CN110908020B - 整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法，该制作方法包括：预制一个具有预定微结构的单穴金属母模；利用单穴金属母模上的预定微结构并在单穴金属母模上连续执行金属模板制作步骤，获得多个具有所需微结构的金属模板；将多个金属模板拼接形成整版多穴菲涅尔微结构模具。本发明的整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法可以仅用到一个单穴金属母模，再以该单穴金属母模反制出多个同样的金属模板，可实现在降低成本的基础上，保证整版多穴菲涅尔微结构模具的整体性能。

Description

整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法

【技术领域】

本发明涉及透镜加工技术领域，具体涉及整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法。

【背景技术】

假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面，那么拿掉尽可能多的材料，而保留表面的弯曲度，仍能达到相同的聚光效果，这样就可大幅降低镜片的重量和厚度，菲涅尔透镜由此诞生，菲涅尔透镜的生产制造一般要借助菲涅尔微结构模具。

目前常用的制作菲涅尔微结构模具的方式有以下几种：

1)金刚石车削加工方式：这种方式在制作整版多穴菲涅尔微结构模具时，需加工多个单穴金属母模，再由多个单穴金属母模拼接成整版多穴菲涅尔微结构模具，但金刚石加工成本很高；

2)光刻法：利用光刻法可制备整版多穴菲涅尔微结构模具，但光刻设备昂贵；

3)电铸复制法：首先加工单穴金属母模，再采用电铸复制法复制多个后进行拼接形成整版多穴菲涅尔微结构模具，但是在复制的过程中易出现脱模断裂缺陷，且复制多次后，易产生结构表面缺陷增多等问题，很难保证整版多穴菲涅尔微结构模具的结构精度。

因此，故上述三种方式大大提高了整版多穴菲涅尔微结构模具的加工成本或使得整版多穴菲涅尔微结构模具存在性能问题，难以在成本和性能上做到兼顾。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种可兼顾成本和性能的整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

提供一种整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法，包括：

预制一个具有预定微结构的单穴金属母模；

利用单穴金属母模上的预定微结构并在单穴金属母模上连续执行金属模板制作步骤，获得多个具有所需微结构的金属模板；

将多个金属模板拼接形成整版多穴菲涅尔微结构模具。

作为所述制作方法的进一步改进，所述金属模板制作步骤包括：

在预定微结构所在区域均匀填满UV胶；

在UV胶上盖上软基板，使得UV胶紧贴到软基板上；

取下软基板，并在软基板上的UV胶的表面电铸形成金属模板。

作为所述制作方法的进一步改进，所述在预定微结构所在区域均匀填满UV胶包括：

将UV胶注入到预定微结构所在区域；

对UV胶进行抽真空，使得UV胶均匀填满预定微结构所在区域。

作为所述制作方法的进一步改进，所述在UV胶上盖上软基板，使得UV胶紧贴到软基板上包括：

取与UV胶粘接性强的材料制成软基板；

将软基板盖合到UV胶的上方；

将带有软基板、UV胶的单穴金属母模置入UV固化设备中进行固化，使得UV胶紧贴到软基板上。

作为所述制作方法的进一步改进，所述取下软基板，并在软基板上的UV胶的表面电铸形成金属模板包括：

取下软基板，使得软基板、UV胶与单穴金属母模分离；

在UV胶的表面形成一层导电膜；

在导电膜上电铸形成金属模板。

作为所述制作方法的进一步改进，所述预制一个具有预定微结构的单穴金属母模通过金刚石车削加工的方式实现。

作为所述制作方法的进一步改进，在所述预制一个具有预定微结构的单穴金属母模之后还包括：对获得的单穴金属母模进行清洗，使其表面清洁。

作为所述制作方法的进一步改进，所述将多个金属模板拼接形成整版多穴菲涅尔微结构模具包括：

预制一个能够容纳多个金属模板并能够对各个金属模板限位的载体；

将多个金属模板放入到载体内。

作为所述制作方法的进一步改进，所述载体形成有多个与金属模板的外形相匹配的槽孔。

作为所述制作方法的进一步改进，所述将多个金属模板放入到载体内包括：

将多个金属模板同时或依次放入到载体内；

在金属模板的背面进行灌胶，使得金属模板与载体实现紧固连接。

本发明的有益效果在于：

依据以上实施例中的整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法，通过预制一个单穴金属母模，再以该单穴金属母模为基础，对该单穴金属母模进行连续、反复应用，最终获得多个具有与单穴金属母模的结构相对应的所需微结构的金属模板，再对多个金属模板进行拼接即可形成整版多穴菲涅尔微结构模具。在整版多穴菲涅尔微结构模具的整个制作过程中，仅需用到一个单穴金属母模，再以该单穴金属母模反制出多个同样的金属模板，可实现在降低成本的基础上，保证整版多穴菲涅尔微结构模具的整体性能。

【附图说明】

图1为根据本发明实施例所提供的一种整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法的流程图；

图2为根据本发明实施例所提供的一种整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法中的第一阶段的制程示意图；

图3为根据本发明实施例所提供的一种整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法中的第二阶段的制程示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

本发明实施例提供了一种整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法(下文简称“制作方法”)，通过该制作方法可获得整体性能稳定且所花费成本低的整版多穴菲涅尔微结构模具。

在本发明实施例中，制作方法可以包括以下几个步骤：

S10、预制一个具有预定微结构的单穴金属母模；

S20、利用单穴金属母模上的预定微结构并在单穴金属母模上连续执行金属模板制作步骤，获得多个具有所需微结构的金属模板；

S30、将多个金属模板拼接形成整版多穴菲涅尔微结构模具。

本发明实施例通过预制一个单穴金属母模，再以该单穴金属母模为基础，对该单穴金属母模进行连续、反复应用，最终获得多个具有与单穴金属母模的结构相对应的所需微结构的金属模板，再对多个金属模板进行拼接即可形成整版多穴菲涅尔微结构模具。在整个整版多穴菲涅尔微结构模具的制作过程中，仅需用到一个单穴金属母模，再以该单穴金属母模反制出多个同样的金属模板，可实现在降低成本的基础上，保证整版多穴菲涅尔微结构模具的整体性能。

需要说明的是，本发明的制作方法区别于现有的制作方法，其是利用一个具有预定微结构的单穴金属母模，通过“反制法”来实现的。

在此首先需要明确的是，本发明实施例中的单穴金属母模可以同于现有技术，同时“预定微结构”也可理解成与传统“微结构”相同的含义，即都是用于成型菲涅尔透镜的相应部位。具体而言，本发明实施例中的单穴金属母模在材料以及整体构造上可以参考现有技术进行设计，“微结构”可以直接成型出菲涅尔透镜的相应部分，此时该“微结构”与菲涅尔透镜的相应部分呈相反结构，即他们可以对应契合匹配。但是与“微结构”不同的是，本发明实施例中的“预定微结构”具有不同的用途，本发明实施例旨在对该“预定微结构”进行反向拓印，接着再在该反向拓印的基础上再次形成与“预定微结构”相同的结构—所需微结构，这个过程视为“反制法”。

可以理解的是，通过预制单穴金属母模，使其具有“预定微结构”，再通过连续、反复执行“反制法”即可获得多个金属模板，最终形成整版多穴菲涅尔微结构模具。

需要指出的是，“微结构”、“预定微结构”、“所需微结构”的含义相同，本文为了便于理解和描述，仅在文字上对他们进行区分。他们的具体构造不作限定，可以根据实际所要制作的菲涅尔透镜进行选择，但可以理解的是，他们都是成型菲涅尔透镜的光学表面不可或缺的部分。

在一种实施例中，金属模板制作步骤包括：

S21、在预定微结构所在区域均匀填满UV胶；

S22、在UV胶上盖上软基板，使得UV胶紧贴到软基板上；

S23、取下软基板，并在软基板上的UV胶的表面电铸形成金属模板。

UV胶是一种能够在紫外光照射下固化的胶粘剂，其可以成为金属模板的良好承载体，即本实施例采用UV胶为媒介，该UV胶先拓印单穴金属母模上的预定微结构，形成与预定微结构相反的结构，再以该结构为基础继续拓印出所需微结构的金属模板。

具体而言，UV胶在固化前具有一定的流动性，据此可使其均匀填满预定微结构，此时UV胶的相应部位就形成了与预定微结构相反的结构，接着再利用软基板将UV胶取下，就可以以前述相反的结构为基础并在其上形成所需微结构的金属模板。

当然，在某些实施例中，UV胶也可以采用其他类型的光刻胶或者胶粘剂，本文对此不作限定。UV胶是一种使用广泛、性能稳定的胶粘剂，本文着重以UV胶为例进行说明。

在一种具体的实施例中，前述在预定微结构所在区域均匀填满UV胶可以包括：

S211、将UV胶注入到预定微结构所在区域；

S212、对UV胶进行抽真空，使得UV胶均匀填满预定微结构所在区域。

具体而言，前述步骤S211可借助点胶机或者注胶机完成UV胶的注入，在注入的过程中需要注意所用设备与预定微结构的位置关系，较好的方式是使这些设备位于预定微结构的中部区域的上方，并以一定的速度由上而下注入UV胶。

UV胶注入预定微结构中后，为了使UV胶能够快速均匀充满整个预定微结构，需要对UV胶进行抽真空。此过程可借助抽真空设备来完成，在抽真空时，可使其在真空气压0.1MPa～1MPa中保持10～30min，直至UV胶中所有气泡消除。

在一种具体的实施例中，前述在UV胶上盖上软基板，使得UV胶紧贴到软基板上包括：

S221、取与UV胶粘接性强的材料制成软基板；

S222、将软基板盖合到UV胶的上方；

S223、将带有软基板、UV胶的单穴金属母模置入UV固化设备中进行固化，使得UV胶紧贴到软基板上。

此处选择与UV胶粘接性强的材料制成软基板可很好的对UV胶进行转移，使其从依附在单穴金属母模的状态改变成贴附到软基板。另外可以理解的是，该软基板的选择应当基于其与UV胶的粘接性大于单穴金属母模，并且其粘接力足以支撑UV胶的自身重量进行考量。

作为优选，上述材料可选择PVC、PC等塑料。

另一方面，结合步骤S222和步骤S223可以知道的是，软基板的作用在于将UV胶带离单穴金属母模，由此为了便于人工或者机械手等抓取该软基板，该软基板宜预留出可抓取位，例如可将该软基板的面积设置的足够大，使其边缘能够凸出单穴金属母模，从而形成可抓取位。

在步骤S222中，较好的方式是使软基板能够以一定的压力盖合到UV胶上，此时两者之间会形成一个预配合，防止在步骤S223中发生脱离。

另外需要注意的是，在步骤S223中，将带有软基板、UV胶的单穴金属母模置入UV固化设备中的过程可依靠人工或者机械手或者其他一些转移设备来完成，转移速度不宜过快，以防出现部件脱离的风险。

当软基板、UV胶的单穴金属母模置入UV固化设备中后，就可以启动UV固化设备进行固化，UV固化设备的温度可保持在20～30℃之间，固化时间为30s～1min，由此在保证固化效果的基础上不至于对各个部件造成损上，同时也不至于过多地占据整个制作方法的周期。

当然，为了提升固化效率，也可以在软基板、UV胶的单穴金属母模置入UV固化设备中前启动UV固化设备。

在一种具体的实施例中，前述取下软基板，并在软基板上的UV胶的表面电铸形成金属模板包括：

S231、取下软基板，使得软基板、UV胶与单穴金属母模分离；

S232、在UV胶的表面形成一层导电膜；

S233、在导电膜上电铸形成金属模板。

待UV胶固化完成后，此时再取出软基板时，UV胶就可以跟随软基板耳聪单穴金属母模上脱离。在进行分离的过程中，需要注意保证形状、结构的一致性。

为了较好地成型出金属模板，可在UV胶的表面形成一层导电膜，可以理解的是，该导电膜形成在UV胶与单穴金属母模分离的表面上。

在某些实施例中，可采用PVD镀一层金属以形成导电膜使软模板表面导电，导电膜的厚度可控制在10nm～1μm之间，根据实际需要进行调节，金属可选择镍等。

形成导电膜后就可以执行步骤S233，电铸材料可选择镍、铜等，其厚度可控制在100μm～1mm之间。

在一种实施例中，步骤S10可通过金刚石车削加工的方式实现，在采用这种加工方式时需要保证单穴金属母模表面的清洁。

对此，在一种实施例中，在步骤S10之后还包括：对获得的单穴金属母模进行清洗，使其表面清洁。

在一种具体的实施例中，可将获得的单穴金属母模用酒精或丙酮超声清洗10min，而后用显微镜观察表面轮廓清晰、表面清洁，无灰尘、脏污等缺陷。

在其他实施例中，步骤S10也可通过其他机械加工方式实现，但需要注意保证其表面的光洁度、粗糙度等。

在一种实施例中，步骤S30包括：

S31、预制一个能够容纳多个金属模板并能够对各个金属模板限位的载体；

S32、将多个金属模板放入到载体内。

作为一种示例，请参考图3，步骤S31中的载体70可以由底板71和限位工装72组成，限位工装72处于底板71之上，限位工装72具有多个槽孔，每个槽孔与金属模板的外形、尺寸相适配，并且底板71和限位工装72是一种临时搭配关系，两者可分离。

作为一种示例，将多个金属模板放入到载体70内包括：

S321、按照同一规格对金属模板进行加工；

S322、将加工后的多个金属模板同时或依次放入到载体70内；

S323、在金属模板的背面进行灌胶，使得金属模板与载体70实现紧固连接。

此处需要说明的是，前述同一规格指的是使用同样的加工方法、加工设备、加工参数等对金属模板进行加工，以便获得一致的金属模板。

获得一致的金属模板后，将他们同时或依次放入到载体70内，具体放入到限位工装72的槽孔内后就可以获得性能较为稳定的整版多穴菲涅尔微结构模具的雏形。

接着再执行步骤S323，使金属模板和限位工装72形成一体，此后再去除底板71即可或者性能稳定的整版多穴菲涅尔微结构模具。

为了便于更加清楚地理解本发明实施例中的制作方法，在此举出一种具体的实施例来进行进一步的说明。

请参考图1，该制作方法包括：

S100、预制单穴金属母模20：请参考图2，通过金刚石车削加工一个具有预定微结构21的单穴金属母模20，对获得的单穴金属母模20进行清洗，使其表面清洁；

S200、填UV胶30：请参考图2，将UV胶30注入到预定微结构21所在区域，对UV胶30进行抽真空，使得UV胶30均匀填满预定微结构21所在区域；

S300、紧固UV胶30和软基板40：请参考图2，取与UV胶30粘接性强的材料制成软基板40，将软基板40盖合到UV胶30的上方，将带有软基板40、UV胶30的单穴金属母模20置入UV固化设备中进行固化，使得UV胶30紧贴到软基板40上；

S400、形成金属模板50：请参考图2，取下软基板40，使得软基板40、UV胶30与单穴金属母模20分离，在UV胶30的表面形成一层导电膜60，在导电膜60上电铸形成金属模板50，取下金属模板50；

S500、预制载体70：请参考图3，预制一个能够容纳多个金属模板50并能够对各个金属模板50限位的载体70；

S600、形成整版多穴菲涅尔微结构模具1000：请参考4，按照同一规格对金属模板50进行加工，将加工后的多个金属模板50同时或依次放入到载体70内，在金属模板50的背面进行灌胶，使得金属模板50与载体70实现紧固连接。

总体来说，前述制作方法可分成两个阶段，第一阶段在于制作金属模板50，后一阶段在于利用金属模板50制作整版多穴菲涅尔微结构模具1000。

另外需要说明，前述步骤S500和步骤S100可同时进行，他们之间并不存在严格的先后顺序，当然，步骤S500也可以在步骤S100～S400中的任何阶段进行。换言之，载体70可以是一个独立进行的步骤，其可以是与第一个金属模板50同时完成，也可以是之前或者之后完成，但为了缩减制作方法的周期，载体70应当在第一个金属模板50成型前即已完成，金属模板50成型后立即可以执行步骤S600。

通过本发明实施例的制作方法的采用，可做到成本和性能的兼顾，并可有效缩减制作周期。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法，其特征在于，包括：

预制一个具有预定微结构的单穴金属母模；

利用单穴金属母模上的预定微结构并在单穴金属母模上连续执行金属模板制作步骤，获得多个具有所需微结构的金属模板；

将多个金属模板拼接形成整版多穴菲涅尔微结构模具；

所述金属模板制作步骤包括：

在预定微结构所在区域均匀填满UV胶；

在UV胶上盖上软基板，使得UV胶紧贴到软基板上；

取下软基板，并在软基板上的UV胶的表面电铸形成金属模板；

所述在UV胶上盖上软基板，使得UV胶紧贴到软基板上包括：

取与UV胶粘接性强的材料制成软基板；

将软基板盖合到UV胶的上方；

将带有软基板、UV胶的单穴金属母模置入UV固化设备中进行固化，使得UV胶紧贴到软基板上；

所述将多个金属模板拼接形成整版多穴菲涅尔微结构模具包括：

预制一个能够容纳多个金属模板并能够对各个金属模板限位的载体，其中，所述载体包括底板和可拆卸的设置在所述底板上的限位工装，所述限位工装形成有多个与金属模板的外形相匹配的槽孔；

将多个金属模板放入到槽孔内；

在金属模板的背面进行灌胶，使得金属模板与限位工装实现紧固连接。

2.如权利要求1所述的整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法，其特征在于，所述在预定微结构所在区域均匀填满UV胶包括：

将UV胶注入到预定微结构所在区域；

对UV胶进行抽真空，使得UV胶均匀填满预定微结构所在区域。

3.如权利要求2所述的整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法，其特征在于，所述取下软基板，并在软基板上的UV胶的表面电铸形成金属模板包括：

取下软基板，使得软基板、UV胶与单穴金属母模分离；

在UV胶的表面形成一层导电膜；

在导电膜上电铸形成金属模板。

4.如权利要求1-3中任一项所述的整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法，其特征在于，所述预制一个具有预定微结构的单穴金属母模通过金刚石车削加工的方式实现。

5.如权利要求4所述的整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法，其特征在于，在所述预制一个具有预定微结构的单穴金属母模之后还包括：对获得的单穴金属母模进行清洗，使其表面清洁。

6.如权利要求1所述的整版多穴菲涅尔微结构模具的制作方法，其特征在于，所述将多个金属模板放入到槽孔内包括：

按照同一规格对金属模板进行加工；

将加工后的多个金属模板同时或依次放入到槽孔内。

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