专利名称：活动玻璃片的非接触式刻蚀的制作方法
技术领域：
本发明涉及刻蚀玻璃片的方法和装置，例如，在液晶显示器(LCD)的制造中作为基板的玻璃片。具体地说，本发明涉及刻蚀不与这些表面机械接触的玻璃片主表面的一个面或两个面。更具体地说，本发明涉及在基本垂直的方向上运输该玻璃片的同时来实施该刻蚀。
背景技术：
液晶显示器用基板的制造过程包括多个步骤，其中需要在不对玻璃片的主表面造成损害的条件下支撑和传送(运输)玻璃片，具体地说，不对玻璃片的将要在其上设置例如薄膜晶体管和滤色镜这些显示元件的“品质”表面造成伤害。例如，在基板的制造过程中， 玻璃片需要被切割尺寸、磨边、清洗、以及封装并装船或以其它途径提供给显示器制造商。由于玻璃片的尺寸从1米增长到超过2米却没有相应地增加玻璃片的厚度，玻璃片的横向刚性显著地减小了。同时，对运输速度的要求保持不变或者增加。因此，目前存在于运输液晶显示器用玻璃基板的难题可被描述为试图移动大玻璃片，该大玻璃片的机械性能不象那些薄纸，且不能接触玻璃片的主表面。通过熔融工艺(见下文)制造的玻璃片具有非常光滑的表面。在实际中，发现非常光滑的表面精加工有时可能会成为在显示器生产过程中产生静电放电的因素。在这些情形下，人们发现对玻璃片表面进行刻蚀以减小其光滑度是有利的。仅需要光刻基本上就减小了静电放电的可能性。因此，可基本上以不损害玻璃片传输光的性能而实施该刻蚀。除了应对静电放电的难题之外，酸刻蚀处理还有助于提高金属薄膜和用于LCD制造过程中的玻璃基板之间的接合。过去，人们认为活动的玻璃片主表面的刻蚀需要玻璃表面与辊之间的物理接触。 具体地，人们认为需要用辊来获得均勻的刻蚀。公开号为No. 2007/0271756的美国专利公开文本和公开号为JP2004-203668的日本专利公开文本公开了这样的基于辊的刻蚀。这两篇文献都使用了辊来施加酸溶液，即使它们在整个工艺过程的其它处使用水来支持玻璃片。如下面所讨论和说明的，根据本发明，令人惊奇地发现，刻蚀不需要与活动玻璃片的主表面的物理接触。具体地说，发现了在大玻璃片的运输过程中能获得高度均勻的刻蚀而无需与玻璃片的主表面的物理接触。由于物理接触可能会产生玻璃表面被损害和/或污染的风险，因此，这是很重要的成果。
发明内容
根据第一方面，公开了一种以基本上垂直的方向运输玻璃片13并同时增加该玻璃片的至少一个主表面的粗糙度的方法，其包括
(a)提供移动运输器2，其构造为接触玻璃片13的底部边缘并以一运输速度移动该玻璃片13 ；
(b)提供多个非接触式支座3，其中每一支座3都用于喷射来自于多个孔22的液体40；
和
(c)将玻璃片13的底部边缘与该移动运输器2接触，并在喷射来自于多个非接触式支座3的液体40的同时以该传输速度移动该玻璃片13，
其中，该液体40为刻蚀溶液，并且该方法包括从(i)设置在玻璃片13的顶部边缘上的一个或多个非接触支座3、(ii)顶部淋洒器11、或(iii)设置在玻璃片13的顶部边缘上的一个或多个非接触支座3和顶部淋洒器11，向玻璃片13的顶部部分施加刻蚀溶液40。根据第二方面，公开了一种用于在基本上垂直的方向运输玻璃片13并同时增加该玻璃片的至少一个主表面的粗糙度的装置，其包括
(a)移动运输器2其构造为接触玻璃片13的底部边缘并以一传输速度移动该玻璃片
13 ；
(b)多个非接触式支座3，其中每一支座都构造为喷射来自于多个孔22的刻蚀溶液40；
和
(c)设置在多个非接触支座3上并用于向玻璃片13的顶部部分施加刻蚀溶液40的顶部淋洒器11。根据第三方面，公开了一种通过熔融工艺生产的玻璃片13，其具有每一个的面积都大于5平方米的第一和第二主表面，其中，该第一和第二主表面的至少之一在其中部的至少90%的区域上的平均表面粗糙度在0. 5到1. 1纳米的范围之间。上述本发明的多个方面的概述中所使用的附图标记仅用于便于读者理解，而不用于限制本发明的范围。更通常地，应该明白上面的概述以及下面的详细说明都只是对本发明的示例和提供用以理解本发明本质和特点和一个概述或架构。本发明其它的特点和优点在下面的详细说明中进行描述，并且某种程度上，根据说明书或通过对所描述的本发明的实施例的认识，本领域技术人员将会更加清楚这些特点和优点。包括在说明书中并构成了说明书的一部分的附图用于提供对本发明的进一步的理解。应该理解，说明书以及附图所公开的本发明的各个特点可用于任何以及全部的结合体中。例如，根据下面的附加方面可包括本发明的特点和优点。根据第四方面，提供了方面1所述的方法，其中从每个非接触式支座喷射的刻蚀溶液在支座的孔上的平均速度在125至300毫升/分钟/孔的范围内。根据第五方面，提供了方面1或方面4的方法， 其中
(i)顶部淋洒器向玻璃片的顶部部分施加刻蚀溶液； ( )该顶部淋洒器包括多个喷嘴；和
(iii)每个喷嘴喷出的刻蚀溶液在顶部淋洒器的全部喷嘴上的平均速度在1. 5 5. 0 升/分钟/喷嘴的范围内。根据第六方面，提供了方面1或方面4-5的任何之一的方法，其中喷射刻蚀溶液的多个非接触式支座被设置在玻璃片的两侧，因此玻璃片的两个主表面的表面粗糙度都增加了。根据第七方面，提供了方面1或方面4-6的任何之一的方法，其中因为与刻蚀溶液接触，因此至少一个主表面在其中部至少90%的区域上的平均表面粗糙度在0. 5到1. 1纳米的范围之间。根据第八方面，提供了如方面7所述的方法，其中所述至少一个主表面在其中部 90%的区域上的表面粗糙度的内表面标准偏差小于或等于0. 05纳米。根据第九方面，提供了方面1或方面4-8中的任一所述的方法，其中该多个非接触式支座每单位时间向至少一个主表面的上部部分喷射的刻蚀溶液多于向该主表面的下部部分喷射的刻蚀溶液。根据第十方面，提供了方面1或方面4-9中的任一所述的方法，其中该刻蚀溶液包括NaF和H3PO4的水溶液。根据第十一方面，提供了如方面2所述的装置，其中该顶部淋洒器包括多个喷嘴， 该每个喷嘴产生了具有角度在90 120度之间的扇形状的平头喷射图形。根据第十二方面，提供了如方面11所述的装置，其中该平头喷射图形在玻璃片的顶部边缘上具有0. 5米量级的长度。根据第十三方面，提供了如方面3所述的玻璃片，其中每一个该第一和第二主表面的面积都大于8. 5平方米。根据第十四方面，提供了方面3或方面13所述的玻璃片，其中每一个该第一和第二主表面在其中部至少90%的区域上的平均表面粗糙度在0. 5 1. 1纳米之间。根据第十五方面，提供了方面3或方面13所述的玻璃片，其中该第一和第二主表面的至少一个在其中部至少90%的区域上的平均表面粗糙度在0. 5 0. 9纳米之间。根据第十六方面，提供了方面3或方面13所述的玻璃片，其中每一个该第一和第二主表面在其中部至少90%的区域上的平均表面粗糙度在0. 5 0. 9纳米之间。根据第十七方面，提供了方面3或方面13或方面15的任一所述的玻璃片，其中该第一和第二主表面的至少一个在其中部至少90%的区域上的表面粗糙度的内表面标准偏差小于或等于0. 05纳米。根据第十八方面，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，其中每一个该第一和第二主表面在其中部至少90%的区域上的表面粗糙度的内表面标准偏差小于或等于0. 05纳米。根据第十九方面，提供了方面3或方面13-18的任一所述的玻璃片，其中每一个该第一和第二主表面都没有因为与辊接触而产生的划痕和污染。
图1和图2为使用了非接触式液体喷射支座阵列的玻璃片刻蚀装置的示意图，图 1为前视图，图2为侧视图。因为最上面的液体喷射支座在玻璃片的顶部边缘的上方，所以图1和图2所述的装置没有使用顶部淋洒器。图3至图7示出了计算的通过孔向多个孔-玻璃片之间的间距流出的液流和液流速度而在玻璃片上产生的压力分布图。表1阐述了用于图3至图7的每一个中的具体的参数。
图8和图9为测试在使用非接触式液体喷射支座的玻璃片的各个运输参数的影响的示意图。图8为前视图，图9为侧视图。图10示出了非接触式液体喷射支座的前面。图11为相对于玻璃片和非接触式液体喷射支座的前面(χ轴)之间以毫米(mm) 计的间隔，在玻璃片表面(y轴)上以千帕(kPa)计的压力/孔的曲线图。该图上的阴影面积说明了使用该支座的典型的操作窗口。图12为相对于玻璃片和非接触式液体喷射支座的前面(χ轴)之间以毫米(mm) 计，在平均水平间隔为15毫米、30毫米、43毫米、65毫米时，在玻璃片表面(y轴)上以千帕 (kPa)计的压力/孔的曲线图。图13为相对于玻璃片和非接触式液体喷射支座的前面(χ轴)之间以毫米(mm) 计，在平均孔的尺寸为0. 5毫米、1. 4毫米、3. 0毫米、5. 0毫米时，在玻璃片表面(y轴)上以千帕(kPa)计的压力/孔的曲线图。图14为相对于玻璃片和非接触式液体喷射支座的前面(χ轴)之间以毫米(mm) 计，在平均流速为80毫升/分钟/孔、190毫升/分钟/孔、350毫升/分钟/孔以及900 毫升/分钟/孔时，在玻璃片表面(y轴)上以千帕(kPa)计的压力/孔的曲线图。图15为描述非接触式液体喷射支座阵列的单个支座之间的交互作用的示意图。图16为相对于流过两个非接触式液体喷射支座(χ轴)中较低的支座的以毫升/ 分钟/孔计的平均流速，在流过两个支座中较高的支座的平均流速为0和200毫升/分钟/ 孔时，玻璃片和非接触式液体喷射支座的前面(y轴)之间的以毫米(mm)计的间隔的曲线图。图17为使用非接触式液体喷射支座阵列和顶部淋洒器的玻璃片的刻蚀装置的前视图。该装置可与顶部边缘在最上面的液体喷射支座的上方的玻璃片一起使用，也可与顶部边缘在最上面的液体喷射支座的下方的玻璃片一起使用。图18为更加详细地示出了图17中的顶部淋洒器的前视图。图19为说明在用于制造平面玻璃片的熔融工艺中的异型管(形成结构)的典型结构的示意图。图20为示出了通过本文中所公开的刻蚀技术产生的表面粗糙度基本上独立于刻蚀溶液的温度的曲线图。
具体实施例方式本发明提供了刻蚀玻璃片的方法和装置，其中该玻璃片以基本上垂直的方向被运输经过非接触式液体喷射支座，该非接触式液体喷射支座向该玻璃片的一面或两面施加刻蚀溶液(此处也可叫做刻蚀液体)。在某些实施方式中，最上面的液体喷射支座在该玻璃片的顶部边缘的上方并因此能够向玻璃片的顶部施加刻蚀溶液。在其它实施方式中，包括在装置上方设置并沿着装置的长度分布的一组喷射喷嘴的“顶部淋洒器”，被用于向玻璃片的顶部施加刻蚀溶液。在最上面的液体喷射支座被设置在玻璃片的顶部边缘下方的情形下， 该顶部淋洒器被用于获得基本均勻的刻蚀。虽然通常不是必须的，但是该顶部淋洒器也能应用在当最上面的液体喷射支座被设置在玻璃片的顶部边缘上方的情形下。被刻蚀过的玻璃片优选地适合于在平板显示器的制造中作为基板使用，例如
6IXD显示器。目前，已知的提供给平板显示器制造商的最大基板为“Gen 10”基板且具有 2850mmX 3050mmX0. 7mm的尺寸(主表面的面积> 8. 5平方米)。本文中公开的刻蚀系统可以用于这些衬底，也可以用于将来开发的更大的衬底，以及过去开发的较小的衬底，例如， 该刻蚀系统可以用于具有2160mmXM60mmX0. 7mm的尺寸(主表面的面积> 5. 0平方米) 的“Gen 8”基板。下面的讨论被编排为四个部分(A)非接触式液体喷射支座，(B)顶部淋洒器，(C) 刻蚀溶液，(D)熔融工艺。之后，在其它的部件之间，提供了非限制性的实施例阐述所公开的使GenlO基板获得高等级的刻蚀均勻性的刻蚀系统的性能。
A.非接触式液体喷射支座图1和图2示出了使用了非接触式液体喷射支座3用于刻蚀玻璃片13的设备10 代表性的实施方式。如这些图所示，支座3的阵列由支撑体31来承载。该支撑体则由平台 49承载，平台49可包括小脚轮7，该小脚轮7用于在制造车间中向不同的方位运输所述装置。用于任何具体应用中的非接触式支座的数量以及单个支座的长度都将取决于所被运输的玻璃片的尺寸，例如当为Gen 10基板时，一个优选的实施方式使用了具有10个支座的量级的阵列，每个支座具有1. 5米的长度。当然根据需要，可使用更多或更少以及更长或更短的支座。例如，如果玻璃片相对着景观方向以近镜头方向被运输，则可使用更多的支座。通常，支座优选具有在50-150毫米的范围内的垂直高度，并且在使用支座阵列时，支座之间的垂直间距优选在200-400毫米的范围内。支撑体31可以如图1和图2所示的垂直方向或者以偏离垂直方向的角度来保持该支座，例如以偏离垂直方向1-20°范围内的角度。(如本文中所使用的，术语“基本上垂直的方向”指离垂直方向在0°和20°之间的方向)通常优选垂直方向。如图1和图2所示，平台49包括运输器2，例如用于啮合玻璃片13的底部边缘的 V型或U型的引带。例如，以玻璃片所期望的运输速度由电动马达(未示出)来驱动该运输器。该运输速度取决于具体的应用。图10示出了典型的液体喷射支座3的前表面(玻璃片的表面)20。正如可由本图所看出的，该前表面包括多个排列的孔22，在本例中为三列23、对、25，每一列具有相同数量的孔并且相邻列的孔垂直对齐。并且，在本图中，孔具有均一的尺寸(例如均一的直径 DO)。该排列被发现在实践中能成功地工作，但是根据需要也可以使用多种变化的排列。作为代表性的例子，该液体喷射支座可包括比三列更多或者更少的孔，各个不同列可具有不同数量的孔，相邻列的孔可交错排列从而代替垂直对齐，并且一些或者全部的孔的尺寸和孔之间的水平间隔(节距)可具有不同的值。并且，该孔不需要为圆形，此时与其说孔的直径，不如说孔的尺寸为其最大的截面尺寸。在使用期间，支座3的孔被连接到具有压力的刻蚀液体(刻蚀溶液)源上。例如， 可使用泵从储液槽向高压间提供具有压力的液体，该高压间将液体分配到各个不同孔中， 例如通过连接到支座背面上的孔的入口端的柔性管。可使用本领域技术人员所公知的，广泛的各种可商购的设备来提供具有压力的液体。可选的是，可根据需要构建定做型设备。可只在玻璃片的一面上使用该非接触式支座(参见图2中的实线)或也可在玻璃片的两面都使用(参见图2中的实线和虚线)。优选在玻璃片的两面都有支座。
在使用期间，从支座喷出的刻蚀液体形成了支撑玻璃片的膜或薄膜以使玻璃片不与支座的前表面接触。更具体地，该支座使用了使局部化的液流加速以创造一负压，由此增强抽吸力以在运输期间保持玻璃片紧靠该支座。图3至图7说明了所应用的现象。在这些图中，100为高正向压力(液体的碰撞点)的区域，110为由与玻璃表面正切的液体的局部加速度而产生的低负压的区域，并且120为在周围的低正压的区域。出于说明的目的，这些图所示的正和负区域是为没有围绕的孔的单个孔而计算的。图3至图7 的每一个所示的区域为50mmX50mm。使用ANSYS公司(Canonsburg，PA州)以FLUENT商标出售的可商业性获得的流体动力学程序来进行所述计算。当然也可以使用包括非商业性程序的其它的程序来进行图3至图7中的所述计算，也可以进行本文中所讨论的其它的计笪弁。图3至图7示出了 1)孔的出口端和基板表面之间的间距和2)通过孔的流速的各种不同的组合的正和负压的分布。表1展示了所用的具体的值以及基板的表面上的总集成压力(合力)。正的合力意味着玻璃片被推着远离孔(被支座所排斥)，而负的合力意味着玻璃片被拉向孔(被支座所吸引)。如图3至图7以及表1所说明的，对于孔到玻璃片的间距和流速的各种不同的组合，可获得正和负的净力。具体地，该数据示出了小间隔可获得的正向力(排斥力)和大间隔可获得的负向力(吸引力)。因此，在该玻璃片既不被拉向孔也不被推着远离孔的位置可以确定出平衡点(平衡间隔)。当孔到玻璃片的间隔小于平衡间隔时，该玻璃片被推着远离孔而返回平衡点。当孔到玻璃片的间隔大于平衡间隔时，该玻璃片朝着平衡点而被拉回。 这样，该孔到玻璃片的间隔将围绕着平衡间隔而徘徊。具体地，随着玻璃片经过孔而被运输，该孔到玻璃片的间隔将围绕着平衡间隔而徘徊。该运输将导致玻璃片和该孔之间的间隔随着时间改变，结果产生1)活动玻璃片的振动和/或幻玻璃片的弓起、波纹、弯曲或其它非平坦的表面特性。因为通过从孔喷射液体而施加到玻璃片上的净力在平衡点变换正负号，所以这些在孔到玻璃片间隔中的变化能通过设定包括液流速度、产生平衡点的值和在该平衡点的一侧的吸引用际力的孔参数而修正，这能将玻璃片保持在支座上，尽管孔到玻璃片的间隔是必然变化的。图3到图7的数据是针对单个孔。实践中，单孔将不能产生以使活动玻璃片保持在液体喷射支座上的充足的力。因此需要孔阵列。更通常地，尤其是随着玻璃片尺寸的增加， 液体喷射支座的阵列，例如相互排列在上方的两个或多个液体喷射支座(见图1和图2)，通常用于运输玻璃片。每一液体喷射支座将具有各自的孔阵列，对于所有的支座其可以相同或者，如果需要支座之间也可以不同。玻璃片上的孔阵列的效果被发现实质上比单孔的效果更加的复杂。相似地，液体喷射支座阵列被发现表现出了比单个液体喷射支座更复杂的行为。为了学习这些效果，用图8和图9示出的类型的仪器进行了实验。在这些图中，13为玻璃片，2为玻璃片的运输器， 3为液体喷射支座，14为力转换器，15为位置传感器，18为转换器/传感器支撑体，17为转换器和传感器的引线，16为记录转换器和传感器的输出的仪器。图10示出了在试验中使用的典型性液体喷射支座3。除了该支座的结构之外，该图还示出了在试验期间变化的参数，例如平均水平节距参数P，例如在玻璃片的移动方向上的孔之间的平均中心到中心的间隔，以及平均孔尺寸参数，具体地，此时该孔的平均直径
8DO。图11为相对于液体喷射支座的前表面和玻璃片之间的(或者，因为该孔的出口端通常与支座的表面齐平，因此等效于孔的出口端和玻璃片之间的)以毫米(_)计的间距， 通过支座的孔阵列的一个孔施加到玻璃片上的以千帕(kPa)计的平均压力图。在该图中， 如同在图12-14中一样，正压代表支座和玻璃片之间的排斥力，而负压则代表吸引力。该图的阴影部分示出了所述支座的典型性工作窗口，例如该压力相对于间距的曲线的部分表示用所述的支座能够可行地实施玻璃片的运输。使用图8-9中所示类型的仪器以及图10中所示类型的支座，压力相对于间距的曲线可确定为宽范围的潜在参数。根据这些实验的结果，发现关键参数为1)孔之间的平均水平节距，幻孔的平均尺寸，和幻流过所述孔的平均流速，其中在每种情形下，平均数是基于支座的全部所有的孔。进一步发现这些参数值的具体范围产生了图11中所示类型的实际工作窗口。图12、13和14分别示出了说明平均水平节距范围、平均孔尺寸和平均流速的典型性数据。如图12所示，15毫米(实线三角形数据点)的平均水平节距在接近支座的表面的玻璃片上产生了不可接受的大排斥力。因此，由于吸引力不足以保持原来具有的玻璃片，故该玻璃片趋于远离支座(实际上，玻璃片从支座弹回，由于玻璃片向内朝着该支座运动)。 相反地，65毫米(χ数据点)的平均水平节距产生的排斥力不足够大，因此这将不能保证在与支座接触的使用过程中玻璃片不被损坏。43毫米(平头开口(open square)数据点)的平均水平节距和30毫米(菱形开口(open diamond)数据点)的平均水平节距都产生了所需的压力相对于间距的曲线，因为排斥压力的幅度以及至少一些30毫米节距的吸引压力大于43毫米节距，因此使用30毫米比43毫米值的平均水平节距稍微好点。基于此以及相似的数据，能确定平均水平节距应该在20至55毫米的范围之内，优选25至50毫米，并且更优选30至40毫米(例如大约35 毫米)，其中，在每种情形下，范围的端点包含在该范围之内。图13示出了平均孔尺寸参数的数据。在这种情形下，5毫米(实线三角形数据点) 被发现在小支座上产生了相对于玻璃片间距来说太小的排斥压力，并且发现了 0. 5毫米(χ 数据点)的平均孔尺寸将产生太大的排斥力。两个3毫米(平头开口数据点)的平均孔尺寸和一个1. 4毫米(菱形开口数据点) 的平均孔尺寸产生了所需的压力相对于间距的曲线，使用1. 4毫米平均孔尺寸比3毫米尺寸稍微好点，因为1. 4毫米平均孔尺寸的排斥压力和吸引压力的幅度大于3毫米孔尺寸的排斥压力和吸引压力的幅度。据此以及相似的数据，可以确定该平均孔尺寸应该在1. 0至 4. 5毫米的范围内，优选1. 0至3. 5毫米，更优选1. 25至2. 25毫米，其中，在每种情形下，所述范围的端点包括在范围以内。图14示出了平均流速的数据。在这种情况下，发现了 900毫升/分钟/孔(实线三角形数据点)的平均流速在小支座上产生了对玻璃片间距来说太大了的排斥压力，而80 毫升/分钟/孔(χ数据点)的平均流速产生了太小了的排斥压力。350毫升/分钟/孔(平头开口数据点)和190毫升/分钟/孔的平均流速都产生了所需的压力相对于间距的曲线，其中190毫升/分钟/孔的平均流速比350毫升/分钟 /孔稍微好点，因为低平均流速意味着较少的液体消耗，其意味着需要较小型且因此较便宜的设备来供给液体。据此以及相似的数据，确定了平均流速应该在100至800毫升/分钟 /孔的范围内，优选125至300毫升/分钟/孔，更优选150至190毫升/分钟/孔，其中， 在每种情形下，端点值包括在所述范围内。例如平均水平节距、平均孔尺寸和平均流速这三个关键参数的每一个都对系统有好处，因此在一些应用中，只需有这些参数中的一个或两个在上述的范围内即可。一般来说，平均流速参数最重要，接下来为水平间距，再下来为平均孔尺寸。对于很多应用，平均水平节距、平均孔尺寸和平均流速参数全部优选在上面设定的范围之内，更优选地，全部在上面优选的范围内，并且最优选地，全部在上面更加优选的范围内。与这种方式保持一致，对图12、13和14中的每一个来说，所示出的数据是其它两幅图中的“菱形开口”参数值。因此，对于图12，平均孔尺寸为1.4毫米并且平均流速为190 毫升/分钟/孔；而对于图13，平均水平节距为30毫米并且平均流速为190毫升/分钟/ 孔；对于图14，平均水平节距为30毫米并且平均孔尺寸为1. 4毫米。除了平均水平节距、平均孔尺寸和平均流速参数之外，施加到玻璃片主表面上的合力，即集成到主表面上的压力，优选在-0. 6牛顿到+0. 6牛顿之间，其中范围的端点是该范围的一部分。该合力将因为玻璃片和支座之间的距离的变化而随着时间变化，但是优选保持在上面的范围之内。该合力优选为测量的值，但是也可以为基于使用例如上述的 FLUENT程序的流体动力学软件的系统模拟而计算的值。该合力的范围可作为选择孔的数量、排列、尺寸以及流速的有用指南。具体地，当选择孔的流速时，优选产生了负力，但不超出考虑了系统的其它参数(例如孔的总数量、孔间距以及孔尺寸)时的合力的速度，即，优选合力小于或等于上述范围的上限。发现通过使用受控的玻璃片和支座的前表面之间的间距的变化量，上述的平均水平节距、平均孔尺寸以及平均流速参数提供了玻璃片的有效运输。具体地，当具有100到 800毫升/分钟/孔范围内的平均流速、1. 0至4. 5毫米的范围内的平均孔尺寸以及20至 55毫米范围内的平均水平节距的非接触式液体喷射支座在15米/分钟的运输速度下被测试(其使用了模量为73GI^并且尺寸为2米长、2米高以及0.7毫米厚的玻璃)时，在支座的正面上的所有点上的玻璃片和支座的正面之间的时间平均间隔在500-1000微米的范围内，并且在支座的正面上的所有点上的时间平均峰值到峰值变化不大于100微米。相对于平均间距，这一小变化意味着在玻璃片的运输期间，玻璃片的任何部分接触支座的可能性是可忽略的。这也意味着玻璃片变得从支座上断开的机会也是可忽略的。如上所述，不但使用多孔时的现象较复杂，而且当多个支座被当作一个阵列使用时也很复杂。图15和16说明了已被发现的支座间的相互作用。在图15中，三个支座3U、3M和3L朝着玻璃片13喷射刻蚀液体40。通过列41的图示，实际上，从支座3U喷射出的液体与从支座3M所喷射出的液体相互作用，并且从支座 3M所喷射出的液体(也可以是从支座3U喷射出的一些液体)与从支座3L所喷射出的液体相互作用。具体地，发现对于具有相同的平均流速的全部三个支座，对于支座3M和3L，玻璃片13和支座的正面之间的间距大于支座3U，支座3L的间距是它们中最大的。(提醒这是因为其厚度，玻璃片13是高度柔性的，因此虽然支座3U、3M和3L可垂直地对齐，但是玻璃片的下部能从支座3M和3L上挠曲远离以创造更大的间距。)图16量化了两个支座系统的效果，例如在图15中的支座3M和3L。图16中的横轴示出了流过支座3L的平均流速，而纵轴画出了支座3L的正面和玻璃片之间的间距。该实线菱形数据点示出了零流速流经支座3M的间距为0，例如Fm = 0。如图所示，玻璃片的间距随着流经支座3L的平均流速的增加而增加。平头开口数据点示出了流经支座3M的平均流速为200毫升/分钟/孔时的效果。 再者，支座3L与玻璃片之间的间距随着流经支座3L的平均流速的增加而增加，但是所有的值现在都向上变化为更大的间距。因此，为了保持支座阵列中的所有支座与玻璃片之间基本上相等的间距，支座的工作参数和/或物理性能需要不同。具体地，支座的工作参数和/ 或物理特性需要不同以使得由下部的支座所喷射的刻蚀液体的量少于上部的支座所喷射的刻蚀液体。这可通过不同的方式完成。例如，可减小下面的支座的平均液体流速。作为一个例子，使用图16的数据，可看到流经支座3M的平均流速为200毫升/分钟/孔并且流经支座3L的平均流速为150毫升 /分钟/孔的组合方案产生的支座3L和玻璃片之间的间距，与单独流经支座3L的平均流速为250毫升/分钟/孔时基本上相同。三个或更多的活动支座会产生相似的数据，凭借将流经下部的支座的平均流速减小以在所有的支座上产生较为均一的支座到玻璃片的间距。 (对于一些应用应该注意，可能希望具有不同的间距，根据本发明这可通过调整不同支座的平均流速来实现。)作为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节距可做的比上部的支座大和/或平均孔尺寸可做得小点。对于许多应用，物理性能研究可优选流速研究，因为其可避免需要单独控制/监测流经单独支座的刻蚀液体流。但是， 虽然获得了不同的流速，应该指出它们有助于玻璃片的主表面或表面(参见以下描述)的刻蚀的均勻性。
B.顶部淋洒器如上所述，对于许多应用，使用支座阵列足以获得玻璃片的基本上均勻的刻蚀。具体地，当阵列的最上面的支座在玻璃片的顶部边缘上方时，支座阵列通常是足够的。这样的支座将刻蚀溶液喷射进空白空间，而不是对着玻璃面的主表面。这些液体向下落下到玻璃片上，其中液体在玻璃片的顶部部分上扩散。然而，在一些情形下，对于特定支座阵列的最上面的支座可不在特定玻璃片的顶部边缘的上方。此时，使用了顶部淋洒器11向玻璃的顶部部分提供刻蚀液体。图17和图 18示出了该顶部淋洒器的相适应的结构。如图17所示，顶部淋洒器11设置在支座阵列的最上面的支座3的上方。如图18所示，该顶部淋洒器包括供给管33，其通过刻蚀装置10提供了一系列沿着玻璃片的移动方向排列的喷嘴21。可从各个制造商处获得的各类的喷嘴可用于形成顶部喷洒器11。因为它们需要承载刻蚀溶液，所以喷嘴应该由抗酸性材料构成，例如不锈钢或抗酸性聚合物。产生平头喷射图形而不是半球形喷射图形的喷嘴通常更有效。例如，该喷嘴可以产生具有扇形角θ在 90-120度之间的平头喷射图形。由喷涂系统公司(惠斯登，伊利诺斯)(Spraying Systems Co. (ffheaton, Illinois))以商标VEEJET所售卖的这种类型的喷嘴被发现在实际中可成功地工作。选择流经顶部淋洒器的喷嘴的节距和流速来与从支座阵列中的支座上的孔流出的流速相对应，目的是为了在玻璃片的一个或两个主表面的至少90%上获得基本上均勻的刻蚀。通常，对于上面所描述的类型的液体喷射支座，喷嘴之间的节距将在50-250毫米的范围内并优选在100-150毫米的范围内，例如大约115毫米。该节距大约为该液体喷射支座的孔的节距的两倍。对于设置在最上面的液体喷射支座上方大约180-200毫米处并且在玻璃片顶部边缘上具有大约500毫米的喷射长度的喷嘴，发现流速在1. 5-5. 0升/分钟/喷嘴，优选 2. 0-4. 0升/分钟/喷嘴，最优选3. 0-3. 5升/分钟/喷嘴时，在实际中对于刻蚀站中大约 40秒到60秒范围内的滞留时间能成功地工作，例如滞留时间为50秒的量级。因为来自喷嘴的喷射通常覆盖了对应10个支座孔的面积，这些喷嘴的流速通常对应于在200-500毫升 /分钟/孔范围内的孔流速，例如大约350毫升/分钟/孔。该从顶部淋洒器中流出的流速和从液体喷射支座中流出的流速因此具有相同的幅度量级，甚至在幅度上通常相当的接近。上述所描述的那些不同的流速当然可应用于本文中所公开的刻蚀技术的具体应用中。根据本发明，本领域技术人员很容易调整流速、滞留时间和相似参数以获得不同组成和尺寸的玻璃片的成功刻蚀。
C.刻蚀溶液可使用多种刻蚀溶液以增加玻璃的表面粗糙度。例如，在普通转让的美国专利 No. 5,851,366中所公开的类型的NaF/H3P04溶液可用于这一目的。实践中，可制备浓缩的 NaFM3PO4溶液(例如0. 08M的NaF和0. 4M的H3PO4溶液)并在使用之前预先用去离子水稀释(例如按4 5比率将NaFM3PO4加入水中)。大多数情况下，玻璃片的两面都被刻蚀，因此在使用时刻蚀溶液被提供给所有的液体喷射支座，也可以提供到顶部淋洒器。在一些情况下，可能希望只刻蚀一面。当刻蚀站只使用液体喷射支座而不包括顶部淋洒器时，可通过将刻蚀溶液提供到面对着玻璃片的要被刻蚀的面的支座以实现单面刻蚀，而非刻蚀液体，例如水，被提供给相对的支座。相似地， 当该刻蚀站将液体喷射支座与顶部淋洒器结合在一起使用时，刻蚀溶液被提供到面对着玻璃片的要被刻蚀的面的支座以及该顶部淋洒器，而非刻蚀溶液被提供给另一面(第二面) 的支座。因为刻蚀溶液被提供给了顶部淋洒器，所以将在该第二面产生一些少量的刻蚀，但是这通常是可被接受的。该非刻蚀溶液，和刻蚀溶液一样，可包括一种或多种添加剂，例如杀虫剂，以防止在进行循环操作的情况下产生细菌。在离开刻蚀站之后，可利用高和/或低压力的水喷射清洗玻璃片，然后在下一步的例如检修和封装的工序之前，预先空气干燥。
D.熔融工艺如上所述，本发明的刻蚀系统对通过熔融工艺制造的玻璃基板具有特殊的价值， 因为该工艺生产的玻璃片具有异常光滑的表面。如本领域已知的，熔融工艺是用于生产片状玻璃的基础技术。例如参见 Varshneya, Arun K.所著的“平板玻璃”(无机玻璃的基本原理，Academic Press公司， Boston，1994，第20章，第4.2节.，534440)。与本领域已知的例如漂浮和狭槽提取工艺的其它工艺相比，熔融法生产了具有超高平坦度和超高光滑度的玻璃片。因此，熔融工艺在用于液晶显示器(LCD)的制造中的玻璃基板的生产中变得特别的重要。该熔融工艺，尤其是溢出向下提取的熔融工艺，是授予Muart M. Dockerty的普通转让的美国专利No. 3338696和3682609的内容。图19示出了这些专利的该工艺的示意图。 如本文所述，该系统包括供给管59，其将熔融的玻璃提供给收集槽51，该收集槽51形成在耐熔体53中，该耐熔体53被称作为“同等管”。一旦达到了稳定态工作，熔融玻璃从供给管到槽传递并接着在槽的两边的顶部溢出，因此向下并接着沿着该同等管的外表面向内流而形成了两个玻璃片。该两个玻璃片在该同等管的底部或根部阳相会，在此它们融合在一起而形成单个玻璃片。该单个玻璃片然后被提供给提取设备(用列57图示性地代表)，其通过在该玻璃片被从根部提取时的速度来控制玻璃片的厚度。该提取设备被很好地设置在根部的下游以使得该单个玻璃片被冷却以及在将要与该设备接触之前变硬。根据下面提出的产品权利要求，应注意通过熔融工艺制造的玻璃片能够与通过其它的例如漂浮或者狭槽提取工艺制造的玻璃片区分开来，因为熔融玻璃具有熔融线，在此具有沿着同等管(形成结构)的外表面传递的两个玻璃片相会并结合在一起。因此，尽管本文中所公开的刻蚀装置和方法可以使用通过其它工艺制得的玻璃片，当在通过熔融工艺制得的玻璃片上使用时，所得到的产品可以通过(1)确定表面粗糙度(例如利用产品的主表面的原子力显微镜照片(AFM)，和(2)观察存在熔融线的产品的边缘来识别。具体地说，使用本文中公开的技术，所提供的通过熔融工艺制造的玻璃片为至少 Gen 8(即，该玻璃片的每一个主表面都具有至少5.0平方米的面积)并且通过原子力显微镜照片测定的至少一个主表面的在其中心部分的至少90% (以面积计)的平均表面粗糙度在0. 5-1. 1纳米的范围内(优选在0. 5-0. 9纳米的范围内，最优选在大约0.7纳米)。在一些实施方式中，玻璃片的两个主表面的平均表面粗糙度都在上述的范围内。通过例如在分布在玻璃片的整个表面上的不同的区域(例如IOOmmX IOOmm的面积)内按顺序采样五个点能够获得该表面粗糙度的平均值。作为一个例子中，该区域可以为设置在相对于Gen 10玻璃片的拐角((0,0)点)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对玻璃片总面积的30-40%的检查。当检查平均表面粗糙度的相同工序被施加到没有经过本文中所公开了的刻蚀处理的熔融玻璃时，该所测量的平均表面粗糙度的值在0. 2-0. 3纳米的范围内，而不是0. 5-1. 1纳米。除了它们的平均表面粗糙度值之外，使用本文中公开的技术刻蚀的熔融玻璃片也可根据它们的低差异性等级而特性化，具体地，根据它们平均表面粗糙度值的差异水平。可考虑内表面(在一个表面内)以及表面界面(不同玻璃片上的相应表面之间，例如在玻璃片的A面之间或B面之间)的值。因此，在一些实施方式中，在玻璃片的至少一个主表面的90%中部区域上平均表面粗糙度的内表面偏差小于或等于0. 05纳米(优选小于或等于 0. 04纳米，例如在0. 03-0. 04纳米的范围内)。在其它实施方式中，该玻璃片的两面的平均表面粗糙度的内表面偏差满足上述标准。在其它实施方式中，在玻璃片的至少一个主表面的90%中部区域上平均表面粗糙度表面界面偏差小于或等于0. 03纳米，而在其它实施方式中，对于平均表面粗糙度，玻璃片的两个表面都具有小于或等于0. 03纳米的表面界面偏差。以下的非限定性的实施例进一步说明了本文中的刻蚀技术。 实施例1
为了确定刻蚀工艺对玻璃片被施加刻蚀溶液的时间长度的相关性(即，玻璃片在刻蚀站中的滞留时间)而进行了试验。试验使用了温度为30°C的刻蚀溶液，4.2米/分钟的运输器速度，以及玻璃片在刻蚀站中为40、50和60秒的滞留时间。该刻蚀溶液通过混合 5份的去离子(DI)水与4份的0. 08MNaF+0. 4M H3PO4溶液而获得，并通过液体喷射支座和顶部淋洒器而被施加到玻璃片的顶部和两面上。流经顶部淋洒器的速度在3. 0-3. 5升/分钟 /喷嘴的范围内，而流经支座的孔的流速在125至300mL/分钟/孔的范围内，例如约200mL/ 分钟/孔。该刻蚀是在用康宁公司的EAGLE XGtmLCD玻璃制成的Gen 10玻璃片上实施。对于这三种滞留时间，平均表面粗糙度和内玻璃片标准偏差为
40 秒一0. 65士0. 089 纳米；50 秒一0. 69士0. 048 纳米；60 秒一0. 72士0. 067 纳米。该数据说明了在0. 5-1. 1纳米的范围内的所有的这些平均表面粗糙度值中的刻蚀工艺的坚固性，并甚至是在优选的0. 5-0. 9纳米的范围内。 实施例2为了确定刻蚀工艺对刻蚀溶液温度的相关性而进行了试验。试验使用了温度为 、33°C和38 °C的溶液，4. 2米/分钟的运输器速度，以及玻璃片在刻蚀站中为40秒的滞
留时间。该刻蚀溶液通过混合5份的去离子(DI)水与4份的0.08M NaF+0. 4M H3PO4溶液而获得，并通过液体喷射支座和顶部淋洒器而被施加到玻璃片的顶部和两面上。该刻蚀是在用康宁公司的EAGLE XGtmIXD玻璃制成的Gen 10玻璃片上实施的。流经顶部淋洒器的速度在3. 0-3. 5升/分钟/喷嘴的范围内，而流经支座的孔的流速在125至300mL/分钟/孔的范围内，例如约200mL/分钟/孔。结果如图20所示。从中可以看出，表面粗糙度实质上完全独立于温度。因为根据阿伦纽斯反应动力学(Arrhens reaction kinetics)，高的溶液温度将表现出高的表面粗糙度值，因此图20中的温度的不相关性令人惊奇。温度相关性的缺失意味着可选择系统的工作温度以满足其它的限制，例如与液体喷射支座之间的间距相关的限制，其中由于支座和它的支撑体结构的膨胀和收缩，间距将随着温度而变化。而且，温度的不相关性还意味着不必消耗能量来加热刻蚀溶液以获得高工作温度，这降低了基板制造过程的总成本。根据以上，可以看出通过使用流体支座设计可提供坚固的系统，并且在一些情况下，顶部淋洒器可使得在垂直或接近垂直的方向上对玻璃片进行化学处理而没有表面接触的应用得以实现。具体地，该系统避免了划痕、污染、以及使用辊向LCD玻璃的纯净表面进行化学溶液施加所产生的相类似的后果。不脱离本发明的主旨和精神的各种各样的改动对本领域技术人员根据本发明来说是显而易见的。以下的权利要求用于覆盖本发明的具体实施方式
以及这些实施方式的修改、变型和等效体。
表权利要求
1.一种在基本上垂直的方向上运输玻璃片并同时增加其至少一个主表面的表面粗糙度的方法，包括(a)提供移动运输器，该移动运输器构造为与玻璃片的底部边缘接触并以一运输速度移动该玻璃片；(b)提供多个非接触式支座，每个支座构造为从多个孔喷射液体；和(c)在从多个非接触式支座喷射液体时使玻璃片的底部边缘与移动的运输器接触并以所述运输速度移动该玻璃片；其中，该液体为刻蚀溶液，并且该方法包括从(i)设置在玻璃片的顶部边缘的上方的一个或多个非接触式支座，(ii)顶部淋洒器，或(iii)设置在玻璃片的顶部边缘的上方的一个或多个非接触式支座以及顶部淋洒器向玻璃片的顶部施加刻蚀溶液。
2.权利要求1所述的方法，其中，在所述支座的孔上从非接触式支座中的每一个喷射出刻蚀溶液的平均速率为125-300毫升/分钟/孔。
3.如权利要求1所述的方法，其中(i)顶部淋洒器向玻璃片的顶部施加刻蚀溶液；( )该顶部淋洒器包括多个喷嘴；以及(iii)在所述顶部淋洒器的所有喷嘴上从每个喷嘴喷射出刻蚀溶液的平均速率为 1.5-5.0升/分钟/喷嘴。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在与刻蚀溶液接触后，至少一个主表面在其中部至少90%的面积上的平均表面粗糙度在0. 5纳米至1. 1纳米的范围内。
5.如权利要求4所述的方法，其中，该至少一个主表面在其中部至少90%的面积上的内表面标准偏差小于或等于0. 05纳米。
6.一种用于在基本上垂直的方向上运输玻璃片并同时增加其至少一个主表面的表面粗糙度的装置，包括(a)移动运输器，该移动运输器构造为接触玻璃片的底部边缘并以一传输速度移动该玻璃片；(b)多个非接触式支座，每一个支座构造为喷射来自于多个孔的刻蚀溶液；和(c)顶部淋洒器，其设置在该多个非接触支座上并构造为向玻璃片的顶部施加刻蚀溶液。
7.如权利要求6所述的装置，其中，该顶部淋洒器包括多个喷嘴，每个喷嘴都产生了具有在90-120度的范围内的扇形角的平头喷射图形。
8.一种利用熔融工艺制造的玻璃片，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个都具有大于5平方米的面积，其中，该第一和第二主表面在其中部至少90% 的面积上的平均表面粗糙度在0. 5纳米至1. 1纳米范围内。
9.如权利要求8所述的玻璃片，其中，该第一和第二主表面的至少一个在中部至少 90%的面积上的平均表面粗糙度在0. 5纳米至0. 9纳米范围内。
10.如权利要求8或者9所述的玻璃片，其中，该第一和第二主表面的至少一个在其中部至少90%的面积上的表面粗糙度的内表面标准偏差小于或等于0. 05纳米。
全文摘要
本发明涉及活动玻璃片的非接触式刻蚀，公开了一种刻蚀柔性玻璃片(13)的方法及其装置，其中该玻璃片(13)以垂直或接近垂直的方向被运输通过非接触式液体喷射支座(3)，该液体喷射支座(3)将刻蚀溶液(例如NaF/H3PO4溶液)施加到玻璃片(13)的一面或两面。在一些实施方式中，最上端的液体喷射支座(3)在玻璃片(13)的顶部边缘的上方，因此能将刻蚀溶液施加到玻璃片的顶部。在其它的实施方式中，设置在该装置的上方并沿着其长度分布的包括一组喷射喷嘴(21)的顶部淋洒器(11)被用于向玻璃片(13)的顶部施加刻蚀溶液。使用本文中的方法及装置，通过熔融工艺生产的玻璃片(13)，其具有大于5平方米的面积和在0.5到1.1纳米范围内的表面粗糙度值。
文档编号C03C15/00GK102276155SQ201110134469
公开日2011年12月14日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年3月26日
发明者G·N·库德瓦, 中村吉弘, 山田哲三, 罗伟炜, 陈源禄 申请人:康宁股份有限公司