TWM500308U - 透明複合基板及觸控面板 - Google Patents

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TWM500308U
TWM500308U TW104200218U TW104200218U TWM500308U TW M500308 U TWM500308 U TW M500308U TW 104200218 U TW104200218 U TW 104200218U TW 104200218 U TW104200218 U TW 104200218U TW M500308 U TWM500308 U TW M500308U
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sapphire
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TW104200218U
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Yuh-Wen Lee
Hsiang-Lung Hsia
Jackson Dai
Dong-Mei Ye
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Tpk Touch Solutions Xiamen Inc
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Description

透明複合基板及觸控面板
本新型是有關於一種透明複合基板，特別是有關於一種具有結合層的透明複合基板及其應用之觸控面板。
藍寶石基板具有良好的耐磨抗刮性，其硬度達到莫氏9級，僅次於金剛石。同時藍寶石基板的緻密性佳，使其具有較大的表面張力。上述兩種特性使藍寶石基板適用於製備電子產品的觸控面板。雖然藍寶石基板的運用逐漸普及化，但其所需的製備成本較高，使其難以廣泛應用和推廣。此外，藍寶石基板雖具有較高的硬度，但其抗壓性較差、脆性較高且抗衝擊性較低。此些缺點也限制藍寶石基板的使用範圍。
常見的複合基板係將藍寶石基板與玻璃基板進行複合，如此一來，除了能利用藍寶石基板的耐磨抗刮性外，玻璃基板更能提升複合基板的抗壓性與抗衝擊性。一般常使用黏合膠以黏合藍寶石基板與玻璃基板，但黏合膠的透明度不佳、黏附性差、並易在高溫高壓下失去效用，更重 要的是，黏合膠會增加複合基板的厚度。上述缺點都大幅限制了複合基板的應用性。
因此，本新型提供一種透明複合基板，係利用結合層來達到玻璃基板與藍寶石基板間的複合，而不需使用任何的黏合劑。
本新型之一態樣係提供一種透明複合基板，包含一第一透明基板、一第二透明基板以及一結合層。結合層令使第一透明基板與第二透明基板之間形成鍵結而鍵合。
根據本新型一或多個實施方式，其中結合層包含矽-氧-矽鍵結、鋁-氧-矽鍵結或鋁-氧-鋁鍵結。
根據本新型一或多個實施方式，其中第一透明基板與第二透明基板係獨立選自一玻璃基板或一藍寶石基板。
根據本新型一或多個實施方式，其中第一透明基板為藍寶石基板，而第二透明基板為玻璃基板。
根據本新型一或多個實施方式，更包含一無機材料層位於結合層與藍寶石基板之間，此時結合層包含矽-氧-矽鍵結。
根據本新型一或多個實施方式，其中無機材料層為一矽層或一二氧化矽層。
根據本新型一或多個實施方式，其中無機材料層厚度為1微米至10微米。
根據本新型一或多個實施方式，其中第一透明基板 的厚度為0.1毫米至0.3毫米，第二透明基板的厚度為0.2毫米至1毫米。
本新型之一態樣係提供一種觸控面板，包含前述的透明複合基板，透明複合基板作為觸控面板的外蓋板，以及一觸控感測結構設置於第二透明基板，並該結合層分別位於第二透明基板的兩相反側。
根據本新型一或多個實施方式，其中第一透明基板為藍寶石基板，而第二透明基板為玻璃基板。
根據本新型一或多個實施方式，更包含一增透膜，設置於第一透明基板，並與結合層分別位於第一透明基板的兩相反側。
100‧‧‧透明複合基板
430‧‧‧結合層
110‧‧‧玻璃基板
510-550‧‧‧步驟
112‧‧‧上表面
610-660‧‧‧步驟
114‧‧‧下表面
1000‧‧‧觸控面板
120‧‧‧藍寶石基板
1100‧‧‧觸控區域
122‧‧‧上表面
1200‧‧‧非觸控區域
124‧‧‧下表面
1120‧‧‧外蓋板
130‧‧‧結合層
1122‧‧‧第一透明基板
200‧‧‧透明複合基板
1124‧‧‧第二透明基板
210‧‧‧第一玻璃基板
1126‧‧‧結合層
220‧‧‧第二玻璃基板
1140‧‧‧增透膜
230‧‧‧結合層
1160‧‧‧觸控感測結構
300‧‧‧透明複合基板
1162‧‧‧感測電極層
310‧‧‧第一藍寶石基板
1164‧‧‧導線層
320‧‧‧第二藍寶石基板
1180‧‧‧遮光層
330‧‧‧結合層
400‧‧‧透明複合基板
410‧‧‧無機材料層
為讓本新型之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：
第1圖繪示根據本新型部分實施方式之一種透明複合基板的剖面圖。
第2圖繪示根據本新型部分實施方式之一種透明複合基板的剖面圖。
第3圖繪示根據本新型部分實施方式之一種透明複合基板的剖面圖。
第4圖繪示根據本新型其他部分實施方式之一種透明複合基板的剖面圖。
第5圖繪示根據本新型部分實施方式之一種透明複合基板的製備方法流程圖。
第6圖繪示根據本新型其他部分實施方式之一種透明複合基板的製備方法流程圖。
第7A圖繪示依據本新型部分實施方式的一種觸控面板的立體示意圖。
第7B圖繪式依據本新型部分實施方式，沿著第7A圖的觸控面板中A-A剖線的部分組件剖面示意圖。
為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文將參照附隨圖式來描述本新型之實施態樣與具體實施例；但這並非實施或運用本新型具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。
請參閱第1圖，第1圖繪示依據本新型部分實施方式的一種透明複合基板的剖面圖。如第1圖所示，一透明複合基板100包含一玻璃基板110與一藍寶石基板120，一結合層130位於玻璃基板110與藍寶石基板120之間使玻璃基板110與藍寶石基板120鍵合。鍵合代表玻璃基板110與藍寶石基板120之間會形成鍵結，使玻璃基板110與藍寶石基板120達到穩定且牢固的結合。
更清楚的說，玻璃基板110包含一上表面112與一 下表面114，而藍寶石基板120同樣包含一上表面122與一下表面124。玻璃基板110通常係由二氧化矽(silicon dioxide)所組成，其中更包含些許的鈉離子、鉀離子與鈣離子，而藍寶石基板通常係以氧化鋁(aluminium oxide)所組成。
鍵合過程中，先對欲進行結合的表面進行表面處理。在此實施例中，對藍寶石基板120的下表面124與玻璃基板110的上表面112進行表面處理，使上表面112與下表面124具有親水性，並帶有價鍵。更清楚地說，進行表面處理後，親水性的藍寶石基板120下表面124與親水性的玻璃基板110上表面112會吸附羥基(-OH)，羥基更會與玻璃基板110中的矽形成矽醇鍵結(Si-OH)，同理，羥基亦會與藍寶石基板120中的鋁形成鋁醇鍵結(Al-OH)。
疊合藍寶石基板120的下表面124與玻璃基板110的上表面112，以在兩基板110與120之間形成一接觸面。接著對藍寶石基板120與玻璃基板110進行高溫退火，矽醇鍵結與鋁醇鍵結在高溫下會進行聚合，形成具有矽-氧-鋁鍵結的結合層130，令使藍寶石基板120與玻璃基板110達到穩定複合。此結合層130的厚度非常薄，約小於或等於10奈米。
在本新型之部分實施例中，藍寶石基板120的厚度為0.1至0.3毫米，而玻璃基板110之厚度為0.2至1毫米。玻璃基板110可例如為經過化學強化的基板，具有較好的強度，從而可提高厚度較薄且抗壓性較差的藍寶石基板 120。
請參閱第2圖，第2圖繪示依據本新型其他部分實施方式的一種透明複合基板的剖面圖。如第2圖所示，一複合基板200包含一第一玻璃基板210與一第二玻璃基板220，一結合層230位於第一玻璃基板210與第二玻璃基板220之間令使第一玻璃基板210與第二玻璃基板220鍵合。在此實施例中，結合層230中包含矽-氧-矽鍵結。
請參閱第3圖，第3圖繪示依據本新型其他部分實施方式的一種透明複合基板的剖面圖。如第3圖所示，一複合基板300包含一第一藍寶石基板310與一第二藍寶石基板320，一結合層330位於第一藍寶石基板310與第二藍寶石基板320之間令使第一藍寶石基板310與第二藍寶石基板320鍵合。在此實施例中，結合層330中包含鋁-氧-鋁鍵結。
由上述實施例可得知，結合層130係形成於藍寶石基板120與玻璃基板110之間，以鍵合方式達到兩者之間的複合，並排除使用任何的黏合劑。但本新型並不以此為限，同樣可形成結合層230或330於兩片玻璃基板210與220之間，或兩片藍寶石基板310與320之間來使基板之間達成穩定鍵合。此外，在本新型之其他實施例中，亦可利用結合層130來達成多片基板之間的穩定鍵合。舉例來說，可形成一種透明複合基板，由下而上排列依序為玻璃基板110-結合層130-藍寶石基板120-結合層130-玻璃基板110的多層複合基板以增加觸控面板的強度。
請參閱第4圖，第4圖繪示依據本新型其他部分實施方式的一種透明複合基板的剖面圖。第4圖沿用部分第1圖中的元件標號與部分內容，並採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
如第4圖所示，一複合基板400包含玻璃基板110與藍寶石基板120，一結合層430位於玻璃基板110與藍寶石基板120之間令使玻璃基板110與藍寶石基板120鍵合。此外，複合基板400更包含一無機材料層410位於結合層430與藍寶石基板120之間，其中無機材料層410為一矽層或一二氧化矽層。無機材料層410能使玻璃基板110與藍寶石基板120之間達到更高的鍵合強度。
第4圖所示的透明複合基板係藉由一外加電場來進行鍵合，其為一電化學反應過程。舉例來說，藍寶石基板120的上表面122係連結至外加電場的陽極，而玻璃基板110的下表面112係連結至外加電場的陰極。玻璃基板110中的鹼金屬離子，如鈉離子、鉀離子與鈣離子，將往陰極方向移動並聚集至玻璃基板110的下表面114，在緊鄰無機材料層410的玻璃基板110上表面112處形成帶有負電荷的耗盡層。帶有正電荷的無機材料層410與帶有負電荷的耗盡層之間產生了巨大的靜電場吸引力，驅使玻璃基板110透過無機材料層410與藍寶石基板120緊密結合。此外，在高溫環境下玻璃基板110上表面112因鹼金屬離子 遷移而殘留的氧離子會與無機材料層410中的矽再進行化學反應，形成牢固的矽-氧-矽鍵結於結合層430中。此鍵合牢固、穩定的關鍵是結合層430內需有足夠的矽-氧-矽鍵結形成。
在本新型之部分實施例中，當無機材料層410為矽層時，矽層之厚度為1微米至10微米，而當無機材料層410為二氧化矽層時，二氧化矽層之厚度為1微米至10微米。
請繼續參閱第5圖，第5圖繪示依據本新型部分實施方式的一種透明複合基板的製備方法流程圖。此製備方法先進行步驟510，提供一第一透明基板以及一第二透明基板。其中第一透明基板為玻璃基板110，而第二透明基板為藍寶石基板120，以製備如第1圖所示之透明複合基板100。或者第一透明基板與第二透明基板均為玻璃基板210與220或藍寶石基板310與320，以分別用於製備如第2圖或第3圖所示之透明複合基板200與300。
接著進行步驟520，清洗第一透明基板與第二透明基板的表面。由於鍵合面的清潔度將會影響到鍵合的強度，在鍵合前先以水、酒精、丙酮、或其組合來清潔第一透明基板與第二透明基板的表面灰塵與微粒。此外，鍵合面的平整度同樣會影響鍵合強度，在清洗前可先研磨第一透明基板與第二透明基板的表面以得到較為光滑且平整的表面。
請繼續參閱步驟530，激活第一透明基板與第二透明基板欲鍵合的結合面，以使此些表面吸附一羥基。在高 溫且高能量的環境下利用等離子氣體，如氮氣、氬氣、氖氣，產生離子或中性原子物理性轟擊第一透明基板與第二透明基板欲鍵合的結合面，使其能吸附羥基。以第1圖為例，在玻璃基板110與藍寶石基板120的表面和體內，有一些氧原子處於不穩定狀態。在一定條件下，此些氧原子可得到能量而離開矽原子與鋁原子，使表面產生懸挂鍵(dangling bond)。以等離子氣體激活玻璃基板110的上表面112與藍寶石基板120的下表面124，使玻璃基板110與藍寶石基板120形成親水性的上表面112與下表面124，能吸附羥基並形成矽醇鍵結與鋁醇鍵結。在本新型之部分實施例中，等離子氣體使用低溫等離子氣體。在本新型之其他實施例中，可先將環境抽成真空再通入等離子氣體，以增加製程效率。
請繼續參閱步驟540，疊合第一透明基板與第二透明基板激活後的表面，並形成一接觸面於第一透明基板與第二透明基板之間。請同時參閱第1圖，疊合激活後的玻璃基板110上表面112與激活後的藍寶石基板120下表面124，以形成一接觸面於玻璃基板110與藍寶石基板120之間。由於上表面112與下表面124具親水性，使得水分子能較容易地附著在其上，並在接觸面形成氫鍵(hydrogen bonding)橋樑互相吸引。此時的結合強度遠大於原子間的凡得瓦力(van der Waals force)，因此較易達成初步的結合。
最後請參閱步驟550，退火第一透明基板與第二透明基板，以在接觸面形成一結合層。在完成初步結合後， 玻璃基板110與藍寶石基板120一同置於氣氛爐中加熱，進行高溫退火(annealing)處理。在充分退火後，上表面112與下表面124之間氫鍵消除，形成氧化鍵(-O-O-、-O-)，使接觸面原子間隙縮短。同時，玻璃基板110上表面的矽醇鍵結與藍寶石基板120下表面124的鋁醇鍵結發生聚合反應，在接觸面形成具有矽-氧-鋁鍵結的結合層130，而能使玻璃基板110與藍寶石基板120達到穩定複合。
值得注意的是，第5圖繪示的製備方法流程圖並不限於製備第1-3圖的透明複合基板，其同樣可用於製備第4圖所示之透明複合基板。舉例來說，可先將藍寶石基板120的下表面124鍍上一層無機材料層410，再進行清洗、激活、疊合以及退火等步驟形成一結合層430於藍寶石基板120與玻璃基板110之間。在此實施例中，結合層430中具有矽-氧-矽鍵結，而能使藍寶石基板120與玻璃基板110達到穩定複合。
接著請參閱第6圖，第6圖繪示依據本新型部分實施方式的一種複合基板的製備方法流程圖。請在參閱第6圖的同時一併參閱第4圖所繪示的透明複合基板400。此製備方法先進行步驟610，提供一藍寶石基板120以及一玻璃基板110，以製備如第4圖所示之複合基板400。
接著進行步驟620，清洗玻璃基板110與藍寶石基板120的表面。由於鍵合面的清潔度將會影響到鍵合的強度，在鍵合前先以水、酒精、丙酮、或其組合來清潔玻璃基板110與藍寶石基板120的表面灰塵與微粒。此外，鍵 合面的平整度同樣會影響鍵合強度，在清洗前可先研磨玻璃基板110與藍寶石基板120的表面以得到較為光滑且平整的表面。
接著請參閱步驟630，形成一無機材料層410於藍寶石基板120的一下表面124，其中無機材料層為一矽層或一二氧化矽層。在第4圖中，無機材料層410形成於藍寶石基板120的下表面124，並接觸藍寶石基板120。在本新型之其他部分實施例中，係利用鍍膜方式形成無機材料層410，且當無機材料層410為矽層時，矽層之厚度為1微米至10微米，而當無機材料層410為二氧化矽層時，二氧化矽層之厚度為1微米至10微米。
接著請參閱步驟640，疊合藍寶石基板120與玻璃基板110，並形成一接觸面於無機材料層410與玻璃基板110之間。請繼續參閱第4圖，下表面124具有無機材料層410的藍寶石基板120與玻璃基板110疊合，並於無機材料層410與玻璃基板110之間形成一接觸面。
接著請參閱步驟650，施加一電場於藍寶石基板120與玻璃基板110，其中藍寶石基板120係連接至電場之陽極，玻璃基板110係連接至電場之陰極。疊合後的藍寶石基板120與玻璃基板110將置入鍵合機中進行複合。鍵合機施加電場至藍寶石基板120與玻璃基板110，而藍寶石基板120的上表面122係連接至電場之陽極，玻璃基板110的下表面114則連接至電場之陰極。在剛施加外加電場時，將產生較大的電流脈衝，當電流脈衝將逐漸減小至零代表 鍵合已經完成。在本新型之部分實施例中，外加電場的電壓值為300伏特至800伏特，優選為360伏特。
外加電場使玻璃基板110中的離子進行遷移，玻璃基板110中的鹼金屬離子，如鈉離子、鉀離子與鈣離子，將往陰極方向移動並聚集至玻璃基板110的下表面114附近，在緊鄰無機材料層410的玻璃基板110上表面112處形成帶有負電荷的耗盡層。帶有正電荷的無機材料層410與帶有負電荷的耗盡層之間產生了巨大的靜電場吸引力，驅使玻璃基板110與藍寶石基板120緊密結合。
最後進行步驟660，加熱藍寶石基板與玻璃基板以在接觸面形成一結合層。鍵合製程更於一高溫環境下進行，溫度為200℃至400℃，可輔助靜電吸引力產生更緊密的結合。此外，高溫環境讓玻璃基板110上表面112因鹼金屬離子遷移而殘留的氧離子與無機材料層410中的矽再進行化學反應，形成具有牢固矽-氧-矽鍵結的結合層430中，玻璃基板110與藍寶石基板120能達到穩定且牢固的結合。
本新型所揭示的透明複合基板可用於觸控裝置的觸控面板，請同時參閱第7A與7B圖以更清楚的理解本新型。第7A圖繪示依據本新型部分實施方式的一種觸控面板的立體示意圖，而第7B圖繪式依據本新型部分實施方式，沿著第7A圖的觸控面板中A-A剖線的部分組件剖面示意圖。如第7A圖所示，一觸控面板1000包含一觸控區域1100以及一非觸控區域1200環繞觸控區域1100，觸控區域1100 為觸控面板1000的顯示區，而非觸控區域1200為觸控面板1000的非可視區，通常由一遮光層形成一邊框。請繼續參閱第7B圖，觸控面板1000包含一外蓋板1120，其中此外蓋板為前述之透明複合基板，包含一第一透明基板1122、一第二透明基板1124以及一結合層1126位於第一透明基板1122與第二透明基板1124之間，使兩者形成鍵結而鍵合。
為了增加觸控面板1000的透光率，觸控面板1000更包含一增透膜1140於第一透明基板1122上，並與結合層1126分別位於第一透明基板1122的兩相反側，以增加透光率。增透膜1140可為單層或多層的抗反射、抗眩等透明功能薄膜。另一方面，一觸控感測結構1160，設置於第二透明基板1124，並與結合層1126分別位於第二透明基板1124的兩相反側。
觸控感測結構1160包含一感測電極層1162以及一導線層1164，感測電極層1162設置於觸控區域1100，並可延伸至非觸控區域1200與導線層1164電性連接，導線層1164則設置於非觸控區域1200。感測電極層1162的材料包括透明導電材料，例如氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)、氧化鎘錫(cadmium tin oxide,CTO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化銦鋅錫(indium tin zinc oxide,ITZO)、石墨烯(graphene)、奈米銀線(Ag nanowire)或納米碳管(carbon nanotubes,CNT)等，但並不限於此些材料。導線層1164的材 料可為與感測電極層1162相同的透明導電材料，或不透明的導電材料如銀、銅、鉬、鋁、或其他合適的金屬或合金。感測電極層1162及導線層1164可採用印刷與激光蝕刻，或是濺鍍與微影蝕刻的方式形成於第二透明基板1124上。感測電極層1162根據觸摸產生觸控信號，導線層1164則將觸控信號傳輸至處理器(未繪示)，由處理器計算得出觸摸位置。感測電極層1162並不限於前述直接形成在第二透明基板1124上，在其他實施例中，觸控感測結構1160包含感測電極層1162還可以通過黏結材料貼合於第二透明基板1124上。
此外，觸控面板1000更包含一遮光層1180設置於第二透明基板1124，並與結合層1126分別位於第二透明基板1124的兩相反側。此遮光層1180設置於非觸控區域1200，且位於第二透明基板1124與導線層1164之間，以對非觸控區域1200的導線層1164及其它不透明元件進行遮蔽。遮光層1180採用不透明材料，例如為油墨材料或光阻材料，當其採用油墨材料時，可通過印刷方式形成於第二透明基板1124上，採用光阻材料時，可通過微影蝕刻的工藝形成於第二透明基板1124上。
在本實施例中，第一透明基板1122為藍寶石基板，而第二透明基板1124為玻璃基板。值得注意的是，藍寶石基板是作為觸控接觸面，使觸控面板1000兼具藍寶石基板的抗刮性與玻璃基板的強度。更清楚地說，使用者藉由碰觸藍寶石基板以進行程式操作與下達指令。在本新型 之部分實施例中，藍寶石基板係直接與玻璃基板進行鍵合，並在接觸面形成具有矽-氧-鋁鍵結的結合層1126。在本新型之其他部分實施例中，藍寶石基板會先鍍上一無機材料層，再與玻璃基板進行鍵合，以在玻璃基板與無機材料層之間形成具有矽-氧-矽鍵結的結合層1126。
由上述本新型實施例可知，本新型具有下列優點。透明複合基板使用藍寶石基板複合玻璃基板，不但能大幅減少藍寶石基板所需耗費的成本，玻璃基板更能增加藍寶石基板的抗壓性，改進其易脆的缺點。更重要的是，利用結合層製備的透明複合基板不須使用任何的黏合劑，而能製備更薄的透明複合基板，並達到更佳的透明度。此外，玻璃基板與藍寶石基板之間的結合強度高，在高溫高壓下仍能維持穩定且牢固的結合，因而能更廣泛的應用於觸控裝置。
雖然本新型已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何熟習此技藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧透明複合基板
110‧‧‧玻璃基板
112‧‧‧上表面
114‧‧‧下表面
120‧‧‧藍寶石基板
122‧‧‧上表面
124‧‧‧下表面
130‧‧‧結合層

Claims (11)

  1. 一種透明複合基板，包含：一第一透明基板；一第二透明基板；以及一結合層令使該第一透明基板與該第二透明基板之間形成鍵結而鍵合。
  2. 如請求項1所述之透明複合基板，其中該結合層包含矽-氧-矽鍵結、鋁-氧-矽鍵結或鋁-氧-鋁鍵結。
  3. 如請求項1所述之透明複合基板，其中該第一透明基板與該第二透明基板係獨立選自一玻璃基板或一藍寶石基板。
  4. 如請求項3所述之透明複合基板，其中該第一透明基板為該藍寶石基板，而該第二透明基板為該玻璃基板。
  5. 如請求項4所述之透明複合基板，更包含一無機材料層位於該結合層與該藍寶石基板之間，此時該結合層包含矽-氧-矽鍵結。
  6. 如請求項5所述之透明複合基板，其中該無機材料層為一矽層或一二氧化矽層。
  7. 如請求項5所述之透明複合基板，其中該無機材料層的厚度為1微米至10微米。
  8. 如請求項4所述之透明複合基板，其中該藍寶石基板的厚度為0.1毫米至0.3毫米，該玻璃基板的厚度為0.2毫米至1毫米。
  9. 一種觸控面板，包含：一如請求項1-8所述的透明複合基板，該透明複合基板作為該觸控面板的外蓋板；以及一觸控感測結構，設置於該第二透明基板，並與該結合層分別位於該第二透明基板的兩相反側。
  10. 如請求項9所述之觸控面板，其中該第一透明基板為該藍寶石基板，而該第二透明基板為該玻璃基板。
  11. 如請求項9所述之觸控面板，更包含一增透膜，設置於該第一透明基板，並與該結合層分別位於該第一透明基板的兩相反側。
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