CN105579212B - 双面结构化膜制品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有双面结构的膜制品，其中该膜的两个主表面均具有结构化表面。该结构化膜制品具有第一主表面和第二主表面，其中每个表面具有形成重复图案的多个间隔开的突出部。每个重复图案具有长轴，其中该长轴为重复图案的沿平移方向的长轴中的一个长轴。第二主表面上的重复图案的长轴与第一主表面上的长轴形成倾斜角度，其中该角度在重复图案的旋转对称角的10％‑90％的范围内。结构化膜为单一基底。该结构化膜制品通过提供具有两个主表面的可流动的材料组合物并且使主表面同时与第一微结构化工具和第二微结构化工具接触来制备。每个微结构化工具具有包括多个凹陷图案的结构化表面。

Description

双面结构化膜制品
技术领域
本公开整体涉及具有双面结构的膜制品及其制备方法。
背景技术
宽泛范围的制品诸如膜、片材等等具有两个主表面。制造此类制品通常需要能够在两个主表面上制备结构化表面。已经开发出在制品的两个主表面上制备结构化表面的各种技术。
在美国专利7,165,959(Humlicek等人)中，描述了一种用于在幅材的两个侧面上浇注图案化表面的设备。该设备包括两个图案辊，其在至少100微米内保持连续对准。类似地，美国专利7,484,950(Mizunuma等人)描述了一种用于形成双表面成形片材的对齐装置。在该装置中，设置有彼此平行且相对的第一成形辊和第二成形辊，并且设置有控制装置，该控制装置减小两个表面上的成形形状之间的相差。
美国专利公布2012/0156777(Rangarajan等人)描述了用于生长附着单元的支架，其包括一个或多个外表面以及在所述外表面中的一者或多者上的一个或多个结构化压痕。
发明内容
本文描述了膜制品及其制备方法，该膜制品为具有双面结构的结构化基底。具有双面结构的结构化基底是指其中基底的两个主表面均具有结构化表面，并且该结构化表面通常为微结构化表面。
在一些实施例中，结构化基底包括第一主表面和第二主表面，其中第一主表面和第二主表面各自包括形成重复图案的多个间隔开的突出部。每个重复图案具有长轴，其中该长轴包括重复图案的沿平移方向的长轴中的一个长轴。第二主表面上的重复图案的长轴与第一主表面上的长轴形成倾斜角度，其中该角度在重复图案的旋转对称角的10％-90％的范围内。该结构化基底为单一基底。在一些实施例中，第一主表面和/或第二主表面上的重复图案包括周期性几何图案。
另外，本文公开了用于制备具有双面结构的结构化制品的方法。在一些实施例中，用于制备制品的方法包括：提供具有第一主表面和第二主表面的可流动的材料组合物；提供第一微结构化工具，该第一微结构化工具包括结构化表面，该结构化表面包括图案，该图案包括多个凹陷；提供第二微结构化工具，该第二微结构化工具包括结构化表面，该结构化表面包括图案，该图案包括多个凹陷；以及使第一微结构化工具接触可流动的材料组合物的第一主表面，并且同时使第二微结构化工具接触可流动的材料组合物的第二主表面，从而在可流动的材料组合物上形成第一结构化主表面和第二结构化主表面。第一结构化主表面和第二结构化主表面各自包括形成重复图案的多个间隔开的突出部，每个重复图案具有长轴。该长轴包括重复图案的沿平移方向的长轴中的一个长轴。第二主表面上的重复图案的长轴与第一主表面上的长轴形成倾斜角度。该角度在重复图案的旋转对称角的10％-90％的范围内。
附图说明
参照以下结合附图对本公开各种实施例的详细说明，可以更全面地理解本申请。
图1示出了本公开的用于形成双面结构化制品的工艺的示意图。
图2示出了用于形成双面结构化制品的对比工艺的示意图。
图3示出了本公开的用于形成双面结构化制品的工艺的示意图。
图4示出了本公开的双面结构化制品的一部分的剖视图。
图5示出了对比性双面结构化制品的透视图。
图6示出了本公开的双面结构化制品的透视图。
在所示实施例的以下描述中，参照了附图，并通过举例说明的方式在这些附图中示出在其中可以实施本公开的各种实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用实施例并且可以进行结构上的改变。这些附图未必按比例绘制。附图中使用的相似标号指示相似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非意图限制另一附图中用相同标号标记的部件。
具体实施方式
期望能够形成在两个主表面上均具有结构化表面的制品。结构化表面被很好地理解为其上施加有图案并且与所有表面中固有的天然表面粗糙度不同的表面。多种方法是可能的并且已被用于形成在两个主表面上具有结构化表面的制品。一种方法是制备两个在一侧上具有结构化表面的膜，并将它们层压到一起以形成具有两个结构化表面的制品。这两个膜能够在具有或不具有居间层或居间膜的情况下层压到一起，以得到具有至少一个接合部的制品。此类技术可能是非常劳动密集型的，并且通常需要非常小心来确保膜在层压之前准确对齐。另外，一个或多个接合部的存在使制品具有潜在的薄弱点，在这些点处可能发生制品的分层。另一个缺陷在于每个膜必须具有足够的厚度进行处理，因此通过该技术无法形成薄制品。另一个因素在于如果材料被粘结到一起，则粘结剂诸如粘合剂是必需的以将各层粘结到一起。该操作不仅增加了额外的费用和工序，而且使用的例如压敏粘合剂可能包含低分子量污染物，诸如添加剂(例如，增粘剂或增塑剂)或未聚合的单体。这些低分子量污染物可从粘结组件的边缘逃逸。另外，在其中光学特性重要的实施例中，粘结材料可不利地影响光学特性。
可用于形成两个主表面均结构化的制品的另一种技术是单独对每个表面进行结构化。诸如熔融膜的可流动的材料可首先由一个表面接触第一结构化工具，随后由另一个表面接触第二结构化工具。例如，在连续工序中，挤出的膜可在其顶表面上接触结构化工具，然后在该膜传到后续工序时在其底表面上接触第二结构化工具。该工艺存在许多缺点。在两个不同时间和/或位置进行结构化要求膜在较长的时间段内保持为熔融状态。这不仅从成本和能耗角度来讲不可取，而且在施加第一结构后使膜保持为熔融状态可能导致该结构被破坏，因为熔融材料可能回流为其初始构造。在一种另选的方法中，在膜的第一表面被结构化后，可将膜冷却至低于膜材料的Tg的温度，然后可将第二表面加热到至少等于膜材料的Tg的温度，以使结构被施加至该膜的第二表面。然而，该方法存在类似的缺点(两次对膜加热导致成本增加，第一结构在膜被重新加热以施加第二结构时非常可能发生改变等等)。特别地，在此类后续工序中，在第二表面上形成结构所需的压力可能导致对第二表面上的结构的破坏。
一种特别期望的用于在制品的两个主表面上形成结构化表面的方法是在制品处于熔融和可流动状态时使制品的两个主表面同时接触结构化工具。通过这种方式，两个结构化表面在单个工序中形成。
然而，当结构化表面将包括突出部时，该工艺可能变得复杂。为了在结构化表面上形成突出部，结构化工具必须包含凹陷。制品的可流动的材料(通常为熔融材料)流入结构化工具的凹陷以形成所需的表面突出部。当同时在制品的两个主表面上形成结构时，必须使大量的熔融材料从两个不同的方向流动。取决于被结构化的制品的厚度，当图案存在显著重叠时，熔融材料可能没有足够的体积流入结构化工具上的两个凹陷中。未充满工具中的凹陷将导致突出部不完整，也就是说，突出部未达到预期的高度或宽度。具有不完整的突出部的制品通常是无法接受的。
在可流动的材料组合物(尤其是熔融材料组合物)的两侧同时施加相同结构的另一个问题涉及在图案化后从熔融材料组合物移除工具。当熔融材料组合物穿过两个结构化工具辊之间时，这个问题特别突出。已经观察到，当熔融材料组合物的单个侧面被结构化时，也就是说当熔融材料组合物穿过结构化工具辊和平坦工具辊之间时，在图案化过程中冷却的熔融材料组合物倾向于与图案辊保持接触。这点很容易理解，由于发生图案化，因此图案辊和冷却的熔融材料之间的接触面积大于平坦辊和冷却的熔融材料之间的接触面积，从而使冷却的熔融材料脱离图案辊所需的能量大于使冷却的熔融材料脱离平坦辊所需的能量。然而，在熔融材料组合物的两个侧面上形成相同结构时，该熔融材料组合物对于一种工具或其他工具没有优选要求。在一些情况下，这可能导致熔融材料组合物与两种工具保持接触，并可能导致图案化表面上产生缺陷，诸如在图案化表面上形成的脊状结构。
形成在其两个表面上具有精确匹配的图案的膜制品导致的另一个复杂问题在于此类膜的膜韧性。当成形膜的两个表面上的图案相匹配时，重叠突出部形成膜中的薄弱点。在下游工序(诸如膜的裁切)中，这些薄弱点的存在能够使边缘断裂容易蔓延至结构化膜制品。
这些难题不仅存在于通过连续工序(诸如使幅材材料穿过两个结构化工具之间)完成结构化的情况下，而且存在于间歇式工序(诸如压印型操作)中。这种效应特别地存在于形成较薄制品的过程中。然而，在许多情况下恰好需要较薄的制品。
针对上述难题，一种简单的补救措施似乎是使工具偏移以形成在顺维方向上不对齐的图案。换句话讲，当沿顺维方向和横维方向进行观察时，两种图案将完全平行，但沿横维方向观察横截面时，突出部未对齐。然而，此类方法在实施过程中并不容易。例如，当该方法以连续方式实施时，通过使可流动的材料(诸如熔融材料)穿过两个工具辊之间施加两种图案，很显然，此类方法实际上很难实现。对于此类方案，即使工艺条件的极小改变都可能导致图案再次重叠，从而产生上文所述的所有难题。例如，重复图案的重叠区域可能由工具辊中的极小的直径差异引起。在恒速下，由于直径失配，两种图案将在相态中来回漂移(重叠)。为解决这一问题，必须采用复杂的控制***以防止图案重叠。重叠图案还可能由两个辊相对于彼此发生侧向移动引起，同样需要精确的设计控制以最大限度减小一个或两个工具辊的侧向移动。随着图案尺寸的减小，控制相对对齐的能力变得越来越具有挑战性。
本文公开了两个主表面均结构化的制品以及制备这些制品的方法。不同表面上的图案偏移一定的角度，意味着它们并未完全对齐。有意不对准工具图案以最大限度减小结构的重叠减少了严格控制工艺的需要。下面更详细地描述了偏移图案。
本公开的成角度偏移图案化方法的结果在于图案化的实质，即两种结构化工具中的凹陷不需要在结构中的所有点处同时填充，使两个表面上形成完整的突出部，并减少或消除不完整的突出部的存在。另外，成角度偏移图案化有助于消除由可流动的材料组合物附着到两个工具所引起的缺陷，因为成角度偏移导致可流动的材料组合物更倾向于一种工具而非另一种工具。而且，由于两个结构化表面上的大部分突出部不重叠，因此最小化了或消除了膜韧性的问题。
图1、图2和图3示出了上述两种工艺。图1示出了通过同时结构化可流动的材料组合物(特别是熔融材料组合物)的两个侧面以形成膜制品的连续工序的概述。图2和图3示出了其中两种工具结构接触可流动的材料组合物的工艺的一部分的视图。图2示出了一种用于形成不偏移的双侧图案的对比工艺。图3示出了本公开的工艺的实施例。
在图1中，110为用于供应可流动的材料组合物120的挤出机或类似装置。可流动的材料组合物120在第一结构化工具辊115上被载运到其中可流动的材料组合物接触第二结构化工具辊105的点处，从而导致可流动的材料组合物120的同时微结构化。非结构化辊125为任选的收卷辊，其有助于从结构化辊115移除双结构化膜。在图2中，其示出了微结构化工艺100，可流动的材料组合物120穿过两个微结构化工具之间，工具1为130并且对应于图1中的工具辊105，并且工具2为140并且对应于图1中的工具辊115。可流动的材料组合物120不完全填充工具130和工具140中的凹陷，从而产生不完全填充的区域150。在移除工具130和工具140时，成形结构化制品包括不完整的突出部160，其中平台170在突出部之间。微结构化表面中的突起部的基部和第二主表面之间的厚度通常被称作“平台”。突出部的高度通常相对于平台的顶表面进行测量。尽管该图未按比例绘制，但是突出部170之间的平台薄于可流动的材料组合物120，因为可流动的材料组合物120中的一些已成形为突出部160。
在图3中，示出了本公开的工艺200。在该工艺中，可流动的材料组合物120同时接触两个微结构化工具，工具1为230并且对应于图1中的工具辊105，并且工具2为240并且对应于图1中的工具辊115。可流动的材料组合物120完全填充工具230和工具240中的凹陷，从而填充图2中未完全填充的区域250。在移除工具230和工具240时，成形双面结构化制品包括完整突出部260，其中平台270在突出部之间。尽管该图未按比例绘制，但是突出部270之间的平台薄于可流动的材料组合物120，因为可流动的材料组合物120中的一些已成形为突出部260。另外，应当指出的是，如果图2和图3中的可流动的材料组合物120具有相同的厚度，则预期图3的平台270薄于图2的平台170，因为图3的突出部260大于(因此包含更多质量的可流动的材料组合物120)图2的突出部160。还应当指出的是，图2和图3被一般化为示出任何类型的图案化工具，并且如果图2和图3中的工具为诸如图1所示的工具辊，则包括结构160或结构260和平台170或平台270的结构化膜在结构化后将与工具辊中的一者保持接触。
除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应该理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望性能而变化。用端值来表述的数值范围包括该范围内所包含的全部数字(如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)和该范围内的任何范围。
本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一种”、“一个”和“所述”均涵盖具有多个指代物的实施例，除非其内容明确指示另外的情况。例如，“一层”涵盖了具有一层、两层或更多层的实施例。除非上下文另外清楚指明，否则如本说明和所附权利要求中使用的，术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。
如本文所用，术语“聚合物”指为均聚物或共聚物的聚合物材料。如本文所用，术语“均聚物”指为一种单体的反应产物的聚合物材料。如本文所用，术语“共聚物”指为至少两种不同单体的反应产物的聚合物材料。
如本文所用，当用于描述微结构特征时，尤其是多种微结构时，术语“有序排列”意指与自然表面粗糙度或其他自然特征不同的赋予模式，其中排列可为连续的或不连续的，可为重复图案、非重复图案等。
如本文所用，术语“微观结构”是指其中特征结构的至少2个维度为微观的特征结构构型。特征结构的局部视图和/或剖视图必须是微观的。
如本文所用，术语“微观”是指具有足够小尺寸的特征结构，以致当从任何观察平面观察时，肉眼需要光学辅助器才能确定其形状。在W.J.Smith,McGraw-Hill于1966年所著的现代光学工程(Modern Optic Engineering)第104-105页中发现一个标准，其中视敏度“……根据可识别的最小字符的角大小来定义和测量。”标准视敏度被认为是当最小可识别的字母对向视网膜上的弧的5分角高度时的视敏度。在250mm(10英寸)的典型工作距离处，这得出该物体的侧向尺寸为0.36mm(0.0145英寸)。
如本文所用，术语“相邻”在指两层时意为这两层彼此邻近，其间无居间的开放空间。它们可以彼此直接接触(例如，层合在一起)或者可以存在居间层。
如本文所用，术语“单一”在用于描述基底或膜时是指通过单一步骤制备的基底或膜。单一基底或膜可以由单一材料或多种材料制得。单一基底或膜可以被制成整体基底或膜(例如，挤出)或者其可以被制成多层基底或膜(例如，共挤出)。
如本文所用，术语“热塑性”是指聚合物材料的属性。热塑性材料是在施加热时熔融和/或流动，在冷却时再凝固，在施加热时再次熔融和/或流动的材料。热塑性材料在加热和冷却时仅经历物理变化，而不会发生可测量的化学变化。
如本文所用，术语“长轴”是指存在于规则形状的图案中的平移对称轴。如果在某一方向上位移(例如，水平位移或竖直位移)时能够返回其大致初始构造，则称该形状的图案是平移对称的。例如，在正方形图案中，存在两个平移对称的主轴，一个主轴在x方向上，并且一个主轴在y方向上。在六边形堆积的阵列中，存在三个平移对称的主轴。
本文公开了用于制备具有两个微结构化表面的制品的方法。这些方法包括：提供包括第一主表面和第二主表面的可流动的材料组合物；提供第一微结构化工具，该第一微结构化工具包括结构化表面，该结构化表面包括图案，该图案包括多个凹陷；提供第二微结构化工具，该第二微结构化工具包括结构化表面，该结构化表面包括图案，该图案包括多个凹陷；以及同时使第一微结构化工具接触可流动的材料组合物的第一主表面，并且使第二微结构化工具接触可流动的材料组合物的第二主表面，从而在可流动的材料组合物上形成第一结构化主表面和第二结构化主表面。尽管取决于两个结构化工具的构造，这两个结构化工具可能并非在完全相同的瞬间接触可流动的组合物，但是通常它们在基本上相同的时间接触可流动的组合物，并且术语“同时”意在表达这一概念以及两个工具同时接触可流动的组合物。
第一结构化主表面和第二结构化主表面被形成为使得各自包括形成重复图案的多个间隔开的突出部，每个重复图案具有长轴，其中该长轴包括重复图案的沿平移方向的长轴中的一个长轴，并且其中所述第二主表面上的重复图案的长轴与第一主表面上的长轴形成倾斜角度，其中所述角度在重复图案的旋转对称角的10％-90％的范围内。在一些实施例中，该角度在重复图案的旋转对称角的20％-80％的范围内。在一些实施例中，重复图案包括重复正方形图案并且第一主表面上的重复图案的长轴与第二主表面上的重复图案的长轴的角度在20°-70°的范围内。
通常，可流动的材料组合物包括单一膜，有时称作单一基底。单一膜是一种可包含单一材料或可包含多种材料的膜，但是该单一膜是在单一步骤中形成的膜。在一些实施例中，单一膜具有整体构造。这意味着该单一膜由单一材料形成，在很多情况下由诸如挤出的工序形成。在这些实施例中，可流动的材料组合物通常为挤出机的产出物。在其他实施例中，单一膜可包括材料的共混物。在其他实施例中，尽管单一膜在单一步骤中制得，但该单一膜具有多层构造。因此，通过层压单个膜层以形成多层膜或基底通常无法提供单一膜或基底。在本公开的实施例中，可流动的材料组合物通常为挤出或共挤出的产出物，并且挤出或共挤出层可包含单一材料或可以为材料的共混物。
宽泛的材料范围适用于作为可流动的材料组合物。通常，这些材料为热塑性聚合物材料。可用的热塑性聚合物材料的示例包括：聚氯乙烯、聚砜、聚亚烷基(诸如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯)、聚酯(诸如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯))、共聚酯(诸如PETG)、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯(诸如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯))、尼龙、TPO(热塑性聚烯烃共混物)、聚氨酯(包括TPU(热塑性聚氨酯材料))、聚苯乙烯、抗冲击改性的聚苯乙烯等等。特别合适的材料包括聚丙烯、聚苯乙烯和抗冲击改性的聚苯乙烯。
如上所述，在许多实施例中，可流动的材料组合物为单一膜。该单一膜可由挤出(挤出单层或共挤出多层)制得。通常，该单一膜具有25-203微米(1密耳-8密耳)的厚度。当单一膜的厚度包括结构的高度时，该厚度甚至更大，在25微米-1016微米(1密耳-40密耳)。
可流动的材料组合物的两个主表面同时由微结构化工具接触。微结构化工具是本领域中的技术人员容易理解的，其用于在加热和压力条件下接触可结构化的表面时向该表面施加结构。在本公开中，可流动的材料组合物的主表面为可结构化的表面，并且在释放微结构化工具时，可流动的材料组合物的表面为结构化表面。结构化表面上的结构是工具表面上的结构的反转，即，工具表面上的突出部将在结构化表面形成凹陷，并且工具表面上的凹陷部将在结构化表面上形成突出部。微结构特征可呈现多种形状，但微结构化工具上的微结构特征中的至少一部分为凹陷。
通常，微结构化工具是模制工具。结构化模制工具可以为平面压印机、柔性或非柔性带、或辊的形式。此外，模制工具通常被认为是通过压印、涂布、浇铸或平压在表面中形成微结构化图案但不成为成品的一部分的工具。
本领域的技术人员已经知道用于生成微结构化模制工具的范围广泛的方法。这些方法的示例包括但不限于：照相平版印刷、蚀刻、放电加工、离子铣削、显微机械加工和电铸。微结构化模制工具也可通过以下方法制备：利用可模压材料复制各种微结构化表面(包括不规则形状和图案)，可模压材料诸如选自由可交联的液态有机硅橡胶、可辐射固化的氨基甲酸酯等组成的组的那些材料；或通过电铸复制各种微观结构，以生成复制阴模或复制阳模的中间压印工具模具或最终压印工具模具。另外，具有随机和不规则形状和图案的微结构化模具可通过化学蚀刻、喷砂、喷丸或下沉可模压材料中的离散结构化粒子而生成。另外，任何微结构化模制工具均可根据在美国专利5,122,902(Benson)中教导的过程进行改变或改进。工具可以由多种材料制得，所述材料包括诸如镍、铜、钢或金属合金的金属，或者聚合物材料。
多种图案可存在于微结构化工具的结构化表面上。在具有双面结构阵列的制品中，诸如由本公开所述的方法所形成的制品中，通常期望结构的图案是相同的。通过这种方式，膜的两个侧面可用于同一目的。然而，如上所述，可能期望在两个主表面上同时形成相同的突出部结构，因为可流动的材料组合物可能无法同时完全形成两组突出部，并且这可能导致形成不完整的结构特征。在本公开中，结构的图案成角度偏移，意味着它们并未完全对齐。通过这种方式，即使结构的图案具有相同的尺寸和形状，因为它们发生了偏移，因此避免了在可流动的材料组合物的两个主表面上的表面区域的较大邻接部分同时形成成套突出部的问题。就作为形成辊隙的辊的工具而言，随着工具辊在处理过程中改变相对位置，最大程度减小了同相或相差重叠。
存在若干方式来描述偏移图案。一般来讲，图案可通过图案的主轴进行描述。在这一描述中，第一结构化主表面和第二结构化主表面包括形成重复图案的多个间隔开的突出部，每个重复图案具有长轴，其中该长轴包括重复图案的沿平移方向的长轴中的一个长轴，并且其中所述第二主表面上的重复图案的长轴与第一主表面上的长轴形成倾斜角度，其中所述角度在重复图案的旋转对称角的10％-90％的范围内。在一些实施例中，该角度在重复图案的旋转对称角的20％-80％的范围内。此类图案的示例为重复正方形图案。在该示例中，旋转对称的角度为90°，因此偏移角在9°-81°或18°-72°的范围内。所选的特定角度不仅取决于图案的具体设计，而且取决于多种其他因素。例如，在图6所示的正方形图案设计中，形成图案的每个突出部的宽度和深度也是建立偏移角时应当考虑的因素。在一些实施例中，重复图案包括重复正方形图案并且第一主表面上的重复图案的长轴与第二主表面上的重复图案的长轴的角度在20°-70°的范围内。
可用于描述许多实施例的另一种描述偏移图案的方式是其中形成于可流动的材料组合物的主表面上的突出部形成脊。例如，其中第一结构化表面和第二结构化表面中的每个包括沿着第一方向延伸的多个平行间隔开的脊，该脊与沿着垂直于第一方向的第二方向延伸的平行间隔开的脊相交以形成腔阵列，每个腔由四个壁限定，第一结构化表面和第二结构化表面上的腔的壁具有相同的高度和宽度。第一结构化表面上的第一方向与第二结构化表面上的第一方向形成在20°至70°范围内的倾斜角度。
另一种描述偏移图案的方式考虑到成形单一膜制品的横截面，特别是沿上述第一方向截取的横截面。该横截面包括第一主表面(第一结构)上的多个离散间隔开的结构和第二主表面(第二结构)中的多个离散间隔开的结构。第一结构中的至少一者与第二结构完全重叠，并且至少一个第一结构与第二结构不完全重叠。这与其中结构未发生偏移的情况相对，在其中结构未发生偏移的情况下，所有顶部结构和底部结构将完全重叠。
在一些实施例中，可能期望形成于第一结构化表面和第二结构化表面上的突出部并非脊。在这些实施例中，偏移图案可以被描述为包括相对的第一主表面和第二主表面，第一主表面和第二主表面中的每个包括基本上相同的离散间隔开的突起结构的规则的二维阵列，该二维阵列形成沿着第一方向延伸的突起结构的行和沿着垂直于第一方向的第二方向延伸的突起结构的列，顶表面和底表面上的突起结构基本上相同。在这些实施例中，第一结构化表面上的第一方向与第二结构化表面上的第一方向形成在20°至70°范围内的倾斜角度。
通常，第一结构化表面和第二结构化表面的突出部被布置为形成腔阵列。在一些实施例中，该腔阵列包括正方形的腔阵列。腔还可包括多种其他形状，诸如六边形、三角形和圆形。腔可被描述为具有由突出部形成的壁和由成形突出部之间的平台区域形成的底部。(形成腔底部的平台已在上文结合图2和图3进行了描述。)本公开的方法的一个优点在于突出部之间的平台可相对较薄。通常，该厚度为5-200微米、5-100微米、或者甚至10-50微米。希望突出部之间的平台相对较薄，因为它能够使整个制品相对较薄，并且能够使双面结构化制品由较少的材料制得，因此成本较低。另外，具有薄型平台厚度可有助于光学透明度，这在双面结构化膜用于例如DNA微检孔时是可取的，并且可有助于膜的加工，例如，通过结构化后火焰处理制备膜穿孔以形成过滤介质。
另一种描述腔底部的相对厚度的方式如图4所示。在该图中，示出了本公开的制品的横截面。在该横截面中，示出了突出部160以及平台170。突出部160及其限定的腔如区域A和区域B所示。将这一组合的表面区域与区域C所示的平台区域进行比较。因此，区域A和区域B之和与区域C的比率大于1:1。在一些实施例中，区域A和区域B之和与区域C的比率在1:1至20:1的范围内。
通常，第一结构化主表面和第二结构化主表面上的突出部的高度远大于平台厚度。另外，当从横截面观察结构化基底时，脊的横截面将具有横截面面积(第一横截面面积)。将该第一横截面面积与脊下方平台的横截面面积进行比较时，第一横截面面积与平台的横截面面积的比率为至少1。
本文还公开了在两个主表面上有微观结构的制品，其称作结构化基底。这些制品为单一制品并且可由上述方法形成。如上所述，第一主表面上的微结构化图案相对于第二主表面上的微结构化图案偏移。
在一些实施例中，该制品包括具有相对的第一主表面和第二主表面的单一基底，第一主表面和第二主表面中的每个包括形成重复图案的多个平行间隔开的突出部，每个重复图案具有长轴，其中该长轴包括重复图案的沿平移方向的长轴中的一个长轴，并且其中所述第二主表面上的重复图案的长轴与第一主表面上的长轴形成倾斜角度，其中所述角度在重复图案的旋转对称角的10％-90％的范围内，并且其中所述结构化基底为单一基底。在一些实施例中，该角度在重复图案的旋转对称角的20％-80％的范围内。
在一些实施例中，第一主表面和/或第二主表面上的重复图案包括周期性几何图案。多种周期性几何图案是合适的。合适的周期性几何图案包括正方形图案、六边形图案、三角形图案或圆形图案。这些几何图案形成结构化表面中的腔阵列。因此，此类阵列包括正方形腔、六边形腔、三角形腔或圆形腔的阵列。在一些实施例中，重复图案包括重复正方形图案并且第一主表面上的重复图案的长轴与第二主表面上的重复图案的长轴的角度在20°-70°的范围内。
腔可被描述为具有由突出部形成的壁和由成形突出部之间的平台区域形成的底部。(形成腔底部的平台已在上文结合图2和图3进行了描述。)本公开的方法的一个优点在于突出部之间的平台可相对较薄。通常，该厚度为5-200微米、5-100微米、或者甚至10-50微米。希望突出部之间的平台相对较薄，因为它能够使整个制品相对较薄，并且能够使双面结构化制品由较少的材料制得，因此成本较低。另外，具有薄型平台厚度可有助于光学透明度，这在双面结构化膜用于例如DNA微检孔时是可取的，并且可有助于膜的加工，例如，通过结构化后火焰处理制备膜穿孔以形成过滤介质。
另一种描述腔底部的相对厚度的方式如图4所示。在该图中，示出了本公开的制品的横截面。在该横截面中，示出了突出部160以及平台170。突出部160及其限定的腔如区域A和区域B所示。将这一组合的表面区域与区域C所示的平台区域进行比较。因此，区域A和区域B之和与区域C的比率大于1:1。在一些实施例中，区域A和区域B之和与区域C的比率在1:1至20:1的范围内。
通常，第一结构化主表面和第二结构化主表面上突出部的高度远大于平台厚度。另外，当从横截面观察结构化基底时，脊的横截面将具有横截面面积(第一横截面面积)。将该第一横截面面积与脊下方平台的横截面面积进行比较时，第一横截面面积与平台的横截面面积的比率为至少1。
第一结构化表面和第二结构化表面的图案的偏移为角偏移，而不是侧向或纵向偏移。这种情况如图5和图6所示。图5为对比的双结构化基底。在图5中，实线描述第一主表面上的图案，并且虚线描述第二主表面上的图案。实线图案的长轴如510所示，并且虚线图案的长轴如520所示。图案仅在侧向上存在偏移。很明显，不存在角偏移，因为由510和520所描述的角偏移角度为0°。这些图案可以被描述为角对齐的，而不存在本公开的图案的角偏移。
图6示出了本公开的双结构化基底。在图6中，实线描述第一主表面上的图案，并且虚线描述第二主表面上的图案。实线图案的长轴如610所示，并且虚线图案的长轴如620所示。该图案为角偏移的，因为由610和620所描述的角偏移角度大于0°但小于90°。
实例
进行一系列计算机建模研究以模拟双面微结构化基底上不同角偏移的规则结构。
实例1：正方形阵列图案建模
使用计算机建模软件包Blender(可得自http://www.blender.org)创建基底上突出部的二维表示。
基底的一个侧面上的图案由64×64紧密堆积的正方形的阵列网格表示，每个网格具有1单位的外侧长度和0.05单位的侧面厚度或宽度W。具有1单位的重复距离或间距P的这一倾斜阵列从垂直于阵列平面的角度观察时，看起来像一系列水平和竖直矩形。基底的第二侧面上的图案具有与第一侧面上图案相同的复制阵列。该第二网格对象叠加到第一阵列顶部，在平移或旋转方向上具有零偏移。
两个阵列均给定一种颜色，在这种情况下，给定为红色(RGB 255,0,0)和50％的透明度(α)值，使得采用合适设置的内部Blender Renderer进行渲染时，存在或不存在两种图案重叠的区域之间的图像的亮度值具有可定量的差值。
将虚拟正交摄像机定位于垂直于矩形平面上，使得渲染的图像覆盖宽度和高度等于40单位的区域。该图像居中位于边缘交叉区域的中心，该边缘在阵列中的一个的中心处连接四个相邻正方形。渲染的图像被保存为Microsoft位图格式，每像素24位、72dpi且尺寸为1600×1600像素。
为评估两个阵列的重叠比例，将阵列中的一个以0.05单位的步长以网格状形式在X方向和Y方向上均平移至X方向和Y方向上最大偏移值0.95单位处，以覆盖一个“单位单元”区域，即，400个独特位置。对于每个偏移位置，如上所述保存渲染的图像，然后在图像分析软件包ImageJ(可得自http://rsbweb.nih.gov/ij/)中将其打开。使用柱状图功能由图像生成256级柱状图数据。在上述条件下，图像的重叠区域和不重叠区域分别具有75和63的值。记录这一列表显示的柱状图数据。
在记录所有400个位置后，将平移偏移重置为零，并修改某一阵列的旋转并重复生成和记录400个平移偏移位置处每个位置的数据。对0、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40和45度的旋转偏移完成这一过程。旋转中心位于连接相邻正方形的边缘交叉区域的中心。
下面的表1示出了分析结果。可能的最大重叠值出现在图案完全对齐的情况下，此时具有零度旋转偏移和零位置偏移。第一列示出了一个图案相对于另一个图案的角偏移。第二列示出了所有可能的平移偏移位置占可能的最大重叠值的平均重叠比例。第二列和第三列示出了所有可能的平移偏移位置占可能的最大重叠值的最小和最大重叠比例值。第五列示出了第三列和第四列的差值。在45和90°之间的角度偏移值由对称性推断得到。
表1
实例2：三角形阵列图案建模
采用与实例1相同的过程，不同的是进行如下修改。两个相同的阵列包括三角形，其具有1单位的外边缘长度，在紧密堆积的阵列中具有0.028875单位的边缘宽度W，其中三角形的边缘中的一个位于X方向上。在这种情况下，将阵列在X方向上平移0.05单位至最大值1.5单位处，并在Y方向上平移0.050943单位至最大值0.815088单位处。
评估了0、1、2、3、4、5、10、15、20、25和30度的旋转角度。旋转中心位于连接六个相邻三角形的边缘交叉区域的中心。
数据采用与实例1所述的数据相同的方式示出于下面的表2中。在30和60°之间的角度偏移值由对称性推断得到。
表2
实例3：六边形阵列图案建模
采用与实例1相同的过程，不同的是进行如下修改。两个相同的阵列包括六边形，该六边形外侧边缘的最小直径为1单位，边缘宽度W为0.05单元，并且在紧密堆积的六边形阵列中，最小直径的取向为X方向。在这种情况下，将阵列在X方向上平移0.05单位至最大值1.5单位处，并在Y方向上平移0.050943单位至最大值0.815088单位处。这样限定了图案的一个单元格。
评估了0、1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55和60度的旋转角度。旋转中心位于连接三个相邻六边形的边缘交叉区域的中心。
数据采用与实例1所述的数据相同的方式示出于下面的表3中。在30和60°之间的角度偏移值由对称性推断得到。
表3

Claims (24)

1.一种结构化基底，其包括：
第一主表面和第二主表面，其中所述第一主表面和所述第二主表面各自包括形成重复微结构化图案的多个间隔开的突出部，每个重复微结构化图案具有长轴，其中所述长轴包括所述重复微结构化图案的沿平移方向的长轴中的一个长轴，并且其中所述第二主表面上的所述重复微结构化图案的长轴与所述第一主表面上的长轴形成倾斜角度，其中所述角度在所述重复微结构化图案的旋转对称角的10％-90％的范围内，并且其中所述结构化基底为在单一步骤中通过挤出而制备的单一基底。
2.根据权利要求1所述的结构化基底，其中所述第一主表面和/或所述第二主表面上的所述重复微结构化图案包括任何周期性几何图案。
3.根据权利要求2所述的结构化基底，其中所述周期性几何图案包括正方形图案、六边形图案、三角形图案或圆形图案。
4.根据权利要求1所述的结构化基底，其中所述第一主表面上的所述重复微结构化图案与所述第二主表面上的所述重复微结构化图案相同。
5.根据权利要求1所述的结构化基底，其中所述第一主表面上的所述重复微结构化图案与所述第二主表面上的所述重复微结构化图案不同。
6.根据权利要求1所述的结构化基底，其中所述角度在所述重复微结构化图案的所述旋转对称角的20％-80％的范围内。
7.根据权利要求1所述的结构化基底，其中所述第一主表面上的所述重复微结构化图案和所述第二主表面上的所述重复微结构化图案形成腔阵列，并且其中所述突出部形成所述腔的壁。
8.根据权利要求7所述的结构化基底，其中所述腔阵列包括正方形腔的阵列。
9.根据权利要求7所述的结构化基底，其中所述腔阵列包括六边形腔的阵列。
10.根据权利要求7所述的结构化基底，其中所述腔阵列包括三角形腔的阵列。
11.根据权利要求7所述的结构化基底，其中所述腔阵列包括圆形腔的阵列。
12.根据权利要求7所述的结构化基底，其中在沿长轴的剖视图中，第一表面区域被限定为所述第一主表面的包括突出部和所述突出部形成其一个壁的所述腔的区域，第二表面区域被限定为所述第二主表面的包括突出部和所述突出部形成其一个壁的所述腔的区域，并且第三表面区域被限定为所述第一表面区域和所述第二表面区域之间的平台区域，并且其中所述第一表面区域和所述第二表面区域之和与所述第三表面区域的比率为1:1或更大。
13.根据权利要求1所述的结构化基底，其由挤出复制法制得。
14.根据权利要求1所述的结构化基底，其中所述结构化基底包括一致的材料组合物。
15.一种制备制品的方法，其包括：
提供可流动的材料组合物，所述材料组合物包括第一主表面和第二主表面；
提供第一微结构化工具，所述第一微结构化工具包括结构化表面，所述结构化表面包括图案，所述图案包括多个凹陷；
提供第二微结构化工具，所述第二微结构化工具包括结构化表面，所述结构化表面包括图案，所述图案包括多个凹陷；以及
使所述第一微结构化工具接触所述可流动的材料组合物的所述第一主表面，并且同时使所述第二微结构化工具接触所述可流动的材料组合物的所述第二主表面，以在所述可流动的材料组合物上形成第一结构化主表面和第二结构化主表面，其中所述第一结构化主表面和所述第二结构化主表面各自包括形成重复微结构化图案的多个间隔开的突出部，每个重复微结构化图案具有长轴，其中所述长轴包括所述重复微结构化图案的沿平移方向的长轴中的一个长轴，并且其中所述第二主表面上的所述重复微结构化图案的长轴与所述第一主表面上的长轴形成倾斜角度，其中所述角度在所述重复微结构化图案的旋转对称角的10％-90％的范围内。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述可流动的材料组合物包括单一膜。
17.根据权利要求16所述的方法，其中单一膜具有整体构造。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述单一膜具有多层构造。
19.根据权利要求15所述的方法，其中提供所述可流动的材料组合物包括挤出单一膜。
20.根据权利要求19所述的方法，其中挤出包括共挤出。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述单一膜在结构化之前具有25微米至203微米的厚度。
22.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一结构化主表面和所述第二结构化主表面中的每个结构化主表面包括沿着第一方向延伸的多个平行间隔开的脊，所述脊与沿着垂直于所述第一方向的第二方向延伸的多个平行间隔开的脊相交以形成腔阵列，每个腔由四个壁限定，所述第一结构化主表面和所述第二结构化主表面上的所述腔的所述壁具有相同的高度和宽度，所述第一结构化主表面中的所述第一方向与所述第二结构化主表面中的所述第一方向形成在20°至70°的范围内的倾斜角度。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述腔阵列包括正方形腔阵列。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一结构化主表面和所述第二结构化主表面中的所述腔由具有25微米至203微米的平台厚度的平台隔开。
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