TWI531462B - 用於押出成型及圖案形成之同軸射出式裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種用於押出成型及圖案形成之同軸射出式(In-line)裝置,特別是有關於一種可在以樹脂材料製成的導光基板上形成圖案且經由押出機執行主冷卻,以及在圖案轉移後可切割導光板至一預設尺寸之同軸射出式裝置,如此導光板能在單一同軸射出式系統中,經由押出成型、圖案轉移及切割來製造,藉此降低導光板的製程時間。
一般而言,例如導光板、光學膜等之光學薄片係廣泛地被使用,以允許例如背光單元之光源能有效率地發射光線。
舉例而言,導光板是液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)的基本元件,以確保背光單元有均勻的照度及亮度,並且在收集一個方向的光線時,在沒有光學損耗的情況下,使由側光源發射到前側的光線能夠均勻的散佈。因此,導光板是以微米級的光學圖案所形成的。
這樣的導光板通常是經由押出成型或射出成型所製成的。
在傳統的押出成形製程中,樹脂材料被押出機押出以製造具有某個區域的導光基板,其依序被切割為預設尺寸,接下來研磨切面以形成鏡面,並將光學樹脂圖案印製在光發射面上。或者,此圖案可藉由不同的模具,以射出成型的方式形成在其上。
然而,由於傳統的押出成形製程必須經由押出機製造導光板之後,經由個別的圖案形成裝置來形成圖案,因此具有增加額外的製作程序及製程時間的問題。
再者,在傳統的押出成形製程中,圖案是形成在硬化的導光基板上,因此將微細圖案轉移到導光基板上會更加困難,並導致圖案轉移率的降低且限制了設計上的自由度。
本發明設想解決上述的問題,並提供一種用於押出成型及圖案形成之同軸射出式裝置,其可在以樹脂材料製成且經由押出機(包含T型模具及拋光輥(壓光輥))執行主冷卻的導光基板上形成圖案,且在圖案轉移後可切割導光基板至預設尺寸,如此導光板可以在單一同軸射出式系統中,經由押出成型、圖案轉移及切割來製造,藉此降低導光板的製程時間。
根據本發明的觀點,用於押出成型及圖案形成之同軸射出式裝置包含:一押出機,其押出樹脂材料以製造導光基板;一預熱單元,其加熱導光基板;一圖案化單元,其轉移一圖案至經加熱的導光基板;一冷卻單元,其冷卻具有該圖案於其上的導光基板;以及一切割單元,其切割從冷卻單元移出的導光板至一預設尺寸。
預熱單元可包含複數個加熱塊及可個別控制每一加熱塊的加熱控制器。
複數個加熱塊可橫向地(TD direction)交替設置。由於加熱塊被交替地設置,增加了加熱區域並移除非加熱區域,因此可使導光板被均勻的預熱。
為了藉由增加每一區域的加熱塊數量來改善加熱的均勻度,複數個加熱塊可設置於多個階段(stage)上。
加熱塊控制器可控制加熱塊加熱導光板至一範圍為150~230℃的預設溫度。
圖案化單元可包含相互分離的上滾筒及下滾筒,上滾筒及下滾筒中的至少之一包含一直接形成在滾筒表面上的圖案或具有一待轉移至導光基板的圖案之壓印器。圖案化單元可分別在其右側及左側對導光基板加壓高達20噸的負載,並加熱導光板至一範圍為100~200℃的預設溫度。
冷卻單元可包含位於上下兩側且相互分離的複數個冷卻器,係分別冷卻導光板的上側及下側。
此外,複數個冷卻器可橫向地交替設置於多個階段上,以調整押出成型製成的導光板的彎曲度,並經由個別的控制排風速率以改善圖案轉移率。
這裡,每一個冷卻器可使用自動風門(damper)系統來部份地調整排風速率,且可使用自氮氣冷卻裝置產生的冷空氣或室溫的空氣來冷卻導光板。冷卻單元可包含過濾器以在排風時移除空氣中的污染物。
如此,根據實施例的用於押出成型及圖案形成之同軸射出式裝置可經由同軸射出製程,來執行導光基板的押出成形、圖案轉移及切割,藉此在大幅減少製程時間的情況之下,改善製程效率。
另外,在這個裝置中,圖案被轉移到導光基板,其經由押出機(包含T型模具及拋光輥(壓光輥))執行主冷卻,並藉由預熱單元來預熱,藉此改善轉移率、生產率及產品可靠性。再者,根據實施例的系統允許在不切割導光
基板的情況之下,連續轉移圖案到導光基板,藉此大幅地改善光學圖案設計的彈性。
再者,此裝置允許圖案連續轉移,藉此可以使大型導光板的製造更為方便。
10‧‧‧押出機
20‧‧‧預熱單元
210‧‧‧加熱塊
30‧‧‧圖案化單元
40‧‧‧冷卻單元
410‧‧‧冷空氣排風機
420‧‧‧冷卻塊
430‧‧‧過濾器
50‧‧‧切割單元
第1圖 係為本發明之一例示性實施例之用於押出成型之同軸射出式裝置之一例示性實施例之方塊圖;第2a~2c圖 係為第1圖之裝置之一預熱單元之示意圖;以及第3a~3c圖 係為第1圖之裝置之一冷卻單元之示意圖。
現在將參照相關圖式來詳細說明本發明之例示性實施例。
第1圖係為本發明之一例示性實施例之用於押出成型之同軸射出式(In-line)系統之方塊圖。
請參閱第1圖,根據此實施例之用於押出成型及圖案形成之同軸射出式裝置可包含一押出機10(包含T型模具及拋光輥),其押出樹脂材料以製造導光基板;一預熱單元20,其加熱從押出機10移出且受到冷卻的導光基板;一圖案化單元30,其轉移圖案到經加熱的導光基板的表面;一冷卻單元40,其冷卻具有圖案於其上的導光基板;以及一切割單元50,其切割從冷卻單元40移出的導光板至預設尺寸。
根據此實施例的系統可包含,例如一引導滾筒,以從押出機10傳送導光基板至切割單元50。
押出機10為用來押出流體樹脂材料以形成導光基板的裝置。這裡,樹脂材料的例子包含聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、甲基丙烯酸甲酯苯乙烯(methyl methacrylate-styrene,MS)等。
由於押出機10一般常用於經由押出成形來製造導光板,因此其細部的元件及操作在此處將略過不提。
雖然此實施例是以導光板做為說明,但應了解到的是,本發明不但可應用於導光板上,也可以應用於任何產品,例如可被當作光學元件來使用的光學薄片、光學膜等。在這裡,名詞”圖案”泛指任何微細的結構,包含波紋、點、稜鏡(Prisms)或微透鏡(Micro Lenses)等,其可以在薄片的表面形成多種形狀。
第2a~2c圖顯示了第1圖的裝置的預熱單元,其中2a圖為預熱單元的平視圖,而第2b及2c圖則是此預熱單元的側視圖。
請參閱第2a~2c圖,預熱單元20在圖案轉移之前預熱被押出的導光基板以增加圖案轉移率。
尤其,在經由圖案化單元30轉換圖案到導光基板上的期間,導光基板會受到加熱輥突然的擠壓,導光基板的表面溫度則會突然的上升,導致導光基板由硬化的狀態變為軟化的狀態,如此則導光基板便很容易遭受到彎曲、波浪化或其它擴張的形變。預熱單元20用於補償導光基板如此的形變。
此外,當硬化的導光基板受到圖案轉移時,圖案轉移率會因導光基板的厚度改變或彎曲而受到不利的影響。因此,預熱單元20也用以使導光基板變得具有較佳的軟性(flexible),以改善圖案轉移率。
預熱單元20可包含複數個加熱塊210及個別控制該些加熱塊210的加熱控制器。
預熱單元20可包含複數個加熱塊210以均勻地加熱導光基板,其中,該些加熱塊210係橫向地(垂直於導光板的移動方向)交替排列,如第2a~2c圖所示。
複數個加熱塊210可使用陶瓷加熱器或由線圈發射紅外光的紅外線(IR)加熱器以直接加熱的形式來實行。
在第2a~2c圖中,所繪示的裝置包含以機器方向(MD direction)設置的15列的加熱塊210,其中每列具有6個橫向(TD direction)設置的加熱塊210。然而,這裡應了解到的是,加熱塊210的數量及排列方式可以依需求而改變。
當複數個加熱塊210均勻地等間隔設置時,加熱塊210之間則形成了非加熱區域。因此,為了達到均勻加熱導光基板的目的,該些加熱塊210較佳的為橫向地交替設置。
另外,如第2a~2c圖所示,預熱單元20是由多階段的預熱區域所構成,以增加每一區域的加熱塊210的數量,藉此使導光基板的所有區域能夠更均勻的加熱。
再者,由於以塑膠材料所製成的導光基板被加熱到230℃或更高的溫度時可能溶化,因此預熱單元20的加熱溫度被設定為低於230℃,而較佳的是在100至230℃(最佳的為150至230℃)。
圖案化單元30是用於轉移圖案到導光基板表面的裝置。圖案化單元30在其上側及下側分別設置有上滾筒及下滾筒,當導光基板通過上下滾筒之間時,加熱並加壓導光基板以轉移圖案到其表面。
上滾筒及下滾筒中的至少之一可包含一形成在滾筒表面上的圖案或具有圖案之壓印器。
此外,每一滾筒可藉由在滾筒中循環的的加熱流體來加熱,並可連結至一維持壓力恆定的裝置,如此滾筒即可用固定的壓力來加壓導光基板。
圖案化單元30可分別在其上側及下側對導光基板加壓高達20噸的負載,並可加熱導光基板至範圍為100~200℃的預設溫度。
第3a~3c圖為根據本發明之一例示性實施例之裝置之一冷卻單元之示意圖。其中,第3a圖為此冷卻單元的平視圖,而第3b及3c圖則是此冷卻單元的側視圖。
冷卻單元40用於經由具有圖案於其上的導光板的橫向(TD direction)及上下表面的冷卻率的調整,來改善圖案轉移率,並調整導光板的彎曲度。
當導光板在圖案轉移的過程後,未經切割而暴露於室溫下時,導光板很容易遭受到形變,例如當軟化的導光板硬化時,產生橫向地收縮或逆向彎曲。
因此,當經加熱的導光板在圖案被轉移至導光板之後,通過某個冷卻區域時,可排風於導光板上以調整導光板上下左右側的壓力,藉此提供具有所欲達到的彎曲度形狀的導光板。
冷卻單元40可由複數個位於上下兩側且相互分離的冷卻器所構成,係分別冷卻該導光基板的上側及下側。再者,該些位於上下兩側的冷卻器可橫向地(TD direction)交替設置於多個階段上,如第3a圖所示,且可配置以藉由自動風門(damper)系統部份地調整排風速率。
冷卻單元40當冷卻導光板時可使用自氮氣冷卻裝置產生的冷空氣或室溫的冷空氣。
這裡,當冷卻單元40排出受到污染的空氣時,導光板的表面可能因此被污染。因此,冷卻單元40更可包含過濾器430在排風時移除空氣中的污染物。
雖然冷空氣排風機(cooling air blower)410經由連結管排出相同空氣的量到每一冷卻塊420,但每一冷卻塊420仍可包含排風控制器(未繪於圖中),其以調整朝向導光板排風的開口的噴嘴的大小,來控制排風速率。
因此,此裝置的操作者可以考量導光板圖案轉移的部位產生局部的彎曲或形變,以局部地調整每一冷卻塊420的排風速率。
再者,複數個冷卻塊420可分開地設置於上下階段上,如第3a~3c圖所示,導光板的冷卻度可根據複數個橫向分隔於每一上下階段的冷卻區域,藉由控制該些冷卻塊420的排風速率來調整。
也就是說,冷卻單元40可考量導光板圖案轉移的部位產生局部的彎曲或形變的情況,被操作來執行導光板上側或下側的局部冷卻,如此冷空氣只會被排放到導光板遭受到局部彎曲或形變的部位。
在通過冷卻單元40後,導光板可經由切割單元50切割到所欲達到的尺寸,藉此提供具有轉移圖案於其上的導光板。
如此,根據實施例的裝置允許經由同軸射出製程來執行押出成形及圖案轉移,藉此大幅地減少製程時間。特別的是,此裝置允許圖案連續轉移,藉此可以使大型導光板的製造更為方便。
以上所述僅為舉例性,而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇,而對其進行之等效修改或變更,均應包含於後附之申請專利範圍中。
10‧‧‧押出機
20‧‧‧預熱單元
30‧‧‧圖案化單元
40‧‧‧冷卻單元
50‧‧‧切割單元
Claims (9)
- 一種用於押出成型及圖案形成之同軸射出式(In-line)裝置,係包含:一押出機,係押出一樹脂材料以製造一導光基板;一預熱單元,係加熱該導光基板並包含複數個加熱塊及一個別控制該些加熱塊之加熱塊控制器;一圖案化單元,係轉移一圖案至加熱後之該導光基板;一冷卻單元,係冷卻具有該圖案於其上之該導光基板,其中該冷卻單元具有位於該導光基板之上下兩側且相互分離之複數個冷卻器,其中同一側之該些冷卻器係橫向地交替設置,其中每一該些冷卻器各具有一排風控制器及朝向該導光基板排風之一噴嘴,其中每一該些排風控制器藉由各別調整對應之該些噴嘴之一者之大小,控制對應之該些噴嘴之排風速率以調整該導光基板四周圍之壓力;以及一切割單元,係切割從該冷卻單元移出的該導光基板至一預設尺寸。
- 如申請專利範圍第1項所述之同軸射出式裝置,其中該複數個加熱塊係橫向地交錯排列。
- 如申請專利範圍第1項所述之同軸射出式裝置,其中該複數個加熱塊係設置在多個階段上,藉由增加每一區域的該些加熱塊的數量來改善加熱的均勻度。
- 如申請專利範圍第1項所述之同軸射出式裝置,其中該加熱塊控制器控制該些加熱塊加熱該導光基板至一範圍為150~230℃ 的預設溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述之同軸射出式裝置,其中該圖案化單元包含相互分離的一上滾筒及一下滾筒,該上滾筒及該下滾筒中的至少之一包含一直接形成在滾筒表面上的圖案或具有一待轉移至該導光基板的圖案之壓印器。
- 如申請專利範圍第5項所述之同軸射出式裝置,其中該圖案化單元分別在其右側及左側對該導光基板加壓高達20噸的負載,並加熱該導光基板至一範圍為100~200℃的預設溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述之同軸射出式裝置,其中當冷卻該導光基板時,該些冷卻器使用產生於一氮氣冷卻裝置的冷空氣或室溫的空氣。
- 如申請專利範圍第1項所述之同軸射出式裝置,其中該些冷卻器橫向地交替設置於多個階段上,並使用一自動風門系統部份地調整該排風速率。
- 如申請專利範圍第1項所述之同軸射出式裝置,其中該冷卻單元更包含一過濾器以在排風時移除空氣中的污染物。
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