[发明专利]一种蓝宝石屏幕及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及在电子产品、光学应用等生产生活中复合蓝宝石屏及其生产制备工艺。

背景技术

蓝宝石的莫氏硬度达到9，其硬度以及耐磨性仅次于金刚石，在自然界中属于高硬 度材料。同时，蓝宝石抗划伤性能优异，化学性能稳定，且可见光的透过率高，适合制 作光学器件。

随着触摸技术的发展，高硬度高抗划伤性能的屏幕材料受到越来越多的重视。而电 子产品轻量化的要求也迫使电子产品制造商寻求单位厚度(或质量)强度更高的材料， 而这使得蓝宝石替代传统使用的玻璃成为可能。如今，蓝宝石已经成功应用在手机的摄 像头、Home键，而将蓝宝石开发制成触摸屏的研究工作也已经有了很大的突破。

现在，玻璃类材料对抗指纹效果的要求是水接触角达到115°，接触角越高，抗指 纹效果越好，而蓝宝石本身的水接触角不到90°，所以将蓝宝石应用于各类电子视窗 的触摸屏，对其进行抗指纹化处理是很有必要的，既可以提高屏幕的抗沾污性，同时还 能改善手感。

蓝宝石晶片具有优越的综合性能，首先它具有超高的硬度和极低的摩擦系数，自然 界仅仅次于金刚石；它在超宽波段(300nm～5000nm)具有高光学透过性能；并且， 蓝宝石单晶具有优异的抗酸碱腐蚀能力，一般酸碱常温下甚至熔融状态下都无法被侵 蚀。故蓝宝石单晶作为高端屏幕材料的商业化应用便应运而生，但是蓝宝石晶片在作为 屏幕材料时，其常温下在外界弯曲应力作用下，通常会发生r面孪晶而导致晶片出现 典型解理断裂，导致其晶片(120×55×0.6mm3)的四点弯曲强度通常为500～1200MPa 范围，难以满足现代高力学强度屏幕材料的要求，限制了蓝宝石晶片更广领域的应用和 发展。蓝宝石晶片r面孪晶导致的解理开裂，是脆性断裂的一种形式，它起源于r面 孪晶后位错的塞积作用而引发的应力集中，从而导致r面典型的脆性解理断裂。基于蓝 宝石晶片这种力学性能的缺陷，科研人员曾经提出过多种解决方法，比如美国专利 US5702654，通过在蓝宝石晶片表面形成一层镁铝尖晶石第二相来达到强化作用，虽然 该方法可以一定程度上提高蓝宝石的弯曲强度，但是仅仅通过表面改性的办法来达到强 化的目的是不够的，并且表面第二相会降低蓝宝石晶体的光谱透过性能。而美国专利 US6222194B1，采用快中子辐照强化蓝宝石晶片，当经1×1018neutrons/cm2的快中子 辐照后，由于快中子辐照阻碍了孪晶的形成，故晶体的c轴强度大大提高。但该方法由 于高昂的成本，无法开展规模化的产业应用。

发明内容

发明目的：本发明针对不足，提出一种抗指纹效果好、硬度高、透光率高且加工工 艺简单的蓝宝石屏幕及其生产工艺。

技术方案：本发明所述的一种蓝宝石屏幕，包括由外到内设置的5-90nm厚的外屏 幕层、40nm-50μm厚的过渡层以及蓝宝石层，所述蓝宝石层为单一蓝宝石层或蓝宝石 与复合材料通过复合方法实现双层、三层以及多层复合结构；所述蓝宝石层采用纯度为 99.999％的Al2O3基质原料，光谱纯掺质原料Fe2O3和TiO2，其中掺入的铁、钛元素 含量分别为100ppm～3000ppm和100ppm～1000ppm，得到掺铁钛蓝宝石晶片表示为 Ti,Fe:α-Al2O3。

作为优化，所述外屏幕层为含氟化合物层、含硅化合物层或两者的混合物层，含氟 化合物为硅氧烷类的长链含氟化合物，所述含硅化合物为硅氧烷类的长链含硅化合物。

作为优化，所述外屏幕层的组分为CH3SiCl2CH2CH2COOCH2(CF2CF2)nH(n＝1～ 6)。

作为优化，所述过渡层为经原位生成得到的硅的氧化物层、钛的氧化物层或两者的 混合物层。

作为优化，所述复合材料为同质或异质材料，选用蓝宝石、玻璃、塑料、陶瓷，YAG 晶体等中的一种或几种。

作为优化，所述复合方法采用光胶方法、化学胶水胶合方法、PVC压膜方法、键 合方法中的一种。

本发明还公开了一种蓝宝石屏幕的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：

(1)原料选择：采用原料Al2O3、Fe2O3和TiO2，混合均匀后烧结成Ti,Fe:α-Al2O3 晶体原料块，然后将Ti,Fe:α-Al2O3晶体原料块采用导模法生长为Ti,Fe:α-Al2O3晶片， 晶片生长结束后，置于有氧环境的马弗炉中退火处理；