TWI477384B - 連續式光學結構陣列的製造方法與製造設備 - Google Patents

Description

連續式光學結構陣列的製造方法與製造設備

本發明是有關於一種光學結構陣列的製造方法與製造設備，且特別是有關於一種製作連續式光學結構陣列的方法及其設備。

高分子塑膠材料具有質輕且易加工成形的特性，使其適於應用在如擠壓或射出成型(Extrusion or injection molding)等成形技術。將高分子塑膠材料擠壓成板材或薄片材料，在表面上進行壓印、網印或點膠(Dispense)等製程，以製作出花紋、圖樣或是微小立體結構，再經由冷卻、烘烤或紫外光固化(UV Curing)後，其成品不但可具有塑膠材質特有的可撓性與軟質性，且更具有特定光學特性，以作為許多物品的外觀飾件。

本發明提供一種光學結構陣列的製造方法及其製造設備，適於連續地且大面積地在基材上形成光學結構陣列。

本發明提出一種連續式光學結構陣列的製造方法，包括擠壓一高分子聚合物成一連續式板材，滾壓連續式板材以在連續式板材上形成一光學結構陣列，以及固化光學結構陣列以及捲收連續式板材。

本發明更提出一種連續式光學結構陣列的製造設備， 適用於連續式光學結構陣列的製造方法，連續式光學結構陣列的製造設備包括傳送帶、平板擠壓單元、滾壓單元以及捲收單元。平板擠壓單元配置在傳送帶的入口，一高分子聚合物適於經由平板擠壓單元而成為一連續式板材。滾壓單元配置在傳送帶上，滾壓單元的表面具有多個光學結構圖案，經由滾壓單元而在連續式板材上形成一光學結構陣列。捲收單元配置在傳送帶的出口，以捲收連續式板材。

在本發明之一實施例中，上述之高分子聚合物包括熱塑性彈性體。連續式光學結構陣列的製造方法還包括在滾壓連續式板材之前，加熱連續式板材以使其溫度高於高分子聚合物的玻璃轉換溫度，以及在滾壓連續式板材之後，冷卻連續式板材以使其溫度低於高分子聚合物的玻璃轉換溫度，以冷卻光學結構陣列。

在本發明之一實施例中，還包括同時加熱與滾壓連續式板材。

在本發明之一實施例中，上述之高分子聚合物包括光固化高分子聚合物，連續式光學結構陣列的製造方法還包括在滾壓連續式板材之後，光照射於連續式板材以固化光學結構陣列。

在本發明之一實施例中，上述之高分子聚合物包括熱固性高分子聚合物或液態矽橡膠高分子聚合物的至少其中之一，而連續式光學結構陣列的製造方法還包括，加熱連續式板材以固化光學結構陣列。

在本發明之一實施例中，上述之連續式板材包括一基 層與一形成層，形成層被一滾壓模仁滾壓出光學結構陣列。

在本發明之一實施例中，上述之基層的厚度與形成層的厚度之和大於或等於1.0毫米，而基層的厚度大於或等於0.3毫米。

在本發明之一實施例中，上述之光學結構陣列包括多個光學結構單元，各光學結構單元的長度與寬度分別大於或等於2毫米，而相鄰兩個光學結構單元的間隙大於或等於0.3毫米。

在本發明之一實施例中，還包括一溫度控制模組，配置在滾壓單元旁，以對滾壓前的連續式板材或滾壓後的連續式板材進行升溫或降溫。

在本發明之一實施例中，上述之溫度控制模組配置在滾壓單元中。

在本發明之一實施例中，還包括一光固化單元，配置在滾壓單元旁，以固化光學結構陣列。

在本發明之一實施例中，上述之光學結構圖案具有立體輪廓。

基於上述，在本發明的上述實施例中，藉由上述的製造方法與製造設備，而得以將光學結構陣列連續且大面積地形成在板狀基材上，以提高光學結構陣列的生產效率與降低其製造成本。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明一實施例的一種卷狀產品的示意圖。圖2為圖1的卷狀產品的局部放大圖，用以描述位在卷狀產品之一表面上的光學結構陣列。圖3為圖2的光學結構陣列之俯視圖。請參照圖1至圖3，卷狀產品10係用以作為物品的外觀件，其表面具有光學結構陣列100，故而在配置於物件上後能使物件表面因光學結構陣列100所產生光線折射或反射效果，而使物件具有較佳的外觀。

以下先對光學結構陣列100加以說明，在本實施例中，光學結構陣列100是由多個光學結構單元110連續且陣列地排列在一基層200上。各光學結構單元110具有立體輪廓與透光性，且其長度L大於或等於2毫米，寬度W大於或等於2毫米。此外，任意兩個相鄰的光學結構單元110之間存在間距d，且此間距d大於或等於0.3毫米。

此外，基層200同樣也具有透光性，而其厚度t1大於或等於0.3毫米。當完成光學結構單元110的製作之後，基層110之厚度t1與光學結構單元110之厚度t2的總合大於或等於1.0毫米。

再者，光學結構單元110表面具有多個彼此鄰接且呈不同角度的折射面112(或反射面)，以讓完成後的光學結構陣列100能呈現多種不同的視覺效果。然而在本發明中，並不限定所製造出光學結構陣列的形狀，其亦可由不同材料與不同製作方式所製成。

在此，本發明所製造之光學結構陣列，其是由多種高 分子聚合物，例如熱塑性彈性體、光固化高分子材料、熱固性高分子材料或是液態矽橡膠高分子材料的至少其中之一所構成。以下將以多個實施例並針對各種不同的材質製造方法與製造設備予以詳述。

圖4為本發明之一實施例的一種光學結構陣列的製作流程圖，在此以熱塑性彈性體(Thermoplastic elastomer,TPE)為例，需先說明的是，熱塑性彈性體，例如熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic Polyurethane,TPU)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯系嵌段共聚物(styrene ethylene butylene styrene,SEBS)、苯乙烯丁二烯苯乙烯(styrene butadiene styrene,SBS)，其兼具熱塑性塑膠的重複加工性和橡膠的高彈性等物理機械性能，同時又具有優異的回收再生性。此外，熱塑性彈性體具有良好的外觀質感，力學性能可比硫化橡膠，硬度範圍寬廣，抗拉強度(tensile strength)高，斷裂伸長率最高可達十倍以上。再者，其長期耐溫可超過70℃，低溫環境性能良好，在-60℃下仍能保持良好的撓曲性，良好的電絕緣性及耐電壓特性、突出的防滑性能，耐磨性和耐候性能等特性皆使熱塑性彈性體更適於應用於各種環境。

據此，圖5為對應圖4的製作流程與適用材質而設置的製造設備的示意圖。請同時參考圖4與圖5，製造設備500包括一傳送帶510、一平板擠壓單元520、一滾壓單元530、一捲收單元540、溫度控制模組550以及一射出成型單元560。平板擠壓單元520配置在傳送帶510的入口處， 捲收單元540配置在傳送帶510的出口處，而射出成型單元560位在平板擠壓單元520之前。

首先在步驟410中，當射出成型單元560將一高分子聚合物502(本實施例中高分子聚合物502為上述之熱塑性彈性體或具有同等性質者)射出成型後，藉由平板擠壓單元520擠壓高分子聚合物502成一連續式板材504，此連續式板材504在步驟420藉由溫度控制模組550而被加熱，以使其溫度高於高分子聚合物502的玻璃轉換溫度(Glass transition temperature,Tg)，因而得以讓部分的連續式板材504因加熱而具有可變形的狀態。換句話說，藉由加熱而讓連續式板材504分隔為一基層506與一形成層505，並使基層506與形成層505之間存在不間斷的連續面505a。在此需說明的是，溫度控制模組550包括現有技術中具備加熱與冷卻的相關裝置，在此並不對其予以限制。

然後，在步驟430將加熱後的連續式板材504以滾壓單元530進行滾壓，以在形成層505滾壓出光學結構單元508，並由於滾壓單元530為一滾筒式模仁，因此便會將連續式板材504的形成層505滾壓出多個光學結構單元508，並因而成型出光學結構陣列100。

在本實施例中，滾壓單元530之光學結構圖案534，其可藉由精密切削(cutting)加工、精密電鑄(Electroforming)加工精密放電加工或是微鑄模(LIGA)製程，而形成突出於表面532的立體圖案。溫度控制模組550可為紅外線加熱燈管，或是在傳送連續式板材的傳送 帶510上，以電熱或水進行溫控。在本發明之另一未繪示的實施例中，更可直接同時加熱與滾壓連續板材，例如在滾壓單元之滾筒模仁上設置高低溫水路切換系統、電熱裝置與水路或者高溫油路與水路，即可同時加熱與滾壓連續板材。

進一步地說，在本實施例中是藉由溫度控制模組550將高分子聚合物502進行加熱，以利將其擠壓成連續式板材504後再以滾壓單元530滾壓出光學結構陣列100。在此並未限制形成層505與基層506之間的比例，凡讓連續式板材504的整體厚度與其上的光學結構陣列100能符合前述的尺寸要求者，皆可適用於本發明。

接著，在步驟440中藉由溫度控制模組550冷卻連續式板材，使其溫度低於高分子聚合物502的玻璃轉換溫度以固化其上的光學結構陣列100。最後，於步驟450中以捲收單元540捲收連續式板材，以使其成為如圖1所繪示的卷狀產品10。之後，使用者便能依據所需物品的外形而對卷狀產品10進行裁切與組合。

據此，藉由上述的製造設備500與製作流程，得以製作出連續式且具有光學結構陣列100的卷狀產品10(標示於圖1)。此舉相較於現有逐次逐片的壓印技術而言，提供了較為經濟的生產方式並提高了生產效率。

圖6為本發明之另一實施例的一種光學結構陣列的製作流程圖，在此以光固化透明高分子材料為例，需先說明的是，光固化透明高分子材料，例如是UV光硬化塑膠， 藉由UV光源照射起動化學連鎖反應，促使接著劑在數秒的時間內完成固化接合材質。光固化透明高分子材料的原理為在樹脂中加入光引發劑(或光敏劑)，經過吸收紫外線(UV)光固化設備中的高強度紫外光後，產生活性自由基或離子基，從而引發聚合、交聯和接續反應，使樹脂(UV)塗料、油墨、粘合劑等在數秒到幾分之間，由液態轉化為固態。此變化過程稱之為UV固化。光固化透明高分子材料是一種乾淨、環保、快速、提高生產效率的組裝膠合方式。

據此，圖7為對應圖6的製作流程與適用材質而設置的製造設備的示意圖。請同時參考圖6與圖7，本實施例與前一實施例之差異之處為，本實施例之製造設備700更設置了一光固化單元760於滾壓單元530的對側，而溫度控制模組550設置在滾壓單元530之前與之後。在圖6之步驟中，當高分子聚合物702於步驟610中經由液態射出單元570射出後被平板擠壓單元520擠壓成一連續式板材704之後，在步驟620藉由溫度控制模組550維持連續式板材704的溫度。然後在步驟630將連續式板材704以滾壓單元530進行滾壓，製造出多個光學結構單元708，成型出光學結構陣列100。步驟640中再以光固化元件760提供光線以固化光學結構單元708，並輔以溫度控制模組550對光學結構陣列100加熱而提高其固化效率。最後，在步驟650、660中以溫度控制模組550對光學結構陣列100進行冷卻，之後便能捲收連續式板材704。

圖8為本發明之又一實施例的一種光學結構陣列的製作流程圖，在此，高分子聚合物包括：熱固性彈性體(例如PDMS)、液態矽橡膠。需先說明的是，熱固性高分子材料，近年來也漸被應用在微機電系統的製程中，其主因為製程簡便，只需簡單的處理程序，就可得到精細的微結構與良好的接合特性。熱固性高分子材料為一聚矽氧烷類高分子聚合物，是疏水性高分子材料的一種，具光學性質透明無色之軟性材質，已被廣泛用於微鑄模(LIGA)製程。其優點為具可塑性高，透光性佳。液態矽膠高分子的特性是可在室溫、加熱等在不同條件下硬化形成彈性體，不須特別的技術或昂貴的儀器設備即可使用，最適合自動化新成型系統使用，硬化後的彈性體具無毒、高透明度、耐溫、耐燃、耐候、耐擠壓、極佳的絕緣性及不受化學物質的腐蝕等優越特性。

據此，圖9為對應圖8的製作流程與適用材質而設置的製造設備的示意圖。請同時參考圖8與圖9，本實施例之製造設備900與圖5所示之製造設備500相同。在圖8之步驟中，當高分子聚合物902於步驟810先以液態射出單元570進行射出成型，並被平板擠壓單元520擠壓成一連續式板材904之後，在步驟820藉由溫度控制模組550維持連續式板材904的溫度，並使材料表面溫度均勻。然後在步驟830將連續式板材904以滾壓單元530進行滾壓，製造出多個光學結構單元908，成型出光學結構陣列100。之後更再以溫度控制模組550再加熱以固化光學結構 陣列100。

進一步地說，本實施例是藉由滾壓單元530將連續式板材904滾壓出光學結構陣列100之後，再以溫度控制模組550再加熱連續式板材904以固化光學結構陣列100。

綜上所述，本發明之連續式光學結構陣列的製造方法，適於應用在本發明所提出的連續式光學結構陣列的製造設備中。在一輸送帶上利用一平板擠壓單元，將一高分子聚合物原料擠壓成一連續式板材。將連續式板材直接經由一滾壓單元滾壓以將光學陣列結構轉寫在連續式板材上，再經由固化成型，形成一具有連續式光學陣列結構的板材，再由捲收單元捲收出貨。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧卷狀產品

100‧‧‧光學結構陣列

110‧‧‧光學結構單元

112‧‧‧折射面

200‧‧‧基層

410~450、610~660、810~850‧‧‧步驟

500‧‧‧設備

502‧‧‧高分子聚合物

504‧‧‧連續式板材

505‧‧‧形成層

506‧‧‧基層

505a‧‧‧連續面

508‧‧‧光學結構單元

510‧‧‧傳送帶

520‧‧‧平板擠壓單元

530‧‧‧滾壓單元

532‧‧‧表面

534‧‧‧結構圖案

540‧‧‧捲收單元

550‧‧‧溫度控制模組

560‧‧‧射出成型單元

570‧‧‧液態射出單元

610~650‧‧‧步驟

700‧‧‧設備

702‧‧‧高分聚合物

704‧‧‧連續式板材

708‧‧‧光學結構單元

760‧‧‧光固化單元

810~850‧‧‧步驟

900‧‧‧設備

902‧‧‧高分子聚合物

904‧‧‧連續式板材

908‧‧‧光學結構單元

L‧‧‧長度

W‧‧‧寬度

d‧‧‧間距

t1、t2‧‧‧厚度

圖1為本發明一實施例的一種卷狀產品的示意圖。

圖2為圖1的卷狀產品的局部放大圖。

圖3為圖2的光學結構陣列之俯視圖。

圖4為本發明之一實施例的一種光學結構陣列的製作流程圖。

圖5為對應圖4的製作流程與適用材質而設置的製造設備的示意圖。

圖6為本發明之另一實施例的一種光學結構陣列的製作流程圖。

圖7為對應圖6的製作流程與適用材質而設置的製造設備的示意圖。

圖8為本發明之又一實施例的一種光學結構陣列的製作流程圖。

圖9為對應圖8的製作流程與適用材質而設置的製造設備的示意圖。

100‧‧‧光學結構陣列

110‧‧‧光學結構單元

112‧‧‧折射面

200‧‧‧基層

t1、t2‧‧‧厚度

Claims (16)

1. 一種連續式光學結構陣列的製造方法，包括：擠壓一高分子聚合物成一連續式板材；滾壓該連續式板材，以在該連續式板材上形成一光學結構陣列；固化該光學結構陣列，其中該光學結構陣列包括多個光學結構單元，且各該光學結構單元的表面具有多個彼此鄰接且呈不同角度的折射面；以及捲收該連續式板材。
2. 如申請專利範圍第1項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，其中該高分子聚合物包括熱塑性彈性體，該連續式光學結構陣列的製造方法還包括：在滾壓該連續式板材之前，加熱該連續式板材以使其溫度高於該高分子聚合物的玻璃轉換溫度；以及在滾壓該連續式板材之後，冷卻該連續式板材以使其溫度低於該高分子聚合物的玻璃轉換溫度，以固化該光學結構陣列。
3. 如申請專利範圍第2項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，還包括：同時加熱與滾壓該連續式板材。
4. 如申請專利範圍第2項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，其中該高分子聚合物包括熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic Polyurethane,TPU)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯系嵌段共聚物(styrene ethylene butylene styrene,SEBS)、苯乙烯丁二烯苯乙烯(styrene butadiene styrene,SBS)。
5. 如申請專利範圍第1項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，其中該高分子聚合物包括光固化高分子聚合物，該連續式光學結構陣列的製造方法還包括：在滾壓該連續式板材之後，光照射於該連續式板材以固化該光學結構陣列。
6. 如申請專利範圍第1項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，其中該高分子聚合物包括熱固性高分子聚合物或液態矽橡膠高分子聚合物的至少其中之一，該連續式光學結構陣列的製造方法還包括：加熱該連續式板材，以固化該光學結構陣列。
7. 如申請專利範圍第6項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，其中該高分子聚合物包括聚二甲基矽氧烷(PDMS)。
8. 如申請專利範圍第1項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，其中該連續式板材包括一基層與一形成層，該形成層被一滾壓模仁滾壓出該光學結構陣列。
9. 如申請專利範圍第8項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，其中該基層的厚度與該形成層的厚度之和大於或等於1.0毫米。
10. 如申請專利範圍第9項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，其中該基層的厚度大於或等於0.3毫米。
11. 如申請專利範圍第8項所述的連續式光學結構陣 列的製造方法，其中各該光學結構單元的長度與寬度分別大於或等於2毫米，而相鄰兩個光學結構單元的間隙大於或等於0.3毫米。
12. 一種連續式光學結構陣列的製造設備，適用於如申請專利範圍第1項所述的連續式光學結構陣列的製造方法，該連續式光學結構陣列的製造設備包括：一傳送帶；一平板擠壓單元，配置在該傳送帶的入口，一高分子聚合物適於經由該平板擠壓單元而成為一連續式板材；一滾壓單元，配置在該傳送帶上，該滾壓單元的表面具有多個光學結構圖案，該連續式板材經由該滾壓單元而在該連續式板材上形成一光學結構陣列，其中該光學結構陣列包括多個光學結構單元，且各該光學結構單元的表面具有多個彼此鄰接且呈不同角度的折射面；以及一捲收單元，配置在該傳送帶的出口，以捲收該連續式板材。
13. 如申請專利範圍第12項所述的連續式光學結構陣列的製造設備，還包括：一溫度控制模組，配置在該滾壓單元旁，以對滾壓前的該連續式板材或滾壓後的連續式板材進行升溫或降溫。
14. 如申請專利範圍第13項所述的連續式光學結構陣列的製造設備，其中該溫度控制模組配置在該滾壓單元中。
15. 如申請專利範圍第12項所述的連續式光學結構陣列的製造設備，還包括： 一光固化單元，配置在該滾壓單元旁，以固化該光學結構陣列。
16. 如申請專利範圍第12項所述的連續式光學結構陣列的製造設備，其中該些光學結構圖案具有立體輪廓。