非接触式滚压印技术及其动态压模机理研究

With high-precision micro-structures on its cylindrical surface, the fabrication of roller involves many techniques at micro and meso scale，often with a high cost, long cycle and complicated process. This has made it became one of the major constraints of the roller imprint technology. To overcome these shortcomings, the project proposed the concept of real-time dynamic stamper and explore new method for non-contact roller imprint. The main research contents include the generating principles and mechanism of dynamic virtual roller mold , and the theoretical modeling, calculation and optimization of non-contact roller imprint process. The project intends to adopt a dynamic DMD mask lithography combined with the roller imprint technology to achieve non-contact imprinting of micro structures. This method will benefit from advantages of both technologies. Compared with the existing technology, this research uses virtual roller to avoid the complex process to fabricate a real roller, thus it will save enormous time and economic costs. It may also avoid a series of difficulties, such as mold release during the imprint process. And due to the real-time dynamic variation of virtual mold, it has a better flexibility and better ability in fabricating 3-D micro-structures, and can be conducted without limitation of low viscosity and negative imprint materials. This study provides a new way in developing the roller imprint technology. It can be expected to break through the bottleneck of roller mold fabrication, and to help improve this technology to a new level. This may become one of the promising fabrication technologies with broad application prospects.

压辊模具需在圆柱面上制作出高精度的微结构，其加工手段涉及微米及中间尺度的多种技术，工艺复杂，周期长且成本高，已成为滚压印技术的主要制约因素之一。针对上述不足，本项目提出了实时动态压模的概念并探索一种非接触式滚压印的新方法。主要研究内容包括动态虚拟压辊模具的生成原理与构造机制，以及非接触式滚压印工艺过程的理论建模，计算和优化。本项目拟采用DMD动态掩膜光刻与滚压印技术相结合的方法实现微结构的非接触压印。该方法充分发挥了两者各自的优势，与现有技术相比，虚拟的压模避免了压辊研制的复杂工艺过程以及压模使用中的磨损和脱模困难等系列问题，节省了时间和经济成本；而动态掩膜光刻技术则提高了该方法的灵活性和三维微结构制作能力，且不受低粘度负型压印材料的限制。本研究为滚压印技术的发展提供了一种新的思路，可望突破当前压模制作的技术瓶颈，有助于将滚压印技术提高到一个新的发展水平，具有广阔的应用前景。

压辊模具需在圆柱面上制作出高精度的微结构，其加工手段涉及微米及中间尺度的多种技术，工艺复杂，周期长且成本高，已成为滚压印技术的主要制约因素之一。针对上述不足，本项目提出了实时动态压模的概念并系统研究了一种非接触式滚压印的新方法，为发展高效、灵活、低成本，且具有较高制作精度的三维微结构的连续加工方法奠定了重要的基础。具体研究成果可概括如下：（1）研究了基于DMD的动态掩膜光刻原理，并提出了一系列高质量三维微结构制作方法。这些方法简单、高效、工艺稳定性好，并能以较高精度获得具有复杂型面的微结构。(2)设计和研制了非接触式滚压印系统，较好的集成了基于DMD的无掩膜光刻系统和R2R滚动压印系统，利用具有灵活的图形复刻能力的无掩膜光刻系统，代替传统接触式滚动压印系统中的压辊，可实现实时的非接触式滚动压印过程。(3) 系统研究了非接触式滚压印技术的关键技术。通过大量调研对比，为非接触式滚压系统确定了合适的光固化材料；同时研究了在动态光刻过程中的图案拼接算法。（4）对非接触式滚压印的工艺进行了系统的研究及优化，实现了图形阵列，文字，不同宽度和形状的线条等图案的连续不断的加工，实验结果表明该方法能够加工大面积的连续的精细结构，加工过程中图案可实时变换，配合基底的运动可以灵活的制作大面积的三维微结构，为精细微结构的大规模制作提供了一种新途径。（5）研究了传统滚压印技术中胶液堆积和填充角对气泡缺陷的影响。本项目已发表研究论文11篇，其中SCI检索10篇，EI检索11篇。申请发明专利共计6项，已授权1项。培养博士研究生3名、硕士研究生5名。