使用薄片層的注射成型工藝防浸濕方法
【專利摘要】一種光導系統(tǒng)，包括具有設置在其間的阻擋層的光導和載體基底。在雙重注射工藝中引入阻擋層，以提供用來形成光導的第一樹脂和用來形成載體基底的第二樹脂之間的可滲透阻擋層。阻擋層允許第一和第二樹脂粘合，同時在樹脂之間充當浸濕抑制裝置。本發(fā)明的雙重注射成型光導系統(tǒng)提供通過阻擋層成形的單一的光導和載體基底，以防止光導表面的浸濕和浸濕表面對光透射的有害影響。
【專利說明】使用薄片層的注射成型工藝防浸濕方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種制造光導系統(tǒng)的方法，更具體地，涉及一種其中光導和載體基底采用雙重注射法(dual inject1n method)同時形成的光導系統(tǒng)的制造方法。
【背景技術】
[0002]目前的光導系統(tǒng)需要通常為光導、光板或光管形式的透鏡和耦合到透鏡的載體構件，該載體構件包括允許用戶來將光導系統(tǒng)固定到周圍物品的附接零件。目前，透鏡或光導不能與用來形成載體基底的不透明塑料雙重注射，這是因為光導以及載體的樹脂材料將在雙重注射工藝中浸濕(wet-out)。用來創(chuàng)造具有透鏡和載體的單一光導系統(tǒng)的雙重注射工藝的使用由于用來制造透鏡和載體的樹脂必須具有針對雙重注射工藝來說相似的材料性質(zhì)的事實已經(jīng)變得復雜。要求在雙重注射工藝中使用相似的材料性質(zhì)實質(zhì)上減小了透射式透明光管透鏡的內(nèi)表面上光反射的性質(zhì)。因此，在透明光導或透鏡內(nèi)的“反彈”數(shù)量減少，以至于從光導的最末端的光導發(fā)射的光的數(shù)量實質(zhì)上減少了。而且，對于用來形成光導系統(tǒng)透鏡元件的透明樹脂的正常衰減公式(normal attenuat1n formula)顯著增加，導致通過透鏡的光透射損失。這種增加的衰減公式一般是由于通過不透明樹脂的光的吸收，其中不透明樹脂用來形成與透鏡元件共同注射或共同擠壓的光導系統(tǒng)的載體元件。因此，形成光導系統(tǒng)的方法是期望的，其中透鏡或光導元件以及載體元件以這樣的方式共同形成，即，用來制造每個部件的樹脂能夠彼此粘合，但在形成過程中不會浸濕。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的一方面包括形成光導系統(tǒng)的方法，包括注射適合形成光導的第一樹脂至模具第一部分和注射適合形成載體基底的第二樹脂至模具第二部分的步驟。將阻擋層插入到模具中以防止在第一和第二樹脂之間的浸濕。樹脂然后固化來形成單一光導系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的另一方面包括形成光導系統(tǒng)的方法，包括提供具有設置在模具的第一部分和第二部分之間的阻擋層的模具的步驟。將適合形成光導的第一樹脂注入到模具的第一部分，以及將適合形成載體基底的第二樹脂同時注入到模具的第二部分。樹脂然后固化來形成單一光導系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的又一方面包括形成光導系統(tǒng)的方法，包括提供模具和在模具中插入阻擋層的步驟。將第一樹脂注射到模具的第一部分，以及將第二樹脂注射到模具的第二部分。在樹脂的界面上不形成浸濕的樹脂的情況下，使第一樹脂粘合到第二樹脂。由第一樹脂形成光導和由第二樹脂形成載體基底，從而形成整體的單一光導系統(tǒng)。
[0006]本領域的技術人員通過對下列說明書、權利要求以及附圖的學習可以理解和領會本發(fā)明的這些以及其他方面、目標、以及特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]在附圖中:
[0008]圖1是具有設置在其間的薄片層的第一樹脂層和第二樹脂層的分解透視圖；
[0009]圖2是圍繞薄片層耦接的圖1的樹脂層的透視圖；
[0010]圖3是具有設置在其間的犧牲性阻擋層(sacrificial barrier)的第一樹脂層和第二樹脂層的分解透視圖；以及
[0011]圖4是組裝的圖3的樹脂層的透視圖，其中圖3的犧牲層在成形過程中已消耗。
【具體實施方式】
[0012]為了進行說明，此處的術語“上”，“下”，“右”，“左”，“后”，“前”，“垂直”，“水平”及其衍生詞將如圖1所示的取向與本發(fā)明相關聯(lián)。但是，應理解到的是，本發(fā)明可以采用各種可供選擇的取向，除非有相反的明確說明。還應理解到的是，附圖所示及以下說明書所說明的具體裝置和程序僅是權利要求限定的本發(fā)明構思的示例性實施例。因此，關于此處公開的實施例的具體的尺寸和其他物理特征不應被認為是限制性的，除非權利要求中另有明確聲明。
[0013]現(xiàn)在參照圖1，附圖標記10總體上表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光導系統(tǒng)。如圖1所示，光導系統(tǒng)包括在圖1的實施例中設置在薄片層L1兩側的第一樹脂層R1和第二樹脂層R2。樹脂層R1是第一樹脂層，其適合形成如下面進一步描述的用于接收從光源發(fā)射的光的透射式光導12。第一樹脂層R1可以是由可固化的材料組成的剛性材料，比如可聚合化合物、透明模制(mold in clear, MIC)材料或它們混合。丙烯酸酯通常也用于形成硬質(zhì)樹脂層，以及已知的用作玻璃的替代品的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。聚碳酸酯材料也可用作注射成型工藝中的第一樹脂層R1。此外，樹脂層R1可以用來形成柔性光導系統(tǒng)，其中合適的柔性材料R1用來創(chuàng)造光導12。這樣的材料包括聚氨酯、硅樹脂、熱塑性聚氨酯(TPU)或其他類似的光學級柔性材料。無論光導12是柔性光導還是剛性光導，光導12在形成時實質(zhì)上是光學透明的，并有透射可見光的能力。在這種方式中，光導12為用于光導系統(tǒng)10的透鏡。光導12可稱為光導管，光板，光棒，或由透明的或半透明的塑料組成的任何其它光傳送基底。
[0014]第二樹脂層R2是形成用于支撐在圖2中所示的透明透鏡光導12的載體基底14的外層。載體基底14由樹脂R2組成，其典型地是可以是聚碳酸酯材料和ABS塑料混合的聚碳酸酯材料。載體基底14通常是不透明的樹脂，其與用來創(chuàng)造光導系統(tǒng)10的光導12的樹脂R1化學上是相容的。因此，這兩種樹脂R1和R2適合用于形成本發(fā)明的單一光導系統(tǒng)10的單一工藝中的雙噴射注射成型。
[0015]現(xiàn)在參照圖2,光導系統(tǒng)10顯不為具有光學透明光導12,其適合于在輸入端16處接收來自光源18的光。如圖2中的實施例所示，光源18包括多個發(fā)光二極管(LED) 18a-18d。LEDs 18a_18d定位為使從LED 18a_18d發(fā)出的光進入光導12的輸入端16。光導12設計成用來提供進入光導12的光19的內(nèi)部反射，以致于當光19沿光導12的長度以最小的光損失傳輸時，光19沿光導12的上表面20與下表面22反射。為了盡量減少光導12中損失的光量，光導12具有比載體基底14的載體材料R2的折射率更高的折射率。折射率描述光如何通過特定的媒介傳播。因此，在本發(fā)明的光導系統(tǒng)10中，從光源18發(fā)射的光19在光導12主體內(nèi)反射，其具有在上表面和下表面20，22之間的幾乎全內(nèi)反射且具有極少的吸收。因此，進入光導12的光19在如箭頭19a所指示的光導12的上表面20離開?？梢灶A期在光導12的上表面20離開的光19a在光導12的主體部分內(nèi)已經(jīng)反射多次。光導12的上表面20可被蝕刻或以其它方式紋理化以增加有效表面積，從而導致更多的光19a在選擇的蝕刻區(qū)從光導12離開。此外，光導12的上表面20的紋理可設計成在光離開光導12均勻地漫射光19a，從而最大限度地減少從光導12的上表面20發(fā)出的光19a的亮度的變化。
[0016]正如上面所述，提供光導和載體基底的已知方法涉及依靠粘合將預成型的光導粘合到預成型的載體，比如通過使用雙面膠帶，或通過機械連接，比如成形至載體基底的托架。本發(fā)明尋求通過提供用于在單一工藝中形成光導12和載體基底14 二者以形成單一光導系統(tǒng)10的雙重注射、共同成型或共同擠壓的方法來避免這些連接機構。通過在例如雙重注射工藝中共同成型光導12和載體基底14，在現(xiàn)有技術的連接方法中典型地形成的縫隙大大降低或完全消除。這提供了本發(fā)明的光導系統(tǒng)10的較薄的整體輪廓，當它使用在需要環(huán)境照明區(qū)域中具有有限自由空間的應用中時，其可以是光導系統(tǒng)的關鍵特征。此外，在本發(fā)明的光導12和載體基底14之間的最小化的縫隙降低了使用中基底之間的漏光(lightleakage)。
[0017]因此，本發(fā)明適應于通過使用本方法簡化光導系統(tǒng)10的裝配，本方法比如為雙重注射或共同擠壓從而在單一工藝步驟中共同成型光導系統(tǒng)。正如上面所述，光導12的樹脂材料R1和載體基底14的樹脂材料R2目前不能雙重注射，這因為雙重注射工藝中樹脂R1和R2的浸濕。如在本發(fā)明中使用的，術語“浸濕”是用來指代設置在光導12和載體基底14的接觸面的完全表面融合。如圖1最佳所示，光導12包括上和下表面20，22，以及前和后邊緣26，24。類似地，載體基底14包括上和下表面30，32，以及前和后邊緣34，36。在這種結構中，光導12的下表面22和載體基底14的上表面30包括光導12和載體基底14間的接觸面，其將在雙重注射工藝中相互接觸。
[0018]在使用雙重注射法制造光導系統(tǒng)中，重要的是，樹脂(比如圖1和圖2中所示的樹脂R1和R2)具有在雙重注射工藝中使用的相似的材料性質(zhì)。為了成功地創(chuàng)造注射成型部件，過程中相關問題的理解是必要的，以便提供一個結構可靠的部件。因此，樹脂R1和R2的材料需要在比如填充模具的能力，便于從模具部件脫模，便于樹脂注射，噴濺的傾向，以及在模具內(nèi)中產(chǎn)生扭曲、凹陷或空隙的可能性這些方面相似。因此，為了使用雙重注射工藝成功地制造光導系統(tǒng)，樹脂R1和R2應當來自于同一化學家族，其可以導致樹脂R1和R2之間的浸濕問題。這樣，當具有相似材料性質(zhì)的樹脂雙重注射時，浸濕將發(fā)生在接觸面，比如光導12和載體基底14的接觸面22和30。這種浸濕造成了有害的光學效果，比如通過光導系統(tǒng)的光強度的變化。因此，本發(fā)明的光導系統(tǒng)10包括充當如下面進一步描述的浸濕抑制裝置的薄片阻擋層(laminate barrier)。
[0019]薄片阻擋層L1的加入實質(zhì)上消除了在雙重注射工藝中樹脂R1和R2之間的浸濕，以致于在如圖2所示的組裝光導系統(tǒng)中保存了光導12的光透射質(zhì)量。如果沒有這個阻擋層，樹脂之間的浸濕會使透射式的透明光導12將光正確反射離開光導12內(nèi)表面的能力無效，因此光導12內(nèi)的“反彈”的數(shù)量實質(zhì)上減少。這種反彈的減少導致光導內(nèi)光量的減少，并因此提供了一種具有通過上表面的光透射的整體損失的光導。這個光透射損失一般是由于通過與半透明材料R1共同注射的不透明材料R2吸收。
[0020]再次參照圖1和圖2，阻擋層L1是設置在光導12和載體基底14之間的薄片，其是多孔的或可滲透的阻擋層，多孔的或可滲透阻擋層允許在雙重注射工藝中光導12與載體基底14的樹脂R1和R2粘合，同時容許樹脂通過可滲透層L1粘合，阻擋層L1也充當樹脂浸濕的抑制裝置，以致于樹脂R1和樹脂R2不能完全浸濕。在這種方式中，阻擋層L1允許樹脂材料Rl，R2實質(zhì)上彼此粘合，而不影響光導12內(nèi)表面上的光反射。阻擋層L1可以由許多不同的材料組成，只要阻擋層允許光導12和載體基底14之間有足夠的粘合，同時防止樹脂R1和R2之間的浸濕，以致于消極光學效應也可以避免。如圖1所示，阻擋層L1是屏或網(wǎng)眼狀基底，其具有多個相互連接的提供用于多孔表面44的結構部件40，42。多孔表面44允許光導12和載體基底14的相似材料通過多孔表面44粘合。阻擋層L1也可以由具有多孔表面的反射金屬膜組成，其中多孔表面允許該樹脂R1和R2粘合，同時在光導12內(nèi)也提供更多的內(nèi)部反射。此外，有紋理的塑料反射膜可用于創(chuàng)造阻擋層L1，其中的紋理塑料或反射金屬膜的反射性質(zhì)將有助于確保光導12整個長度上的透射式透明光導12的內(nèi)表面上的反彈或反射。
[0021 ] 現(xiàn)在參照圖3和圖4，阻擋層還可以由犧牲性材料組成，該犧牲性材料在注射成型工藝中通常消耗掉，但留下擾亂樹脂Rl，R2之間的粘合表面的紋理或殘基。如圖3和圖4所示，阻擋層L2由可消耗材料或膜組成，其可以是有機材料，比如以多孔菌絲體為基礎的基底，其適用于在雙重注射工藝中消耗掉。因此，如圖4所示，組裝的光導系統(tǒng)10A顯示為具有與載體基底14A粘合的光導12A，其中由有機材料Μ構成的薄片阻擋層L2在注射成型工藝中已溶解或以其他方式消耗掉，從而提供沒有設置在光導12Α和載體基底14Α之間的永久薄片阻擋層的光導系統(tǒng)10Α。用作薄片阻擋層L2的合適有機材料包括實質(zhì)上由各種有機材料組成的薄片，該有機材料比如可可殼，仙人掌，椰子纖維，稻草，亞麻，種子殼，紙制品，米紙和副產(chǎn)物。其他有機或可消耗材料將由本領域技術人員識別到，只要材料是自身犧牲的和配置為通過雙重注塑工藝中注射時的樹脂R1和R2中的熱來消耗或“燒掉”。在這種方式中，阻擋層L2適用于消耗，但擾亂由此粘合的樹脂界面，以提供紋理的貼合面，其用于反射光導12Α中接收的光。因此，實質(zhì)上阻止了光導12Α的樹脂之間的浸濕，但樹脂的粘合仍允許發(fā)生。
[0022]在雙重注射工藝中，光導系統(tǒng)，比如圖2所示的光導系統(tǒng)10，可以通過首先提供由塑料、金屬、陶瓷、或其他剛性材料制造的剛性模具來制造。剛性模具可以包括用于樹脂材料雙重注射的第一和第二腔體部分，樹脂材料比如為如圖1和圖2所示的樹脂材料R1，R2。在提供薄片層時，比如如圖1和圖2所示的薄片層L1，可以提供比如金屬絲網(wǎng)或其他塑料材料的剛性薄片層，其具有多孔表面，以允許在雙重注射工藝中結合的樹脂R1和R2的化學粘合劑流過。這樣的剛性阻擋層，在樹脂R1和R2的雙重注射之前，可以插入到剛性模具中在第一和第二模具部分間，以致于阻擋層位于模具中，設置在形成的光導12和載體基底14的接觸面22和30間。再次，如上面所述的，在雙重注射法中使用的樹脂R1和R2化學上是相容的，包括相似的熱膨脹系數(shù)，以使雙重注塑工藝中形成的結合在整體形成的單一光導系統(tǒng)10的收縮和膨脹時保持。當結合在樹脂R1和R2之間形成時，樹脂被固化來提供光導12和載體基底14。如圖2中具體所示，載體基底14可以包括附接零件(attachmentfeatures) 50，其用來在組裝時將光導系統(tǒng)10連接周圍物品上。這種附接零件可以包括在模具中。例如，光導系統(tǒng)10可用于照亮車輛內(nèi)部的特定部分，附接零件50被用來將光導系統(tǒng)10固定到設置在車輛內(nèi)部的特定位置。如上面所述，載體基底14可以由提供用于連接光導系統(tǒng)10到周圍物品上的必要結構剛度的樹脂材料R2組成。樹脂R2 —般提供用于不透明載體基底，其可以具有提供含特定照明效果的光導系統(tǒng)10所必要的不同反射性質(zhì)。
[0023]本領域技術人員可以理解，所描述的本發(fā)明的構造和其他組件不限于任何特定材料。在此處所公開的本發(fā)明的其他示例性實施例可以由多種材料制成，除非本發(fā)明另有說明。
[0024]為了便于公開，術語“耦合”(coupled) —般是指兩個組件(電的或機械的)彼此直接或間接的連接。這種連接本質(zhì)上可以是固定的或本質(zhì)上是可移動的。這種連接可以用兩個組件(電的或機械的)和任何額外的中間構件彼此或者與兩個組件整合形成為單一主體來實現(xiàn)。除非另有說明，這種連接本質(zhì)上可以是永久的或本質(zhì)上可以是可拆卸的或可釋放的。
[0025]同樣重要的是要注意，如示例性實施例中所示的本發(fā)明元件的構造和布置僅僅是說明性的。盡管本發(fā)明中僅詳細地描述了本創(chuàng)新的幾個實施例，但是，閱讀本公開內(nèi)容的本領域技術人員將很容易理解，在實質(zhì)上不脫離所敘述主題的新穎教導和優(yōu)點的情況下，許多修改是可能的(例如，各種元件的大小、尺寸、結構、形狀和比例，參數(shù)值，安裝布置，材料的使用，顏色，方向等的變化)。例如，所示為整體形成的元件可以由多個部件構成或所示為多個部件的元件可以整體形成，界面的操作可以翻轉或以其它方式改變，結構和/或構件或連接器或系統(tǒng)的其它元件的長度或?qū)挾瓤梢愿淖儯g提供的調(diào)整位置的性質(zhì)或數(shù)目可以改變。應當注意的是，系統(tǒng)的元件和/或組件可以由任意的各種不同的材料構成，其提供足夠的強度或耐久性，任意的各種不同的顏色，紋理，以及它們的組合。因此，所有這些修改意圖被包括在本創(chuàng)新的范圍內(nèi)。在不脫離本創(chuàng)新的精神的情況下，其它的替換、修改、改變和省略可以在所期望的和其他示例性實施例的設計、操作條件和布置中做出。
[0026]應當理解的是，任何所述過程和所述過程中的步驟可以與所公開的其他過程或步驟相結合，以形成本發(fā)明范圍內(nèi)的結構。在此所公開的示例性結構和過程是為了說明性的目的，并不被解釋為限制。
[0027]同樣應當理解的是，在不脫離本發(fā)明的構思的情況下，可以對前述結構和方法作出變化和修改，并進一步應當理解的是，這些構思旨在由下述權利要求覆蓋，除非這些權利要求通過其文字另有明確表述。
【權利要求】
1.一種形成光導系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括如下步驟:注射適合形成光導的第一樹脂至模具第一部分；注射適合形成載體基底的第二樹脂至模具第二部分；將阻擋層插入到模具中以防止第一和第二樹脂間的浸濕；以及固化樹脂以形成單一光導系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，阻擋層是可滲透層。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，單一光導系統(tǒng)包括由第一樹脂形成的光導和由第二樹脂形成的載體基底，并且進一步地，其中光導和載體基底在雙重注射工藝中接合和形成。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，在注射第一和第二樹脂之前，將阻擋層插入到模具中。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，在注射第二樹脂之后和注射第一樹脂之前，將阻擋層插入到模具中。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，阻擋層由犧牲性的有機材料組成。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，進一步包括在注射第一樹脂時消耗阻擋層的步驟。
8.一種形成光導系統(tǒng)的方法，包括以下步驟:提供具有設置在模具第一和第二部分之間的阻擋層的模具；注射適合形成光導的第一樹脂至模具第一部分，并且同時注射適合形成載體基底的第二樹脂至模具第二部分；以及固化樹脂以形成單一光導系統(tǒng)。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，阻擋層是可滲透層。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，單一光導系統(tǒng)包括由第一樹脂形成的光導和由第二樹脂形成的載體基底。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，進一步包括以下步驟:通過阻擋層將光導和載體基底粘合在一起。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，進一步包括以下步驟:使用阻擋層以防止第一和第二樹脂之間的浸濕。
13.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，第一樹脂和第二樹脂顯示出適合雙重注射工藝的相似的化學性質(zhì)。
14.一種形成光導系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括以下步驟:提供模具；在模具中插入阻擋層；注射第一樹脂到模具的第一部分；注射第二樹脂到模具的第二部分；在不浸濕樹脂的情況下將第一樹脂粘合到第二樹脂；由第一樹脂形成光導；以及由第二樹脂形成載體基底。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，進一步包括以下步驟:在粘合步驟中，使用阻擋層防止第一樹脂和第二樹脂之間的浸濕。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，第一樹脂和第二樹脂顯示出適合雙重注射工藝的相似的化學性質(zhì)。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，光導在雙重注射工藝的第一次噴射時形成，和進一步地，載體基底在雙重注射工藝的第二次噴射時形成。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，阻擋層是可滲透層。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其特征在于，阻擋層是犧牲性阻擋層。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，第一和第二樹脂的粘合形成單一光導系統(tǒng)。
【文檔編號】G02B6/00GK104416745SQ201410459797
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權日:2013年9月11日
【發(fā)明者】詹森·羅伯特·埃姆里奇, 因什拉·希拉維, 梅根·梅·拉夫喬伊, 史蒂文·J·安迪利亞 申請人:福特全球技術公司