用于获得基材的方法

用于获得基材的方法
【专利说明】用于获得基材的方法
[0001] 本发明涉及用于获得具有调制的光学性质的透明基材的方法。本发明还涉及用于 处理透明基材以为该透明基材提供调制的光学性质的装置和涉及具有调制的光学性质的 透明基材。
[0002] 通过在基材的表面上产生纹理或者图案来调制基材的光学和/或美学性质是已 知的。为了产生表面纹理，传统技术尤其是雕刻、喷砂或者酸蚀。为了产生图案，传统技术 尤其是丝网印刷或者平版印刷。然而，这些技术是局部化技术，其难以用于大尺寸基材并且 引起相对小的生产速率，或者是整体技术，其没有最佳的分辨率。这些技术中某些，特别地 酸蚀和平版印刷，由于使用的化学产品还具有风险，这使它们在工业规模上的使用复杂化。
[0003] 为了为基材提供特定的光学和/或美学性质，还已知在空间上调制该基材的折光 指数。通过这种折光指数的调制，特别地可以调节该基材的光散射性质，尤其用于光提取目 的，例如用于0LED(有机发光二极管），或者用于光集中目的，例如用于太阳能电池组件。通 过调制该基材的折光指数，还可以调节它的光衍射性质，尤其出于重定向光的目的。光的重 定向在使用自然光的照明应用中是特别所希望的，在该应用中希望获得自然光的更好分布 以改善视觉舒适性。在表面上或者在基材体积中产生折光指数的调制图案还可以允许改变 该基材的外观（出于美学的目的）。
[0004] 一种允许在无机玻璃基材中产生折光指数的调制图案的传统技术是离子交换。使 用这种技术，通过在玻璃中包含的至少一种元素和由与玻璃接触的介质提供的至少一种元 素之间的离子交换局部地改变该基材的玻璃基质的组成。尤其可以使用由与玻璃接触的银 盐提供的银原子来交换在玻璃中包含的钠原子。这种离子交换，其通过在电场下的迀移进 行实施，允许在该玻璃的厚度中产生具有受控形状的区域的交替，其中折光指数从一个区 域至另一个区域发生变化，而不改变该玻璃的表面的初始外貌。然而，离子交换具有是缓慢 的并且昂贵的方法的缺点，它涉及多个步骤。而且，离子在该基材内部能够达到的深度是受 限制的。
[0005] 本发明更特别地通过提供用于获得具有调制的光学性质的透明基材的方法用于 克服的正是这些缺点，该方法是经济的、简单的和快速的，允许获得高生产率，这种方法保 证用于调制该基材的光学性质的高分辨率水平，这种方法甚至适用于大尺寸基材并且此外 是特别灵活的以便在生产线上允许（对于同一基材或者从一个基材至另一个基材）的光学 性质在空间结构中的快速转变。
[0006] 为此目的，本发明一个主题是用于获得具有调制的光学性质，包含折光指数的调 制图案的透明基材的方法，特征在于借助于以至少一根激光线的形式聚焦在基材上的激光 辐射来照射透明基材，在那里该基材至少部分地吸收激光辐射，并且特征在于在基材与聚 焦在该基材上的激光线之间沿着与激光线的纵向方向横交的方向产生相对移动，并且特征 在于在这种相对移动期间，作为相对移动速度和图案沿着相对移动方向的尺寸的函数来时 间（tempore11ement)调制激光线的功率。
[0007] 在本发明的范围中，〃激光线〃是以具有比它的横向尺寸更大的纵向尺寸的线的 形式聚焦的激光束，其通过一个或者数个激光源产生和其沿着该线的纵向方向的所有点同 时地由一个或多个激光源进行照射。因此，激光线通过同时由一个或多个激光源照射该线 的整个表面而获得。
[0008] 在本发明的范围中，方向（当它与另一个方向形成非零角度时）是相对于该另一 个方向是横向的。而且，在本发明的范围中，基材，当它让光至少部分地穿过它时，是透明 的。
[0009] 对其施用根据本发明的方法的基材在激光辐射的波长必须是至少部分吸收性的， 特别地在这种波长具有至少1%/_，优选地至少10%/mrn的吸收。
[0010] 在本发明的范围中，对其施用该方法的基材可以是裸露的基材，以及经涂覆的基 材，即在它的至少一个面上包含涂层。当然，甚至在经涂覆的基材的情况下，使用本发明方 法产生的折光指数的调制图案是基材本身的折光指数的调制图案。然而，不排除的是，所述 或者每个涂层也可以受激光处理的影响，但是在这种情况下，它将必然是（除该基材之外） 也受到这种影响。其中仅仅该基材的涂层，而不是基材本身通过激光辐射进行处理的情况 不包括在本发明的范围内。当基材被涂覆时，所述或者每个涂层必须使激光辐射通过至基 材，并因此在激光辐射的波长处必须不是过于反射性的或者吸收性的。
[0011] 本发明人已经观察到，当透明基材使用激光束进行照射时，基材的结构局部地产 生由热引起的永久改变，其在无机玻璃基材的情况下与热淬火效应相似，由此局部地产生 基材的折光指数的改变。本发明人已经使用这种效应以在在基材的表面上或者内部中形成 折光指数的调制图案。在实践中，这种图案通过使至少一根在焦平面上具有适当强度的激 光线聚焦在基材上并通过随着时间调制这种激光线的功率而获得，同时该基材和激光线进 行相对移动。由于激光线的功率随着时间改变，基材的折光指数在相对移动期间在空间上 进tx调制。
[0012] 根据本发明的方法允许在透明基材中产生任何类型的折光指数的调制图案，其通 过调节激光线的功率作为在基材和激光线之间的相对移动速度的函数和作为期望图案的 空间结构的函数的时间调制（modulationtemporelle)来进行。有利地，这种方法可适用 于任何尺寸的基材，包括大尺寸的基材，因为激光线的长度可以简单地进行调节以对应于 期望图案的尺寸。激光线的功率的时间调制可以是特别响应性是，由此允许获得高分辨率 水平和高生产率。凭借本发明，可以快速地获得折光指数的调制图案，甚至对于大尺寸基材 也如此，这不是通过使用点激光束进行扫描的情况。此外，凭借响应性调制该激光线的功率 的可行性，根据本发明的方法允许在生产线上对折光指数调制的空间结构进行快速改变， 无论对于同一个基材或者在该生产线上从一个基材至另一个基材。
[0013] 该基材可以是由无机玻璃，尤其选自氧化物玻璃、卤化物玻璃、硫化物玻璃、硫属 元素玻璃（verredechalcog6nure)的无机玻璃制成的基材。该氧化物玻璃可以是娃酸 盐、硼酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟磷酸盐或者铋酸盐。该卤化物玻璃可以是BeF2、ZrF4、InF3S Cd-Zn-Cl类型。硫化物玻璃可以是Ga-La-S。硫属元素玻璃可以是Se-As。作为变型，基材可 以是由有机聚合物制成的基材，有机聚合物尤其选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯 二酸亚乙酯（PET)、聚萘二甲酸亚乙酯（PEN)或者含氟聚合物，如乙烯-四氟乙烯（ETFE)。 该基材可以是平面的或弯曲的，甚至是挠性的。它还可以是着色的或者无色的。
[0014] 该基材有利地具有至少一个大于或等于0. 5m，尤其lm，甚至2m甚至3m的维度。优 选地，该基材的主面的表面积大于或等于lm2,更优选地大于或等于1. 4m2。在一种有利的实 施方案中，经处理的基材是具有1. 3m长度和1.lm宽度的平行六面体。在由玻璃制成的基 材的情况下，该基材的厚度通常在〇. 5毫米和19毫米之间，优选地在0. 7毫米和9毫米之 间，尤其在2毫米和8毫米之间，甚至在4毫米和6毫米之间。由有机聚合物制成的基材可 以具有显著更小的厚度，例如在25微米和100微米之间的厚度。
[0015]优选地，激光线通过包括一个或多个激光源和用于成形和重定向的光学器件的组 件产生。
[0016] 该激光源通常是激光二极管或者纤维或者盘状激光器。激光二极管允许以经济方 式获得相对于供应的电功率而言高的功率密度并且在体积上是小的。纤维激光器的体积进 一步被减小，并且获得的线性功率密度（puissancelin6ique)可以是甚至更高的，然而需 要更高的成本。
[0017] 术语"纤维化激光器"表示其中产生激光的位置相对于释放该激光的位置在空间 上是偏移的激光器，激光借助于至少一种光学纤维进行释放。
[0018]在盘状激光器的情况下，激光在谐振腔中产生，呈盘状（例如薄的Yb:YAG薄盘 (约0. 1毫米厚度））形式的发射介质位于该谐振腔中。由此产生的光被偶合至一个或多个 被引导向处理地点的光学纤维中。
[0019]所述或者每根激光线的辐射的波长有利地在100nm至2000nm，特别地100至 350nm或者800至lOOOnm的范围内。根据被处理的基材的吸收谱，它可以适合于使用在选 自808nm、880nm、915nm、940nm或者980nm的波长发射功率的二极管激光器，或在紫外线区 域（在100nm和350nm之间，尤其在240nm和300nm之间）中发射福射的受激准分子激光 器。作为变型，所述或者每根激光线的辐射的波长可以在5微米至15微米的范围中，对于 吸收这种辐射的涂层，这可以使用C02激光器得到。在盘状激光器的情况下，波长是例如 1030nm(