TWI709459B

TWI709459B - 玻璃基板表面粗糙化的方法

Info

Publication number: TWI709459B
Application number: TW108140345A
Authority: TW
Inventors: 丁原傑; 尹昭貴
Original assignee: 大陸商福暘技術開發有限公司
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2020-11-11
Also published as: TW202118583A

Abstract

本發明係提供一種玻璃基板表面粗糙化的方法，主要係於二玻璃基板之間加入硬質磨料，該硬質磨料之硬度係等於或大於玻璃基板之硬度，用以使該二玻璃基板相對研磨後，與該硬質磨料接觸的玻璃基板表面可獲得表面粗化之效果，且玻璃基板可再以藥液清洗，使玻璃基板表面產生高低落差之坑谷微結構。

Description

玻璃基板表面粗糙化的方法

本發明係與玻璃加工有關，特別是指一種針對高鋁蓋板玻璃之表面粗糙化的方法者。

玻璃基板是3C消費電子產品之觸控屏或外殼的關鍵材料(如智慧型手機)，玻璃基板表面粗糙化後所形成之微型坑谷(凹坑)結構，能透亮並達到漫反射的效果，進而發揮抗炫光功能，因此，目前3C消費電子產品的觸控屏或外殼表面均有經過粗糙化處理。

下列四種物理性能指標常被用來作為表面粗糙化與漫反射的效能指標，包括透光率(Transmittance)、霧度(Haze)、光澤度(Gross)和粗糙值(Ra)。商業應用時會針對不同用途而有不同之規格要求，例如：作為智慧型手機之前蓋板與後蓋板，前蓋板之規格要求重點在於需配合手機的顯示功能，要求高透光率、低霧度、高光澤與較低之Ra值，而後蓋板之規格要求重點在於握住手機時手掌與收指觸摸背蓋板之用戶體驗，一般會要求低透光率、高霧度、適當之光澤度與略高之Ra值。前述各技術指標之高低均直接取決於玻璃表面粗糙化後的微結構形貌，微結構形貌主要係指玻璃表面所形成的微坑谷(又稱微凹坑)之大小、高低、形狀、均勻性等因素。

目前市面上流行的玻璃表面粗糙化，特別是應用於AG玻璃生產的主流方法，是使用噴砂或化學蒙砂(蒙砂膏或蒙砂液)對玻璃表面先進行粗糙化工序，然後再經化學蝕刻完成，如US6807824、US9446979、US9651720、US5989450、CN207958150及CN106892572等專利所示。噴砂法制作之玻璃表面顆粒度較大且較不均勻，粒子凹坑直徑極差範圍為40-80μm，凹坑直徑均質落於30-70μm區間。化學蒙砂法所製作之玻璃表面例粒子凹坑的品質會比噴砂法要好一點，一般而言，其粒子凹坑直徑極差範圍仍高達40-60μm，凹坑直徑均質落於15-40μm之間。

惟，目前市場主流的噴砂蝕刻或化學蒙砂、蝕刻等方法主要是針對浮法玻璃基板，特別是傳統鈉鈣玻璃板，進行蝕刻工藝，對於高端電子產品運用之玻璃(高鋁矽酸鹽玻璃)而言，由於其硬度與耐化學腐蝕性均較傳統鈉鈣玻璃大幅提升，傳統的噴砂/蒙砂加上傳統化學蝕刻方法對於高鋁矽酸鹽玻璃會發生無效或是AG品質差與極不穩定之現象，目前亦無較佳的製作工藝。

因此，對於觸控屏用的高鋁玻璃蓋板，如何在玻璃表面製作類似坑谷的凹凸微結構，達到玻璃表面抗炫的效果，或是藉由類似坑谷的凹凸微結構增加玻璃表面溫潤的觸感與摩擦力，都是目前業界亟需解決的技術難點。

本發明之主要目的即在提供一種玻璃基板表面粗糙化的方法，其硬磨工藝可適用於任何種類之玻璃，特別是高鋁玻璃，可使玻璃基板表面產生高低落差之坑谷微結構，適合應用於抗炫玻璃之生產，甚具實用價值者。

緣是，為達成前述之目的，本發明係提供一種玻璃基板表面粗糙化的方法，主要係於二玻璃基板之間加入硬質磨料，該硬質磨料之硬度係等於或大於玻璃基板之硬度，用以使該二玻璃基板相對研磨後，與該硬質磨料接觸的玻璃基板表面可獲得表面粗化之效果。

進一步地，係至少包含有以下步驟：a)固定玻璃基板：將二玻璃基板分別吸附在一研磨設備之一上磨盤與一下磨盤；b)調配研磨漿料：依據玻璃表面需粗糙化的要求，選擇預定粗細程度之硬質磨料以調配成該研磨漿料，再置入該研磨設備之一料桶內；c)研磨玻璃基板：啟動該研磨設備進行玻璃基板表面研磨，該研磨設備會自動輸送研磨漿料至上、下磨盤間的研磨位置，研磨時間為3-15分鐘；d)水洗後乾燥：卸下二玻璃基板並予以水洗後乾燥。

進一步地，更包含有以下步驟：e)藥液清洗：對玻璃基板之研磨面進行藥液清洗，清洗時間為1-5分鐘，藥液係由純水、硫酸和氫氟酸所組成；f)水洗後乾燥。

進一步地，a)步驟中，玻璃基板係溢流法生產之玻璃板，任何一面皆可作為加工面。

進一步地，a)步驟中，玻璃基板係浮法生產之玻璃板，係將玻璃板之錫液對應面吸附於上、下磨盤、空氣對應面作為加工面。

進一步地，b)步驟中，該研磨漿料係以硬質磨料、分散劑等化學添加劑與水均勻混合而成，該硬質磨料可包括但不限於下列材料：同質玻璃粉、碳化矽粉、氮化矽粉、氮化硼粉、碳化鎢粉等。

進一步地，該硬質磨料之粒徑係介於3-20μm之間、形狀可以是球形、橢圓形、多邊型或不規則型。

進一步地，e)步驟中，藥液可以但不限於以下重量份的原料比例：硫酸與氫氟酸之濃度比值為8-13，硫酸、氫氟酸之總量與純水之比例為0.1-0.9。

進一步地，該二玻璃基板係利用一研磨設備進行研磨，該研磨設備可以但不限於圓盤(公轉與自轉)研磨機、震動(機械震動與超聲波震動)等研磨機型式。

進一步地，c)步驟中，該研磨設備係圓盤(公轉與自轉)研磨機。

100、200‧‧‧玻璃基板表面粗糙化的方法

110‧‧‧固定玻璃基板

120‧‧‧調配研磨漿料

130‧‧‧研磨玻璃基板

140‧‧‧水洗後乾燥

210‧‧‧藥液清洗

220‧‧‧水洗後乾燥

圖一係本發明一較佳實施例之流程圖。

圖二係本發明另一較佳實施例之流程圖。

圖三A、B、C、D是利用不同粒徑之磨料以不同研磨與藥洗時間處理後之玻璃試樣顯微鏡圖(A為平均粒徑5μm之磨料進行研磨15分鐘與藥液清洗4分鐘、B為平均粒徑5μm之磨料進行研磨10分鐘與藥液清洗3分鐘、C為平均粒徑5μm之磨料進行研磨6分鐘與藥液清洗1分鐘、D為平均粒徑3μm之磨料進行研磨15分鐘與藥液清洗1分鐘)。

以下，茲舉本發明二較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後：

首先，本發明一較佳實施例之玻璃基板表面粗糙化的方法100，其主要係於二玻璃基板之間加入硬質磨料，該硬質磨料之硬度係等於或大於玻璃基板之硬度，該二玻璃基板係利用一研磨設備進行研磨，該研磨設備係習知玻璃加工領域常見的研磨設備，例如圓盤(公轉與自轉)研磨機、震動(機械震動與超聲波震動)等研磨機型式皆可，用以使該二玻璃基板相對研磨後，與該硬質磨料接觸的玻璃基板表面可獲得表面粗化之效果。

詳言之，如圖一所示，本發明之第一步驟係固定玻璃基板110：係將二玻璃基板分別吸附在研磨設備之一上磨盤與一下磨盤，玻璃基板可為習知溢流法或浮法生產的玻璃板，溢流法生產的玻璃板，可以其任何一面作為加工面而固定於上、下磨盤，若玻璃基板係浮法生產之玻璃板，則係將玻璃基板之錫液對應面吸附於上、下磨盤、空氣對應面作為加工面。該研磨設備係圓盤研磨機，包含供固定玻璃之上、下磨盤與料桶等元件(圖中未示)，料桶係供容納研磨劑等。玻璃基板並經清潔除去殘留於表面之大顆粒與油污等沾汙。

本發明之第二步驟係調配研磨漿料120：依據玻璃表面需粗糙化的要求，選擇預定粗細程度之硬質磨料以調配成該研磨漿料，再置入該研磨設備之料桶內。該研磨漿料係以粒徑係介於3-20μm之間的硬質磨料、分散劑等化學添加劑與水均勻混合而成，該等硬質磨料如同質玻璃粉(如被表面粗化之玻璃本身產生的玻璃粉體)、碳化矽粉、氮化矽粉、氮化硼粉、碳化鎢粉等，且形狀可為球形、橢圓形、多邊型或不規則型，其顆粒之硬度應等於或大於玻璃板材料之硬度。

本發明之第三步驟係研磨玻璃基板130：係啟動該研磨設備，使該二玻璃基板可相對研磨，該研磨設備則會自動將料桶內之研磨漿料輸送至上、下磨盤間的研磨位置，研磨時間可為3-15分鐘，則與硬質磨料接觸的玻璃基板表面可獲得表面粗化之效果，且該粗化效果可透過硬質磨料顆粒之大小來進行調控，亦即，經由調整顆粒大小與研磨時間，可得到不同透光率或霧度等性能的組合。

本發明之最後步驟係水洗後乾燥140：卸下二玻璃基板並予以水洗後乾燥。

藉此，即可將玻璃基板表面予以粗糙化。

其次，如圖二所示，係本發明另一較佳實施例之玻璃基板表面粗糙化的方法200，其特色係在於將玻璃基板表面粗糙化後，再對玻璃基板表面的微結構進行調整，可提升抗炫微結構之透亮的效果，其方法係更包含有以下步驟：

藥液清洗210：對玻璃基板之研磨面(玻璃加工面)進行藥液清洗，清洗時間為1-5分鐘，藥液係由純水、硫酸和氫氟酸所組成，包括但不限於以下重量份的原料組成：品質濃度為硫酸/氫氟酸比值為8-13，較佳地是9-12，所有酸(硫酸和氫氟酸)之總量與純水之比例為0.1-0.9，較佳地是0.3-0.8。

水洗後乾燥220：將玻璃基板予以水洗後乾燥。

基此，粗糙化之玻璃基板表面再經藥劑清洗處理後，可使玻璃基板表面形成坑谷微結構，此等坑谷微結構特別適合應用於抗炫(Anti-glare,AG)玻璃，且坑谷微結構之微觀顆粒之平均直徑在適當範圍內，可以藉由磨料之粒徑、形狀、研磨時間、酸性清洗液成分與濃度、以及蝕刻時間等因素進行調控，並可縮小微觀顆粒之直徑極差而達到提升微觀顆粒之均勻性，微觀顆粒直徑可以由原來的50-80μm提升到15μm以下，直徑極差由原來的40-60μm提升到7μm以內

以下，係本發明方法之實例說明：

實例一：

將二高鋁矽酸鹽玻璃基板吸附於研磨設備之上、下磨盤(下方玻璃基板可大於上方之玻璃基板)，注入研磨漿料後進行玻璃板研磨(漿料內含平均粒徑為5μm的碳化矽顆粒與分散劑)，玻璃基板經表面粗糙化後，即可進行藥液清洗，藥液主要品質成分為硫酸15%，氫氟酸4%，其餘為純水與微量介面活性劑。

如圖三所示，玻璃試樣A、B、C三者之研磨時間與藥液清洗時間分別為A：研磨15分鐘和藥液清洗4分鐘；B：研磨10分鐘和藥液清洗3分鐘；C：研磨6分種和藥液清洗1分鐘，由圖三A、B、C可觀察到，上述三種加工條件所製成的玻璃試樣均可達到玻璃表面粗糙化的效果，但微型凹坑平均直徑分別約為20μm、14μm、12μm。由此也可得知，研磨時間加長有利於顆粒的均勻性，藥液清洗時間加長會降低微型坑谷結構的高低落差幅度，也就是觸摸時的手感會比較滑順，此一結果符合玻璃表面研磨與酸洗的科學認知。

實例二：

將另一高鋁矽酸鹽玻璃試樣D如同前述實例一之條件進行處理，但此時漿料內的碳化矽顆粒平均粒徑降為3μm，試樣D之研磨時間與藥液清洗時間為15分鐘和藥液清洗1分鐘，如圖三D中可觀察到，此一加工條件所製成的玻璃試樣所達到的玻璃表面微型凹坑平均直徑降為8μm左右且直徑分佈範圍比之前三種試樣增大。此一結果顯示，相同研磨時間時，使用較小的硬質研磨顆粒可以降低凹坑平均粒徑，但會增加粒徑間之不均勻性，但此不均勻性可以利用增加研磨時間來改善之。

由上可知，本發明所提供玻璃基板表面粗糙化的方法，其屬硬磨工藝，可使玻璃基板表面產生高低落差之坑谷微結構，方法簡單、高效，可調整與應用的範圍廣泛，可適用於任何種類之玻璃，特別是用於電子產品之高鋁蓋板玻璃，特別適合應用於抗炫玻璃之生產。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中包括通常知識者，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，因此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。

100‧‧‧玻璃基板表面粗糙化的方法

110‧‧‧固定玻璃基板

120‧‧‧調配研磨漿料

130‧‧‧研磨玻璃基板

140‧‧‧水洗後乾燥

Claims

一種玻璃基板表面粗糙化的方法，主要係於二玻璃基板之間加入一硬質磨料，該硬質磨料之硬度係等於或大於該二玻璃基板之硬度，用以使該二玻璃基板相對研磨後，與該硬質磨料接觸的該二玻璃基板表面可獲得表面粗化之效果。
如申請專利範圍第1項所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其中，係至少包含有以下步驟：a)固定玻璃基板：將二玻璃基板分別吸附在一研磨設備之一上磨盤與一下磨盤；b)調配研磨漿料：依據該二玻璃基板表面需粗糙化的要求，選擇預定粗細程度之該硬質磨料以調配成該研磨漿料，再置入該研磨設備之一料桶內；c)研磨玻璃基板：啟動該研磨設備進行該二玻璃基板表面研磨，該研磨設備會自動輸送該研磨漿料至該上、下磨盤間的研磨位置，研磨時間為3-15分鐘；及d)水洗後乾燥：卸下該二玻璃基板並予以水洗後乾燥。
如申請專利範圍第2項所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其中，更包含有以下步驟：e)藥液清洗：對該二玻璃基板之研磨面進行一藥液清洗，清洗時間為1-5分鐘，該藥液係由純水、硫酸和氫氟酸所組成；及f)水洗後乾燥。
如申請專利範圍第2項所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其中，a)步驟中，該二玻璃基板係溢流法生產之玻璃板，任何一面皆可作為加工面。
如申請專利範圍第2項所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其中，a)步驟中，該二玻璃基板係浮法生產之玻璃板，係將該二玻璃基板之錫液對應面吸附於該上、下磨盤、空氣對應面作為加工面。
如申請專利範圍第2項所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其中，b)步驟中，該研磨漿料係以硬質磨料、分散劑等化學添加劑與水均勻混合而成，該硬質磨料可包括但不限於下列材料：同質玻璃粉、碳化矽粉、氮化矽粉、氮化硼粉、碳化鎢粉等。
如申請專利範圍第6項所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其中，該硬質磨料之粒徑係介於3-20μm之間、形狀可以是球形、橢圓形、多邊型或不規則型。
如申請專利範圍第3項所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其中，e)步驟中，該藥液可以但不限於以下重量份的原料比例：硫酸與氫氟酸之濃度比值為8-13，硫酸、氫氟酸之總量與純水之比例為0.1-0.9。
如申請專利範圍第1項所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其中，該二玻璃基板係利用一研磨設備進行研磨，該研磨設備可以但不限於圓盤(公轉與自轉)研磨機、震動(機械震動與超聲波震動)等研磨機型式。
如申請專利範圍第2項所述玻璃基板表面粗糙化的方法，其中，a)步驟中，該研磨設備係圓盤(公轉與自轉) 研磨機型式。