KR20230086721A - 구조화된 벽을 갖는 유리 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 10Х10-6 K-1 미만의 열팽창 계수를 갖는 유리질 재료 및 2개의 대향하는 표면을 갖는 패널-형태의 유리 소자에 관한 것이다. 상기 유리 소자는 더 나아가서 유리 소자의 유리를 관통하는 적어도 하나의 리세스를 갖고 리세스 주위를 따라 이어지고 상기 2개의 대향하는 표면에 인접하는 리세스 벽을 갖는다. 상기 리세스 벽은 다수의 서로 인접한 둥근 돔-형태의 함몰부를 포함하는 구조를 갖는다. 리세스 벽의 거칠기는 이들 함몰부와 함몰부를 둘러싸는 융기부로 형성된다. 리세스 벽은 5 μm 미만, 바람직하게는 3 μm 미만, 바람직하게는 1 μm 미만의 평균 거칠기 값 (Ra)을 갖는다. 본 발명은 더 나아가서 구조화된 벽을 갖는 상기 패널-형태의 유리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 리세스 벽의 구조 또는 거칠기는 레이저 파라미터를 조정함으로써 의도적으로 조정된다.
Description
본 발명은 패널-형태의 유리 소자로서 10Х10-6 K-1 미만의 열팽창 계수를 갖는 유리질 재료 및 2개의 대향하는 표면, 및 상기 유리 소자의 유리를 관통하는 리세스를 포함하고 구조화된 리세스 벽을 갖는 패널-형태의 유리 소자에 관한 것이다. 본 발명은 더 나아가서 상기 구조화된 벽을 갖는 패널-형태의 유리 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 리세스 벽의 구조는 레이저 파라미터를 조정함으로써 의도적으로 조정된다.
유리의 정확한 구조화는 다양한 적용 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 유리 기판은 카메라 이미징, 특히 3D 카메라 이미징, 전자광학, 예를 들어 L(E)D, 미세 유체 공학, 광학 진단, 센싱, 예를 들어 압력 센싱, 및 진단 기술 분야에 사용된다. 이러한 적용 분야는 예를 들어 광 센서, 카메라 센서, 압력 센서, 발광 다이오드 및 레이저 다이오드에 관한 것이다. 본 발명에서, 일반적으로 얇은 웨이퍼 또는 유리 막 형태의 유리 기판이 구성 요소로 사용된다. 이러한 유리 기판을 점점 더 작아지는 기술 적용 또는 구성 요소에 사용할 수 있도록 하기 위해서는, 수 마이크로미터 범위의 정확성이 필요하다. 이 경우 유리 기판의 처리는 유리 기판에 도입되거나 통과하는 모든 종류의 형태의 호울(hole), 공동 및 개구부, 이와 동시에 상기 기판의 표면의 구조화에 관한 것이다. 이에 따라, 수 마이크로미터 범위의 구조가 기판에 도입될 필요가 있다.
광범위한 적용 분야에서 유리 기판을 사용할 수 있도록 하기 위해서, 상기 처리는 기판의 에지 영역 또는 부피에 어떠한 손상, 잔류물 또는 응력을 남겨서는 안 된다. 더 나아가서, 이러한 기판을 제조하는 방법은 가능한 한 효율적인 제조 방법이어야 한다.
유리 기판 내부의 구조화를 위해, 예를 들어 호울과 개구부를 생산하기 위해, 다양한 방법이 적용될 수 있다.
상응하는 마스크를 통한 워터 제트 커팅 및 샌드블라스팅 외에도, 초음파 가공이 확립된 방법이다. 스케일링과 관련하여, 그러나, 이러한 방법은 일반적으로 초음파 가공의 경우 약 400 μm이고 샌드블라스팅의 경우 최소 100 μm인 작은 구조로 제한된다. 워터 제트 커팅 및 샌드블라스팅의 경우, 기계적인 침식으로 인해 유리에 응력이 생성되며, 이는 호울의 주변 영역의 플레이킹과 관련되어 있다. 얇은 유리의 구조화를 위해, 원칙적으로는 어떠한 방법도 사용될 수 없다. 이러한 방법은 수백 μm의 범위에서 작동하므로, 이는 생성될 호울, 공동, 및 개구부의 치수뿐만 아니라, 무엇보다도 상기 기판에 생성된 표면에 적용된다. 전술한 방법은 따라서 기판에 미세 구조를 생성하는데 적합하지 않다.
따라서 광범위한 재료의 구조화를 위한 레이저 원의 사용이 최근 확립되었다. 적외선(예를 들어 1064 nm), 녹색(532 nm), 및 UV(365 nm) 파장, 또는 극히 짧은 파장(예를 들어 193 nm, 248 nm)의 광범위한 고체-상 레이저를 사용하여 유리 기판에 전술한 기계적인 방법으로 가능한 것보다 더 작은 구조를 도입할 수 있다. 유리는 낮은 열 전도율을 갖고 더 나아가 파손에 대한 높은 민감도를 보이기 때문에, 그러나, 극히 미세한 구조물의 생산에서 레이저 처리는 또한 유리의 높은 열부하 및 이에 따라 호울의 주변 영역에서 미세한 균열 및 변형의 정도까지 임계 응력을 초래할 수 있다. 기판 표면의 더 큰 영역 구조는, 직경이 종종 수 마이크로미터에 불과한 미세 레이저 빔을 사용할 때, 매우 큰 비용으로만 생성될 수 있다. 따라서 이 방법은 개구 영역의 표면에 특수하게 구조화될 필요가 있는 기판의 산업적 제조의 사용에 부분적으로만 적합하다.
이는 무엇보다도 특수한 적용에 적합할 필요가 있는 구성요소, 또는 기판에 적용된다. 언급될 수 있는 예시들은 채널 벽에 대한 유체의 저항을 최소한으로 감소시키기 위해서 유체 채널 내부에 특히 매끄러운 표면을 필요로 하는 미세 유체 셀을 위한 유리 기판이다. 다른 적용 분야는 맞춤형 유리 스페이서를 갖는 전자-광학 변환기이다. 이들은 상이한 능동 및 수동 구성 요소들 사이 정의된 거리의 조정을 허용하거나 특히 취약한 구성 요소를 보호할 목적으로 전자기 변환기/방출기/수신기 등의 캡슐화 및 보호에 기여한다. 기판, 또는 스페이서의 개구부 내에 가능한 최선의 방법으로 이러한 취약한 구성 요소를 고정하거나 절연하기 위해, 기판 개구부 표면의 특수한 구조가 필요하다. 더 나아가서, 기판의 특정 광학 특성, 예를 들어 개선된 빛 안내의 목적을 위해 종종 필요하며, 이는 정의된 방식으로 빛을 굴절시키는 개구부 표면의 정의된 구조에 의해 달성될 수 있다.
그러나 공지된 방법은 이러한 구조를 생성하는데 적합하지 않다. 전술한 것과 같은 연마 방법으로, 미세 구조 개구부는 생산될 수 없고 이들 기판의 개구부 표면은 따라서 또한 의도적으로 조정될 수 없다. 공지된 레이저 방법으로, 비록 개구부-통과 형태의 미세 구조는 소정 범위에서 달성될 수 있지만, 레이저 빔이 주로 기판을 통과하여 “발사”되기 때문에 레이저 빔과 평행하게 이어지는 기판 표면은 후자에 의해 처리될 수 없다. 레이저 빔의 방법으로 기판의 모든 개구부의 개구부 표면을 재처리하는 것은 시간이 많이 걸리고 비용 집약적이므로, 경제적이지 않다. 더 나아가, 이와 같은 개구부의 처리는 레이저의 입사 각도로 인해 제한된 범위에서만 가능하다.
본 발명의 목적은 따라서 특수하게 구조화된 개구부 표면을 갖는 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 상기 목적은 독립항의 요지에 따라 달성되었다. 유리한 실시양태는 각각의 종속항에 명시되어 있다.
이에 따라, 본 발명은 10Х10-6 K-1 미만의 열팽창 계수를 갖는 유리질 재료 및 2개의 대향하는 표면을 포함하는 패널-형태의 유리 소자에 관한 것이다. 상기 유리 소자는 더 나아가서 상기 2개의 표면을 연결하고 상기 표면으로 개방되며, 상기 유리 소자의 유리를 관통하는 적어도 하나의 리세스를 갖고, 상기 유리 소자의 적어도 하나의 표면에 대해 횡방향(transverse), 바람직하게는 수직이며 상기 유리 소자의 두께에 상응하는 리세스 깊이를 갖는다. 상기 리세스는 리세스 주위를 따라 이어지고, 상기 2개의 대향하는 표면에 인접하는 리세스 벽을 갖는다. 상기 리세스 벽은 다수의 서로 인접한 둥근 돔-형태의 함몰부(depression)를 포함하는 구조를 갖는다. 상기 리세스 벽의 거칠기는 이들 함몰부와 상기 함몰부를 둘러싸는 융기부에 의해 형성된다. 상기 리세스 벽은 5 μm 미만, 바람직하게는 3 μm 미만, 바람직하게는 1 μm 미만, 특히 바람직하게는 500 nm 미만의 평균 거칠기 값 (Ra)을 갖는다. 다른 실시양태에 따르면, 그러나, 상기 벽은 최소 거칠기를 갖는다. 특히, 상기 리세스 벽의 평균 거칠기 값은 적어도 50 nm이다.
상기 유리 소자의 특히 매끄러운 리세스 벽으로 인해, 상기 유리 소자는 미세 유체학 분야에 대한 적용에 특히 적합하다. 상기 리세스는 이 경우 유체가 실질적으로 방해받지 않고 흐를 수 있는 연장된 유체 채널로 구성될 수 있다. 상기 두 표면은 이 경우 서로 평행할 수 있다. 이는 복수의 유리 소자가 다른 하나의 위에 평면-평행 방식으로 배열될 수 있으며, 이러한 배열에서 오프셋(offset)이 형성되지 않는다는 장점을 갖는다. 이러한 방식으로, 복수의 유리 소자는 서로 위에 샌드위치 구조로 배열될 수 있다. 이는 미세 유체 셀에 특히 필요하고, 여기서 3개 또는 그 이상의 구성 요소는 채널을 통해 유체를 조종하기 위해 주로 서로 위에 배열되며, 상기 채널은 위/아래에 배열된 구성 요소에 의해 2개의 측면에서 경계가 지정된다.
하나의 특정 실시양태에서, 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽의 평균 거칠기 값 (Ra)은 적어도 50 nm, 바람직하게는 0.2 μm 초과, 바람직하게는 0.4 μm 초과, 바람직하게는 0.5 μm 초과이다. 이러한 낮은 거칠기는 미세 유체학에서의 사용을 허용할 뿐만 아니라, 특수한 광학 특성 또한 달성할 수 있다. 이 경우에는 특히 거칠기가 5 μm 및 0.2 μm 사이 범위에 있다. 예를 들어, 상기 유리 소자는 Ra가 0.2 μm일 때보다 Ra가 5 μm일 때 더 무광택인 리세스 벽을 갖는다.
바람직하게는, 상기 돔-형태의 함몰부는 10 μm 미만, 바람직하게는 5 μm 미만, 바람직하게는 2 μm 미만의 깊이를 갖고, 상기 깊이는 함몰부 중공의 중심과 함몰부를 둘러싸는 융기부의 평균 피크(peak) 사이의 차이로 정의된다. 본 발명의 맥락에서, 돔-형태는 리세스 벽이 곡률을 갖고, 상기 곡률은 특히 유리 소자의 유리 방향의 함몰부로 오목하게 표명되며, 상기 곡률은 유리 소자 내에 돔 형태로 돌출될 수 있음을 의미하도록 의도되고, 특정 단면에는 제한이 없다. 바람직하게는, 상기 리세스 벽의 거칠기는 돔-형태의 함몰부의 깊이로 정의된다. 이는 본 발명의 맥락에서 함몰부의 깊이가 평균 거칠기 값을 결정함을 의미한다. 따라서, 만약 상기 깊이가 10 μm 미만이면, 상기 평균 거칠기 값 또한 10 μm 미만이다. 함몰부의 깊이가 0.2 μm 초과, 바람직하게는 0.4 μm 초과, 바람직하게는 0.5 μm 초과인 경우 역시 고려할 수 있다. 균열 성장은 불규칙성, 및 특히 곡률에 의해 중단되기 때문에, 돔-형태의 함몰부는 균열 형성 또는 균열 전파의 방해를 보장한다.
모든 돔-형태의 함몰부는 대략적으로 균일한 깊이를 가질 수 있고, 또는 이들은 예를 들어 상이한 깊이를 가질 수 있다. 돔-형태의 함몰부가 높이 오프셋을 두고 배열되는 것 또한 가능하다. 이는 일부 함몰부는 다른 함몰부에 대해, 특히 상기 리세스 벽의 가상의 중앙 면으로부터 이 면에 대해 수직인 방향으로 오프셋을 두고 배열되는 것을 의미한다. 이 경우 함몰부는 또한 리세스 벽의 가상 중앙면에 대하여 지역적으로 오프셋 될 수 있고, 지역적으로는 비슷한 정도로 오프셋되는 다수의 함몰부가 있다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 상기 돔-형태의 함몰부는 0.6 μm 미만, 바람직하게는 0.4 μm 미만, 바람직하게는 0.2 μm 미만의 정도로 오프셋된다. 더 나아가서 이러한 영역은 포인트(points) 또는 스트립(strips)의 형태로 구성되는 것이 가능하고, 예를 들어 스트립 형태의 경우, 상기 스트립들은 유리 소자의 표면에 대해 횡방향 또는 종방향으로 배향될 수 있다. 이러한 방식으로 홈(groove)이 리세스 벽에 형성될 수 있고, 이들은 특히 유리 소자의 표면에 대해 횡방향 및/또는 종방향으로 배향될 수 있다. 이와 같은 홈은 특히 유리 소자의, 또는 유리 기판의 리세스 내에 배열된 구성 요소의 더 나은 고정을 보장할 수 있다.
하나의 유리한 실시양태에서, 돔-형태의 함몰부의 단면, 또는 횡단 치수 또는 직경은 20 μm 미만, 바람직하게는 15 μm 미만, 바람직하게는 10 μm 미만이다. 일부 함몰부는, 그러나, 또한 60 μm 미만, 바람직하게는 50 μm 미만, 바람직하게는 40 μm 미만의 직경 또는 단면을 가질 수 있다. 상기 함몰부의 크기 또는 치수의 적절한 선택에 의해, 예를 들어 구성 요소 또는 유체의 상기 리세스 벽에 대한 마찰 또는 저항이 확립되어, 이에 따라 구성 요소가 더 잘 고정될 수 있거나 유체가 오목부를 통해 더 잘 흐를 수 있다. 이 경우, 돔-형태의 함몰부에 대해 다음의 형태 중 적어도 하나를 갖는 것이 가능하다: 원형, 타원형, 유충형 또는 예를 들어 복수의 결합된 함몰부에 의해 둥글게 연장된 것, 다각형, 예를 들어 육각형. 더 나아가서, 상기 융기부는 상기 함몰부 사이의 다각형 경계선으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 함몰부의 경계선의 꼭지점의 평균 개수는 바람직하게는 8개 미만, 바람직하게는 7개 미만, 특히 6개가 될 수 있다. 후자의 특징은 대부분의 돔-형태의 함몰부로 둘러싸인 영역이 수학적인 의미로 볼록할 경우에 발생된다. 상기 함몰부의 적합한 형태의 조정을 통해, 상기 리세스 벽 또는 상기 유리 소자는 특정 적용에서 더욱 잘 적용될 수 있다.
유리 소자는 유리 소자 주위를 따라 이어지고 2개의 표면을 서로 연결하는 외부 벽을 갖고, 상기 외부 벽은 다수의 서로 인접한 둥근 돔-형태의 함몰부를 갖는 구조를 갖는 것은 또한 유리하다. 이 경우, 상기 외부 벽은 리세스 벽의 전술한 실시양태에 상응하는 특징을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 유리 소자 자체는 또한 예를 들어 특히 거친 외부 벽에 의해 다른 구성 요소 내부에서 미끄러지지 않도록 안전하게 배열될 수 있다.
더 나아가 리세스 벽 및/또는 외부벽은 둥근 에지(edge)를 형성하는 것이 가능하다. 본 발명의 맥락에서, 이는 리세스 벽 및/또는 외부 벽의 면(들)이 거칠다는 것, 예를 들어 표면이 넓게 구조화되는 것을 의미하도록 의도된다. 다시 말해서, 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽의 면(들)은 돔-형태의 함몰부 및/또는 함몰부 사이에 배열된 융기부의 연속적인 중단되지 않은 구조를 갖는다. 이와 같은 방법으로, 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽은 균열 성장으로부터 효과적으로 보호되거나, 균열 성장이 최소화되어, 또한 상기 유리 소자는 미세균열로부터 더욱 보호된다.
본 발명의 맥락에서, 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽의 면(들)은 거칠거나, 표면이 넓게 구조화되는 것을 의미하도록 의도된다. 즉, 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽의 면(들)의 80%, 90%, 특히 바람직하게는 95% 또는 심지어 98%는 돔-형태의 함몰부 및/또는 함몰부 사이에 배열된 융기부의 연속적인 중단되지 않은 구조를 갖는다. 이와 같은 방법으로, 본 발명에 따른 상기 방법으로 하나 이상의 웹-형 연결부(들)에 의해 홀더, 특히 프레임 형상의 원주형 홀더에 연결되는 것인, 적어도 하나의 구조화된 외부 벽 및 임의로 적어도 하나 이상의 구조화된 리세스 벽(들)을 갖는 다수의 아주 작은 구성 요소를 생산하는 것이 가능하다. 구성 요소의 사용을 위하여, 상기 홀더의 웹-형 연결부는 예를 들어, 기존의 파단 공정에 의해, 임의로 사전 결정된 파단점의 도입과 조합하여, 예를 들어 상기 웹에 걸쳐 의도된 구성 요소의 윤곽선을 따라 필라멘트화에 의해 분리된다.
구조화된 외부 벽 및/또는 리세스 벽 및 상기 유리소자를 통과하는, 바람직하게는 또한 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽 반대에 배열된 두번째 벽에 의한, 300 nm 및 1000nm 파장 범위의 가시광선의 투과율이 80% 초과, 바람직하게는 85% 초과, 바람직하게는 90% 초과인 것이 또한 가능하고, 이 경우 빛의 방향은 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽에 수직으로 배향되고 유리 소자의 적어도 하나의 표면에 평행하다. 광학 경로는 이 경우 적어도 하나의 벽 또는 표면, 및 바람직하게는 두개의 벽 또는 표면을 가로지르는 방식으로 배향될 수 있으며, 이들 중 적어도 하나 바람직하게는 모두가 돔-형태의 함몰부를 갖는다. 이러한 높은 투과율은 유리소자, 또는 리세스 벽에 특히 높은 광학 품질을 제공한다. 이와 같은 방법으로, 상기 유리 소자는 특히 광학 적용에 가장 적합하여, 이는 예를 들어 광학 구성 요소 또는 광 가이드로 사용될 수 있다.
한 실시양태에서, 더 나아가 1 μm 미만의 평균 거칠기 값 보다 1 μm 초과의 평균 거칠기 값으로 더 낮은 반사율을 갖는 리세스 벽 및/또는 외부 벽이 제공될 수 있다. 그러면 이는 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽이 증가하는 평균 거칠기 값에 따라 감소하는 반사율을 갖는 경우일 수 있다. 예를 들어, 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽은 1.4 μm의 평균 거칠기 값보다 0.5 μm의 평균 거칠기 값으로 약 두 배 더 큰 반사율을 가질 수 있다. 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽의 특정 거칠기 값의 선택에 따라, 상기 유리 소자는 따라서 특정 광학 적용 분야에 특히 적합할 수 있다. 따라서, 이들의 가시 광선과 관련된 산란 행동에 따라, 높은 거칠기를 갖는 리세스 벽은 이미지 프로세싱 디바이스에 의해 낮은 거칠기를 갖는 리세스 벽과 쉽게 구분될 수 있고, 따라서 예를 들어 전체적으로 상기 유리 소자의 배향을 위해 사용될 수 있다.
이방성으로 구성되는 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽의 거칠기가 제공될 수 있고, 이 경우 이방성은 파라미터 A로 표현될 수 있다. 이 경우, A는 몫의 제곱이고, 상기 몫은 상기 유리 소자의 측면에 평행하게 배향된 3개의 30 μm 폭 측정 밴드의 평균 거칠기 값 (Ra)의 평균값 및 상기 유리 소자의 상기 측면에 수직으로 배향된 3개의 30 μm 폭 측정 밴드의 평균 거칠기 값 (Ra)의 평균값으로부터 형성된다. 즉, 상기 몫은 리세스의 에지 면을 따라 이어지는 3개의 측정 밴드의 평균 거칠기 값의 평균값으로부터 이에 수직으로 이어지는 3개의 측정 밴드의 평균값으로 형성된다. 후자의 수직으로 이어지는 측정 밴드는 따라서 한 측면으로부터 대향하는 측면의 방향으로 연장된다. 특히, 이방성은 1 미만, 바람직하게는 0.8 미만, 바람직하게는 0.6 미만 일 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 상기 측면은 상기 유리 소자의 2개의 대향하는 표면 중 적어도 하나로 이해될 수 있다. 이방성은 홈 또는 서로에 대한 돔-형태의 함몰부의 오프셋에 의해 형성될 수 있다. 상기 홈, 또는 이방성으로 구성된 거칠기는, 이 경우 추가로, 예를 들어 전기의, 구성 요소가 리세스에 위치할 수 있고 리세스 벽을 따라, 특히 유리 소자의 표면에 수직인 방향으로 이동하는 경우 리세스 벽과 관련하여 증가하는 마찰로 인한 변위로부터 보호될 수 있음을 보장한다. 이 경우, 리세스에 위치한 구성 요소는, 예를 들어 충격이 가해지는 경우에도 리세스 내에 고정된 채로 남는다.
리세스 벽 및/또는 외부 벽의 거칠기는 이방성으로 구성되고 상기 이방성은 파라미터 A로 표현되며, A는 몫의 제곱이고 상기 몫은 상기 유리 소자의 측면에 평행하게 배향된 3개의 30 μm 폭 측정 밴드의 평균 거칠기 값 (Ra)의 평균값 및 상기 유리 소자의 측면에 수직으로 배향된 3개의 30 μm 폭 측정 밴드의 평균 거칠기 값 (Ra)의 평균값으로부터 형성되며, 상기 이방성은 1 초과, 바람직하게는 2 초과, 바람직하게는 3 초과인 것이 제공된다. 이 실시양태에서, 상기 홈은 상기 유리 소자에 대해 수직으로 배향될 수 있고, 이에 따라 이방성으로 구성된 거칠기가 다른 리세스 내부의 구성 요소, 예를 들어 전기적 구성요소가, 리세스 벽을 따라, 특히 유리 소자의 표면에 평행인 방향으로 이동하는 경우 상기 리세스 벽과 관련하여 증가한 마찰로 인한 변위로부터 보호될 수 있음을 보장할 수 있다. 다른 한 편, 구성 요소의 이동성은 유리 소자의 표면에 수직하게 배열됨 홈에 의해 증가하여, 상기 구성 요소는 더 잘 변위 될 수 있다. 이는 구성 요소가 예를 들어 압력 센서의 경우와 같이, 반복되는 기계적 부하의 대상이 되는 경우 유리할 수 있고, 구성 요소 및 유리 소자 모두 증가된 마모로부터 유리 소자 내의 구성 요소의 이동성에 의해 보호될 수 있다.
전반적으로, 한 실시양태에서 이방성 (A)가 하기와 같은 경우 유리할 수 있다:
-1 초과,
-바람직하게 1.5 초과,
-또는 심지어 4 초과, 또는
-1 미만.
이방성(A)는 8, 9 또는 10 초과인 것 또한 가능하다. 이와 같은 실시양태에서, 상기 홈은 특히 강하게 표명될 수 있다.
다른 유리한 실시양태에서, 상기 리세스 벽 및/또는 외부 벽의 거칠기는 방향-의존적으로 구성되고, 거칠기는 적어도 섹션마다 상이하게 표명되며, 상기 섹션은
-리세스 깊이 또는 적어도 하나의 표면에 대해 횡방향으로 배향되거나,
-또는 리세스 깊이 또는 적어도 하나의 표면에 대해 평행하게 배향되며,
섹션의 평균 거칠기 값의 차이는 4 μm 미만, 바람직하게는 2 μm 미만, 바람직하게는 1 μm 미만이다. 방향-의존적 거칠기는, 그러나, 예를 들어 돔-형태의 함몰부의 리세스 벽의 가상 중앙면에 대한 오프셋에 의해 또한 형성될 수 있다. 상기 방향-의존적 거칠기는 리세스 벽 사이의 공기 챔버 및 예를 들어 개선된 열 또는 전기 절연을 위한 구성요소의 의도적인 통합을 허용한다. 더 나아가서, 적절하게 선택된 이방성 구조, 특히 홈의 결과로서, 예를 들어 만약 홈이 유체의 흐름 방향을 따라 배향되거나, 특히 느린 흐름이 달성되도록 의도된 경우 흐름 방향에 수직으로 배향되는 경우, 유체는 채널-형태의 리세스를 통해 더 잘 유도될 수 있다.
하나의 유리한 실시양태에서, 상기 유리 소자는 10 μm 초과, 바람직하게는 15 μm 초과, 바람직하게는 20 μm 초과, 및/또는 300 μm 미만, 바람직하게는 200 μm 미만, 바람직하게는 100 μm 미만의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 두께가 300 μm 초과 또는 10 μm 미만, 바람직하게는 4 mm 미만, 바람직하게는 2 mm 미만, 바람직하게는 1 mm 미만인 것도 가능하다. 이와 같은 얇은 유리는 특히 본 발명에 설명된 방법으로 매우 미세하고 파손의 위험 없이 구조화될 수 있다. 더 나아가서, 얇은 두께로 인해, 유리 소자는 휘어질 수 있도록 유연하게 구성될 수 있다. 얇은 두께로 인해 다른 접착력이 중요한 역할을 하는 경우가 많으므로, 유리 소자는 더 나아가 외부에서 가해지는 기계적 응력과 관련하여 더 큰 기계적 안정성으로 구성될 수 있다. 이러한 장점은 예를 들어, IC 패키지, 바이오칩, 센서, 카메라 이미징 모듈 및 진단 기술 장비에 대한 유리 소자의 사용을 허용한다.
다른 실시양태에서, 힘의 영향 아래 변형되지 않거나, 아주 약간 변형되는, 300 μm 내지 3 mm 범위의 두께, 특정한 경우 최대 6 mm까지의 유리 소자가 사용될 수 있다.
다른 실시양태에서, 상기 유리 소자는 50 mm 초과, 바람직하게는 100 mm 초과, 바람직하게는 200 mm 초과 및/또는 500 mm 미만, 바람직하게는 400 mm 미만, 바람직하게는 300 mm 미만의 횡방향 치수를 갖는다. 바람직하게는 각각이 하나 이상의 리세스를 갖는 작은 유리 부분은 이후 이와 같은 유리 소자로부터 분할될 수 있다. 다른 실시양태에 의하면, 이와 같은 작은 유리 소자 또는 유리 부분은 최대 5 mm, 바람직하게는 최대 2 mm의 횡방향 치수를 가질 수 있다. 이 같은 치수로 인해, 상기 유리 소자는 궁극적으로 미세기술을 위한 구성 요소로서 사용될 수 있다.
다른 유리한 실시양태에서, 상기 유리 소자의 유리는 하기 성분 중 적어도 하나를 갖는다:
-적어도 30 wt%, 바람직하게는 적어도 50 wt%, 특히 바람직하게는 적어도 80 wt%의 SiO2 분율
-최대 10 wt%의 TiO2 분율.
이상적으로, 상기 유리 소자의 유리는 붕규산염 유리로 구성된다. 이와 같은 유리는 특히 높은 열 안정성, 투명성, 화학적 및 기계적 안정성을 가지며, 이에 따라서 광범위한 적용 분야, 예를 들어 광학 및 전자 적용 모두에 가장 적합하다.
본 발명의 목적은 구조화된 벽을 갖는 패널-형태의 유리 소자 또는 전술한 실시양태 중 적어도 하나에 따른 패널-형태의 유리 소자를 제조하는 방법에 의해 또한 달성된다. 상기 유리 소자는 10Х10-6 K-1 미만의 열팽창 계수를 갖는 유리질 재료 및 2개의 대향하는 표면을 포함하고, 상기 방법이 진행되는 동안
-상기 유리 소자가 제공되고,
-초단-펄스 레이저의 레이저 빔은 상기 유리 소자의 표면 중 하나로 향하고, 상기 유리 소자에 연장된 초점을 형성하기 위해 초점 광학 장치에 의해 집중되고, 다수의 필라멘트 채널이 레이저 빔의 입사 에너지에 의해 상기 유리 소자의 부피에서 생성되고, 이들의 깊이는 상기 유리 소자의 표면을 가로질러 이어지고, 상기 채널은 서로 거리를 두고 배열되고,
-상기 유리 소자는 상기 유리 소자의 유리를 침식 속도로 침식시키는 에칭액(etchant)에 노출되고, 상기 채널은 상기 에칭액에 의해 넓어져 구조화된 리세스 벽을 갖는 리세스를 형성하고, 상기 리세스 벽은 상기 리세스 주위를 따라 이어지고 상기 2개의 대향하는 표면과 인접하며, 다수의 서로 인접한 둥근-돔 형태의 함몰부를 포함하는 구조를 갖고, 이에 따라, 상기 리세스 벽의 거칠기가 형성된다. 상기 리세스 벽은 이 경우 리세스의 안쪽 에지로 이해될 수도 있다.
바람직한 실시양태에서, 상기 필라멘트 채널의 배열은 원칙적으로 임의의 원하는 2-차원 형태를 가질 수 있는, 닫힌 윤곽선을 따라 수행된다. 바람직한 실시양태에서, 상기 윤곽선은 표준의 2차원 기하학적 요소, 예컨대, 원, 타원, 직사각형, 정사각형 또는 다각형을 따르며, 이에 따라 구조화된 유리 기판의 제조 후 본 발명에 따른 상기 리세스는 예를 들어 전자 구성 요소를 위한 리셉터클로 사용될 수 있다.
레이저 파라미터의 조정을 통해, 상기 리세스 벽의 구조 또는 거칠기는 5 μm 미만, 바람직하게는 3 μm 미만, 바람직하게는 1 μm 미만의 리세스 벽의 평균 거칠기 값 (Ra)을 생성하기 위해 바람직하게는 의도적으로 조정된다. 상기 평균 거칠기 값은, 그러나, 바람직하게는 적어도 50 nm이다.
이러한 방식으로, 상이한 거칠기를 갖는 리세스 및/또는 외부 벽이 기판에 생성될 수 있고, 상기 리세스 및/또는 외부 벽의 거칠기 차이는 적어도 0.5 μm 초과, 바람직하게는 1 μm 초과, 또는 특히 바람직하게는 2 μm 초과이다. 따라서, 예를 들어, 기준 시스템에서 전체적으로 구성 요소의 배향을 위해 더 큰 거칠기를 가진 추가적인 리세스 외에도, 구성 요소에 대하여 동일하거나 상이한 거칠기를 갖는 다수의 리세스가 기판 내에 도입될 수 있다. 다른 실시양태에서, 구성 요소를 위한 상기 리세스는 후속 적용 방법에서 리세스 내부에서의 최적의 정렬뿐만 아니라 구성 요소의 이상적인 위치를 보장할 수 있도록 하기 위한 등방성 거칠기가 제공될 수 있다.
전술한 실시양태에 따른 유리 소자 또한 상기 방법에 의해 제조될 수 있고, 이에 따라 전술한 이점들이 달성될 수 있음이 제공된다. 이 경우, 상기 방법은 산업적 제조 방법에 특히 가장 적합한데 이는 복수의 유리 소자에서 다수의 리세스의 동시 형성을 가능하도록 하기 때문이다. 첫 번째 방법 단계에서, 적어도 하나의 유리 소자, 특히 리세스가 없는 것이 제공된다. 추가의 단계, 특히 두번째 단계에서, 적어도 하나의 손상, 그러나 바람직하게는 복수의 및 특히 바람직하게는 다수의 손상이 특히 필라멘트 채널 형태로 유리 소자 내에 생성되어, 바람직하게는 다음의 에칭 공정 중에, 상기 채널이 결합되고 유리 소자의 개별 부분이 이에 따라 유리 소자로부터 분리될 수 있는 정도까지 넓혀지는, 손상/채널에 의해 이상적으로 유리 소자의 천공을 형성할 수 있고, 상기 리세스는 이와 같은 방법으로 형성될 수 있다.
이와 같은 목적을 위해, 복수의 손상/채널은 바람직하게는 일련의 리세스가 더 큰 구조를 구성하는 방법으로 서로의 옆에 생성되고, 이상적으로는 리세스(들)의 형태로 생성된다. 상기 손상/채널은 유리 소자의 적어도 하나의 표면, 이상적으로는 모든 표면의 가로 방향의 횡방향으로 이어진다. 이 경우 채널은 한 표면으로부터, 특히 이 표면으로부터 수직으로, 상기 유리 소자를 통과하여 대향 배열되는 다른 표면으로 연장되고, 두 표면 모두를 관통한다.
상기 손상/채널은 유리 소자 내부에 초단-펄스 레이저의 적어도 하나의 레이저 빔의 도움에 의해 생성된다. 레이저에 의한 리세스의 생성은 바람직하게는 하기에 언급된 복수의 단계에 기반한다:
-초단-펄스 레이저의 레이저 빔이 유리 소자의 표면 중 하나에 향한다. 이는 초점 광학 장치에 의해 집중되어 유리 소자 내부에 연장된 초점을 형성할 수 있다. 이 경우, 방출 파장(들)은 유리 소자가 실질적으로 투명하도록, 즉, 0.9 초과, 바람직하게는 0.95 초과, 특히 바람직하게는 0.98 초과의 투과율이 되도록 하는 방식으로 선택될 수 있고,
-상기 초단-펄스 레이저는 하나 이상의 펄스 또는 펄스 그룹(버스트 펄스로도 불림)을 유리 소자에 방출하고, 이 경우 상기 레이저 에너지의 비선형 흡수는 바람직하게는 고-출력 레이저 펄스의 전자기장과 유리 소자 사이의 상호 작용에 의해 개시되고, 이는 바람직하게는 연장된 초점의 위치에서 유리 소자의 재료 내에서 필라멘트 손상(특히 실질적으로 실린더형 채널의 형태로)을 유도하고 필라멘트형 손상을 넓혀 채널을 형성하고,
-이와 같은 방법으로 다수의 채널이 생성되고, 상기 채널, 특히 유리 소자에서 각각 이들의 배열은 서로 옆에 배열된 많은 채널이 생성될 리세스의 윤곽선을 형성하는 방식으로 선택된다. 이 경우, 상기 채널은 서로 거리를 두고 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 적합한 레이저 원은 1064 나노미터의 파장을 갖는 네오디뮴 첨가 이트륨 알루미늄 가넷 레이저(Nd:YAG 레이저)이다. 레이저 원은, 예를 들어 (1/e²) 직경이 12 mm인 원시 빔을 생성하고, 초점 거리가 16 mm인 양면 볼록 렌즈가 광학 장치로 사용될 수 있다. 상기 원시 빔을 생성하기 위해서, 적합한 빔-형성 광학 장치, 예를 들어 갈릴레이 망원경이 사용될 수 있다. 상기 레이저 원은 특히 1 kHz 내지 1000 kHz 사이, 바람직하게는 2 kHz 내지 100 kHz 사이, 특히 바람직하게는 3 kHz 내지 200 kHz 사이의 반복 속도로 작동한다. 상기 반복 속도 및/또는 스캔 속도는 이 경우 인접한 손상/채널의 원하는 간격이 달성되는 방법으로 선택될 수 있다.
Nd:YAG 레이저의 다른 변형, 예컨대 진동수 더블링(SHG) 또는 진동수 트리플링(THG)에 의해 형성되는 파장 532 nm 또는 355 nm, 또는 Yb:YAG 레이저 (방출 파장 1030 nm)가 빔 원으로서 적합한 방식으로 사용될 수 있다.
레이저 펄스가 다수의 개별 펄스로 분할되는 것, 및 다수가 10 미만, 바람직하게는 8 미만, 바람직하게는 7 미만 및/또는 1 초과, 바람직하게는 2 초과, 바람직하게는 3 초과인 것 또한 가능하다. 이들 개별 펄스는 버스트로도 불리는 펄스 패킷을 형성하기 위해 결합될 수 있고, 특히 이들은 연속적인 레이저 펄스에서 방출된다. 바람직하게는, 이들 개별 펄스는 유리 기판 위의 동일한 지점, 또는 동일한 위치로 향하고, 연속적인 개별 펄스로 인해 손상은 점점 더 넓어지며, 바람직하게는 유리 소자의 전체 두께 또는 부피를 통과하는 채널이 형성된다.
유리하게도, 생성되는 상기 리세스 벽/채널 벽은 펄스 패킷 내의 개별 펄스 수의 적절한 선택에 의해 영향을 받을 수 있고, 특히 리세스 벽/채널 벽의 구조는 의도적으로 조정될 수 있다. 펄스 패킷 또는 버스트 내의 레이저 펄스의 총 전력이 복수의 개별 펄스에 분산되기 때문에, 각각의 펄스는 단일 레이저 펄스에 비해 낮은 에너지를 갖는다. 이 결과 개별 펄스 수가 많을수록 각각의 개별 단일 펄스의 에너지가 감소한다. 이는, 그러나 개별 펄스의 펄스 에너지를 유연하게 조정할 수 있고, 특히 펄스 에너지는 실질적으로 일정하게 유지되거나 펄스 에너지는 증가하거나 펄스 에너지는 감소하고, 그러면 이 경우 버스트 또는 펄스 패킷의 첫 번째 개별 펄스는 바람직하게는 개별 펄스의 가장 낮거나 가장 높은 에너지를 갖도록 제공될 수 있다. 더 나아가서, 초단-펄스 레이저를 버스트 모드에서 작동하는 경우, 상기 반복 속도는 버스트의 방출의 재발률일 수 있다. 더 나아가서, 상기 개별 펄스는 유리 소자의 표면, 또는 손상에, 시간 오프셋을 두고 충돌하여 각각의 개별 펄스는 이전에 생성된 리세스 벽/채널 벽의 상태를 변경한다. 이러한 방식으로, 상기 리세스 벽/채널 벽은 버스트의 개별 펄스의 수를 선택함으로써 의도적으로 구조화되거나 조정될 수 있다.
이 경우의 레이저 원의 일반적인 전력은 특히 바람직하게는 20 내지 300 와트의 범위에 있다. 상기 손상/채널을 달성하기 위해, 본 발명의 유리한 발전에 따라 400 마이크로줄 초과의 펄스 및/또는 펄스 패킷의 펄스 에너지, 더 유리하게는 500 마이크로줄 초과의 총 에너지가 사용된다. 레이저 펄스의 적절한 펄스 지속 시간은 100 피코초 미만, 바람직하게는 20 피코초 미만의 범위이다.
그러나, 15 ps 미만, 바람직하게는 10 ps 미만, 바람직하게는 5 ps 미만의 펄스 지속시간이 선택되는 것 또한 제공될 수 있다. 바람직하게는, 1 ps의 펄스 지속시간은 심지어 특히 낮은 거칠기, 또는 낮은 평균 거칠기 값을 갖는 매끄러운 리세스 벽/채널 벽을 생성하기 위해 사용된다. 이 경우 증가하는 펄스 지속시간에 따라 상기 거칠기는 증가될 수 있다. 이에 대한 한 가지 이유는 유리의 열적 행동일 수 있는데, 더 긴 펄스 지속시간으로 상기 유리는 결과적으로 레이저의 에너지 및 따라서 또한 이에 의해 생성된 레이저 빔 열에 더 오래 노출되기 때문이며, 이에 따라 특히 열적으로 아주 안정하지 않은 유리가 예를 들어 팽창에 의해 손상된다. 결과적으로, 상기 유리 소자의 유리는 펄스 지속 시간 및 이에 따라 또한 이상적으로 리세스 벽/채널 벽의 거칠기의 정확한 선택을 통해 특정 방식으로 손상될 수 있다. 이는 같은 방식으로 낮은 열팽창 계수를 갖는 유리가 높은 열팽창 계수를 갖는 유리보다 덜 강하게 손상될 수 있음을 의미할 수 있다. 이 경우 펄스 지속시간은 레이저가 단일-펄스 작동 또는 버스트 모드에서 작동하는지 여부에 관계없이 실질적으로 독립적이다. 버스트 내의 펄스는 일반적으로 단일-펄스 작동과 유사한 펄스 길이를 갖는다. 버스트 진동수는 이 경우 15 MHz 내지 90 MHz의 범위, 바람직하게는 20 MHz 내지 85 MHz의 범위일 수 있고, 예를 들어 50 MHz이다.
또한 채널은 서로 거리를 두고 배열되고, 상기 거리는 20 μm 미만, 바람직하게는 15 μm 미만, 바람직하게는 10 μm 미만 및/또는 1 μm 초과, 바람직하게는 2 μm 초과, 바람직하게는 3 μm 초과인 것이 유리하다. 그러나, 상기 채널 사이의 간격은 또한 5 μm 초과 및/또는 100 μm 미만, 바람직하게는 50 μm 미만, 바람직하게는 15 μm 미만일 수 있다.
채널의 직경에는 관계없이, 서로 인접한 채널의 거리는 피치(pitch)라고도 불릴 수 있으며, 즉 예를 들어 서로에 대해 거리를 두고 오프셋 되는, 동시에 또는 특히 연속적으로 방출되는 레이저 펄스의 간격이다. 이 거리는 채널 중심부로부터 채널 중심부, 또는 펄스의 중심으로부터 인접한 방출된 펄스의 중심으로 측정된다. 채널 간격의 선택에 따라, 거칠기는 특히 유리 소자의 두께 및 채널의 간격에 상응하는 치수를 갖는 채널 사이의 섹션이 의도적으로 레이저로 처리될 필요가 없고 후속 에칭 공정만을 거치는 한 영향을 받을 수 있다.
이에 따라, 2개의 상이한 영역이 생성될 수 있고, 그 표면이 레이저, 및 바람직하게는 에칭액에 의해 구조화된 영역, 및 그 표면이 채널 생성 후 유리 소자가 노출되는 에칭액의 도움에 의해서만 구조화된 영역이다. 이러한 방식으로, 특히, 리세스 벽의 방향-의존성 또는 등방성 거칠기가 생성될 수 있다. 이 경우 채널 사이의 영역은 바람직하게는 채널의 영역과 상이한 거칠기를 가질 수 있으며, 두 영역 모두의 종방향 범위는 바람직하게는 레이저 빔에 평행하게 또는 유리 소자의 적어도 하나의 표면에 대해 횡방향으로, 특히 수직으로 이어지고, 이에 따라 이상적으로 1 초과의 이방성이 형성될 수 있다.
추가로, 바람직하게는 최종 단계에서, 여기서 생성된 채널을 포함하는 유리 소자는 에칭액에 노출되어 유리 소자의 유리를 설정될 수 있는 침식률에 의해 침식시키고, 채널은 에칭액 및 특히 이로부터 초래되는 침식에 의해 넓혀진다. 이와 같은 방법으로, 상기 리세스, 및 바람직하게는 또한 복수의 리세스는 구조화된 리세스 벽과 함께 형성될 수 있다. 일반적으로, 리세스 벽 및/또는 외부 벽의 돔-형태의 함몰부는 이 경우 침식에 의해 생성될 수 있다. 컨테이너, 예를 들어 탱크, 팟(pot) 또는 배트(Vat)에 에칭액을 채우는 것이 유리하고, 특히 하나 이상의 유리 소자는 이후에 컨테이너 내에, 즉 에칭액 내에 적어도 부분적으로 유지 또는 침지된다.
에칭액은 바람직하게는 에칭 용액이나, 기체상일 수 있다. 한 실시양태에 따라, 에칭은 따라서 습식 화학적으로 수행된다. 이는 에칭 동안 채널 내부 면으로부터 유리 성분을 제거하기 위해 유리하다. 만약 채널 벽이 예를 들어 적합한 레이저 파라미터, 예를 들어 버스트, 피치 및/또는 펄스 지속시간을 선택하는 것을 통해 특히 불균일하게 또는 평면으로 구성되는 경우, 함몰부는 에칭 또는 습식-화학 에칭 침식 또는 리세스 벽/채널 벽의 재료 침식에 의해 추가될 수 있다. 이러한 방식으로 높거나 낮은 거칠기, 및 특히 유리한 돔-형태의 함몰부를 갖는다는 요건에 따라 리세스 벽이 제공되거나 생성될 수 있다.
에칭 용액으로, 산성 또는 염기성 용액을 사용하는 것이 제공된다. 적합한 산성 에칭액은 특히 HF, HCl, H2SO4, 중플루오르화 암모늄, HNO3 용액 또는 이들 산의 혼합물이다. 염기성 에칭액으로, 예를 들어 KOH 또는 NaOH 염기를 구상할 수 있다. 이들은 낮은 알칼리 금속 함량을 갖는 유리 조성물에 특히 효과적인데, 이러한 유리의 경우 염기성 에칭 용액이 덜 빠르게 과포화되기 때문이며, 따라서 이들의 에칭 능력을 강알칼리성 유리의 경우보다 실질적으로 더 오래 유지할 수 있다. 이상적으로, 사용되는 에칭액은 유리 소자의 에칭할 유리에 따라서 선택되어야 한다. 이에 따라, 유리 조성물에 의존하여, 실리케이트 유리에 대해 산성 에칭액은 빠른 침식률을 설정하기 위해, 또는 염기성, 특히 알칼리성 에칭액은 느린 침식률을 설정하기 위해 선택될 수 있다.
에칭은 바람직하게는 40℃ 초과, 바람직하게는 50℃ 초과, 바람직하게는 60℃ 초과 및/또는 150℃ 미만, 바람직하게는 130℃ 미만, 바람직하게는 110℃ 미만, 및 특히 최대 100℃의 온도에서 수행된다. 이 온도는 유리 매트릭스에서의 유리 소자의 유리를 용해시키기 위한 이온 또는 성분의 충분한 이동성을 제공한다.
추가의 인자는 시간이다. 일반적으로, 예를 들어 유리 소자가 수 시간 동안, 특히 30 시간 이상 에칭액에 노출되는 경우 더 많은 침식이 달성된다. 다른 한 편으로, 유리 소자를 에칭액에 30 시간 미만, 예를 들어 오로지 10 시간 동안 노출하여 침식을 제한하는 것이 가능하다. 최적의 경우, 돔-형태의 함몰부가 수학적으로 최소한의 윤곽선 또는 단면을 가지면서, 최대의 공간 함량을 갖는 형태, 특히 원형 형태, 또는 대략적으로 육각형 또는 다각형 형태를 형성하도록 침식률이 선택된다. 이 경우, 리세스 벽의 균일한 거칠기가 달성될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 더 보다 상세히 설명될 것이다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 각각 동일하거나 서로 상응되는 요소를 나타낸다.
도 1은 레이저에 의한 레이저 소자의 손상 생성을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 2는 복수의 손상을 갖는 유리 소자를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 3은 유리 소자의 에칭 공정을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 4는 에칭 공정 및 리세스를 생성하기 위한 부분의 분리 후의 유리 소자를 개략적으로 나타낸 것이며;
도 5는 유리 소자의 리세스 벽의 전자 현미경 사진이고;
도 6은 펄스 지속 시간의 함수로 나타낸 리세스 벽의 거칠기 측정 결과이며;
도 7은 버스트의 함수로 나타낸 리세스 벽의 거칠기를 측정 결과이고;
도 8은 피치의 함수로 나타낸 리세스 벽의 거칠기를 측정 결과이며;
도 9는 1 ps의 펄스 지속시간과 강한 등방성을 갖는 리세스 벽의 표면 측정 결과를 나타낸 것이고;
도 10은 10 ps의 펄스 지속시간과 레이저에 평행한 강한 등방성을 갖는 리세스 벽의 표면 측정 결과를 나타낸 것이며;
도 11은 10 ps의 펄스 지속시간과 레이저에 수직한 강한 등방성을 갖는 리세스 벽의 표면 측정 결과를 나타낸 것이고;
도 12는 10 ps의 펄스 지속시간과 중요한 등방성이 없는 리세스 벽의 표면 측정 결과를 나타낸 것이며;
도 13은 상기 리세스 벽의 투과율 측정을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 14는 리세스 벽 상의 반사 측정의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 1은 레이저에 의한 레이저 소자의 손상 생성을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 2는 복수의 손상을 갖는 유리 소자를 개략적으로 나타낸 것이고;
도 3은 유리 소자의 에칭 공정을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 4는 에칭 공정 및 리세스를 생성하기 위한 부분의 분리 후의 유리 소자를 개략적으로 나타낸 것이며;
도 5는 유리 소자의 리세스 벽의 전자 현미경 사진이고;
도 6은 펄스 지속 시간의 함수로 나타낸 리세스 벽의 거칠기 측정 결과이며;
도 7은 버스트의 함수로 나타낸 리세스 벽의 거칠기를 측정 결과이고;
도 8은 피치의 함수로 나타낸 리세스 벽의 거칠기를 측정 결과이며;
도 9는 1 ps의 펄스 지속시간과 강한 등방성을 갖는 리세스 벽의 표면 측정 결과를 나타낸 것이고;
도 10은 10 ps의 펄스 지속시간과 레이저에 평행한 강한 등방성을 갖는 리세스 벽의 표면 측정 결과를 나타낸 것이며;
도 11은 10 ps의 펄스 지속시간과 레이저에 수직한 강한 등방성을 갖는 리세스 벽의 표면 측정 결과를 나타낸 것이고;
도 12는 10 ps의 펄스 지속시간과 중요한 등방성이 없는 리세스 벽의 표면 측정 결과를 나타낸 것이며;
도 13은 상기 리세스 벽의 투과율 측정을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 14는 리세스 벽 상의 반사 측정의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 1은 서로 대향하게 배열됨으로써 유리 소자의 부피가 표면 사이 배열되는 2개의 표면(2)과 2개의 표면(2)의 간격을 정의하는 두께 D를 갖는 유리 소자(1)를 개략적으로 나타낸다. 이 경우의 표면은 서로에 대해 평행하게 배열될 수 있다. 유리 소자(1)는 더 나아가 종방향 L 및 횡방향 Q로 연장된다. 유리 소자(1)는 바람직하게는 또한 이상적으로 유리 소자(1)를 특히 완전히 둘러싸는 적어도 하나의 외부 면(4)을 갖고, 그 높이는 유리 소자(1)의 두께 D에 상응한다. 유리 소자(1)의 두께 D 및 측면(4)의 높이는 이 경우 이상적으로 종방향 L로 연장되고, 유리 소자의 표면은 횡방향으로 연장될 수 있다.
첫 번째 방법 단계에서, 특히 채널(16) 형태의 손상, 또는 채널-형태 손상(16)은 유리 소자(1)의 부피 내에 레이저(101), 바람직하게는 초단-펄스 레이저(101)를 통해 생성된다. 이 목적을 위해, 레이저 빔(100)은 초점 광학 장치(102), 예를 들어 보정되지 않은 구면 수차를 갖는 렌즈, 또는 개별 요소의 전체적인 효과로 구면 수차가 증가한 렌즈 시스템을 통해 유리 소자의 표면(2)에 포커스되고 향한다. 유리 소자(1)의 부피 내의 영역 위에 포커싱, 특히 레이저 빔(100)의 연장된 포커싱을 통해, 결과적으로 레이저 빔(100)의 입사 에너지는, 예를 들어 펄스 패킷 형태의 복수의 개별 펄스가 손상 또는 채널(16)을 생성하는 버스트 모드를 사용하여, 필라멘트 손상이 생성되고 특히 또한 넓혀져 채널(16)을 형성하도록 보장한다.
생성되는 리세스(10)의 표면이 나중의 방법 단계에서 최적으로 구조화될 수 있도록 하기 위해서, 특정 레이저 파라미터를 의도적으로 조정하는 것이 유리할 수 있어서 손상 및/또는 채널의 표면은 말하자면 후자의 생성 동안 이미 사전 처리된다. 이를 위해, 예를 들어, 다음의 파라미터 중 적어도 하나는 정밀하게 조정될 수 있다: 바람직하게는 피코초 또는 펨토초 범위에 있는 레이저 빔(100)의 펄스 지속 시간, 펄스 패킷 또는 버스트 내의 개별 펄스의 수, 방출된 레이저 빔(100)의 서로에 대한 간격, 즉, 생성되는 손상/채널(16)의 간격, 레이저의 에너지, 또는 진동수. 이 실시양태의 제한 없이, 펄스 패킷의 진동수는 예를 들어 12 ns 내지 48 ns, 바람직하게는 약 20 ns이 될 수 있고, 이 경우 펄스 에너지는 적어도 200 마이크로줄일 수 있으며 버스트 에너지는 적어도 400 마이크로줄에 상응할 수 있다. 이들 파라미터의 특정 값의 상응하는 선택에 의해, 생성될 리세스(10)의 리세스 벽(11)의 거칠기는 사전에 의도적으로 미리 조정될 수 있다.
바람직하게는, 도 2에 나타낸 것과 같이, 추가 단계에서 복수의 채널(16)이 생성되고, 이들은 이상적으로 다수의 채널(16)이 천공을 구성하고 이러한 천공, 또는 다수의 채널(16)이 구조(17)의 윤곽선을 형성하는 방식으로 서로의 옆에 배열된다. 최적의 경우, 이러한 방식으로 생성되는 구조(17)는 생성되는 리세스(10)의 형태에 상응한다. 즉, 간격(18) 및 채널(16)의 수는 생성되는 리세스의 윤곽선이 형성되는 방식으로 선택된다. 채널(16)의 간격(18)은 이 경우 레이저의 피치, 즉 방출되는 레이저 빔(100)의 간격(18)에 상응한다.
도 3은 추가의 단계를 도시한다. 레이저(101)에 의해 유리 소자(1) 내부에 다수의 채널(16)이 생성된 후, 채널에 의해 바람직하게 구조화된 유리 소자(1)는 에칭액(200)에 배치된다. 이 목적을 위해, 유리 소자는 바람직하게는 홀더(50)에 방출될 수 있도록 배열되고, 이 경우 유리 소자(1)는 단지 홀더(50)에 얹혀 있을 수 있거나 그 위에 고정될 수 있거나 고정되었을 수 있다. 유리 소자(1)는 이 경우 홀더(50)에 의해 유지되고, 특히 바람직하게는 컨테이너(202) 내에 배열되는 에칭액(200), 바람직하게는 에칭 용액에 침지된다. 이상적으로 이 목적을 위해 컨테이너(202)는 에칭액(200)에 실질적으로 저항성이 있는 물질로 이루어진다. 이는 컨테이너(202)의 물질이 실질적으로 저항성이어서 에칭액(200)이 컨테이너의 물질을 아주 작은 정도로만 공격, 또는 침식하거나, 에칭액(200)과 접촉하는 컨테이너(202)의 물질의 이온 및 원자가 컨테이너(202)의 부피로 실질적으로 유지되고, 이에 따라 에칭액(200)의 조성이 이상적으로 컨테이너(202)와의 접촉에 의해 변하지 않고 유지된다는 것을 의미한다. 이는 그러나, 에칭액(200)의 조성이 컨테이너와의 접촉을 통해 영향을 받는다는 것, 특히 에칭액(200)의 에칭 능력은 컨테이너(202)로부터 방출된 컨테이너 성분에 의해 조정될 수 있으며, 유리 소자의 침식(70)의 침식률은 이에 따라 원하는 방향으로 조정될 수 있다는 것이 또한 가능하다. 상기 침식률은, 그러나, 또한 물리적으로 및/또는 기계적으로 유도된 에칭액(200)의 움직임에 의해, 특히 교반, 예를 들어 자기 교반기에 의해, 또는 국소 온도 변화에 의해 조정될 수 있다. 바람직하게는, 상기 에칭액(200)은 최적의 침식률을 달성하기 위해 40℃ 내지 150℃ 사이의 온도가 된다.
바람직하게는, 산성 또는 염기성 용액, 특히 염기성 용액, 예를 들어 KOH가 에칭액(200)으로 사용된다. 이상적으로 pH>12를 갖는 염기성 에칭액(200), 예를 들어 농도 >4 mol/l, 바람직하게는 >5 mol/l, 특히 바람직하게는 > 6 mol/l, 그러나 < 30 mol/l의 농도를 갖는 KOH 용액이 사용된다. 이 실시양태의 제한 없이, 에칭은 바람직하게는 > 70℃, 바람직하게는 > 80℃, 특히 바람직하게는 > 90℃, 및 특히 약 100℃의 에칭액의 온도, 또는 160℃ 미만의 온도에서 수행된다.
침식(70), 또는 침식률은 예를 들어 유리 소자(1)가 에칭액(200)에 노출되는 기간에 의해 조정될 수 있다. 이 목적을 위해, 원하는 침식(70)은 유리 소자(1)가 에칭액(200) 내에 더 오래 유지될 때 증가한다. 채널 벽, 또는 채널(16)의 벽을 레이저(100)에 의해 타겟 구조로 사전-구조화하거나, 리세스(10) 또는 리세스 벽(11)의 원하는 거칠기가 생성되도록 하기 위해, 5 μm/h 미만의 침식률이 최적이다. 특히, 원하는 평균 거칠기 값은 또한 전체 에칭 지속 시간에 의해 달성될 수 있다. 이 목적을 위해, 에칭 지속 시간은 적어도 12 시간인 것이 바람직하다. 침식은, 그러나 또한 다양할 수 있고 예를 들어 16 시간의 에칭 지속 시간의 경우 34 μm, 30 시간 동안 63 μm 및 48 시간 동안 97 μm일 수 있다.
이상적으로는, 침식(70) 및 에칭 지속 시간은 이웃하는 채널 사이 물질이 채널이 결합하는 정도로 침식되고, 특히 도 4에 예시로서 개략적으로 나타낸 바와 같이 채널(16)의 결합에 의해 연속적인 개구부가 생성되는 방식으로 선택된다. 도 4에 나타낸 예시의 제한 없이, 연속적인 개구부는 또한 어떠한 다른 형태 및/또한 윤곽선으로도 가정될 수 있다. 중요한 것은, 그러나, 유리 소자(1) 내의 채널(16)의 병합에 의해서 거대한 개구부가 생성되고, 이 경우 이전에는 채널로 둘러싸였던 유리 소자(1)의 내부 부분(20)은 채널 병합에 의해 노출되며, 특히 용해되거나 제거될 수 있다. 이 과정에서, 리세스 벽(11)을 갖는 리세스(10)가 생성된다.
이상적으로, 리세스 벽(11)은 특히 의도적으로 조정되는 거칠기 또는 평균 거칠기 값을 갖는 균일한 구조를 갖는다. 이는 그러나, 리세스 벽(11)이 이방성으로, 예를 들어 침식률의 의도적인 조정을 통해, 특히 채널 사이 중간 영역이 오로지 불완전하게, 또는 부분적으로 침식되어 리세스 벽(11)이 이러한 중간 영역(30)과 채널 영역(31)을 포함하는 형태로 구성되기 위해서 또한 유리할 수 있다. 중간 영역(30) 및 채널 영역(31)의 교대에 따라, 바람직하게는 리세스 벽(11)의 이방성, 또는 방향-의존적 거칠기를 형성하는 홈이 리세스 벽(11) 위에 형성될 수 있다.
리세스 벽의 구조 또는 거칠기를 최적으로 조정할 수 있도록 하기 위해, 다음의 관계 중 적어도 하나가 존재한다고 가정될 수 있다;
-버스트Х펄스 지속 시간 = 상수
-피치/침식률 = 상수
이들 관계의 관점에서, 레이저 파라미터와, 특히 피치 및 버스트, 또는 펄스 패킷의 개별 펄스의 수가 리세스 벽의 거칠기에 상당한 영향을 미치는 것이 명확하다.
도 5는 리세스 벽(11)의 채널 섹션(31)의 전자 현미경 사진을 나타낸다. 리세스 벽(11)에 분포되어 있는 다수의 돔-형태 함몰부(12)는 명확하게 관찰될 수 있다. 함몰부(12)는 이 경우 이들이 서로 인접하는 방식으로, 각각의 함몰부(12)는 이상적으로 예를 들어 균열 성장을 방해할 수 있는 융기부(13)에 의해 둘러싸이도록 배열된다. 사진에서 볼 수 있다시피, 함몰부(12)는 오목한 곡선을 형성하고, 그 곡률은 유리 부피의 방향으로 이어지며, 특히 융기부(13)는 따라서 중앙 면과의 관계에서, 예를 들어 함몰부 중공(14)에 비해 더 높이 놓인다. 함몰부 중공(14)은 이 경우 본질적으로 융기부(13)와 관련하여 함몰부의 최저점을 형성하고, 융기부(13)는 최고점, 또는 가장 높은 선을 형성한다. 곡선 또는 곡률에 비례하며, 융기부(13)는 그러나 오로지 좁게 구성된다.
돔-형태의 함몰부의 깊이는 이 경우 10 μm 내지 0.1 μm 사이에 있을 수 있으며, 0.2 μm 내지 2 μm 사이의 깊이가 바람직한데 이는 깊이가 실질적으로 리세스 벽(11)의 거칠기를 결정하고, 특히 함몰부를 둘러싸는 융기부(13) 및 함몰부 중공(14)의 중심 사이의 차이에 상응하기 때문이다. 이는 함몰부(12)의 깊이가 실질적으로 리세스 벽(11)의 평균 거칠기 값 (Ra)을 결정함을 의미한다. 다른 요소로, 예를 들어 홈 및/또는 중간 영역(30) 또한 평균 거칠기 값 (Ra)에 기여한다. 최적의 경우, 평균 거칠기 값 (Ra)은 0.2 μm 내지 4.5 μm 사이이다.
더 나아가서, 함몰부(12)는 바람직하게는 5 μm 내지 30 μm 사이, 특히 10 μm 내지 20 μm 사이의 크기인 단면(15)을 갖는다. 함몰부(12)의 단면(15) 또는 형태는 이 경우 다각형으로 구성될 수 있다. 융기부(13)는 이 경우 함몰부(12) 사이에 윤곽선을 형성하며, 융기부(13)가 함몰부(12)의 다각형 형태에 의해 각을 이루는 것 또한 가능하다. 이상적으로, 함몰부(12)는 에칭 공정 동안 공간-절약 단면(15), 예를 들어 5 내지 8 사이, 바람직하게는 정확히 6개의 꼭지점의 수를 갖는 것을 형성하는 방식으로 형성되는데, 이 형태가 수학적으로 최소의 윤곽선과 동시에 최대의 공간 함량을 제공하기 때문이다. 즉 원형과 가장 흡사하기 때문이다. 특히, 균일하고 규칙적인 거칠기는 이 방식으로 조정될 수 있고, 유리 소자는 따라서 특히 정확하게 의도한 적용대로 적용될 수 있다.
도 6은 레이저에 의한 손상(16)의 도입 및 채널(16)을 형성하기 위한 에칭에 의한 손상의 후속적인 넓어짐의 전술한 조합에 의해 생성된 리세스 벽(11)의 평균 거칠기 값 (Ra)의 측정 값을 그래프로 나타낸 것이다. 전술한 방법에 따른 생성된 평균 거칠기 값 (Ra)은 다양한 레이저 파라미터의 함수로 그래프에 도시된다. 평균 거칠기 값 (Ra)은 세로 좌표에 표시되고, 버스트 또는 펄스 패킷의 개별 펄스의 수는 가로 좌표에 표시된다. 측정 지점의 크기 또는 직경은 이 경우 피치 또는 펄스 및 채널의 간격을 나타낸다. 더 나아가서, 1 ps의 펄스 지속 시간동안 생성된 거칠기의 거칠기 측정 값은 오른쪽에 도시되어 있고, 10 ps의 펄스 지속시간 동안 생성된 값들은 왼쪽에 도시되어 있다. 평균 거칠기 값 (Ra)의 분포는 펄스 지속시간, 펄스 수 및 펄스의 간격에 대한 거칠기의 의존성을 나타낸다.
그래프가 나타내듯이, 낮은 평균 거칠기 값 (Ra) 또는 리세스 벽(11)의 매끄러운 표면은 예를 들어, 긴 펄스 지속 시간, 예를 들어 10 ps인 경우에 비해, 예를 들어, 1 ps의 짧은 펄스 지속 시간으로 생성된다. 특히, 그래프는 또한 낮은 펄스 지속 시간은, 피치 및 바람직하게는 또한 버스트 또는 개별 펄스 수 모두가 높은 펄스 지속 시간에 비해 적은 영향을 갖는 것을 나타낸다. 측정된 평균 거칠기 값 (Ra)은 따라서 약 10 ps의 높은 펄스 지속 시간과, 특히 높은 피치 및 높은 버스트에서 특히 높고, 예를 들어 1 μm 내지 2 μm 사이 범위이며, 그 동안 낮은 펄스 지속 시간에 대한 평균 거칠기 값 (Ra)은 피치 및 버스트에 독립적으로 1 μm 미만이다. 이는 리세스 벽(11)의 특히 낮은 거칠기가 낮은 펄스 지속 시간으로 달성될 수 있음을 의미한다.
도 7 및 도 8은 리세스 벽(11)의 평균 거칠기 값 (Ra)의 측정 값을 그래프로 도시한 것을 나타낸다. 그러나, 평균 거칠기 값 (Ra)은 버스트, 즉 개별 펄스 수(도 7의 가로 좌표에 표시됨; 도 8의 세로 좌표에 표시됨) 및 피치, 즉 펄스 패킷의 간격(도 7의 세로 좌표에 표시됨; 도 8의 가로 좌표에 표시됨)의 함수로 표시된다. 두 도면 모두에 10 ps의 펄스 지속 시간으로 생성된 거칠기의 측정값이 도시된다. 측정 지점을 연결하는 선은 이 경우 에칭 공정 중에 침식된 유리 침식을 나타낸다. 도 7 및 도 8은 리세스 벽(11) 및/또는 외부 벽(11)의 생성 가능한 거칠기의 피치 또는 버스트에 대한 의존성을 나타낸다. 여기서 거칠기 또는 측정된 평균 거칠기 값 (Ra)은, 예를 들어 3 μm 또는 그 이상의 범위에서, 특히 12 μm를 초과하는 높은 피치 및 예를 들어 7을 초과하는 높은 버스트에서 특히 높음이 명확하다. 다른 한 편, 6 μm 초과의 피치를 초과하면 측정된 평균 거칠기 값 (Ra)은 1 및 2 사이의 아주 낮은 버스트에서도, 예를 들어 1.5 μm 초과로 상대적으로 높다. 측정 값 곡선은 실질적으로 평행하고 대부분 서로의 위에 놓이기 때문에, 침식은 리세스 벽(11) 및/또는 외부 벽(4)의 생성된 거칠기에 작은 영향만을 미친다는 것을 추론할 수 있다. 본질적으로, 리세스 벽(11) 및/또는 외부 벽(4)의 거칠기는 레이저 파라미터, 특히 펄스 지속시간, 피치 및 버스트의 선택에 의해 조정될 수 있다.
따라서 특히 거친 리세스 벽(11) 및/또는 외부 벽(4)이 하기의 파라미터 중 적어도 하나를, 바람직하게는 하기의 파라미터의 조합을 제공하는 파라미터 필드(field)로 생성될 수 있음이 명백하다:
- 예를 들어 1 초과, 바람직하게는 3 초과, 바람직하게는 5 초과의 긴 펄스 지속시간,
- 예를 들어 7 또는 그 이상의 펄스 패킷(버스트)의 높은 개별 펄스의 수,
- 예를 들어 10 μm 또는 그 이상의 거대한 피치.
다른 한 편, 특히 매끄러운 리세스 벽(11) 및/또는 외부 벽(4), 특히 낮은 거칠기 값을 갖는 것은, 적어도 하나의 하기의 파라미터, 바람직하게는 하기의 파라미터의 조합을 제공하는 파라미터 필드로 생성될 수 있다:
- 예를 들어 5 미만, 바람직하게는 3 미만, 바람직하게는 1 미만의 짧은 펄스 지속 시간,
-2 내지 7 사이의 펄스 패킷(버스트)의 개별 펄스의 수
- 예를 들어 15 μm 미만의 낮은 피치.
방법의 개발에 있어서, 그러나, 하나 이상의 내부 부분(20)의 분리를 위해 적어도 낮은 피치, 즉 유리 소자(1) 상의 레이저 빔(100)의 임팩트의 2 지점 사이 또는 2 이상의 채널(16) 사이의 공간 거리는 최대 6 μm, 바람직하게는 최대 4.5 μm이고/거나 침식은 34 μm 초과임이 제공된다. 특히, 낮은 피치 또는 높은 피치와 높은 침식의 조합은 적어도 하나의 내부 부분(20)을 분리하는데 유리하고 이에 따라 에칭 공정 동안 채널이 결합되는 범위까지 이들을 넓힌다. 이는 충분히 높은 침식으로 수행될 수 있다.
따라서 도 6 내지 도 8은 유리 소자의, 또는 열 팽창 계수의 행동을 통해, 선택된 레이저 파라미터가 리세스 벽(11)의 거칠기에 중대한 영향을 미침을 나타낸다. 10Х10-6 K-1 미만의 열팽창 계수를 갖는 유리는 이 경우 최적의 방식으로 거칠기를 조정할 수 있도록 하기 위해 의도적으로 선택된다. 이는 더 나아가서 열팽창 계수가 0.1Х10-6 K-1 초과, 바람직하게는 1Х10-6 K-1 초과, 특히 바람직하게는 2Х10-6 K-1 초과일 때 유리할 수 있으며, 이에 따라 유리는 레이저의 에너지에 대한 반응을 유도하기에 충분한 팽창 능력을 갖는다. 제안된 실시양태의 제한 없이, 30 wt% 내지 80 wt% 사이의 SiO2 분율 및/또는 최대 10 wt%의 TiO2 분율을 갖는 유리는 가공성의 측면에서 특히 적합하다.
도 9 내지 도 12는 약 800 μm 폭 및 약 750 μm 높이의 측정 영역을 갖는 에칭 수조 내에서 10 μm의 침식 후 방향-의존 거칠기를 갖는 리세스 벽(11)의 표면 측정을 나타낸다. 이 경우, 측정 영역 폭은 유리 소자의 표면(2)에 평행하게 이어지고 측정 높이는 유리 소자(1)의 표면에 수직으로 이어지며, 특히 레이저 빔(100)에 대해 평행이다. 사진의 오른쪽 에지에 있는 눈금에서, 리세스 벽(11)의 중앙 면에 대한 함몰부(12)의 거칠기 또는 깊이(μm로)를 읽을 수 있다.
도 9 및 도 10은 이방성으로 이어지는, 특히 레이저 빔에 평행한 스트립의 형태, 또는 유리 소자(1)의 표면(2)에 수직/횡방향으로 이어지는 거칠기를 갖는 리세스 벽(11)을 도시한다. 이방성의 인자 A는 이 경우 바람직하게는 1 초과이다. 도 9에 도시된 것과 같이, 이러한 이방성은 특히 약 1 ps의 짧은 펄스 지속 시간, 2의 낮은 버스트 및 10 μm의 피치로 표명된다. 돔-형태의 함몰부(12)는 어렵게만 볼 수 있지만, 그리드 방식으로 명백하게 표명되거나, 서로에 대해 그리드와 유사한 방식으로 배열되며, 특히 레이저 빔의 방향으로 서로의 위에, 함몰부(12)의 배열이 유리 소자의 표면(2)에 대해 수직/횡방향으로 이어지는 스트립을 형성하는 방식으로 배열된다. 함몰부(12)는 이 경우 둥근, 때로는 원형의 단면을 나타낸다.
도 10에 도시된 것과 같이, 10 ps, 1의 버스트 및 10 μm의 피치로 생성된 리세스 벽(11)의 경우에는 상황이 다르다. 도 9에서와 같이, 거칠기는 이방성으로 구성되고 특히 레이저 빔에 평행하게, 또는 유리 소자(1)의 표면(2)에 대해 수직/횡방향으로 이어진다. 개별 함몰부(12)는, 그러나, 이 경우 오히려 연충 모양으로 구성되며, 연충 모양의 형태는 바람직하게는 레이저 빔(100)에 평행하게 및/또는 유리 소자(1)의 표면(2)에 대해 수직/횡방향인 방향을 따라 연장된다. 본 발명의 맥락에서, 연충 모양은 융기부(13)가 함몰부(12) 주위에 균일하지 않은 높이를 형성하고 지역적으로 함몰부의 깊이에 상응을 할 수 있거나, 적어도 함몰부를 둘러싸는 융기부(13)의 대부분의 높이보다 훨씬 낮은 높이를 갖는 것을 의미하도록 의도된다. 2 또는 그 이상의 서로 인접한 함몰부가 융기부(13)의 적어도 하나의 지역의 이러한 작은 높이를 갖는 경우, 함몰부(12)는 측정 사진에서 대략적으로 균일한 깊이로 나타나며, 이에 따라 개별 함몰부(12)의 연속으로 구성되는 연충 모양 형태가 초래된다. 10 ps의 펄스 지속 시간(도 10; 0.50 μm의 평균 거칠기 값)을 사용하는 경우, 리세스 벽(11)이 1 ps의 펄스 지속 시간을 사용하는 경우(도 9; 0.38 μm의 평균 거칠기 값)에 비해 더욱 더 거칠게, 그리고 따라서 더욱 무광인 방식, 또는 더 울퉁불퉁하게 구성됨이 전체적으로 명백하다. 평균 거칠기 값 (Ra)은 따라서 펄스 지속 시간을 변경하여 특히 정확하게 조정될 수 있다.
도 11은 이방성으로, 바람직하게는 레이저 빔(100)에 횡방향으로 및/또는 유리 소자(1)의 표면(2)에 평행하게 이어지는 스트립의 형태로 구성된 거칠기를 갖는 리세스 벽(11)을 도시한다. 인자 A의 이방성은 이 경우 바람직하게는 1 미만이다. 리세스 벽(11)은 이 경우 스트립의 형태로 이어지는 본질적으로는 2개의 영역을 나타내고, 각각의 영역의 함몰부(12)는 바람직하게는 균일한 깊이를 가지며 이에 따라 영역은 본질적으로 함몰부의 깊이에 따라 상이하게 된다. 이는 각각의 영역에서의 측정 결과 또는 평균 거칠기 값 (Ra)의 상대적으로 균일한 그레이 값을 초래한다.
도 12는 10 ps의 펄스 지속시간, 2의 버스트 및 3 μm의 피치로 생성된 1.05 μm의 평균 거칠기 값을 갖는 리세스 벽(11)을 나타낸다. 이 예시에서, 돔-형태의 함몰부(12)는 리세스 벽(11)을 따라 실질적으로 균일하게 분포되어 오로지 아주 낮은 이방성, 또는 이방성의 부재를 형성한다. 바람직하게는 원형 내지 타원형으로 구성되는 함몰부(12)의 단면은 또한 상대적으로 유사하게 표명되어, 균일한 구조가 리세스 벽(11) 위에 형성된다.
도 13 및 도 14는 투과율 측정의 레이아웃 및 반사 측정의 측정 결과를 개략적으로 나타낸다. 유리 소자는 유리하게는 투명하게 구성될 수 있고, 특히 가시광선 또는 일반적으로 파장이 300 nm 내지 1000 nm 사이의 범위인 빛의 투과를 허용한다. 전술한 방법에 의해 형성되는 리세스 벽(11) 및/또는 외부 벽(4)의 구조화는 예를 들어, 레이저 다이오드의 경우 스펙클 효과(speckle effect) 또는 기타 간섭 효과를 억제하기 위해 유리한 빛-형태화 특성을 갖는다. 이 목적을 위해, 함몰부(12) 또는 벽의 구조는 통과하는 빛에 영향을 미치기 위해서 예를 들어 균질하게 또는 이방성으로, 특히 도 9-도 12에 도시되어 있는 형태에 따라 구성될 수 있다. 바람직하게는, 유리 소자(1)는 빛이 리세스 벽(11) 및/또는 외부 벽(4) 모두 및 유리 소자의 표면(2)을 통과하도록 하는 것이 가능하여, 전자기 파동이 유리 소자(1)를 통해 방출되거나 수신될 수 있다.
특히 유리하게는, 특히 전술한 0.5 μm (Ra)의 방법에 의해 조정된 거칠기의 경우 벽(11, 4), 및 유리 소자(1)의 부피는 300 nm 내지 1000 nm 사이 파장 범위의 빛의 90% 초과를 투과시키는 것이 가능하다. 만약 벽(11, 4)이 낮은 투과율을 갖도록 의도되는 경우, 그러나, 평균 거칠기 값 (Ra)은 예를 들어 1.4 μm의 값으로 조정될 수 있고, 이에 따라 예를 들어 오로지 86% 초과의 빛만이 투과되고 300 nm 내지 1000 nm 사이 파장 범위의 더 많은 빛은 반사된다.
특히 도 13에 개략적으로 나타낸 측정 레이아웃에 의해 이러한 특성을 입증할 수 있다. 울브리히트(Ulbricht) 구체(81) 또는 적분 구체(81), 및 광선(80), 예를 들어 690 nm의 파장을 갖는 광선(80)에 의해 투과율을 측정하는 것이 가능하다. 이 경우, 광선(80)은 대략 10 mm 부피의 유리 소자(1), 특수 연마될 수 있는 외부 벽(4)을 통해 이동하고, 리세스 벽(11)을 따라 통과하거나 안내된다. 리세스 벽(11)은 이 경우 울브리히트 구체(81)의 입구 위치 또는 그 바로 앞에 배열되는 방식으로 배열된다. 이와 같은 방식으로, 광선은 벽(11, 4)에 산란되고 모든 각도는 울브리히트 구체(81)에 의해 기록될 수 있다. 유리 소자(1)의 부피 및/또는 다른 벽과 독립적으로 벽(11, 4)의 투과율을 결정할 수 있도록 하기 위해, 유리 소자(1)의 부피 및/또는 연마된 벽의 투과율 분율을 투과율 측정 결과로부터 빼는 것 또한 생각할 수 있다. 유리 소자(1)의 부피 및/또는 추가 벽의 투과율 분율을 결정할 수 있기 위해서, 유리 소자의 투과율은 예를 들어 유리 소자(1)의 표면(2)을 통과하여 빛이 안내되는 방식으로, 또는 벽의 빛 반사의 정도가 결정되는 반사율 측정에 의해 측정될 수 있고, 이는 이후에 투과율 측정의 전체 측정 결과로부터 차감될 수 있다.
도 14는 반사 측정의 결과를 나타낸다. 빛 파동가이드, 또는 파이버 샘플러(fiber sampler)의 방법으로, 빛은 벽(11, 4)을 향하고 벽(11, 4)에 의해 300 nm 내지 1000 nm 사이 파장 범위의 반사된 빛이 기록된다. 유리하게도, 기록된 측정 결과는 반사의 정도가 벽(11, 4)의 거칠기에 따라 조정될 수 있거나, 원하는 반사율이 거칠기를 사용하여 조정될 수 있음을 명확하게 한다. 예를 들어, 예를 들어 1.4 μm의 평균 거칠기 값의 거친 벽(11)의 경우 빛의 반사는 덜 거칠거나 예를 들어 0.5 μm의 평균 거칠기 값을 갖는 매끄러운 벽(11, 4)에 비해 훨씬 적다는 점이 발견된다.
참조 부호 목록
Claims (16)
- 패널-형태의 유리 소자(1)로서, 10Х10-6 K-1 미만의 열팽창 계수를 갖는 유리질 재료 및 2개의 대향하는 표면(2)과 상기 2개의 표면(2)을 연결하고 상기 표면(2)으로 개방되며, 상기 유리 소자(1)의 유리를 관통하는 하나 이상의 리세스(recess)(10)를 포함하며,
상기 리세스(10)는 상기 유리 소자(1)의 상기 표면(2) 중 적어도 하나에 대해 횡방향(transverse), 바람직하게는 수직이며, 상기 유리 소자(1)의 두께에 상응하는 리세스 깊이를 갖고, 상기 리세스(10) 주위를 따라 이어지고, 상기 2개의 대향하는 표면(2)에 인접하는 리세스 벽(10)을 갖고, 상기 리세스 벽(10)은 다수의 서로 인접한 둥근 돔-형태의 함몰부(depression)(12)를 포함하는 구조를 가지며, 상기 리세스 벽(10)의 거칠기는 이들 함몰부(12)와 상기 함몰부(12)를 둘러싸는 융기부(ridges)(13)에 의해 형성되고, 상기 리세스 벽(10)은 5 μm 미만, 바람직하게는 3 μm 미만, 바람직하게는 1 μm 미만 및 바람직하게는 50 nm 이상의 평균 거칠기 값 (Ra)을 갖는, 패널-형태의 유리 소자(1). - 제1항에 있어서, 상기 돔-형태의 함몰부(12)는 10 μm 미만, 바람직하게는 5 μm 미만, 바람직하게는 2 μm 미만의 깊이를 갖고, 상기 깊이는 함몰부 중공(14)의 중심과 상기 함몰부를 둘러싸는 융기부(13)의 평균 피크 사이의 차이로 정의되는 것을 특징으로 하는 패널-형태의 유리 소자(1).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 돔-형태의 함몰부(12)의 단면(15) 또는 직경이 20 μm 미만, 바람직하게는 15 μm 미만, 바람직하게는 10 μm 미만인 것을 특징으로 하는 패널-형태의 유리 소자(1).
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 소자(1)는 상기 유리 소자(1) 주위를 따라 이어지고 상기 2개의 표면(2)을 서로 연결하는 외부 벽(4)을 갖고, 상기 외부 벽(4)은 다수의 서로 인접한 둥근 돔-형태의 함몰부(12)를 갖는 것을 특징으로 하는 패널-형태의 유리 소자(1).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스 벽 및/또는 상기 외부 벽의 평균 거칠기 값 (Ra)이 0.2 μm 초과, 바람직하게는 0.4 μm 초과, 바람직하게는 0.5 μm 초과인 것을 특징으로 하는 패널-형태의 유리 소자(1).
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 구조화된 외부 벽(20) 및/또는 리세스 벽(10) 및 상기 유리 소자(1)를 통과하는 300 nm 내지 1000 nm 파장 범위의 가시광선의 투과율이 80% 초과, 바람직하게는 85% 초과, 바람직하게는 90%를 초과하고, 이 경우 빛의 방향은 상기 리세스 벽(10)에 수직으로 배향되고 상기 유리 소자(1)의 적어도 하나의 표면(2)에 평행한 것을 특징으로 하는 패널-형태의 유리 소자(1).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스 벽(10) 및/또는 외부 벽(4)의 거칠기는 이방성으로 구성되고, 상기 이방성은 파라미터 A로 표현되며, A는 몫의 제곱이고 상기 몫은 상기 유리 소자(1)의 측면에 평행하게 배향된 3개의 30 μm 폭 측정 밴드의 평균 거칠기 값 (Ra)의 평균값 및 상기 유리 소자(1)의 측면에 수직으로 배향된 3 개의 30 μm 폭 측정 밴드의 평균 거칠기 값 (Ra)의 평균값으로부터 형성되며, 상기 이방성은 1 미만, 바람직하게는 0.8 미만, 바람직하게는 0.6 미만인 것을 특징으로 하는 패널-형태의 유리 소자(1).
- 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 리세스 벽(1) 및/또는 외부 벽(4)의 거칠기는 이방성으로 구성되고, 상기 이방성은 파라미터 A로 표현되며, A는 몫의 제곱이고 상기 몫은 상기 유리 소자(1)의 측면에 평행하게 배향된 3개의 30 μm 폭 측정 밴드의 평균 거칠기 값 (Ra)의 평균값 및 상기 유리 소자(1)의 측면에 수직으로 배향된 3개의 30 μm 폭 측정 밴드의 평균 거칠기 값 (Ra)의 평균값으로부터 형성되며, 상기 이방성은 1 초과, 바람직하게는 2 초과, 바람직하게는 3 초과인 것을 특징으로 하는 패널-형태의 유리 소자(1).
- 제1항 내지 제7항에 있어서, 상기 리세스 벽(10) 및/또는 외부 벽(4)의 거칠기는 방향-의존적으로 구성되고, 상기 거칠기는 적어도 섹션마다 다르게 표명되고,
상기 섹션은
- 상기 리세스 깊이 또는 적어도 하나의 표면(2)에 대해 횡방향으로 배향되거나,
- 또는 상기 리세스 깊이 또는 적어도 하나의 표면에 대해 평행하게 배향되며,
상기 섹션의 평균 거칠기 값의 차이는 4 μm 미만, 바람직하게는 2 μm 미만, 바람직하게는 1 μm 미만인, 패널-형태의 유리 소자(1). - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 소자의 유리는 하기 성분 중 적어도 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 패널-형태의 유리 소자(1):
- 적어도 30 wt%, 바람직하게는 적어도 50 wt%, 특히 바람직하게는 적어도 80 wt%의 SiO2 분율
- 최대 10 wt%의 TiO2 분율. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 패널-형태의 유리 소자(1) 또는 구조화된 벽을 갖는 패널-형태의 유리 소자(1)를 제조하는 방법으로서, 상기 유리 소자(1)는 10Х10-6 K-1 미만의 열팽창 계수를 갖는 유리질 재료 및 2개의 대향되는 표면(2)을 포함하고, 상기 방법이 진행되는 동안
- 상기 유리 소자(1)가 제공되는 단계,
- 초단-펄스 레이저의 레이저 빔(100)이 상기 유리 소자(1)의 표면(2) 중 하나로 향하고, 상기 유리 소자(1)에 연장된 초점을 형성하기 위해 초점 광학 장치(102)에 의해 집중되고, 다수의 필라멘트 채널(16)이 레이저 빔(100)의 입사 에너지에 의해 상기 유리 소자(1)의 부피에서 생성되고, 이들의 깊이는 상기 유리 소자(1)의 표면을 가로질러 이어지며, 상기 채널(16)은 서로 거리를 두고 배열되는 단계,
- 상기 유리 소자(1)는 상기 유리 소자(1)의 유리를 침식 속도로 침식시키는 에칭액(etchant)(200)에 노출되고, 상기 채널(16)은 상기 에칭액(200)에 의해 넓어져 구조화된 리세스 벽(10)을 갖는 리세스(10)를 형성하고, 상기 리세스 벽(10)은 상기 리세스(10) 주위를 따라 이어지고 상기 2개의 대향하는 표면(2)과 인접하며, 다수의 서로 인접한 둥근 돔-형태의 함몰부(12)를 포함하는 구조를 갖고, 이에 따라, 상기 리세스 벽(10)의 거칠기가 형성되는 단계,
- 상기 레이저의 파라미터를 조정함으로써, 상기 리세스 벽(1)의 구조 또는 상기 거칠기를 의도적으로 조정하여 5 μm 미만, 바람직하게는 3 μm 미만, 바람직하게는 1 μm 및 바람직하게는 적어도 50 nm 미만인 상기 리세스 벽(10)의 평균 거칠기 값 (Ra)을 생성하는 단계
를 포함하는, 유리 소자(1)의 제조 방법 - 제11항에 있어서, 상기 채널(16)은 서로 거리(18)를 두고 배열되고, 상기 거리(18)는 20 μm 미만, 바람직하게는 15 μm 미만, 바람직하게는 10 μm 미만 및/또는 1 μm 초과, 바람직하게는 2 μm 초과, 바람직하게는 3 μm 초과인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 또는 제12항에 있어서, 레이저 펄스는 다수의 개별 펄스로 분할되고 상기 다수는 10 미만, 바람직하게는 8 미만, 바람직하게는 7 미만 및/또는 1 초과, 바람직하게는 2 초과, 바람직하게는 3 초과인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 지속시간은 15 ps 미만, 바람직하게는 10 ps 미만, 바람직하게는 5 ps 미만, 바람직하게는 1 ps 미만으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 거칠기를 갖는 상기 리세스(10) 및/또는 외부 벽(11)이 형성되고, 상기 리세스(10) 및/또는 외부 벽(11)의 거칠기 차이는 적어도 0.5 μm 초과 바람직하게는 1 μm 초과, 또는 특히 바람직하게는 2 μm 초과인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 유리 소자의 용도로서, 하기 분야 중 적어도 하나의 분야에서의 상기 유리 소자의 용도: 카메라 이미징, 특히 3D 카메라 이미징, 압력 감지, 전자-광학 부품의 패키징, 생명공학, 진단, 의료 기술.
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