涟漪结构薄膜与具有该结构的模具制造方法

摘要

本发明涉及一种涟漪结构薄膜与具有该结构的模具制造方法，包括有下列步骤：提供一弹性薄膜；提供一拉伸力将该弹性薄膜拉伸到固定的应变，以形成一应变薄膜；于该应变薄膜上形成一薄膜层；以及释放该拉伸力，使该弹性薄膜表面上形成有一涟漪结构。利用该结构可应用于光学组件、日常用品、生物芯片以及偏光片等领域。本发明还利用电铸翻模的技术，利用该具有该涟漪结构的弹性薄膜来制造模具，以批量生产具有该结构的产品，可大量生产且成本低廉。

说明书

技术领域

本发明涉及一种涟漪结构以及模具的制造方法，特别是涉及一种利用弹性薄膜的应变而形成的一种微/纳米等级的涟漪结构，进而利用具有该涟漪结构的弹性薄膜来制作模具的一种涟漪结构薄膜与具有该结构的模具制造方法。

背景技术

微/纳米等级的结构，在光学以及生物医学的应用领域相当广泛，例如：液晶显示器的背光模块、光栅式生物医学检测芯片等。一般说来，微/纳米等级的结构都是采用超精密加工、能量束(激光、电子束)微影配合干刻蚀然后形成微/纳米等级的结构，最后再利用电铸翻模以形成具有微/纳米结构的模具。

然而，面对复杂形状的时候，如：圆锥体或波形结构(正、余弦波)时，利用前述的方法就会受到限制或者是工艺相当复杂，且成本高昂。此外，若能将微结构的尺寸缩至数个微米内，则该微结构表面将会具有疏水功效，可应用于抗污的家庭用品。而在特征尺寸缩小至亚微米左右，则可应用于微机电以及生物医学领域。如果特征尺寸缩小至200纳米以下时，则可应用于光学组件，如偏光片、抗反射模片等，其反射率可以小于1％。不过，制作复杂形状或者是制作特征尺寸至微米、亚微米甚至纳米等级微结构的技术，目前为止，仍属萌芽阶段。因此经济、高效的大面积制作微结构，是进入市场的关键所在。

在现有技术中，如哈佛大学N.Bowden等人发表了一种利用等离子氧化的技术于弹性高分子材料制作涟漪结构的方法(The controlled formation ofordered，sinusoidal structures by plasma oxidation of an elastomericpolymer，Appl.Phys.Lett.1999，75，2557.)，对一聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS，以下简称PDMS)进行加热，然后利用氧等离子使其表面氧化以形成一硅化物层(Silicate layer)。之后再将PDMS材料进行冷却使其收缩，利用收缩的应力将该硅化物层形成涟漪结构。再利用电铸翻模制造金属膜，再转贴于滚筒模具上。然而，此技术由于利用热应变来使PDMS表面形成涟漪结构，受到PDMS的高分子玻璃转移温度的影响，温度不能太高，也因为温度不能太高，利用热应变产生的涟漪结构的特征尺寸，其周期在数微米至数十微米之间，而且深宽比不高，而温度的控制也是影响该微结构精度的问题。此外，在制作滚筒模具时还要通过转贴(Bonding)才可以形成模具，制作程序复杂且成本高昂。

综合上述，亟需一种涟漪结构薄膜与具有该结构的模具制造方法来解决现有技术的缺点。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种涟漪结构薄膜与具有该结构的模具制造方法，利用弹性薄膜的应变，并于其表面形成一薄膜层，通过释放应力使该弹性薄膜表面形成涟漪结构，达到简化制造流程以形成精密的涟漪结构的目的。

本发明的次要目的是提供一种涟漪结构薄膜与具有该结构的模具制造方法，利用具有涟漪结构的弹性薄膜制作模具，达到可以大量生产以及降低成本的目的。

为了达到上述的目的，本发明提供一种涟漪结构薄膜的制造方法，其包括有下列步骤：首先，提供一弹性薄膜。然后，提供一拉伸力将该弹性薄膜拉伸到固定的应变，以形成一应变薄膜。接着，于该应变薄膜上形成一薄膜层。最后，释放该拉伸力，使该弹性薄膜表面上形成有一涟漪结构。

所述的弹性薄膜可为一高分子材料。例如：一聚二甲基硅氧烷材料。

所述的薄膜层为一异质薄膜，其为一具有高弹性系数的薄膜，例如金属材料或者是陶瓷材料。该金属材料可为金或者是钛。

为了达到上述的目的，本发明还提供一种具有涟漪结构的平板模具的制造方法，其包括有下列步骤：首先，提供一弹性薄膜。然后，提供一拉伸力将该弹性薄膜拉伸到固定的应变，以形成一应变薄膜。接着，于该应变薄膜上形成一薄膜层。随后，释放该拉伸力，使该弹性薄膜表面上形成有一涟漪结构。最后，利用一制模程序，利用具有该涟漪结构的薄膜制作一平板模具。

所述的应变薄膜的拉伸应变量为30％至110％。该涟漪结构的波长介于500纳米至6000纳米。该涟漪结构的振幅介于50纳米至1900纳米。

所述的制模程序为一电铸翻模方式，其包括有下列步骤：首先，制作与该涟漪结构相反的一母模。然后，沉积一材料层于该母模上，然后与该母模脱离以形成该平板模具。

所述的材料层可选择为一镍、铜、镍合金、铜合金其中之一。

为了达到上述的目的，本发明还提供一种具有涟漪结构的滚筒模具的制造方法，其包括有下列步骤：首先，提供一滚轮。然后，于该滚轮的壁面上形成一弹性薄膜。接着，提供一拉伸力将该弹性薄膜拉伸到固定的应变，以形成一应变薄膜。随后，于该应变薄膜上形成一薄膜层。接下来，释放该拉伸力，使该弹性薄膜表面上形成有一涟漪结构。最后，利用一制模程序，利用具有该涟漪结构的滚轮制作一滚筒模具。

所述的制模程序为两次电铸翻模方式。其包括有下列步骤：首先，提供一套筒，并将该滚轮置入于该套筒内。然后，形成一第一材料层介于该套筒内壁与该涟漪结构之间，以制作具有与该涟漪结构相反的一母模。接着，去除该弹性材料层。最后，沉积一第二材料层于该滚轮与该母模之间，然后与该母模脱离以形成该滚筒模具。

所述的应变薄膜的拉伸应变量为5～24％。

所述的涟漪结构的波长为2200～11200纳米。该涟漪结构的振幅为990～5800纳米。

所述的滚轮的截面可选择为圆形、方形、三角形以及多边形其中之一。

本发明的涟漪结构为具有周期性的波形结构，该结构可应用于光学组件、日常用品、生物芯片以及偏光片等领域。利用该具有该涟漪结构的弹性薄膜来制造模具，以大量生产具有该结构的产品，可大量生产且成本低廉。

附图说明

图1为本发明涟漪结构薄膜制造方法较佳实施例流程图。

图2为本发明涟漪结构波形示意图。

图3A至图3H为本发明具有涟漪结构的模具的制造方法的第一较佳实施例示意图。

图4A至图4H为本发明具有涟漪结构的模具的制造方法的第二较佳实施例示意图。

其中，附图标记：

2-涟漪结构薄膜制造方法    20～23-流程

30-弹性薄膜               301-应变薄膜

31-薄膜层                 32-涟漪结构

33-母模                   34-材料层

4-滚轮                    50-弹性薄膜

501-应变薄膜              51-薄膜层

52-涟漪结构               53-第一材料层

55-空间                   56-第二材料层

6-套筒

具体实施方式

为对本发明的特征、目的及功能有进一步的认知与了解，下文将对本发明的相关详细结构以及设计的理念原由进行说明，详细说明陈述如下：

请参阅图1所示，该图为本发明涟漪结构薄膜制造方法较佳实施例流程图。该涟漪结构薄膜制造方法包括有下列步骤：首先如步骤20所示，提供一弹性薄膜，该弹性薄膜可为一高分子材料，例如：聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS，以下简称PDMS)，但不以此为限。接着进行步骤21，提供一拉伸力将该弹性薄膜拉伸到固定的应变，以形成一应变薄膜。然后，进行步骤22，于该应变薄膜上形成一薄膜层，在本实施例中，形成该薄膜层的方式可利用蒸镀的方式，但不以此为限。该薄膜层可为一异质纳米薄膜，可具有高弹性系数的材料，如金属材料或者是陶瓷材料。所谓异质，即该薄膜层的材料与该弹性薄膜的材料不同。在本实施例中，该金属材料为金或者是钛，但不以此为限。

最后，再进行步骤23，释放该拉伸力，使该弹性薄膜表面上形成有一涟漪结构。请参阅图2所示，该图为本发明涟漪结构波形示意图。该涟漪结构即为具有波长以及周期的弦波函数，例如正弦或者是余弦函数等，但不限于此。

该涟漪结构可大量应用于生物医学、光电甚至家用领域的产品。但是由于该涟漪结构以高分子材料镀膜所以结构脆弱，无法用于模具之中。因此接下来，本发明提供一种利用该涟漪结构薄膜来制造模具的方法。请参阅图3A至图3H所示，该图为本发明具有涟漪结构的模具的制造方法的第一较佳实施例示意图。在本实施例中，利用该涟漪结构薄膜以电铸翻模的技术来制作一平板模具，以供大量制造使用。

首先如图3A所示，提供一弹性薄膜30，该弹性薄膜30可为一高分子材料，例如：PDMS材料。然后如图3B所示，提供一拉伸力F将该弹性薄膜30拉伸到固定的应变，以形成一应变薄膜301。该应变薄膜301的拉伸应变量的范围可为30％至110％。接着，如图3C所示，于该应变薄膜301上形成一薄膜层31，在本实施例中，形成该薄膜层31的方式可利用蒸镀的方式，但不限于此。该薄膜层31可为一异质纳米薄膜，可为具有高弹性系数的材料，如金属材料或者陶瓷材料。在本实施例中，该金属材料为金或者是钛，但不限于此。

接下来，如图3D所示，释放该拉伸力F，使该弹性薄膜30表面上形成有一涟漪结构32，该涟漪结构32的波长介于500纳米至6000纳米，振幅介于50纳米至1900纳米。之后，如图3E所示，于该涟漪结构32上形成一母模33，该母模33上的结构与该涟漪结构32相反。然后，如图3F所示，去除该涟漪结构32以及该弹性薄膜30，而得到该母模33。如图3G所示，再利用该母模33，于上面电铸一材料层34，该材料层34的材料可为金属材料，该金属材料可选择为镍、铜、镍合金或者是铜合金等。最后，在进行如图3H所示的步骤，去除该母模33，以取得由该材料层34所形成的一平板模具。由于该平板模具为金属材料，因此适合作为大量制造所使用的模具。

接下来说明，利用涟漪结构制作滚筒模具的结构，请参阅图4A至图4H所示，该图为本发明具有涟漪结构的模具的制造方法的第二较佳实施例示意图。首先如图4A所示，提供一真圆度、平行度以及表面粗糙度较佳的金属滚轮4。然后如图4B所示，将PDMS材料均匀旋镀于该金属滚轮4的表面上，待该PDMS材料交联硬化后，形成软性的一弹性薄膜50。在本实施例中，该金属滚轮4的截面虽为圆形，但其截面也可为一多边形，如三角形、四边形等。

接下来如图4C所示，提供一拉伸力F将该弹性薄膜50拉伸到固定的应变，以形成一应变薄膜501，在本实施例中，该应变薄膜的拉伸应变量为5％～24％，在此应变条件下，可形成较佳的涟漪结构，至于拉伸应变的范围可根据弹性材料而定，因此不管范围有多大，皆在本发明的保护范围内。然后于该应变薄膜501上形成一薄膜层51，在本实施例中，形成该薄膜层51的方式可利用蒸镀的方式，但不限于此。该薄膜层51可为一异质纳米薄膜，为可具有高弹性系数的材料，如金属材料或者是陶瓷材料。在本实施例中，该金属材料为金或者是钛，但不限于此。

接着如图4D所示，释放该拉伸力F，使该弹性薄膜50表面上形成有一涟漪结构52，该涟漪结构52的周期为2200纳米至11200纳米，而振幅为990纳米至5800纳米。接下来进行一制模步骤，利用两次电铸翻模将具有该涟漪结构的滚轮制作一滚筒模具。请参阅图4E所示，提供一套筒6，并将该滚轮4置入于该套筒6内，然后形成一第一材料层53介于该套筒4内壁与该涟漪结构52之间。请参阅图4F所示，接着去除该弹性薄膜以及该涟漪结构，使该第一材料层形成与该涟漪结构52相反的一母模，此时在该滚轮4表面与该母膜之间，因为PDMS及该涟漪结构被去除，所以形成有一空间55。之后，如图4G所示，在该空间内以电铸方式形成一第二材料层56，该第二材料层56可选择为一镍、铜、镍合金、铜合金其中之一。之后将该母膜的材料去除。最后，如图4H所示，使该滚筒与该套筒6脱离以形成滚筒模具，该模具的结构即与涟漪结构相同。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，当不能以之限制本发明范围。即大凡依本发明权利要求所做的等效变化及修改，仍不脱离本发明的范围，都应视为本发明的进一步实施例。

综合上述，本发明提供的装置具有工艺简单、特征尺寸小以及可大量生产以降低成本的优点，因此足以满足工业需求，可进一步提高产业的竞争力，已符合专利法所规定的申请发明所需具备的条件。