專利名稱：在平面玻璃上對精密凸紋結(jié)構(gòu)進行熱成型的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在平面玻璃上對精密凸紋結(jié)構(gòu)進行熱成型的方法，在該方法中，在平面玻璃的一面上把一個已加熱的帶有凸紋結(jié)構(gòu)成型表面的成型模具壓入到玻璃材料中。
本發(fā)明還涉及一種用于實施這種方法的裝置。
對于一些精密應(yīng)用來說，特別是在光學(xué)玻璃領(lǐng)域中，具有精密凸紋結(jié)構(gòu)的平面玻璃是非常需要的。這種類型的玻璃例如是新一代平面顯示屏的顯示玻璃片(等離子體顯示板＝PDP；等離子體尋址液晶板＝PALC)。在這些平面顯示屏玻璃中，微溝槽結(jié)構(gòu)被用來控制單個的行或列，這些行或列在整個有源顯示屏的寬度或高度上延伸并且通過放電將其內(nèi)的等離子體點亮。各單個溝槽的兩側(cè)邊由垂直臺階構(gòu)成，其寬度應(yīng)盡可能小(＜100μm)。為了獲得足夠的放電量，臺階的高度明顯要大于其寬度。臺階的間距應(yīng)盡可能小。目前在小批量生產(chǎn)中，有代表性的間距值處在360μm和640μm之間。就此而言，當寬度為50μm-100μm時，臺階的高度大約為150μm到250μm。在PDP中的一個而在PALC中的兩個用來點亮等離子體的電極途徑獨立地通過每個由臺階分隔出的溝槽。
對這些平面顯示屏玻璃進行凸紋結(jié)構(gòu)成型過程中，例如對于一個25″-PALC屏幕，所說平面顯示屏玻璃具有的尺寸為360mm×650mm，為了后來給電極定位，完全依靠溝槽的精確側(cè)向幾何尺寸和相關(guān)的定位精度及再現(xiàn)精度，對此將完全取決于成型模具的形狀穩(wěn)定性。例如當使用傳統(tǒng)的鉻-鎳-鋼模具進行熱成型加工時，其膨脹系數(shù)大約為12×10-6/K。例如在模具長度為360mm情況下，如一個25″PALC-顯示屏所需的模具，所得結(jié)果是至少每K的溫度波動大約產(chǎn)生4μm的長度變化。由此可見，電極在微溝槽中所需的定位精度就可能處在±10μm的范圍內(nèi)，也就是說，在凸紋結(jié)構(gòu)型模中±2.5K的溫度波動就會造成明顯的問題。在較大顯示屏情況下，例如42″-顯示屏，所允許的溫度波動相應(yīng)地小一些。
帶有精密凸紋結(jié)構(gòu)的平面玻璃在其他應(yīng)用中也存在類似的問題。
因此，上述要求使采用傳統(tǒng)熱成型方法，例如軋制法或壓制法的可能性受到限制。所說的熱成型方法有兩種不同的技術(shù)變化形式。
熱壓法是在玻璃很熱的情況下進行的。要對所說成型模具，即一個設(shè)有一種相應(yīng)凸紋結(jié)構(gòu)的軋輥或壓模進行冷卻，以便將熱玻璃的能量取走并由此使凸紋結(jié)構(gòu)發(fā)生固化。
冷壓法的能量由模具引入，該模具由一個軋輥或一個壓模構(gòu)成并且由一個相應(yīng)的能量源進行加熱。該模具停留在壓制的玻璃材料中進行成型，直到冷卻至Tg以下。
傳統(tǒng)的熱成型方法首先存在有如下缺陷-玻璃與作為成型模具的壓?；蜍堓伒慕雍现挥泻芏痰臅r間，也就是說，所說模具在固化前就離開了玻璃，因此，由于玻璃凸紋結(jié)構(gòu)的融解，在接合之后便出現(xiàn)了嚴重的圓角；-在使用冷壓方法的長時間接合情況下，由于模具和玻璃存在很大的溫差而且熱膨脹率又不同，因此側(cè)向應(yīng)力均不在公差范圍內(nèi)。
在這兩種方法中，隨著模具溫度的增加，很難阻止模具與玻璃的粘貼。在生產(chǎn)這種類型的玻璃時，另一個重要要求是要保持一個穩(wěn)定的生產(chǎn)過程，在該生產(chǎn)過程中，必須保持使凸紋結(jié)構(gòu)的局部分布和形狀保持絕對的恒定。由此傳統(tǒng)的熱成型法又出現(xiàn)了下列附加限制-由于在傳統(tǒng)的熱成型法中，要對整個成型模具進行預(yù)熱，以便在與玻璃接觸的表面上達到足夠的表面溫度，因此在+/-2K(在通常的工具鋼和平面玻璃尺寸情況下所需的限制)的要求精度范圍內(nèi)，出現(xiàn)了不該產(chǎn)生的溫度，這樣的溫度致使模具的變形不在公差范圍內(nèi)；-在制造具有細小凸紋結(jié)構(gòu)蝕刻的玻璃時，模具的磨損很嚴重，就需要不斷地更換成型模具。
在DE 38 08 380 A1中已知的以固定程序在玻璃片上壓印的方法同樣也存在相應(yīng)的缺陷，在這種方法中，由一個輻射板對平滑表面的預(yù)壓玻璃片進行預(yù)熱并且在此后由一個壓印凸模直接在其上制造所需表面凸紋結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的任務(wù)在于提出這樣的方法，以及實施該方法的裝置，即它們避免了成型的玻璃凸紋結(jié)構(gòu)的融解、玻璃與模具的粘貼以及導(dǎo)致凸紋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)尺寸波動的成型模具的不可控制的變形。同時一定能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)。
成功完成這一任務(wù)的方法在于只在與玻璃表面接合之前不久和/或在其間，從外部局部地在凸紋結(jié)構(gòu)成型表面直至凸紋結(jié)構(gòu)的高度所規(guī)定的表面深度上將所說成型模具加熱至一定溫度，并且在與玻璃接觸時，使其熔化形成凸紋結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，對于成功完成這一任務(wù)的裝置來說，至少給成型模具配備一個外部熱源，借助該熱源，在成型模具與玻璃表面接合之前不久和/或在其間，可以從外部局部地將其凸紋結(jié)構(gòu)成型表面加熱至一定溫度，其加熱深度直至凸紋結(jié)構(gòu)的高度所規(guī)定的表面深度，并且在與玻璃接觸時使其熔化形成凸紋結(jié)構(gòu)。
在DE 31 14 881 C2中已知以一定方式制造具有精確規(guī)定結(jié)構(gòu)(額定曲線)和很高表面質(zhì)量的玻璃體的方法，例如制造透鏡，在該方法中，把一個其形狀已幾乎近似于所需形狀的玻璃體加熱至足以通過壓制發(fā)生變形的溫度，其加熱層的深度為足以實現(xiàn)額定曲線的深度，并且使該加熱區(qū)域發(fā)生變形。
在已知的情況下，最后還涉及一種對玻璃體的后-光亮壓制(Nach-Blankpressen)處理，以得到一個平滑的、沒有所謂的“桔皮結(jié)構(gòu)”的表面，對此在本發(fā)明情況下是通過在成型之前或在其間直接對成型模具進行局部加熱的方式，在玻璃表面上制造出具有規(guī)定表面深度的凸紋結(jié)構(gòu)。
有利的是，利用穿過平面玻璃的激光輻射對成型模具的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面進行局部加熱，所說的激光輻射可以穿透玻璃。這種布置的優(yōu)點在于可以非常類似和可重現(xiàn)地對凸紋結(jié)構(gòu)成型表面進行預(yù)熱，還可以換用一種電阻或電感加熱器。
此外最好把成型模具的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面加熱至大于Tg而小于Tk的溫度，在此Tg是要進行凸紋結(jié)構(gòu)成型的玻璃的轉(zhuǎn)換溫度，而TK則是模具與玻璃會發(fā)生粘貼的溫度。在盡可能高的溫度情況下，也就是Tk溫度下，可以在玻璃上得到特別精密的凸紋結(jié)構(gòu)，在此，為了獲得高的生產(chǎn)效率，需要將平面玻璃預(yù)熱至一個低于Tg(最好在Tg以下50K-200K)的溫度T。
為了避免由于使用外部熱源加熱凸紋結(jié)構(gòu)成型表面而使得成型模具自身過熱，將對所說成型模具進行內(nèi)部冷卻。
可以附加其他適合的熱源對激光輻射加熱進行補充，特別用來進行預(yù)熱，例如使用火焰加熱板，以避免必須為昂貴的高功率玻璃而消耗很高的功率。
使用成型模具來制造凸紋結(jié)構(gòu)可以有多種方法。而根據(jù)本發(fā)明的布置，所說成型模具可以連續(xù)地在要進行凸紋結(jié)構(gòu)成型的玻璃表面上滾動。
為避免由于模具磨損而不斷地、花費很高地更換整個成型模具，最好使用一種由兩部分構(gòu)成的成型模具來制造凸紋結(jié)構(gòu)，該模具由一個基模和一個以可松脫形式安裝在其上的成型中介物組成，所說成型中介物帶有凸紋結(jié)構(gòu)成型表面。因此在磨損情況下只需更換所說成型中介物，這就可以相當簡單并且花費很低。
此外，這種由兩部分構(gòu)成的形式在材料選擇上有很大的自由度。例如根據(jù)本發(fā)明的一種變化形式，當所說基模由一種具有低導(dǎo)熱性的材料制成，而所說成型中介物則由一種具有較高導(dǎo)熱性的材料制成時，可以在所規(guī)定的表面深度上集中進行局部加熱。
通過選擇具有高熔化溫度的成型中介物，可以得到很小的粘貼活性。根據(jù)本發(fā)明的一種變化形式，所獲得的特殊優(yōu)點在于在這種由兩部分構(gòu)成的成型模具情況下，所說的成型中介物在成型模具的滾動過程中可以從基模上退繞下來，壓入玻璃中，并且在冷卻階段停留在那里。由于與包括基模在內(nèi)的模具相比，成型中介物的熱容量很小，因此所成型的凸紋結(jié)構(gòu)能夠很快地冷卻下來，這樣的優(yōu)點是有利于這些凸紋結(jié)構(gòu)的精確與快速成型。
下面將借助在附圖中描述的實施例來進一步闡述本發(fā)明的其他布置和變化形式。其中

圖1是本發(fā)明裝置的原理圖，借助激光器，在激光束穿過一種能使激光輻射穿透的材料(玻璃)情況下，對成型模具的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面進行加熱；圖2是一個由兩部分構(gòu)成的成型模具的放大視圖，所說成型模具帶有一個基模和一個成型中介物；圖3是根據(jù)圖2的由兩個部分構(gòu)成的成型模具，它具有一個作為基模的軋輥和一個圍繞著該軋輥的作為成型中介物的凸紋結(jié)構(gòu)板材；圖4是與圖3相對應(yīng)的由兩個部分構(gòu)成的成型模具，而圖中，以凸紋結(jié)構(gòu)板材形式存在的成型中介物在基輥的滾動過程中從其上退繞下來，壓入玻璃中，并且在冷卻階段停留在玻璃上；圖5是帶有一個基輥的由兩個部分組成的成型模具，一根帶狀材料呈螺旋狀反復(fù)地纏繞著所說基輥；圖6是一個成型模具，它帶有兩個被作為成型中介物的帶狀材料反復(fù)纏繞且其轉(zhuǎn)軸平行的軋輥，其中一個是設(shè)有導(dǎo)向凸起的基輥，所說導(dǎo)向凸起的形狀在圓周上是與輥軸垂直的封閉環(huán)；圖6A是圖6的一種擴展實施形式，它有一個張緊輥，特別在對成型模具進行加熱時，用于張緊因熱膨脹而松馳的帶狀材料；圖7是圖6或6A的一種實施形式，具有一個激光束加熱器，該加熱器由一排激光器二極管構(gòu)成。
圖1顯示的是一種用于在平面玻璃3上對精密凸紋結(jié)構(gòu)進行熱成型方法的裝置，在這里精密凸紋結(jié)構(gòu)是溝槽形式的，這些溝槽用臺階隔開，在本實施例中，所說平面玻璃3是一塊用于帶有微溝槽凸紋結(jié)構(gòu)的顯示屏的平面玻璃。所說裝置設(shè)有一個加熱的成型模具1，它帶有一個凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2，該成型模具在力F的作用下在平面玻璃3的表面上壓入到玻璃材料中，以便在此形成所需的精密凸紋結(jié)構(gòu)。所說裝置還具有反作用力支柱4，用來平衡作用在玻璃板3上的力F。根據(jù)本發(fā)明，只在與玻璃表面接合之前不久和/或其間，從外部局部地在凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2直至凸紋結(jié)構(gòu)的高度所規(guī)定的表面深度上將所說成型模具1加熱至一定溫度，并且在與玻璃接觸時，使其熔化形成凸紋結(jié)構(gòu)。因此，在本實施例中，根據(jù)本發(fā)明的一種布置，從外部局部地對凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2進行的加熱是借助一個激光器5讓激光輻射穿過平面玻璃3射到成型模具1的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2上完成的。還可以換用一種電感或電阻加熱器。
僅局部地在凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2上引入熱能的優(yōu)點在于，在準確地表面進行加溫情況下能夠避免對模具和平面玻璃進行完全預(yù)熱，由此可以克服開頭所述的缺陷。
選擇所說激光器5，使它產(chǎn)生的激光束對玻璃來說，具有盡可能高的穿透率，也就是說，激光束不對玻璃進行預(yù)熱，而只把凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2加熱至這樣一種溫度，即在與玻璃接觸時使其熔化的溫度。與此同時，在可能的情況下，可以借助另一個適當?shù)哪芰吭匆呀?jīng)將所說玻璃3預(yù)熱至一定溫度，在該溫度下，所說玻璃仍然具有一定的機械固有穩(wěn)定性(在轉(zhuǎn)換溫度Tg以下)并且通過激光器5只引入使表面熔化所需的能量?？梢詫⒉ＡьA(yù)熱至大約在Tg以下50至200K的溫度。這一溫度應(yīng)盡可能地低于Tg，因為所說平面玻璃3隨后要固化。但是這樣所出現(xiàn)的缺點是輻射時間長并且在所成型的臺階內(nèi)部有較大的應(yīng)力。
為了避免由于對凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2的加熱而使得成型模具1自身過熱，將用已知的方法對所說模具1進行內(nèi)部冷卻。
把成型模具1或其凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2預(yù)熱至玻璃的Tg溫度以上，但在Tk溫度以下進行成型的話，所說玻璃會粘貼在模具上。這一最終溫度取決于模具凸紋結(jié)構(gòu)成型表面的材料和可能的抗粘附涂層，并且還取決于玻璃的種類。例如對于玻璃在其上粘附很差的材料來說，例如鉻-鎳-鋼，它們直到大約850K都可以使用，因為它們只在較高的溫度下才容易粘貼。還有粘附更差的鉑-金-合金，當然是一種很貴的材料，因此人們盡量使用便宜的材料或者只以很薄的一層來使用這種材料。
如果可能，還可以借助激光器5對成型模具1的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2進行預(yù)熱，還可以使用其他適合的傳統(tǒng)熱源(火焰加熱板，諸如此類)進行預(yù)熱。特別是在起動階段進行這種附加預(yù)熱是很有利的。凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2以這樣的方式預(yù)熱大約直至Tg。
與傳統(tǒng)能量源相比，使用激光器5的優(yōu)點在于能夠精確地在局部并且按功率定量。適宜作激光源的例如有Nd-YAG-激光器(波長1064nm)和高功率二極管激光器(波長大約800nm)。為了目標明確地進行激光輻射，必要的是要采取一些措施來將激光束引導(dǎo)到模具1或其凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2上，如圖1概述的那樣，這對專業(yè)人員來說是在能力范圍內(nèi)的事。
有利的是，與本文開頭所述的高模具磨損相關(guān)聯(lián)的高制造成本和高改裝成本可以通過這樣的方式避免，即，特別如在圖2中所見的那樣，成型模具1受到磨損的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2由一個成型中介物7構(gòu)成，該成型中介物以可松脫的形式固定在基輥6上。如圖所描述的那樣，該成型中介物可以由不同類型的結(jié)構(gòu)件構(gòu)成。根據(jù)圖2，在本實施例中，設(shè)置成一塊帶凸紋結(jié)構(gòu)的薄板7，該薄板具有一些與待成形臺階相對應(yīng)的通孔7b。與此同時，如圖2概述的那樣，在基模6的表面上設(shè)有與通孔相對應(yīng)的凸起7c，用來對板材進行定位。此外在顯示屏玻璃的實際應(yīng)用中，這種結(jié)構(gòu)比直接進行成形的單件式凸紋結(jié)構(gòu)模具要容易制造一些。所說構(gòu)成凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2的薄板的厚度可以是大約50μm至600μm，對顯示應(yīng)用來說，最好是大約100至250μm。構(gòu)成臺階所需的通孔7b(切口)的間距大約為150-750μm，切口的寬度大約為50-100μm。
還可以設(shè)置凹穴來取代在板材部件7上的通孔7b，在印刷技術(shù)中被叫做杯突。
由于可以把成型中介物，即凸紋結(jié)構(gòu)板7從基模6上分離下來，所說基模6可以由一個軋輥或一個凸模構(gòu)成，因此其優(yōu)點是，對于基模6來說可以使用一種熱膨脹率低而耐磨性高的材料，例如一種專用陶瓷材料。選擇可分的成型中介物7時，可以考慮到一些其他的因素，例如與玻璃的最小粘貼活性、高耐磨性和高耐熱性，例如象鉻-鎳-鋼或鉑-金-合金所具有的那些性能。
因此可以考慮使用鋁基軸承合金作為基模6的材料，這種材料的膨脹系數(shù)很低，為0.56×10-6/K。與使用鋼材作為基模材料相比，在相同的允許長度波動情況下，大約允許20倍的溫度波動。這在25″-顯示屏情況下大約為+/-40K。
這種鋁基軸承合金材料的導(dǎo)熱性還很小。同時對成型中介物來說，可以使用一種導(dǎo)熱性能良好的材料，例如一種在圖2中所示的帶有凸紋結(jié)構(gòu)的板材部件，因此根據(jù)兩件式模具的另一優(yōu)點在于，從外面加熱時，可以對規(guī)定的表面深度進行集中局部隔離的加熱。同時還由于鋁基軸承合金的導(dǎo)電性差，因此在用鋁基軸承合金作基模6的材料時還可以用感應(yīng)或電加熱來代替圖1中的激光器對成型中介物7進行預(yù)熱。
基模6與成型中介物7分開的另一個優(yōu)點還在于在玻璃3成型之后，所說成型中介物7可以停留在玻璃中，直到其冷卻下來。和傳統(tǒng)的整個模具停留在玻璃的凸紋結(jié)構(gòu)上相比，由于成型中介物的熱容量小，因此可以很快地冷卻下來。特別是在成型中介物與通孔組合的情況下，如在圖2中所示的板材7情況下，由于通孔補償了板材的熱膨脹，因此在冷卻過程中，玻璃3與成型模具1之間的應(yīng)力也減小了。在此成型中介物的松脫可以通過凸紋結(jié)構(gòu)成型表面2的凸起部分的錐度來協(xié)助進行。
還可以在不更換基模的情況下，將受到磨損的板材7換掉。為此可以使用多種裝置，隨后還將對這些裝置進行描述。
從圖2的放大視圖中可以清楚地看到，對成型模具1進行的預(yù)熱原則上只需在成型中介物7朝向玻璃的表面上進行，因為只需成型模具1最靠外的表面2進入到玻璃3中并且在那對玻璃進行擠壓。該表面隨后把玻璃材料壓到側(cè)邊，并且使其進入到中間的空隙7b中。所以在如圖1所示使用激光器5情況下，它基本上只對朝向玻璃的表面進行加熱，在此最靠外的表面的側(cè)面也同時被加熱。而就這點而言，對成型模具1的其他表面進行加熱是不需要的。
對于由基模6和可分開的成型中介物7組成的成型模具的構(gòu)成來說，可以有各種各樣的實施形式，下面借助圖3和說明書對其中一些進行說明。圖3顯示的是一個由軋輥8構(gòu)成的成型模具，它具有基模6和成型中介物7，在此成型中介物是一塊如圖2所示的穿孔板，該穿孔板借助一個夾緊裝置9固定在基模6上。與圖2的描述相似，為了給板材定位，所說軋輥8有一個相應(yīng)的凸起7c。軋輥8的轉(zhuǎn)軸10位置固定地安放在水平方向上。玻璃3以進給速度V在一定程度上從軋輥8下面通過，該軋輥按相應(yīng)的箭頭方向旋轉(zhuǎn)并且在滾過平面玻璃3的表面時成型出所需的凸紋結(jié)構(gòu)。在此最好在垂直方向?qū)λf軋輥8的運動進行控制，以便對進入玻璃的深度進行控制。
平面玻璃3的進給速度為0.1-1m/min。若軋輥直徑為200mm時，則在軋輥與玻璃3接合之前將模具加熱大約1-10mm的深度，也就是說，在成型模具與玻璃3接合之前大約1秒鐘時將其預(yù)熱。
因此在利用紙張的凹版印刷技術(shù)的實施形式中，整個基模都與成型中介物接合。為此通過相應(yīng)的、在凹版印刷技術(shù)中所采用的夾緊裝置9可以保證把成型中介物平靠在基模6上。
為了保持輥軸10只能在如箭頭所示的垂直方向上移動，專業(yè)人員可以想出許多可能的結(jié)構(gòu)。為此還可以這樣安排，即由一定大小的力F使其壓靠在玻璃3上的軋輥8僅在玻璃板3的進給運動作用下做旋轉(zhuǎn)運動。當然也可以為輥軸10設(shè)置一個附加驅(qū)動裝置。
圖4顯示的是借助輥式成型模具8在以進給速度V做水平移動的平面玻璃3上成型出所需凸紋結(jié)構(gòu)的另一種實施形式，相應(yīng)于圖3的布置。它與圖3所示實施形式的不同之處在于，在成型軋輥8的滾動過程中，板材形狀的成型中介物7從基模6上退繞下來，壓入到玻璃3中，并且在冷卻階段停留在其上。由此在冷卻階段使玻璃的凸紋結(jié)構(gòu)具有機械穩(wěn)定性(所說成型中介物7阻止了還處于熔化狀態(tài)的玻璃的融解)，這種機械穩(wěn)定性在傳統(tǒng)的熱成型工藝中是得不到的。在平面玻璃3上成型出凸紋結(jié)構(gòu)之后，由于成型中介物7相對于玻璃3來說有較大的熱收縮，因此可以重新把冷卻下來的成型中介物7輕易地從成型的凸紋結(jié)構(gòu)上取下來。成型中介物7的凸起部分輕微的錐度對其松脫是有益的。
圖5描述了另一種實施形式，在此，所說成型中介物不象圖3和4那樣由相關(guān)聯(lián)的凸紋結(jié)構(gòu)板材構(gòu)成，而是由帶狀材料7a構(gòu)成，呈螺旋狀地纏繞在輥狀基模6上?？梢赃@樣說，圖5的實施形式描述的是圖3實施形式的一種變化，其中，帶狀材料7a代替相關(guān)聯(lián)的凸紋結(jié)構(gòu)板材7，該帶狀材料7a從軋輥的一端開始沿著一條以螺旋形狀成形的臺階纏繞著基輥6，所說臺階還用來控制帶狀材料的間隔。與圖3的實施形式相比，不同之處在于，在基輥6上纏繞的帶材之間存有間隙。以這種方式，圖5的實施形式還很容易在平面玻璃3上成型出線形凸紋結(jié)構(gòu)，正如在本文開頭所述的平面顯示屏上所需成型的那樣。
另一種實施形式如圖6所示，其中成型中介物不是由整體的板材，而是由與圖5相對應(yīng)的帶狀材料構(gòu)成。在圖5的實施形式中，所說帶狀材料固定在軋輥6上并且該軋輥6與帶狀材料一起完全滾過玻璃3的表面，圖6顯示了一種實施形式，其中，與圖4相似，所說成型中介物，即帶狀材料7a在玻璃熔化之后還要在待成形的凸紋結(jié)構(gòu)中停留一段規(guī)定的時間。為了這一目的，圖6的實施形式設(shè)置了兩個轉(zhuǎn)軸平行的軋輥，一個基輥6和一個輔助輥11。所說成型基輥6設(shè)有與輥軸垂直的封閉環(huán)，用來引導(dǎo)帶狀材料7a，在基輥6的一端，所說帶狀材料沿箭頭的方向?qū)耄f的封閉環(huán)還用來調(diào)整帶狀材料的間隔。所說基輥6的作用是把用來進行凸紋結(jié)構(gòu)成型的帶狀材料7a壓入到平面玻璃3中，以便在冷卻階段使其停留在玻璃3中以保持凸紋結(jié)構(gòu)。由此在冷卻階段使玻璃的凸紋結(jié)構(gòu)具有機械穩(wěn)定性(不發(fā)生融解)，如在圖4的實施形式中那樣，這種機械穩(wěn)定性在傳統(tǒng)的熱成型工藝中是得不到的。在成型出凸紋結(jié)構(gòu)之后，借助于與基輥6轉(zhuǎn)軸平行的輔助輥11把冷卻下來的成型帶材7a從成型的凸紋結(jié)構(gòu)上取下來。這個輔助輥11最好沒有凸紋結(jié)構(gòu)以便能夠?qū)?可能的溫度差異及由此產(chǎn)生的長度差異進行補償。在該輔助輥11的一端，所說帶狀材料沿所示箭頭的方向?qū)С?。還可以實現(xiàn)在一個軋輥上有多根帶材的導(dǎo)入和導(dǎo)出。
在后面的輔助輥11上對帶材7a的引導(dǎo)實際上是通過平面玻璃3的進給實現(xiàn)的，因為玻璃在凸紋結(jié)構(gòu)形成之后便很快固化了，因此所說帶材7a實際上被橫向固定在輔助輥11上直到起模為止。
在顯示應(yīng)用中，凸紋結(jié)構(gòu)成型帶材7a的寬度減去50-100μm的切口寬度大約為150-750μm(＝節(jié)距寬度)，最好為200-600μm。還可以使用其寬度小于150μm的帶材，但此后該帶材的耐磨強度會越來越低。帶材相互間的間隔由基輥6上的導(dǎo)向環(huán)確定，應(yīng)大約為20-120μm，最好是盡可能的小。對于圖5和6所示實施形式的帶狀材料來說，其構(gòu)成材料與圖1實施形式中所述的邊界條件有關(guān)，所說的邊界條件包括與玻璃的粘貼程度和成本情況。就這點而言，采用鉑-金-合金，一方面具有不與玻璃粘貼的特殊優(yōu)點，而另一方面則是非常昂貴，因此，完全用這種材料制成的帶材必須反復(fù)熔煉。為了避免這種開銷，可以選用一種具有相應(yīng)抗拉強度的鋼帶作基材，并給該鋼帶設(shè)置一層抗粘貼層。
最好借助激光輻射對所說帶狀材料7a進行預(yù)熱，正如前面提到的那樣，也可以使用電感或電阻加熱器。
在25″PALC-顯示屏的360mm顯示寬度情況下，一個由鋁基軸承合金構(gòu)成的基輥6必須在大約±40℃的公差范圍進行回火，這樣就不會出現(xiàn)附加膨脹，這種附加膨脹將阻礙要求在±10μm范圍內(nèi)的所需精度。為了概括說明這一目的，必須指出，帶有圖6的帶狀材料的實施形式基本上與已知多刃鋸的結(jié)構(gòu)一致。為了使玻璃中的成型中介物很快冷卻下來，軋輥6與11之間的間隔可以相當小直至保持接觸。還必須保證使帶狀材料7a在熔化的平面玻璃3的凸紋結(jié)構(gòu)中停留幾秒鐘，直到該凸紋結(jié)構(gòu)冷卻下來。參考值為200mm的輥軸間隔適用于一個確定的進給速度；當這一速度變化時，相應(yīng)的間隔規(guī)定值及帶狀材料在玻璃中的停留時間也將變化。
由于通過在接合前和/或在接合過程中對帶狀材料7a進行預(yù)熱使其在熱膨脹作用下變得很松馳，因此，按照圖6A的實施形式，有利的是，設(shè)置一個沒有凸紋結(jié)構(gòu)的第三輥12作為張緊輥，通過該張緊輥將帶狀材料張緊。所說帶狀材料由此只在一個較小的角范圍內(nèi)與基輥接合。為了實現(xiàn)圖6A的布置，專業(yè)人員可以設(shè)想出相應(yīng)的各種結(jié)構(gòu)。
直到目前所描述的所有實施形式都可以與一個激光器組合在一起，用來對成型中介物7或7a進行預(yù)熱。圖7描述了一種圖6的帶有相應(yīng)的激光束預(yù)熱實施形式。在此由一排多個彼此挨在一起的二極管激光器作為激光源5。該激光器行在基輥6的寬度上產(chǎn)生的均勻射束剖面平行于軋輥軸。為了在成型中介物7a上進行激光輻射并且對壓力F進行反作用支承，由輸送輥13引導(dǎo)的平面玻璃3還在一個滑動底座4上滑動，該滑動底座位于一側(cè)挨著激光器光束。例如在行的長度為0.5m時，波長為800nm，功率為800瓦的相應(yīng)激光器可以在市場上買到。對于鋼材來說，通常所使用的熱轉(zhuǎn)換總功率為大約30％，因此引入的熱功率應(yīng)為240瓦。聯(lián)系到通常的360×650mm的平面顯示屏玻璃，在使用鋼材作成型中介物情況下，該成型中介物的厚度為150μm，借助一臺800瓦功率的激光器可以在大約一分鐘的時間內(nèi)把所說成型中介物預(yù)熱至100K。此外還可以把激光器的二極管重疊起來，這樣可以使激光器的功率成倍增加。
權(quán)利要求
1.一種在平面玻璃上對精密凸紋結(jié)構(gòu)進行熱成型的方法，在該方法中，在平面玻璃的一面上把一個已加熱的帶有凸紋結(jié)構(gòu)成型表面的成型模具壓入到玻璃材料中，其特征在于只在與玻璃表面接合之前不久和/或在其間，從外部局部地在凸紋結(jié)構(gòu)成型表面直至凸紋結(jié)構(gòu)的高度所規(guī)定的表面深度上將所說成型模具加熱至一定溫度，并且在與玻璃接觸時，使其熔化形成凸紋結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于為了對成型模具的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面進行局部加熱，讓激光輻射穿過平面玻璃射到凸紋結(jié)構(gòu)成型表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于附加其他適合的熱源對激光輻射加熱進行補充，例如使用火焰加熱板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于由一個電感加熱器對成型模具的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面進行局部加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于由一個電阻加熱器對成型模具的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面進行局部加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其特征在于把成型模具的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面加熱至大于Tg而小于Tk的溫度，在此，Tg是要進行凸紋結(jié)構(gòu)成型的玻璃的轉(zhuǎn)換溫度，而Tk則是模具與玻璃會發(fā)生粘貼的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于借助適當?shù)臒嵩磳⑵矫娌ＡьA(yù)熱至一個在Tg以下50K至200K的溫度T。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于在對凸紋結(jié)構(gòu)成型表面進行加熱過程中，通過對成型模具進行內(nèi)部冷卻和降低導(dǎo)熱性來使其內(nèi)部預(yù)熱降至最低限度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的方法，其特征在于所說成型模具連續(xù)地在要進行凸紋結(jié)構(gòu)成型的玻璃表面上滾動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的方法，其特征在于使用一種成型模具來進行熱成型，該模具由一個基模和一個以可松脫形式安裝在其上的成型中介物組成，所說成型中介物帶有凸紋結(jié)構(gòu)成型表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9和10的方法，其特征在于當成型模具在要進行凸紋結(jié)構(gòu)成型的玻璃表面上滾動時，所說的成型中介物從基模上退繞下來，壓入玻璃中，并且在冷卻階段停留在那里。
12.一種用于實施根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求之一的在平面玻璃(3)上對精密凸紋結(jié)構(gòu)進行熱成型的方法的裝置，它具有一個被加熱的帶有凸紋結(jié)構(gòu)成型表面的成型模具(1)，該成型模具可以壓靠在平面玻璃(3)的一面上，其特征在于所說成型模具(1)至少配有一個外部熱源(5)，借助該熱源，在成型模具(1)與玻璃表面接合之前不久和/或在其間，可以從外部局部地將其凸紋結(jié)構(gòu)成型表面加熱至一定溫度，其加熱深度直至凸紋結(jié)構(gòu)的高度所規(guī)定的表面深度，并且在與玻璃接觸時，使其熔化形成凸紋結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于所說熱源(5)是一個輻射源。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其特征在于所說輻射源是一臺激光器(5)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其特征在于所說激光器(5)由一排激光器二極管構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的裝置，其特征在于所說激光器輻射源(5)安置在平面玻璃(3)不朝向成型模具(1)的那一側(cè)，并且所具有的波長能穿透玻璃。
17.根據(jù)權(quán)利要求12或16之一的裝置，其特征在于所說成型模具(1)由一個基模(6)和一個安裝在其上的可分成型中介物(7，7a)組成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其特征在于所說基模(6)由一種導(dǎo)熱性低的材料制成，而所說成型中介物(7，7a)則由一種導(dǎo)熱性高的材料制成。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其特征在于所說基模(6)最好由熱膨脹率低的陶瓷制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19的裝置，其特征在于所說成型中介物(7)由一種粘貼活性低的凸紋結(jié)構(gòu)板材部件構(gòu)成。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其特征在于所說凸紋結(jié)構(gòu)板材部件以可松脫形式固定在所說基模(6)上。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其特征在于所說凸紋結(jié)構(gòu)板材部件以可從其上退繞下來的形式固定在所說基模(6)上。
23.根據(jù)權(quán)利要求17至22之一的裝置，其特征在于所說基模(6)是一個軋輥。
24.根據(jù)權(quán)利要求17至23之一的裝置，其特征在于所說基模(6)具有用來將成型中介物(7)固定在基模(6)上的凸起(7c)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其特征在于所說成型中介物(7)由一根纏繞著由軋輥構(gòu)成的基模(6)的帶狀材料(7a)構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其特征在于所說軋輥具有為帶狀材料進行導(dǎo)向的導(dǎo)向凸起。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其特征在于所說導(dǎo)向凸起由螺旋狀布置的臺階構(gòu)成。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其特征在于所說導(dǎo)向凸起由圓周上垂直于輥軸的封閉環(huán)構(gòu)成。
29.根據(jù)權(quán)利要求25、26或28之一的裝置，其特征在于在成型模具(1)中，以一定的間隔、以轉(zhuǎn)軸平行于用作基模(6)的軋輥的方式設(shè)置一個第二輔助輥(11)，并且所說帶狀材料(7a)通過導(dǎo)向凸起以一定的間隔在兩個軋輥(6，11)上可退繞，所說帶狀材料處于連續(xù)導(dǎo)入和導(dǎo)出狀態(tài)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，其特征在于作為基模(6)的軋輥至少配有一個用于帶狀材料的導(dǎo)入裝置，而輔助輥(11)至少配有一個用于帶狀材料(7a)的導(dǎo)出裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30的裝置，其特征在于為了張緊環(huán)繞基輥(6)和輔助輥(14)運行的帶狀材料(7a)，還設(shè)有一個附加張緊輥(12)。
32.根據(jù)權(quán)利要求12至31之一的裝置，其特征在于成型模具(1)的凸紋結(jié)構(gòu)成型表面(2)上凸起的凸紋結(jié)構(gòu)部分最好有一定的錐度，以便能順利地從成型的凸紋結(jié)構(gòu)中松脫出來。
全文摘要
本發(fā)明描述的是一種在平面玻璃上對這種精密凸紋結(jié)構(gòu)進行熱成型的方法,在平面玻璃的一面上把一個已加熱的帶有凸紋結(jié)構(gòu)成型表面的成型模具壓入到玻璃材料中。同時,只在與玻璃表面(3)接合之前不久和/或在其間,從外部局部地在凸紋結(jié)構(gòu)成型表面(2)直至凸紋結(jié)構(gòu)的高度所規(guī)定的表面深度上將所說成型模具(1)加熱至一定溫度,并且在與玻璃接觸時,使其熔化形成凸紋結(jié)構(gòu)。最好激光穿過平面玻璃輻射到凸紋結(jié)構(gòu)成型表面,以進行局部加熱。
文檔編號C03B13/08GK1203201SQ9810946
公開日1998年12月30日 申請日期1998年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月29日
發(fā)明者H·奧斯滕達普, M·帕施 申請人:肖特玻璃制造廠