CN101780699B - 微结构成形装置及采用成形装置进行微结构成形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微结构成形装置及采用成形装置进行微结构成形的方法，其中微结构成形装置包含驱动模块、模板及加热模块。驱动模块具有容置空间及膜体，且容置空间与膜体相连通。模板具有微结构，微结构设置于模板的一侧。加热模块用于加热基材。其中，当基材被加热模块加热至可塑状态时，充填流体至容置空间以驱动膜体移动，使膜体带动模板压印基材，以将微结构成形于基材上。

Description

微结构成形装置及采用成形装置进行微结构成形的方法

技术领域

本发明涉及一种微结构成形装置及采用成形装置进行微结构成形的方法，尤其涉及可在基材上准确精密成形微结构的技术领域。

背景技术

近年来，由于液晶屏或液晶电视等需求量大幅提升，因此导光板的生产及制造技术需求便随之提升。一般为了提升导光板的导光效率及降低生产成本，在导光板上利用注射方式使导光板上成型微结构。

然而，利用注射方式成型微结构时，受限于成型技术，当微结构越小(小于0.8微米)时，注射良率会大幅下降。此外，当导光板的尺寸越大时，由于导光板受重力产生变形弯曲(bending)的现象，使得位于导光板上的微结构的精准度不足，导致导光板无法发挥理想均光的效果。

此外，也有业界尝试利用微热压印法(Hot Embossing)的方式制作微结构。微热压印是微机电系统制造领域之中重要的微结构复制成型技术，其利用电铸镍模板上面的微结构复制至待压印物，以完成制造高精度与高质量的微机电成品。

现有的微热压印技术，是利用压板结构来加热加压。压板本身具有加热冷却功能，又称为热盘。压板内的加热器或加热管路发热后，先加热整块热盘，再利用热传导方式，将热量传递至压板上的模具与塑料。以使塑料达到软化温度，才能进行压印。在冷却阶段，通过压板内的冷却管路通入冷流体，需先冷却整块压板，才能冷却待压印物。此种压板式热盘加热冷却方式，需将整块热盘升温及降温，每一循环约需花费数十分钟至数小时，制程耗时且浪费能源。

此外，微热印成型法在执行热压印时，由于压板中间处压印力大，靠近压板边缘处则压印力小。因此，在实施微热压印成型法时，通常以硅胶板(Silicone Rubber)作为模具缓冲衬垫使模具与待压印物能紧密贴合，以缓和与平衡压力不均的影响，使成型达到均匀。然而硅胶板容易伸张变形，且受限于固态材料本身的伸张特性，压印力无法达到理想的均匀分布状态。在充填阶段，压印力分布得不均会导致塑料收缩不均匀，严重影响成品微结构复制后的尺寸。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种微结构成形装置及采用成形装置进行微结构成形的方法，以解决现有技术的微结构成型不均或成形时间过慢等问题。

根据本发明的目的，提出一种微结构成形装置，包含驱动模块、模板及加热模块。驱动模块具有主体及膜体，且主体与膜体界定有容置空间。模板具有微结构，且微结构设置于模板的一侧。加热模块用于加热基材。其中，当基材被加热模块加热至可塑状态时，充填流体至容置空间以驱动膜体移动，使膜体带动模板压印基材，以将微结构成形于基材上。

根据本发明的又一目的，提出一种微结构成形方法，包含下列步骤。首先，提供加热装置及模板，模板具有微结构。接着，加热基材，以将基材加热至可塑状态。接着，利用框体密合基材及驱动模块，驱动模块具有容置空间及膜体，且容置空间与膜体相连通。接着，填充气体至容置空间，以驱动膜体带动模板移动。最后，压印微结构至基材。

综上所述，根据本发明的微结构成形装置及采用成形装置进行微结构成形的方法，可通过充填流体以带动膜体向外扩张以均匀精密驱动模板移动，使微结构均匀压印成型于导光板上，从而可达到快速且均匀成型的效果。

附图说明

图1为本发明的微结构成形装置的第一示意图；

图2为本发明的微结构成形装置的第二示意图，其说明基材被加热装置软化至可塑状态；

图3为本发明的微结构成形装置的第三示意图，其说明通过充填流体至容置空间，以膨胀扩张膜体而推动模板压印微结构至基材上；

图4为本发明的微结构成形装置的第四示意图，其说明由框体的孔道吹送气体以辅助分离基材及膜体；

图5为本发明的微结构成形装置的第五示意图，其说明基材通过压印成形微结构；及

图6为本发明的微结构成形方法的步骤流程图。

附图主要符号说明：11为驱动模块，110为主体，111为容置空间，112为膜体，113为恒温装置，12为模板，121、161为微结构，13为框体，131为孔道，14为加热模块，15为流体，16为导光板，S11～S18为步骤流程。

具体实施方式

图1、图2及图3分别为本发明的微结构成形装置的第一示意图、第二示意图及第三示意图。图中，微结构成形装置包含两个驱动模块11、两个模板12、两个框体13及两个加热模块14。

驱动模块11具有主体110、膜体112及多个恒温装置113。膜体112可为硅胶等材质所制成的弹性(Elastic)体，并与主体110界定出容置空间111，其为压力室(pressure chamber)，且膜体112可受压力膨胀而向外扩张，且于压力释放后可因弹性回复力而回复至原位。恒温装置113则间隔设置于驱动模块11内，用以保持流体15及基材的工作温度。在此实施例中，基材可以导光板16来实施，但并不以此为限。

模板12可以精密电铸方式所制造，且模板12的一侧具有微结构121，而可将微结构121以转印复制的方式压印导光板16。框体13可为真空框架(vacuum frame)并设置于驱动模块11之间，并具有多个孔道131并用以夹持导光板16。其中，孔道131供导流由外部吹送的气体至导光板16及模板12。加热模块14分别设置于导光板16的两侧，用以对导光板16加热。当压印微结构121于导光板16时，先利用加热模块14加热导光板16，使导光板16软化至可塑状态。

图4及图5分别为本发明的微结构的第四示意图及第五示意图。接着，将驱动模块11分别压设于导光板16的两侧，使模板12与导光板16相接触。接着，抽离框体13内的空气，以使导光板结构成形装置与外界形成压差，使导光板16及驱动模块11因气密原理而紧密接触。接着，填充高压流体15至容置空间111内，由于容置空间111与膜体112相连通，而使膜体112受流体15挤压压力而向外膨胀，以推动模板12朝导光板16位移。接着，产生位移的模板12压印微结构121至导光板16上，使导光板16的两侧分别成形微结构161。由于填充于容置空间111的流体15可于各方向维持均等压力而使容置空间111保持在均压状态，因而使膜体112均匀受压而可精准推动模板12位移，使模板12的微结构121可准确精密成形复制(replicate)于导光板16上。此外，框体13及驱动模块11在压印导光板16时，因两者保持在固定位置，从而可在其中形成有限空间，以限制膜体112的变形量而可避免膜体112在充压时破裂。接着，卸除释放位于容置空间111内的流体，使膜体112不受高压外力推挤而可利用弹性回复力移动复位。最后，吹送气流至框体13的孔道131，使气体吹送至模体112及导光板16之间以辅助膜体112及导光板16分离。

图6为本发明的微结构成形方法，其包含下列步骤：

步骤S11：提供加热装置及模板，模板具有微结构；

步骤S12：加热基材，以将基材加热至可塑状态；

步骤S13：利用框体密合基材及驱动模块，驱动模块具有容置空间及膜体，且容置空间与膜体相连通；

步骤S14：抽离框体内的空气，以密合基材及驱动模块的膜体；

步骤S15：填充高压流体至容置空间，以驱动膜体带动模板移动；

步骤S16：压印微结构至基材，使基材成形此微结构；

步骤S17：卸除容置空间的流体，以释放容置空间的压力而使膜体复位；及

步骤S18：吹送气体至框体的孔道，以辅助基材及模板相互分离。

其中，所述微结构成形方法，其流体可以水、油、空气或氮气来实施，加热模块可以远红外线装置、高周波装置、卤素灯或热风装置来实施，基材可以导光板来实施，但并不以此为限。

综上所述，本发明微结构成形装置、方法及其导光板的效果在于通过填充流体至容置空间，以均匀带动模板移动，而使微结构可准确精密成形于导光板上，使得加工精度及良率可较现有的注射成形方式更佳。

本发明微结构成形装置、方法及其导光板的另一效果在于通过设置恒温装置来保持流体及导光板的工作温度，避免更换导光板或充填流体时导致导光板降温，从而可快速成形微结构。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的权利要求书中。

Claims (11)

1.一种微结构成形装置，包含：

驱动模块，具有主体及膜体，所述主体及所述膜体界定有容置空间，所述膜体为弹性体；

模板，具有微结构，所述微结构设置于所述模板的一侧；

加热模块，用于加热基材；及

框体，所述框体抽离所述框体内的空气，以密合所述基材及所述膜体；

其中，当所述基材被所述加热模块加热至可塑状态时，充填流体至所述容置空间以驱动所述膜体移动，使所述膜体带动所述模板压印所述基材，以将所述微结构成形至所述基材上。

2.根据权利要求1所述的微结构成形装置，其特征在于所述框体还具有孔道，所述孔道用于导流气体至所述基材及所述模板。

3.根据权利要求1所述的微结构成形装置，其特征在于所述驱动模块还具有多个恒温装置，所述多个恒温装置用于保持所述流体及所述基材的工作温度。

4.根据权利要求1所述的微结构成形装置，其特征在于所述流体为水、油、空气或氮气。

5.根据权利要求1所述的微结构成形装置，其特征在于所述加热模块为远红外线装置、高周波装置、卤素灯或热风装置。

6.根据权利要求1所述的微结构成形装置，其特征在于所述基材通过压印所述微结构以形成导光板。

7.一种采用权利要求1-6之一的成形装置进行微结构成形的方法，包含步骤：

提供加热装置及模板，所述模板具有微结构；

加热基材，以将所述基材加热至可塑状态；

利用框体密合所述基材及驱动模块，所述驱动模块具有容置空间及膜体，所述膜体为弹性体；

通过抽离所述框体内的空气以密合所述基材及所述膜体；

填充高压流体至所述容置空间，以驱动所述膜体带动所述模板移动；及

压印所述微结构至所述基材。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于当压印所述微结构至所述基材后，还通过吹送气体至所述框体的孔道，以辅助所述基材及所述模板相互分离。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于通过设置多个恒温装置至所述驱动模块内，以保持所述流体及所述基材的工作温度。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述流体为水、油、空气或氮气。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述加热模块为远红外线装置、高周波装置、卤素灯或热风装置。

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