通过激光损坏和蚀刻制造玻璃制品的方法
【专利说明】通过激光损坏和蚀刻制造玻璃制品的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年11月29日提交的美国临时申请第61/731，013号的优先权。该临时申请的全部内容通过引用纳入本文。
【背景技术】
技术领域
[0003]本发明总体涉及制造玻璃制品的方法，具体来说，涉及通过构建激光损坏区域和优先蚀刻激光损坏区域来制造玻璃制品的方法。
【背景技术】
[0004]
[0005]玻璃制品用于各种工业，包括将玻璃用于覆盖显示器设备的电子工业。此类显示设备的例子包括液晶显示器和发光二极管显示器，例如，计算机显示屏、电视机和手持式装置。因为三维玻璃制品具有上佳的外观和触感，它们的应用与日倶增。但是，满足低尺寸容差特别是对于成形玻璃而言，仍然极具挑战，因为玻璃在再成形、退火和化学强化之时发生尺寸形变。此外，用于形成穿透式特征例如孔的传统计算机数字控制(“CNC”)加工方法，如果于再成形之前实施，将导致在玻璃再成形时的非均匀加热，这可导致玻璃制品的表面起伏和不利的变形。
[0006]概述
[0007]根据各种实施方式，批露了形成玻璃制品的方法。所述方法包括:提供玻璃板基材(glass substrate sheet),在玻璃板基材上平移脉冲激光束以形成从玻璃板基材的第一表面延伸到玻璃板基材的第二表面的激光损坏区域，将包含约1M-约3M氢氟酸和盐酸的蚀刻剂溶液施加于玻璃板基材，通过离子交换强化过程强化玻璃板基材，和使用耐酸涂层涂覆玻璃板基材。脉冲激光束的波长在紫外光谱中，且功率为约0.1W-约2.0W。激光损坏区域可包括多个缺陷线。如果氢氟酸浓度大于约2M则盐酸浓度小于约1M，以及如果氢氟酸浓度小于约2M则盐酸浓度为约1M-约3M。
[0008]在一些实施方式中，通过以下方式来再成形玻璃板基材:把玻璃板基材预热到预热温度，随后把玻璃板基材的局部区域加热到高于预热温度的局部温度，由此在该局部区域处弯曲玻璃板基材。所述预热温度和局部温度低于玻璃板基材的软化点。
[0009]操作脉冲激光束，从而施加到玻璃板基材的能量大于或等于玻璃板基材的损坏阈值。在一些实施方式中，脉冲激光束的波长在紫外光谱区，且脉冲激光束的功率为约
0.1W-约2.0W。在一些实施方式中，激光损坏区域不接触玻璃板基材的边缘。
[0010]在一些实施方式中，以多次通过的方式(pass)在玻璃板基材上平移脉冲激光束且在每次通过时调整脉冲激光束的聚焦，从而激光损坏区域由在玻璃板基材本体之内从第一表面延伸到第二表面的多个激光损坏线限定。多个激光损坏线中邻近的激光损坏线可相对于彼此偏移(offset)。在一些实施方式中，在每次通过时调节脉冲激光束相对于玻璃板基材的位置，从而多个激光损坏线限定在玻璃板基材本体之内从玻璃板基材的第一表面到玻璃板基材的第二表面的曲线。
[0011]在一些实施方式中，向玻璃板基材施加蚀刻剂溶液的操作包括向玻璃板基材喷洒蚀刻剂溶液。在其它实施方式中，向玻璃板基材施加蚀刻剂溶液的操作包括把玻璃板基材浸没于蚀刻剂溶液中。在一些实施方式中，可向蚀刻剂溶液施加超声搅拌。用于喷洒蚀刻剂的喷嘴可以约0振动/分钟-约40振动/分钟的速度振动。来自喷嘴的压力可为约
1.0巴-约1.25巴。
[0012]在一些实施方式中，蚀刻剂溶液包含约1M-约3M氢氟酸和无机酸，其中如果氢氟酸浓度大于约2M则无机酸浓度小于约1M，如果氢氟酸浓度小于约2M，则无机酸浓度为约1M-约3M。在一些实施方式中，无机酸可为盐酸、硫酸、硝酸或其组合。
[0013]在一些实施方式中，蚀刻剂溶液的温度低于约30°C。
[0014]根据其它实施方式，形成玻璃制品的方法包括提供玻璃板基材，在玻璃板基材上平移脉冲激光束以形成从玻璃板基材的第一表面延伸到玻璃板基材的第二表面的激光损坏区域，该激光损坏区域具有初始几何形状。脉冲激光束的波长在紫外光谱区，且功率为约0.1W-约2.0W，以及激光损坏区域由多个缺陷线限定。所述方法还包括把玻璃板基材预热到预热温度，把玻璃板基材的局部区域加热到高于预热温度的局部温度，由此在局部区域处弯曲玻璃板基材。至少部分激光损坏区域在局部区域之内，且在把局部区域加热到局部温度之后激光损坏区域的几何形状从初始几何形状变化到所需的几何形状，从而初始几何形状补偿玻璃板基材的弯曲。所述方法还包括把玻璃板基材浸没于蚀刻剂溶液的浴中，从而去除绕着激光损坏区域的部分玻璃板基材。蚀刻剂溶液包含约1M-约3M氢氟酸和无机酸。如果氢氟酸浓度大于约2M则无机酸浓度小于约1M，以及如果氢氟酸浓度小于约2M则无机酸浓度为约1M-约3M。所述方法还包括在超声搅拌频率下搅拌蚀刻剂溶液的浴直到基本上去除部分的玻璃板基材，由此形成玻璃制品。在一些实施方式中，超声搅拌频率为约40kHz，蚀刻剂溶液的浴的温度低于约20°C。
[0015]还根据其它实施方式，形成玻璃制品的方法包括提供玻璃板基材，在玻璃板基材上平移脉冲激光束以形成从玻璃板基材的第一表面延伸到玻璃板基材的第二表面的激光损坏区域。脉冲激光束的波长在紫外光谱中，且功率为约0.5W-约2.0W。所述激光损坏区域由多个缺陷线限定并具有初始几何形状。所述方法还包括把玻璃板基材浸没于约1M-约3M氢氟酸和盐酸的蚀刻剂溶液的浴中。如果盐酸浓度大于约2M则盐酸浓度小于约1M，以及如果盐酸浓度小于约2M则盐酸浓度为约1M-约3M。蚀刻剂溶液的浴的温度低于约30°C。所述方法还包括在约40kHz的超声搅拌频率下搅拌蚀刻剂溶液的浴直到基本上去除绕着激光损坏区域的部分玻璃板基材，由此形成玻璃制品。
[0016]在一些实施方式中，玻璃制品可为具有三维形状的成形玻璃制品。在这种实施方式中，激光损坏和蚀刻过程可结合为一体用来形成成形玻璃制品的三维特征。但是在其他实施方式中，可通过任意合适的方法例如模塑、吹塑模塑等来形成成形玻璃制品，且可在玻璃制品中形成三维特征之后实施激光损坏和蚀刻过程。还在其他实施方式中，玻璃制品可为平坦的玻璃板。
[0017]应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
[0018]附图简要说明
[0019]图1示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的激光系统，用于在平坦的玻璃板基材之内产生激光损坏区域；
[0020]图2示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的平坦的玻璃板基材和聚焦、脉冲激光束的俯视透射图；
[0021]图3示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的平坦的玻璃板基材之内的激光损坏区域的侧视图；
[0022]图4A示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的具有螺旋激光损坏线的平坦的玻璃板基材的俯视透射图；
[0023]图4B示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的形成螺旋激光损坏线的聚焦、脉冲激光束；
[0024]图5示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的具有多个交叉激光损坏区域的平坦的玻璃板基材的俯视图；
[0025]图6A示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的具有由两相邻的、弯曲的激光损坏线限定的激光损坏区域的平坦的玻璃板基材的侧视图；
[0026]图6B不意性地显不具有弯曲的边缘的两玻璃制品，其在如图6A所不的两弯曲的损坏线处进行分离；
[0027]图7是散点图，比较了仅通过CNC形成的玻璃制品的强度与通过根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的方法形成的玻璃制品的强度；
[0028]图8A示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的分开的玻璃晶片和插入层；
[0029]图8B示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的组合的玻璃晶片和插入层；
[0030]图9示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的成形玻璃制品的俯视透射图；
[0031]图10是流程图，描述了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的制造形成玻璃制品的方法；
[0032]图11示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的平坦的玻璃板基材，其包括对应于所需成形玻璃制品的初始几何形状的多个激光损坏线；
[0033]图12示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的再成形过程之后的成形玻璃板基材；
[0034]图13示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的在蚀刻剂溶液的蚀刻剂浴中的成形玻璃板基材；和
[0035]图14示意性地显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的具有两压缩表面层的强化成形玻璃制品的部分侧视图。
[0036]具体描述
[0037]现在详细参考使用激光损坏和化学蚀刻过程从平坦的玻璃板基材制备玻璃制品的方法。通常，在平坦的玻璃板基材中绕着要从该平坦的玻璃板基材分离的一种或更多种所需的玻璃制品的边缘形成激光损坏区域，以及绕着一种或更多种所需的玻璃制品的穿过特征(through-features)(例如狭缝、孔等)形成。当用蚀刻剂溶液处理玻璃板基材时，优先蚀刻激光损坏区域。在一些实施方式中，在蚀刻玻璃板基材之前且在形成激光损坏区域之后，可对平坦的玻璃板基材进行再成形以取得一种或更多种玻璃制品所需的三维形状。形成具有初始几何形状的激光损坏区域，其预补偿(precompensate)平坦的玻璃板基材在再成形、蚀刻和/或强化过程时的形状变化，从而在再成形、蚀刻和/或强化过程之后激光损坏区域具有所需的几何形状。然后使玻璃板基材接触蚀刻剂溶液来分离一种或更多种玻璃制品，以及在一种或更多种玻璃制品之内形成穿过特征。在一些实施方式中，然后可使分离的玻璃制品经历强化过程，例如离子交换化学强化过程。本文所述的实施方式可提供当使用弯曲过程时在玻璃制品的最边缘上获得曲率的能力。下面将结合附图更详细地描述各种从平坦的玻璃板基材形成玻璃制品的方法。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。
[0038]首先，玻璃可为由任意玻璃组合物形成的平坦的玻璃板基材。在一些实施方式中，平坦的玻璃板基材包含碱性铝硅酸盐玻璃。在一种实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含:约64摩尔％ -约68摩尔％ Si02jt 12摩尔％ -约16摩尔％ Na20 ;约8摩尔％ -约12摩尔％ A1203;0摩尔％ -约3摩尔％ 8 203;约2摩尔％ -约5摩尔％ K20 ;约4摩尔％ -约6摩尔％MgO;和0摩尔％ -约5摩尔％CaO;其中:66摩尔Si02+B203+Ca0彡69摩尔 ％ ； Na20+K20+B203+Mg0+Ca0+Sr 0> 10 摩尔 ％;5 摩尔 ％ 彡 MgO+CaO+SrO 彡 8 摩尔% ； (Na20+B203) -A1203彡2摩尔％ ;2摩尔％彡Na 20_A1203彡6摩尔％ ;和4摩尔％彡(Na20+K20)-A1203彡 10 摩尔％。
[0039]在另一个实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含:约60摩尔％ -约70摩尔％ Si02；约6摩尔％ -约14摩尔％ A1203；0摩尔％ -约15摩尔％ B 203；0摩尔％ -约15摩尔％Li20 ；0摩尔％ -约20摩尔％ Na20 ；0摩尔％ -约10摩尔％ K20 ；0摩尔％ -约8摩尔％MgO ；0摩尔％ -约10摩尔％ CaO ；0摩尔％ -约5摩尔％ Zr02；0摩尔％ -约1摩尔％ SnO 2；0摩尔％ -约1摩尔％ Ce02;小于约50ppmAs 203;和小于约50ppm Sb 203;其中12摩尔％彡Li20+Na20+K20彡20摩尔％和0摩尔％彡Mg0+Ca0彡10摩尔％。<