用于形成玻璃椭圆形和球形壳镜坯的方法
【专利说明】用于形成玻璃椭圆形和球形壳镜坯的方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2012年10月12日提交的欧洲专利申请第12306268.9号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
[0003]本发明涉及用于形成玻璃椭圆形和球形壳镜坯的方法，更具体地，涉及适合大规模生产的用于形成精密毫米规格半径椭圆形和球形壳镜坯的方法。
【背景技术】
[0004]存在对于低成本、高效(良好精密度)的聚焦镜光学件的需求，特别是用于LED光源应用，范围从一般照明应用到用于显示器应用的LED背光，到更具体的基于LED的光源应用。在所有这些应用中，能源效率和寿命是LED源的关键性能测量，它们都会有利地受到热效率增加的影响。
[0005]美国专利US7394188B2中给出了用于改善LED源的热效率的高效聚焦镜光学件的用途的一个例子。该文件揭示了采用沉积在微米规格或毫米规格镜上的低通分色镜的LED光源光学设计，镜置于靠近LED并且构造成通过可见光波长同时将UV光反射到磷光材料上，以转化成可见光波长，从而改善了总体热效率(参见例如，图9和相关描述)。还可以采用其他类型的分光镜:这取决于LED的发射光谱以及所用波长转化材料或装置的类型，可以使用例如，IR反射镜或者通过可见光波长同时能够同时反射IR和UV的镜。
[0006]微米光学组件通常由注塑聚合物形成，具有诱人的低制造成本但是也具有固有的技术限制，例如对于光传输有限的光谱窗口和随时间的材料稳定性问题。用于形成某些分光镜的材料以及用于此类材料的沉积技术对于一些聚合物材料也可能是不相容的。
[0007]因此，希望具有一种由玻璃而非聚合物形成的用于形成高表面质量球形或椭圆形镜坯的有效方法，并且希望该方法易于适用于大规模生产。
【发明内容】
[0008]揭示了一种生产玻璃聚焦镜坯的方法，所述方法包括:提供玻璃片，将玻璃片加热至足以实现永久变形，以及通过如下方式将玻璃片再成形成为玻璃壳结构阵列:(I)对片进行压制或者(2)对片进行真空或压差成形。在任一替代方式中，壳结构的各个外(凸)表面都没有接触任意固体物体。(I)压制步骤采用阳模表面进行，该阳模表面包括压制成与壳的各个所得内凹表面接触而没有与壳的各个所得外凸表面接触的突出物阵列，或者(2)真空或压差形成步骤采用模具表面进行，所述模具表面包括通孔阵列，壳结构通过将片抵靠住模具表面的真空或压差成形形成，没有接触所得的各个外凸表面或者所得的各个内凹表面。所述方法还可包括将一个或多个薄化区域压入一对或多对玻璃壳结构之间的玻璃片中，从而有助于玻璃壳结构在一个或多个薄化区域的分离。
[0009]合乎希望地或者作为替代，所述方法可采用直接由下拉设备或者熔合拉制设备或者其他玻璃片成形设备生产的玻璃片，则其中的再成形步骤可包括采用(I)辊基压制或者
(2)辊基真空或压差成形进行连续再成形。
[0010]在采用真空或压差成形的方法的这些替代方式中，所述成形合乎希望地包括抵靠住包括孔阵列的模具表面形成玻璃片，通孔的侧壁角范围为15±5°。
[0011]在采用压制步骤的方法的这些替代方式中，压制可包括采用阳模进行压制，所述阳模包括大致球形突出物的阵列或者大致椭圆形突出物的阵列。在任一情况下，根据其他替代方式，各个突出物可不同于各个理想球形或者椭圆形形状，在各个突出物的顶部具有相对于该位置的标称理想半径的较长半径。
[0012]参见下文所列举附图，下面将描述本发明的其他实施方式和各种特征和优点。
【附图说明】
[0013]图1是由根据本发明的方法制造的坯料形成的镜的示例性(现有技术)应用；
[0014]图2是列出了根据本发明的一个方面的方法中的某些步骤的流程图；
[0015]图3A和3B是根据本发明的方法的一个实施方式的一个方面的协作半模和在它们之间再成形的玻璃片的截面图；
[0016]图4A和4B是根据本发明的方法的另一个方面的具有通孔和任选协作模具以及再成形玻璃片的截面图；
[0017]图5A和5B分别是透视图和截面图，显示根据本发明的方法的另一个实施方式的玻璃片的再成形；
[0018]图6A和6B分别是透视图和截面图，显示根据本发明的方法的另一个实施方式的玻璃片的再成形；
[0019]图7A和7B分别是可配合根据本发明的某些实施方式方法使用的模具板的平面图和截面图；以及
[0020]图8是可用于本发明的某些实施方式中的模具表面上的突出物的截面图。
【具体实施方式】
[0021]图1是基于LED的光源的截面图，所述基于LED的光源包括基材100，其上(或者其中)形成有或者放置有LED 102以及磷光材料或者其他波长转化材料、装置或结构104。采用具有选择性反射性的聚焦镜122 (表示能够集中辐射而不仅仅是对其进行反射的镜)(即，分光镜)将来自LED的不合乎希望的波长(表示为实线)反射回到磷光材料或者其他波长转化材料、装置或结构104上。在一些应用中可能是如下情况:合乎希望的波长(图中表示为虚线)通过镜122，无论是波长转化结构104中发出的，或者波长转化结构104和LED自身中发出的。绕着LED 102以及磷光材料或者其他波长转化材料、装置或结构104的基材100希望是制成具有反应性的或者提供有反射体，从而至少对冲击其上的合乎希望的辐射进行再导向，如果不是宽光谱的话。该基础LED光源装置结构是已知的(参见例如，美国专利US7394188B2，但是对于此类装置的实际制造和使用，仍然存在对于提供用作用于球形或椭圆形聚焦镜的镜坯的玻璃镜坯的可靠有效方法的需求，从而将来自LED 102的辐射再导向到磷光材料或者其他波长转化器104)。
[0022]图2所示是根据本发明的一个方面的生产用作聚焦镜坯的玻璃壳结构的方法中的某些步骤的流程图。图2中所示的方法8包括提供玻璃片的步骤10。合乎希望地，玻璃片是表面粗糙度不大于20nm RMS的片。或者，玻璃片合乎希望地是表面粗糙度不大于[(1nm)/ I N1-N2 | ]RMS的玻璃片，其中NI是旨在用于与各个内凹表面接触的光学材料的折射率以及N2是玻璃片的折射率。所示的下一个步骤是步骤20，加热玻璃片或者任意其他方式为玻璃片提供再成形点的温度(靠近但是低于玻璃的软化点，通常比软化点低15-400C，希望地粘度为14-1O5泊)，从而实现片的良好受控的永久变形(再成形)。方法8还包括两个交替步骤，其中任一个可用于生产具有原始凸表面的玻璃壳结构，换言之，在再成形过程中没有发生接触(除了气体之外)的凸表面，无需(以及不接收)进一步表面精整(例如蚀刻或抛光)的表面。步骤30a包括通过压制片来对玻璃片进行再成形，从而在其中形成玻璃壳结构阵列，其中采用阳模或者阳模具表面进行压制，所述阳模或者阳模具表面包括突出物阵列，所述突出物阵列压制抵靠住各个内凹表面并与其接触，并且所得到的各个外凸表面不与任意固体物体接触。作为替代，步骤30b包括采用包含通孔阵列的模具表面、通过真空或压差成形片来对玻璃片进行再成形，从而在其中形成玻璃壳结构，壳结构是通过如下方式的真空或压差成形形成的:将片抵靠住模具表面，使得玻璃壳结构由相对气压将它们压入通孔阵列中形成，使得所得的各个外凸表面(位于孔中)不与任意固体物体接触，并且使得各个内所得的内凹表面不与任意固体物体接触。在任一替代方式中，模具的工作表面合乎希望地包含碳，或者抛光碳。在进行了两个替换步骤30a和30b的一个或另一个之后，然后从模具或者模具表面去除所得玻璃片(现已进行再成形，使得其中形成有玻璃壳结构的阵列)并在步骤40中进行冷却和/或退火。
[0023]参见图3A和3B以及4A和4B，可更好地理解替代步骤30a和30b。
[0024]图3A和3B是根据替代步骤30a的协作半模和在它们之间再成形的玻璃片的截面图。图3A中所示是玻璃片42。将片加热至再成形温度，或者任意其他方式引起到达再成形温度或者在再成形温度停留，同时放置在两个协作半模50和52之间。一个半模50包括阳模或阳模具表面54，其包括突出物阵列56。然后以所标的方向P将半模50、52压制到一起，使得它们结合，得到片42的压制再成形，使得突出物56的阵列抵靠住(现已再成形的)玻璃片44中形成的所得突出壳结构43的各个内凹表面45压制并与其接触。由于在另一个或阴半模52中的较大(在此情况下矩形)凹陷58，足够大以同时容纳突出物56和再成形的玻璃片44而不使得再成形的玻璃片44与凹陷58接触，该再成形步骤的进行没有使得所得的形成的片44的所得到的各个外凸表面46与任意固体物体接触。在另一个或者阴半模52上的围绕着凹陷58的壁57起了将玻璃片42 (和44)紧紧抵靠住突出物56的作用。
[0025]图4A和4B是根据图2的替代步骤30b的具有通孔和任选协作模具以及再成形玻璃片的截面图。如图4A和4B所示，使得玻璃片42与多孔板60接触，所述多孔板60包括具有通孔62的阵列的模具表面。将片42加热至再成形温度或者其他方式维持在再成形温度，并通过如下作用将其推入通孔62中:施加到多孔板60相对于玻璃片42的侧面的部分真空(表示为箭头V)的作用，或者通过多孔板60的相反侧之间的气压差的作用(无论是如何产生的)。这导致形成具有大致球形外凸表面44和大致球形内凹表面45的突出壳结构43。在该替代步骤中，所得的各个外凸表面46(位于孔62中)的形成没有与任意固体物体接触，并且所得的各个内凹表面45类似地形成没有与任意固体物体接触。
[0026]作为图3A-3B和4A-4B所示方法的额