CN109982984B - 电致变色涂布的玻璃物件和用于激光处理电致变色涂布的玻璃物件的方法 - Google Patents

电致变色涂布的玻璃物件和用于激光处理电致变色涂布的玻璃物件的方法 Download PDF

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Abstract

在本文中公开为使用电致变色层来涂布于至少一个表面上的玻璃物件，且所述物件包括激光损坏的最小区域，和用于激光处理所述玻璃物件的方法。也在本文中公开包括所述涂布的玻璃物件的绝缘玻璃单元。

Description

电致变色涂布的玻璃物件和用于激光处理电致变色涂布的玻 璃物件的方法
技术领域
本申请案主张申请日2016年10月7日的美国申请案第15/288,071号的优先权，上述文献通过其全体引用方式并入于本文。
本公开总体涉及电致变色涂布玻璃物件，且更具体地，涉及用于激光处理所述物件的方法。本公开还涉及包括使用电致变色层涂布的玻璃基板的绝缘玻璃单元。
背景
在多种应用中，使用电致变色薄膜涂布的玻璃基板为有用的，包含建筑及汽车应用。例如，可使用电致变色薄膜以变化房间或汽车中的光强度和/或光吸收度。绝缘玻璃单元(IGU)可包括带有周边密封的两片玻璃而形成玻璃片之间的空穴，可使用绝缘气体(例如，氩)来填充所述空穴以改进IGU的能级。在某些应用中，可使用电致变色层来涂布IGU中的玻璃片的其中一个。所述涂布的IGU可额外地包含一或更多个部件以用于施加电压至电致变色层(例如，汇流排)，因而提供着色效应，而可降低IGU对多种波长和/或热的传输。
在IGU或包括电致变色层的任何其他玻璃物件的制造期间，可在切割和研磨步骤之后应用电致变色层至玻璃(由于所述薄膜对湿度和在所述步骤期间所产生的颗粒的敏感度)。例如，曝露电致变色薄膜于研磨工艺期间所使用的水冷却剂可导致薄膜起泡和/或分解，因而抑制薄膜的功能性和/或美观品质。因此，针对传统IGU生产，通常先切割玻璃片至所需IGU形状及尺寸，接着使用电致变色薄膜来涂布(“切割及涂布”)，而非使用电致变色薄膜来涂布大的玻璃基板，接着根据尺寸切割涂布的基板(“涂布及切割”)。
然而，由于夹具，“切割及涂布”工艺可导致玻璃基板具有未涂布或未受电致变色层均匀涂布的显著面积。例如，用于在涂布设备中放置且固定玻璃基板到位的部件可干扰从边缘至边缘涂布玻璃基板的能力。此外，“涂布及切割”工艺可具有减低的制造挠性，因为夹具必须特定于每一玻璃基板形状和/或尺寸且必须调整以容纳不同玻璃形状和/或尺寸。相对比下，“涂布及切割”工艺可针对大的玻璃基板实行单一标准夹具，且玻璃基板可接着被根据尺寸切割 (“涂布及切割”)。
据此，提供用于使用电致变色薄膜涂布产生玻璃基板的方法是有优势的，所述方法不会实质损坏电致变色薄膜和/或不会导致玻璃基板包括未涂布或非均匀涂布区域。此外，提供用于制造所述电致变色涂布玻璃物件的方法为优势的，所述方法可展示增加的制造灵活性和/或减低的制造成本，例如，可使用以涂布具有一般形状和/或尺寸的玻璃基板且接着切割所述玻璃成特定形状和/ 或尺寸以用于所需应用的方法。
概述
在多种实施方式中，本公开相关于玻璃物件，包括第一表面，相对第二表面，和设置于所述第二表面的至少一部分上的电致变色涂布，其中在施加电压至所述玻璃物件之后，玻璃基板的涂布部分的第一区域具有第一可见光传输，所述第一可见光传输小于涂布部分的第二区域的第二可见光传输。根据一些实施方式，可将第一区域着色且在施加电压之后第二区域可不被着色。在多种实施方式中，第一及第二区域可被包括多个缺陷点或线的轮廓分开，在一些实施方式中，当正交地查看第一或第二表面时，缺陷线可为线性或弯曲。根据额外的实施方式，当正交地查看第一或第二表面时，第一和/或第二区域可包括玻璃物件上的图案。
进一步于此公开玻璃物件包括第一表面，相对第二表面，和设置于实质上全部的第二表面上的电致变色涂布，其中电致变色涂布包括接近玻璃物件的至少一个边缘的激光损坏周边区域，所述激光损坏周边区域具有小于约10mm、 1mm、或0.1mm的宽度。进一步于此公开包括所述玻璃物件的绝缘玻璃单元。
在方面(1)中，本公开提供一种电致变色玻璃物件，包括：玻璃基板，包括第一表面，相对第二表面，及一或更多个边缘，其中所述一或更多个边缘的至少一个或更多个包括一激光修改边缘；电致变色涂布，设置于所述第二表面的至少一部分上，且包括至少两个电性非连续区域，每一电性非连续区域具有轮廓；及其中所述两个电性非连续区域被激光修改非连续线分开，所述激光修改非连续线具有从约0.1μm至约25μm的宽度。在方面(2)中，本公开提供方面 (1)的电致变色玻璃物件，其中所述电致变色涂布包括氧化钨。在方面(3)中，本公开提供方面(1)或(2)的电致变色玻璃物件，其中所述电性非连续区域实质上不受激光损坏。在方面(4)中，本公开提供方面(1)至(3)的任一个的电致变色玻璃物件，其中接近所述激光修改非连续线的所述玻璃基板的所述第二表面实质上不受激光损坏。在方面(5)中，本公开提供方面(4)的电致变色玻璃物件，其中所述至少两个电性非连续区域的至少一个的所述轮廓为非线性。在方面(6) 中，本公开提供方面(1)至(5)的任一个的电致变色玻璃物件，其中所述激光切割非连续为通过激光所形成的连续线，所述激光具有FWHM下从10-10至10-15秒的脉冲宽度。在方面(7)中，本公开提供方面(1)至(6)的任一个的电致变色玻璃物件，其中所述第二区域包括所述第一区域中的图案或所述第一区域包括所述第二区域中的图案。在方面(8)中，本公开提供方面(1)至(7)的任一个的电致变色玻璃物件，其中所述玻璃物件包括玻璃片，所述玻璃片具有范围从约0.1 mm至约10mm的厚度。在方面(9)中，本公开提供方面(1)至(8)的任一个的电致变色玻璃物件，其中所述至少两个电性非连续区域的其中一个包括接近所述玻璃基板的所述一或更多个边缘的所述第二表面的区域。在方面(10)中，本公开提供方面(9)的电致变色玻璃物件，其中接近所述玻璃基板的所述一或更多个边缘的所述电性非连续区域具有小于约0.1mm的宽度。在方面(11)中，本公开提供方面(9)的电致变色玻璃物件，其中接近所述玻璃基板的所述一或更多个边缘的所述电性非连续区域包括约5％或更低的所述玻璃物件的所述涂布部分。
在方面(12)中，本公开提供一种玻璃物件，包括第一表面、相对第二表面、及电致变色涂布，所述电致变色涂布设置于实质上全部的所述第二表面上，其中所述电致变色涂布包括激光损坏周边区域接近所述玻璃物件的至少一个边缘，所述激光损坏周边区域具有小于约0.1mm的宽度。在方面(13)中，本公开提供方面(12)的玻璃物件，其中所述激光损坏周边区域包括约5％或更低的所述玻璃物件的所述第二表面。在方面(14)中，本公开提供方面(12)或(13)的玻璃物件，其中所述至少一个边缘具有线性或弯曲轮廓。在方面(15)中，本公开提供方面(12)至(14)的任一个的玻璃物件，其中所述玻璃物件包括玻璃片，所述玻璃片具有范围从约0.1mm至约10mm的厚度。在方面(16)中，本公开提供方面(12)至(15)的任一个的玻璃物件，其中所述第二表面的涂布部分包括第一区域和第二区域，且其中在施加电压至所述玻璃物件之后，所述第一区域具有第一可见光传输，所述第一可见光传输小于所述第二区域的第二可见光传输。在方面(17)中，本公开提供方面(16)的玻璃物件，其中所述第一及所述第二区域被非连续线分开，所述非连续线包括一或更多个激光线。在方面(18)中，本公开提供方面(17)的玻璃物件，其中所述轮廓为线性或弯曲。
在方面(19)中，本公开提供包括方面(1)至(11)的任一个的电致变色玻璃物件的绝缘玻璃单元。
在方面(20)中，本公开提供包括方面(12)至(18)的任一个的玻璃物件的绝缘玻璃单元。
将在以下细节描述中提出本公开的额外特征及优点，且部分对本领域技术人员而言由说明书或通过实现如本文所描述的方法来理解为显而易见的，包含以下的详细描述、权利要求书、以及附图。
应理解前述一般描述及以下详细描述皆呈现本公开的多种实施方式，且意图提供用于理解权利要求书的本质及特色的概观或框架。包含附图以提供对本公开进一步的理解，且并入且组成本说明书的一部分。附图示出了本公开的多种实施方式，且与描述一同帮助说明本公开的原则和操作。
附图描述
当结合以下图式来阅读时，可进一步理解以下详细描述，其中，尽可能将相似数字参照到相似部件，应理解附图无须按比例绘制。
第1A至1B图示出具有轮廓的玻璃基板，包括多个缺陷线；
第2A至2B图示出激光束焦线的放置，以感应玻璃基板中沿着焦线的吸收；
第3图根据本公开的多种实施方式示出用于聚焦激光束成为激光束焦线的光学组件；
第4A至4C图根据本公开的某些实施方式示出包括电致变色涂布和未涂布区域的玻璃基板。
具体实施方式
方法
可使用一或更多个方法来制造于此公开的玻璃物件，所述方法为了对材料钻孔、切割、分开、穿孔、或其他处理的目的而用于在玻璃中产生小的(例如， 100、10、或1微米或更小)“孔洞”，可选地，与感应涂布于玻璃上的电致变色层中的缺陷或非连续性的一或更多个方法组合。在某些实施方式中，可将超短 (即，从10-10至10-15秒FWHM的脉冲宽度，例如，纳秒至飞秒)脉冲激光束(例如，操作于波长如1064、532、355或266nm)聚焦至高于临界值的能量密度，使缺陷可产生于玻璃表面处或玻璃内的焦点的区域中。通过重复所述处理，可产生沿着预先决定路径或轮廓对齐的一系列的激光感应缺陷。在一些实施方式中，激光感应缺陷线可相距足够靠近在一起，使得可产生及可选地使用玻璃内的机械弱点的控制区域，以沿着界定的轮廓折断或分开(机械地或热性地)材料。例如，在与超短脉冲激光接触之后，材料可与第二激光束(例如，红外光激光如二氧化碳(CO2)激光，或其他热应力来源)接触，以分开玻璃成一或更多个部分。
根据多种实施方式，可在玻璃基板中产生一或更多个垂直缺点或缺陷点、一系列的点或线，而可勾画出最低电阻的轮廓或路径，可将基板沿着所述轮廓或路径分开以界定所需形状，其中所述轮廓包括多个缺陷线或区域从第一表面延伸至玻璃基板的相对第二表面。可使用超短脉冲激光束(例如，脉冲宽度<100 psec；波长≤1064nm)来照射待处理基板，所述超短脉冲激光束可聚光成高的长宽比的焦线而穿透全部的或部分的基板厚度。
在此高能量密度容积内，可经由非线性效应修改基板，所述非线性效应可由高的光强度来触发。低于此强度临界值，基板对激光辐射可为透明，且可不修改基板以产生缺陷线。如此处所使用，当基板吸收度在激光波长处低于基板深度每毫米约10％(例如，低于约5％或低于约1％)时，基板对激光波长“实质上透明”。通过在所需轮廓或路径上扫描激光，可在基板中产生一或更多个窄的缺陷线，且轮廓可界定周边或形状和/或涂布基板的着色或未着色区域，可沿着所述周边或形状分开玻璃基板。
超短脉冲激光可在实质上透明的材料中(例如，玻璃)产生多光子吸收度 (MPA)。MPA为相同或不同频率的两个或更多个光子的同时吸收度，以便将分子从一个状态(通常为基态)激发至较高能量电子状态。所涉及的分子的较低及较高状态之间的能量差异等于所述两个光子能量的总和。MPA(亦称为感应吸收度)可为第二或第三阶处理，例如，较线性吸收度弱几个数量级。MPA与线性吸收度的差异在于例如感应吸收度的强度可对光强度的平方成比例，因此 MPA是非线性光处理。
脉冲激光束可具有一波长，所述波长从基板实质上为透明的例如小于或等于约1064nm的波长中选择，例如532、355、或266奈米，包含其间所有范围及子范围。在一些实施方式中，用于脉冲激光的示范的功率层级范围可从约 10W至约150W，诸如从约25W至约125W，或从约50W至约100W，包含其间所有范围及子范围。根据多种实施方式，脉冲激光束可具有小于10纳秒的脉冲周期，例如约100皮秒。在一些实施方式中，脉冲激光束具有从大于约1皮秒至小于约100皮秒的脉冲周期，例如范围从约5皮秒至约50皮秒、从约10皮秒至约30皮秒、或从约15皮秒至约20皮秒，包含其间所有范围及子范围。在额外的实施方式中，脉冲激光束的脉冲重复率范围可从约1kHz至约4MHz，例如从约10kHz至约650MHz、从约50kHz至约500MHz、从约 100kHz至约400MHz、或从约200kHz至约300MHz，包含其间所有范围及子范围。
在一些实施方式中，脉冲激光束可操作在单一脉冲模式，或在其他实施方式中，可操作在突发(burst)模式。在后者的实施方式中，脉冲突发可包括两个或更多个脉冲，如，例如每一突发3、4、5、10、15、20、25、或更多个脉冲，包含其间所有范围及子范围。脉冲突发中的个别脉冲之间的周期范围例如可从约1纳秒至约50纳秒，例如从约10纳秒至约30纳秒、或从约20纳秒至约 40纳秒，包含其间所有范围及子范围。在某些实施方式中，脉冲突发之间的周期范围可从约1微秒至约20微秒，例如从约5微秒至约10微秒，包含其间所有范围及子范围。据此，脉冲激光束的突发重复频率范围可从约1kHz至约 200kHz，例如从约20kHz至约150kHz、或从约50kHz至约100kHz，包含其间所有范围及子范围。
在突发模式中，每一突发的平均激光功率范围可从约每一突发50μJ至约每一突发1000μJ，例如从约每一突发100μJ至约每一突发750μJ、从约每一突发200μJ至约每一突发500μJ、或从约每一突发250μJ至约每一突发400μJ，包含其间所有范围及子范围。根据额外的实施方式，应用至给定材料的平均激光功率可测量为每mm的材料每一突发的μJ数，且可例如大于每单元厚度(mm) 的给定材料(例如，玻璃)约每一突发40μJ，例如范围从约每mm每一突发40μJ 至约每mm每一突发2500μJ、从约每mm每一突发100μJ至约每mm每一突发2000μJ、从约每mm每一突发250μJ至约每mm每一突发1500μJ、或从约每mm每一突发500μJ至约每mm每一突发1000μJ，包含其间所有范围及子范围。例如，可使用每一突发200μJ的脉冲激光来处理0.1至0.2mm厚的 Corning Eagle
Figure BDA0002018416690000071
玻璃基板以给予示范的每mm每一突发1000至2000μJ的激光功率。在另一非限定范例中，可使用每一突发400至700μJ的脉冲激光来处理0.5至0.7mm厚的Corning Eagle
Figure BDA0002018416690000072
玻璃基板以给予示范的每mm每一突发570至1400μJ的激光功率。
根据非限定的实施方式，玻璃基板和脉冲激光束可相对彼此平移，例如，玻璃基板可相对于脉冲激光束平移和/或脉冲激光束可相对于玻璃基板平移，以产生轮廓。在一个特定实施方式中，平移玻璃基板且应用脉冲激光至所述玻璃基板，同时脉冲激光自身平移。例如，在卷对卷处理中，玻璃基板可非常长 (例如几十米长或更长)且在激光处理期间实质上连续地平移。激光以合适速度且沿着合适向量平移以在玻璃基板中产生一或更多个轮廓。基板或激光的任一个可在所述处理期间改变其速度。
轮廓可包括多个缺陷线，所述缺陷线可追踪或界定待产生的形状的周边，无论通过后续的分开或通过后续的电压施加(例如，着色)。平移或扫描速度可取决于多种激光处理参数，包含例如激光功率和/或重复率。示范的平移或扫描速度范围可例如从约每秒1mm至约每秒5000mm，例如从约每秒100mm 至约每秒4000mm、从约每秒200mm至约每秒3000mm、从约每秒300mm 至约每秒2500mm、从约每秒400mm至约每秒2000mm、或从约每秒500mm 至约每秒1000mm，包含其间所有范围及子范围。
可变化脉冲激光束的重复率和/或扫描速度以产生所需的缺陷线之间的周期性(或节距)。在一些实施方式中，缺陷线可相距约0.5μm至约25μm，例如从约1μm至约20μm、从约2μm至约15μm、从约3μm至约12μm、从约4μm 至约10μm、或从约5μm至约8μm，包含其间所有范围及子范围。例如，针对速度每秒300mm的线性切割(或扫描)，缺陷线之间3μm的周期性对应至具有至少100kHz的突发重复率的脉冲激光。相似地，针对每秒600mm的扫描速度，缺陷线之间3μm的周期性对应至具有至少200kHz的突发重复率的脉冲激光。
此外，缺陷线的尺度可受例如激光聚焦参数的影响，例如激光束焦线的长度和/或激光束焦线的平均点直径。例如，可使用脉冲激光以产生具有相对高的长宽比(长度：直径)的一或更多个缺陷线，使得在一些实施方式中，可产生非常薄的、长的缺陷线从第一表面延伸至基板的相对第二表面。原则上，所述缺陷线可通过单一脉冲激光来产生，或可使用额外脉冲以增加受影响面积(例如，增加的缺陷线长度和/或宽度)。
如第1A至1B图中所一般示出，用于切割包括电致变色层150的玻璃基板130的方法可包括使用脉冲激光140来产生轮廓或缺点线110，包括待处理基板中的多个缺陷线120。例如，缺陷线120可延伸穿过玻璃基板的厚度，例如，大约正交于玻璃片的主要(平坦)表面a、b。尽管可通过在一个维度中平移玻璃基板130和/或脉冲激光140来产生线性轮廓(例如示出于第1A图中的轮廓110)，也可通过在两个维度中平移玻璃基板和/或脉冲激光来产生弯曲或非线性的轮廓。如第1B图中所展示，玻璃基板130可接着沿着轮廓110分开，以产生两个分开部分130a及130b，其中分开的边缘或表面由轮廓110界定，每一部分包括电致变色层150。
参考第2A至2B图，用于激光处理基板的方法可包含聚焦脉冲激光束2 成沿着束传播方向定向的激光束焦线2b。激光(未示出)可发射脉冲激光束2，脉冲激光束2可具有入射至光学组件6的部分2a。光学组件6可将激光束的入射部分2a沿着束方向转换成激光束焦线2b，激光束焦线2b可具有长度L 及直径D。基板1可放置于束路径中以至少部分地与激光束焦线2b重叠，激光束焦线2b可因此被引导进入基板1。可放置第一表面1a以面对光学组件6，而可放置相对第二表面1b以背对光学组件6，反之亦然。基板的厚度d可在表面1a及1b之间垂直延伸。
如第2A图中所描绘，可对齐基板1以垂直于激光束及由光学组件6所产生的焦线2b的纵轴。在多种实施方式中(如所描绘)，焦线2b可在基板1的表面1a之前起始且可不会延伸超过表面1b。当然可使用其他焦线定向，使得焦线2b在表面1a之后起始和/或延伸超过表面1b(未示出)。假设沿着激光束焦线2b有足够激光强度，可通过非线性多光子或激光能量的感应吸收来修改激光束焦线和基板重叠处的面积，强度可通过聚焦激光束2于长度l的区段上而产生，即，长度l的线焦点。
感应吸收可沿着区段2c在基板材料中产生缺陷线形成。在一些实施方式中，缺陷线可为微观系列(例如，100nm<直径<10μm)的“孔洞”(也称为穿孔或缺陷线)。根据多种实施方式，可以几百kHz的速率产生个别穿孔(每秒几百千穿孔)。通过相对彼此平移基板及脉冲激光，可产生以所需空间分开的相邻于彼此的所述穿孔(也称为周期性或节距)。可视需要选择缺陷线的周期性以便于基板的分开和/或产生所需着色效应。缺陷线之间示范的周期性范围可例如从约0.5μm至约25μm，例如从约1μm至约20μm、从约2μm至约15μm、从约 3μm至约12μm、从约4μm至约10μm、或从约5μm至约8μm，包含其间所有范围及子范围。
在某些非限定实施方式中，缺陷线可为从第一表面1a延伸至相对第二表面1b的“通孔”或开口通道，例如，延伸跨过基板1的整体厚度d。缺陷线形成也可延伸跨过基板厚度的一部分，如第2A图中具有长度L的区段2c所指示。区段2c的长度L因此对应至激光束焦线2b及基板1之间的重叠长度及最终缺陷线的长度。区段2c的平均直径D可对应更多或更少于激光束焦线2b 的平均直径。参考第2B图，基板1曝露于第2A图中的激光束2最终将因激光能量的感应吸收而膨胀，使得材料中对应的感应张力可导致微裂痕形成。根据多种实施方式，感应张力在表面1a处可为最大。
如此处所界定，缺陷线的宽度对应至开口通道的内部宽度或玻璃基板中产生的空气孔洞的直径。例如，在一些实施方式中，缺陷线的宽度范围可从约 0.1μm至约5μm，例如从约0.25μm至约4μm、从约0.5μm至约3.5μm、从约 1μm至约3μm、或从约1.5μm至约2μm，包含其间所有范围及子范围。在一些实施方式中，缺陷线的宽度可与激光束焦线的平均点直径一样大，例如，激光束焦线的平均点直径范围也可从约0.1μm至约5μm，例如从约0.25μm至约 4μm、从约0.5μm至约3.5μm、从约1μm至约3μm、或从约1.5μm至约2μm，包含其间所有范围及子范围。在沿着包括多个缺陷线的轮廓分开玻璃基板的实施方式中，可潜在地沿着分开部分的切割边缘查看缺陷线，且所述区域可具有可与缺陷线的宽度比较的宽度，例如，从约0.1μm至约5μm。
可将脉冲激光束聚焦成具有任何所需长度l的激光束焦线，可例如取决于选择的光组件配置而变化所述长度。在一些实施方式中，激光束焦线长度范围例如可从约0.01mm至约100mm，例如从约0.1mm至约50mm、从约0.5mm 至约20mm、从约1mm至约10mm、从约2mm至约8mm、或从约3mm至约5mm，包含其间所有范围及子范围。在多种实施方式中，激光束焦线长度 l可对应于基板的厚度d，可小于厚度d，或可大于基板的厚度d。因此，在一些实施方式中，可使用于本文公开的方法以处理或切割多于一个基板，例如两个或更多个基板的堆叠。根据非限定的实施方式，脉冲激光束可使用单一激光通过而将玻璃基板的堆叠穿孔上至总厚度约100mm或更大，例如，从20μm 至约200mm(即使在多个位置中基板之间存在一或更多个空气空隙的范例中)。例如，可通过激光的单一通过来将200个基板的堆叠的每一基板(每一基板为 0.5mm厚)穿孔。例如，每一基板具有电致变色薄膜大约1微米(0.001mm)厚将使200个所述基板的堆叠为100.2mm厚(100mm的玻璃和0.2mm的电致变色薄膜)。此外，一些实施方式可进一步包括光学清晰且允许多层穿孔的玻璃基板之间的额外涂布和/或保护性材料。所述涂布包含但不限于SiO2、Al2O3、及有机及无机聚合物，例如硅氧烷。
可使用多种方法产生缺陷线或多个缺陷线。例如，可使用多种装置以聚焦激光束以产生激光束焦线。可例如通过传输Gaussian激光束进入锥镜透镜以产生Gauss-Bessel激光束剖面来产生激光束焦线。Gauss-Bessel束可较Gaussian 束更慢绕射(例如，相对于几十微米或更小，可维持范围上百微米或毫米的单一微米点尺寸)。用于Gauss-Bessel束的聚焦强度的深度或长度可因而远较 Gauss束大。也可使用或使用光学元件产生其他慢的绕射或非绕射束，例如 Airy及Bessel束。美国专利申请案第14/529,520及14/530,457号中提供了用于产生激光束焦线的示范的光学组件，上述文献以其全体参考并入于本文。可例如使用任何种类的甜甜圈形状激光束、球体透镜、锥镜透镜、绕射元件、或任何其他合适的方法或设备来实现聚焦，以形成高强度的线性区域。也可变化脉冲激光的类型(例如，皮秒、飞秒等)和/或其波长(例如，IR、UV、绿光等)，只要因非线性光学效应产生足够的强度以产生基板材料的分解。
第3图示出一个示范的光学组件6，可使用光学组件6以将脉冲激光束2 聚焦成具有长度l的激光束焦线2b，且被引导进入具有电致变色层7的玻璃基板1。光学组件6可包含例如锥镜透镜3、准直透镜4、和聚焦透镜5。可变化光学组件中每一透镜的聚焦长度以产生具有所需直径和/或长度的激光束焦线。例如，聚焦透镜5可具有一聚焦长度，范围从约10mm至约50mm，例如从约20mm至约40mm、或从约25mm至约30mm，包含其间所有范围及子范围。准直透镜4可相似地具有聚焦长度，范围从约50mm至约200mm，例如从约75mm至约150mm、或从约100mm至约125mm，包含其间所有范围及子范围。
在多种非限定实施方式中，可使用超短Bessel束(皮秒或飞秒周期)将锥镜透镜3并入光学透镜组件6以产生高的长宽比的高强度区域，例如，无锥度激光微通道。锥镜是锥状切割透镜，能够在沿着光轴的线上形成点来源(例如，将激光束转换成一环)。锥镜及其配置对本领域技术人员为已知，且可例如具有锥角，范围从约5度至约20度，例如从约10度至约15度，包含其间所有范围及子范围。
锥镜透镜3可将具有原始直径D1(例如，约1至5mm，例如约2至3mm) 的激光束聚光成实质上圆柱形状的高强度区域及高的长宽比(例如，长的长度及小的直径)，具有较小直径对应至例如第2A图中所示出的焦线直径D。聚光激光束内所产生的高强度可导致激光的电磁场和基板的非线性互动，使得激光能量被传输至基板以影响缺陷线的形成。然而，在激光强度不够高的基板面积中(例如，环绕中央收敛线的面积)，基板可对激光为透明的，使得不存有用于从激光传输能量至基板材料的机制。因此，在玻璃基板曝露于激光强度低于非线性临界值的面积中可以没有损坏或改变。
在使用脉冲激光束产生包括多个缺陷线或穿孔的轮廓之后，可选地，可使用第二激光束将玻璃基板分开成两个或更多个部分。可将第二激光束使用为热来源以产生绕着轮廓的热应力区，可将缺陷线置于张力中因而感应分开。第二激光束可发射玻璃基板非为透明的任何波长，例如红外光波长，例如，大于约 1064nm。在一些实施方式中，第二激光束可发射大于约5μm的波长，例如大于约10μm的波长。合适的红外光激光可包含例如可为经调变或未经调变的 CO2激光等等。第二激光束的非限定范例包含但不限于操作在大于约10μm的波长的经调变的CO2激光，例如约10.2μm至约10.7μm，或从约10.4μm至约 10.6μm，包含其间所有范围及子范围。
参考第1A至1B图，第二激光束(未示出)可与玻璃基板130的第一表面a 接触且沿着轮廓110平移以将玻璃基板分开成两个或更多个部分130a、130b。第二表面b可包括背离表面a的电致变色层150，表面a与第二激光束接触。第二激光束可在轮廓110上及周围产生热应力的区域，因而感应玻璃基板130 沿着轮廓110的分开以产生分开部分130a、130b。
在一些实施方式中，用于第二激光束的示范功率层级范围可从约50W至约500W，例如从约100W至约400W、从约150W至约300W，或从约200 W至约250W，包含其间所有范围及子范围。当以连续(例如，未经调变)模式操作时，第二激光束可具有较经调变模式操作时更低的功率。例如，连续的第二激光束可具有功率层级范围从约50W至约300W，而经调变的第二激光束可具有功率层级范围从约200W至约500W，尽管，个别激光功率可变化且不限于给定的示范范围。在额外的实施方式中，第二激光束的平均点直径范围可从约1mm至约10mm，例如从约2mm至约9mm、从约3mm至约8mm、从约4mm至约7mm，或从约5mm至约6mm，包含其间所有范围及子范围。第二激光束所产生的热可导致轮廓上和/或周围的热应力区域，此区域具有微米等级的直径，例如，小于约20μm，例如范围从约1μm至约20μm、从约2μm 至约15μm、从约3μm至约10μm、从约4μm至约8μm，或从约5μm至约6μm，包含其间所有范围及子范围。
根据多种实施方式，第二激光束可经调变且可具有小于约200微秒的脉冲周期，例如大于约1微秒至小于约200微秒，例如，范围从约5微秒至约150 微秒、从约10微秒至约100微秒、从约20微秒至约80微秒、从约30微秒至约60微秒、或从约40微秒至约50微秒、包含其间所有范围及子范围。根据多种实施方式，经调变的第二激光束的上升时间可小于约150微秒，例如范围从约10微秒至约150微秒、从约20微秒至约100微秒、从约30微秒至约80 微秒、从约40微秒至约70微秒、或从约50微秒至约60微秒，包含其间所有范围及子范围。
在额外的实施方式中，经调变的第二激光束的脉冲重复率(或调变速度)范围可从约1kHz至约100kHz，例如从约5kHz至约80kHz、从约10kHz至约 60kHz、从约20kHz至约50kHz、或从约30kHz至约40kHz，包含其间所有范围及子范围。根据非限定实施方式，第二激光束脉冲之间的节距或周期性范围可从约1μm至约100μm，例如从约5μm至约90μm、从约10μm至约80μm、从约20μm至约70μm、从约30μm至约60μm，或从约40μm至约50μm，包含其间所有范围及子范围。
在某些实施方式中，玻璃基板的第一表面可在单一通过与第二激光束接触，或在其他实施方式中，可进行多次通过。例如，第二激光束可使用无论何处从 1至10次通过而相对于玻璃基板平移(反之亦然)，例如2至9次通过、3至8 次通过、4至7次通过、或5至6次通过，包含其间所有范围及子范围。平移速度范围可从约每秒100mm至约每秒1000mm，例如从约每秒150mm至约每秒900mm、从约每秒200mm至约每秒800mm、从约每秒250mm至约每秒700mm、从约每秒300mm至约每秒600mm，或从约每秒400mm至约每秒500mm，包含其间所有范围及子范围。
另一方面包括使用任何上述工艺以在基板上的电致变色层中产生孔洞、空洞、空隙、或其他非连续性，同时未损坏或限制对下方基板的损坏。在所述实施方式中，可使用电致变色层150以修改激光吸收或侵入深度。在一些实施方式中，放置电致变色层150于有色的或黑暗的状态以增加激光光的吸收，且在所述实施方式中，可调谐激光至靠近电致变色层150的光吸收波长的波长。在所述实施方式中，电致变色层的吸收可帮助电致变色层的修改，可影响激光侵入深度，或可增加或减少修改玻璃或电致变色层所需的整体激光脉冲功率。
在产生电致变色层中的非连续性时，一般情况的目标是产生两个或更多个电性分开区域。因此，典型地需要非连续线(界定为明确形成以电性绝缘基板上电致变色层的两个或更多个区域的激光形成线)为连续的，意指完全地彼此断开电致变色层的两个区域，且可需要电致变色薄膜的至少一个层的切除。在电致变色层中产生非连续性所需的激光功率或能量层级典型地远小于在玻璃基板中产生损坏所需。可使用脉冲或连续激光。使用脉冲激光可为优势的，其中可切除电致变色材料而不加热电致变色或基板，避免损坏相邻的、保持的电致变色材料或玻璃基板的韧度。进一步地，激光的波长可优势地针对电致变色薄膜的吸收，无论处于发光或黑暗状态。进一步地，可经由基板或相对基板聚焦束(取决于需求)。
在一些实施方式中，若为脉冲，示范的激光功率范围可从约0.25W至约 150W，例如从约0.25W至约50W，或从约1W至约100W，包含其间所有范围及子范围。根据多种实施方式，脉冲激光束可具有从100纳秒至10飞秒的脉冲周期，例如约100皮秒。在一些实施方式中，脉冲激光束具有从大于约 1皮秒至小于约100皮秒的脉冲周期，例如范围从约5皮秒至约50皮秒、从约10皮秒至约30皮秒，或从约15皮秒至约20皮秒，包含其间所有范围及子范围。在额外的实施方式中，脉冲激光束的脉冲重复率范围可从约1kHz至约 4MHz，例如从约10kHz至约650kHz、从约50kHz至约500kHz、从约100 kHz至约400kHz、或从约200kHz至约300kHz，包含其间所有范围及子范围。
由于用于电致变色中非连续性产生的功率层级远远较小，也可使用连续激光来源。用于连续激光的功率层级为从约0.25W至约150W，例如从约0.25W 至约50W，或从约1W至约100W，包含其间所有范围及子范围，主要取决于波长、焦点、及束瞄准特定区域的时间。
非连续线可为使用以制造所述非连续线的激光的大约相同宽度。非连续线的宽度范围可从约0.1μm至约5μm，例如从约0.25μm至约4μm、从约0.5μm 至约3.5μm、从约1μm至约3μm，或从约1.5μm至约2μm，包含其间所有范围及子范围。在一些实施方式中，非连续线的宽度可与激光束焦线的平均点直径一样大，例如，激光束焦线的平均点直径范围也可从约0.1μm至约5μm，例如从约0.25μm至约4μm、从约0.5μm至约3.5μm、从约1μm至约3μm，或从约1.5μm至约2μm，包含其间所有范围及子范围。
玻璃物件
于本文公开玻璃物件，包括第一表面、相对第二表面、和设置于第二表面的至少一部分上的电致变色涂布，其中在施加电压至所述玻璃物件之后，玻璃基板的涂布部分的第一区域具有第一可见光传输，所述第一可见光传输小于所述涂布部分的第二区域的第二可见光传输。参考第4A图，示出了玻璃物件的第二表面，包括表面的部分E(阴影部分)和未涂布部分U(非阴影)上的电致变色层，由线Z分开。根据多种实施方式，可使用于此公开的方法以激光处理第4A图的玻璃物件以产生第4B至4C图的玻璃物件，以及任何需要的变化。
在一些实施方式中，电致变色层包括一或更多个无机材料。在一些实施方式中，电致变色层包括一或更多个氧化钨。
例如，可使用第一脉冲激光以产生轮廓A1(虚线)，此处也称为激光“划线”或“穿孔”。可沿着轮廓B1(双线)追踪第一脉冲激光及第二激光以将玻璃分开成两个部分，以产生第4B图中所描绘的玻璃物件和未涂布剩余(未示出)。在施加电压至C1之后，涂布部分E的C1可被“着色”和/或可具有相较于涂布部分 E的第二区域C2减低的传输(例如，针对可见光波长400至700nm)，第二区域C2可保持非活化及未改变(或未着色)。选择地，若电压施加至C2且未至 C1，可相似于上述C1来执行。当划线电性相互断开层时，现在C1及C2皆能够独立于彼此着色。
沿着轮廓A1的激光划线作用以产生对C1及C2之间电致变色效应的电性屏障。因此，玻璃物件可包括未涂布(例如，未着色)部分U及“新的”未着色 (但经涂布)区域C2，而在施加电压至C1之后不展现出电致变色效应，即便使用电致变色层来涂布(反之亦然)。可因而使用激光划线或穿孔处理以产生玻璃基板上任何所需图案(包含线性及弯曲轮廓)和第一及第二区域内的图案。轮廓或激光划线可包括如上述的多个非连续线且可分开个别区域以产生任何所需视觉效应，而不显著损坏玻璃基板上的电致变色层。非连续线的宽度范围可从约0.1μm至约25μm，例如从约0.25μm至约10μm、从约0.5μm至约5μm、从约1μm至约3μm，或从约1.5μm至约2μm，包含其间所有范围及子范围。
在一些实施方式中，C2可不被激光损坏或实质上可不被激光损坏。例如，此区域中的电致变色涂布和/或玻璃基板可不被激光损坏，或可展现沿着轮廓的非常小的区域的激光损坏，如下方所更详细描述。因此，在某些实施方式中，轮廓从单一母板产生两个或更多个活化装置。因为激光切割是精确的且可控制功率以产生带有对电致变色薄膜微小损坏的非常精细的线，C1及C2中的电致变色层不受损坏且耗费极少电致变色材料。
在一些实施方式中，可使用电致变色薄膜中的非连续的形成以消除物件的某些区域中的着色效应。用于消除涂布基板的给定区域中的着色效应涉及去除涂布，例如使用激光切除以“烧”去所需面积中的涂布。然而，所述处理可为不精确且可导致对电致变色层和下方的玻璃基板大区域的损坏。例如，为了确保电致变色层完全从所需区域移除，可使用高功率激光进行几个通过，可导致沿着剩余电致变色层损坏和/或下方玻璃基板损坏的宽广区域(或条纹)。所述激光损坏区域可具有几十毫米层级的宽度，例如大于约20mm、大于约25mm，或甚至大于约30mm。
进一步于本文公开玻璃物件，包括第一表面、相对第二表面、和设置于实质上所有第二表面上的电致变色涂布，其中所述电致变色涂布包括激光损坏周边区域接近所述玻璃物件的至少一个边缘，激光损坏周边区域具有小于约10、 1、或0.1mm的宽度。再次参考第4A图，可使用第一脉冲激光以产生轮廓 A2(虚线)。可沿着轮廓B2(双线)追踪第一脉冲激光及第二激光以将玻璃分开成两个部分，以产生第4C图中所描绘的玻璃物件。在施加电压之后，涂布部分 E的第一部分C1可变为着色和/或可具有相较于涂布部分E的第二区域C2减低的传输(例如，针对可见光波长400至700nm)，第二区域C2可保持未改变 (或未着色)。
不像轮廓B1切割穿过未涂布部分U，轮廓B2切割穿过涂布部分E。不希望被理论局限，相信于此公开的激光切割方法可将涂布玻璃物件分开，带有对电致变色层的最小损坏。于本文公开的激光处理方法可导致一相对小的区域 (轮廓的宽度)，其中电致变色薄膜被激光损坏且在施加电压之后不展现电致变色效应。例如，激光切割处理可产生沿着相对薄(例如，小于约0.1mm)的切割边缘e的激光损坏区L。在一些实施方式中，激光损坏区L可具有小于约10mm、 1mm、或0.1mm的宽度，例如小于约9mm、8mm、5mm、1mm、0.5mm、 0.1mm、0.09mm、0.08mm、0.07mm、0.06mm、0.05mm、0.04mm、0.03mm、 0.02mm、0.01mm、或更小，例如，范围从约0.01mm至约0.1mm，包含其间所有范围及子范围。
于本文公开的玻璃物件可具有相较于比较的工艺所产生的未涂布和/或损坏区域相对小的激光损坏区域。例如，由于来自夹具的干扰，“切割及涂布”工艺可导致显著的未涂布面积。相似地，如果涂布玻璃接着使用传统水边缘研磨方法来切割玻璃，对接近切割边缘的电致变色层的损坏(例如，起泡等)将远远更大。进一步地，若需要使用现有技术方法消除所述基板的任何部分上的着色效应(无论“切割及涂布”或“涂布及切割”)，切除工艺期间所产生的激光损坏区域将远远更大(例如，20mm或更大的宽度)。
此处的玻璃物件可包括至少一个表面，在施加电压之后，实质上使用功能性电致变色层来涂布所述表面，例如，边缘至边缘着色，而使用现有技术方法先前不可能做到。在某些实施方式中，可使用电致变色层来涂布玻璃物件的实质上所有表面，可包括沿着所述物件的一或更多个边缘的一或更多个激光损坏区域(<0.01mm)。例如，可使用电致变色层来涂布玻璃基板的表面，接着可沿着单一轮廓将所涂布基板分开以去除玻璃基板的任何未涂布部分(例如，由于夹具)。因此，可实质上使用电致变色层来涂布所得到的玻璃物件且可包括靠近轮廓边缘的周边激光损坏区域。在额外的实施方式中，可沿着多于一个轮廓分开涂布的玻璃基板且所得到的玻璃物件可包括多于一个激光损坏区域。在施加电压之后，可观察到边缘至边缘着色效应，除了边缘处的任何激光损坏区域之外。然而，所述激光损坏区域相较于现有技术处理所产生的未涂布和/或损坏区域可为相对小。根据多种实施方式，激光损坏区域可包括小于约5％的玻璃表面涂布部分，例如小于约4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％或0.01％，包含其间所有范围及子范围，尽管当玻璃物件的尺寸减小时，被激光损坏区域占据的表面相对比例可增加。
于本文公开的玻璃物件可包括适于汽车、建筑、和其他相似应用的任何技术中已知的玻璃。示范的玻璃基板可包含但不限于：硅酸铝、碱金属铝硅酸盐、硼硅酸盐、碱硼硅酸盐、铝硼硅酸盐、碱性硼铝硅酸盐、钠钙硅酸盐，及其他合适的玻璃。在某些实施方式中，基板可具有一厚度，范围从约0.1mm至约 10mm，例如从约0.3mm至约5mm、从约0.5mm至约3mm、或从约1mm 至约2mm，包含其间所有范围及子范围。适于使用为光滤波器的商用玻璃的非限定范例包含：例如，取自康宁公司的EAGLE
Figure BDA0002018416690000171
IrisTM、LotusTM、
Figure BDA0002018416690000172
Figure BDA0002018416690000173
及
Figure BDA0002018416690000174
玻璃。合适的玻璃公开于例如美国专利第4,483,700、 5,674,790、及7,666,511号中，上述文献以其全体参考并入于本文，上述文献以其全体参考并入于本文。
基板可包括具有第一表面及相对第二表面的玻璃片。在某些实施方式中，表面可为平面或实质上平面，例如，实质上平坦和/或水平。在一些实施方式中，基板也可绕着至少一个曲率半径而弯曲，例如，三维基板，例如凸面或凹面基板。在多种实施方式中，第一及第二表面可为平行或实质上平行。基板可进一步包括至少一个边缘，例如，至少两个边缘、至少三个边缘、或至少四个边缘。通过非限定范例的方式，基板可包括具有四个边缘的矩形或正方形片，尽管已预见其他形状和配置且意图落于本公开的范围内。也可使用于此公开的激光切割方法以产生多种弯曲轮廓且所得到的玻璃物件具有弯曲例如非线性边缘。
可使用于此公开的玻璃物件以产生多种产品，例如绝缘玻璃单元(IGU)。例如，可绕着周边来密封玻璃物件至第二玻璃片以产生IGU，所述玻璃物件包括使用电致变色层涂布的至少一部分的表面。因为玻璃物件可在使用电致变色层涂布之后被切割成尺寸和/或形状，所述IGU的制造可具有改进的弹性和/ 或减低的成本。
应理解多种所公开的实施方式可涉及与特定实施方式连接而描述的特定特征、元件、或步骤。也应理解：尽管相关于一个特定实施方式来描述，特定特征、元件或步骤可互换或以多种未示出的组合或顺序而与替代的实施方式组合。
也应理解：此处所使用的用语“所述”、“一(a)”或“一(an)”意指“至少一个”且不应限制于“仅有一个”，除非有明白地相反指示。因此，例如，参考“一激光”包含具有两个或更多个所述激光的范例，除非上下文清楚指示反之。相似地，“多个”意图指出“多于一个”。因此，“多个缺陷线”包含两个或更多个所述缺陷线，例如三个或更多个所述缺陷线等。
此处范围可表示为从“约”一个特定值和/或至“约”另一特定值。当表示如此的范围时，范例包含从所述一个特定值和/或至所述另一特定值。相似地，当表示数值为近似值时，通过使用先行词“约”，应理解特定值形成另一方面。进一步应理解：每一范围的端点相对于另一端点皆为重要的，且独立于其他端点。
此处所使用的用语“实质”、“实质上”及其变化意图注释：所描述的特征等于或大约等于一数值或描述。例如，“实质上平面”的表面意图指出平面的或大约平面的表面。
除非明白陈述，不意图将此处任何提出的方法诠释为需要将所述方法的步骤依特定顺序来执行。据此，当方法权利要求并未真实描述所述方法的步骤所遵循的顺序、或并未在权利要求或说明书中特别陈述所述步骤限制于特定顺序时，并不意图推断任何特定顺序。
尽管可使用过渡性片语“包括”来公开特定实施方式的多种特征、元件、或步骤，应理解暗示了替代的实施方式，包含使用过渡性片语“组成”、“主要由…组成”来描述的所述实施方式。因此，例如，对包括A+B+C的物件的暗示的替代实施方式包含由A+B+C组成的物件的实施方式及主要由A+B+C组成的物件的实施方式。
本领域技术人员明显知悉：可对本公开进行多种修改和变化，而不远离本公开的精神和范畴。因为并入本公开的精神及实体的所公开实施方式的修改组合、子组合和变化可发生于本领域技术人员，本公开应诠释为包含所附权利要求书及其等效物的范围内的一切。

Claims (6)

1.一种玻璃物件，包括第一表面、相对第二表面、和电致变色涂布，所述电致变色涂布设置于实质上全部的所述第二表面上，其中所述电致变色涂布包括靠近所述玻璃物件的至少一个边缘的激光损坏区域，其中所述激光损坏区域由脉冲激光束和第二激光束形成，并且具有小于0.1mm的宽度，
其中所述玻璃物件是通过以下方法将在表面上涂布有电致变色层的玻璃基板进行切割而得：
将所述脉冲激光束从不包括电致变色层的玻璃基板的表面引导进入所述玻璃基板中、延伸并不超过包括所述电致变色层的所述玻璃基板的所述表面，以在所述玻璃基板中产生轮廓；和
使用第二激光束与所述玻璃基板的所述不包括电致变色层的表面接触，且沿着所述轮廓移动，将所述玻璃基板分开成多个所述的玻璃物件。
2.如权利要求1所述的玻璃物件，其中所述激光损坏区域包括5％或更低的所述玻璃物件的所述第二表面。
3.如权利要求1所述的玻璃物件，其中
(i)所述至少一个边缘具有线性或弯曲轮廓；和/或
(ii)所述玻璃物件包括玻璃片，所述玻璃片具有范围从0.1mm至10mm的厚度。
4.如权利要求3所述的玻璃物件，其中所述第二表面的涂布部分包括第一区域和第二区域，且其中在施加电压至所述玻璃物件之后，所述第一区域具有第一可见光传输，所述第一可见光传输小于所述第二区域的第二可见光传输。
5.如权利要求4所述的玻璃物件，其中
(i)所述第一区域及所述第二区域被非连续线分开，所述非连续线包括一或更多个激光线；和/或
(ii)所述轮廓为线性或弯曲。
6.一种包括如权利要求1至5的任一项所述的所述玻璃物件的绝缘玻璃单元。
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