CN101889241B - 用于加热图案框架的设备 - Google Patents

Abstract

本公开是一种用于加热图案框架的设备，包括：壳体，其具有内部空间，并且图案框架安装至所述壳体；发热单元，用于向所述内部空间供热；以及传热单元，其以粉末形式填充所述内部空间，以将由所述发热单元供应的热传递至所述图案框架，从而均匀且快速地加热所述图案框架，并为制造其提供便利。

Description

用于加热图案框架的设备

技术领域

本发明涉及一种加热设备，更具体而言，涉及一种用于加热图案框架的设备，在LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)等的制造过程中，用所述图案框架在玻璃板上形成图案。 

背景技术

一般而言，LCD装置是利用特性介于液体和固体之间的液晶的状态变化、以及偏光板的偏光特性来调节穿透液晶的光量，从而显示信息的显示装置。 

更详细地，LCD包括具有驱动装置的下基板、具有彩色滤光片层的上基板、填充在上基板和下基板之间的液晶、以及用作光源的背光单元，上述驱动装置例如是板型玻璃上的TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)。 

在LCD的制造过程中，为了在基板上形成驱动装置、彩色滤光片等，需要在基板的表面上用特定材料形成薄膜。 

然后，在“图案化”工艺中，在形成于基板上的薄膜之上可以形成特定的图案。在图案化工艺中，在将光致抗蚀剂淀积在基板上形成有薄膜的地方之后，进行包括曝光、显影、刻蚀、去除抗蚀剂等的一系列步骤。 

由于进行这些步骤是非常复杂的，因此为了简便而出现了一种新的方法，所述方法将具有用于模制的图案的图案框架按压在基板的薄膜之上，然后将其压印。 

在压印方法中，将具有用于模制的图案的图案框架加热，加热的图案框架接触或按压其上形成有薄膜的基板。在按压之后，由加热的图案框架接触的薄膜部分硬化，从而牢固可靠地在薄膜上形成图案，随后将图案框架与基板分离。 

结合图1描述在这种图案化(压印)步骤中用于加热图案框架的加热设备。 

图1是示出用于图案化工艺的相关技术的加热设备10的示意图。 

如图所示，加热设备10配置有容置在壳体11内的热传导单元13。用于供热的加热装置15，例如电热丝，设置在热传导单元13中。而且，壳体11的一侧接触图案框架P，所述图案框架P具有对应于将要模制到形成有薄膜的玻璃基板上的图案(未示出)的形状。 

在操作员的控制下，由加热装置15产生的热通过热传导单元13传递至图案框架P。被传递了热的图案框架P变热，并且当图案框架P接触玻璃基板时，在形成有薄膜的部分之上可以形成期望的图案。 

在加热设备10中，以通过烧结热传导材料而形成的固体来形成热传导单元13。由于热传导单元13为固体形式，因此必须通过钻孔来形成孔，然后需将加热装置15插进孔内。 

在制造加热设备10的过程中，热传导单元13的烧结和钻孔工艺需要很长的时间以及多道工序。由于热传导单元13和加热装置15的热膨胀系数不同、以及重复的加热和冷却，在热传导单元13中会产生裂缝。裂缝的产生会导致加热设备10和热传导单元13耐久性的劣化以及工作效率的降低。 

由于热传导单元13是以固体形式而形成的，因此从加热装置15至图案框架P的热传递仅能通过热传导单元13中的热传导方法进行。也就是说，期望热传导单元13的热对流和/或热辐射是很难的。仅借助热传导，难于以快速和均匀的方式将热传递至热传导单元13，因而限制了快速和均匀地对图案框架P进行加热。 

考虑到需要图案化的玻璃基板变得更大，如果需要加热设备10也更大，则大尺寸的热传导单元13应被整体地烧结，因此导致烧结工艺的难度。 

而且，加热装置15是用电热丝来形成的，因此几乎只产生传导热。此外，电热丝只具有20％至30％的能量转化效率，而且对快速加热非常有限。 

并且，加热设备10未配备特定的冷却装置，在图案化之后只能通过自然对流来冷却图案框架P。因此，难于快速和均匀地冷却。 

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是制造一种用于加热图案框架的设备，以及为制造用于加热图案框架的大尺寸设备提供便利。 

本发明的另一个目的是防止用于加热图案框架的设备因热变形而受损，以及确保向图案框架快速且均匀地热传递。 

技术方案

为了实现这些以及其他的优点并且根据本发明的目的，如在此实施并宽泛描述的，提供一种用于加热图案框架的设备，包括：壳体，其具有内部(里部)空间，并且图案框架安装至所述壳体；发热单元，用于向壳体的内部空间供热；以及传热单元，其以粉末形式填充壳体的内部空间，用于将发热单元供应的热传递至图案框架。 

根据本发明另一方面的用于加热图案框架的设备包括：壳体，其具有内部空间，并且图案框架安装至所述壳体；以及液体控制单元，其与壳体的内部空间连通，用于将加热的液体注入内部空间或者从内部空间收集加热的液体，以与图案框架进行热交换。 

技术效果

根据本发明的用于加热图案框架的设备，可为制造液体控制单元以及用于将热传递至图案框架的传热单元提供便利，而不会限制所要制造的尺寸。因此，传热单元等不会影响用于加热图案框架的整体大尺寸设备的制造。 

传热单元可进行全部三种热传递方法。液体控制单元和冷却单元可同时供应加热的液体和冷却液，从而确保均匀且快速地对图案框架进行加热及冷却。这样均匀且快速的加热及冷却，可为使用所述用于加热图案框架的设备的具有诸如纳米级的精度等级的图案化工艺提供便利。 

作为散热灯的卤素灯具有快速的升温速率以及能量转化效率。除此之外，卤素灯同时发出光和热，因而非常有助于快速加热图案框架。 

此外，根据本发明的用于加热图案框架的设备配备有冷却单元，从而除了通过自然对流进行冷却之外，还主动地进行图案框架的冷却。利用传热单元或通过快速地供应冷却单元中的冷却液，可更加快速地进行这样的冷却。 

附图说明

结合附图，从以下作为非限制性实例给出的优选实施例的描述，将会明了本发明的上述以及其他目的、特征和优点，附图中： 

图1是示出用于图案化工艺的相关技术的加热设备的示意图； 

图2是示意性地示出根据本发明的第一个实施例的用于加热图案框架的设备的立体图； 

图3是沿着图2中的线“Ⅲ-Ⅲ”截取的剖面图； 

图4是示出图2和图3所示的用于加热图案框架的设备的操作方法的示意图； 

图5是示意性地示出根据本发明的第二个实施例的用于加热图案框架的设备的立体图； 

图6是沿着图5中的线“Ⅵ-Ⅵ”截取的剖面图；以及 

图7是示出图5和图6所示的用于加热图案框架的设备的操作方法的示意图。 

具体实施方式

下面将详细描述根据本发明优选实施例的用于加热图案框架的设备，在附图中示出所述设备的实例。 

图2是示出根据本发明的第一个实施例的用于加热图案框架的设备100的立体图。 

参见图2，用于加热图案框架的设备100包括：罩盖160，其具有安装到其一个表面的图案框架P以及封入的内部组件；发热单元120，其电连接到罩盖160内的内部组件；以及冷却单元140，其与罩盖160内的内部组件连通。 

图案框架P通过罩盖160的内部组件和发热单元120加热，然后接触其上形成有薄膜的玻璃板G(图4)。为了使图案框架P接触玻璃板G，罩盖160可安装在移动装置(未示出)上，所述移动装置配置为使罩盖160(以及内部组件)接触玻璃板G或使罩盖160与玻璃板G分离。 

在图中示意性地示出了作为发热单元120的一部分的电源装置123和电源控制器125。电源装置123电连接至电源控制器125，并且同时电连接至罩盖160内的内部组件，即散热灯121(图3)。电源装置123和散热灯121通过电线123a连接。 

冷却单元140用于在图案框架P接触玻璃板G之后冷却图案框架P。为此，如图中示意性示出的，冷却单元140包括制冷剂供应单元143和用于控制制冷剂供应单元143的制冷剂控制器145。制冷剂供应单元143经由制冷剂供应线143a与冷却管141(参见图3)连通。 

下面结合图3给出罩盖160及其内部组件的详细描述，图3是沿着图2中的线“Ⅲ-Ⅲ”截取的剖面图。 

参见图3，壳体110置于罩盖160内。壳体110和罩盖160之间的真空部分170保持真空状态，用于绝缘。具备高传导性的热传导板150安装在壳体110和图案框架P之间。由于热传导板150安装在壳体110的一个表面上，因此热传导板150可被看做是壳体110的一部分。也就是说，图案框架P安装到壳体110也可以包括图案框架P安装在耦接至壳体110的热传导板150上的情况。 

作为发热单元120的组件的加热元件置于壳体110的内部空间110a中。例如，可以采用散热灯121作为加热元件。如上所述，散热灯121经由电线123a电连接至电源装置123。 

优选地，散热灯121可用卤素灯来实现。卤素灯同时产生光和热，并且被认为是高效的加热元件，其能够具备70％的能量转化效率。而且，卤素灯可以实现高达每秒70℃的升温速率，因此能使温度快速上升。 

作为冷却单元140的组件的冷却管141置于壳体110的内部空间110a中。如上所述，冷却管141经由制冷剂供应线143a与制冷剂供应单元143连通。冷却管141围绕散热灯121放置。利用这种放置方式，当需要冷却时，可以从处于相对高温的散热灯121的周围开始有效冷却。 

传热单元130置于壳体110的内部空间110a中，以传递分别由散热灯121和冷却管141产生的热和冷却气。传热单元130填充有具备热传导性的粉末形式的材料。 

以粉末形式填充的材料可以是Au，Ag，SiC，CNT(Carbon nanotube， 纳米碳管)等。这样的材料具有良好的热传导性，并且可以通过仅有一种材料的单一类型或具有多种材料的混合类型来形成传热单元130。 

传热单元130仅需呈粉末形式的热传导物质填充壳体110的内部空间110a，从而为制造大尺寸的壳体110(进一步的，用于加热图案框架的设备100)提供了便利。这是因为在制造中不会遇到任何由烧结大尺寸热传导单元13(图1)而导致的困难。 

而且，不需要烧结工艺，从而加快且简化了传热单元130的制造过程。 

下面结合图4详细给出用于加热图案框架的设备100的操作方法的描述，所述图4是示出其操作方法的示意图。 

参见图4(以及图2和图3)，为了加热图案框架P，电源控制器125向电源装置123发出操作命令。由操作命令操作的电源装置123经由电线123a向散热灯121供电。施加了电能的散热灯121辐射光和热。 

呈粉末形式的传热单元130配置为将散热灯121产生的热传递至热传导板150。被传递了热的热传导板150将热传递至图案框架P，然后加热的图案框架P接触玻璃板G。 

因此，可将玻璃板G上形成有薄膜的部分图案化为具有特定的图案。 

散热灯121同时产生热和光，因此具有极佳的散热效率。如上所述，如果散热灯121为卤素灯，图案框架P可被快速地加热，并且其温度可高达1000℃。 

由于传热单元130呈粉末形式，由散热灯121产生的热通过彼此接触的粉末颗粒来传导。热通过颗粒之间的间隙来辐射。尽管与传导或辐射相比而言不太显著，但是在间隙之间还是会产生对流。通过传热单元130同时进行热传递过程中的传导、对流和辐射这三个方面。 

结果是，散热灯121产生的热均匀且快速地传递至热传导板150的整个区域，因而均匀且快速地加热图案框架P的整个区域。以均匀且快速的方式加热图案框架P，对于实现图案化工艺的精确和快速来说是非常重要的因素。在精确的纳米级图案化工艺中，可能更加强调这两个因素的重要性。 

如果图案框架P需要从图案框架P被加热并且接触玻璃板G的状态回 到其原来的位置，则应该冷却图案框架P以便将图案框架P从玻璃板G稳定分离。制冷剂控制器145向制冷剂供应单元143发出操作命令用于冷却，接收到操作命令的制冷剂供应单元143经由制冷剂供应线143a向冷却管141供应制冷剂。 

由于冷却管141周围的温度变得相对较低，因此在温度相对较高的区域，例如散热灯121、热传导板150等的周围，热通过传热单元130传递至冷却管141的周围。通过热传递，壳体110的内部以及图案框架P都被冷却，从而完成了图案化工艺。 

类似于加热，传热单元130确保快速且均匀的冷却，从而有助于图案化工艺的精确和快速。由于传热单元130是以粉末来形成的，与相关技术的烧结固体13(图1)不同的是，无论怎样重复加热和冷却，在传热单元130中都不会产生裂痕。对于增强传热单元130以及用于加热图案框架的设备100的整体耐久性来说，这是一个因素。 

参见图5至图7，将详细描述根据本发明的第二个实施例的用于加热图案框架的设备200。 

图5是示意性地示出根据本发明的第二个实施例的用于加热图案框架的设备200的立体图。 

参见附图，用于加热图案框架的设备200包括：罩盖260，其具有安装在其一侧的图案框架P并且覆盖其内部组件；以及与罩盖260的内部组件连通的液体控制单元220和冷却单元230。 

这里，液体控制单元220包括连接线221、液体供应/收集部分223、和液体控制器225。连接线221配置为将液体供应/收集部分223和壳体210(参见图6)彼此连通。连接线221形成为具有中空管的形状，并且延伸至罩盖260的内部。连接线221可分为用于从液体供应/收集部分223向壳体210供应加热的液体L(参见图6)的供应线221-1、以及用于将壳体210中的液体L收集到液体供应/收集部分223的收集线221-2。 

液体供应/收集部分223配备有用于储存液体L的液体罐223a。还配备有泵223b，以抽取液体罐223a和壳体210中的液体L。泵223b可分为安装到供应线221-1的供应泵223b-1、以及安装到收集线221-2的泵223b-2。 

加热器223c置于供应线221-1，以加热供应至壳体210的液体L。加热 器223c可集成地安装在液体罐223a内部。 

供应阀223d-1和收集阀223d-2分别安装于供应线221-1和收集线221-2，并打开/关闭线221-1和线221-2。 

液体控制器225与液体供应/收集部分223的组件223b-1、223b-2、223c，223d-1和223d-2中的每一个电连接，以控制其操作。液体控制器225对液体罐223a的控制也表明在加热器223c安装在液体罐223a内的情形中控制加热器223c的操作。 

冷却单元230包括连接线231、冷却液供应/收集部分233、以及冷却液控制器235。 

连接线231配置为将冷却液供应/收集部分233的冷却罐233a与壳体210连接，以彼此连通。连接线231形成为具有中空管的形状，并且配有供应线231-1和收集线231-2这两条线。 

冷却液供应/收集部分233包括冷却罐233a和安装于连接线231的泵233b。冷却罐233a用于储存冷却液。在冷却罐233a上安装了冷却装置(未示出)，从而确保冷却液保持于冷却所需的温度。泵233b分为与供应线231-1连通而放置的供应泵233b-1、以及与收集线231-2连通而放置的收集泵233b-2。供应阀233c-1和收集阀233c-2分别安装为与供应线231-1和收集线231-2连通，并且打开/关闭线231-1和231-2。 

冷却液控制器235与冷却液供应/收集部分233的组件233b-1、233b-2、233c-1和233c-2中的每一个电连接，以控制其操作。这里，冷却液控制器235对冷却罐233a的控制表明对上述冷却装置的控制。 

在用于加热图案框架的设备200中，为了加热以及冷却图案框架P，由液体控制单元220或冷却单元230快速地向壳体210的内部空间供应加热的液体L或冷却液。为了使加热的液体L和冷却液流动得更加快速及流畅，可形成多对连接线221和连接线231，也就是说，多对中的每一对连接到壳体210的部分。加热的液体L和冷却液的快速流动可实现快速且均匀地加热或冷却壳体210以及图案框架P。 

现在结合图6给出罩盖260的内部组件的描述，所述图6是沿着图5中的线(VI-VI)截取的剖面图。 

参见图6，壳体210置于中空的罩盖260内部。在壳体210和罩盖260之间形成真空部分270。热传导板250安装在壳体210的一个表面上作为壳体210的一部分。热传导板250用以最终将热传导至图案框架P。 

连接线221的供应线221-1和收集线221-2穿透罩盖260并且延伸至与壳体210的内部空间210a连通。 

储存在液体罐223a中的加热的液体L经由连接线221可以进入壳体210的内部空间210a，或者从内部空间210a被收集进液体罐223a。即便壳体210变得较大，只需根据其尺寸来供应液体L和冷却液，从而降低了在制造大尺寸壳体210和用于加热图案框架的设备200的过程中的局限性。 

为了增加液体L的加热温度，具有良好热传导性的材料280以粉末形式分布在液体L中(拉乌尔定律，Raoult’s law)。传导材料280可以以与第一个实施例中的传热单元130相同种类的材料来形成。为了防止粉末形式的材料280沉淀，可以在诸如壳体210、液体罐223a等的液体L的储存空间中安装用于混合液体L的混合器。 

为了额外加热液体L，可在壳体210的内部空间210a中另外放置有散热灯241。还应当配备电源装置243和电源控制器245(下文中参见图7)以驱动散热灯241。这些组件与对应于第一个实施例中的发热单元120的组件相同，因此省略具体的说明。 

现在结合图7给出用于加热图案框架的设备200的操作方法的描述，所述图7是示出其操作方法的示意图。 

参见图7(以及图5和图6)，液体控制器225向冷却液供应/收集部分233发出操作命令以加热图案框架P。根据操作命令，供应泵223b-1抽取储存在液体罐223a中的液体L，所述液体L经由供应线221-1进入壳体210。所抽取的液体L由加热器223c供应、加热。一旦特定量的液体L供应至壳体210，液体控制器225关闭阀223d-1和阀223d-2，使得液体L可保留在内部空间210a中。与纯液体L相比，液体L中具有传导性的粉末材料280用来增加混合液体L的加热温度。 

当加热的液体L供应至内部空间210a时，发热单元240使散热灯241辐射并因此向液体L供应额外的热，从而将加热的液体加热到更高的温度。 

由上述过程产生的在预设温度范围内的热，通过热传导板250传导至图 案框架P。这里，图案框架P可被加热至高达500℃。因此，图案框架P接触玻璃板G上形成有薄膜的部分，从而在形成有薄膜的部分之上形成特定的图案。 

作为图案化工艺的最后步骤，停止发热单元240的操作以冷却图案框架P。进一步地，将壳体210中的液体收集至液体罐223a，可帮助冷却图案框架P。这里，在收集阀223d-2打开的状态下，随着收集泵223b-2的操作，壳体210内的液体L返回到液体罐223a中，由此收集液体L。 

为了更加快速地冷却，可操作冷却单元230。如下操作冷却单元230：冷却液控制器235向冷却液供应/收集部分233发出命令，以将冷却罐233a中的冷却液供应至壳体210内部。通过操作与供应阀233c-1连接的供应泵233b-1来供应冷却液。供应至壳体210的冷却液可在冷却罐233a和壳体210中循环，或者当阀233c-1和233c-2关闭时存留在壳体中。 

当供应冷却液时，与仅仅是排出加热的液体L相比，可更加快速地冷却壳体210。壳体210的冷却促使热传导板250和图案框架P冷却。因此，图案框架P与玻璃板G分离，从而完成玻璃板G的图案化工艺。 

对于玻璃板G的图案化工艺，在收集阀233c-2打开的状态下操作收集泵233b-2，从而将壳体210中的冷却液收集至冷却罐233a。通过冷却罐233a的冷却系统，收集的冷却液保持在特定的温度以下。 

目前为止所描述的给出了根据本发明用于加热图案框架的设备的说明，在附图中示出了其具体实例。此描述旨在起说明作用，并不限制权利要求的范围。许多替换、改动、以及变形对于本领域的技术人员来说是明显的。 

例如，连接线221、231分为供应线和收集线。然而，也可以仅有一条线用于供应和收集液体等。 

散热灯121，例如卤素灯，用作加热元件；然而，也可以采用热电偶(热电元件)。 

工业实用性 

本发明是一种在LCD模块等的制造过程中在玻璃板上进行图案化时用于加热图案框架的设备。 

Claims (16)

1.一种用于加热图案框架的设备，包括：

壳体，壳体具有内部空间，并且图案框架安装至所述壳体；

发热单元，发热单元用于向所述内部空间供热；以及

传热单元，传热单元以粉末形式填充所述内部空间，以将由所述发热单元供应的热传递至所述图案框架。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述发热单元包括：

散热灯，散热灯置于所述传热单元的内部；

电源装置，电源装置电连接至所述散热灯，用于供电以便所述散热灯操作；以及

电源控制器，电源控制器电连接至所述电源装置，用于控制所述电源装置的操作。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述散热灯为卤素灯。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述传热单元以来自Au、Ag、SiC和CNT中的至少一种粉末形式形成。

5.如权利要求2所述的设备，还包括：

冷却单元，冷却单元置于所述壳体的内部空间中，用于冷却所述传热单元。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述冷却单元包括：

冷却管，冷却管置于所述传热单元内部，并且冷却剂流经所述冷却管；

冷却剂供应单元，冷却剂供应单元与所述冷却管连通，用于供应所述冷却剂；以及

冷却剂控制器，冷却剂控制器电连接至所述冷却剂供应单元，用于控制所述冷却剂供应单元的操作。

7.如权利要求6所述的设备，其中，所述冷却管布置为围绕所述散热灯。

8.一种用于加热图案框架的设备，包括：

壳体，壳体具有内部空间，并且图案框架安装至所述壳体；

热传导板，热传导板具有高传导性，并且安装在所述壳体和所述图案框架之间；

液体控制单元，液体控制单元与所述内部空间连通，用于将混合有热传导粉末的加热的液体注入所述内部空间或者从所述内部空间收集混合有热传导粉末的加热的液体，以与所述图案框架进行热交换；以及

冷却单元，冷却单元与所述壳体连通并且与所述液体控制单元分离，用于向所述壳体供应冷却液或者从所述壳体收集冷却液。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述液体控制单元包括：

连接线，连接线与所述壳体连通，并且液体流经所述连接线；

液体供应/收集部分，液体供应/收集部分与所述连接线连通，用于供应或收集所述液体；以及

液体控制器，液体控制器用于控制所述液体供应/收集部分的操作。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述液体供应/收集部分包括：

液体罐，液体罐与所述连接线连通，用于储存所述液体；

泵，泵与所述液体罐连接，用于抽取所述液体至所述液体罐或所述壳体；以及

加热器，加热器连接至所述液体罐，用于加热所述液体罐中的所述液体。

11.如权利要求8所述的设备，其中，所述热传导粉末为Au、Ag、SiC和CNT粉末中的至少一种。

12.如权利要求8所述的设备，其中，所述冷却单元包括：

中空的连接线，连接线与所述壳体连通，并且冷却液流经所述连接线；

冷却液供应/收集部分，冷却液供应/收集部分与所述连接线连通，用于供应或收集所述冷却液；以及

冷却液控制器，冷却液控制器电连接至所述冷却液供应/收集部分，用于控制所述冷却液供应/收集部分的操作。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述冷却液供应/收集部分包括：

冷却罐，冷却罐与所述连接线连通，用于储存所述冷却液，并且保持于低温；以及

泵，泵与所述冷却罐连通，用于抽取所述冷却液至所述冷却罐或所述壳体。

14.如权利要求8所述的设备，还包括：

发热单元，发热单元置于所述壳体的内部空间中，用于产生热以加热所述液体。

15.如权利要求14所述的设备，其中，所述发热单元包括：

散热灯，散热灯置于所述内部空间中；

电源装置，电源装置用于向所述散热灯供电；以及

电源控制器，电源控制器电连接至所述电源装置，用于控制所述电源装置的操作。

16.如权利要求15所述的设备，其中，所述散热灯为卤素灯。

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