CN101171532A - 具有减少莫尔条纹的表面的微复制物品 - Google Patents

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CN101171532A CNA2006800148479A CN200680014847A CN101171532A CN 101171532 A CN101171532 A CN 101171532A CN A2006800148479 A CNA2006800148479 A CN A2006800148479A CN 200680014847 A CN200680014847 A CN 200680014847A CN 101171532 A CN101171532 A CN 101171532A
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Abstract

公开了一种具有减少莫尔条纹的表面的微复制物品及其制造方法。该微复制物品包括含有第一和第二相反的表面的柔性基体、在第一表面上的第一涂布的微复制图案、以及在第二表面上的第二涂布的微复制图案。所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案在加工方向和横向中在10微米范围内配准，并且第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案形成多个透镜部分。每个透镜部分包括多个透镜元件，每个透镜元件具有光轴，其中所有透镜元件的光轴互相平行，并且在第一透镜部分内的透镜元件具有从邻近的第二透镜部分内的透镜元件的光轴偏移的光轴。

Description

具有减少莫尔条纹的表面的微复制物品
技术领域
本公开总体涉及将材料连续流延(cast)到片材上，更具体地涉及具有减少莫尔条纹的表面且在片材的相反面上流延的图案之间具有较高配准度的物品的流延。
背景技术
在从报纸印刷到复杂电子和光学装置的制造的许多物品的制造中，需要将一些至少暂时处于液态的材料涂布到基体的相反面上。通常情况是以预订图案涂布将要涂布于基体上的材料；在例如印刷的情况下，墨水以字母和图片的图案进行涂布。在这些情况下，通常对于在基体的相反面上的图案之间的配准，至少存在最低的要求。
当该基体为电路板之类的不连续物品时，图案的涂布器通常可依赖边缘来帮助实现配准。但当基体是片材，并且不可能依赖基体的边缘来在保持配准中做周期性地参考时，该问题变得比较困难。仍然，即使在片材的情况下，当配准的要求不严格时，例如容许大于100微米的完全配准的偏移，用于将材料涂布控制到这种程度的机械临时措施是已知的。印刷领域充分供应能够满足这种标准的装置。
然而，在基体的相反面上具有图案的一些产品中，要求图案之间更精确的配准。在这种情况下，如果片材不处于连续移动，则已知能够将材料涂布达到这种标准的设备。而如果片材连续移动，像在例如一些类型的柔性电路中的那样，如果容许每转动图案辊，就重新设定一次图案辊以在100微米或者甚至5微米的完全配准内，则现有技术仍然给出了有关如何处理的指导。
然而，在例如光学物品中，如增亮膜，对于涂布到基体的相反面上的光学透明的聚合体中的图案，要求基体相反面在工具转动中的任意点处的失配准仅仅达非常小的限度。迄今为止，现有技术并未记载有关如何在连续运动的片材的相反面上流延图案面，使得在100微米内的配准中，图案保持连续而不间断。
在显示器上使用薄膜的一个问题是对于近距离观看的显示器，例如计算机显示器，其外观要求(cosmetic requirement)非常高。这是因为此类显示器被较长时间近距离观看，所以甚至很小的缺陷都可被肉眼发现，以至于引起观看者的分心。对此类缺陷的去除将花费大量的检验时间和材料。
缺陷具有几种不同的表现形式。存在诸如斑点、绒毛(lint)、划伤、夹杂物等物理缺陷，以及光学现象的缺陷。最常见的光学现象是莫尔条纹。莫尔条纹是当两个相似的网格状图案叠加时形成的干涉图。它们形成其自身的、不存在任何一个原始图案中的图案。结果是当网格彼此相对移动时，改变形状的一系列条纹图案。
数种方法已经被应用于解决显示器组件中的缺陷问题。一种方法是简单地接受由传统制造工艺制造的合格显示器组件的较低产量。而这在市场竞争中明显是不可取的。第二种方法是采用非常洁净和仔细的制造工序，强加严格的质量控制标准。尽管这可以提高产量，但增加生产成本以代替清洁设备和检验时的支出。另一种减少缺陷的方法是在显示器中引入漫射体，即面漫射体或体漫射体。此类漫射体可以掩饰很多缺陷，并在低附加成本下增加产量。然而，该漫射体将光线散射，降低观察者感知的轴上光线的亮度，由此减弱了效果。
发明内容
本公开的一方面涉及具有减少莫尔条纹的表面的微复制物品。微复制物品包括柔性基体，该基体具有第一和第二相反的表面，位于第一表面上的第一涂布的微复制图案，以及位于第二表面上的第二涂布的微复制图案。将第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案沿加工方向和横向配准到10微米范围内，并且第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案形成多个透镜部分。每个透镜部分包括多个透镜元件。每个透镜元件具有光轴，其中所有透镜元件的光轴互相平行，并且第一透镜部分内的透镜元件具有从邻近的第二透镜部分内的透镜元件的光轴偏移的光轴。
在一些实施例中，每个透镜元件具有4个直线面，并且在10微米范围内，对于每个透镜元件4个面的每一个，将第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案配准。在一些实施例中，相邻的透镜部分的透镜元件光轴彼此偏移20微米或更小距离。每个透镜部分的透镜元件光轴可彼此偏移固定距离、随机距离或伪随机距离。
还公开制造微复制物品的方法。这些方法包括以下步骤：提供片材形式、具有第一和第二相反的表面的基体，并使该基体通过卷轴式流延设备，来在第一表面形成第一涂布的微复制图案，以及在第二表面形成第二涂布的微复制图案。将第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案配准到10微米范围内，并且第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案形成多个透镜元件。每个透镜元件包括多个透镜元件。每个透镜元件具有光轴，其中所有透镜元件的光轴互相平行，并且在第一透镜部分内的透镜单元具有从邻近的第二透镜部分内的透镜单元的光轴偏移的光轴。
定义
在本公开的上下文中，“配准”是指将片材的一个表面上的结构以限定的关系定位到同一片材的相反面上的其他结构。
在本公开的上下文中，“片材”是指在一个方向具有固定尺寸而在正交方向具有预定或不确定长度的一片材料。
在本公开的上下文中，“连续配准”是指在第一图案辊和第二图案辊旋转的期间的所有时间内，辊上结构之间的配准度比特定的限度更好。
在本公开的上下文中，“微复制的”或“微复制品”是指通过工艺制造微结构面，其中在制造期间，从产品对产品，结构的表面特征保持个体特征保真度，变化不大于约100微米。
附图说明
在附图中，相同的部件具有相同的附图标记，并且：
图1示出了说明性显示器的横截面示意图。
图2示出了根据本公开的微复制膜的横截面示意图。
图3示出了根据本公开的说明性微复制膜的俯视图。
图4示出了沿线4-4获得的图3的说明性微复制膜的横截面示意图。
图5示出了系统的一个实施例的透视图，该实施例包括根据本公开的系统。
图6示出了根据本公开的图5的一部分系统的特写视图。
图7示出了根据本公开的图5的系统的另一透视图。
图8示出了根据本公开的流延装置的一个实施例的示意图。
图9示出了根据本公开的图8的流延装置的一部分的特写视图。
图10示出了根据本公开的辊安装配置的一个实施例的示意图。
图11示出了根据本公开的一对图案辊的安装配置的一个实施例的示意图。
图12示出了根据本公开的电机和辊配置的一个实施例的示意图。
图13示出了根据本公开的用于控制辊间配准的装置的一个实施例的示意图。
图14示出了根据本公开的用于控制配准的方法和装置的一个实施例的框图。
具体实施方式
总体而言，本公开涉及在两面均涂布有微复制图案结构的柔性基体。微复制物品相对彼此以高精度配准。优选地，在相反面上的结构联合给物品所需的光学质量，并且更优选地，该结构是多个包括减少莫尔条纹的特征的透镜。
图1示出了说明性显示器1的横截面示意图。在图示的实施例中，显示器1包括一个或多个光源10a、10b，该光源可给光学膜14提供光线。按照需要，显示器1可包括一个或多个附加光学组件。附加光学组件可包括，例如，置于一个或多个光源10a、10b与光学膜14之间的光导12，以及置于光学膜14附近的液晶盒16。该液晶盒16包括多个至少与所选的透镜元件的光轴平行的像素行。在一些实施例中，至少所选的透镜元件与像素行平行但不对准。与像素行相关的交错邻近的透镜元件可帮助减少莫尔条纹的出现。此处描述的光学膜14可根据需要用于多种应用中。
在一些实施例中，光学膜14可用于立体液晶显示器中。″DualDirectional Backlight for Stereoscopic LCD，″Sasagawa et al.s 1-3，SID 03Digest，2000描述了一个说明性的立体液晶显示器。如图1所示，显示器1包括右眼光源10a和左眼光源10b。在图示的实施例中，光源10a、10b工作于场频120Hz和帧率60Hz，由此当右眼光源10a被点亮时，视差图像向右眼单独显示，而当左眼光源10b被点亮时，则向左眼显示，造成感知到的图像3维显示。
图2示出了根据本公开的说明性的微复制光学膜14的横截面示意图。光学膜14包括具有第一表面22和反向的第二表面24的片材基体20。第一涂布微复制图案或结构25置于基体20的第一表面22上。第二涂布微复制图案35置于基体20的第二表面24上。在图示的实施例中，第一涂布微复制图案或结构25包括多个曲面透镜或柱面透镜，第二涂布微复制图案或结构35包括多个棱镜。
光学膜14可具有任意可用的尺寸。在一些实施例中，光学膜14的厚度T为50-500微米，或75-400微米，或100-200微米。第一涂布微复制图案25和第二涂布微复制图案35可具有相同重复节距或周期P。在一些实施例中，重复节距或周期P可根据需要为25-200微米，或50-150微米。重复节距或周期P可形成多个透镜元件。每个透镜元件可在第一连接点26和第二连接点36连接邻近的透镜元件。在一些实施例中，第一连接点26和第二连接点36邻近基体20并被配准。在其它实施例中，第一连接点26和第二连接点36在限定的几何关系下被配准，跨过(z方向)片材20可以不彼此邻近。基体20可具有任意可用的厚度T1，例如10-150微米，或25-125微米。第一微复制图案25可具有任意厚度T6，例如10-50微米，以及特征或结构的厚度T3为5-50微米。第二微复制图案35可具有任意可用厚度T5，例如25-200微米，以及特征或结构厚度T2 10-150微米。连接点厚度T4可为任意可用值，例如10-200微米。曲面透镜可具有任意可用半径R，例如25-150微米，或40-70微米。
在所示的示例性实施例中，反向的微复制特征25、35联合形成多个透镜元件。由于每个透镜元件的性能是形成每个透镜元件的反向特征25、35的对准功能，所以透镜特征的精确对准或配准是优选的。
总体而言，本公开的光学膜14可通过下述系统和方法被制成，用来制造在基体20的平面内的x轴(加工方向“MD”)和正交方向y轴(横向或跨过片材方向“TD”)均配准的双面微复制结构，其中每个透镜元件的配准可好于10微米，或好于5微米，或好于3微米，或好于1微米。系统总体包括卷轴式流延组件，并包括第一图案组件和第二图案组件。每个组件分别在具有第一表面和第二表面的片材的各个面上产生微复制图案。第一图案产生于片材的第一表面，而第二图案产生于片材的第二表面。减少莫尔条纹的特征可包括有第一微复制图案和/或第二微复制图案。图3和图4所示的减少莫尔条纹的特征包括多个透镜部分，该透镜部分具有平行但偏移的光轴。
图3示出了根据本公开的说明性微复制膜14的俯视图。图4示出了沿线4-4获得的图3的说明性微复制膜的横截面示意图。所示的光学膜14包括第一透镜部分31，该第一透镜部分包括沿x轴彼此相邻布置的4个透镜元件31A，31B，31C，31D，每个透镜元件具有平行的光轴30A。第二透镜部分32置于与第一透镜部分31相邻。第二透镜部分包括沿x轴彼此相邻布置的4个透镜元件32A，32B，32C，32D，每个透镜元件具有平行的光轴30B。第一透镜部分31的透镜元件31A，31B，31C，31D的光轴30A平行于第二透镜部分32的透镜元件32A，32B，32C，32D的光轴30B，但偏移距离A。第三透镜部分32置于与第二透镜部分32相邻。第三透镜部分包括沿x轴彼此相邻布置的4个透镜元件33A，33B，33C，33D，每个透镜元件具有平行的光轴30C。第二透镜部分32的透镜元件32A，32B，32C，32D的光轴30B平行于第三透镜部分33的透镜元件33A，33B，33C，33D的光轴30C，但偏移距离B。距离A和距离B可为沿x轴正方向和/或负方向的固定值或随机值或伪随机值。在一些实施例中，距离A和距离B在预定值范围内，即0.5-50微米，或1-25微米，或3-20微米。
可以理解，尽管图3和图4只示出三个透镜部分，但光学膜14能够包括任意数目的透镜部分。每个透镜部分的透镜元件沿y轴可具有任意宽度。在一些实施例中，透镜部分和透镜元件在y轴上的长度等于每个透镜元件的节距P(沿x轴方向)的1-100倍或3-20倍。在一些实施例中，透镜部分和透镜元件在y轴上的长度在250-2000微米，或500-1500微米范围内。
减少莫尔条纹的特征可为能够由下述卷轴式流延设备和方法形成的规则的或随机的图案。该减少莫尔条纹的特征可通过任意方法形成在下述母片辊(master roll)上。在一个实施例中，该莫尔条纹特征利用已知的金刚石切削技术形成于母片辊上。
此处描述的用于制造卷轴式流延光学膜的工具(辊)的母片可通过已知的金刚石切削技术来制造。通常，通过在被称为辊的柱面空白上由金刚石切削来制成该工具。虽然也可以使用其它材料，但该辊的表面通常是硬铜。微复制结构在辊子的外围形成为连续图案。如果将要被制造的结构具有恒定节距，则该工具将以恒定速度移动。典型的金刚石切削机将独立控制该工具刺入辊的深度、工具与辊之间的水平角度和垂直角度以及该工具的横向速度。为了制造本公开的减少莫尔条纹的特征的微复制结构，可将快速工具伺服执行器添加到金刚石切削设备。
US6,354,709描述了说明性的快速工具伺服执行器。该参考文献描述了由压电叠层支撑的金刚石工具。在该压电叠层被变化电信号激励时，将促使该金刚石工具被移动，以使其从外壳伸出的长度变化。压电叠层能够由具有恒定或编程的频率的信号激励，但通常优选的使用随机或伪随机频率。如此处所使用的，术语随机可以理解为包括伪随机。然后，将如此制造的母片工具(辊子)用于辊内以进行下述的卷轴式流延和固化工艺，从而生产此处描述的光学膜。
上述的减少莫尔条纹的光学膜14可使用在片材的相反面上制造精确对准的微复制结构的设备和方法来制造，下面将描述该设备和方法。在一个实施例中，该片材或基体由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制成，0.0049英寸厚。在其它实施例中，可使用其它片材材料，例如聚碳酸酯。
第一微复制结构可通过将可固化液体流延并固化在片材的第一面上而被制成在第一图案辊上。在一个实施例中，第一可固化液体可以是光固化丙烯酸树脂溶液，该光固化丙烯酸树脂溶液包括从Cognis Corp.，Cincinnati，Ohio得到的Photomer 6010；均可从Satomer Co.，Expon，Pennsylvania得到的SR385丙烯酸四氢呋喃酯(tetrahydrofurfurylacrylate)和SR238(70/15/15％)1，6-己二醇二丙烯酸酯(1，6-hexanedioldiacrylate)；可从Hanford Research Inc.，Stratford，Connecticut得到的樟脑醌(Camphorquinone)以及可从Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，Wisconsin得到的4-二甲胺-苯甲酸乙酯(Ethyl-4-dimethylaminoBenzoate)(0.75/0.5％)。第二微复制结构可通过将可固化液体流延并固化在片材的第二面上而被制成在第二图案辊上。第二可固化液体可与第一可固化液体相同。
在每个各自的结构被流延成图案之后，通过使用包括紫外光源的固化光源，将每个各自的图案固化。然后，可使用剥离辊，把微复制物品从第二图案辊上取下。可选地，可使用脱模剂或涂料，从而协助将图案结构从图案工具上取下。
用来产生上述物品的说明性工艺设置如下：片材速度为约1.0英尺/分钟，并且进入或脱离流延设备的片材张力为约2磅力。使用拉伸比约为5％的剥离辊将该片材从第二图案工具上拉离。约4磅力的夹捏压力。在第一图案辊和第二图案辊之间存在的间隙约0.010英寸。可利用滴管涂布设备将树脂提供到片材的第一表面，并且可利用注射泵，以约1.35毫升/分钟的速率将树脂提供到第二表面。
第一微复制结构的固化可通过Oriel 200-500W水银弧光灯以最大功率和Fostec DCR II以最大功率完成，所有组件顺序地被安装。第二微复制结构的固化可通过Spectral Energy紫外光源、Fostec DCR II以最大功率以及RSLI Inc.光泵150MHS完成，所有组件顺序地被安装。
第一图案辊包括一组负像，用来以75微米的节距形成柱面透镜。第二图案辊包括一组负像，用来以75微米的节距形成多个对称棱镜。
每个图案组件都包括用来涂布涂层部件、图案部件以及固化部件的装置。通常，图案组件包括图案辊以及用来保持和驱动每个辊的支撑结构。第一图案组件的涂布装置将第一可固化涂层材料分配在片材的第一表面上。第二图案组件的涂布装置将第二可固化涂层材料分配在片材的第二表面上，其中第二表面与第一表面反向。通常，第一涂层材料和第二涂层材料具有相同成分。但可以是所需要的不同材料。
在将第一涂层材料置于片材上之后，该片材通过第一图案部件，其中在第一涂层材料中产生图案。然后，第一涂层材料被固化或被冷却，从而形成第一图案。随后，在将第二涂层材料置于片材上之后，该片材通过第二图案部件，其中在第二涂层材料中产生图案。然后，第二涂层材料被固化，从而以形成第二图案。通常，每个图案部件均为微复制工具，并且通常每个工具都具有用来将材料固化的专用固化部件。然而，可能具有将第一图案材料和第二图案材料都固化的简单固化件。而且，也可将该涂料置于图案工具上。
该系统还包括用于旋转第一图案辊和第二图案辊的装置，使得当片材连续移动时，将图案辊的图案转印到片材的相反面上，并且使所述图案在片材的所述相反面上保持在好于10微米范围内配准。
本公开的优点在于：通过具有在连续形成的片材的每个面上的微复制结构，同时使在相反面上的微复制结构基本彼此配准在10微米范围内，或者在5微米范围内，或者在20微米范围内，或者在3微米范围内，或者在1微米范围内，能够制造出在片材的每个相反面上具有微复制结构的片材。
现在参考图5至图6，示出的是包括卷轴式流延设备120的系统110的一个实施例。在所描述的流延设备120中，片材122被从主展开卷筒(未示出)提供至流延设备120。根据被制造的产品，片材122的确切种类能够广泛地变化。然而，当流延设备120用于光学物品的制造时，通常该片材122方便是半透明的或透明的，从而允许通过该片材122固化。该片材122围绕不同的辊126被引导进入流延设备120内。
片材122的精确张力控制在达到最佳结果方面是有利的，因此片材122可被引导越过张力传感设备(未示出)。在期望利用衬垫片材来保护片材122的情况下，衬垫片材通常在展开卷筒处被分离开，并且被引导在衬垫片材卷绕卷筒上(未示出)。片材122可经由惰辊被引导至张力调节辊(dancer roller)，用于精确张力控制。惰辊可将片材122引导至压送辊154和第一涂布机头(coating head)156之间的位置。
可采用多种涂布方法。在所示的实施例中，第一涂布机头156是模涂布机头(die coating head)。然后，片材122在压送辊154和第一图案辊160之间穿过。第一图案辊160具有图案表面162，并且当片材122在压送辊154和第一图案辊160之间穿过时，使由第一涂布机头156分配至片材122上的材料成型为图案表面162的负片。
当片材122与第一图案辊160接触时，材料从第二涂布机头164分配至片材122的另一表面上。与上述关于第一涂布机头156的讨论相同，第二涂布机头164也是模涂布装置，具有第二挤出机(extruder)(未示出)和第二涂布模头(未示出)。在一些实施例中，通过第一涂布机头156分配的材料是包括聚合物前体的合成物，并意图利用施加诸如紫外线的固化能量被固化成固体聚合物。
然后使得已经通过第二涂布机头164分配至片材122上的材料与具有第二图案的表面176的第二图案辊174接触。与上述相同，在一些实施例中，通过第二涂布机头164分配的材料是包括聚合物前体的合成物，并且意图利用施加诸如紫外线的固化能量被固化成固体聚合物。
在此，片材122已经具有涂布至两面的图案。剥离辊182可存在以帮助将片材122从第二图案辊174取下。在一些例子中，进入和脱离卷轴式流延设备的片材张力几乎不变。
然后，将具有双面的微复制图案的片材122经由各惰辊被引导至卷绕卷筒(未示出)。如果要求间隔膜来保护片材122，则可由副展开卷筒(未示出)来提供，并且片材和间隔膜以适当的张力一起卷绕在卷绕卷筒上。
参考图5至图7，第一图案辊和第二图案辊分别与第一电机组件和第二电机组件210、220连接。通过将组件直接或间接安装在框架230上，实现对电机组件210、220的支撑。电机组件210、220利用精确的安装配置连接至框架。在所示的实施例中，第一电机组件210被固定安装至框架230。当片材122通过流延设备120时，被放置到位的第二电机组件220可能需要在横交方向和加工方向上重复定位，并由此可移动。活动电机装置220可耦合至线性滑块222，以帮助重复精确定位，例如当在辊上的图案之间转换时。第二电机装置220还包括位于框架230背面的第二安装装置225，该第二安装装置225用来将第二图案辊174相对于第一图案辊160左右(side-to-side)定位。在一些情况下，第二安装装置225包括允许在横交加工方向上精确定位的线性滑块223。
参考图8，示出了流延设备420的实施例，该流延设备420用于制造在相反表面上有已配准的微复制结构的双面片材422。组件包括第一涂布装置和第二涂布装置456、464、压送辊454以及第一图案辊和第二图案辊460、474。片材422位于第一涂布装置456，在该例子中为第一挤出模456。第一模456将第一可固化液体层涂料470分配至片材422上。第一涂层470依靠压送辊454被按压至第一图案辊460，该压送辊454通常为橡胶覆盖的辊。当在第一图案辊460上时，使用外部固化源480，例如具有合适波长的光的灯，通常会是紫外光源，使涂料固化。
使用第二面的挤出模464将第二可固化液体层481涂布在片材422的相反面上。将第二层481压至第二图案工具辊474上，并且对第二涂料层481重复固化工艺。通过将工具辊460、474彼此保持精确的角度关系实现两个涂层图案的配准，如将在下文中所描述的。
参考图9，示出了第一图案辊和第二图案辊560、574的一部分的特写视图。第一图案辊560具有用于形成微复制表面的第一图案562。第二图案辊574具有第二微复制图案576。在所示的实施例中，第一图案和第二图案562、576是相同的图案，尽管这些图案也可不同。在所示出的实施例中，第一图案562和第二图案576被示出为棱镜结构，然而，任意单个或多个有用的结构均可形成第一图案562和第二图案576。在图示的实施例中，第一图案562可为柱面透镜结构，第二图案576可为棱镜结构，或者相反。
随着片材522通过第一辊560，第一表面524上的第一可固化液体(未示出)在第一图案辊560上的第一区域526附近的固化光源525作用下被固化。当液体被固化时，第一微复制图案结构590在片材522的第一面524上形成。第一图案结构590是第一图案辊560的图案562的负片。在形成第一图案结构590之后，将第二可固化液体58 1分配至片材522的第二表面527上。为了确保第二液体581不会被过早地固化，通过定位第一固化光525使其不落在第二液体581上，第二液体581能够与第一固化光525隔离。替代地，可在第一固化光525和第二液体581之间放置屏蔽设备592。而且，可将固化光源定位于其各自的图案辊的内部，此处不可能或很难穿过片材来固化。
在形成第一图案的结构590之后，片材522继续沿着第一辊560前进，直到其进入第一图案辊和第二图案辊560、574之间的间隙区域575。然后，第二液体581与第二图案辊上的第二图案576接合，并且成型为第二微复制结构，第二微复制结构然后在第二固化光535作用下固化。随着片材522通过第一图案辊和第二图案辊560、574之间的间隙575，此时被基本固化且粘结至片材522上的第一图案结构590抑制片材522滑动，同时片材522开始移入间隙575，并且环绕第二图案辊574。这消除了片材拉伸和滑动，该片材拉伸和滑动是在片材上形成的第一图案结构和第二图案结构之间的配准的误差源。
在第二液体581接触到第二图案辊574时，通过将片材522支撑在第一图案辊560上，形成在片材522的相反面524、527上的第一微复制结构和第二微复制结构590、593之间的配准度成为控制第一图案辊和第二图案辊560、574的表面之间的定位关系的函数。围绕第一图案辊和第二图案辊560、574的以及由这些辊形成的间隙575之间的片材的S形卷使张力、片材的拉伸变化、温度、由夹捏片材的技工引起的微滑动以及横向位置控制的影响降至最小。通常，尽管卷绕角可以根据具体要求或大或小，但是该S形卷保持片材522与每个辊超过180度的卷绕角接触。
为了增加在片材的相反面上形成的图案之间的配准度，优选的每个辊的平均直径周围具有较低频率的节距变化。通常，尽管未作要求，图案辊具有相同的平均直径。选择适当的辊用于任意具体应用是在本领域普通技术人员的技能和知识范围内。
参考图10，示出了电机安装配置。用于驱动工具或图案辊662的电机633安装至机器框架650上，并且通过联轴器640连接至图案辊662的转轴601上。电机633连接至主编码器630上。副编码器651被连接至工具以提供图案辊662的精确的角度配准控制。主编码器630和副编码器651配合提供图案辊662的控制，以保持其与第二图案辊配准，如下文中将进一步描述的。
由于轴共振是允许图案定位控制于指定限定值内的配准误差源，所以轴共振的减小或消除是很重要的。使用电机633和轴650之间的、比一般指定尺寸规格大的联轴器，还将减小由更柔性联轴器引起的轴共振。轴承组件660被定位于不同的位置，以提供电机装置的转动支撑。
在所示的实施例中，工具辊662的直径可小于其电机633的直径。为了容纳该装置，工具辊可以镜像布置的方式成对地安置。在图11中，为了能够一起带动两个工具辊662和762，两个工具辊组件610和710被以镜像方式安置。同样参考图3，第一电机装置通常固定粘附至框架上，且第二电机装置通过使用光学特性的线性活动滑块定位。
工具辊组件710非常类似于工具辊组件610，且包括用于驱动工具或图案辊762的电机733，该电机733被安装至机器框架750上，且通过联轴器740连接至图案辊762的旋转轴701上。电机733连接至主编码器730。副编码器751连接至该工具以提供图案辊762的精确的角度配准控制。主编码器730和副编码器751配合提供图案辊762的控制，以保持其与第二图案辊配准，如下文中将进一步描述的。
由于轴共振是允许图案定位控制在指定限定值内的配准误差源，所以轴共振的减小或消除是很重要的。使用电机733和轴750之间的、比一般指定尺寸规格大的联轴器，还将减小由更柔性联轴器引起的轴共振。轴承组件760被定位于不同的位置，以提供电机装置的转动支撑。
因为期望位于片材的两面上的微复制结构上的特征尺寸在彼此精确配准的范围内，从而需要以高精度控制图案辊。通过应用控制加工方向的配准中所使用的技术，可以实现这里所述的限定范围内的横交片材方向的配准，如在下文中所述的。例如，为了在10英寸周长的图案辊上获得约10微米的首尾相连的特征布置，各辊必须保持在每转±32弧秒的转动精度范围内。随着片材穿过该系统的速度的增加，配准控制变得更加困难。
申请人已经建立并论证了具有10英寸周长的图案辊的系统能够产生片材，该片材在该片材的相反表面上具有在2.5微米范围内配准的图案特征。在阅读该公开并且运用在此教导的原理后，本领域普通技术人员将会理解如何来实现对于其他微复制表面的配准度。
参考图12，示出的是电机装置800的示意图。电机装置800包括电机810，该电机810包括主编码器830和驱动轴820。驱动轴820通过联轴器825连接至图案辊860的驱动轴840。副编码器或加载编码器(load encoder)850耦合至驱动轴840。利用所述的电机装置中的两个编码器允许通过将测量设备(编码器)850定位在图案辊860附近来对图案辊的位置进行更精确地测量，从而减小或消除电机装置800工作时转矩扰动的影响。
参考图13，示出了被连接到若干控制组件时的图12的电机装置的示意图。在图5-7中所示的实例设备中，相似的结构将会控制每个电机装置210和220。因此，电机装置900包括电机910，该电机910包括主编码器930和驱动轴920。驱动轴920通过联轴器930连接至图案辊960的驱动轴940。副编码器或加载编码器950连接至驱动轴940。
电机装置900与控制装置965通信，以允许对图案辊960进行精确控制。控制装置965包括驱动模块966和程序模块975。程序模块975经由例如SERCOS光纤网络的线路977与驱动模块966通信。程序模块975用来向驱动模块966输入诸如设置点之类的参数。驱动模块966接收输入电压为480伏的3相电源915，将其整流为直流，并且经由电源接线973对其进行分配，以控制电机910。电机编码器912将位置信号馈送给控制模块966。图案辊960上的副编码器950经由线路971同样将位置信号反馈给驱动模块966。驱动模块966利用该编码信号来精确定位图案辊960。下面将详细描述此用来获得配准度的控制设计。
在所示的说明性实施例中，各图案辊由专用控制装置来控制。专用控制装置配合以控制第一图案辊和第二图案辊之间的配准。各驱动模块与其各自的电机组件通信，并控制其各自的电机组件。
由申请人建立并论证了的系统中的控制装置包括下列各项。为了驱动各个图案辊，使用了具有高分辨率正弦编码器反馈的高性能、低齿槽转矩电机(512正弦周期乘以4096驱动插值远大于每转2百万部分)，该电机可从Bosch-Rexroth(Indramat)得到，型号为MHD090B-035-NGO-UN。该系统也包括可从Bosch-Rexroth(Indramat)得到的型号MHD090B-035-NG0-UN的同步电机，也可以使用诸如异步电机的其它类型电机。
各电机通过可从R/W Corporation得到的型号为BK5-300的极其坚硬的波纹管联轴器直接连接(而没有齿轮箱或齿轮减速装置)。也可使用替代性连接设计，但是波纹管式通常在提供高转动精度的同时结合了硬度。各联接器依大小排列以便选取与一般制造商说明书推荐的相比充分大的联接器。
另外，联接器与轴之间优选的是零间隙机座套筒(zero backlashcollets)或者压缩型锁定轴心(compressive stylelocking hubs)。各辊轴通过可从Heidenhain Corp.，Schaumburg，IL得到的型号为RON255C的空心轴负载侧编码器安装至编码器。编码器的选取应该尽可能地具有最高的精度和最高的分辨率，通常大于32弧秒精度。采用申请人的设计，采用了每转18000正弦周期，结合4096bit的分辨率驱动插值，该插值导致给出基本高于精确度的分辨率的、超过每转5千万部分分辨率。该负载侧编码器具有+/-2弧秒的精度；在传输单元内的最大偏差小于+/-1弧秒。
在一些例子中，各轴可被设计为具有尽可能大的直径，并且尽可能地短，以使硬度最大化，以获得可能的最高共振频率。期望所有转动组件的精确对准，以确保由此配准误差源引起的配准误差最小。
参考图14，在申请人的系统中，相同的位置坐标命令以2ms的更新速度通过SERCOS光纤网络同时传递给各轴。各轴以250微秒间隔的位置回路更新速度，用三次样条对该位置坐标进行插值。由于恒定的速度导致简单而恒定的时间时间间隔通路，所以插值方法并非关键。对于消除任何四舍五入(round off)或数字表示误差，分辨率是关键的。还必需处理轴的滚翻。在一些情况下，关键是使每个轴的控制周期在当前电流回路执行速度(62微秒时间间隔)下同步。
顶部通路1151为控制的前馈区域。该控制策略包括位置回路1110、速度回路1120以及电流回路1130。对位置坐标1111进行微分，第一次微分产生速度前馈项1152，而第二次微分产生加速度前馈项1155。前馈路径1151补救线速度改变期间和动力校正期间的功效。
从当前位置1114减去位置命令1111，产生误差信号1116。将误差1116应用于比例控制器1115，产生速度命令坐标1117。从命令1117减去速度反馈1167，从而产生速度误差信号1123，然后将该速度误差信号1123应用于PID控制器。通过对电机编码器位置信号1126进行微分而产生速度反馈1167。由于微分和数值分辨率限制，使用巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器1124从误差信号1123去掉高频噪声分量。窄阻带(陷波)滤波器1129被用于电机-辊的共振频率的中心。这使得允许速度控制器1120施加基本较高的增益。增加的电机编码器的分辨率也将会提高性能。控制图中滤波器的准确位置并不重要；尽管调谐参数取决于该位置，但均可接受正向或反向的通路。
PID控制器也可用于位置回路，但是积分器额外的相位滞后使得更难获得稳定性。当前回路是传统的PI控制器；通过电机参数确定增益。可能的最高宽带电流回路将允许最佳性能。而且，期望最小的转矩波动。
外界干扰的最小化对获得最大配准度很重要。这包括如先前所述的电机构造和电流回路换向，但是机械干扰的最小化也是很重要的。实例包括在进入和脱离片材跨度(web span)中的非常平稳的张力控制、一致的轴承和密封阻力(seal drag)、使从辊上剥离片材的张力扰动最小化、一致的橡胶压送辊。在当前设计中，设有啮合至工具辊的第三轴，用作牵引辊，以帮助从该工具除去固化的结构。
片材材料可以是能够在其上产生微复制图案结构的任意适合的材料。片材材料的实例是聚对苯二甲酸乙二酯，或聚甲基丙烯酸甲酯，或聚碳酸脂。片材也可以是多层的。由于液体通常在与其上产生图案结构的面相反的面上由固化源来固化，因此片材材料对于所使用的固化源至少必须是部分半透明的。固化能量源的实例是红外线辐射、紫外线辐射、可见光辐射、微波或者电子束。本领域普通技术人员将会理解的是，也可以使用其它固化源，并且特定片材材料/固化源组合的选取将会取决于将要被制造的特定物品(具有配准的微复制结构)。
用以固化通过片材的液体的替代方案是采用两部分的反应性固化，例如环氧化物，该反应性固化将对诸如金属片材或具有金属层的片材之类的、难以固化通过的片材有用。通过在图案辊的一部分上在线混合若干组分或喷洒催化剂，可实现固化，当涂料和催化剂接触时使液体固化从而形成微复制结构。
由其产生微复制结构的液体可以是可固化的光聚合材料，诸如可通过紫外光固化的丙烯酸酯。本领域普通技术人员将会理解的是，也可使用其它涂层材料，并且材料的选取将会取决于微复制结构所期望的特定特性。类似地，所采用的特定固化方法在本领域普通技术人员的技能和知识范围内。固化方法的实例是反应性固化、热固化或者辐射固化。
对传送和控制到片材上的液体有用的涂布装置的实例是：例如与诸如注射泵或蠕动泵的任何合适的泵相结合的模涂布或刮刀涂布。本领域普通技术人员将会理解，也可使用其它涂布装置，并且具体装置的选取取决于被供应给片材的液体的具体特性。
不脱离本公开的范围和精神的本公开的各种修改和变型对本领域技术人员来说是显然的，并且应该理解此公开并不局限于在此所阐明的说明性实施例。

Claims (20)

1.一种微复制物品，包括：
具有第一和第二相反的表面的柔性基体；
在所述第一表面上的第一涂布的微复制图案；以及
在所述第二表面上的第二涂布的微复制图案；
其中，所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案在加工方向和横向中在10微米范围内配准，并且所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案形成多个透镜部分，每个透镜部分包括多个透镜元件，每个透镜元件具有光轴，其中所述透镜元件的光轴全部互相平行，并且在第一透镜部分内的透镜元件具有从相邻的第二透镜部分内的透镜元件的光轴偏移的光轴。
2.如权利要求1所述的微复制物品，其中每个透镜元件具有与加工方向平行的两个面，以及与横向平行的两个面，并且所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案在每个透镜元件的平行于加工方向的两个面和平行于横向的两个面上在5微米范围内配准。
3.如权利要求1或2所述的微复制物品，其中所述第一涂布的微复制图案包括多个棱镜，并且所述第二涂布的微复制图案包括多个柱面镜。
4.如权利要求1到3所述的微复制物品，其中所述微复制物品具有在75-400微米范围内的总高度。
5.如权利要求1到4所述的微复制物品，其中所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案具有在50-150微米范围内的重复周期。
6.如权利要求1到5所述的微复制物品，其中所述相邻的透镜部分的透镜元件的光轴彼此偏移20微米或更小的距离。
7.如权利要求1到6所述的微复制物品，其中所述每个透镜部分具有在250-2000微米范围内的长度。
8.如权利要求1到7所述的微复制物品，其中所述相邻的透镜部分的透镜元件的光轴彼此偏移选自预定距离范围内的随机距离。
9.如权利要求1到8所述的微复制物品，其中所述相邻的透镜部分的透镜元件的光轴彼此偏移固定的距离。
10.一种制造包括多个微复制透镜特征的微复制物品的方法，所述方法包含：
提供片材状的、具有第一和第二相反的表面的基体；
将所述基体传递通过卷轴式流延设备，从而在第一表面上形成第一涂布的微复制图案，并且在第二表面上形成第二涂布的微复制图案；
其中，所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案在加工方向和横向中在10微米范围内配准，并且所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案形成多个透镜部分，每个透镜部分包括多个透镜元件，每个透镜元件具有光轴，其中所述透镜元件的光轴全部互相平行，并且在第一透镜部分内的透镜元件具有从相邻的第二透镜部分内的透镜元件的光轴偏移的光轴。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述传递步骤包含：将所述基体传递通过卷轴式流延设备，从而在所述第一表面上形成第一涂布的微复制图案，在所述第二表面上形成第二涂布的微复制图案，并且所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案在加工方向和横向中在10微米范围内配准，以及所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案形成多个透镜部分，每个透镜部分包括多个透镜元件，每个透镜元件具有光轴，其中所述透镜元件的光轴全部互相平行，并且在第一透镜部分内的透镜元件具有从相邻的第二透镜部分内的透镜元件的光轴偏移20微米或更小距离的光轴。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中所述传递步骤包含：将所述基体传递通过卷轴式流延设备，从而在所述第一表面上形成第一涂布的微复制图案，在所述第二表面上形成第二涂布的微复制图案，并且所述第一涂布的微复制图案包括多个棱镜，而所述第二涂布的微复制图案包括多个柱面镜。
13.如权利要求10到12的方法，其中所述传递步骤包含：将所述基体传递通过卷轴式流延设备，从而在所述第一表面上形成第一涂布的微复制图案，在所述第二表面上形成第二涂布的微复制图案，其中所述第一涂布的微复制图案和所述第二涂布的微复制图案具有在50-150微米范围内的重复周期。
14.一种光学显示器，包括：
光源；
光学膜，包括：
具有第一和第二相反的表面的柔性基体；
在第一表面上的第一涂布的微复制图案；以及
在第二表面上的第二涂布的微复制图案；其中所述第一涂布的微复制图案和所述第二涂布的微复制图案在加工方向和横向中在10微米范围内配准，并且所述第一涂布的微复制图案和第二涂布的微复制图案形成多个透镜部分，每个透镜部分包括多个透镜元件，每个透镜元件具有光轴，其中所述透镜元件的光轴全部互相平行，并且在第一透镜部分内的透镜元件具有从相邻的第二透镜部分内的透镜元件的光轴偏移的光轴；以及
具有与所述光学膜相对的面的光学组件，其中来自所述光源的光透过所述光学膜和所述光学组件。
15.如权利要求14所述的光学显示器，其中所述光学组件包括液晶显示盒，所述液晶显示盒被设置以接收来自所述光学膜的光。
16.如权利要求15所述的光学显示器，其中所述液晶显示盒包括与每个透镜元件的光轴平行的多个像素行。
17.如权利要求14到16的光学显示器，其中每个透镜元件具有与加工方向平行的两个面，以及与横向平行的两个面，并且所述第一涂布的微复制图案和所述第二涂布的微复制图案在每个透镜元件的平行于加工方向的两个面和平行于横向的两个面上在5微米范围内配准。
18.如权利要求14到17的光学显示器，其中所述第一涂布的微复制图案包括多个棱镜，并且所述第二涂布的微复制图案包括多个柱面镜。
19.如权利要求14到18的光学显示器，其中所述微复制物品具有在75-400微米范围内的总高度。
20.如权利要求14到19的光学显示器，其中所述第一涂布的微复制图案和所述第二涂布的微复制图案具有50-150微米范围内的重复周期。
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