CN106661724B - 改变蓝宝石材料表面的反射颜色的处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种改变蓝宝石材料表面的反射颜色的处理方法，包括通过单和/或多电荷气体离子束轰击以改变所处理的蓝宝石材料表面的反射颜色，其中离子选自下列元素的离子：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、硅(Si)、磷(P)和硫(S)。

Description

改变蓝宝石材料表面的反射颜色的处理方法
技术领域
本发明涉及改变蓝宝石材料表面的反射颜色的处理方法，包括通过单和/或多电荷气体离子束轰击。
本发明还涉及由包含至少一种根据所述处理方法处理的表面的合成蓝宝石材料制成的部件。
根据本发明，“蓝宝石材料”是基本上由金刚砂即氧化铝(α-Al2O3)组成的材料。蓝宝石材料可以包含痕量元素例如铁、钛、铬、铜或镁，其可以分别给予金刚砂蓝色、黄色、紫色、橙色或绿色。金刚砂中的铬杂质产生粉红色或红色，后者通常称为“红宝石”；红宝石是根据本发明措辞的蓝宝石材料的一部分。颜色归因于金刚砂带隙内的能量水平的出现、归因于杂质的存在。这些水平改变材料的发射和吸收谱，从而改变其颜色。其他的痕量元素也可以是蓝宝石材料的一部分。
蓝宝石材料包含至少98重量％的氧化铝，例如至少99重量％的氧化铝，例如至少99.9重量％的氧化铝。
蓝宝石材料可由一种或多种金刚砂单晶制成；因此它可以是多晶的；根据本发明的实施方式，蓝宝石材料是一种金刚砂单晶部件。
蓝宝石材料可以是天然或合成的；根据一个实施方式，本发明的蓝宝石材料是合成蓝宝石材料。
背景技术
自十九世纪早期以来，已经了解如何在实验室中制造合成蓝宝石(和合成红宝石)，其化学组成和物理性质与天然宝石相同。至少对于最老的生产，可以通过其通常是弯曲的结晶化线路来检测这些合成宝石。
合成蓝宝石材料生产当前处于工业阶段。合成蓝宝石材料可以例如通过Czochralski工艺或通过衍生自Czochralski工艺的方法(例如Kyropolis法、Bagdasarov法、Stepanov法、EFG(限边馈膜生长)工艺)来制造；合成蓝宝石材料也可以从在惰性气氛下烧结和融合(例如通过热等静压)的聚集的氧化铝制造，产生透明但略多孔的多晶体产物。
蓝宝石材料也称为“蓝玻璃”或“蓝宝石玻璃”，即使它们本身不是玻璃，而是晶体材料。
在物理术语中，合成蓝宝石材料是属于金刚砂家族的非常硬的晶体材料(莫氏刻度上的硬度等于9)，具有等于1.76的非常高的折射率。
蓝宝石可以是热处理的；可以加热太浅、太深或包含物含量高的宝石。该工艺可以增加颜色和透明度，同时溶解宝石中以痕量形式存在的元素。
由于其高抗刮擦性，合成蓝宝石材料用于广泛的应用中，例如屏幕，诸如表玻璃、窗、触摸屏、照明装置部件、发光装置(LED)部件、光学部件，例如诸如装置透镜或照相机透镜。在智能手机领域采用合成蓝宝石材料例如可以是特别相关的。
一般可得到的蓝宝石材料在色度上是基本上无色且基本上中性的。
然而，需要可用于众多用途的有色的蓝宝石材料。
例如，珠宝可以利用蓝宝石材料的机械性能并期望获得可以根据设计或美学需要调整或选择的所述材料的广泛的颜色。
作为另一个实例，照明工业也可能需要有色的蓝宝石材料以制造有色过滤器。
作为另一个实例，屏幕工业也可能需要有色的蓝宝石材料以制造有色的屏幕。
发明内容
本发明的目的是提供开辟新途径的用于改变蓝宝石材料的反射颜色的方法；优选地，所述方法不昂贵甚至是便宜的且适于处理满足众多应用的需要的表面。
为此，本发明的一个主题是改变蓝宝石材料表面的反射颜色的处理方法，包括通过单和/或多电荷气体离子束轰击以在蓝宝石材料中产生离子注入层，其中：
-加速电压选自5kV-1000kV的范围；
-各离子束每表面积单位注入的单和/或多电荷气体离子的剂量选自1012个离子/cm2-1018个离子/cm2的范围；
-进一步选择注入的单和/或多电荷气体离子的剂量和加速电压以获得与未处理的蓝宝石材料表面相比，反射颜色改变的处理的蓝宝石材料表面；和
-单和/或多电荷气体离子的离子选自下列元素的离子：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、硅(Si)、磷(P)和硫(S)。
根据所述处理方法，可以实现蓝宝石材料的反射颜色的改变。
根据所述处理方法，可以处理满足众多应用需要的蓝宝石材料表面。这些应用中，可以提及：触摸屏、窗、表玻璃、发光装置(LED)部件、照明装置部件、光学部件，例如诸如装置透镜。
蓝宝石材料的新应用也可以根据本发明的处理方法来开发。
此外，本发明处理方法因为成本效率装置可以实施。也可以实施该方法以获得高生产率水平。
因此本发明为蓝宝石材料的处理和用途开辟了新途径。
根据一个实施方式，根据本发明处理方法获得的有色的蓝宝石材料也具有抗眩光性。
众所周知的是，合成蓝宝石材料表面反射约15.5％的入射光。当需要阅读蓝宝石材料窗后面的信息时，这种高的光反射可能是缺点；这实际上可以降低例如手表或电脑或移动电话的平面屏幕的阅读能力。
合成蓝宝石材料表面上的光反射更通常用菲涅耳方程来解释，所述方程是为以90°的入射角、以下反射(R)和透射(T)系数通过分界面的光射线给出的：
R＝((nS-nM)/(nS+nM))2；
T＝4.nM.nS/(nS+nM)2。
反射(R)系数通常也称为“功率反射系数”或“反射比”；
透射(T)系数通常也称为“功率透射系数”或“透射比”。
在贯穿本文件的公式中，当符号“.”包含在两个参数之间时，它是指乘号；符号“x”也可以用于指示乘号。
nS和nM分别是蓝宝石材料和连接蓝宝石材料和通过分界面分离其的介质的可见光范围(波长值为400-800nm)内的折射率。
注意到R+T＝1(能量守恒)。
作为实例，可以计算空气/蓝宝石材料构造的R和T，其中空气的nM＝1(其中nM＝nA，空气折射率)和例如合成蓝宝石材料的nS＝1.76；这里上述公式给出以下结果：
R＝0.0758和T＝1-R＝0.9242；
因此7.6％的光被反射，而92.4％的光由于所述蓝宝石材料和空气之间的折射率差异而被透射。这种光反射水平可能被认为是高的且对于若干用途而言是缺点。
当考虑到蓝宝石材料被两个空气层围绕，因而具有两个空气/蓝宝石材料分界面时，这种缺点甚至更加重要。对于这种由两个面组成的合成蓝宝石材料条，这种反射损失大了两倍，即2x7.6％＝15.2％。这种高反射导致蓝宝石材料屏幕或表玻璃情况下阅读数据困难。
根据本发明处理方法，也可以实现蓝宝石材料的抗眩光处理；这种抗眩光处理可以导致优异的透射结果，即在可见区。根据实施方式，可以获得之前从未实现的透射结果。根据实施方式，当与未处理的蓝宝石材料上可见区的入射波的反射(例如诸如入射波波长为560nm)相比时，可见区的入射波的反射可以降低至少三分之一，例如降低一半。
根据本发明的不同实施方式，可根据所有技术上有价值的实施方式组合：
-所述单和/或多电荷气体离子的离子选自下列元素的离子：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氮(N)和氧(O)，例如选自氮(N)和氧(O)，例如所述单和/或多电荷气体离子的离子是氧(O)离子；
-通过单和/或多电荷气体离子束轰击的离子由电子回旋共振(ECR)源制备；
-所述气体离子束的离子是单和多电荷的，且包含10％多电荷离子或大于10％多电荷离子；
-所述加速电压选自10kV-100kV的范围；
-每表面积单位注入的单和/或多电荷气体离子的剂量选自1016个离子/cm2-1018个离子/cm2的范围；例如选自2.1016个离子/cm2-2.1017个离子/cm2；
-选择每表面积单位注入的单和/或多电荷气体离子的剂量以使注入离子的原子浓度大于或等于5％且等于或小于20％；
-蓝宝石材料可以0.1mm/s-1000mm/s的速度VD相对于单和/或多电荷气体离子束移动；根据一个实施方式，蓝宝石材料的相同区域以速度VD沿着多个通道NP在单和/或多电荷气体离子束下移动；
-处理包含通过多个单和/或多电荷气体离子束轰击蓝宝石材料表面以在蓝宝石材料中产生离子注入层，其中所述加速电压和/或离子束的元素在不同的气体离子束之间彼此不同；
-所述方法包括各自通过一种或通过多种单和/或多电荷气体离子束轰击第一和第二蓝宝石材料表面以在蓝宝石材料中的第一蓝宝石材料表面上产生离子注入层和在第二蓝宝石材料表面上产生离子注入层，其中第一和第二蓝宝石材料表面是通过透明介质分离的基本上平行的表面，其中用于处理第二蓝宝石材料表面的加速电压和/或离子束的元素分别不同于用于处理第一蓝宝石材料表面的加速电压和/或离子束的元素；
-使用不同的气体离子束且不同气体离子束的离子是相同元素的离子且离子束的加速电压在不同的气体离子束之间彼此不同；根据一个实施方式，离子束的加速电压相差5-50kV的值，例如相差10-20kV的值；
-根据额外的选择规则进一步选择加速电压和单和/或多电荷气体离子的注入剂量；例如：
○额外的选择规则可以包括使用在通过单和/或多电荷气体离子束轰击待处理蓝宝石材料之前的步骤中收集的数据，其中：
-所述步骤在于选择选自下列元素的一种单和/或多电荷离子：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、硅(Si)、磷(P)和硫(S)，通过使用所述待轰击的离子并改变每表面积单位的注入的单和/或多电荷气体离子剂量和加速电压用与待处理的蓝宝石材料类似的蓝宝石材料进行多个实验，直到确定期望的每表面积单位注入的单和/或多电荷气体离子剂量和加速电压范围以产生适于获得蓝宝石材料表面改变的反射颜色的离子注入层；
-在之前步骤的范围内选择每表面积单位的单和/或多电荷气体离子剂量和加速电压值并用所述离子所述值处理待处理的蓝宝石材料；
○收集并处理由多个实验产生的数据以根据单和/或多电荷离子束的元素、加速电压和每表面积单位的离子剂量为蓝宝石表面的颜色变化提供指示；
○选择单和/或多电荷气体离子束的元素、每表面积单位的单和/或多电荷气体离子剂量和加速电压值以满足蓝宝石材料表面的反射颜色的颜色目标的要求。
本发明还涉及由合成蓝宝石材料制成的部件，所述合成蓝宝石材料包含根据前述权利要求任一项所述的方法处理的至少一个表面的，其中所述处理表面的反射颜色的主波长λDT从未处理的蓝宝石材料表面的反射颜色的主波长λDU移位至少+50nm或至少-50nm，例如移位至少+100nm或至少-100nm。
本发明还涉及根据之前方法的任何实施方式的处理方法在处理由合成蓝宝石材料制成的固体部件中的用途，所述固体部件选自屏幕，诸如触摸屏、窗、表玻璃、照明装置部件例如发光装置(LED)部件、光学部件例如诸如装置透镜。
本发明还涉及包含至少一个具有注入的元素离子的有色合成蓝宝石材料，所述元素选自下列：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、硅(Si)、磷(P)和硫(S)，其中当在560nm波长测量时，所述表面上的可见区的入射波的反射等于或小于2％，例如等于或小于1％。
当还期望可见区的抗眩光性时，可以实施以下实施方式：
○用由电子回旋共振(ECR)源产生的单或多电荷气体离子束轰击，其中：
-每表面积单位的注入的单和多电荷气体离子的剂量选自1012个离子/cm2-1018个离子/cm2的范围以获得气体离子的原子浓度，使得注入层的折射率n约等于(nA.nS)1/2，其中nA是空气的折射率，nS是合成蓝宝石材料的折射率；
-加速电压选择为5kV-1000kV以使注入厚度e等于p.λ/4.nL，其中e是与注入区域对应的注入厚度，其中注入的单和多电荷气体离子的原子浓度大于或等于1％，其中p是整数，λ是入射波长，nL是注入层的折射率；
○在所述方法中，离子束的单和多电荷气体离子可选自氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)元素的离子；
○在所述方法中，离子束的单和多电荷气体离子选自氮气(N2)和氧气(O2)的气体离子；
○在所述方法中，选择加速电压以使注入的厚度等于p.100nm，其中p是整数；
○在所述方法中，选择每表面积单位注入的单或多电荷气体离子的剂量以使注入离子的原子浓度等于10％(其中不确定度(+/-)为5％)；
○在所述方法中，每表面积单位注入的单和多电荷气体离子剂量的选择和加速电压的选择可通过之前进行的用于评价每表面积单位注入的单或多电荷气体离子剂量的计算来进行以使基于根据注入深度所选择的离子注入谱的注入离子的原子浓度等于10％(其中不确定度(+/-)为5％)。
附图说明
现在将根据附图描述实施例，其中：
图1是蓝宝石材料晶体的简图；
图2-6是通过本发明方法处理的蓝宝石材料样品的透射图；
图7-10是用于讨论通过本发明方法处理的蓝宝石材料样品的结果的图；
图11-14阐明了根据本发明方法改变蓝宝石材料表面的反射颜色的实施例；
图15-19是通过本发明方法处理的蓝宝石材料样品的透射图。
具体实施方式
图中的一些元件为简单和清楚起见阐明且没有必要按比例描绘。
然而，透射图按比例描绘。透射图阐明了一个或多个透射系数(T)(通常也称为“功率透射系数”或“透射比”)随光波长而变化的函数。波长范围包含可见波长范围。
透射图由用分光光度计进行的测量产生，其中入射光束通过样品的两个主要表面，其中在多个波长测量通过所述样品的光透射。所述两个主要表面通常是平行面。
通过本发明方法处理的蓝宝石材料样品的透射图用METASH公司销售的UV-5200UV/VIS分光光度计测量。在那些测量中，面对(和接触)蓝宝石材料样品的每个主要面的介质是空气。
图1是蓝宝石材料单晶体的简图，其中可以区别这种晶体的结晶学主要特性；蓝宝石(金刚砂)单晶体结构可以通过排序八面体来表示，其中O2-离子位于八面体的顶部(峰值)和，Al3+在八面体内部。图1显示对应于蓝宝石的结构系统的蓝宝石晶体的主要平面的结构。以下平面在该图中示出：C-平面是(0001)；A-平面是(1120)和R-平面是(1012)。平面命名法对应于通常的结晶学命名法。
如上所述，常规可获得的蓝宝石材料在色度方面基本上是无色的且基本上是中性的。如上所述，未处理的蓝宝石材料样品的各面反射约7.75％的入射光；因此未处理的蓝宝石材料样品在可见区的透射率为约84.5％。
发明人用已经根据本发明处理的蓝宝石材料样品进行测试。
使用的蓝宝石材料样品是直径为一英寸且侧面为10mm的环形或方形板；其厚度等于或小于1mm。
在以下实施例中，这些单和多电荷气体离子由ECR源(电子回旋共振源)来发射。
图2-5显示通过本发明方法处理的蓝宝石材料样品的透射图，在处理蓝宝石材料样品后根据以下实验条件测量所述蓝宝石材料样品：
图2-5涉及：单和/或多电荷气体离子束是单和多电荷氧离子O+、O2+、O3+束；估计O离子的分配如下：60％的O+、30％的O2+、10％的O3+。
图2和3涉及：仅处理蓝宝石材料样品的一面；
图4和5涉及：处理蓝宝石材料样品的两面。
图2和4涉及：处理蓝宝石材料样品的平面A。
图3和5涉及：处理蓝宝石材料样品的平面C。
在以下数据中，离子剂量(进一步称为“剂量”)用1016个离子/cm2表示，加速电压(进一步称为“电压”)用kV表示。
在图2中，曲线20涉及未处理的蓝宝石材料样品；曲线21涉及用剂量＝11和电压＝17.5处理的蓝宝石材料样品；曲线22涉及用剂量＝12.5和电压＝25处理的蓝宝石材料样品；曲线23涉及用剂量＝15和电压＝32.5处理的蓝宝石材料样品。
在图3中，曲线30涉及未处理的蓝宝石材料样品；曲线31涉及用剂量＝11和电压＝17.5处理的蓝宝石材料样品；曲线32涉及用剂量＝12.5和电压＝25处理的蓝宝石材料样品；曲线33涉及用剂量＝15和电压＝32.5处理的蓝宝石材料样品。
在图4中，曲线40涉及未处理的蓝宝石材料样品；曲线41涉及用剂量＝11和电压＝17.5处理的蓝宝石材料样品；曲线42涉及用剂量＝12.5和电压＝25处理的蓝宝石材料样品；曲线43涉及用剂量＝15和电压＝32.5处理的蓝宝石材料样品。
在图5中，曲线50涉及未处理的蓝宝石材料样品；曲线51涉及用剂量＝11和电压＝17.5处理的蓝宝石材料样品；曲线52涉及用剂量＝12.5和电压＝25处理的蓝宝石材料样品；曲线53涉及用剂量＝15和电压＝32.5处理的蓝宝石材料样品。
根据这些附图，可以考虑多个工艺参数的影响。
图2和3可以分别与图4和5相比以表明单面对比双面处理的影响。
报告于图2-5中的测量结果表明根据本发明轰击蓝宝石材料的表面改变蓝宝石材料表面的反射颜色。
其中电压是17.5kV的对应于曲线21、31、41和51的样品的蓝宝石材料表面的反射颜色基本上是橙色；
其中电压是25kV的对应于曲线22、32、42和52的样品的蓝宝石材料表面的反射颜色基本上是紫色；
其中电压是32.5kV的对应于曲线23、33、43和53的样品的蓝宝石材料表面的反射颜色基本上是深蓝色。
因此可以选择蓝宝石材料表面的反射颜色并选择允许获得期望颜色的相关的处理方法参数。
基于这种实验，可以收集数据并处理它们以根据单和/或多电荷离子束的元素(这里指氧)、加速电压和每表面积单位的离子剂量为蓝宝石表面的颜色变化提供进一步指示。
报告于图2-5中的测量结果表明通过单和/或多电荷离子束轰击蓝宝石材料的表面(所述表面面对不同于蓝宝石材料的介质)也适于在蓝宝石材料中产生在可见区提供抗眩光处理的离子注入层。
令人惊讶地，在可见区获得了非常高的透射率。
已经获得包含具有至少一个注入离子的表面的合成蓝宝石材料，其中当在560nm波长测量时，所述表面上的可见区的入射波的反射率等于或小于2％，例如等于或小于1％。
根据报告于图2-5中的结果，可以确定优选范围以实施根据本发明的方法。
确定所述优选范围是根据需要未选择元素离子、加速电压和注入的单和/或多电荷气体离子剂量提供额外的选择规则的方法。
图6-10阐明了当使用氧作为单和/或多电荷气体离子时，可用于选择参数的数据。
通过本发明方法处理的蓝宝石材料样品的透射图可以基于图6分析；可以根据透射图(60)确定三个参数，其中P是透射峰位(nm)，D是可变性参数(透射单位)，L是与D可变性对应的透射图的宽度(nm)。
图7和8阐明了根据蓝宝石材料的平面A和C分别的加速电压而变化的透射峰位(分别为曲线70和80)。
根据这种图，可以选择获得期望颜色的加速电压。
图9显示根据A平面处理的蓝宝石材料的透射图的宽度(L)随可变性参数(D)变化的函数。
图10显示根据C平面处理的蓝宝石材料的透射图的宽度(L)随可变性参数(D)变化的函数。
大量其他的数据可用于为获得期望颜色提供额外的选择规则。
通过本文上述结果所示，可使用本发明处理方法以在蓝宝石材料的单个表面上产生离子注入层或在蓝宝石材料的第一和第二蓝宝石材料表面产生多个离子注入层，其中第一和第二蓝宝石材料表面是基本上平行的表面且通过透明介质分离。
图11-14阐明根据当使用多个单和/或多电荷气体离子束时，本发明方法在蓝宝石材料中产生离子注入层从而改变蓝宝石材料表面的反射颜色的实施例；当使用多个离子注入层时，在蓝宝石材料的第一和第二蓝宝石材料表面上将获得类似的结果，其中所述第一和第二蓝宝石材料表面是通过透明介质分离的基本上平行的表面。
图11显示表明可见区内透射上的第一110和第二111氧多电荷气体离子束的入射的简图，其中在不同的气体离子束之间涉及的加速电压彼此不同。在两条曲线110、111之间可见峰值差异ΔP。加速电压例如为10-50kV，例如为15-35kV，且相邻之间的加速电压差为5-50kV、10-20kV。发明人测定了这种曲线的组合产生的色度特性，相应的数据显示于图12。
图12显示基于CIE xy色度图的CIE 1931颜色空间中的结果。外曲线边界120是光谱轨迹，其中波长以纳米显示。所述图表示所有普通人可见的色度。这种图通常用于颜色信息介绍领域，且这种图的解释是本领域技术人员所众所周知的。点121对应于用15kV和25kV氧多电荷气体离子束处理的蓝宝石材料表面的色度；相应的颜色是粉红色。点122对应于用20kV和30kV氧多电荷气体离子束处理的蓝宝石材料表面的色度；相应的颜色是略带紫色的粉红色。点123对应于用25kV和35kV氧多电荷气体离子束处理的蓝宝石材料表面的色度；相应的颜色是紫色/蓝色。
图13显示表明可见区内透射上第一(131)、第二(132)和第三(133)氧多电荷气体离子束的入射的简图，其中就可见区透射而言，涉及的加速电压在不同的气体离子束之间彼此不同。在两条极端的曲线131、133之间可见峰值差ΔP。加速电压的定义和图11的范围相同。
图14显示基于CIE xy色度图的CIE 1931颜色空间中的结果。外曲线边界140是光谱轨迹，其中波长以纳米显示。点141对应于用10kV、20kV和30kV氧多电荷气体离子束处理的蓝宝石材料表面的色度；相应的颜色是略带黄色的粉红色。点142对应于用12.5kV、22.5kV和32.5kV氧多电荷气体离子束处理的蓝宝石材料表面的色度；相应的颜色是中性色。点143对应于用15kV、25kV和35kV氧多电荷气体离子束处理的蓝宝石材料表面的色度；相应的颜色是浅蓝。
在图14的CIE xy色度图中，邻近于中性点145的“中性色盒”用矩形146定义。点142位于所述中性色盒内。
根据本发明的多个氧多电荷气体离子束的组合允许细调蓝宝石材料表面的反射颜色。如上所述，本发明方法也允许提供具有离子注入层的蓝宝石材料表面的中性反射颜色。因此可以获得中性色抗眩光的表面。
获得具有离子注入层的蓝宝石材料表面的中性反射颜色可以通过组合多个对应于不同的加速电压的透射谱来实现，以获得平坦且恒定的透射谱。
根据一个实施方式，为了获得位于蓝色(400nm)和红色(800nm)之间的96-97％的平坦且恒定的透射谱，发明人还给出以两个步骤进行的以下离子轰击处理实施例：
-用比参考萃取电压(适于在45°获得黄色强光)小约10％的萃取电压和对应于参考剂量(用于在45°角获得相同的黄色强光)的一半的剂量进行第一离子轰击处理，换言之，约等于20KV的电压和等于0.75x1017个离子/cm2的剂量；
-用比参考萃取电压(适于在45°获得黄色强光)大约10％的萃取电压和对应于参考剂量(用于在45°角获得相同的黄色强光)的一半的剂量进行第二离子轰击处理，换言之，约等于25KV的电压和
这两步骤处理可以有利地生成蓝色(400nm)和红色(800nm)之间的平坦且恒定的透射谱，同时基本上保留黄色(560nm)的高透射。
图15-19显示通过本发明方法处理的蓝宝石材料样品的透射图，在处理蓝宝石材料样品后根据以下实验条件测量所述蓝宝石材料样品：
图15-18涉及：单和/或多电荷气体离子束是单和多电荷氮离子N+、N2+、N3+束；估计N离子的分配如下：57％的N+、32％的N2+、11％的N3+；仅处理蓝宝石材料样品的一面。
图15和16涉及：处理蓝宝石材料样品的平面A。
图17和18涉及：处理蓝宝石材料样品的平面C。
在以下数据中，离子剂量(进一步称为“剂量”)用1016个离子/cm2表示，加速电压(进一步称为“电压”)用kV表示。
图15和17所涉及，电压＝20；
图16和18所涉及，电压＝25；
在图15中，曲线150涉及未处理的蓝宝石材料样品；曲线151涉及用剂量＝2.5处理的蓝宝石材料样品；曲线152涉及用剂量＝5处理的蓝宝石材料样品；曲线153涉及用剂量＝7.5处理的蓝宝石材料样品；曲线154涉及用剂量＝10处理的蓝宝石材料样品；曲线155涉及用剂量＝12.5处理的蓝宝石材料样品；曲线156涉及用剂量＝15处理的蓝宝石材料样品。
在图16中，曲线160涉及未处理的蓝宝石材料样品；曲线161涉及用剂量＝2.5处理的蓝宝石材料样品；曲线162涉及用剂量＝5处理的蓝宝石材料样品；曲线163涉及用剂量＝7.5处理的蓝宝石材料样品；曲线164涉及用剂量＝10处理的蓝宝石材料样品；曲线165涉及用剂量＝12.5处理的蓝宝石材料样品；曲线166涉及用剂量＝15处理的蓝宝石材料样品；曲线167涉及用剂量＝17.5处理的蓝宝石材料样品。
在图17中，曲线170涉及未处理的蓝宝石材料样品；曲线171涉及用剂量＝2.5处理的蓝宝石材料样品；曲线172涉及用剂量＝5处理的蓝宝石材料样品；曲线173涉及用剂量＝7.5处理的蓝宝石材料样品；曲线174涉及用剂量＝10处理的蓝宝石材料样品；曲线175涉及用剂量＝12.5处理的蓝宝石材料样品；曲线176涉及用剂量＝15处理的蓝宝石材料样品；曲线177涉及用剂量＝17.5处理的蓝宝石材料样品。
在图18中，曲线180涉及未处理的蓝宝石材料样品；曲线181涉及用剂量＝2.5处理的蓝宝石材料样品；曲线182涉及用剂量＝5处理的蓝宝石材料样品；曲线183涉及用剂量＝7.5处理的蓝宝石材料样品；曲线184涉及用剂量＝10处理的蓝宝石材料样品；曲线185涉及用剂量＝12.5处理的蓝宝石材料样品；曲线186涉及用剂量＝15处理的蓝宝石材料样品；曲线187涉及用剂量＝17.5处理的蓝宝石材料样品。
用20kV加速电压处理的样品是品蓝色；用15kV加速电压处理的样品是淡紫色。
因此，当使用氮离子时，根据本发明方法实现蓝宝石材料表面的反射颜色的改变。当使用氮离子时，也根据本发明方法实现抗眩光性。
图19显示通过本发明方法处理的蓝宝石材料样品的透射图，在处理蓝宝石材料样品后根据以下实验条件测量所述蓝宝石材料样品：
单和/或多电荷气体离子束是单和多电荷氩离子Ar+、Ar2+、Ar3+束；估计Ar离子的分配如下：71％的Ar+、23％的Ar2+、6％的Ar3+；处理蓝宝石材料样品的两面。处理的是蓝宝石材料的平面A。加速电压是35kV。在以下数据中，离子剂量(进一步称为“剂量”)用1016个离子/cm2表示：
曲线190涉及未处理的蓝宝石材料样品；曲线191涉及用剂量＝2.5处理的蓝宝石材料样品；曲线192涉及用剂量＝7.5处理的蓝宝石材料样品；曲线193涉及用剂量＝10处理的蓝宝石材料样品。
因此，当使用氩离子时，根据本发明方法实现蓝宝石材料表面的反射颜色的改变。当使用氩离子时，也根据本发明方法实现抗眩光性。
基于已经收集的数据，可以用高水平置信度估计其他离子应该适于实施本发明方法且与改变蓝宝石材料表面的反射颜色相关。
本文上述表明了氩(Ar)离子适于实施本发明方法；因此，其他“稀有”气体离子似乎也适于实施本发明方法，例如氦(He)、氖(Ne)、氪(Kr)和氙(Xe)。
本文上述表明了氮(N)和氧(O)离子适于实施本发明方法；因此，其他的周期表周围离子似乎也适于实施本发明方法，例如硼(B)、碳(C)、氟(F)、硅(Si)、磷(P)和硫(S)。
基于本文上述的结果和注释，本领域技术人员可以使用本发明的教导并通过使用其中离子束的元素在不同的气体离子束之间彼此不同的多个束实施所述处理方法。可以使用所述束以在蓝宝石材料的单个表面上产生离子注入层或在蓝宝石材料的第一和第二蓝宝石材料表面产生多个离子注入层，其中第一和第二蓝宝石材料表面是基本上平行的表面且通过透明介质分离。
根据一个实施方式，用于本发明的蓝宝石材料的离子轰击抗反射处理不需要长的处理时间(几秒每cm2和每微加速剂)。
用于本发明的蓝宝石材料表面的反射颜色的改变可使其用于工业范围，其中其成本相对于蓝宝石衬底(例如用于触板的1cm2蓝宝石的成本为约4欧，本发明范围内处理的1cm2的成本为几分)的成本不应是因货物有瑕疵要求取消合同(redhibitory)。
根据本发明，可以获得由合成蓝宝石材料制成的部件，所述合成蓝宝石材料包含根据前述权利要求任一项所述的方法处理的至少一个表面，其中所述处理表面的反射颜色的主波长λDT从未处理的蓝宝石材料表面的反射颜色的主波长λDU移位至少+50nm或至少-50nm，例如移位至少+100nm或至少-100nm。
本发明的处理方法可用于处理由蓝宝石材料制成的固体部件，所述固体部件例如选自但不限于：屏幕，诸如触摸屏、窗、表玻璃、照明装置部件例如发光装置(LED)部件、光学部件例如诸如装置透镜。
在不限制总体发明构思的情况下，上文在实施方式的帮助下描述了本发明；尤其是参数不限于所讨论的实施例。

Claims (24)

1.一种改变蓝宝石材料表面的反射颜色的处理方法，所述方法包括通过单和多电荷气体离子束轰击蓝宝石材料以在蓝宝石材料中产生离子注入层，其中：
-所述气体离子束的离子是单和多电荷且包含10％多电荷离子或大于10％多电荷离子；
-加速电压为5kV-1000kV的范围；
-各离子束每表面积单位注入的单和多电荷气体离子的剂量为1012个离子/cm2-1018个离子/cm2的范围；和
-所述单和多电荷气体离子的离子选自下列元素的离子：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、硅(Si)、磷(P)和硫(S)，
其中选择注入的单和多电荷气体离子的剂量和加速电压以获得与未处理蓝宝石材料表面相比反射颜色改变的处理的蓝宝石材料表面，其中所述处理的蓝宝石材料表面的反射颜色的主波长λDT从未处理的蓝宝石材料表面的反射颜色的主波长λDU移位至少+50nm或至少-50nm。
2.权利要求1所述的处理方法，其中所述单和多电荷气体离子的离子选自下列元素的离子：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氮(N)和氧(O)。
3.权利要求2所述的处理方法，其中所述单和多电荷气体离子的离子选自下列元素的离子：氮(N)和氧(O)。
4.权利要求2所述的处理方法，其中所述单和多电荷气体离子的离子是氧(O)离子。
5.权利要求1-4任一项所述的处理方法，其中通过单和多电荷气体离子束轰击的离子由电子回旋共振(ECR)源产生。
6.权利要求1-4任一项所述的处理方法，其中所述加速电压选自10kV-100kV的范围。
7.权利要求1-4任一项所述的处理方法，其中每表面积单位注入的单和多电荷气体离子的剂量选自1016个离子/cm2-1018个离子/cm2的范围。
8.权利要求7所述的处理方法，其中每表面积单位注入的单和多电荷气体离子的剂量选自2.1016个离子/cm2-2.1017个离子/cm2的范围。
9.权利要求1-4任一项所述的处理方法，其中选择每表面积单位注入的单和多电荷气体离子的剂量以使注入离子的原子浓度大于或等于5％且等于或小于20％。
10.权利要求1-4任一项所述的处理方法，其中蓝宝石材料以0.1mm/s-1000mm/s的速度VD相对于单和多电荷气体离子束移动。
11.权利要求10所述的处理方法，其中蓝宝石材料的相同区域以速度VD沿着多个通道NP在单和多电荷气体离子束下移动。
12.权利要求1所述的处理方法，其中所述处理包含通过多个单和多电荷气体离子束轰击蓝宝石材料表面以在蓝宝石材料中产生离子注入层，其中所述加速电压和/或离子束的元素在不同的气体离子束之间彼此不同。
13.权利要求1所述的处理方法，其中所述方法包括各自通过一种或通过多种单和多电荷气体离子束轰击第一和第二蓝宝石材料表面以在蓝宝石材料中的第一蓝宝石材料表面上产生离子注入层和在第二蓝宝石材料表面上产生离子注入层，其中第一和第二蓝宝石材料表面是通过透明介质分离的基本上平行的表面，其中用于处理第二蓝宝石材料表面的加速电压和/或离子束的元素分别不同于用于处理第一蓝宝石材料表面的加速电压和/或离子束的元素。
14.权利要求12或13所述的处理方法，其中不同的气体离子束的离子是相同元素的离子，且其中离子束的加速电压在不同的气体离子束之间彼此不同。
15.权利要求14所述的处理方法，其中离子束的加速电压相差5-50kV的值。
16.权利要求15所述的处理方法，其中离子束的加速电压相差10-20kV的值。
17.权利要求1-4任一项所述的处理方法，其中根据额外的选择规则进一步选择单和多电荷气体离子的加速电压和注入剂量，其中额外的选择规则包括使用在通过单和多电荷气体离子束轰击待处理蓝宝石材料之前的步骤中收集的数据，其中：
-所述步骤在于选择选自下列元素的一种单和多电荷离子：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、硼(B)、碳(C)、氮(N)、氧(O)、氟(F)、硅(Si)、磷(P)和硫(S)，通过使用待轰击的离子并改变每表面积单位注入的单和多电荷气体离子剂量和加速电压用与待处理的蓝宝石材料类似的蓝宝石材料进行多个实验，直到确定期望的每表面积单位的注入的单和多电荷气体离子剂量和加速电压范围以产生适于获得蓝宝石材料表面的改变的反射颜色的离子注入层；
-在之前步骤的范围内选择每表面积单位的单和多电荷气体离子剂量和加速电压值并用所述离子所述每表面积单位的单和多电荷气体离子剂量和加速电压值处理待处理的蓝宝石材料。
18.权利要求17所述的处理方法，其中收集并处理由多个实验产生的数据以根据单和多电荷离子束的元素、加速电压和每表面积单位的离子剂量为蓝宝石表面的颜色变化提供指示。
19.权利要求18所述的处理方法，其中选择单和多电荷气体离子束的元素、每表面积单位的单和多电荷气体离子剂量和加速电压值以满足蓝宝石材料表面的反射颜色的颜色目标的要求。
20.权利要求1-4任一项所述的处理方法，其中所述处理表面的反射颜色的主波长λDT从未处理的蓝宝石材料表面的反射颜色的主波长λDU移位至少+100nm或至少-100nm。
21.根据权利要求1-4任一项所述的处理方法，其中所述蓝宝石材料是合成蓝宝石材料，其形成选自屏幕、窗、表玻璃、照明装置部件、光学部件的组件。
22.权利要求21所述的处理方法，其中所述蓝宝石材料形成触摸屏。
23.权利要求21所述的处理方法，其中所述蓝宝石材料形成发光装置(LED)的一部分。
24.权利要求21所述的处理方法，其中所述蓝宝石材料形成装置透镜。
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