CN109534684A - 一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃及其刻蚀工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃表面刻蚀加工技术领域，具体涉及一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃及其刻蚀工艺；其中，纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃包括玻璃本体以及玻璃本体表层的粗糙层；所述粗糙层表面刻蚀有纳米级别的微型乳突结构和凹坑结构；粗糙层的外表面修饰有一层低表面能物质。其刻蚀工艺包括（1）玻璃清洗；（2）图案层构建；（3）表层喷金；（4）反应离子刻蚀；（5）酸洗；（6）后清洗；（7）表面修饰。本申请防眩光效果好，具备较好的自清洁性能和较高的透光率，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃表面刻蚀加工技术领域，具体涉及一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃及其刻蚀工艺。
背景技术
当前，在很多防眩光玻璃技术加工领域，玻璃的表面通常采用蒙砂处理，使玻璃表面光线反射率降低，保证玻璃表面具备防眩光的效果。
现有的蒙砂处理具体做法是：普通平板玻璃经强酸腐蚀/机械/喷砂/手工研磨处理成均匀毛面，再将毛面玻璃置于强酸蒙砂槽内，通过耐酸泵，充分搅拌玻璃蒙砂液(由氟化物。硫酸和盐酸按一定比例组成)，这时对玻璃均匀连续地淋蒙砂液，(天气较冷时应适当添加浓硫酸)，数分钟后蒙砂就可完成，但这种传统做法都是通过强酸液对玻璃进行处理，其废液，废气对环境、操作人员伤害极大，现在环保要求已经不允许用这种工艺生产。
另外 ，专利申请为2017113601700的中国专利，公开了一种低反射玻璃及其加工工艺，采用高温水性玻璃油墨层是经过加温置换金属离子熔接在玻璃本体表面上，加工后能完成能形成低反射的磨砂玻璃，但实际加工过程中，其金属离子和玻璃表面钠离子交换时时间长，且有些金属离子难以交换，即难于氧化达到交换效果，例如铬，需要的交换条件温度高，时间长，有时直接影响玻璃高清晰度。
此外，现有的蒙砂玻璃，通常表面难以实现纳米级别的粗糙结构，且表面自清洁效果较差，玻璃表面容易受到污染，在保证玻璃表面防眩光效果的同时，其表面透光率又难以保证，该问题长期以来一直困扰防眩光玻璃表面的制备技术发展，难以满足用户的具体使用要求。
因此，基于上述，本发明提供一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃及其刻蚀工艺，通过本工艺的开发和设计，实现玻璃表面的防眩光效果，同时通过纳米级别的粗糙结构设计，实现玻璃表面的清晰度保证以及自清洁效果实现，进而解决现有技术存在的不足和缺陷。
发明内容
本发明的目的就在于：针对目前存在的上述问题，提供一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃及其刻蚀工艺，通过本工艺的开发和设计，实现玻璃表面的防眩光效果，同时通过纳米级别的粗糙结构设计，实现玻璃表面的清晰度保证以及自清洁效果实现，进而解决现有技术存在的不足和缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃，包括玻璃本体以及玻璃本体表层的粗糙层；所述粗糙层表面刻蚀有纳米级别的微型乳突结构和凹坑结构；粗糙层的外表面修饰有一层低表面能物质。
优选的，所述玻璃本体为白玻璃，玻璃本体的整体厚度为2mm-3mm，粗糙层为直接在玻璃本体表层刻蚀的一层纳米粗糙结构。
优选的，所述粗糙层的纳米级别乳突以及凹坑的直径大小为20nm-40nm。
优选的，所述粗糙层表面修饰的低表面能物质为氟硅烷或硫醇类物质；低表面能物质在粗糙层表面形成一层单分子层。
如上所述的一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃的刻蚀工艺，包括如下步骤：
（1）玻璃清洗：玻璃样品置于塑料烧杯中，采用超声清洗仪器进行超声震动清洗；超声清洗的具体步骤为：首先将玻璃置于甲苯和丙酮、乙酸丁酯的混合溶液中进行粗清洗；粗清洗的混合溶液中，甲苯、丙酮以及乙酸丁酯的质量比为1：5：1.2；
（2）图案层构建：首先制备具有圆柱形阵列图案的掩膜板，圆形阵列柱体的直径为1μm-2μm，柱体之间的间距大小为2μm-5μm；然后在玻璃基底上旋涂一层光刻胶，光刻胶旋涂厚度为1μm-2μm；光刻胶在玻璃表面旋涂完成之后，将其置于光刻机下方进行光刻；光刻机的光源与玻璃表面之间加装掩膜板；光刻之后形成初步图案化结构；
（3）表层喷金：在玻璃基底表面采用真空镀膜仪进行溅射镀膜，靶材选用金靶材；通过溅射镀膜的方式，使玻璃表层图案表面形成一层金颗粒，金颗粒的大小为20nm-40nm；
（4）反应离子刻蚀：喷涂金颗粒之后，对样品表层进行反应离子刻蚀；使玻璃表面形成微米-纳米复合的多级微纳粗糙结构；
（5）酸洗：采用王水将金颗粒清洗，去除表层金颗粒，此时金颗粒去除的玻璃表层残留一些乳突结构，而金颗粒不存在的区域形成纳米级凹坑结构；
（6）后清洗：依次采用去离子水、酒精冲洗玻璃表面，酒精清洗完成之后，采用氮气吹干，获得清洁的纳米粗糙玻璃表面；
（7）表面修饰：将刻蚀玻璃采用CVD法进行修饰，使玻璃粗糙表面形成一层单分子层低表面能物质，使样品表面具备超疏水特性。
优选的，所述步骤（1）中，玻璃粗清洗的时间为5min-10min；步骤（2）中，光刻曝光时间为5min-8min。
优选的，所述步骤（4）中，反应离子刻蚀采用的刻蚀气体为CF4，刻蚀时间为2h-3h。
优选的，所述步骤（7）中，玻璃表面修饰低表面能物质的修饰环境为真空环境，真空负压为-0.5MPa至-1.2MPa，修饰温度为150℃-180℃，修饰时间为3h-12h。。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
一方面，本申请直接避开蒙砂粉的使用，进一步规避蒙砂粉对环境污染的缺陷。通过光刻技术、反应离子刻蚀技术、真空溅射镀膜技术以及CVD技术等手段的结合，实现玻璃表面纳米级别粗糙结构的构建。通过此技术方案，玻璃表面的透光率能够保持在96%以上，而光的反射率则降低到1%以下，起到了较好的蒙砂防眩光效果。
另一方面，本申请的粗糙结构由于是纳米级结构，其对玻璃表面的清晰度保证相对于微米结构更好，透光率更好。如此，可以进一步保证玻璃能够防眩光的基础上，保证玻璃背面的物体能够比较清晰的观察到，进而解决现有技术生产的蒙砂玻璃透光率、清晰度和防眩光效果不能并存的缺陷，解决了领域内一直困扰的重大问题。
再一方面，本发明通过表层低表面能物质的修饰，使玻璃表面结合粗糙结构之后，具备较好的超疏水特性，如此可以使玻璃表面具备较好的超疏水特性和自清洁、抗结冰、防结冰、抑制结霜、抗结露等效果，进一步保证玻璃表面的综合性能，使玻璃的适用范围更广。
附图说明
图1为本发明的玻璃结构示意图。
图中：1、玻璃本体；2、粗糙层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，如图1所示：
一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃，包括玻璃本体1以及玻璃本体1表层的粗糙层2；所述粗糙层2表面刻蚀有纳米级别的微型乳突结构和凹坑结构；粗糙层2的外表面修饰有一层低表面能物质。
优选的，所述玻璃本体1为白玻璃，玻璃本体1的整体厚度为2mm-3mm，粗糙层2为直接在玻璃本体1表层刻蚀的一层纳米粗糙结构。
优选的，所述粗糙层2的纳米级别乳突以及凹坑的直径大小为20nm-40nm。
优选的，所述粗糙层2表面修饰的低表面能物质为氟硅烷或硫醇类物质；低表面能物质在粗糙层2表面形成一层单分子层。
如上所述的一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃的刻蚀工艺，包括如下步骤：
（1）玻璃清洗：玻璃样品置于塑料烧杯中，采用超声清洗仪器进行超声震动清洗；超声清洗的具体步骤为：首先将玻璃置于甲苯和丙酮、乙酸丁酯的混合溶液中进行粗清洗；粗清洗的混合溶液中，甲苯、丙酮以及乙酸丁酯的质量比为1：5：1.2；
（2）图案层构建：首先制备具有圆柱形阵列图案的掩膜板，圆形阵列柱体的直径为1μm-2μm，柱体之间的间距大小为2μm-5μm；然后在玻璃基底上旋涂一层光刻胶，光刻胶旋涂厚度为1μm-2μm；光刻胶在玻璃表面旋涂完成之后，将其置于光刻机下方进行光刻；光刻机的光源与玻璃表面之间加装掩膜板；光刻之后形成初步图案化结构；
（3）表层喷金：在玻璃基底表面采用真空镀膜仪进行溅射镀膜，靶材选用金靶材；通过溅射镀膜的方式，使玻璃表层图案表面形成一层金颗粒，金颗粒的大小为20nm-40nm；
（4）反应离子刻蚀：喷涂金颗粒之后，对样品表层进行反应离子刻蚀；使玻璃表面形成微米-纳米复合的多级微纳粗糙结构；
（5）酸洗：采用王水将金颗粒清洗，去除表层金颗粒，此时金颗粒去除的玻璃表层残留一些乳突结构，而金颗粒不存在的区域形成纳米级凹坑结构；
（6）后清洗：依次采用去离子水、酒精冲洗玻璃表面，酒精清洗完成之后，采用氮气吹干，获得清洁的纳米粗糙玻璃表面；
（7）表面修饰：将刻蚀玻璃采用CVD法进行修饰，使玻璃粗糙表面形成一层单分子层低表面能物质，使样品表面具备超疏水特性。
优选的，所述步骤（1）中，玻璃粗清洗的时间为5min-10min；步骤（2）中，光刻曝光时间为5min-8min。
优选的，所述步骤（4）中，反应离子刻蚀采用的刻蚀气体为CF4，刻蚀时间为2h-3h。
优选的，所述步骤（7）中，玻璃表面修饰低表面能物质的修饰环境为真空环境，真空负压为-0.5MPa至-1.2MPa，修饰温度为150℃-180℃，修饰时间为3h-12h。。
一方面，本申请直接避开蒙砂粉的使用，进一步规避蒙砂粉对环境污染的缺陷。通过光刻技术、反应离子刻蚀技术、真空溅射镀膜技术以及CVD技术等手段的结合，实现玻璃表面纳米级别粗糙结构的构建。通过此技术方案，玻璃表面的透光率能够保持在96%以上，而光的反射率则降低到1%以下，起到了较好的蒙砂防眩光效果。
另一方面，本申请的粗糙结构由于是纳米级结构，其对玻璃表面的清晰度保证相对于微米结构更好，透光率更好。如此，可以进一步保证玻璃能够防眩光的基础上，保证玻璃背面的物体能够比较清晰的观察到，进而解决现有技术生产的蒙砂玻璃透光率、清晰度和防眩光效果不能并存的缺陷，解决了领域内一直困扰的重大问题。
再一方面，本发明通过表层低表面能物质的修饰，使玻璃表面结合粗糙结构之后，具备较好的超疏水特性，如此可以使玻璃表面具备较好的超疏水特性和自清洁、抗结冰、防结冰、抑制结霜、抗结露等效果，进一步保证玻璃表面的综合性能，使玻璃的适用范围更广。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃，其特征在于：包括玻璃本体以及玻璃本体表层的粗糙层；所述粗糙层表面刻蚀有纳米级别的微型乳突结构和凹坑结构；粗糙层的外表面修饰有一层低表面能物质。
2.如权利要求1所述的一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃，其特征在于：所述玻璃本体为白玻璃，玻璃本体的整体厚度为2mm-3mm，粗糙层为直接在玻璃本体表层刻蚀的一层纳米粗糙结构。
3.如权利要求1所述的一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃，其特征在于：所述粗糙层的纳米级别乳突以及凹坑的直径大小为20nm-40nm。
4.如权利要求1所述的一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃，其特征在于：所述粗糙层表面修饰的低表面能物质为氟硅烷或硫醇类物质；低表面能物质在粗糙层表面形成一层单分子层。
5.如权利要求1所述的一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃的刻蚀工艺，其特征在于：包括如下步骤：
（1）玻璃清洗：玻璃样品置于塑料烧杯中，采用超声清洗仪器进行超声震动清洗；
超声清洗的具体步骤为：首先将玻璃置于甲苯和丙酮、乙酸丁酯的混合溶液中进行粗清洗；粗清洗的混合溶液中，甲苯、丙酮以及乙酸丁酯的质量比为1：5：1.2；
图案层构建：首先制备具有圆柱形阵列图案的掩膜板，圆形阵列柱体的直径为1μm-2μm，柱体之间的间距大小为2μm-5μm；然后在玻璃基底上旋涂一层光刻胶，光刻胶旋涂厚度为1μm-2μm；光刻胶在玻璃表面旋涂完成之后，将其置于光刻机下方进行光刻；光刻机的光源与玻璃表面之间加装掩膜板；光刻之后形成初步图案化结构；
表层喷金：在玻璃基底表面采用真空镀膜仪进行溅射镀膜，靶材选用金靶材；通过溅射镀膜的方式，使玻璃表层图案表面形成一层金颗粒，金颗粒的大小为20nm-40nm；
反应离子刻蚀：喷涂金颗粒之后，对样品表层进行反应离子刻蚀；使玻璃表面形成微米-纳米复合的多级微纳粗糙结构；
酸洗：采用王水将金颗粒清洗，去除表层金颗粒，此时金颗粒去除的玻璃表层残留一些乳突结构，而金颗粒不存在的区域形成纳米级凹坑结构；
后清洗：依次采用去离子水、酒精冲洗玻璃表面，酒精清洗完成之后，采用氮气吹干，获得清洁的纳米粗糙玻璃表面；
表面修饰：将刻蚀玻璃采用CVD法进行修饰，使玻璃粗糙表面形成一层单分子层低表面能物质，使样品表面具备超疏水特性。
6.如权利要求2所述的一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃的加工工艺，其特征在于：所述步骤（1）中，玻璃粗清洗的时间为5min-10min；步骤（2）中，光刻曝光时间为5min-8min。
7.如权利要求2所述的一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃的加工工艺，其特征在于：所述步骤（4）中，反应离子刻蚀采用的刻蚀气体为CF4，刻蚀时间为2h-3h。
8.如权利要求2所述的一种基于纳米级无闪点防眩光技术的蚀刻玻璃的加工工艺，其特征在于：所述步骤（7）中，玻璃表面修饰低表面能物质的修饰环境为真空环境，真空负压为-0.5MPa至-1.2MPa，修饰温度为150℃-180℃，修饰时间为3h-12h。
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