用于纳米压印的高折射率涂层油墨

Toshihiro Takaai¹ Kazuyuki Oshima¹

¹ 日本触媒（NIPPON SHOKUBAI CO., LTD.）研发中心

1. 引言 (INTRODUCTION)

随着 AR 眼镜和 3D 传感器等光学设备需求的预期增长，提升 DOE（衍射光学元件）这一关键组件的性能变得日益重要。特别是实现更高的折射率（RI）以实现更宽的视场角（FOV）是一项核心要求。

在众多的制造技术中，Nanoimprint lithography（纳米压印光刻）作为一种高性价比的 DOE 生产方法，因其与传统的 etching（蚀刻）工艺相比能够重复利用模具，近年来受到了广泛关注。因此，开发用于纳米压印光刻的高性能树脂已成为一项紧急且关键的研究重点。

通常，用于纳米压印的树脂由无机颗粒、UV-curable monomers（紫外固化单体）、分散剂等各种添加剂以及溶剂组成。日本触媒在利用无机催化剂通过氧化反应合成单体方面拥有深厚的技术积累，并进一步提升了其聚合与配方技术。基于这些核心技术，我们成功开发了用于纳米压印的树脂。

2. 结果与讨论 (RESULTS AND DISCUSSION)

树脂不仅需要满足高折射率（RI），还需要满足其他几项往往存在 trade-off（权衡/制约）关系的光学性能，例如透明度和 UV reliability（紫外稳定性）。

虽然可以通过增大无机颗粒尺寸以减少比表面积并提高分散性来提升 RI，但这通常会导致 haze（雾度）值升高。利用我们的有机-无机杂化技术，我们成功地在 RI 和透明度之间实现了平衡（见图4和图5）。通过对 UV 稳定性进行调整，我们开发了三种类型的树脂，如超高折射率型（$RI > 2.0$）和高耐光型（$RI \ 1.85\text{-}1.9$）。

除了光学性能外，树脂必须具备多项物理特性以确保卓越的压印性能。例如：

• 流动性： 足够的流动性对于油墨填充模具型腔至关重要。
• 表面自由能： 需要适当的表面自由能以确保固化后能顺利 demolding（脱模）。

图6展示了使用该树脂压印后获得的 SEM（扫描电子显微镜）图像。模具图形被精确复制，没有出现填充不足或脱模过程中因断裂导致的缺陷。这些观察结果表明，树脂在压印过程中的粘度和表面张力等特性是合适的。

在使用更精细的模具（高度：$300 \text{ nm}$，宽度：$125 \text{ nm}$）进行压印后，通过大面积观测截面 SEM 图像，确认模具图形被无缺陷地复制（见图7）。

为了充分利用高折射率基板的光学特性，理想情况是尽量减小压印后的 RLT（Residual Layer Thickness，残余层厚度）。得益于其低粘度，我们的树脂表现出优异的填充性能，使得 RLT 能够降低到极薄的水平，如图8所示。

与使用实验室规模设备在小面积上进行压印相比，在生产设备上实现大面积纳米压印的高良率极具挑战性。在 SCIVAX（一家纳米压印技术公司），我们成功在 8 英寸玻璃基板上完成了压印，这表明我们的纳米压印树脂适用于 DOE 的大规模生产。

3. 结论 (CONCLUSIONS)

我们已经开发出了适用于 nanoimprint（纳米压印）工艺的 UV-curable resins（紫外固化树脂），包括超高折射率型（$RI > 2.0$）和高耐光型（$RI \ 1.85\text{-}1.9$）。

通过利用我们的核心技术——有机合成、无机纳米颗粒合成以及配方技术，我们成功地同时实现了高折射率（RI）、低粘度、透明度和 UV reliability（紫外稳定性）等处于 trade-off（权衡/制约）关系的各项性能。使用这些树脂，模具精细图形的精确复制已得到成功验证。目前，我们正致力于持续提升树脂性能。

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