專利名稱：光學(xué)元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件的制造方法；特別涉及一種利用一種材料，在既定溫度范圍內(nèi)，在一基底上經(jīng)由模具形成特殊形狀結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的制造方法。
目前光學(xué)元件已廣泛應(yīng)用于背投式顯示器的屏幕、投影片投射器內(nèi)的菲涅爾透鏡(fresnel lens)、液晶顯示器的背光板以及具有微透鏡(micro lens)的液晶光閥等等。光學(xué)元件，例如菲涅爾透鏡，早期采用刀具切削形成螺紋狀光學(xué)結(jié)構(gòu)。然而，此方法形成的光學(xué)結(jié)構(gòu)精密度差并且使用此方法于一大面積塑膠基底上較困難。進(jìn)一步，在美國專利案號(hào)5840352中，利用噴射成形法(injection molding)將塑膠材料形成菲涅爾透鏡。然而，利用此種方法于高溫成形的過程中，容易有殘留應(yīng)力產(chǎn)生，尤其當(dāng)光學(xué)元件的尺寸愈大時(shí)，愈容易造成光學(xué)元件橇曲變形。假若形成光學(xué)元件的面積愈大時(shí)，在降溫過程中，容易造成內(nèi)部與外部溫度不均勻，以致于在脫模時(shí)，會(huì)有殘留應(yīng)力產(chǎn)生，造成橇曲變形。
再者，在美國專利案號(hào)5903399以及5870224中，公開一種使用紫外線照射在樹脂材料上，硬化樹脂形成預(yù)先決定的結(jié)構(gòu)形狀。然而，這種方法需使用昂貴的設(shè)備硬化樹脂成形。
此外，在美國專利案號(hào)5815327中，使用曝光法于既定位置形成柱狀結(jié)構(gòu)(階梯狀)的光學(xué)元件。然而，此種光學(xué)元件僅僅近似于光學(xué)設(shè)計(jì)，無法完全形成預(yù)先決定的光學(xué)設(shè)計(jì)，使得光利用效率降低。
有鑒于此，本發(fā)明提供一種光學(xué)元件的制造方法，適用于一基底，它包括下列步驟(A)提供一模具，該模具內(nèi)具有與既定結(jié)構(gòu)形狀相反的模穴；(B)形成一材料至該模具內(nèi)的該模穴內(nèi)并結(jié)合該模具與該基底；(C)固化該材料；以及(D)脫模形成光學(xué)元件。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以降低殘留應(yīng)力。由于制造過程中，光學(xué)元件完全處于室溫之中硬化材料，所以在脫模時(shí)，中心與外圍不致于產(chǎn)生溫度梯度變化，因此不會(huì)存留殘留應(yīng)力于硬化的樹脂材料內(nèi)。進(jìn)一步地不會(huì)產(chǎn)生撬曲現(xiàn)象。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以增加模具壽命。由于所有制造過程都在室溫下完成，模具不經(jīng)過升降溫金屬疲勞破壞過程(temperature-induced metal fatigue)，因此可以延長(zhǎng)模具使用壽命。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以降低生產(chǎn)成本。由于利用材料形成的光學(xué)元件是在室溫下制造的，硬化過程不需使用紫外線設(shè)備或曝光裝置等。故可以降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是形成的光學(xué)元件不受尺寸限制。公知噴射成形方法受到應(yīng)力殘留的影響，無法形成大尺寸結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件；以及公知紫外線硬化成形受到設(shè)備成本的限制，無法一味地增加尺寸。本發(fā)明的生產(chǎn)設(shè)備低廉，使得形成的光學(xué)元件不受尺寸的限制。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以一體成形形成雙面結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。使用紫外線硬化成形等光照方法制造雙面結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件受到成形模具不透光的影響，增加制造雙面結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的困難度。
本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)整生產(chǎn)速率。制程過程中的溫度提高時(shí)，可加速材料與基底間的附著與硬化時(shí)間，進(jìn)而調(diào)整生產(chǎn)速率。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例制造的一光學(xué)元件的剖面圖；圖2A至圖2H是顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的制造流程的概要圖；圖3顯示本發(fā)明第二實(shí)施例制造的一單面結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的剖面圖
圖4A至圖4M是顯示本發(fā)明第二實(shí)施例的制造流程概要圖；圖5是顯示本發(fā)明第三實(shí)施例制造的一光學(xué)元件的剖面圖；圖6A至圖6G是顯示本發(fā)明第三實(shí)施例的制造流程概要圖；圖7是顯示利用本發(fā)明形成的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)圖；圖8是顯示使用于本發(fā)明的一重力裝置示意圖；現(xiàn)在結(jié)合上述各附圖來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的較佳具體實(shí)施例第一實(shí)施例圖1顯示本發(fā)明制造的一光學(xué)元件的剖面圖。如圖所示，此光學(xué)元件包括一基底200以及一結(jié)構(gòu)部位100?；?00的透光率視使用者的需要而定。
圖2A至圖2H是顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的制造流程圖。
如圖2A所示，提供一基底200?；?00可以是一壓克力、一玻璃以及一樹脂等等材料所形成。
進(jìn)一步，如圖2B所示，提供一模具300?？墒褂贸芄ぞ邫C(jī)切削法或放電加工法等方法，形成與預(yù)先決定結(jié)構(gòu)形狀相反的模穴350。
進(jìn)一步，如圖2C所示，形成一脫模薄膜400于模具300內(nèi)的模穴350。此脫模薄膜400可防止結(jié)構(gòu)材料110在硬化過程中與模具300粘結(jié)。
進(jìn)一步，如圖2D所示，噴灑一結(jié)構(gòu)材料110到模具300內(nèi)。結(jié)構(gòu)材料110包括一樹脂材料A與活化劑B，按照既定比例混合。將混合后的樹脂材料A與活化劑B噴灑模具到300內(nèi)。
進(jìn)一步，如圖2E至圖2F所示，以滾輪500滾壓于基底200上。將基底200與模具300對(duì)齊，利用滾輪500滾壓于基底200上，可將結(jié)構(gòu)材料110擠壓填滿模具300內(nèi)的模穴350并且減少結(jié)構(gòu)材料110內(nèi)氣泡的產(chǎn)生。
進(jìn)一步，進(jìn)行硬化步驟。如圖2G所示，放置一段時(shí)間，約為30分鐘，使得結(jié)構(gòu)材料110可以硬化成形并且與此基底200粘結(jié)在一起。
再一步，進(jìn)行脫模步驟且完成具有該結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的制造。如圖2H所示，脫模后即可形成具有該結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。
第二實(shí)施例圖3是顯示本發(fā)明制造的一單面結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的剖面圖。如圖所示，此單面結(jié)構(gòu)光學(xué)元件包括一基底20、第一結(jié)構(gòu)部位10以及每二結(jié)構(gòu)部位12。第一結(jié)構(gòu)部位10與第二結(jié)構(gòu)部位12分別粘結(jié)在基底20的第一平面11與第二平面13上。
圖4A至圖4M是顯示本發(fā)明第二實(shí)施例的制造流程圖。
在此處，其中圖4A至圖4F顯示的第一結(jié)構(gòu)光學(xué)元件制造流程與第一實(shí)施例相同，因此略述于下。
如圖4G所示，提供一第二模具60?？墒褂贸芄ぞ邫C(jī)切削法或放電加工法等方法，在第二模具60上形成與預(yù)先決定的第二結(jié)構(gòu)形狀相反的模穴65。
進(jìn)一步，如圖4H所示，形成一脫模薄膜40于第二模具60內(nèi)的模穴65。此脫模薄膜40可防止結(jié)構(gòu)材料12在硬化過程中與第二模具60粘結(jié)。
如圖4I所示，噴灑第二結(jié)構(gòu)材料2于基底20的第平面13上。第二結(jié)構(gòu)材料2包括一樹脂材料A與活化劑B，按照既定比例混合。將混合后的樹脂材料A與活化劑B噴灑到基底20的第二平面13上。
進(jìn)一步，如圖4J至圖4K所示，以滾輪50滾壓于第二模具60上。將基底20與第二模具60對(duì)齊，利用滾輪50滾壓于第二模具60上，可將第二結(jié)構(gòu)材料2擠壓填滿第二模具內(nèi)的模穴65并且減少氣泡在第二結(jié)構(gòu)材料2內(nèi)產(chǎn)生。
進(jìn)一步，如圖4L所示，進(jìn)行硬化步驟。放置一段時(shí)間，約為30分鐘，使得第二結(jié)構(gòu)材料2可以硬化成形并且與此基底20的第二平面13粘結(jié)在一起。
再一步，進(jìn)行脫模步驟且完成具有單面結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的制造。如圖4M所示，脫模后即可形成具有單面結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。
第三實(shí)施例圖5是顯示本發(fā)明制造的一光學(xué)元件的剖面圖。如圖所示，此結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件包括一基底200以及一結(jié)構(gòu)部位100。基底200的透光率視使用者的需要而定。
圖6A至圖6E是顯示本發(fā)明第三實(shí)施例的制造流程圖。
如圖6A所示，提供一基底200?；?00可以是一壓克力、一玻璃以及一樹脂等等材料所形成。
進(jìn)一步，如圖6B所示，提供一模具300?？墒褂贸芄ぞ邫C(jī)切削法或放電加工法等方法，形成與預(yù)先決定結(jié)構(gòu)形狀相反的模穴350。
進(jìn)一步，如圖6C所示，噴灑一結(jié)構(gòu)材料111于模具300內(nèi)。結(jié)構(gòu)材料111包括一樹脂材料A、活化劑B以及脫模劑，按照既定比例混合。將混合后的樹脂材料A、活化劑B以及脫模劑噴灑模具300。
進(jìn)一步，如圖6D至圖6E所示，以滾輪500滾壓于基底200上。將基底200與模具300對(duì)齊，利用滾輪500滾壓于基底200上，可將結(jié)構(gòu)材料111擠壓填滿模具300內(nèi)的模穴350并且減少結(jié)構(gòu)材料111內(nèi)氣泡的產(chǎn)生。
進(jìn)一步，進(jìn)行硬化步驟。如圖6F所示，放置一段時(shí)間，約為30分鐘，使得結(jié)構(gòu)材料111可以硬化成型并且與此基底200粘結(jié)在一起。
再一步，進(jìn)行脫模步驟且完成具有該結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的制造。如圖6G所示，脫模后即可形成具有該結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。
如圖4M所示，可進(jìn)一步采用第二實(shí)施例的步驟，以結(jié)構(gòu)材料形成具有單面結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。
圖7是顯示利用本發(fā)明形成的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)圖。光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)種類包括鋸齒狀的菲涅爾(fresnel lens)面、柱面、球面、非球面、棱鏡以及梯形面等結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例與第二實(shí)施例中，改變樹脂材料A與活化劑B的混合比例，可以改變光學(xué)元件的折射率、透光率。在本發(fā)明第三實(shí)施例中，改變樹脂材料A、活化劑B以及脫模劑三者的混合比例，也可以改變光學(xué)元件的折射率、透光率。此外，基底的透過率以及可透過頻譜應(yīng)當(dāng)視使用者的需要，而適當(dāng)選擇基底材料。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例至第三實(shí)施例中，均勻地噴灑結(jié)構(gòu)材料于基底或模具的模穴內(nèi)后，是利用一壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)實(shí)施在該基底上，使得結(jié)構(gòu)材料完全填充該模具的模穴內(nèi)并除去該結(jié)構(gòu)材料中的氣泡。如圖8所示，在本發(fā)明中可采用重力裝置600產(chǎn)生壓力使得該材料完全填充該模具的模穴內(nèi)并除去該材料中的氣泡。
在本發(fā)明的制造方法中，所有步驟皆在室溫下完成。模具未曾處于升溫降溫環(huán)境中，因此可以延長(zhǎng)模具的使用壽命。此外，由于制造過程中，光學(xué)元件完全處于室溫之中硬化該材料，所以在脫模時(shí)，中心與外圍不致產(chǎn)生溫度梯度變化，因此不會(huì)存留殘留應(yīng)力于硬化的樹脂材料內(nèi)。進(jìn)一步不會(huì)產(chǎn)生橇曲現(xiàn)象。
在本發(fā)明的制造方法中，可對(duì)于結(jié)構(gòu)材料采取升溫加熱的步驟，具有進(jìn)一步縮減該材料成型的時(shí)間。該材料形成光學(xué)元件的適用的溫度范圍為10℃～80℃。
雖然本發(fā)明已經(jīng)以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作變型與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件的制造方法，適用于一基底，其特征在于它包含下列步驟a.提供一模具，該模具內(nèi)具有與既定結(jié)構(gòu)的形狀相反有模穴；b.形成一材料至該模具內(nèi)的該模穴內(nèi)并結(jié)合該模具與該基基；c.固代該材料；以及d.脫模形成光學(xué)元件。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的結(jié)合該模具與該基底后，還包含利用一壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)于該基底上，使得該材料完全填充該模具的模穴內(nèi)并除去該材料中的氣泡。
3.如權(quán)利要求1所述光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的材料包含樹脂材料A與活化劑B。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于它還包含形成一脫模薄于模具內(nèi)，使得該固化后，不會(huì)與模具粘結(jié)。
5.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的材料，其成型溫度范圍為10℃～80℃。
6.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的該壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，它是一滾輪裝置。
7.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，它是一重力裝置。
8.一種光學(xué)元件有制造方法，可制造包含一第一結(jié)構(gòu)及第二結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，適用于具有互相對(duì)立的第一平面與第二平面的基底，包含下列步驟a.提供一第一模具，該第一模具內(nèi)具有與既定的第一結(jié)構(gòu)的形狀相反的第一模穴；b.形成一第一材料至該第一模具內(nèi)的第一模穴并結(jié)合該 第一模具至該基底的第一平面上；c.提供一第二模具，該第二模具內(nèi)具有與既定的第二結(jié)構(gòu)的形狀相反的二模穴；d.形成一第二材料至該基底的第二平面并結(jié)合該第二模具至該基底的第二平面上；e.固化該第一材料與該第二材料；以及f.脫模形成該光學(xué)元件。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的結(jié)合該第一模具至該基底的第一平面上，之后，它還包含利用一壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)于該基底上，可由該第一材料完全填充第一模具的第一模穴內(nèi)并除去該第一材料中的氣泡。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的結(jié)合該第二模具至該基底的第二平面上，之后，它還包含利用一壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)于該第二模具上，可由該第二材料完全填充該第二模具上，可由該第二材料完全填充該第二模具的第二模穴內(nèi)并除去該第二材料中的氣泡。
11.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的制造方法，其行征在于所說的第一材料，它包含樹脂材料A與活化劑B。
12.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的第二材料，它包含樹脂材料A與活化劑B。
13.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于它還包含分別形成一脫模薄膜于該第一模具內(nèi)，它可在第一材料固化后，不會(huì)與該第二模具粘結(jié)。
14.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于它還包含分別形成一脫模薄膜于該第二模具內(nèi)，它可在第二材料固化后，不會(huì)與第二模具粘結(jié)。
15.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的第一材料，其成型溫度范圍為10℃-80℃。
16.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的第二材料，其成型溫度范圍為10℃-80℃。
17.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，它是一滾輪裝置。
18.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，它是一重力裝置。
19.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，它是一滾輪裝置。
20.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，它是一重力裝置。
21.一種光學(xué)元件的制造方法，適用于一基底，其特征在于它包含有下列步驟a.提供一模具，該模具內(nèi)具有與既定結(jié)構(gòu)的形狀相反的模穴；b.形成一材料至該模具內(nèi)的該模穴內(nèi)并結(jié)合該模具與該基底；c.固化該材料；以及d.脫模形成光學(xué)元件。
22.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的結(jié)合該模具與該基底，之后，它還包含利用一壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)于該基底上，使得該材料完全填充該模具的模穴內(nèi)并除去該材料中的氣泡。
23.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的材料，它包含樹脂材料A、活化劑B以及脫劑。
24.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的材料，其成型溫度范圍為10℃-80℃。
25.如權(quán)利要求22所述的光學(xué)元件的制造方法，其特片在于所說的壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，它是一滾輪裝置。
26.如權(quán)利要求22所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于所說的壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，它是一重力裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件的制造方法,適用于一基底,包括下列步驟:(A)提供一模具,該模具內(nèi)具有與既定結(jié)構(gòu)形狀相反的模穴;(B)形成一材料至該模具內(nèi)的該模穴內(nèi)并結(jié)合該模具與該基底;(C)固化該材料;以及(D)脫模形成光學(xué)元件。此種光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)種類包括鋸齒狀的菲涅爾面、柱面、球面、非球面、棱鏡以及梯形等結(jié)構(gòu)。將此光學(xué)元件形成于一基底上,可廣泛地應(yīng)用于液晶顯示器的背光板、投影顯示器的屏幕等等。
文檔編號(hào)G03B21/62GK1336559SQ0012139
公開日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2000年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月27日
發(fā)明者許良榮 申請(qǐng)人:精碟科技股份有限公司