本文探討經(jīng)由Moldex3D分析不同流道設(shè)計(jì)和成型參數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，採用直接澆口技術(shù)，能夠大幅提升材料利用率，從而成功生產(chǎn)出微透鏡陣列。

為了解決傳統(tǒng)透鏡多組鏡片的厚度問題，因而開發(fā)出具有輕薄、多功能和陣列特性的微透鏡。有別於以往使用扇形澆口製作微透鏡陣列，此案例開發(fā)出快速、均勻且具備良好光學(xué)性質(zhì)之微透鏡陣列成型製程。

藉由利用Moldex3D模流軟體，探討不同流道系統(tǒng)之利弊，改善傳統(tǒng)流道系統(tǒng)冷流道塑料損失，驗(yàn)證基盤成型的可行性，分析模擬結(jié)果並優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。最終在實(shí)際成型實(shí)驗(yàn)中，成功地於4吋基盤上製作出品質(zhì)良好的雙面微透鏡陣列。

挑戰(zhàn)

在微透鏡陣列成型製程當(dāng)中，往往會(huì)面臨以下的挑戰(zhàn)，包括改善流道設(shè)計(jì)、節(jié)省材料，並且增加單模次成品數(shù)量；利用Moldex3D驗(yàn)證製程可行性，減少反覆試模的時(shí)間及成本；優(yōu)化產(chǎn)品翹曲與光學(xué)性質(zhì)，製作出低殘留應(yīng)力、高精度及優(yōu)良光學(xué)性質(zhì)的微透鏡陣列。

科盛科技為臺(tái)灣大學(xué)提供射出壓縮成型（ICM）、流動(dòng)分析模組Flow、保壓分析模組Pack、翹曲分析模組Warp、光學(xué)分析模組Optics等解決方案。臺(tái)灣大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用Moldex3D分析模具設(shè)計(jì)的可行性，利於減少重複試模的修改時(shí)間和成本。再根據(jù)成型狀態(tài)、殘留應(yīng)力和翹曲程度，找到對(duì)翹曲和光學(xué)性質(zhì)有較大影響的指標(biāo)要素，並採用田口法得到最佳參數(shù)。

此外，也以模內(nèi)成型的角度解釋射出成形（IM）與射出壓縮成型（ICM）的差異，成功地於4吋基盤製作出雙面微透鏡陣列。

效益

藉由利用Moldex3D模流軟體，能夠得到以下的效益，例如採取直接澆口而非傳統(tǒng)扇形澆口，讓材料使用率從18.8%大幅提升至66.3%；利用射出壓縮成型後收縮率下降1.5至2%，透過田口方法優(yōu)化後更降至1.5%以下；利用Moldex3D驗(yàn)證IM和ICM兩者的差異及優(yōu)劣；改善產(chǎn)品雙折射率差，提升光學(xué)性能。

案例研究

現(xiàn)今虛擬實(shí)境與穿戴式裝置的發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)透鏡由多組鏡片搭配，易產(chǎn)生過厚的問題，因此開發(fā)出具備輕薄、多功能與陣列化之微透鏡勢(shì)在必行。不同於扇形澆口產(chǎn)生的微透鏡陣列（圖一），本專案利用直接澆口開發(fā)出生成快速、均勻和光學(xué)性良好的微透鏡陣列成型製程。

圖一 : 原始流道設(shè)計(jì)

使用直接澆口一次產(chǎn)生48個(gè)微透鏡陣列（圖二），可顯著提升生產(chǎn)效能同時(shí)減少材料的浪費(fèi)（圖表三）。

圖二 : 直接澆口和最終成品示意圖

圖三 : 在冷流道中用扇形澆口和直接澆口的比較

臺(tái)大團(tuán)隊(duì)利用田口法找出射出成型（IM）與射出壓縮成型（ICM）的最佳參數(shù)，以減少殘留應(yīng)力和翹曲。不同於融膠溫度、射出速度、保壓壓力和冷卻時(shí)間等在射出成型中相對(duì)重要的因素，在射出壓縮成型中，以融膠時(shí)間、壓縮間隙、壓縮時(shí)間及壓縮元件會(huì)對(duì)保壓和光學(xué)性質(zhì)上有較顯著的影響。圖四和圖五為IM和ICM的翹曲與總和光彈條紋比較。結(jié)果顯示ICM減少了總位移和收縮，相較於IM也具備更好的光學(xué)性能。

圖四 : IM和ICM間總位移的比較

圖五 : IM與ICM總和光彈條紋的比較

最終，模擬結(jié)果通過實(shí)際成型實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，在4吋基盤上成功的製作出具有相似光條紋和光學(xué)性質(zhì)的雙面微透鏡陣列（圖六）。以O(shè)KP4為材料，僅在射出成型靠近澆口區(qū)域觀察到光彈條紋，在射出壓縮成型中則並未觀察到此現(xiàn)象。

如圖七所示，成型微透鏡陣列展現(xiàn)了其聚焦功能和清晰的成像。在Moldex3D模擬分析軟體的幫助下，雙面微透鏡陣列成型技術(shù)與效率得到大幅提升，亦滿足現(xiàn)今光學(xué)產(chǎn)業(yè)高性能且微小輕薄的需求。

圖六 : 模擬與實(shí)際成型的光彈條紋

圖七 : 透過成型微透鏡觀察到的畫面

結(jié)果

此案例藉由Moldex3D分析不同流道設(shè)計(jì)和成型參數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過採用直接澆口取代原本扇形澆口設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒉牧侠寐侍岣叩?6.3%，從而成功生產(chǎn)出微透鏡陣列，其材料使用率是扇形澆口的三倍。射出成型和射出壓縮成型參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化之後，翹曲和收縮程度也被大幅度改善。

最終，在實(shí)際成型實(shí)驗(yàn)中完成了雙面透鏡陣列的製作，結(jié)果顯示出與Moldex3D模擬高度相符。

（本文作者鄧詠心為科盛科技技術(shù)支援處工程師）