專利名稱：漣漪結(jié)構(gòu)薄膜與具有該結(jié)構(gòu)的模具制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種漣漪結(jié)構(gòu)以及模具的制造方法，特別是涉及一種利用彈性薄膜的應(yīng)變而形成的一種微/納米等級的漣漪結(jié)構(gòu)，進(jìn)而利用具有該漣漪結(jié)構(gòu)的彈性薄膜來制作模具的一種漣漪結(jié)構(gòu)薄膜與具有該結(jié)構(gòu)的模具制造方法。
背景技術(shù)：
微/納米等級的結(jié)構(gòu)，在光學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，例如液晶顯示器的背光模塊、光柵式生物醫(yī)學(xué)檢測芯片等。一般說來，微/納米等級的結(jié)構(gòu)都是采用超精密加工、能量束(激光、電子束)微影配合干刻蝕然后形成微/納米等級的結(jié)構(gòu)，最后再利用電鑄翻模以形成具有微/納米結(jié)構(gòu)的模具。
然而，面對復(fù)雜形狀的時(shí)候，如圓錐體或波形結(jié)構(gòu)(正、余弦波)時(shí)，利用前述的方法就會受到限制或者是工藝相當(dāng)復(fù)雜，且成本高昂。此外，若能將微結(jié)構(gòu)的尺寸縮至數(shù)個(gè)微米內(nèi)，則該微結(jié)構(gòu)表面將會具有疏水功效，可應(yīng)用于抗污的家庭用品。而在特征尺寸縮小至亞微米左右，則可應(yīng)用于微機(jī)電以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。如果特征尺寸縮小至200納米以下時(shí)，則可應(yīng)用于光學(xué)組件，如偏光片、抗反射模片等，其反射率可以小于1％。不過，制作復(fù)雜形狀或者是制作特征尺寸至微米、亞微米甚至納米等級微結(jié)構(gòu)的技術(shù)，目前為止，仍屬萌芽階段。因此經(jīng)濟(jì)、高效的大面積制作微結(jié)構(gòu)，是進(jìn)入市場的關(guān)鍵所在。
在現(xiàn)有技術(shù)中，如哈佛大學(xué)N.Bowden等人發(fā)表了一種利用等離子氧化的技術(shù)于彈性高分子材料制作漣漪結(jié)構(gòu)的方法(The controlled formation ofordered，sinusoidal structures by plasma oxidation of an elastomericpolymer，Appl.Phys.Lett.1999，75，2557.)，對一聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS，以下簡稱PDMS)進(jìn)行加熱，然后利用氧等離子使其表面氧化以形成一硅化物層(Silicate layer)。之后再將PDMS材料進(jìn)行冷卻使其收縮，利用收縮的應(yīng)力將該硅化物層形成漣漪結(jié)構(gòu)。再利用電鑄翻模制造金屬膜，再轉(zhuǎn)貼于滾筒模具上。然而，此技術(shù)由于利用熱應(yīng)變來使PDMS表面形成漣漪結(jié)構(gòu)，受到PDMS的高分子玻璃轉(zhuǎn)移溫度的影響，溫度不能太高，也因?yàn)闇囟炔荒芴?，利用熱?yīng)變產(chǎn)生的漣漪結(jié)構(gòu)的特征尺寸，其周期在數(shù)微米至數(shù)十微米之間，而且深寬比不高，而溫度的控制也是影響該微結(jié)構(gòu)精度的問題。此外，在制作滾筒模具時(shí)還要通過轉(zhuǎn)貼(Bonding)才可以形成模具，制作程序復(fù)雜且成本高昂。
綜合上述，亟需一種漣漪結(jié)構(gòu)薄膜與具有該結(jié)構(gòu)的模具制造方法來解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種漣漪結(jié)構(gòu)薄膜與具有該結(jié)構(gòu)的模具制造方法，利用彈性薄膜的應(yīng)變，并于其表面形成一薄膜層，通過釋放應(yīng)力使該彈性薄膜表面形成漣漪結(jié)構(gòu)，達(dá)到簡化制造流程以形成精密的漣漪結(jié)構(gòu)的目的。
本發(fā)明的次要目的是提供一種漣漪結(jié)構(gòu)薄膜與具有該結(jié)構(gòu)的模具制造方法，利用具有漣漪結(jié)構(gòu)的彈性薄膜制作模具，達(dá)到可以大量生產(chǎn)以及降低成本的目的。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種漣漪結(jié)構(gòu)薄膜的制造方法，其包括有下列步驟首先，提供一彈性薄膜。然后，提供一拉伸力將該彈性薄膜拉伸到固定的應(yīng)變，以形成一應(yīng)變薄膜。接著，于該應(yīng)變薄膜上形成一薄膜層。最后，釋放該拉伸力，使該彈性薄膜表面上形成有一漣漪結(jié)構(gòu)。
所述的彈性薄膜可為一高分子材料。例如一聚二甲基硅氧烷材料。
所述的薄膜層為一異質(zhì)薄膜，其為一具有高彈性系數(shù)的薄膜，例如金屬材料或者是陶瓷材料。該金屬材料可為金或者是鈦。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明還提供一種具有漣漪結(jié)構(gòu)的平板模具的制造方法，其包括有下列步驟首先，提供一彈性薄膜。然后，提供一拉伸力將該彈性薄膜拉伸到固定的應(yīng)變，以形成一應(yīng)變薄膜。接著，于該應(yīng)變薄膜上形成一薄膜層。隨后，釋放該拉伸力，使該彈性薄膜表面上形成有一漣漪結(jié)構(gòu)。最后，利用一制模程序，利用具有該漣漪結(jié)構(gòu)的薄膜制作一平板模具。
所述的應(yīng)變薄膜的拉伸應(yīng)變量為30％至110％。該漣漪結(jié)構(gòu)的波長介于500納米至6000納米。該漣漪結(jié)構(gòu)的振幅介于50納米至1900納米。
所述的制模程序?yàn)橐浑婅T翻模方式，其包括有下列步驟首先，制作與該漣漪結(jié)構(gòu)相反的一母模。然后，沉積一材料層于該母模上，然后與該母模脫離以形成該平板模具。
所述的材料層可選擇為一鎳、銅、鎳合金、銅合金其中之一。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明還提供一種具有漣漪結(jié)構(gòu)的滾筒模具的制造方法，其包括有下列步驟首先，提供一滾輪。然后，于該滾輪的壁面上形成一彈性薄膜。接著，提供一拉伸力將該彈性薄膜拉伸到固定的應(yīng)變，以形成一應(yīng)變薄膜。隨后，于該應(yīng)變薄膜上形成一薄膜層。接下來，釋放該拉伸力，使該彈性薄膜表面上形成有一漣漪結(jié)構(gòu)。最后，利用一制模程序，利用具有該漣漪結(jié)構(gòu)的滾輪制作一滾筒模具。
所述的制模程序?yàn)閮纱坞婅T翻模方式。其包括有下列步驟首先，提供一套筒，并將該滾輪置入于該套筒內(nèi)。然后，形成一第一材料層介于該套筒內(nèi)壁與該漣漪結(jié)構(gòu)之間，以制作具有與該漣漪結(jié)構(gòu)相反的一母模。接著，去除該彈性材料層。最后，沉積一第二材料層于該滾輪與該母模之間，然后與該母模脫離以形成該滾筒模具。
所述的應(yīng)變薄膜的拉伸應(yīng)變量為5～24％。
所述的漣漪結(jié)構(gòu)的波長為2200～11200納米。該漣漪結(jié)構(gòu)的振幅為990～5800納米。
所述的滾輪的截面可選擇為圓形、方形、三角形以及多邊形其中之一。
本發(fā)明的漣漪結(jié)構(gòu)為具有周期性的波形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于光學(xué)組件、日常用品、生物芯片以及偏光片等領(lǐng)域。利用該具有該漣漪結(jié)構(gòu)的彈性薄膜來制造模具，以大量生產(chǎn)具有該結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，可大量生產(chǎn)且成本低廉。


圖1為本發(fā)明漣漪結(jié)構(gòu)薄膜制造方法較佳實(shí)施例流程圖。
圖2為本發(fā)明漣漪結(jié)構(gòu)波形示意圖。
圖3A至圖3H為本發(fā)明具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法的第一較佳實(shí)施例示意圖。
圖4A至圖4H為本發(fā)明具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法的第二較佳實(shí)施例示意圖。
其中，附圖標(biāo)記
2-漣漪結(jié)構(gòu)薄膜制造方法20～23-流程30-彈性薄膜 301-應(yīng)變薄膜31-薄膜層 32-漣漪結(jié)構(gòu)33-母模 34-材料層4-滾輪50-彈性薄膜501-應(yīng)變薄膜 51-薄膜層52-漣漪結(jié)構(gòu) 53-第一材料層55-空間 56-第二材料層6-套筒具體實(shí)施方式
為對本發(fā)明的特征、目的及功能有進(jìn)一步的認(rèn)知與了解，下文將對本發(fā)明的相關(guān)詳細(xì)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)的理念原由進(jìn)行說明，詳細(xì)說明陳述如下請參閱圖1所示，該圖為本發(fā)明漣漪結(jié)構(gòu)薄膜制造方法較佳實(shí)施例流程圖。該漣漪結(jié)構(gòu)薄膜制造方法包括有下列步驟首先如步驟20所示，提供一彈性薄膜，該彈性薄膜可為一高分子材料，例如聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS，以下簡稱PDMS)，但不以此為限。接著進(jìn)行步驟21，提供一拉伸力將該彈性薄膜拉伸到固定的應(yīng)變，以形成一應(yīng)變薄膜。然后，進(jìn)行步驟22，于該應(yīng)變薄膜上形成一薄膜層，在本實(shí)施例中，形成該薄膜層的方式可利用蒸鍍的方式，但不以此為限。該薄膜層可為一異質(zhì)納米薄膜，可具有高彈性系數(shù)的材料，如金屬材料或者是陶瓷材料。所謂異質(zhì)，即該薄膜層的材料與該彈性薄膜的材料不同。在本實(shí)施例中，該金屬材料為金或者是鈦，但不以此為限。
最后，再進(jìn)行步驟23，釋放該拉伸力，使該彈性薄膜表面上形成有一漣漪結(jié)構(gòu)。請參閱圖2所示，該圖為本發(fā)明漣漪結(jié)構(gòu)波形示意圖。該漣漪結(jié)構(gòu)即為具有波長以及周期的弦波函數(shù)，例如正弦或者是余弦函數(shù)等，但不限于此。
該漣漪結(jié)構(gòu)可大量應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、光電甚至家用領(lǐng)域的產(chǎn)品。但是由于該漣漪結(jié)構(gòu)以高分子材料鍍膜所以結(jié)構(gòu)脆弱，無法用于模具之中。因此接下來，本發(fā)明提供一種利用該漣漪結(jié)構(gòu)薄膜來制造模具的方法。請參閱圖3A至圖3H所示，該圖為本發(fā)明具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法的第一較佳實(shí)施例示意圖。在本實(shí)施例中，利用該漣漪結(jié)構(gòu)薄膜以電鑄翻模的技術(shù)來制作一平板模具，以供大量制造使用。
首先如圖3A所示，提供一彈性薄膜30，該彈性薄膜30可為一高分子材料，例如PDMS材料。然后如圖3B所示，提供一拉伸力F將該彈性薄膜30拉伸到固定的應(yīng)變，以形成一應(yīng)變薄膜301。該應(yīng)變薄膜301的拉伸應(yīng)變量的范圍可為30％至110％。接著，如圖3C所示，于該應(yīng)變薄膜301上形成一薄膜層31，在本實(shí)施例中，形成該薄膜層31的方式可利用蒸鍍的方式，但不限于此。該薄膜層31可為一異質(zhì)納米薄膜，可為具有高彈性系數(shù)的材料，如金屬材料或者陶瓷材料。在本實(shí)施例中，該金屬材料為金或者是鈦，但不限于此。
接下來，如圖3D所示，釋放該拉伸力F，使該彈性薄膜30表面上形成有一漣漪結(jié)構(gòu)32，該漣漪結(jié)構(gòu)32的波長介于500納米至6000納米，振幅介于50納米至1900納米。之后，如圖3E所示，于該漣漪結(jié)構(gòu)32上形成一母模33，該母模33上的結(jié)構(gòu)與該漣漪結(jié)構(gòu)32相反。然后，如圖3F所示，去除該漣漪結(jié)構(gòu)32以及該彈性薄膜30，而得到該母模33。如圖3G所示，再利用該母模33，于上面電鑄一材料層34，該材料層34的材料可為金屬材料，該金屬材料可選擇為鎳、銅、鎳合金或者是銅合金等。最后，在進(jìn)行如圖3H所示的步驟，去除該母模33，以取得由該材料層34所形成的一平板模具。由于該平板模具為金屬材料，因此適合作為大量制造所使用的模具。
接下來說明，利用漣漪結(jié)構(gòu)制作滾筒模具的結(jié)構(gòu)，請參閱圖4A至圖4H所示，該圖為本發(fā)明具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法的第二較佳實(shí)施例示意圖。首先如圖4A所示，提供一真圓度、平行度以及表面粗糙度較佳的金屬滾輪4。然后如圖4B所示，將PDMS材料均勻旋鍍于該金屬滾輪4的表面上，待該P(yáng)DMS材料交聯(lián)硬化后，形成軟性的一彈性薄膜50。在本實(shí)施例中，該金屬滾輪4的截面雖為圓形，但其截面也可為一多邊形，如三角形、四邊形等。
接下來如圖4C所示，提供一拉伸力F將該彈性薄膜50拉伸到固定的應(yīng)變，以形成一應(yīng)變薄膜501，在本實(shí)施例中，該應(yīng)變薄膜的拉伸應(yīng)變量為5％～24％，在此應(yīng)變條件下，可形成較佳的漣漪結(jié)構(gòu)，至于拉伸應(yīng)變的范圍可根據(jù)彈性材料而定，因此不管范圍有多大，皆在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。然后于該應(yīng)變薄膜501上形成一薄膜層51，在本實(shí)施例中，形成該薄膜層51的方式可利用蒸鍍的方式，但不限于此。該薄膜層51可為一異質(zhì)納米薄膜，為可具有高彈性系數(shù)的材料，如金屬材料或者是陶瓷材料。在本實(shí)施例中，該金屬材料為金或者是鈦，但不限于此。
接著如圖4D所示，釋放該拉伸力F，使該彈性薄膜50表面上形成有一漣漪結(jié)構(gòu)52，該漣漪結(jié)構(gòu)52的周期為2200納米至11200納米，而振幅為990納米至5800納米。接下來進(jìn)行一制模步驟，利用兩次電鑄翻模將具有該漣漪結(jié)構(gòu)的滾輪制作一滾筒模具。請參閱圖4E所示，提供一套筒6，并將該滾輪4置入于該套筒6內(nèi)，然后形成一第一材料層53介于該套筒4內(nèi)壁與該漣漪結(jié)構(gòu)52之間。請參閱圖4F所示，接著去除該彈性薄膜以及該漣漪結(jié)構(gòu)，使該第一材料層形成與該漣漪結(jié)構(gòu)52相反的一母模，此時(shí)在該滾輪4表面與該母膜之間，因?yàn)镻DMS及該漣漪結(jié)構(gòu)被去除，所以形成有一空間55。之后，如圖4G所示，在該空間內(nèi)以電鑄方式形成一第二材料層56，該第二材料層56可選擇為一鎳、銅、鎳合金、銅合金其中之一。之后將該母膜的材料去除。最后，如圖4H所示，使該滾筒與該套筒6脫離以形成滾筒模具，該模具的結(jié)構(gòu)即與漣漪結(jié)構(gòu)相同。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，當(dāng)不能以之限制本發(fā)明范圍。即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等效變化及修改，仍不脫離本發(fā)明的范圍，都應(yīng)視為本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例。
綜合上述，本發(fā)明提供的裝置具有工藝簡單、特征尺寸小以及可大量生產(chǎn)以降低成本的優(yōu)點(diǎn)，因此足以滿足工業(yè)需求，可進(jìn)一步提高產(chǎn)業(yè)的競爭力，已符合專利法所規(guī)定的申請發(fā)明所需具備的條件。
權(quán)利要求
1.一種漣漪結(jié)構(gòu)薄膜的制造方法，其特征在于，包括有下列步驟提供一彈性薄膜；提供一拉伸力將該彈性薄膜拉伸到固定的應(yīng)變，以形成一應(yīng)變薄膜；于該應(yīng)變薄膜上形成一薄膜層；以及釋放該拉伸力，使該彈性薄膜表面上形成有一漣漪結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的漣漪結(jié)構(gòu)薄膜的制造方法，其特征在于，該彈性薄膜可為一高分子材料。
3.如權(quán)利要求2所述的漣漪結(jié)構(gòu)薄膜的制造方法，其特征在于，該高分子材料為一聚二甲基硅氧烷。
4.如權(quán)利要求1所述的漣漪結(jié)構(gòu)薄膜的制造方法，其特征在于，該薄膜層為一異質(zhì)薄膜。
5.如權(quán)利要求4所述的漣漪結(jié)構(gòu)薄膜的制造方法，其特征在于，該異質(zhì)薄膜可選擇為一金屬材料以及一陶瓷材料其中之一。
6.一種具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，包括有下列步驟提供一彈性薄膜；提供一拉伸力將該彈性薄膜拉伸到固定的應(yīng)變，以形成一應(yīng)變薄膜；于該應(yīng)變薄膜上形成一薄膜層；釋放該拉伸力，使該彈性薄膜表面上形成有一漣漪結(jié)構(gòu)；以及利用一制模程序，利用具有該漣漪結(jié)構(gòu)的薄膜制作一模具。
7.如權(quán)利要求6所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該模具為一平板模具。
8.如權(quán)利要求7所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該應(yīng)變薄膜的拉伸應(yīng)變量為30％至110％。
9.如權(quán)利要求7所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該漣漪結(jié)構(gòu)的波長介于500納米至6000納米。
10.如權(quán)利要求7所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該漣漪結(jié)構(gòu)的振幅介于50納米至1900納米。
11.如權(quán)利要求7所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該制模程序?yàn)橐浑婅T翻模方式，其包括有下列步驟制作與該漣漪結(jié)構(gòu)相反的一母模；以及沉積一材料層于該母模上，然后與該母模脫離以形成該平板模具。
12.如權(quán)利要求11所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該材料層可選擇為鎳、銅、鎳合金、銅合金其中之一。
13.如權(quán)利要求6所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該彈性薄膜可為一高分子材料。
14.如權(quán)利要求13所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該高分子材料為一聚二甲基硅氧烷。
15.如權(quán)利要求6所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該薄膜層為一異質(zhì)薄膜。
16.如權(quán)利要求15所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該異質(zhì)薄膜可選擇為金屬材料以及陶瓷材料其中之一。
17.如權(quán)利要求6所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該彈性薄膜形成于一滾輪上，且該模具為一滾筒模具。
18.如權(quán)利要求17所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該應(yīng)變薄膜的拉伸應(yīng)變量為5～24％。
19.如權(quán)利要求17所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該漣漪結(jié)構(gòu)的波長為2200～11200納米。
20.如權(quán)利要求17所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該漣漪結(jié)構(gòu)的振幅為990～5800納米。
21.如權(quán)利要求17所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該制模程序?yàn)閮纱坞婅T翻模方式。
22.如權(quán)利要求21所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該兩次電鑄翻模方式還包括有下列步驟提供一套筒，并將該滾輪置入于該套筒內(nèi)；形成一第一材料層介于該套筒內(nèi)壁與該漣漪結(jié)構(gòu)之間，以制作具有與該漣漪結(jié)構(gòu)相反的一母模；去除該彈性材料層；以及沉積一第二材料層于該滾輪與該母模之間，然后與該母模脫離以形成該滾筒模具。
23.如權(quán)利要求17所述的具有漣漪結(jié)構(gòu)的模具的制造方法，其特征在于，該滾輪的截面可選擇為圓形、方形、三角形以及多邊形其中之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種漣漪結(jié)構(gòu)薄膜與具有該結(jié)構(gòu)的模具制造方法，包括有下列步驟提供一彈性薄膜；提供一拉伸力將該彈性薄膜拉伸到固定的應(yīng)變，以形成一應(yīng)變薄膜；于該應(yīng)變薄膜上形成一薄膜層；以及釋放該拉伸力，使該彈性薄膜表面上形成有一漣漪結(jié)構(gòu)。利用該結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于光學(xué)組件、日常用品、生物芯片以及偏光片等領(lǐng)域。本發(fā)明還利用電鑄翻模的技術(shù)，利用該具有該漣漪結(jié)構(gòu)的彈性薄膜來制造模具，以批量生產(chǎn)具有該結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，可大量生產(chǎn)且成本低廉。
文檔編號B81B3/00GK1994859SQ200510137668
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者林清彬, 林宏彝, 楊文華, 薛人豪 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院