傳統的熱壓式奈米壓印用的標準材料為PMMA(Tg~90-100℃)與PC，不過由於這兩種材料之Anchoring Strength比較低，雖然有利於熱壓式奈米壓印製程加工，但是卻無法用於做LCD用液晶配向層。另一方面，純PI之Tg 高達350℃左右，根本無法套用於現行熱壓式奈米壓印製程。因此之故，Hiroshi Yokoyama研究群開發一種可供熱壓式奈米壓印用之低玻璃轉移溫度(~167℃)之hybrid-type Epoxy-PI材料(圖1)。本材料是由Epoxy Resin結合Poly(Amic Acid)以及Polyesteramic acid (PEA)後進行Imidization反應後而得到之Hybrid-type Epoxy-Polyimide(簡稱為HPI)而成，經過塗佈後，一個相分離機制使得材料中的PI成分位於塗層表面，而Epoxy Resin/PEA則位於下面(圖2上)。經過烘烤後的HPI膜，由於具有較低以及擬合熱壓式奈米壓印製程之玻璃轉移溫度(Tg ~167℃)，所以可以進一步加熱至200℃進行熱壓(8MPa和10MPa)後，而得到一個具有Line and Space之圖案(如圖2下)，其中的線寬(Pitch)與線深(Depth)為229 nm以及55 nm。圖3也展示了一系列熱壓式奈米壓印後HPI膜，線寬可以由200nm到1600nm。Hiroshi Yokoyama研究群所開發之HPI材，因為熱壓式奈米壓印後的PI成份仍然位於表面，與傳統純PI配向層之性能無異，也具有夠強之Anchoring Strength，所以可以用來當做LCD液晶配向層。此外，Hiroshi Yokoyama研究群也開發一種兩階段熱壓式奈米壓印法來製備出一具有2維格狀圖案之配向層(圖4)，可用於In-plane Bistable Nematic Liquid Crystal元件(圖5)。
圖 5. Two-dimensional Grid Patterns Prepared by Double Stamping in Nano- imprint Lithography. The Resulting Liquid Crystal Orientations (Center Photo) in Response to the Topography of the 2D Grid (Peripheral Photos).
三、奈米壓印技術製備抗反射膜(AR Film)之開發現況
抗反射膜(Antireflection Film；AR Film)經常被用於各種不同光學元件之表面，如PDPs、LCD…等等之前板與內膜，使用之目地在於提升抗眩光(Anti-glare)和增強光之穿透度。除了這些傳統光學上的目的之外，本次IDW研討會，有兩篇論文專則討論奈米壓印技術製備抗反射膜(AR Film)之最新開發，一為日本OMRON corporation之Kosuke Sanari研究群利用奈米壓印技術在AR膜表面上創做出一種微柱體陣列混合型抗反射結構(Micropillar Array Hybrid Antireflection Structure)來達到光學元件上抗反射與防止牛頓環(Newton’s Ring)之雙重功效(cf. “Micropillar Array Hybrid Antireflection Structure for Prevention of Newton’s Rings in Mobile Displays”)；另一為Sony Corporation的Sohmei Endoh研究群開發出一套奈米壓印 Roll-to-Roll製程技術來大量生產大面積無縫蛾眼結構之AR膜(Large-area Seamless Motheye Films)，可以有效地將反射率降至<0.04% (550nm)，震撼全場(“Large-Area Seamless Motheye Films by Roll-to-Roll Process”)。下文將分述兩種技術之細部說明。
(a) 微柱體陣列混合型抗反射結構之奈米壓印技術
LCD用抗反射膜使用的目的在於降低反射、提升抗眩光(Anti-glare)、增強光之穿透度以及提高對比等，特別是在陽光下。可攜式光學元件裝置會需要一外層透明保護膜藉以保護LCD，但是在LCD之AR膜層與透明保護膜之間會存有一小間隙，這會引發光學牛頓環與光學不均之問題。傳統製程通常會在AR層上再添加一層抗黏層(Anti-stick Coating)來克服所引發之牛頓環問題，但是更嚴重的是抗反射的能力會下降。
圖9顯示可攜式光學元件內LCD與外層透明保護膜(Cover)之設計。抗反射塗料(AR Coating)被應用在LCD上，由於抗反射塗料本身具有多層結構從而引發光線互相干涉效應，那會抵消抗反射塗料膜表面之Frenel Reflection效應。長期使用、外壓透明保護膜、或者儲存在高溫區都將會引發透明保護膜之變形。當LCD與外層透明保護膜間的距離變小時，兩者會黏在一起而形成牛頓環。傳統防止的方式是使用由粒子(直徑為0.5~3.0μm)和Binder (UV-或Thermal-交聯樹脂)所配製而成之抗黏層，這能使LCD與外層透明保護膜間的距離維持在2~3μm。不過，當抗黏層塗在AR膜上時，Binder塗層會降低AR的功效以及破壞AR膜表面上之奈米結構。為了要維持LCD與外層透明保護膜間的距離足夠和保護AR膜表面上之奈米結構---《本文節錄自材料世界網「材料最前線」專欄，更多資料請見下方附檔》
作者：吳清茂/工研院材化所
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