CN101128617A - 脉冲激光沉积方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用来对便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜进行涂覆的方法，其中，通过激光烧蚀对塑料外壳和/或透镜进行涂覆，其中塑料外壳和/或透镜在从移动靶烧蚀出的材料等离子体扇中移动，以便得到具有尽可能均匀的质量的涂层。本发明还涉及用该方法生产的产品。
Description
发明领域
本发明涉及一种用于激光烧蚀沉积(PLD-脉冲激光沉积)的方法，并且涉及一种目的在于通过烧蚀移动靶以便涂覆移动衬底来产生最优表面质量的产品。
技术状态
激光技术在近年已经有了相当可观的进步，当今能够以可容许的效率生产基于半导体纤维的激光系统例如用于冷烧蚀。这样的用于冷烧蚀的激光器包括皮秒激光器和飞秒(phemto-second)激光器。例如，对于皮秒激光器而言，冷烧蚀范围是指脉冲长度为100皮秒或更小的持续时间。皮秒激光器和飞秒激光器在它们的脉冲持续时间和它们的重复频率两方面都不同。最新的商用皮秒激光器的重复频率在1-4MHz范围中，而飞秒激光器在仅以KHz度量的重复频率工作。在最优情况下，冷烧蚀能烧蚀材料且烧蚀的材料不固有地经受热传递，换句话说，被每个脉冲烧蚀的材料只经受脉冲能量的影响。
除了基于纤维的二极管泵浦半导体激光器，还有竞争性的灯泵浦激光源，在灯泵浦激光源中激光束首先导入纤维再由此到达工作区。根据申请人在本申请的优先权日之前的信息，这些基于纤维的激光器是目前任何工业规模用来提供基于激光烧蚀的产品的唯一装置。
目前的纤维激光器的纤维和由此受限的光束效应给能够烧蚀的材料的选择带来限制。铝可以如此利用合理的脉冲效应被烧蚀，而比较不适于烧蚀的材料例如铜、钨等需要可观地更高的脉冲效应。
第二个现有技术特征包括激光束的扫描宽度。线性扫描已在反射镜薄膜扫描器中广泛使用，通常产生的扫描线宽在30mm-70mm的范围中。
据申请人所知，在本申请的优先权日之前，用于冷烧蚀的已知脉冲激光装置的效率只具有10W的数量级。在这种情况下，皮秒激光器达到约4MHz的脉冲频率。然而，用于冷烧蚀的飞秒激光器达到的脉冲频率只能用KHz来度量，它们的工作速度比例如各类切割用的皮秒激光器的工作速度慢。
冷烧蚀激光器特别是在涂覆应用中的成功使用总是要求通常至少10-6大气压的高真空值。在气相下的材料量越大，由从衬底烧蚀出的材料形成的材料等离子体扇的质量越弱越差。在合适的真空度下，这种材料等离子体扇将具有约30mm-70mm的高度，参见美国专利说明书6,372,103。
发明内容
本发明涉及一种用来对便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜进行涂覆的方法，其中，通过激光烧蚀对塑料外壳和/或透镜进行涂覆，其中塑料外壳和/或透镜在从移动靶烧蚀出的材料等离子体扇中移动，以便产生具有尽可能均匀的质量的表面。
本发明还涉及便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，已经通过激光烧蚀对塑料外壳和/或透镜进行涂覆，其中塑料外壳和/或它的透镜在从移动靶烧蚀出的材料等离子体扇中移动，以便产生具有尽可能均匀的质量的表面。
本发明基于令人惊奇的观察：如果待涂覆的物体(衬底)在从移动靶烧蚀出的材料等离子体扇中移动，便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜能够被以均匀的质量涂覆。通过利用激光烧蚀，本发明使得在这样的本体上沉积DLC涂层、金属涂层和金属氧化物涂层成为可能。
附图说明
图1示出热烧蚀和冷烧蚀对待烧蚀材料的影响。
图2示出根据本发明产生的材料等离子体扇。
图3示出本发明的涂覆方法。本图示出了待涂覆的本体(衬底)相对于材料等离子体扇(17)的运动方向(16)。待涂覆的本体和靶(待烧蚀材料)之间距离是70mm，并且激光束对靶材料本体的入射角度是倾斜的。
图4示出根据本发明已经被涂覆的便携式电子装置的显示屏。
图5示出根据本发明被涂覆的便携式电子装置的外壳解决方案。
发明的详细说明
本发明涉及一种用来对便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜进行涂覆的方法，其中，通过激光烧蚀对塑料外壳和/或透镜进行涂覆，其中塑料外壳和/或透镜在从移动靶烧蚀出的材料等离子体扇中移动，以便产生具有尽可能均匀的质量的表面。
在本文中，电子装置的塑料外壳更广泛地表示用于移动通信、游戏机、定位装置的便携式装置及其它便携式电信装置的外壳。这些装置的塑料透镜表示用于这种装置的任何平面显示屏，例如照相手机中的相机的塑料透镜。
在本发明的特别优选的实施例中，利用脉冲激光器通过激光烧蚀进行涂覆。用于这种激光烧蚀的激光设备优选包括冷烧蚀激光器，例如皮秒激光器。
该设备也可以包括飞秒激光器，然而，皮秒激光器更有利地用于涂覆。
优选在10-6-10-12大气压的真空状态下进行涂覆。
在本发明的优选实施例中，通过使待涂覆的塑料外壳和/或透镜接连经过两个或更多个材料等离子体扇来进行涂覆。这样增大了涂覆速度并产生更适于工业应用的涂覆工艺。待涂覆的结构和靶之间的典型距离是30mm-100mm，优选是35mm-50mm。
在本发明的特别有利的实施例中，在靶和待涂覆的结构之间的距离在整个烧蚀期间维持大致恒定。
特别优选的靶材料包括石墨、烧结碳、金属、金属氧化物和聚硅氧烷。石墨或碳的烧蚀允许生产具有更高sp3/sp2比值的类金刚石碳(DLC)涂层或金刚石涂层。
如果靶材料是金属，该金属优选是铝、钛、铜、锌、铬、锆或锡。
如果希望生产金属氧化物涂层，可以通过直接烧蚀金属氧化物来实现这一点。在本发明第二实施例中，通过在含氧的气氛中烧蚀金属产生金属氧化物涂层。该氧可由普通氧或活性氧组成。在本发明的此实施例中，该气氛由氧和稀有气体组成，该稀有气体优选是氦或氩，最有利是氦。
本发明还涉及便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜(下文中称为本体)，塑料外壳和/或透镜已通过激光烧蚀进行涂覆，其中将塑料外壳和/或透镜在从移动靶烧蚀出的材料等离子体扇中移动，以便产生具有尽可能均匀的质量的表面。
这种本体优选已通过用脉冲激光器进行的激光烧蚀进行涂覆。用于烧蚀的激光设备则优选是冷烧蚀激光器，例如皮秒激光器。
本发明的本体优选在10-6-10-12大气压的真空状态下涂覆。
在本发明的另一个优选实施例中，通过使将待涂覆的塑料外壳和/或透镜接连经过两个或更多个材料等离子体扇来涂覆该本体。待涂覆的结构和靶之间的典型距离是30mm-100mm，优选35mm-50mm。
在本发明的特别有利的实施例中，在靶和待涂覆的结构之间的距离在整个烧蚀期间维持大致恒定的情况下涂覆该本体。几种优选的靶材料包括石墨、烧结碳、金属、金属氧化物和聚硅氧烷。优选的金属包括铝、钛、铜、锌、铬、锆或锡。
也可以通过在已经引入氧的气氛中烧蚀金属来用氧化物层涂覆该本体。这种气氛由氧和稀有气体组成，该稀有气体优选是氦或氩，最有利是氦。
实例
以下描述本发明的方法和产品，但不将本发明限于给出的实例。采用Corelase Oy制造的X-lase 10W皮秒激光器和Corelase Oy制造的X-lase 10W皮秒激光器产生涂层。脉冲能量表示入射到1平方厘米面积上的脉冲能量，该脉冲能量通过光学装置被聚焦到所期望大小的面积上。
实例1：
在此实例中，用(具有烧结碳的)金刚石涂层涂覆聚碳酸酯板。激光设备具有下列性能参数：
功率10W
重复频率4MHz
脉冲能量2.5μJ
脉冲持续时间20ps
在靶和衬底之间的距离35mm
真空度10-7
聚碳酸酯板因此涂覆有DLC涂层，该DLC涂层具有大约为200nm的厚度。
实例2：
在此实例中，用二氧化钛涂层涂覆聚碳酸酯板。激光设备具有下列性能参数：
功率10W
重复频率4MHz
脉冲能量2.5μJ
脉冲持续时间20ps
在靶和衬底之间的距离40mm
真空度10-8
聚碳酸酯板因此涂覆有二氧化钛涂层，该二氧化钛涂层具有大约为100nm的厚度。
Claims (22)
1.一种用来对便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜进行涂覆的方法，其特征在于，通过激光烧蚀对塑料外壳和/或透镜进行涂覆，其中塑料外壳和/或透镜在从移动靶烧蚀出的材料等离子体扇中移动，以便得到具有尽可能均匀的质量的涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用脉冲激光器进行所述激光烧蚀。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用于烧蚀的激光设备是冷烧蚀激光器，例如皮秒激光器。
4.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，在10-6至10-12大气压的真空状态下进行激光烧蚀。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使待涂覆的塑料外壳和/或透镜接连经过两个或更多个材料等离子体扇来进行涂覆。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，待涂覆的结构和所述靶之间的距离在30mm至100mm、优选35mm至50mm的范围中。
7.如权利要求1和6所述的方法，其特征在于，在所述靶和待涂覆的结构之间的距离在整个烧蚀期间维持大致恒定。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，靶材料是石墨、烧结碳、金属、金属氧化物或聚硅氧烷。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述金属是铝、钛、铜、锌、铬、锆或锡。
10.如权利要求1或8所述的方法，其特征在于，通过将氧引入到真空室的气氛中来在待涂覆的结构上形成氧化物涂层。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述气氛由氧和稀有气体组成，该稀有气体优选是氦或氩，最有利是氦。
12.便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，通过激光烧蚀对塑料外壳和/或透镜进行涂覆，其中塑料外壳和/或透镜在从移动靶烧蚀出的材料等离子体扇中移动，以便产生具有尽可能均匀的质量的表面。
13.如权利要求12所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，通过用脉冲激光器进行的激光烧蚀进行涂覆。
14.如权利要求13所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，用于激光烧蚀的激光设备是冷烧蚀激光器，例如皮秒激光器。
15.如权利要求12-14所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，在10-6至10-12大气压的真空状态下进行激光烧蚀。
16.如权利要求12所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，通过使待涂覆的塑料外壳和/或透镜接连经过两个或更多个材料等离子体扇来进行涂覆。
17.如权利要求6所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，待涂覆的结构和所述靶之间的距离是30mm至100mm、优选35mm至50mm。
18.如权利要求12和17所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，在所述靶和待涂覆的结构之间的距离在整个烧蚀期间维持大致恒定。
19.如权利要求12所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，所述靶材料是石墨、烧结碳、金属、金属氧化物或聚硅氧烷。
20.如权利要求9所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，所述金属是铝、钛、铜、锌、铬、锆或锡。
21.如权利要求12或19所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，已经通过将氧引入到真空室的气氛中来在待涂覆的结构上产生金属氧化物涂层。
22.如权利要求10所述的便携式电子装置的塑料外壳和/或透镜，其特征在于，所述气氛由氧和稀有气体组成，该稀有气体优选是氦或氩，最有利是氦。
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