CN109240040B - 压印模板和压印方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种压印模板，包括：衬底基板、压印用图形层和可形变层；其中，所述可形变层设置于所述压印用图形层背向衬底基板一侧的表面，且所述可形变层背向所述衬底基板一侧表面形状与所述压印用图形层背向所述衬底基板一侧表面形状相同；所述可形变层配置为在外部刺激下其厚度可变。本公开还提供了一种压印方法。本公开的技术方案可避免脱模过程中发生压印胶脱落、压印出的图形扭曲变形的问题，提升纳米压印工艺的保真度。

Description

压印模板和压印方法

技术领域

本公开涉及纳米压印技术领域，特别涉及压印模板和压印方法。

背景技术

脱模是纳米压印技术的核心工艺之一，将固化后的压印胶结构与压印模板顺利分离，且保证压印胶结构无损坏，是纳米压印技术的最基本要求。在实际压印过程中，由于压印模板的复杂性等问题，导致脱模时容易发生压印胶脱落、压印出的图形扭曲变形，纳米压印工艺的保真度差。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种压印模板和压印方法。

第一方面，本公开实施例提供了一种压印模板，包括：衬底基板、压印用图形层和可形变层；

其中，所述可形变层设置于所述压印用图形层背向衬底基板一侧的表面，且所述可形变层背向所述衬底基板一侧表面形状与所述压印用图形层背向所述衬底基板一侧表面形状相同；

所述可形变层配置为在外部刺激下其厚度可变。

在一些实施例中，所述可形变层包括：第一电极层、第二电极层和位于两者之间的中间层；

所述第一电极层和所述第二电极层用于在两者被施加有不同电压时形成电场，在所述电场的作用下所述可形变层的厚度增大。

在一些实施例中，所述中间层包括：电解质层，所述电解质层用于在所述电场作用下其内部的阴离子和阳离子分别向两个电极层运动；

所述第一电极层和/或所述第二电极层为离子嵌入层，所述离子嵌入层可供离子嵌入以使得自身厚度增大。

在一些实施例中，所述离子嵌入层包括：至少两层石墨烯。

在一些实施例中，所述电解质层包括：离子液体。

在一些实施例中，所述中间层包括：电致形变层；

所述电致形变层用于在所述电场作用下沿厚度方向发生膨胀形变。

在一些实施例中，所述可形变层背向所述衬底基板一侧表面轮廓，与所述压印用图形层背向所述衬底基板一侧表面轮廓的一个外扩轮廓，两者一致。

在一些实施例中，所述衬底基板与所述压印用图形层一体成型。

在一些实施例中，还包括：封装层；

所述封装层位于所述可形变层背向所述衬底基板的一侧，且所述封装层背向所述衬底基板一侧表面形状与所述压印用图形层背向所述衬底基板一侧表面形状相同。

在一些实施例中，所述封装层背向所述衬底基板一侧表面轮廓，与所述压印用图形层背向所述衬底基板一侧表面轮廓的一个外扩轮廓，两者一致。

第二方面，本公开实施例提供了一种压印方法，所述压印方法基于上述压印模板，所述压印方法包括：

向可形变层施加外部刺激，以使得可形变层的厚度增大；

使用压印模板对待处理基板上的压印胶进行压印，以在压印胶上形成图形；

对所述压印胶进行固化处理；

撤去外部刺激，所述可形变层的厚度恢复初始状态，所述压印模板与所述压印胶之间初步分离；

进行脱模处理。

在一些实施例中，当所述压印模板中的中间层包括电解质层，所述第一电极层和/或所述第二电极层为离子嵌入层时，所述向可形变层施加外部刺激的步骤包括：

向所述第一电极层和所述第二电极层施加不同电压，所述第一电极层和所述第二电极层之间形成电场，所述电解质层中的阴离子和/或阳离子嵌入至所述离子嵌入层中，所述离子嵌入层的厚度增大；

所述撤去外部刺激的步骤包括：

停止向所述第一电极层和所述第二电极层施加电压，所述第一电极层和所述第二电极层之间的电场消失，所述离子嵌入层内所嵌入的离子返回至所述电解质层中，所述离子嵌入层的厚度减小。

在一些实施例中，当所述压印模板中的所述中间层包括：电致形变层时，所述向可形变层施加外部刺激的步骤包括：

向所述第一电极层和所述第二电极层施加不同电压，所述第一电极层和所述第二电极层之间形成电场，所述电致形变层在电场作用下沿厚度方向发生膨胀形变；

所述撤去外部刺激的步骤包括：

停止向所述第一电极层和所述第二电极层施加电压，所述第一电极层和所述第二电极层之间的电场消失，电致形变层的厚度减小。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种压印模板的截面示意图；

图2为本公开实施例提供的一种压印方法的流程图；

图3为利用本公开中施加有外部刺激的压印模板压印待处理基板时的截面示意图；

图4为本公开中撤去外部刺激的压印模板与待处理基板初步分离时的截面示意图；

图5为本公开中压印模板与待处理基板完全分离时的截面示意图；

图6为本公开中可形变层的一种具体结构示意图；

图7为图6所示可形变层中的第一电极层和第二电极层在被施加有不同电压的前后对比示意图；

图8为本公开实施例提供的另一种压印方法的流程图；

图9为本公开中可形变层的一种具体结构示意图；

图10为图9所示可形变层中的第一电极层和第二电极层在被施加有不同电压的前后对比示意图；

图11为本公开实施例提供的又一种压印方法的流程图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图对本公开提供的压印模板和压印方法进行详细描述。

在下文中将参考附图更充分地描述示例实施例，但是所述示例实施例可以以不同形式来体现且不应当被解释为限于本文阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本公开透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本公开的范围。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“由……制成”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

将理解的是，虽然本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不应当受限于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件和另一元件。因此，在不背离本公开的指教的情况下，下文讨论的第一元件、第一组件或第一部件可称为第二元件、第二组件或第二部件。

本文所述实施例可借助本公开的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。因此，实施例不限于附图中所示的实施例，而是包括基于制造工艺而形成的配置的修改。因此，附图中例示的区具有示意性属性，并且图中所示区的形状例示了元件的区的具体形状，但并不旨在是限制性的。

除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。

图1为本公开实施例提供的一种压印模板的截面示意图，如图1所示，该压印模板包括：衬底基板1、压印用图形层2和可形变层3。

其中，衬底基板1可采用硬性基板或柔性基板，本公开对衬底基板1的材料、形状等属性均不作限定。

压印用图形层2设置于衬底基板1上，其背向衬底基板1的一侧(即压印面)形成有设定图形，用于在压印过程中对待处理基板上的压印胶进行图形化。在本公开中，压印用图形层2的材料可以与衬底基板1的材料相同，两者一体成型；当然，也可以是先提供一衬底基板1，然后在衬底基板1上形成压印用图形层2，衬底基板1和压印用图形层2为两个独立结构。

可形变层3设置于压印用图形层2背向衬底基板1一侧的表面，且可形变层3背向衬底基板1一侧表面形状与压印用图形层2背向衬底基板1一侧表面形状相同；可形变层3配置为在外部刺激下其厚度可变。

需要说明的是，上述“可形变层背向衬底基板一侧表面形状与压印用图形层背向衬底基板一侧表面形状相同”具体是指：在压印面上形成有凹槽的位置，可形变层3背向衬底基板1一侧表面且正对该凹槽的区域也形成凹槽；在压印面上形成有凸起的位置，可形变层3背向衬底基板1一侧表面且正对该凸起的区域也形成凸起。

本公开中可形变层3与压印用图形层2的压印面直接接触，且可形变层3的厚度很薄(例如1nm～100nm)。当可形变层3设置于压印用图形层2的压印面时，其整体形貌与压印用的设定图形的形貌一致，且并不会对的设定图形的形貌产生明显影响，因而不会影响压印效果。

在利用本公开提供的压印模板进行压印工艺时，可避免脱模过程中发生压印胶脱落、压印出的图形扭曲变形的问题，提升纳米压印工艺的保真度。

下面将结合附图来对利用本公开提供的压印模板进行压印工艺的具体过程进行详细描述。

图2为本公开实施例提供的一种压印方法的流程图，如图2所示，该压印方法基于上述的压印模板，该压印方法包括：

步骤S101、向可形变层施加外部刺激，以使得可形变层的厚度增大。

步骤S102、使用压印模板对待处理基板上的压印胶进行压印，以在压印胶上形成图形。

需要说明的是，本公开中的步骤S101可以先于步骤S102之前开始执行，或者与步骤S102同步开始执行，或者在步骤S102执行一段时候后再开始执行。

图3为利用本公开中施加有外部刺激的压印模板压印待处理基板时的截面示意图，如图3所示，在向可形变层3施加外部刺激后，可形变层3的厚度增大；当对压印胶5进行压印时，可形变层3与压印胶5接触，但由于可形变层3的厚度较薄，不会对压印效果产生实质影响，因此设定图形可较好的印至压印胶5上。

步骤S103、对压印胶进行固化处理。

在步骤S103中，可采用热固化、光照固化等固化工艺来对完成图案化的压印胶5进行固化。

步骤S104、撤去外部刺激，可形变层的厚度恢复初始状态，压印模板与压印胶之间初步分离。

图4为本公开中撤去外部刺激的压印模板与待处理基板初步分离时的截面示意图，如图4所示，撤去外部刺激，可形变层3的厚度逐渐减小直至恢复初始状态，此时压印模板与压印胶5之间初步分离。需要说明的是，在可形变层3的厚度恢复初始状态的过程中，虽然压印模板与压印胶5之间会产生剪切力，但由于各处的剪切力相对均衡，可形变层3的厚度变化幅度较小，因此压印胶5表面的图形不会发生脱落、扭曲变形等不良。

步骤S105、进行脱模处理。

图5为本公开中压印模板与待处理基板完全分离时的截面示意图，如图5所示，采用现有的脱模工艺进行脱模处理。由于压印模板与压印胶5之间已经初步分离，因此在进行脱模工艺过程中，压印模板与压印胶5之间剪切力相对较小，所以压印胶5表面的图形不会发生脱落、扭曲变形等不良。

由此可见，本公开的技术方案可有效避免脱模过程中发生压印胶5脱落、压印出的图形扭曲变形的问题，从而能提升纳米压印工艺的保真度。

作为一种优选方案，可形变层3背向衬底基板1一侧表面轮廓，与压印用图形层2背向衬底基板1一侧表面轮廓的一个外扩轮廓，两者一致。需要说明的是，本公开中“压印用图形层背向衬底基板一侧表面轮廓的外扩轮廓”具体是指，压印用图形层2背向衬底基板一侧表面轮廓等距离的外扩一定距离后得到的轮廓，其中外扩距离不同，则得到的外扩轮廓不同，但这些外扩轮廓的整体形状特征相同。在该可选方案中，将压印用图形层2背向衬底基板1一侧表面轮廓等距离外扩一定距离后得到的轮廓，其与可形变层3背向衬底基板1一侧表面轮廓能够完全重叠，此时可避免利用该压印模板所压印出的图形失真。

作为一种优选方案，压印模板还包括：封装层4，封装层4位于可形变层3背向衬底基板1的一侧，且封装层4背向衬底基板1一侧表面形状与压印用图形层2背向衬底基板1一侧表面形状相同；封装层4用于对可形变层3进行封装，从而起到保护可形变层3的作用。其中，封装层4的材料可选用氧化硅和氧化铝中的至少一种，在实际制备封装层4的过程中，可采用原子层沉积(Atomic Layer Deposition，简称ALD)来制备封装层4。

进一步优选地，封装层4背向衬底基板1一侧表面轮廓，与压印用图形层2背向衬底基板1一侧表面轮廓的一个外扩轮廓，两者一致。即，将压印用图形层2背向衬底基板1一侧表面轮廓等距离外扩一定距离后得到的轮廓，其与封装层4背向衬底基板1一侧表面轮廓能够完全重叠，此时可避免利用该压印模板所压印出的图形失真。

进一步优选地，可对封装层4背向衬底基板1的一侧表面进行抗粘处理(例如，涂布抗粘剂)，可有效减小脱模过程中封装层4与压印胶5之间的剪切力。

作为一种可选方案，可形变层3包括：第一电极层301、第二电极层302和位于两者之间的中间层；第一电极层301和第二电极层302用于在两者被施加有不同电压时形成电场，在电场的作用下可形变层3的厚度增大。

此时，外部刺激具体为向第一电极层301和第二电极层302施加不同的电压。其中，施加至第一电极层301和第二电极层302上的电压大小可根据实际需要进行设计、调整、

图6为本公开中可形变层的一种具体结构示意图，如图6所示，位于第一电极层301和第二电极层302之间的中间层为电解质层303a，电解质层303a中存在阴、阳离子；第一电极层301和第二电极层302中的至少一者为离子嵌入层，离子嵌入层可供离子嵌入以使得自身厚度增大。

在下面描述中，将以第一电极层301和第二电极层302均为离子嵌入层为例，进行示例性描述。

图7为图6所示可形变层3中的第一电极层301和第二电极层302在被施加有不同电压的前后对比示意图，如图7所示，假定第一电极层301上施加的第一电压大于第二电极层302上施加的第二电压。此时，第一电极层301和第二电极层302之间形成电场，电场方向为由第一电极层301指向第二电极层302，电解质层中的阳离子3032和阴离子3031分别向第二电极层302和第一电极层301移动；其中，部分阳离子3032会嵌入至第二电极层302(离子嵌入层)中，以使得第二电极层302的厚度增大；部分阴离子3031会嵌入至第一电极层301(离子嵌入层)中，以使得第一电极层301的厚度增大；对于整个可形变层3而言，其整体厚度增大。

当撤去第一电极层301和第二电极层302上的电压时，第一电极层301和第二电极层302之间的电场消失，第一电极层301和第二电极层302内所嵌入的离子返回至电解质层中，离子嵌入层的厚度减小，可形变层3的整体厚度恢复至初始状态。

本领域技术人员应该知晓的是，上述第一电极层301和第二电极层302均为离子嵌入层的情况，仅起到示例性作用，其不会对本公开的技术方案产生限制，在本实施例中，仅需使得第一电极层301和第二电极层302中的至少一者为离子嵌入层即可。

在图6所示可形变层3中，作为一种可选方案，离子嵌入层包括：至少两层石墨烯，在相邻的单层石墨烯之间存在一定的间隙，该间隙可嵌入离子，并使得相邻的单层石墨烯之间距离增大，从而使得整体厚度增大。在电场消失后，相邻的单层石墨烯之间会产生挤压力，以将嵌入在间隙处的离子挤压回电解质层，从而使得整体厚度恢复至初始状态。

在图6所示可形变层3中，作为一种可选方案，电解质层包括：离子液体，其所包含的离子浓度较大，可提升可形变层3发生形变时的反应速度。其中，离子液体具体可以为N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧乙基)铵基双(三氟甲基磺酰)酰亚胺(英文全称：N,N-diethyl-N-(2-methoxyethyl)-N-methylammonium bis(trifluoromethylsulphonyl)imide，英文简称：DEME-TFSI)。

图8为本公开实施例提供的另一种压印方法的流程图，如图8所示，图8所示压印方法基于包含有图6所示可形变层3的压印模板，该压印方法包括：

步骤S201、向第一电极层和第二电极层施加不同电压，第一电极层和第二电极层之间形成电场，电解质层中的阴离子和/或阳离子嵌入至离子嵌入层中，离子嵌入层的厚度增大。

步骤S202、使用压印模板对待处理基板上的压印胶进行压印，以在压印胶上形成图形。

需要说明的是，本公开中的步骤S201可以先于步骤S202之前开始执行，或者与步骤S202同步开始执行，或者在步骤S202执行一段时候后再开始执行。

步骤S203、对压印胶进行固化处理。

步骤S204、停止向第一电极层和第二电极层施加电压，第一电极层和第二电极层之间的电场消失，离子嵌入层内所嵌入的离子返回至电解质层中，离子嵌入层的厚度减小，压印模板与压印胶之间初步分离。

步骤S205、进行脱模处理。

对于上述步骤S201～步骤S205的具体描述，可参见前述内容，此处不再赘述。

图9为本公开中可形变层的一种具体结构示意图，如图9所示，位于第一电极层301和第二电极层302之间的中间层为电致形变层303b，电致形变层用于在电场作用下沿厚度方向发生膨胀形变。

图10为图9所示可形变层3中的第一电极层301和第二电极层302在被施加有不同电压的前后对比示意图，如图10所示，当向第一电极层301和第二电极层302上施加不同电压时，第一电极层301和第二电极层302之间形成电场，电致形变层303b用于在电场作用下沿厚度方向发生膨胀形变，可形变层3的整体厚度增大。

当撤去第一电极层301和第二电极层302上的电压时，第一电极层301和第二电极层302之间的电场消失，电致形变层303b在自身应力的作用下恢复至初始状态，可形变层3的整体厚度减小。

图11为本公开实施例提供的又一种压印方法的流程图，如图11所示，图11所示压印方法基于包含有图9所示可形变层的压印模板，该压印方法包括：

步骤S301、向第一电极层和第二电极层施加不同电压，第一电极层和第二电极层之间形成电场，电致形变层在电场作用下沿厚度方向发生膨胀形变。

步骤S302、使用压印模板对待处理基板上的压印胶进行压印，以在压印胶上形成图形。

需要说明的是，本公开中的步骤S301可以先于步骤S302之前开始执行，或者与步骤S302同步开始执行，或者在步骤S302执行一段时候后再开始执行。

步骤S303、对压印胶进行固化处理。

步骤S304、停止向第一电极层和第二电极层施加电压，第一电极层和第二电极层之间的电场消失，电致形变层的厚度减小，压印模板与压印胶之间初步分离。

步骤S305、进行脱模处理。

对于上述步骤S301～步骤S305的具体描述，可参见前述内容，此处不再赘述。

需要说明的是，上述可形变层包括：第一电极层、第二电极层和中间层，外部刺激为向第一电极层和第二电极层施加不同的电压的情况，仅为本公开中的一种可选方案，其不会对本公开的技术方案产生限制。在本公开中，可形变层还可以为其他结构，例如，可形变层采用热膨胀系数较大的材料制备，此时外部刺激可以为向压印模板提供高温环境，从而使得可形变层的厚度增大；在固化工艺结束后，恢复至室温环境，从而使得可形变层的厚度减小并恢复至初始状态，完成压印模板与压印胶之间初步分离。对于其他情况，本公开不再一一举例说明。本领域技术人员应该知晓是的，但凡具有在外部刺激下其厚度可变的结构，均可作为本公开中的可形变层。

本公开的技术方案可有效避免脱模过程中发生压印胶脱落、压印出的图形扭曲变形的问题，从而能提升纳米压印工艺的保真度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (13)

1.一种压印模板，其特征在于，包括：衬底基板、压印用图形层和可形变层；

其中，所述可形变层设置于所述压印用图形层背向衬底基板一侧的表面，且所述可形变层背向所述衬底基板一侧表面形状与所述压印用图形层背向所述衬底基板一侧表面形状相同；

所述可形变层配置为在外部刺激下所述可形变层的厚度增大且在外部刺激撤去后所述可形变层的厚度恢复初始状态。

2.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，所述可形变层包括：第一电极层、第二电极层和位于两者之间的中间层；

所述第一电极层和所述第二电极层用于在两者被施加有不同电压时形成电场，在所述电场的作用下所述可形变层的厚度增大。

3.根据权利要求2所述的压印模板，其特征在于，所述中间层包括：电解质层，所述电解质层用于在所述电场作用下其内部的阴离子和阳离子分别向两个电极层运动；

所述第一电极层和/或所述第二电极层为离子嵌入层，所述离子嵌入层可供离子嵌入以使得自身厚度增大。

4.根据权利要求3所述的压印模板，其特征在于，所述离子嵌入层包括：至少两层石墨烯。

5.根据权利要求3所述的压印模板，其特征在于，所述电解质层包括：离子液体。

6.根据权利要求2所述的压印模板，其特征在于，所述中间层包括：电致形变层；

所述电致形变层用于在所述电场作用下沿厚度方向发生膨胀形变。

7.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，所述可形变层背向所述衬底基板一侧表面轮廓，与所述压印用图形层背向所述衬底基板一侧表面轮廓等距离外扩一定距离后得到的外扩轮廓，两者能够完全重叠。

8.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，所述衬底基板与所述压印用图形层一体成型。

9.根据权利要求1-8中任一所述的压印模板，其特征在于，还包括：封装层；

所述封装层位于所述可形变层背向所述衬底基板的一侧，且所述封装层背向所述衬底基板一侧表面形状与所述压印用图形层背向所述衬底基板一侧表面形状相同。

10.根据权利要求9所述的压印模板，其特征在于，所述封装层背向所述衬底基板一侧表面轮廓，与所述压印用图形层背向所述衬底基板一侧表面轮廓等距离外扩一定距离后得到的外扩轮廓，两者能够完全重叠。

11.一种压印方法，其特征在于，所述压印方法基于上述权利要求1-10中任一所述的压印模板，所述压印方法包括：

向可形变层施加外部刺激，以使得可形变层的厚度增大；

使用压印模板对待处理基板上的压印胶进行压印，以在压印胶上形成图形；

对所述压印胶进行固化处理；

撤去外部刺激，所述可形变层的厚度恢复初始状态，所述压印模板与所述压印胶之间初步分离；

进行脱模处理。

12.根据权利要求11所述的压印方法，其特征在于，当所述压印模板采用权利要求3中所述压印模板时，所述向可形变层施加外部刺激的步骤包括：

向所述第一电极层和所述第二电极层施加不同电压，所述第一电极层和所述第二电极层之间形成电场，所述电解质层中的阴离子和/或阳离子嵌入至所述离子嵌入层中，所述离子嵌入层的厚度增大；

所述撤去外部刺激的步骤包括：

停止向所述第一电极层和所述第二电极层施加电压，所述第一电极层和所述第二电极层之间的电场消失，所述离子嵌入层内所嵌入的离子返回至所述电解质层中，所述离子嵌入层的厚度减小。

13.根据权利要求11所述的压印方法，其特征在于，当所述压印模板采用权利要求6中所述压印模板时，所述向可形变层施加外部刺激的步骤包括：

向所述第一电极层和所述第二电极层施加不同电压，所述第一电极层和所述第二电极层之间形成电场，所述电致形变层在电场作用下沿厚度方向发生膨胀形变；

所述撤去外部刺激的步骤包括：

停止向所述第一电极层和所述第二电极层施加电压，所述第一电极层和所述第二电极层之间的电场消失，电致形变层的厚度减小。

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