TWI586518B

TWI586518B - 製作具有圖案化微結構之光學元件之設備及方法

Info

Publication number: TWI586518B
Application number: TW100115342A
Authority: TW
Inventors: 鄭美俊; 曾德龍; 賴清坤
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2017-06-11
Also published as: CN102350796A; CN102350796B; TW201244910A

Description

製作具有圖案化微結構之光學元件之設備及方法

本發明係關於一種製作具有圖案化微結構之光學元件之設備及方法，尤指一種對處於半凝固狀態之光學元件表面進行衝壓處理來形成圖案化微結構之製作方法及設備。

在顯示器產業中，不論是被動式的顯示方式，例如液晶搭配背光模組，或是主動式的顯示方式，例如有機電激發光(organic electroluminescence)顯示器，如何在低耗電的前提下將所得之光源做最佳化的應用，向來是業界致力開發的方向。而其中具備有導光、反射、勻光以及集光等功能的光學元件即扮演著很重要的角色。舉例來說，目前一般側光式的背光模組中，即使用了導光板(light guide plate)、擴散膜(diffusion film)、反射板(reflecting plate)以及稜鏡片(prism sheet)等具有特殊光學特性的光學元件來改善整體背光呈現亮度、背光均勻性、發光角度等重要性質。而這些具有特殊光學特性之光學元件，一般係以混合各種不同光學性質的材料來製造多層的結構，或是於一般光學元件的表面形成各種圖案化微結構來達到所需之光學性質。

目前常見用來形成具有表面微結構之光學元件的方式有網點印刷、射出成形、壓出成形、以及雷射雕刻等。其中網點印刷、射出成形、以及壓出成形等方式雖然相對的成本較低，但卻分別有光學效率低、製造時間(cycle time)過長、良率偏低等問題。而相對地，以雷射雕刻法製作之具有微結構的光學元件具有較佳的光學效率，但卻有成本過高以及製作時間過長等缺點。因此，如何以低成本、高生產效率的方式來製作具有圖案化微結構之光學元件為相關產業重要的課題之一。

本發明之主要目的之一在於提供一種製作具有圖案化微結構之光學元件之設備及方法，以低成本、高生產效率的方式來製作具有圖案化微結構之光學元件。

為達上述目的，本發明之一較佳實施例提供一種製作具有圖案化微結構之光學元件的方法，例如製作具有集光效果的光學膜片，上述製作方法包括下列步驟。首先，利用一擠出成形裝置進行一擠出成形製程，以擠出成形方式形成一光學元件，此光學元件之外觀態樣可為例如薄膜狀或薄片狀。接著，利用一衝壓裝置之一模具於光學元件冷卻至半凝固狀態時對光學元件進行一衝壓處理，以於光學元件之一表面形成至少一圖案化微結構。

為達上述目的，本發明之另一較佳實施例提供一種製作具有圖案化微結構之光學元件的設備，上述製作具有圖案化微結構之光學元件的設備包括一擠出成形裝置以及一衝壓裝置。擠出成形裝置係用以擠出形成一光學元件，且擠出成形裝置具有一出料口。衝壓裝置係與擠出成形裝置之出料口相鄰設置，例如在出料口後隨即設置衝壓裝置。此外，衝壓裝置具有至少一模具，用以對處於半凝固狀態之光學元件之至少一表面進行一衝壓處理，以於光學元件之表面形成至少一圖案化微結構。

本發明係利用將衝壓裝置與光學元件擠出成形裝置相鄰設置，並以模具對處於半凝固狀態之光學元件表面進行衝壓處理來形成圖案化微結構，藉此達到縮短製程時間與降低生產成本之目的。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第1A圖至第1C圖。第1A圖至第1C圖繪示了本發明之一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之方法示意圖。如第1A圖所示，本實施例可使用一製作具有圖案化微結構之光學元件的設備10來執行製作具有圖案化微結構之光學元件之方法，其中製作具有圖案化微結構之光學元件的設備10包括一擠出成形裝置11以及一衝壓裝置12。擠出成形裝置11係用以擠出形成一光學元件13，且擠出成形裝置11具有一出料口11E。衝壓裝置12係與擠出成形裝置11之出料口11E相鄰設置，在本實施例中在出料口11E後隨即緊鄰設置了衝壓裝置12，且衝壓裝置12具有至少一模具12A以及一置放平台12B。如第1A圖至第1C圖所示，本發明之一較佳實施例提供一種製作具有圖案化微結構之光學元件的方法，例如製作具有集光效果的光學膜片，上述製作方法包括下列步驟。首先，如第1A圖所示，利用擠出成形裝置11進行一擠出成形製程，以擠出成形方式形成一光學元件13。光學元件13之外觀態樣可為例如薄膜狀或薄片狀。接著，如第1B圖至第1C圖所示，利用一衝壓裝置12之一模具12A於光學元件13冷卻至半凝固狀態時對光學元件13進行一衝壓處理，以於光學元件13之一表面13S形成至少一圖案化微結構14。上述之衝壓處理可利用例如固定置放平台12B之位置而移動模具12A朝置放平台12B的方向進行衝壓，或可固定模具12A之位置而移動置放平台12B朝模具12A的方向進行衝壓，又或可同時移動模具12A與置放平台12B各自朝光學元件13的方向進行衝壓，以於光學元件13之一表面13S形成圖案化微結構14。在本實施例中，模具12A具有複數個凸起之圖形，以於衝壓處理後在光學元件13之表面13S形成圖案化微結構14，但本發明之實施例中，模具12A並不以此為限，其可具有複數個凸起之圖形或/及凹陷之圖形，以於光學元件13之表面13S上形成需要之圖案化微結構。在本實施例中，光學元件13可包括聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)、甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯共聚物(Methyl Methacrylate-Styrene,MMS)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、環烯烴聚合物(Cyclo Olefin Polymer,COP)與聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)等材料之其中至少一者或上述材料的混合物，但不以此為限而可包括其他適合之材料。光學元件13可為單層結構或多層結構。另外，為了提供光學元件13特定的光學效果，例如擴散效果，可更於用以形成光學元件13之材料例如上述材料內以各種方式加入至少一具有擴散功能之材料例如二氧化鈦(TiO₂)粒子、二氧化矽(SiO₂)粉末或聚甲基丙烯酸甲酯粒子，但並不以此為限。此外，在本實施例中，光學元件13於擠出成形製程中之溫度大體上係介於150℃至260℃之間，而光學元件13於半凝固狀態中之溫度大體上係介於75℃至150℃之間，但本發明並不以此為限而可視相關材料與設備需求對各製程溫度進行調整。在本發明的實施例中，具有圖案化微結構14之光學元件13由於可產生特殊之光學作用，因此可使用作為背光模組中的導光板、擴散片或用於其他特殊之光學用途，但本發明並不以此為限。此外，由於上述各特殊光學用途之應用有時需要在光學元件之各表面均具有圖案化微結構，因此上述之製作具有圖案化微結構之光學元件之方法亦可更包括一翻轉光學元件13之步驟以及於光學元件13之另一表面進行衝壓處理，以於光學元件13之另一表面形成圖案化微結構。另外，值得說明的是，在本發明的實施例中，係利用將衝壓裝置12與擠出成形裝置11之出料口11E相鄰設置，使光學元件13在擠出成形後可經由一自然冷卻方式冷卻至適合進行衝壓處理之半凝固狀態，而不須於擠出成形裝置11與衝壓裝置12之間設置額外的冷卻裝置來控制光學元件13於進行衝壓處理時的狀態，因此可降低機台之成本。此外，本發明之製作具有圖案化微結構光學元件的方法之一種實施例中，可藉由控制及調整自然冷卻時間與製程流程，使衝壓裝置12之模具12A於光學元件13尚處於半凝固狀態下對光學元件13進行衝壓處理來形成圖案化微結構14。因此，本實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之方法可省去一般對光學元件衝壓時所需之加熱機構及加熱處理，進而達到降低生產成本以及增加生產效率的目的。

請參考第2圖，並一併參考第1C圖。第2圖繪示了以本發明之一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之方法所製作之一光學元件的示意圖。如第2圖與第1C圖所示，在本實施例中，衝壓裝置12之模具12A除了可用來於光學元件13之表面13S形成圖案化微結構14之外，模具12A可於衝壓處理時，一併於光學元件13之表面13S形成至少一定位記號15。定位記號15可於後續製程時提供定位之功能，此後續製程可包括一光學元件13之裁切製程，但本發明並不以此為限。此外，值得說明的是，在本實施例中，可使用模具12A於光學元件13之表面13S形成複數個圖案化微結構14與複數個定位記號15，之後再藉由一裁切製程，使得光學元件13被分割成數個較小之具有圖案化微結構14之光學元件。因此，藉由本發明之製作具有圖案化微結構之光學元件之方法，可於一較大尺寸之光學元件上依需求形成各種形狀或大小不同且具有圖案化微結構之光學元件，達到簡化製程、產能提升的效果。此外本發明之較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之方法可更包括於對處於半凝固狀態之光學元件13之表面13S進行衝壓處理時，一併對光學元件13進行裁切，以更進一步地簡化製程。

請參考第3圖。第3圖繪示了本發明之另一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之設備的示意圖。為簡化說明，本發明之各實施例中相同之元件係以相同標號進行標示，且本實施例中與前述實施例相同之處將不再贅述，將僅就相異處做進一步說明。如第3圖所示，本發明之另一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件的設備20包括一擠出成形裝置11以及一衝壓裝置12。而與上述實施例之差異處在於衝壓裝置12可更包括一切割裝置12C，用以於對處於半凝固狀態之光學元件13之表面13S進行衝壓處理時，同時對光學元件13進行裁切。因此，在本發明中，可利用不同大小及形狀之模具，並搭配切割裝置，於一較大尺寸之光學元件上依需求形成各種形狀或大小不同且具有圖案化微結構之光學元件，達到簡化製程、產能提升的效果。

請參考第4圖。第4圖繪示了本發明之又一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之設備的示意圖。如第4圖所示，本發明之又一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件的設備30包括一擠出成形裝置11以及一衝壓裝置12。而與上述實施例之差異處在於衝壓裝置12可更包括一下模具12D與模具12A相對設置。藉由本實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件的設備30之下模具12D，可對處於半凝固狀態之光學元件13之一下表面13B進行衝壓處理，以於光學元件13之下表面13形成至少一圖案化微結構14B。值得說明的是，本實施例之下模具12D亦可提供於衝壓處理時支撐光學元件13之作用。因此，藉由本實施例之模具12A與下模具12D對光學元件進行衝壓動作，例如可固定下模具12D之位置而移動模具12A朝下模具12D的方向進行衝壓，或可固定模具12A之位置而移動下模具12D朝模具12A的方向進行衝壓，又或可同時移動模具12A與下模具12D各自朝光學元件13的方向進行衝壓，以製作出於上下表面均具有圖案化微結構之光學元件。

綜合上述內容，本發明的一種實施例中，係利用將衝壓裝置與擠出成形裝置相鄰設置，使得模具可於一被擠出成形之物件，例如光學元件(光學膜片)經由自然冷卻至半凝固狀態時對其表面進行衝壓處理來形成圖案化微結構，藉此可節省一般所需之冷卻/加熱裝置與冷卻/加熱製程，使得製作具有圖案化微結構之光學元件的製程時間縮短，且降低製作具有圖案化微結構之光學元件之機台及生產成本。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．製作具有圖案化微結構之光學元件之設備

11．．．擠出成形裝置

11E．．．出料口

12．．．衝壓裝置

12A．．．模具

12B．．．置放平台

12C．．．切割裝置

12D．．．下模具

13．．．光學元件

13S．．．表面

13B．．．下表面

14．．．圖案化微結構

14B．．．圖案化微結構

15．．．定位記號

20．．．製作具有圖案化微結構之光學元件之設備

30．．．製作具有圖案化微結構之光學元件之設備

第1A圖至第1C圖繪示了本發明之一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之方法示意圖。

第2圖繪示了以本發明之一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之方法所製作之一光學元件的示意圖。

第3圖繪示了本發明之另一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之設備的示意圖。

第4圖繪示了本發明之又一較佳實施例之製作具有圖案化微結構之光學元件之設備的示意圖。