CN109476534A - 包含光提取特征的玻璃制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造玻璃制品的方法，所述方法包括使玻璃基材的第一表面与激光接触以形成具有一定直径和一定深度的多个光提取特征，其中，所述光提取特征产生的提取光具有色偏Δy，其中Δy<0.01/500mm长度。所述玻璃制品可包含第一表面和相对的第二表面，其中，所述第一表面包含多个激光诱导的光提取特征，并且其中，所述多个激光诱导的光提取特征产生的色偏Δy<0.01/500mm长度。

Description

包含光提取特征的玻璃制品及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119要求于2016年3月29日提交的系列号为62/314662的美国临时申请的优先权权益，本申请以该申请的内容为基础，并且通过引用的方式全文纳入本文。
技术领域
本公开一般涉及玻璃制品和包括该玻璃制品的显示装置，更具体地，涉及包含光提取特征的玻璃光导及其制造方法。
背景技术
液晶显示器(LCD)通常用于各种电子装置，例如手机、笔记本电脑、电子平板电脑、电视机和计算机监视器。对更大、分辨率更高的平板显示器的不断增长的需求促使需要用于显示的高品质大型玻璃基材。例如，玻璃基材可以用作可与光源耦合的LCD中的光导板(LGP)。用于较薄显示器的普通LCD构造包括与光导边缘光学耦合的光源。光导板常在一个或多个表面上配备有光提取特征，以当光沿着光导的长度行进时散射光，由此造成一部分光逸出光导并投射向观看者。为了产生质量更高的投影图像，已经研究了这种光提取特征的工程构造，以改善沿着光导长度散射的光的均匀性。
目前，可由具有高透射性质的塑料材料[例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或甲基丙烯酸甲酯苯乙烯(MS)]构建光导板。然而，由于它们的机械强度相对较弱，因此可能难以由PMMA或MS制造足够大且薄的光导来满足目前的消费需求。由于塑料光导的热膨胀系数低，因此它们还可能需要在光源与光导之间具有较大的间隙，这可降低光耦合效率并且/或者要求较大的显示器边框。已经提出了将玻璃光导作为塑料光导的替代物，因为玻璃光导的光衰减低、热膨胀系数低且机械强度高。在塑料材料上提供光提取特征的方法可包括，例如，注塑和激光破坏来产生光提取特征。虽然这些技术可以与塑料光导一起很好地起作用，但是注塑和激光破坏无法与玻璃光导相容。特别地，激光暴露可危害玻璃可靠性，例如，可以促使产生破碎、裂纹扩展和/或片材断裂。
再者，激光破坏可以产生的提取特征太小而不能有效地从光导板中提取光。增加这种小特征的密度是可能的，但是这可延长加工长度，并因此增加生产成本和/或时间。另外，对玻璃进行激光破坏可在提取特征周围产生碎片和/或缺陷。这些碎片和缺陷可提高光提取，但是由于它们不均匀，因此可形成高频噪声，其可导致出现图像伪影或缺陷[“mura”(不均匀)]。各种形状和/或尺寸的缺陷还可产生与波长相关的散射，这可驱使不期望的色偏。此外，通过激光向玻璃制品添加能量可引发各种化学反应，这可产生重新沉积在玻璃制品表面上的气态产物。在光提取特征附近的这些沉积物和/或化学变化也可产生色偏和/或形成高频噪声。
向玻璃光导施加光提取特征的替代性方法可包括印刷技术，例如丝网印刷或喷墨印刷。具体而言，可使用喷墨印刷或丝网印刷，利用白色或散射油墨在光导上形成图案。然而，在玻璃上印刷光提取特征可存在其他问题。例如，油墨自身可吸收一些光并产生色偏。因此，能够有利的是，提供解决了上述缺陷的用于显示装置的玻璃制品(例如光导板)，例如图像品质增强且色偏和/或高频噪声减少的具有光提取特征的玻璃光导板。
发明内容
在各个实施方式中，本公开涉及制造玻璃制品的方法，所述方法包括使玻璃基材的第一表面与激光接触以形成具有一定直径和一定深度的多个光提取特征，其中，所述光提取特征产生的提取光的色偏Δy<0.01/500mm长度。在一些实施方式中，玻璃制品的同心环失效强度大于约200MPa。在一些实施方式中，激光选自CO2激光、CO激光、钇铝石榴石(YAG)激光、三倍频掺钕YAG(Nd:YAG)激光和三倍频掺钕原钒酸钇(Nd:YVO4)激光。在一些实施方式中，单个光提取特征在第一表面处的最小宽度可以在1微米(μm)至500微米之间，在第一表面处的最大宽度在1微米至500微米之间，在第一表面处的纵横比在1至10之间，或其组合。在一些实施方式中，单个激光诱导的光提取特征的深度与最小宽度的比值可以为0.01至100。在一些实施方式中，玻璃制品的厚度在0.2毫米(mm)至4mm之间。在一些实施方式中，所述方法还包括将漫射膜、增亮膜或者漫射膜和增亮膜沉积在第一表面或第二表面上的步骤。在一些实施方式中，所述方法还包括弯曲玻璃制品的步骤，其中曲率半径在2米(m)至6m之间。在一些实施方式中，所述接触步骤还包括：(a)控制激光聚焦区域的垂直位置；(b)控制最小激光光斑半径；(c)相对于材料吸收控制激光波长；(d)控制激光脉冲能；(e)控制激光脉冲长度；(f)相对于基材速度控制激光光斑速度；(g)控制激光脉冲重复频率；(h)控制各脉冲之间的时间；(i)控制激光占空比；(j)控制激光平均功率；或(k)步骤(a)-(j)的组合，从而以选自随机、排列、重复、非重复、对称和不对称的图案在第一表面上获得多个光提取特征。
本公开还涉及包含第一表面和相对的第二表面的玻璃制品，其中，所述第一表面包含多个激光诱导的光提取特征，并且其中，所述多个激光诱导的光提取特征产生的色偏Δy<0.01/500mm长度。在一些实施方式中，玻璃制品的同心环失效强度大于约200兆帕(MPa)。在一些实施方式中，多个激光诱导的光提取特征中的一些具有约5μm至约1mm的直径，并且具有约1μm至约3mm的深度。在一些实施方式中，多个激光诱导的光提取特征中的一些在第一表面处的最小宽度在1μm至500μm之间，在第一表面处的最大宽度在1μm至500μm之间，在第一表面处的纵横比在1至10之间，或其组合。在一些实施方式中，单个激光诱导的光提取特征的深度与最小宽度的比值可以为0.01至100。在一些实施方式中，玻璃制品的厚度在0.2mm至4mm之间。在一些实施方式中，玻璃制品的厚度为0.7mm、1.1mm或2mm。在一些实施方式中，玻璃制品还包括漫射膜、增亮膜，或者同时包括漫射膜和增亮膜。在一些实施方式中，玻璃制品还包括一个或多个光源，其将光耦合到玻璃制品的一侧或多侧中。在一些实施方式中，多个激光诱导的光提取特征在玻璃制品上提供的光提取均匀性>80％。在一些实施方式中，玻璃制品是弯曲的，其中曲率半径在2m至6m之间。在一些实施方式中，多个光提取特征在第一表面上以选自随机、排列、重复、非重复、对称和不对称的图案存在。在一些实施方式中，凹形光提取特征的深度、直径、深度与直径的比值和几何形状中的任意一项或组合根据在第一表面上的位置变化而变化。在一些实施方式中，相对的第二表面包括第二多个光提取特征。
本文公开的实施方式相比于常规技术提供了多个优点，所述常规技术例如但不限于印刷技术等。例如，对于每种新的设计迭代，丝网印刷要求制造和调整新的丝网图案或掩膜，而本文所述实施方式的激光图案化允许从软件上对提取图案进行快速变化，这降低了开发成本。另外，用于印刷的丝网需要频繁地清洁和更换，这增加了操作成本并延长了停机时间，并且丝网印刷和喷墨印刷均要求单独的固化步骤(热固化或UV固化)，这降低了产量。这种向玻璃添加材料的常规图案化技术(印刷或微复制)使得得到的光导板对材料的光学性质敏感，这增加了色偏。另外，脱层的可能性使通过常规技术制造的光导板具有额外的失效模式。本文公开的实施方式相比于常规的基于CO2的(即基于热的)激光图案化技术还提供了多个优点。例如，本文所述的示例性方法在无需后CO2暴露/蚀刻工艺的情况下得到了具有更高强度的部件，其能够用于弯曲的显示器。本文所述的示例性方法还得到了完好的特征，其中最大程度地减小了烧蚀材料的重新沉积或裂纹形成，所述烧蚀材料的重新沉积或裂纹形成可增加得到的光导板的光学输出的可变性。本文所述的示例性方法还得到了具有低色偏的光导板，最大程度地减少了废料，并且不需要固化。
在以下的详细描述中给出了本公开的其他特征和优点，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即容易理解，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方法而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都显示了本公开的各个实施方式，并旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本公开的进一步的理解，附图结合于本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本公开的各个实施方式，并与说明书一起用来解释本公开的原理和操作。
附图说明
结合以下附图阅读可以进一步理解下文中的具体实施方式，其中，只要可能，相同的数字符号用于表示相同的部件，应理解，附图不一定按比例绘制。
图1是根据一些实施方式所述的一种示例性光导板的示意图；
图2是一些实施方式的光提取图案示意图；
图3是其他实施方式的光提取图案示意图；
图4是另外的实施方式的光提取图案示意图；
图5A-5C是在一些实施方式中的示例性激光特征的共焦显微镜图像；
图6是一些实施方式的示例性激光特征的深度分布；
图7提供了其他实施方式的其他示例性激光特征的深度分布；
图8是示例性光提取特征的三维表示；
图9A是一些实施方式的发光强度与特征宽度的角度依赖性图；
图9B是与50微米、100微米和200微米特征宽度对应的图9A的三个截面图；
图10是图9A的峰值发光强度的变化图；
图11A是其他实施方式的发光强度与特征宽度的角度依赖性图；
图11B是与10微米、20微米、50微米和100微米特征深度对应的图11A的三个截面的图；
图12是图11A的峰值发光强度的变化图；
图13A和13B是一些实施方式的光提取特征的显微图；
图14是一些实施方式的同心环可靠性测试的失效概率图；
图15是示例性同心环失效测试的简化示图；
图16A是使用本文所述的实施方式制造的一种示例性光导板；
图16B是使用常规技术制造的光导板；以及
图17是根据一些实施方式所述的一种方法的图示。
具体实施方式
玻璃制品
本文公开了一种包含第一表面和相对的第二表面的玻璃制品，其中，第一表面包含多个光提取特征。示例性玻璃制品可包括但不限于玻璃光导板。本文还公开了包含所述玻璃制品的显示装置。
玻璃制品或光导板可以包含本领域已知的用于显示器和其他类似装置的任意材料，包括但不限于硅铝酸盐玻璃、碱金属硅铝酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱金属硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱金属铝硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃和其他合适的玻璃。在某些实施方式中，玻璃制品的厚度可以小于或等于约3mm，例如在以下范围内：约0.3mm至约2mm、约0.7mm至约1.5mm、或约1.5mm至约2.5mm，包括其间的所有范围和子范围。适于用作光导板的商购玻璃的非限制性实例包括，例如，康宁股份有限公司(Corning Incorporated)的EAGLEIrisTM、LotusTM和玻璃。
玻璃制品可以包括第一表面和相对的第二表面。在某些实施方式中，所述表面可以是平面的或基本是平面的，例如基本平坦和/或水平的。在各个实施方式中，第一和第二表面可以是平行的或基本上平行的。玻璃制品还可以包括至少一个侧边缘，例如，至少两个侧边缘、至少三个侧边缘或至少四个侧边缘。作为非限制性实例，玻璃制品可以包括具有四个边缘的矩形或正方形玻璃制品，但是还设想了其他形状和构造，并且这些形状和构造旨在落在本公开的范围内。例如，玻璃制品可以是基本上平坦的或平面的，或者可以围绕一个或多个轴弯曲。
本文还公开了一种激光图案化方法，其中对透明的玻璃光导板或基材图案化，使得在一个表面上具有折射性光提取特征，从而使提取的光产生色偏Δy，其中Δy<0.01/500mm长度，并且/或者所述板或基材的同心环失效强度大于约200MPa。在一些实施方式中，所述激光可以是脉冲CO2激光、CO激光或其他合适的脉冲激光。在一些实施方式中，激光脉冲长度可以在10微秒至500微秒之间，并且/或者重复频率可以在500Hz至20kHz之间。在一些实施方式中，基材与激光之间的相对移动可具有10mm/s至5m/s的最大速度。在另外的实施方式中，可使用振镜系统(galvo system)来进一步增加图案化速率。在一些实施方式中，示例性的光提取特征的深度可以在1-200μm之间，在玻璃表面处的最小宽度可以在1μm至500μm之间，在玻璃表面处的最大宽度可以在1μm至500μm之间，并且/或者在玻璃表面处的纵横比(最大宽度与最小宽度的比值)可以在1至10之间。在另外的实施方式中，示例性的光提取特征的深度与最小宽度的比值可以为0.01至100。
本文还公开了一种透明的玻璃光导板或基材，其厚度在0.2至4mm之间(例如0.7mm、1.1mm、2mm等)，并且一个表面上的折射性光提取特征的图案产生的色偏Δy<0.01/500mm长度，并且/或者当根据ASTM XXX测量时，同心环失效强度大于约200MPa。这样的实施方式可用作背光单元中的光导，其具有一层或多层漫射膜、增亮膜，并且LED将光耦合到光导的一侧或多侧中。在一些实施方式中，光提取特征的示例性图案在光导上可提供>80％的光提取均匀性。在一些实施方式中，示例性的光导可用于弯曲部署，其中曲率半径在2米至6米之间。在另外的实施方式中，示例性的光提取特征的深度可以在1-200μm之间，在玻璃表面处的最小宽度可以在1μm至500μm之间，在玻璃表面处的最大宽度可以在1μm至500μm之间，并且/或者在玻璃表面处的纵横比(最大宽度与最小宽度的比值)可以在1至10之间。在另外的实施方式中，示例性的光提取特征的深度与最小宽度的比值可以为0.01至100。
图1是根据一些实施方式所述的一种示例性光导板的示意图。参考图1，示例性玻璃制品100(例如玻璃光导或光导板)可包括第一表面105、第二表面110、在第一表面105与第二表面110之间延伸的玻璃厚度tLG、面板宽度WLG和面板长度LLG。一个或多个光源120与玻璃制品100的一个或多个边缘光学耦合，以向玻璃制品100的所述一个或多个边缘107提供光输入。虽然例示了在单个边缘107上的一个阵列的光源120，但是这种描绘不应限制本文所附的权利要求书的范围，因为可在玻璃制品100的多个边缘107上提供任意数目或阵列的光源120。如将在图2-3中例示的，在第一表面105上可存在多个光提取特征220。但是，应理解的是，在本文中，各表面仅是为了论述目的而被称为“第一”和“第二”，这些取向和标签可以不加限制地变换。另外，在非限制性实施方式中，玻璃制品的两个表面可同时包含光提取特征。例如，第一表面可以根据本文公开的方法配备光提取特征，并且相对的第二表面可以通过本领域已知的相同或不同的方法配备光提取特征。当两个表面均包含光提取特征时，不加以限制，这些特征的尺寸、形状、间距、几何形状等可以相同或不同。
全内反射(TIR)过程将光限制在这样的面板中，直到光照射到破坏TIR的光提取特征。图2、3和4例示了光提取图案的非限制性实施方式。参考图2，该图描述了根据一些实施方式所述的光提取特征的一种图案210a，其中，各个光提取特征220之间的间距Λ0在X和Z方向上保持恒定。在所示的非限制性实施方式中，在Z＝0时，可沿着X轴发生光耦合。因此，为了在示例性的玻璃制品100上提供基本上恒定的光提取，光提取特征220的区域可从X＝0线性增加到X＝L。当然，图2中进行的特征描绘不应限制本文所附权利要求书的范围，因为特征密度可有所变化，例如通过在X方向和Z方向上同时改变相邻特征之间的间距(参见图3)，或者仅通过在Z方向上或仅X方向上改变相邻特征之间的间距(参见图4)而使特征密度在Z方向上变化。图3提供了激光图案化光导板或玻璃制品100的一种示例性光提取图案210b，其中，光提取特征220的尺寸在X和Z上保持恒定。当Z＝0时，光耦合将沿着X轴。对于恒定的光提取，光提取特征220的密度从X＝0到X＝L线性增加。这种图案在X和Z维度上同时增加了特征与特征的间距。图4提供了激光图案化光导板或玻璃制品100的一种示例性光提取图案210c，其中，光提取特征220的尺寸在X和Z上保持恒定。当Z＝0时，光耦合将沿着X轴。对于恒定的光提取，印刷的光提取特征220的密度从X＝0到X＝L线性增加。这种图案仅在Z维度上增加了特征与特征的间距。
当使用常规技术时，光提取特征的尺寸、各特征之间的间距以及精确的图案由玻璃厚度、面板长度、面板宽度、玻璃吸收、边缘效应(即，反射性)和所需的面板效率决定，其中e＝1-η效率，其中η效率＝P(Z＝L)/P(Z＝0)。因此，如果光在每单位长度中以均匀的方式恒定地提取，则波导中的光量将线性地减少如下量：每单位长度的相同光量减去任何吸收。根据常规技术，特征面积的基本为线性的增加是波导功率线性减小的结果，因为位置(X,Z)处的散射光量p散射与(X,Z)处的波导中的光量P(X,Z)乘以(X,Z)处的散射系数S(X,Z)成比例。这产生了散射S(Z)与波导功率相关的以下方程：
参考方程(1)，对于印刷的图案，位置(X,Z)处的总散射与油墨中的小散射颗粒的数目成比例，进而与墨点的体积成比例。对于丝网印刷，墨点的厚度大致相等，因此，位置(X,Z)处的总散射与印刷的墨点的面积成比例。在通常的丝网印刷光导板中，散射颗粒比光的波长大几倍，并且该过程可被认为是多颗粒米氏散射(Mie scattering)。这种散射主要是在正向上，并且当与尺寸显著小于波长的颗粒所发生的更加熟悉的瑞利散射相比时，米氏散射具有相对更小的波长依赖性。
散射与波导功率之间的这种相同的关系还可满足本文所述实施方式的具有光提取特征的示例性玻璃制品。然而，在示例性实施方式的激光图案化波导中，散射机制与油墨的小颗粒散射极不相同。例如，激光诱导的光提取特征主要是折射性的，并且由相对平滑的空气/玻璃界面组成，这种界面破坏了TIR。这些特征的尺寸显著大于波长，并且预计折射散射的波长依赖性弱于常规墨点的波长依赖性。如果通过激光图案化形成了较小的特征，则通过材料的重新沉积，或者通过周围玻璃的微开裂，可使波长依赖性增加。
根据示例性实施方式所述的一种示例性激光图案化方法使用脉冲激光(CO2、CO等)，其通过光学系统聚焦到透明玻璃基材的表面上。特征的尺寸和形态可以由以下参数控制：激光聚焦区域的垂直位置zf、在材料上的最小激光光斑半径wo(峰值的1/e2)、相对于材料吸收的激光波长λ、激光脉冲能Ep、激光脉冲长度τdur、相对于基材速度的激光光斑速度vs、激光脉冲重复频率fp、各脉冲之间的时间1/fp、激光占空比Dp＝τdur*fp和/或激光平均功率P平均＝Ep*fp。例如，在一些实施方式中，当玻璃制品(例如光导板)在平移平台上横向移动时，激光焦斑可以是静止的。可以对平台的扫描速度vs进行选择，使得在激光暴露期间，对于大致圆形的孔来说，激光光斑的移动程度最小。如果可接受椭圆形特征，则在暴露时间Tdur期间，可以移动光斑。
图5A-5C、6和7例示了本文实施方式的一些示例性激光图案化特征的尺寸。图5A-5C是一些实施方式中的示例性激光特征的共焦显微镜图像，图6是一些实施方式的示例性激光特征的深度分布，图7提供了其他实施方式的其他示例性激光特征的深度分布。参考图5A-5C，提供了康宁IrisTM玻璃基材中的单个激光特征的共焦显微镜图像(图5A)、形貌图像(图5B)和深度图(图5C)。描绘的激光特征直径为约100μm，并且深度为约20μm。然而，该描绘不应限制本文所附权利要求书的范围，因为特征的直径或宽度可(如本文所述)改变，并且可以为10μm至500μm、50μm至200μm、100μm至200μm，及其间的所有子范围。另外，示例性特征的深度可(如本文所述)改变，并且可以为5μm至200μm、10μm至150μm、20μm至100μm、50μm至100μm，及其间的所有子范围。如图6所示，示例性的激光特征在截面中可具有近似高斯(Gaussian)深度分布，其中小环包围中心凹陷。该环可由熔化的材料从孔或腔体中向上推出形成。如图7所示，特征的深度可由每个激光脉冲中所储存的能量来控制。图8示出了一个示例性特征的三维表示，其中光提取特征被视为玻璃基材中的简单高斯状凹陷(divot)。
虽然以高斯分布描述光提取特征，但是这不应限制本文所述权利要求书的范围，因为特征的尺寸和形态可以由以下参数控制：激光聚焦区域的垂直位置zf、在材料上的最小激光光斑半径wo(峰值的1/e2)、相对于材料吸收的激光波长λ、激光脉冲能Ep、激光脉冲长度τdur、相对于基材速度的激光光斑速度vs、激光脉冲重复频率fp、各脉冲之间的时间1/fp、激光占空比Dp＝τdur*fp和/或激光平均功率P平均＝Ep*fp。因此，光提取特征可被视为定位在玻璃制品表面上的圆形凹坑，其尺寸不需要是完美的圆形、半球形或半椭球形。示例性的光提取特征还可以为椭球形、抛物面形、双曲面形、截头圆锥形，或者可以具有任意其他合适的几何形状。
利用激光焦斑的尺寸和激光脉冲的强度，还可对光提取特征的形态和规格进行选择，以提取具有所需角分布的所需光量。在一些示例性的全背光单元(BLU)中，角分布还可通过一系列增亮膜和漫射膜得到进一步改进。特征的形态通过最大深度来表征，所述最大深度是从特征中的最深点(例如顶点a)测量到限定未经处理的平坦玻璃制品表面的平面。光提取特征还具有最大和最小横向尺寸，其被定义为在玻璃制品的未经处理的平坦表面的平面中测得的，从最大深度的点到深度减小到最大深度的1/e2倍的值的点处的最大值和最小值。对于圆形截面的光提取特征，最大和最小横向特征尺寸名义上是相同的。
因此，玻璃制品中包含的光提取特征220可具有任意合适的直径d和深度h。在一些实施方式中，光提取特征的直径d可以在约5μm至约1mm的范围内，例如约5μm至约500μm、约10μm至约400μm、约20μm至约300μm、约30μm至约250μm、约40μm至约200μm、约50μm至约150μm、约60μm至约120μm、约70μm至约100μm、或者约80μm至约90μm，包括其间的所有范围和子范围。根据各个实施方式，在玻璃制品上或玻璃制品中的多个光提取特征中，每个光提取特征的直径d可以与其他光提取特征的直径d相同或不同。例如，光提取特征220的深度h还可以在约1μm至约3mm的范围内，例如约5μm至约2mm、约10μm至约1.5mm、约20μm至约1mm、约30μm至约0.7mm、约40μm至约0.5mm、约50μm至约0.4mm、约60μm至约0.3mm、约70μm至约0.2mm、或者约80μm至约0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。根据各个实施方式，在多个光提取特征120中，每个光提取特征的深度h可以与其他光提取特征的深度h相同或不同。
如图8所示，多个光提取特征120的深度h可以小于玻璃制品100的厚度t。在某些实施方式中，深度h可以基本上等于玻璃制品的厚度t(例如，光提取特征通过制品的厚度从第一表面延伸到第二表面)。在另外的实施方式中，比值t:h可以在约100:1至约1:1的范围内，例如约50:1至约2:1、约25:1至约3:1、约20:1至约4:1或约10:1至约5:1，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，比值h:d可以在约100:1至约1:1的范围内，例如约50:1至约2:1、约25:1至约3:1、约20:1至约4:1或约10:1至约5:1，包括其间的所有范围和子范围。当然，在多个特征中，各特征的比值t:h和h:d可以有所不同而不加以限制。
另外，示例性光提取特征220可具有顶点a(或特征中的最低点)，并且各个光提取特征之间的距离x可以被定义为两个相邻的光提取特征的顶点之间的距离。根据各个实施方式，距离x可在约5μm至约2mm的范围内，例如约10μm至约1.5mm、约20μm至约1mm、约30μm至约0.5mm、或约50μm至约0.1mm，包括其间所有范围和子范围。应理解，在多个光提取特征220中，相邻的光提取特征之间的距离x可以变化，并且不同的光提取特征以不同的距离x彼此间隔开。
根据各个实施方式，在玻璃制品100(例如玻璃光导板)的一些部分上的光提取特征220可以具有直径d、深度h、间距x、比值t:h和/或比值h:d，但是在玻璃制品100的其他部分上的光提取特征220可以具有第二直径d、深度h、间距x、比值t:h和/或比值h:d。例如，在毗邻或邻近玻璃制品100(如光导板)边缘的部分上，或者毗邻或邻近接收来自光源(未示出)的光的部分上的光提取特征220可以具有第一直径d、深度h、间距x、比值t:h和/或比值h:d，并且邻近玻璃制品的107的中心或与光源120相距预定距离处的光提取特征220可以具有第二直径d、深度h、间距x、比值t:h和/或比值h:d。在其他实施方式中，光提取特征220的直径、深度、比值、和/或几何形状可以根据在玻璃制品100表面上的位置变化而变化。
为了理解激光诱导的光提取特征的形态对光提取的影响，可使用非序列性光线追迹。为了对光提取特征进行建模，可使用具有图8所示的深度分布的光提取特征阵列，由此可预期当光提取特征的形态保持恒定，但是对光提取特征的尺寸进行缩放时，所提取的光的角分布应保持恒定。这在图9A和9B中得到证实。图9A是对于形状恒定的光提取特征，发光强度与光提取特征宽度的模型化角度依赖性图，其中光提取特征的深度是光提取特征宽度的五分之一。正向(远离光源)对应于-90°。图9B例示了图9A的三个截面，并且以对应于宽度为50μm、100μm和200μm的光提取特征示出。对峰值高度进行最大程度的归一化，从而可对曲线形状进行比较。参考图9A-9B，应注意的是，角分布相似。对于具有这种折射率的玻璃和朗伯型光源，峰值光提取发生在与玻璃制品表面的法线成约60°处，并且在远离输入光源的正向方向上集中。
随着特征尺寸的比例放大，可具有更多的表面积用于散射。因此，由于光提取特征在所有的维度上缩放，因此表面积随着光提取特征尺寸的平方而增加。图10是图9A的峰值发光强度的变化图。参考图10，可观察到所提取的光量非线性地增加，但不是刚好二次方，并且具有1.80的指数。
如果形态在深度和横向尺寸上的缩放程度不同(如图7中的实验深度分布所示)，则可观察到提取光的角分布有所改变。这是预计得到的，因为光提取特征的侧壁角将取决于深度相对于宽度的比值。图11A是对于宽度恒定(100μm)但是深度变化的光提取特征，发光强度与光提取特征宽度的模型化角度依赖性图。正向(远离光源)对应于-90°。图11B例示了图11A的三个截面，并且以对应于10μm、20μm、50μm和100μm的特征深度示出。对峰值高度进行了最大程度的归一化，从而可对曲线形状进行比较。参考图11A-11B，应注意的是，当光提取特征的形态不对称地缩放时，角分布不相同。参考图11A，可观察到对于固定的100μm的深度，变化的角分布是光提取特征深度的函数。图11B通过将归一化分布绘制在一起更清楚地示出了角分布的变化。图12是来自图11A的峰值发光强度的变化图，并且图12例示了峰值发光强度保持在60°角左右，但是分布显著变宽。但是，这些描绘不应限制本文所附权利要求书的范围，因为示例性的激光特征可具有不同的光提取特征最大横向尺寸和最小横向尺寸。这些可以表现为截面为椭圆形而不是圆形的高斯深度分布。来自这些光提取特征的角分布和总的光散射取决于取向。光提取特征的陡峭侧面将在该方向上产生更宽的角分布。另外，当光提取特征的较宽侧面被定向成面向光源时，会散射更多的光。可以特意引入这种光提取特征，或者当激光的扫描速度快到足以造成激光光斑在激光脉冲期间显著移动时，可以引入这种光提取特征。
利用常规的丝网印刷技术，可以简单地改变图案上的各个散射区域的面积，以实现沿着光导长度均匀地提取光所要求的散射的线性改变。然而，当使用激光图案化时，在玻璃制品上改变光提取特征的宽度、尺寸和/或形态要困难得多。在一些实施方式中，可在保持光提取特征自身的形状和尺寸的同时，更改各激光诱导的光提取特征之间的相对间距。例如，以下两种非限制性方法可用于改变光提取特征在Z方向上的密度：在X和Z方向上同时改变相邻光提取特征之间的间距(参见图3)，或者仅在Z方向上，或仅在X方向上改变相邻光提取特征之间的间距(参见图4)。
在上述方法中，可假设光提取特征以规则的排排列，其中在排中的每个光提取特征具有相同的Z位置。如果光提取特征在X和Z上同时改变(如图3所示)，则Z方向上的间距变化率需恒定，所述间距变化率通过以下关系给出：
参考方程(2)和图3，Λ1表示Z＝0时光源附近的间距，ηLG表示光导或玻璃制品的效率，并且LLG表示玻璃制品的长度。Z＝0和Z＝L之间的总排数N可由下式表示：
图3示出了由该方案产生的示例性图案210b。
如果间距仅在Z方向上变化，则沿着排的间距将为常数Λ0，但是Z上的间距将改变下式表示的比值：
对于该方案，排数通过下式给出：
上述最后一种方法的一种变化形式是：将排之间的间距恒定保持在Λ0，但是在X方向上改变沿着排的间距，改变的数值通过方程(4)给出，并且排数同样由方程(5)给出。最后，可以选择更加复杂或者甚至是随机的图案，其中不使用方程(2)-(5)给出的简单的设计规则。在这样的实施方式中，计算机模型可用于优化各个孔的位置，或者可以使用迭代实验方法。即使是在上文给出以及本文所述的设计情况中，可能需要通过实验决定Λ0和Λ1的数值，以获得正确的均匀性和效率。
根据本文的实施方式所述的示例性激光方法可迅速地熔化玻璃，从而使玻璃在表面上形成凹坑样特征(例如参见图5A-5C、图13A)。已经发现，当示例性的激光方法发生地过快时，诱导应力形成了图13B所示的特征断裂或微裂纹。这些微裂纹使玻璃变弱，当受到额外的应力时(例如弯曲或同心环测试)(参见图15，该图描绘了一般的环测试设置)时，这导致具有更高的失效率[参见图14，该图描绘了同心环可靠性测试的失效概率，所述测试对使用会产生微裂纹的激光工艺参数(实心点)的1.1mm厚的激光加工样品(在方栅上具有25个激光诱导的特征，间距0.5mm)和使用消除了微裂纹的优化激光工艺(空心点)得到的样品进行了比较]。不仅微裂纹使材料变弱，小的断裂还使折射率改变而具有次波长空间频率。这些断裂具有多个不受控的后果，包括光提取高的点光源、比未开裂的特征更宽的角分布、以及光散射的波长依赖性更大且可导致在Z＝0附近提取的光与Z＝Lc处提取的光之间具有显著的色差。因此，需要解决消除微裂纹的问题，以在示例性实施方式中减少色偏、改进光提取均匀性和改进机械可靠性(参见图16A和图16B，图16A例示了使用本文所述实施方式制造的一种示例性光导板，图16B例示了使用常规技术制造的光导板，在常规技术中，LGP的性能受到微裂纹的限制)。
色偏通过使用测量颜色的CIE 1931标准，沿着长度L测量色度坐标y的变化来表征。对于玻璃光导板，色偏值Δy可表述为Δy＝y(L2)-y(L1)，其中L2和L1是远离光源发射的沿着面板或基材方向的Z位置，并且其中L2-L1＝0.5米。示例性的光导板具有Δy<0.01、Δy<0.005、Δy<0.003或Δy<0.001。为了理解微裂纹，需要观察材料移除率。为了移除一定体积V的密度为ρ且热容为Cp的材料，需输送能量Ep，使得：
Ep＝ρVCp(T蒸发-T体相) (6)
其中，T蒸发和T体相分别代表材料的蒸发温度和体相基材温度。可以对激光参数(脉冲长度τdur、占空比Dp、平均功率P平均)进行调整，使得在面积A＝πwo 2的光斑尺寸内，在时间τdur内输送能量Ep。当输送的能量的瞬时强度[瓦特/米2]超过材料破坏阈值时，存在破坏阈值。当激光脉冲聚焦地过密，或者当激光脉冲在过短的时间内到达时，可发生这种情况。
例如，对于平均功率P平均＝3瓦特并且重复频率fp＝500Hz的激光来说，脉冲能为6mJ。对于光斑尺寸wo＝30μm，假设在脉冲长度低于τdur<125μs下出现破坏，则瞬时功率P瞬时＝48W并且瞬时强度为17mW/μm2。如果使用200μs脉冲并且wo＝50μm，则瞬时强度将仅为3.8mW/μm2，这远低于破坏阈值。
激光的光斑尺寸可由光提取特征的所需尺寸决定。如上所述，特征的形态决定了散射光的角分布以及总的散射光量。因此，光学散射上的考虑可将光提取特征的形状限制到宽度为100微米且深度为35微米的近似高斯的点。深度为d且1/e2宽度为wo的高斯分布的体积为2πdwo 2。不对称或椭圆形高斯点的截面面积为2πdwoxwoy。
对于给定的光提取特征截面面积A，破坏阈值决定了在不产生微裂纹的情况下可利用的最短的单脉冲。如果激光是静止的，则脉冲将形成无畸变的光提取特征。虽然可使激光束穿过玻璃制品，但是一种更快的方法可使用连续扫描系统，其使玻璃制品以速度v相对于激光移动。这可以通过仅移动玻璃制品，仅移动激光，或移动激光和基材的组合来实现。在时间τdur期间，玻璃制品将相对于激光移动距离v*τdur。如果未经扫描的点是圆形的，这将造成特征形态在移动方向上“模糊”，从而产生椭圆形的点。为了保持圆形点，需通过形成未经扫描的椭圆形点，并且其短轴在意欲的扫描方向上，来对移动进行预先补偿。或者，可向激光系统添加额外的振镜来移动激光，以匹配扫描速度并因此消除在时间τdur期间的相对移动。
系统的最终设计可以是对τdur的优化，其使微裂纹概率和图案化出完整的背光光导的总时间保持平衡。为了提高写入速度，可利用F-θ透镜添加振镜系统，以显著增加激光的占空比，从而缩短脉冲之间的时间。在平均功率P平均＝3瓦特，重复频率fp＝500Hz，并且脉冲长度τdur<125μs的前述激光系统实例中，占空比Dp仅为6％。在具有振镜系统的情况下，有效占空比可超过60％。
因此，如上所述，已经通过实验显示并证明了在示例性脉冲长度和空间周期下，可以制造出没有裂纹，并且横向尺寸和深度尺寸各异的激光诱导的光提取特征。所进行的实验得到了示例性的玻璃制品(参见图16A)，其使提取的光的色偏Δy<0.01/500mm长度、Δy<0.005/500mm、Δy<0.001/500mm，并且所述制品的同心环失效强度大于约200MPa、大于100MPa、大于50MPa、在50MPa至500MPa之间，以及其间的所有子范围。示例性的光导板可包含的厚度在0.2mm至4mm之间，在0.7mm至2mm之间，以及其间的所有子范围。示例性的光提取特征的深度可以在1-200μm之间，在玻璃表面处的最小宽度可以在1μm至500μm之间，在玻璃表面处的最大宽度可以在1μm至500μm之间，并且/或者在玻璃表面处的纵横比(最大宽度与最小宽度的比值)可以在1至10之间。在另外的实施方式中，示例性的光提取特征的深度与最小宽度的比值可以为0.01至100。
这样的实施方式可用作背光单元中的光导，其具有一层或多层漫射膜、增亮膜，并且LED将光耦合到光导的一侧或多侧中。在一些实施方式中，光提取特征的示例性图案在光导上可提供大于80％的光提取均匀性。在一些实施方式中，示例性的光导可用于弯曲部署，其中曲率半径在2米至6米之间。
本文公开的玻璃制品和光导板可以用于各种显示装置，包括但不限于LCD或用于电视、广告、汽车及其他行业的其他显示器。用于LCD的传统背光单元可包括各种部件。可以使用一个或多个光源120，例如发光二极管(LED)或冷阴极荧光灯(CCFL)。常规LCD可以采用封装有颜色转换磷光体的LED或CCFL来产生白光。根据本公开的各个方面，使用所公开的玻璃制品的显示装置可以包括至少一个发蓝光(UV光，约100-400nm)的光源，该蓝光例如是近UV光(约300-400nm)。本文公开的光导板和装置还可以用于任何合适的照明应用，例如但不限于照明器等。在一些实施方式中，玻璃制品可用作显示装置(例如LCD)中的光导，并且光源(例如LED)可与光导的至少一个边缘光学耦合。
如在本文中所使用的，术语“光学耦合”旨在表示光源定位在玻璃制品的边缘处，以将光注入到光导中。当将光注入到玻璃制品(例如玻璃光导板)时，根据某些实施方式，由于TIR，光在光导中被捕获并反弹，直到其照射到第一或第二表面上的光提取特征。如本文所用，术语“发光表面”旨在表示光由此从光导板射向观看者的表面。例如，第一或第二表面可以是发光表面。类似地，术语“光入射表面”旨在表示与光源(例如LED)耦合而使光进入光导的表面。例如，光导板的侧边缘可以是光入射表面。
方法
如上所述，本文公开了制造玻璃制品或光导板的方法，所述方法包括使玻璃基材的第一表面与激光接触以产生具有一定直径和深度的光提取特征。不作为限制，将参考图17论述本文公开的制造玻璃制品的方法。可以提供玻璃基材300，其具有第一表面305、相对的第二表面310以及在第一表面和第二表面之间延伸的厚度t。可使玻璃制品的第一表面或第二表面接触激光，例如，通过在静止的玻璃制品的表面上沿着预定路径移动激光来接触。或者，激光可以是静止的，而玻璃制品可以沿着预定路径移动。预定路径可以是一条线或多条线，但是也预想了其他预定路径，包括非线性路径。另外，可以在表面上追迹多于一条预定路径，以形成更加复杂的图案，该图案可以是重复或非重复的、随机或排列的、对称或不对称的。
与激光(例如CO2激光、CO激光、UV激光等)接触可包括沿着预定路径的单激光脉冲，或者多脉冲可用于增加特征的深度和/或宽度。例如，脉冲的持续时间(或脉冲宽度)可小于1秒、小于0.5秒、小于0.1秒、小于0.01秒、小于1纳秒或小于1皮秒。在一些实施方式中，脉冲宽度可以在约10纳秒至约100纳秒的范围内，例如约20纳秒至约90纳秒、约30纳秒至约80纳秒、约40纳秒至约70纳秒、或约50纳秒至约60纳秒，包括其间的所有范围和子范围。例如，可以通过改变给定位置中的脉冲重复数来控制光提取特征的尺寸(例如直径和/或深度)。根据各个实施方式，可以约0.5微米/激光脉冲至约3微米/激光脉冲的速率，例如约1微米/激光脉冲至约2.5微米/激光脉冲、或约1.5微米/激光脉冲至2微米/激光脉冲(包括其间的所有范围和子范围)，对光提取特征进行加深和/或加宽。对于给定位置，重复的脉冲数例如可为1至100个脉冲，例如约2至90个脉冲、3至80个脉冲、5至70个脉冲、10至60个脉冲、20至50个脉冲、或者30至40个脉冲，包括其间的所有范围和子范围。
例如，脉冲重复频率(或频率)可在约1kHz至约150kHz的范围内，例如约5kHz至约125kHz、约10kHz至约100kHz、约20kHz至约90kHz、约30kHz至约80kHz、约40kHz至约70kHz、或约50kHz至约60kHz，包括其间的所有范围和子范围。在另外的实施方式中，脉冲能可以在约10微焦(μJ)至约200μJ的范围内，例如约20μJ至约150μJ、约30μJ至约120μJ、约40μJ至约100μJ、约50μJ至约90μJ、或者约60μJ至约80μJ，包括其间的所有范围和子范围。
适于对玻璃进行激光破坏和切割的非限制的示例性方法和激光公开于，例如，第13/989,914号、第14/092,536号、第14/145,525号、第14/530,457号、第14/535,800号、第14/535,754号、第14/530,379号、第14/529,801号、第14/529,520号、第14/529,697号、第14/536,009号、第14/530,410号和第14/530,244号美国申请，以及第PCT/EP14/055364号、第PCT/US15/130019号和第PCT/US15/13026号国际申请，它们全部通过引用的方式全文纳入本文。激光可在适于对玻璃基材表面进行破坏的任何波长下工作，例如UV波长(～100-400nm)、可见波长(～400-700nm)和红外波长(～700nm-1mm)。在一些实施方式中，激光波长可以在约200nm至约10微米的范围内，例如约300nm至约5微米、约400nm至约4微米、约500nm至约3微米、或约1微米至约2微米，包括其间的所有范围和子范围。
合适的激光方法可包括，例如，用CO2激光将玻璃迅速加热到玻璃应变点时的温度、接近玻璃应变点的温度或高于玻璃应变点的温度。例如，CO2激光可在大于约1μm的波长下工作，例如在约1.06微米下工作。在其他实施方式中，可以使用UV激光，例如在约355nm的波长下工作的三倍频掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光或三倍频掺钕原钒酸钇(Nd:YVO4)激光。或者，也可使用在1064nm下工作的YAG激光。在示例性实施方式中，可使用合适的CO激光或其他激光。
用激光沿着第一或第二表面上的预定路径照射玻璃基材300可形成直径为d1且深度为h1的多个光提取特征315。如上所述，可以对各种参数进行选择，以获得光导的所需光学性质。在一些实施方式中，直径d1可在约1μm至约300μm的范围内，例如约5μm至约250μm、约10μm至约200μm、约20μm至约150μm、约30μm至约100μm、约40μm至约90μm、约50μm至约80μm、或者约60μm至约70μm，包括其间的所有范围和子范围。根据各个实施方式，在多个光提取特征中，每个光提取特征的直径d1可以与其他光提取特征的直径d1相同或不同。
参考图3，激光可沿着预定路径对玻璃基材进行改变，以形成具有任何所需深度h1的光提取特征315。例如，深度h1可以在约1μm至约3mm的范围内，例如约5μm至约2mm、约10μm至约1.5mm、约20μm至约1mm、约30μm至约0.7mm、约40μm至约0.5mm、约50μm至约0.4mm、约60μm至约0.3mm、约70μm至约0.2mm、或者约80μm至约0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。如图3所例示的，多个光提取特征315的深度h1可以小于玻璃制品的厚度t。根据各个实施方式，在多个光提取特征中，每个光提取特征的深度h1可以与其他光提取特征的深度h1相同或不同。
在某些实施方式中，深度h1可以基本上等于玻璃基材的厚度t(例如，光提取特征通过基材的厚度从第一表面延伸到第二表面)。在另外的实施方式中，比值t:h1可以在约100:1至约1:1的范围内，例如约50:1至约2:1、约25:1至约3:1、约20:1至约4:1或约10:1至约5:1，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，比值h1:d1可以在约100:1至约1:1的范围内，例如约50:1至约2:1、约25:1至约3:1、约20:1至约4:1或约10:1至约5:1，包括其间的所有范围和子范围。
光提取特征可具有顶点a(或特征中的最低点)，并且各个光提取特征之间的距离x1可以被定义为两个相邻的光提取特征的顶点之间的距离。根据各个实施方式，距离x1可在约5μm至约2mm的范围内，例如约10μm至约1.5mm、约20μm至约1mm、约30μm至约0.5mm、或约50μm至约0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。应理解，在多个光提取特征中，每个光提取特征之间的距离x1可以变化，并且不同的光提取特征以不同的距离x1彼此间隔开。虽然未示出，但是在与激光接触之后，可以使包含多个光提取特征315的玻璃基材300进行后续的研磨、抛光或蚀刻步骤，以移除其表面上的杂质。合适的蚀刻剂包括氢氟酸(HF)和/或盐酸(HCl)或任意其他合适的矿酸或无机酸，例如硝酸(HNO3)、硫酸(HSO4)等或其组合。
本文公开的方法可用于对玻璃制品的第一表面和/或第二表面进行图案化以具有多个光提取特征。如本文中所使用的，术语“图案化”旨在表示在玻璃制品表面上存在任意给定图案或设计的多个特征，例如，它们可以是随机或排列的、重复或非重复的、对称或不对称的。根据各个实施方式，可以合适的密度对光提取特征进行图案化，以产生基本均匀的照明。例如，光提取特征的密度可以沿着玻璃制品(例如光导板)的长度变化，例如在制品的光入射侧处具有第一密度，并且沿着制品的长度在不同点处增加或减小密度。
在非限制性实施方式中，还可在激光加工之前和/或之后加工玻璃制品。例如，可以对玻璃制品进行蚀刻、研磨和/或抛光以获得所需的厚度和/或表面品质。任选地，还可以对玻璃进行清洁，并且/或者可以使玻璃表面经历移除污染物的工艺，例如将表面暴露于臭氧或其他清洁剂中。
组成
还可以对玻璃制品进行化学强化，例如通过离子交换来化学强化。在离子交换工艺期间，处于或接近玻璃制品表面的玻璃制品中的离子可以与更大的金属离子(例如来自盐浴的金属离子)进行交换。使更大的离子结合到玻璃中可通过在近表面区域中产生压缩应力来强化制品。可在玻璃制品的中心区域内诱导对应的拉伸应力，以平衡该压缩应力。
例如，离子交换可以通过将玻璃制品在熔融盐浴中浸没预定的时间来进行。示例性的盐浴包括但不限于KNO3、LiNO3、NaNO3、RbNO3及其组合。熔融盐浴的温度和处理时间可以变化。本领域的技术人员能够根据所需应用确定时间和温度。作为非限制性实例，熔融盐浴的温度可以在约400℃至约800℃的范围内，例如约400℃至约500℃，并且预定的时间可以在约4小时至约24小时的范围内，例如约4小时至约10小时，但是也构想了其他温度和时间组合。作为非限制性实例，例如，可将玻璃浸没在约450℃的KNO3浴中约6小时，以获得赋予表面压缩应力的富钾层。
在各个实施方式中，玻璃制品的玻璃组成可以包含60-80摩尔％的SiO2、0-20摩尔％的Al2O3和0-15摩尔％的B2O3，以及小于50ppm的铁(Fe)浓度。在一些实施方式中，可以存在小于25ppm的Fe，或者在一些实施方式中Fe浓度可以为约20ppm或更低。在各个实施方式中，光导板100的热导率可以大于0.5W/m/K。在另外的实施方式中，玻璃制品可以通过抛光的浮法玻璃、熔合拉制法、狭缝拉制法、再拉制法或另一种合适的成形方法来形成。
根据一个或多个实施方式，LGP可以由包含无色氧化物组分的玻璃制成，所述无色氧化物组分选自玻璃成形剂SiO2、Al2O3和B2O3。示例性的玻璃还可以包括助熔剂以获得有利的熔化和成形属性。所述助熔剂包括碱金属氧化物(Li2O、Na2O、K2O、Rb2O和Cs2O)和碱土金属氧化物(MgO、CaO、SrO、ZnO和BaO)。在一个实施方式中，玻璃含有的成分为：在60-80摩尔％范围内的SiO2，在0-20摩尔％范围内的Al2O3，在0-15摩尔％范围内的B2O3和在5％至20％范围内的碱金属氧化物、碱土金属氧化物或其组合。
在本文所述的一些玻璃组合物中，SiO2可起到基础玻璃成形剂的作用。在某些实施方式中，SiO2的浓度可大于60摩尔％，以使玻璃具有适用于显示器玻璃或光导板玻璃的密度和化学耐久性，以及具有允许通过下拉法(例如熔合法)来形成玻璃的液相线温度(液相线粘度)。根据上限，SiO2浓度通常可小于或等于约80摩尔％，以允许采用常规大体积熔化技术(例如在耐火熔炉中进行焦耳熔化)来熔化批料。随着SiO2浓度升高，200泊温度(熔化温度)一般升高。在各种应用中，对SiO2浓度进行调整以使玻璃组合物的熔化温度小于或等于1,750℃。在各个实施方式中，SiO2的摩尔％可以在约60％至约80％的范围内，或者替代性地，在约66％至约78％的范围内，或者在约72％至约80％的范围内，或者在约65％至约79％的范围内，以及在其间的所有子范围内。在另外的实施方式中，SiO2的摩尔％可以在约70％至约74％之间，或者在约74％至约78％之间。在一些实施方式中，SiO2的摩尔％可以为约72％至73％。在其他实施方式中，SiO2的摩尔％可以为约76％至77％。
Al2O3是用来制造本文所述的玻璃的另一种玻璃成形剂。较高的Al2O3摩尔百分比可改进玻璃的退火点和模量。在各个实施方式中，Al2O3的摩尔％可以在约0％至约20％的范围内，或者替代性地，在约4％至约11％的范围内，或者在约6％至约8％的范围内，或者在约3％至约7％的范围内，以及在其间的所有子范围内。在另外的实施方式中，Al2O3的摩尔％可以在约4％至约10％之间，或者在约5％至约8％之间。在一些实施方式中，Al2O3的摩尔％可以为约7％至8％。在其他实施方式中，Al2O3的摩尔％可以为约5％至6％。
B2O3同时是玻璃成形剂和助熔剂，其有助于熔化和降低熔化温度。B2O3对液相线温度和粘度均有影响。增加B2O3可用于增加玻璃的液相线粘度。为了实现这些效果，一个或多个实施方式的玻璃组合物中的B2O3浓度可以等于或大于0.1摩尔％；然而，一些组合物可以具有可忽略不计的B2O3量。如上文关于SiO2的讨论，玻璃耐久性对于显示器应用而言是极其重要的。耐久性可通过增加碱土金属氧化物的浓度来进行某种程度的控制，并且高的B2O3含量使耐久性显著降低。退火点随着B2O3的增加而降低，因此保持B2O3含量低可以是有帮助的。因此，在各个实施方式中，B2O3的摩尔％可以在约0％至约15％的范围内，或者替代性地，在约0％至约12％的范围内，或者在约0％至约11％的范围内，在约3％至约7％的范围内，或者在约0％至约2％的范围内，以及在其间的所有子范围内。在一些实施方式中，B2O3的摩尔％可以为约7％至8％。在其他实施方式中，B2O3的摩尔％可以为约0％至1％。
除了玻璃成形剂(SiO2、Al2O3和B2O3)以外，本文所述的玻璃还包括碱土金属氧化物。在一个实施方式中，至少三种碱土金属氧化物是玻璃组合物的部分，例如MgO、CaO和BaO、以及任选的SrO。碱土金属氧化物使玻璃具有各种对于熔化、澄清、成形和最终用途而言重要的性质。因此，为了改进这些方面的玻璃性能，在一个实施方式中，(MgO+CaO+SrO+BaO)/Al2O3的比值在0至2.0之间。随着该比值增加，粘度趋于比液相线温度增加得更强烈，因此更加难以获得适当高的T35k–T液相线值。因此，在另一个实施方式中，比值(MgO+CaO+SrO+BaO)/Al2O3小于或等于约2。在一些实施方式中，(MgO+CaO+SrO+BaO)/Al2O3比值在约0至约1.0的范围内，或者在约0.2至约0.6的范围内，或者在约0.4至约0.6的范围内。在具体的实施方式中，比值(MgO+CaO+SrO+BaO)/Al2O3小于约0.55或小于约0.4。
对于本公开的某些实施方式而言，碱土金属氧化物可以被视为起作用的单一组成组分。这是因为，与形成玻璃的氧化物SiO2、Al2O3和B2O3相比，它们对粘弹性、液相线温度和液相线相关系的影响从定性上来说彼此更加类似。然而，碱土金属氧化物CaO、SrO和BaO可形成长石矿物，特别是钙长石(CaAl2Si2O8)和钡长石(BaAl2Si2O8)以及它们的含锶固溶体，但MgO不以显著的程度参与到这些晶体中。因此，当长石晶体已经是液相线相时，追加的MgO可起到使液体相对于晶体稳定进而降低液相线温度的作用。同时，粘度曲线通常变得更加陡峭，使得在降低熔化温度的同时不对或几乎不对低温粘度产生影响。
添加少量的MgO可通过降低熔化温度而有益于熔化，通过降低液相线温度和增加液相线粘度而有益于成形，并同时保持高退火点。在各个实施方式中，玻璃组合物包含的MgO的量在约0摩尔％至约10摩尔％的范围内，或者在约1.0摩尔％至约8.0摩尔％的范围内，或者在约0摩尔％至约8.72摩尔％的范围内，或者在约1.0摩尔％至约7.0摩尔％的范围内，或者在约0摩尔％至约5摩尔％的范围内，或者在约1摩尔％至约3摩尔％的范围内，或者在约2摩尔％至约10摩尔％的范围内，或者在约4摩尔％至约8摩尔％的范围内，以及在其间的所有子范围内。
不囿于任一特定的操作理论，认为存在于玻璃组合物中的氧化钙可产生低液相线温度(高液相线粘度)、高退火点和模量、以及对于显示和光导板应用而言最理想范围内的CTE。氧化钙还有益于化学耐久性，并且相比于其他碱土金属氧化物，其作为批料相对廉价。然而，在高浓度下，CaO会使密度和CTE升高。而且，在足够低的SiO2浓度下，CaO可稳定钙长石，从而降低液相线粘度。因此，在一个或多个实施方式中，CaO浓度可以在0摩尔％至6摩尔％之间。在各个实施方式中，玻璃组合物中的CaO浓度在约0摩尔％至约4.24摩尔％的范围内，或者在约0摩尔％至约2摩尔％的范围内，或者在约0摩尔％至约1摩尔％的范围内，或者在约0摩尔％至约0.5摩尔％的范围内，或者在约0摩尔％至约0.1摩尔％的范围内，以及在其间的所有子范围内。
SrO和BaO均可有助于获得低的液相线温度(高的液相线粘度)。可对这些氧化物的选定和浓度进行选择，以避免CTE和密度升高以及模量和退火点降低。可对SrO与BaO的相对比例进行平衡，以获得物理性质和液相线粘度的合适组合，从而可通过下拉法来形成玻璃。在各个实施方式中，玻璃包含的SrO在约0摩尔％至约8.0摩尔％的范围内，或者在约0摩尔％至约4.3摩尔％之间，或者为约0摩尔％至约5摩尔％，1摩尔％至约3摩尔％，或者大致小于约2.5摩尔％，以及在其间的所有子范围内。在一个或多个实施方式中，玻璃包含的BaO在约0摩尔％至约5摩尔％的范围内，或者在0摩尔％至约4.3摩尔％之间，或者在0摩尔％至约2.0摩尔％之间，或者在0摩尔％至约1.0摩尔％之间，或者在0摩尔％至约0.5摩尔％之间，以及在其间的所有子范围内。
除了以上组分以外，本文所述的玻璃组合物还可包含各种其他氧化物以调整玻璃的各种物理、熔化、澄清和成形属性。这些其他氧化物的实例包括但不限于TiO2、MnO、Fe2O3、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、Y2O3、La2O3和CeO2，以及其他稀土氧化物和磷酸盐。在一个实施方式中，这些氧化物中的每一种的量可小于或等于2.0摩尔％，且它们的组合总浓度可小于或等于5.0摩尔％。在一些实施方式中，玻璃组合物包含的ZnO的量在以下范围内：约0摩尔％至约3.5摩尔％、或约0摩尔％至约3.01摩尔％、或约0摩尔％至约2摩尔％，以及其间的所有子范围。本文所述的玻璃组合物还可包含与批料材料相关的和/或因生产玻璃所用的熔化、澄清和/或成形设备而引入到玻璃中的各种污染物。这些玻璃还可含有SnO2，其是由于使用氧化锡电极的焦耳熔化、以及/或者通过投配含锡材料(例如SnO2、SnO、SnCO3、SnC2O2等)而导致的结果。
本文所述的玻璃组合物可含有一些碱金属组分，例如，这些玻璃不是不含碱金属的玻璃。如本文中所使用的，“不含碱金属的玻璃”是碱金属总浓度小于或等于0.1摩尔％的玻璃，其中，碱金属总浓度是指Na2O、K2O和Li2O浓度之和。在一些实施方式中，玻璃包含的Li2O在约0摩尔％至约3.0摩尔％的范围内，在约0摩尔％至约3.01摩尔％的范围内，在约0摩尔％至约2.0摩尔％的范围内，在约0摩尔％至约1.0摩尔％的范围内，小于约3.01摩尔％，或者小于约2.0摩尔％，以及在其间的所有子范围内。在其他实施方式中，玻璃包含的Na2O在约3.5摩尔％至约13.5摩尔％的范围内，在约3.52摩尔％至约13.25摩尔％的范围内，在约4摩尔％至约12摩尔％的范围内，在约6摩尔％至约15摩尔％的范围内，或者在约6摩尔％至约12摩尔％的范围内，以及在其间的所有子范围内。在一些实施方式中，玻璃包含的K2O在约0摩尔％至约5.0摩尔％的范围内，在约0摩尔％至约4.83摩尔％的范围内，在约0摩尔％至约2.0摩尔％的范围内，在约0摩尔％至约1.0摩尔％的范围内，或小于约4.83摩尔％，以及在其间的所有子范围内。
在一些实施方式中，本文所述的玻璃组合物可具有以下组成特征中的一种或多种特征或全部特征：(i)As2O3的浓度最高为0.05摩尔％；(ii)Sb2O3的浓度最高为0.05摩尔％；(iii)SnO2的浓度最高为0.25摩尔％。
As2O3是显示器玻璃的有效高温澄清剂，在本文所述的一些实施方式中，As2O3因其优异的澄清性质而被用于进行澄清。然而，As2O3有毒且在玻璃制造过程中需要特殊处理。因此，在某些实施方式中，澄清是在不使用大量As2O3的条件下进行的，即成品玻璃具有最多0.05摩尔％的As2O3。在一个实施方式中，不在玻璃的澄清过程中故意使用As2O3。这种情况下，成品玻璃因为批料中和/或用于熔化该批料的设备中存在的污染物而通常具有最多0.005摩尔％的As2O3。
尽管Sb2O3不如As2O3那么毒，但是Sb2O3也是有毒的并需要特殊处理。另外，与使用As2O3或SnO2作为澄清剂的玻璃相比，Sb2O3增大了密度，升高了CTE，并降低了退火点。因此，在某些实施方式中，澄清是在不使用大量Sb2O3的条件下进行的，即，成品玻璃具有最多0.05摩尔％的Sb2O3。在另一个实施方式中，不在玻璃的澄清过程中故意使用Sb2O3。这种情况下，成品玻璃因为批料中和/或用于熔化该批料的设备中存在的污染物而通常具有最多0.005摩尔％的Sb2O3。
与As2O3和Sb2O3澄清相比，锡澄清(即，SnO2澄清)不那么有效，但SnO2是普遍存在的材料，其没有已知的危害性质。同时，多年以来，由于在用于显示器玻璃的批料的焦耳熔化中使用氧化锡电极，因此SnO2一直以来都是这些玻璃的组分。显示器玻璃中存在SnO2并未对将这些玻璃用于制造液晶显示器产生任何已知的不利影响。然而，高浓度的SnO2并不优选，因为这可导致在显示器玻璃中形成晶体缺陷。在一个实施方式中，成品玻璃中的SnO2浓度小于或等于0.25摩尔％，在约0.07摩尔％至约0.11摩尔％的范围内，在约0摩尔％至约2摩尔％的范围内，以及在其间的所有子范围内。
可单独使用锡澄清，或者如果需要，可将锡澄清与其他澄清技术组合。例如，锡澄清可以与卤化物澄清(例如溴澄清)组合。其他可能的组合包括但不限于锡澄清加上硫酸盐、硫化物、氧化铈、机械发泡和/或真空澄清。可设想也可以单独使用这些其他澄清技术。在某些实施方式中，将(MgO+CaO+SrO+BaO)/Al2O3比值和单独的碱土金属浓度保持在上述范围内使得澄清过程更易进行且更加有效。
在各个实施方式中，玻璃可以包含RxO，其中R是Li、Na、K、Rb、Cs且x是2，或者R是Zn、Mg、Ca、Sr或Ba且x是1。在一些实施方式中，RxO–Al2O3>0。在其他实施方式中，0<RxO–Al2O3<15。在一些实施方式中，RxO/Al2O3在0至10之间、在0至5之间、大于1、或在1.5至3.75之间、或在1至6之间、或在1.1至5.7之间，以及在其间的所有子范围内。在其他实施方式中，0<RxO–Al2O3<15。在另外的实施方式中，x＝2且R2O–Al2O3<15、<5、<0、在-8至0之间、或在-8至-1之间，以及在其间的所有子范围内。在另外的实施方式中，R2O–Al2O3<0。在另外的实施方式中，x＝2且R2O–Al2O3–MgO>-10、>-5、在0至-5之间、在0至-2之间、>-2、在-5至5之间、在-4.5至4之间，以及在其间的所有子范围内。在另外的实施方式中，x＝2且RxO/Al2O3在0至4之间、在0至3.25之间、在0.5至3.25之间、在0.95至3.25之间，以及在其间的所有子范围内。这些比值对于确立玻璃制品的可制造性以及确定其透射性能起到重要作用。例如，RxO–Al2O3约等于或大于零的玻璃往往能够具有更佳的熔化品质，但是如果RxO–Al2O3变成过大的数值，则透射曲线将受到不利影响。类似地，如果RxO–Al2O3(例如R2O–Al2O3)在如上所述的给定范围内，则玻璃在可见光谱中将有可能具有高的透射性，同时保持玻璃的可熔化性并抑制液相线温度。类似地，上述R2O–Al2O3–MgO值也可以有助于抑制玻璃的液相线温度。
在一个或多个实施方式中并且如上所述，示例性的玻璃可具有低的元素浓度，当其在玻璃基质中时，其产生可见吸收。这样的吸收剂包括过渡元素，例如Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu，以及f轨道部分填充的稀土元素，包括Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er和Tm。其中，在用于玻璃熔化的常规原料中，最丰富的是Fe、Cr和Ni。铁是SiO2的来源——沙中的常见污染物，并且也是铝、镁和钙的原料来源中的典型污染物。铬和镍通常以低浓度存在于普通玻璃原料中，但是可以存在于各种沙矿石中并且必须控制在低浓度。另外，铬和镍可经由与不锈钢接触而引入，例如，当原料或碎玻璃被颚式粉碎时，通过钢衬混合器或螺旋进料器的腐蚀，或者在熔化单元本身中与结构钢的无意接触而引入。在一些实施方式中，铁的浓度可以具体地小于50ppm，更具体地小于40ppm，或小于25ppm，并且Ni和Cr的浓度可以具体地小于5ppm，并且更具体地小于2ppm。在另外的实施方式中，上文列出的所有其他吸收剂的浓度可以各自小于1ppm。在各个实施方式中，玻璃包含1ppm或更少的Co、Ni和Cr，或者替代性地，包含小于1ppm的Co、Ni和Cr。在各个实施方式中，过渡元素(V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu)可以以0.1重量％或更低的量存在于玻璃中。在一些实施方式中，Fe的浓度可以为<约50ppm、<约40ppm、<约30ppm、<约20ppm或<约10ppm。在其他实施方式中，Fe+30Cr+35Ni<约60ppm、<约50ppm、<约40ppm、<约30ppm、<约20ppm或<约10ppm。
即使是在过渡金属的浓度在上述范围内的情况下，也可存在导致不期望的吸收的基质和氧化还原作用。例如，本领域的技术人员公知的是，铁在玻璃中呈现两种价——+3或铁态和+2或亚铁态。在玻璃中，Fe3+在约380nm、420nm和435nm下产生吸收，而Fe2+主要在IR波长下吸收。因此，根据一个或多个实施方式，可期望使尽可能多的铁变成亚铁态以在可见波长下实现高的透射性。实现此的一种非限制方法是向玻璃批料中添加还原性质的组分。这样的组分可包括碳、烃或某些还原形式的准金属，例如硅、硼或铝。然而，如果铁水平在所述范围内，则根据一个或多个实施方式，至少10％的铁是亚铁态，更具体地大于20％的铁是亚铁态，可以实现在短波长下产生改进的透射性。因此，在各个实施方式中，玻璃中的铁浓度在玻璃制品中产生了小于1.1dB/500mm的衰减。另外，在各个实施方式中，当硼硅酸盐玻璃的(Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O+MgO+ZnO+CaO+SrO+BaO)/Al2O3的比值在0至4之间时，V+Cr+Mn+Fe+Co+Ni+Cu的浓度在玻璃制品中产生了2dB/500mm或更少的光衰减。
玻璃基质中的铁的价态和配位态也可受玻璃的本体组成影响。例如，在高温下、在空气中平衡的体系SiO2-K2O-Al2O3中，检测了熔融玻璃中的铁氧化还原比。发现作为Fe3+的铁的部分随着比值K2O/(K2O+Al2O3)的增加而增加，这实际上将转化为在短波长下具有更大的吸收。在探索这种基质影响时，发现比值(Li2O+Na2O+K2O+Rb2O+Cs2O)/Al2O3和(MgO+CaO+ZnO+SrO+BaO)/Al2O3对于使硼硅酸盐玻璃的透射性最大化来说也是重要的。因此，对于上述RxO范围，对于给定的铁含量，可使示例性波长下的透射性最大化。这部分是因为较高比例的Fe2+，部分是因为与铁的配位环境相关的基质影响。
应理解，各个公开的实施方式可以涉及与特定实施方式一起描述的特定特征、元素或步骤。还应理解，虽然以涉及一个特定实施方式的形式进行描述，但是特定特征、元素或步骤可以各个未例示的组合或排列方式中的替换性实施方式互换或组合。
还应理解的是，本文所用术语“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，而不应局限为“仅一个(一种)”，除非有明确相反的说明。因此，例如，提到的“一个光源”包括具有两个或更多个这种光源的实例，除非文本中有另外的明确表示。同样地，“多个(多种)”旨在表示“不止一个(一种)”。因此，“多个光提取特征”包括两个或更多个这种特征，例如三个或更多个这种特征等。
本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这种范围时，实例包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成了另一个方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相关以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。
本文所用的术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所述的特征等于或近似等于一数值或描述。例如，“基本上平坦的”表面旨在表示平坦的或大致平坦的表面。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，如果方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序，或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，则都不旨在暗示该任意特定顺序。
虽然使用过渡语“包含”可以公开特定实施方式的各个特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由……构成”或“基本上由……构成”描述在内的替换性实施方式。因此，例如，包含A+B+C的方法的隐含的替换性实施方式包括其中方法由A+B+C组成的实施方式以及其中方法基本上由A+B+C组成的实施方式。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以对本公开进行各种修改和变动而不偏离本公开的范围和精神。因为本领域的技术人员可以想到融合了本公开的精神和实质的所公开的实施方式的各种改进的组合、子项组合和变化，因此，应认为本公开包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (24)

1.一种制造玻璃制品的方法，所述方法包括：
使玻璃基材的第一表面与激光接触以形成具有直径和深度的多个光提取特征，
其中，所述光提取特征产生的提取光具有色偏Δy并且Δy<0.01/500mm长度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，玻璃制品的同心环失效强度大于约200MPa。
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，激光选自下组：CO2激光、CO激光、钇铝石榴石(YAG)激光、三倍频掺钕YAG(Nd:YAG)激光和三倍频掺钕原钒酸钇(Nd:YVO4)激光。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述多个光提取特征中的单个光提取特征包含：在第一表面处的1微米至500微米的最小宽度，在第一表面处的1微米至500微米的最大宽度，在第一表面处的1至10的纵横比或其组合。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述多个光提取特征中的单个光提取特征包含在第一表面处的最小宽度，并且单个光提取特征的深度与最小宽度的比值在约0.01至100的范围内。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，玻璃制品的厚度在0.2mm至4mm的范围内。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其还包括将漫射膜、增亮膜或者漫射膜和增亮膜沉积在第一表面或第二表面上。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其还包括对玻璃制品进行弯曲，其中曲率半径在2m至6m之间。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，接触步骤还包括：
(a)控制激光聚焦区域的垂直位置；
(b)控制最小激光光斑半径；
(c)相对于材料吸收控制激光波长；
(d)控制激光脉冲能；
(e)控制激光脉冲长度；
(f)相对于基材速度控制激光光斑速度；
(g)控制激光脉冲重复频率；
(h)控制各脉冲之间的时间；
(i)控制激光占空比；
(j)控制激光平均功率；或
(k)步骤(a)-(j)的组合，
从而以选自随机、排列、重复、非重复、对称和不对称的图案在第一表面上获得多个光提取特征。
10.一种玻璃制品，其包括：
第一表面和相对的第二表面，
其中，所述第一表面包含多个激光诱导的光提取特征，并且
其中，所述多个激光诱导的光提取特征产生的色偏Δy<0.01/500mm长度。
11.如权利要求10所述的玻璃制品，其中，玻璃制品的同心环失效强度大于约200MPa。
12.如权利要求10-11中任一项所述的玻璃制品，其中，所述多个激光诱导的光提取特征中的单个激光诱导的光提取特征包含约5μm至约1mm的直径和约1μm至约3mm的深度。
13.如权利要求10-11中任一项所述的玻璃制品，其中，所述多个激光诱导的光提取特征中的单个激光诱导的光提取特征包含：在第一表面处的1μm至500μm的最小宽度，在第一表面处的1μm至500μm的最大宽度，在第一表面处的1至10的纵横比或其组合。
14.如权利要求10-11中任一项所述的玻璃制品，其中，所述多个激光诱导的光提取特征中的单个激光诱导的光提取特征包含深度和在第一表面处的最小宽度，并且深度与最小宽度的比值为0.01至100。
15.如权利要求10-14中任一项所述的玻璃制品，其中，玻璃制品的厚度在0.2mm至4mm的范围内。
16.如权利要求15所述的玻璃制品，其中，玻璃制品的厚度在0.7mm至2mm的范围内。
17.如权利要求10-16中任一项所述的玻璃制品，其中，玻璃制品还包括漫射膜、增亮膜，或者同时包括漫射膜和增亮膜。
18.如权利要求10-17中任一项所述的玻璃制品，其中，玻璃制品还包括一个或多个光源，其将光耦合到玻璃制品的一侧或多侧中。
19.如权利要求10-18中任一项所述的玻璃制品，其中，多个激光诱导的光提取特征在玻璃制品上提供的光提取均匀性>80％。
20.如权利要求10-19中任一项所述的玻璃制品，其中，玻璃制品是弯曲的，并且曲率半径在2m至6m之间。
21.如权利要求10-20中任一项所述的玻璃制品，其中，所述多个光提取特征以选自随机、排列、重复、非重复、对称和不对称的图案存在于第一表面上。
22.如权利要求10-21中任一项所述的玻璃制品，其中，凹形光提取特征的深度、直径、深度与直径的比值和几何形状中的任意一项或组合根据在第一表面上的位置变化而变化。
23.如权利要求10-22中任一项所述的玻璃制品，其中，相对的第二表面包含第二多个光提取特征。
24.一种显示装置或照明器，其包含如权利要求10-23中任一项所述的玻璃制品。
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