專利名稱：微觀尺度模具的制造技術(shù)
微觀尺度模具的制造技術(shù)領(lǐng)域
本專利申請(qǐng)涉及用于制造微結(jié)構(gòu)化的模具或制品的光學(xué)直寫方法。
技術(shù)背景
具有微結(jié)構(gòu)化表面特征的制品包括在其表面上具有多個(gè)結(jié)構(gòu)(凸起、凹陷、凹槽 等)的那些制品，其中所述結(jié)構(gòu)在至少兩個(gè)維度具有微觀尺度。微結(jié)構(gòu)化表面特征可通過 任何接觸技術(shù)(例如澆鑄、涂布或壓制)在制品之內(nèi)或之上形成。通常，微結(jié)構(gòu)化表面特征 可通過下列方法中的至少一種制備(1)澆鑄在具有微結(jié)構(gòu)化圖案的模具上，(2)涂布在具 有微結(jié)構(gòu)化圖案的結(jié)構(gòu)化薄膜(例如隔離襯墊)上，或者(3)將制品通過壓料輥，以將制品 壓緊至具有微結(jié)構(gòu)化圖案的基材上。
可以使用例如化學(xué)蝕刻、機(jī)械蝕刻、激光燒蝕、光刻、立體光刻、微加工、滾花、切割 或劃線等任何已知的技術(shù)來制備用于在制品或薄膜中形成微結(jié)構(gòu)化圖案的模具的表面特 征。機(jī)床行業(yè)能夠產(chǎn)生制備微結(jié)構(gòu)化制品所需的多種圖案，并且可形成出具有凸起的大小、 形狀和深度/高度的不同圖案的歐氏幾何圖案。模具可以包括平面壓機(jī)、圓柱形滾筒和其 他曲線形狀。
然而，通過加工金屬模具來制備符合客戶規(guī)格要求的微結(jié)構(gòu)化制品可能是一個(gè)耗 時(shí)的過程。此外，一旦加工了金屬模具，要根據(jù)客戶要求的變化而改變微結(jié)構(gòu)化圖案，既困 難又費(fèi)用高昂。所需加工時(shí)間會(huì)延誤生產(chǎn)并增加總成本，因此需要能縮短制備適合生產(chǎn)微 結(jié)構(gòu)化制品的模具所需的時(shí)間的方法。
在需要快速原型制作和較短產(chǎn)品壽命(例如電子行業(yè)常常遇到的情形)的領(lǐng)域， 需要通過耗時(shí)短、成本低的模具制備方法來形成微結(jié)構(gòu)化制品。擁有一種能夠制備比常規(guī) 方法目前可提供的規(guī)格更大的模具的方法也是有利的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于制備復(fù)制模具的方法，該模具可隨后用來制備微結(jié)構(gòu)化制品。本 文詳述的方法描述了在基材上形成微結(jié)構(gòu)化模具結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生母模，這些微結(jié)構(gòu)化模具結(jié)構(gòu) 以圖案形成微結(jié)構(gòu)化陣列。然后可以用形成的母模制備復(fù)制模具，繼而用復(fù)制模具制備所 需制品，如光導(dǎo)裝置。
制備復(fù)制模具的過程從形成母模開始。母模在部分透明的基材上形成。在基材的 第一表面上涂覆可光聚合液體?？晒饩酆弦后w可被在第一位置通過基材進(jìn)入可光聚合液體 的光束曝光。光束可具有足以將可光聚合液體固化以形成第一模具結(jié)構(gòu)的光束特性。光束 特性包括光束形狀、光束強(qiáng)度分布、總光束強(qiáng)度和曝光時(shí)間。接觸基材表面的可光聚合液體 的一部分可被固化，以形成第一模具結(jié)構(gòu)。將基材相對(duì)于光束平移。曝光、固化步驟和平移 步驟可重復(fù)多次，以形成模具結(jié)構(gòu)陣列。形成模具結(jié)構(gòu)陣列之后，移除未固化的可光聚合液 體。
通過將可成形材料緊貼母模表面放置，可以形成復(fù)制模具。母模上的模具結(jié)構(gòu)陣列的負(fù)輪廓被轉(zhuǎn)移到可成形材料中。然后從母模上移除可成形材料，以產(chǎn)生復(fù)制模具。
以上發(fā)明內(nèi)容并不旨在描述本發(fā)明的每個(gè)圖示實(shí)施例或每個(gè)具體實(shí)施方式
。其后 的附圖和具體實(shí)施方式
會(huì)更具體地說明這些實(shí)施例。


將結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中
圖IA為示出根據(jù)本發(fā)明的單個(gè)模具結(jié)構(gòu)的形成過程的圖示；
圖IB為根據(jù)本發(fā)明的示例性模具結(jié)構(gòu)的示意圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的用于刻寫模具結(jié)構(gòu)的示例性裝置的示意圖2B示出根據(jù)本發(fā)明的用于在母模上形成模具結(jié)構(gòu)的示例性方法的示意圖2C示出根據(jù)本發(fā)明的用于形成復(fù)制模具的示例性方法的示意圖3示出根據(jù)本發(fā)明形成的一個(gè)示例性單模具結(jié)構(gòu)的顯微照片；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明形成的幾個(gè)示例性單模具結(jié)構(gòu)的顯微照片；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明形成的示例性模具結(jié)構(gòu)陣列的顯微照片；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明形成的另一個(gè)示例性模具結(jié)構(gòu)陣列的顯微照片；和
圖7示出根據(jù)本發(fā)明形成的另外的示例性模具結(jié)構(gòu)的顯微照片；
圖8示出根據(jù)本發(fā)明形成的母模的一部分的顯微照片；
圖9示出采用圖8的母模形成的根據(jù)本發(fā)明的復(fù)制模具的顯微照片；
圖10示出采用圖9的復(fù)制模具形成的根據(jù)本發(fā)明的二次復(fù)制品的顯微照片。
雖然本發(fā)明可修改為各種修改形式和替代形式，其具體形式已在附圖中以舉例的 方式示出并將做詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，并不意在將本發(fā)明局限于所述的具體實(shí)施例。相反， 其目的在于涵蓋落入所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式和 替代形式。
具體實(shí)施方式
在以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中參考了附圖，附圖示出了可實(shí)施本發(fā)明的具體 實(shí)施例。所示出的實(shí)施例并不意味著囊括了根據(jù)本發(fā)明的所有實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，可 以采用其他的實(shí)施例，且在不偏離本發(fā)明范圍的情況下可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。因此 不能認(rèn)為以下的詳細(xì)描述具有限制意義，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書限定。
本發(fā)明涉及用于制備母模的方法，該母?？呻S后用來制備微結(jié)構(gòu)化制品。如上所 述，微結(jié)構(gòu)化制品具有在其表面上帶有結(jié)構(gòu)(凸起、凹陷、凹槽等)的表面特征，這些結(jié)構(gòu)在 至少兩個(gè)維度具有微觀尺度。在此所用的術(shù)語“微觀尺度”是指不借助顯微鏡時(shí)人眼難以 分辨的維度。在一些情況下，微結(jié)構(gòu)的維度小于500 μ m，或小于200 μ m，或小于100 μ m。
本文詳述的方法描述了在基材上形成微結(jié)構(gòu)化圖案(例如微結(jié)構(gòu)化陣列)以產(chǎn)生 母模。微結(jié)構(gòu)化圖案可包括(例如)凸起結(jié)構(gòu)、連續(xù)和不連續(xù)的凹槽、脊、以及它們的組合。
用于制備母模的基材可以多種多樣。在一些情況下，基材材料可以足夠剛性、平坦 和穩(wěn)定，以允許準(zhǔn)確形成微結(jié)構(gòu)化陣列。基材應(yīng)可透過用來產(chǎn)生該陣列的結(jié)構(gòu)的光的波長(zhǎng)。 合適的基材材料包括(但不限于)玻璃、石英或剛性或柔性聚合物材料。
微結(jié)構(gòu)的形狀可多種多樣。例如，底部可以為圓形、橢圓或多邊形，所得側(cè)壁可通過大致為球形、橢圓、拋物線、雙曲線、或它們的組合的垂直剖面(垂直于底部截取)來表 征。優(yōu)選地，可采用不垂直于結(jié)構(gòu)的底部(例如呈約10度至約80度的角度)的側(cè)壁。結(jié) 構(gòu)可以具有連接其頂部中心與其底部中心的主軸線。
通過將多個(gè)這類微結(jié)構(gòu)組合，可以形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和陣列圖案。陣列可具有多 種集合排列方式，其中包括規(guī)則排列方式(如正方形或六邊形)或無規(guī)陣列之類的不規(guī)則 排列方式。陣列中的結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀也可以在整個(gè)陣列中變化，或者可以形成具有類似 結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域。例如，高度可以根據(jù)具體結(jié)構(gòu)距具體點(diǎn)或線的距離而變化。
例如，參見圖1B，本文所述方法可用來制造結(jié)構(gòu)的陣列，該結(jié)構(gòu)具有在約5μπι至 約500 μ m(優(yōu)選地為約10 μ m至約300 μ m)范圍內(nèi)的高度dmax和/或在約5 μ m至約 500 μ m(優(yōu)選地為約10 μ m至約300 μ m ；更優(yōu)選地為約50 μ m至約250 μ m)范圍內(nèi)的最大 長(zhǎng)度L和/或最大寬度。
母?？砂◣浊€(gè)模具結(jié)構(gòu)，這些模具結(jié)構(gòu)可以在復(fù)制模具中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)數(shù)量的結(jié) 構(gòu)。通過施加可成形材料使其緊貼母模上的模具結(jié)構(gòu)可形成復(fù)制模具?？沙尚尾牧峡赏ㄟ^ 以下方法施加將可固化材料澆鑄到表面上具有模具結(jié)構(gòu)的母模上，或者使可熱成形材料 的薄膜經(jīng)過壓料輥，以將可熱成形材料壓緊至表面上具有模具結(jié)構(gòu)的母模上。
通過類似方法施加第二可成形材料使其緊貼紋理化復(fù)制模具的表面，可以形成二 次復(fù)制品。
在示例性方法中，可以利用形成具有微觀尺度三維結(jié)構(gòu)的母模的方法來產(chǎn)生用于 光提取材料(light extraction material)的模具結(jié)構(gòu)。該方法可結(jié)合圖IA和圖2B進(jìn)行 描述。
如圖IA所示，通過用光源(未示出)發(fā)出的光化學(xué)光束130短暫曝光設(shè)置在第一 表面IOOa上的可光聚合材料或液體120，可以在基材100上形成模具結(jié)構(gòu)110。隨著光束 130穿過基材100，它入射到第二表面IOOb上。光源可以為寬譜光源(例如汞蒸氣燈)或 具有離散波長(zhǎng)分布的光源(例如激光器或激光二極管)。光束130穿過光束修整裝置140， 以在用來曝光可光聚合液體120之前先修整和聚焦光束。光束修整裝置140可包括透鏡、 濾光器、反射鏡、光掩模或它們的組合。基材100應(yīng)部分可透過用來引發(fā)可光聚合液體120 的聚合反應(yīng)的光束130的波長(zhǎng)。例如，在用來固化可光聚合液體的光的波長(zhǎng)下，基材應(yīng)具有 大于10% (優(yōu)選大于50%，更優(yōu)選大于90%)的透過率。光束穿過基材，使得光束大致垂 直于基材，但光束也可以不垂直于基材的角度穿過基材。
曝光之后，可光聚合液體的一部分會(huì)發(fā)生聚合，聚合的深度取決于光束特性，例如 光化學(xué)光束的強(qiáng)度分布、光束總強(qiáng)度、曝光時(shí)間和可光聚合液體的響應(yīng)特性。當(dāng)光束的強(qiáng)度 分布135為高斯分布，并且可光聚合材料的響應(yīng)使得聚合深度為曝光量的對(duì)數(shù)函數(shù)時(shí)，利 用單次曝光可以產(chǎn)生具有適形于拋物面截面的結(jié)構(gòu)的母模。
在實(shí)施本發(fā)明的方法的過程中，可以用具有足夠總強(qiáng)度的光束曝光可光聚合液 體，以引發(fā)可光聚合液體的聚合或交聯(lián)。光束的其他特性(即光束形狀、光束強(qiáng)度分布和用 光束曝光可光聚合液體的時(shí)間)會(huì)支配著用本文所述方法刻寫的模具結(jié)構(gòu)的最終形狀。使 用者可以事先選擇這些光束特性。
圖2A示出了可用來實(shí)施本發(fā)明方法的一種示例性制造系統(tǒng)。制造系統(tǒng)200包括 光源232、光束修整裝置MO (可包括用來限定光束的強(qiáng)度分布和形狀的多個(gè)反射鏡、小孔、掩模和透鏡)和可移動(dòng)載臺(tái)系統(tǒng)250。載臺(tái)系統(tǒng)250可以三維移動(dòng)，并可包括協(xié)同工作并 用控制器(未示出)精準(zhǔn)控制的一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)單獨(dú)的載臺(tái)。頂面涂覆有可光聚合液體 120的基材100可通過安裝座270支撐在載臺(tái)系統(tǒng)250上。
由光源232發(fā)出的光束230穿過光束修整裝置M0，并可通過基材100進(jìn)入可光聚 合液體120。在可光聚合液體120的曝光量足以導(dǎo)致聚合的區(qū)域中，可光聚合液體120會(huì)聚 合并形成模具結(jié)構(gòu)。在可光聚合液體120的曝光量不足以導(dǎo)致聚合的區(qū)域中，可光聚合液 體不會(huì)反應(yīng)，仍將保持低粘度液體。在本發(fā)明的一個(gè)方面，用來曝光和固化可光聚合液體的 光束穿過不采用光掩模來對(duì)光束進(jìn)行修整的光學(xué)系統(tǒng)。
在基材100已被載臺(tái)系統(tǒng)250移動(dòng)之后，可以在可光聚合液體中的第二位置形成 后續(xù)模具結(jié)構(gòu)。作為另外一種選擇，通過(例如)使用振動(dòng)反射鏡、壓電反射鏡或聲光偏轉(zhuǎn) 器和望遠(yuǎn)鏡移動(dòng)激光束，或者通過移動(dòng)光束修整光學(xué)系統(tǒng)MO的一個(gè)或多個(gè)元件，可以將 光束導(dǎo)向基材上的第二位置。這樣，可以在反復(fù)曝光的同時(shí)在整個(gè)基材上掃描或平移光束 的焦點(diǎn)，以產(chǎn)生模具結(jié)構(gòu)陣列。在任一方面，光束和可光聚合液體的曝光部分可相對(duì)彼此移 動(dòng)。
在用于刻寫模具結(jié)構(gòu)的裝置的另一個(gè)方面，如果光源能級(jí)不夠，可以增加至少一 個(gè)分束器或其他倍增光學(xué)元件(未示出)。通過增加至少一個(gè)分束器，可以在不顯著增加設(shè) 備成本的情況下，一次刻寫不止一個(gè)模具結(jié)構(gòu)或不止一個(gè)模具結(jié)構(gòu)陣列。
圖2B示出了用于制備母模的示例性方法。提供基材100，并在基材的第一表面 IOOa上涂覆任選的增粘劑105。通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種涂布方法(包括例如浸涂、 刮涂和旋涂)中的任何一種可以將增粘劑涂覆到基材表面。增粘層可增加模具結(jié)構(gòu)110與 基材100的粘附力，從而有助于確保較長(zhǎng)的模具壽命。
合適的增粘劑包括(但不限于)3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三 甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、以及它們的組合。
然后，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種涂布方法(包括例如刮涂和灌涂(flood coating))中的任何一種將可光聚合液體120涂覆到增粘層上?；目删哂袊@其外周邊 形成的壩102(圖2A)，用來在刻寫結(jié)構(gòu)過程中保留基材上的可光聚合液體?；纳贤扛驳?液體厚度應(yīng)大于或等于待制備的模具結(jié)構(gòu)的高度。另外，可以在壩102頂部設(shè)置任選的頂 蓋103(圖2A)，以防止刻寫過程中可光聚合液體過度蒸發(fā)。
可光聚合液體為低粘度液體，在室溫下具有小于約200cP (優(yōu)選小于約40cP)的粘 度?？晒饩酆喜牧匣蛞后w可包括在使用合適的光引發(fā)劑或光敏化劑時(shí)能夠進(jìn)行光活化聚合 反應(yīng)的單體和/或低聚物?？晒饩酆弦后w也可包括用來減弱可光聚合液體的吸收特性和改 變可光聚合液體的響應(yīng)的吸光材料。
由本文所述示例性方法制備的母模優(yōu)選具有合適的耐久度，以經(jīng)受制備多個(gè)復(fù)制 模具的多次復(fù)制過程。合適的可光聚合單體材料包括(但不限于)丙烯酸單體(例如單 丙烯酸酯、二丙烯酸酯、聚丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，例如，丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、 丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異丙酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸十八酯；丙烯酸烯丙酯；甘油二丙 烯酸酯；甘油三丙烯酸酯；乙二醇二丙烯酸酯；二乙二醇二丙烯酸酯；三乙二醇二甲基丙烯 酸酯；1，3-丙二醇二丙烯酸酯；1，3-丙二醇二甲基丙烯酸酯；1，6-己二醇二丙烯酸酯；1， 6-己二醇二甲基丙烯酸酯；三羥甲基丙烷三丙烯酸酯；1，2，4_ 丁三醇三甲基丙烯酸酯；1，4-環(huán)己二醇二丙烯酸酯；季戊四醇三丙烯酸酯；季戊四醇酯四丙烯酸；季戊四醇四甲基丙 烯酸酯；以及它們的組合)、有機(jī)硅基液體光聚合物、以及環(huán)氧基液體光聚合物。
作為另外一種選擇，可光聚合材料可為丙烯酸酯低聚物體系或聚二甲基硅氧烷低 聚物體系的薄膜的形式，這些體系在使用合適的光引發(fā)劑時(shí)能夠進(jìn)行光活化聚合或交聯(lián)反應(yīng)。
這些低聚物材料有助于控制可光聚合液體的流變性，并且優(yōu)選地可溶于所選的單 體材料中，同時(shí)改善母模的機(jī)械性能。合適的低聚物材料包括(但不限于)環(huán)氧樹脂基液 體光聚合物、氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物、有機(jī)硅丙烯酸酯低聚物和聚酯丙烯酸酯低聚物。 作為另外一種選擇，本發(fā)明的范圍內(nèi)包括非反應(yīng)性聚合物粘合劑以代替組合物中的低聚物 材料，或者除了組合物中的低聚物材料還包括非反應(yīng)性聚合物粘合劑，以便(例如)控制可 光聚合液體的粘度。這種聚合物粘合劑通?？蛇x擇成以與單體材料相容。粘合劑可具有適 于獲得可光聚合液體的所需溶液流變性的分子量。
可光聚合液體也包括光引發(fā)劑或敏化劑?？墒褂门c單體、低聚物(如使用)相容 并且其活化或吸收峰波長(zhǎng)與用來刻寫結(jié)構(gòu)的光源(例如，用來引發(fā)可光聚合液體的聚合反 應(yīng)的光源)匹配的任何光引發(fā)劑。示例性光引發(fā)劑材料包括(但不限于)芐基二甲基縮酮 (例如IRGACURE 651)、單酰基膦(例如DAR0CUR ΤΡ0)、雙?；?例如IRGA⑶RE 819)、和 碘鐺鹽(例如IRGACUR 784)，每種都可得自Ciba Specialty Chemicals Inc.(瑞士巴塞 爾)。
合適的吸光材料包括(但不限于)官能化二苯甲酮；苯并三唑，例如可得自Ciki Specialty Chemicals Inc.(瑞士巴塞爾)的 Tinuvin 234 和 Tinuvin 3 ；和羥基苯基三嗪。
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的所需最終用途，可光聚合液體中可以任選地包括多種輔劑。合適 的輔劑包括溶劑、稀釋劑、樹脂、粘合劑、增塑劑、顏料、染料、無機(jī)或有機(jī)加固或增容填充 劑、觸變劑、指示劑、抑制劑、穩(wěn)定劑等。上述輔劑的量和類型以及它們添加到所述組合物的 方式為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉。
可利用光化輻射來引發(fā)可光聚合液體的聚合反應(yīng)，優(yōu)選采用準(zhǔn)直光化輻射。準(zhǔn)直 光化學(xué)光束130可由諸如在351nm下工作的氬離子激光器(Sabre FreD，可得自hnova Technology (Ellicott City, MD))或在 405nm 下工作的固態(tài)激光器(iFlex 2000，可得自 Point Source Ltd(Hamble, U. K.))之類的激光器提供。光束130可用焦距IOOmrn的雙凸 透鏡聚焦，然后穿過基材100進(jìn)入可光聚合液體120。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，激光束的橫 截面分布大致為高斯分布。通過將基材/可光聚合液體界面設(shè)置得靠近或遠(yuǎn)離透鏡焦點(diǎn)， 可以控制基材/可光聚合液體界面處的光束大小。如前所述，光束的形狀和強(qiáng)度分布通過 光束修整裝置控制。曝光量通過調(diào)節(jié)激光器強(qiáng)度和曝光時(shí)間來控制。
可以將基材置于計(jì)算機(jī)控制的X、Y和Z載臺(tái)，以控制相對(duì)XY位置和相對(duì)于光化學(xué) 光束焦平面的Z位置。在一個(gè)可選的方面，基材的表面可以保持靜止，同時(shí)使用安裝在精密 載臺(tái)上的鏡子在三個(gè)軸線移動(dòng)光束。一旦形成或刻寫了第一模具結(jié)構(gòu)，就可以將基材在X 方向和/或y方向平移至新的位置。在該新位置處可以進(jìn)行第二次曝光。在該第二位置的 曝光條件、光束強(qiáng)度分布、光束形狀和光束總強(qiáng)度可以與之前的曝光條件相同或不同。如果 這些光束條件中至少一個(gè)有改變，則可以產(chǎn)生出尺寸或形狀與此前刻寫的模具結(jié)構(gòu)不同的第二模具結(jié)構(gòu)。該過程可以逐步方式重復(fù)，直到形成了所需的模具結(jié)構(gòu)陣列。
在形成了多個(gè)模具結(jié)構(gòu)110之后，利用水、溶劑或氣刀移除非聚合的可光聚合液 體。在某些情況下，可任選地用少量單體材料沖洗模具結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)未反應(yīng)的可光聚合液體 的移除。
然后，可以通過在氮?dú)獯祾呤覂?nèi)用紫外光全面曝光對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行后固化。
上述方法產(chǎn)生的模具結(jié)構(gòu)衍生自非球面表面的錐形部分。在這些模具結(jié)構(gòu)的一個(gè) 示例性用途中，這些結(jié)構(gòu)可用作光提取器(light extractor)。這些模具結(jié)構(gòu)的形狀可通過 下方程式描述,,cr2
a = Afmax--,=l + ^l-c2r2(k + l)
其中d為模具結(jié)構(gòu)在半徑r處的高度，dmax為模具結(jié)構(gòu)110的最大高度(圖1B)； c為曲率半徑的倒數(shù)，k為錐形常數(shù)。當(dāng)k = 0時(shí)，該方程式描述球體的一部分。當(dāng)k = -l 時(shí)，該方程式描述拋物面的一部分，它是尤其可用作光提取器的形狀。該拋物面形狀可表示 為
d = dmax-cr2/2
在立體蝕刻應(yīng)用中，常常假設(shè)可光聚合液體的響應(yīng)可用以下方程式描述
d = sln(Q/Qc)
其中d為聚合深度，Q是作為光強(qiáng)度和曝光時(shí)間的函數(shù)的曝光量，ζ!。為引發(fā)聚合反 應(yīng)所需的臨界曝光量，S為響應(yīng)曲線的斜率。A和S為可光聚合材料的特性，并且可通過調(diào) 整可光聚合液體的配方修改。
由具有高斯強(qiáng)度分布的激光束提供的橫截面曝光量由以下方程式給出
ρ = Qnax廣 2
其中Qmax為光束中央的曝光量，Q為距離光束中心的半徑r處的曝光量，w為光束 強(qiáng)度等于最大強(qiáng)度除以e時(shí)的光束半徑。
針對(duì)可光聚合材料特性和所要求的形狀方面的所需激光器性質(zhì)，合并化簡(jiǎn)這些式 中的結(jié)果，可使用以下方程式得出所需的模具結(jié)構(gòu)，
W = y/2S/c
和
Qmax =Qced-,s
模具結(jié)構(gòu)的形狀取決于光束寬度和材料的響應(yīng)的斜率。通過移動(dòng)靠近或遠(yuǎn)離透鏡 焦點(diǎn)，可以改變光束寬度。材料響應(yīng)的斜率通過增加或移除少量吸光劑、光引發(fā)劑和/或任 選的輔劑來控制。臨界曝光量取決于可光聚合液體的組成，包括光引發(fā)劑的含量、單體特 性，以及是否存在吸光劑和可以吸收或散射輻射的任何添加劑。對(duì)于給定的可光聚合液體 組成和光束特性，模具結(jié)構(gòu)的最大高度dmax由激光曝光量控制。通過調(diào)節(jié)激光器的輸出功 率，通過添加濾光器以減小總強(qiáng)度或通過使用聲光調(diào)制器，可以控制光束總強(qiáng)度。曝光時(shí)間 也可以利用聲光調(diào)制器或通過直接調(diào)制光源(如激光器)來控制。
在本發(fā)明的另一方面，通過在光束修整裝置中加入至少一個(gè)不對(duì)稱光學(xué)元件，可 以使光強(qiáng)度分布和/或光束形狀偏斜。利用偏斜的光強(qiáng)度分布可以制備具有偏斜外形的模具結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng)光束通過基材進(jìn)入可光聚合液體時(shí)，通過控制光束的主光軸，可以形成相 對(duì)于基材平面傾斜的提取器模具結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的另一方面，通過在曝光過程中前后擺動(dòng)激光器發(fā)出的光，可以形成細(xì) 長(zhǎng)的模具結(jié)構(gòu)。作為另外一種選擇，通過重疊一個(gè)個(gè)單個(gè)的模具結(jié)構(gòu)，可以形成更大的結(jié) 構(gòu)。通過控制擺動(dòng)的方向和位置，可以形成更復(fù)雜的形狀，例如脊、十字形、T形、L形等。作 為另外一種選擇，通過將光束相對(duì)于基材緩慢而連續(xù)地移動(dòng)，可以制備細(xì)長(zhǎng)或復(fù)雜的模具 結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的另一個(gè)可選方面，通過控制可光聚合溶液涂覆到基材上的深度，可以 形成截短的或平頂?shù)哪＞呓Y(jié)構(gòu)。如果光束的有效部分的滲透深度大于可光聚合溶液涂覆到 基材上的深度，則可以形成截短的結(jié)構(gòu)。
通過這些方法形成的母?？捎脕韽?fù)制微透鏡陣列、LCD顯示器的增益擴(kuò)散片、用于 反射或照明指示牌的結(jié)構(gòu)、汽車儀表盤的背光源，并用來形成浮動(dòng)圖像。
圖2C示出了使用如上所述制備的母模制備復(fù)制模具的過程。也就是說，可以將可 成形材料121設(shè)置為緊貼母模表面，以在該表面上形成模具結(jié)構(gòu)陣列。利用已知的復(fù)制方 法(例如模制、壓印或固化可成形材料)，將母模上的模具結(jié)構(gòu)陣列的負(fù)輪廓122轉(zhuǎn)移到可 成形材料?？沙尚尾牧峡梢詾闊崴苄跃酆衔锘蚩晒袒瘶渲绻柩跬閺椥泽w、環(huán)氧樹脂或 其他聚合物樹脂體系。可成形材料可緊貼母模放置，以制備具有母模的陣列結(jié)構(gòu)的負(fù)輪廓 或圖像的復(fù)制模具。然后可以移除母模，留下復(fù)制模具，該模具隨后可用來制備具有與母模 相同的結(jié)構(gòu)的另外陣列。作為另外一種選擇，通過將金屬(例如鎳)或其他可電解沉積的 可成形材料電鍍或電鑄到母模的導(dǎo)電涂覆(如無電鍍銀)表面上，可以形成導(dǎo)電復(fù)制模具。
通過施加合適的第二可成形材料使其緊貼此前的復(fù)制步驟中形成的模具的表面， 可以通過類似于復(fù)制模具的方式形成二次和更多次的復(fù)制品。通過這種方式，可使用單個(gè) 母模產(chǎn)生出很多個(gè)最終微結(jié)構(gòu)化制品。
由這些母模制成的微結(jié)構(gòu)化制品可以是電子器件中使用的光導(dǎo)或光提取器。許多 電子器件需要使用背光源來突出或照亮器件的形貌。常見的例子是手機(jī)鍵盤的背光源。這 些背光源由具有光提取結(jié)構(gòu)的側(cè)光式聚合物波導(dǎo)管組成，該光提取結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成在由應(yīng)用 決定的具體位置將波導(dǎo)管的光導(dǎo)出。例如，在手機(jī)應(yīng)用中，光提取結(jié)構(gòu)可位于鍵盤下面，以 提供照亮按鍵所需的光。光提取結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和位置取決于所需照明效果、波導(dǎo)管的尺 寸和厚度、以及側(cè)光的類型和位置。通過緊貼本文所述示例性模具(即母模、復(fù)制模具、二 次復(fù)制品等)中的一者形成透明聚合物，可以制備背光源。通過將透明聚合物與這些模具 中的一者的微結(jié)構(gòu)化表面接觸，可以在提取器片(extractor sheet)中產(chǎn)生光提取結(jié)構(gòu)。
母模可以包括數(shù)千個(gè)模具結(jié)構(gòu)，這些模具結(jié)構(gòu)可以在復(fù)制模具內(nèi)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)數(shù)量的 負(fù)輪廓結(jié)構(gòu)，繼而利用這些負(fù)輪廓結(jié)構(gòu)在二次復(fù)制品中形成正輪廓結(jié)構(gòu)，依此類推。通過將 透明聚合材料澆鑄到其表面上具有微結(jié)構(gòu)的本文所述示例性模具中的一者上，可以形成最 終制品，例如提取器片。作為另外一種選擇，通過將提取器片材料的透明膜穿過壓料輥，以 將提取器片材料壓緊至其表面上具有模具結(jié)構(gòu)的示例性模具上，可以形成提取器片。
使用本發(fā)明的光提取結(jié)構(gòu)陣列的光導(dǎo)可由多種光學(xué)上合適的材料制備，包括聚 碳酸酯、聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、和玻璃，優(yōu)選高折射率材料，例 如聚丙烯酸酯和聚碳酸酯。光導(dǎo)優(yōu)選通過模制、壓花、固化或以另外的方式將可注模的樹脂緊貼上述復(fù)制模具成形而制成。最優(yōu)選地，利用澆注和固化技術(shù)。模制、壓花或固化光導(dǎo) 的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所孰知。如果需要，可通過已知方法將涂層(例如薄金屬的反射 涂層)施加到光導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)表面的至少一部分(例如施加到光提取結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面或凹 面)°
本發(fā)明的光導(dǎo)尤其可用于背光型顯示器和鍵盤。背光型顯示器可包括光源、光選 通裝置(如液晶顯示器(LCD))、和光導(dǎo)。鍵盤可包括光源和壓敏開關(guān)的陣列(其至少一部 分可透射光)。該光導(dǎo)可適用作點(diǎn)到面或線到面的背光光導(dǎo)，該背光光導(dǎo)用于利用由小電池 供電的發(fā)光二極管(LED)照明的小型或微型顯示器或鍵盤裝置。適用的顯示裝置包括用于 手機(jī)、尋呼機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、時(shí)鐘、手表、計(jì)算器、膝上型計(jì)算機(jī)、車輛顯示器等的彩色或單 色I(xiàn)XD裝置。其它顯示裝置包括平板顯示器，例如膝上型計(jì)算機(jī)顯示器或桌面平板顯示器。 適用的背光鍵盤裝置包括用于手機(jī)、尋呼機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、計(jì)算器、車輛顯示器等的鍵盤。
除LED之外，適用于顯示器和鍵盤的其它光源包含熒光燈(例如冷陰極熒光燈)、 白熾燈、電致發(fā)光燈等。可以以任何適用的方法將光源機(jī)械固定在機(jī)械加工的、模制的狹 槽、空腔或開口內(nèi)，或以其它方式將其形成于光導(dǎo)的光轉(zhuǎn)換區(qū)域。然而，優(yōu)選的是，將光源嵌 入、封裝或粘結(jié)在光轉(zhuǎn)換區(qū)域，以消除光源和周圍光轉(zhuǎn)換區(qū)域之間的任何空氣間隙或空氣 界面，從而減少光損耗并增加光導(dǎo)發(fā)出的光輸出。例如，可通過利用足量的合適的嵌入、封 裝或粘結(jié)材料將光源粘結(jié)在光轉(zhuǎn)換區(qū)域中的狹槽、空腔或開口內(nèi)，來完成這樣的光源安裝。 狹槽、空腔或開口可位于光轉(zhuǎn)換區(qū)域的頂部、底部、側(cè)面或背面。也可通過多種不會(huì)摻入額 外材料的方法(例如熱粘結(jié)、熱熔、超聲焊接、塑性焊接等)來完成粘結(jié)。其它粘結(jié)方法包 括在光源四周進(jìn)行嵌件模制和澆注。
^M
下面的實(shí)例進(jìn)一步說明了本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，但這些實(shí)例中列舉的具體材料及 其量以及其他條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)被理解為是對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限制。
實(shí)例1
在透明玻璃基材上涂一層可光聚合環(huán)氧樹脂，以制備多個(gè)示例性模具結(jié)構(gòu)，其中 環(huán)氧樹脂為可得自DSM Somos (New Castle, DE)的Somos 11120?？晒饩酆檄h(huán)氧樹脂具有 約130cP的粘度。將351nm下工作的氬離子激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束用透鏡聚焦穿過玻璃在 第一位置進(jìn)入可光聚合液體。光束的橫截面分布為約高斯分布。光束寬度在最大值的1/e 處為約150 μ m。激光強(qiáng)度為約2 μ W，并且每個(gè)模具結(jié)構(gòu)都通過0.4秒的曝光形成。在第一 位置的曝光結(jié)束之后，將基材平移到第二位置，并進(jìn)行另一次曝光。
通過曝光形成若干模具結(jié)構(gòu)之后，用甲醇沖洗掉未聚合的可光聚合液體，并進(jìn)行 干燥。最后，在氮?dú)獯祾叩腅LC-500室(Electro Lite Corporation)內(nèi)用紫外線(365nm 下最大強(qiáng)度)全面曝光10分鐘，對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行后固化。
圖3示出了按本文所述方式制備的單個(gè)模具結(jié)構(gòu)的顯微照片。模具結(jié)構(gòu)的最大高 度為230 μ m,底部寬度為140 μ m。
實(shí)例2
為制備多個(gè)示例性模具結(jié)構(gòu)，在透明玻璃基材上涂薄薄一層增粘劑3-甲基丙烯 酰氧基丙基三甲氧基硅烷(可得自Alfa Aeser)。接著，在玻璃基材表面上涂覆一層可光聚 合液體。可光聚合液體由可得自Sartomer Company (Exton,PA)的1，6-己二醇二丙烯酸酯SR-238和可得自Ciba Specialty Chemicals Inc.(瑞士巴塞爾)的2重量％的光引發(fā)劑 IRGA⑶RE 651組成。該基于1，6_己二醇二丙烯酸酯的可光聚合液體具有約6cP的粘度。
將351nm下工作的氬離子激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束用透鏡聚焦穿過基材在第一位 置進(jìn)入可光聚合液體。光束的橫截面分布為約高斯分布。光束寬度在最大光束強(qiáng)度的1/e 處為約120 μ m。激光強(qiáng)度為約10 μ W，并且每個(gè)模具結(jié)構(gòu)都通過0. 4秒的曝光形成。在第 一位置的曝光結(jié)束之后，將樣品平移到第二位置，并進(jìn)行另一次曝光。
形成若干個(gè)此類模具結(jié)構(gòu)之后，用氣刀將未反應(yīng)的可光聚合液體移除。最后，在氮 氣吹掃的ELC-500室(Electro Lite Corporation)內(nèi)用紫外線(365nm下最大強(qiáng)度)全面 曝光10分鐘，對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行后固化。
圖4示出了按本文所述方式制備的三個(gè)模具結(jié)構(gòu)的顯微照片。模具結(jié)構(gòu)的最大高 度為150 μ m，底部寬度為95 μ m。
實(shí)例3
為制備示例性的圖案化母模，在透明玻璃基材上涂薄薄一層增粘劑(例如，可得 自Alfa Aeser的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)。接著，在玻璃基材表面上涂覆一 層可光聚合液體?？晒饩酆弦后w由20重量％的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物CN9008 (可得自 Sartomer Company, Inc, (Exton, PA))和 80 重量％的 1,6-己二醇二丙烯酸酯 SR-238 (同 樣可得自Sartomer Company)的堿性光聚合物混合物組成。向該堿性光聚合物混合物中加 入2重量％的光引發(fā)劑IRGA⑶RE 651和0. 1重量％的吸光劑Tinuvin 234( 二者均可得自 Ciba Specialty Chemicals Inc.(瑞士巴塞爾))，以制備所使用的可光聚合液體。
將351nm下工作的氬離子激光器發(fā)出的準(zhǔn)直光束用透鏡聚焦穿過基材在第一位 置進(jìn)入可光聚合液體。光束的橫截面分布為約高斯分布。光束寬度在最大值的Ι/e處為約 120 μ m。激光強(qiáng)度為約10 μ W，并且每個(gè)模具結(jié)構(gòu)都通過0. 8秒的曝光形成。
在第一位置的曝光結(jié)束之后，將基材平移到第二位置。重復(fù)該過程，直到基材表面 圖案化作出4mmX7mm的矩形區(qū)域。這樣可以形成大致拋物線的山丘狀結(jié)構(gòu)的陣列，各結(jié)構(gòu) 間中心至中心距離為170 μ m。
然后將激光強(qiáng)度降至2 μ W，并通過0. 35秒的反復(fù)曝光產(chǎn)生出間距較密的較小模 具結(jié)構(gòu)組成的第二個(gè)4mmX8mm矩形區(qū)域。
形成所有模具結(jié)構(gòu)之后，用氣刀將未反應(yīng)的可光聚合液體移除。最后，在氮?dú)獯祾?的ELC-500室(Electro Lite Corporation)內(nèi)用紫外線(365nm下最大強(qiáng)度)全面曝光10 分鐘，對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行后固化。
圖5示出了所產(chǎn)生的模具結(jié)構(gòu)陣列的顯微照片。模具結(jié)構(gòu)的最大高度為225μπι， 底部寬度為150μπι。圖6示出了第二區(qū)域內(nèi)較小模具結(jié)構(gòu)的陣列的顯微照片。這些模具結(jié) 構(gòu)的最大高度為陽μ m,底部寬度為75 μ m。模具結(jié)構(gòu)間距為75 μ m。
實(shí)例 4
為制備示例性的圖案化母模，在透明玻璃基材上涂薄薄一層增粘劑(例如，可得 自Alfa Aeser的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)。接著，在玻璃基材表面涂覆一層 可光聚合液體。可光聚合液體由20重量％的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物CN9008(可得自 Sartomer Company, Inc, (Exton, PA))和 80 重量％的 1,6-己二醇二丙烯酸酯 SR-238 (同 樣可得自Sartomer Company)的堿性光聚合物混合物組成。向該堿性光聚合物混合物中加入可得自Ciba Specialty Chemicals Inc.(瑞士巴塞爾)的5重量％的光引發(fā)劑Darocur ΤΡ0,以制備所使用的可光聚合液體。
將纖維耦合固態(tài)離子激光器(iFlex 2000)在405nm下發(fā)出的準(zhǔn)直光束用透鏡聚 焦穿過玻璃在第一位置進(jìn)入可光聚合液體。光束的橫截面分布為約高斯分布。光束寬度在 最大值的Ι/e處為約100 μ m。激光強(qiáng)度為約7. 5 μ W，并且每個(gè)模具結(jié)構(gòu)都通過0. 175秒的 曝光形成。
圖7示出了所產(chǎn)生的兩個(gè)模具結(jié)構(gòu)的顯微照片。模具結(jié)構(gòu)的最大高度為120μπι， 結(jié)構(gòu)底部寬度為160 μ m。
實(shí)例 5
使用對(duì)實(shí)例3所述的方法形成的母模制備示例性復(fù)制模具。圖8示出了用于 制備該復(fù)制品的母模的一部分的顯微照片。模具結(jié)構(gòu)的最大高度為225μπι，底部寬度為 150 μ m。中心至中心間距為450 μ m。
用成形材料制備示例性復(fù)制模具，所用成形材料為可得自Dow Corning (Midland, MI)的液體有機(jī)硅澆鑄樹脂套件Sylgard 184Silicone Elastomer Kit。套件內(nèi)包括基礎(chǔ) 材料和固化劑。將這兩部分以10 1(基礎(chǔ)材料固化劑)的重量比混合。將混合物在室 溫下劇烈攪拌10分鐘。然后在真空室內(nèi)放置10分鐘以除氣。將有機(jī)硅混合物倒在母模上， 在母模表面形成5mm厚的有機(jī)硅層。為了確保完全充滿母模，將涂有有機(jī)硅的母模在真空 中放置10分鐘。然后將涂有有機(jī)硅的母模在90°C的熱板上加熱一小時(shí)，在此期間有機(jī)硅混 合物固化成柔性固體。然后將固化的有機(jī)硅復(fù)制模具與母模分離。有機(jī)硅復(fù)制模具如圖9 所示。
為了演示由有機(jī)硅復(fù)制模具制作二次復(fù)制品，將用來制備母模的相同丙烯酸酯混 合物倒在該有機(jī)硅復(fù)制品上。將含有20重量％的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物CN9008和 80重量％ 1,6-己二醇二丙烯酸酯SR-238的堿性光聚合物混合物以及2重量％光引發(fā)劑 IRGA⑶RE 651和0. 1重量％吸光劑Tinuvin 234的丙烯酸酯混合物均勻涂覆到該有機(jī)硅復(fù) 制模具的表面上。在真空下除氣10分鐘之后，將涂覆有增粘劑3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲 氧基硅烷的玻璃基材置于丙烯酸酯混合物表面上，將丙烯酸酯混合物夾在玻璃和有機(jī)硅復(fù) 制模具之間。然后在氮?dú)猸h(huán)境中用滿功率的ELC-500光曝光系統(tǒng)(ELC-500 Light Exposure System (Electro-Lite Corp.))發(fā)出的寬譜紫外光將上述組件曝光10分鐘。固化之后，將 有機(jī)硅復(fù)制品與玻璃基材分離，玻璃基材表面粘有二次丙烯酸酯復(fù)制品。圖10示出了二次 復(fù)制品的顯微照片。
本文所述的直寫方法相比常規(guī)平版技術(shù)具有若干優(yōu)點(diǎn)。首先，由于可光聚合液體 在整個(gè)過程中保持液態(tài)，不需要額外的化學(xué)或等離子顯影步驟來移除任何不需要的材料。 傳統(tǒng)的平版技術(shù)通常使用溶解的酸性或堿性顯影劑移除不需要的光致抗蝕劑材料，而不論 光致抗蝕劑是干膜抗蝕劑還是在將光致抗蝕劑曝光前干燥的液體抗蝕劑。使用常規(guī)顯影劑 的另一個(gè)缺點(diǎn)是，顯影劑會(huì)損壞、溶脹或降解圖案化步驟中形成的微結(jié)構(gòu)。在一些用于形成 微結(jié)構(gòu)化表面的常規(guī)平版方法中，光致抗蝕劑僅用作形成微結(jié)構(gòu)的模板。在采用加法工藝 來形成微結(jié)構(gòu)時(shí)，可能需要額外的沉積或電鍍步驟，或者在減法工藝中可能需要對(duì)基材進(jìn) 行額外的蝕刻。
液體光致抗蝕劑(例如可得自Microchem (Newton，ΜΑ)的SU-8)在涂覆后需要額外的軟烤步驟來移除殘余溶劑和形成固體膜。使用液體光致抗蝕劑時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)方法包括以下 步驟將抗蝕劑材料旋涂到基材上，進(jìn)行軟烤以移除溶劑并將薄膜成形到抗蝕劑中，進(jìn)行曝 光形成圖案，進(jìn)行曝光后烘烤以將抗蝕劑硬固化并顯影以移除抗蝕劑的未固化部分。另選 的顯影技術(shù)需要讓樣品經(jīng)受減少的UV曝光以限制交聯(lián)，使得可通過加熱至高溫(即高于未 固化抗蝕劑材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)來移除抗蝕劑的未曝光部分，從而移除未固化的抗蝕 劑。該方法可能需要補(bǔ)充的曝光步驟以完成所得結(jié)構(gòu)的交聯(lián)。由于本文所述直寫方法中使 用粘度相對(duì)較低的可光聚合液體，因而可以在室溫下移除未固化的可光聚合液體。
本文所述直寫方法的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要使用復(fù)雜的光掩模來限定各個(gè)微結(jié)構(gòu) 元件以產(chǎn)生所需圖案。相反，直寫方法利用光束尺寸和特性來產(chǎn)生所需微結(jié)構(gòu)。
直寫技術(shù)的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只需要為后續(xù)曝光改變光束特性和/或接近度，即一個(gè) 挨一個(gè)刻寫不同尺寸和形狀的微結(jié)構(gòu)。另外，由于光束是通過基材進(jìn)入，微結(jié)構(gòu)是在基材的 表面上形成，這一點(diǎn)與光源位于光致抗蝕劑材料上方的許多由上至下的曝光系統(tǒng)不同。
雖然已經(jīng)結(jié)合用于制備光提取材料的母模描述了這種直寫方法，但用本文所述方 法制備的母模也可以用于需要微結(jié)構(gòu)化表面的另選的應(yīng)用中。例如，該方法形成的母模可 用來復(fù)制微透鏡陣列、LCD顯示器的增益擴(kuò)散片、用于反射或照明指示牌的結(jié)構(gòu)、汽車儀表 盤的背光源，并用來形成浮動(dòng)圖像。
在閱覽本發(fā)明的說明書之后，該方法、可由該方法形成的模具以及許多結(jié)構(gòu)本身 的適于本發(fā)明的各種明顯變型形式對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，因而也被認(rèn)為在本 發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制備復(fù)制模具的方法，所述方法包括 形成母模，其中該形成步驟包括提供部分透明的基材，所述基材在第一表面上涂覆有可光聚合液體； 用光束在第一位置透過所述基材曝光所述可光聚合液體，所述光束具有足以固化所述 可光聚合液體以形成第一模具結(jié)構(gòu)的光束特性，其中所述光束特性包括光束形狀、光束強(qiáng) 度分布、光束總強(qiáng)度和曝光時(shí)間；固化所述可光聚合液體的一部分，以形成所述第一模具結(jié)構(gòu)； 將所述基材相對(duì)于所述光束平移；將所述曝光、固化步驟和平移步驟重復(fù)多次，以形成模具結(jié)構(gòu)陣列；和 移除任何未固化的可光聚合液體，以將所述模具結(jié)構(gòu)陣列布置在所述基材的所述表面上；將可成形材料緊貼所述母模的表面設(shè)置；將所述母模上的所述模具結(jié)構(gòu)陣列的負(fù)輪廓轉(zhuǎn)移到所述可成形材料中；和 將所述可成形材料與所述母模分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括對(duì)所述基材上的所述模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行后固化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括調(diào)節(jié)所述光束特性中的至少一者，以改變所述陣列中至少一個(gè)模具結(jié)構(gòu)的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述基材的所述表面上設(shè)置粘合層，其中所 述粘合層設(shè)置在所述基材和所述可光聚合液體之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一模具結(jié)構(gòu)為非球面狀突起的大致錐形的 部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光束分布為對(duì)稱的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光束分布為不對(duì)稱的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陣列中至少一個(gè)模具結(jié)構(gòu)大致垂直于所述基材。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陣列中至少一個(gè)模具結(jié)構(gòu)從所述基材以非垂直角度伸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復(fù)制模具用來形成光導(dǎo)。
11.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述模具結(jié)構(gòu)為光提取模具結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可光聚合液體為低粘度液體， 并且包含單體、光引發(fā)劑和低聚物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述可光聚合液體的粘度小于約200cP。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述可光聚合液體的粘度小于約40cP。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述可光聚合液體還包含吸光材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述母模的所述表面涂覆導(dǎo)電材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述可成形材料被電鍍到涂有導(dǎo)電材料的母模 的所述表面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可成形材料是熱塑性聚合物或可固化樹脂 中的一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用來曝光和固化所述可光聚合液體的所述光束 穿過無掩模的光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制備模具的方法，所述模具可隨后用來制備微結(jié)構(gòu)化制品。本文詳述的所述方法描述了在基材上形成微結(jié)構(gòu)化模具結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生母模，這些微結(jié)構(gòu)化模具結(jié)構(gòu)以圖案形成微結(jié)構(gòu)化陣列。所述方法包括提供部分透明的基材，所述基材在第一表面上涂覆有可光聚合液體。然后可以用所產(chǎn)生的所述母模制備復(fù)制模具，繼而可用所述復(fù)制模具制備光導(dǎo)。
文檔編號(hào)B81B7/00GK102036908SQ200980118733
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者利文特·伯耶克勒, 盧祎, 羅伯特·W·威爾遜 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司