CN102463293A - 卷对板压印的均匀施压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卷对板微纳米压印的均匀施压装置，其包含圆筒、等压装置及软性模具。等压装置设置于圆筒上并利用等压装置内所含流体的本身具有的均压特性，而制作具均匀施压功效的均匀施压装置，并利用软性模具与等压装置可分离地并于压印时能紧密接触的特性，以达到大面积硬质基板均匀成形微纳米结构目的。当进行硬质基板滚印工艺时，此装置可提供均匀压力，可提高工艺良率，有利后续工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种均匀施压装置，尤其涉及一种卷对板微纳米压印的均匀施压装置。
背景技术
2010年起全球发光二极管(LED)市场将恢复两位数的高成长，预估将从2009年的69亿美元成长至2013年的200亿美元。高亮度LED从2006年的68％成长到2009年的76％。提升LED发光效率的主流技术包括表面粗化、光子晶体，以及背部反射镜等方法，其中光子晶体还有控制偏极与光场分布，故可更提升LED价值。目前在LED晶粒上制作光子晶体结构，采平面单片式纳米压印工艺为主，产能低于30片/小时，若改采卷对板(roll-to-sheet)方式，产能至少提高2倍以上。但由于硬质基板卷对板工艺的压印均匀性普遍不佳。
是故，目前的生产方式大部分都采用卷对卷(Roll-to-Roll)工艺生产(如下列专利所揭露：国际专利号WO2009107294；日本专利JP2007203576；韩国专利KR20090119545；日本专利JP2008290330；日本专利JP2009292008；中国专利CN24771538)，生产速度快且产能高为其主要的工艺特点。卷对板(Roll-to-Sheet)与卷对卷同为滚压成形技术，差异之处在于卷对卷工艺的基材大多是具可挠性膜材，利用膜材收放卷的张力控制，在压印区可获得均匀的压力分布。卷对板工艺则大多面临硬质基板，例如LED晶圆(wafer)，玻璃面板等，当压印区域变大或同时压印多片基板时，传统不具均压效果的滚筒模具，将无法使大范围区域的成形质量一致并常导致成形不均匀。针对未来产业所需要的大面积硬质基板滚压成形工艺，具均压功能的卷对板模具装置的技术就显得越来越重要。
于现有专利中，中国台湾专利第I316466号“滚筒模具结构及其制造方法”，该案揭露一种固定软性金属模仁包覆于圆筒外表面的模具结构，乃利用一置于圆筒内部的心轴，通过旋转心轴，对软性金属模仁施以一张力，而使软性金属模仁该贴附于圆筒外表面，但该外表面结构为硬质结构，故该滚筒对硬质基板并无均压功能，从而无法使成形的质量均匀。
已知日本专利(专利公告号为JP60264278)提出的“Imprinting Apparatus”揭露一滚印装置。该装置利用一滚压轮对平面基板进行滚印工艺，滚压轮本身并无强调均压功效，在装置其它部件部位设计许多机构及弹簧装置，以达到滚压轮与基板间的压力固定，然而，此装置并无法确认每一滚压轮与基板接触区的压力均相等，是故也无法提升压印质量的均匀性。
已知国际专利号WO2009107294文件揭露一种可快速拆换滚筒装置，操作方式类似气胀轴之作动方式，主要由三个部件组成，包括一篓空内轴，内轴内有一气压囊以及滚筒模具。该装置是利用气压囊撑住滚筒模具，若滚筒装置为硬式材质，则并无法完全顺应性地接触施压于表面不平坦的基板，若为软式材质，则背压会明显不均匀，故此也无法提升压印的均匀性。
由于传统滚印成形工艺的滚筒模具并无均压效果，当进行软性基材卷对卷滚压成形时，可经由背压轮及基材收卷的张力控制，并利用被压印的软性基材本身的挠曲变形，获得良好的均压效果。然而，当被压印的基板为硬质时，则上述传统滚筒模具无法达到均压效果。也即，上述专利虽揭露各种压印装置，但却无揭露对硬质基板具有均压的压印装置，因此，卷对板微纳米压印的均匀施压装置仍有相当大的改善空间。
发明内容
本发明的目的在于提出一种卷对板压印的均匀施压装置，为利用流体的均压特性为设计的具均压效果滚压模具。
本发明提出一种卷对板压印的均匀施压装置，其包含圆筒、等压装置及软性模具。等压装置设置于圆筒上并利用等压装置内所含流体的本身具有的均压特性，而制作具均匀施压功效的均匀施压装置，并利用软性模具与等压装置可分离地并于压印时能紧密接触的特性，以达到大面积硬质基板均匀成形微纳米结构目的。
其中，该圆筒包含一筒状部及设置于该筒状部相对两端的一圆环部，该等压装设置于该筒状部表面，并与该圆环部侧缘相抵接。
其中，该筒状部与该圆环部沿该圆筒纵轴方向共一轴心，且该筒状部与该圆环部的该轴心处形成一空腔。
其中，另包含一紫外线灯源，其特征在于，该圆筒的材质允许紫外线穿透。
其中，该软性模具表面另包含一微纳米图案。
其中，该等压装置包含一液压囊或一气压囊。
本发明所提出另一种卷对板压印的均匀施压装置包含圆筒、等压装置及软性模具。此种均匀施压装置与上述装置不同之处在于，软性模具贴附于等压装置上，随等压装置同轴转动。
其中，该圆筒包含一筒状部及设置于该筒状部相对两端的一圆环部，该等压装设置于该筒状部表面，并与该圆环部侧缘相抵接。
其中，该筒状部与该圆环部沿该圆筒纵轴方向共一轴心，且该筒状部与该圆环部的该轴心处形成一空腔。
其中，另包含一紫外线灯源，该圆筒的材质允许紫外线穿透。
其中，该软性模具表面另包含一微纳米图案。
其中，该等压装置包含一液压囊或一气压囊。
本发明所提出又一种卷对板压印的均匀施压装置包含圆筒、弹性膜及固定件。弹性膜设置于圆筒上，并和该圆筒间有一空间，而固定件可用来固定弹性膜于圆筒上，以供流体注入弹性膜与圆筒之间的空间而产生上述的均压特性，进而达成现有技术无法达到的均匀成形质量。
本发明有别于现有技术所采用的滚筒模具及滚压装置的设计，提出一种利用流体的均压特性为设计的具均压效果滚压模具，利用此滚压模具，即使是面对表面平坦度不佳的硬质基板，仍可使滚压模具与基板的每一接触部位，其压力均相等，如此可缩小成形结构的尺寸变异量，达到均匀的成形质量。
其中，进一步包含一软性模具，该软性模具与该弹性膜可分离地并于压印时能紧密接触。
其中，该弹性膜表面另包含一软性膜具。
其中，该圆筒包含一筒状部及设置于该筒状部相对两端的一圆环部，该弹性膜经由该固定件固定于该圆环部。
其中，该筒状部与该圆环部沿该圆筒纵轴方向共一轴心，且该筒状部与该圆环部的该轴心处形成一空腔。
其中，另包含一紫外线灯源，其特征在于，该圆筒的材质允许紫外线穿透。
其中，该软性模具表面另包含一微纳米图案。
其中，该固定件包含一扣环，该扣环夹持该弹性膜于该圆环部。
其中，该圆环部包含一工作流体注入孔。
其中，该筒状部包含一工作流体注入孔。
其中，该弹性膜包含一工作流体注入孔。
上文已经概略地叙述本揭露的技术特征，以使下文的本揭露详细描述得以获得较佳了解。构成本揭露的权利要求标的的其它技术特征将描述于下文。本领域技术人员应可了解，下文揭示的概念与特定实施范例可作为基础而相当轻易地予以修改或设计其它结构或工艺而实现与本揭露相同的目的。本领域技术人员也应可了解，这类等效的建构并无法脱离后附的权利要求所提出的本揭露的精神和范围。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的一实施例的均匀施压装置示意图；
图2为本发明的另一实施例的均匀施压装置侧视图；
图3为本发明的一实施例的圆筒剖面图；
图4为本发明的另一实施例的圆筒剖面图；
图5为本发明的又一实施例的均匀施压装置示意图；
图6为图5实施例的圆筒剖面图；
图7为图6变换实施例的圆筒剖面图；
图8为图4变换实施例的圆筒剖面图；
图9为本发明对照组的金属圆筒剖面图；
图10为本发明对照组的覆盖弹性橡胶的金属圆筒剖面图；以及
图11为图8、图9及图10压印实施例的示意图。
其中，附图标记：
100：均匀施压装置 100′：均匀施压装置
100″：均匀施压装置 100″′：均匀施压装置
110：圆筒 130：等压装置
130′：液压囊 130″：气压囊
150：软性模具 151：微纳米图案
200：圆筒 210：筒状部
220：圆环部 221：顶缘
250：软性模具 251：微纳米图案
300：均匀施压装置 300′：均匀施压装置
310：圆筒 311：筒状部
312：圆环部 313：注气孔
313′：注气孔 330：弹性膜
331：软性模具 333：微纳米图案
350：固定件 370：软性模具
371：微纳米图案 400：空腔
500：金属圆筒 600：弹性橡胶
700：压力感测纸 700A：压力感测纸
700B：压力感测纸 700C：压力感测纸
800：收放卷装置 900：硬质基板
具体实施方式
以下将参照随附的附图来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下附图所列举的实施例仅为辅助说明，但本案的技术手段并不限于所列举附图。
如图1的实施例所示，本发明的卷对板压印的均匀施压装置100包含圆筒110、等压装置130及软性模具150。等压装置130设置于圆筒110上。具体而言，等压装置130以包覆圆筒110圆周的方式设置，然而在其它实施例中，也可因应不同设计需求而以不同方式将等压装置130设置于圆筒110上。在此实施例中，等压装置130包含但不限于液压囊或气压囊，也可包含其它可提供相同均压功能的装置。具体而言，等压装置130于此实施例中为液压囊130′。由于液压囊130′中所含的流体为液体，且此液体可提供液压囊130′内每一单位表面积所受的压力相等，因此，液压囊130′可具有等压装置130所提供均压的功能。若以其它流体例如气体来取代液体时，等压装置130则为气压囊130″，由于气体也是流体，也可造成气压囊130″内每一单位表面积所受的压力相等，因此，气压囊130″也可具有等压装置130所提供的均压功能。本发明通过等压装置130所提供的功能，而完成具有均压效果的卷对板压印(roll-to-sheet)的均匀施压装置。为了将软性模具150表面所包含的微纳米图案(图未示)均匀压印于硬质基板900上，如图1所示的实施例中，软性模具150并未固定设置于圆筒100或等压装置130上，而是与等压装置130可分离地并于压印时能紧密接触。具体而言，如图2所示的均匀施压装置100′实施例中，软性模具150为一扁平带状挠性材料，且其中单面或双面具有微纳米图案(图未示)。其主要是利用两端以收放卷装置800而作动，软性模具150收放卷的线速度将与圆筒110转动时的等压装置130表面切线方向速度相同，在此实施例中，等压装置130可为气压囊130″。由于本发明所提出具均压效果的卷对板压印装置设计，因硬质基板900设置在输送带装置上，可使压印产能至少提高2倍以上，是故本发明未来不仅可用于LED产业，更可推广至常用硬质基板的太阳能光电产业或面板产业。
如图3的实施例所示，圆筒200也可呈现不同于上述实施例所示的结构。在图3的均匀施压装置100″实施例的剖面图中，圆筒200包含筒状部210以及设置于筒状部210相对两端的两个圆环部220。等压装置130(例如液压囊130′)则设置于筒装部210的外表面并于圆环部220的侧缘相抵接。由于液压囊130′的剖面体积比圆环部220的顶缘221要突出，因此，硬质基板900并不会与圆筒200直接接触，而造成成型不均匀的不良结果。
如图3的实施例所示，圆筒200所包含的筒状部210与圆环部220沿圆筒200纵轴方向共轴心，且筒状部210与圆环部220的轴心处形成空腔400。然而在图1及图2所示的实施例中，圆筒110与图3的圆筒200相同，也可为实心并无形成任何空腔。由于圆筒200与软性膜具150可分离地并于压印时能紧密接触，因此，如图3所示，软性模具150的剖面只有在圆筒200靠近硬质基板900的一侧出现，在此实施例中可以明显地观察到软性模具150表面所包含的微纳米图案151。当均匀施压装置100″利用微纳米图案151均匀成形于硬质基板900上时，通常需要将硬质基板900上的图案(图未示)固化。
本发明的固化成形工艺包含但不限于加热固化成形工艺、紫外线固化成形工艺或其它具有相似功能的固化成形工艺。若采加热固化成形工艺，热源可设置于硬质基板900下方或圆筒(较佳为轴心中空，但也可将热源与圆筒整合而变成实心结构)内部；反之，若采紫外线固化成形工艺，UV灯源(图未示)可设置于硬质基板900下方或圆筒(较佳为UV灯源设置于圆筒内部，但也可将UV灯源与圆筒整合而变成实心结构)内部。为了使UV灯源(图未示)可照射到硬质基板900上所成形的图案，在UV灯源设置于圆筒内部的实施例(图未示)中，圆筒的材质允许紫外线穿透，在此实施例(图未示)中，圆筒内部也可包含一屏蔽(图未示)屏蔽可避免紫外线照射到其它尚未需要固化的UV固化涂料，以利正常固化程序进行；然而若是在UV灯源设置于硬质基板900下方的实施例(图未示)时，圆筒的材质也可吸收多余的紫外线，以避免多余的紫外线造成不必要的固化发生。
如图4所示的实施例中，均匀施压装置100″′包含圆筒200、等压装置(例如气压囊130′，但不限于此，也可为液压囊)及软性模具250。主要与上述实施例不同之处在于软性模具250贴附于等压装置。因此在此实施例中，并不需要如图2中收放卷装置800，且由图4的剖面图观察，软性模具250在气压囊130′的上下两侧都出现。换言之，软性模具250环绕地贴附于等压装置上。在此实施例中也可明显地观察到软性模具250表面所包含的微纳米图案251。
如图5所示的实施例中，均匀施压装置300包含圆筒310、弹性膜330及固定件350。弹性膜330设置于圆筒310上，并和圆筒310间有一空间，且固定件350可供固定弹性膜330于圆筒310上。如图6所示的实施例中，均匀施压装置300进一步包含软性模具370，软性模具370与弹性膜330可分离地并于压印时能紧密接触，是故在此实施例中，弹性膜330需要两端以收放卷装置(图未示)而如上述实施例方式作动。
在图6的均匀施压装置300实施例的剖面图中，圆筒310包含筒状部311以及设置于筒状部311相对两端的两个圆环部312。弹性膜330则设置于圆环部312的外表面并以固定件350固定。在此实施例中，固定件350为扣环，扣环则挟持弹性膜330于圆环部312。由于弹性膜330与筒状部311之间的空间有填充流体(包含气体或液体)，因此弹性膜330可膨胀并比固定件350还要突出，因此，硬质基板900并不会与固定件350直接接触，而造成成型不均匀的不良结果。又可于该圆环部312外侧设置一注气孔313，故可通过该注气孔313将气体或液体充满弹性膜330和筒状部311及圆环部312之间的空间。
如图6的实施例所示，圆筒310所包含的筒状部311与圆环部312沿圆筒310纵轴方向共轴心，且筒状部311与圆环部312的轴心处形成空腔400。然而在图1及图2所示的实施例中，圆筒110的轴心为实心并无形成任何空腔。由于圆筒310与软性膜具370可分离地并于压印时能紧密接触，因此如图6所示，软性模具370的图案只有在圆筒310靠近硬质基板900的一侧出现，在此实施例中可以明显地观察到软性模具370表面所包含的微纳米图案371。当均匀施压装置300利用微纳米图案371均匀成形于硬质基板900上时，通常需要将硬质基板900上的图案(图未示)固化。固化方式及相关所需的组件以如上述实施例所述，故不再赘述。
如图7所示的另一实施例中，均匀施压装置300′包含圆筒310、弹性膜330及固定件350。主要与图6实施例不同之处在于弹性膜330包含软性模具331。因此在此实施例中，并不需要收放卷装置，且由图7的剖面图观察，软性模具331在弹性膜330的上下两侧都出现。换言之，软性模具331环绕地形成于弹性膜330表面上。在此实施例中也可明显地观察到软性模具331表面所包含的微纳米图案333。又可于该弹性膜330设置一注气孔313′，故可通过注气孔313′将气体或液体充满弹性膜330和筒状部311及圆环部312之间的空间。
不论是图6或图7的实施例，弹性膜330与圆筒310之间的空间需要填充流体，一般而言，所流体较佳是在弹性膜330经由固定件350固定前所填充，因此并不需要流体注入孔，然而在图6或图7的其它变化实施例中，流体注入孔可形成于圆环部312、筒状部311或弹性膜330上，以供弹性膜330经由固定件350固定后再行填充流体(例如气体或液体)。
如图8所示的实施例中，圆筒200包含筒状部210及圆环部220，液压囊130′设置于筒状部210上并与圆环部220侧缘抵触，为了证明本发明均匀施压装置的均压能力，利用上述圆筒200于硬质基板900上的压力感测纸700压印，结果如图11所示的压力感测纸700A所示。此外，如图9所示的现有金属圆筒500直接于硬质基板900上的压力感测纸700压印，结果如图11所示的压力感测纸700C所示。再者，如图10所示的现有金属圆筒500上包覆弹性橡胶600后，于硬质基板900上的压力感测纸700压印，结果如图11所示的压力感测纸700B所示。综合上述图8、图9及图10的压印结果如图11所示，压力感测纸700C颜色分布不均匀，有些区块呈现深红色，代表该区压力较大，有些区块则呈现白色，代表压力相对小，因此压印区的压力分布不均匀。而压力感测纸700B显示颜色分布均匀性有提升，但边缘处的压力仍较大，代表均匀施压效果仍有限。最后，压力感测纸700A显示颜色分布均匀，代表每个压印区的压力相当。是故本发明的均匀施压装置的确具有均匀施压的效果。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (23)
1.一种卷对板压印的均匀施压装置，其特征在于，包含：
一圆筒；
一等压装置，设置于该圆筒上，以及
一软性模具，与该等压装置可分离地并于压印时能紧密接触。
2.根据权利要求1所述的均匀施压装置，其特征在于，该圆筒包含一筒状部及设置于该筒状部相对两端的一圆环部，该等压装设置于该筒状部表面，并与该圆环部侧缘相抵接。
3.根据权利要求2所述的均匀施压装置，其特征在于，该筒状部与该圆环部沿该圆筒纵轴方向共一轴心，且该筒状部与该圆环部的该轴心处形成一空腔。
4.根据权利要求3所述的均匀施压装置，另包含一紫外线灯源，其特征在于，该圆筒的材质允许紫外线穿透。
5.根据权利要求2或3所述的均匀施压装置，其特征在于，该软性模具表面另包含一微纳米图案。
6.根据权利要求1所述的均匀施压装置，其特征在于，该等压装置包含一液压囊或一气压囊。
7.一种卷对板压印的均匀施压装置，其特征在于，包含：
一圆筒；
一等压装置，设置于该圆筒上，以及
一软性模具，贴附于该等压装置。
8.根据权利要求7所述的均匀施压装置，其特征在于，该圆筒包含一筒状部及设置于该筒状部相对两端的一圆环部，该等压装设置于该筒状部表面，并与该圆环部侧缘相抵接。
9.根据权利要求8所述的均匀施压装置，其特征在于，该筒状部与该圆环部沿该圆筒纵轴方向共一轴心，且该筒状部与该圆环部的该轴心处形成一空腔。
10.根据权利要求9所述的均匀施压装置，其特征在于，另包含一紫外线灯源，该圆筒的材质允许紫外线穿透。
11.根据权利要求8或9所述的均匀施压装置，其特征在于，该软性模具表面另包含一微纳米图案。
12.根据权利要求7所述的均匀施压装置，其特征在于，该等压装置包含一液压囊或一气压囊。
13.一种卷对板压印的均匀施压装置，其特征在于，包含：
一圆筒；
一弹性膜，设置于该圆筒上，并和该圆筒间有一空间；以及
一固定件，固定该弹性膜于该圆筒上。
14.根据权利要求13所述的均匀施压装置，其特征在于，进一步包含一软性模具，该软性模具与该弹性膜可分离地并于压印时能紧密接触。
15.根据权利要求13所述的均匀施压装置，其特征在于，该弹性膜表面另包含一软性膜具。
16.根据权利要求14或15所述的均匀施压装置，其特征在于，该圆筒包含一筒状部及设置于该筒状部相对两端的一圆环部，该弹性膜经由该固定件固定于该圆环部。
17.根据权利要求16所述的均匀施压装置，其特征在于，该筒状部与该圆环部沿该圆筒纵轴方向共一轴心，且该筒状部与该圆环部的该轴心处形成一空腔。
18.根据权利要求16所述的均匀施压装置，另包含一紫外线灯源，其特征在于，该圆筒的材质允许紫外线穿透。
19.根据权利要求16所述的均匀施压装置，其特征在于，该软性模具表面另包含一微纳米图案。
20.根据权利要求16所述的均匀施压装置，其特征在于，该固定件包含一扣环，该扣环夹持该弹性膜于该圆环部。
21.根据权利要求16所述的均匀施压装置，其特征在于，该圆环部包含一工作流体注入孔。
22.根据权利要求16所述的均匀施压装置，其特征在于，该筒状部包含一工作流体注入孔。
23.根据权利要求16所述的均匀施压装置，其特征在于，该弹性膜包含一工作流体注入孔。
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