TWI511864B - 具有光學結構的光學板壓出方法以及模具組合 - Google Patents

Description

具有光學結構的光學板壓出方法以及模具組合

本發明是有關於一種光學板壓出方法以及上述壓出方法所使用的模具組合，且特別是有關於一種具有光學結構的光學板壓出方法以及上述壓出方法所使用的模具組合。

為使光學板具有較好的光學特性，一般會於光學板上製作多種光學結構，例如分光結構、展光結構等等。常見的一種作法是使用射出成型製程來製作上述光學結構，其可透過模具形狀設計，將塑料完整注入並填滿模具，就可以得到任意的形狀和體積的光學結構。以常見的凹陷結構與凸出結構為例，透過射出成型製作所製得的凹陷結構與凸出結構，其形狀和體積可以任意搭配，故能夠製作出多樣化的光學板。

不過，由於射出成型所使用的模具會比其所成型的光學板的體積相對大許多，因此通常用來製作體積較小的光學板，如 是小尺寸光學板。若是要製作大尺寸光學板，則射出成型所使用的模具將會過大而難以實施，同時還會面臨到塑料不易填滿模具空間、注料時間過長、加熱模具或冷卻模具不易等等問題。因此，射出成型製程不適合大尺寸光學板的製作。

本發明提供一種具有光學結構的光學板壓出方法以及其所使用的模具組合，其適於製作大尺寸光學板。

本發明的一種具有光學結構的光學板壓出方法，其包括以下步驟。對光學板加熱以使其軟化。使用凸模具與凹模具對應地壓合已軟化的光學板。利用凸模具在光學板上形成凹陷的分光結構。利用凹模具在光學板上接收凸模具壓出凹陷的分光結構時產生的擠料，進而形成凸出的展光結構。凹陷的分光結構的體積等於凸出的展光結構的體積，且凹陷的分光結構的深度不大於光學板的厚度。

本發明的一種模具組合，係用以執行上述之具有光學結構的光學板壓出方法。模具組合包括承載平台以及下壓平台。承載平台用以承載光學板。承載平台具有複數個通道，供複數個凸模具進給。下壓平台具有複數個凹模具。凸模具與凹模具係平壓加工光學板。

本發明的一種模具組合，係用以執行上述之具有光學結構的光學板壓出方法。模具組合包括第一滾輪以及第二滾輪。第 一滾輪具有複數個凸模具。第二滾輪具有複數個凹模具。凸模具與凹模具係滾壓加工光學板。

基於上述，本發明可透過凸模具和凹模具以壓出的方式來形成具有光學結構的大尺寸光學板，且壓出後的光學板仍具有足夠的機械強度而不易發生變形或破裂的情形。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10、100‧‧‧光學板

10a‧‧‧擠料

100a‧‧‧光出射表面

100b‧‧‧對向表面

110‧‧‧凹陷的分光結構

112‧‧‧頂點

114‧‧‧第一圓形假想底面

116‧‧‧第一環狀側面

116s、116p‧‧‧弧形側邊

120‧‧‧凸出的展光結構

122‧‧‧圓形頂面

124‧‧‧第二圓形假想底面

126‧‧‧第二環狀側面

126s‧‧‧等腰側邊

130‧‧‧發光元件

140‧‧‧分光凹穴

200、300‧‧‧模具組合

210‧‧‧承載平台

212‧‧‧通道

214、312‧‧‧凸模具

220‧‧‧下壓平台

222、322‧‧‧凹模具

230、240‧‧‧滾輪

310‧‧‧第一滾輪

320‧‧‧第二滾輪

r、r₁ 、r₂ 、r₃ ‧‧‧半徑

h、h₁ 、h₂ ‧‧‧深度

D‧‧‧厚度

H‧‧‧加熱製程

Ta₁ 、Ta₂ 、Tb₁ 、Tb₂ ‧‧‧體積

圖1為本發明一實施例之具有光學結構的光學板的結構立體側視圖。

圖2為圖1之具有光學結構的光學板另一視角的結構立體側視圖。

圖3為圖1之具有光學結構的光學板的局部剖面示意圖。

圖4為本發明另一實施例之凸出的展光結構的立體側視圖。

圖5為本發明另一實施例之具有光學結構的光學板的局部剖面示意圖。

圖6繪示具有光學結構的光學板壓出方法流程示意圖。

圖7繪示具有光學結構的光學板壓出方法流程示意圖。

圖1為本發明一實施例之具有光學結構的光學板的結構立體側視圖。圖2為圖1之具有光學結構的光學板另一視角的結構立體側視圖。請同時參照圖1和圖2，光學板100具有一光出射表面100a以及一與光出射表面100a相對的對向表面100b。多個光學結構形成於光學板100的光出射表面100a以及對向表面100b上。舉例而言，光出射表面100a上可設置多個凹陷的分光結構110。對向表面100b上可設置多個凸出的展光結構120，其中每一個凹陷的分光結構110與其中一個凸出的展光結構120對應設置於光學板100的相對兩側。以下將對凹陷的分光結構110與凸出的展光結構120作詳細的說明。

圖3為圖1之具有光學結構的光學板的局部剖面示意圖。請同時參照圖1以及圖3，凹陷的分光結構110具有一頂點112、一第一圓形假想底面114以及一第一環狀側面116，其中第一環狀側面116連接頂點112以及第一圓形假想底面114。具體而言，凹陷的分光結構110並非真的具有一個實體底面，而是凹陷的分光結構110所佔據的空間形成一個虛擬結構，且該虛擬結構具有與光學板100的光出射表面110a共平面的虛擬底面，也就是在此所指的第一圓形假想底面114。

為說明凹陷的分光結構110的形狀，圖3繪示通過頂點112以及第一圓形假想底面114的中心點的剖面，並且以XY直角座標來定義剖面的形狀，其中經過第一環狀側面116之處可定義出兩個弧形側邊116s，且任一個弧形側邊116s滿足曲線方程式：，其中r為第一圓形假想底面114的半徑。h為凹陷的分光結構110的深度，即頂點112至第一圓形假想底面114的中心點的距離，凹陷的分光結構110的深度h不大於光學板的厚度D。

可透過積分的方式可計算出凹陷的分光結構110的體積Ta₁ ，請參考圖3來說明上述積分方式，假設，則y=a(r-x)² ，即，此曲線與x軸的交點為x=r，此曲線與y軸的交點為y=ar² ，由於凹陷的分光結構110具有圓形假想底面114，因此，凹陷的分光結構110的體積Ta₁ 的計算方式如下：

請同時參照圖1以及圖3，凸出的展光結構120具有一圓形頂面122、一第二圓形假想底面124以及一第二環狀側面126，其中第二環狀側面126連接圓形頂面122以及第二圓形假想底面124。具體而言，凸出的展光結構120並非真的具有一個實體底面，而是凸出的展光結構120所佔據的空間形成一個虛擬結構，且該 虛擬結構具有與光學板100的光出射表面100a共平面的虛擬底面，此虛擬底面存在於光學板100的內部之中，也就是在此所指的第二圓形假想底面124。

為說明凸出的展光結構120的形狀，圖3繪示通過圓形頂面122以及第二圓形假想底面124的中心點的剖面。此剖面的形狀為等腰梯形，其中經過第二環狀側面126之處可定義出兩個等腰側邊126s，任一個等腰側邊126s為斜直線。r₁ 為第二圓形假想底面124的半徑，r₂ 為圓形頂面122的半徑，h₂ 為圓形頂面122至第二圓形假想底面124的距離。上述兩個等腰側邊126s可延伸交會而形成一虛擬三角形，此三角形的高為h₁ 。透過相似三角形的計算方式可得知(r₁ -r₂ )：h₂ =r₁ ：h₁ ，所以。凸出的展光結構120的體積Tb₁ ，，其計算方式如下：

根據本實施例，凹陷的分光結構110的體積Ta₁ 等於凸出的展光結構120的體積Tb₁ ，即

在此，是以等腰側邊126s為斜直線為例說明，但本發明不限於此。在其他實施例中，等腰側邊126s也可以設計成具有如 弧形側邊116s的形狀，即設計成曲線形狀。

請參考圖1和圖2，發光元件130可設置於光學板100的對向表面100b之側，特別是發光元件130可以對應凸出的展光結構120設置。相較於無設置凸出的展光結構120的光學板，本實施例將發光元件130對應凸出的展光結構120設置，其不僅可以降低對位的難度，而且更可以提高組裝時的組裝公差。據此，即使組裝時有些微的偏差，也不易因此造成發光不均的現象發生。當發光元件130的光線由凸出的展光結構120進入光學板100中，凸出的展光結構120有助於將光均勻地擴展至光學板100的內部各處。同時，凹陷的分光結構110也有助於將光均勻地擴展至光學板100的內部各處。據此，光線可以均勻地由光出射面110a出射，從而得到均勻的面光源。

圖4為本發明另一實施例之凸出的展光結構的立體側視圖。請同時參考圖3及圖4，圖4的實施例和圖3的實施例類似，其相異之處在於凸出的展光結構120a的圓形頂面122上更可以設置有一分光凹穴140。分光凹穴140形成於圓形頂面122的中心且為半圓球狀。分光凹穴140與圓形頂面122的中心點共圓心且半徑為r₃ 。在本實施例中，分光凹穴140的體積為。與前述實施例類似地，凹陷的分光結構110的體積Ta₁ 等於凸出的展光結構120a的體積Tb₂ ，即

在前述實施例中，凹陷的分光結構110的弧形側邊116s滿足曲線方程式：，其例如是二次方程式。但本發明不限於此，弧形側邊也可以依需求設計成滿足不同曲線方程式。舉例而言，在圖5所示的實施例中，弧形側邊116p滿足曲線方程式：，透過積分的方式可計算出凹陷的分光結構110的體積Ta₂ ，其中。在此實施例中，凹陷的分光結構110的體積Ta₂ 等於凸出的展光結構120的體積Tb₁ ，即

此外，圖4所示的凸出的展光結構120a也可以應用在圖5的實施例中，其中凹陷的分光結構110的體積Ta₂ 等於凸出的展光結構120a的體積Tb₂ ，即

圖6繪示具有光學結構的光學板壓出方法流程示意圖。請參照圖6，可透過一模具組合200來執行光學板100的壓出方法。上述模具組合200包括一承載平台210以及一下壓平台220。首先，提供一光學板10，並且對光學板10進行加熱製程H以使其軟化至可加工的程度。可透過滾輪230以及滾輪240來傳輸光學板10至上述的模具組合200。承載平台210用以承載光學板10，其中承載平台210具有複數個通道212，以供多個凸模具214的進 給。下壓平台220具有多個凹模具222。接著，將下壓平台220下壓以平壓加工光學板10。光學板10被夾設於承載平台210以及下壓平台220之間。此時，凹模具222與凸模具214可以一對一地於光學板10上壓出光學結構。

具體而言，承載平台210上的凸模具214可擠壓光學板10而形成凹陷的分光結構110，其中光學板10被凸模具214擠壓的部分會產生擠料。而當下載平台220下壓時，下載平台220上的凹模具222可以接收上述擠料而形成凸出的展光結構120。據此，凹陷的分光結構110的體積等於凸出的展光結構120的體積。至此，可以得到具有多個光學結構(包括凹陷的分光結構110以及凸出的展光結構120)的光學板100。由於凹陷的分光結構110的形狀是由凸模具214的形狀來定義，且凸出的展光結構120的形狀是由凹模具222的形狀來定義，因此，可根據所欲得到的凹陷的分光結構110的形狀以及凸出的展光結構120的形狀來設計凸模具214以及凹模具222。

如圖3和圖6所示，本實施例可透過壓出的方式來形成具有光學結構的光學板100，其適用於大尺寸光學板的製作且同樣可以製作出符合設計需求的光學結構。在光學板的壓出過程中，由於被凸模具壓入的擠料體積會等於填入凹模具的擠壓體積，故凹陷的分光結構的體積等於凸出的展光結構的體積，藉此可以設計出精算凸模具以及凹模具的體積和結構。另外，本實施例將計算凹陷的分光結構110的深度h不大於光學板100的厚度D，因 此壓出後的光學板100仍具有足夠的機械強度，經壓合所產生的彎曲處不易過薄而發生變形或破裂的情形。

此外，如圖3所示，在製作凹模具222時可以同時考慮脫模角的設計，以使脫模時光學板100能順利地與凹模具222分離，其中脫模角的大小可以由為第二圓形假想底面124的半徑r₁ ，為圓形頂面122的半徑r₂ 以及圓形頂面122至第二圓形假想底面124的距離h₂ 來定義。

此外，若欲形成如圖4所示的凸出的展光結構120a，可對應地於凹模具222上設置與分光凹穴140形狀相符的凸出結構，即此凸出結構的形狀為半圓球狀並位於凹模具222的中心點，且半徑亦為r₃ 。

圖7繪示具有光學結構的光學板壓出方法流程示意圖。請參照圖7，可透過一模具組合300來執行光學板100的壓出方法。上述模具組合300包括一第一滾輪310以及一第二滾輪320。第一滾輪310具有複數個凸模具312。第二滾輪320具有複數個凹模具322。凸模具312與凹模具322用以滾壓加工光學板100。

首先，提供一光學板10，並且對光學板10進行加熱製程H以使其軟化至可加工的程度。可透過第一滾輪310以及第二滾輪320來傳輸並同時加工光學板10。當已軟化的光學板10先與第一滾輪310上的凸模具312接觸時，已軟化的光學板10會被凸模具312擠壓而產生擠料10a。接著，再傳輸該光學板10至第一滾輪310和第二滾輪320之間。此時，第一滾輪310上的凸模具312 與第二滾輪320上的凹模具322會對應地壓合光學板10，其中凸模具312會壓入光學板10中形成凹陷的分光結構110，且第二滾輪320上的凹模具322會接收上述擠料10a以形成凸出的展光結構120。

與前述實施例類似地，凹陷的分光結構110的體積等於凸出的展光結構120的體積。至此，可以得到具有多個光學結構(包括凹陷的分光結構110以及凸出的展光結構120)的光學板100。由於凹陷的分光結構110的形狀是由凸模具312的形狀來定義，且凸出的展光結構120的形狀是由凹模具322的形狀來定義，因此，可根據所欲得到的凹陷的分光結構110的形狀以及凸出的展光結構120的形狀來設計凸模具312以及凹模具322。

此外，若欲形成如圖4所示的凸出的展光結構120a，可對應地於凹模具322上設置與分光凹穴140形狀相符的凸出結構，即此凸出結構的形狀為半圓球狀並位於凹模具322的中心點，且半徑亦為r₃ 。

綜上所述，本發明透過凸模具和凹模具以壓出的方式來形成具有光學結構的大尺寸光學板。此光學板的凹陷的分光結構的體積等於凸出的展光結構的體積，藉此可以精算出凸模具以及凹模具的體積和結構。而且，凹陷的分光結構的深度不大於光學板的厚度，因此壓出後的光學板仍具有足夠的機械強度，經壓合所產生的彎曲處不易過薄而發生變形或破裂的情形。

10、100‧‧‧光學板

100a‧‧‧光出射表面

100b‧‧‧對向表面

110‧‧‧凹陷的分光結構

120‧‧‧凸出的展光結構

200‧‧‧模具組合

210‧‧‧承載平台

212‧‧‧通道

214‧‧‧凸模具

220‧‧‧下壓平台

222‧‧‧凹模具

230、240‧‧‧滾輪

D‧‧‧厚度

H‧‧‧加熱製程

Claims (9)

1. 一種具有光學結構的光學板壓出方法，包括：提供一光學板；對該光學板加熱以使其軟化；使用一凸模具與一凹模具於該光學板之兩側，對應地壓合已軟化的該光學板；利用該凸模具在該光學板上形成一凹陷的分光結構，該凹陷的分光結構具有一頂點、一第一圓形假想底面以及一連接該頂點和該第一圓形假想底面的第一環狀側面；以及利用該凹模具在該光學板上接收該凸模具壓出該凹陷的分光結構時產生的擠料，進而形成一凸出的展光結構，該凸出的展光結構具有一圓形頂面、一第二圓形假想底面以及一連接該圓形頂面和該第二圓形假想底面的第二環狀側面；其中，該凹陷的分光結構的體積Ta等於該凸出的展光結構的體積Tb，且該凹陷的分光結構的深度不大於該光學板的厚度。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具有光學結構的光學板壓出方法，其中該凹陷的分光結構通過該頂點與該第一圓形假想底面的中心點之剖面，定義該第一環狀側面具有兩弧形側邊，任一該 弧形側邊滿足曲線方程式：，其中r為該第一圓形假想 底面的半徑，h為該凹陷的分光結構的深度，藉此，該凹陷的分光 結構的體積
3. 如申請專利範圍第2項所述的具有光學結構的光學板壓出方法，其中該凸出的展光結構自該圓形頂面的中心點通過該第二圓形假想底面的中心點之剖面，定義該第二環狀側面具有等腰梯形的兩斜邊，藉此，該凸出的展光結構的體積，r₁ 為該第二圓形假想底面的半徑，r₂ 為該圓 形頂面的半徑，h₂ 為該圓形頂面至該第二圓形假想底面的距離，且Ta=Tb即
4. 如申請專利範圍第3項所述的具有光學結構的光學板壓出方法，其中該凸出的展光結構更包括一分光凹穴，形成於該圓形頂面的中心點，該分光凹穴為半圓球狀，且與該圓形頂面的中心點共圓心，該半光凹陷的半徑為r₃ ，且Ta=Tb即
5. 如申請專利範圍第1項所述的具有光學結構的光學板壓出方法，其中該凹陷的分光結構通過該頂點與該第一圓形假想底面的中心點之剖面，定義該第一環狀側面具有兩弧形側邊，任一該 弧形側邊滿足下列曲線方程式：，其中r為該第一圓形 底面的半徑，h為該凹陷的分光結構的深度，藉此，該凹陷的分光 結構的體積
6. 如申請專利範圍第5項所述的具有光學結構的光學板壓出方法，其中該凸出的展光結構自該圓形頂面的中心點通過該第二圓形假想底面的中心點之剖面，定義該第二環狀側面具有等腰梯形的兩斜邊，藉此，該凸出的展光結構的體積，r₁ 為該第二圓形假想底面的半徑，r₂ 為該圓 形頂面的半徑，h₂ 為該圓形頂面至該第二圓形假想底面的距離，且Ta=Tb即
7. 如申請專利範圍第6項所述的具有光學結構的光學板壓出方法，其中該凸出的展光結構更包括一分光凹穴，形成於該圓形頂面的中心點，該分光凹穴為半圓球狀，且與該圓形頂面的中心點共圓心，該分光凹穴的半徑為r₃ ，且Ta=Tb即
8. 一種模具組合，係用以執行如申請專利範圍第1~7項之任一項所述之具有光學結構的光學板壓出方法，包括：一承載平台，用以承載該光學板，該承載平台具有複數個通道，供複數個所述之凸模具進給；以及一下壓平台，具有複數個所述之凹模具；其中該凸模具與該凹模具係平壓加工該光學板。
9. 一種模具組合，係用以執行如申請專利範圍第1~7項所述 之具有光學結構的光學板壓出方法，包括：一第一滾輪，具有複數個所述之凸模具；以及一第二滾輪，具有複數個所述之凹模具；其中該凸模具與該凹模具係滾壓加工該光學板。