CN204515178U - 一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有内表面微凸结构阵列的反射元件，所述微凸结构为椎体或台体，椎体包括圆锥或棱锥，台体包括圆台或棱台，微凸结构底面最小外接圆直径≤2.5μm，微凸结构的高度≤3μm，本实用新型采用凸版热压印涂层的柔性转印胶膜制备步骤，采用密封抽气负压吸附的阳模曲表面修饰步骤，热塑性或热固性胶料的微注射成型步骤，脱模、超声波清洗及内表面真空镀铝步骤制成。本实用新型内表面具有微凸结构阵列反射元件的制造方法可实现工业化生产，具有微结构复制比高，尺寸精密，制造工艺简单等优点。

Description

一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件

技术领域

本实用新型涉及机械制造及光学元器件制造领域，具体涉及一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件。

背景技术

表面微结构在微电子、光学和生物学等领域有着广泛的应用前景，在光电领域、针对发光光源，特别是发光二极管(LED)的发光特点，通过在反射元件内表面构建具有特殊微观几何形状的有序微结构阵列，能提高照明、显示质量，获得更多特殊性照明、显示要求。目前已经发展出了多种表面微结构的制造方法，例如光刻技术、电子束刻蚀技术和微机械加工、纳米压印、LIGA技术和热压印等。然而这些制造方法大都因为加工难度大、成本高等缺点无法实现大面积表面微结构的精密制造。而在内表面制造大面积有序微结构阵列更是一项巨大的挑战。对于光学反射元件这类使用广泛的光学元器件，更需要一种实现低成本、精度高、工艺简单、生产效率高的内表面微结构大面积制造技术。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件。

本实用新型克服现有制造微结构、特别是内表面微结构方法存在的缺陷，提供了一种新型内表面微结构制造方法，具有微结构复制比高，尺寸精密，制造工艺简单等优点，易于实现工业化生产。

本实用新型采用如下技术方案：

一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件的制造方法，包括如下步骤：

S1采用凸版热压印涂层制备具有微凹结构的柔性转印胶膜步骤

S2采用密封抽气负压吸附修饰阳模曲表面步骤；

S3热塑性或热固性胶料的微注射成型步骤；

S4脱模、超声波清洗及内表面真空镀铝步骤。

所述采用凸版热压印涂层制备具有微凹结构的柔性转印胶膜步骤具体包括：

S1.1在薄膜基材上涂覆热固性材料，涂覆厚度≥140％×凸版印模浮雕结构高度尺寸；

S1.2对涂覆后的热固性湿膜，通过阶梯递进式固化曲线进行热风烘干达到半固化状态；

S1.3对半固化状态的热固性湿膜进行高温处理，温度为热固性材料固化温度的110％～120％；

S1.4对高温处理后的涂层进行凸版热压印，将凸版印模匀速下压后脱模，得到具有微凹结构的柔性转印胶膜。

所述采用密封抽气负压吸附修饰阳模曲表面步骤具体包括：

S2.1将上述得到的微凹结构的柔性转印胶膜，覆在阳模上，阳模边缘用固定框架密封，并用抽气装置对密封区域进行抽气，产生负压使得微凹结构的柔性转印胶膜紧密贴合于阳模的各个凸模上，将抽气干路关闭维持负压贴合状态，得到凸模阵列曲表面修饰后的阳模，所述阳模表面分布凸模阵列，每个凸模内开有抽气微通道支路；

S2.2对贴合后的柔性转印胶膜的微凹阵列表面喷涂脱模剂。

所述热塑性或热固性胶料的微注射成型步骤，包括：

将经表面修饰后的阳模与空腔模匹配固定，作为微注塑成型模具，当采用热塑性材料时，微注射过程为将熔融的胶料从注射口加压注射填充模具腔体，冷却成型；当采用热固性材料时，微注射过程为将液态胶料从注射口加压注射填充模具腔体，并升温加热至固化温度，固化成型。

所述脱模、超声波清洗及内表面真空镀铝步骤，包括：

S4.1当胶料冷却成型或固化成型后，将空腔模与经表面修饰后的阳模分开，并打开抽气干路，气体进入到柔性转印胶膜与凸模阵列表面的阳模之间，将两者分离，柔性转印胶膜连同待成型器件一同取出；

S4.2待成型器件空冷至室温保持一段时间后，将柔性转印胶膜从成型器件内表面剥离，随后对成型器件进行超声波清洗，采用真空镀铝工艺在成型器件内表面镀上铝膜形成反射面，即可制成具有内表面微凸结构阵列的反射元件。

所述薄膜基材是聚四氟乙烯、聚酯、聚三氟氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺或聚醚酰亚胺，所述热固性材料为有机硅树脂，所述凸版印模浮雕结构为椎体或台体，椎体包括圆锥、棱锥，台体包括圆台、棱台，凸版印模浮雕结构底面最小外接圆直径为2.5μm，椎体或台体的高度为3μm。

所述阶梯递进式固化曲线包括预热保温阶梯曲线和半固化保温阶梯曲线。

所述热塑性材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛树脂或聚乙烯，所述热固性材料为聚二甲基硅氧烷。

一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件，所述微凸结构为椎体或台体，椎体包括圆锥、棱锥，台体包括圆台、棱台，微凸结构底面最小外接圆直径≤2.5μm，微凸结构的高度≤3μm。

所述微凸结构为圆锥形状时，圆锥底面直径∈[1.2μm,2.5μm]，圆锥顶部尖端球半径≥150nm，圆锥高度∈[1.1μm,3μm]。

本实用新型的有益效果

本实用新型克服现有制造微结构、特别是内表面微结构方法存在的缺陷，提出了采用凸版热压印涂层制备柔性转印胶膜，结合采用密封抽气负压吸附的阳模曲表面修饰方法，利用热塑性或热固性胶料的微注射成型，最后在制得的成型器件内表面真空镀铝得到反射元件；

本实用新型内表面微结构制造方法，具有微结构复制比高，尺寸精密，制造工艺简单等优点，易于实现工业化生产；

本实用新型反射元件，通过在反射元件内表面构建具有特殊微观几何形状的有序微结构阵列，能提高发光光源，特别是发光二极管(LED)光源的照明、显示质量，获得更多特殊性照明、显示要求。

附图说明

图1是凸版印模对薄膜基材上涂覆的热固性材料的凸版热压印过程；

图2是凸版印模浮雕结构示意图；

图3是凸版热压印后的柔性转印胶膜；

图4是采用密封抽气负压吸附的阳模曲表面修饰的示意图；

图5是曲表面修饰后阳模剖面结构示意图；

图6是微注射成型后组合模具剖面示意图；

图7是成型器件的柔性转印胶膜剥离工序剖面示意图。

图中示出：

11-具有微凹结构的柔性转印胶膜，12-凸版印模，13-热固性湿膜，14-薄膜基材，15-凸版印模浮雕结构，21-阳模，22-凸模阵列，23-抽气微通道支路，24-固定框架，25-抽气装置，26-凸模阵列曲表面修饰后的阳模，31-空腔模，32-注射口，33-模具腔体，34-加热棒，41-反射元件。 

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件的制造方法，包括如下步骤：

S1如图1所示，采用凸版热压印涂层制备具有微凹结构的柔性转印胶膜步骤，包括：

S1.1选取中高热稳定性、机械性能优良，韧性较好、不透气的薄膜基材。在所选薄膜基材14上涂覆热固性材料。涂覆厚度≥140％×凸版印模浮雕结构15高度尺寸，所述薄膜基材可以是聚四氟乙烯、聚酯、聚三氟氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺或聚醚酰亚胺等。涂覆的热固性材料可以是有机硅树脂，所述凸版印模具有凸版印模浮雕结构，呈阵列式排布，所述凸版印模浮雕结构为椎体或台体，椎体包括圆锥、棱锥，台体包括圆台、棱台，凸版印模浮雕结构底面最小外接圆直径为2.5μm，椎体或台体的高度为3μm。，本实施例采用圆锥体微凸形状，如图2所示。

本实施例的圆锥体的底面直径为2.5μm，圆锥高度为3μm。

S1.2涂覆后的热固性湿膜13，通过阶梯递进式固化曲线进行热风烘干达到半固化状态，所述的阶梯递进式固化曲线包括预热保温阶梯和半固化保温阶梯，且从预热保温阶梯到半固化保温阶梯的升温速率慢，保证湿膜内外整体达到半固化状态。

S1.3对半固化涂层表面进行快速(加热时间≤1s)高温处理，高温为热固性材料固化温度的110％～120％。使得半固化涂层在进行凸版热压印之前涂层表面有薄层达到固化状态便于微结构转印及脱模。

S1.4对高温处理后的涂层进行凸版热压印，加热源位于薄膜基材下方，逐渐升温至固化节点并保温，逐渐升温的同时，凸版印模12作用到涂层后匀速下压至指定深度并保持至保温结束后脱模。保温时间、下压速度根据热固性材料特性而定。根据压印深度不同，可获得不同深宽比的具有微凹结构的柔性转印胶膜11，如图3所示。

S2采用密封抽气负压吸附的阳模曲表面修饰工序步骤，如图4所示，具体包括：

S2.1将S1得到的具有微凹结构的柔性转印胶膜，覆在阳模21上，所述阳模表面分布与微注塑器件尺寸匹配的凸模阵列22，每个凸模内开有抽气微通道 支路23，阳模边缘采用固定框架24密封，并用抽气装置25对密封区域进行抽气，产生负压使得柔性转印胶膜紧密贴合于各个凸模上，将抽气干路关闭维持负压贴合状态，制得凸模阵列曲表面修饰后的阳模26，如图5所示。

S2.2对贴合后柔性转印胶膜表面喷涂脱模剂，所述的脱模剂，为市售Daikin大金脱模剂(DAIFREE)-GA-7500。

S3热塑性或热固性胶料的微注射成型步骤，如图6所示；将得到的凸模阵列曲表面修饰后的阳模26与空腔模31匹配固定，作为微注塑成型模具，当采用热塑性材料时，微注射过程为将熔融的胶料从注射口32加压注射填充模具腔体33，冷却成型。当采用热固性材料时，微注射过程为将液态胶料从注射口加压注射填充模具腔体，并升温加热至固化温度。上述的空腔模嵌有加热棒34，连接温控仪进行升温加热模具。热塑性材料，可以为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛树脂、聚乙烯等。热固性材料可以为聚二甲基硅氧烷。

S4脱模、超声波清洗及内表面真空镀铝步骤。

S4.1当胶料冷却成型或固化成型后，将空腔模与阳模分开，并打开抽气干路，气体进入到柔性转印胶膜与凸模阵列表面将两者分离，柔性转印胶膜连同成型器件一同取出。

S4.2待成型器件空冷至室温保持一段时间后，将柔性转印胶膜从成型器件内表面剥离，如图7所示，随后对成型器件进行超声波清洗。采用真空镀铝工艺在成型器件内表面镀上铝膜形成反射面。即可制成具有内表面微凸结构阵列的反射元件41。

上述方法制备得到的一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件，所述微凸结构为圆锥体形状，圆锥底面直径∈[1.2μm,2.5μm]，圆锥顶部尖端球半径≥150nm，圆锥高度∈[1.1μm,3μm]。

实施例1

一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件的制造方法，包括如下步骤：

S1采用凸版热压印涂层的柔性转印胶膜制备步骤：

S1.1选取聚四氟乙烯薄膜基材(PFTE)，厚度为30μm。采用刮刀涂布方式，在聚四氟乙烯薄膜基材上涂覆有机硅树脂，选用道康宁OE-6550硅胶，涂覆厚度为30μm，本实施例的凸版印模浮雕结构为圆锥形，圆锥底面直径为2.5μm，圆锥顶部尖端球半径为75nm，圆锥高度为3μm，如图2所示。

S1.2对涂覆后的硅胶湿膜进行预热，从室温上升至80℃，升温速率为20℃ /min，并在80℃下保温3.5min。然后将温度升至110℃，升温速率为30℃/min，并在110℃下继续保温2min。阶梯递进式固化后硅胶湿膜整体达到半固化状态。

S 1.3，将半固化硅胶涂层以100mm/s的速度匀速通过长80mm的加热烘道，烘道温度为170℃。经快速高温处理后硅胶涂层有很薄层达到固化状态。

S 1.4如图1所示，对上述制得的硅胶涂层进行凸版热压印，加热源位于薄膜基材下方，逐渐升温至150℃后保温18min，升温速率为60℃/min。但温度升至120℃时，凸版印模作用到硅胶涂层后以0.5μm/s的速度匀速下压2.8μm后停止。保温结束后，将凸版印模脱离固化的硅胶涂层，得到硅胶面具有圆锥微凹结构的聚四氟乙烯薄膜基材和硅胶涂层组合膜，以此作为柔性转印胶膜。

S2采用密封抽气负压吸附的阳模曲表面修饰步骤；

S2.1如图4示，柔性转印胶膜覆在阳模上，阳模表面分布有凸模阵列，凸模形状为圆台形，圆台下表面直径为100mm，上表面直径为80mm，高度为50mm。阳模边缘采用固定框架压紧密封，并用抽气装置对密封区域进行抽气，产生负压使得柔性转印胶膜紧密贴合于各个凸模上，将抽气干路关闭维持负压贴合状态，制得凸模阵列曲表面修饰后的阳模，如图5所示。

S2.2对贴合后柔性转印胶膜的硅胶微凹结构表面喷涂脱模剂。

S3热塑性或热固性胶料的微注射成型步骤；

如图6所示，S3.1注塑成型模具，将阳模与空腔模匹配固定，空腔模深度为120mm。采用热固性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)。室温下(25℃)将液态聚二甲基硅氧烷胶料从注射口加压注射填充模具腔体，压力为15kg/cm2。保持该压力，控制温控仪(图中未画出)通过加热棒将模具升温至80℃并保温90min，升温速率为50℃/min。

S4脱模、超声波清洗及内表面真空镀铝步骤

S4.1甲基硅氧烷胶料完全固化成型后，将空腔模与阳模分开，并打开抽气干路，气体进入到柔性转印胶膜与凸模阵列表面将两者分离，柔性转印胶膜连同聚二甲基硅氧烷成型器件一起取出。

S4.2待聚二甲基硅氧烷成型器件空冷至室温继续保持60min后，将柔性转印胶膜从成型器件内表面剥离，随后对成型器件进行超声波清洗。采用真空镀铝工艺在聚二甲基硅氧烷成型器件内表面镀上铝膜形成反射面。即可制成具有内表面圆锥微凸结构阵列的聚二甲基硅氧烷成型反射元件。微凸结构为圆锥形状，所述圆锥底面直径∈[1.2μm,2.5μm]，圆锥顶部尖端球半径≥150nm，圆锥高度∈[1.1μm,3μm]。

实施例2

一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件的制造方法,包括如下步骤：

S1采用凸版热压印涂层的柔性转印胶膜制备步骤

S1.1四氟乙烯薄膜基材(PFTE)，厚度为30μm。采用旋涂方式，在聚四氟乙烯薄膜基材上涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)，选用道康宁Sylgard 184，涂覆厚度为50μm。

S1.2对涂覆后的PDMS湿膜进行预热，从室温上升至45℃，升温速率为10℃/min，并在45℃下保温20min。然后将温度升至60℃，升温速率为15℃/min，并在60℃下继续保温15min。阶梯递进式固化后硅胶湿膜整体达到半固化状态。

S1.3将半固化PDMS涂层以100mm/s的速度匀速通过长80mm的加热烘道，烘道温度为100℃。经快速高温处理后PDMS涂层有很薄层达到固化状态。

S1.4如图1所示，对上述制得的PDMS涂层进行凸版热压印，加热源位于薄膜基材下方，逐渐升温至80℃后保温60min，升温速率为30℃/min。但温度升至70℃时，凸版印模作用到硅胶涂层后以0.5μm/s的速度匀速下压3μm后停止。保温结束后，将凸版印模脱离固化的PDMS涂层，得到PMDS面具有圆锥微凹结构的聚四氟乙烯薄膜基材和PDMS涂层组合膜，以此作为柔性转印胶膜。

S2采用密封抽气负压吸附的阳模曲表面修饰步骤；

如图4所示，S2.1柔性转印胶膜覆在阳模上，阳模表面分布有凸模阵列，凸模形状为圆台形，圆台下表面直径为100mm，上表面直径为80mm，高度为50mm。阳模边缘采用固定框架压紧密封，并用抽气装置(图示为简化示意图)对密封区域进行抽气，产生负压使得柔性转印胶膜紧密贴合于各个凸模上，将抽气干路关闭维持负压贴合状态，制得凸模阵列曲表面修饰后的阳模。

S2.2对贴合后柔性转印胶膜的聚二甲基硅氧烷微凹结构表面喷涂脱模剂。

S3热塑性或热固性胶料的微注射成型步骤；

S3.1如图6所示，组合微注塑成型模具，将阳模与空腔模固定匹配，空腔模深度为150mm。采用热塑性材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，加热140℃至熔融状态，将熔融的聚甲基丙烯酸甲酯胶料加压注射填充模具腔体，压力为200kg/cm2。在保持该压力下冷却固化成型。

S4脱模、超声波清洗及内表面真空镀铝步骤

S4.1当聚甲基丙烯酸甲酯胶料完全冷却固化成型后，将空腔模与阳模分开，并打开抽气干路，气体进入到柔性转印胶膜与凸模阵列表面将两者分离，柔性 转印胶膜连同聚甲基丙烯酸甲酯成型器件一起取出。

如图7所示，S4.2待聚甲基丙烯酸甲酯成型器件空冷至室温继续保持30min后，将柔性转印胶膜从成型器件内表面剥离，随后对成型器件进行超声波清洗。采用真空镀铝工艺在聚甲基丙烯酸甲酯成型器件内表面镀上铝膜形成反射面。即可制成具有内表面圆锥微凸结构阵列的聚甲基丙烯酸甲酯成型反射元件。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种内表面具有微凸结构阵列的反射元件，其特征在于，所述微凸结构为椎体或台体，椎体包括圆锥或棱锥，台体包括圆台或棱台，微凸结构底面最小外接圆直径≤2.5μm，微凸结构的高度≤3μm。

2.根据权利要求1所述的反射元件，其特征在于，所述微凸结构为圆锥形状时，圆锥底面直径∈[1.2μm,2.5μm]，圆锥顶部尖端球半径≥150nm，圆锥高度∈[1.1μm,3μm]。