CN107430329A - 纹理化分立基板的方法ii - Google Patents

Abstract

一种辊对板法，其包含至少一个用于纹理化或图案化分立基板如显示器、照明或太阳能板的辊，其包含以连续层的形状供应压印漆、用具有背面和正面的模具纹理化该压印漆的步骤，其中背面与所述至少一个辊摩擦接触，且其中正面表现出包含功能区的压印纹理，所述功能区由开孔和凸起形成，由此在压印纹理中创建体积(volumes)以获得已压印的漆，任选随后固化已压印的漆以获得固化的纹理化或图案化层，其特征在于所述纹理化或图案化用压印纹理进行，所述压印纹理包含起始区，其是具有可供气体逸出的纹理的导入区，其后接着具有与导入区的纹理不同的纹理的功能区。

Description

纹理化分立基板的方法II

本发明涉及通过用印模(stamp)压印压印漆(imprinting lacquer)、接着固化已压印的漆而纹理化或图案化分立基板如显示器、照明或太阳能板，以在分立基板上产生附加功能纹理化层的方法。这种附加层的功能尤其可从光管理层到疏水层、装饰性用途或用于生物传感器不等。本发明还涉及压印该漆以纹理化或图案化分立基板的印模。

功能纹理化层在器件上的使用是重要的课题。此类层的巧妙使用可以增强性能、降低成本或改进产品的视觉外观。例如在显示器中使用漫射层，以能够使用较薄LED背光概念和从侧面照明显示器。其它新的高技术可能性是将功能纹理化层集成到太阳能板中，以改进它们的效率或在有机发光二极管(OLED)照明板中的集成以提取更多光。

功能纹理化层可以使用压印光刻法制造。在这种情况下，用漆(树脂或抗蚀剂)涂布基板或模具或两面。在漆位于中间的情况下将模具压在基板上之后，将该纹理化漆固化成固相。该固化法可以是热法或利用紫外线。在1978年在美国专利4,128,369中已提到这种技术。Chou在1995年作出进一步的开创性工作。他验证了通过使用刚性印模可以在高吞吐量的大规模生产中复制低于25纳米纹理(美国专利5,772,905)或在Stephen Y.Chou,PeterR.Krauss,Preston J.Renstrom的文章中(Appl.Phys.Lett.67(1995)3114-3116)。稍后验证了使用辊在刚性模具或弯曲的薄金属板上施加压力以复制纹理(文章Hua Tan,AndrewGilbertson,Stephen Y.Chou,J.Vac.Sci.Technol.,B 16(1998)3926-3928)。

许多学院和公司继续这一研究，以产生不同的技术。

在半导体工业中，如美国专利6,334,960、美国专利申请2004/0065976和美国专利8,432,548中所述与转印法、材料和精确定位结合使用刚性印模施加板对板压印。

辊对辊压印技术与柔性基板结合使用纹理化辊以在如例如美国专利8,027,086中所述在连续法中将箔或薄膜纹理化。

最初提到的板对板技术是为以高位置精确度在均匀的平晶片上精确地以晶片规模压印小纹理(分辨率低于100纳米)设计的。但如中国专利申请CN 103235483中所述，这一技术难以规模化至更大面积。

通过使用辊对辊技术，可以以高生产速度连续制造纹理化箔。这些箔可用作用于柔性用途的基板或可层压到刚性基板上。但是，后者额外花费中间粘合剂层以将纹理化箔粘贴到刚性基板或产品上。因此开发出第三种新技术：直接辊对板压印。由此在分立基板上直接施加功能纹理化层而没有几十至几百微米厚的中间厚粘合剂层。在这种方法中，使用如法国专利2,893,610中例举的纹理化辊或如美国专利7,824,516中公开的可移除柔性印模。

不同于连续辊对辊工艺，不连续辊对板工艺的挑战是启停效应。与辊对辊工艺以及板对板工艺相比的另一挑战是纹理化表面在辊对板工艺中通常不修剪成较小样品。因此在没有这样的后加工的辊对板工艺中必须良好控制整个样品，包括样品边缘。

如介绍段落中已提到，通过将漆涂布到基板(板)上或模具上并在漆位于中间的情况下使模具与基板接触以将其压印(纹理化)而实现压印。作为模具，可以使用柔性印模、刚性印模或纹理化辊。可以以各种方式进行涂布，例如但不限于，将漆分配、喷墨印刷、丝网印刷、喷射、喷雾、狭缝模具涂布或辊涂到基板或印模上。

在本发明中，术语“漆”是指可通过本领域技术人员已知的方法涂布到基板上并纹理化(压印)的物质。漆通常包含单体、低聚物，可能添加光引发剂和交联丙烯酸酯基团。其它可能的材料是，但不限于，可固化溶胶-凝胶和环氧化物。该漆能够固化以保持压印图案。这些固化过程也是已知的并包含热固化、通过紫外线固化、化学引发的固化和本身已知的其它方法。此类漆也被称作涂料、树脂、抗蚀剂等。

也在本发明中，用漆压印的物体被称作基板或板。这些基板或板可以是例如玻璃、塑料或金属基板的子装配件，或可以是成品器件如显示器、照明或太阳能板。

通过辊对板压印法纹理化分立板或基板是不连续的。对于各板，存在启停时刻。这种方法的启动具有若干挑战。必须将基板置于模具下方。在辊对板工艺中，基板在具有柔性模具的辊下方水平滑动。由于这对于各基板而言是不连续法，在模具和位于基板上的压印漆之间存在最先接触。由于模具上的纹理，气体在最先接触区中截留在纹理化模具和漆之间。对于具有分立通道(如扁豆状(lenticulars))的纹理，截留的气体可从侧面逸出。对于大多数3D纹理，尤其是倒3D纹理和无规3D纹理，截留的气体或对大多数用途而言空气，无法逸出。这会导致该纹理的不完全复制。这会造成纹理功能的至少部分损失，也在视觉上缺乏吸引力。在不连续板对板工艺中，通过包含真空步骤解决这一问题。在环境辊对板工艺中，不施加真空步骤。必须通过调节纹理解决空气夹杂。

WO 2007/123805A2描述了一种光刻压印系统以通过利用固定纳米压印模具的模板中的通道或孔创建部分真空而在纳米压印光刻模板附近创建和保持所需环境。

WO 2007/132320A2描述了一种纳米印刷光刻模板，其尤其包括模具并在段落[0041]中解释，该模具接触聚合材料的微滴。这使微滴铺开并制造该聚合材料的连续液膜。该聚合材料片被剩余微滴包围。剩余微滴之间的体积划定气体通道，可经其将气体推向基板边缘。该液膜的边缘划定用于将剩余微滴之间的体积中的气体推向基板边缘的液体-气体界面。因此，该液体-气体界面与气体通道一起减轻(即使不防止)该聚合材料液膜中的气体截留。

EP 1 958 025B1描述了在基板和模具组装件之间的聚合材料的板对板压印法。该方法使用与卡盘永久接触的模具组装件。通过真空使模具组装件弯曲以使气体从所述基板和所述模具组装件之间排出并且所述液体填充限定在所述模具组装件和基板之间的体积。

US 2007/0228589A1描述了在基板和模具组装件之间的聚合材料的板对板压印法。该模具组装件与模板卡盘永久接触。在多个区域中通过真空使模具组装件弯曲以使气体从所述基板和所述模具组装件之间排出并且所述液体填充限定在所述模具组装件和基板之间的体积。

作为板对板工艺中的标准，在压印过程中施加真空并且不存在如上论述的空气夹杂问题。但是，为了降低成本和单件工时，应该降低真空水平或甚至消除真空步骤。在现有技术中已提出解决空气夹杂的其它解决方案。

韩国专利申请KR 20130123760提出对气泡的相机检测系统并且如果气泡仍可见，调节该真空步骤的压力和长度。这种提出的解决方案使该系统更昂贵和缓慢。

本发明试图减轻或防止现有技术的问题。通过一种辊对板法实现这一目的，其包含至少一个用于纹理化或图案化分立基板如显示器、照明或太阳能板的辊，其包含以连续层的形状供应压印漆、用具有背面和正面的模具纹理化该压印漆的步骤，其中背面与所述至少一个辊摩擦接触，且其中正面表现出包含功能区的压印纹理，所述功能区由开孔和凸起形成，由此在压印纹理中创建体积(volumes)以获得已压印的漆，任选随后固化已压印的漆以获得固化的纹理化或图案化层，其特征在于所述纹理化或图案化用压印纹理进行，所述压印纹理包含起始区，其是具有可供气体逸出的纹理的导入区(lead-in area)，其后接着具有与导入区的纹理不同的纹理的功能区。

可以由从属权利要求推导出本发明的方法的优选实施方案。

对于大多数用途，该纹理化法在空气中施加。因此，在本申请中提到空气，而非笼统术语气体。但本发明也涉及在其它气体条件，例如但不限于氩气、氮气或二氧化碳中施加的纹理化法。

台湾专利申请TW 201036799提出在内部区域的宽槽，在全面积压印过程中空气可沿其逸出。该槽布置在功能区旁，但不连向功能区。该槽不存在于最终产品上，因为对于半导体用途，将晶片修剪成较小片。本发明通过以视觉上具有吸引力并因此不需要移除的方式仅调节划定的导入区中的纹理解决空气夹杂问题。功能区中的纹理不变。

美国专利申请US20080099175提出横向连接到微米或纳米结构上的流道。由此一旦将复制材料压到模具中以复制微米或纳米纹理，空气或气体可逸出。该流道不会是最终产品的一部分。本发明在导入区中开始压印过程，而非全面积压印。以视觉上有吸引力并因此不需要移除的方式改变这一导入区中的纹理以防止空气夹杂。

现在参照下列附图更详细解释本发明：

图1示意性描绘压印法。

图2a、2b和2c示意性描绘在压印过程中的空气夹杂形成。

图3a和3b示意性描绘开放通道结构和倒3D纹理(没有空气逸出)。

图4示意性描绘通过在辊上施加压力和使用少量过量的漆形成漆的小前沿。

图5示意性描绘通过根据现有技术的压印法获得的压印板。

图6示意性描绘通过根据本发明的压印法获得的压印板。

术语“压印纹理”和“压印图案”在本发明通篇同义使用。

现在参照图1，显示示意性辊对板压印法。在这种情况下，在基板104上施加功能压印层。基板104可以是任何材料；基板104优选包含或由玻璃、玻璃板、聚碳酸酯、PEN、PET或PMMA制成。基板104可带有涂布在表面上的一个或多个附加层，例如增粘层和/或透明导体层(例如氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌或flour掺杂的氧化锌)。可以使用复制或压印法在基板104上添加所需压印层。在这种情况下，用可成型压印漆103涂布基板104。将该基板置于用于导向和背压(counter pressure)的平台110上。这一平台110可以是一个或多个辊、固定台、活动台或提供足够的背压的任何其它平台。在图1中，该模具是柔性印模100。柔性印模100具有柔性印模支承基底和图案化外表面101，也称作“压印纹理”或“压印图案”。这一压印纹理包含功能区，所述功能区由开孔和凸起形成，其被本领域技术人员称作浮雕图案。这种浮雕图案化外表面101是基板上的所需纹理的负(或反)纹理。柔性印模基底100和图案化外表面可以由同一材料制成，例如但不限于，通过铣削(milling)或热压花法制成的薄金属片或塑料片。该柔性印模也可以使用两种或更多种材料制成，具有柔性片材作为基底100，例如但不限于PET箔、PC箔、PEN箔或薄金属片，和粘贴的纹理化有机层101，例如但不限于丙烯酸酯材料、溶胶-凝胶材料、环氧或第二纹理化塑料箔。可以添加更多层以增强该柔性印模的稳健性或功能性，例如防粘层。

柔性印模100优选表现出0.1千兆帕斯卡(GPa)至10千兆帕斯卡(GPa)，尤其优选0.5千兆帕斯卡(GPa)至5千兆帕斯卡(GPa)的杨氏模量。根据ASTM E111测量杨氏模量。

在压印辊102A和102B上引导(guide)柔性印模100。要指出，为简单起见，绘制两个辊102。一个辊可能足够或可以添加更多的辊以引导柔性印模100。辊可以由刚性材料，例如但不限于不锈钢制成，但辊优选由具有50至60的典型肖氏A硬度的更弹性材料，例如但不限于聚氯丁烯、聚氨酯或EPDM制成。如箭头所示，辊102的旋转指示压印方向，在基板的起点108处开始压印并在基板的终点109处结束。向基板104的表面供应压印漆103。为了转印纹理，柔性印模100以其外表面，即具有所需纹理的相反纹理的压印纹理101压在基板104上，压印漆103在它们之间。随后，借助热或借助紫外线106将可成型压印漆103固化以产生固化层107。在图1中，借助来自紫外线源105的紫外线106固化可成型漆。可以将紫外线源105置于透明柔性印模100上方。或在基板104透明的情况下，可以将紫外线源105置于柔性印模100对面，在透明基板104下方。在图1中，紫外线源105的位置在辊102A和102B之间。也可以将紫外线源105置于两个辊102之一中或辊102对面。在压印漆103固化后，然后将柔性印模与基板104上的固化层107分离以使具有固化层107的基板与印模100形式的模板分开。

不同于板对板法，该基板在模具下方向前机械运动。可以控制辊102和背压平台110之间的间隙。这意味着对于基板的固定厚度，可以设定该间隙以使模具仅接触该漆并且不接触基板的边缘。这在实践中困难，因为漆厚度通常在微米范围内并且通常为几百微米厚的基板厚度会改变。因此可以抬高第一辊102A以提供入口间隙200，由此基板可以如图2a中所示进入而不接触印模。可以通过降低平台110实现相同间隙。在加载基板后，纹理化辊或带有印模的辊再如图2b中所示降低。在降低第一辊102A的同时，在纹理化模具和漆之间，空气截留最先接触区201中。在降低辊并如图2c中所示最先与玻璃边缘而非漆接触的情况下，空气在开始压印该漆的过程中截留在相同的最先接触区201中。在压印间隙200受到良好控制并且辊既不必降低也不必抬高时，如图2c中所示在模具和压印漆之间的最先接触区类似。在这种情况下在模具和压印漆之间的最先接触区也截留空气。

某些模具纹理可供空气从最先接触区201中逸出。这些是具有开放通道的纹理，空气可沿其逸出。具有通道的纹理的实例是在模具上的2D扁豆状结构或格栅、在模具上的透镜阵列和棱锥阵列，在这些透镜或棱锥之间具有通道。开放通道纹理的一个实例显示在图3a中。在这一实例中，在载体302上显示具有棱锥阵列纹理303的模具。一旦这一模具与基板104上的压印漆103接触，截留在模具和树脂之间的空气可经棱锥阵列纹理中的通道304逸出。不会截留空气的其它纹理是具有低于1微米的纹理高度的浅纹理或甚至无纹理的平面。

对于模具上的倒3D纹理或无规3D纹理，在如图3b中所示在压印漆103在它们之间的情况下将模具302和基板104压在一起的同时，空气无法逸出。图3b描绘模具302上的倒棱锥阵列305。如果这一棱锥区纹理与压印漆接触，空气截留在气窝中并且无法逸出。空气逸出流306被压印漆挡住。这会导致不完全复制，这在视觉上缺乏吸引力并限制光学纹理的功能。例如，由于位于棱锥空隙顶部的气泡，由用倒棱锥阵列模具压印产生的在基板上的棱锥阵列纹理没有锐利的峰。

如上述方法中所述，在模具上具有倒3D纹理或无规3D纹理的压印法中在起始区存在空气夹杂。在降低第一辊后，可以如图4中所示通过在辊上施加压力和使用少量过量的压印漆103制造漆的小前沿401。这种漆前沿401会将空气从纹理开孔402中压出。倒置或无规纹理中的排气程度取决于纹理形状、漆粘度和压印速度。因此在该起始区(辊和模具最先在此与树脂接触)后，可以控制和防止功能纹理，即功能区中的空气夹杂。但是，功能层中的空气夹杂的所述控制和防止受限于

-功能区中的纹理形状，其在漆的给定粘度下和在给定压印速度下下允许足够快的排气，

-漆的粘度，其必须足够低以在给定压印速度下和在功能区中的给定纹理形状下该漆足够快地流入开孔中，和

-压印速度，其必须足够低以在功能区中的给定纹理形状下和在漆的给定粘度下，有足够的时间让漆填满功能区的开孔。

在图5中，给出具有固化压印纹理107的压印板的示意图。对于这一实例，该压印过程具有如箭头所示并定义在图1中的压印方向，该压印过程的起点在基板起始侧108。该压印过程结束于基板终点侧109。通过长度503和宽度504划定功能纹理化区。但是，由于在该过程开始时由模具接触树脂造成的空气夹杂，具有良好复制质量的功能层的尺寸降低。在模具上使用倒3D压印纹理或无规3D压印纹理的情况下存在具有空气夹杂的起始区506。这一起始区的宽度具有与功能区507的宽度相同的宽度504。起始区505的长度取决于辊的直径和接触区。起始区的长度可以为0.1至50毫米。存在空气夹杂的起始区的长度通常为0.5至20毫米。这种视觉上缺乏吸引力的起始区是整个功能区长度503的一部分。

在图5的附图中，该板在功能区周围用清晰边缘绘制。原则上可以压印整个区域，或可以涂布并压印任何特定区域。对于各情况，在起始区(辊和模具最先在此与树脂接触)中存在可见气泡。

为防止这样气泡，一种解决方案是改变模具的纹理和添加具有可供空气逸出的导入区纹理的导入区。如图6中所示，在功能层507前加入这一导入区601，在基板起始侧108开始受控压印过程。用如规定的宽度504和长度503压印无空气夹杂的功能层507。该导入区具有与功能区504的宽度相同的宽度和长度602。该长度取决于辊的直径和接触区。导入区的长度通常可以为0.1至50毫米。导入区的长度通常为1至20毫米。该导入区具有与功能区的纹理不同的导入区纹理。模具上的导入区纹理必须是可供空气逸出的纹理并且可以是平面、具有高度低于1微米的纹理的浅纹理或具有通道的纹理，例如但不限于，2D纹理，如棒、扁豆状物和格栅，和规则3D纹理，如棱锥、块、柱、圆锥和透镜。

如提到，导入区的纹理可以是具有可供空气逸出的通道的任何纹理。在模具上，该纹理的高度和/或深度可在功能区和导入区之间变化。此外，为了对称视觉外观，可以将相同纹理添加到功能区的其它区域上。因此，在一个优选实施方案中，该压印纹理在开始压印过程的功能区一侧上包含具有可供气体逸出的纹理的导入区，其中功能区的一个或多个其它侧表现出用于视觉外观的纹理，所述用于视觉外观的纹理与导入区的纹理相同。

某些纹理优选：

1)具有微米或纳米通道的导入区纹理，其纹理具有与无通道的功能区中的纹理相同的轨道间距(track-pitch)、形状和尺寸。在这种情况下，在更大部分上保持视觉外观。一个实例是将具有相同轨道间距、角度和高度的功能区504中的倒棱锥阵列纹理与导入区601中的相反的非倒棱锥阵列纹理组合。另一实例是在导入区601中使用2D扁豆状物，其具有与模具上的功能区中的倒透镜纹理相同的轨道间距、透镜高度和透镜曲率。

2)导入区可具有浅纹理表面，压印纹理高度变化(即压印纹理开孔和凸起之间的高度距离)低于1微米。气泡不会截留在平树脂表面和模具的浅纹理化导入区之间。

3)该导入区可具有平表面。气泡不会截留在平树脂表面和模具的平导入区之间。在平面的情况下，导入区是透明的并且较不可见。

4)导入纹理(辊最先在此与树脂接触)可用于添加信息形状，如文本、符号、条形码、标识或图形。在这种情况下，在导入区中，逆信息文本是模具上的平面区域上的凸起纹理。具有包围区的字母、数字、符号或图形，例如字母o会将空气截留在这一包围区中。这些包围区应该完全填满或具有空气逸出通道。

本发明的另一部分是用于用至少一个辊辊对板纹理化或图案化分立基板的柔性印模，其中所述柔性印模在其可通过所述至少一个辊传送的程度上是柔性的，并且其中所述柔性印模包含压印纹理作为其外表面，所述压印纹理包含功能区，所述功能区由开孔和凸起形成，由此在压印纹理中创建体积(volumes)，并且其中所述柔性印模的特征在于所述压印纹理包含起始区，其是具有可供气体逸出的纹理的导入区，其后接着具有与导入区的纹理不同的纹理的功能区。

优选地，柔性印模表现出0.1千兆帕斯卡(GPa)至10千兆帕斯卡(GPa)的杨氏模量。

Claims (16)

1.一种辊对板法，其包含至少一个用于纹理化或图案化分立基板如显示器、照明或太阳能板的辊，其包含以连续层的形状供应压印漆、用具有背面和正面的模具纹理化所述压印漆的步骤，其中背面与所述至少一个辊摩擦接触，且其中正面表现出包含功能区的压印纹理，所述功能区由开孔和凸起形成，由此在压印纹理中创建体积以获得已压印的漆，任选随后固化已压印的漆以获得固化的纹理化或图案化层，其特征在于所述纹理化或图案化用压印纹理进行，所述压印纹理包含具有可供气体逸出的纹理的导入区，其后接着具有与导入区的纹理不同的纹理的功能区。

2.权利要求1的方法，其特征在于借助热和/或通过施加紫外线进行固化。

3.前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述模具上的所述导入区表现出包含通道的纹理。

4.权利要求3的方法，其特征在于所述通道为块、棒、柱、扁豆状物、格栅、规则棱锥、圆锥和/或透镜的形状。

5.权利要求4的方法，其特征在于所述通道以特定方式组织，如标识、文本、图形、条形码、fiducial等。

6.权利要求1或2的方法，其特征在于所述导入区具有浅纹理，其压印纹理高度变化低于1微米。

7.权利要求1或2的方法，其特征在于所述导入区是平表面。

8.前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述导入区具有0.1至50毫米，优选1至20毫米的长度。

9.前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述导入区具有与所述功能区相同的宽度。

10.前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述纹理化或图案化用印模，优选具有含导入区的压印纹理作为其外表面的柔性印模进行。

11.前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述印模是滚动的或由辊引导。

12.前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述导入区表现出具有微米或纳米通道的纹理，所述纹理具有与无通道的功能区中的纹理相同的轨道间距、形状和尺寸。

13.前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述压印纹理在开始压印过程的功能区一侧上包含具有可供气体逸出的纹理的导入区，其中所述功能区的一个或多个其它侧表现出用于视觉外观的纹理，所述用于视觉外观的纹理与所述导入区的纹理相同。

14.前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述导入区表现出具有低于1微米的压印纹理高度变化的浅纹理表面，其中所述压印纹理高度变化是压印纹理开孔和凸起之间的高度距离。

15.用于用至少一个辊辊对板纹理化或图案化分立基板的柔性印模，其中所述柔性印模在其可通过所述至少一个辊传送的程度上是柔性的，并且其中所述柔性印模包含压印纹理作为其外表面，所述压印纹理包含功能区，所述功能区由开孔和凸起形成，由此在压印纹理中创建体积，其特征在于所述压印纹理包含具有可供气体逸出的纹理的导入区，其后接着具有与导入区的纹理不同的纹理的功能区。

16.权利要求15的柔性印模，其特征在于所述柔性印模表现出0.1千兆帕斯卡(GPa)至10千兆帕斯卡(GPa)的杨氏模量。