CN102333409B - 大气压等离子装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气压等离子装置及其制造方法。所述大气压等离子装置包括：阳极、阴极、以及设置于阳极与阴极之间的绝缘介质；阳极和阴极间填充有可电离的气体；阴极包括多个等离子产生与排除单元，每个等离子产生与排除单元包括均匀分布的相同的等离子排除区域和等离子产生区域，等离子排除区域和等离子产生区域均匀设置，并且，三个互为相邻的等离子排除区域之间，每两个等离子排除区域的中心间距相等。通过上述方式，本发明能够减轻等离子对阴极及绝缘介质的腐蚀，提高大气压等离子装置的寿命，另外，能够提高基板表面清洁均一性。

Description

大气压等离子装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及等离子显示面板制造领域，特别是涉及一种大气压等离子装置及其制造方法。

背景技术

当物质被持续给予能量时，它的温度升高并且从固体转变成液体，然后变成气体。持续施加能量导致其状态进一步变化，其中气体的中性原子或分子经高能碰撞产生带负电荷的电子、正或负离子以及其它物质。这种带电物质的混合物显示出的集体行为被称为“等离子体”。

大气压等离子处理作为一种新型的表面处理技术，比如等离子清洗，具有低温、常压处理，不会对材料表面造成损伤，无电弧，无需真空腔体，也无需有害气体吸出系统，长时间使用并不会对操作人员造成身体损害，成本低廉等诸多优点，被广泛应用于如TFT-LCD基板表面处理等各个行业。

大气压式等离子的放电模式属于介质阻挡放电(Dielectric BarrierDischarge；简称DBD)，即有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电，又称之为介质阻挡电晕放电或无声放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为104～106Pa，电源频率可从50Hz至1MHz。电极结构的设计形式多种多样。在两个放电电极之间充满某种工作气体，并将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖，也可以将介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。在实际应用中，管线式的电极结构被广泛的应用于各种化学反应器中，而平板式电极结构则被广泛的应用于工业中的高分子和金属薄膜及板材的改性、接枝、表面张力的提高、清洗和亲水改性中。

现有技术大气压等离子装置其结构主要包括阳极、绝缘介质和阴极，为了使阳极和阴极间产生的等离子排除，一般会在阴极上开许多等离子排除区域，参阅图1，是现有技术大气压等离子装置阴极结构示意图。阴极包括等离子排除区域401和等离子产生区域403。目前，市场上的大气压等离子装置的阴极等离子排除区域绝大多数都采用圆形设计和千鸟排列方式。

但是，采用圆形设计和千鸟排列方式会带来如下问题：

（1）采用圆形设计方式，未考虑到等离子产生区域和等离子排除区域面积均等设计，从而容易导致等离子容易滞留在阳极和阴极间，对阴极以及绝缘介质产生腐蚀，降低装置的寿命；

（2）采用千鸟排列方式，等离子排除区域位置和等离子产生区域位置不等距，靠近等离子排除区域的等离子容易排除，然而离等离子排除区域较远的等离子不容易排除，使局部区域的等离子容易滞留，而阴极外侧靠近等离子排除区域的等离子浓度较高，远离等离子排除区域的等离子浓度较低，从而导致等离子的分布不均匀，导致表面处理均匀性差。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种大气压等离子装置及其制造方法，能够减轻等离子对阴极及绝缘介质的腐蚀，提高大气压等离子装置的寿命，另外，能够提高基板表面清洁均一性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种大气压等离子装置，包括：阳极、阴极、以及设置于阳极与阴极之间的绝缘介质；阳极和阴极间填充有可电离的气体；阴极包括多个均匀分布的相同的等离子产生与排除单元，每个等离子产生与排除单元包括等离子排除区域和等离子产生区域，等离子排除区域与等离子产生区域的面积相等，并且，三个互为相邻的等离子排除区域之间，每两个等离子排除区域的中心间距相等。

其中，等离子产生与排除单元呈正六边形，多个等离子产生与排除单元形成蜂窝状结构。

其中，等离子排除区域是圆形，并设置于等离子产生与排除单元的中心，等离子排除区域的半径与等离子产生与排除单元的边长之比为 $\sqrt{\frac{3\sqrt{3}}{4\mathrm{\π}}}.$

其中，等离子排除区域是正六边形，并设置于等离子产生与排除单元的中心，等离子排除区域的边长与等离子产生与排除单元的边长之比为

其中，绝缘介质包括第一绝缘板层和第二绝缘板层，第一绝缘板层覆盖于阳极相对阴极一侧的表面，第二绝缘板层覆盖于阴极相对阳极一侧的表面。

其中，绝缘介质包括第三绝缘板层，第三绝缘板层覆盖于阳极相对阴极一侧的表面，或者覆盖于阴极相对阳极一侧的表面，或者悬空设置于阳极与阴极之间。

其中，绝缘介质是多个绝缘颗粒，填充于阳极和阴极之间。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种大气压等离子装置制作方法，包括如下步骤：准备阳极、阴极和绝缘介质；向阳极和阴极之间加入可电离的气体；将绝缘介质设置于阳极和阴极之间；在阴极上形成多个均匀分布的等离子产生与排除单元，每个等离子产生与排除单元包括等离子排除区域和等离子产生区域，等离子排除区域和等离子产生区域面积相等，并且，三个互为相邻的等离子排除区域之间，每两个等离子排除区域的中心间距相等。

其中，在阴极上形成多个均匀分布的相同的等离子产生与排除单元，每个等离子产生与排除单元包括等离子排除区域和等离子产生区域，等离子排除区域和等离子产生区域面积相等，并且，三个互为相邻的等离子排除区域之间，每两个等离子排除区域的中心间距相等步骤中，包括：将等离子产生与排除单元形成正六边形，将多个等离子产生与排除单元形成蜂窝状结构。

其中，将等离子排除区域形成圆形，并设置于等离子产生与排除单元的中心，等离子排除区域的半径与等离子产生与排除单元的边长之比为

或者将等离子排除区域形成正六边形，并设置于等离子产生与排除单元的中心，等离子排除区域的边长与等离子产生与排除单元的边长之比为

本发明的有益效果是：区别于现有技术采用圆形设计，产生等离子区域和排除等离子区域面积不相等的设计，从而容易导致等离子容易滞留在阳极和阴极间，对阴极以及绝缘介质产生腐蚀，降低等离子装置的寿命的情况，以及采用千鸟排列方式，等离子排除区域位置和等离子产生区域位置不等距，靠近等离子排除区域的等离子容易排除，然而离等离子排除区域较远的等离子不容易排除，使局部区域的等离子容易滞留，而阴极外侧靠近等离子排除区域的等离子浓度较高，远离等离子排除区域的等离子浓度较低，从而导致等离子的分布不均匀，导致表面处理均匀性差的情况，本发明对大气压等离子装置的阴极结构进行改进，阴极包括多个均匀分布的等离子产生与排除单元，每个该等离子产生与排除单元包括面积相等的等离子排除区域和等离子产生区域，并且，三个互为相邻的所述等离子排除区域之间，每两个所述等离子排除区域的中心间距相等，使阳极和阴极间产生的等离子和排除的等离子始终保持平衡一致，而且阴极上任意位置的等离子都能排除，能够减轻等离子对阴极及绝缘介质的腐蚀，提高大气压等离子装置的寿命，另外还能提高大气压等离子装置基板表面清洁均一性。

附图说明

图1是现有技术大气压等离子装置阴极结构示意图；

图2是本发明大气压等离子装置第一实施例的结构示意图；

图3是图2所示阴极结构第一示意图；

图4是图2所示阴极结构第二示意图；

图5是大气压等离子装置第二实施例的第一实施方式的结构示意图；

图6是大气压等离子装置第二实施例的第二实施方式的结构示意图；

图7是大气压等离子装置第二实施例的第三实施方式的结构示意图；

图8是本发明大气压等离子装置制造方法第一实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2，并请结合参阅图3，是本发明大气压等离子装置第一实施例的结构示意图，大气压等离子装置包括：阳极10、绝缘介质12以及阴极14，该阴极14指与阳极10间隔绝缘介质12所正对的部分，且该正对的部分面积与阳极10面积相等。

绝缘介质12设置于阳极10与阴极14之间。

阳极10和阴极14间填充有可电离的气体。

阴极14包括多个均匀分布的相同的等离子产生与排除单元141。上述等离子产生与排除单元141命名是为方便描述而定，因该阴极14包括若干产生等离子的区域和若干排除等离子的区域，因此本文将一个排除等离子的区域和一个以该排除等离子的区域为中心的产生等离子的区域视为一个等离子产生与排除单元141。每个等离子产生与排除单元141包括等离子排除区域1411和等离子产生区域1413，等离子排除区域1411与等离子产生区域1413的面积相等，并且，三个互为相邻的等离子排除区域1411之间，每两个等离子排除区域1411的中心间距相等。若定义三个等离子排除区域1411分别为X、Y和Z，三个互为相邻的等离子排除区域1411即指：X与Y相邻，X与Z相邻，并且，Y与Z相邻。当然，能够包括三个互为相邻的等离子排除区域1411的地方并不包括阴极14的边界区域。

大气压等离子装置的工作原理是：等离子产生与排除单元141的等离子产生区域1413和阳极10之间形成高压，产生大量的等离子，等离子排除区域1411则用于排除这些等离子。通过将等离子产生与排除单元141设计成为面积相等的等离子排除区域1411和等离子产生区域1413，并且，三个互为相邻的等离子排除区域1411之间，每两个等离子排除区域1411的中心间距相等，使阳极10和阴极14间等离子的产生和等离子的排除的速度始终保持平衡一致，而且等离子产生区域1413上任意位置的等离子都能排除，从而使得阳极10和阴极14间产生的等离子不会累积，并且能够快速排除。

在本发明实施例中，通过在阴极14上设置等离子产生与排除单元141，并且将等离子产生与排除单元141设计成为均匀分布、面积相等的等离子排除区域1411和等离子产生区域1413，另外，三个互为相邻的等离子排除区域1411之间，每两个等离子排除区域1411的中心间距相等的方式，能够减轻等离子对阴极14及绝缘介质12的腐蚀，提高大气压等离子装置的寿命，另外，还能提高基板表面清洁均一性。

在本实施例另一实施方式中，参阅图3，等离子产生与排除单元141呈正六边形，多个等离子产生与排除单元141形成蜂窝状结构。

优选地，等离子产生与排除单元141包括等离子排除区域1411和等离子产生区域1413。等离子排除区域1411是圆形，该等离子排除区域1411设置于等离子产生与排除单元141的中心，该等离子排除区域的半径与该等离子产生与排除单元的边长之比为

公式推导：

假设大气压等离子装置的阴极14由多个等离子产生与排除单元141组成，等离子产生与排除单元141是边长为a的正六边形；等离子排除区域1411是半径为r的圆形。

等离子产生与排除单元141的面积为：

等离子排除区域1411的面积为：πr²。

根据阴极14的等离子排除区域1411和等离子产生区域1413面积相等的设计方式，则有等离子产生与排除单元141的面积=2*等离子排除区域143的面积。即：

$\frac{3\sqrt{3}}{2}{a}^2=2*{\mathrm{\πr}}^2$

由此得到，

近似的，r=0.4137a。同时，

假定在三个互为相邻的等离子产生与排除单元141中心的等离子排除区域1411中：

两等离子排除区域1411的圆心距离为b，近似的，b=1.732a。

任意等离子排除区域的圆心到另两等离子排除区域圆心连线的中点的距离为c，c=1.5a。

优选地，等离子排除区域1411的半径r值为0.2-5.0毫米，相应的，等离子排除区域间距（即两等离子排除区域1411的圆心与圆心间的间距）b为0.8372-20.93毫米，另外，c为0.7252-18.13毫米。

在本发明实施例中，将等离子产生与排除单元141设计成为面积相等的等离子排除区域1411和等离子产生区域1413，能够减轻等离子对阴极14及绝缘介质12的腐蚀，提高大气压等离子装置的寿命。另外，采用蜂窝状结构设计，使用于排除等离子的等离子排除区域1411和用于产生等离子的等离子产生区域1413间距相等，能够提高等离子在阴极14外侧的分布均一性，大大提高等离子的处理性能，例如提高清洁基板的均一性，进而减低和避免因基板清洁均一性差异导致的涂膜不均所形成的磨制问题，提高液晶显示产品的品质和良率。

在本实施例另一实施方式中，参阅图4，等离子产生与排除单元141呈正六边形，多个等离子产生与排除单元141形成蜂窝状结构。

优选地，等离子产生与排除单元141包括等离子排除区域1415和等离子产生区域1417。该等离子排除区域1415设置于等离子产生与排除单元141的中心，等离子产生与排除单元141是正六边形，等离子排除区域1415也是正六边形，该等离子排除区域1415与该等离子产生与排除单元141的边长之比为

公式推导：

假设大气压等离子装置的阴极14由多个等离子产生与排除单元141组成，等离子产生与排除单元141是边长为a的正六边形；等离子排除区域1415也是边长为d的正六边形。

等离子产生与排除单元141的面积为：

等离子排除区域1415的面积为：

同样，根据阴极14的等离子排除区域1415和等离子产生区域1417面积相等的设计方式，则有等离子产生与排除单元141的面积=2*等离子排除区域1415的面积。即：

$\frac{3\sqrt{3}}{2}{a}^2=2*\frac{3\sqrt{3}}{2}{d}^2$

由此得到，

近似的，d=0.7071a。同时，

假定在三个互为相邻的等离子产生与排除单元141中心的等离子排除区域1415中：

两等离子排除区域1415中心的距离为e，近似的，e=1.732a。

任意等离子排除区域1415的中心到另两等离子排除区域1415中心连线的中点的距离为f，f＝1.5a。

优选地，等离子排除区域1415的边长d为0.1-0.5毫米，相应的，等离子排除区域1415间距（即两等离子排除区域1415的中心与中心的间距）e为0.4923-24.615毫米，此外，f为0.4264-21.32毫米。

在本发明实施例中，将等离子产生与排除单元141设计成为面积相等的等离子排除区域1415和等离子产生区域1417，能够减轻等离子对阴极14及绝缘介质12的腐蚀，提高大气压等离子装置的寿命。另外，采用蜂窝状结构设计，使排除等离子的等离子排除区域1415和产生等离子的等离子产生区域1417间距相等，能够提高等离子在阴极14外侧的分布均一性，大大提高等离子的处理性能，例如，提高基板清洁均一性，进而减低和避免因基板清洁均一性差异所导致的涂膜不均所形成的膜质问题，能够提高液晶显示产品的品质和良率。

在上述实施方式中，当然，等离子排除区域不仅可以是圆形或者正六边形，也可以是正方形，等边三角形等，只要等离子排除区域和等离子产生区域的面积相等，且三个互为相邻的等离子排除区域之间，每两个等离子排除区域的中心间距相等，即可使阳极和阴极间产生的等离子都能被排除，而且产生的等离子和排除的等离子始终保持平衡一致，实现本发明之目的。

参阅图5，是本发明大气压等离子装置第二实施例的第一实施方式的结构示意图，绝缘介质12包括第一绝缘板层121和第二绝缘板层123，第一绝缘板层121覆盖于阳极10相对阴极14一侧的表面，第二绝缘板层123覆盖于阴极14相对阳极10一侧的表面。

参阅图6到图7，是本发明大气压等离子装置第二实施例的第二、第三实施方式的结构示意图，绝缘介质12包括第三绝缘板层125，该第三绝缘板层125覆盖于阳极10相对所述阴极14一侧的表面，或者覆盖于阴极14相对阳极10一侧的表面，或者悬空设置于阳极10与阴极14之间。当然，绝缘介质还可以是多个绝缘颗粒，填充于阳极10和阴极14之间。

在上述实施方式中，绝缘介质12插入放电空间是一种非平衡态气体放电，又被称之为介质阻挡电晕放电或无声放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为104～106Pa（帕斯卡），电源频率可从50Hz（赫兹）至1MHz（兆赫兹）。在两个放电电极之间充满某种工作气体，并将其中一个或两个电极用绝缘介质12覆盖，也可以将绝缘介质12直接悬挂在放电空间或采用绝缘颗粒填充其中，当两电极间施加较高的交流电压时，电极之间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。

请参阅图8，是本发明大气压等离子装置制作方法实施例的流程图。该方法包括如下步骤：

步骤S1，准备阳极、绝缘介质和阴极。

例如，阳极与阴极各一个，绝缘介质可以包括一个或两个。

步骤S2，向阳极和阴极之间加入可电离的气体。

例如，该可电离的气体可以包括氦气、氩气，氙气等稀有气体，以及在高压条件下能发生电离的气体。

步骤S3，将绝缘介质设置于阳极和阴极之间。

例如，该绝缘介质可以是板层，并选择性覆盖于阳极相对于阴极一侧的表面或者覆盖于阴极相对于阳极一侧的表面，当然，该绝缘介质还可以悬空设置于阳极和阴极之间。另外，该绝缘介质可以是多个绝缘颗粒，填充设置于阳极和阴极之间。

步骤S4，在阴极上形成多个均匀分布的相同的等离子产生与排除单元，每个等离子产生与排除单元包括等离子排除区域和等离子产生区域，等离子排除区域和等离子产生区域面积相等，并且，三个互为相邻的等离子排除区域之间，每两个等离子排除区域的中心间距相等。

例如，阴极的等离子产生区域和阳极之间形成高压，产生大量的等离子，阴极的等离子排除区域则用于排除这些等离子，等离子排除区域和等离子产生区域面积相等，并且，三个互为相邻的等离子排除区域之间，每两个等离子排除区域的中心间距相等，使任意位置的等离子的产生和排除保持平衡。

当然，在上述实施例中，步骤S2和步骤S3可以调换。

在本发明实施例中，通过在阴极上形成等离子产生与排除单元，同时在等离子产生与排除单元上均匀、等面积的设置等离子排除区域和等离子产生区域，而且，三个互为相邻的等离子排除区域之间，每两个等离子排除区域的中心间距相等，能够减轻等离子对阴极及绝缘介质的腐蚀，提高大气压等离子装置的寿命，另外，能够提高基板表面清洁均一性。

在本实施例的另一实施方式中，步骤S4还包括：

将等离子产生与排除单元形成正六边形，将多个等离子产生与排除单元形成蜂窝状结构。

另外，将等离子排除区域形成圆形，设置于所述等离子产生与排除单元的中心，等离子排除区域的半径与等离子产生与排除单元的边长之比为

或者将所述等离子排除区域形成正六边形，设置于所述等离子产生与排除单元的中心，等离子排除区域与等离子产生与排除单元的边长之比为

在上述实施方式中，通过采用蜂窝状结构设计，使排除等离子的等离子排除区域和产生等离子的等离子产生区域间距相等，能够提高等离子在阴极外侧的分布均一性，大大提高等离子的处理性能，例如提高大气压等离子装置基板表面清洁均一性，进而减低和避免因基板清洁均一性差异导致的涂膜不均所形成的磨制问题，提高液晶显示产品的品质和良率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种大气压等离子装置，其特征在于，包括：

阳极、阴极、以及设置于所述阳极与所述阴极之间的绝缘介质；

所述阳极和所述阴极间填充有可电离的气体；

所述阴极包括多个均匀分布的相同的等离子产生与排除单元，每个所述等离子产生与排除单元包括等离子产生区域和等离子排除区域，所述等离子排除区域与所述等离子产生区域的面积相等，并且，三个互为相邻的所述等离子排除区域之间，每两个所述等离子排除区域的中心间距相等，其中，一个所述等离子排除区域以及一个以所述等离子排除区域为中心的所述等离子产生区域视为一个所述等离子产生与排除单元；

所述等离子产生与排除单元呈正六边形，多个所述等离子产生与排除单元形成蜂窝状结构；

所述等离子排除区域是圆形，并设置于所述等离子产生与排除单元的中心，所述等离子排除区域的半径与所述等离子产生与排除单元的边长之比为

或者所述等离子排除区域是正六边形，并设置于所述等离子产生与排除单元的中心，所述等离子排除区域的边长与所述等离子产生与排除单元的边长之比为

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绝缘介质包括第一绝缘板层和第二绝缘板层，所述第一绝缘板层覆盖于所述阳极相对所述阴极一侧的表面，所述第二绝缘板层覆盖于所述阴极相对所述阳极一侧的表面。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绝缘介质包括第三绝缘板层，所述第三绝缘板层覆盖于所述阳极相对所述阴极一侧的表面，或者覆盖于所述阴极相对所述阳极一侧的表面，或者悬空设置于所述阳极与所述阴极之间。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绝缘介质是多个绝缘颗粒，填充于所述阳极和所述阴极之间。

5.一种大气压等离子装置制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

准备阳极、阴极和绝缘介质；

向所述阳极和所述阴极之间加入可电离的气体；

将所述绝缘介质设置于所述阳极和所述阴极之间；

在所述阴极上形成多个均匀分布的等离子产生与排除单元，每个所述等离子产生与排除单元包括等离子排除区域和等离子产生区域，所述等离子排除区域和所述等离子产生区域面积相等，并且，三个互为相邻的所述等离子排除区域之间，每两个所述等离子排除区域的中心间距相等，其中，一个所述等离子排除区域以及一个以所述等离子排除区域为中心的所述等离子产生区域视为一个所述等离子产生与排除单元；其中，将所述等离子产生与排除单元形成正六边形，将多个所述等离子产生与排除单元形成蜂窝状结构，并且，将所述等离子排除区域形成圆形，并设置于所述等离子产生与排除单元的中心，所述等离子排除区域的半径与所述等离子产生与排除单元的边长之比为或者将所述等离子排除区域形成正六边形，并设置于所述等离子产生与排除单元的中心，所述等离子排除区域的边长与所述等离子产生与排除单元的边长之比为

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