基于卷對(duì)卷uv固化聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜聚合物材料制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于卷對(duì)卷UV固化聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在薄膜聚合物材料上加工不同幾何特征的微細(xì)結(jié)構(gòu)能夠賦予其以不同的光學(xué)特性，比如勻光、增透、反光燈等。由于其具有輕便易于大規(guī)模加工的屬性，這些具有表面微細(xì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)膜被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、電視等得顯示器中，而由于這些電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)都是朝向輕薄化發(fā)展，顯示器屏幕也越來(lái)越薄，這就對(duì)光學(xué)膜提出了集成化的要求，將多層光學(xué)性能膜集成到少數(shù)幾層之中，以實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本，減輕重量，減薄尺寸的目的。高效實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)膜的加工方法是光學(xué)結(jié)構(gòu)膜發(fā)展的方向。
[0003]聚合物薄膜表面微細(xì)結(jié)構(gòu)的連續(xù)成型方法主要有卷對(duì)卷熱輔助壓印成型方法和卷對(duì)卷紫外固化壓印成型方法。
[0004]卷對(duì)卷熱輥壓工藝是通過(guò)將聚合物材料加熱升溫到一定程度，然后對(duì)其施加壓力使其充型實(shí)現(xiàn)微細(xì)結(jié)構(gòu)加工的方法。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN102233634A，名稱為微透鏡陣列制備裝置，發(fā)明了卷對(duì)卷熱壓印裝置，包括張緊裝置、壓印輥輪和冷卻設(shè)備的裝置設(shè)備，其中壓印輥輪設(shè)置有多個(gè)加熱條和壓印孔，基材與壓印輥輪結(jié)合部分經(jīng)加熱條加熱成軟化狀態(tài)后被吸入壓印孔中。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN102205639A，名稱為聚合物擠出微壓印成型方法，是一種在聚合物幾片材料上形成微納結(jié)構(gòu)圖案的熱壓印成型方法。該成型方法節(jié)省了大量加熱冷卻所學(xué)要的時(shí)間和能量，壓印設(shè)備被大大簡(jiǎn)化。上述熱輔助卷對(duì)卷壓印工藝不需要涂料，省卻了涂料均與度與厚度控制的復(fù)雜控制，但是，使用熱輔助工藝需要加熱到較高溫度，升溫與降溫周期長(zhǎng)，影響加工效率，同時(shí)，熱輔助壓印需要較大壓力，容易對(duì)模具造成損壞，進(jìn)而影響成型質(zhì)量。
[0005]紫外固化壓印成型方法指將可紫外固化的液態(tài)樹(shù)脂材料均勻地涂覆在基材上，模具在較小壓力下迫使液體材料填充模具表面型腔成型以復(fù)制模具上的微細(xì)結(jié)構(gòu)，然后利用紫外光照射充型的液態(tài)材料使其固化得到表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN101843859A，名稱為一種卷對(duì)卷紫外納米壓印裝置及方法，該裝置基于傳輸裝置、涂布裝置、壓印裝置之上，運(yùn)用預(yù)固化和強(qiáng)固化兩部固化工藝實(shí)現(xiàn)微細(xì)結(jié)構(gòu)的特征成型，但是，該方法只能實(shí)現(xiàn)單面特征的成型。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN102681082A，名稱為導(dǎo)光膜卷對(duì)卷制造方法及其構(gòu)造，該方法通過(guò)在提供的第一光學(xué)層上利用機(jī)械性壓出方式依次在其第一面和第二面形成兩層微結(jié)構(gòu)。該發(fā)明能實(shí)現(xiàn)在光學(xué)層的兩面加工出微細(xì)特征，但是兩面結(jié)構(gòu)不是同步進(jìn)行的，需要收卷后再放卷加工，加工時(shí)間較長(zhǎng)。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN101879498A，名稱為卷對(duì)卷圖案化裝置和具有該圖案化裝置的圖案化系統(tǒng)，該發(fā)明利用對(duì)齊輥實(shí)現(xiàn)薄膜構(gòu)件在壓印機(jī)構(gòu)中的定位，從而加工出具有準(zhǔn)確圖案的薄膜構(gòu)件。但是該方法也只適用于單面結(jié)構(gòu)的成型加工。美國(guó)專利號(hào)US8027086B2，名稱為Roll toRoll Nanoimprint Lithography，該發(fā)明結(jié)合UV固化工藝和表面金屬涂層工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬網(wǎng)格偏光器等器件的加工。雖然該方法能夠高效率的加工各種光學(xué)器件，但是該發(fā)明主要用于加工單面微細(xì)特征，不適用于雙面特征的成型加工。美國(guó)Ahn，S.H等人【Ahn，S.H.and L.J.Guo (2008)."High-Speed Rol1-to-RolI Nanoimprint Lithography onFlexible Plastic Substrates."Advanced Materials 20 (11): 2044-2049】米用卷對(duì)卷納米紫外固化的方法，在PET基材表面連續(xù)加工出小至70納米的微細(xì)結(jié)構(gòu)。臺(tái)灣Wu，J.T 等人【W(wǎng)u, J.-T.and S.-Y.Yang(2010).gasbag-roller-assisted UV imprintingtechnique for fabricat1n of a microlens array on a PMMA substrate."Journal ofMicromechanics and Microengineering 20 (8): 085038】利用氣體壓力輔助的方法，使紫外固化過(guò)程中壓力分布更均勻，保型時(shí)間更長(zhǎng)。但上述兩種設(shè)備都只能完成單面的光學(xué)結(jié)構(gòu)加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可以實(shí)現(xiàn)不同膠層材質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)特征、不同紋路深度的光學(xué)膜雙面加工的基于卷對(duì)卷UV固化聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是開(kāi)發(fā)得到基于卷對(duì)卷UV固化聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工方法。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0009]基于卷對(duì)卷UV固化聚合物薄膜表面微結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng)，由依次設(shè)置的正向壓印設(shè)備及逆向壓印設(shè)備組合而成，
[0010]所述的正向壓印設(shè)備包括依次設(shè)置的放卷裝置、涂料裝置、輥壓裝置、紫外固化裝置、收卷裝置，
[0011]所述的逆向壓印設(shè)備包括與正向壓印設(shè)備共用的放卷裝置、收卷裝置，以及獨(dú)立的涂料裝置、輥壓裝置、紫外固化裝置，
[0012]兩組輥壓裝置相互抵接，分別利用各自的紫外固化裝置對(duì)基材薄膜的正反兩面依次進(jìn)行轉(zhuǎn)印并曝光固化，利用逆向UV固化壓力小的特征，保護(hù)正向UV固化成型好的微細(xì)結(jié)構(gòu)不被破壞。
[0013]優(yōu)選地，所述的放卷裝置包括放卷輥、除靜電刷及張力控制模塊；所述的涂料裝置包括涂料噴涂組件和厚度控制輥；所述的輥壓裝置包括版輥和橡膠壓輥，所述的版輥上包覆具有微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案的模具輥，所述的橡膠壓輥設(shè)置在版輥側(cè)面，配合版輥將該微細(xì)結(jié)構(gòu)圖案壓印到待壓印基材薄膜上；所述的紫外固化設(shè)備為UV光源，對(duì)版輥局部充型涂料表面進(jìn)行紫外固化；所述的收卷裝置包括收卷輥與張力控制模塊。
[0014]更加優(yōu)選地，所述的張力控制模塊包括張緊輥、氣缸、張力感應(yīng)裝置和控制系統(tǒng)，所述的氣缸連接張緊輥，張緊輥上設(shè)有所述的張力感應(yīng)裝置，所述的控制系統(tǒng)連接張力感應(yīng)裝置和氣缸，張力感應(yīng)裝置感應(yīng)待壓印薄膜傳輸?shù)膹埩Υ笥谠O(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)張緊輥移動(dòng)，放松待壓印薄膜傳輸?shù)膹埩Γ粗?，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)張緊輥反向移動(dòng)；所述的涂料噴涂組件包括控制流速及涂料滴頭左右移動(dòng)的控制器，通過(guò)控制流速和左右移動(dòng)速度對(duì)涂料均勻度和厚度進(jìn)行控制；所述的紫外固化設(shè)備包括UV光源和光槽，通過(guò)控制光源強(qiáng)度和光槽縫隙的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)局部固化能量密度的控制。
[0015]優(yōu)選地，本發(fā)明還包括定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)設(shè)有薄膜邊緣傳感器和自動(dòng)糾偏裝置，自動(dòng)糾偏裝置連接在從放卷裝置到收卷裝置中的各個(gè)輥的輥軸上，當(dāng)薄膜邊緣傳感器感應(yīng)到傳輸過(guò)程中發(fā)生了偏移，自動(dòng)糾偏裝置便控制較近輥軸的軸向位移和水平角度位移。
[0016]基材薄膜依次通過(guò)正向壓印設(shè)備和逆向壓印設(shè)備完成兩面的微細(xì)特征固化，正向壓印設(shè)備及逆向壓印設(shè)備采用不同材料完成不同結(jié)構(gòu)特征以及不同紋路深度的光學(xué)膜加工。
[0017]所述的涂料噴涂組件包括管道滴膠組件、狹縫式涂膠組件或微型凹版涂膠組件，涂料噴涂組件將調(diào)配好的原材料涂到基材薄膜或者版輥上，通過(guò)壓力輥或者刮刀控制均勻性和厚度，將多余的漿料去除。
[0018]所述的橡膠壓輥兩端連接氣缸，通過(guò)氣缸微調(diào)壓輥的位移，控制待壓印基材薄膜上施加的壓力大小和均勻性。<