透明有机无机杂化光刻胶可实现光学微结构的精密加工

Josiah

　　北京化工大学和京东方科技集团股份有限公司的研究人员开发出了一种折射率高度可调的新型透明有机-无机杂化光刻胶。
　　这项研究发表在《工程学》杂志上，题为“用于紫外压印光刻的折射率可调的嵌入二氧化钛纳米粒子的丙烯酸树脂透明光刻胶”，介绍了一种由嵌入二氧化钛纳米粒子的丙烯酸树脂制成的透明光刻胶的合成，经紫外（UV）光固化后，其折射率可调至2.0（589纳米），同时在可见光范围内保持98%以上的高透明度和低于0.05%的低雾度。
　　利用混合树脂可以轻松高效地压印光学微结构的精密加工，该混合树脂可充当导光板，将光从侧面引导到顶部，以节省显示设备的能源。
　　近年来，随着电子技术的飞速发展，显示器件已应用于生活的方方面面，光学材料具有对光线进行控制和调控的功能，是光学器件的基础，在平板显示、镜头、智能穿戴、增强现实（AR）/虚拟现实（VR）显示等领域有着广泛的应用。
　　折射率是光学材料的基本性质，一般认为，采用折射率较高的光学树脂制成的元器件比同样焦距要求的普通光学材料制成的元器件体积更小、重量更轻、适用性更广。
　　目前已商品化的有机光学材料，如环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、硅树脂等，受有机分子和聚合物链结构特性的限制，材料的折射率集中在1.4–1.6范围内。
　　为了调控紫外光固化树脂的折射率，研究人员尝试将高折射率的无机纳米粒子添加到丙烯酸树脂中。本文根据有机无机杂化光刻胶的结构特点和在光电显示器件中的应用情况，对二氧化钛纳米粒子包埋丙烯酸树脂进行了优化。
　　当混合膜中二氧化钛含量为30 wt%时，混合光刻胶的折射率在589 nm处达到1.67，而纯树脂的折射率仅为1.53。研究人员利用电子显微镜成像和原子力显微镜分析对混合材料进行了测试。
　　证实了二氧化钛纳米粒子可以均匀分散在复合材料中，且混合薄膜表现出良好的平整度，粗糙度仅为0.196nm。
　　为了将新兴的纳米技术和性能优异的纳米复合材料走出实验室并转化为新的器件产品，北京化工大学与京东方联合课题组将有机无机杂化光刻胶应用于光学微结构的精密加工，应用于平板显示器件的导光板。
　　研究人员还通过改变基本聚合物材料和二氧化钛纳米颗粒的数量，开发出折射率超高（2.0（589 nm））的光固化树脂。他们还对将这种材料用于各种应用很感兴趣。
　　实验室和商业实验对各种纳米级和微米级界面的光子调控所获得的知识有望通过高精度医疗、照明和新型显示产品帮助促进人类健康。