CN104583147A - 具有蚀刻特征的强化玻璃制品及形成该蚀刻特征的方法 - Google Patents

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Abstract

批露了具有激光蚀刻特征的强化玻璃制品，电子器件和在强化玻璃制品中制造蚀刻特征的方法。在一种实施方式中，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。强化玻璃制品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。

Description

具有蚀刻特征的强化玻璃制品及形成该蚀刻特征的方法
相关申请的交叉引用
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 METHODSOF FORMING THE SAME),”该文的全部内容通过引用纳入本文。
背景
领域
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
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。
概述
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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100MHz的频率进行脉冲。
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。
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1.8W。
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。
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。
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。
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。
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100MPa。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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100MPa。
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0.7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。
本发明的第三十二方面是如第二十五到三十一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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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100MPa。
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0.7毫米，层深度约为40微米，且表面压缩大于约750MPa，且缺陷深度小于约40微米。
本发明的第四十九方面是如第四十到四十八方面中任一项所述的电子器件，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。
本发明的第五十方面是如第四十到四十九方面中任一项所述的电子器件，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。
本发明的第五十一方面是如第四十到五十方面中任一项所述的电子器件，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盖板玻璃表面的压缩强度。
本发明的第五十二方面是如第四十到五十一方面中任一项所述的电子器件，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盖板玻璃的周围表面分离。
本发明的第五十三方面是如第五十二方面所述的电子器件，其中所述壁是基本上垂直的。
本发明的第五十四方面是如第四十到五十三方面中任一项所述的电子器件，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盖板玻璃表面的不透明度。
本发明的第五十五方面是一种制造具有蚀刻特征的强化玻璃制品的方法，所述方法包括提供包括第一表面和第二表面的强化玻璃基片，其中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。所述方法还包括将一种或更多种薄层材料沉积到所述强化玻璃基片的所述第一表面和/或第二表面上，将激光束聚集到所述一种或更多种薄层材料上，在由所需蚀刻特征限定的边界之内，相对于强化玻璃基片平移所述激光束，其中平移激光束烧蚀来自所述一种或更多种薄层材料第一表面的在一深度处的材料，以在所述一种或更多种薄层材料之内形成所述蚀刻特征，且所述强化玻璃基片仍然保持不被激光束损坏。
本发明的第五十六方面是如第五十五方面所述的方法，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。
本发明的第五十七方面是如第五十六方面所述的方法，其中在分离之前，在通过母玻璃板限定的多个强化玻璃制品中形成蚀刻特征。
在以下的详细描述中提出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，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介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，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文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
附图简要说明
图1示意性地显示了如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的包括具有蚀刻特征的强化盖板玻璃的示例电子器件；
图2示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的用于在玻璃基片中形成蚀刻特征的示例激光蚀刻系统；
图3示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的非强化玻璃制品，该玻璃制品进行激光微加工处理，将缺陷线条压印成特定图案；
图4示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的非强化玻璃制品，该玻璃制品进行激光微加工处理，将缺陷线条压印成另一种图案；
图5示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的非强化玻璃制品，该玻璃制品进行激光微加工处理，将缺陷线条压印成另外一种图案；
图6示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的脉冲扫描激光束；
图7示意性地显示了如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的脉冲扫描激光束在非强化玻璃制品的表面上随时间产生光束光斑；
图8示意性地显示了如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的包括多个激光脉冲猝发(burst)的脉冲扫描激光束在非强化玻璃制品表面上随时间产生光束光斑；
图9示意性地和图形化地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的激光扫描速度与非强化玻璃制品的表面上的光束光斑的距离之间的关系；
图10示意性地和图形化地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的激光脉冲频率与非强化玻璃制品的表面上的光束光斑的距离之间的关系；
图11示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的具有蚀刻特征的玻璃制品的轮廓；
图12示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的具有蚀刻特征的强化玻璃制品的横截面视图；
图13A示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的具有构造成衍射光栅的蚀刻特征的强化玻璃制品的横截面视图；
图13B示意性地显示了图13A所示的蚀刻特征的局部放大图；
图14示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的具有施涂到表面的一种或更多种薄层的图13所示的强化玻璃制品；
图15示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的强化玻璃制品，该强化玻璃制品包括施涂到强化玻璃基片表面的一种或更多种薄层，其中该一种或更多种薄层中形成蚀刻特征；和
图16示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的强化玻璃制品，该强化玻璃制品包括施涂到强化玻璃基片底部表面的一种或更多种薄层，其中该一种或更多种薄层中形成蚀刻特征。
详细描述
现在详细参考具有激光微加工的蚀刻特征的强化玻璃制品、以及制造这种蚀刻特征的方法、以及包括具有激光微加工的蚀刻特征的强化玻璃制品的电子器件的各种实施方式。本发明的实施方式提供强化玻璃制品，该强化玻璃制品的表面被改性从而包括激光微加工的形状，标语和用于装饰、可触摸和其它功能目的的其它轮廓，以及提供用于制造所述强化玻璃制品的方法。蚀刻特征可提供可触摸的差异，其可指示模拟按键(即，软的按键)的位置，例如开/关按钮或“主页”按钮，作为非限制性例子。强化玻璃制品的表面中的蚀刻特征可具有类似于该强化玻璃制品的未接触的表面的压缩应力耐性。
现在参考图1，其中示意性地显示如本文所述和所示的一种或更多种实施方式的示例电子器件105，该电子器件105包括具有通过激光烧蚀微加工形成的蚀刻特征112的强化玻璃制品110。可由母玻璃板形成强化玻璃制品110可构造成电子器件中的强化盖板玻璃。如本文所述的强化玻璃制品110还可构造成需要蚀刻特征的任意玻璃组件(例如在如冰箱、电视等电器上的玻璃表面)。这样，具有蚀刻特征112的强化玻璃制品110不限于用作电子器件中的强化的盖板玻璃。强化玻璃制品110可为基本上平坦的玻璃制品，或者例如构造成弯曲或成形的玻璃制品。
蚀刻特征112可具有任意随意设计的形状、标语、轮廓等，来提供装饰、可触摸和其它功能。例如，蚀刻特征112可部分地延伸进入强化玻璃制品110的表面，且其表面粗糙度提供在蚀刻特征112和强化玻璃制品110的其余表面之间的可触摸差异。可以均方根例如(RRMS)测量表面粗糙度。关于电子器件105或其它组件的各种按钮，一种或更多种蚀刻特征112可为用户提供可触摸的反馈。作为非限制性例子，图1所示的强化玻璃制品110可具有为电子器件105提供触摸屏功能的一种或更多种触摸层，且蚀刻特征112和提供用于“主页”按钮、“开/关”按钮等的触摸屏区域相结合。例如，可通过将激光蚀刻特征112设置在可切换电子器件开或关的电容传感器上，来实现将玻璃表面上的蚀刻特征112的时间和可触摸信号和打开或关闭电子器件105的功能相结合。玻璃总体上和在那个特定位置的高耐刮擦性和耐损坏性对于这类功能而言是重要的，且具有下述额外益处：“模拟”按钮更不容易因为反复的继续激活而失效。一种或更多种蚀刻特征112的表面粗糙度可不同于(例如大于)强化玻璃制品110的其余表面，从而用户可只使用他/她的触摸感觉来定位特定一个或多个按钮。如上所述，蚀刻特征112还可改变强化玻璃制品110的不透明度，从而它对人眼是可见的。因此，除了功能目的外，可将任意形状的蚀刻特征用于装饰目的。
示例蚀刻特征112显示了由3个激光蚀刻区域113a-113c限定的圆圈之内的倒“Y”形状114。没有通过施加激光束来蚀刻强化玻璃制品的3个蚀刻的激光蚀刻区域113a-113c以外的表面。如上所述，示例蚀刻特征112可用作触摸按钮。倒“Y”形状和3个激光蚀刻区域113a-113c可为强化玻璃制品110的用户提供不同的感觉。应理解，本文所述的强化玻璃制品和电子器件的实施方式不限于图1所示的示例蚀刻特征112。
如下文所更加详细描述，可首先在非强化玻璃基片(例如玻璃基片板或较小的预分离的玻璃基片制品)中形成一种或更多种蚀刻特征112，然后通过例如化学强化或热学钢化的强化方法来强化。化学强化的玻璃例如通过离子交换过程强化的那些，因为它们优异的强度和耐损坏性，广泛应用于触摸面板、便携式显示器和其它应用中。当强化玻璃制品作为表面暴露于高水平接触的器件的盖板玻璃时，这些强度性质是重要的。化学强化玻璃制品的耐损坏性是通过离子交换在玻璃基片上形成的表面压缩层151a,151b的结果(见图12，下文将详细讨论)。表面压缩被玻璃基片内部的处于张力下的拉伸区152所平衡。在化学强化的玻璃制品(例如康宁有限公司(Corning Incorporated)制造的大猩猩()玻璃)中，容易取得大于750MPa的表面压缩和大于40微米的压缩层深度(DOL)。例如钠钙玻璃的其它玻璃也可化学强化，通常其表面压缩小于500MPa且DOL小于15微米。
在一个实施方式中，所述强化玻璃制品由碱性铝硅酸盐玻璃制成，其包括：约64摩尔％-约68摩尔％SiO2；约12摩尔％-约16摩尔％Na2O；约8摩尔％-约12摩尔％Al2O3；0摩尔％-约3摩尔％B2O3；约2摩尔％-约5摩尔％K2O；约4摩尔％-约6摩尔％MgO；和0摩尔％-约5摩尔％CaO；其中:66摩尔％≤SiO2+B2O3+CaO≤69摩尔％；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10摩尔％；5摩尔％≤MgO+CaO+SrO≤8摩尔％；(Na2O+B2O3)-Al2O3≥2摩尔％；2摩尔％≤Na2O-Al2O3≤6摩尔％；和4摩尔％≤(Na2O+K2O)-Al2O3≤10摩尔％。
在另一个实施方式中，所述强化玻璃制品由碱性铝硅酸盐玻璃制成，其包括：约60摩尔％-约70摩尔％SiO2；约6摩尔％-约14摩尔％Al2O3；0摩尔％-约15摩尔％B2O3；0摩尔％-约15摩尔％Li2O；0摩尔％-约20摩尔％Na2O；0摩尔％-约10摩尔％K2O；0摩尔％-约8摩尔％MgO；0摩尔％-约10摩尔％CaO；0摩尔％-约5摩尔％ZrO2；0摩尔％-约1摩尔％SnO2；0摩尔％-约1摩尔％CeO2；小于约50ppm As2O3；和小于约50ppm Sb2O3；其中12摩尔％≤Li2O+Na2O+K2O≤20摩尔％和0摩尔％≤MgO+CaO≤10摩尔％。
在另一个实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含SiO2和Na2O，其中所述玻璃具有粘度为35千泊(kpoise)时的温度T35kp，锆石分解形成ZrO2和SiO2的温度T分解高于T35kp。在一些实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含：约61摩尔％-约75摩尔％SiO2；约7摩尔％-约15摩尔％Al2O3；0摩尔％-约12摩尔％B2O3；约9摩尔％-约21摩尔％Na2O；0摩尔％-约4摩尔％K2O；0摩尔％-约7摩尔％MgO；和0摩尔％-约3摩尔％CaO。
在另一个实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含至少50摩尔％的SiO2以及至少一种选自碱金属氧化物和碱土金属氧化的改性剂，其中[(Al2O3(摩尔％)+B2O3(摩尔％))/(∑碱金属改性剂(摩尔％))]>1。在一些实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含：50摩尔％-约72摩尔％SiO2；约9摩尔％-约17摩尔％Al2O3；约2摩尔％-约12摩尔％B2O3；约8摩尔％-约16摩尔％Na2O；和0摩尔％-约4摩尔％K2O。
在另一实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5以及至少一种碱金属氧化物(R2O)，其中0.75≤[(P2O5(摩尔％)+R2O(摩尔％))/M2O3(摩尔％)]≤1.2，其中M2O3＝Al2O3+B2O3。在一些实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含：约40摩尔％-约70摩尔％SiO2；0摩尔％-约28摩尔％B2O3；0摩尔％-约28摩尔％Al2O3；约1摩尔％-约14摩尔％P2O5；和约12摩尔％-约16摩尔％R2O；以及在一些实施方式中，约40-约64摩尔％SiO2；0摩尔％-约8摩尔％B2O3；约16摩尔％-约28摩尔％Al2O3；约2摩尔％-约12％P2O5；和约12摩尔％-约16摩尔％R2O。
还在其他实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含至少约4摩尔％的P2O5，其中(M2O3(摩尔％)/RxO(摩尔％))<1，其中M2O3＝Al2O3+B2O3，并且其中，RxO是碱性铝硅酸盐玻璃中存在的单价和二价阳离子氧化物的总和。在一些实施方式中，单价和二价阳离子氧化物选自下组：Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO。在一些实施方式中，玻璃包含0摩尔％的B2O3。
还在另一实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含至少约50摩尔％的SiO2以及至少约11摩尔％的Na2O，并且压缩应力是至少约900MPa。在一些实施方式中，玻璃还包含Al2O3，以及B2O3、K2O、MgO和ZnO中的至少一种，其中-340+27.1·Al2O3–28.7·B2O3+15.6·Na2O–61.4·K2O+8.1·(MgO+ZnO)≥0摩尔％。在一个特定实施方式中，所述玻璃包含：约7摩尔％-约26摩尔％Al2O3；0摩尔％-约9摩尔％B2O3；约11摩尔％-约25摩尔％Na2O；0摩尔％-约2.5摩尔％K2O；0摩尔％-约8.5摩尔％MgO；和0摩尔％-约1.5摩尔％CaO。
在一些实施方式中，上文所述的碱性铝硅酸盐玻璃基本不含(即含有0摩尔％)的锂、硼、钡、锶、铋、锑和砷中的至少一种。
在一些实施方式中，上文所述的碱性铝硅酸盐玻璃可以通过本领域已知的工艺下拉，所述工艺是例如狭缝拉制法、熔合拉制法、再拉制法等，所述碱性铝硅酸盐玻璃的液相线粘度至少为130千泊。
还可使用本文所述的实施方式激光加工其它材料，例如铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃和玻璃陶瓷。
制造强化玻璃制品110的玻璃基片的厚度，取决于待实施的强化玻璃制品110的特定应用。作为示例但不是限制，玻璃基片的厚度范围可约为0.3-1.5毫米。还可使用其它厚度。此外，取决于应用玻璃制品可具有各种尺寸。
通常，可通过使用激光束来激光烧蚀非强化玻璃制品或玻璃基片板来制造蚀刻特征112，从而蚀刻特征112具有所需的纹理、视觉特征和深度。激光束可以是超短脉冲激光束或连续波(CW)激光束，其在所需的蚀刻特征的边界内形成缺陷。在超短脉冲激光束的情况下，短激光脉冲和玻璃材料之间相互作用的非热烧蚀性质得到具有更少缺陷和更小应力的加工的表面。然后，可通过强化过程强化蚀刻的玻璃制品，如下所述。
现在参考图2，示意性地显示了示例激光蚀刻系统100。应理解，本文所述的实施方式不限于图2所示的示例激光蚀刻系统100，且实施方式可包括比所示的那些更多、更少和/或不同的组件。通常，所述的激光蚀刻系统100包括激光器130、激光束调节光学器件132和扫描装置134。激光器130可构造成发射具有波长和强度的激光束120，从而在聚焦或用激光束调节光学器件132和扫描装置134以其它方式调节之后，在非线性区域操作其中扫描激光束122诱导非线性光学吸收，从而吸附激光并在扫描激光束122和加工的非强化玻璃制品108的玻璃材料之间存在能量转移。在一些实施方式中，非强化玻璃制品108可以是平坦的、弯曲的或有其它形状的。实施方式不限于非强化玻璃制品的任意特定形状。激光束120可具有能相对于玻璃材料产生非线性光学吸收的任意波长。在一种实施方式中，激光束120的波长范围可约为350-1070纳米。作为非限制性例子，可操作激光器130来发射波长约为355nm、532nm、和/或1064的激光束120。还可在高于非强化玻璃制品108的烧蚀阈值的平均功率下操作激光器130。在一种实施方式中，传输到非强化玻璃制品108的扫描激光束122的平均功率大于约1.5W。在另一种实施方式中，传输到非强化玻璃制品108的扫描激光束122的平均功率大于约8W。激光束120可为脉冲激光束或CW激光束，取决于特定的应用。
激光束调节光学器件132可构造成一种或更多种光学组件，该光学组件聚焦和/或校准(collimate)激光束120，准备用于通过扫描装置134扫描。在一种实施方式中，激光束调节光学器件132包括用于校准激光束120的一种或更多种校准透镜，用于动态调节激光束120的焦距的一种或更多种动态聚焦透镜，或其组合。在激光束调节光学器件132中还可包括其它光学组件(例如，束放大器)。
扫描装置134构造成激光扫描仪，其可沿着x轴和y轴扫描激光束120，从而扫描激光束122根据所需的一种或更多种蚀刻特征的形状，烧蚀非强化玻璃制品108的表面109。以这种方式，扫描激光束122穿过非强化玻璃制品108的表面109平移(translate)。扫描装置134可构造成一对单独驱动的检流计扫描镜面。作为示例但不是限制，扫描装置134可以是模型激光器扫描头，由斯坎拉贝公司(SCANLAB AB)出售。扫描装置134还可包括聚焦透镜136例如f-θ透镜，来沿z轴控制扫描激光束122的束腰的位置。应理解，相对于非强化玻璃制品108平移激光束122还包括平移非强化玻璃制品108而保持激光束122静止。或者，激光束122和非强化玻璃制品108可同时移动，来相对于非强化玻璃制品108平移激光束122。
尽管图2中只显示了单一激光束122，应理解可使用多个激光束122入射一种或更多种非强化玻璃制品108，从而同时烧蚀一种或更多种蚀刻特征112。例如，可提供多个激光器130和/或可使用分束器来将激光束120分裂成多个激光束122，导向一种或更多种非强化玻璃制品108。作为示例但不是限制，可使用多个同步激光束122来增加通量。
扫描激光束122的扫描速度S可基于包括但不限于下述的因素来选择：所需的蚀刻特征112的表面粗糙度、所需的零件制造通量、激光束的频率、扫描激光束122是脉冲激光束或CW激光束、激光脉冲的频率和激光脉冲的强度。各种扫描速度和扫描速度考虑如下文所详细描述。
可通过计算装置139来控制激光器130、激光束调节光学器件132和扫描装置134中的一种或更多种，该计算装置139可构造成运行控制软件的通用计算机，构造成控制激光蚀刻系统100的组件的特殊应用软件，或其组合。此外，控制激光器130、激光束调节光学器件132和扫描装置134中的一种或更多种可接受来自电源138例如电气栅格、发电机或电池电源的电功率。激光蚀刻工艺可构造成激光蚀刻母玻璃板的多个玻璃制品(即，在从母玻璃分离玻璃制品之前)，或者单独激光蚀刻玻璃制品(即玻璃制品之前已经从母玻璃分离)。
现在参考图3，激光器130可构造成超短脉冲激光器，其能发射包括一系列激光脉冲的激光束120。激光脉冲的持续时间范围可为10飞秒最高达CW。脉冲激光束122(即，包括一系列激光脉冲的扫描激光束122)形成一系列的光束光斑124，其通过非线性光学吸收在非强化玻璃制品108的表面内形成激光改性的区域或缺陷。光束光斑124的直径可约为20微米，例如。但是，在实施方式中，可使用大于或小于20微米的直径。图3显示了包括多个由非线性光学吸收激光烧蚀形成的激光改性的区域的多个水平缺陷线条115，以及之前的光束光斑124’和现在的光束光斑124。当使用例如“水平”和“垂直”这样的术语时，无意于限定方向，只是作为示例。现在的光束光斑124通过脉冲重叠PO距离和之前的光束光斑124’重叠。脉冲重叠PO的尺寸可取决于光束光斑的直径、扫描速度S和扫描激光束122的脉冲频率f。在实施方式中，脉冲频率f的范围是10kHz-500kHz。在一些实施方式中，脉冲频率f小于约100MHz。但是，取决于应用，可使用更大或更小的频率。
由光束光斑124形成激光改性的区域的质量可由下述决定：扫描激光束122和玻璃材料的能量转移怎样，以及材料怎样响应由扫描激光束122提供能量。扫描激光束122的波长和材料吸收光谱可测定将发生多数线性吸收，且激光强度和玻璃材料可主宰激光和玻璃材料的相互作用中是否存在任何非线性光学现象。取决于激光-玻璃的相互作用持续多长时间，和材料释放从扫描激光束122转移的能量有多快，存在或多或少的热负载或耗散。例如，如果扫描激光束122具有高度吸收的波长且以CW模式操作来烧蚀非强化玻璃制品108的表面，将产生大量的热量并形成受加热影响的区域，其中应力开始聚集和可形成缺陷和裂纹。但是，如果使用脉冲扫描激光束122来执行相同的操作(例如，如图3所示)，可通过例如激光脉冲宽度、重复速率(即，频率f)和平均功率调节能量的“剂量”，来更好的控制从脉冲扫描激光束122到玻璃材料的能量转移。虽然在有些应用中以CW模式操作激光器130可制备理想的蚀刻特征，但是通常扫描激光束122的脉冲宽度越长，一种或更多种蚀刻特征112的质量越低。
可对扫描装置134进行编程，来在扫描线上穿过非强化玻璃制品108扫描所述扫描的激光束122，以形成多个水平缺陷线条115。在图3所示的实施方式中，水平缺陷线条115通过水平间隔距离dsh分离。水平间隔距离dsh将影响连续的激光脉冲之间的脉冲重叠PO的量。在一些实施方式中，可控制扫描装置134来穿过多个水平缺陷线条115多次扫描所述扫描的激光束122。应注意，图3所示的缺陷线条(和图4所示的垂直缺陷线条116)只通过虚线示意性地表示压印在非强化玻璃制品108表面上的缺陷，不代表实际的改性区域或缺陷。
现在参考图4，示意性地显示了一种实施方式，其中构建了多个水平缺陷线条115和多个垂直缺陷线条116以在蚀刻特征112’中形成交叉线缺陷图案。例如，可通过连续水平扫描扫描激光束122来产生多个水平缺陷线条115，通过连续垂直扫描扫描激光束122来形成多个垂直缺陷线条116。多个水平缺陷线条115通过水平间隔距离dsh分离，多个垂直缺陷线条通过垂直间隔距离dsv分离。水平间隔距离dsh分离和垂直间隔距离dsv的值将分别影响水平和垂直扫描时的脉冲重叠PO。
还可产生其它缺陷线条，例如基于笛卡儿坐标、极坐标或曲线坐标的两维图案(例如，穿过非强化玻璃制品108的表面109的x方向和y方向)和三维图案(例如，穿过非强化玻璃制品108的表面109的x方向和y方向，以及进入非强化玻璃制品的不同深度)。例如，可在所需一种或更多种蚀刻特征112的周界之内形成任意的缺陷线条(即，无规缺陷图案)。图5显示了具有圆形或漩涡形缺陷线条117图案的蚀刻特征112”。扫描图案、缺陷尺寸(例如有激光烧蚀形成的改性的区域的宽度和长度)、改性区域或缺陷的深度、脉冲重叠PO的量、重复扫描的数目、扫描线条之间的距离和其它参数可影响一种或更多种蚀刻特征112的美学和可触摸性质。还可提供各种缺陷图案，其中穿过蚀刻特征112的缺陷线条之间的间隔和/或缺陷线条的方向不同。可提供任意缺陷线条图案。
图6-10显示了扫描激光束的扫描速度S、激光脉冲重复速率(即，频率f)和非强化玻璃制品上的光束光斑之间的距离d之间的关系。对于连续光束光斑之间的脉冲重叠PO，可提供或不提供光束光斑之间的距离d。首先参考图6，显示了包括一系列激光脉冲123的脉冲扫描激光束122。一系列激光脉冲123的各单个脉冲具有脉冲宽度pw，且单个脉冲以频率f发生从而一系列的激光在由1/f定义的周期τ内脉冲。在一些实施方式中，脉冲宽度pw可短达10飞秒。使用现有的和商带开发的激光器，脉冲宽度pw还可尽量的短(例如短达1阿托秒(attosecond))。
图7显示了当在x轴方向以扫描速度S扫描扫描激光束122时，在非强化玻璃制品表面上入射的多个光束光斑124a-124n。应理解，通过在y轴方向扫描所述扫描的激光束122可形成类似的光束光斑。激光脉冲系列123a显示了在一时间点处的一系列激光脉冲123，从而单个脉冲125a在非强化玻璃制品的表面上入射，并在其上形成光束光斑124a。激光脉冲系列123b显示了在下一时间点处的一系列激光脉冲123，此时下一连续的单个激光脉冲125b在非强化玻璃制品的表面上入射并形成下一光束光斑124b，该光束光斑124b以距离d和之前的光束光斑124a分离。类似地，激光脉冲系列123c显示跟随激光脉冲系列123b，以通过单个激光脉冲125c来形成光束光斑124c。因此，一系列激光脉冲123的扫描速度S和频率f影响连续的光束光斑之间的距离d，并因此影响非强化玻璃制品的表面内的改性区域。如下文参考图9和10所述，激光脉冲123的频率对两光束光斑之间的距离(并因此影响缺陷或改性区域之间的距离)的影响大于改变扫描激光束122的扫描速度S对它的影响。
现在参考图8，在另一种实施方式中，通过包括由两种或更多种周期为τ快速激光脉冲组成的多个激光脉冲猝发125a′-125c′的一系列激光脉冲123a′-123c′来形成光束光斑。激光脉冲猝发的周期为τ1。例如，由3个激光脉冲组成的激光脉冲猝发125a’形成光束光斑124a’。类似地，激光脉冲猝发125b’形成光束光斑124b’和激光脉冲猝发125c’形成光束光斑124c’。与改变扫描激光束122的扫描速度S相比，改变激光猝发速率(即频率)对光束光斑之间的间隔有更大的影响。
图9和10分别显示了扫描速度S和光束光斑之间距离之间的关系，以及激光脉冲频率f和光束光斑之间距离之间的关系。由激光脉冲构建的改性区域的间隔可影响在强化过程之后的强化玻璃制品110内的蚀刻特征112的纹理(例如，表面粗糙度、不透明度等)。图9显示了以恒定频率f(200kHz)和慢速扫描速度Ss沿x轴穿过非强化玻璃制品扫描的第一系列激光脉冲126，和以与第一系列激光脉冲126相同的恒定频率f和快速扫描速度Sf发生的第二系列激光脉冲127。慢速扫描速度Ss产生连续光束光斑之间的距离dS，快速扫描速度Sf产生连续光束光斑之间的距离dF，其小于距离dS，从而光束光斑相互重叠。因此，增加扫描激光束的扫描速度减小由光束光斑构建的改性区域之间的距离。
图9还提供了图表140，其将连续光束光斑之间的距离d(微米)相对于扫描速度S(毫米/秒)的变化作图。在扫描速度S和连续光束光斑之间的距离d之间存在线性关系。
现在参考图10，激光脉冲的频率f和连续光束光斑之间的距离d之间的关系是非线性的。图10显示了以恒定扫描速度S(200毫米/秒)和低频率fL穿过非强化玻璃制品的表面扫描的第一系列激光脉冲128，和以与第一系列激光脉冲128相同的恒定扫描速度S穿过非强化玻璃制品的表面扫描但具有高频率fH的第二系列激光脉冲129。高频率fH产生连续光束光斑之间的距离dH，其小于距离dL，从而光束光斑相互重叠。因此，增加激光脉冲的频率减小由光束光斑构建的改性区域之间的距离。图10还提供了图表141，显示了频率f和连续光束光斑之间的距离d之间的非线性关系。
可操控如上所述的各种参数例如扫描速度、激光脉冲频率、脉冲宽度、平均激光功率、通道数目、交叉线图案等，来取得所需的蚀刻特征深度和表面粗糙度。这些参数的实际值可取决于加工的材料。图11显示了康宁大猩猩()玻璃的激光加工的表面，其中蚀刻特征112的蚀刻深度约为5微米。蚀刻特征112的周界壁119是基本上垂直的。周界壁119将蚀刻特征112和周围的玻璃基片表面分开。周界壁119的角度可影响蚀刻特征112的可触摸感觉，以及蚀刻特征112的耐冲击损坏性，因为它可变成应力集中点。图11还显示了蚀刻特征112具有特定的表面粗糙度。可通过操控如上所述的参数，来改变表面粗糙度。
在通过如上所述的激光加工过程形成蚀刻特征112之后，可对非强化玻璃制品108进行化学强化过程。在一种实施方式中，通过离子交换过程化学强化非强化玻璃制品，其中玻璃中较小的金属离子被相同价态的更大的金属离子置换或交换，该更大的离子在接近玻璃的外表面的玻璃层之中。用更大的离子置换更小的离子在玻璃制品或板的表面内形成延伸到层深度(DOL)的压缩应力。
在一个实施方式中，金属离子是一价碱金属离子(例如Na+、K+、Rb+等)，离子交换通过将玻璃制品108沉浸在盐浴中实现，所述盐浴包含用来置换玻璃中的较小金属离子的较大金属离子的至少一种熔融盐(例如KNO3、K2SO4、KCl等)。或者，可用其它一价阳离子例如Ag+,Tl+,Cu+等来交换玻璃材料中的碱金属离子。用来强化玻璃制品的一种或更多种离子交换过程可包括，但不限于：将玻璃浸没在单一浴中，或者将玻璃浸没在具有相同或不同组成的多个浴中，在浸没之间有洗涤和/或退化步骤。
图12显示了具有蚀刻特征112的强化玻璃制品150的横截面视图。化学强化过程产生处于压缩应力下的第一和第二强化层151a,151b，然后分别从强化玻璃制品150的第一和第二表面延伸。第一和第二强化层151a,151b延伸到DOL。第一和第二强化层151a,151b的压缩应力通过处于张力下的中央区域152的张力来平衡。取决于玻璃材料的组成和强化过程，DOL可大于5微米且第一和第二强化层151a,151b的表面压缩可大于100MPa。在康宁有限公司(Corning Incorporated)制造的大猩猩()玻璃中，容易取得大于750MPa的表面压缩和大于40微米的DOL。在一些实施方式中，随后可对蚀刻特征进行化学蚀刻以钝化在激光微加工中形成的缺陷(例如，火焰过程)，从而进一步使加工区域对总体强度的影响均匀。
当对非强化玻璃制品108进行化学强化时，限定蚀刻特征112的激光加工的区域和没有机械加工的表面(即，未接触的表面)被同时强化。为了保存强化玻璃制品150的压缩强度，特别是在蚀刻特征112的区域中的，可期望确保蚀刻特征112的蚀刻特征深度de小于强化玻璃制品150的层深度。但是，还设想了实施方式其中蚀刻特征深度de大于层深度，特别是在具有浅的层深度的实施方式中。在大猩猩()玻璃的情况下，因为第一和第二强化层151a,151b的DOL更深，大多数的蚀刻特征112的缺陷或改性区域将被高压缩应力冻结，由此得到高强度玻璃制品。
可期望操控化学强化过程来防止玻璃制品因蚀刻特征中的弱点而破裂，该弱点是由玻璃制品的蚀刻特征区域和非蚀刻表面之间的表面粗糙度和瑕疵数量不同而引起的。可减小化学强化过程初始阶段中引入蚀刻特征区域的应力的量，来防止形成中等裂纹。有多种方式来减小化学强化早期阶段的应力，它们全部可单独进行或相互结合进行。浴中更大离子(例如K)的量可允许首先降低应力，还可允许在整个化学强化过程中保持低应力，还使得玻璃制品能取得它的所需的强化层。此外，可通过预热浴随后将玻璃制品缓慢冷却来调节化学强化过程中的热循环，以减轻热影响。
还可使用化学蚀刻来圆化蚀刻特征的缺陷，从而当蚀刻特征处于化学强化浴中的高应力环境下时，玻璃制品不会形成中等裂纹和破裂，而是重新分布应力足以允许玻璃制品在化学强化的初始的几分钟内保存完整。此外，还可使用化学蚀刻来稍稍粗糙化玻璃制品的无蚀刻特征的表面，从而减小蚀刻特征和玻璃制品的其余表面之间的表面粗糙度差异。
在一些实施方式中，可首先在激光微加工蚀刻特征之前，强化非强化玻璃制品。因此，可用激光直接进入强化的表面层来微加工蚀刻特征。
在一些实施方式中，蚀刻特征深度de和缺陷线条(例如水平缺陷线条115和/或垂直缺陷线条116)之间的间隔距离(例如水平间隔距离dsh和/或垂直间隔距离dsv)可以是这样的：蚀刻特征112的缺陷线条形成衍射光栅效果。现在参考图13A和13B，示意性地显示了示例蚀刻特征112。图13B是图13A所示的蚀刻特征的局部放大图。所示蚀刻特征112包括如上所述通过激光加工的多个水平缺陷线条115(还见图3)。水平缺陷线条115具有用相邻的水平缺陷线条115之间的水平间隔距离dsh限定的线条间隔。线条间隔是这样的：水平缺陷线条115限定具有倾斜面118的衍射光栅，将入射光I分裂和衍射成多束光束(例如衍射光束D1或衍射光束D2)和反射光R，这可对蚀刻特征112的存在和位置为用户提供额外的视觉指示。线条间隔可以是这样的：取得所需的衍射光栅效果。衍射光栅效果可以是透射的或反射的。作为示例但不是限制，线条间隔可由水平间隔距离dsh(或垂直间隔距离dsv，或其它构造的缺陷线条之间的其它间隔距离)限定，通常在1-3微米的量级。在所示实施方式中，当从横截面观看时，水平缺陷线条构造成三角形凹槽。但是，应理解实施方式不限于三角形凹槽，可使用其它凹槽形状。
在激光烧蚀和/或化学强化之前或之后，还可将各种层施涂到玻璃制品的表面上。例如，在一些实施方式中，可将例如疏水性和/或疏油性涂层施涂到玻璃制品的表面，以防止聚集水、油(例如皮脂)和其它物质。还可施涂为玻璃制品提供装饰性或其它功能的其它薄膜层。作为示例但不是限制，在用于智能收集的盖板玻璃中，通常将不透明材料层施涂到玻璃表面，来隐藏环绕显示器的区域。各种薄膜层可包括，但不限于：金属、不导电的金属或金属氧化物、或者施涂到玻璃制品的其它氧化物材料,要么施涂到蚀刻特征上或要么施涂到玻璃制品的非蚀刻的表面上。
还可将一种或更多种薄层材料施涂到玻璃制品上用于美学目的。例如，可将一种或更多种薄层材料沉积在蚀刻特征上，以及该玻璃制品表面的周围区域上，以为玻璃制品的表面提供全息、闪光和/或无光泽美学。现在参考图14，可将一种或更多种薄层170施涂到具有一种或更多种蚀刻特征112的玻璃制品108的表面109。图14示意性地显示了施涂到图13A和13B所示的玻璃制品108的一种或更多种薄层170，从而一种或更多种薄层170沉积在具有线条间隔的水平线条115上，以形成衍射光栅效果。一种或更多种薄层170可顺从蚀刻特征112的形状。在一些实施方式中，可只在蚀刻特征局部地提供一种或更多种薄层170，或者覆盖玻璃制品的表面109的其它区域。应理解，一种或更多种薄层170可施涂到玻璃制品108的表面，该表面具有除了水平线条以外的图案的蚀刻特征(例如，漩涡图案、交叉线图案、一维图案、两维图案、无规图案、变化的图案等)。
选定的用于一种或更多种薄层170的材料类型可取决于所需的美学效果。例如，为了取得全息或闪光效果，可将反射材料例如金属(例如Al,Cu,Au)和/或介电材料(例如MgF2,二氧化硅,Ta2O5和ZnS)沉积在蚀刻特征112以及周围的区域上。可通过任意已知的或待开发的技术来施涂薄层材料包括，但不限于：物理气相沉积、化学气相沉积、离子束沉积、分子束外延法和溅射沉积。在一些实施方式中，选定材料从而蚀刻特征的衍射光栅只衍射某些波长的颜色(例如红色)。可选择蚀刻特征的蚀刻图案以形成微特征，从而蚀刻特征和一种或更多种薄层170的材料一起提供闪光效果。
作为示例但不是限制，一种或更多种薄层的厚度对应于其衍射的光的波长。例如，一种或更多种薄层的厚度可在几百纳米的量级。取决于材料或应用，可使用其它厚度。
如上所述，还可将一种或更多种薄层170施涂到蚀刻特征112(以及玻璃制品108的周围区域)，以降低蚀刻特征112和玻璃制品108的周围区域的光泽度(即提供无光泽外观)。例如，可施涂一种或更多种薄层聚合物材料，以降低蚀刻特征112和/或玻璃制品108的周围区域的反射率。
现在参考图15，在激光加工之前，可将一种或更多种薄层180施涂到玻璃制品的第一表面109。图15示意性地显示了一种实施方式，其中首先将一种或更多种薄层180(例如，金属、不导电的金属、不导电的金属氧化物、或者其它氧化物材料层)施涂到玻璃制品108的第一表面109。操作扫描激光束122从而只烧蚀一种或更多种薄层180，从而形成扫描的线条185，其具有如上所述的所需的蚀刻特征182图案(例如有序、变化或无规的一维或两维图案)。在这种实施方式中，玻璃制品108没有被激光烧蚀。在一种或更多种薄层180中的蚀刻特征182可具有不同于一种或更多种薄层180的周围区域的外观和纹理，如上文关于玻璃制品的表面中的蚀刻特征112时所述。一种或更多种薄层180和一种或更多种蚀刻特征182可形成全息、闪光和/或无光泽美学。
图16示意性地显示了一种实施方式，其中将一种或更多种薄层190施涂到玻璃制品108的第二表面111(即，底部表面)。可操作激光束122，从而它不损坏或以其它方式影响玻璃制品108，但烧蚀在第二表面111上的该一种或更多种薄层190，以形成限定蚀刻特征192的损坏线条195。可从玻璃制品108的底部表面111或者穿过玻璃制品108从顶部表面109，加工一种或更多种薄层190。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本发明的实施方式。使用市售10皮秒脉冲激光器(鲁玛激光器公司(Lumera Lase)的快速系列)激光加工非强化玻璃制品样品，该激光器操作波长为355纳米，频率(即重复速率)为100kHz，且平均功率为1.8W。使用f-θ透镜和一对检流计扫描镜面(模型激光器扫描头，由斯坎拉贝公司(SCANLAB AB)出售)，在0.7mm厚的大猩猩()玻璃样品(例如，产品号2318和产品号2319)上扫描脉冲激光束。聚集的光束光斑尺寸的直径约为12微米，且根据交叉线图案(见图4)以一定速度扫描，取决于所需蚀刻深度，重复一或更多次。使用这种激光蚀刻系统，使用10厘米/秒扫描速度和交叉线图案的单一通道可取得10微米蚀刻深度的蚀刻特征。当扫描速度是25厘米/秒，且将交叉线图案重复两次时，所测蚀刻深度增加到10微米。预计使用更长的波长(例如，532纳米，1064)将得到类似特性的特征，且因更高的效率、更高的通量和更低的成本在生产中可以是优选的。蚀刻特征具有图1所示的几何构造。
对样品进行离子交换化学强化过程(KNO3浴，410℃下保持7小时)，以通过形成第一和第二强化的表面层来增加强度。为了表征蚀刻特征对玻璃基片强度的影响，同时在处于压缩应力和拉伸应力条件下对样品进行环叠环(ring-on-ring)强度测试。进行测试时，当图案处于压缩应力模式时，激光蚀刻特征位于与内(较小直径)环接触，对于拉伸模式时则采用相反的构造。
制备将一组10个对照样品(无蚀刻特征)和具有两种不同蚀刻深度(5微米和25微米的)几组5个样品，并在压缩应力和拉伸应力下测量。如表1所示，所测的对照组(无蚀刻特征)的平均环叠环强度是140MPa，且当在压缩表面上的蚀刻特征时平均强度几乎没有改变。当在拉伸表面上(对于5微米蚀刻深度下降18％，对于25微米蚀刻深度下降44％)测试蚀刻特征时，观察到平均强度大量降低。但是，在大多数应用中，引入蚀刻特征上的应力将以压缩应力的形式，因为用户将力施加到蚀刻特征。
表1
现在应理解，本发明的实施方式提供强化玻璃制品，该强化玻璃制品的表面被改性从而包括激光微加工的形状，标语和用于装饰、可触摸和其它功能目的的其它轮廓，以及提供用于制造所述强化玻璃制品的方法。具体来说，使用大猩猩()玻璃和其它玻璃组合物，蚀刻特征可用于触摸面板或其它2D/3D器件和应用，且具有差异化优势即通过化学强化过程提供的强得多的耐刮擦性和耐损坏性同时还包括这种蚀刻特征。蚀刻特征可提供可触摸差异化，这可允许定位在器件表面上的参比点，例如。这种蚀刻特征还可指示模拟按键例如开/关按钮或“主页”按钮例如的位置。可在强化玻璃制品上提供蚀刻特征以用于各种应用，包括，但不限于：触敏器件(例如手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑、电视等)和其它应用例如在汽车、建筑或电器应用中的标签、标语、装饰和其它功能。蚀刻特征保持了类似于强化玻璃制品的非蚀刻表面的压缩应力耐性。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (20)

1.一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：
提供非强化的玻璃制品，其包括第一表面和第二表面；
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；
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，其中：
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；和
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。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括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。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束是脉冲宽度大于10飞秒的脉冲激光束。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光束以小于约100MHz的频率进行脉冲。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，平移所述激光束还包括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。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，平移所述激光束包括平移所述激光束以在所需的蚀刻特征的边界之内形成两维图案或三维图案。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
11.一种强化玻璃制品，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；和
在所述第一表面或第二表面之内的至少一种蚀刻特征，所述至少一种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，其中所述至少一种蚀刻特征由激光烧蚀形成。
12.如权利要求11所述的强化玻璃制品，其特征在于，所述至少一种蚀刻特征的深度在约10-40微米范围之内。
13.如权利要求11所述的强化玻璃制品，其特征在于，所述强化玻璃制品的层深度大于5微米，且表面压缩大于约100MPa。
14.如权利要求11所述的强化玻璃制品，其特征在于，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。
15.如权利要求11所述的强化玻璃制品，其特征在于，至少一种蚀刻特征由至少一种蚀刻特征的边界之内的两维图案或三维图案限定。
16.如权利要求11所述的强化玻璃制品，其特征在于，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。
17.如权利要求11所述的强化玻璃制品，其特征在于：
所述至少一种蚀刻特征包括被间隔距离分离的多个缺陷线条；和
所述间隔距离是这样的：所述多个缺陷线条在所述至少一种蚀刻特征的边界之内形成衍射光栅。
18.如权利要求1所述的强化玻璃制品，其特征在于，还包括设置在所述强化玻璃制品表面和蚀刻特征上的一种或更多种薄层材料。
19.一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：
提供包括第一表面和第二表面的强化玻璃基片，其中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；
将一种或更多种薄层材料沉积到所述强化玻璃基片的所述第一表面和/或第二表面上；
将激光束聚集到所述一种或更多种薄层材料上；和
在由所需蚀刻特征限定的边界之内，相对于强化玻璃基片平移所述激光束，其中平移激光束烧蚀来自所述一种或更多种薄层材料第一表面的在一深度处的材料，以在所述一种或更多种薄层材料之内形成所述蚀刻特征，且所述强化玻璃基片仍然保持不被激光束损坏。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于：
所述蚀刻特征包括被间隔距离分离的多个缺陷线条；和
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。
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