(57)【要約】本開示は、レーザーで誘起されたフィーチャを表面又は内部に有する基板、及びかかる散乱基板を製造する方法に関するものである。開示した散乱基板は、光抽出特性が改善されたものであって、照明及び電子表示装置等の様々な用途に有用である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
散乱基板において、
ａ．約０．２ｍｍ〜約３ｍｍの厚さを有するガラス基板又はガラスセラミック基板であって、必要に応じ、１００ｐｐｍ未満の鉄化合物を含む基板、及び
ｂ．前記基板の内部に配置された散乱フィーチャであって、
ｉ）約５μｍ〜約１００μｍの直径を有する、前記基板の改質領域を含み、
ｉｉ）前記基板の前記改質領域のエッジ−エッジ間で測定したとき、少なくとも約５μｍ離間して配置された散乱フィーチャを備え、
ｃ．必要に応じ、
ｉ）１つ以上の表面フィーチャ、
ｉｉ）１つ以上の高分子膜、
ｉｉｉ）１つ以上の無機膜、又は
ｉｖ）１つ以上のマスク若しくはフィルター
のうちの１つ以上を更に備えたことを特徴とする散乱基板。
【請求項２】
前記基板が、ガラス基板を含み、該ガラス基板が、熱的又は化学的に強化されたガラス基板を含むことを特徴とする、請求項１記載の散乱基板。
【請求項３】
前記散乱フィーチャが、約１０μｍ〜約５０μｍの直径を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の散乱基板。
【請求項４】
イメージングスフェア及び／又は視野角測定器で測定したとき、約４０°〜約６０°の最大視野角を示すことを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項記載の散乱基板。
【請求項５】
ＣＩＥ１９３１標準で測定したとき、ｘ方向に対し約０．０１５、ｙ方向に対し約０．０２の角度の色ずれを有していることを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載の散乱基板。
【請求項６】
前記散乱フィーチャが、直径約１μｍ〜約１０μｍの溶融領域、及び該溶融領域の近傍の１つ以上のクラックを備えた、前記ガラス基板の改質領域を含むことを特徴とする、請求項１〜５いずれか１項記載の散乱基板。
【請求項７】
前記散乱フィーチャが、基板中に空孔が生成された直径約１μｍ〜約１０μｍの空孔領域、及び該空孔領域の近傍の１つ以上のクラックを備えた、前記基板の改質領域を含むことを特徴とする、請求項１〜６いずれか１項記載の散乱基板。
【請求項８】
前記ガラス基板が、２０ｐｐｍ未満の鉄含有化合物を含むことを特徴とする、請求項１〜７いずれか１項記載の散乱基板。
【請求項９】
前記基板が、測定経路長が５００ｍｍであるとき、４５０ｎｍ〜８００ｎｍにおいて、９０％を超える透過率を有していることを特徴とする、請求項８記載の散乱基板。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか１項記載の散乱基板を備えたことを特徴とする電子装置。
【請求項１１】
請求項１〜９いずれか１項記載の散乱基板を形成する方法であって、
ａ）約０．２ｍｍ〜約３ｍｍの厚さを有するガラス基板であって、必要に応じ、１００ｐｐｍ未満の鉄化合物を含むガラス基板を用意するステップ、及び
ｂ）前記ガラス基板の内部にパルスレーザーの焦点を合わせて該ガラス基板に照射し、該ガラスの内部に１つ以上の散乱フィーチャを形成するステップであって、
ｉ）前記レーザーのピークパワーが、前記１つ以上の散乱フィーチャを形成するのに十分であり、
ｉｉ）前記散乱フィーチャが、前記基板の前記改質領域のエッジ−エッジ間で測定したとき、少なくとも約５μｍ離間して配置されるステップを備え、
ｃ）必要に応じ、
ｉ）１つ以上の表面フィーチャ、
ｉｉ）１つ以上の高分子膜、
ｉｉｉ）１つ以上の無機膜、又は
ｉｖ）１つ以上のマスク若しくはフィルター
のうちの１つ以上を形成するステップを更に備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願との相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１４年１月２９日出願の米国仮特許出願第６１／９３３，０６４号の米国特許法に基づく優先権を主張するものであって、その内容に依拠し、参照によりその全内容が本明細書に組み込まれたものとする。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、レーザーで誘起されたフィーチャを内部に有するガラスシート、及びかかるガラスシートの製造方法に関するものである。開示したガラスシートは、光抽出特性を改善したものであって、照明及び電子表示装置等の様々な用途に有用である。
【背景技術】
【０００３】
ＬＣＤベースの表示装置等の、新型電子表示装置の需要があることによって、これ等の装置に組み込まれる技術を継続的に改善する必要性が生じている。例えば、従来のＬＣＤバックライトユニット（ＢＬＵ）においては、光はライトガイドから高角度で抽出され、多数の拡散要素及び転向（輝度向上）膜を用いて、表示に必要な所望の角度発光を得ている。これ等の膜は、コスト、光損失、及びシステムの複雑性を増すだけでなく、電子機器にとって、理想的と言えない幾つかの材料欠陥を抱えている。現在のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）ライトガイドは、高い透明性を有しているが、成形性が乏しいため使用が小型装置に制限されると共に、吸湿性が高いため、大型の装置においては、望ましくない機械的性能（例えば、反りや材料の膨張）につながる。他のポリマー、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＰ）は、成形性がより良く、吸湿性がより低いため、一般にハンドヘルド装置に用いられるが、光の減衰が大きい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
仮に、バックライト抽出のための現在の設計技法における、材料、技術、及び工学的困難が克服されたとしても、これ等の高分子材料は、不透明であるため、次世代の透明表示装置にとって、理想的なものではない。高い透明性を有すると共に、光をライトガイドに対して略直角に発し、これによって、透明表示を可能にするのみならず、従来の表示装置のＢＬＵスタックを簡略化できる、改良されたバックライトの必要性が明らかに存在している。開示したガラスシートは、低ＣＴＥ、低〜無吸水性、高寸法安定性等の、良好な機械的性能属性を維持しつつ、上記の利点を提供すると共に、ＰＣやＣＯＰよりも優れた減衰性を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、散乱基板において、約０．２ｍｍ〜約３ｍｍの厚さを有する基板であって、必要に応じ、１００ｐｐｍ未満の鉄化合物を含む基板、及び基板内部に配置された散乱フィーチャであって、約５μｍ〜約１００μｍの直径を有する、基板の改質領域を含み、基板の改質領域のエッジ−エッジ間で測定したとき、少なくとも約５μｍ離間して配置された散乱フィーチャを備え、必要に応じ、１つ以上の表面フィーチャ、１つ以上の高分子膜、１つ以上の無機膜、又は１つ以上のマスク若しくはフィルターのうちの１つ以上を更に備えた散乱基板に関するものである。一部の実施の形態において、基板はガラス又はガラスセラミック基板を含み、ガラス又はガラスセラミック基板は、必要に応じ、イオン交換ガラス基板等、化学的又は熱的に強化することができる。基板が化学的又は熱的に強化したガラス又はガラスセラミックである場合、散乱フィーチャをガラス基板の中央の引張応力領域に制約することができる。
【０００６】
一部の実施の形態において、散乱フィーチャは、約１０μｍ〜約５０μｍの直径を有している。特定の実施の形態において、散乱フィーチャは、ガラス基板の改質領域のエッジ−エッジ間で測定したとき、少なくとも約１０μｍ離間して配置されている。一部の実施の形態において、イメージングスフェア／視野角測定器で測定したとき、散乱基板が、約４０°〜約６０°の最大視野角を示す。一部の実施の形態において、ＣＩＥ１９３１標準で測定したとき、散乱基板が、ｘ方向に対し約０．０１５、ｙ方向に対し約０．０２の角度の色ずれを有している。
【０００７】
一部の実施の形態において、散乱フィーチャが、直径約１μｍ〜約１０μｍの溶融領域、及び溶融領域の近傍の１つ以上のクラックを備えた、ガラス基板の改質領域を含んでいる。一部の実施の形態において、任意である、１つ以上の表面フィーチャが、ミクロン、サブミクロン、ピコスケール、又はナノスケールのフィーチャを含んでいる。一部の実施の形態において、１つ以上の表面フィーチャが、ガラス表面内又はガラス表面上に存在している。かかる表面フィーチャは、ガラス表面の改質、又はガラスにコーティングを施すことによって形成することができる。
【０００８】
第２の態様は、前述の散乱基板のいずれかを含む電子装置である。一部の実施の形態において、電子装置は表示装置を備えている。一部の実施の形態において、表示装置の対角線の長さが６０インチ（約１５２．４センチメートル）を超えている。
【０００９】
第３の態様は、前述のいずれかの散乱基板を製造する方法を含んでいる。一部の実施の形態において、本方法は、ａ）約０．２ｍｍ〜約３ｍｍの厚さを有する基板であって、必要に応じ、１００ｐｐｍ未満の鉄化合物を含む基板を用意するステップ、及びｂ）基板の内部にパルスレーザーの焦点を合わせて基板に照射し、基板の内部に１つ以上の散乱フィーチャを形成するステップであって、ｉ）レーザーのピークパワーが１つ以上の散乱フィーチャを形成するのに十分である必要があり、ｉｉ）散乱フィーチャが、基板の改質領域のエッジ−エッジ間で測定したとき、少なくとも約１０μｍ離間して配置されるステップを備え、ｃ）必要に応じ、ｉ）１つ以上の表面フィーチャ、ｉｉ）１つ以上の高分子膜、ｉｉｉ）１つ以上の無機膜、又はｉｖ）１つ以上のマスク若しくはフィルターのうちの１つ以上を形成するステップを更に備えている。基板はガラス又はガラスセラミックを含むことができ、更にガラス又はガラスセラミック基板は、化学的又は熱的に強化することができる。本開示の更なる特徴及び利点は、以下に続く「発明を実施するための形態」に述べてあり、当業者にはその記述から、一部は容易に明らかであり、またこれに続く「発明を実施するための形態」、「特許請求の範囲」、及び添付図面を含む本明細書に記載の開示を実施することによって認識できるであろう。
【００１０】
「特許請求の範囲」及び「要約書」は、以下に記載する「発明を実施するための形態」に組み込まれ、その一部を構成するものである。
【００１１】
本明細書に引用された米国特許出願公開及び米国仮特許出願を含む、すべての出版物、論文、特許、公開された特許出願等は、参照によりその全内容が本明細書に組み込まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】レーザーで誘起された、基板バルク中のフィーチャによる光抽出の概略図
【図２】ＬＣＤパネルのピクセル構造の例を示した図（ブラックマトリックス領域が、バックライトからの入射光の最大７０％をブロックする）
【図３】フィーチャの深さとパルスエネルギーとの比較研究を示した図（エッジ照明構成において、光抽出を示すために、画像がＬＥＤによって照明される。異なるパルスエネルギーを用いて、３つの領域が形成されている。各々の領域には、異なる深さに焦点を当てることによって形成された、裏面（上端）、ガラスの３／４の深さ、ガラスの１／２の深さ、ガラスの１／４の深さ、及び前面（下端）の５つのバンドがある。）
【図４】ヘイズ及び透過率が、レーザーで誘起された散乱フィーチャの間隔とどのような相関があるかを示すグラフ
【図５】９０°の光抽出を散乱フィーチャの位置及び間隔で比較した図
【図６】散乱フィーチャの４つの異なる間隔（５０、６０、７０、及び８０μｍ）において、発光強度を視野角で比較した図（すべての場合において、ピーク強度は約５５度で生じている。フィーチャの密度及びエッジからの距離に起因して、発光強度が間隔によって変化している。）
【図７】視野角の関数として赤色、緑色、及び青色の発光強度を示した図（フィーチャの間隔を１０μｍ×７０μｍとして測定を実施した。グラフは、視野角が色間で一致していることを示している。）
【図８Ａ】散乱中心を含むガラスシートから抽出された光の色空間のプロット図であって、１０μｍ×６０μｍ間隔のサンプルを示す図（視野角図の周囲の多数のランダムな点をサンプリングして、色空間の色度図上の小さな範囲を生成した。図のｘの位置は白色光の抽出値を示している。）
【図８Ｂ】散乱中心を含むガラスシートから抽出された光の色空間のプロット図であって、１０μｍ×７０μｍ間隔のサンプルを示す図（視野角図の周囲の多数のランダムな点をサンプリングして、色空間の色度図上の小さな範囲を生成した。図のｘの位置は白色光の抽出値を示している。）
【図９】ガラスサンプルに亘る光抽出のプロット図であって、サンプルの一部を含み、レーザーで生成されたフィーチャを有する領域は勾配間隔であり、フィーチャ加工した領域全体を通して、抽出率が略平坦であることを示す図
【図１０】散乱フィーチャの光学顕微鏡像を示す図（各々のフィーチャは、放射状のマイクロ「クラック」に囲まれた、直径２〜３μｍのフィーチャである）
【図１１】フィーチャを含まない対照ガラスと比較した、散乱フィーチャ（２０μｍ×２０μｍ及び４０μｍ×４０μｍ）を有するガラスの、リングオンリング（ＲＯＲ）強度試験結果を示す図（各々２インチ（約５．０８センチメートル）×２インチ（約５．０８センチメートル）のガラスの基板上に形成されたサンプルを３０個作製した。試験結果における形状値の増加は、強い単一故障モードを表し、約５０％の強度低下を示している。）
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の「発明を実施するための形態」、図面、実施例、及び「特許請求の範囲」、並びにこれ等の上記及び以下の説明を参照することによって、本開示をより容易に理解することができる。しかし、本発明の組成、物品、装置、及び方法を開示及び説明する前に、本開示は、特に指定しない限り、特定の組成、物品、装置、及び方法に限定されるものではないと理解されるべきであり、それらは勿論、変化し得るものである。また、本明細書に用いられている用語は、特定の側面を説明することのみを目的とするものであって、限定を意図するものではないと理解されるべきである。
【００１４】
本開示の以下の説明は、現在知られている実施の形態において、本開示の教示を可能にするものとして提供するものである。この目的を達成するために、当業者は、依然として本発明の有益な結果を得つつ、本開示の様々な態様に対し、様々な変更が可能であることを認識及び理解するであろう。本開示の一部の特徴を選択し、他の特徴を利用しないことで、本開示の所望の利益の一部を得ることができることは自明であろう。従って、当業者は、本開示に対して多くの修正及び改作が可能であり、特定の状況においては、それが望ましいこともあり、本開示の一部であることを認識するであろう。従って、以下の説明は、本開示の原理の例示として提供するものであって、限定するものではない。
【００１５】
本開示の方法及び組成に使用できる、本開示の方法及び組成と共に使用できる、本開示の方法及び組成を用意するために使用できる、又は本開示の方法及び組成の実施の形態である、材料、化合物、組成、及び成分が開示される。これ等の材料及びその他の材料が、本明細書に開示されており、これ等の材料の組み合わせ、サブセット、相互作用、グループ等が開示されている場合、これ等の化合物の各々の、様々な個々及び集合的な組み合わせ、並びに再配列のそれぞれにつき、具体的言及が明示的に開示されていなくても、それぞれが具体的に意図され、本明細書に記載されていると解釈されるものである。
【００１６】
従って、置換基のクラスＡ、Ｂ及びＣ、置換基のクラスＤ、Ｅ及びＦ、並びにＡ〜Ｄを組み合わせた実施例が開示されている場合には、各々が個別及び集合的に意図されている。従って、この実施例において、Ａ、Ｂ、及び／又はＣと、Ｄ、Ｅ、及び／又Ｆと、Ａ〜Ｄの例示的な組み合わせの開示から、Ａ〜Ｅ、Ａ〜Ｆ、Ｂ〜Ｄ、Ｂ〜Ｅ、Ｂ〜Ｆ、Ｃ〜Ｄ、Ｃ〜Ｅ、及びＣ〜Ｆの組み合わせの各々が、具体的に意図され、開示されているものと見なされるべきである。同様に、これ等の任意のサブセット又は組み合わせも具体的に意図され、開示されている。従って、例えば、Ａ、Ｂ、及び／又はＣと、Ｄ、Ｅ、及び／又Ｆと、Ａ〜Ｄの例示的な組み合わせの開示から、Ａ〜Ｅ、Ｂ〜Ｆ、及びＣ〜Ｅのサブグループが具体的に意図され、開示されているものと見なされるべきである。この概念が、組成の任意の成分、並びに開示した組成の製造及び使用方法におけるステップを含みこれに限定されない、本開示のすべての側面に適用される。従って、実施できる様々な追加ステップがある場合、これ等の追加ステップの各々が、開示した方法の任意の具体的な実施の形態又は実施の形態の組み合わせと一緒に実施することができると解釈され、またかかる組み合わせの各々が具体的に意図され、開示されているものと解釈されるべきである。
【００１７】
第１の態様は、基板内部に存在するレーザーで誘起された1つ以上の散乱フィーチャによって特徴付けられる基板を備えている。この基板は、記載された条件の下で、必要なレーザー改質を受ける任意の材料から形成することができる。基板として有用と想定される材料には、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＰ）等のポリマーだけでなく、ガラス及びガラスセラミック基板がある。場合により、ガラス又はガラスセラミックスは、高融点や高硬度等のガラス又はガラスセラミックスの構造及び特性によって、本明細書に記載の方法にとって、他の材料よりも優れた基板となる。
【００１８】
特定の理論に拘束されることは望まないが、一般に、散乱フィーチャは基板内における多光子吸収過程によって形成される。多光子吸収は、非常に高いレーザー光強度で生じる非線形現象である。当技術分野で周知のように、光子エネルギーｈνが、材料の吸収バンドギャップＥＧより低いとき、材料は光学的に透明である。従って、材料が吸収性を帯びる条件は、ｈν＞ＥＧと記述することができる。しかし、光学的に透明な条件下においても、ｎｈν＞ＥＧ（ｎ＝２、３、４・・・）と記述される高次モードによって、光の強度を十分高くすれば、材料に吸収が生じ得る。この非線形現象が、多光子吸収として知られており、パルスレーザーの場合、レーザー光の強度は、レーザー光のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）（（レーザー光の１パルス当りのエネルギー）／（レーザー光のビームスポット断面積×パルス幅）で決定される）に相関性がある。また、連続波の場合には、レーザー光の強度は、レーザー光の電界強度（Ｗ／ｃｍ２）で決定される。本明細書に記載のように、散乱フィーチャを含む基板は、１つ以上のレーザーを基板の内部に集束して、基板の内部に光損傷を生成する、多光子吸収過程によって形成することができる。この光損傷によって基板内に歪が誘発され、それによって散乱フィーチャが形成される。
【００１９】
本明細書に記載の散乱フィーチャの形成に有用なレーザーには、多光子吸収過程を基板内に開始させるのに十分なピークパワーを供給するパルスレーザーシステムが含まれる。本明細書に記載の方法に対し、典型的にはナノ秒パルスレーザーが用いられるが、ピコ秒又はフェムト秒のパルスレーザーの使用が有益な場合もある。一部の実施の形態において、レーザーパルスエネルギーは、約０．１μＪ／パルス〜約１ｍＪ／パルス、又は約１μＪ／パルス〜約１ｍＪ／パルスであってよい。焦点サイズは、典型的ンは、直径が約〜１μｍから約１０μｍ、長さが１０〜５００μｍであるが、必要に応じて変更することができる。光の波長は、約３００ｎｍ〜約３０００ｎｍの範囲内の任意の波長とすることができる。一部の実施の形態において、レーザー波長は、着色スポット若しくは着色フィーチャを防止するように選択されることもあるし、あるいは、基板、とりわけガラス基板の着色を生じさせるように選択されることもある。鉄化合物等の特定の化合物を含むガラスに、ＵＶ光（典型的には３５０ｎｍ未満の波長）を用いた場合に、かかる着色が形成され得る。一部の例において、色出力の変更に着色が有益であり得る。また、白色光出力を最適化することが目的である場合、着色フィーチャをガラスに導入しないことが目的となる。
【００２０】
図１は光散乱フィーチャを有する基板の例を図式的に説明する図である。発光ダイオード（ＬＥＤ）によって、基板が側面から照明され、入射角が大きいため、内部全反射によって、主に基板を通して光が誘導される。しかし、図示のように、ＬＥＤからの光が散乱フィーチャと相互作用すると、光が様々な角度に散乱され、基板の上部に示す液晶表示装置のバックライトとして機能することができる。
【００２１】
散乱フィーチャは、マイクロクラック、溶融し再凝固した基板、相変化した基板、組成変化した基板、非晶質構造又は結晶質構造が変化した基板、又はこれ等の組合せを含んでいてもよい、基板の改質領域を有する。一部の実施の形態において、散乱フィーチャは、放射状のマイクロクラックに囲まれた（図１０）溶融した管状の領域（基板を平面で又は基板に平行に見た場合、すなわち図１０では平面ＸＹ又はＹＺで見た場合）を含んでいる。散乱フィーチャは、基板を上から見下ろす方向（即ち、最大寸法である、図１０のＸＹ平面に対し直角）に見たとき、レーザーによって改質された、基板の略円形の領域を示す、直径を有するものとして説明することができる。散乱フィーチャは、約５μｍ〜約１５０μｍ、約１０μｍ〜約１２０μｍ、約１０μｍ〜約１００μｍ、又は約２０μｍ〜約８０μｍの直径を有することができる。散乱領域が、放射状のマイクロクラックに囲まれた、溶融した管状の領域を含んでいる場合には、管状の領域が、約１μｍ〜約２０μｍ、又は約３μｍ〜約１０μｍの直径を有することができ、散乱フィーチャ（管状の領域及びマイクロクラック）が約１０μｍ〜約１２０μｍの直径を有することができる。一部の実施の形態において、散乱フィーチャは、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は１００μｍの直径を有している。
【００２２】
前述のように、散乱フィーチャを形成する方法は、基板による多光子吸収等の非線形光学的方法を利用することができる。基板が、レーザーの１次モードに対し透明であるため、ビームを基板自体の内部に集束し、基板の内部に散乱フィーチャを形成することができる。基板の片面又は両面上に散乱フィーチャを配置することができるが、一部の実施の形態では、基板自体の内部に散乱フィーチャを組み込んでいる。基板の内部にレーザーを集束する一部の実施の形態において、改質領域が基板の内部にのみ形成され、基板の表面に到達しないように、又は表面を損傷しないように、レーザーのエネルギー、パワー、パルス幅、又はピークパワーを選択することができる。かかる実施の形態において、レーザーが、ウエスト部を通して集束するため、基板を平面で見たとき、散乱フィーチャは、管状、又はより正方形若しくは長方形に近い断面を有することができる。図１０のＸＺ又はＹＺ平面で見たとき、影響を受けた基板の領域の長さは、約５μｍ〜約１５０μｍ、約１０μｍ〜約１２０μｍ、約１０μｍ〜約１００μｍ、又は約２０μｍ〜約８０μｍである。一部の実施の形態において、散乱フィーチャは、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は１００μｍの直径を有している。
【００２３】
基板は、一般に、２つの寸法（例えば、Ｘ及びＹ）が、第３の寸法（Ｚ）より遥かに大きなシートである。かかる基板は、任意の値の有用な寸法Ｚを有することができる。多くの用途にとって、基板をできるだけ薄くすることが美観、軽量化、及びコストの観点から望ましい。しかし、基板を薄くすればする程、一般に、破損しやすくなる。従って、薄いが、十分な強度を保持して、使用中の破損を防止する基板に対する強い要望がある。この観点において、ガラス及びポリマーは、異なる構造的利点を持つことができる、つまり、ポリマーは、多くの場合、より破損しにくいが、構造的な剛性及び強度がより低い。一部の実施の形態において、基板は、約３ｍｍ〜約０．２ｍｍ、約２ｍｍ〜約０．５ｍｍ、又は約１ｍｍ〜約０．７ｍｍの厚さを有している。一部の実施の形態において、基板は、約０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、又は３ｍｍの厚さを有している。
【００２４】
ガラス基板の場合、一般的に使用することができるガラス組成は、フロート、フュージョン、又はその他のドロー法を含む、当技術分野で周知の方法によって、シートに成形することができる任意の組成を含んでいる。特に有用なのは、コーニング社のＧＯＲＩＬＬＡ  ＧＬＡＳＳ（登録商標）等のアルカリアルミノシリケートガラス、又はコーニング社のＥＡＧＬＥ  ＸＧ（登録商標）等の表示装置用ガラスである。
【００２５】
強度要求があるため、散乱中心を組み込む前に、ガラス基板を化学的又は熱的に強化することができる。コーニング社のＧＯＲＩＬＬＡ  ＧＬＡＳＳ等のガラスは、当技術分野で周知のイオン交換法（例えば、参照により、全内容が本明細書に組み込まれたものとする、米国特許第５，６７４，７９０号明細書を参照）によって化学的に強化することができる。イオン交換ガラス基板を用いた場合、ガラスの中央引張応力領域に、散乱フィーチャを配置することが有益であり得る。一部の実施の形態において、散乱フィーチャは、ガラス基板の中央の１／３以内に配置されている。一部の実施の形態において、散乱フィーチャは、ガラス基板の中央の１／５以内に配置されている。
【００２６】
散乱フィーチャをガラス基板に組み込むことによって、ガラスの全体的な強度が低下する可能性がある。ガラスの種類を選択するとき、及びアプリケーションに対し強化ガラスの使用を検討するとき、この強度低下を考慮することができる。ガラスの強度低下の一例を図１１に示す。図１１は単一故障モード動作で試験した、非イオン交換アルカリアルミノシリケートガラス基板の強度が、約５０％低下したことを示している。本実験の詳細は、以下の実施例５において説明する。
【００２７】
基板における散乱フィーチャのパターン形成は、アレイ、幾何学的、ランダム等、任意である。パターンは、レーザー若しくはレーザービームと基板とのいずれか一方、又は両方を、手動又はより効率的にはコンピュータ支援手法、つまり当技術分野で周知の手法によって、並進移動させることにより形成することができる。散乱フィーチャの基板上の配置又はパターン形成における、唯一の実質的な制限は、散乱中心を十分離間させて、１つの散乱フィーチャから別の散乱フィーチャに、亀裂が伝搬する実質的な可能性が生じないようにすることである。一部の実施の形態において、散乱フィーチャは、約５μｍ〜約２ｍｍ離間している（散乱フィーチャのエッジ−エッジ間）。一部の実施の形態において、散乱フィーチャは、約５、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、１００、１５０、２００、５００、１０００、２０００μｍ離間している（散乱フィーチャのエッジ−エッジ間）。フィーチャの間隔の関数として得ることができる、散乱中心の密度を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2017507103.tif 000003
【００２９】
図２はＬＣＤのカラー配列の一例を示す図である。この配列は、赤、緑、及び青ピクセル（「Ｂ」）を含む、画素（「Ａ」）を含んでいる。更に、ピクセルは、従来のバックライト用途において、入射光の最大７０％を遮断又は吸収し得る、ブラック格子によって分離されている。透明なＲＧＢサブピクセルに位置合わせして、散乱フィーチャを配置することによって、個々それぞれの抽出フィーチャによって発せられた光が、特定のＲＧＢサブピクセルを直接照明するため、より多くの光が透過する。この散乱フィーチャの正確な配置が、表示装置内のエネルギー消費及び／又はバッテリー寿命の低下に直接つながるような、境界領域によって遮断される抽出光を最小限に抑制して、照明効率を向上させる。
【００３０】
基板に散乱フィーチャを組み込んで形成した散乱基板は、基板から光を抽出する別の方法と比較して、幾つかの利点を示す。第１に、従来のパターン化されたバックライトユニット（ＢＬＵ）ライトガイド及び従来の方法の他のエッチング法（以下に説明する、図６及び７）より高角度で光が抽出される。更に、レーザーで誘起されたフィーチャは基板に直接生成されるのに対し、他の方法は、通常、パターンを含むインク層又はポリマー層をガラスに塗布することを含んでいる。従って、一部の実施の形態において、基板に塗布された材料の別の光抽出層がなくても基板を製造することができる。基板がガラス基板である場合、ガラス基板内のパターン形成によっても、（１）フュージョンドローガラスの低粗度、（２）低Ｈ２Ｏ吸収、（３）低ＣＴＥ及びＣＴＥ不整合の問題がないこと、（４）寸法の高安定性、（５）高い剛性、（６）高いＴｇ、及び（７）低い厚さのばらつき等の全ガラスシステムの属性が維持される。
【００３１】
別の態様において、散乱基板をバックライトとして、タブレット、スマートフォン、テレビ、又はコンピュータの表示装置等の電子装置に組み込むことができる。かかる実施の形態において、散乱基板に更に１つ以上の改質を組み込んで、散乱基板の適用性を向上させることができる。
【００３２】
特定の状況又はアレイ構造において、光散乱フィーチャによって、表示に「ライニング」、すなわちより明るい線とより暗い線の領域が生じる可能性がある。このライニングを補正するために、散乱基板の片面又は両面を改質することができる。これ等の改質には、例えば、１つ以上のポリマー若しくは無機膜、ポリマー若しくは無機マスク、又は基板表面のテクスチャリング、改質、若しくは粗面化を含むことができる。散乱基板の表面を改質する場合、一部の実施の形態は、ナノ又はピコメートルスケールのフィーチャを有する、サブミクロン構造面の形成を含んでいる。一部の実施の形態において、散乱基板は、追加の光散乱特性をもたらすナノ構造面を更に含んでいる。これ等のフィーチャは、エッチング等のマイナス又は除去する方法、及びコーティング等のプラス又は付加する方法を含む、当技術分野で周知の任意の方法によって形成することができる。更に、これ等のフィーチャを表面にランダム、系統的、又はアレイ状に配置して、ガラス内部の散乱フィーチャを補完することができる。
【００３３】
一部の実施の形態において、ガラス組成が、散乱光のカラー組成において、役割を果たすことができる。このことは、不均一な色の散乱が、入力ＬＥＤからの距離の関数として、出力光の色変化を生じる可能性がある、大型の表示装置において特に重要である。カラー組成が重要である実施の形態において、ガラス基板を選択し、それに含まれる近可視領域を吸収する化合物を、最小限に抑制することができる。かかる化合物には、鉄化合物、硫黄化合物、マンガン化合物、銅化合物、ニッケル化合物、クロム化合物等が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００３４】
表示用途において、バックライトとして使用する場合、基板に注入された光は、かなりの量の材料の中を伝搬してから、散乱基板の面から外部に散乱される可能性がある。時として、光の吸収を最小限とするガラス組成を選択することが有益である。かかる場合、鉄及びクロム等の遷移金属の濃度が非常に低い基板は、優れた伝送を可能にすることができる。一部の実施の形態において、ガラス基板は、低鉄ガラスを含み、一部の実施の形態において、ガラスのＦｅＯ及びＦｅ２Ｏ３等の酸化鉄の含有量は、５０ｐｐｍ未満、又は２０ｐｐｍ未満である。
【実施例】
【００３５】
実施例１
波長３５５ｎｍのナノ秒パルスＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて、本明細書に記載のレーザーで誘起された光散乱フィーチャを生成した。３０ｍｍの実効焦点距離を用いて、非イオン交換アルカリアルミノシリケートガラスの内部に、２〜３μｍのスポットサイズにレーザーを集束して、光を反射する損傷スポットをガラスの内部に生成した。非イオン交換アルカリアルミノシリケートガラスを実験に使用したが、ガラスの吸収は本手順と無関係であるため、内部集束を可能とする任意のガラスを使用することができる。焦点において、レーザーの各々のパルスのほぼ全パワーが、ガラスに吸収されて、管状に見える直径約２〜３μｍの溶融領域が形成された。一部の実施例において、レーザーは、溶融領域の形成に加えて、周囲のガラス構造に、高応力の転位領域が形成されるような強度である。この応力によって、管の周囲の全方向に、放射状の「マイクロクラック」を形成することができた（マイクロクラックが約２０μｍである、図１０参照）。
【００３６】
興味深いことに、散乱フィーチャは、照明されると高度に散乱を行うが、照明されないと略透明であり、更に照明されないと、ヘイズの発生量が極小になる。このことを、散乱フィーチャの間隔（Ｘ軸）に対して、ヘイズ（Ｙ軸）と透過率（Ｙ軸）とを比較した図４、及び以下の表２に示す。
【００３７】
【表２】
2017507103.tif 000004
【００３８】
実施例２
表面からの近さが光の抽出に与える影響を示すために、散乱フィーチャを１０μｍ×１００μｍ離間して、基板の裏面、ガラスの３／４の深さ、ガラスの１／２の深さ、ガラスの１／４の深さ、及び前面に配置した（図３）。異なるパルスエネルギーで０．７ｍｍの３つの散乱基板が作製され（図３の上から下に、１５０ｍＷ、２００ｍＷ，及び４００ｍＷ）、かつ、前述のように異なる５つの深さ（裏面（図３の基板の最上部）、深さ５２５μｍ、３５０μｍ、１７５μｍ、前面（図３の基板の最下部））が使用された。
【００３９】
実施例３
ガラスのエッジに光を注入し、光注入点からの距離に対し、９０°で出射される放射量を測定することによって、減衰測定を行った。フィーチャの最高密度（１０μｍ×１０μｍ、１平方センチメートル当たり１，０００，０００）において、すべての光がガラス内に〜５０ｍｍ入った個所により抽出された。２番目に密度の高いサンプル（２０μｍ×１０μｍ、１平方センチメートル当たり５００，０００）は、すべての光を、ガラス内に〜８０ｍｍ入った個所により抽出した。密度が低下するにつれ、ガラスの光注入エッジ近傍における抽出光量が減少する一方、ガラスのエッジからより遠い位置における利用可能な光量が増加した（１０、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、及び１００μｍ×１０μｍの散乱フィーチャ密度について、ミリメートル（ｍｍ）単位の光注入エッジからの位置に対して、光強度（Ｗ）をプロットした図５を参照）。かかる抽出率を用いて、片側光注入若しくは両側光注入における均一照明又は他の所望のパターン形成に必要な、正しい密度勾配を決定することができる。
【００４０】
減衰データに基づいて、厚さ０．７ｍｍの非イオン交換アルミノシリケートガラスの、面積２インチ（約５．０８センチメートル）×２インチ（約５．０８センチメートル）の領域にわたり、均一な光量を抽出するような、フィーチャの勾配を設定することができる。略平坦な光抽出勾配を明らかにするために、減衰データがサンプルから収集された。フィーチャの密度は、光注入エッジにおいて、２０７，０００点／ｃｍ２から開始され、遠端エッジにおいて、７３，０００点／ｃｍ２で終了した。減衰データがサンプルから収集され、略平坦な光抽出勾配が明らかにされた（図９）。光抽出勾配は、前述のように、点の密度又はレーザーパワーのいずれかに影響をされ得る。
【００４１】
実施例４
ラディアント社のＺＥＭＡＸＩＳ／ＶＡ（商標）（イメージングスフェア／視野角）測定器を用いて、視野角及び輝度（図６及び７）、並びに色ずれ（図８Ａ及び８Ｂ）を測定した。イメージングスフェアは、コーティングを施した、拡散性の低反射半球で、半球上に、照明源（例えば、ＬＥＤ、散乱基板等）に隣接する球の基部上の凸面鏡に対向する、ＣＣＤベースの光度計又は測色計を備えている。半球の内表面が照明源によって照明され、凸面鏡によって、検出器が基本的に２πステラジアンの出力全体を見ることができる。
【００４２】
ラディアント社のＺＥＭＡＸＩＳ／ＶＡ測定器を用いた、実施例の散乱基板の最大視野角は、０．７Ｃｄ／ｃｍ２（７０００ニット）の最大輝度で約５７度であった（図６）。輝度の測定は赤色、緑色、及び青色、それぞれ個別に行った（図７）。色ずれは、ＣＩＥの三刺激計算を用いて手動で算出し、６０及び７０μｍの散乱フィーチャ間隔に対し、三刺激値を用いてグラフ表示した（それぞれ図８Ａ及び８Ｂ）。ＣＩＥ１９３１のｘ値は、０．３１０〜０．３１４の範囲であって、工業用ガイドラインの０．３１３±０．００５を十分満足している。ＣＩＥ１９３１のｙ値は、０．３０６〜０．３０９の範囲であって、工業用ガイドラインの０．３２９±０．００５を僅かに下回っている。しかし、表示装置から発せられる赤色、緑色、及び青色光は、一般にカラーマスクによって補正される。
【００４３】
実施例５
フィーチャ加工した、０．７ｍｍの非イオン交換アルカリアルミノシリケートガラスのリングオンリング強度試験が示すように（図１１）、ガラス基板の強度は、レーザーによるフィーチャ加工処理に影響を受ける。対照サンプルについて１．５９１であった形状値は、２０μｍ×２０μｍ離間配置したフィーチャでは７．１１８に、４０μｍ×４０μｍ離間配置したフィーチャでは５．０６１に増加し、単一クラックモードを示している。対照サンプルについて１８８．５であったスケール値は、２０μｍ×２０μｍ離間配置したフィーチャでは８４．９１に、４０μｍ×４０μｍ離間配置したフィーチャでは７０．１６に低下し、５０％を超える強度低下を示している。これ等の値は大幅な強度低下を示しているように見えるが、バックライトユニットとして表示装置の内部で使用され、機械的構造体の内部に含まれるガラスは、カバーガラスと比較して、強度要求が低い可能性が高い。散乱サイトを生成した後、焼き戻し等の追加努力によって、サンプルの強度を高めることができ、従って、この強度低下を後処理で改善できる可能性がある。
【００４４】
実施例６
低損失高透明ガラス（例えば、超低鉄ガラス、例えば、５０ｐｐｍ未満又は２０ｐｐｍ未満の酸化鉄）は、透過率が高く色ずれが少ないため、散乱基板用途にとって理想的である。しかし、かかるガラスの損失を測定することは、特に基板がレーザーで誘起されたフィーチャで改質されている場合は、困難となり得る。散乱基板が、２つの面と、少なくとも２つの対向するエッジとを有するシートを含んでいる場合、以下の方法で損失を測定することができる。
１）コリメートしたスーパーコンティニウムレーザ光源を選択し、ビームを基準ビートと試験ビームとに分割する。分光器に結合された積分球に基準ビームを送り、ソーススペクトル形状の基準として使用する。散乱基板の薄いエッジに（コリメート状態の）試験ビームを送り込んで、散乱フィーチャが存在しない基板内の場所を通して、基板の対向するエッジから出射させる。経路長は、基板全体又は、基板の５００ｍｍ等、ガラスの「クーポン」若しくはサブセクションであってよい。出射ビームは、第２の分光器に結合された第２の積分球に結合される。
２）基準及び試験ビームから得られる、波長の関数である強度比によって、インガラス信号の測定値が得られる。波長範囲はレーザーの全範囲、又は４５０〜８００ｎｍ等のサブ領域とすることができる。
３）サンプルを９０度回転させ、基板の１つの面を通し、第２の面（ここでも、散乱フィーチャが存在しない個所）から出射する試験ビームを送り、第２の分光器に結合された第２の積分球に結合させる。ステップ２）を繰り返して、スルーガラス信号の測定値を得る。
４）スルーガラス信号に対するインガラス信号の比によって、経路に起因する損失値が得られ、ガラスの反射面が補償される。
５）４）で算出した比から、ｄＢ単位の損失を算出することができ、損失から透過率を決定することができる。例えば  式、−１０Ｌｏｇ（インガラス信号強度／スルーガラス信号強度）／（インガラス信号の伝搬距離−スルーガラス信号の伝搬距離）に従って、（距離測定がメートル単位で行われるとして）ｄＢ／メートル単位で損失を算出することができる。５００ｍｍにわたる透過係数は、例えば、式１００・１０−（ｄＢ／メートル単位の損失）／２０を用いて算出することができる。
【００４５】
低損失ガラスの散乱基板は、前述の方法を用いて測定したとき、９０、９２、９４、又は９６％を超える透過率を有することができる。
【００４６】
本明細書の実施の形態について、特定の態様及びフィーチャを参照しながら説明してきたが、これらの実施の形態は、望ましい原理及び用途の単なる例示に過ぎないと理解されるべきである。従って、例示の実施の形態に対し、多くの修正が可能であり、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲を逸脱せずに、別の構成を考案できることを理解すべきである。
【００４７】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００４８】
実施形態１
散乱基板において、
ａ．約０．２ｍｍ〜約３ｍｍの厚さを有する基板であって、必要に応じ、１００ｐｐｍ未満の鉄化合物を含む基板、及び
ｂ．前記基板の内部に配置された散乱フィーチャであって、
ｉ）約５μｍ〜約１００μｍの直径を有する、前記基板の改質領域を含み、
ｉｉ）前記基板の前記改質領域のエッジ−エッジ間で測定したとき、少なくとも約５μｍ離間して配置された散乱フィーチャを備え、
ｃ．必要に応じ、
ｉ）１つ以上の表面フィーチャ、
ｉｉ）１つ以上の高分子膜、
ｉｉｉ）１つ以上の無機膜、又は
ｉｖ）１つ以上のマスク若しくはフィルター、
のうちの１つ以上を更に備えた散乱基板。
【００４９】
実施形態２
前記基板が、ガラス基板又はガラスセラミック基板を含む、実施形態１の散乱基板。
【００５０】
実施形態３
前記基板が、ガラス基板を含み、該ガラス基板が、熱的又は化学的に強化されたガラス基板を含む、実施形態２の散乱基板。
【００５１】
実施形態４
前記散乱フィーチャが、約１０μｍ〜約５０μｍの直径を有する、実施形態１〜３いずれかの散乱基板。
【００５２】
実施形態５
前記散乱フィーチャが、前記ガラス基板の前記改質領域のエッジ−エッジ間で測定したとき、少なくとも１０μｍ離間して配置されている、実施形態１〜４いずれかの散乱基板。
【００５３】
実施形態６
イメージングスフェア及び／又は視野角測定器で測定したとき、約４０°〜約６０°の最大視野角を示す、実施形態１〜５いずれかの散乱基板。
【００５４】
実施形態７
ＣＩＥ１９３１標準で測定したとき、ｘ方向に対し約０．０１５、ｙ方向に対し約０．０２の角度の色ずれを有している、実施形態１〜６いずれかの散乱基板。
【００５５】
実施形態８
前記散乱フィーチャが、直径約１μｍ〜約１０μｍの溶融領域、及び該溶融領域の近傍の１つ以上のクラックを備えた、前記基板の改質領域を含む、実施形態１〜７いずれかの散乱基板。
【００５６】
実施形態９
前記散乱フィーチャが、基板中に空孔が生成された直径約１μｍ〜約１０μｍの空孔領域、及び該空孔領域の近傍の１つ以上のクラックを備えた、前記基板の改質領域を含む、実施形態１〜８いずれかの散乱基板。
【００５７】
実施形態１０
前記基板が、イオン交換ガラス基板を含む、実施形態１〜９いずれかの散乱基板。
【００５８】
実施形態１１
前記１つ以上の表面フィーチャが、ミクロン、サブミクロン、又はナノスケールのフィーチャである、実施形態１〜１０いずれかの散乱基板。
【００５９】
実施形態１２
前記１つ以上の表面フィーチャが、前記基板の内部又は該基板の表面上に存在している、実施形態１〜１１いずれかの散乱基板。
【００６０】
実施形態１３
前記基板が、５０ｐｐｍ未満の鉄含有化合物を含む、実施形態１〜１２いずれかの散乱基板。
【００６１】
実施形態１４
前記基板が、２０ｐｐｍ未満の酸化鉄を含む、実施形態１３の散乱基板。
【００６２】
実施形態１５
前記基板が、測定経路長が５００ｍｍであるとき、４５０ｎｍ〜８００ｎｍにおいて、９０％を超える透過率を有している、実施形態１３の散乱基板。
【００６３】
実施形態１６
実施形態１〜１５いずれかの散乱基板を備えた電子装置。
【００６４】
実施形態１７
前記電子装置が、約４：３〜約１６：９の幅対高さ比を有する表示装置を備えた、実施形態１６の電子装置。
【００６５】
実施形態１８
前記表示装置が、５５インチ（約１３９．７センチメートル）以上の対角線長を有する、実施形態１７の電子装置。
【００６６】
実施形態１９
実施形態１〜１５いずれかの散乱基板を形成する方法において、
ａ）約０．２ｍｍ〜約３ｍｍの厚さを有する基板であって、必要に応じ、１００ｐｐｍ未満の鉄化合物を含む基板を用意するステップ、及び
ｂ）前記基板の内部にパルスレーザーの焦点を合わせて該基板に照射し、該基板の内部に１つ以上の散乱フィーチャを形成するステップであって、
ｉ）前記レーザーのピークパワーが、前記１つ以上の散乱フィーチャを形成するのに十分であり、
ｉｉ）前記散乱フィーチャが、前記基板の前記改質領域のエッジ−エッジ間で測定したとき、少なくとも約５μｍ離間して配置されるステップを備え、
ｃ）必要に応じ、
ｉ）１つ以上の表面フィーチャ、
ｉｉ）１つ以上の高分子膜、
ｉｉｉ）１つ以上の無機膜、又は
ｉｖ）１つ以上のマスク若しくはフィルター
のうちの１つ以上を形成するステップを更に備えた方法。
【００６７】
実施形態２０
前記基板がガラス基板又はガラスセラミック基板を含む、実施形態１９の方法。
【図１】
2017507103.tif 000005
【図３】
2017507103.tif 000006
【図４】
2017507103.tif 000007
【図５】
2017507103.tif 000008
【図６】
2017507103.tif 000009
【図７】
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【図９】
2017507103.tif 000011
【図１１】
2017507103.tif 000012
【図２】
2017507103.tif 000013
【図８Ａ】
2017507103.tif 000014
【図８Ｂ】
2017507103.tif 000015
【図１０】
2017507103.tif 000016
【国際調査報告】
2017507103.tif 000017
2017507103.tif 000018