元件210。並且製作觸控元件210之後不需進一步進行分割,這有利於避免額外的分割步驟造成觸控面板200的強度下降。另外,為了量產所需或是為了減少設備成本,還可以選擇地將多個硬質基板102貼附於輔助載板(未繪示)上,並且利用輔助載板的承載,同時在多個硬質基板102上製作對應的觸控元件210。如此一來,僅需一次的製作程序就可以完成多個觸控面板200的製作。
由於硬質基板102具備理想的機械強度,則觸控面板200可以不需額外的保護蓋保護即可以具備良好的品質。因此,觸控面板200可以作為電子裝置中最外側的元件而不需以其他構件保護。
此外,觸控元件210可以由單層感測電極層或是多層感測電極層所構成,並且觸控元件210可由多種設計來實現。舉例而言,觸控元件210可以由圖9所繪示的多個第一感測串列S1與多個第二感測串列S2所構成。或是,觸控元件210可以由圖10所繪示的多個條狀電極S3所構成,其中每個條狀電極S3的寬度由一端向另一端逐漸減少。當然,觸控元件210也可以由多個圖11所繪示的矩形電極S4所構成。值得一提的是,上述各種觸控元件210的設計僅是舉例說明,並非限定本發明所記載的觸控元件210的實施方式。
綜上所述,本發明對切削加工後的硬質基板的壁(亦即切割壁)以蝕刻液進行局部的蝕刻。所以,硬質基板具有蝕刻壁,其中蝕刻壁相對於切割壁具有更佳的均勻性。所以,經離子強化過的蝕刻壁不容易發生應力集中的現象而有助於提升硬質基板的機械強度,例如抗彎曲(bending)強度。值得一提的是,因為前段機械加工或材料移除處理加工的品質不一,這樣的前段加工所造成的裂隙深度將會不一致,這會影響離子強化之後所能夠達成的效果。不過,本發明實施例藉由將前段加工之後的硬質基板先進行
蝕刻後再全面施行化學強化,這可以更確保裂隙可以實質上被離子強化表面層所涵蓋。此時,離子強化表面層可以衍生出一對應的壓應力分佈層,而壓應力層可約束玻璃表層的裂隙成長而提高玻璃受破壞的強度,故可使得成品強度更穩固。
如此一來,以這樣的硬質基板製作觸控面板可以讓觸控面板具有理想的機械強度及良好的品質。
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,任何所屬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,當可作些許之更動與潤飾,故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。
102A‧‧‧蝕刻壁
B‧‧‧裂隙
Claims (14)
- 一種硬質基板,包括一離子強化表面層,完整地包覆於該硬質基板的全表面,且該硬質基板具有一蝕刻壁,其中該離子強化表面層在該蝕刻壁的平均深度與其在該蝕刻壁以外的表面的平均深度實質上相同;其中該蝕刻壁的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um,其中該蝕刻壁包括多個裂隙,該離子強化表面層的平均深度實質上大於該些裂隙的平均深度。
- 如申請專利範圍第1項所述之硬質基板,其中該蝕刻壁包括多個裂隙,且該些裂隙的孔徑大小由3微米至15微米。
- 一種觸控面板,包括:一硬質基板,該硬質基板包括一離子強化表面層,完整地包覆於全表面,且該硬質基板具有一蝕刻壁,且該離子強化表面層在該蝕刻壁的平均深度與其在該蝕刻壁以外的表面的平均深度實質上相同;以及一觸控元件,配置於該硬質基板上;其中該蝕刻壁的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um,其中該蝕刻壁包括多個裂隙,該離子強化表面層的平均深度實質上大於該些裂隙的平均深度。
- 如申請專利範圍第3項所述之觸控面板,其中該蝕刻壁包括多個裂隙,且該些裂隙的孔徑大小由3微米至15微米。
- 如申請專利範圍第3項所述之觸控面板,其中該蝕刻壁包括多個裂隙,該離子強化表面層的平均深度實質上大於該些裂隙的平均深度。
- 如申請專利範圍第3項所述之觸控面板,更包括一裝飾圖案層,配置於該硬質基板上,且該裝飾圖案層實質上位於該觸控元件周邊。
- 一種硬質基板的處理方法,包括:對一硬質母板進行一機械加工或材料移除處理以形成至少一硬質基板初坯,使該硬質基板 初坯具有一切割壁;對該切割壁進行一蝕刻製程而使該切割壁成為一蝕刻壁;以及對該硬質基板進行一次性的離子強化製程使該硬質基板初坯的全表面完整地包括一離子強化表面層以形成一硬質基板,其中該離子強化表面層在該蝕刻壁的平均深度實質上相同於在該蝕刻壁以外的表面的平均深度;其中該蝕刻壁的平均表面粗糙度由0.03um至0.8um,其中該蝕刻壁包括多個裂隙,該離子強化表面層的平均深度實質上大於該些裂隙的平均深度。
- 如申請專利範圍第7項所述之硬質基板的處理方法,其中對該切割壁進行該蝕刻製程的步驟包括貼附一抗蝕層於該硬質基板初坯上並使該抗蝕層暴露出該切割壁;以及將暴露出來的該蝕刻壁接觸一蝕刻液。
- 如申請專利範圍第7項所述之硬質基板的處理方法,其中該硬質基板初坯的材質為玻璃而該蝕刻液為氫氟酸。
- 如申請專利範圍第7項所述之硬質基板的處理方法,其中進行該離子強化製程之前更包括將該抗蝕層移除。
- 如申請專利範圍第7項所述之硬質基板的處理方法,其中該切割壁的平均表面粗糙度由1.0um至3um。
- 如申請專利範圍第7項所述之硬質基板的處理方法,其中進行該離子強化製程的步驟包括將該硬質基板整體地接觸於一離子強化液。
- 如申請專利範圍第7項所述之硬質基板的處理方法,其中該機械加工或材料移除處理包括切割、磨邊、鑿孔、導角、圖案化蝕刻以及拋光工序的至少其中之一。
- 如申請專利範圍第7項所述之硬質基板的處理方法,其中該蝕刻製程係使用一乾蝕刻媒介或一濕蝕刻媒介而進行,且該乾蝕刻媒介包括含氟氣體或電漿,而該濕蝕刻媒介包括至少含氫氟酸或含氟之溶劑。
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