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【纳米压印新潮流】(中)大面积模具技术不断
作者:pokerking club 发布时间:2021-02-09 06:09

  路透社:iPhone6用显示屏或于5月开始量产,有4.7和5.5英寸两种

  纳米压印用大面积模具的制作方法有很多种,制造成本远远低于EB光刻(图3)。估计夏普是采用类似于电镀的阳极氧化法制作的蛾眼构造主模。

  本图为制造几cm见方以上的大型模具的五种技术。夏普的蛾眼薄膜是大日本印刷利用阳极氧化法制造的(a)。综研化学拼接小型模具制造了最大为1600mm ×1300mm的薄膜模具(b)。InnoX公司利用光的干涉条纹实现了大型化(c)。大金工业利用多值激光(d)。东京理科大学的谷口研究室通过向碳薄膜照射氧离子束,制造了蛾眼构造的模具(e)。((d)由大金工业拍摄,(e)由东京理科大学拍摄)

  据佳能市场营销日本公司工业设备销售事业部工艺设备营业部CB销售课课长二五元修介绍,佳能利用KrF等(几代前的)曝光技术,制作了不同于面向半导体制造用途的蛾眼构造模具。因此,模具的价格为每张60万日元起,远远低于半导体制造用途(图2(b))。

  综研化学用一张小主模制作多个复制模,然后精确拼接,制成了最大1.6m×1.3m的模具薄膜。而且该公司制作的模具薄膜“对反复压印的耐受力非常强”(东京理科大学基础工学部电子应用工学科副教授谷口淳),深受好评。

  InnoX公司利用“可以像用投影仪扩大投影面一样大面积化”的技术,制作了最大50英寸的模具。该公司采用了从德国弗劳恩霍夫研究所独立出来的厂商——holotools开发的“干涉光刻”技术。制作图案时采用将一束激光分为两股后再重合形成的干涉条纹。要想扩大面积,只需增加基板与光源之间的距离即可注1),也就是扩大投影。而普通光刻是通过缩小投影转印图案,面向半导体制造的纳米压印是通过等倍投影转印图案。

  注1)不过,扩大面积后,光能的表面密度会降低,因此存在照射时间长的课题。

  此外还有更简单的方法。大金工业开发出了只需向光刻胶照射有多个焦点的多值激光,即可制作光伏发电用微透镜阵列模具的方法。

  而东京理科大学谷口研究室开发出了像淋浴一样向非晶碳薄膜照射氧离子束即可制作蛾眼构造的模具。该研究室还开发了最快能以18m/分钟的速度压印的卷对卷(R2R)式装置,具体时间与模具图案有关。

  率先提高了纳米压印装置量产性的SCIVAX最近开发出了能以18cm2/小时的速度,向1100mm×1300mm的第5代(G5)玻璃基板纳米压印精细图案的装置(图4(a))。

  本图为SCIVAX的纳米压印装置量产效率的提高(a)以及该公司开发的新用途(b)。除了直接向玻璃基板进行纳米压印的技术,以及与大阪大学共同开发的流感病毒检测技术外,还开发了向镜头的曲面实施纳米压印的技术、可实现立体触摸面板的技术以及培养三维细胞进行药品评价等的技术等。(浮动影像以外的图和照片均由SCIVAX提供)

  模具加工技术的进步进一步扩大了纳米压印的用途。以前的纳米压印技术只能在平坦的基板上加工,而SCIVAX公司实现了曲面加工,由此成功在相机光学镜头的两面实施了防反射加工。消除了镜头内侧的反射,使重影等消失。还实现了利用微透镜反射原理的浮动影像。与检测悬浮于画面上方的手指的三维触摸面板技术组合,用户操作时仿佛在触摸浮动的影像。该公司称具体领域不便透露,但已经决定在某个项目中量产。

  SCIVAX还开发出了检测流感病毒的技术以及培养立体细胞的技术注2),并于2013年6月设立了面向这些用途的专业公司“SCIVAX Life Sciences”。

  注2)流感病毒检测利用的原理是,在薄膜表面通过纳米压印技术形成光子晶体结构后,薄膜的光反射率会因病毒的有无而大幅变化。

  旭化成E-Materials公司开发出了利用纳米压印技术在薄膜上形成凹凸图案、在凸出部分层积铝的技术。该技术被用于面向反射型显示器LCOS*等的反射型偏光膜“Wire Grid Po-larizing Film(WGF)”上(图5)。其特点是可实现从可见光到红外线大范围波长的偏光分离,而且耐热性高。

  图为旭化成E-Materials开发的、利用纳米压印技术制造的反射型偏光膜。可卷对卷制造,能应对今后将采用LCOS的HMD市场的快速扩大(摄影:该公司)

  *LCOS(liquid crystal on silicon,硅基液晶):在硅芯片上制作的超小型液晶显示器,用于投影仪和相机的取景器等。谷歌眼镜可能也采用了LCOS。

  最近,旭化成E-Materials公司建立了能以R2R方式量产WGF的体制,已开始面向无反相机的取景器等供货。该公司介绍说,目前还在开发用于将来的头戴式显示器(HMD)的LCOS,目前能够应对几十万个的订单。

  大面积用途中最有希望的用途之一是太阳能电池。全球都在推进利用纳米压印技术提高转换效率和发电量的尝试。

  开发主要有两大方向。第一是通过纳米压印控制pn结的界面形状,从而提高太阳能电池入射光的利用效率。第二是在面板表面形成防反射层和光密封层,以射入更多的光。

  大金工业按照第二个方向开发了防反射膜,在实测值中将太阳能电池的年发电量成功提高了5%以上(图6)。

  图为大金工业正在开发的太阳能电池用氟系微透镜阵列薄膜及其效果(a~c)。5~10度的低角度入射光也能用于发电,使通过太阳辐射模拟器评估的光伏电池年发电量增加了4.6%、实测值增加了5%以上。(图和照片由该公司提供)

  大金工业在防反射中利用的不是有突起的蛾眼构造,而是镜头形状的图案。因为蛾眼构造对约30°以下的低角度光没有效果,而镜头形状的图案对于非常低的5°入射角的光也几乎能100%透过。因此,日出日落之际和阴天时的发电量可提高8%左右。经确认,年均发电量能增加5%以上注3)。

  注3)年均发电量增加5%按日本的收购价格36日元/kWh计算,意味着额定功率为1kW的太阳能电池板一年的收入可增加大约1800日元。

  课题在于制造成本。大金工业开发出了能够以低成本制作这种图案的大面积卷状模具技术(图3(d))。经确认,用R2R方式能实现1cm2/分钟的生产效率。不过,“太阳能电池厂商希望防反射膜的价格降到1000~1500日元/cm2。以目前的方式,想实现该价格比较困难”(大金工业化学研发中心基础技术G的佐藤数行)。

  采用纳米压印技术的精细图案形成技术还有助于提高LED和有机EL等的发光效率。东芝机械公司包括专用的压印装置在内,开发出了将LED的发光效率提高20~30%的技术。(作者:野泽哲生,日经技术在线!供稿)

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