CN101336153A - 微结构模压鼓及其制品 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种模压鼓系统，其包括：外表面具有外锥度的心轴(4)；从心轴(4)的第一端延伸出的主轴颈(10)；从心轴(4)的第二端延伸出的次轴颈(12)；内表面具有内锥度的套筒(6)，其中套筒(6)环绕心轴(4)设置，从而形成外径基本不变的鼓；和与次轴颈(12)啮合的可脱开轴颈支座(30、50)，其中套筒(6)的内径最小的套筒第一端邻近可脱开轴颈支座(30、50)设置。本发明披露了一种鼓系统维护方法，其包括：将轴颈支座(30、50)从模压鼓系统上卸下，并使套筒(6)滑离心轴(4)并滑到次轴颈(12)。

Description

微结构模压鼓及其制品

相关申请的交叉引用

本申请为2005年12月2日提交的美国专利申请No.11/292,509的部分继续申请并要求其申请日的权益，在此引入作为参考。

背景技术

包括特殊几何图案的模压膜(embossed film)能够使光定向、散射和偏振。在许多应用中都需要这种膜，例如背光显示器(例如平板监视器)，其中从显示器发出的光可以是沿视轴(viewing axis)(即垂直于显示器的轴)的定向光(directing light)，从而提高可察觉到的显示亮度，同时在降低的功耗下工作。这些膜中采用的几何图案可包括棱形形貌例如金字塔形单元或三角形单元，以实现光的定向性质。可采用多种方法例如紫外线浇铸固化法(ultraviolet cast and cure method)或热模压法(hot embossing method)，形成这些单元。在紫外线浇铸固化法中，使可光固化液态聚合物分布在模压鼓(embossing drum)和聚合物薄片之间。聚合物片上的张力和/或来自橡胶套轧辊(rubber-covered nip roll)的压力有助于使所述可光固化液态聚合物流入鼓表面的图案中并将鼓和聚合物膜的界面上过量的所述聚合物排出。然后可利用紫外光源使粘着在所述聚合物膜上的所述聚合物固化，从而形成模压膜。然后可将模压膜从鼓上剥离，以进行进一步处理。热模压法包括将聚合物膜加热到其玻璃化转变温度以上并将聚合物膜压向模压鼓。经加热的聚合物可流入模压鼓的表面形貌中，然后进行冷却，从而所述表面形貌的形状保留在聚合物膜中，然后可将聚合物膜从鼓上剥离，用于进一步处理。

所得光学膜的质量取决于表面形貌复制的质量。因而，如果鼓表面遭到破坏(例如弯折、划伤、翘曲)，或者磨损达到一定程度使所制得的光学膜表现出临界光学性能，则必须对鼓进行修复。存在两种提供鼓表面形貌的方法。第一种方法经由例如微型机加工、光刻、蚀刻、激光写入(laser-writing)等方法对鼓自身表面构图。为修复这种模压鼓，切断模压生产线(embossingline)以能够接近鼓，然后将鼓从机器中取出并进行更换。这会涉及到：切断涂布生产线(coating line)、断开冷却水线路和机械驱动部件例如传送带、滑轮、电机和变速箱，然后将鼓完全从机器中取出。然后以倒序方式安装新鼓。这将耗费数小时的劳动来完成。

第二种提供鼓表面形貌的方法首先形成薄模具例如电铸模，并经由夹具、粘合剂等将所述薄模接合到光滑表面的鼓的表面上。当该模具遭到破坏或磨损时必须对其进行更换。更换模具涉及到：切断涂布机、将模具剥离以及将新模具安装在铸造鼓上。根据操作者的熟练程度，无论如何都会花费1～3小时。另外，操作者必须毫无障碍地接近铸造鼓，铸造鼓通常具有紧邻其安装的轧辊、一个或两个UV灯和剥离辊(stripper roll)，从而使得作业困难。该工序影响制膜的经济效益，从而期望其尽可能地短。另外，将所述模具安装在涂布机上，使模具直接且正确地套准或对准涂布机是困难的。

制膜存在的其它问题在于由于形成小块膜(patch film)的需要而产生的废料量。模具(例如电铸模)为分立的矩形片，从而涂层施加到与模具对准的小块膜上。对模具端部的过度涂覆将导致模具从鼓上剥离或遭到破坏。对小块膜涂布采用更复杂的涂布机。电铸模通过根本在另一家工厂中进行的电铸操作形成。电铸模的制造和使用造成材料和机器生产能力的大量浪费，补膜之间的区域和补膜的起始端和终止端为废料。另外，通常，制品尺寸(例如适合一种具体LCD显示器的矩形片)没有有效利用小块膜的尺寸，从而产生更多废料。

替换性方法是焊接或以其他方式连接电铸模的两端，从而形成固定在心轴上的柱状套筒。然而，接合处必须足够光滑，从而在其上进行涂布时不会造成涂层剥落或突起，该突起会在将涂覆膜卷绕成卷时将在涂覆膜上留下斑痕(引入缺陷)。另外，接合处仍然是一种从缝隙之间冲压造成的缺陷。

本领域一直以来所需要的是简化修复过程和缩短修复时间和/或减少废料、处理时间和/或设备的方法和设备。例如，模压工业(embossing industry)所需要的是允许在缩短的时间内更换模压鼓(和类似装置)的设备和方法。

发明内容

本申请披露模压鼓系统及其使用方法和维护方法，以及使用该模压鼓制成的膜。

在一种实施方案中，模压鼓系统可包括：具有外表面的心轴、从心轴的第一端延伸出的主轴颈、从心轴的第二端延伸出的次轴颈、和环绕心轴设置的无缝套筒，从而形成鼓。所述套筒包括刻入其外表面的图案。

在另一种实施方案中，模压鼓系统包括：外径基本不变的无缝鼓、从心轴的第一端延伸出的主轴颈、和从心轴的第二端延伸出的次轴颈。该鼓包括刻入其外表面的图案。

在一种实施方案中，光学膜的制造方法包括：将聚合物引入模压鼓系统，在聚合物表面中形成图案以制成膜，将膜从鼓上取下。模压鼓系统包括外表面上刻有图案的鼓。膜具有连续、无缝的图案并具有大于鼓周长的长度。

通过以下附图和详述对上述和其他特征举例说明。

附图说明

现参考附图，附图为示例性的而非限制性的，其中相同的附图标记表示相同的要素，为清楚地图示说明，在每一附图中没有重复所有的标记。

图1为示范性模压鼓的截面图；

图2a为示范性可脱开轴颈支座的立体图；

图2b为示范性改进可拆卸支座的立体图；

图2c为示范性简易支座的等角图；

图3为示范性改进鼓系统的侧视图；

图4为将锥度套筒与锥度鼓一起使用的鼓系统的另一实施方案的截面图；

图5为将锥度衬套与柱状鼓和柱状套筒一起使用的鼓系统的另一实施方案的截面图；

图6为图案直接形成在鼓表面上的示范性整体构造模压鼓的截面图。

具体实施方式

在制膜工业中，需要允许在缩短的时间内更换模压鼓(和类似装置)的设备和方法。这是因为模压鼓的修复耗时且降低生产线的效率。本申请披露的是模压鼓系统及其使用方法。该模压鼓系统包括：可脱开轴颈支座和包括可拆卸外套筒，例如刚性和/或锥度外套筒的鼓。该系统允许对鼓进行修复而无需将鼓从机器中取出，并缩短了修复破损或磨损鼓所需的时间，从而提高了运行效率并减少了修复的相关困难。更具体地，该系统包括改进的模压鼓和改进的安装系统。改进的模压鼓包括悬臂心轴(cantileveredmandrel)和套筒。套筒的内径具有锥度，将其锥度设置成与心轴外侧的相应锥度匹配。这种锥度允许将模压套筒从心轴的一端取下。为接近心轴的端部，改进的安装系统包括可打开且/或可松开并从心轴上取下的支架，如蚌壳状支架。

在一种实施方案中，模压鼓系统可包括：具有外表面的心轴、从心轴的第一端延伸出的主轴颈、从心轴的第二端延伸出的次轴颈、和环绕心轴设置的无缝套筒，从而形成鼓。套筒包括刻入其外表面的图案。该系统还可包括具有内锥度的衬套，其中，心轴外表面具有外锥度，以及其中衬套设置在套筒和心轴之间。在另一种实施方案中，第一衬套具有内锥度而第二衬套具有外锥度，其中，心轴为柱状且套筒为柱状，并且其中第一衬套设置在心轴和第二衬套之间，第二衬套设置在第一衬套和套筒之间。在另一种实施方案中，套筒的内表面具有内锥度，心轴的外表面具有外锥度。在一些实施方案中，图案包括粗糙度小于或等于约10nm的光学分面(opticalfacet)，将所述分面圆整到半径小于或等于约2μm。套筒可包含镍和/或铜。

在另一种实施方案中，模压鼓系统包括：外径基本不变的无缝鼓、从心轴的第一端延伸出的主轴颈、和从心轴的第二端延伸出的次轴颈。鼓包括刻入其外表面的图案。鼓可包括含有可金刚石车制材料(diamond-turnablematerial)的芯和含有环境稳定材料的涂层。该涂层可包含镍、钴、银、铝、钛、铱、金、铬、铍、钨、钽、钼、铂、钯和包括前述中至少一种的组合。

在一种实施方案中，光学膜的制造方法包括：将聚合物引入模压鼓系统，在聚合物表面形成图案以制成膜，将膜从鼓上取下。模压鼓系统包括外表面刻有图案的鼓。膜具有连续、无缝的图案并具有大于鼓周长的长度。可利用该膜形成背光显示器。

在一些实施方案中，鼓系统可包括：具有刻有图案的无缝外表面的鼓、从鼓的第一端延伸出的主轴颈、从鼓的第二端延伸出的次轴颈、以及与次轴颈啮合的可脱开轴颈支座。该系统还可包括邻近可脱开轴颈支座与鼓的第一端机械啮合的挡圈。可脱开轴颈支座可包括与主体部分可枢转连接的上卡头(jaw)，其中第二轴颈在上卡头和主体部分之间穿过可脱开轴颈支座。

在其它实施方案中，免除了独立电铸模，从而避免了电铸缝并且实现了膜(例如，该膜具有包括微结构的可用区域且长度大于鼓周长)的连续生产。因而，鼓可具有环绕其外表面的连续微结构并且可以是无缝的。连续外表面微结构可以几种方式实现：(i)鼓可包括直接形成在其外表面的所需图案(例如，光学图案即可用于形成准直膜的图案)的负像，(ii)微结构可直接形成在置于鼓上的套筒中，其中套筒可具有锥度内径和/或锥度衬套可放置在套筒和心轴之间。微结构可为用于准直片的微结构。例如，多面棱形结构，甚至是每一分面的表面粗糙度小于或等于10纳米(nm)，甚至小于或等于5nm，等等的多面棱形结构。微结构设置在一体式鼓上(没有可拆卸套筒的实心鼓)时，可采用所述各种快速拆卸技术将整个鼓从模压机上取下。在微结构直接设置在套筒外表面上的实施方案中，可采用本申请所述的各种快速拆卸和更换套筒技术。通过将图案直接设置在鼓或套筒上，可制造连续膜，而不形成补膜。从而减少了加工时间和废料。

现参考图1，示出了整体标记为2的示范性模压鼓的截面图。模压鼓2包括心轴4，从该心轴4延伸出主轴颈10和次轴颈12(此后称为“轴颈”)。轴颈能够支撑心轴4，从而使用过程中鼓2可在置于轴颈上的轴承14上旋转。模压套筒6设置在心轴4上。模压套筒6包括可与心轴4的外锥角(θ)相对应的内锥角(internal taper angle)(ф)，从而允许在次轴颈12和轴承14上将模压套筒组装到心轴4上。可使用挡圈8将套筒6紧固(例如弹簧状固定)在心轴4上，挡圈8可同时固定(例如螺栓连接、弹簧状紧固件和/或其他可拆卸安装)在两个部件上。

可利用各种机加工方法(例如车削、铣削、磨削)，由例如金属(例如铜、铝、铁、铬、镍、钴)、金属合金(例如马氏体、铁素体和奥氏体不锈钢材料)等材料以及包括前述中至少一种的组合制成心轴4。为了制造所需的膜，控制心轴4的温度，进而控制鼓2的温度。因而，可将温控装置(未示出)设置在心轴4内。例如，可将包含热传递流体(例如水)的热传递通道(例如水道)、双层螺旋隔热板(double-shell spiral baffle)、热交换盒(heat exchange cartridge)等设置在心轴4内。

可根据一些变量例如套筒6和心轴4的热膨胀系数以及使心轴4和套筒6之间的热传递最大化的能力，选择心轴4外径的锥角θ。例如，锥角θ可为约0.5°～约10°，或者更具体地为约0.5°～约5°，或者甚至更具体地为约0.5°～约3°，例如约1°。

心轴4和轴颈可由一个材料坯体(如图所示)形成，或者单独形成并连接在一起。在一种实施方案中，轴颈可包括不锈钢轴，可将铝心轴4压配合在该不锈钢轴上。然而无论何种装配和/或制造方法，期望模压鼓2的部件(例如，心轴4、套筒6、挡圈8、轴承14)同心且对称，以保证运转过程中平稳转动，而没有振动或偏心。

主轴颈14的长度可大于次轴颈12的长度，以允许将附加轴承14装配于其上。可加入附加轴承，从而在移开次轴颈上的可脱开轴颈支座以卸下套筒6时，使得主轴颈能够支撑鼓2。然而轴颈可具有任意所需的长度并赋予特定心轴4结构完整性。对于一些应用，轴颈的长度可为约2英寸(5厘米(cm))～约16英寸(41cm)，或者更具体地为约4英寸(10cm)～约12英寸(30cm)。例如，主轴颈10的长度可为12英寸(30cm)并具有两个轴承14，次轴颈12的长度可为4英寸(10cm)并具有一个轴承14。

轴颈的直径取决于一些变量，例如心轴4和套筒6的尺寸和重量、轴颈所用材料的强度等。因而，轴颈的确切尺寸随应用而改变。例如，在一种实施方案中，对于直径8英寸(20.3cm)、长24英寸(61cm)的心轴4，轴颈的直径可为2.5英寸(6.4cm)，其中心轴4和轴颈包含400号不锈钢，鼓表面镀铬，套筒6包含铝(例如硬质阳极氧化铝等)。

可对轴颈上所用的轴承14进行设计以延长使用寿命，并且轴承14可具有公差以在运行过程中产生低振动(密封硬化滚子轴承(sealed，hardenedrolling element bearing))可采用任意方法如压配合，将轴承14装配到轴颈上。为能够快速、便捷地修复鼓，鼓2包括设置在心轴4端部的可脱开轴颈支座。当可脱开轴颈支座打开并从轴颈上卸去时，鼓2从相对轴颈悬臂。因而，当具有这种构造时，应采用能够耐受应力的轴承14。

可使用挡圈8将套筒6固定在心轴4。在所示实施方案中，可使用螺栓，螺栓可插进设置在挡圈8一面上的孔18(例如埋头通孔)中。另外，孔18可包括置于其中的螺丝，螺丝具有任选的一个或多个起升件7(例如起升螺栓、起升螺杆等)。将套筒6从心轴4上卸下的过程中，一个或多个起升螺丝7可相对心轴4发挥杠杆作用以将挡圈8推离心轴4，从而简化挡圈8的拆卸。另外，挡圈包括对准心轴4中一个或多个螺纹孔17的一个或多个孔18。所述螺纹孔使一个或多个紧固件能够将挡圈8固定在心轴4上。挡圈8可包含任何材料，例如以上针对轴颈所述的材料。此外，可使用任意数量和构造的孔17和18。挡圈8的内径最好是能够套装在次轴颈12上一个或多个轴承14上的直径，以在修复鼓的过程中能够便捷地拆卸挡圈和套筒。

套筒6安装成与心轴4一同旋转。因而，如图1、3和4所示，套筒6的厚度设置成可容纳螺栓的丝锥16，从而可将套筒6螺栓连接在挡圈8上和/或以其它方式接合，从而实现一同旋转。挡圈又经由可拆卸螺栓17连接到心轴4上。还可采用将套筒6可拆卸地固定在心轴4上的其他方法。

根据鼓2的功能，套筒6上可设置有可拆卸模具(即可拆卸地置于套筒上，从而可在不破坏套筒的情况下从套筒上卸下)，例如电铸模和/或其他外部模具(例如橡胶面模具(rubber surface tool)等)，其中模具包括所需的表面形貌(例如微结构)或者可赋予所制造的膜所需的表面(例如，光滑表面、粗糙表面和/或压印表面)。例如，如果使用鼓2制造光增强膜等，则可将包括所需膜表面几何结构(例如棱形结构等)负像的模具(例如电铸模等)设置在套筒6上。可在将套筒6设置心轴4上之前或之后，将模具设置在套筒6上。出于效率的考虑，可在将套筒6设置在心轴4上之前将模具设置在套筒6上，从而当心轴上的套筒需要更换时，可快速更换心轴和模具。该模具的厚度可小于或等于约0.01mm，或者更具体地小于或等于约500μm。

在其他实施方案中，如果使用套筒6赋予制品压印表面，可为多层(例如其中在不破坏套筒的情况下多个层是不可分离或不可移动)或单一整体结构的套筒6可包括直接形成在其外表面上的图案，如图4所示。

另外，如图5所示，鼓系统80可包括环绕柱状心轴104设置的无缝、柱状套筒106，并具有将套筒106保持在心轴104上的锥度衬套112和114.还应当注意的是，通过使用内表面具有锥度的锥度衬套，可将柱状套筒106用在锥度心轴4上。在该实施方案中，可环绕心轴设置套筒，然后可将衬套滑入套筒和心轴之间的位置。在使用多个衬套时，可将套筒设置在心轴上，或者可将套筒设置在第二衬套上，然后将带有第二衬套的套筒设置在心轴上。将带有第二衬套的套筒置于心轴上后，可将第一衬套(即设置在鼓系统的可脱开轴颈端的衬套)滑入到位。第一衬套可置于套筒和心轴之间，以及根据锥度(外表面或内表面)可置于套筒和第二衬套之间或者第二衬套和心轴之间。为便于装配，第二衬套可具有内锥度表面。

当与上述锥度心轴和锥度套筒一同使用时，所述一个或多个衬套可具有相配合的锥角(按需要与其它衬套或心轴配合)。锥角可与上述锥角相同。由于每一台机器将使用多个套筒，因而锥度衬套简化了鼓系统，同时一个或多个衬套可重复使用。另外，特别是微结构设置在套筒中时，柱状套筒(无锥度)可简化制造、微型机加工和/或镀覆等。

套筒的尺寸和几何形状取决于具体应用和心轴4的尺寸。在一些实施方案中，套筒6可具有足够的厚度，以安装在心轴4上、例如容纳紧固件(例如螺钉)、以及可重复利用。例如，套筒6的厚度可大于或等于约1.5毫米(mm)，或者更具体地大于或等于约3mm，或者甚至更具体地大于或等于约5mm。在其他实施方案中，例如套筒由一个或多个衬套支撑，所述一个或多个衬套可利用一个或多个紧固件将套筒固定在心轴上或不利用紧固件将套筒固定在心轴上。

在一些实施方案中，柱体是无缝的且在其外表面上包括连续图案。在其它实施方案中，套筒6可大致为柱状并且可选地包括从其一端延伸到另一端的狭缝(例如纵向狭缝)，从而在套筒6设置在心轴4上时套筒6的直径能够变化。可设置套筒6的锥角ф以与锥角θ匹配，从而保证两者间的适度配合和有效热传递。可选地，锥角ф可与锥角θ不同，例如小于锥角θ，以使心轴4和套筒6紧密地配合在一起。然而，角θ和ф之差可能增加将套筒6从心轴4上卸下的复杂性和时间。

在另一种实施方案中，鼓102具有直接形成于其表面的图案，从而消除了安装在鼓上的电铸模套筒上可能存在的任何缝隙(参见图6)。换言之，在该实施方案中，图案可直接形成(例如金刚石车制)于鼓表面。换言之，鼓、图案和图案上的任何涂层在不被破坏的情况下不能够分隔为不同的组件。它们是外表面具有微结构的一体式无缝组件，从而可由该组件形成具有连续微结构(无缝)且长度大于鼓周长的膜。

因而，鼓表面包含可金刚石车制的材料(例如铜、镍、磷、铝等和包括前述中至少一种的组合)，在所述鼓表面上机加工出微结构。鼓或套筒可由所述材料制成，或者鼓可由其他材料例如钢制成，然后涂覆或镀覆可金刚石车制的材料。如果所选择的可金刚石车制的材料对环境损害例如氧化、锈蚀、点蚀、刻划、撞压等具有抗性，则可原样用在涂布机上。例如，镍磷合金既可金刚石车制又具有环境稳定性，尽管金刚石车制困难。另一方面，如果材料不具有环境稳定性(例如铜，其易于金刚石车制，但软、硬度低且易氧化和锈蚀)，则在金刚石车制之后可施用薄的保护性金属涂层以保护表面和/或可使表面钝化，从而钝化过程形成的薄且均匀的氧化物层在鼓上(例如在铜上)起到保护性涂层的作用。

机加工有微结构的可金刚石车制涂层可足够厚，以容纳切割微结构(cutmicrostructure)，并且按照需要足够厚，以允许重复使用，从而在涂层过薄且必须重新镀覆之前可实现在生产中多次切割操作和使用。例如，厚度可为约0.1～5mm。如果可金刚石车制材料不具有环境稳定性，则金属保护外层薄且光滑，从而保持微结构的光学精度。通常光学多面体必须保持光滑，达到粗糙度小于或等于约10nm，尖锐的形貌不能够圆整，达到半径大于或等于约2微米(μm)。涂层可坚硬、致密且抗环境侵蚀。例如，涂层可为例如针对具有微结构的套筒所述的那些金属，例如铬、镍、镍-钴合金、镍-磷合金等。

套筒和鼓的材料取决于具体用途和成型技术(例如表面是否形成有微结构)。可能的材料包括：金属(例如，铜、铝、铁、镍、铬、钴)以及包括前述中至少一种的合金；聚合物材料(热塑性和/或热固性聚合物材料)。例如，所述材料可为橡胶，或者可包括马氏体、铁素体和/或奥氏体不锈钢。套筒或鼓还可为多层，如钢、铝以及为所需加工赋予充分的结构完整性的其它材料，并且具有能够包含所需图案的材料构成的表面涂层(外层)。例如，表面涂层可包含镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、银(Ag)、铁(Fe)、铝(Al)、钛(Ti)、铱(Ir)、铬(Cr)、铍(Be)、钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)等，以及包括前述中至少一种的组合，例如具有铬和/或镍构成的表面涂层的铜，等等。一些可能的合金包括镍-磷(NiP)合金(例如包括基于合金总重约5wt％～约25wt％的P，或者更具体地约8wt％～约20wt％的P，或者甚至更具体地10wt％～约15wt％的P)、钯-磷(PdP)合金、钴-磷(CoP)合金、镍-钴(NiCo)合金、金-钴(AuCo)合金以及钴-钨-磷(CoWP)合金。

可经由各种技术例如机加工(如微型机加工)、平版印刷(如光刻)、蚀刻、沉积、激光写入、金刚石切割等，将图案(例如具有纳米级分辨率的微结构，如反光单元(立体角(例如三棱锥)、三面形、半球形、棱形、椭圆形、四方形、沟槽、通道等，以及包括前述中至少一种的组合))设置在套筒(图4和5)或鼓(图6)上。通常采用金刚石切割，以获得所需的纳米级分辨率和多面体棱角半径(facet edge radius)。

根据鼓的材料，如果图案形成于鼓的外表面，则形成图案后可立即在鼓上形成涂层，以抑制氧化和/或提高形成图案的形貌的结构完整性。图案可包括具有微结构的形貌，所述微结构的尺寸小于或等于约100微米(μm)。此外，所述微结构例如棱柱具有分面，所述分面是光学平滑的，其表面粗糙度R_a小于或等于约50nm，或者更具体地小于或等于约25nm，或者甚至更具体地小于或等于约10nm，再具体地小于或等于约5nm。

可采用各种涂覆方法将涂层设置在图案上，所述涂覆方法形成的涂层能够符合和保持图案的纳米级分辨率并且具有所需的平均表面粗糙度(Ra)，例如Ra小于或等于约10nm。示范性涂覆方法包括镀覆(例如化学镀、电镀等)、气相沉积、溅射和喷涂(例如等离子喷射沉积(plasma spray deposition))、或者简单的化学或电化学钝化(例如能够控制形成氧化物层(例如薄且均匀的氧化物层))。例如，铝制柱状芯可以被电镀有铜(例如UBAC铜)，从而形成鼓，例如镀有约1.5毫米厚的铜。然后在利用铬或镍-钴合金对鼓进行电镀例如达到10nm～1000nm厚之前，可对鼓进行金刚石车制，从而在铜中形成棱面微结构。

然后可以各种方法(包括电镀法)对经金刚石车制的鼓进行镀覆。电镀法可在电镀槽中进行，在电镀槽中鼓的外表面通过电触点作为阴极。阳极可由各种金属构成，包括镀金属过程中将要沉积的金属。例如如果镍是镀金属过程中所需的金属，则可使用镍或镍合金阳极。例如，可将鼓放入电镀液中并可选地旋转(例如最高约10转/分钟(rpm)左右)，以更均匀地沉积金属。与阳极和阴极电连通的整流器在此过程中可保持恒定或者可进行调节。在最多约24小时内可完成电镀。

电镀槽中的溶液可为包含表面活性剂的水溶液，pH值小于或等于约6，并且可选地包含硬化剂。溶液还包含将要沉积的金属。溶液的一种实施方案可包含约60克/升(g/l)～约100g/l的金属(例如将要沉积的金属)氨基磺酸盐，足量的酸以达到小于或等于约为6的pH值，足量的表面活性剂以影响将要涂覆的金属表面的浸润性，以及可选的硬化剂例如以控制沉积物中的应力。例如，溶液可包含约70g/l～约90g/l氨基磺酸镍，约25g/l～约35g/l硼酸，和足量的氨基磺酸以达到约2～约为5.0的pH值。

当向系统施加电流时，阳极金属氧化形成金属离子，然后金属离子向负极(鼓的外表面)迁移并沉积在负极上。然后负极将金属离子还原为金属单质。以下示出了镍在阳极和阴极发生的反应：

阳极：Ni⁰-2e^-→Ni²⁺

阴极：Ni²⁺+2e^-→Ni

其他金属的电镀也在阳极和阴极经历类似的反应。一些可用于电镀过程的金属包括以上针对涂覆鼓所述的那些金属。

电镀过程的参数包括溶液温度、成分和整流电压。对于温度，可选地将电镀槽中的溶液加热至约30℃～约80℃，或者更具体地约35℃～约60℃，或者甚至更具体地约40℃～约50℃。可使用整流器向电极施加足够的电压以产生电流，从而引发将要沉积的金属的阳极氧化，并在负极将金属离子还原。对于Ni或Ni合金涂层的形成，例如，电流密度可为约2安/平方英尺(ASF)～约100ASF左右，或者更具体地约5ASF～约60ASF，或者甚至更具体地约10ASF～30ASF。

在施加电流的电镀槽中的接触时间可根据将要形成的具体金属涂层和该涂层的所需厚度来确定。涂层厚度可基于所需的结构完整性和形成于涂层表面的形貌的尺寸。厚度可高达并超过约500微米(μm)左右，或者更具体地约50μm～约400μm，或者甚至更具体地约100μm～约300μm，或者再具体地约150μm～约250μm。

可通过控制电镀的工艺参数，调整所沉积的金属涂层的厚度。该金属涂层的厚度可根据下式计算：

$T=\left(\frac{M\·I\·t}{\left|Z\right|\mathrm{F\ρA}}\right)$

其中：T＝电镀涂层的厚度；

      M＝金属的摩尔质量；

      I＝电流；

      t＝电镀时间；

      |Z|＝金属价态的绝对值；

      F＝法拉第常数；

      ρ＝金属的密度；和

      A＝将由金属覆盖的表面积。

该等式给出了假设阴极效率为100％时的理论最大厚度。然而，因为电极的效率未必为100％，所以实际厚度通常小于由该等式计算得到的厚度。通常电极的效率根据所用材料以及其他因素为约95％～约99％。

达到所需的厚度后，立即将整流器关闭并将柱体从电镀槽中取出。可选地，例如利用水(例如去离子水(即经离子交换树脂处理以除去其中离子的水))冲洗所涂覆的母版，并将母版保留在惰性气氛中(例如在环境条件下不与副版表面进行化学反应而改变表面化学性质的气氛)。一些可能的惰性气氛根据环境包括氮、氩、氦、真空等。

保护鼓或套筒表面的另一种方法为钝化，即通过化学和/或电化学方法在鼓表面上形成氧化物和/或氢氧化物涂层。氧化物涂层的形成可包括阳极氧化过程，其中施加电解电流和电压以形成厚度可控的氧化物涂层。化学钝化可包括在一段可控的时间段内将鼓的表面浸在溶液中。具体溶液取决于鼓的成分。一些可能的溶液包括碱金属的氢氧化物溶液、铬酸盐(例如重铬酸钾)等。

例如，可选地利用Simple Green solution(可商购自Sunshine Makers，Inc.，Huntington Beach，CA)冲洗鼓的表面，然后喷淋皂苷溶液以提高表面的浸润性。可将重铬酸钾溶液(例如约5g/升(g/l))施用在鼓表面上(例如倒在表面上)。然后将重铬酸钾从鼓表面上冲掉，从而形成钝化的鼓表面。可选地，可根据需要重复施用皂苷和重铬酸钾。

在随后的实施例中，铝鼓镀有约1.5mm厚且维氏硬度为约220的铜。然后，将铝鼓金刚石车制为棱面结构。然后对鼓进行酸洗并电镀镍-钴合金，此后使用光学表面轮廓曲线仪测量表面粗糙度。结果如表1所示。样品1和3的数据为镀覆铜箔的数据，而样品2和4的结果为实际鼓的结果。结果显示，进行保护性镀覆之后表面粗糙度可保持在10nm以下，甚至5nm以下。测量结果通过使用光学表面轮廓曲线仪(MicroXAM表面轮廓仪，ADEPhase Shift，Tucson，AZ)获得。

现参考图2a，该图示出了示范性可脱开轴颈支座的立体图。鼓2由可脱开轴颈支座30支撑，可脱开轴颈支座30与位于次轴颈12上的轴承14接触。可脱开轴颈支座30包括上卡头32，上卡头32能够如指向箭头42所示在枢轴(pivot)34处打开。卡箍36设置在螺纹杆38上，使其可用于将上卡头32固定到轴承14上。当上卡头32松开(未固定)时，可脱开轴颈支座30可经由铰链40例如沿指向箭头44所示的方向远离鼓2转动。转出后，可将用于将挡圈8固定在心轴4上的螺栓(未示出)卸下，从而可将套筒6从心轴4上取下(可选地可使用起升螺栓以将套筒6从心轴上拉出)。

可脱开轴颈支座30可包括能够在取下套筒6的一侧(即套筒内径最小的一例)从鼓上卸下的任意设计。

图2b示出了可拆卸支座的另一种实施方案，即改进的可拆卸支座的立体图。改进的可拆卸支座50包括上卡头32和下卡头52，所述卡头在枢轴34处能够打开脱离轴承14(如指向箭头46、48所示)。上卡头32和下卡头52还能够经由连接在螺纹杆38上的卡箍36固定轴承14。另外，当上卡头32和下卡头52未固定时，改进的可拆卸支座50可经由铰链40如指向箭头54所示远离轴承14摆动。

可拆卸支座的另一种实施方案如图2c所示。在该实施方案中，上卡头32可经由螺栓58螺栓连接在简易支座56上。简易支座56可经由螺栓58螺栓连接在制造设备的机座(未示出)上。为接近鼓2，可卸下固定上卡头32的螺栓58，还可通过卸下简易支座56上的螺栓将简易支座56卸下。

可脱开轴颈支座30、改进的可脱开轴颈支座50和简易支座56(此后称为“可脱开轴颈支座”)可包含例如以上针对轴颈所述的那些材料。期望地，制造耐磨的可脱开轴颈支座，在长期使用过程中磨损可造成轴颈的偏心和/或轴承的过早失效。

现参考图3，该图示出了整体标记为60的示范性改进鼓系统的侧视图。套筒64部分地装配在心轴4上。套筒64包括与心轴锥角θ相等的内锥角。套筒64的外径与心轴4同心且为恒定直径(无锥度)。套筒64还包括狭缝(未示出)，狭缝沿套筒64整个长度设置，从而将套筒64推进到心轴4上时，套筒64可沿直径膨胀。可环绕套筒64设置电铸模62。电铸模62为管状并且在其外表面上具有模压图案以及在其内表面上具有光滑膛。通过按照指向箭头所示将套筒64推进到心轴4上，可将电铸模62固定在改进鼓60上。套筒64随着被推进到心轴4上而沿外径膨胀。膨胀套筒64可与电铸模62接合，从而将电铸模62固定在心轴4上。然后可将挡圈8螺栓连接在心轴4和/或套筒64上。

套筒64和电铸模62可具有公差，从而在套筒64设置在心轴4上后使狭缝的宽度最小。由于电铸模62跨越狭缝的部分未得到支撑，如果狭缝较宽，则电铸模62可在制膜过程中的压力作用下偏移并在膜制品上产生反复出现的瑕疵。套筒64装配在心轴4上后，狭缝的宽度可小于或等于约0.5英寸(1.3cm)，或者更具体地小于或等于约0.25英寸(0.6cm)，甚至更具体地小于约0.1英寸(0.2cm)。

如上所述，消除了电铸模缝隙且包括图案的鼓102也可与上述可拆卸支座一起使用，从而可利用可拆卸支座拆卸和更换整个鼓102。在该实施方案中，可拆卸支座可位于鼓的两侧，以将鼓和轴承从它们的支座上卸下。

电铸模62可通过典型的电铸过程形成或者可为通过模制、压制、机加工、磨削和/或其它过程形成的塑料模具。电铸模可包含金属，例如镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、铁(Fe)、铝(Al)、钛(Ti)、铱(Ir)、金(Au)、铬(Cr)、铍(Be)、钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、铂(Pt)、钯(Pd)等，以及包括前述金属中至少一种的合金，和包括前述金属中至少一种的混合物。一些可能的合金包括镍-磷(NiP)合金、钯-磷(PdP)合金、钴-磷(CoP)合金、镍-钴(NiCo)合金和钴-钨-磷(CoWP)合金。例如，在一种实施方案中，套筒64可包含为提高耐磨性经过阳极氧化的铝，电铸模62可包含镍-钴合金并且厚度为50微米(μm)～约500μm。

以前，鼓的修复和/或电铸模的更换耗时且困难。例如，铸造鼓具有光滑表面且通过双面胶带与电铸模接合。修复和更换需要操作者将胶带和电铸模剥离，将粘性残留物从鼓上清除，然后施用新的胶带，最后施用新的电铸模。需要非常小心地平滑地施用胶带和电铸模，即没有可造成缺陷的褶皱或气泡。如果存在任何缺陷，则将模具和胶带剥离并重复该过程。

安装电铸模的另一种方法是在鼓表面上使用夹钳机构以夹持电铸模的端部。在这种情况下，操作者仍须手动安装模具。该方法的缺点在于夹钳机构体积大并阻碍鼓和电铸模之间的良好热传递。另外，由于难以接近大型夹钳机构，因而可能使得电铸模的拆卸困难。

如本申请所披露的，模压鼓系统包括可拆卸套筒/膜和可脱开轴颈支座，从而可缩短代价高昂的制造设备停机时间并允许较容易的鼓系统修复。此外，可改造现有制造设备上的鼓系统，以赋予旧设备上述优势。应当注意的是，本申请所述的鼓系统可用于各种应用，包括热压辊、膜导辊、印刷辊、冷却辊等。

应当注意的是，可采用涂覆法(例如紫外线(UV)浇铸固化法)制造膜(例如棱面增亮膜(prismatic brightness enhancement film))。将UV固化液态树脂夹在由辊提供的塑料膜和附着在温度可控铸造鼓表面上的模具(例如电铸模)之间。树脂填充所述“模具”或“模子”，从而当经由UV光使树脂固化并将树脂剥离模具时，塑料膜上的涂层为模具的复型。所述模具为分立的矩形片，从而涂层必须施加到对准模具的小块上。该工艺的问题可包括：模具端部的过度涂覆可导致模具从鼓上剥离或遭到破坏；对小块涂覆需要更复杂的涂布机；形成模具给使用电铸操作带来额外的复杂性；材料和机器生产能力的较多浪费；各小块之间以及小块的起始端和终止端的区域为废料；以及大多数情况下制品尺寸(配合一种具体LCD显示器的矩形片)没有有效利用小块膜的尺寸，从而产生更多废料。

如上所述，表面形貌可设置于套筒例如多层套筒。此外，应当理解的是，表面形貌可直接设置于心轴。可利用各种方法例如机加工(例如微型机加工、金刚石机加工等)、平版印刷(例如光刻)、蚀刻、沉积、激光写入等，将表面形貌直接设置于套筒或心轴。可选地，可将薄层(例如小于或等于约10μm厚，或者甚至更具体地约1纳米(nm)～约1μm厚)设置在表面形貌上，例如以提高表面形貌的硬度和/或化学稳定性。

用于套筒、心轴和任意薄层的材料包括以上针对套筒、电铸模和表面层所述的材料。例如，所述材料可以是这样的材料，该材料能够实现：薄、均匀且具有足够密度的表面涂层以便不改变微结构的光学性质(例如尖端保持尖锐)，并且所述表面涂层的平均表面粗糙度(Ra)小于或等于约10nm；例如与铜相比，表面耐划且耐化学侵蚀(例如相对涂层材料为化学惰性的)；和/或不采用表面层(例如薄层)的情况下，基体材料本身可耐划且耐化学侵蚀，并且可进行金刚石车制以产生相当的尖端尖锐度和表面粗糙度。

表面形貌直接用于套筒和/或心轴允许微结构塑料膜的高效批量生产，无需电铸模(或其它模具)厂家，简化了设备，无需处理模具缝隙和补丁涂覆。该技术和设备可明显改善材料的使用效率和涂布机的工作能力，例如各自改善约2～3倍。

本申请所披露的范围包含的并可组合(例如，范围“达到约25wt％，或者更具体地约5wt％～20wt％”包括端点值和范围“约5wt％～约25wt％”的全部中间值等)。“组合”包括共混物、混合物、衍生物、合金、反应产物等。另外，术语“第一”、“第二”等在此不表示任何顺序、量或重要性，而是用于区分各个要素，术语“一个”在此不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所述项。与量结合使用的修饰语“约”包括所述值并具有文中所规定的含义(例如包括与具体量的测量有关的误差度)。在此所使用的后缀“(s)”意图包括它所修饰的项的单数和复数形式，由此包括一个或多个该项(例如，着色剂包括一种或多种着色剂)。说明书中参考“一种实施方案”、“另一种实施方案”、“一个实施方案”等是指结合实施方案所述的具体要素(例如，形貌、结构和/或特征)包括在本申请所述的至少一种实施方案中，并且可能出现在其它实施方案中或者可能没有出现在其它实施方案中。另外，应当理解的是，在各实施方案中所述要素可以按任意合适的方式组合。

在此结合所有所引用的专利、专利申请和其它参考文献的全文作为参考。然而，如果本申请中的术语与所引参考文献中的术语矛盾或抵触，则本申请的术语优先于所引参考文献中的抵触术语。

尽管参考优选实施方案对本发明进行了描述，但本领域技术人员应当理解的是在不脱离本发明范围的情况下可作出各种改变并且等同物可取代本发明的要素。另外，在不脱离本发明真正构思的情况下，可作出各种改进，以使本发明的教导适用于具体情况或材料。因而，本发明不限于所披露的预期为本发明最佳实施方式的具体实施方案，而是包括落在所附权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (24)

1.一种模压鼓系统，包括：

外表面具有外锥度的心轴(4)；

从所述心轴(4)的第一端延伸出的主轴颈(10)；

从所述心轴(4)的第二端延伸出的次轴颈(12)；

内表面具有内锥度的套筒(6)，其中所述套筒(6)环绕所述心轴(4)设置，从而形成外径基本不变的鼓；和

与所述次轴颈(12)啮合的可脱开轴颈支座(30、50)，其中所述套筒(6)的内径最小的套筒第一端邻近所述可脱开轴颈支座(30、50)设置。

2.一种模压鼓系统，包括：

具有外表面的心轴(4、104)；

从所述心轴的第一端延伸出的主轴颈(12)；

从所述心轴的第二端延伸出的次轴颈(10)；和

环绕所述心轴(4、104)设置以形成鼓的无缝套筒(106)，其中所述套筒(106)包括刻入其外表面的图案。

3.如权利要求2所述的系统，还包括具有内锥度的衬套，其中所述心轴的外表面具有外锥度，并且其中所述衬套设置在所述套筒和所述心轴之间。

4.如权利要求2所述的系统，还包括具有内锥度的第一衬套和具有外锥度的第二衬套，其中所述心轴为柱状并且所述套筒为柱状，以及其中所述第一衬套设置在所述心轴和所述第二衬套之间，并且所述第二衬套设置在所述第一衬套和所述套筒之间。

5.如权利要求2所述的系统，其中所述套筒的内表面具有内锥度，并且所述心轴的外表面具有外锥度。

6.如权利要求1所述的系统，还包括环绕所述套筒(6)的至少一部分设置的电铸模，其中所述电铸模包括包含反光单元的图案，以及其中所述电铸模是从带、板、管和包括前述中至少一种的组合所构成的组中选择的形式。

7.如权利要求2-6中任一项所述的系统，其中所述图案包括光学分面，所述光学分面的粗糙度小于或等于约10nm并圆整到半径小于或等于约2μm。

8.如权利要求1-7中任一项所述的系统，其中所述套筒包含从镍、铜和包括前述材料中至少一种的组合所构成的组中选出的材料。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述可脱开轴颈支座(30、50)包括可枢转连接在主体(52、56)上的上卡头(32)，其中所述次轴颈(12)在所述上卡头(32)和所述主体(52、56)之间穿过所述可脱开轴颈支座(30、50)。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述可脱开轴颈支座(30、50)还包括脱开装置，所述脱开装置包括杆(38)和卡箍(36)，其中所述杆(38)与所述上卡头(32)物理接合。

11.如权利要求1-10中任一项所述的系统，还包括与所述套筒第一端机械接合的挡圈(8)。

12.如权利要求1-11中任一项所述的系统，其中所述套筒的内表面和所述主轴的外表面包含不同的材料。

13.如权利要求1-12中任一项所述的系统，其中所述内锥度的锥角为约0.5°～约10°。

14.一种鼓系统维护方法，包括：

脱开鼓系统上的可脱开轴颈支座(30、50)，其中所述鼓系统包括：

心轴(4)；

从所述心轴(4)的第一端延伸出的主轴颈(10)；

从所述心轴(4)的第二端延伸出的次轴颈(12)；

环绕所述心轴(4)设置套筒(6)，从而形成外径基本不变的鼓；和

与所述次轴颈(12)接合的可脱开轴颈支座(30、50)，其中所述套筒(6)的内径最小的套筒第一端邻近所述可脱开轴颈支座(30、50)设置；和

使所述套筒(6)滑离所述心轴(4)并滑过所述次轴颈(12)。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述心轴(4、104)和所述套筒(6、106)包括热膨胀系数不同的材料，并且还包括在滑动所述套筒(6)之前加热所述心轴(4、104)和所述套筒(6、106)。

16.如权利要求14-10中任一项所述的方法，还包括环绕所述套筒(6)的至少一部分设置的电铸模，并且其中所述电铸模为连续管，并且还包括将另一套筒(6)滑动到所述心轴(4)上并使所述另一套筒(6)膨胀，从而将所述电铸模绷紧。

17.如权利要求14-11中任一项所述的方法，其中滑动所述套筒(6)还包括使所述心轴(4)与起升件(7)接合，所述起升件(7)穿过设置在所述套筒第一端的挡圈(8)。

18.如权利要求14-12中任一项所述的方法，其中所述心轴(4)的外表面具有外锥度并且所述套筒(6)的内表面具有内锥度。

19.如权利要求14-12中任一项所述的方法，还包括具有内锥度的第一衬套(112)和具有外锥度的第二衬套(114)，其中所述心轴(104)为柱状且套筒(106)为柱状，并且其中所述第一衬套(112)设置在所述心轴(104)和所述第二衬套(114)之间，且所述第二衬套(114)设置在所述第一衬套(112)和所述套筒(106)之间。

20.一种模压鼓系统，包括：

外径基本不变的无缝鼓(102)，其中所述鼓包括刻入其外表面的图案；

从所述心轴的第一端延伸出的主轴颈(12)；和

从所述心轴的第二端延伸出的次轴颈(10)。

21.如权利要求20所述的系统，其中所述鼓包括：芯，其包含可金刚石车制的材料；和涂层，其包含环境稳定材料。

22.一种制造光学膜的方法，包括：

将聚合物引入模压鼓系统(70、80)，其中所述模压鼓系统(70、80)包括在其外表面(102、106、64)刻有图案的鼓(102)，其中所述鼓具有周长；

在所述聚合物的表面形成所述图案，从而制成膜；和

将所述膜从所述鼓上取下；

其中所述膜具有连续、无缝的图案且长度大于所述周长。

23.一种通过如权利要求11所述的方法制造的光学膜。

24.一种包括如权利要求12所述的膜的背光显示器。

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