CN107193064A - 双面复眼透镜成像晶片及其制备工艺 - Google Patents

双面复眼透镜成像晶片及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及双面复眼透镜成像晶片及其制备工艺。双面复眼透镜成像晶片，包括透明基底，在透明基底的一侧通过微纳光刻的方式设有图形层，在图形层的外侧通过注塑的方式设有第一微透镜阵列，在透明基底的另一侧通过注塑的方式设有第二微透镜阵列。双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，包括以下步骤：(1)制备微透镜阵列模芯；(2)预处理；(3)制备图形层；(4)将透明基底置于做好微透镜阵列模芯的高速注塑机上，在透明基底的两侧加工注塑出第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，得到双面复眼透镜成像晶片。

Description

双面复眼透镜成像晶片及其制备工艺
技术领域
本发明涉及双面复眼透镜成像晶片及其制备工艺。
背景技术
透镜是一种人们非常熟悉的光学元件，通常的透镜体积比较大，人眼能看得到，属于折射型光学元件，遵循折射定律，用几何光学的知识就能很好地研究它们的光学性质。
复眼透镜是由一系列小透镜组合形成，将双排复眼透镜阵列应用于照明系统可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。复眼透镜在微显示器及投影显示领域有广阔的应用前景。利用双排复眼透镜阵列实现均匀照明的关键在于提高其均匀性和照明亮度。
微透镜阵列(复眼透镜)作为一种重要的光学元件，具有体积小、重量轻、集成度高的特点，采用微注塑成型工艺，对于单个微透镜元件，无论是半径偏差、球高偏差、间距偏差还是表面粗糙度，都能刷新到一个前所未有的水平，将微透镜曲率半径偏差控制在3％，矢高控制在±1μm的高水平，同时将微透镜技术与光学系统深度结合，将LED模组与微透镜阵列器件相结合，应用到汽车灯具中，实现精确照明和成像图形，为汽车照明智能化和个性化奠定基础。
但是目前市场上的复眼透镜存在以下不足之处：1、建筑或汽车等用的迎宾灯、地毯等投影灯，多数图形光照均一性很差和强度不够；2、现有成像图形部分没有和透微镜整列(复眼透镜)集成一体，光学系统不稳定，同时，投影应用是两个独立的复眼透镜要占据更多的空间，同时提高安装难度，影响投影效果，特别是微纳级别的成像。
发明内容
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的第一目的在于公开了双面复眼透镜成像晶片。本发明的第二个目的在于公开双面复眼透镜成像晶片的制备工艺。
技术方案：双面复眼透镜成像晶片，包括透明基底，在所述透明基底的一侧通过微纳光刻的方式设有图形层，在所述图形层的外侧通过注塑的方式设有第一微透镜阵列，在所述透明基底的另一侧通过注塑的方式设有第二微透镜阵列。
进一步地，所述透明基底为玻璃基底、石英基底、PMMA基底、聚碳酸酯基底和环烯烃类共聚物基底中的一种。
双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，包括以下步骤：
(1)制备微透镜阵列模芯；
(2)预处理
(21)先将透明基底置于丙酮中超声清洗10～20分钟后取出；
(22)再将透明基底置于异丙醇中超声清洗10～20分钟后取出；
(23)再将透明基底置于去离子水中超声清洗10～20分钟后取出；
(24)将透明基底用惰性气体或氮气吹干，然后在80～120℃的烘箱中烘干，备用；
(3)制备图形层
(31)真空镀膜
在步骤(2)得到的透明基底的一侧通过电子束蒸镀设备以磁控溅射的方式镀一遮光材料层；
(32)光刻图形化
在遮光材料层的外侧均匀布设0.4～4um的光刻胶层，并将其在紫外光刻机上进行紫外曝光4～8s，然后在显影液中显影后取出，进入步骤(33)；
(33)通过惰性气体或氮气将透明基底吹干；
(34)通过反应离子刻蚀设备在透明基底的光刻胶层上刻蚀出需要的图形层；
(35)通过氧等离子体去掉透明基底中多余的光刻胶层；
(4)将步骤(3)中的透明基底置于做好微透镜阵列模芯的高速注塑机上，在透明基底的两侧加工注塑出第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，得到双面复眼透镜成像晶片。
进一步地，步骤(1)中采用精密加工车床做出微透镜阵列模芯，或通过材料激光干涉方式做出模型后复制成Ni基金属模芯，或采用光刻后回流法做出需要的母版再复制成Ni基金属模芯。
进一步地，步骤(31)中遮光材料层为金属钛层或氧化钛层或金属铬层或氧化铬层或金属铝层或氧化铝层或Au层或氧化金层。
更进一步地，步骤(31)中所述遮光材料层的厚度为100～1000nm。
进一步地，步骤(4)中，在透明基底的两侧同时加工注塑出第一微透镜阵列和第二微透镜阵列。
进一步地，步骤(4)中，在透明基底的一侧先加工注塑出第一微透镜阵列或第二微透镜阵列，再在透明基底的另一侧加工注塑出第二微透镜阵列或第一微透镜阵列。
有益效果：本发明公开的双面复眼透镜成像晶片及其制备工艺具有以下有益效果：
1、提高图形光照均一性和强度；
2、提供成像匀光一体化器件和制备工艺，使光学系统更稳定，同时，投影应用是两个独立的复眼透镜要占据更多的空间，这样减小了系统空间和安装难度；
3、同时本专利也提供了一种低成本，高效生产双面微透镜阵列的工艺方式；
4、将微透镜阵列应用于研究、设计和制备与光学系统结合，最终形成精确照明和图形成像显示效果，提出的该技术应用到汽车行业，利用精确照明和图形成像显示效果，应用到汽车大灯、地毯灯、尾灯、内饰灯的中，是汽车照明智能化和个性化的基础，具有很广泛的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明公开的双面复眼透镜成像晶片的立体示意图；
图2为本发明公开的双面复眼透镜成像晶片的结构示意图；
图3为图2中A-A面的剖视图；
图4为微透镜阵列的结构示意图；
图5为本发明公开的双面复眼透镜成像晶片的成像图形；
图6为双面复眼透镜成像晶片的成像原理示意图；
图7为双面复眼透镜成像晶片的成像模拟的示意图；
其中：
1-第一微透镜阵列 2-图形层
3-透明基底 4-第二微透镜阵列
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
具体实施例1
如图1-4所示，双面复眼透镜成像晶片，包括透明基底3，在透明基底3的一侧通过微纳光刻的方式设有图形层2，在图形层2的外侧通过注塑的方式设有第一微透镜阵列1，在透明基底3的另一侧通过注塑的方式设有第二微透镜阵列4。
进一步地，透明基底3为玻璃基底。
双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，包括以下步骤：
(1)制备微透镜阵列模芯；
(2)预处理
(21)先将透明基底置于丙酮中超声清洗10分钟后取出；
(22)再将透明基底置于异丙醇中超声清洗10分钟后取出；
(23)再将透明基底置于去离子水中超声清洗10分钟后取出；
(24)将透明基底用氮气吹干，然后在80℃的烘箱中烘干，备用；
(3)制备图形层
(31)真空镀膜
在步骤(2)得到的透明基底的一侧通过电子束蒸镀设备以磁控溅射的方式镀一遮光材料层；
(32)光刻图形化
在遮光材料层的外侧均匀布设0.4um的光刻胶层，并将其在紫外光刻机上进行紫外曝光4s，然后在显影液中显影后取出，进入步骤(33)；
(33)通过惰性气体(氩气)将透明基底吹干；
(34)通过反应离子刻蚀设备在透明基底的光刻胶层上刻蚀出需要的图形层；
(35)通过氧等离子体去掉透明基底中多余的光刻胶层；
(4)将步骤(3)中的透明基底置于做好微透镜阵列模芯的高速注塑机上，在透明基底的两侧加工注塑出第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，得到双面复眼透镜成像晶片。
进一步地，步骤(1)中采用精密加工车床做出微透镜阵列模芯。
进一步地，步骤(31)中遮光材料层为金属钛层。
更进一步地，步骤(31)中遮光材料层的厚度为100nm。
进一步地，步骤(4)中，在透明基底的两侧同时加工注塑出第一微透镜阵列和第二微透镜阵列。
图4中图形可以是上下全部对应的相同的球面，也可以是六边形，非球面曲线。成像图形这可根据实际需要和应用对应设计。
图5为本发明公开的双面复眼透镜成像晶片的成像图形，图6为双面复眼透镜成像晶片的成像原理示意图，图7为双面复眼透镜成像晶片的成像模拟的示意图。
具体实施例2
双面复眼透镜成像晶片，包括透明基底3，在透明基底3的一侧通过微纳光刻的方式设有图形层2，在图形层2的外侧通过注塑的方式设有第一微透镜阵列1，在透明基底3的另一侧通过注塑的方式设有第二微透镜阵列4。
进一步地，透明基底3为石英基底。
双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，包括以下步骤：
(1)制备微透镜阵列模芯；
(2)预处理
(21)先将透明基底置于丙酮中超声清洗20分钟后取出；
(22)再将透明基底置于异丙醇中超声清洗20分钟后取出；
(23)再将透明基底置于去离子水中超声清洗20分钟后取出；
(24)将透明基底用氮气吹干，然后在120℃的烘箱中烘干，备用；
(3)制备图形层
(31)真空镀膜
在步骤(2)得到的透明基底的一侧通过电子束蒸镀设备以磁控溅射的方式镀一遮光材料层；
(32)光刻图形化
在遮光材料层的外侧均匀布设4um的光刻胶层，并将其在紫外光刻机上进行紫外曝光8s，然后在显影液中显影后取出，进入步骤(33)；
(33)通过惰性气体(氦气)将透明基底吹干；
(34)通过反应离子刻蚀设备在透明基底的光刻胶层上刻蚀出需要的图形层；
(35)通过氧等离子体去掉透明基底中多余的光刻胶层；
(4)将步骤(3)中的透明基底置于做好微透镜阵列模芯的高速注塑机上，在透明基底的两侧加工注塑出第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，得到双面复眼透镜成像晶片。
进一步地，步骤(1)通过材料激光干涉方式做出模型后复制成Ni基金属模芯。
进一步地，步骤(31)中遮光材料层为氧化钛层。
更进一步地，步骤(31)中遮光材料层的厚度为1000nm。
进一步地，步骤(4)中，在透明基底的一侧先加工注塑出第一微透镜阵列，再在透明基底的另一侧加工注塑出第二微透镜阵列。
具体实施例3
双面复眼透镜成像晶片，包括透明基底3，在透明基底3的一侧通过微纳光刻的方式设有图形层2，在图形层2的外侧通过注塑的方式设有第一微透镜阵列1，在透明基底3的另一侧通过注塑的方式设有第二微透镜阵列4。
进一步地，透明基底3为PMMA基底。
双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，包括以下步骤：
(1)制备微透镜阵列模芯；
(2)预处理
(21)先将透明基底置于丙酮中超声清洗15分钟后取出；
(22)再将透明基底置于异丙醇中超声清洗15分钟后取出；
(23)再将透明基底置于去离子水中超声清洗15分钟后取出；
(24)将透明基底用惰性气体(氖气)吹干，然后在100℃的烘箱中烘干，备用；
(3)制备图形层
(31)真空镀膜
在步骤(2)得到的透明基底的一侧通过电子束蒸镀设备以磁控溅射的方式镀一遮光材料层；
(32)光刻图形化
在遮光材料层的外侧均匀布设1um的光刻胶层，并将其在紫外光刻机上进行紫外曝光6s，然后在显影液中显影后取出，进入步骤(33)；
(33)通过氮气将透明基底吹干；
(34)通过反应离子刻蚀设备在透明基底的光刻胶层上刻蚀出需要的图形层；
(35)通过氧等离子体去掉透明基底中多余的光刻胶层；
(4)将步骤(3)中的透明基底置于做好微透镜阵列模芯的高速注塑机上，在透明基底的两侧加工注塑出第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，得到双面复眼透镜成像晶片。
进一步地，步骤(1)中采用光刻后回流法做出需要的母版再复制成Ni基金属模芯。
进一步地，步骤(31)中遮光材料层为金属铬层。
更进一步地，步骤(31)中遮光材料层的厚度为500nm。
进一步地，步骤(4)中，在透明基底的一侧先加工注塑出第二微透镜阵列，再在透明基底的另一侧加工注塑出第一微透镜阵列。
具体实施例4
与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于：
透明基底3为聚碳酸酯基底。
步骤(31)中遮光材料层为氧化铬层。
具体实施例5
与具体实施例2大致相同，区别仅仅在于：
透明基底3为环烯烃类共聚物(COC)基底。
步骤(31)中遮光材料层为金属铝层。
具体实施例6
与具体实施例3大致相同，区别仅仅在于：
步骤(31)中遮光材料层为氧化铝层。
具体实施例7
与具体实施例2大致相同，区别仅仅在于：
步骤(31)中遮光材料层为Au层。
具体实施例8
与具体实施例3大致相同，区别仅仅在于：
步骤(31)中遮光材料层为氧化金层。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.双面复眼透镜成像晶片，其特征在于，包括透明基底，在所述透明基底的一侧通过微纳光刻的方式设有图形层，在所述图形层的外侧通过注塑的方式设有第一微透镜阵列，在所述透明基底的另一侧通过注塑的方式设有第二微透镜阵列。
2.根据权利要求1所述的双面复眼透镜成像晶片，其特征在于，所述透明基底为玻璃基底、石英基底、PMMA基底、聚碳酸酯基底和环烯烃类共聚物基底中的一种。
3.双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备微透镜阵列模芯；
(2)预处理
(21)先将透明基底置于丙酮中超声清洗10～20分钟后取出；
(22)再将透明基底置于异丙醇中超声清洗10～20分钟后取出；
(23)再将透明基底置于去离子水中超声清洗10～20分钟后取出；
(24)将透明基底用惰性气体或氮气吹干，然后在80～120℃的烘箱中烘干，备用；
(3)制备图形层
(31)真空镀膜
在步骤(2)得到的透明基底的一侧通过电子束蒸镀设备以磁控溅射的方式镀一遮光材料层；
(32)光刻图形化
在遮光材料层的外侧均匀布设0.4～4um的光刻胶层，并将其在紫外光刻机上进行紫外曝光4～8s，然后在显影液中显影后取出，进入步骤(33)；
(33)通过惰性气体或氮气将透明基底吹干；
(34)通过反应离子刻蚀设备在透明基底的光刻胶层上刻蚀出需要的图形层；
(35)通过氧等离子体去掉透明基底中多余的光刻胶层；
(4)将步骤(3)中的透明基底置于做好微透镜阵列模芯的高速注塑机上，在透明基底的两侧加工注塑出第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，得到双面复眼透镜成像晶片。
4.根据权利要求3所述的双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中采用精密加工车床做出微透镜阵列模芯，或通过材料激光干涉方式做出模型后复制成Ni基金属模芯，或采用光刻后回流法做出需要的母版再复制成Ni基金属模芯。
5.根据权利要求3所述的双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，其特征在于，步骤(31)中遮光材料层为金属钛层或氧化钛层或金属铬层或氧化铬层或金属铝层或氧化铝层或Au层或氧化金层。
6.根据权利要求5所述的双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，其特征在于，步骤(31)中所述遮光材料层的厚度为100～1000nm。
7.根据权利要求3所述的双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，其特征在于，步骤(4)中，在透明基底的两侧同时加工注塑出第一微透镜阵列和第二微透镜阵列。
8.根据权利要求3所述的双面复眼透镜成像晶片的制备工艺，其特征在于，步骤(4)中，在透明基底的一侧先加工注塑出第一微透镜阵列或第二微透镜阵列，再在透明基底的另一侧加工注塑出第二微透镜阵列或第一微透镜阵列。
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