DE102015120535A1 - Apparatus and method for producing a double-sided microstructured film - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer beidseitig mikrostrukturierten Folie (13) sowie eine nach dem Verfahren hergestellte beidseitig mikrostrukturierte Folie (13). Die Vorrichtung umfasst:
– eine Beschichtungseinheit (20), mit der ein UV-aushärtbares Material (21) beidseitig auf eine Folie auftragbar ist;
– einen drehbaren ersten Walzenkörper (4) mit einer Mikrostruktur auf seiner Walzenoberfläche (2), wobei der erste Walzenkörper (4) so angeordnet ist, dass die Walzenoberfläche (2) die Mikrostruktur auf einer ersten Folienseite der beschichteten Folie (12) aufprägen kann;
– einen drehbaren zweiten Walzenkörper (5) mit einer Mikrostruktur auf seiner Walzenoberfläche (2), wobei der zweite Walzenkörper (5) so angeordnet ist, dass die Walzenoberfläche (2) die Mikrostruktur auf einer zweiten Folienseite der beschichteten Folie (12) aufprägen kann; und
– zumindest eine den Walzenkörpern (4,5) zugeordnete UV-Strahlungsquelle (3).The invention relates to a device and a method for producing a film microstructured on both sides (13) as well as a film microstructured on both sides produced by the method (13). The device comprises:
- A coating unit (20) with which a UV-curable material (21) can be applied to both sides of a film;
- a rotatable first roll body (4) having a microstructure on its roll surface (2), the first roll body (4) being arranged so that the roll surface (2) can impress the microstructure on a first sheet side of the coated sheet (12);
- A rotatable second roller body (5) having a microstructure on its roll surface (2), wherein the second roller body (5) is arranged so that the roller surface (2) can impart the microstructure on a second film side of the coated film (12); and
- At least one of the roller bodies (4,5) associated with UV radiation source (3).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer beidseitig mikrostrukturierten Folie sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Folie.The invention relates to a device and a method for producing a film microstructured on both sides as well as a film produced by the process.
Technologischer HintergrundTechnological background
Oberflächen von biegsamen Trägermaterialien kontrolliert mit feinen, definierten Strukturen zu versehen, ist von großer Bedeutung in vielen technologischen Anwendungen, wie beispielsweise in der flexiblen Elektronik, der Mikrofluidik, bei elektronischen Schaltungen oder Herstellung flexibler Displays. Die Skala, auf der diese Oberflächen präzise hergestellt werden sollen, reicht dabei bis zur Mikroskala. Dann spricht man von Mikrostrukturen. Eine besondere Aufgabe ist es dabei, biegsame Trägermaterialien beidseitig mit hoher Überdeckungsgenauigkeit herzustellen. Controlling the surfaces of flexible substrates with fine, defined structures is of great importance in many technological applications, such as in flexible electronics, microfluidics, in electronic circuits or in the production of flexible displays. The scale on which these surfaces are to be produced precisely extends to the micro-scale. Then one speaks of microstructures. A special task is to produce flexible substrates on both sides with high coverage accuracy.
In
Gegenwärtige Anwendungen, die eine hohe Überdeckungsgenauigkeit im Rolle-zu-Rolle-Produktion erfordern, sind: Herstellung flexibler Displays, elektronische Schaltungen auf flexiblen Träger und flexible Elektronik. Current applications requiring high coverage accuracy in roll-to-roll production include: manufacturing flexible displays, flexible-carrier electronic circuits, and flexible electronics.
Gegenwärtige Verfahren zur Erzielung einer hohen Überdeckungsgenauigkeit beinhalten die Fixierung einer Folie auf einem steifen Substrat mit nachfolgender Prozessierung und Ablösung der Folie vor der Nutzung (Display). Current methods for achieving high registration accuracy include fixing a film to a rigid substrate with subsequent processing and release of the film prior to use (display).
In
Bekannte Techniken der Herstellung von Oberflächenstrukturen durch Belichtung sind in
Grundlegende Methoden zur Mikrostrukturierung unter Nutzung von photohärtbaren Materialien und planen oder zylindrischen Masken sind in
Die Herstellung eine Überdeckungsgenauigkeit beim UV-Härten von Photopolymeren mit UV-Licht wird in
Die üblicherweise durchgeführte Vorgehensweise der Härtung von photohärtbaren Materialien über ein UV-transparentes Substrat während des Kontaktes mit einem mikrostrukturierten Metallzylinder ist beispielhaft in
In
Die Strukturübertragung durch Aushärtung eines photohärtbaren Materials zur Herstellung von Mustern auf ebenen Substraten ist in
In
Gegenwärtige technologische Fortschritte orientieren auf die Übertragung von Produktionsprozessen auf flexible Substrate, um Kosten zu sparen, Produkte leichter zu gestalten und die Flexibilität für die Nutzung zu gewährleisten. Zunächst müssen hierfür die Standardprozesse wie Schichtabscheidung, Ätzen und Strukturdefinition auf flexible Substrate übertragen werden. Die Standardlösung der Dünnschichttechnik, die Verknüpfung von Schichtabscheidung, Fotolithografie und Ätzen birgt bereits beträchtliche Herausforderungen für den Rolle-zu-Rolle Betrieb. Current technological advances focus on transferring production processes to flexible substrates to save costs, simplify products, and ensure flexibility of use. First of all, the standard processes such as layer deposition, etching and structure definition have to be transferred to flexible substrates. The standard solution of thin-film technology, the combination of layer deposition, photolithography and etching already poses considerable challenges for roll-to-roll operation.
Besondere Herausforderungen werden an die Strukturdefinition gestellt, die nicht nur durch die Auflösung sondern auch durch die Überdeckungsgenauigkeit charakterisiert ist. Particular challenges are placed on the structure definition, which is characterized not only by the resolution but also by the overlap accuracy.
In
Die üblicherweise sequenziell nacheinander erfolgende Mikrostrukturierung durch Kopiertechniken wie Drucken, Lithographie oder Prägen erfordert eine erneute Ausrichtung von Substrat und Kopiermaster z. B. bei jedem Strukturierungsschritt. Hierbei ist auch die Berücksichtigung von Veränderungen des Trägers, beispielsweise der Folie, erforderlich; Dimensionsveränderungen des Trägers bewirken Lageveränderungen der Referenz- oder Funktionsstruktur und haben damit wesentlichen Einfluss auf die Funktionalität.The usually sequential successive microstructuring by copying techniques such as printing, lithography or embossing requires a reorientation of substrate and copy master z. B. at each structuring step. Here, the consideration of changes in the carrier, such as the film is required; Dimensional changes of the carrier cause changes in the position of the reference or functional structure and thus have a significant influence on the functionality.
Diese Veränderungen des Trägers können u. a. durch mechanische oder thermische Einflüsse hervorgerufen werden, wie Sie beim Prägen auftreten.These changes of the wearer can u. a. caused by mechanical or thermal influences, as you experience during embossing.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Ein oder mehrere der geschilderten Nachteile des Standes der Technik werden mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer beidseitig mikrostrukturierten Folie gelöst oder zumindest gemindert. Dazu umfasst die Vorrichtung:
- – eine Beschichtungseinheit, mit der ein UV-aushärtbares Material beidseitig auf eine Folie auftragbar ist;
- – einen drehbaren ersten Walzenkörper mit einer Mikrostruktur auf seiner Walzenoberfläche, wobei der erste Walzenkörper so angeordnet ist, dass die Walzenoberfläche die Mikrostruktur auf einer ersten Folienseite der beschichteten Folie aufprägen kann;
- – einen drehbaren zweiten Walzenkörper mit einer Mikrostruktur auf seiner Walzenoberfläche, wobei der zweite Walzenkörper so angeordnet ist, dass die Walzenoberfläche die Mikrostruktur auf einer zweiten Folienseite der beschichteten Folie aufprägen kann; und
- – zumindest eine den Walzenkörpern zugeordnete UV-Strahlungsquelle.
- A coating unit with which a UV-curable material can be applied to a film on both sides;
- A rotatable first roll body having a microstructure on its roll surface, wherein the first roll body is arranged so that the roll surface can impress the microstructure on a first sheet side of the coated sheet;
- A rotatable second roll body having a microstructure on its roll surface, wherein the second roll body is arranged so that the roll surface can impart the microstructure on a second sheet side of the coated sheet; and
- - At least one roller bodies associated with the UV radiation source.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Vorder- und Rückseite einer beschichteten Folie gleichzeitig mit Mikrostrukturen mit hoher Überdeckungsgenauigkeit aus einem UV-aushärtbaren Material präpariert werden können, wenn dabei zwei Walzenkörper mit jeweils vorgegebenen Mikrostrukturen auf deren Walzenoberfläche zur Verfügung gestellt werden. Die erzeugten Mikrostrukturen werden dabei unmittelbar nach ihrer Ausformung mittels UV-Licht ausgehärtet. The invention is based on the finding that the front and back of a coated film can be prepared simultaneously with microstructures with high coverage accuracy from a UV-curable material, if two roll bodies are provided with respective predetermined microstructures on the roll surface. The microstructures produced are hardened immediately after their formation by means of UV light.
Die Vorrichtung umfasst eine Beschichtungseinheit, mit der ein UV-aushärtbares Material beidseitig auf eine Folie auftragbar ist. Die Beschichtungseinheit hat also die Aufgabe, das UV-aushärtbare Material auf Vorder- und Rückseite der Folie aufzutragen. Dazu wird die Folie vorzugsweise vorbehandelt, um eine bessere Haftung des aufzutragenden Materials an deren Oberflächen zu gewährleisten. Die Vorbehandlung kann dabei beispielsweise eine Reinigung und Aktivierung der Oberflächen durch Koronaentladung umfassen.The device comprises a coating unit with which a UV-curable material can be applied to a film on both sides. The coating unit thus has the task of applying the UV-curable material on the front and back of the film. For this purpose, the film is preferably pretreated to ensure better adhesion of the material to be applied to their surfaces. The pretreatment may include, for example, a cleaning and activation of the surfaces by corona discharge.
Die Beschichtungseinheit umfasst dazu beispielsweise zwei Walzen, die mit dem aufzutragenden Material benetzt sind. Die Position der beiden Walzen ist dabei so gewählt, dass die Folienober- und Unterseite jeweils von einer Walze beschichtbar ist. Je nach Aufgabenstellung bzw. Anforderung an das Endprodukt können beide Seiten der Folie mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien benetzt werden. Über die Beschichtungseinheit ist zudem die Dicke der Beschichtung einstellbar und kann den Dimensionen der aufzuprägenden Strukturen entsprechend angepasst werden. Gegebenenfalls kann die Schichtdicke auf beiden Seiten der Folie unterschiedlich hoch sein.For this purpose, the coating unit comprises, for example, two rollers which are connected to the wetted material are wetted. The position of the two rollers is chosen so that the upper and lower side of the film can each be coated by a roller. Depending on the task or requirement for the end product, both sides of the film can be wetted with different coating materials. In addition, the thickness of the coating can be adjusted via the coating unit and can be adapted accordingly to the dimensions of the structures to be applied. Optionally, the layer thickness on both sides of the film may be different.
Die Folie kann beispielsweise aus einem flexiblen Kunststoffmaterial geformt sein und aufgewickelt auf einer Rolle bereitgestellt werden.For example, the foil may be formed from a flexible plastic material and provided wound up on a roll.
Das Beschichtungsmaterial enthält eine UV-aushärtbare Komponente und sogenannten Photoinitiatoren. Das Beschichtungsmaterial kann darüber hinaus Additive, Füllstoffe, Pigmente, etc. enthalten.The coating material contains a UV-curable component and so-called photoinitiators. The coating material may further contain additives, fillers, pigments, etc.
Als UV-aushärtbare Komponente eignen sich insbesondere organische Monomere und Oligomere, die eine für die freie radikalische oder kationische Polymerisation geeignete Funktionalität aufweisen. Durch UV-Bestrahlung wird die Polymerisationsreaktion zu hochmolekularen Polymersystemen eingeleitet. Suitable UV-curable components are, in particular, organic monomers and oligomers which have a functionality suitable for free-radical or cationic polymerization. UV irradiation initiates the polymerization reaction to high molecular weight polymer systems.
Als Polymerisationsmechanismus ist sowohl die freie radikalische Polymerisation als auch die kationische Polymerisation geeignet.As a polymerization mechanism, both the free radical polymerization and the cationic polymerization is suitable.
Für die strahleninitiierte (photoinitiierte) freie radikalische Polymerisation werden vorzugsweise als UV-aushärtbare (niedermolekulare) Komponenten Verbindungen eingesetzt, die der Klasse der Acrylate, Methacrylate, Acrylamide, Methacrylamide, Vinylverbindungen oder Styrolverbindungen zugeordnet sind. Die niedermolekularen Verbindungen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine radikalisch polymerisierbare Gruppe im Molekül aufweisen. Vernetzer sind Komponenten mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen im Molekül. Zusätzlich tragen die Komponenten mindestens eine weitere eigenschaftsbestimmende Funktionalität. Für den speziellen Fall der Acrylate mit der allgemeinen Struktur CH2=CH-COOR sowie Methacrylate mit der allgemeinen Struktur CH2=CH(CH3)-COOR ist die Art des Rests R mit eigenschaftsbestimmend. Sie können beispielsweise folgenden kommerziell verfügbaren Klassen zugehörig sein: aliphatische und aromatische Urethanacrylate, Polyetheracrylate, Polyesteracrylate, Epoxyacrylate, acrylische Acrylate, mono-, bi-, tri- oder multifunktionale Acrylate. For the radiation-initiated (photoinitiated) free radical polymerization, compounds which are assigned to the class of acrylates, methacrylates, acrylamides, methacrylamides, vinyl compounds or styrene compounds are preferably used as UV-curable (low molecular weight) components. The low molecular weight compounds are characterized in that they have at least one free-radically polymerizable group in the molecule. Crosslinkers are components having at least two polymerizable groups in the molecule. In addition, the components carry at least one other property-determining functionality. For the specific case of the acrylates with the general structure CH 2 = CH-COOR and methacrylates with the general structure CH 2 = CH (CH 3 ) -COOR, the nature of the radical R is characteristic of properties. They may, for example, belong to the following commercially available classes: aliphatic and aromatic urethane acrylates, polyether acrylates, polyester acrylates, epoxy acrylates, acrylic acrylates, mono-, bi-, tri- or multifunctional acrylates.
Die Photoinitiatoren, welche typischerweise einer Formulierung bis zu einem Anteil von 10% zugesetzt werden können, gehören im Fall der freien radikalischen Polymerisation u.a. folgenden Klassen an: Typ I-Photoinitiatoren (z.B. Benzoinderivate, Acetophenonderivate, Benzilketale, alpha-Hydroxyalkylphenone und alpha-Aminoalkylphenone, O-Acyl-alpha-oximinoketone, Acylphosphinoxide und Acylphosphonate, Peroxyverbindungen) und Typ II-Photoinitiatoren (z.B. Benzophenone, Xanthone und Thioxanthone, alpha-Ketocoumarine, aromatische 1,2-Diketone, Phenylglyoxylate).The photoinitiators, which may typically be added to a formulation up to a level of 10%, include in the case of free radical polymerization, among others. the following classes: type I photoinitiators (eg benzoin derivatives, acetophenone derivatives, benzil ketals, alpha-hydroxyalkylphenones and alpha-aminoalkylphenones, O-acyl-alpha-oximinoketones, acylphosphine oxides and acylphosphonates, peroxy compounds) and type II photoinitiators (eg benzophenones, xanthones and thioxanthones , alpha-ketocoumarine, aromatic 1,2-diketones, phenylglyoxylates).
Komponenten der Formulierungen für die photoinitiierte kationische Polymerisation sind Verbindungen aus der Klasse der cycloaliphatischen Epoxide (z.B. 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3’,4’-epoxycyclohexancarboxylat), Epoxide, epoxidierte Verbindungen wie beispielsweise epoxidiertes Leinöl, Vinylether, Polyole, Oxetane, Hydroxyverbindungen, Etherverbindungen und Siloxane. Diese verfügen über mindestens eine kationische polymerisierbare Gruppe. Analog zu der radikalischen Polymerisation wirken als Vernetzer Komponenten, die mindestens zwei polymerisierbare Gruppen aufweisen. Components of the formulations for the photo-initiated cationic polymerization are compounds from the class of cycloaliphatic epoxides (eg 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ', 4'-epoxycyclohexanecarboxylate), epoxides, epoxidized compounds such as epoxidized linseed oil, vinyl ethers, polyols, oxetanes, hydroxy compounds, Ether compounds and siloxanes. These have at least one cationic polymerizable group. Analogously to the free-radical polymerization, crosslinking agents are components which have at least two polymerizable groups.
Die Photoinitiatoren gehören im Fall der kationischen Photopolymerisation u.a. folgenden Verbindungsklassen an: Onium-Salze (Aryldiazoniumsalze, Diaryliodonium- und Triarylsulfoniumsalze, Phenacylsulfonium- und 4-Hydroxyphenylsulfoniumsalze, Sulfoxoniumsalze) und gemischte Ligand-Aren-Cyclopentadienyl-Metallsalze. Kationische und freie radikalische Polymerisation können in Hybridsystemen konkurrierend ablaufen.The photoinitiators include in the case of cationic photopolymerization u.a. the following classes of compounds: onium salts (aryldiazonium salts, diaryliodonium and triarylsulfonium salts, phenacylsulfonium and 4-hydroxyphenylsulfonium salts, sulfoxonium salts) and mixed ligand-arene-cyclopentadienyl metal salts. Cationic and free radical polymerization can compete in hybrid systems.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin (i) einen drehbaren ersten Walzenkörper mit einer Mikrostruktur auf seiner Walzenoberfläche, wobei der erste Walzenkörper so angeordnet ist, dass die Walzenoberfläche die Mikrostruktur auf einer ersten Folienseite der beschichteten Folie aufprägen kann, und (ii) einen drehbaren zweiten Walzenkörper mit einer Mikrostruktur auf seiner Walzenoberfläche, wobei der zweite Walzenkörper so angeordnet ist, dass die Walzenoberfläche die Mikrostruktur auf einer zweiten Folienseite der beschichteten Folie aufprägen kann. Mit anderen Worten, die Folie wird so durch die Vorrichtung geführt, dass die beiden Walzenoberflächen in Kontakt mit dem aufgetragenen Beschichtungsmaterial kommen und dadurch die Mikrostruktur in das noch nicht ausgehärtete Material einprägen. The apparatus further comprises (i) a rotatable first roll body having a microstructure on its roll surface, wherein the first roll body is arranged so that the roll surface can impress the microstructure on a first sheet side of the coated sheet, and (ii) a rotatable second roll body a microstructure on its roll surface, wherein the second roll body is arranged so that the roll surface can impart the microstructure on a second sheet side of the coated film. In other words, the film is passed through the device such that the two roll surfaces come into contact with the applied coating material and thereby impress the microstructure in the not yet cured material.
Zur Mikrostrukturierung der beschichteten Folie werden zwei Walzenkörper verwendet, die typischerweise eine Zylinderform aufweisen. Die aufgeprägte Mikrostruktur befindet sich dabei auf den Mantelflächen der Zylinder. For microstructuring the coated film, two roll bodies are used, which typically have a cylindrical shape. The impressed microstructure is located on the lateral surfaces of the cylinder.
Die Mikrostrukturierung von metallischen Walzenkörpern selbst kann dem Stand der Technik entnommen werden, siehe dazu insbesondere
Die Mikrostrukturen auf beiden Walzenkörpern können gleich oder verschieden sein. Mikrostrukturen umfassen insbesondere mikroskopisch feine, nur mit optischen Hilfsmitteln erkennbare Strukturen.The microstructures on both roll bodies may be the same or different. Microstructures include in particular microscopically fine structures that can only be identified with optical aids.
Die Vorrichtung umfasst ferner zumindest eine den Walzenkörpern zugeordnete UV-Strahlungsquelle. Eine UV-Strahlungsquelle wird insbesondere so angeordnet, dass der Kontaktbereich von Walzenkörperoberfläche und beschichteter Folie vom UV-Lichtfeld bestrahlt wird. Bei typischen Wellenlängen von 250 bis 370 nm kann die Bestrahlungsstärke im Kontaktbereich dabei beispielsweise 10 W/cm2 betragen. Die UV-Strahlungsquelle dient dazu, das zur Initialisierung der härtenden Polymerisationsreaktion benötigte UV-Licht zur Verfügung zu stellen. Durch die UV-Härtung ist eine sehr schnelle Abformung möglich, wie sie für die Mikrostrukturierung von Folien notwendig ist. Weiterhin ist der Energieeintrag für die Härtung nichtthermischer Art, so dass die Mikrostrukturierung bei Raumtemperatur erfolgen kann. Dadurch ist vorteilhafterweise kein Vorhalt infolge thermisch bewirkter Verschiebungen erforderlich, noch ist die Verzerrung der Struktur durch thermisch bedingte Verformungen im Träger der Strukturen zu erwarten.The device further comprises at least one UV radiation source associated with the roller bodies. In particular, a UV radiation source is arranged in such a way that the contact area between the roll body surface and the coated film is irradiated by the UV light field. At typical wavelengths of 250 to 370 nm, the irradiance in the contact region can be, for example, 10 W / cm 2 . The UV radiation source serves to provide the UV light needed to initialize the curing polymerization reaction. Due to the UV curing, a very fast impression is possible, as is necessary for the microstructuring of films. Furthermore, the energy input for the curing of non-thermal type, so that the microstructuring can be done at room temperature. As a result, advantageously no delay due to thermally induced displacements is required, nor is the distortion of the structure due to thermally induced deformations in the support of the structures to be expected.
Vorzugsweise sind die beiden Walzenkörper so zueinander angeordnet, dass die beiden Walzenoberflächen sich spiegelsymmetrisch bezüglich der zwischen den Walzenkörpern verlaufenden Folie gegenüberliegen. Mit anderen Worten, im Kontaktbereich ist jeder Punkt der Folie von den Zentren der Walzenkörper gleichweit entfernt. Hierdurch lassen sich die Mikrostrukturen auf beiden Seiten der Folie mit höchster Präzision gleichzeitig Einprägen. Ferner ist bevorzugt, wenn mindestens ein Walzenkörper aus einem UV-transparenten Material hergestellt ist. Insbesondere kann als UV-transparentes Material Quarzglas verwendet werden. Ferner kann der aus UV-transparentem Material bestehende Walzenkörper eine innerhalb dieses Walzenkörpers angeordnete UV-Strahlungsquelle aufweisen. Hierdurch kann das zum Aushärten notwendige UV-Licht unmittelbar an den Kontaktbereich der Walzenkörper mit dem Beschichtungsmaterial auf der Folie geleitet werden. Die erzeugten Mikrostrukturen werden also direkt nach ihrer Entstehung ausgehärtet. Es ist demnach bevorzugt, wenn die UV-Strahlungsquelle so orientiert ist, dass die UV-Strahlung auf einen Punkt des kürzesten Abstandes zu beiden Walzenoberflächen gerichtet ist. The two roller bodies are preferably arranged relative to one another in such a way that the two roller surfaces face each other mirror-symmetrically with respect to the film extending between the roller bodies. In other words, in the contact area, each point of the film is equidistant from the centers of the roller bodies. As a result, the microstructures on both sides of the film with the highest precision at the same time impress. It is further preferred if at least one roller body is made of a UV-transparent material. In particular, quartz glass can be used as the UV-transparent material. Furthermore, the roll body consisting of UV-transparent material can have a UV radiation source arranged within this roll body. As a result, the UV light necessary for curing can be conducted directly to the contact area of the roller bodies with the coating material on the film. The microstructures produced are thus cured directly after their formation. It is therefore preferred if the UV radiation source is oriented so that the UV radiation is directed to a point of the shortest distance to both roll surfaces.
Im Fall von aus Quarzglas bestehenden Walzenkörpern kann die Strukturierung der Oberfläche ebenfalls mit Hilfe von schichtabtragenden Ultrakurzpulslasern erfolgen. Auch andere Verfahren der Mikrostrukturierung wie Druckverfahren und/oder Wasser- oder Sandstrahlverfahren oder Ultraschallabtragverfahren sowie der Oberflächenglättung, z. B. Laserbestrahlung, chemisches Ätzen oder Flammpolieren, sind anwendbar.In the case of roll bodies consisting of quartz glass, the structuring of the surface can likewise be carried out with the aid of layer-removing ultrashort pulse lasers. Other methods of microstructuring such as printing and / or water or sandblasting or Ultraschallabtragverfahren and surface smoothing, z. As laser irradiation, chemical etching or flame polishing are applicable.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer beidseitig mikrostrukturierten Folie. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- a) Bereitstellen einer Vorrichtung der vorab geschilderten Ausführung;
- b) Beidseitiges Beschichten der Folie mit einem UV-aushärtbaren Material;
- c) Aufprägen einer Mikrostruktur auf einer ersten Folienseite mittels des ersten Walzenkörpers;
- d) Aufprägen einer Mikrostruktur auf einer zweiten Folienseite mittels des zweiten Walzenkörpers; und
- e) Aushärten der mikrostrukturierten Folie durch UV-Bestrahlung.
- a) providing a device of the above-described embodiment;
- b) coating the film with a UV-curable material on both sides;
- c) impressing a microstructure on a first side of the film by means of the first roll body;
- d) impressing a microstructure on a second side of the film by means of the second roller body; and
- e) curing of the microstructured film by UV irradiation.
Im Schritt a) wird demnach die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer beidseitig mikrostrukturierten Folie bereitgestellt. In step a), therefore, the above-described device according to the invention for producing a film microstructured on both sides is provided.
Die (gegebenenfalls vorpräparierte) Folie wird im Schritt b) einer Beschichtungseinheit zugeführt, die, wie oben bereits ausgeführt, aus zwei paarweise angeordneten drehbaren Walzen bestehen kann mit denen das Beschichtungsmaterial beidseitig auf die Folie aufgetragen wird. The (optionally pre-prepared) film is fed in step b) a coating unit, which, as already stated above, may consist of two pairs of rotatable rollers with which the coating material is applied to both sides of the film.
Die beschichtete Folie wird in Schritt c) beziehungsweise Schritt d) den beiden Walzenkörpern zugeführt und so in Kontakt mit den Walzenoberflächen gebracht, so dass die vorgegebene Struktur auf die beschichtete Folie aufgeprägt wird. The coated film is fed to the two roller bodies in step c) or step d) and thus brought into contact with the roller surfaces, so that the predetermined structure is impressed on the coated film.
Zum dauerhaften Erhalt der Mikrostruktur wird im Schritt e) die Oberflächenkontur der Folie durch photoinduzierte Polymerisation ausgehärtet. For permanent preservation of the microstructure, the surface contour of the film is cured by photoinduced polymerization in step e).
Das Verfahren ist in chronologischer Reihenfolge so geordnet, dass der Schritt e) des Aushärtens vorzugsweise unmittelbar nach oder zeitgleich mit dem Aufprägen der Mikrostrukturen im Schritt c) beziehungsweise Schritt d) erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, dass die von den Walzenoberflächen aufgeprägte Mikrostruktur ihre Form vor dem Aushärten nicht oder nur minimal ändert.The method is arranged in chronological order so that the step e) of curing preferably takes place immediately after or at the same time as the impressing of the microstructures in step c) or step d). This will ensure that from the roll surfaces imprinted microstructure does not or only minimally alters its shape before curing.
Vorzugsweise werden für das Hindurchführen durch die Walzenkörperoberflächen der beschichteten Folie Foliengeschwindigkeiten im Bereich von 10–3 m/s bis 2 m/s vorgegeben. Dieser Geschwindigkeitsbereich ist geeignet, um eine definierte Mikrostrukturierung zu gewährleisten.Film speeds in the range from 10 -3 m / s to 2 m / s are preferably specified for passing through the roll body surfaces of the coated film. This speed range is suitable to ensure a defined microstructuring.
Die Rotationsgeschwindigkeiten der beiden Walzenkörper werden miteinander synchronisiert. Die synchrone Bewegung der beiden Walzenkörper kann durch eine elektronische Steuerung der beiden Walzenantriebe erzielt werden. Die Drehgeschwindigkeit der Walzenoberflächen kann durch lokale Geschwindigkeitsmessung an den Walzenoberflächen kontrolliert und es kann bei vorliegenden Geschwindigkeitsdifferenzen eine Nachregelung erfolgen. Die Drehbewegung wird an die Foliengeschwindigkeit so angepasst, dass die Bahngeschwindigkeit der Walzenoberflächen mit der Foliengeschwindigkeit übereinstimmt. Durch Feinjustierung von Position und Geschwindigkeit der Walzenoberflächen wird eine hohe Überdeckungsgenauigkeit von Ober- und Unterseite erzielt. Ferner ist das Verfahren zur beidseitigen Strukturierung von Folien nicht auf der Mikroskala beschränkt, sondern kann beispielsweise mit Hilfe von noch feiner strukturierten Walzenoberflächen auf Strukturen im Bereich der Mesoskala ausgedehnt werden. Ferner sind Hilfsstrukturen auf den Walzenkörpern denkbar, die die synchrone Bewegung sicherstellen.The rotational speeds of the two roller bodies are synchronized with each other. The synchronous movement of the two roller bodies can be achieved by an electronic control of the two roller drives. The rotational speed of the roll surfaces can be controlled by local speed measurement on the roll surfaces and it can be carried out at present speed differences, a readjustment. The rotational movement is adjusted to the film speed so that the web speed of the roll surfaces coincides with the film speed. By fine adjustment of position and speed of the roll surfaces, a high overlap accuracy of top and bottom is achieved. Further, the two-sided patterning process of films is not limited to the microscale, but may be extended to mesoscale structures, for example, with even finer textured roll surfaces. Furthermore, auxiliary structures on the roller bodies are conceivable, which ensure the synchronous movement.
Schließlich betrifft die Erfindung eine nach dem vorab beschriebenen Verfahren hergestellte beidseitig mikrostrukturierte Folie. Die beidseitig mikrostrukturierte Folie zeichnet sich dabei durch eine hohe Überdeckungsgenauigkeit von Ober- und Unterseite aus. Zusammen mit der Flexibilität des Trägermaterials ist dieses Produkt prädestiniert für Anwendungen im Bereich der flexiblen Elektronik, der Mikrofluidik, bei elektronischen Schaltung oder Herstellung flexibler Displays.Finally, the invention relates to a double-sided microstructured film produced by the process described above. The double-sided microstructured film is characterized by a high coverage accuracy of the top and bottom. Together with the flexibility of the carrier material, this product is predestined for applications in the field of flexible electronics, microfluidics, electronic circuits or the manufacture of flexible displays.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the other claims and the following description.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und dazugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and associated drawings. The figures show:
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die Beschichtungseinheit
Die Strukturierungseinheit
Der erste Walzenkörper
Dynamisch ist in
Dann wird die beidseitig beschichtete Folie
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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