CN207301617U - 一种制造超大面积纳米压印无缝图案的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种制造超大面积纳米压印无缝图案的装置，属于紫外纳米压印领域。收卷辊用于将衬底卷收起来，放卷辊用于放出衬底，滚筒压印装置位于收卷辊和放卷辊之间，收卷辊与放卷辊工作时保持同步旋转，涂胶装置中含有光刻胶，用于在衬底上涂抹一层均匀的光刻胶，滚筒压印装置用于将压印模板上的微小图案压印于涂完胶的衬底上，支撑辊一，支撑辊二，支撑辊三，支撑辊四，均为可透光的圆柱形，支撑辊二，支撑辊三，支撑辊四中均放置有紫外固化装置。优点是精确调控各模板以及紫外灯可固化的距离，能够制造出超大面积的纳米压印无缝图案，加入了多个压印辊同时进行压印超大型图案，提高了纳米压印的生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及紫外纳米压印领域，尤其是超大面积辊对辊紫外纳米压印装置及。
背景技术
纳米压印技术最早是由普林斯顿大学华裔科学家Stephen Chou教授在1995年提出，目前世界上存在的纳米压印方式有三种：紫外纳米压印技术、热压印技术、微接触技术，也可以根据固化工艺的不同分为：紫外固化和热固化。它可以用于制造太阳能电池板、抗反射膜涂层、自清洁玻璃、高密度亚波长光栅、高密度光盘位存储器以及航空航天、生物、光学的众多领域。
但是现有的纳米压印技术存在一定的局限性，主要原因是模板大小的制作限制以及拼接问题,由于衬底上的超大型图案的制备需要超大面积的压印辊来完成，但是超大面积的压印辊施力很大，容易压碎衬底、无法压印出完整的微结构、造成微结构大面积缺陷等，而如果采用小型图案拼接的方法来制作大型米级尺度的图案，在拼接处会形成接缝，导致图案的不连续。模板大小的制作限制是由于大型模板本身制作的成本很昂贵，如果压印时对模板产生一定的损伤的话，整个模板需要较高的成本来更换，因此如何高效、低成本的制作超大面积的图案是目前存在的普遍问题。
公开号为CN 105159029 A的专利中所提出的大面积微纳图形的装置及方法解决了大面积尺度的压印以及大面积纳米压印气泡消除的问题。但是专利中所述的大面积压印只仅限于衬底长度方向，在目前普遍存在的宽度方向上的压印问题的并未真正得到解决。
公开号为CN 103399460 A专利中所提出的一种大尺寸和无接缝纳米尺度滚轮模具制造方法将平面模板转化小滚轮工作模具，利用小滚轮工作模具将微结构转移到大尺度的金属滚轮上，制作出大尺度的金属滚轮模具，实现了大尺度模具的制造。但是接缝处的处理方式并不明确，由于衬底的分段压印过程中，紫外灯的照射范围未经过精确的控制与处理，依然会在衬底的相接合的地方留在微小的缝隙，导致图案的不连续,并且文中所说的大尺寸指的是长度方向，并非宽度方向。
论文Roll-to-roll nanoimprint lithography for patterning on a large-area substrate roll提出的一种辊对辊大面积图案压印，通过将模具辊制作为衬底辊的1/4，先在衬底辊上压印出1/4长度的微结构，然后将模具辊移动到第一次压印出的微结构的边缘并对齐，开始压印剩余的2/4，完毕，重复以上步骤，直至压印完成。论文中提到的紫外灯在模板边缘所能固化的长度m如果小于两微结构相接处的狭缝距离s，即m<s,那么在固化的过程中，只对所压印的区域进行固化，而不会影响下一个流程的压印，如果需要减小狭缝距离s，就先要减小紫外灯在模板边缘所能固化的长度m，通过用布遮光来实现减小紫外灯在模板边缘所能固化的长度m的目的，随着m的减小，s也会逐渐变小至忽略不计，那么就可以制造出超大面积无缝压印模板，但是此方法制造完整的超大面积的微结构耗时较长，因为一次只能进行一部分图案的压印，所以需要多个步骤压印来完成超大面积的制造，并且未对光进行聚焦可能会使光产生折射及衍射的现象，影响下一步流程，多步骤使压印效率低，而且多步骤容易造成压印失真，降低了压印精度，不适用于工业化生产。
综上，对于纳米压印存在的压印图案宽度意义上的超大面积的无缝图案的制造、压印耗时长、压印精度和效率低等问题不适用于工业化的生产。
发明内容
本实用新型提供一种制造超大面积纳米压印无缝图案的装置，以解决以往紫外纳米压印装置所存在的制造超大面积纳米压印无缝图案困难和在制造过程中耗时长的问题。
本实用新型采取的技术方案是：收卷辊用于将衬底卷收起来，放卷辊用于放出衬底，滚筒压印装置位于收卷辊和放卷辊之间，收卷辊与放卷辊工作时保持同步旋转，涂胶装置中含有光刻胶，用于在衬底上涂抹一层均匀的光刻胶，滚筒压印装置用于将压印模板上的微小图案压印于涂完胶的衬底上，支撑辊一，支撑辊二，支撑辊三，支撑辊四，均为可透光的圆柱形，支撑辊二，支撑辊三，支撑辊四中均放置有紫外固化装置，上述所有支撑辊均由石英制成，张力辊用于调节衬底之间的张力，使衬底处于紧绷状态。
所述的滚筒压印装置的结构是：音圈电机一的轴与直线轴承一连接，音圈电机二的轴与直线轴承二连接，压印辊一通过直线轴承一与直线轴承四安装在卡盘一和卡盘二上，压印辊二通过直线轴承二与直线轴承五安装在卡盘一和卡盘二上，压印辊三通过直线轴承三和直线轴承六安装在卡盘一和卡盘二上，压印模板一包裹在压印辊一靠近音圈电机一的1/3处，压印模板二包裹在压印辊二的中部1/3处、压印模板三包裹在压印辊三的远离音圈电机二1/3处，每个压印模板的长度都统一相等，均为压印辊长度的1/3，直线轴承一、直线轴承二、直线轴承三均安装在卡盘一的凹槽中，直线轴承四、直线轴承五、直线轴承六均安装在卡盘二的凹槽中。
所述的支撑辊二中安装有紫外固化装置一，所述紫外固化装置一包括紫外灯一，挡光板一，透镜一，其中，透镜一装卡在挡光板一中，挡光板一用胶水粘在紫外灯一的外轮廓上，透镜一为凸透镜，具有聚焦作用，紫外灯一、挡光板一及透镜一的长度分别与压印模板一的长度相等，并与压印模板一对齐，透镜一表面涂有高反射涂层。
所述的支撑辊三中安装有紫外固化装置二，所述紫外固化装置二包括紫外灯二，挡光板二，透镜二，透镜二装卡在挡光板二中，挡光板二用胶水粘在紫外灯二的外轮廓上，透镜二为凸透镜，具有聚焦作用，紫外灯二、挡光板二及透镜二的长度分别与压印模板二的长度相等，并与压印模板二对齐，透镜二表面涂有高反射涂层。
所述的支撑辊四中安装有紫外固化装置三，所述紫外固化装置三包括紫外灯三，挡光板三，透镜三，透镜三装卡在挡光板三中，挡光板三用胶水粘在紫外灯三的外轮廓上，透镜三为凸透镜，具有聚焦作用，紫外灯三、挡光板三及透镜三的长度分别与压印模板三的长度相等，并与压印模板三对齐，透镜三表面涂有高反射涂层。
本实用新型具有以下优点：
1.精确调控各模板以及紫外灯可固化的距离，能够制造出超大面积的纳米压印无缝图案。
2.加入了多个压印辊同时进行压印超大型图案，提高了纳米压印的生产效率。
3.模板如果损坏，只需要更换损坏那一小段模板，节省了大量成本。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型滚筒压印装置的结构示意图；
图3是图2的后视图；
图4是支撑辊三与压印辊二的结构示意图；
图5是支撑辊三与压印辊二的剖视图；
图6是支撑辊三与压印辊二内部结构的剖视图；
图7是支撑辊二与压印辊一内部结构的剖视图；
图8是支撑辊四与压印辊三内部结构的剖视图；
图9是直线轴承的半剖视图；
图10是制作超大面积无缝图案的紫外光曝光原理图；
图11是压印完毕后带有无缝图案的衬底示意图。
具体实施方式
收卷辊1用于将衬底5卷收起来，放卷辊3用于放出衬底5，滚筒压印装置8位于收卷辊1和放卷辊3之间，收卷辊1与放卷辊3工作时保持同步旋转，涂胶装置2中含有光刻胶，用于在衬底5上涂抹一层均匀的光刻胶，滚筒压印装置8用于将压印模板上的微小图案压印于涂完胶的衬底5上，支撑辊一4，支撑辊二6，支撑辊三7，支撑辊四10，均为可透光的圆柱形，支撑辊二6，支撑辊三7，支撑辊四10中均放置有紫外固化装置，上述所有支撑辊均由石英制成，张力辊9用于调节衬底5之间的张力，使衬底5处于紧绷状态。
如图2、3所示，所述的滚筒压印装置8包括压印辊一801，压印模板一80101，直线轴承一802，音圈电机一803，卡盘一804，直线轴承三805，压印辊二806，压印模板二80601，直线轴承二807，音圈电机二808，压印辊三809，压印模板三80901，卡盘二810，直线轴承四812，直线轴承五811，直线轴承六813，其中，音圈电机一803的轴与直线轴承一802连接，音圈电机二808的轴与直线轴承二807连接，压印辊一801通过直线轴承一802与直线轴承四812安装在卡盘一804和卡盘二810上，压印辊二806通过直线轴承二807与直线轴承五811安装在卡盘一804和卡盘二810上，压印辊三809通过直线轴承三805和直线轴承六813安装在卡盘一804和卡盘二810上，压印模板一80101包裹在压印辊一801靠近音圈电机一的1/3处，压印模板二80601包裹在压印辊二806的中部1/3处、压印模板三80901包裹在压印辊三809的远离音圈电机二1/3处，每个压印模板的长度都统一相等，均为压印辊长度的1/3，直线轴承一802、直线轴承二807、直线轴承三805均安装在卡盘一804的凹槽中，直线轴承四811、直线轴承五812、直线轴承六813均安装在卡盘二810的凹槽中，压印辊通过直线轴承与衬底5的微小摩擦力来实现旋转。
如图4所示，压印模板二80601包裹在压印辊二806上，压印模板二80601上有微小图案，可以为任意形状，衬底5在支撑辊三7与压印辊二806之间，衬底5上表面与支撑辊三7相接触，支撑辊三7用于支撑衬底5，衬底5下表面与压印模板二80601相接触，可以将压印模板二80601上的微小图案压印在衬底5上。
如图5、6所示，为压印辊二806与支撑辊三7的剖视图，支撑辊三7中安装有紫外固化装置二701，所述紫外固化装置二701包括紫外灯二70101，挡光板二70102，透镜二70103，透镜二70103装卡在挡光板二70102中，挡光板二70102用胶水粘在紫外灯二70101的外轮廓上，透镜二70103为凸透镜，具有聚焦作用，紫外灯二、挡光板二及透镜二的长度分别与压印模板二的长度相等，并与压印模板二对齐，透镜二表面涂有高反射涂层。
如图7所示，为压印辊一801与支撑辊二6的剖视图，支撑辊二6中安装有紫外固化装置一601，所述紫外固化装置一601包括紫外灯一60101，挡光板一60102，透镜一60103，透镜一60103装卡在挡光板一60102中，挡光板一60102用胶水粘在紫外灯一60101的外轮廓上，透镜一60103为凸透镜，具有聚焦作用，紫外灯一、挡光板一及透镜一的长度分别与压印模板一的长度相等，并与压印模板一对齐，透镜一表面涂有高反射涂层。
如图8所示，所述的支撑辊四10中安装有紫外固化装置三1001，所述紫外固化装置三包括紫外灯三100101，挡光板三100102，透镜三100103，透镜三100103装卡在挡光板三100102中，挡光板三用胶水粘在紫外灯三100101的外轮廓上，透镜三为凸透镜，具有聚焦作用，紫外灯三、挡光板三及透镜三的长度分别与压印模板三80901的长度相等，并与压印模板三对齐，透镜三表面涂有高反射涂层。
在胶层充分填入压印模板微小图案空隙中的瞬间，紫外灯发出的紫外光，经过挡光板，在透镜上汇聚为平行光束，然后精准的照射在压印完成的区域，实现光刻胶的固化。
如图9所示，图为直线轴承一802的半剖视图，包括滚珠80201，轴承外圈80202，保持架80203，轴承内圈80204，保持架80203与轴承外圈80202相连，滚珠80201在轴承外圈80202与轴承内圈80204之间，可实现直线轴承轴向的精准移动。
如图10所示，所述的压印模板一80101，支撑辊二6，紫外灯一60101，W1,分别为压印模板一80101，W2压印模板二80601的长度，s为压印模板一80101与压印模板二80601之间的存在的缝隙，s可通过直线轴承以及音圈电机的配合使其缩小至可以忽略不计，m为紫外灯一60101距压印模板一80101所能固化的最大距离。压印模板一80101与支撑辊二6之间的部分为衬底5，当m<s时，支撑辊二中的紫外灯一60101所能固化的涂胶区域将不会影响到支撑辊三7与压印模板二80601之间衬底5上的涂胶区域，不会使涂胶的区域在压印前固化而导致图案的不连续，因此，可以制作出具有连续图案的超大面积的无缝模板与衬底。
如图11所示，图为压印完毕后带有图案的衬底示意图。
本实用新型工作原理如下：
(一)、张力辊9调节衬底5之间的张紧程度，使衬底5处于紧绷状态，音圈电机一803调节直线轴承一802和直线轴承五812，使压印辊一801及包裹在压印辊一801上的压印模板一80101共同沿轴向进行微小的位移，音圈电机二808调节直线轴承二807与直线轴承四811，使压印辊二806及包裹在压印辊二806上的压印模板二80601共同沿轴向进行微小的位移，使得压印模板一80101与压印模板二80601及压印模板三80901的边界处接合，形成一个超大面积的模板；
(二)收卷辊1开始卷收衬底5，放卷辊2放出衬底5，收卷辊1与放卷辊2工作时保持同步旋转，涂胶装置2中含有光刻胶，衬底5经过涂胶装置2并在衬底5上抹一层均匀的光刻胶，涂完胶之后的衬底5到达滚筒压印装置8的正下方，滚筒压印装置8中的压印辊一801、压印辊二806、压印辊三809在直线轴承一802、直线轴承二807、直线轴承三805、直线轴承四811、直线轴承五812、直线轴承六813和衬底5的微小摩擦力带动下开始慢速旋转，压印模板三80901、压印模板一80101、压印模板二80601逐渐与衬底5接触，并将压印模板上的微小图案压印至衬底5上的光刻胶上，在各压印模板每次压印完毕后，支撑辊四10、支撑辊二6、支撑辊三7中的紫外灯三100101、紫外灯一60101、紫外灯二70101发出的光束经过挡光板，在透镜上汇聚为一束平行光，照射至所压印的区域，分别完成固化；
(三)、全部固化完毕后收卷辊1将衬底5收集，得到超大面积带有压印图案衬底。
Claims (5)
1.一种制造超大面积纳米压印无缝图案的装置，其特征在于：收卷辊用于将衬底卷收起来，放卷辊用于放出衬底，滚筒压印装置位于收卷辊和放卷辊之间，收卷辊与放卷辊工作时保持同步旋转，涂胶装置中含有光刻胶，用于在衬底上涂抹一层均匀的光刻胶，滚筒压印装置用于将压印模板上的微小图案压印于涂完胶的衬底上，支撑辊一，支撑辊二，支撑辊三，支撑辊四，均为可透光的圆柱形，支撑辊二，支撑辊三，支撑辊四中均放置有紫外固化装置，上述所有支撑辊均由石英制成，张力辊用于调节衬底之间的张力，使衬底处于紧绷状态。
2.根据权利要求1所述的一种制造超大面积纳米压印无缝图案的装置，其特征在于：所述的滚筒压印装置的结构是：音圈电机一的轴与直线轴承一连接，音圈电机二的轴与直线轴承二连接，压印辊一通过直线轴承一与直线轴承四安装在卡盘一和卡盘二上，压印辊二通过直线轴承二与直线轴承五安装在卡盘一和卡盘二上，压印辊三通过直线轴承三和直线轴承六安装在卡盘一和卡盘二上，压印模板一包裹在压印辊一靠近音圈电机一的1/3处，压印模板二包裹在压印辊二的中部1/3处、压印模板三包裹在压印辊三的远离音圈电机二1/3处，每个压印模板的长度都统一相等，均为压印辊长度的1/3，直线轴承一、直线轴承二、直线轴承三均安装在卡盘一的凹槽中，直线轴承四、直线轴承五、直线轴承六均安装在卡盘二的凹槽中。
3.根据权利要求1所述的一种制造超大面积纳米压印无缝图案的装置，其特征在于：所述的支撑辊二中安装有紫外固化装置一，所述紫外固化装置一包括紫外灯一，挡光板一，透镜一，其中，透镜一装卡在挡光板一中，挡光板一用胶水粘在紫外灯一的外轮廓上，透镜一为凸透镜，具有聚焦作用，紫外灯一、挡光板一及透镜一的长度分别与压印模板一的长度相等，并与压印模板一对齐，透镜一表面涂有高反射涂层。
4.根据权利要求1所述的一种制造超大面积纳米压印无缝图案的装置，其特征在于：所述的支撑辊三中安装有紫外固化装置二，所述紫外固化装置二包括紫外灯二，挡光板二，透镜二，透镜二装卡在挡光板二中，挡光板二用胶水粘在紫外灯二的外轮廓上，透镜二为凸透镜，具有聚焦作用，紫外灯二、挡光板二及透镜二的长度分别与压印模板二的长度相等，并与压印模板二对齐，透镜二表面涂有高反射涂层。
5.根据权利要求1所述的一种制造超大面积纳米压印无缝图案的装置，其特征在于：所述的支撑辊四中安装有紫外固化装置三，所述紫外固化装置三包括紫外灯三，挡光板三，透镜三，透镜三装卡在挡光板三中，挡光板三用胶水粘在紫外灯三的外轮廓上，透镜三为凸透镜，具有聚焦作用，紫外灯三、挡光板三及透镜三的长度分别与压印模板三的长度相等，并与压印模板三对齐，透镜三表面涂有高反射涂层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20180501 Effective date of abandoning: 20240102 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20180501 Effective date of abandoning: 20240102 |