CN104647770A - 一种制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法及其装置，包括模具本体、设置在模具本体两侧的用于加紧薄膜模板边缘的压边机构、阵列分布在模具本体内的顶针通道，顶针通道内设有顶针，顶针通过顶升机构能在模具本体的上表面及顶针通道内上下运动；顶升机构用于控制顶针在模具本体的上表面的高度；对顶针形状及其分布进行设计便可得到表面具有一种或多种形状、高度组合凹陷结构的光学薄膜，从而改善薄膜相应的表面功能性质。该方法中，顶针形状、高度及分布可调，适应力强，具有操作简单，灵活性强，节约成本，样品一致性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光学薄膜制备，尤其涉及一种制备表面有凹陷结构的光学薄膜的方法及其装置。
背景技术
薄膜是采用特定的制备方法在基板表面上生长得到的一层薄固态物质，其具有表面能级大，粘附性强和改变光学性质等特点，广泛应用于电子电器，机械，印刷等行业。薄膜的制备方法按大类可分为物理气相沉积法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法以及电沉积法。其中溶胶凝胶法中的旋涂法属于高质量的薄膜制备方法，可将表面具有微纳结构的基板作为母体，在旋涂工艺下便可以得到厚度均匀的微尺度功能结构薄膜。有时为满足薄膜的特殊使用要求，薄膜需要增加宏观表面结构，如LED宏观球面透镜上增加宏观结构来优化光学性能。但无论是溶胶凝胶法或者其他方法，所得到的薄膜大多只具有表面微纳结构和宏观光整平面，宏观结构较为单一。目前在具有微结构的薄膜的宏观光整平面上，增加的宏观结构的制备手段较为缺乏。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法及其装置，解决现有技术光学薄膜表面宏观结构单一、无法满足光学薄膜的特殊使用需要、制备工艺复杂且品质不高等问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种在制备表面具有凹陷结构的光学薄膜中使用的装置，该装置包括模具本体5、设置在模具本体5两侧的用于加紧薄膜模板2边缘的压边机构1、阵列分布在模具本体5内的顶针通道4-1，顶针通道4-1内设有顶针4，顶针4通过顶升机构能在模具本体5的上表面及顶针通道4-1内上下运动；顶升机构用于控制顶针4在模具本体5的上表面的高度；
所述模具还包括一个辅助压板6，辅助压板6用于在模具的使用过程中对胶体8进行自上而下挤压。
所述模具本体5的上表面为平面或者曲面，辅助压板6下表面形状与模具本体5上表面形状相应。
所述压边机构1的内侧增设有用于围合硅胶8的辅助围坝7。
各顶针4组合在一起构成顶针阵列，在顶针阵列中，各顶针4通过顶升机构的控制能独立上下运动或者同步上下运动。
所述顶针4的端部为球面、矩形面和/或多边形面。
采用上述装置制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法如下：
(1)在模具本体5上表面覆盖上分离膜3，再在分离膜3上表面放置薄膜模板2，并在薄膜模板2上喷涂离膜剂；使用压边机构1压紧薄膜模板2及分离膜3边缘，使其固定在模具本体5上表面；
(2)通过控制顶升机构，使各顶针4上升至设定高度，此时，薄膜模板2和分离膜3被顶起，并形成凸起结构；顶针4与模具本体预热至60-100℃。
(3)将未固化的硅胶8涂覆于凸起结构上(或者阵列凸起结构)，待其自然流动；硅胶8的涂覆厚度根据具体要求而定。
(4)将喷涂有离膜剂的辅助压板6自上而下挤压未固化的硅胶8；
(5)硅胶8恒温60-100℃保持6-30min，使未固化的胶体8充分流动填充阵列凸起结构，然后将硅胶8升温至80-180℃，并保温14min，使未固化的硅胶8随着温度的升高逐渐固化；
(6)对固化后的硅胶8进行冷却、分离，便获得所需结构高度的表面有凹陷结构的光学薄膜9。
所述步骤(2)薄膜模板2的其中一面具有阵列微结构，阵列微结构面朝下或者朝上；所述阵列微结构形状为球状、锥状、圆柱状或矩形，微结构尺寸为0.5-100um；
当薄膜模板2的阵列微结构面朝下、并且薄膜模板2的材料与步骤(3)所述硅胶8的材料相同时，则无需喷涂离膜剂，此时，薄膜模板2与硅胶8由于材料相同而融合为一体，薄膜模板2的阵列微结构面即为步骤(6)光学薄膜9凹陷结构的内壁面结构；
当薄膜模板2的阵列微结构面朝上、并且薄膜模板2的材料与步骤(3)所述硅胶8的材料不同时，在薄膜模板2上喷涂离膜剂，以使步骤(3)所述硅胶8与薄膜模板2分离，此时薄膜模板2的阵列微结构转印至硅胶8上，硅胶8固化后，经脱模得到步骤(6)光学薄膜9凹陷结构的内壁面结构。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明顶针或者阵列顶针，结合光学薄膜的制备方法中，可根据光学薄膜凹陷结构的具体要求，实现图形化分布，对顶针形状及其分布进行设计便可得到表面具有一种或多种形状、高度组合凹陷结构的光学薄膜，从而改善光学薄膜相应的表面功能性质。顶针形状、高度及分布均可通过顶升机构可调，适应力强，具有操作简单，灵活性强，节约成本，样品一致性好等优点。
采用本发明工艺制备的表面具有凹陷结构的光学薄膜，不仅适用有特殊结构需要的光学薄膜的制备，而且适用于普通光学薄膜的通用性制备，具有技术手段简便、成本低廉、产品品质高等优点。
附图说明
图1为本发明在制备表面具有凹陷结构的光学薄膜中使用的装置结果示意图。
图2为图1所示模具的一种结构变形，即当模具本体上表面为曲面时，此时辅助压板下表面形状也相应。
图3为采用上述装置制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法流程图一；
图4为采用上述装置制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法流程图二；
图5为采用上述装置制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法流程图三；
图6为采用上述装置制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法流程图四；
图7示出了在顶针高度不同、形状各异的情况下制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的示意图。
图8示出了采用具有阵列微结构的薄膜模板制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明一种在制备表面具有凹陷结构的光学薄膜中使用的装置，该装置包括模具本体5、设置在模具本体5两侧的用于加紧薄膜模板2边缘的压边机构1、阵列分布在模具本体5内的顶针通道4-1，顶针通道4-1内设有顶针4，顶针4通过顶升机构(采用液压)能在模具本体5的上表面及顶针通道4-1内上下运动；顶升机构用于控制顶针4在模具本体5的上表面的高度；
如图5所述。模具还包括一个辅助压板6，辅助压板6用于在模具的使用过程中对硅胶8进行自上而下挤压。所述压边机构1的内侧增设有用于围合胶体8的辅助围坝7。
如图1所示。所述模具本体5上表面为平面，但也可以设置成如图2所示的曲面，辅助压板6的下表面与其相应。
各顶针4组合在一起构成顶针阵列，在顶针阵列中，各顶针4通过顶升机构的控制能独立上下运动或者同步上下运动。
所述顶针4的端部为球面、矩形面和/或多边形面。
如图3至图8所示。采用上述装置制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法如下：
(1)在模具本体5上表面覆盖上分离膜3，再在分离膜3上表面放置薄膜模板2，并在薄膜模板2上喷涂离膜剂；使用压边机构1压紧薄膜模板2及分离膜3边缘，使其固定在模具本体5上表面；
(2)通过控制顶升机构，使各顶针4上升至设定高度，此时，薄膜模板2和分离膜3被顶起，并形成凸起结构；顶针4与模具本体预热至60-100℃。
(3)将未固化的硅胶8涂覆于凸起结构上(或者阵列凸起结构)，待其自然流动；硅胶8的涂覆厚度根据具体要求而定。
(4)将喷涂有离膜剂的辅助压板6自上而下挤压未固化的硅胶8；
(5)硅胶8恒温60-100℃保持6-30min，使未固化的硅胶8充分流动填充阵列凸起结构，然后将硅胶8升温至80-180℃，并保温14min，使未固化的硅胶8随着温度的升高逐渐固化；
(6)对固化后的硅胶8进行冷却、分离，便获得所需结构高度的表面有凹陷结构的光学薄膜9。
所述步骤(2)薄膜模板2的其中一面具有阵列微结构，阵列微结构面朝下或者朝上；所述阵列微结构形状为球状、锥状、圆柱状或矩形，微结构尺寸为0.5-100um；
当薄膜模板2的阵列微结构面朝下、并且薄膜模板2的材料与步骤(3)所述硅胶8的材料相同时，则无需喷涂离膜剂，此时，薄膜模板2与硅胶8由于材料相同而融合为一体，薄膜模板2的阵列微结构面即为步骤(6)光学薄膜9凹陷结构的内壁面结构；
当薄膜模板2的阵列微结构面朝上、并且薄膜模板2的材料与步骤(3)所述硅胶8的材料不同时，在薄膜模板2上喷涂离膜剂，以使步骤(3)所述硅胶8与薄膜模板2分离，此时薄膜模板2的阵列微结构转印至硅胶8上，硅胶8固化后，经脱模得到步骤(6)光学薄膜9凹陷结构的内壁面结构。
未固化的硅胶8的配制：称取质量百分比为1:1的型号为7040A与7040B市售硅胶，经过混合搅拌、真空脱泡，真空脱泡时间为5-10min制得。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种在制备表面具有凹陷结构的光学薄膜中使用的装置，其特征在于：该装置包括模具本体(5)、设置在模具本体(5)两侧的用于加紧薄膜模板(2)边缘的压边机构(1)、阵列分布在模具本体(5)内的顶针通道(4-1)，顶针通道(4-1)内设有顶针(4)，顶针(4)通过顶升机构能在模具本体(5)的上表面及顶针通道(4-1)内上下运动；顶升机构用于控制顶针(4)在模具本体(5)的上表面的高度；
所述模具还包括一个辅助压板(6)，辅助压板(6)用于在模具的使用过程中对硅胶(8)进行自上而下挤压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述模具本体(5)的上表面为平面或者曲面，辅助压板(6)下表面形状与模具本体(5)上表面形状相应。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述压边机构(1)的内侧增设有用于围合辅助压板(6)的辅助围坝(7)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于：各顶针(4)组合在一起构成顶针阵列，在顶针阵列中，各顶针(4)通过顶升机构的控制能独立上下运动或者同步上下运动。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于：所述顶针(4)的端部为球面、矩形面和/或多边形面。
6.采用权利要求1至5中任一项所述装置制备表面具有凹陷结构的光学薄膜的方法，包括如下步骤：
(1)在模具本体(5)上表面覆盖上分离膜(3)，再在分离膜(3)上表面放置薄膜模板(2)，并在薄膜模板(2)上喷涂离膜剂；使用压边机构(1)压紧薄膜模板(2)及分离膜(3)边缘，使其固定在模具本体(5)上表面；
(2)通过控制顶升机构，使各顶针(4)上升至设定高度，此时，薄膜模板(2)和分离膜(3)被顶起，并形成凸起结构；
(3)将未固化的硅胶(8)涂覆于凸起结构上，待其自然流动；
(4)将喷涂有离膜剂的辅助压板(6)自上而下挤压未固化的硅胶(8)；
(5)硅胶(8)恒温60-100℃保持6-30min，使未固化的硅胶(8)充分流动填充阵列凸起结构，然后将硅胶(8)升温至80-180℃，并保温14min，使未固化的硅胶(8)随着温度的升高逐渐固化；
(6)对固化后的硅胶(8)进行冷却、分离，便获得所需结构高度的表面有凹陷结构的光学薄膜(9)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)薄膜模板(2)的其中一面具有阵列微结构，阵列微结构面朝下或者朝上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述薄膜模板(2)与步骤(3)所述硅胶(8)材料不同，且表面喷涂有离膜剂，当薄膜模板(2)表面无微纳结构时，硅胶固化后，经脱模得到步骤(6)光学薄膜(9)凹陷结构；当薄膜模板(2)表面具有微纳结构时，薄膜模板(2)的微纳结构转印至硅胶(8)上，硅胶固化后，经脱模得到步骤(6)光学薄膜(9)凹陷结构，且其内壁面具有对应薄膜模板的微纳结构。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述阵列微结构形状为球状、锥状、圆柱状或矩形，微结构尺寸为0.5-100um。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |