專利名稱：具有減少缺陷的表面的微復制物品的制作方法
具有減少缺陷的表面的微復制物品
本公開總體涉及將材料連續(xù)流延(cast)到片材上，更具體地涉及 具有減少缺陷的表面且在片材的相反面上流延的圖案之間具有較高配 準度的物品的流延。
背景技術：
在從報紙印刷到復雜電子和光學裝置的制造的許多物品的制造 中，需要將一些至少暫時處于液態(tài)的材料涂布到基體的相反面上。通 常情況是以預訂圖案涂布將要涂布于基體上的材料；例如在印刷的情 況下，墨水以字母和圖片的圖案進行涂布。在這些情況下，通常對于 在基體的相反面上的圖案之間的配準，至少存在最低的要求。
當該基體為電路板之類的不連續(xù)物品時，圖案的涂布器通?？梢?賴邊緣來幫助實現(xiàn)配準。但當基體是片材，并且不可能依賴基體的邊 緣在保持配準方面來周期性地參考，該問題變得比較困難。然而，即 使在片材的情況下，當配準的要求不嚴格時，例如容許大于100微米 的完全配準的偏移，用于將材料涂布控制到這種程度的機械臨時措施 是已知的。印刷領域充分供應能夠滿足這種標準的裝置。
然而，在基體的相對面上具有圖案的一些產(chǎn)品中，要求圖案之間 更精確的配準。在這種情況下，如果片材不處于連續(xù)移動，則已知能 夠將材料涂布達到這種標準的設備。而如果片材連續(xù)移動，像在例如 一些類型的柔性電路中的那樣，如果容許每轉動圖案輥，就重新設定 一次圖案輥以在100微米或者甚至5微米的完全配準內(nèi)，則現(xiàn)有技術 仍然給出了有關如何處理的指導。
然而，在例如光學物品中，如增亮膜，對于涂布到襯底的相對面
上的光學透明的聚合體中的圖案，要求在涂布到基體的相對面上的光 學透明的聚合體中的圖案，在工具轉動中的任意點處的失配準在非常 小的容限之內(nèi)。迄今為止，現(xiàn)有技術并未記載有關如何在連續(xù)運動的 片材的相反面上流延圖案面，使得在100微米內(nèi)配準中，圖案保持連 續(xù)而不間斷。
在顯示器上使用薄膜的一個問題是對于近距離觀看的顯示器，例 如計算機顯示器，其外觀要求(cosmetic requirement)非常高。這是因 為此類顯示器被較長時間近距離觀看，所以甚至很小的缺陷都可被肉 眼發(fā)現(xiàn)，以至于引起觀看者的分心。對此類缺陷的去除將花費大量的 檢驗時間和材料。
缺陷具有幾種不同的表現(xiàn)形式。存在諸如斑點、絨毛(lint)、劃 傷、夾雜物等物理缺陷，以及為光學現(xiàn)象的缺陷。最常見的光學現(xiàn)象 中包括"浸透"。浸透在兩個表面在光學上相互接觸時發(fā)生，由于結 構化的表面的折射特性被無效，將去除光線從一個膜傳播到另一個膜 時折射率的變化。"浸透"的效果是使顯示屏產(chǎn)生花斑的和變化的外觀。
數(shù)種方法已經(jīng)被應用于解決顯示器組件中的缺陷問題。 一種方法 是簡單地接受采用由傳統(tǒng)制造工藝制造的合格顯示器組件的較低產(chǎn) 量。而這在市場競爭中明顯是不可取的。第二種方法是采用非常潔凈 和仔細的制造工序，強加嚴格的質量控制標準。盡管這可以提高產(chǎn)量， 但增加生產(chǎn)成本以代替清潔設備和檢驗時的支出。另一種減少缺陷的 方法是在顯示器中引入漫射體，即面漫射體或體漫射體。此類漫射體 可以掩飾很多缺陷，并在低附加成本下增加產(chǎn)量。然而，該漫射體將 光線散射，降低觀察者感知的軸上光線的亮度，由此減弱了效果。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的一方面涉及具有減少缺陷的表面的微復制物品。微復制
物品包括含有第一和第二相反的表面的柔性基體、位于第一表面上的 第一涂布微復制圖案、以及位于第二表面上的第二涂布微復制圖案。 所述第一涂布微復制圖案和第二涂布微復制圖案在IO微米內(nèi)配準。
其中減少缺陷或減少浸透的特征包括沿第一涂布微復制圖案或第 二涂布微復制圖案的至少選定的圖案元件(pattern element)的一段的 變化高度，所述變化高度包括沿至少選定的圖案元件的一段設置的多 個局部高度最大值和局部高度最小值。所述變化高度具有小于第一數(shù) 值的局部高度最大值和局部高度最小值之間的平均高度差。在一些實 施例中，第一數(shù)值在0.5 — 5微米的范圍內(nèi)。減少缺陷或減少浸透的特 征包括在50—100微米范圍內(nèi)的沿變化高度段的局部高度最大值之間 的平均間隔。
也公開了制造具有減少缺陷的表面的微復制物品的方法。所述方 法包含以下步驟提供片材狀的具有第一和第二相反的表面的基體， 以及將所述基體傳遞通過巻軸式流延設備來在第一表面上形成第一涂 布的微復制圖案，并在第二表面上形成第二涂布的微復制圖案。所述 第一涂布的微復制圖案和第二涂布的微復制圖案在10微米范圍內(nèi)配 準。
定義
在本公開的上下文中，"配準"是指將片材的一個表面上的結構 以限定的關系定位到同一片材的相反面上的其他結構。
在本公開的上下文中，"片材"是指在一個方向具有固定尺寸而 在其垂直方向具有預定或不確定長度的一片材料。
在本公開的上下文中，"連續(xù)配準"是指在第一圖案輥和第二圖 案輥旋轉的期間的所有時間內(nèi)，輥上的結構之間的配準度比特定的限
度更好。
在本公開的上下文中，"微復制的"或"微復制品"是指通過工 藝制造的微結構面，其中在制造期間，從產(chǎn)品到產(chǎn)品，結構的表面特 征保持個體特征保真度，變化不大于約100微米。


在附圖中，相同的部件具有相同的附圖標記，并且
圖1示出了說明性顯示器的橫截面示意圖。
圖2示出了根據(jù)本公開的微復制膜的橫截面示意圖。
圖3示出了根據(jù)本公開的說明性微復制膜的透視圖。
圖4示出了沿線4一4獲得的圖3的說明性微復制膜的橫截面示意圖。
圖5示出了系統(tǒng)的實施例的透視圖，該實施例包括根據(jù)本公開的系統(tǒng)。
圖6示出了根據(jù)本公開的圖5的一部分系統(tǒng)的特寫視圖。 圖7示出了根據(jù)本公開的圖5的系統(tǒng)的另一透視圖。 圖8示出了根據(jù)本公開的流延裝置的一個實施例的示意圖。 圖9示出了根據(jù)本公開的圖8的流延裝置的一部分的特寫視圖。 圖IO示出了根據(jù)本公開的輥安裝配置的一個實施例的示意圖。 圖ll示出了根據(jù)本公開的一對圖案輥的安裝配置的一個實施例的 示意圖。
圖12示出了根據(jù)本公開的電機和輥配置的一個實施例的示意圖。 圖13示出了根據(jù)本公開的控制輥軸間配準的裝置的一個實施例的 示意圖。
圖14示出了根據(jù)本公開的控制配準的方法和裝置的一個實施例的 框圖。
具體實施例方式
總體而言，本公開的公開涉及在每個面上均涂布有微復制圖案結 構的柔性基體。微復制物品相對彼此以高精度配準。優(yōu)選地，在相反
面上的結構聯(lián)合為物品提供所需的光學質量，并且更優(yōu)選地，該結構 是多個包括減少浸透或減少缺陷的特征的透鏡。
圖1示出了說明性顯示器1的橫截面示意圖。在圖示的實施例中，
顯示器1包括一個或多個光源10a、 10b，該光源可給光學膜14提供光 線。按照需要，顯示器1可包括所需要的一個或多個附加光學組件。 附加光學組件可包括，例如，置于一個或多個光源10a、 10b和光學膜 14之間的光導12，以及置于光學膜14附近的液晶盒16。在一些實施 例中，該光學膜14具有特征(如下所述)，該特征可以減少光學膜14 和與光學膜14相鄰的附加光學元件之間的"浸透"的發(fā)生。在一些實 施例中，該光學膜14具有特征(如下所述)，該特征可以降低光學膜 14的缺陷的可視度。此處描述的光學膜14可根據(jù)需要用于多種應用中。
在一些實施例中，光學膜14可用于立體液晶顯示器中。"Dual Directional Backlight for Stereoscopic LCD," Sasagawa et al.， 1-3, SID 03 Digest, 2000描述了一個說明性的立體液晶顯示器。如圖1所示，顯 示器1包括右眼光源10a和左眼光源10b。在圖示的實施例中，光源 10a、 10b工作于場頻120Hz和幀率60Hz，由此當右眼光源10a被點亮 時，平行圖像可向右眼單獨顯示，而當左眼光源10b被點亮時，則向 左眼顯示，造成感知到的圖像3維顯示。
圖2示出了根據(jù)本公開的說明性的微復制光學膜14的橫截面示意 圖。光學膜14包括具有第一表面22和反向的第二表面24的片材基體 20。第一涂布微復制圖案或結構25置于基體20的第一表面22上。第 二涂布微復制圖案35置于基體20的第二表面24上。在圖示的實施例 中，第一涂布微復制圖案或結構25包括多個曲面透鏡或柱面鏡，而第 二涂布微復制圖案或結構35包括多個棱鏡。
光學膜14可具有任意可用的尺寸。在一些實施例中，光學膜14 的厚度T為50 — 500微米，或75 — 400微米，或100 — 200微米。第一
涂布微復制圖案25和第二涂布微復制圖案35可具有相同重復節(jié)距或 周期P。在一些實施例中，重復節(jié)距或周期P可根據(jù)需要為25 — 200 微米，或50—150微米。重復節(jié)距或周期P可形成多個透鏡元件。每 個透鏡元件可在第一連接點26和第二連接點36處連接鄰近的透鏡元 件。在一些實施例中，第一連接點26和第二連接點36鄰近基體20并 被配準。在其它實施例中，第一連接點26和第二連接點36在限定的 幾何關系下被配準，跨過(z方向)片材20可以不彼此鄰近?；w20 可具有任意可用的厚度T,,例如10—150微米，或25—125微米。第 一微復制圖案25可具有任意可用厚度T6，例如10 — 50微米，特征或 結構的厚度丁3為5 — 50微米。第二微復制圖案35可具有任意可用厚度 T5，例如25 — 200微米，特征或結構厚度T2從10—150微米。連接點 厚度T4可為任意可用值，例如10 — 200微米。曲面透鏡可具有任意可 用半徑R，例如25—150微米，或40 — 70微米。
在所示的示例性實施例中，反向的微復制特征25、 35聯(lián)合形成多 個透鏡元件。由于每個透鏡元件的性能是形成每個透鏡元件的反向特 征25、 35的對準功能，所以透鏡特征的精密對準或配準是優(yōu)選的。
總體而言，本公開的光學膜14可通過下述系統(tǒng)和方法被制成，用 來制造雙面微復制結構，該雙面微復制結構的配準好于IO微米，或好 于5微米，或好于3微米，或好于1微米。系統(tǒng)總體包括巻軸式流延 組件，并包括第一圖案組件和第二圖案組件。每個組件分別在具有第 一和第二表面的片材的各自表面上產(chǎn)生微復制圖案。第一圖案產(chǎn)生于
片材的第一表面，且第二圖案產(chǎn)生于片材的第二表面。減少缺陷或"浸 透"的特征可包括有第一微復制圖案和/或第二微復制圖案。
圖3示出了根據(jù)本公開的說明性微復制膜14的透視圖。第一微復 制圖案或結構25和第二微復制圖案或結構35置于片材基體20的相反 面上。減少缺陷或減少"浸透"的特征在第二微復制圖案或結構35中 示出。在示出的實施例中，減少缺陷或減少"浸透"的特征包括沿光
學膜14的y軸的圖案元件變化厚度Ts。在一些實施例中，該圖案元件 基本上與y軸平行。
圖4示出了沿線4一4獲得的圖3的說明性微復制膜14的橫截面 示意圖。該說明性的實施例示出在第一微復制圖案25和第二微復制圖 案35兩者中的減少缺陷或減少"浸透"的特征。第二微復制圖案35 具有沿至少選定的圖案元件的一段(y軸)設置的多個局部高度最大值 27和局部高度最小值28，并且該變化高度具有小于預定數(shù)值的在局部 高度最大值27和局部高度最小值28之間的平均高度差。該預定數(shù)值 可根據(jù)需要為任意有用距離，例如0.5 — 5微米，或1一2微米。第二微 復制圖案35具有周期Pi (標稱的)，該周期P,在局部高度最大值27 或局部高度最小值28之間為任意有用距離，例如20 — 400微米，或50 一250微米，或50—IOO微米。第一微復制圖案25可選地或附加地具
有周期P2(標稱的)，該周期P2在局部高度最大值27或局部高度最小
值28之間為任意有用距離，可與Pi相同或不同，例如20 — 400微米， 或50 — 250微米，或50—100微米。
減少缺陷或減少"浸透"的特征可為能夠由下述巻軸式流延設備 和方法形成的規(guī)則的或隨機的圖案。該減少缺陷或減少"浸透"的特 征可通過任意方法形成在如下所述的母片輥(masterrolls)上。在一個 實施例中，該減少缺陷或減少"浸透"的特征通過己知的金剛石切削 技術形成于母片輥上。
此處描述的用于制造巻軸式流延光學膜的工具(輥)，其母片可 通過已知的金剛石切削技術制造。通常，通過在被稱為輥子的柱面空 白上由金剛石切削來制成該工具。盡管也可以使用其它材料，該輥子 的表面通常是硬銅。微復制結構在輥子的外圍形成為連續(xù)圖案。如果 將要被制造的結構具有恒定節(jié)距，該工具將以恒定速度移動。典型的 金剛石切削機將獨立控制該工具刺入輥子的深度、工具與輥子的水平 和垂直角度以及該工具的橫向速度。為了制造本公開的減少缺陷或減 少"浸透"的特征的微復制結構，可在金剛石切削設備中添加快速工 具伺服執(zhí)行器。
US6，354，709描述了說明性快速工具伺服執(zhí)行器。該文獻描述了由 壓電疊層支撐的金剛石工具。在該壓電疊層被變化電信號激勵后，將 使該金剛石工具被移動，以使其從外殼伸出的長度變化。壓電疊層能 夠由具有恒定或編程的頻率的信號激勵，但通常優(yōu)選的是使用隨機或 偽隨機頻率。如此處所用的，術語隨機可以理解為包括偽隨機。然后， 如此制造的母片工具(輥子)將用于下述的巻軸式流延和固化工藝， 來制造此處描述的光學膜。
上述的減少缺陷的光學膜"可使用在片材的相反的表面上制造精 確地對準的微復制結構的設備和方法來制造，下面將詳細地描述該設 備和方法。在一個實施例中，該片材或基體由聚對苯二甲酸乙二酯 (PET)制成，0.0049英寸厚。在其它實施例中，可使用其它片材材料， 例如聚碳酸酯。
第一微復制結構可通過將可固化液體流延并固化在片材的第一面 上而制造在第一圖案輥上。在一個實施例中，第一可固化液體可以是 光固化丙烯酸樹脂溶液，其包括從Cognis Corp., Cincinnati, Ohio得到 的Photomer 6010;均可從Satomer Co., Expon, Pennsylvania得到的 SR385丙烯酸四氫呋喃酯(tetrahydrofurfuryl acrylate)和SR238 (70/15/15%) 1,6-己二醇二丙烯酸酯(1，6-hexanedio1 diacrylate);可從 Hanford Research Inc., Stratford, Connecticut 得至U的樟腦醌 (Camphorquinone ) 以及可從 Aldrich Chemical Co" Milwaukee, Wisconsin得到的4- 二甲胺-苯甲酸乙酯(Ethyl-4-dimethylamino Benzoate) (0.75/0.5%)。第二微復制結構可通過將可固化液體流延并固 化在片材的第二面上而制造在第二圖案輥上。第二可固化液體可與第 一可固化液體相同。
在每個各自的結構被流延成圖案之后，通過使用包括紫外光源在 內(nèi)的固化光源，將每個各自的圖案固化。然后，可使用剝離輥把微復 制物品從第二圖案輥上取下。可選地，可使用脫模劑或涂料來協(xié)助將 圖案結構從圖案工具上取下。
用來產(chǎn)生上述物品的說明性工藝設置如下片材速度為約1.0英 尺/分鐘，并且進入或脫離流延設備的片材張力為約2磅力。使用拉伸 比約為5%的剝離輥將該片材從第二圖案工具上拉離。約4磅力的夾捏 壓力。在第一和第二圖案輥之間的間隙約0.010英寸?？衫玫喂芡坎?br> 設備將樹脂供應到片材的第一表面，并且可利用注射泵，以約1.35毫
升/分鐘的速率將樹脂供應到第二表面。
第一微復制結構的固化可通過Oriel 200—500W水銀弧光燈以最 大功率和FostecDCRII以最大功率完成，所有組件順序安裝。第二微 復制結構的固化可通過Spectral Energy紫外光源、Fostec DCR II以最 大功率以及RSLI Inc.光泵150MHS完成，所有組件順序安裝。
第一圖案輥包括一組負像，用來以75微米的節(jié)距形成柱面鏡。第 二圖案輥包括一組負像，用來以75微米的節(jié)距形成多個對稱棱鏡。
各個圖案組件都包括用來涂布涂料的設備、圖案部件以及固化部
件。通常，圖案組件包括圖案輥以及用來保持和驅動各個輥的支撐結
構。第一圖案組件的涂布設備將第一可固化涂布材料分配在片材的第
一表面上。第二圖案組件的涂布設備將第二可固化涂層材料分配在片
材的第二表面上，其中第二面與第一面反向。通常，第一和第二涂層 材料具有相同組分。
在第一涂層材料被置于片材上之后，該片材通過第一圖案部件， 其中在第一涂層材料中產(chǎn)生圖案。第一涂層材料然后被固化或被冷卻 以形成第一圖案。隨后，在將第二涂層材料置于片材上之后，該片材
通過第二圖案部件，其中在第二涂層材料中產(chǎn)生圖案。第二涂層材料 然后被固化以形成第二圖案。通常，各個圖案部件均為微復制工具， 而且通常各工具都具有用來將材料固化的專用固化部件。然而，可能 具有將第一和第二圖案材料都固化的單個固化件。而且，也可將該涂 料置于圖案工具上。
該系統(tǒng)還包括用于旋轉第一和第二圖案輥的設備，使得當片材連 續(xù)移動時，將圖案輥的圖案轉印到片材的相反的面上，并且使所述圖 案在片材的所述相反的面上保持在好于IO微米范圍內(nèi)配準。
本公開的優(yōu)點在于，通過具有連續(xù)形成片材每個面上的微復制結 構，同時使在相反面上的微復制結構基本彼此配準在io微米范圍內(nèi)， 或者在5微米范圍內(nèi)，或者在20微米范圍內(nèi)，或者在3微米范圍內(nèi)，
或者在1微米范圍內(nèi)，可以制造出在片材的每個相反的面上具有微復 制結構的片材。
現(xiàn)在參考圖5至圖6，示出的是包括巻軸式流延設備120的系統(tǒng) 110的一個實施例。在所描述的流延設備120中，片材122被從主展開 巻筒(未示出)提供至流延設備120。根據(jù)被制造的產(chǎn)品，片材122的 確切種類可廣泛地變化。然而，當流延設備120用于光學物品的制造 時，通常該片材122方便地是半透明的或透明的，以允許通過該片材 122固化。該片材122圍繞不同的輥126被引導流延設備120內(nèi)。
片材122的精確張力控制在達到最佳結果方面是有利的，因此片 材122可被引導通過張力傳感設備(未示出)。在期望利用襯墊片材 來保護片材122的情況下，襯墊片材通常在展開巻筒處分離開，并且 被引導至襯墊片材巻繞巻筒上(未示出)。片材122可經(jīng)由惰輥被引 導至張力調(diào)節(jié)輥(dancer roller)，用于精確張力控制。惰輥可將片材 122引導至壓送輥154和第一涂布機頭(coating head) 156之間的位置。
可采用多種涂布方法。在所示的實施例中，第一涂布機頭156是
模涂布機頭(die coating head)。片材122然后通過壓送輥154和第一 圖案輥160之間。第一圖案輥160具有圖案表面162，并且當片材122 通過壓送輥154和第一圖案輥160之間時，由第一涂布機頭156分配 至片材122上的材料成型為圖案表面162的負片。
當片材122與第一圖案輥160接觸時，材料從第二涂布機頭164 分配至片材122的另一表面上。與上述關于第一涂布機頭156的討論 相同，第二涂布機頭164也是模涂布裝置，具有第二擠出機(extruder) (未示出)和第二涂布模頭(未示出)。在一些實施例中，通過第一 涂布機頭156分配的材料是包括聚合物前體的合成物，并意圖利用類 似諸如紫外線的固化能量被固化成固體聚合物。
然后使得已經(jīng)通過第二涂布機頭164分配至片材122上的材料與 具有第二圖案的表面176的第二圖案輥174接觸。與上述相同，在一 些實施例中，通過第二涂布機頭164分配的材料是包括聚合物先驅體 的合成物，并且意欲例如利用諸如紫外線的固化能量被固化成固體聚 合物。
在此，片材122已經(jīng)具有涂布至兩面的圖案。剝離輥182可存在 以幫助將片材122從第二圖案輥174取下。在一些例子中，進入和脫 離巻軸式流延設備的片材張力幾乎不變。
然后，將具有雙面的微復制圖案的片材122經(jīng)由各惰輥被引導至 巻繞巻筒(未示出)。如果要求間隔膜來保護片材122，則可由副展開 巻筒(未示出)來提供，并且片材和間隔膜以適當?shù)膹埩σ黄饚喞@在 巻繞巻筒上。
參考圖5至圖7，第一和第二圖案輥分別與第一和第二電機組件 210、 220連接。通過將組件直接或間接安裝在框架230上，實現(xiàn)對電 機組件210、 220的支撐。電機組件210、 220利用精確的安裝配置連 接至框架。在所示的實施例中，第一電機組件210被固定安裝至框架 230。當片材122通過流延設備120時，被放置到位的第二電機組件220 可能需要重復定位，并因此在橫交方向和加工方向上均可移動?；顒?電機裝置220可耦合至線性滑塊222，以幫助重復精確定位，例如當在 輥上的圖案之間轉換時。第二電機裝置裝置220還包括位于框架230 背面的第二安裝裝置225，該第二安裝裝置225用來將第二圖案輥174 相對于第一圖案輥160左右(side-to-side)定位。在一些情況下，第二 安裝裝置225包括允許在橫交加工方向上精確定位的線性滑塊223。
參考圖8，示出了流延設備420的一個實施例，該流延設備420 用于制造在相反的表面上帶有已配準的微復制結構的雙面片材422。組 件包括第一和第二涂布裝置456、 464、壓送輥454以及第一和第二圖 案輥460、 474。片材422位于第一涂布裝置456，在該實例中為第一 擠出模456。第一模456將第一可固化液體層涂料470分配至片材422 上。第一涂層470依靠壓送輥454被按壓至第一圖案輥460，該壓送輥 454通常為橡膠覆蓋的輥。當在第一圖案輥460上時，使用外部固化源 480，例如具有合適波長的光的燈，通常會是紫外光源，使涂料固化。
使用第二面的擠出模464將第二可固化液體層481涂布在片材422 的相反面上。將第二層481壓至第二圖案工具輥474上，并且對第二 涂料層481重復固化工藝。通過將工具輥460、 474彼此保持精確的角 度關系實現(xiàn)兩個涂層圖案的配準，如將在下文中所描述的。
參考圖9，示出了第一和第二圖案輥560、 574的一部分的特寫視 圖。第一圖案輥560具有用于形成微復制表面的第一圖案562。第二圖 案輥574具有第二微復制圖案576。在所示的示例性實施例中，第一和 第二圖案562、 576是相同的圖案，盡管這些圖案也可不同。在所示出 的實施例中，第一圖案562和第二圖案576被示出為棱鏡結構，然而， 任意單個或多個有用的結構均可形成第一圖案562和第二圖案576。在
圖示實施例中，第一圖案562可為柱面鏡結構，第二圖案576可為棱 鏡結構，或者相反。
隨著片材522通過第一輥560，第一表面524上的第一可固化液體 (未示出)在第一圖案輥560上的第一區(qū)域526附近的固化光源525 作用下被固化。當液體被固化時，第一微復制圖案結構590在片材522 的第一面524上形成。第一圖案結構590是第一圖案輥560上的圖案 562的負片。在形成第一圖案結構590之后，將第二可固化液體581分 配至片材522的第二表面527上。為了確保第二液體581不會被過早 地固化，通過定位第一固化光525使其不落在第二液體581上，將第 二液體581與第一固化光525隔離?？蛇x擇地，可在第一固化光525 和第二液體581之間放置屏蔽設備592。而且，可將固化光源定位于其 各自的圖案輥的內(nèi)部，此處不可能或很難穿過片材來固化。
在形成第一圖案的結構590之后，片材522繼續(xù)沿著第一輥560 前進，直到其進入第一和第二圖案輥560、 574之間的間隙區(qū)域575。 然后，第二液體581與第二圖案輥上的第二圖案576接合，并且成型 為第二微復制結構，第二微復制結構然后在第二固化光535作用下固 化。隨著片材522通過第一和第二圖案560、 574之間的間隙575，此 時被基本固化且粘結至片材522上的第一圖案結構590抑制片材522 滑動，同時片材522開始移入間隙575，并且環(huán)繞第二圖案輥574。這 消除了片材拉伸和滑動，片材拉伸和滑動是在片材上形成的第一和第 二圖案結構之間的配準的誤差源。
在第二液體581接觸到第二圖案574時，通過將片材522支撐在 第一圖案輥560上，形成在片材522的相反面524、 527上的第一和第 二微復制結構590、 593之間的配準度成為控制第一和第二圖案輥560、 574的表面之間的定位關系的函數(shù)。圍繞第一和第二圖案輥560、 574 的以及由這些錕形成的間隙575之間的片材的S形巻使張力、片材的 拉伸變化、溫度、由夾捏片材的技工引起的微滑動以及橫向位置控制
的影響降至最小。通常，盡管巻繞角可以根據(jù)具體要求或大或小，但
是該S形巻保持片材522與每個輥超過180度的巻繞角接觸。
為了增加在片材的相反面上形成的圖案的配準度，優(yōu)選的每個輥 的平均直徑周圍具有較低頻率的節(jié)距變化。通常，盡管未作要求，圖 案輥具有相同的平均直徑。選擇適當?shù)妮佊糜谌我饩唧w應用是在本領 域普通技術人員的技能和知識范圍內(nèi)。
參考圖10，示出了電機安裝配置。用于驅動工具或圖案輥662的 電機633安裝至機器框架650上，并且通過聯(lián)軸器640連接至圖案輥 662的轉軸601上。電機633連接至主編碼器630上。副編碼器651被 連接至工具以提供圖案輥662的精確的角度配準控制。主編碼器630 和副編碼器651配合提供圖案輥662的控制，以保持其與第二圖案輥 配準，如下文中將進一步描述的。
由于軸共振是允許將圖案定位控制于指定限定值內(nèi)的配準誤差 源，所以軸共振的減小或消除是很重要的。使用電機633和軸650之 間的、比一般指定尺寸規(guī)格大的聯(lián)軸器，還將減小由更柔性聯(lián)軸器引 起的軸共振。軸承組件660被定位于不同的位置，以提供電機裝置的 轉動支撐。
在所示的實施例中，工具輥662的直徑可小于其電機633的直徑。 為了容納該裝置，工具輥可以鏡像布置的方式成對地安置。在圖11中， 為了能夠一起帶動兩個工具輥662和762，兩個工具輥組件610和710 被以鏡像方式安置。同樣參考圖3，第一電機裝置通常固定粘附至框架 上，且第二電機裝置通過使用光學性能的線性活動滑塊定位。
工具輥組件710非常類似于工具輥組件610，且包括用于驅動工具 或圖案輥762的電機733，該電機733被安裝至機器框架750上，且通 過聯(lián)軸器740連接至圖案輥762的旋轉軸701上。電機733連接至主
編碼器730。副編碼器751連接至該工具以提供圖案輥762的精確的角 度配準控制。主編碼器730和副編碼器751配合提供圖案輥762的控 制，以保持其與第二圖案輥配準，如下文中將進一步描述的。
由于軸共振是允許將圖案定位控制于指定限定值內(nèi)的配準誤差 源，所以軸共振的減小或消除是很重要的。使用電機733和軸750之 間的、比一般指定尺寸規(guī)格大的聯(lián)軸器，還將減小由更柔性聯(lián)軸器引 起的軸共振。軸承組件760被定位于不同的位置，以提供電機裝置的 轉動支撐。
因為期望位于片材的兩面上的微復制結構上的特征尺寸在彼此精 確配準的范圍內(nèi)，從而需要以高精度控制圖案輥。通過應用控制加工 方向的配準中所使用的技術，可以實現(xiàn)這里所述的在限定范圍內(nèi)的橫 交片材方向的配準，如下文中所述。例如，為了在10英寸周長的圖案 輥上獲得約IO微米的首尾相連的特征布置，各輥必須保持在每轉士32 弧秒的轉動精度范圍內(nèi)。隨著片材穿過該系統(tǒng)的速度的增加，配準控 制變得更加困難。
申請人已經(jīng)建立并論證了具有10英寸周長的圖案輥的系統(tǒng)能夠產(chǎn) 生片材，該片材在該片材的相反表面上具有在2.5微米范圍內(nèi)配準的圖 案特征。在閱讀該公開并且運用在此教導的原理后，本領域普通技術 人員將會理解如何來實現(xiàn)對于另一微復制表面的配準度。
參考圖12，示出的是電機裝置800的示意圖。電機裝置800包括 電機810，該電機810包括主編碼器830和驅動軸820。驅動軸820通 過聯(lián)軸器825連接至圖案輥860的驅動軸840。副編碼器或加載編碼器 (load encoder) 850耦合至驅動軸840。利用所述的電機裝置中的兩個 編碼器允許通過將測量設備(編碼器)850定位在圖案輥860附近來對 圖案輥的位置進行更精確地測量，從而減小或消除電機裝置800工作 時轉距擾動的影響。
參考圖13，示出了被連接到若干控制組件時的圖12的電機裝置的 示意圖。在圖5-7中所示的實例設備中，相似的結構將會控制每個電機
裝置210和220。因此，電機裝置900包括電機910，電機910包括主 編碼器930和驅動軸920。驅動軸920通過聯(lián)軸器930連接至圖案輥 960的驅動軸940。副編碼器或加載編碼器950連接至驅動軸940。
電機裝置900與控制裝置965通信，以允許對圖案輥960進行精 確控制?？刂蒲b置965包括驅動模塊966和程序模塊975。程序模塊 975經(jīng)由諸如SERCOS光纖網(wǎng)絡的線路977與驅動模塊966通信。程 序模塊975用來向驅動模塊966輸入諸如設置點之類的參數(shù)。驅動模 塊966接收輸入電壓為480伏的3相電源915，將其整流為直流，并且 經(jīng)由電源接線973對其進行分配，以控制電機910。電機編碼器912將 位置信號饋送給控制模塊966。圖案輥960上的副編碼器950經(jīng)由線路 971同樣將位置信號反饋給驅動模塊966。驅動模塊966利用該編碼信 號來精確定位圖案輥960。下面將詳細描述此用來獲得配準度的控制設 計。
在所示的說明性實施例中，各圖案輥由專用控制裝置來控制。專 用控制裝置配合以控制第一和第二圖案輥之間的配準。各驅動模塊與 其各自的電機組件通信，并控制其各自的電機組件。
由申請人建立并論證了的系統(tǒng)中的控制裝置包括下列各項。為了 驅動各個圖案輥，使用了具有高分辨率正弦編碼器反饋的高性能、低 齒槽轉矩電機(512正弦周期乘以4096驅動插值遠大于每轉2百萬部 分)，該電機可從Bosch-Rexroth ( Indramat )得到，型號為 MHD090B-035-NGO-UN。該系統(tǒng)也包括可從Bosch-Rexroth (Indramat) 得到的型號MHD090B-035-NG0-UN的同步電機，也可以使用諸如異步 電機的其它類型電機。
各電機通過可從R/W Corporation得到的型號為BK5-300的極其堅
硬的波紋管聯(lián)軸器直接連接(而沒有齒輪箱或齒輪減速裝置)。也可 使用替代性連接設計，但是波紋管式通常在提供高轉動精度同時結合 了硬度。各聯(lián)接器依大小排列以便選取與一般制造商說明書推薦的相 比充分大的聯(lián)軸器。
另外，聯(lián)接器與軸之間優(yōu)選的是零間隙機座套筒(zero backlash collets)或者壓縮型鎖定軸心(compressive style locking hubs)。各輥 軸通過可從Heidenhain Corp., Schaumburg, IL得到的型號為RON255C 的空心軸負載側編碼器安裝至編碼器。編碼器的選取應該盡可能地具 有最高的精度和分辨率，通常大于32弧秒精度。采用申請人的設計， 采用了每轉18000正弦周期，結合4096bit的分辨率驅動插值，該插值 導致給出基本高于精確度的分辨率的、超過每轉5千萬部分分辨率。 該負載側編碼器具有+/-2弧秒的精度；在傳輸單元內(nèi)的最大偏差小于 +/-1弧秒。
在一些例子中，各軸可被設計為具有盡可能大的直徑，并且盡可 能地短，以使硬度最大化，以獲得可能的最高共振頻率。期望所有轉 動組件的精確對準，以確保由此配準誤差源引起的配準誤差最小。
參考圖14，在申請人的系統(tǒng)中，相同的位置坐標命令以2ms的更 新速度通過SERCOS光纖網(wǎng)絡同時傳遞給各軸。各軸以250微秒間隔 的位置回路更新速度，用三次樣條對該位置坐標進行插值。由于恒定 的速度導致簡單而恒定的時間的時間間隔通路，所以插值方法并非關 鍵。對于消除任何四舍五入(roundoff)或數(shù)字表示誤差，分辨率是關 鍵的。還必需處理軸的滾翻。在一些情況下，關鍵是使每個軸的控制 周期在當前電流回路執(zhí)行速度(62微秒時間間隔)下同步。
頂部通路1151為控制的前饋區(qū)域。該控制策略包括位置回路 1110、速度回路1120以及電流回路1130。對位置坐標1111進行微分，
第一次微分產(chǎn)生速度前饋項1152，而第二次微分產(chǎn)生加速度前饋項 1155。前饋路徑1151補救線速度改變期間和動力校正期間的功效。
從當前位置1114減去位置命令1111，產(chǎn)生誤差信號1116。將該 誤差1116應用于比例控制器1115，產(chǎn)生速度命令坐標1117。從命令 1117減去速度反饋1167，從而產(chǎn)生速度誤差信號1123，然后將該速度 誤差信號1123應用于PID控制器。通過對電機編碼器位置信號1126 進行微分而產(chǎn)生速度反饋1167。由于微分和數(shù)值分辨率限制，使用巴 特沃斯(Butterworth)低通濾波器1124從誤差信號1123去掉高頻噪聲 分量。窄阻帶(陷波)濾波器1129被用于電機一輥的共振頻率的中心。 這使得允許速度控制器1120施加基本較高的增益。增加的電機編碼器 的分辨率也將會提高性能?？刂茍D中濾波器的準確位置并不重要；盡 管調(diào)諧參數(shù)取決于該位置，但均可接受正向或反向的通路。
PID控制器也可用于位置回路，但是積分器額外的相位滯后使得 更難獲得穩(wěn)定性。當前回路是傳統(tǒng)的PI控制器；通過電機參數(shù)確定增 益?？赡艿淖罡邔拵щ娏骰芈穼⒃试S最佳性能。而且，期望最小的轉 矩波動。
外界干擾的最小化對獲得最大配準度很重要。這包括如先前所述 的電機構造和電流回路換向，但是機械干擾的最小化也是很重要的。 例子包括在進入和脫離片材跨度(web span)中的非常平穩(wěn)的張力控制、 一致的軸承和密封阻力(seal drag)、使從輥上剝離片材的張力擾動最 小化、 一致的橡膠壓送輥。在當前設計中，設有嚙合至工具輥的第三 軸，用作牽引輥，以幫助從該工具除去固化的結構。
片材材料可以是能夠在其上產(chǎn)生微復制圖案結構的任意適合的材 料。片材材料的實例是聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate),或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate)，或 聚碳酸脂(polycarbonate)。片材也可以是多層的。由于液體通常在在與其上產(chǎn)生圖案結構的面相反的面上由固化源來固化，因此片材材料 對于所使用的固化源至少必須是部分半透明的。固化能量源的實例是 紅外線輻射、紫外線輻射、可見光輻射、微波或者電子束。本領域普 通技術人員將會理解的是，也可以使用其它固化源，并且特定片材材 料/固化源組合的選取將會取決于將要被制造的特定物品(具有配準的 微復制結構)。
用以固化通過片材的液體的替代方案是采用兩部分的反應性固 化，例如環(huán)氧化物(epoxy)，反應性固化將對諸如金屬片材或具有金
屬層的片材之類的、難以固化通過的片材有用。通過在圖案輥的一部 分上在線混合若千組分或噴灑催化劑，可實現(xiàn)固化，當涂料和催化劑 接觸時使液體固化從而形成微復制結構。
由其產(chǎn)生微復制結構的液體可以是可固化的光聚合材料，諸如可 通過紫外光固化的丙烯酸酯。本領域普通技術人員將會理解的是，也 可使用其它涂層材料，并且材料的選取將會取決于微復制結構所期望 的特定特性。類似地，所采用的特定固化方法在本領域普通技術人員 的技能和知識范圍內(nèi)。固化方法的實例是反應性固化、熱固化或者輻 射固化。
對傳送和控制到片材上的液體有用的涂布裝置的實例是例如與 諸如注射泵或蠕動泵的任何合適的泵相結合的模涂布或刮刀涂布。本 領域普通技術人員將會理解，也可使用其它涂布裝置，并且具體裝置 的選取取決于被供應給片材的液體的具體特性。
不脫離本公開的范圍和精神的本公開的各種修改和變型對本領域 技術人員來說是顯然的，并且應該理解此公開并不局限于在此所闡明 的說明性實施例。
權利要求
1.一種微復制物品，包括具有第一和第二相反的表面的柔性基體；在所述第一表面上的第一涂布微復制圖案；以及在所述第二表面上的第二涂布微復制圖案；其中，所述第一涂布微復制圖案和第二涂布微復制圖案在10微米范圍內(nèi)配準，并且所述第一涂布微復制圖案或第二涂布微復制圖案包括減少缺陷或減少浸透的特征。
2. 如權利要求1所述的微復制物品，其中，所述減少缺陷或減少 浸透的特征包括沿著所述第一涂布微復制圖案或第二涂布微復制圖案 的至少選定的圖案元件的長度的變化高度，所述變化高度包括沿著所 述至少選定的圖案元件的長度設置的多個局部高度最大值和局部高度 最小值，并且所述變化高度具有小于第一數(shù)值的局部高度最大值和局 部高度最小值之間的平均高度差。
3. 如權利要求2所述的微復制物品，其中，所述第一數(shù)值在從0.5 微米到5微米的范圍內(nèi)。
4. 如權利要求2所述的微復制物品，其中，所述第一數(shù)值在從1 微米到2微米的范圍內(nèi)。
5. 如權利要求2到4所述的微復制物品，其中，所述減少缺陷和 減少浸透的特征包括在50微米到IOO微米范圍內(nèi)沿著所述變化高度長 度的局部高度最大值之間的平均間隔。
6. 如權利要求1到5所述的微復制物品，其中，所述第一涂布微 復制圖案包括多個棱鏡，而所述第二涂布微復制圖案包括多個柱面鏡。
7. 如權利要求1到6所述的微復制物品，其中，所述微復制物品具有在75微米到400微米范圍內(nèi)的總高度。
8. 如權利要求1到7所述的微復制物品，其中，所述第一涂布微 復制圖案和第二涂布微復制圖案具有在50微米到150微米范圍內(nèi)的重 復周期。
9. 如權利要求1到8所述的微復制物品，其中，所述第一和第二 圖案在橫跨片材方向在5微米內(nèi)配準。
10. 如權利要求1到9所述的微復制物品，其中，所述減少缺陷 和減少浸透的特征包括沿著所述第一涂布微復制圖案的至少選定的圖 案元件的長度的第一變化高度，以及沿著所述第二涂布微復制圖案的 至少選定的圖案元件的長度的第二變化高度，所述第一變化高度包括 沿著所述第一涂布微復制圖案的至少選定的圖案元件的長度設置的第 一多個局部高度最大值和局部高度最小值，并且所述第一變化高度具 有小于第一數(shù)值的沿著所述第一涂布微復制圖案的至少選定的圖案元 件的長度設置的所述局部高度最大值和局部高度最小值之間的第一平 均高度差，所述第二變化高度包括沿著所述第二涂布微復制圖案的至 少選定的圖案元件的長度設置的第二多個局部高度最大值和局部高度 最小值，并且所述第二變化高度具有小于第二數(shù)值的沿著所述第二涂 布微復制圖案的至少選定的圖案元件的長度設置的所述局部高度最大 值和局部高度最小值之間的第二平均高度差。
11. 一種制造包括多個微復制透鏡元件的微復制物品的方法，所 述方法包含提供片材狀的具有第一和第二相反的表面的基體；以及 將所述基體傳遞通過巻軸式流延設備來在第一表面上形成第一涂 布微復制圖案，并在第二表面上形成第二涂布微復制圖案；其中，所述第一涂布微復制圖案和第二涂布微復制圖案在10微米 方向內(nèi)配準，并且所述第一涂布微復制圖案和第二涂布微復制圖案形 成多個透鏡元件，所述透鏡元件包括減少缺陷或減少浸透的特征。
12. 如權利要求ll所述的方法，其中，所述傳遞步驟包含將基體 傳遞通過巻軸式流延設備來形成多個透鏡元件，其中所述減少缺陷或 減少浸透的特征包括沿著所述第一涂布微復制圖案或第二涂布微復制 圖案的至少選定的透鏡元件的長度的變化高度，所述變化高度包括沿 所述至少選定的透鏡元件的長度設置的多個局部高度最大值和局部高 度最小值，并且所述變化高度具有在從0.5微米到5微米范圍內(nèi)的所述局部高度最大值和局部高度最小值之間的平均高度差。
13. 如權利要求12所述的方法，其中，所述傳遞步驟包含將基體 傳遞通過巻軸式流延設備來形成多個透鏡元件，其中所述減少缺陷或 減少浸透的特征包括在50微米到IOO微米范圍內(nèi)的局部高度最大值之 間的平均間隔。
14. 如權利要求11到13所述的方法，其中，所述傳遞步驟包含 將基體傳遞通過巻軸式流延設備來形成多個透鏡元件，并且所述第一 涂布微復制圖案包括多個棱鏡，而所述第二涂布微復制圖案包括多個 柱面鏡。
15. 如權利要求11到14所述的方法，其中，所述傳遞步驟包含 將基體傳遞通過巻軸式流延設備來形成多個透鏡元件，其中所述透鏡 元件具有在50微米到150微米范圍內(nèi)的重復周期。
16. —種光學顯示器，包括 光源；光學膜，包括具有第一和第二相反的表面的柔性基體； 在所述第一表面上的第一涂布微復制圖案；以及在所述第二面上的第二涂布微復制圖案，其中所述第一和第 二圖案在IO微米范圍內(nèi)配準，并且其中所述第一涂布微復制圖案或第 二涂布微復制圖案包括減少缺陷或減少浸透的特征；以及光學組件，具有與所述減少缺陷或減少浸透的特征相對的表面， 其中來自所述光源的光穿透通過所述光學膜和第二光學組件。
17. 如權利要求16所述的光學顯示器，還包括液晶顯示盒，所述 液晶顯示盒被設置以接收來自所述光學膜或所述光學組件的光。
18. 如權利要求16或17所述的光學顯示器，其中，所述減少缺 陷或減少浸透的特征包括沿著所述第一涂布微復制圖案或第二涂布微 復制圖案的至少選定的圖案元件的長度的變化高度，所述變化高度包 括沿著所述至少選定的圖案元件的長度設置的多個局部高度最大值和 局部高度最小值，并且所述變化高度具有0.5微米到5微米的局部高度 最大值和局部高度最小值之間的平均高度差。
19. 如權利要求18所述的光學顯示器，其中，所述減少缺陷或減 少浸透的特征包括在50微米到100微米范圍內(nèi)沿著變化高度長度的局 部高度最大值之間的平均間隔。
20. 如權利要求16到19所述的光學顯示器，其中，所述第一涂 布微復制圖案包括多個棱鏡，而所述第二涂布微復制圖案包括多個柱 面鏡。
21. 如權利要求16到20所述的光學顯示器，其中，所述微復制 物品具有在75微米到400微米范圍內(nèi)的總高度。
22. 如權利要求16到21所述的光學顯示器，其中，所述第一涂 布微復制圖案和第二涂布微復制圖案具有在50微米到150微米范圍內(nèi) 的重復周期。
全文摘要
公開了一種具有減少缺陷和減少浸透的特征的微復制物品及其制造方法。該微復制物品包括具有第一和第二相反的表面的柔性基體、在第一表面上的第一涂布微復制圖案、以及在第二表面上的第二涂布微復制圖案。所述第一涂布微復制圖案和第二涂布微復制圖案在10微米范圍內(nèi)配準。
文檔編號G02B6/00GK101171536SQ200680014848
公開日2008年4月30日 申請日期2006年3月6日 優(yōu)先權日2005年3月9日
發(fā)明者約翰·C·納爾遜, 艾倫·B·坎貝爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司