TW201534560A - 奈米結構及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種奈米結構及其製造方法。奈米結構的製造方法包括以下步驟：提供一第一基板，並於第一基板上形成一層奈米層；提供一第二基板，並於第二基板上形成一層聚合層；將奈米層壓印於聚合層上；固化聚合層；以及分離奈米層與聚合層，以得到奈米結構。

Description

奈米結構及其製造方法

本發明係關於一種奈米結構及其製造方法，特別關於一種具有低反射及高穿透率特性之奈米結構與其製造方法。

隨著科技不斷的進步，使得各種資訊設備不斷地推陳出新，例如手機、平板電腦、超輕薄筆電、及衛星導航等。除了一般以鍵盤或滑鼠輸入或操控之外，利用觸控式技術來操控資訊設備是一種相當直覺且受歡迎的操控方式。其中，觸控顯示裝置具有人性化及直覺化的輸入操作介面，使得任何年齡層的使用者都可直接以手指選取或操控資訊設備。

由於手指在觸控面板上的觸摸會造成髒污，因此為了達到較好的抗髒污效果，一般的作法是在觸控表面上進行抗髒污的表面處理。不過，在進行抗髒污的表面處理之前，需先於光學元件的表面上形成微細且緻密之奈米結構(即蛾眼結構)，使光線的折射率沿奈米結構的深度方向呈連續性的變化，藉此減小折射率急遽變化所造成之反射現象，使光學元件的表面具備低反射及高穿透率的特性，之後再進行抗髒污的表面處理來達到髒污不易附著的目的。

於習知技術中，抗反射的奈米結構大都利用沉積多層薄膜來達成。但是，沉積多層薄膜的技術中常常沒有適當的低折射率的材料可供選擇，或者所形成的多層薄膜只有在特定波長範圍內才具有抗反射的效果。

本發明之目的為提供一種可具有低反射及高穿透率的特性之奈米結構及其製造方法。

為達上述目的，依據本發明之一種奈米結構的製造方法包括以下步驟：提供一第一基板，並於第一基板上形成一層奈米層；提供一第二基板，並於第二基板上形成一層聚合層；將奈米層壓印於聚合層上；固化聚合層；以及分離奈米層與聚合層，以得到奈米結構。

在一實施例中，製造方法更包括：對奈米層改質。

在一實施例中，於第一基板上形成奈米層的步驟中，係將含有複數奈米顆粒之水溶液設置於第一基板上，並經乾燥後所形成。

在一實施例中，於對奈米層改質的步驟中，係藉由一電漿處理將一化合物設置於奈米層上，以於奈米層上形成一層抗沾黏層。

在一實施例中，於固化聚合層的步驟中，係透過一紫外線由第一基板遠離奈米層之一側照射聚合層。

在一實施例中，於分離奈米層與聚合層的步驟中，更包括：去除殘存於聚合層上之奈米層。

在一實施例中，奈米結構具有複數凸部及複數凹槽，該些凸部依序具有遠離第二基板表面之一第一寬度及一第二寬度的結構，且第一寬度大於第二寬度。

在一實施例中，奈米結構的硬度是鉛筆硬度大於等於2H、小於等於6H。

在一實施例中，製造方法更包括：對奈米結構進行翻模而得到一模具；及依據模具，並透過一射出成型或一卷對卷製程而得到另一奈米結構。

為達上述目的，依據本發明之一種奈米結構係形成於一基板之一表面上，並包括複數凸部及與該些凸部相鄰之複數凹槽，該些凸部依序具有遠離表面之一第一寬度及一第二寬度的結構，其中，奈米結構的硬度是鉛筆硬度大於等於2H、小於等於6H，且第一寬度大於第二寬度。

在一實施例中，該些凹槽的截面形狀包含弧形、多邊形或不規則形。

在一實施例中，該些凹槽為單一尺寸或多種尺寸的混合。

在一實施例中，該些凹槽的截面最大寬度係介於70奈米至 200奈米之間。

在一實施例中，該些凹槽的截面深度與最大寬度的比係介於0.3至1.0之間。

在一實施例中，單位面積之該些凹槽的比例係大於等於0.3、小於1.0。

在一實施例中，該些凸部依序具有遠離表面之第一寬度、第二寬度及一第三寬度的結構，且第三寬度大於第二寬度。

承上所述，因依據本發明之奈米結構製造方法中，包括：提供一第一基板，並於第一基板上形成一層奈米層；提供一第二基板，並於第二基板上形成一層聚合層；將奈米層壓印於聚合層上；固化聚合層；以及分離奈米層與聚合層，以得到奈米結構。藉此，使得依據本發明製造方法所得到的奈米結構具有低反射及高穿透率的特性。

11‧‧‧第一基板

12‧‧‧奈米層

13‧‧‧抗沾黏層

2、2a~2c‧‧‧奈米基板

21‧‧‧第二基板

211‧‧‧表面

22‧‧‧聚合層

23、23a~23c、33‧‧‧奈米結構

231、231a~231c、331‧‧‧凸部

232、232a~232c、332‧‧‧凹槽

A、B、C、D‧‧‧區域

d1‧‧‧第一寬度

d2‧‧‧第二寬度

d3‧‧‧第三寬度

dp‧‧‧截面深度

L‧‧‧虛線

S01~S05‧‧‧步驟

UV‧‧‧紫外線

W1‧‧‧最大寬度

圖1為本發明較佳實施例之一種奈米結構製造方法的流程步驟圖。

圖2A至圖2F分別為本發明較佳實施例之奈米結構製造方法的過程示意圖。

圖2G為圖2F之區域A的放大示意圖。

圖2H為本發明另一實施態樣之奈米結構的俯視示意圖。

圖3A至圖3G分別為不同實施態樣中，具有不同奈米結構的奈米基板之剖視示意圖及對應區域的放大示意圖。

圖4A至圖4C分別為一玻璃與本發明之奈米結構加上玻璃(即奈米基板)的穿透率、反射率及霧度的比較示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之奈米結構及其製造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

以下，透過奈米結構製造方法的詳細說明，可得到本發明之奈米結構。其中，奈米結構可例如但不限於應用在觸控顯示裝置，或者也 可將奈米結構應用於例如太陽能電池上，以提高其發電效率。

請參照圖1及圖2A至圖2F所示，其中，圖1為本發明較佳實施例之一種奈米結構製造方法的流程步驟圖，而圖2A至圖2F分別為本發明較佳實施例之奈米結構製造方法的過程示意圖。

如圖1所示，奈米結構製造方法包括步驟S01至步驟S05。

首先，步驟S01為：提供一第一基板11，並於第一基板11上形成一層奈米層12。於此，如圖2A所示，第一基板11可為一剛性基板或一軟性基板。其中，剛性基板的材料例如可為玻璃或石英，或其它材料，而軟性基板的材料例如可為聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)、三醋酸纖維素薄膜(Triacetate Cellulose Film,TAC)或聚甲基丙烯酸甲酯(poly-methylmethacrylate,PMMA)，或其它材料。於此，第一基板11係以玻璃基板為例。

於步驟S01中，係將含有複數奈米顆粒之溶液以旋塗法(spin coating)、噴塗法(spray coating)、刮塗法(slit coating)或浸泡等方式設置於第一基板11上，並經乾燥而形成該奈米層12。其中，奈米顆粒的材料可例如為氧化矽(SiO_X)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)或氧化鈦(TiO_X)，或其它材料，且其尺寸可為單一尺寸或多種尺寸的混合。於此，奈米顆粒係以二氧化矽(SiO₂)為例，而其尺寸可為70奈米(nm)至200奈米之間。另外，該些奈米顆粒的截面形狀可為圓形、多邊形(例如梯形、菱形或星形)、不規則形，或其它形狀，或多種形狀的組合。於此，奈米顆粒係以單一尺寸，且其截面形狀以圓形為例。

形成奈米層12之後可進行其它的步驟。不過，為了使後續的脫模製程容易，在其它的實施例，可對奈米層12先進行一改質步驟：對奈米層12改質。如圖2B所示，可藉由例如一電漿處理技術將一化合物塗佈於奈米層12上，以於奈米層12的表面形成一層抗沾黏層13。其中，化合物可為全氟化物及其同類化合物(例如CF₄、CHF₃等)。於此，係透過改質奈米顆粒的表面官能基，使其具有抗沾黏的能力(形成一層抗沾黏層13)，使後續的脫模容易。其中，由於圖2B之奈米顆粒堆積得較緊密，因此，只於奈米顆粒的上側表面形成一層抗沾黏層13(奈米顆粒與第一基板 11之間不具有抗沾黏層13)。不過，在其它的實施態樣中，若奈米顆粒堆積得不夠緊密時，則除了奈米顆粒的上側表面形成抗沾黏層13之外，奈米顆粒與第一基板11之間一樣可具有抗沾黏層13。

進行步驟S02：提供一第二基板21，並於第二基板21上形成一層聚合層22，及步驟S03：將奈米層12壓印於聚合層22上。在本實施例中，如圖2C所示，第二基板21亦可為一剛性基板或一軟性基板。於此，第二基板21仍以玻璃基板為例(例如觸控面板之玻璃基板)。另外，聚合層22為一hard coating材料，並例如以塗佈方式形成於第二基板21上。在本實施例中，聚合層22的平均厚度例如為19.8微米，並於室溫及常壓的條件下塗佈於第二基板21的表面上，而且聚合層22的硬度是鉛筆硬度介於6H至9H之間。其中，所使用之聚合層22的材料及其百分比可如下表所示：

另外，於步驟S03中，如圖2C所示，係將奈米層12當成一個壓印器(STAMP)，並於第一基板11上施一壓力而使奈米層12的形狀壓印於聚合層22上，以於聚合層22上形成具有凹凸的奈米形狀。

接著，進行固化聚合層22的步驟S04。如圖2D所示，本實施例係透過例如紫外線(UV)由第一基板11遠離奈米層12之一側照射聚合層22，以固化聚合層22而使聚合層22形成固定的凹凸結構。於此，紫外線的劑量例如為3J/cm²，其波長可為300nm~450nm之間(主要反應波 峰在400nm~420nm)。不過，在其它的實施態樣中，也可由第二基板21遠離奈米層12之一側(圖2D之第二基板21的下側)以UV光照射聚合層22，或同時於第一基板11的上側與第二基板21的下側以UV光照射聚合層22，或於圖2D之聚合層22的側面以UV光照射聚合層22，使聚合層22固化而形成固定的凹凸結構。

完成固化步驟之後，接著，進行步驟S05：分離奈米層12與聚合層22，以得到奈米結構23。

不過，如圖2E所示，當以外力進行奈米層12與聚合層22的分離(脫模)步驟時，由於仍可能有殘存的奈米層12留在聚合層22上，故於分離(脫模)步驟之後，製造方法更可包括：去除殘存於聚合層22上之奈米層12，以得到如圖2F所示之具有奈米結構23之一奈米基板2。於此，係可以溼式蝕刻或乾式蝕刻等方式去除殘存於聚合層22上的奈米層12。其中，溼式蝕刻的蝕刻液可例如為氫氟酸(HF)溶液，而乾式蝕刻可例如為反應式離子蝕刻(RIE)。

因此，在經過步驟S01至步驟S05而得到奈米結構23之後，可再於奈米結構23上進行抗髒污的表面處理，使其具備有較佳的抗髒污效果。

請參照圖2F及圖2G所示，其中，圖2G為圖2F之區域A的放大示意圖。

如圖2F所示，奈米基板2的表面211上的奈米結構23具有複數凸部231及與該些凸部231相鄰之複數凹槽232。其中，該些凹槽232可為單一尺寸或多種尺寸的混合，而且凹槽232的截面最大寬度W1可介於70奈米至200奈米之間。另外，該些凹槽232的截面形狀可包含弧形、多邊形(例如三角形、梯形、菱形或四邊形...)或不規則形，或上述形狀的任意組合。於此，該些凹槽232為單一尺寸，且凹槽232的截面形狀係以弧形為例。

另外，如圖2F及圖2G所示，凸部231依序具有遠離第二基板21之表面211的一第一寬度d1及一第二寬度d2的結構。於此實施例中，d1係指相鄰兩凹槽最底端之距離，d2係指凸部231最頂端之寬度，且 凸部231的第一寬度d1係大於第二寬度d2。換言之，本實施例之奈米結構23的凸部231具有底部較頂部寬的結構。另外，奈米結構23的硬度是鉛筆硬度大於等於2H，且小於等於6H(即2H≦硬度≦6H)。另外，該些凹槽232的截面深度dp與最大寬度W1的比係可介於0.3至1.0之間(0.3≦(dp/W1)≦1.0)。其中，截面深度與最大寬度的比例越小，其機械強度越高、更耐磨。此外，單位面積之該些凹槽232的面積比例係大於等於0.3、且小於1.0。

另外，請參照圖2H所示，其為本發明另一實施態樣之奈米結構33的俯視示意圖。其中，單位面積之奈米結構中，該些凹槽可為最密堆積，或者，也可部分區域不具有凹槽。在本實施態樣中，該些凹槽332為多種尺寸的混合，且其截面形狀仍以弧形為例。另外，本實施態樣之單位面積之奈米結構33中，例如圖2H的虛線L的範圍內，部分區域內並沒有凹槽332。

另外，請參照圖3A至圖3F所示，其中，圖3A、圖3D及圖3F分別為不同實施態樣中，具有不同奈米結構23a~23c的奈米基板2a~2c之剖視示意圖，圖3B、圖3E及圖3G分別為圖3A、圖3D及圖3F之區域B、區域C及區域D的放大示意圖，而圖3C為另一奈米結構的放大示意圖。

如圖3A及圖3B所示，奈米結構23a之該些凹槽232a的截面形狀與奈米結構23相同，都是弧形。不過，奈米結構23a與奈米結構23主要的不同有於，奈米結構23a之該些凸部231a依序具有遠離表面211之第一寬度d1、第二寬度d2及一第三寬度d3的結構。於此實施例中，d1係指相鄰兩凹槽最底端點間之距離，d3係指凸部最頂端之寬度，d2係介於d1與d3間之一凸部之最小寬度，而且第三寬度d3大於第二寬度d2，但小於第一寬度d1(d2<d3<d1)，使得該些凸部231a自底部往上依序為寬、窄、寬的結構。此外，奈米結構23a的其它技術特徵可參照奈米結構23，不再贅述。然而，如圖3C所示，在不同的實施態樣中，也可以：第二寬度d2小於第一寬度d1，且第一寬度d1小於第三寬度d3(d2<d1<d3)，並不限制。

另外，如圖3D及圖3E所示，奈米結構23b與奈米結構23a 主要的不同有於，奈米結構23b之該些凹槽232b的截面形狀係為多邊形。另外，該些凸部231b的第二寬度d2小於第一寬度d1(d2<d1)，但第一寬度d1約等於第三寬度d3(d1≒d3)。不過，在不同的實施態樣中，也可以：第二寬度d2小於第一寬度d1(d2<d1)，且第一寬度d1小於第三寬度d3(d1<d3)，並不限制。此外，奈米結構23b的其它技術特徵可參照奈米結構23a，不再贅述。

另外，如圖3F及圖3G所示，奈米結構23c與奈米結構23主要的不同有於，奈米結構23c之該些凹槽232c的截面形狀係為四邊形，並為一梯形。另外，該些凸部231c的第一寬度d1小於第二寬度d2(d1<d2)。此外，奈米結構23c的其它技術特徵可參照奈米結構23，不再贅述。

另外，請參照圖4A至圖4C所示，其分別為一玻璃與奈米結構23加上玻璃(即奈米基板2)的穿透率、反射率及霧度的比較示意圖。

如圖4A所示，奈米結構23加上玻璃後，可將可見光(波長400nm~700nm)的光線穿透率提高，而且波長在450nm至630nm之間的光線，其穿透率更可達到94%以上。

另外，如圖4B所示，奈米結構23加上玻璃之後，其反射率比玻璃低，而且於人眼較敏感的550nm的波長光線時，奈米結構23加上玻璃的反射率只有約0.4%，遠低於玻璃的4.2%。

另外，如圖4C所示，奈米結構23加上玻璃之後，其霧度雖然提高，但是以人眼較敏感的550nm的波長光線時，其霧度只由玻璃的0.23%提高至約0.62%，為可接受範圍。因此，奈米基板2(奈米結構23+基板21)具有高穿透率及低反射率的特性，且奈米結構23具備有抗髒污的效果。

最後一提的是，為了使奈米結構的製造效率提高而應用於大量生產上，也可將上述步驟S05得到的奈米基板2當成一模具，以透過奈米基板2而應用於製造其它的奈米結構。因此，本發明之製造方法更可包括：對奈米結構23進行翻模而得到一模具；及依據此模具，並透過一射出成型或一卷對卷製程(Roll-to-Roll Process/R2R)而得到另一奈米結構。換言之，以射出成型為例，可對奈米結構23進行翻模製程而製造出一模具， 並利用射出成型的技術依據該模具製造出具有相同結構的奈米結構；或者，也可透過將奈米結構23進行翻模而得到模具，並應用於卷對卷的製程上，以透過滾壓製程而可更經濟、更有效率地多次翻印奈米結構，進而提高奈米結構的生產效率及降低其生產成本。

綜上所述，因依據本發明之奈米結構製造方法中，包括：提供一第一基板，並於第一基板上形成一層奈米層；提供一第二基板，並於第二基板上形成一層聚合層；將奈米層壓印於聚合層上；固化聚合層；以及分離奈米層與聚合層，以得到奈米結構。藉此，使得依據本發明製造方法所得到的奈米結構具有低反射及高穿透率的特性。因此，可將本發明之奈米結構結合應用於顯示器之偏光板上或是與其他的光學膜結合；或是運用本發明之奈米結構製作方法，獨立製作一奈米膜層而應用於顯示器上。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

S01~S05‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種奈米結構，係形成於一基板之一表面上，並包括：複數凸部及與該些凸部相鄰之複數凹槽，該些凸部依序具有遠離該表面之一第一寬度及一第二寬度的結構，其中，該奈米結構的硬度是鉛筆硬度大於等於2H、小於等於6H，且該第一寬度大於該第二寬度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之奈米結構，其中該些凸部依序具有遠離該表面之該第一寬度、該第二寬度及一第三寬度的結構，且該第三寬度大於該第二寬度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之奈米結構，其中該些凹槽為單一尺寸或多種尺寸的混合。
4. 、如申請專利範圍第1項所述之奈米結構，其中該些凹槽的截面深度與最大寬度的比係介於0.3至1.0之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之奈米結構，其中單位面積之該些凹槽的面積比例係大於等於0.3、小於1.0。
6. 一種奈米結構的製造方法，包括：提供一第一基板，並於該第一基板的一表面上形成一層奈米層；提供一第二基板，並於該第二基板上形成一層聚合層；將該奈米層壓印於該聚合層上；固化該聚合層；以及分離該奈米層與該聚合層，以得到該奈米結構，其中該奈米結構具有複數凸部及複數凹槽，該些凸部依序具有遠離該表面的一第一寬度及一第二寬度，且該第一寬度大於該第二寬度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，更包括：對該奈米層改質，其中係藉由一電漿處理將一化合物設置於該奈米層上，以於該奈米層上形成一層抗沾黏層。
8. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該些凸部依序具有遠離該第二基板之一表面的該第一寬度、該第二寬度及一第三寬度的結構，該 第三寬度大於該第二寬度。
9. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該奈米結構的硬度是鉛筆硬度大於等於2H、小於等於6H。
10. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，更包括：對該奈米結構進行翻模而得到一模具；及依據該模具，並透過一射出成型或一卷對卷製程而得到另一奈米結構。