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用可拉伸模具在基片上精密压制和对准结构的方法

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K·R·狄龙
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Abstract

一种用微结构模具在有图案基片上模压并对准微结构的方法。在拉伸模具微结构与有图案基片之间安置一种浆料,浆料含有陶瓷粉与可固化短效粘合剂组成的混合物。模具可拉伸,以将模具的微结构对准预定部分的有图案基片。浆料在模具与基片之间硬化,然后取下模具留下粘附于基片并对准基片图案的微结构。微结构经加热除去粘合剂,并优化烧结陶瓷粉。

Description

用可拉伸模具在基片上精密压制和对准结构的方法

发明领域本发明一般涉及在有图案基片上形成和对准结构的方法。具体而言,本发明涉及在显示应用方面在有图案基片上模压和对准玻璃、陶瓷和/或金属结构的方法以及具有用可拉伸模具模压与对准的挡肋的显示器。

背景技术

显示技术的进步,其中包括等离子体显示面板(POP)与等离子体寻址液晶(PALC)显示器的开发,导致人们关注于在玻璃基片上形成电绝缘的陶瓷挡肋。陶瓷挡肋分开了其中用相对电极之间施加的电场激发惰性气体的显示单元。气体放电在单元内发出紫外(UV)辐射。在PDP中,单元内部涂有荧光粉,受UV辐射时会发出红、绿或蓝色可见光。在显示器中,单元的尺寸决定了像素的尺寸。在高清晰度电视(HDTV)或其它数字电子显示器中,例如可将PDP与PALC显示器用作显示屏。

制作PDP的陶瓷挡肋有各种方法。一种方法是重复丝网印刷。在该方法中,丝网中基片上对准,印刷一薄层挡肋材料,丝网拿掉后,材料硬化。由于该技术能印刷的材料量不足以形成期望高度的肋(一般约100~200μm),所以要重新对准丝网,在第一层顶部印刷第二层挡肋材料,然后使第二层硬化。肋材料层反复地印刷和硬化,直到达到所需的挡肋高度。这种方法需要多次对准与硬化,导致加工时间长,而且挡肋的整个型面形状的控制很差。

另一种方法涉及到掩蔽与喷砂。在该方法中,将有电极的基片涂上部分烧制的挡肋材料,然后用普通石印术将掩模加到挡材料。掩模加在电极之间的区域上。然后,基片经喷砂除去掩模露出的挡肋材料。最后,取下掩模,挡肋经绕制而完成。这种方法只要一次对准步骤,所以比多次丝网印刷法更精确。然而,由于制成的基片覆盖有挡肋的面积很小,所以大部分挡肋材料必须靠喷砂除去,大量废料增大了生产成本。此外,由于挡肋材料通常包括铅基玻璃料,去除材料的环境处理是个问题。而且,虽然肋条位置在喷砂后可能相当精确,但是肋条的整个形状(包括纵横比)很难控制。

另一种工艺应用普通的光刻技术形成挡肋材料图案。在该技术中,挡肋材料包括一种光敏抗蚀刻。挡肋材料涂到电极上面的基片上,通常是把条形挡肋材料层迭到基片上。将掩模加在挡肋材料上,材料由辐射曝光,取掉掩模,使材料暴露的区域显影,再冲洗掉挡肋材料而形成肋结构。该工艺的精度很高。然而,像喷砂一样,由于整块基片起初涂有挡肋材料,而肋是靠材料去除而形成图案的,所以废料很多。

还有一种工艺涉及到用模具来制作挡肋,这可以在基片上直接模压,或先在传递片上模压,再将肋传递给基片。在基片上直接模压涉及到对基片或模具涂覆挡肋材料,将模具压向基片,使基片上材料硬化,再取下模具。例如,日本已公开的专利申请NO.9-134676揭示了一种方法,采用金属或玻璃模具使挡肋在玻璃基片上成形,挡肋包括散布在粘合剂中的玻璃或陶瓷粉。日本已公开专利申请NO.9-147754揭示了同一种工艺,用模具将电极与挡肋同时传递到基片上,使挡肋硬化并取下模具后,挡肋经烧结除去粘合剂。

欧洲专利申请EP0836892A2描述了将粘合剂中的玻璃或陶瓷粉混合物印刷到传递片上的方法,用辊或板凸版在传递片上将材料印刷成挡肋状,然后将基片对着传送片上的肋材料加压,使材料粘附于基片。基片上的肋材料固化后,再烧结。传递膜可在烧结前取下,或在烧结时烧掉。

发明内容

虽然直接模压产生的废料比喷砂或石印术更少,而对准步骤又比丝网印刷少,但是模具要与挡肋材料反复一次地分离,而且要为每块独特的显示器基本制作一个独立的模具,如考虑到玻璃基片团不同批量或不同供应商而造成收缩系数发生变化,要对挡肋间距尺寸略作调节。

若起初将挡肋压制到传递片上,则该方法具有直接模压法同样的缺点。此外,带肋材料的传递片必须与基片上的电极对准。这种印刷法可在柔性膜上印图案,膜上的图案以后可用作挡肋直接模压的模具。然而,一个难处是,当模具与肋材料对基片按压以将肋料粘附于基片时,模具易延伸,模具的这一移动就难以对基片作精密对准。解决办法是在模具背面淀积一层金属,以防模具延伸。

本发明提出一种在有图案基片上形成并对准微结构的方法。本发明诸较佳实施例可在有图案基片上形成和对准微结构,且在相对大的距离内具有很高的精度。

在第一方面,本发明方法是一种在有图案基片上形成和对准微结构的工艺,首先在有图案基片与模具有图案表面之间放置一种含可固化材料的混合物。模具有图案表示在其上有多个微结构。本申请中使用的微结构指模具表面的凹部或凸部。模具经拉伸,将模具有图案表面的预定部分与有图案基片对应的预定部分对准,模具与基片间的可固化材料固化成刚性态粘附于基片,然后取下模具,让硬化的混合物结构与基片图案对准,硬化结构就复制了模具有图案表面的微结构。

在另一方面,本发明是一种有图案基片上形成并对准陶瓷微结构的工艺。准备一种浆料,它是陶瓷与可固化短效粘合剂的混合物。浆料置于有图案玻璃基片与模具有图案表面之间,模具有图案表面上面有多个微结构。拉伸模具使模具有图案表面的预定部分与有图案基片的对应预应部分对准,固化浆料的可固化粘合剂,使浆料变硬并粘附于基片,然后取下模具,让浆料的生态微结构粘附于基片,而生态微结构基本上复制了模具有图案表面的微结构,经热处理可形成十分稠密的陶瓷微结构。

在再一个方面,本发明是应用于电子显示器的基片元件,显示器的微结构挡肋在基片有图案部分上模制与对准,如本发明可提供一种包括等离子体显示板的高精晰度电视屏组件。该等离子体显示板的背玻璃基片有多根形成图案的独立可寻址电极,并有多块按本发明的工艺模制并与背基片上的电极图案对准的陶瓷微结构挡板。荧光粉淀积在陶瓷挡板之间,正玻璃基片装有多根电极,电极垂直面对背基片的电极。正、背基片之间充有惰性气体。

在又一个方面,本发明提供一种在有图案基片上模制并对准陶瓷微结构的设备。该设备将其上有微结构的拉伸模具拉伸得靠近有图案基片,使模具的微结构与有图案基片的预定部分套准,在模具微结构与基片之间加上含散布在可固化粘合剂里的陶瓷粉的浆料,拉伸模具仅模具微结构与有图案基片的预定部分对准,并固化基片与模具之间的浆料粘合剂。

附图简介图1表示等离子体显示板组件。

图2是模具与有图案基片之间浆料的剖面图。

图3表示拉伸本发明结构模具的方法。

图4表示从生态微结构取下模具的方法。

图5表示在有图案基片上模制对准的陶瓷微结构。

图6表示模制对准微结构的设备。

图7是用于拉伸模具的夹具的示意图。

实施发明的较佳实施例本发明方法能在有图案基片上精确地模制微结构。虽然本发明方法可将各种可固化材料制作的微结构模制和对准到各种有图案基片上供各种应用使用,但是以具体的应用场合来描述本方法的诸方面较为适宜,即在电极图案基片上模制并对准陶瓷挡肋微结构。陶瓷挡肋微结构在PDP与PALC显示器等电子显示器中特别有用,在此类显示器中,诸像素是通过相对基片间的等离子体发生而寻址或照射的。在描述本发明方法时参照的陶瓷微结构应用,用于示明本发明的诸方面,并非用来限制所附权项提出的本发明的范围。

这里的术语陶瓷一般指陶瓷材料或玻璃材料,因而在本发明方法一个方面所用的浆料,其包含的陶瓷粉可以是玻璃或陶瓷粒子,或是它们的混合物。同样地,术语熔化微结构、烧制微结构与陶瓷微结构均指用本发明方法经高温烧制的熔化或烧结其中所含陶瓷粒子而形成的微结构。

在一个示例方面,本发明方法使用的浆料含有陶瓷粉、可固化有机粘合剂和稀释剂。该浆料在其同待审与共同提交的美国专利申请(文件NO.54597USA7A)中作了描述,该申请结合在此作参照。粘合剂处于其初未固化态时,浆料可用模具在基片上成形和对准。粘合剂固化后,浆料至少处于半刚性态,可保持其模制的形状。这种固化的刚性态称为生态,恰如成形的陶瓷材料在烧结前称为“生片”一样。浆料固化时,模具可从生态微结构里取出。生态材料以后可去粘合和/或烧制。在生态材料加热至某一温度可让粘合剂扩散到材料表面挥发时,就出现去粘合或烧光。去粘合后,一般将温度升高至预定的烧制温度,以烧结或熔化陶瓷粉粒。烧制后,该材料可称为烧制材料。烧制微结构在此指陶瓷微结构。

图1示出等离子体显示的基片元件。离开观看去取向的背基片元件有一玻璃基片10,它装有可独立寻址的平行电极12。陶瓷挡肋14位于电极与分离区之间,分离区中淀积分红(R)、绿(G)。蓝(B)荧光粉。正基片元件包括玻璃基片100和一组独立寻址的平行电极102。正面电极102也称为保持电极,垂直于背面电极12(也称为寻址电极)。在完成的显示器中,正背基片元件间的区域充有一种惰性气体。为了点亮像素,在交叉的保持电极与寻址电极间加一电场,其强度足以激发其间的惰性气体原子。受激的惰性气体原子发射UV辐射,让荧光粉发出红绿蓝可见光。

背基片10最好是一种透明玻璃基片,一般用基本上无碱金属的碱石灰玻璃制成。在基片中有碱金属时,加工时达到某些温度可让电极材料迁移,在电极间适当导电通路,使邻接电板短路,或在电极间造成不希望有的电气干扰(“串扰”)。基片应能承受烧结或烧制陶瓷挡肋材料所需的温度。烧制温度变化很大,可从约400℃到1600℃,但是将PDP制作到碱石灰玻璃基片上的烧制温度范围一致为约400℃~600℃,具体取决于浆料中陶瓷粉的软化温度,正基片100是透明玻璃基片,其热膨胀系数最好与背基片的一样或接近一样。

电极12是条形导电材料,一般为铜、铝或含银导电玻璃料,也可以是透明的导电氧化物材料,如烟锡氧化物,尤其在要求透明显示板的场合中。电极在背基片上形成图案,一般形成的平行条,间隔约120~360μm,宽为50~75μm,厚约2~15μm,长度跨过整个有效显示区,可从几厘米到几十厘米。

挡肋14所含的陶瓷粒子已烧制熔化或烧结成刚性稠密的介质挡肋。挡肋的陶瓷材料最好无碱金属。玻璃料或陶瓷粉中有碱金属会导致基片上电极不希望有的导电材料的迁移。形成挡肋的陶瓷材料,其软化温度低于基片的软化温度,是能将玻璃或陶瓷材料熔化成很少有或没有表面连接孔隙的相对稠密结构的最低温度。较佳地,浆料中陶瓷材料的软化温度小于约600℃,更佳为小于560℃,最佳为小于约500℃。较佳地,挡肋材料的热膨胀系数为玻璃基片热膨胀系数的10%以内,二者的热膨胀系数紧密匹配可减少加工时损坏肋的机会,而且热膨胀系数之差会造成明显的基片弯曲或断裂。PDP的挡肋,高度通常约为120~140μm,宽度约为20~75μm。挡肋的芦距(单位长度的数量)最好与电极的芦距匹配。

重要的是,要把PDP挡肋定位在电极位置间的基片上。换言之,在整个显示区宽度,挡肋的节距或周期性应与电极的节距紧密匹配,失配合对显示器的功能产生负面影响。在整个显示器宽度,最好将相邻挡肋顶峰之间的间距保持为某一容差,即电极节距的百万分之几十(ppm)。由于较大的显示器的宽度为100cm或更大,电极节距约为200μm,所以挡肋形成图案后,最好保持与电极在约100cm内对准至10~40μm以内。

在有源显示器中,虽然发出可见光的是荧光粉而不是挡肋,但是肋的光学特性可以增强或损害显示器特性。较佳地,挡肋两侧为白色且高度反射,仅不直接退出受激单元的光不大量丢失吸收性。

挡肋最好具有低的孔隙大。多孔性肋具有很大的表面积,会捕获污染显示器并降低显示器寿命的分子。当显示器基片密封在一起时,基片元件之间的空气被发生等离子体的随性气体混合物取物。吸附在多孔肋里的分子会保持在显示器内部随时间而解吸,导致污染而降低显示器寿命。

挡肋材料在形成并烧制后,一般用丝网印刷法将荧光材料淀积在挡肋之间。对于直线型挡肋,一类荧光材料沿每条由相邻一对挡肋限定的沟道的全长淀积。该类荧光粉对相邻的沟道交替形成重复的图案,如红绿蓝、红绿蓝等。

本发明工艺可在有图案基片上形成并对准微结构,该工艺涉及提供模具、提供可固化或硬化成微结构的材料、将该材料置于模具与有图案基片之间、将模具对准基片图案、使模具与基片之间的材料硬化,以及取下模具。模具有两个相对的主表面,通常是一个平坦表面和一个有图案或有结构的表面。模具有图案的表面有多个微结构,代表准备在有图案基片上形成和对准的微结构的负图像。如下面将更将详细描述的那样,模具图案是如此设计的,即通过以至少一个方向拉伸模具,可在模具图案与基片图案之间实现匹配。通过如此拉伸模具作对准,该模具可对模具或基片的变化进行校正,而这些变化是由于加工条件变化、环境变化(如温度变化)和老化(会使模具图案产生小小的移位、伸长或收缩)造成的。在模具位置有加工时以任一方式发生偏移,形成在基片上的微结构就会受损和/或失准。

在许多应用中,准备形成在基片上的微结构以某种方式对准基片有图案的部分,使各微结构相对于基片图案定位于精确的位置。例如,在有多根平行电极的PDP基片上,希望形成位于各电极之间的尺寸均一的陶瓷挡板。PDP基片可以拥有1000~5000根或更多的平行地址电极,每根电极必须用挡肋分开,每根挡肋必须以一定精密度置放,且必须在整个基片宽度保持该精密度。本发明工艺能使模具图案与基片图案精密对准而在基片上形成微结构,这种粗密对准在整个基片上保持一致。

在有图案基片上形成微结构的材料,可用各种方式置于模具与基片之间。材料可以直接放在模具图案中,再把模具和材料放在基片上,材料可以放在基片上,再将模具压向基片上的材料,或者模具与基片利用机构或其它装置合在一起时,可将材料送入模具与其片之间的空隙里。将材料置于模具与基片之间的方法还依赖于准备形成在基片上的结构的纵横比、微结构形成材料的粘度和模具的刚度。高度大于宽度的结构(高纵横比结构),要求凹部较深的模具。在这些场合中,根据材料的粘度,可能难以完全填满模具的凹部,除非将材料加力注入模具的凹部。此部,为了尽量减少在材料中引入气泡,装填模具凹部得非常小心。

将材料置于模具与基片之间时,可在基片与模具之间加压以设置接合区厚度L,如图2。接合区就是基片与在其上形成的微结构底部之间的材料,其厚度随应用而不同。若希望接合区厚度为零,最好将材料填入模具后用刀片或橡皮刮板除去多余的材料,再接触基片。对另一些应用,可能要求非零接合区厚度。在PDP中,形成微结构挡肋的材料是一种电介质,接合区厚度决定了位于基片电极12上的介质材料的厚度。因此,对于PDP而言,在确定为产生等离子体并激活像元而必须在电极间施加多大电压时,接合区厚度很重要。

下一步是将模具图案对准基片图案。在理想的条件下,制作的模具图案与制的基片图案完全匹配。但在实践中,这种情况很难得。加工步骤可造成基片与模具的尺寸发生变化。尽管这种尺寸变化很小,但是仍会对精密地安置利用模具与基片图案对准的微结构产生不利影响。例如,宽为100cm、电极节距为200μm的PDP基片,要求在相邻电极间精密地安置5000根挡肋。电极节距与模具节距之差化为0.1μm(即0.05%),就意味着挡肋图案与基片上的电极图案将失准,至少在基片两个区域中造成180°的相位差,这对显示装置的操作是致命的。对于这种PDP基片,模具节距与电极节距的失配应为0.01%或更小。

本发明工艺采用的模具可以拉伸,有利于模具图案与基片图案的精密对准。首先,将模具图案与基片图案同向安放,使模具初步对准,检查模具与基片的图案的配准。模具以平行于基片平面的一个或多个方向拉伸,直到实现所需的配准。在基片具有平行线(如PDP基片上的电极)图案的情况下,最好以一个方向拉伸模具,或者平行于基片图案,或者垂直于基片图案,具体取决于模具节距是大于还是小于基片图案节距。图3示出模具30以平行于基片34平行图案的方向拉伸的情况,此时在拉伸中将模具图案节距减小到与基片图案节距相一致,要扩展模具节距,则以垂直方向拉伸模具。

拉伸可用各种已知技术实施,如将模具边沿附接于可调节的辊子,辊子可增减对模具的张力,直至对准。在希望同时以一个以上方向拉伸模具的情况下,可将模具加热使之热膨胀,直到对准。

模具图案与基片图案对准后,模具与基片间的材料固化成粘附于基片表面的微结构。材料的固化方法有多种,具体方法视所用的粘合树脂而定,如利用可见光、紫外光、电子束辐射或其它辐射形式的固化方法,利用热固化或从熔化态冷却凝固态来固化材料。作辐射固化时,辐射可以通过基片、模具或二者传播。较佳地,选用的固化系统可优化固化材料与基片的粘附作用,这样在硬化和辐射固化期间使用另收缩的材料时,最好通过经基片的照射来固化材料。若只通过模具固化材料,则材料会在固化时经收缩而脱离基片,对基片的粘附产生不利影响。在本申请中,可固化指可以像上述那样固化的材料。

在将材料固化成粘附于基片表面的微结构并对准基片图案后,可以取下模具。提供可拉伸与柔性的模具有助于取出模子,因为模子可以脱壳,使脱模压力集中在更小的表面积上。如图4所示,在模制挡肋24等直线肋类微结构时,最好沿平行于肋24与模子图案34的方向脱壳来取下模具30,这样在模具取下时尽量减小了垂直于肋的压力,减小了损伤肋的可能性。较佳地,包括一种脱模剂,脱模剂可以作为模具有图案表面上的涂料,或包含在本身硬化成微结构的材料中。下面对用于在PDP基片上形成陶瓷挡肋的可模制浆料,更详尽地描述了可硬化材料中包含脱模剂成分的优点。随着形成更高纵横比的结构,脱模剂材料显得更重要了。

高纵横比结构的脱模更困难,会损伤微结构。如上所述,从基片一侧固化材料不仅提高了硬化的微结构对基片的粘附作用,还使该结构在固化时向基片收缩,由此脱离模具而便于脱模。

模具取下后,留下的是有图案的基片,其上粘附的多个硬化的微结构已对准了基片图案。根据应用情况,这可能是制成品。在诸如拥有多个陶瓷微结构的基片一类的其它应用中,硬化的材料所含的粘合剂,最好通过高温除粘法去除。在除粘或烧掉粘合剂后,烧制生态陶瓷微结构以熔化玻璃粒子,或烧结微结构材料中的陶瓷粒子,这样就提高了微结构的强度与刚度。由于微结构的很密实,烧制时也出现收缩。图5示出具有图案电极12的基片10上烧制后的陶瓷微结构14。烧制密实的微结构14,其型面比其生态型面24有些缩小,如图所示,烧制的微结构14保持其位置与节距同基片图案相符。

对于PDP显示应用,将荧光材料加到烧制的挡肋,然后可将基片装入显示器组件,这涉及到将具有保持电极的正基片对准具有地址电极、挡肋与荧光粉的背基片,使保持电极与地址电极相垂直。相对于电极交叉的区域限定了显示器的像素。随着将基片粘合在一起并在其边沿密封,基片间的空间抽空后充入惰性气体。

要注意,本发明工艺本身可实现自动化而发挥连续加工带来的高效率特点,如有图案的基片可用传送带或其它机构传送到某个区域,在该区域例如用转筒使模具与该基片靠紧,由于模具靠近基片,可以用挤压模或其它装置把可固化浆料加在模具图案表示与基片图案表面之间。基片与模具的传送装置经定位,当二者合在一起并在其间装上材料时,可将模具图案与基片图案作粗定位。在将可硬化材料置于基片与模具之间后,例如可用光学检测器自动地检测模具图案与基片图案间的对准。光学检测器可以检测对准参照点,或检测模具图案与基片图案失准引起的莫尔干涉图案。然后拉伸模具,例如抓住一对相对的模具边沿拉动,直到光学检测器确认已对准。此时,通过基片、模具或通过二者照射材料,使模具与基片之间的材料固化。在预定的固化时间以后,随着转筒使模具脱离在有图案基片上形成和对准的固化微结构,基片与模具都可进动。

图6示出的设备可以用微结构模具在有图案基片上压制、对准与固化微结构。基片84置于机械台92上,机械台92最好能作x移动(图中从左移向右)、Y移动(移入和移出纸面)和Q移动(在X-Y平面内转动)。如此移动可让基片84移入对准与固化的位置,与模具作粗对准,并在固化后移出位置取下模具。轧辊90a与90b分别为卷动与不卷动轧辊,用于移动与基片84对准的柔性可拉伸模具80。为了将可固化材料装在基片84与模具80之间,基片84与模具80的移动向注射装置98将可固化材料注入轧辊88a旁边的模具80与基片84之间的空隙里相一致。基片84与模具80的移动同将材料加在其间相一致,直到将所需量的材料加在基片图案与模具图案之间。图6示出在其间装有可固化材料82的基片84与模具80已移到光学检测器96a与96b检查对准的区域。根据微结构图案,可能要用两只或多只检测器。然后,辊88a与88b相反地转动以拉伸模具,直到模具图案与基片图案按期望的精度对准。此时,辐射源94通过基片84照射可固化材料82。待材料82固化后,基片与模具随辊88b的动作一起移动,使模具脱离与基片图案对准模制的固化的微结构。

按本发明在有图案基片上模制与对准微结构的另一方法涉及到静态拉伸法,如可以提供在基片图案外侧和基片相对端部上有凹部或凸部的有图案基片。可接伸模具在模具微结构图案外侧也有凹部或凸部,当略微拉伸模具时,它们与基片上的凹部或凸部对准并联锁。这种对基片与模具附加的联锁特征可保持模具图案与基片图案对准而无需其它机械装置。

本发明方法最好使用能至少以一个方向拉伸的模具,使模具图案对准有图案基片的预定部分。模具最好是一种柔性的聚合物片材,具有光滑的表面和相对的微结构表面。模具可用具有微结构图案的原版工具模压热塑材料而制成,也可用浇注和固化到柔性聚合物薄膜上的可固化材料制成。

本发明的微结构模具最好按类似于美国专利No.5,175,030(Lu等人)和No.5,183,597(Lu)揭示的工艺形成。形成工艺最好包括以下步骤:(a)制备一种齐聚物树脂成分;(b)将齐聚物树脂成分淀积到原版负微结构工具表面,其量勉强能填满原版的空隙;(c)在预成形基片与原版(其中至少一块是柔性的)之间移动一滴该成分来填充空腔;和(d)固化该齐聚物成分。

步骤(a)的齐聚物树脂成分最好是一部分无溶剂、可辐射聚合、可交联的有机齐聚合成分。该齐聚合成分最好可固化而形成柔性的且尺寸稳定的固化聚合物。齐聚物树脂的固化略有收缩。一种比较合适的齐聚物成分是尿烷丙稀酸脂,诸如Henkel公司(Ambler,PA,商标浼Photomer6010)出售的一种,尽管其它厂商可提供同类的化合物。

丙烯酸盐·官能单体与齐聚物较佳,因为它们在一般固化条件下聚合更迅速,而且各种丙稀酸酯都有商品。然而,也可使使用甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺与甲基丙烯酰胺官能成分而不加限制。这里使用丙烯酸盐,也可接受异丁稀酸盐。

聚合作用可用一般方法实现,如存在自由基引发剂时作加热,存在合适的光引发剂时用紫外或可见光照射,并用电子束照射。考虑到方便、投资少和生产速度,在有浓度占齐聚物成分重量约0.1%~1.0%的光引发剂时,较佳的聚合方法是用紫外或可见光照射。虽可使用更高的浓度,但在获得所需的固化树脂特性方面一般不要求。

在步骤(b)淀积的齐聚物成分,粘度最好在500和5000厘泊之间(500和5000×10-3帕-秒)。若齐聚物成分的粘度超出该范围,气泡会陷入该成分。另外,该成分可能在原版工具中并不完全填入空腔,为此可将树脂加热,将其粘度减小到所需的范围。当使用粘度低于该范围的齐聚物成分时,一旦固化,齐聚物成分通常要收缩,齐聚物成分就不能精确地复制原版。

有图案模具的底面(基片)几乎能使用任何一种材料,只要该材料对固化照射基片上呈光学透明,且强度足以在浇注微结构时可以搬动。另外,要选择底面使用的材料,使它在加工和使用模具时具有足够高的热稳定性。聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酯酯膜较适于用作步骤(c)中的基片,因为这些材料较便宜,对固化照射光学透明,且有良好的拉伸强度。基片厚度较佳为0.025~0.5mm,最佳为0.075~0.175mm。微结构模具其它有效的基片包括乙酸-丁酸纤维素、乙酸-丙酸纤维素、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚亚胺酯、聚酯和聚氯乙烯。基片表面经处理还可促进对齐聚物成分的粘附作用。

这类聚甲基丙烯酸甲酯基材料的例子有:光级聚甲基丙烯酸甲互;和表面按美国专利No.4,340,276所述方法形成的聚甲基丙烯酸甲酯(PET)。

适用上述方法的较佳原版是一种金属工具。如果固化和选成同时加热处理步骤的温度不太高,也可用热塑材料如聚乙烯与聚丙烯的层压板构制原版。

待齐聚物树脂填入基片与原版间的空腔后,齐聚物树脂经固化从原版中取出,可用或可不用热处理来消除任何残余应力。当模具树脂材料的固化导致收缩大于约5%时(如采用的树脂大部分为单体或低分子重量齐聚物时),发现形成的微结构会畸变。产生的畸变一般有明显的凹陷微结构侧壁和/或微结构特征的斜顶。虽然这类低粘度树脂能很好地复制低纵横比的小型微结构,但是不很适合相对高的纵横比的微结构,因为其侧壁角度和顶面平坦度必须保持。在形成PDP的陶瓷挡肋时,希望纵横比较高的肋,保持较端直的侧壁和挡肋顶部很重要。

如上所述,还可将合适的热塑材料对着原版金属工具压制而复制出模具。

在用本发明方法在有图案显示器基片上模制并对准陶瓷微结构时,模制材料最好是一种含至少三种成分组成的混合物的浆料。第一种成分为陶瓷粉。资料中的陶瓷材料通过烧制,最终熔化或烧结成具有所需物理特性的微结构而粘附在有图案基片上。第二种成分是短效的粘合剂,可以成形,再经固化中冷却而硬化。粘合剂让浆料形为半刚性生态微结构,可粘附于基片,因而在准备除粘与烧制时,可以取下用于形成并对准微结构的可拉伸模具。第三种成分是稀释剂,有助于模具在将粘合剂材料对准和硬化后脱出,还有助于将粘合剂在除粘时迅速地全部烧光,再烧制微结构的陶瓷材料。稀释剂在粘合剂硬化后最好保持为液体,使它在粘合剂硬化时与粘合剂材料相分离。

陶瓷粉的选用以微结构的最终用途和粘附有微结构的基片的特征为基础。一个因素是基片材料的热膨胀系数(CTE)。较佳地,浆料中陶瓷材料与基片材料的CTE的差别不大于10%。当基片材料的CTE远远小于或大于微结构中陶瓷材料的CTE时,则在加工或使用中,微结构会弯曲、开裂、断裂、移位或与基片完全脱开。另外,由于基片与陶瓷微结构的CTE的差别大,基片也会变曲。

基片应能承受加工浆料中陶瓷材料所需的温度。适用于浆料的玻璃或陶瓷材料,其软化温度最好低于约600℃,一般在400℃与600℃之间。因此,较佳的基片选择是玻璃、陶瓷、金属或其它软化温度高于资料中陶瓷材料的软化温度的刚性材料。较佳地,基片的软化温度高于要烧制微结构的温度。此外,适用于本发明浆料的玻璃或陶瓷材料,热膨胀系数最好约为5×10-6/℃~13×10-6/℃。因此,基本最好同样具有该范围内的CTE。

选用低软化温度的陶瓷粉,使采用的基片也具有相对低的软化温度。在用玻璃基片时,低软化温度的碱石灰浮选玻璃,一般从高更软化温度的玻璃更便宜,因而使用低软化温度陶瓷粉可以应用较便宜的玻璃基片。此时,本发明浆料中低软化温度陶瓷材料能更容易制作高精密度的微结构。如在PDP玻璃基片上制作挡肋时,在整个加工期间可保持挡肋上与基片上的电极对准与安装的精度。以较低温度烧制生态挡肋的能力,将加热时的热膨胀和必需的应力释放量减至最小,避免了过分的基片畸变,挡肋弯曲和挡肋分层。

将一定时的碱金属、铅或铋掺入材料里,可得到较低软化温度的陶瓷材料。然而,对于PDP挡肋,在高温加工期间,微结构挡肋中存在碱金属,会使材料从电极通过基片迁移。电极材料的扩散会造成干扰或“串扰”以及相邻电极间的短路,劣化装置的性能。因此,对于PDP应用,浆料的陶瓷粉最好基本上无碱金属。此外,将铅或铋掺入浆料的陶瓷材料,会引起材料的环境处理问题。在不希望掺合铅或铋时,应用磷酸盐或含B2-O3的成分,可以得到低软化温度的陶瓷材料。一种此类成分包括ZnO与B2O3,另一种此制成分包括BaO与B2O3,再一种此类成分包括ZnO、BaO与B2O3,又一种此类成分包括La2O3与B2O3,还有一种此类成分包括Al2O3、ZnO与P2O5。

可将其它完全可溶解、不溶解或部分可溶解的成分掺入浆料的陶瓷材料里,以得到或修改各种特征,如加入Al2O3或La2O3可增大成分的化学持久性并减小腐蚀,加入MgO可提高玻璃过渡温度或增大成分的CTE,加入TiO2可让陶瓷材具有更高的光学不透明度、白度与反射率。加入其它成分或金属氧化物更改陶瓷材料的其它特征,如CTE、软化温度、光学特性、脆度等物理特性。

制备能以较低温度烧制的成分的成它方法,包括对成分中的核心粒子涂一层低温熔化材料,合适的核心粒子的例子包括ZrO2、Al2O3、ZrO2-SiO2和TiO2。合适的低熔化温度涂覆材料的例子包括B2O3、P2O5和基于B2O3、P2O5、SiO2中的一种或多种的玻璃。这些涂料可用各种方法施用,一种较佳的方法是溶解-凝胶工艺,其中将核心粒子散布于涂料的湿化学前体里,然后混合物经干燥与粉碎(必要时)而分开涂覆粒子。这些粒子可以散入浆料的玻璃或陶瓷粉里,或本身可用于浆料的玻璃粉。

能用于本发明方法的浆料中的陶瓷粉,最好以散布于整个浆料的粒子的形式提供。粒子的较佳尺寸取决于要在有图案基片上形成并对准的微结构的尺寸。较佳地,浆料陶瓷粉中的粒子的平均尺寸(即直径),不大于准备形成和对准的有关微结构的最小特征尺寸大小的约10%~15%,如PDP挡肋的宽度可以是约20μm,它们的宽度就是有关的最小特征尺寸。对于这样大小的PDP挡肋,陶瓷粉的平均粒子尺寸最好不大于约2或3μm。通过应用这一尺寸或更小的粒子,复制的微结构更容易具有期望的保真度,而且陶瓷微结构表面相对光滑。随着平均粒子尺寸达到微结构尺寸,含这种粒子的浆料可能不再保持微结构的型面。此外,最大表面粗糙度的变化部分地以陶瓷粒子尺寸为基础。因此,使用较小的粒子更容易形成更光滑的结构。

浆料的短效粘合剂是一种有机粘合剂,选用依据有粘合到浆料陶瓷粉的能力、固化或硬化以保持模制微结构的能力、粘附于有图案基片的能力,以及以至少略低于生态微结构烧制温度的温度挥发(或烧光)的能力。粘合剂在固化或硬化时帮助将陶瓷粉粒子粘在一起,因而取下可拉伸模具时让刚性生态微结构与有图案基片粘附并对准。该粘合剂称为“短效粘合剂”,因为在熔化或烧结微结构中,的陶瓷粒子之前,可以高温烧掉微结构中的粘合材料。较佳地,烧制时完全烧掉短效粘合剂,使留在基片图案表面上的微结构是基本上无碳剩余物的熔化玻璃或陶瓷微结构。在使用的微结构为介质挡肋的场合中,如在PDP中,粘合剂最好是这样一种材料,即能以至少略低于烧制温度的温度除粘,不会遗留大量会劣化微结构挡肋介电特性的碳。例如,含较大比例芳烃族的粘合料(如酚醛树脂材料),在除粘时会留下石墨炭粒子,要用高得多的温度才能完全除去。

粘合剂最好是一种可辐射或加热固化的有机材料。较佳的这类材料包括丙烯酸盐与环氧树脂。或者,粘合剂可以是一种热塑材料,先将它加热成液态以适合模具,然后冷却成硬化态而形成粘附于基片的微结构。当要求在基片上精密地安置对准微结构时,粘合剂最好可辐射固化,使粘合剂在等温状态下硬化。在等温状态下(温度不变),拉伸模具和模具中的浆料在粘合料硬化时可相对于基片图案保持固定的位置,这样减少了模具或基片位移或膨胀的危险,尤其在模具与基片的热膨胀特性不同时更不会遗留大量会劣化微结构挡肋介电特性的碳。例如,含较大比例芳烃族的粘合料(如酚醛树脂材料),在除粘时会留下石墨炭粒子,要用高得多的温度才能完全除去。

粘合剂最好是一种可辐射或加热固化的有机材料。较佳的这类材料包括丙烯酸盐与环氧树脂。或者,粘合剂可以是一种热塑材料,先将它加热成液态以适合模具,然后冷却成硬化态而形成粘附于基片的微结构。当要求在基片上精密地安置对准微结构时,粘合剂最好可辐射固化,使粘合剂在等温状态下硬经。在等温状态下(温度不变),拉伸模具和模具中的浆料在粘合料硬性时可相对于基片图案保持固定的位置,这样减少了模具或基片位移或膨胀的危险,尤其在模具与基片的热膨胀特性不同时更是如此,从而在浆料硬化时保持模具的精密安置与对准。

当使用辐射固化的短效粘合剂时,最好使用固化引发剂,它用对基片基本上透明的辐射激活,使浆料可通过基片曝光而固化,如基片为玻璃时,短效粘合剂最好用可见光固化。通过基片固化粘合剂,浆料首先粘附于基片,粘合料固化时的任何收缩将远离模具而趋向基片表面,这有利于微结构脱模,具有助于保持微结构安置在基片图案上的位置与精度。

另外,固化引发剂的选择可取决于本发明使用的浆产中用何种材料用于陶瓷粉。例如,在希望形成不透明且高度漫反射的陶瓷微结构的场合中,在浆料陶瓷粉中包含一定量的二氧化钛(TiO2)是有利的。虽然二氧化钛有利于提高微结构的反射率,但是也难以用可见光进行固化,因为可见光浆料中的二氧化钛反射,防止固化引发剂充分地吸收光以有效地固化粘合剂。然而,若选用的固化引发剂由同时通过基片与二氧化钛粒子传播的辐射激活,可有效地固化粘合剂。一例这样的固化引发剂就是双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦,Ciba Specialty化学公司(How throue,NY)市售的一种光引发剂,商标名为Irgacure 819。另一例是按美国专利No.5,545,670所述那样制备的一种三元光引发剂系,诸如ethyl dimethylaminobenzoat、camphoroquinoue与diphenyliodonium hexafluorophosphate的混合物。上述两侧在紫外光边缘附近较窄区域内的可见光谱蓝区内有活性,辐射能穿透玻璃基片和浆料中的二氧化钛粒子。根据粘合剂、浆料中的陶瓷粉材料和发生固化的模具或基片的材料,可选择其它固化系用于本发明工艺。

应用于本发明方法的浆料稀释剂是一种根据诸因素选择的材料,如其增强浆料后继固化短效粘合剂的脱模特性和增强用浆料制作的生态结构的除粘特性的能力等。稀释剂最好是一种固化前可溶于粘合剂且在固化短效粘合剂后保持液态的材料。这样有两个优点。首先,在粘合剂硬化后保持液态,稀释剂就减少了固化的粘合剂材料粘附于模具的危险;其次,粘合剂硬化时保持液态,稀释剂与粘合料相分离,从而形成散布于整个固化粘合剂基片的稀释剂小六或小滴的相互贯通的网络。在以下讨论中,稀释剂相分离地优点将会更清楚。

对于许多应用而言,如PDP挡肋,希望在烧制前基本上完成生态微结构的除粘。另外,除粘在热处理中往往是最长、最高温度的步骤,所以希望浆料能以相对低的温度相对迅速而完全地除粘。下面详细讨论低温的选用。

尽管不希望受到理论的约束,但是可将除粘认为在动力学与热力学上受制于两种温度相关的过程,即扩散与挥发。挥发是这样一种过程,即分解的粘合剂分子从生态结构表面蒸发,从而留下一个多孔网络供树脂很少受妨碍地溢出。在单相树脂混合剂中,内部俘获的气态分解制器会起泡和/或断裂结构。这种情况在粘合剂系中更普遍,表面留下的高度碳质分解制品会形成一不可渗透的表面层而阻止粘合剂分解气体溢小。在单相粘合剂获得成功的场合中,截面积较小,粘合剂分解加热速率本来就很长,可防止形成表面层。

产生挥发的速率依赖于温度、挥发激活能和频率或采样速率。由于挥发主要出现在表面或接近表面,所以采样速率正比于结构的总表面积。扩散是粘合剂分子从结构体迁移到表面的过程。由于粘合材料从表面挥发,所以有一个浓度梯度将粘合材料推向低浓度的表面。扩散速率取决于温度、扩散激活能和频率。

由于挥发作用受表面积的限制,若表面积相对于微结构体很小,过快加热会使挥发物质被捕获。当内部压力足够大时,结构会起泡,破裂或断裂。为了减少这一效应,除粘时可相对缓慢地提高温度,直到完成除粘。缺少敞开的除粘通道或除粘过快,也会更容易形成剩余碳,这样又要求更高的除粘温度以保证完全除粘。除粘完成后,可以更迅速地将温度升高到烧制温度,并保持该温度直到完成烧制。此后,该物品可作冷却。

稀释剂通过提供较短的扩散通路并增大表面积而增强了除粘效果。当粘合剂固化成硬化时,稀释剂最好保持液态且与短效粘合剂相分离,由此建立一个散布于硬化粘料基质的稀释剂小穴的贯通网络。粘料的固化或硬化越快,稀释剂小穴就越小。较佳地,粘合剂硬化后,在整个生态结构网络中,散布有较大量较小的稀释剂穴。除粘时,低分子量稀释剂可在其它高分子量有机成分分解之前以较低温度迅速地蒸发。稀释剂蒸发留下一些多孔结构,大大增大了表面积,由此可挥发剩余的粘料,并且大大缩短了粘料必须扩散到这些表面的平均路长。因此,通过包含稀释剂,增大效表面积可加快粘合剂分解时的挥发速率,从而提高了同一温度的挥发速率,很少出现因有限的扩散速率而积聚压力。另外,较多孔的结构能以较低的阈值更容易地释放积聚的压力,结果能以更快的升温速率除粘,同时减小了微结构破裂的危险。此外,由于表面积增大且扩散长度缩短,能以较低温度除粘。

稀释剂不是一种简单的树脂溶剂混合物。稀释剂最好溶解成足以掺入不同化态的树脂混合物。浆料粘合剂一旦固化,稀释剂应与参与交联过程的单体和/或齐聚物相分离。较佳地,稀释剂相分离在固化树脂连续基质中形成分立的液态材料穴,固化的树脂粘合浆料中的玻璃料粒子或陶瓷粉。这样,即使使用了明显高程度和稀释剂(即稀释剂与树脂比大于约1∶3),也不会明显损害固化生态微结构的物理完整性。

较佳地,稀释剂对粘合浆料中陶瓷粉料的亲合力低于粘粒与资料粘合的亲合力。硬化时,粘合剂应粘合陶瓷粉粒子,这就提高了生态结构在结构上的完整性,尤其在稀释剂蒸发之后。其它期望的稀释剂特性取决于陶瓷粉、粘料、固化引发剂(有的话)、基片与其它添加剂(有的话)的选用。较佳的稀释剂包括乙二醇和多羟基,例子有丁二醇、1,2-亚乙基二醇和其它多元醇。

除了陶瓷粉、短效粘合剂和稀释剂以外,浆料还可包含其它材料,如促进与基片粘附的促粘剂。对于玻璃或其它有二氧化硅或金属氧化物表面的基片,最好用硅烷耦合剂作为促粘剂。较佳的硅烷耦合剂具有三种烷氧基。这类硅烷可选成预水解性,有助于更好地粘附于玻璃基片。一种特别佳的硅烷耦合剂是硅烷引发剂,如Manufacturing公司(3M)(St.Paul,MN)以商标ScotchbondCeramin Primer出售的硅烷引发剂。其它选用的添加剂包括的材料有分散剂等,有助于使陶瓷粉与本发明浆料的其它成分混合。选用的添加剂还可包括表面活化剂、防老化成分、释放增强剂等。

PDP基片通常是用浮选玻璃加工方法制作的碱石灰玻璃材料。虽然常规碱石灰玻璃很便宜,但是对普通PDP加工温度而言,这类玻璃材料的软化温度太低。为提高软化温度,一般在成分上修改PDP应用的玻璃基片,往往需要减少硅材料含量而增加玻璃中的氧化铝含量。如此更改的碱石灰玻璃,成本远远高于未更改的碱石灰浮选玻璃料的成本。

在挡肋制作时,PDP制造出现最高加工温度。运用目前的制造工艺,为确保挡肋材料密实而无剩余碳,要求加工温度大于560℃。虽然熔化玻璃材料的温度较低,但是由于粘料烧光温度过高,抑制了这类材料的应用。本发明方法的一大优点是应用了相对低的陶瓷微结构加工温度,故能使用便宜的不更改的碱石灰玻璃。

将电板加工PDP背基片上的方法很多,包括原厚薄膜方法。薄膜法涉及物理蒸发淀积金属材料,一般为Cr/Cu/Cr或Al,接着用石印术与腐蚀法限定需要的图案。薄膜电极的厚度通常小于2μm。厚膜法涉及丝网印刷银玻璃料、烧除有机载体和熔化增强导电率。厚膜工艺还要求基底无碱介质层,因为可能在碱石灰玻璃基片上出现银迁移。厚膜电极的厚度一般为5~15μm。

下面用一些非限制性例子说明本发明。

举例例1与2在以下例中,制作了一种夹具用于拉伸聚合物模具板,如图7所示。拉伸聚合物模具板S时,在A和B点抓住板。然后转动细螺纹螺钉C,施加横向力(在模具平面内)。夹具设计得在工具制造显微镜下适合于在拉伸时观察聚合物工具的图案。在各种应力级别下作聚合物模节距测量。拉伸前后作自由态节距测量,确定施加的应力级别是否造成塑性或弹性形变。聚合物模具宽约2.5cm,长约15cm。

例1使用有V槽微结构的聚合物模具。该聚合物模具是一块扁平的PET膜,上面浇注的丙烯酸盐材料固化成V槽微结构。PET膜一般厚127μm,有丙烯酸盐层的微结构约厚27~30μm。在自由态,V槽结构峰间测得的间距为49.556μm。

如上所述,聚合物模具紧固在夹具上以平行于V槽的方向拉伸,在放大200倍的工具加工显微镜下目视观察以各级应力测量的V槽间距或节距,结果列于表1。加载条件由螺钉C的转数指示。

表1

微结构槽的间距受到的影响接近1900ppm(百万分之几),看不出任何永久性形变(即加载史的严格的弹性)。这一控制范围说明能精确地调节图案微结构与图案基片对准。

例2对一结构与图案不同的聚合物模具重复例1同样的步骤。本例中,模具具有矩形通道,而且是一种全由聚碳酸酯制作的单块结构,一面光滑,另一面有矩形通道。整个模具厚550μm,通道深198μm。通道宽为120μm,相距219.94μm。S应力平行于聚合物模具平面内的通道施加,节距测量结果列于表2。

表2

与例1相似,聚合物模具的受控拉抻示明了持征节距间距的细微控制。同样地,以弹性拉伸模具,通道节距的收缩量多达1900ppm。再者,微结构通道的节距沿聚合物模具长度的主要部分(约为宽度的25%)是均匀的。将聚合物模具的图案设计成不延伸入加载点附加的区域(抓住膜的地方),拉伸基本上不对模具造成不均匀性。因此,在图案的每一点,模具图案间距受拉伸的影响都一样。

例3-7为便于脱模和提高除粘速度,研究了浆料中各种浓度的稀释剂。使用的模具是聚碳酸酯或光固化丙烯酸盐材料,这些材料浇注并固化到PET等高刚性背衬材料上,形成模具有图案的表面。浆料固化收缩与浆料和聚合物模具的化学互作用使退模造成困难。浆料与模具粘合导致加工时间更长,固化的微结构断裂或模具损坏。增强退模特性有望提高模压成品率,延长模具寿命,制作更高保真度的复制结构。对于PDP挡肋制造,能迅速地烧制肋有望减少周期时间与成本。为了快速烧制,必须尽快完全地将粘合剂除粘或烧光。对本发明的浆料作合理设计并掺入某种稀释成分,可增强退模与除粘。

在制备例3-7的浆料样品时,将在可见光区中呈活性的光固化树脂用作粘合剂,玻璃料用作浆料的玻璃粉。该玻璃料是硼硅酸铅玻璃粉,Asahi Glass公司有售,商标为RFWO30,平均粒子尺寸为1.2μm。基础树脂包括50%重量的bisphenol-a diglycidyl ether dimethacrylate(BISGMA)和50%重量的triethylene glycol dimetharrylate(TEGDMA)使用的引发剂系可用光谱蓝区中的可见光固化,包括乙基二甲基氨基苯、camphoroquinone和diphenyliodnium hexafluorophoshate。所有样品的引发剂含量都保持为2%重量的有机成分。装入所有浆料里的玻璃料约占45%~47%体积。用磷酸酯分散剂帮助将玻璃料掺入有机成分。用通过使用的玻璃基片辐射的蓝光(380-470nm)源作固化,剂量为1~1.52J/cm2。例3-7选用的稀释剂是1,3丁二醇,在BISGMA中不可溶,但在BISGMA/YEGDMA混合液中可溶。有机成分中稀释剂百分数重量的含量列于表3。

表3

除粘特性为研究对粘合剂烧光的作用,在玻璃基片上制备了供烧制的例3-7的浆料厚膜。玻璃基片是2.5mm存的碱石灰玻璃,Libbey-Owens-Ford公司(Toledo,OH)有售。用刮板涂布器在玻璃基片上浇注一层均匀的浆料,刮板涂布器的间隙为200μm,涂层用蓝光固化1分钟,然后将样品放在气流为30Scfh(每小时标准立方英尺)的箱炉中烧制,烧制进度为每分钟5℃一直到540℃,作20分钟热处理,再将样品以每分钟2~3℃冷却至室温。烧制后,熔化层约厚70-80μm。10%的样品(配方见例3)严重开裂,烧制后碎片无法粘附于玻璃基片。例4的配方,有20%的稀释剂样品也开裂,但仍与基片附附。例5、6、7的配方未受损,无开裂,与基片粘附。这些结果表明,浆料中的稀释剂浓度越高,粘合剂更容易烧光,可能是由于稀释剂蒸发留下更多的除粘通路,使内部气压挥发,否则会造成断裂。

脱模特性运用Iastramentors公司(Strongville,OH)以商标SP-102C-3M90型出售的剥离测试仪,定量研究了固化后的脱模状况。具有矩形通道的聚合物模具板用于以例3-7的玻璃浆料将肋结构形成在碱石灰玻璃基片上。模具中通道一般为宽75μm,深185μm,节距间隔220μm。样品制作涉及到把玻璃浆料样品层选在玻璃基片与模具之间,接着固化样品。层迭时,浆料基片上填满模具有通道,在固化后将模具特征复制到玻璃基片上。模具约2.5cm宽,22cm长,通道平行于模具有长度方向。层迭后,样品用蓝光源固化,剂量为1~1.5J/cm2。固化后,沿通道方向剥离,使模具脱出,测量剥离力。剥离试验以对基片90°时进行,速度约每分钟20cm。测量的平均剥离力列于表4。

表4

例3的配方来给出结论性结果,因为对模具的粘合强得模具在剥离中撕裂了。从表4可以明显看出稀释剂在增强脱模方面的作用。但要注意,若稀释剂含量极高,由于相对高的液体含量,会严重劣化固化生态结构的物理完整性。例7的配方在固化后有若干缺陷,因为生态结构有断裂。例4、5、6的配方代表稀释剂含量高于10%而低于40%,生态物理完整性与脱模特性结合得最好。

例8用刮刀将环氧粘合剂与82.3%重量(43.3%容积)的氧化钇稳定型二氧化锆粉(Zirconia Sales America有售,等极为HSY-3B)混合起来。二氧化锆粉的平均粒子尺寸为0.4μm。环氧粘合剂混合了54.2%重量环氧的稀释剂和表面活化剂、36.4%重量的稀释剂与9.4%重量的表面活化剂。环氧是双酚A环氧化合物(Louisville,KY的Celanese公司有售,商标Celanese DER332)的胺固化剂(Celanese公司有售,商标Epi-Cure 826)的混合物,固化剂含量是环氧重量的26%。稀释剂系是一种混合物,包括65%重量的1,3丁二醇(Milwaukee,WI的Aldrich Chemical公司有售)和35%重量的聚乙二醇(St.Louis,MO的SigmaChemical公司有售,商标Carbowax 200),后者用于对环氧中的丁二醇增溶。表面活化剂是一种购自ICI Americas公司(New Castle,DC)的材料,商标Hypermer KDI,帮助将二氧化锆粉掺入树脂。浆料模压到塑料基片上,传递到氧化铝基片上,再以每分钟5℃的速率加热至600℃除粘,接着以每分钟10℃的速率将温度升至1400℃烧制1小时。例8的浆料可通过混合下列量的材料制成:51.0克氧化钇稳定型二氧化合物4.40克双酚A环氧化合物1.56克固化剂2.60克聚乙二醇1.40克丁二醇1.02克表面活化剂例9将丙烯酸盐粘合剂混以85.5%重量的氧化钇稳定型二氧化锆粉。二氧化铣粉是一种等级为HSY-3B(例8中使用)的双峰态混合物,含12.3%重量的等级HSY-3U(同一家公司有售)。等级HSY-3B和HSY-3U的平均粒子尺寸各为0.4与0.1μm。粘合剂是50.5%的丙稀酸树脂(下述)。44.4%重量的稀释剂与5.0%重量地表面活化剂。具体而言,该树脂是一种混合物,包括50%重量的双酚Adiglycidyl ether dimethacrylate(BISGMA)和50%重量的triethylene glycoldimethacrylate(TEGMA)。固化引发剂是乙基二甲基氨基苯甲酸盐、comphoroquinone与diphenyliodonium hexafluorophosptate的混合物,引发剂含量为2%重量的丙烯酸基树脂。稀释剂是50%重量的diallyl phthalate和50%重量的硬脂酸丁酯。稀释剂里的diallya phthalate用于减少树脂粘度以提高可塑性,并且对丙烯酸盐树脂中的硬脂酸丁酯增溶。稀释剂里的硬脂酸丁酯在粘合剂固化时与稀释剂相分离而有助于脱模,并在除粘时加速粘料溢出。表面活化剂(购自ICI Amevias公司,商标rmer KDI)用于将二氧化锆掺入粘合剂。浆料模压到玻璃基片上,通过基片与模具对蓝光曝光2.5分钟固化,再从使用的聚合物模具中脱模。除粘与烧制进度与例8相同。

例9的浆料可通过混合下列量的材料制成。

510.10克氧化钇稳定型二氧化锆粉,HSY-3B级71.50克氧化钇稳定型二氧化锆粉,HSY-3U级50.00克50/SOBISGMA/TEGMA混合物22.20克dially phthalate22.20克硬脂酸丁酯5.00克表面活化剂例10用紫外固化齐聚物成分形成微结构柔性模具,该成分是一混合物,包括99%重量的脂族尿熔丙烯酸盐Photomer 6010和1%重量的光引发剂(购自CibaSpecialty Chemicals公司,商标Oarocur 1173)。齐聚物树脂加热至约60℃,以将粘度减小为约2500厘泊。树脂沿金属工具一边沿浇注,工具的正肋微结构适用于形成PDP挡肋,并覆盖5密耳厚的聚酯膜。将堆材料到其上安置该堆材的平坦表面与装在堆材上方框架上的金属辊之间,调节平坦表示与辊之间的间隙,使金属工具与聚酯膜的距离约为0.001英寸。随着堆材通过间隙拉动,齐聚物树脂被迫变为工具的微结构并散布于整个工具。堆材在介质压力汞灯下通过三次而经聚酯基片照射,剂量为200~400mJ/cm2。得到的微结构模具与金属工具剥离,提供呈现在金属工具上近乎精确的负微结构。

例11用紫外固化的齐聚物成分形成微结构柔性模具,成分是一混合物,包括75%重量的脂族尿熔丙烯酸盐photomer 6010、24%重量的1,6己二醇二丙烯酸盐和1%重量的光引发剂Darocur 1173。齐聚物加热到60℃,将粘度减至约1000厘泊。树脂沿金属工具一边沿浇注,金属工具具有正肋微结构,覆盖5密耳厚的聚酯膜。将堆材料到其上安置该堆材的平坦表面与装在堆材上方框架上的金属辊之间,调节平坦表示与辊之间的间隙,使金属工具与聚酯膜的距离约为0.001英寸。随着堆材通过间隙拉动,齐聚物树脂被迫变为工具的微结构并散布于整个工具。堆材在介质压力汞灯下通过三次而经聚酯基片照射,剂量为200~400mJ/cm2。得到的微结构模具与金属工具剥离而露出,经进一步观察,畸变的微结构有凹形侧壁上斜顶。

例12下面是一例压模形成供本发明使用的图案微结构模具。依序堆选下述材料制备压模样品:卡纸板、镀铬黄铜板、9×13英寸微结构金属工具、四块0.0055英寸厚的聚碳酸酯膜(购自Bayer公司,商标Makrolon 2407),接着是第二块镀铬黄铜板和第二卡纸板。

将堆材放在加热至190℃的压模机里(购自Wabash MPI,Wabash,ID,商标V75H-24-CLX型),以5000磅负载力压制堆材2分钟。负载增至40,000磅历时2分钟,接着在压力下冷却至近80℃。从压模机里取出堆材,拆开后得到微结构模具。

Claims (9)

1.一种在有图案基片上形成和对准微结构的方法,其特征在于所述工艺包括以下步骤:将可固化材料放在有图案基片与模具图案表面之间,模具图案表面上有多个微结构;对模具进行拉伸,使一部分模具图案表面与一部分有图案基片对准;将可固化材料固化成粘附于基片的刚性状态;和取下模具,留下与基片图案对准的可固化材料的硬化结构,所述硬化结构复制了模具图案表面的微结构。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于可固化材料为由陶瓷粉与可固化短效粘合剂组成的浆料,并且有图案的基片包含有图案的玻璃基片。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于还包括加热硬化结构以去除可固化短效粘合剂,并且随后以更高的温度烧制陶瓷粉从而形成陶瓷微结构的步骤。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于固化步骤包括使浆料曝露于透过基片、模具或透过基片与模具二者而辐射的紫外光或可见光。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的方法,其特征在于模具的拉伸步骤包括沿同基片横向的单一方向机械拉伸模具。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的方法,其特征在于模具包括具有光滑表面与相对微结构表面的热塑材料。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的方法,其特征在于模具包括基底膜层和可固化聚合物制作的图案层,所述图案层具有粘附于基底膜层的光滑表面与相对于基底膜层的微结构表面。
8.如权利要求2所述的方法,其特征在于有图案的玻璃基片包括一系列平行且独立寻址间隔一定距离的电极。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于模具图案表面的微结构包括一系列从模具表面伸出的平行的脊部,所述脊部的尺寸与间距使得在模具拉伸步骤中能对准基片电极。
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