專利名稱：光學上平滑光導的制作的制作方法
光學上平滑光導的制作顯示設備可包括將圖像傳送到顯示表面、將圖像聚焦在檢測器上，或執(zhí)行兩者的光導。對于某些應用，光導可以是楔形的，在一個或多個可見波長范圍、紫外波長范圍和/ 或紅外波長范圍中透明，以及包括至少一對相對面。光可通過內(nèi)反射從相對面?zhèn)鞑ネㄟ^光導，并從至少一個面以準直圖像出現(xiàn)。顯示設備提供的圖像的質(zhì)量可取決于發(fā)生內(nèi)反射的光導的相對面的粗糙度。對于某些應用，對于優(yōu)質(zhì)圖像質(zhì)量來說，士2納米或更少的平均粗糙度可能是合乎需要的。取決于應用，也可在光導中提供某些光學特征(例如菲涅耳透鏡特征)。對于這些特征來說高度的平滑度和尺寸保真度也可能是合乎需要的，且可使用專門的光學材料和/或復雜的蝕刻和拋光工藝來實現(xiàn)。然而，使用這些材料和工藝制造的光導對于許多應用來說太過昂貴。MM因此，在一個實施例中，提供了一種制作光導的方法。該方法包括通過壓模壓制熱塑性聚合物以形成壓出品，將壓出品加工成一個或多個固定尺寸，以及保持壓出品的一個面與加熱的模塑表面接觸以在向壓出品施加壓力的同時軟化或熔化壓出品的該面。應該理解，提供以上概述以通過簡化形式介紹以下詳細描述中進一步描述的一些概念。這并不旨在標識所要求保護主題的關(guān)鍵或必要特征，所要求保護主題的范圍由詳細描述所附的權(quán)利要求書來定義。此外，所要求保護的主題不限于解決在上述或本發(fā)明的任一部分中提及的任何缺點的實現(xiàn)。附圖簡述

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于制作光導的方法的示例實施例。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的用于制作光導的擠壓模的示例實施例。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的從中制作光導的經(jīng)切割的壓出品的示例實施例。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的從中制作光導的經(jīng)精制的壓出品的示例實施例。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的來自從中制作光導的經(jīng)精制的壓出品的示例實施例的鑲邊。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的用于制作光導的表面層壓縮成型裝置的示例實施例。詳細描述圖1示出用于制作光導的示例方法10。該方法開始于12處，其中通過擠壓模對熔融的熱塑性聚合物或其他熱塑性材料進行沖壓。熱塑性聚合物可包括例如聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚酰胺、和/或聚碳酸脂。在某些實施例中，熱塑性聚合物可包括這些聚合物中的兩種或更多種的混合。為了在一個或多個可見波長范圍、紫外波長范圍和/或紅外波長范圍中透明，可選擇熱塑性材料。在光導僅被用于顯示和/或收集光學圖像的實施例中，在可見光范圍上透明就可足夠了。然而，某些光導也可被配置成透射和/或收集紅外或紫外光用于對象檢測。在這些實施例中，也可為了在各種紅外和/或紫外范圍中的透明性來選擇熱塑性聚合物。圖2示出示例性擠壓模14的截面，可通過該擠壓模沖壓熔融的熱塑性聚合物。該截面是四邊形的，具有附圖中所示的示例尺寸。通過該形狀的壓模沖壓熔融的熱塑性聚合物產(chǎn)生基本上是楔形的壓出品，該壓出品具有一對相對的幾乎平行的面以及四邊形截面。 在其他實施例中，壓?？梢圆煌爻尚?，從而提供不同成形的壓出品。例如，擠壓?？梢允蔷匦蔚?，并產(chǎn)生薄片狀(即矩形棱)壓出品?？梢岳斫猓瑝撼銎沸螤畹倪@些具體的示例是出于示例的目的而提出的，而不旨在以任何方式進行限制。返回圖1，方法10繼續(xù)到16，其中將冷卻的壓出品切割成一個或多個固定尺寸，包括但不限于固定寬度?？墒褂娩徎蚰砬懈顗撼銎?。圖3示出了示例性的經(jīng)切割的壓出品 18，它被切割刀固定寬度，圖中示出了其示例。在其他實施例中，該固定寬度可以是光導的任何所需的寬度，并可基于其中要安裝光導的顯示設備的尺寸來選擇。再次返回圖1，方法10繼續(xù)到20，其中經(jīng)切割的壓出品被精制成合適的形狀和合適的尺寸，供進一步處理。在某些實施例中，該合適的形狀可類似于所希望的光導的最終形狀，該合適的尺寸可與所希望的最終尺寸相同或稍大。作為示例，精制壓出品可包括加工、 切割、研磨、蝕刻和/或拋光。蝕刻可包括濕法或干法機械蝕刻(如砂紙打磨或銼磨)和/ 或化學蝕刻。借助于掩模(如光掩模)可進行任何蝕刻處理，以可控的方式來改變蝕刻深度，以引入表面特征等。在20處精制壓出品還可包括修改壓出品的截面。因此，在某些實施例中，處理步驟12可導致具有與最終光導的截面形狀匹配的截面形狀的壓出品，而在其他實施例中，在精制前，壓出品可具有矩形、薄片狀形狀，且在20處被精制成具有與最終光導的截面形狀匹配的截面形狀。圖4示出可以上述方式從經(jīng)切割的壓出品18形成的經(jīng)精制的壓出品22。經(jīng)精制的壓出品包括相對面對和沈、薄側(cè)28以及相對于薄側(cè)的厚側(cè)30。在該示例中，在厚側(cè)研磨經(jīng)精制的壓出品，以限定以銳角中心角包圍的柱面部分。如此限定的部分的曲率半徑可基于其中要安裝光導的顯示設備的配置來確定。在某些實施例中，光導的一側(cè)或多側(cè)(例如薄側(cè)觀、厚側(cè)30)可充當透鏡，其中曲率半徑限定了透鏡的焦距。具體來說，光導的一側(cè)或多側(cè)可被配置成使來自光導外部的點光源(例如投影儀)的光準直，或?qū)⒔?jīng)準直的光從光導聚焦到外部檢測器上。從而，該側(cè)中形成的任何部分的曲率半徑可取決于相對于光導的圖像源的位置或檢測器的位置。在圖4 所示的示例中，經(jīng)精制的壓出品22的厚側(cè)30的合適的曲率半徑可以是631毫米。在一個實施例中，厚側(cè)30的詳細截面圖示于圖5。附圖示出基本平面狀刻面32的陣列沿經(jīng)精制的壓出品22的厚側(cè)水平延伸。這些刻面可被構(gòu)造成在經(jīng)精制的壓出品的厚側(cè)形成菲涅耳透鏡。在一個非限制性示例中，可在壓出品的厚側(cè)中形成27個刻面，形成間隔大約840微米并從厚側(cè)的上邊緣或下邊緣延伸約80微米的一系列水平的脊。在其他實施例中，壓出品的厚側(cè)可具有任何其他合適的形狀和/或型面。此位置處形成的菲涅耳透鏡可在其中要安裝光導的顯示設備中提供各種功能一使從例如投影儀傳遞到光導中的聚焦圖像準直，或?qū)手钡膱D像從光導聚焦到檢測器上。 在其他實施例中，基本平面狀的刻面的陣列可被設置在經(jīng)精制的壓出品的任一側(cè)上。從投影儀傳送通過光導或通過光導傳送到檢測器的光線可經(jīng)歷光導內(nèi)的眾多內(nèi)反射，包括從相對面對和沈的反射。為了光線以所希望的高保真度且沒有過度損耗地傳送圖像，可將相對面形成為高度平坦和平滑的。在某些實施例中，平均10納米的粗糙度可
4能是合乎需要的，在其他實施例中，平均2納米的粗糙度可能是合乎需要的。熱塑性聚合物的壓擠成型本身并能提供相對面M和26充分平臺和平滑的光導。 這是因為某些材料的冷卻時發(fā)生的壓出的聚合物中可能不可避免的收縮，以及壓模中的不規(guī)則性造成的劃痕。對于從單體制備的鑄型用聚合物來說，收縮可能甚至是更大的問題。在某些情況下，注入成型可提供可接受的結(jié)果，但是對于相對較厚的整料來說可證明是花費高的，因為需要長冷卻時間來凝固。因此，方法10繼續(xù)到圖1中的34和后續(xù)步驟，其中經(jīng)精制的壓出品22受到進一步處理。在34，經(jīng)精制的壓出品被置于壓縮塑模中。圖6示出了示例性表面層壓縮成型裝置36的截面，其中經(jīng)精制的壓出品通過壓盤 38在至少四個側(cè)面受到限制。附圖中所示的壓盤向經(jīng)精制的壓出品提供了平滑的模塑表面40且包圍了一空間以容納經(jīng)精制的壓出品，該空間和擠壓模14的四邊形開口具有基本共同的一個或多個尺寸。在某些實施例中，模塑表面40可包括本來就平滑的材料例如云母或浮法玻璃。 在其他實施例中，模塑表面可從被設置成與本來就平滑的材料接觸的熱固性材料來塑造。 以此方式，提供給經(jīng)精制的壓出品的模塑表面可具有小于10納米的平均粗糙度，且在某些實施例中，小于2納米。在某些實施例中，提供給經(jīng)精制的壓出品的模塑表面可包括一個或多個光學上平滑的表面。圖6中，壓盤38向經(jīng)精制的壓出品22提供了多個模塑表面40。在這些實施例中， 所述多個模塑表面中的任一個都可以是無特征的以及平滑的。在一個實施例中，例如被置于與經(jīng)精制的壓出品的相對面M和沈接觸的模塑表面可以是平滑的且無特征的。然而，被置于與經(jīng)精制的壓出品的薄側(cè)觀和厚側(cè)30接觸的模塑表面可包括各種特征。具體來說，這些表面可在亞微米的尺度上是平滑的，但可包括微米至毫米大小的特征。在一個實施例中，置于與經(jīng)精制的壓出品的厚側(cè)接觸的特定模塑表面可包括與要在光導的該面上形成的菲涅耳棱鏡的特征相互補的特征。該實施例的變體也可被考慮。在第一個變體中，可制備具有如圖5所示的菲涅耳棱鏡特征的經(jīng)精制的壓出品(如上所述)，然后放置在包括與早已存在于該壓出品中的特征相互補的特征的壓縮塑模中。在第二個變體中，可制備沒有菲涅耳棱鏡特征的經(jīng)精制的壓出品，然后置于包括與光導中所希望的特征相互補的特征的壓縮塑模中。在該變體中，依靠后續(xù)的表面層熔化和壓縮成型(下述)來提供光導的菲涅耳棱鏡特征。可通過可加熱壓盤38中集成的加熱元件來加熱模塑表面40。加熱元件可以是例如電阻式或電感式電加熱元件。在某些實施例中，還可通過在壓盤周圍或表面層壓縮成型裝置36中的其他地方流動的冷卻劑來冷卻壓盤。為了對經(jīng)精制的壓出品22施壓，包圍經(jīng)精制的壓出品的壓盤可被置于液壓機44的砧面42之間。再次返回圖1，方法10繼續(xù)到46，其中一個或多個模塑表面40被充分加熱到熱塑性聚合物的熔化溫度或軟化溫度。該動作可使得經(jīng)精制的壓出品的表面層熔化，而經(jīng)精制的壓出品的位于表面層之下的至少一些不熔化。在其他實施例中，對一個或多個模塑表面加熱可使得經(jīng)精制的壓出品的表面層軟化而不熔化。方法10繼續(xù)到48，其中通過壓縮塑模36對經(jīng)精制的壓出品22施壓。從而，經(jīng)精制的壓出品的一個或多個面保持與一個或多個加熱的模塑表面接觸，以促進對表面層的持續(xù)的軟化或熔化。在一個實施例中，在模塑表面40已經(jīng)達到設定值溫度之后可施壓預定時間段。在另一實施例中，可保持壓力同時監(jiān)測經(jīng)精制的壓出品22的一個或多個尺寸(和/ 或壓盤38之間的距離)。當經(jīng)精制的壓出品的一個或多個尺寸達到固定值時，加熱和施壓
可停止。方法10然后繼續(xù)到50，其中對壓縮成型的壓出品進行冷卻。如上所述，可通過在表面層壓縮成型裝置36周圍或通過表面層壓縮成型裝置36流動的一種或多種冷卻劑來冷卻壓縮成型的壓出品。在某些實施例中，在壓縮成型的壓出品被冷卻的同時，可維持在壓縮成型期間對經(jīng)精制的壓出品22施加的壓力中的至少一些。方法10然后在52處結(jié)束，其中從壓縮塑模中取出壓縮成型的壓出品。應該理解，在某些實施例中，可以省略本文所述和/或所示的某些進程步驟而不背離本公開的范圍。類似地，可以不總是要求所述的進程步驟序列實現(xiàn)目標結(jié)果，而是為了示出和描述簡單而提供的。所示動作、功能或操作中的一個或多個可以重復執(zhí)行，這取決于所使用的特定策略。最后，可以理解，此處描述的系統(tǒng)和方法在本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體實施例或示例不被認為是限制意義，因為多個變型是可能的。因此，本發(fā)明包括此處所公開的各種系統(tǒng)和方法的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合，及其任何和所有的等效內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于制作光導的方法(10)，包括通過壓模沖壓(1 熱塑性聚合物以形成壓出品；將壓出品(16，20)加工成一個或多個固定尺寸；以及保持(46，48)壓出品的一個面與加熱的模塑表面接觸，以在向壓出品施加壓力的同時軟化或熔化壓出品的該面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱塑性聚合物包括聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚酰胺、和聚碳酸脂中的一個或多個。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過壓模沖壓熱塑性聚合物包括形成具有四邊形截面的楔形壓出品。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將壓出品加工成一個或多個固定尺寸包括將壓出品切割成固定寬度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將壓出品加工成一個或多個固定尺寸包括將壓出品的一個面加工成由銳角中心角包圍的柱面部分。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，保持壓出品的一個面與加熱的模塑表面接觸包括熔化壓出品的該面的表面層，同時壓出品的位于該表面層下的至少一些不熔化。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，壓力是通過壓縮塑模向壓出品施加的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，壓出品的所述一個面是保持與多個加熱的模塑表面接觸的多個面之一。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，保持壓出品的一個面與加熱的模塑表面接觸包括保持壓出品的所述一個面與具有小于2納米的平均粗糙度的表面接觸。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在壓出品的一個面中形成菲涅耳棱鏡。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，保持壓出品的一個面與加熱的模塑表面接觸包括保持壓出品的所述一個面與具有與菲涅耳棱鏡互補的特征的表面接觸。
12.一種用于通過形成壓出品并對壓出品的一個或多個面進行壓縮成型來制作光導的裝置(36)，所述裝置(36)包括具有四邊形開口的擠壓模(14)；壓縮塑模，所述壓縮塑模包括一組可加熱的壓盤(38)并被配置成接觸壓出品的所述一個或多個面，并在對壓出品施壓的同時軟化或熔化壓出品的所述一個或多個面，其中，所述可加熱的壓盤向壓出品0 提供光學平滑的第一表面GO)并包圍一容納所述壓出品02)的空間，所述空間和所述四邊形開口具有共同的一個或多個尺寸。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述可加熱的壓盤還向所述壓出品提供與光學平滑的第一表面相對的光學上平滑的第二表面。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述可加熱的壓盤還向所述壓出品提供與所述光學上平滑的第一表面和所述光學上平滑的第二表面相鄰的第三表面。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述第三表面包括與菲涅耳棱鏡互補的特征。
全文摘要
提供了與光導的制造有關(guān)的實施例。所揭示的一個實施例包括通過壓模壓制熱塑性聚合物以形成壓出品，將壓出品加工成一個或多個固定尺寸，以及保持壓出品的一個面與加熱模塑表面接觸以在向壓出品施加壓力的同時軟化或熔化壓出品的該面。
文檔編號B29D7/00GK102246070SQ200980151609
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者K·A·詹金斯 申請人:微軟公司