专利摘要:
一種修整玻璃片邊緣的方法,包含使用不同磨蝕輪的第一研磨步驟及第二拋光步驟。就次表面損傷(SSD)而言,該方法產生一致的修整邊緣品質與改良的邊緣品質。可有利地利用該方法來修整薄玻璃基板的邊緣,該薄玻璃基板係使用來作為顯示裝置的基板,該顯示裝置如LCD顯示器與類似者。
公开号:TW201300198A
申请号:TW101122845
申请日:2012-06-26
公开日:2013-01-01
发明作者:James William Brown;Siva Venkatachalam
申请人:Corning Inc;
IPC主号:B24B9-00
专利说明:
玻璃邊緣修整之方法
本專利申請案根據專利法主張於2011年6月28日提出申請的美國專利申請案第13/170728號的優先權權益,該申請案之內容為本案所依據且該申請案之內容以引用方式全部併入本文中。
本發明係關於玻璃材料之邊緣修整方法。尤其,本發明係關於薄玻璃片邊緣之研磨與拋光。本發明是有用的,例如在修整用於作為基板的玻璃片邊緣中,該基板係用於製作顯示裝置,如LCD顯示器。
已發現薄玻璃片使用於許多光學、電子或光電裝置,如液晶(LCD)顯示器、有機發光二極體(OLED)顯示器、太陽能電池、作為半導體裝置基板、彩色濾光片基板、保護片以及類似者。可以藉由數種方法來製造厚度從幾個微米到幾個毫米的薄玻璃片,如漂浮法、熔融下拉法(由美國紐約州康寧市的康寧公司首創的方法)、流孔下拉法以及類似者。該等玻璃基板具有高強度是非常理想的,使得該等玻璃基板在修整、包裝、運輸、處理等過程中能承受可能會遭遇的機械撞擊。玻璃材料的原子網絡在本質上是堅固的。然而,當玻璃片表面(包括主要表面和邊緣表面)的缺陷處於超過某一臨界值的應力時會迅速延伸進入該網絡。因為該等基板通常具有相對高品質且刮痕和類似者之數量少的主要表面,因此該等基板的強度主要取決於邊緣品質。有少量缺陷的邊緣對於高邊緣強度的玻璃材料是非常理想的。
玻璃片的生產時常包括藉由機械刻斷、雷射刻斷或直接雷射全體切割的切割步驟。該等製程必然產生具有二個主要表面的玻璃片,且該二個主要表面係由大體上與該等主要表面垂直的邊緣表面連接。因此,在主要表面和邊緣表面之間的相交區域,人們可以觀察到90°尖角。當在顯微鏡下,人們可以觀察到大量的缺陷,如在角中的裂縫,特別是在使用機械刻劃之處。當在包裝、處理和使用的過程中被撞擊時,該等角會輕易地斷裂而產生缺口、裂縫延伸以及甚至是片破裂,該缺口、裂縫延伸以及片破裂中沒有一樣是合意的。
傳統上,修整前的玻璃片邊緣已經過研磨和選擇性拋光。然而,現有的修整方法因更多以下缺點中之一者而更糟:(i)產生的邊緣品質不足;(ii)低生產量;以及(iii)經修整邊緣品質的低一致性。此外,由於用於顯示器的玻璃片越來越薄,發現現有可接受的用於大厚度玻璃片之修整方法已不適用。
因此,的確需要改良的玻璃片邊緣修整方法,本發明符合該需要與其他需要。
本文中揭示本發明的幾個態樣。應瞭解到,該等態樣可能會或可能不會彼此互相重疊。因此,一個態樣的一部分可能落入另一個態樣的範疇,反之亦然。
各個態樣係藉由數個實施例來說明,該等實施例依次可包括一或多個具體實施例。應瞭解到,該等實施例可能會或可能不會互相重疊。因此,一個實施例的一部分或該實施例之具體實施例可能會或可能不會落入另一個實施例或該另一個實施例之具體實施例的範圍,反之亦然。
因此,本揭示的第一態樣係關於一種修整玻璃片邊緣的方法,該玻璃片具有厚度Th(gs)、第一主要表面、第二主要表面與第一修整前邊緣表面、第一角以及第二角,該第一修整前邊緣表面連接該第一主要表面與該第二主要表面,該第一角由該第一主要表面與該第一修整前邊緣表面之間的相交所界定,且第二角由該第二主要表面與該第一修整前邊緣表面之間的相交所界定,該方法包含以下步驟:(I)研磨該第一邊緣表面、該第一角以及該第二角,以獲得彎曲的第一研磨邊緣表面,該第一研磨邊緣表面大體上沒有尖角,該第一研磨邊緣表面具有經研磨最大裂縫長度MCL(g)、經研磨平均裂縫長度ACL(g)及經研磨正規化裂縫平均數ANC(g);以及之後(II)拋光該第一研磨邊緣表面,以獲得第一拋光邊緣表面,該第一拋光邊緣表面具有經拋光最大裂縫長度MCL(p)、經拋光平均裂縫長度ACL(p)及經拋光正規化裂縫平均數ANC(p);其中MCL(p)/MCL(g)¾,ACL(p)/ACL(g)3/4以及ANC(p)/ANC(g)¾。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,MCL(p)/MCL(g)2/3,ACL(p)/ACL(g)2/3以及ANC(p)/ANC(g)2/3。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,MCL(p)/MCL(g)1/2,ACL(p)/ACL(g)1/2以及ANC(p)/ANC(g)1/2。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,MCL(p)/MCL(g)1/3,ACL(p)/ACL(g)1/3以及ANC(p)/ANC(g)1/3。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,MCL(g)40 μm,ACL(g)10 μm以及ANC(p)40 mm-1
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,在步驟(I)中,使用包含複數個研磨料的研磨輪,該研磨料內嵌於研磨輪基質中,而且該研磨料之平均粒徑為10 μm至80 μm,在某些實施例中該研磨料之平均粒徑為20 μm至65 μm,在某些實施例中該研磨料之平均粒徑為20 μm至45 μm,在某些實施例中該研磨料之平均粒徑為20 μm至40 μm。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,該研磨料包含選自鑽石、SiC、Al2O3、SiN、CBN(立方氮化硼)、CeO2及上述物質之組合之材料。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,在步驟(I)中,藉由該研磨輪施加研磨力F(g)至該玻璃片,而且F(g)30牛頓,在某些實施例中F(g)25牛頓,在某些實施例中F(g)20牛頓,在某些實施例中F(g)15牛頓,在某些實施例中F(g)10牛頓,在某些實施例中F(g)8牛頓,在某些實施例中F(g)6牛頓,在某些實施例中F(g)4牛頓。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,在步驟(II)中,使用包含複數個拋光料的拋光輪,該拋光料內嵌於拋光輪聚合物基質中,而且該拋光料之平均粒徑為5 μm至80 μm,在某些實施例中該拋光料之平均粒徑為6 μm至65 μm,在某些實施例中該拋光料之平均粒徑為7 μm至50 μm,在某些實施例中該拋光料之平均粒徑為8 μm至40 μm,在某些實施例中該拋光料之平均粒徑為5 μm至20 μm,在某些實施例中該拋光料之平均粒徑為8 μm至20 μm。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,在步驟(II)中,藉由該拋光輪施加拋光力F(p)至該玻璃片,而且F(p)30牛頓,在某些實施例中F(p)25牛頓,在某些實施例中F(p)20牛頓,在某些實施例中F(p)15牛頓,在某些實施例中F(p)10牛頓,在某些實施例中F(p)8牛頓,在某些實施例中F(p)6牛頓,在某些實施例中F(p)4牛頓,在某些實施例中F(p)3牛頓,在某些實施例中F(p)2牛頓,在某些實施例中F(p)1牛頓。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,在步驟(I)中,藉由該研磨輪施加研磨力F(g)至該玻璃片,在步驟(II)中,藉由該拋光輪施加拋光力F(p)至該玻璃片,而且1.2F(g)/F(p)4.0。在某些實施例中,1.3F(g)/F(p)3.0。在某些實施例中,1.5F(g)/F(p)2.5。在某些實施例中,1.5F(g)/F(p)2.0。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,該拋光料包含選自鑽石、SiC、CeO2及上述物質之組合之材料。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,該聚合物基質係選自聚氨酯樹脂、環氧樹脂、聚碸(posulfone)、聚醚酮、多酮、聚醯亞胺、聚醯胺、聚烯烴及上述物質之混合物與組合。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,該拋光料包含鑽石拋光料與CeO2拋光料之組合。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,該鑽石拋光料之平均粒徑為5 μm至80 μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為6 μm至65 μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為7 μm至50 μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為8μm至40 μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為5 μm至20 μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為8 μm至20 μm;而且該CeO2拋光料之平均粒徑為小於5 μm,在某些實施例中該CeO2拋光料之平均粒徑為小於3 μm,在某些其他實施例中該CeO2拋光料之平均粒徑為小於1 μm。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,該拋光輪聚合物基質之蕭氏(Shore)D硬度為40至80,在某些實施例中該拋光輪聚合物基質之蕭氏(Shore)D硬度為45至70,在某些其他實施例中該拋光輪聚合物基質之蕭氏(Shore)D硬度為50至60。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,該拋光輪聚合物基質包含選自聚氨酯、環氧樹脂、纖維素及上述物質之衍生物、聚烯烴及上述物質之混合物與組合之材料。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,在步驟(I)中,該研磨輪於該拋光表面上包含預形成之研磨溝,該研磨溝具有與該研磨溝的延伸方向垂直之截面,該截面具有最大寬度Wm(gwg)、平均寬度Wa(gwg)以及深度Dp(gwg),其中Wm(gwg)>Th(gs),而且Dp(gwg)50 μm,在某些實施例中Dp(gwg)100 μm,在某些實施例中Dp(gwg)150 μm,在某些實施例中Dp(gwg)200 μm,在某些實施例中Dp(gwg)250 μm,在某些實施例中Dp(gwg)350 μm,在某些實施例中Dp(gwg)400 μm,在某些實施例中Dp(gwg)450 μm,在某些實施例中Dp(gwg)500 μm,在某些實施例中Dp(gwg)1000 μm,在某些實施例中Dp(gwg)1500 μm。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,1.2.Th(gs)Wm(gwg)3.0.Th(gs),在某些實施例中1.5.Th(gs)Wm(gwg)2.5.Th(gs),在某些實施例中1.5.Th(gs)Wm(gwg)2.0.Th(gs)。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,在步驟(II)中,該拋光輪於該拋光表面上包含預形成之拋光溝,該拋光溝具有與該拋光溝的延伸方向垂直之截面,該截面具有最大寬度Wm(pwg)、平均寬度Wa(pwg)以及深度Dp(pwg),其中Wm(pwg)>Th(gs),而且Dp(pwg)50 μm,在某些實施例中Dp(pwg)100 μm,在某些實施例中Dp(pwg)150 μm,在某些實施例中Dp(pwg)200 μm,在某些實施例中Dp(pwg)250 μm,在某些實施例中Dp(pwg)350 μm,在某些實施例中Dp(pwg)400 μm,在某些實施例中Dp(pwg)450 μm,在某些實施例中Dp(pwg)500 μm,在某些實施例中Dp(pwg)1000 μm,在某些實施例中Dp(pwg)1500 μm。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,1.2.Th(gs)Wm(pwg)3.0.Th(gs),在某些實施例中1.5.Th(gs)Wm(pwg)2.5.Th(gs),在某些實施例中1.5.Th(gs)Wm(pwg)2.0.Th(gs)。
在依據本揭示第一態樣的方法之某些實施例中,在步驟(I)與步驟(II)中,該第一修整前邊緣表面以至少1 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少1 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少2 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少5 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少10 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少15 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少20 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少25 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少30 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少35 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少40 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少45 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少50 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少60 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少70 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少80 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至少90 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至多100 cm.s-1的線性速度移動,在某些實施例中該第一修整前邊緣表面以至多80 cm.s-1的線性速度移動,在某些其他實施例中該第一修整前邊緣表面以至多70 cm.s-1的線性速度移動,在某些其他實施例中該第一修整前邊緣表面以至多60 cm.s-1的線性速度移動,在某些其他實施例中該第一修整前邊緣表面以至多50 cm.s-1的線性速度移動。
本揭示的一或多個實施例具有一或多個以下的優點。第一,使用研磨輪與拋光輪的組合產生高生產量與高的經拋光表面品質之組合,藉由研磨步驟中高速的材料移除而能得到該高生產量,以及藉由拋光輪和緩的性質而能得到該高的經拋光表面品質。第二,藉由使用具有預形成溝的研磨輪及/或拋光輪,人們可以在輪的工作壽命期間達成一致的邊緣修整速度與品質。第三,藉由選擇具有內嵌於相對軟的與彈性的聚合物基質材料中的硬拋光料與軟拋光料之拋光輪,人們可以減少該研磨步驟產生的次表面損傷(SSD),並且人們可以就SSD而言達成高表面品質的經拋光邊緣表面。
將於以下實施方式中提出本發明更多的特徵與優點,而且從該描述,該等特徵與優點之一部分對於熟悉該項技藝之人士而言將是顯而易見的,或者該等特徵與優點之一部分可藉由實施如書面描述與該書面描述之專利範圍以及隨附圖示中所說明之本發明而被認可。
應瞭解到,前述一般描述與以下實施方式僅為本發明之例示,而且前述一般描述與以下實施方式旨在提供瞭解本發明(如申請專利範圍所主張)的本質與特性之概觀或架構。
涵括隨附圖示以提供對本發明進一步的瞭解,將該等隨附圖示併入本說明書中,並且該等隨附圖示構成本說明書的一部分。
本揭示之方法對於修整厚度約10 um至約1000 um的玻璃片尤其有利,雖然也可以進行適當的修正而將本揭示之方法使用於修整其他厚度的玻璃片。
如先前在發明背景中所述,經切割玻璃片通常具有大致上與主要表面垂直的邊緣表面,該主要表面包含微米尺度的裂縫,如次表面微裂縫。尖銳的邊緣很容易受到機械撞擊,而且尖銳的邊緣會輕易地碎裂而形成表面污染的玻璃缺口。假使玻璃片受到應力,則裂縫可能會進一步延伸而造成玻璃片破損。為減少碎裂和破損,吻合邊緣並獲得高的平整度是非常需要的。
非意欲受特定理論約束,但可由以下關係式指明玻璃片的邊緣裂縫大小(「a」)係與玻璃材料的應力(「σ」)及斷裂韌性(一種材料性質,K Ic)有關:
因此,清楚地,可藉由最小化關鍵裂縫大小來得到最佳的邊緣強度,因邊緣強度與裂縫大小呈負相關。
因此,本揭示的第一態樣係關於一種修整玻璃片邊緣的方法,該玻璃片具有厚度Th(gs)、第一主要表面、第二主要表面與第一修整前邊緣表面、第一角以及第二角,該第一修整前邊緣表面連接該第一主要表面與該第二主要表面,該第一角由該第一主要表面與該第一修整前邊緣表面之間的相交所界定,且該第二角由該第二主要表面與該第一修整前邊緣表面之間的相交所界定,該方法包含以下步驟:(I)研磨該第一邊緣表面、該第一角以及該第二角,以獲得彎曲的第一研磨邊緣表面,該第一研磨邊緣表面大體上沒有尖角,該第一研磨邊緣表面具有經研磨最大裂縫長度MCL(g)、經研磨平均裂縫長度ACL(g)及經研磨正規化裂縫平均數ANC(g);以及之後(II)拋光該第一研磨邊緣表面,以獲得第一拋光邊緣表面,該第一拋光邊緣表面具有經拋光最大裂縫長度MCL(p)、經拋光平均裂縫長度ACL(p)及經拋光正規化裂縫平均數ANC(p);其中MCL(p)/MCL(g)¾,ACL(p)/ACL(g)3/4以及ANC(p)/ANC(g)¾。
因此,本揭示之修整方法為一種涉及先前的研磨步驟與後續的拋光步驟之二步驟製程。該等二步驟之組合產生了高生產量與高的最終邊緣品質之最佳化組合。先前的研磨步驟使整個修整步驟中大部分的玻璃材料得以快速移除,有效地移除了絕大部分在上游玻璃片切割製程期間形成的大的次表面缺陷。另外,先前的研磨步驟的結果是藉由去除尖角而獲得了具有大致上理想的表面曲率之彎曲形先前研磨邊緣表面。然而,在研磨步驟結束時某些修整前的邊緣缺陷仍可能存在,且具有相同的或較低的深度。此外,由於研磨步驟中侵犯性的材料移除手段,可能已在製程中產生某些次表面裂縫。另外,研磨步驟會使得邊緣表面的粗糙度無法符合某些後續製程要求的需要。在本揭示之方法中,藉由包括研磨步驟之後的拋光步驟而進一步減少及/或移除剩下的次表面缺陷,並且將邊緣品質與強度帶到新的層次。該三個比率MCL(p)/MCL(g)¾、ACL(p)/ACL(g)3/4以及ANC(p)/ANC(g)¾一起指明了與僅涉及單一研磨製程步驟的製程相比,本揭示的方法使得次表面缺陷的嚴重性與數量方面得到了明顯的改良。假設步驟(I)保持不變,則MCL(p)/MCL(g)、ACL(p)/ACL(g)以及ANC(p)/ANC(g)的比率愈大,需要由拋光步驟(II)移除的材料就愈多。
第1圖圖示說明依據本揭示一個實施例的方法。在本圖中,從切割步驟獲得的經切割玻璃片101具有厚度Th(gs)、第一主要表面103、第二主要表面105、以及連接第一主要表面103與第二主要表面105的第一修整前邊緣表面107與第二修整前邊緣表面109。修整前邊緣表面107與109兩者大致上與主要表面103與105垂直。因此,在主要表面與修整前邊緣表面之間的相交處界定出尖角111、113、115及117。在依據本揭示的研磨與拋光步驟之後,結合部分緊接於邊緣表面107與109下方的玻璃材料之四個角111、113、115及117全部被移除了,而形成彎曲的第一經拋光邊緣表面108與彎曲的第二經拋光邊緣表面110。
第2A圖圖示說明依據本揭示一個實施例的研磨步驟。於該實施例中,具有第一主要表面205與第二主要表面207以及大致上垂直的修整前邊緣表面209之經切割玻璃片201接受研磨輪212的研磨,研磨輪212具有預形成的研磨輪溝213,研磨輪溝213圍繞心軸旋轉。於該研磨步驟中,藉由研磨輪溝213同時研磨第一與第二主要表面205與207截面的兩個角,此時第一邊緣表面209在大致上垂直於該圖中所圖示的玻璃片截面表面的方向上移動。在研磨期間,藉由研磨輪212施加研磨力F(g)至玻璃片203,而得以從玻璃片的角與邊緣表面移除玻璃材料。雖然在某些實施例中使用單一個研磨輪212是有利的,但是熟悉該項技藝之人士在研讀本揭示後可立即瞭解到,也可將本發明應用於使用多個研磨輪的實施例中,其中每個研磨輪只研磨個別的角落區域。第2A圖圖示只研磨第一修整前邊緣表面209。在實作上,可以同時或是在個別的研磨操作中研磨相對的第二修整前邊緣表面208(未圖示)。
第2B圖圖示說明依據有關第2A圖中圖示的研磨步驟相同的實施例之拋光步驟。於該實施例中,具有第一修整前邊緣209已被研磨成彎曲的第一經研磨邊緣表面215的經研磨玻璃片201進一步接受拋光輪216的拋光,拋光輪216具有預形成的拋光輪溝217,拋光輪溝217圍繞心軸旋轉。於該實施例中,藉由拋光輪溝217拋光整個經研磨的第一邊緣表面215,此時第一經研磨邊緣表面215在大致上垂直於該圖中所圖示的玻璃片截面的方向上移動。在拋光期間,藉由拋光輪216施加拋光力F(p)至玻璃片203,而得以從經研磨邊緣表面215進一步移除玻璃材料。雖然在某些實施例中,圖示於該圖中的實施例使用單一個拋光輪是有利的,但是熟悉該項技藝之人士在本文揭示內容之助益下應瞭解到,也可將本發明應用於使用多個拋光輪的實施例中,其中每個拋光輪只拋光經研磨邊緣表面的特定區域。第2B圖圖示只拋光第一經研磨邊緣表面215。在實作上,可以同時或是在個別的拋光操作中拋光相對的第二經研磨邊緣表面214(未圖示)。在特別有利的實施例中,第2A圖中圖示的第一修整前邊緣表面209之研磨步驟與第2B圖中圖示的第一經研磨邊緣表面215之拋光步驟大致上係於單一修整操作中同時進行,且研磨輪212稍微位於拋光輪216的上游,使得第一修整前邊緣表面209在單次通過邊緣修整機器完成時,第一修整前邊緣表面209可被處理成為經拋光表面215。
當以足夠高的解析度觀看時,任何的真實表面皆會展現出某種粗糙度,對於修整前邊緣表面、經研磨邊緣表面以及經拋光邊緣表面尤其如此。第3圖圖示說明該等表面301中之一者的表面特徵,該等表面特徵包括稱為表面粗糙度(圖示為SR)的表面峰谷起伏以及具有各種延伸深度的次表面缺陷(圖示為SSD)303、305及307。當次表面損傷是大的時,次表面損傷在光學顯微鏡下是可見的。然而,對於大部分僅有次微米間隙的次表面損傷而言,該等次表面損傷通常無法直接在光學顯微鏡下偵測到。因此,為了特徵化與量化次表面微裂縫(亦習知為次表面損傷SSD)的存在、數量以及深度,人們會需要顯露該等微裂縫以使該等微裂縫可被觀察到的方法,以下為本案發明人所發展之方法,該方法係用於量測所有以下將描述的裂縫。
藉由刻劃及之後的折彎分離,將邊緣已修整的大玻璃片切割成大約1"x1"(2.54 cm乘以2.54 cm)的方塊。小心以確保大玻璃片的刻劃是從待量測的已修整邊緣的對邊進行,因此量測邊緣的輪廓沒有任何刻劃標記,該等刻劃標記可能會干擾檢查與量測。
然後使用以下製程蝕刻方塊樣品:(i)將方塊樣品整個沉浸於5% HF+5% HCl溶液中30秒且不攪動;(ii)將方塊樣品從酸中取出;以及之後(iii)以製程用水洗滌並清潔方塊樣品。小心以確保沒有酸殘留在方塊樣品表面上。
然後在光學顯微鏡下檢查方塊樣品,將該樣品置於顯微鏡下,使得邊緣的輪廓(截面)為可見的。將放大倍率從100倍變成500倍,以檢察輪廓邊緣上的裂縫(次表面損傷SSD)。對於較小的裂縫使用較高的放大倍率,反之亦然。也捕捉輪廓的200x光學影像,然後分析該等光學影像。
在影像分析的過程中,係藉由在電腦螢幕上影像中的SSD兩端處畫兩條大致垂直於SSD方向的平行線進行量測,並計算該等平行線之間的距離,將該距離紀錄為SSD的長度。量測所有在顯微鏡下可見的SSD,並且計算最大與平均長度。SSD數量,亦即正規化裂縫平均數,係定義為沿著邊緣截面的彎曲輪廓上每單位長度之SSD總數。
在某些特別有利的實施例中,MCL(p)/MCL(g)1/2、ACL(p)/ACL(g)1/2以及ANC(p)/ANC(g)1/2。在某些其他特別有利的實施例中,MCL(p)/MCL(g)1/3、ACL(p)/ACL(g)1/3以及ANC(p)/ANC(g)1/3。在某些其他特別有利的實施例中,MCL(g)40 μm、ACL(g)10 μm以及ANC(p)40 mm-1。在某些其他特別有利的實施例中,MCL(g)20 μm、ACL(g)5 μm以及ANC(p)20。
使用於步驟(I)的研磨輪可有利地包含數種內嵌於研磨輪基質的研磨料,該等研磨料通常具有至少與待研磨的玻璃材料一樣高的硬度。研磨輪中的研磨料之實例包括但不限於鑽石、SiC、SiN及上述物質之組合。該基質使該等研磨料保持在一起。用於該基質的材料包括但不限於鐵、不鏽鋼、陶瓷、玻璃及類似者。由於在步驟(I)中移除了大量的玻璃材料,因此高度需要研磨輪基質材料是相對硬且堅固的。另外,為避免該基質磨損,因此需要該等研磨料突出於基質材料的表面上,並且在研磨期間,避免基質材料與待研磨的玻璃片之間直接接觸。在研磨期間,研磨料與玻璃材料之間的摩擦力使玻璃材料從角與邊緣表面移除。若超過時間,則基質與研磨料兩者都可能損耗。
在研磨步驟(I)過程中,研磨輪與接受研磨的玻璃邊緣表面係有利地藉由流體冷卻,研磨輪與接受研磨的玻璃邊緣表面更有利地是藉由液體(如水)冷卻。水是特別有利的,因為水成本低、能夠潤滑製程、帶走產生的玻璃顆粒,同時可冷卻研磨輪與玻璃片。
研磨料的參數,尤其是大小、幾何形狀、在研磨輪中的裝填密度、研磨料在研磨輪表面上的分佈以及材料硬度,會影響研磨的有效性、材料移除速度、研磨步驟(I)結束時的表面粗糙度以及次表面損傷。因此,在某些有利的實施例中,在步驟(I),研磨料的平均粒徑為10 μm至80 μm,在某些實施例中研磨料的平均粒徑為20 μm至65 μm,在某些實施例中研磨料的平均粒徑為20 μm至45 μm,在某些實施例中研磨料的平均粒徑為20 μm至40 μm。
藉由該研磨輪施加至待研磨玻璃片的研磨力決定研磨輪與玻璃材料之間的摩擦力、因而決定材料移除速度以及次表面損傷(SSD)的數量與嚴重性。當研磨厚度至多為1000 μm的玻璃片時,需要研磨力F(g)30牛頓,在某些實施例中F(g)25牛頓,在某些實施例中F(g)20牛頓,在某些實施例中F(g)15牛頓,在某些實施例中F(g)10牛頓,在某些實施例中F(g)8牛頓,在某些實施例中F(g)6牛頓,在某些實施例中F(g)4牛頓。
使用於步驟(II)的拋光輪可有利地包含數種內嵌於拋光輪聚合物基質中的拋光料,至少某些該等拋光料通常具有至少與待拋光的玻璃材料一樣高的硬度。拋光輪中的拋光料之實例包括但不限於鑽石、SiC、SiN、Al2O3、BN、CeO2及上述物質之組合。因此,在某些有利的實施例中,在步驟(II),拋光料的平均粒徑為5 μm至80 μm,在某些實施例中拋光料的平均粒徑為6 μm至65 μm,在某些實施例中拋光料的平均粒徑為7 μm至50 μm,在某些實施例中拋光料的平均粒徑為8 μm至40 μm,在某些實施例中拋光料的平均粒徑為5 μm至20 μm,在某些實施例中拋光料的平均粒徑為8 μm至20 μm。與研磨輪中的研磨料相比,拋光料理想上具有以下中至少一者:(i)較低的硬度,(ii)較小的磨料顆粒大小,(iii)較低的磨料顆粒密度(就每單位體積聚合物基質中的磨料顆粒數量而言),以由拋光步驟(II)獲得較低的材料移除速度與較少的SSD。
在特別有利的實施例中,該拋光料包含鑽石拋光料與CeO2拋光料之組合。非意欲受特定理論的約束,據信具有高硬度的鑽石拋光料可提供有效的材料移除,同時硬度較鑽石顆粒低的CeO2拋光料提供拋光的功能與較和緩的材料移除能力,而產生步驟(II)的材料移除速度與拋光功能之最佳化組合。於該種實施例中,需要該鑽石拋光料之平均粒徑為5 μm至80 μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為6 μm至65μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為7 μm至50 μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為8μm至40 μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為5 μm至20 μm,在某些實施例中該鑽石拋光料之平均粒徑為8 μm至20 μm;而且該CeO2拋光料之平均粒徑為小於5 μm,在某些實施例中該CeO2拋光料之平均粒徑為小於3 μm,在某些實施例中該CeO2拋光料之平均粒徑為小於1 μm。
該聚合物基質使該拋光料保持在一起。用於該聚合物基質的材料實例包括但不限於聚氨酯、環氧樹脂、聚酯、聚醚、聚醚酮、聚醯胺、聚醯亞胺、聚烯烴、多醣、聚碸及類似者。高度需要拋光輪的聚合物基質材料具有比研磨輪基質材料更高的彈性。在拋光期間,拋光料與玻璃材料之間的摩擦力使玻璃材料從經研磨表面移除。若超過時間,則聚合物基質與拋光料兩者都可能損耗。
在拋光步驟(II)過程中,拋光輪與接受拋光的玻璃邊緣表面係有利地藉由流體冷卻,拋光輪與接受拋光的玻璃邊緣表面更有利地是藉由液體(如水)冷卻。水是特別有利的,由於水成本低、能夠潤滑製程、帶走產生的玻璃顆粒,同時可冷卻拋光輪與玻璃片。
拋光料的參數,尤其是大小、幾何形狀、在拋光輪中的裝填密度以及材料硬度,會影響拋光的有效性、材料移除速度、拋光步驟(II)結束時的表面粗糙度以及次表面損傷。
藉由該拋光輪施加至待研磨玻璃片的拋光力決定拋光輪與玻璃材料之間的摩擦力、因而決定材料移除速度以及次表面損傷(SSD)的數量與嚴重性。當拋光厚度至多為1000 μm的玻璃片時,需要由該拋光輪施加拋光力F(p)至玻璃片,而且拋光力F(p)30牛頓,在某些實施例中F(p)25牛頓,在某些實施例中F(p)20牛頓,在某些實施例中F(p)15牛頓,在某些實施例中F(p)10牛頓,在某些實施例中F(p)8牛頓,在某些實施例中F(p)6牛頓,在某些實施例中F(p)4牛頓。視拋光材料的選擇,尤其是拋光料材料的選擇,在某些實施例中F(p)<F(g)可能是高度理想的,在某些實施例中F(p)<¾.F(g),在某些實施例中F(p)<½.F(g),在某些實施例中F(p)<1/3.F(g),在某些實施例中F(p)<¼.F(g)。
拋光輪的聚合物基質材料的硬度也對玻璃材料移除速率與拋光的表面品質有影響,如此是因為與較硬的聚合物基質相比,低硬度、高彈性的聚合物基質可以有效地使拋光料顆粒施加明顯更低的力到玻璃材料。因此,在某些實施例中,該拋光輪聚合物基質之蕭氏D硬度理想上為40至80,在某些實施例中該拋光輪聚合物基質之蕭氏D硬度理想上為45至70,在某些其他實施例中該拋光輪聚合物基質之蕭氏D硬度理想上為50至60。
在特別有利的實施例中,預形成研磨輪表面溝在研磨輪半徑方向上的截面具有最大寬度Wm(gwg)、平均寬度Wa(gwg)以及深度Dp(gwg),其中Wm(gwg)>Th(gs),而且Dp(gwg)50 μm,在某些實施例中Dp(gwg)100 μm,在某些實施例中Dp(gwg)150 μm,在某些實施例中Dp(gwg)200 μm,在某些實施例中Dp(gwg)250 μm,在某些實施例中Dp(gwg)350 μm,在某些實施例中Dp(gwg)400 μm,在某些實施例中Dp(gwg)450 μm,在某些實施例中Dp(gwg)500 μm,在某些實施例中Dp(gwg)1000 μm,在某些實施例中Dp(gwg)1500 μm。該研磨溝在研磨開始之前接收修整前邊緣,並確保在所有的研磨操作中(從研磨輪的使用年限開始到結束)有適當的、一致的材料移除量,使得在使用相同的研磨輪所修整的玻璃片當中可以獲得一致的邊緣表面形狀與尺寸。在某些特別有利的實施例中,1.2.Th(gs)Wm(gwg)3.0.Th(gs),在某些實施例中1.5.Th(gs)Wm(gwg)2.5.Th(gs),在某些實施例中1.5.Th(gs)Wm(gwg)2.0.Th(gs)。
在特別有利的實施例中,圖示於第4圖,具有整體輪寬W(pw)的拋光輪401包含在拋光輪半徑方向上具有截面的預形成拋光輪表面溝403,該截面具有最大寬度Wm(pwg)、平均寬度Wa(pwg)以及深度Dp(pwg),其中Wm(pwg)>Th(gs),而且Dp(pwg)50 μm,在某些實施例中Dp(pwg)100 μm,在某些實施例中Dp(pwg)150 μm,在某些實施例中Dp(pwg)200 μm,在某些實施例中Dp(pwg)250 μm,在某些實施例中Dp(pwg)350 μm,在某些實施例中Dp(pwg)400 μm,在某些實施例中Dp(pwg)450 μm,在某些實施例中Dp(pwg)500 μm,在某些實施例中Dp(pwg)1000 μm,在某些實施例中Dp(pwg)1500 μm。該拋光溝在拋光開始之前接收經研磨的邊緣,並確保在所有的拋光操作中(從拋光輪的使用年限開始到結束)有適當的、一致的材料移除量,使得在使用相同的拋光輪所修整的玻璃片當中可以獲得一致的經拋光邊緣表面形狀與尺寸。在某些特別有利的實施例中,1.2.Th(gs)Wm(pwg)3.0.Th(gs),在某些實施例中1.5.Th(gs)Wm(pwg)2.5.Th(gs),在某些實施例中1.5.Th(gs)Wm(pwg)2.0.Th(gs)。
如上所述,在特別有利的實施例中,玻璃片的修整前邊緣表面在單一修整步驟中接受研磨步驟(I)與拋光步驟(II)處理,其中邊緣表面以相對於研磨輪中心與拋光輪中心的線性速度移動。第5圖圖示說明該實施例,其中玻璃片的邊緣表面501由研磨輪503的研磨溝507接收,首先接受研磨,然後玻璃片的邊緣表面501移動到下游的拋光位置,在拋光位置玻璃片的邊緣表面501由拋光輪505的拋光溝509接收。邊緣表面501相對於研磨輪503中心與拋光輪505中心的速度為V。在某些實施例中理想上V至少為1 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為2 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為5 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為10 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為15 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為20 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為25 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為30 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為35 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為40 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為45 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為50 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為60 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為70 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為80 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至少為90 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至多為100 cm.s-1,在某些實施例中理想上V至多為80 cm.s-1,在某些其他實施例中理想上V至多為70 cm.s-1,在某些其他實施例中理想上V至多為60 cm.s-1,在某些其他實施例中理想上V至多為50 cm.s-1。雖然第5圖中僅圖示一個研磨輪與一個拋光輪,但是也可以在單一操作的修整製程中使用一系列相同或不同的研磨輪來執行研磨功能,在執行研磨功能之後跟隨一系列相同或不同的拋光輪來執行拋光功能到所欲程度。例如,在一個使用一系列研磨輪的實施例中,從第一個研磨輪到最後一個研磨輪依序接觸玻璃片邊緣上的特定點,研磨料可以變得愈來愈細小,以提供愈來愈更加和緩的研磨功能。同樣的,在一個使用一系列拋光輪的實施例中,從第一個到最後一個拋光輪依序接觸玻璃片邊緣上的特定點,拋光料可以變得愈來愈細小,以提供愈來愈更加和緩的拋光功能。在又另一個使用一系列拋光輪的實施例中,從第一個到最後一個拋光輪,可以使用愈來愈軟的聚合物基質材料,以達成所欲的最終拋光功能與少的SSD。
本揭示之方法藉由利用適當的研磨製程參數與拋光製程參數而達到高的玻璃片速度(因而有高的修整產量)與高的經拋光邊緣表面品質(尤其是就SSD而言)之組合。
在一個實施例中,用於在拋光輪401上製作表面溝403的方法如下:用機器加工金屬(例如不鏽鋼)而製作具有與溝形輪廓相反的工具,該金屬作為中心部分。然後電鍍(以金屬如鎳、銅或青銅等)該中心部分,使得可將研磨料細粒(如鑽石)層結合於鋼中心部分上。使用該種工具(一般係指稱為電鍍工具)來研磨拋光輪的外圍輪廓。該製程可以是乾的或溼的製程,並且視容忍度而定,該製程可以是具有粗研磨和細研磨之二步驟製程。在某些特別有利的實施例中,在機器加工表面溝之前檢查拋光輪有無偏移(偏離指定位置)。假使偏移大於規定的容忍度時,則在機器加工表面溝之前先將拋光輪對準。若有必要,藉由使用氧化鋁(礬土)裝飾表面溝而曝露出表面溝中的鑽石細粒。
藉由以下非限制性的實例進一步說明本發明。 實例
使用研磨輪在邊緣研磨厚度為700 μm的鋁硼矽酸鹽玻璃片,然後依據前面描述的量測規則量測經研磨表面的SSD。之後使用二個不同的拋光輪(一個拋光輪依據本揭示,而另一個拋光輪依據比較實例)拋光多片經研磨表面。然後依據相同的規則量測經拋光表面的SSD。
將測試結果作圖而成為第6圖中圖示之圖表。於第6圖中,條E1表示經研磨表面、條E2表示比較實例中的經拋光表面以及條E3表示依據本揭示的實例中之經拋光表面,條601表示量測的最大SSD(μm)、條602表示量測的平均SSD(μm)以及條603表示SSD數量(亦即正規化裂縫平均數)。
從第6圖,清楚地,本發明的方法產生遠較小的最大SSD、平均SSD以及SSD數量。
然後使用垂直4點彎曲測試量測在以上二個實例中經拋光的玻璃片邊緣之強度,結果圖示於第7圖,圓形資料點與線性適配曲線701為比較實例中拋光的玻璃片,而方形資料點與線性適配曲線703為依據本揭示實例中拋光的玻璃片。曲線701與703的比較清楚地指出本揭示的方法產生了顯著改良的邊緣強度。
明顯地,熟悉該項技藝之人士可以在不偏離本發明的範疇與精神下,對本發明做出各種修改與變更。因此,本發明意欲涵蓋在本發明隨附申請專利範圍與該隨附申請專利範圍之均等物範疇內之修改與變更。
101‧‧‧玻璃片
103‧‧‧主要表面
105‧‧‧主要表面
107‧‧‧修整前邊緣表面
108‧‧‧經拋光邊緣表面
109‧‧‧修整前邊緣表面
110‧‧‧經拋光邊緣表面
111‧‧‧尖角
113‧‧‧尖角
115‧‧‧尖角
117‧‧‧尖角
201‧‧‧玻璃片
203‧‧‧玻璃片
205‧‧‧主要表面
207‧‧‧主要表面
208‧‧‧修整前邊緣表面
209‧‧‧修整前邊緣表面
212‧‧‧研磨輪
213‧‧‧研磨輪溝
214‧‧‧經研磨邊緣表面
215‧‧‧經研磨邊緣表面
216‧‧‧拋光輪
217‧‧‧拋光輪溝
301‧‧‧表面
303‧‧‧次表面缺陷
305‧‧‧次表面缺陷
307‧‧‧次表面缺陷
401‧‧‧拋光輪
403‧‧‧拋光輪表面溝
501‧‧‧邊緣表面
503‧‧‧研磨輪
505‧‧‧拋光輪
507‧‧‧研磨溝
509‧‧‧拋光溝
601‧‧‧條
602‧‧‧條
603‧‧‧條
701‧‧‧適配曲線
703‧‧‧適配曲線
E1‧‧‧條
E2‧‧‧條
E3‧‧‧條
F(g)‧‧‧研磨力
F(p)‧‧‧拋光力
SR‧‧‧表面粗糙度
SSD‧‧‧次表面損傷
Th(gs)‧‧‧厚度
V‧‧‧速度
W(pw)‧‧‧輪寬
Wm(pwg)‧‧‧最大寬度
在隨附圖示中:第1圖為圖示依據本揭示一個實施例具有修整前邊緣與修整後邊緣的玻璃片之截面示意圖。
第2A圖為圖示依據本揭示一個實施例於第一研磨步驟中研磨玻璃片之示意圖。
第2B圖為圖示依據與第2A圖相同實施例於第二拋光步驟中拋光已依據第2A圖研磨的玻璃片之示意圖。
第3圖為圖示玻璃片邊緣表面的表面與次表面損傷之示意圖。
第4圖為圖示本揭示一個實施例中使用的拋光輪之截面示意圖。
第5圖為圖示依據本揭示一個實施例於單一操作中研磨與拋光玻璃片之示意圖。
第6圖為依據比較實施例的經研磨表面、經拋光表面以及依據本揭示實施例的經拋光表面之邊緣表面性質比較圖。
第7圖為使用比較製程與使用依據本揭示一個實施例的製程所修整的玻璃片之邊緣強度比較圖。
203‧‧‧玻璃片
205‧‧‧主要表面
207‧‧‧主要表面
214‧‧‧經研磨邊緣表面
215‧‧‧經研磨邊緣表面
216‧‧‧拋光輪
217‧‧‧拋光輪溝
F(p)‧‧‧拋光力
Th(gs)‧‧‧厚度
权利要求:
Claims (20)
[1] 一種修整一玻璃片邊緣的方法,該玻璃片具有一厚度Th(gs)、一第一主要表面、一第二主要表面與一第一修整前邊緣表面、一第一角以及一第二角,該第一修整前邊緣表面連接該第一主要表面與該第二主要表面,該第一角由該第一主要表面與該第一修整前邊緣表面之間的相交所界定,且該第二角由該第二主要表面與該第一修整前邊緣表面之間的相交所界定,該方法包含以下步驟:(I)研磨該第一邊緣表面、該第一角以及該第二角,以獲得一彎曲的第一研磨邊緣表面,該第一研磨邊緣表面大體上沒有尖角,該第一研磨邊緣表面具有一經研磨最大裂縫長度MCL(g)、一經研磨平均裂縫長度ACL(g)及一經研磨正規化裂縫平均數ANC(g);及之後(II)拋光該第一研磨邊緣表面,以獲得一第一拋光邊緣表面,該第一拋光邊緣表面具有一經拋光最大裂縫長度MCL(p)、一經拋光平均裂縫長度ACL(p)及一經拋光正規化裂縫平均數ANC(p);其中MCL(p)/MCL(g)¾,ACL(p)/ACL(g)3/4以及ANC(p)/ANC(g)¾。
[2] 如請求項1所述之方法,其中MCL(p)/MCL(g)2/3,ACL(p)/ACL(g)2/3以及ANC(p)/ANC(g)2/3。
[3] 如請求項1所述之方法,其中MCL(p)/MCL(g)1/2,ACL(p)/ACL(g)1/2以及ANC(p)/ANC(g)1/2。
[4] 如請求項1所述之方法,其中MCL(p)/MCL(g)1/3,ACL(p)/ACL(g)1/3以及ANC(p)/ANC(g)1/3。
[5] 如請求項1所述之方法,其中MCL(g)40 μm,ACL(g)10 μm以及ANC(p)40 mm-1
[6] 如請求項1所述之方法,其中在步驟(I)中,使用一包含複數個研磨料的研磨輪,該研磨料係內嵌於一研磨輪基質中,而且該研磨料之一平均粒徑為10 μm至80 μm。
[7] 如請求項6所述之方法,其中該研磨料包含一選自鑽石、SiC、Al2O3、SiN、BN及上述物質之組合之材料。
[8] 如請求項6所述之方法,其中在步驟(I)中,藉由該研磨輪施加一研磨力F(g)至該玻璃片,而且F(g)30牛頓。
[9] 如請求項1所述之方法,其中在步驟(II)中,使用一包含複數個拋光料的拋光輪,該拋光料內嵌於一拋光輪聚合物基質中,而且該拋光料之一平均粒徑為5 μm至80 μm。
[10] 如請求項9所述之方法,其中在步驟(II)中,藉由該拋光輪施加一拋光力F(p)至該玻璃片,而且F(p)30牛頓。
[11] 如請求項1所述之方法,其中在步驟(I)中,藉由該研磨輪施加一研磨力F(g)至該玻璃片,在步驟(II)中,藉由該拋光輪施加一拋光力F(p)至該玻璃片,而且1.2F(g)/F(p)4.0。
[12] 如請求項9所述之方法,其中該拋光料包含一選自鑽石、SiC、CeO2及上述物質之組合之材料。
[13] 如請求項9所述之方法,其中該聚合物基質係選自一聚氨酯樹脂、一環氧樹脂、一聚碸、一聚醚酮、一多酮、一聚醯亞胺、一聚醯胺、一聚烯烴及上述物質之混合物與組合。
[14] 如請求項9所述之方法,其中該拋光料包含鑽石拋光料與CeO2拋光料之一組合。
[15] 如請求項12所述之方法,其中該鑽石拋光料之一平均粒徑為5 μm至80 μm。
[16] 如請求項9所述之方法,其中該拋光輪聚合物基質之一蕭氏(Shore)D硬度為40至80。
[17] 如請求項16所述之方法,其中1.2.Th(gs)Wm(gwg)3.0.Th(gs)。
[18] 如請求項1所述之方法,其中在步驟(II)中,該拋光輪於該拋光表面上包含一預形成之拋光溝,該拋光溝具有與該拋光溝的延伸方向垂直之一截面,該拋光溝具有一最大寬度Wm(pwg)、一平均寬度Wa(pwg)以及一深度Dp(pwg),其中Wm(pwg)>Th(gs),而且Dp(pwg)50 μm。
[19] 如請求項18所述之方法,其中1.2.Th(gs)Wm(pwg)3.0.Th(gs)。
[20] 如請求項1所述之方法,其中在步驟(I)與步驟(II)中,該第一修整前邊緣表面以至少1 cm.s-1的一線性速度移動。
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法律状态:
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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US13/170,728||2011-06-28||
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