TWI668098B

TWI668098B - Imprinting device

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Publication number: TWI668098B
Application number: TW104143140A
Authority: TW
Inventors: 石川明弘; 岩瀨鐵平; 和田紀彥
Original assignee: 日商松下知識產權經營股份有限公司
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2019-08-11
Also published as: US20160257062A1; CN105936124A; KR20160106485A; JP6421980B2; JP2016162870A; CN105936124B; KR102388886B1; US9950463B2; TW201636187A

Abstract

本發明的課題的目的在於提供一種不論基板的厚度如何都可以實現均勻之轉印的壓印裝置。解決手段是本發明的壓印裝置，其特徵在於具備：具有用於載置塗佈有被轉印物之基板的載置區域之載物台；為薄板狀並具有可撓性，且在與載物台的載置區域相向之第一面上具有微細圖案，並以預定之張力被保持的模具；以及可按壓模具之與第一面為相反的第二面的按壓滾筒，載物台在載置區域的周圍具有複數個吸附孔，並構成為吸附孔是與按壓滾筒的移動同步開始吸附。

Description

壓印裝置

發明領域

本發明是有關於一種形成微細圖案之壓印裝置。

發明背景

近年，在使用於顯示器、照明等商品上之光學零件中，備受期待的是，實現已發現下列以往所沒有之新機能的裝置：藉由形成發揮特殊光學特性之微細圖案(從奈米(nm)級到微米(μm)級)來控制光之反射及繞射。作為形成此種微細圖案之方法，除了光刻技術與電子束蝕刻技術外，近年來壓印技術也開始受到矚目。所謂的壓印技術，是指藉由將表面形成有微細圖案之模具朝被轉印物推壓，以轉印模具之微細圖案的技術。

具體的方法有熱壓印法與UV壓印法。熱壓印法具有：將作為被轉印物之熱塑性樹脂塗佈在基板上，並將熱塑性樹脂加熱至玻璃轉移溫度以上使其軟化之步驟；將模具壓抵於已軟化之熱塑性樹脂上，以轉印模具之微細圖案的步驟；以及將熱塑性樹脂冷卻以使其硬化之步驟。

UV壓印法具有：將作為被轉印物之UV硬化樹脂塗佈在基板上，並朝未硬化之UV硬化樹脂壓抵，以轉印模具之微細圖案的步驟；以及在已將模具壓抵的狀態下，藉由對UV硬化樹脂照射UV光，使UV硬化樹脂硬化之步驟。

熱壓印法雖然有被轉印物的材料之選擇性廣的優點，但因為熱硬化性樹脂之加熱步驟及冷卻步驟是必要的，所以有產量較低的缺點。另一方面，UV壓印法因為將被轉印物之材料限定為UV硬化樹脂，所以與熱壓印法相比材料之選擇性較狹窄，儘管如此，由於不需要加熱步驟及冷卻行程，因此可使其在數秒~數十秒內完成轉印，產量非常地高。要採用熱壓印法及UV壓印法的哪一個，會依所要應用之裝置而有所差異，然而在沒有材料因素之問題的情況下，經考慮為以UV壓印法作為量產工法較適合。

作為形成微細之圖案的方式，如圖9所示，藉由將形成有微細圖案33之平板狀的模具30，相對於塗佈於基板71之表面的樹脂70垂直地施加壓力，以將模具30之微細圖案33轉印至樹脂70之平板式壓印是一般的。

然而，由於這種方式是使模具30與樹脂70以彼此的面來相接觸，所以模具30之微細圖案33的內部會殘存微小的氣泡，使產生轉印缺陷的可能性變高。為了抑制由這種氣泡所造成之轉印缺陷，便有在真空環境下進行壓印之必要，在該情況下，要花費用於真空裝置之裝置成本，又為了達到預定之真空度需要一定時間，因此有導致產量下降之問題。

在專利文獻1中，為了解決上述問題點，採用如圖10所示之滾筒式UV壓印法。這種方式是下列之方式：將形成有微細圖案33之薄板狀的模具30一邊相對於塗佈在基板71上之UV硬化樹脂70以按壓滾筒10加壓，一邊藉由朝進給方向X進給，而將模具30之微細圖案33依序轉印到UV硬化樹脂70。UV硬化樹脂70是利用以設置於按壓滾筒10的後方之UV照射器60照射UV光61而硬化。

根據這種方式，由於模具30是藉由相對於基板71進給按壓滾筒10的方式而依序被推壓下去，所以易於使空氣朝按壓滾筒10之進給方向X逸散，而能夠在不將空氣封入模具30之微細圖案33內部的情形下形成。另外，由於模具30與基板71間的按壓區域會成為線形，所以能夠將用於轉印之壓力變小。加上由於在大氣壓力下之處理是可行的，所以不需要龐大之真空裝置。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2014-54735號公報

發明概要

然而，在專利文獻1中所記載之壓印法中，基板71之端部有落差的話，會導致在按壓滾筒10通過基板71之端部後，模具30即從基板71浮起，而有基板71之端部中的微細圖案的轉印顯著惡化之問題。例如，如圖11所示，在基板71比設置於基板71的周圍之板件40更厚的情況下，由於按壓滾筒10所造成之應力集中於基板71的角部，而有導致模具30彎曲，而從基板71浮起之疑慮。另一方面，在基板71較板件40更薄的情況下，會形成當按壓滾筒10逾越到板件40的角部上時導致模具30浮起之情形。

本發明為了解決上述以往之課題，以提供一種不論基板之厚度如何都可以實現均勻的轉印的壓印裝置為目的。

本發明之壓印裝置的特徵在於具備：載物台，具有用於載置塗佈有被轉印物之基板的載置區域；模具，為薄板狀並具有可撓性，且在與前述載物台之前述載置區域相向的第一面上具有微細圖案，並以預定之張力被保持；以及按壓滾筒，可按壓前述模具之與前述第一面為相反的第二面。前述載物台在前述載置區域的周圍具有複數個吸附孔，並構成為前述吸附孔是與前述按壓滾筒之移動同步開始吸附。

根據本發明之壓印裝置的話，由於在按壓滾筒通過吸附孔時，或在剛通過後，就使該吸附孔開始吸附，而可吸附保持模具，所以在按壓滾筒通過基板端部後，可以防止在落差部分導致模具浮起之情況，且不論基板之厚度如何都可以實現均勻的轉印。

1‧‧‧壓印裝置

10‧‧‧按壓滾筒

11、21‧‧‧軸

20‧‧‧保持滾筒

30‧‧‧模具

31‧‧‧第一面

32‧‧‧第二面

33‧‧‧微細圖案

34‧‧‧可動保持部

35‧‧‧固定保持部

40‧‧‧載物台

41‧‧‧載置區域

42‧‧‧基板吸附孔

43‧‧‧模具吸附孔

50‧‧‧板件

51‧‧‧貫通孔

60‧‧‧UV照射器

61‧‧‧UV光

70‧‧‧UV硬化樹脂

71‧‧‧基板

80‧‧‧控制部

L1‧‧‧間隔

L2‧‧‧載置區域之長度

X‧‧‧進給方向

Y‧‧‧按壓方向

Z‧‧‧軸向

圖1是本發明之實施形態的壓印裝置的側面圖。

圖2是該壓印裝置之模具的平面圖及剖面圖。

圖3是該壓印裝置之載物台以及板件的平面圖及剖面圖。

圖4是顯示該壓印裝置之模具吸附孔的動作的平面圖。

圖5是顯示該壓印裝置之模具吸附孔的動作的剖面圖。

圖6是在基板比板件更厚之情況中的該壓印裝置之放大剖面圖。

圖7是在基板比板件更薄之情況中的該壓印裝置之放大剖面圖。

圖8是顯示該壓印裝置之模具吸附孔的動作的剖面圖。

圖9是一般的壓印技術之示意圖。

圖10是專利文獻1所記載之壓印裝置的剖面圖。

圖11是在基板比板件更厚之情況中的專利文獻1所記載之壓印裝置的放大剖面圖。

圖12是在基板比板件更薄之情況中的專利文獻1所記載之壓印裝置的放大剖面圖。

用以實施發明之形態

以下，針對本發明之實施形態的壓印裝置之構成，一邊參照圖式一邊進行說明。如圖1所示，本發明之實施形態的壓印裝置1具備按壓滾筒10、保持滾筒20、模具30、載物台40、板件50、UV照射器60、及控制部80。本發明之實施形態的壓印裝置1採用滾筒式之UV壓印法。

按壓滾筒10是圓筒狀，其中心具有軸11，並以繞軸11的方式旋轉自如。又，按壓滾筒10可在相對於軸11之方向(軸向Z)垂直之平面上移動。換言之，按壓滾筒10可在朝載物台40之方向(按壓方向Y)上、與垂直於軸向Z及按壓方向Y之方向(進給方向X)上移動。保持滾筒20也是圓筒狀，其中心具有軸21，並以繞軸21的方式旋轉自如，且軸21之方向與按壓滾筒10之軸向Z平行。保持滾筒20也與按壓滾筒10同樣地，可在相對於軸向Z垂直之平面上移動。保持滾筒20是被例如與按壓滾筒10共通之單元所保持，而一邊在保持滾筒20之軸21的中心與按壓滾筒10之軸11的中心之間保持固定間隔L1，一邊與按壓滾筒10之移動同步而移動。然而，不一定要將按壓滾筒10與保持滾筒20保持在共通之單元，只要是相互同步而移動之態樣，則被各別之單元所保持亦可。

如圖1及2所示，模具30是薄板狀且設置於按壓滾筒10、保持滾筒20及載物台40之間。模具30具有與載物台40相向之第一面31、及與第一面31為相反側之第二面32，第一面31的至少一部分上形成有微細圖案33。在圖1中所繪製的是在模具30之整面形成微細圖案33的情況，但如圖2所示，在模具30之一部分形成微細圖案33亦可。又，模具30是將一端保持在可動保持部34上，並將另一端以固定保持部35保持。藉由移動可動保持部34，可以任意調整施加於模具30之張力、及模具30相對於載物台40之角度。又，模具30是具有UV穿透性及可撓性之材料，可為例如PET薄膜，但並不限定於此。

如圖1及3所示，載物台40具有用於載置塗佈有作為被轉印物之UV硬化樹脂70的基板71之載置區域41，載置區域41與模具30之第一面31相向。較理想的是，將按壓滾筒10之軸11的中心與保持滾筒20之軸21的中心之間隔L1設定成比載物台40之載置區域41的長度L2更長。又，載置區域41上形成有基板吸附孔42。另外，載置區域41之周圍形成有複數個模具吸附孔43。模具吸附孔43是各自獨立的，且理由容後說明，以可進行氣體之噴出為較理想。又，以可調整吸附力與氣體的流量為較理想。

板件50是設置於載物台40上之排除載置區域41的區域上，其高度與使用之基板71的厚度為相同程度。換言之，為以載物台40與板件50形成與基板71相同程度之寬度及深度之凹部，並在該凹部中嵌入基板71。又，板件50具有複數個貫通孔51。板件50之貫通孔51分別連接於載物台40之模具吸附孔43。

UV照射器60可朝向載物台40照射準直之UV光61，而配置於模具30之第二面32側，且設置在所照射之UV光61不會被保持滾筒20及按壓滾筒10所遮蔽的位置上。例如，UV照射器60是朝按壓滾筒10的按壓方向Y照射UV光61，在這種情況下，從按壓方向Y來看，UV照射器60是設置於與按壓滾筒10及保持滾筒20不重疊之位置上。UV照射器61 是例如LED，但並不限定於此。

接著，說明採用本實施形態之壓印裝置1的壓印方法。按壓滾筒10及模具吸附孔43是分別連接到控制部80，控制部80會控制按壓滾筒10及模具吸附孔43之動作。又，如圖1所示，控制部80是構成為也與保持滾筒20及UV照射器60連接，也控制保持滾筒20及UV照射器60。

首先，將塗佈有未硬化之UV硬化樹脂70的基板71，以使UV硬化樹脂70與模具30相向的方式載置於載物台40之載置區域41。藉此，形成為將基板71嵌入以載物台40和板件50所形成之凹部中。此時，是將基板71對準預定之位置，並藉由基板吸附孔42而吸附保持在載物台40之載置區域41上。然後，以預定之張力及角度來保持模具30，並且使按壓滾筒10朝按壓方向Y移動。藉此，按壓滾筒10會接觸於模具30之第二面32而進行按壓，且具有可撓性之模具30會隨著按壓滾筒10之移動而變形。藉由使按壓滾筒10朝按壓方向Y移動，以對載置於載物台40上之基板71垂直地施加壓力。此時，壓力之大小是藉由測力計(圖未示)而被量測，當所量測到之壓力達到預定之壓力後，就使按壓滾筒10朝進給方向X移動。藉由將按壓滾筒10朝進給方向X移動，按壓滾筒10會受到與模具30之第二面32的摩擦力的影響而旋轉。然後，模具30之第一面31與基板71上之UV硬化樹脂70依序接觸下去，而將形成於第一面31之微細圖案33依序轉印至UV硬化樹脂70。又，圖1所示之保持滾筒20會一邊與按壓滾筒10保持固定間隔L1，一邊與按壓滾筒10之移動同步而移動。

此時，如圖4及5所示，構成為模具吸附孔43是與按壓滾筒10之移動同步而開始吸附。由於模具吸附孔43分別連接於板件50之貫通孔51，所以當模具吸附孔43開始吸附後，模具30即透過貫通孔51而被吸附保持在板件50上。具體來說，宜在按壓滾筒10之軸11通過模具吸附孔43時，又或在剛通過後，依序啟動該模具吸附孔43。在圖4中，在複數個模具吸附孔43中，被塗白的是表示吸附關閉之狀態，被塗黑的是表示吸附啟動之狀態。

假如，在按壓滾筒10之軸11通過模具吸附孔43前，即啟動該模具吸附孔43的話，會導致模具30在以按壓滾筒11加壓前就先接觸於UV硬化樹脂70，並有混入氣泡而產生轉印缺陷之疑慮。又，在按壓滾筒10之軸11已完全通過模具吸附孔43後，才啟動該模具吸附孔43的話，會導致模具30在基板71與板件50的落差部分上發生變形，而在基板71端部沒有被轉印到微細圖案33之疑慮。再者，在圖4~8中，省略了圖1所示之保持滾筒20的構成。

根據本實施形態之壓印裝置1，不論基板71的厚度如何都可以實現均勻之轉印。例如，如圖6所示，在基板71比板件50更厚之情況下，在按壓滾筒10於該落差部分通過之時或剛通過後，由於模具30可藉由模具吸附孔43而依序被吸附保持，所以在按壓滾筒10已通過後之落差部分中，可抑制薄板狀的模具30彎曲之情形，並可以防止模具30從UV硬化樹脂70浮起之情形。另外，如圖7所示，在基板71 比板件50更薄之情況下，在按壓滾筒10於該落差部分通過之時或剛通過後，由於模具30可藉由模具吸附孔43而依序被吸附保持，所以成為模具30會順應落差部分，並可以防止按壓滾筒10通過後之模具30的端部從UV硬化樹脂70浮起之情形。因此，將微細圖案轉印至基板71的端部為止是可能的，且不論基板71之厚度如何都可以實現均勻之轉印。再者，按壓滾筒10的表面具有固定之彈性，因此，即便在基板71比板件40更薄之情況下，也可以如圖7所示，使按壓滾筒10的表面沿著基板71的表面移動。

接著，藉由圖1所示之UV照射器60，以對UV硬化樹脂70照射UV光61，使UV硬化樹脂70硬化。由於模具30是具有UV穿透性之材料，所以藉由從模具30的第二面32側朝向載物台40照射UV光61，而隔著模具30將UV光61照射到UV硬化樹脂70是可能的。

最後，將模具30從UV硬化樹脂70脫模。具體來說，是如圖8所示，藉由使按壓滾筒10朝與進給方向X相反的方向移動，可利用作用於模具30之張力，將模具30從UV硬化樹脂70剝離。此時，必須預先停止模具吸附孔43之吸附。另外，在模具吸附孔43可進行氣體之吹出的情況下，可藉由與按壓滾筒10之移動同步而依序吹出氣體，以協助模具30之剝離。具體來說，較理想的是，從按壓滾筒10通過時或剛要通過前的模具吸附孔43依序吹出氣體。又，在可進行氣體之流量調整的情況下，可因應各處來控制脫模之輔助力。

再者，本實施形態之壓印裝置1，如圖1所示，按壓滾筒10之軸11的中心與保持滾筒20之軸21的中心的間隔L1，宜設定成比載物台40的載置區域41之長度L2更大。保持滾筒20雖然是為了使按壓滾筒10通過後之模具30的部分保持為不從UV硬化樹脂70脫離而設置的，但是在按壓滾筒10之軸11的中心與保持滾筒20之軸21的中心的間隔L1，比載物台40的載置區域41之長度L2更大的情況下，以從按壓方向Y來看在按壓滾筒10與保持滾筒20之間有基板71之狀態來照射UV光61，藉此可以一併進行UV光61之照射。

再者，雖然本實施形態之壓印裝置1敘述了具備圓筒狀之保持滾筒20的情形，但並不受限於此，只要可以保持成使按壓滾筒10通過後之模具30之部分不從UV硬化樹脂70脫離，也可以取代保持滾筒20，改用非圓筒狀之保持構件。

又，壓印裝置1雖然敘述了以板件50與載物台40形成凹部之情形，但並不受限於此。例如，使載物台40具有凹部之情況下，就算沒有板件，也可在載物台40之凹部嵌入基板。然而，在使用板件40之情況下，藉由適當選擇與基板71之形狀及厚度為相同程度的板件，可針對任意之形狀及厚度之基板71形成恰當之凹部。

又，在本實施形態中，雖然針對UV壓印法進行了說明，但並不受限於此，亦可採用熱壓印法。在採用熱壓印法的情況下，模具30則不限定於具有UV穿透性之材料。又，被轉印物之材料，可取代UV硬化樹脂，使用可藉由加熱至玻璃轉移温度以上而軟化之熱硬化性樹脂。另外，必須取代UV照射器60，具備加熱及冷卻熱硬化性樹脂之機構。例如，在載物台40設置加熱器，以使加熱器隔著基板71加熱熱硬化樹脂，並在按壓滾筒10設置冷卻流路，藉由使冷卻水或冷卻氣體於冷卻流路流動，便能夠隔著按壓滾筒10之表面及模具30冷卻熱硬化性樹脂。

又，雖然敘述了設置有基板吸附孔42，但並不受限於此，也可藉由例如接著來保持基板71。在藉由基板吸附孔42保持基板71的情況下，由於保持之解除較容易因而是較理想的。

再者，在圖式上所繪製的，從按壓滾筒10之按壓方向Y來看雖然是使用圓形之基板71，且載物台40的載置區域41也是圓形的情況，但並不受限於此，也可以是例如多角形。

產業上之可利用性

本發明對於不論基板的厚度如何均可以實現均勻之轉印的壓印裝置是有用的。

Claims

一種壓印裝置，其特徵在於具備：載物台，具有用於載置塗佈有被轉印物之基板的載置區域；模具，為薄板狀並具有可撓性，且在與前述載物台之前述載置區域相向的第一面上具有微細圖案，並以預定之張力被保持；按壓滾筒，可按壓前述模具之與前述第一面為相反的第二面；以及板件，設置於前述載物台上之排除前述載置區域的區域上，且具有複數個貫通孔，前述載物台在前述載置區域的周圍具備複數個吸附孔，前述吸附孔是構成為與前述按壓滾筒之移動同步開始吸附，且分別與前述板件之前述貫通孔連接。
前如請求項1之壓印裝置，其還具備配置於前述模具的前述第二面側，並可朝向前述載物台的載置區域照射UV光之UV照射器，且前述模具是具有UV穿透性之材料。
如請求項1之壓印裝置，其中，可從前述吸附孔吹出氣體。
如請求項1之壓印裝置，其中，前述載物台的各吸附孔可調整吸附力。