TW201350455A - 具有蝕刻特徵之強化玻璃製品與形成該強化玻璃製品之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示具有雷射蝕刻特徵之強化玻璃製品、電子裝置，以及在強化玻璃製品中製造蝕刻特徵之方法。在一個實施例中，強化玻璃製品包括第一強化表面層及第二強化表面層以及中央區域，該第一強化表面層及第二強化表面層處於壓應力下且分別自強化玻璃製品之第一表面及第二表面延伸至一層深度，該中央區域在第一強化表面層與第二強化表面層之間，該中央區域處於張應力下。強化玻璃製品進一步包括藉由雷射燒蝕在第一表面或第二表面內形成之至少一個蝕刻特徵，該蝕刻特徵之深度小於層深度且該蝕刻特徵之表面粗糙度大於該至少一個蝕刻特徵以外第一表面或第二表面之表面粗糙度。

Description

具有蝕刻特徵之強化玻璃製品與形成該強化玻璃製品之方法 【相關申請案之交互參照】
本申請案主張2012年4月13日申請之名為「STRENGTHENED GLASS ARTICLES HAVING ETCHED FEATURES AND METHODS OF FORMING THE SAME」的美國臨時專利申請案第61/623,722號之權利，該案之全部揭示內容以引用之方式併入本文中。
本說明書大體上係關於強化玻璃製品，且更具體而言，係關於具有蝕刻特徵之強化玻璃製品，以及併入有此類強化玻璃製品之電子裝置及在強化玻璃製品中形成蝕刻特徵之方法。
薄的強化玻璃面板在消費型電子裝置中具有廣泛應用。舉例而言，此類強化玻璃面板可用作LCD及LED顯示器之蓋板及/或觸控式螢幕，該等LCD及LED顯示器可併入行動電話、GPS裝置、顯示裝置(諸如電視及電腦監視器)，及各種其他電子裝置。隨著強化玻璃面板之用途持續擴展，玻璃面板之幾何複雜性亦在增加。舉例而言，為了觸覺差異 化及/或裝飾目的，某些應用可能需要強化玻璃面板之表面內蝕刻特徵。目前，此類視覺或功能性特徵係藉由佈置薄膜、塗料或其他材料提供於強化玻璃應用中，隨後該等薄膜、塗料或其他材料係經加工(例如藉由電腦數值控制加工)以提供視覺參考，諸如觸控式裝置上開/關(ON/OFF)按鈕之凹陷或凸出表面，其中視覺參考具有一些特定紋理令該等視覺參考易於藉由觸覺或視覺識別。在其他情況下，該等特徵提供於包圍觸控式顯示器之殼體上。然而，可能需要在強化蓋製品之表面上直接提供蝕刻特徵。
本發明之第一態樣為一種製造具有蝕刻特徵之強化玻璃製品之方法，該方法包括以下步驟：提供具有第一表面及第二表面之非強化玻璃製品，及聚焦雷射束至非強化玻璃製品之第一表面上以自第一表面燒蝕材料。雷射束具有對於非強化玻璃製品而言實質上透明之波長。該方法進一步包括以下步驟：在藉由所需蝕刻特徵界定之邊界內平移雷射束使得雷射束之平移以一深度自第一表面燒蝕材料以形成蝕刻特徵，及在形成蝕刻特徵後藉由化學強化製程化學強化非強化玻璃製品。強化玻璃製品具有第一強化表面層及第二強化表面層以及中央區域，該第一強化表面層及第二強化表面層處於壓應力下且分別自強化玻璃製品之第一表面及第二表面延伸至一層深度，該中央區域在第一強化表面層與第二強化表面層之間，該中央區域處於張應力下。蝕刻特徵之深度低於層深度使得蝕刻特徵位於壓應力層內。
本發明之第二態樣為上述態樣之方法，其中在化學強化非強化玻璃製品前，蝕刻特徵經化學蝕刻以降低蝕刻特徵之表面的表面粗糙度。
本發明之第三態樣為任意上述態樣之方法，其中雷射束係經操作使得蝕刻特徵之表面的粗糙度大於第一表面上蝕刻特徵以外之區域的粗糙度。
本發明之第四態樣為任意上述態樣之方法，其中雷射束包括非強化玻璃製品之第一表面上之約20μm的經聚焦射束點。
本發明之第五態樣為任意上述態樣之方法，其中雷射束為連續波雷射束。
本發明之第六態樣為任意上述態樣之方法，其中雷射束為脈衝式雷射束。
本發明之第七態樣為第六態樣之方法，其中脈衝式雷射束具有大於10飛秒之脈衝寬度。
本發明之第八態樣為第六態樣之方法，其中脈衝式雷射束具有在1皮秒與500000皮秒之間之脈衝寬度。
本發明之第九態樣為第六直至第八態樣中任一態樣之方法，其中脈衝式雷射束係以低於約100MHz之頻率激發。
本發明之第十態樣為第六直至第九態樣中任一態樣之方法，其中脈衝式雷射束之平均功率大於非強化玻璃製品之燒蝕閾值。
本發明之第十一態樣為第六態樣之方法，其中雷射束為脈衝式雷射束，該脈衝式雷射束具有約10皮秒之脈衝寬 度、約100kHz之頻率，及約1.8W之平均功率。
本發明之第十二態樣為任意上述態樣之方法，其中脈衝式雷射束係在非強化玻璃製品之第一表面上以約10cm/s至約120cm/s範圍內之掃描速度平移。
本發明之第十三態樣為任意上述態樣之方法，其中非強化玻璃製品包括非強化鹼性鋁矽酸鹽玻璃、非強化鋁矽酸鹽玻璃，或非強化鹼石灰玻璃。
本發明之第十四態樣為任意上述態樣之方法，其中非強化玻璃製品具有小於1mm之厚度。
本發明之第十五態樣為任意上述態樣之方法，其中缺陷尺寸在約10μm至約40μm之範圍內。
本發明之第十六態樣為任意上述態樣之方法，其中強化玻璃製品之層的深度大於約5μm且具有大於約100MPa之表面壓力。
本發明之第十七態樣為任意上述態樣之方法，其中平移雷射束之步驟包括在所需蝕刻特徵之邊界內平移雷射束以沿第一方向形成複數條第一缺陷線，以及在所需蝕刻特徵之邊界內平移雷射束以沿第二方向形成複數條第二缺陷線，其中複數條第一缺陷線與複數條第二缺陷線相交。
本發明之第十八態樣為第十七態樣之方法，其中平移雷射束之步驟進一步包括沿複數條第一缺陷線及一或更多個額外雷射束通路中之隨後的複數條缺陷線平移雷射束。
本發明之第十九態樣為任意上述態樣之方法，其中平移雷射束之步驟在所需蝕刻特徵之邊界內形成交叉缺陷圖 案。
本發明之第二十態樣為任意上述態樣之方法，其中平移雷射束之步驟包括在所需蝕刻特徵之邊界內以漩渦狀圖案平移雷射束。
本發明之第二十一態樣為任意上述態樣之方法，其中蝕刻特徵之抗壓強度實質上類似於蝕刻特徵以外強化玻璃製品之表面的抗壓強度。
本發明之第二十二態樣為任意上述態樣之方法，該方法進一步包括在強化玻璃製品之表面上塗覆一或更多個薄層之材料，使得一或更多個材料薄層係佈置在蝕刻特徵上。
本發明之第二十三態樣為第二十二態樣之方法，其中一或更多個薄層包括全像層、虹彩層、無光澤層，或其組合。
本發明之第二十四態樣為任意上述態樣之方法，其中平移雷射束產生間隔有間隔距離之複數個缺陷線，使得複數條缺陷線在蝕刻特徵之邊界內產生繞射光柵。
本發明之第二十五態樣為一種強化玻璃製品，該強化玻璃製品包括第一強化表面層及第二強化表面層以及中央區域，該第一強化表面層及第二強化表面層處於壓應力下且分別自強化玻璃製品之第一表面及第二表面延伸至一層深度，該中央區域在第一強化表面層與第二強化表面層之間，該中央區域處於張應力下。強化玻璃製品進一步包括在第一表面或第二表面內之至少一個蝕刻特徵，蝕刻特徵之深度小於層深度且蝕刻特徵之表面粗糙度大於該至少一個蝕刻特徵 以外第一表面或第二表面之表面粗糙度，其中至少一個蝕刻特徵係藉由雷射燒蝕形成。
本發明之第二十六態樣為第二十五態樣之強化製品，其中強化玻璃製品包括強化鹼性鋁矽酸鹽玻璃、強化鋁矽酸鹽玻璃，或強化鹼石灰玻璃。
本發明之第二十七態樣為第二十五態樣或第二十六態樣之強化製品，其中強化玻璃製品藉由離子交換製程來化學強化。
本發明之第二十八態樣為第二十五直至第二十七態樣中任一態樣之強化製品，其中強化玻璃製品具有小於1mm之厚度。
本發明之第二十九態樣為第二十五直至第二十八態樣中任一態樣之強化製品，其中缺陷深度在約10μm至約40μm之範圍內。
本發明之第三十態樣為第二十五直至第二十九態樣中任一態樣之強化製品，其中強化玻璃製品具有大於約5μm之層深度且具有大於約100MPa之表面壓力。
本發明之第三十一態樣為第二十五直至第三十態樣中任一態樣之強化製品，其中強化玻璃製品為鹼性鋁矽酸鹽玻璃，該鹼性鋁矽酸鹽玻璃之厚度為約0.7mm、層深度為至少10μm，及表面壓力大於約750MPa，且缺陷深度小於約40μm。
本發明之第三十二態樣為第二十五直至第三十一態樣中任一態樣之強化製品，其中至少一個蝕刻特徵係藉由形 成交叉缺陷圖案之複數條交叉的缺陷線界定。
本發明之第三十三態樣為第二十五直至第三十二態樣中任一態樣之強化製品，其中至少一個蝕刻特徵係藉由至少一個蝕刻特徵之邊界內的一或更多個漩渦狀缺陷線界定。
本發明之第三十四態樣為第二十五直至第三十三態樣中任一態樣之強化製品，其中至少一個蝕刻特徵之抗壓強度實質上類似於該至少一個蝕刻特徵以外強化玻璃製品之表面的抗壓強度。
本發明之第三十五態樣為第二十五直至第三十四態樣中任一態樣之強化製品，其中至少一個蝕刻特徵包括壁，該壁間隔該至少一個蝕刻特徵與強化玻璃製品之周圍表面。
本發明之第三十六態樣為第三十五態樣之強化製品，其中壁實質上為豎直的。
本發明之第三十七態樣為第二十五直至第三十六態樣中任一態樣之強化製品，其中至少一個蝕刻特徵之不透明度大於該至少一個蝕刻特徵以外強化玻璃製品之不透明度。
本發明之第三十八態樣為第二十五直至第三十七態樣中任一態樣之強化製品，其中蝕刻特徵包括間隔一間隔距離之複數條缺陷線，且該間隔距離使得複數條缺陷線在蝕刻特徵之邊界內產生繞射光柵。
本發明之第三十九態樣為第二十五直至第三十八態樣中任一態樣之強化製品，該強化製品進一步包括佈置在強化玻璃製品之表面及蝕刻特徵上之一或更多個材料薄層。
本發明之第四十態樣為一種電子裝置，該電子裝置 包括強化蓋玻璃，該強化蓋玻璃具有第一強化表面層及第二強化表面層以及中央區域，該第一強化表面層及第二強化表面層處於壓應力下且分別自強化玻璃製品之第一表面及第二表面延伸至一層深度，該中央區域在第一強化表面層與第二強化表面層之間，該中央區域處於張應力下。強化蓋玻璃進一步包括藉由雷射燒蝕在第一表面或第二表面內形成之至少一個蝕刻特徵，蝕刻特徵之缺陷深度小於層深度且蝕刻特徵之表面粗糙度大於該至少一個蝕刻特徵以外第一表面或第二表面之表面粗糙度。
本發明之第四十一態樣為第四十態樣之電子裝置，其中強化蓋玻璃係配置為觸控式螢幕，且至少一個蝕刻特徵刻畫電子裝置之至少一個軟鍵。
本發明之第四十二態樣為第四十一態樣之電子裝置，其中至少一個軟鍵為開/關按鈕。
本發明之第四十三態樣為第四十直至第四十二態樣中任一態樣之電子裝置，其中強化蓋玻璃包括強化鹼性鋁矽酸鹽玻璃、強化鋁矽酸鹽玻璃，或強化鹼石灰玻璃。
本發明之第四十四態樣為第四十直至第四十三態樣中任一態樣之電子裝置，其中強化蓋玻璃藉由離子交換法來化學強化。
本發明之第四十五態樣為第四十直至第四十四態樣中任一態樣之電子裝置，其中強化蓋玻璃具有小於1mm之厚度。
本發明之第四十六態樣為第四十直至第四十五態樣 中任一態樣之電子裝置，其中缺陷深度在約10μm至約40μm之範圍內。
本發明之第四十七態樣為第四十直至第四十六態樣中任一態樣之電子裝置，其中強化蓋玻璃之層深度大於約5μm且具有大於約100MPa之表面壓力。
本發明之第四十八態樣為第四十直至第四十七態樣中任一態樣之電子裝置，其中強化蓋玻璃包括鹼性鋁矽酸鹽玻璃，該鹼性鋁矽酸鹽玻璃具有約0.7mm之厚度，約40μm之層深度，及大於約750MPa之表面壓力，且缺陷深度小於約40μm。
本發明之第四十九態樣為第四十直至第四十八態樣中任一態樣之電子裝置，其中至少一個蝕刻特徵係藉由形成交叉缺陷圖案之複數條交叉的缺陷線界定。
本發明之第五十態樣為第四十直至第四十九態樣中任一態樣之電子裝置，其中至少一個蝕刻特徵係藉由至少一個蝕刻特徵之邊界內的一或更多個漩渦狀缺陷線界定。
本發明之第五十一態樣為第四十直至第五十態樣中任一態樣之電子裝置，其中至少一個蝕刻特徵之抗壓強度實質上類似於該至少一個蝕刻特徵以外強化蓋玻璃之表面的抗壓強度。
本發明之第五十二態樣為第四十直至第五十一態樣中任一態樣之電子裝置，其中至少一個蝕刻特徵包括壁，該壁間隔該至少一個蝕刻特徵與強化蓋玻璃之周圍表面。
本發明之第五十三態樣為第五十二態樣之電子裝 置，其中壁實質上為豎直的。
本發明之第五十四態樣為第四十直至第五十三態樣中任一態樣之電子裝置，其中至少一個蝕刻特徵之不透明度大於該至少一個蝕刻特徵以外強化蓋玻璃之不透明度。
本發明之第五十五態樣為一種製造具有蝕刻特徵之強化玻璃製品之方法，該方法包括以下步驟：提供包含第一表面及第二表面之強化玻璃基板，其中強化玻璃製品包含第一強化表面層及第二強化表面層以及中央區域，該第一強化表面層及第二強化表面層處於壓應力下且分別自強化玻璃製品之第一表面及第二表面延伸至一層深度，該中央區域在第一強化表面層與第二強化表面層之間，該中央區域處於張應力下。該方法進一步包括以下步驟：在強化玻璃基板之第一表面及/或第二表面上沉積一或更多個材料層，聚焦雷射束至一或更多個材料層上，及在由所需蝕刻特徵界定之邊界內相對於強化玻璃基板平移雷射束，其中雷射束之平移以一深度自一或更多個材料層的第一表面燒蝕材料以在一或更多個材料層內形成蝕刻特徵，且強化玻璃基板保持未被雷射束損壞。
本發明之第五十六態樣為第五十五態樣之方法，其中蝕刻特徵包括間隔一間隔距離之複數條缺陷線，且該間隔距離使得複數條缺陷線在蝕刻特徵之邊界內產生繞射光柵。
本發明之第五十七態樣為第五十六態樣之方法，其中蝕刻特徵在隔開前形成於由母體玻璃片界定之多個強化玻璃製品中。
將在隨後詳細說明中闡述本文中所描述之實施例的 額外特徵及優點，且對熟習此項技術者而言，該等額外特徵及優點將自彼描述部分顯而易見，或該等額外特徵及優點將藉由實踐本文中所描述之實施例(包括隨後之詳細說明、申請專利範圍以及隨附圖示)而習得。
應瞭解，前述一般說明及隨後詳細說明描述各種實施例，且意在提供用於理解所主張標的物之本質及特徵的概述或框架。包括隨附圖示以提供對各種實施例之進一步理解，且附圖併入此說明書中並構成此說明書的一部分。圖式圖示本文中所描述之各種實施例，且與描述一起用於對所主張之標的物的原理及操作進行解釋。
105‧‧‧電子裝置
108‧‧‧非強化玻璃製品
109‧‧‧表面
110‧‧‧強化玻璃製品
111‧‧‧第二表面
112‧‧‧蝕刻特徵
112'‧‧‧蝕刻特徵
112"‧‧‧蝕刻特徵
113a‧‧‧雷射蝕刻區域
113b‧‧‧雷射蝕刻區域
113c‧‧‧雷射蝕刻區域
114‧‧‧倒「Y」形狀
115‧‧‧水準缺陷線
116‧‧‧豎直缺陷線
117‧‧‧圓形或旋渦狀缺陷線
118‧‧‧成角度之刻面
119‧‧‧周邊壁
120‧‧‧雷射束
122‧‧‧經掃描之雷射束
123‧‧‧雷射脈衝
123a‧‧‧雷射脈衝系列
123a'‧‧‧雷射脈衝系列
123b‧‧‧雷射脈衝系列
123b'‧‧‧雷射脈衝系列
123c‧‧‧雷射脈衝系列
124‧‧‧射束點
124'‧‧‧射束點
124a‧‧‧射束點
124b‧‧‧射束點
124c‧‧‧射束點
124d‧‧‧射束點
124e‧‧‧射束點
124m‧‧‧射束點
124n‧‧‧射束點
125a‧‧‧雷射脈衝
125a'‧‧‧雷射脈衝叢發
125b‧‧‧雷射脈衝
125b'‧‧‧雷射脈衝叢發
125c‧‧‧雷射脈衝
125c'‧‧‧雷射脈衝叢發
126‧‧‧第一系列雷射脈衝
127‧‧‧第二系列雷射脈衝
128‧‧‧第一系列雷射脈衝
129‧‧‧第二系列雷射脈衝
130‧‧‧雷射
132‧‧‧雷射束調節光學器件
134‧‧‧掃描裝置
136‧‧‧聚焦透鏡
138‧‧‧電源
139‧‧‧計算裝置
140‧‧‧圖表
141‧‧‧圖表
150‧‧‧強化玻璃製品
151a‧‧‧表面壓力層
151b‧‧‧表面壓力層
152‧‧‧張力區域
170‧‧‧薄層
180‧‧‧薄層
182‧‧‧蝕刻特徵
185‧‧‧掃描線
190‧‧‧薄層
192‧‧‧蝕刻特徵
195‧‧‧損壞線
d sh ‧‧‧水準間隔距離
d sv ‧‧‧豎直間隔距離
PO‧‧‧脈衝重疊
S s ‧‧‧較慢掃描速度
S f ‧‧‧較快掃描速度
d S ‧‧‧距離
d F ‧‧‧距離
S‧‧‧掃描速度
d‧‧‧距離
f L ‧‧‧較低頻率
f H ‧‧‧較高頻率
d L ‧‧‧距離
d H ‧‧‧距離
D 1 ‧‧‧經繞射之光束
D 2 ‧‧‧經繞射之光束
R‧‧‧光
d e ‧‧‧蝕刻特徵深度
第1圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例具有帶蝕刻特徵之強化蓋玻璃的示例性電子裝置；第2圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例用於在玻璃基板內形成蝕刻特徵的示例性雷射蝕刻系統；第3圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例經受雷射微加工處理以特定圖案壓印缺陷線的非強化玻璃製品；第4圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例經受雷射微加工處理以另一圖案壓印缺陷線的非強化玻璃製品；第5圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一 或更多個實施例經受雷射微加工處理以又一圖案壓印缺陷線的非強化玻璃製品；第6圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例之脈衝掃描之雷射束；第7圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例的隨時間在非強化玻璃製品之表面上產生射束點的脈衝掃描之雷射束；第8圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例的隨時間在非強化玻璃製品之表面上產生射束點之脈衝掃描之雷射束，該脈衝掃描之雷射束包含複數個雷射脈衝叢發；第9圖示意性地以圖表形式圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例雷射掃描速度與非強化玻璃製品之表面上射束點間的距離之間的關係；第10圖示意性地以圖表形式圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例雷射脈衝頻率與非強化玻璃製品之表面上射束點間的距離之間的關係；第11圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例具有蝕刻特徵之玻璃製品的曲線；第12圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例具有蝕刻特徵之強化玻璃製品的截面視圖；第13A圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例具有經配置為繞射光柵之蝕刻特徵的強化 玻璃製品的截面視圖；第13B圖示意性地圖示第13A圖中所圖示之蝕刻特徵的特寫視圖；第14圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例之第13A圖中所圖示的強化玻璃製品，其中一或更多個薄層塗覆至表面；第15圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例的強化玻璃製品，該強化玻璃製品包括塗覆至強化玻璃基板之表面的一或更多個薄層，其中該一或更多個薄層具有形成於該一或更多個薄層上之蝕刻特徵；及第16圖示意性地圖示根據本文中所描述及說明之一或更多個實施例的強化玻璃製品，該強化玻璃製品包括塗覆至強化玻璃基板之下側表面的一或更多個薄層，其中該一或更多個薄層具有形成於該一或更多個薄層上之蝕刻特徵。
現將詳細參考具有雷射微加工之蝕刻特徵的強化玻璃製品，以及製造此類蝕刻特徵之方法，及併有具有雷射微加工之蝕刻特徵的強化玻璃製品的電子裝置的各種實施例。本發明之實施例提供具有表面之強化玻璃製品以及用於生產該等強化玻璃製品之方法，該等表面係經修改為包括雷射微加工之形狀、標識，及用於裝飾、觸覺及其他功能性目的之其他輪廓。蝕刻特徵可提供觸覺差異化，該觸覺差異化可指示虛擬按鈕(亦即，軟鍵)之位置，諸如作為非限制性實例的ON/OFF按鈕或「主頁」按鈕。強化玻璃製品之表面內的 蝕刻特徵可具有與強化玻璃製品之未受影響的表面類似的壓應力抗性。
現參考第1圖，根據本文中所展示及描述之一或更多個實施例示意性地圖示示例性電子裝置105，電子裝置105包含具有藉由雷射燒蝕微加工形成之蝕刻特徵112的強化玻璃製品110。可自母體玻璃片形成之強化玻璃製品110可配置為電子裝置中之強化蓋玻璃。如本文中所描述之強化玻璃製品110亦可配置為需要蝕刻特徵的任意玻璃元件(例如，諸如冰箱、電視等電器上之玻璃表面)。因此，具有蝕刻特徵112之強化玻璃製品110並不限於用作電子裝置中之強化蓋玻璃。舉例而言，強化玻璃製品110可為實質上平整之玻璃製品，或配置為彎曲或成形的玻璃製品。
蝕刻特徵112可具有任意隨意設計之形狀、標識、輪廓等，以提供裝飾、觸覺及其他功能。舉例而言，蝕刻特徵112可部分地延伸至強化玻璃製品110之表面中且具有表面粗糙度，該表面粗糙度提供強化玻璃製品110之蝕刻特徵112與其餘表面之間的觸覺差異。表面粗糙度可按均方根量測，例如(R RMS )。蝕刻特徵112可為使用者提供關於電子裝置105或其他總成之各種按鈕的觸覺回饋。作為非限制性實例，第1圖中所圖示之強化玻璃製品110可具有為電子裝置105提供觸控式螢幕功能的一或更多個觸控層，且蝕刻特徵112可與觸控式螢幕之提供「主頁」按鈕、「ON/OFF」按鈕等之區域相關聯。舉例而言，玻璃表面上蝕刻特徵112之視覺及觸覺特性與打開及關閉電子裝置105之功能的結合可 藉由將雷射蝕刻特徵112定位在電容感測器上來實現，該電容感測器可接通及斷開電子裝置。玻璃大體上及在特定位置處對於劃傷及損壞的高抗性對此類功能可能很重要且具有「虛擬」按鈕不易受重複性機械啟動的影響而失效的額外益處。蝕刻特徵112之表面粗糙度可與強化玻璃製品110之其餘表面的粗糙度不同(例如，更大)，使得使用者可僅使用他或她的觸覺來定位特定的一或多個按鈕。如上文所述，蝕刻特徵112亦可改變強化玻璃製品110之不透明度，使得人眼可見強化玻璃製品110。因此，隨意成形之蝕刻特徵除功能性目的之外可用於裝飾性目的。
示例性蝕刻特徵112描繪圓圈內之倒「Y」形狀114，該倒「Y」形狀114係由三個雷射蝕刻區域113a-113c界定。強化玻璃製品在三個經蝕刻的雷射蝕刻區域113a-113c以外之表面未受雷射束之應用蝕刻。如上文所述，示例性蝕刻特徵112可用作觸控式按鈕。倒「Y」形狀及三個雷射蝕刻區域113a-113c可為強化玻璃製品110之使用者提供獨特的觸感。應瞭解本文中所描述之強化玻璃製品及電子裝置的實施例並不限於第1圖中所圖示之示例性蝕刻特徵112。
如下文更詳細之描述，蝕刻特徵112可首先在非強化玻璃基板(例如玻璃基板片或更小的預先隔開的玻璃基板製品)中製造，該非強化玻璃基板隨後藉由強化製程(諸如化學強化或熱回火)強化。化學強化之玻璃(諸如由離子交換法強化之彼等玻璃)由於其優秀的強度及抗損壞性，已在觸控式面板、可攜式顯示器及其他應用中獲得了廣泛應用。 在強化玻璃製品用作裝置的蓋玻璃時，該蓋玻璃經曝露以頻繁接觸表面，此等強度特性可能很重要。化學強化之玻璃製品的抗損壞性係藉由離子交換(參見第12圖，下文詳細論述)於玻璃基板上形成之表面壓力層151a、151b的結果。表面壓力係藉由玻璃基板內部中之處於張力下的張力區域152平衡。在化學強化之玻璃製品(例如Corning Incorporated製造之Gorilla®玻璃)中易於實現大於750MPa之表面壓力及大於40μm之壓縮層深度(DOL)。諸如鹼石灰玻璃之其他玻璃亦可以通常小於500MPa之表面壓力及小於15μm之DOL化學強化。
在一個實施例中，強化玻璃製品係自鹼性鋁矽酸鹽玻璃製造而成，該鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含：自約64mol%至約68mol%的SiO2、自約12mol%至約16mol%的Na2O、自約8mol%至約12mol%的Al2O3、自0mol%至約3mol%的B2O3、自約2mol%至約5mol%的K2O、自約4mol%至約6mol%的MgO，及自0mol%至約5mol%的CaO，其中66mol%SiO2+B2O3+CaO69mol%；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10mol%；5mol%MgO+CaO+SrO8mol%；(Na2O+B2O3)-Al2O3 2mol%；2mol%Na2O-Al2O3 6mol%；及4mol%(Na2O+K2O)-Al2O3 10mol%。
在另一實施例中，強化玻璃製品係自鹼性鋁矽酸鹽玻璃製造而成，該鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含：自約60mol%至約70mol%的SiO2、自約6mol%至約14mol%的Al2O3、自0mol%至約15mol%的B2O3、自0mol%至約15mol%的Li2O、自0 mol%至約20mol%的Na2O、自0mol%至約10mol%的K2O、自0mol%至約8mol%的MgO、自0mol%至約10mol%的CaO、自0mol%至約5mol%的ZrO2、自0mol%至約1mol%的SnO2、自0mol%至約1mol%的CeO2、低於約50ppm的As2O3，及低於約50ppm的Sb2O3，其中12mol%Li2O+Na2O+K2O20mol%及0mol%MgO+CaO10mol%。
在另一實施例中，鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含SiO2及Na2O，其中玻璃具有溫度T35kp，在該溫度下，玻璃之黏度為35千泊(kpoise)，其中鋯石分解形成ZrO2及SiO2之溫度T分解高於T35kp。在一些實施例中，鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含：自約61mol%至約75mol%的SiO2、自約7mol%至約15mol%的Al2O3、自0mol%至約12mol%的B2O3、自約9mol%至約21mol%的Na2O、自0mol%至約4mol%的K2O、自0mol%至約7mol%的MgO，及0mol%至約3mol%的CaO。
在另一實施例中，鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含至少50mol%的SiO2及選自由鹼金屬氧化物及鹼土金屬氧化物組成之群組的至少一個改質劑，其中[(Al2O3(mol%)+B2O3(mol%))/(Σ鹼金屬改質劑(mol%))]>1。在一些實施例中，鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含：自50mol%至約72mol%的SiO2、自約9mol%至約17mol%的Al2O3、自約2mol%至約12mol%的B2O3、自約8mol%至約16mol%的Na2O，及自0mol%至約4mol%的K2O。
在另一實施例中，鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5，及至少一個鹼金屬氧化物(R2O)，其中0.75 [(P2O5(mol%)+R2O(mol%))/M2O3(mol%)]1.2，其中M2O3=Al2O3+B2O3。在一些實施例中，鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含：自約40mol%至約70mol%的SiO2、自0mol%至約28mol%的B2O3、自0mol%至約28mol%的Al2O3、自約1mol%至約14mol%的P2O5，及自約12mol%至約16mol%的R2O；且在某些實施例中包含：自約40至約64mol%的SiO2、自0mol%至約8mol%的B2O3、自約16mol%至約28mol%的Al2O3、自約2mol%至約12%的P2O5，及自約12mol%至約16mol%的R2O。
在其他實施例中，鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含至少約4mol%的P2O5，其中(M2O3(mol%)/RxO(mol%))<1，其中M2O3=Al2O3+B2O3，且其中RxO為鹼性鋁矽酸鹽玻璃中出現之一價及二價陽離子氧化物之總和。在一些實施例中，一價及二價陽離子氧化物係選自由Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO組成之群組。在一些實施例中，玻璃包含0mol%的B2O3。
在又一實施例中，鹼性鋁矽酸鹽玻璃包含至少約50mol%的SiO2及至少約11mol%的Na2O，且壓應力為至少約900MPa。在一些實施例中，玻璃進一步包含Al2O3以及B2O3、K2O、MgO及ZnO中之至少一者，其中-340+27.1．Al2O3-28.7．B2O3+15.6．Na2O-61.4．K2O+8.1．(MgO+ZnO)0mol%。在特定實施例中，玻璃包含：自約7mol%至約26mol%的Al2O3、自0mol%至約9mol%的B2O3、自約11mol%至約25mol%的Na2O、自0mol%至約2.5mol%的K2O、自0mol% 至約8.5mol%的MgO，及自0mol%至約1.5mol%的CaO。
在一些實施例中，上文所描述之鹼性鋁矽酸鹽玻璃實質上不含(亦即含0mol%之)鋰、硼、鋇、鍶、鉍、銻及砷中之至少一者。
在一些實施例中，上文所描述之鹼性鋁矽酸鹽玻璃係藉由本項技術中已知之製程(諸如狹槽拉伸、熔融拉伸、再拉伸等)下拉，且該等鹼性鋁矽酸鹽玻璃具有至少為130千泊之液相黏度。
本文中所描述之實施例亦可使用其他材料雷射加工，該等材料諸如鋁矽酸鹽玻璃、鹼石灰玻璃及玻璃陶瓷。
強化玻璃製品110係自玻璃基板製造而成，該玻璃基板之厚度視具體應用而定，強化玻璃製品110將被運用於該具體應用中。作為實例而非限制，玻璃基板之厚度可在約0.3mm至約1.5mm之範圍內。亦有可能為其他厚度。此外，玻璃製品之尺寸可視應用而不同。
大體上，可藉由使用雷射束雷射燒蝕非強化玻璃製品或玻璃基板片來製造蝕刻特徵112，使得蝕刻特徵112具有所需的紋理、視覺特徵及深度。雷射束可為在所需蝕刻特徵之邊界內產生缺陷之超短脈衝式雷射束或連續波(CW)雷射束。至於超短脈衝式雷射束，短雷射脈衝與玻璃材料之間相互作用的非熱燒蝕特性使所處理之表面具有更少的缺陷及更低的剩餘應力。隨後，蝕刻之玻璃製品可藉由如下文所描述之強化製程強化。
現參考第2圖，示意性地圖示示例性雷射蝕刻系統 100。應瞭解本發明之實施例並不限於第2圖中所圖示之示例性雷射蝕刻系統100，且應瞭解，實施例可包括比所圖示之彼等元件更多、更少及/或不同的元件。大體上，所圖示之雷射蝕刻系統100包含雷射130、雷射束調節光學器件132，及掃描裝置134。雷射130可經配置以發射具有波長及強度之雷射束120，使得雷射束藉由雷射束調節光學器件132及掃描裝置134聚焦或另外調節後，雷射130在非線性狀態下操作，在該非線性狀態下，經掃描之雷射束122引起非線性光吸收，使得雷射光被吸收，且在經掃描之雷射束122與正在處理之非強化玻璃製品108的玻璃材料之間存在能量轉移。在一些實施例中，非強化玻璃製品108可為平整的、或彎曲的，或另外成形的。實施例並不限於任意特定形狀之非強化玻璃製品。雷射束120可具有能夠相對於玻璃材料產生非線性光吸收之任意波長。在一個實施例中，雷射束120之波長係在約350nm至約1070nm之範圍內。作為非限制性實例，雷射130可經操作以發射波長為約355nm、約532nm及/或約1064nm之雷射束120。雷射130亦可以平均功率操作，該平均功率大於非強化玻璃製品108之燒蝕閾值。在一個實施例中，傳輸至非強化玻璃製品108之經掃描之雷射束122的平均功率大於約1.5W。在另一實施例中，傳輸至非強化玻璃製品108之經掃描之雷射束122的平均功率大於約8W。視具體應用而定，雷射束120可為脈衝式雷射束或CW雷射束。
雷射束調節光學器件132可配置為一或更多個光學元件，該一或更多個光學元件聚焦及/或校準雷射束120以為 掃描裝置134之掃描做準備。在一個實施例中，雷射束調節光學器件132包含校準雷射束120的一或更多個校準透鏡、動態地調整雷射束120之焦點的一或更多個動態聚焦透鏡，或校準透鏡與動態聚焦透鏡之組合。在雷射束調節光學器件132(例如射束擴展器)中亦可包括其他光學元件。
掃描裝置134係配置為雷射掃描器，該雷射掃描器可沿x軸與y軸掃描雷射束120，使得經掃描之雷射束122根據蝕刻特徵之所需形狀燒蝕非強化玻璃製品108之表面109。以此方式，使經掃描之雷射束122平移穿過非強化玻璃製品108的表面109。掃描裝置134可配置為一對個別驅動的檢流計掃描鏡。作為實例而非限制，掃描裝置134可為由SCANLAB AB出售的intelliSCAN®型雷射掃描頭。掃描裝置134可進一步包含諸如f-θ透鏡之聚焦透鏡136，以控制經掃描之雷射束122沿z軸之光束腰的位置。應瞭解，相對於非強化玻璃製品108平移雷射束122亦可包括在保持雷射束122靜止的同時平移非強化玻璃製品108。或者，可同時移動雷射束122及非強化玻璃製品108以相對於非強化玻璃製品108平移雷射束122。
儘管在第2圖中僅圖示單個雷射束122，然應瞭解多個雷射束122可射入一或更多個非強化玻璃製品108以同時燒蝕一或更多個蝕刻特徵112。舉例而言，可提供多個雷射130及/或使用光束分離器以將雷射束120分離為導向至一或更多個非強化玻璃製品108的多個雷射束122。作為實例而非限制，可利用多個同步化之雷射束122以增加輸出。
可基於各種因素選擇經掃描之雷射束122之掃描速度S，該等因素包括但不限於：蝕刻特徵112之所需表面粗糙度、所需部分製造輸出、雷射束之頻率、經掃描之雷射束122是否為脈衝式雷射束或CW雷射束、雷射脈衝之頻率，及雷射脈衝之強度。下文詳細論述各種掃描速度以及掃描速度考慮。
雷射130、雷射束調節光學器件132及掃描裝置134中之一或更多者可由計算裝置139控制，該計算裝置可配置為通用電腦運行控制軟體、特殊應用硬體或二者之組合，該特殊應用硬體係配置來控制雷射蝕刻系統100之元件。進一步地，雷射130、雷射束調節光學器件132及掃描裝置134中之一或更多者可自電源138(諸如電網、發電機或電池電源)接收電功率。雷射蝕刻製程可配置為雷射蝕刻母體玻璃片之多個玻璃製品(亦即，在自母體玻璃片分離玻璃製品之前)，或個別地雷射蝕刻玻璃製品(亦即，玻璃製品在先前自母體玻璃片分離)。
現參考第3圖，雷射130可配置為能夠發射雷射束120之超短脈衝式雷射，該雷射束120包含一系列雷射光脈衝。雷射光脈衝之持續範圍可在10飛秒直至CW的範圍內。脈衝式雷射束122(亦即，經掃描之雷射束122包含一系列雷射脈衝)產生一系列射束點124，該等射束點藉由非線性光學吸收在非強化玻璃製品108之表面內產生雷射修改區域或缺陷。例如，射束點124可具有約20μm之直徑。然而，在實施例中可利用大於或小於20μm之直徑。第3圖圖示複數條 水準缺陷線115，該等水準缺陷線115包含由非線性光學吸收雷射燒蝕形成之複數個雷射修改區域，以及先前的射束點124'及當前的射束點124。因諸如「水準」及「豎直」之術語僅作為實例使用，此等術語之使用並非意欲進行方向性限制。當前射束點124藉由脈衝重疊PO距離重疊先前的射束點124'。脈衝重疊PO之尺寸可視經掃描之雷射束122之射束點之直徑、掃描速度S，以及脈衝頻率f而定。在實施例中，脈衝頻率f在10kHz至500kHz的範圍內。在一些實施例中，脈衝頻率f低於約100MHz。然而，視應用而定可利用更高或更低之頻率。
由射束點124形成之雷射修改區域的品質可由能量怎樣在經掃描之雷射束122與玻璃材料之間轉移，以及材料怎樣回應藉由經掃描之雷射束122提供之能量而決定。經掃描之雷射束122之波長及材料吸收光譜可決定將發生怎樣程度之線性吸收，且雷射強度及玻璃材料之光學特性可指示在雷射與玻璃材料之間的相互作用下是否有任何非線性光學現象出現。視雷射與玻璃相互作用持續時間之長短，及材料釋放自經掃描之雷射束122轉移之能量的速度，將有更多或更少的熱載入或熱散逸。舉例而言，若具有波長之經掃描之雷射束122為高吸收性的且在CW模式中操作以燒蝕非強化玻璃製品108之表面，則將產生大量的熱且將產生受熱影響之區域，在該受熱影響之區域將開始累積應力且可能形成缺陷及裂紋。然而，若脈衝掃描之雷射束122用於執行相同之操作(例如，如第3圖中所圖示)，則自脈衝掃描之雷射束122 至玻璃材料之能量轉移可藉由調整能量之「劑量」來進行更好的控制，例如，經由雷射光脈衝寬度、重複率(亦即頻率f)及平均功率調整能量之「劑量」。儘管存在其中在CW模式中操作雷射130可產生所需蝕刻特徵之應用，然大體上經掃描之雷射束122之脈衝寬度越長，蝕刻特徵112之品質越低。
可程式化掃描裝置134以經由掃描線跨越非強化玻璃製品108來掃描經掃描之雷射束122，以形成複數條水準缺陷線115。在第3圖所示之實施例中，水準缺陷線115間隔水準間隔距離d sh 。水準間隔距離d sh 將影響雷射光之連續脈衝之間脈衝重疊PO之量。在一些實施例中，可控制掃描裝置134以執行穿過複數條水準缺陷線115之經掃描之雷射束122的多次掃描。注意，第3圖中圖示之缺陷線(及第4圖中之豎直缺陷線116)僅示意性地將印在非強化玻璃製品108之表面上的缺陷表示為虛線，且不表示實際之經修改之區域或缺陷。
現參考第4圖，示意性地圖示實施例，在該實施例中，產生複數條水準缺陷線115及複數條豎直缺陷線116以在蝕刻特徵112'之內形成交叉缺陷圖案。舉例而言，複數條水準缺陷線115可由經掃描之雷射束122之連續水準掃描產生，及複數條豎直缺陷線116可由經經掃描之雷射束122之連續豎直掃描形成。複數條水準缺陷線115間隔水準間隔距離d sh ，及複數條豎直缺陷線116間隔豎直間隔距離d sv 。在水準掃描及豎直掃描期間，水準間隔距離d sh 及豎直間隔距離d sv 之值將分別影響脈衝重疊PO。
亦可產生其他缺陷線圖案，諸如基於笛卡爾(Cartesian)座標、極座標或曲線座標的二維圖案(例如，跨越非強化玻璃製品108之表面109的x軸及y軸方向)及三維圖案(例如，跨越表面109x軸及y軸方向以及至大部分非強化玻璃製品中的不同深度)。舉例而言，在所需蝕刻特徵112之周邊內可形成任意的缺陷線(亦即，隨機缺陷圖案)。第5圖圖示具有圓形或旋渦狀缺陷線117圖案之蝕刻特徵112"。掃描圖案、缺陷尺寸(例如，藉由雷射燒蝕形成之修改區域的寬度及長度)、修改區域或缺陷之深度、脈衝重疊PO之量、重複掃描之數目及掃描線之間的間隔距離以及其他參數可影響蝕刻特徵112之審美及觸覺特性。亦可提供各種缺陷圖案，其中蝕刻特徵112中缺陷線之間的間隔及/或缺陷線之方向不同。可提供任意缺陷線圖案。
第6圖至第10圖圖示經掃描之雷射束之掃描速度S、雷射脈衝重複率(亦即，頻率f)與非強化玻璃製品上射束點之間的距離d之間的關係。射束點之間的距離d可能或不能在連續射束點之間提供脈衝重疊PO。首先參考第6圖，圖示包含一系列雷射脈衝123之脈衝式掃描之雷射束122。該系列雷射脈衝123之每一個別脈衝具有脈衝寬度pw，且個別脈衝發生於頻率f，使得該系列雷射脈衝作為藉由1/f界定的週期τ。在一些實施例中，脈衝寬度pw可短到10飛秒。使用當前及待研發之雷射，脈衝寬度pw亦可盡可能地短(例如，短到1阿托秒)。
第7圖圖示複數個射束點124a至124n，由於經掃 描之雷射束122係在x軸方向上以掃描速度S掃描，因此該等射束點124a至124n入射在非強化玻璃製品的表面上。應瞭解，可藉由在y軸方向上掃描經掃描之雷射束122來形成類似的射束點。雷射脈衝系列123a描繪一個時間點之該系列雷射脈衝123，使得個別脈衝125a入射在非強化玻璃製品之表面上，且在非強化玻璃製品之該表面上形成射束點124a。雷射脈衝系列123b描繪下一時間點之該系列雷射脈衝123，此時下一連續個別雷射脈衝125b入射在非強化玻璃製品之表面上，且形成下一射束點124b，射束點124b與先前之射束點124a間隔距離d。類似地，描繪在雷射脈衝系列123b之後的雷射脈衝系列123c以經由個別雷射脈衝125c形成射束點124c。因此，該系列雷射脈衝123之掃描速度S及頻率f影響連續射束點之間的距離d，且因此影響非強化玻璃製品之表面內的修改區域。如下文參考第9圖及第10圖所描述，與經掃描之雷射束122之掃描速度S的變化相比，雷射脈衝123之頻率f對兩個射束點之間(且因此缺陷之間或修改區域之間)的距離之影響更大。
現在參考第8圖，在另一實施例中，藉由一系列雷射脈衝123a'至123c'形成射束點，該系列雷射脈衝123a'至123c'包含複數個雷射脈衝叢發125a'至125c'，該複數個雷射脈衝叢發125a'至125c'由具有週期τ的兩個或兩上以上快速雷射脈衝構成。雷射脈衝叢發具有週期τ 1 。舉例而言，由三個雷射脈衝構成之雷射脈衝叢發125a'產生射束點124a'。類似地，雷射脈衝叢發125b'產生射束點124b'及雷射脈衝叢發 125c'產生射束點124c'。與經掃描之雷射束122之掃描速度S的變化相比，雷射叢發率(亦即頻率)之變化對兩個射束點之間間隔的影響更大。
第9圖及第10圖分別圖示掃描速度S與射束點之間的距離之間的關係，及雷射脈衝頻率f與射束點之間的距離之間的關係。藉由雷射脈衝產生之修改區域的間隔可影響在強化製程後強化玻璃製品110內的蝕刻特徵112紋理(例如，表面粗糙度、不透明性等)。第9圖圖示第一系列雷射脈衝126及第二系列雷射脈衝127，第一系列雷射脈衝126處於恆定頻率f(200kHz)，第一系列雷射脈衝126係以較慢掃描速度S s 沿x軸跨越非強化玻璃製品掃描，第二系列雷射脈衝127在與第一系列雷射脈衝126相同之恆定頻率f下發生但以較快掃描速度S f 掃描。較慢掃描速度S s 在連續射束點之間產生距離d S ，而較快掃描速度S f 在連續射束點之間產生距離d F ，d F 小於距離d S 使得射束點相互重疊。因此，增加經掃描之雷射束的掃描速度會降低藉由射束點在修改區域之間產生的距離。
第9圖亦提供圖表140，該圖表140繪製了作為掃描速度S(mm/s)之函數的連續射束點之間的距離d(μm)。在掃描速度S與連續射束點間之距離d之間存在線性關係。
現參考第10圖，雷射脈衝之頻率f與連續射束點間之距離d之間的關係係非線性的。第10圖圖示第一系列雷射脈衝128及第二系列雷射脈衝129，第一系列雷射脈衝128以恆定掃描速度S(200mm/s)及較低頻率f L 跨越非強化玻 璃製品之表面而掃描，第二系列雷射脈衝129以與第一系列雷射脈衝128相同的恆定掃描速度S但具有較高頻率f H 跨越非強化玻璃製品之表面而掃描。較高頻率f H 在連續射束點之間產生距離d H ，距離d H 小於距離d L 以使得射束點相互重疊。因此，提高雷射脈衝之頻率會降低藉由射束點在修改區域之間產生的距離。第10圖亦提供圖示頻率f與連續射束點間之距離d之間的非線性關係的圖表141。
上文描述之各種參數(諸如掃描速度、雷射脈衝頻率、脈衝寬度、平均雷射功率、穿過之數目、填充圖案等)可經調節以實現所需蝕刻特徵深度及表面粗糙度。此等參數之實際值可視正在加工之材料而定。第11圖圖示Corning Gorilla®玻璃之經雷射加工表面之曲線，其中蝕刻特徵112具有約5μm之蝕刻深度。蝕刻特徵112具有實質上豎直的周邊壁119。周邊壁119將蝕刻特徵112與玻璃基板之周圍表面分隔開。由於周邊壁119之角度可能成為應力集中點，因此周邊壁119之角度可影響蝕刻特徵112之觸感，以及影響蝕刻特徵112對損壞之抗性。第11圖亦圖示蝕刻特徵112，該蝕刻特徵112具有特定之表面粗糙度。可藉由調節上文所述之參數來改變表面粗糙度。
在藉由上文所述之雷射加工製程形成蝕刻特徵112之後，非強化玻璃製品108可經受化學強化製程。在一個實施例中，非強化玻璃製品108係藉由離子交換製程來化學強化，其中用玻璃之層中相同化學價之更大的金屬離子取代或交換玻璃中更小的金屬離子，該層接近玻璃之外表面。用更 大之離子取代更小之離子在玻璃製品或片之表面內產生壓應力，該表面延伸至一層深度(DOL)。
在一個實施例中，金屬離子為一價鹼金屬離子(例如Na+、K+、Rb+等)，且離子交換係藉由將玻璃製品108浸泡在包含更大金屬離子之至少一個熔融鹽(例如KNO3、K2SO4、KCl等)的浴中來完成，該更大金屬離子用於取代玻璃中之更小金屬離子。或者，諸如Ag+、Tl+、Cu+等之其他一價陽離子可與玻璃材料中之鹼金屬陽離子交換。用於強化玻璃製品之離子交換製程或諸製程可包括但不限於將玻璃浸泡在單一浴中，或將玻璃浸泡在相似或不同組合物之多個浴中，在浸泡之間具有洗滌及/或退火步驟。
第12圖圖示具有蝕刻特徵112之強化玻璃製品150的截面視圖。化學強化製程引入第一強化層151a及第二強化層151b，第一強化層151a及第二強化層151b處於壓應力下並且分別自強化玻璃製品150之第一及第二表面延伸。第一強化層151a及第二強化層151b延伸至DOL。第一強化層151a及第二強化層151b之壓縮力係藉由張力下中央區域152之張力平衡。視玻璃材料之組合物及強化製程而定，DOL可大於5μm，且第一強化層151a及第二強化層151b之表面壓力可大於100MPa。在由Corning Incorporated製造之Gorilla®玻璃中輕易地實現大於750MPa之表面壓力及大於40μm之DOL。在一些實施例中，隨後蝕刻特徵可經化學蝕刻以鈍化在雷射微加工期間產生之缺陷(例如燃燒製程)以更增進經加工區域對整體強度之影響。
在非強化玻璃製品108經歷化學強化時，界定蝕刻特徵112之經雷射加工之區域及未藉由機器處理之表面(亦即未受影響之表面)經同時強化。為了保持強化玻璃製品150之抗壓強度，特別是蝕刻特徵112之區域中之抗壓強度，可能需要確保蝕刻特徵112之蝕刻特徵深度d e 小於強化玻璃製品150之層深度。然而，特別在具有較淺層深度的實施例中，亦設想了其中蝕刻特徵深度d e 大於層深度的實施例。至於Gorilla®玻璃，由於第一強化層151a及第二強化層151b之DOL更深，蝕刻特徵112之大部分缺陷或修改區域將藉由高壓應力凍結，進而導致堅固玻璃製品。
可能需要調整化學強化製程以防止玻璃製品由於蝕刻特徵中的疵點而損壞，蝕刻特徵中的疵點係由玻璃製品之蝕刻特徵區域與未蝕刻表面之間的表面粗糙度及裂紋數量不同而造成。可降低在化學強化製程之最初階段引入蝕刻特徵區域的壓力的量以防止中央裂紋之形成。在化學強化之早期階段存在多種方法來降低壓力，可個別地或以相互組合之方式執行所有此等方法。浴中更大離子(例如K)之量可允許最初降低壓力，然亦在整個化學強化製程中保持較低，且亦使玻璃製品能夠實現玻璃製品所需之強化層。另外，在化學強化製程期間之熱迴圈可藉由預先加熱浴然後緩慢冷卻玻璃製品來調整以減輕熱效應。
化學蝕刻亦可利用以讓蝕刻特徵之缺陷變圓，使得當蝕刻特徵在化學強化浴之高應力環境中時，玻璃製品將不會形成中央裂紋及破裂而重新分配足以允許玻璃製品在化學 強化之最初的若干分鐘期間保持完整的應力。此外，化學蝕刻亦可用於稍微粗糙化玻璃製品之未蝕刻特徵表面以減小玻璃製品之蝕刻特徵與剩餘表面之間的表面粗糙度差異。
在一些實施例中，可在雷射微加工蝕刻特徵前首先強化非強化玻璃製品。因此，可藉由雷射直接將蝕刻特徵微加工至強化表面層中。
在一些實施例中，蝕刻特徵深度d e 及缺陷線(例如水準缺陷線115及/或豎直缺陷線116)之間的間隔距離(例如水準間隔距離d sh 及/或豎直間隔距離d sv )可使得蝕刻特徵112之缺陷線產生繞射光柵效應。現參考第13A圖及第13B圖，示意性地圖示示例性蝕刻特徵112。第13B圖為第13A圖中所圖示之蝕刻特徵的特寫視圖。所圖示之蝕刻特徵112包含由上文所述之雷射處理之複數條水準缺陷線115(亦見第3圖)。水準缺陷線115具有由相鄰水準缺陷線115之間的水準間隔距離d sh 界定的線間隔。該線間隔使得水平線115界定繞射光柵，該繞射光柵具有成角度之刻面118裂口且將入射光I繞射至若干光束(例如經繞射之光束D 1 或經繞射之光束D 2 )內，以及反射光R，光R可向蝕刻特徵112之存在及位置之使用者提供額外視覺指示。線間隔可使得實現所需繞射光柵效應。繞射光柵效應可為透射性的或反射性的。作為實例而非限制，線間隔可由通常約為1μm至3μm之水準間隔距離d sh (或豎直間隔距離d sv ，或其他組態之缺陷線之間的其他間隔距離)界定。當觀察所圖示實施例中之截面時，水準缺陷線係配置為三角形凹槽。然而，應瞭解實施例並不限 於三角形凹槽，並且可能為其他凹槽形狀。
在雷射燒蝕及/或化學強化之前或之後，亦可將各種層塗敷至玻璃製品之表面。舉例而言，在一些實施例中，可將諸如疏水性塗層及/或疏油性塗層之層塗敷至玻璃製品之表面以防止水、油(例如皮脂)及其他物質之累積。亦可塗敷為玻璃製品提供裝飾或其他功能之其他薄膜層。作為實例而非限制，在用於智慧型電話之蓋玻璃中，圍繞顯示器之區域一般係藉由將不透明材料層之層塗敷至玻璃表面而隱藏。各種薄膜層可包括但不限於金屬、非導電金屬或金屬氧化物，或其他氧化物材料，該金屬、非導電金屬或金屬氧化物，或其他氧化物材料塗敷至玻璃製品，或玻璃製品之蝕刻特徵或非蝕刻表面之任一者。
為了美觀，亦可將一或更多個材料薄層塗敷至玻璃製品。舉例而言，可將一或更多個材料薄層沉積在蝕刻特徵上，以及圍繞玻璃製品之表面的區域，以向玻璃製品之表面提供全像、虹彩及/或無光澤美感。現參考第14圖，可將一或更多個薄層170塗敷至具有一或更多個蝕刻特徵112之玻璃製品108的表面109。第14圖示意性地圖示塗敷至第13A圖及第13B圖中所圖示之玻璃製品108的一或更多個薄層170，使得一或更多個薄層170沉積於水平線115上，水平線115具有線間隔以產生繞射光柵效應。一或更多個薄層170可遵循蝕刻特徵112之形狀。在一些實施例中，一或更多個薄層170可僅局部地提供在蝕刻特徵處，或可覆蓋玻璃製品之表面109的額外區域。應瞭解，可將一或更多個薄層170塗敷至玻 璃製品108之表面，該玻璃製品108具有帶除水平線之外之圖案(例如旋渦狀圖案、交叉圖案、一維圖案、二維圖案、隨機圖案、多變圖案等)的蝕刻特徵。
選擇用於一或更多個薄層170之材料的類型可視所需美學效應而定。舉例而言，為了實現全像或虹彩效應，可將諸如金屬(例如Al、Cu、Au)之反射性材料及/或介電材料(例如MgF2、矽石、Ta2O5及ZnS)沉積在蝕刻特徵112以及周圍區域上。可藉由任意已知或待研發之技術來塗敷材料之薄層，該已知或待研發之技術包括但不限於物理氣象沉積、化學氣相沉積、離子束沉積、分子束磊晶及濺鍍沉積。在一些實施例中，選擇材料使得蝕刻特徵之繞射光柵僅繞射特定顏色(例如紅色)之波長。可選擇蝕刻特徵之蝕刻圖案以產生微特徵使得蝕刻特徵與一或更多個薄層170之材料結合提供虹彩效應。
作為實例而非限制，一或更多個薄層之厚度與受繞射之光之波長相對應。舉例而言，一或更多個薄層之厚度可為約數百奈米。視材料或塗敷可使用其他厚度。
如上文所闡述，亦可將一或更多個薄層170塗敷至蝕刻特徵112(以及玻璃製品108之周圍區域)以減少玻璃製品108之蝕刻特徵112及周圍區域之光澤度(亦即提供無光澤之外觀)。舉例而言，可塗敷聚合物材料之一或更多個薄層以減少玻璃製品108之蝕刻特徵112及/或周圍區域之反射性。
現參考第15圖，在雷射加工之前可將一或更多個薄 層180塗敷至玻璃製品之第一表面109。第15圖示意性地圖示實施例，其中首先將一或更多個薄層180(例如金屬、非導電金屬、非導電金屬氧化物或其他氧化物材料層)塗敷至玻璃製品108之第一表面109。如上文所述，經掃描之雷射束122經操作使得僅燒蝕一或更多個薄層180以形成蝕刻特徵185之所需圖案(例如有序的、多變的，或隨機一維或二維圖案)的掃描線185。在此類實施例中，玻璃製品108未受雷射燒蝕。如上文關於玻璃製品108之表面內之蝕刻特徵112的描述，一或更多個薄層180內之蝕刻特徵182可具有不同於一或更多個薄層180之周圍區域的外觀及紋理。一或更多個薄層180及蝕刻特徵182可產生全像、虹彩及/或無光澤美感。
第16圖示意性地圖示實施例，其中將一或更多個薄層190塗敷至玻璃製品108之第二表面111(亦即下側表面)。雷射束122可經操作使得雷射束不損壞或影響玻璃製品但在第二表面111處燒蝕一或更多個薄層190以形成界定蝕刻特徵192之損壞線195。可自玻璃製品108之下側表面111或經由玻璃製品108自頂部表面109處理一或更多個薄層190。
實例
將藉由以下實例進一步闡明本文中所描述之實施例。使用商用10皮秒脈衝式雷射(由Lumera Laser生產之Rapid系列)雷射加工示例性非強化玻璃製品，該商用10皮秒脈衝式雷射在355nm之波長、100kHz之頻率(亦即重複率)及1.8W之平均功率下操作。脈衝式雷射束係使用f-θ透鏡及一對檢流計掃描鏡(SCANLAB AB出售之intelliSCAN® 型雷射掃描頭)在厚度為0.7mm之Gorilla®玻璃樣本(例如代碼2318及代碼2319)上掃描。經聚焦之雷射束具有直徑約為12μm之射束點尺寸且遵循交叉圖案(見第4圖)以特定速度掃描，視將蝕刻之所需深度而定，重複掃描一或更多次。使用此雷射蝕刻系統，使用交叉圖案以10cm/s之掃描速度單次可完成蝕刻深度為10μm之蝕刻特徵。當掃描速度為25cm/s且重複兩次交叉圖案時，所量測之蝕刻深度增加至10μm。預測使用更長之波長(例如532nm、1064nm)將導致類似特點之特徵，且由於效率更高、輸出更高及成本更低，使用更長之波長在生產時可能更佳。如第1圖所示，蝕刻特徵具有幾何組態。
使樣本經受離子交換化學強化製程(410℃下之KNO3浴，持續7小時)以藉由形成第一及第二強化表面層來提高強度。為了顯示蝕刻特徵對玻璃基板強度之影響，在壓應力及張應力條件二者下使樣本經受環上環(ring-on-ring)強度測試。當按照在壓力模式中加壓之圖案執行測試時，雷射蝕刻特徵係向上放置與內部(亦即更小直徑)環及用於張力模式之相反組態接觸。
用兩個不同之蝕刻深度(5μm及25μm)準備十個控制樣本之一個子集(無蝕刻特徵)及五個樣本之若干子集並且在壓應力及張應力下進行量測。如表1所示，控制子集(無蝕刻特徵)之經量測之平均環上環強度為140MPa，且當測試壓縮表面之蝕刻特徵時實質上不存在平均強度上之改變。當測試張力表面上之蝕刻特徵時觀察到了平均強度之明 顯降低(5μm蝕刻深度降低18%及25μm蝕刻深度降低44%)。然而，在大多數應用中，由於使用者施加力量至蝕刻特徵，引入至蝕刻特徵上之應力為壓應力形式。
現應瞭解本發明之實施例提供具有表面之強化玻璃製品及用於生產該等強化玻璃製品之方法，該等表面係經修改為包括雷射微加工之形狀、標識，及用於裝飾、觸覺及其他功能性目的之其他輪廓。具體而言，關於Gorilla®玻璃及其他玻璃組合物，蝕刻特徵可用於觸控式面板或其他2D/3D裝置及應用上，且蝕刻特徵具有由化學強化製程提供之更強的劃傷及損壞抗性的差別優勢，同時該等觸控式面板或其他2D/3D裝置及應用亦包括此類蝕刻特徵。舉例而言，蝕刻特徵可提供觸覺差異，該觸覺差異可允許在裝置之表面上參考點的位置。舉例而言，此類蝕刻特徵亦可表明虛擬按鈕之位 置，諸如ON/OFF按鈕或「主頁」按鈕。可在強化玻璃製品上提供蝕刻特徵用於各種應用，該等應用包括但不限於觸敏式裝置(例如行動電話、平板電腦、膝上型電腦或桌上電腦、電視等)及汽車、建築或電氣應用中之其他用途，諸如標籤、標識、裝飾及其他功能。蝕刻特徵保持如強化玻璃製品之未蝕刻表面的類似壓應力抗性。
對於熟習此項技術者而言顯而易見的是，在不脫離所主張之標的物之精神及範疇之情況下，可對本文中所描述之實施例做出各種修改及變化。因此，若此等修改及變化在所附申請專利範圍及所附申請專利範圍之等效物範疇內，則本說明書意欲涵蓋本文中所描述之各種實施例的修改及變化。
105‧‧‧電子裝置
110‧‧‧強化玻璃製品
112‧‧‧蝕刻特徵
113a‧‧‧雷射蝕刻區域
113b‧‧‧雷射蝕刻區域
113c‧‧‧雷射蝕刻區域
114‧‧‧倒「Y」形狀

Claims (20)

  1. 一種製造具有一蝕刻特徵之一強化玻璃製品的方法，該方法包含以下步驟：提供一非強化玻璃製品，該非強化玻璃製品包含一第一表面及一第二表面；將一雷射束聚焦至該非強化玻璃製品之該第一表面上以自該第一表面燒蝕材料；相對於該非強化玻璃製品在由一所需蝕刻特徵界定之一邊界內平移該雷射束，其中該雷射束之平移自該第一表面以一深度燒蝕該材料以形成該蝕刻特徵；及在形成該蝕刻特徵後藉由一化學強化製程化學強化該非強化玻璃製品，其中：該強化玻璃製品包含一第一強化表面層及一第二強化表面層以及一中央區域，該第一強化表面層及該第二強化表面層處於一壓應力下且分別自該強化玻璃製品之該第一表面及該第二表面延伸至一層深度，該中央區域在該第一強化表面層與該第二強化表面層之間，該中央區域處於一張應力下；且該蝕刻特徵之該深度小於該層深度使得該蝕刻特徵位於該壓應力層內。
  2. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：在化學強化該非強化玻璃製品之前，化學蝕刻該蝕刻特徵以降低該蝕刻特徵之一表面的一表面粗糙度。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該雷射束為一脈衝式雷射束，該脈衝式雷射束具有大於10飛秒之一脈衝寬度。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該脈衝式雷射束以小於約100MHz之一頻率脈衝。
  5. 如請求項3所述之方法，其中該脈衝式雷射束係在該非強化玻璃製品之該第一表面上以約10cm/s至約120cm/s之一範圍內之一掃描速度平移。
  6. 如請求項1所述之方法，其中平移該雷射束之步驟包含以下步驟：在該所需蝕刻特徵之該邊界內平移該雷射束以沿一第一方向形成複數條第一缺陷線。
  7. 如請求項6所述之方法，其中平移該雷射束之步驟進一步包含以下步驟：在該所需蝕刻特徵之該邊界內平移該雷射束以沿一第二方向形成複數條第二缺陷線，其中該複數條第一缺陷線與該複數條第二缺陷線相交。
  8. 如請求項1所述之方法，其中平移該雷射束之步驟產生間隔一間隔距離之複數條缺陷線，使得該複數條缺陷線在該蝕刻特徵之該邊界內產生一繞射光柵。
  9. 如請求項1所述之方法，其中平移該雷射束之步驟包含以下步驟：平移該雷射束以在該所需蝕刻特徵之該邊界內形成一二維圖案或三維圖案。
  10. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：在該強化玻璃製品之該表面上塗覆一或更多個材料薄層使得該一或更多個材料薄層佈置於該蝕刻特徵上。
  11. 一種強化玻璃製品，該強化玻璃製品包含：一第一強化表面層及一第二強化表面層以及一中央區域，該第一強化表面層及該第二強化表面層處於一壓應力下且分別自該強化玻璃製品之一第一表面及一第二表面延伸至一層深度，該中央區域在該第一強化表面層與該第二強化表面層之間，該中央區域處於一張應力下；及至少一個蝕刻特徵，該至少一個蝕刻特徵在該第一表面或該第二表面內，該至少一個蝕刻特徵包含一深度及一表面粗糙度，該深度小於該層深度，該表面粗糙度大於該至少一個蝕刻特徵以外該第一表面或該第二表面之一表面粗糙度，其中該至少一個蝕刻特徵係藉由雷射燒蝕形成。
  12. 如請求項11所述之強化玻璃製品，其中該至少一個蝕刻特徵之該深度係在約10μm至約40μm之一範圍內。
  13. 如請求項11所述之強化玻璃製品，其中該強化玻璃製品 之該層深度大於5μm且具有大於約100MPa之一表面壓力。
  14. 如請求項11所述之強化玻璃製品，其中該至少一個蝕刻特徵係藉由形成一交叉缺陷圖案之複數條交叉之缺陷線界定。
  15. 如請求項11所述之強化玻璃製品，其中該至少一個蝕刻特徵係藉由該至少一個蝕刻特徵之一邊界內的一二維圖案或一三維圖案界定。
  16. 如請求項11所述之強化玻璃製品，其中該至少一個蝕刻特徵包含一壁，該壁間隔該至少一個蝕刻特徵與該強化玻璃製品之一周圍表面。
  17. 如請求項11所述之強化玻璃製品，其中：該至少一個蝕刻特徵包含間隔一間隔距離之複數條缺陷線；且該間隔距離使得該複數條缺陷線在該至少一個蝕刻特徵之該邊界內產生一繞射光柵。
  18. 如請求項1所述之強化玻璃製品，該強化玻璃製品進一步包含佈置在該強化玻璃製品之該表面及該蝕刻特徵上之一或更多個材料薄層。
  19. 一種製造具有一蝕刻特徵之一強化玻璃製品的方法，該方法包含以下步驟：提供一強化玻璃基板，該強化玻璃基板包含一第一表面及一第二表面，其中該強化玻璃製品包含一第一強化表面層及一第二強化表面層以及一中央區域，該第一強化表面層及該第二強化表面層處於一壓應力下且分別自該強化玻璃製品之該第一表面及該第二表面延伸至一層深度，該中央區域在該第一強化表面層與該第二強化表面層之間，該中央區域處於一張應力下；將一或更多個材料薄層沉積在該強化玻璃基板之該第一表面及/或該第二表面上；將一雷射束聚焦至該一或更多個材料薄層上；及相對於該強化玻璃基板在由一所需蝕刻特徵界定之一邊界內平移該雷射束，其中該雷射束之平移自該一或更多個材料薄層的一第一表面以一深度燒蝕材料，以在該一或更多個材料薄層內形成該蝕刻特徵，且該強化玻璃基板保持未被該雷射束損壞。
  20. 如請求項19所述之方法，其中：該蝕刻特徵包含間隔一間隔距離之複數條缺陷線；且該間隔距離使得該複數條缺陷線在該蝕刻特徵之該邊界內產生一繞射光柵。
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