CN103389529A - 一种微透镜阵列组件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微透镜阵列组件的制备方法，包括如下依次步骤：a、将微透镜阵列与盖板用粘合胶粘接；b、对盖板进行除料加工，将盖板上表面加工至所需焦距为f的微透镜的焦点所组成的焦平面处；c、在盖板上镀具有透光率的金属遮蔽层；d、在金属遮蔽层上涂光刻胶；e、对光刻胶进行前烘；f、对光刻胶进行曝光；g、显影；h、对显影后得到的微透镜组件进行坚膜；i、将步骤g中露出的部分金属遮蔽层刻蚀掉；j、去掉步骤g中未溶解的光刻胶，最终得到带有部分金属遮蔽层的屏蔽了非所需微透镜的微透镜阵列组件。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种微透镜阵列组件的制备方法。
【背景技术】
微透镜列阵是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的列阵，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。微透镜阵列将一个完整的激光波前在空间上分成许多微小的部分，每一部分都被相应的小透镜聚焦在焦平面上，一系列微透镜就可以得到由一系列焦点组成的平面。
目前常规的制造微透镜的方法有很多种，例如制备凸透镜的溶胶凝胶法、光刻胶熔融法、PMMA X光照射及熔融法等，这些方法对工艺有较高的要求，制备得到的透镜的均匀度一致性不易控制；还例如制备凹透镜的反应离子刻蚀法、电子束刻蚀法、激光刻蚀法、湿法刻蚀法等，由于基材的品质以及反应过程中的工艺控制等因素，在制备的过程中经常会出现一些非预定的小透镜。
以上制备微透镜阵列的方法过程中，或是因为工艺的因素、或是基体材料的因素，在微透镜阵列中出现了一些小的不规则的透镜，这样的不规则的微透镜严重影响微透镜阵列在使用过程中的稳定性。
本发明正是基于此种情况而生。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种可滤除非期望光线的微透镜阵列组件的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）利用粘合剂将由大量微透镜组成的微透镜阵列与盖板粘接在一起；
（2）对所述的盖板进行除料加工，将其上表面加工至所需焦距为f的微透镜的焦点组成的焦平面X处；
（3）在步骤（2）得到的盖板的上表面上镀具有透光率的金属遮蔽层；
（4）在所述的金属遮蔽层上涂覆光刻胶；
（5）前烘：去除所述的光刻胶中的溶剂；
（6）曝光：通过微透镜阵列对步骤（5）得到的光刻胶使用平行光束进行光照曝光；
（7）显影：将步骤（6）得到的微透镜阵列组件放置到显影液中，与所述焦点对应位置处的光刻胶溶解，露出对应位置处的所述金属遮蔽层；
（8）坚膜：对步骤（7）得到的微透镜阵列组件进行坚膜；
（9）将步骤（8）中露出的所述的金属遮蔽层刻蚀掉；
（10）去掉步骤（7）中未溶解的光刻胶。
如上所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的粘合剂为紫外光固化胶。
如上所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的盖板为由玻璃或塑料制成的透明元件。
如上所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的微透镜阵列为微凸透镜阵列。
如上所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的微透镜阵列为微凹透镜阵列。
如上所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的金属遮蔽层采用化学性质稳定的金属。
如上所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的金属遮蔽层采用的金属为铬、铅、铜、银或金。
如上所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述金属遮蔽层的透光率为1～10%。
如上所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：步骤（6）中将步骤（5）得到的微透镜阵列组件放置在旋转平台上，步骤（5）得到的光刻胶与所述的旋转平台相贴，平行光束以相对于微透镜光轴倾斜的照射方式照射所述微透镜阵列，所述的旋转平台以50～150转/分的速度旋转，曝光能量为3～15mW/cm2,曝光时间为1分钟～3小时。
如上所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的平行光束相对于微透镜光轴的倾斜夹角为5～15°。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明通过在微透镜阵列上增加金属遮蔽层，屏蔽了微透镜阵列中的非期望的不规则微透镜，金属遮蔽层遮挡了射入不规则微透镜的光线，而射入期望得到的焦距为f的微透镜中的光线则从金属遮蔽层上的刻蚀孔内通过而不被遮挡，对所需的光线进行了选择性地会聚。
2、本发明操作简便，成本低廉。
【附图说明】
图1是本发明步骤1得到的微凹透镜阵列组件的剖面图之一；
图2是图1中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤2得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图3是图2中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤3得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图4是图3中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤4得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图5是对图4中得到的微凹透镜阵列组件上的光刻胶进行曝光的示意图；
图6是图5中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤7得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图7是图6中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤9得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图8是图7中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤10得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图9是本发明步骤1得到的微凹透镜阵列组件的剖面图之二；
图10是图9中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤2得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图11是图10中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤3得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图12是图11中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤4得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图13是对图12中得到的微凹透镜阵列组件上的光刻胶进行曝光的示意图；
图14是图13中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤7得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图15是图14中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤9得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图16是图15中的微凹透镜阵列组件经本发明步骤10得到的微凹透镜阵列组件的剖面图；
图17是本发明步骤1得到的微凸透镜阵列组件的剖面图；
图18是图17中的微凸透镜阵列组件经本发明步骤2得到的微凸透镜阵列组件的剖面图；
图19是图18中的微凸透镜阵列组件经本发明步骤3得到的微凸透镜阵列组件的剖面图；
图20是图19中的微凸透镜阵列组件经本发明步骤4得到的微凸透镜阵列组件的剖面图；
图21是对图20中得到的微凸透镜阵列组件上的光刻胶进行曝光的示意图；
图22是图21中的微凸透镜阵列组件经本发明步骤7得到的微凸透镜阵列组件的剖面图；
图23是图22中的微凸透镜阵列组件经本发明步骤9得到的微凸透镜阵列组件的剖面图；
图24是图23中的微凸透镜阵列组件经本发明步骤10得到的微凸透镜阵列组件的剖面图；
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
如图1至图8所示，一种微透镜阵列组件的制备方法，包括如下步骤：
（1）对以石英玻璃为原材料的基材利用反应离子刻蚀或化学刻蚀相结合的方法制备得到微凹透镜阵列101，阵列间距为300um，微凹透镜深度为9.5±0.5um，利用紫外光固化胶102将微凹透镜阵列101与石英玻璃材料的盖板103粘接在一起；
（2）对所述的盖板103进行除料加工，将其上表面103a加工至所需焦距为2000±10um的微凹透镜的焦点组成的焦平面X处；
（3）在所述的盖板103的上表面103a上镀金属铬形成金属遮蔽层3，金属遮蔽层3的透光率为2%；
（4）在金属遮蔽层上涂覆厚度约为1.5um的光刻胶4；
（5）前烘：在120℃的温度下持续150秒蒸发去除所述的光刻胶4中的溶剂；
（6）曝光：将步骤5得到的微凹透镜阵列组件放置在旋转平台6上，步骤5得到的光刻胶4与旋转平台6相贴，波长为405nm的平行光束5以相对于微透镜光轴7倾斜15°的方向照射所述微凹透镜阵列101，旋转平台6以140转/分的速度旋转，曝光能量为10mW/cm2,曝光时间为1小时。如图5所示，经过焦距为2000±10um的微凹透镜的光束的焦点落于所述的焦平面X处。因焦点处的光线辐照能量最强，则与所述焦点对应位置处的光刻胶4发生光化学反应。
（7）显影：将步骤6得到的微透镜阵列组件放置到显影液中，与所述焦点对应位置处的已经发生过光化学反应的光刻胶4溶解，露出对应位置处的所述金属遮蔽层3；
（8）坚膜：在120℃的温度下持续30分钟对步骤7得到的微透镜组件坚膜。以挥发掉存留在光刻胶4中的溶剂，稳固光刻胶4，提高光刻胶4对金属遮蔽层3表面的粘附性。
（9）对步骤8中露出的金属遮蔽层3用铬刻蚀液刻蚀15分钟，部分金属遮蔽层3被刻蚀掉，在金属遮蔽层3上得到孔径约为200um的刻蚀孔301；
（10）去掉步骤7中未溶解的光刻胶4；
最终得到如图8所示的带有部分所述金属遮蔽层3的微凹透镜阵列组件。
实施例2：
如图9至图16所示，一种微透镜阵列组件的制备方法，包括如下步骤：
（1）对以石英玻璃为原材料的基材利用反应离子刻蚀或化学刻蚀相结合的方法制备得到微透镜阵列101，阵列间距为13.7um，刻蚀深度为6±0.5um，利用紫外光固化胶102将微透镜阵列101与石英玻璃材料的盖板103粘接在一起；
（2）对所述的盖板103进行除料加工，将其上表面103a加工至所需焦距为90±5um的微透镜的焦点组成的焦平面X处；
（3）在所述的盖板103的上表面103a上镀金属铬形成金属遮蔽层3，金属遮蔽层3的透光率为5%；
（4）在金属遮蔽层上涂覆厚度约为1.5um的光刻胶4；
（5）前烘：在120℃的温度下持续150秒蒸发去除所述的光刻胶4中的溶剂；
（6）曝光：将步骤5得到的微透镜阵列组件放置在旋转平台6上，步骤5得到的光刻胶4与旋转平台6相贴，波长为365nm的平行光束5以相对于微透镜光轴7倾斜10°的方向照射所述微透镜阵列101，旋转平台6以100转/分的速度旋转，曝光能量为5mW/cm2,曝光时间为2小时50分钟。如图13所示，只有经过焦距为90±5um的微凹透镜的光束的焦点才落于所述的焦平面X处。因焦点处的光线辐照能量最强，则与所述焦点对应位置处的光刻胶4发生光化学反应。
（7）显影：将步骤6得到的微透镜阵列组件放置到显影液中，与所述焦点对应位置处的已经发生过光化学反应的光刻胶4溶解，露出对应位置处的所述金属遮蔽层3；
（8）坚膜：在120℃的温度下持续30分钟对步骤7得到的微透镜组件坚膜。以挥发掉存留在光刻胶4中的溶剂，稳固光刻胶4，提高光刻胶4对金属遮蔽层3表面的粘附性。
（9）对步骤8中露出的金属遮蔽层3用铬刻蚀液刻蚀15分钟，金属遮蔽层3被刻蚀掉，在金属遮蔽层3上得到孔径约为5～7um的刻蚀孔301；
（10）去掉步骤7中未溶解的光刻胶4；
最终得到如图16所示的带有所述金属遮蔽层3的微凹透镜阵列组件。
实施例3：
如图17至图24所示，一种微透镜阵列组件的制备方法，包括如下步骤：
（1）对以石英玻璃为原材料的基材利用PMMA熔融的方法制备得到微凸透镜阵列101，阵列间距为13.7um，微凸透镜高度为4±0.5um，利用紫外光固化胶102将微凸透镜阵列101与石英玻璃材料的盖板103粘接在一起；
（2）对所述的盖板103进行除料加工，将其上表面103a加工至所需焦距为130±10um的微凸透镜的焦点组成的焦平面X处；
（3）在所述的盖板103的上表面103a上镀金属铬形成金属遮蔽层3，金属遮蔽层3的透光率为3%；
（4）在金属遮蔽层上涂覆厚度约为1.5um的光刻胶4；
（5）前烘：在120℃的温度下持续150秒蒸发去除所述的光刻胶4中的溶剂；
（6）将步骤5得到的微透镜阵列组件放置到台面与水平方向相倾斜的旋转平台6上，步骤5得到的光刻胶4与旋转平台6相贴，波长为350nm的平行光束5相对于微透镜光轴7倾斜5°的方向照射所述的微透镜阵列101，旋转平台6以80转/分的速度旋转，曝光能量为15mW/cm2,曝光时间为2小时。如图21所示，经过焦距为130±10um的微凸透镜的光束的焦点落于所述的焦平面X处。因焦点处的光线辐照能量最强，则与所述焦点对应位置处的光刻胶4发生光化学反应。
（7）显影：将步骤6得到的微凸透镜阵列组件放置到显影液中，与所述焦点对应位置处的已经发生过光化学反应的光刻胶4溶解，露出对应位置处的所述金属遮蔽层3；
（8）坚膜：在120℃的温度下持续30分钟对步骤7得到的微凸透镜组件坚膜；以挥发掉存留在光刻胶4中的溶剂，稳固光刻胶4，提高光刻胶4对金属遮蔽层3表面的粘附性。
（9）对步骤8中露出的金属遮蔽层3用铬刻蚀液刻蚀15分钟，部分金属遮蔽层3被刻蚀掉，在金属遮蔽层3上得到孔径约为5～7um的刻蚀孔301；
（10）去掉步骤7中未溶解的光刻胶4；
最终得到如图24所示的带有部分所述金属遮蔽层3的微凸透镜阵列组件。
Claims (10)
1.一种微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）利用粘合剂（102）将由大量微透镜组成的微透镜阵列（101）与盖板（103）粘接在一起；
（2）对所述的盖板（103）进行除料加工，将其上表面（103a）加工至所需焦距为f的微透镜的焦点组成的焦平面X处；
（3）在步骤（2）得到的盖板（103）的上表面（103a）上镀具有透光率的金属遮蔽层（3）；
（4）在所述的金属遮蔽层（3）上涂覆光刻胶（4）；
（5）前烘：去除所述的光刻胶（4）中的溶剂；
（6）曝光：通过微透镜阵列（101）对步骤（5）得到的光刻胶（4）使用平行光束（5）进行光照曝光；
（7）显影：将步骤（6）得到的微透镜阵列组件放置到显影液中，与所述焦点对应位置处的光刻胶（4）溶解，露出对应位置处的所述金属遮蔽层（3）；
（8）坚膜：对步骤（7）得到的微透镜阵列组件进行坚膜；
（9）将步骤（8）中露出的所述的金属遮蔽层（3）刻蚀掉；
（10）去掉步骤（7）中未溶解的光刻胶（4）。
2.根据权利要求1所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的粘合剂（102）为紫外光固化胶。
3.根据权利要求1所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的盖板（103）为由玻璃或塑料制成的透明元件。
4.根据权利要求1所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的微透镜阵列（101）为微凸透镜阵列。
5.根据权利要求1所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的微透镜阵列（101）为微凹透镜阵列。
6.根据权利要求1所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的金属遮蔽层（3）采用化学性质稳定的金属。
7.根据权利要求1所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的金属遮蔽层（3）采用的金属为铬、铅、铜、银或金。
8.根据权利要求1所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述金属遮蔽层（3）的透光率为1～10%。
9.根据权利要求1所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：步骤（6）中将步骤（5）得到的微透镜阵列组件放置在旋转平台（6）上，步骤（5）得到的光刻胶（4）与所述的旋转平台（6）相贴，平行光束（5）以相对于微透镜光轴（7）倾斜的照射方式照射所述微透镜阵列（101），所述的旋转平台（6）以50～150转/分的速度旋转，曝光能量为3～15mW/cm2,曝光时间为1分钟～3小时。
10.根据权利要求9所述的微透镜阵列组件的制备方法，其特征在于：所述的平行光束（5）相对于微透镜光轴（7）的倾斜夹角为5～15°。
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