CN103660103B - 基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷uv固化成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，包括架设在机架上依次连接的放卷模块、UV固化模块、贴保护膜模块、收卷模块，放卷模块与UV固化模块经调节组件连接，UV固化模块包括正向UV固化模块及逆向UV固化模块，贴保护膜模块在UV固化后的薄膜基材的表面贴合保护膜，最后经收卷模块收卷。本发明采用了双面一次固化成型技术，利用正向UV固化和逆向UV固化技术的结合，实现一次放卷收卷完成两面微细结构成型固化的过程；同时，正向UV固化机构采用带状模具，延长了充型时间和保型时间，能够提高充型效果和微结构成型结果。

Description

基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置

技术领域

本发明涉及聚合物加工技术领域的装置，具体是一种基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置。

背景技术

智能手机、液晶电视、平板电脑等电子设备产业的迅猛发展对电子显示屏提出了更轻、更薄、更廉价的要求。作为电子显示屏的重要组成元件，具有表面微细结构的光学膜势必朝着多功能和集成化的方向发展，即将传统的单一功能光学膜如反光膜、匀光膜、增亮膜等的功能集成到一起。如何高效、高精度地加工出具有双面微细结构的光学膜成了光电行业发展关键技术之一。

UV固化压印成型具有加工温度低、成形压力小、加工精度高和模具寿命长等优点，辅以卷对卷的运动方式，有望实现光学薄膜的高效、高精度加工。该方法首先将涂料通过各种涂覆方法均匀涂覆在聚合物基材上，然后施加很小的压力使液态UV固化涂料充型到模具表面微细型腔之中，最后通过UV光照使其固化。中国专利公开号为CN101843859A，名称为一种卷对卷紫外纳米压印装置及方法，该装置实现了聚合物材料微细结构的连续加工，通过传输装置、涂布装置、压印装置、预固化装置和强固化装置，将液态材料经由预固化和强固化两步工艺硬化成型。但是，该方法只能实现单面特征的成型。中国专利公开号CN100575243C，名称为柔性基宏电子制造中微结构的大面积逆辊压印方法，该方法将紫外固化工艺与逆向辊压印技术结合，成功在柔性塑料薄膜上制作出大面积具有三维功能的微结构，但是该方法主要应用于单面微细结构的成型。另外，中国专利公开号CN102681082A，名称为导光膜卷对卷制造方法及其构造，该方法通过重复放卷收卷的方式在同一聚合物基材上下表面加工出微细结构，实现了单膜双面微细结构的加工成型，但是由于两面加工不是同时进行的，该方法加工时间较长，加工效率不高。美国专利号US2009/0183643A1，名称为Structure of Roller Imprinting Apparatus，该发明采用带状模具进行UV固化，能够延长保型时间，提高微细结构成型效果。但是该发明只涉及了单面UV固化的应用，未考虑双面微细特征的成型固化。美国Nezuka，O.等人【Nezuka，O.，et a1.(2008).″Replication of Microstructures by Roll-to-RollUV-Curing Embossing.″Polymer-Plastics Technology and Engineering47(9)：865-873】使用白搭的卷对卷UV固化设备进行了棱镜微结构的成型研究，并对比了不同脱模方法的优劣。但是该设备只能研究模具辊的加工工艺，不能对比研究模具带工艺，同时，该设备只具有研究单面UV固化的能力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，该装置一次放卷收卷过程实现双面UV光学结构固化成型，可以高效率大批量连续生产大面积高精度薄膜光学器件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，包括架设在机架上依次连接的放卷模块、UV固化模块、贴保护膜模块、收卷模块，

所述的放卷模块与UV固化模块经调节组件连接，

所述的UV固化模块包括正向UV固化模块及逆向UV固化模块，上述固化模块均包括涂料模块及UV固化模块，待加工薄膜基材经正向UV固化模块及逆向UV固化模块分别在两面进行UV固化，

所述的贴保护膜模块在UV固化后的薄膜基材的表面贴合保护膜，最后经收卷模块收卷。

所述的正向UV固化模块中，涂料模块采用滴胶方式或者狭缝式涂胶方式涂胶，然后利用刮刀或者软辊将涂料涂覆均匀并达到目标厚度，UV固化模块为线功率在200-300W/cm的UV光源。

所述的正向UV固化模块采用主动辊及从动辊带动模具带运动，在固化之前有较长的充型时间，充型效果更好；固化之后保型时间也较长，保证固化效果。待加工薄膜基材在模具带上运动并经涂料模块涂料、UV固化模块照射紫外线。

所述的模具带套在主动辊及从动辊上，通过调节主动辊及从动辊间的距离调节张紧力，模具带为完整加工成型，实现微细结构的连续无缝加工。

所述的逆向UV固化模块中，

涂料模块采用微凹涂胶方式或者狭缝式涂胶方式涂胶，然后利用刮刀或者软辊去除模具辊型腔外的涂料，

UV固化模块为线功率在200-300W/cm的UV光源。

所述的逆向UV固化模块采用模具辊待加工薄膜基材运动并经涂料模块涂料、UV固化模块照射紫外线。

所述的逆向UV固化模块依靠正向UV固化模块的模具带提供张紧力，延长保型时间并提高固化效果。

所述的正向UV固化模块及逆向UV固化模块中内还设有可以对局部加热调节温度来实现最优的固化速度的红外加热装置。

待加工薄膜基材与UV固化模块、贴保护膜模块的接触面下方设有支撑条，保持基材幅宽方向的平整度并保证模块和基材间的良好接触。

所述的贴保护膜模块由放卷辊和压力辊组成，放卷辊在成型后的光学膜两侧放出保护膜，利用压力辊将保护膜贴在光学膜表面。

下面对几个模块的具体结构做进一步的描述说明。

放卷模块：主要包含放卷辊、纠偏装置、张紧力调节装置，放卷辊被动将置于辊上的聚合物基材放出；基材在纠偏装置中被调整位置，保证基材位置一致性，纠偏装置包含传感器及动力传输装置，传感器感测到基材位置信息并判断是否需要调整，动力传输装置根据判断结果进行左右位置调整；张力调节装置包含压力传感器和位置调节装置，压力传感器接收来自基材的张紧力，并与设定值进行对比，根据比较结果进行上下位置的调整来调节张紧力大小以达到设定值。

正向UV固化模块：主要包含涂料装置、模具辊、模具带、张紧支撑装置、紫外光源、红外加热装置；涂料装置包括储料仓、流量控制机构，位置调节结构以及厚度调整机构，UV固化树脂存储于储料仓中，通过调节流量控制机构来控制涂胶的厚度，位置调节机构实现涂胶位置的变化，提高涂胶的均匀性，厚度调整机构为上下两个软辊，通过调节软辊之间的间隙实现涂胶厚度以及均匀度的控制；模具带套于两个模具辊上并通过调节两个辊之间的相对位置实现张紧力的调节，模具辊转动带动模具带随之运动；模具辊的下方设置张紧支撑装置，该装置通过调节两个辊子之间的距离调节张紧力大小，用以保证对聚合物基材的支撑，防止基材起皱变形；紫外光源置于模具辊旁边，通过调节光源功率大小调节输出光源能量，对应不同聚合物材料使用不同参数，以实现最优的固化速度和效果；红外加热装置对局部进行加热，通过调节不同的温度来实现最优的固化效果。

逆向UV固化模块：包含涂料装置、模具辊、紫外光源；涂料装置包括储料仓、流量控制机构以及厚度控制机构，调配好的涂料通过适当的方式传输到储料仓中，然后配合辊子转动速度精细调节出料口的距离实现出料厚度和速度的精确控制，在模具辊上利用厚度控制机构刮刀来去除辊上多余涂料，仅保留模具辊型腔内的涂料；模具辊采用贴膜方式或者直接机加工方法加工；根据采用的涂料不同调节紫外光源的功率大小实现最优的紫外光输出，从而实现最优固化效果。

贴膜模块：包括放卷辊和压力辊；保护贴膜分别从上下两个放卷辊被动放出，保证速度的一致性，然后经由上下压辊施加适当的压力将其粘贴在成型好微细结构的双面光学膜表面。

收卷模块：包含张紧力调节机构和收卷辊；张力调节装置包含压力传感器和位置调节装置，压力传感器接收来自基材的张紧力，并与设定值进行对比，根据比较结果进行上下位置的调整来调节张紧力大小以达到设定值；收卷辊以设定速度转动将成型好并贴好膜的光学膜收卷。

与现有技术相比，本发明将正向UV固化结构与逆向UV固化机构整合起来，整个设备布局紧凑；利用逆向UV固化工艺所需压力小的特点，保护正向UV固化成型出来的微细特征；此外，正逆向UV固化采用不同工艺可以实现不同材料来加工不同深度不同纹路的微结构特征，具体包括以下优点：

1、正向UV固化机构采用带状模具，延长了充型时间和保型时间，能够提高充型效果和微结构成型结果。

2、带状模具能够实现无缝连续加工，对于高质量要求连续生产具有重要作用，相较而言，模具辊要实现无缝连续加工必须使用机械直接加工，加工困难，时间和资金要求高，贴膜方法无法实现无缝加工。

3、正向UV固化机构下方加入支撑机构，保证聚合物基材和带状模具的紧密贴合，并且防止基材的起皱，提高了成型效果。

附图说明

图1为实施例1中本发明的结构示意图；

图2是实施例2中本发明的结构示意图；

图3是实施例3中本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的装置进一步描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，其结构如图1所示，该装置在放卷模块、机架、支撑模块、贴保护膜模块、收卷模块之外还包含了正向UV固化模块、逆向UV固化模块，所述的机架机械连接放卷模块、正向UV固化模块、逆向UV固化模块、贴保护膜模块、收卷模块，所述的正向和逆向UV固化模块均包含涂料模块和UV固化模块；待加工薄膜基材经放卷模块放卷后，依次经过涂料装置进行正向UV固化，然后翻边后涂料进行逆向UV固化，然后在光学膜两面贴好保护膜在收卷模块收卷。

放卷模块为放卷辊1，放卷辊1后依次设置纠偏装置4、张紧力调节装置6和主动辊7；

支撑模块包含主动辊11、被动辊13和支撑带12，由张紧的支撑带12给基材2提供支撑，保证基材2与模具带15之间的紧密贴合，防止基材2的变形；

正向涂胶模块包含储料仓、控制涂料厚度及均匀度的控制辊9和控制辊10，在涂料被涂到基材2上之后，用控制辊9和控制辊10来控制涂料厚度和均匀度；

正向UV固化模块包含主动辊14、被动辊16、UV光源17、以及带状模具15。聚合物基材2在涂料之后和带状模具15紧密贴合，充型后经由UV光源17照射固化完成UV固化。逆向涂胶模块包含狭缝式涂胶机构20和刮刀21，有狭缝式涂胶装置20将一层很薄的涂料涂覆在模具辊19上，然后由刮刀21去除多余涂料，仅在微型腔内留下一层涂料。逆向UV固化模块包含模具辊19和UV光源22，当聚合物基材2带着一面成型好的微结构与模具辊19贴合后，模具辊微型腔中的涂料转印到基材2上，然后通过UV光源照射固化成型，完成逆向UV固化；

贴保护膜模块包含保护膜放卷辊24和保护膜放卷辊25、保护膜26和保护膜27、压力辊28和压力辊29，保护膜放卷辊24和保护膜放卷辊25分别放出保护膜，通过压力辊28和压力辊29压紧到成型好的光学膜表面。

收卷模块包含张力调节机构30和收卷辊31，在合适的张紧力下，收卷辊以合适的速度将成型好的光学膜收卷。

本实施案例采用厚度125μm的聚合物薄膜PMMA材料作为基材，两面加工不同的微细结构，微细结构高度为30μm，工作过程分成以下几步：

(1)将125μm的PMMA基材由放卷辊1放出，经过纠偏装置3调整位置，利用张紧力调节装置6调节好张力大小，在滴胶管8之下涂好胶后穿过涂料厚度调节辊9和10之间，进入正向UV固化模具带15和支撑带12中间，绕过逆向UV固化模具辊，进入贴保护膜模块，并穿过上下压力辊28和压力辊29，经过张紧力调节机构30调节好压力大小后卷入收卷辊31上。开启主动辊7、主动辊11、主动辊14、逆向UV固化模具辊19、贴保护膜的压力辊28和压力辊29、以及收卷辊31的电极，使基材在设备带动之下开始传输，以进入涂料、UV光、张紧力等的工艺参数调试阶段。

(2)张紧力调节。分别调节张紧力控制装置6和张紧力调节装置30，使基材再设备中处于合适张力状态，同时，调节支撑带12的张力，使其对基材2提供合适的支撑力，保证基材2与模具带15之间紧密接触。

(3)涂料速度调节。分别调节滴胶管道8和狭缝涂胶装置20的涂胶速度和厚度，并分别调节厚度调节辊子9和10间，以及刮刀21和模具辊19之间的距离用以控制涂料厚度。

(4)UV光功率调节。分别开启正向UV固化模块和逆向UV固化模块的UV光源17和UV光源22，依次调节功率参数，调节至固化所需合适功率。

(5)保护膜覆盖。调节保护膜压力辊28和压力辊29的压力，将上下保护膜26和保护膜27贴在成型好的具有双面微细结构特征的薄膜表面。

(6)卷对卷UV固化。设备工艺参数调试结束后，提高PMMA基材2的传输速度，开始卷对卷UV固化工艺，连续制备带有双面表面微结构的薄膜器件。

(7)关闭设备。工艺结束后，关闭滴胶管道8和狭缝式涂胶装置20，关闭UV光源17和UV光源22，关闭主动辊7、主动辊11、主动辊14、的电机，关闭模具辊19、压力辊28和压力辊29、以及收卷辊的电机，松开支撑带12，移开刮刀21，取出设备中残留的PMMA聚合物薄膜。

本实施例的优点是：

正逆向UV固化模块结合，一次完成聚合物基材双面微细结构成型，效率高；各个模块之间布局紧密，设备效率高；正向UV固化模块中采用模具带有利于延长充型时间和保型时间，提升成型效果，同时，模具带实现了连续无缝加工；支撑带的使用保证了基材和模具带之间的紧密贴合，防止基材变形起皱，保证成型质量。

实施例2

如图2所示，本实施例基于例1，将逆向压印模块整体往下移动，从而增加了与模具带之间的接触面积，延长了逆向压印过程的转印接触和保型时间，获得更好的成型效果。

本实施案例采用厚度100μm的聚合物薄膜PET材料作为基材，双面加工微细结构不同，微细结构高度20μm。

本实施例的优点是：

逆向UV固化模块的下移使得逆向模具辊和基材之间有了更长的接触长度和保型时间，同时，正向UV固化模块的模具带也对基材提供支撑，使得基材和逆向UV固化模具辊之间的贴合更加紧密，从而提高了逆向UV固化的成型质量。

实施例3

如图3所示，基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，该装置在放卷模块、机架、支撑模块、贴保护膜模块、收卷模块之外还包含了正向UV固化模块、逆向UV固化模块，所述的机架机械连接放卷模块、正向UV固化模块、逆向UV固化模块、贴保护膜模块、收卷模块，所述的正向和逆向UV固化模块均包含涂料模块和UV固化模块；待加工薄膜基材经放卷模块放卷后，依次经过涂料装置进行正向UV固化，然后翻边后涂料进行逆向UV固化，然后在光学膜两面贴好保护膜在收卷模块收卷；

本实施例结构与实施例1类似，但是没有采用逆向UV固化模块来固化成型第二面的微细结构，而是采用了正向UV固化模块，此正向UV固化模块采用的模具为模具辊19，涂胶装置使用的是滴胶方式，如图中涂料存储腔和滴胶管道8所示；涂胶后采用刮刀21配合模具辊控制涂料在基材2上的厚度和均匀度；

本实施例的加工流程与实施例1类似，不过用正向UV固化代替了逆向UV固化，在用滴胶管道8涂胶后，经由刮刀21和模具辊调节好厚度，然后由压力辊20施加压力，使涂料充型后由UV光源22照射固化。

本实施案例采用厚度200μm的聚合物薄膜PET材料作为基材，双面微细机构不同，微细结构高度40μm。

本实施例的优点是：

两面UV固化均采用正向UV固化模块，设计简单，两次涂料均采用滴胶方式，控制更加方便，整体操作简单。

以上三个实施例仅为说明该装置加工方法的说明，不代表该加工装置仅适用于以上所举出的实施例。上述实施例各有其优势与特点，其中，方案2延长了逆向UV固化模块的转印距离和保型时间，同时利用正向模具带对逆向UV固化提供支撑，保证基材和模具辊之间的紧密贴合，提升了成型效果，为本发明推荐方案。

Claims (8)

1.基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，其特征在于，该装置包括架设在机架上依次连接的放卷模块、UV固化模块、贴保护膜模块、收卷模块，

所述的放卷模块与UV固化模块经调节组件连接，

所述的UV固化模块包括正向UV固化模块及逆向UV固化模块，上述固化模块均包括涂料模块及UV固化模组，待加工薄膜基材经正向UV固化模块及逆向UV固化模块分别在两面进行UV固化，

所述的贴保护膜模块在UV固化后的薄膜基材的表面贴合保护膜，最后经收卷模块收卷；

所述的逆向UV固化模块依靠正向UV固化模块的模具带提供张紧力，延长保型时间并提高固化效果。

2.根据权利要求1所述的基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，其特征在于，所述的正向UV固化模块中，

涂料模块采用滴胶方式或者狭缝式涂胶方式涂胶，然后利用刮刀或者软辊将涂料涂覆均匀并达到目标厚度，

UV固化模组为线功率在200-300W/cm的UV光源。

3.根据权利要求1或2所述的基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，其特征在于，所述的正向UV固化模块采用主动辊及从动辊带动模具带运动，待加工薄膜基材在模具带上运动并经涂料模块涂料、UV固化模组照射紫外线。

4.根据权利要求3所述的基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，其特征在于，所述的模具带套在主动辊及从动辊上，通过调节主动辊及从动辊间的距离调节张紧力，模具带为完整加工成型，实现微细结构的连续无缝加工。

5.根据权利要求1所述的基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，其特征在于，所述的逆向UV固化模块中，

涂料模块采用微凹涂胶方式或者狭缝式涂胶方式涂胶，然后利用刮刀或者软辊去除模具辊型腔外的涂料，

UV固化模组为线功率在200-300W/cm的UV光源。

6.根据权利要求1或5所述的基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，其特征在于，所述的逆向UV固化模块采用模具辊待加工薄膜基材运动并经涂料模块涂料、UV固化模组照射紫外线。

7.根据权利要求1所述的基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，其特征在于，所述的正向UV固化模块及逆向UV固化模块中内还设有可以对局部加热调节温度来实现最优的固化速度的红外加热装置。

8.根据权利要求1所述的基于带状模具的薄膜双面微结构卷对卷UV固化成型装置，其特征在于，待加工薄膜基材与UV固化模块、贴保护膜模块的接触面下方设有支撑条，保持基材幅宽方向的平整度并保证模块和基材间的良好接触。