CN102529214A - 类钻碳保护装置及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涂覆有类钻碳(DLC)的装置及其相关方法。例如，在本发明的一态样中，一涂覆有类钻碳的基材可包含一基材；以及一设置于该基材上的掺杂氢的类钻碳层，其中该类钻碳层至少沿着该基材与该类钻碳层间的一界面掺杂有一硅材料。此外，该基材可包括一表面掺杂层，其设置于类钻碳层上而相对于该基材。

Description

类钻碳保护装置及其相关方法
技术领域
本发明涉及一种基材和钻石保护装置及结合类钻碳保护涂层至一表面的方法。因此，本发明涉及材料科学领域。
背景技术
许多现今使用的装置容易遭受过度的机械降解作用(mechanical degration)和/或化学降解作用(chemical degration)，所述的降解作用可包含刮伤与其它形式的磨损及撕裂，因此，在某些情况下，其降解作用可能会限制该装置的效用。例如：智能型手机和个人数字助理(personal digital assistants，PDAs)的触控屏幕界面容易受到研磨外力的破坏，而刮伤实体的使用者界面并且留下裂痕。此外，使用者皮肤上的油脂也可能会覆盖在装置的表面上，更可能加速装置的降解作用。其磨损以及化学作用可能会降低设置于下方的电子装置的视觉清晰度，因此可能降低使用装置的愉悦感。
目前已利用各种材料增加上述装置的使用耐久度，其实例包含如使用聚合物涂层或层状物于触控屏幕之表面，以作为防止降解作用的阻障物。由于所述的层状物多半为柔软且容易被破坏的层状物，因此常常需要定期的更换。此外，所述的聚合物涂层可能会影响设置于下方的电子装置的视觉清晰度(即，扭曲或低输出光线)，在某些情况下，聚合物涂层也有可能会影响其触控屏幕的电子组件，而使输入触控屏幕的讯号扭曲变形。而另一种用以增加装置的使用耐久度的传统方法，是使用一个外盒环绕该装置外壳。由于外盒系略高于装置的界面(interface surface)，因而所述的实例可限制触控屏幕外露至一平坦表面，然而该方法虽可避免受到横向研磨外力的作用，但却无法避免表面受到点接触或手指油脂的影响。
发明内容
本发明提供一种类钻碳涂层装置及其相关方法。例如，于一态样中提供一种涂覆有类钻碳的基材。所述的基材包含一基材以及一设置于该基材上的掺杂氢的类钻碳层，且该类钻碳层至少沿着该基材与该类钻碳层间的一界面掺杂有硅材料。此外，该基材可包括一表面掺杂层，其是设置于类钻碳层上而相对于该基材。于一态样中，该表面掺杂层掺杂有一疏水性掺杂物，该疏水性掺杂物的非限制性的实例：氟。于另一态样中，该表面掺杂层掺杂有一亲水性掺杂物，该亲水性掺杂物是例如但不限于：氮(N)、氧(O)、羟基(OH)、氨基(NH2)及其等的组合。于又一态样中，该表面掺杂层掺杂有一亲水性掺杂物与一疏水性掺杂物。
前述硅材料可沿着该基材与该类钻碳层之间的界面掺杂，使硅材料完全遍布或实质上(substantially)地遍布于整个类钻碳层，或以任一掺杂程度遍布于其中。该硅材料的非限制性的实例包括：硅(Si)、硅氧基(Si-O)及其等的组合。
各种基材材料皆为可纳入考虑的基材。根据装置的使用目的改变选用的基材材料，基材材料的非限制性的实例可包括：金属；玻璃；聚合物；包括但不限制于经蓝宝石(sapphire)或钇安定化的氧化锆(yittria stabilized zirconia)的陶瓷；增韧陶瓷及其等的组合物。于一态样中，基材材料可具有允许至少约80％的照射于该类钻碳层的光线穿透至下方基材的特性。
于本发明各种态样中选用多种基材及装置。例如，于一态样中，该涂覆有类钻碳的基材为一触控屏幕。于另一态样中，该涂覆有类钻碳的基材为一媒体磁盘。其它涂覆有类钻碳的基材的非限制性的实例包含：眼镜镜片、腕表镜面、手机屏幕、其它电子装置屏幕及其类似物。
本发明的另一态样是提供一种类钻碳保护装置。该装置可包括一装置外壳、一连接装置外壳的装置基材以及一设置于该装置基材上的掺杂氢的类钻碳层，其中类钻碳层至少沿着该装置基材与该类钻碳层间的一界面掺杂有硅材料。该装置可进一步包括有一表面掺杂层，该表面掺杂层设置于相对于该装置基材的类钻碳层上。于另一态样中，该装置外壳的至少一部分涂覆有一类钻碳保护层。
于又一态样中，本发明提供一种结合类钻碳保护层至一表面的方法，该方法可包括：于一基材上涂布一掺杂氢的类钻碳层；至少沿着掺杂氢的类钻碳层与基材之间的界面掺杂一硅材料至基材；以及于该掺杂氢的类钻碳层的一侧上而相对于该基材涂布一表面掺杂物。
因此，本发明先以初略、广泛的方式描述本发明的各项特征，以使后续的详细说明可更加的被理解，进而使本发明对所述领域的贡献可有更加的领会。本发明其它特征将透过下列的详细说明与申请专利范围变得更加清晰，或可透过实施本发明来了解本发明的其它特征。
附图说明
图1为本发明一实施例的类钻碳保护基材的剖面图；
图2为本发明另一实施例的类钻碳保护基材的剖面图；
图3为本发明又一实施例的类钻碳保护基材的剖面图；
图4为本发明另一实施例的类钻碳保护装置的剖面图。
附图标记说明：12-基材；14-类钻碳层；16-硅材料；18-表面涂层；42-装置外壳；44-装置基材；46-掺杂氢的类钻碳层；48-硅材料；50-表面掺杂层。
具体实施方式
定义
以下，将使用下列名词的定义叙述与主张本发明的内容。
单数型态的“一”及“该”包含复数的意义，除非文中有明确指出不同的使用方法。因此，举例而言，“一掺杂物”包含了一或多个所述的掺杂物，且“该钻石层”包含了一层或多层此种层状物。
在此所述的“气相沉积的”一词是指一使用气相沉积技术所形成的材料。而“气相沉积法”一词是指一种于气相中将材料沉积或形成于一基材上的制作方法。气相沉积法可包括任何方法，但不限于化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)以及物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，PVD)。本发明所属技术领域具有通常知识者，可实行各气相沉积方法的变化的广泛类型。气相沉积方法的实例包括热灯丝化学气相沉积法(hot filament CVD)、射频化学气相沉积法(rf-CVD)、激光化学气相沉积(laserCVD，LCVD)、激光脱落(laser ablation)、披覆型钻石涂覆法(conformal diamond coatingprocesses)、有机金属化学气相沉积法(metal-organic CVD，MOCVD)、溅镀(sputtering)、热蒸镀物理气相沉积法(thermal evaporation PVD)、电离金属物理气相沉积法(ionizedmetal PVD，IMPVD)、电子束物理气相沉积法(electron beam PVD，EBPVD)、反应性物理气相沉积法(reactive PVD)、阴极电弧法(cathodic arc)等。
在此所述的“化学气相沉积法”或“CVD”等词是指任何透过化学方式于气相中在一表面上形成或沉积钻石颗粒的方法。各种化学气相沉积技术已为此领域中熟知的技术。
在此所述的“物理气相沉积法”或是“PVD”等词是指任透过物理方式将气相中的钻石颗粒沉积或形成于一表面上的方法。各种物理气相沉积技术已为此领域中熟知的技术。
在此所述的“钻石”一词是指一种碳原子与其它碳原子透过四面体配位晶格方式连接的结晶结构，即所谓的sp3键结。具体而言，各碳原子皆环绕且键结于其它四个碳原子，且每个碳原子位于正四面体的顶点。此外，在室温下任两碳原子之间的键长为1.54埃，且任两键之间的夹角为109度28分16秒，然而实验结果可能有微小的差异。所述钻石的结构与性质，包括其物理性质与电子性质，已为本技术领域中所知悉。
在此所述之“扭曲四面体配位(distorted tetrahedral corordination)”一词是指碳原子的四面体键结的组态(cofiguration)为不规则的，或者已偏离前述钻石的正常四面体组态。此种扭曲型态通常导致其中一些键长加长而其余的键长缩短，并且使得键与键之间的角度改变。此外，扭曲四面体亦会改变碳的特性与性质，使其实际的特性与性质介于sp3组态的碳键结(例如钻石)与sp2组态的碳键结(例如石墨)之间。具有扭曲四面体键结的碳原子的材料的一实例为无晶钻石(amorphous diamond)。
在此所述的“类钻碳”一词是指一种以碳原子为主要成分的含碳材料，且该含碳材料中含有大量碳原子以扭曲四面体组态结合。虽然化学气相沉积或其它气相沉积法皆可用于形成类钻碳，类钻碳通常可透过物理气相沉积法而形成。尤其，类钻碳材料中可含有多种作为杂质或掺杂物的元素，这些元素可包括但不限于氢、硫、磷、硼、氮、硅以及钨等类似物。
在此所述的“无晶钻石”一词是指一种以碳原子为主要成分的类钻碳，且该类钻碳中含有大量碳原子以扭曲四面体组态键结。于一态样中，无晶钻石中的碳原子含量可为至少约90％，且其中有至少约20％的碳原子是以扭曲四面体组态键结。相较于原子密度为176原子/立方公分(atoms/cm3)的钻石而言，无晶钻石具有较高的原子密度。此外，无晶钻石以及钻石材料在熔化时体积会收缩。
在此所述的“实质上”一词是指一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果的完全或近乎完全的范围或是程度。举例而言，一物体“实质上”被包覆，其意指被完全地包覆，或者被几乎完全地包覆。在一些情况下，相较于绝对完全实际上可允许的偏差程度是取决于特定的内文而决定。然而，一般而言，接近完全时所得到的结果将如同在绝对且完整完全时得到的全部结果相同。且使用“实质上”表达负面含意时，亦可用于描述完全或近乎完全地缺乏一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果。举例而言，一“实质上没有”某颗粒的组成物，可代表完全或接近完全缺少某颗粒，而到达如同其完全没有某颗粒的程度。换言之，只要一组成物“实质上没有”一无法被量测得到的成分或元素，该组成物实际上仍可包括该成分或是元素。
在此所述的“大约”是指给予数值范围的边界值弹性(flexibility)用词，所提供的特定数值可“些微高于”该边界值或是“些微低于”该边界值。
在此所述的复数物品、结构组件、组成元素及/或材料，基于方便考虑可用一般列表方式呈现。然而，该等列表应被解释为各构件是被独立的视为个别且独立的构件。因此，不能仅基于此列表的构件出现在同一群组中没有其它反面的指示，而将此列表中的各独立构件均解释为事实上同等于同列表中的任何其它构件。
浓度、数量以及其它数值数据在文中可用一范围形式表达或呈现。要了解的是，此范围形式仅仅为了方便与简洁而使用，因此该范围形式应该被弹性地解释为不仅包含了被清楚描述以作范围限制的数值，亦包含在该范围中的所有独立数值以及子范围。举例说明，一个“大约1至5”的数值范围应被解释为包含不仅详细记载的数值“大约1至5”，亦包含在指定的范围内的独立数值以及子范围。因此，在此数值范围中分别包含了如2、3及4的独立数值，如1至3、2至4及3至5等的子范围、以及1、2、3、4及5等数值。
此相同的原则适用于仅引用单一最小值或最大值的记载范围。此外，不论所描述的范围或特征的幅度为何，都应该采用相同的解释。
本发明
各种基材，尤其是常被频繁接触的基材可有利于作为一硬化表面。所述的表面可透过该基材以化学及机械保护的方式，增加该装置的使用耐久度。然而，将像是类钻碳(DLC)的硬化表面与许多基材材料(例如：玻璃)结合是困难的。本发明揭示一种结合一硬化表面至所述基材材料的技术，其基材材料包括基材本身以及并入有该涂覆基材的装置。
例如，于一态样中，一涂覆有类钻碳的基材包括一基材以及一位于该基材上的掺杂氢的类钻碳层，该类钻碳层是至少沿着该基材与该类钻碳层间的一界面掺杂有一硅材料。该涂覆有类钻碳的基材亦可包括有一设置于该类钻碳层上而相对于该基材的表面掺杂层。因此，位于基材上的类钻碳层可增加该基材对机械和/或化学的耐久度。该类钻碳层可设置于整个基材上，或可设置于部份的基材上。此外，根据基材的结构和使用目的，该类钻碳层可设置于基材的一侧或基材的多侧。
依据本发明的实施态样，各种不同的基材和基材材料皆可纳入考虑，其基材可为任何一种利于通过类钻碳涂层保护的表面或材料。基材的非限制性的实例可包括：金属及金属合金；玻璃材料，其包括苏打玻璃；聚合物材料，其包括聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)及其类似物；陶瓷，其包括石英、蓝宝石及其类似物；及其等的混合物与组合。于一态样中，该基材在某些情况下可加工，并在不显著影响基材的使用目的下配置该类钻碳层。例如，当某特定的基材为光敏感的基材时，该类钻碳层需尽可能的为透明的层状物。一般来说，含有较多比例的sp3键结的类钻碳层可同时增加材料的硬度与透明度。在一具体的态样中，至少约80％的照射于类钻碳层的光线可穿透至下方的基材，使来自于基材的光讯号不会被类钻碳层大量地过滤掉，而可有利于光讯号的传递。于另一态样中，该基材可为一触控屏幕，其中，不论是电容性、传导性、光敏感性等触控屏幕，配置该类钻碳层皆不会显著地干扰该屏幕的触碰机械能力，并且同时能够将光线由屏幕传递至使用者。于一态样中，触控屏幕可包括一位于诸如一氧化铟锡电极的透明导体上的类钻碳涂层。
于另一态样中，该基材可为一媒体磁盘，该磁盘可包括任何形式的媒体，其包括但不限于：光盘、数字多功能激光视盘(DVDs)、激光光盘、蓝光光盘(Blu-Ray disk)等等。一类钻碳层是至少涂覆于所述的媒体磁盘的读取面上，当光盘在光盘播放机/刻录机里或是由光盘播放机/刻录机取出时，可降低光盘发生刮伤及损坏的机率，尤其相较于标准的数字多功能激光视盘，对于数据层较为接近表面且易于被刮伤的媒体磁盘(如，蓝光光盘)而言，将类钻碳层涂覆于读取面时更有利于降低光盘被刮伤及损坏的机率。其中，与媒体磁盘结合的类钻碳层可为一位于聚合物光盘上的附加涂层，或者该类钻碳层可取代部分的聚合物材料。许多种聚合物材料传统上被使用于媒体磁盘，一非限制性的实例为聚碳酸酯。
此外，该类钻碳层可被使用于保护许多种与装置结合的基材，使其免于受到机械和化学的接触而造成一般性的损坏。其它非限制性的实例包括：眼镜或太阳眼镜镜片、腕表镜面、手机屏幕及外壳、可携式音乐播放机的屏幕和外壳、触控面板等。
于某些态样中，实际上并不需要覆盖整个基材表面，亦可对该基材提供有效的覆盖范围。例如，可将具有一格网或是其它图案的类钻碳设置于基材表面上，使其具有亲水性或疏水性掺杂的类钻碳表面。于此，可使用数种图案及空间排列的方式，将其掺杂于基材表面上。于一态样中，空间布置或是图案可能覆盖的范围少于整个表面，例如覆盖大约70％至90％的表面时，仍可对整个表面提供一有效的覆盖范围。再者，类钻碳层片段间的间隙可以大约相距20微米(μm)至500μm。于一态样中，片段实质上可为方形片段。于另一态样中，该等片段可为100μm的方形，且每个片段间可被100μm未被涂覆的基材所隔开。
本发明一态样的保护层可考虑使用多种不同类型的硬化表面材料。非限制性的实例包括：非晶型碳、类钻碳、多晶钻石、结晶钻石、单晶钻石等等。于一态样中，该硬化表面层可为一非晶型碳层。于另一态样中，该硬化表面层可为一类钻碳层。下列的讨论是描述作于保护层的类钻碳材料。值得注意的是，为了方便描述以下讨论是适用于与其相关的均等材料。
基于装置使用目的及应用的类钻碳材料的性质的不同，于本发明一态样的类钻碳层的厚度亦有所不同。例如，当类钻碳涂覆于一触控屏幕上时，类钻碳层的厚度可为任何一种允许触控屏幕穿过类钻碳层后仍可***控的厚度。于某些态样中，基于制作或成本考虑而可限制类钻碳层的厚度。例如，当类钻碳层的厚度远大于提供保护与装置功能所需的厚度，可能会使加工费用过高而影响装置的成本，因此可能会有一最大预定厚度。于某些态样中，尤指一些在厚度方面需最小化的装置，其可有利于使用厚度小于提供保护功能所需的厚度的类钻碳层。亦即，于一态样中该类钻碳层的厚度可大约介于10奈米(nm)至500μm之间；于另一态样中，类钻碳层的厚度可大约介于10nm至10μm之间；于又一态样中，类钻碳层的厚度可大约介于10nm至1μm之间。
需理解的是，下列叙述是关于钻石沉积技术非常一般性的讨论，这些钻石沉积技术可以或是未必使用于特定层或特定应用，且这些技术可广泛的介于本发明的各种不同态样。一般而言，包含类钻碳层的钻石层可以用任何已知的方式形成，包括各种气相沉积技术。任何一种已知的气相沉积技术可用来形成所述的钻石层。常见的气相沉积技术包含化学气相沉积以及物理气相沉积，然而亦可使用任何可以达到相似性质及结果的相似的方法。于一态样中，化学气相沉积技术例如热灯丝、微波电浆、氢氧焰(oxyacetylene flame)、射频化学气相沉积法、激光化学气相沉积(Laser CVD)、有机金属化学气象沉积法(MOCVD)、激光脱落(laser ablation)、披覆型钻石涂覆法(conformaldiamond coating processes)以及直流电弧技术(direct current arc techniques)等技术皆可被使用。典型的化学沉积技术使用气体反应物将钻石或是类钻碳材料沉积为一层状物或膜层。前述气体可包括少量(大约少于5％)的含碳材料，例如以氢气稀释的甲烷。熟习本技术领域者已知用于制作半导体层的各种化学气相沉积法，包括其设备与条件。于另一态样中，可使用如溅镀、阴极电弧以及热蒸镀等的物理气相沉积技术。此外，亦可使用分子束磊晶(molecular beam epitaxy，MBE)以及原子层沉积(atomic layerdeposition，ALD)等方法。进一步的，可使用特定的沉积条件以调整不论是类钻碳、无晶钻石或纯钻石等沉积材料的确切型态。
于某些态样中，为了提升钻石层的沉积质量以及沉积时间，可在一基材的生长表面上形成一成核辅助层(nucleation enhancer layer)。于一态样中，可以通过在基材的钻石生长表面上沉积合适的晶核，如：钻石晶核，再透过气相沉积技术令晶核生长成膜层或层状物，以形成该钻石层。于本发明一态样中，基材上可先涂覆一成核辅助层以增强钻石层的生长，接着将钻石晶核放置在该成核辅助层上，再透过化学气相沉积法生长该钻石层。
熟习本技术领域者应能分辨各种可适合作为成核辅助剂(nucleation enhancer)的材料。于本发明一态样中，成核辅助剂可包括但不限于：金属、金属合金、金属化合物、碳化物(carbides)、碳化物形成元素(carbide former)及其等的混合物。于另一态样中，成核辅助层可为一含有碳化物形成元素的碳化物形成元素层。所述碳化物形成元素的实例可包括但不限于：钨、钽、钛、锆、铬、钼、硅以及锰。此外，碳化物的实例包括碳化钨、碳化硅、碳化钛、碳化锆及其等的混合物。于一具体态样中，该碳化物形成元素层可为钛。于另一具体的态样中，该碳化物形成元素层可为铬。于一具体的态样，成核辅助层可为碳化硅。应注意的是，碳化物形成元素层可用以加强钻石层、碳层、氮化硼或一附加材料的沉积，其中所述的附加材料如设置于前述一层或复数层上的散热片材料。此外，多半在不需涉及增强成核作用的情况下，一碳化物形成元素层和/或任何上述材料的薄层可用以增进层与层之间的结合力和/或附着力，例如：碳化物形成元素层可用以增进类钻碳层和基材之间的结合力和/或附着力。举例而言，碳化物形成元素可与类钻碳层形成一碳化键，并根据所使用基材材料的类型，使碳化物形成元素与基材形成一化学性结合(chemical bond)或扩散性结合(diffusion bond)(即，机械固定作用)。
当使用一成核辅助层、结合/附着辅助层或是碳化物形成元素层时，通常需将维持在够薄的厚度下，才不会劣化该装置所需的性质。于一态样中，该等层状物的厚度可大约小于0.5μm。于另一态样，该等层状物的厚度可大约小于10nm。于又一态样中，该厚度是大约小于5nm。于本发明再一态样中，该厚度是大约小于3nm。
如前所述，具有较高比例的sp3键结的钻石材料可增加其硬度与光穿透性质。可使用各种方法改变由气相沉积技术所产生的钻石层中钻石的sp3含量。例如，在钻石沉积的早期阶段中，透过减少甲烷流量及增加总气体压力，可降低碳的分解速率并且增加氢原子的浓度，进而使碳原子以相当高比例的sp3键结组态沉积，并同时增进所形成的钻石晶核的质量。此外，为了减少成长钻石颗粒之间的间隙量，可增加钻石颗粒沉积于基材的生长表面上或成核辅助层上的成核速率。增加成核速率的方法的实例可包括但不限于：对生长表面施加一适量的负偏压(negative bias)，通常大约是100伏特；以细致的钻石胶或是钻石粉末抛光生长表面，其中细致的钻石胶或粉末可能会部分残留于该生长表面上；以及控制生长表面的成分，例如使用物理气相沉积法或是电浆辅助式化学气相沉积法(PECVD)，植入碳、硅、铬、锰、钛、钒、锆、钨、钼、钽等的离子。其中，物理气相沉积法的温度通常低于化学气相沉积法的温度，且在某些例子中，物理气相沉积法的温度可低于大约250℃，甚至低于大约150℃。其它增进钻石成核的方法为熟习本技术领域者常见的方法。
在本发明一态样中，该钻石层可作为一披覆型钻石层而形成。披覆型钻石涂覆法可提供数点优于传统钻石成膜法的优点：披覆型钻石涂覆法可适用于广泛种类的基材，包括非平面基材；披覆型钻石涂覆法可于不施加偏压于钻石生长的条件下预处理其生长表面，以形成一碳膜。其中，该钻石生长条件可适用于一般钻石用的化学气相沉积条件，不需施加一偏压即可制得碳膜。因此，所形成的碳薄膜的厚度通常可小于约100埃。虽然较佳的预处理温度是低于大约500℃以下，然而预处理步骤几乎可在任一生长温度下操作，例如大约200℃至大约900℃。若无其它特殊情况，碳薄膜是在少于一小时的短时间内形成一种氢端的无晶碳(hydrogen-terminated amorphous carbon)薄膜。
在形成该薄碳膜之后，生长表面可接着沿用钻石生长条件形成一披覆型钻石层。该钻石生长条件可为一般传统化学气相沉积中常用的钻石生长条件。然而，有别于传统钻石膜的生长方式，由上述预处理步骤所产生的钻石膜是形成一种披覆型钻石膜，其实质上无须酝酿期(incubation time)即可实质上在整个生长表面开始生长。此外，一连续钻石膜(例如：实质上无晶界)的厚度可生长到大约80nm之间。相较有晶界的钻石层，实质上无晶界的钻石层可更有效地进行散热作用。
如前所述，发明人发现到位于钻石晶格内的硅材料可帮助钻石材料沉积且保持在各种基材上。前述掺杂法对于类钻碳层与硅石玻璃的结合特别有效，因此，可将硅网状结构设置于类钻碳晶格间，其可能是透过渗透(interpenetrate)至玻璃的二氧化硅网状结构与类钻碳材料的碳网状结构之间的能力，而有利于硅石玻璃与类钻碳层间的键结变换(bonding transition)。所述的硅网状结构将实质上成为玻璃的二氧化硅网状结构的延伸，以增进两材料之间的附着力。此外，通过修补玻璃表面的微裂缝，碳-二氧化硅的网状结构可以强化硅石玻璃的表面，否则反而会使微裂缝继续扩展。据此，于某些态样中，类钻碳材料层可用以强化该玻璃基材。利用类钻碳层防止玻璃的破裂的强化作用对于多种用途是有用的。于一态样中，本发明包括一种利用所述掺杂类钻碳层增强(strengthening)或强化(reinforcing)玻璃基材的方法，且更进一步包括以此方法所强化的玻璃产品。非限制性的具体产品用途的实例可包括：镜片、视屏、汽车玻璃、防护玻璃面板、面罩、或任何可能受到潜在撞击的玻璃产品。
用于掺杂至类钻碳层的硅材料可以任何适用的掺杂形式掺杂。非限制性的实例如包括：硅、硅氧基(Si-O)、硅氢基(Si-H)、碳化硅、及其等的混合物。该硅材料可于沉积类钻碳层的过程中加入，或可在沉积类钻碳层后才加入。此外，该硅材料可以只存在于部分的类钻碳层中，或者，该硅材料可实质上存在于在整个类钻碳层中。在一些实施例中，该硅材料可于渗透入类钻碳的碳-氢网状结构(C-H network)间。例如，于一态样中，图1为一基材12，其具有一沉积在上方的类钻碳层14，该硅材料16集中在类钻碳层14，且集中于接近该基材12的区域。图2为基材12的另一态样，其具有一沉积在上方的类钻碳层14以及一均匀分散且遍布于该类钻碳层14的硅材料16。于又一态样中，硅材料可以非均匀的方式分散且遍布于该类钻碳层(图未示)。举例而言，相较于类钻碳层的其它区域，该硅材料可更集中于接近类钻碳层的边界区域。边界区域的一实例可包括基材与类钻碳区域间的界面。边界区域的另一实例可包括类钻碳层邻近表面涂层的区域。各种表面掺杂物可能仅有单一结合作用，因此该硅掺杂物可沿所述的区域增强该类钻碳层的硬度。
如图3所示，各种表面涂层18皆可纳入考虑，其中该涂层会依据类钻碳层外露部分所需的性质而有所变化。例如，若该装置是于有水的环境中使用时，该表面涂层可为一疏水性涂层，以减少水在类钻碳层上的堆积。因此，于一态样中，类钻碳层的表面可掺杂有一疏水性掺杂物。疏水性掺杂物的非限制性的实例为：氟、氢以及氯。若该装置为一触控屏幕，也就是该装置会与人体的皮肤接触时，该表面涂层可为一亲水性涂层，以减少皮肤油脂的堆积。因此，于一态样中，类钻碳层的表面可掺杂有一亲水性掺杂物。亲水性掺杂物的非限制性的实例为：氮、氧、羟基(OH)、氨基(NH2)、及其等的组合。于一具体的态样中，亲水性掺杂物可为氮。于另一具体的态样中，亲水性掺杂物可为氧。此外，在一些应用中，可考虑使类钻碳层同时包括有一亲水性掺杂物与一疏水性掺杂物。掺杂物可以不同的浓度加入该类钻碳层。例如，于一态样中，掺杂物可以大约10至30原子百分比的浓度存在于类钻碳层中。于另一态样中，掺杂物可以大约20至40原子百分比的浓度存在于类钻碳层中。于又一态样中，掺杂物可以大约10至50原子百分比的浓度存在于类钻碳层中。于一具体的态样中，氢可以大约从40至50原子百分比的浓度存在于类钻碳层中，以提高光穿透性并且增加与基材的结合强度。另一态样，氢可以大约低于40原子百分比的浓度下存在。
于一些实施例中，类钻碳层中掺杂物的浓度可在整个类钻碳层中分为不同的浓度。于一态样中，如氟的疏水性掺杂物或是如氮的亲水性掺杂物的梯度浓度可介于大约0至40原子百分比。于另一态样中，其梯度浓度可介于大约0至20原子百分比。于一些态样中，靠近贴附有掺杂类钻碳层的基板一端，其成份的浓度可能较低；而靠近类钻碳层的外侧或外露表面的一端，其成份的浓度较高。在其它情况下，该梯度浓度可为相反的。于又一实施例中，为了达到所需的功能、性质或是特征，该梯度浓度可在该类钻层的梯度可呈现垂直或是水平的形式。
依据本发明的一态样，各种包括类钻碳保护涂层的装置皆可纳入考虑。于一态样中，请参阅图4所示，类钻碳保护装置可包括一装置外壳42以及一连接该装置外壳42的装置基材44。一掺杂氢的类钻碳层46设置于该装置基材44上，且该类钻碳层46至少沿着该装置基材44与该类钻碳层46间的一界面掺杂有一硅材料48，该装置亦可包括一表面掺杂层50，其设置于类钻碳层46上而相对于该装置基材44。此外，于一些态样中，至少一部分的装置外壳涂覆有一类钻碳保护层(图未示)。如前所示，该装置可有利于所述的类钻碳保护装置，包括：触控屏幕、手机、计算机、手表、眼镜和太阳眼镜等等。
范例
下列范例根据本发明的不同态样说明制造类钻碳保护装置的各种技术。然而，需理解的是，下列范例仅用以示范或说明本发明原则的应用。在不背离本发明精神与范畴下，本发明所属技术领域具有通常知识者可进行各种修改与不同的组合、方法以及***。其申请专利范围应涵盖这些修改与排列。因此，纵使上述内容已具体描述本发明的内容，下列更配合几个本发明的具体实施例以详细说明本发明的内容。
范例1
于玻璃表面上裂解硅烷或四甲基硅烷，以沉积一富含硅的界面(silicon-richinterface)。利用射频化学气相沉积法，使用乙炔和氢于富含硅的表面上涂覆类钻碳层。其中，于RFCVD的气体混合物中加入四氟甲烷气体，以于该类钻碳层上形成一加工表面(finishing surface)。
范例2
为符合触控屏幕的摩擦力、疏水力以及增加操作触控屏幕的敏感度的需求，于触控屏幕的玻璃基材上涂覆掺杂氟的类钻碳(F doped DLC)。该掺杂氟的类钻碳系直接涂覆于玻璃基材上，使其可见光的穿透率提高至超过85％。氟的含量约为10至30原子百分比，且该掺杂氟的类钻碳(FDLC)的厚度为10至500nm，硬度大于5GPa。
范例3
为了符合抗刮伤的需求，将掺杂氢的类钻碳涂覆于光盘、数字多功能激光视盘(DVDs)及蓝光光盘上。其中，掺杂氢的类钻碳(HDLC)的可见光穿透率超过85％。氢的含量约为10至40原子百分比，且该掺杂氢的类钻碳(HDLC)的厚度为10至500nm，硬度大于5GPa。
应了解的是，上述内容仅供说明本发明原理的应用。在不违背本发明范畴及精神的前提下，本发明所属技术领域具有通常知识者可做出多种修改及不同的配置，且依附在后的申请专利范围则意图涵盖这些修改与不同的排列。因此，当本发明中目前被视为是最实用且较佳是实施例的细节已被揭露如上时，对于本发明所属技术领域具有通常知识者而言，可显而易知的依据本文中所提出的概念与原则来作出而不受限于多种包含了尺寸、材料、外形、形态、功能、操作方法、组装及使用上的改变。

Claims (22)

1.一种涂覆有类钻碳的基材，其包含：
一基材；
一掺杂氢的类钻碳层，该掺杂氢的类钻碳层设置于该基材上，且该类钻碳层至少沿着该基材与该类钻碳层间的一界面掺杂有一硅材料；以及
一表面掺杂层，该表面掺杂层设置于该类钻碳层上而相对于该基材。
2.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该表面掺杂层掺杂有一疏水性掺杂物。
3.如权利要求2所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该疏水性掺杂物为氟。
4.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该表面掺杂层掺杂有一亲水性掺杂物。
5.如权利要求4所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该亲水性掺杂物包括一物质，该物质选自下列所构成的群组：氮、氧、羟基(OH)、氨基(NH2)及其等的混合物。
6.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该表面掺杂层同时掺杂有一亲水性掺杂物与一疏水性掺杂物。
7.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该硅材料包括一物质，该物质选自下列所构成的群组：硅、硅氧基(Si-O)、及其等的混合物。
8.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该硅材料实质上掺杂且遍布于该类钻碳层。
9.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该基材包括一物质，该物质选自下列所构成的群组：金属、玻璃、聚合物、及其等的混合物。
10.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中至少80％的照射于该类钻碳层的光线穿透至下方的基材。
11.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该基材为一触控屏幕。
12.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该基材为一媒体磁盘。
13.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其中该基材为一组件，该组件选自下列所构成的群组：一眼镜镜片、一腕表镜面及一手机屏幕。
14.如权利要求1所述的涂覆有类钻碳的基材，其更包括一碳化硅层，该碳化硅层设置于该基材与该掺杂氢的类钻碳层之间。
15.一种类钻碳保护装置，其包含：
一装置外壳；
一装置基材，该装置基材连接至该装置外壳；
一掺杂氢的类钻碳层，该掺杂氢的类钻碳层设置于该装置基材上，该类钻碳层至少沿着该装置基材与该类钻碳层间的一界面掺杂有一硅材料；以及
一表面掺杂层，该表面掺杂层设置于类钻碳层上而相对于该装置基材。
16.如权利要求15所述的类钻碳保护装置，其中该装置外壳的至少一部分涂覆有一类钻碳保护层。
17.如权利要求15所述的类钻碳保护装置，其中该表面掺杂层掺杂有一疏水性掺杂物。
18.如权利要求15所述的类钻碳保护装置，其中该表面掺杂层掺杂有一亲水性掺杂物。
19.如权利要求15所述的类钻碳保护装置，其中该硅材料包括一物质，该物质选自下列所构成的群组：硅、硅氧基(Si-O)及其等的混合物。
20.一种结合类钻碳保护涂层至一表面的方法，其包含：
于一基材上涂布一掺杂氢的类钻碳层；
掺杂一硅材料，其中该硅材料至少沿着该掺杂氢的类钻碳层与该基材之间的界面掺杂于该基材；以及
涂布一表面掺杂物，该表面掺杂物涂布于该掺杂氢的类钻碳层的一侧上而相对于该基材。
21.如权利要求20所述的方法，其中该表面掺杂物包括一物质，该物质选自下列所构成的群组：疏水性掺杂物、亲水性掺杂物及其等的混合物。
22.如权利要求20所述的方法，其中该硅材料包括一物质，该物质选自下列所构成的群组：硅、硅氧基(Si-O)及其等的混合物。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120704