TW201518226A - 輕量強化、低發射率之真空絕緣玻璃視窗 - Google Patents

輕量強化、低發射率之真空絕緣玻璃視窗 Download PDF

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Richard Robert Grzybowski
Michael S Pambianchi
Alexander Mikhailovich Streltsov
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Abstract

真空絕緣玻璃視窗包括兩個或兩個以上玻璃窗格及玻璃凸塊間隔物，在該等窗格之一者之表面內形成該等玻璃凸塊間隔物。玻璃凸塊間隔物由玻璃窗格之主體部分之玻璃材料構成。該等玻璃窗格之至少一者包含化學強化玻璃。形成真空絕緣玻璃(vacuum-insulated glass；VIG)視窗之方法包括藉由用來自雷射之聚焦光束照射玻璃窗格形成玻璃凸塊間隔物。玻璃內之熱效應引起玻璃局部膨脹，因此形成玻璃凸塊間隔物。在化學強化玻璃窗格內形成該等玻璃凸塊間隔物的實施例中，可在化學強化之前或之後形成玻璃凸塊間隔物。使第二玻璃窗格與玻璃凸塊間隔物接觸，且密封邊緣。將所得密封之內部區域抽空至小於一個大氣壓之壓力。

Description

輕量強化、低發射率之真空絕緣玻璃視窗 【相關申請案之交互參照】
本申請案根據專利法主張於2011年3月29日提出申請之美國專利申請案第13/074,599號之優先權權利，本案依賴該申請案之內容且該申請案之內容以整體引用之方式併入本文。
本揭示案大體而言係關於低發射率(低E)真空絕緣玻璃(vacuum-insulated glass；VIG)視窗，且更特定言之係關於包括至少一個化學強化玻璃窗格且包含在一或更多個玻璃窗格內形成之玻璃凸塊間隔物之真空絕緣玻璃視窗。
真空絕緣玻璃(VIG)視窗通常包括兩個或兩個以上玻璃窗格，其中抽空空間(亦即，真空)位於該等窗格之間。總體結構提供相較於普通玻璃視窗改良之熱絕緣性質及隔音性質。為防止在相鄰玻璃窗格之間的下垂及接觸，可在相鄰玻璃窗格之間置放離散間隔物。間隔物可由鋁、塑膠、陶瓷或玻璃製得且習知地與玻璃窗格不同，亦即，該等間隔物為在玻璃窗格之間安置且固定之單獨、離散元件。
儘管習知間隔物在分離窗格中有效，但在透過視窗查看時該等間隔物趨向於可見，因此使得視窗不悅目。此外，在包含低發射率塗層之真空絕緣玻璃視窗中，習知間隔物可磨損低E塗層，尤其當曝露於熱梯度時，在熱梯度中室內窗格與室外窗格之間的不同熱膨脹可引起玻璃窗格及間隔物之相對移動。磨損或以其他方式損傷之低E塗層非均勻地反射入射光，此舉表現為所謂的「星光發射」，該「星光發射」為視窗玻璃內之不當光學效應。此外，對在窗格之間安置離散間隔物且隨後固定該等間隔物至窗格之需要增加了VIG視窗製程之成本及複雜性。
鑒於前述內容，需要經濟的低E真空絕緣玻璃視窗以及製得該等視窗之伴隨方法。
本揭示案係關於低發射率VIG視窗以及係關於形成該等視窗之方法。根據實施例，真空絕緣玻璃視窗包含：第一玻璃窗格，該第一玻璃窗格具有由第一玻璃材料形成之第一主體且具有第一相對表面及第一外邊緣；第二玻璃窗格，該第二玻璃窗格與第一玻璃窗格間隔分開第一距離且該第二玻璃窗格實質上平行於第一玻璃窗格安置，且該第二玻璃窗格具有由第二玻璃材料形成之第二主體且具有第二相對表面及第二外邊緣；及第一邊緣密封件，在第一外邊緣及第二外邊緣之至少各個部分周圍形成該第一邊緣密封件以便在第一玻璃窗格與第二玻璃窗格之間界定第一密封內部區域，其中該第一密封內部區域具有小於一個大氣壓之真空壓力。第一 複數個玻璃凸塊間隔物整體地形成在第一玻璃窗格之第一表面中之一者內且該第一複數個玻璃凸塊間隔物由第一主體部分之第一玻璃材料構成。第一光學塗層形成在第一玻璃凸塊間隔物及其中形成第一玻璃凸塊間隔物的第一表面兩者之上。在裝配之視窗內，複數個塗覆之玻璃凸塊間隔物接觸第二玻璃窗格以便維持該間隔分開之第一距離。第一玻璃窗格及第二玻璃窗格中之至少一者包含化學強化玻璃材料。在進一步實施例中，VIG視窗包含第三窗格。
形成VIG視窗之實例方法包括以下步驟：提供第一玻璃窗格，該第一玻璃窗格具有第一主體部分且包含第一玻璃材料，该第一主體部分具有第一表面及第一邊緣；及在該第一表面中整體地形成第一複數個玻璃凸塊間隔物，該第一複數個玻璃凸塊間隔物由第一主體部分之第一玻璃材料構成。在第一表面及第一複數個玻璃凸塊間隔物兩者之上形成第一光學塗層。使第一玻璃窗格之複數個塗覆之玻璃凸塊間隔物與化學強化第二玻璃窗格接觸，以便第一玻璃窗格與第二玻璃窗格間隔分開第一表面與第二表面之間的第一距離，該化學強化第二玻璃窗格具有第二表面及第二邊緣。將第一邊緣及第二邊緣密封以在第一玻璃窗格與第二玻璃窗格之間界定內部區域，且在該內部區域內形成小於一個大氣壓之真空壓力。在實施例中，可在第一玻璃窗格內形成玻璃凸塊間隔物，該第一玻璃窗格經化學強化。通常在形成玻璃凸塊間隔物之前進行化學強化。
在隨後詳細描述中闡述額外態樣、特徵及優勢，且 對於熟習此項技術者而言，該等額外態樣、特徵及優勢將部分地從該描述顯而易見或藉由實踐本文所述之本發明來認識到，本文所述之本發明包括隨後之詳細描述、申請專利範圍以及附加圖式。
應理解，前述一般描述及下列詳細描述兩者皆意欲提供用於理解所主張之本發明之本質及特徵的概述或框架。茲包括隨附圖式以提供進一步理解且將該等隨附圖式併入本說明書及該等隨附圖式構成本說明書之部分。該等圖式圖示各種實施例，且與描述一起用於解釋本發明之原理及操作。
10‧‧‧VIG視窗
20‧‧‧玻璃窗格
20B‧‧‧背面玻璃窗格
20F‧‧‧前面玻璃窗格
20M‧‧‧中間玻璃窗格
22‧‧‧前面表面
22B‧‧‧外表面
22F‧‧‧外表面
22M‧‧‧表面/前面側/側
23‧‧‧第一主體部分
23B‧‧‧主體部分
23F‧‧‧主體部分
23M‧‧‧主體部分
24‧‧‧背面表面
24B‧‧‧內表面/表面
24F‧‧‧內表面/表面
24M‧‧‧背面側/表面/側
28B‧‧‧邊緣/外邊緣/第二邊緣/背面邊緣
28F‧‧‧邊緣/外邊緣/第一邊緣/前面邊緣
28M‧‧‧外邊緣/邊緣/中間邊緣
30‧‧‧邊緣密封件
40‧‧‧內部區域
40A‧‧‧第一內部區域
40B‧‧‧第二內部區域
50‧‧‧玻璃凸塊間隔物/玻璃凸塊
51‧‧‧尖峰/頂端部分
100‧‧‧設備
110‧‧‧雷射
112‧‧‧雷射波束
112C‧‧‧準直雷射波束
112D‧‧‧去焦之雷射波束
112F‧‧‧聚焦之雷射波束
112P‧‧‧光脈衝
120‧‧‧聚焦光學系統
124‧‧‧去焦透鏡
130‧‧‧第一聚焦透鏡
132‧‧‧第二聚焦透鏡
150‧‧‧控制器
160‧‧‧光閘
170‧‧‧X-Y-Z台
172‧‧‧箭頭
180‧‧‧光偵測器
210‧‧‧光學塗層
A1‧‧‧光學軸
DB‧‧‧基底直徑
DF‧‧‧距離
DG‧‧‧距離
DGA‧‧‧距離
DGB‧‧‧距離
DT‧‧‧直徑
FP‧‧‧焦點
H‧‧‧凸塊高度
PF‧‧‧焦點平面
S‧‧‧聚焦斑點
SD‧‧‧電偵測器訊號
SL‧‧‧雷射控制訊號
SS‧‧‧光閘控制訊號
ST‧‧‧台控制訊號
TG‧‧‧厚度
第1圖為根據實施例之實例雙窗格VIG視窗之前視圖；第2圖為第1圖之VIG視窗在CS-CS方向上觀察之橫截面視圖；第3圖為實例玻璃凸塊間隔物之特寫橫截面視圖；第4A圖為類似於第2圖之橫截面視圖，且第4A圖圖示具有中間玻璃窗格之三窗格VIG視窗之實例實施例，其中玻璃凸塊間隔物在中間玻璃窗格之兩個表面內形成；第4B圖類似於第4A圖，不同之處在於在背面玻璃窗格而非中間玻璃窗格內形成玻璃凸塊間隔物之第二集合；第4C圖類似於第4A圖，不同之處在於在前面玻璃窗格及背面玻璃窗格而非中間玻璃窗格內形成玻璃凸塊間隔物之第一集合及第二集合；第5A圖及第5B圖圖示透明鹼土鋁矽酸鹽玻璃(第 5A圖)及透明鹼石灰玻璃(第5B圖)在UV及可見波長光譜中之典型透射曲線(透射(%)對波長(nm))；第6圖為實例基於雷射之玻璃凸塊形成設備之示意圖，該等基於雷射之玻璃凸塊形成設備用來在形成VIG視窗之製程中在玻璃窗格內形成玻璃凸塊間隔物；第7圖為雷射光波束之實例實施例之示意圖，該雷射光波束由來自脈衝式雷射之光脈衝形成；第8圖為條形圖，該條形圖繪製鹼石灰玻璃窗格之雷射功率P(W)、距離D F 及玻璃凸塊間隔物高度H；第9圖為在3mm鹼石灰玻璃窗格試樣中形成之玻璃凸塊間隔物之三維影像；第10圖為第9圖之玻璃凸塊間隔物之直線掃描，顯示實質上半球狀之凸塊輪廓；第11圖為類似於第9圖所示之三維影像的玻璃凸塊間隔物之三維影像，不同之處在於該玻璃凸塊間隔物具有實質上平坦之頂端部分；第12圖為具有紅外線反射塗層之實例玻璃窗格之示意性側視圖；第13圖為在第12圖之玻璃窗格內形成之未塗覆之玻璃凸塊間隔物的特寫橫截面視圖；第14圖為在第12圖之玻璃窗格內形成之塗覆之玻璃凸塊間隔物的特寫橫截面視圖；第15圖為根據一個實施例在VIG視窗內之玻璃窗格組件之橫截面視圖； 第16圖為根據另一實施例在VIG視窗內之玻璃窗格組件之橫截面視圖；以及第17圖為根據又一實施例在VIG視窗內之玻璃窗格組件之橫截面視圖。
真空絕緣玻璃(VIG)視窗包含：第一玻璃窗格；第二玻璃窗格，該第二玻璃窗格與第一玻璃窗格間隔分開第一距離且該第二玻璃窗格實質上平行於第一玻璃窗格安置；複數個玻璃凸塊間隔物，在第一玻璃窗格之第一表面上整體地形成該複數個玻璃凸塊間隔物；及第一光學塗層，在玻璃凸塊間隔物及其中形成第一玻璃凸塊間隔物的第一表面兩者之上形成該第一光學塗層，其中第一玻璃窗格及第二玻璃窗格中之至少一者包含化學強化玻璃材料，且複數個塗覆之玻璃凸塊間隔物接觸第二玻璃窗格以便維持該間隔分開之第一距離。可將兩個或兩個以上玻璃窗格併入VIG視窗，該VIG視窗包含相鄰玻璃窗格之間的抽空區域。下文描述形成玻璃凸塊間隔物、化學強化玻璃窗格及諸如低發射率(低E)塗層之光學塗層之態樣。
如本文揭示，「在玻璃窗格內形成」玻璃凸塊間隔物。「在玻璃窗格內形成」意謂玻璃凸塊間隔物產生於玻璃窗格之主體部分且由組成玻璃窗格之玻璃材料形成，以便自其他實質上平坦之玻璃窗格表面以凸面方式向外突出。在玻璃窗格內經由光致吸收可形成玻璃凸塊間隔物。
術語「光致吸收」大致理解為意謂玻璃窗格之吸收 光譜之局部改變，該玻璃窗格之吸收光譜之局部改變由用輻射局部曝露(照射)玻璃窗格產生。光致吸收可涉及在波長或波長(包括但不限於紫外線波長、近紫外線波長、可見波長、近紅外線波長及/或紅外線波長)之範圍處的吸收改變。在透明玻璃窗格內之光致吸收之實例包括(例如但不限於)顏色中心形成、短暫玻璃缺陷形成及永久玻璃缺陷形成。
如本文界定之視窗為包含兩個或兩個以上玻璃窗格之製品，該兩個或兩個以上玻璃窗格對電磁(electromagnetic；EM)輻射至少為部分可透射的，該電磁輻射包括具有紫外線波長、近紫外線波長、可見波長、近紅外線波長及/或紅外線波長之EM輻射。
具有整體形成之玻璃凸塊間隔物之VIG視窗
第1圖為雙窗格VIG視窗10之實例實施例之前視圖。第2圖為第1圖之實例VIG視窗10在CS-CS方向上觀察之橫截面視圖。圖示笛卡爾坐標用於參考。VIG視窗10包括兩個玻璃窗格20，即相對於彼此且實質上平行於彼此而安置之前面玻璃窗格20F及背面玻璃窗格20B。前面玻璃窗格20F具有由第一玻璃材料製得之主體部分23F且具有外表面22F及內表面24F以及外邊緣28F。同樣，背面玻璃窗格20B具有由第二玻璃材料製得之主體部分23B且具有外表面22B及內表面24B以及外邊緣28B。在實例實施例中，組成主體部分23F及23B之第一玻璃材料及第二玻璃材料為相同材料。在另一實例實施例中，組成主體部分23F及23B之第一玻璃材料及第二玻璃材料之兩者或兩者之一可包含化學強化 玻璃。
前面玻璃窗格20F及背面玻璃窗格20B分離距離D G ，自前面玻璃窗格20F及背面玻璃窗格20B之各個內表面24F及24B量測該距離D G 。在各個外邊緣28F及28B處提供邊緣密封件30以環繞每一外邊緣之至少一部分來提供密閉式密封。邊緣密封件30以及前面玻璃窗格內表面24F及背面玻璃窗格內表面24B界定密封之內部區域40。較佳地至少部分抽空密封之內部區域40以便該密封之內部區域40具有小於一個大氣壓之真空壓力，此舉為VIG視窗10提供理想熱絕緣性質及聲學絕緣性質。
VIG視窗10進一步包括在背面玻璃窗格20B之內表面24B內整體形成之複數個玻璃凸塊間隔物50。第3圖為實例玻璃凸塊間隔物50之特寫視圖。應注意，玻璃凸塊間隔物50係整體地形成於背面玻璃窗格20B內且並不作為單獨或離散元件添加至VIG視窗10。因此，玻璃凸塊50由與背面玻璃窗格20B相同之材料形成(且因此由與背面玻璃窗格20B相同之材料構成)，且事實上玻璃凸塊50為主體部分23B之延伸。下文詳細地論述形成玻璃凸塊50之實例方法。
在實例實施例中，將玻璃凸塊間隔物50相對於彼此有規律地間隔開。因為在主體部分23B內整體地形成玻璃凸塊間隔物50，故以規則之(亦即，實質上垂直入射)觀察角度觀察VIG視窗10時，該等玻璃凸塊間隔物50為實質上不可見的。因此，在第1圖中以虛線形式圖示玻璃凸塊50。玻璃凸塊50具有「尖端」或「頂端部分」51，如第3圖所示。 如下文所述，頂端部分51不需要如第3圖所示為圓形。玻璃凸塊間隔物50接觸前面窗格內表面24F且用以維持在前面玻璃窗格20F與背面玻璃窗格20B之間的分離距離D G 。
在實例實施例中，玻璃窗格20F及20B由鹼石灰玻璃或鹼鋁矽酸鹽玻璃形成，在另一實例實施例中該等玻璃窗格20F及20B具有介於0.5mm與3mm(例如0.5mm、0.7mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm)之間的各個厚度T G 。在實例實施例中，玻璃凸塊間隔物50具有在自50μm至200μm之範圍內、更佳地在自75μm至150μm之範圍內且甚至更佳地在自100μm至120μm之範圍內之高度(「凸塊高度」)H。在實例實施例中，玻璃窗格20F及20B具有實質上相同之厚度T G (見第6圖)。
第4A圖為類似於第2圖之橫截面視圖且圖示三窗格VIG視窗10之實例實施例，該三窗格VIG視窗10包括夾於前面窗格20F與背面窗格20B之間的中間玻璃窗格20M。中間玻璃窗格20M具有第三玻璃材料之主體部分23M且具有前面側22M、背面側24M及邊緣28M。玻璃凸塊間隔物50之第一集合及第二集合分別形成在中間窗格20M之前面側22M及背面側24M兩者內，且分別用以維持在中間玻璃窗格20M與前面窗格20F之間的距離D GA 及在中間窗格與背面窗格20B之間的距離D GB 。在第4A圖所示之實例實施例中，單邊緣密封件30用以密封邊緣28F、28M及28B。在另一實例實施例中，使用多個邊緣密封件30，其中一個邊緣密封件用以密封邊緣28F及28M之至少各個部分，且另一邊緣密封件 用以密封邊緣28M及28B之至少各個部分(見第4B圖)。
邊緣密封件30及玻璃窗格表面24F及22M界定第一密封之內部區域40A，同時邊緣密封件30及玻璃窗格表面24M及24B界定第二密封之內部區域40B。較佳地抽空密封之內部區域40A及40B以便該等密封之內部區域每一者具有小於一個大氣壓之真空壓力，此舉為三重窗格VIG視窗10提供理想熱絕緣性質及聲學性質，且尤其提供約兩倍於諸如第1圖及第2圖所示雙窗格VIG視窗10之絕緣。
第4B圖類似於第4A圖，且第4B圖圖示三窗格VIG視窗10之替代實例實施例，其中在背面玻璃窗格20B之內表面24B而非中間玻璃窗格20M內形成玻璃凸塊間隔物50之第二集合。第4B圖亦圖示如上所述使用多個邊緣密封件30之實例實施例。
第4C圖類似於第4B圖，且第4C圖圖示三窗格VIG視窗10之又一替代實例實施例，其中在前面玻璃窗格20F之內表面24F而非中間玻璃窗格20M內形成玻璃凸塊間隔物50之第一集合。因此，在第4C圖所圖示之實施例中，在內窗格及外窗格內形成玻璃凸塊間隔物，而在第4A圖圖示之實施例中，在中間窗格內形成玻璃凸塊間隔物。
如下文進一步詳細揭示，在玻璃凸塊間隔物之上以及在形成該等玻璃凸塊間隔物之表面之上可形成諸如低發射率塗層之一或更多個光學塗層。為清晰起見，該一或更多個光學塗層已自第1圖、第2圖及第4圖所示之圖示實施例中省略。
在實例實施例中，中間玻璃窗格20M由鹼石灰玻璃或鹼鋁矽酸鹽玻璃形成，且在另一實例實施例中，該中間玻璃窗格20M具有介於0.5mm與3mm之間的厚度T G 。在各種實施例中，組成主體部分23F、23B及23M之第一玻璃材料、第二玻璃材料及第三玻璃材料可獨立地或以任意組合包含化學強化玻璃。在實例實施例中，前面玻璃窗格主體部分23F、中間玻璃窗格主體部分23M及背面玻璃窗格主體部分23B由相同玻璃材料製得。
儘管鹼石灰玻璃為最常見視窗玻璃，但本文揭示之VIG視窗可應用於任何類型之玻璃，在該等任何類型之玻璃中可使用下文詳細描述之方法形成整體玻璃凸塊間隔物50。舉例而言，本文揭示之VIG視窗應用於低鐵(「超清晰」)視窗玻璃以及應用於下文介紹且論述之其他玻璃。
玻璃凸塊間隔物形成
用於視窗窗格之可用透明玻璃趨向於在高功率雷射可用的波長(諸如介於約800μm與1600μm之間的近紅外線(NIR)譜帶或介於約340nm與約380nm之間的紫外線(UV)譜帶)處具有極少吸收。舉例而言，鹼土鋁矽酸鹽玻璃及鈉鋁矽酸鹽玻璃(例如，諸如Eagle2000®玻璃、Eagle XGTM玻璃、1317玻璃及GorillaTM玻璃之玻璃，以上玻璃全部可購自Corning Incorporated,Corning,NY)通常具有如第5A圖所示之透射光譜，且鹼石灰玻璃通常具有如第5B圖所示之透射光譜。自第5A圖及第5B圖明顯可見，鹼土鋁矽酸鹽玻璃及鹼石灰玻璃之透射在355nm之波長處超過約85%(包括歸因於 在玻璃/空氣介面處之反射的菲涅耳損耗)，此情況對加熱甚至小體積之玻璃至接近於工作點(~105泊)之溫度提出挑戰，除非使用具有幾百瓦可用輸出功率之雷射。
意外地發現，對於某些透明玻璃窗格，包括由鹼土鋁矽酸鹽玻璃(例如，諸如上述Eagle2000®玻璃及Eagle XGTM玻璃之LCD玻璃)、鹼石灰玻璃及鈉鋁矽酸鹽玻璃(例如，上述1317玻璃及GorillaTM玻璃)形成之彼等透明玻璃窗格，藉由透射強烈UV雷射波束穿過透明玻璃窗格可將在雷射波長處之吸收上升至足夠水平。詳言之，發現高重複率、奈秒脈衝寬度之UV雷射為最有效的。發現用該脈衝式UV雷射波束之接近一秒或兩秒之曝露會在其他相對低吸收透明玻璃內產生光致吸收。此誘發型玻璃吸收在UV波長處顯著地增加，使局部加熱玻璃窗格至玻璃窗格之工作溫度(使用相同雷射或單獨之雷射)成為可能且使玻璃凸塊50之形成成為可能。一旦終止照射，UV產生之吸收在短時間段(例如，幾秒鐘)內衰弱。
可使用諸如中紅外線波長雷射之其他類型雷射代替UV雷射以用於最透明玻璃材料。實例中紅外線波長雷射產生具有約2.7μm之波長的雷射波束。為說明起見，下文描述且認為UV雷射與本文所揭示用來形成VIG視窗之設備有關。
第6圖為實例基於雷射之設備(「設備」)100之示意圖，該基於雷射之設備100在形成VIG視窗10之製程中用來在玻璃窗格20內形成玻璃凸塊間隔物50。設備100包括沿光學軸A1配置之雷射110。雷射110沿光學軸發射具有功 率P之雷射波束112。在實例實施例中，雷射110在電磁光譜之紫外線(UV)區域內操作。
亦參閱第7圖，在特定實例實施例中，雷射110為產生光脈衝112P之脈衝式雷射，該等光脈衝112P構成雷射波束112，其中光脈衝具有UV波長(例如，約355nm)及奈秒等級之瞬時脈衝寬度 τ P 。在實例實施例中，光脈衝112P具有在20ns≦ τ P ≦80ns範圍內之瞬時脈衝寬度 τ P 及在50kHz≦R≦200kHz範圍內之重複率R。另外在實例實施例中，雷射110為20瓦雷射(亦即，P=20W)。在實例實施例中，雷射110包含第三諧波Nd基雷射。如第7圖所示，將光脈衝112P以△t時間量間隔分開，藉此界定重複率為R=1/△t。
設備110亦包括沿光學軸A1配置之聚焦光學系統120且界定包括焦點FP之焦點平面PF。在實例實施例中，聚焦光學系統120沿光學軸A1自雷射110按順序包括：去焦透鏡124及第一聚焦透鏡130之組合(該去焦透鏡124及該第一聚焦透鏡130之組合形成波束擴展器)及第二聚焦透鏡132。在實例實施例中，去焦透鏡124具有焦距f D =-5cm，第一聚焦透鏡130具有焦距f C1 =20cm，且第二聚焦透鏡132具有焦距f C2 =3cm及數值孔徑NAC2=0.3。在實例實施例中，去焦透鏡124以及第一聚焦透鏡130及第二聚焦透鏡132由熔合矽石製得且包括抗反射(anti-reflection；AR)塗層。聚焦光學系統120之替代實例實施例包括鏡子或鏡子及透鏡元件之組合，該等鏡子或鏡子及透鏡元件之組合設置為自雷射波束112中產生聚焦之雷射波束112F。
設備100亦包括控制器150，諸如雷射控制器、微控制器、電腦、微電腦等，該控制器150電性連接至雷射110且為控制雷射之操作。在實例實施例中，在雷射波束112之路徑內提供光閘160且將該光閘160電性連接至控制器150，以便可有選擇地阻隔雷射波束以使用光閘控制訊號SS將雷射波束「打開」及「關閉」而非用雷射控制訊號SL將雷射110「打開」及「關閉」。
在開始設備100之操作之前，相對於該設備安置玻璃窗格20，該玻璃窗格20具有主體部分23，該主體部分23具有前面表面22及背面表面24。特定地，將玻璃窗格20沿光學軸A1安置以便前面玻璃窗格表面22及背面玻璃窗格表面24實質上垂直於光學軸且以便在朝著雷射110方向上(亦即，在+Z方向上)將背面玻璃窗格表面24自焦點平面P F 略微軸向地移位距離D F 。在實例實施例中，玻璃窗格20具有在0.5mm≦T G ≦6mm範圍內之厚度T G 。同樣在實例實施例中，0.5mm≦D F ≦2mm。在此配置中，玻璃凸塊間隔物將形成於玻璃窗格表面24內，該玻璃窗格表面24對應於第2圖之背面玻璃窗格20B之表面24B。
隨後經由來自控制器150之控制訊號SL啟動雷射110以產生雷射波束112。若使用光閘160，則在啟動雷射110之後，啟動光閘且經由來自控制器150之光閘控制訊號SS將該光閘置放於「打開」位置以使光閘讓雷射波束112通過。隨後藉由聚焦光學系統120接收雷射波束112，且聚焦光學系統120內之去焦透鏡124引起雷射波束發散以形成去焦之雷 射波束112D。隨後藉由第一聚焦透鏡130接收去焦之雷射波束112D，配置該第一聚焦透鏡130以自去焦之雷射波束形成擴展之準直雷射波束112C。隨後藉由第二聚焦透鏡132接收準直雷射波束112C，該第二聚焦透鏡132形成聚焦之雷射波束112F。聚焦之雷射波束112F通過玻璃窗格20且沿光學軸A1在焦點FP處形成聚焦斑點S，如上所述，該聚焦斑點S在離玻璃窗格背面表面24距離D F 處且因此存在於主體部分23之外。在此應注意，玻璃窗格20略微影響光學系統20之焦點FP之位置，因為當聚焦之雷射波束112F通過玻璃窗格時，該聚焦之雷射波束112F收斂。然而，玻璃窗格20之厚度T G 通常為足夠薄以便可忽略此焦點偏移效應。
歸因於在玻璃窗格內之上述光致吸收，當聚焦之雷射波束112F通過玻璃窗格20時，吸收聚焦之雷射波束112F之一部分。此用以局部加熱玻璃窗格20。光致吸收之量為相對低的，例如約3%至約4%。當在玻璃窗格20內局部吸收聚焦之光波束112F時，在主體部分23內產生有限膨脹帶域，其中快速溫度改變引起玻璃之膨脹。由於藉由環繞膨脹帶域之玻璃之未加熱(且因此未膨脹)區域約束膨脹帶域，故藉由向上變形迫使在膨脹帶域內部之玻璃釋放內部應力，藉此形成玻璃凸塊間隔物50。如第6圖之插圖所示，玻璃凸塊間隔物50具有尖峰51，該尖峰51對應於最高波束強度之位置。在實例實施例中，藉由快速冷卻玻璃之加熱區域固定玻璃凸塊間隔物50。藉由終止使用聚焦之雷射波束112F之曝露(亦即，使用聚焦之雷射波束112F之照射)可達成此固定。
若聚焦之光波束112F具有圓形對稱橫截面強度分佈，諸如高斯分佈，則局部加熱及伴隨玻璃膨脹發生在玻璃窗格主體23內之圓形區域之上，且所得玻璃凸塊間隔物50為實質上圓形對稱。
在玻璃窗格內之不同位置上可重複製程以在玻璃窗格20內形成複數個(例如，陣列)玻璃凸塊間隔物50。在形成玻璃凸塊間隔物之後，可將玻璃窗格選擇性地進一步處理且隨後併入VIG視窗10中。在實例實施例中，設備100包括X-Y-Z台170，該X-Y-Z台170電性連接至控制器150且設置為在如藉由大箭頭172所指明之X方向、Y方向及Z方向相對於聚焦之雷射波束112F移動玻璃窗格20。此允許藉由經由來自控制器150之台控制訊號ST有選擇地平移台170及照射玻璃窗格20內的不同位置來形成複數個玻璃凸塊間隔物50。
在實例實施例中，在諸如第1圖所示之規則陣列內形成玻璃凸塊間隔物50。在實例實施例中，介於相鄰玻璃凸塊間隔物50之間的間隔為介於約2吋(亦即，約5cm)與6吋(亦即，約15cm)之間。同樣在實例實施例中，使用追蹤玻璃凸塊間隔物50之成長的反饋裝置或系統控制玻璃凸塊間隔物之形成，以便玻璃凸塊間隔物可形成為具有選擇高度H，該選擇高度H在玻璃凸塊間隔物之集合之上為實質上均勻的。
在一個實例實施例中，藉由量測聚焦之雷射波束112F穿過玻璃窗格20之透射T追蹤玻璃凸塊間隔物形成。在實例實施例中，藉由在玻璃窗格20之輸出側沿軸A1配置 光偵測器180及電性連接光偵測器至控制器150達成此操作。當形成玻璃凸塊50時，聚焦之雷射波束112F之透射T快速降低。因此，藉由電偵測器訊號SD之改變可偵測透射內之此快速下降，該電偵測器訊號SD藉由光偵測器180回應於在聚焦之雷射波束112F內偵測傳遞之光而產生。終止用聚焦之雷射波束112F之照射(曝露)(例如，如上所述使用控制訊號SL或SS經由控制器150之操作)停止局部加熱且固定玻璃凸塊間隔物50。在實例實施例中，量測之透射T用來控制照射劑量。
在替代實例實施例中，相鄰玻璃窗格20之輸入側配置光偵測器180且在照射製程期間該光偵測器180偵測來自玻璃窗格主體23的螢光。隨後在偵測之螢光中之臨界值改變可用來終止曝露或調整照射劑量。
在另一實例實施例中，反饋子系統可用來藉由控制照射控制每一玻璃凸塊間隔物之凸塊高度。舉例而言，可實施反饋子系統以藉由以下方式控制照射：監視聚焦之雷射波束穿過第一玻璃窗格之透射強度、每一各個玻璃凸塊間隔物之溫度、源自每一各個玻璃凸塊間隔物之螢光強度及每一各個玻璃凸塊間隔物之凸塊高度中之一或更多者，及當量測到監視變量之預先決定值時終止照射。
在另一實例實施例中，聚焦光學系統120適用於掃描以便可將聚焦之雷射波束112F有選擇地導向至玻璃窗格20內欲形成玻璃凸塊間隔物50之位置。
凸塊高度H取決於若干因素，該等因素包括雷射功 率P、重複率R、聚焦條件及組成玻璃窗格20之玻璃材料。第8圖為條形圖，該條形圖繪製聚焦之雷射波束112F之雷射功率(W)、介於焦點平面P F 與背面玻璃窗格表面24之間的距離D F 及玻璃窗格之凸塊高度H，該玻璃窗格由具有厚度T G =3mm之鹼石灰玻璃製得。第8圖之條形圖基於實驗數據且提供操作參數之實例範圍，該操作參數之實例範圍用於使用設備100形成特定類型之玻璃窗格20之玻璃凸塊間隔物50。使用之曝露(照射)時間在2秒至2.5秒之間的範圍內變化，且觀察到此變化並不顯著影響凸塊高度H。發現UV雷射之最佳重複率為R=150kHz。凸塊高度H自D F 為約0.6mm及雷射功率P為約9W時的約75μm變化至D F 為約1.1mm及雷射功率為約13W時的約170μm。
應注意，若凸塊高度H太小，則此舉可產生可應用至內部區域40之真空總量之減少，因介於相鄰玻璃窗格20之間的間隙太小導致減少之絕緣性質。產生之較小內部區域體積亦轉換成為減少之絕緣性質。此外，歸因於在密集配置之玻璃表面之間的光干涉，小凸塊高度H可產生「牛頓環」之外觀。據估計，凸塊高度H≧100μm足以克服大多數VIG視窗10之該等兩個潛在問題。
第9圖為在鹼石灰玻璃窗格內形成之玻璃凸塊間隔物50之三維影像，該鹼石灰玻璃窗格具有厚度T G =3mm。第10圖為第9圖之玻璃凸塊間隔物50之直線掃描。該直線掃描顯示，玻璃凸塊間隔物50具有實質上半球狀形狀、約75μm之凸塊高度H及約250μm之基底直徑D B 。在實施例中，藉 由提供具有與相對玻璃窗格之小及彎曲之接觸點的玻璃凸塊間隔物50，可最小化光學塗層之磨損。此外，藉由最小化在每一玻璃凸塊間隔物與相對玻璃窗格之間的接觸面積，可最小化經由玻璃凸塊間隔物之熱轉移，同時達成機械韌性VIG視窗。
第11圖為類似於第9圖所示之三維影像的玻璃凸塊間隔物50之三維影像，不同之處在於相鄰玻璃窗格表面24置放呈玻璃板形式之成長限制表面且隨後按照上文照射玻璃窗格。所得玻璃凸塊間隔物50成長至某一凸塊高度H且隨後藉由相鄰玻璃板限制此成長。結果產生具有實質上平坦頂端部分51之玻璃凸塊間隔物50，該實質上平坦頂端部分51具有直徑D T 。以此方式，可控制玻璃凸塊50之面積、高度及形狀，且詳言之可控制上平坦頂端部分51之直徑D T (且因此可控制表面面積)。在實例實施例中，實質上平坦頂端部分51具有實質上圓形形狀以便藉由關係式SA=π[D T /2]2近似於該實質上平坦頂端部分51之表面面積SA。藉由SA T =π n[D T /2]2近似於由n個玻璃凸塊間隔物50之集合呈現之總接觸面積SA T 。
藉由使用更複雜成長限制設置或藉由變更聚焦之雷射波束112F之橫截面形狀可更精確地控制玻璃凸塊間隔物50之大小、形狀及高度。控制凸塊高度H之優勢為該優勢減輕歸因於玻璃之非均勻性及鏡子雷射之不穩定性之凸塊高度之可變性。實質上平坦頂端玻璃凸塊間隔物50之另一優勢為在尖端部分51與玻璃20F之間的接觸點處之機械應力之減少 (包括最小化)。
在VIG視窗10之實例實施例中，選擇總接觸面積SA T 以增加且較佳地最佳化熱絕緣。據估計，對於具有在自約300μm至約700μm範圍內之基底直徑D B 之玻璃凸塊間隔物50，實質上平坦頂端部分51較佳地具有「頂端」直徑D T ≦100μm，更佳地D T ≦75μm，且甚至更佳地D T ≦50μm。
設備100使得玻璃凸塊間隔物50能具有半球狀形狀，主要因為藉由熔融玻璃之表面張力控制玻璃之膨脹，該玻璃之膨脹引起凸塊成型。藉由使用聚焦之雷射波束112F來利用此效應，該聚焦之雷射波束112F具有圓形對稱橫截面。玻璃凸塊間隔物50之圓形輪廓為有利的，因為玻璃凸塊間隔物50之圓形輪廓提供介於玻璃凸塊間隔物與相鄰玻璃窗格之間的最小總接觸面積SA T ，藉此減少介於兩個玻璃窗格之間的熱傳導率。減少(且較佳地最小化)VIG視窗10中之此熱轉移機制為重要的，因為熱絕緣隨總接觸面積SA T 增加而減小。另一方面，每玻璃凸塊間隔物50之極小接觸面積SA可導致局部應力集中且可潛在地損傷相鄰玻璃窗格20及/或光學塗層210。
為評估VIG視窗10中之雷射成長玻璃凸塊間隔物50之可見度對習知VIG視窗中使用之離散間隔物之可見度，相對於VIG視窗之表面法線在不同傾斜角度上拍攝若干照片。儘管當在眩光入射角上觀察時玻璃凸塊間隔物50為可見的，但該等玻璃凸塊間隔物50在更通常之近入射觀察角度上實際上變得不可見。隨後將VIG視窗10之照片與具有離散陶 瓷間隔物之商用視窗窗格在事實上相同條件下取得之照片相比。該等離散陶瓷間隔物為更加可見的，尤其在通常之近入射觀察角度上。
如第4A圖所示，在實例實施例中，在中間玻璃窗格20M之側22M及24M兩者內形成玻璃凸塊間隔物50以形成三重窗格VIG視窗10。在一個實例實施例中，相比形成單側凸塊，藉由變更照射條件而形成雙側玻璃凸塊間隔物50。藉由舉例之方式，在一種方法中，於玻璃窗格20M之一個側22M內形成玻璃凸塊間隔物50，且隨後翻轉該玻璃窗格且在另一側24M內形成更多玻璃凸塊。在此實施例中，可能有必要略微移位在中間玻璃窗格20M之各個側內形成之玻璃凸塊間隔物50之兩個集合以避免照射先前形成之玻璃凸塊間隔物。此位移之量(例如)等於或多達約兩倍於基底直徑D B ，該基底直徑D B 通常為約200μm至700μm且因此在與典型VIG視窗10之大小相比時相當小。
預料VIG視窗10之整體形成之玻璃凸塊間隔物50之使用將比安置及固定離散(亦即，非整體)間隔物至玻璃窗格更成本有效。此情況主要因為所揭示之方法消除對以下裝備及製程之需要：用於在裝配VIG視窗時在精確位置置放離散間隔物及保持該等離散間隔物在適當位置。因為在玻璃凸塊50之尖端部分51與相鄰玻璃窗格20之間的較小及可控制接觸面積SA，故相對於離散間隔物之使用減少(且較佳地最小化)經由熱傳導穿過VIG視窗10之熱轉移。在製造三重窗格VIG視窗之情況下，成本優勢變得甚至更加明顯，其中 離散間隔物之搬運及置放可能相當有挑戰性。
VIG視窗10之實例實施例使用具有不同材料成份之玻璃窗格20。舉例而言，一個玻璃窗格20(例如，第2圖中之背面玻璃窗格20B)由第一玻璃類型形成且另一玻璃窗格(例如，前面玻璃窗格20F)由第二玻璃類型形成。舉例而言，第一玻璃類型為鹼石灰視窗玻璃而第二玻璃類型為離子交換鈉鋁矽酸鹽玻璃(例如，1317玻璃、2317玻璃及其他玻璃)，或反之亦然。此外，在使用化學強化(例如，離子交換)玻璃窗格之實施例中，化學強化窗格可比習知(例如，2mm至4mm鹼石灰)玻璃窗格更薄(例如，0.5mm至2mm)，該化學強化窗格可減少VIG視窗10之總厚度及重量，同時維持可相當或更優越之機械性質。
在鈉鋁矽酸鹽玻璃1317(「1317玻璃」)內進行之玻璃凸塊形成實驗顯示高膨脹度能力，及在具有厚度T G =1.3mm之試樣中形成之155μm之凸塊高度H。在此應注意，鹼石灰視窗玻璃及1317玻璃具有約9ppm/℃之類似熱膨脹係數(coefficients of thermal expansion；CTEs)。
在具有極低鐵含量(且因此不具有綠色色彩)之「超白」視窗玻璃窗格20內進行之實驗中，使用上文方法形成具有約212μm之凸塊高度H之玻璃凸塊間隔物50。因此，在實例實施例中，在低鐵含量玻璃內形成之玻璃凸塊間隔物50具有在自75μm至225μm範圍內之凸塊高度H，更佳地在自100μm至225μm範圍內，且甚至更佳地在自150μm至225μm範圍內。
使用各種玻璃片形成方法可製得在VIG視窗中使用之玻璃窗格。實例玻璃片形成方法包括熔合抽拉製程及槽孔抽拉製程，該等實例製程每一者為向下抽拉製程以及浮動製程之實例。熔合抽拉製程使用抽拉槽，該抽拉槽具有容納熔融玻璃原料之溝槽。溝槽具有堰，該等堰在溝槽之兩側上沿溝槽之長度在頂端敞開。當用熔融材料填充溝槽時，熔融玻璃溢出堰。歸因於重力，熔融玻璃沿抽拉槽之外表面向下流動。該等外表面向下及向內延伸以便該等外表面在抽拉槽下方之邊緣處接合。兩個流動玻璃表面在此邊緣接合以熔合且形成單流動片。熔合抽拉方法提供以下優勢，因為在溝槽之上流動之兩個玻璃膜熔合在一起，故所得玻璃片之外表面不與設備之任何部分接觸。因此，熔合抽拉玻璃片之表面性質不受該接觸影響。
槽孔抽拉方法與熔合抽拉方法不同。在此將熔融原料玻璃提供至抽拉槽。抽拉槽之底部具有敞開槽孔，該敞開槽孔具有延伸槽孔之長度的噴嘴。熔融玻璃流動穿過槽孔/噴嘴且向下抽拉為連續片且向下抽拉至退火區域內。槽孔抽拉製程可提供比熔合抽拉製程更薄之片，因為僅將單片抽拉穿過槽孔而非將熔合在一起之兩片抽拉穿過槽孔。
向下抽拉製程產生相對原始之表面。因為藉由表面裂縫之量及大小控制玻璃表面之強度，已具有最小接觸之原始表面具有較高初始強度。當隨後化學強化此高強度玻璃時，所得強度可高於已經研磨且拋光之表面之強度。可抽拉向下抽拉玻璃至小於約2mm之厚度。此外，向下抽拉玻璃具 有極平坦、光滑表面，可在該向下抽拉玻璃之最終應用中使用該極平坦、光滑表面而無需高成本的碾磨及拋光。
在浮動玻璃方法中，在通常為錫之熔融金屬之床面上藉由浮動熔融玻璃製得以光滑表面及均勻厚度為特徵之玻璃片。在實例製程中，饋送至熔融錫床面之表面上的熔融玻璃形成浮動條帶。當玻璃條帶沿錫浴流動時，逐漸降低溫度直至可自錫中提升固態玻璃片至滾輪上。一旦玻璃片離開錫浴，可將玻璃片進一步冷卻且退火以減少內部應力。玻璃片一旦形成，可切割該等玻璃片且按要求定形該等玻璃片以形成用於併入VIG視窗內之視窗窗格。
玻璃視窗可為實質上平坦或定形的以用於某些應用。例如，可將視窗形成為彎曲或定形部分以用作擋風玻璃或蓋板。定形VIG視窗之結構可為簡單或複雜。在某些實施例中，定形VIG視窗可具有簡單曲率。在某些實施例中，定形VIG視窗可具有複雜曲率，其中玻璃窗格在兩個獨立方向上具有不同半徑之曲率。因此該等定形或彎曲之玻璃窗格可以具有「交叉曲率」為特徵，其中玻璃沿平行於給定尺寸之軸彎曲且亦沿垂直於相同尺寸之軸彎曲。例如，汽車天窗通常量測約0.5m乘1.0m且沿短軸具有2m至2.5m之曲率半徑，且沿長軸具有4m至5m之曲率半徑。
藉由彎曲因素可界定根據某些實施例之定形VIG視窗，其中給定部分之彎曲因素等於沿給定軸之曲率半徑除以給定軸之長度。因此，對於沿0.5m及1.0m之各個軸具有2m及4m之曲率半徑的實例汽車天窗，沿每一軸之彎曲因素 為4。定形玻璃視窗可具有自2至8(例如，2、3、4、5、6、7或8)之範圍內變動之彎曲因素。
彎曲玻璃窗格及/或定形玻璃窗格之方法可包括重力彎曲、壓彎曲及為該重力彎曲及該壓彎曲之混合體之方法。
在重力彎曲薄、平坦玻璃片成為諸如汽車擋風玻璃之彎曲形狀之傳統方法中，將冷的預切割單玻璃片或多個玻璃片置放於彎曲夾具之剛性、預定形、周邊金屬支撐表面上。在彎曲之前，通常僅在幾個接觸點上支撐玻璃。通常藉由在徐冷窯中曝露在高溫下來加熱玻璃，此舉軟化玻璃以允許重力下垂或將玻璃下降至與周邊支撐表面一致。實質上隨後整個支撐表面通常將與玻璃之外圍接觸。
相關技術為壓彎曲，其中加熱平坦玻璃片至實質上對應玻璃之軟化點的溫度。隨後在公模件與母模件之間按壓或定形加熱之片至所要曲率，該等公模件及母模件具有互補定形表面。
裝配VIG視窗之厚度可自約2mm至4mm之範圍內變動，其中個別玻璃窗格可具有自0.5mm至2mm(例如，0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、1mm、1.4mm、1.7mm或2mm)之厚度。在實施例中，化學強化玻璃片可具有小於1.4mm或小於1.0mm之厚度。
化學強化玻璃片
如上所述，本文揭示之真空絕緣玻璃視窗包含一或更多個化學強化玻璃片。歸因於化學強化，併入VIG視窗內之化學強化窗格之表面中之一者或兩者處於壓縮中。為了使 裂縫傳播及玻璃失效發生，來自衝擊之抗拉應力必須超過表面壓縮應力。在實施例中，化學強化玻璃片層之高壓縮應力及高深度使得能夠使用比非化學強化玻璃情況下更薄之玻璃。
藉由離子交換製程可化學強化玻璃片。在此製程中，通常藉由將玻璃片浸入至熔融鹽浴內，歷時預先決定之時間週期，以鹽浴中之較大金屬離子交換在玻璃片之表面處或接近玻璃片之表面之離子。熔融鹽浴之溫度通常為約400℃至500℃且預先決定之時間週期可自約兩個小時至十個小時之範圍內變動。較大離子至玻璃內之併入藉由在接近表面區域內產生壓縮應力強化玻璃片。在玻璃之中央區域內引起對應抗拉應力以平衡壓縮應力。
雖然設想其他玻璃成分，但適於形成玻璃窗格之實例離子可交換玻璃為鹼鋁矽酸鹽玻璃或鹼鋁硼矽酸鹽玻璃。如本文所使用，「離子可交換」意謂玻璃能夠用相同原子價之陽離子交換位於或接近玻璃之表面的陽離子，該等相同原子價之陽離子在大小上為或較大或較小。一個實例玻璃成分包含SiO2、B2O3及Na2O，其中(SiO2+B2O3)≧66莫耳%，及Na2O≧9莫耳%。在實施例中，玻璃片包括至少6重量%之氧化鋁。在另一實施例中，玻璃片包括一或更多個鹼土氧化物，以使得鹼土氧化物之含量為至少5重量%。在一些實施例中，適合玻璃成分進一步包含K2O、MgO及CaO中之至少一者。在特定實施例中，玻璃可包含61莫耳%至75莫耳%之SiO2；7莫耳%至15莫耳%之Al2O3；0莫耳%至12莫耳%之B2O3； 9莫耳%至21莫耳%之Na2O；0莫耳%至4莫耳%之K2O；0莫耳%至7莫耳%之MgO；及0莫耳%至3莫耳%之CaO。
適於形成玻璃窗格之另一實例玻璃成分包含：60莫耳%至70莫耳%之SiO2、6莫耳%至14莫耳%之Al2O3、0莫耳%至15莫耳%之B2O3、0莫耳%至15莫耳%之Li2O、0莫耳%至20莫耳%之Na2O、0莫耳%至10莫耳%之K2O、0莫耳%至8莫耳%之MgO、0莫耳%至10莫耳%之CaO、0莫耳%至5莫耳%之ZrO2、0莫耳%至1莫耳%之SnO2、0莫耳%至1莫耳%之CeO2、小於50ppm之As2O3及小於50ppm之Sb2O3，其中12莫耳%≦(Li2O+Na2O+K2O)≦20莫耳%及0莫耳%≦(MgO+CaO)≦10莫耳%。
又一實例玻璃成分包含：63.5莫耳%至66.5莫耳%之SiO2、8莫耳%至12莫耳%之Al2O3、0莫耳%至3莫耳%之B2O3、0莫耳%至5莫耳%之Li2O、8莫耳%至18莫耳%之Na2O、0莫耳%至5莫耳%之K2O、1莫耳%至7莫耳%之MgO、0莫耳%至2.5莫耳%之CaO、0莫耳%至3莫耳%之ZrO2、0.05莫耳%至0.25莫耳%之SnO2、0.05莫耳%至0.5莫耳%之CeO2、小於50ppm之As2O3及小於50ppm之Sb2O3，其中14莫耳%≦(Li2O+Na2O+K2O)≦18莫耳%及2莫耳%≦(MgO+CaO)≦7莫耳%。
在特定實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含氧化鋁、至少一種鹼金屬，及在一些實施例中大於50莫耳%之SiO2、在其他實施例中至少58莫耳%之SiO2及在另外實施例中至少60 莫耳%之SiO2，其中比率。在該表示之比率中，以 莫耳%表示組分且改質劑為鹼金屬氧化物。在特定實施例中，該玻璃包含以下各者、基本由以下各者構成或由以下各者構成：58莫耳%至72莫耳%之SiO2、9莫耳%至17莫耳%之Al2O3、2莫耳%至12莫耳%之B2O3、8莫耳%至16莫耳%之 Na2O及0莫耳%至4莫耳%之K2O，其中比率
在另一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含以下各者、基本由以下各者構成或由以下各者構成：61莫耳%至75莫耳%之SiO2、7莫耳%至15莫耳%之Al2O3、0莫耳%至12莫耳%之B2O3、9莫耳%至21莫耳%之Na2O、0莫耳%至4莫耳%之K2O、0莫耳%至7莫耳%之MgO及0莫耳%至3莫耳%之CaO。
在又一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃基材包含以下各者、基本由以下各者構成或由以下各者構成：60莫耳%至70莫耳%之SiO2、6莫耳%至14莫耳%之Al2O3、0莫耳%至15莫耳%之B2O3、0莫耳%至15莫耳%之Li2O、0莫耳%至20莫耳%之Na2O、0莫耳%至10莫耳%之K2O、0莫耳%至8莫耳%之MgO、0莫耳%至10莫耳%之CaO、0莫耳%至5莫耳%之ZrO2、0莫耳%至1莫耳%之SnO2、0莫耳%至1莫耳%之CeO2、小於50ppm之As2O3及小於50ppm之Sb2O3，其中12莫耳%≦Li2O+Na2O+K2O≦20莫耳%及0莫耳%≦MgO+CaO≦10莫耳%。
在又一實施例中，鹼鋁矽酸鹽玻璃包含以下各者、基本由以下各者構成或由以下各者構成：64莫耳%至68莫耳%之SiO2、12莫耳%至16莫耳%之Na2O、8莫耳%至12莫耳 %之Al2O3、0莫耳%至3莫耳%之B2O3、2莫耳%至5莫耳%之K2O、4莫耳%至6莫耳%之MgO及0莫耳%至5莫耳%之CaO，其中：66莫耳%≦SiO2+B2O3+CaO≦69莫耳%、Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10莫耳%、5莫耳%≦MgO+CaO+SrO≦8莫耳%、(Na2O+B2O3)-Al2O3≦2莫耳%、2莫耳%≦Na2O-Al2O3≦6莫耳%及4莫耳%≦(Na2O+K2O)-Al2O3≦10莫耳%。
在一些實施例中，用選自以下群組之至少一個澄清劑之0莫耳%至2莫耳%分批處理視窗玻璃：該群組包括Na2SO4、NaCl、NaF、NaBr、K2SO4、KCl、KF、KBr及SnO2。
在一個實例實施例中，雖然諸如銣或銫之具有較大原子半徑之其他鹼金屬離子可替換玻璃中之較小鹼金屬離子，但藉由熔融浴中之鉀離子可替換玻璃中之鈉離子。根據特定實施例，藉由Ag+離子可替換玻璃中之較小鹼金屬離子。類似地，在離子交換製程中可使用其他鹼金屬鹽，諸如但不限於硫酸鹽、鹵化物及類似物。
在小於玻璃網可鬆馳之溫度的溫度下藉由較大離子替換較小離子橫跨產生應力輪廓之玻璃之表面而產生離子之分佈。引入離子之較大體積產生壓縮應力(compressive stress；CS)於表面上及產生張力(中央張力或CT)於玻璃之中心。壓縮應力藉由下列關係式與中央張力有關： 其中，t為玻璃片之總厚度且DOL為交換之深度，亦將DOL稱為層之深度。
光學塗層
可將一或更多個光學塗層併入至VIG視窗內。在實施例中，光學塗層包含一或更多個聚合物層，該一或更多個聚合物層可提供互補功能性或不同功能性，包括聲學控制、UV透射控制及/或IR透射控制。
低發射率塗層通常包括紅外線反射膜之層及透明介電膜之一或更多個任意層。紅外線反射膜減少熱穿過塗覆之窗格之透射，該紅外線反射膜大體包含導熱金屬，諸如銀、金或銅。介電膜可用來抗反射紅外線反射膜且用來控制塗層之其他性質及特徵，諸如顏色及持久性。常使用之介電材料包括鋅、錫、銦、鉍及鈦及其他者之氧化物。
實例低發射率塗層包括一個銀層或兩個銀層，每一者夾於透明介電膜之兩個層之間。雖然額外銀層亦可減少穿過視窗之可見透射及/或負面地影響塗層之顏色或持久性，但增加銀層之數目可增加總紅外線反射。
可使用諸如物理氣相沉積或化學氣相沉積之習知膜形成製程或藉由層壓方式(用於大面積玻璃窗格)以塗覆光學塗層。在層壓製程期間，通常加熱塗層材料之薄膜至對軟化塗層材料有效之溫度，此舉促進塗層材料至玻璃窗格之表面的保形配合。在塗層材料內之活動聚合物鏈產生與玻璃表面之結合，此舉促進黏附。高溫亦加速自玻璃塗層介面之殘留空氣及/或水分之擴散。
壓力之施加既促進塗層材料之流動又抑制氣泡形成，或者可由在介面上截留之水及空氣之組合氣相壓力引起 氣泡形成。為抑制氣泡形成，將熱及壓力同時施加至高壓釜內之組件。
第12圖為實例玻璃窗格20之示意性側視圖，該玻璃窗格20具有形成於背面表面24之上的紅外線反射塗層210。該等玻璃窗格在VIG視窗中為有用的，因為該等玻璃窗格可衰減傳遞(亦即，熱產生)輻射之量。
第13圖為類似於第12圖之視圖的特寫橫截面視圖，但對於第12圖之IR反射玻璃窗格20，第13圖圖示形成於該IR反射玻璃窗格20上之玻璃凸塊間隔物50。若在形成玻璃凸塊間隔物之前形成反射塗層210，則由於塗層210具有遠低於玻璃窗格20之熔融點，故該塗層210熔融而遠離玻璃凸塊間隔物50之鄰近處，從而使玻璃窗格20未塗覆。使用標準玻璃清潔技術藉由清潔背面表面24容易地移除塗層210之任何殘餘。
相反，藉由在玻璃凸塊間隔物50形成後併入反射塗層210，反射塗層210形成實質上保形之塗層於窗格之整個背面表面之上，包括玻璃凸塊間隔物50。第14圖為IR反射窗格20之橫截面視圖，該IR反射窗格20包含在背面表面24之上以及在背面表面內形成之玻璃凸塊間隔物50之上形成的反射塗層210。
VIG視窗形成
本揭示案之實施例係關於形成VIG視窗，諸如VIG視窗10。參閱第14圖且再參閱第1圖及第2圖，形成VIG視窗10之實例方法包括以下步驟：在包含第一玻璃材料之第 一(背面)玻璃窗格20B內形成複數個玻璃凸塊間隔物50，該複數個玻璃凸塊間隔物50由第一主體部分23之第一玻璃材料構成。隨後該方法包括以下步驟：在玻璃凸塊間隔物及形成玻璃凸塊間隔物之表面兩者之上形成光學塗層，及使第二玻璃材料之第二(前面)玻璃窗格20F與第一複數個玻璃凸塊間隔物50接觸以便第一玻璃窗格及第二玻璃窗格間隔分開各個表面24F與24B之間的第一距離D G 。隨後該方法包括以下步驟：用邊緣密封件30密封第一邊緣28F及第二邊緣28B之至少各個部分以在前面玻璃窗格20F與背面玻璃窗格20B之間界定內部區域40。隨後至少部分地抽空內部區域40以在該內部區域40中形成小於一個大氣壓之真空壓力。在實施例中，玻璃之窗格之一者或兩者可包含化學強化玻璃。在特定實例實施例中，第二玻璃窗格為化學強化玻璃窗格。
形成三窗格VIG視窗10之方法類似於雙窗格VIG視窗之形成且現在參閱第4A圖、第4B圖及第4C圖論述該方法。首先參閱第4A圖，在實例實施例中，三窗格VIG視窗10之形成涉及以下步驟：在中間(「第一」)玻璃窗格20M內形成玻璃凸塊間隔物之兩個集合，該中間(「第一」)玻璃窗格20M存在於前面(第二)玻璃窗格20F與背面(第三)玻璃窗格20B之間。因此中間玻璃窗格20M在各個表面22M及24M內具有第一複數(集合)及第二複數(集合)個玻璃凸塊間隔物50。中間玻璃窗格20M亦具有外邊緣28M且由第一玻璃材料組成。
該方法進一步包括以下步驟：在中間玻璃窗格之表 面中之一者或兩者之上形成光學塗層210，以使得既在玻璃凸塊間隔物50之上又在形成玻璃凸塊間隔物之各個表面22M及24M之上形成每一光學塗層210。隨後，可使前面玻璃窗格20F及背面玻璃窗格20B(分別由第二玻璃材料及第三玻璃材料組成)與第一複數個玻璃凸塊間隔物50及第二複數個玻璃凸塊間隔物50分別接觸，以便前面玻璃窗格20F、中間玻璃窗格20M及背面玻璃窗格20B間隔分開在表面24F與表面22M之間的距離D GA ，且以便中間玻璃窗格20M及背面玻璃窗格20B間隔分開在表面24M與24B之間的距離D GB 。
隨後該方法包括以下步驟：用一或更多個邊緣密封件30(在第4A圖中圖示一個邊緣密封件30)密封三個玻璃窗格之前面邊緣28F、中間邊緣28M及背面邊緣28B之至少各個部分。此分別用以在前面玻璃窗格20F與中間玻璃窗格20M之間界定第一內部區域40A及在中間玻璃窗格20M與背面玻璃窗格20B之間界定第二內部區域40B。隨後至少部分地抽空內部區域40A及40B以在該等內部區域內形成小於一個大氣壓之各個真空壓力。在實施例中，至少一個玻璃窗格為化學強化玻璃窗格。在特定實例實施例中，第一玻璃窗格及第三玻璃窗格為化學強化玻璃窗格。第15圖示意性地圖示玻璃窗格之設置，該玻璃窗格之設置圖示在中間窗格之上形成的保形光學塗層。
在參閱第4B圖及第4C圖圖示之替代實施例中，如參閱第4B圖及第16圖所圖示在中間窗格20M之一個表面22M內及在背面玻璃窗格20B之內表面24B內，或如參閱第 4C圖及第17圖圖示在前面玻璃窗格20F之內表面24F內及在背面玻璃窗格20B之內表面24B內，可形成玻璃凸塊間隔物50之兩個集合，而非在中間玻璃窗格20M內形成玻璃凸塊間隔物50之兩個集合。如上所述可形成光學塗層及邊緣密封件。藉由舉例之方式，如第4B圖所示，形成三重窗格VIG視窗10之方法可包括以下步驟：使用一個邊緣密封件30密封邊緣28F及28M之至少各個部分以形成第一內部區域40A之真空密封，及使用另一邊緣密封件密封邊緣28M及20B之至少各個部分以形成第二內部區域40B之真空密封。
前述低E VIG視窗可用來提供有益效應，包括聲學雜訊之衰減、UV光透射及/或IR光透射之減少及/或於輕量機械韌性包裝內打開之視窗之美學吸引力之增強。
如本文所使用，單數式「一」及「該」包括複數代表物，除非上下文另外清楚地指定。因此，例如，對「金屬」之引用包括具有兩個或兩個以上該等「金屬」之實例，除非上下文另外清楚地指明。
本文可將範圍表示為自「約」一個特定值及/或至「約」另一特定值。當表示該範圍時，實例包括自一個特定值及/或至另一特定值。類似地，當將值表示為近似值時，藉由在前面使用「約」，應理解，該特定值形成另一態樣。應進一步理解，該等範圍中之每一者之終點在與另一終點有關及獨立於另一終點兩者上為重要的。
除非另外明確地說明，否則不欲將本文闡述之任何方法視為要求以特定順序執行該等任何方法之步驟。因此， 在方法請求項事實上不列舉欲藉由方法請求項之步驟跟隨之順序，或在申請專利範圍或描述中不另外特定說明欲限制該等步驟至特定順序的情況下，不欲推斷任何特定順序。
亦應注意，本文敍述涉及以特定方式「設置」或以特定方式「調試」而作用的本發明之組件。在此方面，將該組件以特定方式「設置」或「調試」而體現特定性質或功能，其中該等敍述為與意欲用途之敍述相對之結構性敍述。更特定而言，本文對「設置」或「調試」組件之方式之引用代表組件之現存實體條件，且就此而言欲看作組件之結構性特徵之明確敍述。
熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，對本發明進行各種修改及變動。由於熟習此項技術者可想到揭示的併入本發明之精神及實質之實施例的修改組合、子組合及變動，故本發明應視為包括在附加申請專利範圍及申請專利範圍之等效物範疇內之所有事物。
10‧‧‧VIG視窗
20F‧‧‧前面玻璃窗格
22F‧‧‧外表面/表面
24B‧‧‧內表面
28F‧‧‧邊緣/外邊緣/第一邊緣/前面邊緣
30‧‧‧邊緣密封件
40‧‧‧內部區域
50‧‧‧玻璃凸塊間隔物/玻璃凸塊

Claims (6)

  1. 一種形成一真空絕緣玻璃(VIG)視窗之方法，該方法包含以下步驟：在具備有具有一第一表面及一第一邊緣之一第一主體部分且包含一第一玻璃材料之一第一玻璃窗格內，在該第一表面內整體地形成一第一複數個玻璃凸塊間隔物，該第一複數個玻璃凸塊間隔物由該第一主體部分之該第一玻璃材料構成；在該第一表面及該第一複數個玻璃凸塊間隔物兩者之上形成一第一光學塗層；使具有一第二表面及一第二邊緣之一化學強化之第二玻璃窗格與該第一複數個塗覆之玻璃凸塊間隔物接觸，以使該第一玻璃窗格與該第二玻璃窗格以在該第一表面與該第二表面之間的一第一距離間隔分開，該化學強化之第二玻璃窗格包含一第二化學強化玻璃材料；密封該第一邊緣及該第二邊緣以在該第一玻璃窗格與該第二玻璃窗格之間界定一內部區域；以及在該內部區域內形成小於一個大氣壓之一真空壓力。
  2. 如請求項1所述之方法，其中形成該第一複數個玻璃凸塊間隔物之步驟進一步包含以下步驟：a)在一位置用一聚焦之雷射束照射該第一玻璃窗格，及終止該照射以固定該玻璃凸塊間隔物；以及b)對不同位置重複動作a)複數次以形成該第一複數個玻 璃凸塊間隔物。
  3. 一種形成一真空絕緣玻璃(VIG)視窗之方法，該方法包含以下步驟：在具備有具有一第一表面及一第一邊緣之一第一主體部分且包含一第一玻璃材料之一第一玻璃窗格內，在該第一表面內整體地形成一第一複數個玻璃凸塊間隔物，該第一複數個玻璃凸塊間隔物由該第一主體部分之該第一玻璃材料構成；化學強化該第一玻璃窗格；在該第一表面及該第一複數個玻璃凸塊間隔物兩者之上形成一第一光學塗層；使具有一第二表面及一第二邊緣一第二玻璃窗格與該第一複數個塗覆之玻璃凸塊間隔物接觸，以使該第一玻璃窗格與該第二玻璃窗格以該第一表面與該第二表面之間的一第一距離間隔分開，該第二玻璃窗格包含一第二玻璃材料；密封該第一邊緣及該第二邊緣以在該第一玻璃窗格與該第二玻璃窗格之間界定一內部區域；以及在該內部區域內形成小於一個大氣壓之一真空壓力。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該第一複數個玻璃凸塊間隔物之形成步驟先於該第一玻璃窗格之化學強化步驟。
  5. 如請求項3所述之方法，其中該第一玻璃窗格之化學強化步驟先於該第一複數個玻璃凸塊間隔物之形成步驟。
  6. 如請求項3所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：在使該第二玻璃窗格與該第一複數個塗覆之玻璃凸塊間隔物接觸之前化學強化該第二玻璃窗格。
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