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CN101890817A - 压印成型透镜阵列的方法 - Google Patents

压印成型透镜阵列的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种压印成型透镜阵列的方法，其包括以下步骤：提供一个基板和一个模仁；于该承载面涂布成型材料，该成型材料的体积大于该透镜阵列内的所有透镜的体积之和；将该模仁压向该承载面上的成型材料，使该成型材料依该复制结构的轮廓分布；对该成型材料初次加压，并在第一温度条件下固化该成型材料，以形成与透镜的结构相接近的预形体；对该预形体再次加压，并将该第一温度升高至第二温度，在该第二温度条件下固化该预形体以使该成型材料进一步填充该间隙；将该模仁与该基板分离以得到透镜阵列。本发明提供的压印成型透镜阵列的方法提高了成型精确度，也提高了透镜质量。

Description

压印成型透镜阵列的方法
技术领域
本发明涉及光学元件的制造领域，尤其涉及一种压印成型透镜阵列的方法。
背景技术
利用热固性塑料，例如酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯塑料、聚酰亚胺等材料制造镜片，尤其是一次性制造大量的尺寸微小的适用于安装在便携式电子装置上的镜片，一般地，采用以下方式，请参阅图1：提供一个基板10，一个模仁11，该模仁11具有一个复制结构110，该复制结构110呈凹面形。先将成型材料12涂布在基板10上，将模仁11压到该成型材料12上，加热该成型材料12使其流动成型，填充整个复制结构110和基板10所形成的模腔，然后固化转变为凸透镜。
这种方法的缺点是：不容易获得尺寸精确的塑料制品，尤其是厚度较厚部位的尺寸不精确，这是由于在压印成型的过程中，热固性塑料具有5％左右的收缩率，厚度越厚影响越显著，这导致热固性塑料的预形体不能很好地复制模仁的复制结构的特征，例如曲率、深度等，因此，形状上和尺寸上的精确度很低，如果不在后续的加工中进行修正，就会影响透镜质量。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种成型精确度较高的压印成型透镜阵列的方法。
一种压印成型透镜阵列的方法，其包括以下步骤：提供一个基板，其具有一个承载面；提供一个模仁，该模仁具有与该透镜阵列的形状相反的复制结构阵列，该复制结构阵列包括多个复制结构；于该承载面涂布成型材料，该成型材料的体积大于该透镜阵列内的所有透镜的体积之和；将该模仁压向该承载面上的成型材料，使该成型材料依该复制结构的轮廓分布；对该成型材料初次加压，并在第一温度条件下固化该成型材料，以形成与透镜的结构相接近的预形体，并使得该成型材料收缩从而在该模仁与该预形体之间产生间隙；对该预形体再次加压，并将该第一温度升高至第二温度，在该第二温度条件下固化该预形体以使该成型材料进一步填充该间隙；将该模仁与该基板分离以得到透镜阵列。
本发明提供的压印成型透镜阵列的方法通过涂布过量的成型材料和对成型材料实行两次加压以及在不同温度下使其固化，使得成型后的透镜阵列更精确地复制了模仁的结构特征，提高了成型的精确度，也提高了透镜的质量。
附图说明
图1是现有技术提供的压印成型透镜的效果示意图。
图2是本发明第一实施例提供的基板的立体视图。
图3是本发明第一实施例提供的在第一温度条件下固化成型材料的步骤示意图。
图4是收缩后的预形体的剖视图。
图5是本发明第一实施例提供的在第二温度条件下固化预形体的步骤示意图。
图6是本发明第一实施例提供的凸透镜阵列的立体示意图。
图7是本发明第二实施例提供的在第一温度条件下固化成型材料的步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图2至图6，本发明实施例提供的压印成型透镜阵列2的方法包括以下步骤：
(1)提供一个基板20，其具有一个承载面21。
该基板20是透明基板，例如可以是硅基板，该基板20的直径为8时(约20.32厘米)，但是其他尺寸的基板，例如12时也可，只要可以将施加于其上的压力控制均匀即可。
承载面21是该基板20的一个表面。优选地，在该承载面21形成多个凹槽22，该凹槽22的深度远远小于该基板20的厚度，其用于限定每个透镜的成型位置，也可以方便后续的点胶或者对准等动作。
凹槽22可以借由蚀刻、激光直写等方式加工而成。
(2)提供一个模仁24，该模仁24具有与该透镜阵列2的形状相反的复制结构阵列26。
本实施例要压印成型的透镜阵列2是一个凸透镜阵列。因此，该复制结构是凹面形复制面260，多个凹面形复制面260组成了复制结构阵列26。
(3)于该承载面21涂布成型材料30，该成型材料30的体积大于该透镜阵列内的所有透镜的体积之和。
优选地，此成型材料30是热固性材料，例如酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯塑料、聚酰亚胺等；当然，也可以是热塑性材料。
该成型材料30呈熔融状，可采用旋转涂布、喷墨法等方式均匀涂布于承载面21。注意，即使承载面21有凹槽22，也不妨碍成型材料30的均匀涂布，因为凹槽22的深度较小，小到不足以影响成型材料30的流动性。
当然，该成型材料30也可以以点胶的方式涂布在每个成型位置，有凹槽22的话，就是涂布在凹槽22内。
无论是上述的均匀涂布还是点涂布，都要提前估算好该成型材料30的体积。成型材料30的总体积要大于所要成型的透镜阵列2内所有透镜的体积之和。
具体来说，假如要求每个透镜的体积为V，整个透镜阵列2内有n个透镜，则需要的成型材料体积为nV，成型材料30的体积要大于nV；如果是采用点涂布，则在每个成型位置所涂布的成型材料的体积大于V。
一般地，根据成型材料本身的收缩率估算成型材料的过量体积范围。例如，当成型材料的收缩率为6％左右时，该成型材料30的体积比该透镜阵列2内的所有透镜的体积之和至少超出10％为宜。另外，考虑到挤压过程中的材料溢出，还要在已经过量的成型材料的基础上再增加过量的体积，例如再增加1％体积的成型材料。
(4)将该模仁24压向该承载面21上的成型材料30，使该成型材料30依该复制结构260的轮廓分布。
复制结构260的轮廓具体地说就是一个凹面，可以是球形凹面，也可以是非球形凹面。
注意，整个模仁24的上设有多个复制结构，要保证对每个成型位置的成型材料平均施压。可利用加压板27和位于加压板27以及模仁24之间的弹性元件29来控制准确控制模仁24所在平面的高度以及下压的力度。
由于之前涂布的成型材料30的体积大于透镜阵列内所有透镜的体积的和，又由于复制结构260和承载面21所形成的模腔的体积小于每个成型位置上所涂布的成型材料，因此，复制结构260不会完全地将成型材料收容进该模腔，这些过量的成型材料30充斥于模腔周缘，导致模仁24无法触及承载面21，因而两者之间存在间隙，但是这不妨碍成型材料填依附整个复制结构260的轮廓分布。
(5)对该成型材料30初次加压，并在第一温度条件下固化该成型材料30，使该成型材料30形成与透镜的结构相接近的预形体32，并使得该成型材料30收缩从而在该模仁与该预形体之间产生间隙，尤其是在厚度较厚的区域，例如凸透镜的中心区域，其厚度坍缩较为明显。
对成型材料30所加压力视成型结构形状、材料和大小的不同而不同，一般地，单位压力是几兆帕到几十兆帕。
第一温度条件下固化后，预形体32的结构与最终要成型的透镜的结构相近。
一般地，该“第一温度”的范围是在50摄氏度到70摄氏度之间。
在第一温度下的固化使得预形体32的内部流动性降低，所以部分区域发生收缩。
(6)对该预形体32再次加压，将第一温度升高至第二温度，在该第二温度条件下固化该预形体32以使该成型材料30进一步填充该间隙。
虽然预形体32的某些部位有所收缩，但是“对该预形体32再次加压并在第二温度条件下固化该预形体32”这个过程使得该预形体32重新进入熔融塑化的过程，原本还介于模仁24和承载面21之间且并未完全进入模腔的成型材料由于内部预形体32的收缩以及再次加压而进入模腔，模仁24和承载面21之间的间隙就进一步减小甚至没有。需要注意的是，在实际生产中，可能会有部分成型材料滞留在分型面上成为飞边，图5没有绘出这种情况。
在新条件下预形体32内部的流动性进一步降低，直至达到完全固化成型的效果；而且，由于预形体32本身是采用体积过量的成型材料压印成型的，其收缩率已在估量成型材料的过量体积时被考虑，因此在第一温度下固化所引起的收缩的体积在第二次加压及第二温度条件由过量的那部分成型材料补正。
一般地，该再次加压的压力大于该初次加压的压力，该“第二温度”的范围是在90摄氏度到110摄氏度之间。
(7)将该模仁24与该基板20分离以得到凸透镜阵列2。
最后，可以沿预先留好的切割道对凸透镜阵列2切割得到独立的凸透镜。
本实施例提供的成型方法更精确地复制了模仁24的结构特征，提高了成型的精确度，也提高了透镜的质量。
请参阅图7，本发明第二实施例提供的压印成型透镜阵列的方法制造的是凹透镜阵列。
与制造凸透镜阵列2相似，首先，提供一个基板40，其具有一个承载面41；提供一个模仁44，该模仁44具有与该凹透镜阵列的形状相反的复制结构阵列46，该复制结构阵列46包括多个复制结构460；于该承载面41涂布成型材料50，该成型材料50的体积大于该凹透镜阵列内的所有凹透镜的体积之和；闭模，将该模仁44压向该承载面41上的成型材料50，使该成型材料50依该复制结构460的轮廓分布；对该成型材料50加压，并在第一温度条件下固化该成型材料50，使该成型材料50固化形成与凹透镜的结构相接近的预形体，并在较厚的区域发生收缩，使得该预形体和模仁44之间产生间隙；对该预形体再次加压，再次加压的压力大于首次加压的压力，将该第一温度升高至第二温度并在第二温度条件下固化该预形体；将该模仁与该基板分离，得到凹透镜阵列。
另外，可以理解，凹透镜的厚度较厚区域位于镜片中心之外，尤其是边缘部位，因此其收缩将发生在镜片中心以外的区域。

Claims (8)

1.一种压印成型透镜阵列的方法，其包括以下步骤：
提供一个基板，其具有一个承载面；
提供一个模仁，该模仁具有与该透镜阵列的形状相反的复制结构阵列，该复制结构阵列包括多个复制结构；
于该承载面涂布成型材料，该成型材料的体积大于该透镜阵列内的所有透镜的体积之和；
将该模仁压向该承载面上的成型材料，使该成型材料依该复制结构的轮廓分布；
对该成型材料初次加压，并在第一温度条件下固化该成型材料，以形成与透镜的结构相接近的预形体，并使得该成型材料收缩从而在该模仁与该预形体之间产生间隙；
对该预形体再次加压，并将该第一温度升高至第二温度，在该第二温度条件下固化该预形体以使该成型材料进一步填充该间隙；
将该模仁与该基板分离以得到透镜阵列。
2.如权利要求1所述的压印成型透镜阵列的方法，其特征在于：该成型材料的体积比该透镜阵列内的所有透镜的体积之和至少大10％。
3.如权利要求1所述的压印成型透镜阵列的方法，其特征在于：于该承载面涂布成型材料前，在该承载面形成多个凹槽，每个凹槽用于限定透镜的成型位置。
4.如权利要求1所述的压印成型透镜阵列的方法，其特征在于：该第一温度的范围在50摄氏度到70摄氏度之间，该第二温度的范围在90摄氏度到110摄氏度之间。
5.如权利要求4所述的压印成型透镜阵列的方法，其特征在于：该成型材料是热固性材料。
6.如权利要求1所述的压印成型透镜阵列的方法，其特征在于：该透镜阵列是凹透镜阵列。
7.如权利要求1所述的压印成型透镜阵列的方法，其特征在于：该透镜阵列是凸透镜阵列。
8.如权利要求1所述的压印成型透镜阵列的方法，其特征在于：该再次加压的压力大于该初次加压的压力。
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