專利名稱：具有底切結構的不均勻物體的模制的制作方法
具有底切結構的不均勻物體的模制
背景技術：
顯示裝置可包括導光體，諸如光楔，其傳輸圖像給顯示表面，使圖像聚焦于檢測器上或進行這兩種操作。光可通過全內反射在導光體的光輸入/輸出界面之間傳播。取決于特定應用，某些光學特征(諸如菲涅爾透鏡特征)也可設于導光體中。對于這些特征可期望具有高度平滑性和尺寸保真度(dimensional fidelity)。但是，以可再現的高水平的尺寸保真度來產生這種光導會面臨挑戰。形成光導的一種可能方法是注射模制。注射模制通常涉及將熔融塑料注射到模具內，且然后允許塑料冷卻并凝固。但是，許多塑料在冷卻時收縮。因此，通過注射模制來制造精確厚度的部件是有挑戰性的。另外，由于收縮量值取決于塑料厚度，不均勻塑料部件的各個部分(諸如楔形導光體)可以不同速率收縮，從而增加了通過注射模制來模制精確部件的難度。
發明內容
本發明公開了關于模制具有不均勻厚度和底切結構的物品的各種實施例。舉例而言，一種公開的實施例提供一種用于模制具有不均勻厚度和底切結構的部件的注射模制裝置，該注射模制裝置包括一對相對端壁；第一模具表面，其與該對相對端壁相交且相對于該對相對端壁靜止；第二模具表面，其與相對的端壁相交且可朝向第一模具表面移動使得第二模具表面的第一端在模制過程中朝向第一模具表面移動的行進距離可比第二模具表面的第二端的行進距離更大。另外，該對相對端壁包括帶底切模具表面的滑動件，該滑動件可在這樣的方向上移動，該方向橫過第二模具表面可朝向第一模具表面移動的方向。提供此發明內容只是為了以簡化形式介紹對概念的選擇，該概念將在下文的具體實方式部分中進一步描述。此發明內容并不旨在確定所主張的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所主張的主題的范圍。而且，所主張的主題并不限于解決在本公開內容的任何部分中所提到的任何或所有缺點的實施方式。
圖1示出包括底切結構的光楔的實施例。圖2示出圖1的實施例的底切結構的放大視圖。圖3示出了描繪形成具有不均勻厚度和底切結構的模制物件的方法實施例的流程圖。圖4示出了根據本公開在注射模制過程的實施例中所進行的模具移動順序的示意圖。圖5示出了形成具有不均勻厚度和底切結構的模制物件的方法的另一實施例的流程圖。圖6示出了根據本公開在壓紋過程的實施例中所進行的模具移動順序的示意圖。
具體實施例方式如上文所提到的那樣，注射模制諸如光楔這樣的具有不均勻厚度的部件可面臨挑戰，因為用于這種部件的材料在凝固期間可能會收縮，從而由于部件的變化厚度而造成不均勻收縮。在模制均勻部件期間的收縮可通過在塑料冷卻且固化時使模具的一個表面朝向另一表面以線性方式移動而補償。但在不均勻部件的情況下，這種線性運動是不可行的，因為經歷較少收縮的部件的較薄部分可能會使模具鎖定，且由此在部件的較厚部分繼續固化時不允許模具進一步運動。這可能會造成最終部件具有不正確的尺寸，且也可能會影響到模制的部件的可復制性。另外，某些導光體可具有在導光體表面內的菲涅爾透鏡結構。圖1和圖2示出楔形導光體100的示例性實施例，其包括模制于導光體100的彎曲厚端103內的有小面的 (faceted)菲涅爾透鏡結構102。導光體的彎曲厚端103具有圓柱形、環形、球形或其它合適的彎曲，其充當準直透鏡以使從導光體100的薄端105處的第一光界面104行進到導光體100的主面(描繪為圖1中楔的上表面)處的第二光界面106的光準直。圖2示出有小面的菲涅爾透鏡結構102的放大視圖。應了解為了清楚起見，可放大圖2所示的小面的相對尺寸和彎曲。菲涅爾透鏡結構102包括多個小面110，其交替地朝向和背向導光體100的第二光界面106。除了謹慎地選擇導光體100的彎曲厚端103的曲率之外，謹慎地選擇小面的角度和大小，可允許光從置于第一光界面104處的點源通過全內反射向彎曲厚端103扇出(fan out),由菲涅爾透鏡結構102準直且然后從第二光界面 106的所有部分出來。在其它實施例中，導光體100可被配置成使得光從與界面106相對的主面出來和/或從光界面106和相對面都出來。但是，在模制期間，導光體100的不受控制的收縮和/或小面的不當定位和/或模制可造成導光體100不當功能。因此，圖3示出注射模制具有不均勻厚度和底切結構的物件(諸如導光體100)的方法300的實施例。一般而言，該方法涉及在模制期間使一個模制表面以非線性方式朝向另一模制表面移動以維持在模具與出現不均勻收縮的模制部件之間的接觸。底切的有小面的菲涅爾透鏡結構102可通過滑動件來模制，滑動件為這樣的部件，其被配置為在橫過模具的開/關機構的方向中移動，從而允許在從模具移除導光體100之前移除限定底切結構 (在下文中稱“底切模具表面”)的模具表面。滑動件可耦接到模具的移動表面或靜止表面。 在某些情況下，菲涅爾透鏡的小面的圖案可作為注射模制工具的滑動件的附件來提供，使得帶菲涅爾圖案的滑動件附件獨立于滑動件的其它機械部件來制造。應了解如本文所用的那樣，用語“滑動件”也可包括這種滑動件附件。可通過用于生產高精確度、高平滑表面的任何合適的方法來形成底切模具表面的菲涅爾透鏡圖案。舉例而言，可通過五軸光機械加工方法來形成菲涅爾透鏡圖案。在模制過程中滑動件在模具上的適當定位也可通過模制期間接觸滑動件的精磨的引導件來實現。 這些技術的使用可允許滑動件在0. 05度的精確度內與楔形導光體中心線對準且可幫助實現大約2-10納米平均粗糙度的平滑度。方法300首先(在附圖標記302處)包括將熔融熱塑性材料注射到至少部分地由第一模具表面、第二模具表面和耦接到第二模具表面的滑動件所限定的模腔內。這可視情況包括加熱模具表面使得注射到模具內的塑料并不在模具表面上立即開始硬化。圖4示出在方法300執行期間的各個時間處注射模制裝置400的一實施例的示意圖。注射模制裝置400包括第一模具表面402、第二模具表面404和一對相對的端壁406和 408。注射模制裝置也可包括在相對端壁406與408之間延伸以完全封閉模腔的側部(未圖示)。第一模腔402與端壁相交且相對于該對相對端壁406和408靜止。第二模具表面404 也與該對相對端壁406和408相交且可在模制過程中朝向第一模具表面移動使得第二模具表面的第一端在模制過程中朝向第一模具表面移動的行進距離可比第二模具表面的第二端的行進距離更大。可在時間、注射熱塑性材料之前通過加熱器410來加熱注射模制裝置 400。雖然圖1的示意圖示出加熱器410連接到第二模制表面404，應了解可在將塑料注射到注射模制裝置400內之前加熱注射模制裝置400的任何表面。相對端壁408呈具有以附圖標記412示出的前述底切模制表面的滑動件形式。因此可通過使該壁在垂直于頁面方向上滑動來移除相對的端壁408，從而移除底切模制表面使之不與菲涅爾透鏡表面接觸。這可允許移除模制的導光體100，而不會損壞菲尼爾透鏡結構102或者底切模制表面。應了解，為了清楚起見，在圖4中可放大彎曲的尺寸、菲涅爾透鏡的小面大小和注射模制的其它尺寸方面。返回至圖3，熱塑性材料可以任何合適的方式注射到腔內。舉例而言，在某些實施例中，熔融熱塑性材料可通過門進行注射，該門位于從菲涅爾透鏡結構延伸到第一光界面的非主面側部(例如，與第二光界面106相交的側部)之一上、位于第一光界面上或者處于任何其它合適位置。圖4示出在^注射熱塑性材料之后的注射模制設備。熱塑性材料可包括任何合適材料。在光楔的情況下，熱塑性材料可為透明的，且在更具體的實施例中，可包括諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯和/或聚環烯烴的材料。應了解，給出這些材料是為了舉例說明目的，且可以任何其它合適的模制過程來使用其它合適材料。接著，方法300 (在附圖標記304處)包括冷卻熱塑性材料以使得材料硬化，且在冷卻的同時，朝向第一模具表面使第二模具表面的第一端以及滑動件移動的行進距離比第二模具表面的第二端的行進距離更大。這允許模制表面保持與導光體接觸，甚至是在導光體在模制期間不均勻地收縮時也保持接觸，從而實現最終模制部件中所需的尺寸和表面性質。可以任何合適方式來實現第二模具表面的第一端比第二模具表面的第二端更遠的移動。舉例而言，在某些實施例中，方法300可包括同時或者在模制過程的不同階段朝向第一模具表面線性地且旋轉地移動第二模具表面。用語“朝向第一模具表面線性地移動第二模具表面”是指第二模具表面的移動使得第二模具表面的第一端移動的物理行進距離與第二模具表面的第二端的物理行進距離相同。作為實例，在圖4的時間t2示出(在附圖標記414處)在朝向第一模具表面402的方向上施加線性壓縮給第二模具表面404，使得第二模具表面404的第一端422和第二模具表面404的第二端似4在模制的第一階段朝向第一模具表面402移動的物理行進距離近似相同。在某些實施例中，注射模制裝置400可包括物理擋止件以限制第二模具表面的物理行進距離量，使得對于其朝向第一模具表面402的行進路徑的一部分而言，第二模具表面 404可朝向第一模具表面402線性移動。雖然第二模具表面404被描繪為包括模腔的整個底側(參看圖4所示的模具方位)，但應了解，在某些實施例中，第二模具表面的可移動的部分可包括模腔的側部的一部分。
包括具有底切模制表面412的滑動件的端壁408可被配置為耦接到第一模具表面 402和第二模具表面404。在所描繪的實施例中，端壁408耦接到第二模制表面以使得在熱塑性材料硬化時端壁408相對于第一模具表面402移動。繼續圖4，在第二模具表面404線性行進預定距離之后，在時間t3，第二模具表面 404繞位于第二模具表面404的第二端4M處的軸線朝向第一模具表面402旋轉地移動。 因此，第二模具表面404的第一端422移動的物理行進距離比第二模具表面404的第二端 424的物理行進距離更大。以此方式，第二模具表面404朝向第一模具表面402的線性移動可用于實現在模制部件薄端處的所需厚度且第二模具表面的旋轉移動可用于實現在該部件厚端的所需厚度。第二模具表面404可以任何合適方式旋轉。舉例而言，注射模制裝置400可包括鉸鏈426，第二模具表面404可繞鉸鏈4 旋轉。在所描繪的實施例中，鉸鏈4 耦接到端壁406，但應了解，第二模具表面404可耦接到注射模制裝置400的任何其它合適位置。應了解，如本文所使用的那樣，用語“鉸鏈”可包括(但不限于)鉸鏈、樞軸和兩個部件的任何其它機械旋轉耦接方式。注射模制裝置400可被配置成使第二模具表面404以任何合適方式朝向第一模具表面402移動。舉例而言，在某些實施例中，注射模制裝置400所耦接的模制機可包括壓縮芯，壓縮芯被配置為使第二模具表面朝向第一模具表面移動。這種壓縮芯可包括凸輪機構、 液壓缸、齒輪齒條或用于移動第二模具表面的任何其它合適機構。繼續圖3，繼而，方法300 (在附圖標記306處)包括在模制后移除滑動件使之不與導光體接觸，且然后在附圖標記308處從模具移除導光體。參看圖4，移除滑動件使之不與導光體接觸可包括在這樣的方向上移動該滑動件，該方向橫過第二模具表面朝向第一模具表面移動的方向。在圖4的具體實施例中，通過在大體上垂直于頁面的方向上移動該滑動件直到底切模具表面不再阻擋最終部件從模具中移除來移除滑動件。在圖4中在t4處示出了移除了滑動件的模具，且以虛線示出移除的滑動件的位置。因此，如在圖3和圖4的情形中所描述的那樣，注射模制允許精確地控制具有不均勻厚度的部件的各種厚度，該控制是通過以受控制的方式使第二模具表面朝向第一模具表面線性地且旋轉地移動以使模具在整個冷卻循環期間向整個部件提供壓縮力來進行的。圖5的流程圖描繪了用于在導光體上形成菲涅爾透鏡結構的方法的另一實施例。 作為以相同模制過程形成總導光體結構的形成菲涅爾透鏡結構的替代，方法500包括將菲涅爾透鏡結構壓紋到預先形成的導光體坯件的彎曲端上。導光體坯件可以任何合適方式形成。舉例而言，在某些實施例中，可在澆注或熔融導光體的一個或多個表面的外層之后，通過擠壓和機械加工來形成所需的最終光潔度，從而形成包括彎曲端的導光體坯件。方法500 (在附圖標記502處)包括將菲涅爾透鏡壓紋母體(master)壓靠在導光體坯件的彎曲端上，同時加熱該壓紋母體以使得導光體坯件的彎曲端軟化。可以任何合適方式加熱菲涅爾透鏡母體。舉例而言，在某些實施例中，可通過感應來加熱菲涅爾透鏡母體，如在附圖標記504處所示的那樣。另外，可以任何合適的持續時間來加熱菲涅爾透鏡母體。一般而言，更短的加熱時間可導致更快的產量和更低的生產成本。在某些實施例中，菲涅爾透鏡的小面足夠小(例如具有200-400微米的節距且該節距的深度大約為20%)以使得僅該導光體坯件的彎曲端的很薄表面層被軟化。因此，在某些實施例中，加熱菲涅爾透鏡
6母體足夠長時間以軟化深度為Imm或更小的導光體坯件的彎曲端的表面層，如以附圖標記 506所示的那樣。作為非限制性實例，在某些實施例中，加熱菲涅爾透鏡母體的持續時間可介于三十秒與一分鐘之間。在其它實施例中，加熱菲涅爾透鏡母體的持續時間可以是此范圍之外的合適持續時間。之后，方法500包括(在附圖標記508處)冷卻菲涅爾透鏡壓紋母體，同時維持菲涅爾透鏡壓紋母體與導光體坯料彎曲端的接觸。這允許導光體坯件的彎曲端在與菲涅爾透鏡壓紋母體接觸時硬化，從而將菲涅爾透鏡圖案壓紋到導光體坯件的彎曲端內，以使得導光體坯件彎曲端內的壓紋圖案硬化，從而形成導光體。圖6示出菲涅爾透鏡壓紋母體600的一實施例的示意圖，該菲涅爾透鏡壓紋母體 600被配置為將菲涅爾透鏡圖案壓紋到導光體坯件602的彎曲端內。所描繪的菲涅爾透鏡壓紋母體被配置為接觸導光體母體的彎曲厚端，因此除了菲涅爾透鏡圖案之外，包括具有彎曲的模制表面604，該彎曲被配置為匹配導光體坯件彎曲厚端的彎曲。同樣，菲涅爾透鏡壓紋母體的模制表面604可具有環形、圓柱形或球形彎曲表面，或者可具有任何其它合適彎曲。以附圖標記606示意性地示出加熱器，諸如感應加熱器。菲涅爾透鏡壓紋母體600可以任何合適方式制成。舉例而言，菲涅爾透鏡壓紋母體600可通過電鍍工藝由使用鎳鉻基板的五軸光機械加工的母體而制成。這種母體可具有足夠平滑的表面來形成具有2-10納米的平均粗糙度的菲涅爾透鏡結構。可通過精確固定對準(例如，使用精磨的引導件來對準導光體坯件與菲涅爾透鏡壓紋母體)以及系統的熱控制和微壓力調整來控制菲涅爾透鏡壓紋母體的位置精確度。應了解，本文所述的配置和/方案在本質上是示例性的，且這些具體的實施例或實例并不認為具有限制意義，因為許多變型是可能的。本文所述的具體例程或方法可表示任意多個處理策略中的一個或多個策略。因此，所圖示的各種行為可以圖示順序、其它順序、并行地執行或在某些情況下省略。同樣，可改變上述過程的次序。本公開的主題包括本文所公開的各種過程、系統和配置；其它特征、功能、行為和/或性質的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合；以及其任何和所有等同物。
權利要求
1.一種用于模制具有不均勻厚度和底切結構(110)的部件(100)的注射模制裝置 (400)，所述注射模制裝置(400)包括一對相對端壁(406，408)；第一模具表面(402)，其與該對相對端壁006，408)相交且相對于該對相對端壁 (406，408)靜止；第二模具表面(404)，其與所述相對的端壁006，408)相交且可朝向所述第一模具表面(402)移動以使得所述第二模具表面(404)的第一端(422)在模制過程中朝向所述第一模具表面(402)可移動的行進距離比所述第二模具表面(404)的第二端(似4)的行進距離更大；其中該對相對端壁包括帶底切模具表面(412)的滑動件，所述滑動件可在這樣的方向上移動，該方向橫過所述第二模具表面(404)可朝向所述第一模具表面(402)移動的方向。
2.根據權利要求1所述的注射模制裝置，其特征在于，所述滑動件耦接到所述第一模具表面。
3.根據權利要求1所述的注射模制裝置，其特征在于，所述底切模具表面限定菲涅爾透鏡結構。
4.根據權利要求1所述的注射模制裝置，其特征在于，所述第二模具表面可在模制的第一階段朝向所述第一模具表面線性地移動，且然后在模制的第二階段可旋轉地移動。
5.根據權利要求1所述的注射模制裝置，其特征在于，所述第二模具表面同時朝向所述第一模具表面線性地且可旋轉地移動。
6.根據權利要求1所述的注射模制裝置，其特征在于，所述注射模制裝置被配置成模制包括菲涅爾透鏡結構的光楔。
7.根據權利要求7所述的注射模制裝置，其特征在于，所述滑動件被配置成模制所述菲涅爾透鏡結構，且其中所述滑動件具有相對于所述光楔中心線的位于0. 05度的精確度內的對準性。
8.根據權利要求1所述的注射模制裝置，其特征在于，還包括加熱器，其被配置成加熱所述第一模具表面、所述第二模具表面和該對相對端壁中的一個或多個。
9.一種注射模制具有不均勻厚度的部件的方法(300)，所述方法包括將熔融熱塑性材料注射(302)到模腔內，所述模腔由第一模具表面、第二模具表面和一對相對的端壁限定，該對相對端壁與所述第一模具表面和第二模具表面相交，該對端壁包括耦接到所述第二模具表面的滑動件，在模制過程中所述第二模具表面和滑動件可相對于所述第一模具表面移動；以及在所述模腔中冷卻所述熱塑性材料期間，相對于所述第一模具表面移動(304)所述第二模具表面和所述滑動件以使得所述第二模具表面的第一端和所述滑動件朝向所述第一模具表面移動的行進距離比所述第二模具表面的第二端的行進距離更大，從而形成具有不均勻厚度的部件；移除(306)所述滑動件使之不與所述具有不均勻厚度的部件接觸；以及從所述模具移除(308)所述具有不均勻厚度的部件。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述具有不均勻厚度的部件為光楔。
全文摘要
公開了關于模制具有不均勻厚度和底切結構的物品的實施例。一個公開的實施例提供一種注射模制裝置(400)，其包括一對相對的端壁(406，408)；第一模具表面(402)，其相對于該對的相對端壁(406，408)靜止；以及第二模具表面(404)，其可朝向第一模具表面(402)移動使得第二模具表面(404)的第一端(422)可在模制過程中朝向第一模具表面(402)移動且行進距離比第二端(424)的行進距離更大。另外，該對相對端壁(406，408)包括帶底切模具表面(412)的滑動件，該滑動件可在這樣的方向上移動，該方向橫過第二模具表面(404)可朝向第一模具表面(402)移動的方向。
文檔編號B29C45/26GK102416686SQ20111030968
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月13日 優先權日2010年10月13日
發明者A. 詹金斯 K., 埃默頓 N., 拉奇 T. 申請人:微軟公司