CN110874012A - 用于压印的结构印模、装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结构印模(5)，带有：具有微结构化和/或纳米结构化的印模面(2)的柔性印模(1)，印模面(2)用于将与印模面(2)对应的压印结构压印在压印面(6o)上；框架(3)，其用于夹紧印模(1)。此外，本发明涉及用于将压印图案压印在压印面()上的装置，带有以下特征：印模容纳部，其用于容纳根据上述权利要求中任一项所述的结构印模(5)且使之运动；压印材料容纳部，其用于相对于结构印模(5)容纳和布置压印材料(6)；压印元件驱动部，其用于使尤其根据权利要求3、4、7或8中任一项构造的压印元件(8)沿着结构印模(5)运动。此外，本发明涉及对应的方法。

Description

用于压印的结构印模、装置以及方法

技术领域

本发明涉及根据本发明的用于压印的结构印模、根据本发明的装置以及根据本发明的方法。

背景技术

用于表面的微结构化和/或纳米结构化的当前的现有技术主要包括影印平版印刷技术和不同的压印技术。压印技术或者利用硬印模或者利用软印模来工作。近来，主要盛行压印平版印刷技术并且正取代传统的影印平版印刷技术。在压印平版印刷技术当中，主要越来越倾向使用所谓的软印模。原因在于印模的简单的制造、高效的压印过程、相应的印模材料的非常好的表面性能、低的成本、压印产品的可复制性，且原因主要在于印模在脱模过程中的弹性变形的可能性。在软平版印刷技术中，使用由带有微结构化或纳米结构化的表面的弹性体制成的印模，以便制成在20nm直至＞1000μm范围中的结构。

存在六种已知的技术：

·微接触和/或纳米接触印刷(μ/nCP)

·复制模制(REM)

·微转印模制(μTM)或者纳米压印平版印刷(NIL)

·毛细管微模制(MIMIC)

·溶剂辅助的微模制(SAMIM)，以及

·相移平版印刷。

弹性体印模制成为主模的阴模。主印模为包含金属或陶瓷的硬印模，其通过相应昂贵的工艺一次性制成。于是，可由主模制成任意多个弹性体印模。弹性体印模使得能够在大的表面上实现一致的均匀的接触。弹性体印模可轻易地与其主印模以及压印产品分离。此外，弹性体印模具有小的表面张力以用于轻易且简单地分离印模和基板。为了自动化地实现软平版印刷工艺，需要通过载体支撑弹性体印模。目前使用带有不同厚度的玻璃载体基板。然而，由于使用厚的玻璃基板，弹性的印模至少部分地失去其柔性。

使用刚性的载体使得在压印过程之后自动地分离印模和基板变得困难，由此仅可困难地实现压印平版印刷的工艺自动化和工业可用性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供用于微结构化和/或纳米结构化的装置和方法，通过该装置和方法可保证自动化和更快的工艺流程。

该目的利用本发明实现。由在说明书和/或附图中给出的特征中的至少两个组成的所有组合也都落在本发明的范围中。对于所给出的值域，在所述极限之内的值也应作为极限值被公开并且可以任意的组合要求保护。

本发明说明了这样的方法和装置，在其中，使用结构印模，其包括尤其至少部分地(优选大部分地)微结构化和/或纳米结构化的弹性体印模(尤其薄膜印模)和框架。根据本发明，印模在加载侧上沿着其整个长度尤其在连续的工艺中利用尤其横向于长度延伸的线性力加载，以便将结构压到压印材料中。优选地，借助于压印元件(尤其优选刚性的压印辊子)进行加载。

在下文中，印模理解为任意形式的这样的构件，该构件在其表面处具有相应的结构元件并且在压印过程中具有根据本发明的柔性。印模可为单个的或者为组合的构件。如果印模仅仅实施为单个的构件，则印模由薄膜或者柔性板构成，在该薄膜或柔性板中已经产生了相应的结构元件。在组合的印模的情况下，其包括载体和具有结构元件的相应的印模构件。在这种情况下，载体和/或印模构件作为构件组必须具有必要的柔性，以便可由压印元件相应地使其变形。

根据本发明的线性力意指，虽然至少主要地(尤其完全地)在第一方向上(尤其横向于压印元件沿着印模的运动)进行力加载(因此，例如涵盖印模的整个有效宽度)，而在第二方向上(尤其横向于第一方向)仅仅同时加载相对非常小的区域(与第一方向之比尤其为1比5，优选为1比10，更为优选地为1比20，更为优选地为1比100)。由此，相比于同时加载的印模的总面积得到相对很小的加载面积。由此，不仅实现明确限定的加载，而且实现了非常均匀的压印。因此，本发明此外允许压印方法的大面积的应用，其中，宽度尤其大于0.5m，优选大于1m，更为优选地大于2m，和/或长度大于0.5m，优选大于1m，更为优选地大于2m。

通过在模块化的框架中的印模的根据本发明的布置方案实现了方法的自动化并且由此实现了更快的工艺过程。

根据本发明的结构印模通过以下方式改进，即，印模借助于布置在相对而置的两个夹紧侧处的两个夹紧板条夹紧。夹紧板条尤其包括固定器件以用于将印模固定在结构印模处。

每个夹紧板条可或者直接地或者通过弹簧系统固定在框架处。然而优选地，夹紧板条中的至少一个借助于弹簧固定在框架处。在特定的实施方式中，也还可在纵向侧处使用其他的夹紧板条，以便横向于纵向方向固定和/或夹紧印模。横向于纵向方向伸延的夹紧板条尤其用于减小(尤其避免)(不受控的)横向收缩。

根据本发明，结构印模可为扩展的部件的部分，该部件具有引导板条，压印元件可在引导板条中线性地运动。在该部件中或者安装有调整螺钉(手动地取向)或者安装有马达(自动地取向)，以便还保证印模的角度取向。因此，根据本发明的一有利的实施方式设置成，将相对而置地尤其彼此平行地伸延的两个引导板条(其用于沿着印模的加载侧引导压印元件(尤其压印辊子)，该加载侧沿着印模的背对印模面的侧部来布置)用于在构件中引导压印元件，该构件还可容纳结构印模。由此，压印元件的运动直接与固定印模的框架相关联，其中，在一定程度上与驱动压印元件的装置脱耦以用于容纳结构印模和利用控制装置控制结构印模。在相应的实施方式中，在其中，印模的纵向夹紧同样通过在两个纵向侧中的一个处(优选在两个夹紧侧处)的至少一个夹紧板条实现，纵向侧的夹紧侧在功能上应与引导板条相同。

倘使结构印模如此构造成柔性的，即，印模可借助于压印元件伸展超出由框架(尤其通过引导板条)限定的表面平面，便简化结构印模相对于待压印的压印面的取向，并且尤其可更容易地自动化。

在本发明的改进方案中设置成，印模由载体和在该载体之上模制或热压印的尤其弹性体的印模形成。由此更有利地制成结构印模。

通过结构印模包括在框架的背对印模面的侧部上容纳该框架的保持框架进一步简化自动化，尤其简化结构印模的更换，因为在根据本发明的装置和结构印模更确切地说结构印模的框架之间提供有接口。上述保持框架可尤其结合沿着框架来引导的压印元件视为独立的发明。

在此，在本发明和/或保持框架的改进方案中可设想，压印元件如此在保持框架和框架之间尤其平行于相对而置的夹紧侧来引导，即，压印元件可沿着印模薄膜来引导，并且印模薄膜在此设计成利用压印力来加载。

此外，作为独立的发明，公开了用于将压印图案压印在压印面上的装置，带有如下特征：

－印模容纳部，其用于容纳印模尤其根据上述的印模且使之运动，

－压印材料容纳部，其用于相对于印模容纳和布置压印材料，

－压印元件驱动部，其用于使尤其根据如以上说明的那样构造的压印元件沿着印模运动。

根据该装置，还公开了用于控制所说明的根据本发明的方法和用于单个地或共同地使装置和/或结构印模的构件(尤其保持框架、框架或压印元件)实施所说明的运动的控制装置。因此，用于实施运动的相应的驱动部和引导元件同样与装置相关联。驱动部尤其允许保持框架在x方向和/或y方向和/或z方向上由控制装置控制地平移运动。优选地，还可实现围绕x轴和/或y轴和/或z轴的旋转。优选地，驱动部允许保持框架以及因此结构印模和印模相对于压印主体预定位。

此外，作为独立的发明，公开了用于将压印图案压印在压印材料的压印面上的方法，带有以下步骤，尤其以下过程：

－相对于压印材料布置尤其根据以上说明的结构印模的印模的印模面，

－使压印元件沿着结构印模在印模之上运动，并且在此通过利用印模面加载压印材料压印压印材料。

在此，根据本发明，如果印模构造成柔性的并且在通过压印元件压印时伸展超出由框架(尤其通过引导板条)限定的表面平面，这是有利的。柔性由在框架和压紧板条之间的可能的弹簧提高。虽然带有弹簧系统的实施方式是优选的实施方式，在印模的充分的柔性的情况下可放弃弹簧系统。

此外，根据本发明有利的是，由保持框架在框架的背对印模面的侧部处来容纳该框架。

在此，根据方法的一有利的实施方式设置成，沿着印模尤其平行于相对而置的夹紧侧在保持框架和框架之间来引导压印元件，并且在此对印模利用压印力来加载。

在根据本发明的装置的相应很大的实施方案中，压印力必须相应地很大。对于本发明的根据本发明的实施方案，公开了如下示例性的值域。加载的压印力的值域在0 N与1000 N之间，优选在0 N与100 N之间，更为优选地在0 N与50 N之间，最为优选地在0 N与10N之间。

装置和/或结构印模的根据装置公开的特征同样应适合作为方法特征公开，并且反之亦然。

附图说明

由优选的实施例的随后的说明以及借助附图得到本发明的其他的优点、特征和细节；附图相应以示意性的视图显示出：

图1显示了本发明的第一实施方式的示意性的截面视图，具体而言，显示了使根据本发明的结构印模相对于施加到基板上的压印材料取向的根据本发明的第一方法步骤，

图2显示了使结构印模靠近待压印的压印材料的根据本发明的第二方法步骤的示意性的截面视图，

图3显示了利用压印元件加载结构印模(开始压印)的第三方法步骤的示意性的截面视图，

图4显示了在压印结束时根据图3的方法步骤的示意性的视图；

图5显示了根据本发明的方法的第二实施方式的示意性的截面视图；

图6显示了根据本发明的结构印模的示意性的透视图；

图7显示了根据本发明的结构印模的截面元件A-A的示意性的放大的透视图；

图8显示了带有安装好的压印元件和引导板条的、在保持框架中的根据本发明的结构印模的示意性的透视图。

具体实施方式

根据本发明的实施方式，本发明的优点和特征在附图中利用相应标识的参考标号标出，其中，带有相同或相同功能的构件或特征以相同的参考标号标出。

在附图中，在图1至5中的根据本发明的特征以并未按比例的方式示出，以便可完全示出单独的特征的功能。个别构件的比例同样部分地不成比例，这尤其归因于高度放大地示出的纳米结构2e。利用本发明压印的或用于将对应的纳米结构压印在工件上的纳米结构2e在纳米和/或微米范围中，而机器构件的尺寸量级在厘米范围中。

压印图案的个别纳米结构2e的尺寸优选在微米范围和/或纳米范围中。个别纳米结构2e的尺寸小于1000μm，优选小于10μm，更为优选地小于100nm，更加优选地小于10nm，最为优选地小于1nm。

在图1至4和6中显示的第一实施方式中示出了结构印模5，其包括框架3和夹紧在框架3中的印模1。

印模1具有带有纳米结构2e(突出部)的微结构化或纳米结构化的印模面2，纳米结构2e从印模1的承载侧2o伸出。

与印模面2相对而置的加载侧2u构造成平坦的，以便使得能够在加载侧2u处尽可能均匀地加载印模1。

在此，呈压印辊子的形式的压印元件8用于加载，在结构印模5相对于施加在基板7上的压印材料6取向(参见图1)并且紧接着使结构印模5靠近压印材料6的压印面6o之后，使压印辊子下降到加载侧2u上。

框架3在相对而置的两个夹紧侧10、10'处具有至少一对相对而置的夹紧板条4、4'，印模1被夹紧到夹紧板条4、4'中。夹紧板条4、4'可刚性地或者通过弹簧系统(参见图6和7)固定在框架3处。使用弹簧系统作为在夹紧板条4、4'中的至少一个和框架3之间的联结部用于在通过压印元件8加负荷时提高印模1的柔性。

弹簧系统包括至少两个弹簧12，优选多于五个，更为优选地多于十个，最为优选地多于二十个。

两个夹紧侧10、10'通过相对而置地彼此平行地伸延的两个引导板条9、9'相连接，其中，引导板条9、9'尤其不与印模薄膜接触。优选地，印模薄膜在引导板条9、9'之内且在引导板条9、9'之间伸延。

利用压印元件8加载加载侧2u尤其与纳米结构2e接触压印材料6确切地说纳米结构2e沉入到压印材料6中同时进行(参见图3)，其中，根据图2，平行地实现结构印模5靠近压印材料6(如有可能，在印模1或结构印模5的最小的倾斜(楔形误差)的情况下)。纳米结构2e沉入到尤其由低粘度的材料构成的压印材料6中，并且在结构印模5靠近压印材料6期间，尤其在使印模1与压印材料6平行的情况下，通过压印元件8将压印力传递到加载侧2u上。在此，印模1朝压印材料的方向上变形超出由框架3(尤其通过引导板条9、9')限定的表面平面。

还可设想使根据本发明的结构印模5首先在两个夹紧板条4、4'中的一个处稍微倾斜地靠近压印材料6的表面，从而逐渐地实现纳米结构2e的沉入。

在印模1靠近压印材料6(且如有可能，使印模1平行于压印材料6)的情况下(尤其主要通过压印元件8的压印力引起)，使压印元件8平行于压印材料6的表面从第一夹紧侧4朝相对而置地布置的第二夹紧侧4'运动。

在到达根据图4的位置之后，印模面2完全沉入在压印材料6中并且在此相应地成像。

紧接着，进行压印材料6的硬化，并且可在压印材料6硬化之后取下结构印模5。硬化可通过所有已知的方法从前侧或背侧进行，例如，通过UV辐射、化学药品或者热量以及上述方法的组合。

备选地，如以上说明的那样，在利用相应的压印元件力(且必要时，夹紧弹簧调整)以限定的分离距离压印且自相对而置的侧部曝光(Belichtung)时，可在与压印元件接触且曝光之后引起直接的分离。

压印辊子用作压印元件8带来的优点是利用压印力的滚动的运动和压力加载，这引起最小化在印模1上的剪切力。此外，可尽可能取消复杂的楔形误差补偿，当希望通过印模和压印材料彼此的法向运动(Normalbewegung)执行压印工艺时，该楔形误差补偿绝对必要。

根据在图5中显示的另一实施方式，利用压印元件8从相对而置的侧部(即，从压印材料6'的背侧6u)进行压力加载，其中，尤其由于框架3的固定，相应的反力在此也发生作用。在这种情况下，压印材料6'自身应适合用于传递压力，或者必要时通过基板7支撑，如在根据图1至4中的实施方式示出的那样。所显示的压印材料6'例如可为稳定的但可压印的薄膜。

压印元件8还可如此实施，即，尤其通过来自线状喷嘴或者沿着线布置的多个点状的喷嘴的气流实现无接触的力传递。

可从图7中得悉，印模1固定在夹紧板条4、4'处通过印模1夹紧在两个扁平型材14、15之间实现。用于夹紧所需的夹紧力通过固定器件16(在此螺丝)产生。

参考标号列表

1 印模

2 印模面

2e 纳米结构

2o 压印侧

2u 加载侧

3 框架

4,4' 夹紧板条

5 结构印模

6,6' 压印材料

6o 压印面

6u 背侧

7 基板

8 压印元件

9,9' 引导板条

10,10' 夹紧侧

11 保持框架

12 弹簧

14 扁平型材

15 扁平型材

16 固定器件。

Claims (16)

1.一种结构印模(5)，带有

－具有微结构化和/或纳米结构化的印模面(2)的柔性印模(1)，印模面(2)用于将与所述印模面(2)对应的压印结构压印在压印面(6o)上，

－框架(3)，其用于夹紧所述印模(1)，

其特征在于，所述印模(1)如此柔性地来构造，即，所述印模(1)可借助于压印元件(8)利用线性力伸展超出由所述框架(3)限定的表面平面。

2.根据权利要求1所述的结构印模(5)，其特征在于，所述印模(1)在所述框架(3)的相对而置的至少两个夹紧侧(10,10')处夹紧。

3.根据权利要求2所述的结构印模(5)，其特征在于，所述印模(1)在所述框架(3)的相对而置的至少两个夹紧侧(10,10')处以利用弹簧(12)弹性加载的方式夹紧。

4.根据权利要求2所述的结构印模(5)，其特征在于，所述印模(1)在所述框架(3)的相对而置的至少两个夹紧侧(10,10')处借助于布置在相对而置的两个侧部处的两个夹紧板条(4,4')夹紧。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的结构印模(5)，其特征在于，所述框架(3)具有相对而置地伸延的两个引导板条(9,9')以用于沿着印模(1)的加载侧(2u)引导压印元件(8)，加载侧(2u)沿着所述印模(1)的背对所述印模面(2)的侧部来布置。

6.根据权利要求5所述的结构印模，其特征在于，这两个引导板条(9,9')彼此平行地伸延。

7.根据权利要求5所述的结构印模，其特征在于，所述压印元件(8)是压印辊子。

8.根据权利要求5所述的结构印模，其特征在于，所述表面平面通过所述引导板条(9,9')限定。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的结构印模，其特征在于，所述印模(1)由载体和在该载体之上模制或热压印的印模层形成。

10.根据权利要求9所述的结构印模(5)，其特征在于，所述印模层是并非仅仅弹性体的印模层。

11.根据权利要求1-4中任一项所述的结构印模，其特征在于，带有保持框架(11)，其在框架(3)的背对所述印模面(2)的侧部处容纳所述框架(3)。

12.根据权利要求1-4中任一项所述的结构印模，其特征在于，带有沿着所述框架(3)引导的压印元件(8)。

13.根据权利要求12所述的结构印模，其特征在于，所述压印元件(8)如此在所述保持框架(11)和所述框架(3)之间来引导，即，所述压印元件(8)可沿着所述印模(1)来引导，并且印模(1)在此构造成利用压印力来加载。

14.根据权利要求13所述的结构印模(5)，其特征在于，所述压印元件(8)在所述保持框架(11)和所述框架(3)之间平行于相对而置的夹紧侧(4,4')来引导。

15.一种用于将压印图案压印在压印面(6o)上的装置，带有以下特征：

－印模容纳部，其用于容纳根据权利要求1-14中任一项所述的结构印模(5)且使之运动，

－压印材料容纳部，其用于相对于所述结构印模(5)容纳和布置压印材料(6)，

－压印元件驱动部，其用于使压印元件(8)沿着所述结构印模(5)运动。

16.一种用于将压印图案压印在压印材料的压印面上的方法，带有以下步骤：

－相对于压印材料布置根据权利要求1至13中任一项所述的结构印模的印模面，

－使压印元件沿着结构印模运动，在此，利用线性力加载所述结构印模，并且在此通过利用所述印模面加载压印材料来压印压印材料。

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