EA201891405A1 20181130

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea201891405a*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Настоящее изобретение относится к стеклянной подложке для химического упрочнения, где сторона обработана путем ионной имплантации с тем, чтобы снизить степень ионного обмена при химическом упрочнении. Другие варианты осуществления относятся к способу получения химически упрочненной стеклянной подложки с контролируемой кривизной, предусматривающему обеспечение подложки, имеющей первую и вторую противоположные стороны, где подложка присутствует в поверхностном слое по меньшей мере части первой стороны первого профиля ионной имплантации, который обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении, и химическое упрочнение стеклянной подложки, обработанной путем ионной имплантации. Параметры ионной имплантации выбраны таким образом, что контролируемую кривизну получают при химическом упрочнении.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское (21) 201891405 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. C03C21/00 (2006.01)
2018.11.30 C03C 23/00 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2016.12.01
(54) СТЕКЛЯННАЯ ПОДЛОЖКА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ И СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ С КОНТРОЛИРУЕМОЙ КРИВИЗНОЙ
(31) 15201319.9
(32) 2015.12.18
(33) EP
(86) PCT/EP2016/079381
(87) WO 2017/102345 2017.06.22
(71) Заявитель:
АГК ГЛАСС ЮРОП (BE); АСАХИ ГЛАСС КО ЛТД (JP)
(72) Изобретатель:
Наве Бенжамин, Буланже Пьер (BE)
(74) Представитель:
Квашнин В.П. (RU)
(57) Настоящее изобретение относится к стеклянной подложке для химического упрочнения, где сторона обработана путем ионной имплантации с тем, чтобы снизить степень ионного обмена при химическом упрочнении. Другие варианты осуществления относятся к способу получения химически упрочненной стеклянной подложки с контролируемой кривизной, предусматривающему обеспечение подложки, имеющей первую и вторую противоположные стороны, где подложка присутствует в поверхностном слое по меньшей мере части первой стороны первого профиля ионной имплантации, который обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении, и химическое упрочнение стеклянной подложки, обработанной путем ионной имплантации. Параметры ионной имплантации выбраны таким образом, что контролируемую кривизну получают при химическом упрочнении.
СТЕКЛЯННАЯ ПОДЛОЖКА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ И СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ С КОНТРОЛИРУЕМОЙ КРИВИЗНОЙ
Настоящее изобретение относится к стеклянной подложке для химического упрочнения, к способу контроля кривизны стеклянной подложки при химическом упрочнении, и к способу получения химически упрочненной стеклянной подложки с контролируемой кривизной и 5 химически упрочненной стеклянной подложкой.
В течение многих лет стекло было предпочтительным материалом для строительства и окон транспортного средства, а также для покрытий дисплеев. Стекло обеспечивает высокую химическую и механическую прочность и высокую прозрачность. Стекло также совместимо с любым
10 типом технологии дисплеев, например, LCD, плазменный дисплей, OLED, а также с широким диапазоном технологий интерфейса с использованием сенсорного экрана. Стеклянные покрытия, например, используются на экранах телевизоров, смартфонах, мобильных телефонах, планшетных компьютерах, электронных книгах, часах и компьютерных дисплеях. Самая
15 недавняя тенденция в технологии дисплеев относится как к более тонким, более легким, так и к более крупным устройствам. Аналогичная тенденция к более крупным и более легким окнам также наблюдается в транспортной отрасли (т. е. автомобильной, авиационной). Поэтому стало необходимо производить более тонкие стеклянные листы, которые по-прежнему
20 обеспечивают желаемые оптические свойства, а также необходимую механическую и химическую стойкость.
Одной из хорошо известных технологий упрочнения стекла является химическое упрочнение. При химическом упрочнении содержащую щелочь стеклянную подложку погружают в нагретую баню, содержащую
25 расплавленную соль щелочного металла, такую как, например, KN03, при значениях температуры значительно ниже точки отжига стекла. Происходит ионный обмен между ионами-хозяевами щелочного металла и вторгающимися ионами щелочного металла из расплавленной соли. Если вторгающиеся ионы имеют больший размер, чем ионы-хозяева, то
полученное в результате объединение вторгающихся ионов в практически жесткую атомную сеть стекла приводит к развитию профиля напряжения, включающего высокое поверхностное сжатие и некоторое балансирующее внутреннее напряжение растяжения в зависимости от количества обменных 5 ионов, глубины ионного обмена и толщины листа стекла. По сравнению с другими способами упрочнения стекла химическое упрочнение имеет преимущество, заключающееся в том, что оно обеспечивает более высокое поверхностное сжатие без оптического искажения и может применяться в отношении тонких листов стекла, даже толщиной менее 1 мм.
10 В зависимости от параметров процесса химического упрочнения и от
стеклянной подложки получают различные значения степени ионного обмена. Степень ионного обмена, то есть количество обменных ионов и глубина ионообменного слоя в стеклянной подложке, приводит к профилям напряжений, характеризующимся поверхностным напряжением сжатия (CS)
15 от 300 до 1300 МПа с глубиной сжимаемого слоя (DOL) в диапазоне от нескольких микрон до нескольких сотен микрон. Общий уровень упрочнения определяется профилем напряжения по толщине стеклянной подложки. С целью получения высокой прочности на разрыв необходим профиль напряжения с высокими значениями DOL и высокими значениями
20 CS. В зависимости от предполагаемого применения устройства отображения, химически упрочненное защитное стекло для дисплея обычно должно обладать поверхностным напряжением сжатия (CS) выше 600 МПа с глубиной сжимаемого слоя (DOL) выше 12 мкм.
В химическом упрочнении могут использоваться многие различные
25 типы стекла, которые обычно содержат ион щелочного металла, называемый ионом-хозяином, имеющий относительно небольшой радиус иона, такой как ион лития или натрия, который можно обменивать с другим ионом, называемым вторгающимся ионом, имеющим относительно больший радиус иона, таким как ион калия, рубидия или цезия. Стеклянные подложки
30 обычно применяют в качестве листов стекла различного размера, имеющих две основные противоположные стороны.
Некоторые стеклянные подложки имеют противоположные стороны с различными ионообменными свойствами, одну сторону с высоким ионным обменом и одну сторону с низким ионным обменом. На стороне с высоким ионным обменом степень ионного обмена, то есть количество обменных 5 ионов и/или глубина ионообменного слоя, выше после химического упрочнения, чем на противоположной стороне с низким ионным обменом. При таких подложках наблюдалось, что если количество обменных ионов и/или глубина ионного обмена отличаются с двух сторон листа стекла, то CS и DOL отличаются с двух сторон и полученный в результате профиль
10 напряжения по толщине листа стекла является асимметричным. Когда профиль напряжения является асимметричным и CS и DOL с обеих сторон не уравновешивают друг друга, это может затем привести к искривлению или деформации обычно плоской стеклянной подложки неконтролируемым путем. Действительно, в некоторых случаях профиль напряжения по
15 толщине стеклянного листа является асимметричным, но сбалансированным, вследствие чего деформация не происходит. В частности, когда стеклянные подложки тонкие, например, толщиной менее 1,6 мм и когда требуются высокие уровни упрочнения, например, для покрытий дисплея, уровень деформации может стать очень высоким.
20 Определены некоторые причины этого различного поведения ионного обмена. В некоторых случаях количество ионов-хозяев натрия вблизи поверхности может быть ниже на одной стороне стеклянного листа из-за стадии выщелачивания, применяемой во время его получения. Другой причиной может быть присутствие олова в поверхностном слое с одной
25 стороны стеклянного листа вследствие флоат-процесса, используемого для получения стекла, где нижняя сторона стекла вступает в контакт с баней с расплавленным оловом (сторона стекла, покрытая оловом), а верхняя сторона не вступает (сторона стекла со стороны воздуха). Степень ионного обмена на нижней стороне стекла в таком случае ниже, чем на верхней
30 стороне.
Одним из способов избежать деформации химически упрочненного стекла является ограничение уровня упрочнения. Тем не менее, стекло не
может достичь механической стойкости, необходимой для его предполагаемого применения.
Другим способом избежать деформации является полирование, травление или шлифование одной или обеих сторон стекла перед 5 химическим упрочнением, за счет этого обеспечивая устранение поверхностного слоя, который вызывает различия в ионообменных свойствах. Этот процесс, однако, требует много времени и является сложным, особенно для больших тонких стеклянных подложек.
В заявке на патент US2014/0305165 описан способ снижения
10 деформации, вызванной химическим упрочнением, который основан на образовании химически осажденной из паровой фазы пленки, содержащей конкретное количество атомов Н, на сторону с высоким ионным обменом, которая, например, представляет собой наружную поверхность стекла, образованного посредством флоат-процесса. Регулирование содержания
15 атомов Н в пленке контролирует скорость диффузии ионов через пленку и, таким образом, профиль напряжения, полученный посредством химического упрочнения. Такие регулирования содержания атомов Н необходимы не только вследствие того, что ионообменные свойства поверхностных слоев стекла отличаются для различных типов стекла, но также вследствие того,
20 что в ходе получения одного типа стекла возникают отклонения и, конечно же, вследствие того, что условия процесса химического упрочнения могут изменяться. Тем не менее, регулирование количества атомов Н в химически осажденной из паровой фазы пленке не является легким. С одной стороны, осаждение включает сложные физические и химические реакции, которые
25 трудно предсказать, с другой стороны, проверка количества атомов Н в данной пленке не может выполняться легко в ходе самого процесса осаждения пленки. Кроме того, пленка постоянно остается на подложке и будет влиять на ее оптические свойства, ее поверхностные свойства, такие как, например, шероховатость, и должны учитываться для всех
30 последующих процессов.
Терминология
Поверхностное напряжение сжатия (CS): напряжение, которое имеет место в результате эффекта экструзии в структуре стекла посредством поверхности стекла после ионного обмена в стекле, измеренное с помощью коммерчески доступного измерителя поверхностного напряжения FSM от 5 Orihara Industrial Co. Ltd., на основе оптического принципа.
Глубина ионообменного слоя (DOL): толщина слоя стеклянной поверхности, где происходит ионный обмен и возникает напряжение сжатия. DOL может быть измерена с помощью коммерчески доступного измерителя поверхностного напряжения FSM от Orihara Industrial Co. Ltd. на 10 основе оптического принципа.
Центральное напряжение растяжения (СТ): напряжение растяжения, которое образуется в промежуточном слое стекла и препятствует напряжению сжатия, которое образуется между верхней и нижней поверхностями стекла после ионного обмена. СТ может быть рассчитано 15 исходя из измеренных значений CS и DOL.
Деформация: деформация листа стекла представляет собой отклонение от плоскости изогнутого или деформированного листа стекла. Уровень деформации можно оценивать посредством измерения кривизны. Направление деформации может быть вогнутым или выпуклым 20 относительно выбранной стороны подложки.
Цель
Целью настоящего изобретения является обеспечение стеклянной подложки для химического упрочнения, имеющей две основные противоположные стороны, которые обрабатывали с помощью ионной
25 имплантации по меньшей мере на части стороны способом, который модифицирует степень ионного обмена в подвергнутой имплантации части при химическом упрочнении стеклянной подложки.
В частности, целью настоящего изобретения является обеспечение стеклянной подложки для химического упрочнения, имеющей две основные
30 противоположные стороны, которые обрабатывали с помощью ионной имплантации по меньшей мере на части стороны способом, который модифицирует степень ионного обмена при химическом упрочнении таким
путем, в результате которого получают контролируемую кривизну в подвергнутой имплантации части после химического упрочнения подложки.
В частности, целью настоящего изобретения является обеспечение стеклянной подложки, имеющей сторону с низким ионным обменом и 5 сторону с высоким ионным обменом, и где сторону с высоким ионным обменом обрабатывали с помощью ионной имплантации способом, который обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении, и которая может быть химически упрочнена с низким уровнем деформации или при этом даже оставаться практически плоской.
10 Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа
получения химически упрочненной стеклянной подложки с контролируемой кривизной и не содержащей покрытия.
В частности, целью настоящего изобретения является обеспечение способа химического упрочнения стеклянной подложки, имеющей две
15 основные противоположные стороны, которые обладают отличающимися ионообменными свойствами, с целью получения химически упрочненной стеклянной подложки с низким уровнем деформации и не содержащей покрытия.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение 20 химически упрочненной стеклянной подложки, где профиль ионной имплантации присутствует в поверхностных слоях стороны.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение стеклянной подложки, имеющей две основные противоположные стороны, которые характеризуются различными ионообменными свойствами, которая 25 является химически упрочненной, имеет низкую деформацию или является даже практически плоской и которая не имеет покрытия, и где профиль ионной имплантации присутствует в поверхностных слоях стороны.
Описание изобретения
Настоящее изобретение относится к стеклянной подложке для 30 химического упрочнения, имеющей первую и вторую основные противоположные стороны, где по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена первыми имплантированными ионами, которые
снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и где первый профиль имплантации для первых имплантированных ионов является таким, что часть первой стороны, обеспеченная первыми имплантированными ионами, демонстрирует первую контролируемую 5 кривизну при химическом упрочнении.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что степень ионного обмена в стороне стеклянной подложки может быть уменьшена, когда ее подвергали определенной обработке путем ионной имплантации перед химическим упрочнением. Таким образом, подложка
10 присутствует в поверхностных слоях стороны, обработанной путем ионной имплантации профиля ионной имплантации, который обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении. Таким образом, они смогли модифицировать и контролировать степень ионного обмена стороны стекла, чтобы контролировать уровень и направление
15 кривизны, полученные при химическом упрочнении стеклянной подложки. То есть кривизну контролировали, в отношении указанной стеклянной подложки и указанных условий химического упрочнения, путем выбора соответствующего профиля ионной имплантации, который является результатом выбранных параметров обработки с помощью ионной
20 имплантации. С одной стороны, практически плоские химически упрочненные стеклянные подложки могут быть, таким образом, получены путем выбора параметров ионной имплантации, что приводит к уравновешиванию ионообменных свойств противоположных сторон подложки. С другой стороны, химически упрочненные стеклянные
25 подложки с запланированной кривизной могут быть получены путем выбора параметров ионной имплантации, что приводит к повышению различия ионообменных свойств противоположных сторон стеклянной подложки до требуемой степени.
Результатом того, что часть поверхности стороны стеклянной
30 подложки, подвергаемая воздействию определенной ионной имплантации, является то, что часть данной стороны обеспечивается имплантированными ионами. Имплантированные ионы присутствуют в поверхностном слое
данной части, который начинается с поверхности и нисходит вниз до глубины имплантации в подложке.
Результатом того, что вся поверхность стороны стеклянной подложки, подвергаемая воздействию определенной ионной имплантации, 5 является то, что данная сторона в своей совокупности обеспечивается имплантированными ионами. Имплантированные ионы присутствуют во всем поверхностном слое данной стороны, который начинается с поверхности и нисходит вниз до глубины имплантации в подложке.
Типы ионов, которые можно имплантировать в данные подложки,
10 представляют собой ионы О, Ar, N или Не соответственно. Данные ионы могут представлять собой однозарядные ионы или смесь однозарядных и многозарядных ионов. Многозарядные ионы представляют собой ионы, несущие более одного положительного заряда. Однозарядные ионы представляют собой ионы, несущие один положительный заряд.
15 Однозарядные ионы, имплантированные в стеклянную подложку, могут быть однозарядными ионами 0+, Ar+, N+ или Не+. Многозарядные ионы, имплантированные в стеклянную подложку, представляют собой, например, 0+ и 02+, или Аг+, Аг2+, Аг3+, Аг4+ и Аг5+, или N+, N2+ и N3+, или Не+ и Не2+.
В данных стеклянных подложках для химического упрочнения
20 глубина имплантации ионов может составлять от 0,1 мкм до 1 мкм, предпочтительно от 0,1 мкм до 0,5 мкм. Ионная доза в стеклянных подложках в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно составляет от 1012 ионов/см2 до 1018 ионов/см2, более предпочтительно от 1015 ионов/см2 до 1018 ионов/см2.
25 Стеклянные подложки, подходящие для применения в связи с
настоящим изобретением, в частности, включают плоские листовидные стеклянные подложки, имеющие две основные противоположные стороны и имеющие состав стекла, который делает возможным упрочнение посредством химического упрочнения. Стеклянные подложки, подходящие
30 для применения в связи с настоящим изобретением, могут обладать отличающимися ионообменными свойствами на их первой и второй противоположных сторонах, или могут не иметь.
Конкретный вариант осуществления настоящего изобретения относится к стеклянной подложке для химического упрочнения, имеющей первую и вторую основные противоположные стороны, где по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена первыми 5 имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и где первый профиль имплантации первых имплантированных ионов является таким, что часть первой стороны, обеспеченная первыми имплантированными ионами, демонстрирует первую контролируемую кривизну при химическом упрочнении и где
10 дополнительно к первым имплантируемым ионам по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена вторыми имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и где второй профиль имплантации вторых имплантированных ионов отличается от первого профиля имплантации, и где второй профиль
15 имплантации является таким, что часть первой стороны, обеспеченная вторыми имплантированными ионами, демонстрирует вторую контролируемую кривизну при химическом упрочнении.
Конкретный вариант осуществления настоящего изобретения относится к стеклянной подложке для химического упрочнения, имеющей
20 первую и вторую основные противоположные стороны, где по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена первыми имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и где первый профиль имплантации для первых имплантированных ионов является таким, что часть первой стороны,
25 обеспеченная первыми имплантированными ионами, демонстрирует первую контролируемую кривизну при химическом упрочнении. Необязательно часть первой стороны подложки обеспечена вторыми имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении. Второй профиль имплантации необязательных вторых
30 имплантированных ионов отличается от первого профиля имплантации и является таким, что часть первой стороны, обеспеченная вторыми имплантированными ионами, демонстрирует вторую контролируемую
кривизну при химическом упрочнении. Помимо первого и необязательно второго имплантированных ионов, по меньшей мере часть второй стороны подложки обеспечена третьими имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и где третий 5 профиль имплантации третьих имплантированных ионов является таким, что часть второй стороны, обеспеченная третьими имплантированными ионами, демонстрирует третью контролируемую кривизну при химическом упрочнении.
Настоящее изобретение также относится к способу получения 10 химически упрочненной стеклянной подложки, включающему следующие операции:
a) обеспечение подложки, имеющей первую и вторую основные противоположные стороны, где по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена первыми имплантированными ионами,
15 которые снижают степень ионного обмена при химическом
упрочнении,
b) химическое упрочнение покрытой стеклянной подложки. Различные имплантационные установки или источники ионов можно
использовать для изготовления стеклянных подложек, используемых в 20 способе химического упрочнения по настоящему изобретению. Данные источники ионов ионизируют источник газа с получением положительно заряженных ионов данного газа. В зависимости от используемого источника ионов ионы, которые обеспечиваются для имплантации в подложку, могут представлять собой однозарядные ионы или они могут представлять собой 25 смесь однозарядных и многозарядных ионов. Многозарядные ионы представляют собой ионы, несущие более одного положительного заряда. Однозарядные ионы представляют собой ионы, несущие один положительный заряд.
В настоящем изобретении источник газа предпочтительно выбран из 30 Ог, Аг, N2 и Не. Типы ионов, обеспечиваемых источником ионов, представляют собой предпочтительно ионы О, Аг, N или Не соответственно.
В случае использования источника однозарядных ионов имплантируемые ионы представляют собой предпочтительно однозарядные ионы 0+, Ar+, N+ или Не+.
Когда используемый источник ионов представляет собой источник, 5 обеспечивающий однозарядные и многозарядные ионы О, Аг, N или Не, то имплантирующий пучок может содержать различные количества различных ионов О, Аг, N или Не. Иллюстративные токи соответствующих ионов показаны в таблице 1 ниже (измерены в миллиамперах).
чтобы образовался пучок ионов.
Для указанного источника ионов и типа ионов ключевыми параметрами имплантации являются напряжение ускорения ионов, мощность пучка, ионная доза и ионный ток.
15 Кривизна при химическом упрочнении контролируется, в отношении
указанной стеклянной подложки и указанных условий химического упрочнения, путем выбора соответствующих параметров обработки с помощью ионной имплантации. В зависимости от параметров процесса химического упрочнения и от стеклянной подложки получают различные
20 значения степени ионного обмена. Ионообменные свойства поверхностных слоев стекла отличаются для различных типов стекла, при этом отклонения возникают при изготовлении одного типа стекла, и условия химического упрочнения зависят от определенных требований. Единый набор параметров имплантации, который охватывает все варианты невозможно предоставить.
25 Параметры, необходимые для получения необходимой контролируемой
кривизны, определяют путем изменения параметров имплантации ионов в пределах указанных ниже диапазонов.
Согласно настоящему изобретению ионы предпочтительно имплантировали с использованием источника ионов, имеющего мощность 5 пучка, составляющую от 1 Вт до 500 Вт, и с использованием напряжения ускорения ионов, составляющего от 5 до 1000 кВ. Ионная доза в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно составляет от 1012 ионов/см2 до 1018 ионов/см2, более предпочтительно от 1015 ионов/см2 до 1018 ионов/см2.
10 Ионы О, Аг, N или Не можно получать из источника ионов с
напряжением ускорения, составляющим от 5 кВ до 1000 кВ, предпочтительно составляющим от 5 кВ до 200 кВ, более предпочтительно составляющим от 10 кВ до 100 кВ, более предпочтительно составляющим от 20 кВ до 60 кВ, наиболее предпочтительно приблизительно 35 кВ.
15 Таким источником ионов является, например, Hardion+ RCE,
источник ионов от компании Quertech Ingenierie S.A.
Напряжение ускорения и мощность пучка, а также дозу ионов на единицу площади стеклянной подложки предпочтительно выбирают так, чтобы обеспечить имплантацию ионов из пучка в зону имплантации или
20 поверхностного слоя, имеющих толщину D от 0,1 мкм до 1 мкм, предпочтительно от 0,1 мкм до 0,5 мкм, достигая тем самым значимых глубин имплантации.
Для фиксированного напряжения ускорения каждый по разному заряженный ион будет иметь различную энергию имплантации,
25 пропорциональную каждому зарядовому числу иона п. Таким образом, энергия имплантации ионов может составлять от n х 5 кэВ до n х 1000 кэВ, предпочтительно составляет от n х 5 кэВ до n х 200 кэВ, более предпочтительно составляет от пхЮкэВ до пхЮОкэВ, более предпочтительно от n х 20 кэВ до n х 60 кэВ, наиболее предпочтительно
30 приблизительно n х 35 кэВ (кэВ = килоэлектронвольт).
+ 2+
Например, пучок для ионной имплантации, содержащий N , N и N , и напряжение ускорения, составляющее 35 кВ, ионы N , N и N ,
имеющие зарядовое число n 1, 2 или 3 соответственно, будут характеризоваться энергией имплантации, составляющей 35 кэВ, 70 кэВ и 105 кэВ соответственно. Максимальная глубина имплантации будет возрастать от иона с наименьшей энергией (N+) до иона с самой высокой 5 энергией (N3+).
Вследствие их более высокой энергии ионы, несущие более высокий заряд, будут имплантированы в подложку глубже, чем ионы, несущие более низкий заряд. Таким образом, в случае данной суммарной ионной дозы узкое распределение по глубине получают, когда имплантируют только
10 однозарядные ионы, и более широкое распределение по глубине получают при одновременной имплантации однозарядных и многозарядных ионов. При таком подходе устраняются определенные дефекты, возникающие из-за высокой локальной концентрации имплантированных ионов, и достигается большая глубина имплантации.
15 Профиль ионной имплантации состоит из типа имплантируемого
иона, глубины имплантации и глубины распределения имплантированной ионной дозы. Профиль ионной имплантации является результатом параметров ионной имплантации. Наиболее важными параметрами ионной имплантации являются напряжение ускорения ионов, мощность пучка,
20 ионная доза и ионный ток. В зависимости от природы имплантированных ионов профиль ионной имплантации невозможно определить с помощью любого непосредственного способа.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения температура участка обрабатываемой стеклянной подложки,
25 расположенного под обрабатываемым участком, меньше температуры стеклования стеклянной подложки или равна ей. Например, данная температура зависит от ионного тока в пучке, от времени пребывания обрабатываемого участка в пучке и от любых средств для охлаждения подложки. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что
30 при более высоких значениях ионного тока снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении усиливалось, хотя причина этого не была выяснена полностью.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения стеклянная подложка и пучок для ионной имплантации смещаются относительно друг друга для постепенной обработки определенной площади поверхности стеклянной подложки. Предпочтительно они смещаются 5 относительно друг друга со скоростью VD, составляющей от 0,1 мм/с до 1000 мм/с. VD выбирают соответствующим образом для контроля времени пребывания образца в пучке, что влияет на ионную дозу и температуру обрабатываемого участка.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего
10 изобретения используют только один тип имплантируемых ионов. В другом варианте осуществления настоящего изобретения объединяют один или несколько типов имплантируемых ионов.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения для обработки стеклянной подложки используют одновременно или
15 последовательно несколько пучков для ионной имплантации.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения суммарную дозу ионов на единицу площади поверхности участка стеклянной подложки получают путем однократной обработки пучком для ионной имплантации.
20 В другом варианте осуществления настоящего изобретения
суммарную дозу ионов на единицу площади поверхности участка стеклянной подложки получают путем нескольких последовательных обработок одним или несколькими пучками для ионной имплантации.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что
25 степень ионного обмена в стеклянной подложке при химическом упрочнении может быть снижена контролируемым способом путем введения определенной дозы выбранных ионов на значительную глубину в стеклянной подложке. В отношении указанной подложки, указанного типа имплантируемого иона и указанных условий химического упрочнения
30 авторы настоящего изобретения обнаружили, что кривизна при химическом упрочнении зависит фактически от дозы иона и напряжения ускорения ионов, а также от ионного тока. Таким образом, они были способны достичь
прогнозируемой кривизны путем выбора ионной дозы, тока и напряжения ускорения имплантируемых ионов.
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения предусматривается стеклянная подложка для химического упрочнения, где 5 помимо первой обработки путем ионной имплантации подложку обрабатывают по меньшей мере на части первой стороны с помощью второй обработки путем ионной имплантации, которая обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении, и которая отличается от первой обработки путем ионной имплантации. Параметры второй
10 обработки путем ионной имплантации выбирают таким образом, чтобы второй контролируемой кривизны достигали при химическом упрочнении в части подложки, обработанной посредством второй обработки путем ионной имплантации на первой стороны.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что если различные
15 обработки путем ионной имплантации проводили по меньшей мере на частях подложки, то различные варианты контролируемой кривизны могут быть получены на различных обработанных частях подложки. Первая и вторая обработки путем ионной имплантации могут отличаться по типу ионов, ионной дозе, току и/или напряжению ускорения.
20 В другом конкретном варианте осуществления настоящего
изобретения предусматривается стеклянная подложка для химического упрочнения, где помимо первой или первой и второй обработок путем ионной имплантации, подложка обработана по меньшей мере на части второй стороны посредством третьей обработки путем ионной имплантации,
25 которая обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении, где параметры обработки для третьей обработки путем ионной имплантации выбраны таким образом, что третью контролируемую кривизну получают при химическом упрочнении в части подложки, обработанной посредством третьей обработки путем ионной имплантации
30 на второй стороне.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что если различные обработки путем ионной имплантации проводили по меньшей мере на
частях обеих противоположных сторон подложки, то могут быть получены более разнообразные и различные варианты контролируемой кривизны на различных обработанных частях подложки. Третья обработка путем ионной имплантации может отличаться от первой и/или второй обработок путем ионной имплантации по типу иона, ионной дозе, току и/или напряжению ускорения, или не отличаться.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предоставляется стеклянная подложка для химического упрочнения, имеющая первую и вторую противоположные стороны,
i) где первая и вторая основные противоположные стороны обладают отличающимися ионообменными свойствами в их состоянии без имплантации ионов перед химическим упрочнением, причем первая является стороной с высоким ионным обменом, а вторая является стороной с низким ионным обменом,
ii) где по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена первыми имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении,
ш) где профиль имплантации первых имплантированных ионов является таким, что первая контролируемая кривизна, составляющая от -0,04 х 1/м до 0,04 х 1/м, получена при химическом упрочнении, Способ измерения кривизны объясняется ниже. Предпочтительно подложка обеспечена первыми имплантированными ионами практически на всей первой стороне и контролируемая кривизна, составляющая от -0,04 х 1/м до 0,04 х 1/м, получена на всей подложке при химическом упрочнении. Более предпочтительно подложка обеспечена первыми имплантированными ионами на всей первой стороне и контролируемая кривизна, составляющая от -0,01 х 1/м до 0,01 х 1/м, получена на всей подложке при химическом упрочнении.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что стеклянные подложки с противоположными сторонами, обладающие отличающимися ионообменными свойствами в их состоянии без имплантации ионов, могут быть химически упрочненными с малой кривизной, даже практически без 5 кривизны, если обработку путем ионной имплантации, которая обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении, проводили на стороне с высоким ионным обменом.
Они обнаружили, что если обработку путем ионной имплантации проводили с определенными выбранными параметрами, то ионообменные 10 свойства стороны с высоким обменом могут быть адаптированы к ионообменным свойствам противоположной стороны с низким ионным обменом. Выбранные параметры ионной имплантации зависят от типа иона, условий химического упрочнения и стеклянной подложки.
Также обнаружили, что ионообменные свойства подложки могут 15 быть несбалансированными контролируемым образом с тем, чтобы получить необходимую контролируемую кривизну, путем проведения обработки путем ионного обмена с определенными выбранными параметрами на стороне стеклянной подложки.
Настоящее изобретение также относится к способу получения 20 химически упрочненной стеклянной подложки с контролируемой кривизной, включающему следующие операции:
а) обеспечение подложки, имеющей первую и вторую противоположные стороны,
a. где по меньшей мере часть первой стороны подложки
25 обеспечена первыми имплантированными ионами, которые
снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и
b. где первый профиль имплантации первых имплантированных
ионов является таким, что часть первой стороны,
30 обеспеченная первыми имплантированными ионами,
демонстрирует первую контролируемую кривизну при химическом упрочнении,
b) химическое упрочнение покрытой стеклянной подложки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена вторыми имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при 5 химическом упрочнении, и где второй профиль имплантации вторых имплантированных ионов отличается от первого профиля имплантации.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере часть первой стороны обеспечивали первыми имплантированными ионами и необязательно по меньшей мере часть 10 подложки обеспечивали вторыми имплантированными ионами, и, кроме того, по меньшей часть второй стороны субстрата обеспечивали третьими имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения профиль 15 имплантации вторых имплантированных ионов является таким, что часть первой стороны, обеспеченная вторыми имплантированными ионами, демонстрирует вторую контролируемую кривизну при химическом упрочнении,
В другом конкретном варианте осуществления настоящего 20 изобретения профиль имплантации третьих имплантированных ионов является таким, что часть второй стороны, обеспеченная третьими имплантированными ионами, демонстрирует третью контролируемую кривизну при химическом упрочнении,
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего 25 изобретения настоящее изобретение предусматривает способ химического упрочнения стеклянной подложки, включающий следующие операции:
Ь) обеспечение подложки, имеющей первую и вторую основные противоположные стороны,
i) где первая и вторая основные противоположные стороны
30 обладают отличающимися ионообменными свойствами в их
состоянии без имплантации ионов, причем первая является стороной с высоким ионным обменом, а вторая является стороной
с низким ионным обменом,
ii) где по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена
первыми имплантированными ионами, которые снижают степень
ионного обмена при химическом упрочнении,
5 iii) где профиль имплантации первых имплантированных ионов
является таким, что первая контролируемая кривизна,
составляющая от -0,04 х 1/м до 0,04 х 1/м, получена при
химическом упрочнении,
с) химическое упрочнение покрытой стеклянной подложки.
10 Настоящее изобретение также относится к имплантированным ионам,
химически упрочненной стеклянной подложки, которая является практически плоской. Предпочтительно химически упрочненная стеклянная подложка на обеих противоположных сторонах имеет значения CS по меньшей мере 400 МПа и значения DOL по меньшей мере 6 мкм. Значения 15 CS предпочтительно составляют от 400 МПа до 1200 МПа, значения DOL предпочтительно оставляют от 6 мкм до 40 мкм. Предпочтительно химически упрочненная стеклянная подложка имеет толщину, составляющую от 0,1 мм до 3 мм, более предпочтительно от 0,1 мм до 1,6 мм. Если стеклянная подложка представляет собой известково-натриевое 20 стекло, то значения CS противоположных сторон предпочтительно составляют по меньшей мере 400 МПа при значениях DOL по меньшей мере 6 мкм. Если стеклянные подложки представляют собой алюмосиликатные стеклянные подложки, то значения CS предпочтительно составляют по меньшей мере 650 МПа и значения DOL составляют по меньшей мере 25 15 мкм.
Стеклянные подложки, подходящие для применения в связи с настоящим изобретением, в частности, включают плоские листовидные стеклянные подложки, имеющие две основные противоположные стороны и имеющие состав стекла, который делает возможным упрочнение 30 посредством химического упрочнения. Стеклянные подложки, подходящие для применения в связи с настоящим изобретением, могут обладать
отличающимися ионообменными свойствами на их первой и второй противоположных сторонах, или могут не иметь.
Их конкретные примеры включают известково-натриевое стекло, алюмосиликатное стекло, боратное стекло, литиево-алюмосиликатное 5 стекло и боросиликатное стекло, а также прозрачные стеклянные пластины, образованные из различных других видов стекла. Особенно часто применяют известково-натриевое стекло и алюмосиликатное стекло.
Среди них стекла, содержащие ионы щелочного металла или ионы щелочноземельного металла, которые имеют меньший ионный радиус,
10 являются предпочтительными, и стекло, содержащее ионы Na, является более предпочтительным. Стеклянная подложка, содержащая ионы Na+, способна подвергаться ионному обмену с ионами щелочного металла, имеющими ионный радиус больше Na , например, ионами К". Ионы Na , таким образом, можно эффективно заменить, за счет чего обеспечивая
15 упрочнение стекла, даже если стеклянную подложку обрабатывали путем ионной имплантации на одной стороне.
Композиция стеклянной подложки для химического упрочнения по настоящему изобретению особенно не ограничена, за исключением того, что она должна обеспечивать ионный обмен. Например, в данном документе
20 ниже могут быть использованы стеклянные композиции.
Композиция стеклянной подложки по настоящему изобретению особенно не ограничена и может относиться к известково-натриевому стеклу, боросиликатному стеклу или алюмосиликатному стеклу, или еще к другому типу стекла, поскольку оно содержит щелочь. В частности, оно
25 может быть сформировано в листовое стекло посредством флоат-процесса.
В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения композиция стеклянной подложки по настоящему изобретению не содержит бор и литий. Это означает, что элементы бор и литий не преднамеренно добавляют в стеклянную партию/сырье и что, если они присутствуют, их
30 содержание в составе стеклянного листа достигает только уровня примеси, неизбежно включаемого в производство.
В варианте осуществления композиция стеклянной подложки содержит следующее в весовых процентах, выраженное в пересчете на общий вес стекла:
Si02 40-85%
5 А1203 0-30%
В203 0-20%
Na20 > 0-25%
СаО 0-20%
MgO 0-15%
10 К20 0-20%
ВаО 0-20%
В предпочтительном варианте осуществления стеклянная подложка
представляет собой известково-натриевую стеклянную подложку или
алюмосиликатную стеклянную подложку.
15 Преимущественно, особенно из-за низких издержек производства,
композиция стеклянной подложки представляет собой известково-натриевое стекло. В соответствии с данным вариантом осуществления, композиция стеклянной подложки содержит следующее в весовых процентах, выраженное в пересчете на общий вес стекла:
Si02
60-78%
А1203
0-8%
В203
0-4%
СаО
0-15%
MgO
0-10%
Na20
5-20%
К20
0-10%
ВаО
0-5%.
Предпочтительно, композиция стеклянной подложки содержит следующее в весовых процентах, выраженное в пересчете на общий вес 30 стекла:
Si02 60-78% А1203 0-6%
В203 0-1%
СаО 5-15%
MgO 0-8%
Na20 10-20%
5 K20 0-5%
ВаО 0-1%.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения стеклянная подложка представляет собой стеклянную подложку, где первая и вторая противоположные стороны обладают отличающимися
10 ионообменными свойствами при химическом упрочнении в их состоянии без имплантации ионов, причем первая является стороной с высоким ионным обменом, а вторая является стороной с низким ионным обменом.
В предпочтительном варианте осуществления стеклянная подложка представляет собой известково-натриевую флоат-стеклянную подложку или
15 алюмосиликатную флоат-стеклянную подложку.
Толщина стеклянных подложек, пригодных для применения в связи с настоящим изобретением, особенно не ограничена. Как правило, толщина стеклянной подложки предпочтительно составляет 3 мм или меньше для осуществления эффективного процесса химического упрочнения, который
20 будет описан ниже.
Вопрос деформации при химическом упрочнении важен для стеклянных подложек с толщиной, составляющей от 0,1 мм до 3 мм, в частности, с толщиной, составляющей от 0,1 мм до 1,6 мм, и наиболее важен для стеклянных подложек с толщиной, составляющей от 0,1 мм до 0,7 мм.
25 Вопрос деформации при химическом упрочнении также становится боле важным, если стеклянные подложки имеют малую толщину, составляющую от 0,1 мм до 1,6 мм, и необходим высокий уровень упрочнения. Для известково-натриевых композиций вопрос деформации важен для уровней поверхностного напряжения сжатия по меньшей мере 400 МПа и глубины
30 сжимаемого слоя более 6 мкм, в частности более 8 мкм. Для алюмосиликатных композиций вопрос деформации особенно важен для
уровней поверхностного напряжения сжатия по меньшей мере 650 МПа и глубины сжимаемого слоя более 15 мкм.
Один способ для подтверждения того, что стеклянная подложка обладает отличающимися ионообменными свойствами на ее 5 противоположных сторонах, предусматривает следующие стадии: химическое упрочнение стеклянной подложки и измерение деформации или определение CS и DOL или анализ и сравнение профилей проникновения вторгающегося иона в поверхностном слое каждой стороны.
Предпочтительно химическое упрочнение осуществляют в бане с
10 расплавленной солью, предпочтительно содержащей KNO3, при температуре от 400 до 500°С в течение от 20 минут до 24 часов. Затем CS и DOL могут быть определены посредством способов, описанных выше. Профиль проникновения вторгающегося иона в поверхностном слое каждой стороны может быть определен посредством известного способа масс-спектроскопии
15 вторичных ионов (SIMS) или посредством известного способа рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS). Значения количества вторгающегося иона, например, К+, например, можно сравнивать с использованием рентгенофлуоресцентных измерений на химически упрочненных подложках.
20 С целью вычисления деформации подложки образец 4x4 см2
измеряют с помощью стилусного профилометра DEKTAK 6М. Стилус последовательно изображает линейный профиль вдоль двух ортогональных линий длиной 3 мм в центре образца. Для каждой ортогональной линии выполняются три измерения, а кривизну вычисляют из среднего значения
25 шести измерений с использованием параболической подгонки и известных способов вычисления. По соглашению, когда направление деформации вогнуто, кривизне дается положительный знак, когда направление деформации выпукло, кривизне дается отрицательный знак. По соглашению, стеклянные подложки, полученные с помощью флоат-процесса, измеряются
30 с помощью стороны олова, обращенной к стилусу профилирующего устройства, и поскольку кривизна является обратной величиной радиуса, единица представляет собой 1/м. Стеклянная подложка считается имеющей
низкую деформацию или низкую кривизну, если кривизна составляет от -0,04 х 1/м до 0,04 х 1/м, или радиус кривизны составляет не менее 25 м в центре подложки. Стеклянная подложка считается практически плоской или практически не имеет кривизны, если абсолютная величина кривизны не 5 превышает 0,01 х 1/м, или радиус кривизны составляет не менее 100 м. Стеклянная подложка считается имеющей значительную деформацию или значительную кривизну, когда абсолютная величина кривизны выше 0,04 х 1/м.
Степень снижения ионообменных свойств для указанной дозы 10 зависит, среди прочего, от типа иона. Для более высокого снижения ионного обмена при указанной ионной дозе имплантируемые ионы выбирают более предпочтительно среди ионов О, Аг и N, еще более предпочтительно среди ионов О и Аг. Для наивысшего снижения ионного обмена для указанной ионной дозы имплантируемые ионы наиболее предпочтительно 15 представляют собой ионы О.
Ионные дозы, подходящие для снижения степени ионного обмена при химическом упрочнении, составляют предпочтительно от 2 х 1016 ионов/см2 до 6 х 1017 ионов/см2.
Для снижения деформации при химическом упрочнении стекла, в 20 частности толщиной от 0,5 мм до 0,7 мм, в частности известково-натриевого флоат-стекла, ионную дозу предпочтительно выбирают из следующего диапазона ионных доз для соответствующих типов ионов:
Тип
Диапазон ионной дозы
иона
От 4 х 1016 ионов/см2 до 1,2 х 1017 ионов/см2
От 5 х 1016 ионов/см2 до 1,5 х 1017 ионов/см2
От 6 х 1016 ионов/см2 до 2 х 1017 ионов/см2
17 17
От 1,8 х 10 ионов/см2 до 6 х 10 ионов/см2
С данными параметрами можно получить химически упрочненные
подложки, имеющие кривизну, составляющую от -0,04 1/м до 0,04 1/м.
25 Для снижения деформации при химическом упрочнении стекла, в
частности толщиной от 0,5 мм до 0,7 мм, в частности известково-натриевого
флоат-стекла, ионную дозу предпочтительно выбирают из следующего диапазона ионных доз для соответствующих типов ионов:
Напряжение ускорения, подходящее для снижения степени ионного 5 обмена при химическом упрочнении, составляет предпочтительно от 15 кВ до 35 кВ.
В зависимости от параметров ионной имплантации, толщины стекла и условий химического упрочнения, могут быть получены значительные значения кривизны, составляющие по меньшей мере 1 х 1/м, по меньшей
10 мере 5 х 1/м и даже по меньшей мере 10 х 1/м.
Процессы химического упрочнения, подходящие для настоящего изобретения, предпочтительно включают так называемый ионный обмен при низкой температуре с использованием наружного источника вторгающегося щелочного иона с относительно большим ионным радиусом
15 по сравнению с радиусом иона-хозяина. В процессе ионного обмена может быть использован внешний источник вторгающихся ионов щелочного металла в виде бани с расплавленной солью, в виде напыленной солевой смеси, в виде пасты или в виде пара. Примеры расплавленных солей для осуществления процесса ионного обмена включают нитрат калия и
20 сульфаты щелочных металлов, и хлориды щелочных металлов, например, такие как сульфат натрия, сульфат калия, хлорид натрия и хлорид калия. Данные расплавленные соли можно применять как отдельно, так и в комбинации.
Процесс химического упрочнения можно осуществлять, например, 25 путем погружения стеклянной подложки в баню с расплавленным нитратом калия при температуре от 400 до 500°С в течение от 5 минут до 24 часов.
Как будет понятно специалистам в данной области техники, можно выбрать различные параметры процесса ионного обмена, принимая во внимание состав и толщину стекла, используемую расплавленную соль и профиль напряжения, необходимый для конечного использования химически 5 упрочненного стекла.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения химическое упрочнение осуществляют посредством погружения стеклянной подложки в баню с расплавленным нитратом калия при температуре от 400 до 500°С в течение от 24 часов до 48 часов. Было 10 обнаружено, что эти условия особенно эффективны для получения значительных уровней кривизны без разрушения стеклянных подложек.
Примеры конечных вариантов применения химически упрочненных стеклянных подложек по настоящему изобретению включают защитные стекла для устройства отображения, такие как цифровые камеры, мобильные 15 телефоны, смартфоны, сенсорные планшеты, PDA и сенсорные панели, а также любое покрытие дисплея.
В соответствии с настоящим изобретением профиль ионной имплантации в стеклянной подложке может, таким образом, быть использован для снижения степени ионного обмена при химическом 20 упрочнении стеклянной подложки.
В соответствии с настоящим изобретением профиль ионной имплантации, который обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении может, таким образом, быть использован в стеклянной подложке для контроля кривизны стеклянной подложки при 25 химическом упрочнении.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ионы профиля ионной имплантации выбраны среди ионов О, Аг, N или Не.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего 30 изобретения ионы профиля ионной имплантации представляют собой однозарядные ионы или смесь однозарядных ионов и многозарядных ионов.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения глубина имплантации профиля ионной имплантации составляет от 0,1 мкм до 1 мкм, предпочтительно от 0,1 мкм до 0,5 мкм.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего 5 изобретения ионная доза профиля ионной имплантации составляет от 1012 ионов/см2 до 1018 ионов/см2, предпочтительно от 1015 ионов/см2 до 1018 ионов/см2.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения толщина стеклянной подложки составляет от 0,1 мм до 3 мм, 10 предпочтительно от 0,1 мм до 1,3 мм.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения стеклянная подложка представляет собой известково-натриевую стеклянную подложку или алюмосиликатную стеклянную подложку. 15 Примеры
Сравнительный пример С1 представляет собой образец известково-натриевого флоат-стекла размером 4x4 см2 и толщиной 0,7 мм, который не обрабатывали посредством ионной имплантации.
Примеры 1 -6 представляют собой образцы 4x4 см2 известково-20 натриевого флоат-стекла толщиной 0,7 мм, которые обрабатывали посредством ионной имплантации со стороны воздуха в соответствии с параметрами из таблицы 2.
Ионную имплантацию проводили в условиях вакуума с
использованием источника ионов Hardion+ RCE.
25 Химическое упрочнение сравнительного примера С1 и примеров 1-6
проводили путем помещения в кассету, предварительного нагрева с последующим погружением в баню с расплавленным KNO3 (> 99%) в течение 4 часов при 430°С.
После химического упрочнения, охлаждения и промывания,
напряжение поверхностного сжатия (CS), глубину слоя (DOL) и кривизну
образца измеряли, как описано выше.
5 Количество калия (К+) в поверхностном слое каждой стороны
химически упрочненных подложек сравнивали с измерениями с помощью
рентгеновской флуоресценции и выражали в виде произвольной единицы в
тысячах импульсов в секунду (тысяч импульсов в секунду - [kcps]).
В таблице 3 обобщены данные измерений для примеров.
10 Таблица 3
образец
Кривизна
Сторона воздуха
Референтный
DOL
[1/м]
[МПа]
[мкм]
[kcps]
0,076
631
11,3
209,5
0,053
619
11,2
202
-0,023
608
10,8
176
-0,058
577
9,8
165
0,046
625
10,6
202
-0,001
584
10,1
185
0,057
642
11,2
207
Как видно из таблицы выше, при сравнении С1 с примерами 1-3 ионная имплантация, проводимая со стороны воздуха стеклянных подложек, снижает количество К+, который обменивался на Na+ на стороне воздуха 5 стеклянной подложки. В зависимости от параметров ионной имплантации могут быть достигнуты различные уровни кривизны. На стороне олова данных образцов CS в среднем составляет 618 МПа, DOL составляет 9,3 мкм, и количество К+ составляет 197 kcps.
В ходе сравнения примера 1 с примером 2 можно увидеть, что если 10 доза имплантируемых ионов О повышалась от 2,5 х 1016 до 1 х 1017 ионов/см2, то степень ионного обмена при химическом упрочнении снижается на обработанной поверхности со стороны воздуха стеклянной подложки.
В ходе сравнения примера 1 с примером 3 показано, что повышение 15 ионного тока от 1 мА до 2 мА обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении.
Как можно увидеть из показателей кривизны, сравнительные примеры С1 имеют значительную деформацию с уровнями кривизны более 0,04 х 1/м. Они имеют положительные значения кривизны, что означает, что 20 они вогнуты, если смотреть со стороны олова. В ходе сравнения С1 с примерами 1 и 2 можно увидеть, что вогнутая кривизна сперва снижается, а затем становится выпуклой, поскольку ионная доза повышается. Это демонстрирует, что уровень кривизны можно контролировать в широком диапазоне.
25 Сравнительные примеры 2, 4, 5 и 6 показывают, что для указанной
дозы 1 х 1017 ионов/см2, ионный ток и напряжение ускорения, уровень снижения степени ионного обмена возрастает от ионов Не до ионов N, до Аг, до О.
Примеры выше демонстрируют, что для указанного субстрата и для 30 указанных условий химического упрочнения, путем получения нескольких
тестовых образцов с различными параметрами имплантации, конечная кривизна может быть обоснованно прогнозирована в пределах данного диапазона параметров.
До и после химического упрочнения коэффициент пропускания (TL) 5 и коэффициент отражения (RL, со стороны воздуха) измеряли с помощью источника освещения D65 и углом наблюдения 10°. Результаты показаны в таблице 4 ниже.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что 10 химически упрочненные образцы 1-5 показывают более низкий коэффициент отражения, чем образец 6 или противопоставляемый пример С1. Таким образом, комбинация контролируемой кривизны при химическом упрочнении и противоотражающие свойства достигаются с образцами, в которые имплантировали ионы Аг, N или О. Особенно низкий коэффициент 15 отражения получали с образцами, в которые имплантировали ионы О после химического упрочнения. Кроме того, авторы настоящего изобретения выявили, что образцы известково-натриевого флоат-стекла, в которых на их стороне со стороны воздуха имплантировали ионы О в дозе, составляющей
от 1 х 10 до 7,5 х 10 ионов/см2 при напряжении ускорения, составляющем от 25 до 35 кВ, демонстрировали снижение коэффициента отражения (RL, со стороны воздуха) на приблизительно 1,5% до химического упрочнения.
Формула изобретения
1. Стеклянная подложка для химического упрочнения, имеющая первую
и вторую основные противоположные стороны, где по меньшей мере часть
первой стороны подложки обеспечена первыми имплантированными ионами,
которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и где
первый профиль имплантации для первых имплантированных ионов является
таким, что часть первой стороны, обеспеченная первыми имплантированными
ионами, демонстрирует первую контролируемую кривизну при химическом
упрочнении, и где
i) по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена вторыми имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и где второй профиль имплантации вторых имплантированных ионов отличается от первого профиля имплантации, и где второй профиль имплантации является таким, что часть первой стороны, обеспеченная вторыми имплантированными ионами, демонстрирует вторую контролируемую кривизну при химическом упрочнении, и/или
ii) по меньшей мере часть второй стороны подложки обеспечена третьими имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и где третий профиль имплантации третьих имплантированных ионов является таким, что часть второй стороны, обеспеченная третьими имплантированными ионами, демонстрирует третью контролируемую кривизну при химическом упрочнении.
2. Стеклянная подложка по п. 1, где первый, второй и/или третий имплантированные ионы представляют собой ионы О, Аг, N или Не.
3. Стеклянная подложка по любому из предыдущих пунктов, где первый, второй и/или третий имплантированные ионы представляют собой однозарядные ионы или смесь однозарядных ионов и многозарядных ионов.
4. Стеклянная подложка по любому из предыдущих пунктов, где первый, второй и/или третий профили имплантации имеют глубину,
2.
составляющую от 0,1 мкм до 1 мкм, предпочтительно от 0,1 мкм до 0,5 мкм.
5. Стеклянная подложка по любому из предыдущих пунктов, где первый, второй и/или третий профили имплантации имеют ионную дозу, составляющую от 1012 ионов/см2 до 1018 ионов/см2 предпочтительно от
5 1015 ионов/см2 до 1018 ионов/см2.
6. Стеклянная подложка по любому из предыдущих пунктов, где первый, второй и/или третий имплантируемые ионы были имплантированы с энергией имплантации, составляющей от пх5кэВ до пхЮООкэВ, предпочтительно составляющей от n х 5 кэВ до n х 200 кэВ, более
10 предпочтительно составляющей от пхЮкэВ до пх 100 кэВ, более предпочтительно составляющей от n х 20 кэВ до n х 60 кэВ, наиболее предпочтительно составляющей приблизительно n х 35 кэВ, где п представляет собой зарядовое число каждого иона.
7. Стеклянная подложка по любому из предыдущих пунктов, где
15 стеклянная подложка выбрана из известково-натриевой стеклянной подложки и
алюмосиликатной стеклянной подложки.
8. Стеклянная подложка по любому из предыдущих пунктов, где
толщина стеклянной подложки составляет от 0,1 мм до 3 мм, предпочтительно
от 0,1 мм до 1,3 мм.
20 9. Способ получения химически упрочненной стеклянной
подложки, включающий следующие операции:
a) обеспечение подложки, имеющей первую и вторую основные противоположные стороны, где по меньшей мере часть первой стороны подложки обеспечена первыми имплантированными
25 ионами, выбранными среди ионов О, Аг, N или Не, которые
снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении,
b) химическое упрочнение стеклянной подложки с имплантированными ионами.
10. Способ по п. 9, где по меньшей мере часть первой стороны подложки 30 обеспечена вторыми имплантированными ионами, которые снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении, и где профиль имплантации вторых имплантированных ионов отличается от первого профиля
имплантации.
11. Способ по п. 9 или п. 10, где по меньшей мере часть второй
стороны субстрата обеспечена третьими имплантированными ионами, которые
снижают степень ионного обмена при химическом упрочнении.
5 12. Способ по любому из пп. 9-11, где первый, второй и/или третий
профили ионной имплантации являются такими, что первую, вторую и/или третью контролируемую кривизну получают при химическом упрочнении.
13. Способ по п. 9, где первая и вторая противоположные стороны подложки обладают отличающимися ионообменными свойствами в их
10 состоянии без имплантации ионов, причем первая является стороной с высоким ионным обменом, а вторая является стороной с низким ионным обменом.
14. Способ по п. 9 или п. 13, где подложка обеспечена первыми имплантированными ионами на всей первой стороне.
15. Способ по п. 13, где первый профиль ионной имплантации
15 является таким, что первая контролируемая кривизна, составляющая от
-0,04 х 1/м до 0,04 х 1/м, получена при химическом упрочнении.
16. Способ по п. 11, где второй и/или третий имплантированные
ионы выбраны среди ионов О, Аг, N или Не.
17. Способ по любому из пп. 9-16, где первый, второй и/или третий
20 имплантированные ионы представляют собой однозарядные ионы или смесь
однозарядных ионов и многозарядных ионов.
18. Способ по любому из пп. 9-17, где глубина имплантации
первого, второго и/или третьего профилей инной имплантации составляет от
0,1 мкм до 1 мкм, предпочтительно от 0,1 мкм до 0,5 мкм.
25 19. Способ по любому из пп. 9-18, где ионная доза первого, второго
и/или третьего профилей инной имплантации составляет от 1012 ионов/см2 до 1018 ионов/см2, предпочтительно от 1015 ионов/см2 до 1018 ионов/см2.
20. Способ по любому из пп. 9-19, где стеклянная подложка выбрана из известково-натриевой стеклянной подложки и алюмосиликатной стеклянной
30 подложки.
21. Способ по любому из пп. 9-20, где толщина стеклянной подложки составляет от 0,1 мм до 3 мм, предпочтительно от 0,1 мм до 1,6 мм.
21.
22. Химически упрочненная стеклянная подложка, имеющая первую и вторую основные противоположные стороны с отличающимися ионообменными свойствами в их состоянии без имплантации ионов перед химическим упрочнением, причем первая является стороной с высоким
5 ионным обменом, а вторая является стороной с низким ионным обменом, имеющая толщину, составляющую от 0,1 мм до 3 мм, имеющая кривизну, составляющую от -0,04 х 1/м до 0,04 х 1/м, и где первый профиль ионной имплантации присутствует по меньшей мере на части первой стороны, и где ионы первого профиля ионной имплантации выбраны среди ионов О, Аг, N или 10 Не.
23. Химически упрочненная стеклянная подложка по п. 22, имеющая кривизну от -0,01 х 1/м до 0,01 х 1/м.
24. Химически упрочненная стеклянная подложка по п. 22 или п. 23, имеющая толщину, составляющую от 0,1 мм до 1,6 мм, предпочтительно от
15 0,1 мм до 1,3 мм.
25. Стеклянная подложка по любому из пп. 22-24, поверхностное напряжение сжатия на обеих сторонах которой составляет от 300 до 1300 МПа, и глубина сжимаемого слоя составляет от 6 до 40 мкм.
26. Стеклянная подложка по любому из пп. 22-25, где стеклянная
20 подложка выбрана из известково-натриевой стеклянной подложки и
алюмосиликатной стеклянной подложки.
27. Применение профиля ионной имплантации в стеклянной подложке для снижения степени ионного обмена при химическом упрочнении стеклянной подложки, где ионы профиля ионной имплантации выбраны среди
25 ионов О, Аг, N или Не.
28. Применение профиля ионной имплантации, который обеспечивает снижение степени ионного обмена при химическом упрочнении в стеклянной подложке для контроля кривизны стеклянной подложки при химическом упрочнении, где ионы профиля ионной имплантации выбраны
30 среди ионов О, Аг, N или Не.
29. Применение профиля ионной имплантации в стеклянной подложке по любому из пп. 27-28, где ионы профиля ионной имплантации
29.
представляют собой однозарядные ионы или смесь однозарядных ионов и многозарядных ионов.
30. Применение профиля ионной имплантации в стеклянной подложке по любому из пп. 27-29, где глубина имплантации профиля ионной
5 имплантации составляет от 0,1 мкм до 1 мкм, предпочтительно от 0,1 мкм до 0,5 мкм.
31. Применение профиля ионной имплантации в стеклянной подложке по любому из пп. 27-30, где ионная доза профиля ионной имплантации составляет от 1012 ионов/см2 до 1018 ионов/см2, предпочтительно
10 от 1015 ионов/см2 до 1018 ионов/см2.
32. Применение профиля ионной имплантации в стеклянной подложке по любому из пп. 27-31, где толщина стеклянной подложки составляет от 0,1 мм до 3 мм, предпочтительно от 0,1 мм до 1,3 мм.
33. Применение профиля ионной имплантации в стеклянной
15 подложке по любому из пп. 27-32, где стеклянная подложка представляет собой
известково-натриевую стеклянную подложку или алюмосиликатную стеклянную подложку.
(19)