CN104891422A

CN104891422A - 纳米结构及其制造方法

Info

Publication number: CN104891422A
Application number: CN201410082776.2A
Authority: CN
Inventors: 李君浩; 魏茂国; 蓝义信; 杨腾毅; 刘育豪; 林帝宏; 王柏桦; 邱天隆; 林奇锋
Original assignee: Innolux Display Corp
Current assignee: Innolux Corp
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-09-09

Abstract

本发明揭露一种纳米结构及其制造方法。纳米结构的制造方法包括以下步骤：提供一第一基板，并于第一基板上形成一层纳米层；提供一第二基板，并于第二基板上形成一层聚合层；将纳米层压印于聚合层上；固化聚合层；以及分离纳米层与聚合层，以得到纳米结构。

Description

纳米结构及其制造方法

技术领域

本发明关于一种纳米结构及其制造方法，特别关于一种具有低反射及高穿透率特性的纳米结构与其制造方法。

背景技术

随着科技不断的进步，使得各种资讯设备不断地推陈出新，例如手机、平板电脑、超轻薄笔电、及卫星导航等。除了一般以键盘或滑鼠输入或操控之外，利用触控式技术来操控资讯设备是一种相当直觉且受欢迎的操控方式。其中，触控显示装置具有人性化及直觉化的输入操作介面，使得任何年龄层的使用者都可直接以手指选取或操控资讯设备。

由于手指在触控面板上的触摸会造成脏污，因此为了达到较好的抗脏污效果，一般的作法是在触控表面上进行抗脏污的表面处理。不过，在进行抗脏污的表面处理之前，需先于光学元件的表面上形成微细且致密的纳米结构（即蛾眼结构），使光线的折射率沿纳米结构的深度方向呈连续性的变化，藉此减小折射率急遽变化所造成的反射现象，使光学元件的表面具备低反射及高穿透率的特性，之后再进行抗脏污的表面处理来达到脏污不易附着的目的。

于现有技术中，抗反射的纳米结构大都利用沉积多层薄膜来达成。但是，沉积多层薄膜的技术中常常没有适当的低折射率的材料可供选择，或者所形成的多层薄膜只有在特定波长范围内才具有抗反射的效果。

发明内容

本发明的目的为提供一种可具有低反射及高穿透率的特性的纳米结构及其制造方法。

为达上述目的，依据本发明的一种纳米结构的制造方法包括以下步骤：提供一第一基板，并于第一基板上形成一层纳米层；提供一第二基板，并于第二基板上形成一层聚合层；将纳米层压印于聚合层上；固化聚合层；以及分离纳米层与聚合层，以得到纳米结构。

在一实施例中，制造方法还包括：对纳米层改质。

在一实施例中，于第一基板上形成纳米层的步骤中，是将含有多个纳米颗粒的水溶液设置于第一基板上，并经干燥后所形成。

在一实施例中，于对纳米层改质的步骤中，是通过一等离子处理将一化合物设置于纳米层上，以于纳米层上形成一层抗沾黏层。

在一实施例中，于固化聚合层的步骤中，是通过一紫外线由第一基板远离纳米层的一侧照射聚合层。

在一实施例中，于分离纳米层与聚合层的步骤中，更包括：去除残存于聚合层上的纳米层。

在一实施例中，纳米结构具有多个凸部及多个凹槽，这些凸部依序具有远离第二基板表面的一第一宽度及一第二宽度的结构，且第一宽度大于第二宽度。

在一实施例中，纳米结构的硬度是铅笔硬度大于等于2H、小于等于6H。

在一实施例中，制造方法还包括：对纳米结构进行翻模而得到一模具；及依据模具，并透过一射出成型或一卷对卷工艺而得到另一纳米结构。

为达上述目的，依据本发明的一种纳米结构是形成于一基板的一表面上，并包括多个凸部及与这些凸部相邻的多个凹槽，这些凸部依序具有远离表面的一第一宽度及一第二宽度的结构，其中，纳米结构的硬度是铅笔硬度大于等于2H、小于等于6H，且第一宽度大于第二宽度。

在一实施例中，这些凹槽的截面形状包含弧形、多边形或不规则形。

在一实施例中，这些凹槽为单一尺寸或多种尺寸的混合。

在一实施例中，这些凹槽的截面最大宽度是介于70纳米至200纳米之间。

在一实施例中，这些凹槽的截面深度与最大宽度的比是介于0.3至1.0之间。

在一实施例中，单位面积的这些凹槽的比例大于等于0.3、小于1.0。

在一实施例中，这些凸部依序具有远离表面的第一宽度、第二宽度及一第三宽度的结构，且第三宽度大于第二宽度。

承上所述，因依据本发明的纳米结构制造方法中，包括：提供一第一基板，并于第一基板上形成一层纳米层；提供一第二基板，并于第二基板上形成一层聚合层；将纳米层压印于聚合层上；固化聚合层；以及分离纳米层与聚合层，以得到纳米结构。藉此，使得依据本发明制造方法所得到的纳米结构具有低反射及高穿透率的特性。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的一种纳米结构制造方法的流程步骤图。

图2A至图2F分别为本发明较佳实施例的纳米结构制造方法的过程示意图。

图2G为图2F的区域A的放大示意图。

图2H为本发明另一实施方式的纳米结构的俯视示意图。

图3A至图3G分别为不同实施方式中具有不同纳米结构的纳米基板的剖视示意图及对应区域的放大示意图。

图4A至图4C分别为一玻璃与本发明的纳米结构加上玻璃（即纳米基板）的穿透率、反射率及雾度的比较示意图。

主要附图标号说明：

11：第一基板

12：纳米层

13：抗沾黏层

2、2a-2c：纳米基板

21：第二基板

211：表面

22：聚合层

23、23a-23c、33：纳米结构

231、231a-231c、331：凸部

232、232a-232c、332：凹槽

A、B、C、D：区域

d1：第一宽度

d2：第二宽度

d3：第三宽度

dp：截面深度

L：虚线

S01-S05：步骤

UV：紫外线

W1：最大宽度

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例的纳米结构及其制造方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

以下，通过纳米结构制造方法的详细说明，可得到本发明的纳米结构。其中，纳米结构可例如但不限于应用在触控显示装置，或者也可将纳米结构应用于例如太阳能电池上，以提高其发电效率。

请参照图1及图2A至图2F所示，其中，图1为本发明较佳实施例的一种纳米结构制造方法的流程步骤图，而图2A至图2F分别为本发明较佳实施例的纳米结构制造方法的过程示意图。

如图1所示，纳米结构制造方法包括步骤S01至步骤S05。

首先，步骤S01为：提供一第一基板11，并于第一基板11上形成一层纳米层12。于此，如图2A所示，第一基板11可为一刚性基板或一软性基板。其中，刚性基板的材料例如可为玻璃或石英，或其它材料，而软性基板的材料例如可为聚对苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate,PET）、三醋酸纤维素薄膜（Triacetate Cellulose Film,TAC）或聚甲基丙烯酸甲酯（poly-methylmethacrylate,PMMA），或其它材料。于此，第一基板11是以玻璃基板为例。

于步骤S01中，是将含有多个纳米颗粒的溶液以旋涂法（spin coating）、喷涂法（spray coating）、刮涂法（slit coating）或浸泡等方式设置于第一基板11上，并经干燥而形成该纳米层12。其中，纳米颗粒的材料可例如为氧化硅（SiO_X）、聚苯乙烯（polystyrene,PS）或氧化钛（TiO_X），或其它材料，且其尺寸可为单一尺寸或多种尺寸的混合。于此，纳米颗粒是以二氧化硅（SiO₂）为例，而其尺寸可为70纳米（nm）至200纳米之间。另外，这些纳米颗粒的截面形状可为圆形、多边形（例如梯形、菱形或星形）、不规则形，或其它形状，或多种形状的组合。于此，纳米颗粒是以单一尺寸，且其截面形状以圆形为例。

形成纳米层12之后可进行其它的步骤。不过，为了使后续的脱模工艺容易，在其它的实施例，可对纳米层12先进行一改质步骤：对纳米层12改质。如图2B所示，可通过例如一等离子处理技术将一化合物涂布于纳米层12上，以于纳米层12的表面形成一层抗沾黏层13。其中，化合物可为全氟化物及其同类化合物（例如CF₄、CHF₃等）。于此，是通过改质纳米颗粒的表面官能基，使其具有抗沾黏的能力（形成一层抗沾黏层13），使后续的脱模容易。其中，由于图2B的纳米颗粒堆积得较紧密，因此，只于纳米颗粒的上侧表面形成一层抗沾黏层13（纳米颗粒与第一基板11之间不具有抗沾黏层13）。不过，在其它的实施方式中，若纳米颗粒堆积得不够紧密时，则除了纳米颗粒的上侧表面形成抗沾黏层13之外，纳米颗粒与第一基板11之间一样可具有抗沾黏层13。

进行步骤S02：提供一第二基板21，并于第二基板21上形成一层聚合层22，及步骤S03：将纳米层12压印于聚合层22上。在本实施例中，如图2C所示，第二基板21亦可为一刚性基板或一软性基板。于此，第二基板21仍以玻璃基板为例（例如触控面板的玻璃基板）。另外，聚合层22为一表面硬化涂层(hard coating)材料，并例如以涂布方式形成于第二基板21上。在本实施例中，聚合层22的平均厚度例如为19.8微米，并于室温及常压的条件下涂布于第二基板21的表面上，而且聚合层22的硬度是铅笔硬度介于6H至9H之间。其中，所使用的聚合层22的材料及其百分比可如下表1所示：

表1

物质成分的中英文名称	成分百分比范围(%)
		液态橡胶(liquid rubber)	5-20
改质压克力(modified acrylate)	10-30
		改质压克力寡聚合物(modified acrylate oligomer)	10-40
压克力单体(acrylate monomer)	20-50
		光起始剂(photoinitiator)及添加剂(additives)	2-10

另外，于步骤S03中，如图2C所示，是将纳米层12当成一个压印器（STAMP），并于第一基板11上施一压力而使纳米层12的形状压印于聚合层22上，以于聚合层22上形成具有凹凸的纳米形状。

接着，进行固化聚合层22的步骤S04。如图2D所示，本实施例是通过例如紫外线（UV）由第一基板11远离纳米层12的一侧照射聚合层22，以固化聚合层22而使聚合层22形成固定的凹凸结构。于此，紫外线的剂量例如为3J/cm²，其波长可为300nm-450nm之间（主要反应波峰在400nm-420nm）。不过，在其它的实施方式中，也可由第二基板21远离纳米层12的一侧（图2D的第二基板21的下侧）以UV光照射聚合层22，或同时于第一基板11的上侧与第二基板21的下侧以UV光照射聚合层22，或于图2D的聚合层22的侧面以UV光照射聚合层22，使聚合层22固化而形成固定的凹凸结构。

完成固化步骤之后，接着，进行步骤S05：分离纳米层12与聚合层22，以得到纳米结构23。

不过，如图2E所示，当以外力进行纳米层12与聚合层22的分离（脱模）步骤时，由于仍可能有残存的纳米层12留在聚合层22上，故于分离（脱模）步骤之后，制造方法还可包括：去除残存于聚合层22上的纳米层12，以得到如图2F所示的具有纳米结构23的一纳米基板2。于此，可以湿式蚀刻或干式蚀刻等方式去除残存于聚合层22上的纳米层12。其中，湿式蚀刻的蚀刻液可例如为氢氟酸（HF）溶液，而干式蚀刻可例如为反应式离子蚀刻（RIE）。

因此，在经过步骤S01至步骤S05而得到纳米结构23之后，可再于纳米结构23上进行抗脏污的表面处理，使其具备有较佳的抗脏污效果。

请参照图2F及图2G所示，其中，图2G为图2F的区域A的放大示意图。

如图2F所示，纳米基板2的表面211上的纳米结构23具有多个凸部231及与这些凸部231相邻的多个凹槽232。其中，这些凹槽232可为单一尺寸或多种尺寸的混合，而且凹槽232的截面最大宽度W1可介于70纳米至200纳米之间。另外，这些凹槽232的截面形状可包含弧形、多边形（例如三角形、梯形、菱形或四边形…）或不规则形，或上述形状的任意组合。于此，这些凹槽232为单一尺寸，且凹槽232的截面形状是以弧形为例。

另外，如图2F及图2G所示，凸部231依序具有远离第二基板21的表面211的一第一宽度d1及一第二宽度d2的结构。于此实施例中，d1是指相邻两凹槽最底端的距离，d2是指凸部231最顶端的宽度，且凸部231的第一宽度d1是大于第二宽度d2。换言之，本实施例的纳米结构23的凸部231具有底部较顶部宽的结构。另外，纳米结构23的硬度是铅笔硬度大于等于2H，且小于等于6H（即2H≦硬度≦6H）。另外，这些凹槽232的截面深度dp与最大宽度W1的比是可介于0.3至1.0之间（0.3≦（dp/W1）≦1.0）。其中，截面深度与最大宽度的比例越小，其机械强度越高、更耐磨。此外，单位面积的这些凹槽232的面积比例是大于等于0.3、且小于1.0。

另外，请参照图2H所示，其为本发明另一实施方式的纳米结构33的俯视示意图。其中，单位面积的纳米结构中，这些凹槽可为最密堆积，或者，也可部分区域不具有凹槽。在本实施方式中，这些凹槽332为多种尺寸的混合，且其截面形状仍以弧形为例。另外，本实施方式的单位面积的纳米结构33中，例如图2H的虚线L的范围内，部分区域内并没有凹槽332。

另外，请参照图3A至图3F所示，其中，图3A、图3D及图3F分别为不同实施方式中，具有不同纳米结构23a-23c的纳米基板2a-2c的剖视示意图，图3B、图3E及图3G分别为图3A、图3D及图3F的区域B、区域C及区域D的放大示意图，而图3C为另一纳米结构的放大示意图。

如图3A及图3B所示，纳米结构23a的这些凹槽232a的截面形状与纳米结构23相同，都是弧形。不过，纳米结构23a与纳米结构23主要的不同有于，纳米结构23a的这些凸部231a依序具有远离表面211的第一宽度d1、第二宽度d2及一第三宽度d3的结构。于此实施例中，d1是指相邻两凹槽最底端点间的距离，d3是指凸部最顶端的宽度，d2是介于d1与d3间的一凸部的最小宽度，而且第三宽度d3大于第二宽度d2，但小于第一宽度d1（d2<d3<d1），使得这些凸部231a自底部往上依序为宽、窄、宽的结构。此外，纳米结构23a的其它技术特征可参照纳米结构23，不再赘述。然而，如图3C所示，在不同的实施方式中，也可以：第二宽度d2小于第一宽度d1，且第一宽度d1小于第三宽度d3（d2<d1<d3），并不限制。

另外，如图3D及图3E所示，纳米结构23b与纳米结构23a主要的不同有于，纳米结构23b的这些凹槽232b的截面形状为多边形。另外，这些凸部231b的第二宽度d2小于第一宽度d1（d2<d1），但第一宽度d1约等于第三宽度d3（d1≒d3）。不过，在不同的实施方式中，也可以：第二宽度d2小于第一宽度d1（d2<d1），且第一宽度d1小于第三宽度d3（d1<d3），并不限制。此外，纳米结构23b的其它技术特征可参照纳米结构23a，不再赘述。

另外，如图3F及图3G所示，纳米结构23c与纳米结构23主要的不同有，纳米结构23c的这些凹槽232c的截面形状为四边形，并为一梯形。另外，这些凸部231c的第一宽度d1小于第二宽度d2（d1<d2）。此外，纳米结构23c的其它技术特征可参照纳米结构23，不再赘述。

另外，请参照图4A至图4C所示，其分别为一玻璃与纳米结构23加上玻璃（即纳米基板2）的穿透率、反射率及雾度的比较示意图。

如图4A所示，纳米结构23加上玻璃后，可将可见光（波长400nm-700nm）的光线穿透率提高，而且波长在450nm至630nm之间的光线，其穿透率更可达到94%以上。

另外，如图4B所示，纳米结构23加上玻璃之后，其反射率比玻璃低，而且于人眼较敏感的550nm的波长光线时，纳米结构23加上玻璃的反射率只有约0.4%，远低于玻璃的4.2%。

另外，如图4C所示，纳米结构23加上玻璃之后，其雾度虽然提高，但是以人眼较敏感的550nm的波长光线时，其雾度只由玻璃的0.23%提高至约0.62%，为可接受范围。因此，纳米基板2（纳米结构23＋基板21）具有高穿透率及低反射率的特性，且纳米结构23具备有抗脏污的效果。

最后一提的是，为了使纳米结构的制造效率提高而应用于大量生产上，也可将上述步骤S05得到的纳米基板2当成一模具，以透过纳米基板2而应用于制造其它的纳米结构。因此，本发明的制造方法还可包括：对纳米结构23进行翻模而得到一模具；及依据此模具，并透过一射出成型或一卷对卷工艺（Roll-to-Roll Process/R2R）而得到另一纳米结构。换言之，以射出成型为例，可对纳米结构23进行翻模工艺而制造出一模具，并利用射出成型的技术依据该模具制造出具有相同结构的纳米结构；或者，也可透过将纳米结构23进行翻模而得到模具，并应用于卷对卷的工艺上，以透过滚压工艺而可更经济、更有效率地多次翻印纳米结构，进而提高纳米结构的生产效率及降低其生产成本。

综上所述，因依据本发明的纳米结构制造方法中，包括：提供一第一基板，并于第一基板上形成一层纳米层；提供一第二基板，并于第二基板上形成一层聚合层；将纳米层压印于聚合层上；固化聚合层；以及分离纳米层与聚合层，以得到纳米结构。藉此，使得依据本发明制造方法所得到的纳米结构具有低反射及高穿透率的特性。因此，可将本发明的纳米结构结合应用于显示器的偏光板上或是与其他的光学膜结合；或是运用本发明的纳米结构制作方法，独立制作一纳米膜层而应用于显示器上。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求的范围中。

Claims

1.一种纳米结构，是形成于一基板的一表面上，并包括：

多个凸部及与这些凸部相邻的多个凹槽，所述凸部依序具有远离所述表面的一第一宽度及一第二宽度的结构，

其中，所述纳米结构的硬度是铅笔硬度大于等于2H、小于等于6H，且所述第一宽度大于所述第二宽度。

2.如权利要求1所述的纳米结构，其中，所述凸部依序具有远离所述表面的所述第一宽度、所述第二宽度及一第三宽度的结构，且所述第三宽度大于所述第二宽度。

3.如权利要求1所述的纳米结构，其中，所述凹槽为单一尺寸或多种尺寸的混合。

4.如权利要求1所述的纳米结构，其中，所述凹槽的截面深度与最大宽度的比介于0.3至1.0之间。

5.如权利要求1所述的纳米结构，其中，单位面积的所述凹槽的面积比例大于等于0.3、小于1.0。

6.一种纳米结构的制造方法，包括：

提供一第一基板，并于该第一基板的一表面上形成一层纳米层；

提供一第二基板，并于该第二基板上形成一层聚合层；

将所述纳米层压印于所述聚合层上；

固化所述聚合层；以及

分离所述纳米层与所述聚合层，以得到所述纳米结构，其中，所述纳米结构具有多个凸部及多个凹槽，所述凸部依序具有远离所述表面的一第一宽度、一第二宽度，且所述第一宽度大于所述第二宽度。

7.如权利要求6所述的制造方法，还包括：

对所述纳米层改质，其中是通过一等离子处理将一化合物设置于所述纳米层上，以于所述纳米层上形成一层抗沾黏层。

8.如权利要求6所述的制造方法，其中，所述凸部依序具有远离所述第二基板的一表面的所述第一宽度、所述第二宽度及一第三宽度的结构，所述第三宽度大于所述第二宽度。

9.如权利要求6所述的制造方法，其中，所述纳米结构的硬度是铅笔硬度大于等于2H、小于等于6H。

10.如权利要求6所述的制造方法，还包括：

对所述纳米结构进行翻模而得到一模具；及

依据所述模具，并通过一射出成型或一卷对卷工艺而得到另一纳米结构。