板对辊压印设备及在光学玻璃板上加工微纳结构的方法

    专利查询2026-06-13  3


    本发明是涉及一种板对辊压印设备,以及在光学玻璃板上加工微纳结构的方法。


    背景技术:

    1、微米结构或纳米结构(以下称微/纳结构)在先进光学和微流体应用中发挥着重要作用,例如透镜状微结构,可以在智能手机和平板产品上产生3d图像和视频。现有技术中,大多使用压花或滚压方法在塑料薄膜上制造微结构。然而,与光学玻璃材料相比,塑料在光学性能方面具有明显的缺陷,例如抗划伤性低、光致变色性能差、折射率随温度变化性差,等等。

    2、虽然有一些传统的方法能在光学玻璃表面滚压或压印微结构,但制作面积相对较小(如10x10mm),价格较高。类似的方法是在熔融石英辊上加工微结构,然后将电感加热器置于石英辊内部或外部,用于加热玻璃板。但是熔融石英硬而且脆,加工难度大,较难形成微观结构。


    技术实现思路

    1、本发明的一个目的在于,克服上述现有技术的不足,提供一种能在光学玻璃板上制作大面积微纳结构的板对辊压印设备;

    2、本发明的另一个目的在于,克服上述现有技术的不足,提供一种能在光学玻璃板上制作大面积微纳结构的方法。

    3、根据本发明的一个方面,一种板对辊压印设备,用于在一光学玻璃板上加工微纳结构,包括滚筒模块和工件支撑模块,滚筒模块包括滚筒;工件支撑模块包括工件台,工件台设置于所述滚筒模块下方,所述工件台上面设有芯板,所述芯板的上表面设有微纳结构,所述工件台内设有加热装置,所述加热装置位于所述芯板的下方,所述光学玻璃板设置于所述芯板的上表面,所述加热装置用于加热所述光学玻璃板;其中,所述滚筒滚动能向所述光学玻璃板施加压力,所述滚筒和所述工件台其中之一能沿着垂直于所述滚筒中轴线的方向往复运动。

    4、根据本发明的一实施例,所述工件台上面设用安装槽,所述芯板和所述光学玻璃板安装于所述安装槽内,且所述光学玻璃板的上表面凸出于所述工件台的上表面。

    5、根据本发明的一实施例,所述芯板和/或滚筒由碳化钨材料制成。

    6、根据本发明的一实施例,所述加热装置包括多个均匀设置的加热器,所述工件台内均匀设置有相互平行的多个容置槽,所述多个加热器一一对应的设置于所述多个容置槽。

    7、根据本发明的一实施例,所述加热装置还包括设置于所述滚筒内中心位置的红外加热器。

    8、根据本发明的一实施例,所述工件支撑模块还包括设置于所述工件台的下表面的隔热板。

    9、根据本发明的一实施例,所述工件支撑模块还包括设置于所述隔热板的下表面的冷却模块。

    10、根据本发明的一实施例,所述隔热板是陶瓷隔热板;和/或所述冷却模块是水冷板,水冷板内设有至少一个供冷却水流动的循环管路。

    11、根据本发明的一实施例,所述工件支撑模块还包括设置于所述冷却模块的下面的传感器装置,感器装置包括至少一个传感器。

    12、根据本发明的一实施例,所述传感器装置、所述冷却模块、所述隔热板以及所述工件台的外轮廓均为长方体形状,从下至上依次堆叠设置。

    13、根据本发明的一实施例,还包括机架,所述机架包括两个竖直设置的立柱和设置于两个所述立柱顶端的顶板,所述工件支撑模块和所述滚筒设置于所述顶板的下方,所述滚筒模块还包括伺服电机,所述伺服电机安装于所述机架上,用于驱动所述滚筒转动。

    14、根据本发明的一实施例,还包括调平装置,调平装置设置于所述顶板的上面,用于调整所述顶板的水平度,使所述顶板与所述光学玻璃板互相平行。

    15、根据本发明的一实施例,所述调平装置包括四个细螺距螺钉和四个微米探测头,四个细螺距螺钉设置于所述顶板的四个角落位置,分别用于调整相应位置处的所述顶板与所述立柱之间的间隙;四个微米探测头,设置于所述顶板的四个角落位置,用于显示平行度读数。

    16、根据本发明的一实施例,还包括直线导轨和滑块,直线导轨设置于两个所述立柱之间,并垂直于所述滚筒中轴线;滑块可滑动地设置于所述直线导轨上,其中,所述工件支撑模块安装于所述滑块上。

    17、根据本发明的一实施例,还包括直线导轨、滑块和升降装置,直线导轨设置于两个所述立柱之间,并垂直于所述滚筒中轴线;滑块可滑动地设置于所述直线导轨上;升降装置安装于所述滑块上;其中,所述工件支撑模块安装于所述升降装置上。

    18、根据本发明的一实施例,还包括降温室模组,降温室模组设置于所述滚筒的一侧,包括第一降温区和第二降温区,其中所述第二降温区的温度比所述第一降温区的温度低100-160℃。

    19、根据本发明的一实施例,还包括基板,两个所述立柱和所述直线导轨均安装于所述基板上。

    20、根据本发明的一实施例,所述降温室模组包括支架、承载板、多个冷却喷嘴和流量控制器,承载板安装于所述支架上;多个冷却喷嘴分别连接于冷却气源,所述多个冷却喷嘴分别设置于所述第一降温区和所述第二降温区;流量控制器用于控制所述冷却喷嘴的喷气速度,使所述第一降温区的冷却喷嘴的喷气速度大于所述第二降温区的冷却喷嘴的喷气速度。

    21、根据本发明的一实施例,还包括真空柜,所述的板对辊压印设备设置于所述真空柜内,所述真空柜设有观察窗和密封门。

    22、根据本发明的另一个方面,一种在光学玻璃板上加工微纳结构的方法,包括:

    23、提供本发明所述的板对辊压印设备;

    24、固定步骤:将待加工的光学玻璃板固定到板对辊压印设备的芯板的上表面;

    25、加热步骤:启动加热装置,将光学玻璃板加热至600℃-750℃,使光学玻璃板软化;

    26、滚压步骤:使滚筒以10-15m/s的速度滚压所述光学玻璃板,则所述光学玻璃板上形成与所述芯板上表面的微纳结构相吻合的微纳结构。

    27、根据本发明的一实施例,还包括冷却步骤:将形成有微纳结构的光学玻璃板分阶段冷却,第一阶段在15-25分钟内冷却至380℃-450℃,第二阶段在15-25分钟内冷却至220℃-250℃。

    28、根据本发明的一实施例,所述述加热步骤和/或滚压步骤和/或冷却步骤在8pa-10pa的真空压力下进行。

    29、本发明至少具有如下优点或有益效果:本发明提供的板对辊压印设备包括滚筒模块和工件支撑模块,工件支撑模块的工件台上面设有芯板,芯板的上表面设有微纳结构。由于芯板为平板结构,在平板上加工微纳结构相比于在曲面上加工微纳结构更容易,所以本发明中的芯板上可非常容易地形成大面积的微纳结构,待加工的光学玻璃板平铺于芯板上,通过滚筒模块中滚筒的滚压,即可将芯板上大面积的微纳结构转印到光学玻璃板上,从而形成具有大面积微纳结构的光学玻璃板。本发明的板对辊压印设备结构简单,不但能容易地在光学玻璃板上形成微纳结构,而且能够形成大面积的微纳结构,满足先进光学和微流体等领域的应用。



    技术特征:

    1.一种板对辊压印设备,用于在一光学玻璃板上加工微纳结构,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的板对辊压印设备,其特征在于,所述工件台上面设用安装槽,所述芯板和所述光学玻璃板安装于所述安装槽内,且所述光学玻璃板的上表面凸出于所述工件台的上表面。

    3.如权利要求1所述的板对辊压印设备,其特征在于,所述芯板和/或所述滚筒由碳化钨材料制成。

    4.如权利要求1所述的板对辊压印设备,其特征在于,所述加热装置包括多个均匀设置的加热器,所述工件台内均匀设置有相互平行的多个容置槽,所述多个加热器一一对应的设置于所述多个容置槽。

    5.如权利要求4所述的板对辊压印设备,其特征在于,所述加热装置还包括设置于所述滚筒内中心位置的红外加热器。

    6.如权利要求1所述的板对辊压印设备,其特征在于,所述工件支撑模块还包括:

    7.如权利要求6所述的板对辊压印设备,其特征在于,

    8.如权利要求6所述的板对辊压印设备,其特征在于,所述工件支撑模块还包括:

    9.如权利要求8所述的板对辊压印设备,其特征在于,所述传感器装置、所述冷却模块、所述隔热板以及所述工件台的外轮廓均为长方体形状,从下至上依次堆叠设置。

    10.如权利要求1-9任一项所述的板对辊压印设备,其特征在于,还包括:

    11.如权利要求10所述的板对辊压印设备,其特征在于,还包括:

    12.如权利要求11所述的板对辊压印设备,其特征在于,所述调平装置包括:

    13.如权利要求10所述的板对辊压印设备,其特征在于,还包括:

    14.如权利要求10所述的板对辊压印设备,其特征在于,还包括:

    15.如权利要求1-9任一项所述的板对辊压印设备,其特征在于,还包括:

    16.如权利要求15所述的板对辊压印设备,其特征在于,所述降温室模组包括:

    17.如权利要求14所述的板对辊压印设备,其特征在于,还包括:

    18.如权利要求1-9任一项所述的板对辊压印设备,其特征在于,还包括:

    19.一种在光学玻璃板上加工微纳结构的方法,其特征在于,包括:

    20.如权利要求19所述的方法,其特征在于,将形成有微纳结构的光学玻璃板分阶段冷却,第一阶段在15-25分钟内冷却至380℃-450℃,第二阶段在15-25分钟内冷却至22℃ 0-250℃。

    21.如权利要求19所述的方法,其特征在于,所述述加热步骤和/或滚压步骤和/或冷却步骤在8pa-10pa的真空压力下进行。


    技术总结
    本发明提供一种能在光学玻璃板上制作大面积微纳结构的板对辊压印设备及在光学玻璃板上加工微纳结构的方法。本发明板对辊压印设备包括滚筒模块和工件支撑模块。滚筒模块包括滚筒;工件支撑模块包括工件台,工件台设置于滚筒模块下方,工件台上面设有芯板,芯板的上表面设有微纳结构,工件台内设有加热装置,加热装置位于芯板的下方,光学玻璃板设置于芯板的上表面,加热装置用于加热光学玻璃板。滚筒滚动能向光学玻璃板施加压力,滚筒和工件台其中之一能沿着垂直于滚筒中轴线的方向往复运动。

    技术研发人员:张志辉,龚峰,陈建良,杨高,李泽,何丽婷,王春锦
    受保护的技术使用者:香港理工大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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