Jak wykonać folię rozpraszającą światło?

Metoda przygotowania warstwy dyfuzyjnej cząstek polega na pokryciu powierzchni podłoża warstwą żywicy zmieszanej z cząstkami (takimi jak TiO2). Efekt dyfuzji światła uzyskuje się dzięki różnicy współczynnika załamania światła między domieszkowanymi cząstkami a żywicą tworzącą film. Jednakże, ponieważ jednorodność dyspersji cząstek jest stosunkowo trudna do kontrolowania, przygotowana folia dyfuzyjna produktu ma wady niskiej przepuszczalności i małego zakresu zamglenia.

Wraz z rozwojem bardziej zaawansowanej i taniej technologii produkcji mikro-nano w ostatnich latach, naukowcy zaczęli badać optymalizację właściwości optycznych folii dyfuzyjnych poprzez mikrostrukturę powierzchni. Technologię obróbki mikro-nano można podzielić na trzy rodzaje: technologię grafiki płaskiej, technologię grafiki sondowej i technologię grafiki modelowej.

Rdzeniem technologii grafiki płaskiej jest jej równoległa charakterystyka obrazowania. Charakteryzuje się ona wzorem projektu na masce, który jest obrazowany na płaskim podłożu podczas jednej ekspozycji. Ekspozycja optyczna jest główną metodą obrazowania w technologii grafiki płaskiej, czyli tak zwaną metodą "litografii". Jej największą zaletą jest wysoka wydajność. Chociaż naświetlanie optyczne jest stosowane głównie w produkcji układów scalonych, w ostatnich latach proces ten był również szeroko stosowany w technologii mikrosystemów do wytwarzania różnych urządzeń mikromechanicznych, mikroprzepływowych i mikro-opto-elektromechanicznych. Proces płaski jest przetwarzany w sposób równoległy, co oznacza, że duża liczba mikrostruktur jest tworzona w tym samym czasie. W związku z tym proces płaski jest rodzajem procesu odpowiednim do masowej produkcji.

Technologia graficzna sond jest metodą obrazowania punktowego, tzn. obrazowanie jest tworzone przez skanowanie punkt po punkcie. Sondy obejmują nie tylko sondy półprzewodnikowe, takie jak skanująca mikrosonda tunelowa i mikrosonda sił atomowych, ale także sondy niestałe, takie jak zogniskowana wiązka jonów, wiązka laserowa, wiązka atomowa i mikrosonda wyładowań iskrowych. Jednak ze względu na charakterystykę skanowania punkt po punkcie w procesie sondy, jej prędkość obrazowania jest znacznie niższa niż w przypadku metody obrazowania równoległego w procesie płaskim, więc nie nadaje się ona do masowej produkcji, ale jest bardziej odpowiednia do przetwarzania mikro-nano w badaniach naukowych.

Proces graficzny modelu polega na kopiowaniu odpowiednich mikro-nanostruktur za pomocą form wielkości mikro-nano. Obejmują one:
Technologia nanodruku, technologia formowania tworzyw sztucznych i technologia odlewania form. Nano-imprinting polega na wykorzystaniu stempli zawierających nano-wzory do odciskania na zmiękczonej warstwie polimeru organicznego, która może odtwarzać dużą liczbę nano-wzorów przy niskich kosztach. Technologia nanodruku jest szeroko stosowana w produkcji organicznych tranzystorów cienkowarstwowych, mikrostruktury bioelastycznej itp. Technologia formowania jest tradycyjną technologią formowania tworzyw sztucznych, rozmiar struktury formowania jest większy niż mikron i jest najczęściej stosowana do produkcji mikroprzepływowych i biochipów. Technologia formowania jest również tanią technologią mikroobróbki. Technologia formowania obejmuje odlewanie tworzyw sztucznych i odlewanie metali. Zarówno formowanie, jak i odlewanie są rozszerzeniem tradycyjnej technologii przetwarzania na obszar mikro i nano. Szybkość formowania i odlewania jest duża, więc jest to również proces odpowiedni do masowej produkcji.

Rozwój powyższej technologii przetwarzania mikro-nano zapewnia nowy pomysł na wytwarzanie powierzchniowych folii rozpraszających światło. Opisano kilka metod, takich jak odciskanie wałkiem [25pr 46], litografia dyfuzyjna [36cr 47], wytłaczanie na gorąco [48-50], samoorganizacja [39] i trawienie izotropowe [51]. Huang z National Taiwan University i inni przeprowadzili wiele badań nad wytwarzaniem folii rozpraszającej światło cylindrycznego układu soczewek i opracowali złożoną technologię wytłaczania i odciskania bębna (pokazaną na rysunkach 1-4) do przetwarzania folii rozpraszającej światło kolumnowego układu soczewek. Mikrostruktura bębna jest kopiowana bezpośrednio na wytłaczaną płytę i realizowana jest produkcja ciągła. Metoda wytłaczania rolkowego wykorzystuje wytłaczarkę z matrycą do produkcji płyt z granulatu PC i PMMA. Mikrostruktura na powierzchni matrycy jest przenoszona na powierzchnię przygotowanej folii rozpraszającej światło metodą nadruku. Folia rozpraszająca światło przygotowana w eksperymencie zawiera wewnątrz dyfuzor światła, a powierzchnia ma mikrostrukturę. Jednak sprzęt wymagany w tej metodzie jest drogi i nadal trudno jest wytłaczać folię dyfuzyjną o grubości mniejszej niż 500 μm.

Zespoły Sung-Il Chang i Jun-Bo Yoon z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Informatyki Koreańskiego Instytutu Zaawansowanej Nauki i Technologii przeprowadziły owocne badania nad wytwarzaniem matryc mikrosoczewek o wysokim współczynniku kształtu przy użyciu litografii dyfuzyjnej (pokazanej na rysunku 1-5). Litografia dyfuzyjna umożliwia wytwarzanie mikro-nanostruktur o wysokim współczynniku kształtu, które mogą realizować wzory promieniowania skrzydeł nietoperza. Jednak przygotowanie struktury o wysokim współczynniku kształtu za pomocą litografii dyfuzyjnej wymaga ścisłej kontroli parametrów ekspozycji i parametrów wyjmowania z formy.

Wytłaczanie na gorąco to metoda przetwarzania, w której mikrostruktura jest przygotowywana na powierzchni formy, a następnie przenoszona na powierzchnię polimeru poprzez odciskanie. Formy wytłaczane na gorąco zwykle wykorzystują elektroformowanie do przenoszenia wzoru z rezystora na powierzchnię płytki niklowej [52-53]. W procesie wytłaczania na gorąco dostosowanie temperatury może poprawić jednorodność i głębokość struktury transferu, ale zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura wpłynie na wyniki replikacji struktury. Podobnie, zbyt niskie ciśnienie doprowadzi do nierównomiernego kształtu i rozmiaru mikrostruktury; zbyt duże ciśnienie może spowodować kolizję formy i próbki, niszcząc w ten sposób mikrostrukturę na formie.