CN111527448A - 对不连续基底进行纹理化的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对不连续基底进行纹理化的方法和设备，其中，该方法包括以下步骤：a)提供包括带图案的外表面(105B)的弹性压模(104)，带图案的外表面包括开口和凸起；b)提供不连续基底(102)；c)用可成形的压印漆(103A)涂覆弹性压模(104)和/或不连续基底(102)；d)使弹性压模(104)围绕虚圆柱体(108A)的一虚弯曲轴线(108C)弯曲以获得弯曲的弹性压模(104)，该虚圆柱体平行于不连续基底(102)的平面并垂直于压印方向；e)使弯曲的弹性压模(104)与位于弯曲的弹性压模(104)与不连续基底(102)之间的可成形的压印漆(103A)接触，使得弯曲的弹性压模(104)在接触区域(112)上将压印压力施加在不连续基底(102)上，其中，压印压力基本上由弯曲的弹性压模(104)的弹性力产生，其中，弯曲的弹性压模(104)具有压印曲率，其中，压印曲率由虚圆柱体(108A)的半径(108B)限定，该虚圆柱体围绕绕虚圆柱体(108A)的虚弯曲轴线(108C)弯曲的、弯曲的弹性压模(104)绘制，该虚圆柱体平行于不连续基底(102)的平面并垂直于压印方向；f)使不连续基底(102)和/或弹性压模(104)相对于彼此移动并且在所述移动期间以压印压力将带图案的外表面(105B)的开口和凸起压入所述可成形的压印漆(103A)中以提供具有压印纹理(103B)的可成形的压印漆(103A)，并且在所述移动期间使弯曲的弹性压模(104)的压印曲率保持恒定；g)使基底(102)上的具有有压印纹理(103B)的可成形的压印漆(103A)固化；和h)使弹性压模(104)与被纹理化的不连续基底(102)分离。
Description
技术领域
本发明涉及在不连续基底/基板如显示、照明或太阳能电池板上通过压模压印清漆到不连续基底上形成纹理、随后固化压印的清漆、在不连续基底/基板上得到另外的功能纹理化层的方法和设备。该另外的层的功能特别可以在光管理层到憎水层、装饰用或用于生物传感器的宽范围内选择。
背景技术
在基底上基底使用功能性纹理化层是一个重要的课题。巧妙地使用这样的层可增强包括所述被压印基底的产品的性能、减少成本或改善该产品的视觉外观。例如，扩散层被应用在显示器中，从而能够应用较薄的LED背光概念并能从侧面照亮显示器。其它高新技术机会是将功能性纹理化层集成到太阳能电池板中，从而改善它们的功效或者集成在有机发光二极管(OLED)照明面板中，以提取更多的光。
功能性纹理化层可利用压印光刻技术制成。在这种情况下，基底或模具或者基底和模具两者涂覆有清漆(树脂或抗蚀剂)。在将模具压在基底上(其中漆位于模具与基底之间)之后，纹理化的漆被固化成固相。固化方法可以是热辐照或UV光辐照。这种技术在1978年便已在美国专利US4,128,369中提到过。进一步的早期工作由Chou在1995完成。他显示了通过使用刚性模具可以在高速大批量生产中(美国专利5,772,905)或者在StephenY.Chou,Peter R.Krauss,Preston J.Renstrom(Appl.Phys.Lett.67(1995)3114–3116)的文章中复制低于25nm的纹理。以后显示了辊在刚性模具或弯曲薄金属片上施加压力从而复制纹理的使用(Hua Tan,Andrew Gilbertson,Stephen Y.Chou,J.Vac.Sci.Technol.,B 16(1998)3926–3928)。
许多研究院和公司继续进行了这一工作，得到了不同的方法。
在半导体工业中，通过与转移方法、材料和精确定位一起使用刚性压模使用板-至-板压印，如美国专利6,334,960、美国专利申请2004/0065976和美国专利8,432,548中所述。
辊-至-辊压印技术采用带纹理的辊与柔性基底的结合来在连续的过程中在箔或薄膜上形成纹理，如在美国专利US 8,027,086中描述的那样。
首先提及的板-至-板技术被设计用于精确的、晶圆尺度的在高位置精度下在均匀平晶圆上的小纹理的刻印(分辨率为100nm以下)。但是如中国专利申请CN 103235483中所述，该技术难以放大到更大的面积。
通过使用辊-至-板技术，可以以高生产速度连续制造纹理化的箔。这些箔可以被用作用于柔性应用的基底或者可以被层叠至刚性基底。但是，后者带来了将纹理化箔粘合到刚性基底或产品的中间粘合剂层的额外的花费。因此开发了第三种新技术：直接辊-至-板刻印。由此将功能纹理化层直接施于不连续基底板上而没有数十至数百微米厚的中间厚粘合剂层。在这样的方法中，使用如法国专利2,893,610中例举的纹理化辊或者如美国专利7,824,516中描述的可移除柔性压模。
如已在开头的段落中提到的那样，通过将漆涂覆在基底(面板)上或模具上并通过在漆位于模具和基底之间的情况下使模具与基底接触来对该漆进行压印(纹理化)而来实现压印。柔性压模、刚性压模或纹理化的辊可用作模具。重要的是控制柔性辊、刚性压模或纹理化的辊在压印漆位于其与基底之间时挤压在该基底上的压力。如果该压力太大，则压印漆将流向外侧。漆的这种向外的流动可能到达不应被覆盖的区域，例如基底的边缘。如果压力过小，则该压模和基底可能不会适当地接触并且空气可能会被滞留在该压模与该压印漆之间，或该压印漆与该基底之间。被永久滞留的空气将导致通过固化步骤固化的气泡缺陷。这些缺陷将对产品性能产生负面影响。如果所施加的压力不恒定，则纹理下方的残留层的厚度将变化。
低压力压印过程具有多种优点。低压力压印的益处不仅仅是能精确地控制漆的向外流动。它还能实现对低粘度漆的压印。由于粘度低，这些漆在低压力下将早已向旁边流动。能压印低粘度漆的能力将实现将精确的涂覆技术用作例如喷墨印刷。
有多种不同的方式来控制该压力：
在辊-至-板压印方法以及辊-至-辊压印方法中，辊被用于在漆位于逆向纹理的压模与基底之间的情况下将该逆向纹理的压模挤压在该基底上。该逆向纹理可如在专利申请WO2007/060353 A1中讨论的那样地位于辊自身上，或者如在专利申请US2013/0214452 A1中讨论的那样位于围绕辊滚动的柔性箔上。这种辊具有特定的重量和位置精度。为了能在压印过程期间将低压力施加在压模、漆和基底上，必须在辊上施加反作用力，以补偿其重量和重力。这种平衡很难一小步一小步地连续控制，尤其是在滑动面上存在摩擦的情况下。这导致压印压力的变化，并且因此导致压印纹理的品质的变化。
第二种方法是控制辊的高度，而不是控制辊上的压力。在该方法中，基底与柔性压模之间的间隙被控制，其中漆位于该基底与该柔性压模之间。如果该间隙增大，则施加的压力较小。可一小步一小步地控制辊的高度。这种方法的缺点是，如果表面因在表面上的漆的体积不同而不平坦，则表面上的压力是不恒定的并且可能滞留空气。
在板对板方法中，可行的是将压模轻轻地下落到基底上，其中，漆位于该压模与基底之间。这可通过精密仪器实现或如在专利申请US5,669,303中讨论的那样利用空气压力使柔性压模弯曲来实现。在这两种情形中，制造方法因缓慢的真空步骤而成本高并且该制造过程很难扩展至更大的规格。
N.Kooy等人已在2014年给出了不同纳米压印技术的清楚评论(2014年纳米级研究报告；9(1)；320)。在该综述中讨论出，辊-至-板技术具有能够以最低的压力进行压印的优点。低压印压力是指1bar(或10N/cm2)的压印压力。此时，该技术已经被进一步改进。UV压印漆供应商Micro-resist已开发出小于1N/cm2的低压力压印漆。此时，辊对板压印设备可处理约0.5N/cm2至1N/cm2(或50mbar至100mbar)的压力。
US 2011/0291330 A1公开一种用于制造具有结构化实心层的制品的层压或复型方法。在该方法中，可固化液体被分配在第一构件上并且第二构件通过呈现变化的曲率而被铺设在位于该第一构件上的可固化的液体上。
如之前解释的，已知的用于压印不连续基底的方法均无法施加小于0.5N/cm2的低的但恒定的压印压力，或者会导致被滞留的空气，或者需要昂贵的设备或空气压力并且在所有情况中均是缓慢的且很难扩展到更大的规格。
发明内容
因此，本发明要解决的问题是能以较低成本并且在能更容易大规模执行的情况下在处于小于0.5N/cm2的范围内的低的且恒定的压印压力下压印不连续基底。
所述问题通过稍后描述的用于在不连续基底102形成纹理以使其具有压印纹理103B的方法和设备解决，其中，该方法包括以下步骤：
a)提供包括带图案的外表面105B的弹性压模104，所述带图案的外表面包括开孔和凸起；
b)提供不连续基底102；
c)用可成形的压印漆103A涂覆弹性压模104和/或不连续基底102；
d)使弹性压模104围绕一个由想象的/虚圆柱体108A形成的虚弯曲轴线108C弯曲，以获得具有第一分支部104A和第二分支部104B的、弯曲的弹性压模104，该虚弯曲轴线平行于不连续基底102的平面并垂直于压印方向，弯曲步骤被执行成使得第二分支部104B沿第一分支部104A的方向的至少一部分弯曲；
e)使弯曲的弹性压模104与位于该弯曲的弹性压模104与不连续基底102之间的可成形的压印漆103A接触，使得弯曲的弹性压模104在接触区域112上将压印压力施加到不连续基底102上，其中，压印压力基本上由弯曲的弹性压模104的弹性力产生，其中，弯曲的弹性压模104具有压印曲率，其中，压印曲率由虚圆108A的半径108B限定，该虚圆围绕绕虚弯曲轴线108C弯曲的、弯曲的弹性压模104绘制；
f)使不连续基底102和/或弹性压模104相对于彼此移动并且在所述移动期间以压印压力将带图案的外表面105B的开孔和凸起压入可成形的压印漆103A中以提供具有压印纹理103B的可成形的压印漆103A并且在所述移动期间使弯曲的弹性压模104的压印曲率保持恒定；
g)使具有压印纹理103B的可成形的压印漆103A固化到基底102上；和
h)使弹性压模104与经纹理化的不连续基底102分离。
所述方法能够以较低成本并且在能更容易大规模生产的情况下以小于0.5N/cm2的范围内的低的且恒定的压印压力压印不连续基底。
令人惊讶地发现，所述压印压力是当前标准压印压力的十分之一并且等于恒定值P压印，该恒定值优选在0.01N/cm2至50N/cm2的范围内，尤其优选在0.01N/cm2至5N/cm2的范围内。尽管所述压印压力如此之低，但在压印不连续基底102期间，P压印的最大波动在±50％的P压印的范围内，并且在本发明的方法的优选实施例中在±20％的P压印的甚至更小的范围内。
并且惊人地发现，本发明的方法采用简单的部件和方法步骤获得，从而，本发明的方法可以比需要低压印压力的已知压印方法更低的成本执行。例如，本发明的方法无需用于压印不连续基底102的辊。因此，采用本发明的方法不再需要补偿辊重量来将低压印压力施加在不连续基底102上。本发明的方法的惊人的简化允许容易扩展至更大规格的待压印的不连续基底102。
在本发明的方法的步骤a)中，提供包括带图案的外表面105B的弹性压模104，所述带图案的外表面包括开口和凸起。在本发明的范围内，术语“弹性压模”是指在被弯曲之后能返回至其原始平面形状的压模。所述能力能通过合适地选择压模的杨氏模量和/或厚度来实现。
优选地，在本发明的方法的步骤a)中提供的弹性压模104具有在0.1GPa至210GPa范围内，更优选在0.2GPa至5GPa范围内的杨氏模量。如果在本发明的方法的步骤a)中提供的弹性压模具有高杨氏模量(如例如针对由薄镍板制成的薄弹性压模的情况)，则其杨氏模量优选在180GPa至210GPa的范围内，如果在本发明的方法的步骤a)中提供的弹性压模具有中间杨氏模量(如例如针对由薄玻璃制成的薄弹性压模的情况)，则其杨氏模量优选在50GPa至100GPa的范围内。如果在本发明的方法的步骤a)中提供的弹性压模具有低杨氏模量(如例如针对由聚合物箔制成的薄弹性压模的情况)，则其杨氏模量优选在0.2GPa至5GPa的范围内。
优选地，在本发明的方法的步骤a)中提供的弹性压模104的厚度在10μm至2000μm的范围内，更优选在50μm至500μm的范围内。
在本发明的方法的步骤a)中提供的弹性压模104可由一个层或彼此结合的多个层组成。如果弹性压模104由两个或更多个层组成，则优选的是，弹性压模104包括结合至包括开口和凸起的带图案的外表面105B的弹性压模基部105A。
优选地，用于弹性压模基部105A和/或用于包括开口和凸起的带图案的外表面105B的材料选自包括金属片材、塑料片材、橡胶片材或玻璃片材的组。
在本发明的方法的步骤b)中，提供了不连续基底102，其也称为面板。所述不连续基底或面板可以是子组件(例如像玻璃基底、塑料基底或金属基底)或者可以是成品装置，如显示器、照明装置或太阳能电池板。用于不连续基底102的优选的材料包括玻璃、金属片材、聚碳酸酯、聚酯如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。此外，用于不连续基底102的材料可由另一种聚合物制成。不连续基底102可在其表面的顶部上承载一个附加层或两个或甚至更多个附加层，例如像附着力促进剂层和/或透明导体层，例如铟锡氧化物层、铝掺杂氧化锌层或氟掺杂锡氧化物层(flour-doped tin oxide layer)。
在本发明的方法的步骤c)中，弹性压模104和/或不连续基底102涂覆有可成形的压印漆103A，其中，用于步骤c)中的涂覆的优选方法是滴涂/分配、喷墨印刷、夹缝式挤压型涂覆、凹版印刷、丝网印刷、喷射、柔版印刷、或辊涂。
在本发明的过程中，术语“可成形的压印漆103A”是指可涂覆在不连续基底102和/或弹性压模104上并通过本领域技术人员已知的方法例如上述段落中描述的方法之一而被纹理化(压印)的物质。可成形的压印漆103A通常包含具有可能地添加的光引发剂和交联的丙烯酸酯基团的单体、低聚物。其它可行的材料是但不限于可固化的溶胶凝胶和环氧树脂。可成形的压印漆103A具有类似于水的粘度那样低的粘度，从而该可成形的压印漆103A在室温下可具有在5cP至5000cP，优选处于5cP至500cP的范围内的粘度(cP是指厘泊)。
可成形的压印漆103A能固化以保持被压印的图案。这些固化方法也是已知的并且包括热固化、通过UV光固化、化学引发的固化和自身已知的其它方法。这样的漆可称为涂料、树脂、抗蚀剂等。
在本发明的方法的步骤d)中，弹性压模104围绕由虚圆柱体108A形成的虚弯曲轴线108C弯曲，该轴线平行于不连续基底102的平面并垂直于压印方向，以便获得具有第一分支部104A和第二分支部104B的弯曲的弹性压模104，从而执行所述弯曲使得第二分支部104B沿第一分支部104A的方向的至少一部分弯曲。
在本发明的范围内，术语“分支部”必须理解为弹性压模104的一部分，其在弹性压模发生弯曲之后出现。在弹性压模104弯曲之后，弯曲的弹性压模104包括两个分支部：第一分支部104A和第二分支部104B。
通过使弹性压模104弯曲，半径108B可具有适合于对不连续基底102纹理化成具有压印纹理103B的任何尺寸。在优选的实施例中，半径108B包括优选介于0.5cm与50cm之间，更优选介于1cm与20cm之间，并且最优选介于2cm与10cm之间的值。
在本发明的步骤e)中，弹性压模104与介于弯曲的弹性压模104与不连续基底102之间的可成形的压印漆103A接触，使得弯曲的弹性压模104在接触区域112将压印压力施加至不连续基底102上，其中，压印压力基本上由弯曲的弹性压模104的弹性力产生，其中，弯曲的弹性压模104具有压印曲率，其中，该压印曲率由虚圆柱体108A的半径108B限定，该虚圆柱体围绕弯曲的弹性压模104绘制，该弯曲的弹性压模绕虚弯曲轴线108C弯曲。
在一个优选实施例中，弯曲的弹性压模104的压印曲率与虚圆柱体108A的重叠边界108D绘制形成虚圆柱体108A的圆周的至少20％，优选至少25％，更优选至少26％，甚至更优选至少30％，并且最优选至少50％。
对于所选的弹性压模104，其压印曲率ic与虚圆柱体108A的半径r108B成反比，该虚圆柱体围绕绕虚弯曲轴线108C弯曲的、弯曲的弹性压模104绘制，该虚弯曲轴线平行于不连续基底102的平面并垂直于压印方向。因此ic随r的降低而增大，或者反过来，如关系式[1]中总结的那样。
ic～1/r [1]
此外，对于所选的弹性压模104，其压印压力P压印与其压印曲率ic成正比。因此，P压印随压印曲率ic的增大而增大，并且随半径r的增大而减小，如在关系式[2]中总结的那样。
P压印～ic～1/r [2]
最后，弯曲的弹性压模104在可成形的压印漆103A位于弯曲的弹性压模104与不连续基底102之间的情况下施加在基底102上的所施加的力N与压印曲率ic成正比并与压印压力P压印成正比，并且与半径r成反比，如在关系式[3]中总结的那样。
N～p压印～ic～1/r [3]
如上所述，压印压力P压印低。因此，所施加的力N也低。
本发明的方法允许简单地通过将弹性压模104弯曲至特定半径r，即弯曲至特定弯曲半径r 108B来提供低的期望的力N。并且，本发明的方法允许通过以几乎无穷小的间隔改变弯曲的弹性压模104的弯曲半径r 108B来控制所述的期望的力N，并且因此控制压印纹理103B的品质。
在本发明的方法中，相同的压印压力P压印和相同的力N沿待压印的不连续基底102的宽度被施加在弹性压模104的压模-基底接触区域112处，其中在该弹性压模与该基底之间具有可成形的压印漆103A。因此，如果不连续基底102和/或弹性压模104根据本发明的方法的步骤f)而相对彼此移动，则允许本发明的方法能够控制压印纹理103B的品质，并且因此控制不连续基底102的区域上的压印纹理103B的品质。
在本发明的方法的步骤f)中，不连续基底102和/或弹性压模104相对彼此移动，并且在所述移动期间，以压印压力将带图案的外表面105B的开口和凸起压到可成形的压印漆103A中以提供具有压印纹理103B的可成形的压印漆103A，并且在所述移动期间，使弯曲的弹性压模104的压印曲率保持恒定。
在本发明的范围内，本发明的方法的步骤e)中的表述“压印压力基本上由弯曲的弹性压模104的弹性力产生”意味着压印压力主要通过弹性压模104的弹性力产生，即通过弹性压模104的在已弯曲后返回至其初始平面形状的能力产生。此外，弹性压模104的重量在压印漆上产生压印压力。然而，所述压印压力通常远低于由弹性压模104的弹性力产生的压力。
在本发明的方法的步骤f)中，不连续基底102和/或弹性压模104相对于彼此移动，并且，在所述移动期间，以压印压力将带图案的外表面105B的开口和凸起压到可成形的压印漆103A中以提供具有压印纹理103B的可成形的压印漆103A，并且在所述移动期间，使弯曲的弹性压模104的压印曲率保持恒定。
在本发明的范围内，本发明的方法的步骤f)中的表述“在所述移动期间，使弯曲的弹性压模104的压印曲率保持恒定”意味着虚圆柱体108A的半径108B具有值r，并且r在针对压印纹理103B的期望品质而言可接受的范围内变化。由于在本发明的方法中，在可成形的漆103A位于弯曲的弹性压模104与不连续基底102之间的情况下由弯曲的弹性压模104施加在不连续基底102上的压印压力低的事实，所述低压印压力可在相当大的范围内变化，而不会损害压印纹理103B的品质。例如，如果虚圆柱体108A的半径108B具有值r，则所述r在压印过程开始之前可在r的±50％的范围内变化。
对于较高的压印压力，这种变化可能太大。在这种情况下，压印曲率与半径r的变化应在±20％的范围内，优选在±10％的范围内，并且在本发明的方法的更优选的实施例中在±5％的范围内。对于较小的压印压力，这种变化较小。
此外，用语“在所述移动期间，使弯曲的弹性压模104的压印曲率保持恒定”可暗示虚圆柱体108A的由重叠边界108D绘制的量在对于压印纹理103B的期望品质而言可接受的范围内变化。
在本发明的方法的步骤g)中，位于基底102上的被提供有压印纹理103B的可成形的压印漆103A借助固化程序固化，例如借助UV辐照固化。
在本发明的方法的步骤h)中，借助于分离程序例如通过反转在本发明的方法的步骤f)中采用的移动方向而使弹性压模104与纹理化的不连续基底102分离。
在本发明的方法的一个优选的实施例中，弹性压模104被安装在已被定位在弹性压模104的起始端处的前夹具106A中并被安装在已被定位在弹性压模104的末端处的后夹具106B中，并且在步骤f)中的所述移动期间，滑动面110支承后夹具106B和/或前夹具106A的均匀移动。后夹具106B和/或前夹具106A的移动可例如用皮带、马达或螺纹配合机构操纵。
在压印过程和后夹具106B与弹性压模104的移动期间，支承平台101、基底102和前夹具106A可位于固定的位置。在本发明的另一可能的设置中，支承平台101连同基底102和前夹具106A以相同的速度并且沿与后夹具106B的移动方向相反的方向移动。为了确保支承平台101连同基底102和前夹具106A的移动速度与后夹具106B的移动速度相同，可使用皮带或者主从式操纵的两个马达。
在本发明的方法的另一优选实施例中，弹性压模104的压印曲率通过夹具106B的移动的高度操纵，可能地与滑动面110的高度结合操纵，其中，术语“高度”可通过夹具106B与不连续基底102之间的距离和通过滑动面110与不连续基底102之间的距离测量。
在本发明的方法的一个进一步优选的实施例中，弹性压模高度限制器109在弹性压模104的位于后夹具106B与弹性压模104的弯曲区域之间的未弯曲区域中位于该弹性压模104的上方，并且通过控制弯曲的弹性压模104的压印曲率来进一步控制压印压力。
在本发明的方法的进一步优选的实施例中，位于弯曲的弹性压模104的内侧的压印曲率控制楔形件111将弹性压模104压至期望的压印曲率。
本发明的目的还通过用于对不连续基底102进行纹理化的设备来解决，该设备包括：
i.限定基底平面的不连续基底102；
ii.包括带图案的外表面105B的弹性压模104，该带图案的外表面包括开口和凸起，其中，
a.弹性压模104安装在位于弹性压模104的起始端处的前夹具106A中并安装在位于所述弹性压模104的末端处的后夹具106B中；
b.该弹性压模104包括第二分支部104B，平稳地紧跟着第二分支部的是弯曲区域，平稳地紧跟着该弯曲区域的是第一分支部104A，该第一分支部与具有位于弹性压模104与不连续基底102之间的可成形的压印漆103A的基底平面接触；
c.弹性压模104在弯曲区域内围绕一虚弯曲轴线108C弯曲，该虚弯曲轴线由虚圆柱体108A形成，该圆柱体平行于不连续基底102的平面并且垂直于压印方向以获得弯曲的弹性压模104，使得弯曲的弹性压模104在接触区域上将压印压力施加至不连续基底102，其中，压印压力基本上由弯曲的弹性压模104的弹性力产生，其中，弯曲的弹性压模104具有一压印曲率，其中，该压印曲率由虚圆柱体108A的半径108B限定，该虚圆柱体围绕弯曲的弹性压模104绘制，该弯曲的弹性压模绕虚弯曲轴线108C弯曲；
iii.第一移动机构，其与后夹具106B联接并且能使与不连续基底102接触的该弯曲的弹性压模104移动，其中，在弹性压模104与不连续基底102之间具有可成形的压印漆103A，其中，不连续基底102处于固定的位置；和/或第二移动机构，该第二移动机构与支承平台101和/或前夹具106A联接并能够以与后夹具106B的移动相同的速度但相反的方向移动弯曲的弹性压模104位于其上的支承平台101和/或弹性压模104夹在其内的前夹具106A；
iv.用于控制弯曲的弹性压模104的压印曲率的机构，其中，该压印曲率能被调节和/或保持恒定；和
v.用于使被提供有压印纹理103B的可成形的压印漆104固化的装置。
在本发明的范围内，用语“不连续基底102”、“弹性压模104”、“带图案的外表面105B”、“前夹具106A”、“后夹具106B”、“其中，压印压力基本上由弯曲的弹性压模104的弹性力产生”、“使弯曲的弹性压模104的压印曲率保持恒定”类似地具有与已针对本发明的方法解释的含义相同的含义。
在本发明的设备的一个优选的实施例中，所述设备还包括至少一个滑动面110，该至少一个滑动面用于支承弹性压模104的均匀移动。
在本发明的设备的一个进一步优选的实施例中，所述设备包括能实现夹具106B的移动的期望高度的机构，可能地结合有能实现滑动面110的期望高度的机构，以操纵弹性压模104的压印曲率，其中，术语“高度”可通过夹具106B与不连续基底102之间的距离和由滑动面110与不连续基底102之间的距离测量。
在本发明的一个进一步优选的实施例中，所述设备还包括压模高度限制器109，用于控制弯曲的弹性压模104的压印曲率。
在本发明的设备的一个进一步优选的实施例中，所述设备还包括用于控制弯曲的弹性压模104的压印曲率的压印曲率控制楔形件111。
在一个优选的实施例中，本发明的设备包括弯曲的弹性压模104的压印曲率与虚圆柱体108A的重叠边界108D，该重叠边界形成虚圆柱体108A的圆周的至少20％，优选至少25％，更优选至少26％，甚至更优选至少30％，并且最优选至少50％。
附图说明
现将参考下述附图更详细地解释本发明。
图1示意性地示出了根据本发明的压印方法，其中弯曲的弹性压模104的曲率被控制。
图2示出了在根据本发明的压印期间、根据围绕弹性压模104绘制的虚圆柱体108A的半径而在具有介于压模与基底之间的可成形的压印漆103A的第一压模-基底接触区域112处于曲线形的即弯曲的弹性压模104上施加的和测得的力。
图3示意性地示出了根据本发明的压印方法，其中弹性压模104的分支部104B以特定角度设置。
图4示意性地示出了使用根据本发明的压模高度限制器109来操纵并从而控制弹性压模104的压印曲率。
图5示意性地示出了使用根据本发明的压印曲率控制楔形件111来操纵并从而控制弹性压模104的压印曲率。
图6示出了在根据本发明的压印期间根据压印曲率控制楔形件111与不连续基底102的距离而在曲线形的即弯曲的弹性压模104上施加的和测得的力。
具体实施方式
参见图1，示出了根据本发明的示意性压印设备和方法，借此利用弹性压模104的压印曲率来施加低且恒定的压印压力，其中，压印曲率由虚圆柱体108A的半径108B限定，该虚圆柱体围绕绕虚弯曲轴线108C弯曲的、弯曲的弹性压模104绘制，该虚弯曲轴线由虚圆柱体108A形成，该轴线平行于不连续基底102的平面并且垂直于压印方向。从而，弯曲的弹性压模104包括第一分支部104A和第二分支部104B。可通过调节弹性压模104的压印曲率来控制压印压力。由于在本发明的方法中，弯曲的弹性压模104在可成形的压印漆103A位于弯曲的弹性压模104与不连续基底102之间的情况下施加在不连续基底102上的压印压力低的事实，所述低压印压力可在相当大的范围内变化，而不会损害压印纹理103B的品质。例如，如果虚圆柱体108A的半径108B具有值r，所述r可在±50％的范围内变化，并且在更优选的实施例中在±20％的范围内变化。
在图1所示的压印设备中，功能性压印层103B将施加在基底102的顶部上。基底102可以是任何材料；优选地，基底102包括以下材料或由以下材料制成：玻璃、金属片材、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。基底102可承载涂覆在表面的顶部上的一个或多个附加层，例如像附着力促进层和/或透明导体层(例如铟锡氧化物层、铝掺杂氧化锌层或氟掺杂锡氧化物层(flour-dopedtin oxide layer))。在图1中，基底102根据本发明的方法的步骤c)而涂覆有可成形的压印漆103A并且在本发明的方法的步骤f)中，利用弹性压模104压印该可成形的压印漆103A，从而产生增加在基底102的顶部上的复型的压印纹理103B。基底102被放置在用于引导和支承的平台101上。该平台101可以是一个或多个辊、固定的工作台、移动工作台或用于提供足够的支承的任何其它的平台。在图1中，模具是弹性压模104。该弹性压模104具有支承用柔性压模基底105A和带图案的外表面105B，该带图案的外表面也称为“压印纹理”或“压印图案”。这种压印纹理包括功能区，该功能区由开口和凸起形成，其对于本领域技术人员来说被已知为凹凸图案/浮雕图案。这种带凹凸图案的外表面105B是基底102上的压印纹理103B的凹(或者相反)纹理。弹性压模基底105A和带图案的外表面105B可由同一种材料制成，例如但不限于通过冼削工艺或热模压工艺制成的薄的金属片材或塑料片材。柔性压模104也可用两种或更多种材料制成，该柔性压模具有：作为基底105A的弹性片材，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)箔、聚碳酸酯(PC)箔、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)箔或由另一种聚合物制成的箔，或者薄金属片材或薄玻璃片材；和附着的纹理化的有机层105B，例如但不限于丙烯酸酯材料、溶胶凝胶材料、环氧树脂或第二纹理化的塑料箔。可加入甚至更多的层来增强柔性压模的鲁棒性或功能性，例如防粘层。优选地，柔性压模104具有介于0.1吉帕斯卡(GPa)与210吉帕斯卡(GPa)之间，尤其优选地介于0.2吉帕斯卡(GPa)与5吉帕斯卡(GPa)之间的杨氏模量。杨氏模量根据ASTM E111测量。
如图1所示，柔性压模被弯曲。在外端部是固定的情况下，压模自身自由弹回至其优选的平面形状。因此，这种柔性压模被称为弹性压模104。
为使柔弹性压模104利用其外表面而将纹理转移至可成形的压印漆103A上，具有与压印纹理103B相反的纹理的压印纹理105B在压印漆103A位于压模与不连续基底之间的情况下被压在不连续基底102上。需要注意的是，可成形的漆103A可如图1所示地沉积在不连续基底102上，或者可成形的压印漆103A可沉积在弹性压模104上。或者，可成形的压印漆103A可沉积在弹性压模104和不连续基底102两者上。沉积方法尤其可以是滴涂/分配、喷墨印刷、夹缝式挤压型涂覆、凹版印刷或丝网印刷。在利用弹性压模104压印完可成形的压印漆103A之后，可成形的压印漆103A通过热或利用UV光固化。在图1中，可成形的漆利用来自UV光源107A的UV光107B固化。UV光源107A可放置在弹性压模104的压印曲率内或者放置在透明的弹性压模104上。或者在不连续基底102是透明的的情况下，UV光源107A可放置在透明的不连续基底102的下方，被集成在平台101中或放置在透明的平台101的下方。对于大的压印表面，UV光源107A可安装在移动的承载台上，以确保对该大表面进行均匀的照明。在压印纹理103B固化之后，弹性压模104与不连续基底102上的固化的压印纹理103B分离，使得具有位于其上的固化的压印纹理103B的不连续基底102与呈弹性压模104形式的模板间隔开。
弹性压模104安装在前夹具106A中以及后夹具106B中。前夹具106A定位在弹性压模104的起始端。后夹具106B定位在弹性压模104的末端。夹具106A和/或夹具106B可以是塑料条或金属条，其可能地具有安装开口。但夹具106A和/或夹具106B也可以是胶带或用于将弹性压模104保持在其位置的任何其它机构。一旦弹性压模104被安装在夹具106A和106B中，弹性压模104便将以一个圆形的或椭圆形的曲线弯曲。弹性压模104在具有位于弯曲的弹性压模104与不连续基底102之间的可成形的压印漆103A的第一压模-基底接触区域112处的曲率由虚圆柱体108A的半径108B限定，该虚圆柱体围绕弯曲的弹性压模104绘制，该弯曲的弹性压模绕虚弯曲轴线108C弯曲。在弹性压模104移动期间，该压印曲率保持恒定，从而以压印压力将带图案的外表面105B的开口和凸起压至可成形的漆103A中以提供具有压印纹理103B的可成形的压印漆103A。
图2示出了对于10cm宽250微米厚的曲线形的即弯曲的弹性压模104和40cm2的接触表面区域而言，在压印过程期间所施加的力。所述力在称重装置上确定。所述力示出为虚辊即图1示出的虚圆柱体108A的半径的函数。
如图2所示，与较高的压印压力即在虚圆柱体108A的较小半径108B情况下的较高的所施加的力相比，针对较低的压印压力即较低的所施加的力而言，压印曲率的变化即虚圆柱体108A的半径108B的变化对所述压印压力的影响较小。因此，针对在较低的所施加的力的情况下的压印曲率的半径变化而言，在压印过程开始之前，该半径变化应在r的±50％的范围内。针对在较小的、虚圆柱体108A的半径108B的情况下的较高的所施加的力而言，±50％的变化将导致大的压力变化。因此，更优选地，直径变化在±20％的范围内，优选在±10％的范围内。尤其优选地，半径变化在小于±5％的范围内。
为了减小压印曲率的变化，后夹具106B必须能均匀移动。在图1中，后夹具106B将在复型过程即压印过程开始时移动至左侧。据此，弹性压模104将被压在可成形的压印漆103A上。在其顶部具有弹性压模104的可成形的压印纹理103B固化后，后夹具106B移动至右侧。据此，弹性压模104从压印纹理103B剥离。后夹具106B的移动尤其可用皮带、马达或螺纹配合机构控制。为了确保后夹具106B均匀移动，所述夹具的移动可例如由滑动面支承。在图1中，滑动面110支承后夹具106B的移动，以确保均匀的压印过程，从而压印压力在压印过程期间保持不变。滑动面110的长度应支承完整的复型周期。为此，该滑动面110的长度典型地略大于压印纹理103B或略大于不连续基底102的长度。后夹具106B的移动的高度和因此滑动面110的高度对弹性压模104的曲率和因此对压印压力确有影响。因此，压模后夹具106B的移动的高度可以是用于控制压印压力的操纵参数。
在压印过程和后夹具106B连同弹性压模104的移动期间，支承平台101、基底102和前夹具106A可处于固定位置。在本发明的方法的另一可能的设置中，支承平台101与基底102和前夹具106A以与后夹具106B的移动相同的速度但相反的方向移动。为了确保支承平台101与基底102和前夹具106A的移动速度与后夹具106B的移动速度相同，可使用皮带或主从式操纵的两个马达。
滑动面110的定位和因此弹性压模104的移动不一定必须是水平的，如图3所示。如果滑动面110的移动是如图1中所示的水平的，则除了由弹性压模104的弯曲施加的力之外，没有额外的竖向压力施加在压模上。如果滑动面110的移动相对于不连续基底102的平面成角度，则弹性压模104的压印曲率和因此压印压力将不会保持恒定。在这种情况下，可通过使支承平台101与不连续基底102和前夹具106A以与成角度放置的滑动面110上的后夹具106B相同的速度移动来使压印曲率保持恒定。在图3中，示出了在压印期间的夹具106A和106B两者的运动以及不连续基底的支承平台101的移动。在剥离期间的移动将是反向的。
成角度放置的滑动面的特定位置可通过虚圆柱体108A的最终的重叠边界108D被最好地描述。通过改变滑动面的位置，将改变弯曲的弹性压模的压印曲率与虚圆柱体108A的重叠边界108D。弯曲的弹性压模104的压印曲率与虚圆柱体108A的重叠边界108D优选至少20％，更优选至少30％并且最优选至少50％。
为了进一步控制压印压力，可加入柔性压模高度限制器109来控制弹性压模104的压印曲率，如图4所示。压模高度限制器位于弹性压模104的圆弧的上方，以在压印期间控制弹性压模104的压印曲率。该压模高度限制器109的高度可被主动控制。它可被上升或下降，如由具有上升方向和下降方向的箭头示出的。从而，该柔性压模高度限制器109将在压印过程期间控制所施加的压印压力。此外，高度限制器109将限制压印曲率的变化并且从而使压印曲率保持的更恒定。滑动面110的高度可与可控制高度的压模高度限制器109的高度配合。
在本发明的方法内并且采用本发明的设备，存在另外的且不同的方式来控制弹性压模104的压印曲率。图5示出了优选的设置，其中，通过曲率控制楔形件111来控制压印曲率。该曲率控制楔形件111被放置在曲线形的，即弯曲的弹性压模104的内侧，从而以期望的曲率挤压柔性压模。如图5中双箭头所指示的那样，该曲率控制楔形件111可向内侧或向外侧移动，其中，在朝弹性压模104的方向上的箭头指示向外移动，并且在背离弹性压模104的方向上的箭头指示向内移动。如果向外移动，则弹性压模104在与不连续基底102接触处的曲率将减小，从而导致较小的曲率半径r和较高的压印压力。该曲率控制楔形件111尤其可以是与步进马达组合的杆式或辊式步进机。与标准辊对板过程相比，楔形件111不与不连续基底102、压模和位于不连续基底与压模之间的漆接触。
在压印过程是后夹具106B移动且基底102和前夹具106A的位置固定的情况中，在复型过程期间，曲率控制楔形件111必须随后夹具106B和在旁边移动的弹性压模104移动，以确保恒定的压印压力。在一个不同的实施例中，曲率控制楔形件111的位置是固定的且支承平台101连同不连续基底102和前夹具106A以与后夹具106B相同的速度但相反的方向移动。为确保相同的速度，可使用皮带或主从式操纵的两个马达。
采用所讨论的且在图1和3-5中示出的设置，不连续基底102可以在低的压印压力下被均匀地压印。压印压力在称重装置处测量。图6针对不同厚度的弹性压模104示出了向下的力即弹性力的测量结果。在测量中，楔形件111从与基底102的小距离和弹性压模的大压印曲率逐渐地向外置于与基底102的大距离和弹性压模104的小压印曲率。楔形件111与基底102的距离越远(伴随着的是弹性压模104上的越小的压力和因此越小的压印曲率)，则越小的压印压力被施加在压印过程上。在10cm乘4cm的区域上已施加了远低于1N的低的压印压力。这是0.025N/cm2的压力。
所施加的弹性力将取决于弹性压模104的硬度。采用不同的材料(弹性)或厚度，弹性压模104的硬度将变化，并且因此，所施加的弹性力将改变。如在图6中所示，较厚的弹性较小的弹性压模104将施加较大的弹性力。从而，可通过选择弹性压模材料的弹性和其厚度来在根据本发明的方法的范围内调节压印压力范围。
Claims (15)
1.用于对不连续基底(102)进行纹理化以使其具有压印纹理(103B)的方法，其中，该方法包括以下步骤：
a)提供包括带图案的外表面(105B)的弹性压模(104)，所述带图案的外表面包括开口和凸起；
b)提供不连续基底(102)；
c)用可成形的压印漆(103A)涂覆弹性压模(104)和/或不连续基底(102)；
d)使该弹性压模(104)围绕由虚圆柱体(108A)形成的一虚弯曲轴线(108C)弯曲，以获得具有第一分支部(104A)和第二分支部(104B)的、弯曲的弹性压模(104)，该虚弯曲轴线平行于不连续基底(102)的平面并垂直于压印方向，其中，该弯曲被执行成使得该第二分支部(104B)沿该第一分支部(104A)的方向的至少一部分弯曲；
e)使所述弯曲的弹性压模(104)与位于该弯曲的弹性压模(104)与不连续基底(102)之间的可成形的压印漆(103A)接触，使得所述弯曲的弹性压模(104)在接触区域(112)上将压印压力施加到所述不连续基底(102)上，其中，所述压印压力基本上由所述弯曲的弹性压模(104)的弹性力产生，其中，所述弯曲的弹性压模(104)具有压印曲率，其中，所述压印曲率由所述虚圆柱体(108A)的半径(108B)限定，该虚圆柱体围绕绕所述虚弯曲轴线(108C)弯曲的、所述弯曲的弹性压模(104)绘制；
f)使所述不连续基底(102)和/或所述弹性压模(104)相对于彼此移动并且在所述移动期间用所述压印压力将所述带图案的外表面(105B)的开口和凸起压入所述可成形的压印漆(103A)中以提供具有所述压印纹理(103B)的所述可成形的压印漆(103A)，并且在所述移动期间使所述弯曲的弹性压模(104)的压印曲率保持恒定；
g)使具有所述压印纹理(103B)的所述可成形的压印漆(103A)固化到所述不连续基底(102)上；和
h)使所述弹性压模(104)与被纹理化的不连续基底(102)分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述虚圆柱体(108A)的半径(108B)具有值r，值r在压印过程开始之前在值r的±50％的范围内变化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤a)中提供的所述弹性压模(104)具有在0.1GPa至210GPa的范围内的杨氏模量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在步骤a)中提供的所述弹性压模(104)具有在10μm至200μm的范围内的厚度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在步骤a)中提供的所述弹性压模(104)包括弹性压模基部(105A)，该弹性压模基部结合至带图案的外表面(105B)，该带图案的外表面包括开口和凸起。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，用于所述弹性压模基部(105A)和/或用于包括开口和凸起的所述带图案的外表面(105B)的材料选自包括金属片材、塑料片材、橡胶片材或玻璃片材的组。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，用于在步骤b)中提供的不连续基底(102)的材料包括玻璃、金属片材、聚碳酸酯、聚酯、或聚甲基丙烯酸甲酯。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，用于步骤c)中的涂覆的方法是滴涂、喷墨印刷、夹缝式挤压型涂覆、凹版印刷、丝网印刷、喷射、柔版印刷、或辊涂。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述弹性压模(104)安装在已被定位在所述弹性压模(104)的起始端处的前夹具(106A)中并安装在已被定位在所述弹性压模(104)的末端处的后夹具(106B)中，其中，在步骤f)中的所述移动期间，滑动面(110)支承所述后夹具(106B)和/或所述前夹具(106A)的均匀移动。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，柔性压模高度限制器(109)在所述弹性压模(104)的位于所述后夹具(106B)与所述弹性压模(104)的弯曲区域之间的未弯曲区域中位于所述弹性压模(104)的上方，并且通过控制所述弯曲的弹性压模(104)的压印曲率来进一步控制所述压印压力。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，位于所述弯曲的弹性压模(104)的内侧的压印曲率控制楔形件(111)将所述弹性压模(104)压至期望的压印曲率。
12.一种用于对不连续基底(102)进行纹理化的设备，该设备包括：
i.限定基底平面的不连续基底(102)；
ii.包括带图案的外表面(105B)的弹性压模(104)，该带图案的外表面包括开口和凸起，其中，
a.所述弹性压模(104)安装在位于所述弹性压模(104)的起始端处的前夹具(106A)中并安装在位于所述弹性压模(104)的末端处的后夹具(106B)中；
b.所述弹性压模(104)包括第二分支部(104B)，平稳地紧跟着所述第二分支部的是弯曲区域，平稳地紧跟着所述弯曲区域的是第一分支部(104A)，所述第一分支部与具有位于所述弹性压模(104)与所述不连续基底(102)之间的可成形的压印漆(103A)的基底平面接触；
c.所述弹性压模(104)在弯曲区域中围绕由虚圆柱体(108A)形成的虚弯曲轴线(108C)弯曲，该虚弯曲轴线平行于所述不连续基底(102)的平面并且垂直于压印方向以获得弯曲的弹性压模(104)，使得所述弯曲的弹性压模(104)在接触区域上将压印压力施加至所述不连续基底(102)上，其中，所述压印压力基本上由所述弯曲的弹性压模(104)的弹性力产生，其中，所述弯曲的弹性压模(104)具有一个压印曲率，其中，该压印曲率由虚圆柱体(108A)的半径(108B)限定，该虚圆柱体围绕所述弯曲的弹性压模(104)绘制，该弯曲的弹性压模绕所述虚弯曲轴线(108C)弯曲；
iii.第一移动机构，该第一移动机构与后夹具(106B)联接并且能使与所述不连续基底(102)接触的该弯曲的弹性压模(104)移动，其中，在弹性压模(104)与不连续基底(102)之间有可成形的压印漆(103A)，其中，所述不连续基底(102)处于固定的位置；和/或第二移动机构，该第二移动机构与支承平台(101)和/或前夹具(106A)联接并能够以与所述后夹具(106B)的移动相同的速度但相反的方向移动所述弯曲的弹性压模(104)位于其上的所述支承平台(101)和/或弹性压模(104)夹在其内的所述前夹具(106A)；
iv.用于控制所述弯曲的弹性压模(104)的压印曲率的机构，其中，该压印曲率能被调节和/或保持恒定；和
v.用于使具有压印纹理(103B)的所述可成形的压印漆(104)固化的装置。
13.根据权利要求12所述的设备，还包括用于支承所述弹性压模(104)的均匀移动的至少一个滑动面(110)。
14.根据权利要求12或13所述的设备，还包括用于控制所述弯曲的弹性压模(104)的压印曲率的压模高度限制器(109)。
15.根据权利要求12-14中的一个或多个所述的设备，还包括用于控制所述弯曲的弹性压模(104)的压印曲率的压印曲率控制楔形件(111)。
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