減反射薄膜及其製備方法、其模具的製備方法與流程

2023-05-29 15:10:06 4

本發明涉及一種減反射薄膜及其製備方法、其模具的製備方法。

背景技術：

亞波長結構的減反射薄膜在光電探測器、半導體雷射器以及發光二級管等光學器件上有著非常重要的意義和廣泛的應用。該減反射膜中起減反射作用的主要為凹凸結構層，但是該凹凸結構容易吸附油漬和細小塵埃，而油漬和細小塵埃會影響減反射薄膜的減反射的光學效果，從而影響器件的光透率。減反射膜與硬物接觸和摩擦，其凹凸結構容易損壞，同樣會破壞亞波長結構的減反射薄膜的減反射效果。可見，現有的亞波長結構的減反射薄膜的使用壽命較短。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術的亞波長結構的減反射薄膜由於凹凸結構容易損壞、且容易吸附油漬和細小塵埃，致使減反射效果消弱，從而導致減反射薄膜使用壽命短的缺陷，提供一種減反射薄膜及其製備方法、其模具的製備方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

一種減反射薄膜，其特點在於，所述減反射薄膜包括亞波長結構層，所述亞波長結構層上具有凸起結構。

本方案中的亞波長結構層即為薄膜表層的納米級的凹凸結構，該凹凸結構起到抑制光反射的作用。由於納米級的凹凸結構容易吸附油漬及小塵埃，且其與硬物接觸、摩擦容易損壞，致使抑制光反射的效果大大消弱，而本方案中的凸起結構能夠對亞波長結構層起到很好的保護效果，從而延長減反射薄膜的使用壽命。

較佳地，所述凸起結構垂直投影於所述亞波長結構層上的形狀為網狀結構；

所述凸起結構包括若干凸起單元，所述凸起單元為多邊形，且相鄰的凸起單元連接形成所述網狀結構。

較佳地，所述凸起結構的佔空比為5％-50％，所述佔空比為投影面積與所述減反射薄膜的面積之比；

和/或，所述凸起單元的高寬比為0.5-5；

和/或，所述凸起單元的寬度為1μm-20μm，所述凸起單元的高度為0.5μm-20μm。

較佳地，所述凸起結構的佔空比為5％-20％；

和/或，所述凸起單元的高寬比為1-3；

和/或，所述凸起單元的寬度為2μm-10μm，所述凸起單元的高度為2μm-10μm。

較佳地，所述凸起結構包括若干凸起單元，所述若干凸起單元分散地布置於所述亞波長結構層，且所述凸起單元投影於所述亞波長結構層上的形狀為線條型。

較佳地，所述凸起單元投影於所述亞波長結構層上的形狀為t形。

較佳地，所述若干凸起單元隨機排布。

較佳地，所述凸起結構的佔空比為3％-30％，所述佔空比為所述凸起結構的投影面積與所述減反射薄膜的面積之比；

和/或，所述凸起單元的高寬比為0.5-5；

和/或，所述凸起單元的寬度為1μm-30μm，所述凸起單元的高度為0.5μm-20μm。

較佳地，所述凸起結構的佔空比為3％-20％；

和/或，所述凸起單元的高寬比為1-3；

和/或，所述凸起單元的寬度為2μm-20μm，所述凸起單元的高度為2μm-10μm。

較佳地，所述凸起結構包括若干凸起單元，所述若干凸起單元分散地布置於所述亞波長結構層，且所述凸起單元為柱狀。

較佳地，所述凸起單元為圓柱體、長方體、三角柱、六角柱和不規則多面體中的一種或多種。

較佳地，所述若干凸起單元隨機排布。

較佳地，所述凸起結構的佔空比為1％-30％，所述佔空比為所述凸起結構的投影面積與所述減反射薄膜的面積之比；

和/或，所述凸起單元的高寬比為0.5-5；

和/或，所述凸起單元的寬度為1μm-50μm，所述凸起單元的高度為0.5μm-30μm。

較佳地，所述凸起結構的佔空比為2％-20％；

和/或，所述凸起單元的高寬比為1-3；

和/或，所述凸起單元的寬度為2μm-30μm，所述凸起單元的高度為2μm-20μm。

本發明還提供一種用於製備如上所述的減反射薄膜的模具的製備方法，其特點在於，所述製備方法包括以下步驟：

s100、將具有亞波長結構層的陽極氧化鋁模板清洗後，進行烘乾；

s200、在所述亞波長結構層塗抹厚度均勻的光刻膠，並採用光掩膜版對光刻膠進行曝光、顯影以及表面脫模處理後得到具有凸起結構的初始模具；

s300、在初始模具塗布紫外固化膠水層，所述紫外固化膠水層的厚度大於所述凸起結構的高度；使紫外固化膠水層固化，剝離所述初始模具，並去除殘留的光刻膠得到減反射薄膜的最終模具。

較佳地，在步驟s100之前，還包括製作陽極氧化鋁模板的步驟：

s001、將鋁基片清洗和拋光後，對鋁基片的表面進行一次陽極氧化處理形成具有氧化覆膜的鋁模板；

s002、去除鋁模板表面形成的氧化覆膜，並再次進行陽極氧化處理以得到具有亞波長結構層的陽極氧化鋁模板。

較佳地，所述鋁基片的純度為97％-99.999％。

較佳地，在步驟s001中，將鋁基片進行清洗的步驟包括：

將鋁基片依次置於無水乙醇和去離子水中進行清洗；

將鋁基片進行拋光的步驟包括：

將清洗後的鋁基片作為陽極，石墨作為陰極，在0℃的高氯酸和無水乙醇的體積比值為0.2的混合溶液中進行恆定電壓電化學拋光，電壓為23v，拋光時間為5分鐘，得到拋光後的鋁基片；

對鋁基片的表面進行一次陽極氧化處理的步驟包括：

將拋光後的鋁基片浸泡在0.3mol/l的草酸水溶液中，且在直流40v、溫度16℃的條件下進行6小時的陽極氧化處理，得到具有氧化覆膜的鋁模板。

較佳地，在步驟s002中，去除鋁模板表面形成的氧化覆膜的步驟包括：

將具有氧化覆膜的鋁模板浸泡在含6％的磷酸和1.8％的鉻酸的水溶液中；

再次進行陽極氧化處理的步驟包括：

將去除氧化覆膜後的鋁基片浸泡在0.3mol/l的草酸水溶液中，且在直流40v、溫度16℃的條件下進行20秒的陽極氧化處理，又將鋁基片浸泡在溫度為32℃的5％磷酸水溶液中浸泡8分鐘。

較佳地，所述製備方法還包括：重複執行步驟s002。

本發明還提供一種減反射薄膜的製備方法，其特點在於，所述製備方法包括以下步驟：

在一基材上塗抹紫外固化膠水；

使用如上所述的製備方法製造出的模具對所述紫外固化膠水進行紫外壓印，形成所述反射薄膜。

本發明的積極進步效果在於：本發明的減反射薄膜包括亞波長結構層和凸起結構，凸起結構能對亞波長結構層起到保護作用，一方面避免油漬和細小塵埃吸附於亞波長結構的凹凸結構中，另一方面避免了亞波長結構層的凹凸結構與硬物接觸和摩擦引起的凹凸結構損壞的現象，從而本發明的減反射薄膜的使用壽命大大延長。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的減反射薄膜的結構示意圖。

圖2為圖1中的減反射薄膜的凸起結構的第一投影結構示意圖。

圖3為圖1中的減反射薄膜的凸起結構的第二投影結構示意圖。

圖4為圖1中的減反射薄膜的凸起結構的第三投影結構示意圖。

圖5為圖1中的減反射薄膜的凸起結構的第四投影結構示意圖。

圖6為圖1中的減反射薄膜的凸起結構的第五投影結構示意圖。

圖7為本發明實施例1的減反射薄膜的立體圖。

圖8為本發明實施例2的減反射薄膜的結構示意圖。

圖9為圖8中的減反射薄膜的凸起結構的第一投影結構示意圖。

圖10為圖8中的減反射薄膜的凸起結構的第二投影結構示意圖。

圖11為本發明實施例3的減反射薄膜的凸起結構的第一投影結構示意圖。

圖12為本發明實施例3的減反射薄膜的凸起結構的第二投影結構示意圖。

圖13為本發明實施例4的製備減反射薄膜的模具的製備方法的流程圖。

圖14為圖13中步驟400之後得到的具有亞波長結構的陽極氧化鋁模板的結構示意圖。

圖15為經過圖13中的方法流程製得的最終模板的第一結構示意圖。

圖16為經過圖13中的方法流程製得的最終模板的第二結構示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。本領域技術人員通過閱讀下述內容，可以通過變化結構參數，得到線性變化的佔空比(即凸起結構的投影面積與減反射薄膜的面積之比)及對應結構，實施例中所體現的是較優值和/或具有參考意義的經典數值。

實施例1

如圖1-6所示，本實施例的減反射薄膜包括亞波長結構層1，該亞波長結構層上具有凸起結構2，該凸起結構對亞波長結構層起保護作用。為了避免在運輸、儲存過程中對減反射薄膜的損壞，本實施例的減反射薄膜還可包括保護層3，凸起結構3位於保護層3和亞波長結構層1之間。當然，在使用減反射薄膜時，需將該保護層撕去，以避免其影響薄膜的減反射功能。

本實施例中，如圖2-6所示，凸起結構垂直投影於亞波長結構層上的形狀為網狀結構。凸起結構又包括若干凸起單元21，凸起單元21為多邊形，且相鄰的凸起單元連接形成網狀結構。其中，多邊形可以為規則的多邊形結構，也即網狀結構的網孔可以是如圖2所示的正六邊形，也可以為正方形、菱形、橢圓、圓形或其它規則圖形，在此不一一贅述。當然，多邊形也可以是不規則的形狀(參見圖4-6)。由於目前絕大多數的顯示器均為lcd(液晶顯示器)，而lcd的像素單元也是周期排布，也即形狀規則的矩形單元。規則的網狀結構與規則的lcd的像素單元間疊加會產生摩爾條紋現象，從而影響到lcd的顯示效果。而如圖4-6所示的不規則的網狀結構的線條在各個角度上是隨機均勻分布的，可以很好的避免摩爾條紋現象的產生。

經過多次試驗可知，凸起結構的佔空比對減反射膜的性能有最直接的影響，佔空比是指凸起結構的投影面積與減反射薄膜的面積之比。佔空比越大，其對減反射納米結構的保護越好，但減反射能力降低的就越多。相反，凸起單元排布密度越小，也即佔空比越小，其對減反射納米結構的保護就越差，而其減反射能力降低的就越少。而凸起結構的排布密度又與凸起單元的高寬比有直接關係，其中高寬比是指凸起單元的高度和寬度(凸起單元垂直投影於亞波長結構層上的形狀的寬度)的比值，如圖7所示，也即h/w。高寬比越大，相同寬度情況下，凸起結構就越高，其排布密度就可以越小。因此，合理的選擇凸起結構的尺寸和排布密度至關重要。本實施例中，凸起結構的佔空比為5％-50％，優選的為5％-20％；凸起單元的高寬比為0.5-5，優選的為1-3；凸起單元的寬度w為1μm-20μm，優選的為2μm-10μm；凸起單元的高度h為0.5μm-20μm，優選的為2μm-10μm。

下面以如圖2所示的凸起單元為具體實例說明其減反射性能。該正六邊形結構的凸起單元的高度h＝10μm，寬度w＝5μm，凸起單元高寬比為2，凸起結構的佔空比為9.75％。常規亞波長減反射膜的減反性能均在99％以上，以99％為準，若光膜單面的透過率為96％，則該結構下減反射膜的透過率為98.71％。

又以圖3所示的凸起單元為具體實例說明其減反射性能。若該正方形結構的凸起單元的高度h＝10μm，寬度w＝5μm，正方形邊長a＝70μm，凸起單元的高寬比為2，凸起結構的佔空比為13.78％，該結構下減反射膜的透過率為98.59％。若該正方形結構的凸起單元的高度h＝10μm，寬度w＝5μm，邊長a＝200μm，此時凸起單元的高寬比為2，凸起結構的佔空比為4.94％，則該結構下減反射膜的透過率為98.85％。若該正方形結構的凸起單元的高度h＝5μm，寬度w＝5μm，邊長a＝30μm，則凸起單元的高寬比為1，凸起結構的佔空比為30.56％，則該結構下減反射膜的透過率為98.08％。

需要說明的是，網狀結構的網狀線除了直線型，還可以是折線、或者曲線。例如，如圖5所示，線條夾角為60°等長的折線的凸起單元。也可以是如圖6所示的結構，凸起單元的結合部採用圓滑過渡，這樣可以提高凸起結構的強度，同時易於製版，在保證同樣保護效果的前提下，可以適當降低凸起單元的寬度w以降低佔空比，提高減反射膜的透光率。由此可以看出，合理的選凸起結構的排布方式和佔空比，在達到保護亞波長結構的基礎上，並不會過多的降低減反射膜的減反射性能。從而，本實施例的減反射薄膜的使用壽命大大延長。

實施例2

實施例2與實施例1基本相同，如圖8-10所示，不同之處在於，本實施例的凸起單元21為柱狀，且分散地布置於亞波長結構層，則其投影為柱狀結構。具體的，凸起單元可以為圓柱體、長方體、三角柱、六角柱和不規則多面體中的一種或多種，也即凸起單元的具體投影形狀可以為圓形、矩形、菱形、三角形、六角形、不規則形狀等任意形狀設計。

其中，凸起單元可以按規則排列(參見圖9)，也可以隨機任意排列(參見圖10)，若凸起單元按規則排布(可以是按正方形，正三角形，菱形或其它規則周期排布)，還可以設置相鄰的凸起單元之間的距離為30μm-50μm。同樣，按規則排布的柱狀結構應用在lcd表面時同樣會面臨摩爾條紋的問題，而隨機排布的柱狀結構可以解決這個問題。

柱狀結構的高寬比和佔空比同樣對減反射膜性能有直接的影響。經過多次試驗可知，柱狀結構相比較網狀結構佔用面積較小，因此它具有更小的佔空比。本實施例中，凸起結構的佔空比為1％-30％，優選的為2％-20％；凸起單元的高寬比為0.5-5，優選的為1-3；凸起單元的高度為0.5μm-30μm，優選的為2μm-20μm；凸起單元的寬度為1μm-50μm，優選的為2μm-30μm。

下面以如圖9所示的凸起單元為具體實例說明其減反射性能。此時凸起單元為柱狀，且以正方形排列，若凸起單元的高度h＝10μm，直徑d＝5μm，間距l＝30μm，此時凸起單元的高寬比(高為h，寬度為凸起單元的投影形狀的寬度，本實施例的凸起單元的投影形狀為圓形，則其高寬比為h/d，其中d為圓形的直徑)為2，凸起結構的佔空比僅為2.2％，該結構下減反射膜的透過率為98.93％。若凸起單元的高度h＝5μm，直徑d＝5μm，間距l＝8μm，此時凸起單元的高寬比為1，凸起結構的佔空比為30.66％，該結構下減反射膜的透過率為98.08％。若凸起單元的高度d＝10μm，直徑d＝5μm，間距l＝44μm，此時凸起單元的高寬比為2，凸起結構的佔空比為1.01％，該結構下減反射膜透過率為98.97％。

可見，佔空比越小，對減反射膜的減反射性能影響就越小。雖然柱狀結構的凸起單元可以具有很小的佔空比，對減反射膜的減反射性能影響也較小，但由於其本身的結構特徵導致它在受外力接觸摩擦過程中也更容易傾倒，使其保護功能較網狀結構和線條型結構的凸起結構相對較弱。

實施例3

實施例3與實施例1基本相同，如圖11-12所示，不同之處在於，各個凸起單元21相互獨立，且垂直投影於亞波長結構層上的形狀為線條型，即未連接成網狀結構。其中凸起單元的形狀也可任意設置，如圖11所示，凸起單元的投影形狀為單線條型；如圖12所示，凸起單元的投影形狀為t型線條。線條型結構相比較柱狀結構具有更強的耐摩擦性，尤其是圖12所示的t型線條結構。這種線條結構具有更好的穩定性，使其在外界接觸摩擦過程中更能保持穩固。

本實施例中，線條型結構凸起單元的寬度w為1-30μm，優選的為2-20μm；凸起單元的高度為0.5-20μm，優選的為2-10μm；凸起單元的高寬比為0.5-5，優選的為1-3；凸起結構的佔空比為3％-30％，優選的為3％-20％。

下面舉兩個具體的實例。

如圖11所示，規則排布的單線條型結構的凸起單元，其高度h＝10μm，寬度w＝5μm，長度l＝10μm，此時凸起單元的高寬比為2，凸起結構的佔空比為5.6％，該結構下減反射膜的透過率為98.83％。若凸起單元的高度h＝10μm，寬度w＝5μm，長度l＝10μm，此時凸起單元的高寬比為2，凸起結構的佔空比為3.1％，該結構下減反射膜的透過率為98.91％。

如圖12所示，無規則排布的t型線條結構的凸起單元，其具體尺寸為高度h＝10μm，寬度w＝5μm，t型橫豎兩線條長度相同均為l＝10μm，此時凸起單元的高寬比為2，設計凸出結構的佔空比為7.2％，結構下減反射膜的透過率為98.78％。同樣以圖12的凸出結構為例，此時凸起單元的高度h＝5μm，寬度w＝5μm，t型橫豎兩線條長度相同均為l＝10μm，凸出單元高寬比為1，設計佔空比為30.5％，該結構下減反射膜的透過率為98.09％。

通過以上實施例對比可知，不管凸起單元為何種形狀的結構，佔空比對其保護功能起到至關重要的影響，佔空比越大，凸起單元越密集，其能起到的保護功能就越強。而在佔空比相近的情況下，彼此連結成閉合網狀結構的凸起單元的保護功能最強，因為這種網狀結構本身最牢固。另一方面，當外物與凸起單元接觸時，網狀結構一定程度上屬於面接觸，可以很好的將外力分散開，這樣可降低凸起單元的磨損。

實施例4

如圖13所示，本實施例提供一種用於製備實施例1或實施例2或實施3的減反射薄膜的模具的製備方法，該製備方法包括以下步驟：

步驟100、準備鋁基片，將鋁基片清洗、表面拋光。具體的，將鋁基片依次置於無水乙醇和去離子水中進行清洗，將清洗後的鋁基片作為陽極，石墨作為陰極，在0℃的高氯酸和無水乙醇的體積比值為0.2的混合溶液中進行恆定電壓電化學拋光，電壓為23v，拋光時間為5分鐘，得到拋光後的鋁基片。其中，鋁基材的純度，即鋁相對於鋁基材的總質量的比率優選為97％～99.999％，更優選為99.5％～99.999％。鋁基材的純度不足97％時，在陽極氧化時，由於雜質的偏析而形成使可見光散射的大小的亞波長結構、或陽極氧化得到的細孔的規則性降低。

步驟200、對鋁基片的表面進行一次陽極氧化處理形成具有氧化覆膜的鋁模板。具體的，將拋光後的鋁基片浸泡在0.3mol/l的草酸水溶液中，且在直流40v、溫度16℃的條件下進行6小時的陽極氧化處理，得到具有氧化覆膜的鋁模板。

步驟300、去除經過步驟200的處理後在鋁模板表面形成的氧化覆膜，並再次進行陽極氧化處理以得到具有亞波長結構層的陽極氧化鋁模板。具體的，將具有氧化覆膜的鋁模板浸泡在含6％的磷酸和1.8％的鉻酸的水溶液中以去除氧化覆膜。將去除氧化覆膜後的鋁基片浸泡在0.3mol/l的草酸水溶液中，且在直流40v、溫度16℃的條件下進行20秒的陽極氧化處理，又將鋁基片浸泡在溫度為32℃的5％磷酸水溶液中浸泡8分鐘。

步驟400、重複執行步驟300，一般為4次，得到如圖14所示的最終的具有亞波長結構層1的陽極氧化鋁模板。

步驟500、在所述亞波長結構層塗抹厚度均勻的光刻膠，並採用光掩膜版對光刻膠進行曝光、顯影以及表面脫模處理後得到類似如圖1或8所示的具有凸起結構的初始模具，其中，凸起結構的形狀排布由光掩膜版確定。

步驟600、在初始模具塗布紫外固化膠水層，所述紫外固化膠水層的厚度大於所述凸起的高度；使紫外固化膠水層固化，剝離所述初始模具，並去除殘留的光刻膠得到如圖15或16所示的減反射薄膜的最終模具。

下面說明高度h＝10μm，直徑w＝5μm的正方形排列的柱狀結構的模具的製作過程。將製作完成的表面具有平均間隔100nm、深度200nm的圓錐形狀細孔(也即亞波長結構層)的陽極氧化鋁模板清洗後充分烘乾，然後在其表面塗布一層厚度為10μm的光刻膠，所述光刻膠為美國microchemcorp.生產的su-8系列。將光掩膜版覆蓋於光刻膠表面，用365波長的紫外光對其進行曝光30秒，其中光掩膜版的透光區域為如圖3所示的，寬度為5μm按照間距70μm正方形規則排列的網狀圖形。用光刻膠顯影液對光刻膠進行充分顯影，完全清洗掉沒有經過曝光的光刻膠。由於su-8系列膠水為負膠，經過曝光後的光刻膠會反生交聯而不會被顯影液洗掉，因此經充分顯影后，在陽極氧化鋁模板上就會留下寬度5μm，高度10μm，間距70μm正方形規則排列的網狀凸起結構。將上述製得的具有凸起單元的陽極氧化鋁模板進行脫模處理。向經脫模處理的模板表面塗布一層紫外固化型膠水，膠水的厚度要完全覆蓋住凸起單元，然後在膠水表面壓合一層透明薄膜基材，同時用高壓汞燈或led(發光二極體)紫外燈照射，使紫外固化膠水完全固化。隨後，剝離模具，得到包含亞波長結構和凸起結構的聚合物薄膜，將殘留的su-8膠去除即可得到最終模具。

實施例5

本實施例提供一種減反射薄膜的製備方法，該製備方法採用實施例3製得的模具(參見圖15和圖16)製備減反射薄膜，具體的，在基材上塗抹紫外固化膠水；將實施例4的製備方法製造出的模具包裹在版輥上，並對所述紫外固化膠水進行紫外壓印，形成所述反射薄膜。採用該模具即可批量生產實施例1或2中的減反射薄膜。其中基材的材質可以是pet(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、pp(聚丙烯)、pe(聚乙烯)、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、pc(聚碳酸酯)，其中pp優選bopp(雙向拉伸聚丙烯薄膜)。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這僅是舉例說明，本發明的保護範圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護範圍。