[发明专利]用于纹理化玻璃表面的热电方法

说明书

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§120，要求2012年10月25日提交的美国申请系列号13/660,702的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景

本发明总体涉及纹理化玻璃表面，具体来说，涉及在玻璃基片内选择性地诱导离子迁移以在基片上形成纹理化的表面的热电方法。

在玻璃表面中形成形貌特征的能力对于许多应用都有意义。例如，表面纹理化可用来改变玻璃基片的光学性质。玻璃表面中的形貌特征可用来形成减反射或防眩光表面，定制的图案例如衍射栅格可提供用于光捕获的光学散射。通过形成表面粗糙度或离散的表面特征，定制的表面形貌还可用于控制静电电荷和用于影响其它性质，例如润湿性能、粘附性和总体美学。

许多方法可用来形成纹理化的玻璃表面。例如,可用纹理化层涂覆玻璃基片。和这种表面涂覆相比，各种“直接书写”技术具有重大意义，其把牢固的、化学耐久的和强烈集成的图案直接结合进入玻璃自身的表面中。但是，大多数直接书写方法涉及(i)使用腐蚀性溶液或离子轰击的掩模和蚀刻方法来提供选择性的表面改性,或(ii)高温加工,其中通过把玻璃加热到高于玻璃的玻璃化转变温度(T_g)来压印玻璃。

鉴于上述，在玻璃表面中提供“直接书写”的纹理或图案,无需独立的蚀刻步骤以及在较低的加工温度下即低于玻璃的玻璃化转变温度是优选的。

概述

用于在玻璃基片表面中形成纹理的方法包括提供玻璃基片，其包括具有玻璃化转变温度的玻璃材料,使该玻璃基片的表面接触模板电极,加热玻璃表面到小于玻璃化转变温度的温度,和施加DC偏压到电极从而有效地在玻璃基片中传输离子并形成纹理化的玻璃表面。在加热和施加偏压的操作中，模板电极可与玻璃表面保持物理接触,例如,通过相对于玻璃基片移动和/或通过相对于模板电极移动玻璃基片。

在一些实施方式中,把玻璃表面加热到小于玻璃基片的玻璃化转变温度至少150℃的温度。例如,可把玻璃表面加热到100-300℃或300-600℃的温度范围。为了在玻璃基片内诱导正离子的迁移,施加电压从而模板电极相对于玻璃基片是正向偏压的。

所述方法可适用于具有各种玻璃组成的玻璃基片,包括这样的玻璃基片，即玻璃材料的本体组成包括小于1摩尔％碱金属氧化物或碱土金属金属氧化物(例如,小于1摩尔％碱金属氧化物)。在相关的实施方式中，可使用后续的HF-蚀刻步骤差异化蚀刻纹理化的表面，来增强/控制特征尺寸。

用于在玻璃基片表面中形成纹理的其它方法包括在20℃到小于基片的玻璃化转变温度下使玻璃基片的玻璃表面接触模板电极,和施加DC偏压到电极从而有效地在玻璃基片中传输离子并形成纹理化的玻璃表面。在接触和施加偏压时，可主动加热或冷却玻璃基片，从而把接触表面保持在所需温度。

本发明还涉及制品，其具有用所述方法形成的玻璃表面。在这种制品中，玻璃表面包括具有本体组成的玻璃材料和在玻璃材料的表面中形成的纹理化区域。该纹理化区域包括多个升高的和降低的特征,升高的特征具有与本体组成基本上相同的组成,而降低的特征相对于本体组成缺少至少一种碱金属、碱土金属或过渡金属。例如,降低的特征中的至少一种碱金属、碱土金属或过渡金属的组成可小于本体组成的50％(例如,小于50,20或10％)。

在以下的详细描述中提出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。

附图简要说明

图1示意性地显示所述热电玻璃-纹理化过程的一种实施方式；

图2A是模板电极的光学显微图像；

图2B是较高放大倍数的图像，显示图2A中的电极的模板形貌；

图3是硅铝酸钠玻璃基片中纹理化的表面的光学显微图像；

图4是钡硼铝硅酸盐玻璃基片中纹理化的表面的光学显微图像；

图5A是图3的硅铝酸钠玻璃基片在纹理化之前的光学轮廓仪高度图像；

图5B相同的玻璃基片在纹理化之后的相应的轮廓仪图像；

图6A是光学轮廓仪高度图像和相关的模板电极；