CN108124434B - 用于制造玻璃层的结构化的功能涂层的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在第一弯曲玻璃层（2）上制造结构化的功能涂层（5）的装置和方法，所述装置具有：•容纳第一弯曲玻璃层（2）的支架（10）•至少一个激光器（11），和•转向单元（12），其被设计用于将激光器（11）的光束转向到功能涂层（5）上方，由此将功能涂层（5）的一些部分剥蚀，从而使得功能涂层（5）结构化。

Description

用于制造玻璃层的结构化的功能涂层的装置及方法
本发明涉及用于制造玻璃层的结构化的功能涂层的装置及方法。
发明背景
现有技术中已知例如DE 103 16 576 B3，从中已知用于制造软性隐形眼镜的方法和装置。该方法基于将软性隐形眼镜水合和脱盐并随后对镜片材料进行激光剥蚀来制造所谓的变焦点镜片的特定步骤。此外，现有技术中已知美国专利申请2009 / 242 527 A1。在该专利申请中描述了一种用于对防刮层或抗反射层进行剥蚀的方法，以提供无框架眼镜的镜片的改进的粘合固定。
下面以制造传统车辆玻璃为例描述一些问题，它们以单独和组合的方式都产生了本发明的动机。
为了考虑气体动力学和风格上的需求，大量的车辆玻璃是弯曲的。此外，车辆玻璃带有多种功能，如玻璃加热、天线、传感器等。
为了例如提供电加热，例如通过已知的技术，如网丝印刷或蒸镀施加薄的导电层。
对于制造，在如在EP 3 034 295 A中描述的迄今的方法中，首先将导电层施加到平坦的玻璃板上，随后将其结构化。在这种情况下，在一个步骤中只能处理较小的区域，约15 cm*15 cm。如果必须使更大的区域结构化，通常在边缘处发生重叠和错位，以致于该结构化的边缘的走向具有台阶和突变（Sprünge）。
为了将玻璃板弯曲，必须将其加热到相对高的温度，如600 ℃。由于在这些温度下导电层和周围气氛会反应，就必须将涂层完全地通过保护层，如NaSO4在弯曲前保护起来。
然而已表明，该保护是不够的，以致于仍然发生反应，尤其在结构化的功能涂层的边缘区域中。
另外的问题在于，在加热的影响下，导电层常常会被大程度地加热，以致于发生流动过程，尤其在结构化的功能涂层的边缘区域中。因此使功能涂层的结构完整性受威胁。
此外，由于这两种影响，光学性质可能受损。因此，可能在功能涂层的边缘区域中产生例如可见的光学干扰。
在弯曲后，必须再次复杂地将保护层完全去除。
由这种情形出发，本发明的目的在于提供装置和方法，其使得以低成本和高精确度的方式提供具有结构化的涂层的弯曲玻璃层。
发明简述
所述目的通过用于在第一弯曲玻璃层上制造结构化的功能涂层的装置得以实现。该装置具有用于容纳第一弯曲玻璃层的支架、至少一个激光器和转向单元。该转向单元被设计用于将激光器的光束转向到功能涂层上方，由此将该功能涂层的一些部分剥蚀，从而使得该功能涂层结构化。
也就是说，借助所述装置，从现在起能够将玻璃层首先弯曲，随后才进行结构化。由此也可将施加功能涂层的步骤移到弯曲之后的时间点。因此可以免去在弯曲前施加保护层和在弯曲后去除保护层。因此除了避免弯曲过程中可能的反应之外，还可能节省方法步骤。
在本发明的一个实施方案中设计了转向单元，以相对于功能涂层的表面来移动激光器。借此可以实现低成本的制造。
在本发明的另一个实施方案中，在激光器和功能涂层之间的间距为约0.5 m直至2m。通过在激光器和功能涂层之间的相对大的间距，可以设定焦点区域，以使得玻璃层和/或涂层的较小的形状偏差对结构化没有显著的影响。借此，生产过程在没有昂贵的间距测量的情况下也可进行。
根据本发明的另一个实施方案，激光器提供功率为100瓦特或更大的脉冲激光辐射。对此，也可经几米的距离施加结构化必需的功率，以能够保持短的制造时间。
根据本发明的还另一个实施方案，激光器的光具有的波长为355 nm、532 nm或1064 nm。由此可用传统的激光器来操作。
在本发明的另一个实施方案中，激光器提供周期为几个纳秒至几个皮秒的脉冲激光辐射。由此不仅可以剥蚀小结构，也可剥蚀大结构。
根据本发明的另一个实施方案，激光器是CO2激光器。由此可用传统的激光器来操作。
所述目的还通过用于制造玻璃板的方法来实现，该方法具有获得第一玻璃层的步骤，其中该第一玻璃层至少局部地具有功能涂层。此外，该方法还具有借助激光烧灼将在第一玻璃层上的功能涂层结构化的步骤。
因此，在弯曲过程中避免可能的反应。
在本发明的一个实施方案中，功能涂层在玻璃层弯曲之后施加。也就是说，借助该方法，从现在起能够将玻璃层首先弯曲，随后才进行结构化。由此也可将施加功能涂层的步骤移到弯曲之后的时间点。因此可免去在弯曲前施加保护层和在弯曲后去除保护层。
在本发明的另一个实施方案中，结构化步骤包括激光器相对于结构涂层的空间移动。由此可实现低成本的制造。
根据本发明的另一个实施方案，本发明方法还可具有获得第二玻璃层的步骤（其中第一玻璃层和第二玻璃层相应弯曲）、在第一玻璃层上的功能涂层和第二玻璃层之间引入组合薄膜的步骤、以及借助该组合薄膜将这些玻璃层热接合的步骤。也就是说，该方法也可用于制造复合玻璃板。
此外，所述目的通过由本发明方法获得的玻璃板来实现。
在关于复合玻璃板的本发明的一个实施方案中，所述组合薄膜含有至少一种选自聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚氯乙烯（PVC）、聚氟乙烯（PVF）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、乙烯乙酸乙烯酯（EVA）、聚丙烯酸酯（PA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚氨酯（PUR）和/或其混合物及共聚物的物质。
附图简述
本发明的实施方案以举例形式参照附图来进行描述，这些附图显示了：
图1 本发明装置的实施方案的示意图，
图2 根据本发明方法制造的玻璃板的截面示意图，
图3 本发明装置的实施方案的一个方面的示意图，
图4 本发明装置的实施方案的另一方面的示意图，和
图5 根据本发明方法的步骤的流程图。
基于附图的发明详述
以下参考附图对本发明进行更详细地描述。需要说明的是，描述不同的方面，其分别可单独或以组合方式来使用。也就是说，各个方面都可以用本发明的不同实施方案使用，只要没有明确描述作为纯粹的替代品。
此外，以下为简化通常始终只涉及实体（Entität）。只要没有明确注明，本发明也可分别具有所涉实体的几个。就此而言，词语‘一’‘一个’和‘一种’的运用仅仅作为提示被理解为在一个简单的实施方案中使用至少一个实体。
在以下描述的方法中，各个步骤可在唯一的步骤中体现，并可例如彼此同时进行。此外，方法步骤的顺序可改变，以使得所介绍的方法步骤的顺序不会被看作是强制性的，除非将特定顺序描述为明确必要。
图1显示了用于在第一弯曲玻璃层2上制造结构化的功能涂层5的本发明装置的实施方案的示意图。
装置20具有用于容纳第一弯曲玻璃层2的支架10。其可对于特定类型的玻璃层2或多种类型的玻璃层2成型为例如框架式。
在此，支架10可例如在边缘处和/或在内部具有一个或者多个夹持机构13。夹持机构13可制成例如钳状或作为低压室。低压室是特别有利的，用其可以将玻璃层2在多个位置上快速和可靠地夹持。支架10在此优选如此成型，即在各种情况下的玻璃层2基本上是无应力地夹持。为此，支架10具有基本上与弯曲玻璃层的形状相匹配的形状以及优选小于+/-0.5 mm，特别优选小于+/-0.2 mm的在支承区域（Aufliegebereich）中的小公差。
此外，装置20具有至少一个激光器11和转向单元12。该转向单元12被设计用于将激光器11的光束转向到功能涂层5上方，由此将涂层5的一些部分剥蚀，从而使得功能涂层5结构化。涂层5的剥蚀在此可通过对涂层5的直接辐射，也可通过穿过玻璃层2对涂层5的间接辐射来实现。也就是说，借助装置20，从现在起能够将玻璃层首先弯曲，随后才进行结构化。
由此也可将施加功能涂层5的步骤移到弯曲之后的时间点。因此可免去在弯曲前施加保护层和在弯曲后去除保护层。
因为在弯曲之后才发生结构化，避免迄今出现的在结构化的边缘处反应的问题和由于加热所致的结构的光学性质的改变。
此外，如果将功能涂层5的施加移到弯曲之后的时间点，还可将在弯曲前施加保护层和在弯曲后去除保护层的方法步骤从制造方法中去掉，由此取得时间和成本的优点。
根据装置20的实施方案，可设计一个或者多个激光器11。该激光器11可在空间中不同地布置和/或具有不同的光学性质，如脉冲持续时间、波长、功率。
只要本发明涉及涂层5的结构化，指的是结构化的每种方式，但尤其是完全剥蚀以产生更大的空闲区域、线形剥蚀以产生例如类似于导体电路的结构，如加热丝和/或天线，以及产生栅形结构。涂层5结构化的宽度典型地为100-150 µm或更大。此外，只要本发明涉及功能涂层，指的尤其是导电涂层，如含银层。另外的功能涂层是例如低辐射涂层。在此唯一重要的是，存在可剥蚀各自的涂层5的合适的激光器11。
可容易地设计，激光器11的焦点位置自动修正，以能够实现精确的结构化，而没有激光器11相对于玻璃层2或涂层5的额外移动。例如，焦点位置可具有+/-5 mm的公差，以能够良好地抵消例如弯曲玻璃层2的弯曲公差。
作为本发明意义上的转向单元12，可运用如在图3和4中举例所示的不同原理。
例如，可为激光器11（或多个激光器11）设计可调镜（Kippspiegel）形式的转向单元12。根据图3中的转向单元12，例如滑块（Schlitten）的自由度，由此可将具有面向激光束的功能涂层5的玻璃板1的弯曲（示为凹形）表面在一个或多个方向上进行扫描。通过相应地控制转向单元和激光器11的运动，可将该功能涂层结构化。
替代地或额外地可设计，为激光器11（或多个激光器11）设计可一维、二维或三维移动的滑块形式的转向单元12。根据图4中的转向单元12，例如反射镜的自由度，由此可将具有面向激光束的功能涂层5的玻璃板1的弯曲（示为凹形）表面在一个或多个方向上进行扫描。通过相应地控制转向单元和激光器11的运动，可将该功能涂层结构化。
在此也可容易地设计混合形式。
如果仅使用少量的具有相对于支架10而言固定位置的激光器11，则这是有利的，因为此时存在更少的具有重叠和错位的边界区域。
当必须移动激光器以实现相对于其扫描场而言更大的结构化区域时，出现边界区域。因为一定的公差存在于玻璃层2和功能涂层5的厚度中且此外在从一个位置到另一位置的移动中出现，必须将一定的重叠计划在内。由于该公差，也产生轻微的错位。
在本发明的一个优选的实施方案中，如图1中绘出的在激光器11和功能涂层5之间的间距d为约0.5 m直至2 m。该距离d在此并不必是直线走向的，而是还可在光束路径中设计一个或多个偏转元件。也就是说，d表示光束在离开激光器11后直至碰到待结构化的功能涂层5上所走过的路径长度。
通过在激光器11和功能涂层5之间的相对大的间距d，可以设定焦点区域，以使玻璃层2和/或涂层5的较小的形状偏差对结构化没有显著的影响。借此，生产方法在没有昂贵的间距测量的情况下也可进行。此外，通过相对大的间距使得扫描场可为如此之大，以使得激光器11不必相对于待结构化的区域而言移动，而是只用转向单元12就可将激光束（根据图3）导到整个区域，如150 cm * 150 cm的上方。该扫描场优选为大于150 mm * 150 mm，如大于1000 mmx1000 mm。
在此，通过对于车辆挡风玻璃而言例如两个激光器的合适布置，可以将一个激光器用于车辆挡风玻璃的右边部分以进行结构化，而将另一个激光器用于车辆挡风玻璃的左边部分以进行结构化。
显然，可通过使用多个激光器11和附属的转向单元12，减少结构化的持续时间。但是优选的是，激光器11在每种情况下相对于待结构化的区域而言是固定位置的，以使得不出现重叠或错位。
根据本发明的实施方案，激光器11提供功率为100瓦特或更大的脉冲激光辐射。根据本发明的一个实施方案，激光器11的光具有的波长为355 nm、532 nm或1064 nm，和/或激光器11提供周期为几个纳秒至几个皮秒的脉冲激光辐射。也就是说，可使用商购常见的激光器，如CO2激光器、Nd:YAG激光器。
激光器11的合适脉冲频率为大于100 kHz，或大于1 MHz。由此处理速度可达到若干m/s，如20 m/s - 50 m/s。
如前面所提到的，本发明允许新的制造方法，其在图5中所示。用于制造玻璃板1（其层构造示于图2中）的方法首先包括获得100第一弯曲玻璃层2的步骤，其中第一玻璃层2至少局部地具有功能涂层5。将该玻璃层2引入到支架10中并固定，以使得涂层5更靠近激光器11。从现在起，将第一玻璃层2上的功能涂层5借助激光烧灼进行结构化300。
因此避免在弯曲过程中的可能反应。
在本发明的一个实施方案中，功能涂层5在玻璃层2弯曲之后施加。也就是说，借助该方法从现在起能够将玻璃层首先弯曲，随后才进行结构化。由此也可将施加功能涂层5的步骤移到弯曲之后的时间点。因此可免去在弯曲前施加保护层和在弯曲后去除保护层。
在本发明的另一个实施方案中，结构化步骤包括激光器11相对于结构涂层5的空间移动。由此可以实现低成本的制造。
根据本发明的另一个实施方案，本发明方法还具有获得200第二玻璃层3的步骤（其中第一玻璃层2和第二玻璃层3相应地弯曲）、在处于第一玻璃层2上的功能涂层5和第二玻璃层3之间引入400组合薄膜4的步骤、以及借助该组合薄膜4将玻璃层2和3热接合500的步骤。
通常，热接合500步骤在通常低于140℃的温度下，即至少在低于弯曲温度的温度下进行，以使得不会预期到功能涂层5的反应。
也就是说，该方法也可用于制造复合玻璃板1——如在图2中按照虚线所示的第二玻璃层3及组合薄膜4。
此外，所述目的通过由本发明方法获得的玻璃板来实现。
在关于复合玻璃板1的本发明的一个实施方案中，组合薄膜4含有至少一种选自聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚氯乙烯（PVC）、聚氟乙烯（PVF）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、乙烯乙酸乙烯酯（EVA）、聚丙烯酸酯（PA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚氨酯（PUR）和/或其混合物及共聚物的物质。
不失一般性地，本发明的玻璃板1可用在车辆中，例如作为前玻璃、后玻璃或侧玻璃，或在建筑物中或作为信息显示器。
附图标记列表
1 玻璃板
2 第一弯曲玻璃层
3 第二弯曲玻璃层
4 组合薄膜
5 功能涂层
10 支架
11 激光器
12 转向单元
13 夹持机构
20 装置
d 在激光器11和功能涂层5之间的间距
方法步骤
100 获得第一弯曲玻璃层2
200 获得第二弯曲玻璃层3
300 使功能涂层5结构化
400 引入组合薄膜4
500 将玻璃层2、3热接合。

Claims (9)

1.用于在玻璃板（1）的第一弯曲玻璃层（2）上制造结构化的功能涂层（5）的装置（20），其中功能涂层（5）具有导电涂层和/或低辐射涂层，所述装置具有：
• 容纳第一弯曲玻璃层（2）的支架（10）
• 至少一个激光器（11），和
• 转向单元（12），其被提供用于将激光器（11）的光束转向到功能涂层（5）上方，由此将功能涂层（5）的一些部分剥蚀，从而使得功能涂层（5）在功能涂层（5）的剥蚀区域中结构化，
其特征在于提供了转向单元（12）以相对于功能涂层（5）的表面来移动激光器（11），
在激光器（11）和功能涂层（5）之间的间距（d）为0.5 m直至2 m，
激光器（11）提供功率为100瓦特或更大的脉冲激光辐射，
激光器（11）的光具有的波长为355 nm、532 nm或1064 nm，
所述转向单元（12）呈可调镜或滑块的形式。
2.根据权利要求1的装置（20），其特征在于激光器（11）提供周期为几个纳秒至几个皮秒的脉冲激光辐射。
3.根据权利要求1或2的装置（20），其特征在于激光器（11）是CO2 激光器。
4.用于制造玻璃板（1）的方法，其具有步骤：
• 获得（100）第一弯曲玻璃层（2），其中该第一弯曲玻璃层（2）至少逐段地具有功能涂层（5），其中该功能涂层（5）具有导电涂层和/或低辐射涂层，且其中该功能涂层（5）在玻璃板（1）弯曲之后施加，
• 借助激光烧灼将在第一弯曲玻璃层（2）上的功能涂层（5）结构化（300），其中在激光器（11）和功能涂层（5）之间的间距（d）为0.5 m直至2 m，其中
激光器（11）提供功率为100瓦特或更大的脉冲激光辐射，和/或
激光器（11）的光具有的波长为355 nm、532 nm或1064 nm，和/或
激光器（11）提供周期为几个纳秒至几个皮秒的脉冲激光辐射。
5.根据权利要求4的方法，其中所述结构化步骤包括激光器（11）相对于功能层（5）的空间移动。
6.根据权利要求4或5的方法，其还具有步骤
• 获得（200）第二弯曲玻璃层（3），其中第一弯曲玻璃层（2）和第二弯曲玻璃层（3）相应地弯曲，
• 在第一弯曲玻璃层（2）上的功能涂层（5）和第二弯曲玻璃层（3）之间引入（400）组合薄膜（4），
• 借助该组合薄膜（4）将第一弯曲玻璃层（2）和第二弯曲玻璃层（3）热接合（500）。
7.根据权利要求4或5的方法的任一种所获得的玻璃板（1）。
8.根据权利要求6的方法所获得的玻璃板（1），其中组合薄膜（4）含有至少一种选自聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚氯乙烯（PVC）、聚氟乙烯（PVF）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、乙烯乙酸乙烯酯（EVA）、聚丙烯酸酯（PA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚氨酯（PUR）和/或其混合物及共聚物的物质。
9.根据权利要求7或8的玻璃板（1）在车辆中的用途或在建筑物中的用途或作为信息显示器的用途。
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