CN102712110B - 制造用于形成应用于家用电器外部的微图案膜的主模的方法,以及使用主模的膜的制造设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种制造微图案膜的设备和方法。更具体地，公开了制造能够在应用于家用电器外部的膜上形成微图案的主模的方法、使用上述主模生产微图案膜的设备和方法、以及附着有这种微图案膜的电器。制造用于形成应用于家用电器外部的微图案膜的主模的方法包括：将光致抗蚀剂(110)施涂到STS基板(100)的表面，并使UV通过带图案的掩模(140)对其进行照射以使掩模(140)的图案转移到基板(100)；蚀刻图案已转移到其上的STS基板(100)，从蚀刻的STS基板(100)移除光致抗蚀剂(110)；以及在合成树脂基板(210)上翻印STS基板的图案。

Description

制造用于形成应用于家用电器外部的微图案膜的主模的方法,以及使用主模的膜的制造设备和方法

技术领域

本发明涉及微图案膜的制造方法和设备，并更具体地涉及制造用于形成应用于家用电器外部的微图案膜的主模的方法、以及使用前述主模生产微图案膜的设备和方法。

背景技术

注模是通过将熔融树脂供给到一定形状的模型腔中，以填充模型腔并冷却冲入的树脂来制造具有与模型腔相同形状的物品的过程。根据最新的先进的MEMS(微电子机械系统)技术，现在许多不同结构使用其上形成有微图案的印模来制造。

具体地，这种注模通常用于塑料物品的大量生产，并且由于技术随时间发展，对由高强度聚合物组成的具有良好耐久性的塑料物品的要求显著增多，所以注模技术当前也应用于许多电器。

近年来，注模已被应用于生产用于航空、精密和/或光学仪器的塑料制品，以及大众家用塑料物品，并尤其可应用于需要精细和精密图案的一些制品。

简而言之，可使用注模制造其表面上形成有几纳米到几微米大小的微图案的塑料结构。

然而，为了制造具有几纳米到几微米大小的微图案的塑料物品，需恰当地使用对应微图案的可选择的印模，这种印模通常是板式印模。

使用微图案印模，可制造由于光的相长干涉或相消干涉而能够体现光学效果的有形状的物品。例如，使用具有纳米级线宽的微图案，进而可适用于高分辨率光谱仪。可选地，可形成光扩散促进图案，进而被用作LCD的背光单元。

此外，通过规则对齐超细图案而提供光子能带效果，具有特定波长的光只可在超细的图案反射，同时其他波长的光透射并被吸收。

一般而言，为了制造具有这种微图案或超细图案的印模，使用LIGA过程(德语的光刻、电铸、塑铸)。图1示意性示出根据传统技术的印模的制造过程。这个过程包括：清洗硅或玻璃基板10，并在光致抗蚀剂20应用到基板10的表面之后，软烘涂覆的光致抗蚀剂20；将具有期望图案的图案掩模放置在烘烤的光致抗蚀剂上，将其暴露在光线下，通过暴露的光致抗蚀剂20a使基板显影，硬烘基板的部分去除光致抗蚀剂的一部分，以便形成期望的图案；真空沉积CrON、DLC(类金刚石)、C4F8、SAM(自组装单分子层)等之一，以便形成籽晶层30；在籽晶层30上电镀例如Ni或Cu的金属，以形成电镀层50；以及分离电镀层50，以形成印模50。可进一步包括例如整平印模50并切割整平的印模的附加过程，由此制造主模。

然而，考虑到制造时间和成本，主要因为曝光和热处理需要相当高的精度，尽管前述方法可用于制造具有纳米级图案(小于1μm)的印模，但是前述方法不适合制造具有微米级图案(大于1μm)的印模。

即使当LIGA被用来控制图案的节距和高度时，该方法具有例如要求高处理精度和高处理成本的缺陷。

此外，难以通过LIGA制造具有大面积(例如直径超过4英寸(101.6mm))的盘式印模，并当印模的面积增大时，制造成本显著增加。

发明内容

技术问题

为解决以上问题而构思的本发明的目的在于，提供一种以低成本制造主模的方法，该主模能够在应用于家用电器外侧的膜的大面积区域上形成微图案。

为解决以上问题而构思的本发明的另一目的在于，提供不管膜的面积的大小，使用前述主模生产具有不同微图案的膜的设备和方法。

技术方案

本发明的目的能够通过提供制造能够形成微图案的膜的主模的方法实现，其中膜应用于家用电器的外部，该方法包括：将光致抗蚀剂应用到基板的表面并使UV通过带图案的掩模对其进行照射，以便将掩模的图案转移到基板；蚀刻图案已被转移到其上的基板；以及从蚀刻的基板移除光致抗蚀剂。

基板可包括不锈钢材料。

基板蚀刻过程可包括湿蚀刻。

不锈钢基板可采用辊的形式，图案可在辊的圆周(即侧表面上)形成。

前述方法可还包括在合成树脂基板上复制上述基板(STS)的图案。

复制过程可包括，将UV固化树脂应用到合成树脂基板；将STS基板压靠于合成树脂基板，其中STS基板上形成有图案，合成树脂基板上应用有UV固化树脂，并固化UV固化树脂，以便在合成树脂基板上复制STS基板的图案；以及分离具有复制的图案的合成树脂基板与STS基板。

在复制之后，可进一步包括组合合成树脂基板的两端以便形成带的过程。

合成树脂可包括聚对苯二甲酸乙二酯。

UV固化树脂可包括丙烯酸UV固化树脂。

生产应用于家用电器外部的微图案膜的设备可包括：树脂应用装置，将UV固化树脂应用到合成树脂膜；图案化装置，具有微图案主模，将主模压靠于膜的UV固化树脂，以便在UV固化树脂上形成图案；以及树脂固化装置，用UV光线照射膜的带图案的UV固化树脂，以便固化树脂。

图案化装置可包括：软的(或柔性)主模，绕至少两个辊旋转；两个压力辊，在辊之间挤压主模与涂有UV固化树脂的膜；以及供给辊，在经过压力辊之后，向树脂固化装置移动带图案的膜。

膜形成设备可还包括卷取辊，在经过树脂固化装置之后在辊上卷取膜。

生产应用于家用电器外部的微图案膜的方法可包括：将UV固化树脂应用到合成树脂膜；将微图案主模压靠于膜的UV固化树脂，并在UV固化树脂上压印主模的微图案；用UV照射膜，以便固化其上形成有图案的UV固化树脂；以及从组合有固化的UV树脂的带图案的膜移除主模。

主模可具有在软性材料制成的合成树脂基板的表面上形成的微图案。通过绕辊卷取软主模并在旋转主模的同时在UV固化树脂上压印主模的微图案，来进行图案压印过程。

合成树脂膜可包括PET。

有益效果

根据制造本发明的主模的方法，可以低成本制造能够在应用于家用电器外部的膜的大面积区域上形成微图案的主模。

根据本发明的膜形成设备和方法，不管膜的面积的大小，可成功实现具有不同微图案设计的膜的大规模生产。

附图说明

附图被包括在内以提供对本发明的进一步理解，附图解释本发明的实施例并与说明书一起用来说明本发明的原理。

在图中：

图1示出根据传统方法的印模制造过程的剖视图。

图2示出根据本发明的一个实施例的制造主模的过程的剖视图。

图3示出根据本发明的另一实施例的制造主模的过程的剖视图。

图4示出使用硬模作为根据本发明制造的主模之一生产微图案膜的设备和过程。

图5示出使用软模作为根据本发明制造的主模之一生产微图案膜的设备和过程。

图6示出使用主模在膜上形成微图案的过程的示意性剖视图。

图7示出具有本发明生产的微图案膜的冰箱的前视图。

图8示出应用于冰箱的操作部件的微图案膜，其中微图案膜根据本发明生产。

图9示出根据本发明生产的微图案膜的示例。

具体实施方式

现在将参照本发明的优选实施例详细描述本发明，优选实施例的示例在附图中示出。

图2是示出根据本发明的一个实施例的制造主模的过程的剖视图。

根据本发明的一个实施例，制造能够形成适用于家用电器外部的微图案膜的主模的方法，包括：将光致抗蚀剂110应用到基板100的表面并使UV通过掩模140对其进行照射，掩模140上形成有图案，以便将图案转移到基板100；蚀刻图案已转移到其上的基板100；以及从蚀刻的基板100a移除光致抗蚀剂110。

基板可由不锈钢材料制成。

根据本发明，不锈钢基板可经受平版印刷或蚀刻工艺(过程)，以便在其上直接形成图案。

如图2的(a)所示，在光致抗蚀剂110应用到不锈钢基板100的表面之后，表面可受到通过玻璃板150的UV照射(带图案的掩模140附接到玻璃板150)，以便曝光表面，随后显影。因此，掩模140的图案可首先转移到应用到不锈钢基板100的光致抗蚀剂110。

然后，如图2的(b)所示，将蚀刻溶液170添加到处理后的不锈钢基板100，对其蚀刻以在不锈钢基板100的表面上生成期望的图案。就生产成本而言，与基于气体等离子体反应的干蚀刻相比，使用特殊蚀刻溶液的湿蚀刻更具优点。

不锈钢材料的蚀刻过程通常使用酸基蚀刻溶液。当使用蚀刻溶液沿光致抗蚀剂的掩模图案腐蚀上述不锈钢基板的暴露表面时，腐蚀的部分在不锈钢表面上形成凹入图案。

最后，如图2的(c)所示，带图案的STS基板，即主模100a可通过移除留在蚀刻的不锈钢基板100上的光致抗蚀剂110而形成。根据本发明的主模100a可指的是硬模100a，因为其由不锈钢组成。

这种主模100a通常由平的不锈钢薄板制造，因此为板式模。然而，如果不锈钢板为辊的形式，并根据前述过程在该薄板上形成图案，则可制造具有沿辊的圆周形成的微图案的主模。此外，关于根据本发明的板式不锈钢的图案化，如果薄板充分薄，则细长薄板的两端部可绕辊的圆周相互附接，进而制造辊式主模。辊连续旋转制得的主模，在主模上形成图案，由此在以带的形式连续提供的膜上连续压印图案。因此，可有效生产具有复制的微图案的膜。

图3是示出根据本发明的另一实施例的制造主模的过程。

根据本发明的另一实施例，制造能够形成适用于家用电器外部的微图案膜的主模的方法，包括：将光致抗蚀剂110应用到不锈钢(STS)基板100的表面并使UV通过带图案的掩模140对其进行照射，以便将图案转移到基板100；蚀刻图案已转移到其上的STS基板；从蚀刻的STS基板100a移除光致抗蚀剂110；以及在合成树脂基板210上复制STS基板100a的图案。也就是说，根据前述实施例制造主模的方法可还包括在合成树脂基板210上复制STS基板100a的图案的过程。

如图3的(a)所示，在光致抗蚀剂110应用到STS基板100的表面之后，基板的表面可受到通过玻璃板150的UV照射，带图案的掩模附接到玻璃板150。因此，掩模140的图案可首先转移到应用到STS基板100的光致抗蚀剂110上。然后，如图3的(b)所示，将蚀刻溶液170添加到处理后的STS基板100，对其蚀刻可在STS基板100的表面上形成期望的图案。最后，如图3的(c)所示，不锈钢基板上形成有图案，即硬模100a可通过移除留在蚀刻的STS基板100上的光致抗蚀剂110来制造。

图4示出使用由STS材料制成的硬模100a来生产微图案膜的过程。将进一步详细讨论生产微图案膜的设备和方法。根据本发明，为了获得良好的设计自由度，容易地增大膜的大小，并防止对构成图案的线条的形状和/或大小的影响，优选使用软模200而不是硬模100a来进行微图案的压印。因此，可通过使用硬模100a在合成树脂基板上复制硬模的图案来制造由合成树脂制成的软模200。

如图3的(d)所示，图案复制过程可包括：将UV固化树脂220应用到合成树脂基板210；将带图案的STS基板，即硬模100a放置在合成树脂基板210上，其中UV固化树脂220应用到基板210，挤压并固化UV固化树脂220，以便在合成树脂基板上复制STS基板100a的图案；以及分离带图案的合成树脂基板210与STS基板100a。

UV固化树脂220是可被UV照射固化的合成树脂。在UV固化树脂220应用到基板210之后，硬模100a放置在应用的UV固化树脂上并挤压应用的UV固化树脂，依次将硬模100a的图案转移到UV固化树脂220。然后，UV固化树脂220经受UV照射，以固化UV固化树脂220，形成有图案的合成树脂基板210与硬模100a分离，依次提供由软性材料制成的完整的软模200。

另外，如图3的(e)所示，在图案复制后，可进一步包括将软模200的两端彼此附接以便形成带的过程。通过在至少两个辊上卷取充足长度的软模200，代替在单独一个辊上卷取具有与该单个辊的圆周长度相等的软模200，可使用连续的带式软模200形成图案。因此，尽管膜由软性合成树脂组成并形成有微图案，但是在膜上可连续准确地形成微图案。

用于软模200的基底的合成树脂可包括PET，PET是柔性透明合成树脂，其适合制造形成有微图案的软模。进一步，UV固化树脂可以是丙烯酸UV固化树脂。丙烯酸UV固化树脂是透明的，并具有良好的成型性和优异的UV固化性。

根据面涂覆过程转移的图案不受线条的形状和/或大小影响，因此可有效替代大多数典型的外观设计。另外，可实现其他优点，例如容易按比例放大、由于对昂贵半导体仪器没有要求而可低成本生产等。

同时，根据本发明，生产应用于家用电器外部的微图案膜的设备可包括：树脂应用装置500，将UV固化树脂550应用到合成树脂膜410；图案化装置600，抵靠膜410的UV固化树脂550挤压微图案主模，以便形成期望的图案；以及树脂固化装置700，用于UV照射带图案膜的UV固化树脂550，以便固化UV固化树脂550。

图4示出使用硬模100a作为根据本发明的主模之一生产膜的设备和过程。如上所述，硬模100a通过面涂覆过程和湿蚀刻过程制造，面涂覆过程包括将光致抗蚀剂110应用到STS基板100的表面并对其进行UV照射，以形成图案；湿蚀刻过程包括将蚀刻溶液170添加到STS基板100以便对其进行蚀刻并形成期望的图案。使用金刚石钻头进行机械加工，可在模辊610的表面上直接形成微图案。

首先，准备辊400(合成树脂膜410绕辊400卷取)并使其可旋转地安装在树脂应用装置500附近。从展开辊400展开的膜410通过供给辊510移动到树脂应用辊520上。树脂应用辊520的一部分旋转，同时浸入包含UV固化树脂550的浴槽中，进而将UV固化树脂550以恒定的厚度应用到膜410的表面。涂有UV固化树脂550的膜410经由另一供给辊530被传输到图案化装置600。

图案化装置600可包括在辊的圆周上形成有微图案的主模610和压力辊630，在主模610与压力辊630之间挤压涂覆有UV固化树脂550的膜410。用于固化UV固化树脂550的UV发射器650放置在主模610之上，其中在UV固化树脂上复制主模610的图案。UV发射器可被加热器代替以加热UV固化树脂550，或者可同时设置UV发射器和加热器。

此后，具有复制的主模610形成的图案的膜410(即，膜410具有通过复制主膜形成的图案而形成的图案)经过具有UV发射器的树脂固化装置700，因此完成固化过程。这里，加热器也可与UV发射器一起使用，由此同时或分开执行加热和UV照射。

最后，本发明的膜形成设备可进一步包括卷取辊800，经过树脂固化装置700的膜1000绕卷取辊800卷取。具有固化后形成的微图案的膜1000绕卷取辊800适当地卷取。在对形状和/或大小有需求的情况下，微图案膜1000可适当地进行切割并应用于期望的家用电器。

然而，当通过机械加工制作硬模时，只能是或者水平图案或者竖直图案包含在主模和具有复制的由主模形成的微图案的膜中，进而降低了设计的自由度。而且，辊式硬模需要大型辊，以便增大膜的大小和膜的设计到至少300mm，由此增加了生产成本。因此，使用由STS材料制成的硬模110a作为本发明的主模形成微图案优选应用于尺寸小于300mm的设计。

为了在膜上形成尺寸至少有300mm的图案，图案化装置可包括：由软性材料制成的主模200，且该主膜设置为绕至少两个辊旋转；两个压力辊610、620，在两个辊之间挤压涂有UV固化树脂的膜410和主模200；以及供给辊，在膜经过压力辊610、620之后，向树脂固化装置700传输带图案的膜400。

根据前述实施例的主模200是软模，该软模具有翻印在膜上的硬模100的图案。这种软模200紧紧卷取在具有大直径的第一模辊610上和具有较小直径的第二模辊620上。这里，当旋转辊610、620时，软模200旋转，并将图案转移到涂有UV固化树脂550的膜410上。

前述实施例中描述的其他技术构造基本上与前述实施例中描述的硬模100a的相同，并因此为了清楚起见，省略对其的详细描述。

根据本发明，生产应用于典型的家用电器外部的微图案膜的方法，可包括：将UV固化树脂550应用到合成树脂膜410；在辊上卷取形成有微图案的软主模200并在主模旋转时抵靠膜410挤压主模，由此在膜上压印主模200的图案；UV照射膜410，以固化带图案的UV固化树脂550；以及分离主模200与具有固化的树脂的带图案的膜。

膜410可以是PET膜。

图6示意性示出了使用主模在膜上形成微图案的过程。图6所示的主模可以是以上描述的软模200。尽管图6涉及使用软模200生产膜的过程，但是根据上图所示的相同程序，也可使用硬模100a形成微图案膜1000。

如图6的(a)所示，UV固化树脂550首先应用到膜410上至期望的厚度，随后将主模200放置在膜410上。然后，如图6的(b)所示，压靠膜410的UV固化树脂550挤压主模200，以便在UV固化树脂550上复制主模200的微图案。

随后，如图6的(c)所示，膜410的UV固化树脂550可通过UV照射固化。关于上述生产微图案膜的设备，在从膜上移除主模200之后进行UV照射。然而，对于前述在膜上形成微图案的过程，也可在分离主模200之前进行UV照射，这是因为UV光线能够穿透合成树脂膜410，以到达UV固化树脂550。关于这点，膜410可以是透明PET树脂膜。

最后，如图6的(d)所示，当固化UV固化树脂550之后，使主模200与UV固化树脂550分离时，完成制作微图案膜。根据本发明的膜生产方法，使用前述膜形成设备可连续生产微图案膜，进而实现膜的大量生产。

根据本发明制造的微图案膜可按照应用到电器的复制的图案和膜的形状和/或大小随意切割，并附着到各种家用电器，例如冰箱、洗衣机、空调等上。

图7示出作为代表性的家用电器，具有附着的微图案膜的冰箱的前视图，其中根据本发明制造微图案膜。图7所示的冰箱2000可以是分别具有冷冻室门2100和冷藏室门2200的对开门式冰箱，其关于竖直线沿相反方向打开。门2100、2200分别具有把手2150、2250。

设有显示部和几个按钮以控制冰箱的操作部2110设置在冷冻室门2100之上。打开或关闭分配器的前面的分配器门2120可设置在操作部2110之下，通过分配器可分配水或冰。此外，家庭酒吧门2220设置在冰箱右侧的冷藏室门2200之上。具有花朵设计的微图案膜1000或形成有带图案的操作部附接到这些门2100、2200的前面。

本发明的前述示意性实施例示出具有花朵设计的微图案膜1000附着到冷藏室门2200的前面的家庭酒吧门2220的顶部。然而，本发明的这种微图案膜基本上应用于冷藏室门2200的整个前面。同样地，微图案膜也附接到冷冻室门2100的整个前面。尤其是，图8是示出应用于操作部2110的微图案膜的一部分的放大视图，操作部2110设置在冷冻室门2100之上。

图9示出根据本发明生产的微图案膜的一些示例。如图9的(a)至图9的(d)所示，由于光的衍射，本发明的微图案膜根据观察角度可呈现各种颜色。具体地，图9的(b)示出具有花朵设计的微图案膜，其应用于图8的冰箱。根据本发明，不需要使用彩色油墨的可选印刷过程。

此外，除通用家用电器之外，将理解，通过将前述膜应用到物品，可利用本发明的微图案膜来装饰并美化物品的外观。

本发明的模式

为实施本发明，已经以最佳模式描述了各种实施例。

工业适用性

本发明提供了一种以低成本制造主模的方法，该主模能够在应用于电器外部的膜的大面积区域上形成微图案。

根据本发明还提供了不管膜的面积的大小，能够大量生产具有不同微图案设计的膜的膜生产设备和方法。

虽然以上描述了一些示意性实施例，但是本发明并不当然局限于此。本领域技术人员将理解，只要在所附权利要求书及其等同替换的范围内，本发明覆盖各种更改和变型。

Claims (13)

1.一种制造主模的方法，该主膜用来形成应用于家用电器外部的微图案膜，该方法包括：

将光致抗蚀剂应用到不锈钢基板的表面，并使UV通过带图案的掩模对该不锈钢基板的表面进行照射，以将所述掩模的图案转移到所述不锈钢基板；

蚀刻图案已被转移到其上的所述不锈钢基板；以及

从已被蚀刻的基板移除光致抗蚀剂；

将UV固化树脂应用到合成树脂基板；

将带图案的不锈钢基板压靠于涂有所述UV固化树脂的合成树脂基板，并固化所述UV固化树脂，以便复制所述不锈钢基板的图案；以及

分离带图案的合成树脂基板与所述不锈钢基板，

其中，所述合成树脂基板的图案具有预定的节距和宽度，所述节距和宽度改变，从而由于光的结构干涉和相消干涉所述图案根据观察角度可呈现各种颜色。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻过程包括湿蚀刻。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述不锈钢基板以辊的形状制造，并在所述辊的圆周上形成所述图案。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成树脂基板具有大的面积，其直径超过4英寸。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括在图案复制之后，联结所述带图案的合成树脂基板的两端，以形成带。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成树脂是聚对苯二甲酸乙二酯。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述UV固化树脂是丙烯酸UV固化树脂。

8.一种使用如权利要求1所述的制造主模的方法来生产形成有微图案的膜的设备，所述膜应用于家用电器的外部，所述设备包括：

树脂应用装置，用于将UV固化树脂应用到合成树脂膜；

图案化装置，用于将带微图案的主模压靠于所述膜的UV固化树脂，以便在所述树脂上形成期望的图案；以及

树脂固化装置，用于UV照射带图案的膜的所述UV固化树脂，以便固化所述UV固化树脂。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述图案化装置包括：

主模，由软性材料制成并被设置成绕至少两个辊旋转；

两个压力辊，在所述辊之间挤压所述主模和涂有所述UV固化树脂的膜；以及

供给辊，在经过所述压力辊之后，向所述树脂固化装置传输所述带图案的膜。

10.根据权利要求8所述的设备，还包括卷取辊，以卷取已经过所述树脂固化装置的所述膜。

11.一种使用如权利要求1所述的制造主模的方法来生产微图案膜的方法，所述微图案膜应用于家用电器的外部，所述方法包括：

将UV固化树脂应用到合成树脂膜；

将带有微图案的主模压靠于膜的UV固化树脂，以便在所述树脂上压印所述主模的图案；

UV照射所述膜，以固化被图案化的UV固化树脂；以及

分离所述主模与具有固化的树脂的带图案的膜。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述主模是通过在软性材料制成的合成树脂基板上形成微图案来制备；以及

通过在辊上卷取软主模并在旋转所述主模的同时在所述UV固化树脂上压印所述主模的微图案，来进行图案压印过程。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述合成树脂膜是聚对苯二甲酸乙二酯膜。