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CN113840810A - 改良具有处于压应力下的区域的纹理化玻璃基板以增加玻璃基板强度的方法 - Google Patents

改良具有处于压应力下的区域的纹理化玻璃基板以增加玻璃基板强度的方法 Download PDF

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CN113840810A
CN113840810A CN202080036697.1A CN202080036697A CN113840810A CN 113840810 A CN113840810 A CN 113840810A CN 202080036697 A CN202080036697 A CN 202080036697A CN 113840810 A CN113840810 A CN 113840810A
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region
depth
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CN202080036697.1A
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金宇辉
T·M·威尔金森
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Original Assignee
Corning Inc
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Abstract

一种改良玻璃基板的方法，包括步骤：在玻璃基板的第一表面上产生具有峰和谷的表面特征，表面特征具有在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)；产生玻璃基板的在压应力下的区域，该区域从第一表面延伸到压缩深度；以及将自第一表面延伸至压缩深度的处于压应力下的区域的一部分移除，以限定出仍具有含有峰和谷的表面特征新的第一表面，其具有在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)。将自第一表面延伸至压缩深度的处于压应力下的区域的一部分移除以限定出新的第一表面的步骤可包括使第一表面与轻度蚀刻剂接触。

Description

改良具有处于压应力下的区域的纹理化玻璃基板以增加玻璃 基板强度的方法
优先权要求
本申请依据35 U.S.C.§119请求于2019年5月17日提出的美国临时申请第62/849,536号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
背景
本公开大体涉及一种改良玻璃基板以提高强度的方法，并且更具体地涉及一种经纹理化以赋予表面特征并且经回火以赋予一个或多个压应力区域的玻璃基板。
消费类电子产品和其他装置通常包含玻璃基板以覆盖显示屏幕，显示屏幕通常具有触控屏幕功能。在某些情况下，当玻璃基板被用作触控屏幕表面时，希望玻璃基板能最小化来自环境光的眩光，并改善触觉体验。在某些情况下，希望玻璃基板机械强度最大化，其在玻璃基板受到冲击时抵抗玻璃基板的破裂。在被称为“纹理化”的过程中将玻璃基板的表面改良以获得改变光反射的表面特征后，玻璃基板可以使眩光最小化。此外，在被称为“回火”的过程中将玻璃基板改良以使其具有与主表面毗连的处于压应力的区域后，可以使玻璃基板机械强度最大化。
然而，尚存在一个问题，即，经纹理化又经回火的玻璃基板的机械强度，比仅经回火但未经纹理化的玻璃基板的机械强度小。换句话说，对经回火的玻璃基板进行纹理化，通常会降低经由回火过程所赋予玻璃基板的机械强度。
发明内容
本申请通过改良玻璃基板以去除在0.5μm至2μm之间的处于压应力下的纹理化区域的厚度来解决该问题，所述玻璃基板已经过纹理化以赋予表面特征并且经过回火以赋予压应力区域。可以使用轻度蚀刻剂(light etchant)如稀氢氟酸或碱(如氢氧化钠)以去除在0.5μm至2μm之间的处于压应力下的经纹理化区域的厚度。去除该范围内的厚度，不会显著改变在纹理化过程期间所赋予的减少眩光的性质(雾度)。
根据本公开的第一方面，一种改良玻璃基板的方法包括步骤：在具有从第一表面到压缩深度的处于压应力的区域，且该第一表面具有含有峰和谷的表面特征的玻璃基板上，将自该第一表面延伸至该压缩深度的处于压应力的该区域的一部分移除，以限定出仍然具有含有峰和谷的表面特征的新的第一表面，该新的第一表面的表面特征具有在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)。在一个实施方式中，在该区域的一部分被移除之前，处于压应力下的压缩深度(DOC)是从第一表面延伸入玻璃基板至少20μm。在一个实施方式中，处于压应力下的区域具有最大压应力，其绝对值为至少200MPa。在一个实施方式中，被移除的处于压应力下的区域的该部分的厚度在0.5μm至2μm的范围内。在一个实施方式中，将自该第一表面延伸至该压缩深度的处于压应力的该区域的该部分移除，以限定出新的第一表面的步骤，包括使该第一表面接触轻度蚀刻剂。在一个实施方式中，轻度蚀刻剂包括氢氟酸或碱金属氢氧化物。在一个实施方式中，轻度蚀刻剂是氢氟酸的重量百分比在1重量％至5重量％的范围内的液体。在一个实施方式中，轻度蚀刻剂与玻璃基板接触的时间在30秒至5分钟的范围内。在一个实施方式中，玻璃基板具有至少大致平行于该第一表面的第二表面，以及在该第一表面与该第二表面之间的厚度，该厚度小于1.0mm。
根据本申请的第二方面，一种改良玻璃基板的方法包括步骤：在玻璃基板的第一表面上产生具有峰和谷的表面特征，表面特征具有在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)；产生该玻璃基板的处于压应力的区域，该区域从该第一表面延伸到压缩深度；以及，将自该第一表面延伸至该压缩深度的处于压应力的该区域的一部分移除，以限定出仍具有含有峰和谷的表面特征新的第一表面，其具有在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)。在一个实施方式中，在玻璃基板的第一表面上产生含有峰和谷的表面特征包括使玻璃基板接触纹理化蚀刻剂。在一个实施方式中，纹理化蚀刻剂包括：(a)氢氟酸；(b)具有铵阳离子或碱阳离子的盐；(c)有机溶剂。在一个实施方式中，所述盐包括氟化铵、氟化氢铵、氟化钾、氟化氢钾、氟化钠、氟化氢钠、及氯化钾中的一种或多种。在一个实施方式中，有机溶剂包括醇、二醇及甘油中的一种或多种。在一个实施方式中，玻璃基板具有至少大致平行于该第一表面的第二表面，以及在该第一表面与该第二表面之间的厚度，该厚度小于1.0mm。在一个实施方式中，产生玻璃基板的处于压应力的该区域的步骤包括使玻璃基板经受离子交换化学回火过程。在一个实施方式中，在该区域的一部分被去除之前，处于压应力的压缩深度(DOC)是从第一表面延伸入玻璃基板至少20μm。在一个实施方式中，被移除的处于压应力的区域的该部分的厚度在0.5μm至2μm的范围内。在一实施方式中，离子交换化学回火过程包括将玻璃基板放入包含硝酸钾及硝酸钠的碱金属硝酸盐熔融盐浴中，该硝酸盐熔融盐浴的组合浓度在88重量％至100重量％的范围内，温度范围为350℃至500℃。在一个实施方式中，将自该第一表面延伸至该压缩深度的处于压应力的区域的该部分移除以限定出新的第一表面的步骤包括使该第一表面接触一轻度蚀刻剂。在一个实施方式中，轻度蚀刻剂是氢氟酸的重量百分比在1重量％至5重量％的范围内的液体。在一个实施方式中，轻度蚀刻剂与玻璃基板接触的时间为在30秒至5分钟的范围内。在一个实施方式中，该方法还包括步骤：在生成表面特征之后且在产生玻璃基板的处于压应力的区域之前，通过使玻璃基板接触抛光蚀刻剂来使该些表面特征光滑。
其他特征和优点将在下面的详细说明中阐述，并且对于本领域技术人员而言，根据此说明将是显而易见的，或者通过实施如本申请所述的实施方式(包括随后的详细说明、申请专利范围、以及附图)而可得知。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细说明都仅仅是示例性的，并且旨在提供概述或框架以理解申请专利范围的性质和特征。包括所附附图以提供进一步的理解，并结合在本说明书中，并构成本说明书的一部分。附图中显示出一个或多个实施方式，并且与说明书一起用于解释各种实施方式的原理和操作。
附图简要说明
图1是玻璃基板的立体图，显示出与第二表面平行的第一表面，两者之间具有厚度；
图2是图1的玻璃基板的正视图，显示出将第一表面与第二表面分开的厚度；
图3是改良图1的玻璃基板以提高其机械强度的方法的流程图；
图4是在经历图3的方法的步骤之后的图1的玻璃基板的正视图，显示出第一表面上的表面特征及第二表面上的防护障蔽；
图5是在经历图3的方法的另一步骤之后的图4的玻璃基板的正视图，显示出第一表面上的表面特征已光滑，使得相较于图4，其表面特征的谷比表面特征的峰更宽；
图6是图5的玻璃基板的正视图，其在第二表面上没有防护障蔽，并且在经历图3的方法的另一步骤之后，显示出与第一表面及第二表面毗连的压应力区域；
图7是在经历图3的方法的另一步骤之后的图6的玻璃基板的正视图，显示出压应力区域的经移除部分，以限定出新的第一表面与新的第二表面；
图8是韦布尔概率(Weibull probability)图，显示出玻璃基板破裂的可能性与玻璃基板上的负载的关系，其显示出玻璃基板具有表面特征，且当部分的压应力区域被移除以限定出新的第一表面时，压应力区域具有改善的机械强度；以及
图9是显示出表面特征的算术平均高度和雾度百分比的图，其随着被移除的部分的压应力区域以限定出新的第一表面的深度变化，其显示出压应力区域的微小移除(例如，小于2μm)会导致算术平均高度与雾度的不合理的降低。
详细描述
现在将详细描述本公开的较佳实施方式，在附图中显示出其示例。尽可能地，在所有附图中将使用相同的附图标记指示相同或相似的组件。
参照图1和图2，玻璃基板10包括第一表面12和第二表面14，它们是玻璃基板10的主表面。在所示的实施方式中，第二表面14至少大致平行于第一表面12，但是第二表面14不必至少大致平行于第一表面12。玻璃基板10具有厚度16，厚度16被定义为第一表面12与第二表面14之间的最短直线距离。厚度16可以是适合于玻璃基板10的特定应用的任何厚度。在一个实施方式中，厚度16为3.0mm或小于3.0mm，例如在0.1mm和3.0mm之间，例如在0.5mm和1.5mm之间，及例如在1.25mm或更小，以及小于1.0mm。在一个实施方式中，第一表面12和第二表面14至少大致为平面、平行且为矩形，以限定出玻璃基板10的宽度18和长度20。
玻璃基板10可以具有适于玻璃基板10的应用的任何组成。玻璃基板10可以是铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃或硅酸盐玻璃。在一些实施方式中，玻璃基板10能够进行离子交换化学回火过程，并且因此可以是碱金属铝硅酸盐玻璃、碱金属硼硅酸盐玻璃或碱金属硅酸盐玻璃(也可以是碱土金属系列)。在一些实施方式中，玻璃基板10具有包括或基本上由下列组成：约62mol％至约70mol％的SiO2；从0mol％至约18mol％的Al2 O3；从0mol％至约10mol％的B2O3；从0mol％至约15mol％的Li2O；从0mol％到约20mol％的Na2O；从0mol％至约18mol％的K2O；从0mol％至约17mol％的MgO；从0mol％至约18mol％的CaO；从0mol％至约5mol％的ZrO2。在一些实施方式中，玻璃基板10具有如下组成，该组成包括或基本上由下列组成：从约64mol％至约69mol％的SiO2；从约5mol％至约12mol％的Al2 O3；从约8mol％至约23mol％的B2O3；从约0.5mol％至约2.5mol％的MgO；从约1mol％至约9mol％的CaO；从约0mol％至约5mol％的SrO；从约0mol％至约5mol％的BaO；从约0.1mol％至约0.4mol％的SnO2；从约0mol％至约0.1mol％的ZrO2；从约0mol％至约1mol％的Na2O。玻璃基板10可下拉，亦即，通过诸如狭缝拉制或熔融拉制工艺的方法形成。
参照图3，显示出改良玻璃基板10的方法22。在可选步骤24中，方法22包括在玻璃基板10的一个表面(例如在第二表面14)上放置防护障蔽26(例如膜或涂层)。在本申请描述的方法22的附加步骤中，防护障蔽26保持第二表面14的受保护状态。防护障蔽26可以是塑料膜并且可以是耐酸的。这种防护障蔽26的示例是黏性聚合物膜ANT-200(来自韩国的世一高科技公司(Seil Hi-Tec))。
另外参照图4，在步骤28，方法22还包括在玻璃基板10的第一表面12(非保护表面)上产生具有峰32和谷34的表面特征30。如所述，生成表面特征30的步骤28有时被称为“纹理化”。表面特征30可以扩散(散射)反射光，并因此经产生以赋予玻璃基板10防眩的特性。表面特征30的产生改变了玻璃基板10的第一表面12的纹理或质感，这对于在触控屏幕应用中使用的玻璃基板10可能是所希望的。有多种方法可以量化“纹理化”的级别，例如测量相邻峰32之间的水平距离，以及峰32与相邻谷34之间的垂直距离。一种这样的量化是粗糙度平均值(Ra)，其为峰32和谷34的水平平均线的垂直偏差的绝对值的算术平均值。在实施方式中，在生成表面特征30之后，第一表面12的粗糙度平均值(Ra)在10nm至2000nm的范围内。
在方法22的实施方式中，使玻璃基板10接触纹理化蚀刻剂，从而在玻璃基板10的第一表面12上生成表面特征30。例如，玻璃基板10可以选择性地部分或完全浸入、浸没或喷洒液体(“湿式”)纹理化蚀刻剂中，所述纹理化蚀刻剂包括：(a)氢氟酸；(b)具有铵阳离子或碱阳离子的盐；(c)有机溶剂。氢氟酸与玻璃基板10的第一表面12反应，从而产生副产物，该副产物又与盐反应以在玻璃基板10的第一表面12上形成晶体。氢氟酸继续优先地在晶体周围蚀刻，从而形成表面特征30。有机溶剂还作为玻璃基板10的第一表面12与盐之间的润湿剂。盐的实例包括氟化铵、氟化氢铵、氟化钾、氟化氢钾、氟化钠、氟化氢钠及氯化钾中的一种或多种。有机溶剂的实例包括醇、二醇及甘油中的一种或多种。在经过足够的时间以产生所需的粗糙度平均值(Ra)(或采用任何其他定量方法)之后，将玻璃基板10从接触纹理化蚀刻剂的位置移出，再用水(较佳为去离子水)来冲洗并干燥。除了刚刚描述的湿式化学蚀刻技术及其他湿式化学蚀刻技术外，其他技术例如研磨、热粗糙化、喷砂、激光烧蚀、反应离子刻蚀、等离子体刻蚀及类似的粗糙化方法或其组合，可选择用来生成表面特征30。
另外参照图5，方法22视情况还包括在步骤36，对在第一表面12处生成的表面特征30进行光滑处理。在以上的生成表面特征30的步骤36之后，表面特征30可以具有相对于谷34的宽度比期望还高的峰32。具有这种几何形状的表面特征30，可以在玻璃基板10的变形(例如弯曲)期间将应力集中。使表面特征30光滑，会使表面特征30的谷34变宽并且使相邻的表面特征30之间的距离变窄，但不会急剧降低峰32的高度(因此不会显著改变表面特征30的粗糙度平均值(Ra))。对表面特征30的光滑处理减少了玻璃基板10变形期间的上述应力集中。对表面特征30进行光滑处理的操作可以被称为“抛光”。在一个实施方式中，为了使表面特征30光滑，使玻璃基板10接触抛光蚀刻剂，例如将玻璃基板10浸入液体抛光蚀刻剂中。示例性抛光蚀刻剂包括酸例如氢氟酸，或碱例如碱金属氢氧化物(例如氢氧化钠、氢氧化钾等)。例如，如果抛光蚀刻剂是碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠、氢氧化钾等，或这些化学物质的混合物，则这些化学物质可用于蚀刻过程中，其中化学物质的浓度为5重量％至50重量％，蚀刻温度从90℃到140℃，蚀刻时间从10分钟到120分钟。如果使用氢氟酸，则可以将硫酸和硝酸等无机酸添加到氢氟酸中。在实施方式中，在使表面特征30光滑之后，第一表面12的平均粗糙度(Ra)仍在10nm至2000nm的范围内。在一实施方式中，抛光蚀刻剂是氢氟酸的重量百分比在1重量％至5重量％的范围内的液体，并且抛光蚀刻剂与玻璃基板10接触的时间在30秒至5分钟的范围内。在一实施方式中，抛光蚀刻剂是包括一种或多种碱金属氢氧化物的液体，并且光蚀刻剂与玻璃基板10接触2分钟至1小时的时间。在接触抛光蚀刻剂之后，用水冲洗玻璃基板10，较佳为用去离子水。
另外参照图6，方法22进一步包括，在步骤38中产生毗连第一表面12的玻璃基板10的区域40，该区域处于压应力(CS)下。区域40从第一表面12延伸至压缩深度42。步骤38还可以产生毗连第二表面14的处于压应力下的玻璃基板10的第二区域44。第二区域44从第二表面14延伸至第二压缩深度46。在区域40与第二区域44处的这种压应力的产生，进一步产生了处于拉应力下的中央区域48，其在中央区域48的中心处具有最大值，称为中央张力或中心张力(CT)。中央区域48从压缩深度42延伸到第二压缩深度46，并且处于拉应力。中央区域48的拉应力平衡或抵消了区域40与第二区域44的压应力。如本申请所使用的，术语“压缩深度”与“DOC”是指玻璃基板10内的应力从压应力改变为拉应力的深度。在压缩深度42处，应力从正(压)应力跨越到负(拉)应力，并且因此而具有零值。压缩深度42、46保护玻璃基板10免于由于尖锐的冲击而引入的缺陷扩散到玻璃基板10的第一及/或第二表面12、14，而压应力CS能最小化缺陷生成并分别穿过区域40、44的压缩深度42、46的可能性。在实施方式中，分别从第一表面12与第二表面14延伸入玻璃基板10的压缩深度42、46分别为至少20μm。
在名称为“Systems and Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass”(测量经离子交换的玻璃的应力分布的系统和方法)的由DouglasClippinger Allan等人于2012年5月3日提出申请的美国专利第9,140,543号，揭示了两种对具有处于压应力下的区域40、44的玻璃基板10获取详细及精确的应力分布(应力为深度的函数)的方法，该申请主张于2011年5月25日提交的具有相同标题的美国临时专利申请第61/489,800号的优先权，它们的全部内容通过引用合并于此。
在实施方式中，区域内的最大压应力CS的绝对值为至少200MPa，高达约400MPa，或高达约1000MPa。在一些实施方式中，最大压应力CS位于表面12、14处。然而，在其他实施方式中，最大压应力CS可以在玻璃基板10的表面12、14下的一定深度的处于压应力的区域40、44中。
“层深度”(“DOL”)(不要与压缩深度相混淆)是指处于压应力下区域40、44的深度，该压应力是通过表面应力计(FSM)测量而确定的，使用市售仪器如日本的鲁机欧股份有限公司(Luceo Co.,Ltd.)的FSM-6000。测量表面12、14和层深度处的压应力的方法在ASTM1422C-99的标题为“Standard Specification for Chemically Strengthened FlatGlass”(化学强化平坦玻璃的标准规格)及ASTM 1279.19779的标题为“Standard TestMethod for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and SurfaceStresses in Annealed,Heat-Strengthened,and Fully-Tempered Flat Glass”(用于退火、热强化和完全回火平坦玻璃的边缘和表面应力的非破坏性光弹性测量的标准测试方法)的文献中有描述，其全部内容通过引用合并于此。在实施方式中，所测得的层深度为至少5μm。
在实施方式中，生成玻璃基板10的处于压应力下下的区域40的步骤38，包括使玻璃基板10经受离子交换化学回火过程(化学回火通常称为“化学强化”)。在离子交换化学回火过程中，玻璃基板10的第一与第二表面12、14处或附近的离子，被通常具有相同化合价或氧化态的较大离子代替或交换。在玻璃基板10包括基本上由碱金属铝硅酸盐玻璃、碱金属硼硅酸盐玻璃或碱金属硅酸盐玻璃构成，或由其构成的那些实施方式中，玻璃表面层中的离子及较大离子是一价碱金属阳离子，例如Na+(当玻璃中有Li+存在时)、K+、Rb+及Cs+。可替代地，在表面12、14中、表面处或其附近的一价阳离子可以被碱金属阳离子以外的一价阳离子代替，例如Ag+等。
在实施方式中，通过将玻璃基板10浸入含有较大离子以与玻璃基板10中的较小离子交换的熔融盐浴中来进行离子交换过程。本领域技术人员将理解，离子交换过程的参数包括但不限于盐浴组成和温度、浸入时间、玻璃在一个或多个盐浴中的浸入次数、多个盐浴的使用以及诸如退火、洗涤等附加步骤，通常由玻璃基板10的组成以及由强化操作而得到的所需的层深度与玻璃基板10的压应力来决定。举例来说，可以藉由将含碱金属的玻璃基板浸入至少一个包含盐的熔融浴中来进行离子交换，例如但不限于较大碱金属离子的硝酸盐、硫酸盐及氯化物。在实施方式中，熔融盐浴是碱式硝酸盐熔融盐浴，其包含硝酸钾及硝酸钠，其总浓度在88重量％至100重量％的范围内。在实施方式中，熔融盐浴包含硝酸钾(0-100重量％)、硝酸钠(0-100重量％)和硝酸锂(0-12重量％)，硝酸钾与硝酸钠的组合具有在88重量％至100重量％的范围内的重量百分比。在实施方式中，熔融盐浴的温度通常在约350℃至约500℃的范围内，而浸入时间在约15分钟至约40小时的范围内，包括约20分钟至约10小时。然而，也可以使用与上述不同的温度和浸入时间。
另外参照图7，方法22在步骤50中，进一步包括将自第一表面12延伸入压缩深度42的处于压应力的区域40的一部分52移除，以限定出新的第一表面54。新的第一表面54仍然具有含有峰32和谷34的表面特征30，及在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)。被移除的处于压应力的区域40的该部分52的厚度在0.5μm至2μm的范围内。换句话说，步骤50将压缩深度42减小0.5μm至2μm。在步骤38中，生成处于压应力的区域40，可以产生在第一表面12处暴露的随机分布的缺陷，且延伸一小段距离至压应力的区域40中。这些缺陷降低了玻璃基板10的机械强度，例如玻璃基板10的单调等双轴挠曲强度。以约0.5μm至2μm(例如小于1μm)的程度有限地移除处于压应力下的区域40，减少了在生成压应力的区域40的过程中产生的随机分布的缺陷的数量，因此，玻璃基板10的机械强度会提高。然而，有限的移除可保持压缩深度42的绝大部分，从而保留了压应力区域40所提供的抗断裂性。此外，如上所述，有限的移除可保持在步骤28中生成的表面特征30，使得表面特征30仍具有在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)。在实施方式中，将从第二表面14延伸入压缩深度46的处于压应力下的区域44的一部分55额外地移除，以限定出新的第二表面56。被移除的深度在0.5μm至2μm范围内的部分52、55在以下方面之间提供了适当的平衡：(1)深度足以藉由步骤38的回火去除在第一表面12上引入的缺陷，以及(2)深度不足以实质上改变(a)在步骤28的纹理化过程中赋予的表面特征30的光散射(即减少眩光)特性(雾度)，以及(b)在步骤38的回火过程中赋予的压缩深度42、46处的强化。
在实施方式中，移除处于压应力下的区域40的一部分52的步骤50，包括使第一表面12接触轻度蚀刻剂。类似于上述的抛光蚀刻剂，轻度蚀刻剂的实例包括酸，例如氢氟酸；或碱，例如碱金属氢氧化物(例如氢氧化钠、氢氧化钾等)。例如，如果抛光蚀刻剂是碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠、氢氧化钾等或这些化学物质的混合物，则这些化学物质可用于蚀刻过程中，其中化学物质的浓度为5重量％至50重量％，蚀刻温度从90℃到140℃，蚀刻时间从10分钟到120分钟。如果使用氢氟酸，则可以将硫酸和硝酸等无机酸添加到氢氟酸中。在一个实施方式中，轻度蚀刻剂是氢氟酸的重量百分比在1重量％至5重量％的范围内的液体，并且轻度蚀刻剂接触玻璃基板10达30秒至5分钟的范围内的时间。在一个实施方式中，轻度蚀刻剂是包括一种或多种碱金属氢氧化物的液体，并且轻度蚀刻剂接触玻璃基板10达2分钟至1小时范围内的时间。在接触轻度蚀刻剂之后，用水冲洗玻璃基板10，较佳为用去离子水。与第一表面12的轻机械抛光(light mechanical polishing)相比，使第一表面12与轻度蚀刻剂接触是较佳的，因为当前的机械抛光方法将显著改变经纹理化玻璃基板10的表面特征30与光学性能(例如雾度)。另外，某些离子交换过程会导致水进入玻璃基板10的第一表面12，导致玻璃基板10具有延伸入玻璃基板10某一深度的氢分布。轻度蚀刻剂在不显著改变表面特征30的情况下，从玻璃基板10移除或至少部分移除了氢分布，而机械抛光不能在不显著改变或破坏表面特征30的情况下去除氢分布。
在完成改良玻璃基板10的方法22之后，玻璃基板10具有由第一表面12的表面特征30提供的所需的光学性质，例如所需的雾度值。如本申请所用，用语“雾度”是指根据ASTM规程D1003在±4.0°的角锥之外散射的透射光的百分比，其内容通过引用整体并入本文。对于光学光滑的表面，透射雾度通常接近于零。在一实施方式中，玻璃基板10的雾度在1％至100％的范围内。在一实施方式中，玻璃基板10的雾度小于约50％。在一实施方式中，玻璃基板10的雾度小于约30％。
实施例
准备了玻璃基板10的样品。玻璃基板10的每个样品的长度为50mm，宽度为50mm，厚度为0.8mm。
化学回火。如在方法22的步骤38中，对玻璃基板10的所有样品进行离子交换化学回火过程，以产生处于压应力下的区域40、44。特别地，在离子交换过程之前，移除第二表面14上方的任何防护障蔽26。然后，在温度为70℃、浓度为2％的KOH洗涤剂溶液(由SemicleanKG提供)中，清洁第二表面14达12分钟的时间。然后将玻璃基板10的样品放置在86.2重量％的KNO3、11.8重量％的NaNO3及2重量％的LiNO3的熔融盐浴中8.4小时。熔融盐浴的温度为450℃。
对照样品。为了制作玻璃基板10的对照样品，根据方法22的步骤24，将塑料膜的防护障蔽26设置于玻璃基板10的每个样品的第二表面14上。以下将这些样品称为“对照样品”。然后，如上所述，根据方法22的步骤38对该些对照样品进行化学回火。制作出二十四(24)个对照样品。
经纹理化样品。除了方法22的步骤24将防护障蔽26设置在第二表面14上之外，根据方法22的步骤28进一步处理了玻璃基板10的一部分样品，以生成表面特征30。具体是，使玻璃基板10的这些样品与液体纹理化蚀刻剂接触，该液体纹理化蚀刻剂包含6重量％的氢氟酸、20重量％的氟化铵、15重量％的丙二醇及余量的水。玻璃基板10因而在室温(～72°F)下与纹理化蚀刻剂接触8分钟的时间。然后，用去离子水冲洗玻璃基板10的这些样品。以下将这些样品称为“经纹理化样品”。然后，如上所述，根据方法22的步骤38，对经纹理化样品进行化学回火。制作出二十五(25)个经纹理化样品。
纹理化与光蚀刻样品。在将防护障蔽26设置在第二表面14上的步骤24、28、38之后，在第一表面12上生成表面特征30，并对玻璃基板10进行化学回火，然后将玻璃基板10的一部分样品进一步根据步骤50进行处理，以将自第一表面12延伸入压缩深度42中的处于压应力下的区域40的一部分52移除，以限定出新的第一表面54。具体地，使玻璃基板10的这些样品与在水中包含2.5重量％的氢氟酸的液体轻度蚀刻剂接触。玻璃基板10的这些样品因而在室温(～72°F)下与轻度蚀刻剂接触1分钟的时间。然后，用去离子水冲洗玻璃基板10的这些样品。以下将这些样品称为“经纹理化与轻度蚀刻的样品”。制作出二十三(23)个经纹理化与轻度蚀刻的样品。
经纹理化、经抛光及经轻度蚀刻的样品。在将防护障蔽26放置在第二表面14上并在第一表面12上生成表面特征30的步骤24、28之后，根据方法22的步骤36来处理玻璃基板10的一部分样品，以使生成的表面特征30光滑。具体地，使玻璃基板10的这些样品与在水中包含2.5重量％的氢氟酸的液体抛光蚀刻剂接触。这些样品因此在室温(～72°F)下接触抛光蚀刻剂2分钟。然后用去离子水冲洗玻璃基板10的这些样品。接着，如上所述，根据方法22的步骤38对样品进行化学回火。然后根据步骤50对样品进一步处理，以将自第一表面12延伸入压缩深度42的处于压应力的区域40的一部分52移除，以限定出新的第一表面54。具体地，使玻璃基板10的这些样品与在水中包含2.5重量％的氢氟酸的液体轻度蚀刻剂接触。该些样品因此在室温(～72°F)下与轻度蚀刻剂接触1分钟。轻度蚀刻移除了0.7μm的第一表面12，以限定出新的第一表面54。然后用去离子水冲洗玻璃基板10的这些样品。以下将这些样品称为“经纹理化、经抛光及经轻度蚀刻的样品”。制作出二十四(24)个经纹理化、经抛光及经轻度蚀刻的样品。
单调等双轴挠曲强度。参照图8，根据ASTM C1499对每个制作的样品进行了环对环负载至失效的测试。环对环负载至失效的测试是确定玻璃基板10的第一表面12的表面强度的一种方法，对于在背景技术中描述的装置中使用的玻璃基板，希望获得良好的测试结果，其中玻璃基板涵盖显示器，并用于触控屏幕的应用。环对环负载至失效的测试参数包括接触半径为1.6毫米，负载环直径为0.5英寸，支撑环直径为1英寸，且十字头速度为1.2毫米/分钟。第一表面12向下放置在环上。该测试是使用Instron 5967通用测试机进行的。
经纹理化样品展现出最小的挠曲强度，其次是对照样品。如上所述，在步骤28期间生成的表面特征30会在玻璃基板10的变形期间将应力集中。对照样品不具有这样的表面特征30，而经纹理化样品却有。在施加环对环负载期间，经纹理化样品内的应力集中导致经纹理化样品比对照样品更容易失效。
经纹理化与轻度蚀刻样品比对照样品提供了更好的结果。如上所述，产生处于压应力下的区域40的步骤38，可以产生随机分布的缺陷，该缺陷在第一表面12处暴露并且延伸一小段距离至压应力的区域40中。通过与轻度蚀刻剂接触而去除该压应力区域40的一部分52的步骤50，消除了许多缺陷。进行化学回火的该些对照样品，即包含了那些缺陷。对照样品中在施加环对环负载期间存在那些缺陷，导致对照样品比起纹理化与轻度蚀刻样品更容易失效。
经纹理化、经抛光及经轻度蚀刻的样品比经纹理化与轻度蚀刻的样品提供了更好的结果。如上所述，在步骤28期间生成的表面特征30，在玻璃基板10的变形期间将应力集中。通过接触抛光蚀刻剂而使表面特征30光滑的步骤36减少了应力集中。减少应力集中会导致经纹理化、经抛光及经轻度蚀刻的样品比经纹理化与轻度蚀刻的样品更不容易失效。
通过接触轻度蚀刻剂而移除该压应力区域40的一部分52的步骤50，显著提高了具有表面特征30的样品的强度，如经纹理化与轻度蚀刻的样品，以及经纹理化、经抛光及经轻度蚀刻的样品相较于经纹理化的样品所示。经纹理化与轻度蚀刻的样品及经纹理化、经抛光及经轻度蚀刻的样品甚至优于对照样品。不受理论的限制，现已认为在化学回火过程中产生的缺陷的存在，比在表面特征30的生成(纹理化)期间所带来的挠曲期间的应力集中，更不利地影响了表面强度。
移除小于2μm的压缩深度的效果。参照图9，将第一表面12的表面特征30的算术平均高度(Sa，三维表面粗糙度参数)与由第一表面12所提供的雾度(百分比)制表成为根据步骤50的压缩深度42的被移除部分52的关系。如图所示，移除小于2μm的深度将仅对第一表面12的雾度和表面粗糙度具有较小的影响。
应当理解，在本申请揭示的实施方式中，玻璃基板可以被其他类型的基板例如玻璃陶瓷或陶瓷代替。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离权利要求的精神或范围的情况下，可以进行各种修改和变化。

Claims (20)

1.一种改良玻璃基板的方法，包括下列步骤：
在具有从第一表面到压缩深度的处于压应力下的区域，且该第一表面具有含有峰和谷的表面特征的玻璃基板上，将自该第一表面延伸至该压缩深度的处于压应力下的该区域的一部分移除，以限定出仍然具有含有峰和谷的表面特征的新的第一表面，该新的第一表面的表面特征具有在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)。
2.如权利要求1所述的方法，
其中，在处于压应力下的该区域的一部分被移除之前，处于压应力下的该压缩深度(DOC)是自该第一表面延伸入该玻璃基板至少20μm。
3.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，
其中，处于压应力下的该区域具有最大压应力，该最大压应力的绝对值为至少200MPa。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，
其中，处于压应力下的该区域的该被移除的部分的厚度在0.5μm至2μm的范围内。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，
其中，将自该第一表面延伸至该压缩深度的处于压应力下的该区域的一部分移除以限定出新的第一表面的步骤包括使该第一表面接触轻度蚀刻剂。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的方法，
其中，该轻度蚀刻剂包括氢氟酸或碱金属氢氧化物。
7.如权利要求1至5中的任一项所述的方法，
其中，该轻度蚀刻剂是氢氟酸的重量百分比在1重量％至5重量％范围内的液体。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，
其中，该轻度蚀刻剂与该玻璃基板接触的时间在30秒至5分钟的范围内。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的方法，
其中，该玻璃基板具有至少大致平行于该第一表面的第二表面，以及在该第一表面与该第二表面之间的厚度，该厚度小于1mm。
10.一种改良玻璃基板的方法，包括下列步骤：
在玻璃基板的第一表面上产生具有含有峰和谷的表面特征，该表面特征具有在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)；
产生该玻璃基板的处于压应力下的区域，该区域从该第一表面延伸到压缩深度；以及
将自该第一表面延伸至该压缩深度的处于压应力下的该区域的一部分移除，以限定出仍然具有含有峰和谷的表面特征的新的第一表面，该表面特征具有在10nm至2000nm范围内的粗糙度平均值(Ra)。
11.如权利要求10所述的方法，
其中，在玻璃基板的第一表面上产生含有峰和谷的表面特征的步骤包括使该玻璃基板接触纹理化蚀刻剂。
12.如权利要求10-11中的任一项所述的方法，
其中，该纹理化蚀刻剂包括：(a)氢氟酸；(b)具有铵阳离子或碱金属阳离子的盐；及(c)有机溶剂。
13.如权利要求10-12中的任一项所述的方法，
其中，该盐包括氟化铵、氟化氢铵、氟化钾、氟化氢钾、氟化钠、氟化氢钠及氯化钾中的一种或多种；且其中，该有机溶剂包括醇、二醇及甘油中的一种或多种。
14.如权利要求10-13中的任一项所述的方法，
其中，该玻璃基板具有至少大致平行于该第一表面的第二表面，以及在该第一表面与该第二表面之间的厚度，该厚度小于1.0mm。
15.如权利要求10至14中的任一项所述的方法，
其中，产生该玻璃基板的处于压应力下的该区域的步骤包括使该玻璃基板经历离子交换化学回火过程。
16.如权利要求10至15中的任一项所述的方法，
其中，在处于压应力下的该区域的一部分被移除之前，处于压应力下的该压缩深度(DOC)是自该第一表面延伸入该玻璃基板至少20μm；且其中，处于压应力下的该区域的被移除的该部分的厚度在0.5μm至2μm的范围内。
17.如权利要求15至16中的任一项所述的方法，
其中，该离子交换化学回火过程包括将该玻璃基板放入包含硝酸钾和硝酸钠的碱金属硝酸盐熔融盐浴中，硝酸钾和硝酸钠的总浓度在88重量％至100重量％的范围内，该熔融盐浴具有在350℃至500℃的范围内的温度。
18.如权利要求10至17中的任一项所述的方法，
其中，将自该第一表面延伸至该压缩深度的处于压应力下的该区域的该部分移除以限定出新的第一表面的步骤包括使该第一表面接触轻度蚀刻剂。
19.如权利要求18所述的方法，
其中，该轻度蚀刻剂是氢氟酸的重量百分比在1重量％至5重量％的范围内的液体；且其中，该轻度蚀刻剂与该玻璃基板接触的时间在30秒至5分钟的范围内。
20.如权利要求10-19中的任一项所述的方法，还包括下列步骤：
在生成表面特征之后并且在产生该玻璃基板的处于压应力下的该区域之前，通过使该玻璃基板与抛光蚀刻剂接触来使该表面特征光滑。
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