CN103963283A - 成型滚轮及其制造设备与制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成型滚轮，其包括一个原始轮及一个成型膜，该原始轮包括一个外圆周面，该成型膜由可挠性的高分子材料制成且贴附在该外圆周面上，以形成圆环状。该高分子材料包括聚二甲基硅氧烷及生长在聚二甲基硅氧烷的高分子网格结构中的二氧化硅纳米粒子。该成型膜包括一个背离该外圆周面的成型面，该成型面上设置微结构压印图案。由于平面加工比曲面加工简单很多，因此本发明的成型滚轮可更精确地控制该微结构压印图案的精度，从而提高该成型滚轮制造出的光学薄膜的生产效率及产品良率。本发明还涉及一种成型滚轮的制造设备及制造方法。

Description

成型滚轮及其制造设备与制造方法

技术领域

本发明涉及滚轮压印(Roll to Roll)领域，尤其涉及一种成型滚轮及其制造设备与制造方法。

背景技术

目前背光模组中的光学薄膜(比如扩散膜、增亮膜等)一般通过滚轮压印的方法制造。滚轮压印技术是将熔融的加工原料从两个成型滚轮之间流过，利用该两个成型滚轮之间的挤压，以将成型滚轮上的微结构压印图案转印到成型后的光学薄膜表面。现在的成型滚轮一般包括原始轮及镀在原始轮的外圆周面上的铜膜，且铜膜的表面形成有微结构压印图案。当该成型滚轮上微结构压印图案被破坏后，就需要将铜膜去除掉，重新在原始轮的外圆周面进行铜电镀及雕刻，由于铜电镀和雕刻都需要较长的时间，进而影响该成型滚轮制造的光学薄膜的生产效率。由于微结构压印图案对光学薄膜的质量影响很大，因此微结构压印图案的精度要求比较高。但是由于曲面加工本身比较困难，对加工机台的加工精度及操作员的技术要求均比较高，使得该微结构压印图案不容易达到所需的精度，进而影响该成型滚轮制造的光学薄膜的产品良率。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够有效提高光学薄膜的生产效率及产品良率的成型滚轮及其制造设备与制造方法。

一种成型滚轮，其包括一个原始轮及一个成型膜。该原始轮包括一个外圆周面。该成型膜由可挠性的高分子材料制成，并贴附在该外圆周面上，以形成圆环状。该高分子材料包括聚二甲基硅氧烷及生长在聚二甲基硅氧烷的高分子网格结构中的二氧化硅纳米粒子。该成型膜包括一个背离该外圆周面的成型面，该成型面上设置有微结构压印图案。

一种成型滚轮的制造设备，其包括一个金属模仁、一个调配装置、一个固化装置、一个容置槽、一个贴合装置、一个剪切装置及一个真空反应腔。该金属模仁为平板状，且具有一个转印平面。该转印平面形成有微结构转印图案。该调配装置用于制成具有高分子网格结构的待成型膜材料。该待成型膜材料用于被倒在该金属模仁的该转印平面上。该固化装置用于将该待成型膜材料进行固化，以得到一个待成型膜，该待成型膜具有一个与该转印平面相贴合的待成型面。该容置槽内容置有添加剂，该待成型膜浸入该添加剂内一预定时间，该添加剂渗入该待成型膜内，使得该待成型膜进行膨润。该贴合装置用于将膨润后的该待成型膜贴附在一个原始轮的外圆周面上，使该待成型面背离该外圆周面。该剪切装置用于将该成型膜进行剪切，以得到该待成型滚轮。该真空反应腔内容置有液态的弱碱性催化剂，该待成型滚轮被放入该真空反应腔，且位于该催化剂的上方。当该真空反应腔内的温度升高时，该催化剂汽化以到达该待成型膜，以加快该待成型膜与该添加剂的反应速度，加快在该待成型膜的高分子网格结构中生长二氧化硅纳米粒子的速度，从而得到一个成型膜及一个成型滚轮。

一种成型滚轮的制造方法，其包括如下步骤：

提供一个上述的成型滚轮的制造设备，并使用该调配装置制成具有高分子网格结构的待成型膜材料，并将该待成型膜材料倒在该金属模仁的该转印平面上；

将设置有该待成型膜材料的该金属模仁放入该固化装置内，利用该固化装置将该待成型膜材料进行固化，以得到该待成型膜，该转印平面用于成型该待成型面；

将该待成型膜从该金属模仁上取下并完全浸在该容置槽内的该添加剂内一预定时间，该添加剂渗入该待成型膜内，使得该待成型膜进行膨润；

将该待成型膜从该添加剂中取出，使用该贴合装置将该成型膜固定到原始轮的外圆周面上；

利用该剪切装置剪切该成型膜，以得到该待成型膜及该待成型滚轮；及

将该待成型滚轮放入该真空腔内，升高该真空反应腔内的温度，使得该真空反应腔内容置的该弱碱性催化剂进行汽化，以到达该待成型膜，从而加速该待成型膜与该添加剂的反应，以加快该待成型膜的高分子网格结构中生长二氧化硅纳米粒子的速度，从而得到该成型滚轮。

与现有技术相比较，本发明的成型滚轮及其制造设备与制造方法，利用平面转印技术在待成型膜上转印出微结构压印图案，以形成成型膜，然后将平面的成型膜直接转换成曲面，以贴附在该外圆周面上。由于平面加工比曲面加工简单很多，使得该成型膜的加工比较方便快捷，因此可有效提高该成型滚轮制造的光学薄膜的生产效率。同时由于平面加工的加工精度比曲面加工高，从而可更精确地控制该微结构压印图案的精度，从而提高该成型滚轮制造出的光学薄膜的产品良率。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式的成型滚轮的结构示意图。

图2是本发明较佳实施方式的成型滚轮的制造设备的结构示意图。

图3及图4是本发明较佳实施方式的成型滚轮的制造方法的流程图。

主要元件符号说明

成型滚轮	100
		待成型滚轮	100a
原始轮	10
		外圆周面	101
粘着剂	102
		成型膜	20
待成型膜	20a
		成型面	201
待成型面	201a
		微结构压印图案	202
成型滚轮的制造设备	300
		承载平板	301
待加工金属模仁	302
		加工治具	303
激光发射器	303a
		反射镜	303b
聚光透镜	303c
		待加工平面	304
微结构转印图案	305
		金属模仁	306
转印平面	307
		调配装置	310
第一容器	311
		第二容器	312
PDMS主剂	310a
		硬化剂	310b
待成型膜材料	310c
		固化装置	320
容置槽	330
		添加剂	331
贴合装置	350
		工作平台	351
剪切装置	360
		真空反应腔	370
第三容器	371
		第四容器	372
弱碱性催化剂	370a
		去离子水	370b

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明实施方式提供的一种成型滚轮100，其包括一个圆柱状的原始轮10及一个成型膜20。

该原始轮10包括一个外圆周面101。该成型膜20围绕该原始轮10的外圆周面101一周，并贴附在该原始轮10的外圆周面101上，以形成圆环状。

该成型膜20由可挠性的高分子材料制成。在本实施方式中，该高分子材料包括聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)及生长在聚二甲基硅氧烷的高分子网格结构中的二氧化硅纳米粒子。该聚二甲基硅氧烷具有较好的表面抗粘性及可挠性，使得该成型膜20与该成型滚轮100制造的光学薄膜容易相互分离，从而不影响该光学薄膜的产品良率。二氧化硅纳米粒子通过溶胶凝胶法生长在该聚二甲基硅氧烷的高分子网格结构中，以增加该成型膜20的硬度及耐用性。在其他实施方式中，也可通过其他方法将二氧化硅纳米粒子生长在聚二甲基硅氧烷内。

该成型膜20包括一个背离该外圆周面101的成型面201。该成型面201上设置有微结构压印图案202。在本实施方式中，该成型膜20上的微结构压印图案202为微型凸点状的网点。

如图2所示，为本发明实施方式提供一种成型滚轮的制造设备300，用于加工该成型滚轮100，并包括一个承载平板301、一个待加工金属模仁302、一个加工治具303、一个调配装置310、一个固化装置320、一个容置槽330、一个贴合装置350、一个剪切装置360及一个真空反应腔370。

该待加工金属模仁302为平板状，且固定在该承载平板301上。该待加工金属模仁302包括一个背离该承载平板301的待加工平面304。该待加工金属模仁302可由镍、铬或不锈钢等高耐热性、高机械强度的材料制成。

该加工治具303用于在该待加工平面304上加工出微结构转印图案305，以得到一个金属模仁306及一个转印平面307。在本实施方式中，由于该微结构转印图案305为微型凹槽状的网点，因此该加工治具303为激光切割装置，并包括一个激光发射器303a、一个反射镜303b及一个聚光透镜303c。该激光发射器303a所发射的该激光的传播方向平行于该待加工平面304，该反射镜303b用于将该激光反射至该聚光透镜303c，该聚光透镜303c用于将经过该反射镜303b反射的激光汇聚至该待加工平面304上，以进一步提高该激光的准直性，提高该加工治具303的加工精度。可以理解，将激光的传递路径转折90度是为了使用者操作的便利性，当然，在其它实施方式中，也可以将该反射镜303b及该聚光透镜303c省去，并且让该激光发射器303a的激光发射方向垂直于该待加工平面304。

在其他实施方式中，若该微结构转印图案305为V型槽，则该加工治具303可以为刀锋为V型的钻石刀。若该微结构转印图案305为不规则排布且形状不固定的凹点，则该加工治具303也可为喷砂装置。

该调配装置310包括第一容器311及第二容器312。该第一容器311用于容置PDMS主剂(Base)310a，该第二容器312用于容置硬化剂(Curing agent)310b。在本实施方式中，PDMS主剂310a与硬化剂310b的质量比例为10：1。该PDMS主剂310a及该硬化剂310b进行混合调配，使得该PDMS主剂310a进行硬化，以制成PDMS溶液，从而得到高分子网格结构的待成型膜材料310c，该待成型膜材料310c被倒在该金属模仁306的该转印平面307上。在本实施方式中，该第一容器311及第二容器312均为量杯。

该固化装置320用于将贴附在该金属模仁306上的该待成型膜材料310c固化，以得到一个待成型膜20a及一个待成型面201a。在本实施方式中，该固化装置320包括一个加热器，且位于该金属模仁306的下方并与该金属模仁306接触，使得贴附在该金属模仁306上的该待成型膜材料310c固化，以得到该待成型膜20a。该待成型面201a为该待成型膜20a上与该转印平面307相贴合的表面。该待成型面201a上形成有与该微结构转印图案305相耦合的微结构压印图案202。该微结构压印图案202为凸点状的网点。

该容置槽330内容置有添加剂331。在本实施方式中，该添加剂331包括硅酸乙酯(Tetraethoxy silane，TEOS)。该待成型膜20a被完全浸入该添加剂331内一段时间，使得该待成型膜20a进行膨润，该添加剂331渗入该待成型膜20a内，然后将该待成型膜20a取出，除去该待成型膜20a表面的该添加剂331。在本实施方式中，以氮气枪吹去该待成型膜20a表面的该添加剂331。该添加剂331为液体。

该贴合装置350用于将膨润后的该待成型膜20a贴附在该原始轮10的外圆周面101上。该贴合装置350包括一个工作平台351。膨润后的该待成型膜20a放置在该工作平台351上，且该待成型面201a面向该工作平台351。该外圆周面101上涂敷粘着剂102，且压设在膨润后的该待成型膜20a的一端，使得膨润后的该待成型膜20a的一端先被贴在原始轮10上，然后该原始轮10转动，以带动膨润后的该待成型膜20a逐渐贴在该外圆周面101上。

在其他实施方式中，该贴合装置350也可省去，直接让人工手动将膨润后的该待成型膜20a贴附在该外圆周面101上。

该剪切装置360用于剪切膨润后的该待成型膜20a，以得到该待成型滚轮100a。在本实施方式中，膨润后的该待成型膜20a的长度等于该外圆周面101的圆周长。

由于采用溶胶凝胶法生成二氧化硅纳米粒子时，若不采用催化剂，则该添加剂331与该待成型膜20a的反应速度比较慢，使得二氧化硅纳米粒子的生长速度比较慢。因此一般需要使用催化剂以提高二氧化硅纳米粒子的生长速度。又由于二氧化硅纳米粒子的生长受PH值的影响，弱碱性环境比较适合二氧化硅纳米粒子的生长，因此本实施方式中采用弱碱性催化剂370a，比如95%的二氨基二甲基丙醇溶液(95%2-amino-2-methyl-propanol solution，AMP-95)。该弱碱性催化剂370a的PH值为8-10。

该真空反应腔370内容置有第三容器371及第四容器372。该第三容器371用于容置液态的弱碱性催化剂370a，该第四容器372用于容置去离子水(deionized water)370b。在本实施方式中，该弱碱性催化剂370a与该去离子水370b的体积比为1：5。该待成型滚轮100a容置在该真空反应腔370内，且位于该第三容器371及该第四容器372的上方。当该真空反应腔370内的温度逐渐升高时，该弱碱性催化剂370a及该去离子水370b均汽化形成弱碱性蒸汽，并到达膨润后的该待成型膜20a上，促进该添加剂331与该待成型膜20a进行缩合反应，以加快二氧化硅纳米粒子的生长速度，从而得到该成型膜20。同时，通过控制该添加剂331与该待成型膜20a进行缩合反应的时间，还可控制该成型膜20的杨氏模量。杨氏模量指的是物体抵抗形变能力的物理量。该成型膜20与该原始轮10共同形成该成型滚轮100。

如图3所示，为本发明实施方式提供一种成型滚轮的制造方法，其使用该成型滚轮的制造设备300制造该成型滚轮100，并包括如下步骤：

S1：提供一个待加工金属模仁302及该成型滚轮的制造设备300，将该待加工金属模仁302设置在该承载平板301上，并使用该加工治具303在该待加工平面304上加工出该微结构转印图案305，以形成该金属模仁306及该转印平面307。

S2：使用该调配装置310将PDMS主剂310a及该硬化剂310b按照比例进行调配，使得该PDMS主剂310a被硬化，以制成PDMS溶液，从而得到一个具有高分子网格结构的待成型膜材料310c。在本实施方式中，使用该第一容器310a容置该PDMS主剂310a，并使用该第二容器312容置该硬化剂310b，并将该PDMS主剂310a及该硬化剂310b按照质量比10：1的比例进行混合。

S3：将该待成型膜材料310c倒在该金属模仁306的该转印平面307上，该固化装置320将该待成型膜材料310c进行固化，以得到该待成型膜20a。该待成型膜20a上与该转印平面307贴合的表面为该待成型面201a，该待成型面201a上形成有与该微结构转印图案305相耦合的微结构压印图案202。

S4：将该待成型膜20a从该金属模仁306上取下，并完全浸入该容置槽的该添加剂331(即TEOS)内，静置一预定时间，使得该待成型膜20a进行膨润，然后将该待成型膜20a从该添加剂331中取出，并除去该待成型膜20a表面的该添加剂331。在本实施方式中，使用氮气枪吹去该待成型膜20a表面的该添加剂331，该添加剂331为液体。

S5：使用该贴合装置350将膨润后的该待成型膜20a贴附到该外圆周面101上。

S6：使用该剪切装置360剪切膨润后的该待成型膜20a，使得膨润后的该待成型膜20a的长度等于该外圆周面101的圆周长，以得到该待成型滚轮100a。

S7：将该待成型滚轮100a放入该真空反应腔370内，升高该真空反应腔370内的温度，使得该真空反应腔370内容置的该弱碱性催化剂370a及该去离子水370b进行汽化形成弱碱性蒸汽，并到达膨润后的该待成型膜20a，从而加速该待成型膜20a与该添加剂331的反应，以加快在该待成型膜20a的高分子网格结构中生长二氧化硅纳米粒子的速度，以得到该成型滚轮100。

具体的，如图4所示，步骤S5还包括如下子步骤：

S51：在该外圆周面101上涂敷该粘着剂102。

S52：将该待成型膜20a设置在该贴合装置350上，且该待成型面201a背离该原始轮10。

S53：将该原始轮10压设在该待成型膜20a的一端，使得该待成型膜20a的该端先贴附在该外圆周面101上。

S84：转动该原始轮10，直至该待成型膜20a包覆该外圆周面101。

与现有技术相比较，本发明的成型滚轮及其制造设备与制造方法，利用平面转印技术直接在金属模仁上加工出微结构图案，然后利用平面转印技术将该微结构图案转印到带状的待成型膜上，以形成带状的成型膜，最后直接将该带状的成型膜贴附在该外圆周面上，代替了现有技术中在外圆周面上进行铜电镀及雕刻的步骤。由于平面加工比曲面加工简单很多，使得该成型膜的加工比较方便快捷，而且若该成型膜上的微结构压印图案被破坏了，直接在将该成型膜取下，更换另一个新的成型膜，或者将新的成型膜直接贴附在原成型膜上即可，因此可有效提高该成型滚轮制造的光学薄膜的生产效率。

同时，由于平面加工的加工精度比曲面加工高，从而可更精确地控制该微结构压印图案的精度，从而提高该成型滚轮制造的光学薄膜的产品良率。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种成型滚轮，其包括一个原始轮及一个成型膜，该原始轮包括一个外圆周面，该成型膜由可挠性的高分子材料制成且固定在该外圆周面上，该高分子材料包括聚二甲基硅氧烷及生长在聚二甲基硅氧烷的高分子网格结构中的二氧化硅纳米粒子，该成型膜包括一个背离该外圆周面的成型面，该成型面设置有微结构压印图案。

2.如权利要求1所述的成型滚轮，其特征在于，该二氧化硅纳米粒子通过溶胶凝胶法生长在该聚二甲基硅氧烷的高分子网格结构中。

3.一种成型滚轮的制造设备，其包括一个金属模仁、一个调配装置、一个固化装置、一个容置槽、一个贴合装置、一个剪切装置及一个真空反应腔，该金属模仁为平板状，且具有一个转印平面，该转印平面形成有微结构转印图案；该调配装置用于制成一具有高分子网格结构的待成型膜材料，该待成型膜材料用于被倒在该金属模仁的该转印平面上；该固化装置用于将该待成型膜材料进行固化，以得到一个待成型膜，该待成型膜具有一个与该转印平面相贴合的待成型面；该容置槽内容置有添加剂，该待成型膜浸入该添加剂内一预定时间，该添加剂渗入该待成型膜内，使得该待成型膜进行膨润；该贴合装置用于将膨润后的该待成型膜贴附在一个原始轮的外圆周面上，使该待成型面背离该外圆周面；该剪切装置用于将该成型膜进行剪切，以得到该待成型滚轮；该真空反应腔用于容置有液态的弱碱性催化剂，该待成型滚轮被放入该真空反应腔，且位于该催化剂的上方，当该真空反应腔内的温度升高时，该催化剂汽化以到达该待成型膜，以加快该待成型膜与该添加剂的反应速度，在该待成型膜的高分子网格结构中生长二氧化硅纳米粒子，从而得到一个成型膜及一个成型滚轮。

4.如权利要求3所述的成型滚轮的制造设备，其特征在于，该调配装置将聚二甲基硅氧烷主剂与硬化剂按照比例进行调配，使得该聚二甲基硅氧烷主剂进行硬化，以制成聚二甲基硅氧烷溶液，从而得到该待成型膜材料。

5.如权利要求4所述的成型滚轮的制造设备，其特征在于，该添加剂包括硅酸乙酯。

6.如权利要求5所述的成型滚轮的制造设备，其特征在于，该弱碱性催化剂包括二氨基二甲基丙醇溶液。

7.如权利要求3所述的成型滚轮的制造设备，其特征在于，该固化装置包括一个加热器，且位于该金属模仁的下方并与该金属模仁接触，用于将该金属模仁上的该待成型膜材料烘干，以得到该待成型膜。

8.如权利要求3所述的成型滚轮的制造设备，其特征在于，该金属模仁通过使用一个加工治具在一个待加工金属模仁进行加工而制成，该待加工金属模仁为平板状，且包括一个待加工平面，该加工治具为激光加工装置、钻石刀或喷砂装置，该加工治具用于在该待加工平面上进行加工，以得到该微结构转印图案，该成型面上形成有与该微结构转印图案相耦合的微结构压印图案。

9.一种成型滚轮的制造方法，其包括如下步骤：

提供一个如权利要求3所述的成型滚轮的制造设备，并使用该调配装置制成具有高分子网格结构的待成型膜材料，并将该待成型膜材料倒在该金属模仁的该转印平面上；

将设置有该待成型膜材料的该金属模仁放入该固化装置内，利用该固化装置将该待成型膜材料进行固化，以得到该待成型膜，该转印平面成型该待成型面；

将该待成型膜从该金属模仁上取下并完全浸入该容置槽内，该容置槽内容置有添加剂，该待成型膜在该添加剂内放置一预定时间，该添加剂渗入该待成型膜内，使得该待成型膜进行膨润；

将该待成型膜从该添加剂中取出，使用该贴合装置将该成型膜固定到原始轮的外圆周面上；

利用该剪切装置剪切该成型膜，以得到该待成型膜及该待成型滚轮；及

将该待成型滚轮放入该真空腔内，升高该真空反应腔内的温度，使得该真空反应腔内容置的该弱碱性催化剂进行汽化，以到达该待成型膜，从而加速该待成型膜与该添加剂的反应，以加快该待成型膜的高分子网格结构内生长二氧化硅纳米粒子的速度，从而得到该成型滚轮。

10.如权利要求9所述的成型滚轮的制造方法，其特征在于，在将该成型膜贴附到该原始轮的该外圆周面上的步骤中还包括如下子步骤：在该外圆周面上涂敷该粘着剂；将该待成型膜设置在该贴合装置上，且该待成型面背离该原始轮；将该原始轮压设在该待成型膜的一端，使得该待成型膜的该端先贴附在该外圆周面上；转动该原始轮，直至该待成型膜包覆该外圆周面。