CN1336559A - 光学元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学元件的制造方法,适用于一基底,包括下列步骤:(A)提供一模具,该模具内具有与既定结构形状相反的模穴;(B)形成一材料至该模具内的该模穴内并结合该模具与该基底;(C)固化该材料;以及(D)脱模形成光学元件。此种光学元件的结构种类包括锯齿状的菲涅尔面、柱面、球面、非球面、棱镜以及梯形等结构。将此光学元件形成于一基底上,可广泛地应用于液晶显示器的背光板、投影显示器的屏幕等等。

Description

光学元件的制造方法

本发明涉及一种光学元件的制造方法；特别涉及一种利用一种材料，在既定温度范围内，在一基底上经由模具形成特殊形状结构的光学元件的制造方法。

目前光学元件已广泛应用于背投式显示器的屏幕、投影片投射器内的菲涅尔透镜(fresnel lens)、液晶显示器的背光板以及具有微透镜(micro lens)的液晶光阀等等。光学元件，例如菲涅尔透镜，早期采用刀具切削形成螺纹状光学结构。然而，此方法形成的光学结构精密度差并且使用此方法于一大面积塑胶基底上较困难。进一步，在美国专利案号5840352中，利用喷射成形法(injection molding)将塑胶材料形成菲涅尔透镜。然而，利用此种方法于高温成形的过程中，容易有残留应力产生，尤其当光学元件的尺寸愈大时，愈容易造成光学元件橇曲变形。假若形成光学元件的面积愈大时，在降温过程中，容易造成内部与外部温度不均匀，以致于在脱模时，会有残留应力产生，造成橇曲变形。

再者，在美国专利案号5903399以及5870224中，公开一种使用紫外线照射在树脂材料上，硬化树脂形成预先决定的结构形状。然而，这种方法需使用昂贵的设备硬化树脂成形。

此外，在美国专利案号5815327中，使用曝光法于既定位置形成柱状结构(阶梯状)的光学元件。然而，此种光学元件仅仅近似于光学设计，无法完全形成预先决定的光学设计，使得光利用效率降低。

有鉴于此，本发明提供一种光学元件的制造方法，适用于一基底，它包括下列步骤：(A)提供一模具，该模具内具有与既定结构形状相反的模穴；(B)形成一材料至该模具内的该模穴内并结合该模具与该基底；(C)固化该材料；以及(D)脱模形成光学元件。

本发明的一个优点是可以降低残留应力。由于制造过程中，光学元件完全处于室温之中硬化材料，所以在脱模时，中心与外围不致于产生温度梯度变化，因此不会存留残留应力于硬化的树脂材料内。进一步地不会产生撬曲现象。

本发明的另一个优点是可以增加模具寿命。由于所有制造过程都在室温下完成，模具不经过升降温金属疲劳破坏过程(temperature-induced metal fatigue)，因此可以延长模具使用寿命。

本发明的再一个优点是可以降低生产成本。由于利用材料形成的光学元件是在室温下制造的，硬化过程不需使用紫外线设备或曝光装置等。故可以降低生产成本。

本发明的再一个优点是形成的光学元件不受尺寸限制。公知喷射成形方法受到应力残留的影响，无法形成大尺寸结构的光学元件；以及公知紫外线硬化成形受到设备成本的限制，无法一味地增加尺寸。本发明的生产设备低廉，使得形成的光学元件不受尺寸的限制。

本发明的再一个优点是可以一体成形形成双面结构的光学元件。使用紫外线硬化成形等光照方法制造双面结构的光学元件受到成形模具不透光的影响，增加制造双面结构的光学元件的困难度。

本发明的再一个优点是可以调整生产速率。制程过程中的温度提高时，可加速材料与基底间的附着与硬化时间，进而调整生产速率。

图1是本发明的第一实施例制造的一光学元件的剖面图；

图2A至图2H是显示本发明第一实施例的制造流程的概要图；

图3显示本发明第二实施例制造的一单面结构的光学元件的剖面图：

图4A至图4M是显示本发明第二实施例的制造流程概要图；

图5是显示本发明第三实施例制造的一光学元件的剖面图；

图6A至图6G是显示本发明第三实施例的制造流程概要图；

图7是显示利用本发明形成的光学元件的结构图；

图8是显示使用于本发明的一重力装置示意图；

现在结合上述各附图来进一步说明本实用新型的较佳具体实施例：

第一实施例

图1显示本发明制造的一光学元件的剖面图。如图所示，此光学元件包括一基底200以及一结构部位100。基底200的透光率视使用者的需要而定。

图2A至图2H是显示本发明第一实施例的制造流程图。

如图2A所示，提供一基底200。基底200可以是一压克力、一玻璃以及一树脂等等材料所形成。

进一步，如图2B所示，提供一模具300。可使用超精密工具机切削法或放电加工法等方法，形成与预先决定结构形状相反的模穴350。

进一步，如图2C所示，形成一脱模薄膜400于模具300内的模穴350。此脱模薄膜400可防止结构材料110在硬化过程中与模具300粘结。

进一步，如图2D所示，喷洒一结构材料110到模具300内。结构材料110包括一树脂材料A与活化剂B，按照既定比例混合。将混合后的树脂材料A与活化剂B喷洒模具到300内。

进一步，如图2E至图2F所示，以滚轮500滚压于基底200上。将基底200与模具300对齐，利用滚轮500滚压于基底200上，可将结构材料110挤压填满模具300内的模穴350并且减少结构材料110内气泡的产生。

进一步，进行硬化步骤。如图2G所示，放置一段时间，约为30分钟，使得结构材料110可以硬化成形并且与此基底200粘结在一起。

再一步，进行脱模步骤且完成具有该结构的光学元件的制造。如图2H所示，脱模后即可形成具有该结构的光学元件。

第二实施例

图3是显示本发明制造的一单面结构光学元件的剖面图。如图所示，此单面结构光学元件包括一基底20、第一结构部位10以及每二结构部位12。第一结构部位10与第二结构部位12分别粘结在基底20的第一平面11与第二平面13上。

图4A至图4M是显示本发明第二实施例的制造流程图。

在此处，其中图4A至图4F显示的第一结构光学元件制造流程与第一实施例相同，因此略述于下。

如图4G所示，提供一第二模具60。可使用超精密工具机切削法或放电加工法等方法，在第二模具60上形成与预先决定的第二结构形状相反的模穴65。

进一步，如图4H所示，形成一脱模薄膜40于第二模具60内的模穴65。此脱模薄膜40可防止结构材料12在硬化过程中与第二模具60粘结。

如图4I所示，喷洒第二结构材料2于基底20的第平面13上。第二结构材料2包括一树脂材料A与活化剂B，按照既定比例混合。将混合后的树脂材料A与活化剂B喷洒到基底20的第二平面13上。

进一步，如图4J至图4K所示，以滚轮50滚压于第二模具60上。将基底20与第二模具60对齐，利用滚轮50滚压于第二模具60上，可将第二结构材料2挤压填满第二模具内的模穴65并且减少气泡在第二结构材料2内产生。

进一步，如图4L所示，进行硬化步骤。放置一段时间，约为30分钟，使得第二结构材料2可以硬化成形并且与此基底20的第二平面13粘结在一起。

再一步，进行脱模步骤且完成具有单面结构的光学元件的制造。如图4M所示，脱模后即可形成具有单面结构的光学元件。

第三实施例

图5是显示本发明制造的一光学元件的剖面图。如图所示，此结构的光学元件包括一基底200以及一结构部位100。基底200的透光率视使用者的需要而定。

图6A至图6E是显示本发明第三实施例的制造流程图。

如图6A所示，提供一基底200。基底200可以是一压克力、一玻璃以及一树脂等等材料所形成。

进一步，如图6B所示，提供一模具300。可使用超精密工具机切削法或放电加工法等方法，形成与预先决定结构形状相反的模穴350。

进一步，如图6C所示，喷洒一结构材料111于模具300内。结构材料111包括一树脂材料A、活化剂B以及脱模剂，按照既定比例混合。将混合后的树脂材料A、活化剂B以及脱模剂喷洒模具300。

进一步，如图6D至图6E所示，以滚轮500滚压于基底200上。将基底200与模具300对齐，利用滚轮500滚压于基底200上，可将结构材料111挤压填满模具300内的模穴350并且减少结构材料111内气泡的产生。

进一步，进行硬化步骤。如图6F所示，放置一段时间，约为30分钟，使得结构材料111可以硬化成型并且与此基底200粘结在一起。

再一步，进行脱模步骤且完成具有该结构的光学元件的制造。如图6G所示，脱模后即可形成具有该结构的光学元件。

如图4M所示，可进一步采用第二实施例的步骤，以结构材料形成具有单面结构的光学元件。

图7是显示利用本发明形成的光学元件的结构图。光学元件的结构种类包括锯齿状的菲涅尔(fresnel lens)面、柱面、球面、非球面、棱镜以及梯形面等结构。

在本发明的第一实施例与第二实施例中，改变树脂材料A与活化剂B的混合比例，可以改变光学元件的折射率、透光率。在本发明第三实施例中，改变树脂材料A、活化剂B以及脱模剂三者的混合比例，也可以改变光学元件的折射率、透光率。此外，基底的透过率以及可透过频谱应当视使用者的需要，而适当选择基底材料。

在本发明的第一实施例至第三实施例中，均匀地喷洒结构材料于基底或模具的模穴内后，是利用一压力产生机构实施在该基底上，使得结构材料完全填充该模具的模穴内并除去该结构材料中的气泡。如图8所示，在本发明中可采用重力装置600产生压力使得该材料完全填充该模具的模穴内并除去该材料中的气泡。

在本发明的制造方法中，所有步骤皆在室温下完成。模具未曾处于升温降温环境中，因此可以延长模具的使用寿命。此外，由于制造过程中，光学元件完全处于室温之中硬化该材料，所以在脱模时，中心与外围不致产生温度梯度变化，因此不会存留残留应力于硬化的树脂材料内。进一步不会产生橇曲现象。

在本发明的制造方法中，可对于结构材料采取升温加热的步骤，具有进一步缩减该材料成型的时间。该材料形成光学元件的适用的温度范围为10℃～80℃。

虽然本发明已经以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作变型与修改，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求书所界定的为准。

Claims (26)

1.一种光学元件的制造方法，适用于一基底，其特征在于它包含下列步骤：

a.提供一模具，该模具内具有与既定结构的形状相反有模穴；

b.形成一材料至该模具内的该模穴内并结合该模具与该基基；

c.固代该材料；以及

d.脱模形成光学元件。

2.如权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的结合该模具与该基底后，还包含：利用一压力产生机构于该基底上，使得该材料完全填充该模具的模穴内并除去该材料中的气泡。

3.如权利要求1所述光学元件的制造方法，其特征在于所说的材料包含树脂材料A与活化剂B。

4.如权利要求1所述的光学元件的制造方法，其特征在于它还包含：形成一脱模薄于模具内，使得该固化后，不会与模具粘结。

5.如权利要求3所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的材料，其成型温度范围为10℃～80℃。

6.如权利要求2所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的该压力产生机构，它是一滚轮装置。

7.如权利要求2所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的压力产生机构，它是一重力装置。

8.一种光学元件有制造方法，可制造包含一第一结构及第二结构的光学元件，适用于具有互相对立的第一平面与第二平面的基底，包含下列步骤：

a.提供一第一模具，该第一模具内具有与既定的第一结构的形状相反的第一模穴；

b.形成一第一材料至该第一模具内的第一模穴并结合该  第一模具至该基底的第一平面上；

c.提供一第二模具，该第二模具内具有与既定的第二结构的形状相反的二模穴；

d.形成一第二材料至该基底的第二平面并结合该第二模具至该基底的第二平面上；

e.固化该第一材料与该第二材料；以及

f.脱模形成该光学元件。

9.如权利要求8所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的结合该第一模具至该基底的第一平面上，之后，它还包含：利用一压力产生机构于该基底上，可由该第一材料完全填充第一模具的第一模穴内并除去该第一材料中的气泡。

10.如权利要求8所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的结合该第二模具至该基底的第二平面上，之后，它还包含：利用一压力产生机构于该第二模具上，可由该第二材料完全填充该第二模具上，可由该第二材料完全填充该第二模具的第二模穴内并除去该第二材料中的气泡。

11.如权利要求8所述的光学元件的制造方法，其行征在于所说的第一材料，它包含树脂材料A与活化剂B。

12.如权利要求8所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的第二材料，它包含树脂材料A与活化剂B。

13.如权利要求8所述的光学元件的制造方法，其特征在于它还包含：分别形成一脱模薄膜于该第一模具内，它可在第一材料固化后，不会与该第二模具粘结。

14.如权利要求8所述的光学元件的制造方法，其特征在于它还包含：分别形成一脱模薄膜于该第二模具内，它可在第二材料固化后，不会与第二模具粘结。

15.如权利要求11所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的第一材料，其成型温度范围为10℃-80℃。

16.如权利要求12所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的第二材料，其成型温度范围为10℃-80℃。

17.如权利要求9所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的压力产生机构，它是一滚轮装置。

18.如权利要求9所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的压力产生机构，它是一重力装置。

19.如权利要求10所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的压力产生机构，它是一滚轮装置。

20.如权利要求10所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的压力产生机构，它是一重力装置。

21.一种光学元件的制造方法，适用于一基底，其特征在于它包含有下列步骤：

a.提供一模具，该模具内具有与既定结构的形状相反的模穴；

b.形成一材料至该模具内的该模穴内并结合该模具与该基底；

c.固化该材料；以及

d.脱模形成光学元件。

22.如权利要求21所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的结合该模具与该基底，之后，它还包含：利用一压力产生机构于该基底上，使得该材料完全填充该模具的模穴内并除去该材料中的气泡。

23.如权利要求21所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的材料，它包含：树脂材料A、活化剂B以及脱剂。

24.如权利要求21所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的材料，其成型温度范围为10℃-80℃。

25.如权利要求22所述的光学元件的制造方法，其特片在于所说的压力产生机构，它是一滚轮装置。

26.如权利要求22所述的光学元件的制造方法，其特征在于所说的压力产生机构，它是一重力装置。

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