2014年04月10日13:52
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大面積模具技術不斷涌現
納米壓印用大面積模具的制作方法有很多種，制造成本遠遠低於EB光刻（圖3）。估計夏普是採用類似於電鍍的陽極氧化法制作的蛾眼構造主模。
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圖3：制造大型模具的技術陸續亮相 本圖為制造幾cm見方以上的大型模具的五種技術。夏普的蛾眼薄膜是大日本印刷利用陽極氧化法制造的（a）。綜研化學拼接小型模具制造了最大為1600mm ×1300mm的薄膜模具（b）。InnoX公司利用光的干涉條紋實現了大型化（c）。大金工業利用多值激光（d）。東京理科大學的谷口研究室通過向碳薄膜照射氧離子束，制造了蛾眼構造的模具（e）。（（d）由大金工業拍攝，（e）由東京理科大學拍攝） |
據佳能市場營銷日本公司工業設備銷售事業部工藝設備營業部CB銷售課課長二五元修介紹，佳能利用KrF等（幾代前的）曝光技術，制作了不同於面向半導體制造用途的蛾眼構造模具。因此，模具的價格為每張60萬日元起，遠遠低於半導體制造用途（圖2（b））。
綜研化學用一張小主模制作多個復制模，然后精確拼接，制成了最大1.6m×1.3m的模具薄膜。而且該公司制作的模具薄膜“對反復壓印的耐受力非常強”（東京理科大學基礎工學部電子應用工學科副教授谷口淳），深受好評。
用簡單的方法提高量產性
InnoX公司利用“可以像用投影儀擴大投影面一樣大面積化”的技術，制作了最大50英寸的模具。該公司採用了從德國弗勞恩霍夫研究所獨立出來的廠商——holotools開發的“干涉光刻”技術。制作圖案時採用將一束激光分為兩股后再重合形成的干涉條紋。要想擴大面積，隻需增加基板與光源之間的距離即可注1），也就是擴大投影。而普通光刻是通過縮小投影轉印圖案，面向半導體制造的納米壓印是通過等倍投影轉印圖案。
注1）不過，擴大面積后，光能的表面密度會降低，因此存在照射時間長的課題。
此外還有更簡單的方法。大金工業開發出了隻需向光刻膠照射有多個焦點的多值激光，即可制作光伏發電用微透鏡陣列模具的方法。
而東京理科大學谷口研究室開發出了像淋浴一樣向非晶碳薄膜照射氧離子束即可制作蛾眼構造的模具。該研究室還開發了最快能以18m/分鐘的速度壓印的卷對卷（R2R）式裝置，具體時間與模具圖案有關。
率先提高了納米壓印裝置量產性的SCIVAX最近開發出了能以18cm2/小時的速度，向1100mm×1300mm的第5代（G5）玻璃基板納米壓印精細圖案的裝置（圖4（a））。
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圖4：在推進大面積化的同時不斷開發新用途 本圖為SCIVAX的納米壓印裝置量產效率的提高（a）以及該公司開發的新用途（b）。除了直接向玻璃基板進行納米壓印的技術，以及與大阪大學共同開發的流感病毒檢測技術外，還開發了向鏡頭的曲面實施納米壓印的技術、可實現立體觸摸面板的技術以及培養三維細胞進行藥品評價等的技術等。（浮動影像以外的圖和照片均由SCIVAX提供） |
接連開拓新用途
模具加工技術的進步進一步擴大了納米壓印的用途。以前的納米壓印技術隻能在平坦的基板上加工，而SCIVAX公司實現了曲面加工，由此成功在相機光學鏡頭的兩面實施了防反射加工。消除了鏡頭內側的反射，使重影等消失。還實現了利用微透鏡反射原理的浮動影像。與檢測懸浮於畫面上方的手指的三維觸摸面板技術組合，用戶操作時仿佛在觸摸浮動的影像。該公司稱具體領域不便透露，但已經決定在某個項目中量產。
SCIVAX還開發出了檢測流感病毒的技術以及培養立體細胞的技術注2），並於2013年6月設立了面向這些用途的專業公司“SCIVAX Life Sciences”。
注2）流感病毒檢測利用的原理是，在薄膜表面通過納米壓印技術形成光子晶體結構后，薄膜的光反射率會因病毒的有無而大幅變化。
旭化成E-Materials公司開發出了利用納米壓印技術在薄膜上形成凹凸圖案、在凸出部分層積鋁的技術。該技術被用於面向反射型顯示器LCOS*等的反射型偏光膜“Wire Grid Po-larizing Film（WGF）”上（圖5）。其特點是可實現從可見光到紅外線大范圍波長的偏光分離，而且耐熱性高。
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圖5：為HMD市場的迅速擴大做准備 圖為旭化成E-Materials開發的、利用納米壓印技術制造的反射型偏光膜。可卷對卷制造，能應對今后將採用LCOS的HMD市場的快速擴大（攝影：該公司） |
*LCOS（liquid crystal on silicon，硅基液晶）：在硅芯片上制作的超小型液晶顯示器，用於投影儀和相機的取景器等。谷歌眼鏡可能也採用了LCOS。
最近，旭化成E-Materials公司建立了能以R2R方式量產WGF的體制，已開始面向無反相機的取景器等供貨。該公司介紹說，目前還在開發用於將來的頭戴式顯示器（HMD）的LCOS，目前能夠應對幾十萬個的訂單。
發電量增加5％以上
大面積用途中最有希望的用途之一是太陽能電池。全球都在推進利用納米壓印技術提高轉換效率和發電量的嘗試。
開發主要有兩大方向。第一是通過納米壓印控制pn結的界面形狀，從而提高太陽能電池入射光的利用效率。第二是在面板表面形成防反射層和光密封層，以射入更多的光。
大金工業按照第二個方向開發了防反射膜，在實測值中將太陽能電池的年發電量成功提高了5％以上（圖6）。
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圖6：聚集擴散光，提高太陽能電池的發電量 圖為大金工業正在開發的太陽能電池用氟系微透鏡陣列薄膜及其效果（a∼c）。5∼10度的低角度入射光也能用於發電，使通過太陽輻射模擬器評估的光伏電池年發電量增加了4.6％、實測值增加了5％以上。（圖和照片由該公司提供） |
大金工業在防反射中利用的不是有突起的蛾眼構造，而是鏡頭形狀的圖案。因為蛾眼構造對約30°以下的低角度光沒有效果，而鏡頭形狀的圖案對於非常低的5°入射角的光也幾乎能100％透過。因此，日出日落之際和陰天時的發電量可提高8％左右。經確認，年均發電量能增加5％以上注3）。
注3）年均發電量增加5％按日本的收購價格36日元/kWh計算，意味著額定功率為1kW的太陽能電池板一年的收入可增加大約1800日元。
課題在於制造成本。大金工業開發出了能夠以低成本制作這種圖案的大面積卷狀模具技術（圖3（d））。經確認，用R2R方式能實現1cm2/分鐘的生產效率。不過，“太陽能電池廠商希望防反射膜的價格降到1000∼1500日元/cm2。以目前的方式，想實現該價格比較困難”（大金工業化學研發中心基礎技術G的佐藤數行）。
採用納米壓印技術的精細圖案形成技術還有助於提高LED和有機EL等的發光效率。東芝機械公司包括專用的壓印裝置在內，開發出了將LED的發光效率提高20∼30％的技術。（作者：野澤哲生，日經技術在線！供稿）
