用于制造微复制工具的方法

专利名称：用于制造微复制工具的方法
技术领域：
本发明涉及用于加工诸如微复制工具的工件的方法。本发明还涉及能够由这些工具制造的微复制结构，例如导光膜。
背景技术：
金刚石加工技术可以用来形成各种工件，例如微复制工具，包括浇注带、浇注辊、 注塑模具、挤出或压印工具，等等。微复制工具常用于挤出工艺、注塑成型工艺、压印工艺、 浇注工艺等中以形成具有微复制结构的部件。导光膜、研磨剂膜、粘合剂膜、具有自配合外形的机械紧固件或者任何模制的或挤出的部件可以包括微复制结构，微复制结构的尺寸小于大约1000微米。采用切削工具组件制造微复制工具的工艺成本高且耗时。通过参考结合在本文中的美国专利申请公开No. 2004/0045419( ‘419公开)描述了切削工具组件，其包括多个切削刀头，多个切削刀头可以用来加工微复制工具或其它工件。具体地，在切削工具组件的单个切削道次(pass)中，可利用切削工具组件的多个切削刀头在微复制工具中形成多个凹槽或其它结构。具有多个切削刀头的切削工具组件能够在单个切削道次中形成多个结构， 并且这样的工具可减小生产时间和/或比具有单个切削刀头的切削工具组件更快速地形成更复杂的图案。例如，如果切削工具组件包括两个金刚石，那么在微复制工具中切削凹槽所需的道次数量可以减少一半。切削刀头精确地形成为与将在微复制工具中形成的凹槽或其它结构相对应。切削刀头精确地定位在安装结构中，使得刀头彼此间隔开，间隔的距离等于将在微复制工具中形成的凹槽的一个或多个节距。此外，不同的金刚石刀头可以限定将在微复制工具中形成的不同结构。在这种情况下，不需要使用两个不同的切削工具组件来在工件中形成两个或更多个物理上不同的结构。这种技术可以提高微复制工具的质量，并能够减少与形成微复制工具相关的时间和成本，继而可以有效地降低与最终形成微复制制品相关的成本。

发明内容
‘419公开描述了飞切、横向进给切削和螺纹切削技术，这些技术可以用来利用具有多个切削刀头的切削工具组件有效地生产微复制工具。工件每旋转一圈，‘419公开教导了(图12)切削工具前进的侧向距离等于将在工件中形成的相邻结构之间的单个节距 (P)。相比之下，本发明中描述的飞切、横向进给切削和螺纹切削方法要求的是，工件每旋转一圈，具有切削刀头的切削工具组件前进多个节距。这提供了增强的切削精度并且减少了完成工件加工所需的道次的数量。例如，如果切削工具组件的切削刀头间隔开的距离等于nP，其中η是奇整数，那么工具可以前进距离2Ρ，使得能够在一个切削道次中完全加工该工件(在本文中也被称为单个起始切削)。作为另一个实例，如果切削刀头之间的距离选择为ηΡ，其中η是偶整数，那么本发明中描述的飞切、横向进给切削和螺纹切削方法要求的是，工件每旋转一圈，切削工具组件前进距离2 (nP)，使得能够在两个切削道次中完全加工该工件(在本文中也被称为两个起始切削)。因此，本发明提供的是，切削刀头间距、刀头形状和尺寸的选择，以及工件每旋转一圈的侧向前进可以进一步减少加工时间，并且便于更精确地形成具有复杂和变化形状的凹槽和其它结构。在一个实施例中，本发明涉及用于在工件中切削图案的方法，其中该图案包括以节距P分隔开的相邻结构。该方法包括提供切削工具组件，该切削工具组件具有第一刀柄和第二刀柄，该第一刀柄带有第一切削刀头以在工件中形成第一结构，第二刀柄带有第二切削刀头以在工件中形成第二结构，其中第一切削刀头和第二切削刀头之间的距离Y等于 nP,并且其中η是大于1的奇整数。工件相对于切削工具组件旋转，切削工具相对于旋转的工件沿着侧向前进，其中工件每旋转一圈，切削工具沿着侧向前进距离2Ρ。在另一个实施例中，本发明涉及用于在工件中切削图案的方法，其中该图案包括以节距P分隔开的相邻结构。该方法包括提供切削工具组件，该切削工具组件具有第一刀柄和第二刀柄，该第一刀柄带有第一切削刀头以在工件中形成第一结构，第二刀柄带有第二切削刀头以在工件中形成第二结构，其中第一切削刀头和第二切削刀头之间的距离Y等于ηΡ，并且其中η是偶整数。工件相对于切削工具组件旋转。在起始位置处开始，切削工具相对于旋转的工件沿着侧向前进，其中工件每旋转一圈，所述工具沿着侧向前进距离2Υ。 切削工具返回到起始位置，并且沿着侧向前进距离P到偏移起始位置；以及从该偏移起始位置处开始，切削工具相对于旋转的工件沿着侧向前进，其中工件每旋转一圈，切削工具前进距离2Υ。在另一个实施方案中，本发明涉及用于在工件中切削图案的方法，其中该图案包括由所需节距P和与P的最大可接受偏差△分离开的相邻结构。该方法包括提供切削工具组件，该切削工具组件具有第一刀柄和第二刀柄，该第一刀柄带有第一切削刀头以在工件中形成第一结构，该第二刀柄带有第二切削刀头以在工件中形成第二结构。在第一和第二切削刀头之间形成距离Y = ηΡ，其中η是大于ε/Δ的整数，并且其中ε是在第一和第二切削刀头之间实现所需间距的精度。如果第一和第二切削刀头之间的实际距离等于S，那么工件相对于切削工具组件旋转，切削工具相对于旋转的工件沿着侧向前进，其中工件每旋转一圈，切削工具沿着侧向前进距离2Ρ ’，其中P ’ = S/n。在另一个实施例中，本发明涉及导光膜，该导光膜包括结构化的主表面，该结构化的主表面具有沿着第一方向延伸的线性微结构的行的阵列。阵列中的每个线性微结构都包括具有恒定高度的多个第一区域和具有最大高度的多个第二区域，该最大高度大于多个第一区域的恒定高度，其中间隔开η行的任何两个线性微结构的所述第二区域彼此线性配准，但是不与所述两个线性微结构之间的线性微结构的所述第二区域配准，η大于2。在另一个实施例中，本发明涉及用于在工件中切削图案的方法。该方法包括提供具有多个切削刀头的切削工具组件，其中切削刀头具有非恒定的高度，其中切削刀头之间的距离P是非恒定的，并且其中切削工具组件具有宽度Y。工件相对于切削工具组件旋转， 切削工具相对于旋转的工件沿着侧向前进，其中工件每旋转一圈，切削工具沿着侧向前进距离Y的。
附图和下文的具体实施方式
详细描述了本发明的一个或多个实施例。从说明书及附图以及从权利要求中可显而易见本发明的其他特征、目的和优点。


图1为适用于横向进给或螺纹切削加工工艺以用于形成微复制工具的设备的概念性透视图；图2为能够用在图1的横向进给/螺纹切削设备中的切削工具设备的俯视图。图3A-3F为在工件中切削凹槽的切削工具以及在工件中形成的所得凹槽和凸起的示意性剖视俯视图。图4A-4H为在工件中切削凹槽的切削工具以及在工件中形成的所得凹槽和凸起的示意性剖视俯视图。图5A-4F为在工件中切削凹槽的切削工具以及在工件中形成的所得凹槽和凸起的示意性剖视俯视图。图6A-6C为在工件中切削凹槽的切削工具以及在工件中形成的所得凹槽和凸起的示意性剖视俯视图。图7A-7B为能够用在图1的横向进给/螺纹切削设备中的切削工具设备的俯视图。图8-10为能够用在图1的横向进给/螺纹切削设备中的切削工具设备的俯视图。图11A-11C为可以利用工件制成的导光膜的示意性透视图，该工件利用图1的横向进给/螺纹切削设备进行加工。图12A为能够用在图1的横向进给/螺纹切削设备中的切削工具的示意性剖视图。图12B-12C为工件的示意性剖视图，该工件具有由图12A的切削工具切削的凹槽。图13A为能够用在图1的横向进给/螺纹切削设备中的切削工具的示意性剖视图。图13B为工件的照片，该工件具有由图13A的切削工具切削的凹槽。在各图中，类似的附图标记代表类似的元件。本申请中的附图不是按比例绘制的。
具体实施例方式图1示出了包括安装结构M的切削工具组件20。安装结构M包括具有切削刀头 28的第一切削刀柄22以及具有切削刀头四的第二切削刀柄23。虽然图1中所示的切削工具组件包括两个切削刀头，但是可以在安装结构M中安装任意数量的切削工具刀柄。切削刀头观、四可以具有相同的形状和尺寸，或者可以具有不同的形状和尺寸，以在工件中形成所需的微结构图案。本发明中所述的工件是微复制工具，例如图1中所示的工具50，但是本方法可以与能够通过飞切、横向进给和螺纹切削中至少一种进行加工的任何工件一起使用。在图1中，微复制工具50是浇注辊，但也可使用切削工具组件20形成其它微复制工具，如浇注带、注射模具、挤出或压印工具，或者其它工件。切削工具组件20固定在工具机74中，该工具机74将切削工具组件20相对于微复制工具50定位。工具机74使切削工具组件20相对于微复制工具50沿着侧向(如箭头
6A和B所示)移动。同时，微复制工具50沿着箭头C所示的方向绕轴线旋转。工具机74可以利用旋转的微复制工具50接触切削工具组件20，以利用横向进给切削、螺纹切削、飞切技术和/或它们的组合(在本文中将仅仅详细描述螺纹切削技术)在微复制工具50的表面51中切削凹槽。当切削刀头观、四加工微复制工具50时，在微复制工具50的表面51中形成凹槽和凸起的对应图案。此外，在切削工具组件20和加工工具74之间可以任选地使用快速工具伺服器(fast tool servo)(图1中未示出)。例如，快速工具伺服器可以使切削工具组件20振动，这在表面51中形成特定的微结构。当合适的材料在工具50上浇注或挤出时，微结构化的制品形成有凸起结构，该凸起结构与通过切削刀头观、四在工具50的表面51中形成的凹槽相对应。在图2中更详细地示出了多个刀头的切削工具20，每个切削刀头都可以通过一个或多个变量描述，这些变量包括例如切削高度(H)、切削宽度(W)和刀头角度(θ )。切削高度(H)限定了切削刀头能够切入工件的最大深度，也可称之为切削深度。当制品浇注在工具上时，该切削深度与制品中的结构的高度(从基部到峰部)相对应。切削宽度(W)可被定义为平均切削宽度或如图2所标记的切削刀头的最大切削宽度。当制品浇注在工具上时， 该切削宽度与制品中的结构的基部处的宽度相对应。例如，形成的高度(H)和/或宽度(W) 可小于约500微米、小于约200微米、小于约100微米、小于约50微米、小于约10微米、小于约1. 0微米或小于约0. 1微米。可以用来限定切削刀头观、29的尺寸的另一个量是纵横比，即高度(H)与宽度(W) 的比。纵横比可限定为大于约1 5、大于约1 2、大于约1 1、大于约2 1或大于约 5 I0图2中的变量⑴指的是切削工具20中相邻的切削刀头28和四之间的标称距离，并且在本文中按照节距(P)整数(η)进行限定。在本发明中，术语“节距”(P)指的是将在工件中形成的两个相邻结构之间的距离，该两个相邻结构为例如在图1的微复制工具50 的表面51中通过相应的切削刀头观、四形成的相邻的凹槽52、53。如下更详细地解释，在本发明中，假定η是大于或等于1的整数，这意味着切削工具20中的切削刀头观、四分隔开的距离不止一个节距P。通常，切削刀头观、四可以在安装结构M中相对于彼此定位在小于10微米或小于1微米或者甚至大约0. 5微米的公差内。这种精确放置可能是要求的，以有效地形成微复制工具以用于制造光学膜、粘合剂膜、研磨剂膜、机械紧固件等。根据待形成的微复制工具的尺寸，工具上相邻结构的节距P可以小于约5000微米、小于约1000微米、小于约500 微米、小于约200微米、小于约100微米、小于约50微米、小于约10微米、小于约5微米、小于约1微米，并且可以接近刀头观、29的0. 5微米间距的公差。在一些实施例中，切削刀头观、29中的一个可以固定，另一个切削刀头可以移动， 直到切削刀头观、四具有所需的间距。例如，参考图2，刀柄22可以固定在安装结构M中， 以精确地定位切削刀头观，然后刀柄23可以在安装结构M内移动，直到切削刀头四处于所需的位置。刀柄22、23可以通过例如攻丝、垫片调节、弯曲或单独的定位平台在安装结构对中移动。在图2未示出的可供选择的实施例中，切削刀头观、四可以设置在单个刀柄上， 或者在单晶中可以铣削两个切削刀头。例如，通过聚焦离子束铣削工艺形成的金刚石刀头可以实现上述各种高度、宽度、节距和纵横比。聚焦离子束铣削是指向金刚石发射加速的离子(如镓离子)以铣削掉金刚石原子的工艺(有时也称之为烧蚀)。加速镓离子可以一个原子一个原子地移除金刚石中的原子。还可能单独地或者与离子束铣削组合地使用不太昂贵的技术(例如研磨或磨削) 来形成金刚石刀头和/或图2中的切削刀头观、29的其它部分。研磨指的是利用松散的研磨剂从金刚石去除材料的工艺，而磨削指的是利用固定在介质或基质中的研磨剂从金刚石去除材料的工艺。参见图3A和图3B，切削工具120包括工具安装结构124，该工具安装结构具有刀柄122、123和切削刀头128、129。切削工具120可以沿着箭头D的方向移动就位，使得切削刀头1观、1四接合工件150的表面151并且在表面151中加工所选深度的凹槽。在工具 120中，切削刀头128、1 分隔开一个节距P的距离，即在式Y =迚中，11=1，且￥ = ，这意味着切削工具20中切削刀头观、四之间的距离Y将等于工件中的结构的节距，即Y = P。 如图3C所示，在工件150的第一旋转期间，切削工具120沿着方向B侧向地移动，使得第一切削刀头1 切削第一凹槽α 1，第二切削刀头1 切削相邻的第二凹槽β 1。凹槽α 和 β 1的槽分隔开的距离为P。在图3D中，在工件150的第二旋转期间，工具120沿着方向B 再次移动为2Ρ的侧向距离，使得第一切削刀头1 在表面151中切削凹槽α 2，第二切削刀头129切削凹槽β 2 (图3Ε)。再次地，凹槽α 2和β 2的槽分隔开的距离为P。在工件150 的第三旋转期间，工具120沿着方向B再次移动为2Ρ的侧向距离，使得第一切削刀头128 在表面151中切削凹槽α 3，第二切削刀头1 切削凹槽0 3(图3朽。再次地，凹槽α 3和 β 3的槽分隔开的距离为P。工件150每旋转一圈，切削工具120以2Ρ的侧向增量移动，直到完全加工(或者基本上整个表面)151的所需部分。根据上述内容，如果切削刀头128、129之间的距离Y选择为等于nP，其中η为奇整数，并且工具在工件每旋转一圈时前进距离2Ρ，那么仅仅需要一个切削道次来完全处理工件150的表面151。图3A-3F所述的方法称为一个起始或一个道次工艺，在本申请中，其意味着切削工具从其起始位置相对于工件沿着仅一个侧向移动，以在单个道次中连续地加工工件的表面的所需部分。在一些实施例中，在单个道次中加工基本上整个表面，而在其它实施例中， 仅仅需要加工部分表面。在本申请中，多个起始或多个道次工艺指的是这样的切削方法，其中切削工具采取第一切削道次来加工工件的第一部分，采取第二切削道次来加工工件的第二部分。在第一切削道次中，切削工具从第一起始位置相对于工件沿着第一侧向移动，以部分地加工工件的表面的第一部分。在第一切削道次之后，工件的表面包括凹槽的第一图案。在第一切削道次完成之后，切削工具沿着与第一侧向相反的第二侧向移动至第二起始位置。在这个“返回”道次期间，切削工具不加工工件。第二起始位置可以与第一起始位置相同，或者与第一起始位置不同。在切削工具放置在第二起始位置处之后，切削工具进行第二切削道次以加工工件的第二部分。工件的第二部分可以与第一部分相同，或者与第一部分不同。切削工具从第二起始位置沿着第一侧向移动，直到工件被加工。例如，在多个起始工艺中，在一些实施例中，第二起始位置与第一起始位置不同， 并且切削工具在工件中形成凹槽的第二图案，该第二图案与在第一切削道次中形成的凹槽的第一图案不同。在另一个实例中，在多个道次工艺中，在一些实施例中，切削工具返回至与第一位置相同的第二位置。在这些实施例中，切削工具跟随在第一切削道次中形成的凹槽的第一图案。然而，在第二切削道次中，切削工具可以移动得更深入工件中，以从工件的表面去除额外的材料。第二切削可以提供较好的结构保真性(对于一些结构，如果在第一切削道次中从工件表面去除的材料量太多，则可能出现撕裂或变形)，和/或可以为在第一切削道次中形成的凹槽增加额外的结构部件。通常，一个起始工艺提供了比多个起始工艺更为精确的凹槽和峰部成形。在多个切削道次之间，诸如湿度、温度等的切削条件可能改变，这可能不利地影响在工件中加工的凹槽的精度。多个起始切削还要求切削工具相对于工件重新定位至少一次，与单个起始方法相比，这可能导致凹槽布置不够精确。单个起始切削还比多个起始切削只是更快且更容易，并且优选地将工具成本保持为最小。参见图4A和图4B，切削工具220包括工具安装结构224，该工具安装结构具有刀柄222、223和切削刀头228、229。切削工具220沿着箭头E的方向移动，使得切削刀头228、 229切削到工件250的表面251中。在工具220中，切削刀头2观、2四分隔开两个节距P的距离，即在式Y = nP中，η = 2，且Y = 2P。如图所示，在工件250的第一旋转期间，在起始点252处开始，工具220沿着方向B侧向地移动，使得第一切削刀头2 在工件250中切削第一凹槽α 1，第二切削刀头2 切削相邻的第二凹槽β 1。凹槽α 1禾Π β 1的槽分隔开的距离为2Ρ。在工件250的第二旋转期间，工具220沿着方向B移动为4Ρ的侧向距离， 以在表面251中切削下一组凹槽，并且第一切削刀头2 切削凹槽α 2，第二切削刀头229 切削凹槽日2(图40。再次地，凹槽α 2和β 2的槽分隔开的距离为2Ρ。在工件250的第三旋转期间，工具220沿着方向B再次移动为4Ρ的侧向距离，第一切削刀头2 在表面251 中切削凹槽α 3，第二切削刀头2 切削凹槽3 3(图40)。凹槽α 3和β 3的槽分隔开的距离为2Ρ。工件250的每旋转一圈，切削工具220沿着方向B以4Ρ的侧向增量移动，直到切削工具220到达表面251的端部(在图4D中未示出)。参见图4Ε，工具220接着沿方向A侧向地移动回到第二切削起始点254，该第二切削起始点2Μ从初始切削起始点252偏移一个节距P的距离。如图4F所示，在第二起始之后的工件250的第一旋转期间，工具220沿着箭头F的方向朝向表面251移动，并且第一切削刀头2 在表面251中切削第一凹槽α 1’和第二凹槽β 1’，每个凹槽的槽分隔开的距离为2Ρ。此外，凹槽α 1’的槽与相邻的凹槽α 1的槽的距离为P。参见图4G，在工件250的第二旋转期间，工具220再次移动距离4Ρ，以进行第二切削并且形成凹槽α 2’和β 2’。凹槽α 2’和β 2’的槽彼此的距离为2Ρ，并且与凹槽α 2和β 2的距离分别为P。如图4Η所示，在工件250的第三旋转期间，工具220再次移动距离4Ρ，以进行第三切削并且形成凹槽 α 3’和β 3’。凹槽α 3’和β 3’的槽彼此的距离为2Ρ，分别地，并且与凹槽0 3和日3的距离为P。这个工序一直持续到表面251被完全加工。根据上述内容，如果切削刀头228、2四之间的距离Y选择为等于ηΡ，其中η为偶整数，并且工具在工件每旋转一圈时前进距离2ηΡ，那么两个切削起始可以用来完全处理工件 250的表面251。参见图5Α和图5Β，切削工具320包括工具安装结构324，该工具安装结构具有刀柄322、323和切削刀头328、329。切削工具320沿着方向B(图1)侧向地移动并且沿着箭头G的方向移动，使得切削刀头328、329切削到旋转的工件350的表面351中。在工具320 中，切削刀头328、329分隔开三个节距P的距离，即在式Y = nP中，η = 3，且Y = 3P。如图 5Β所示，在工件350的第一旋转期间，第一切削刀头328切削第一凹槽α 1，第二切削刀头 329切削第二凹槽β 1。凹槽α 1和β 1的槽分隔开的距离为3Ρ。在工件350的第二旋转期间，工具320沿着方向B移动为2Ρ的侧向距离，以在表面351中切削下一组凹槽，并且第一切削刀头328在表面351中切削凹槽α 2，第二切削刀头329切削凹槽β 2 (图5C)。再次地，凹槽α 2和β 2的槽分隔开的距离为3Ρ。在工件350的第三旋转期间，工具320沿着方向B再次移动为2Ρ的侧向距离，并且第一切削刀头328在表面351中切削凹槽α 3，第二切削刀头329切削凹槽0 3(图50)。再次地，凹槽α 3和β 3的槽分隔开的距离为3Ρ。在工件350的第四旋转期间，如图5Ε所示，工具350沿着方向B移动为2Ρ的侧向距离，同时第一切削刀头328在表面351中切削凹槽α 4，第二切削刀头329在表面351中切削凹槽 β4。再次地，凹槽α 4和β4的槽分隔开的距离为3Ρ。工件350的每旋转一圈，切削工具 320沿着方向B以2Ρ的侧向增量移动，以形成分隔开的距离为3Ρ的凹槽α 5和β 5，直到切削工具320，直到表面351被完全加工。在最终切削之后，可以在线360、361处修整工件 350，以形成最终成形的微复制工具。为了利用单个起始制造相邻的凹槽之间为节距P的微复制工具，可以选择具有双切削刀头且切削刀头间距Y = nP (其中η是大于1的奇整数)的切削工具。在旋转的工件的每旋转一圈期间，切削工具应当前进距离2Ρ。上述工件可以用作微复制工具，以制造微复制型的制品，例如光学膜。为了确保光学膜当放置在诸如LCD的光学装置附近时不会产生不期望的光学效应(如，波纹图案、光耦合等等)，期望的是在光学膜中制造精确的结构。为了在光学膜中制造精确的图案结构，重要的是利用具有精确凹槽图案的微复制工具制造光学膜。如果期望在工件中制造高度精确的凹槽图案，其中精确地控制凹槽之间的节距(P)，那么还应当精确地控制用来制造微复制工具的切削工具的双切削刀头之间的距离Y。例如，假定工件中的所需图案包括以节距P和与P的最大可接受偏差士△分隔开的相邻结构。假定双刀头切削工具用来制造该图案，那么应当设定第一和第二切削刀头之间的距离Y = nP，其中η是大于ε/Δ的整数，其中ε 是在第一和第二切削刀头之间实现所需间距的精度。如果第一和第二切削刀头之间的实际距离为S，那么为了制造具有节距为P的凹槽的工件，工件每旋转一圈，切削工具应当相对于旋转的工件沿着侧向前进距离2Ρ’，其中P’ =S/n。例如，假定工件中的所需节距(P)为50μπι，P的最大变化(Δ)为士0. Ιμπι。假定切削工具的双切削刀头之间的距离Y = nP的误差ε为ΙΟμπι。因此，η应当大于ε/ 八，或1(^!11/0.14111，或大于100。如果η选择为=111，那么双切削刀头之间的实际间距S 为(111) (50 μ m) = 5550 μ m。因为S实际上为大约5560 μ m，所以实际节距P，应当选择为 5560 μ m/111或50. 09 μ m。对于5560 μ m的切削刀头间距，工件每旋转一圈，切削工具应当前进侧向距离2P’，以在工件表面上提供具有相同高度、相同基部宽度和对称侧壁的棱柱结构阵列。上述飞切、横向进给和螺纹切削方法为制造微复制工具提供了极大的灵活性。例如，当导光膜的微复制表面接触另一个膜的表面时，在光学显示器中可以出现“光耦合”，从而引起在整个显示表面区域上的光强度发生变化。为了减轻光耦合效应，双刀头切削工具可以用来在工件450的表面451中切削凹槽，如图6A-C所示。该工具(未示出)具有间隔开的距离为8P的两个切削刀头，并且在工件450的第一旋转期间，从第一起始位置452切削凹槽α 和β 1，每个凹槽都具有深度dl。在工件450的第二旋转期间，工具侧向地前进距离2(8P) = 16P，以切削凹槽α 2和β 2，每个凹槽也都具有深度dl (图6Α中未示出)。 参见图6B，在为达到表面451的端部所需的重复这个次序η次之后，工具返回至第二起始位置454，该第二起始位置454与第一起始位置452偏移距离P。在工件450的第一后续旋转期间，工具切削凹槽αΓ和0 1，，每个凹槽分隔开8 并且具有深度(12<(11。在工件450 的第二旋转期间，工具侧向地前进距离2 (8Ρ) = 16Ρ，以切削凹槽α 2’和β 2’，每个凹槽也都具有深度d2 < dl(图6Β中未示出)。参见图6C，在为达到表面451的端部所需的重复这个次序η次之后，工具返回至第三起始位置456，该第三起始位置456与第二起始位置 454偏移距离P。在工件450的第一后续旋转期间，工具切削凹槽α ”和β 1”，每个凹槽分隔开8Ρ并且具有深度d2 < d3 < dl。在工件450的第二旋转期间，工具侧向地前进距离 2(8P) = 16P，以切削凹槽α 2”和β 2”，每个凹槽也都具有深度d2 < d3 < dl (图6C中未示出)。然后，工具可以返回至第四起始位置，第四起始位置与凹槽α ”偏移距离P，并且该工艺可以为完全加工表面451而必要地持续η次。所得到的工具的凹槽具有变化的深度 d2 < d3 < dl，并且当由该工具制成的光学膜用在光学显示器中时，这个变化的深度可以用来减轻光耦合效应。在图7A所示的另一个实例中，切削工具520的一部分包括工具安装结构524，该工具安装结构具有刀柄522、523和525。每个刀柄522、523、525分别包括切削刀头528、529 和531。切削刀头528、529每个都具有高度hl，这将在切削刀头528、529接合工件的表面时形成具有相同切削深度dl的凹槽(图7A中未示出)。切削刀头528、529被倒圆，这将在工件中加工每个深度为dl的凹槽中的圆形槽。在切削工具520中，切削刀头528、529分隔开两个节距P的距离，即在式Y = nP中，η = 2，且Y = 2P。从而，工件中的具有圆形槽的深度为dl的凹槽将分隔开距离2P。切削刀头531具有高度h2，该高度h2小于hl，这将在切削刀头531接合工件的表面时形成具有相同切削深度h2的凹槽。切削刀头531是尖形的，这将在工件中加工每个深度为d2的凹槽中的V形槽。在切削工具520中，切削刀头 531分隔开两个节距P的距离，即在式Y = nP中，η = 2，且Y = 2P。从而，工件中的具有V 形槽的深度为d2的凹槽还将分隔开距离2P。在使用时，工件每旋转一圈，工具520将前进距离2(2P) = 4P，所得的凹槽图案将包括间隔开距离2P的具有圆形槽的深度为dl的凹槽，每个凹槽被深度为d2的V形凹槽分隔开。V形凹槽也将分隔开距离2P。包括与该凹槽图案对应的肋的结构图案的光学膜具有优良的抗划痕性能。在图7B所示的另一个实例中，切削工具620的一部分包括工具安装结构624，该工具安装结构具有刀柄622、623和625A-C。每个刀柄622、623、625分别包括切削刀头628、 629和631A-C。切削刀头628、629每个都具有高度hi，这将在切削刀头628、629接合工件的表面时形成具有相同切削深度dl的凹槽(图7B中未示出)。切削刀头628、629包括横跨距离为d3的平刀头，这将在工件中在深度为dl的每个凹槽的底部处加工宽度为距离d3 的平槽。在切削工具620中，切削刀头628、629分隔开4个节距P的距离，即在式Y = nP中，n = 4，且Y4P。由此，工件中的具有圆形槽的深度为dl的凹槽将分隔开距离4P。切削刀头631A-C具有高度h2，该高度h2小于hi，这将在切削刀头631A-C接合工件的表面时形成具有相同切削深度h2的凹槽。切削刀头631A-C是尖形的，这将在工件中加工每个深度为d2的凹槽中的V形槽。在切削工具620中，切削刀头631A-C分隔开一个节距P的距离， 即在式Y = nP中，ri=l，且Y = P。由此，工件中的具有V形槽的深度为d2的凹槽还将分隔开距离P。在使用时，工件每旋转一圈，工具620将前进距离2 (4P) = 8P，所得的凹槽图案将包括间隔开距离4P的具有平槽的深度为dl的凹槽，每个凹槽被深度为d2的三个V形凹槽分隔开。V形凹槽将分隔开距离P。例如，如果利用图7B所示的工具形成第一光学膜，那么粘合剂可以施加到通过切削刀头628、629形成的肋上。然后，具有相同或类似凹槽图案的第二光学膜可以施加在第一光学膜上，第二光学膜中凹槽的纵向轴向定位成与第一光学膜中凹槽的纵向轴线正交。然后，所得的层合结构可以放置在光学显示装置中。在图8所示的另一个实例中，切削工具720的一部分包括工具安装结构724，该工具安装结构具有刀柄722A-B、723A-B和725A-B。每个刀柄722A_B、723A_B、725A_B分别包括切削刀头728A-B、729A-B和731A-B。所有的切削刀头都具有高度hl，这将在切削刀头接合工件的表面时形成具有相同切削深度dl的凹槽(图8中未示出)。切削刀头728A-B具有夹角θ 1，切削刀头731A-B具有夹角0 2，切削刀头729六3具有夹角Θ3，Θ1、Θ2和Θ3 中每个都是不同的。每个切削刀头都将在工件中加工大致为V形的凹槽，但是每个凹槽都将具有略微不同的角度。在切削工具720中，切削刀头728Α-Β、729Α-Β和731Α-Β每个都分隔开3个节距P的距离，即在式Y = ηρ中，η = 3，且Y = 3Ρ。在使用时，为了提供一个起始切削，工件每旋转一圈，工具720将前进距离2Ρ，所得的凹槽图案将包括三个凹槽为一组的组，每个凹槽分隔开P并且具有不同的V形夹角。每第三个凹槽将具有相同的夹角。在图9所示的另一个实例中，切削工具820的一部分包括工具安装结构824，该工具安装结构具有刀柄822和823。每个刀柄822、823分别包括切削刀头828、829。切削刀头828每个都具有高度hi，这将在切削刀头828接合工件的表面时形成具有相同切削深度 dl的凹槽(图9中未示出)。切削刀头828为V形，这将在工件中加工每个深度为dl的凹槽中的V形槽。在切削工具520中，切削刀头528、529分隔开两个节距P的距离，即在式Y =nP中，η = 2，且Y = 2P。从而，工件中的具有V形槽的深度为dl的凹槽将分隔开距离 2P。切削刀头829具有高度h2，该高度h2小于hi，这将在切削刀头829接合工件的表面时形成具有相同切削深度h2的凹槽。切削刀头829被倒圆，这将在工件中加工每个深度为d2 的凹槽中的圆形槽。在切削工具820中，切削刀头829也分隔开两个节距P的距离，即在式 γ = nP中，n = 2，且γ = 2P。从而，工件中的具有圆形槽的深度为d2的凹槽也将分隔开距
2P ο在使用时，工件每旋转一圈，图9中的工具820将前进距离2 (2P) = 4P，所得的凹槽图案将包括间隔开距离2P的具有V形槽的深度为dl的凹槽，每个凹槽被具有圆形槽的深度为d2的凹槽分隔开。具有圆形槽的凹槽也将分隔开距离2P。在图10所示的另一个实例中，切削工具920的一部分包括工具安装结构924，该工具安装结构具有刀柄922、923和925A-C。每个刀柄922、923、925分别包括切削刀头928、
12929和931A-C。切削刀头928、929每个都具有高度hi，这将在切削刀头928、929接合工件的表面时形成具有相同切削深度dl的凹槽(图10中未示出)。切削刀头928、929包括宽度为d3的平刀头，这将在工件中在深度为dl的每个凹槽的底部处加工宽度为距离d3的平槽。在切削工具920中，切削刀头928、929分隔开4个节距P的距离，即在式Y = np中，n =4，且￥ =仲。从而，工件中的具有圆形槽的深度为dl的凹槽将分隔开距离4P。切削刀头931A-C具有高度h2，该高度h2小于hi，这将在切削刀头931A-C接合工件的表面时形成具有相同切削深度h2的凹槽。切削刀头931A-C被倒圆，这将在工件中加工每个深度为d2 的凹槽中的圆形槽。在切削工具920中，切削刀头931A-C分隔开一个节距P的距离，即在式￥ = #中，11=1，且￥ = 。从而，工件中的具有圆形槽的深度为d2的凹槽也将分隔开距离P。在使用时，工件每旋转一圈，工具920将前进距离2 (4P) = 8P，所得的凹槽图案将包括间隔开距离4P的具有平槽的深度为dl的凹槽，每个凹槽被具有三个圆形槽的深度为 d2的凹槽分隔开。具有圆形槽的凹槽将分隔开距离P。包括与该凹槽图案对应的肋和透镜状元件的结构图案的光学膜对光学显示装置中相邻的膜具有优良的附着性。多刀头工具还可以与螺纹和横向进给切削组合使用，以提供具有独特图案的微复制工具，这可以形成具有所需光学效应的光学膜。例如，假定图5A中所示的切削工具320 用在图5B-5F详细说明的螺纹切削工序中，来加工具有凹槽的工件。在一个实施例中，工件可以是浇注辊，其可以用来制造光学膜，该光学膜具有与辊中的凹槽图案相对应的升起的肋状结构的阵列。该肋具有基本恒定的高度，图IlA中示出了这样的光学膜100的实例。然而，假定利用图5A的工具320加工浇注辊，但是该工具320通过快速工具伺服器进行振动。在一个实施例中，所得的光学膜将具有与图IlB的膜102类似的外观，包括波动的成对的分隔开3P的波动(高度变化)凹槽，每个凹槽被高度基本上恒定的2个V形凹槽分隔开。高度基本上恒定的凹槽中的每个都分隔开P。在图IlC所示的另一个实施例中，再次假定利用图5A的工具320加工浇注辊，这可以形成具有肋阵列的光学膜106，每个肋都具有第一区域107，第一区域107具有基本上恒定的高度hi。然而，在选择的间隔(其可以是规则的、伪规则的或无规的)处，工具320 被横向进给距离d而进一步进入到工件中，以在每个肋上形成高度为h2 = hl+d的至少一个第二区域108。因为工具320上的切削刀头间隔开3P的距离，所以每第三个肋上的第二区域108将线性地配准，即与例如膜边缘的基准点具有基本上相同的距离。然而，每对第三个肋之间的两个肋将具有与第三个肋对上的肋不线性配准的第二区域(或者第三肋对之间的肋甚至可以完全没有第二区域)。例如，在图IlC中，第二区域108A与膜边缘处的基准点110的距离为xl，第二区域108B与基准点110的距离为x2，第二区域108C与基准点 110的距离为x3，其中xl兴x2兴x3。第二区域的这样的布置减轻了或者基本上消除了光耦合，同时当膜用在显示装置中时基本上保持了膜的光学增益。图12A中示出了另一种切削工具1100，其包括多个切削刀头1102、1104、1106和 1108。切削刀头1104、1106、1108具有高度hl，同时切削刀头1102具有高度h2 >hl。切削刀头1102还包括具有宽度w的平的切削区域，切削工具的总宽度为Y。参见图12B，利用切削工具1100的第一切削道次在基质1110中产生具有V形横截面且深度为dl的三个基本上相同的凹槽β 1、Υ 、δ 1，其中切削刀头1104切削凹槽β 1，切削刀头1106切削凹槽Y 1，切削刀头1108切削凹槽51。切削工具1100上的切削刀头 1102产生大致V形的凹槽α 1，该凹槽具有宽度为w的平的“底部”并且具有深度d2 > dl。参见图12C，在第二切削道次中，切削工具1100前进的侧向距离Y等于工具1100 的总宽度。在第二切削道次中，切削刀头1102切削到已有的凹槽δ 1中，并且增加具有深度d2的平的底部区域1112。所得的凹槽包括两个初始凹槽α 1和δ 1的结构，并且第二切削道次形成复合凹槽，该复合凹槽具有切削工具1100上的第一切削刀头1102和最后一个切削刀头1108的附加结构。在第二切削道次中，切削刀头1104、1106和1108还分别形成 V形凹槽β2、γ2, δ2，每个都具有深度dl。在接下来的切削道次中，切削工具1100将再次前进侧向距离Y，并且不计算第一凹槽α 1，平的底部结构将增加到每第三个凹槽Sn中。图13Α是切削工具1200的剖视图，该切削工具1200包括6个切削刀头1202、1204、 1206、1208、1210和1212，每个都具有不同的形状、宽度和高度。例如，切削工具1204具有高度hl，而切削刀头1206具有高度h2> hi。切削刀头1212具有高度h3 <hl <h3。在切削工具1200的所有切削刀头中，切削刀头1206具有最大的总宽度W。切削工具1200的总宽度为Y。 图13B是灌注材料的显微照片，其示出了当工具1200用在如本文所述的多个起始切削工艺中时形成的图案。在第一切削道次中，切削刀头1202、1204、1206、1208、1210和 1212分别形成相应的凹槽1302、1304、1306、1308、1310和1312。在第二切削道次中，切削工具1200前进的距离Y等于工具的整个宽度，以形成凹槽的第二布置，在该第二布置中，切削刀头1202形成凹槽1322，切削刀头1204形成凹槽1324，切削刀头1206形成凹槽1326，切削刀头1208形成凹槽1328，切削刀头1210形成凹槽1330，切削刀头1212形成凹槽1332。 使用这种切削技术，切削刀头1200在每第六个凹槽中形成独特的凹槽形状。
如上所述，本发明适用于显示系统，并且据信特别可用于减少具有多个光控膜的显示器和屏幕(例如背光型显示器和背投式屏幕)中的外观缺陷。因此，不应认为本发明局限于上述具体实例，而应当理解为函盖如附带的权利要求书明确陈述的本发明的所有方面。本发明所属领域的技术人员在阅读本发明的说明书之后，本发明可适用的各种修改形式、等同工艺以及众多结构将变得显而易见。权利要求书旨在涵盖这些修改形式和装置。
权利要求
1.一种用于在工件中切削图案的方法，其中所述图案包括以节距P分隔开的相邻结构，所述方法包括提供切削工具组件，所述切削工具组件包括第一刀柄和第二刀柄，所述第一刀柄带有第一切削刀头以在所述工件中形成第一结构，所述第二刀柄带有第二切削刀头以在所述工件中形成第二结构，其中所述第一切削刀头和所述第二切削刀头之间的距离Y等于nP，并且其中η是大于1的奇整数，使所述工件相对于所述切削工具组件旋转，以及使所述切削工具相对于旋转的所述工件沿着侧向前进，其中所述工件每旋转一圈，所述切削工具沿着所述侧向前进距离2Ρ。
2.一种用于在工件中切削图案的方法，其中所述图案包括以节距P分隔开的相邻结构，所述方法包括提供切削工具组件，所述切削工具组件包括第一刀柄和第二刀柄，所述第一刀柄带有第一切削刀头以在所述工件中形成第一结构，所述第二刀柄带有第二切削刀头以在所述工件中形成第二结构，其中所述第一切削刀头和所述第二切削刀头之间的距离Y等于ηΡ，并且其中η是偶整数；使所述工件相对于所述切削工具组件旋转；从起始位置处开始，使所述切削工具相对于旋转的所述工件沿着侧向前进，其中所述工件每旋转一圈，所述切削工具沿着所述侧向前进距离2Υ ；使所述切削工具返回到所述起始位置，并且使所述切削工具沿着所述侧向前进距离P 至偏移起始位置；以及从所述偏移起始位置处开始，使所述切削工具相对于旋转的所述工件沿着所述侧向前进，其中所述工件每旋转一圈，所述切削工具前进距离2Υ。
3.一种用于在工件中切削图案的方法，其中所述图案包括以所需的节距P和与P的最大可接受偏差Δ分隔开的相邻结构，所述方法包括提供切削工具组件，所述切削工具组件包括第一刀柄和第二刀柄，所述第一刀柄带有第一切削刀头以在所述工件中形成第一结构，所述第二刀柄带有第二切削刀头以在所述工件中形成第二结构；设定在所述第一切削刀头和第二切削刀头之间的距离Y = ηΡ，其中η是大于ε/Δ的整数，并且其中ε是在所述第一切削刀头和第二切削刀头之间实现所需的间距的精度； 测量所述第一切削刀头和第二切削刀头之间的实际距离S ； 使所述工件相对于所述切削工具组件旋转；以及使所述切削工具相对于旋转的所述工件沿着侧向前进，其中所述工件每旋转一圈，所述切削工具沿着所述侧向前进距离2Ρ’，其中P’ = S/n。
4.一种导光膜，其包括结构化的主表面，所述结构化的主表面包括沿着第一方向延伸的线性微结构的行的阵列，其中所述阵列中的每个线性微结构都包括具有恒定高度的多个第一区域和具有最大高度的多个第二区域，所述最大高度大于所述多个第一区域的所述恒定高度；其中间隔开η行的任何两个线性微结构的所述第二区域彼此线性配准，但是不与所述两个线性微结构之间的线性微结构的所述第二区域配准，η大于2。
5.根据权利要求4所述的导光膜，其中至少一些所述线性微结构中的所述第一区域和第二区域具有相同的侧向横截面形状。
6.一种用于在工件中切削图案的方法，所述方法包括提供包括多个切削刀头的切削工具组件，其中所述切削刀头具有非恒定的高度，其中所述切削刀头之间的距离P是非恒定的，并且其中所述切削工具组件具有宽度Y ； 使所述工件相对于所述切削工具组件旋转，以及使所述切削工具相对于旋转的所述工件沿着侧向前进，其中所述工件每旋转一圈，所述切削工具沿着所述侧向前进距离Y。
全文摘要
一种用于在工件(50)中切削图案的方法，其中所述图案包括以节距P分隔开的相邻结构(52、53)。该方法包括提供切削工具组件(74)，该切削工具具有包括第一刀柄和第二刀柄，该第一刀柄带有第一切削刀头(22)以在工件(50)中形成第一结构(52)，该第二刀柄带有第二切削刀头(23)以在工件(50)中形成第二结构(53)，其中第一切削刀头和第二切削刀头之间的距离Y等于nP，并且其中n是大于1的奇整数。所述工件相对于切削工具组件(74)旋转(C)，并且所述切削工具相对于旋转的所述工件(50)沿着侧向(B)前进，其中工件(50)每旋转一圈，切削工具(74)沿着侧向前进距离2P。
文档编号B23B1/00GK102458728SQ201080026266
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月3日 优先权日2009年5月4日
发明者戴尔·L·埃内斯, 罗伯特·L·埃尔文, 艾伦·B·坎贝尔, 马克·E·加迪纳 申请人:3M创新有限公司