一种用于滚型纳米压印的滚轮模具

摘要

本发明涉及一种新型的用于滚型纳米压印的滚轮模具，实现UV固化滚型纳米压印对非透明衬底的压印。它包括：用于压印的具有UV光透过性的透明空心滚筒；滚筒外表面固定有具有UV光透过特性的特征结构层，特征结构层由凸形特征和凹形特征构成所要复制的特征图形；在滚筒内表面设有准直透镜；准直透镜的内表面涂有高反射涂层，在需要曝光的区域开有狭缝，准直透镜位于石英滚筒和UV光源之间，准直透镜将UV光源发射的UV光束聚焦到狭缝中心区域，并得到均匀一致的光束，通过准直透镜的狭缝对压印材料曝光固化；UV光源位于滚筒内部的中心轴线上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于紫外固化纳米压印的模具，尤其涉及一种用于滚型纳米压印的滚轮模具，属于微纳制造和模具技术领域。

背景技术

滚型纳米压印是一种全新大面积连续微纳米图形化的方法，它具有高分辨率、低成本和超高生产率的特点，尤其是它具有连续图形化的独特优势，既可用于硬质（刚性）衬底（基材）图形化，也可以用于柔性（卷状材料）衬底的图形化。滚型纳米压印已被用于批量化制造抗反射膜和涂层、蓝宝石衬底纳图形化（NPSS）、抗反射和自清洁玻璃、OLED、射频器件、电子纸、显示、太阳能电池板等众多领域，该技术已经被看作最具有工业化应用前景的微纳米制造方法。

滚型纳米压印包括两种工艺：（1）滚对平面（Roll-to-Plate NIL，R2P NIL）型压印；（2）滚对滚（Roll-to-roll，R2R NIL）型压印。根据压印材料固化方式的不同，滚型纳米压印又分为热固化和UV固化两种不同的实现方式，与热固化方式相比，UV固化具有更高的固化效率，压印材料多种涂铺方法，而且其易于获得均匀一致精确的涂铺厚度，尤其适合滚型纳米压印。但是现有的紫外（UV）固化滚型纳米压印面临一定的局限性：难以实现对非透明衬底的压印。例如，对于滚对平面型压印工艺，目前它主要适用于透明的硬质衬底，但对于非透明衬底，UV光源的安装布置困难，通常是放置在滚轮模具的侧面，这将导致压印材料固化效率低，而且固化效果不理想严重影响压印的效率和压印图形的质量和精度。对于滚对滚型压印目前也主要用于透明衬底的图形化，UV光源的通常放置在透明衬底的背面一侧，UV光透过透明衬底对压印材料固化。因此，现有的UV固化滚型纳米压印主要适用于透明软、硬衬底的图形化，而对于非透明衬底的图形化，使用现有的UV固化滚型纳米压印目前还没有很好的解决方案，影响了紫外滚型纳米压印的广泛应用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有UV固化滚型纳米压印难以用于非透明衬底的图形化，通过提供一种新型的用于滚型纳米压印的滚轮模具，实现UV固化滚型纳米压印对非透明衬底的压印。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种用于滚型纳米压印的滚轮模具，包括：

用于压印的具有UV光透过性的透明空心滚筒；

滚筒外表面固定有具有UV光透过特性的特征结构层，特征结构层由凸形特征和凹形特征构成所要复制的特征图形；

在滚筒内表面设有准直透镜；

准直透镜的内表面涂有高反射涂层，在需要曝光的区域开有狭缝，准直透镜位于石英滚筒和UV光源之间，准直透镜将UV光源发射的UV光束聚焦到狭缝中心区域，并得到均匀一致的光束，通过准直透镜的狭缝对压印材料曝光固化；

UV光源位于滚筒内部的中心轴线上。

所述特征结构层的材料为乙烯-四氟乙烯共聚物或者聚氨酯丙烯酸酯或者特富龙或者聚二甲基硅氧烷中的一种。

所述特征结构层的厚度0.5-3毫米。

所述滚筒的材料为透明石英，壁厚5-30毫米。

所述特征结构层通过粘结层与滚筒连接，粘结层具有UV光透过性。

所述特征结构层和石英滚筒具在压印工作过程中具有旋转运动，所述准直透镜和UV光源保持静止固定不动。

所述石英滚筒的最小半径曲率应小于滚轮模具上图形的最小特征尺寸。

所述UV光源为UV汞灯或者UV LED灯。

所述UV光源的波长和功率根据所使用的UV胶、特征图形的几何参数、滚轮旋转的速度、衬底移动速度确定。

本发明的基本原理：采用透明的滚轮模具，将UV光源置于滚轮模具内部，并结合准直透镜，在非透明衬底正面一侧对于压印材料曝光固化，实现滚轮型压印对于非透明衬底的压印，解决了现有UV固化滚型纳米压印工艺难以实现对非透明衬底的压印问题。

本发明的显著优势：

（1）模具结构简单、成本低；

（2）简化滚型纳米压印光刻机的设计；

（3）固化效率高，缩短固化时间，提高压印生产率；

（4）适应性强，柔性高，当衬底尺寸发生变化，模具结构变动小，可以适应不同衬底尺寸，以及实现透明和非透明衬底纳米压印工艺；

（5）应用范围广，即能用于滚对滚型压印，也能用于滚对平面型压印，尤其适用于滚轮对平面型压印非透明衬底的图形化。为UV固化滚型纳米压印工艺和装备的开发提供一种有效的解决方案。

附图说明

图1是本发明用于UV固化滚型纳米压印的滚轮模具结构示意图。

其中，1、特征结构层；101凸形特征；102凹形特征；2、粘结层；3、石英滚筒；4、准直透镜；401狭缝；5、UV光源。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明以用于滚对平面纳米压印的滚轮模具为具体实施例。

所述滚轮模具尺寸：直径150mm，长度200mm。特征图形为一维光栅结构。

本发明的用于UV固化滚型纳米压印的滚轮模具，包括：特征结构层1、粘结层2、石英滚筒3、准直透镜4、UV光源5。如图1所示，其中特征结构层1通过粘结层2包裹黏附在石英滚筒3外表面上，准直透镜4置于石英滚筒3和UV光源5之间，与UV光源5的距离是10毫米，UV光源5置于石英滚筒3的中心轴线上。

特征结构层1的材料是乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE），特征结构层1的厚度0.8毫米，所述特征结构层1的特征图形为光栅结构，凸形特征101的尺寸是600nm，凹形特征102的尺寸是300nm。

粘结层2的材料是透明的粘结剂材料，本实施例采用硅烷偶联剂FS-10,（Shin-etsuChemical Co.,Ltd.)。

石英滚筒3的材料为透明石英，石英滚筒3的直径150mm，长度200mm，壁厚10毫米。

准直透镜4的内表面具有高反射涂层，其正下方开有4毫米的狭缝401，通过准直透镜4将UV光源5发射的UV光束聚焦到狭缝401中心区域，通过狭缝401对压印材料曝光固化。

UV光源5为UV汞灯，波长为365nm。

特征结构层1、粘结层2和石英滚筒3在压印工作过程中具有旋转运动，所述准直透镜4和UV光源5保持静止固定不动。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。