CN100557467C - 使用有机无机混合材料和纳米压印技术的微细结构体的制造方法以及微细结构体 - Google Patents

使用有机无机混合材料和纳米压印技术的微细结构体的制造方法以及微细结构体 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种微细结构体的制造方法，其并非使用蚀刻处理而是使用纳米压印技术，经济性良好地制造含有可使所入射的光线有效通过的微细凹凸部的微细结构体。本发明使用纳米压印技术，并通过以下步骤制造微细结构体：在透明基板上对通过添加铝、锗或钛等的金属氧化物及/或烷醇盐而控制折射率的有机无机混合材料进行涂布的步骤；对涂布有上述有机无机混合材料的基板进行预烘热的步骤；在减压状态下对经过涂布的上述有机无机混合材料压接具有微细凹凸部的模具并加热的步骤及将上述有机无机混合材料从模具脱模的步骤。

Description

使用有机无机混合材料和纳米压印技术的微细结构体的制造方法以及微细结构体
技术领域
本发明是关于一种使用可控制折射率等物理特性的有机无机混合材料及纳米压印技术制造微细结构体的方法以及微细结构体。
背景技术
为实现照明器具或显示装置的高亮度化，必须有效地将发光元件所放射的光线引取到照明器具或显示装置的外部。然而，一般而言，发光元件所放射的光线，在透过其周围的透明基板等而到达外部为止时，会衰减为所放射的光线的20％左右。众所周知该衰减的主要原因在于在显示元件的基板或作为外罩的玻璃等与外界空气的界面中存在反射。而且，以下情况也得到证实，为防止该反射，在折射率相异的物质的界面，设置可视光的波长以下的微细凹凸构造是比较有效的。具有相关微细凹凸部的结构体，在先前一般使用蚀刻工序而制造。
【非专利文献1】S.YChou，et al.，Appl.Phys.Lett.67，3144(1995)
【非专利文献2】S.YChou，P.R.Krauss andP.JRenstrom，Science.85，272(1996)
[发明所欲解决的问题]
然而，该蚀刻工序是比较复杂的工序，因此只要使用该蚀刻工序进行制造，那么制造成本的降低将比较有限，所以存在制造成本较高的问题。另外，也存在如下问题，为减少含有上述微细凹凸部的结构体中的反射而必须将具有微细凹凸部的结构体的折射率控制为适当的值。
因此，本发明提出不使用蚀刻工序而使用纳米压印技术，在可控制折射率的状态下低价制造具有上述微细凹凸部的结构体的方法以及具有微细凹凸部的结构体。
发明内容
为了解决上述问题，根据权利要求1所述的发明是一种制造微细结构体的方法，其使用纳米压印技术，并且具有：
将可通过添加铝、锗或钛等的金属氧化物及/或烷醇盐而控制折射率的有机无机混合材料涂布在透明基板上的步骤；
对涂布有上述有机无机混合材料的基板进行预烘热的步骤；
在减压状态下对经过涂布的上述有机无机混合材料上具有微细凹凸部的模具进行压接并加热的步骤；及
将上述有机无机混合材料从模具进行脱模的步骤；其特征为：
上述有机无机混合材料通过在整形为具有微细凹凸部的形状后，进行固化处理，而在其折射率的差异为±0.01以内的范围左右与上述透明基板的材质物质性相同，而上述微细凹凸部的高度为10nm至10μm，且上述微细凹凸部的间距为10nm至10μm。
权利要求2所揭示的发明是一种在透明基板的两面上具有微细凹凸部的结构体(以下称为[两面微细结构体])的制造方法，其为使用纳米压印技术的两面微细结构体的制造方法，并且具有：
将可通过添加铝、锗或钛等的金属氧化物及/或烷醇盐而控制折射率的有机无机混合材料进行涂布在透明基板的两面上的步骤；
对涂布有上述有机无机混合材料的基板进行预烘热的步骤；
在减压状态下从上述透明基板的两面对经过涂布的上述有机无机混合材料中具有微细凹凸部的模具进行压接并加热的步骤；及
将上述有机无机混合材料从模具进行脱模的步骤；其特征为：
上述有机无机混合材料通过在整形为具有微细凹凸部的形状后，进行固化处理，而在其折射率的差异为±0.01以内的范围左右与上述透明基板的材质物质性相同，而上述微细凹凸部的高度为10nm至10μm，且上述微细凹凸部的间距为10nm至10μm。
权利要求3所揭示的发明是一种微细结构体的制造方法，其使用纳米压印技术，并且具有：
将可通过添加铝、锗或者钛等的金属氧化物以及/或者烷醇盐而控制折射率的有机无机混合材料进行涂布在上述透明基板上的步骤；
通过减压装置而对涂布在上述透明基板上的涂布膜中所包含的气泡进行除气的步骤；
对涂布有上述有机无机混合材料的基板进行预烘热的步骤；
在减压状态下对在上述有机无机混合材料上具有微细凹凸部的模具进行压接并加热的步骤；及
将上述有机无机混合材料从模具进行脱模的步骤；其特征为：
上述有机无机混合材料通过在整形为具有微细凹凸部的形状后，进行固化处理，而在其折射率的差异为±0.01以内的范围左右与上述透明基板的材质物质性相同，而上述微细凹凸部的高度为10nm至10μm，且上述微细凹凸部的间距为10nm至10μm。
权利要求4所揭示的发明是一种两面微细结构体的制造方法，其为使用纳米压印技术的两面微细结构体的制造方法，并且具有：
将可通过添加铝、锗或者钛等的金属氧化物以及/或者烷醇盐而控制折射率的有机无机混合材料进行涂布在上述透明基板的两面的步骤；
通过减压装置而对涂布在上述透明基板的两面上的涂布膜中所包含的气泡进行除气的步骤；
对涂布有上述有机无机混合材料的基板进行预烘热的步骤；
在减压状态下从上述透明基板的两面对上述有机无机混合材料中具有微细凹凸部的模具进行压接并加热的步骤；以及
将上述有机无机混合材料从模具进行脱模的步骤；其特征为：
上述有机无机混合材料通过在整形为具有微细凹凸部的形状后，进行固化处理，而在其折射率的差异为±0.01以内的范围左右与上述透明基板的材质物质性相同，且上述微细凹凸部的高度为10nm至10μm，上述微细凹凸部的间距为10nm至10μm。
权利要求5所揭示的发明是根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：上述有机无机混合材料的主成分为Si烷醇盐，且其中加入Ti氧化物及/或Ti烷醇盐及/或Ge氧化物及/或Ge烷醇盐作为添加剂。
权利要求6所揭示的发明是根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：上述有机无机混合材料的主成分为Si烷醇盐，且其中加入Ti氧化物及/或Ti烷醇盐及/或Ge氧化物及/或Ge烷醇盐作为添加剂。
权利要求7所揭示的发明是根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：上述有机无机混合材料的主成分为Si烷醇盐，且其中加入Ti氧化物及/或Ti烷醇盐及/或Ge氧化物及/或Ge烷醇盐作为添加剂。
权利要求8所揭示的发明是根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：上述有机无机混合材料的主成分为Si烷醇盐，且其中加入Ti氧化物及/或Ti烷醇盐及/或Ge氧化物及/或Ge烷醇盐作为添加剂。
权利要求9所揭示的发明是一种上述透明基板的表面上具有微细凹凸部的结构体，其特征为上述结构体通过根据权利要求1至8中任一权利要求所述的制造方法而制造。
[发明效果]
根据权利要求1所述的发明，无须使用蚀刻工序即可制造先前使用蚀刻工序而制造的微细结构体。蚀刻工序可以是使用有溶剂、酸·碱的湿式蚀刻或使用有以O2、CHF3、CF4或者SF6气体为代表的原料的等离子蚀刻，然而蚀刻工序由于利用化学反应，因此与使用上述微细模具的方法相比，较为复杂。因此，根据并未使用蚀刻工序的根据权利要求1所述的发明中的制造方法，可低价且大量制造上述微细结构体，并且，上述微细结构体的用途可比先前更加扩大。
并且，通过根据权利要求2所述的发明，可制造上述透明基板的两面上具有微细凹凸部的结构体，因此可对应于透明基板的两面上必须具有微细凹凸部的用途。
并且，通过根据权利要求3所述的发明，在根据权利要求1所述的发明的制造方法中加入[将涂布在上述透明基板上的涂布膜中所包含的气泡通过减压装置除气的步骤]，由此可以从涂布在上述透明基板上的涂布膜中对其中所包含的气泡进行除气，因此可以将上述模具的凹凸形状更加精确地复制到上述有机无机混合材料中。
并且，通过根据权利要求4所述的发明，除可获得根据权利要求2所述的发明效果之外，也可获得根据权利要求3所述的发明效果。
并且，通过根据权利要求5所述的发明，将上述有机无机混合材料限定为Si烷醇盐，由此上述有机无机混合材料经过固化后，较容易与上述透明基板物质性相同，此外，也可获得透湿性降低的特性，因此可以提高耐久性。并且通过将所添加的添加剂限定为Ti氧化物及/或Ti烷醇盐及/或Ge氧化物及/或Ge烷醇盐，而获得更加易于调整上述微细结构体的折射率的效果。
并且，通过根据权利要求6所述的发明，除可获得根据权利要求2所述的发明效果之外，也可获得根据权利要求5所述的发明效果。
并且，通过根据权利要求7所述的发明，除可获得根据权利要求3所述的发明效果之外，也可获得根据权利要求5所述的发明效果。
并且，通过根据权利要求8所述的发明，除可获得根据权利要求4所述的发明效果之外，也可获得根据权利要求5所述的发明效果。
并且，通过根据权利要求9所述的发明，可获得与根据权利要求1至8中任一权利要求所述的发明效果相同的效果。
附图说明
图1(a)至(g)为表示本发明的微细结构体的制造方法的工序图。
图2(a)至(h)为表示先前的微细结构体的制造方法的工序图。
图3为表示本发明的微细结构体的制造方法的装置概略图。
图4(a)至(d)为微细结构体的透视图及剖面图。
图5为使用于本发明的微细结构体的制造方法的纳米压印装置的方块图。
符号说明
101透明基板
102添加有铝、锗或钛等的金属氧化物以及/或者烷醇盐的有机无机混合材料膜
103具有微细凹凸部的模具
104微细结构体
202抗蚀剂
203具有微细凹凸部的模具
601减压装置
603试料台
605模具安装部
具体实施方式
关于本发明的实施方式，以下，参照图式加以说明。
图1是表示本发明的微细结构体的制造方法的实施例的工序图。并且，图5是用于设定具有涂布上述有机无机混合材料的基板及上述微细凹凸部的模具，制造上述微细结构体的纳米压印装置的方块图。
以下，对每个步骤加以说明。
图1的(a)以及(b)表示第1步骤。
首先，在涂布有机无机混合材料之前，使用中性清洗剂(或者也可是纯水、乙醇、丙酮等)对透明基板进行超音波洗净。其次，将有机无机混合材料涂布到玻璃基板上。再者，玻璃基板是上述透明基板的示例，但如果是透明基板则也可以不是玻璃基板。在上述有机无机混合材料中使用Si烷醇盐。其中，上述有机无机混合材料并非仅限于Si烷醇盐。并且，将四(第三丙醇)钛(Ti烷醇盐)、四(第三丙醇)锗(Gi烷醇盐)以及钛氧化物添加到上述有机无机混合材料中用作调整折射率的添加剂，并将其涂布在玻璃基板上。至于其他添加剂，锗氧化物、三(第三丙醇)氧化铝以及铝氧化物也是有效的。
图1(b)的102表示涂布在添加有上述添加剂的上述透明基板上的上述有机无机混合材料的膜。涂布方法可以是旋涂、喷涂或者缝涂中任一种。并且，涂布方法并不仅限于这些旋涂等方法。将进行涂布的膜厚设为100nm到10μm。
图1(c)表示第2步骤。首先，烘热涂布有机无机混合材料的基板整体。通过加热板或者远红外线加热器进行烘热，而使液状的上述有机无机混合材料半硬化。加热的温度为18℃至150℃，而加热时间为5分钟到60分钟。
再者，在如下情况时较为有效，如果在图1(c)的烘热步骤之前，在固定条件下将涂布有上述有机无机混合材料的基板整体置于减压炉中，并进行从涂布有上述有机无机混合材料的基板中将气泡除气的工序，那么凹凸部会更加微细。具体而言，在烘热步骤之前，将上述基板整体在减压状态(1至102Torr)下放置1至5分钟。由此，可对包含在上述有机无机混合材料中的气泡进行除气。该除气工序是在减压炉中进行的。其中该除气工序并非是必须的工序，如果进行该除气工序，则可精确制造微细凹凸部。
图1(d)以及(e)表示第3步骤。图1(d)表示具有微细凹凸部的模具。上述模具的微细凹凸部，以10nm至10μm的间距而形成。并且，微细凹凸部的高度为10nm至10μm。并且该凹凸的形状既可相同，也可如图1(d)所示并不相同。在上述凹凸的形状并不相同的时候，接触到该微细结构体上的光线波长将成为各种各样，此时由于微细凹凸部具有各种形状及各种大小，因此可提高光线的透光率。
上述模具设定在图5的纳米压印装置的模具安装部605。并且，涂布有上述有机无机混合材料的透明基板设定在图5的纳米压印装置的试料台603。其次，如图1(e)所示，在涂布上述有机无机混合材料的透明基板上压接上述模具。压接条件是压接压力为10至2000牛顿/平方厘米，压接时间为5至60分钟。其次，如图1(f)所示，一面进行压接一面进行加热。加热温度为18至500℃，且压接加热时间为5至60分钟。并且，该压接·加热工序是使图5的减压装置部601中所示的部分为减压状态下而进行的。上述减压条件为1至102Torr，且在减压状态下压接·加热时间为1至5分钟。通过在这样的减压状态下进行压接·加热，而即使模具的凹凸部较为微细，半硬化的有机无机混合材料与上述模具的微细凹凸部之间所产生的微细空隙也将由半硬化的有机无机混合材料无缝隙地填满，因此半硬化的有机无机混合材料与上述模具的微细凹凸部之间的粘着性将得到改善，因此上述模具的微细凹凸部的形状可以精确复制到半硬化的有机无机混合材料上。并且，除填满上述空隙的效果之外，也具有去除半硬化的有机无机混合材料中的气泡的效果，也可通过该效果，而将上述模具的微细凹凸部的形状精确复制到半硬化的有机无机混合材料中。其次，如图1(g)所示，将模具从上述透明基板中进行脱模。通过以上工序，在上述玻璃基板上形成间距为10nm到10μm、且高度为10nm到10μm的微细凹凸部。
并且，为调整折射率而调整添加在有机无机混合材料中的铝、锗或者钛等的金属氧化物及/或烷醇盐的量，由此可在1.0至2.45的范围内将微细凹凸部的折射率调整为任意值。至于该效果可提高微细结构体的光线透光率。
再者，在图1(e)中，表示有经过涂布的膜102，在图1(f)中，上述膜102并没有图示的是表示在折射率的差异为±0.01的范围左右上述膜102与上述透明基板物质性相同的情况。并且，使上述膜102与上述透明基板101物质性相同而制成上述微细结构体104。
并且，制造两面微细结构体时的制造方法，基本而言，与以上所述的在单面制造微细凹凸部时的制造方法相同。以下，将就与单面时不同的部分加以说明。首先，在图1(b)的工序中，将上述有机无机混合材料涂布到上述透明基板的两面上。并且，在图(d)以及(e)中，将上述模具设定在图5的模具安装部605，也将其设定在图5的试料台603。并且，从两面对上述透明基板进行压接·加热。至于其他工序，与在单面中制造微细凹凸部时的制造方法相同。
图4(a)是具有凸部的微细结构体的透视图。图4(b)是具有图4(a)的凸部的微细结构体的剖面图。图4(c)是具有凹部的微细结构体的透视图。图4(d)是具有凸部的微细结构体的剖面图。
其次，就上述微细结构体104的先前制造方法加以说明。图2是先前的制造方法的工序图。第1步骤如图2(a)及(b)所示。图2(a)的101为透明基板。将抗蚀剂202涂布在上述透明基板上。第2步骤如图2(c)及(d)所示。将微细模具203压接到抗蚀剂202上。上述压接的目的在于选择性地使抗蚀剂202的固定部分的厚度变薄。图2(e)表示第3步骤。使上述微细模具103从涂布抗蚀剂的基板101中脱模。其结果，抗蚀剂202选择性地附于固定范围内，而其厚度将变薄并产生残余部分(以下称为[残渣])。其次，通过氧等离子的干式蚀刻将上述残渣除去。其结果，如图2(f)所示，在上述透明基板101上的固定部分将选择性地残留有抗蚀剂202。第4步骤如图2(g)及(h)所示。对在固定部分选择性残留有抗蚀剂的上述基板使用氢氟酸系化学药品进行蚀刻。再者，也可进行在原料中使用有CHF3及CF4气体等的等离子干式蚀刻。其结果，可选择性溶解并未残留有抗蚀剂202的部分的透明基板，由此制造如图2(h)所示的具有凹凸部的基板。该先前的制造方法，对在形成微细凹凸部时较为有效，然而因使用蚀刻工序，所以存在制造成本较高的问题。
本发明的微细结构体的制造方法，由于并未使用制造成本较高为主要原因的上述蚀刻工序，因此具有可低价制造上述微细结构体的效果，也可期待飞跃性扩大上述微细结构体的应用范围的效果。至于应用范围，可以考虑用于显示装置或照明装置。由于提高光线的透光率，故即便为相同亮度，也可降低耗电。

Claims (10)

1.一种透明基板上具有微细凹凸部的结构体的制造方法，其使用纳米压印技术，并且具有
将可通过添加铝、锗或钛的金属氧化物及/或烷醇盐而控制折射率的有机无机混合材料涂布在透明基板上的步骤；
对涂布有上述有机无机混合材料的基板进行预烘热的步骤；
在减压状态下对经过涂布的上述有机无机混合材料压接具有微细凹凸部的模具并加热的步骤；及
将上述有机无机混合材料从模具进行脱模的步骤；其特征为：
上述有机无机混合材料通过在整形为具有微细凹凸部的形状后，进行固化处理，而以其折射率与透明基板的差异为±0.01以内的范围的方式进行材质物质性相同化，且上述微细凹凸部的高度为10nm至10μm，上述微细凹凸部的间距为10nm至10μm。
2.一种在透明基板的两面具有微细凹凸部的结构体的制造方法，其使用有纳米压印技术，并且具有
将可通过添加铝、锗或钛的金属氧化物及/或烷醇盐而控制折射率的有机无机混合材料涂布在透明基板的两面的步骤；
对涂布有上述有机无机混合材料的基板进行预烘热的步骤；
在减压状态下从上述透明基板的两面对经过涂布的上述有机无机混合材料压接具有微细凹凸部的模具并加热的步骤；及
将上述有机无机混合材料从模具进行脱模的步骤；其特征为：
上述有机无机混合材料通过在整形为具有微细凹凸部的形状后，进行固化处理，而以其折射率与上述透明基板的差异为±0.01以内的范围的方式进行物质性相同化，上述微细凹凸部的高度为10nm至10μm，且上述微细凹凸部的间距为10nm至10μm。
3.一种透明基板上具有微细凹凸部的结构体的制造方法，其使用纳米压印技术，并且具有
将可通过添加铝、锗或者钛的金属氧化物以及/或者烷醇盐而控制折射率的有机无机混合材料涂布在透明基板上的步骤；
通过减压装置将涂布在上述透明基板上的涂布膜中所包含的气泡除气的步骤；
对涂布有上述有机无机混合材料的基板进行预烘热的步骤；
在减压状态下对上述有机无机混合材料压接具有微细凹凸部的模具并加热的步骤；及
将上述有机无机混合材料从模具进行脱模的步骤；其特征为：
上述有机无机混合材料通过在整形为具有微细凹凸部的形状后，进行固化处理，而以其折射率与上述透明基板的差异为±0.01以内的范围的方式进行物质性相同化，而上述微细凹凸部的高度为10nm至10μm，且上述微细凹凸部的间距为10nm至10μm。
4.一种在透明基板的两面具有微细凹凸部的结构体的制造方法，其使用纳米压印技术，并且具有
将可通过添加铝、锗或者钛的金属氧化物以及/或者烷醇盐而控制折射率的有机无机混合材料进行涂布在透明基板的两面的步骤；
通过减压装置而对涂布在上述透明基板的两面上的涂布膜中所包含的气泡进行除气的步骤；
对涂布有上述有机无机混合材料的基板进行预烘热的步骤；
在减压状态下从上述透明基板的两面对上述有机无机混合材料压接具有微细凹凸部的模具并加热的步骤；以及
将上述有机无机混合材料从模具进行脱模的步骤；其特征为：
上述有机无机混合材料通过在整形为具有微细凹凸部的形状后，进行固化处理，而以其折射率与上述透明基板的差异为±0.01以内的范围的方式进行物质性相同化，而上述微细凹凸部的高度为10nm至10μm，且上述微细凹凸部的间距为10nm至10μm。
5.根据权利要求1所述的透明基板上具有微细凹凸部的结构体的制造方法，其特征在于：上述有机无机混合材料的主成分为Si烷醇盐，且其中加入Ti氧化物及/或Ti烷醇盐及/或Ge氧化物及/或Ge烷醇盐作为添加剂。
6.根据权利要求2所述的在透明基板的两面具有微细凹凸部的结构体的制造方法，其特征在于：上述有机无机混合材料的主成分为Si烷醇盐，且其中加入Ti氧化物及/或Ti烷醇盐及/或Ge氧化物及/或Ge烷醇盐作为添加剂。
7.根据权利要求3所述的透明基板上具有微细凹凸部的结构体的制造方法，其特征在于：上述有机无机混合材料的主成分为Si烷醇盐，且其中加入Ti氧化物及/或Ti烷醇盐及/或Ge氧化物及/或Ge烷醇盐作为添加剂。
8.根据权利要求4所述的在透明基板的两面具有微细凹凸部的结构体的制造方法，其特征在于：上述有机无机混合材料的主成分为Si烷醇盐，且其中加入Ti氧化物及/或Ti烷醇盐及/或Ge氧化物及/或Ge烷醇盐作为添加剂。
9.一种透明基板上具有微细凹凸部的结构体，其通过根据权利要求1、3、5、7中任一权利要求所述的透明基板上具有微细凹凸部的结构体的制造方法而制造。
10.一种在透明基板的两面具有微细凹凸部的结构体，其通过根据权利要求2、4、6、8中任一权利要求所述的在透明基板的两面具有微细凹凸部的结构体的制造方法而制造。
CNB2005101305830A 2004-12-15 2005-12-14 使用有机无机混合材料和纳米压印技术的微细结构体的制造方法以及微细结构体 Expired - Fee Related CN100557467C (zh)

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