CN103885102A

CN103885102A - 微透镜阵列装置、制造方法及具备其的太阳能电池模块

Info

Publication number: CN103885102A
Application number: CN201310389195.9A
Authority: CN
Inventors: 李诚浩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明提供一种微透镜阵列装置、制造方法及具备其的太阳能电池模块，微透镜阵列装置的制造方法包括：形成在一面上包括供由微细颗粒形成的微珠（400、410）插入的多个插入槽（210）的基板（100）的步骤；把微珠插入各个插入槽，形成微珠的既定部分插入到插入槽的内侧，微珠的其余部分凸出于外部的微透镜阵列图案（230）的步骤；在微透镜阵列图案的上部面蒸镀金属膜，形成既定高度的金属层（500）的步骤；以及分离基板与金属层，制造出阴刻形成有微透镜阵列图案的模具（510、520）的步骤。

Description

微透镜阵列装置、制造方法及具备其的太阳能电池模块

技术领域

本发明涉及微透镜阵列装置，尤其涉及一种利用微珠制造规则地排列的微透镜阵列图案模具的微透镜阵列装置、制造方法及具备其的太阳能电池模块（Microlens Array Apparatus and Method of Manufacturing the Same and SolarCell Module Provided Therewith）。

背景技术

微透镜阵列（Microlens Array）图案能够使在液晶显示装置、光接收器、太阳能电池、有机EL等的内部全反射的光以多个角度反射，通过表面释放到外部，为了具有出色的光释放效率，优选由周期性图案形态的阵列形态构成。微透镜薄膜具有能够利用微透镜阵列图案结构同时提高扩散功能与集光效率的优点，因而广泛使用。

但是，就现在广泛使用的微透镜薄膜而言，微透镜图案随机，存在亮度及光扩散性品质不均一的缺点。

这种随机的微透镜薄膜的制造方法如以下的专利文献所示，利用软模具制造，使玻璃珠（Glass Bead）分散于光硬化性树脂并硬化后，利用硅珠（SiliconeBead）对软模具树脂进行喷沙（Sand Blast），微透镜表面露出，获得软模具。

就如此获得的软模具而言，由于微透镜图案不规则，是随机制造，因而无法控制亮度、扩散及光学特性，存在品质不均一的问题。

就现在的微透镜阵列图案而言，对三维形状的微结构体制作的要求正在急剧增加。

为了制造具有三维的规则的微透镜形状的图案，有如下方法。

以往的第1实施例的微透镜阵列制造方法，利用了抗蚀剂回流（Reflow）方法，该方法是在要形成透镜的位置形成长方形或圆柱形的光刻胶，加热制造三维微透镜。

但是，就这种以往的第1实施例而言，微透镜的外形极大地依赖于光刻胶的厚度、基板的光刻胶间的浸润（Wetting）条件、热温度，容易发生批次间的偏差。

另外，就以往的第1实施例而言，邻接的透镜在回流过程中由于表面张力而接触时，无法获得需要的透镜形态，发生邻接的透镜间的间隙（Gap），难以达成高集光性。

借助于回流而制造的微透镜的大小取决于涂敷的树脂的厚度，因而需要精密调节树脂的厚度及均一度，但却无法均一且较厚地涂敷具有所需光特性的树脂材料。

因此，以往的第1实施例难以生成具有较大曲率及相对具有较大直径的微透镜。

以往的第2实施例的微透镜阵列制造方法，是在金属板上蚀刻金属，制成圆形形状，通过激光加工制造微透镜。

就这种以往的第2实施例而言，由于借助激光加工来蚀刻金属，因而容易发生微透镜的变形，难以利用金属把图案模具加工成均一的形状，图案本身的制造工序苛刻，面积越大，制造所需的时间越长，难以制作均一厚度的图案模具。

以往的第3实施例的微透镜阵列制造方法，作为利用了只以光刻法获得所需曲率的灰色调掩模（Gray-ToneMask）的微透镜形成方法，由于需要大量工序步骤，因而工序时间长，在形成大面积微透镜阵列方面存在困难，在应用于连续的工序方面存在界限，存在不利于大量生产的缺点。

以往技术的微透镜阵列制造方法由于难以精密制造微透镜阵列图案，因而存在无法实现具有三维形状并规则地阵列的大型图案的问题。

在先技术文献

专利文献1：韩国公开专利编号第10-2011-0079255号（公开日：2011年7月7日），发明名称：“微透镜片”

发明内容

要解决的技术问题

为了解决如上问题，本发明的目的在于提供一种把单分散微珠插入二维的规则的图案，制造规则地排列的三维微透镜阵列图案的微透镜阵列装置、制造方法及具备其的太阳能电池模块。

解决问题的技术方案

根据旨在达成所述目的的本发明的特征的微透镜阵列装置的制造方法包括：

形成在一面上包括供由微细颗粒形成的微珠（Micro Bead）400、410插入的多个插入槽210的基板100的步骤；

把微珠400、410插入各个插入槽210，形成微珠400、410的既定部分插入到插入槽210的内侧，微珠400、410的其余部分凸出于外部的微透镜阵列图案230的步骤；

在微透镜阵列图案230的上部面蒸镀金属膜，形成既定高度的金属层500的步骤；以及

分离基板100与金属层500后，制造出阴刻形成有微透镜阵列图案230的模具510、520的步骤。

根据本发明的特征的微透镜阵列装置包括：

基板100，其由有机物质或无机物质构成；

感光性物质层200，其在所述基板100上图案化形成有供以微细颗粒形成的微珠（Micro Bead）400、410的既定部分插入的多个插入槽210；以及

微透镜阵列图案230，其将微珠400、410插入各个插入槽210进行固定，微珠400、410的既定部分插入插入槽210的内侧，微珠400、410的其余部分凸出于外部。

根据本发明的特征的微透镜阵列装置包括微透镜610、620，

所述微透镜610、620利用模具510、520阳刻形成微透镜阵列图案（230），所述模具510、520由在表面上排列有由微细颗粒形成的微珠400、410的既定部分的微透镜阵列图案230阴刻形成而制造。

根据本发明的特征的微透镜阵列装置包括微透镜610、620，

所述微透镜610、620由透明材质的有机物质或无机物质构成，阳刻形成有非球形或球形形态的多个凸透镜602。

发明效果

根据前述的构成，本发明利用微珠精密地制造微透镜阵列图案，具有实现三维的规则地排列的微透镜阵列的大型图案的效果。

本发明利用微珠制造微透镜阵列图案，工序时间缩短，能够实现连续的工序，具有有利于大量生产的效果。

本发明利用微珠制造微透镜阵列图案，能够以简单的工序体现图案，具有面积越大，越缩短制造工序时间的效果。

附图说明

图1是显示本发明第1实施例的微透镜阵列装置的制造方法的图。

图2至图4是以剖视形态显示本发明第1实施例的微透镜阵列装置的制造方法的图。

图5至图7是以立体图形态显示本发明第1实施例的微透镜阵列装置的制造方法的图。

图8是显示本发明第1实施例的规则地排列的三维微透镜阵列图案的图。

图9是显示本发明另一实施例的微透镜阵列图案的图。

图10是以剖面形态显示本发明第2实施例的微透镜阵列装置的制造方法的图。

图11至图13是以剖视形态显示本发明另一实施例的微透镜阵列装置的制造方法的图。

图14是显示把本发明实施例的微透镜阵列装置与太阳能电池模块结合的形态的图。

图中：

100—基板，200—光刻胶，210—插入槽，220—微透镜的平面图案，300—光掩模，400、410—微珠，230—微透镜阵列图案，500—金属层，510、520—模具，600—透明层，602—凸透镜，610、620—微透镜，700—安置部，710—粘合剂，800—太阳能电池。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的实施例进行详细说明，以便本发明所属技术领域的技术人员能够容易地实施。但是，本发明可以由多种不同的形态体现，并非限定于此处说明的实施例。而且，在附图中，为了明确说明本发明，省略了与说明无关的部分，说明书通篇针对类似部分赋予了类似的附图符号。

在说明书通篇中，当说某部分“包括”某构成要素时，只要无特别反对的记载，并不排除其它构成要素，这意味着还可以包括其它构成要素。

图1是显示本发明实施例的微透镜阵列装置的制造方法的图，图2至图4是以剖面形态显示本发明第1实施例的微透镜阵列装置的制造方法的图，图5至图7是以立体图形态显示本发明第1实施例的微透镜阵列装置的制造方法的图，图8是显示本发明第1实施例的规则地排列的三维微透镜阵列图案的图，图9是显示本发明另一实施例的微透镜阵列图案的图。

本发明第1实施例的微透镜阵列装置的制造方法在基板100上以既定的厚度涂敷光刻胶（Photoresist，PR）200（S100）。S100步骤图示于图2的（a）及图5的（a）中。

基板100可以包括玻璃、硅、二氧化硅、石英、金属等材质和绝缘体。其中，绝缘体可以是包括聚酰亚胺或聚对酞酸乙二酯（PolyethyleneTerephthalate，PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（Polyethylenenaphthalate，PEN）、聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、包括丙烯酸塑料材料的有机绝缘体、玻璃（Glass）材料的无机绝缘体中的一种物质。

光刻胶200包括全部借助于光的作用而引起物理的或化学的变化的感光性物质。

如此涂敷的光刻胶200在使形成有微透镜平面图案的光掩模300置于上部后，执行照射紫外线的UV曝光工序（S102）。S102步骤图示于图2的（b）及图5的（b）中。使曝光的基板100显像后，在光刻胶200是正性型时，只留下不露出的部分，露出于紫外线的光刻胶200全部去除，形成设有多个插入槽210的形态的微透镜的平面图案220（S104）。S104步骤图示于图2的（c）及图6的（c）中。

前述的S100、S102、S104步骤借助于光刻法工序形成微透镜的平面图案220，但并非限定于此，可以应用凹版胶印、凹版印刷、喷墨印刷、胶版印刷、反转印刷、纳米压印（Nano Imprinting）等多样的方法。

另外，作为另一实施例，微透镜的平面图案220可以利用模具，使金属材质图案化并一体制造，可以使用无机物材质的材料制造。

S104步骤把微珠400分别插入在微透镜的平面图案220上形成的各个插入槽210，形成微透镜阵列图案230（S106）。S106步骤图示于图3的（d）及图6的（d）。其中，微珠400形成为椭圆形态的非球形，但并非限定于此，可以以菱形、球形、带槽形态、三角形、四边形等多样的形状形成。

微珠400作为广泛用于油漆、颜料、化妆品、磁性涂敷材料等的普通的珠，由微细颗粒形成，包括有机珠、无机珠及金属材料。

无机珠可以是由二氧化硅、氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化铝、二氧化钛、氧化锆及硅树脂构成的组中选择的物质，有机珠可以是聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，PMMA）珠或脲醛树脂粉末或缩聚物塑料粉末、PS（Polystyrene，聚苯乙烯）、聚丙烯腈（Poly-acrylonitrile，PAN）、PBMA（Polybutylmethacrylate，聚甲基丙烯酸正丁酯）。

各个插入槽210的入口开放端的直径根据微珠400、410的形态决定。

此时，插入微珠400的方法是在把正极材料或负极材料涂敷于微珠400的下端一侧的状态下，使微珠400分散于微透镜的平面图案220后，向基板100施加正极或负极的电极，则微珠400注入微透镜的平面图案220的各个插入槽210。

此外，插入微珠400的方法可以包括以真空吸入微珠400的方式、利用特殊溶液使微珠400流动并注入微透镜的平面图案220的各个插入槽210的方式等多样的方法。

微珠400的直径形成得比插入槽210的入口开放端的直径大，微珠400一侧被插入槽210的入口开放端卡住而被固定，另一侧凸出于外部。

另外，插入微珠400的方法也可以是使微珠400分散于微透镜的平面图案220后，以物理的方式，把微珠400插入微透镜的平面图案220的各个插入槽210。

其中，正极材料可以使用铂金、铱、铷等，负极材料可以使用SUS、镍合金、钛合金等。

形成有微透镜阵列图案230的基板100使得在上部蒸镀镍膜，赋予传导性后，利用电铸方式，形成既定高度的金属层500（S108）。S108步骤图示于图3的（e）及图7的（e）中。

相互分离基板100与金属层500，制造出利用微透镜阵列图案230阴刻形成的模具510（S110）。S110步骤图示于图3的（f）及图7的（f）中。

本发明的阴刻形成的模具510由金属层500构成，但并非限定于此，可以全部包括包含丙烯酸塑料材料的有机物质和玻璃（Glass）材料的无机物质。

此时分离的模具510具有阴刻转写有微透镜阵列图案230的形态。

如图4所示，阴刻形成的模具510在上部利用蒸镀、涂敷等形成既定高度的透明层600（S112）。S112步骤图示于图4中。

其中，透明层600包括透明材质的有机物质、无机物质，由玻璃、硅、二氧化硅、石英、聚合物等材质和丙烯酸塑料材料、玻璃（Glass）材料、经光学处理的玻璃材料中的一种物质构成。

聚合物材质包括聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PolyethyleneTerephthalate，PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（Polyethylenenaphthalate，PEN）、聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、COC（Cyclo-Olefine Copolymer，环烯共聚物）等多样的物质。

分离阴刻形成的模具510与在模具510的一面上形成的透明层600，如图8所示，制造阳刻形成有微透镜阵列图案230的微透镜610（S114）。S114步骤图示于图8中。

如图8所示，本发明实施例的微透镜阵列图案230记载为每隔微珠400间既定距离的间隔形成隔离距离，但并非限定于此，也可以较窄地形成插入槽210之间空间，使微珠400间没有隔离距离。

图9是显示本发明另一实施例的微透镜阵列图案的图。

本发明另一实施例的微透镜阵列图案形成沿着在微透镜的平面图案220上形成的各个插入槽210的入口开放端的边缘，倾斜地构成锥形（Taper）形态的安置部700。

安置部700在表面涂敷粘合剂710，粘合剂710包括热硬化性树脂系、热可塑性树脂系、环氧树脂等有机粘合剂和陶瓷、水泥类、硅酸钠类等无机粘合剂。

本发明第2实施例的微透镜阵列图案230是经过前述图2的步骤后（S100至S104步骤），把球形的微珠400插入各个插入槽210进行固定的一个示例。S100至S104步骤与前述的图1及图2重复，因而省略详细说明。

本发明的第2实施例是利用球形的微珠400形成球形的模具510。

图11至图13是以剖面形态显示本发明另一实施例的微透镜阵列装置的制造方法的图。

本发明实施例的微透镜阵列装置的制造方法是在基板100上，以既定的厚度涂敷光刻胶（Photoresist，PR）200（图11的（a））。

如此涂敷的光刻胶200使形成有微透镜平面图案的光掩模300位于上部后，执行照射紫外线的UV曝光工序（图11的（b））。

若使曝光的基板100显像，当光刻胶200是正性型时，只留下不露出的部分，露出于紫外线的光刻胶200全部被去除，形成设有多个插入槽210的形态的微透镜的平面图案220（图11的（c））。

其中，多个插入槽210根据微珠410的大小，不同地构成各个插入槽210的入口开放端的直径。

把微珠410分别插入在微透镜的平面图案220上形成的各个插入槽210，形成微透镜阵列图案230（图12的（d））。

形成有微透镜阵列图案230的基板100使得在上部蒸镀镍膜，赋予传导性后，利用电铸方式，形成既定高度的金属层500（图12的（e））。

把基板100与在基板100的上部电铸的金属层500相互分离，制造出阴刻形成有微透镜阵列图案230的模具520（图12的（f））。

如图13所示，阴刻形成的模具520利用蒸镀、涂敷等形成既定高度的透明层600。

分离模具520与透明层600，制造出阳刻形成有微透镜阵列图案230的微透镜620。

其中，微透镜620高度相异，以互不相同的大小排列多个凸透镜602。

如图14所示，本发明在太阳能电池模块800的上部面形成具备多个凸透镜602的微透镜610、620。

太阳能电池模块600可以使用有机物或无机物太阳能电池，有机物太阳能电池包括光吸收染料、有机物纳米粒子型太阳能电池、聚合物太阳能电池，无机物太阳能电池包括无机物单晶型、无机物多晶型、无机物非晶型或无机物纳米粒子型太阳能电池。

作为另一实施例，太阳能电池模块800也可以在上部面形成在一面形成微透镜610、620的板（图中未示出）。其中，板可以是玻璃或聚合物等具有光透过性的多样种类的物质。

太阳能电池模块800接受借助于微透镜610、620的多个凸透镜602集光的光线，从而高效地受光。

微透镜610、620的多个凸透镜602可以以椭圆、四边形、三角形等非球形形态和球形形态等多样地形成，凸透镜602间可以设置既定距离的间隔地形成，或不形成隔离间隔地形成。

另外，微透镜610、620如图13所示，可以互不相同地或相同地形成凸透镜602的大小。

以上说明的本发明的实施例并非只通过装置及/或方法体现，也可以通过用于实现与本发明实施例的构成对应的功能的程序、记录了该程序的记录介质等体现，只要是本发明所属技术领域的技术人员，均能够轻松地从前面说明的实施例的记载导出这种体现。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但本发明的权利范围并非限定于此，技术人员利用以下权利要求书中定义的本发明的基本概念的各种变形及改良形态，也属于本发明的权利范围。

Claims

1.一种微透镜阵列装置的制造方法，其特征在于，包括：

形成在一面上包括供由微细颗粒形成的微珠（400、410）插入的多个插入槽（210）的基板（100）的步骤；

把所述微珠（400、410）插入所述各个插入槽（210），形成所述微珠（400、410）的既定部分插入到所述插入槽（210）的内侧，所述微珠（400、410）的其余部分凸出于外部的微透镜阵列图案（230）的步骤；

在所述微透镜阵列图案（230）的上部面蒸镀金属膜，形成既定高度的金属层（500）的步骤；以及

分离所述基板（100）与所述金属层（500），制造出阴刻形成有所述微透镜阵列图案（230）的模具（510、520）的步骤。

2.根据权利要求1所述的微透镜阵列装置的制造方法，其特征在于，

形成所述基板（100）的步骤包括：

在所述基板（100）的表面，以既定的厚度涂敷光刻胶（200）的步骤；

以使所述多个插入槽（210）形成图案的方式，使掩模（300）位于所述光刻胶（200）的上部面的步骤；以及

向所述掩模（300）照射光，对所述光刻胶（200）曝光及显像，形成所述多个插入槽（210）的步骤。

3.根据权利要求1所述的微透镜阵列装置的制造方法，其特征在于，

在制造所述阴刻形成的模具（510、520）的步骤之后，还包括：沿所述模具（510、520）的阴刻形成的方向，形成既定高度的透明层（600）的步骤；以及

分离所述模具（510、520）与所述透明层（600），制造出阳刻形成有所述微透镜阵列图案（230）的微透镜（610、620）的步骤。

4.根据权利要求1所述的微透镜阵列装置的制造方法，其特征在于，

形成所述微透镜阵列图案（230）的步骤包括：

在所述微珠（400、410）的下端一侧涂敷了正极材料或负极材料的状态下，向所述基板（100）施加正极或负极的电压，则所述微珠（400、410）插入各个插入槽（210）的步骤。

5.根据权利要求1所述的微透镜阵列装置的制造方法，其特征在于，

形成所述基板（100）的步骤包括：

根据所述微珠（400、410）的形态而决定所述各个插入槽（210）的入口开放端的直径的步骤。

6.根据权利要求1所述的微透镜阵列装置的制造方法，其特征在于，

插入所述各个插入槽（210）的所述一个以上的微珠（400、410），分别形成为非球形或球形形态，互不相同地形成所述各个插入槽（210）的入口开放端的直径。

7.一种微透镜阵列装置，其特征在于，包括：

基板（100），其由有机物质或无机物质构成；

感光性物质层（200），其在所述基板（100）上图案化形成有供以微细颗粒形成的微珠（400、410）的既定部分插入的多个插入槽（210）；以及

微透镜阵列图案（230），其将所述微珠（400、410）插入所述各个插入槽（210）进行固定，所述微珠（400、410）的既定部分插入所述插入槽（210）的内侧，所述微珠（400、410）的其余部分凸出于外部。

8.根据权利要求7所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述各个插入槽（210）还包括沿着所述各个插入槽（210）的入口开放端边缘倾斜地构成锥形形态的安置部（700）。

9.根据权利要求7所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述各个微珠（400、410）一侧被所述各个插入槽（210）的入口开放端卡住而被固定，另一侧凸出于外部。

10.根据权利要求8所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述安置部（700）在表面涂敷有机粘合剂或无机粘合剂。

11.根据权利要求7所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述微透镜阵列图案（230）在上部面形成既定高度的金属层（500）后分离，从而形成阴刻形成的模具（510、520）。

12.根据权利要求11所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述阴刻形成的模具（510、520）在沿阴刻形成的方向形成既定高度的透明层（600）后分离所述模具（510、520）与所述透明层（600），形成阳刻形成有所述微透镜阵列图案（230）的微透镜（610、620）。

13.根据权利要求7所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述微珠（400、410）构成为非球形或球形形态。

14.根据权利要求7所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述各个微珠（400、410）形成为互不相同的大小，而根据相应大小，所述各个插入槽（210）的入口开放端的直径形成为互不相同。

15.一种微透镜阵列装置，其特征在于，

包括微透镜（610、620），所述微透镜（610、620）利用模具（510、520）阳刻形成微透镜阵列图案（230），所述模具（510、520）由在表面上排列有由微细颗粒形成的微珠（400、410）的既定部分的所述微透镜阵列图案（230）阴刻形成而制造。

16.一种微透镜阵列装置，其特征在于，

包括微透镜（610、620），所述微透镜（610、620）由透明材质的有机物质或无机物质构成，阳刻形成有非球形或球形形态的多个凸透镜（602）。

17.根据权利要求15或16所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述微透镜（610、620）形成有高度相异且大小互不相同的凸透镜（602）。

18.根据权利要求15或16所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述凸透镜（602）之间空间形成既定距离的间隙或不形成所述间隙。

19.根据权利要求15或16所述的微透镜阵列装置，其特征在于，

所述微透镜（610、620）由相同大小的凸透镜（602）形成。

20.一种太阳能电池模块，其在一面上形成由权利要求7至16中任意一项构成的微透镜（610、620）。