透明基材上的凸起特征及相关方法技术

在加工波长范围内的吸收小于约２０％的透明基材上形成凸起的特征。用光束辐照该基材的一部分，以增大该基材的辐照部分的吸收。连续辐照导致该基材发生局部加热和膨胀，从而在该基材表面上形成凸起的特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及玻璃材料的表面织构化，更具体涉及通过局部施加能量引起的透 明玻璃材料的表面织构化。所述织构化可包括形成凸块、隆脊，以及由其组合形成的各种更 复杂的表面特征。
技术介绍
已知用激光进行局部辐照会产生玻璃膨胀效果。该效果基于吸收高能激光辐射， 使得玻璃熔化并流动，从而在玻璃表面上形成凸块。在可用的高能激光波长具有足够吸收 的玻璃在可见光谱(即约380-750纳米范围)中通常是暗色或不透明的。使用暗色或不透 明的玻璃对需要具有更好可见度和透明度的透明玻璃的应用造成显著障碍。但是，可用的 透明玻璃在可用的高能激光波长处具有非常小的吸收。这些波长包括800-1600微米的近 红外(NIR)带，在该带中可以很好地选择尾纤型二极管激光器和光纤激光器，或者在紫外 带中进行选择。发射10. 6微米辐照的(X)2激光器一般是不适用的，因为氧化物玻璃在这种 波长处的吸收深度在波长的量级范围。但是人们期望能够在透明玻璃上形成凸起的特征。专利技术概述本专利技术一方面是在透明基材上形成凸起特征的方法。在一种实施方式中，该方法 包括以下步骤提供具有表面的透明基材，该基材在加工波长范围内的吸收小于约20%;用 加工波长范围内的加工光束辐照该透明基材的一部分，以增大该基材的辐照部分在加工波 长范围中的吸收；在加工波长范围内继续辐照该部分透明基材，使得该基材发生局部加热 并膨胀，从而在基材表面上形成凸起的特征；结束辐照，停止对基材的加热，从而固定凸起 的特征。在另一种实施方式中，该方法包括以下步骤提供具有表面的透明基材，该基材在 第一波长范围内的吸收小于约20% ；用第一波长范围内的光辐照该透明基材的一部分，使 该透明基材的辐照部分中的吸收增大至超过第二波长范围内的约40% ；用第二波长范围内 的光辐照该部分透明基材，使得该基材发生局部加热并膨胀，从而在基材表面上形成凸起 的特征；结束辐照以停止对基材的加热，从而固定凸起的特征。本专利技术另一方面是一种透明玻璃制品，该制品的表面具有在其上形成的一个或多 个凸起的特征，所述特征通过在相应的一个或多个位置局部辐照基材从而引起基材的玻璃 膨胀而形成。以下描述部分中将提出本专利技术的其他特征，部分特征对于了解了说明书的本领域 普通技术人员是显而易见的，或者可以通过如本文所述(包括以下详细说明、权利要求书 和附图)实施本专利技术而了解。应该理解，以上一般描述和以下详细描述都提出了根据本专利技术的实施方式，意在 提供对理解要求权利的本专利技术性质和特征的概况或框架。包括附图以提供对本专利技术的进一 步理解，附图结合在说明书中并构成说明书的一部分。附图说明根据本专利技术的各种实施方 式，与说明书一起用于解释本专利技术的原理和操作。附图简要描述图IA和IB显示透明碱土铝硅酸盐玻璃(图1A)和透明钠钙玻璃(图1B)在紫外 和可见波长光谱中的典型透射曲线。图2是用于根据本专利技术在透明基材上形成凸起特征的示例性系统的一种实施方 式的示意图。图3是根据本专利技术在透明基材上形成的单独的凸起特征的示意图。图4A和4B显示355纳米辐射在碱土铝硅酸盐玻璃(图4A)和钠钙玻璃(图4B) 中的动态透射变化。图5显示透明基材中的光引发吸收的形成和衰减。图6是用于根据本专利技术在透明基材上形成凸起特征的具有第二加热源的示例性 系统的一种实施方式的示意图。图7是说明用于根据本专利技术在透明基材上形成凸起特征的方法的一种实施方式 的框图。图8是用于保持两个基材之间的间隔的凸起特征的示意图。图9是改进透明基材的表面形貌的多个凸起特征的照片。图10是在透明基材表面上形成文本的凸起特征的照片。专利技术详述以下详细说明根据本专利技术的实施方式，附图中显示了实施例。在尽可能的情况下， 在所有附图中使用相同的附图标记表示相同或类似的部件。在本文中为了说明的目的，术语“上，，、“下，，、“右，，、“左，，、“后，，、“前，，、“垂直，，、“水平”和它们的变体与附图中所示实施方式的取向相关。但是，应该理解，除非有相反的明确 表示，否则，各种实施方式可以采取各种另外的取向和步骤顺序。还应该理解，附图中所示 和以下说明中描述的具体装置和过程是所附权利要求中限定的本专利技术理念的实施方式。因 此，涉及本文揭示的实施方式的具体尺度和其他物理特性不应理解为是限制性的，除非权 利要求中有另外的明确表示。术语“光”广义理解为表示任何种类的电磁辐射，包括但并不限于紫外、近紫外、可 见、近红外和红外波长。术语“光吸收基材”理解为表示能在吸收波长或波长范围处吸收光的基材或基材 的一部分，所述波长包括但并不限于紫外、近紫外、可见、近红外和/或红外波长，其中基材 在一种或多种吸收波长处对光的局部吸收造成对基材的局部加热。光吸收基材在波长光谱 上可具有高吸收带和低吸收带。术语“透明基材”应理解为表示透射一定波长范围的光的基材，所述波长包括全部 或至少一部分的可见光谱(即约380-750纳米范围)。术语“凸起特征”广义理解为包括基材表面上因为基材的局部加热和膨胀造成的 任何凸起的特征，包括凸块、隆脊，以及由凸块和隆脊的组合产生的各种更复杂的表面特征。术语“光引发吸收”广义理解为表示因为对基材进行辐照而造成的基材吸收光谱 的变化。光引发吸收可包括在一定波长或波长范围处的吸收的变化，所述波长包括但并不 限于紫外、近紫外、可见、近红外和/或红外波长。透明玻璃基材中的光引发吸收的例子包 括，例如但并不限于，色彩中心形成、暂时玻璃缺陷形成、和永久玻璃缺陷形成。例如在2007年8月30公开的、题为“玻璃基微定位系统和方法”的美国专利公开 第US2007/0201797号中已经提出使用高能激光在玻璃基材上形成微凸块，所述基材在辐 照波长处有吸收，该文献通过参考全文结合于此。但是如上所述，在可用的高能激光波长处 具有足够吸收的玻璃基材在可见光谱(即约380-750纳米范围)中通常是暗色或不透明 的。可用的透明玻璃在可用的高能激光波长(例如约800-1600微米的近红外(NIR) 带，或在约340-380纳米工作的紫外带)处具有非常小的吸收。例如，碱土铝硅酸盐玻璃 和铝硅酸钠玻璃(例如可以从康宁公司(Corning Incorporated)获得的 玻璃、 fegleXG 玻璃、1317玻璃和Gorilla 玻璃之类的玻璃)通常具有如图IA所示的透射光 谱，钠钙玻璃(如窗玻璃)通常具有如图IB所示的透射光谱。如图IA和IB所示，碱土铝 硅酸盐玻璃和钠钙玻璃在355纳米的透射率大于约85% (例如通过在355纳米工作的三次 谐振Nd基激光器提供)，不足以将甚至小体积的玻璃加热至接近工作点(约105泊)的温 度，除非使用可用输出功率为几百瓦的激光器。出乎意料的是，对于包括碱土铝硅酸盐玻璃(例如可以从康宁公司获得的 Eagle2000 玻璃和fegleXG 玻璃之类的IXD玻璃)、钠钙玻璃(如窗玻璃)和铝硅酸钠玻 璃(例如可以从康宁公司获得的1317玻璃和Gorilla 玻璃)的透明基材，已经发现可以 通过将高重复率的纳秒紫外激光器的输出聚焦在透明基材上，将感兴趣的波长(即，可用 高能激光波长)处的吸收提高到足够的水平。具体来说，已经发现几秒的曝射就能导致透 明玻璃基材发生光引发吸收。因此，玻璃基材在紫外波长处的吸收显著增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在透明基材上形成凸起特征的方法，该方法包括以下步骤：　　提供具有表面的透明基材，该基材在加工波长范围内的吸收小于约２０％；　　用加工波长范围内的加工光束辐照透明基材的一部分，以增大该基材的辐照部分在加工波长范围中的吸收；　　在加工波长范围内继续辐照该部分的透明基材，使得该基材局部加热并膨胀，从而在基材表面上形成凸起的特征；和　　结束辐照，以停止对基材的加热，从而固定凸起特征。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·R·格里滋布朗斯基，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US