CN107479121A - 纳米金属光栅的制备方法及纳米金属光栅 - Google Patents

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Abstract

本发明提供纳米金属光栅的制备方法及纳米金属光栅，方法包括步骤：提供一基板，在基板上设置有金属层；在金属层上形成压印胶层；采用具有光栅周期图形的压印模板压印压印胶层；固化压印胶层，固化后移除压印模板，形成具有光栅周期图形的压印胶，在光栅周期图形的底部残留有压印胶；采用氧气灰化的方法去除残留压印胶，暴露出光栅周期图形的底部的金属层，并在暴露的金属层表面形成金属氧化物膜；去除具有光栅周期图形的压印胶；以金属氧化物膜为掩膜，图形化金属层，形成纳米金属光栅。本发明优点是，一、解决了现有技术中金属层氧化后刻蚀无法进行的难题；二、金属氧化物膜作为后续工艺的掩膜制作纳米金属光栅，且还可作为纳米金属光栅保护层。

Description

纳米金属光栅的制备方法及纳米金属光栅
技术领域
本发明液晶显示领域，尤其涉及一种纳米金属光栅的制备方法及纳米金属光栅。
背景技术
纳米金属光栅能够透过电场方向垂直于光栅方向的入射光，而将电场方向平行于光栅方向的光反射，基于这样的工作原理，可以通过增加防反射膜等的方式将反射出的光重新利用，所以纳米金属光栅作为显示器偏光片透过入射光的能力远远大于传统偏光片，透过率可达90％以上，且对比度也有10000:1之高，可以极大幅度的提高LCD的透过率和对比度，满足市场上高穿透、高对比的需求。
纳米压印技术是采用带有纳米尺度图形的印章通过热压或紫外固化的方法在压印胶上制作得到纳米图形，具有分辨率高、成本低、产率高等诸多优点，自1995年提出以来已演变出多种压印技术。目前纳米压印技术主要包括热压印、紫外压印和微接触印刷等。一般的纳米压印工艺包括四个主要步骤：压膜制备，压印过程，脱模和图形转移。通常在脱模后需要用反应离子刻蚀等方法除去残留胶层，而图形转移需要运用刻蚀或剥离技术将图形转换成所需材质的图形。
目前，制作纳米金属光栅普遍使用纳米压印技术。图1A～图1F是采用现有的纳米压印技术制作纳米金属光栅的工艺流程图。
请参阅图1A，提供一基板10，在基板10上具有金属层11，在所述金属层11上覆盖压印胶层12。
请参阅图1B，采用压印模板13压印尚未固化的所述压印胶层12，将压印模板13的周期图形转移至压印胶层12上。
请参阅图1C，加热或UV处理，使压印胶层12固化，固化后，移除所述压印模板13，形成图形化的压印胶14。
请参阅图1D，由于压印模板13的深度有限且压印胶材料具有一定流动性，故在图形底部不可避免的会有压印胶残留，因此，金属刻蚀前需去除残留的压印胶，在本步骤中，采用氧气灰化的方法去除残留的压印胶，暴露出图形底部的金属层11。
请参阅图1E，刻蚀图形底部暴露的所述金属层11，将图形化的压印胶14的图形转移至金属层11上。
请参阅图1F，去除图形化的压印胶14，形成图形化的金属层15，即形成纳米金属光栅。
上述纳米金属光栅的制作方法的缺点在于，由于压印模板13的深度有限且压印胶材料具有一定流动性，故在图形底部不可避免的会有压印胶残留，因此，金属刻蚀前需去除残留的压印胶，一般使用氧气灰化去残胶，但此法很难保证残胶刚好去除完全，若制程时间稍长或气流流量控制不精确，则氧气会与底层暴露出的金属Al反应生成致密的金属氧化膜，导致后续刻蚀无法进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种纳米金属光栅的制备方法及纳米金属光栅，其解决了金属层被氧化后，刻蚀无法进行的难题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种纳米金属光栅的制备方法，包括如下步骤：提供一基板，在所述基板上设置有一金属层；在所述金属层上形成压印胶层；采用具有光栅周期图形的压印模板压印所述压印胶层；固化所述压印胶层，固化后移除所述压印模板，形成具有光栅周期图形的压印胶，在光栅周期图形的底部残留有压印胶；采用氧气灰化的方法去除残留的压印胶，暴露出光栅周期图形的底部的金属层，并在暴露的金属层表面形成金属氧化物膜；去除具有光栅周期图形的压印胶；以金属氧化物膜为掩膜，图形化所述金属层，形成纳米金属光栅。
在一实施例中，所述基板的材料为玻璃、石英、PET、硅、蓝宝石或氧化铟锡中的一种。
在一实施例中，所述光栅周期图形为周期性的光栅凹槽。
在一实施例中，在采用具有光栅周期图形的压印模板压印所述压印胶层的步骤中，所述压印胶层的压印胶充满所述压印模板的光栅周期图形的凹槽。
在一实施例中，所述固化的方法为加热压印胶。
在一实施例中，所述固化的方法为采用紫外光照射压印胶。
在一实施例中，所述金属层的材料为铝。
在一实施例中，在采用氧气灰化的方法去除残留的压印胶，暴露出光栅周期图形的底部的金属层，并在暴露的金属层表面形成金属氧化物膜的步骤中，暴露的金属层与氧气发生反应，形成金属氧化物膜。
本发明还提供一种纳米金属光栅，采用上述的方法制备，所述纳米金属光栅包括凹槽及凸部，所述凸部的顶部具有金属氧化物膜。
在一实施例中，所述纳米金属光栅的材料为铝，所述金属氧化物膜为氧化铝膜。
本发明的优点在于，利用在氧气灰化制程中会形成金属氧化物的特点，在金属层表面形成图形化的金属氧化物膜，而金属氧化物不易被刻蚀，因此，利用图形化的金属氧化物膜作为掩膜，制作纳米金属光栅。一是解决了现有技术中金属层被氧化后，刻蚀无法进行的难题；二是金属氧化物膜可作为后续工艺的掩膜，制作纳米金属光栅，同时，金属氧化物膜还可以作为纳米金属光栅保护层，且不影响其光学特性。
附图说明
图1A～图1F是采用现有的纳米压印技术制作纳米金属光栅的工艺流程图；
图2是本发明纳米金属光栅的制备方法的步骤示意图；
图3A～图3G是本发明纳米金属光栅的制备方法的工艺流程图；
图4是本发明纳米金属光栅的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的纳米金属光栅的制备方法及纳米金属光栅的具体实施方式做详细说明。
如背景技术所述，在采用氧气灰化的方法去除残余的压印胶之后，若制程时间稍长或气流流量控制不精确，则氧气会与底层暴露出的金属Al反应生成致密的金属氧化膜，而金属氧化膜很难被刻蚀，导致后续刻蚀工艺无法进行，无法形成纳米金属光栅。鉴于此，本发明提供一种纳米金属光栅的制备方法，其在去除残留的压印胶步骤中，增加制程时间，使得氧气与暴露的金属反应，并生成致密的氧化物膜，利用该氧化物膜作为后续金属刻蚀的阻挡层，形成纳米金属光栅。
图2是本发明纳米金属光栅的制备方法的步骤示意图，图3A～图3G是本发明纳米金属光栅的制备方法的工艺流程图。请参阅图2所示，本发明纳米金属光栅的制备方法包括如下步骤：步骤S21、提供一基板，在所述基板上设置有一金属层；步骤S22、在所述金属层上形成压印胶层；步骤S23、采用具有光栅周期图形的压印模板压印所述压印胶层；步骤S24、固化所述压印胶层，固化后移除所述压印模板，形成具有光栅周期图形的压印胶，在光栅周期图形的底部残留有压印胶；步骤S25、采用氧气灰化的方法去除残留的压印胶，暴露出光栅周期图形的底部的金属层，并在暴露的金属层表面形成金属氧化物膜；步骤S26、去除具有光栅周期图形的压印胶；步骤S27、以金属氧化物膜为掩膜，图形化所述金属层，形成纳米金属光栅。
请参阅图3A及步骤S21，提供一基板30，在所述基板30上设置有一金属层31。其中，所述基板30的材料包括但不限于玻璃、石英、PET、硅、蓝宝石或氧化铟锡中的一种，其只要对光具有高透过率即可。所述金属层31的材料可以为铝。在该步骤中，在基板30表面，可采用本领域常规的方法形成金属层31，例如，磁控溅射法或电子束蒸发镀膜法。
请参阅图3B及步骤S22，在所述金属层31上形成压印胶层32。所述压印胶层32包括但是不限于聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基硅氧烷或SU8胶。例如，在一实施例中，所述的压印胶层32的组分可以为高支化低聚物、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和有机稀释剂。在所述金属层31上形成压印胶层32的具体步骤可以为：在金属层31表面旋涂压印胶层32，选择甩胶转速4000rpm，甩胶时间1分钟，然后在80摄氏度温度下烘烤3分钟，得到厚度具有一定厚度的压印胶层32。同时，请参阅图3B，还可提供一具有光栅周期图形的压印模板40，所述光栅周期图形为周期性的光栅凹槽，所述光栅凹槽的形状为矩形或圆形，深度依所需图形高度而定。
请参阅图3C及步骤S23，采用具有光栅周期图形的压印模板40压印所述压印胶层32。所述压印胶层32的压印胶充满所述压印模板40的光栅周期图形的凹槽。在本步骤中，可在所述压印模板40表面施加一定压力并保持一定时间，使其压印所述压印胶层32，例如，可选用热压印机来实现压印。压印模版40表面的光栅周期图形被复制到压印胶层32，压印胶层32的凸部和凹槽分别与压印模版40的凹槽和凸部相对应。
请参阅图3D及步骤S24，固化所述压印胶层32，固化后移除所述压印模板40，形成具有光栅周期图形的压印胶33，在光栅周期图形的底部残留有压印胶33。在本步骤中，固化所述压印胶层32的方法为加热或紫外光照射。由于压印模板40的深度有限且压印胶材料具有一定流动性，故在光栅周期图形的底部残留有压印胶33。
请参阅图3E及步骤S25，采用氧气灰化的方法去除残留的压印胶33，暴露出光栅周期图形的底部的金属层31，并在暴露的金属层31表面形成金属氧化物膜34。其中，采用氧气灰化的方法去除残留的压印胶及氧化暴露的金属层31时，压印胶层的压印胶也会发生反应，只是压印胶层的压印胶厚度较大，没有被完全去除。在该步骤中，所述金属层31的材料为金属铝，则金属铝与氧气发生反应生成致密的氧化铝膜。在该步骤完成后，在压印胶层32的凹槽对应的金属层被氧化形成金属氧化物膜34。
请参阅图3F及步骤S26，去除具有光栅周期图形的压印胶33。其中，去除压印胶33的方法可以为采用清洗液清洗。在该步骤完成后，在金属层31表面具有图形化的金属氧化物膜34，所述金属氧化物膜34的位置对应后续形成的纳米金属光栅的凸部的位置。
请参阅图3G及步骤S27，以金属氧化物膜34为掩膜，图形化所述金属层31，形成纳米金属光栅35。其中，图形化所述金属层31的方法可以为干法刻蚀。在干法刻蚀过程中，由于金属氧化物膜34不会被刻蚀，则其作为刻蚀掩膜，在没有金属氧化物膜34的位置，金属层31被刻蚀，形成纳米金属光栅35的凹槽351，而具有金属氧化物膜34的位置则形成纳米金属光栅35的凸部352。进一步，在该步骤中，所述凹槽351处的金属层被完全去除并暴露出所述基板30。
本发明纳米金属光栅的制备方法利用在氧气灰化制程中会形成金属氧化物的特点，在金属层表面形成图形化的金属氧化物膜，而金属氧化物不易被刻蚀，因此，利用图形化的金属氧化物膜作为掩膜，制作纳米金属光栅。其优点在于，一是解决了现有技术中金属层被氧化后，刻蚀无法进行的难题；二是，金属氧化物膜可作为后续工艺的掩膜，制作纳米金属光栅，同时，金属氧化物膜还可以作为纳米金属光栅保护层，且不影响其光学特性。
图4是本发明纳米金属光栅的结构示意图。请参阅图4所示，纳米金属光栅51设置在一基板50上。所述基板50的材料包括但不限于玻璃、石英、PET、硅、蓝宝石或氧化铟锡中的一种，其只要对光具有高透过率即可。所述纳米金属光栅51包括凹槽511及凸部512，所述凸部512的顶部具有金属氧化物膜52。所述金属氧化物膜52可以作为纳米金属光栅51的保护层，且不影响其光学特性。其中，所述金属氧化物膜52的材料为纳米金属光栅51的材料的氧化物，例如，所述纳米金属光栅51的材料为铝，则所述金属氧化物膜34的材料氧化铝。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种纳米金属光栅的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一基板，在所述基板上设置有一金属层；
在所述金属层上形成压印胶层；
采用具有光栅周期图形的压印模板压印所述压印胶层；
固化所述压印胶层，固化后移除所述压印模板，形成具有光栅周期图形的压印胶，在光栅周期图形的底部残留有压印胶；
采用氧气灰化的方法去除残留的压印胶，暴露出光栅周期图形的底部的金属层，并在暴露的金属层表面形成金属氧化物膜；
去除具有光栅周期图形的压印胶；
以金属氧化物膜为掩膜，图形化所述金属层，形成纳米金属光栅。
2.根据权利要求1所述的纳米金属光栅的制备方法，其特征在于，所述基板的材料为玻璃、石英、PET、硅、蓝宝石或氧化铟锡中的一种。
3.根据权利要求1所述的纳米金属光栅的制备方法，其特征在于，所述光栅周期图形为周期性的光栅凹槽。
4.根据权利要求3所述的纳米金属光栅的制备方法，其特征在于，在采用具有光栅周期图形的压印模板压印所述压印胶层的步骤中，所述压印胶层的压印胶充满所述压印模板的光栅周期图形的凹槽。
5.根据权利要求1所述的纳米金属光栅的制备方法，其特征在于，所述固化的方法为加热压印胶。
6.根据权利要求1所述的纳米金属光栅的制备方法，其特征在于，所述固化的方法为采用紫外光照射压印胶。
7.根据权利要求1所述的纳米金属光栅的制备方法，其特征在于，所述金属层的材料为铝。
8.根据权利要求1所述的纳米金属光栅的制备方法，其特征在于，在采用氧气灰化的方法去除残留的压印胶，暴露出光栅周期图形的底部的金属层，并在暴露的金属层表面形成金属氧化物膜的步骤中，暴露的金属层与氧气发生反应，形成金属氧化物膜。
9.一种纳米金属光栅，采用权利要求1～8任意一项所述的方法制备，所述纳米金属光栅包括凹槽及凸部，所述凸部的顶部具有金属氧化物膜。
10.根据权利要求9所述的纳米金属光栅，其特征在于，所述纳米金属光栅的材料为铝，所述金属氧化物膜为氧化铝膜。
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