臺灣博碩士論文加值系統

微結構精密複製技術以微射出成型與微熱壓成型技術居多，但在製程上須反覆的升降溫，相當耗時，因此成型技術朝向滾輪式發展，可有效縮短製程時間，再配合連續不間斷的特點，更可達到量產及大面積製作。所以本研究將以Roll to Roll的概念，以及紅外線加熱的優點來設計滾輪式雙面微結構壓印機台。在製程參數方面，滾輪表面溫度過高會造成結構變形與張力現象，氣壓缸壓力不足則結構壓印不完全，而壓印速度太快會有拖移與變形現象發生，因此三項參數皆是影響成型品質好壞的重要參數。材料成型方面，因為PET回彈現象造成複製率下降，所以PC比PET成型複製率好。成品表面粗糙度方面，經由上滾輪壓印的微結構符合光學元件的表面粗糙度要求，而下滾輪壓印的微結構未達到要求，主要原因是下滾輪表面粗糙所造成，而在單面與雙面微結構的光學特性，總透光率皆有大幅度的提升，達到增亮的效果。

This paper reports a novel infrared assisted roller embossing technique for the rapid fabrication of polymeric diffusion films with dual-sided microstructures. A roll-to-roll embossing facility with infrared heating has been designed, constructed and tested in our laboratory. Metallic rollers bearing microstructures are fabricated using a tungsten carbide turning machine. They were then used to replicate the microstructure onto 0.5 mm thick PC and PET films in the experiments. During roller embossing, the rollers are heated by the infrared energy to melt the thermoplastic at the roller/film interface and thereby to replicate the microstructure. Under the proper processing conditions, plastic films with 90 degree cross-angle dual-sided microstructures can be successfully fabricated. The experimental results in this study suggest that infrared assisted roller embossing provides an effective way of fabricating microstructures onto plastic substrates. This would provide significant advantages in terms of a shorter cycle time as well as improved product quality.

目錄
指導教授推薦書………………………………………………………………………
口試委員會審定書……………………………………………………………………
長庚大學博碩士論文著作授權書 ………………………………………………iii
誌謝…………………………………………………………………………………iv
中文摘要 ……………………………………………………………………………v
Abstract …………………………………………………………………………vi
目錄 ………………………………………………………………………………vii
圖目錄………………………………………………………………………………xi
表目錄 ……………………………………………………………………………xiv
第一章 緒論 ………………………………………………………………………1
1.1 微結構複製成型技術 ……………………………………………………1
1.1.1 微射出成型 ………………………………………………………………1
1.1.2 微熱壓成型 ………………………………………………………………2
1.1.3 超音波壓印成型 …………………………………………………………3
1.1.4 滾輪壓印成型 ……………………………………………………………4
1.2 雙面微結構複製成型技術 ………………………………………………5
1.3 研究動機 …………………………………………………………………6
1.4 研究目標 …………………………………………………………………7
1.5 論文架構 …………………………………………………………………8
第二章 文獻回顧 …………………………………………………………………9
2.1 微熱壓印成型相關文獻 …………………………………………………9
2.2 微結構滾輪複製成型相關文獻 …………………………………………9
2.2.1 微結構滾輪紫外光固化成型 ……………………………………………9
2.2.2 微結構滾輪熱壓印成型…………………………………………………11
2.3 雙面微結構成型相關文獻………………………………………………13
2.4 紅外線應用在微結構成型相關文獻……………………………………14
2.5 文獻總結…………………………………………………………………15
第三章 研究方法與實驗設備……………………………………………………16
3.1 實驗步驟流程……………………………………………………………16
3.2 滾輪壓印成型設備………………………………………………………17
3.2.1 滾輪壓印成型設備簡介…………………………………………………17
3.2.2 微結構滾輪………………………………………………………………23
3.2.3 驅動力源…………………………………………………………………25
3.2.4 壓力源……………………………………………………………………26
3.2.5 紅外線加熱器……………………………………………………………27
3.2.6 精密平移機構……………………………………………………………29
3.3 實驗材料…………………………………………………………………30
3.4 單一參數實驗……………………………………………………………31
3.5 實驗數據量測……………………………………………………………35
3.5.1 壓印深度量測……………………………………………………………35
3.5.2 光學特性量測……………………………………………………………36
3.6 量測設備…………………………………………………………………37
3.6.1 立體顯微鏡………………………………………………………………37
3.6.2 工具顯微鏡………………………………………………………………38
3.6.3 掃描式電子顯微鏡………………………………………………………38
3.6.4 表面輪廓儀………………………………………………………………39
3.6.5 熱電偶與溫度資料擷取器………………………………………………40
3.6.6 光學霧(濁)度鏡…………………………………………………………41
3.6.7 脈衝雷射…………………………………………………………………41
3.6.8 原子力顯微鏡……………………………………………………………42
第四章 結果與討論………………………………………………………………44
4.1 PET單一參數實驗結果…………………………………………………44
4.1.1 滾輪表面溫度……………………………………………………………44
4.1.2 滾輪壓印壓力……………………………………………………………47
4.1.3 滾輪壓印速度……………………………………………………………48
4.2 PC單一參數實驗結果……………………………………………………50
4.2.1 滾輪表面溫度……………………………………………………………50
4.2.2 滾輪壓印壓力……………………………………………………………52
4.2.3 滾輪壓印速度……………………………………………………………53
4.3 壓印深度一致性實驗結果………………………………………………55
4.3.1 PET深度一致性結果……………………………………………………55
4.3.2 PC深度一致性結果 ……………………………………………………58
4.4 光學霧度實驗結果………………………………………………………61
4.5 光學雷射實驗結果………………………………………………………63
4.6 壓印結構表面粗度實驗結果……………………………………………64
第五章 結論與未來發展…………………………………………………………66
5.1 結論………………………………………………………………………66
5.2 未來發展…………………………………………………………………67
參考文獻……………………………………………………………………………68

圖目錄
圖1-1 射出成型過程示意圖 ……………………………………………………2
圖1-2 熱壓成型製程圖 …………………………………………………………3
圖1-3 超音波熔接過程壓力-振幅-時間關係圖 ………………………………4
圖1-4 滾輪壓印製程示意圖 ……………………………………………………5
圖3-1 實驗流程圖………………………………………………………………16
圖3-2 滾輪壓印設備機構設計圖(3D)…………………………………………17
圖3-3 滾輪壓印設備工程圖(2D)………………………………………………18
圖3-4 滾輪壓印設備外觀圖……………………………………………………19
圖3-5 滾輪壓印設備外觀前視圖………………………………………………20
圖3-6 滾輪壓印設備外觀右側視圖……………………………………………20
圖3-7 滾輪壓印製程示意圖(2D)………………………………………………21
圖3-8 滾輪雙面壓印製程示意圖(3D)…………………………………………21
圖3-9 單面滾輪壓印製程示意圖………………………………………………22
圖3-10 雙面滾輪壓印製程示意圖………………………………………………22
圖3-11 成品示意圖………………………………………………………………22
圖3-12 平行結構滾輪尺寸圖……………………………………………………23
圖3-13 垂直結構滾輪尺寸圖……………………………………………………24
圖3-14 垂直與平行滾輪表面外觀圖……………………………………………24
圖3-15 US無段變速馬達外型圖…………………………………………………25
圖3-16 氣壓缸規格………………………………………………………………26
圖3-17 遠紅外線陶瓷發熱體……………………………………………………27
圖3-18 陶瓷發熱體尺寸圖與剖面視意圖………………………………………28
圖3-19 Z軸精密平移台外觀圖 …………………………………………………29
圖3-20 PET板材 …………………………………………………………………30
圖3-21 PC板材……………………………………………………………………30
圖3-22 壓印量測圖………………………………………………………………35
圖3-23 深度量測點分佈圖(垂直)………………………………………………35
圖3-24 深度量測點分佈圖(平行)………………………………………………36
圖3-25 立體顯微鏡………………………………………………………………37
圖3-26 工具顯微鏡………………………………………………………………38
圖3-27 掃描式電子顯微鏡………………………………………………………39
圖3-28 表面輪廓儀………………………………………………………………40
圖3-29 溫度資料擷取器…………………………………………………………40
圖3-30 光學霧度計………………………………………………………………41
圖3-31 脈衝雷射…………………………………………………………………42
圖3-32 原子力顯微鏡外觀圖……………………………………………………43
圖4-1 PET單面壓印溫度與高度關係圖 ………………………………………45
圖4-2 PET雙面壓印溫度與高度關係圖 ………………………………………45
圖4-3 結構拖移與變形現象……………………………………………………46
圖4-4 結構張力現象……………………………………………………………46
圖4-5 結構壓印不完全…………………………………………………………46
圖4-6 PET單面壓印壓力與高度關係圖 ………………………………………47
圖4-7 PET雙面壓印壓力與高度關係圖 ………………………………………48
圖4-8 上滾輪溫度與速度關係圖………………………………………………49
圖4-9 PET單面壓印速度與高度關係圖 ………………………………………49
圖4-10 PET雙面壓印速度與高度關係圖 ………………………………………50
圖4-11 PC單面壓印溫度與高度關係圖…………………………………………51
圖4-12 PC雙面壓印溫度與高度關係圖…………………………………………51
圖4-13 PC單面壓印壓力與高度關係圖…………………………………………52
圖4-14 PC雙面壓印壓力與高度關係圖…………………………………………53
圖4-15 PC單面壓印速度與高度關係圖…………………………………………54
圖4-16 PC雙面壓印速度與高度關係圖…………………………………………54
圖4-17 脈衝雷射光照射結果……………………………………………………63
圖4-18 垂直結構表面粗糙度量測圖……………………………………………64
圖4-19 平行結構表面粗糙度量測圖……………………………………………65

表目錄
表3-1 馬達規格表………………………………………………………………25
表3-2 氣壓缸尺寸對照表………………………………………………………27
表3-3 遠紅外線溫度對照表……………………………………………………28
表3-4 Z軸精密平移台規格表 …………………………………………………29
表3-5 塑膠材料特性對照表……………………………………………………30
表3-6 單面PC單一參數表(垂直)………………………………………………31
表3-7 單面PC單一參數表(平行)………………………………………………32
表3-8 單面PET單一參數表(垂直)……………………………………………32
表3-9 單面PET單一參數表(平行)……………………………………………33
表3-10 雙面PC單一參數表………………………………………………………33
表3-11 雙面PET單一參數表 ……………………………………………………34
表4-1 PET單面垂直方向一致性量測表 ………………………………………56
表4-2 PET單面平行方向一致性量測表 ………………………………………56
表4-3 PET雙面結構一致性量測表 ……………………………………………57
表4-4 PC單面垂直方向一致性量測表…………………………………………59
表4-5 PC單面平行方向一致性量測表…………………………………………59
表4-6 PC雙面結構一致性量測表………………………………………………60
表4-7 單面光學霧度計量測結果………………………………………………61
表4-8 雙面光學照射結果………………………………………………………62

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