JP6883016B2 - ガラス物品にガラス突起をレーザー誘起成長させるための制御方法 - Google Patents

ガラス物品にガラス突起をレーザー誘起成長させるための制御方法 Download PDF

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Description

関連技術の相互参照
本出願は、２０１５年７月２４日出願の米国特許出願第１４／８０８５７９号の米国特許法第１２０条に基づく優先権を主張するものであって、その内容に依拠し、参照により全内容が本明細書に援用されるものである。
本開示は、ガラス物品にガラス突起を形成するための制御方法に関し、ガラス突起は、標準偏差内の高さを有するものである。
本発明者等は、レーザー制御スキームを用いることによって、従来のガラス突起成長方法を向上させることができることに気が付いた。本開示の突起高さの制御方法を用いることによって、ガラス物品に形成される複数のガラス突起間の高さの標準偏差が、大幅に低減される。本明細書において、本開示の概念は、主に、ＶＩＧ窓等、ＶＩＧガラスに関連して説明されているが、本明細書に開示された概念は、ガラス物品に均一な高さのガラス突起が必要とされる、あらゆる用途に幅広く適用することができる。本明細書に開示の概念は、本明細書に開示の特定のレーザー成長システムに限定されるものではなく、あらゆるレーザー誘起ガラス突起成長処理に適用可能であると考える。
本開示の１つの実施の形態によれば、表面及び複数のガラス突起を有するガラス物品を形成する方法が開示される。レーザー光によって、ガラス物品にガラス突起が形成される。各ガラス突起は、ガラス物品の表面から離間した終点を有している。ガラス物品の表面と複数のガラス突起との距離の標準偏差は、約１マイクロメートル未満である。本方法によれば、ガラス物品の複数の局所にレーザー光が照射される。レーザー光が照射されたガラス物品の局所からのバックフラッシュ光が、電子信号を生成する光検出器によって検出される。複数の局所におけるレーザー光の照射線量が、電子信号を用いて制御され、ガラス物品の複数の局所において、ガラス突起の成長が誘起される。
本開示の別の実施の形態によれば、表面及び半球状のガラス突起を有するガラス板を形成する方法が開示される。レーザー照射によって、ガラス板の表面にガラス突起が形成される。各ガラス突起は、ガラス板の表面から離間した高さを有している。複数のガラス突起間の高さの標準偏差は、１マイクロメートル未満である。本方法によれば、ガラス板にレーザー光が照射され、ガラス板の複数の局所の１つに、ガラス突起の１つの成長が誘起される。レーザー光の照射線量を１つの局所に照射した後の時間増分において、レーザー光が照射された局所からのバックフラッシュ光が光検出器で検出される。当該局所におけるレーザー光の線量が、光検出器がバックフラッシュ光を検出した後のある時点において停止される。
本開示の更に別の実施の形態によれば、表面に形成された複数のガラス突起を有するガラス板が開示される。各ガラス突起は、変曲領域によって接続された下部領域と上部領域とを有している。下部領域は、凹状に丸みを帯びた側面によって規定される直径Ｄ１を有している。下部領域はガラス板の表面から突出している。直径Ｄ１はガラス突起の最大径である。凹状に丸みを帯びた側面は曲率半径Ｒ１を有し、ガラス板の表面に結合している。ガラス突起の上部領域は、移行部及び頂部を有している。移行部は、凸状に丸みを帯びた側面によって規定される直径Ｄ２を有し、直径Ｄ２は直径Ｄ１より小さい。凸状に丸みを帯びた側面は曲率半径Ｒ２を有している。頂部は、移行部から集結する凸状の丸みを帯びた側面に結合する、凸状に丸みを帯びた頂面によって規定される直径Ｄ３を有している。凸状に丸みを帯びた頂面は、曲率半径Ｒ２より大きい、約６００マイクロメートル〜約７５０マイクロメートルの曲率半径Ｒ３を有している。直径Ｄ３は直径Ｄ２より小さい。凸状に丸みを帯びた頂面が、ガラス板の表面から離間して、ガラス突起の高さＨを規定している。
本開示の以下の詳細な説明を熟慮することにより、本開示がより良く理解され、前述以外の特徴、態様、及び効果が明らかになるであろう。かかる詳細な説明は、以下の図面を参照する。
例示的な実施の形態に従って形成された、ガラス突起６０の拡大断面図。 例示的な実施の形態に従って、ガラス物品にガラス突起６０を形成するのに使用される、レーザーベースのガラス突起形成装置の概略図。 例示的な実施の形態による、ガラス突起成長中における、光検出器の電子信号出力（信号出力（任意の単位）対時間（秒））のグラフを示す図。 高さ制御を用いた、本開示の例示的な実施の形態に従って形成された、複数のレーザーベースのガラス突起間の高さと、高さ制御を用いない、従来の方法に従って形成された複数のレーザーベースのガラス突起間の高さとを比較したプロット図。
別に定義しない限り、本明細書におけるすべての技術用語及び科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されている意味を有する。本明細書に記載のものと同様又は等価な任意の方法及び材料が、本開示の実施又は試験に使用可能であるが、例示的な方法及び材料について以下に説明する。
本開示のガラス物品は、表面を含み、任意の形状を有することができる。１つの例において、ガラス物品は、円形、球形、湾曲状、又は平坦であってよい。別の例において、ガラス物品は、比較的厚く（約１０ｃｍ）ても、比較的薄く（約０．１ｍｍ）てもよい。更に別の例において、ガラス物品は約０．５ｍｍ〜約８ｍｍの厚さを有している。１つの実施の形態において、ガラス物品は複数の個別のガラスコンポーネント（例えば、互いに結合又は溶融して、より大きいガラス物品とすることができる、多数の方形ガラス物品）を含んでいる。例示的な実施の形態において、ガラス物品は、ガラス材料で構成され、上面、下面、及び外縁部を有するガラス板２０である。本開示のガラス板２０は、表面全体にわたり実質的に平坦であり、矩形を有することができる。
本開示のガラス物品は、ソータライムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、又はアルカリアルミノシリケートガラスから形成することができる。他の適切で入手可能なガラス、及び適用可能な組成は、例えば、米国特許公開第２０１２／０２４７０６３号明細書に開示されており、参照により、その内容が本明細書に援用されるものである。
本開示のガラス物品は、複数のガラス突起６０を有している。１つの実施の形態において、ガラス突起は、レーザー照射処理によって、ガラス物品の表面から成長する。本開示のガラス突起６０は、真空断熱ガラス（ＶＩＧ）窓の平行に対向するガラス板間のスペーサとして用いることができる。ＶＩＧ窓において、ガラス突起６０は、間の真空圧力、外部大気圧、及び外力（例えば、天候）下において、互いに弓形に湾曲する傾向がある、対向するガラス板間の間隔を維持する。従って、ＶＩＧ窓の平行に対向するガラス板間の間隔は、ガラス突起の高さと実質的に同じである。
本開示は、互いの標準偏差内の高さを有する、複数のガラス突起を備えたガラス物品（例えば、ガラス板２０）を提供する。ＶＩＧ窓に使用される、ガラス突起６０間の高さの変動が、最小限に抑制されていることによって、ＶＩＧ窓の対向するガラス板によって個々の突起に加えられる応力の集中が抑制される。高さの標準偏差が１マイクロメートルより大きい従来のガラス突起は、より高いガラス突起が、対向するガラス板に接触して、対向するガラス板に応力（及び潜在的な欠陥）を生じさせる。ＶＩＧ窓に使用されるガラス突起６０間の高さの変動が最小限に抑制されていることよって、ガラス突起６０によって加えられる応力に耐えられるように、対向するガラス板を化学強化する必要性を排除することもできる。別の例において、ガラス突起６０は、ガラス物品と別の材料（例えば、金属、プラスチック等）との間のスペーサとして機能することができる。更に別の例において、高さの変動が最小限に抑制されているガラス突起６０は、審美的効果を有することができる。
ガラス突起６０は、ガラス物品の本体部２３から成長させることができ、ガラス物品を構成するガラス材料で、ガラス物品の表面から凸状に突出するように形成することができる。１つの実施の形態において、ガラス物品は、複数の個別のガラスコンポーネントを含み、各ガラスコンポーネントが、少なくとも１つの局所Ｌ及び／又は少なくとも１つのガラス突起６０を有している。複数のガラス突起６０は、任意の数のガラス突起を含むことができ、統計的に有意な数のガラス突起の場合、２０、１５、１０、５又はそれ以下のガラス突起を含むことができる。ＶＩＧ窓に使用する場合、突起の数が少ないほど、ガラス物品の光学品質が向上する。しかし、ＶＩＧ窓において、対向する板の重量及び他の外力を支持するためには、十分な数の突起が必要である。例示的な実施の形態において、ガラス突起６０は、ガラス物品上に、互いに規則的に間隔を置いて配置されている。ガラス突起間の間隔は、約１ｍｍ（約１／２５インチ）〜約２５センチメートル（約１０インチ）、又は約１センチメートル（約０．４インチ）〜約１５センチメートル（約６インチ）であってよい。ガラス突起を互いに近づけて配置することによって、ＶＩＧ窓の個々の突起に対する応力の集中が抑制される。別の実施の形態において、ガラス突起は、ガラス物品上に、互いに不規則又はランダムに間隔を置いて配置されている。
図１は、複数のガラス突起のうちの１つの突起の例を示す、ガラス板２０上のガラス突起６０の拡大断面図である。ガラス突起６０は、半球形状であり、変曲領域６７によって接続された、下部領域６６と上部領域６８とを有している。ガラス突起６０は、ガラス板の表面２４から終点１３までの高さＨ６０を有している。終点１３は、ガラス板２０の表面から最も遠いガラス突起６０上の位置である。１つの実施の形態において、終点１３は、ガラス突起６０の凸状に丸みを帯びた頂面５２の領域であってよい。ガラス突起６０の高さＨ６０は、例示的な実施の形態において、５０マイクロメートル〜２００マイクロメートル、又は７５マイクロメートル〜１５０マイクロメートル、更には１００マイクロメートル〜１２０マイクロメートルの範囲であってよい。突起の高さＨ６０が低すぎると、ＶＩＧ窓の対向する板間の間隙が小さくなり、それによって対向する板間の真空空間の減少及び断熱特性の低下を招くことに留意されたい。加えて、ガラス突起６０の高さＨ６０が低いと、密接に配置されたガラス表面間の光の干渉によって、光リングが現れる可能性がある。
ガラス突起６０の下部領域６６は、ガラス板２０の表面から突出し、表面上に一体的に形成されている。下部領域６６は、ガラス突起６０の高さＨ６０の約５％〜約２５％に及ぶことができる高さＨ６６を有している。下部領域６６は、体積Ｖ１、及び凹状に丸みを帯びた側面５３によって規定される直径Ｄ１を有している。直径Ｄ１はガラス突起６０の最大径ＤＭであってよい。即ち、最大径ＤＭは、凹状に丸みを帯びた側面５３が終了してガラス板２０の表面２４と結合する、点ＡとＢ（図１に示す）との間の間隔である。最大径ＤＭは、約４００マイクロメートル〜約８００マイクロメートル、更には５００マイクロメートル〜７００マイクロメートルであってよい。
下部領域６６の凹状に丸みを帯びた側面５３は、曲率半径Ｒ１を有している。凹面曲率半径Ｒ１は、約２５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルであってよい。曲率半径Ｒ１は、開示した範囲内において、ガラス突起６０周囲の異なる位置で僅かに変化し得る。曲率半径Ｒ１は、ガラス突起６０が、開示した直径Ｄ１の範囲を超えないように、ガラス板２０の表面２４から突出するように設定されている。ガラス突起６０の変曲領域６７は、下部領域６６と上部領域６８とを接続している。上部領域６８は、移行部６９及び頂部７０を有する体積Ｖ２を有している。上部領域６８は、ガラス突起６０の高さＨ６０の約７５％〜約９５％に及ぶことができる高さＨ６８を有している。上部領域６８の移行部６９は、凸状に丸みを帯びた側面５１によって規定される直径Ｄ２を有している。直径Ｄ２は、ガラス突起６０の最大径ＤＭの約３３％〜約８５％に及ぶことができる。凸状に丸みを帯びた側面５１は、変曲領域６７において、下部領域６６から上方に延びる、凹状に丸みを帯びた側面５３と結合する。凸状に丸みを帯びた側面５１は、凸面曲率半径Ｒ２を有している。凸面曲率半径Ｒ２は、約２００マイクロメートル〜約４００マイクロメートルであってよく、開示した範囲内において、ガラス突起６０周囲の異なる位置で僅かに変化し得る。
曲率半径Ｒ２は、ガラス突起６０の高さＨ６０の少なくとも５マイクロメートル又は５％にわたって測定することができる。あるいは、Ｒ２は、ガラス突起６０の高さＨ６０の５０％以下にわたり測定することができる。凸状に丸みを帯びた側面５１間で測定される直径Ｄ２は、約１００マイクロメートル〜約６００マイクロメートルであってよい。移行部６９の直径Ｄ２は、変曲領域６７から頂部７０にかけて、約１５％〜約６５％減少する。ガラス突起６０の全体の直径が、下部領域６６から移行部６９にかけて徐々に減少しているため、直径Ｄ２は直径Ｄ１より小さい。
頂部７０は、凸状に丸みを帯びた頂面５２によって規定される直径Ｄ３を有している。凸状に丸みを帯びた頂面５２は、ガラス板２０の表面２４から離間した、ガラス突起６０の高さＨ６０を規定している。凸状に丸みを帯びた頂面５２は、ガラス突起６０の高さＨ６０の約１％〜約３％に及ぶことができる。別の実施の形態において、凸状に丸みを帯びた頂面５２は、最大径ＤＭの約３０％、又は最大径ＤＭの約２０％〜約２５％に及ぶことができる。凸状に丸みを帯びた頂面５２は、移行部６９から集結する凸状に丸みを帯びた側面５１に結合している。凸状に丸みを帯びた頂面５２は、約６００マイクロメートル〜約７５０マイクロメートル、又は約６５０マイクロメートル〜約６８０マイクロメートルの凸面曲率半径Ｒ３を有している。
曲率半径Ｒ３は、ＶＩＧ窓の対向するガラス板間の接触、及びガラス突起６０を介した対向する板間の熱伝達を最小限に抑制するように設定されている。曲率半径Ｒ３は、成長制限構造体を使用せずに、本開示のレーザー照射処理によって形成することができる。成長制限構造体を使用しない、本開示のレーザー照射処理は、従来の方法と比較して、大幅に時間を節約して、凸状の頂面に明確な曲率半径を有するガラス突起６０を成長させる。具体的には、レーザー照射によってガラス突起６０を成長させる前に、成長制限構造体に対しガラス物品を整列させる必要がない。
例示的な実施の形態において、凸面曲率半径Ｒ３は、凸面曲率半径Ｒ２より大きい。別の実施の形態において、Ｒ３はＲ２より約７０％〜約１４０％、又は約７５％〜約１００％大きい。更に別の実施の形態において、凸面曲率半径Ｒ３は、凹面曲率半径Ｒ１より大きい。凸状に丸みを帯びた頂面５２上の弦として測定した直径Ｄ３は、直径Ｄ２より小さい。直径Ｄ３は、約１００マイクロメートル〜約２６４マイクロメートル以下であってよい。直径Ｄ３は、終点１３又はその周囲に向けて徐々に減少する。
移行部６９及び頂部７０は一体的に形成されている。更に、変曲領域６７が、移行部６９において、下部領域６６と上部領域６８とを接続している。変曲領域６７は、曲率半径を有さない（即ち、平坦かつ表面２４に対して垂直な）側面によって規定することができる。１つの実施の形態において、変曲領域６７は、二次元領域（例えば、平面）である。別の実施の形態において、変曲領域６７は、ガラス突起６０の高さＨ６０の約５％以下に及ぶ体積Ｖ４である。
ガラス突起が半球形状を有する、本開示の実施の形態において、各ガラス突起は、表面に重ねた場合、約０．９〜約０．９９の決定係数で、一般的な円の方程式（例えば、ｘ２＋ｙ２＝ｒ２）に実質的に適合する、部分的又は完全な円周を有することができる。ガラス突起が半球形状を有する、別の実施の形態の例において、各ガラス突起は、約０．９〜約０．９９の決定係数で、一般的な円の方程式の一部と実質的に適合する（図１に示すような）横断面を有している。別の実施の形態において、半球形状を有するガラス突起６０は、（「フラットトップ」ガラス突起、又は約９００マイクロメートル〜約２６００マイクロメートルの頂面曲率半径を有するガラス突起に見られる）凸状の丸みを帯びた側面５１と凸状に丸みを帯びた頂面５２との接続部における曲率変化点の臨界半径を有していない。
本開示の１つの実施の形態において、ガラス突起６０は光誘起吸収によって形成される。光誘起吸収は、ガラス物品を局所的に放射線に曝露（照射）又は放射線で加熱（即ち、レーザー照射）することに起因する、ガラス物品の吸収スペクトルの局所的変化を含んでいる。光誘起吸収は、紫外、近紫外、可視、近赤外、及び／又は赤外波長を含み、これに限定されない波長又は波長範囲における、吸収の変化を伴うことができる。ガラス物品における、光誘起吸収の例には、例えば、カラーセンターの形成、一時的なガラス欠陥の形成、及び永久的なガラス欠陥の形成が含まれるが、これに限定されるものではない。レーザーの照射線量は、レーザーの波長、及びレーザーのパワーＰと曝露時間との積の関数である。
図２は、ガラス物品（例えば、ガラス板２０）に、ガラス突起６０を形成するのに使用される、例示的なレーザーベースの装置（「装置１００」）の概略図である。装置１００は光軸Ａ１に沿って配置されたレーザー１１０を備えることができる。レーザー１１０は、光軸に沿って、パワーＰを有するレーザービーム１１２を発することができる。例示的な実施の形態において、レーザー１１０は、電磁スペクトルの紫外（ＵＶ）領域で動作する。レーザーの照射線量は、レーザービーム１１２の波長の関数であり、レーザービーム１１２のパワーＰと曝露時間との積である。
装置１００は、光軸Ａ１に沿って配置され、焦点ＦＰを含む焦点面ＰＦを規定する集光光学系１２０も備えている。例示的な実施形態において、集光光学系１２０は、光軸に沿って、レーザー１１０から順に、デフォーカスレンズ１２４と第１の集光レンズ１３０との組み合わせ（この組み合わせによって、ビームエキスパンダー１３１が形成される）、及び第２の集光レンズ１３２を有している。例示的な実施の形態において、デフォーカスレンズは、焦点距離ｆＤ＝−５ｃｍを有し、第１の集光レンズ１３０は、焦点距離ｆＣ１＝２０ｃｍを有し、第２の集光レンズ１３２は、焦点距離ｆＣ２＝２．５ｃｍ及び開口数ＮＡＣ２＝０．５を有している。別の例示的な実施の形態において、デフォーカスレンズ１２４、並びに第１及び第２の集光レンズ１３０、１３２は、溶融シリカで構成され、反射防止（ＡＲ）コーティングを備えている。集光光学系１２０の別の例示的な実施の形態は、レーザービーム１１２から、集束レーザービーム１１２Ｆを生成するように構成されたミラー、又はミラーとレンズ素子との組み合わせを有している。
装置１００は、レーザー１１０に電気的に接続され、レーザーの動作を制御するように構成された、レーザーコントローラ、マイクロコントローラ、コンピュータ、マイクロコンピュータ等のコントローラ１５０も備えている。例示的な実施の形態において、レーザー制御信号ＳＬでレーザー１１０を「オン」及び「オフ」するのではなく、レーザービーム１１２の経路にシャッター１６０を設け、シャッター制御信号ＳＳを用いて、レーザービームを選択的に遮断して、レーザービームを「オン」及び「オフ」するように、コントローラ１５０に電気的に接続されている。
装置１００の動作を開始する前に、装置に対しガラス物品を相対配置する。具体的には、ガラス物品の表面が、光軸Ａ１に対し実質的に垂直になるように、光軸Ａ１に沿ってガラス物品を配置する。例示的な実施の形態において、前面２２及び後面２４を有するガラス板２０が、ガラス板の後面２４が、焦点面ＰＦからレーザー１１０に向かう方向（即ち、＋Ｚ方向）に、距離ＤＦだけ僅かに軸方向にずれるように、光軸Ａ１に対して相対配置される。例示的な実施の形態において、ガラス板２０は、０．５ｍｍ≦ＴＧ≦６ｍｍの範囲の厚さＴＧを有している。別の実施の形態において、０．５ｍｍ≦ＤＦ≦２ｍｍである。
装置１００を動作させる例示的な方法において、コントローラ１５０からの制御信号ＳＬを介し、レーザー１１０を起動して、レーザービーム１１２を生成することができる。シャッター１６０が使用される場合には、レーザー１１０を起動した後、コントローラ１５０からのシャッター制御信号ＳＳを介してシャッターが起動され、レーザービーム１１２を通すように、「オン」の位置に配置される。次に、レーザービーム１１２は、集光光学系１２０によって受光され、その中のデフォーカスレンズ１２４によって、レーザービームが発散され、デフォーカスレーザービーム１１２Ｄが形成される。次に、デフォーカスレーザービーム１１２Ｄは、デフォーカスレーザービームから、拡大コリメートレーザービーム１１２Ｃを形成するように構成された、第１の集光レンズによって受光される。次に、コリメートレーザービーム１１２Ｃは、集束レーザービーム１１２Ｆを形成する第２の集光レンズ１３２によって受光される。集束レーザービーム１１２Ｆとガラス板２０の前面２２及び後面２４との交点によって規定される範囲内の任意の点を、本明細書において局所Ｌと呼ぶ。ガラス板２０の別の領域にレーザービーム１１２Ｆを集束して、別の局所Ｌを形成することができる。
装置１００を動作させる従来の方法は、設定された時間、ガラス物品に、レーザー光を照射することを含んでいる。即ち、ガラス物品は、表面の複数の局所Ｌが、固定レーザー照射線量のレーザービーム１１２Ｆで曝露される。従って、レーザーは、各位置において、同じ間隔で「オン」及び「オフ」され、各局所Ｌにガラス突起が形成される。しかし、これ等の従来の方法は、例えば、ガラス物品の表面又は構造の変動又は欠陥、レーザー１１０のパワー出力の変動、及び／又はガラス物品表面に対する各レーザー照射パルス間で変化し得る、他の変動要素を考慮していない。従って、従来のレーザー照射方法では、高さＨのばらつき及び標準偏差が大きい複数のガラス突起がもたらされる。具体的には、従来のレーザー照射方法によって形成された複数のガラス突起間の高さＨの変動によって、約２マイクロメートルを超える偏差、及び／又は約１．１マイクロメートル以上の標準偏差がもたらされる結果となり得る。装置１００を動作させる従来の方法は、ガラス突起を形成する間、ガラス物品の近傍に成長制限構造体（例えば、プレート）を使用して、物品上のガラス突起の成長を特定の高さに制限することも含んでいる。その結果、従来の方法によって形成されたガラス突起は、凸状に丸みを帯びた側壁と凸状に丸みを帯びた頂面との間に変曲点を有する「フラットトップ」プロファイルを有している。この「フラットトップ」プロファイルは、約３０００マイクロメートル〜約４５００マイクロメートルの曲率半径Ｒ５を有する、凸状に丸みを帯びた頂面（高さＨの１〜３％に沿って）を含んでいる。
本装置１００を動作させる方法において、レーザー１１０を起動した後、時間増分Ｔｉにおいて、レーザービーム１１２Ｆがガラス板２０に接触する。時間増分Ｔｉは、集束レーザービームが集束し、ガラス板２０の前面２２に接触したとき、又は略接触したときに終了する。時間増分Ｔｉは、例えば、レーザー１１０の出力変動、制御信号ＳＬ又はＳＳの不感時間、レーザービーム１１２の移動時間、シャッター１６０の開閉時間、及び／又は光学系１２０の変化によって、各局所に対し１ピコ秒から数秒まで変動し得る。レーザービーム１１２のパワーＰは時間増分Ｔｉ中に増減することができる。
時間増分Ｔｉが終了し、集束レーザービーム１１２Ｆが集束したとき、又はレーザービーム１１２Ｆがガラス板２０に接触したとき、時間増分Ｔｃが開始する。例示的な実施の形態において、レーザービーム１１２Ｆは、ガラス板２０に接触し通過して、焦点ＦＰにおいて、光軸Ａ１に沿って焦点スポットＳを形成する。焦点ＦＰは、ガラス板の後面２４から距離ＤＦの位置にあるため、本体部２３の外側に存在することができる。ここで、集束レーザービーム１１２Ｆが、ガラス板を通過するときに集束するため、ガラス板２０が光学系１２０の焦点ＦＰに僅かに影響を及ぼすことに留意されたい。しかし、ガラス板２０の厚さＴＧが十分に薄いので、この焦点シフト効果は無視できる。
集束レーザービーム１１２Ｆが、ガラス板２０（局所Ｌ）を通過するとき、その一部が前述のガラス板の光誘起吸収によって吸収される。これが、局所Ｌにおいて、ガラス板２０を局部的に加熱する働きをする。光誘起吸収量は比較的少なく、例えば、約３％〜約５０％である。集束レーザービーム１１２Ｆが、ガラス板２０において局所的に吸収されるとき、局所Ｌからフラッシュ光が発せられる。
本開示によれば、局所Ｌからのフラッシュ光は、ガラス板２０の前面２２からのバックフラッシュ光である。即ち、フラッシュ光は、集束レーザービーム１１２Ｆの方向と反対の方向（即ち、後方）に発する。フラッシュ光は、ガラス板２０を通過した、又はガラス板２０の後面上の集束レーザービームを検出したものではない。そうではなく、フラッシュ光は、光検出器１８０の最大出力信号６１の２０％〜１００％、更には、光検出器１８０の最大出力信号６１の３５％〜８５％を検出したものである。光検出器１８０の出力信号６１は、ガラス板２０の前面２２の局所Ｌから発せられた蛍光の強度に対応することができる。ガラス板２０の前面２２の局所Ｌ（即ち、レーザービーム１１２Ｆがガラス板２０に接触する場所）から発せられる、バックフラッシュ光を検出することによって、突起の高さをより正確に制御できる（即ち、１．１マイクロメートル未満又はそれ以下の標準偏差以内）という点で、従来の方法に優る利点が得られる。出力信号６１として検出された、局所Ｌから発せられた蛍光の強度変化は、光検出器１８０の最大出力信号６１、又はレーザービーム１１２Ｆが最初にガラス板２０に接触した後に、局所Ｌから発せられた検出光に対応する、光検出器１８０によって記録された接触出力１５に対比して測定することができる。特定の理論に限定されるものではないが、ガラス板２０の前面２２のレーザーが照射された局所Ｌから発せられるフラッシュ光は、約９００℃〜約２０００℃、更には約９００℃〜約１５００℃の温度の溶融ガラスの可能性がある。例示的な実施の形態において、フラッシュ光は、紫外線、近紫外、可視、近赤外、及び／又は赤外波長を含みこれに限定されない広域電磁放射スペクトルを含んでいる。
時間増分Ｔｃは、レーザーが照射された局所Ｌから、フラッシュ光が発せられたときに終了することができる。即ち、時間増分Ｔｃは、レーザービーム１１２Ｆが、ガラス板２０に接触したときに始まり、光検出器１８０が、フラッシュ光を検出するまで継続する。この例において、光検出器１８０は、（例えば、図３のグラフに示すような）電子信号１８１をコントローラ１５０に送信する。例示的な実施の形態において、コントローラ１５０は、光検出器１８０からの電子信号１８１中の出力信号６１を識別する。従って、時間増分Ｔｃは、レーザービーム１１２Ｆがガラス板２０に接触ときから、光検出器１８０からの電子信号１８１中の出力信号６１が、コントローラ１５０によって受信又は検出されるまで継続する。更に別の実施の形態において、フラッシュ光は、光の光子、光エネルギー、又はルミネセンスを検出し、コントローラ１５０に対する電子信号１８１を生成することができる、任意の装置（例えば、フォトダイオード）によって、検出することができる。フラッシュ光の検出に続いて、レーザービーム１１２のパワーＰを調整し、レーザー１１０の継続動作時間を設定し、又は制御信号ＳＬ若しくはＳＳを介して、レーザー１１０を「オフ」にする（即ち、レーザーの照射を停止する）ように、コントローラ１５０を構成することができる。
時間増分Ｔｃの持続時間は、ガラス板２０の様々な局所Ｌ間で変動し得る。この局所Ｌ間の時間増分Ｔｃの持続時間の変動又はばらつきは、１ピコ秒から数ミリ秒であり得る。特定の理論に限定されるものではないが、これはレーザー１１０の出力パワーＰの変動、ガラス物品の厚さ、及び／又は各局所Ｌにおける組成及び／又は微細構造の差異に起因する可能性がある。従って、各局所は、フラッシュ光を開始するために、僅かに異なるレーザーの照射線量を必要とし得る。
レーザーの照射における時間増分Ｔｃが終了すると、曝露時間Ｔｆが開始する。１つの実施の形態において、曝露時間Ｔｆは、ガラス突起の形成開始に対応している。曝露時間Ｔｆの開始は、種々の制御方式を用いて、１秒の数分の１に調整することができる。例えば、光検出器１８０からの電子信号１８１中の「立ち上がり」（即ち、大きいデルタの）出力信号６１を識別して、時間増分Ｔｆを開始するように、コントローラ１５０をプログラムすることができる。即ち、光検出器１８０からの最大出力信号６１の２０％〜１００％、更には光検出器１８０からの最大出力信号６１の３５％〜８５％を識別するように、コントローラ１５０をプログラムすることができる。別の例において、電子信号１８１中の出力信号６１が、選択された出力ユニットに到達したときに時間増分Ｔｆが開始されるように、コントローラ１５０がプログラムされる。更に別の例において、光検出器１８０からの電子信号１８１中の最大、又は「ピーク」（即ち、光検出器１８０の出力信号６１の１００％）を識別するように、コントローラ１５０がプログラムされる。図３において、出力信号の「ピーク」が、光検出器１８０の最大出力の１００％に対応している。更に別の例において、光検出器１８０からの電子信号１８１中の出力信号６１の「立ち下がり」（即ち、大きいデルタ）を識別して、時間増分Ｔｆを開始するように、コントローラ１５０をプログラムすることができる。時間増分Ｔｃに続く（即ち、曝露時間Ｔｆ中の）局所Ｌにおけるレーザーの照射線量が、結果として得られるガラス突起の高さＨ６０に影響を及ぼす。
曝露時間Ｔｆの開始前又は後のある時間に、急速な温度変化によってガラスの膨張が誘起される限定された膨張ゾーンが、ガラス板２０の本体部２３に形成されるにつれ、ガラス突起が形成され始める。膨張ゾーンは、膨張ゾーンを囲む加熱されない（従って、膨張しない）ガラス領域によって制約されるため、膨張ゾーン内の溶融ガラスは、上方に膨張／流れることによって、内部応力を緩和するように強制され、それによってガラス突起６０が形成される。集束レーザービーム１１２Ｆが、ガウス分布等の円対称断面強度分布を有する場合には、ガラス板本体２３の円形領域に局部的な加熱及びそれに伴うガラスの膨張が生じ、結果として得られるガラス突起６０は、実質的に円対称であり得る。
一般に、局所Ｌにおける曝露時間Ｔｆの継続時間が長いほど、ガラス突起６０の高さＨ６０が増加する。また、曝露時間Ｔｆ中に、局所Ｌに対するレーザービーム１１２のパワーＰを増加させることによっても、ガラス突起６０の高さＨ６０が増加する結果となる。曝露時間Ｔｆ及びレーザービーム１１２のパワーＰは、突起の形状にも影響を及ぼし得る。曝露時間Ｔｆ中のレーザービーム１１２のパワーＰを調整するように、コントローラ１５０を構成することができる。曝露時間Ｔｆは、ガラス物品の組成及び構造、並びに所望の突起の高さ及び形状に応じて、１ミリ秒から数秒とすることができる。例示的な実施の形態において、曝露時間Ｔｆは、約１ミリ秒〜約５秒であってよい。別の例示的な実施の形態において、レーザーパワーは、数ワット〜数十ワット、又は約１０ワット〜約２０ワットであってよい。
装置１００を動作させる例示的な方法において、レーザービーム１１２のパワーＰが一定（例えば、１５ワット）に保持され、曝露時間Ｔｆが、約１ミリ秒〜約２秒以上の固定時間である。装置１００を動作させる別の実施の形態において、固定曝露時間Ｔｆ中に、レーザービーム１１２のパワーＰが増減される。ガラス突起６０を効果的に成長させると期待されるＵＶ波長は、約３４０ナノメートル〜約３８０ナノメートルであり得る。ガラス突起６０を効果的に成長させると期待されるＩＲ波長は、７５０ナノメートル〜１６００ナノメートルであり得る。電磁スペクトルの他の波長、例えば、３００ナノメートル〜１６００ナノメートルも期待される。曝露時間Ｔｆの後、ガラス板２０が、レーザービーム１１２Ｆに接触しないように、レーザー制御信号ＳＬ又はシャッター制御信号ＳＳを用いて、レーザー１１０を「オフ」にすることができる。従って、曝露時間Ｔｆは、局所Ｌがそれ以上レーザービーム１１２Ｆに接触されないときに終了する。結果として得られた、局所Ｌから成長したガラス突起６０は、局所Ｌにおけるレーザービーム１１２Ｆの照射が終了することによって固定される。その後、急速放射冷却によって、ガラス突起６０を凝固させることができる。
図３は、ガラス突起６０が成長中の電子信号１８１を示す、光検出器１８０からの例示的な電子信号出力の任意の単位対時間（例えば秒）のグラフである。例示的な実施の形態において、電子信号１８１は、光検出器１８０によって生成され、コントローラ１５０に送られる信号に対応している。図３において、時間増分Ｔｉが（１）レーザー１１０の起動時点と（２）ガラス板２０に対する集束レーザービーム１１２Ｆの接触との間に示されている。レーザービーム１１２Ｆがガラス板２０に接触した後、光検出器１８０が、局所Ｌから発せられた検出光に対応する、接触出力１５を記録する。例示的な実施の形態において、接触出力１５で検出された光は、光検出器１８０の最大出力信号６１の２０％未満である。時間増分Ｔｃが（２）ガラス板２０に対する集束レーザービーム１１２Ｆの接触と（３）フラッシュ光の開始との間に示されている。時間増分Ｔｃ中、光検出器１８０は、比較的一定した光検出出力を記録する。時間増分Ｔｆが（３）フラッシュ光の開始と（４）レーザービーム１１２Ｆに対するガラス板２０の曝露の終了との間に示されている。時間増分Ｔｆの間、フラッシュ光は、光検出器１８０からの明確かつ鋭い出力信号６１（即ち、最大出力信号６１の２０％〜１００％）として示されている。例示的な実施の形態において、コントローラ１５０は、接触出力１５を出力信号６１（即ち、フラッシュ光）として誤って特徴付けないように構成されている。
ガラス板２０の別の位置（例えば、局所Ｌ）において、前述の処理を繰り返して、ガラス板に、複数（例えば、アレイ状）のガラス突起６０を形成することができる。例示的な実施の形態において、装置１００は、コントローラ１５０に電気的に接続され、大きな矢印１７２で示すように、集束レーザービーム１１２Ｆに対し、ガラス板２０をＸ、Ｙ、及びＺ方向に移動するように構成されたＸ−Ｙ−Ｚステージ１７０を備えている。これによって、コントローラ１５０からのステージ制御信号ＳＴを介し、ステージ１７０を選択的に平行移動させ、ガラス板２０の異なる位置を照射して、複数のガラス突起６０を形成することができる。別の例示的な実施の形態において、ガラス突起６０が形成される予定のガラス板２０の位置に、集束レーザービーム１１２Ｆを選択的に向けることができるように、集光光学系１２０が走査するように構成されている。
前述のように、装置１００を動作させる従来の方法は、設定された時間中（例えば、Ｔｉ＋Ｔｃ＋Ｔｆ＝１．８秒）、ガラス物品にレーザー光を照射することを含んでいる。即ち、ガラス物品は、複数の局所Ｌが、固定レーザー照射線量のレーザービーム１１２Ｆに曝露される。
本方法に従って、曝露時間Ｔｆの間においてのみ、各局所Ｌにおけるレーザー照射線量を制御することによって、各ガラス突起６０は、従来の方法によって形成されたガラス突起と比較して、より制御された高さＨ６０を有している。具体的には、本装置１００を動作させる方法は、１．１マイクロメートル未満、１マイクロメートル未満、更には０．５マイクロメートル未満の標準偏差を有する、複数のガラス突起６０をもたらす。別の実施の形態において、標準偏差は０マイクロメートル、又は０．１マイクロメートルより大きくてよい。従って、曝露時間Ｔｆの間（フラシュ光を検出した後）、各局所Ｌにおけるレーザー光の線量を制御することによって、レーザー照射形成において、ガラス突起６０の高さＨ６０をより正確に制御することができる。
１マイクロメートル以内の標準偏差の高さを有する、複数のガラス突起を備えたガラス物品は、窓に用いることができる。例えば、本開示のガラス突起は、真空断熱ガラス（ＶＩＧ）窓の平行に対向するガラス板間のスペーサとして用いることができる。ＶＩＧ窓の平行に対向するガラス板間の間隔は、ガラス突起の高さに実質的に等しい。高さのばらつきを最小限に抑制する（１マイクロメートル又は０．５マイクロメートル未満、及び０．１マイクロメートルより大きい）利点は、ガラス突起６０の終点１３と対向するガラス板との接触点における、機械的応力が最小限に抑制されることである。別の例において、突起はガラス物品と別の材料との間のスペーサとして機能することができる。更に別の例において、高さのばらつきが最小限に抑制されたガラス突起は審美的利点を有する。
レーザー照射で、ガラス物品上に成長させた複数のガラス突起間の高さを制御する、本開示の方法は、以下の実施例を参照することによって更に明らかになるであろう。
実施例１
本実施例において、ソーダライムガラス板（厚さ４ｍｍ）を、前述の装置１００と同様のレーザー装置に対し相対配置した。装置及びレーザーは、従来の方法と同じ方法（すなわち、レーザーが照射された局所からのフラッシュ光を検出するためのフォトダイオードを使用しない）で動作させた。即ち、本開示の高さ制御方法を用いなかった。レーザー照射によって、１８個のガラス突起をガラス板上に互い離間させて形成した。
各局所Ｌをレーザーに曝露する間、レーザーを３５５ナノメートルのＵＶ波長で１５ワットに設定した。ガラス板の１８の局所をレーザー照射に曝露する合計時間を１．８秒（即ち、Ｔｉ＋Ｔｃ＋Ｔｆ＝１．８秒）の固定に設定した。即ち、１８の局所の各々が、それぞれ（潜在的なレーザー出力のばらつきを無視して）同じレーザー照射線量を受けて、１８個のガラス突起の各々が形成された。
レーザー照射処理に続き、光走査表面形状測定装置を用いて、ガラス板の表面から最も高い終点までのガラス突起の高さＨを測定した。本実施例で得られた１８個のガラス突起の各々の高さの測定結果を、図４の方形のデータ点２００で示す。図４の結果の数値の要約を以下の表１に示す。本実施例の１８個のガラス突起の平均の高さは１８５．４μｍであった。平均の高さからの最大偏差及び最小偏差は、それぞれ２．１及び−２．４であった。従って、本実施例のガラス突起の高さの標準偏差は１．１マイクロメートルであった。
実施例２
本実施例において、実施例１のソーダライムガラス板を、実施例１で説明したのと同じレーザー装置に対し相対配置した。しかし、本実施例では、レーザーに最初に曝露されるガラス板の表面近傍に隣接して、フォトダイオードを配置した。即ち、図２に示すように、局所Ｌに近接して、ガラス板２０の前面２２の上方に、フォトダイオード１８０を配置した。装置及びレーザーは、ガラス突起を制御する本開示の方法と同じ方法で動作させ、１８個のガラス突起をガラス板上に互いに離間させて形成した。
各局所Ｌにおけるレーザーの動作中、レーザーを３５５ナノメートルのＵＶ波長で１５ワットに設定した。本実施例では、時間増分Ｔｉ及びＴｃは設定せず、１８の局所の各々に対し増分は固定とした。代わりに、コントローラ１５０によってフラッシュ光（即ち、出力信号６１の立ち上がり）が検出された後の、曝露時間Ｔｆのみを１．６秒に固定した。本発明者等が、曝露時間Ｔｆを１．６秒に選択した理由は、実施例１において、時間増分Ｔｉ及びＴｃが０．２秒と推定されたためである。従って、レーザー照射は、各局所において個別に開始された。フォトダイオードが、局所からのフラッシュ光を検出した１．６秒後に、コントローラが、当該局所のレーザーの照射を終了させた。時間増分Ｔｉ及びＴｃは、全く制御又は測定しなかった。ここでも、これ等の局所の１つからのフォトダイオードの電子信号１８１を図３に示す。
レーザー照射処理に続き、ガラス板の表面から最も高い終点までのガラス突起の高さＨを測定した。また、複数のガラス突起の（高さＨの上部１〜３％に沿った）凸状に丸みを帯びた頂面の曲率半径Ｒ３も測定し、約６００マイクロメートル〜約７５０マイクロメートルの範囲であった。本実施例で得られた１８個のガラス突起各々の狭い高さ分布測定結果を、図４の菱形のデータ点２０１で示す。図４の結果の数値の要約を以下の表１に示す。本実施例の１８個のガラス突起の平均の高さは１８８．９マイクロメートルであった。予想外に、平均の高さからの最大偏差及び最小偏差は、それぞれ１．３及び−０．７であった。更に予想外なことに、本実施例のガラス突起の高さの標準偏差は０．５マイクロメートルであった。
Figure 0006883016
実施例２のガラス突起が、実施例１のガラス突起と比較して、高さの標準偏差が５０％以上減少することは予想していなかった。フォトダイオードによってフラッシュ光が検出されるまで、各局所におけるレーザー照射線量の制御を低減することによって、本方法に従って形成されたガラス突起の高さの分布が減少する。特定の局所におけるレーザー照射線量の制御を減らせば、ガラス突起の高さの標準偏差が増加するであろうと当業者は予想していたことであろう。即ち、（時間増分Ｔｉ及びＴｃを制御せずに）曝露時間Ｔｆのみを制御することによって、ガラス突起の高さの標準偏差が１．１マイクロメートルより大きくなるであろうと、当業者は予想していたことであろう。しかし、そうではなく、実施例２の１８個のガラス突起の高さの標準偏差は、１マイクロメートル未満、事実０．５マイクロメートルに低下した。
実施例１と実施例２との平均の突起の高さの相違は、実施例１のガラス突起と比較して、実施例２のガラス突起のレーザー照射線量の増加に起因する可能性がある。具体的には、実施例２の突起は、実施例１の時間増分Ｔｉ及びＴｃの０．２秒の時間推定に基づいて、より長い時間にわたって照射された可能性がある。実施例２のガラス突起の平均の突起の高さは、単に曝露時間Ｔｆを１．６秒から、例えば１．５秒以下に短縮することによって調整できたであろう。
本明細書において、名詞は、文脈上明らかに別の意味に解釈されない限り、複数の対象を指す。従って、例えば、金属と言った場合、文脈上明らかに別の意味に解釈されない限り、かかる金属を２つ以上有する例を含む。
本明細書において、範囲は「約」１つの特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までと表現することができる。かかる範囲が示された場合、これ等の例は、１つの特定の値から、及び／又は別の特定の値まで含んでいる。同様に、先行する「約」を使用することによって、値が近似値として表現されている場合、特定の値が別の態様を形成することが理解されるであろう。更に、範囲の各々の終点は、他方の終点に関連して、及び他方の終点とは無関係に、有意であることが理解されるであろう。
特に明記しない限り、本明細書に記載の方法は、そのステップを特定の順序で実行する必要があると解釈されることを意図するものでは全くない。従って、方法クレームが、そのステップが従うべき順序を記述していない場合、又はステップが特定の順序に限定されると、クレーム若しくは明細書に具体的に記述されていない場合、如何なる点においても、順序が推測されることを意図するものでは全くない。
本明細書における記述が、特定の方法で機能するように「ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ」又は「ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ」されている、本発明の構成要素を指すことにも留意されたい。この点において、かかる構成要素は、特定の特性又は機能を特定の方法で具体化するように「ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ」又は「ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ」されており、かかる記述は、意図した使用の記述ではなく、構造的記述である。より具体的には、本明細書において、構成要素が「ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ」又は「ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ」されている方法に言及している場合には、構成要素の既存の物理的状態を意味するものであり、従って、構成要素の構造的な特性の明確な記述と解釈されるものである。
本発明の精神及び範囲を逸脱せずに、本開示の実施の形態に様々な改良及び変形が可能であることは、当業者には明らかであろう。本発明の精神及び本質を組み込んだ、本開示の実施の形態の改良、組み合わせ、部分組み合わせ、及び変形が、当業者に想到され得るため、本発明は添付の特許請求の範囲に属するすべてのもの及びその均等物を含むと解釈されるべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
複数のガラス突起を有するガラス物品を形成する方法であって、前記ガラス物品が表面を有し、前記ガラス突起が、レーザー光によって、前記ガラス物品に形成され、各ガラス突起が、前記ガラス物品の前記表面から離間した終点を有し、前記ガラス物品の前記表面と、前記複数のガラス突起の前記終点との間の距離の標準偏差が、１マイクロメートル未満であるガラス物品を形成する方法において、
前記ガラス物品の複数の局所にレーザー光を照射するステップと、
電子信号を生成する光検出器を用いて、前記ガラス物品の前記レーザー光が照射された局所からのバックフラッシュ光を検出するステップと、
前記電子信号を用いて、前記複数の局所における前記レーザー光の照射線量を制御して、前記ガラス物品の前記複数の局所に、ガラス突起の成長を誘起するステップと、
を備えた方法。
実施形態２
前記複数のガラス突起が、少なくとも１０個のガラス突起を含む、実施形態１記載の方法。
実施形態３
前記複数のガラス突起の各々が、半球状の横断面を有し、各横断面が、０．９〜０．９９の決定係数で、一般的な曲率円の方程式に実質的に適合する、実施形態１記載の方法。
実施形態４
前記ガラス物品の前記表面と、前記複数のガラス突起の前記終点との間の距離の標準偏差が、０．５マイクロメートル未満である、実施形態１記載の方法。
実施形態５
前記ガラス物品に、３４０ナノメートル〜３８０ナノメートルのＵＶ波長を有するレーザー光を照射して、前記ガラス突起の成長を誘起する、実施形態１記載の方法。
実施形態６
前記レーザーが照射された前記局所からのバックフラッシュ光を検出するステップが、９００℃〜２０００℃の温度の溶融ガラスを感知するステップを含む、実施形態１記載の方法。
実施形態７
前記レーザーが照射された前記局所からのバックフラッシュ光を検出するステップが、レーザー照射開始後の時間増分において生じる、実施形態１記載の方法。
実施形態８
前記レーザー光の照射線量を制御するステップが、前記バックフラッシュ光を検出した後に、前記レーザー光を固定曝露時間に設定するステップを含む、実施形態７記載の方法。
実施形態９
前記レーザー光の照射線量を制御するステップが、前記電子信号を受信した後の固定曝露時間で、前記局所のレーザー光を停止するコントローラを使用するステップを含む、実施形態１記載の方法。
実施形態１０
前記レーザー光の照射線量を制御するステップが、前記電子信号を受信した後に、前記レーザー光のパワーを調整するように構成されたコントローラを含む、実施形態１記載の方法。
実施形態１１
複数の半球状のガラス突起を有するガラス板を形成する方法であって、前記ガラス板が表面を有し、前記ガラス突起が、レーザー照射によって、前記ガラス板の前記表面に成長され、各ガラス突起が、前記ガラス板表面から離間した高さを有し、前記複数のガラス突起間の高さの標準偏差が、１マイクロメートル未満であるガラス板を形成する方法において、
前記ガラス板にレーザー光を照射して、前記ガラス板の複数の局所の１つに、前記ガラス突起の１つの成長を誘起するステップと、
前記レーザー光の照射線量を１つの局所に照射した後の時間増分において、前記レーザー光が照射された局所からのバックフラッシュ光を光検出器で検出するステップと、
前記光検出器が前記バックフラッシュ光を検出した後の固定曝露時間で、前記局所における前記レーザー光の線量を停止するステップと、
を備えた方法。
実施形態１２
前記半球状のガラス突起の各々が、横断面を有し、前記複数の半球状のガラス突起の各々の前記横断面が、０．９〜０．９９の決定係数で、一般的な曲率円の方程式に実質的に適合する、実施形態１１記載の方法。
実施形態１３
前記ガラス板が、真空断熱ガラス窓に使用され、前記ガラス板の前記複数の半球状のガラス突起によって、前記ガラス板が、前記半球状の前記高さに実質的に等しい距離、別の板カラスから離間される、実施形態１１記載の方法。
実施形態１４
前記レーザーが照射された前記局所からのバックフラッシュ光を検出するステップが、前記レーザーが照射された前記局所の９００℃〜２０００℃の温度の溶融ガラスを特定するステップを含む、実施形態１１記載の方法。
実施形態１５
前記光検出器が前記バックフラシュ光を検出した後に、前記レーザー光のパワーを調整することによって、前記局所における前記レーザー光の線量を制御するステップを更に備えた、実施形態１１記載の方法。
実施形態１６
前記光検出器が前記バックフラシュ光を検出した後に、前記レーザー光の前記固定曝露時間を調整することによって、前記局所における前記レーザー光の線量を制御するステップを更に備えた、実施形態１１記載の方法。
実施形態１７
前記固定曝露時間が、１ミリ秒〜約５秒である、実施形態１１記載の方法。
実施形態１８
前記ガラス板が、複数のガラスコンポーネントを含み、該ガラスコンポーネントが、各々前記局所の少なくとも１つを有する、実施形態１１記載の方法。
実施形態１９
前記ガラス板が、複数のガラスコンポーネントを含み、各ガラスコンポーネントが、該コンポーネントに形成された、少なくとも１つの半球状のガラス突起を有する、実施形態１１記載の方法。
実施形態２０
表面に形成された複数の半球状のガラス突起を有するガラス板であって、各ガラス突起が、前記ガラス板の前記表面から離間した高さを有し、前記複数のガラス突起間の高さの標準偏差が、１マイクロメートル未満であるガラス板において、前記複数の半球状のガラス突起の各々が、
凹状に丸みを帯びた側面によって規定される直径Ｄ１を有する下部領域であって、前記ガラス板の前記表面から突出し、直径Ｄ１が前記ガラス突起の最大径であり、前記凹状に丸みを帯びた側面が曲率半径Ｒ１を有し、前記ガラス板の前記表面に結合した下部領域と、
前記ガラス突起の前記下部領域と前記ガラス突起の上部領域とを接続する変曲領域と、
移行部及び頂部を有する、前記ガラス突起の前記上部領域であって、
前記移行部が、凸状に丸みを帯びた側面によって規定される直径Ｄ２を有し、前記凸状に丸みを帯びた側面が曲率半径Ｒ２を有し、前記直径Ｄ２が前記直径Ｄ１より小さく、
前記頂部が、凸状に丸みを帯びた頂面によって規定される直径Ｄ３を有し、前記凸状に丸みを帯びた頂面が、前記移行部から集結する凸状に丸みを帯びた側面に結合し、前記凸状に丸みを帯びた頂面が、前記曲率半径Ｒ２より大きい約６００マイクロメートル〜約７５０マイクロメートルの曲率半径Ｒ３を有し、前記直径Ｄ３が前記直径Ｄ２より小さく、前記凸状に丸みを帯びた頂面が、前記ガラス板の前記表面から離間して、前記ガラス突起の高さＨを規定して成る、
上部領域と、
を備えた、ガラス板。
１３ ガラス突起の終点
２０ ガラス板
２４ ガラス板の表面
５２ ガラス突起の頂面
５１、５３ ガラス突起の側面
６１ 出力信号
６０ ガラス突起
６６ ガラス突起の下部領域
６７ ガラス突起の変曲領域
６８ ガラス突起の上部領域
１００ レーザーベースの装置
１１０ レーザー
１１２ レーザービーム
１２０ 集光光学系
１２４ デフォーカスレンズ
１３０ 集光レンズ
１３２ 第２の集光レンズ
１５０ コントローラ
１８０ 光検出器
１８１ 電子信号
ＳＬ レーザー制御信号
ＳＳ シャッター制御信号

Claims (10)

  1. 複数のガラス突起を有するガラス物品を形成する方法であって、前記ガラス物品が表面を有し、前記ガラス突起が、レーザー光によって、前記ガラス物品に形成され、各ガラス突起が、前記ガラス物品の前記表面から離間した終点を有し、前記ガラス物品の前記表面と、前記複数のガラス突起の前記終点との間の距離の標準偏差が、１マイクロメートル未満であるガラス物品を形成する方法において、
    前記ガラス物品の複数の局所にレーザー光を照射して、前記ガラス物品の前記複数の局所に、前記ガラス突起の成長を誘起するステップと、
    電子信号を生成する光検出器を用いて、前記ガラス物品の前記レーザー光が照射された局所からのバックフラッシュ光を検出するステップと、
    前記バックフラッシュ光を検出した後のための、前記複数の局所へのレーザー光の固定曝露時間を設定するステップと、
    コントローラが前記電子信号を受信した後、前記固定暴露時間の前記局所のレーザーの照射を終了することにより、前記電子信号を用いて、前記複数の局所におけるレーザー光の照射線量および前記ガラス物品の前記表面と、各ガラス突起の終点との間の前記距離を制御するステップと、
    を備えたことを特徴とする方法。
  2. 前記複数のガラス突起の各々が、半球状の形状を有し、各断面が、０．９〜０．９９の決定係数で、一般的な曲率円の方程式に実質的に適合することを特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. 前記ガラス物品の前記表面と、前記複数のガラス突起の前記終点との間の距離の標準偏差が、０．５マイクロメートル未満であることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
  4. 前記レーザーが照射された前記局所からのバックフラッシュ光を検出するステップが、レーザー照射開始後の所定の時間間隔において前記バックフラッシュ光を検出することを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項記載の方法。
  5. 前記レーザー光の照射線量を制御するステップが、前記電子信号を受信した後の固定曝露時間Ｔｆで、前記局所のレーザー光を停止するコントローラであって、前記電子信号を受信した後に、前記レーザー光のパワーを調整するように構成された、コントローラを使用するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載の方法。
  6. 複数の半球状のガラス突起を有するガラス板を形成する方法であって、前記ガラス板が表面を有し、前記ガラス突起が、レーザーの照射によって、前記ガラス板の前記表面に成長され、各ガラス突起が、前記ガラス板表面から離間した高さを有し、前記複数のガラス突起間の高さの標準偏差が、１マイクロメートル未満であるガラス板を形成する方法において、
    前記ガラス板にレーザー光を照射して、前記ガラス板の複数の局所の１つに、前記ガラス突起の１つの成長を誘起するステップと、
    前記レーザー光の照射線量を１つの局所に照射した後の所定の時間間隔において、前記レーザー光が照射された局所からのバックフラッシュ光を光検出器で検出するステップと、
    前記光検出器が前記バックフラッシュ光を検出した後の固定曝露時間Ｔｆで、前記局所における前記レーザー光線量を終了するステップと、
    を備えたことを特徴とする方法。
  7. 前記半球状のガラス突起の各々が、断面を有し、前記複数の半球状のガラス突起の各々の前記断面が、０．９〜０．９９の決定係数で、一般的な曲率円の方程式に実質的に適合することを特徴とする、請求項６記載の方法。
  8. 前記ガラス板が、真空断熱ガラス窓に使用され、前記ガラス板の前記複数の半球状のガラス突起によって、前記ガラス板が、前記半球状の前記高さに実質的に等しい距離、別の板カラスから離間されることを特徴とする、請求項６又は７記載の方法。
  9. 前記光検出器が前記バックフラシュ光を検出した後に、前記レーザー光のパワーを調整することによって、前記光検出器が前記バックフラシュ光を検出した後に、前記レーザー光の前記固定曝露時間を調整することによって、又はその両方によって、前記レーザー光の線量を制御するステップを更に備えたことを特徴とする、請求項６〜８いずれか１項記載の方法。
  10. 表面に形成された複数の半球状のガラス突起を有するガラス板であって、各ガラス突起が、前記ガラス板の前記表面から離間した高さを有し、前記複数のガラス突起間の高さの標準偏差が、１マイクロメートル未満であるガラス板において、前記複数の半球状のガラス突起の各々が、
    凹状に丸みを帯びた側面によって規定される直径Ｄ１を有する下部領域であって、前記ガラス板の前記表面から突出し、直径Ｄ１が前記ガラス突起の最大径であって、４００マイクロメートル〜８００マイクロメートルであり、前記凹状に丸みを帯びた側面が曲率半径Ｒ１を有し、前記ガラス板の前記表面に結合した下部領域と、
    前記ガラス突起の前記下部領域と前記ガラス突起の上部領域とを接続する変曲領域と、
    移行部及び頂部を有する、前記ガラス突起の前記上部領域であって、
    前記移行部が、凸状に丸みを帯びた側面によって規定される直径Ｄ２を有し、前記凸状に丸みを帯びた側面が曲率半径Ｒ２を有し、前記直径Ｄ２が前記直径Ｄ１より小さく、１００マイクロメートル〜６００マイクロメートル、
    前記頂部が、凸状に丸みを帯びた頂面によって規定される直径Ｄ３を有し、前記凸状に丸みを帯びた頂面が、前記移行部から集結する凸状に丸みを帯びた側面に結合し、前記凸状に丸みを帯びた頂面が、前記曲率半径Ｒ２より大きい６００マイクロメートル〜７５０マイクロメートルの曲率半径Ｒ３を有し、前記直径Ｄ３が前記直径Ｄ２より小さく、１００マイクロメートル〜２６４マイクロメートル、前記凸状に丸みを帯びた頂面が、前記ガラス板の前記表面から離間して、前記ガラス突起の高さＨを規定して成り、Ｈは５０マイクロメートル〜２００マイクロメートルである、
    上部領域と、
    を備えたことを特徴とする、ガラス板。
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