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TWI523809B - 具微結構之基材及其製作方法 - Google Patents

具微結構之基材及其製作方法 Download PDF

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TWI523809B
TWI523809B TW101116432A TW101116432A TWI523809B TW I523809 B TWI523809 B TW I523809B TW 101116432 A TW101116432 A TW 101116432A TW 101116432 A TW101116432 A TW 101116432A TW I523809 B TWI523809 B TW I523809B
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莊承鑫
陳茗毓
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南臺科技大學
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Description

具微結構之基材及其製作方法
本發明是有關於一種具微結構之基材及其製作方法，特別是有關於一種利用非水系自組裝製程形成之具微結構之基材及其製作方法。
自組裝為存在於自然界中的一種微觀現象，其主要為水系溶液中摻入的微/奈米粒子，當溶液蒸發時造成液面高度的下降與粒子間相互的作用力進而發生相互聚集排列的效應，而自然發生的自組裝排列。
一般而言，傳統上多以奈米尺度的粒子來進行研究與製作，接著進行翻製自組裝的結構以獲得所需之公模。其中，為獲得較粒子附著特性與單層自組裝結構，必須對基板進行表面改質與環境溼度的控制變化。換言之，利用此一製程將會增加成本上的支出。
亦有利用其他方式來製作微結構之方法，舉例而言，台灣發明專利(公開號：200817778)揭露一種部份浸沒之珠粒單層，以水性膠混合膠體粒子進行自組裝形成結構膜。其中，此發明需控制液體蒸發自組裝(在潮濕下以水形成模板、單層排列)，並且所使用之等徑微粒子，1-20um粒徑之聚合物粒子。此外，所形成之膜包 括部分浸沒於黏合劑中之實質上呈單層排列的珠粒。此一缺點在於需藉由控制液體蒸發的速度以達到自組裝之目的，實行上並不易達成，再者需利用等徑微粒子，其成本昂貴。
另外，台灣專利(公告號I221826)係揭露一種利用化學自組裝製程之模仁製作方法，主要是利用化學自組裝(Self-Assembly)在基材表面所形成一自組裝單分子膜層(Self-Assembled Monolayer,SAM)，再將含有顆粒溶液於該化學層上方作特定排列形成顆粒層。接著，利用此顆粒層做為模仁製造之母模，進行電鑄製程。並且，基材表面經過處理而可與雙官能基分子形成化學鍵結，再進行自組裝粒子排列之後的電鑄翻模。然而，此一缺點在於基材表面需先產生化學層，用以與粒子做自組裝排列。故，製程步驟繁雜費時，且成本高。
此外，台灣專利(公告號I315321)係揭露一種透鏡陣列的製造方法、透鏡陣列及其光學元件陣列裝置。首先，在一基板上形成一自組裝單分子層，用以形成一親水性區域與一疏水性區域。接著在基板上塗佈一液態材料，使在親水性區域上凝聚出多數液態透鏡之後並加以固化，以形成透鏡陣列。然而，此一缺點在於，表面需先產生親水性區域與一疏水性區域，用以在親水區產生液態透鏡並加以固化，並且所需之製程複雜以及成本高。
有鑑於此，本發明之目的就是在提供一種具微結構之基材及其製作方法，主要是利用非水系之自組裝方法以減少製程的複雜以及減少所需的成本支出。
本發明之具微結構之基材的製作方法，包含下列步驟：首先，提供一混合液以及一母模，其中混合液包含複數個顆粒體以及一光固化膠，並且母模係自混合液中脫離以使此些顆粒體自組裝於母模之一表面上；接著，提供一光源予此母模，藉以使自組裝於母模上之顆粒體藉由光固化膠之固化而固定於母模上；接著，進行一翻模步驟，藉由母模使一公模之表面形成一凹凸表面，並且凹凸表面係對應母模上之此些顆粒體之形狀；以及進行一壓印步驟，其中公模係壓印於基材上，使基材之表面具有微結構，並且微結構之形狀係對應此凹凸表面之形狀。
較佳地，所述之母模係一中空母模或一平板母模。
較佳地，所述之中空母模係中空圓筒、中空方管、中空橢圓管。
較佳地，平板母模係履帶或平板帶。
較佳地，公模係以電鑄或矽膠(PDMS)膠注形成。
較佳地，公模更包含一心軸，以使此公模透過此心軸連續式進行壓印步驟。較佳地，此公模係一滾筒公模。
較佳地，光固化膠係紫外光固化膠。
較佳地，混合液中之此些顆粒體以及此光固化膠之體積比例係2%~50%。
此外，本發明更提出一種具微結構之基材，其係利用前述之方法製成。
承上所述，依本發明之具微結構之基材及其製作方法，其可具有下述優點： 本發明之具微結構之基材及其製作方法主要是利用光固化膠以及顆粒體之自組裝製程，只需控制混合液之體積百分比(顆粒體體積/總溶液體積)以及母模脫離混合液之速率，並配合不同尺寸之顆粒，做上述之參數之調整，即可達成自組裝結構之形成。
10‧‧‧混合液
11‧‧‧光固化膠
12‧‧‧顆粒體
21‧‧‧母模
31‧‧‧公模
41‧‧‧心軸
50~53‧‧‧步驟
60‧‧‧基材
61‧‧‧微結構
70‧‧‧光源
第1A圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之垂直拉伸式之示意圖。
第1B圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之水平旋轉式之示意圖。
第2圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之光固化步驟示意圖。
第3圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之平板母模翻模之第一示意圖。
第4圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之平板母模翻模之第二示意圖。
第5圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之中空圓筒母模翻模之示意圖。
第6圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之公模壓印基材之示意圖。
第7圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之步驟圖。
請參閱第1A、1B及7圖，第1A圖係為本發明之具微結構之基材的 製作方法之垂直拉伸式之示意圖、第1B圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之水平旋轉式之示意圖以及第7圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之步驟圖。在第1A、1B及7圖中，本發明之具微結構之基材的製作方法，包含下列步驟：首先步驟50提供一混合液10以及一母模21，其中混合液10包含複數個顆粒體12以及一光固化膠11，並且母模21係自混合液10中脫離以使此些顆粒體12自組裝於母模21之一表面上。具體而言，母模21較佳係一中空母模或一平板母模，其中，中空母模較佳係中空圓筒、中空方管或中空橢圓管。此外，平板母模較佳係履帶或平板帶。另外，較佳地，所述之顆粒體12較佳係空心微玻璃珠。要特別提到的是，顆粒體12之密度較佳係小於光固化膠11之密度，藉以使顆粒體12可以浮在光固化膠11中或光固化膠11之液面，以利母模21脫離混合液10時，顆粒體12可以自組裝於母模21之表面。
要特別提到的是，此處顆粒體12的大小、顆粒體12與光固化膠11之體積比例以及母模21自混合液10中脫離之速度將會影響到顆粒體12在母模21上自組裝之效果。較佳地，顆粒體12大小係介於1至250毫米；顆粒體12與光固化膠11之體積比例係介於2%至50%；母模21自混合液10中脫離之速度係介於0.1毫米/分至5毫米/分。
此外，前述之母模21係自混合液10中脫離(如第1A及1B圖所示)，分別利用垂直拉伸式或水平旋轉式之浸泡塗佈(Dip-Coating)製程以達到自組裝之效果。另外，本案所述之脫離方法亦包含了任何將母模浸入混合液中，再進行母模抽離或混合液抽離之方式在內。
續言之，請參閱第2及7圖。第2圖係為本發明之具微結構之基材 的製作方法之光固化步驟示意圖。當顆粒體12在母模21上自組裝完成後，步驟51係提供一光源70予此母模21，藉以使自組裝於母模21上之此些顆粒體12藉由光固化膠11之固化而固定於母模21上。詳盡地說，本發明之具微結構之基材的製作方法並不需改質母模21的表面使顆粒體12附著於其表面，而是利用光固化膠11的固化效果，達成此一功效。較佳地，光固化膠11係紫外光固化膠(UV-curable adhesive)，且所述之光源70係紫外光。
接續而言，請參閱第3、4、5及7圖。第3圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之平板母模翻模之第一示意圖、第4圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之平板母模翻模之第二示意圖以及第5圖係為本發明之具微結構之基材的製作方法之中空圓筒母模翻模之示意圖。當光固化步驟51結束之後，接著進行一翻模步驟52，藉由此母模21使一公模31之表面形成一凹凸表面，並且此凹凸表面係對應此母模21上之此些顆粒體12之形狀。具體而言，母模21上的顆粒體12若為圓球狀，由於母模21上已經佈置了一層或多層的顆粒體，因此公模31之表面會形成接近部份圓球狀或半圓球狀之凹陷處。
另外，要特別提到的是，公模31較佳地係以電鑄或矽膠(PDMS)膠注形成。
其中，若此處之母模21係以一空心圓筒做為實施方式，較佳地係如第5圖所示，母模21係設計為可分開之方式，以方便取出公模。
接著，請參閱第5至7圖。第6圖係為本發明之具微結構之基材的 製作方法之公模壓印基材之示意圖。其中要特別提到的是，此處公模僅以滾筒公模為例。續言之，公模31形成之後即可進行一壓印步驟53，其中公模31係用以壓印基材60，使基材60之表面具有微結構61，並且微結構61之形狀係對應凹凸表面之形狀。詳細而言，公模31上凹凸不平的表面壓印在基材60上時，基材60上就會對應的形成凹凸不平的表面，此一凹凸不平的表面即為本發明所述之微結構61。較佳地，微結構61係三維亂數排列球型陣列微結構，其中，三維亂數排列陣列之特性係來自於自組裝製程所形成，亦即微結構的排列方式並不具有規則性。
較佳地，公模31更包含一心軸41，以使公模31透過心軸41連續式進行壓印步驟53，且公模31較佳係一滾筒公模。
此外，本發明更提出一種具微結構之基材，其係由上述之方法所製成。詳細而言，基材60具有一微結構61，此微結構61係經由公模31壓印而形成於基材60之表面(如第6圖所示)。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
50~53‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種具微結構之基材的製作方法，包含下列步驟：提供一混合液以及一母模，其中該混合液包含複數個顆粒體以及一光固化膠，並且該母模係被浸泡塗佈於該混合液後，自該混合液中脫離以使該些顆粒體自組裝於該母模之表面上，其中該些顆粒體之密度係小於該光固化膠之密度；提供一光源予該母模，藉以使自組裝於該母模上之該些顆粒體藉由該光固化膠之固化而固定於該母模上；進行一翻模步驟，藉由該母模使一公模之表面形成一凹凸表面，並且該凹凸表面係對應該母模上之該些顆粒體之形狀；以及進行一壓印步驟，其中該公模係壓印該基材，以使該基材之表面具有該微結構，並且該微結構之形狀係對應該凹凸表面之形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之基材的製作方法，其中該母模係一中空母模或一平板母模。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具微結構之基材的製作方法，其中該中空母模係中空圓筒、中空方管或中空橢圓管。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之具微結構之基材的製作方法，其中該平板母模係履帶或平板帶。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之基材的製作方法，其中該公模係以電鑄或矽膠(PDMS)膠注形成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具微結構之基材的製作方法，其中該公模更包含一心軸，以使該公模透過該心軸連續式進行該壓印 步驟。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具微結構之基材的製作方法，其中該公模係一滾筒公模。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之基材的製作方法，其中該光固化膠係紫外光固化膠。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之具微結構之基材的製作方法，其中該混合液中之該些顆粒體以及該光固化膠之體積比例係2%~50%。
  10. 一種具微結構之基材，其係以申請專利範圍第1項所述之方法所製成。
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