CN113580452A - 一种光学透镜辊筒模具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学透镜辊筒模具包括辊筒，辊筒的外表面包覆有胶水固化层，胶水固化层的外表面设有微细沟槽结构，所述微细沟槽结构通过本身带有微细结构的可卷曲基材接触复制获得。本发明将带有微细沟槽结构的可卷曲基材包覆在辊筒外的胶水层上，将微细沟槽结构复制到胶水层，待胶水层固化后将可卷曲基材脱模，就可获得带有微细沟槽结构的辊筒模具，因为可卷曲基材和微细沟槽结构本身是柔性可卷曲的，所以不会造成微细沟槽结构发生不可逆形变。且胶水固化层可以非常平整的贴附在圆柱形辊筒模具表面，保证了涂布成型后微细沟槽结构的光学效果不发生改变。因此本发明既可免除雕刻的难度，又可保障微细沟槽结构不会变形。

Description

一种光学透镜辊筒模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种光学透镜辊筒模具及其制作方法。

背景技术

在投影显示领域，光学投影屏幕是必不可少的，而光学投影屏幕又是由一系列的包含有微细沟槽结构/透镜的薄膜构成。一般这些包含有微细沟槽结构/透镜的薄膜是在柔性的薄膜基材上通过涂布成型的方式制作出微细沟槽结构/透镜，通过这些微细沟槽结构/透镜能够实现薄膜特定的光学显示效果，比如圆弧形的沟槽结构/透镜(一般叫做菲涅尔透镜结构)可以用于使投影光线往特定的方向汇聚或平行出射；又比如直线型的沟槽结构/透镜可以用于使投影光线往水平方向扩散出射，增加人们可观看投影图像的范围等。

一般在通过涂布成型这些微细沟槽结构/透镜的过程中，必须用到一种辊筒模具，这种辊筒模具表面需要预先雕刻制作出相应的沟槽结构/透镜，再现有技术中，雕刻制作难度和成本非常大；然后，通过液态的UV胶水填充到辊筒模具表面的沟槽结构/透镜中，待UV胶水固化后将其从辊筒模具表面脱离后，辊筒模具表面的微细沟槽结构/透镜就被复制、成型到柔性的薄膜上。

一般连续涂布设备上使用的辊筒模具是圆柱形的，这种圆柱形的辊筒模具通过精密机床在圆周表面雕刻出需要的微细沟槽结构/透镜，这种通过精密机床雕刻微细沟槽结构/透镜的方式存在的问题是只能在圆柱形辊筒模具上雕刻直线型的沟槽结构/透镜(比如沿着圆柱形辊筒轴线方向雕刻或者圆周方向雕刻)，不能用于雕刻出圆弧形的沟槽结构/透镜(比如菲涅尔透镜)，这就给涂布制造带有圆弧形沟槽结构/透镜的薄膜造成了极大的困难。当然，也有专利号为CN103895219B的国内专利文献中发明了一种圆锥形的辊筒模具用于制造圆弧形的沟槽结构/透镜，这种方式是通过圆锥形的辊筒模具可以制作出圆弧形沟槽结构/透镜，但是无法实现连续化、大批量的生产。国内专利号为CN1180924C的专利文献中发明了一种连续化生产菲涅尔透镜的辊筒模具，是将金属的平板菲涅尔透镜模具使用V形块挤压弯曲贴覆在圆柱形辊筒的圆周面上，制作成带有菲涅尔透镜的圆柱形的辊筒模具。这种方式的问题是金属的平板模具在弯曲后会造成菲涅尔透镜沟槽发生严重变形，并且无法修复，同时还不能完全将平板模具平整的贴附在圆柱形辊筒的圆周面上，极大影响了成型后菲涅尔透镜的光学效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：常规的圆弧形沟槽结构辊筒摸具雕刻制作方法难度较大，或者制作出的成菲涅尔透镜沟槽发生严重变形，本发明提供了解决上述问题的一种光学透镜辊筒模具及其制作方法，简单易行，该辊筒模具可用于连续生产透镜产品或单件生产透镜产品。

本发明通过下述技术方案实现：

一种光学透镜辊筒模具，包括辊筒，所述辊筒的周向外表面包覆有胶水固化层，所述胶水固化层的外表面设有微细沟槽结构，所述微细沟槽结构通过本身带有微细结构的可卷曲基材接触复制获得。

对比文件(专利号为CN1180924C)中通过“V”形块拉紧弯曲的金属平板两端，使金属平板贴紧在辊筒表面，由于金属柔韧性差的原因，会产生很大的抵抗弯曲的力，而这种抵抗弯曲的力是往各个方向发散的，而“V”形块产生的拉紧力方向和大小都比较固定，是极难抵消金属平板上的各个方向的抵抗弯曲力，所以会导致金属平板不能够完全贴紧辊筒表面，造成菲涅尔沟槽结构变形。

金属平板弯曲后为什么会变形？一般圆柱形辊筒模具的圆形底面直径在500mm左右，使得辊面的曲率很大，而金属平板需要包裹到圆柱面上，其弯曲的曲率与圆柱面相近，而金属平板本身柔韧性差的特性决定了其在大曲率弯曲后，发生不可逆的塑性变形的几率极高于一般的塑料薄膜，而且金属平板的带有菲涅尔透镜沟槽结构的外表面由于加工有沟槽结构使得内部构造受到破坏，与内表面的结构已经发生了较大不同，加之其与内表面在弯曲后由于曲率的不同，所受到的应力也不相同，造成两个表面的变形程度大不相同，使得菲涅尔透镜沟槽结构也发生较大变形(变形量一般是在毫米级)，而这种变形量对用于光学显示中至少精度在微米量级的菲涅尔透镜结构参数来说，会造成不可修正的像差，是完全不能使用和接受的。另外金属平板不容易卷曲，使得在进行包裹辊筒的操作时，难度也比一般的塑料薄膜更大。

由于金属本身柔韧性差的原因，金属平板大曲率弯曲后极易发生塑性变形，表面会不平整，这时与平整的辊面之间会存在间隙，由于塑性变形的原因这个间隙是无法通过对比文件中所述的“V”形块拉紧修正的，另外就算用其它树脂材料填充到金属平板内表面，也只是解决了粘贴牢固性的问题，并不能解决金属板本身的变形，这种变形形状会被复制到通过模具生产的产品上，造成产品发生像差、畸变等缺陷。

此外，如果金属平板上的菲涅尔透镜结构是直接在平板上雕刻的，由前述的原因会造成变形；如果金属平板上的菲涅尔透镜结构是通过其他材料制作在平板面上的，除了上述的原因造成变形之外，由于其他材料与金属平板材料的不同，还会产生额外的变形。

本发明通过选用胶水固化层直接粘附在辊筒周向表面上，胶水固化层微细沟槽结构通过本身带有微细结构的可卷曲基材接触复制获得，从而可有效克服上述所有技术问题。因为采用了胶水固化层的包裹，所以不会造成影响成像效果的变形，制作的菲涅尔透镜产品与设计的参数保持一致；由于更容易弯曲，所以制作模具的操作更简单，更容易贴平整；由于胶水本身可很好的粘贴在辊面上，不需要使用其它部件来固定(对比文件中的“V”形块)，简化了模具结构部件，不需要对其它部件进行抛光和填充等操作，简化了模具制作工序；金属平板会因为辊面上的杂质抵触与辊面贴合不紧密，造成制造的菲涅尔沟槽结构变形，影响光学效果，而胶水层在固化之前，是液态的，对辊筒面上的杂质有更好的包容性，固化后杂质位于胶水固化层内部，不会造成菲涅尔透镜结构变形。

进一步地，所述胶水固化层的内表面通过本身粘性粘接在辊筒外表面上。

进一步地，所述胶水固化层内表面与辊筒外表面之间涂覆有耦合层，用于增强胶水固化层与辊筒外表面的粘接力。

进一步地，所述胶水固化层上的微细沟槽结构上设置有脱模层，所述脱模层用于使固化成型的制品顺利地从辊筒模具上分离。

进一步地，所述辊筒为圆柱形辊筒。

进一步地，所述微细沟槽结构包括圆弧形菲涅尔透镜结构、直线型菲涅尔透镜结构、曲线型沟槽结构、点状透镜结构、放射状沟槽结构。

一种光学透镜辊筒模具的制作方法，用于制备上述的一种光学透镜辊筒模具，其特征在于，在辊筒表面涂覆胶水层；将可卷曲基材包覆在辊筒上、且保障可卷曲基材上设有微细沟槽结构的表面与胶水层接触，将可卷曲基材上的微细沟槽结构复制到胶水层；待胶水层固化后，将可卷曲基材从辊筒上脱模；此时，在辊筒外表面的固化胶水上复制形成微细沟槽结构，制作成带有微细沟槽结构的辊筒模具。可卷曲基材包括柔性塑料、柔性橡胶、柔性金属片，但不限于这些材料，其他能实现本申请技术方案的柔性材料均可。

进一步地，将可卷曲基材包覆在辊筒上之前，在可卷曲基材上的微细沟槽结构上涂覆脱模层，所述脱模层用于使可卷曲基材顺利的与所述胶水固化层分离。

进一步地，所述可卷曲基材上的所述微细沟槽结构上通过蒸镀或溅射镀膜或喷涂中至少一种方式制作所述脱模层。

进一步地，具体包括以下步骤：

S1.设计微细沟槽结构参数：根据需要制作的产品光学特性要求，设计出微细沟槽结构的参数，所述微细沟槽结构的参数与需要制作的产品的参数相同；

S2.制作第一版模具：根据设计的微细沟槽结构参数，在锥形辊筒或平板上制作出微细沟槽结构，制成第一版模具；

S3.可卷曲基材上微细沟槽结构制作：使用第一版模具在可卷曲基材上通过胶水涂布固化或热压成型的方式制作微细沟槽结构；

S4.带有微细沟槽结构的辊筒模具制作：在辊筒表面涂覆胶水层；将可卷曲基材制作有微细沟槽结构的面包覆在辊筒上、且保持可卷曲基材上制作有微细沟槽结构的表面与胶水层接触，将可卷曲基材上的微细沟槽结构复制到胶水层；待胶水层固化后，将可卷曲基材从辊筒上脱模；此时，在辊筒外表面的固化胶水上复制形成微细沟槽结构，制作成带有微细沟槽结构的辊筒模具。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明将带有圆弧形微细沟槽结构/透镜的胶水固化层，直接粘附贴附到辊筒圆周面上，因为胶水固化层的微细沟槽结构/透镜本身是柔性可卷曲的，所以不会造成微细沟槽结构 /透镜发生不可逆形变。同时通过胶水均匀涂覆辊筒圆周面，使得带有微细沟槽结构的胶水固化层可以非常平整的贴附在辊筒模具表面，这样通过该辊筒模具连续涂布生产的微细沟槽结构/透镜更加准确的还原了模具本身的结构，保证了涂布成型后微细沟槽结构/透镜的光学效果不发生改变。尤其适用于圆弧形微细沟槽结构滚筒模具的制作，有效克服常规的圆弧形沟槽结构辊筒模具雕刻制作方法难度较大、或者制作出的成菲涅尔透镜沟槽发生严重变形等问题。

2、本发明通过这种方式制作的辊筒模具，可以随时根据生产需要，只需要使用胶水专用的溶剂，将胶水溶解，即可更换圆柱形辊筒模具表面的微细沟槽结构/透镜，实现一辊多用，具有极高的实用价值。

3、本发明简化了可卷曲基材上微细沟槽结构或透镜参数设计，因为可卷曲基材上的微细结构通过复制到辊筒模具上，然后辊筒模具生产再复制成产品，实际上产品的结构与可卷曲基材上初始结构是相同的，所以在设计可卷曲基材上的微细沟槽结构/透镜时，只需要根据产品的结构需求，将可卷曲基材上结构设计成一样的即可。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的微细沟槽结构沿辊筒圆周方向成型完成示意图；

图2为本发明的微细沟槽结构沿辊筒轴向成型完成示意图；

图3为本发明的辊筒模具断面结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-辊筒，2-胶水固化层，3-微细沟槽结构，4-辊筒轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种光学透镜辊筒模具，包括圆柱形辊筒，圆柱形辊筒的周向外表面包覆有胶水固化层，所述胶水固化层的外表面设有微细沟槽结构，所述微细沟槽结构通过本身带有微细结构的可卷曲基材接触复制获得，胶水固化层的内表面通过本身粘性粘接在辊筒表面外上。

胶水固化层可采用光固化胶水层。

微细沟槽结构包括圆弧形菲涅尔透镜结构、直线型菲涅尔透镜结构、曲线型沟槽结构、点状透镜结构、放射状沟槽结构。

所述可卷曲基材包括柔性塑料、柔性橡胶、柔性金属片；具体地，包括柔性塑料(如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、流延聚丙烯薄膜(CPP)、双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(TPU)等)、柔性橡胶、柔性金属片(如不锈钢薄片、铝片或铝合金薄片、铜片或铜合金薄片等)。

实施例2

在实施例1的基础上进一步改进，胶水固化层的内表面与所述辊筒的周向表面之间涂覆有耦合层，用于增强胶水固化层与辊筒周向表面之间的粘接力。通过选择粘接力强的胶水固化层粘贴在辊筒上；或者增加耦合材料，辅助提高胶水的粘接力，用于增强胶水固化层与圆柱形辊筒圆周面的粘接力。胶水固化层与辊筒之间粘接力太弱，则使用过程中胶水固化层易脱落，影响正常生产工序的自动化生产，或者胶水固化层与辊筒之间局部脱离，则影响成型后菲涅尔透镜的光学效果。

胶水固化层上的微细沟槽结构表面设置有脱模层，脱模层用于使固化成型的制品顺利地从辊筒模具上分离开来，从而得到光滑完整的制品，并保证辊筒模具多次使用，如果微细沟槽结构制作的产品本身容易脱模就不用设置脱模材料。这是由于，采用本发明的透镜辊筒模具制作透镜制品时，若膜材上的成型胶水与辊筒上的微细沟槽结构粘接过于牢固，则不易脱模，固化成型的制品很难从辊筒模具上分离开来，即便分离了，也会造成制品表面粗糙，造成质量不合格。

实施例3

本实施例提供了一种光学透镜辊筒模具的制作方法，该方法用于制作实施例1提供的辊筒模具，制作方法如下所示：

将胶水涂覆到圆辊筒外表面；将可卷曲基材上有微细沟槽结构的表面作为外表面，在可卷曲基材的外表面涂覆脱模剂；将可卷曲基材的外表面包裹到辊筒的圆周表面，待胶水固化后，剥离可卷曲基材，此时在辊筒外表面的固化胶水层上复制形成微细沟槽结构，即制作成带有沟槽结构/透镜的圆柱形辊筒模具；将该辊筒模具安装到连续涂布设备上，即可用于连续化涂布生产制作有微细结构/透镜的薄膜。

实施例3

本实施例提供了一种光学透镜辊筒模具的制作方法，该方法用于制作实施例1提供的辊筒模具，制作方法如下所示：

S1.设计微细沟槽结构参数：根据需要制作的产品光学特性要求，设计出微细沟槽结构的参数，所述微细沟槽结构的参数与需要制作的产品的参数相同；

S2.制作第一版模具：根据设计的微细沟槽结构参数，在锥形辊筒或平板上制作出微细沟槽结构，制成第一版模具；

S3.可卷曲基材上微细沟槽结构制作：使用第一版模具在可卷曲基材上通过胶水涂布固化或热压成型的方式制作微细沟槽结构；

S4.带有微细沟槽结构的圆柱形辊筒模具制作：在圆柱形辊筒表面涂覆胶水层；将可卷曲基材制作有微细沟槽结构的面包覆在辊筒上、且保持可卷曲基材上制作有微细沟槽结构的表面与胶水层接触，将可卷曲基材上的微细沟槽结构复制到胶水层；待胶水层固化后，将可卷曲基材从辊筒上脱模；此时，在辊筒外表面的固化胶水上复制形成微细沟槽结构，制作成带有微细沟槽结构的圆柱形辊筒模具。

步骤S4中，还可进行如下操作：

(1)可先在圆柱形辊筒上涂覆耦合层再涂覆胶水层，用于增强胶水固化层与圆柱形辊筒外表面的粘接力。

(2)将可卷曲基材包覆在辊筒上之前，还可在可卷曲基材上的微细沟槽结构上涂覆脱模层，所述脱模层用于使可卷曲基材顺利的与所述胶水固化层分离。可卷曲基材上的所述微细沟槽结构上通过蒸镀或溅射镀膜或喷涂中至少一种方式制作所述脱模层。

(3)尤其在使用过程中，胶水固化层上的微细沟槽结构上设置有脱模层，脱模层能够使固化成型的制品顺利地从辊筒模具上分离开来，从而得到光滑完整的制品，并保证辊筒模具多次使用。如果胶水固化层本身容易脱模就不用设置脱模材料。

实施例5

基于实施例4提供的是辊筒模具制作方法，接下来是辊筒模具脱模方法，在辊筒模具达到使用寿命后或者需要更换其它微细结构时，需要将辊筒表面的带有微细结构的胶水固化层脱离，脱模操作方法为：直接刮除清除辊筒表面的结构胶水，或者可通过在辊筒模具表面涂覆专用溶剂溶解粘贴胶水，并用刮刀刮下固态胶水；

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学透镜辊筒模具，包括辊筒，其特征在于，所述辊筒的周向外表面包覆有胶水固化层，所述胶水固化层的外表面设有微细沟槽结构，所述微细沟槽结构通过本身带有微细结构的可卷曲基材接触复制获得。

2.根据权利要求1所述的一种光学透镜辊筒模具，其特征在于，所述胶水固化层的内表面通过本身粘性粘接在辊筒外表面上。

3.根据权利要求1所述的一种光学透镜辊筒模具，其特征在于，所述胶水固化层内表面与辊筒外表面之间涂覆有耦合层，用于增强胶水固化层与辊筒外表面的粘接力。

4.根据权利要求1所述的一种光学透镜辊筒模具，其特征在于，所述胶水固化层上的微细沟槽结构上设置有脱模层，所述脱模层用于使固化成型的制品顺利地从辊筒模具上分离。

5.根据权利要求1所述的一种透镜辊筒模具，其特征在于，所述辊筒为圆柱形辊筒。

6.根据权利要求1所述的一种透镜辊筒模具，其特征在于，所述微细沟槽结构包括圆弧形菲涅尔透镜结构、直线型菲涅尔透镜结构、曲线型沟槽结构、点状透镜结构、放射状沟槽结构。

7.一种光学透镜辊筒模具的制作方法，用于制备权利要求1至6任一项所述的一种光学透镜辊筒模具，其特征在于，在辊筒表面涂覆胶水层；将可卷曲基材包覆在辊筒上、且保障可卷曲基材上设有微细沟槽结构的表面与胶水层接触，将可卷曲基材上的微细沟槽结构复制到胶水层；待胶水层固化后，将可卷曲基材从辊筒上脱模；此时，在辊筒外表面的固化胶水上复制形成微细沟槽结构，制作成带有微细沟槽结构的辊筒模具。

8.根据权利要求7所述的一种光学透镜辊筒模具的制作方法，其特征在于，将可卷曲基材包覆在辊筒上之前，在可卷曲基材上的微细沟槽结构上涂覆脱模层，所述脱模层用于使可卷曲基材顺利的与所述胶水固化层分离。

9.根据权利要求8所述的一种光学透镜辊筒模具的制作方法，其特征在于，所述可卷曲基材上的所述微细沟槽结构上通过蒸镀或溅射镀膜或喷涂中至少一种方式制作所述脱模层。

10.根据权利要求7所述的一种光学透镜辊筒模具的制作方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1.设计微细沟槽结构参数：根据需要制作的产品光学特性要求，设计出微细沟槽结构的参数，所述微细沟槽结构的参数与需要制作的产品的参数相同；

S2.制作第一版模具：根据设计的微细沟槽结构参数，在锥形辊筒或平板上制作出微细沟槽结构，制成第一版模具；

S3.可卷曲基材上微细沟槽结构制作：使用第一版模具在可卷曲基材上通过胶水涂布固化或热压成型的方式制作微细沟槽结构；

S4.带有微细沟槽结构的辊筒模具制作：在辊筒表面涂覆胶水层；将可卷曲基材制作有微细沟槽结构的面包覆在辊筒上、且保持可卷曲基材上制作有微细沟槽结构的表面与胶水层接触，将可卷曲基材上的微细沟槽结构复制到胶水层；待胶水层固化后，将可卷曲基材从辊筒上脱模；此时，在辊筒外表面的固化胶水上复制形成微细沟槽结构，制作成带有微细沟槽结构的辊筒模具。

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