CN101119808A - 具有微结构的非连续物品的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用来制造具有图案非连续微结构物品的系统和方法。该物品具有较高质量且可用在平板显示器中。该系统和加工方法利用在其表面具有图案的铸型辊把非连续的微结构赋予基材的表面，并利用涂覆装置将涂层以非连续的方式涂覆到基材的表面，这样被涂覆装置涂覆的基材区域对应铸型辊图案。

Description

具有微结构的非连续物品的制造方法
背景技术
本发明涉及一种制造具有微结构的物品的系统和这种物品的制造方法。
在传统的制造连续的具有图案物品的方法中，塑料基材是通过喷、刷、辊涂、挤压涂覆或类似的方法涂覆的。这样的方法被用来制造用于如散射薄膜和亮度增强薄膜的显示器应用的物品，用于使用在交通标志等的反射片的物品，和其它要求薄膜上或薄片上的精确微结构的应用场合的物品。
美国专利4,420,502公开了一种用于制造具有所需的表面特性的柔性片的连续方法。在该方法中，基片在辊子上前进，该辊子把涂覆材料连续施加到基片上。基片接着接触第二辊子的图案表面，其连续地将所需的表面特征形成在涂覆材料上。该涂覆材料接着通过辐射被固化和硬化在基片上。
美国专利5,468,542公开了一种连续生产具有抗磨损涂层的基材的方法。基材接触传送辊，其连续地将涂覆材料涂覆在基材上。该基材接着接触其表面具有图案的铸型鼓以将图案形成在基材上的涂覆材料上。接着利用紫外线辐射以将涂覆材料固化在基材上。
在薄膜和薄片上规模生产微结构的典型始于制作原始几何版本，其称为模板。这种模板的制作通常是非常困难和昂贵的，且通常通过光刻工艺在玻璃上的光刻胶中制作或通过在软金属微加工制作。然后这些模板的大量拷贝通过传统的电铸工艺制造以赋予非连续金属板以接近完美的微结构的拷贝。
然后，通过使用该压印工具在热塑性塑料薄膜上压花或通过铸造活性单体到该工具上和UV固化该涂层以复制该微结构，这些模板或压印工具被用来规模生产具有微结构的塑料薄膜或薄片。由于工具为非连续板，涂层必须被仅涂覆在板的区域，或者与该板对齐的基膜的区域。如果涂层超过该板的边缘，其会将该工具拖离其支撑辊并损坏它，且可能在最终产品留下表面缺陷。因此涂层必须被不连续地涂覆在片材上，不像多数涂覆工艺那样。另外，这些涂覆的片材必须与该工具对齐，其通常位于另一个具有一定周长的鼓上。
涂覆片材的典型方法是凹版印刷涂覆法，其中涂层是从凹版印刷辊的雕刻区域转印到基膜上的。如果仅凹版印刷辊的部分圆周被雕刻，则片材将被涂覆。这些图案的重复长度通过凹版印刷辊的圆周来确定，因此该圆周必须完全与支撑压印工具的鼓的圆周匹配。而且，凹版印刷辊的雕刻的周长必须与该工具的长度匹配。该工具的长度的任何改变都需要新的辊子。而且，沉积在卷材上的涂层的体积通过雕刻来控制且不能调整。因此难于使用传统凹版印刷涂覆机有效地涂覆各种产品。
另一传统片材涂覆方法是苯胺印刷术，其中连续雕刻的凹版印刷辊，称为网纹辊(anilox roll)，将涂层涂覆到临近旋转的毛毯辊的凸起区域。仅毛毯辊的凸起区域将转印湿涂层到与其接触的基片上。其局限性类似于上述的凹版印刷涂覆机，重复长度由毛毯辊的周长确定，片材尺寸由毛毯辊的凸起区域的尺寸确定，且涂层厚度不能调整。
发明内容
根据本发明的实施例，用于制造具有微结构的物品的系统包括：用于供应基材的开卷机；在其表面具有图案用来将非连续微结构赋予基材表面的铸型辊；和适于以非连续方式将涂层涂覆到基材表面的涂覆装置，这样该基材被涂覆装置涂覆的区域对应铸型辊的图案。
本发明还可有益地用于提供一种系统和方法以高质量地制造具有图案的物品，其可被用于平板显示器。本发明还可有益地用于提供一种系统和方法以高质量地制造具有极好的光学性能、良好外观和最小点缺陷的印有图案的物品。
在本发明的实施例中，制造具有微结构的物品的方法包括：供应连续的基材；提供其表面具有图案用来将非连续微结构赋予基材表面的铸型辊；使用涂覆装置以非连续方式将涂层涂覆到基材表面，这样该基材被涂覆装置涂覆的区域对应铸型辊的图案；和使用铸型辊将图案赋予基材的涂覆区域。
根据本发明的实施例，提供了具有非连续的微结构图案的物品，其包括基材和一组印在基材表面的非连续微结构，其中该微结构是通过如下步骤形成：供应基材；提供其表面具有图案用来将微结构赋予基材表面的铸型辊；使用涂覆装置以非连续方式将涂层涂覆到基材表面，这样该基材被涂覆装置涂覆的区域对应铸型辊的图案；和使用铸型辊将图案赋予基材的涂覆区域。
应这样理解，即前文的概括描述和下文的详细说明仅是示例性和解释性的，且并非限制要求保护的本发明。
附图说明
本发明的这些和其它特点、方面和优点从下文的说明、所附的权利要求书和附随的附图所示的示例性实施例中可以明了，其将在下面简要说明。
图1是根据本发明的实施例的用来制造具有微结构图案的非连续物品的系统的侧视图；
图2a是根据本发明的实施例的用来将非连续片状涂层涂覆到基材的系统的侧视图，其中该基材与涂覆装置是处于结合状态；
图2b是根据本发明的实施例的用来将非连续片状涂层涂覆到基材的系统的侧视图，其中该基材与涂覆装置是处于脱离状态；
图3是根据本发明的实施例的用来保持基材张力的张力调节辊的侧视图；
图4a是根据本发明的实施例的用来将非连续片状涂层涂覆到基材的系统的侧视图，其中该基材与涂覆装置是处于结合状态；
图4b是根据本发明的实施例的用来将非连续片状涂层涂覆到基材的系统的侧视图，其中该基材与涂覆装置是处于脱离状态；
图5是根据本发明的实施例的涂覆装置的侧视图，其将涂层片沿相反的方向涂覆到基材。
图6是根据本发明的凹版印刷涂覆辊的侧视图。
图7是根据本发明的实施例的涂覆装置的侧视图，其将涂层片沿正向的方向涂覆到基材上。
本发明的详细说明
本发明的实施例将参考附图于下文中详细描述。
图1是根据本发明的实施例的涂覆系统10的侧视图，其用来制造具有微结构的物品。在图1所示的例子中，基材20从开卷机30供应。还可使用其它本领域已知的装置来供应基材20。该基材20沿用箭头A表示的方向前进穿过该系统。基材20被供应到支撑辊40和涂料辊50之间的辊隙，在那里该基材被涂覆从涂层材料源60供应的涂层材料。涂料辊50和涂层材料源60形成涂覆装置15，用来将非连续涂层材料片涂覆到基材20的表面，形成通过基材非涂覆区域75隔开的基材涂覆区域70。该涂层材料优选的是可用UV辐射固化的材料。
用来制造具有微结构的物品的系统包括基材张力调节装置，用来保持需要的基材张力，这将会进一步解释。在图1所示的例子中，该系统包括基材张力调节装置80，用来在支撑辊交替结合与脱离涂覆装置时增加或减少基材张力以保持所需的基材张力，这将在下文中详细说明。该基材张紧装置可包括张力调节辊或其它作用恒定力于基材的弹性加载辊或装置。
基材20接着被供应到铸型辊90和压送辊110之间的辊隙。铸型辊90包括图案100，其覆盖铸型辊90的部分表面。图案100用来复制所需的微结构到基材的涂覆区域70上。该辊隙可施加足够的压力到涂层以控制涂层厚度、阻止空气滞留和复制所需的微结构。基材的涂覆区域70对应铸型辊90的表面上的图案100，因此基材的涂覆区域70图案100被压印，复制所需的微结构。
例如，基材的涂覆区域70的长度可与图案100的弧长相等。在另外的实施例中，铸型辊90可以一定速度旋转，因此图案100的前边缘102遇到基材的涂覆区域70的前边缘72。涂覆区域70在基材上的布置可对应图案100将要接触的基材的区域。在另一例子中，涂覆装置15可被控制，因此涂覆区域70可与铸型辊90上的图案100同步。
在另一例子中，基材上的涂覆的区域70可刚好在图案100与基材结合后到达该图案。例如，在图案100与基材结合的点和涂覆区域70的前边缘与图案100结合的点之间存在0.5-1英寸的间隙。这有助于确保涂覆不会低于压印工具或图案100的前边缘。在另一例子中，涂覆片可终结于图案100的端部的前面1-5英寸。涂覆区域70的前后边缘和图案100之间的这些间隙可用来防止由于图案100和涂覆材料之间的粘合而破坏涂覆材料或微结构。涂覆区域70的前后边缘和图案100之间的间隙可调节以提供生产效率。
铸型辊90可被互换，允许使用各种直径和图案长度的铸型辊。通过允许不同尺寸的微结构图案复制到基材，提供了加工柔性。该铸型鼓的图案区域可通过粘附工具板到光滑鼓的表面来形成。取决于将在给定的日子运转的所需的产品，这种板可以是任意尺寸，允许片材长度被容易地改变。
铸型辊90的图案100在基材的涂覆区域70内复制了所需的微结构后，基材被UV灯固化以在基材上形成非连续的具有图案的微结构。例如，UV射线被引导穿过基材的底部以固化具有图案的涂层材料。该基材还可通过表面固化灯(未示出)和进一步处理。例如，可进行掩蔽处理、裁边或冲切(未示出)。完成处理后，基材接着被收集装置收集，例如，卷料机或本领域已知的其它装置可用作收集装置。成品可以是用于液晶显示器中的背光模块的组件的光处理薄膜，然后可转换成合适的形式供处理和进一步加工。
图2a是根据本发明的实施例的涂覆装置的侧视图。涂覆装置15可包括涂料辊50和涂层材料源60。在涂覆到基材20前，该涂层可被在线加热器、热流体或类似物加热到所需的温度范围。涂层材料源60可供应涂覆材料到基材以形成非连续涂覆区域70。支撑辊40可用于支撑基材20和将基材压在涂料辊50上。如图1所示的例子中的说明，涂覆区域70可被没有涂层材料涂覆到基材20的非涂覆区域75隔开。
图2a和2b显示了涂覆装置15，其通过周期性地移动支撑辊40把涂层材料涂覆到基材20，以形成被非涂覆区域75隔开的非连续涂覆区域70。例如，支撑辊40和基材20可与涂覆装置结合，以允许涂层材料涂覆到基材20，且支撑辊40和基材20可交替移动以从涂覆装置15脱离，因此涂层材料的涂覆被停止。在图2a和2b所示的例子中，支撑辊40沿用箭头B表示的方向移动，导致支撑辊40和基材20与涂料辊50结合且交替地从涂料辊50脱离支撑辊40和基材20。
图2a显示了处于结合状态的支撑辊40和基材20的例子，而图2b显示了处于脱离状态的支撑辊40和基材20的例子。当基材20与涂料辊50结合时，涂层材料可被涂覆到基材20，以形成非连续的涂覆区域70。当基材20与涂料辊50脱离，形成非涂覆区域75。基材和涂料辊50的脱离中断涂覆处理，形成涂覆区域75的非连续片材而非基材20上的连续涂覆。
由于片材的长度被结合/脱离机构控制，涂料辊的速度可独立于基材速度而被调节，然而在传统片材涂覆中，涂料辊和基材的速度必须相等且重复长度通过该辊的周长确定。通过调节涂料辊的速度可以独立调节涂层厚度。例如，在反向动作涂料器中增加涂料辊的速度将堆积更多的涂料到基材上且给予该产品较厚的涂层。
传动装置可用来移动支撑辊40。例如，活塞汽缸、齿轮齿条、凸轮、连杆、螺钉、伺服马达、这些装置的组合，和其它本领域已知的传动装置可用于移动支撑辊40。
当支撑辊40被移动以形成非连续涂覆区域，如图2a和2b所示的例子中的，基材20的张力会由于支撑辊的移动而被影响。为了补偿基材张力的变化，张力调节装置80可被用于增加或减少基材张力以保持所需的基材张力。张力调节装置可包括基材处理的技术领域已知的装置。在图3所示的例子中，张力调节辊85可用来调节张力。张力调节辊85可沿箭头C表示的方向移动。例如，张力调节辊85可从用实线表示的位置移动到用虚线表示的位置。
图4a和4b示是根据本发明的实施例的涂覆装置15的示例。涂覆装置15可包括涂料辊50和涂层材料源60。在图4a和4b所示的例子中，涂覆装置15可周期性地移动，因此涂料辊50与基材20交替结合和分离。在图4a和4b所示的例子中，涂覆装置可沿箭头D表示的方向移动。当涂料辊50与基材结合，涂层材料被涂覆到基材以形成非连续的涂覆区域70。图4a显示了与基材20处于结合状态的涂覆装置15的例子，而图4b显示了与基材20处于脱离状态的涂覆装置15的例子。
传动装置可用来移动涂覆装置15，包括涂料辊50和涂层材料源60。例如，活塞汽缸、齿轮齿条、凸轮、连杆、螺钉、伺服马达、这些装置的组合，和其它本领域已知的传动装置可用于移动涂覆装置15。
支撑辊40或涂覆装置15的移动定时可被设定，使得涂覆区域75对应铸型辊90上的图案100。例如，支撑辊40的移动或涂覆装置15可被设定，使得涂覆区域75的长度对应图案100的弧长并使得涂覆区域75是基材20的将要与图案100形成接触的区域。支撑辊40或涂覆装置15的移动定时可被调节，因此可产生不同长度或尺寸的涂覆区域，允许制造不同尺寸的具有图案的微结构。
图5显示了本发明的实施例，其中涂覆装置15沿相反方向将涂层材料涂覆到基材20。在图5所示的例子中，涂层材料源120把涂层材料涂覆到沿与基材20的移动方向相反的方向旋转的涂料辊50。涂料辊50的旋转方向用箭头E表示，而基材20的方向用箭头A表示。当涂料辊50沿相反的方向移动，涂料辊50形成与基材50的涂抹动作。导致涂料辊50上的涂层材料被涂覆到基材20。例如，在相反的涂覆中，涂料辊50可为凹版印刷辊，或从盘子拾取涂覆液的光滑辊，该盘子可具有与该辊间隔较小距离的刀刃，其把这种液体在其被涂覆到卷材上之前去除一些。
图6显示了凹版印刷辊140的示例。在涂覆技术领域公知的凹版印刷辊可具有表面图案，用来容纳所需的体积的将被涂覆到基材的涂层材料。在图6所示的例子中，凹版印刷辊140具有螺旋形表面槽150用来在凹版印刷辊140的表面上容纳所需的量的涂层材料130。
图7显示了本发明的实施例，其中涂覆材料15沿向前的方向把涂层材料1 30涂覆到基材20上。在图5所示的例子中，涂覆材料源120把涂层材料涂覆到沿与基材20的移动方向对准的方向旋转的涂料辊50上。涂料辊50的旋转用箭头F表示，而基材20的方向用箭头A表示。在正向的涂覆中，涂料辊50可以是凹版印刷辊。
涂层材料源120可以是刮浆刀或其它本领域已知的涂覆装置。在本发明的另外实施例中，涂层材料源可为涂层材料130可挤压穿过的模具。涂层材料130可从模具供应到沿正向或相反方向移动的涂料辊50。当模具被用于供应涂层材料，涂料辊50可以是光滑辊。
涂层材料可以是丙烯酸酯、各种尺寸官能化金属氧化物(包括分散在溶液中的微粒)，或任何其它具有适用于产品所需的最终用途的性能的涂料的组合。例如，丙烯酸酯可以是包括多官能(甲基苯丙胺)丙烯酸酯、取代的或未取代芳基化(甲基苯丙胺)丙烯酸酯单体、溴化芬芳(甲基苯丙胺)丙烯酸酯单体和聚合引发剂的组合物。
制造过程的加工参数应被控制，通过控制加工时间、加工产量和产品外观以优化运行成本和产品性能。例如，较高的线速度或较低的辊隙压力可导致空气进入涂覆材料。例如，将线速度从10FPM增加到30FPM，而所有其它加工条件相同，可导致涂层厚度减少几乎20％到33μm。在另一实施例中，辊隙压力降低1-2pli(磅/线性英寸)可导致气泡数量增加16倍。涂覆温度也具有影响。例如，涂覆温度从120降低到110，可导致气泡数量增加几乎4倍。
在另一实施例中，较低的凹版印刷辊涂覆速度可导致较低的涂覆厚度，影响产品性能和表面质量。涂覆厚度可被控制到所需的范围。例如，涂覆厚度可被控制到约40-50μm的范围。气泡的尺寸可被控制到所需的尺寸。例如，气泡的尺寸可被控制到小于200μm。
在本方法运行的例子中，可使用下列加工参数：约20-70FPM的线速度、约2-20PLI(磅/线性英寸)的铸型辊隙压力、约0.75-2.0凹版印刷辊涂覆率、约3-15PLI的凹版印刷支撑辊力、约100-190的铸型辊温度和约110-140的涂覆温度。
已知本发明的公开内容，精通本领域技术的人员可认识到还有其它实施例和修改例包括在本发明的范围和精神内。相应地，本领域技术人员从本发明公开内容获得的在本发明范围和精神内所有修改例应被包括作为本发明的另外的实施例。本发明的范围如所附的权利要求书所限定。

Claims (38)

1.一种用于制造具有微结构的物品的系统，包括：
用于供应基材的开卷机；
表面具有图案的铸型辊，用来将非连续微结构赋予所述基材表面；和
适于以非连续方式将涂层涂覆到所述基材表面的涂覆装置，使得该基材被所述涂覆装置涂覆的区域对应所述铸型辊图案，
其中所述涂覆装置和所述基材适于周期性地相对彼此移动，使得所述涂覆装置和所述基材交替结合以把涂层涂覆到所述基材的表面，和交替脱离使得停止向所述基材的表面涂覆涂层。
2.如权利要求1所述的系统，还包括：
支撑所述基材的支撑辊；和
传动装置，其周期性移动所述支撑辊使得所述支撑辊与所述涂覆装置结合以将涂层涂覆到所述基材的表面，和交替地使所述支撑辊与所述涂覆装置脱离使得停止向所述基材表面涂覆涂层。
3.如权利要求2所述的系统，包括：
基材张力调节装置，其适于增加或降低基材张力以随着所述支撑辊交替结合和脱离所述涂覆装置保持所需的基材张力。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述张力调节装置是张力调节辊，其适于沿增加基材张力的方向移动和沿减少基材表面张力的另一方向。
5.如权利要求1所述的系统，还包括：
传动装置，其周期性移动所述涂覆装置使得所述涂覆装置与所述基材结合以将涂层涂覆到所述基材的表面，和交替地使所述支撑辊与所述涂覆装置脱离使得停止向所述基材表面涂覆涂层。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述铸型辊图案适于与所述基材结合使得所述铸型辊图案的前边缘在所述基材的涂覆区域的前边缘前可调节的距离处与所述基材结合。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述铸型辊图案适于在所述图案的后边缘与所述基材的涂覆区域的后边缘之间形成可调节的缝隙，使得所述图案延伸越过所述涂覆区域的后边缘。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述涂覆装置是凹版印刷涂覆装置。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述凹版印刷涂覆装置是反向的凹版印刷涂覆装置。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述凹版印刷涂覆装置是正向的凹版印刷涂覆装置。
11.如权利要求8所述的系统，其中所述凹版印刷涂覆装置适于使用约0.75至2.0的凹版印刷辊涂覆率。
12.如权利要求8所述的系统，其中所述凹版印刷涂覆装置包括支撑辊，其适于施加约3-15PLI的力。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述涂覆装置为模具挤出涂覆装置。
14.如权利要求1所述的系统，其中该系统适于为可调节的，使得所述基材上的涂覆区域的尺寸可调整。
15.如权利要求1所述的系统，其中该系统适于在线速度约20至70FPM下运行。
16.如权利要求1所述的系统，其中所述铸型辊形成辊隙且所述铸型辊适于作用约2-20PLI的辊隙力。
17.如权利要求1所述的系统，其中所述铸型辊适于使用约100至190的铸型辊温度。
18.如权利要求1所述的系统，其中该系统适于加热所述涂料到约110至140。
19.一种用来制造具有微结构的物品的方法，包括：
供应连续的基材；
提供表面具有图案的铸型辊，用来将非连续微结构赋予所述基材表面；
使用涂覆装置以非连续方式将涂层涂覆到所述基材表面，这样该基材被涂覆装置涂覆的区域对应铸型辊图案，其中所述涂覆装置和所述基材周期性地相对彼此移动，使得所述涂覆装置和所述基材交替结合以把涂层涂覆到所述基材的表面，且交替脱离以停止把涂层涂覆到所述基材的表面；和
使用所述铸型辊将图案赋予所述基材的涂覆区域。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
提供支撑所述基材的支撑辊，其周期性移动以使得所述支撑辊与所述涂覆装置结合以将涂层涂覆到所述基材的表面，且交替地从所述涂覆装置脱离以停止把涂层涂覆到所述基材的表面。
21.如权利要求19所述的方法，还包括：
提供张力调节辊，随着支撑所述基材的所述支撑辊交替从所述涂覆装置结合和脱离，张力调节辊增加或降低基材张力以保持所需的基材张力。
22.如权力要求19所述的方法，其中所述涂覆装置周期性地移动以交替地结合所述基材以将涂层涂覆到所述基材的表面，且交替地从所述基材脱离以停止将涂层涂覆到所述基材的表面。
23.如权利要求19所述的方法，其中所述涂覆装置是凹版印刷涂覆装置。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述凹版印刷涂覆装置是反向的凹版印刷涂覆装置。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述凹版印刷涂覆装置是正向的凹版印刷涂覆装置。
26.如权利要求19所述的方法，其中所述涂覆装置是模具挤出涂覆装置。
27.如权利要求19所述的方法，其中所述系统为可调节的，使得所述基材上的涂覆区域的尺寸可调整。
28.如权利要求19所述的方法，其中所述铸型辊图案形与所述基材结合，使得所述铸型辊图案在所述基材的涂覆区域的前边缘的前面可调节的距离处与所述基材结合。
29.如权利要求19所述的方法，其中所述铸型辊图案在所述图案的后边缘和所述基材的涂覆区域的后边缘之间形成可调节的间隙，使得所述图案延伸越过所述涂覆区域的后边缘。
30.如权利要求19所述的方法，其中所述凹版印刷涂覆装置使用约0.75至2.0的凹版印刷辊涂覆率。
31.如权利要求19所述的方法，其中所述凹版印刷涂覆装置包括支撑辊，其施加约3-15PLI的力。
32.如权利要求19所述的方法，其中所述涂覆装置是模具挤出涂覆装置。
33.如权利要求19所述的方法，其中所述基材上的涂覆区域的尺寸可调整。
34.如权利要求19所述的方法，其中使用约20-70FPM的线性速度。
35.如权利要求19所述的方法，其中所述铸型辊形成辊隙且所述铸型辊施加约2-20PLI的辊隙力。
36.如权利要求19所述的方法，其中所述铸型辊使用约100至190的铸型辊温度。
37.如权利要求19所述的方法，其中所述涂层被加热到约110至140。
38.一种带具有图案的微结构的光学薄膜，包括：
基材；
形成在所述基材表面的微结构；
其中所述微结构的形成是通过：供应基材；提供其表面具有图案用来将非连续微结构赋予所述基材表面的铸型辊；使用涂覆装置以非连续方式将涂层涂覆到所述基材表面，这样该基材被涂覆装置涂覆的区域对应铸型辊图案；其中所述涂覆装置和所述基材周期性地相对彼此移动，使得所述涂覆装置和所述基材交替结合以把涂层涂覆到所述基材的表面，且交替脱离以停止把涂层涂覆到所述基材的表面；和采用所述铸型辊将图案赋予所述基材的涂覆区域。
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