用于调节模具插入物的凹陷深度的方法和设备

技术领域

本披露内容涉及一种用于通过调节用于软性层压层的注射包覆模制的模具插入物的凹陷深度来消除注射浇口区域处或附近的晶片分层的方法和设备。特别地，相对于基板的厚度来增加模具插入物的凹陷深度降低了由未修改的模具设备的几何形状引起的剪应力。

背景技术

本文提供的“背景技术”说明是为了总体上介绍本披露内容的背景。在本背景技术部分中所描述的工作的程度上、以及在提交之时可能不被认定为现有技术的本说明的方面，当前提名的发明人的工作既没有明确地也没有隐含地被承认是针对本披露内容的现有技术。

在曲面镜片的制造中，对包括温度敏感聚合物的无数晶片基板的注射包覆模制会带来许多挑战。一个这样的挑战可能由于高温聚合物熔体在经由浇口被注入镜片模具中时产生的，该浇口可能很窄、并且由于层流流过该窄的浇口区域以及当熔体从浇口流出并与基板接触时所得的由剪切力引起的温度上升和湍流而成为集中应力的来源。

使用标准条件下的标准晶片模制工艺，熔融聚合物树脂流过浇口并进入模具型腔时的高熔体温度和剪切力可能导致多层式层压基板的温度敏感功能层失去其机械和内聚完整性。这增加了浇口附近的所述层的分层敏感性、以及沿晶片的周边径向移动的附加层材料。在浇口附近的这种晶片边缘分层通常被称为“浇口缺陷”，这可能使所得的镜片在美学和/或光学上不可用。因此，期望一种用于降低这种浇口缺陷的发生的方法和设备。

本披露内容的各方面可以特别地使用权利要求中所阐述的解决方案来解决本领域中的上述缺点中的一些缺点。

发明内容

本披露内容涉及一种模具装置，该模具装置包括第一模具侧，该第一模具侧被配置为在型腔中接收基板并与第二模具侧联接，该第一模具侧包括侧壁和浇口，其中，基板在第一模具侧中凹入了2mm或更大的基板凹陷深度，并且其中，基板凹陷深度是在垂直于浇口与基板的表面的中间之间的线的方向上沿着该侧壁在浇口的底部与基板的表面之间的距离，并且其中，浇口的底部和侧壁的顶部位于距基板的表面不同的高度处。

在一种有用的布置中，基板凹陷深度是2.5mm或更大。

在一种有用的布置中，基板凹陷深度是3mm或更大。

在一种有用的布置中，基板凹陷深度产生沿着该侧壁在浇口附近的小于0.055MPa的最大剪应力。

本披露内容还涉及一种形成镜片的方法，该方法包括：调节第一模具侧的型腔表面，该第一模具侧被配置为与第二模具侧联接，第一模具侧包括型腔、侧壁和浇口，型腔表面被调节为2mm或更大的基板凹陷深度，该基板凹陷深度是在垂直于浇口与基板的表面的中间之间的线的方向上沿着该侧壁在浇口的底部与基板的表面之间的距离，浇口的底部和侧壁的顶部与基板的表面相距不同的距离；以及经由浇口将聚合物注入相联接的第一模具侧和第二模具侧中。

应当注意，此发明内容部分没有详细说明本披露内容的或要求保护的发明的每个特征和/或逐渐新颖的方面。而是，此发明内容部分仅提供对不同实施例和相应新颖点的初步讨论。对于本发明和实施例的其他细节和/或可能的观点，读者可以参考本披露内容的具体实施方式部分和如下进一步讨论的相应附图。

附图说明

将参考以下附图来详细描述作为示例提出的本披露内容的各种实施例，在附图中：

图1A示出了在本披露内容的范围内的包括浇口缺陷的模制镜片的光学图像。

图1B示出了在本披露内容的范围内的包括浇口缺陷的模制镜片沿图1A的A-A线的截面光学显微图像、以及缺陷区域的更高倍率放大。

图2A示出了在本披露内容的范围内的包括与模具连接的流道的模制设备的示意图。

图2B示出了在本披露内容的范围内的包括浅模具h的模具的示意图。

图2C示出了在本披露内容的范围内的包括深模具偏离的模具的示意图。

图3A示出了在本披露内容的范围内的第一模具侧的示意图。

图3B示出了在本披露内容的范围内的具有插入其中的基板的第一模具侧的示意图。

图3C示出了在本披露内容的范围内的第一模具侧的截面示意图。

图3D示出了在本披露内容的范围内的包括可调型腔表面的第一模具侧的截面示意图。

图4A是在本披露内容的范围内的在凹陷深度为1mm的模具中测得的剪应力随时间变化的曲线图。

图4B是在本发明披露的范围内的在凹陷深度为3mm的模具中测得的剪应力随时间变化的曲线图。

图5A是在本披露内容的范围内的在注射模制期间模具的模型截面视图，例示了针对1mm的凹陷深度的模拟剪应力测量。

图5B是在本披露内容的范围内的在注射模制期间模具的模型截面视图，例示了针对3mm的凹陷深度的模拟剪应力测量。

图6A至图6B是在本披露内容的范围内的在表2中所列的值的图形表示。

图7是在本披露内容的范围内的形成镜片的方法的示例性流程图。

具体实施方式

图1A示出了在本披露内容的范围内可用的包括浇口缺陷的模制镜片的光学图像。图1A突出显示了聚合物熔体经由浇口流入模具的型腔中的区域，该浇口被附接到半成品(SF)镜片(下文简称为“镜片”)模具上，并在紧靠浇口的镜片上造成可见缺陷。如前所述，流经浇口并进入模具型腔中的聚合物熔体的高温和流动可能导致设置在模具型腔中的多层式层压基板的温度敏感层发生分层。这里，结果被视为，与镜片的其余部分相比，镜片的一些区域不再是光学透明且均匀的。由于缺陷源发生在浇口附近，因而镜片的最受影响的部分位于进入模具型腔的浇口入口处，并且当聚合物熔体在从浇口流出后进行扩散时在浇口附近沿镜片的周边呈放射状。虽然不同的浇口或独特的模具设计可能能够降低在注射期间由聚合物熔体对层压基板施加的应力，但这种解决方案可能需要对制造装备进行昂贵且耗时的改装或需要全新装备。因此，本文描述了一种方法和设备，该方法和设备降低了所述注射包覆模制引起的应力，而不需要新装备或昂贵的修改。

在一种有用的配置中，层压基板可以包括设置在层压基板中(比如在层压基板的中心)的功能层。例如，功能层可以是热塑性聚氨酯(TPU)，并且在3层式层压结构中被夹在两个外层之间，其中外层是例如聚碳酸酯、三乙酸纤维素、聚丙烯酸酯、环烯烃共聚物、聚酯、聚乙烯、以及其他材料。功能层可以经由粘合剂而附接到外层。可以理解的是，可以设想其他的功能层布置、在层压基板中的层数、以及附接方法。层压基板可以具有基础曲率，并设置在同样具有基础曲率的模具中以形成曲面镜片(但镜片和模具都根本不需要具有基础曲率就会产生缺陷)。值得注意的是，一些镜片可以抵制所述缺陷的形成，比如偏光镜片，其中在偏光镜片模制工艺期间，偏光层压结构或其层可能对热量或剪切力不敏感。可以理解的是，在使用具有甚至更高的熔体温度的聚合物熔体或粘合剂的情况下，本文所使用的方法和设备可以应用于甚至偏光镜片。

图1B示出了在本披露内容的范围内可用的包括浇口缺陷的模制镜片沿图1A的A-A线的截面光学显微图像、以及缺陷区域的更高倍率放大。图1B突出显示了晶片的分层，其中凸PC层与镜片主体的其余部分分离。在2.25D、4.25D和6.50D基弯的镜片(也就是说，基础曲率为2.25、4.25和6.50屈光度的镜片)上观察到浇口缺陷。特别地，图1A和图1B示出了注射包覆模制的4.25D半成品镜片(SF镜片)的分层。TPU层的机械特性(比如弹性模量)和内聚性没有弹性到足以承受在聚合物熔体的注射期间对TPU施加的高的热应力和剪应力，尤其是在浇口区域附近。为了克服这种固有的聚合物特性，可以对本文所述的模制设备进行调节，以增加所插入的基板的凹陷深度，同时调节模具两侧的位置，以补偿所插入的基板的偏移位置。

图2A示出了在本披露内容的范围内可用的包括与模具200连接的流道的模制设备的示意图。在一种有用的布置中，模制设备可以包括两个或多个模具200和流道220，这些流道与用于输送聚合物熔体的注口215连接。每个模具200可以包括第一模具侧205和第二模具侧210，其中第一模具侧205和第二模具侧210被配置为相联接以模制镜片。圆柱形注口215、流道220和矩形浇口225(见图2B)的几何形状是用于说明性目的。流道220的适当几何形状可以是半圆形、全圆形、梯形、修改的梯形、或模具200设计的任何几何形状组合。适当的浇口225几何形状可以是注口、针尖、边缘、突片、扇形、闪现、隧道或本领域使用的任何其他几何形状。

图2B示出了在本披露内容的范围内可用的包括浅模具偏离的模具200的示意图。在一种有用的布置中，模制设备(倒置示出)可以包括附接到模具200的浇口225。值得注意的是，第一模具侧205可以被调节为具有预定的模具偏离。如图2B所示，第一模具侧205具有如“y

图2C示出了在本披露内容的范围内可用的包括深模具偏离的模具200的示意图。在一种有用的布置中，第一模具侧205可以具有如“y

图3A示出了在本披露内容的范围内可用的第一模具侧205的示意图。图3B示出了在本披露内容的范围内可用的具有插入其中的基板240的第一模具侧205的示意图。在一种有用的布置中，第一模具侧205包括至少部分地由侧壁230和型腔表面235限定的型腔。如图所示，浇口225部分地形成在第一模具侧205的侧壁230中，但可以理解的是，浇口225根本不需要形成在第一模具侧205的侧壁230中。例如，相反，浇口225可以形成在第二模具侧210的一部分中。然而，参考图3A和图3B，换句话说，浇口225切入侧壁230中，并且其本身可以包括底部和侧壁，以引导聚合物熔体流入模具200。在一种有用的布置中，聚合物熔体可以被注入为使得：聚合物熔体的不同部分被引导到第一模具侧205和第二模具侧210中的每一个中。例如，第一模具侧205和第二模具侧210的组合型腔(当第一模具侧205和第二模具侧210相联接时)可以接收聚合物熔体，使得大约50％的聚合物熔体流入第一模具侧205的型腔，并且大约50％的聚合物熔体流入第二模具侧210的型腔。例如，第一模具侧205和第二模具侧210的组合型腔可以接收聚合物熔体，使得大约70％的聚合物熔体流入第一模具侧205的型腔，并且大约30％的聚合物熔体流入第二模具侧210的型腔。可以理解的是，基于期望的凹陷深度(如下所述)和最终的镜片尺寸，可以设想并实施型腔大小的其他比率。

在一种有用的布置中，基板240可以插入第一模具侧205，其中基板240覆盖了型腔表面235的一个区域并沿基板240的周界抵接侧壁230。基板240可以是晶片，比如具有层压结构的预形成镜片晶片。例如，基板240可以与上述晶片类似，并且包括PC和TPU夹层结构，其中TPU层设置在两个PC外层之间。可以替代PC层的其他光学质量薄膜的非限制性示例包括三乙酸纤维素、聚酯、聚酰胺(尼龙)、环烯烃共聚物、丙烯酸树脂(例如，聚甲基丙烯酸甲酯)。中心功能层的材料的非限制性示例可以包括粘合剂、热塑性弹性体、聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)、聚丙烯酸酯、聚缩醛、聚脲、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、聚乙烯醇、全息光聚合物、未固化聚合物单体共混物、低分子量预聚物、或任何中和低模量材料。

基板240可以具有几个预定的基础曲率，在一个这样的示例中，预定的基础曲率是基于型腔表面235的基础曲率，其可以是零失配或高达2个屈光度的失配。型腔表面235可以呈现各种预定的形状，比如球面、渐变、双焦点、三焦点和复曲面等。也就是说，型腔表面235被示出为球面，但并不局限于仅球面的前表面或后表面。第一模具侧205和第二模具侧210的型腔表面235可以被形成为最佳地接收插入其中的不同的基板240形状。

在这种布置中，基板240可以允许所注射的聚合物熔体沿基板240的暴露表面形成在与面向型腔表面235的一侧相反的一侧上，并防止聚合物熔体穿过基板240的周界泄漏并向下流动且流入基板240与型腔表面235之间，或者可以防止聚合物熔体将任何的基板240层分裂开。

针对注射模制工艺，基板240可以凹入第一模具侧205中，并且聚合物熔体必须在到达基板240之前在浇口225之间行进一定的距离。这个距离可以是基板240的凹陷深度。改变基板240的凹陷深度可以使得制造缺陷降低。在一种有用的布置中，基板240的凹陷深度可以通过调换(交换)模具插入物来调节，使得第一模具侧205包括更深的模具偏离。可以理解的是，可以制造多种形状因子的第一模具侧205和第二模具侧210，以用于具有不同厚度的不同基板240。通常，调换这些并不旨在增加凹陷深度，而是简单地保持较厚基板240的常用凹陷深度。在选择具有过大的模具偏离的模具侧时，还可以使用间隔垫片，并将其插入型腔表面235的后方，以调节凹陷深度。

在一种有用的布置中，第一模具侧205可以包括可调型腔表面250(见图3D)，其中型腔表面被平移以调节凹陷深度和/或模具偏离。可调型腔表面250可以被螺纹连接到在侧壁230上具有螺纹的第一模具侧205上，其中旋转可调型腔表面250将使可调型腔表面250沿侧壁230的方向移动。在一种有用的布置中，可调型腔表面250可以与第一模具侧205的侧壁230齐平地装配、穿过设置在第一模具侧205中的开口被插入、并经由例如沿与型腔相反的一侧(也就是说，第一模具侧205型腔外部的一侧)附接到可调型腔表面250的活塞沿侧壁230的方向可滑动地平移。在任何有用的布置中，第二模具侧210的型腔表面(或可调型腔表面)可以被调节伴随的量，以补偿基板240的偏移，以便实现所得镜片的相同期望厚度。

图3C示出了在本披露内容的范围内可用的第一模具侧205的截面示意图。图3D示出了在本披露内容的范围内可用的包括可调型腔表面250的第一模具侧205的截面示意图。在一种有用的布置中，凹陷深度可以被定义为沿着侧壁230在浇口225的底部与基板240的暴露表面之间的距离，该距离是在垂直于浇口225与基板240的暴露表面的中间之间的侧向线(L)的方向上。也就是说，垂直于浇口225与基板240的暴露表面的中间之间的侧向线(L)的方向是在z方向上。凹陷深度被标记为“d

浇口225的底部和侧壁230的顶部可以与基板240的暴露表面相距不同距离，比如在所示的布置中，其中浇口225被形成为侧壁230的一部分。在其他有用的布置中，浇口225的底部可以与侧壁230的顶部齐平或设置在侧壁230的顶部的更上方。如前所述，图3C的型腔表面235可以通过将第一模具侧205调换成具有更大模具偏离d

本文描述了凹陷深度d

示例

示例1-为了将TPU层的刚性在热模制(TF)之后提高到比型腔表面235的基弧略低的基弧，使用标准烘箱条件在120℃下对基板240进行2.5-5小时的后固化。这个方法对于低至中基弯(2.25D和4.25D)的镜片的效果良好，但对于更高基弯的(6.50D)镜片显示出基板240在浇口225处的零星分层。大约25％的6.50D基弯的模制镜片甚至在后固化工艺之后展示出这种缺陷。因此，则寻求来调节凹陷深度d

使用了3层式层压板(即基板240)，其包含18％的固体和5％的添加剂(72％的THF，10％的乙酸乙酯)。在对基板240进行热成型之前，在60℃下执行真空干燥24小时。在热成型之后，在120℃下对基板240执行后固化工艺2.5至5小时。在注射模制之前，在82℃下对基板240执行标准干燥工艺12小时。针对基础曲率在从2.25D至6.50D的范围内的基板240，测量第一模具侧205中的不同凹陷深度d

表1–插入物设置和根本原因结果

值得注意的是，以2.8mm凹陷深度d

使用Mold Flow Insight软件进行了对PC熔体的流变行为的分析，其中导入了用于注射模制的精确加工条件和变量进行模拟。这提供了对基于PC-TPU的基板240与凹陷深度d

图4A是在本披露内容的范围内可用的在凹陷深度d

图4B是在本发明披露的范围内可用的在凹陷深度d

示例2–使用大约2.5mm的凹陷深度d

图5A是在本披露内容的范围内可用的在注射模制期间模具200的模型截面视图，例示了针对1mm的凹陷深度d

下表2还描述了随着凹陷深度d

表2–不同凹陷深度时PC熔体的流变特性

图6A和图6B是在本披露内容的范围内可用的在表2中所列的值的图形表示。图6A示出了随着凹陷深度d

图7是在本披露内容的范围内可用的形成镜片的方法700的示例性流程图。在一种有用的配置中，在步骤710中调节第一模具侧205的型腔表面235，型腔表面235被调节为2mm或更大的基板凹陷深度d

本披露内容提供了许多不同的变型或示例，以用于实现所提出的主题的不同特征。下文描述了部件和布置的具体示例以简化本披露内容。当然，这些部件和布置仅仅是示例，并非旨在是限制性的，也并非不能以任何排列方式一起操作。除非另有指示，否则本文所描述的特征和实施例能以任何排列方式一起操作。例如，在以下描述中在第二特征之上或上形成第一特征可以包括第一特征和第二特征被形成为直接接触的实施例，并且还可以包括可以在第一特征与第二特征之间形成附加特征而使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本披露内容可以在各种示例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清楚的目的，其本身并不规定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。此外，为了便于描述，本文中可以使用空间相对术语，比如“顶部”、“底部”、“下方”、“下面”、“下部”、“上面”、“上部”等，来描述如图中所展示的一个要素或特征与另一个(多个)要素或特征的关系。除了图中描绘的取向之外，这些空间相对术语旨在涵盖装置在使用或操作时的不同取向。本发明的设备可以以其他方式定向(旋转90度或成其他取向)并且本文所使用的空间相对描述词同样可以相应地解释。

为了清楚起见，已经呈现了如本文所述的不同步骤的讨论顺序。通常，这些步骤可以以任何合适的顺序发生。此外，尽管本文的不同特征、技术、配置等中的每一者可以在本披露内容的不同地方进行讨论，但意图是每个构思可以彼此独立地或彼此组合地执行。相应地，可以以许多不同的方式来实施和查看本披露内容。

在前面的描述中，已经阐述了具体细节，比如处理系统的特定几何形状以及对其中使用的各种部件和过程的描述。然而，应当理解的是，本文的技术可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实践，并且这样的细节是出于解释而非限制的目的。已经参考附图描述了本文中披露的实施例。类似地，出于解释的目的，已经阐述了具体的数字、材料和配置以提供透彻的理解。然而，可以在没有此类具体细节的情况下实践实施例。具有基本相同的功能结构的部件用同样的附图标记表示，因此可以省略任何多余的描述。

各种技术已被描述为多个离散的操作以帮助理解各种实施例。描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必然依赖于顺序。事实上，这些操作不需要按照呈现的顺序来执行。除非另有明确指示，否则所描述的操作可以按不同于具体描述的顺序来执行。可以执行各种附加操作和/或可以省略所描述的操作。

本领域技术人员还将理解，可以对上文描述的技术的操作作出许多改变，而仍然实现本披露内容的相同目标。这种改变旨在被本披露内容的范围覆盖。这样，上面对实施例的描述不旨在进行限制。相反，对实施例的任何限制都在以下权利要求中提出。

本披露内容的实施例也可以如以下括号中所阐述。

(1)一种模具装置，包括：第一模具侧(205)，该第一模具侧被配置为在型腔中接收基板(240)并与第二模具侧(210)联接，该第一模具侧(205)包括侧壁(230)和浇口(225)，其中，该基板(240)在该第一模具侧(205)中凹入了2mm或更大的基板(240)凹陷深度，并且其中，该基板(240)凹陷深度是在垂直于该浇口(225)与该基板(240)的表面的中间之间的线的方向上沿着该的侧壁(230)在该浇口(225)的底部与该基板(240)的表面之间的距离，并且其中，该浇口(225)的底部和该侧壁(230)的顶部位于距该基板(240)的表面不同的高度处。

(2)如(1)所述的装置，其中，该第一模具侧(205)包括型腔表面(235)，该型腔表面(235)具有预定的基础曲率，该预定的基础曲率是基于该基板(240)的基础曲率，该型腔表面(235)凹入了预定的模具偏离深度，该预定的模具偏离深度是基于插入该第一模具侧(205)中的该基板(240)的厚度。

(3)如(1)或(2)所述的装置，其中，该第一模具侧(205)包括可调型腔表面(250)，该可调型腔表面被配置为沿平行于该基板(240)凹陷深度的方向平移以调节模具偏离深度，该模具偏离深度是沿着该侧壁(230)在该浇口(225)的底部与该型腔表面(235)之间的距离。

(4)如(2)或(3)所述的装置，其中，该可调型腔表面(250)包括预定的基础曲率，该预定的基础曲率是基于该基板(240)的基础曲率。

(5)如(1)至(4)中任一项所述的装置，其中，该基板(240)凹陷深度大于2mm、或大于2.5mm、或大于2.8mm。

(6)如(1)至(5)中任一项所述的装置，其中，该基板(240)凹陷深度是3mm或更大。

(7)如(1)至(6)中任一项所述的装置，其中，该基板(240)凹陷深度产生沿着该侧壁(230)在该浇口(225)附近的、小于0.055MPa、或小于0.05MPa、或小于0.045MPa、或小于0.04MPa的最大剪应力。

(8)如(1)至(7)中任一项所述的装置，其中，该浇口(225)被至少部分地整合到该第一模具侧(205)的侧壁(230)中。

(9)如(1)至(8)中任一项所述的装置，其中，该第二模具侧(210)包括凹入了预定的第二模具侧(210)偏离深度的第二模具型腔表面(235)，该预定的第二模具侧(210)偏离深度等于该第一模具侧(205)的基板(240)凹陷深度。

(10)如(1)至(9)中任一项所述的装置，其中，该基板(240)的材料是以下中的至少一种：热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、粘合剂、聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)、聚丙烯酸酯、聚缩醛、聚脲、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、聚乙烯醇、全息光聚合物、未固化聚合物单体共混物、以及低分子量预聚物。

(11)一种形成镜片的方法，包括：调节第一模具侧(205)的型腔表面(235)，该第一模具侧(205)被配置为与第二模具侧(210)联接，该第一模具侧(205)包括型腔、侧壁(230)和浇口(225)，该型腔表面(235)被调节为2mm或更大的基板(240)凹陷深度，该基板(240)凹陷深度是在垂直于该浇口(225)与基板(240)的表面的中间之间的线的方向上沿着该侧壁(230)在该浇口(225)的底部与该基板(240)的表面之间的距离，该浇口(225)的底部和该侧壁(230)的顶部与该基板(240)的表面相距不同的距离；以及经由该浇口(225)将聚合物注入相联接的第一模具侧(205)和第二模具侧(210)中。

(12)如(11)所述的方法，其中，该型腔表面(235)的基板(240)凹陷深度被调节为大于2mm、或大于2.5mm、或大于2.8mm。

(13)如(11)或(12)所述的方法，其中，该型腔表面(235)的基板(240)凹陷深度被调节为3mm或更大。

(14)如(11)至(13)中任一项所述的方法，其中，注入该聚合物将产生沿着该侧壁(230)在该浇口(225)附近的、小于0.055MPa、或小于0.05MPa、或小于0.045MPa、或小于0.04MPa的最大剪应力。

(15)如(11)至(14)中任一项所述的方法，进一步包括将该第二模具侧(210)的型腔表面(235)调节至预定的第二模具侧(210)偏离深度，该预定的第二模具侧(210)偏离深度等于该第一模具侧(205)的基板(240)凹陷深度。

(16)一种使用如(1)至(10)中任一项所述的模具装置来形成镜片的方法，包括：将该基板(240)插入该第一模具侧(205)的型腔中；确定该基板(240)凹陷深度；调节该第一模具侧(205)的型腔表面(235)，以使该基板(240)凹陷深度为2mm或更大；以及将聚合物注入相联接的第一模具侧(205)和第二模具侧(210)中。