專利名稱：讀出裝置及其制造過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與周圍表面形成整體的發(fā)光字符和符號讀出裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知讀出裝置都是黑色的底，通過點亮隱藏在黑底后面的圖形上的發(fā)光元件而激活黑底。這種底可以用例如黑色玻璃制造，從適當?shù)木仃嚺帕械陌l(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過這種黑色的底。在未被激活狀態(tài)時，從表面上看不出有任何讀出裝置或顯示器，這可以被看作是用在裝置上的工業(yè)設計的一個特征。能夠在任何表面上顯示字符的顯示裝置已被公眾所知，也就是說，該任何表面不是黑色的也可以。這就需要從安裝在顯示器前面的投影儀上投影，并且不適用于家用裝置。
此外，將玻璃板用作指示燈(light guides)也已被公眾所知，在這種應用中，光線照在其邊緣上，可以讀出玻璃元件平面上的字符。但是所述結(jié)構(gòu)中均不能使用金屬表面，就一般裝置而言，只能使用玻璃表面。但是裝置的正面使用諸如拋光的鋁表面也是完全可能的。
為了制作半透明鋁片，要鉆孔，并且大量挨在一起的孔提供一種結(jié)構(gòu)，在一定光線的條件下，該結(jié)構(gòu)看起來仍然是沒有破壞的金屬表面，激活一個發(fā)光二極管矩陣來顯示發(fā)光的字符。然而，在某些其他光線的條件下，很可能仍然被看到是一個孔矩陣，并且發(fā)光的字符只能在圍繞軸心的一個狹小的范圍中，也就是幾乎完全正面時(almost frontally)，才能看出。而且，鉆孔也會破壞表面的氧化保護層，造成光線折射使得看得出顯示器的輪廓樣子。鋁已經(jīng)被人們認識到它可以被蒸發(fā)沉淀到一個半透明的表面上，使其表面既半透明又具有完全的金屬反射，但是這項技術(shù)的使用需要類似玻璃的材料，這種材料要能安裝在鋁面周圍，或?qū)⒄麄€面覆蓋起來，這樣一來鋁結(jié)構(gòu)的整體印象就被破壞了。

發(fā)明內(nèi)容
實際上，最理想的是既能得到固體金屬表面的效果，而對許多含鐵的(如不銹鋼合金等)或非含鐵的(如鋁、鈦、鋅及其合金等)金屬又是半透明的。這就是此發(fā)明的目的，即提供一種顯示裝置，它在表上沒有上述的局限性。這種效果是從結(jié)構(gòu)上得到的，特別是材料上的孔洞從背面(reverse side)成型，該結(jié)構(gòu)從正面(front surface)到后面(rear)可見有一個與含鐵的或非含鐵的金屬半透明層融為一體的、視覺上一致的、與周圍表面的保護層接觸的外部透明或半透明保護層，以及該外部透明或半透明保護層的增強結(jié)構(gòu)，該加固結(jié)構(gòu)提供了為顯示信息而需要的光源入口。
該發(fā)明的具體實施方式

特別在于外部半透明或透明保護層是一種漆層(a lacquer layer)，該漆層較硬且具有韌性，外部半透明或透明保護層是一種漆層，該漆層較硬且具有韌性，并且具有在使用中適用于含鐵的或非含鐵的金屬漆所希望的透明度。對漆的實際選擇，可以是漆(lacquer)、或清漆(varnish)、或瓷釉(enamel)，它們均符合條件，這種選擇對有技能的在金屬表面處理領(lǐng)域中工作的人員來說是一個眾所周知的工作。對于具有高于所討論的瓷釉的熔點的合金和純金屬來說，瓷釉可能具有玻璃的特點。
此發(fā)明中鋁的應用進一步的具體實施方式

還在于，從正面(frontsurface)一直到中間所看到的孔洞的底部，有一個與周圍表面的氧化層結(jié)合成一體的外部透明氧化層、以及半透明鋁層。
在該發(fā)明的另一個實施例中，所述層的增強結(jié)構(gòu)也同時作為光源的載體。
本發(fā)明的一個可取實施例還在于，增強結(jié)構(gòu)是在一個大小穩(wěn)定的鑄造復合物(casting compound)中制造，它支持外部層并且裝有光源的固定夾具(fixture)，以便光可以向外層各方向照射。重要的是該鑄造復合物在固化過程中，沒有表現(xiàn)出任何的收縮和膨脹，這是因為它作為顯示區(qū)部分的材料消化了其正面(front)外表的改變。這個鑄造復合物也必須支撐光源，以便光源被安置的盡量靠近正面(front)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個可取實施例，為了使裝置盡可能的具有較大的溫度穩(wěn)定性，要使用相似性能的材料，因為固定夾具是與孔洞尺寸基本相同但適當減少的用做原坯的金屬中的一個元件，并且鑄造復合物是半透明的并填充金屬元件和孔洞之間的間隙。
根據(jù)一種可以減少讀出裝置局部發(fā)熱的簡化的結(jié)構(gòu)，固定夾具夾持能夠傳遞更遠光源的光線的光纖的末端。
根據(jù)另一個簡化結(jié)構(gòu)，較低功率的發(fā)光二極管靠近作為顯示區(qū)域使用的正面(front surface)。
此發(fā)明也涉及讀出裝置的生產(chǎn)過程，特別是至少包括以下步驟，但不是必須按所列順序1.在坯上鉆一個孔，符合最終孔的形狀的要求以及深度，該深度留有足夠的材料使正面的保護層不受力；2.透明或半透明的保護層沉淀在坯的正面上；3.類似于蝕刻工藝(an etch-like process)，如在孔洞的底部進行激光磨削或在原子級別上材料的類似磨削(removal)，直到得到適當?shù)陌氚胪该鞫龋?.留在底部的材料可防止氧化；5.在孔洞中安裝增強結(jié)構(gòu)；6.在洞和增強結(jié)構(gòu)之間剩下的空隙中澆鑄化合物；7.將光源放置在增強結(jié)構(gòu)中。
在這個方法中，做孔的實際操作是由有經(jīng)驗的工作人員根據(jù)選擇的材料決定。如對于某些材料，使用鉆(milling)、或鏇鉆(turning)、或磨鉆(grinding)是有利的，而其它具有隨時校準打孔的快速操作會使工作效果更好。做孔可以在表面成型(surface texturing)(不同于表面保護)以前或以后，表面成型可以采用刷(brushing)、敲打(shot peening)、或磨等方法。打洞也是一個包括電蝕的多步驟的過程。有經(jīng)驗的技工能夠決定對于一個具體的產(chǎn)品方法中的各個加工步驟是否妥當。
可取的鋁坯加工方法包含下列步驟，但不是必須按所述順序1.在坯上鉆一個孔，符合最終孔的形狀的要求以及深度，該深度留有足夠的材料使正面的氧化層不受力；2.類似于蝕刻工藝(an etch-like process)，如在孔洞的底部進行激光磨削或在原子級別上材料的類似磨削(removal)，直到得到適當?shù)陌氚胪该鞫龋?.將底部保留的材料的一部分用電解法改變成鋁氧化物；4.將光源固定夾具固定在孔洞中；5.在孔洞和固定夾具之間剩下的空隙中澆鑄化合物。
控制材料磨削(removal)的更可取的方法是，將材料處于高功率激光器的脈沖下，與其它運用此種技術(shù)的應用不同，如果從鋁坯正面通過耦合到激光器的控制電路的自適應光傳感器(adaptive light sensor)去測量材料的半透明度，就很容易控制操作，即不用靠激光到被加工材料的直接反射來加工。依賴于消融高功率激光(ablating high power laser)的波長，使用測量材料半透明度的獨立的光源，特別是使用具有與顯示器組成一體的原光源相同的波長分布的光源，也是可取的。


本發(fā)明的具體描述請參見附圖，其中圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的一個顯示的外觀；圖2揭示了加工的第一階段上的坯樣；圖3揭示了加工的下一階段的結(jié)果；圖4揭示了加工的下一個步驟；圖5揭示了加工的下一個步驟以及精度；圖6a和圖6b揭示了根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置的完工后的孔洞的兩個視圖；圖6c揭示了根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置的完工后的孔洞的更詳細的視圖；圖7揭示了安裝有光源固定夾具的孔洞。
具體實施例方式
圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的顯示器裝置的結(jié)構(gòu)。具有適當表面拋光(surface finish)的鋁板3上已有孔洞，孔洞內(nèi)圍繞光源支架固定夾具1澆鑄了鑄造復合物(casting compound)2。圖1也顯示了當光照時以ALUDISPLAY字樣顯示時該顯示裝置的外觀。表示點矩陣圖樣的園點的大小不是表示每個光點的大小，而是其感知的亮度。當顯示裝置關(guān)閉時，看不出顯示區(qū)和周圍鋁材料表面有什么不同。
圖2圖示意性地揭示了研磨刀具4如何在坯6上備孔，也示意性地揭示了坯6的正面(front surface)如何被工具8拋光，工具8可以是磨輪、或拋光輪、或金屬絲刷、或輕打操作工具(shot peening operation)。這些加工操作的順序?qū)⒂捎薪?jīng)驗的技師決定。由切削過程產(chǎn)生的力量決定了鉆孔達到的深度，由于對顯示器正面的氧化層沒有任何影響，也就是氧化層沒有任何龜裂，所以能清楚的表現(xiàn)出顯示器的位置。
隨后，具有預先加工部分9的坯處于裝飾性陽極氧化(decorativeanodisation)或涂/漆狀態(tài)，其具有透明層，以在加工完成階段之前保護正面。中間結(jié)果示意性地表示在圖3中。在圖3中，11是陽極氧化層，該陽極氧化層一般有5-25微米的厚度，10表示鋁的下表面。
為了減少顯示區(qū)鋁的厚度而又不使正面氧化層受力，通過激光融削過程而獲得逐步磨削(removal)的方法(首選的方法)。在圖4中，示意性地揭示了激光束12、激光鏡片(laser optics)13、以及激光束達到的不同深度。要注意的是，孔洞底部的陽極氧化層14也同時被磨削(removed)(該過程在氧化氣氛中進行，則可被氧化薄層代替)。
圖5示意性地揭示了加工孔洞的最后過程，在選擇的地方(點按照一定規(guī)則或光柵原理分布)，高功率的激光器如千萬億分之一秒的激光(afemto-second laser)被用來鉆孔，鉆到顯示器正面的10-30nm的深度(從金屬鋁到裝飾性氧化物(decorative oxide)之間)。鉆孔由光感應器17監(jiān)視，該光感應器17提供一個輸入信號去控制激光15、16的功率和/或深度。圖5中a是一個放大圖，表示出非常薄的半透明鋁層保留在每個孔的底部或真空法沉淀的鋁層保留在透明的氧化層上?？梢匀サ?remove)預先確定的圖案中的幾乎全部鋁，因為這會在一般的光線下給出圖案的細微流動樣的可見度(a slightly floating visibility)，而圖案會象本應用中所描述的那樣通過照射而被再次增強，或者圖案由于光源產(chǎn)生不同的圖案而消失。
圖6a和6b最終揭示了根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置的外殼是如何在加工后形成的。
圖7揭示了許多單獨就位的光源的固定夾具是如何安裝并固定在一個孔洞中，直到鑄造復合物(casting compound)固化在固定夾具周圍，這樣顯示裝置就可以準備使用了。顯示裝置完全支持正面氧化層，并且熱膨脹系數(shù)可以在非常大的溫度范圍內(nèi)得到。如果固定夾具的溫度性能與鋁材料相似，則顯示區(qū)域表面與固體鋁沒有差別，即使接觸時也沒有差別。
本發(fā)明將用下面的例子做進一步的說明。
一個10mm直徑的薄片用車床車成100微米的鋁片。然后在其兩面陽極電鍍成15微米厚的陽極氧化層。這個半成品按照德國Laser-laboratorium Gottingen eV.，P.O. BOX 2619，D-37016Gottingen，Germany的發(fā)明的一個方面，用融削激光(ablative laser)處理。在準備好的薄片上做出許多1mm×1mm的方點，直到每個點都達到0.1％的半透明度。每個點由基本為圓柱形(但實踐上呈微小圓錐)的10×10格柵組成，微孔直徑40μm，點中心到中心的距離是100μm。近距離檢查可見孔的截面有細微的邊楞。在沒有經(jīng)過處理的薄片的一邊使用UV激態(tài)原子千萬億分之一秒激光(UV-Excimer femto-second laser)和使用CCD相機，以確定每一個微孔的合適半透明度何時能夠獲得，這樣，激光束被停止并移到格柵中的下一個位置。在一些情況下，因為表面的粗糙，加工時鋁損耗過多，微孔的最終的半透明度已經(jīng)過高。但是對最終產(chǎn)品的正面的視覺的檢查，即使在顯微鏡下(放大倍數(shù)為x100)和從邊上有角度的照射時，也不能顯示這些高半透明度的點的位置，因此在實際產(chǎn)品上被認為是無意義的。圖6c沒有標刻度，其揭示了微孔的布圖以及孔洞底部的加強肋結(jié)構(gòu)。
發(fā)光二極管是安裝在薄片的一面的洞中，而另一面即正面在陽光和在黑暗處觀察，從120℃度角觀察，從實體的鋁表面可以很清楚的看到點圖案，并且在明朗的日光下，紅光可以在最多3-4米處看到。而藍二極管可見度差一些，最遠只能到1米。當發(fā)光二極管LED關(guān)閉時，在正面，即是使用手持放大鏡也完全看不到激光蝕刻處理的痕跡，其表面是十分均勻的。
提供各種各樣的明顯實體但卻是半透明的顯示，如點矩陣顯示、靜電文本(static text)或符號顯示、或動力文本(dynamic text)或符號顯示，這處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。類型的選擇可能受半透明元件實際形狀的影響，因為孔洞的底部基本是光滑和半透明的(在顯示字符和符號時提供非常高的分辨率)，或者因為孔洞的底部主要是被像格柵樣的結(jié)構(gòu)或金屬肋(如相當于點矩陣類型顯示)圍繞的半透明島(translucent islands)構(gòu)成。只能在顯示的背面看到的這種隔柵結(jié)構(gòu)提供了結(jié)構(gòu)的再次增強并改善了金屬元件和插件之間的連接點。
權(quán)利要求
1.一種與含鐵或非含鐵金屬的周圍表面形成整體的發(fā)光字符和符號讀出裝置，其特征在于，材料上的孔洞從背面成型，從正面向后面觀察，所述讀出裝置含有一個與含鐵的或非含鐵的金屬半透明層融為一體的、視覺上一致的、與周圍表面的保護層接觸的外部透明或半透明保護層；以及該外部透明或半透明保護層的增強結(jié)構(gòu)，該加固結(jié)構(gòu)提供了為顯示信息而需要的光源入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出裝置，其特征在于，外部半透明或透明保護層是一種漆層，該漆層較硬且具有韌性，并且具有在使用中適用于含鐵的或非含鐵的金屬漆所希望的透明度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出裝置，其特征在于，外部透明或半透明保護層是玻璃質(zhì)的瓷釉或陶瓷質(zhì)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出裝置，其特征在于，外部透明或半透明保護層是一種由陽極電鍍而得到的氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的讀出裝置，其中，金屬是鋁，其特征在于，從正面一直到中間所看到的孔洞的底部，有一個與周圍表面的氧化層結(jié)合成一體的外部透明氧化層、以及半透明鋁層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出裝置，其特征在于，含鐵或不含鐵金屬的半透明層部分在預先確定的圖案中是基本透明的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出裝置，其特征在于，所述層的增強結(jié)構(gòu)也同時作為光源的載體。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求的任何一個權(quán)利要求的讀出裝置，其特征在于，增強結(jié)構(gòu)是在一個大小穩(wěn)定的鑄造復合物中制造，它支持外部層并且裝有光源的固定夾具，以便光可以向外層各方向照射。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的讀出裝置，其特征在于，固定夾具是與孔洞尺寸基本相同但適當減少的用做原坯的金屬中的一個元件，并且鑄造復合物是半透明的并填充金屬元件和孔洞之間的間隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的讀出裝置，其特征在于，固定夾具夾持能夠傳遞更遠光源的光線的光纖的末端。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的讀出裝置，其特征在于，較低功率的發(fā)光二極管靠近作為顯示區(qū)域使用的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或6的讀出裝置，其特征在于，該讀出裝置安裝在電子儀器柜體的顯著可見的外部內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的讀出裝置，其特征在于，柜體的顯著可見的外部是柜體的一個結(jié)構(gòu)部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的讀出裝置的生產(chǎn)過程，其特征在于，包括以下步驟在坯上鉆一個孔，符合最終孔的形狀的要求以及深度，該深度留有足夠的材料使正面的保護層不受力；透明或半透明的保護層沉淀在坯的正面上；類似于蝕刻工藝，如在孔洞的底部進行激光磨削或在原子級別上材料的類似磨削，直到得到適當?shù)陌氚胪该鞫?；留在底部的材料可防止氧化；在孔洞中安裝增強結(jié)構(gòu)；在洞和增強結(jié)構(gòu)之間剩下的空隙中澆鑄化合物；光源相對于增強結(jié)構(gòu)放置。
15.根據(jù)權(quán)利要求5的讀出裝置的生產(chǎn)過程，其特征在于，包括以下步驟在坯上做一個孔，符合最終孔的形狀的要求以及深度，該深度留有足夠的材料使正面的氧化層不受力；類似于蝕刻工藝，如在孔洞的底部進行激光磨削或在原子級別上材料的類似磨削，直到得到適當?shù)陌氚胪该鞫?；將底部保留的材料的一部分用電解法改變成鋁氧化物；將光源固定夾具固定在孔洞中；在孔洞和固定夾具之間剩下的空隙中澆鑄化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種與周圍表面形成整體的發(fā)光字符和符號讀出裝置，信息顯示是從固體金屬中顯示的。為了得到像鋁的半透明的物質(zhì)，按照現(xiàn)有技術(shù)，玻璃具有附著在正面上的鋁汽化固體，未被激活時，二極管矩陣顯示是隱藏在半透明物質(zhì)后面的，激活時，可以看到。為了避免使用玻璃和制造金屬表面，并且避免在各種光線下顯示器表面之間的差別，其表面是用構(gòu)成周圍部分的金屬材料制成的。在后面形成一個孔洞，孔洞底非常薄，因此可使用蝕刻方法或類似的方法使表面半透明。氧化層支撐半透明層，并在洞內(nèi)有內(nèi)部支撐，該支撐也裝有光源的支撐物。
文檔編號G09F13/20GK1549993SQ02816814
公開日2004年11月24日 申請日期2002年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
發(fā)明者亨瑞克·亨瑞克森·布拉特, 亨瑞克 亨瑞克森 布拉特 申請人:邦&奧夫森公司