本发明涉及一种光学组件的制造方法，特别是涉及一种具有微结构之光学组件的制造方法。
背景技术：
近年来由于半导体产业、电子以及医学等各领域蓬勃发展，使得电子产品(例如是具有光学组件的产品)朝向轻薄短小之积体化与微小化的发展。光学组件的尺寸精度已朝向次微米等级发展，微射出成形之具有微结构的光学组件可应用在农药残留、水质、空气质量以及紫外线密度等检测。光学应用于色彩匹配与管理(colormatchingandmanagement)、反射测量以及生物医学量测等应用。
在一现有技术中，光学组件的材料选择使用高分子塑料材料，其原因为高分子塑料材料拥有较低的成本、机械特性应用广泛、以及可加工性高，故许多通讯器材及医疗器材所使用的材料逐渐被高分子塑料材料取代。例如微型光谱仪应用逐渐迈向成本低、体积小以及效能高之需求，其中微型光谱仪核心技术为反射式光学组件，提供聚焦与色散(dispersing)的功能。上述之各种应用的光学组件的制造方法通常以微机电系统(mems)制程之深反应式离子蚀刻(deepreactiveionetching,drie)，或是以半导体制程之湿式蚀刻法制造所述光学件，但其成本较高且受限于所述光学组件的面积尺寸，即不易制造大面积的光学组件。因此需要提出一种新式的光学组件的制造方法，以解决上述之问题。
技术实现要素：
本发明之一目的在于提供一种具有微结构之光学组件的制造方法，通过侦测成形材料的结晶温度所在的结晶温度区间，以使成形材料于充填阶段充分地填入于模穴中，以制造较大面积之具有微结构的光学组件。
本发明之另一目的在于提供一种具有微结构之光学组件的制造方法，通过侦测成形材料的结晶温度所在的结晶温度区间，以快速地制造较大面积之具有微结构的光学组件。
为达成上述目的，本发明之一实施例中具有微结构之光学组件的制造方法，其用于微结构之光学组件的射出成形装置，所述射出成形装置包括一固定结构、一固定侧模仁、一可动结构、一压力传感器以及一压电致动器，所述可动结构设有活动侧模仁，所述活动侧模仁与所述固定侧模仁相对地设置，所述制造方法包括下列步骤：(a)当所述固定结构与所述可动结构闭合锁模时，所述固定侧模仁与所述活动侧模仁形成一模穴；(b)将一成形材料通过所述模穴的侧边进浇，以填入所述成形材料至所述模穴，并且所述活动侧模仁对所述成形材料进行一射压步骤；(c)以所述压力传感器感测所述模穴的压力，并且输出一压力感测讯号；(d)以一温度传感器感测所述模穴内所述成形材料的一制程温度，并且输出相对应所述制程温度的一温度感测讯号；以及(e)当所述压力感测讯号小于所述模穴的一峰值压力，并且当所述成形材料的表面凝固层相对应的所述温度感测讯号处于所述成形材料的一结晶温度区间之内时，以所述压电致动器往复推动所述活动侧模仁，通过所述活动侧模仁沿着一预定方向往复振动，并且在步骤(a)至(e)的充填阶段将所述成形材料充填至所述模穴内，以形成具有微结构之光学组件，其中所述结晶温度区间定义为包括所述成形材料的结晶温度之温度区间，所述表面凝固层邻接所述模穴的模壁并且所述表面凝固层依据所述结晶温度区间以由所述成形材料接触所述模穴的模壁的瞬间形成热交换所产生。
在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料的所述结晶温度区间之内，并且所述成形材料的黏度介于50至200克/公分·秒(g/(cm·sec))之间。
在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料的所述结晶温度区间之内，并且所述成形材料的体积收缩率介于0.5至0.8毫升/克(cc/g)之间。
在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料的所述结晶温度区间之内，并且所述成形材料的热膨胀系数大于零且小于1×10-5。
在一实施例中，所述成形材料为液晶聚合物。
在一实施例中，所述结晶温度区间介于摄氏50度至摄氏380度之间。
在一实施例中，所述结晶温度介于摄氏200度至摄氏350度之间。
在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料的所述结晶温度区间之内，并且依据所述成形材料的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件的微结构间距大于零且小于或是等于30微米。
在一实施例中，所述光学组件的微结构间距大于5奈米且小于或是等于5微米。
在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料的所述结晶温度区间之内，并且依据所述成形材料的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件的微结构宽度大于零且小于或是等于30微米。
在一实施例中，所述光学组件的微结构宽度大于5奈米且小于或是等于5微米。
在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料的所述结晶温度区间之内，并且依据所述成形材料的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件的微结构深度大于零且小于或是等于10微米。
在一实施例中，所述光学组件的微结构深度大于0.01奈米且小于或是等于1微米。
在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料的所述结晶温度区间之内，并且依据所述成形材料的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件的微结构深度与所述光学组件的宽度之比值介于1：90至1：90000之间。
在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料的所述结晶温度区间之内，并且依据所述成形材料的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件的微结构间距等于或是小于入射至所述光学组件的10倍之光波长。
在一实施例中，所述光波长介于100奈米至1500奈米。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例的详细说明中所需要使用的附图作介绍。
图1绘示本发明实施例中具有微结构之光学组件的制造方法流程图。
图2绘示本发明实施例中具有微结构之光学组件的射出成形装置之剖视图。
图3绘示本发明实施例中模穴压力与成形时间的相对应关系曲线之示意图。
图4绘示本发明实施例中具有微结构之光学组件的示意图。
图5a绘示本发明实施例中成形材料的黏度关系曲线之示意图。
图5b绘示本发明实施例中成形材料的体积收缩率关系曲线之示意图。
图5c-5d绘示本发明实施例中成形材料的结晶温度区间之关系曲线的示意图。
【具体实施方式】
请参照图式，其中相同的组件符号代表相同的组件或是相似的组件，本发明的原理是以实施在适当的运算环境中来举例说明。以下的说明是基于所例示的本发明具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。
图1绘示本发明实施例中具有微结构之光学组件400(如图4所示)的制造方法流程图。图2绘示本发明实施例中微结构之光学组件400的射出成形装置之剖视图。在一实施例中，图2所示之射出成形装置用以执行本发明之具有微结构之光学组件400的制造方法，所述射出成形装置包括固定结构102、固定侧模仁104、固定侧模块105、可动结构106、压力传感器108、压电致动器110以及温度传感器114，可动结构106包括第一支承板116、活动侧模仁118、活动侧模块120、第二支承板122、第一顶出板124、第二顶出板126、第一模座128以及第二模座130。所述活动侧模仁118与所述固定侧模仁104相对设置以形成一模穴132。如图1所示，本发明之具有微结构之光学组件400的制造方法包括下列步骤：
在步骤s100中，执行合模(closemold)步骤，使得固定结构102与可动结构106接近并且密合在一起。换言之，当所述固定结构102与所述可动结构106闭合锁模时，所述固定侧模仁104与所述活动侧模仁118以形成所述模穴132。
在步骤s102中，将一成形材料134通过所述模穴132的侧边(未图示)进浇，以填入所述成形材料134至所述模穴132，并且所述活动侧模仁118对所述成形材料134进行一射压步骤。换言之，所述固定侧模仁104与所述活动侧模仁118闭合之后，所述活动侧模仁118对所述成形材料134进行一射压步骤，以充填成形材料134至所述模穴132。本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，所述射压步骤例如是射出螺杆以一压力将成形材料134射入所述模穴132。在一实施例中，所述成形材料为液晶聚合物(liquidcrystallinepolymer,lcp)。
在步骤s104中，以所述压力传感器108感测所述模穴132的压力，并且输出一压力感测讯号。
在步骤s106中，以一温度传感器114感测所述模穴132内所述成形材料134的一制程温度，并且输出相对应所述制程温度的一温度感测讯号。在一实施例中，所述温度传感器114设置于所述固定结构102之内，以感测所述模穴132内的成形材料134之制程温度。
在步骤s108中，当所述压力感测讯号小于所述模穴132的一峰值压力pm，并且当所述成形材料134的表面凝固层相对应的所述温度感测讯号处于所述成形材料134的一结晶温度区间tci之内时，以所述压电致动器110往复推动所述活动侧模仁118，通过所述活动侧模仁118沿着一预定方向往复振动，并且在步骤s100至步骤s108的充填阶段将所述成形材料134充填至所述模穴132内，以形成具有微结构之光学组件400，其中所述结晶温度区间tci定义为包括所述成形材料134的结晶温度tc之温度区间，所述表面凝固层邻接所述模穴132的模壁并且所述表面凝固层依据所述结晶温度区间tci以由所述成形材料134接触所述模穴132的模壁的瞬间形成热交换所产生。在一实施例中，所述峰值压力为在步骤s100至步骤s108的充填阶段时的一压力值。
在步骤s110中，执行保压(packing)步骤，本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，所述保压指固定结构102与可动结构106密合之后，螺杆将成形材料134射入模穴132；并于成形材料134填满模穴后，射出螺杆进一步以定压力将成形材料134持续挤入模穴，以弥补成形材料134于模穴132中冷却时之体积收缩。
在步骤s112中，执行冷却(cooling)步骤，以使光学组件400冷却。
在步骤s114中，执行开模(openmold)步骤，以使得所述固定结构102与可动结构106为分开。
在步骤s116中，执行顶出(ejection)步骤，通过顶出光学组件400，以取出光学组件400(如图4所示)。
图3绘示本发明实施例中模穴压力与成形时间的相对应关系曲线之示意图。所述相对应关系曲线300的横轴表示时间，纵轴表示模穴压力，其包括充填(filling)、保压(packing)以及冷却(cooling)等三个阶段的压力变化曲线。本发明之具有微结构之光学组件400的射出成形装置，于充填(filling)阶段进行成形材料之往复振动以及加热作业，往复振动可使得成形材料的流动状态较佳，加热作用则可使得成形材料维持在半凝固状态。在一实施例中，本发明之具有微结构之光学组件400的制造方法，执行振动式热压时间点于充填阶段期间。在不同的实施例中，依据光学组件400的尺寸大小、几何形状、微结构的复杂程度，可以选用不同的压力区间而不限于上述条件。
图4绘示本发明实施例中具有微结构之光学组件400的示意图。本发明具有微结构402之光学组件400例如是光栅组件，如反射式光栅组件(reflectiveopticalelement,roe)，如图4所示，但是不限于此。微结构402例如是设置于光学组件400的自由曲面404上。在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料134的所述结晶温度区间tci之内，并且依据所述成形材料134的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件400的微结构间距t1大于零且小于或是等于30微米，在一较佳实施例中，所述光学组件400的微结构间距t1大于5奈米且小于或是等于5微米。在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料134的所述结晶温度区间tci之内，并且依据所述成形材料134的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件400的微结构宽度t2大于零且小于或是等于30微米，在一较佳实施例中，所述光学组件400的微结构宽度t2大于5奈米且小于或是等于5微米。在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料134的所述结晶温度区间tci之内，并且依据所述成形材料134的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件400的微结构深度h大于零且小于或是等于10微米，在一较佳实施例中，所述光学组件400的微结构深度h大于0.01奈米且小于或是等于1微米。在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料134的所述结晶温度区间tci之内，并且依据所述成形材料134的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件400的微结构间距t1与所述光学组件的宽度w之比值介于1：50至1：50000之间。在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料134的所述结晶温度区间tci之内，并且依据所述成形材料134的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件400的微结构深度h与所述光学组件400的厚度h之比值介于1：90至1：90000之间。在一实施例中，所述温度感测讯号在所述成形材料134的所述结晶温度区间tci之内，并且依据所述成形材料134的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件400的微结构间距t1等于或是小于入射至所述光学组件400的10倍之光波长，其中所述光波长例如是介于100nm至1500nm，以使所述光学组件400形成较佳的绕射光谱分布曲线。
本发明之具有微结构之光学组件400的制造方法，通过控制成形材料134的结晶温度tc以及所述结晶温度tc所在的结晶温度区间tci，以使成形材料134于充填阶段充分地填入于模穴132中，以快速地制造较大面积之具有微结构的光学组件400，此处所述光学组件400的宽度w以及长度的乘积即为光学组件400的面积。进一步地，当所述温度感测讯号在所述成形材料134的所述结晶温度区间之内，并且依据所述成形材料134的黏度、体积收缩率、热膨胀系数以及其组合中任一种制程参数，使所述光学组件400的微结构间距、宽度以及深度等尺寸更为缩小。
图5a绘示本发明实施例中成形材料的黏度关系曲线之示意图。横轴表示剪切率，其单位为1/秒(1/s)，纵轴表示黏度，其单位为克/公分·秒(g/(cm·sec))。如图5a所示，在射出成形制程中，成形材料134如lcp材料所受到的剪切率会在104(1/s)以上，其对应的黏度例如是200克/公·分秒(g/(cm·sec))。在一实施例中，当所述温度感测讯号在所述成形材料134的所述结晶温度区间tci之内时，所述成形材料134的黏度介于50至200克/公·分秒(g/(cm·sec))之间。如图5a所示，lcp材料具有较低的黏度，即较佳流动性，以于成形制程中有效改善具有微结构402之光学组件400的成形复制质量。
图5b绘示本发明实施例中成形材料134的体积收缩率关系曲线之示意图。横轴表示温度，其单位为摄氏温度(℃)，纵轴表示比容，其单位为毫升/克(cc/g)。如图5b所示，体积收缩率以成形材料134如lcp材料的压力-比容-温度表示之，成形材料134由高温熔融状态冷却至常温固化状态，lcp材料具有较低的比容变化量，即，以lcp材料进行成形时，具有微结构之光学组件400如光栅组件具有较小的体积收缩率以及较佳的成形质量。在一实施例中，当所述温度感测讯号在所述成形材料134如lcp材料的结晶温度区间tci之内时，所述成形材料134的体积收缩率介于0.5至0.8毫升/克(cc/g)之间。
此外，由于光学组件400对于温度影响较为明显，在本发明的一实施例中，当所述温度感测讯号在所述成形材料134的所述结晶温度区间tci之内时，所述成形材料134的热膨胀系数大于零且小于1×10-5，成形材料134如lcp材料具有较小的热膨胀系数，即使用lcp材料进行具有微结构之光学组件400如光栅组件之制作时，可降低温度对光栅组件之热影响。
图5c-5d绘示本发明实施例中成形材料134的结晶温度区间之关系曲线的示意图。横轴表示温度，其单位为摄氏温度(℃)，纵轴表示热流能量(例如功率表示)，其单位为微瓦特(mw)。图5c为所述成形材料134如lcp材料的结晶温度之关系曲线，结晶温度tc为306.35℃。图5d为所述成形材料134如lcp材料的熔融温度之关系曲线，熔融温度tm为337.41℃。图5c-5d所示之关系曲线例如是以热示差分析仪(dsc)量测lcp材料在温度变化过程中(例如由熔融状态进入固化状态)量测到的能量变化，所述能量变化相对应于在结晶温度tc时lcp材料产生放热状态。
在一实施例中，所述结晶温度区间tci为大于摄氏50度并且小于或是等于摄氏380度，结晶温度tc为结晶温度区间tci中的任一温度值。在一实施例中，所述结晶温度tc较佳介于摄氏200度至摄氏350度之温度区间。如图5c所示之实施例，lcp材料的结晶温度区间tci为大于摄氏286度并且小于或是等于摄氏326度，结晶温度tc为结晶温度区间tci中的任一温度值，例如图5c所示之结晶温度tc在306.35℃，结晶温度tc为结晶温度区间tci中的任一温度值。本发明之成形材料134如lcp材料在上述之温度区间进行微振动，以辅助lcp材料在模穴内进行充填，以形成所述微结构。
依据图5a-5d所示，本发明之具有微结构之光学组件400的制造方法通过侦测成形材料134的结晶温度tc所在的结晶温度区间tci，有效地控制成形材料134如lcp材料的黏度、体积收缩率以及热膨胀系数，使成形材料134于充填阶段充分地填入于模穴132中，以快速地制造较大面积之具有微结构402的光学组件400。
综上所述，本发明之具有微结构之光学组件的制造方法通过侦测成形材料的结晶温度所在的结晶温度区间，以使成形材料于充填阶段充分地填入于模穴中，以制造较大面积之具有微结构的光学组件，并且通过侦测成形材料的结晶温度所在的结晶温度区间，以快速地制造较大面积之具有微结构的光学组件。
虽然本发明已用较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。