CN102358611B - 一种制造抛物凹面微透镜阵列的介电泳力压印成形方法 - Google Patents

Abstract

一种制造抛物凹面微透镜阵列的介电泳力压印成形方法，先加工导电模具，再匀胶，然后压印填充，再流体介电泳成形，最后固化脱模，得到具有抛物凹面的微透镜阵列，本发明能够制造出具有抛物凹面的微透镜阵列，微透镜阵列具有超高的表面光洁度，粗糙度小于＜0.2nm。

Description

一种制造抛物凹面微透镜阵列的介电泳力压印成形方法

技术领域

本发明属于微制造领域，具体涉及一种制造抛物凹面微透镜阵列的介电泳力压印成形方法。

背景技术

微透镜制造方法在工业生产的实验研究中得到广泛的应用和探索，如阻蚀胶热回流技术、激光或聚焦离子束直写技术、微透镜压印成形技术等。然而目前的众多技术普遍面临一些技术难题，如高质量的透镜表面、大的数值孔径、非球面透镜制造以克服球差及其它由球面形状所引起的光学缺陷、制造成本高效率低。微压印成形技术虽然可以实现大面积、低成本、高精度的制造微透镜阵列，但该工艺需要较大的机械压力并由此导致一些工艺缺陷，如损坏模具、压力均匀性难以控制等，并且机械压印工艺难以实现凹透镜的制作。

流体介电泳(L-DEP)效应所产生的介电泳力是针对在电场中的介电液体而言的，该力作用在气液界面，从液相指向气相，拉动介电流体而运动。利用流体介电泳(L-DEP)效应已有研究者制造出了液体透镜，并通过调节电压开控制透镜的聚焦位置，但是这种液体透镜难以实现对液滴的大面积准确定位，并且由于漏电流的存在所产生的焦耳热会使液体会挥发，无法长时间使用。

发明内容

为了克服上述现有技术在制造微透镜中的缺点，本发明的目的在于提供一种制造抛物凹面微透镜阵列的介电泳力压印成形方法，能够制造出具有抛物凹面的微透镜阵列，微透镜阵列具有超高的表面光洁度，粗糙度小于＜0.2nm。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种制造抛物凹面微透镜阵列的介电泳力压印成形方法，包括以下步骤：

1)加工导电模具，所述的导电模具具有孔阵列结构和导电性，并且孔阵列的表面要有一层介电材料，导电模具材料为高掺硅或不锈钢，介电材料为SiO2或Si3N4，

2)匀胶，将聚合物旋涂在透明导电衬底上，聚合物薄膜的厚度等于导电模具孔深的1/3～1/2，聚合物为紫外光固化、热固化或热塑性的聚合物，

3)压印填充，用压力将导电模具压在聚合物薄膜上，使聚合物填充到导电模具的孔阵列中，填充高度为导电模具孔腔深度的1/3～1/2，

4)流体介电泳成形，在导电模具和透明导电衬底间施加电压，所产生的介电泳力使导电模具腔体内的聚合物形貌重新流变成形，形成具有抛物凹面的聚合物表面，并且施加的电压越大，聚合物凹陷越深，最终得到的透镜数值孔径也越大，

5)固化脱模，将聚合物固化，然后脱模，得到具有抛物凹面的微透镜阵列。

采用导电模板，经过压印、流体介电泳流变成形两步工艺过程，得到凹陷深度可变的抛物凹面微透镜阵列，透镜的凹面是由液态聚合物流变过程而形成的，因此表面会具有非常高的光洁度，可以大大减小光学噪音；并且，通过控制电压大小可以获得不同数值孔径的凹透镜阵列。

由于利用介电泳力使得模具腔体内的聚合物形貌变成抛物凹面，抛物凹面的凹陷深度可由施加电压的大小来控制，从而获得具有不同数值孔径的凹透镜阵列，抛物凹面是液体流变过程形成的，具有非常高的表面光洁度，表面粗糙度可达到0.2nm以下。

附图说明

图1是本发明的导电模具断面示意图。

图2是本发明的透明导电衬底断面示意图。

图3是本发明的匀胶示意图。

图4是本发明的压印填充示意图。

图5是本发明的介电泳力驱动抛物凹面成形及固化示意图。

图6是是本发明脱模后获得的抛物凹面微透镜透镜阵列示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种制造抛物凹面微透镜阵列的介电泳力压印成形方法，包括以下步骤：

1)加工导电模具，参照图1，所述的导电模具具有孔阵列结构，这种模具要具有导电性，并且孔阵列的表面要有一层介电材料2，模具1材料为高掺硅或不锈钢，模具经过深刻蚀或机械钻孔的方法加工出模板孔阵列，然后在模具表面涂覆或生长一层介电材料2，在高掺硅表面可做热氧生长二氧化硅介电材料2，在不锈钢表面可以溅射、原子层沉积或使用其它方法做一层介电材料2，

2)匀胶，参照图2和图3，将聚合物5旋涂在透明导电衬底上，聚合物5为紫外光固化、热固化或热塑性的聚合物，透明导电衬底4表面有一层导电材料3，将聚合物5涂覆在透明导电衬底上，采用旋涂、喷涂等方法在透明导电衬底上获得一定厚度的聚合物5薄膜，聚合物5薄膜的厚度等于模具孔深的1/3～1/2，

3)压印填充，参照图4，用压力6将导电模具压在聚合物薄膜上，使聚合物填充到导电模具的孔阵列中，填充高度约为模具深度的1/3～1/2，

4)流体介电泳成形，参照图5，在导电模具和透明导电衬底间施加电压，所产生的介电泳力使模具腔体内的聚合物形貌重新流变成形，形成具有抛物凹面的聚合物表面，并且施加的电压越大聚合物凹陷越深，最终得到的透镜数值孔径也越大，

5)固化脱模，参照图5和图6，用紫外光7透过透明导电衬底照射聚合物，使聚合物发生交联反应而固化，然后脱模，得到具有抛物凹面的微透镜阵列8。

Claims (1)

1.一种制造抛物凹面微透镜阵列的介电泳力压印成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)加工导电模具，所述的导电模具具有孔阵列结构和导电性，并且孔阵列的表面要有一层介电材料，导电模具材料为高掺硅或不锈钢，介电材料为SiO2或Si3N4，

2)匀胶，将聚合物旋涂在透明导电衬底上，聚合物薄膜的厚度等于导电模具孔深的1/3～1/2，聚合物为紫外光固化、热固化或热塑性的聚合物，

3)压印填充，用压力将导电模具压在聚合物薄膜上，使聚合物填充到导电模具的孔阵列中，填充高度为导电模具孔腔深度的1/3～1/2，

4)流体介电泳成形，在导电模具和透明导电衬底间施加电压，所产生的介电泳力使导电模具腔体内的聚合物形貌重新流变成形，形成具有抛物凹面的聚合物表面，并且施加的电压越大，聚合物凹陷越深，最终得到的透镜数值孔径也越大，

5)固化脱模，将聚合物固化，然后脱模，得到具有抛物凹面的微透镜阵列。

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