TWI756293B - 製造具有紋理化表面及3d形狀的玻璃的製程 - Google Patents

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Abstract

用於形成紋理化3D玻璃系基材的製程包括將玻璃系基材的第一表面紋理化以及將玻璃系基材塑形成三維形狀。基材的表面輪廓是非平面的。在一些實施例中，將玻璃系基材的第一表面紋理化的步驟提供具有10 nm至2000 nm平均粗糙度的第一表面。

Description

製造具有紋理化表面及3D形狀的玻璃的製程
本申請案基於專利法主張2016年11月15日提出申請之美國臨時專利申請案第62/422,300號的優先權權益，依賴優先權案之內容並藉由全文引用將優先權案之內容併入本文中。
本案揭示內容是關於具有紋理化表面與三維(「3D」)形狀的玻璃系基材，以及關於製造具有紋理化表面與3D形狀的玻璃的製程。
對玻璃工業而言的一個目標與挑戰是設計與製作具有功能性與美觀度兩者的玻璃。舉例而言，在消費性電子市場中對具有例如3D形狀、抗眩表面、優雅外表以及觸覺感受之多重優勢性質的玻璃具有需求。
已開發技術用於製造具有3D或抗眩特徵(例如：消光表面處理)的玻璃。但是尚未開發出具有3D與抗眩特徵兩者的玻璃以及製造其的對應製程。舉例而言，此類玻璃作為電子裝置的蓋體會是有利的。
在第一態樣中，製程可包括：將玻璃系基材的第一表面紋理化以產生紋理化第一表面；以及將玻璃系基材塑形成三維形狀，其中在塑形期間該紋理化第一表面可面向鑄模表面，以及在塑形之後基材的表面輪廓可為非平面的。
在依據第一態樣的第二態樣中，其中將該玻璃系基材的第一表面紋理化可為第一表面提供10 nm至2000 nm平均表面粗糙度(Ra)。
在依據第一或第二態樣的第三態樣中，其中將該玻璃系基材的第一表面紋理化可為第一表面提供200 nm至2000 nm平均表面粗糙度(Ra)。
在依據前述態樣中任一態樣的第四態樣中，製程亦包括：在將玻璃系基材紋理化及塑形後，將該玻璃系基材回火。
在依據第四態樣的第五態樣中，其中該回火可為化學回火或熱回火。
在依據前述態樣中任一態樣的第六態樣中，其中將玻璃系基材的第一表面紋理化可包括將該玻璃系基材的第一表面進行蝕刻。
在依據前述態樣中任一態樣的第七態樣中，其中將玻璃系基材塑形成三維形狀可包括在鑄模上將該玻璃系基材真空成形。
在依據前述態樣中任一態樣的第八態樣中，製程也可包括：將玻璃系基材進行切割，以提供一或更多個面積小於該玻璃系基材的基材部分。
在依據第八態樣的第九態樣中，其中可在將該玻璃系基材的第一表面紋理化之後以及在將該玻璃系基材塑形成三維形狀之前執行切割。
在依據前述態樣中任一態樣的第十態樣中，該三維形狀可包括在至少一個方向中的曲線。
在依據前述態樣中任一態樣的第十一態樣中，其中當非平面玻璃系基材在平坦表面上呈靜止時，該玻璃系基材的至少一部份可於該平坦表面上方隆起至少一倍該玻璃系基材的最大厚度的距離。
在依據前述態樣中任一態樣的第十二態樣中，製程亦可包括：將玻璃系基材的第二表面紋理化。
在依據前述態樣中任一態樣的第十三態樣中，其中該玻璃系基材可為玻璃。
在依據前述態樣中任一態樣的第十四態樣中，其中該玻璃系基材可為玻璃陶瓷。
在第十五態樣中，產品可包括玻璃系基材，該基材具有：第一組成；紋理化的第一表面；以及三維形狀，其中該玻璃系基材的表面輪廓可為非平面的，以及以環上環測試(Ring-on-Ring Test)所決定的玻璃系基材環上環破壞負載可在平坦玻璃系基材的環上環破壞負載的10%之內，該平坦玻璃系基材具有該第一組成與該紋理化的第一表面。
在依據第十五態樣的第十六態樣中，其中該玻璃系基材是回火的玻璃系基材。
在依據第十五或第十六態樣的第十七態樣中，其中該紋理化的第一表面的平均表面粗糙度(Ra)可為10 nm至2000 nm。
在依據第十五至第十七態樣中任一態樣的第十八態樣中，其中該紋理化的第一表面的平均表面粗糙度(Ra)可為200 nm至2000 nm。
在依據第十五至第十八態樣中任一態樣的第十九態樣中，其中該產品可為電子裝置，以及其中該電子裝置可包括外殼與電子部件，該外殼具有前表面、背表面以及側表面，該等電子部件至少部分設在該外殼之內，其中該電子部件可包括至少控制器、記憶體以及顯示器，以及其中該顯示器可設於該外殼的該前表面處或鄰接該外殼的該前表面。
在依據第十九態樣的第二十態樣中，其中該電子裝置的外殼的前表面可包括該玻璃系基材。
在依據第十九或第二十態樣的第二十一態樣中，其中該電子裝置的外殼的背表面可包括該玻璃系基材。
在依據第十九至第二十一態樣中任一態樣的第二十二態樣中，其中該電子裝置可進一步包括安置在該顯示器上方的蓋體基材，以及該蓋體基材可包括該玻璃系基材。
在依據第十五至第二十二態樣中任一態樣的第二十三態樣中，其中該玻璃系基材可為玻璃。
在依據第十五至第二十三態樣中任一態樣的第二十四態樣中，其中該玻璃系基材可為玻璃陶瓷。
以下實例意欲說明本案揭示內容，而非限制。本領域中按例會遇到，且對本領域中技術人員顯而易見的各式條件與參數之其他合適修飾與調整，符合本案揭示內容的精神與範疇。
本文所揭示的產品及用於製造其的製程包括具有3D形狀與紋理化表面的玻璃系基材。本文所使用的術語「玻璃系」涉及玻璃與玻璃陶瓷兩者。該等玻璃系基材提供令人滿意的美觀性外表、觸覺感受以及抗眩功能性。紋理化表面藉由減少由鑄模導入的污染來改善3D模塑製程、改善表面一致性以及增加將部件由鑄模分開的容易度。因此，製造該等玻璃系基材的製程改善產品產率，因而減少生產成本。
紋理化玻璃系表面可有效減少表面光澤與反射，並改善表面的觸覺感受。紋理化的表面可包括在表面上的複數個光散射特徵及/或在表面產生粗糙度。3D形狀與表面紋理兩者可改善基材(即玻璃)的美觀性外表。具有紋理化表面與3D形狀的玻璃及玻璃陶瓷可利用於許多應用。舉例而言，具有紋理化表面伴隨低表面粗糙度(以及低透射霧度與低閃光)的3D玻璃或玻璃陶瓷可用作電子顯示器的前蓋體。在一些實施例中，低表面粗糙度Ra為200 nm或更低。在一些實施例中，低透射霧度為15%或更低。以及，舉例而言，具有紋理化表面伴隨高表面粗糙度(以及高透射霧度)的3D玻璃或玻璃陶瓷可用作電子裝置的背蓋體。在一些實施例中，高表面粗糙度Ra為高於200 nm。在一些實施例中，高透射霧度為高於15%。
本文所使用的術語「3D形狀」或「3D基材」(具有或不具修飾詞「紋理化」)定義為具有非平面的表面輪廓。在一些實施例中，3D基材為具有任何曲率的玻璃或玻璃陶瓷。在一些實施例中，當不存在外力，且盡可能平坦放置在平坦表面上時，3D基材具有至少一些部分在該表面上方隆起，舉例而言，如圖18A～圖18D中所示。在一些實施例中，3D基材定義為具有塑形部分的玻璃或玻璃陶瓷，該塑形部分偏離平坦的平面大於0.1 mm。關於消費性電子蓋體玻璃，在一些實施例中，3D基材可具有具平坦區域或微彎曲區域(例如小於約400 mm的曲率半徑)的形狀。在一些實施例中，舉例而言，3D基材在邊緣附近可額外具有一或更多個曲率半徑較小的折彎，以產生包繞式設計外觀(舉例而言，請參閱美國專利第8,429,937、8,713,968及9,010,153號，前述專利以全文方式併入本文中做為參考)。在一些實施例中，3D基材在該表面上方隆起至少0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、3、5、10、15或20倍玻璃最大厚度的距離，或者隆起具有該等值中任兩個值做為端點的任意範圍內的距離。
圖1A依據實施例圖解平坦基材100。在一些實施例中，平坦基材100可具有紋理化表面102及非紋理化表面104。在一些實施例中，兩表面皆可紋理化。圖1B依據實施例圖解平坦基材100的截面圖。圖1B示意性顯示出紋理化表面102的表面特徵106。用於形成表面特徵106的製程(例如蝕刻)詳述於下方。
圖2A依據實施例圖解彎曲基材200。在一些實施例中，彎曲基材200可包括紋理化表面202及非紋理化表面204。在一些實施例中，兩表面皆可紋理化。彎曲基材200是3D紋理化玻璃基材的範例。圖2B依據實施例圖解彎曲基材200的截面。如圖2B的示意圖中所示，紋理化表面202可包括表面特徵206。在一些實施例中，彎曲基材200可藉由將平坦的紋理化基材(舉例而言，平坦基材100) 3D成形來製造。
圖3A～圖3C顯示出在光學顯微鏡下玻璃基材紋理化表面的實施例。如圖3A～圖3C中所示，表面特徵306由圖3A中的影像至圖3C中的影像逐漸變大。更明確而言，圖3A顯示出紋理化表面500倍暗視野光學顯微鏡影像，該表面500具有次微米級尺寸的最長截面尺度的表面特徵306A。圖3B顯示出具有約10 μm尺寸最長截面尺度的表面特徵306B之紋理化表面500倍亮視野光學顯微鏡影像。以及圖3C顯示出具有大於約10 μm尺寸，舉例而言，超過約40 μm尺寸最長截面尺度的表面特徵306C之紋理化表面的200倍亮視野光學顯微鏡影像。其他表面特徵尺寸亦可使用本文所述製程達成。該等表面特徵可提供不同程度的平均表面粗糙度(Ra)，舉例而言，自小於100 nm Ra至超過1000 nm Ra。舉例而言，在一些實施例中，Ra介於約10 nm與2500 nm之間。在一些實施例中，Ra介於約20 nm與2000 nm之間。在一些實施例中，Ra介於約300 nm與2000 nm之間。平均表面粗糙度亦可在具有該等值中任兩個值做為端點的任意範圍內。平均表面粗糙度Ra定義為粗糙度輪廓(即局部表面高度與平均表面高度之間的差)之絕對值的算術平均以及可藉由下列方程式描述：
Figure 02_image001
。
平均表面粗糙度Ra可使用光學表面輪廓儀，例如可購自美商翟柯公司(Zygo® Corporation)的7300光學表面輪廓儀來量測。以50 mm乘以50 mm的樣品，藉由採取在具有約0.26 mm乘以0.35 mm尺度的樣品表面區段上方的四個量測值平均，來量測如本文所述的平均表面粗糙度Ra。
圖4A及圖4B各自圖解在用於紋理化玻璃基材的3D成形製程之前與之後，玻璃基材的Zygo® 7300光學表面輪廓儀的影像。圖5A及圖5B各自圖解在3D成形製程之前與之後，非紋理化玻璃的Zygo® 7300光學表面輪廓儀的影像。藉由比較圖4A及圖4B可以看到，在3D成形製程之前與之後的影像中，紋理化玻璃基材的表面具有安置在遍及大部分基材表面的各種尺寸表面特徵406。相反地，圖5A顯示出在3D成形之前，表面特徵506呈不規則狀遍及非紋理化玻璃表面。以及在3D成形之後，如圖5B所示，表面特徵506顯示為進一步的不規則物。該等影像顯示出圖4A及圖4B中的玻璃基材的紋理化表面有助於防止在3D成形製程期間所產生的表面不規則物。
此進一步證據顯示於圖6A及圖6B中，圖6A及圖6B各自圖解在3D成形製程之後紋理化玻璃600A的氙陰影顯像以及在3D成形製程之後非紋理化玻璃600B的氙陰影顯像。如圖6A中均勻的陰影所指示，紋理化玻璃600A的表面大致上沒有不規則物。以及如圖6B中所示，在3D成形之後，由於來自鑄模的污染，非紋理化玻璃600B包括黑點所指示的數個表面不規則物606。
圖7A圖解3D成形製程期間由於位在玻璃上的真空壓力，而形成在非紋理化3D玻璃樣品鑄模接觸側上之真空印痕706的Zygo® 7300光學表面輪廓儀坡度圖影像。真空印痕706具有峰部705A與邊緣707A，峰部705A與邊緣707A各自在圖7B中指示為705B與707B。圖7B為圖7A中真空印痕706的表面輪廓圖，指示出橫跨表面的真空印痕706的高度。
圖8A圖解圖7A中來自玻璃的空氣側，亦即玻璃不接觸鑄模側的真空印痕706之Zygo® 7300光學表面輪廓儀3D模式影像。真空印痕806具有由圖8A中陰暗中心區域表示的凹槽805A以及由圖8A中較亮環狀區域表示的環形邊緣807A。圖8B圖解橫跨真空印痕806的表面輪廓圖，其中805B及807B各自指示凹槽及邊緣。
圖9A圖解由於接觸本身可包括表面不規則物的鑄模，而形成在非紋理化3D玻璃樣品鑄模接觸側上的凹坑906的Zygo® 7300光學表面輪廓儀坡度圖影像。凹坑906包括中央凹入905A及環形邊緣907A，中央凹入905A及環形邊緣907A各自在圖9B的表面輪廓圖中表示為905B與907B。
圖10A圖解圖9A中來自玻璃的空氣側(即非接觸側)凹坑的Zygo® 7300光學表面輪廓儀3D模式影像。凹坑1006包括峰部1005A與邊緣1007A，峰部1005A與邊緣1007A各自在圖10B的表面輪廓圖中表示為1005B與1007B。
前述圖式圖解由玻璃3D模塑產生的表面不規則物。圖11及圖12各自圖解在3D成形製程期間非紋理化玻璃及紋理化玻璃的示意性比較。一般而言，玻璃在升溫下藉由接觸鑄模而3D成形。通常，鑄模本身具有一定表面粗糙度。鑄模亦可具有一或更多個孔，以便可施加真空，從而將加熱的(即軟化的)玻璃系基材3D成形。在一些案例中，真空印痕可在真空孔位置處形成於玻璃系基材的表面上。還有，當玻璃系表面接觸鑄模表面時，一些鑄模材料可轉移至玻璃系表面。此兩者皆為玻璃系表面中會減少生產率的不良瑕疵。
圖11圖解用於自非紋理化基材1110(例如玻璃或玻璃陶瓷)使3D基材成形的製程1100。步驟1102顯示出非紋理化基材1110及鑄模1130。非紋理化基材1110可包括鑄模接觸側1112及空氣側1114。鑄模1130可包括粗糙化的鑄模表面1132、真空孔1134以及幫助塑形非紋理化基材1110的有角部分1138。在步驟1104，非紋理化基材1110可放置在鑄模1130上，鑄模1130也可被加熱，以及可打開真空以產生非紋理化基材1110的3D形狀。當鑄模接觸非紋理化玻璃時，可改變玻璃表面的形態與粗糙度，並轉移一些鑄模材料至玻璃系表面。在真空之上的玻璃系表面亦可變得變形。此情形顯示在步驟1106，在步驟1106，一旦非紋理化基材1110自鑄模1130移開，(i) 非紋理化基材1110的鑄模接觸側1112包括藉由真空孔1134產生的真空變形1116，(ii)鑄模殘留物1118自鑄模表面1132轉移到非紋理化基材1110，以及(iii)增加的粗糙度由粗糙化的鑄模表面1132給予至非紋理化基材1110的鑄模接觸側1112。
相較之下，圖12圖解將紋理化基材1210 (例如玻璃或玻璃陶)成形為3D基材的製程1200。步驟1202顯示出具有鑄模接觸側1212及空氣側1214的紋理化基材1210。在一些實施例中，可依據本文所述的製程紋理化鑄模接觸側1212。當紋理化基材1210在步驟1204放置在鑄模1230上時，紋理化基材1210可沿著鑄模1230的有角部分1238變形。然而，如同在步驟1206的圖解，當紋理化基材1210自鑄模1230移除時，紋理化基材1210的鑄模接觸側1212並不包括真空變形或鑄模殘留物。此是因為當鑄模1230接觸紋理化基材1210時，鑄模接觸側1212的粗糙化表面防止鑄模表面1232與紋理化基材1210的鑄模接觸側1212之間連續接觸。減少的表面區域接觸顯著降低材料轉移(即鑄模殘留物的污染)。還有，因為空氣流動未被限制，而空氣流動未被限制是由於玻璃系基材的表面粗糙度防止將玻璃系基材與鑄模表面徹底密封，所以在真空孔位置處的玻璃系基材上真空壓力降低，因而在真空點處無顯著變形發生。此外，粗糙化的鑄模表面1232的特徵給予至紋理化基材1210的鑄模接觸側1212上的效果降低，或者在一些實例中，可被預防。整體而言，紋理化表面的污染與變形降低，以及其形態並未被鑄模材料的表面粗糙度顯著影響。
圖13及14依據實施例圖解用於製造具3D形狀及紋理化表面之玻璃的製程流程。在圖13的製程1300中，玻璃的紋理化在3D成形之前完成。完全玻璃系片材經紋理化或粗糙化，隨後在被成形為3D形狀之前經切割成較小塊。在一些實施例中，可將玻璃系基材回火，可為化學回火或為熱回火。在一些實施例中，將玻璃系基材透過於技術領域中已知的離子交換製程化學回火。在圖14的製程1400中，玻璃基材的紋理化在3D成形之後完成。完全片材玻璃或玻璃陶瓷經切割成較小塊，隨後3D成形，隨後再紋理化或粗糙化。在一些實施例中，可將玻璃系基材化學回火或熱回火。
更明確而言，圖13依據第一實施例圖解用於形成3D紋理化玻璃系基材的製程1300。製程以完全玻璃系片材開始於步驟1302。在步驟1304，舉例而言，依據本文所述的紋理化製程，例如蝕刻，將完全玻璃系片材紋理化。在步驟1306，將紋理化的玻璃系片材切割成較小尺寸，舉例而言，切割成多個較小塊。在步驟1308，舉例而言，使用如圖12中所示的真空鑄模將較小玻璃系塊成形為3D形狀。在步驟1310，可將3D紋理化塊回火。
圖14依據第二實施例圖解用於形成3D紋理化玻璃系基材的製程1400。在步驟1402，製程1400以玻璃或玻璃陶瓷的完全片材開始。在步驟1404，將玻璃或玻璃陶瓷的完全片材切割成較小尺寸塊。在步驟1406，將較小尺寸塊各成形為3D形狀。在步驟1408，將3D成形塊紋理化。在步驟1410，可將紋理化的3D塊回火。
製程1300有許多優點優於製程1400。首先，將玻璃或玻璃陶瓷的完全片材紋理化比將切割成使用尺寸(cut-into-size)的構件紋理化容易。在一些實施例中，表面紋理化透過濕式蝕刻製程達成，舉例而言，使用含氫氟酸(HF)的蝕刻劑以及含銨離子(NH4+ )、鉀離子(K+ )與鈉離子(Na+ )的鹽達成。在一些實施例中，可藉由噴砂與HF蝕刻製程將玻璃或玻璃陶瓷紋理化。一般而言，紋理化步驟要求玻璃或玻璃陶瓷具有良好表面清潔度以達成均勻表面紋理化。產生具近似均勻品質區域的紋理化表面，對紋理化製程而言是一種挑戰。接近片材邊緣的區域與片材中央區域相比傾向於具有非均勻表面紋理。在製程1300中，首先將玻璃或玻璃陶瓷的完全片材紋理化。隨後可將非品質區域，舉例而言，接近邊緣處切除，並且可將均勻的紋理化區域切割成供後續3D成形的多個較小尺寸塊。在製程1400中，因為玻璃或玻璃陶瓷構件在紋理化之前經切割與3D成形，所以要求更仔細與冗長的紋理化製程以在表面上產生近似均勻的紋理。
其次，將紋理化構件3D成形較為容易。如前面所論述的，一般而言，玻璃系基材在升溫下藉由接觸鑄模3D成形。通常，鑄模本身具有特定表面粗糙度，以及鑄模可具有用於真空的孔。一些鑄模材料可如圖11中所示，藉由接觸玻璃系表面而轉移至玻璃系表面，圖11顯示出用於非紋理化玻璃系基材的3D成形製程。當鑄模接觸非紋理化玻璃系基材時，可改變玻璃系表面的形態與粗糙度，並轉移一些鑄模材料(藉由圖11中的1118表示)至玻璃系表面。在真空之上的玻璃系表面可變得變形。相較之下，圖12顯示出用於紋理化玻璃系基材的3D成形製程。當鑄模接觸紋理化玻璃系表面時，粗糙化表面防止鑄模與玻璃系表面之間鄰接的接觸。材料轉移(污染)顯著減少。並且在3D成形期間，空氣流動未受限制，因而無顯著變形發生在真空點處。整體而言，紋理化表面不會被污染，以及其形態不會被鑄模材料的表面粗糙度顯著影響。
圖15圖解用於將3D玻璃系基材成形之3D成形熱輪廓的兩個實例。其他3D成形熱輪廓經考量並且在本領域技術者的知識範圍內。在一些實施例中，3D成形製程可包括加熱階段1502、壓力階段1504以及冷卻階段1506。圖15中的作圖指出被成形為3D形狀之玻璃第一樣品的鑄模溫度1510及黏稠度的對數1512。玻璃第二樣品的鑄模溫度1520及黏稠度的對數1522亦作圖於圖15。圖15中的x軸顯示出的時間以秒為單位。在階段1502期間，可將玻璃基材加熱至所欲之溫度，舉例而言，約740℃～780℃之間。在階段1504期間，可連續加熱玻璃，或者溫度可殘餘地增加。在階段1504，可施加壓力至玻璃系基材以3D成形鑄模上的基材。舉例而言，可施加真空至基材以利用因加熱而軟化的基材產生3D形狀。在階段1506，接著可將3D成形基材冷卻。一旦樣品冷卻，將維持其3D形狀。取決於形狀幾何與彎曲半徑，在成形期間的玻璃黏稠度可在1011 泊與107 泊之間。在一些實施例中，用於3D成形玻璃系片材的玻璃黏稠度為1010 至108 泊。黏稠度亦可在具有該等數值中任兩個數值作為端點的任意範圍內。由於藉由增加的玻璃系表面粗糙度所產生之減少的接觸區域以及玻璃系表面與鑄模表面之間降低的摩擦，例如在紋理化玻璃表面上的較少印痕缺陷與壓痕的類似效益可於其他成形製程，舉例而言，兩鑄模壓制與加壓成型中獲得。
圖16圖解玻璃基材兩個實例的破壞機率作圖。在標準雙重離子交換之後紋理化基材的作圖1610與在標準雙重離子交換之後3D紋理化基材的作圖1620一同呈現。圖16中的作圖圖解環上環(「ROR」)峰破壞負載的機率破壞。本文所使用的「環上環測試」是依據ASTM C-1499-15環境溫度下高級陶瓷單調等雙軸柔性強度的標準試驗方法(ASTM C-1499-15 standard test method for Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperatures)而執行，且修改如下：(1)樣品以1英吋直徑支撐環與0.5英吋直徑負載環經受ROR負載破壞測試；(2)以1.2 mm/分鐘的速率施加負載；(3)測試於50%相對濕度的室溫下執行；以及(4)在環上的曲率半徑為1/6英吋。在一些實施例中，玻璃系基材的塑形不顯著改變環上環破壞負載，使得如以環上環測試量測的玻璃系基材環上環破壞負載落在具有相同組成與紋理化表面之平坦(即實質上平面的)玻璃系基材環上環破壞負載的10%內。
圖16中的作圖圖解3D成形對機械性能的影響。圖16中作圖1610以及1620相似的斜率指出紋理化表面的表面強度透過3D成形製程保留下來。此暗示紋理化表面有助於防止3D成形製程中的瑕疵形成。
圖17A及圖17B依據實施例圖解電子裝置1700。在一些實施例中，電子裝置1700可包括外殼1701、電子部件(未示出)以及蓋體基材1707，外殼1701具有前表面1702、邊緣1704以及背表面1706，電子部件至少部分位在外殼內部或徹底在外殼內，並且電子部件包括至少控制器、記憶體以及在外殼前表面處或鄰接外殼前表面的顯示器，蓋體基材1707在外殼的前表面處或在外殼的前表面上方以使其覆蓋顯示器。在一些實施例中，電子裝置1700的外殼1701的前表面1702及/或背表面1706可具有一或更多個孔1708。在一些實施例中，本文所述的玻璃系基材可形成電子裝置1700的外殼1701的前表面1702及/或背表面1706，及/或蓋體基材1707。在一些實施例中，電子裝置1700可為智慧型手機或其他可攜式電子裝置，舉例而言，但不限定為PDA、平板電腦、行動電話或筆記型電腦。在一些實施例中，紋理化基材可包括，舉例而言，用於電子裝置1700的揚聲器、麥克風、照相機鏡頭及/或閃光燈的一或更多個孔1708。
圖18A～圖18D依據本文所述製程圖解3D成形基材截面的範例實施例。3D基材1800A～1800D (即3D玻璃)可包括紋理化表面1802A～1802D、非紋理化表面1804A～1804D以及厚度T。儘管未圖示出表面特徵，依據本文所述製程中的任意製程將紋理化表面1802A～1802D可紋理化。亦考量紋理化3D成形基材的其他形狀。圖18A～圖18D亦圖解上方擱置有3D玻璃/玻璃陶瓷1800A～1800D的平坦表面S。如於圖18A～圖18D中可見，3D玻璃/玻璃陶瓷1800A～1800D中的各者具有至少部分於表面S上方隆起的距離D。 實例與表格
以下揭示在3D成形製程之前與之後，紋理化玻璃樣品及非紋理化玻璃樣品的範例性製程與特性。該等樣品並不意欲限制揭示內容。
實例1：使用化學蝕刻製備具有高霧度與粗糙程度的紋理化表面玻璃。下方表3提供雙側紋理化條件的細節與結果。 玻璃：以氧化物計並以mol%表示的組成1包括：57.43 mol% SiO2 ；16.1 mol% Al2 O3 ；17.05 mol% Na2 O；2.81 mol% MgO；0.003 mol% TiO2 ； 0.07 mol% SnO2 以及6.54 mol% P2 O5 ，且具有長度х寬度х厚度：50 mm х 50 mm х 0.7 mm或130 mm х 64 mm х 0.55 mm。 蝕刻之前，藉由清潔系清洗(cleanline wash；超音波輔助清潔劑清洗)清潔玻璃。 化學品：氟化銨(NH4 F)；氫氟酸(HF) 蝕刻劑：粗糙化試劑1：6 wt% HF以及15 wt% NH4 F 拋光試劑：5 wt% HF 製程步驟： (1) 蝕刻之前清潔玻璃。 (2) 僅用於單側紋理化：藉由層壓或噴墨列印以抗蝕刻膜塗覆一個玻璃表面。 (3) 在室溫下將清潔的玻璃塊或片材垂直浸入粗糙化試劑(6 wt% HF/15 wt% NH4 F)中8分鐘。隨後將粗糙化的玻璃在去離子(「DI」)水中潤洗及清潔。 (4) 藉由拋光試劑將粗糙化的玻璃化學拋光一段特定時間，以達成所欲之霧度與粗糙程度。 (5) 藉由DI水清潔拋光的玻璃。 (6) 僅用於單側紋理化：移除抗酸膜並清潔該紋理化玻璃。
實例2：3D成形製程實例
一般而言，通過模塑製程在升溫下將玻璃3D成形。製程時間取決於形狀、厚度等等。舉例而言，如圖15中所示，典型的真空時間為約60秒。用於真空成形的總週期亦取決於形狀與玻璃厚度，但典型約6分鐘。典型地，對具有組成1的玻璃而言，當鑄模角落溫度到達約780℃～785℃時觸發真空。舉例而言，如圖15中所示，對紋理化玻璃樣品而言，此處的鑄模觸發溫度低於780℃～785℃。
表1顯示出3D成形製程之前與之後，紋理化玻璃及非紋理化玻璃的數據。數據包括樣品的平均表面粗糙度(Ra)以及平均波紋度(Wa)。平均波紋度定義為波紋度輪廓絕對值的算術平均數，且可以下列方程式描述：
Figure 02_image003
。
包括來自鑄模表面，樣品鑄模側上產生的凹坑寬度與深度(以及對應空氣側上的寬度與高度)的數據。亦包括來自真空孔，樣品鑄模側上產生的真空印痕(VI)寬度與高度(以及對應空氣側上的寬度與深度)的數據。
Figure 106139079-A0304-0001
表2提供在3D成形之前與之後(各自表示為預成型體以及成形體)，不同霧度與粗糙程度之紋理化玻璃樣品的特性分析及目視檢驗。表2提供紋理化側與非紋理化側兩者的資訊，包括穿透性霧度、平均粗糙度(Ra)、峰至谷量測(PV)以及平均波紋度(Wa)。穿透性霧度使用例如由德國格雷茨里德的畢克-加特納有限公司(BYK-Gardner GmbH)提供之曇度計(Haze-Gard meter)的透明度計依據ASTM E430-11量測。峰至谷量測為被取樣表面上的最高點至被取樣表面上的最低點之間的距離。
Figure 106139079-A0304-0002
如前面所論述的，由於粗糙化表面，紋理化表面可防止在真空點處的玻璃污染與變形。當將不同粗糙程度的紋理化玻璃成形時(依據上述實例2中的實驗計畫來3D成形)，低粗糙度玻璃(表2中的類型A及類型C)從AG側顯示出可見的凹坑和缺陷，然而高粗糙度玻璃(表2中的類型B)則未顯示。(表2中)類型B與類型C的比較暗示了是粗糙度而非穿透性霧度的程度驅使缺陷形成。為避免3D製成期間的表面污染或缺陷形成，建議要至少200 nm或以上的表面粗糙度(Ra)程度。
表3提供依據上述表1中描述的製程所形成的雙側紋理化玻璃樣品的數據。使用上述的技術量測穿透性霧度與表面粗糙度(Ra)。使用曇度計量測穿透性。本文中所使用的術語「穿透性」定義為在給定波長範圍內穿透通過材料(例：罩殼或其部分)的入射光學功率百分比。本文中所使用的「可見光譜」包括自約420 nm至約700 nm的波長範圍。 表3
Figure 106139079-A0304-0003
儘管本文已描述了各式實施例，該等實施例僅作為實例，而非限制。基於本文所呈現的教示與引導，欲落在所揭示實施例等效物之意涵及範圍內的調整與修飾應為顯而易見。因此，形式上與細節上的各式改變可在不背離本案揭示內容的精神與範疇中做為本文中所揭示的實施例，對本領域中的技術人員將是顯而易見的。如同本領域中的技術人員能意識到的，本文中所呈現的實施例元件並非必定互不相容，但可互換以符合各式需求。
本文就圖解於附圖中本文的實施例來詳述本案揭示內容的實施例，附圖中類似的元件符號用來指示相同或功能上相似的元件。關於「一個實施例」、「實施例」、「一些實施例」、「在特定實施例中」等等是指所述的實施例可包括特別的特徵、結構或特性，但每個實施例可非必定包括特別的特徵、結構或特性。還有，此類片語非必定參照為相同實施例。再者，當描述特別的特徵、結構或特性與實施例有關聯時，被認為是落在本領域之技術者的知識中，以使得無論是否明確描述，都將對與其他實施例有關的此類特徵、結構或特性發生作用。
本文中所使用的術語「或」為包容的；更明確而言，片語「A或B」是指「A與B兩者、A或B」。舉例而言，藉由例如「可為A或為B」與「A或B中的一者」的用語指定本文中排他的「或」。除非在特定例子中另行陳述，描述元件或部件的不定冠詞「一(a或 an)」與定冠詞「該」是指存在該等元件或部件中的一個或至少一個。
本文記載數字化數值範圍情況下，包含上限數值與下限數值，範圍將會包含其端點以及範圍內的所有整數與分數，除非在特定情況中另行陳述。當定義範圍時，並無意將申請專利範圍的範疇限定於所載的特定數值。再者，當數量、濃度或其他數值或參數給定為範圍、一或更多個較佳範圍或者是最佳上限值與最佳下限值的清單時，此將被理解為明確地揭示由任何上限範圍或較佳值與任何下限範圍或較佳值的任意配對(pair)所形成的所有範圍，不論是否分別揭示此類配對。
本文中所使用的術語「約」是指數量、尺寸、配方、參數及其他量與特性不為精確且不需為精確，但可按所需反映公差、換算因數、捨入、量測誤差等等及其他本領域中技術人員已知的因子而為近似及/或更大或更小。當使用術語「約」描述數值或範圍端點時，揭示內容應理解為包括所參照的特定數值或範圍端點。不論說明書中的數字化數值或範圍端點是否有記載「約」，數字化數值或範圍端點欲包括兩個實施例：以「約」修飾的一者；以及未以「約」修飾的一者。
已借助圖解指名之功能及該些功能之關係的功能性建構模塊於上文描述本案發明。為便於描述，該等功能性建構模塊的分界已任意定義於本文中。只要適當執行指名之功能及該些功能之關係，可定義替代的分界。
100‧‧‧平坦基材102‧‧‧紋理化表面104‧‧‧非紋理化表面106‧‧‧表面特徵200‧‧‧彎曲基材202‧‧‧紋理化表面204‧‧‧非紋理化表面206‧‧‧表面特徵306A‧‧‧表面特徵306B‧‧‧表面特徵306C‧‧‧表面特徵406‧‧‧表面特徵506‧‧‧表面特徵600A‧‧‧紋理化玻璃600B‧‧‧非紋理化玻璃606‧‧‧表面不規則物705A‧‧‧峰部705B‧‧‧峰部706‧‧‧真空印痕707A‧‧‧邊緣707B‧‧‧邊緣805A‧‧‧凹槽805B‧‧‧凹槽806‧‧‧真空印痕807A‧‧‧環形邊緣807B‧‧‧環形邊緣905A‧‧‧中央凹入905B‧‧‧中央凹入906‧‧‧凹坑907A‧‧‧環形邊緣907B‧‧‧環形邊緣1005A‧‧‧峰部1005B‧‧‧峰部1006‧‧‧凹坑1007A‧‧‧邊緣1007B‧‧‧邊緣1100‧‧‧製程1102‧‧‧步驟1104‧‧‧步驟1106‧‧‧步驟1110‧‧‧非紋理化基材1112‧‧‧鑄模接觸側1114‧‧‧空氣側1116‧‧‧真空變形1118‧‧‧鑄模殘留物1130‧‧‧鑄模1132‧‧‧鑄模表面1134‧‧‧真空孔1138‧‧‧有角部分1200‧‧‧製程1202‧‧‧步驟1204‧‧‧步驟1206‧‧‧步驟1210‧‧‧紋理化基材1212‧‧‧鑄模接觸側1214‧‧‧空氣側1230‧‧‧鑄模1232‧‧‧鑄模表面1238‧‧‧有角部分1300‧‧‧製程1302‧‧‧步驟1304‧‧‧步驟1306‧‧‧步驟1308‧‧‧步驟1310‧‧‧步驟1400‧‧‧製程1402‧‧‧步驟1404‧‧‧步驟1406‧‧‧步驟1408‧‧‧步驟1410‧‧‧步驟1502‧‧‧階段1504‧‧‧階段1506‧‧‧階段1510‧‧‧鑄模溫度1512‧‧‧黏稠度的對數1520‧‧‧鑄模溫度1522‧‧‧黏稠度的對數1610‧‧‧作圖1620‧‧‧作圖1700‧‧‧電子裝置1701‧‧‧外殼1702‧‧‧前表面1704‧‧‧邊緣1706‧‧‧背表面1707‧‧‧蓋體基材1708‧‧‧孔1800A‧‧‧3D基材或3D玻璃/玻璃陶瓷1800B‧‧‧3D基材或3D玻璃/玻璃陶瓷1800C‧‧‧3D基材或3D玻璃/玻璃陶瓷1800D‧‧‧3D基材或3D玻璃/玻璃陶瓷1802A‧‧‧紋理化表面1802B‧‧‧紋理化表面1802C‧‧‧紋理化表面1802D‧‧‧紋理化表面1804A‧‧‧非紋理化表面1804B‧‧‧非紋理化表面1804C‧‧‧非紋理化表面1804D‧‧‧非紋理化表面D‧‧‧距離S‧‧‧表面T‧‧‧厚度
併入本文中的附圖構成說明書的部分，並圖解本案揭示內容的實施例。圖式連同說明更用來解釋本案揭示實施例的原理，並能使相關領域中的技術人員製作以及使用本案揭示實施例。該等圖式欲做為說明用，而非做為限制。儘管揭示內容一般於該等實施例的內文中描述，但應理解此並不表示該揭示內容的範疇限定於該等特定實施例中。在圖中，類似的元件符號指示相同或功能上相似的元件。
圖1A圖解依據一些實施例的平坦基材的透視圖。
圖1B圖解依據一些實施例的平坦基材的截面。
圖2A圖解依據一些實施例的彎曲基材的透視圖。
圖2B圖解依據一些實施例的彎曲基材的截面。
圖3A～圖3C圖解依據實施例的紋理化基材表面特徵的光學顯微鏡影像。
圖4A及圖4B各自圖解依據實施例在3D成形之前與之後紋理化玻璃的表面影像。
圖5A及圖5B各自圖解依據實施例在3D成形之前與之後非紋理化玻璃的表面影像。
圖6A圖解依據實施例的3D紋理化玻璃的陰影顯像。
圖6B圖解非紋理化3D玻璃的陰影顯像。
圖7A圖解形成在非紋理化玻璃上的真空印痕。
圖7B圖解圖7A中真空印痕的表面輪廓。
圖8A圖解圖7A的真空印痕空氣側的3D模式影像。
圖8B圖解圖8A的表面輪廓圖。
圖9A圖解形成在非紋理化玻璃鑄模接觸側上的凹坑。
圖9B圖解圖9A的表面輪廓圖。
圖10A圖解圖9A的空氣側3D模式影像。
圖10B圖解圖10A的表面輪廓圖。
圖11圖解依據實施例模塑具有非紋理化表面之3D玻璃的製程。
圖12圖解依據實施例模塑具有紋理化表面之3D玻璃的製程。
圖13圖解依據實施例的成形3D紋理化玻璃的製程。
圖14圖解依據實施例的成形3D紋理化玻璃的製程。
圖15圖解依據實施例的用於成形3D紋理化玻璃的示例性熱輪廓圖表。
圖16圖解依據實施例的紋理化玻璃的破壞機率作圖。
圖17A圖解依據實施例的電子裝置的前視圖。
圖17B圖解依據實施例的電子裝置的後視圖。
圖18A～圖18D圖解依據實施例的示例性紋理化3D玻璃形狀的截面。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
200‧‧‧彎曲基材
202‧‧‧紋理化表面
204‧‧‧非紋理化表面
206‧‧‧表面特徵

Claims (8)

  1. 一種製造一玻璃系基材的製程，包含以下步驟：將該玻璃系基材的一第一表面紋理化，以產生一紋理化的第一表面；以及在紋理化該第一表面之後，將具有該紋理化的第一表面的該玻璃系基材塑形成三維形狀，其中該紋理化的第一表面在塑形期間面對一鑄模表面，以及其中該基材的一表面輪廓在塑形之後為非平面的，以及其中將該玻璃系基材的該第一表面紋理化的步驟提供具有一10nm至2000nm之平均表面粗糙度(Ra)的該第一表面。
  2. 如請求項1所述之製程，更包含在將該玻璃系基材紋理化及塑形之後將該玻璃系基材回火。
  3. 如請求項1所述之製程，其中將該玻璃系基材的該第一表面紋理化的步驟包含將該玻璃系基材的該第一表面進行蝕刻。
  4. 如請求項1所述之製程，其中將該玻璃系基材塑形成三維形狀的步驟包含在一鑄模上將該玻璃系基材真空成形。
  5. 如請求項1所述之製程，更包含將該玻璃系基材進行切割，以提供一或更多個基材部分，該一或 更多個基材部分具有一小於該玻璃系基材之區域。
  6. 如請求項1所述之製程，其中當該非平面的玻璃系基材在一平坦表面上呈靜止時，該玻璃系基材的至少一部份可於該平坦表面上方隆起至少一倍該玻璃系基材之最大厚度的一距離。
  7. 一種包含以如請求項1所述之製程所製造的一玻璃系基材的產品，其中該玻璃系基材具有一第一組成，以及該玻璃系基材包含：一紋理化的第一表面；以及一三維形狀，其中該玻璃系基材的一表面輪廓為非平面的，以及其中以環上環測試(Ring-on-Ring Test)所決定的該玻璃系基材的一環上環破壞負載是在一平坦玻璃系基材的環上環破壞負載的10%內，該平坦玻璃系基材具有該第一組成與該紋理化的第一表面，其中該紋理化的第一表面的一平均表面粗糙度(Ra)為10nm至2000nm。
  8. 如請求項7所述之產品，其中該產品為一電子裝置，該電子裝置包含：一外殼，該外殼具有一前表面、一背表面以及側表面；以及電子部件，該等電子部件至少部分提供在該外殼內，該等電子部件包括至少一控制器、一記憶體以及一顯 示器，其中該顯示器提供於該外殼的該前表面處或鄰接該外殼的該前表面。
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