专利名称：立体结构与微胞释放涂布方法
技术领域：
本发明是有关于一种涂布方法，且特别是有关于一种能使涂层厚度均匀的微胞(micelle)释放涂布方法及以此方式得到的立体结构。
背景技术：
传统的涂布方式,如浸湿涂布(dip coating)、喷雾涂布(spray coating)等涂布方式，皆涂布于简易平面基板上，但是当涂布于三维立体结构的表面上时，其复杂曲面的涂布均匀性不易控制。以浸湿涂布为例，由于重力、表面张力等因素，不易在三维立体基板表面形成均匀厚度的膜。因此必须解决三维立体涂布均匀性不佳的问题。目前已有专利提出改善方式，如美国专利US5153027在提拉过程使用旋转让涂层的厚度均匀；美国专利公开号US 2005/0158452则是根据不同的提拉速度，搭配涂料的粘滞性进行涂布。
发明内容
本发明提供一种立体结构，具有厚度均匀的涂层，另提供一种微胞释放涂布方法，能使涂层厚度均匀。本发明提出一种立体结构，包括三维物件与至少一涂层。所述三维物件的表面具有数个凹槽，每一凹槽的宽度在0.5微米 1000微米之间。至于涂层则是位于每一凹槽内，其中上述涂层是由涂料微胞破裂而形成在每一凹槽内的。所述涂料微胞包括微胞溶液(emulsion)、液晶(liquid crystal)、染料(dye)、油墨(ink)、胶体(colloids)、电解质或电泳液。所述涂料微胞的直径在0.5微米 100微米之间。所述涂料微胞是由单分子层膜包覆的涂料。每一凹槽的深度在0.5微米 1000微米之间。当该至少一涂层为多层结构时，该多层结构中的每一层是用不同种类涂料。所述凹槽包括以周期排列于该三维物件的表面。所述凹槽的形状包括方形或楔型。本发明另提出一种微胞释放涂布方法，包括提供一个表面具有数个凹槽的三维物件，其中每一凹槽的宽度在0.5微米 1000微米之间。然后，在三维物件上涂布一微胞溶液，并使微胞溶液因毛细现象而吸附于每一凹槽内，其中微胞溶液包括涂料微胞与挥发性载体。接着，待微胞溶液中的挥发性载体挥发，使涂料微胞破裂而在每一凹槽内形成一涂层。该涂料微胞包括微胞溶液、液晶、染料、油墨、胶体、电解质或电泳液。该挥发性载体包括水或由水与亲水性有机溶剂构成的溶液。所述亲水性有机溶剂包括水溶性醇类、水溶性酮类或水溶性醛类。所述水溶性醇类包括甲醇或乙醇。
所述水溶性酮类包括丙酮。所述水溶性醛类包括甲醛。该微胞溶液包括介面活性剂。 所述介面活性剂包括Ludox 的胶体氧化娃。所述微胞释放涂布方法还包括重复涂布该微胞溶液与使所述涂料微胞破裂的步骤，以在每一凹槽内形成多层结构。形成的该多层结构中的每一层是使用不同的微胞溶液。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1A至图1B是表面设计有凹槽结构的三维物件进行浸湿涂布的工艺剖面示意图。图1C-1和图1C-2是图1B的C部位的两种不同吸附情形的放大图。图2是使用粘滞性高的涂料进行浸湿涂布的剖面示意图。图3A至图3C是根据本发明的一实施例所绘示的一种微胞释放涂布的工艺剖面示意图。图3D与图3E是接续图3C的另一种微胞释放涂布的工艺剖面示意图。图4是实验二的基板的拉提角度示意图。图5是实验二的拉提角度与胆固醇液晶涂层的厚度的关系图。附图标记说明100、300:三维物件100a、300a:表面102、302:凹槽104:容器106,200:涂料304、312:微胞溶液306,314:涂料微胞308,316:挥发性载体310:涂层320:多层结构W:宽度D:深度WT:厚度Θ:接触角
具体实施例方式基于上述，由于对三维物件进行涂布时，往往因为重力、表面张力等因素，无法在其表面形成均匀厚度的涂层，所以本发明先在被涂布的三维物件表面设计凹槽结构，利用微胞破裂后释放涂料的方式，将微胞溶液涂布于三维物件的凹槽内，并通过凹槽的毛细吸附力，于涂布过程将微胞溶液吸附于其中。等到微胞溶液中的液体挥发完全后，涂料微胞会因为表面张力破裂，而释放出涂料填充上述凹槽，因此可达到均匀控制其厚度的效果，如图1A所示。当三维物件100的表面IOOa具有凹槽102,则在进行如浸湿涂布(dip coating)的工艺时，可通过毛细现象将容器104中的涂料106吸附于凹槽102内，如图1B。因为毛细现象不会使涂料106受重力、表面张力等因素自三维物件100的表面IOOa滴落，如图1C-1或图1C-2所示。在图1C-1中，涂料106与凹槽102的接触角θ > π/2，为凸面吸附，其关系可由毛细力公式(Y θ/pW)叙述，其中T为凹槽102的厚度、Y为涂料106与空气之间的表面张力(单位是J/m2或N/m)、P为涂料106密度(单位是kg/m3)、W为凹槽102的宽度(单位是m)。在图1C-2中则是涂料106与凹槽102的接触角θ < π/2的情形，此时为凹面吸附。无论是凸面吸附或者凹面吸附，在三维物件100的上方的涂料106厚度T1与其下方的涂料106厚度T2均相差无几。然而，当涂料本身具有较高的粘滞性时，如图2所示，可能因为涂料200的表面张力，所以导致涂料200无法顺利进入凹槽102中。举例来说，涂料200的粘滞性为50cps.，将不易进入宽度W约10微米的凹槽102内。考量以上问题，本发明得到如图3A至图3C的涂布方式，其是根据本发明的一实施例所绘示的一种微胞释放涂布的工艺剖面示意图。请参照图3A，首先提供一个三维物件300，其表面300a具有数个凹槽302。至于凹槽302的制作可选择由二维平面结构转为三维物件或者直接在三维物件表面制作凹槽般的微结构。举例来说，由二维平面结构转为三维物件的方式如真空热成型(Thermalforming)。三维物件300的凹槽302的形成较佳是利用雷射直写。每一凹槽302的宽度W例如在0.5微米 1000微米之间，而深度D并无限制，只要能容置所需厚度的涂料即可，如在0.5微米 1000微米之间。在这个实施例中，凹槽302可以周期排列于该三维物件300的表面，如采取窗格状配置或者多边型周期结构。至于凹槽302的形状并无限制，譬如方形、楔型(wedge)等。然后，请继续参照图3A，在三维物件300上涂布一微胞溶液304，并使微胞溶液304因毛细现象而吸附于每一凹槽302内，其中微胞溶液304包括涂料微胞306与挥发性载体308，其中涂料微胞306例如是由单分子层膜包覆的涂料。在本实施例中，挥发性载体307包括水或由水与亲水性有机溶剂构成的溶液。所述亲水性有机溶剂包括水溶性醇类、水溶性酮类、或水溶性醛类等具极性的溶液；可列举有甲醇、乙醇、丙酮、甲醛等。由于挥发性载体307为亲水性，所以涂料微胞306内为疏水性，涂料微胞306外为亲水性，但本发明并不限于此。在其他实施例中，微胞溶液304还可包括介面活性剂,如Ludox 的胶体氧化娃，使涂料微胞306外为疏水性，涂料微胞306内为亲水性，同样能形成微胞溶液。涂料微胞306的直径例如在0.5微米 100微米之间。而涂料微胞306例如微胞溶液(emulsion)、液晶(liquid crystal)、染料(dye)、油墨(ink)、胶体(colloids)、电解质或电泳液。以液晶为例，涂料微胞306可以是由聚合物封住的不连续量(discrete volume)的液晶材料构成的聚合物分散胆固醇液晶(polymer dispersed CLC)。也就是说,液晶在如聚合物材料的物质中分散或悬浮成为很微小的分散颗粒。这样的涂料微胞306可用相分离(phase separation)的方式制备。然而，本实施例的涂料微胞306还可以用其他方式制备，并不限于本文所述。在本实施例中，挥发性载体308与涂料微胞306在粘滞性方面可有差异，当选用粘滞性较低的溶液作为挥发性载体308时，能使整体微胞溶液304的粘滞性低，而轻易进入凹槽302中。涂料微胞306则可不需考虑粘滞性高低，即便用粘滞性较高的液晶材料，也能在后续步骤顺利进入凹槽302中。然后，请参照图3B，随着微胞溶液304中的挥发性载体308逐渐挥发，涂料微胞306会往三维物件300的凹槽302内聚集。接着，请参照图3C，在挥发性载体(如图3B的308)挥发后，涂料微胞(如图3B的306)会破裂而在每一凹槽302内形成一涂层310。涂层310的厚度T不大于凹槽302的深度D，且每一凹槽302内的厚度T是几乎相同的。涂料包覆于单分子层膜里，单分子层会因溶液挥发后，微胞外围单分子层因张力过大而破裂上述方法还可包括图3D与图3E的重复步骤。请参照图3D，在三维物件300上还可涂布另一微胞溶液312，使其吸附于每一凹槽302内，其中微胞溶液312包括涂料微胞314与挥发性载体316。挥发性载体316可与图3A的挥发性载体308相同或不同，涂料微胞314则与图3A的涂料微胞306不同。然后，请参照图3E，在挥发性载体(如图3D的316)挥发后，涂料微胞(如图3D的314)会破裂而在每一凹槽302的涂层310上形成另一涂层318，而成为一多层结构320。因此，只要重复涂布微胞溶液并待其涂料微胞破裂的步骤，将能轻易在三维物件300表面涂布多层结构320。以下列举几个实验来验证本发明的效果。实验一三维物件:具有300 μ mX 300 μ m底面积且深度15 μ m的多个凹槽的测试用基板。涂料微胞:胆固醇液晶微胞。挥发性载体:水。将以上胆固醇液晶微胞加水调制成浓度 30%或以下的微胞溶液。然后，将测试用基板浸入微胞溶液内，再以垂直液面的方向拉提测试用基板(拉提速度lmm/s)，以使微胞溶液涂布于测试用基板上，并待水挥发后，可观察到每一凹槽内都有胆固醇液晶涂层存在。实验二使用实验一的微胞溶液，然后改变测试用基板的拉提角度，请参照图4，其中垂直微胞溶液的液面是设为0°、负数代表右倾的拉提角度、正数代表左倾的拉提角度。之后，等胆固醇液晶微胞破裂而形成涂层后，量测其厚度，结果如图5所示的曲线图。从图5可清楚得到无论拉提角度的大小，最后形成的胆固醇液晶涂层的厚度都是相同的，因此根据本发明确实能得到均匀厚度的涂层。综上所述，本发明利用微胞破裂后释放涂料的方式，搭配位于三维物件表面的凹槽，因此能得到具有均匀厚度涂层的立体结构。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围以权利要求书为准。
权利要求
1.一种立体结构，其特征在于所述立体结构包括: 一三维物件，其表面具有多数个凹槽，每一凹槽的宽度在0.5微米 1000微米之间；以及 至少一涂层，位于每一凹槽内，其中该至少一涂层是由多数个涂料微胞破裂而形成在每一凹槽内的。
2.如权利要求1所述的立体结构，其特征在于，所述涂料微胞包括微胞溶液、液晶、染料、油墨、胶体、电解质或电泳液。
3.如权利要求1所述的立体结构，其特征在于，所述涂料微胞的直径在0.5微米 100微米之间。
4.如权利要求1所述的立体结构，其特征在于，所述涂料微胞是由单分子层膜包覆的涂料。
5.如权利要求1所述的立体结构,其特征在于,每一凹槽的深度在0.5微米 1000微米之间。
6.如权利要求1所述的立体结构，其特征在于，当该至少一涂层为多层结构时，该多层结构中的每一层是用不同种类涂料。
7.如权利要求1所述的立体结构，其特征在于，所述凹槽包括以周期排列于该三维物件的表面。
8.如权利要求1所述的立体结构，其特征在于，所述凹槽的形状包括方形或楔型。
9.一种微胞释放涂布方法，其特征在于所述方法包括: 提供一三维物件，其中该三维物件的表面具有多数个凹槽，每一凹槽的宽度在0.5微米 1000微米之间； 在该三维物件上涂布一微胞溶液，使该微胞溶液因毛细现象而吸附于每一凹槽内，其中该微胞溶液包括多数个涂料微胞与一挥发性载体；以及 使该挥发性载体挥发，以使所述涂料微胞破裂而在每一凹槽内形成一涂层。
10.如权利要求9所述的微胞释放涂布方法，其特征在于，该涂料微胞包括微胞溶液、液晶、染料、油墨、胶体、电解质或电泳液。
11.如权利要求9所述的微胞释放涂布方法，其特征在于，该挥发性载体包括水或由水与亲水性有机溶剂构成的溶液。
12.如权利要求11所述的微胞释放涂布方法，其特征在于，所述亲水性有机溶剂包括水溶性醇类、水溶性酮类或水溶性醛类。
13.如权利要求12所述的微胞释放涂布方法，其特征在于，所述水溶性醇类包括甲醇或乙醇。
14.如权利要求12所述的微胞释放涂布方法，其特征在于，所述水溶性酮类包括丙酮。
15.如权利要求12所述的微胞释放涂布方法，其特征在于，所述水溶性醛类包括甲醛。
16.如权利要求9所述的微胞释放涂布方法，其特征在于，该微胞溶液包括介面活性剂。
17.如权利要求16所 述的微胞释放涂布方法，其特征在于，所述介面活性剂包括Ludox 的胶体氧化娃。
18.如权利要求9所述的微胞释放涂布方法，其特征在于，所述微胞释放涂布方法还包括重复涂布该微胞溶液与使所述涂料微胞破裂的步骤，以在每一凹槽内形成多层结构。
19.如权利要求18 所述的微胞释放涂布方法，其特征在于，形成的该多层结构中的每一层是使用不同的微胞溶液。
全文摘要
一种立体结构与微胞释放涂布方法。所述方法是在表面具有数个凹槽的三维物件上涂布一微胞溶液，并使微胞溶液因毛细现象而吸附于每一凹槽内，然后待微胞溶液中的挥发性载体挥发，使微胞溶液中的涂料微胞破裂而在每一凹槽内形成一涂层。如此一来，可达到均匀涂层厚度的效果。
文档编号B32B3/14GK103192553SQ201210046199
公开日2013年7月10日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年1月6日
发明者巫晟逸, 杨明桓, 蔡镇竹, 刘楫安 申请人:财团法人工业技术研究院