[发明专利]用于局部可逆玻璃膨胀的方法

说明书

本申请是申请人康宁股份有限公司提交的进入中国国家阶段日期为2010年2月25日、申请号为200780100442.1、名为“用于局部可逆玻璃膨胀的方法”的发明专利申请的分案。

本发明是在马里兰州采购处授予的第H98230-05-C-0429号协定给予的政府支持下完成的。政府享有本发明的一定权利。

背景技术

本发明涉及玻璃材料的表面纹理化(texturing)，具体涉及由于局部施加能量而引发的玻璃材料表面纹理化。这些纹理化可以包括形成凸起、隆脊,以及由这些形状组合而成的所有更复杂的表面特征(feature)。

已知用激光进行局部辐照的时候，玻璃会发生膨胀。例如在题为“脆性非金属表面的纹理化方法”的美国专利第5,567,484号(1996)中报道了通过用CO₂激光器加热玻璃表面，形成了小于数微米的小凸起。例如在题为“制造平面透镜和平面透镜阵列的方法”的美国专利第7,152,434号中还报道了通过上方覆盖模具升起较大的凸起，形成由该模具限定的形状。人们希望能够在玻璃表面上升起较大高度的凸起结构，例如其高度大于数微米，甚至高达100微米或更大,同时具有良好的重现性并能控制高度，例如将误差牢牢地控制在±100纳米,而且不限于特定模具表面的外形或形状。

发明内容

根据本发明的一个方面,本发明包括一种在玻璃材料的表面上形成高度在目标范围内的突起特征的方法。所述方法包括(1)提供具有表面的玻璃材料,(2)在所述表面上或表面以下的位置为玻璃材料局部提供一定的能量，使得玻璃材料发生局部膨胀，从而在所述位置突起一个特征,(3)检测所述突起特征的高度，或者突起特征的高度随时间的变化,(4)(a)如果所述高度低于目标范围或者趋近目标范围以下的值，则在所述位置为玻璃材料提供更多的能量,或者(b)如果所述高度高于目标范围或趋近目标范围以上的值,则在所述位置为玻璃材料提供更少的能量,(5)根据需要重复步骤(3)和(4)，以使得高度在目标范围以内。根据本发明的另一个方面,还揭示了用来自动化进行该过程的方法和装置。

在以下的详细描述中给出了本发明的其它特征和优点，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即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是陈述了本发明的实施方式，用来提供帮助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。附图以图示形式说明了本发明的各种实施方式，并与说明书一起用来说明本发明的原理和操作。

附图说明

图1是本发明方法的某些方面的流程图；

图2是正在用电磁辐射进行纹理化的玻璃表面的横截面示意图;

图3是正在用设置在表面上的能量集中元件进行纹理化的玻璃表面的横截面示意图;

图4是正在用探针尖端进行纹理化的玻璃表面的横截面示意图;

图5是用来实施和自动化进行本发明方法的系统或设备的示意图;

图6是玻璃凸起高度(单位微米)与激光脉冲的剂量能量(单位焦耳)实验结果的关系图;

图7是玻璃凸起高度(单位微米)与激光脉冲的剂量能量(单位焦耳)实验结果的又一关系图;

图8是根据本发明的方法采用多次激光脉冲照射，以将特征高度升高到70微米±100纳米范围的过程中，所述多次激光脉冲所采用的剂量能量与所得的特征高度之间的关系图;

图9是根据本发明的方法采用多次激光脉冲照射，以将特征高度升高到40微米±100纳米范围的过程中，所述多次激光脉冲所采用的剂量能量与所得的特征高度之间的关系图。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的优选实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，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。

图1的流程图显示了本发明方法或工艺的一个实施方式。通过该方法可以在玻璃材料的表面上形成其高度在目标范围内的突起特征或多个这样的特征。所述突起特征可以包括简单凸起，但是也可以包括隆脊,以及由这些形状组合而成的所有更复杂的表面特征。