透明复合基板及其应用之触控面板的制作方法

专利名称:透明复合基板及其应用之触控面板的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种透明复合基板，包含一第一透明基板、一第二透明基板以及一结合层。结合层令使第一透明基板与第二透明基板之间形成键结而键合。本实用新型还提供透明复合基板应用之触控面板。本实用新型利用结合层制备的透明复合基板不须使用任何的粘合剂，而能制备更薄及强度更佳的透明复合基板。
【专利说明】透明复合基板及其应用之触控面板

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种透明复合基板，特别是有关于一种具有结合层的透明复合基板及其应用之触控面板。

【背景技术】
[0002]蓝宝石基板具有良好的耐磨抗刮性，其硬度达到莫氏9级，仅次于金刚石。同时蓝宝石基板的致密性佳，使其具有较大的表面张力。上述两种特性使蓝宝石基板适用于制备电子产品的触控面板。虽然蓝宝石基板的运用逐渐普及化，但其所需的制备成本较高，使其难以广泛应用和推广。此外，蓝宝石基板虽具有较高的硬度，但其抗压性较差、脆性较高且抗冲击性较低。此些缺点也限制蓝宝石基板的使用范围。
[0003]常见的复合基板系将蓝宝石基板与玻璃基板进行复合，如此一来，除了能利用蓝宝石基板的耐磨抗刮性外，玻璃基板更能提升复合基板的抗压性与抗冲击性。一般常使用粘合胶以粘合蓝宝石基板与玻璃基板，但粘合胶的透明度不佳、粘附性差、并易在高温高压下失去效用，更重要的是，粘合胶会增加复合基板的厚度。上述缺点都大幅限制了复合基板的应用性。
实用新型内容
[0004]因此，本实用新型提供一种透明复合基板，系利用结合层来达到玻璃基板与蓝宝石基板间的复合，而不需使用任何的粘合剂。
[0005]本实用新型之一态样提供一种透明复合基板，包含一第一透明基板、一第二透明基板以及一结合层。结合层令使第一透明基板与第二透明基板之间形成键结而键合。
[0006]根据本实用新型一或多个实施方式，其中结合层包含硅-氧-硅键结、铝-氧-硅键结或铝-氧-铝键结。
[0007]根据本实用新型一或多个实施方式，其中第一透明基板与第二透明基板系独立选自一玻璃基板或一蓝宝石基板。
[0008]根据本实用新型一或多个实施方式，其中第一透明基板为蓝宝石基板，而第二透明基板为玻璃基板。
[0009]根据本实用新型一或多个实施方式，更包含一无机材料层位于结合层与蓝宝石基板之间，此时结合层包含硅-氧-硅键结。
[0010]根据本实用新型一或多个实施方式，其中无机材料层为一硅层或一二氧化硅层。
[0011]根据本实用新型一或多个实施方式，其中无机材料层厚度为I微米至10微米。
[0012]根据本实用新型一或多个实施方式，其中第一透明基板的厚度为0.1毫米至0.3毫米，第二透明基板的厚度为0.2毫米至I毫米。
[0013]本实用新型之一态样系提供一种触控面板，包含前述的透明复合基板，透明复合基板作为触控面板的外盖板，以及一触控感测结构设置于第二透明基板，并该结合层分别位于第二透明基板的两相反侧。
[0014]根据本实用新型一或多个实施方式，其中第一透明基板为蓝宝石基板，而第二透明基板为玻璃基板。
[0015]根据本实用新型一或多个实施方式，更包含一增透膜，设置于第一透明基板，并与结合层分别位于第一透明基板的两相反侧。
[0016]根据本实用新型之透明复合基板使用蓝宝石基板复合玻璃基板，不但能大幅减少蓝宝石基板所需耗费的成本，玻璃基板更能增加蓝宝石基板的抗压性，改进其易脆的缺点。更重要的是，利用结合层制备的透明复合基板不须使用任何的粘合剂，而能制备更薄的透明复合基板，并达到更佳的透明度。

【附图说明】

[0017]图1绘示根据本实用新型部分实施方式之一种透明复合基板的剖面图。
[0018]图2绘示根据本实用新型部分实施方式之一种透明复合基板的剖面图。
[0019]图3绘示根据本实用新型部分实施方式之一种透明复合基板的剖面图。
[0020]图4绘示根据本实用新型其他部分实施方式之一种透明复合基板的剖面图。
[0021]图5绘示根据本实用新型部分实施方式之一种透明复合基板的制备方法流程图。
[0022]图6绘示根据本实用新型其他部分实施方式之一种透明复合基板的制备方法流程图。
[0023]图7A绘示依据本实用新型部分实施方式的一种触控面板的立体示意图。
[0024]图7B绘式依据本实用新型部分实施方式，沿着图7A的触控面板中A-A剖线的部分组件剖面示意图。

【具体实施方式】
[0025]为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文将参照附随图式来描述本实用新型之实施态样与具体实施例；但这并非实施或运用本实用新型具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
[0026]请参阅图1，图1绘示依据本实用新型部分实施方式的一种透明复合基板的剖面图。如图1所不，一透明复合基板100包含一玻璃基板110与一蓝宝石基板120，一结合层130位于玻璃基板110与蓝宝石基板120之间使玻璃基板110与蓝宝石基板120键合。键合代表玻璃基板110与蓝宝石基板120之间会形成键结，使玻璃基板110与蓝宝石基板120达到稳定且牢固的结合。
[0027]更清楚的说，玻璃基板110包含一上表面112与一下表面114，而蓝宝石基板120同样包含一上表面122与一下表面124。玻璃基板110通常系由二氧化硅(silicond1xide)所组成，其中更包含些许的钠离子、钾离子与钙离子，而蓝宝石基板通常系以氧化销(aluminium oxide)所组成。
[0028]键合过程中，先对欲进行结合的表面进行表面处理。在此实施例中，对蓝宝石基板120的下表面124与玻璃基板110的上表面112进行表面处理，使上表面112与下表面124具有亲水性，并带有价键。更清楚地说，进行表面处理后，亲水性的蓝宝石基板120下表面124与亲水性的玻璃基板110上表面112会吸附羟基(-0H)，羟基更会与玻璃基板110中的硅形成硅醇键结(S1-OH)，同理，羟基亦会与蓝宝石基板120中的铝形成铝醇键结(Al-OH)。
[0029]叠合蓝宝石基板120的下表面124与玻璃基板110的上表面112，以在两基板110与120之间形成一接触面。接着对蓝宝石基板120与玻璃基板110进行高温退火，硅醇键结与铝醇键结在高温下会进行聚合，形成具有硅-氧-铝键结的结合层130，令使蓝宝石基板120与玻璃基板110达到稳定复合。此结合层130的厚度非常薄，约小于或等于10奈米。
[0030]在本实用新型之部分实施例中，蓝宝石基板120的厚度为0.1至0.3毫米，而玻璃基板I1之厚度为0.2至I毫米。玻璃基板110可例如为经过化学强化的基板，具有较好的强度，从而可提高厚度较薄且抗压性较差的蓝宝石基板120。
[0031]请参阅图2，图2绘示依据本实用新型其他部分实施方式的一种透明复合基板的剖面图。如图2所示，一复合基板200包含一第一玻璃基板210与一第二玻璃基板220，一结合层230位于第一玻璃基板210与第二玻璃基板220之间令使第一玻璃基板210与第二玻璃基板220键合。在此实施例中，结合层230中包含硅-氧-硅键结。
[0032]请参阅图3，图3绘示依据本实用新型其他部分实施方式的一种透明复合基板的剖面图。如图3所不，一复合基板300包含一第一蓝宝石基板310与一第二蓝宝石基板320，一结合层330位于第一蓝宝石基板310与第二蓝宝石基板320之间令使第一蓝宝石基板310与第二蓝宝石基板320键合。在此实施例中，结合层330中包含铝-氧-铝键结。
[0033]由上述实施例可得知，结合层130系形成于蓝宝石基板120与玻璃基板110之间，以键合方式达到两者之间的复合，并排除使用任何的粘合剂。但本实用新型并不以此为限，同样可形成结合层230或330于两片玻璃基板210与220之间，或两片蓝宝石基板310与320之间来使基板之间达成稳定键合。此外，在本实用新型之其他实施例中，亦可利用结合层130来达成多片基板之间的稳定键合。举例来说，可形成一种透明复合基板，由下而上排列依序为玻璃基板110-结合层130-蓝宝石基板120-结合层130-玻璃基板110的多层复合基板以增加触控面板的强度。
[0034]请参阅图4，图4绘示依据本实用新型其他部分实施方式的一种透明复合基板的剖面图。图4沿用部分图1中的元件标号与部分内容，并采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
[0035]如图4所示，一复合基板400包含玻璃基板110与蓝宝石基板120，一结合层430位于玻璃基板I1与蓝宝石基板120之间令使玻璃基板110与蓝宝石基板120键合。此夕卜，复合基板400更包含一无机材料层410位于结合层430与蓝宝石基板120之间，其中无机材料层410为一娃层或一二氧化娃层。无机材料层410能使玻璃基板110与蓝宝石基板120之间达到更高的键合强度。
[0036]图4所示的透明复合基板系藉由一外加电场来进行键合，其为一电化学反应过程。举例来说，蓝宝石基板120的上表面122系连结至外加电场的阳极，而玻璃基板110的下表面112系连结至外加电场的阴极。玻璃基板110中的碱金属离子，如钠离子、钾离子与钙离子，将往阴极方向移动并聚集至玻璃基板110的下表面114，在紧邻无机材料层410的玻璃基板110上表面112处形成带有负电荷的耗尽层。带有正电荷的无机材料层410与带有负电荷的耗尽层之间产生了巨大的静电场吸引力，驱使玻璃基板110透过无机材料层410与蓝宝石基板120紧密结合。此外，在高温环境下玻璃基板110上表面112因碱金属离子迀移而残留的氧离子会与无机材料层410中的硅再进行化学反应，形成牢固的硅-氧-硅键结于结合层430中。此键合牢固、稳定的关键是结合层430内需有足够的硅-氧-硅键结形成。
[0037]在本实用新型之部分实施例中，当无机材料层410为硅层时，硅层之厚度为I微米至10微米，而当无机材料层410为二氧化娃层时，二氧化娃层之厚度为I微米至10微米。
[0038]请继续参阅图5，图5绘示依据本实用新型部分实施方式的一种透明复合基板的制备方法流程图。此制备方法先进行步骤510，提供一第一透明基板以及一第二透明基板。其中第一透明基板为玻璃基板110，而第二透明基板为蓝宝石基板120，以制备如图1所示之透明复合基板100。或者第一透明基板与第二透明基板均为玻璃基板210与220或蓝宝石基板310与320，以分别用于制备如图2或图3所示之透明复合基板200与300。
[0039]接着进行步骤520，清洗第一透明基板与第二透明基板的表面。由于键合面的清洁度将会影响到键合的强度，在键合前先以水、酒精、丙酮、或其组合来清洁第一透明基板与第二透明基板的表面灰尘与微粒。此外，键合面的平整度同样会影响键合强度，在清洗前可先研磨第一透明基板与第二透明基板的表面以得到较为光滑且平整的表面。
[0040]请继续参阅步骤530，激活第一透明基板与第二透明基板欲键合的结合面，以使此些表面吸附一羟基。在高温且高能量的环境下利用等离子气体，如氮气、氩气、氖气，产生离子或中性原子物理性轰击第一透明基板与第二透明基板欲键合的结合面，使其能吸附羟基。以图1为例，在玻璃基板110与蓝宝石基板120的表面和体内，有一些氧原子处于不稳定状态。在一定条件下，此些氧原子可得到能量而离开硅原子与铝原子，使表面产生悬挂键(dangling bond)。以等离子气体激活玻璃基板110的上表面112与蓝宝石基板120的下表面124，使玻璃基板110与蓝宝石基板120形成亲水性的上表面112与下表面124，能吸附羟基并形成硅醇键结与铝醇键结。在本实用新型之部分实施例中，等离子气体使用低温等离子气体。在本实用新型之其他实施例中，可先将环境抽成真空再通入等离子气体，以增加制程效率。
[0041]请继续参阅步骤540，叠合第一透明基板与第二透明基板激活后的表面，并形成一接触面于第一透明基板与第二透明基板之间。请同时参阅图1，叠合激活后的玻璃基板110上表面112与激活后的蓝宝石基板120下表面124，以形成一接触面于玻璃基板110与蓝宝石基板120之间。由于上表面112与下表面124具亲水性，使得水分子能较容易地附着在其上，并在接触面形成氢键(hydrogen bonding)桥梁互相吸引。此时的结合强度远大于原子间的凡得瓦力(van der Waals force)，因此较易达成初步的结合。
[0042]最后请参阅步骤550，退火第一透明基板与第二透明基板，以在接触面形成一结合层。在完成初步结合后，玻璃基板110与蓝宝石基板120 —同置于气氛炉中加热，进行高温退火(annealing)处理。在充分退火后，上表面112与下表面124之间氢键消除，形成氧化键(_0-0-、-0-)，使接触面原子间隙缩短。同时，玻璃基板110上表面的硅醇键结与蓝宝石基板120下表面124的铝醇键结发生聚合反应，在接触面形成具有硅-氧-铝键结的结合层130，而能使玻璃基板110与蓝宝石基板120达到稳定复合。
[0043]值得注意的是，图5绘示的制备方法流程图并不限于制备第1-3图的透明复合基板，其同样可用于制备图4所示之透明复合基板。举例来说，可先将蓝宝石基板120的下表面124镀上一层无机材料层410，再进行清洗、激活、叠合以及退火等步骤形成一结合层430于蓝宝石基板120与玻璃基板110之间。在此实施例中，结合层430中具有硅-氧-硅键结，而能使蓝宝石基板120与玻璃基板110达到稳定复合。
[0044]接着请参阅图6，图6绘示依据本实用新型部分实施方式的一种复合基板的制备方法流程图。请在参阅图6的同时一并参阅图4所绘示的透明复合基板400。此制备方法先进行步骤610，提供一蓝宝石基板120以及一玻璃基板110，以制备如图4所示之复合基板 400。
[0045]接着进行步骤620，清洗玻璃基板110与蓝宝石基板120的表面。由于键合面的清洁度将会影响到键合的强度，在键合前先以水、酒精、丙酮、或其组合来清洁玻璃基板110与蓝宝石基板120的表面灰尘与微粒。此外，键合面的平整度同样会影响键合强度，在清洗前可先研磨玻璃基板110与蓝宝石基板120的表面以得到较为光滑且平整的表面。
[0046]接着请参阅步骤630，形成一无机材料层410于蓝宝石基板120的一下表面124，其中无机材料层为一硅层或一二氧化硅层。在图4中，无机材料层410形成于蓝宝石基板120的下表面124，并接触蓝宝石基板120。在本实用新型之其他部分实施例中，系利用镀膜方式形成无机材料层410，且当无机材料层410为硅层时，硅层之厚度为I微米至10微米，而当无机材料层410为二氧化硅层时，二氧化硅层之厚度为I微米至10微米。
[0047]接着请参阅步骤640，叠合蓝宝石基板120与玻璃基板110，并形成一接触面于无机材料层410与玻璃基板110之间。请继续参阅图4，下表面124具有无机材料层410的蓝宝石基板120与玻璃基板110叠合，并于无机材料层410与玻璃基板110之间形成一接触面。
[0048]接着请参阅步骤650，施加一电场于蓝宝石基板120与玻璃基板110，其中蓝宝石基板120系连接至电场之阳极，玻璃基板110系连接至电场之阴极。叠合后的蓝宝石基板120与玻璃基板110将置入键合机中进行复合。键合机施加电场至蓝宝石基板120与玻璃基板110，而蓝宝石基板120的上表面122系连接至电场之阳极，玻璃基板110的下表面114则连接至电场之阴极。在刚施加外加电场时，将产生较大的电流脉冲，当电流脉冲将逐渐减小至零代表键合已经完成。在本实用新型之部分实施例中，外加电场的电压值为300伏特至800伏特，优选为360伏特。
[0049]外加电场使玻璃基板110中的离子进行迀移，玻璃基板110中的碱金属离子，如钠离子、钾离子与钙离子，将往阴极方向移动并聚集至玻璃基板110的下表面114附近，在紧邻无机材料层410的玻璃基板110上表面112处形成带有负电荷的耗尽层。带有正电荷的无机材料层410与带有负电荷的耗尽层之间产生了巨大的静电场吸引力，驱使玻璃基板110与蓝宝石基板120紧密结合。
[0050]最后进行步骤660，加热蓝宝石基板与玻璃基板以在接触面形成一结合层。键合制程更于一高温环境下进行，温度为200°C至400°C，可辅助静电吸引力产生更紧密的结合。此外，高温环境让玻璃基板110上表面112因碱金属离子迀移而残留的氧离子与无机材料层410中的硅再进行化学反应，形成具有牢固硅-氧-硅键结的结合层430中，玻璃基板110与蓝宝石基板120能达到稳定且牢固的结合。
[0051]本实用新型所揭示的透明复合基板可用于触控装置的触控面板，请同时参阅图7A与图7B以更清楚的理解本实用新型。图7A绘示依据本实用新型部分实施方式的一种触控面板的立体示意图，而图7B绘式依据本实用新型部分实施方式，沿着图7A的触控面板中A-A剖线的部分组件剖面示意图。如图7A所示，一触控面板1000包含一触控区域1100以及一非触控区域1200环绕触控区域1100，触控区域1100为触控面板1000的显示区，而非触控区域1200为触控面板1000的非可视区，通常由一遮光层形成一边框。请继续参阅图7B，触控面板1000包含一外盖板1120，其中此外盖板为前述之透明复合基板，包含一第一透明基板1122、一第二透明基板1124以及一结合层1126位于第一透明基板1122与第二透明基板1124之间，使两者形成键结而键合。
[0052]为了增加触控面板1000的透光率，触控面板1000更包含一增透膜1140于第一透明基板1122上，并与结合层1126分别位于第一透明基板1122的两相反侧，以增加透光率。增透膜1140可为单层或多层的抗反射、抗眩等透明功能薄膜。另一方面，一触控感测结构1160，设置于第二透明基板1124，并与结合层1126分别位于第二透明基板1124的两相反侧。
[0053]触控感测结构1160包含一感测电极层1162以及一导线层1164，感测电极层1162设置于触控区域1100，并可延伸至非触控区域1200与导线层1164电性连接，导线层1164则设置于非触控区域1200。感测电极层1162的材料包括透明导电材料，例如氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide, IZO)、氧化锦锡(cadmium tin oxide, CTO)、氧化销锌(aluminum zinc oxide, AZO)、氧化铟锌锡(indiumtin zinc oxide, ITZO)、石墨稀(graphene)、奈米银线(Ag nanowire)或纳米碳管(carbonnanotubes, CNT)等，但并不限于此些材料。导线层1164的材料可为与感测电极层1162相同的透明导电材料，或不透明的导电材料如银、铜、钼、铝、或其他合适的金属或合金。感测电极层1162及导线层1164可采用印刷与激光蚀刻，或是溅镀与微影蚀刻的方式形成于第二透明基板1124上。感测电极层1162根据触摸产生触控信号，导线层1164则将触控信号传输至处理器(未绘示)，由处理器计算得出触摸位置。感测电极层1162并不限于前述直接形成在第二透明基板1124上，在其他实施例中，触控感测结构1160包含感测电极层1162还可以通过粘结材料贴合于第二透明基板1124上。
[0054]此外，触控面板1000更包含一遮光层1180设置于第二透明基板1124，并与结合层1126分别位于第二透明基板1124的两相反侧。此遮光层1180设置于非触控区域1200，且位于第二透明基板1124与导线层1164之间，以对非触控区域1200的导线层1164及其它不透明元件进行遮蔽。遮光层1180采用不透明材料，例如为油墨材料或光阻材料，当其采用油墨材料时，可通过印刷方式形成于第二透明基板1124上，采用光阻材料时，可通过微影蚀刻的工艺形成于第二透明基板1124上。
[0055]在本实施例中，第一透明基板1122为蓝宝石基板，而第二透明基板1124为玻璃基板。值得注意的是，蓝宝石基板是作为触控接触面，使触控面板1000兼具蓝宝石基板的抗刮性与玻璃基板的强度。更清楚地说，使用者藉由碰触蓝宝石基板以进行程式操作与下达指令。在本实用新型之部分实施例中，蓝宝石基板系直接与玻璃基板进行键合，并在接触面形成具有硅-氧-铝键结的结合层1126。在本实用新型之其他部分实施例中，蓝宝石基板会先镀上一无机材料层，再与玻璃基板进行键合，以在玻璃基板与无机材料层之间形成具有硅-氧-硅键结的结合层1126。
[0056]由上述本实用新型实施例可知，本实用新型具有下列优点。透明复合基板使用蓝宝石基板复合玻璃基板，不但能大幅减少蓝宝石基板所需耗费的成本，玻璃基板更能增加蓝宝石基板的抗压性，改进其易脆的缺点。更重要的是，利用结合层制备的透明复合基板不须使用任何的粘合剂，而能制备更薄的透明复合基板，并达到更佳的透明度。此外，玻璃基板与蓝宝石基板之间的结合强度高，在高温高压下仍能维持稳定且牢固的结合，因而能更广泛的应用于触控装置。
[0057]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。
【权利要求】
1.一种透明复合基板，其特征在于，包含: 一第一透明基板； 一第二透明基板；以及 一结合层令使该第一透明基板与该第二透明基板之间形成键结而键合。2.如权利要求1所述的透明复合基板，其特征在于，该结合层包含硅-氧-硅键结、销-氧-娃键结或销-氧-销键结。3.如权利要求1所述的透明复合基板，其特征在于，该第一透明基板与该第二透明基板系独立选自一玻璃基板或一蓝宝石基板。4.如权利要求3所述的透明复合基板，其特征在于，该第一透明基板为该蓝宝石基板，而该第二透明基板为该玻璃基板。5.如权利要求4所述的透明复合基板，其特征在于，更包含一无机材料层位于该结合层与该蓝宝石基板之间，此时该结合层包含硅-氧-硅键结。6.如权利要求5所述的透明复合基板，其特征在于，该无机材料层为一硅层或一二氧化娃层。7.如权利要求5所述的透明复合基板，其特征在于，该无机材料层的厚度为I微米至10微米。8.如权利要求4所述的透明复合基板，其特征在于，该蓝宝石基板的厚度为0.1毫米至0.3晕米，该玻璃基板的厚度为0.2晕米至I晕米。9.一种触控面板，其特征在于，包含: 一如权利要求1-8任意一项所述的透明复合基板，该透明复合基板作为该触控面板的外盖板；以及 一触控感测结构，设置于该第二透明基板，并与该结合层分别位于该第二透明基板的两相反侧。10.如权利要求9所述的触控面板，其特征在于，该第一透明基板为该蓝宝石基板，而该第二透明基板为该玻璃基板。11.如权利要求10所述的触控面板，其特征在于，更包含一增透膜，设置于该第一透明基板，并与该结合层分别位于该第一透明基板的两相反侧。
【文档编号】G06F3-041GK204270264SQ201420611691
【发明者】李裕文, 夏祥龙, 戴荃芬, 叶冬梅 [申请人]宸鸿科技(厦门)有限公司