CN111372903A - 使用阳离子表面活性剂和/或有机盐的玻璃对的临时结合 - Google Patents
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Abstract
本文描述了制品及制造制品(例如玻璃制品)的方法,所述制品包含薄片材和载体,其中,所述薄片材和载体利用改性(涂)层,例如包含阳离子表面活性剂的涂层或包含有机盐的涂层结合在一起,以及相关的沉积方法。改性层利用足够的结合强度将薄片材和载体结合在一起,以防止薄片材和载体在高温(?500℃)加工期间分层,同时还防止在所述加工期间在片材之间形成永久结合。
Description
本申请根据35U.S.C.§119要求2017年11月20日提交的系列号为62/588,568的美国临时申请的优先权权益,本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。
技术领域
本公开一般涉及包含在载体上的薄片材的制品以及用于在载体上制造薄片材的方法,更具体而言,涉及包含可控地结合在玻璃载体上的薄玻璃片的制品以及用于制造可控地结合在玻璃载体上的薄玻璃片的方法。
背景技术
挠性基材提供了使用卷到卷加工的更便宜的装置的前景,并且有可能制造更薄、更轻、挠性更强且更耐久的显示器。然而,尚未完全开发出用于卷到卷加工高品质显示器的技术、设备和工艺。由于面板制造商已经大量投资于处理大型玻璃片的成套工具,因此将挠性基材层压到载体上并通过片到片的加工以在挠性基材上制造显示装置提供了一种更为短期的解决方案来开发更薄、更轻及挠性更强的显示器的价值主张。已经在聚合物片材上展现出了显示器,所述聚合物片材例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN),其中,装置的制造是使PEN层压到玻璃载体的片到片形式。然而,PEN的温度上限限制了装置的品质以及可使用的方法。另外,聚合物基材的高渗透性导致有机发光二极管(OLED)装置的环境变差,在有机发光二极管装置中近乎气密性的封装是有益的。薄膜包封提供了克服这种限制的潜在解决方案,但是尚未证实其能够在大体积下提供可接受的产量。
类似地,显示装置可使用层压至一个或更多个薄玻璃基材的玻璃载体来制造。预计薄玻璃的低渗透性以及改进的温度和化学耐性将能够获得性能更高、寿命更长的挠性显示器。
一些装置利用滤色器(CF)或非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT),它们通常分别在约250℃和350℃的温度下制造。然而,更高的温度应用,例如包括氧化物薄膜晶体管(氧化物TFT或ox-TFT)也是重要的。氧化物TFT加工通常在350至450℃的温度下进行,并且还可能使用额外的加工技术,例如真空、以及湿法蚀刻环境。这些条件限制了可以使用的材料,并且对载体和/或薄片材提出了高要求。因此,需要一种载体方法,其利用制造商的现有资本基础设施能够加工玻璃片材(例如厚度≤0.3毫米(mm)的薄片材),而不会在较高的加工温度下丧失薄片材与载体之间的结合强度,并且其中薄片材在工艺结束时容易与载体脱粘。该方法应允许:a)室温下载体与薄片材之间自发结合,优选地无需层压,以提供约100-500mJ/m2的充足的结合或粘附能;b)随后的湿和干加工步骤不使薄片材从载体剥离;c)结合对能够经受制造中的热、化学、真空和湿加工步骤;d)在热加工期间的最小的排气;和e)在加工结束时薄片材易与载体分离。
一个商业优势在于,制造商将能够利用他们已经对加工设备所做的资本投资,同时取得将薄片材(例如薄玻璃片材)用于例如光伏器件(PV)、OLED、液晶显示器(LCD)和图案化薄膜晶体管(TFT)电子器件的益处。另外,这种方法能够实现工艺灵活性,包括:薄片材和载体的清洁和表面准备的工艺,从而促进结合。
发明内容
鉴于上述,需要一种薄片材-载体制品,其可承受a-Si和/或ox-TFT加工(包括高温加工)的严苛条件(而不会排气,所述排气与将使用所述薄片材-载体制品进行的半导体或显示器制造工艺不相容),但是优选允许从载体移除薄片材的整个区域(一次性整体移除或分段移除),以允许重复使用载体来加工另一个薄片材。本说明书描述了控制载体与薄片材之间的粘合以产生临时结合的方法,所述临时结合足够地强以经受得住a-Si和ox-TFT加工(包括在约200℃、约300℃、约400℃以及最高至约500℃的温度下的加工),但又足够地弱以允许即使在高温加工之后也能够使片材与载体脱粘。这种受控的结合可用于产生载体可重复使用的制品。更具体地,本公开提供了表面改性层(包括各种材料和相关的表面热处理),其可提供在薄片材、载体或薄片材和载体上,以控制薄片材与载体之间的室温范德华力和/或氢键结合和/或静电和高温共价结合。甚至更具体地,本公开描述了沉积涂层或改性层的方法,所述涂层或改性层用于将薄片材结合于载体;制备用于结合的涂层,以及将该涂层结合于薄片材和载体二者的方法。这些方法在部件之间产生了结合,使得结合能不太高,结合能太高可使部件在电子装置加工之后不可分离,并且使得结合能不太低,结合能太低可使得结合品质受损,从而导致在电子装置加工期间薄片材与载体之间可能脱粘或有流体进入。这些方法还生产了一种制品,其展现出低排气并经受得住高温加工,例如滤色器(CF)加工,非晶硅(a-Si)TFT加工和ox-TFT加工以及另外的加工步骤,例如湿法清洁和干法蚀刻。
在第1方面中,提供了一种制品,其包括:具有第一结合表面的第一片材,具有第二结合表面的第二片材,以及具有第三结合表面的改性层,所述改性层连接第一片材和第二片材。所述改性层包含一种或多种阳离子表面活性剂。
在第1方面的一个实例中,阳离子表面活性剂包括含带电氮的头基,其选自下组:伯、仲、叔或季铵、吡啶鎓及其组合。
在第1方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂包括至少一个C4-C24疏水基团。
在第1方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基氯化吡啶鎓、辛基三甲基溴化铵和1-丁基氯化吡啶鎓。
在第2方面中,具有一种制品,其包括具有第一结合表面的第一片材以及包含第二结合表面的第二片材。包含第三结合表面的改性层将第一片材连接到第二片材。改性结合层包含一种或多种有机盐。
在第2方面的一个实例中,所述有机盐包括带正电的氮、磷、硫、硼或碳。
在第2方面的另一个实例中,所述有机盐包含铵基团。
在第2方面的另一个实例中,所述有机盐包含鏻离子。
在第2方面的另一个实例中,所述有机盐选自下组:四甲基溴化铵、四乙基溴化铵和四苯基氯化鏻。
在第1或第2方面中的任一方面的一个实例中,所述表面活性剂或有机盐分别基本上不含氧。
在第1方面和/或第2方面中的任一个或两方面的一个实例中,改性层包含约0.1nm至约10nm的平均厚度。
在第1方面的另一个实例中,改性层的厚度是亚单层。
在第1方面的另一个实例中,改性层显示出水接触角随着表面活性剂浓度的增加而增大。
在第1方面的另一个实例中,十六烷基三甲基溴化铵改性层显示出水接触角随着表面活性剂浓度的增加而增大。
在第1方面的另一个实例中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约150至约750mJ/m2。
在第1方面的另一个实例中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约100至约500mJ/m2。
在第1方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵,并且在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约100至约750mJ/m2。
在第1方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵,并且在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约150至约300mJ/m2。
在第1方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂包括十六烷基氯化吡啶鎓,并且在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约150至约350mJ/m2。
在第1方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂包括十六烷基氯化吡啶鎓,并且在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200至约400mJ/m2。
在第1方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂包括辛基三甲基溴化铵,并且在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约300至约500mJ/m2。
在第1方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂包括辛基三甲基溴化铵,并且在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约300至约500mJ/m2。
在第1方面的一个实例中,阳离子表面活性剂包括1-丁基氯化吡啶鎓,并且在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200至约350mJ/m2。
在第1方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂包括1-丁基氯化吡啶鎓,并且在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200至约400mJ/m2。
在第2方面的一个实例中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200至约500mJ/m2。
在第2方面的另一个实例中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200至约350mJ/m2。
在第2方面的另一个实例中,有机盐包含四甲基溴化铵,并且在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200至约400mJ/m2。
在第2方面的另一个实例中,有机盐包含四甲基溴化铵,并且在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约150至约300mJ/m2。
在第2方面的另一个实例中,有机盐包含四乙基溴化铵,并且在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约260至约420mJ/m2。
在第2方面的另一个实例中,有机盐包含四乙基溴化铵,并且在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约250至约310mJ/m2。
在第2方面的另一个实例中,有机盐包含四苯基氯化鏻,并且在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约250至约500mJ/m2。
在第1方面和/或第2方面的另一个实例中,在将制品在350℃下保持2小时后,改性层的气泡面积百分比变化小于3%。
在第1方面和/或第2方面的另一个实例中,改性层的气泡面积百分比变化小于1%。
在第1方面和/或第2方面的另一个实例中,改性层的气泡面积百分比变化小于0.1%。
在第1方面的另一个实例中,在将制品在370℃下保持30分钟后,改性层的气泡面积百分比变化小于3%。
在第1方面和/或第2方面的另一个实例中,第二片材的平均厚度等于或小于约300微米。
在第1方面和/或第2方面的另一个实例中,第二片材的平均厚度小于第一片材的平均厚度。
在第1方面和/或第2方面的另一个实例中,第一片材的平均厚度等于或大于约200微米。
在第3方面中,具有一种制造制品的方法,所述方法包括:通过将至少一种阳离子表面活性剂沉积到第一片材的结合表面上,在第一片材的结合表面上形成改性层,其中,所述改性层包括改性层结合表面。接着将改性层结合表面结合到第二片材的结合表面。
在第4方面中,具有一种制造制品的方法,所述方法包括:通过将至少一种有机盐沉积到第一片材的结合表面上,在第一片材的结合表面上形成改性层,其中,所述改性层包括改性结合层结合表面。所述方法还包括以下步骤:将改性层结合表面结合到第二片材的结合表面。
在第3方面和/或第4方面的任一个或两个方面的实例中,所述方法还包括以下步骤:使改性层结合表面的至少一部分与第一片材和/或第二片材的结合表面脱粘。
在第3方面的一个实例中,所述阳离子表面活性剂包括含带电氮的头基,其选自下组:伯、仲、叔或季铵、吡啶鎓及其组合。
在第3方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂选自下组:十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基氯化吡啶鎓、辛基三甲基溴化铵和1-丁基氯化吡啶鎓。
在第3方面的另一个实例中,所述方法还包括以下步骤:在沉积阳离子表面活性剂之前,先用O2等离子体处理第一片材和/或第二片材。
在第3方面的另一个实例中,所述方法还包括以下步骤:在沉积阳离子表面活性剂之前,先对第一片材和/或第二片材进行洗涤。
在第3方面的另一个实例中,所述方法还包括以下步骤:在沉积阳离子表面活性剂之后,洗涤第一片材。
在第4个方面的另一个实例中,所述有机盐包含铵基团。
在第4个方面的另一个实例中,所述有机盐包含鏻离子。
在第4个方面的另一个实例中,所述有机盐选自下组:四甲基溴化铵、四乙基溴化铵和四苯基氯化鏻。
在第4方面的另一个实例中,所述方法还包括以下步骤:在沉积有机盐之前,先用O2等离子体处理第一片材和/或第二片材。
在第4方面的另一个实例中,所述方法还包括以下步骤:在沉积有机盐之前,先对第一片材和/或第二片材进行洗涤。
在第4方面的另一个实例中,所述方法还包括以下步骤:在沉积有机盐之后,洗涤第一片材。
在第3方面和/或第4方面的另一个实例中,所述方法还包括干燥步骤。
在第3方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂通过旋涂、浸涂或喷涂来沉积。
在第3方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂作为水性溶液来沉积。
在第3方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂的水性溶液包含0.001mM至3.0mM的表面活性剂浓度。
在第3方面的另一个实例中,所述表面活性剂浓度小于0.5mM。
在第3方面的另一个实例中,所述表面活性剂浓度小于0.1mM。
在第3方面的另一个实例中,阳离子表面活性剂的水性溶液基本上不含有机溶剂。
在第4方面的另一个实例中,所述有机盐通过旋涂、浸涂或喷涂来沉积。
在第4方面的另一个实例中,所述有机盐作为水性溶液来沉积。
在第4方面的另一个实例中,所述水性溶液包含0.001mM至3.0mM的有机盐浓度。
在第4方面的另一个实例中,所述有机盐浓度小于0.5mM。
在第4方面的另一个实例中,所述有机盐浓度小于0.1mM。
在第4方面的另一个实例中,所述有机盐的水性溶液基本上不含有机溶剂。
在第3方面和/或第4方面的另一个实例中,所述改性层包含约0.1nm至约10nm的平均厚度。
附图说明
参照附图阅读下文的具体实施方式,可以更好地理解本公开的各个方面或实例的上述特征、实例和优点以及其他特征、实例和优点,其中:
图1是根据一些实施方式所述的一种制品的侧视示意图,所述制品具有第一片材,其与第二片材结合,并且在第一片材与第二片材之间具有改性层。
图2是图1中制品的分解和局部剖视图。
图3是根据阳离子表面活性剂(图3a:CTAB;图3b:OTAB;图3c:CPCl;图3d:BPCl)或有机盐(图3e:TMAB;图3f:TPhPCl)浓度变化而绘制的水(圆圈)、十六烷(正方形)和二碘甲烷(三角形)的接触角(度,y轴)的图。
图4a是在350℃下,在炉中热处理2小时后,包括CTAB改性层的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)与十六烷接触角(度,x轴)的关系图。
图4b是在370℃下,在炉中热处理30分钟后,包括CTAB改性层的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)与十六烷接触角(度,x轴)的关系图。
图6是在350℃下,在炉中退火2小时后,通过OTAB改性层连接到EAGLE 载体片材的玻璃基材的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)根据水接触角(度,x轴)而变化的图。
图7a是在350℃下,在炉中热处理2小时后,包括CPCl改性层的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)与十六烷接触角(度,x轴)的关系图。
图7b是在370℃下,在炉中热处理30分钟后,包括CPCl改性层的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)与十六烷接触角(度,x轴)的关系图。
图8是在350℃下,在炉中热处理2小时后,包括BPCl改性层的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)根据水接触角(度,x轴)而变化的图。
图9是在350℃下,在炉中退火2小时后,包括TMAB改性层的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)根据水接触角(度,x轴)而变化的图。
图10是在350℃下,在炉中热处理2小时后,采用TPhPCl改性层的本公开的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)根据十六烷接触角(度,x轴)而变化的图。
具体实施方式
在此将参照附图更完整地描述示例性实施方式,附图中示出了示例性实施方式。只要可能,在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。然而,实施方式可以呈现许多不同形式并且不应被解读成限于本文具体提出的实施方式。提供这些示例性实施方式以使得本公开透彻而完整,并且能够向本领域技术人员完整地展示权利要求的范围。
本文所用的方向术语(例如上、下、右、左、前、后、顶、底)仅仅是参照绘制的附图而言,并不用来暗示绝对的取向。
如本文所用,术语“约”指量、尺寸、公式、参数和其他数量和特征不是精确的且无需精确的,但可按照要求是大致的和/或更大或者更小,如反射公差、转化因子、四舍五入、测量误差等,以及本领域技术人员所知的其他因子。当使用术语“约”来描述范围的值或端点时,应理解本公开包括所参考的具体值或者端点。无论说明书中的范围的数值或端点是否使用“约”列举,范围的数值或端点旨在包括两种实施方式:一种用“约”修饰,另一种未用“约”修饰。还应理解,每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。
本文所用的术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所述的特征等于或近似等于一数值或描述。例如,“基本上平坦的”表面旨在表示平坦的或大致平坦的表面。此外,“基本上”旨在表示两个数值相等或近似相等。在一些实施方式中,“基本上”可以表示彼此相差在约10%之内的值,例如彼此相差在约5%,或彼此相差在约2%之内的值。
应注意的是,本文可用术语“基本上”和“约”表示可由任何定量比较、数值、测量或其它表示方法造成的内在不确定性程度。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与宣称的参比值有一定的偏离程度,但是不会导致论述的主题的基本功能改变。因此,“不含”或“基本上不含B2O3”的玻璃例如是不向该玻璃中主动添加或配入B2O3,但其可作为污染物以极少的量(例如,<0.001摩尔%)存在的玻璃。类似于B2O3,其他组分,例如,“不含”或“基本上不含”氧的化合物,也可以相同的方式表征。
提供了能够对连接到第二片材的第一片材进行加工的解决方案,其中至少部分的第二片材(例如薄片材或薄玻璃片材)保持非永久性结合,使得在将装置(例如TFT)加工到薄片材上后,可以从第一片材(例如载体)移除所述薄片材。为了保持有利的表面形状特征,载体通常是显示器级别的玻璃基材,例如EAGLE[购自纽约州康宁市的康宁股份有限公司(Corning Incorporated)]无碱金属的显示器玻璃。因此,在一些情况中,在使用一次后就弃去载体可能是浪费且昂贵的。因此,为了降低显示器制造成本,期望能够重复使用载体来加工不止一个薄片基材。本公开阐述了使薄片材能够通过加工线(例如a-Si或ox-TFT加工线)的严苛环境得到加工,并且还允许在不损坏薄片材或载体(例如,载体和薄片材中的一者断裂或开裂成两片或更多片)的情况下容易地从载体移除薄片材的制品和方法,从而可以重复使用载体,所述加工线包括高温加工,其中,高温加工是在≥约200℃、≥约300℃、≥约400℃以及最高至约500℃的温度下进行加工,且该加工温度可以根据所制造的装置的类型而改变。本公开的制品和方法可应用于其他高温加工,例如,在200℃至500℃的温度下的加工,并且其仍允许从载体移除薄片材而不显著损坏薄片材。
如图1和2所示,制品2(例如玻璃制品)具有厚度8,并且该制品2包括具有厚度18的第一片材10(例如载体),具有厚度28的第二片材20(例如薄玻璃片材)以及具有厚度38的改性层30。薄片材20的平均厚度28例如可以等于或小于约300微米(μm或微米),包括但不限于以下厚度,例如,约10微米至约50微米、约50微米至约100微米、约100微米至约150微米、约150微米至约300微米、约300微米、约250微米、约200微米、约190微米、约180微米、约170微米、约160微米、约150微米、约140微米、约130微米、约120微米、约110微米、约100微米、约90微米、约80微米、约70微米、约60微米、约50微米、约40微米、约30微米、约20微米、或约10微米。
制品2被布置成允许在被设计用于较厚片材的设备中加工薄片材20,所述较厚片材例如平均厚度大致为大于或等于约0.4mm的那些,例如约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm或约1.0mm,但是薄片材20自身等于或小于约300微米。制品2的厚度8是厚度18、28和38之和,该厚度8可以等于较厚片材的厚度,而进行加工的设备是为了所述较厚片材而设计的,所述设备例如是设计用来将电子装置部件设置到基材片上的设备。在一个实例中,如果加工设备被设计用于700微米的片材,并且薄片材的厚度28为约300微米,则选择厚度18为约400微米,同时假设厚度38是可忽略的。也就是说,改性层30不是按比例示出的,而仅是为了例示夸大示出。另外,在图2中,以剖视图示出了改性层30。当提供可重复使用的载体时,可将改性层均匀地、或基本上均匀地设置在结合表面14的上方。改性层30也可被设置在一部分的结合表面14的上方,例如,当改性层30作为单层或亚单层存在时。
通常,改性层的平均厚度38将为纳米(nm)数量级,例如约0.1nm至约1微米(微米或μm或um)、约1nm至约100nm、或约2nm至约50nm、或约3nm、约4nm、约5nm、约10nm、约20nm、约30nm、或约40nm。在另一个实例中,厚度38可以小于约10nm、约8nm、约6nm、约5nm、约4nm、约3nm、约2nm、约1nm或小于约1nm。可以通过表面化学分析,例如通过飞行时间二次离子质谱法(ToF SIMS)或X射线光电子能谱法(XPS)来检测改性层的存在。
可以用作例如载体的第一片材10具有第一表面12、结合表面14和周界16。第一片材10可以是任何合适的材料,包括玻璃。第一片材可以是非玻璃材料,例如陶瓷、熔凝二氧化硅、玻璃陶瓷、硅、金属或其组合(因为表面能和/或结合可以以类似于下文结合玻璃载体描述的方式得到控制)。如果第一片材10由玻璃制成,则其可具有任何合适的组成,包括铝硅酸盐、硼硅酸盐、铝硼硅酸盐、钠钙硅酸盐,并且取决于其最终应用可以是含碱金属的或不含碱金属的。此外,在一些实例中,当由玻璃、玻璃陶瓷或其他材料制成时,第一结合表面可以由设置在下方的第一片材的本体材料上的金属材料涂层或层制成。厚度18可以为约0.2mm至约3mm或更大,例如约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.65mm、约0.7mm、约1.0mm、约2.0mm或约3.0mm或者更大,并且如上所述,当厚度38不可忽略时,该厚度18将取决于厚度28和厚度38。在一些实施方式中,第一片材10的平均厚度18可以大于薄片材20的厚度28。在一些实施方式中,厚度18可以小于厚度28。在一些实施方式中,第一片材10可如图所示由一层制成,或者由结合在一起的多层制成(包括多个薄片材)。另外,第一片材可为1代(Gen 1)尺寸或更大,例如2代、3代、4代、5代、8代或更大(例如,片材尺寸为约100mm×100mm至约3米×3米或更大)。
薄片材20具有第一表面22、结合表面24和周界26。周界16(第一片材)和26(薄片材)可以具有任何合适的形状,可以彼此相同,或者可以彼此不同。另外,薄片材20可以是任何合适的材料,包括玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、硅、金属或其组合。如同上文对于第一片材10所述,当薄片材20由玻璃制成时,薄片材20可以具有任何合适的组成,包括铝硅酸盐、硼硅酸盐、铝硼硅酸盐、钠钙硅酸盐,并且取决于其最终应用,可以是含碱金属或者不含碱金属的。薄片材的热膨胀系数可以与第一片材的热膨胀系数基本上匹配,以在高温加工期间减少制品的任何翘曲。如上所述,薄片材20的平均厚度28为约300微米或更小,例如约200微米或约100微米。另外,薄片材可为1代(Gen 1)尺寸或更大,例如2代、3代、4代、5代、8代或更大(例如,片材尺寸为约100mm×100mm至约3米×3米或更大)。
制品2的厚度可适应利用现有设备的加工,并且该厚度同样可经受得住在其中进行加工的严苛环境。例如,薄膜晶体管(TFT)加工可以在高温下进行(例如,≥约200℃、≥300℃、≥400℃且最高小于500℃)。低温多晶硅(LTPS)的加工可以达到最高至600℃的温度。如上所述,对于a-Si和ox-TFT工艺,所述温度可以≥约300℃、≥约350℃、≥约400℃以及最高至约500℃,包括其间的任何范围和子范围。
为了经受得住在其中将加工制品2的严苛环境,结合表面14应当以足够的强度结合至结合表面24,以使薄片材20不与第一片材10自发分离。需在整个加工过程中保持该强度,以使片材20在加工期间不与片材10分离。另外,为了允许从片材10移除片材20(以例如可以重复使用载体),结合表面14不应通过初始设计的结合力和/或因改变初始设计的结合力所可能导致的结合力来过分强地结合至结合表面24,初始设计的结合力的改变例如可在制品2经受高温下的加工时发生,所述高温例如≥约200℃、≥约300℃、≥约400℃以及最高至约500℃的温度。改性层30可以用于控制结合表面14与结合表面24之间的结合强度,以通过控制改性层30与第一片材10和/或第二片材20之间的范德华力(和/或氢键)和共价吸引能的贡献而同时实现经受得住严苛环境和允许从片材10移除片材20这两个目的。该受控的结合足够地强,能够经受ox-TFT加工,例如,包括≥约200℃、≥约300℃、≥约400℃以及最高至约500℃的温度,并且通过施加足以使各片材分离但不会显著损坏片材20和/或片材10的力而保持可脱粘。例如,所施加的力不应使片材20或片材10中的任一者断裂。所述脱粘允许移除片材20及在其上制造的装置,并且还允许片材10作为载体来重复使用。
虽然将改性层30作为片材20与片材10之间的实体层示出,但是不是必需为这种情况。例如,层30可以大致为约0.1nm至约1微米厚(例如,约1nm至约10nm、约10nm至约50nm、约50nm至约100nm、约250nm、约500nm至约1微米),并且可以不完全覆盖结合表面14的全部部分。例如,结合表面14上的覆盖率可以是结合表面14的≤约100%、约1%至约100%、约10%至约100%、约20%至约90%、或约50%至约90%,包括其间的任何范围和子范围。在一些实施方式中,改性层30是亚单层。在其他实施方式中,改性层30是单层或者基本上是单层。在其他实施方式中,层30可以为约3nm厚,或者在其他实施方式中,为5nm、10nm或者甚至最高达约50nm至约100nm厚。可考虑将改性层30设置在片材10与片材20之间,即使其可能不与片材10和片材20中的一者或另一者接触。在其他实施方式中,改性层30改变结合表面14与结合表面24结合的能力,由此控制片材10与片材20之间的结合强度。改性层30的材料和厚度以及在结合之前对结合表面14、24的处理可以用于控制片材10与片材20之间的结合强度(粘附能)。
改性层的沉积
本公开采用阳离子表面活性剂、有机盐或其组合来提供如本文所述的改性层30。如本文中所使用的,表面活性剂是具有亲水头和一个或多个疏水尾的两亲表面活性剂。根据本公开所用的表面活性剂的疏水尾包括烃链,其具有四个碳至至少24个碳(C4–C24)。所述烃链可以是饱和或不饱和的,并且可以是直链、支链或芳族。之前申请人已经公开了使用非离子型表面活性剂作为改性层(WO 2017/087745A1,通过引用纳入本文),但是现在惊奇地发现,阳离子表面活性剂不仅可形成显示出优异可移除性和气泡性质的改性层,而且至少一些阳离子表面活性剂还可以以亚单层规模得到改性层30,其仍然保持期望的强的临时结合相互作用以及在高温加工后的可移除性。因此,根据本公开所述的亲水性头基优选是阳离子头基,即,具有阳离子官能团的头基。阳离子含氮头基可包括伯、仲、叔或季铵基团、吡啶鎓、吡咯啉鎓、咪唑鎓、胍鎓阳离子,或适于用作表面活性剂头基的任何其他含氮阳离子。其他阳离子,例如鏻或锍,也可形成合适的阳离子头基。
本文所用的有机盐可包括含有有机离子的任何盐。根据本公开所述的优选的有机盐包含有机阳离子,例如,含氮阳离子,包括但不限于伯、仲、叔或季铵基团、吡啶鎓、吡咯啉鎓、咪唑鎓和胍鎓阳离子。也可使用适合用作有机盐的其他有机阳离子。
根据本公开使用的阳离子表面活性剂和/或有机盐的其中一个优点在于,这些化合物可通过简单的一步加工来施加,以尽可能在室温下能够实现载体与薄片材之间的自发结合。负性(在中性pH时)玻璃表面与阳离子表面活性剂或有机盐之间的静电相互作用能够使分子快速吸附到玻璃表面,这对于高产量加工是有益的。此外,涂覆或部分涂覆有阳离子表面活性剂或有机盐的玻璃表面将维持高亲水性并且具有与裸玻璃的表面能(约50-75mJ/m2)匹配、或近乎匹配的高表面能。这使得无需压力层压来结合各表面,或者无需有机聚合物通常需要的能量增强等离子体处理来增加改性层的表面能。如果需要或者如果期望,仍可使用压力层压。
由于阳离子表面活性剂和有机盐的高亲水性和水溶性,因此其允许简单化地施加到第一片材和/或第二片材上。可以制备化合物的水性溶液,然后可通过各种简单的分配方法,例如旋涂、浸涂、喷涂及其组合来处理第一片材和/或第二片材。水性加工还有利地避免了有机溶剂的需要,从而降低了成本和环境影响。
改性层的表面能
如本文所指的改性层的表面能是当改性层存在于载体上或薄片材上时,改性层的表面能的量度。一般而言,可以在沉积和/或进一步处理后测量改性层30的表面能,所述进一步处理例如通过用氮气或氮气和氧气的混合物活化来进行。固体表面的表面能通过测量在空气中单独沉积在固体表面上的三种液体——水、二碘甲烷和十六烷——的静态接触角来间接测量。本文公开的表面能根据Wu模型确定,如下所述。(参见:S.Wu,J.Polym.Sci.C,34,19,1971)。在Wu模型中,表面能——包括总表面能、极性分量和色散分量——通过将理论模型拟合到三种测试液体(水、二碘甲烷和十六烷)的三个接触角来测量。根据三种液体的接触角数值,进行回归分析以计算固体表面能的极性分量和色散分量。用于计算表面能数值的理论模型包括以下三个独立方程,它们与所述三种液体的三个接触角数值和固体表面及该三种测试液体的表面能的色散分量和极性分量相关
其中,下标“W”、“D”和“H”分别表示水、二碘甲烷和十六烷,上标“d”和“p”分别表示表面能的色散分量和极性分量。由于二碘甲烷和十六烷实际上是非极性液体,因此上述方程组简化为:
根据上述三个方程组(4-6),可通过回归分析计算两个未知参数——固体表面的色散表面能分量和极性表面能分量和然而,利用该方法,存在可测量到的固体表面的表面能的最大极值。该最大极值是水的表面张力,为约73mJ/m2。如果固体表面的表面能显著大于水的表面张力,则表面将被水完全润湿,从而造成接触角接近零。因此,当超过该表面能数值时,无论实际表面能数值是多少,所有计算的表面能数值将相当于约73-75mJ/m2。例如,如果两个固体表面的实际表面能为75mJ/m2和150mJ/m2,则对于该两个表面,利用液体接触角得到的计算值将均为约75mJ/m2。
因此,本文公开的所有接触角通过在空气中将液滴置于固体表面上并且测量接触线处的固体表面与液体-空气界面之间的角来测量。因此,当宣称55mJ/m2至75mJ/m2的表面能数值时,应理解,这些数值对应于基于上述方法得到的计算表面能数值,而不是实际表面能数值,当用计算值近似实际表面能数值时,实际表面能数值可大于75mJ/m2。
第二片材或薄片材对改性层的结合能
如本文所指的改性层的结合能是使薄片材与载体连接的力的量度。一般而言,两个表面之间的粘附能(即,结合能)可通过双悬臂梁方法或楔入测试来测量。所述测试以定性的方式模拟在改性层30与第二片材20之间的界面处的对粘附性结合连接的力和作用。楔入测试通常用于测量结合能。例如,ASTM D5041的Standard Test Method for FractureStrength in Cleavage of Adhesives in Bonded Joints(结合连接中粘合剂开裂时断裂强度的标准测试方法),以及ASTM D3762的Standard Test Method for Adhesive-BondedSurface Durability of Aluminum(用胶粘剂结合的铝表面耐久性的标准测试方法)是利用楔形件测量基材的结合的标准测试方法。
基于上述ASTM方法,用于确定本文公开的结合能的测试方法的概要包括记录进行测试的温度和相对湿度,例如实验室中的温度和相对湿度。在玻璃制品的角落处将第二片材轻轻地预开裂或分离,以破坏第一片材与第二片材之间的结合。使用锋利的剃刀刀片,例如厚度为约95微米的GEM牌剃刀刀片,使第二片材从第一片材中预开裂。在形成该预开裂时,可使用短暂的持续压力来使结合疲劳。缓慢插入移除了铝标签的平坦剃刀刀片直到可观察到开裂前沿扩展,从而使开裂和分离增加。无需显著地插入平坦剃刀刀片即可诱导开裂。一旦形成裂纹,则使玻璃制品静置至少5分钟以使裂纹稳定。对于高湿度环境,例如相对湿度高于50%的环境,可能需要更长的静置时间。
用显微镜记录裂纹长度来评估具有形成的裂纹的玻璃制品。裂纹长度是根据第二片材与第一片材的最终分离点(即,离剃刀刀片尖端最远的分离点)以及最近的剃刀刀片的非锥形部分来测量的。记录裂纹长度并且使用以下方程来计算结合能。
γ=3tb 2E1tw1 3E2tw2 3/16L4(E1tw1 3+E2tw2 3) (7)
其中,γ表示结合能,tb表示刀片、剃刀刀片或楔形件的厚度,E1表示第一片材10(例如玻璃载体)的杨氏模量,tw1表示第一片材的厚度,E2表示第二片材20(例如薄玻璃片材)的杨氏模量,tw2表示第二片材20的厚度,并且L表示在如上所述的插入刀片、剃刀刀片或楔形件后,第一片材10与第二片材20之间的裂纹长度。
结合能被理解为表现为硅晶片结合,在这种结合中,初始通过氢键结合的成对晶片被加热以使大量或全部的硅烷醇-硅烷醇氢键转化成Si-O-Si共价键。尽管初始室温下的氢键结合大致产生约100-200mJ/m2的结合能,该结合能允许对结合的表面进行分离,但是大致在约300至约800℃的加工过程中得到的完全共价结合的晶片对具有约2000mJ/m2至约3000mJ/m2的粘附能,该粘附能不允许结合的表面分离;相反,这两块晶片作为一个整体发挥作用。另一方面,如果两个表面都完全涂覆有低表面能材料(例如含氟聚合物),并且厚度足够大以屏蔽下方基材的影响,则粘附能就会是涂层材料的粘附能并且将会极其地低,从而导致结合表面14、24之间的粘附低或无粘附。因此,不能够实现在片材10(例如载体)上加工薄片材20而不会使结合失效以及潜在地损坏薄片材20。考虑两种极端情况:(a)在室温下通过氢键结合将用硅烷醇基团饱和的两个经过标准清洁1(SC1,在本领域中是已知的)清洁的玻璃表面结合在一起(从而粘附能为约100至约200mJ/m2),然后将其加热至能够将硅烷醇基团转化为共价Si—O—Si键的温度(从而粘附能变成约2000至约3000mJ/m2)。该约2000至约3000mJ/m2的粘附能对于这对玻璃表面来说过高以至于它们是不可剥离的;以及(b)在室温下使完全涂覆有含氟聚合物的具有低表面粘附能(每个表面为约12至约20mJ/m2)的两个玻璃表面结合,并加热至高温。在后面这种情况(b)中,各表面不仅在低温下不结合(因为当将各表面放在一起时,具有约24至约40mJ/m2的总粘附能,该总粘附能过低),而且它们在高温下也不结合,因为存在太少的极性反应基团。在这两种极端情况之间,存在某粘附能范围,例如在约50mJ/m2至约1000mJ/m2之间,其可产生所需程度的受控结合。因此,发明人发现了提供改性层30的各种方法,所述改性层30可使得得到这两种极端情况之间的结合能,并且可产生受控的结合,该结合足以使成对的基材(例如玻璃载体或片材10与薄玻璃片材20)在经过a-Si或ox-TFT加工的严苛条件后保持彼此结合,而且该结合的程度允许在加工完成后(即使在经过例如≥约200℃、≥约300℃、≥约400℃以及最高至约500℃的高温加工后),使片材20从片材10剥离。另外,可通过机械力进行片材20从片材10的剥离,并且以某种方式进行,使得至少不显著损伤片材20,优选还不显著损伤片材10。
适当的结合能可通过使用选定的表面改性剂,即,改性层30,和/或在结合之前对表面进行热处理来实现。适当的结合能可通过对结合表面14和结合表面24中的任一者或两者的化学改性剂进行选择来得到,该化学改性剂控制范德华力(和/或氢键结合,这些术语在整篇说明书中可互换使用)粘附能以及可能由高温加工(例如,大致为≥约200℃、≥约300℃、≥约400℃以及最高至约500℃)产生的共价结合粘附能。
制品的生产
为了生产制品(例如玻璃制品2),在其中的一个片材,优选在第一片材10(例如载体)上形成改性层30。如果需要,可使改性层30经受例如表面活化和退火之类的步骤以增加表面能,减少加工期间的排气以及改进改性层30的结合能力,如本文所述。为了结合另一个片材,例如薄片材20,使该另一个片材与改性层30接触。如果改性层30具有足够高的表面能,将另一个片材与改性层30接触将使另一个片材通过自蔓延结合而与改性层30结合。自蔓延结合对缩短组装时间和/或节省组装成本是有利的。然而,如果未实现自蔓延结合,则可以使用另外的技术将另一个片材结合到改性层30,所述另外的技术例如层压,例如利用辊将各片材压制在一起,或者通过层压领域已知的其他技术,将两片材料放在一起进行结合。
已经发现,适于a-Si或ox-TFT加工(包括在约200℃、300℃、400℃以及高达约500℃的温度下的加工),并且包含第一片材10和第二片材20(例如载体和薄片材)的制品可以通过用阳离子表面活性剂和/或有机盐涂覆第一片材10和/或第二片材20来制造。根据本公开所述的阳离子表面活性剂和有机盐可包括尽可能热稳定并且适于基于液体或溶液的表面处理/涂覆过程的任何阳离子聚合物或有机盐。特别地,水溶性的阳离子表面活性剂和有机盐是特别优选的。用于阳离子表面活性剂的头基以及有机盐的阳离子的优选的阳离子可包括伯、仲、叔或季铵基团、吡啶鎓、吡咯啉鎓、咪唑鎓、胍鎓阳离子,或任何其他含氮阳离子。许多铵阳离子是特别优选的,尤其是季铵阳离子。其他合适的阳离子包括基于鏻或锍的阳离子。在一些实施方式中,阳离子聚合物和/或有机盐不含、或基本上不含氧。
在一个实例中,改性层30可以通过沉积包含铵阳离子的阳离子表面活性剂来形成。所述铵阳离子可以是伯、仲、叔或季铵阳离子。在仲、叔或季铵阳离子的情况中,氮可独立地取代有各种取代基,包括但不限于烷基、乙烯基、烯丙基或氨基以及缩水甘油基。每个取代基可以是被进一步取代的、未取代的、被保护的或未被保护的。当选择烷基取代基时,该取代基可以是支化或未支化的、饱和或不饱和的。烷基的实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正己基、正癸基、十四烷基等。甲基和乙基取代是特别优选的。在一个实例中,阳离子表面活性剂可以是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(I),或者它的其他类似盐或衍生物。在另一个实例中,阳离子表面活性剂可以是辛基三甲基溴化铵(OTAB)(II),或者它的其他类似盐或衍生物。
在另一个实例中,改性层30可以通过沉积包含吡啶鎓阳离子的阳离子表面活性剂来形成。如上所述,吡啶的芳环可进一步包括共价结合至一个或多个环碳和/或氮的任何合适数目的取代基,并且所述取代基可独立地选自H、烷基、乙烯基、烯丙基、氨基、缩水甘油基和巯基。每个取代基可以是被进一步取代的、未取代的、被保护的或未被保护的。当选择烷基取代基时,该取代基可以是支化或未支化的、饱和或不饱和的。烷基的实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正己基、正癸基、十四烷基等。含有吡啶鎓阳离子的阳离子表面活性剂的优选的实例包括十六烷基氯化吡啶鎓(CPCl)(III)和1-丁基氯化吡啶鎓(BPCl)(IV)或它们的其他类似的盐或衍生物。
在另一个实例中,改性层30可以通过沉积包含铵阳离子的有机盐来形成。与上述阳离子表面活性剂一样,有机盐的铵阳离子可以是伯、仲、叔或季铵阳离子。在仲、叔或季铵阳离子的情况中,氮可取代有各种取代基,包括但不限于烷基、乙烯基、烯丙基或氨基以及缩水甘油基。取代基可以相同或不同。每个取代基可以是被进一步取代的、未取代的、被保护的或未被保护的。当选择烷基取代基时,该取代基可以是支化或未支化的、饱和或不饱和的。烷基的实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正己基、正癸基、十四烷基等。甲基和乙基取代是特别优选的。在特别优选的实例中,所述有机盐可以是四甲基溴化铵(TMAB)(V)或四乙基溴化铵(TEAB)(VI),或它们的其他类似的盐或衍生物。
在另一个实例中,改性层30可以通过沉积包含鏻阳离子的有机盐来形成。所述鏻阳离子可以是伯、仲、叔或季鏻阳离子。在仲、叔或季鏻阳离子的情况中,磷可取代有各种取代基,它们尤其独立地选自氢、烷基、乙烯基、烯丙基、氨基、缩水甘油基。苯基取代是特别优选的。在一个实例中,有机盐可以是四苯基氯化鏻(TPhPCl)(VII),或者它的其他类似盐或衍生物。
本文公开的阳离子表面活性剂和有机盐的一个优点在于,它们中的许多提供了具有结合表面并且表面能大于约50mJ/m2、大于约55mJ/m2、大于约60mJ/m2、大于约65mJ/m2、或大于约70mJ/m2的改性层30,所述表面能是针对一个表面测量的(包括极性分量和色散分量),所述表面能足够地高以通过如上所述的自蔓延波而与玻璃表面自发结合。裸玻璃的表面能>75mJ/m2,这通过接触角测得。在一些情况中,由于表面能低于最佳表面能,因此阳离子表面活性剂或有机盐可以提供产生弱结合的表面。类似地,当使用除玻璃之外的表面时,可能期望在结合之前先增加结合表面的表面能。换言之,用于结合的期望的表面能可能不是旨在提供改性层30的初始沉积的阳离子表面活性剂或有机盐的表面能。当需要时,为了增加表面能,可以进一步处理沉积的层。在初始沉积而未进一步加工时,改性层30可显示出良好的热稳定性,然而,该热稳定性可能不足以促进与薄片材20的优良的临时结合。因为这些表面能对于促进临时结合到裸玻璃或其他期望的表面可能是低的,因此可能采取改性层30的表面活化以促进结合。如果必要,可通过等离子体暴露于N2、N2-H2、N2-O2、NH3、N2H4、HN3、CO2或其混合物来升高沉积的改性层的表面能,对于玻璃结合,升高到约70mJ/m2或大于70mJ/m2。(等离子体处理后的)能量可以足够高,使得两个表面10、20通过改性层30,利用自蔓延结合而彼此结合。表1报告了通过在载体玻璃片材上旋涂各种浓度的水性表面活性剂溶液沉积的CTAB的测得的接触角。
表1:示例性旋涂的CTAB层的接触角
表2报告了旋涂到玻璃载体片材上的各种浓度的TEAB的测得的接触角。
表2:示例性旋涂的TEAB层的接触角
表面改性层30的使用连同适当的结合表面制备可以获得受控的结合区域,即,结合区域能够在片材20和片材10之间提供室温结合,该室温结合足以使制品2在a-Si和ox-TFT型工艺中得到加工,但是该结合区域控制片材20和片材10之间的共价结合(即使在高温下),以便在高温加工制品2后,例如在≥约200℃、≥约300℃、≥约400℃以及最高至约500℃的温度下加工后,允许从片材10移除片材20(而不损坏片材)。为了评估潜在的结合表面制备物,以及具有各种结合能的改性层——它们能够提供适于a-Si和ox-TFT加工的可重复使用的载体,采用一系列测试评价每一种的适用性。虽然不同的应用具有不同的要求,但ox-TFT工艺目前似乎最为严格。因此,选择代表这些工艺中的步骤的测试,因为这些是制品2的期望应用。在a-Si和ox-TFT工艺中分别采用约350℃/2小时和370℃/30分钟的退火条件。因此,进行以下测试以评估特定的结合表面制备物和改性层能够使薄片材在整个LTPS加工期间保持与载体结合,但又允许在所述加工(包括在约200℃、约300℃、约400℃以及最高至约500℃的温度下加工)之后使薄片材从载体移除(而不损坏薄片材和/或载体)的可能性。
结合能的热测试
表面改性层可以用于在室温下将薄片材连接到载体。例如,薄玻璃可以符合高表面能的高结合速度很好地结合到阳离子表面活性剂和/或有机盐改性层结合表面。如本文中所使用的,改性层结合表面是在连接后将接触所连接的片材(即,薄片材)的改性层的表面。
在具体的加热条件后测量改性层对薄片材(例如薄玻璃片材)的结合能。为了观察特定的表面改性层是否会使薄片材与载体保持结合,但在加工后仍允许薄片材与载体脱粘,进行以下测试。
对于薄玻璃晶片,将制品(通过表面改性层结合到载体的薄片材)放置在管式炉或快速热加工(RTP)室中,其以4℃/秒的速率升温到所需的加工测试温度。然后将制品在炉(维持在所需的加工测试温度下)中保持10分钟。接着在45分钟内将炉冷却到约150℃,并且拉出玻璃制品。
对于列式或5代(R2S)测试,使用通常的洗涤程序而无需改变列式设施。通常的洗涤包括使用洗涤剂、旋转、清洗和干燥。作为对使用洗涤剂的替代,在一些实施方式中,在洗涤剂槽中包含浓度为0.1至0.3mM的阳离子表面活性剂或有机盐溶液并将其喷洒到干玻璃片材上。施加平均为25升/分钟的流量,以将阳离子表面活性剂溶液拖到载体玻璃表面。然后用水以25升/分钟的流动速率清洗玻璃表面以移除过量的表面活性剂。接着干燥经过处理的玻璃表面。干燥后,将经过处理的载体结合到尺寸基本上相同的(购自纽约州康宁市的康宁股份有限公司)玻璃的薄片材上以形成玻璃制品。结合后,根据下文所述的测试测量初始气泡面积。然后在预热到130℃至250℃的加热室中加热经结合的玻璃2小时。或者,将经结合的玻璃制品加热到370℃并保持30分钟。完成保持后,将玻璃制品冷却到室温以进行进一步的测试。
室温结合后,接着对制品进行热测试,以通过使用上述结合能的热测试来确定热加工后的结合能。在约350℃的温度加工制品2小时和在约370℃的温度加工制品30分钟后,与阳离子表面活性剂改性层结合的薄玻璃的结合能在约100至约750mJ/m2的范围内。因此,阳离子表面活性剂表面改性层可以始终保持与薄玻璃片材结合的结合能为小于约800mJ/m2、约700mJ/m2、约600mJ/m2、约500mJ/m2、约450mJ/m2、约400mJ/m2、约350mJ/m2、约300mJ/m2、约250mJ/m2、或约200mJ/m2,即使在约250℃、约300℃、约350℃、约400℃、约450℃以及最高至约500℃下加工之后也如此。在约350℃的温度加工制品2小时和在约370℃的温度加工制品30分钟后,与有机盐改性层结合的薄玻璃的结合能在约200至约450mJ/m2的范围内。因此,有机盐改性层可以始终保持与薄玻璃片材结合的结合能为小于约500mJ/m2、约450mJ/m2、约400mJ/m2、约350mJ/m2、约300mJ/m2、约250mJ/m2或约200mJ/m2,即使在约250℃、约300℃、约350℃、约400℃、约450℃以及最高至约500℃下加工之后也如此。
改性层的排气
用于通常的晶片结合应用的聚合物粘合剂一般为约10至约100μm厚,并且在其温度极限时或附近损失其质量的约5%。对于这些从厚的聚合物膜中逸出的材料,可利用质谱简单地对质量损失的量或排气的量进行定量。另一方面,测量从厚度大致为约0.1至约100nm的薄表面处理物(例如上述亚单层表面改性层)的排气则要困难得多。对于这些材料,质谱不够灵敏,要以不同的方式来测量排气。
在一种示例性测试(下文称为“排气测试”)中,可基于组装的制品(例如薄片材通过阳离子聚合物改性层结合至载体的制品)测量少量排气,并且使用气泡面积百分比变化来确定排气。下文所述的排气测试用于测量本文所述的气泡面积百分比变化。在玻璃制品的加热期间,可在载体与薄片材之间形成气泡(也被称为泡或枕状物)表明改性层的排气。排气是由于涂层中的小分子汽化以及涂层的热分解所致。薄片材下方的排气可受到薄片材与载体之间的牢固粘附的限制。然而,厚度≤约10nm的层在热处理期间仍可产生气泡,尽管它们有较小的绝对质量损失。并且,在薄片材与载体之间形成气泡可导致与图案的产生、光刻加工和/或将装置加工到薄片材上的过程中的排布相关的问题。另外,薄片材与载体之间的结合区域边界处起泡可造成来自一个工艺的工艺流体污染下游工艺的问题。≥约5的气泡面积%变化是明显的,表示发生了排气,这是不希望的。另一方面,≤约1的气泡面积%变化是不明显的,表明不曾发生排气。
1000级洁净室中通过人工结合的结合薄玻璃的平均气泡面积为约1%。结合载体中的气泡百分比根据载体、薄玻璃片材和表面制备的清洁度而变化。因为这些初始缺陷在热处理后起到气泡生长的成核位点作用,因此热处理时任何小于约1%的气泡面积变化都在样品制备的可变性范围内。为了进行该排气测试,在结合后立即使用具有透明单元的商购桌面扫描仪[爱普生(Epson)Expression 10000XL照片扫描仪(Photo)]制作薄片材与载体结合的区域的第一次扫描图像。使用标准爱普生软件,利用508dpi(50微米/像素)和24比特RGB扫描各部分。该图像处理软件首先通过在必要时将样品的不同部分的图像拼接在一起成为单个图像并去除扫描仪伪影(利用在扫描仪中没有样品的情况下进行校准参比扫描)来准备图像。然后使用标准图像处理技术,例如阈值处理、孔填充、侵蚀/膨胀和Blob分析,对结合区域进行分析。也可以相似的方式使用爱普生Expression 11000XL照片扫描仪。在透射模式中,结合区域中的气泡在扫描图像中可见,并且可确定气泡面积值。然后,将气泡面积与总结合面积(即,薄片材与载体之间的总重叠面积)进行比较以计算结合区域中的气泡面积相对于总结合面积的百分比。随后,在约250℃、约300℃、约400℃、或最高至约500℃的测试极限温度下,在N2气氛下,在管式炉中热处理样品10分钟,或者在约250℃、约300℃、约400℃或最高至约500℃的测试极限温度下,在N2气氛下,在MPT-RTP600s快速热加工系统中热处理样品10分钟。具体地,使用的时间-温度循环包括:在室温和大气压下将制品放入加热室中;以9℃/分钟的速率将加热室加热到测试极限温度;将加热室在测试极限温度下保持约10分钟;以炉的速率将加热室冷却到200℃;从加热室移除制品并使制品冷却到室温;以及用光学扫描仪第二次扫描制品。随后,可如上文一样计算来自第二次扫描的气泡面积百分比,并且与来自第一次扫描的气泡面积百分比进行比较以确定气泡面积百分比变化。如上所述,等于或大于5%的气泡面积变化是明显的并表明存在排气。由于原始的气泡面积百分比的可变性,选择气泡面积百分比的变化作为测量标准。也就是说,由于在制备了薄片材和载体之后并且在它们结合之前的处理和清洁度,大多数表面改性层在第一次扫描时具有小于约2%的气泡面积。然而,各材料之间可能存在变化。
气泡面积百分比也可以表征为不与第二片材结合表面24接触的改性层结合表面的总表面积的百分比。气泡面积(或枕状物)的百分比变化表示热处理之后的气泡面积百分比减去热处理之前的气泡面积百分比。如上所述,在玻璃制品经受温度循环后,不与第二片材接触的改性层结合表面的总表面积的百分比有利地小于约10%、小于约8%、小于约5%、小于约3%、小于约1%、小于约0.1%以及最多至小于约0.01%,所述温度循环通过下述进行:在室中从室温加热至约250℃、约300℃、约400℃或最高至约500℃,然后在测试温度下保持10分钟,再使玻璃制品冷却至室温。
本文公开的阳离子表面活性剂和有机盐的一个优点在于,所产生的改性层30结果具有最少气泡。气泡形成被认为是有机涂层在高温下分解的结果。虽然分解机理各异,例如,低分子量部分解吸或者氧化成CO和/或CO2,但是一般来说,分解导致在高温下产生气态物质。气态产物的过度释放可导致在高温下,在第一片材10与第二片材20之间形成气泡或泡。在本公开中,气泡形成通过以下三管齐下的方法最小化:1)选择具有阳离子头基并且所述阳离子头基牢固地吸附于带负电的玻璃表面的分子,这减少了高温解吸的机会;2)选择不含,或者基本上不含氧的分子;以及3)尽可能少地使用材料的能力,使得即使材料降解,气态物质的量也过低而不会形成明显的气泡。令人惊奇地发现,本文公开的化合物可形成亚单层改性层30,因此,最大程度地减少了所用材料的量,同时仍然保持片材10、20之间的临时结合以使得载体的移除是可能的。
在一些实施方式中,在将制品保持在350℃下2小时后,气泡面积百分比小于1%、小于0.1%或小于0.001%。在一些实施方式中,在将制品保持在370℃下30分钟后,气泡面积百分比小于1%、小于0.1%或小于0.001%。在一些实施方式中,在将制品保持在350℃下2小时后,改性层的气泡面积百分比变化小于3%。在一些实施方式中,在将制品保持在350℃下2小时后,气泡面积百分比小于1%、小于0.1%或小于0.001%。在一些实施方式中,在将制品保持在370℃下30分钟后,改性层的气泡面积百分比变化小于3%。
改性层的脱粘
本文所述的改性层允许在玻璃制品经受上述温度循环和热测试后,使第二片材与第一片材分离而第一片材不会断裂,并且进一步地,第二片材不会断裂成两片或更多片。
实施例
实施例1a:用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的表面处理——晶片/旋涂
CTAB是具有季铵基团的阳离子表面活性剂。
1)在水中制备CTAB的储液并稀释以制备浓度为0.05mM至0.3mM的溶液。
2)首先用O2等离子体处理EAGLE玻璃[购自纽约州康宁市的康宁股份有限公司]晶片(0.5mm厚)和100μm厚的玻璃基材(购自康宁股份有限公司),处理5分钟,然后使用过氧化氢:JTB100(氨)清洁剂[JT贝克化学品公司(JT BakerChemicals)]:H2O(2:1:40)溶液进行清洗(或洗涤)步骤,进行10分钟。清洁后,对玻璃晶片进行旋转-清洗-干燥。
4)将涂覆有CTAB的EAGLE晶片和经过清洁的玻璃基材均在150℃下保持2分钟,以移除残余的水。使每个EAGLE晶片与玻璃基材结合,这通过进行光学接触并在该对物的中点处施加压力进行。在低浓度下,EAGLE晶片上的CTAB涂层大致为亚单层,并且由于玻璃表面的羟基与表面活性剂涂层的阳离子头基之间的极性相互作用,结合波自蔓延。在增大的浓度下,CTAB使得EAGLE晶片的表面相对疏水,并且结合波自蔓延变得困难。当自蔓延不发生时,使用层压机使晶片与薄片结合。
5)在N2环境下,在管式炉中,使结合的对在250℃下2小时(CF过程,数据未示出),在350℃下2小时(a-Si工艺)或370℃下30分钟(ox-TFT工艺),以经历热处理。
图3a是示出了根据阳离子表面活性剂(CTAB)浓度变化而绘制的水(圆圈)、十六烷(正方形)和二碘甲烷(三角形)的接触角(度,y轴)。如在图中可见到的,CTAB改性层显示出在较低的浓度下,水接触角随着施加的CTAB浓度的增加而增加。也就是说,在0.001mM至0.1mM的CTAB浓度范围内,水接触角从小于5°增加到约65°。在高于0.1mM的CTAB浓度下,水接触角在60-70°之间保持大致恒定。该行为提示,在小于或等于0.1mM的浓度下,CTAB形成亚单层的改性层。换言之,在低浓度下,CTAB形成的改性层不覆盖玻璃的整个表面,但是仍结合于玻璃基材。在高于0.1mM的浓度下,认为EAGLE载体的表面被CTAB的单层完全覆盖。尽管这种在低浓度下的亚单层性行为,如下文所表征的,CTAB作为亚单层改性层仍提供了优异的临时结合、起泡性和移除性。
表3(下文)提供了在炉中于350℃下退火2小时之后,沉积在EAGLE晶片上的CTAB改性层以及还具有通过改性层连接到EAGLE晶片的玻璃基材(厚度100nm)的数据。图4a图示了另外的数据,其中绘制了包括CTAB改性层的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)根据十六烷接触角(度,x轴)的变化的图。由CTAB沉积得到的玻璃制品易于通过自蔓延波结合。在沉积后,在炉中于350℃下热处理2小时后,对于0.5mM至0.01mM的浓度,CTAB改性层产生的结合能为约120mJ/m2–320mJ/m2不等(如表3详示)。改性层是通过用0.05mM–0.5mM的CTAB溶液处理来形成的玻璃制品在炉中于350℃下热处理2小时后可轻易脱粘而不会使玻璃基材有任何断裂。未对用0.01mM CTAB溶液处理形成的制品测试脱粘,这在下表3中表示为“N/A”。
表3:在350℃下热处理2小时后的CTAB晶片/旋涂结合能和脱粘性
在热处理后,在室温下测定气泡生长和新气泡形成。对于在炉中于350℃下热处理2小时的那些玻璃制品,由0.1mM至0.01mM的CTAB处理得到的改性层不具有任何显著的气泡生长。这些玻璃制品的气泡面积的差异为总结合面积的约~0.01–0.1%,远在退火的玻璃制品的起泡的可接受范围内。具有用0.3mM CTAB处理得到的改性层的玻璃制品在热处理后的气泡生长有小的增加,但是仍远在上文详述的5%气泡阈值范围内。具有用0.5mM CTAB溶液处理得到的改性层的玻璃制品在热处理后的气泡显著增加,并且没有通过上述关于气泡生长制定的标准。
下表4和图4b示出了在370℃下退火30分钟后,玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴)与气泡面积(%,右y轴)根据十六烷接触角(度,x轴)而变化的情况,所述玻璃制品包括沉积在EAGLE载体上的CTAB改性层并且还具有通过改性层连接到载体的玻璃基材(厚度100nm)。在370℃下在炉中热处理30分钟之后的结合能证明,对于以0.3mM至0.05mM的浓度沉积的CTAB所形成的改性层,浓度依赖性结合能的范围为约180mJ/m2–270mJ/m2(闭合正方形)。在炉中于370℃下经历30分钟热处理的所有具有CTAB改性层的玻璃制品在热处理后可轻易脱粘而不会使玻璃基材有任何断裂。对于在炉中于370℃下处理30分钟的任何CTAB改性层,没有观察到显著的气泡增加。因此,对于一些改性层,似乎370℃下30分钟的处理条件不如350℃下2小时的热处理那么严重。
表4:在370℃下热处理30分钟后的CTAB晶片/旋涂结合能和脱粘性
实施例1b:用CTAB表面处理——5代/列式处理
针对5代卷到片(R2S)试验中的放大CF和a-Si应用测试了CTAB。
对于R2S加工,在5代洗涤线中喷涂干燥玻璃片(无预洗涤),并且通过以平均25升/分钟的流动速率进行喷洒以施涂0.1mM CTAB的溶液来制备临时结合于EAGLE载体的玻璃片材。在阳离子表面活性剂溶液沉积到EAGLE载体上之后,用水以25升/分钟的流动速率清洗载体玻璃以移除过量表面活性剂,之后再结合。在室温下将经过处理的EAGLE载体结合到尺寸相似的玻璃片材并测量初始气泡。在350℃下在环境空气中完成热退火并保持2小时(起始温度130℃,以8℃/分钟的速率升温到425℃)。保持后,将玻璃制品冷却到室温以进行进一步的测试。
用CTAB的0.1mM水溶液处理的5代玻璃片材的结合能为~730mJ/m2。所述玻璃制品是可脱粘的。图5示出了在350℃下热处理2小时之前(左)和之后(右),在0.1mM CTAB处理之后,临时结合到EAGLE载体的5代玻璃片材的扫描图像。如可见到的,在退火之前或者作为热处理的结果,没有显著的气泡。气泡面积的增加小于0.003%(见下表5)。
表5:利用0.1mM CTAB形成并在350℃下退火2小时的5代玻璃制品的气泡计数
实施例2:用辛基三甲基溴化铵(OTAB)的表面处理——晶片/旋涂
OTAB是具有季铵基团的阳离子表面活性剂。
制备OTAB的储液并在水中稀释成在0.05mM至1mM范围内的不同浓度的溶液。如上文实施例1a阐释进行表面活性剂的沉积和所得性质的测试。
表6示出了包含OTAB改性层的玻璃制品的结合能、气泡和脱粘性。图6示出了在炉中于350℃下退火2小时后,通过OTAB改性层连接到EAGLE晶片的玻璃基材的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)根据水接触角(度,x轴)而变化的情况。对于1mM至0.05mM的OTAB浓度范围,在炉中于350℃下热退火2小时后,结合能数值在约320mJ/m2至440mJ/m2的范围内。对于大部分情况,在炉中于350℃下热处理2小时的玻璃制品观察到很少的气泡生长,并且通过沉积浓度为0.75mM的OTAB溶液得到的玻璃制品显示出退火后气泡生长有~0.5%增加。用0.3mM OTAB处理的玻璃制品在a-Si处理条件(在炉中350℃/2小时)后可脱粘(使用分隔片)。
表6:在350℃下退火2小时后的OTAB晶片/旋涂结合能、气泡、脱粘性
表7示出了在炉中于370℃下退火30分钟后,包含OTAB改性层的玻璃制品的结合能、气泡和脱粘性。对于1mM至0.05mM的OTAB浓度范围,在热退火后,结合能数值在约230mJ/m2至280mJ/m2的范围内。观察到很少的整体气泡,并且对于大多数玻璃制品,在热处理之前存在的气泡在退火后尺寸减小。在炉中热处理后,所有玻璃制品可以使用分隔片轻易地脱粘。
表7:在370℃下退火30分钟后的OTAB晶片/旋涂结合能、气泡、脱粘性
实施例3:用十六烷基氯化吡啶鎓(CPCl)的表面处理——晶片/旋涂
CPCl是具有吡啶鎓基团的阳离子表面活性剂。
制备CPCl的储液并稀释成在0.1mM至0.5mM范围内的不同浓度的溶液。如上文实施例1a中所阐释的进行表面活性剂沉积和测试。
图7a和7b示出了采用CPCl改性层的本公开的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左Y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右Y轴,空心圆)根据水接触角(度,x轴)而变化的情况。图7a的数据是玻璃制品在炉中于350℃下退火2小时后测得的。对于0.1mM至0.5mM的CPCl浓度范围,在炉中于350℃下热退火2小时后,结合能数值在约350mJ/m2至150mJ/m2的范围内。对于所有浓度,在热处理后观察到气泡生长无显著增加。
对于在炉中于370℃下经历热退火30分钟的玻璃制品(参见图7b),结合能数值在约400mJ/m2至约200mJ/m2的范围内。除了由沉积0.3mM和0.5mM CPCl得到的玻璃制品之外,没有气泡生长或者没有观察到新气泡形成。
实施例4:用1-丁基氯化吡啶鎓(BPCl)的表面处理——晶片/旋涂
BPCl是具有吡啶鎓基团的阳离子表面活性剂。
制备BPCl的储液并在水中稀释成在0.5mM至1mM范围内的不同浓度的溶液。如上文实施例1a中所述进行表面活性剂沉积和测试。
图8显示了在350℃下,在炉中热处理2小时后,包括BPCl改性层的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)根据水接触角(度,x轴)而变化的情况。通过在经历了350℃下热退火2小时的经结合的玻璃制品的四个角处插入金属刀片来测量平均结合能,对于0.05mM至1mM的浓度,其为320–210mJ/m2,并且使用ScotchTM胶带可轻易地手动脱粘所有玻璃制品。对于在炉中于350℃下热处理2小时的玻璃制品,观察到很少的气泡生长,并且0.75mM情况的玻璃制品显示出热处理后气泡生长面积仅有约0.04%增加。用1.0mM的BPCl溶液制备的改性层的结果为约0.2%的气泡面积变化,这远在上文确立的可接受的气泡阈值内。
对于在炉中于370℃下热退火30分钟的BPCl改性层,0.5mM和0.75mM溶液的测得结合能分别为约360mJ/m2和200mJ/m2(参见下表8)。由0.75mM溶液形成的玻璃制品在热退火后易于脱粘。由0.5mM溶液形成的玻璃制品在脱粘时断裂。对于在370℃下热处理30分钟的玻璃制品,没有观察到气泡生长或新气泡形成。
表8:在370℃下退火30分钟后的BPCl晶片/旋涂结合能、气泡、脱粘性
实施例5:用四甲基溴化铵(TMAB)的表面处理——晶片/旋涂
TMAB是具有季铵基团的有机盐。
在水中制备TMAB的储液并在水中稀释到0.1mM至2mM的浓度。如上文实施例1a中所阐释的进行盐沉积和测试。
图9是在350℃下,在炉中退火2小时后,包括TMAB改性层的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)根据水接触角(度,x轴)而变化的情况。如在图9和表9中见到的,由施涂0.1至2mM的TMAB水溶液得到的玻璃制品的平均结合能为约370mJ/m2至约225mJ/m2。对于在炉中于350℃下热处理2小时并且TMAB浓度高至1.5mM的玻璃制品,没有观察到显著的气泡生长或新气泡形成。在炉中于350℃下处理2小时的所有玻璃制品均可脱粘。
表9:在350℃下退火2小时后的TMAB晶片/旋涂结合能、起泡、脱粘性
表10示出了玻璃制品的结合能、气泡和脱粘性,所述玻璃制品包含由沉积浓度为3.0mM至1.25mM的TMAB形成的改性层并随后在炉中于370℃下退火30分钟。对于这些玻璃制品,结合能以非浓度依赖性的方式从约250mJ/m2变化到约180mJ/m2。测试的玻璃制品在热退火后均没有导致显著的气泡增加,并且所有气泡均在可接受的范围内。所述玻璃制品是可脱粘的。
表10:在370℃下退火30分钟后的TMAB晶片/旋涂结合能、起泡、脱粘性
实施例6:用四乙基溴化铵(TEAB)的表面处理——晶片/旋涂
TEAB是具有季铵基团的有机盐。
在水中制备TEAB的储液并在水中稀释到0.1mM至1.75mM的浓度。如上文实施例1a中所阐释的对玻璃制品进行盐沉积和测试。
在炉中于350℃下热处理玻璃制品2小时后,对于通过沉积浓度为0.1至1.75mM的TEAB的水溶液所形成的改性层,平均结合能数值为约420mJ/m2至约260mJ/m2,如下表11所示。在测试的最低浓度0.5mM下,未观察到新气泡。然而,气泡性能随着施涂的TEAB盐的浓度增加而降低。由施涂0.75mM和1.0mM盐溶液得到的改性层显示出在热处理后有一定的气泡,但是气泡保持在可接受范围内。在更高的浓度下,由沉积1.5mM和1.75mM溶液形成的改性层使得在热处理后有显著气泡,并且气泡在可接受极限之上。在炉中于350℃下对玻璃制品热处理2小时后,具有TEAB改性层的大多数玻璃制品可使用ScotchTM胶带手动脱粘。然而,以最低浓度0.1mM结合的玻璃制品在尝试脱粘时在中间处断裂。
表11:在350℃下退火2小时后的TEAB晶片/旋涂结合能、气泡、脱粘性
对于通过沉积浓度为0.75mM至2mM的TEAB水溶液形成的玻璃制品,并且随后在炉中于370℃下热处理30分钟,平均结合能在310–250mJ/m2的范围内。由沉积0.75mM TEAB得到的玻璃制品在370℃下热处理30分钟后没有显著的气泡。然而,在这些退火条件下测试的经剩余浓度的TEAB处理的玻璃制品在热处理后导致显著的气泡增加。在炉中于370℃下热处理30分钟后,具有TEAB改性层的所有玻璃制品可使用ScotchTM胶带手动脱粘,无论TEAB浓度如何。
实施例7:用四苯基溴化鏻(TPhPCl)的表面处理——晶片/旋涂
TPhPCl是具有季鏻基团的有机盐。
在水中制备TPhPCl的储液并在水中稀释到0.06mM至1mM的浓度。如上文实施例1a中所阐释的进行盐沉积和测试。
图10示出了采用TPhPCl改性层的本公开的玻璃制品的结合能(mJ/m2,左y轴,闭合正方形)和气泡面积(%,右y轴,空心圆)根据十六烷接触角(度,x轴)而变化的情况,所述TPhPCl改性层通过以0.1mM至0.75mM的浓度施涂水性盐溶液形成。然后在炉中使玻璃制品于350℃下退火2小时,如上所述。如下表12所示,浓度从1.0mM至0.1mM不等的玻璃制品的平均结合能以非浓度依赖性的方式在约440mJ/m2至280mJ/m2的范围内。对于在炉中于350℃下热处理2小时并且TPhPCl浓度高至1.0mM的玻璃制品,观察到很少的气泡生长。具有通过沉积0.5至1mM TPhPCl溶液形成的改性层的玻璃制品在炉中于350℃下热处理2小时后可易于脱粘。未对由沉积0.1mM TPhPCl形成的玻璃制品测定脱粘性,该样品在下表12中表示为“N/A”。由沉积0.05mM溶液形成的玻璃制品在结合能测试期间碎裂,因此未记录结合能,该样品在下表12中表示为“N/A”。
表12:在350℃下退火2小时后的TPhPCl晶片/旋涂结合能、气泡、脱粘性
本领域的技术人员显而易见的是,可以对公开的实施方式进行各种修改和变动而不偏离本公开的精神和范围。因此,本公开旨在覆盖其中的任何和所有这些修改和变动,只要这些修改和变动在所附权利要求和其等同内容的范围之内。
例如,本文公开的改性层可以用于将载体结合到薄片材,将两个载体结合在一起,将两个或更多个薄片材结合在一起,或者将具有各种数目的薄片材的堆叠体与载体结合在一起。
Claims (79)
1.一种制品,其包括:
第一片材,其包含第一结合表面;
第二片材,其包含第二结合表面;
改性层,其包含第三结合表面,改性结合层包含一种或多种阳离子表面活性剂,
其中,所述改性层将第一片材连接到第二片材。
2.如权利要求1所述的制品,其中,所述阳离子表面活性剂包括含带电氮的头基,其选自下组:伯、仲、叔或季铵、吡啶鎓及其组合。
3.如权利要求1或权利要求2所述的制品,其中,阳离子表面活性剂包括至少一个C4-C24疏水基团。
4.如前述权利要求中任一项所述的制品,其中,阳离子表面活性剂选自下组:十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基氯化吡啶鎓、辛基三甲基溴化铵和1-丁基氯化吡啶鎓。
5.如前述权利要求中任一项所述的制品,其中,所述表面活性剂基本上不含氧。
6.如前述权利要求中任一项所述的制品,其中,改性层包含约0.1nm至约10nm的平均厚度。
7.如权利要求6所述的制品,其中,改性层的厚度是亚单层。
8.如权利要求7所述的制品,其中,改性层显示出水接触角随着表面活性剂浓度的增加而增加。
9.如权利要求8所述的制品,其中,阳离子表面活性剂是十六烷基三甲基溴化铵。
10.如前述权利要求中任一项所述的制品,其中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约150mJ/m2至约750mJ/m2。
11.如前述权利要求中任一项所述的制品,其中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约100mJ/m2至约500mJ/m2。
12.如前述权利要求中任一项所述的制品,其中,阳离子表面活性剂包含十六烷基三甲基溴化铵,并且其中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约100mJ/m2至约750mJ/m2。
13.如权利要求12所述的制品,其中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约150mJ/m2至约300mJ/m2。
14.如权利要求1-8或10-11中任一项所述的制品,其中,阳离子表面活性剂包含辛基三甲基溴化铵,并且其中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约300mJ/m2至约500mJ/m2。
15.如权利要求14所述的制品,其中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约300mJ/m2至约500mJ/m2。
16.如权利要求1-8或10-11中任一项所述的制品,其中,阳离子表面活性剂包含十六烷基氯化吡啶鎓,并且其中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约150mJ/m2至约350mJ/m2。
17.如权利要求16所述的制品,其中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200mJ/m2至约400mJ/m2。
18.如权利要求1-8或10-11中任一项所述的制品,其中,阳离子表面活性剂包含1-丁基氯化吡啶鎓,并且其中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200mJ/m2至约350mJ/m2。
19.如权利要求18所述的制品,其中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200mJ/m2至约400mJ/m2。
20.如前述权利要求中任一项所述的制品,其中,在将制品在350℃下保持2小时后,改性层的气泡面积百分比变化小于3%。
21.如权利要求20所述的制品,其中,改性层的气泡面积百分比变化小于1%。
22.如权利要求21所述的制品,其中,改性层的气泡面积百分比变化小于0.1%。
23.如权利要求1-19中任一项所述的制品,其中,在将制品在370℃下保持30分钟后,改性层的气泡面积百分比变化小于3%。
24.如权利要求23所述的制品,其中,改性层的气泡面积百分比变化小于1%。
25.如权利要求24所述的制品,其中,改性层的气泡面积百分比变化小于0.1%。
26.如前述权利要求中任一项所述的制品,其中,第二片材的平均厚度等于或小于约300微米。
27.如权利要求26所述的制品,其中,第二片材的平均厚度小于第一片材的平均厚度。
28.如权利要求27所述的制品,其中,第一片材的平均厚度等于或大于约200微米。
29.一种制造制品的方法,所述方法包括:
通过将至少一种阳离子表面活性剂沉积到第一片材的结合表面上,在第一片材的结合表面上形成改性层,所述改性层包含第三结合表面;以及
将第三结合表面结合到第二片材的结合表面。
30.如权利要求29所述的方法,其还包括以下步骤:使第三结合表面的至少一部分与第一片材和/或第二片材的结合表面脱粘。
31.如权利要求29或权利要求30所述的方法,其中,所述阳离子表面活性剂包括含带电氮的头基,其选自下组:伯、仲、叔或季铵、吡啶鎓及其组合。
32.如权利要求29-31中任一项所述的方法,其中,阳离子表面活性剂选自下组:十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基氯化吡啶鎓、辛基三甲基溴化铵和1-丁基氯化吡啶鎓。
33.如权利要求29-32中任一项所述的方法,其还包括以下步骤:在沉积阳离子表面活性剂之前,先用O2等离子体处理第一片材和/或第二片材。
34.如权利要求29-33中任一项所述的方法,其还包括以下步骤:在沉积阳离子表面活性剂之前,先对第一片材和/或第二片材进行洗涤。
35.如权利要求29-34中任一项所述的方法,其还包括以下步骤:在沉积阳离子表面活性剂之后,对第一片材进行洗涤。
36.如权利要求29-35中任一项所述的方法,其还包括干燥步骤。
37.如权利要求29-36中任一项所述的方法,其中,阳离子表面活性剂通过旋涂、浸涂或喷涂来沉积。
38.如权利要求29-37中任一项所述的方法,其中,阳离子表面活性剂作为水性溶液来沉积。
39.如权利要求38所述的方法,其中,阳离子表面活性剂的水性溶液包含0.001mM至3.0mM的表面活性剂浓度。
40.如权利要求39所述的方法,其中,表面活性剂浓度小于0.5mM。
41.如权利要求40所述的方法,其中,表面活性剂浓度小于0.1mM。
42.如权利要求38-41中任一项所述的方法,其中,阳离子表面活性剂的水性溶液基本上不含有机溶剂。
43.如权利要求29-42中任一项所述的方法,其中,改性层包含约0.1nm至约10nm的平均厚度。
44.一种制品,其包括:
第一片材,其包含第一结合表面;
第二片材,其包含第二结合表面;
改性层,其包含第三结合表面,所述改性层包含一种或多种有机盐,
其中,所述改性层将第一片材连接到第二片材。
45.如权利要求44所述的制品,其中,有机盐包括带正电的氮、磷、硫、硼或碳。
46.如权利要求45所述的制品,其中,所述有机盐包括铵基团。
47.如权利要求45所述的制品,其中,所述有机盐包括鏻离子。
48.如权利要求44-47中任一项所述的制品,其中,所述有机盐选自下组:四甲基溴化铵、四乙基溴化铵和四苯基氯化鏻。
49.如权利要求44-48中任一项所述的制品,其中,所述有机盐基本上不含氧。
50.如权利要求44-49中任一项所述的制品,其中,改性层包含约0.1nm至约10nm的平均厚度。
51.如权利要求44-50中任一项所述的制品,其中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200mJ/m2至约500mJ/m2。
52.如权利要求44-51中任一项所述的制品,其中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200mJ/m2至约350mJ/m2。
53.如权利要求44-46或48-52中任一项所述的制品,其中,所述有机盐包含四甲基溴化铵,并且其中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约200mJ/m2至约400mJ/m2。
54.如权利要求53所述的制品,其中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约150mJ/m2至约300mJ/m2。
55.如权利要求44-46或48-52中任一项所述的制品,其中,所述有机盐包含四乙基溴化铵,并且其中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约260mJ/m2至约420mJ/m2。
56.如权利要求55所述的制品,其中,在将制品在370℃下保持30分钟后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约250mJ/m2至约300mJ/m2。
57.如权利要求44-45或47-52中任一项所述的制品,其中,所述有机盐包含四苯基氯化鏻,并且其中,在将制品在350℃下保持2小时后,第三结合表面与第二结合表面结合,并且结合能为约250mJ/m2至约500mJ/m2。
58.如权利要求44-57中任一项所述的制品,其中,在将制品在350℃下保持2小时后,改性层的气泡面积百分比变化小于3%。
59.如权利要求58所述的制品,其中,改性层的气泡面积百分比变化小于1%。
60.如权利要求59所述的制品,其中,改性层的气泡面积百分比变化小于0.1%。
61.如权利要求44-60中任一项所述的制品,其中,第二片材的平均厚度等于或小于约300微米。
62.如权利要求61所述的制品,其中,第二片材的平均厚度小于第一片材的平均厚度。
63.如权利要求62所述的制品,其中,第一片材的平均厚度等于或大于约200微米。
64.一种制造制品的方法,所述方法包括:
通过将至少一种有机盐沉积到第一片材的结合表面上,在第一片材的结合表面上形成改性层,所述改性层包含第三结合表面;以及
将第三结合表面结合到第二片材的结合表面。
65.如权利要求64所述的方法,其还包括以下步骤:使第三结合表面的至少一部分与第一片材和/或第二片材的结合表面脱粘。
66.如权利要求64或权利要求65所述的方法,其中,所述有机盐包括铵基团。
67.如权利要求64或权利要求65所述的方法,其中,所述有机盐包括鏻离子。
68.如权利要求64-67中任一项所述的方法,其中,所述有机盐选自下组:四甲基溴化铵、四乙基溴化铵和四苯基氯化鏻。
69.如权利要求64-68中任一项所述的方法,还包括以下步骤:在沉积有机盐之前,先用O2等离子体处理第一片材和/或第二片材。
70.如权利要求64-69中任一项所述的方法,其还包括以下步骤:在沉积有机盐之前,先对第一片材和/或第二片材进行洗涤。
71.如权利要求64-70中任一项所述的方法,其还包括以下步骤:在沉积有机盐之后,对第一片材进行洗涤。
72.如权利要求64-71中任一项所述的方法,其还包括干燥步骤。
73.如权利要求64-72中任一项所述的方法,其中,有机盐通过旋涂、浸涂或喷涂来沉积。
74.如权利要求64-73中任一项所述的方法,其中,有机盐作为水性溶液来沉积。
75.如权利要求74所述的方法,其中,所述水性溶液包含0.001mM至3.0mM的有机盐浓度。
76.如权利要求75所述的方法,其中,有机盐浓度小于0.5mM。
77.如权利要求76所述的方法,其中,有机盐浓度小于0.1mM。
78.如权利要求74-77中任一项所述的方法,其中,有机盐的水性溶液基本上不含有机溶剂。
79.如权利要求64-78中任一项所述的方法,其中,改性层包含约0.1nm至约10nm的平均厚度。
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