具有蝕刻特征的強化玻璃制品及形成該蝕刻特征的方法
【專利說明】具有蝕刻特征的強化玻璃制品及形成該蝕刻特征的方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2012年4月13日提交的美國臨時申請?zhí)?1/623,722的優(yōu)先權， 其題目為"具有蝕刻特征的強化玻璃制品及形成該蝕刻特征的方法（STRENGTHENED GLASS ARTICLES HAVING ETCHED FEATURES AND METHODS OF FORMING THE SAME), "該文的全部內(nèi) 容通過引用納入本文。
[0003] 背景
[0004] 領域
[0005] 本發(fā)明總體涉及強化玻璃制品，具體來說，涉及具有蝕刻特征的強化玻璃制品，以 及包括這種強化玻璃制品的電子器件和在強化玻璃制品中形成蝕刻特征的方法。 技術背景
[0006] 薄的強化玻璃面板在消費者電子器件中具有各種應用。例如，這種強化玻璃面板 可作為蓋板和/或觸摸屏，用于結(jié)合在移動電話、顯示設備（如電視和計算機顯示器）及其 它各種電子器件中的LCD和LED顯示器。隨著強化玻璃面板的應用持續(xù)擴大，玻璃面板的 幾何復雜度也增加。例如，某些應用可能要求在強化玻璃面板中有蝕刻特征，用于可觸摸差 異化和/或裝飾目的。目前，通過下述在強化玻璃應用中提供這些視覺和功能特征：放置 膜、油漆或其它材料，隨后加工（例如通過計算機數(shù)字控制機床）以提供視覺參比，例如在 觸摸裝置上的壓低或凸出的開/關按鍵表面，其中視覺參比具有一些特殊的紋理使它們易 于通過觸摸或觀看來確定。在其它情況下，通過包裹觸摸顯示器的包封物上來提供這些特 征。但是，可期望直接在強化蓋板制品的表面上提供蝕刻特征。
[0007] 概述
[0008] 本發(fā)明的第一方面是一種制造具有蝕刻特征的強化玻璃制品的方法，所述方法包 括提供具有第一表面和第二表面的非強化的玻璃制品，將激光束聚集到所述非強化玻璃制 品的所述第一表面上，以燒蝕來自所述第一表面的材料。所述激光束的波長對所述非強化 玻璃制品是基本上透明的。所述方法還包括相對于所述非強化玻璃制品，在由所需蝕刻特 征限定的邊界內(nèi)平移所述激光束，其中激光束的平移燒蝕來自第一表面在一深度處的材料 以形成蝕刻特征，和在形成蝕刻特征之后，用化學強化過程化學強化所述非強化玻璃制品。 所述強化玻璃制品包括處于壓縮應力下的、分別從所述強化玻璃制品的第一表面和第二表 面延伸到層深度的第一強化表面層和第二強化表面層，以及處于拉伸應力下的在所述第一 強化表面層和第二強化表面層之間的中央?yún)^(qū)域。所述蝕刻特征的深度小于層深度，從而蝕 刻特征在所述壓縮應力層之內(nèi)。
[0009] 本發(fā)明的第二方面是如上述方面所述的方法，其中在化學強化所述非強化玻璃制 品之前，化學蝕刻所述蝕刻特征以降低所述蝕刻特征的表面的表面粗糙度。
[0010] 本發(fā)明的第三方面是上述任一方面所述的方法，其中操作激光束從而蝕刻特征表 面的表面粗糙度大于蝕刻特征以外的第一表面區(qū)域的表面粗糙度。
[0011] 本發(fā)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強化玻璃制 品第一表面上的約為20微米的聚集光束光斑。
[0012] 本發(fā)明的第五方面是上述任一方面所述的方法，其中激光束是連續(xù)波激光束。
[0013] 本發(fā)明的第六方面是上述任一方面所述的方法，其中激光束是脈沖激光束。
[0014] 本發(fā)明的第七方面是上述第六方面所述的方法，其中脈沖激光束的脈沖寬度大于 10飛秒。
[0015] 本發(fā)明的第八方面是上述第六方面所述的方法，其中脈沖激光束的脈沖寬度為 1-500000 皮秒（picosecond)。
[0016] 本發(fā)明的第九方面是上述第六到第八方面中任一項所述的方法，其中所述脈沖激 光束以小于約IOOMHz的頻率進行脈沖。
[0017] 本發(fā)明的第十方面是上述第六到第九方面中任一項所述的方法，其中脈沖激光束 的平均功率大于非強化玻璃制品的燒蝕閾值。
[0018] 本發(fā)明的第十一方面是上述第六方面所述的方法，其中激光束是脈沖激光束，其 脈沖寬度約為10皮秒，頻率約為100kHz，且平均功率約為I. 8W。
[0019] 本發(fā)明的第十二方面是上述任一方面所述的方法，其中所述脈沖激光束以約為 10-120厘米/秒的掃描速度相對于所述非強化玻璃制品的第一表面平移。
[0020] 本發(fā)明的第十三方面是上述任一方面所述的方法，其中所述非強化玻璃制品包括 非強化堿性鋁硅酸鹽玻璃、非強化鋁硅酸鹽玻璃或非強化鈉鈣玻璃。
[0021] 本發(fā)明的第十四方面是上述任一方面所述的方法，其中非強化玻璃制品的厚度小 于1毫米。
[0022] 本發(fā)明的第十五方面是上述任一方面所述的方法，其中缺陷尺寸范圍在約10-40 微米的之內(nèi)。
[0023] 本發(fā)明的第十六方面是上述任一方面所述的方法，其中所述強化玻璃制品的層深 度大于約5微米，且表面壓縮大于約lOOMPa。
[0024] 本發(fā)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 需的蝕刻特征的邊界內(nèi)平移激光束，從而沿第一方向形成多個第一缺陷線條，以及在所需 的蝕刻特征的邊界內(nèi)平移激光束，從而沿第二方向形成多個第二缺陷線條，其中所述多個 第一缺陷線條和所述多個第二缺陷線條相交。
[0025] 本發(fā)明的第十八方面是第十七方面所述的方法，其中平移激光束還包括沿多個第 一缺陷線條平移激光束，和在一種或更多種其它激光束通道中沿多個后續(xù)的缺陷線條平移 激光束。
[0026] 本發(fā)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蝕刻 特征的邊界內(nèi)形成交叉線缺陷圖案。
[0027] 本發(fā)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 蝕刻特征的邊界內(nèi)以漩渦圖案平移激光束。
[0028] 本發(fā)明的第二十一方面是上述任一方面所述的方法，其中蝕刻特征的壓縮強度基 本上類似于蝕刻特征以外的強化玻璃制品的表面的壓縮強度。
[0029] 本發(fā)明的第二十二方面是上述任一方面所述的方法，所述方法還包括將一種或更 多種薄層材料施涂到所述強化玻璃制品的表面上，從而所述一種或更多種薄層材料設置在 所述蝕刻特征上。
[0030] 本發(fā)明的第二十三方面是如第二十二方面所述的方法，所述一種或更多種薄層包 括全息層、閃光層、無光澤層或其組合。
[0031] 本發(fā)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間隔 距離分離的多個缺陷線條，從而所述多個缺陷線條在所述蝕刻特征的邊界之內(nèi)形成衍射光 柵。
[0032] 本發(fā)明的第二十五方面是一種強化玻璃制品，其包括處于壓縮應力下的、分別從 所述強化玻璃制品的第一表面和第二表面延伸到層深度的第一強化表面層和第二強化表 面層，以及處于拉伸應力下的在所述第一強化表面層和第二強化表面層之間的中央?yún)^(qū)域。 所述強化玻璃制品還包括在第一表面或第二表面之內(nèi)的至少一種蝕刻特征，該蝕刻特征的 深度小于層深度且表面粗糙度大于所述至少一種蝕刻特征以外的第一和第二表面的表面 粗糙度，其中至少一種蝕刻特征通過激光燒蝕形成。
[0033] 本發(fā)明的第二十六方面是如第二十五方面所述的強化玻璃制品，其中強化玻璃制 品包括強化的堿性鋁硅酸鹽玻璃、強化的鋁硅酸鹽玻璃或強化的鈉鈣玻璃。
[0034] 本發(fā)明的第二十七方面是如第二十五或二十六方面所述的強化玻璃制品，其中用 離子交換過程化學強化強化玻璃制品。
[0035] 本發(fā)明的第二十八方面是如第二十五到二十七方面中任一項所述的強化玻璃制 品，其中強化玻璃制品的厚度小于1毫米。
[0036] 本發(fā)明的第二十九方面是如第二十五到二十八方面中任一項所述的強化玻璃制 品，其中缺陷深度在約10-40微米的范圍。
[0037] 本發(fā)明的第三十方面是如第二十五到二十九方面中任一項所述的強化玻璃制品， 其中所述強化玻璃制品的層深度大于約5微米，且表面壓縮大于約lOOMPa。
[0038] 本發(fā)明的第三十一方面是如第二十五到三十方面中任一項所述的強化玻璃制品， 其中強化玻璃制品是堿性鋁硅酸鹽玻璃，其厚度約為〇. 7毫米，層深度至少為10微米，且表 面壓縮大于約750MPa，且缺陷深度小于約40微米。
[0039] 本發(fā)明的第三十二方面是如第二十五到三^^一方面中任一項所述的強化玻璃制 品，其中所述至少一種蝕刻特征由形成交叉線缺陷圖案的多個相交的缺陷線條限定。
[0040] 本發(fā)明的第三十三方面是如第二十五到三十二方面中任一項所述的強化玻璃制 品，其中所述至少一種蝕刻特征由在至少一種蝕刻特征邊界之內(nèi)的一種或更多種漩渦缺陷 線條限定。
[0041] 本發(fā)明的第三十四方面是如第二十五到三十三方面中任一項所述的強化玻璃制 品，其中至少一種蝕刻特征的壓縮強度基本上類似于至少一種蝕刻特征以外的強化玻璃制 品表面的壓縮強度。
[0042] 本發(fā)明的第三十五方面是如第二十五到三十四方面中任一項所述的強化玻璃制 品，其中所述至少一種蝕刻特征包括壁，該壁將所述至少一種蝕刻特征和強化玻璃制品的 周圍表面分離。
[0043] 本發(fā)明的第三十六方面是如第三十五方面所述的強化玻璃制品，其中所述壁是基 本上垂直的。
[0044] 本發(fā)明的第三十七方面是如第二十五到三十六方面中任一項所述的強化玻璃制 品，其中至少一種蝕刻特征的不透明度大于至少一種蝕刻特征以外的強化玻璃制品表面的 不透明度。
[0045] 本發(fā)明的第三十八方面是如第二十五到三十七方面中任一項所述的強化玻璃制 品，其中所述蝕刻特征包括被間隔距離分離的多個缺陷線條，且所述間隔距離是這樣的：所 述多個缺陷線條在所述蝕刻特征的邊界之內(nèi)形成衍射光柵。
[0046] 本發(fā)明的第三十九方面是如第二十五到三十八方面中任一項所述的強化玻璃制 品，還包括設置在所述強化玻璃制品和蝕刻特征表面上的一種或更多種薄層材料。
[0047] 本發(fā)明的第四十方面是一種電子器件，其包括強化的蓋板玻璃，該強化的蓋板玻 璃包括處于壓縮應力下的、分別從所述強化蓋板玻璃的第一表面和第二表面延伸到層深度 的第一強化表面層和第二強化表面層，以及處于拉伸應力下的在所述第一強化表面層和第 二強化表面層之間的中央?yún)^(qū)域。強化的蓋板玻璃還包括通過激光燒蝕在第一表面或第二表 面之內(nèi)形成的至少一種蝕刻特征，該蝕刻特征的缺陷深度小于層深度且表面粗糙度大于所 述至少一種蝕刻特征以外的第一和第二表面的表面粗糙度。
[0048] 本發(fā)明的第四十一方面是如第四十方面所述的電子器件，其中將強化蓋板玻璃構(gòu) 造成觸摸屏，且至少一種蝕刻特征描繪該電子器件的至少一種軟按鍵的輪廓。
[0049] 本發(fā)明的第四十二方面是如第四十一方面所述的電子器件，其中至少一種軟按鍵 是開/關按鈕。
[0050] 本發(fā)明的第四十三方面是如第四十到四十二方面中任一項所述的電子器件，其中 強化蓋板玻璃包括強化的堿性鋁硅酸鹽玻璃、強化的鋁硅酸鹽玻璃或強化的鈉鈣玻璃。
[0051] 本發(fā)明的第四十四方面是如第四十到四十三方面中任一項所述的電子器件，其中 用離子交換過程化學強化強化蓋板玻璃。
[0052] 本發(fā)明的第四十五方面是如第四十到四十四方面中任一項所述的電子器件，其中 強化蓋板玻璃的厚度小于1毫米。
[0053] 本發(fā)明的第四十六方面是如第四十到四十五方面中任一項所述的電子器件，其中 其中缺陷深度在約10-40微米的范圍。
[0054] 本發(fā)明的第四十七方面是如第四十到四十六方面中任一項所述的電子器件，其中 其中所述強化蓋板玻璃的層深度大于約5微米，且表面壓縮大于約lOOMPa。
[0055] 本發(fā)明的第四十八方面是如第四十到四十七方面中任一項所述的電子器件，其中 強化蓋板玻璃是堿性鋁硅酸鹽玻璃，其厚度約為〇. 7毫米，層深度約為