TW201317137A - 具有曲率變化圖案的玻璃面及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種具有曲率變化圖案的玻璃面及其製造方法，其於玻璃本體外表的光滑面上設有由複數壓應力區域排列組成的預定圖案，令該等壓應力區域的壓應力值至少50Mpa以上，因此在該光滑面上形成對應於前述預定圖案的曲率變化圖案；而前述玻璃面的製造方法包括，在表面粗糙度(Ra)約0.12μm以下的玻璃光滑面上設置一遮罩，該遮罩上由複數鏤空排列組成一預定圖案，對該玻璃光滑面進行化學離子強化製程，在該光滑面上會形成複數對應於前述遮罩鏤空的壓應力區域，去除遮罩並清潔該光滑面，因此在該玻璃光滑面上可形成對應於前述遮罩預定圖案的曲率變化圖案。

Description

具有曲率變化圖案的玻璃面及其製造方法

本發明涉及一種具有曲率變化圖案的玻璃面及其製造方法，尤指一種在玻璃表面形成隱性圖形的曲率變化圖案，可藉由光線反射以投射呈現對應的清晰光影圖案，特別是，該曲率變化圖案是利用設有預定圖案遮罩以化學離子強化手段形成在玻璃面上。

投射鏡是指一種在鏡面上設有隱性圖案，特別是細微的曲率變化圖案，當光線照射在鏡面上，反射後的光線受到鏡面上的曲率變化圖案的作用，使光線產生微妙匯聚或分散現象，因而可將鏡面上的隱性圖案投射形成一相對應的清晰光影圖案，令人備感新奇，因此該技術適合應用作為商標或裝飾圖案的設置，一可應用於藝術化圖形工藝品的創作。根據史料記載，投射鏡最早可見於中國西漢時代，其利用銅鏡來進行光線反射，可在光線反射之後顯影呈現出對應於銅鏡背面花紋的清晰光影圖案，而該銅鏡之投射鏡效果是利用精細刮磨的手段以在鏡面上形成一對應於該銅鏡背面花紋之細微的曲率變化圖案，由於前述銅鏡的精細刮磨手段不僅十分耗時費工，而且須要具備精良操作技術方可順利加工完成，導致投射鏡無法被廣為使用。

美國專利第5,080,940號中揭露了具有上述相同效果之投射鏡製造方法，其係在反射體成型之後，在反射體鏡面側之另一面進行雷射切割出具花紋之圖樣，利用該圖樣使得反射體鏡面側形成對應之曲率變化，來達到如同上述在鏡面側進行刮磨所產生的效果，但是此方法同樣需要進行二段加工，且使用雷射進行圖樣切割成本昂貴，不符合經濟效益。

另外，台灣專利公告第M292695號揭露一種利用射出成型所製成之投射鏡，利用在一厚度小於3mm的塑化本體一側形成有具花紋圖樣之凹凸結構，使另一側對應於該凹凸結構形成有些微凹凸結構之曲率變化面，並在該曲率變化面之一側則設置有反光層，因此不需要對塑化本體再進行任何的刮磨、切割加工，可直接在背面形成具有對應圖樣的投射鏡面。該技術主要應用在薄板型的射出成型或鑄造物上，對於較厚的板體或非平板型物件則不適用，另外該技術也無法應用在上下表面均被要求平坦的板體上，例如玻璃。

本發明係主要提供一種具有曲率變化圖案的玻璃面及其製造方法，其利用化學離子強化手段可在玻璃物體上的任意光滑面上形成一隱性的曲率變化圖案，該圖案可藉由光線反射以投射呈現對應的清晰光影圖案。

為了達成上述目的，本發明所提供之具有曲率變化圖案玻璃面的製造方法，其步驟如下：(1)提供一玻璃，在該玻璃本體外表至少具一表面粗糙度(Ra)約0.12μm以下的光滑面，該光滑面可為一平坦面或非平坦面，例如是凹或凸的弧面或球面，該玻璃可為一厚度在0.5mm以上的平板玻璃，其上、下表面至少之一為平坦面，而該平坦面的另一對應表面可為平坦面或非平坦面；(2)在該光滑面上設置一遮罩，該遮罩緊密貼附於前述光滑面上，在遮罩上由複數鏤空排列組成一預定圖案，而該等鏤空的截面形狀可為圓形、矩形等幾何面或各式不規則形狀，並令其截面積至少在0.2mm²以上；(3)對該玻璃進行化學離子強化製程，將前述設有遮罩的光滑面浸漬在充滿熔態強化液的鹽浴池中來進行離子交換處理，使玻璃表面層的離子被具有同價或氧化狀態的大型離子取代或交換，在該光滑面上會形成複數對應於前述遮罩鏤空的壓應力區域；以及(4)去除該光滑面上的遮罩，並清潔該光滑面，因此在該光滑面上形成對應於前述預定圖案的曲率變化圖案。

特別是，前述遮罩是使用具備耐酸蝕性以及可耐高溫380℃以上的合成橡膠材料所製成的，所述的合成橡膠材料係選自於矽膠(Silicone)、多硫化物(polysulfide)等，但實施的材料範圍不以前述材料為限；該遮罩的設置方式可使用熔融的合成橡膠材料以模板印刷法、狹縫式塗佈法或是毛細管塗佈法等技術手段佈設到玻璃的光滑面，亦可使用由合成橡膠材料製成的薄膜以覆貼等技術手段，在該玻璃的光滑面形成遮罩圖案，但遮罩的設置方式並不以上述設置手段為限；設置在玻璃表面的遮罩圖案可經由加熱烘烤的方式，促進遮罩的定型及增進在表面的附著力。

特別是，該玻璃材料可選用鈉鈣矽酸鹽玻璃，但實施的材料範圍並不以此為限，例如其他各種鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃也可適用。而前述強化液係選自於硝酸鹽、硫酸鹽或大型鹼金屬離子的氯化物之溶液之一或其混合物，但實施的材料範圍不以前述溶液為限；例如為對前述的鈉鈣矽酸鹽玻璃進行化學離子強化製程，該強化液可採用硝酸鉀(KNO₃)溶液。

在一可行實施例中，本發明還包含在前述具有曲率變化圖案的玻璃面上在增加設置一光反射層，其可為一金屬薄膜層，且表面粗糙度(Ra)約0.12μm以下，以及層厚度在100μm以下，因此在該光反射層表面上形成對應於前述預定圖案的曲率變化圖案。特別是，前述金屬薄膜層的設置手段係選自於塗布、噴灑、電鍍、濺鍍、化學氣相層積(CVD)、物理氣相層積(PVD)、薄膜表面黏著技術(SMT)等，但實施的材料範圍不以前述手段為限。

根據本發明，依前述製造方法所獲得的具備曲率變化圖案的玻璃面，其於玻璃本體外表的光滑面上設有由複數壓應力區域排列組成的預定圖案，該等壓應力區域的壓應力值至少50Mpa以上。在該等壓應力區域內因壓應力作用產生的應變使表面產生微凸狀，所以在該光滑面上形成對應於前述預定圖案的曲率變化圖案，該圖案可藉由光線反射以投射呈現對應的清晰光影圖案。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

如後附各圖所示，本發明實施例提供之具有曲率變化圖案玻璃面的製造方法之流程步驟如下：首先，取一玻璃1，在本實施例中是選用一片上、下表面均為平坦面的鈉鈣矽酸鹽玻璃板，其上表面為表面粗糙度(Ra)約0.08μm左右的光滑面12。然後，在光滑面12上設置遮罩2，該遮罩可緊密附著於該光滑面12上，如第一、二圖，在該遮罩設有多數鏤空21以排列組成一預定圖案P，而該等鏤空21的截面形狀為不規則的幾何面，但其截面積至少在0.2mm²以上以供後述化學離子強化液可在其中順利流通；該遮罩2是採用具備耐酸蝕特性且可耐高溫約380℃以上的矽膠材料，在本實施例中，該遮罩是利用模板印刷的技術手段將熔融的矽膠印刷在光滑面12上以形成遮罩圖案；將矽膠材料設置到玻璃表面後，最好，再將玻璃1置入於熱風烤箱中進行低溫烘烤，然後徐徐降溫至常溫(約25℃左右)，以促進該遮罩之定型，並藉以增加該遮罩2在該光滑面12的附著力。

接續，對該玻璃光滑面12進行化學離子強化製程，將該覆設有遮罩的玻璃光滑面12浸漬到鹽浴池中(未顯示於圖面)，該鹽浴池內盛裝有溫度範圍約380℃到450℃的熔態強化液，本實施例中，該強化液是採用硝酸鉀(KNO₃)溶液，以便可為對前述的鈉鈣矽酸鹽玻璃進行化學離子強化；在強化製程中，該光滑面12位於遮罩鏤空21區域的敞露表面區域將會與強化液之間進行離子交換處理，使玻璃表面層的鈉離子(Na⁺)被強化液中同價的鉀離子(K⁺)取代，藉由強化液中的大型離子(鉀離子，K⁺)取代玻璃上小型離子(鈉離子，Na⁺)，因此在前述鏤空21區域的玻璃表面形成壓應力層，而該光滑面12被遮罩2遮蔽的其他區域則因未進行離子交換處理，所以不會表面形成壓應力層；因此經前述強化製程，可在該光滑面12上會形成多數對應於前述遮罩鏤空21的壓應力區域13(如第三、四圖所示)。通常玻璃浸漬在強化液中的時間從約0.5小時到約7小時。離子交換處理產生的強化玻璃，其壓應力範圍約從50到800MPa。熟悉此項技術的人知道，離子交換處理的參數包括但不限定如上述的鹽浴池的成分和溫度，浸漬時間，鹽浴池中浸漬玻璃的個數，多個鹽浴池的使用，譬如退火的額外步驟，沖洗等，這些通常可根據玻璃的成分和所需要壓應力層的深度、表面的壓應力數值等因素，作為強化作業參數的設定。

最後，再進行剝膜加工製程以將玻璃光滑面12上的遮罩2剝除，使玻璃表面上的壓應力圖案呈現出來；其實施方式略係對該玻璃表面上設置遮罩2的部位進行噴灑剝膜劑或輕量拋磨，使遮罩可順利地由玻璃表面被剝離去除，再以洗滌液(例如：清水)對該玻璃施予清洗。

完成前述各加工步驟，即可獲得一具有曲率變化圖案的玻璃面，在該玻璃光滑面上具有多數壓應力區域13排列組成的圖案，通常該等壓應力區域的壓應力值至少50Mpa以上，而因壓應力作用會使該區域內的表面產生微凸狀的應變現象，所以可在玻璃光滑面12上形成一個對應於前述預定圖案P之隱性圖形的曲率變化圖案P’，而當光線照射在該圖案上，反射後的光線受到該光滑面12上的曲率變化圖案P’的作用，使光線產生匯聚或分散現象，因而投射呈現出一對應於前述預定圖案P的清晰光影圖案F(如第五圖及參考圖1-3所示)。

本發明的另一可行實施例中，還可在前述具有曲率變化圖案的玻璃光滑面12上在增加設置一光反射層3，最好，該光反射層3為一金屬薄膜層，其表面粗糙度(Ra)約0.8μm左右以及層厚度約為80μm；設置該薄膜後可在該光反射層3表面上形成對應的曲率變化圖案P’(如第六圖所示)。通常前述金屬薄膜的光反射層3可使用塗布、噴灑、電鍍、濺鍍、化學氣相層積(CVD)、物理氣相層積(PVD)、薄膜表面黏著技術(SMT)等手段設置。

本發明並非侷限於以上所述形式，很明顯參考上述說明後，能有更多技術均等性的改良與變化；是以，舉凡熟悉本案技藝之人士，有在相同之創作精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

1．．．玻璃

12．．．光滑面

13．．．壓應力區域

2．．．遮罩

21．．．鏤空

3．．．光反射層

P．．．預定圖案

P’．．．曲率變化圖案

F．．．光影圖案

第一圖係本發明的玻璃與遮罩分離狀態的立體示意圖；

第二圖係本發明的玻璃與遮罩組合的立體示意圖；

第三圖係本發明的玻璃成品之立體圖；

第四圖為本發明的玻璃成品之側視剖面示意圖；

第五圖為本發明的玻璃成品使用狀態示意；

第六圖為本發明另一實施例的玻璃成品之側視剖面示意圖；

參考圖1為本發明以光照投射成像的一種光影圖案；

參考圖2為本發明以光照投射成像的另一種光影圖案；以及

參考圖3為本發明以光照投射成像的再一種光影圖案。

1．．．玻璃

12．．．光滑面

13．．．壓應力區域

Claims (28)

1. 一種具有曲率變化圖案的玻璃面，其特徵在於：在玻璃的本體外表的光滑面上設有由複數壓應力區域排列組成的預定圖案，該等壓應力區域的壓應力值至少50Mpa以上，在該等壓應力區域內因壓應力作用產生的應變使表面產生微凸狀，所以在該光滑面上形成對應於前述預定圖案的曲率變化圖案。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該玻璃之材料是選自於鈉鈣矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該光滑面的表面粗糙度(Ra)約0.12μm以下。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該光滑面為一平坦面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該光滑面為一弧面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該光滑面為一球面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該玻璃的本體呈一平板玻璃，其上、下表面至少之一為平坦面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該平板玻璃厚度在0.5mm以上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，更包含在該光滑面上設有光反射層。
10. 如申請專利範圍第9項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該光反射層的表面粗糙度(Ra)約0.12μm以下。
11. 如申請專利範圍第9項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該光反射層是一金屬薄膜層。
12. 如申請專利範圍第9項所述之具有曲率變化圖案的玻璃面，其中，該金屬薄膜層厚度在100μm以下。
13. 一種在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，包括以下步驟：a.提供一玻璃，在該玻璃本體外表至少具一光滑面；b.在該光滑面上設置一遮罩，該遮罩上由複數鏤空排列組成一預定圖案，並令該遮罩緊密貼附於前述光滑面上；c.對該玻璃進行化學離子強化製程，將前述設有遮罩的光滑面浸漬在充滿熔態強化液的鹽浴池中來進行離子交換處理，因此在該光滑面上會形成複數對應於前述遮罩鏤空的壓應力區域；以及d.去除該光滑面上的遮罩，並清潔該光滑面，因此在該光滑面上形成對應於前述預定圖案的曲率變化圖案。
14. 如申請專利範圍第13項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該玻璃之材料是選自於鈉鈣矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃之一。
15. 如申請專利範圍第13項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該光滑面的表面粗糙度(Ra)約0.12μm以下。
16. 如申請專利範圍第13項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該玻璃為一厚度在0.5mm以上的平板玻璃。
17. 如申請專利範圍第13項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該遮罩是使用具備耐酸蝕性以及可耐高溫380℃以上的合成橡膠材料。
18. 如申請專利範圍第17項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該合成橡膠材料為矽膠。
19. 如申請專利範圍第18項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該矽膠係以模板印刷手段設置到該玻璃表面以形成遮罩。
20. 如申請專利範圍第13項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該鏤空的截面形狀為圓形、矩形之一。
21. 如申請專利範圍第13項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該鏤空的截面積至少在0.2mm²以上。
22. 如申請專利範圍第13項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該強化液係選自於硝酸鹽、硫酸鹽或大型鹼金屬離子的氯化物之溶液之一或其混合物者。
23. 如申請專利範圍第22項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該強化液為硝酸鉀(KNO₃)溶液者。
24. 一種在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，包括以下步驟：a.提供一玻璃，在該玻璃本體外表至少具一光滑面；b.在該光滑面上設置一遮罩，該遮罩上由複數鏤空排列組成一預定圖案，並令該遮罩緊密貼附於前述光滑面上；c.對該玻璃進行化學離子強化製程，將前述設有遮罩的光滑面浸漬在充滿熔態強化液的鹽浴池中來進行離子交換處理，因此在該光滑面上會形成複數對應於前述遮罩鏤空的壓應力區域；d.去除該光滑面上的遮罩，並清潔該光滑面，因此在該光滑面上形成由複數壓應力區域排列組成的預定圖案。d.去除光滑面上的遮罩，並清潔該光滑面；以及e.在光滑面設置一光反射層，因此在該光反射層表面上形成對應於前述預定圖案的曲率變化圖案。
25. 如申請專利範圍第24項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該光反射層的表面粗糙度(Ra)約0.12μm以下。
26. 如申請專利範圍第24項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該光反射層是一金屬薄膜層。
27. 如申請專利範圍第26項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該金屬薄膜層厚度在100μm以下。
28. 如申請專利範圍第26項所述之在玻璃面上形成曲率變化圖案的方法，其中，該金屬薄膜層的設置手段係選自於塗布、噴灑、電鍍、濺鍍、化學氣相層積、物理氣相層積、薄膜表面黏著技術之一。