CN107771169A - 包含光提取特征的玻璃制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本文揭示了玻璃制品(例如导光板)，其包括第一表面、相对第二表面和在其间延伸的厚度；其中，第一或第二表面中的至少一个图案化了多个光提取特征，所述光提取特征具有约为5微米至约为1mm的直径以及约为1微米至约为3mm的深度。本文所揭示的玻璃制品可以具有改善的光提取特征均匀性，例如，光提取效率分布的1σ值小于或等于0.4。本文还揭示了包括此类玻璃制品的显示器装置以及此类玻璃制品的生产方法。

Description

包含光提取特征的玻璃制品及其制造方法
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119，要求2015年05月18日提交的美国临时申请系列第62/163133号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
本公开一般地涉及玻璃制品和包含此类玻璃制品的显示器装置，更具体地，涉及包含光提取特征的玻璃光导以及通过激光破坏和蚀刻来制造它们的方法。
背景技术
液晶显示器(LCD)常用于各种电子器件，例如，手机、笔记本电脑、电子平板、电视机和电脑监视器。对于更大的高分辨率平板显示器的需求增长驱动了对用于显示器的高质量玻璃大基材的需求。例如，玻璃基材可用作LCD中的导光板(LGP)，将光源与其耦合。用于较薄显示器的常用LCD配置包括与光导的边缘光耦合的光源。导光板通常在一个或多个表面上装配有光提取特征，当光沿着光导长度移动时对其进行散射，从而导致一部分的光离开光导并被投射到观察者。已经致力于研究对此类光提取特征的工程设计以改善沿着光导长度的光散射的均匀性，以产生更高质量投射图像。
目前，可以从具有高传输性质的塑料材料构建导光板，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者甲基丙烯酸甲酯苯乙烯(MS)。但是，由于它们较弱的机械强度，难以从PMMA或MS制造同时是足够大且薄的光导，以满足目前的消费者需求。由于低的热膨胀系数，塑料光导可能在光源和光导之间必然具有较大的间隙，这会降低光耦合效率和/或要求较大的显示器斜面。提出了玻璃光导作为塑料光导的替代品，因为它们具有低的光衰减、低的热膨胀系数和高的机械强度。用于在塑料材料上提供光提取特征的方法可以包括例如注模和激光破坏以产生光提取特征。虽然这些技术可良好地作用于塑料光导，但是注模与激光破坏会是不相容的。具体来说，激光暴露可能危及玻璃可靠性，例如，可能促进碎片、裂纹扩张和/或片断裂。
此外，激光破坏可能产生对于从导光板有效提取光而言太小的提取特征。增加此类小特征的密度可能是可行的，但是会增加加工长度，因而增加生产成本和/或时间。除此之外，玻璃的激光破坏会在提取特征周围产生碎片和/或缺陷。此类碎片和缺陷能够增加光提取，但是由于它们的不均匀性，可能产生高频噪声，这会导致图像假象或缺陷(“不均效应(mura)”)。具有各种形状和/或尺寸的缺陷还会产生波长依赖性散射，这会驱使不合乎希望的色移。此外，通过激光向玻璃片添加能量会促使各种化学反应，这可能产生各种再次沉积到玻璃片的表面上的气态产物。在光提取特征附近的这些沉积物和/或化学变化也会产生色移和/或产生高频噪音。
向玻璃光导施加光提取特征的替代方法可以包括诸如印刷或喷墨印刷之类的印刷技术。具体来说，可以例如白色或散射墨，使用喷墨或丝网印刷在光导上产生图案。但是，在玻璃上印刷光提取特征可能存在其他挑战。例如，墨本身可能吸收部分光并产生色移。因此，为显示器装置提供解决了上述缺陷的玻璃制品(例如，导光板)会是有利的，例如，具有光提取特征的玻璃导光板，其提供了增强的图像质量和降低的色移和/或高频噪音。
发明内容
在各种实施方式中，本公开涉及玻璃制品(例如，导光板)，其包括第一表面和相对第二表面，其中，第一表面包括多个凹的光提取特征，所述凹的光提取特征的直径约为5微米至约1mm以及深度约为1微米至约3mm，以及其中，所述多个凹的光提取特征的光提取效率分布具有至少约0.4的1σ值。本文还揭示了包括此类玻璃制品的显示器装置。在某些实施方式中，光提取特征的直径可以约为20-50微米以及深度可以约为10-200微米。根据各种实施方式，凹的光提取特征可以是椭圆体、抛物面体、双曲面体或者截头圆锥体。在其他实施方式中，存在于第一表面上的所述多个凹的光提取特征可以是无规的、经过排列的、重复性、非重复性、对称或者不对称式样。
还揭示了制造此类玻璃制品或导光板的方法，该方法包括：将玻璃基材的第一表面与激光接触，以产生具有第一直径和第一深度的第一多个光提取特征；以及对玻璃基材进行蚀刻，以形成具有第二直径和第二深度的第二多个凹的光提取特征。在各种实施方式中，第二深度和/或直径可以大于第一深度和/或直径。根据其他实施方式，第二直径可以约为20-50微米，以及第二深度可以约为20-200微米。在其他实施方式中，激光可以选自：CO2激光、钇铝石榴石(YAG)激光、三倍频钕掺杂的YAG(Nd:YAG)激光，以及三倍频钕掺杂的原钒酸钇(Nd:YVO4)激光。根据其他实施方式，对玻璃基材进行蚀刻可以包括使基材与至少一种蚀刻剂接触，例如将基材浸入酸浴中。
在以下的详细描述中给出了本文的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，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方法而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都表示本文的各种实施方式，用来提供对于权利要求的性质和特性的总体理解或框架性理解。包括的附图提供了对本文的进一步的理解，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文的各种实施方式，并与说明书一起用来解释本文的原理和操作。
附图说明
当结合如下附图阅读时，可以更进一步理解以下详细描述，其中，可能的话，相同的附图标记表示相同组件，应理解的是，附图不一定按比例绘制。
图1A显示根据本公开的实施方式，包括多个光提取特征的玻璃制品；
图1B显示包括多个光提取墨特征的玻璃制品；
图2显示包括通过激光破坏产生的光提取特征的玻璃制品的表面；
图3是根据本公开各种实施方式，用于制造玻璃制品的方法的示意图；
图4A是通过激光破坏产生的光提取特征的图像；
图4B是根据本公开某些实施方式，通过激光破坏之后进行蚀刻产生的光提取特征的图像；
图5A是包括通过激光破坏产生的光提取特征的玻璃制品的侧视图；
图5B是根据本公开各种实施方式，包括通过激光破坏之后进行蚀刻产生的光提取特征的玻璃制品的侧视图；
图5C是包括通过激光破坏产生的光提取特征的玻璃制品的侧视图；
图5D是根据本公开某些实施方式，包括通过激光破坏之后进行蚀刻产生的光提取特征的玻璃制品的侧视图；
图6A-B显示根据本公开各种实施方式，包括通过激光破坏之后进行蚀刻产生的光提取特征的玻璃制品的表面；
图7A显示包括通过激光破坏产生的光提取特征的玻璃制品的表面；以及
图7B显示根据本公开某些实施方式，包括通过激光破坏之后进行蚀刻产生的光提取特征的玻璃制品的表面。
具体实施方式
玻璃制品
本文揭示了玻璃制品，其包括第一表面和相对第二表面，其中，第一表面包括多个凹的光提取特征，所述凹的光提取特征的直径约为5微米至约1mm以及深度约为1微米至约3mm，以及其中，所述多个凹的光提取特征的光提取效率分布具有至少约0.4的1σ值。示例性玻璃制品可以包括但不限于玻璃导光板。本文还揭示了包括此类玻璃制品的显示器装置。
玻璃制品或导光板可以包括本领域已知的用于显示器和其它类似装置的任意材料，包括但不限于：铝硅酸盐玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱性硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱性铝硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃和其他合适的玻璃。在某些实施方式中，玻璃制品可以具有如下厚度：小于或等于约3mm，例如，约为0.3-2mm、约为0.7-1.5mm或者约为1.5-2.5mm，包括其间的所有范围和子范围。适合用作导光板的市售可得玻璃的非限制性例子包括例如康宁公司(Corning Incorporated)的EAGLEIrisTM、LotusTM和玻璃。
玻璃制品可以包括第一表面和相对第二表面。在某些实施方式中，表面可以是平坦或者基本平坦的，例如基本平的和/或水平的。在各种实施方式中，第一和第二表面可以是平行或者基本平行的。玻璃制品还可包括至少一个侧边缘，例如，至少两个侧边缘、至少三个侧边缘或者至少四个侧边缘。作为非限制性例子，玻璃制品可以包括具有四个边缘的矩形或正方形玻璃片，但是也考虑其他形状和构造，并且它们旨在落入本公开的范围内。例如，玻璃片可以是基本平坦或平的，或者可以绕着一个或多个轴弯曲。
如图1A所示，玻璃制品100(例如，玻璃光导)可以包括第一表面105、第二表面110以及多个光提取特征120。玻璃制品100的厚度t在第一与第二表面之间延伸。虽然如图1A所示的所述多个光提取特征220存在于第一表面105上，但是应理解的是，可以变换这些取向和标记而没有限制，本文将表面称作“第一”和“第二”仅仅是出于讨论目的。此外，在非限制性实施方式中，玻璃制品的两个表面都包括光提取特征也是可能的。例如，可以根据本文所揭示的方法为第一表面提供光提取特征，以及可以通过本领域已知的相同或不同方法为相对第二表面提供光提取特征。当两个表面都包括光提取特征时，特征的尺寸、形状、间距和几何形貌等可以是相同或不同的，这没有什么限制。
如图1A所示，光提取特征120可以是凹的特征。如本文所用术语“凹”旨在表示光提取特征的表面向下弯曲至低于玻璃制品的周围表面，例如，半球体或半椭圆体形状。将光提取特征设想为位于玻璃制品的表面上的圆坑，其尺寸不一定是完美的圆形、半球体或者半椭圆体。例如，光提取特征120可以是椭圆体、抛物面体、双曲面体、截头圆锥体或者可以具有任意其他合适的几何形貌。
图1B显示涂覆了一层墨225的比较例玻璃制品200，墨层在玻璃制品的第一表面205上图案化，以产生光提取墨特征230。相比于图1B的光提取墨特征230(升高至高于玻璃制品200的第一表面205)，图1A的光提取特征120处于低于玻璃制品100的第一表面105。此外，图1B的光提取墨特征230的形状符合玻璃制品200的第一表面205且位于玻璃制品200的第一表面205上，例如是基本平的(不是凹的)，而图1A的光提取特征120具有圆化形状，其向下弯曲至低于玻璃制品100的周围表面。
参见图1A，所述多个光提取特征120可以具有直径d和深度h。在一些实施方式中，光提取特征120的直径d可以是如下范围：例如，约5微米至约1mm，例如，约为5微米至约为500微米、约为10微米至约为400微米、约为20微米至约为300微米、约为30微米至约为250微米、约为40微米至约为200微米、约为50微米至约为150微米、约为60微米至约为120微米、约为70微米至约为100微米、或者约为80微米至约为90微米，包括其间的所有范围和子范围。根据各种实施方式，每个光提取特征的直径d可以相同的，或者可以是与所述多个中的其他光提取特征的直径d不同。
光提取特征120的深度h可以是如下范围：例如约为1微米至约3mm，例如约为5微米至约为2mm、约为10微米至约为1.5mm、约为20微米至约为1mm、约为30微米至约为0.7mm、约为40微米至约为0.5mm、约为50微米至约为0.4mm、约为60微米至约为0.3mm、约为70微米至约为0.2mm、或者约为80微米至约为0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。根据各种实施方式，每个光提取特征的深度h可以相同的，或者可以是与所述多个光提取特征120中的其他光提取特征的深度h不同。
如图1A所示，所述多个光提取特征120的深度h可以小于玻璃制品100的厚度t。在某些实施方式中，深度h可以基本等于玻璃制品的厚度t(例如，光提取特征从第一表面延伸到第二表面，贯穿制品的厚度)。在其他实施方式中，t:h的比例可以约为100:1至1:1，例如，约为50:1至约为2:1、约为25:1至约为3:1、约为20:1至约为4:1、或者约为10:1至约为5:1，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，h:d的比例可以约为100:1至1:1，例如，约为50:1至约为2:1、约为25:1至约为3:1、约为20:1至约为4:1、或者约为10:1至约为5:1，包括其间的所有范围和子范围。当然，t:h和h:d的比例可以在所述多个中的不同特征之间变化，这没有什么限制。
光提取特征120可以具有顶点a(或者特征中的最低点)，以及光提取特征之间的距离x可以定义为两个相邻光提取特征的顶点之间的距离。根据各种实施方式，距离x可以约为5微米至约2mm，例如，约为10微米至约1.5mm，约为20微米至约1mm，约为30微米至约0.5mm，或者约为50微米至约0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。应理解的是，所述多个光提取特征120中的每个光提取特征之间的距离x可以发生变化，不同提取特征与另一个之间间隔的距离为不同的距离x。虽然图1A显示处于基本规则线性或图案的均匀间隔开的多个光提取特征120，但是应理解的是，所述多个特征可以以任意给定图案或设计在玻璃表面上图案化，这可以是例如无规或者经过排列的，重复性或者非重复性，对称或者不对称的。
根据各种实施方式，在玻璃制品100(例如，玻璃导光板)的一些部分上的光提取特征120可以具有直径d、深度h、间距x、t:h比和/或h:d比，而玻璃制品100的其他部分上的光提取特征120可以具有第二直径d、深度h、间距x、t:h比和/或h:d比。例如，在玻璃制品100(例如，导光板)与其边缘相邻或靠近的部分上或者与从(未示出的)光源接收光的部分相邻或靠近的部分上的光提取特征120可以具有第一直径d、深度h、间距x、t:h比和/或h:d比，以及靠近玻璃制品100的中心或者距离光源为预定距离的光提取特征120可以具有第二直径d、深度h、间距x、t:h比和/或h:d比。在其他实施方式中，光提取特征120的直径、深度、比例和/或几何形貌可以随着玻璃制品100的表面上的位置发生变化。
图2显示包括通过激光破坏(Nd:YVO4激光，30脉冲，5kHz频率)产生的光提取特征(暗凹痕)的玻璃制品的表面。应注意的是，虽然图2显示光提取特征是行列形式的阵列，但是这不应该对本文所附的权利要求书的范围造成限制，因为可以以重复性或者非重复性、无规或者经过排列、对称或者不对称的方式来产生示例性光提取特征。通常来说，可以观察到对于所述多个中，单个提取特征分别与其他特征具有略微不同的形状和/或尺寸。在区域A中，可以在特征(黑色斑点)附近的表面上观察到来自激光破坏过程的碎片。在区域B中，显示光特征被缺陷(碎片、重铸、破坏等)围绕。外直径或者“飞溅区(splatter zone)”(通过外接圆估算)明显大于提取特征自身的直径。此外，该区域的形状和/或尺寸不同于其他类似地绕着所述多个光提取特征中的其他特征的那些外部区域。在区域C中，显示重铸层绕着光提取特征。重铸层可以包括例如再次沉积的玻璃材料和/或与玻璃表面粘附的反应产物。在区域D中，显示玻璃表面中诸如碎片和/或裂纹之类的表面缺陷。其他可能存在但是在图2中无法容易地观察到的缺陷或瑕疵包括但不限于：绕着特征的热改性区(其中，玻璃材料发生热改性)和/或由于激光图案化过程期间发生的热冲击和/或冲击波形成的表面下微裂纹。无论是否可见，所有的这些表面/表面下特征都会影响玻璃制品的性能，例如，玻璃制品的光提取效率、色移和/或不均匀效应。表面清洁可以从表面去除一部分的碎片，但是不可能改变或者去除某些表面或表面下缺陷。
不同于图2所示的光提取特征，激光加工之后进行了蚀刻的示例性实施方式可以产生具有改善的均匀性的多个光提取特征，例如，对于特征的形状和/或尺寸和/或玻璃制品的表面上和/或表面下的碎片和/或缺陷的减少(参见，例如图4B、5B、5D、6A、6B和7B)。根据一些实施方式，所述多个光提取特征可以具有窄的直径分布，例如，所述多个可以具有平均直径d平均，以及直径大于或小于该值的一个标准差(1σ)的单个特征的数量小于约20％，例如小于约10％、小于约5％、小于约3％、或者小于约1％，包括其间的所有范围和子范围。也可以用强度或光提取效率来描述均匀性。例如，所述多个特征可以具有平均提取效率e平均(例如，以光提取的瓦特进行测量)，以及效率大于或小于该值的一个标准差(1σ)的单个特征的数量可以小于约20％，例如小于约10％、小于约5％、小于约3％、小于约2％、或者小于约1％，包括其间的所有范围和子范围。换言之，对于所述多个光提取特征的直径分布和/或光提取效率分布，1σ至少约0.4，例如至少约0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、或者0.49，包括其间的所有范围和子范围。如本文所用，1σ值旨在表示落在平均值的一个标准差范围内(低于或高于平均值的一个标准差)的单个光提取特征的百分比。因此，对于0.4的1σ提取效率值，80％的特征可具有落在平均提取效率的一个标准差内的提取效率(例如，40％的特征可以具有小于平均值的提取效率和40％的特征可以具有大于平均值的提取效率)，以及20％的特征可以具有落在该标准偏差范围外的提取效率。出于简洁考虑，下文在本公开的方法部分中更详细描述这些示例性实施方式。
本文所揭示的玻璃制品和导光板可用于各种显示器装置，包括但不限于LCD或者用于电视、广告、汽车和其他工业的其他显示器。用于LCD的常规背光单元会包括各种组件。可以使用一个或多个光源，例如，发光二极管(LED)或冷阴极荧光灯(CCFL)。常规LCD可采用封装了颜色转换荧光体的LED或CCFL来产生白光。根据本公开的各个方面，采用本文所揭示的玻璃制品的显示器装置可以包括至少一个发射蓝光(UV光，约为100-400nm)(例如，近UV光，约为300-400nm)的光源。本文所揭示的导光板和装置还可用于任意合适的发光应用，例如但不限于照明器等。在一些实施方式中，玻璃制品可用作显示器装置(例如LCD)中的光导，以及光源(例如，LED)可以与光导的至少一个边缘光学耦合。
如本文所用术语“光学耦合”旨在表示将光源放在玻璃制品的边缘，从而将光引入光导。根据某些实施方式，当光被注入玻璃制品(例如，玻璃导光板)，由于总内部反射(TIR)，光被俘获在光导内并在光导内反弹，直到其撞击第一或第二表面上的光提取特征。如本文所用术语“发光表面”旨在表述从导光板向观察者发射光的表面。例如，第一或第二表面可以是发光表面。类似地，术语“光入射表面”旨在表示与光源(例如，LED)耦合从而光进入光导的表面。例如，导光板的侧边缘可以是光入射表面。
方法
本文揭示了制造玻璃制品或导光板的方法，该方法包括：将玻璃基材的第一表面与激光接触，以产生具有第一直径和第一深度的第一多个中间光提取特征；以及对玻璃基材进行蚀刻，以形成具有第二直径和第二深度的第二多个凹的光提取特征。
下面将参见图3描述本文所揭示的制造玻璃制品的方法，但不限于此。可以提供玻璃基材300，其具有第一表面305、相对第二表面310以及在其间延伸的厚度t。玻璃片的第一或第二表面可以与激光接触，例如，使激光沿着预定路径在固定的玻璃片的表面上移动。或者，激光可以是固定的，以及玻璃片可以沿着预定路径移动。预定路径可以是线或者多条线；但是也考虑了其他预定路径，包括非线性路径。此外，可以在表面上描绘不止一条预定路径以形成更为复杂图案，其可以是重复性或者非重复性的，无规或者经过排列的，对称或者不对称的。
与激光(例如，CO2激光或者UV激光等)接触可以包括沿着预定路径的单次激光脉冲，或者可以使用多次脉冲来增加特征的深度和/或宽度。脉冲可以具有例如小于1秒、小于0.5秒、小于0.1秒、小于0.01秒、小于1纳秒或者小于1皮秒的持续时间(或者脉冲宽度)。在一些实施方式中，脉冲宽度可以是约为10-100纳秒，例如约为20-90纳秒、约为30-80纳秒、约为40-70纳秒、或者约为50-60纳秒，包括其间的所有范围和子范围。可以通过例如改变给定位置中的脉冲重复次数，来控制光提取特征的尺度(例如，直径和/或深度)。根据各种实施方式，光提取特征可以以约为0.5-3微米/激光脉冲(例如，约1-2.5微米/激光脉冲、或者约1.5-2微米/激光脉冲)的速率变深和/或变宽，包括其间的所有范围和子范围。对于给定位置，重复的脉冲次数可以是例如，1-100个脉冲，例如，2-90个脉冲，3-80个脉冲，5-70个脉冲，10-60个脉冲，20-50个脉冲，或者30-40个脉冲，包括其间的所有范围和子范围。
脉冲重复频率(或者频率)可以是例如约1-150kHz，例如，约为5-125kHz、约为10-100kHz、约为20-90kHz、约为30-80kHz、约为40-70kHz、或者约为50-60kHz，包括其间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，脉冲能量可以是约为10-200μJ，例如约为20-150μJ、约为30-120μJ、约为40-100μJ、约为50-90μJ、或者约为60-80μJ，包括其间的所有范围和子范围。
例如，美国申请第13/989,914号、第14/092,536号、第14/145,525号、第14/530,457号、第14/535,800号、第14/535,754号、第14/530,379号、第14/529,801号、第14/529,520号、第14/529,697号、第14/536,009号、第14/530,410号、和第14/530,244号，以及国际申请PCT/EP14/055364、PCT/US15/130019、和PCT/US15/13026揭示了适用于激光破坏和切割玻璃的非限制性示例性方法，其全文通过引用结合入本文。激光可以运行在适合对玻璃基材的表面进行破坏的任意波长，例如UV(约100-400nm)、可见光(约400-700nm)和红外(约700nm至1mm)波长。在一些实施方式中，激光波长可以约为200nm至约10微米，例如，约为300nm至约5微米，约为400nm至约4微米，约为500nm至约3微米，或者约1-2微米，包括其间的所有范围和子范围。
合适的激光破坏技术可以包括例如，CO2激光破坏技术，其采用CO2激光将玻璃快速加热至接近、靠近或者高于玻璃应变点的温度。例如，CO2激光可以运行在大于约1微米(例如，约1.06微米)的波长。在其他实施方式中，可以使用UV激光，例如，三倍频钕掺杂的钇铝石榴石(YAG)激光或者三倍频钕掺杂的原钒酸钇(Nd:YVO4)激光，其运行在约355nm的波长。或者，也可以使用运行在1064nm的YAG激光。在一些实施方式中，快速激光加热之后可以接上采用例如固体水或水雾喷射的快速猝冷过程。
在第一或第二表面上用激光沿着预定路径照射玻璃基材300可以产生具有直径d1和深度h1的多个光提取特征315。这些(蚀刻前的)提取特征315在本文可互换地被称作“中间”提取特征或者“第一”多个光提取特征。可以对激光接触时间和/或激光强度进行选择，以实现光导所需的光学性质。在一些实施方式中，直径d1的范围可以是例如：约为1-300微米，例如约为5-250微米、约为10-200微米、约为20-150微米、约为30-100微米、约为40-90微米、约为50-80微米、或者约为60-70微米，包括其间的所有范围和子范围。根据各种实施方式，每个中间光提取特征的直径d1可以相同的，或者可以是与所述多个中的其他中间光提取特征的直径d1不同。
参见图3，激光可以沿着预定路径使得玻璃基材发生改性，以产生具有任意所需深度h1的中间光提取特征315。例如，深度h1可以是如下范围：约为1微米至约3mm，例如，约为5微米至约为2mm、约为10微米至约为1.5mm、约为20微米至约为1mm、约为30微米至约为0.7mm、约为40微米至约为0.5mm、约为50微米至约为0.4mm、约为60微米至约为0.3mm、约为70微米至约为0.2mm、或者约为80微米至约为0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。如图3所示，所述多个光提取特征315的深度h1可以小于玻璃片的厚度t。根据各种实施方式，每个中间光提取特征的深度h1可以相同的，或者可以是与所述多个中的其他中间光提取特征的深度h1不同。
在某些实施方式中，深度h1可以基本等于玻璃基材的厚度t(例如，光提取特征从第一表面延伸到第二表面，贯穿基材的厚度)。在其他实施方式中，t:h1的比例可以约为100:1至1:1，例如，约为50:1至约为2:1、约为25:1至约为3:1、约为20:1至约为4:1、或者约为10:1至约为5:1，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，h1:d1的比例可以约为100:1至1:1，例如，约为50:1至约为2:1、约为25:1至约为3:1、约为20:1至约为4:1、或者约为10:1至约为5:1，包括其间的所有范围和子范围。
光提取特征可以具有顶点a(或者特征中的最低点)，以及光提取特征之间的距离x1可以定义为两个相邻光提取特征的顶点之间的距离。根据各种实施方式中，距离x1可以约为5微米至约2mm，例如，约为10微米至约1.5mm，约为20微米至约1mm，约为30微米至约0.5mm，或者约为50微米至约0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。应理解的是，所述多个中每个光提取特征之间的距离x1可以发生变化，不同中间提取特征与另一个之间间隔的距离为不同的距离x1。
如图3所示，在与激光接触之后，包括多个中间光提取特征315的玻璃基材300可以进行蚀刻步骤E。可以采用本领域已知的任意工艺来进行蚀刻，例如通过浸入蚀刻剂中或者与蚀刻剂接触。根据各种实施方式，蚀刻步骤可以包括：将玻璃基材浸入酸浴中，例如，氢氟酸(HF)和/或盐酸(HCl)，或者任意其他合适的矿物酸或无机酸，例如硝酸(HNO3)和硫酸(HSO4)等。酸浴的合适浓度可以是如下范围，例如：约为0.2M至约为2M，例如约为0.4M至约为1.8M、约为0.6M至约为1.6M、约为0.8M至约为1.4M、或者约为1M至约为1.2M，包括其间的所有范围和子范围。根据各种实施方式，蚀刻剂可以选自不在玻璃制品的表面上产生高频纹理的试剂。例如，有机蚀刻剂会在玻璃基材的表面上产生不可溶晶体，这会在玻璃基材的表面上产生高频纹理并且这可能驱使了色移。因此，在一些实施方式中，蚀刻剂不可选自有机蚀刻剂，例如乙酸等。
包括多个光提取特征315的玻璃基材300可以蚀刻一段时间，其足以产生包括第一表面405、第二表面410、厚度t以及光提取特征420的玻璃制品400。这些提取特征420在本文可互换地被称作“蚀刻后”提取特征或者“第二”多个光提取特征。蚀刻时间可以是如下范围：例如约30秒至约15分钟，例如约1分钟至约10分钟、约2分钟至约8分钟或者约3分钟至约5分钟，包括其间所有范围和子范围，以及可以在室温或者提升的温度下进行蚀刻。可以在具有或不具有机械搅拌和/或浴循环的情况下在例如酸浴中进行蚀刻。此外，可以向浴施加超声能，以提供更为均匀的蚀刻速率。合适的示例性蚀刻技术包括同样在共同待审的美国专利申请第13/541,206号和第14/591,456号中所述的蚀刻工艺，其全文分别通过引用结合入本文。
工艺参数(例如，酸浓度/比例、温度和/或时间)可以影响所得到的提取特征的尺寸、形状和分布。例如，更浓的蚀刻溶液和/或更长的蚀刻时间(等其他参数)可能影响蚀刻步骤期间溶解的玻璃量，因而，影响所得到的光提取特征420的深度h2和/或直径d2。平均蚀刻速率可以是例如约0.1-10微米/分钟，例如，约0.5-5微米/分钟，约1-4微米/分钟，或者约2-3微米/分钟，包括其间的所有范围和子范围。本领域技术人员有能力改变这些参数以实现所需的表面提取特征。
在一些实施方式中，蚀刻后的光提取特征420的直径d2可以是如下范围：约5微米至约1mm，例如，约为5微米至约为500微米、约为10微米至约为400微米、约为20微米至约为300微米、约为30微米至约为250微米、约为40微米至约为200微米、约为50微米至约为150微米、约为60微米至约为120微米、约为70微米至约为100微米、或者约为80微米至约为90微米，包括其间的所有范围和子范围。根据各种实施方式，每个光提取特征的直径d2可以是相同的，或者可以是与所述多个中的其他光提取特征的直径d2不同。在其他实施方式中，光提取特征420的直径d2可以大于光提取特征315的直径d1。例如，d2可以大于d1，比它大至少约10％，例如d2比d1大，比它大至少约20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、200％、300％、400％、或500％。根据某些实施方式，d2可以比d1大两倍，例如，比d1大2、3、4、5、6、7、8、9或10倍。可以对上文所述的蚀刻工艺进行改性，以提供或实现所需或预定的几何形貌、直径等，从而去除激光破坏过程中遭遇的任何不规则情况，或者实现合适或更为优选的最终几何形貌、直径等，用于优化光提取。
继续参见图3，蚀刻步骤可以产生具有任意所需深度h2的光提取特征420。例如，深度h2可以是如下范围：约为1微米至约3mm，例如，约为5微米至约为2mm、约为10微米至约为1.5mm、约为20微米至约为1mm、约为30微米至约为0.7mm、约为40微米至约为0.5mm、约为50微米至约为0.4mm、约为60微米至约为0.3mm、约为70微米至约为0.2mm、或者约为80微米至约为0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。如图3所示，所述多个光提取特征420的深度h2可以小于玻璃制品400的厚度t。在某些实施方式中，光提取特征420的深度h2可以大于光提取特征315的深度h1。例如，h2可以大于h1，比它大至少约10％，例如d2比d1大，比它大至少约20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、200％、300％、400％、或500％。在其他实施方式中，如图3所示，深度h2可以基本等于深度h1(例如，h1的约10％之内)。根据各种实施方式，每个光提取特征的深度h2可以相同的，或者可以是与所述多个光提取特征中的其他光提取特征的深度h2不同。可以对上文所述的蚀刻工艺进行改性，以提供或实现所需或预定的几何形貌、深度等，从而去除激光破坏过程中遭遇的任何不规则情况，或者实现合适或更为优选的最终几何形貌、直径等，用于优化光提取。
在某些实施方式中，深度h2可以基本等于玻璃制品的厚度t(例如，光提取特征从第一表面延伸到第二表面，贯穿制品的厚度)。在其他实施方式中，t:h2的比例可以约为100:1至1:1，例如，约为50:1至约为2:1、约为25:1至约为3:1、约为20:1至约为4:1、或者约为10:1至约为5:1，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，h2:d2的比例可以约为100:1至1:1，例如，约为50:1至约为2:1、约为25:1至约为3:1、约为20:1至约为4:1、或者约为10:1至约为5:1，包括其间的所有范围和子范围。当然，t:h2和h2:d2的比例可以在所述多个中的不同特征之间变化，这没有什么限制。同样地，可以对上文所述的蚀刻工艺进行改性，以提供或实现所需或预定的几何形貌、直径/深度/厚度比等，从而去除激光破坏过程中遭遇的任何不规则情况，或者实现合适或更为优选的最终几何形貌、直径/深度/厚度比等，用于优化光提取。
光提取特征可以具有顶点a(或者特征中的最低点)，以及光提取特征之间的距离x2可以定义为两个相邻光提取特征的顶点之间的距离。根据各种实施方式中，距离x2可以约为5微米至约2mm，例如，约为10微米至约1.5mm，约为20微米至约1mm，约为30微米至约0.5mm，或者约为50微米至约0.1mm，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，光提取特征420之间的距离x2可以与光提取特征315之间的距离x1基本相同或者与其不同。应理解的是，所述多个中每个光提取特征之间的距离x2可以发生变化，不同提取特征与另一个之间间隔的距离为不同的距离x2。
根据各种实施方式，玻璃制品400上的光提取特征420可以具有与玻璃制品100的光提取特征120相似的形状、尺寸、间距和/或几何形貌(参见图1A)，例如，d＝d2，h＝h2，x＝x2，t:h＝t:h2，h:d＝h2:d2等，但不限于此。对于玻璃制品100，玻璃制品400的一些部分(例如，玻璃导光板)可以具有直径d2、深度h2、间距x2、t:h2比和/或h2:d2比，而玻璃制品400的其他部分上的光提取特征420可以具有第二直径d2、深度h2、间距x2、t:h2比和/或h2:d2比。例如，在玻璃制品400(例如，导光板)与其边缘相邻或靠近的部分上或者与从(未示出的)光源接收光的部分相邻或靠近的部分上的光提取特征420可以具有第一直径d2、深度h2、间距x2、t:h2比和/或h2:d2比，以及靠近玻璃制品400的中心或者距离光源为预定距离的光提取特征420可以具有第二直径d2、深度h2、间距x2、t:h2比和/或h2:d2比。在其他实施方式中，光提取特征420的深度、直径、比例和/或几何形貌可以随着玻璃制品400的表面上的位置发生变化。
图4A显示采用运行在355nm的Nd:YVO4激光在玻璃基材中形成单个光提取特征，特征的直径d1约为10微米。可以观察到略微不规则的形状，以及绕着特征周界的碎片环(白色)。图4B显示酸蚀刻之后的同一个光提取特征。特征的直径d2约为30微米。可以观察到更为圆状的形状，以及绕着特征周界的没有可注意到的碎片。
本文所揭示的方法可以用于对玻璃制品的第一和/或第二表面图案化多个光提取特征。如本文所用术语“图案化”旨在表示所述多个特征以任意给定图案或设计存在于玻璃制品的表面上，例如，无规或经过排列，重复性或非重复性，对称或不对称。根据各种实施方式，提取特征可以图案化成合适的密度，从而产生基本均匀的照明。例如，光提取特征的密度可以沿着玻璃制品(例如，导光板)的长度变化，例如在制品的光入射侧具有第一密度，在沿着制品长度的各点具有增加或减小的密度。
在非限制性实施方式中，还可在对第一或第二表面进行激光破坏和蚀刻之前和/之后对玻璃制品进一步加工。例如，可以对玻璃制品进行研磨和/或抛光，以实现所需的厚度和/或表面质量。还可任选地对玻璃进行清洁，和/或可以使得玻璃表面经受去除污染物的过程，例如，将表面暴露于臭氧或者其他清洁剂。
还可通过例如离子交换对玻璃进行化学强化。在离子交换过程期间，玻璃片中的玻璃制品表面处或者靠近玻璃制品表面处的离子可以被例如来自盐浴的较大金属离子交换。较大离子结合到玻璃中，通过在近表面区域产生压缩应力会对制品进行强化。会在玻璃片的中心区域内诱发相应的拉伸应力，以平衡压缩应力。
可以通过例如将玻璃浸入熔盐浴中持续预定的时间段来进行离子交换。示例性盐浴包括但不限于：KNO3、LiNO3、NaNO3、RbNO3，及其组合。熔盐浴的温度和处理持续时间可以发生变化。本领域的技术人员有能力根据所需应用确定时间和温度。作为非限制性例子，熔盐浴的温度可以约为400-800℃(例如，400-500℃)，并且预定持续时间可以约为4-24小时(例如，约为4-10小时)，但是也考虑其他温度和时间的组合。作为非限制性例子，可以将玻璃浸没在KNO3浴中，例如，在450℃持续约6小时，以获得赋予了表面压缩应力的K富集层。
应理解，多个揭示的实施方式可涉及与特定实施方式一起描述的特定特征、元素或步骤。应理解的是，虽然结合一个具体的实施方式描述了具体特征、元素或步骤，但是不同实施方式可以以各种未示出的组合或变换形式相互交换或结合。
还应理解的是，本文所用的冠词“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，不应局限为“仅一个(一种)”，除非明确有相反的说明。因此，例如，提到的“一种光源”包括具有两种或更多种此类光源的例子，除非文本中有另外的明确表示。类似地，“多个”旨在表示“不止一个”。因而，“多个光提取特征”包括两个或更多个此类特征，例如，3个或更多个此类特征等。
本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值和/或到“约”另一个具体值的范围。当表述这种范围时，例子包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一个方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时，都是有意义的。
本文所用的术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所描述的特征与数值或描述相等同或近似相同。例如，“基本平坦”表面旨在表示平坦或近似平坦的表面。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
虽然会用过渡语“包括”来公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语由“......构成”、“基本由......构成”描述在内的替代实施方式。因此，例如，对包含A+B+C的方法的隐含的替代性实施方式包括方法由A+B+C组成的实施方式和方法主要由A+B+C组成的实施方式。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以在不偏离本文的范围和精神的情况下对本文进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本公开精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本文包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。
以下实施例是非限制性的且仅仅是示意性的，本发明的范围由权利要求书所限定。
实施例
将运行在约355nm波长且聚焦成约6微米直径(1/e2)斑的脉冲Nd:YVO4激光与玻璃基材接触。激光的脉冲宽度约为30纳秒，脉冲重复频率(频率)是5kHz，以及脉冲能量是85μJ。采用5或30个激光脉冲在玻璃基材的表面上产生光提取特征。图5A是具有采用5个激光脉冲产生的提取特征的玻璃基材的侧视图(包括单个特征的放大图，未按比例)。5脉冲特征的直径约为8微米以及深度约为11微米。图5C是具有采用30个激光脉冲产生的提取特征的玻璃基材的侧视图(包括单个特征的放大图，未按比例)。30脉冲特征的直径约为15微米以及深度约为70微米。
在激光暴露之后，玻璃基材在包含5％HF和10％HNO3(以体积计)的酸浴中蚀刻9分钟。蚀刻速率约为3.8微米/分钟。在浴再循环和机械搅拌的情况下使用40kHz超声搅拌，以确保样品上的均匀蚀刻速率。
图5B是5脉冲玻璃基材在蚀刻之后的侧视图，特征的直径为36微米以及深度为11微米。类似地，图5D是30脉冲玻璃基材在蚀刻之后的侧视图，特征的直径为43微米以及深度为63微米。图6A-B分别是5脉冲和30脉冲特征的俯视图，显示每个特征具有基本干净的边缘和周围区域(例如，基本不含碎片和/或缺陷)。作为结果，玻璃基材可展现出良好的光提取效率，在基材上具有高度均匀性。参见图7A-B(激光暴露的玻璃基材在蚀刻之前和之后的俯视图，特征节距＝500微米)，可以观察到经过蚀刻的基材(图7B)明显比未经蚀刻的基材(图7A)更为均匀，所述未经蚀刻的基材(图7A)显示出明显的噪音量，如特征上的宽范围的各种亮度或强度所示(一些非常亮，一些非常暗的斑点)。如图5B、5D、6A、6B、7A和7B所展现的，可以提供上文所述的示例性激光脉冲蚀刻工艺并适当改性以产生所需或预定的几何形貌、直径/宽度/厚度比等，和/或以去除激光破坏过程中遭遇的任何不规则性或者实现优化光提取特征。

Claims (30)

1.一种制造玻璃制品的方法，所述方法包括：
使玻璃基材的第一表面与激光接触，以产生具有第一直径和第一深度的第一多个光提取特征；以及
蚀刻所述玻璃基材以形成具有第二直径和第二深度的第二多个光提取特征。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和/或第二多个光提取特征以无规、经过排列、重复性、非重复性、对称或不对称式样存在于所述第一表面上。
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二光提取特征的第二直径约为5微米至约1mm。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二光提取特征的第二直径约为20-50微米。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二光提取特征的第二直径大于所述第一光提取特征的第一直径。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二光提取特征的第二深度约为1微米至约3mm。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二光提取特征的第二深度约为10-200微米。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二光提取特征的第二深度大于或等于所述第一光提取特征的第一深度。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二多个光提取特征包括约为1:1至约为10:1的深度-直径比。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二光提取特征之间的距离约为5微米至约2mm。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，以下任一项或其组合随着所述第一表面上的位置发生变化：所述第二光提取特征的深度、直径、深度-直径比以及几何形貌。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述玻璃基材的相对第二表面上形成第三多个光提取特征。
13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光选自：CO2激光、钇铝石榴石(YAG)激光、三倍频钕掺杂的YAG(Nd:YAG)激光，以及三倍频钕掺杂的原钒酸钇(Nd:YVO4)激光。
14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光运行在约为200nm至约3微米的波长。
15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其特征在于，蚀刻包括使得玻璃基材与至少一种蚀刻剂接触。
16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，蚀刻包括将玻璃基材浸入酸浴中，持续约为30秒至约为15分钟的时间段。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一种蚀刻剂选自无机酸。
18.一种玻璃制品，其包括第一表面和相对第二表面；
其中，所述第一表面包括直径约为5微米至约为1mm和深度约为1微米至约3mm的多个光提取特征，以及
其中，所述多个光提取特征的光提取效率分布的1σ值至少约0.4。
19.如权利要求18所述的玻璃制品，其特征在于，1σ值至少约0.45。
20.如权利要求18-19中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述光提取特征是凹的、椭圆体、抛物面体、双曲面体或者截头圆锥体。
21.如权利要求18-20中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述多个光提取特征以无规的、经过排列的、重复的、非重复的、对称的或者不对称式样存在于所述第一表面上。
22.如权利要求18-21中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述光提取特征的直径约为10-250微米。
23.如权利要求18-22中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述光提取特征的直径约为20-50微米。
24.如权利要求18-23中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述光提取特征的深度约为10-200微米。
25.如权利要求18-24中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述光提取特征包括约为1:1至约为10:1的深度-直径比。
26.如权利要求18-25中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，光提取特征之间的距离约为5微米至约2mm。
27.如权利要求18-26中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，玻璃制品的厚度约为0.3-3mm。
28.如权利要求18-27中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，以下任一项或其组合随着所述第一表面上的位置发生变化：光提取特征的深度、直径、深度-直径比以及几何形貌。
29.如权利要求18-28中任一项所述的玻璃制品，其特征在于，所述相对第二表面包括第二多个光提取特征。
30.一种显示器装置或者照明器，其包括如权利要求18-29中任一项所述的玻璃制品。
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