TWI621602B - LCD touch panel protection board - Google Patents

Abstract

本發明係一種由尖晶石(spinel)燒結體所形成之液晶觸控面板保護板，其特徵係尖晶石燒結體之平均粒徑為10μm以上100μm以下。

Description

液晶觸控面板保護板

本發明係有關液晶觸控面板保護板，更特定而言，係有關用尖晶石燒結體形成之液晶觸控面板保護板。

液晶觸控面板，許多是在保護表面免於髒污或外部空氣之目的下，設置保護板來使用之場合。近年，各種行動裝置急速普及，隨之，對行動裝置的液晶觸控面板的保護板之強度也被要求。

於是，作為具有強度的液晶觸控面板的保護板，提出採用強化玻璃或單晶藍寶石基板之技術。

強化玻璃之製造成本較便宜，但強度面被邀求更加提升。此外，單晶藍寶石，相較於強化玻璃，該硬度及強度較大，作為保護板之性能優良，但製造成本非常高，從實用化的觀點而言仍有問題。

於是，本發明之目的在於提供具有優良的強 度，且製造成本可抑制之液晶觸控面板保護板。

關於本發明一型態之液晶觸控面板保護板，係由尖晶石燒結體所形成之液晶觸控面板保護板，前述尖晶石燒結體係平均粒徑為10μm以上100μm以下之、液晶觸控面板保護板。

根據上述型態，可以提供具有優良的強度，且製造成本可抑制之液晶觸控面板保護板。

[本發明實施型態之說明]

首先，列記本發明之實施型態並加以說明。

(1)關於本發明一型態之液晶觸控面板保護板，係由尖晶石燒結體所形成之液晶觸控面板保護板，前述尖晶石燒結體係平均粒徑為10μm以上100μm以下之、液晶觸控面板保護板。

尖晶石燒結體的粒徑，係會影響到尖晶石燒結體的強度。在尖晶石燒結體的平均粒徑為10μm以上100μm以下時，尖晶石燒結體具有優良的強度。從而，以該尖晶石燒結體所形成的液晶觸控面板保護板也會具有優 良的強度。

(2)前述液晶觸控面板保護板，最好是表面粗糙度Ra為10nm以下。藉此，液晶觸控面板保護板能夠具有較高的光透過率、具有優良的影像顯示品質。

(3)最好是前述尖晶石燒結體係含氣孔，前述氣孔的最大徑為100μm以下，且前述尖晶石燒結體每1cm³有徑長10μm以上之氣孔數2.0個以下。

藉此，由於尖晶石燒結體之強度及耐磨耗性優良，所以不容易破裂、表面不容易損傷。再者，耐蝕性也變良好。從而，以該尖晶石燒結體所形成的液晶觸控面板保護板也會具有優良的強度。

(4)前述尖晶石燒結體之組成最好是MgO‧nAl₂O₃(1.05≦n≦1.30)。藉此，使尖晶石燒結體之強度與光透過性恰當平衡地提升。從而，以該尖晶石燒結體所形成的液晶觸控面板保護板之強度與光透過性也會恰當平衡地提升。

(5)最好是前述尖晶石燒結體含不純物，前述不純物的平均粒徑為20μm以下、且含有量為10ppm以下。藉此，尖晶石燒結體具有安定化高的光透過率。從而，以該尖晶石燒結體所形成的液晶觸控面板保護板也會具有高的透過率。

[本發明之實施型態之說明]

以下說明關於本發明實施型態之液晶觸控面板保護板 之具體例。又，本發明並不限定於該等例示，而意圖根據申請範圍所示，包含與申請範圍均等的意義以及範圍內所有的變更。

〈液晶觸控面板保護板〉

關於本發明一實施型態之液晶觸控面板保護板，係由尖晶石燒結體所形成的液晶觸控面板保護板。

液晶觸控面板保護板之表面粗糙度Ra最好在10nm以下，在5nm以下更佳。藉此，液晶觸控面板保護板能夠具有較高的光透過率、具有優良的影像顯示品質。又，表面粗糙度Ra係JIS規格的算數平均粗糙度。算數平均粗糙度，係一種表示表面粗糙度之參數並以以下方式計算。從某一表面粗糙度曲線朝其平均線的方向從位置0到位置1為止僅抽出基準長度，該抽出部分的平均線的方向為X軸、縱倍率的方向為Y軸。將粗糙度曲線以Y=f(x)表示時，X軸方向之從位置0到位置1為止的領域之算數平均粗糙度Ra係利用以下數式求出。

液晶觸控面板保護板的大小，只要能夠覆蓋液晶觸控面板的表面並不特別受限定。

液晶觸控面板保護板的厚度，雖然愈厚則強度愈大，卻造成液晶觸控面板的應答特性或散熱性降低。

〈尖晶石燒結體〉

關於本發明一實施型態之液晶觸控面板保護板，係由尖晶石燒結體所形成的。

尖晶石燒結體，係組成式以MgO‧nAl₂O₃(1≦n≦6)所表示之尖晶石燒結體。尖晶石燒結體為多晶體、不發生雙折射率，具有優良的光透過性。此外，尖晶石燒結體因為機械性強度及耐磨耗性佳，所以不容易破裂，表面不容易損傷。再者，耐蝕性也很良好。從而，以該尖晶石燒結體所形成的液晶觸控面板保護板也會具有優良的光透過性、機械性強度、耐磨耗性及耐蝕性。

此外，尖晶石燒結體，除了原料便宜，還有能夠用粉末冶金技術來製造，因而，能夠以較低成本製造。此外，形狀並不受限。再者，相較於藍寶石，加工更為容易。從而，以尖晶石燒結體所形成的液晶觸控面板保護板也能夠以較低成本來製造。

前述尖晶石燒結體之平均粒徑為10μm以上100μm以下。一般而言，構成尖晶石燒結體的尖晶石粒子的粒徑愈小，尖晶石燒結體的強度就愈大，而光透過率卻降低。本發明人等銳意檢討構成尖晶石燒結體之尖晶石粒子的粒徑、與尖晶石燒結體的強度及光透過性的關係，結果，發現當尖晶石燒結體的平均粒徑為10μm以上100μm以下時，能夠得到強度與光透過性平衡良好的尖晶石燒結體。

尖晶石燒結體的平均粒徑最好是10μm以上 100μm以下，在20μm以上60μm以下更佳。尖晶石燒結體的平均粒徑愈小，例如未滿10μm時，會使光的粒界散射增加，因而，有使尖晶石燒結體的光透過性降低之傾向。另一方面，尖晶石燒結體的平均粒徑愈大，例如超過100μm時，根據Hall-Petch關係式有使尖晶石燒結體的強度降低之傾向。

又，尖晶石燒結體的平均粒徑，係在將以尖晶石燒結體所形成的液晶觸控面板保護板的表面用研磨機(Nanofactor公司製NF-300)鏡面加工之後，用光學顯微鏡觀察一定範圍、測定前述範圍所含的全部尖晶石燒結體的粒徑、算出平均之數值。

尖晶石燒結體係含氣孔；前述氣孔的最大徑為100μm以下，且前述尖晶石燒結體每1cm³有徑長10μm以上之氣孔數2.0個以下。藉此，可以抑制通過尖晶石燒結體的光散射，使尖晶石燒結體的光透過性再提升。再者，該尖晶石燒結體之機械性強度的差異指標之韋布爾(Weibull)係數也會提升，可以得到安定化的製品。這優良的機械的性質，被認為是由於氣孔數少所帶來的影響。

尖晶石燒結體，最好是不包含最大徑超過100μm之氣孔。在此，「不包含」係意味實質上的不包含，於不造成光散射因子的增大之範圍下，也可以微量地包含最大徑超過100μm之氣孔。氣孔的最大徑為50μm以下之場合，由於更可減低光的散射因子而較佳。

尖晶石燒結體中含有的氣孔的最大徑，可以將尖晶石燒結體一定範圍用透過光以顯微鏡加以觀察而測定。通常上，能夠藉由將尖晶石燒結體切出一定體積(最好是厚度10~15mm、長度20mm、幅寬20mm)並研磨上下面，將得到的樣本利用顯微鏡照相來觀察，測定其中所包含的氣孔徑而得到。氣孔不是球形之場合下，氣孔中各方向的徑長不一，將其中最大徑長者設為最大徑。

具體而言，將尖晶石燒結體切出厚度15mm、長度20mm、幅寬20mm，研磨上下面來準備樣本。針對10個該樣本，進行氣孔徑長的測定。針對8個以上的樣本沒有觀察到氣孔最大徑超過100μm之場合，設定為實質上不包含氣孔最大徑超過100μm。

前述尖晶石燒結體每1cm³有尖晶石燒結體中徑長10μm以上的氣孔數2.0個以下之點，可以將尖晶石燒結體的一定體積用透過光以顯微鏡加以觀察而被測定。具體而言，將尖晶石燒結體切出厚度10~15mm、長度20mm、幅寬20mm(或者，將複數尖晶石燒結體做成合計的體積與前述相同大小)並研磨上下面，將得到的樣本利用顯微鏡照相來觀察並測定氣孔的徑長及數量。

在本發明之一實施型態，尖晶石燒結體之組成最好是MgO‧nAl₂O₃(1.05≦n≦1.30)。n的數值，為1.07≦n≦1.125更佳，為1.08≦n≦1.09再更佳。藉此，使尖晶石燒結體之強度與光透過性恰當平衡地提升。從而，以該尖晶石燒結體所形成的液晶觸控面板保護板之強 度與光透過性也會恰當平衡地提升。

在本發明之一實施型態，最好是尖晶石燒結體含不純物，前述不純物的平均粒徑為20μm以下、且含有量為10ppm以下。尖晶石燒結體中所含的不純物，會形成氣孔等內部缺陷使光的散射因子增大，令尖晶石燒結體的光透過性降低。此外，也影響到折射率等。從而，不純物的平均粒徑愈小愈好，含有量愈少愈好。

不純物，係被包含在原料粉末，或製作燒結體時混入，而被包含在尖晶石燒結體中。從而，作為原料粉末最好是採用高純度，針對利用燒結被除去的成分之純度為99.9質量%以上之尖晶石較佳。此外，在燒結步驟也最好是管理沒有不純物的混入。

容易被包含在原料粉末的不純物及製作燒結體時容易混入的不純物，具體而言，能夠舉出鎢(W)、鈷(Co)、鐵(Fe)、碳(C)、銅(Cu)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鎳(Ni)等。在燒結步驟，考慮到該等不純物與不純物合體或者析出，會形成大小對光學特性帶來不良影響之不純物粒子，使光的散射因子增大，對透過性造成不良影響。原料粉末的純度、燒結步驟的管理之進行，最好是讓尖晶石燒結體中該等不純物的合計含有量在10ppm以下，更好是在5ppm以下。

〈尖晶石燒結體之製造方法〉

尖晶石燒結體，係能夠利用例如以下的方法來製造。

首先，準備尖晶石粒子，使該尖晶石粒子分散在分散媒來製作泥漿(slurry)。泥漿的製作，係能夠將高純度的尖晶石粒子、分散媒、分散劑等適量配合進行機械性地攪拌混合。機械性的攪拌混合之方法，可以舉出利用球磨機(ball mill)予以混合之方法、採用超音波槽自外部照射超音波之方法、利用超音波均質器(ultrasonic homogenizer)照射超音波之方法。考慮到尖晶石粒子於分散媒中容易分散、容易形成均一的泥漿，使用陶瓷研磨機(ceramics mill)等之分散方法，成為不純物之氧化物或者鹽類容易混入，因而，最好是採用超音波之方法。攪拌混合時間應該隨該泥漿的量或超音波的照射量之不同適宜調整，例如在泥漿量為10公升、採用照射能力為25千赫(kHz)左右的超音波槽之場合，最好是進行30分鐘以上。作為分散尖晶石粒子之分散媒，可以採用水或各種有機溶媒。攪拌混合後，也能進行靜置沈降、離心分離、利用旋轉式汽化器(rotary evaporator)等之減壓濃縮等，提高泥漿中的尖晶石濃度。

其次，在將該泥漿利用噴霧乾燥器(spray dryer)等做成顆粒狀之後，將該顆粒充填到金屬模，加壓成指定形狀來製作尖晶石成形體。

在泥漿裡，為了可以做成均一的分散，也可以添加聚丙烯酸銨鹽(分散媒為水之場合)或乙基油酸、脫水山梨糖醇一油酸酯、脫水山梨糖醇三油酸酯、聚羧酸系(分散媒為有機溶媒之場合)等之分散劑，或為了容易讓 顆粒形成而添加聚乙烯醇、聚乙烯醇縮乙醛、各種丙烯系聚合物、甲基纖維素、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛系、各種蠟(wax)、各種多糖類(polysaccharides)等有機黏合劑。

原料之尖晶石粒子最好是高純度的。原料中所含的有機物、滷素(halogen)或水係於1次燒結之步驟自原料中被除去，並不會損害尖晶石燒結體的特徵，因而，於1次燒結前的階段混入該等不純物是可被容許的。

加壓的方法，可以舉出冷均壓加壓法(CIP)。加壓的壓力最好是從1次燒結後尖晶石成形體的相對密度的95~96%範圍之範圍來選擇，通常為100~300MPa。

其次，尖晶石成形體係被1次燒結。1次燒結，係將尖晶石成形體於指定的常壓或者減壓(真空)氛圍下、在1500~1900℃加熱予以燒結。常壓或者減壓(真空)氛圍，最好是氫等還原氛圍或氬(Ar)等非活性氣體氛圍。氛圍之壓力最好是減壓(真空)，具體而言，最好是1~200Pa左右。1次燒結的時間最好在1~5小時左右。

1次燒結後的尖晶石成形體(尖晶石1次燒結體)的相對密度最好在95~96%之範圍。在此，相對密度係表示尖晶石的實際密度對理論密度(25℃下3.60g/cm³)之比(理論密度比，以%來表示)，例如，相對密度95%的尖晶石之密度(25℃)係3.42g/cm³。

尖晶石成形體(尖晶石1次燒結體)之相對密度為未滿95%之場合，會使2次燒結步驟之燒結難以進展且不易得到透明的尖晶石燒結體。另一方面，該相對密度超過96%之場合，在2次燒結步驟使尖晶石成形體內既存氣孔的合體容易進行，容易生成最大徑超過100μ之氣孔。還有氣孔數也增加，使得尖晶石燒結體每1cm³有最大徑10μm以上的氣孔數2.0個以下之尖晶石燒結體難以得到。

1次燒結前的成形體的密度會因成形時的加壓壓力而改變。此外，1次燒結步驟後的尖晶石成形體的相對密度，會因1次燒結前的成形體的密度或1次燒結的溫度或時間之不同而變動。從而，範圍95~96%之相對密度，係可以藉由調整成形時的加壓壓力或1次燒結的溫度或時間而得到。

利用1次燒結步驟得到之尖晶石1次燒結體，進行2次燒結。2次燒結，係將成形體於加壓下、在1500~2000℃最好是1600~1900℃加熱予以燒結。加壓的壓力，為5~300MPa之範圍，最好在50~250MPa左右，在100~200MPa左右更佳。2次燒結的時間最好在1~5小時左右。2次燒結之氛圍，例舉最好是氬(Ar)等非活性氣體之氛圍。

2次燒結步驟後尖晶石成形體(尖晶石燒結體)的相對密度最好是99.9%以上。尖晶石成形體2次燒結後的相對密度，會隨2次燒結步驟之壓力或溫度之不同 及2次燒結的時間長短而變動。從而，99.9%以上的相對密度，係可以藉由調整2次燒結步驟之壓力或溫度及2次燒結的時間而得到。

藉由以上作法，把2次燒結步驟後的尖晶石燒結體的相對密度調整成為99.9%以上，就能夠抑制燒結步驟中尖晶石的粒成長，可以抑制隨尖晶石的粒成長之微細氣孔之合體。結果，能夠得到抑制最大徑超過100μm之類的氣孔的發生、還有氣孔數被抑制之尖晶石燒結體。

〈液晶觸控面板保護板之製造方法〉

以上述尖晶石燒結體製造方法所得到之尖晶石燒結體，經過形成指定形狀之切斷、研磨等步驟，被加工成液晶觸控面板保護板。研磨液晶觸控面板保護板時，最好使表面粗糙度Ra為10nm以下。液晶觸控面板保護板之大小或厚度，只要是因應被適用之液晶觸控面板的大小或設計等來決定即可，並無特別限定。此外，也可以在液晶觸控面板保護板的表面形成貫通部，或用以將液晶觸控面板的一部份放大顯示而形成透鏡。

此外，因應必要也能在液晶觸控面板保護板的表面形成反射防止塗層或執行光學上作用之層。例如能夠在液晶觸控面板保護板的單面或者雙面，藉由形成反射防止塗層而使光透過功能更提升。

反射防止塗層係例如金屬氧化物或金屬氟化物之層，其形成方法，以前周知為PVD法(物理蒸鍍 法)，具體而言，可以採用濺鍍法、離子電鍍(ion plating)法、真空蒸鍍法等。

[實施例]

根據實施例進而具體地說明本發明。但，本發明並不受限於該等之實施例。

〈液晶觸控面板保護板之製作〉 [製造例1]

將組成為MgO‧nAl₂O₃(n=1.09)之尖晶石粒子4750g(純度99.9%以上)、水(分散媒)3100g、聚羧酸銨40質量%水溶液(分散劑、Sannopco公司製：商品名SN-D5468)125g，放入容量40公升的超音波槽，一邊照射超音波、一邊進行30分鐘攪拌混合。之後添加有機黏合劑之聚乙烯醇(kuraray公司製：商品名PVA-205C)10質量%溶液1000g、與可塑劑之聚乙二醇#400(特級試藥)10g，60分鐘攪拌混合以調製泥漿。

其次，將泥漿利用噴霧乾燥器做成顆粒狀，進而在將顆粒的含水率調濕成0.5質量%之後，充填至金屬模，利用加壓於196MPa的壓力下1次成形，再者，於196MPa的壓力下利用冷均壓加壓法(CIP)2次成形，得到尖晶石成形體。

將得到的成形體放入石墨製容器，於真空中(5Pa以下)、1700℃，進行2小時1次燒結。在將得到 的1次燒結體用阿基米得法(Archimedian method)測定相對密度時，為98%。

將1次燒結體在氬氛圍下、氛圍壓力196MPa條件下、溫度1700℃進行2小時利用熱均壓加壓法(HIP)之加熱、加壓，得到2次燒結體。在將得到的2次燒結體用阿基米得法測定相對密度時，為99.8%。

將以前述方法所得到之尖晶石的2次燒結體，切斷成主表面為一邊100mm之正方形、厚度約1mm之板之後，將主面的兩面用研磨機(Nanofactor公司製NF-300)研磨，得到表面粗糙度Ra為8nm、厚度1mm之液晶觸控面板保護板(體積1.0cm³)。

[製造例2~7]

製造例2~7，以表1所示之條件作為1次燒結條件及2次燒結條件之外，以與製造例1同樣的原料及同樣的方法來製作液晶觸控面板保護板。

[製造例8，9]

製造例8，9，液晶觸控面板保護板之表面粗糙度Ra於製造例8為5nm、於製造例9為10nm之外，以與製造例1同樣的原料及同樣的方法來製作液晶觸控面板保護板。

[製造例10~13]

作為原料尖晶石粒子，製造例10之組成為MgO‧nAl₂O₃(n=1.08)之尖晶石粒子、製造例11之組成為MgO‧nAl₂O₃(n=1.05)之尖晶石粒子、製造例12之組成為MgO‧nAl₂O₃(n=1.10)之尖晶石粒子、製造例13之組成為MgO‧nAl₂O₃(n=1.15)之尖晶石粒子，此外，以與製造例1同樣的方法製作液晶觸控面板保護板。

[製造例14~17]

在製造例1之尖晶石粒子，製造例14添加10ppm的矽、製造例15添加20ppm的矽、製造例16添加25ppm的矽、製造例17添加30ppm的矽之外，以與製造例1同樣的原料及同樣的方法來製作液晶觸控面板保護板。

[製造例18]

採用強化玻璃，得到一邊100mm之正方形、厚度1mm之大小的液晶觸控面板保護板(體積1.0cm³)。

[製造例19]

採用藍寶石基板，得到一邊100mm之正方形、厚度1mm之大小的液晶觸控面板保護板(體積1.0cm³)。

〈測定〉

(摩氏硬度；Mohs hardness)

根據JIS規定之方法，測定摩氏硬度。將結果顯示於表1。

(光透過性)

測定液晶觸控面板保護板在波長400nm~800nm之平均光透過率(%)。將結果顯示於表1。

(撓曲剛度)

根據JIS規定之方法，測定3點撓曲剛度。將結果顯示於表1。

(氣孔的觀察)

使用光學顯微鏡(Nikon公司製T-300)以倍率50倍來觀察液晶觸控面板保護板之表面，測定氣孔的最大徑、與徑長10μm以上的氣孔數。將結果顯示於表1。

(不純物含有量)

用ICP發光分析來測定液晶觸控面板保護板之不純物含有量。將結果顯示於表1。

(密度)

用阿基米得法來測定液晶觸控面板保護板之相對密度。將結果顯示於表1。

〈評價結果〉

比較製造例1~7時，確認液晶觸控面板含尖晶石燒結體的平均粒徑為10μm以上100μm以下時(製造例2~6)，液晶觸控面板具有優良的光透過率及強度。

由製造例1、8、9可確認，液晶觸控面板保護板的表面粗糙度Ra為10nm以下時，液晶觸控面板具有優良的光透過率及強度。

由製造例1、10~13可確認，在原料尖晶石粒子之組成MgO‧nAl₂O₃，n的數值為1.05≦n≦1.30時，液晶觸控面板具有優良的光透過率及強度。

由製造例1、14~17可確認，在不純物的平均粒徑為20μm以下、且含有量為10ppm以下時，液晶觸控面板具有優良的光透過率及強度。

在比較製造例1~17、與製造例18、19時可確認，製造例1~17之強度比強化玻璃更佳，具有近乎藍寶石基板之優良強度。

[產業上利用可能性]

本發明之液晶觸控面板保護板，因為具有優良的強度，而有助於用在行動裝置等。

Claims (5)

1. 一種液晶觸控面板保護板，由尖晶石(spinel)燒結體所形成之液晶觸控面板保護板，其特徵係前述尖晶石燒結體之平均粒徑為10μm以上100μm以下；前述尖晶石燒結體係含不純物；前述不純物之平均粒徑為20μm以下，且含有量為10ppm以下；前述不純物，係由鎢(W)、鈷(Co)、鐵(Fe)、碳(C)、銅(Cu)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鎳(Ni)構成的群所選擇之至少1種所構成。
2. 如申請專利範圍第1項記載之液晶觸控面板保護板，其中前述液晶觸控面板保護板之表面粗糙度Ra為10nm以下。
3. 如申請專利範圍第1或2項記載之液晶觸控面板保護板，其中前述尖晶石燒結體係含氣孔；前述氣孔的最大徑為100μm以下，且前述尖晶石燒結體每1cm³有徑長10μm以上之氣孔數2.0個以下。
4. 如申請專利範圍第1或2項記載之液晶觸控面板保護板，其中前述尖晶石燒結體之組成為MgO．nAl₂O₃(1.05≦n≦1.30)。
5. 如申請專利範圍第1或2項記載之液晶觸控面板保護板，其中前述尖晶石燒結體，相對密度為99.6%以上。