JP2011519338A - 透明基板上の隆起特徴構造および関連方法 - Google Patents

Abstract

隆起特徴構造が、加工波長範囲内の吸収率が約２０％未満である透明基板上に形成される。基板の一部分が光ビームに照射されて、基板の照射された部分の吸収率が増す。連続照射により、基板表面上に隆起特徴構造が形成されるように、基板が局部的に加熱されて膨張する。

Description

優先権

本出願は、「透明基板上の隆起特徴構造および関連方法」と題する、２００８年５月１日に出願された米国仮特許出願第６１／１２６０９４号に優先権を主張するものである。

本発明は、広く、ガラス材料の表面テキスチャー加工(surface texturing)に関し、より詳しくは、局部的に印加されたエネルギーによって誘起された透明ガラス材料の表面テキスチャー加工に関する。そのようなテキスチャー加工は、隆起部(bumps)、うね(ridges)、およびこれらの組合せから生じた様々なより複雑な表面特徴構造の全ての作製を含む。

レーザを局部的に照射したときのガラスの膨張効果が知られている。この効果は、ガラスが溶融し流動して、ガラス表面上に隆起部を形成するような高出力レーザ照射の吸収に基づく。利用できる高出力レーザの波長で十分な吸収率を有するガラスは、一般に、色が濃いか、そうでなければ可視スペクトル（すなわち、約３８０ｎｍから約７５０ｎｍまでの範囲）において不透明である。色の濃いまたは不透明のガラスを使用すると、良好な可視性および透明性のために透き通ったガラスを必要とする用途にとって重大な障害がもたらされる。しかしながら、入手できる透明なガラスの吸収は、高出力レーザが利用できる波長では、非常にわずかしかない。これらの波長としては、様々なピッグテール式ダイオードレーザおよびファイバレーザが利用できる８００μｍと１６００μｍの間の近赤外（ＮＩＲ）帯域、またはＵＶ帯域が挙げられる。１０．６μｍの照射線を放出するＣＯ₂レーザは、一般に、この波長での酸化物ガラスの吸収深さがその波長程度であるので、適用できない。

しかしながら、透明ガラス上に隆起特徴構造を形成できることが望ましいであろう。

本発明のある態様は、透明基板上に隆起特徴構造を形成する方法である。ある実施の形態において、この方法は、表面を有する透明基板であって、加工波長範囲内の吸収率が約２０％未満である基板を提供する工程；この透明基板の一部分に、その加工波長範囲内の加工光ビームを照射して、基板の照射された部分の、加工波長範囲における吸収率を増加させる工程；透明基板の前記一部分を加工波長範囲内の光ビームで照射し続けて、基板表面上に隆起特徴構造を形成するように、基板の局部加熱および膨張を生じさせる工程；および照射を止めて、隆起特徴構造を固定するように基板の加熱を停止する工程を有してなる。

別の実施の形態において、前記方法は、表面を有する透明基板であって、第１の波長範囲内の吸収率が約２０％未満である基板を提供する工程；この透明基板の一部分に、第１の波長範囲内の光を照射して、基板の照射された部分の、第２の波長範囲における吸収率を約４０％より大きく増加させる工程；透明基板の前記一部分を第２の波長範囲内の光で照射して、基板表面上に隆起特徴構造を形成するように、基板の局部加熱および膨張を生じさせる工程；および照射を止めて、隆起特徴構造を固定するように基板の加熱を停止する工程を有してなる。

本発明の別の態様は、対応する１つ以上の位置における透明ガラス物品の局部的照射による物品のガラスの膨張によって、その上に形成された１つ以上の隆起特徴構造を有する表面を備えた物品である。

追加の特徴は、以下の説明に述べられており、一部は、その説明から当業者にとって容易に明らかであるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、本発明による実施の形態を提示しており、特許請求の範囲に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概要または構成を提供することが意図されているのが理解されよう。添付の図面は、本発明をさらに理解するために含まれており、本明細書に包含され、その一部を構成する。これらの図面は、本発明による様々な実施の形態を例示しており、前記説明と共に、本発明の原理と動作を説明するように働く。

透明なアルカリ土類金属アルミノケイ酸塩ガラスのＵＶおよび可視波長スペクトルにおける典型的な透過曲線を示すグラフ 透明なソーダ石灰ガラスのＵＶおよび可視波長スペクトルにおける典型的な透過曲線を示すグラフ 本発明による、透明基板上に隆起特徴構造を形成するための例示のシステムの１つの実施の形態を示す概略図 本発明により形成された透明基板上の１つの隆起特徴構造を示す断面図 アルカリ土類金属アルミノケイ酸塩ガラスにおける３５５ｎｍの照射線の動的透過変化を示すグラフ ソーダ石灰ガラスにおける３５５ｎｍの照射線の動的透過変化を示すグラフ 透明基板における光誘起吸収の形成と減少を示すグラフ 本発明による、透明基板上に隆起特徴構造を形成するための第２の熱源を有する例示のシステムの１つの実施の形態を示す概略図 本発明による、透明基板上に隆起特徴構造を形成する方法の１つの実施の形態を示すブロック図 ２枚の基板の間に間隔を維持するために使用される隆起特徴構造を示す断面図 透明基板の表面トポグラフィーを変更する複数の隆起特徴構造の写真 透明基板の表面上に文字を形成する隆起特徴構造の写真

ここで、本発明の実施の形態をより詳しく参照する。その実施例が添付の図面に示されている。できる限り、同じまたは同様の部品を称するために、図面に渡り同じ参照番号が使用される。

ここでの説明目的で、「上方」、「下方」、「右」、「左」、「後方」、「前方」、「垂直」、「水平」という用語、およびその派生語は、図面において方向付けられた図示された実施の形態に関するものとする。しかしながら、明白にそうでないと特定されている場合を除いて、様々な代わりの方向および工程順序も考えられることを理解すべきである。添付の図面に示され、以下の明細書に記載された特定の装置およびプロセスは、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の概念の実施の形態であることも理解すべきである。それゆえ、ここに開示された実施の形態に関連する特定の寸法および他の物理的特徴は、請求項が明白にそうではないと記載していない限り、制限と考えるべきではない。

「光」という用語は、以下に限られないが、紫外、近紫外、可視、近赤外および赤外波長を含む、どのようなタイプの電磁照射線も意味することと広く理解される。

「光吸収基板」という用語は、以下に限られないが、紫外、近紫外、可視、近赤外および／または赤外波長を含む、吸収波長または波長範囲で光を吸収する基板または基板の部分を意味すると理解され、ここで、吸収波長の１つ以上での基板による光の局部的吸収により基板が局部的に加熱される。光吸収基板は、波長スペクトルに渡り高吸収と低吸収の帯域を有してもよい。

「透明基板」および「透き通った基板」という用語は、可視スペクトル（すなわち、約３８０ｎｍから約７５０ｎｍの範囲）の全てまたは少なくとも一部分を含む波長の範囲にある光を透過させる基板を意味するものと理解される。

「隆起特徴構造」という用語は、広く、隆起部、うね、および隆起部とうねの組合せから生じる様々なより複雑な表面特徴構造の全てを含む、基板の局部加熱と膨張によって生じる、基板の表面上のどのような隆起特徴構造も含むことが理解されよう。

「光誘起吸収」という用語は、広く、基板の照射により生じた基板の吸収スペクトルの変化を意味するものと理解される。光誘起吸収としては、以下に限られないが、紫外、近紫外、可視、近赤外および／または赤外波長を含む、波長または波長範囲での吸収の変化が挙げられる。透明ガラス基板における光誘起吸収としては、制限するものではなく、例えば、色中心の形成、一時的なガラス欠陥の形成、および永久的なガラス欠陥の形成が挙げられる。

基板が照射波長で吸収性である、高出力レーザを使用したガラス基板の微小隆起部の形成が、例えば、ここに引用する、「GLASS-BASED MICROPOSITION SYSTEMS AND METHODS」と題する、２００７年８月３０日に発行された米国特許出願公開第２００７／０２０１７９７号明細書に述べられている。しかしながら、上述したように、利用できる高出力レーザの波長で十分な吸収を有するガラス基板は、典型的に、色が濃いか、そうでなければ可視スペクトル（すなわち、約３８０ｎｍから約７５０ｎｍの範囲）において不透明である。

利用できる透明ガラスは、約８００μｍおよび１６００μｍの間の近赤外（ＮＩＲ）帯域、または約３４０ｎｍおよび約３８０ｎｍの間で動作するＵＶ帯域などの、高出力レーザが利用できる波長での吸収が非常にわずかしかない。例えば、アルカリ土類金属アルミノケイ酸塩ガラスおよびアルミノケイ酸ナトリウムガラス（例えば、コーニング社(Corining Incorporated)から得られる、Ｅａｇｌｅ²⁰⁰⁰（登録商標）ガラス、ＥａｇｌｅＸＧ（商標）ガラス、１３１７ガラスおよびＧｏｒｉｌｌａ（商標）ガラスなどのガラス）は、典型的に、図１Ａに示されるような透過スペクトルを有し、ソーダ石灰ガラス（例えば、窓ガラス）は、典型的に、図１Ｂに示されるような透過スペクトルを有する。図１Ａおよび１Ｂから明らかなように、アルカリ土類金属アルミノケイ酸塩ガラスおよびソーダ石灰ガラスの透過率は、３５５ｎｍで約８５％より大きく（例えば、３５５ｎｍで動作する第３高調波Ｎｄ系レーザにより提供されるような）、これは、利用できる出力電力が数百ワットのレーザを使用しない限り、小容積のガラスでさえ、動作点（約１０５ポアズ）に近い温度まで加熱するのには不十分である。

予期せぬことに、アルカリ土類金属アルミノケイ酸塩ガラスおよびアルミノケイ酸ナトリウムガラス（例えば、コーニング社から得られる、「Ｅａｇｌｅ²⁰⁰⁰」ガラスおよび「ＥａｇｌｅＸＧ」ガラスなどのＬＣＤ用ガラス）、ソーダ石灰ガラス（例えば、窓ガラス）、およびアルミノケイ酸ナトリウムガラス（例えば、コーニング社から得られる、１３１７ガラスおよび「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス）を含む透明基板に関して、関心のある波長（すなわち、高出力レーザが利用できる波長）での吸収が、透明基板に、高繰返し率、ナノ秒のＵＶレーザの出力の焦点を合わせることによって、十分なレベルまで上昇させられることが分かった。特に、数秒の曝露により、透明ガラス基板の光誘起吸収が生じることが分かった。それゆえ、ＵＶ波長でガラス基板の吸収が著しく上昇し、それによって、ガラス基板をその作業温度まで加熱し、基板の表面に隆起特徴構造を形成することができる。

ここで図２を参照すると、本発明による、隆起特徴構造を形成するための例示の製造システム１０が図示されている。製造システム１０は、加工光ビーム１４を生成するための加工光源１２を備えている。加工光ビーム１４は、光源１２から、表面１６を有する基板１８に向けられる。表面１６は、少なくとも１つの隆起特徴構造３０を形成すべき表面である（図３）。基板１８は透明基板からなる。ある実施の形態において、加工光ビーム１４は光学系２０によって基板１８に向けられる。ある実施の形態において、光源１２によって生成される加工光ビーム１４はＵＶレーザである。

ある実施の形態において、光学系２０は、ビーム１４を基板１８の選択された区域に向けるためのスキャナ２１を含む。スキャナ２１により、例えば、基板表面上に様々なパターンを書き込むことができる。同様の結果が、図２に示されるように、ビームの位置を固定し、モータ駆動ステージを使用して基板１８を操作することによって、達成されるであろう。例えば、Ｘ−Ｙステージなどの位置決め機構４０を使用して、加工光ビーム１４に対して所望の位置に基板１８を配置しても差し支えない。所望であれば、位置決め機構４０は、ビームスポット２２のサイズ、それゆえ、隆起特徴構造３０の直径を制御するためのＺ軸ステージを備えてもよい。位置決め機構４０、および必要に応じて、加工光源１２を操作するための適切なコントローラ４４が設けられている。

図２のシステム１０を使用した、レーザ照射に曝露された透明ガラス基板における光誘起吸収およびその結果生じた透過変化のプロセスを観察することができる。３５５ｎｍで動作し、１５０ｍｍの焦点距離を有するレンズを用いて、約５０ｋＨｚの繰返し率を有する第３高調波Ｎｄ系ＵＶレーザの焦点を基板１８に合わせた。パワー・メータを基板の後ろに配置して、基板の透過変化をモニタした。「ＥａｇｌｅＸＧ」ガラスおよびソーダ石灰ガラスに関する透過結果が、それぞれ、図４Ａおよび４Ｂに示されている。これらのグラフでは、３５５ｎｍの照射線の透過が曝露時間の関数として減少する（すなわち、吸収が時間の関数として増加する）ことが明らかに分かる。図４Ａはさらに、レーザ出力を増大させると、透過の減少が早まることを示している。透過率が約５０％まで低下すると、隆起部の形成が始まり、次いで、測定した透過率が、結果として形成された隆起部における光の反射のために、急激に低下する。光誘起吸収による透過率低下速度は、照射レーザの出力レベルに依存し、より高出力のレーザは、基板において光誘起吸収を生じるのにより短い時間しか必要ない。ある実施の形態において、光誘起吸収は不安定であり、時間と共に減少する。図５に示されるように、レーザをオフにしたときに、参照番号５０で表されるように、透過率のレベルが上昇する。

光誘起吸収は、適切な波長のレーザによる照射の際に、ガラスに欠陥を生じるかまたはその酸化状態を変化させる、ガラスの元素により生じる。例えば、透明基板中のイオンがその酸化状態を変化させ、それによって、照射された位置での基板の吸収スペクトルを変化させるであろう。先に記載され、図４Ａ、４Ｂおよび５のグラフに示されたプロセスの実施の形態において、ＵＶ照射により生じた光誘起吸収により、同じＵＶスペクトルの吸収が増加する（すなわち、透明基板がＵＶスペクトルにおいて「色」を呈する）。それゆえ、ある実施の形態において、隆起特徴構造の形成が、光誘起吸収を生成し、隆起特徴構造の成長のためにガラスを局部的に加熱するために１種類のレーザが使用される、一段階プロセスとして実施される。別の実施の形態において、このプロセスは、光誘起吸収が、第１の波長範囲を有する第１のレーザ源による照射によって生成し、第２の波長範囲における吸収が増加する、多段階プロセスとして実施される。次いで、第２の波長範囲で動作する第２のレーザ源を用いて、基板を加熱し、隆起特徴構造を形成する。ある実施の形態において、第１と第２の波長範囲は、別々で区別可能な波長範囲である。別の実施の形態において、第１と第２の波長範囲は、完全にまたは部分的に重複する。多段階プロセスにおける各段階は、光誘起吸収の一時的性質に応じて、時間が隔てられていてもよい。ある実施の形態において、ＵＶランプとマスクを用いて、光誘起吸収を生じさせる。吸収の増加した波長での照射（例えば、ある実施の形態においてはＵＶ）を続けると、光エネルギーが照射位置（ビームスポット２２により画成される）で基板１８により吸収され、基板１８が局部的に加熱される。

ある実施の形態において、光誘起吸収は、可視波長スペクトルの全てまたは一部において吸収を増加させない。ある実施の形態において、光誘起吸収は、照射と、それによって、可視波長スペクトルの全てまたは一部を吸収しないイオンの酸化状態を変化させることによって生じる。透明基板は、レーザ照射に曝露されたときに、光誘起吸収を生じることのできる少なくとも１種類の成分を含む。ある実施の形態において、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）、スズ（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）、鉛（Ｐｂ）、遷移金属（例えば、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）など）および／またはそれらの酸化物の内の少なくとも１種類が、透明基板中に存在し、この透明基板の光誘起吸収に関係する。

加工光ビーム１４からの光の基板１８による局部的な吸収によって、基板１８が局部的に加熱され、加工光ビーム１４の強度に応じて、基板１８の照射部分の温度が上昇する。加工光ビーム１４が基板１８によって局部的に吸収されるので、制限された膨張区域２４（図３）が生成され、その中では、温度上昇により基板１８が溶融し、その密度が減少する。膨張区域２４は、膨張区域２４を取り囲む基板１８の固体領域により拘束されているので、膨張区域２４内の溶融材料は、表面１６に向かって押し流され、それによって、表面１６上に隆起特徴構造３０（例えば、隆起部）が形成される。隆起特徴構造３０は急激な冷却によって固定される。ある例示の実施の形態において、このことは、加工光ビーム１４による基板１８の照射を停止することによって行われる。

線、うね、または他の複雑な隆起構造などのより複雑な隆起特徴構造は、適切な速度で基板１８上にビーム１４を移動させることによって形成することができる。ある実施の形態において、出発地点での最初の隆起部の形成に続いて、ビーム１４を約０．５ｍｍ／秒から約２ｍｍ／秒の範囲の速度で移動させて、任意の所望の経路にしたがって隆起したうねを形成する。

図６を参照すると、ある実施の形態において、基板１８をさらに加熱して、隆起特徴構造３０の成長を加速させる。ある実施の形態において、基板１８の追加の加熱は、第２の熱源６０により行われる。ある実施の形態において、第２の熱源６０はレーザ照射である。ある実施において、レーザ照射は、中程度の出力（例えば、約１０Ｗ）および大きなスポット（例えば、約３ｍｍから約５ｍｍの範囲）を有するＣＯ₂レーザにより行われる。

隆起特徴構造の形成に影響を与えるパラメータおよびその結果形成された隆起特徴構造の特徴（物理的と光学的の両方）は、主に、基板１８の組成（例えば、熱加工特性、関心のある波長での光誘起吸収の形成に適した元素の存在など）、表面１６上のビームスポット２２のサイズ、加工光ビーム１４の波長と出力密度、および照射への曝露時間による。これらの要因の内の１つ以上を単独または組合せで変えることによって、様々なサイズ、形状および光学的特徴を有する隆起特徴構造３０を形成することができる。例えば、隆起部の広い範囲の直径、曲率、および高さを達成できる。隆起部の曲率はその高さと直径に関係する。それゆえ、曝露時間、加工光源１２の出力、および／または加工光ビーム１４の直径を変えることによって、広範囲の隆起特徴構造３０が得られる。本発明による実施の形態において、隆起部の直径は、約１０μｍから約１０００μｍ（１ｍｍ）まで様々であり、曲率は約１０μｍから約１ｍｍまで様々であり、高さは約１０μｍから約１５０μｍ以上と様々である。

ある実施の形態において、基板１８は、約３０から約１２０の範囲にある熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。ある実施の形態において、基板１８は約９００℃未満のアニール点を有する。ある実施の形態において、基板１８は約５００℃から約８００℃の範囲にあるアニール点を有する。ある実施の形態において、加工光ビーム１４に最初に曝露した際の加工光ビームの波長での基板１８による吸収は、約２０％未満である。ある実施の形態において、加工光ビーム１４に曝露した後の加工光ビームの波長での基板１８による吸収は、約４０％より大きく、ある実施の形態において、約５０％より大きい。

ある実施の形態において、隆起特徴構造３０の特徴は、例えば、加工光ビーム１４の強度、ビームスポット２２のサイズ、位置および／または形状、および／または隆起特徴構造３０が形成される照射期間を調節することによって、１つの隆起特徴構造３０についての成形プロセス中に制御されるかまたは変えられる。その上、ある実施の形態において、隆起特徴構造３０のパラメータは、基板を加工光ビーム１４に追加にまたは補助的に曝露することによって、変えられる。例えば、隆起特徴構造３０の複雑なプロファイルは、最初に比較的大きな直径の隆起部を製造し、その後、先に形成された大きい隆起部上に１つ以上の小さな直径の隆起部を形成することによって形成することができる。

本発明による隆起特徴構造を形成する方法のある実施の形態が、図７に示されており、参照番号７０により一般に示されている。この方法は、加工光ビームの加工波長範囲内の吸収が約２０％未満のガラス製の透明基板を提供することにより定義される第１の工程７２を含む。第２の工程７４は、透明基板の一部分を加工光ビームで照射して、光誘起吸収による加工波長範囲内の基板の照射された部分の吸収を増加させることにより定義される。第３の工程７６は、基板のその一部分を照射して、基板の表面上に隆起特徴構造を形成するように基板を局部的に加熱し膨張させることにより定義される。第４の工程７８は、照射を止めて、隆起特徴構造を固定するように基板の加熱を停止することにより定義される。

ここに開示された方法にしたがって製造された透明ガラス基板上の隆起特徴構造３０には、多数の有益な用途がある。最初に形成した際に、隆起特徴構造３０の形状は、形成プロセスが液滴形成に関連しているので、一般に、球面に近い。それゆえ、ある実施の形態において、隆起特徴構造３０は、光学系において光の屈折マイクロレンズとして機能する微小隆起部である。ビーム１４が、隆起特徴構造３０の形成中に基板１８に渡って適切な速度で動かされれば、最初の隆起部が長くなり、うねを形成するであろう。ある実施の形態において、そのような形成されたうねは、柱面に近い。そのように形成された隆起部とうねの様々な組合せを様々な用途に使用してよい。例えば、ある実施の形態において、隆起特徴構造３０（うね、隆起部、またはそれらの組合せの形態にある）はスペーサとして働く（図８）。他の実施の形態において、隆起特徴構造は、表面に触知できる特徴構造を提供する（例えば、目の不自由な人のためのタッチスクリーン装置）、隆起特徴構造により生じる光散乱および／または捕捉による太陽電池またはＯＬＥＤディスプレイの効率を増加させる、または任意の所望の目的のための透明基板に印をつけること、などの目的のために基板の表面トポグラフィーを変える（図９）。ここに形成されたような隆起特徴構造を用いて、透明基板上に、以下に限られないが、デザイン、ロゴ、シンボル、サイン、エンブレム、記章、テキストなどを含む、装飾または飾りの特徴構造を形成してよい（図１０）。

ここに提供した記載から、記載された方法およびプロセスを使用して、任意の所望のマイクロレンズの配置を行えることが明らかである。例えば、ある実施の形態において、マイクロレンズは、両面マイクロレンズを形成するように、基板１８の両側に形成してもよい。さらに、この記載から、そのように形成されたマイクロレンズは、同じまたは異なる加工光源パラメータを使用した追加の加工、非球面形状を製造するためのマイクロレンズの微小成形などによりさらに加工してもよいことが明らかである。さらに、この開示を読んだ際に、マイクロレンズの形成は、溶融した基板材料の冷却速度および／または他のパラメータに影響を与えるために選択された雰囲気中または真空中で行っても差し支えない。

本発明の態様は、以下の実施例によって、さらに理解され、明らかにされるであろう。

実施例１
図２の構成を使用して、３５５ｎｍで動作するＡＶＩＡ（商標）３５５−２０レーザ（米国、カリフォルニア州、サンタクララ所在のコヒーレント社(Coherent, Inc.)から得られる）を、０．６７ｍｍの厚さを有するアルカリ土類金属アルミノケイ酸塩ガラス（すなわち、コーニング社から得られる「ＥａｇｌｅＸＧ」）の透明基板に向けた。レーザの３５５ｎｍの波長で、基板は最初に約１５％の吸収率を有した。１０ナノ秒の長さのパルスの約３０ｋＨｚから約５０ｋＨｚに及ぶ繰返し率、約１秒の曝露時間で、レーザ源の出力を約３Ｗから約７Ｗまで変えた。ビームの供給は、１５０ｍｍの焦点長さを有するテレセントリックレンズを有するレーザスキャナにより行った。スキャナの入力時のビームの直径は約１ｍｍであった。隆起特徴構造を基板の全面に形成した。隆起特徴構造（すなわち、隆起部）の高さは、ビームの焦点と基板の背面との間の距離、および曝露期間の関数として制御可能であった。これらの条件を変えることによって得られた最も高い隆起部は５３．３μｍであった。

実施例２
約３ｍｍの厚さを有するソーダ石灰ガラス上に隆起特徴構造を形成するために、「ＡＶＩＡ」３５５−２０レーザからの３５５ｎｍの出力ビームの焦点を、Ｆ＝２０ｍｍのレンズにより、透明基板上に合わせた。影響を及ぼすパラメータは、レーザの平均出力および曝露時間であった。曝露時間が長く、レーザ出力が大きくなると、隆起部が高くなった。達成された隆起部の最大高さは１６７μｍであった。曝露時間は２秒と２．５秒の間で変えた。隆起特徴構造を形成するために使用した照射パラメータが表１に要約されている。

実施例３
アルミノケイ酸ナトリウムガラス（コーニング社から１３１７ガラスという商標名で入手できる）上の隆起特徴構造の形成も例証した。アルミノケイ酸ナトリウムガラスのサンプルは、厚さが１．３ｍｍであり、イオン交換表面処理がまだ施されていなかった。照射構成が図６に示されている。３５５ｎｍのレーザからの１５０ｋＨｚ、７Ｗの出力の光線の焦点が基板に合わせられた。２秒間の曝露後、略球状の１６７μｍの隆起部が形成された。特に、隆起特徴構造の大きさは、基板の厚さの約１３％である。

上述したプロセスにより、様々なガラス組成物におけるレーザ誘起膨張が可能になり、特に、透明ガラス基板に吸収性欠陥をレーザにより生成することによる、この基板上の隆起特徴構造の形成が可能になる。本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが当業者には明らかであろう。例えば、ガラスの特有の特徴に応じて、照射処理スケジュールおよび構成を、先に記載されたことにしたがって、またはそれを超えて、変更しても差し支えない。それゆえ、本発明は、本発明の改変および変更を、それらが添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内に入るという条件で、包含することが意図されている。

１０ 製造システム
１２ 加工光光源
１４ 加工光ビーム
１６ 表面
１８ 基板
２０ 光学系
２２ ビームスポット
３０ 隆起特徴構造
４０ 位置決め機構
４４ コントローラ
６０ 補助熱源

Claims (5)

1. 透明基板上に隆起特徴構造を形成する方法において、
   表面を有する透明基板であって、加工波長範囲内の吸収率が約２０％未満である基板を提供する工程；
   前記透明基板の一部分に、前記加工波長範囲内の加工光ビームを照射して、該基板の照射された部分の、該加工波長範囲における吸収率を増加させる工程；
   前記透明基板の前記一部分を前記加工波長範囲内の加工光ビームで照射し続けて、該基板の表面上に隆起特徴構造を形成するように、該基板の局部加熱および膨張を生じさせる工程；および
   照射を止めて、前記隆起特徴構造を固定するように前記基板の加熱を停止する工程、
   を有してなる方法。
2. 前記透明基板の一部分に、前記加工波長範囲内の加工光ビームを照射して、該基板の照射された部分の、該加工波長範囲における吸収率を増加させる工程が、該基板の照射された部分に、該加工波長範囲内での光誘起吸収を生じさせる工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記光誘起吸収を生じさせる工程が、前記照射された部分における前記基板内のイオンの酸化状態を変化させる工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記光誘起吸収を生じさせる工程が、前記照射された部分における前記基板内に光吸収欠陥を生じさせる工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 透明基板上に隆起特徴構造を形成する方法において、
   表面を有する透明基板であって、第１の波長範囲内の吸収率が約２０％未満である基板を提供する工程；
   前記透明基板の一部分に、前記第１の波長範囲内の光を照射して、該基板の照射された部分の、第２の波長範囲における吸収率を約４０％より大きく増加させる工程；
   前記透明基板の前記一部分を前記第２の波長範囲内の光で照射して、該基板表面上に隆起特徴構造を形成するように、該基板の局部加熱および膨張を生じさせる工程；および
   照射を止めて、前記隆起特徴構造を固定するように前記基板の加熱を停止する工程、
   を有してなる方法。

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