一种在装饰面板中产生编码图像的光学立体效果的透镜片及其实现方法
【专利摘要】本发明涉及由热或化学硬化的无机玻璃制成的透镜片(4)，并且用作装饰面板，与编码图像一起产生三维视觉效果。本发明的一个优点在于其提出了无机透镜片4，其外部18经历化学或机械硬化。这样增大了机械强度和抗冲击性。这一方面使其在外部因素影响和与人接触的条件下使用更加安全。与塑料透镜屏相比，这允许本发明应用于较大的领域。通过热或化学硬化实现预应力。
【专利说明】一种在装饰面板中产生编码图像的光学立体效果的透镜片及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有光学效果的装饰面板(decorative panel),并具体涉及一种由无机材料制成的半透明透镜片，其能够产生在其中编码的图像的光学立体效果，以及其实现方法。
【背景技术】
[0002]具有对物体的编码的三维图像进行记录和回放效果的装饰面板在现有技术(US2006/0082880A1, US5, 681，676和US6, 795，241)中是已知的。这种已知装饰面板的透镜片由PMMA、塑料、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。在应用于装饰面板时，在抵御所用材料的外部影响方面起特殊的作用。与使用塑性材料(塑料)相比，对于相似表面形态的透镜片(柱面透镜)而言，本发明提出使用无机玻璃，因为无机玻璃对于外部冲击具有很大的弹性，这是因为在无机透镜片的热或化学处理期间，显著地增大了其对于外部影响的抵抗力。在优选实施方案中，可以使用耐热且经过淬火的无机玻璃。与塑料透镜片相比，由无机玻璃制成的透镜片能够增加这种装饰面板可能的使用领域，并增加在持续外部因素影响下其操作周期持续时间。
[0003]因此，机械损伤(划痕)产生了阻止光穿透和折射的区域，这会导致透镜变得不透明且图像发生变形。在塑料透镜片中可以看到这种情况。在无机透镜片中，在非常长时间周期之后也能看到同样的现象。
[0004]在发生缺陷之后，无机透镜片也比塑料更加安全。具有机械性破损的经硬化的无机材料由多个小片构成，没有尖锐的边缘，对于塑料而言并非如此，特别是在低温下。因而，透镜片的无机材料能产生具有长使用寿命的装饰面板。
[0005]与现有技术的透镜片相比，所要求保护的发明的另一个重要的优点在于，其耐温度变化。用于制造透镜屏的一种主要材料是塑料，其与任何塑性材料一样，比无机材料更大程度地热膨胀。这一特征要求在设计时需要特殊的技术方案，特别是在大平坦表面的情形中。玻璃的线性热膨胀系数为0.8 X 10_5，其比塑料的线性热膨胀系数-6.5 X 1-5要低超过8倍。这一点对于具有根据本发明的透镜片的装饰面板的美学和易于安装性非常重要。即，玻璃的线性热膨胀系数-0.8X10—5，可使板与板之间的接缝保持在1-2_，而使用塑料板时板之间的接缝的尺寸为9-10_。[2]很容易对片长度和宽度方向的热膨胀的公差进行计算:
[0006]AL = β XLX ΔΤ
[0007]其中，β是线性热膨胀系数，L是片的长度；
[0008]AT为应用温度范围。将塑料也暴露于紫外辐射下。该辐射导致材料随时间而变黄。这种变化改变了图像质量，降低了对比度。
[0009]与无机材料不同，塑料还具有另一个负面的特征，即对气体和蒸汽具有吸湿性和高渗透性。这就对该材料的使用造成了很多技术上的限制。聚集在塑料下面的湿气可以从片的背面吸收(通常，外表面被乙烯基膜密封，从而不具有吸湿性)。因而，有时，随着湿度和/或温度的改变，所积累的湿气可能会回到两个表面，包括外部的表面。
[0010]塑料的另一个缺点是，在暴露于紫外线不久之后它会变黄。就本性而言，塑料并不抗UV线。近年来，不具有特殊保护(在结构中具有UV稳定剂或者在表面上具有UV保护层)的塑料变得不适于进一步的应用。在透明和奶白色材料中，太阳的破坏作用尤为显著。变黄和混浊化将导致透光度明显下降，视觉效果明显损失。这种不具有任何保护的片只适合在室内使用。本发明中使用的无机材料不暴露于UV辐射下，大大扩展了本发明的领域。
[0011]本发明的顶层的另一个优点在于其高熔点-1450°c，而塑料的熔点为250°C，并且作为用于制造透镜的一种主要材料，其软化温度为145°C。该优点扩展了本发明的应用领域，使其在暴露于高温时更具有实用性。
[0012]塑料屏对于大多数化学物质都具有抵抗力，但是当接触屏幕的表面时，化学物质依然会导致其损坏。在塑料屏暴露于化学物质的表面区域，可能会出现导致变色、混浊等的裂纹。当固定或者使片弯曲(即，塑料纤维受力的位置)时，所产生的裂纹(仅在显微镜下可见)可能会促使更深裂纹的形成。应当保护塑料屏以避免侵蚀性化学物质，诸如丙酮、酮、各种酯类、调味(flavored)和氯化烃类、醇和碱基洗涤剂、氨水、各种胺的侵入。
[0013]本发明的另一个优点在于，无机材料的外层关注到了环境的所有的影响。该外层保护面板免于受到机械载荷，确保对侵蚀性环境(大部分酸和碱)、有机溶剂、湿气、温度极限(具有比塑料更宽的范围)和紫外线的抵抗力。
[0014]本发明的优点还包括易于安装。按照与瓷砖相同的方式将面板贴附到表面上。
【发明内容】
[0015]本发明意在解决前面提及的技术问题。本发明的目的在于改善透镜片的耐用性，保护其光学性质，增大其机械强度，并降低面板损坏时透镜片所带来的危险。本发明的目的还在于扩展透镜片的应用领域。
[0016]本发明涉及一种透镜片，其与编码图像配合能产生一种光学效果。透明的透镜片由一个平坦表面和另一个具有多个透镜的表面组成，其中透镜片由无机玻璃制成。
[0017]本发明还涉及一种具有彼此平行排列的多个柱面透镜的透镜无机玻璃片的制造方法。该制造方法包括以下步骤:
[0018]a)玻璃熔化；
[0019]b)在辊子之间辊压玻璃；该步骤的特征在于其中一个辊子具有负表面柱面透镜，以形成柱面透镜。
[0020]所要求保护的方法还包括玻璃的热或化学硬化，以及将编码图像施加于无机透镜片上的步骤。
[0021]正如已经指出的，此处无机材料对于多种外部因素具有更大的抵抗力。
[0022]无机材料提供了抗化学和UV辐射性质。化学或者热硬化改善机械性能。其防止裂纹的发生和扩散，增大抗撞性能以及对外部因素的抵抗力。这些方面有助于长时间地保持透镜片的光学特征。
[0023]化学硬化可以用于厚度小于或等于3.0Omm的透镜片。由经硬化的无机材料制成的给定厚度的透镜片的强度远高于塑料透镜片的强度。当受到非常强的冲击时，该冲击会导致透镜片破损，无机透镜片的碎片对人造成的危险更小。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]通过结合附图对本发明的详细说明，本发明的实质及其优点将清晰可见，其中:
[0025]图1显示具有本发明的透镜片的面板的一部分；
[0026]图2显示经过硬化的无机透镜片的内应力；
[0027]图3显示根据本发明制造无机透镜片的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028]如图1中所示，透镜面板2用于产生感知的光学立体效果，其吸引人之处在于用做广告和/或作为装饰性面料。感知图像的改变取决于观察者的视角。根据透镜面板2的类型，观察者能够看到改变位置或具有深度感的多个图像的交替，其称作三维图像。这种光学效果相应于由Gabriel Lippmann所开发的方法。
[0029]透镜面板2由透镜4组成，透镜4也称作无机透镜片4，其与编码图像6相连接。透镜4具有一个涂有编码图像6的平坦表面，而第二前表面设有平行设置的柱面透镜8 (线14彼此平行)。柱面透镜8平行，它们构成了圆柱体的一部分。柱面透镜8可以是从圆柱体的中心切割一定长度的半圆柱形或者更小的管的形式。编码图像6可以通过特殊的印刷机被直接施加到透镜4的下部，或者被印刷到附加的介质(纸张、薄膜)上并与透镜4连接。使用特殊的软件产生编码图像6。由于柱面透镜8的形成位置，所感知的特殊编码的图像随观察者相对于透镜面板的横向位置而改变。
[0030]图2示意性示出了透镜4，其一个表面具有柱面透镜。
[0031]可使用无机材料，因为其对化学物质、机械强度和UV辐射的抵抗力。玻璃表面的硬度抗划伤。透镜片4的几何形状取决于圆柱体的形状、其厚度、其折射率、观察到所需光学效果的优选距离。透镜片的几何形状在本领域中是公知的。透镜片4的厚度大于或等于1.0Omm0
[0032]图2示意性显示沿Z轴方向通过透镜片厚度的应力偏差。图2显示所形成的柱形部分尺寸小于半个圆柱体。本【技术领域】的专家可以描绘出与具有柱面透镜的透镜片等效的预应力。在透镜片的厚度方向，预应力改变。预应力的值相对于透镜片的中面(medianplane)对称。应力中心平行于平面，并且处于两个表面间的中间位置。在存在透镜之处可以观察到应力分布的不对称性。
[0033]透镜片的厚度包括处于第一平坦表面上的第一层18，和处于第二表面上的容纳了部分平行圆柱体的第二层18。两个外层18确定了中央层20。层18和中央层20在透镜片的厚度方向形成，并且通常是平行的。这些层的预应力改变。可以看出，在这些层的连接位置，偏差等于零。
[0034]当透镜片4未受到外界机械影响时，层18在两层中的预应力相同。在层18中施加的预应力为压缩应力σ。。各压缩应力σ。的积累在层的厚度方向改变，朝每个外表面表现出第一最大值Ml。
[0035]中央部分20显示预应力στ，其为拉伸应力στ。拉伸应力στ在透镜片的厚度方向改变。该应力为第二最大值M2，其处于其厚度的中间位置。拉伸应力的积累使张力增大。我们强调压缩应力σ。的强度等于拉伸应力στ，使透镜片4达到机械平衡。
[0036]沿图2的曲线轮廓图，压缩应力面积之和等于拉伸应力面积。
[0037]在透镜片4发生弯曲的情况下，一层发生压缩，另一层发生拉伸。因而，横跨拉伸边界的应力等于第一最大值Ml。也改善了抗划伤性。应当注意，对无机透镜片的硬化将延长材料4的寿命。透镜耐外界环境而不必牺牲强度。这些性质有助于长期地保持透镜片的透镜4的光学性质。
[0038]透镜片在本发明的赋予其形状和应力的制造周期中，获得其机械和光学性质。还可以通过化学硬化获得耐性。对于所形成的透镜片4，将其浸入温度介于350°C到450°C之间的浴液中使其膨胀。浴液包括钾盐溶液。由于热量，透镜片4表面上的钠离子迁移到浴液中，且被存在于浴液中的钾离子置换。请注意，钾离子比钠离子多。化学硬化增大了冲击强度。这对于总厚度小于3mm的透镜片4的硬化而言尤为重要。
[0039]对于厚度大于3_的透镜片4，可采用另一种方法即热硬化。图3中显示了这一工艺，还显示了透镜片4的形成。
[0040]该方法包括玻璃熔化的步骤100。在熔炉中使材料达到熔化温度。该温度是从1500°C到1600°C可调的，以去除杂质和气泡，杂质和气泡会影响玻璃的光学性质。然后开始辊压步骤102，使熔化的无机玻璃通过辊子之间。将辊子设置成垂直于熔流方向。轴平行；并且它们之间的距离能够实现透镜片4的必需的厚度。一个辊子具有负柱面透镜表面，形成最终产品中期望得到的柱面透镜8。辊压阶段赋予了玻璃的形状。然后，开始退火步骤104，使无机材料缓慢地冷却到275°C到225°C之间的温度。此后，在开放空间中使无机材料冷却到I (TC到30°C的温度。
[0041]下一阶段是进行简单储存和处理的初切割步骤106和存储步骤108。之后，无机材料得到最后成型。由于热或化学硬化，第二部分处理能改变其机械性质。
[0042]工艺的第二部分开始于步骤110，将透镜二次切割成其将要使用的尺寸。该尺寸可以大于Im长和Im宽。
[0043]下一步112是形成边缘轮廓，改变工位对透镜片进行打孔。然后通过步骤114对玻璃进行清洁。
[0044]下一步116是加热，使温度达到550°C和750°C。在给定温度范围下，无机材料是挠性的，并且可以变形。在该步骤之后立即开始片硬化118。将透镜片暴露于温度从550°C下降到小于350°C的空气流10秒钟。将空气流从两侧引向透镜片。因而透镜片被硬化。在这一阶段完成硬化，并使温度变为室温。注意，在硬化步骤118之前执行切割步骤110和成型步骤112，一旦最后一个步骤完成，则不再对无机材料进行处理。
[0045]由于硬冲击和透镜面板的破坏，需要在热处理阶段改变透镜片的状态。在透镜片发生破坏的情形中会出现小碎片，碎片的尺寸小于透镜片的厚度。
[0046]根据一种可选择的硬化方法，将无机材料在550°C和300°C之间的范围内冷却超过10秒钟，即超过600秒。这种选择能够进一步增大玻璃的拉伸强度。破裂处的抗挠强度可以大于120N/mm2。
[0047]根据本发明的另一实施方案，本发明的某些阶段可以被省略。特别地，该方法可以进行到步骤104和切割步骤110。
【权利要求】
1.透镜片(4)，用于在装饰面板中产生其中编码的图像(6)的光学立体效果，其包括一侧上的透明的平坦表面，以及另一侧上的彼此平行设置的多个柱面透镜，其中所述透镜片(4)由无机玻璃制成。
2.根据权利要求1的透镜片，其中，通过热或化学硬化完成所述无机透镜片(4)。 4.制造根据权利要求1的无机透镜片(4)的方法，其包括以下步骤: a)玻璃熔化(100)， b)通过在两个轴之间辊压(104)熔化的玻璃(104)而形成片(4)，其中，一个轴具有平坦的表面，而另一个轴具有负透镜形状，因此在片(4)的另一侧上形成多个彼此平行排列的柱面透镜， c)按照此处所使用的装饰面板的比例进行初切割。
3.根据权利要求2的方法，其中在步骤(b)之后，根据所需的片(4)的厚度提供进一步的化学或热硬化。
4.根据权利要求3的方法，其中，对于厚度小于3mm的片进行化学硬化，优选将所述片浸入包括钾盐熔液的浴液中。
5.根据权利要求3的方法，其中，对于厚度大于3mm的片进行热硬化，优选在约550°C和300°C之间的范围内冷却约10-600秒之间的时间。
6.根据权利要求5的方法，其中，在热硬化的步骤之后(步骤(118)之前，进一步提供由边缘修饰(110)、清洗(114)、加热(116)组成的一系列步骤。
【文档编号】B29D11/00GK104204908SQ201380007637
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】D·比特尤斯基, A·卡尔洛夫, I·维安斯科夫斯基, R·库勒涅夫 申请人:D·比特尤斯基, A·卡尔洛夫, I·维安斯科夫斯基, R·库勒涅夫