[发明专利]卷对卷热辊压聚合物薄膜表面微结构粉末成形方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及微细制造领域，尤其是涉及一种卷对卷热辊压聚合物薄膜表面微结构粉末成形方法及系统。

背景技术

近年来，新能源与节能技术、新媒体与信息技术得到迅猛发展，带有表面微细结构的光学薄膜受到广泛关注，其典型代表如柔性平板显示器和薄膜太阳能电池。有机发光二极管(OLED)柔性显示器厚度小于1mm，能够实现任意弯曲，但由于材料折射率的不同使得光线在界面上发生反射，导致出光效率不足20％。薄膜太阳能电池，可以满足曲面铺设，但对光线的利用率也不足60％。在光学薄膜表面加工微细结构是提高出光效率或光线利用率的有效方法，三维功能结构的尺度在微米或亚微米范畴，其形状精度、结构缺陷、残余应力等几何特性和物理性能综合影响着出光效率或光线利用率。如何高效、高精度制备光学薄膜微细结构尚面临巨大技术挑战。

聚合物薄膜表面微细结构的加工工艺包括紫外固化压印工艺和热辅助压印工艺。紫外光固化(UV Curing)和热辅助压印(Hot Embossing)成形是光学薄膜微细结构制造的主要方法，先后经历了平对平压印(plate-to-plate,P2P)、辊对平压印(roll-to-plate,R2P)和卷对卷压印(roll-to-roll,R2R)发展过程。其中，紫外固化压印工艺指将可紫外固化的预聚物均匀地涂覆在基片上，模具在一定压力下迫使浆料成形以复制模具上的微细结构，最后紫外光照射固化聚合物得到表面微细结构。中国专利公开号CN100575243C，名称为柔性基宏电子制造中微结构的大面积逆辊压印方法，采用逆辊压印技术和相应的套印对准工艺、紫外固化工艺，在镀有ITO薄膜的柔性塑料薄膜上制作出大面积的宏电子器件所需的三维功能性微结构。美国3M公司S.L.D.Stegall等人[S.L.D.Stegall，J.Anim-Addo，M.Gardiner and E.Hao，Organic Light Emitting Materials and Devices XIII，2009，pp：74150S-8]在OLED高折射区域利用卷对卷紫外涂布工艺制备了纳米微细增透结构，使OLED出光率提高了二倍。利用紫外固化压印工艺制备聚合物薄膜，使用冷紫外光源进行固化，减少了柔性基材的热变形。然而，紫外固化的聚合物薄膜器件易黄化，浆料粘度控制难，脱模困难，成形精度不高。

热辅助压印工艺是将聚合物基片加热到其玻璃化温度以上30℃～100℃(对于结晶型聚合物基片，温度要达到熔融温度以上)，然后将压印模具(带有微结构图形)压聚合物基片上，在压力作用下，使聚合物填充到模具的微结构形腔中，冷却定型后脱模，实现微细结构的转印。传统热辅助压印工艺是平板式热压印，首先对固定于下板的聚合物基片进行加热，使其达到压印所需要的温度。中国专利200510019944.4中所述的纳米压印设备，其原理是将室温下的聚合物基片固定在热压印机的下板，压印模具固定在上板，上、下板上装有加热冷却装置以及定位装置。该工艺简单，但在加工大面积的聚合物薄膜产品时，需要载荷较大，且属于非连续式生产，加工效率低下。

R2R运动方式与热压印复合即诞生了卷对卷热辊压工艺。这种工艺方法具有连续性、高效率和高精度等特点，具有广泛的应用前期。实际上，辊压制造的方法早前广泛应用于报纸、杂志和包装的印刷行业，现今大量文献报道证明，辊压制造方法也能延伸到微细热压印领域，能用于聚合物表面微细结构的大面积连续批量化生产，成形面积可由原来的几厘米增加到几米、甚至几十米。中国专利公开号为CN102233634A，名称为微透镜阵列制备装置，发明了卷对卷热压印装置，包括张紧装置、压印辊轮和冷却设备的装置设备，其中压印辊轮设置有多个加热条和压印孔，基材与压印辊轮结合部分经加热条加热成软化状态后被吸入压印孔中。该工艺能实现连续生产，其缺点在于微细结构易回弹，影响成形精度。实用新型专利号CN2878060Y，名称为压印定型同步装置，包括预热辊、版辊、与版辊配合工作的压印辊。当预热后的薄膜贴着冷版辊运转一定角度后，完成了同步压印、冷却成型、固化过程。该装置使材料与模板分离前已经固化，提高了成品率和加工效率。但是，当薄膜料加热到塑性变形温度以上时，能承受的张紧力大大降低，压印保形过程中薄膜不能充分与版辊接触，降低了微细结构成形的精度。检索国外专利发现，美国专利

号US2011/0236631A1(名称为Glass texturingusing a porous textured roll under

vacuum)，将薄膜压延与卷对卷辊压成形相结合，提高加工效率，减少耗能，但是线接触式的辊压方式导致成形精度低、脱模困难。