用于玻璃酸蚀刻的设备和方法
【专利摘要】蚀刻玻璃板主表面的设备和方法包含在平面内对齐并沿着平面隔开的一系列细长的辊；支撑玻璃板的系统，该系统用于使玻璃板相对于该系列辊水平移动并接触该系列辊；机械装置，该机械装置用于将蚀刻剂液体供应到每一辊的中空芯体；和用于沿着辊长度将蚀刻剂液体从芯体分配进入多孔覆盖物的设备,该分配设备构造成补偿沿着辊长度的压力变化。
【专利说明】用于玻璃酸蚀刻的设备和方法
[0001 ]相关申请的交叉参考
[0002]本申请根据35U.S.C.§119要求2015年04月27日提交的美国临时申请系列第62/153206号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
技术领域
[0003]本发明涉及蚀刻玻璃板的方法和设备，例如，在制造平板显示器装置时用作基材的玻璃板。此外，本发明涉及蚀刻玻璃板的一个或两个主表面。此外，本发明涉及当玻璃板处于基本上垂直取向时蚀刻玻璃板，且在主表面中具有改善的均匀性。
【背景技术】
[0004]制造用于平板显示器的基材的方法包括多个步骤，其中需要在不损坏玻璃板的主表面的情况下支撑和/或传送(传输)玻璃板，特别是在不损坏玻璃板的“高质量”表面的情况下，在该表面上形成显示器的组件例如薄膜晶体管和滤色片。例如，在基材制造过程中，需要将玻璃板切割到所需尺寸、进行边缘研磨、洗涤以及包装和运输或以其它方式提供到显示器制造商。
[0005]随着玻璃板大小增加且玻璃板厚度没有相应地增加，该玻璃板的横向刚度显著下降。同时，运输速度要求仍然保持恒定或增加。
[0006]已发现，虽然出于许多原因，非常光滑的表面精磨是非常有利的，但非常光滑的表面精磨可为显示器制造过程中静电放电的影响因素。在这种情况下，发现蚀刻玻璃板的表面来降低它的光滑度是有用的。例如，玻璃的熔合形成方法可提供低至0.15nm或更小的平均表面粗糙度。通常，需要进行轻度蚀刻来基本上降低静电放电的概率，并可在不实质上损害玻璃板传输光的能力的情况下实施。除了降低静电放电的概率以外，酸蚀刻处理还可用来改善玻璃基材与LCD制造过程中所用的金属膜之间后续形成的结合。
【发明内容】
[0007]在一些实施方式中，蚀刻玻璃板主表面的设备包含一系列基本上垂直地取向的细长的辊，所述辊在总体垂直的平面中对齐并沿着该总体垂直的平面水平地隔开。一个系统支撑玻璃板，用于使玻璃板相对于该系列辊水平移动以及切向地接触该系列辊。当玻璃板和辊接触并相对移动时，支撑每一根辊，使其绕着辊的纵向轴线旋转。蚀刻剂液体线路将蚀刻剂液体供应到各辊的中空芯体以及用于在沿着辊长度的区间将蚀刻剂液体从芯体分配进入多孔覆盖物的设备。将分配设备建造和设置成补偿沿着辊长度的液体静压力变化，由此与不存在补偿时所导致的蚀刻差异相比，降低玻璃板的蚀刻差异。在其它实施方式中，沿着辊长度分布元件来提供有效分配孔口面积，与邻近辊上端的有效分配孔口面积相比，邻近辊下端的有效分配孔口面积更小。在其它实施方式中，为同轴管提供可对齐的分配孔口。所述管是可相对于彼此移动的，从而可选择性地使可对齐的孔口不对齐。在其它实施方式中，同轴管之一是分段的，其中独立的轴向片段能相对于该同轴管中的另一根管绕着共同的纵向轴线倾斜地或纵向地或倾斜地且纵向地改变位置。在一些实施方式中，同轴管中的内部管是分段的。
[0008]在其它实施方式中，蚀刻玻璃板的方法包括支撑处于基本上垂直取向的玻璃板。提供一系列基本上垂直地取向、水平地间隔的辊，其切向于共同的基本上垂直的平面。为辊形成中空芯体和多孔覆盖物，该多孔覆盖物的轴向长度至少基本上等于玻璃板高度。通过芯体将蚀刻剂液体供应到辊，且通过辊以下述方式来分配蚀刻剂液体:补偿芯体中蚀刻液体的液体静压头。因此，蚀刻剂液体经多孔覆盖物沿着辊长度的流量/单位辊长度的均匀性得到改善，同时辊接触玻璃板的主表面滚动，将蚀刻剂液体从辊转移到玻璃板。在其它实施方式中，为沿着芯体长度分布的一系列孔口提供有效面积，其中邻近辊下端的有效孔口面积/单位芯体长度小于邻近辊上端的有效孔口面积/单位芯体长度。在一些实施方式中，为芯体提供一对同轴管，且为每一管提供孔口，该孔口可移动成对齐或不对齐来改变有效孔口面积。在其它实施方式中，为管中之一提供轴向片段，该轴向片段可相对于彼此改变位置以改变改变位置的部分的相对有效孔口面积。在其它实施方式中，同轴管中的内部管是轴向分段的。
[0009]在一些实施方式中，可通过熔合法来制备玻璃板，且玻璃板具有第一主表面和第二主表面，第一主表面和第二主表面中的每一个的面积大于5平方米，其中第一主表面和第二主表面中的至少一个至少在中央的90%的面积上的平均表面粗糙度是0.5纳米-1.1纳米。当然，可通过其它示例性制造过程来制备玻璃板，例如但不限于，狭缝拉制、浮法、再拉制、上拉和其它方法，且本文所附的权利要求不应受限于此。
[0010]应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解实施方式和权利要求的性质和特性的总体评述或框架。
[0011]在以下的详细描述中提出了本发明另外的特征和优点，对于本领域的技术人员而言，由所述内容或通过按照本文所述实施本发明而了解，其中的部分特性和优点将是显而易见的。包括的附图提供了对实施方式和权利要求的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。应理解，在本说明书和/或附图中揭示的本发明实施方式的各种特征可以单独地或者以任意和所有的组合使用。
【附图说明】
[0012]结合以下附图阅读本发明，便可以最好地理解下文中的发明详述，只要可能，图中相同的结构用相同的编号表不:
[0013]图1是根据一种实施方式实施示例性玻璃板蚀刻过程的设备的示意性等距视图；
[0014]图2是示例性蚀刻剂液体施加辊组装件上端的放大断续等距视图，其用于将蚀刻剂液体递送到玻璃板的主表面；
[0015]图3是图2所示辊组装件的示意性横截面视图；以及
[0016]图4是图2所示辊组装件芯体的详细横截面视图。
【具体实施方式】
[0017]本发明提供蚀刻玻璃板的方法和设备，其中可在基本上垂直取向加工该板，其中可将蚀刻溶液(本文也称为〃蚀刻液体〃)施加到板的一个或两个侧面。
[0018]在一些实施方式中，被蚀刻的玻璃板可适于用作制造平板显示器时的基材，例如但不限于，IXD显示器，OLED显示器，LTPS显示器或其它合适的显示器。合适的非限制性玻璃包括铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、硼铝硅酸盐玻璃以及含碱的玻璃和低铁玻璃等。用于合适的显示器的示例性基材可具有下述尺寸:2850mmx3050mmx0.7mm(主表面积>8.5平方米)到2160mmx2460mmx0.7mm(主表面积>5.0平方米)。当然，这些尺寸只是示例性的，因为厚度可为小于约0.Imm(例如，低至约0.0Imm)到大于约5mm,约0.1mm-约3mm,约0.4mm_约2mm,约0.5mm-约Imm,约0.5mm_约0.7mm,和在它们之间的所有子范围。此外，面积尺寸可为约600mmx600mm到大于约2900mmx3100mm和在它们之间的所有子范围。
[0019]图1中显不用于蚀刻玻璃板11主表面的设备10。设备10可设置成当板11在接近垂直取向上受到支撑时蚀刻板11。出于本文之目的，短语“接近垂直取向”或“基本上垂直”或“基本上垂直地取向”用于指以70度-95度的角度偏离水平面。在一些实施方式中，部分垂直地取向指以小于70度但大于10度的角度偏离水平面。设备10可使用例如多个非接触式空气或液体轴承12来以所需的角度支撑板11，该非接触式空气或液体轴承12以所需的角度在平面中设置。在其中于接近或超过90度时加工玻璃板11的实施方式中，可通过合适的空气或液体轴承，在玻璃板的两个主表面处支撑玻璃板。在图1所示的设置中，可在玻璃板11从右到左移动时加工玻璃板11。可通过啮合板的底部边缘的带式传送器16来支撑和传送玻璃板U。带式传送器16可通过处于合适的加工速度下的电机(未显示)来驱动，该合适的加工速度通过可适用的条件来决定。在一些实施方式中，带式传送器16可为V-形、U-形或另一种合适的形状。在其它实施方式中带式传送器16可支撑在一系列自由旋转(free-wheeling)的支撑辊17上。
[0020]将蚀刻剂液体施加到玻璃板11的主表面可通过一系列或一堆辊组装件18来实施。在本文中，术语辊、辊组装件和它们的复数形式互换使用，且这种使用不应限制本文所附权利要求的范围。辊组装件18可以规则的间隔彼此水平地隔开。在一些实施方式中，辊组装件18可切向于或稍微突入上游或下游非接触式轴承12的平面。带式传送器16的传送速度和辊组装件18的任意圆周速度可同步。在一些实施方式中，辊组装件18可设置在玻璃板11的相对的侧面上，其中将要蚀刻两个主表面。
[0021]多种蚀刻溶液可用来增加示例性玻璃板11的表面粗糙度。作为非限制性例子，在一些实施方式中，可使用共同转让的美国专利号5，851，366中所述类型的他?/出?04溶液。实践中，可制备浓缩的NaF/H3P04溶液(例如，0.08M NaF和0.4M H3PO4溶液)，并在使用之前用去离子水稀释(例如，以NaF/H3P04和水的4:5比例)。当然，本领域普通技术人员将容易认识到其它合适的蚀刻溶液，本文所附权利要求不应仅仅限制到NaFzUPO4溶液。
[0022]在其中蚀刻溶液是酸性的实施方式中，设备10的各种组件可为耐化学腐蚀的，并可由例如不锈钢或耐酸聚合物制造。
[0023]辊组装件18中的每一个可具有相同的构造，且可为管状芯体19和多孔鞘或覆盖物21的复合材料。可将在芯体19顶部接收的蚀刻剂液体通过芯体壁中的孔口分配进入多孔鞘21。然后，蚀刻剂液体可渗透通过多孔鞘21，并通过贴着主表面接触鞘来直接沉积在玻璃板11的主表面上。
[0024]参考图4，在一些实施方式中，辊组装件芯体19可包含一对同轴、较紧密配合的管，其包含外部管23和内部管24。在其中蚀刻剂液体是酸的实施方式中，管可由合适的耐酸聚合物或金属制成。
[0025]在一些实施方式中，外部管23的长度可大于玻璃板11的垂直尺寸，从而可在合适的轴承28，29中支撑管23的上端和下端26，27。内部管24的底部可用不透液体的塞子31封闭。
[0026]在其它实施方式中，内部管24可延伸到外部管23顶部之外。在一种实施方式中，内部管24可沿着它的长度分段，其中下面部分36约为上面部分37，38长度的1/3。各部分36-38可合适地固定在一起。例如，在一些实施方式中，管的上面部分和下面部分36，37，38可螺纹连接在一起、焊接或以其它方式相互结合。
[0027]可为上面部分38的上端装配旋转联轴器42，以使得上面部分38能接收来自歧管或分布管线43的蚀刻剂液体。通过这样的方式，分布管线43可连接到辊组装件18中的每一个或几个。
[0028]辊组装件18的多孔鞘或覆盖物21可为合适的聚合物材料的开孔泡沫，该聚合物材料耐受因暴露于蚀刻剂液体而导致的降解。使用合适的机械紧固件和/或胶粘剂，将鞘21固定到芯体19的外部管23。
[0029]通过循环链47，用驱动电机46使辊组装件18绕着它们的纵向轴线一致地正向(positively)旋转。链47与由电机46驱动的链轮48和从动链轮49啮合，该从动链轮49固定到每一辊组装件18的外部管23。
[°03°]图3示意性地显示通过示例性棍组装件18来将蚀刻剂液体分布到玻璃板11上。参考图3，可以预定的压力在内部管24的顶部处供应蚀刻剂液体(通过图2所示的旋转联轴器42)。在一些实施方式中，预定的压力可远大于常压或只稍微在常压以上，这取决于玻璃板是以基本上垂直的取向方式还是以部分垂直的取向方式被蚀刻。然后，蚀刻剂液体可流入内部管24的内部，并通过内部管24和外部管23的壁中的孔口 51，52径向地向外流动。从孔口51，52流出的蚀刻剂液体可渗透鞘21的多孔介质的主体。因此，玻璃板11和鞘21之间的接触可导致将蚀刻剂液体转移到玻璃板11的主表面。
[0031]在一些实施方式中，可控制蚀刻剂液体沿着芯体19长度流动的速率，以产生均匀的流量或接近均匀的流量，进入鞘21并到达玻璃板11上，从而减少在内部管24内部沿着液体蚀刻剂柱存在的任何液体静压力的影响。这种控制可通过下述来实现:调节对内部辊芯体管24和外部辊芯体管23中的孔口或小孔流量的限制。例如，在一些实施方式中，可移动内部管24和外部管23的孔口对51，52，使其不对齐，由此控制对蚀刻剂液体流动的阻碍或限制。这种孔口 51，52的不对齐可通过内部管24相对于外部管23轴向地、横向地和/或倾斜地位移来提供。
[0032]在一些实施方式中，单位长度上孔口51，52的大小、数目、组别和/或图案(S卩，有效差异化孔口面积)可沿着管23，24的长度变化，从而补偿沿着辊组装件18长度的液体静压力变化。在其它非限制性实施方式中，辊组装件芯体19下面部分中的孔口面积/单位长度可小于芯体上面部分中的孔口面积/单位长度。在替代实施方式中，芯体19的孔口面积/单位长度可为恒定的，且在下面部分36处的孔口 51，52的不对齐程度可比其它部分更大或更小。当然，在其它实施方式中，在中间部分和/或上面部分37，38中的孔口51，52的不对齐程度可比其它部分更大或更小。可通过相对于彼此倾斜地、轴向地、横向地等改变内部管部分36-38的位置以构建有效差异孔口面积，来实施如上所述的方法和设备。可使用摩擦配合、固定螺丝、锁圈或其它已知的手段来选择性地锁定外部管23和内部管部分36-38的相对位置，来利用这些部分的示例性位移。
[0033]在一些实施方式中，沿着辊组装件18长度的有效差异孔口面积调节可调节到抵销液体静压力。在其它实施方式中，任意一个或几个部分36-38的有效差异孔口面积可大于抵销在各部分的液体静压所需的有效差异孔口面积。又在其它实施方式中，可将内部管24的下面部分36的有效差异孔口面积降低到小于对应于液体静压头的有效差异孔口面积，从而来补偿由重力诱导的通过多孔覆盖物21和/或从板11的上部区域到下部区域的向下蚀刻剂液体流动。
[0034]在离开蚀刻工位之后，可使用高压和/或低压水喷射来淋洗玻璃板，并在进一步加工(例如检查和包装)之前进行风干。
[0035]使用本文所述的实施方式，可提供具有一个或多个主表面的玻璃板，如通过原子力显微镜所测定，在预定的表面积上，其平均表面粗糙度是约0.1nm-约2nm,约0.3nm_约1.2]1111，约0.511111-约1.1nm,或约0.5nm_约0.9nm。在一些实施方式中，该预定的、粗糙化的表面积约大于主表面的总面积的50%，约大于主表面的总面积的60%，约大于主表面的总面积的70%，约大于主表面的总面积的80%，约大于主表面的总面积的90%，或约大于主表面的总面积的95%。在一些实施方式中，板的两主表面的平均表面粗糙度在上述范围之内。
[0036]表面粗糙度的平均数值可通过下述方法来获得:例如，在分布在板表面上的不同区域(例如，10mmx I OOmm面积)之内，在约5个点进行取样。例如，相对于Gen 1大小(例如，2850mmx3050)板的角落((O，0)位置)，该区域可位于下述位置:(350,75) (2600,75) (345，1300) (2575,1250) (400,2700) (1600,2650) (2600,2800) (1500,1700) (1400,1400)。概括地说，平均表面粗糙度可基于对板总面积的30-40%的检测。
[0037]除了它们的平均表面粗糙度数值以外，使用本文所述的技术蚀刻的示例性玻璃板还可通过它们的低水平的变化性来表征，具体来说，通过它们的平均表面粗糙度数值的标准偏差来表征。例如，可同时考虑表面内(在一个表面之内)和表面间(在不同板的相应的表面之间，例如，在板的A侧面之间或板的B侧面之间)的数值。因此，在一些实施方式中，在板的主表面中至少一个主表面的60% ,70% ,80%，或90%上的平均表面粗糙度的表面内标准偏差可小于或等于约2nm,小于或等于约1.5nm,小于或等于约Inm,小于或等于约0.5nm,小于或等于约0.2nm,小于或等于约0.1nm，小于或等于0.05纳米。在其它实施方式中，板的两表面的表面平均粗糙度的表面内标准偏差均满足上述标准。在其它实施方式中，在板的主表面中至少一个主表面的60%，70%，80%，或90%上的平均表面粗糙度的表面间标准偏差可小于或等于约2nm,小于或等于约1.5nm,小于或等于约Inm,小于或等于约0.5nm,小于或等于约0.2nm,小于或等于约0.1nm,小于或等于0.05纳米。同时，又在其它实施方式中，板的两表面的表面平均粗糙度的表面间标准偏差均满足上述标准。
[0038]应理解，多个揭示的实施方式可涉及结合特定实施方式描述的特定特征、要素或步骤。还应理解，虽然就一种特定实施方式描述了特定的特征、要素或步骤，但它们可以各种没有阐述的组合或置换方式与替代实施方式互换或组合。
[0039]还应理解的是，本文所用的冠词“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，不应局限为“仅一个(一种)”，除非明确有相反的说明。因此，例如，提到的一种“组件”包括具有两种或更多种这类组件的示例，除非文本中有另外的明确表示。
[0040]在此，范围可以表示为从“约”一个具体值和/或到“约”另一个具体值的范围。当表述这种范围时，例子包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用在前的“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值形成另一个方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时，都是有意义的。
[0041]如本文所使用，术语“基本的”、“基本上”及其变体用于指所述的特征等于或近似等于一个数值或描述。此外，“基本上相近”用于指两个数值相等或近似相等。在一些实施方式中，“基本上相近”可指在彼此的约10%的数值，例如在彼此的约5%之内，或在彼此的约2%之内。
[0042]除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
[0043]虽然会用过渡语“包括”来公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由……构成”、“基本由……构成”描述在内的替代实施方式。因此，例如，对包含A+B+C的缓冲液的隐含的替代性实施方式包括缓冲液由A+B+C组成的实施方式和缓冲液主要由A+B+C组成的实施方式。
[0044]对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下对本发明进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。
【主权项】
1.一种用于蚀刻玻璃板主表面的设备，所述设备包括: 一系列基本上垂直地取向的细长的辊，所述辊在总体垂直的平面中对齐，并沿着该总体垂直的平面水平地隔开； 用于支撑所述玻璃板的系统，使玻璃板相对于该系列辊水平移动并接触该系列辊， 机械装置，该机械装置用于将蚀刻剂液体供应到每一辊的中空芯体;和 用于沿着辊长度将蚀刻剂液体从所述芯体分配进入多孔覆盖物的分配设备，该分配设备构造成补偿沿着辊长度的液体静压力变化。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，包括沿着辊长度分布的元件，所述元件提供有效分配孔口面积，与邻近辊上端的有效分配孔口面积相比，邻近辊下端的有效分配孔口面积更小。3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，包括具有可对齐的分配孔口的同轴管，所述管可相对于彼此移动，从而可选择性地使该可对齐的孔口不对齐。4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述同轴管中的一根管是分段的，其中独立的轴向片段构造用于使该管相对于所述同轴管中的另一根管绕着或沿着共同的纵向轴线或从共同的纵向轴线倾斜地或纵向地或横向地位移，或这些位移方式的任意组合。5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述同轴管的内部管是分段的。6.一种用于蚀刻玻璃板的设备，所述设备包括: 多个基本上垂直地取向、水平地隔开的辊组件，所述多个辊组件中的每一个辊组件包括管状芯体和绕着所述管状芯体设置的多孔覆盖物，所述管状芯体包括与液体蚀刻剂流体连通的多个孔口；和 带式传送器，所述带式传送器构造成支撑和传送所述玻璃板的底部边缘。7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述管状芯体包括一对同轴管，所述孔口分别在所述一对同轴管之间，其中所述一对同轴管中一根管的孔口与所述一对同轴管中另一根管的孔口配对，且构造成移动成对齐状态或不对齐状态来改变各配对的孔口的相对有效孔口面积。8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，为所述管中的一根管提供独立的轴向片段，所述独立的轴向片段可相对于彼此以倾斜的或纵向的或横向的位移或这些位移中两种或更多种的任意组合来改变位置，以改变各改变位置的片段的相对有效孔口面积。9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述同轴管的内部管是轴向分段的。10.一种用于蚀刻玻璃板的设备，其包括: 多个基本上垂直地取向、水平地隔开的辊组件，所述多个辊组件中的每一个辊组件包括管状芯体和绕着所述管状芯体设置的多孔覆盖物，所述管状芯体包括外部管和设置在所述外部管之内的内部管，所述内部管和外部管中的每一个包括多个孔口 ；和 带式传送器，所述带式传送器构造成支撑和传送所述玻璃板的底部边缘11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述内部管的底部用不透液体的塞子封闭。12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述内部管沿着其长度分段成上面部分和下面部分。13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述下面部分是所述上面部分的1/3长度。14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述上面部分的上端包括旋转联轴器。15.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述内部管和所述外部管的所述孔口的尺寸、数目、组别和图案中的至少一种可沿着所述内部管和所述外部管的长度变化，从而补偿沿着每一辊组件长度的液体静压力变化。
【文档编号】C03C15/00GK205575935SQ201620366795
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】K·小中泽, G·N·库德瓦
【申请人】康宁股份有限公司