CN103149607B - 一种基于模板电诱导成形的微透镜阵列制造方法 - Google Patents

Abstract

一种基于模板电诱导成形的微透镜阵列制造方法，先加工微透镜模板，微透镜模板具有孔阵列，还具有导电性，然后匀胶，匀胶的衬底需要透明导电，采用旋涂或喷涂方法在透明导电衬底的ITO（氧化铟锡）上获得均匀聚合物薄膜，去掉多余聚合物薄膜，用压力将微透镜模板压在支撑层上，再电诱导成形，在微透镜模板和透明导电衬底之间施加电压，形成以旋转抛物曲面为特征的凹镜形貌，最后进行聚合物固化并脱模，即可得到微凹透镜阵列，本发明可以获得具有不同数值孔径的凹透镜阵列，具有非常高的表面光洁度，表面粗糙度可达到0.2nm以下。

Description

一种基于模板电诱导成形的微透镜阵列制造方法

技术领域

本发明属于微透镜制造技术领域，具体涉及一种基于模板电诱导成形的微透镜阵列制造方法。

背景技术

众多的微透镜制造技术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中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（如能量束直写技术）。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。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于模板电诱导成形的微透镜阵列制造方法，能够制造出具有抛物凹面的微透镜阵列，具有超高的表面光洁度（<0.2nm）；利用这种方法可以制造出大密度的透镜阵列，即单个透镜与透镜之间无间隙。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于模板电诱导成形的微透镜阵列制造方法，包括下列步骤：

1）、加工微透镜模板，微透镜模板是具有一定深度的孔阵列，深度范围10μm～100μm，孔阵列为六边形或圆形阵列，孔阵列的孔径为10μm～2mm，孔与孔之间的间距为1μm～100μm，微透镜模板要具有导电性，模板制作材料采用高掺硅或不锈钢；

2）、匀胶，匀胶的衬底需要透明导电，材料为ITO（氧化铟锡）/glass，采用旋涂或喷涂方法在透明导电衬底的ITO（氧化铟锡）上获得一定厚度的均匀聚合物薄膜，胶厚范围为2μm～100μm，匀胶的聚合物选用紫外光固化、热固化或热塑性的聚合物，去掉多余聚合物薄膜，用20～50N的压力将微透镜模板压在支撑层上，使模板与支撑层紧密接触；

3）、电诱导成形，在微透镜模板和透明导电衬底之间施加电压0～1000v，则透明导电衬底上残留的聚合物会受到不均匀的电场力作用：微透镜模板图形区凸起的棱边受力大，中间受力小，因而聚合物沿电场力大的方向生长直到与微透镜模板接触，而中间的聚合物形貌将由平坦变为凹陷，并形成以旋转抛物曲面为特征的凹镜形貌；

4）、聚合物固化并脱模，使聚合物固化，然后脱模，即可得到微凹透镜阵列。

所述聚合物采用紫外光固化、热固化或热塑性的聚合物。

采用微透镜模板，经过匀胶、添加支撑层、诱导成形和脱模四步工艺过程，可以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；同时，通过施加适当大的电压、增加模具与聚合物表面之间的间隙，可以获得大数值孔径的凹透镜阵列。

本发明的特点是：①.利用外电场对聚合物进行图形化强调制处理使聚合物形貌变成抛物凹面。②.抛物凹面的凹陷深度可由施加电压的大小及模具与聚合物表面之间的间隙大小来控制，从而可以获得具有不同数值孔径的凹透镜阵列。③.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是微透镜模板断面示意图。

图2是衬底断面示意图。

图3是衬底表面匀胶处理及添加支撑层示意图。

图4是微透镜模板图形区与聚合物区域对准并固定示意图。

图5是电诱导成形的抛物凹面及固化示意图。

图6是脱模后的透镜阵列示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种基于模板电诱导成形的微透镜阵列制造方法，包括下列步骤：

1）、加工微透镜模板，参照图1，微透镜模板是具有一定深度的孔阵列，深度范围20～70μm，孔阵列为六边形或圆形阵列，孔阵列的孔径为10μm～2mm，孔与孔之间的间距为1μm～100μm，微透镜模板要具有导电性，模板制作材料采用高掺硅、不锈钢等材料，经过深刻蚀或机械钻孔的方法加工出模板六边形孔阵列，形成微透镜模板1；

2）、匀胶，匀胶的衬底需要透明导电，透明导电衬底由ITO（氧化铟锡）2和glass3组成，参照图2所示，选用商业生产的ITO/glass即可；

参照图3所示，采用旋涂、喷涂等方法在透明导电衬底的ITO（氧化铟锡）2上获得一定厚度的均匀聚合物薄膜4，匀胶的聚合物选用紫外光固化、热固化或热塑性的聚合物，胶厚范围为2μm～100μm；

参照图4所示，去掉多余聚合物薄膜4，用20～50N的压力6将微透镜模板1压在支撑层5上；

3）、电诱导成形，参照图5所示，在微透镜模板1和透明导电衬底之间施加电压0～1000v，根据所需透镜的曲率半径改变电压大小，则透明导电衬底上残留的聚合物的形貌将将微透镜模板图形化分布的电场强度的调制作用下发生变化：由于微透镜模板1图形区凸起的棱边受力大，中间受力小，因而聚合物沿电场力大的方向生长直到与微透镜模板1接触，而中间的聚合物形貌将由平坦变为凹陷，并形成以旋转抛物曲面为特征的凹镜形貌；

4）、聚合物固化并脱模，参照图6所示，在外界固化能量7的作用下，使聚合物固化，然后脱模，即可得到微凹透镜阵列。

所述的聚合物为紫外光固化、热固化或热塑性的聚合物。

Claims (1)

1.一种基于模板电诱导成形的微透镜阵列制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)、加工微透镜模板，微透镜模板是具有一定深度的孔阵列，深度范围10μm～100μm，孔阵列为六边形或圆形阵列，孔阵列的孔径为10μm～2mm，孔与孔之间的间距为1μm～100μm，微透镜模板要具有导电性，模板制作材料采用高掺硅或不锈钢；

2)、匀胶，匀胶的衬底需要透明导电，材料为ITO(氧化铟锡)/glass，采用旋涂或喷涂方法在透明导电衬底的ITO(氧化铟锡)上获得一定厚度的均匀聚合物薄膜，胶厚范围为2μm～100μm，匀胶的聚合物选用紫外光固化、热固化或热塑性的聚合物，去掉多余聚合物薄膜，用20～50N的压力将微透镜模板压在支撑层上；

3)、电诱导成形，在微透镜模板和透明导电衬底之间施加电压0～1000v，则透明导电衬底上残留的聚合物会受到不均匀的电场力作用：微透镜模板图形区凸起的棱边受力大，中间受力小，因而聚合物沿电场力大的方向生长直到与微透镜模板接触，而中间的聚合物形貌将由平坦变为凹陷，并形成以旋转抛物曲面为特征的凹镜形貌；

4)、聚合物固化并脱模，使聚合物固化，然后脱模，即可得到微凹透镜阵列，

所述的聚合物为紫外光固化、热固化或热塑性的聚合物。