[发明专利]透明基材上的凸起特征及相关方法

说明书

优先权声明

本申请要求2008年5月1日提交的、题为“透明基材上的凸起特征及相关方法”的美国临时专利申请第61/126094号的优先权。

发明领域

本发明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。

技术背景

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CO₂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。

发明概述

本发明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。

本发明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发明的其他特征，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)实施本发明而了解。

应该理解，以上一般描述和以下详细描述都提出了根据本发明的实施方式，意在提供对理解要求权利的本发明性质和特征的概况或框架。包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图结合在说明书中并构成说明书的一部分。附图说明根据本发明的各种实施方式，与说明书一起用于解释本发明的原理和操作。

附图简要描述

图1A和1B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是用于根据本发明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是根据本发明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是用于根据本发明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是说明用于根据本发明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。

发明详述

以下详细说明根据本发明的实施方式，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发明理念的实施方式。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。