MX2010012582A - Fabricacion de herramientas a microescala. - Google Patents

Abstract

La presente descripción está dirigida a un proceso para elaborar una herramienta que puede ser subsecuentemente utilizada para elaborar un artículo microestructurado. El proceso detallado en la presente describe la formación de estructuras herramentales microestructuradas en patrones, para formar arreglos microestructurados sobre un sustrato, para crear una herramienta maestra. El proceso comprende la provisión de un sustrato parcialmente transparente, recubierto con un líquido fotopolimerizable sobre una primera superficie del sustrato. La herramienta maestra creada puede ser subsecuentemente utilizada para diseñar herramientas de replicación que a su vez pueden ser utilizadas para elaborar guías de luz.

Description

FABRICACION DE HERRAMIENTAS A MICROESCALA Campo de la Invención Esta solicitud se refiere a un método de escritura óptica directa para fabricar una herramienta o artículo microestructurado .

Antecedentes de la Invención Los artículos con una topografía microestructurada incluyen aquellos que tienen una pluralidad de estructuras sobre una superficie · de los mismos (protuberancias, depresiones, canales y similares) en donde las estructuras están a microescala en al menos dos dimensiones. La topografía microestructurada puede ser creada en o sobre el artículo mediante cualquier técnica de contacto, tal como por ejemplo, vaciado, recubrimiento o compresión. Típicamente, la topografía microestructurada puede ser realizada por al menos uno de:' (1) el vaciado sobre una herramienta con un patrón microestructurado, (2) el recubrimiento sobre una película estructurada con un patrón microestructurado, tal como un revestimiento de liberación, o (3) el paso del artículo a través de un rodillo de sujeción para comprimir el artículo contra un sustrato que tiene un patrón microestructurado .

La topografía de la herramienta utilizada para crear el patrón microestructurado en el artículo o película Ref.:215619 puede ser realizada utilizando cualquier técnica conocida, tal como, por ejemplo, grabado químico, grabado mecánico, ablación con láser, fotolitografía, estereolitografía, micromaquinación, moleteado, corte o estriación. La industria de las máquinas herramientas es capaz de crear una amplia variedad de patrones requeridos para elaborar artículos microestructurados, y los patrones de la geometría Euclideana pueden ser formados con patrones variantes de tamaño, forma y profundidad/altura de las proyecciones. Las herramientas pueden ir desde prensas planas hasta tambores cilindricos y otras formas curvilíneas.

Sin embargo, la maquinación de una herramienta metálica para elaborar un artículo microestructurado a la especificación de un cliente, puede ser un proceso que consume tiempo. Además, una vez que una herramienta metálica es maquinada, es difícil y costoso alterar el patrón microestructurado en respuesta al cambio de los requerimientos del cliente. Este tiempo de maquinación puede introducir retrasos en la producción e incrementar los costos generales, de modo que son necesarios métodos para reducir el tiempo requerido para hacer una herramienta adecuada para la producción de artículos microestructurados.

En un campo que requiere prototipificación rápida y tiempos de vida de productos cortos tal como es frecuentemente el caso en la industria de los dispositivos electrónicos, es deseado un método que consuma menos tiempo y que sea de bajo costo para producir herramientas para crear artículos microestructurados . Teniendo un proceso que pueda hacer una herramienta de formato más grande que el que es actualmente disponible con los métodos convencionales, sería ventajoso.

Breve Descripción de la Invención La presente descripción está dirigida a un proceso para elaborar una herramienta de replicación que puede ser utilizada subsecuentemente para elaborar un artículo microestructurado . El proceso detallado en la presente describe la formación de estructuras de herramientas microestructuradas , en patrones para formar arreglos microestructurados sobre un sustrato, para crear la herramienta maestra. La herramienta maestra creada puede ser luego utilizada para diseñar herramientas de replicación que a su vez pueden ser utilizadas para elaborar artículos deseados, por ejemplo, guías de luz.

El proceso de elaboración de la herramienta ' de replicación comienza mediante la formación de una herramienta maestra. La herramienta maestra es formada sobre un sustrato parcialmente transparente. El sustrato es recubierto con un líquido fotopolimerizable sobre una primera superficie del sustrato. El líquido fotopolimerizable puede ser expuesto a un haz de luz que es introducido dentro del líquido fotopolimerizable a través del sustrato en una primera posición. El haz de luz puede tener características de haz suficientes para curar el líquido fotopolimerizable para formar una primera estructura herramental . Las características del haz incluyen una forma del haz, un perfil de intensidad del haz, una intensidad del haz total y un tiempo de exposición. Una porción del líquido fotopolimerizable en contacto con la superficie del contacto puede ser curada para formar la primera estructura herramental. El sustrato es trasladado con relación al haz de luz. La exposición, los pasos de curación y los pasos de traslación pueden ser repetidos una pluralidad de veces para, crear un arreglo de estructuras herramentales. Después de la formación del arreglo de estructura de herramienta, el líquido fotopolimerizable no curado es retirado.

La herramienta de replicación es formada mediante la colocación de un material formable, contra una superficie de la herramienta maestra. Un contorno negativo del arreglo de estructuras herramentales sobre la herramienta maestra es transferido dentro del material formable. El material formable es luego retirado de la herramienta maestra para producir la herramienta de replicación.

El resumen anterior de la presente invención no está destinado a describir cada modalidad ilustrada o cada implementación de la presente invención. Las figuras y la descripción detallada siguientes ejemplifican más particularmente estas modalidades.

Breve Descripción de las Figuras La presente invención será además descrita con referencia a las figuras anexas, en donde: La figura 1A es una ilustración que muestra la formación de una estructura herramental simple de acuerdo con la presente invención; La figura IB es una ilustración esquemática de una estructura herramental ejemplar de acuerdo con la presente invención; La figura 2A muestra una representación esquemática de un aparato ejemplar para escritura de las estructuras herramentales de acuerdo con la presente invención; La figura 2B muestra una representación esquemática de un proceso ejemplar para formar estructuras herramentales sobre una herramienta maestra, de acuerdo con la presente invención; La figura 2C muestra una representación esquemática de un proceso ejemplar para formar una herramienta de replicación, de acuerdo con la presente invención; La figura 3 muestra una fotomicrografía de una estructura herramental simple, ejemplar formada de acuerdo con la presente invención; La figura 4 muestra una fotomicrografía de estructuras herramentales simples, ejemplares formadas de acuerdo con la presente invención; La figura 5 muestra una fotomicrografía de un arreglo ejemplar de las estructuras herramentales formadas de acuerdo con la presente invención; La figura 6 muestra una fotomicrografía de otro arregló ejemplar de estructuras herramentales formadas de acuerdo con la presente invención; y La figura 7 muestra una fotomicrografía de estructuras herramentales ejemplares, adicionales, formadas de acuerdo con la presente invención.

La figura 8 muestra una fotomicrografía de una sección de una herramienta maestra formada de acuerdo con la presente invención.

La figura 9 muestra una fotomicrografía de una herramienta de replicación formada con la herramienta maestra de la figura 8, de acuerdo con la presente invención.

La figura 10 muestra una fotomicrografía de una réplica de segunda generación formada con la herramienta de replicación de la figura 9, de acuerdo con la presente invención.

Mientras que la invención es apropiada para diversas modificaciones y formas alternativas, las especificaciones de las mismas han sido mostradas a manera de ejemplo en las figuras, y serán descritas con detalle. Se debe entender, no obstante, que la intención no es limitar la invención a las modalidades particulares descritas. Por el contrario, la intención es cumplir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del alcance de la invención como es definida por las reivindicaciones anexas .

Descripción Detallada de la Invención En la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas, se hace referencia a las figuras anexas, las cuales ilustran las modalidades específicas en las cuales puede ser practicada la invención. Las modalidades ilustradas no están destinadas a ser exhaustivas de todas las modalidades de acuerdo a la invención. Se debe entender que pueden ser utilizadas otras modalidades y que pueden ser realizados cambios estructurales o lógicos sin apartarse del alcance de la presente invención. La siguiente descripción detallada, por lo tanto, no debe ser tomada en un sentido limitante, y el alcance de la presente invención es definido por las reivindicaciones anexas.

La presente descripción está dirigida a un proceso para elaborar una herramienta maestra que puede ser subsecuentemente utilizada para elaborar un artículo microestructurado . Como se anotó anteriormente, los artículos microestructurados tienen una topografía con estructuras sobre una superficie de los mismos (proyecciones, depresiones, canales y similares) y son a microescala en al menos dos dimensiones. El término microescala como se utiliza en la presente, se refiere a las dimensiones que son difíciles de resolver por el ojo humano sin la ayuda de un microscopio. En algunos casos, una dimensión de una microestructura es menor de 500 µt?, o menor de 200 µ??, o menor de 100 ym.

El proceso detallado en la presente describe la formación de patrones microestructurados , tales como un arreglo microestructurado, sobre un sustrato para crear una herramienta maestra. Los patrones microestructurados pueden incluir, por ejemplo, estructuras sobresalientes, canales continuos y discontinuos, rebordes y combinaciones de los mismos .

El sustrato utilizado para elaborar la herramienta maestra puede variar ampliamente. En algunos casos, el material sustrato puede ser suficientemente rígido, plano y estable para permitir la creación precisa del arreglo microestructurado. El sustrato debe ser transparente a la longitud de onda de luz utilizada para generar las estructuras de arreglo. Los materiales sustrato adecuados incluyen, pero no están limitados a, vidrio, cuarzo, o materiales poliméricos rígidos o flexibles.

Las microestructuras pueden variar en forma. Por ejemplo, las bases pueden ser circulares, elípticas o poligonales y las paredes laterales resultantes pueden ser caracterizadas por una sección transversal vertical (tomada perpendicular a la base) que es en general esférica, elíptica, parabólica, hiperbólica o una combinación de las mismas. Preferentemente, las paredes laterales no están perpendiculares a la base de la estructura (por ejemplo, pueden ser utilizados ángulos de aproximadamente 10 grados a aproximadamente 80 grados) . Las estructuras pueden tener un eje principal que conecta el centro de su parte superior con el centro de su base.

Al combinar una pluralidad de estas microestructuras , pueden ser formadas estructuras y patrones de arreglo más complicados. El arreglo puede tener una variedad de arreglos de empaquetamiento que incluyen arreglos regulares (por ejemplo, cuadrados o hexagonales) o arreglos irregulares tales como un arreglo aleatorio. El tamaño y la forma de las estructuras en el arreglo puede también variar a todo lo largo del arreglo o pueden formar regiones localizadas de estructuras similares. Por ejemplo, las alturas pueden ser variadas de acuerdo a la distancia de una estructura particular desde un punto o línea particular.

Con referencia a la figura IB, por ejemplo, el proceso descrito en la presente puede ser utilizado para fabricar arreglos con estructuras que tienen alturas, dmax, en el intervalo de aproximadamente 5 µ?t? a aproximadamente 500 µ?? (preferentemente, aproximadamente 10 \i a aproximadamente 300 \im) y/o longitudes máximas, L, y/o anchuras máximas en el intervalo de aproximadamente 5 µ?? a aproximadamente 500 µp? (preferentemente, aproximadamente 10 µt? a aproximadamente 300 µp? ; más preferentemente, aproximadamente 50 im a aproximadamente 250 ym) .

La herramienta maestra puede incluir varias miles de estructuras de herramentales que pueden producir un número correspondiente de estructuras en una herramienta de replicación. La herramienta de replicación puede ser formada mediante la aplicación de un material formable contra las estructuras herramentales sobre la herramienta maestra. El material formable puede ser aplicado mediante vaciado del material curable material sobre la herramienta maestra que tiene estructuras herramentales sobre su superficie, o pasando la película del material termoformable a través de un rodillo de sujeción para comprimir el material termoformable contra la herramienta maestra que tiene estructuras herramentales sobre su superficie.

Una réplica de segunda generación puede ser formada de una manera similar mediante la aplicación de un segundo material formable contra la superficie de la herramienta de replicación texturizada.

En un método ejemplar, el proceso de formación de una herramienta maestra que tiene estructuras tridimensionales a microescala, puede ser utilizado para crear las estructuras herramentales para un material de extracción ligero. Este proceso puede ser descrito con referencia a la figura 1A y la figura 2B.

Como se muestra en la figura 1A, las estructuras herramentales 110 pueden ser formadas sobre un sustrato 100 al exponer brevemente un material o líquido fotopolimerizable 120 colocado sobre una primera superficie 100a a un haz de luz actínico 130 desde una fuente de luz no mostrada. El haz de luz 130 es incidente sobre una segunda superficie 100b conforme éste pasa a través del sustrato 100. La fuente de luz puede ser una fuente de luz de amplio espectro tal como un foco de vapor de mercurio o una fuente que tiene un perfil de longitud de onda discreto tal como un láser o un diodo láser. El haz de luz 130 es pasado a través de los dispositivos ópticos 140 de conformación de haz, para conformar y enfocar el haz de luz antes de que éste sea utilizado para exponer el líquido fotopolimerizable 120. Los dispositivos ópticos 140 de conformación de haz pueden incluir lentes, filtros, espejos, fotomáscaras o una combinación de los mismos. El Sustrato 100 debe ser parcialmente transparente a la longitud de onda del haz de luz 130 utilizado para iniciar la polimerización del líquido fotopolimerizable 120. Por ejemplo, el sustrato debe tener una transparencia mayor de 10% (preferentemente mayor de 50%; más preferentemente mayor de 90%) a la o las longitudes de onda de la luz que es utilizada para curar el líquido fotopolimerizable . El haz de luz pasa a través del sustrato, tal que el haz es en general perpendicular al sustrato, aunque es posible que el haz de luz pase a través de los ángulos del sustrato que no están perpendiculares al sustrato .

Después de la exposición, una porción del líquido fotopolimerizable se polimerizará a una profundidad que es determinada por las características del haz, tales como el perfil de intensidad del haz de luz actínica, la intensidad total del haz de luz, el tiempo de exposición, y las características de respuesta del líquido fotopolimerizable . Cuando el perfil de intensidad 135 del haz de luz es Gaussiano y el material fotopolimerizable responde tal que la profundidad de la polimerización es una función logarítmica de la exposición, pueden ser generadas herramientas maestras con estructuras que se conforman a las secciones de paraboloides, utilizando exposiciones de luz simples.

Al llevar a cabo el proceso de la invención, el líquido fotopolimerizable puede ser expuesto a un haz de luz que tiene una intensidad total suficiente para disparar la polimerización o la reticulación del líquido fotopolimerizable . Las otras características del haz de luz (por ejemplo, la forma del haz de luz, el perfil de intensidad de los haces de luz y la longitud de la exposición del líquido fotopolimerizable al haz de luz) controlarán la forma final de la estructura herramental descrita por este proceso descrito en la presente. Estas características del haz pueden ser seleccionadas de antemano por el usuario.

Un sistema de fabricación ejemplar que puede ser utilizado para llevar a cabo el proceso de la invención es mostrado en la figura 2A. El sistema de fabricación 200 incluye la fuente de luz 232, los dispositivos ópticos 240 de conformación del haz, que pueden incluir una pluralidad de espejos, aberturas, máscaras y lentes para definir el perfil de intensidad y la forma del haz de luz y el sistema de plataforma movible 250. El sistema de plataforma 250 es movible en tres dimensiones y puede incluir una, dos o tres plataformas individuales que trabajan en concierto y son controladas de manera precisa por un controlador (no mostrado). El sustrato 100, que tiene el líquido fotopolimerizable 120 aplicado a la superficie superior del mismo, puede ser soportado sobre el sistema de plataforma 250 por un montaje 270.

El haz de luz 230 que se origina de la fuente de luz 232 pasa a través del dispositivo óptico 240 de conformación de haz, y puede ser introducido al líquido fotopolimerizable 120 a través del sustrato 100. En las regiones del líquido fotopolimerizable 120 donde la exposición a la luz es suficiente para provocar la polimerización, el líquido fotopolimerizable 120 se polimerizará para formar una estructura herramental. En regiones del líquido fotopolimerizable 120 donde la exposición a la luz es insuficiente para provocar la polimerización, el líquido fotopolimerizable no reacciona y permanecerá siendo un líquido de baja viscosidad. En un aspecto de la invención, el haz de luz utilizado para exponer y curar el líquido fotopolimerizable pasa a través de µ? sistema óptico que no utiliza una fotomáscara para conformar el haz de luz.

Una estructura herramental subsiguiente puede ser formada en una segunda . posición en el líquido fotopolimerizable después de que el sustrato 100 ha sido movido por el sistema de plataforma 250. Alternativamente, el haz de luz puede ser dirigido a una segunda posición sobre el sustrato, por ejemplo, mediante el movimiento de un haz láser utilizando galvo-espej os , piezo-espejos, o deflectores acusto-ópticos y un telescopio, o mediante el movimiento de uno o más elementos del sistema óptico 240 de conformación de haz. De esta manera, el punto focal del haz de luz puede ser explorado o traducido a través del sustrato en concierto con las exposiciones repetidas para producir un arreglo de estructuras herramentales. En cualquier aspecto, el haz de luz y el líquido fotopolimerizable son movibles uno con relación al otro.

En un aspecto alternativo de un aparato para estructura herramental de escritura, al menos un divisor de haz u otro componente óptico de multiplexión (no mostrado) pueden ser agregados y la fuente de luz es de un nivel de energía suficiente. La adición de al menos un divisor de luz permitirá la escritura además de una estructura herramental o más de un arreglo de estructuras herramentales a un tiempo sin incrementar sustancialmente el costo del aparato.

Un proceso ejemplar para la elaboración de una herramienta maestra se muestra en la figura 2B. Un sustrato 100 es proporcionado un recubierto con un promotor de adhesión opcional 105 sobre la primera superficie 100a del sustrato. El promotor de la adhesión puede ser recubierto sobre la superficie del sustrato mediante cualquiera de una variedad de métodos de recubrimiento conocidos por aquellos expertos en la materia incluyendo, por ejemplo, recubrimiento por inmersión, recubrimiento con cuchilla, y recubrimiento giratorio. La capa de promoción de la adhesión puede mejorar la adhesión de las estructuras herramentales 110 al sustrato 100 para ayudar a asegurar una mayor vida de la herramienta.

Promotores de adhesión adecuados incluyen, pero no están limitados a, 3 -metacriloxipropil-trimetoxisilano , viniltrimetoxisilano, cloropropil-trimetoxisilano, 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano, 3-glicidoxipropil- trimetoxisilano, y combinaciones de los mismos.

En seguida, un líquido fotopolimerizable 120 es recubierto sobre la capa de promoción de la adhesión mediante cualquiera de una variedad de métodos de recubrimiento conocidos por aquellos expertos en la materia incluyendo, por ejemplo, recubrimiento por cuchilla y recubrimiento por inundación. El sustrato puede tener una represa 102 (figura 2A) formada alrededor de su perímetro externo para retener el líquido fotopolimerizable sobre el sustrato durante la escritura de las estructuras. La profundidad del líquido recubierto sorbe el sustrato debe ser mayor que o igual a la altura de las estructuras herramentales que van a ser producidas. Adicionalmente , una cubierta opcional 103 (figura 2A) puede ser colocada sobre la parte superior de la represa 102 para prevenir la evaporación excesiva del líquido fotopolimerizable durante el proceso de escritura.

El líquido fotopolimerizable es un líquido de baja viscosidad que tiene una viscosidad a temperatura ambiente menor de aproximadamente 200 cP (preferentemente, menor de aproximadamente 40 cP) . El material o líquido fotopolimerizable puede incluir monómeros y/u oligómeros capaces de realizar la fotopolimerización fotoactivada cuando es utilizado un fotoiniciador o fotosensibilizador apropiado. El líquido fotopolimerizable puede también incluir un material absorbedor de luz para atenuar las características de absorción y alterar la respuesta del líquido fotopolimerizable .

La herramienta maestra elaborada a partir del proceso ejemplar descrito anteriormente, tiene preferentemente robustez mecánica adecuada para sobrevivir a los múltiples procesos de replicación para producir una pluralidad de herramientas de replicación. Los materiales monoméricos fotopolimerizables , adecuados, incluyen, pero no están limitados a, monómeros acrílicos tales como mono-; di-; y poli-acrilatos y metacrilatos (por ejemplo, acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de isopropilo, acrilato de n-hexilo, acrilato de estearilo; acrilato de alilo; diacrilato de glicerol; triacrilato de glicerol; diacrilato de etilenglicol ; diacrilato de dietilenglicol ; dimetacrilato trietilenglicol ; diacrilato de 1 , 3 -propanodiol ; dimetacrilato de 1, 3-propanodiol ; diacrilato de 1, 6-hexanodiol ; dimetacrilato de 1 , 6-hexanodiol ; triacrilato de trimetilolpropano ; trimetacrilato de 1,2,4-butanotriol ; diacrilato de 1 , 4-ciclohexanodiol ; triacrilato de pentaeritritol ; tetraacrilato de pentaeritritol; tetrametacrilato de pentaeritritol; y combinaciones de los mismos) ; fotopolímeros líquidos basados en silicona; y polímeros líquidos basados en epóxico.

Alternativamente, el material fotopolimerizable puede estar en la forma de una película de sistemas oligoméricos de acrilato o sistemas oligoméricos de poli-dimetilsiloxano que son capaces de realizar la polimerización fotoactivada o la reticulación cuando se utiliza un fotoiniciador apropiado.

Los materiales oligoméricos pueden ayudar a controlar las propiedades reológicas del líquido fotopolimerizable y son preferentemente solubles en el material monomérico seleccionado, así como mejorar las propiedades mecánicas de la herramienta maestra. Los materiales oligoméricos adecuados incluyen, pero no están limitados a fotopolímeros líquidos basados en resina epóxica, oligómeros de acrilato de uretano, oligómeros de acrilato de silicona y oligómeros de acrilato de poliéster. Alternativamente, está dentro del alcance de la invención incluir aglutinantes poliméricos no reactivos en lugar de o en adición a los materiales oligoméricos en las composiciones, por ejemplo, con el fin de controlar la viscosidad del líquido fotopolimerizable . Tales aglutinantes poliméricos pueden ser generalmente elegidos para ser compatibles con el material monomérico. Los aglutinantes pueden ser de un peso molecular adecuado para lograr la reología en solución deseada del líquido fotopolimerizable .

El líquido fotopolimerizable también incluye un fotoiniciador o sensibilizador. Cualquier fotoiniciador puede ser utilizado el cual sea compatible con el monómero, el oligómero (si se utiliza) e iguala sus longitudes de onda máximas de activación o absorción de la fuente de luz que es utilizada para escribir las estructuras, por ejemplo, la fuente de luz que es utilizada para iniciar la polimerización del líquido fotopolimerizable . Los materiales fotoiniciadores ejemplares incluyen, pero no están limitados a cetales de bencildimetilo tales como IRGACURE 651, mono-acilfosfinas tales como DAROCUR TPO, bis^acilfosfinas tales como IRGACURE 819, y sales de yodonio tales como IRGACUR 784, cada una de las cuales es disponible de Ciba Specialty Chemicals Inc. (Basilea, Suiza).

Los materiales absorbedores de luz adecuados incluyen, pero no están limitados a, benzofenonas funcionales; benzotriazoles , tales como Tinuvin 234, Tinuvin 326 disponible de Ciba Specialty Chemicals Inc. (Basilea, Suiza); e hidroxifeniltriazinas .

Una amplia variedad de adyuvantes puede ser opcionalmente incluida en el líquido fotopolimerizable , dependiendo del uso final deseado de las estructuras herramentales. Los adyuvantes adecuados incluyen solventes, diluyentes, resinas, aglutinantes, plastificantes , pigmentos, colorantes, rellenadores de reforzamiento o de extensión inorgánicos u orgánicos, agentes tixotrópicos , indicadores, inhibidores, estabilizadores, y similares. Las cantidades y los tipos de tales adyuvantes y su manera de adición a las composiciones serán familiares para aquellos expertos en la técnica.

Se puede utilizar radiación actínica para iniciar la polimerización del líquido fotopolimerizable con la radiación actínica colimada que es preferida. Un haz de luz actínica colimada 130 puede ser proporcionada a partir de un láser tal como un láser de iones de argón (Sabré FreD) que opera a 351 nm disponible de Innova Technology (Ellicott City, MD) o un láser en estado sólido que opera a 405 nm (iFlex 2000) disponible de Point Source Ltd (Hamble, Reino Unido) . El haz de luz 130 puede ser enfocado con una lente biconvexa de longitud focal de 100 mm a través del sustrato 100 hacia el líquido fotopolimerizable 120. En una modalidad ejemplar, el perfil seccional transversal del haz láser puede ser aproximadamente Gaussiano. El tamaño del haz en la interfaz sustrato/líquido fotopolimerizable interface es controlado mediante la colocación de la interfaz sustrato/líquido fotopolimerizable interface más cercana a o más alejada del punto focal de la lente. La forma y el perfil de intensidad del haz son controlados por los dispositivos ópticos de conformación del haz como se describió previamente. La exposición es controlada por el ajuste de intensidad del láser y el tiempo de exposición.

El sustrato puede ser colocado sobre las plataformas X, Y, y Z controladas por computadora, para controlar la posición XY relativa así como la posición Z con relación al plano focal del haz de luz actínica. En un aspecto alternativo, la superficie del sustrato puede permanecer estacionaria y el haz puede ser movido en los tres ejes utilizando espejos montados sobre plataformas de precisión. Una vez que una primera estructura herramental ha sido formada o escrita, el sustrato puede ser traducido en una dirección x y/o en una dirección y a una nueva posición. Una segunda exposición puede ser realizada en esta nueva posición. Las condiciones de exposición, el perfil de intensidad del haz de luz, la forma del haz de luz y la intensidad total del haz de luz en esta segunda posición pueden ser las mismas o diferentes que las condiciones de exposición previas. Si al menos una de estas .condiciones del haz ha sido alterada, puede ser creada una segunda estructura herramental que tiene un tamaño o forma diferentes de las estructuras herramentales previamente escritas. Este proceso puede ser repetido de una manera gradual hasta que ha sido formado el arreglo deseado de estructuras herramentales .

Después de que ha sido formada una pluralidad de estructuras herramentales 110, el líquido fotopolimerizable no polimerizado es retirado utilizando agua, un solvente o una cuchilla de aire. En algunos casos, las estructuras herramentales pueden ser opcionalmente enjuagadas con una pequeña cantidad del material monomérico para facilitar la eliminación de un líquido fotopolimerizable sin reaccionar.

Las estructuras herramentales pueden ser después de esto posticuradas mediante exposición global a la luz UV en una cámara purgada con nitrógeno.

Las estructuras herramentales creadas por el método anterior son derivadas de secciones cónicas de superficies asféricas. En un uso ejemplar de estas estructuras herramentales, estas estructuras pueden ser útiles como extractores de luz. La forma de estas estructuras herramentales puede ser descrita por la ecuación: donde d es la altura de la estructura herramental en el radio r, dmax es la altura máxima de la estructura herramental 110 (figura IB) , c es el recíproco del radio de curvatura, y k es la constante cónica. Cuando k = 0, esta ecuación describe una sección de una esfera. Cuando k = -1, la ecuación describe una sección de una parabaloide que es una forma que es particularmente útil como un extractor de luz. Esta forma paraboloide puede ser representada como En aplicaciones estereo-litográficas , se asume a menudo que la respuesta del líquido fotopolimerizable puede ser descrita por la ecuación donde d es la profundidad de polimerización, Q es la exposición que es una función de la intensidad de luz y el tiempo de exposición, Qc es la exposición crítica necesaria para iniciar la polimerización, y S es la pendiente de la curva de respuesta. Qc y S son propiedades del material fotopolimerizable y pueden ser modificadas mediante ajuste de la formulación del líquido fotopolimerizable .

La exposición en sección transversal de un haz láser que tiene perfil de intensidad Gaussiana es dada por donde Qmax es la exposición en el centro del haz, Q es la exposición en el radio r, desde el centro del haz, y w es el radio del haz en el punto donde la intensidad del haz es igual a la intensidad máxima dividida entre e.

Combinando y reduciendo los resultados en estas expresiones para las propiedades del láser deseadas en términos de las propiedades del material fotopolimerizable y la forma requerida, las siguientes ecuaciones pueden ser utilizadas para crear las estructuras herramentales deseadas, w = <j2S/-c Y La forma de la estructura herramental es determinada por la anchura del haz de luz y la pendiente de la respuesta del material. La anchura del haz puede ser cambiada mediante el movimiento más cerca de o más lejos del foco de la lente. La pendiente de la respuesta del material es controlada por la adición o el retiro de pequeñas cantidades de absorbedor de luz, el fotoiniciador y/o adyuvantes opcionales. La exposición crítica depende de la composición del líquido fotopolimerizable incluyendo la cantidad del fotoiniciador presente, las características del monómero, la presencia de los absorbedores de luz y cualesquiera aditivos que puedan absorber o dispersar la radiación. Para una composición del líquido fotopolimerizable dada y las características del haz, la altura máxima de la estructura herramental, dmax, es controlada por la exposición al láser. La intensidad total del haz de luz es controlada por el ajuste de la energía de salida del láser, por la adición de filtros para reducir la intensidad total o mediante el uso de un modulador acusto-óptico. El tiempo de exposición puede ser también controlado por el modulador acusto-óptico o al modular directamente la fuente de luz (por ejemplo, el láser) .

En otro aspecto más de la invención, el perfil de intensidad de luz y/o la forma del haz de luz puede ser torcida por la introducción de al menos un elemento óptico asimétrico dentro del dispositivo óptico de conformación del haz. Un perfil de intensidad de luz producido puede ser utilizado para producir estructuras herramentales que tienen perfiles torcidos. Adicionalmente , el control del eje primario del haz de luz conforme éste entra al líquido fotopolimerizable a través del sustrato, hace posible la formación de estructuras herramentales de extractor que están inclinadas con respecto al plano del sustrato.

En otro aspecto más de la invención, las estructuras herramentales alargadas pueden ser producidas mediante la oscilación de pequeña amplitud de la luz emitida por un láser hacia delante y hacia atrás durante el proceso de exposición. Alternativamente, pueden ser formadas estructuras más grandes mediante el traslape de estructuras herramentales simples, individuales. Mediante el control de la dirección y la posición de la oscilación de pequeña amplitud, pueden ser formadas formas más complejas tales como rebordes, cruces, tes y similares. Alternativamente, las estructuras herramentales alargadas o complejas pueden ser elaboradas mediante el movimiento lento, pero continuo del haz respecto al sustrato.

En otro aspecto alternativo adicional de la invención, estructuras herramentales truncadas o de parte superior plana pueden ser creadas mediante el control de la profundidad de la solución fotopolimerizable recubierta sobre el sustrato. Si la profundidad de penetración de la porción activa del haz de luz es más grande que la profundidad de la solución fotopolimerizable recubierta sobre el sustrato, puede ser formada una estructura truncada.

La herramienta maestra creada mediante estos procesos puede ser utilizada para replicar arreglos de microlente, difusores de ganancia para pantallas de LCD, estructuras para signos reflectivos o iluminados, luces traseras para tableros de automóviles y creación de imágenes flotantes.

La figura 2C ilustra la preparación de una herramienta de replicación que utiliza la herramienta maestra preparada como se describió anteriormente. Es decir, un material formable 121 puede ser colocado contra la superficie de la herramienta maestra en la cual fue formado un arreglo de estructuras herramentales. Un arreglo negativo 122 del arreglo de estructuras herramentales sobre la herramienta maestra, es transferido al material formable mediante procesos de replicación conocidos tales como moldeo, grabado o curación del material formable. El material formable puede ser un polímero termoplástico o una resina curable, tal como elastómeros de silicona, una resina epóxica, u otro sistema de resina polimérica. El material formable puede ser colocado contra la herramienta maestra para preparar una herramienta de replicación que tiene el contorno o imagen negativa de la estructura del arreglo de la herramienta maestra. La herramienta maestra puede ser luego retirada, dejando una herramienta de replicación que puede ser subsecuentemente utilizada para preparar arreglos adicionales que tienen las mismas características que la herramienta maestra. Alternativamente, una herramienta de replicación conductora puede ser formada mediante electrochapado o la electroformación de un metal, tal como níquel, u otro material formable, electrolíticamente depositado, sobre una superficie conductivamente recubierta (por ejemplo, chapada con plata de manera anaelectrólítica) de la herramienta maestra.

Las réplicas de segunda generación y generaciones adicionales pueden ser formadas de una manera similar como la herramienta de replicación, mediante la aplicación de un segundo material formable, adecuado, contra la superficie de la herramienta creada en un paso de replicación previo. De esta manera, una herramienta maestra simple puede ser utilizada para crear un vasto número de artículos microestructurados finales.

Los artículos microestructurados elaborados de estas herramientas pueden ser guías de luz o extractores de luz para el uso en dispositivos electrónicos. Muchos dispositivos electrónicos requieren el uso de luces traseras para acentuar o iluminar características del dispositivo. Un ejemplo común es la iluminación trasera de los teclados sobre teléfonos móviles. Estas luces traseras consisten de una guía de ondas poliméricas iluminadas en el borde que contiene estructuras de extracción de luz que están diseñadas para dirigir la luz fuera de la guía de ondas en sitios específicos como es determinado por la aplicación. Como un ejemplo, en una aplicación de teléfono móvil, las estructuras de extracción de luz pueden yacer por debajo de las teclas para proporcionar luz para iluminar las teclas. El tamaño, la forma y la posición de las estructuras de extracción de luz son determinadas por el efecto de iluminación deseado, el tamaño, el espesor y la guía de ondas y el tipo y la posición de la luz o luces del borde. Las luces traseras son producidas mediante la formación de un polímero transparente contra una de las herramientas ejemplares descritas en la presente (por ejemplo, la herramienta maestra, la herramienta de replicación, una réplica de segunda generación, etc.) . El contacto del polímero transparente con las superficies microestructuradas de una de estas herramientas puede ser utilizado para producir las estructuras de extracción de luz en la lámina del extractor.

La herramienta maestra puede incluir varios miles de estructuras herramentales que pueden producir un número correspondiente de estructuras de contorno negativo en la herramienta de replicación, que a su vez puede ser utilizada para formar estructuras de contorno positivo en una réplica de segunda generación, y así sucesivamente. Un artículo final, por ejemplo, una lámina extractora puede ser formada mediante el vaciado de un material polimérico transparente sobre una de las herramientas ejemplares que tienen microestructuras sobre su superficie descrita en la presente. Alternativamente, una lámina extractora puede ser formada al hacer pasar la película transparente del material de lámina extractora a través de un rodillo de sujeción para comprimir el material de lámina extractora contra una herramienta ejemplar que tiene estructuras herramentales sobre su superficie .

Las guías de luz que utilizan los arreglos de estructura de extracción de luz de la invención pueden ser fabricadas a partir de una amplia variedad de materiales ópticamente adecuados que incluyen policarbonatos; poliacrilatos tales como metacrilato de polimetilo; poliestireno; y vidrio; con materiales de alto índice de refracción tales como poliacrilatos y policarbonatos que son los preferidos. Las guías de luz son elaboradas preferentemente mediante moldeo, grabado, curación o formando de otro modo una resina moldeable por inyección contra la herramienta de replicación anteriormente descrita. Lo más preferentemente, es utilizada una técnica de vaciado y curación. Los métodos para el moldeo, grabado, o curación de la guía de luz serán familiares para aquellos expertos en la técnica. Los recubrimientos (por ejemplo, recubrimientos reflectivos de metal delgado) pueden ser aplicados al menos a una porción de una o más superficies de las guías de luz (por ejemplo, hacia la superficie interior o ahuecada de las estructuras de extracción de luz) por métodos conocidos, si se desea.

Las guías de luz de la presente invención pueden ser específicamente útiles en pantallas de luz trasera y teclados. Una pantalla de luz trasera puede incluir una fuente de luz, un dispositivo de entrada de luz (por ejemplo, una pantalla de cristal líquido (LCD) ) , y una guía de luz. Los teclados pueden incluir una fuente de luz y un arreglo de interruptores sensibles a la presión, al menos una porción de los cuales transmite luz. Las guías de luz son útiles como guías de luz traseras de punto a área o de línea a área, para subminiaturizar o miniaturizar los dispositivos de pantalla o teclado iluminados con diodos emisores de luz (LEDs) energizados por baterías pequeñas. Los dispositivos de pantalla adecuados incluyen dispositivos de LCS de color o monocromáticos para teléfonos celulares, localizadores, asistentes digitales personales, relojes, calculadoras, computadoras portátiles (laptop) , pantallas vehiculares y similares. Otros dispositivos de representación visual incluyen pantallas de panel plano tales como pantallas de computadoras tipos laptop o pantallas de panel plano de escritorio. Los dispositivos de teclado de luz trasera adecuados incluyen teclados para teléfono celulares, localizadores, asistentes digitales personales, calculadoras, pantallas de vehículos, y similares.

Además de los LEDs, otras fuentes de luz adecuadas para pantallas y teclados incluyen lámparas fluorescentes (por ejemplo, lámparas fluorescentes de cátodo frío) , lámparas incandescentes, luces electroluminescentes , y similares. Las fuentes de luz pueden ser mecánicamente sujetadas de cualquier manera adecuada dentro de ranuras, cavidades o aperturas maquinadas, moldeadas o de otro modo formadas en las áreas de transición de luz de las guías de luz. Preferentemente, no obstante, las fuentes de luz son incrustadas, encapsuladas o unidas en las áreas de transición de luz con el fin de eliminar cualesquiera espacios de aire o superficies de interfaz de aire entre las fuentes de luz y las áreas de transición de luz circundantes, con lo cual se reduce la pérdida de luz y se incrementa la salida de luz emitida por la guía de luz. Tal montaje de las fuentes de luz puede ser logrado, por ejemplo mediante la unión de las fuentes de luz en las ranuras, cavidades o aberturas en las áreas de transición de luz utilizando una cantidad suficiente de un material adecuado de incrustación, encapsulamiento o unión. Las ranuras, cavidades o aberturas pueden estar sobre la parte superior, el fondo, los lados o la parte posterior de las áreas de transición de luz. La unión puede también ser llevada a cabo mediante una variedad de métodos que no incorporan material extra, por ejemplo, unión térmica, apilamiento térmico, soldadura ultrasónica, soldadura de plástico, y similares. Otros métodos de unión incluyen el moldeo por inserto y el vaciado alrededor de o de las fuentes de luz .

Ej emplos Los objetivos y ventajas de esta invención son además ilustrados por los siguientes ejemplos, pero los materiales y cantidades particulares de los mismos indicados en estos ejemplos, así como otras condiciones y detalles, no deben ser considerados como indebidamente limitantes de esta invención .

Ejemplo 1 Se prepararé un número de estructuras de herramienta ejemplares mediante el recubrimiento de un sustrato de vidrio transparente con una capa de resina epóxica fotopolimerizable, Somos 11120 disponible de DSM Somos (New Castle, DE) . La resina epóxica fotopolimerizable tuvo una viscosidad de aproximadamente 130 cP. La luz colimada proveniente de un láser de iones de Argón que opera a 351 nm fue enfocada con una lente a través del vidrio dentro del líquido fotopolimerizable en una primera posición.

El perfil en sección transversal del haz fue aproximadamente Gaussiano. La anchura del haz a 1/e del máximo fue de aproximadamente 150 µp?. La intensidad del láser fue de aproximadamente 2 pW y cada estructura herramental fue formada con una exposición de 0.4 segundos. Después de que la exposición en la primera posición fue completada, el sustrato fue trasladado a una segunda posición y se realizó otra exposición.

Después de que varias de estas estructuras herramentales fueron formadas por exposición, el líquido fotopolimerizable no polimerizable fue retirado mediante enjuague con metanol y secado. Finalmente, las estructuras herramentales fueron post-curadas mediante exposición global a luz UV (intensidad máxima a 365 nm) por 10 minutos en una cámara ELC-500 purgada con nitrógeno (Electro Lite Corporation) .

La figura 3 muestra una fotomicrografía de una estructura herramental simple que fue producida como se describe en la presente. La altura máxima de la estructura herramental fue de 230 pm y la anchura en la base fue de 140 µp\ .

Ejemplo 2 Se prepararon un número de estructuras herramentales ejemplares mediante el recubrimiento de un sustrato de vidrio transparente con una capa delgada de un promotor de la adhesión, el 3 -metacriloxipropil -trimetoxi -silano (disponible de Alfa Aeser) . En seguida, una capa del líquido fotopolimerizable fue dispersada sobre la superficie del sustrato de vidrio. El líquido fotopolimerizable consistió de diacrilato de 1 , 6-hexanodiol , SR-238, disponible de Sartomer Company (Exton, PA) con 2% en peso de un fotoiniciador, IRGACURE 651, disponible de Ciba Specialty Chemicals Inc. (Basilea, Suiza). Este líquido fotopolimerizable basado en diacrilato de 1 , 6-hexanodiol tuvo una viscosidad de aproximadamente 6 cP.

La luz colimada proveniente de un láser de iones de Argón que opera a 351 nm fue enfocada con una lente a través del sustrato hacia el líquido fotopolimerizable en una primera posición. El perfil seccional transversal del haz fue aproximadamente Gaussiano. La anchura del haz a 1/e de la intensidad máxima del haz fue de aproximadamente de 120 µ??. La intensidad del láser fue aproximadamente de 10 µ? y cada estructura herramental fue formada con una segunda exposición de 0.4 segundos. Después de que la exposición en la primera posición fue completada, la muestra fue traslada a una segunda posición y se realizó otra exposición más.

Después de que se formaron varias de estas estructuras herramentales, el líquido fotopolimerizable sin reaccionar fue retirado utilizando una cuchilla de aire. Finalmente, las estructuras herramentales fueron post-curadas mediante exposición global a luz UV (intensidad máxima a 365 nm) por 10 minutos en una cámara ELC-500 (Electro Lite Corporation) .

La figura 4 muestra una fotomicrografía de tres estructuras herramentales que fueron producidas como se describe en la presente. La altura máxima de las estructuras herramentales fue de 150 µt? y la anchura en la base fue de 95 µp?.

Ejemplo 3 Se preparó una herramienta maestra en patrón, ejemplar, mediante el recubrimiento de un sustrato de vidrio transparente con una capa delgada de un promotor de la adhesión tal como el 3-metacriloxipropil-trimetoxisilano (disponible de Alfa Aeser) . En seguida, una capa del líquido fotopolimerizable fue dispersada sobre la superficie del sustrato de vidrio. El líquido fotopolimerizable consistió de una mezcla de fotopolímero de 20% en peso de oligómero de acrilato de uretano, CN9008, disponible de Sartomer Company, Inc, (Exton, PA) y 80% en peso de diacrilato de 1,6-hexanodiol, SR-238, disponible también de Sartomer Company. A ésta se agregaron 2% en peso de un fotoiniciador, IRGACURE 651, y 0.1% en peso de un absorbedor de luz, Tinuvin 234, ambos disponibles de Ciba Specialty Chemicals Inc. (Basilea, Suiza) , a la mezcla del fotopolímero base para producir el líquido fotopolimerizable utilizado.

La luz colimada proveniente de un láser de iones de Argón que operan a 351 nm fue enfocada con una lente a través del sustrato dentro del líquido fotopolimerizable en una primera posición. El perfil en sección transversal del haz fue aproximadamente Gaussiano. La anchura del haz en 1/e del máximo fue de aproximadamente 120 µp?. La intensidad del láser fue de aproximadamente 10 iV¡ y cada estructura herramental fue formada con una exposición de 0.8 segundos.

Después de la exposición en la primera posición fue completada, el sustrato fue trasladado a una segunda posición. Este proceso fue repetido hasta que se dividió en patrones un área rectangular de superficie del sustrato que fue de 4 mm por 7 mm. Esto produjo un arreglo de estructuras en general en forma de colina parabólica con distancias de centro a centro de 170 µp\.

La intensidad del láser fue luego reducida a 2 µ? y una segunda área rectangular de 4 mm por 8 mm de estructuras herramentales más pequeñas, estrechamente espaciadas, fue producida mediante exposición repetidas de 0.35 segundos.

Después de que todas las estructuras herramentales fueron formadas, el líquido fotopolimerizable sin reaccionar fue eliminado utilizando una cuchilla de aire. Finalmente, las estructuras herramentales fueron post curadas mediante exposición global a la luz UV (intensidad máxima a 365 nm) por 10 minutos en una cámara ELC-500 purgada con nitrógeno (Electro Lite Corporation) .

La figura 5 muestra una fotomicrografía de un arreglo de estructuras herramentales que fue producido. La altura máxima de las estructuras herramentales fue de 225 im y la anchura en la base fue de 150 µp?. La figura 6 muestra una fotomicrofaf ía de un arreglo de estructuras herramentales más pequeñas en la segunda área. La altura máxima de estas estructuras herramentales fue de 55 µt? y la anchura en la base fue de 75 µp?. Las estructuras herramentales fueron separadas por 75 m.

Ejemplo 4 Se preparó una herramienta maestra en patrón, ejemplar, mediante el recubrimiento de un sustrato de vidrio transparente con una capa delgada de un promotor de la adhesión tal como el 3-metacriloxipropil-trimetoxisilano (disponible de Alfa Aeser) . En seguida, una capa del líquido fotopolimerizable fue dispersada sobre la superficie del sustrato de vidrio. El líquido fotopolimerizable consistió de una mezcla de fotopolímero de 20% en peso de oligómero de acrilato de uretano, CN9008, disponible de Sartomer Company, Inc, (Exton, PA) y 80% en peso de diacrilato . de 1,6-hexanodiol, SR-238, disponible también de Sartomer Company. A ésta se agregó 5% en peso de un fotoiniciador , Darocur TPO, disponible de Ciba Specialty Chemicals Inc. (Basilea, Suiza) , a la mezcla fotopolimérica base para producir el líquido fotopolimerizable utilizado.

Luz colimada proveniente de un láser de iones en estado sólido, acoplado a fibra, a 405 nm (iFlex 2000) fue enfocado con una lente a través del vidrio dentro del líquido fotopolimerizable en una primera posición. El perfil en sección transversal del haz fue aproximadamente Gaussiano. La anchura del haz en l/e del máximo fue de aproximadamente 100 ym. La intensidad del láser fue de aproximadamente 7.5 yW y cada estructura herramental fue formada con una exposición de 0.175 segundos.

La figura 7 muestra una fotomicrografía de dos estructuras herramentales que fueron producidas. La altura máxima de las estructuras herramentales fue de 120 ym y la anchura en la base de la estructura fue de 160 ym.

Ejemplo 5 Una herramienta de replicación ejemplar fue preparada utilizando una herramienta maestra que fue formada de acuerdo con el proceso descrito con respecto al Ejemplo 3. Una fotomicrografía de la sección de la herramienta maestra utilizada en la elaboración de la réplica, se muestra en la figura 8. La altura máxima de las estructuras herramentales fue de 225 ym y la anchura en la base fue de 150 ym. El espaciamiento de centro a centro fue de 450 ym.

La herramienta de replicación ejemplar fue preparada utilizando un material de formación el cual un kit de resina de vaciado de silicona líquida, Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit, disponible de Dow Corning (Midland, MI) . El kit incluyó un material base y un agente de curación. Las dos partes fueron mezcladas a una proporción en peso 10:1 (base: agente de curación). La mezcla fue agitada vigorosamente a temperatura ambiente por 10 minutos. Ésta fue luego colocada en una cámara de vacío por diez minutos para desgasificar. La mezcla de silicona fue vaciada sobre la herramienta maestra para formar una capa de 5 mm de espesor de la silicona sobre la superficie de la herramienta maestra. Para asegurar un relleno completo de la herramienta maestra, la herramienta maestra recubierta con silicona fue colocada a vacío por diez minutos. La herramienta maestra recubierta con silicona fue luego calentada sobre una placa caliente a 90°C por una hora, tiempo durante el cual la mezcla de silicona se curó para formar un sólido flexible. La herramienta de replicación de silicona curada fue luego separada de la herramienta maestra. La herramienta de replicación de silicona se muestra en la figura 9.

Para demostrar la elaboración de una réplica de segunda generación a partir de la herramienta de replicación de silicona, la misma mezcla de acrilato que se utilizó para elaborar la herramienta maestra se vacío sobre la réplica de silicona. Una mezcla de acrilato que contenía la mezcla del fotopolímero base de 20% en peso de oligómero de acrilato de uretano, CN9008, y 80% en peso de diacrilato de 1,6 hexanodiol, SR-238; 2% en peso de un fotoiniciador, IRGACURE 651; y 0.1% en peso de un absorbedor de luz, Tinuvin 234, fue dispersada uniformemente sobre la superficie de la herramienta de replicación de silicona. Después de desgasificar a vacío por 10 minutos, un sustrato de vidrio recubierto con un promotor de adhesión, 3-metacriloxipropil-trimetoxisilano, fue colocado sobre la superficie de la mezcla de acrilato, emparedando la mezcla de acrilato entre el vidrio y la herramienta de replicación de silicona. Este montaje fue expuesto a luz UV de banda ancha utilizando un Sistema de Exposición de Luz ELC-500, (Electro-Lite Corp.) a potencia plena por 10 minutos bajo una atmósfera de nitrógeno. Después de la curación, la réplica de silicona fue separada del sustrato de vidrio que tenía la réplica de acrilato de segunda generación adherida a la superficie del sustrato de vidrio. Una fotomicrografía de la réplica de segunda generación se muestra en la figura 10.

El método de escritura directa descrito en la presente tiene varias ventajas sobre las técnicas litográficas convencionales. Primeramente, debido a que- el líquido fotopolimerizable permanece líquido a todo lo largo del proceso, los pasos adicionales de revelado químico o por plasma no son requeridos para eliminar cualquier material no deseado. Las técnicas tradicionales de litografía utilizan típicamente solvente, reveladores ácidos o básicos para eliminar el material fotoendurecible no deseado, no obstante de si la sustancia fotoendurecible es un protector de película o un protector líquido que es secado antes de la exposición a la sustancia fotoendurecible . Otra desventaja de utilizar reveladores convencionales es que el revelador puede dañar, hinchar o degradar las microestructuras creadas durante el paso de formación de patrones. En algunos procesos de litografía convencionales para crear superficies microestructuradas , la sustancia fotoendurecible es únicamente utilizada como una plantilla para la creación de las microestructuras. Los pasos adicionales de deposición o de chapado pueden ser requeridos si es utilizado un procedimiento aditivo para formar las microestructuras o el grabado con ácido adicional del sustrato puede ser realizado en un procedimiento sustractivo.

Las sustancias fotoendurecibles líquidas tales como SU- 8 disponible de Microchem (Newton, MA) requieren un paso de horneado suave adicional después del recubrimiento para eliminar el solvente individual y para formar una película sólida. Un proceso estándar cuando se utiliza la sustancia fotoendurecible líquida incluye los pasos de recubrimiento giratorio del material protector sobre el sustrato, el horneado suave para eliminar el solvente y formar la película en el protector, la exposición para crear el patrón, el horneado post exposición para curar por endurecimiento el protector y revelar para eliminar porciones no curadas del protector. Una técnica de revelado alternativa requiere que la muestra sea sometida a una exposición de UV reducida para limitar la reticulación, de modo que las porciones no expuestas del protector pueden ser eliminadas mediante calentamiento a alta temperatura (por ejemplo, mayor que la temperatura de transición vitrea del material protector no curado) con el fin de eliminar el protector no curado. Este proceso puede requerir un paso de exposición suplementario para completar la reticulación de las estructuras resultantes. Debido a que es utilizado un líquido fotopolimerizable de viscosidad relativamente baja en el método directo descrito en la presente, la eliminación del líquido fotopolimerizable no curado puede ser lograda a temperatura ambiente.

Una segunda ventaja es que el método de escritura directa descrito en la presente no requiere el uso de una fotomáscara compleja que define cada elemento microestructural individual, con el fin de producir el patrón deseado. Más bien, el proceso de escritura directa utiliza el tamaño del haz y las características del haz para producir las microestructuras deseadas.

Una tercera ventaja de la técnica de escritura directa es que puede ser escrita una microestructura de tamaño y forma diferente una junto a la otra simplemente al cambiar las características . del haz de luz y/o la proximidad para las exposiciones subsiguientes. Además, debido a que el haz de luz es introducido a través del sustrato, las microestructuras son formadas sobre la superficie del sustrato en oposición a muchos sistemas de exposición de arriba hacia abajo, donde la fuente de luz está por arriba del material fotoendurecible .

Mientras que el proceso de escritura directa ha sido descrito con respecto a una herramienta maestra para la elaboración de materiales de extracción de luz, la herramienta maestra producida mediante el método descrito puede ser utilizado en la aplicación alternativa donde son necesarios superficies microestructuradas . Por ejemplo, la herramienta maestra creada por este proceso puede ser utilizada para replicar arreglos de microlente, difusores de ganancia para pantallas de LCD, estructuras para signos reflectivos o iluminados, luces traseras para tableros de automóviles y creación de imágenes flotantes.

Diversas modificaciones obvias de este procesos, de las herramientas que pueden ser formadas por el proceso, así como de las numerosas estructuras mismas a las cuales puede ser aplicada la presente invención, serán fácilmente evidentes para aquellos expertos en la materia después de la revisión de la presente especificación, y se considera por lo tanto que caen dentro del alcance de la invención .

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un método de elaboración de una herramienta de replicación, caracterizado porque comprende: formar una herramienta maestra en donde el paso de formación comprende: proporcionar un sustrato parcialmente transparente recubierto con un líquido fotopolimerizable sobre una primera superficie del sustrato; exponer el líquido fotopolimerizable a través del sustrato en una primera posición a un haz de luz que tiene características de haz suficientes para curar el líquido fotopolimerizable , para . formar una primera estructura herramental, en donde las características del haz incluyen una forma del haz, una forma de intensidad del haz, una intensidad de haz total, y un tiempo de exposición; curar una porción del líquido fotopolimerizable para formar la primera estructura herramental; trasladar el sustrato con relación al haz de luz; repetir los pasos de exposición, curación y traslación una pluralidad de veces para crear un arreglo de estructuras herramentales; y retirar cualquier líquido fotopolimerizable no curado, para dejar el arreglo de estructuras herramentales colocado sobre la superficie del sustrato; colocar un material formable contra una superficie de la herramienta maestra; transferir un control negativo del arreglo de las estructuras herramentales sobre la herramienta maestra dentro del material formable; y separar el material formable de la herramienta maestra .

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende la post curación de la estructura de herramienta sobre el sustrato.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además: ajustar al menos una de las características del haz para cambiar la forma de al menos una de las estructuras herramentales en el arreglo.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque proporciona además una capa de adhesión sobre la superficie del sustrato, en donde la capa de adhesión es colocada entre el sustrato y el líquido fotopolimerizable .

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera estructura herramental es una sección en general cónica de una. proyección en forma de superficie asférica.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una de las estructuras herramentales en el arreglo está sustancialmente perpendicular al sustrato.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una de la estructura herramentales en el arreglo se proyecta a un ángulo no perpendicular desde el sustrato.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la herramienta de replicación es utilizada para formar una guía de luz.

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura herramental es una estructura herramental de extracción de luz.

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque el líquido fotopolimerizable es un líquido de baja viscosidad y comprende un monómero con fotoiniciador y un oligómero.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el líquido fotopolimerizable comprende además un material absorbedor de luz .

12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además el recubrimiento de la superficie de la herramienta maestra con un material conductor .

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el material ¦ formable es electrolíticamente chapado sobre la superficie de la herramienta maestra conductivamente recubierta.

14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material formable es uno de un polímero termoplástico o una resina curable.

15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el haz de luz utilizado para exponer y curar el líquido fotopolimerizable pasa a través de un sistema óptico sin enmascaramiento.