CN101010771A - 利用多个离散模具形成微结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采用转移装置、至少两个离散模具(292)以及图案化基板(290)制造微结构(例如阻隔肋)制品的方法。根据存在于基板上的基准定位该模具。转移已定位的模具，以使模具的微结构表面接触可固化组合物，并且基板的图案与模具的微结构表面对准。

Description

利用多个离散模具形成微结构的方法

背景技术

包括等离子显示屏(PDPs)和等离子寻址液晶(PALC)显示器在内的显示技术的发展使得人们对在玻璃基板上形成电绝缘陶瓷阻隔肋产生了兴趣。陶瓷阻隔肋分隔开单元，在单元中，通过在相对电极之间施加的电场可以激发惰性气体。在单元内，气体放电发出紫外(UV)光。在等离子显示屏(PDPs)中，单元内部涂覆有在受到紫外线激发时发出红、绿或蓝色可见光的荧光物质。单元的大小决定了显示器图像元素(像素)的大小。等离子显示屏(PDPs)和等离子寻址液晶显示器可以用作例如高清晰度电视(HDTV)的显示器或其它数字电子显示器中。

在玻璃基板上形成陶瓷阻隔肋的一种方法是直接模压成型。这种方法涉及将平面刚性模具层压到基板上，在它们之间设置有形成玻璃或陶瓷的组合物。然后，形成玻璃或陶瓷的组合物被固化，并且去除模具。最后，通过在约550℃至约1600℃的温度下烧制，以熔融或烧结阻隔肋。形成玻璃或陶瓷的组合物具有分散在有机粘结剂中的微米级的玻璃粉微粒。有机粘结剂的使用使得阻隔肋在生坯态下被固化，以便烧制过程熔融基板上相应位置的玻璃微粒。

尽管已描述了一些制造微结构诸如阻隔肋等的各种方法，但在工业上可发现更好的可替换方法。

发明内容

本发明描述了制造微结构制品的方法，该方法包括：提供至少两个离散的模具，每个模具具有微结构表面和相对表面，其中每个模具都是可独立定位的；定位图案化基板的基准；以及根据所述基准定位每个模具。

在一个实施例中，该方法包括：将可固化组合物施加到所述基板上；转移每个已定位的模具，以使所述模具的微结构表面接触所述可固化组合物，并且所述基板的图案与所述模具的微结构表面对准。

在另一个实施例中，该方法包括：在定位所述模具之前或之后，用可固化组合物填充所述模具。

该方法可选地包括：去除所述可固化组合物中的未模制部分。

该方法还包括：固化所述可固化成组合物并去除所述模具。

微结构表面可以适于制造(例如等离子)显示屏的阻隔肋。在这样的实施例中，典型的基板为具有电极图案的玻璃基板。所述基准是所述玻璃基板上的电极或参考标志。

可以采用滚筒或平面转移组件来转移已定位的模具并使所述微结构表面与所述可固化组合物接触。所述滚筒或平面转移组件可以与所述模具的相对表面接触，并且借助于真空作用来转移所述模具。典型地，在固化前，所述模具从所述滚筒或平面转移组件脱离。所述模具以不大于5微米的定位误差来对准。典型地，所述可固化组合物可以施加到基板上作为至少两个离散的涂层。每个离散涂层的尺寸可以与单个(例如等离子)显示屏(例如1cm²至约2m²)的尺寸相对应。

附图说明

图1是示意性等离子显示屏的示意图。

图2A是采用转移滚筒的具体方法的部分平面图。

图2B是采用转移滚筒的具体方法的透视侧视图。

图3A是具体定位装置的平面图，图3B-3C为该定位装置的侧视图。

图4A-4C是示出采用平面转移组件的具体方法的侧视图。

具体实施方式

本发明可以应用于采用模具在基板上制造微结构的方法，也可以应用于使用该方法制造的制品和器件。特别的，本发明涉及采用模具在基板上制造陶瓷微结构。使用该方法可以制造等离子显示屏(PDPs)并且这提供该方法的有用说明。可以理解，这些方法可以用来制造其它器件和制品，例如具有毛细孔道的电泳板和照明应用。特别的，使用模制陶瓷微结构的器件和制品可以采用本发明描述的方法来制造。但本发明并不限于此，可以通过下面提供的实例的讨论获得本发明的其它变形。

如图1所示，等离子显示屏(PDPs)具有多个部件。定位成远离观察者的后基板具有可独立寻址的平行电极23。后基板21可以采用例如玻璃等多种组合物形成。陶瓷微结构25形成在后基板21上并包括位于电极23和独立区域之间的阻隔肋部分32，其中独立区域沉积有红(R)、绿(G)和蓝色(B)荧光物质。前基板包括玻璃基板51和一组可独立寻址的平行电极53。这些前电极53也称为维持电极，并定位成与也称为寻址电极的后电极23互相垂直。在完整的显示器中，在前基板和后基板之间的区域填充有惰性气体。通过在交叉的维持电极53和寻址电极23之间施加足够强的电场来激发其间的惰性气体原子，从而使像素发光。被激发的惰性气体原子发出紫外(UV)光来激发荧光物质发出红、绿和蓝色可见光。

后基板21优选是透明玻璃基板。典型地，在等离子显示屏应用中，后基板21由钠钙玻璃制成，这种玻璃可选择地基本上不含碱金属。在基板中存在碱金属的情况下，在加工期间达到的温度会使电极材料发生迁移，迁移的结果是电极之间出现传导通路，因而在相邻电极之间发生短路或在电极之间出现不希望的电干扰如“串扰”。前基板51典型地可以采用优选与后基板21具有相同或相近热膨胀系数的透明玻璃基板。

电极23和53为条形导电材料。电极23由导电材料制成，例如铜、铝或含银的导电玻璃粉。特别是在希望具有透明显示面板的情况下，可以采用透明导电材料来制造电极，例如氧化铟锡(ITO)。这些电极是在后基板21和前基板51上通过图案化而形成。例如，这些电极可以形成为宽度约50微米至75微米，厚度约2微米至15微米，间隔约120微米至360微米的平行条状，电极长度可以横跨整个有效显示区域，从几厘米至几十厘米。在某些情况下，电极23和53的宽度可以小于50微米或者大于75微米，这由微结构25的结构来确定。

等离子显示屏中微结构阻隔肋部分32的高度、间距和宽度可以根据希望的最终制品情况来改变。阻隔肋的间距(即单位长度的个数)优选与电极间距相匹配。阻隔肋的高度一般为至少100微米，典型的为至少150微米。此外，阻隔肋的高度典型的是小于300微米并且不大于500微米。阻隔肋图案在纵向和横向的间距可以不同。一般情况下间距为至少100微米，典型的为至少200微米。典型的情况是该间距小于400微米并且不大于600微米。在上表面和下表面上阻隔肋图案的宽度可以不同，特别是当如此形成的阻隔肋为锥形时。阻隔肋图案的宽度一般情况下为至少10微米，典型的为至少50微米。此外，阻隔肋图案的宽度典型的是小于80微米并且不大于100微米。

当采用本发明的方法在基板上制造微结构(例如等离子显示屏上的阻隔肋)时，用来制造微结构的涂层材料优选是含有至少三种组分的混合物的浆料或糊剂。第一种组分为形成玻璃或者陶瓷的无机微粒材料(典型的为陶瓷粉末)。一般情况下，通过烧制以使浆料或者糊剂的无机材料最终熔融或烧结，从而形成附着在图案化基板上的微结构，该微结构具有期望的物理性质。第二种组分为粘结剂(例如短效粘结剂)，该粘结剂可以制成一定形状并通过随后的固化或冷却工艺而硬化。粘结剂可以允许浆料或糊剂成形为附着在基板上的半刚性生坯态微结构。第三种组分为稀释剂，在粘结剂材料对准和硬化之后，稀释剂能够促进整个结构从模具中分离出来，并且可以在烧制微结构的陶瓷材料之前的脱脂期间促进粘结剂快速而完全地烧尽。稀释剂优选能在粘结剂硬化后保持液态，以便稀释剂在粘结剂硬化期间从粘结剂相分离出来。

可固化有机粘结剂在可固化糊剂组合物中典型的比例为至少2wt％(按重量百分比计，以下同)，更典型的为至少5wt％，并且更典型的至少10wt％。在阻隔肋前体组合物中，稀释剂所占的比例典型的为至少2wt％，更典型的为至少5wt％，并且更典型的为至少10wt％。有机组分的总量所占的比例典型的为至少10wt％，或至少15wt％，或至少20wt％。此外，有机化合物的总量所占的比例典型为不大于50wt％。无机微粒材料所占的比例典型的为至少40wt％，或至少50wt％，或至少60wt％。无机微粒材料所占的比例不大于95wt％。添加剂的比例一般小于10wt％。

采用转移装置来转移定位的模具。在一些实施例中，转移未填充的模具，以使模具的微结构表面接触布置在图案化基板上的可固化组合物。在其它实施例中，转移被填充的模具，以使模具的微结构表面接触图案化基板。可以采用各种方式来转移模具，例如采用滚筒和平面转移组件。

模具与玻璃基板的对准优选通过玻璃基板上的定位基准来实现，或通过模具上的定位基准来实现，或采用两者结合的方法，并且在使浆料片或玻璃基板与模具的微结构表面接触之前，根据这些基准以定位每个模具。典型地，使用非接触系统诸如视觉系统(例如CCD摄像机)或激光传感系统来定位这些基准。

请参考图2A和2B，适宜的转移装置包括圆柱状滚筒210，例如该滚筒的直径为0.40米，长度为2.30米，并且具有6毫米厚的铝制顶层，该顶层具有间隔5毫米沿整个表面排列的0.1毫米的孔。通过内部挡板控制该表面上暴露在真空室中的连续区域的半径大小。两个输入轴操纵挡板来控制暴露区域的角度。滚筒可以安装在两个旋转的空气轴承中，并通过具有精密正弦编码器(测量步长＜0.001度，如Heidenhein ERO725)反馈的伺服电动机来驱动，从而构成精密的旋转轴系统220。旋转轴系统可以安装在位于精密线性轴系统上的框架内。该线性轴系统可以通过两个位于滚筒两端的线性空气轴承230来支撑，其中一个轴承将运动限制在单根水平轴线内，另一个轴承将运动限制在水平面内。两个线性电动机(未示出)沿着限定线性轴240的支承系统驱动框架。精密的正弦编码器反馈(±3微米，例如Heidenhein LIF181)可以用来控制每个线性电动机的位置。可以通过调整线性电动机之间的位置偏移来使旋转轴与它们的移动方向正交。旋转轴和线性轴可以通过可编程多轴控制器(如由Delta Tau制造的Turbo PMACII)来控制。适宜的系统允许以±5微米的精度将滚筒上的任一点定位在平面内的预订点上方。定位误差是受到控制的运动轴(也就是线性轴和旋转轴)和受机械限制的滚筒横轴212的误差组合。滚筒表面的竖直高度也受到机械限制，但是误差在±10微米内。很多公司均可以制造这种精密定位系统，如Dover InstrumentCorporation。

适宜的模具放置区250位于转移滚筒的工作区内。模具放置区可以包括平坦表面255(例如1.25米×2.30米)，该表面例如由花岗岩制成，并且在±5微米的误差内与转移滚筒的线性轴对准。模具放置区也可以可选地包括自动系统以提供模具。该模具放置区也可以包括这样的区域：该区域用于可选地与收集未模制浆料的装置结合以放置过期的模具。

结合有视觉系统258的精密Scara式机器人抓取和放置系统(如Epson Robotics E2C25或其它类似产品)具有一定的运动范围，并且具有定制的真空夹持器，以便在放置区(未示出)内操纵模具。视觉系统可以精确(±2微米)反馈放置区上的模具位置。该视觉系统典型地借助于计算机与第二视觉系统280结合，该第二视觉系统位于层压区内并可以精确地(±2微米)识别玻璃基板上基准的位置。

适宜的层压区260位于转移滚筒系统的工作区内。该层压区也可以包括平坦表面265(例如1.25米×2.30米)，该表面例如可以由花岗岩制成，并且在±5微米的误差内与转移滚筒的线性轴对准。

光固化机270的台架可以悬挂在层压表面的上方，以发出适宜波长的光来固化浆料，并且台架可以移动，可以将台架升高到某一位置(例如位置272)以便清洁滚筒和视觉系统，并且可以降低到某一位置(例如位置274)以便非常接近平坦表面265。

使用期间，零件处理系统将玻璃基板290移动到层压区的平坦表面上。玻璃基板具有两个或更多个面向上的电极图案，电极图案的数量与要转移的模具数量相对应。浆料片涂覆在每个电极图案的顶部。视觉系统280定位每个电极图案的基准(例如位于浆料涂覆区域之外)，并且精密的机器人系统在模具放置区中放置每一个模具292(图案向下)，以便使模具与玻璃基板上的一组相应基准对准。转移滚筒210前进经过放置区250。操纵挡板以便在滚筒滚过放置表面255之后在与该平坦表面相切的区域内实现真空状态。利用该真空状态将模具的相对表面保持在转移滚筒的表面上。在到达层压区之前，可以根据视觉系统的反馈调整整个滚筒的位置，从而确保滚筒与层压区中的玻璃基板对准。之后，转移滚筒滚动经过层压区，从而使模具的微结构表面与玻璃基板上的浆料区接触。由于每个模具相对于玻璃基板的每个电极图案的独立定位，所以通过模具制成的阻隔肋与玻璃基板上的每个电极图案的实际位置相对准。操纵滚筒内的挡板以便减小真空区；并在滚筒到达其与平坦表面相切的位置时关闭真空。这样，模具在与浆料接触后便可以立即脱离。转移滚筒可以前进通过层压区，以便可以降低光固化机并固化位于模具下的浆料片。

然后，转移滚筒经过层压区返回(朝相反方向)。操纵挡板以便在滚筒接触模具时开启真空。模具可以具有通过真空吸到转移滚筒上的扩展板，从而增加保持在滚筒上的初始表面积并且增大开始使模具与固化浆料脱离而施加的力。

可以再次调整转移滚筒的位置以使其返回到放置区内的初始对准位置。转移滚筒滚动经过放置区。操纵挡板以便减小真空区；并在滚筒到达其与平坦表面相切的位置时关闭真空。这样，当模具滚动经过放置表面时即可以脱离。可选地，可以采用如视觉系统来检查模具，以确定模具是否可再次使用。有必要时，机器人系统可以从模具架上取来新模具以替换当前模具。在零件处理系统将下一个玻璃基板的基板提供到层压区中的同时，可以检查并且可选地替换模具。

请参考图3A～3C，可选的模具放置区可以包括多个(例如2至4个或更多个)独立的、平坦的、无粘性的可移动平面300，这些平面用来支撑模具。可以采用运动系统，以使每个区域可以在X、Y和θ方向上独立移动。该系统包括多个致动器，这些致动器能够将每个区域在X和Y方向独立移动±100微米，在θ方向独立移动±20度。控制系统结合有视觉反馈系统258，该视觉反馈系统可以定位模具的基准(例如在所有表面上的)并以±2微米的精度控制模具的平面运动(X，Y，θ)。例如，这可以通过带有弯曲部的单张平坦金属板来实现，这些弯曲部切入金属板中从而具有三个自由度(在竖直轴线上保持刚性)。并且用三个小致动器来推动这些弯曲部。可选地，可以使用具有独立气浮系统320的单个平坦表面310支撑表面330。三个致动器340借助于接连件350推动每个结构，以控制结构位置。可选地，可以使用多个可移动表面300来代替放置区中的平坦表面255。此外，可以降低机器人系统所需的精度。

请参考图4A-4C，适宜的平面转移组件400可以包括带孔(例如100微米直径)平坦表面410，这些孔与真空室420相连，该真空室420可以由第一真空源来通过第一真空输入口425抽空。平坦表面和真空室可以在界面430处小范围内自由浮动，以便平坦表面能够与其所接触的其他平面自对准。平面转移组件还包括围绕其顶部周边440的适应性密封垫以及外部区域中的真空孔，由第二真空源通过第二真空输入口445将真空孔抽空。平面转移组件包括驱动机构，该驱动机构能够使用接头450将平面转移组件从放置区到层压区平稳地转动180度。配件安装在第一和第二真空输入口的位置处。额外装设的阀门可以独立地将压缩空气导入任意一个真空输入口。

使用时，机器人零件处理系统将具有电极区的玻璃基板传送到层压表面460上，并且电极处于朝上的状态。浆料片462已预先被涂覆到玻璃基板的电极区上。视觉系统导引机器人的运动，以使浆料覆盖的电极区相对于平面转移组件的众所周知的工作区定位。

视觉反馈导引的机器人系统操纵放置区中平面转移组件的平坦表面上的模具片470以使其微结构表面朝上。模具之间彼此相对定位，以与位于层压表面上的玻璃基板上的电极区的位置相匹配，并且该玻璃基板上具有覆盖电极的浆料片。通过视觉导引的机器人系统预先将模具片放置在大致准确的位置。

当平面转移组件旋转到层压区时，通过平面转移组件的第一真空输入口在平坦表面上形成真空，以便通过真空作用将模具片保持在适当位置。在到达层压表面时，柔性密封垫变形并围绕玻璃基板形成密封状态，这如图4B所示。此时，启动第二真空源以从玻璃基板上方移除空气。平面转移组件暂时停止在该位置。

然后平面转移组件缓慢移动最后一段短距离，以将模具片压到玻璃基板顶部的浆料中。平面转移组件的平坦表面自由转动以使其对准玻璃基板的平面，并对所有模具片均匀施压，这如图4C所示。用低压压缩空气(20～30磅/平方英寸)替换两个真空源来释放模具和平面转移组件。之后，平面转移组件转回放置区。然后光固化机的台架移动到正位于模具片上方的位置并固化浆料。

然后，视觉反馈导引的机器人系统机械抓取位于一个模具片的一个边缘上的一片未结构化模具片材并将其从固化的浆料上剥离。然后视觉反馈导引的机器人系统将模具片以结构化一侧朝上的状态放置在平面转移组件上。并且对每一个模具重复该去除模具的工艺过程。之后，机器人零件处理系统移走被涂覆的玻璃基板以进行下一步工艺。

可选地，在图4A的结构中，涂覆系统可以用来以浆料片填充模具片的凹部，而不是涂覆在玻璃基板上。涂覆系统可以包括移动模头、泵和位于它们之间的柔性管。涂覆系统可以采用视觉反馈系统来识别模具片的位置，并使用适量的浆料填充模具。

可选地，玻璃基板可以放置在平坦表面410上，并且模具片可以放置在平坦表面460上。同样使用视觉系统使模具片相对于玻璃基板上的基准定位。

基于微结构的最终应用和微结构所粘附的基板的性质来选择无机材料。一个需要考虑的是基板材料的热膨胀系数(CTE)。优选地，在烧制时，浆料中的陶瓷材料的热膨胀系数与基板材料的热膨胀系数差别不大于约10％。当基板材料的热膨胀系数比微结构中陶瓷材料的热膨胀系数小很多或者大很多时，微结构在制造或使用时可能会出现翘曲、破裂、破碎、移位或者从基板上完全脱落。此外，由于基板和陶瓷微结构之间的热膨胀系数差别较大，基板可能出现翘曲。

典型地，基板能够经受住处理浆料或糊剂的无机材料所必需的温度。优选地，适合用于浆料或糊剂的玻璃或陶瓷材料具有约600℃或更低的软化温度，并且通常在大约400℃至600℃的范围内。这样，优选的基板可以是玻璃、陶瓷、金属或者其它软化温度高于浆料中无机材料的软化温度的刚性材料。优选地，基板的软化温度应该高于微结构烧制时的温度。如果材料不需要烧制处理，那么基板也可以采用如塑料一类的材料制造。适合用于浆料或糊剂的无机材料优选地具有大约5×10^-6/℃至13×10^-6/℃的热膨胀系数。因此，基板也优选地具有大约在该范围内的热膨胀系数。

如果选择软化温度较低的无机材料，那么基板也可以使用软化温度相对较低的材料。在玻璃基板的情况下，具有较低软化温度的钠钙浮法玻璃价格一般要低于具有较高软化温度的玻璃。因此，选择较低软化温度的无机材料就可以选择相对价格较低的玻璃基板。如果能够在较低的温度下加热生坯态阻隔肋，就能够降低加热期间产生的热膨胀和所需的应力释放量，从而可以避免过度的基板扭曲、阻隔肋翘曲和阻隔肋分层。

可以通过在材料中混合一定量的碱金属、铅或铋来获得较低软化温度的陶瓷材料。然而，对于等离子显示屏的阻隔肋，微结构阻隔肋中碱金属的存在会导致在升温工艺期间材料从电极迁移穿过基板。电极材料的扩散会导致干扰或色度亮度干扰，以及相邻电极之间出现短路，从而降低器件的性能。因此，对于等离子显示屏应用，浆料的无机粉末优选地基本上不含有碱金属。当加入铅或铋时，通过使用含磷酸盐或B₂O₃的组合物来获得低软化温度的陶瓷材料。一种这样的组合物包括ZnO和B₂O₃。另一种这样的组合物包括BaO和B₂O₃。其它这样的组合物包括ZnO、BaO和B₂O₃。其他这样的组合物包括La₂O₃和B₂O₃。别的这样的组合物包括Al₂O₃、ZnO和P₂O₅。

其它完全可溶、不可溶或部分可溶组分也可以加入浆料的无机材料中，可以获得或者改变不同的性质。例如，加入Al₂O₃或者La₂O₃可以增加组合物的化学稳定性并降低侵蚀。加入MgO能够提高组合物的玻璃转化温度或者增加组合物的热膨胀系数。加入TiO₂可以使陶瓷材料获得更高的光学不透明度、白度和反射率。其它组分或金属氧化物也可以加入无机材料，用来改变和调节无机材料的其它性质，例如热膨胀系数、软化温度、光学性质、物理性质如脆度等等。

制备可以采用相对较低温度烧制的组合物的其它方式包括采用低温熔融材料层涂覆组合物中的核心微粒。例如，适宜采用的核心微粒包括ZrO₂、Al₂O₃、ZrO₂-SiO₂和TiO₂。适宜采用的低熔融温度的涂层材料包括B₂O₃、P₂O₅以及基于B₂O₃、P₂O₅和SiO₂中一种或多种的玻璃材料。可以采用多种方法来应用这些涂层材料。一种优选的方法是溶胶凝胶工艺，其中将核心微粒分散在涂层材料的湿化学前体中。之后干燥和粉碎(如果有必要)混合物以分离涂层微粒。可以将这些微粒分散到浆料或糊剂的玻璃或陶瓷粉末中，或者可以将微粒本身用作浆料或糊剂的玻璃粉末。

浆料或糊剂中的无机材料优选地以分散到整个浆料或糊剂中的微粒形式来提供。优选的微粒尺寸依赖于在图案化基板上要制造和排列的微结构的尺寸。优选地，浆料或糊剂的无机材料中微粒的平均尺寸或直径不大于要制造和排列的微结构的感兴趣的最小特征尺寸的约10％至15％。例如，等离子显示屏阻隔肋可以具有约20微米的宽度，阻隔肋的宽度为感兴趣的最小特征尺寸。对于这样尺寸的等离子显示屏阻隔肋，无机材料中的平均微粒尺寸优选不大于约2微米或3微米。采用这种尺寸或更小的微粒，使得更有可能以期望的精度来复制微结构，并可以使无机微结构的表面相对平滑。当微粒平均尺寸接近微结构的尺寸时，包含微粒的浆料或糊剂不再合乎微结构的外形。此外，部分地因为无机微粒尺寸的影响，最大的表面粗糙度会发生改变。因此，使用更小的微粒更易于制造更加平滑的结构。

浆料或糊剂中的粘结剂是有机粘结剂，它的选择依赖于一些因素，诸如粘结到浆料或糊剂中的无机材料的能力、固化或者以其它方式硬化以保持模制微结构的能力、粘附于图案化基板的能力以及在至少比用于烧制生坯态微结构的温度稍低的某一温度下挥发(烧尽)能力。当粘结剂固化或者硬化时，粘结剂使无机材料微粒粘结在一起，以便能够去除模具，以留下粘附在图案化基板上并与图案化基板对准的刚性生坯态微结构。这种粘结剂可以称为“短效粘结剂”，这是如下缘故：即，如果期望的话，在熔融或烧结微结构中的陶瓷材料之前的升温过程中粘结剂材料可以从微结构中烧尽。优选是在烧制时使短效粘结剂基本上完全烧尽，以便留在图案化基板表面上的微结构是基本上不含碳渣的熔融玻璃或陶瓷微结构。在微结构作为介电阻隔肋的应用中，诸如在等离子显示屏中，优选地，粘结剂是这样的材料：即，在至少比烧制所期望的温度稍低的温度下能够脱脂，并且不残留大量碳，残留的碳可以使微结构阻隔肋的介电特性降低。例如，包含大比例芳香烃如酚醛树脂材料的粘结剂材料在脱脂期间会残留石墨碳微粒，所残留的石墨碳微粒需要高得多的温度才能完全去除。

粘结剂优选为辐射可固化或加热可固化的有机材料。优选的材料种类包括丙烯酸酯和环氧树脂类。可选地，粘结剂可以采用热塑性材料，通过加热使热塑性材料成为液态来合乎模具的形状，然后，冷却至硬化状态以形成粘附在基板上的微结构。当希望基板上的微结构能够具有精确的位置并与基板对准时，优选地，粘结剂能够辐射固化，以便粘结剂能在等温条件下硬化。在等温条件下(温度不改变)，在粘结剂材料硬化期间，模具及模具中的浆料或糊剂相对于基板上的图案能够保持在固定的位置。这能够减小模具或基板移位或膨胀的风险，尤其是在模具和基板的热膨胀特性不同的情况下，从而可以在浆料或糊剂硬化时保持模具的精确位置和对准。

当使用可辐射固化的粘结剂时，优选地采用通过辐射来激发的固化引发剂，基板对于所采用的辐射基本上是透明的，以便浆料或糊剂通过基板曝光并固化。例如，当基板为玻璃时，粘结剂优选可以通过可见光固化。通过透过基板固化粘结剂，首先，浆料或糊剂粘附到基板上，固化期间粘结剂材料的任何收缩将趋向于发生在远离模具并朝向基板表面的位置。这有助于微结构脱模并且有助于保持微结构放置在基板的图案上的位置和精度。

此外，固化引发剂的选择依赖于浆料或糊剂中选用何种无机材料。例如，在期望形成具有不透明和漫反射特性的陶瓷微结构的应用中，在浆料或糊剂的陶瓷材料中包含一定量的二氧化钛(TiO₂)是有利的。虽然二氧化钛可以用来增加微结构的反射率，但是也能够使得难于采用可见光进行固化，因为浆料或糊剂中的二氧化钛反射可见光，阻止了固化引发剂充分地吸收光并有效固化粘结剂。然而，通过选择由可以同时在基板和二氧化钛微粒中传播的辐射激发的固化引发剂，就可以有效地固化粘结剂。这样的固化引发剂的一个实例是二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦，这是可以在商业上从CibaSpecialty Chemicals，Hawthrone，NY获得的商品名称为Irgacure^TM 819的光引发剂。另一个实例是如美国专利No.5,545,670中描述的三元光引发剂系统，它包含如二甲胺基苯甲酸乙酯、樟脑醌和二苯碘六氟磷酸盐的混合物。在近紫外边缘相对较窄范围内可见光谱中的蓝光区域，这两种实例都是有效的，这个光谱范围内的辐射可以穿透玻璃基板和浆料或糊剂中的二氧化钛微粒。基于如粘结剂、浆料或糊剂中无机材料的组分以及可以通过其进行固化的基板或模具的材料，其它固化系统也可以选择用于本发明的工艺。

一般情况下，浆料或糊剂中的稀释剂基于这样一些因素来选择，例如，在固化短效粘结剂之后增强浆料的脱模性的能力，以及增强用浆料或糊剂制造的生坯态结构的脱脂特性的能力。稀释剂优选在固化前可以溶解于粘结剂，并在固化粘结剂之后保持液态。通过在粘结剂硬化时保持液态，稀释剂可以减小固化的粘结剂粘附在基板上的风险。此外，通过在粘结剂硬化时保持液态，稀释剂可以从粘结剂材料中相分离，从而形成遍及整个固化粘结剂基体的互相贯穿的稀释剂凹坑或液滴的网状结构。

对于很多应用，诸如等离子显示屏阻隔肋，希望在烧制前能够使生坯态微结构基本上完全脱脂。此外，脱脂步骤经常是热处理工艺中时间最长和温度最高的步骤。因此，希望浆料或糊剂能够在相对较低的温度下相对较快并完全地脱脂。

虽然不希望被任何理论所局限，脱脂能够看作在动力学和热动力学上受限于两步依赖于温度的过程，即扩散和挥发。挥发是这样的过程，即，分解的粘结剂分子从生坯态结构的表面蒸发，从而留下多孔的网状结构作为出口，这样的出口具有很小的阻碍作用。在单相树脂粘结剂中，内部滞留的气态降解产物会导致结构起泡和/或破裂。在粘结剂系统中，这种现象更常见，如果表面残留大量含碳降解产物时，就会形成不透水的表面层，从而阻止粘结剂降解气体的放出。在某些单相粘结剂有效的情况下，横截面积相对较小，并且粘结剂降解加热速率是足够高的，从而阻止形成表面层。

挥发速率取决于温度、挥发的活化能和频率或采样率。因为挥发主要发生在表面或接近表面的位置，所以取样率一般与结构的总表面积成比例。扩散是粘结剂分子从结构体内迁移到表面的过程。由于粘结剂材料从表面挥发，所以产生了浓度梯度，使得粘结剂材料朝向浓度较低的表面运动。扩散速率取决于例如温度、扩散活化能和浓度。

因为挥发受到表面积的限制，所以如果表面积相对于微结构的体积较小，并且加热过快，就会导致挥发物滞留在结构中。当内部压力变得足够大时，整个结构就会出现膨胀、裂缝或破裂。为了减小这种影响，可以通过相对平缓的升温过程直至完全脱脂来实现脱脂过程。缺乏脱脂所需的开放通路或脱脂过快，还会导致更容易形成碳渣。这转而使得需要更高的脱脂温度以确保基本上完全脱脂。当脱脂完成时，可以迅速升温至烧制温度，并保持烧制温度直到烧制完成。之后冷却制品。

稀释剂通过为扩散提供更短的通路并增加表面积而促进脱脂。在粘结剂固化或以其它方式硬化时，稀释剂优选保持液态并从粘结剂中相分离。这会形成分散在硬化粘结剂基体中互相贯穿的稀释剂凹坑网状结构。粘结剂材料固化或者硬化得越快，稀释剂形成的凹坑就越小。优选地，在硬化粘结剂之后，数量相对较大而体积相对较小的稀释剂凹坑分散在整个生坯态结构的网状结构中。脱脂期间，低分子量的稀释剂可以在其它高分子量有机组分分解之前在相对较低的温度下快速蒸发。稀释剂的蒸发会留下一定程度的多孔性结构，从而增加剩余粘结剂材料挥发的表面积，并减小粘结剂通过扩散到达表面而必须经过的平均路径长度。因此，通过加入稀释剂，粘结剂分解期间的挥发速率由于增加了用于挥发的表面积而得到提高，以至于增加了同样温度下的挥发速率。这使得更不容易发生由于有限的扩散速率而导致压力累积。而且，相对多孔性的结构导致使得累积的压力更容易在较低的阈值即可释放出来。最终的结果是通常可以在更快的升温速率下执行脱脂，并且减少微结构破坏的风险。此外，因为增加了表面积，减小了扩散距离，所以可以在较低温度下完成脱脂。

稀释剂不仅仅是粘结剂的溶剂化合物。稀释剂优选能够溶解为足以与未固化态的粘结剂相结合。在浆料或糊剂的粘结剂固化之后，稀释剂应该与参与交联过程的单体和/或低聚物相分离。优选地，稀释剂相分离以在固化粘结剂的连续基体中形成离散的液态材料凹坑，而固化粘结剂使浆料或糊剂的玻璃粉或者陶瓷材料的微粒粘结到一起。通过这种方式，即使当使用的稀释剂量相当多时(也就是，稀释剂与树脂的比率超过大约1∶3)，固化生坯态微结构的物理整体性也不会受到太多影响。

优选地，同粘结剂与无机材料的粘结亲和力相比，稀释剂与浆料或糊剂中无机材料的粘结亲和力比较小。在硬化时，粘结剂应该与无机材料微粒粘结到一起。这有助于增加生坯态结构尤其是在稀释剂蒸发后的结构整体性。稀释剂的其它所希望的性质取决于无机材料、粘结剂材料、固化引发剂(如果必要)、基板和其它添加剂(如果必要)的选择。优选的稀释剂种类包括二醇类和多羟基类化合物，例如包含丁二醇类、乙二醇类和其它多元醇类。

除了无机粉末、粘结剂和稀释剂，浆料或糊剂还可以可选择地包含其它材料。例如，浆料或糊剂可以包括促进基板粘附的粘结促进剂。对于玻璃基板或者其它具有二氧化硅或金属氧化物表面的基板，硅烷耦联剂可以作为优选的粘结促进剂。优选的硅烷耦联剂是含有三种烷氧基团的硅烷耦联剂。可选的是，这样的硅烷可以被预先水解以促进与玻璃基板更好的粘附。特别优选的硅烷耦联剂是硅烷底漆(silano primer)，例如这种材料可以从3M Company，St.Paul，MN购买，产品名称为“Scotchbond^TMCeramic Primer”。其它可选添加剂可以包括诸如分散剂等材料，这样的分散剂能够促进无机材料与浆料或糊剂的其它组分混合。可选的添加剂还可以包括表面活化剂、催化剂、抗老化组分、脱模增强剂等等。

一般情况下，本发明所述的方法通常使用模具来制造微结构。模具优选是具有光滑表面和相对微结构表面的柔性聚合物片。通过使用具有微结构图案的母模将热塑性材料压模成型来制造模具。也可以使用可固化材料来制造模具，将可固化材料浇铸在柔性聚合物薄膜上并固化后形成模具。如美国专利申请No.2003/0100192-A1中所述，模具可以具有连接阻隔肋区域和平坦区的曲形表面。而且，平坦部分的材料可以与阻隔肋部分的材料连续。

例如，可以采用如美国专利No.5,175,030(Lu等人)和No.5,183,597(Lu)中公开的工艺来制造微结构模具。制造工艺包括下面的步骤：(a)准备低聚树脂组合物；(b)将低聚树脂组合物沉积在母模负像微结构工具表面上，沉积的量只要足以刚刚填充模具的型腔即可；(c)通过在预制的基板和母模之间移动珠状组合物来填充型腔，基板和母模中至少之一是柔性的；以及(d)固化低聚组合物。

步骤(a)中的低聚树脂组合物尽管可以选择其它多种合适的材料，但优选的是单一成分的、无溶剂的、可辐射聚合的、可交联的有机低聚组合物。低聚组合物优选可固化以形成柔性并且尺寸稳定的固化聚合物。低聚树脂优选以较小的收缩固化。适宜的低聚组合物的一个例子是脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，其可以从Henkel Corporation，Ambler，PA购买到，商品名称为Photomer^TM 6010，也可以从其它公司获得类似的化合物。

丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯官能单体和低聚物是优选的，因为它们可以在正常的固化条件下更快地聚合。而且，很多丙烯酸酯都可以在商业上购买得到。然而，甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺官能成分也可以不受限制地使用。

聚合作用可以通过常用的方式实现，诸如在存在自由基引发剂时加热，在存在合适的光引发剂时用紫外光或可见光照射以及采用电子束照射。一种聚合的方法是，在光引发剂的浓度为低聚组合物重量的大约0.1％至约1％时采用紫外光或可见光照射。可以采用更高的浓度，但这并不是获得所期望的固化树脂的性质所通常必须的。

步骤(b)中沉积的低聚组合物的粘度可以在例如500至5000厘泊(即500至5000×10^-3帕斯卡-秒)之间。如果低聚组合物的粘度超出这个范围，气泡就会滞留于在组合物中。另外，组合物不能完全填充母模的型腔。因此，可以加热树脂以使其粘度降低到期望的范围内。当采用的低聚组合物的粘度低于上述范围时，在固化之后低聚组合物会产生收缩，这样会影响低聚组合物精确地复制母模。

图案化模具的底板(基板)可以使用多种材料。典型的材料对于固化辐射是基本上光学透明的，并且具有足够的强度以允许在微结构的浇铸过程中进行处理。另外，可以选择那些在模具制造和使用期间具有足够热稳定性的材料作为底板。优选地使用聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯薄膜作为步骤(c)中的基板，因为这两种材料成本较低，对于固化辐射光学上透明，并且具有优良的抗拉强度。基板的厚度优选地为0.025毫米至0.5毫米，特别优选的厚度为0.075毫米至0.175毫米。微结构模具的其它可用基板包括乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚酯和聚氯乙烯。也可以对基板表面进行处理以促进对低聚组合物的粘附。

适宜使用的基于聚对苯二甲酸乙二醇酯的材料的实例包括：照片级(photograde)聚对苯二甲酸乙二醇酯以及具有按照美国专利No.4,340,276中所述方法形成表面的聚对苯二甲酸乙二醇酯。

用于上述方法的优选母模是金属模具。如果固化以及可选的同时热处理步骤的温度不是太高，则也可以选用热塑性材料制造母模，如聚乙烯和聚丙稀的层压制件。

在低聚树脂填充基板和母模之间的型腔后，固化低聚树脂，并从母模去除，并且可以进行加热处理以消除残余应力，也可以不进行加热处理。当模制树脂材料固化后收缩超过约5％时(例如使用具有很大一部分单体或低分子量低聚物的树脂时)，已注意到最终获得的微结构可能出现扭曲。所产生的扭曲通常可以通过微结构的侧壁凹陷或微结构特征的顶部倾斜表现出来。尽管这些低粘度树脂在复制尺寸较小、高宽比较小的微结构方面表现良好，但是它们对于要求保持侧壁角度和顶部平面度的、高宽比相对较大的微结构并非优选。在制造等离子显示屏应用的无机阻隔肋中，期望阻隔肋的高宽比相对较大，并且保持相对竖直的阻隔肋侧壁和平滑的顶部是非常重要的。

如上所述，作为选择，可以通过在金属母模上压模成型适宜的热塑性塑料来复制模具。

本文所述本发明中采用的多个其它方面在本领域中属于公知技术，包括下面一些专利文献描述的，但不限于它们中的任何一个，这些文献包括：美国专利No.6,247,986；美国专利No.6,537,645；美国专利No.6,713,526；US6843952、U.S.6,306,948；WO99/60446；WO2004/062870；WO2004/007166；WO03/032354；US2003/0098528；WO2004/010452；WO2004/064104；美国专利No.6,761,607；美国专利No.6,821,178；WO2004/043664；WO2004/062870；PCT申请No.US2005/0093202；PCT申请No.WO2005/019934；PCT申请No.WO2005/021260；PCT申请No.WO2005/013308；PCT申请No.WO2005/052974；2004年12月22日提交的PCT申请No.US04/43471；2004年8月26日提交的美国专利申请No.60/604556、60/604557、60/604558和60/604559。

Claims (20)

1.一种制造微结构制品的方法，包括：

提供至少两个离散的模具，每个模具具有微结构表面和相对表面，其中每个模具都是可独立定位的；

定位图案化基板上的基准；

根据所述基准定位每个模具；

将可固化组合物施加到所述基板上；

转移每个已定位的模具，以使所述模具的微结构表面接触所述可固化组合物，并且所述基板的图案与所述模具的微结构表面对准；

选择性地去除所述可固化组合物中的未模制部分；

固化所述可固化组合物；以及

去除所述模具。

2.如权利要求1所述的方法，其中，

所述微结构表面适于制造阻隔肋。

3.如权利要求1所述的方法，其中，

所述基板为玻璃基板，所述图案为电极图案。

4.如权利要求3所述的方法，其中，

所述基准是玻璃基板上的电极或参考标志。

5.如权利要求1所述的方法，其中，

采用滚筒或平面转移组件转移已对准的模具，以使所述模具的微结构表面与所述可固化组合物接触。

6.如权利要求5所述的方法，其中，

所述滚筒或平面转移组件借助于真空作用来转移所述模具的相对表面。

7.如权利要求6所述的方法，其中，

在固化前，所述模具从所述滚筒或平面转移组件脱离。

8.如权利要求1所述的方法，其中，

对准所述模具的定位误差不大于5微米。

9.如权利要求1所述的方法，其中，

两个或更多个离散的可固化组合物涂层施加到单个基板上。

10.如权利要求9所述的方法，其中，

每个离散涂层的尺寸与单个等离子显示屏的尺寸相对应。

11.如权利要求9所述的方法，其中，

每个离散涂层的尺寸范围是从约1cm²至约2m²。

12.如权利要求1所述的方法，其中，

采用视觉反馈系统定位所述基准、定位所述模具，并且可选择性地施加所述可固化组合物。

13.如权利要求1所述的方法，其中，

所述模具是透明的。

14.如权利要求1所述的方法，其中，

所述可固化组合物透过所述模具被固化，或者透过所述玻璃基板被固化，或者采用两者相结合的方法被固化。

15.如权利要求1所述的方法，其中，

所述模具由聚合材料制成。

16.如权利要求1所述的方法，其中，

每个模具中的可固化组合物依次被固化或同时被固化。

17.如权利要求1所述的方法，其中，

通过从前缘拉拔所述模具而从所述固化组合物上去除所述模具。

18.如权利要求1所述的方法，其中，

每个模具在对准时都是未拉伸的。

19.一种制造微结构制品的方法，包括：

提供至少两个离散的模具，每个模具具有微结构表面和相对表面，其中每个模具都是可独立定位的；

采用可固化组合物填充所述模具；

定位图案化基板上的基准；

根据所述基准定位每个模具；

将每个已定位且已填充的模具转移到所述基板上，以使所述基板的图案与所述模具的微结构表面对准；

固化所述组合物；以及

去除所述模具。

20.如权利要求19所述的方法，其中，

所述模具在定位后被填充。

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