CN101258022A - 薄透镜的注塑方法和制造层状光致变色透镜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种注塑树脂如聚碳酸酯以形成结实的光学透镜的方法。上述透镜理想地适合用作超薄涂敷载体。本方法涉及在注射过程中使用小于作用在插入物上的力的夹紧力来关闭模具。在注射过程中，模具可以通气以克服与注塑非常薄的透镜相关联的许多障碍。随着注射压力的减小，模具开始闭合，进行压印操作，最终生产出高强度、高产量的载体或透镜。如此形成的透镜非常适合层压到光学组件上。上述组件能具有光致变色功能。

Description

薄透镜的注塑方法和制造层状光致变色透镜的方法

技术领域

本发明涉及一种注塑超薄热塑性透镜的方法以及由此制造层状光致变色透镜的方法。

背景技术

具有光学品质的透镜和其它制品对于模塑复制、高透光性和抗冲击性的要求苛刻。在2002年的聚碳酸酯出版物中，Brunelle和Kailasam描述了通过双酚A和碳酸酯的酯交换反应如何制备聚碳酸酯的方法。专利US5212280描述了可用于在光气存在下制备聚碳酸酯的缩聚方法中的二酚。

透镜注塑需要压边浇口，以便流道终止处远离透镜表面。模腔从浇口到边缘点的流道并不对称，因此难以控制冷却的熔融流的热力学性能。随着透镜模腔变细，不经早冷却直接注塑工艺不可能填充模腔。因此，在所谓的注射/压缩过程中，在注射循环的某一阶段改进注塑机来扩大模腔。下面是利用辅助元件硬件注射/压缩法的实例。

专利US5972252使用辅助液压缸来移动模具可动侧上的插入物。到了注射循环的末端，液压缸推动缩回的插入物移向模具的固定部分以压缩树脂达到最终厚度。

在专利US6616868中树脂从扩大的模腔中溢出，在压缩期间，多余的树脂被压回注射料筒中。在可替代的实施例中，注射料筒中的压力和压缩力被调整为传送达到目标厚度所需要的树脂量。

专利US6284162用辅助液压缸移动其中的一块插入物来扩大模腔。注入树脂后，液压缸推动插入物达到与最终塑件厚度相应的硬化停止点。该文献试图克服伴随夹紧模具端部注射/压缩成型过程的一系列问题。这些问题中突出的是在高夹持压下无法成型透镜的薄的中心位置，以及这种体系产生飞边并毁坏设备的倾向。

专利US5415817利用一个套筒，当插入物保持缩回时，套筒延伸经过插入物至靠近分型线的位置。当插入物开始前进压缩树脂时，多余的成型材料流入到套筒中形成的溢出槽中。

专利WO 00/71331描述的一个实施例中没有使用辅助硬件，但是在模具的初始充模过程中利用了第一低夹紧力。然后，注射螺杆转换至速度压力模型，并且在压印操作开始后施加一种第二较高的夹紧力。在第二实施例中，第一夹紧力将一个三模板模具的辅助第三模板带到与扩大的模腔相应的位置。第二夹紧力于是推动第三模板压缩树脂直到达到目标厚度。

从上述文献可以看出，辅助元件注射/压缩成型法利用弹簧、液压缸或其它机械装置在插入物上施加压力，并使之相对于其套筒或模具侧移动。这些系统施加的压缩力典型地小于夹紧力，通常普遍认为应用中夹紧力过大。然而，这些增加了模塑系统的成本和复杂性。除了辅助部件设备和装置外操作者必须调节夹紧力。因此，人们希望用简单的加紧端部工序来注塑成型高质量的薄透镜。这样的透镜能够被用作涂层的载体、透镜、以及层状光学组件中的部件，例如层状光致变色透镜。

以前，相对较厚的透镜被应用到层状光学元件中，如专利US6256152中所见到的例子。如所有的例子中所描述的工序使用一对中心厚度2.5mm的二烯丙基乙二醇碳酸酯透镜。二烯丙基乙二醇碳酸酯是一种热固性聚合物固体，其商品名是CR-39，通过浇铸成型法形成透镜。CR-39比较脆，因此韧性不如聚碳酸酯。因此，现有技术需要两个透镜的配合表面上的基础曲率完美匹配。内膜或箔被浇铸、模塑或吹塑成固体形状，其与两个透镜的接触表面具有相同的基础曲率。尽管基础曲率一致，为了改变或提高粘结性，现有技术需要额外步骤特别是通过等离子体或电晕放电来处理接触表面的额外步骤。

专利US4867533也涉及浇铸中心厚度至少1.0mm、边缘厚度约1.7mm的CR-39透镜。该专利描述了一种两元件组件。覆盖透镜包括涂层、滤光层或着色层。然而，在边缘厚度是中心厚度1.5-2倍的特定比值范围内，光致变色颜料在透镜较厚处将显得很暗淡，周围部分比中心位置暗淡。

因此，理想的是提供一种具有均匀厚度的光致变色层的透镜组件、以及在其上层压薄的挠性钱透镜的流水线工序，而无需提供具有相同基础曲率的透镜和光致变色膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种注塑热塑性薄透镜(厚度小于1mm)的方法。

本发明的另一个目的是不使用高速注塑机模塑上述透镜。

本发明的另外的目的是利用夹紧端部压印工序来制造高强度、高产量的透镜。

本发明另外的目的是提供一种用于将注塑模制的超薄热塑性透镜(厚度小于1mm)结合到一种光学组件中的方法。

本发明的另外的目的是向层状光学组件提供光致变色功能。

本发明的另一目的是提供一种用于调整多种透镜和涂层条件灵活的两阶段复合应用步骤。

本发明的这些或其它目的是通过使用压印操作注塑薄透镜的方法实现的，在该方法的注射过程中，模具的半模在小于作用于模具插入物的净结合力的预定夹紧力F_c下闭合。模塑材料在大于F_c的力F₁的作用下注入模腔，并迫使模具打开，从而降低流动阻力，允许材料达到插入物周围部分。当作用于插入物的净结合力降低时，压印剖面厚度小于1mm的透镜。

通过经过模具的打开的分型线模腔放气或降低流动阻力或联合两种方式来减少流动阻力。注射步骤中，模塑材料在厚度大于最终压印透镜的厚度处同插入物紧密接触。压印步骤使得透镜厚度随着模具闭合降低至0.5-0.6mm。注射步骤后，本方法还包括转换注射器至填充压力状态，以便使注塑材料停止流入模腔。对于夹紧端部压印过程，插入物在其各自的套筒中的固定位置卡紧，以便模塑材料施加到插入物上的力转移到模具夹上。

注射步骤包括以至少约3ips的速度、至少约10000psi的注射压力注塑材料。在将涂层涂敷到其它透镜上的涂层转移过程中使用压印透镜，。模塑材料是一种热塑性材料，其在300℃、低于1000/s的剪切速率下的粘度小于400Pa。

本发明也包括由上述方法制得的透镜，其中，透镜由在300℃、低于1000/s的剪切速率下小于400Pa的粘度的热塑性材料制成，并且其中透镜厚度在0.5mm到0.6mm之间。上述透镜可以用于前侧(FST)或后侧(BST)的转换过程中，例如，作为整个表面厚度在0.5mm到0.6mm之间的平载体。

可替代地，根据本发明的方法可以制造中央厚度小于1mm例如0.7-0.8mm的负光焦度透镜。还可以制造边缘厚度小于1mm的正光焦度透镜。

本发明的其它目的是通过制造包含厚度小于0.8mm的薄前透镜的层状光致变色透镜的方法实现的。液态光致变色溶液在无压力作用下被原地凝固在单视点(SV)支撑透镜上，以直接在SV支撑透镜表面上形成光致变色层，而无需中间粘合层。接下来，至少两种复合层被涂敷在光致变色层和超薄前透镜之间。上述复合层可以包括保护层、底涂层、丙烯基层、聚氨酯乳液层、粘合剂层及其组合。然后，用压缩压力将超薄前透镜层压至光致变色层上，因此超薄的前透镜的形状可以偏转到0.5基础曲率，与SV支撑透镜表面完全一致。

上述超薄透镜由在低于1000/s的剪切速率下的粘度低于400Pa的聚碳酸酯制成。注塑步骤包括压印厚度在0.8mm到0.3mm之间的超薄透镜。超薄的前透镜是直顶面双焦透镜，其具有在+1.00到+3.00屈光度之间的增加光焦度。例如，其间距部分是约0.7mm到约0.5mm厚度之间。

涂敷至少两种复合层的步骤包括：首先涂敷聚氨酯橡胶底涂层到支撑透镜的光致变色层上。底涂层是在室温下旋涂到透镜凸面上的，并在50℃到100℃之间干燥。第二步是将光学粘合剂涂敷在底涂层与超薄前透镜之间。可以采用UV可固化的光学粘合剂。例如，UV可固化的丙烯酸光学粘合剂是在室温下从注射器配置的。可替代地，可以采用一种压敏粘合剂膜。

在另外的实施例中，首先将保护涂层涂敷在支撑透镜的光致变色层上。然后，将光学粘合剂涂敷在保护涂层与超薄前透镜之间。可以采用UV可固化的光学粘合剂。例如，UV可固化的丙烯酸光学粘合剂是在室温下从注射器配置的。可替代地，可以采用一种压敏粘合剂膜。

层压步骤是在室温、5psi到60psi之间的压力下进行的。例如，通过膨胀硅橡胶气囊向超薄前透镜施加约10psi到约25psi的压力。

超薄透镜是双焦或多焦透镜。例如，具有在+1.00到+3.00屈光度之间的增加光焦度的直顶面双焦透镜。前表面可以包括硬涂层或抗反射涂层，或者两者都有。

SV支撑透镜具有适于磨光的后表面，因此，SV支撑透镜的规格是定制的，从而提供具有光致变色性能的直顶面双焦透镜，该光致变色性能得益于均匀的厚度和内部层压的光致变色活性层。本发明还包括由本文所述的方法制造的层状光学元件。

附图说明

通过结合附图详细地描述的范例实施例，将会更加全面地了解本发明的优点、特性和各种附加特征。在附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是根据本发明注塑成型方法的实施例的各个步骤的流程图。

图2是示出根据现有技术的层压加工过程的流程图。

图3A是示出根据本发明的实施例的流水线加工过程的流程图。

图3B详述了本发明的流水线层压加工过程的可用的涂敷方案的流程图。

图4是设计层状组件中的各个表面和涂层的视图。

具体实施方式

本发明提供了用热塑性材料生产薄透镜的方法。本发明克服了典型存在于注塑厚度小于1mm的透镜(例如直径约70mm的透镜)的难点。这种透镜的用途包括下面更加详述的其用作后侧转移(BST)工序或前侧转移(FST)工序的载体。用于BST或FST工序的载体可以被加工成表面载体、热压成型载体或注塑成型载体。进一步的用途包括制造中央或者边缘剖面约是1mm厚的屈光镜。

本文所使用的术语“透镜”是指光学级制品。这个术语包括水平透镜和屈光镜。热塑性材料是指视觉上清晰的光学级热塑性材料。仅举例来说，可以使用的热塑性材料包括聚碳酸酯、聚碳酸酯/共聚酯共混物、丙稀酸树脂如PMMA、环烯烃共聚物、非晶态聚酰胺、聚酯、共聚酯、聚氨酯等。

BST工序通过使用载体把涂层转移到透镜的背面。上述工序的技术细节已经记载在Jiang等人的专利US6562466中。在本申请中，应该明白，所有涉及透镜背面的技术细节也可以应用到所述透镜的前面。例如，WO 03/004255中描述了这样的涂层转移过程。

涂层载体是一种薄热塑性平透镜。例如，载体透镜可以由聚碳酸酯制成。载体的几何特征，如厚度和基础曲率均匀性，在成功运用BST/FST的加工过程中起到了关键性的作用，这是因为层压工序依靠载体的变形来和透镜的背面相配合从而无缝转移涂层。另外，由于载体是反转的HMC(多层硬涂层)叠层的最初承载物，载体的表面状况预先决定了所得透镜的质量。HMC是硬涂层或抗反射层，或者是均被应用到透镜中的两者。

中心厚度约0.5mm的载体透镜在层压的灵活性和涂敷的刚性之间达到了极好的平衡。载体可以通过把对透镜半成品、热成型聚碳酸酯片进行表面加工或通过注塑成型的方法制成。在试图通过压边浇口注塑成形，得到光学品质的新月形透镜的过程中，遇到了巨大的挑战。约0.5mm的浇口高度影响了材料能被运送过透镜70mm的直径，产生3000多平方毫米的表面区域的条件。模腔自身的窄流动通道，随着高粘度的聚碳酸酯熔体流动，急剧地增加流动阻力。另外，当熔融树脂通过与插入物表面接触，被分散变薄，其表面面积与体积成比例地增加，导致大量的热量损失。结果是，熔体的前端过早的冷却导致短射。

树脂的流动阻力与其熔融粘度直接相关。下面是各种PC(聚碳酸酯)树脂在不同剪切速率(1/s)下的粘度值(Pa)，每一列的第1行表示剪切速率。

表1-不同剪切速率下的粘度值(Pa)

剪切速率(1/s)	0.1	1	10	100	1000	1×104
							GE Lexan OQ3820	3600	3400	3000	2200	750	150
GE Lexan HF1110(高流速)	350	340	330	300	220	80
							Bayer Makrolon 2407	550	540	500	450	300	80
Bayer    MakrolonCD2005	180	180	180	170	140	45

表1的数值表明通过提高注塑速率来增加剪切速率，能够降低熔体的流动阻力。此外，足够高的注塑速率能够克服在填充模腔之前熔体过早冷却造成的不利的热力学上的热量损失。一般来说，本发明的方法计划采用光学清晰的热塑性材料，该热塑性材料在300℃、1000/s的剪切速率下的粘度低于400Pa。

模拟实验1

在厚度为0.5mm的71mm单透镜MoldFlow填充模拟实验中，GEHF1110(高流速)树脂被模塑，模具浇口的入口面积为9.8mm²。在注塑压力为24000psi的情况下，模型模拟的四次填充时间为1、0.5、0.25和0.1秒。这相当于体积流动速率为2028、4056、8112和20280mm³/s。上述模具用0.1s的最短填充时间填满。其它的填充时间导致短射。

模拟实验2

通过研究熔体流动指数(MFI)为7的GE OQ3820树脂；MFI为25的GE HF1110；以及MFI为63的Bayer CD2005，研究熔体流动指数的重要性。在上述相同的加工条件下，在0.25秒的填充时间内，用CD2005树脂模腔非常容易填充，而其它的树脂导致短射。

实施例1

Cincinnati RoboShot注射机的最大注塑速度为5.9英寸/秒(ips)，最大注塑压力为24000psi，最大夹紧力按吨计为110美制吨。上述机器配备有两个模腔，直径为71mm的APEX模具。堵塞一个模腔，另一个模腔装有6底座的平面钢制插入物组。载体在以下的操作参数下用Bayer DP1-1265和Bayer 2407注塑成型：

模具温度：280°F

熔融温度：595°F

注塑速度：5.9ips-一个工序

填充膜腔：12000psi-2秒；10000psi-3秒；5000psi-5秒

Bayer DP1-1265树脂制造中心厚度略高于0.6mm的最薄的透镜。中心厚度为0.65mm的透镜很普遍，这不能达到注塑透镜约0.5mm的目标。由于载体比期望的厚，因此BST的生产率的范围为44％到78％。其他问题包括不均匀的厚度，基础曲率变动以及破损。部分问题在体积流动模型中被跟踪，这表示浇口附近非常高的压力导致冷却过程中不利的收缩(膨胀)。载体破损的调查研究揭示了两个主要原因：低分子量树脂的使用；以及流动取向。

低分子量树脂。低分子量树脂DP1由于其良好的流动性能被选中，尽管其比像Bayer 2407、GE HF1110或GE LFV249这样的高分子量树脂在本性上更脆一些。长时间的成型停留时间可以引起聚合物链的分解，进一步导致对分子量产生不利的减小和带来破裂。

流动取向。破裂的最初原因被认为是由于流动取向的影响，当弯曲力与流动方向垂直时，取向降低了载体的强度。这解释了为什么在BST过程中的载体破裂大多发生在沿着浇口到工作台的直线【直径】上。为了演示流动取向，MoldFlow模拟实验用填充了玻璃纤维的PC树脂实施。上述模拟试验示出了沿着直线从浇口延伸至工作台的表面层中的平行纤维取向。而中心的纤维在垂直方向取向。大表面面积与体积的比率又成了模塑薄载体的一个问题。理论上说，该塑件的强度与取向相关，其中该塑件沿着流动方向较弱，沿着与流动方向相交的方向较强。取向对破裂的贡献已经通过DMA(动态机械分析仪)疲劳试验证实。

动态机械分析仪试验。试验中，在循环弯曲下随着时间的流逝而记录样本的存储模量。从用GE眼科级、Bayer高流速2407和CD/DVD DP1-1265树脂注塑的透镜和商业CD盘截取几个PC条。对每一种材料，准备两个试验条作为样本，一个的长边缘平行于流动方向，并且另一个的长边缘垂直于流动方向。所有样本的厚度为1.2mm，并且沿着长边缘方向弯曲。

表2-DMA实验中开始断裂的时间

用GE和Bayer2407样本，在1000s的测试中，平行于流动方向切割的样本不发生断裂。在所指示的时间内垂直于流动方向切割的样本发生断裂。BayerCD平行样本相比Bayer 2407样本更早断裂。其垂直样本几乎是立即断裂。商业级CD平行样本与Bayer CD样本表现相似。然而，垂直样本断裂所用的时间比Bayer CD长。综上所述，制造样本的注塑过程比商业CD的注塑引入了更多不利的取向效应，但是大分子降解的程度很可能大概相同。

由于Bayer 2407没有商业级CD脆，所以使用Bayer 2407和CD级树脂的共混物来解决载体的破裂问题。由于共混物比单独的商业级CD粘度高，最薄的部分的中心厚度约为0.65mm。这些载体的测试结果显示BST过程中不发生破裂。然而，由于这些载体太厚，光学产量并不理想。为了减小厚度到需要的0.5mm的水平，决定使用注射速度比RoboShot注射机5.9ips高的注射机。

实施例2

进一步的测试用Engel普通高速注射机，其操作的最大液压夹紧力是200吨，最大注塑速度是40ips。使用两模腔、76mm直径的模具。使用GEOQ1030(CD级)和GE HF1110(高流速)树脂。OQ1030树脂实际达到的注射速度是25ips，并获得了中心厚度为0.5mm的载体。对于HF1110树脂，得到中心厚度略小于0.6的载体。涂敷PHC(硬保护涂层)得到的载体的BST层压试验产生90％的产量。

Engel注射机部分特征在于存在过多飞边。在注塑过程中发现分型线被强迫打开，允许树脂流出模具插入物的边界。然而，与此同时，由于通道更宽，并且模腔内的压力被释放，树脂能够很容易地流经插入物。因此，本发明的一方面可以注射比形成透镜本身所需要的量大的注塑材料。例如，可以注射1.5倍到3倍容量的注塑材料以方便开模。到了注射的最后阶段，随着注入模腔材料流动性的降低，模具开始从完全开放位置闭合。发生在树脂依然保持在插入物周围内的部分的压印操作，使流动取向最小化，从而制造出较高强度的载体。

实施例3

拥有200吨液压夹紧力的Nissei FN4000构造为以最大夹紧力的75％操作，从而与最大注射速度132mm/s[5.2ips]获得较好的平衡。本实施例中，在熔融温度595°F、模具温度265°F的情况下，使用Bayer DP1-1265和GE OQ1030树脂。本工序在60s的注射周期中用来模塑一副76mm、6底座的平面钢制插入物。由于过多飞边，需要辅助处理，包括清除浇口和修边，以获得最后的载体。然而，所得到的载体的质量几乎与普通的平面透镜差不多，并且比那些通过表面切削成型的透镜的质量好。中心厚度约为0.56mm的透镜被不断地生产出来。在对载体的后续测试中，使用全HMC叠层的载体，得到了86％的可接受的产量。表3是本实施例所得到的载体与表面切削成型载体和热成型的载体的比较。

表3

当高速度Engel注射机产量非常高时，发现适当地控制注射压力和夹紧力，甚至在标准的机器上，能够得到足够的产量。注射压力影响作为在插入物上的压力的函数的开模力。从数学上讲，模腔压力结合到插入物表面获得开模力。现在的问题是开模力和夹紧力之间的平衡。术语“净结合力”指推动相对的插入物相互远离来消除模具夹紧力的偏差而由此产生的有效力。

在实施例1中，通过堵塞一个模腔，表面区域减少了一半，因此按比例地减弱了开模力。例2和例3表明以40ips的速度模制，有效速度为25ips，能够产生与以5.2ips注射机注塑大致相似的结果。通过降低夹紧吨位，并允许模具透气，与填充薄模腔相关联的许多技术难题就克服了。

以这些实验为基础，中心厚度大约0.7mm至0.8mm的稍微厚点的透镜，被注塑得到从-2到+2的放大倍数。从这些实验推导出来的原理得出这样的结论：根据本发明的方法能够被用来制造全程屈光镜。例如，负透镜能够被注塑达到-8倍，其中心厚度约1mm或更小。此外，正透镜能够被注塑达到+8倍，其边缘厚度约1mm或更小。

实施本发明方法的基本涉骤通过图1的流程图能够更清楚地解释。在第1步，操作者得到一个工作值，它表示在注射过程中施加在插入物上的开模力F₁。这个值可以通过计算、模拟试验或先前的注塑试验获得。在第2步，操作者选择比F₁小的夹紧力Fc，并在机器上设定该值。温度的设定更考虑使用的特殊注塑材料来调整。在实际的测试中，成功使用了具有各种流动特性的聚碳酸酯。典型的熔融温度大约是590°F到600°F。模具温度约是250°F到290°F。

在第3步中，从关闭模具的半模来开始注塑循环。接下来，在第4步中注射模塑材料。由于第1步的计算和第2步的设置，施加在插入物上的注塑压力最终将超过夹紧力。在使用直射注塑机的情况下，插入物牢固地固定在套筒中，套筒依次牢固地固定在模具的各边上。这个特点给操作工提供了将插入物间的距离设置为等于或小于最终塑件厚度的灵活性。因此，在第5步中，插入物间彼此离开的运动直接导致分型线的打开或通气。通过扩大模腔和减小关闭的模腔内保存的压力，这样减小流动阻力。在低速端至少约3ips到5.2ips，在较高速端至少约25ips到40ips的注塑速度范围，在本发明某些具体实施例中已经被实际应用。24000psi或更多的最大注塑压力已经成功试验过。这些仅仅是示例，只要融体流动的有效结合力F₁被允许超过夹紧力，其它的值就可以证明有用的。例如，注射压力至少是10000psi。

注入到模腔内的材料可以通过体积或其它的参数进行测量，并且第6步意味着注射阶段接近完成。为了确保在所有速度/压力条件下模具填充，注入的模塑材料的体积可以增加到模塑件体积的1.5倍到3倍。随着注入开放模腔内的材料的流动开始变得缓慢，压力递减。一旦夹紧力超过注塑材料所施加的压力，在第7步中模具的半模从开放状态返回。例如，第7步可以在当材料速率较初始时缓慢时仍往模腔流入时开始。可以在预先设置的溶剂注满后进行第7步。在实际的实施例中，注射机在整个第6步中转换到填充压力模式。该模式保持对材料螺丝的压力来把模腔里的压力控制在一定水平，而无需引入大量的附加材料。模具的半模可以恢复到它们原来的位置，或在无需完全关闭的情况下在第8步中就可以把透镜压印(coin)成小于1mm的厚度。模型关闭的程度可以通过或者作为上述体积的函数来控制达到目标厚度。本发明制造的薄透镜可以与附加透镜一起形成复合透镜。然而，上述透镜非常适合用在BST或FST加工过程中或作为薄屈光镜，如第9步中所示。

薄屈光镜或超薄透镜的一个特定用途是制造层状光学组件。层状光学组件比单片透镜具有某些优势。它们允许不同的透镜元件以某种方式结合，以提供透镜各种光焦度和功能。例如，薄前透镜能提供双焦点或多焦点的光学元件。支撑透镜能够提供基本的单视点光学特性。在组装操作过程中，如光致变色虑光层之类的功能性滤光层能够被夹在两个透镜之间。由于把光致变色染料与透镜材料混合比较困难，这种方式具有独特的优势。即使把光致变色染料混合到树脂里面，作为透镜厚度的函数，其遮光程度不同。正如下面更加详细描述的那样，大部分因为材料处理影响光致变色功能和薄前透镜的性能，本发明又提供了选择和组装层状透镜的流线型的过程。

现在参见图2，图2示出了根据现有技术制造层状透镜的一系列步骤。在第10步中，前透镜可以用玻璃制成，尽管CR-39浇注透镜似乎是优选的材料。一旦选择了透镜，界面基础曲率也就设定了，并且其它的组件必须与之精确匹配。在第11步中，选择第二浇注透镜。在第12步中，为了将光致变色膜或偏振膜传递给组件，需要一个具有匹配的基础曲率和适当的膜厚度的膜模具。然后，在第13步中，内层被模塑或浇注为成形膜。在第14步中，可以用多种方式修整膜。

当把成形膜粘附到两个透镜上时，在后续的分层过程中存在一个明显的问题。结果是，现有技术介绍了一种处理要粘合的表面的繁重步骤。第15步表示表面处理步骤，该表面处理是等离子放电、电晕放电、辐射处理，激光处理等步骤之一。在第16步中进行第一次粘合剂涂敷，以把成形膜粘结到其中一个透镜上。如果膜上有凸缘，可以在本步骤或者后续步骤中修整它。在第17步中进行第二次粘合剂涂敷，以把第二个透镜粘结到第一个透镜/膜组件上。

现在参见图3A，图3A显示了按照本发明流水线的方法的几个步骤。为了描述的一致性和清楚性，我们把图4作为透镜的侧视图。从左往右看，前透镜20有一个外边20a和一个相对的里边20b。支撑透镜30有一个内边30c和一个外边30d。小于1.0mm厚的超薄透镜在第20步中注塑成型。第22步表示在前透镜的外表面20a上可任选的涂层。光致变色溶液以液态形式被直接输送到支撑透镜的内边30c，支撑透镜可以是单视点(SV)透镜。一旦凝固，光致变色能动表面指的是30p。此外，第32步显示了在支撑透镜的外边30d上的研磨过程，以使透镜具有定制的规格。

第50步包括两种复合层的施加，一个接一个，正如在图3B所看到的一样。第一复合层被涂敷到表面30p，指的是50a。第二复合层被涂敷到另一个表面20b或50a。一般来说，第二复合层50b是一种粘合剂。在第60步中，将上述三层夹在透镜间，从而将透镜层压到一起形成完整的光学组件。

层压方法的某些方面将在下面做更加详细的描述。

超薄透镜注塑成型的方法的简述

对于层压方法，我们提供的是注塑成型的PC压印透镜，其平距部分的厚度在0.8mm到0.3mm之间。例如，超薄透镜20有厚度在约0.7mm到约0.3mm的距离部分。这些透镜能够成型为任何类型的双焦点或多焦点透镜，例如，弯曲的顶部，圆形凹陷，无线或者制作的双焦点透镜。层压方法非常适合应用在放大倍数约在+1.00到+3.00屈光度的直顶面或扁平顶面双焦点透镜。

塑料透镜，特别是聚碳酸酯(PC)，容易被刮伤。通常，这样的PC透镜的外表面20a涂上了硬涂层溶液。这样的透镜还可以包括抗反射(AR)涂层，或AR和硬涂层两者。这些涂层可以随时涂敷到前透镜20上，不会对层压过程产生影响。另外，当使用直顶面双焦点透镜时，涂层必须以避免混合或其它不能接受的方式涂敷到垂直顶边。

SV支撑透镜

半成品(SF)透镜通常有一个光学完成边。这可以由内边30c表示。在开始制造的SF透镜比最终的透镜厚。本发明可以使用热塑性透镜，例如，聚碳酸酯。外边30d在实验室研磨成预定形状基础，上述预定形状使得从透镜中心向外到透镜边缘辐射发散的点的厚度是变化的。当研磨为上述预定形状，最终成型的透镜即单视点(SV)透镜。本发明的方法保持了上述SF透镜的定制化。这称作为特定用户定制的Rx透镜。就本方法而言，研磨工序可以在不妨碍层压的任何时候进行。

光学成品内边30c被光致变色溶液涂敷，上述溶液干燥凝固成光致变色涂层30p。由于上述溶液是在液态形式下涂敷的，允许光致变色层30p在没有压力和中间粘合层的情况下涂敷。正如本领域技术人员所了解的，上述液体的涂敷替代了部分现有技术工序的好几步。这些步骤包括：将光致变色层模塑到成形膜上；对膜进行一些修整；在粘接膜前进行等离子体/电晕放电处理；配置粘合剂；以及将上述膜粘附到透镜之一上。

灵活的两阶段的复合层施加

某些具有光致变色层30p的SV透镜被设计成接收保护层。因此，我们考虑应用上述保护层作为第一复合层50a，以在涂敷步骤中涂敷。

上述保护层50a适合直接粘附到超薄前透镜20的内表面20b上。粘合剂层50b可以涂敷到第一复合层50a的顶面或内表面20b上。例如，至少涂敷一滴光学粘合剂到50a或20b上。光学粘合剂可以在室温下用注射器涂敷。合适的粘合剂是UV可固化的粘合剂、基于丙烯酸的粘合剂、和基于UV可固化的丙烯酸的粘合剂。

可替代地，粘合剂基膜可以作为第二复合层50b。例如，可以采用压敏粘合剂(PSA)基膜。一种购自Nitto Denko Europe的商品就是PSA带。

由于层状结构(薄透镜)以一种简易且不昂贵的方式永久地保留在透镜(SFSV)上，而不损害透镜和结构的光学性能，因此，使用压敏粘合剂(PSA)特别有利。特别是，压敏粘合剂不需要辐射，比如紫外线辐射，也不需要强热就可以保持永久粘结。在室温下，所有的压敏粘合剂表现出永久的粘合性和低的弹性模量，一般在10³到10⁷Pa(帕斯卡)之间。要指出的是，与压敏粘合剂有关的粘结机理不涉及化学粘结，但是却基于压敏粘合剂的特殊粘弹性能。每一种压敏粘合剂制剂的这些固有特性令在粘结表面产生静电范德华力相互作用成为可能。当压敏粘合剂与固体物质在压力下接触时，发生粘结。压力与压敏粘合剂的低模量使得大分子尺寸下的压敏粘合剂的低模量与固体物质的拓扑结构产生了密切接触。而且，压敏粘合剂的体粘弹性能导致在粘合剂层的厚度减内由于粘结界面的机械应力而产生的能量消耗。因此，该界面能抗拉力和解粘合作用。

另外，压敏粘合剂能够沉积成厚度均匀的薄层的形式。其厚度可以包含0.5到300μm的范围。于是，通过透镜的影像构造没有被压敏粘合剂涂层损坏，并且透镜的光学性能也没有改变。

在本发明的加工过程中可以使用几种压敏粘合剂。有利地，压敏粘合剂选自基于聚丙烯酸酯、苯乙烯基嵌段共聚物和包含天然胶的共混物的化合物。压敏粘合剂的非限定性实例具有基于聚丙烯酸酯，特别是聚甲基丙烯酸酯，或基于乙烯基共聚物，如乙烯-乙酸乙酯、乙烯-丙烯酸乙酯和乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物，或基于合成橡胶和弹性体，包括硅橡胶、聚氨酯、丁苯橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丙烯、聚异丁烯，或基于包含腈或丙烯腈的聚合物，或基于聚氯丁烯，或基于包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚异戊二烯和聚丁二烯的嵌段共混物，或基于聚乙烯基吡咯烷酮或乙烯基吡咯烷酮共聚物，或前述聚合物的共混物(连续相或不连续相)的普通组合物，并且还可以包括由前列化合物获得的嵌段共聚物。这些压敏粘合剂还可以包括一种或多种选自增粘剂、增塑剂、粘结剂、抗氧化剂、稳定剂、颜料、染料、分散剂和扩散剂的添加剂。

一些SV透镜仅仅具有一个光致变色层30p。实验室具有涂敷保护层或者底涂层的选择方案。在后一种情况下，我们把底涂层当作第一复合层50a。例如，使用聚氨酯乳液底涂层。在室温下，底涂层能够旋涂到光致变色涂层30p上，然后在50℃到100℃之间干燥。

于是第二复合层50b为粘合剂。粘合剂层50b能被涂到第一复合层50a的顶面或20b的内表面上。例如，在50a或20b上至少涂上一滴光学粘合剂。光学粘合剂可以在室温下用注射器涂敷。适合的粘合剂是UV可固化的粘合剂、基于丙烯酸酯的粘合剂、基于UV可固化的丙烯酸酯的粘合剂。

可替代地，粘合剂基膜可以作为第二复合层50b。例如，可以采用压敏粘合剂(PSA)基膜。一种购自Nitto Denko Europe的商品就是PSA带。

例1-使用UV可固化的粘合剂把厚度为0.58mm、基础曲率为6.50、放大倍数+2.00的PC前透镜层压到基础曲率为6.5的半成品单视点(SFSV)

光致变色聚碳酸酯透镜上。所得到的SFSV双焦点透镜叠层体在暴露到阳光下时表现出非常均一的变暗。

例2-使用PSA把厚度为0.58mm、基础曲率为6.50、放大倍数+2.00的PC前透镜层压到基础曲率为6.5的半成型单视点(SFSV)

光致变色聚碳酸酯透镜上。所得到的SFSV双焦点透镜叠层体在暴露到阳光下时表现出非常均一的变暗。

层压

准备好中间层50a和第二复合层50b后，超薄前透镜就准备好进行层压加工了。用SV透镜30做适当地支撑，将前透镜20的内表面20b朝向复合层50的方向放下。室温下，在外表面20a上施加压缩压力。适合的压力在5到60psi之间。例如，可膨胀气囊可以施加大约10到大约25psi之间的压力。气囊可以用硅制成，其耐久且避免刮伤外表面20a。即使界面20b和涂层表面30a的基础曲率不同，上述压缩压力也足以把前透镜20压平到叠层上。在使用UV可固化的粘合剂的情况下，一旦设置了前透镜20，上述组件就可以暴露到紫外光辐射，以固化粘合剂。

本发明的方法相比现有技术有很多优点和好处。光致变色层无需使用中间粘合剂就可以就地固化。光致变色层厚度均匀，并且位于光学组件前部的附近。当硬涂层或AR涂层出现在外表面20a的时候，光致变色涂层30p位于距硬涂层或AR涂层大约0.7到大约0.8mm以内的位置。

除了均一的变暗和保持原SV的光学完整性保护以外，相比其它已知的方式，本发明还有几个优点。不像模内装饰(IMD)或膜插入模塑成型(FIM)需要大量生产，本发明的层压方法可以根据个人的需要在实验室中实施。

本方法有效利用了我们专有的光学组件中的超薄压印透镜，给直顶端双焦点透镜提供了光致变色功能。超薄透镜可以被弯曲到基础曲率为0.5的屈光度，从而使其与表面30c的基础曲率一致。这在提供具有一定基础曲率范围(在表面30c)的SV透镜的层状透镜系列时是特别重要的。例如，在0.25屈光度增量的情况下，可以考虑包含基础曲率从6到8屈光度的SV透镜的系列。这会产生9种不同的SV透镜。人们仅需要6.5基础曲率的前透镜和7.5基础曲率的前透镜来制造透镜组件，6.5基础曲率的前透镜可以应用到6.00、6.25、6.50、6.75和7.00基础曲率的SV透镜上。因此，在层状透镜系列中，一个前透镜，可以调整1.00屈光度范围的支撑透镜。

请注意，通过对透镜生产、在此所使用的材料及其加工方法的优选实施例的描述，(这仅仅是举例说明，并不仅限于此)，本领域技术人员可以根据上述教导进行修改和改变。因此，应该明白，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围和本质的情况下，可以对本发明的具体实施例进行修改。因此，所附权利要求已经就专利法所具体要求的细节描述了本发明，这是专利证所要求保护的。

Claims (20)

1、一种具有压印操作的注塑薄透镜的方法，包括以下步骤：

在注射过程中，通过小于作用于模具插入物的净结合力的预定夹紧力F_c关闭模具的半模；

模塑材料注入模腔，迫使模具打开，从而降低流动阻力，并允许材料达到插入物周围部分；并且

当作用于插入物的净结合力减弱时，压印剖面厚度小于1mm的透镜。

2.权利要求1的方法，其中降低流动阻力的步骤包括下列之一：通过打开的模具的分型线使模腔通气；增加从浇口到插入物周边的远端部分的模腔高度；以及通气和增加高度并用。

3、权利要求2的方法，其中在注射步骤中，模塑材料在厚度大于最终压印透镜厚度处同插入物紧密接触。

4、权利要求1至3的方法，其中所述压印步骤包括透镜厚度随着模具闭合降低，至压印厚度在0.5和0.6mm之间的透镜。

5、权利要求1的方法，其中所述注射步骤之后，本方法还包括将注射器转换至填充压力模式的步骤，以便使注塑材料停止流入模腔。

6、权利要求1的方法，其中插入物固定在其各自的套筒中的固定位置，以便模塑材料施加到插入物上的力转移到模具夹上。

7、权利要求1的方法，其中所述注射步骤包括以至少约3ips的速度、至少约10000psi的注射压力注塑材料。

8、根据任一前述权利要求的方法，其中模塑材料是聚碳酸酯，该模塑材料在低于1000/s的剪切速率下的粘度小于400Pa。

9、一种根据任一前述权利要求的方法所获得的透镜。

10.权利要求9的透镜，其中所述透镜是用于涂层转移工序的平载体和用于层状光致变色光学组件的双焦点透镜之一。

11.一种制造层状光致变色透镜的方法，包括：

注塑厚度小于0.8mm的超薄前透镜；

将液态光致变色溶液在无压力的情况下就地凝固到单视点(SV)支撑透镜上，直接在SV支撑透镜表面上形成光致变色层，而无需中间粘合剂层；

至少两个复合层被涂敷到光致变色层和超薄前透镜之间，其中，所述复合层选自于包括保护层、底涂层、丙烯基层、聚氨酯乳液层、粘合剂层及其组合的组中；以及

将所述超薄前透镜在压缩压力下层压至所述光致变色层上，因此超薄前透镜的形状可以偏转到0.5基础曲率，与SV支撑透镜表面的形状完全一致。

12.权利要求11的方法，其中所述注塑步骤包括用聚碳酸酯注塑超薄透镜，该聚碳酸酯在低于1000/s的剪切速率下的粘度小于400Pa。

13.权利要求11或12的方法，其中所述注塑步骤包括压印厚度在0.8mm和0.3mm之间、优选在约0.7mm和约0.5mm之间的超薄透镜。

14.权利要求11至13的方法，其中所述超薄前透镜包括具有在+1.00到+3.00屈光度之间的增加光焦度的直顶面双焦点透镜。

15.权利要求11至14的方法，其中所述涂敷至少两个复合层的步骤包括

第一步，将聚氨酯乳液底涂层涂敷到支撑透镜的光致变色层上；以及

第二步，将光学粘合剂涂敷到底涂层与超薄前透镜之间。

16.根据权利要求11至14的方法，其中所述涂敷至少两个复合层的步骤包括

第一涂敷步骤，将保护涂层涂敷到支撑透镜的光致变色层上；以及

第二涂敷步骤，将光学粘合剂涂敷到保护涂层与超薄前透镜之间。

17.权利要求15或16的方法，其中所述第二涂敷步骤包括涂敷状敏粘合剂膜。

18.根据任一前述权利要求的方法，其中所述层压步骤包括膨胀硅橡胶气囊以向超薄前透镜施加压力。

19.根据任一前述权利要求的方法，其中所述SV支撑透镜具有适于研磨的后表面，使得可以定制SV支撑透镜的规格，从而提供具有光致变色性能的直顶面双焦点透镜，该光致变性能得益于均一厚度的、内部层压的光致变色活性层。

20.根据任一前述权利要求制造的具有光致变色功能的层状光学组件。

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