專利名稱：活動玻璃片的非接觸式刻蝕的制作方法
技術領域：
本發明涉及刻蝕玻璃片的方法和裝置，例如，在液晶顯示器(LCD)的制造中作為基板的玻璃片。具體地說，本發明涉及刻蝕不與這些表面機械接觸的玻璃片主表面的一個面或兩個面。更具體地說，本發明涉及在基本垂直的方向上運輸該玻璃片的同時來實施該刻蝕。
背景技術：
液晶顯示器用基板的制造過程包括多個步驟，其中需要在不對玻璃片的主表面造成損害的條件下支撐和傳送(運輸)玻璃片，具體地說，不對玻璃片的將要在其上設置例如薄膜晶體管和濾色鏡這些顯示元件的“品質”表面造成傷害。例如，在基板的制造過程中， 玻璃片需要被切割尺寸、磨邊、清洗、以及封裝并裝船或以其它途徑提供給顯示器制造商。由于玻璃片的尺寸從1米增長到超過2米卻沒有相應地增加玻璃片的厚度，玻璃片的橫向剛性顯著地減小了。同時，對運輸速度的要求保持不變或者增加。因此，目前存在于運輸液晶顯示器用玻璃基板的難題可被描述為試圖移動大玻璃片，該大玻璃片的機械性能不象那些薄紙，且不能接觸玻璃片的主表面。通過熔融工藝(見下文)制造的玻璃片具有非常光滑的表面。在實際中，發現非常光滑的表面精加工有時可能會成為在顯示器生產過程中產生靜電放電的因素。在這些情形下，人們發現對玻璃片表面進行刻蝕以減小其光滑度是有利的。僅需要光刻基本上就減小了靜電放電的可能性。因此，可基本上以不損害玻璃片傳輸光的性能而實施該刻蝕。除了應對靜電放電的難題之外，酸刻蝕處理還有助于提高金屬薄膜和用于LCD制造過程中的玻璃基板之間的接合。過去，人們認為活動的玻璃片主表面的刻蝕需要玻璃表面與輥之間的物理接觸。 具體地，人們認為需要用輥來獲得均勻的刻蝕。公開號為No. 2007/0271756的美國專利公開文本和公開號為JP2004-203668的日本專利公開文本公開了這樣的基于輥的刻蝕。這兩篇文獻都使用了輥來施加酸溶液，即使它們在整個工藝過程的其它處使用水來支持玻璃片。如下面所討論和說明的，根據本發明，令人驚奇地發現，刻蝕不需要與活動玻璃片的主表面的物理接觸。具體地說，發現了在大玻璃片的運輸過程中能獲得高度均勻的刻蝕而無需與玻璃片的主表面的物理接觸。由于物理接觸可能會產生玻璃表面被損害和/或污染的風險，因此，這是很重要的成果。
發明內容
根據第一方面，公開了一種以基本上垂直的方向運輸玻璃片13并同時增加該玻璃片的至少一個主表面的粗糙度的方法，其包括
(a)提供移動運輸器2，其構造為接觸玻璃片13的底部邊緣并以一運輸速度移動該玻璃片13 ；
(b)提供多個非接觸式支座3，其中每一支座3都用于噴射來自于多個孔22的液體40；
和
(c)將玻璃片13的底部邊緣與該移動運輸器2接觸，并在噴射來自于多個非接觸式支座3的液體40的同時以該傳輸速度移動該玻璃片13，
其中，該液體40為刻蝕溶液，并且該方法包括從(i)設置在玻璃片13的頂部邊緣上的一個或多個非接觸支座3、(ii)頂部淋灑器11、或(iii)設置在玻璃片13的頂部邊緣上的一個或多個非接觸支座3和頂部淋灑器11，向玻璃片13的頂部部分施加刻蝕溶液40。根據第二方面，公開了一種用于在基本上垂直的方向運輸玻璃片13并同時增加該玻璃片的至少一個主表面的粗糙度的裝置，其包括
(a)移動運輸器2其構造為接觸玻璃片13的底部邊緣并以一傳輸速度移動該玻璃片
13 ；
(b)多個非接觸式支座3，其中每一支座都構造為噴射來自于多個孔22的刻蝕溶液40；
和
(c)設置在多個非接觸支座3上并用于向玻璃片13的頂部部分施加刻蝕溶液40的頂部淋灑器11。根據第三方面，公開了一種通過熔融工藝生產的玻璃片13，其具有每一個的面積都大于5平方米的第一和第二主表面，其中，該第一和第二主表面的至少之一在其中部的至少90%的區域上的平均表面粗糙度在0. 5到1. 1納米的范圍之間。上述本發明的多個方面的概述中所使用的附圖標記僅用于便于讀者理解，而不用于限制本發明的范圍。更通常地，應該明白上面的概述以及下面的詳細說明都只是對本發明的示例和提供用以理解本發明本質和特點和一個概述或架構。本發明其它的特點和優點在下面的詳細說明中進行描述，并且某種程度上，根據說明書或通過對所描述的本發明的實施例的認識，本領域技術人員將會更加清楚這些特點和優點。包括在說明書中并構成了說明書的一部分的附圖用于提供對本發明的進一步的理解。應該理解，說明書以及附圖所公開的本發明的各個特點可用于任何以及全部的結合體中。例如，根據下面的附加方面可包括本發明的特點和優點。根據第四方面，提供了方面1所述的方法，其中從每個非接觸式支座噴射的刻蝕溶液在支座的孔上的平均速度在125至300毫升/分鐘/孔的范圍內。根據第五方面，提供了方面1或方面4的方法， 其中
(i)頂部淋灑器向玻璃片的頂部部分施加刻蝕溶液； ( )該頂部淋灑器包括多個噴嘴；和
(iii)每個噴嘴噴出的刻蝕溶液在頂部淋灑器的全部噴嘴上的平均速度在1. 5 5. 0 升/分鐘/噴嘴的范圍內。根據第六方面，提供了方面1或方面4-5的任何之一的方法，其中噴射刻蝕溶液的多個非接觸式支座被設置在玻璃片的兩側，因此玻璃片的兩個主表面的表面粗糙度都增加了。根據第七方面，提供了方面1或方面4-6的任何之一的方法，其中因為與刻蝕溶液接觸，因此至少一個主表面在其中部至少90%的區域上的平均表面粗糙度在0. 5到1. 1納米的范圍之間。根據第八方面，提供了如方面7所述的方法，其中所述至少一個主表面在其中部 90%的區域上的表面粗糙度的內表面標準偏差小于或等于0. 05納米。根據第九方面，提供了方面1或方面4-8中的任一所述的方法，其中該多個非接觸式支座每單位時間向至少一個主表面的上部部分噴射的刻蝕溶液多于向該主表面的下部部分噴射的刻蝕溶液。根據第十方面，提供了方面1或方面4-9中的任一所述的方法，其中該刻蝕溶液包括NaF和H3PO4的水溶液。根據第十一方面，提供了如方面2所述的裝置，其中該頂部淋灑器包括多個噴嘴， 該每個噴嘴產生了具有角度在90 120度之間的扇形狀的平頭噴射圖形。根據第十二方面，提供了如方面11所述的裝置，其中該平頭噴射圖形在玻璃片的頂部邊緣上具有0. 5米量級的長度。根據第十三方面，提供了如方面3所述的玻璃片，其中每一個該第一和第二主表面的面積都大于8. 5平方米。根據第十四方面，提供了方面3或方面13所述的玻璃片，其中每一個該第一和第二主表面在其中部至少90%的區域上的平均表面粗糙度在0. 5 1. 1納米之間。根據第十五方面，提供了方面3或方面13所述的玻璃片，其中該第一和第二主表面的至少一個在其中部至少90%的區域上的平均表面粗糙度在0. 5 0. 9納米之間。根據第十六方面，提供了方面3或方面13所述的玻璃片，其中每一個該第一和第二主表面在其中部至少90%的區域上的平均表面粗糙度在0. 5 0. 9納米之間。根據第十七方面，提供了方面3或方面13或方面15的任一所述的玻璃片，其中該第一和第二主表面的至少一個在其中部至少90%的區域上的表面粗糙度的內表面標準偏差小于或等于0. 05納米。根據第十八方面，提供了方面3或方面13或方面14或方面16的任一所述的玻璃片，其中每一個該第一和第二主表面在其中部至少90%的區域上的表面粗糙度的內表面標準偏差小于或等于0. 05納米。根據第十九方面，提供了方面3或方面13-18的任一所述的玻璃片，其中每一個該第一和第二主表面都沒有因為與輥接觸而產生的劃痕和污染。
圖1和圖2為使用了非接觸式液體噴射支座陣列的玻璃片刻蝕裝置的示意圖，圖 1為前視圖，圖2為側視圖。因為最上面的液體噴射支座在玻璃片的頂部邊緣的上方，所以圖1和圖2所述的裝置沒有使用頂部淋灑器。圖3至圖7示出了計算的通過孔向多個孔-玻璃片之間的間距流出的液流和液流速度而在玻璃片上產生的壓力分布圖。表1闡述了用于圖3至圖7的每一個中的具體的參數。
圖8和圖9為測試在使用非接觸式液體噴射支座的玻璃片的各個運輸參數的影響的示意圖。圖8為前視圖，圖9為側視圖。圖10示出了非接觸式液體噴射支座的前面。圖11為相對于玻璃片和非接觸式液體噴射支座的前面(χ軸)之間以毫米(mm) 計的間隔，在玻璃片表面(y軸)上以千帕(kPa)計的壓力/孔的曲線圖。該圖上的陰影面積說明了使用該支座的典型的操作窗口。圖12為相對于玻璃片和非接觸式液體噴射支座的前面(χ軸)之間以毫米(mm) 計，在平均水平間隔為15毫米、30毫米、43毫米、65毫米時，在玻璃片表面(y軸)上以千帕 (kPa)計的壓力/孔的曲線圖。圖13為相對于玻璃片和非接觸式液體噴射支座的前面(χ軸)之間以毫米(mm) 計，在平均孔的尺寸為0. 5毫米、1. 4毫米、3. 0毫米、5. 0毫米時，在玻璃片表面(y軸)上以千帕(kPa)計的壓力/孔的曲線圖。圖14為相對于玻璃片和非接觸式液體噴射支座的前面(χ軸)之間以毫米(mm) 計，在平均流速為80毫升/分鐘/孔、190毫升/分鐘/孔、350毫升/分鐘/孔以及900 毫升/分鐘/孔時，在玻璃片表面(y軸)上以千帕(kPa)計的壓力/孔的曲線圖。圖15為描述非接觸式液體噴射支座陣列的單個支座之間的交互作用的示意圖。圖16為相對于流過兩個非接觸式液體噴射支座(χ軸)中較低的支座的以毫升/ 分鐘/孔計的平均流速，在流過兩個支座中較高的支座的平均流速為0和200毫升/分鐘/ 孔時，玻璃片和非接觸式液體噴射支座的前面(y軸)之間的以毫米(mm)計的間隔的曲線圖。圖17為使用非接觸式液體噴射支座陣列和頂部淋灑器的玻璃片的刻蝕裝置的前視圖。該裝置可與頂部邊緣在最上面的液體噴射支座的上方的玻璃片一起使用，也可與頂部邊緣在最上面的液體噴射支座的下方的玻璃片一起使用。圖18為更加詳細地示出了圖17中的頂部淋灑器的前視圖。圖19為說明在用于制造平面玻璃片的熔融工藝中的異型管(形成結構)的典型結構的示意圖。圖20為示出了通過本文中所公開的刻蝕技術產生的表面粗糙度基本上獨立于刻蝕溶液的溫度的曲線圖。
具體實施例方式本發明提供了刻蝕玻璃片的方法和裝置，其中該玻璃片以基本上垂直的方向被運輸經過非接觸式液體噴射支座，該非接觸式液體噴射支座向該玻璃片的一面或兩面施加刻蝕溶液(此處也可叫做刻蝕液體)。在某些實施方式中，最上面的液體噴射支座在該玻璃片的頂部邊緣的上方并因此能夠向玻璃片的頂部施加刻蝕溶液。在其它實施方式中，包括在裝置上方設置并沿著裝置的長度分布的一組噴射噴嘴的“頂部淋灑器”，被用于向玻璃片的頂部施加刻蝕溶液。在最上面的液體噴射支座被設置在玻璃片的頂部邊緣下方的情形下， 該頂部淋灑器被用于獲得基本均勻的刻蝕。雖然通常不是必須的，但是該頂部淋灑器也能應用在當最上面的液體噴射支座被設置在玻璃片的頂部邊緣上方的情形下。被刻蝕過的玻璃片優選地適合于在平板顯示器的制造中作為基板使用，例如
6IXD顯示器。目前，已知的提供給平板顯示器制造商的最大基板為“Gen 10”基板且具有 2850mmX 3050mmX0. 7mm的尺寸(主表面的面積> 8. 5平方米)。本文中公開的刻蝕系統可以用于這些襯底，也可以用于將來開發的更大的襯底，以及過去開發的較小的襯底，例如， 該刻蝕系統可以用于具有2160mmXM60mmX0. 7mm的尺寸(主表面的面積> 5. 0平方米) 的“Gen 8”基板。下面的討論被編排為四個部分(A)非接觸式液體噴射支座，(B)頂部淋灑器，(C) 刻蝕溶液，(D)熔融工藝。之后，在其它的部件之間，提供了非限制性的實施例闡述所公開的使GenlO基板獲得高等級的刻蝕均勻性的刻蝕系統的性能。
A.非接觸式液體噴射支座圖1和圖2示出了使用了非接觸式液體噴射支座3用于刻蝕玻璃片13的設備10 代表性的實施方式。如這些圖所示，支座3的陣列由支撐體31來承載。該支撐體則由平臺 49承載，平臺49可包括小腳輪7，該小腳輪7用于在制造車間中向不同的方位運輸所述裝置。用于任何具體應用中的非接觸式支座的數量以及單個支座的長度都將取決于所被運輸的玻璃片的尺寸，例如當為Gen 10基板時，一個優選的實施方式使用了具有10個支座的量級的陣列，每個支座具有1. 5米的長度。當然根據需要，可使用更多或更少以及更長或更短的支座。例如，如果玻璃片相對著景觀方向以近鏡頭方向被運輸，則可使用更多的支座。通常，支座優選具有在50-150毫米的范圍內的垂直高度，并且在使用支座陣列時，支座之間的垂直間距優選在200-400毫米的范圍內。支撐體31可以如圖1和圖2所示的垂直方向或者以偏離垂直方向的角度來保持該支座，例如以偏離垂直方向1-20°范圍內的角度。(如本文中所使用的，術語“基本上垂直的方向”指離垂直方向在0°和20°之間的方向)通常優選垂直方向。如圖1和圖2所示，平臺49包括運輸器2，例如用于嚙合玻璃片13的底部邊緣的 V型或U型的引帶。例如，以玻璃片所期望的運輸速度由電動馬達(未示出)來驅動該運輸器。該運輸速度取決于具體的應用。圖10示出了典型的液體噴射支座3的前表面(玻璃片的表面)20。正如可由本圖所看出的，該前表面包括多個排列的孔22，在本例中為三列23、對、25，每一列具有相同數量的孔并且相鄰列的孔垂直對齊。并且，在本圖中，孔具有均一的尺寸(例如均一的直徑 DO)。該排列被發現在實踐中能成功地工作，但是根據需要也可以使用多種變化的排列。作為代表性的例子，該液體噴射支座可包括比三列更多或者更少的孔，各個不同列可具有不同數量的孔，相鄰列的孔可交錯排列從而代替垂直對齊，并且一些或者全部的孔的尺寸和孔之間的水平間隔(節距)可具有不同的值。并且，該孔不需要為圓形，此時與其說孔的直徑，不如說孔的尺寸為其最大的截面尺寸。在使用期間，支座3的孔被連接到具有壓力的刻蝕液體(刻蝕溶液)源上。例如， 可使用泵從儲液槽向高壓間提供具有壓力的液體，該高壓間將液體分配到各個不同孔中， 例如通過連接到支座背面上的孔的入口端的柔性管。可使用本領域技術人員所公知的，廣泛的各種可商購的設備來提供具有壓力的液體。可選的是，可根據需要構建定做型設備。可只在玻璃片的一面上使用該非接觸式支座(參見圖2中的實線)或也可在玻璃片的兩面都使用(參見圖2中的實線和虛線)。優選在玻璃片的兩面都有支座。
在使用期間，從支座噴出的刻蝕液體形成了支撐玻璃片的膜或薄膜以使玻璃片不與支座的前表面接觸。更具體地，該支座使用了使局部化的液流加速以創造一負壓，由此增強抽吸力以在運輸期間保持玻璃片緊靠該支座。圖3至圖7說明了所應用的現象。在這些圖中，100為高正向壓力(液體的碰撞點)的區域，110為由與玻璃表面正切的液體的局部加速度而產生的低負壓的區域，并且120為在周圍的低正壓的區域。出于說明的目的，這些圖所示的正和負區域是為沒有圍繞的孔的單個孔而計算的。圖3至圖7 的每一個所示的區域為50mmX50mm。使用ANSYS公司(Canonsburg，PA州)以FLUENT商標出售的可商業性獲得的流體動力學程序來進行所述計算。當然也可以使用包括非商業性程序的其它的程序來進行圖3至圖7中的所述計算，也可以進行本文中所討論的其它的計笪弁。圖3至圖7示出了 1)孔的出口端和基板表面之間的間距和2)通過孔的流速的各種不同的組合的正和負壓的分布。表1展示了所用的具體的值以及基板的表面上的總集成壓力(合力)。正的合力意味著玻璃片被推著遠離孔(被支座所排斥)，而負的合力意味著玻璃片被拉向孔(被支座所吸引)。如圖3至圖7以及表1所說明的，對于孔到玻璃片的間距和流速的各種不同的組合，可獲得正和負的凈力。具體地，該數據示出了小間隔可獲得的正向力(排斥力)和大間隔可獲得的負向力(吸引力)。因此，在該玻璃片既不被拉向孔也不被推著遠離孔的位置可以確定出平衡點(平衡間隔)。當孔到玻璃片的間隔小于平衡間隔時，該玻璃片被推著遠離孔而返回平衡點。當孔到玻璃片的間隔大于平衡間隔時，該玻璃片朝著平衡點而被拉回。 這樣，該孔到玻璃片的間隔將圍繞著平衡間隔而徘徊。具體地，隨著玻璃片經過孔而被運輸，該孔到玻璃片的間隔將圍繞著平衡間隔而徘徊。該運輸將導致玻璃片和該孔之間的間隔隨著時間改變，結果產生1)活動玻璃片的振動和/或幻玻璃片的弓起、波紋、彎曲或其它非平坦的表面特性。因為通過從孔噴射液體而施加到玻璃片上的凈力在平衡點變換正負號，所以這些在孔到玻璃片間隔中的變化能通過設定包括液流速度、產生平衡點的值和在該平衡點的一側的吸引用際力的孔參數而修正，這能將玻璃片保持在支座上，盡管孔到玻璃片的間隔是必然變化的。圖3到圖7的數據是針對單個孔。實踐中，單孔將不能產生以使活動玻璃片保持在液體噴射支座上的充足的力。因此需要孔陣列。更通常地，尤其是隨著玻璃片尺寸的增加， 液體噴射支座的陣列，例如相互排列在上方的兩個或多個液體噴射支座(見圖1和圖2)，通常用于運輸玻璃片。每一液體噴射支座將具有各自的孔陣列，對于所有的支座其可以相同或者，如果需要支座之間也可以不同。玻璃片上的孔陣列的效果被發現實質上比單孔的效果更加的復雜。相似地，液體噴射支座陣列被發現表現出了比單個液體噴射支座更復雜的行為。為了學習這些效果，用圖8和圖9示出的類型的儀器進行了實驗。在這些圖中，13為玻璃片，2為玻璃片的運輸器， 3為液體噴射支座，14為力轉換器，15為位置傳感器，18為轉換器/傳感器支撐體，17為轉換器和傳感器的引線，16為記錄轉換器和傳感器的輸出的儀器。圖10示出了在試驗中使用的典型性液體噴射支座3。除了該支座的結構之外，該圖還示出了在試驗期間變化的參數，例如平均水平節距參數P，例如在玻璃片的移動方向上的孔之間的平均中心到中心的間隔，以及平均孔尺寸參數，具體地，此時該孔的平均直徑
8DO。圖11為相對于液體噴射支座的前表面和玻璃片之間的(或者，因為該孔的出口端通常與支座的表面齊平，因此等效于孔的出口端和玻璃片之間的)以毫米(_)計的間距， 通過支座的孔陣列的一個孔施加到玻璃片上的以千帕(kPa)計的平均壓力圖。在該圖中， 如同在圖12-14中一樣，正壓代表支座和玻璃片之間的排斥力，而負壓則代表吸引力。該圖的陰影部分示出了所述支座的典型性工作窗口，例如該壓力相對于間距的曲線的部分表示用所述的支座能夠可行地實施玻璃片的運輸。使用圖8-9中所示類型的儀器以及圖10中所示類型的支座，壓力相對于間距的曲線可確定為寬范圍的潛在參數。根據這些實驗的結果，發現關鍵參數為1)孔之間的平均水平節距，幻孔的平均尺寸，和幻流過所述孔的平均流速，其中在每種情形下，平均數是基于支座的全部所有的孔。進一步發現這些參數值的具體范圍產生了圖11中所示類型的實際工作窗口。圖12、13和14分別示出了說明平均水平節距范圍、平均孔尺寸和平均流速的典型性數據。如圖12所示，15毫米(實線三角形數據點)的平均水平節距在接近支座的表面的玻璃片上產生了不可接受的大排斥力。因此，由于吸引力不足以保持原來具有的玻璃片，故該玻璃片趨于遠離支座(實際上，玻璃片從支座彈回，由于玻璃片向內朝著該支座運動)。 相反地，65毫米(χ數據點)的平均水平節距產生的排斥力不足夠大，因此這將不能保證在與支座接觸的使用過程中玻璃片不被損壞。43毫米(平頭開口(open square)數據點)的平均水平節距和30毫米(菱形開口(open diamond)數據點)的平均水平節距都產生了所需的壓力相對于間距的曲線，因為排斥壓力的幅度以及至少一些30毫米節距的吸引壓力大于43毫米節距，因此使用30毫米比43毫米值的平均水平節距稍微好點。基于此以及相似的數據，能確定平均水平節距應該在20至55毫米的范圍之內，優選25至50毫米，并且更優選30至40毫米(例如大約35 毫米)，其中，在每種情形下，范圍的端點包含在該范圍之內。圖13示出了平均孔尺寸參數的數據。在這種情形下，5毫米(實線三角形數據點) 被發現在小支座上產生了相對于玻璃片間距來說太小的排斥壓力，并且發現了 0. 5毫米(χ 數據點)的平均孔尺寸將產生太大的排斥力。兩個3毫米(平頭開口數據點)的平均孔尺寸和一個1. 4毫米(菱形開口數據點) 的平均孔尺寸產生了所需的壓力相對于間距的曲線，使用1. 4毫米平均孔尺寸比3毫米尺寸稍微好點，因為1. 4毫米平均孔尺寸的排斥壓力和吸引壓力的幅度大于3毫米孔尺寸的排斥壓力和吸引壓力的幅度。據此以及相似的數據，可以確定該平均孔尺寸應該在1. 0至 4. 5毫米的范圍內，優選1. 0至3. 5毫米，更優選1. 25至2. 25毫米，其中，在每種情形下，所述范圍的端點包括在范圍以內。圖14示出了平均流速的數據。在這種情況下，發現了 900毫升/分鐘/孔(實線三角形數據點)的平均流速在小支座上產生了對玻璃片間距來說太大了的排斥壓力，而80 毫升/分鐘/孔(χ數據點)的平均流速產生了太小了的排斥壓力。350毫升/分鐘/孔(平頭開口數據點)和190毫升/分鐘/孔的平均流速都產生了所需的壓力相對于間距的曲線，其中190毫升/分鐘/孔的平均流速比350毫升/分鐘 /孔稍微好點，因為低平均流速意味著較少的液體消耗，其意味著需要較小型且因此較便宜的設備來供給液體。據此以及相似的數據，確定了平均流速應該在100至800毫升/分鐘 /孔的范圍內，優選125至300毫升/分鐘/孔，更優選150至190毫升/分鐘/孔，其中， 在每種情形下，端點值包括在所述范圍內。例如平均水平節距、平均孔尺寸和平均流速這三個關鍵參數的每一個都對系統有好處，因此在一些應用中，只需有這些參數中的一個或兩個在上述的范圍內即可。一般來說，平均流速參數最重要，接下來為水平間距，再下來為平均孔尺寸。對于很多應用，平均水平節距、平均孔尺寸和平均流速參數全部優選在上面設定的范圍之內，更優選地，全部在上面優選的范圍內，并且最優選地，全部在上面更加優選的范圍內。與這種方式保持一致，對圖12、13和14中的每一個來說，所示出的數據是其它兩幅圖中的“菱形開口”參數值。因此，對于圖12，平均孔尺寸為1.4毫米并且平均流速為190 毫升/分鐘/孔；而對于圖13，平均水平節距為30毫米并且平均流速為190毫升/分鐘/ 孔；對于圖14，平均水平節距為30毫米并且平均孔尺寸為1. 4毫米。除了平均水平節距、平均孔尺寸和平均流速參數之外，施加到玻璃片主表面上的合力，即集成到主表面上的壓力，優選在-0. 6牛頓到+0. 6牛頓之間，其中范圍的端點是該范圍的一部分。該合力將因為玻璃片和支座之間的距離的變化而隨著時間變化，但是優選保持在上面的范圍之內。該合力優選為測量的值，但是也可以為基于使用例如上述的 FLUENT程序的流體動力學軟件的系統模擬而計算的值。該合力的范圍可作為選擇孔的數量、排列、尺寸以及流速的有用指南。具體地，當選擇孔的流速時，優選產生了負力，但不超出考慮了系統的其它參數(例如孔的總數量、孔間距以及孔尺寸)時的合力的速度，即，優選合力小于或等于上述范圍的上限。發現通過使用受控的玻璃片和支座的前表面之間的間距的變化量，上述的平均水平節距、平均孔尺寸以及平均流速參數提供了玻璃片的有效運輸。具體地，當具有100到 800毫升/分鐘/孔范圍內的平均流速、1. 0至4. 5毫米的范圍內的平均孔尺寸以及20至 55毫米范圍內的平均水平節距的非接觸式液體噴射支座在15米/分鐘的運輸速度下被測試(其使用了模量為73GI^并且尺寸為2米長、2米高以及0.7毫米厚的玻璃)時，在支座的正面上的所有點上的玻璃片和支座的正面之間的時間平均間隔在500-1000微米的范圍內，并且在支座的正面上的所有點上的時間平均峰值到峰值變化不大于100微米。相對于平均間距，這一小變化意味著在玻璃片的運輸期間，玻璃片的任何部分接觸支座的可能性是可忽略的。這也意味著玻璃片變得從支座上斷開的機會也是可忽略的。如上所述，不但使用多孔時的現象較復雜，而且當多個支座被當作一個陣列使用時也很復雜。圖15和16說明了已被發現的支座間的相互作用。在圖15中，三個支座3U、3M和3L朝著玻璃片13噴射刻蝕液體40。通過列41的圖示，實際上，從支座3U噴射出的液體與從支座3M所噴射出的液體相互作用，并且從支座 3M所噴射出的液體(也可以是從支座3U噴射出的一些液體)與從支座3L所噴射出的液體相互作用。具體地，發現對于具有相同的平均流速的全部三個支座，對于支座3M和3L，玻璃片13和支座的正面之間的間距大于支座3U，支座3L的間距是它們中最大的。(提醒這是因為其厚度，玻璃片13是高度柔性的，因此雖然支座3U、3M和3L可垂直地對齊，但是玻璃片的下部能從支座3M和3L上撓曲遠離以創造更大的間距。)圖16量化了兩個支座系統的效果，例如在圖15中的支座3M和3L。圖16中的橫軸示出了流過支座3L的平均流速，而縱軸畫出了支座3L的正面和玻璃片之間的間距。該實線菱形數據點示出了零流速流經支座3M的間距為0，例如Fm = 0。如圖所示，玻璃片的間距隨著流經支座3L的平均流速的增加而增加。平頭開口數據點示出了流經支座3M的平均流速為200毫升/分鐘/孔時的效果。 再者，支座3L與玻璃片之間的間距隨著流經支座3L的平均流速的增加而增加，但是所有的值現在都向上變化為更大的間距。因此，為了保持支座陣列中的所有支座與玻璃片之間基本上相等的間距，支座的工作參數和/或物理性能需要不同。具體地，支座的工作參數和/ 或物理特性需要不同以使得由下部的支座所噴射的刻蝕液體的量少于上部的支座所噴射的刻蝕液體。這可通過不同的方式完成。例如，可減小下面的支座的平均液體流速。作為一個例子，使用圖16的數據，可看到流經支座3M的平均流速為200毫升/分鐘/孔并且流經支座3L的平均流速為150毫升 /分鐘/孔的組合方案產生的支座3L和玻璃片之間的間距，與單獨流經支座3L的平均流速為250毫升/分鐘/孔時基本上相同。三個或更多的活動支座會產生相似的數據，憑借將流經下部的支座的平均流速減小以在所有的支座上產生較為均一的支座到玻璃片的間距。 (對于一些應用應該注意，可能希望具有不同的間距，根據本發明這可通過調整不同支座的平均流速來實現。)作為使用不同流速的替代，支座的物理性能可以不同。例如，下部的支座的平均水平節距可做的比上部的支座大和/或平均孔尺寸可做得小點。對于許多應用，物理性能研究可優選流速研究，因為其可避免需要單獨控制/監測流經單獨支座的刻蝕液體流。但是， 雖然獲得了不同的流速，應該指出它們有助于玻璃片的主表面或表面(參見以下描述)的刻蝕的均勻性。
B.頂部淋灑器如上所述，對于許多應用，使用支座陣列足以獲得玻璃片的基本上均勻的刻蝕。具體地，當陣列的最上面的支座在玻璃片的頂部邊緣上方時，支座陣列通常是足夠的。這樣的支座將刻蝕溶液噴射進空白空間，而不是對著玻璃面的主表面。這些液體向下落下到玻璃片上，其中液體在玻璃片的頂部部分上擴散。然而，在一些情形下，對于特定支座陣列的最上面的支座可不在特定玻璃片的頂部邊緣的上方。此時，使用了頂部淋灑器11向玻璃的頂部部分提供刻蝕液體。圖17和圖 18示出了該頂部淋灑器的相適應的結構。如圖17所示，頂部淋灑器11設置在支座陣列的最上面的支座3的上方。如圖18所示，該頂部淋灑器包括供給管33，其通過刻蝕裝置10提供了一系列沿著玻璃片的移動方向排列的噴嘴21。可從各個制造商處獲得的各類的噴嘴可用于形成頂部噴灑器11。因為它們需要承載刻蝕溶液，所以噴嘴應該由抗酸性材料構成，例如不銹鋼或抗酸性聚合物。產生平頭噴射圖形而不是半球形噴射圖形的噴嘴通常更有效。例如，該噴嘴可以產生具有扇形角θ在 90-120度之間的平頭噴射圖形。由噴涂系統公司(惠斯登，伊利諾斯)(Spraying Systems Co. (ffheaton, Illinois))以商標VEEJET所售賣的這種類型的噴嘴被發現在實際中可成功地工作。選擇流經頂部淋灑器的噴嘴的節距和流速來與從支座陣列中的支座上的孔流出的流速相對應，目的是為了在玻璃片的一個或兩個主表面的至少90%上獲得基本上均勻的刻蝕。通常，對于上面所描述的類型的液體噴射支座，噴嘴之間的節距將在50-250毫米的范圍內并優選在100-150毫米的范圍內，例如大約115毫米。該節距大約為該液體噴射支座的孔的節距的兩倍。對于設置在最上面的液體噴射支座上方大約180-200毫米處并且在玻璃片頂部邊緣上具有大約500毫米的噴射長度的噴嘴，發現流速在1. 5-5. 0升/分鐘/噴嘴，優選 2. 0-4. 0升/分鐘/噴嘴，最優選3. 0-3. 5升/分鐘/噴嘴時，在實際中對于刻蝕站中大約 40秒到60秒范圍內的滯留時間能成功地工作，例如滯留時間為50秒的量級。因為來自噴嘴的噴射通常覆蓋了對應10個支座孔的面積，這些噴嘴的流速通常對應于在200-500毫升 /分鐘/孔范圍內的孔流速，例如大約350毫升/分鐘/孔。該從頂部淋灑器中流出的流速和從液體噴射支座中流出的流速因此具有相同的幅度量級，甚至在幅度上通常相當的接近。上述所描述的那些不同的流速當然可應用于本文中所公開的刻蝕技術的具體應用中。根據本發明，本領域技術人員很容易調整流速、滯留時間和相似參數以獲得不同組成和尺寸的玻璃片的成功刻蝕。
C.刻蝕溶液可使用多種刻蝕溶液以增加玻璃的表面粗糙度。例如，在普通轉讓的美國專利 No. 5,851,366中所公開的類型的NaF/H3P04溶液可用于這一目的。實踐中，可制備濃縮的 NaFM3PO4溶液(例如0. 08M的NaF和0. 4M的H3PO4溶液)并在使用之前預先用去離子水稀釋(例如按4 5比率將NaFM3PO4加入水中)。大多數情況下，玻璃片的兩面都被刻蝕，因此在使用時刻蝕溶液被提供給所有的液體噴射支座，也可以提供到頂部淋灑器。在一些情況下，可能希望只刻蝕一面。當刻蝕站只使用液體噴射支座而不包括頂部淋灑器時，可通過將刻蝕溶液提供到面對著玻璃片的要被刻蝕的面的支座以實現單面刻蝕，而非刻蝕液體，例如水，被提供給相對的支座。相似地， 當該刻蝕站將液體噴射支座與頂部淋灑器結合在一起使用時，刻蝕溶液被提供到面對著玻璃片的要被刻蝕的面的支座以及該頂部淋灑器，而非刻蝕溶液被提供給另一面(第二面) 的支座。因為刻蝕溶液被提供給了頂部淋灑器，所以將在該第二面產生一些少量的刻蝕，但是這通常是可被接受的。該非刻蝕溶液，和刻蝕溶液一樣，可包括一種或多種添加劑，例如殺蟲劑，以防止在進行循環操作的情況下產生細菌。在離開刻蝕站之后，可利用高和/或低壓力的水噴射清洗玻璃片，然后在下一步的例如檢修和封裝的工序之前，預先空氣干燥。
D.熔融工藝如上所述，本發明的刻蝕系統對通過熔融工藝制造的玻璃基板具有特殊的價值， 因為該工藝生產的玻璃片具有異常光滑的表面。如本領域已知的，熔融工藝是用于生產片狀玻璃的基礎技術。例如參見 Varshneya, Arun K.所著的“平板玻璃”(無機玻璃的基本原理，Academic Press公司， Boston，1994，第20章，第4.2節.，534440)。與本領域已知的例如漂浮和狹槽提取工藝的其它工藝相比，熔融法生產了具有超高平坦度和超高光滑度的玻璃片。因此，熔融工藝在用于液晶顯示器(LCD)的制造中的玻璃基板的生產中變得特別的重要。該熔融工藝，尤其是溢出向下提取的熔融工藝，是授予Muart M. Dockerty的普通轉讓的美國專利No. 3338696和3682609的內容。圖19示出了這些專利的該工藝的示意圖。 如本文所述，該系統包括供給管59，其將熔融的玻璃提供給收集槽51，該收集槽51形成在耐熔體53中，該耐熔體53被稱作為“同等管”。一旦達到了穩定態工作，熔融玻璃從供給管到槽傳遞并接著在槽的兩邊的頂部溢出，因此向下并接著沿著該同等管的外表面向內流而形成了兩個玻璃片。該兩個玻璃片在該同等管的底部或根部陽相會，在此它們融合在一起而形成單個玻璃片。該單個玻璃片然后被提供給提取設備(用列57圖示性地代表)，其通過在該玻璃片被從根部提取時的速度來控制玻璃片的厚度。該提取設備被很好地設置在根部的下游以使得該單個玻璃片被冷卻以及在將要與該設備接觸之前變硬。根據下面提出的產品權利要求，應注意通過熔融工藝制造的玻璃片能夠與通過其它的例如漂浮或者狹槽提取工藝制造的玻璃片區分開來，因為熔融玻璃具有熔融線，在此具有沿著同等管(形成結構)的外表面傳遞的兩個玻璃片相會并結合在一起。因此，盡管本文中所公開的刻蝕裝置和方法可以使用通過其它工藝制得的玻璃片，當在通過熔融工藝制得的玻璃片上使用時，所得到的產品可以通過(1)確定表面粗糙度(例如利用產品的主表面的原子力顯微鏡照片(AFM)，和(2)觀察存在熔融線的產品的邊緣來識別。具體地說，使用本文中公開的技術，所提供的通過熔融工藝制造的玻璃片為至少 Gen 8(即，該玻璃片的每一個主表面都具有至少5.0平方米的面積)并且通過原子力顯微鏡照片測定的至少一個主表面的在其中心部分的至少90% (以面積計)的平均表面粗糙度在0. 5-1. 1納米的范圍內(優選在0. 5-0. 9納米的范圍內，最優選在大約0.7納米)。在一些實施方式中，玻璃片的兩個主表面的平均表面粗糙度都在上述的范圍內。通過例如在分布在玻璃片的整個表面上的不同的區域(例如IOOmmX IOOmm的面積)內按順序采樣五個點能夠獲得該表面粗糙度的平均值。作為一個例子中，該區域可以為設置在相對于Gen 10玻璃片的拐角((0,0)點)的以下位置(350，75M2600，75) (345， 1300) (2575,1250) (400，2700) (1600，2650) (2600，2800) (1500，1700) (1400，1400)。通常， 平均表面粗糙度通常基于對玻璃片總面積的30-40%的檢查。當檢查平均表面粗糙度的相同工序被施加到沒有經過本文中所公開了的刻蝕處理的熔融玻璃時，該所測量的平均表面粗糙度的值在0. 2-0. 3納米的范圍內，而不是0. 5-1. 1納米。除了它們的平均表面粗糙度值之外，使用本文中公開的技術刻蝕的熔融玻璃片也可根據它們的低差異性等級而特性化，具體地，根據它們平均表面粗糙度值的差異水平。可考慮內表面(在一個表面內)以及表面界面(不同玻璃片上的相應表面之間，例如在玻璃片的A面之間或B面之間)的值。因此，在一些實施方式中，在玻璃片的至少一個主表面的90%中部區域上平均表面粗糙度的內表面偏差小于或等于0. 05納米(優選小于或等于 0. 04納米，例如在0. 03-0. 04納米的范圍內)。在其它實施方式中，該玻璃片的兩面的平均表面粗糙度的內表面偏差滿足上述標準。在其它實施方式中，在玻璃片的至少一個主表面的90%中部區域上平均表面粗糙度表面界面偏差小于或等于0. 03納米，而在其它實施方式中，對于平均表面粗糙度，玻璃片的兩個表面都具有小于或等于0. 03納米的表面界面偏差。以下的非限定性的實施例進一步說明了本文中的刻蝕技術。 實施例1
為了確定刻蝕工藝對玻璃片被施加刻蝕溶液的時間長度的相關性(即，玻璃片在刻蝕站中的滯留時間)而進行了試驗。試驗使用了溫度為30°C的刻蝕溶液，4.2米/分鐘的運輸器速度，以及玻璃片在刻蝕站中為40、50和60秒的滯留時間。該刻蝕溶液通過混合 5份的去離子(DI)水與4份的0. 08MNaF+0. 4M H3PO4溶液而獲得，并通過液體噴射支座和頂部淋灑器而被施加到玻璃片的頂部和兩面上。流經頂部淋灑器的速度在3. 0-3. 5升/分鐘 /噴嘴的范圍內，而流經支座的孔的流速在125至300mL/分鐘/孔的范圍內，例如約200mL/ 分鐘/孔。該刻蝕是在用康寧公司的EAGLE XGtmLCD玻璃制成的Gen 10玻璃片上實施。對于這三種滯留時間，平均表面粗糙度和內玻璃片標準偏差為
40 秒一0. 65士0. 089 納米；50 秒一0. 69士0. 048 納米；60 秒一0. 72士0. 067 納米。該數據說明了在0. 5-1. 1納米的范圍內的所有的這些平均表面粗糙度值中的刻蝕工藝的堅固性，并甚至是在優選的0. 5-0. 9納米的范圍內。 實施例2為了確定刻蝕工藝對刻蝕溶液溫度的相關性而進行了試驗。試驗使用了溫度為 、33°C和38 °C的溶液，4. 2米/分鐘的運輸器速度，以及玻璃片在刻蝕站中為40秒的滯
留時間。該刻蝕溶液通過混合5份的去離子(DI)水與4份的0.08M NaF+0. 4M H3PO4溶液而獲得，并通過液體噴射支座和頂部淋灑器而被施加到玻璃片的頂部和兩面上。該刻蝕是在用康寧公司的EAGLE XGtmIXD玻璃制成的Gen 10玻璃片上實施的。流經頂部淋灑器的速度在3. 0-3. 5升/分鐘/噴嘴的范圍內，而流經支座的孔的流速在125至300mL/分鐘/孔的范圍內，例如約200mL/分鐘/孔。結果如圖20所示。從中可以看出，表面粗糙度實質上完全獨立于溫度。因為根據阿倫紐斯反應動力學(Arrhens reaction kinetics)，高的溶液溫度將表現出高的表面粗糙度值，因此圖20中的溫度的不相關性令人驚奇。溫度相關性的缺失意味著可選擇系統的工作溫度以滿足其它的限制，例如與液體噴射支座之間的間距相關的限制，其中由于支座和它的支撐體結構的膨脹和收縮，間距將隨著溫度而變化。而且，溫度的不相關性還意味著不必消耗能量來加熱刻蝕溶液以獲得高工作溫度，這降低了基板制造過程的總成本。根據以上，可以看出通過使用流體支座設計可提供堅固的系統，并且在一些情況下，頂部淋灑器可使得在垂直或接近垂直的方向上對玻璃片進行化學處理而沒有表面接觸的應用得以實現。具體地，該系統避免了劃痕、污染、以及使用輥向LCD玻璃的純凈表面進行化學溶液施加所產生的相類似的后果。不脫離本發明的主旨和精神的各種各樣的改動對本領域技術人員根據本發明來說是顯而易見的。以下的權利要求用于覆蓋本發明的具體實施方式
以及這些實施方式的修改、變型和等效體。
表權利要求
1.一種在基本上垂直的方向上運輸玻璃片并同時增加其至少一個主表面的表面粗糙度的方法，包括(a)提供移動運輸器，該移動運輸器構造為與玻璃片的底部邊緣接觸并以一運輸速度移動該玻璃片；(b)提供多個非接觸式支座，每個支座構造為從多個孔噴射液體；和(c)在從多個非接觸式支座噴射液體時使玻璃片的底部邊緣與移動的運輸器接觸并以所述運輸速度移動該玻璃片；其中，該液體為刻蝕溶液，并且該方法包括從(i)設置在玻璃片的頂部邊緣的上方的一個或多個非接觸式支座，(ii)頂部淋灑器，或(iii)設置在玻璃片的頂部邊緣的上方的一個或多個非接觸式支座以及頂部淋灑器向玻璃片的頂部施加刻蝕溶液。
2.權利要求1所述的方法，其中，在所述支座的孔上從非接觸式支座中的每一個噴射出刻蝕溶液的平均速率為125-300毫升/分鐘/孔。
3.如權利要求1所述的方法，其中(i)頂部淋灑器向玻璃片的頂部施加刻蝕溶液；( )該頂部淋灑器包括多個噴嘴；以及(iii)在所述頂部淋灑器的所有噴嘴上從每個噴嘴噴射出刻蝕溶液的平均速率為 1.5-5.0升/分鐘/噴嘴。
4.如權利要求1-3中任一項所述的方法，其中，在與刻蝕溶液接觸后，至少一個主表面在其中部至少90%的面積上的平均表面粗糙度在0. 5納米至1. 1納米的范圍內。
5.如權利要求4所述的方法，其中，該至少一個主表面在其中部至少90%的面積上的內表面標準偏差小于或等于0. 05納米。
6.一種用于在基本上垂直的方向上運輸玻璃片并同時增加其至少一個主表面的表面粗糙度的裝置，包括(a)移動運輸器，該移動運輸器構造為接觸玻璃片的底部邊緣并以一傳輸速度移動該玻璃片；(b)多個非接觸式支座，每一個支座構造為噴射來自于多個孔的刻蝕溶液；和(c)頂部淋灑器，其設置在該多個非接觸支座上并構造為向玻璃片的頂部施加刻蝕溶液。
7.如權利要求6所述的裝置，其中，該頂部淋灑器包括多個噴嘴，每個噴嘴都產生了具有在90-120度的范圍內的扇形角的平頭噴射圖形。
8.一種利用熔融工藝制造的玻璃片，它具有第一和第二主表面，所述第一和第二主表面中的每一個都具有大于5平方米的面積，其中，該第一和第二主表面在其中部至少90% 的面積上的平均表面粗糙度在0. 5納米至1. 1納米范圍內。
9.如權利要求8所述的玻璃片，其中，該第一和第二主表面的至少一個在中部至少 90%的面積上的平均表面粗糙度在0. 5納米至0. 9納米范圍內。
10.如權利要求8或者9所述的玻璃片，其中，該第一和第二主表面的至少一個在其中部至少90%的面積上的表面粗糙度的內表面標準偏差小于或等于0. 05納米。
全文摘要
本發明涉及活動玻璃片的非接觸式刻蝕，公開了一種刻蝕柔性玻璃片(13)的方法及其裝置，其中該玻璃片(13)以垂直或接近垂直的方向被運輸通過非接觸式液體噴射支座(3)，該液體噴射支座(3)將刻蝕溶液(例如NaF/H3PO4溶液)施加到玻璃片(13)的一面或兩面。在一些實施方式中，最上端的液體噴射支座(3)在玻璃片(13)的頂部邊緣的上方，因此能將刻蝕溶液施加到玻璃片的頂部。在其它的實施方式中，設置在該裝置的上方并沿著其長度分布的包括一組噴射噴嘴(21)的頂部淋灑器(11)被用于向玻璃片(13)的頂部施加刻蝕溶液。使用本文中的方法及裝置，通過熔融工藝生產的玻璃片(13)，其具有大于5平方米的面積和在0.5到1.1納米范圍內的表面粗糙度值。
文檔編號C03C15/00GK102276155SQ201110134469
公開日2011年12月14日 申請日期2011年3月28日 優先權日2010年3月26日
發明者G·N·庫德瓦, 中村吉弘, 山田哲三, 羅偉煒, 陳源祿 申請人:康寧股份有限公司