CN108349296B - 阳极化表面的激光漂白标记 - Google Patents

Abstract

本发明题为：“阳极化表面的激光漂白标记”。本发明公开了一种用于手持式电子设备的具有一个或多个高分辨率、经漂白标记的深黑色外壳。经漂白的标记明显比外壳亮并表现出光滑的外观。还公开了一种用于制备具有光洁度和标记的外壳的方法，所述外壳包括用于在移动电话中使用的外壳。

Description

阳极化表面的激光漂白标记

相关申请的交叉引用

本专利申请根据35U.S.C.§119和37C.F.R.§1.55要求提交于2016年9月6日的题为“Laser Bleach Marking of an Anodized Surface”的PCT申请号PCT/CN2016/098170的有益效果，其公开内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及阳极化表面的激光漂白标记，并且更具体地涉及具有阳极化表面的手持式电子外壳上的激光漂白标记。

背景技术

手持式电子设备，诸如移动电话，正在变得更小、更轻以及更强大。制造具有所述参数的这些设备的设计挑战需要新的或修改的设计、材料和部件。新设计和材料带来的一个此类挑战是外观的均匀性，因为更薄，并且通常更脆弱，材料和部件通常对于着色和标记缺陷具有更深影响。

手持式电子设备也保持高标准的质量。这些设备通常持续使用，并且反映与用户相关联的标准或复杂性。质量的一个方面是设备外表面上的各种标记。标记提供了用公司识别产品的独特外观，并且将产品与竞争对手区分开来。该标记在产品中并且与销售该产品的公司建立了良好的商誉和品牌声誉。手持式电子设备上的不良复制标记可能会损害并且减弱产品的感知质量，例如移动电话的质量。

发明内容

本文的实施方案包括用于手持式电子设备的铝外壳。铝外壳具有经染色的阳极化层和与经染色的阳极化层邻接的合金基板。在经染色的阳极化层中形成1至2μm的熔融部分。在一些方面，熔融部分具有约60nm至约80nm的表面粗糙度。在其他方面，熔融部分具有至少1μm的表面粗糙度。在其他方面，外壳上的经染色的阳极化层具有30或更小的亮度(L*)，而外壳上的熔融部分具有50或更大的L*，并且更通常地，外壳L*为25或更小，而熔融部分L*为60或更大。手持式电子设备可以是移动电话。

本文的实施方案还包括具有铝合金基板的手持式电子设备，该铝合金基板具有被配置为接收与手持式电子设备相关联的多个电子部件的内表面。铝合金基板还具有与染色阳极化层邻接的外表面。在经染色的阳极化层中形成漂白标记，使得漂白标记由至少部分重叠的激光标记形成。在一些方面，漂白标记具有约60nm至80nm的表面粗糙度，并且在其他方面，漂白标记的表面粗糙度为约1μm或更大。在一些实施方案中，重叠的激光标记由平均直径为30μm的多个激光标记形成。相邻重叠的激光标记可按面积重叠多达90％或更大。一系列重叠的激光标记可形成第一漂白行和第二漂白行，其中第一漂白行和第二漂白行之间的行间距离为约40μm。设想附加的漂白行，每行由40μm的行间距离隔开。

在另一个实施方案中，描述了在手持式电子设备的外壳中制造漂白标记的方法。用于手持式电子设备的外壳被抛光至接近光洁度，或者经介质喷砂以提供不光滑的表面。表面然后被阳极化并染色。紫外线(UV)激光蚀刻染色的阳极化表面中的区域以形成预先确定的标记，使得经蚀刻的表面和未蚀刻表面之间的L*差值为至少25^°，更通常地至少为30。在一些方面，手持式电子设备是移动电话。UV激光器可用约25μm至约35μm的激光标记直径且行间间距约为40μm来蚀刻染色的阳极化表面。

附图说明

通过下文结合附图的详细描述，本公开将易于理解，其中类似的附图标号指示类似的结构元件，并且其中：

图1示出了根据本文实施方案的具有带有标记的外壳的手持式电子设备；

图2是根据本文实施方案的具有内表面和外表面的外壳的横截面示意图。

图3A示出了根据本文实施方案的经历阳极化的外壳；

图3B示出根据本文实施方案的经历染色的阳极化外壳；

图4是根据本文实施方案的染料饱和的阳极化层的分解图；

图5为根据实施方案的漂白标记的横截面侧视图；

图6A示出了根据本文描述的一个实施方案的具有具备漂白图案的产品标记的手持式电子设备的外壳；

图6B示出了根据本文描述的另选实施方案的具有具备漂白图案的产品标记的手持式电子设备的外壳；

图7示出了根据本文描述的实施方案的具有标记的外壳；

图8是根据本文实施方案的标记过程的流程图。

附图中交叉影线或阴影的用途被大致提供以明确相邻元件之间的界限并且还有利于附图的易读性。因此，有无交叉影线或阴影都不表示或指示对特定材料、材料属性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或附图所示任何元件的任何其他特性、性质或属性的任何偏好或要求。

此外，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间的界限、间距和位置关系在附图中提供，仅用于有助于理解本文所述的各个实施方案，并因此可不必要地被呈现或示出以衡量且并非旨在指示对所示实施方案的任何偏好或要求，排除结合其所述的实施方案。

具体实施方式

现在将详细参考在附图中示出的表示性实施方案。应当理解，以下描述并非旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的替代形式、修改形式和等同形式。

以下公开内容涉及具有深色光洁度(通常为黑色)的手持式电子设备的外壳，其具有在其上具有一个或多个可见的、更亮的标记的外表面。标记可以是文字或图形，并且通常具有高分辨率。外壳表面通常经过阳极化和染色，并且标记在经染色的阳极化层中漂白。

本公开的外壳由铝合金基板形成，但是其他类似的材料也在本公开的范围内。铝合金基板的外表面可具有近乎镜面光洁度，或者另选地，可具有不光滑或纹理化的光洁度。经染色的阳极化层邻接铝合金基板的外表面。平均阳极化层孔隙尺寸为约10nm至约40nm，并且更通常为15nm至35nm。

根据本公开的标记在外壳的外表面上是可见的。通过使用受控的激光蚀刻工艺，经染色的阳极化层中的标记被漂白。标记在经染色的阳极化层中由于激光漂白工艺显示出很少的或没有微压裂，如根据本文的实施方案所述。标记可是平滑的或具有光滑的外观，其中标记的激光漂白导致经染色的阳极化层表面的轻微熔融，其深度通常为1μm至2μm。

本公开还涉及用于制造具有均匀的深色或黑色光洁度的外壳的方法，并且在外壳的外表面上具有一个或多个可见的漂白标记。用于手持式电子设备的外壳由铝合金基板形成，其已经形成为用于支撑并围绕手持式电子设备所需的各种部件的适当形状。外壳被阳极化以在至少其外表面上展示平均孔隙尺寸为介于约10nm至40nm，并且更通常地为介于15nm和35nm的阳极化层，随后用深色染料(通常为黑色)进行染色。经染色阳极化层的受控激光蚀刻是使用本文所讨论的特定参数漂洗经染色阳极化层。该标记是可见的且比非漂白的外壳表面更亮。漂白标记可通过激光稍微融化，从而留下光滑的外观或光洁度。根据本文实施方案的标记是精确并清晰的，显示高分辨率。

以下参考图1至图8论述这些和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。

图1示出了手持式电子设备100，例如移动电话、平板计算机或其他便携式设备，具有已经通过激光漂白在其上施加了产品标记104的至少一个表面102。例如，移动电话外壳106可在其表面的一部分或全部表面表现出深黑色。较亮的标记104，例如公司的徽标或文字，被激光漂白到外壳106中以显示具有高分辨率的标记。

移动电话或其他手持式电子设备的外壳106通常由铝合金形成，并被锻造、模制、加工或以其他方式处理成所需的形状。外壳至少部分地包围并支撑与移动电话相关联的内部部件。外壳具有阳极化的外部表面或外表面，其中结合有黑色染料，例如黑色、深色皇家蓝色、深棕色等。为了本公开的目的，染料将被讨论为黑色，但如上所述，可使用其他深色染料。如图1所示，可通过选择性地改变染料来形成预先确定的标记104，使得标记更亮且分辨率更高。标记可是文本或图形，并且可是用户可见的大小。标记可提供信息、品牌、认证、标准、广告等。根据本文的实施方案，外壳106可展示一个或多个标记，例如具有可见标识和产品名称的外壳。

图2是沿图1的线A-A的截面示意图。根据本文实施方案的外壳106耦接到覆盖玻璃108。外壳具有内部表面110和外部表面112，其中内部表面110支撑并围绕移动电话的各种结构和电子部件(未示出)。尽管外壳的两个表面都可被阳极化并染色，但是参见下面，根据本文的实施方案，只有外表面112通常被抛光至一定光洁度。

在一个实施方案中，外壳106的外部表面112被抛光至镜面表面。抛光是经由平面抛光或其他类似方法提供不显示切线断裂或切削刀痕的外部表面，并呈现镜面或近乎镜面光洁度。尽管通常的实施方案包括整个外表面的抛光，但还可设想只有外表面的一部分或外表面没有任何部分被抛光成镜面或类镜像表面。

在另选实施方案中，外壳106的外部表面112被喷砂、砂磨、磨损或以其他方式用氧化锆粉末或珠(或其他类似材料)处理以展示粗糙表面(与抛光相反)(未示出)。粗糙表面通常显示平均Ra为约8μm至12μm，并且更通常地平均Ra为约10μm，并且最通常的平均Ra为10μm。经喷砂的表面显示纹理化光洁度，其中部件的表面形态，即外壳表面上的任何一个峰和任何一个谷之间的差值可高达7μm，并且更通常地高达5μm，并且最通常地介于3μm至5μm之间。

注意，实施方案还可包括具有未被抛光或纹理化的外部表面的外壳。在设备不需要镜面或不光滑的光洁度的情况下，外壳抛光或介质喷砂是可选的。

如上所述，根据本公开的外壳106具有内表面和外表面。在一个实施方案中，如图3A所示，在阳极化浴槽300中阳极化外壳。根据本文实施方案的外壳106被放置在作为阳极的阳极化浴槽300中，用于在外壳表面上受控的阳极化层生长。浴槽中示出了阴极302，以及单独的电源304。在通常的实施方案中，例如，在含电解质的溶液中，在1-1.5A/dm²下进行阳极化30至45分钟。在首先将起始的铝合金外壳抛光至镜面光洁度的情况下，将外壳在浴槽中进行阳极化，直到形成约16μm至25μm的阳极化层。然而，在任何一个部件中，保持受控的阳极化以保持该部件上的层基本上均匀，因此例如，部件在整个外表面上具有18μm的均匀阳极化层。阳极化层可由氧化铝或其他类似的氧化物形成，并且应该具有10nm至40nm平均直径孔隙尺寸。

另选地，经由介质砂射对起始的铝合金外壳进行纹理化，并且在浴槽300中阳极化外壳直到形成约16μm至20μm的阳极化层。如上所述，在任何一个部件内，保持受控阳极化以保持该部件上的层基本均匀。同样如上所述，阳极化层可由氧化铝或其他类似的氧化物形成，并且应该呈现10nm至40nm的平均直径孔隙尺寸。针对纹理化的外壳通常更容易实现阳极化参数，因为粗糙表面可作为阳极化反应的起始或成核位置。

图3B示出了根据本文实施方案的染色浴槽306的示意图。阳极化的外壳106被漂洗并移动到加热的染色浴槽中。染色浴槽306用深色染料(例如黑色)制备，并加热到合适的温度以使阳极化层(平均孔隙尺寸为10-40nm的层)饱和。在一个实施方案中，通过适当的加热源310将染色浴槽加热至50℃至55℃，更通常地为55℃。在另一个实施方案中，染料的浓度为8g/L至12g/L，更通常为10g/L。一旦加热到合适的浴槽温度，外壳106浸没在染料中约5至20分钟，以及更通常地，约15至20分钟。在染色浴槽306中的过度饱和可导致阳极化层破碎或其他类似的损坏。将染料掺入多孔阳极化层中以赋予阳极化层深染料颜色。通常，染料流入阳极化表面的孔隙(10-40nm)。在一些实施方案中，染色浴槽还可含有控制pH的稳定剂。

在一些实施方案中，染料在阳极化层中均匀分布到至少3μm的深度，在其他实施方案中至少5μm，在其他实施方案中至少为7μm，在其他实施方案中，深度为8μm～10μm。为了本文的目的，稳定的染料掺入到具有适当孔隙尺寸的阳极化层中应具有足够的深度以允许阳极化层的抛光，使得去除该层的某些部分不影响外壳表面的深染料颜色。

图4示出了根据本文实施方案的具有染成深黑色的阳极化层402的外壳表面400的代表性的示意性横截面图。经染色的阳极化层由表面401表示。可将第二抛光剂应用于经染色的阳极化层。经染色的阳极化层的抛光导致具有深色的光滑的高光泽度外观。本文的实施方案包括从染色阳极化层去除约4μm+/-2μm的抛光剂(示出为实心黑线或表面404)。去除经染色的阳极化层太少的抛光剂可导致低光泽度表面或“橙皮”表面(如虚线406所示)。如图4所示，从经染色的阳极化层抛光去除两个或或更小的μm可导致这种有害的外观。然而，去除太多的染色阳极化层可能相反地导致表面外壳上的可变颜色，因为染料未一致地饱和到已被除去层的深度(如虚线408所示)。图4中的虚线408示出了去除10μm的程度的抛光可能导致染料在外壳表面上暴露的量不一致，从而显示不均匀的着色(变色)。

如前所述，不光滑的或纹理化的外壳表面也可被阳极化并染色。该实施方案中的阳极化表面将具有对应于喷砂外壳的表面粗糙度的阳极化层。表面粗糙度为外壳提供了不光滑、纹理化的外观。

图5示出了具有并入其中的黑色染料502的阳极化层500。阳极化层500邻接并延伸出铝合金基板106的外表面112。可通过激光漂白来改变或修改阳极化层500中的一系列点或区域504，以在外壳上形成标记。调整激光漂白以选择性地亮化阳极化层，同时熔融阳极化层表面508以显示平滑光洁度506。

可通过激光漂白来选择性地改变外壳的外表面的区域以形成预先选定的标记。外壳的外表面上的标记可被改变以提供比具有深黑色或其他深色颜色的未改变的外壳表面明显更亮的外观。

激光漂白通常包括在外壳的外表面的染色的阳极化部分上方的激光器的扫描输出。激光器可包括电流计反射镜或其他布置，以在阳极化表面上形成光能点。控制激光器的扫描输出(包括扫描速度、激光标记直径和行间间距)以使阳极化外壳上的热应力最小化，从而避免在阳极化表面形成微裂纹。本文讨论的参数已经适应于漂白阳极化表面，使阳极化表面中的微裂纹形成最小化，并导致表面上阳极化层的一些最小熔融，从而导致熔融或光滑的外观。

图6A示出了一系列激光蚀刻或重叠的激光标记或扫描点600，其形成字词即iPhone 601的漂白标记。在每个漂白的行或部分602之间是非漂白区域或行604。

图6A中示出的iPhone标记示出了由激光器形成的到铝合金的染色阳极化层的外表面中的标记的第一部分603的漂白。第一部分603限定第一部分的第一端部604和第一部分的第二端部605。标记还可具有由激光器形成的到经染色的阳极化层的外表面中的漂白的第二部分606，第二部分限定第二部分607的第一端部和第二部分608的第二端部；以及漂白的第三部分609，漂白的第四部分610和漂白的第五部分611，例如其各自分别具有第一端部和第二端部。第一部分、第二部分和第三部分彼此平行并且在第一方向上延伸，而第四部分和第五部分彼此平行并且在垂直于第一方向的第二方向上延伸。在一些实施方案中，第四部分与第一部分的第一端部以及第三部分的第一端部重叠或相邻，并且与第二部分的第一端部间隔开。第五部分与第二部分的第二端部重叠或相邻，并且与第一部分的第二端部以及第三部分的第二端部间隔开。该激光蚀刻图案可以彼此平行或彼此垂直的附加漂白行继续。注意，在通常的实施方案中，标记的漂白部分在没有放大的情况下在视觉上彼此不可区分(或与肉眼不可区分)。

图6B示出了使用与图6A中描述的相同漂白部分的徽标613的另选实施方案。这里，漂白的第四部分610示出了沿着徽标的外表面延伸的曲线。在图6A和图6B中，漂白部分和未漂白部分的组合被配置并提供漂白标记。

在一个实施方案中，激光扫描速度、脉冲频率、激光标记和脉间交叠的输出提供高分辨率的亮的标记。在一些实施方案中，激光标记是圆形的，标记直径在25和35μm之间，并且更通常是30μm。在一些实施方案中，脉间交叠大于90％612(参见图6B)。在一些实施方案中，激光标记可具有稍大的具有重叠的焦点直径，并且在一些实施方案中，激光标记可具有38至42μm的直径，并且更通常为40μm。任何两个漂白部分或行之间的通常的行间间距614约为40μm。激光可以是紫外(UV)激光。

将标记激光漂白到抛光或纹理化的经染色的阳极化层中的结果在外壳中产生改性或改变的染料区域。染料的改变区域形成为预先确定的标记形状，其具有比非漂白外壳表面明显更亮的外观。在一些实施方案中，与更常规的标记形成相比，激光漂白在阳极化层中产生明显更少的微裂缝。例如，使用上述参数，在激光蚀刻工艺期间几乎没有形成微裂纹，因为已经确定了参数来降低热积聚。本文中的标记提供了高可靠性，即标记不会表现出阳极化裂纹，这是激光蚀刻在行或漂白部分之间显著重叠的显著问题。此外，本文所述的激光漂白工艺可用于稍微熔融经染色阳极化层的顶部1-2μm，从而显示光滑的表面。在一些实施方案中，熔融的阳极化层的表面粗糙度(Ra)介于60nm和80nm之间。

根据本文实施方案的激光标记也可用于产生纹理或粗糙的激光标记。粗糙的激光标记具有大于1μm的表面粗糙度，并且通过使用适当的激光脉冲频率和小于90％的脉间交叠形成。还调整激光对焦位置以获得所需的表面粗糙度。否则，参数等效于上文和本文公开的平滑激光标记参数。

图7示出了具有蚀刻到其经染色阳极化层中的激光漂白徽标的移动电话。外壳具有亮度(L*)为30或更小的黑色经染色阳极化层，而漂白标记的L*为至少50或更大。在其他实施方案中，外壳具有L*数量为25或更小的黑色经染色的阳极化层，而漂白标记的L*至少为60或更大。亮度上的这种明显不同提供了高分辨率和清晰的标记。注意，使用国际照明委员会(CIE)的标准测量亮度，其中样品的亮度与标准比较以提供ΔL*，其基本上是亮度和暗度的差值。因此，在一些实施方案中，外壳和漂白标记之间的亮度差值为至少20，更通常地为至少30或35。在一些实施方案中，L*的差值为20、25、30、35、40等。最后，已经确定了如上所述的激光蚀刻参数，以提供到阳极化层中的轻微的热流通。激光蚀刻层经历最小的表面熔融，以显示光滑或光泽的外观，通常到熔融的表面中为介于1至2μm，即深度为1μm至2μm。

图8是根据本文的实施方案的标记过程的流程图。过程800可从获得用于手持式电子设备的外壳开始，其中外壳需要一个或多个标记802。在通常的实施方案中，外壳由铝构成或者是基于铝的。可将外壳的表面抛光至近乎镜面光泽度或进行介质喷砂以提供不光滑或纹理化表面。将外壳阳极化以提供平均孔隙尺寸为约10nm-40nm 804，更通常为15nm至35nm的阳极化层。一旦阳极化，阳极化层被染成黑色或其他深色，以显示深黑色，例如806。然后将标记漂白到经染色阳极化外壳的可见外表面808。激光漂白可通过根据本文实施方案描述的UV激光来实现。根据本文的公开内容，在经染色的阳极化层上方扫描激光，同时限制对阳极化层的热应力。利用漂白图案来创建标记。提供足够的扫描参数以在漂白图案中引起熔融。

为了进行解释，上述描述使用特定命名以提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，实践所述实施方案不需要这些具体细节。因此，出于举例说明和描述的目的，呈现了对本文所述具体实施方案的前述描述。它们并非意在穷举或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。

Claims (20)

1.一种用于手持式电子设备的铝外壳，包括：

经染色的阳极化层；

邻接所述经染色的阳极化层的合金基板；和

所述经染色的阳极化层的熔融部分；其中

所述熔融部分具有1μm至2μm的深度。

2.根据权利要求1所述的外壳，其中所述熔融部分具有60nm至80nm的表面粗糙度。

3.根据权利要求1所述的外壳，其中所述熔融部分具有至少1μm或更大的表面粗糙度。

4.根据权利要求1所述的外壳，其中：

所述经染色的阳极化层具有至少30或更小的L*值；并且

所述熔融部分具有至少50或更大的L*值。

5.根据权利要求4所述的外壳，其中：

所述经染色的阳极化层具有至少25或更小的L*值；并且

所述熔融部分具有至少60或更大的L*值。

6.根据权利要求1所述的外壳，其中所述手持式电子设备是移动电话。

7.一种手持式电子设备，包括：

铝合金基板，所述铝合金基板具有内表面和外表面，所述内表面被配置为接收与所述手持式电子设备相关联的多个电子部件；

外部经染色的阳极化层，所述外部经染色的阳极化层邻接所述铝合金基板的所述外表面；和

漂白标记，所述漂白标记形成在所述外部经染色的阳极化层中；其中

所述漂白标记至少部分地由一系列重叠的激光标记形成。

8.根据权利要求7所述的手持式电子设备，其中所述漂白标记具有60nm至80nm范围内的表面粗糙度。

9.根据权利要求7所述的手持式电子设备，其中所述表面粗糙度是1μm或更大。

10.根据权利要求7所述的手持式电子设备，其中所述一系列重叠的激光标记由多个激光标记形成，每个激光标记具有30μm的平均直径。

11.根据权利要求10所述的手持式电子设备，其中所述一系列重叠的激光标记中的任何两个相邻的激光标记重叠至少90％。

12.根据权利要求11所述的手持式电子设备，其中所述一系列重叠的激光标记形成第一漂白行和第二漂白行，并且所述第一漂白行和所述第二漂白行之间的行间距离是40μm。

13.一种在电子设备的外壳上制备标记的方法，包括：

使用阳极化设备阳极化所述外壳以形成阳极化层；

使用染色设备染色所述阳极化层以形成经染色的阳极化层；以及

使用激光器激光蚀刻所述经染色的阳极化层中的区域以在所述外壳上形成所述标记，所述标记包括经蚀刻的阳极化层；

其中所述经染色的阳极化层和所述标记之间的亮度L*差值为至少25。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述经染色的阳极化层和所述标记之间的所述亮度L*差值为至少30。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述经染色的阳极化层和所述标记之间的所述亮度L*差值为至少35。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述电子设备为移动电话。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述经染色的阳极化层限定第一漂白行和第二漂白行，并且所述第一漂白行和所述第二漂白行具有40μm的行间间距。

18.根据权利要求17所述的方法，其中10μm的行间间距不被漂白。

19.根据权利要求13所述的方法，其中所述激光蚀刻由紫外线激光器执行。

20.根据权利要求13所述的方法，其中所述外壳上的所述标记具有60nm至80nm的表面粗糙度。