用于局部可逆玻璃膨胀的方法技术

一种在玻璃材料的表面上形成具有在目标范围内的高度的突起特征的方法，该方法包括：(1)提供具有表面的玻璃材料,(2)在所述表面处或表面下方的位置，为所述玻璃材料局部提供一定量的能量，使得玻璃材料发生局部膨胀，从而使所述位置处的表面上形成突起特征,(3)检测所述突起特征的高度或者突起特征的高度随时间的变化,(4)(a)如果所述高度低于目标范围或趋近低于目标范围的值,则在所述位置为玻璃材料提供更高的能量,或者(b)如果高度高于目标范围或者趋近目标范围以上的值,则在所述位置为玻璃材料提供更低的能量,(5)根据需要重复步骤(3)和(4)，使得所述高度处于目标范围之内。本发明专利技术还揭示了用来使该方法自动化进行的方法和装置。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种在玻璃材料的表面上形成具有在目标范围内的高度的突起特征的方法，该方法包括：(1)提供具有表面的玻璃材料,(2)在所述表面处或表面下方的位置，为所述玻璃材料局部提供一定量的能量，使得玻璃材料发生局部膨胀，从而使所述位置处的表面上形成突起特征,(3)检测所述突起特征的高度或者突起特征的高度随时间的变化,(4)(a)如果所述高度低于目标范围或趋近低于目标范围的值,则在所述位置为玻璃材料提供更高的能量,或者(b)如果高度高于目标范围或者趋近目标范围以上的值,则在所述位置为玻璃材料提供更低的能量,(5)根据需要重复步骤(3)和(4)，使得所述高度处于目标范围之内。本专利技术还揭示了用来使该方法自动化进行的方法和装置。【专利说明】本申请是 申请人:康宁股份有限公司提交的进入中国国家阶段日期为2010年2月25日、申请号为200780100442.1、名为“”的专利技术专利申请的分案。本专利技术是在马里兰州采购处授予的第H98230-05-C-0429号协定给予的政府支持下完成的。政府享有本专利技术的一定权利。
技术介绍
本专利技术涉及玻璃材料的表面纹理化(texturing),具体涉及由于局部施加能量而引发的玻璃材料表面纹理化。这些纹理化可以包括形成凸起、隆脊，以及由这些形状组合而成的所有更复杂的表面特征(feature)。已知用激光进行局部辐照的时候，玻璃会发生膨胀。例如在题为“脆性非金属表面的纹理化方法”的美国专利第5，567，484号(1996)中报道了通过用CO2激光器加热玻璃表面，形成了小于数微米的小凸起。例如在题为“制造平面透镜和平面透镜阵列的方法”的美国专利第7，152，434号中还报道了通过上方覆盖模具升起较大的凸起，形成由该模具限定的形状。人们希望能够在玻璃表面上升起较大高度的凸起结构，例如其高度大于数微米，甚至高达100微米或更大，同时具有良好的重现性并能控制高度，例如将误差牢牢地控制在±100纳米，而且不 限于特定模具表面的外形或形状。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，本专利技术包括一种在玻璃材料的表面上形成高度在目标范围内的突起特征的方法。所述方法包括(I)提供具有表面的玻璃材料，(2)在所述表面上或表面以下的位置为玻璃材料局部提供一定的能量，使得玻璃材料发生局部膨胀，从而在所述位置突起一个特征，(3)检测所述突起特征的高度，或者突起特征的高度随时间的变化，(4) (a)如果所述高度低于目标范围或者趋近目标范围以下的值，则在所述位置为玻璃材料提供更多的能量，或者(b)如果所述高度高于目标范围或趋近目标范围以上的值，则在所述位置为玻璃材料提供更少的能量，(5)根据需要重复步骤(3)和(4)，以使得高度在目标范围以内。根据本专利技术的另一个方面，还揭示了用来自动化进行该过程的方法和装置。在以下的详细描述中给出了本专利技术的其它特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本专利技术而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是陈述了本专利技术的实施方式，用来提供帮助理解要求保护的本专利技术的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本专利技术的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本专利技术的各种实施方式，并与说明书一起用来说明本专利技术的原理和操作。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术方法的某些方面的流程图；图2是正在用电磁辐射进行纹理化的玻璃表面的横截面示意图；图3是正在用设置在表面上的能量集中元件进行纹理化的玻璃表面的横截面示意图；图4是正在用探针尖端进行纹理化的玻璃表面的横截面示意图；图5是用来实施和自动化进行本专利技术方法的系统或设备的示意图；图6是玻璃凸起高度(单位微米)与激光脉冲的剂量能量(单位焦耳)实验结果的关系图；图7是玻璃凸起高度(单位微米)与激光脉冲的剂量能量(单位焦耳)实验结果的又一关系图；图8是根据本专利技术的方法采用多次激光脉冲照射，以将特征高度升高到70微米±100纳米范围的过程中，所述多次激光脉冲所采用的剂量能量与所得的特征高度之间的关系图；图9是根据本专利技术的方法采用多次激光脉冲照射，以将特征高度升高到40微米±100纳米范围的过程中，所述多次激光脉冲所采用的剂量能量与所得的特征高度之间的关系图。【具体实施方式】下面将详细参考本专利技术的优选实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。图1的流程图显示了本专利技术方法或工艺的一个实施方式。通过该方法可以在玻璃材料的表面上形成其高度在目标范围内的突起特征或多个这样的特征。所述突起特征可以包括简单凸起，但是也可以包括隆脊，以及由这些形状组合而成的所有更复杂的表面特征。如图1所示，本专利技术的方法10大体包括:步骤1，提供具有表面的玻璃材料；然后是步骤2，在表面处或下方的某一位置施加一定量的局部能量剂量，使得玻璃材料膨胀，从而使特征在表面上突起。接下来，在步骤3，对突起特征的高度进行测量或检测，任选地，如果使用连续的能量剂量，则对正在趋近的高度进行推测。在步骤4中，如判断菱形框12和14所示，将测得的或检测的或推测的高度与目标范围相比较。如果目前的高度或正在趋近的高度低于所述目标范围，则如步骤4的a部分所述，提供更高的能量。如果目前的高度或正在趋近的高度高于所述目标范围，则如步骤4的b部分所述，提供更低的能量。作为重复循环形式的最后一步5，根据需要重复步骤3和步骤4，以使得所述高度达到所述目标范围之内。图2显示了优选在图1的方法中提供能量的方式。如图2所示，玻璃材料16是在其表面20上受到辐射18的辐照的。所述辐射优选来自激光束或者能够产生约0.2-0.5微米的辐射点尺寸的其它电磁源。可以使用会聚激光或非会聚激光，还可以采用其它具有足够高强度的电磁源，其可以是相干的或不相干的，只要能够通过会聚和/或掩蔽使其达到足够小的辐射点尺寸。可以采用除了可见光频率和红外线频率以外的频率，例如采用微波。通常需要足够小的辐射点尺寸，足够高的功率，以及具有足够吸收能力的玻璃材料，以便在足够小的体积24内积攒一定量的能量，使得凸起或其它表面特征22会因此突起，并在撤除辐射之后保持在原位。必须注意使玻璃的吸收性质与使用的波长适当匹配。然而，并非总是优选最高的吸收性质，因为辐射穿透得越深，加热区域也越深，由此容易得到更高的特征高度。图3中显示了用来在图1的方法中提供能量的一种替代方法。在图3中，将加热元件26形式的表面能量集中器放置在表面20上，向其提供能量，例如由表面导线28和连接的引线30提供电流。图4中显示了用来在图1的方法中提供能量的另一种替代方法。在图4中，振动或旋转摩擦探针90形式的输送能量探针对玻璃材料16的表面进行加热。根据本专利技术的一个实施方式，图1所示的步骤以连续的形式进行，也即是说，在图1的步骤2和4中施加能量的操作不一定是以不连续方式进行的，而是可以基本上连续地施加能量，直至高度达到给定目标范围之内。因此，在此实施方式中，在表面处或下方的某个位置为玻璃材料局部提供一定量的能量，为玻璃材料提供更大量的能量，以及为玻璃材料提供更少量的能量这三个步骤合起来，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在玻璃材料的表面上形成具有在目标范围内的高度的突起特征的方法,所述方法包括:以一定量的能量对玻璃材料的表面局部加热，使得玻璃材料发生局部膨胀，从而在该位置、在所述表面上形成突起特征;通过为玻璃材料提供更低的能量，降低所述突起特征的高度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：R·R·格里滋布朗斯基，A·斯特列利佐夫，J·S·萨瑟兰，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US