TWI445615B - 壓印成型透鏡陣列之方法 - Google Patents

Description

壓印成型透鏡陣列之方法

本發明涉及光學元件之製造領域，尤其涉及一種壓印成型透鏡陣列之方法。

利用熱固性塑膠，例如酚醛塑料、氨基塑膠、不飽和聚酯塑膠、聚醯亞胺等材料製造鏡片，尤其是一次性製造大量之尺寸微小之適用於安裝在可擕式電子裝置上之鏡片，一般地，採用以下方式，請參閱圖1：提供一基板10，一模仁11，該模仁11具有一個複製結構110，該複製結構110呈凹面形。先將成型材料12塗佈在基板10上，將模仁11壓到該成型材料12上，加熱該成型材料12使其流動成型，填充整個複製結構110和基板10所形成之模腔，然後固化轉變為凸透鏡。

這種方法之缺點是：不容易獲得尺寸精確之塑膠製品，尤其是厚度較厚部位之尺寸不精確，這係由於在壓印成型之過程中，熱固性塑膠具有5%左右之收縮率，厚度越厚影響越顯著，這導致熱固性塑膠之預形體不能很好地複製模仁之複製結構之特徵，例如曲率、深度等，因此，形狀上和尺寸上之精確度很低，如果不在後續之加工中進行修正，就會影響透鏡品質。

有鑒於此，有必要提供一種成型精確度較高之壓印成型透鏡陣列 之方法。

一種壓印成型透鏡陣列之方法，其包括以下步驟：提供一個基板，其具有一個承載面；提供一個模仁，該模仁具有與該透鏡陣列之形狀相反之複製結構陣列，該複製結構陣列包括多個複製結構；於該承載面塗佈成型材料，該成型材料之體積大於該透鏡陣列內之所有透鏡之體積之和；將該模仁壓向該承載面上之成型材料，使該成型材料依該複製結構之輪廓分佈；對該成型材料初次加壓，並在第一溫度條件下固化該成型材料，以形成與透鏡之結構相接近之預形體，並使得該成型材料收縮從而在該模仁與該預形體之間產生間隙；對該預形體再次加壓，並將該第一溫度升高至第二溫度，在該第二溫度條件下固化該預形體以使該成型材料進一步填充該間隙；將該模仁與該基板分離以得到透鏡陣列。

本發明提供之壓印成型透鏡陣列之方法通過塗佈過量之成型材料和對成型材料實行兩次加壓以及在不同溫度下使其固化，使得成型後之透鏡陣列更精確地複製了模仁之結構特徵，提高了成型之精確度，亦提高了透鏡之品質。

10、20、40‧‧‧基板

11、24、44‧‧‧模仁

12、30、50‧‧‧成型材料

110、260、460‧‧‧複製結構

21、41‧‧‧承載面

22‧‧‧凹槽

26、46‧‧‧複製結構陣列

27‧‧‧加壓板

29‧‧‧彈性元件

32‧‧‧預形體

2‧‧‧透鏡陣列

25‧‧‧間隙

圖1係現有技術提供之壓印成型透鏡之效果示意圖。

圖2係本發明第一實施例提供之基板之立體視圖。

圖3係本發明第一實施例提供之在第一溫度條件下固化成型材料之步驟示意圖。

圖4係收縮後之預形體之剖視圖。

圖5係本發明第一實施例提供之在第二溫度條件下固化預形體之 步驟示意圖。

圖6係本發明第一實施例提供之凸透鏡陣列之立體示意圖。

圖7係本發明第二實施例提供之在第一溫度條件下固化成型材料之步驟示意圖。

下面將結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

請參閱圖2至圖6，本發明實施例提供之壓印成型透鏡陣列2之方法包括以下步驟：

(1)提供一基板20，其具有一承載面21。

該基板20係透明基板，例如可以係矽基板，該基板20之直徑為8吋(約20.32毫米)，但是其他尺寸之基板，例如12吋亦可，只要可以將施加於其上之壓力控制均勻即可。

承載面21係該基板20之一個表面。優選地，在該承載面21形成多個凹槽22，該凹槽22之深度遠遠小於該基板20之厚度，其用於限定每個透鏡之成型位置，亦可方便後續之點膠或者對準等動作。

凹槽22可借由蝕刻、鐳射直寫等方式加工而成。

(2)提供一個模仁24，該模仁24具有與該透鏡陣列2之形狀相反之複製結構陣列26。

本實施例要壓印成型之透鏡陣列2係一個凸透鏡陣列。因此，該複製結構係凹面形複製面260，多個凹面形複製面260組成了複製結構陣列26。

(3)於該承載面21塗佈成型材料30，該成型材料30之體積大於該透鏡陣列內之所有透鏡之體積之和。

優選地，此成型材料30係熱固性材料，例如酚醛塑料、氨基塑膠、不飽和聚酯塑膠、聚醯亞胺等；當然，亦可以係熱塑性材料。

該成型材料30呈熔融狀，可採用旋轉塗佈、噴墨法等方式均勻塗佈於承載面21。注意，即使承載面21有凹槽22，亦不妨礙成型材料30之均勻塗佈，因為凹槽22之深度較小，小到不足以影響成型材料30之流動性。

當然，該成型材料30亦可以點膠之方式塗佈在每個成型位置，若有凹槽22，就塗佈在凹槽22內。

無論是上述之均勻塗佈還是點塗佈，都要提前估算好該成型材料30之體積。成型材料30之總體積要大於所要成型之透鏡陣列2內所有透鏡之體積之和。

具體來說，假如要求每個透鏡之體積為V，整個透鏡陣列2內有n個透鏡，則需要之成型材料體積為nV，成型材料30之體積要大於nV；如果是採用點塗佈，則在每個成型位置所塗佈之成型材料之體積大於V。

一般地，根據成型材料本身之收縮率估算成型材料之過量體積範圍。例如，當成型材料之收縮率為6%左右時，該成型材料30之體積比該透鏡陣列2內之所有透鏡之體積之和至少超出10%為宜。另外，考慮到擠壓過程中之材料溢出，還要在已經過量之成型材料之基礎上再增加過量之體積，例如再增加1%體積之成型材料。

(4)將該模仁24壓向該承載面21上之成型材料30，使該成型材 料30依該複製結構260之輪廓分佈。

複製結構260之輪廓具體地說就是一個凹面，可係球形凹面，亦可係非球形凹面。

注意，整個模仁24之上設有多個複製結構，要保證對每個成型位置之成型材料平均施壓。可利用加壓板27和位於加壓板27以及模仁24之間之彈性元件29來準確控制模仁24所在平面之高度以及下壓之力度。

由於之前塗佈之成型材料30之體積大於透鏡陣列內所有透鏡之體積之和，又由於複製結構260和承載面21所形成之模腔之體積小於每個成型位置上所塗佈之成型材料，因此，複製結構260不會完全地將成型材料收容進該模腔，這些過量之成型材料30充斥於模腔周緣，導致模仁24無法觸及承載面21，因而兩者之間存在間隙，但是這不妨礙成型材料填依附整個複製結構260之輪廓分佈。

(5)請參閱3-4，對該成型材料30初次加壓，並在第一溫度條件下固化該成型材料30，使該成型材料30形成與透鏡之結構相接近之預形體32，並使得該成型材料30收縮從而在該模仁與該預形體32之間產生間隙25，尤其是在厚度較厚之區域，例如凸透鏡之中心區域，其厚度坍縮較為明顯。

對成型材料30所加壓力視成型結構形狀、材料和大小之不同而不同，一般地，單位壓力係幾兆帕到幾十兆帕。

第一溫度條件下固化後，預形體32之結構與最終要成型之透鏡之結構相近。

一般地，該“第一溫度”之範圍在50攝氏度到70攝氏度之間。

在第一溫度下之固化使得預形體32之內部流動性降低，所以部分區域發生收縮。

(6)對該預形體32再次加壓，將第一溫度升高至第二溫度，在該第二溫度條件下固化該預形體32以使該成型材料30進一步填充該間隙25。

雖然預形體32之某些部位有所收縮，惟，“對該預形體32再次加壓並在第二溫度條件下固化該預形體32”這個過程使得該預形體32重新進入熔融塑化之過程，原本還介於模仁24和承載面21之間且並未完全進入模腔之成型材料由於內部預形體32之收縮以及再次加壓而進入模腔，模仁24和承載面21之間之間隙25就進一步減小甚至沒有。需要注意的是，在實際生產中，可能會有部分成型材料滯留在分型面上成為飛邊，圖5沒有繪出這種情況。

在新條件下預形體32內部之流動性進一步降低，直至達到完全固化成型之效果；而且，由於預形體32本身係採用體積過量之成型材料壓印成型而成，其收縮率已在估量成型材料之過量體積時被考慮，因此在第一溫度下固化所引起之收縮之體積在第二次加壓及第二溫度條件由過量之那部分成型材料補正。

一般地，該再次加壓之壓力大於該初次加壓之壓力，該“第二溫度”之範圍是在90攝氏度到110攝氏度之間。

(7)將該模仁24與該基板20分離以得到凸透鏡陣列2。

最後，可以沿預先留好之切割道對凸透鏡陣列2切割得到獨立之凸透鏡。

本實施例提供之成型方法更精確地複製了模仁24之結構特徵，提高了成型之精確度，亦提高了透鏡之品質。

請參閱圖7，本發明第二實施例提供之壓印成型透鏡陣列之方法製造的是凹透鏡陣列。

與製造凸透鏡陣列2相似，首先，提供一基板40，其具有一承載面41；提供一模仁44，該模仁44具有與該凹透鏡陣列之形狀相反之複製結構陣列46，該複製結構陣列46包括多個複製結構460；於該承載面41塗佈成型材料50，該成型材料50之體積大於該凹透鏡陣列內之所有凹透鏡之體積之和；閉模，將該模仁44壓向該承載面41上之成型材料50，使該成型材料50依該複製結構460之輪廓分佈；對該成型材料50加壓，並在第一溫度條件下固化該成型材料50，使該成型材料50固化形成與凹透鏡之結構相接近之預形體，並在較厚之區域發生收縮，使得該預形體和模仁44之間產生間隙；對該預形體再次加壓，再次加壓之壓力大於首次加壓之壓力，將該第一溫度升高至第二溫度並在第二溫度條件下固化該預形體；將該模仁與該基板分離，得到凹透鏡陣列。

另外，可以理解，凹透鏡之厚度較厚區域位於鏡片中心之外，尤其是邊緣部位，因此其收縮將發生在鏡片中心以外之區域。

20‧‧‧基板

21‧‧‧承載面

24‧‧‧模仁

26‧‧‧複製結構陣列

260‧‧‧複製結構

27‧‧‧加壓板

29‧‧‧彈性元件

30‧‧‧成型材料

Claims (8)

1. 一種壓印成型透鏡陣列之方法，其包括以下步驟：提供一個基板，其具有一個承載面；提供一個模仁，該模仁具有與該透鏡陣列之形狀相反之複製結構陣列，該複製結構陣列包括多個複製結構；於該承載面塗佈成型材料，該成型材料之體積大於該透鏡陣列內之所有透鏡之體積之和；將該模仁壓向該承載面上之成型材料，使該成型材料依該複製結構之輪廓分佈；對該成型材料初次加壓，並在第一溫度條件下固化該成型材料，以形成與透鏡之結構相接近之預形體，並使得該成型材料收縮從而在該模仁與該預形體之間產生間隙；對該預形體再次加壓，並將該第一溫度升高至第二溫度，在該第二溫度條件下固化該預形體以使該成型材料進一步填充該間隙；將該模仁與該基板分離以得到透鏡陣列。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓印成型透鏡陣列之方法，其中：該成型材料之體積比該透鏡陣列內之所有透鏡之體積之和至少大10%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之壓印成型透鏡陣列之方法，其中：於該承載面塗佈成型材料前，在該承載面形成多個凹槽，每個凹槽用於限定透鏡之成型位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之壓印成型透鏡陣列之方法，其中：該第一溫度之範圍在50攝氏度到70攝氏度之間，該第二溫度之範圍在90攝氏度到110攝氏度之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之壓印成型透鏡陣列之方法，其中：該成型材料係熱固性材料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之壓印成型透鏡陣列之方法，其中：該透鏡陣列係凹透鏡陣列。
7. 如申請專利範圍第1項所述之壓印成型透鏡陣列之方法，其中：該透鏡陣列係凸透鏡陣列。
8. 如申請專利範圍第1項所述之壓印成型透鏡陣列之方法，其中：該再次加壓之壓力大於該初次加壓之壓力。