具有蚀刻特征的强化玻璃制品及形成该蚀刻特征的方法
【专利说明】具有蚀刻特征的强化玻璃制品及形成该蚀刻特征的方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2012年4月13日提交的美国临时申请号61/623,722的优先权， 其题目为"具有蚀刻特征的强化玻璃制品及形成该蚀刻特征的方法（STRENGTHENED GLASS ARTICLES HAVING ETCHED FEATURES AND METHODS OF FORMING THE SAME), "该文的全部内 容通过引用纳入本文。
[0003] 背景
[0004] 领域
[0005] 本发明总体涉及强化玻璃制品，具体来说，涉及具有蚀刻特征的强化玻璃制品，以 及包括这种强化玻璃制品的电子器件和在强化玻璃制品中形成蚀刻特征的方法。 技术背景
[0006] 薄的强化玻璃面板在消费者电子器件中具有各种应用。例如，这种强化玻璃面板 可作为盖板和/或触摸屏，用于结合在移动电话、显示设备（如电视和计算机显示器）及其 它各种电子器件中的LCD和LED显示器。随着强化玻璃面板的应用持续扩大，玻璃面板的 几何复杂度也增加。例如，某些应用可能要求在强化玻璃面板中有蚀刻特征，用于可触摸差 异化和/或装饰目的。目前，通过下述在强化玻璃应用中提供这些视觉和功能特征：放置 膜、油漆或其它材料，随后加工（例如通过计算机数字控制机床）以提供视觉参比，例如在 触摸装置上的压低或凸出的开/关按键表面，其中视觉参比具有一些特殊的纹理使它们易 于通过触摸或观看来确定。在其它情况下，通过包裹触摸显示器的包封物上来提供这些特 征。但是，可期望直接在强化盖板制品的表面上提供蚀刻特征。
[0007] 概述
[0008] 本发明的第一方面是一种制造具有蚀刻特征的强化玻璃制品的方法，所述方法包 括提供具有第一表面和第二表面的非强化的玻璃制品，将激光束聚集到所述非强化玻璃制 品的所述第一表面上，以烧蚀来自所述第一表面的材料。所述激光束的波长对所述非强化 玻璃制品是基本上透明的。所述方法还包括相对于所述非强化玻璃制品，在由所需蚀刻特 征限定的边界内平移所述激光束，其中激光束的平移烧蚀来自第一表面在一深度处的材料 以形成蚀刻特征，和在形成蚀刻特征之后，用化学强化过程化学强化所述非强化玻璃制品。 所述强化玻璃制品包括处于压缩应力下的、分别从所述强化玻璃制品的第一表面和第二表 面延伸到层深度的第一强化表面层和第二强化表面层，以及处于拉伸应力下的在所述第一 强化表面层和第二强化表面层之间的中央区域。所述蚀刻特征的深度小于层深度，从而蚀 刻特征在所述压缩应力层之内。
[0009] 本发明的第二方面是如上述方面所述的方法，其中在化学强化所述非强化玻璃制 品之前，化学蚀刻所述蚀刻特征以降低所述蚀刻特征的表面的表面粗糙度。
[0010] 本发明的第三方面是上述任一方面所述的方法，其中操作激光束从而蚀刻特征表 面的表面粗糙度大于蚀刻特征以外的第一表面区域的表面粗糙度。
[0011] 本发明的第四方面是上述任一方面所述的方法，其中激光束包括在非强化玻璃制 品第一表面上的约为20微米的聚集光束光斑。
[0012] 本发明的第五方面是上述任一方面所述的方法，其中激光束是连续波激光束。
[0013] 本发明的第六方面是上述任一方面所述的方法，其中激光束是脉冲激光束。
[0014] 本发明的第七方面是上述第六方面所述的方法，其中脉冲激光束的脉冲宽度大于 10飞秒。
[0015] 本发明的第八方面是上述第六方面所述的方法，其中脉冲激光束的脉冲宽度为 1-500000 皮秒（picosecond)。
[0016] 本发明的第九方面是上述第六到第八方面中任一项所述的方法，其中所述脉冲激 光束以小于约IOOMHz的频率进行脉冲。
[0017] 本发明的第十方面是上述第六到第九方面中任一项所述的方法，其中脉冲激光束 的平均功率大于非强化玻璃制品的烧蚀阈值。
[0018] 本发明的第十一方面是上述第六方面所述的方法，其中激光束是脉冲激光束，其 脉冲宽度约为10皮秒，频率约为100kHz，且平均功率约为I. 8W。
[0019] 本发明的第十二方面是上述任一方面所述的方法，其中所述脉冲激光束以约为 10-120厘米/秒的扫描速度相对于所述非强化玻璃制品的第一表面平移。
[0020] 本发明的第十三方面是上述任一方面所述的方法，其中所述非强化玻璃制品包括 非强化碱性铝硅酸盐玻璃、非强化铝硅酸盐玻璃或非强化钠钙玻璃。
[0021] 本发明的第十四方面是上述任一方面所述的方法，其中非强化玻璃制品的厚度小 于1毫米。
[0022] 本发明的第十五方面是上述任一方面所述的方法，其中缺陷尺寸范围在约10-40 微米的之内。
[0023] 本发明的第十六方面是上述任一方面所述的方法，其中所述强化玻璃制品的层深 度大于约5微米，且表面压缩大于约lOOMPa。
[0024] 本发明的第十七方面是上述任一方面所述的方法，其中平移所述激光束包括在所 需的蚀刻特征的边界内平移激光束，从而沿第一方向形成多个第一缺陷线条，以及在所需 的蚀刻特征的边界内平移激光束，从而沿第二方向形成多个第二缺陷线条，其中所述多个 第一缺陷线条和所述多个第二缺陷线条相交。
[0025] 本发明的第十八方面是第十七方面所述的方法，其中平移激光束还包括沿多个第 一缺陷线条平移激光束，和在一种或更多种其它激光束通道中沿多个后续的缺陷线条平移 激光束。
[0026] 本发明的第十九方面是上述任一方面所述的方法，其中平移激光束在所需的蚀刻 特征的边界内形成交叉线缺陷图案。
[0027] 本发明的第二十方面是上述任一方面所述的方法，其中平移激光束包括在所需的 蚀刻特征的边界内以漩涡图案平移激光束。
[0028] 本发明的第二十一方面是上述任一方面所述的方法，其中蚀刻特征的压缩强度基 本上类似于蚀刻特征以外的强化玻璃制品的表面的压缩强度。
[0029] 本发明的第二十二方面是上述任一方面所述的方法，所述方法还包括将一种或更 多种薄层材料施涂到所述强化玻璃制品的表面上，从而所述一种或更多种薄层材料设置在 所述蚀刻特征上。
[0030] 本发明的第二十三方面是如第二十二方面所述的方法，所述一种或更多种薄层包 括全息层、闪光层、无光泽层或其组合。
[0031] 本发明的第二十四方面是上述任一方面所述的方法，平移所述激光束形成被间隔 距离分离的多个缺陷线条，从而所述多个缺陷线条在所述蚀刻特征的边界之内形成衍射光 栅。
[0032] 本发明的第二十五方面是一种强化玻璃制品，其包括处于压缩应力下的、分别从 所述强化玻璃制品的第一表面和第二表面延伸到层深度的第一强化表面层和第二强化表 面层，以及处于拉伸应力下的在所述第一强化表面层和第二强化表面层之间的中央区域。 所述强化玻璃制品还包括在第一表面或第二表面之内的至少一种蚀刻特征，该蚀刻特征的 深度小于层深度且表面粗糙度大于所述至少一种蚀刻特征以外的第一和第二表面的表面 粗糙度，其中至少一种蚀刻特征通过激光烧蚀形成。
[0033] 本发明的第二十六方面是如第二十五方面所述的强化玻璃制品，其中强化玻璃制 品包括强化的碱性铝硅酸盐玻璃、强化的铝硅酸盐玻璃或强化的钠钙玻璃。
[0034] 本发明的第二十七方面是如第二十五或二十六方面所述的强化玻璃制品，其中用 离子交换过程化学强化强化玻璃制品。
[0035] 本发明的第二十八方面是如第二十五到二十七方面中任一项所述的强化玻璃制 品，其中强化玻璃制品的厚度小于1毫米。
[0036] 本发明的第二十九方面是如第二十五到二十八方面中任一项所述的强化玻璃制 品，其中缺陷深度在约10-40微米的范围。
[0037] 本发明的第三十方面是如第二十五到二十九方面中任一项所述的强化玻璃制品， 其中所述强化玻璃制品的层深度大于约5微米，且表面压缩大于约lOOMPa。
[0038] 本发明的第三十一方面是如第二十五到三十方面中任一项所述的强化玻璃制品， 其中强化玻璃制品是碱性铝硅酸盐玻璃，其厚度约为〇. 7毫米，层深度至少为10微米，且表 面压缩大于约750MPa，且缺陷深度小于约40微米。
[0039] 本发明的第三十二方面是如第二十五到三^^一方面中任一项所述的强化玻璃制 品，其中所述至少一种蚀刻特征由形成交叉线缺陷图案的多个相交的缺陷线条限定。
[0040] 本发明的第三十三方面是如第二十五到三十二方面中任一项所述的强化玻璃制 品，其中所述至少一种蚀刻特征由在至少一种蚀刻特征边界之内的一种或更多种漩涡缺陷 线条限定。
[0041] 本发明的第三十四方面是如第二十五到三十三方面中任一项所述的强化玻璃制 品，其中至少一种蚀刻特征的压缩强度基本上类似于至少一种蚀刻特征以外的强化玻璃制 品表面的压缩强度。
[0042] 本发明的第三十五方面是如第二十五到三十四方面中任一项所述的强化玻璃制 品，其中所述至少一种蚀刻特征包括壁，该壁将所述至少一种蚀刻特征和强化玻璃制品的 周围表面分离。
[0043] 本发明的第三十六方面是如第三十五方面所述的强化玻璃制品，其中所述壁是基 本上垂直的。
[0044] 本发明的第三十七方面是如第二十五到三十六方面中任一项所述的强化玻璃制 品，其中至少一种蚀刻特征的不透明度大于至少一种蚀刻特征以外的强化玻璃制品表面的 不透明度。
[0045] 本发明的第三十八方面是如第二十五到三十七方面中任一项所述的强化玻璃制 品，其中所述蚀刻特征包括被间隔距离分离的多个缺陷线条，且所述间隔距离是这样的：所 述多个缺陷线条在所述蚀刻特征的边界之内形成衍射光栅。
[0046] 本发明的第三十九方面是如第二十五到三十八方面中任一项所述的强化玻璃制 品，还包括设置在所述强化玻璃制品和蚀刻特征表面上的一种或更多种薄层材料。
[0047] 本发明的第四十方面是一种电子器件，其包括强化的盖板玻璃，该强化的盖板玻 璃包括处于压缩应力下的、分别从所述强化盖板玻璃的第一表面和第二表面延伸到层深度 的第一强化表面层和第二强化表面层，以及处于拉伸应力下的在所述第一强化表面层和第 二强化表面层之间的中央区域。强化的盖板玻璃还包括通过激光烧蚀在第一表面或第二表 面之内形成的至少一种蚀刻特征，该蚀刻特征的缺陷深度小于层深度且表面粗糙度大于所 述至少一种蚀刻特征以外的第一和第二表面的表面粗糙度。
[0048] 本发明的第四十一方面是如第四十方面所述的电子器件，其中将强化盖板玻璃构 造成触摸屏，且至少一种蚀刻特征描绘该电子器件的至少一种软按键的轮廓。
[0049] 本发明的第四十二方面是如第四十一方面所述的电子器件，其中至少一种软按键 是开/关按钮。
[0050] 本发明的第四十三方面是如第四十到四十二方面中任一项所述的电子器件，其中 强化盖板玻璃包括强化的碱性铝硅酸盐玻璃、强化的铝硅酸盐玻璃或强化的钠钙玻璃。
[0051] 本发明的第四十四方面是如第四十到四十三方面中任一项所述的电子器件，其中 用离子交换过程化学强化强化盖板玻璃。
[0052] 本发明的第四十五方面是如第四十到四十四方面中任一项所述的电子器件，其中 强化盖板玻璃的厚度小于1毫米。
[0053] 本发明的第四十六方面是如第四十到四十五方面中任一项所述的电子器件，其中 其中缺陷深度在约10-40微米的范围。
[0054] 本发明的第四十七方面是如第四十到四十六方面中任一项所述的电子器件，其中 其中所述强化盖板玻璃的层深度大于约5微米，且表面压缩大于约lOOMPa。
[0055] 本发明的第四十八方面是如第四十到四十七方面中任一项所述的电子器件，其中 强化盖板玻璃是碱性铝硅酸盐玻璃，其厚度约为〇. 7毫米，层深度约为