CN102692818A - 一种彩色纳米压印工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩色纳米压印工艺，包括以下步骤：1）应用两个光学掩模板，利用光刻技术及硅的干法刻蚀技术制作出与相关可见光的波长相匹配的四阶模具，2）应用纳米热压印技术，将多阶模具压印于聚合物基材上形成最终产品。该产品为具有多阶微小结构的聚合物，对不同波长光反射而形成彩色条纹。体积小、质量轻、高性价比。该方法能实现彩色显示图案的直接制作，提高器件和系统的功能密度、信息密度与互联交互密度，能大大节约材料和能源。与传统硅、LIGA工艺相比，不需要通过键合、微装配实现系统集成，因此工艺过程较简单。利用物理转移机制降低成本、简化操作，而且具有较高分辨率，减少形成复杂的三维图形所需的工艺步骤。
Description
技术领域
本发明涉及属于三维结构压印技术领域，特别涉及一种彩色纳米压印工艺。
背景技术
纳米压印技术，是微纳米器件制作工艺中的一个重要技术，这是一种不同于传统光刻技术的全新图形转移技术。纳米压印技术的定义为：不使用光线或者辐照使光刻胶感光成形，而是直接在硅衬底或者其它衬底上利用物理学的机理构造纳米尺寸图形。三维结构在微纳系统领域有着非常重要的应用前景，通过三维加工技术能够制造出体积小、质量轻、灵敏度高、成本低的和性能优越的器件。
三维结构纳米压印技术，是应用多阶模板来进行纳米压印的一种创新工艺，能够实现三维微细结构的直接全面复制，是制作如彩色显示材料的一种新型技术。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种将纳米压印用于多层相互连接结构的图形压印方法，通过压印后可直接看到彩色的条纹，其独特的物理转移机制不仅可以降低成本、简化操作，而且具有较高分辨率，同时可以减少形成复杂的三维图形所需的工艺步骤。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的一种彩色纳米压印工艺，包括以下步骤：
1）利用光刻技术制作出需要压印的可见光波长相匹配的多阶模具；
2）利用步骤1）制作的多阶模具采用纳米压印技术将多阶模具压印于基材形成产品。
进一步，所述步骤1）中多阶模具的制作，具体包括以下步骤：
A.制作与需要压印的光波波长相匹配的1号掩模板；
B.将1号掩模板放于模具毛坯上，并对准进行光刻，向下刻蚀一个单位长度Dist，使模具毛坯上出现一个二阶模具；
其中，Dist为根据需要压印的彩色光波波长确定的单位长度；
C.停止光刻，撤下1号掩模板，
D.制作与需要压印的光波波长相匹配的N号掩模板；
其中，N为正整数；
E.将N号掩模板放于模具毛坯上，并对准进行光刻，向下刻蚀N个单位长度Dist，得到一个2的N次方阶模具；
F.停止光刻，撤下N号掩模板；
G.重复步骤D-F进行光刻，直至形成所需要的多阶模具。
进一步，所述N号掩模板的遮挡部为上一次掩模板中相邻遮挡部和透光部之和，所述N号掩模板的透光部为与N号掩模板的遮挡部相邻的上一次掩模板中相邻遮挡部和透光部之和。
进一步，所述N号掩模板的遮挡部按与上一次掩模板的遮挡部外边缘对齐重叠的方式设置于模具毛坯上。
进一步，所述步骤2）中将多阶模具压印于基材上形成产品，具体包括以下步骤：
将多阶模具放置与基材上，进行加热，加热至基材的玻璃化转换温度后，进行加压，当温度到达加热最高温度时，进行保温保压，然后减压降温，当温度降至玻璃化转换温度后，脱模，得到最终产品。
进一步，所述加热最高温度为基材玻璃化转换温度的1.2至1.6倍。
进一步，所述加热最高温度为100至150摄氏度。
进一步，所述基材为聚乙烯或聚丙烯。
进一步，所述纳米压印技术为热压印技术。
本发明的优点在于：本发明采用光刻技术制作多阶模具；并利用该多阶模具采用纳米压印技术将多阶模具压印于基材形成产品，从通过压印后的产品上能够直接看到彩色的条纹，该产品体积小、质量轻、灵敏度高、成本低和性能优越。该方法能使产品微型化和便携化，提高器件和系统的功能密度、信息密度与互联交互密度，能大大节约材料和能源。与传统硅、LIGA工艺相比，不需要通过键合、微装配实现系统集成，因此工艺过程较简单。而将纳米压印用于多层相互连接结构的图形压印时，其独特的物理转移机制不仅可以降低成本、简化操作，而且具有较高分辨率，同时可以减少形成复杂的三维图形所需的工艺步骤，本发明提供的多阶模具的结构参数是与相关可见光的波长相匹配的。具有此类多阶结构的聚合物，由于此微小结构对不同波长的光的反射（或透射）不同，就可以直接看到彩色的条纹。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为1号掩模板放于模具毛坯上的示意图；
图2为光刻后的二阶模具毛坯结构示意图；
图3为2号掩模板放于模具毛坯示意图；
图4为刻蚀两个单位长度后形成的模具毛坯示意图；
图5为光刻后形成的四阶模具毛坯示意图；
图6为多阶模具和塑料放置示意图；
图7为加热加压压印示意图；
图8为保温保压压印示意图；
图9为脱模形成产品示意图；
图10为光线照射产品每个台阶反射色光示意图；
图11为1号掩模板和2号掩模板对比示意图。
图中，1表示1号掩模板、2表示模具毛坯、3表示2号掩模板、4表示基材、5表示1号掩模板遮挡部、6表示1号掩模板透光部、7表示2号掩模板遮挡部、8表示2号掩模板透光部。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为1号掩模板放于模具毛坯上的示意图；图2为光刻后的二阶模具毛坯结构示意图；图3为2号掩模板放于模具毛坯示意图；图4为刻蚀两个单位长度后形成的模具毛坯示意图；图5为光刻后形成的四阶模具毛坯示意图；图6为多阶模具和塑料放置示意图；图7为加热加压压印示意图；图8为保温保压压印示意图；图9为脱模形成产品示意图，图10为光线照射产品每个台阶反射色光示意图，如图所示：本发明提供的一种彩色纳米压印工艺，包括以下步骤：
1）利用光刻技术制作与需要压印光波波长相匹配的多阶模具；
所述步骤1）中多阶模具的制作，具体包括以下步骤：
A.制作1号掩模板1；这里的光波波长取红光的波长；也可以取可见光中任一单色光的波长相匹配的参数来制作掩模板；
B.将1号掩模板1放于模具毛坯2上，并对准进行光刻，向下刻蚀一个单位长度Dist，使模具毛坯2上出现一个二阶模具；
其中，Dist为根据需要压印的彩色光波波长确定的单位长度；
C.停止光刻，撤下1号掩模板1，
D.制作与需要压印的光波波长相匹配的N号掩模板；这里的光波波长取绿光和蓝光的波长；也可以取可见光中任一单色光的波长相匹配的参数来制作掩模板；
其中，N为正整数；
E.将N号掩模板放于模具毛坯2上，并对准进行光刻，向下刻蚀N个单位长度Dist，得到一个2的N次方阶模具；
F.停止光刻，撤下N号掩模板；
G.重复步骤D-F进行光刻，直至形成所需要的多阶模具。本实施例中的多阶模具是指在模具上形成多个深度和宽度不同的呈台阶状的反射光反射面。
所述N号掩模板的遮挡部为上一次掩模板中相邻遮挡部和透光部之和，所述N号掩模板的透光部为与N号掩模板的遮挡部相邻的上一次掩模板中相邻遮挡部和透光部之和。本实施例中N取2。
本实施例采用四阶模具，即通过两个掩模板进行刻蚀，即1号掩模板1和2号掩模板3，将1号掩模板1放于模具毛坯2上，并对准进行光刻，向下刻蚀一个单位长度（根据实际要求确定，可以是一个单位长度为100纳米或者几十或几百纳米），使模具毛坯上出现一个二阶模具；停止光刻，撤下1号掩模板1，将2号掩模板3放于模具毛坯2上，并对准进行光刻，向下刻蚀两个单位长度；停止光刻，撤下2号掩模板，得到一个四阶模具；重复进行光刻，直至形成所需要的多阶模具。
图11为1号掩模板和2号掩模板对比示意图，如图所示，2号掩模板的遮挡部为1号掩模板中相邻遮挡部和透光部之和，即1号掩模板遮挡部5和1号掩模板透光部6两部分之和，2号掩模板的透光部为与2号掩模板遮挡部相邻的1号掩模板中连续相邻遮挡部和透光部之和，即2号掩模板遮挡部7和2号掩模板透光部8之和。
本实施例中遮挡部和透光部相同，2号掩模板的遮挡部为1号掩模板中遮挡部的2倍，2号掩模板的透光部为1号掩模板中透光部的2倍。
本发明提供的多阶模具的结构参数是与相关可见光的波长相匹配的。具有此类多阶结构的聚合物，由于此微小结构对不同波长的光的反射（或透射）不同，就可以直接看到彩色的条纹。
2）利用步骤1）制作的多阶模具采用纳米压印技术将多阶模具压印于基材形成产品。
所述N号掩模板的遮挡部按与上一次掩模板的遮挡部外边缘对齐重叠的方式设置于模具毛坯上。
2）利用步骤1）制作的多阶模具采用纳米压印技术（热压印技术）将多阶模具压印于基材形成产品，具体包括以下步骤：
将多阶模具放置与基材4上，进行加热，加热至基材的玻璃化转换温度后，进行加压，当温度到达加热最高温度时，当温度到达加热最高温度即加热最高温度为基材玻璃化转换温度的1.6倍时，进行保温保压，然后减压降温，当温度降至玻璃化转换温度后，脱模，得到最终产品。加热最高温度为基材4玻璃化转换温度的1.2至1.6倍，所述加热最高温度为100至150摄氏度。所述基材4为聚乙烯或聚丙烯。所述纳米压印技术为热压印技术。
当光线从某一角度照射产品时，产品上的每个台阶分别反射出红光，绿光和蓝光，可直接看到彩色的条纹。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1. 一种彩色纳米压印工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1）利用光刻技术制作与需要压印光波波长相匹配的多阶模具；
2）利用步骤1）制作的多阶模具采用纳米压印技术将多阶模具压印于基材形成产品。
2. 根据权利要求1所述的彩色纳米压印工艺，其特征在于：所述步骤1）中多阶模具的制作，具体包括以下步骤：
A.制作与需要压印的光波波长相匹配的1号掩模板；
B.将1号掩模板放于模具毛坯上，并对准进行光刻，向下刻蚀一个单位长度Dist，使模具毛坯上出现一个二阶模具；
其中，Dist为根据需要压印的彩色光波波长确定的单位长度；
C.停止光刻，撤下1号掩模板，
D.制作与需要压印的光波波长相匹配的N号掩模板；
其中，N为正整数；
E.将N号掩模板放于模具毛坯上，并对准进行光刻，向下刻蚀N个单位长度Dist，得到一个2的N次方阶模具；
F.停止光刻，撤下N号掩模板；
G.重复步骤D-F进行光刻，直至形成所需要的多阶模具。
3. 根据权利要求2所述的彩色纳米压印工艺，其特征在于：所述N号掩模板的遮挡部为上一次掩模板中相邻遮挡部和透光部之和，所述N号掩模板的透光部为与N号掩模板的遮挡部相邻的上一次掩模板中相邻遮挡部和透光部之和。
4. 根据权利要求3所述的彩色纳米压印工艺，其特征在于：所述N号掩模板的遮挡部按与上一次掩模板的遮挡部外边缘对齐重叠的方式设置于模具毛坯上。
5. 根据权利要求4所述的彩色纳米压印工艺，其特征在于：所述步骤2）中将多阶模具压印于基材上形成产品，具体包括以下步骤：
将多阶模具放置于基材上，进行加热，加热至基材的玻璃化转换温度后，进行加压，当温度到达加热最高温度时，进行保温保压，然后减压降温，当温度降至玻璃化转换温度后，脱模，得到最终产品。
6. 根据权利要求5所述的彩色纳米压印工艺，其特征在于：所述加热最高温度为基材玻璃化转换温度的1.2至1.6倍。
7. 根据权利要求5所述的彩色纳米压印工艺，其特征在于：所述加热最高温度为100至150摄氏度。
8. 根据权利要求7所述的彩色纳米压印工艺，其特征在于：所述基材为聚乙烯或聚丙烯。
9. 根据权利要求8所述的彩色纳米压印工艺，其特征在于：所述纳米压印技术为热压印技术。
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| CN103969941A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-06 | 苏州大学 | 掩膜版及其制备方法和图形化方法 |
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2012
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