用于顯示器照明的激光特征玻璃的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有位于基板表面上的或位于所述基板內(nèi)的激光誘發(fā)散射特征的基板，以及制作此散射基板的方法。所公開的散射基板提供改善光提取性質(zhì)并可用于各種應(yīng)用，例如照明與電子顯示器。
【專利說明】
用于顯示器照明的激光特征玻璃
[00011本申請依據(jù)35U.S.C.§主張2014年1月29日提出的美國臨時申請第61/933,064號 的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該臨時申請的內(nèi)容是本申請的基礎(chǔ)，并且該臨時申請的全文以引用的方式 并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及具有在片材內(nèi)的激光誘發(fā)特征的玻璃片材，以及制作此玻璃片材的方 法。所公開的玻璃片材提供改善光提取性質(zhì)并有用于各種應(yīng)用，例如照明與電子顯示器。
【背景技術(shù)】
[0003] 對新類型電子顯示器(例如LCD式顯示器）的需求導(dǎo)致一直需要改進并入這些裝置 中的技術(shù)。例如，在已知LCD背光單元(BLU)中，光以高角度從光導(dǎo)提取，并且使用多散光器 和轉(zhuǎn)向（亮度加強)薄膜達成顯示器所需的期望角度發(fā)射。這些膜不僅會增加成本、光耗損 和系統(tǒng)復(fù)雜程度，也有若干材料缺陷而使其在電子設(shè)備方面的使用較不理想?，F(xiàn)今聚甲基 丙烯酸甲酯(PMMA)光導(dǎo)具有高透明度，但因不良的模塑性而限制于使用在小型裝置中，并 且PMMA具有高吸濕性，導(dǎo)致在大型尺寸中不期望的機械表現(xiàn)(例如，翹曲以及材料膨脹）。其 他聚合物、聚碳酸酯(PC)以及環(huán)烯烴共聚物(COP)，通常由于較佳的模塑性與較少的吸濕性 而用于手持裝置，但受高光衰減。
[0004] 另外，即便克服現(xiàn)今設(shè)計用于背光提取的材料、技術(shù)和工程困難，但是由于這些聚 合物材料是不透明的，因此對于下一代透明顯示器而言并不理想。顯然，需要具有高透明度 改進背光，所述改進背光也近乎垂直于光導(dǎo)來發(fā)射光，這不但使透明顯示器成為可能，也簡 化了已知的顯示器中的BLU堆棧。所公開的玻璃片材提供這些優(yōu)點，并相較于PC與COP具有 較佳衰減，同時維持良好機械表現(xiàn)屬性，例如低CTE、低至無水份吸收以及較高尺寸穩(wěn)定度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明涉及一種散射基板，包括：具有從約0 · 2mm至約3mm厚度的基板，其中可選 地，所述基板包括小于I OOppm的鐵化合物;位于所述基板內(nèi)的散射特征，其中所述散射特征 包括具有從約5μπι至約100μπι直徑的所述基板的改性區(qū)域，并且當測量所述基板的改性區(qū)域 的邊緣至邊緣時，散射特征以至少約5μπι相隔；以及可選地，其進一步包括以下一或多個:一 或多個表面特征;一或多個聚合物膜;一或多個無機物膜;或者一或多個掩?；蜻^濾器。在 一些實施方式中，所述基板包括玻璃基板或玻璃陶瓷基板，所述玻璃或所述玻璃陶瓷可選 地經(jīng)化學(xué)或熱回火，例如離子交換玻璃基板。在基板為化學(xué)或熱回火玻璃或玻璃陶瓷的情 況中，散射特征可約束在玻璃基板的中央張力區(qū)域中。
[0006] 在一些實施方式中，散射特征具有從約ΙΟμπι至約50μπι的直徑。在某些實施方式中， 當測量基板的改性區(qū)域的邊緣至邊緣時，散射特征以至少約IOym相隔。在一些實施方式中， 散射基板示出如由成像球體/視角儀器測量散射基板測量的從約40°至約60°的峰值視角。 在一些實施方式中，當，散射基板具有如由CIE 1931標準測量的約0.015的X以及約0.02的y 的角度色移。
[0007] 在一些實施方式中，散射特征包括玻璃基板的改性區(qū)域，所述改性區(qū)域包括約Ιμπι 至約IOMi直徑的熔化區(qū)域以及在所述熔化區(qū)域附近的一或多個裂縫。在一些實施方式中， 可選的一或多個表面特征包括微米特征、次微米特征、皮米尺度特征或納米尺度特征。在一 些實施方式中，所述一或多個表面特征在玻璃表面中或在玻璃表面上。此類特征可經(jīng)由玻 璃表面改性或通過涂層玻璃產(chǎn)生。
[0008] 第二方面包括一種電子裝置，所述電子裝置包括任何上述散射基板。在一些實施 方式中，所述裝置包括顯示器。在一些實施方式中，顯示器的對角大于60"。
[0009] 第三方面包括一種制作任何上述散射基板的方法。在一些實施方式中，所述方法 包括:a)提供具有從約0.2mm至約3mm厚度的基板，其中可選地，所述基板包括小于約IOOppm 的鐵化合物；以及b)通過將脈沖激光對焦于基板中來照射基板，以在基板內(nèi)形成一或多個 散射特征;其中i)激光峰值功率必須足以形成一或多個散射特征;ii)當測量玻璃基板的改 性區(qū)域的邊緣至邊緣時，散射特征以至少約ΙΟμπι相隔；以及c)可選地，其進一步包括以下一 或多個：i)一或多個表面特征；ii)一或多個聚合物膜;iii)一或多個無機物膜;或iV)-或 多個掩?；蜻^濾器?；蹇梢园úＡЩ虿Ａ沾桑硗?，可以將玻璃基板或玻璃陶瓷基板 熱或化學(xué)回火。本公開的另外特征和優(yōu)點在以下詳細描述中闡明，并且部分將由本領(lǐng)域的 技術(shù)人員從描述中清楚，或通過實踐如本文所述的包括以下詳細描述、權(quán)利要求書和附圖 的本公開來認識。
[0010] 將權(quán)利要求書以及摘要并入并且構(gòu)成以下闡明的【具體實施方式】的部分。
[0011] 本文所引述的所有公開刊物、文章、專利、公開專利申請等等以，其全文以引用的 方式并入本文中，包括美國專利申請公開案以及和美國臨時專利申請。
[0012] 附圖簡述
[0013]圖1是由于基板整體中的激光誘發(fā)散射特征造成的光提取的示意圖；
[0014]圖2是LCD面板中的像素結(jié)構(gòu)的實例。黑色矩陣面積阻擋高達70%來自背光的光入 射；
[0015] 圖3是特征深度與脈沖能量的比較研究。圖像利用邊緣照明配置中的LED照亮，以 示出光提取。三個區(qū)域使用不同脈沖能量制作。通過對焦于不同深度處在每一區(qū)域中形成 有五個光帶;后表面(頂部）、進入玻璃3/4深度、進入玻璃1/2深度、進入玻璃1/4深度、前表 面(底部）；
[0016] 圖4以圖形來示出霧度(haze)與透射度如何與激光誘發(fā)散射特征的間距有關(guān)；
[0017] 圖5比較以90°的光提取與散射特征位置以及與散射特征間距；
[0018]圖6比較在四個不同散射特征間距(50、60、70及80μπι)的亮度與視角。所有情況中 的峰值強度出現(xiàn)在約55度。由于特征密度以及離邊緣的距離，亮度隨間距而變化；
[0019] 圖7示出作為視角的函數(shù)的紅色、綠色和藍色亮度。在ΙΟμπι X 70μπι特征間距下進行 測量。該圖示出視角在色彩間一致；
[0020] 圖8Α和圖8Β為從含散射中心的玻璃片材提取的光的色彩空間的圖。示出1 Ομπι X 60 μπι間距（圖8Α)以及10μπιΧ70μπι間距（圖8Β)的樣品。視角圖各處的多個隨機點被采樣，以便 在色彩空間色度圖上產(chǎn)生小的范圍。圖表上x's的位置指示出白光提取值；
[0021]圖9是示出玻璃樣品上的光提取圖，其中樣品的一部分包括具有梯度間距的激光 誘發(fā)特征的區(qū)域，并且描繪有特征的區(qū)域上的近乎平坦的提取率；
[0022]圖10是散射特征的光學(xué)顯微鏡圖像。每一特征是由徑向的微"裂縫"包圍的2至3μπι 直徑的特征構(gòu)成；
[0023] 圖11示出如與無特征的對照玻璃相比，具有散射特征(20μπιΧ20μπι以及40μπιΧ40μ m)的玻璃的環(huán)上環(huán)(ring on ring;R0R)強度測試。在2" X 2"玻璃基板上制作每組30個樣 品。測試結(jié)果中的增加的形狀值示出強力單一模式破壞，并且指出強度減少大約50%。
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明可通過參考以下詳細說明、附圖、實例、權(quán)利要求書以及其前述或以下描述 更容易地理解。然而，在公開或描述本申請的組成、制品、裝置和方法前，應(yīng)當理解，除非另 外指明，本發(fā)明不限于所公開的特定組成、制品、裝置和方法，因此當然可有變化。還應(yīng)理 解，本文所用術(shù)語僅為描述特定方面目的，并不作為限制。
[0025] 本公開的以下描述在其現(xiàn)今已知實施方式中提供作為本發(fā)明的可實施的教示。為 此目的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可認識并了解可對本文所述本發(fā)明的各種方面做出許多修改， 同時仍然獲得本發(fā)明的有益結(jié)果。也將顯而易見的是，可通過選擇本發(fā)明的某些特征而不 利用其他特征來獲得本發(fā)明的某些期望益處。據(jù)此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到本發(fā)明的 許多修改與改造是可能的，并且在某些情況中甚至是希望的，并為本公開一部分。因此，提 供以下描述作為本發(fā)明原理的說明，但不作為本發(fā)明的限制。
[0026] 所公開的材料、化合物、組成和組分可用于所公開的方法和組成、可用來與所公開 的方法和組成關(guān)聯(lián)、可用于制備所公開的方法和組成，或者是所公開的方法與組成的實施 方式。這些以及其他材料在本文中公開，并且應(yīng)當理解，當公開這些材料的組合、子集、相互 作用、群組等等、但并未明確地公開各個不同的個體與集體組合的特定參考以及這些化合 物的變化時，各者已具體地考慮并描述于本文。
[0027] 因此，如果公開取代物A、B和C類與取代物D、E和F類，以及公開組合實施方式的實 例A-D，那么就要單獨和共同地考慮上述各者。因此，在這個實例中，組合A-E、A-F、B-D、B-E、 B-F、C-D、C-E和C-F中的各者被特定地考慮，并且應(yīng)從A、B和/或C，D、E和/或F、以及實例組合 A-D的公開內(nèi)容視為已公開的。同樣，也具體地考慮或公開了這些的子集或組合。因此，例 如，A-E、B-F和C-E子群組被具體地考慮，并且應(yīng)從A、B和/或C，D、E和/或F、以及實例組合A-D 的公開內(nèi)容視為已公開的。此概念應(yīng)用至本發(fā)明的所有方面，包括但不限定于組合物的任 何組分以及制造與使用所公開組合物的方法中的步驟。因此，如果存在各種可執(zhí)行的另外 步驟，應(yīng)當理解，這些另外步驟中的各者可以所公開的方法的任何特定實施方式或?qū)嵤┓?式組合執(zhí)行，并且此類組合各者被特定地考慮，并應(yīng)視為已公開的。
[0028] 第一方面包括一種基板，其特征為基板內(nèi)存在的一或多個激光誘發(fā)散射特征?；?板可由在所述條件下接受必需的激光改性的任何材料形成。預(yù)見可做為基板的材料包括玻 璃基板和玻璃陶瓷基板以及聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)以及環(huán) 烯烴共聚物(COP)。在一些情況中，玻璃或玻璃陶瓷的結(jié)構(gòu)與特性(例如高熔點和高硬度)使 其比起用于本文所述工藝的其他材料為較佳基板。
[0029] 一般而言，雖然不欲堅持特定理論，但是散射特征是經(jīng)由多光子吸收工藝而形成 在基板內(nèi)。多光子吸收是發(fā)生在很高激光光強的非線性的現(xiàn)象。由于在本領(lǐng)域中眾所周知， 當光子能量hV低于材料吸收帶隙Ec時，材料是光學(xué)透明的。因此，使材料變得可吸收的條件 可描述為hv>EG。不過，即使在光學(xué)透明條件下，如果光強經(jīng)由較高階的模態(tài)變得夠高，如nh v>E c(n = 2、3、4、···）所述，吸收就可發(fā)生在材料中。這種非線性的現(xiàn)象稱為多光子吸收，并 且在脈沖激光情況中，激光強度與激光峰值功率密度(W/cm 2)有關(guān)（由（每一脈沖激光能 量)/(激光射束點截面積X脈沖寬度)確定）。或者，在連續(xù)波的情況中，激光光強通過激光 電場強度(W/cm 2)確定。如本文所述的包括散射特征的基板可經(jīng)由多光子吸收工藝來形成， 其中將一或多個激光對焦到基板中，以便在基板內(nèi)產(chǎn)生光學(xué)損壞。這種光學(xué)損壞在基板內(nèi) 誘發(fā)扭曲，因而形成散射特征。
[0030] 本文所述可用于形成散射特征的激光包括脈沖激光系統(tǒng)，所述系統(tǒng)提供足夠峰值 功率，以便發(fā)起基板中的多光子工藝。通常，對于本文所述工藝而言，使用脈沖奈秒激光，不 過在一些情況中，皮秒或飛秒激光的使用可證明為有利的。在一些實施方式中，激光脈沖能 量可來自于約〇. IyJ/脈沖至約ImJ/脈沖，或約IyJ/脈沖至約ImJ/脈沖。焦點尺寸通常為從 約~Ιμπι至約ΙΟμπι的直徑以及10~500μηι的長度，但是可根據(jù)需要來修改。光的波長可為從 約300nm至約3000nm的任意值。在一些實施方式中，選擇激光波長，以便避免造成著色點或 特征，或者特定致使基板、特別是玻璃基板的著色。以UV光(通常處于低于350nm波長)在含 特定的化合物(例如鐵化合物）的玻璃內(nèi)形成這種色彩是可能的。在一些情況中，著色可有 益于修改色彩輸出。或者，在目標為優(yōu)化白光輸出的情形下，該目標將可避免在玻璃中誘發(fā) 色彩特征。
[0031] 圖1以圖形來描述具有光散射特征的基板的實例?；灞话l(fā)光二極管(LED)照射在 側(cè)面，由于高入射角，提供的光經(jīng)由完全的內(nèi)反射而主要被傳送通過基板。然而，如圖所示， 當來自LED的光與散射特征相互作用時，光以各種角度散射，并且能夠作為在基板上方示出 的液晶顯示器的背光。
[0032] 散射特征包括以下基板的改性區(qū)：可并入有微裂縫的基板；已熔化并再固化的基 板；已經(jīng)過相變的基板；已經(jīng)過組成改變的基板;具有改變的無定形或結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基板;或 前述基板的組合。在一些實施方式中，散射特征包括被徑向的微裂縫包圍的熔化管狀區(qū)域 (圖1〇)(當觀察基板平面或觀察平行于基板的平面，圖10中的平面XZ或平面YZ時）。散射特 征可描述為具有直徑，其中當由上至下觀察基板時（即，正交于最大維度，圖10中的平面 XY )，該直徑描繪出被激光改性的基板的粗略圓形區(qū)域。散射特征可具有從約5μπι至約150μ m、約ΙΟμπι至約120μηι、約ΙΟμπι至約100μπι或約20μηι至約80μηι的直徑。在散射特征包括被徑向 的微裂縫包圍的熔化管狀區(qū)域的情況中，管狀區(qū)域可具有從約Ιμπι至約20μπι或從約3μπι至約 IOym的直徑，并且散射特征(管狀區(qū)域和微裂縫)可具有從約ΙΟμπι至約120μπι的直徑。在一些 實施方式中，散射特征具有約10、20、30、40、50、60、70、80、90或10(^111的直徑。
[0033]如上指出，散射特征形成工藝可依賴于非線性光學(xué)法，例如通過基板的多光子吸 收。由于基板對激光的第一階模態(tài)是透明的，因此在基板本身中對焦射束并且在基板內(nèi)形 成散射特征是可能的。在可能將散射特征放置在基板的一個或兩個表面上時，一些實施方 式將散射特征并入基板本身中。在激光對焦于基板內(nèi)部的一些實施方式中，可選擇激光能 量、功率、脈沖寬度或峰值功率以使得改性區(qū)域僅僅形成在基板內(nèi)，但是不會到達基板表面 或?qū)灞砻娈a(chǎn)生損壞。在此類實施方式中，由于激光向下穿過中段對焦，當在具有基板的 平面觀察散射特征時，散射特征可以具有管狀或更方形或矩形的截面。當以圖10的XZ或YZ 平面觀察時，受影響的基板面積的長度為從約5μηι至約150μηι、約1 Ομπι至約120μηι、約1 Ομπι至 約100μπι或約20μπι至約80μπι。在一些實施方式中，散射特征具有約10、20、30、40、50、60、70、 80、90或100μπι的直徑。
[0034] 一般而言，基板為具有遠大于第三維度(Z)的兩個維度(例如X及Υ)。此類基板可具 有任何可用值的厚度Ζ。對于許多應(yīng)用，就美學(xué)、減輕重量和成本而言，期望使基板盡可能地 薄。不過，基板越薄，通常就越容易斷裂。因此，強烈需要薄但仍維持足夠強度以避免在使用 期間斷裂的基板。就此而言，玻璃和聚合物可以具有不同結(jié)構(gòu)優(yōu)點，聚合物通常不太可能會 斷裂，但是具有較少結(jié)構(gòu)剛度和強度。在一些實施方式中，基板具有從約3mm至約0.2mm、約 2mm至約0.5mm、約Imm至約0.7mm的厚度。在一些實施方式中，基板具有約0.1、0.2、0.3、0.4、 0 · 5、0 · 6、0 · 7、0 · 8、0 · 9、1、2或 3mm 的厚度。
[0035]在玻璃基板情況中，可使用的玻璃組成一般包括可以本領(lǐng)域已知的方法來形成片 材的任何組成份，已知方法包括浮法、熔融或其他拉制工藝。特定用途玻璃為堿鋁硅酸鹽玻 璃，例如康寧公司的GORaLAGLASS?,或顯示器玻璃，例如康寧公司的EAGLEXG?。
[0036] 由于強度需求，玻璃基板可在經(jīng)歷散射中心并入前化學(xué)或熱回火。如康寧公司的 GORILLAGLAS S ?玻璃可以經(jīng)由本領(lǐng)域已知的離子交換技術(shù)化學(xué)回火(參見例如美國專利 第5，674,790號，其全文以引用方式并入本文）。在使用經(jīng)離子交換的玻璃基板情況中，將散 射特征放入玻璃中心張力區(qū)域中是有利的。在一些實施方式中，散射特征位于玻璃基板的 中心1 /3內(nèi)。在一些實施方式中，散射特征位于玻璃基板的中心1 /5內(nèi)。
[0037] 將散射特并入玻璃基板內(nèi)會使玻璃整體強度下降。在當選擇玻璃類型時以及是否 應(yīng)當針對應(yīng)用考慮回火玻璃中，這個強度減少可為考慮因素。玻璃強度的減少的一個實例 在圖11中示出，該圖示出利用單一破壞模式操作，所測試的非離子交換堿鋁硅酸鹽玻璃基 板具有約50%的強度下降。實驗的進一步細節(jié)描述于以下實例5中。
[0038] 基板內(nèi)散射特征的圖案化可為各種形式，例如陣列、幾何、隨機等等?？赏ㄟ^手動 地或經(jīng)由本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的所有計算機輔助技術(shù)移動激光器或激光射束、基板或 兩者，更有效地形成圖案?；迳仙⑸涮卣魑恢没驁D案化實際上僅受需求限制，即，散射中 心要相隔夠遠以避免實質(zhì)可造成從一個散射特征至另一散射特征的裂縫傳播。在一些實施 方式中，散射特征相隔(散射特征的邊緣至邊緣)從約5μπι至約2_。在一些實施方式中，散射 特征相隔（散射特征的邊緣至邊緣)約5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、100、150、200、 500、1000、2000μπι。表1示出散射中心密度，所得的值可作為特征間距的函數(shù)。
[0039] 表 1
[0041 ]圖2示出LCD色彩陣列的實例。所述陣列包括圖素 (picture element，"A"），圖素包 括紅、綠和藍像素(pixel，"B"）。此外，像素被黑色網(wǎng)格分隔開，黑色網(wǎng)格在傳統(tǒng)背光應(yīng)用中 可阻擋或吸收如70%這么多的入射光。由于各個單獨提取特征發(fā)射的光直接照亮特定RGB 子像素，因此通過將散射特征放置成對準透明RGB子像素，可發(fā)射更多光。這樣精確放置散 射特征通過最小化被邊界區(qū)域阻擋的提取光，增加照明效能，這直接轉(zhuǎn)變?yōu)樵陲@示器中降 低能量消耗和/或電池壽命。
[0042] 相較于從基板提取光的替代方法，通過將散射特征并入基板所形成的散射基板示 出若干優(yōu)點。首先，相較于已知圖案化背光單元(BLU)光導(dǎo)和傳統(tǒng)工藝中的其他蝕刻工藝， 光是在更高角度被提取(下述圖6和圖7)。另外，激光誘發(fā)特征直接在基板中產(chǎn)生，而其他技 術(shù)則涉及將墨水或聚合物層施加至玻璃上，這通常使玻璃包括圖案。據(jù)此，在一些實施方式 中，無需將單獨光提取層材料至施加基板就可生產(chǎn)基板。在基板為玻璃基板情況中，在玻璃 基板中的圖案化保留所有玻璃系統(tǒng)以下屬性：（1)熔融-拉制玻璃表面的低粗糙度；（2)低 H2O吸收；（3)低CTE以及無 CTE失配問題；（4)高尺寸穩(wěn)定性；（5)較高剛度；（6)較高Tg;以及 (7)低厚度變化。
[0043] 另一方面，可將散射基板并入電子裝置(例如平板、智能型手機或者電視機或計算 機的顯示器)作為背光。在此類實施方式中，散射特征可并入有一或多個另外修改，以便改 善其可應(yīng)用性。
[0044] 在一些情況或陣列結(jié)構(gòu)中，光散射特征可在顯示器中產(chǎn)生較亮區(qū)與較暗區(qū)的"劃 線（lining)"或線。為了校正這種劃線，可將散射基板上的一個或兩個表面改性。這些改性 可以包括，例如，一或多個聚合物膜或無機物膜、聚合物掩?；驘o機掩模，或者紋理化、改性 或粗糙化基板表面。在散射基板表面改性情況中，一些實施方式涉及形成具有奈米尺度或 皮米尺度特征的次微米結(jié)構(gòu)的表面。在一些實施方式中，散射基板還進一步包括提供另外 光散射特性的奈米結(jié)構(gòu)表面?？赏ㄟ^本領(lǐng)域的任何已知工藝來形成這些特征，所述已知工 藝包括負或移除工藝（例如蝕刻）以及正或添加工藝（例如涂層）。另外，這些特征可隨機地 放置在表面上或可以組織或排列的方式放置，以對玻璃中的散射特征進行補充。
[0045] 在一些實施方式中，玻璃組成可在散射光的色彩組成方面具有影響。這在不均勻 的色彩散射可根據(jù)與輸入LED的距離來致使輸出光的色彩改變的大型的顯示器中尤其重 要。在色彩組成是關(guān)鍵的實施方式中，可選擇玻璃基板最小化基板中的在近可見光區(qū)域中 吸光的化合物。這樣的化合物包括但不限于鐵化合物、硫化合物、錳化合物、銅化合物、鎳化 合物、鉻化合物等等。
[0046] 當在顯示器應(yīng)用中用作背光時，射入基板的光在被散射出散射基板的面前，可以 行進通過顯著量的材料。在一些情況中，選擇使光吸收最小化的玻璃組成份是有利的。在此 類情況中，具有很低濃度的過渡金屬(例如鐵和鉻）的玻璃基板可以提供優(yōu)越的透射度。在 一些實施方式中，玻璃基板包括低鐵玻璃，并且在一些實施方式中，玻璃包括少于50ppm的 鐵氧化物，或少于20ppm的鐵氧化物，例如FeO以及Fe 2O3。
[0047] 實例
[0048] 實例I -使用355nm的奈秒脈沖Nd: YAG激光器產(chǎn)生本文所述激光誘發(fā)光散射特征。 使用30mm的有效焦距將激光在非離子交換堿鋁硅酸鹽玻璃內(nèi)部對焦成2~3μπι的點尺寸，以 便在玻璃內(nèi)產(chǎn)生散射光的損壞點。當在實驗中使用非離子交換堿鋁硅酸鹽玻璃時，玻璃的 吸收性與此工藝無關(guān)，從而允許將使用允許內(nèi)部對焦的任何玻璃。在焦點處，激光器的每一 脈沖的幾乎所有的功率都被玻璃吸收，以便形成看起來直徑大約2~3μπι的管狀熔化區(qū)域。 在一些實例中，激光強度使得除了形成融化區(qū)域之外，在周圍玻璃結(jié)構(gòu)中形成高應(yīng)力和位 移玻璃區(qū)域。此應(yīng)力可導(dǎo)致在管狀物周圍的所有方向上形成徑向的"微裂縫"（請參考圖10， 其中微裂縫約20μπι)。
[0049] 有趣的是，雖然在被照射到時高度散射，但是散射特征在未被照射時幾乎透明；并 且在未被照射時產(chǎn)生最小量的霧度。這種現(xiàn)象在圖4以及下表2中示出，圖4比較霧度(Υ軸） 與透射度(Y軸)對散射特征間距(X軸）。
[0050] 表 2
[0052]實例2-散射特征以ΙΟμπιΧ100μπι相隔置于基板背表面上、進入玻璃3/4深度、進入 玻璃1/2深度、進入玻璃1/4深度以及前表面上（圖3)，以便示出表面附近對光提取所具有的 效果。以不同脈沖能量(在圖3中由上到下為150mW、200mW和400mW)來制作三個0.7mm散射基 板以及如指出的五個深度(背表面(示出于圖3中的基板的頂部）、525μπι深、350μπι深、175μπι 深、前表面(示出于圖3中的基板的底部））。
[0053]實例3-衰減的測量是通過將光射入玻璃邊緣，然后測量以90°輻射出來的量對離 光射入點的距離。在特征最高密度（1 Ομπι X ΙΟμL?，1，000，000點/cm2)下，所有光以~50mm提 取在玻璃內(nèi)。下一個密度的樣品（20μπιΧ 10μπι，500,000點/cm2)，所有光以~80mm提取在玻 璃內(nèi)。當密度降低時，靠近光入射的玻璃邊緣所提取的光量也會降低，而離玻璃邊緣較遠的 可得光量增加(參見圖5,該圖示出10、20、25、30、40、50、60、70、80、90和10(^111\1(^111密度的 散射特征，繪為光強(W)對離光射入的邊緣位置的距離(mm))?？墒褂眠@樣的提取率來確定 正確密度梯度，所述正確密度梯度為用于單側(cè)面或雙側(cè)面光射入或其他期望的圖案化的均 勻照射所需要的。
[0054]基于衰減數(shù)據(jù)，可配置特征梯度以提取遍及0.7非離子交換堿鋁硅酸鹽玻璃的2" X2"面積的均勻光量。從樣品收集衰減數(shù)據(jù)以示出近乎均勻梯度的光提取。特征密度在光 入射邊緣開始于207,000點/cm2,并且在遠側(cè)邊緣處結(jié)束于73,000點/cm2。從樣品收集衰減 數(shù)據(jù)以示出近乎均勻梯度的光提取(圖9)。如上提及，光提取的梯度可受點密度或激光功率 影響。
[0055] 實例4-使用Radiant ZEMX IS/VA?(成像球體/視角)儀器測量視角與亮度（圖6和 圖7)以及色移（圖8A和圖8B)。成像球體為在半球上具有CCD式亮度計或色度計的涂層、漫 射、低反射半球體，并且面對照明源(例如LED、散射基板等等)附近的球體基部上的凸鏡。該 源照射半球的內(nèi)表面，并且該鏡允許檢測器來觀察實質(zhì)所有2π球面度輸出。
[0056] 使用Radiant ZEMAX IS/VA?儀器，實例散射基板示出約57度的最大視角與0.7Cd/ cm2最大值(7000Nits)(圖6)。個別地進行紅、綠、藍的亮度測量（圖7)。使用CIE三色刺激計 算法手動計算色移，并且使用60μπι及70μπι散射特征間距的三色刺激值以圖形來例示色移 (分別為圖8六和圖88)。(：此19311值的范圍自0.310至0.314，恰好落在工業(yè)指南的0.313+/-0.005內(nèi)。CIE 1931y值的范圍從0.306至0.309，略微低于工業(yè)指南的0.329+/-0.005。不過， 從顯示器發(fā)射出的紅、綠、藍光的實際量通常通過色彩掩模校正。
[0057] 實例5-如示出于特征的0.7mm非離子交換堿鋁硅酸鹽玻璃的環(huán)上環(huán)強度測試，通 過激光特征化工藝沖擊玻璃基板強度（圖11)。形狀值從對照組樣品的1.591增加至20μπιΧ 20μπι相隔的特征的7.118以及4(^11^4(^111相隔的特征的5.061，從而指示單一開裂模式。尺 度值從對照組樣品的188.5減少至20μπι X 20μπι相隔的特征的84.91以及40μπι X 40μπι相隔的 特征的70.16,從而指示出強度下降超過50百分比。盡管這些值看上去指出顯著強度下降， 在顯示裝置的內(nèi)部用作背光單元并容納在機械結(jié)構(gòu)內(nèi)的玻璃相較于覆蓋玻璃可具有減少 強度要求。另外努力(例如回火(tempering))可利用來在形成散射位置后增加樣品強度，因 此這種強度下降可以后處理來改善。
[0058]實例6-低損耗、高度透明的玻璃(例如超低鐵玻璃-例如少于50ppm或少于20ppm的 鐵氧化物)對散射基板應(yīng)用而言是理想的，這是因為其高透射度和較少色移。然而，測量此 玻璃的損失可為一大挑戰(zhàn)，特別是在基板已由激光誘發(fā)特征改性的情況下。在散射基板包 括具有兩個面和至少兩個相反邊緣的片材的情況中，經(jīng)由以下工藝測量損失是可行的：
[0059] 1)采用準直、超寬帶光譜激光源，并將射束分成參考射束和實驗射束。將參考射束 發(fā)送到耦接至光譜儀的積分球，以用作來源頻譜形狀的參考。將實驗射束(仍準直的）發(fā)送 以通過散射基板的薄邊緣，通過基板中的無散射特征存在的地方，并從基板相反邊緣射出。 路徑長度可為整片基板，或者可為該玻璃的"試樣(coupon)"或小部分，例如500mm的玻璃。 所射出的射束耦合到耦接至第二光譜儀第二積分球中；
[0060] 2)根據(jù)從參考射束與實驗射束獲得的波長而變化的強度比率提供玻璃內(nèi)（inglass) 的信號測量 。波長范圍可 以遍及整個激光范圍 ，或者可針對例如450 ~ 800nm 的子區(qū) 域；
[0061] 3)將樣品旋轉(zhuǎn)90度，并且發(fā)送實驗射束行進通過基板的一個面并由第二面射出 (同樣，沒有散射特征存在），然后將這個實驗射束耦合到耦接至第二光譜儀的第二積分球 中。重復(fù)步驟2)以提供貫通玻璃(thru-glass)的信號測量；
[0062] 4)玻璃內(nèi)的信號對貫通玻璃信號的比率提供對因路徑引起的損耗的測量并且補 償該玻璃的反射表面;以及
[0063] 5)損失的dB可由步驟4)中計算出的比率計算，并且可從所述損失來確定透射度。 損失可以dB/米計算(假設(shè)以米進行距離量測），例如，依據(jù)方程式:-10Log(玻璃內(nèi)的信號強 度/貫通玻璃信號強度)/(玻璃內(nèi)的信號傳播距離一貫通玻璃信號傳播距離）。可計算穿過 500mm以百分比表示的透射系數(shù)，例如使用方程式100.10-(dB/米損失)/20。
[0064]當使用上述工藝測量時，低損失玻璃散射基板可具有大于90、92、94或96%的透射 度。
[0065]雖然已參考特定的方面和特征來描述本文中的實施方式，但應(yīng)理解，這些實施方 式僅僅用于例示期望的原理和應(yīng)用。因此，應(yīng)當理解，在不背離隨附權(quán)利要求書的精神和范 圍的情況下，可對所例示的實施方式進行許多修改，并且可設(shè)計出其他配置。
【主權(quán)項】
1. 一種散射基板，包括： a. 基板，具有從約0.2mm至約3mm的厚度，其中可選地，所述基板包括小于lOOppm的含鐵 化合物； b. 散射特征，定位于所述基板內(nèi)，其中： i) 所述散射特征包括具有從約5mi至約100μπι直徑的所述基板的改性區(qū)域；以及 ii) 當測量所述基板的所述改性區(qū)域的邊緣至邊緣時，所述散射特征以至少約5μπι相 隔；以及 c. 可選地，其進一步包括以下一或多個： i) 一或多個表面特征； ii) 一或多個聚合物膜； iii) 一或多個無機物膜;或者 iv) -或多個掩?；蜻^濾器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的散射基板，其特征在于，所述基板包括玻璃基板或玻璃陶瓷基 板。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的散射基板，其特征在于，所述基板包括玻璃基板，并且所述玻 璃基板包括熱或化學(xué)回火玻璃基板。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的散射基板，其特征在于，所述散射特征具有從約 1 Ομπι至約50μηι的直徑。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的散射基板，其特征在于，當測量所述玻璃基板的 所述改性區(qū)域的邊緣至邊緣時，所述散射特征以至少約ΙΟμπι相隔。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的散射基板，其特征在于，所述散射基板示出如由 成像球體和/或視角儀器測量的從約40°至約60°的峰值視角。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的散射基板，其特征在于，所述散射基板具有如以 CIE 1931標準測量的約0.015的X以及約0.02的y的角度色移。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的散射基板，其特征在于，所述散射特征包括所述 基板的改性區(qū)域，所述改性區(qū)域包括約Ιμπι至約lOwii直徑的熔化區(qū)域以及在所述熔化區(qū)域 附近的一或多個裂縫。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的散射基板，其特征在于，所述散射特征包括所述 基板的改性區(qū)域，所述改性區(qū)域包括約Ιμπι至約lOwii直徑的其中所述基板中的空隙已形成 的空隙區(qū)域以及在所述空隙區(qū)域附近的一或多個裂縫。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的散射基板，其特征在于，所述基板包括離子交換 玻璃基板。11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的散射基板，其特征在于，所述一或多個表面特 征為微米、次微米或納米尺度特征。12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的散射基板，其特征在于，所述一或多個表面特 征在所述基板中或在所述基板的表面上。13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的散射基板，其特征在于，所述基板包括小于 50ppm的含鐵化合物。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的散射基板，其特征在于，所述基板包括小于20ppm的鐵氧化 物。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的散射基板，其特征在于，當測量路徑長度為500mm時，所述基 板具有從45〇111]1至80〇111]1大于90%的透射度 。16. -種電子裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的散射基板。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子裝置，其特征在于，所述裝置包括顯示器，所述顯示器 具有從約4:3至約16:9的寬高比。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子裝置，其特征在于，所述顯示器具有55"或更大的對角 長度。19. 一種形成根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的散射基板的方法，包括以下步驟： a) 提供具有從約0.2mm至約3mm厚度的基板，其中可選地，所述基板包括小于lOOppm的 含鐵化合物；以及 b) 通過將脈沖激光對焦于所述基板中來照射所述玻璃基板，以便在所述基板內(nèi)形成一 或多個散射特征;其中 i) 所述激光的峰值功率足以形成所述一或多個散射特征； ii) 當測量所述基板的所述改性區(qū)域的邊緣至邊緣時，所述散射特征以至少約5mm相 隔；以及 c) 可選地，其進一步提供以下一或多個： i) 一或多個表面特征； ii) 一或多個聚合物膜； iii) 一或多個無機物膜;或者 iv) -或多個掩?；蜻^濾器。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述基板包括玻璃基板或玻璃陶瓷基 板。
【文檔編號】G02B5/02GK105940323SQ201580006540
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年1月29日
【發(fā)明人】柯克·理查德·艾倫, 丹尼爾·拉夫·哈維, 瓦蘇德哈·拉維奇安德蘭
【申請人】康寧公司