CN101930168B - 用于真空成形基片的真空成形装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在用树脂涂布的基片上形成光学图案的真空成形装置以及真空成形方法。所述装置包括具有侧壁的真空室本体，以及分别用于密封所述侧壁的顶部和底部的盖子和底板，其中，所述真空室本体内部配置有用于将三维图案转印到基片上的成形模具，以及能上升和下降的成形模具框，用于固定所述成形模具的边缘。由于所述成形模具框的下降，由所述盖子，侧壁和底板密封的空间被分隔为上腔和下腔。尽管扩大了基片的尺寸，本发明甚至适用于三维图案，例如复杂形式的光学图案，且能够预防在基片上所形成的图案中未成形区域的发生，或者缺陷的发生，例如气泡。

Description

用于真空成形基片的真空成形装置和方法

技术领域

本发明涉及用于生产光学基片或者功能基片的装置和方法，尤其是涉及能够在如用于背光单元的导光板(LGP)的大型基片(substrate)上形成三维图案的真空成形装置和真空成形方法。

背景技术

导光板是用于液晶显示设备中使用的背光设备的元件，且在其一侧或两侧具有光学图案，用于将线光源例如冷阴极荧光灯，或者点光源例如LED，转化为表面光源。

为了在导光板上形成这样的光学图案，已经使用了如注塑成型、使用反射型油墨的丝网印刷，以及使用紫外线固化树脂(以下称为UV树脂)或热固树脂成形的方法。

注塑成型法适于形成复杂的结构，但是成型时间和冷却时间长。印刷法涉及相对简单的过程，但这种方法并不适用于复杂的光学图案。由于这些原因，曾经有许多发展用热固性树脂或UV树脂在导光板上形成光学图案的方法的尝试，因为此方法由于其相对简单的流程和短的固化时间而更可取。

该UV成形法是这样实施的：当压膜被紧密粘附到涂有UV树脂的大型基片上时，存在于两者之间的UV树脂以无空隙的方式(无任何空白空间)填补间隙，然后将此UV树脂用紫外线辐射固化，放开压膜，被刻到压膜上的光学图案的形状就被转印到了基片。该UV成形法利用了图形可转移的性质。

然而，当将辊式压膜或平板式硬压膜用于传统的UV成形法时，难以精确地控制大型基片和该压膜之间的平坦度，因此在压膜和基片之间缺少UV树脂的地方可能出现空隙，以至于可能出现如未成形区域和气泡等缺陷。

也可能出现一个问题，即当紧密粘附该压膜时，涂敷于该基片上的树脂被挤出到该基片的边缘，破坏外观。

在连续提供的薄片，例如作为背光单元的元件之一的棱镜片上利用UV树脂形成光学图案的方法已在大规模生产阶段。然而，由于上述这些问题，利用UV成形法在一个一个薄片提供(非连续提供)的基片上形成光学图案的方法还没有达到商业化的阶段。

同时，至于将UV树脂涂敷到基片上的方法，丝网印刷法、狭缝涂布法，辊涂法等可能被提及。然而，在通过丝网印刷法涂布相对高粘度UV树脂(通常，具有100cps至10000cps的粘度)的情况下，由于丝网的精细的网格和UV树脂的表面张力，可能产生大量的小泡沫，且出现了一个问题，就是这些小泡沫通过丝网，并附着在基片上，从而影响基片的光学图案。由于狭缝涂层昂贵，狭缝涂布法在经济效率方面为弱势，而辊涂法有一个问题，即由于低的进程稳定性和频繁的缺陷，该方法在大规模生产方面为弱势。

发明内容

发明解决的问题

本发明用于解决本领域的上述问题，且本发明旨在提供一种用于UV树脂丝网印刷的方法，并提供通过在真空室中利用透明且柔性的成形模具形成三维图案的方法来生产基片的方法和装置。

解决问题的方法

为了达到上述目的，依据本发明的真空成形方法和装置具有如下重要特征：(1)使用透明且柔性的成形模具；(2)在真空室中形成三维图案；和(3)使成形模具本身形成双真空室的一个壁，从而由于压力差，该成形模具被紧密粘附到该基片上。

本发明的要旨如下。

(1)用于在涂布了树脂的基片上形成光学图案的真空成形装置，该装置包括具有侧壁的真空室，以及分别用于密封侧壁的顶部和底部的盖子和底板，

其中，该真空室本体内部装配有用于将三维图案转印到基片上的成形模具，以及能够上升和下降的成形模具框，用于固定该成形模具的边缘，且

由盖子、侧壁和底板密封的空间由于该成形模具框的下降被分隔为上腔和下腔。

(2)依据(1)的真空成形装置，其中，该成形模具构成所述上腔和所述下腔之间的屏障。

(3)依据(1)的真空成形装置，其中，该底板附有用于固定该基片的支架。

(4)依据(1)或(2)的真空成形装置，其中，该底板被配置为可分离，且能够上升和下降，且用于密封位于该板的最大上升位置处的侧壁的底部。

(5)依据(1)或(2)的真空成形装置，其中，所述上腔和下腔能够单独进行压力控制。

(6)依据(1)或(2)的真空成形装置，其中，该真空室本体具有分别安装在所述上腔和下腔内的通风管路。

(7)依据(1)或(2)的真空成形装置，其中，该成形模具由柔性且UV可透性的塑料材料制成。

(8)依据(1)或(2)的真空成形装置，其中，该盖子由UV可透性的材料制成。

(9)依据(1)或(2)的真空成形装置，其中，紫外线灯台置于盖子的上方。

(10)依据(4)的真空成形装置，其中，该侧壁具有L形横截面，用于防止该成形模具框上升和该底板上升之间的相互干扰。

(11)用于在基片上形成光学图案的真空成形法，该方法包括：

a)用树脂涂布基片；

b)将该基片放置在真空室内，并抽真空；

c)在真空状态将涂布了树脂的基片的一侧与成形模具接触；

d)保持该成形模具的上方区域和下方区域与彼此之间的密封状态；以及

e)利用成形模具作为边界产生压力差，以便由此使该成形模具粘附到所述基片上。

(12)依据(11)的真空成形方法，其中，在步骤(e)中，保持该成形模具的下方区域的真空状态，并释放该成形模具的上方区域的真空。

(13)依据(11)或(12)的真空成形方法，在步骤(e)之后，该方法还包括，

f)固化树脂；

g)释放该成形模具的下方区域的真空；和

h)将该成形模具和该基片分离。

(14)依据(11)或(12)的真空成形方法，其中，在步骤(e)中，该成形模具的上方区域承受大气压。

(15)依据(11)或(12)的真空成形方法，其中，在步骤(b)中，真空压力设置在10^-3托(torr)至100托。

(16)依据(11)或(12)的真空成形方法，其中，该树脂为UV树脂。

(17)依据(11)或(12)的真空成形方法，其中，该成形模具由柔性且透明的UV可透性塑料材料制成。

(18)依据(16)的真空成形方法，其中，步骤(a)通过在真空中实施丝网印刷法实现。

(19)依据(16)的真空成形方法，其中，使用在丝网上配置有用于喷射UV树脂的精密喷嘴的丝网印刷机，以在基片上涂布1至10次的量来实施步骤(a)。

(20)依据(17)的真空成形方法，其中，在步骤(e)之后，用穿过该成形模具的紫外线照射该基片。

发明的效果

依据本发明，尽管不能准确控制该基片和成形模具的平坦度，该基片和成形模具可以在均匀的压力下完全粘附。且无论三维图案多么复杂，通过在真空中实施基片成形过程，在成形模具和基片之间还没有发生在成形处出现未成形区域的情况，或者可以防止出现瑕疵，例如气泡。而且，由于形成均匀的三维图案是可能的，不论基片的尺寸和厚度，都可以通过应用本发明的方法和装置生产大型产品，因此，本发明对相关领域的贡献是巨大的。

附图说明

图1是用于解释依据本发明实施方案的真空成形方法的流程图；

图2是描述通过丝网印制法涂敷到导光板上之后的树脂的表面状态的图示；

图3是依据本发明的优选实施方案，描述用于在涂敷到基片上的树脂上形成光学图案的真空成形装置的示意图；

图4是依据本发明的另一优选实施方案，描述用于在涂敷到基片上的树脂上形成光学图案的真空成形装置的示意图；

图5是用于解释图4中描述的真空成形装置的操作图示。

参考标记：

10：基片

20：成形模具

100：真空成形装置

110：盖子

120：侧壁

122：延长部分

130：底板

140：真空室本体

150：真空室

150a：上腔

150b：下腔

152、154、156、158：密封件

162、164：通风管路

170：成形模具框

180：升降梯

190：紫外线灯台

具体实施方式

以下将参考图1至图5描述本发明的优选实施方案。

图1是用于解释依据本发明实施方案的真空成形方法的流程图；图2是描绘通过丝网印制法涂敷到导光板上之后的树脂的表面状态的图示；图3是依据本发明的优选实施方案，描述用于在涂敷到基片上的树脂上形成光学图案的真空成形装置的示意图；图4是依据本发明的另一优选实施方案，描述用于在涂敷到基片上的树脂上形成光学图案的真空成形装置的示意图；且图5是用于解释图4中描述的真空成形装置的操作图示。

如本发明的图1中所描绘的，通过在裸基片上涂敷树脂以及在树脂上形成三维图案的方法生产基片，尤其，优选将UV树脂作为树脂。以下将参考具体的实施例解释涂布UV树脂的方法和形成三维图案的方法。

<涂敷UV树脂的方法>

对于涂敷UV树脂，可以使用丝网印刷法、狭缝涂布法，辊涂法等，但是依据本发明的实施方案，使用丝网印刷法。为了解决与产生气泡相关的问题，在真空室内实施树脂的涂敷。

在真空室内安装丝印和配备有用于实施丝网印刷的两个压印的输送机装置，调整真空室内的真空度，从而依据所使用的UV树脂的性质(粘度)和网板的筛孔尺寸来确定无气泡的真空度。结果如下表所示。

[表1]

UV树脂的粘度	网板的筛孔尺寸	无气泡真空度
			100cps	200目	400托
200cps	150目	300托
			300cps	100目	100托

图2示出了利用丝网印刷法在基片上涂敷了具有100cps粘度的UV树脂之后得到的UV树脂的外观的照片，(a)和(b)分别示出了在大气压的条件下以及在400托的真空度条件下涂敷UV树脂时，UV树脂表面的状态。

如图2(b)所示，在依据丝网印刷的条件设置合适的真空度之后，将UV树脂涂敷在导光板上时，可以防止在UV树脂中产生气泡。

在另一实施方案中，注意到了一种现象，就是当还在大气压下重复进行丝网印刷时，气泡的产生更严重。因此，安装了精密的喷嘴，能够将被涂布到基片上的UV树脂的量控制到较小的量，并在大气压下采用在网板上仅以允许涂布1至10次的量喷射UV树脂的方法实施丝网印刷。就传统的UV树脂来说，允许涂布1至2次的量合适，但是在使用具有优良的消泡性能的UV树脂的情况下，甚至可以用允许涂布10次或者更多次数的量来实施丝网印刷。

<形成光学图案的方法>

在依据本发明在基片上涂敷树脂，然后在树脂上形成光学图案的方法中，使用透明且柔性软的成形模具(例如，Minuta技术有限公司生产的Rigiflex模具)，且该方法以在真空室中进行成形为特征。

图3示出了本发明的真空成形装置100的实施方案，通过利用柔性成形模具20，在涂敷于基片10一侧的树脂(图中未绘出)上施加压力形成三维图案。

该真空成形装置100包括具有盖子110、侧壁120和底板130的真空室本体140。

侧壁120为传统的形式，如矩形柱或者圆柱体，围绕预设的空间，且形状没有具体的限制。在图3的实施方案中，底板130整体上从侧壁120的下端延伸，且盖子110覆盖侧壁120的上方。从而，真空室150被底板130，侧壁120和盖子110分隔。

在侧壁120上具有能够打开和关闭的门(图中未绘出)，因此涂布了树脂的基片可以被转移至真空室150中，并置于底板130上。这时，优选将支架132附到底板130上，以固定基片10。

密封件152位于盖子110和侧壁120的连接部分，以便该真空室150保持与外部的密封状态。

在真空室150中，安装用于将三维图案转印至基片10上的成形模具20和用于固定成形模具20边缘的成形模具框170，且成形模具框170能够通过升降梯180上升或下降。

成形模具20由厚度约1mm或2mm的软塑料材料制成，以装框的方式固定到成形模具框170上。该成形模具框170优选由硬质材料，如金属制成。

这样配置成形模具20：当成形模具框170降低到最低位置，并与底板130接触时，成形模具20接近基片10。这时，为了成形模具20、成形模具框170和底板130所包围的空间与包括成形模具20的上方区域的空间保持密封状态，将密封件156和158安装在成形模具20和成形模具框170的固定部分，以及成形模具框170和底板130的连接部分。

真空室本体140具有两个通风管路162和164，因此当真空室150被分隔为上腔和下腔时，可以分别控制上腔和下腔的真空度。在图3所例示的实施方案中，通风管路162和164位于侧壁120上和底板130上，且被配置为分别使上腔和下腔通风。

将描述利用具有与如上所述的相同结构的真空成形装置100将光学图案转印至基片10的方法。

将基片10转移到真空室150中，密封真空室150。然后操作真空泵(图3中未绘出)，以便通过通风管路162和164排出真空室150内部的空气。优选将真空室150内的压力保持在100托或者更低，以便减少由于残余空气导致的缺陷的产生，且在提高真空度的情况下，需要昂贵的装置。因此，优选将压力设置在10^-3托至100托。

在真空室150中抽真空之后，操作升降梯180以慢慢降低成形模具框170，并使固定于成形模具框170的成形模具20接触涂布了树脂的基片10的一个表面。

这时，真空室150内包括成形模具20的上方区域的空间和包括成形模具20的下方区域的空间，通过成形模具20和成形模具框170之间的密封件156以及成形模具框170和底板130之间的密封件158保持彼此之间的密封状态。就是说，真空室150被分隔为彼此不相连的两个腔，且成形模具20起到作为两个腔之间的边界的屏障的作用。

以下通过连接成形模具20的上方区域的通风管路162释放真空，且成形模具20的下方区域保持真空。然后，其中与用作边界的成形模具20所产生的压力差使得成形模具20被完全粘附到基片10上。例如，当成形模具20的上方区域承受大气压时，在成形模具20的上方和下方区域之间可以产生大约1个大气压的压力差。

当树脂被在紧密粘附于成形模具20的状态下被固化时，刻在成形模具20上的三维图案被转印到了基片10上。当完成树脂的固化，通过连接于成形模具20的下方区域的通风管路164释放真空，并提升成形模具框170，以便由此分隔成形模具20和基片10。

依据本发明的真空成形方法的改进的实施方案，优选使用涂布了UV树脂的基片10，尤其，更优选使用在“涂敷UV树脂的方法”中描述的方法。在这种情况下，真空成形装置100还可以包括紫外线灯台。

图4和图5显示了依据本发明的真空成形装置100的其它实施方案。在图4和图5中描绘的真空成形装置100的组成元件中，与图3中的真空成形装置相同或等同的元件具有相同的标记，由于重复的结构，省略了详细的解释。

真空成形装置100包括具有盖子110、侧壁120和底板130的真空室本体140，真空室本体140内配置能够上升和下降的成形模具框170，以及固定于成形模具框170的成形模具20。依据本实施方案，真空成形装置100还包括用于固化UV树脂的UV灯台190，因此UV树脂适用于在涂布了UV树脂的基片10上形成光学图案的方法。

与如图3中的实施方案中整体上由侧壁组成的底板不同，依据图5的实施方案的底板130被配置于通过可分离的升降梯(未绘出)上下移动，密封位于最大上升位置的侧壁120的下部。由盖子110、侧壁120和底板130密封的空间形成真空室150。

侧壁120包括延长部分122，大约以字母L的形式延长，因此延长部分122不干扰成形模具20的升降梯180，且在上升的时间底板130被紧密粘附于侧壁120的延长部分122。

此外，侧壁120在两个地方配置有用于减少真空室150的压力或者将气体引入其中的通风管路162和164。两个通风管路162和164之一位于侧壁120的上方附近，另一个位于侧壁120的下方附近。所述两个通风管路162和164被设置为分别与通过真空室150的分隔而形成的两个腔连接，将参考图5再次解释这一点。

由对UV光具有可透性的柔性塑料材料生产成形模具20。成形模具20可以通过升降梯180与成形模具框170一起上下移动。密封件156位于成形模具20和成形模具框170的接触部分，从而成形模具20的下方空间与其上方空间分离，并在成形模具框170下降时保持密封状态。密封件158还位于侧壁120的延长部分122与成形模具框170的接触部分。

下面将参考图4和图5解释真空成形装置的操作方法。

首先，分离盖子110，降低底板130，以便打开真空室本体140的顶部和底部。将成形模具20固定于成形模具框170，然后盖上盖子110，通过输送机(图中未绘出)将具有安装于其上的基片10的支架132转移到底板130上。然后，如图4所示，用于真空成形的准备状态做好了。

接下来，将底板130升高，以使得底板130紧密粘附于侧壁120的延长部分122。然后，密封由盖子110，侧壁120和底板130分隔的空间，以形成真空室150，通过操作真空泵(图中未绘出)经由通风管路162和164释放真空室150内部的空气。

真空室150进入抽空状态，然后操作升降梯180，以慢慢降低成形模具框170，使固定于成形模具框170的成形模具20与涂布了UV树脂的基片10的一个表面接触。

此时，通过成形模具20和成形模具框170之间的密封件156，以及成形模具框170与侧壁120的延长部分122之间的密封件158，将真空室150中成形模具20的包括上方区域的空间和包括下方区域的空间保持在密封状态，但是不相互连接。这些操作状态在图5中描绘，真空室150被分隔为上腔150a和下腔150b，成形模具20起到作为上腔150a和下腔150b之间的分界的屏障的作用。

当形成上腔150a和下腔150b时，如果通过连接于上腔150a的通风管路162释放真空，并保持下腔150b内的真空，那么由于压力差，成形模具20被完全粘附于基片10。

当打开盖子110时，通过UV灯台190辐射紫外线穿过透明的成形模具20，当涂布在基片10上的UV树脂紧密粘附于成形模具20时被固化，刻在成形模具20上的三维图案被转印到基片10。在使用对UV光透明的坚固材料(例如石英)作为盖子110的情况下，打开盖子110的操作可能不需要。

当完成UV树脂的固化时，释放下腔150b中的真空，升高配置有成形模具20的成形模具框170，以便释放成形模具20和基片10。

根据以上所述的步骤，尽管基片10的尺寸扩大了，不论平坦度如何，如产生气泡或者未成形区域的缺陷的发生是可以预防的。

如上所述，已经阐述了本发明的优选实施方案，但本发明不限于上述的具体实施方案，且在不偏离本发明的实质和典型构成的情况下，各种变型是可能的。尤其，在本发明的实施方案中，为了连续性生产过程的效率，将可拆卸的基片支架和可拆卸的上方的盖子引入真空室，但引入基片的方法，真空室的结构等可以以本领域技术人员的水平通过各种方法变型。因此，本发明的范围不应该解释为限制于上述实施方案，且应当理解为包含本发明的权利要求中所描述的内容及所有由此变型的可以理解的实施方案。

Claims (15)

1.一种用于在涂有树脂的基片上形成光学图案的真空成形装置，所述装置包括具有侧壁的真空室本体，以及分别用于密封所述侧壁的顶部和底部的盖子和底板，

其中，所述真空室本体内部配置有用于将光学图案转印到基片上的成形模具，以及能上升和下降的成形模具框，用于固定所述成形模具的边缘，且

由于所述成形模具框的下降，由所述盖子，侧壁和底板密封的空间被分隔为上腔和下腔；

所述成形模具形成所述上腔和所述下腔之间的屏障；

所述上腔和所述下腔能单独控制压力；

所述成形模具由柔性且UV可透的塑性材料制成。

2.如权利要求1所述的真空成形装置，其中，所述底板附有用于固定所述基片的支架。

3.如权利要求1所述的真空成形装置，其中，所述底板被配置为能够分离的，且能上升和下降，且起到将位于所述底板的最大上升位置处的侧壁的底部密封的作用。

4.如权利要求1所述的真空成形装置，其中，所述真空室本体具有分别安装于所述上腔和所述下腔内的通风管路。

5.如权利要求1所述的真空成形装置，其中，所述盖子由UV可透的材料制成。

6.如权利要求1所述的真空成形装置，其中，在所述盖子的上侧设置紫外线灯台。

7.如权利要求3所述的真空成形装置，其中，所述侧壁具有L形横截面，以防止所述成形模具框的上升和所述底板的上升之间的相互干扰。

8.一种用于在基片上形成光学图案的真空成形方法，应用如权利要求1所述的真空成形装置，所述方法包括：

（a）用树脂涂布基片；

（b）将所述基片放置在真空室内，并抽真空；

（c）在真空状态将涂布树脂的基片的一侧与成形模具接触；

（d）保持所述成形模具的上腔和下腔与彼此之间的气密状态；以及

（e）利用所述成形模具作为边界产生压力差，以由此使所述成形模具粘附到所述基片上；

在所述步骤（e）中，保持所述成形模具下腔的真空状态，并释放所述成形模具上腔的真空；

所述成形模具由柔性且UV可透的塑性材料制成。

9.如权利要求8所述的真空成形方法，在所述步骤（e）之后，该方法还包括：

（f）固化所述树脂；

（g）释放所述成形模具下腔的真空；和

（h）将所述成形模具和所述基片分离。

10.如权利要求8所述的真空成形方法，其中，在所述步骤（e）中，所述成形模具的上腔承受大气压。

11.如权利要求8所述的真空成形方法，其中，在所述步骤（b）中，将该真空的压力设置在10^-3托至100托。

12.如权利要求8所述的真空成形方法，其中，所述树脂为UV树脂。

13.如权利要求12所述的真空成形方法，其中，所述步骤（a）通过在真空中实施丝网印刷处理实现。

14.如权利要求12所述的真空成形方法，其中，使用配置有用于在丝网上以允许在基片上涂布1至10次的量喷射UV树脂的精密喷嘴的丝网印刷装置来实施所述步骤（a）。

15.如权利要求8所述的真空成形方法，其中，在所述步骤（e）之后，用紫外线辐射穿过所述成形模具照射所述基片。

Images