TW202106647A - 在高溫下用高濃度鹼金屬氫氧化物減少紋理化玻璃、玻璃陶瓷以及陶瓷製品之厚度的方法 - Google Patents
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Abstract
揭露一種修改基板的方法，包括蝕刻步驟，此蝕刻步驟包括使玻璃、玻璃-陶瓷、或陶瓷基板的一個或更多個主表面與溶液接觸20分鐘至8小時的時間段，以產生一個或更多個經蝕刻主表面，此溶液包括超過10重量百分比的一種或更多種鹼金屬氫氧化物，此溶液具有在100℃至150℃的範圍之內的溫度，在前述時間段內，基板在主表面之間具有以每小時2µm或更大的速率降低5µm至100µm的厚度。蝕刻步驟的溶液不包含氟化氫。蝕刻步驟的溶液的一種或更多種鹼金屬氫氧化物可為氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、或氫氧化鈉及氫氧化鉀兩者的組合。
Description
此申請案依據美國專利法第119條主張分別於2019年5月28日及2019年5月15日提交的美國臨時專利申請第62/853,460號及第62/ 848,215號之優先權，藉由引用方式將各自申請案的整體揭露內容併入本文中。
本揭露內容大致上涉及利用高濃度鹼金屬氫氧化物及高溫，以非HF程序蝕刻紋理化玻璃、玻璃-陶瓷、及陶瓷製品的方法。
玻璃、玻璃-陶瓷、及陶瓷基板通常用作如液晶顯示(LCD)螢幕、平板電腦、智慧型電話、OLED、及觸控螢幕等顯示裝置的前蓋及後蓋。由於此等基板之抗劃傷性、強度、及對各種液體及化學藥品的抵抗力，在此等應用中的此等基板具有優勢。另外，可增加基板的主表面的粗糙度(有時稱作「紋理化」)以在使用過程中改善觸感、改善抓握力、並減少指紋可見度。然而，在將主表面進行紋理化後，通常將此等紋理化表面與溶液(有時稱作「蝕刻劑」）接觸，此溶液有時會在被稱作「蝕刻」的程序中減少基板在紋理化表面處的厚度。將紋理化表面的蝕刻設計成恢復因對主表面的紋理化所可能造成的損害之基板的強度。然而，存在的問題是，典型的蝕刻程序使用處理成本高昂之氫氟酸(HF)、或使用已被證明以對於商業生產目的而言太慢的速率蝕刻紋理化表面之鹼性(高pH)溶液。
本揭露內容以蝕刻步驟解決此問題，此蝕刻步驟使用蝕刻溶液來蝕刻基板的紋理化表面，此溶液(a)含有(例如，10重量百分比或更高的)高濃度鹼金屬氫氧化物且(b)具有(例如，100°C或更高的)高溫。高濃度及高溫加乘地增加溶液蝕刻基板的紋理化表面的速率，此手段足以適合工業生產目的。雖然高濃度及高溫可能有利於紋理化及蝕刻所需的玻璃基板表面，且隨後在陶瓷化步驟中將玻璃基板轉換成玻璃-陶瓷基板，高濃度及高溫加乘地增加溶液蝕刻甚至玻璃陶瓷板的速率。蝕刻溶液可進一步包含添加劑以進一步增加溶液蝕刻基板的紋理化表面的速率。進一步地，經由調整溶液中鹼金屬氫氧化物的濃度及溶液的溫度，可調節蝕刻溶液蝕刻基板的紋理化表面的速率。
根據第一態樣，一種修改基板的方法，包括：蝕刻步驟，此蝕刻步驟包括使玻璃、玻璃-陶瓷、或陶瓷基板的一個或更多個主表面與蝕刻溶液接觸20分鐘至8小時的時間段，以產生一個或更多個經蝕刻主表面，蝕刻溶液包括超過10重量百分比的一種或更多種鹼金屬氫氧化物，蝕刻溶液具有在100℃至150℃的之範圍內的溫度，在前述時間段內，基板在主表面之間具有以每小時2µm或更大的速率降低5µm至100µm的厚度。
根據第二態樣，提供了第一態樣，此方法進一步包括：在蝕刻步驟之前發生的紋理化步驟，此紋理化步驟包括增加基板的一個或更多個主表面的表面粗糙度(Ra
)，以產生一個或更多個紋理化主表面，且蝕刻步驟包括使一個或更多個紋理化主表面與蝕刻溶液接觸。
根據第三態樣，提供了第二態樣，其中，增加表面粗糙度(Ra
)包括藉由加壓氣體發射的顆粒噴擊一個或多個主表面。
根據第四態樣，提供了第一至第三態樣中任一者，其中，基板為玻璃基板；且此方法進一步包括陶瓷化步驟，此陶瓷化步驟發生在蝕刻步驟之後，包括將玻璃基板陶瓷化成玻璃-陶瓷基板。
根據第五態樣，提供了第一至第三態樣中任一者，其中基板為玻璃-陶瓷基板。
根據第六態樣，提供了第一至第五態樣中任一者，其中蝕刻溶液不包括氟化氫。
根據第七態樣，提供了第一至第六態樣中任一者，其中，蝕刻溶液進一步包括鹼金屬磷酸鹽、鹼金屬碳酸鹽、及螯合劑中的一種或更多種。
根據第八態樣，提供了第一至第七態樣中任一者，其中，蝕刻溶液進一步包括Na3
PO4
及EDTA中的一種或更多種。
根據第九態樣，提供了第一至第八態樣中任一者，其中，蝕刻溶液中的一種或更多種鹼金屬氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、或氫氧化鈉及氫氧化鉀兩者的組合。
根據第十態樣，提供了第一至第九態樣中任一者，其中在蝕刻步驟之前的基板的厚度為50μm至5mm。
根據第十一態樣，提供了第一至第九態樣中任一者，其中在蝕刻步驟之前的基板的厚度為500μm至1.1mm。
根據第十二態樣，提供了第一至第十一態樣中任一者，其中，蝕刻溶液的一種或更多種鹼金屬氫氧化物為氫氧化納(NaOH)。
根據第十三態樣，提供了第一至第三態樣中任一者，其中基板為玻璃-陶瓷基板，且蝕刻溶液包括30至50重量百分比的NaOH，且蝕刻溶液的溫度為115℃至133℃。
根據第十四態樣，提供了第一至第三態樣中任一者，其中基板為玻璃基板，且蝕刻溶液包括30至50重量百分比的NaOH，且蝕刻溶液的溫度為115℃至133℃。
根據第十五態樣，一種製作玻璃-陶瓷基板的方法，包括：紋理化步驟，此紋理化步驟包括增加玻璃基板的一個或更多個主表面的表面粗糙度(Ra
)，以產生一個或更多個紋理化主表面；蝕刻步驟，此蝕刻步驟包括使玻璃基板的一個或更多個紋理化主表面與蝕刻溶液接觸20分鐘至8小時的時間段，以產生一個或更多個經蝕刻主表面，此蝕刻溶液包括超過10重量百分比的一種或更多種鹼金屬氫氧化物，此蝕刻溶液具有在100℃至150℃的範圍之內的溫度，在前述時間段內，基板在主表面之間具有以每小時0.5µm或更大的速率降低5µm至100µm的厚度；及陶瓷化步驟，包括將玻璃基板陶瓷化成一玻璃-陶瓷基板。
根據第十六態樣，提供了第十五態樣，其中增加表面粗糙度(Ra
)包括藉由加壓氣體發射的顆粒噴擊一個或多個主表面。
根據第十七態樣，提供了第十五至第十六態樣中任一者，其中蝕刻溶液不包括氟化氫。
根據第十八態樣，提供了第十五至第十七態樣中任一者，其中蝕刻溶液進一步包括鹼金屬磷酸鹽、鹼金屬碳酸鹽、及螯合劑中的一種或更多種。
根據第十九態樣，提供了第十五至第十八態樣中任一者，其中蝕刻溶液進一步包括Na3
PO4
及EDTA中的一種或更多種。
根據第二十態樣，提供了第十五至第十九態樣中任一者，其中蝕刻溶液的一種或更多種鹼金屬氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、或氫氧化鈉及氫氧化鉀兩者的組合。
根據第二十一態樣，提供了第十五至第二十態樣中任一者，其中在蝕刻步驟之前的基板的厚度為50μm至5mm。
根據第二十二態樣，提供了第十五至第二十態樣中任一者，其中在蝕刻步驟之前的基板的厚度為500μm至1.1mm。
根據第二十三態樣，提供了第十五至第二十態樣中任一者，其中，蝕刻溶液的一種或更多種鹼金屬氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)。
根據第二十四態樣，提供了第十五至第十六態樣中任一者，其中基板為玻璃-陶瓷基板，且蝕刻溶液包括30至50重量百分比的NaOH，且蝕刻溶液的溫度為115℃至133℃。
根據第二十五態樣，提供了第十五至第十六態樣中任一者，其中基板為玻璃基板，且蝕刻溶液包括30至50重量百分比的NaOH，且蝕刻溶液的溫度為115℃至133℃。
根據第二十六態樣，一種修改基板的方法，包括：紋理化步驟，此紋理化步驟包括增加玻璃、玻璃陶瓷以及陶瓷基板的一個或更多個主表面的表面粗糙度(Ra
)，以產生一個或更多個紋理化主表面；及蝕刻步驟，此蝕刻步驟包括使紋理化主表面與蝕刻溶液接觸20分鐘至8小時之時間段，以產生一個或更多個經蝕刻主表面，蝕刻溶液包括超過10重量百分比的一種或更多種鹼金屬氫氧化物，蝕刻溶液具有在100°C至150°C的範圍之內的溫度，在前述時間段內，基板在主表面之間具有以每小時0.5µm或更大的速率降低5µm至100µm的厚度。
根據第二十七態樣，提供了第二十六態樣，其中，基板為玻璃基板；且此方法進一步包括陶瓷化步驟，此陶瓷化步驟發生在蝕刻步驟之後，包括將玻璃基板陶瓷化成玻璃-陶瓷基板。
根據第二十八態樣，提供了第二十六至第二十七態樣中任一者，其中蝕刻步驟之蝕刻溶液進一步包括鹼金屬磷酸鹽、鹼金屬碳酸鹽、及螯合劑中的一種或更多種。
根據第二十九態樣，提供了第二十六至二十八態樣中任一者，其中增加表面粗糙度(Ra
)包括藉由加壓氣體發射的顆粒噴擊一個或多個主表面。
根據第三十態樣，提供了第二十六至二十八態樣中任一者，其中蝕刻溶液的一種或更多種鹼金屬氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、或氫氧化鈉及氫氧化鉀兩者的組合。
根據第三十一態樣，提供了第二十六至第三十態樣中任一者，其中在蝕刻步驟之前的基板的厚度為50μm至5mm。
根據第三十二態樣，提供了第二十六至第三十態樣中任一者，其中在蝕刻步驟之前的基板的厚度為500μm至1.1mm。
根據第三十三態樣，提供了第二十六至三十一態樣中任一者，其中蝕刻溶液的一種或更多種鹼金屬氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)。
根據第三十四態樣，提供了第二十六態樣，其中基板為玻璃-陶瓷基板，且蝕刻溶液包括30至50重量百分比的NaOH，且蝕刻溶液的溫度為115℃至133℃。
根據第三十五態樣，提供了第二十六態樣，其中基板為玻璃基板，且蝕刻溶液包括30至50重量百分比的NaOH，且蝕刻溶液的溫度為115℃至133℃。
其他特徵與優勢將於本文隨後的詳細闡述（包含隨後的實施方式、申請專利範圍、以及隨附圖式）中予以闡述，且對於熟習此項技術領域者而言可由實施方式之敘述，或者藉由實踐此揭露書所述而輕易地認識到此等其他特徵與優勢。
應當理解，前述一般性敘述以及隨後的實施方式呈現的實施例僅為範例性的，並且企圖提供概述或框架以理解依揭露內容所請求的性質與特性。
本文所含的隨附示意圖提供對揭露內容的進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書的一部分。附圖示意了一或多個實施例，並且藉由範例用於與描述內容共同解釋此等實施例的原理及操作。應當理解，本說明書及附圖中揭露的揭露內容的各種特徵可在任何組合及所有組合使用。藉由非限制性範例，根據以下態樣，本揭露內容的各種特徵可彼此組合。
在以下詳細描述中，出於解釋而非限制的目的，闡述了揭露具體細節的示例性實施例，以提供對本揭露內容的各種原理的透徹理解。然而，對於本領域技藝者而言，顯然地受益於本揭露內容，本揭露內容可在與本揭露內容不同的具體細節的其他實施例中實踐。此外，可省略對眾所周知的裝置、方法、及材料的描述，以免混淆本揭露內容的各種原理的描述。最後，在適用的地方，類似的參考數字表示相同的元件。
現在參考圖1至3，在此描述修改基板12的方法10。藉由方法10所修改的基板12包含主表面14、16，在主表面14、16之間延伸的側表面18a、18b..18n，及藉由主表面14、16所限制的厚度20。在實施例中，主表面14、16至少近似為平面、彼此平行、且面向大致相反的方向。在其他實施例中，主表面14、16不平行。無論如何，厚度20為兩個主表面14、16之間的最短直線距離，如延伸通過基板12的近似中心點「x」的線22。基板12具有靠近基板12中心點「x」並包含基板12的近似中心點「x」的整體成分。
在實施例中，基板12為玻璃基板、玻璃-陶瓷基板、或陶瓷基板。術語「玻璃基板」、「玻璃-陶瓷基板」、及「玻璃-陶瓷基板」以其最廣義概念使用，分別包含具有玻璃、玻璃-陶瓷、及陶瓷成分的任何基板。在實施例中，作為玻璃基板或玻璃-陶瓷基板的基板12為可離子交換的。為了可離子交換，基板12包含基質及在基質之內的諸如鹼金屬離子(例如，鋰離子、鈉離子)的金屬離子，此等金屬離子能擴散出基質並進入離子交換介質之中，與諸如鹼金屬離子(通常較大，如鉀離子)的金屬離子從離子交換介質同時擴散到基質之中。
在實施例中，基板12為玻璃基板，具有約40莫耳百分比(mol%)至80mol%的二氧化矽及一種或多種其他組成（如氧化鋁、氧化鈣、氧化鈉、氧化硼等）餘量的整體成分。在實施例中，基板12為選自由以下各者所組成的群組之玻璃基板：鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃、及磷矽酸鹽玻璃。在實施例中，基板12為選自由以下各者所組成的群組之玻璃基板：鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃、磷矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃、及鹼金屬鋁硼矽酸鹽玻璃。
在實施例中，基板12為玻璃基板，特別是鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃基板，其整體成分包括氧化鋁、至少一種鹼金屬及、在一些實施例中，大於50mol%的SiO2
、在其他實施例中，至少58mol%的SiO2
、及在又其他實施例中，至少60mol%的SiO2
，其中比值(Al2
O3
(mol%)+B2
O3
(mol%))/∑鹼金屬改性劑(mol%)＞1，而改性劑為鹼金屬氧化物。在特別實施例中，基板12在整體之內具有的成分包括、大致上由以下組成、或由以下組成：約58mol%至72mol%的SiO2
；約9mol%至17mol%的Al2
O3
；約2mol%至12mol%的B2
O3
；約8mol%至16mol%的Na2
O；及0mol%至4mol%的K2
O，其中比值(Al2
O3
(mol%)+B2
O3
(mol%))/∑鹼金屬改性劑(mol%)＞1，而改性劑為鹼金屬氧化物。
在其他特別實施例中，基板12具有的整體成分包括、大致上由以下組成、或由以下組成：約61mol%至約75mol%的SiO2
；約7mol%至約15mol%的Al2
O3
；0mol%至約12mol%的B2
O3
；約9mol%至約21mol%的Na2
O；0mol%至約4mol%的K2
O；0mol%至約7mol%的MgO；及0mol%至約3mol%的CaO。
在其他特別實施例中，基板12具有的整體成分包括、主要由下列所組成、或由下列所組成：約60mol%至約70mol%的SiO2
；約6mol%至約14mol%的Al2
O3
；0mol%至約15mol%的B2
O3
；0mol%至約15mol%的Li2
O；0mol%至約20mol%的Na2
O；0mol%至約10mol%的K2
O；0mol%至約8 mol%的MgO；0mol%至約10mol%的CaO；0mol%至約5mol%的ZrO2
；0mol%至約1mol%的SnO2
；0mol%至約1mol%的CeO2
；少於約50ppm的As2
O3
；及少於約50ppm的Sb2
O3
；其中12mol%≦Li2
O+Na2
O+K2
O≦20mol%及0mol%的≦MgO+Ca≦10mol%。
在其他特別實施例中，基板12具有的整體成分包括、主要由下列所組成、或由下列所組成：約64mol%至約68mol%的SiO2
；約12mol%至約16mol%的Na2
O；約8mol%至約12mol%的Al2
O3
；0mol%至約3mol%的B2O3；約2mol%至約5mol%的K2
O；約4mol%至約6mol%的MgO；及0mol%至約5mol%的CaO，其中：66mol%≦SiO2
+B2
O3
+CaO≦69mol%；Na2
O+K2
O+B2
O3
+MgO+CaO+SrO＞10mol%；5mol%≦MgO+CaO+SrO≦8mol%；(Na2O+B2O3)—Al2O3≦2mol%；2mol%≦Na2
O—Al2
O3
≦6mol%；及4mol%≦(Na2
O+K2
O)—Al2
O3
≦10mol%。
在其他實施例中，基板12具有的整體成分包括SiO2
、Al2O3、P2
O5
、及至少一種鹼金屬氧化物(R2
O)，其中0.75＞[(P2
O5
(mol%)+R2
O(mol%))/M2
O3
(mol%)]≦1.2，其中M2
O3
═Al2
O3
+B2
O3
。在一些實施例中，[(P2
O5
(mol%)+R2
O(mol%))/M2
O3
(mol%)]=1及、在一些實施例中，玻璃不包含B2
O3
且M2
O3
═Al2
O3
。在其他實施例中，基板12具有的整體成分包括：約40至約70mol%的SiO2
；0至約28mol%的B2
O3
；約0至約28mol%的Al2
O3
；約1至約14mol%的P2
O5
；及約12至約16mol%的R2
O。在其他實施例中，基板12具有的整體成分包括：約40至約64mol%的SiO2
；0至約8mol%的B2
O3
；約16至約28mol%的Al2
O3
；約2至約12mol%的P2
O5
；及約12至約16mol%的R2
O。在其他實施例中，基板12具有的整體成分包括至少一種鹼土金屬氧化物，如，但不限於，MgO或CaO。
在其他實施例中，基板12具有的整體成分大致上不含鋰；即，整體之內的成分包括小於1mol％的Li2
O、及，在其他實施例中，小於0.1mol％的Li2
O及、在其他實施例中，0.01mol％的Li2
O、及在又其他實施例中，0mol％的Li2
O。在一些實施例中，此等成分不含砷、銻、及鋇中的至少一種；即，整體成分少於1mol％、及，在其他實施例中，少於0.1mol％、及在又其他實施例中，0mol％的As2
O3
、Sb2
O3
、及/或BaO。
在實施例中，基板12為玻璃-陶瓷基板。適用的玻璃-陶瓷基板的範例包含Li2
O-Al2
O3
-SiO2
系統(即，LAS系統)玻璃-陶瓷、MgO-Al2
O3
-SiO2
系統(即，MAS-系統)玻璃-陶瓷、及/或包含主要晶相的陶瓷包括β-石英固體溶液、β-鋰輝石ss、堇青石、及二矽酸鋰的玻璃-陶瓷。晶相可包含單晶，其亦可包含Al2
O3
。此單晶相基板稱作藍寶石。用於結晶基板的其他適用的材料包含多晶氧化鋁層及/或尖晶石(MgAl2
O4
)。
在實施例中，基板12的厚度20為50μm至5mm。厚度20的適用範例在50µm至500µm的範圍之內，如50µm、100µm、200µm、300µm、400µm、及500µm。厚度20的進一步適用範例落在500µm至1.1mm的範圍之內，如500µm、600µm、700µm、800µm、900µm、1 mm、及1.1mm。基板12的厚度20可大於1.1mm、如2mm、3mm、4mm、及5mm。
再參照圖1，在實施例中，方法10包含紋理化步驟24。紋理化步驟24包括增加基板12一個或更多個主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)，以產生一個或更多個紋理化主表面14、16。決定表面的表面粗糙度(Ra
)的一種方法為獲取表面的輪廓，此輪廓顯示出界定輪廓的各種峰26(亦稱作凹凸)及谷28，如圖3所示意，為基板12區域的二維切片。二維切片可具有長度30。生成平均線32(亦稱作中心線)。平均線32為藉由計算代表主表面14沿長度30的每個數據點(n)的加權平均值，獲致在此線以上的面積和以下的面積相等而生成之直線。隨後決定沿著長度30的每個代表表面的數據點與平均線32的垂直距離(yi
)34。數據點(n)等距分佈。表面粗糙度(Ra
)為此等垂直距離(yi
)34的絕對值的算術平均值。下文緊隨的為使用此等變異數的表面粗糙度(Ra
)等式。
實際上，可使用干涉儀，如ZYGO®Corporation(美國康涅狄格州，Middlefield)製造的ZYGO®NEWVIEW 7300 Optical Surface Profiled，來決定表面粗糙度(Ra
)。
在方法10的紋理化步驟24之後，基板12的一個或更多個紋理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)大於在紋理化步驟24之前的表面粗糙度(Ra
)。在實施例中，在紋理化步驟24之後，一個或更多個紋理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)在5nm至1μm的範圍之內。在實施例中，在紋理化步驟24之後，一個或更多個紋理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)在500nm至1μm的範圍之內。在實施例中，在紋理化步驟24之後，一個或更多個紋理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)在500nm至10000 nm、500nm至5000nm、或500nm至2500nm的範圍之內。在實施例中，在紋理化步驟24之後，一個或更多個紋理化主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)為500nm、600 nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1250nm、1500nm、1750nm、2000nm、2250nm、2500nm、2750nm、3000nm、4000nm、5000nm、或10000nm、或介於任何此等值之間的範圍之內。
可藉由多種程序增加一個或更多個主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)。舉例而言，基板12的一個或更多個主表面14、16可用由壓縮氣體(例如，空氣)發射的顆粒進行噴擊，此程序通常稱為砂噴擊或砂礫噴擊。在實施例中，顆粒具有在15µm至100µm的範圍之內的直徑。在實施例中，顆粒具有在200至500粒度的範圍之內的粒度。在實施例中，壓縮空氣的壓力在10psi至100psi的範圍之內，且在實施例中，在20psi至90psi的範圍之內。在實施例中，顆粒包括碳化矽或氧化鋁(Al2
O3
)。在實施例中，基板12的一個或更多個主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)的增加係藉由單次噴擊主表面14所達成。在其他實施例中，基板12的一個或更多個主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)的增加係藉由多次噴擊一個或更多個主表面14、16所達成。在實施例中，壓縮氣體發射的顆粒具有每68秒12英寸的流速。
方法10進一步包括蝕刻步驟36。蝕刻步驟36包括使基板12的一個或更多個紋理化主表面14、16與蝕刻溶液接觸20分鐘至8小時之時間段，以產生一個或更多個經蝕刻主表面14、16。蝕刻溶液包括超過10重量百分比的一種或多種鹼金屬氫氧化物。在實施例中，溶液為一種水性溶液，此水性溶液包括溶解在水中(如去離子水)超過10重量百分比的一個或更多個鹼金屬氫氧化物。在實施例中，蝕刻溶液具有在100°C至150°C範圍之內的溫度。由於蝕刻溶液接觸一個或更多個紋理化主表面14、16，因此，在蝕刻步驟36的時間段內，紋理化表面14、16之間具有以每小時0.5µm或更大的速率降低5µm至100µm的厚度20。在蝕刻步驟36之前的基板12的厚度20可使用千分尺沿著線22通過基板12的近似中心點「x」量測。如下文所述，方法10在蝕刻步驟期間降低基板12的厚度20。
在實施例中，鹼金屬氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、或氫氧化鈉及氫氧化鉀兩者的組合。若執行了紋理化步驟24，則在蝕刻步驟36之前執行紋理化步驟24。
「接觸」或類似術語係指可能致使至少一個被觸碰到實體發生物理變化、化學變化、或兩者的緊密物理接觸。接觸基板12的一個或更多個紋理化主表面14、16可涉及，舉例而言，使用蝕刻溶液進行選擇性的部分或完全浸漬、噴射、浸入、及類似處理、或多種處理的組合。在實施例中，經由將溶液噴射到一個或更多個紋理化主表面14、16之上，使蝕刻溶液與一個或更多個紋理化主表面14、16接觸。在實施例中，經由將基板12浸入到容納溶液(例如，浸浴)的容器中，使蝕刻溶液與一個或更多個紋理化主表面14、16接觸。若需要一個或更多個紋理化主表面14、16中的一個或更多個主表面不與溶液接觸，則在基板12與溶液接觸之前，可將保護塗層放置(如，黏著)在此等表面之上。保護塗層可為不溶性的無孔塗層，如丙烯酸蠟，或具有黏著劑層(舉例而言，丙烯酸、矽酮、及類似黏著劑材料)的層壓膜，或其等之組合。施加塗層的方法可包含，舉例而言，刷塗、軋製、噴射、層壓、及類似方法。不可溶的無孔保護塗層在與蝕刻溶液接觸後可倖存，且在蝕刻步驟36的時間段結束後可很容易地被去除。可使用任何適用方法，如使保護塗層與溶解性液體接觸、加熱塗層使其液化並排出、及類似的方法及材料，或其等之組合，達成保護塗層的去除。
紋理化步驟24會造成瑕疵、次表面缺陷、及其他裂紋引發特徵，從而減少基板12的強度。蝕刻步驟36減少在紋理化步驟24期間產生的缺陷的存在及程度。因此，在蝕刻步驟36之後，基板12具有的強度可等於或略小於在紋理化步驟24之前的基板12的強度。可藉由多種方式決定強度，如根據ASTM C-1499-15標準測試方法對高級陶瓷在環境溫度下的單調等雙軸彎曲強度進行「環上環測試(Ring-on-Ring Test)」，此方法預測環上環形(「ROR」)峰值故障負載的概率故障。
在實施例中，預定在蝕刻步驟36期間欲實現的在一個或更多個紋理化主表面14、16之間的厚度20的目標降低量。舉例而言，若在紋理化步驟24期間僅將主表面14紋理化，則可預定使此紋理化主表面14與蝕刻溶液接觸，以將基板12的厚度20降低5µm至40µm(如10µm至30µm、或20µm)。作為另一個範例，若兩個主表面14、16在紋理化步驟24期間均被紋理化，則可預定使兩個紋理化主表面14、16與溶液接觸，以將基板12的厚度20降低10µm至80µm(如20µm至60µm、或30µm至50µm、或40µm)。無論如何，在實施例中，厚度20的預定目標減少量足以將基板12的強度恢復到可接受的程度，如(使基板12的)強度等於或略小於在紋理化步驟24之前的基板12的強度。用以恢復基板12強度之厚度20的最低減少量，可與被決定為可接受的強度相關。然後可藉由反複試誤，試驗性地決定厚度的最低減少量。舉例而言，21µm的厚度20減少量可能不足以恢復基板12的強度，但25µm的厚度20減少量可能足以恢復基板12的強度。
在實施例中，預定蝕刻溶液接觸基板12的一個或更多個紋理化主表面14、16的時間段。舉例而言，製造限制可能會將時間段限制為8小時、於4小時與8小時之間、於2小時與4小時之間、或其他一些時間段。在蝕刻步驟36期間符合需求的厚度20的小量降低可能需要較短的時間段，如在20分鐘至1小時之間，或在30分鐘至45分鐘之間。在實施例中，選擇的時間段所提供之減少厚度20的速率，快到足以在商業上可行，但又要慢到足以能夠在所需的容許偏差之內再現。舉例而言，若基板12的厚度20的目標降低量為20µm，且若蝕刻溶液以每小時5µm的速率減少厚度20，則時間段將為4小時，此速率在商業上被視為可行的，且慢到足以在所需的容許偏差範圍之內再現。舉例而言，若基板12的厚度20的目標降低量為20µm，且若蝕刻溶液以每小時600µm的速率減少厚度20，則時間段將為2分鐘，此速率在商業上可能被視為快到可用於商業製造目的，但卻太快以致無法在所需的容許偏差範圍之內再現。在實施例中，厚度20在蝕刻步驟36期間的降低速率為至少每小時2μm，如至少每小時5μm。在實施例中，厚度20在蝕刻步驟36期間的降低速率為2μm/hr、3μm/hr、4μm/hr、5 μm/hr、10μm/hr、15μm/hr、20μm/hr、30μm/hr、40μm/hr、50μm/hr、60μm/hr、70μm/hr、80μm/hr、90μm/hr、100μm/hr、及介於其中任何兩個值之間，如每小時2µm至每小時50µm、每小時4µm至每小時50µm、每小時5µm至每小時50µm、每小時4µm至每小時40µm、每小時5µm至每小時30µm等的範圍之內。
即使如玻璃-陶瓷基板及陶瓷基板的基板12對液體蝕刻相對地抗蝕，在100℃至150℃範圍之內的溫度下，包括超過10重量百分比的一種或更多種鹼金屬氫氧化物之溶液所提供的基板12的厚度20的減少速率，高到足以在商業生產上施行。一般而言，一種或更多種鹼金屬氫氧化物的重量百分比越高，且蝕刻溶液在100℃至150℃的範圍之的溫度越高，則基板12的厚度20的減少速率越高。
令人意外的是，在蝕刻溶液中的一種或更多種鹼金屬氫氧化物的重量百分比與蝕刻溶液的溫度具有加乘作用。蝕刻溶液中一種或更多種鹼金屬氫氧化物的濃度越高，溶液的沸點越高，且因此蝕刻溶液可達到的溫度越高。蝕刻溶液的溫度越高，基板12的厚度20減少的速率越大。進一步地，在蝕刻溶液中一種或更多種鹼金屬氫氧化物的濃度越高，一種或更多種鹼金屬氫氧化物就越容易與基板12的一個或更多個紋理化主表面14、16相互作用，以減少基板12的厚度。因此，在蝕刻溶液中較高濃度的一種或更多種鹼金屬氫氧化物的濃度因此同時(1)增加基板12的厚度20的減少速率，且(2)增加蝕刻溶液的沸點使蝕刻溶液在不沸騰的前提下處於較高的溫度，這進一步增加基板12的厚度20減少的速率。迄今為止，玻璃-陶瓷或陶瓷基板對於非HF濕法蝕刻技術的抵抗力太強，以至於在商業上不可行，故當基板12為玻璃-陶瓷或陶瓷基板時，這種雙重且加乘作用的發現對於減少基板12的厚度20特別有益。
具有在100°C至150°C範圍之內的溫度之蝕刻溶液對於解決上述問題很重要。若蝕刻溶液的溫度低於100°C，則蝕刻溶液將不會以快到足以商業上可實施的速率減少商減少基板12的厚度20，尤其為當基板12是玻璃-陶瓷基板或陶瓷基板時。若蝕刻溶液的溫度高於150°C，則在基板12的厚度20充分減少之前，蝕刻溶液會沸騰並蒸發。
蝕刻溶液包括超過10重量百分比的一種或更多種鹼金屬氫氧化物，對於解決上述問題亦很重要。若此蝕刻溶液具有小於10重量百分比的一種或更多種鹼性金屬氧化物，則無論蝕刻溶液的溫度為何，蝕刻溶液減少基板12的厚度的速率可能不足以用於商業生產目的。一種或更多種鹼金屬氫氧化物的濃度上限主要受一種或更多種鹼金屬氫氧化物在蝕刻溶液溫度下的溶解度所限制。在實施例中，蝕刻溶液包括一種濃度為10重量百分比(wt.%)、15wt.%、20wt.%、25wt.%、30wt.%、35wt.%、40wt.%、45wt.%、50wt.%、55wt.%、60wt.%、及其中兩個濃度之間的濃度範圍，如10wt.%至50wt.%、15wt.%至50wt.%、15wt.%至40wt.%、10wt.%至40wt.%、20wt.%至50wt.%、25wt.%至40wt.%、等等。在一些實施例中，基板12為玻璃-陶瓷基板，且蝕刻溶液包括30至50重量百分比的NaOH，且蝕刻溶液的溫度為115℃至133℃。在一些實施例中，基板12為玻璃基板，且蝕刻溶液包括30至50重量百分比的NaOH，且蝕刻溶液的溫度為115℃至133℃。
在時間段結束時，使蝕刻溶液不再接觸基板12。舉例而言，若藉由將基板12浸入到蝕刻溶液的浴槽中使基板12與蝕刻溶液接觸，則將基板12從浸浴中移出。然後可用水(如去離子水)沖洗基板12並乾燥。
蝕刻溶液在蝕刻步驟36期間已減少基板12的厚度20之後，為了決定基板12的厚度20，將在蝕刻步驟36之前的基板12的質量與在蝕刻步驟36之後的基板12的質量進行比較。基板12的厚度20的降低與基板12在質量上的降低成比例。舉例而言，若在蝕刻步驟36之前基板12的厚度20為1mm(「起始厚度」)，且在蝕刻步驟36之前基板12的質量為10克(「起始質量」)，且在蝕刻步驟36之後基板12的質量為9克(「最終質量」)，則從等式(1)計算出在蝕刻步驟36期間厚度20的降低量(「Δ厚度」)為100µm(0.1mm)：
根據下文的等式(2)，計算在蝕刻步驟36期間厚度20的降低速率，為：
繼續(說明此)範例，因此若蝕刻步驟36的蝕刻時間為1小時，則蝕刻速率為0.1mm/1hr＝0.1mm/hr或100μm/hr。蝕刻步驟36可致使基板12的厚度20變化。因此，根據基板12在質量上的變化來計算厚度20，可在蝕刻步驟36之後提供更準確之厚度20的決定(結果)。與溶液接觸的非主表面(如裸露的側面18a、18b、... 18n)的表面積相比，與溶液蝕刻接觸的一個或更多個紋理化表面的表面積越大，使用所量測的基板20在質量上的變化所得厚度20的決定(結果)的準確性越高。
在實施例中，蝕刻溶液進一步包括鹼金屬磷酸鹽、鹼金屬碳酸鹽、及螯合劑中的一種或更多種。當作為「添加劑」添加到蝕刻溶液中時，此等成分增加蝕刻溶液減少基板12的厚度20的速率。在實施例中，鹼金屬磷酸鹽、鹼金屬碳酸鹽、及螯合劑的一種或更多種在蝕刻溶液中的濃度為0.1重量百分比至20重量百分比、0.1重量百分比至15重量百分比、0.1重量百分比到10重量百分比、0.1重量百分比到5重量百分比、或1.5重量百分比至5.5重量百分比的範圍之內。根據一個實施例，鹼金屬磷酸鹽為具有鈉及鉀離子的無機正磷酸鹽或焦磷酸鹽中的一種或更多種，包含但不限於，磷酸鈉如Na3
PO4
及Na4
P2
O7
、及磷酸鉀如K3
PO4
及K4
P2
O7
。根據另一實施例，鹼金屬碳酸鹽為Na2
CO3
及K2
CO3
中的一種或更多種。磷酸根離子及碳酸根離子被認為與蝕刻溶液從基板12上去除並從蝕刻溶液中析出的鋰離子鍵合。在一些實施例中，螯合劑為乙二胺四乙酸(EDTA)、亞硝三乙酸(NTA)、檸檬酸、水楊酸、甘氨酸、草酸、EDTA二鈉、二鉀EDTA、NTA三鈉、及三鉀NTA中的一種或更多種。螯合劑被認為與來自基板12的多價金屬離子螯合，如鋁離子。在一些實施例中，蝕刻溶液進一步包括Na3
PO4
及EDTA中的一種或更多種。在一些實施例中，蝕刻溶液包括NaOH及Na3
PO4
。在一些實施例中，蝕刻溶液包括NaOH及EDTA。
如本文所詳述，無論是水性形式(氫氟酸)還是其他形式，蝕刻溶液不包括氟化氫。即使基板12為玻璃-陶瓷或陶瓷基板，在蝕刻步驟36中使用蝕刻溶液36減少基板12的厚度20(的速率)快到足以用於商業生產目的。由於本文所揭露的發現，避免了在蝕刻溶液中使用氟化氫來減少基板12的厚度20，並避免了因使用氟化氫而引起的相關問題。
在實施例中，當基板12為玻璃基板時，則方法10可選地進一步包括陶瓷化步驟38。陶瓷化步驟38包括將基板12轉變成玻璃-陶瓷基板。在實施例中，陶瓷化步驟38發生在紋理化步驟24及蝕刻步驟36之後。在基板12為玻璃形式的同時，執行紋理化步驟24及蝕刻步驟36，然後隨後執行陶瓷化步驟38(等步驟)將認識到，假設蝕刻步驟36的所有其他條件保持不變(例如，蝕刻溶液中一種或更多種鹼金屬氫氧化物的濃度，蝕刻溶液的溫度等)，與玻璃基板相比，蝕刻溶液使玻璃-陶瓷基板或陶瓷基板的厚度20減少得更慢。
如同本揭露內容的領域技藝者基於基板12的特定成分理解，可根據各種熱處理溫度及持續時間來實現(如玻璃基板的)基板12的陶瓷化。舉例而言，在陶瓷化步驟38的基板12可經受570℃的溫度2小時及740℃的溫度1小時，適用於將(如玻璃基板的)基板12轉換成為玻璃-陶瓷基板。可利用燒爐。陶瓷化步驟38被認為不會顯著改變基板12(如在蝕刻步驟36之後存在的)表面粗糙度(Ra
)。
在實施例中，方法10可選地進一步包括離子交換步驟40。離子交換步驟40包括使基板12經受離子交換化學退火程序(化學退火通常被稱作「化學強化」)。在離子交換化學退火程序中，在基板12的主表面14、16處或附近的離子被通常具有相同化合價或氧化態的較大離子替代(或交換)。在實施例中，在基板12的表面層中主表面14、16處或附近的離子及較大的離子為單價鹼金屬陽離子，如Na+
(當基板12中存在Li+
時)、K+
、Rb+
、及Cs+
。或者，在主要表面14、16處或附近的單價陽離子可被鹼金屬陽離子以外的單價陽離子，如Ag+
或類似者，替換。
在實施例中，離子交換步驟40係藉由將基板12浸入熔融鹽浸浴中而完成，此熔融鹽浸浴含有較大的離子以與基板12中的較小的離子交換。熟習此項領域技藝者將理解，離子交換製程的參數包含，但不限於浸浴成分及溫度、浸沒時間、基板12在鹽浸浴中的浸沒次數、使用多個鹽浸浴、及(如退火、洗滌等的)其他步驟等，此等參數大致由基板12的成分及由強化操作獲得符合需求的基板12的壓縮應力分佈圖所決定。舉例而言，含鹼金屬的玻璃基板的離子交換可藉由將玻璃基板浸入至少一個含鹽(如，但不限於，較大的鹼金屬離子的硝酸鹽、硫酸鹽、及氯化物)的熔融浸浴中來實現。在實施例中，熔融鹽浸浴為鹼性硝酸鹽，包括硝酸鉀及硝酸鈉，其總濃度在88wt.%至100wt.%的範圍內。在實施例中，熔融鹽浸浴包括硝酸鉀(0至100wt.%)、硝酸鈉(0至100wt.%)及硝酸鋰(0至12wt.%)、具有在88wt.%至100wt.%的範圍之內的重量百分比之硝酸鉀及硝酸鈉的組合物。在實施例中，熔融鹽浸浴的溫度通常在自約350ºC上至約500ºC的範圍內，而浸沒時間在自約15分鐘上至約40小時，包含約20分鐘至約10小時。然而，亦可使用與上述不同的溫度及浸沒時間。在離子交換步驟40處的基板12為MAS-系統玻璃-陶瓷基板的實施例中，離子交換化學退火程序可包括使基板12與Li2
SO4
熔融鹽接觸，藉此可發生2Li+
交換為Mg2+
。
現在另外參考圖4，離子交換步驟40產生基板12的處於壓縮應力(「CS」)下、與主表面14鄰接的區域42。區域42從主表面14延伸到壓縮44的深度。步驟40亦可產生基板12的處於壓縮應力下、與主表面16鄰接的第二區域46。第二區域46從主表面16延伸到壓縮深度48的第二深度。在區域42、46處產生的壓縮應力進一步造成在拉伸應力下的中央區域50，在區域50的中心處(如在「x」處)具有最大拉伸應力，稱作中央張力或中心張力(CT)。中央區域50在壓縮深度44、48之間延伸，並處於拉伸應力下。中央區域50的拉伸應力平衡或抵消區域42、46的壓縮應力。如本文所用，「壓縮深度」及「DOC」係指基板12之內的應力從壓縮改變成拉伸應力的深度處。在壓縮深度44、48處，應力從正(壓縮)應力過渡到負(拉伸)應力，因此具有零的值。在實施例中，壓縮深度44、48各分別從主表面14、16進入基板12至少20µm。
美國專利號9,140,543揭露了兩種用於提取具有壓縮應力下的區域的基板的詳細而精確的應力分佈圖(應力作為深度的函數)的方法，其標題為「Systems and Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass」，由Douglas Clippinger Allan等人提出，本申請請求於2012年5月3日提交、具有相同標題的美國臨時專利申請號61/489,800的優先權，其內容於2011年5月25日提交，藉由引用方式將整體內容併入本文中。
在實施例中，區域42、46之內最大壓縮應力CS的絕對值至少為200MPa、上至約400MPa、或上至約1000MPa。在一些實施例中，最大壓縮應力CS位於主表面14、16處。然而，在其他實施例中，最大壓縮應力CS可位於壓縮應力區域42、46中在主表面14、16下方的某個深度處。
勿將「層深度」(「DOL」)與壓縮深度相混淆，層深度係使用表面應力計(FSM)量測並使用市售儀器如FSM-6000(Luceo Co. Ltd.，東京，日本)，量測在壓縮應力之區域42、46的深度。在主表面14、16及層深度處量測壓縮應力的方法在ASTM 1422C-99，標題為「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass」及ASTM 1279.19779的「Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Fully-Tempered Flat Glass」中描述，藉由引用方式將整體內容併入本文中。在實施例中，量測的層深度至少為5µm。在一些實施例中，本文中所述基板12的主表面14、16在步驟40被離子交換強化後，具有至少為350MPa的壓縮應力，而在壓縮應力下的區域42、46則具有至少為15μm的量測的層深度。
若離子交換步驟40在紋理化步驟24及蝕刻步驟36之前執行，則後面(執行)的紋理化及蝕刻步驟24、36將去除在壓縮應力下之區域42、46的一部分，從而抵消了離子交換步驟40的目的。因而，現存有在紋理化及蝕刻步驟24、36之後執行離子交換步驟40的優先選擇。然而，在其他實施例中，離子交換步驟40造成厚到足以允許在隨後的紋理化及蝕刻步驟24、36中隨後去除其一部分的壓縮應力區域42、46。
本文中所述之方法10所產生的基板12適用於許多應用。此等應用包含，但不限於，用於LCD螢幕、平板電腦、智慧型電話、OLED、及觸控螢幕等顯示裝置的前蓋及後蓋。在此等應用中使用的基板12可提供改善的觸感，改善的抓握力、及減少的指紋可見度。
範例
以下範例描述了本發明提供的各種特徵及優點。
範例1
根據此範例，準備了基板12的四個樣本(比較例1、例1A、例1B、例1C)。基板12在整體之內具有與本揭露內容中先前概述等一致的成分。根據方法10的紋理化步驟24，在60psi的氣壓下以具有平均直徑為63μm的220粗粒SiC顆粒，藉由砂噴擊樣本，增加基板12的所有四個樣本的主表面14、16的表面粗糙度(Ra
)。隨後，在三個樣本(例1A至1C)上執行蝕刻步驟36。蝕刻步驟36包含使此等樣本的紋理化主表面14、16與包括25wt.%的NaOH及具有110℃溫度的水性蝕刻溶液接觸。蝕刻步驟36導致樣本的厚度20減少。更進一步而言，蝕刻溶液與三個樣本中的紋理化主表面14、16接觸的時間段，足以使此等樣本的厚度20在樣本的每側分別減少5μm、10μm、及30μm。換言之，樣本例1A的厚度20減少10μm(從每個主表面14、16中除去5μm的厚度20)，且依此類推。並未按照蝕刻步驟36減少比較樣本(比較例1)的厚度20。
現在參考圖5A至5D，描繪了所得樣本的光學微觀圖。從圖5A所示的比較樣本(比較例1)的微觀圖可明顯看出，紋理化步驟24產生了高度粗糙、具有許多峰26及谷28的主表面14。反之，隨後經受蝕刻步驟36持續時間更長之樣本(例1A至1C)的圖5B至5D中的微觀圖顯示，與比較樣本(比較例)相比，蝕刻後的主表面14具有逐漸降低的峰26及谷28。蝕刻步驟36的時間段越大，樣本的蝕刻主表面14處的峰26及谷28越少。
範例2
根據此範例，準備了四個基板12，即玻璃A(例2A)、玻璃B(例2B)、玻璃C(例2C)、及玻璃-陶瓷C(例2D)。然後，為四個基板12中的每個樣本準備五個樣本，總共20個樣本。基板12的玻璃A、玻璃B、及玻璃C的成分與上文概述的一致。基板12玻璃-陶瓷C的成分與上面概述的一致，且係由與玻璃C相同成分的基板12陶瓷化而成。根據方法10的紋理化步驟24，藉著與本揭露內容中先前揭露的那些參數相一致的砂噴擊來增加所有二十個樣本的表面粗糙度(Ra
)，生成紋理化主表面14、16。
在方法10的蝕刻步驟36之前，用千分尺量測所有樣本的厚度20，且用天秤量測所有樣品的質量。所有樣本的厚度20為0.8毫米(即，約800µm)。隨後，按照方法10的蝕刻步驟36，使所有二十個樣本中的紋理化主表面14、16與至少10重量百分比，且具有至少為100°C溫度的鹼金屬氫氧化物(氫氧化鈉，NaOH)接觸。更具體而言，使來自每個基板12的每個樣本的紋理化主表面14、16與具有不同濃度的氫氧化鈉及不同溫度的蝕刻溶液接觸。此等濃度及溫度為(1)10重量百分比及101°C、(2)20重量百分比及107.1°C、(3)30重量百分比及116.7°C、(4)40重量百分比及128.8°C、及(5)50重量百分比及132.5°C。然後使用天秤量測在蝕刻步驟36之後所有樣品的質量。
然後，根據蝕刻溶液與樣本接觸的時間段、在蝕刻步驟36之前用千分尺所量測的樣本的厚度20，及由於蝕刻步驟36樣本在質量上的改變，如前所概述，計算基板12樣品厚度20的減小速率。結果如下表1所示及圖6所示。「蝕刻速率」為在蝕刻步驟36期間厚度減小的速率。
表1
| 樣本 | NaOH 濃度(wt.) | 基板 | 溶液溫度(˚C) | 蝕刻速率(μm/hr) |
| 例2A | 10 | 玻璃A | 101 | 4.22 |
| 20 | 107.1 | 7.70 | ||
| 30 | 116.7 | 16.57 | ||
| 40 | 128.8 | 35.99 | ||
| 50 | 132.5 | 46.36 | ||
| 例2B | 10 | 玻璃B | 101 | 9.56 |
| 20 | 107.1 | 17.94 | ||
| 30 | 116.7 | 38.60 | ||
| 40 | 128.8 | 85.86 | ||
| 50 | 132.5 | 未取得 | ||
| 例2C | 10 | 玻璃C | 101 | 未取得 |
| 20 | 107.1 | 5.63 | ||
| 30 | 116.7 | 10.04 | ||
| 40 | 128.8 | 14.97 | ||
| 50 | 132.5 | 19.38 | ||
| 例2D | 10 | 玻璃-陶瓷C | 101 | 0.50 |
| 20 | 107.1 | 0.85 | ||
| 30 | 116.7 | 1.94 | ||
| 40 | 128.8 | 4.22 | ||
| 50 | 132.5 | 5.51 |
現在參考圖6，提供了表1中所示數據的圖表。特別地，圖6描繪了針對如上文所製備並與蝕刻溶液接觸的樣本，厚度20的減少速率相對蝕刻溶液中的NaOH的濃度(的圖表)。從圖6及表1可明顯看出，與基板12的紋理化主表面14、16接觸之蝕刻溶液中的鹼金屬氫氧化物(NaOH)的濃度越高，且蝕刻溶液的溫度越高，基板12的厚度20減少得越快。與在101˚C下、10wt.%的NaOH之厚度20的減少速率相比，在132°C下、50wt.%的NaOH之厚度20減少速率比玻璃A、玻璃B、及玻璃-陶瓷C(例如，例2A、2B、及2D)各多10倍。進一步地，明顯看出在每種濃度和溫度條件下，基板玻璃C(「原始(green)玻璃」版本的玻璃陶瓷C，即玻璃C，例2C)比玻璃陶瓷C(例2D)展現更高的厚度20的減少速率。舉例而言，在20wt.%的NaOH/107.1°C及50wt.%的NaOH/132.5°C下，玻璃-陶瓷C(例2D)的厚度20的減少速率分別為0.85及5.51μm/hr。反之，「原始玻璃」版本(玻璃C，例2C)在20wt.%的NaOH/107.1°C及50wt.%的NaOH/132.5°C下，厚度20的減少速率顯著較高–即，分別為5.63及19.38μm/hr，此等均表示厚度20的降低量至少增加了4倍。
範例3
根據此樣本，將在107.1°C下經受20wt.%的NaOH溶液(例2A至2D)之先前範例的樣本，與採用具有相同濃度的NaOH且大致上相同溫度蝕刻的樣本相比較，但進一步包含添加到蝕刻溶液中的各種添加劑(例3A、3B、及比較例3A)。特別地，與例3A中的基板12接觸的蝕刻溶液進一步包括在108.2℃的溫度下、5wt.%的Na3
PO4
，與例3B中的基板12接觸此蝕刻溶液進一步包含在107℃的溫度下、2wt.%的EDTA，且與例3C中的基板12接觸的蝕刻溶液進一步包括在104.9℃的溫度、0.1wt.%的H3
SiF6
。蝕刻溶液與基板12接觸的時間段為5小時。
如下表2至5所闡述，在蝕刻步驟36之前分別使用天秤及千分尺量測每個樣品的質量及厚度20，並於下文中重複執行，作為「起始質量」及「起始厚度」。在蝕刻步驟36之後，再次使用天秤量測每個樣本的質量。然後將初始質量減去最終質量，計算作為由於蝕刻步驟36而引起的質量變化。然後使用上文的等式(1)計算厚度的變化(「厚度減少量」)。然後使用上面的等式(2)計算在蝕刻步驟36期間厚度20的減小速率(「蝕刻速率」)。表2代表玻璃A，表3代表玻璃B，表4代表玻璃C，表5代表玻璃-陶瓷C。為了便於比較，在以下闡述的表2至5中重複從上文表1的例2A至2D的蝕刻速率。
表2–玻璃A
表3–玻璃B
表4–玻璃C
表5–玻璃陶瓷C
| 範例 | 起始質量(g) | 起始厚度(mm) | 最終質量(g) | 厚度減少量(µm) | 蝕刻速率(µm/hr) |
| 2A(無添加劑) | 7.70 | ||||
| 3A(5%Na3 PO4 ) | 4.7691 | 0.79 | 4.4698 | 49.58 | 9.92 |
| 3B(2%EDTA) | 4.7706 | 0.794 | 4.4443 | 54.31 | 10.86 |
| 比較例3A (0.1H3 SIF6 ) | 4.7798 | 0.8 | 4.5752 | 34.24 | 6.85 |
| 範例 | 起始質量(g) | 起始厚度(mm) | 最終質量(g) | 厚度減少量(µm) | 蝕刻速率(µm/hr) |
| 2B(無添加劑) | 17.94 | ||||
| 3A(5% Na3 PO4 ) | 4.7701 | 0.793 | 4.0808 | 114.59 | 22.92 |
| 3B(2%EDTA) | 4.7947 | 0.797 | 3.9704 | 137.02 | 27.40 |
| 比較例3A (0.1H3 SIF6 ) | 4.7685 | 0.796 | 4.3148 | 75.74 | 15.15 |
| 範例 | 起始質量(g) | 起始厚度(mm) | 最終質量(g) | 厚度減少量(µm) | 蝕刻速率(µm/hr) |
| 2C(無添加劑) | 5.63 | ||||
| 3A(5%Na3 PO4 ) | 2.0168 | 0.802 | 1.9549 | 24.62 | 4.92 |
| 3B(2%EDTA) | 1.8176 | 0.801 | 1.7584 | 26.09 | 5.22 |
| 比較例3A (0.1H3 SIF6 ) | 2.0043 | 0.804 | 1.9605 | 17.57 | 3.51 |
| 範例 | 起始質量(g) | 起始厚度(mm) | 最終質量(g) | 厚度減少量(µm) | 蝕刻速率(µm/hr) |
| 2D | 0.85 | ||||
| 3A(5%Na3 PO4 ) | 4.9022 | 0.799 | 4.8697 | 5.30 | 1.06 |
| 3B(2%EDTA) | 4.9031 | 0.789 | 4.8724 | 4.94 | 0.99 |
| 比較例3A (0.1H3 SIF6 ) | 4.9172 | 0.799 | 4.8966 | 3.35 | 0.67 |
現在參考圖7及8，為此等樣本的範例提供條形圖。特別地，圖7示出了當與包含20重量百分比的NaOH及各種添加劑(即，Na3
PO4
、EDTA、及H3
SiF6
)(例3A至3B，及比較例3A)的蝕刻溶液接觸時，圖5的基板12的厚度20的減少速率(即，先前範例，例2A至2D)。從圖7及8可以明顯看出，與不含Na3
PO4
及EDTA(例2A至2D)的蝕刻溶液接觸的樣本相比，與包含Na3
PO4
及EDTA(例3A及3B)的蝕刻溶液接觸的樣本的厚度20減少率被明顯改善。反之，與僅與蝕刻溶液接觸的樣品時相比，與包含H3
SiF6
(比較例3A)的NaOH蝕刻溶液接觸的樣本的厚度20的減少速率沒有經歷類似的改善。舉例而言，最佳地如圖8所示意，與包含Na3
PO4
(例3A)及EDTA(例3B)的蝕刻溶液接觸的玻璃-陶瓷C的樣品，經歷分別為1.06μm/hr及0.99μm/hr之厚度20的減少。反之，僅與蝕刻溶液接觸的玻璃-陶瓷基板的樣本(例2D)的厚度20的減少速率為0.85μm/hr。
可在大致上不背離揭露內容的精神及各種原理的情況下，對上述變化進行變體及修改。所有此等修改及變體旨在包含在此揭露內容的範圍之內，並由所附申請專利範圍保護。
10:方法
12:基板
14,16:主表面
18a,18b~18n:側表面
20:厚度
22:線
24:紋理化步驟
26:峰
28:谷
30:長度
32:平均線
34:垂直距離(yi
)
36:蝕刻步驟
38:陶瓷化步驟
40:離子交換步驟
42:區域
44,48:壓縮深度
46:第二區域
50:中央區域
當參考附圖閱讀以下本揭露內容的詳細描述時，本揭露內容的此等及其他特徵、態樣和優勢得到了更好的理解，其中：
圖1為修改基板的方法的流程簡圖，示意紋理化步驟，藉此紋理化步驟增加基板的一個或更多個主表面的表面粗糙度(Ra
)，以產生一個或更多個紋理化主表面；蝕刻步驟，藉此蝕刻步驟將一個或更多個紋理化主表面與一種蝕刻溶液接觸，以產生一個或更多個經蝕刻主表面；任選的陶瓷化步驟，藉此若為玻璃基板，將基板陶瓷化成玻璃-陶瓷基板；及任選的離子交換步驟，藉此交換步驟化學強化基板；
圖2為欲根據圖1的方法修改的基板的透視圖，示意一對主表面及藉由此對主表面所限制的厚度；
圖3為沿圖2的線III-III截取的橫截面的正視圖，示意主表面具有以峰及谷為標記的拓撲；
圖4為沿圖2的線III-III截取的橫截面的另一個正視圖，但在根據圖1的方法的離子交換步驟修改基板之後，示意與主表面相鄰的壓縮應力區域，及在壓縮應力區域之間的拉伸應力區域；
圖5A至5D為僅藉由圖1方法的紋理化步驟(見圖5A)修改，或已藉由圖1方法的紋理化步驟及蝕刻步驟修改(參見圖5B至5D)之基板的光學顯微圖，以示意表面拓撲的變化；
圖6為繪製圖1的方法的蝕刻步驟期間，基板厚度減少的速率與蝕刻液中氫氧化鈉濃度和蝕刻液溫度的關係的函數曲線圖，此蝕刻液用於具有各種成分(玻璃A、玻璃B等)的基板；
圖7為繪製圖1的方法的蝕刻步驟期間，基板厚度減少的速率與添加到用於具有各種成分(玻璃A、玻璃B等)的基板的蝕刻溶液的「添加劑」的量及類型的函數曲線圖，示意與不使用任何一種添加劑的蝕刻溶液所實現的厚度減少速率相比，蝕刻溶液中Na3
PO4
或EDTA的添加增加厚度減少速率；及
圖8為繪製圖1的方法的蝕刻步驟期間，基板厚度減少的速率與針對（是一種玻璃-陶瓷基板之）特定基板添加到蝕刻溶液中的「添加劑」的量及類型的函數曲線圖，示意與不使用任何一種添加劑的蝕刻溶液所實現的厚度減少速率相比，蝕刻溶液中Na3
PO4
或EDTA的添加增加厚度減少速率(請注意，圖8提供與圖7相同之「玻璃陶瓷C」的數據，但比例不同)。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
10:方法
24:紋理化步驟
36:蝕刻步驟
38:陶瓷化步驟
40:離子交換步驟
Claims (10)
- 一種修改基板的方法，包括以下步驟： 一蝕刻步驟，包括使一玻璃、玻璃-陶瓷、或陶瓷基板的一個或更多個主表面與一蝕刻溶液接觸20分鐘至8小時之一時間段，以產生一個或更多個經蝕刻主表面，該蝕刻溶液包括超過10重量百分比的一種或更多種鹼金屬氫氧化物，該蝕刻溶液具有在100°C至150°C的範圍之內的一溫度，在該時間段內，該基板在該等主表面之間具有以每小時2µm或更大的一速率減少5µm至100µm的一厚度。
- 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟： 一紋理化步驟，該紋理化步驟在該蝕刻步驟之前發生，該紋理化步驟包括增加該基板的一個或更多個主表面的一表面粗糙度(Ra )，以產生一個或更多個紋理化主表面，且該蝕刻步驟包括使該一個或更多個紋理化主表面與該蝕刻溶液接觸。
- 如請求項2所述之方法， 其中，增加該表面粗糙度(Ra )之步驟包括以藉由加壓氣體發射的顆粒噴擊該一個或更多個主表面。
- 如請求項1至3任一項所述之方法， 其中，該基板為一玻璃基板；及 該方法進一步包括一陶瓷化步驟，該陶瓷化步驟發生在該蝕刻步驟之後，該陶瓷化步驟包括將該玻璃基板陶瓷化成一玻璃-陶瓷基板。
- 如請求項1至2任一項所述之方法， 其中，該基板為一玻璃-陶瓷基板。
- 如請求項4所述之方法， 其中，該蝕刻溶液不包括氟化氫。
- 如請求項4所述之方法， 其中，該蝕刻溶液進一步包括一鹼金屬磷酸鹽、一鹼金屬碳酸鹽、及一螯合劑中的一種或更多種。
- 如請求項4所述之方法， 其中，該蝕刻溶液進一步包括Na3 PO4 及EDTA中的一種或更多種。
- 如請求項4所述之方法， 其中，該蝕刻溶液中的一種或更多種鹼金屬氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、或氫氧化鈉及氫氧化鉀兩者的一組合。
- 如請求項4所述之方法，其中 在該蝕刻步驟之前，該基板的該厚度為50μm至5mm； 該蝕刻溶液中的一種或更多種鹼金屬氫氧化物為氫氧化鈉(NaOH)； 該蝕刻溶液包括30至50重量百分比的NaOH；及 該蝕刻溶液的該溫度為115℃至133℃。
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