TWI630861B - 包括具有低程度內容物之藍寶石蓋板之行動式電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種包括蓋板之電子裝置係予以揭露。該蓋板係包括一個或多個藍寶石層，其中，該等藍寶石層之至少一者係具有低程度內容物。

Description

包括具有低程度內容物之藍寶石蓋板之行動式電子裝置
本案係關於包括藍寶石蓋板之行動式電子裝置。
現行市面有多種行動式電子裝置(mobile electronic device)，包含至少為部份透明之顯示窗組件(display window assembly)，其包含例如手持式電子裝置，如媒體播放器、行動電話(手機)、個人數位助理(PDA)、呼叫器、平板電腦、膝上型電腦(laptop computer)及筆記本(notebook)。顯示螢幕組件(display screen assembly)係可包含複數元件層(component layer)，例如，視覺顯示層(visual display layer)、供使用者輸入之觸控感應層(touch sensitive layer)、及用以保護該視覺顯示層之至少一外部覆蓋層(outer cover layer)，該視覺顯示層係例如液晶顯示器(LCD)。這些層的各者通常係層壓或黏著在一起。
今日使用之許多行動式電子裝置係遭到過度的機械式及/或化學式損傷，尤其是來自於不小心的操作及/或掉落、來自於螢幕與例如於使用者的口袋或錢包中例如鑰匙之物件之接觸、或來自於頻繁的使用觸控螢幕(touch screen)。舉例言之，智慧型手機及個人數位助理之觸控螢幕介面係會被對實體使用者介面 (physical user interface)之刮(scratch)與挖凹(pit)所造成之磨損(abrasion)所損傷，且此些缺陷會成為應力集中處，令螢幕及/或下面的組件更容易在機械性或其他振動的事件中斷裂。此外，來自於使用者之皮膚之油脂或其他碎屑會覆蓋於表面，且更可進一步促成裝置之劣化(degradation)。此種磨損及化學作用可造成下面的電子顯示組件之視覺清晰度降低，因此潛在地阻礙了裝置之使用及享受，並限制了使用壽命。
多種方法及材料已經被用來增加行動式電子裝置之顯示窗之耐久性(durability)。例如，聚合(polymeric)塗料或層可被應用至觸控螢幕表面以提供對抗劣化之屏障。然而，此種層會干擾下面的電子顯示器之視覺清晰度以及干擾觸控螢幕之敏感度。再者，因為塗料材質通常亦為軟性材質，其本身也很容易被損傷，從而需要週期性的替換或限制裝置之使用壽命。
另一常見之方法係為使用高度抗化學或高度抗刮之材質，以作為顯示窗之外表面。例如，某些行動式裝置之觸敏螢幕係可包含化學強化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃(chemically-strengthened alkali aluminosilicate glass)的層，其具有置換鈉離子(Sodium ion)之鉀離子(potassium ion)以增進硬度，例如能由科寧(Corning)取得，被稱為「大金剛玻璃(gorilla glass)」之材質。然而，縱使是此種類型之玻璃，仍會被多種更硬的材質刮傷，包括金屬鑰匙、沙、及水晶(pebble)，再者，作為玻璃，很容易發生脆性損毀(brittle failure)或粉碎。藍寶石(sapphire)有被建議及使用作為前述顯示組件之外部層之材質、或作為分離的保護片以應用於顯示窗上。惟，藍寶石係相當昂貴且通常含有缺陷(imperfection)及雜質(impurities)，此 些缺陷及雜質會成為光散射(light scatter)、光反射、及光穿透耗損之處，從而影響了裝置之顯示特性及降低了可視圖像之品質。
因此，雖然可取得之材質能夠增進行動式電子裝置之顯示器相對之損傷對抗性，但產業上仍有提供更佳的機械韌性及抗刮傷性且不降低穿透性(transmittance)之材料及方法之需求。
本發明係關於包括蓋板之電子裝置，該蓋板具有至少一透明顯示區域(transparent display region)。該蓋板包括至少一藍寶石層，該藍寶石層未具有尺寸大於0.05mm之內容物(inclusion)。較佳地，該藍寶石層係未具有長度或直徑大於0.05mm之內容物。再者，該藍寶石層較佳地係未令內容物間之內部距離小於2.0mm，其次，其於2.5cm2之面積中之內容物之總體面積小於2.0mm2。該電子裝置復可包括至少一具有顯示表面(display surface)之顯示組件(display element)，且該蓋板係能貼附至該顯示表面或可拆卸地設置於該顯示表面之頂部以做為保護層。
能被瞭解的是，前揭一般說明及後述之實施方式係為例示性說明，且用以進一步闡述如申請專利範圍所界定之本發明。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧藍寶石層
120‧‧‧蓋板
第1圖係顯示本發明之電子裝置之蓋板。
本發明係關於一種電子裝置，包括蓋板，其中，該蓋板係包括至少一藍寶石層，該藍寶石層係具有低程度之內容物 (low level of inclusion)。
如第1圖所示，本發明之電子裝置100係包括蓋板120，該蓋板120係具有至少一透明顯示區域，而透過該透明顯示區域來顯示圖像，例如從其上放置有該蓋板120的顯示組件。也可存在非透明區域，尤其是作為裝飾組件(decorative elements)(例如邊框(borders))、或作為勾勒出顯示器之多種功能區塊的組件。該電子裝置能為任何已知之包括顯示器或顯示組件之技術，該顯示組件係例如行動電話或手持式電子裝置，其包括但不限於用於音樂及/或影片之電子媒體播放器(如mp3播放器)、行動電話(手機)、個人數位助理(PDA)、呼叫器、膝上型電腦、電子筆記本或平板電腦。該裝置之該顯示組件可包含複數個元件層，包含例如視覺顯示層(如液晶螢幕)及做為觸控螢幕應用之一部之觸控感應層。該蓋板能貼附於該裝置之該顯示組件之顯示表面，或者也能作為分離的保護層，其設置或定位於該顯示組件之上或頂部，並後續於需要時予以移除。
本發明之該電子裝置100之該蓋板120係包括具有低程度內容物之藍寶石層110，詳述如後。該蓋板係可為單一、自存的(free-standing)藍寶石層、或者可具有額外的其他層體，包含額外的藍寶石層或是能夠提供其他有益特性(例如增進的機械或表面特性，包含硬度或抗裂性)之其他材質之層。舉例而言，該蓋板係可包括抗反射(antireflective)及/或抗油性(oleophobic)塗層，其厚度通常介於約0.001微米至約1.5微米。因此，該蓋板係可為多層複合物，包括例如2至10層，如2至5層或2至3層，其中至少一層係為具有低程度內容物之藍寶石層。較佳地，特別 是由於成本因素，該蓋板係包括單一層之包含低內容物之藍寶石。
該藍寶石層之厚度係可依據如該電子裝置之型態或尺寸、或依據成本、或依據該蓋板欲達到之特性從而有所改變。舉例言之，為了成本因素，較薄之層係較佳，且該藍寶石層之厚度係可小於約3毫米(mm)，如介於約0.01mm至約3mm間，包含小於約2mm，如小於約1mm，小於約0.5mm，或小於約0.1mm。再者，該藍寶石層係可為超薄膜(ultrathin)藍寶石層，例如可由使用離子佈植法(ion implantation method)之藍寶石供體(donor)予以製備，該藍寶石層具有小於50微米之厚度，包含例如小於30微米、小於25微米、小於20微米、或甚至小於15微米。較佳地，該藍寶石層係自存的且因此能與載體層(carrier layer)分別地處理。
本發明之該電子裝置之該蓋板之整體厚度係可依據多種因素而改變，包含例如層數量及該電子裝置所需之尺寸與重量。一般而言，該蓋板係具有小於約5mm之厚度，且較佳地係具有約0.3mm至約3.0mm間之厚度。然而，由於本發明之該蓋板係包括至少一具有低程度內容物之藍寶石層，該藍寶石層能作為光損失及顯示圖片調和之處，現揭露之蓋板係能較包括目前可取得之藍寶石之蓋板以及包括玻璃的蓋板為薄，同時達到同等之所需特性，而所述預定特性係如觸控螢幕敏感度、剛性、及強度。因此，舉例而言，該蓋板之厚度較佳地係介於約0.4mm至約2.5mm間，甚至更佳地介於約0.5mm至約2.0mm間，且最佳地係介於約0.5mm至約1.0mm間。
於本發明中，該等藍寶石層之至少一者係具有低程度內容物。在此所使用之名稱“內容物(inclusion)”係指包含於該 藍寶石層內且造成光散射或反射的任何物體或可見雜質(visible impurity)。內容物之例子係包含氣泡、氣體、粒子或其他可見之物體，且此些物體係能為任何尺寸或形狀。內容物係能變成結合於來自多種來源的藍寶石材質內，但內容物通常係藍寶石之製程的結果。典型上，現行能取得之藍寶石係藉由任何各種長晶(crystal growth)或固化程序(solidification process)所製備，且通常具有高階與相對大的內容物。例如，藍寶石係典型上具有平均尺寸約0.1mm甚至能更大之內容物，例如平均約0.1mm至約1.0mm的尺寸。此些內容物係能均勻分佈或在有些情況中非均勻分佈在材質中。因此，內容物間之距離(此處係指內容物間之內部距離(inter-inclusion distance))能有所改變。內容物的凝集導致低的內容物間之內部距離，且這對藍寶石之光學特性有特別大之影響。
相較之下，使用在本發明之該電子裝置中之該蓋板之該藍寶石層係具有相當低程度之內容物。特別是，依據該內容物之整體形狀，現揭露之蓋板之藍寶石材質係未具有尺寸大於0.05mm之內容物，無論是於長度或直徑上量測。較佳地，於該藍寶石層中存在之任何內容物係於尺寸上小於0.04mm，例如小於0.03mm或小於0.025mm。再者，較佳地，該藍寶石層係未具有較接近2.0mm之內容物，且因此，該藍寶石層係未具有小於2.0mm的內容物間之內部距離。更佳地，介於所有內容物間之距離係大於2.0mm，例如大於3.0mm及大於4.0mm。再者，該藍寶石層亦較佳地具有非常低總量之內容物。特別是，內容物之總體面積係非常低，且於該藍寶石層之任何2.5cm2之面積中係較佳地小於2.0mm2，包括小於1.5mm2及小於1.0mm2。因此，該藍寶石層係具 有少量之內容物，且現揭之那些內容物係相對地於尺寸上較小且相對地均勻分佈遍及該層體。此藍寶石層相較於現行可取得之材質係能被預期具有顯著的光學特性增益，且能因此於多種應用中予以使用，特別是用於以高光學性能為關鍵之電子裝置之蓋板。
該藍寶石層較佳地更具有屬意的機械、物理及/或光學特性。例如，於室溫下，該藍寶石層較佳地係具有至少約700MPa之抗彎強度(flexural strength)、大於1MPa之破裂韌性(fracture toughness)(也就是含有裂痕或劃痕的材料的抗破裂能力)、大於約15GPa之努氏硬度(knoop hardness)及/或大於約1000kg/m之維氏硬度(vickers hardness)，該抗彎強度包含介於約800至1000MPa之間，該破裂韌性包含介於約2至5MPa之間，該努氏硬度包含介於約17至約20GPa之間，該維氏硬度包含介於約2000至3000kg/m之間。例如為楊氏係數(Young's modulus)之係數較佳地亦係介於約300至400GPa之間，但是能依據該蓋板之所需特性而改變，例如依據觸控靈敏度。
該蓋板之該藍寶石層係能使用現有技術已知之任何方法予以製備。舉例來說，該藍寶石層係由較大塊體之藍寶石水晶所鋸出或切出，該較大塊體之藍寶石水晶係已經於長晶設備中製備，該長晶設備係為能在通常高於約1000℃(包含高於約2000℃)之坩堝(crucible)中加熱及融化例如為鋁之固態原料之高溫熔爐，且隨後促進所產生的融化之原料材質再固化以形成結晶材質，例如藍寶石人造剛玉(sapphire boule)。較佳地，該藍寶石本體係於熱交換器方法長晶爐中製備，包括鋁原料及至少一單一藍寶石水晶種(crystal sapphire seed)的坩堝係在爐缸中被加熱至高於其 熔點以融化該原料而無須大幅融化該藍寶石水晶種，且熱源係接著使用熱交換器而由該坩堝予以移除，該熱交換器係例如氦冷卻熱交換器(helium-cooled heat exchanger)，其設置係與該坩堝之底部熱交換且位置在藍寶石水晶種下方。此方法係顯示出能製造大的、高品質之藍寶石本體，某些時候係稱為人造剛玉，該藍寶石層能從該藍寶石本體予以移除。控制內容物係能藉由多種技術，包含原料之純度及/或加工控制條件。
前揭已經表達之本發明之較佳實施例係用以闡述及描述。此非作為徹底的或用以限制本案為所揭露之精確型態。鑑於前揭教示，調整或變化係為可能的或者可藉由本案之實作而取得的。選擇或描述之實施例係為了解釋本案之原則及其實際應用，以令本所屬技術領域具有通常知識者能以適合可設想的特定使用的多種實施例與多種調整利用本發明。本發明之權利保護範圍係欲藉由申請專利範圍及其等效物來界定。

Claims (14)

  1. 一種電子裝置，係包括至少一顯示組件，該顯示組件係具有顯示表面，及用於該至少一顯示組件之具有至少一透明顯示區域之蓋板，該蓋板包括至少一藍寶石層，該藍寶石層係未具有尺寸大於0.05mm之內容物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該藍寶石層係未具有長度大於0.05mm之內容物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該藍寶石層係未具有直徑大於0.05mm之內容物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該藍寶石層係未具有小於2.0mm之內容物間之內部距離。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該藍寶石層於2.5cm2之面積中之內容物之總體面積係小於2.0mm2。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該蓋板係貼附至該顯示表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該蓋板係為移除自如地設置於該顯示表面之頂部之保護層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該藍寶石層係包括於長晶爐中固化之藍寶石。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，其中，該長晶爐係為熱交換器方法長晶爐。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該蓋板係具有介於0.3mm至3.0mm間之厚度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該蓋板係具有 介於約0.4mm至2.5mm間之厚度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該蓋板係具有介於約0.5mm至1.0mm間之厚度。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該蓋板復包括外部抗反射層。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該電子裝置係為電子媒體播放器、行動電話、個人數位助理、呼叫器、平板電腦、膝上型電腦或電子筆記本。
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