Come si realizza la pellicola di diffusione della luce?

Il metodo di preparazione del film a diffusione di particelle consiste nel rivestire la superficie del substrato con uno strato di resina mescolato a particelle (come il TiO2). L'effetto di diffusione della luce è ottenuto grazie alla differenza di indice di rifrazione tra le particelle drogate e la resina che forma il film. Tuttavia, poiché l'uniformità di dispersione delle particelle è relativamente difficile da controllare, il film di diffusione del prodotto preparato presenta gli svantaggi di una bassa trasmittanza e di una ridotta gamma di foschia.

Con lo sviluppo di una tecnologia di micro-nano fabbricazione più avanzata e a basso costo negli ultimi anni, i ricercatori hanno iniziato a esplorare l'ottimizzazione delle proprietà ottiche dei film di diffusione attraverso la microstruttura della superficie. La tecnologia di micro-nano lavorazione può essere suddivisa in tre tipi: tecnologia grafica piana, tecnologia grafica a sonda e tecnologia grafica a modello.

Il cuore della tecnologia di grafica piana è costituito dalle sue caratteristiche di imaging parallelo. È caratterizzata da un modello di disegno sulla maschera che viene riprodotto su un substrato piatto con una sola esposizione. L'esposizione ottica è il metodo di imaging principale della tecnologia grafica piana, ovvero il cosiddetto metodo "litografico". Il suo principale vantaggio è l'elevata velocità di produzione. Sebbene l'esposizione ottica sia utilizzata principalmente nella produzione di circuiti integrati, negli ultimi anni questo processo è stato ampiamente utilizzato anche nella tecnologia dei microsistemi per realizzare una varietà di dispositivi micro-meccanici, micro-fluidi e micro-opto-elettromeccanici. Il processo di piallatura viene elaborato in modo parallelo, vale a dire che un gran numero di microstrutture viene formato contemporaneamente. Pertanto, il processo piano è un tipo di processo adatto alla produzione di massa.

La tecnologia grafica delle sonde è un metodo di imaging puntuale, cioè l'imaging è formato da una scansione punto per punto. Le sonde comprendono non solo sonde a stato solido, come la microsonda a scansione tunneling e la microsonda a forza atomica, ma anche sonde non a stato solido, come il fascio di ioni focalizzato, il fascio laser, il fascio atomico e la microsonda a scarica. Tuttavia, a causa della caratteristica di scansione punto per punto del processo della sonda, la sua velocità di imaging è molto inferiore a quella del metodo di imaging parallelo nel processo piano, per cui non è adatto alla produzione di massa, ma è più indicato per la micro-nano elaborazione nella ricerca scientifica.

Il processo grafico del modello consiste nel copiare le corrispondenti micro-nanostrutture utilizzando stampi di dimensioni micro-nano. Questi includono:
Tecnologia di nano-impronta, tecnologia di stampaggio della plastica e tecnologia di fusione degli stampi. La nano-impronta è l'uso di timbri contenenti nano-modelli da imprimere sullo strato di polimero organico ammorbidito, in grado di riprodurre un gran numero di nano-modelli a basso costo. La tecnologia di nanoimprint è stata ampiamente utilizzata per la produzione di transistor organici a film sottile, microstrutture bioelastiche e così via. La tecnologia di stampaggio è la tecnologia tradizionale di stampaggio della plastica, la cui struttura ha dimensioni superiori al micron, ed è utilizzata soprattutto per la produzione di microfluidici e biochip. La tecnologia di stampaggio è anche una tecnologia di microlavorazione a basso costo. La tecnologia di stampaggio comprende la colata di plastica e la colata di metallo. Sia lo stampaggio che la fusione rappresentano l'estensione della tecnologia di lavorazione tradizionale al campo della micro e nano lavorazione. La velocità di stampaggio è elevata, pertanto si tratta di un processo adatto alla produzione di massa.

Lo sviluppo della suddetta tecnologia di lavorazione micro-nano fornisce una nuova idea per la produzione di pellicole di diffusione luminosa a rilievo superficiale. Sono stati riportati alcuni metodi, come l'imprinting a rullo [25pr 46], la litografia a diffusione [36cr 47], la goffratura a caldo [48-50], l'autoassemblaggio [39] e l'incisione isotropica [51]. Huang della National Taiwan University e altri hanno svolto numerose ricerche sulla fabbricazione del film di diffusione della luce del gruppo di lenti cilindriche e hanno sviluppato la tecnologia composita dello stampaggio per estrusione e dell'imprinting del tamburo (illustrata nelle figure 1-4) per elaborare il film di diffusione della luce del gruppo di lenti a colonna. La microstruttura del tamburo viene copiata direttamente sulla lastra estrusa, realizzando una produzione continua. Il metodo dell'impronta del rullo di estrusione utilizza un estrusore con una matrice per produrre lastre granulari di PC e PMMA. La microstruttura sulla superficie della matrice viene trasferita alla superficie del film di diffusione luminosa preparato con il metodo dell'imprinting. Il film di diffusione luminosa preparato nell'esperimento contiene un diffusore di luce all'interno e la superficie ha una microstruttura. Tuttavia, l'attrezzatura richiesta da questo metodo è costosa ed è ancora difficile estrudere un film di diffusione di spessore inferiore a 500μm.

I team di Sung-Il Chang e Jun-Bo Yoon del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica del Korea Institute of Advanced Science and Technology hanno svolto una fruttuosa ricerca sulla fabbricazione di matrici di microlenti con elevati rapporti d'aspetto utilizzando la litografia a diffusione (figura 1-5). La litografia a diffusione ha la capacità di fabbricare micro-nanostrutture con un elevato rapporto d'aspetto che possono realizzare modelli di radiazione ad ala di pipistrello. Tuttavia, la preparazione di una struttura ad alto rapporto d'aspetto mediante litografia a diffusione richiede un controllo rigoroso dei parametri di esposizione e di sformatura.

La goffratura a caldo è un metodo di lavorazione in cui la microstruttura viene preparata sulla superficie dello stampo e poi trasferita sulla superficie del polimero mediante imprinting. Gli stampi per la goffratura a caldo di solito utilizzano l'elettroformatura per trasferire il disegno dalla resistenza alla superficie della piastra di nichel [52-53]. Nel processo di goffratura a caldo, la regolazione della temperatura può migliorare l'uniformità e la profondità della struttura di trasferimento, ma una temperatura troppo alta o troppo bassa influisce sui risultati di replica della struttura. Allo stesso modo, una pressione troppo bassa porterà a una forma e a una dimensione non uniformi della microstruttura; una pressione troppo elevata può causare la collisione tra lo stampo e il campione, distruggendo così la microstruttura sullo stampo.