CN112873922A - 衍射光学元件的制备方法及衍射光学元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种衍射光学元件的制备方法、衍射光学元件及一体成型的衍射光学元件，所述制备方法包括：S101：制备软模版，作为第一半模，其中所述软模版上具有所述衍射光学元件的表面形貌；S102：提供或制备第二半模；S103：在所述第一半模和所述第二半模之间注塑UV胶；S104：使所述UV胶固化形成一体成型的衍射光学元件；和S105：将所述一体成型的衍射光学元件脱模取出；其中所述第一半模或所述第二半模的边缘具有拦胶坝。根据本发明的实施例，能够提高模版的使用寿命和生产效率，降低生产成本，且降低了传统冷却不均匀带来的注塑制品的翘曲和形变等风险。

Description

衍射光学元件的制备方法及衍射光学元件
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种衍射光学元件的制备方法、衍射光学元件及一体成型的衍射光学元件。
背景技术
三维传感器是所有智能设备的眼睛，而微纳衍射光学器件是各种三维传感技术方案中的核心器件。与传统的反射光学元件相比，衍射光学元件的光学处理功能非常灵活，可以在极小的体积内，集成多种光学功能于一体，产生传统光学难以实现的各种光场分布。衍射光学元件广泛用于3D扫描、智能3D传感识别、机器人视觉、三维计算机视觉、AR/VR虚拟现实、深度学习、行为大数据分析、安防监控等众多领域。衍射光学元件利用计算机辅助设计，结合半导体工艺，在基片上刻蚀出高低不平、深浅不一的具有特定浮雕结构的相位衍射光学元件。衍射光学元件按材料分可以分为二大类，一类是硬质玻璃基底的元器件，另一类是注塑一体成型的元器件，注塑一体成型的衍射光学产品比硬质玻璃产品具有更好的可靠性，可有效提升产品质量，降低衍射光学元件损坏的风险。
传统的注塑成型工艺过程主要包括合模-填充-保压-冷却-开模-脱模等六个阶段，在金属上加工图形做成金属模具。然而在金属上加工纳米图形要求非常高，很难做出良率高的模具；其次，如果使用硅模版做注塑模具，在注塑保压过程中模腔中的压力非常高，会使硅模版碎裂，破坏模具；再次，冷却时间占整个成型周期约70％～80％，且冷却时间非常重要，设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；最后，冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。
图1示出了现有注塑工艺的技术方案示意图。如图所示，注塑材料经混合后进入扩散室和加热器，被加热后流入型腔，注塑成型。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种衍射光学元件的制备方法，包括：
S101：制备软模版，作为第一半模，其中所述软模版上具有所述衍射光学元件的表面形貌；
S102：提供或制备第二半模；
S103：在所述第一半模和所述第二半模之间注塑UV胶；
S104：使所述UV胶固化形成一体成型的衍射光学元件；和
S105：将所述一体成型的衍射光学元件脱模取出；
其中所述第一半模或所述第二半模的边缘具有拦胶坝。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S101包括：
提供硬模版，在所述硬模版的表面沉积抗粘膜层；
在所述硬模版上注塑软模胶；
通过PET基底或玻璃基底对软模胶进行压印固化，得到带有基底的所述软模版，作为所述第一半模。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S102包括：
提供第一底板，在所述第一底板上放置玻璃基板，其中所述玻璃基板的长度小于所述第一底板的长度；
向所述玻璃基板上注塑软模胶；
用第二底板对软模胶进行压印固化，在所述第二底板的边缘形成拦胶坝，并在所述第二底板的表面沉积抗粘膜层，作为所述第二半模；
其中所述拦胶坝围成的区域小于或等于所述第一半模的区域。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S101包括：
提供硬模版，在所述硬模版的表面沉积抗粘膜层；
在所述硬模版上注塑软模胶；
对软模胶进行压印固化，得到边缘具有拦胶坝的所述软模版，作为所述第一半模。
根据本发明的一个方面，其中所述抗粘膜层的材料为三氯硅烷。
根据本发明的一个方面，其中所述硬模版的材料为晶圆硅片。
根据本发明的一个方面，其中所述软模版的材料为聚二甲基硅氧烷。
根据本发明的一个方面，其中所述第一底板和第二底板的材料为PET或玻璃。
本发明还涉及一种衍射光学元件，通过如上任一项所述的制备方法形成。
本发明还涉及一种一体成型的衍射光学元件，其中所述衍射光学元件不包括玻璃基底或PET基底。
本发明提供了一种一体成型的衍射光学元件的制备方法及通过所述制备方法得到的衍射光学元件。从制程工艺上讲，本发明解决了传统工艺纳米级金属模具制作问题，硅模具加压碎裂等模版寿命成本问题，可实现一款母模版多块子模版大批量生产，提高生产效率；从产品上讲，一体成型产品比玻璃产品具有更好的可靠性，有效提升产品质量，降低衍射光学元件可靠性后功能损坏的风险。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有注塑工艺的技术方案示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的衍射光学元件的制备方法的流程图；
图3示出了根据本发明第一实施例的衍射光学元件的制备流程的示意图；和
图4示出了根据本发明第二实施例的衍射光学元件的制备流程的示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、" 长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、 "水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、" 第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语" 安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上" 或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方 "和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了根据本发明一个实施例的衍射光学元件的制备方法的流程图。如图2所示，所述衍射光学元件的制备方法100包括：
在步骤S101：制备软模版，作为第一半模，其中所述软模版上具有所述衍射光学元件的表面形貌。根据本发明的一个实施例，所述软膜版为软模胶通过硬模版固化压印得到。优选地，所述软膜胶压印在经过抗粘处理的硬模版上，例如通过真空蒸镀的方式在所述硬模版的表面沉积抗粘膜层，以使所述软膜胶形成表面具有衍射光学元件形貌的软膜版，其中所述抗粘膜层的材料为三氯硅烷。可选地，所述软模版的材料为聚二甲基硅氧烷，所述硬模版的材料为晶圆硅片。
在步骤S102：提供或制备第二半模。所述第二半模与所述第一半模在尺寸上互相配合，下面将结合实施例详细说明。
在步骤S103：在所述第一半模和所述第二半模之间注塑UV胶。所述第一半模和所述第二半模互相配合，所述UV胶注塑至所述第一半模和所述第二半模配合后在中间形成的密封空间内。
在步骤S104：使所述UV胶固化形成一体成型的衍射光学元件。其中所述UV胶的固化以及所述软模胶的固化包括热固化、光固化或光热两步固化等固化方式。
在步骤S105：将所述一体成型的衍射光学元件脱模取出。
其中所述第一半模或所述第二半模的边缘具有拦胶坝。所述拦胶坝设置为可使所述第一半模或所述第二半模在互相配合时，中间形成密封空间，防止注塑在其中的UV胶发生泄漏。
下面将结合第一实施例和第二实施例，对所述衍射光学元件的制备方法作进一步说明。
第一实施例
图3示出了根据本发明第一实施例的衍射光学元件的制备流程的示意图。如图3所示，在所述第一实施例中，步骤S101具体包括：
提供硬模版11，在硬模版11的表面沉积抗粘膜层12。根据本发明的一个实施例，其中硬模版11的材料为晶圆硅片，通过刻蚀的方法在材料的表面上形成衍射光学元件的表面形貌。根据本发明的一个实施例，利用真空蒸镀的方式在所述硬模版的表面沉积抗粘膜层12，其中抗粘膜层12的材料为三氯硅烷。通过施加抗粘膜层12，有助于在后续的步骤中将软模版从硬模版11分离。
在硬模版11的具有抗粘膜层的表面上注塑软模胶，其中软模胶的材料可选地为聚二甲基硅氧烷。
通过基底(例如PET(涤纶树脂)基底或玻璃基底)13对软模胶进行压印固化，得到带有基底的所述软模版14，作为所述第一半模，其中所述软模胶与所述抗粘膜层12接触的那一面具有所述衍射光学元件的表面形貌。如图 3所述，在注塑软模胶之后，在软模胶上放置基底13，并将基底13朝着硬模版11的方向挤压，使得软模胶能够充分填充基底13与硬模版11之间的间隙，从而将硬模版11上的表面形貌转移到所述软模胶上，压印固化后，从所述硬模版11分离，形成带有基底的软模版14，作为第一半模14。
所述步骤S102包括制备第二半模，具体过程如下：
提供第一底板15，在第一底板15上放置玻璃基板16，其中玻璃基板16 为具有指定尺寸和厚度的平整玻璃，玻璃基板16的长度小于所述第一底板 15的长度，如图3所示，在第一底板15的两侧位置处留下空缺。
向玻璃基板16上注塑软模胶。
提供第二底板17，用第二底板17对软模胶进行压印固化，其中软模胶被压印后的覆盖区域不小于玻璃基板16的表面区域，以使软模胶在第二底板 17的边缘形成拦胶坝18。在第二底板17的具有拦胶坝18的表面上沉积抗粘膜层19，作为第二半模。其中玻璃基板16的厚度决定了第二半模中拦胶坝 18的厚度，从而决定了一体成型的衍射光学元件的厚度。玻璃基板16的尺寸和第二底板17的尺寸决定了第二半模的尺寸，从而决定了一体成型的衍射光学元件的尺寸。因此，一体成型的衍射光学元件的尺寸和厚度可以根据需要，通过选择不同尺寸和厚度的玻璃基板16、第二底板17以及相对应的第一底板15进行选择和设置。可选地，软模版的材料为聚二甲基硅氧烷，第一底板和第二底板的材料为PET或玻璃，抗粘膜层的材料为三氯硅烷。
在步骤S103：在第一半模和第二半模之间注塑UV胶。如图3所示，其中第二半模在下，第一半模在上，在第二半模的拦胶坝围成的区域内注塑UV 胶。且拦胶坝设置为其围成的区域小于或等于第一半模的区域，以使注塑至第一半模和第二半模之间的UV胶完全被密封，不会泄漏出来。
在步骤S104：使UV胶固化形成一体成型的衍射光学元件。其中可选地，可根据具体的需要选择不同的固化方式对UV胶进行固化或对软模胶压印固化，例如热固化、光固化或光热两步固化等固化方式。
在步骤S105：在固化完成后，将一体成型的衍射光学元件进行固化分离，即可直接得到一体成型的衍射光学元件。
第二实施例
图4示出了根据本发明第二实施例的衍射光学元件的制备流程的示意图。如图4所示，第二实施例的衍射光学元件的制备方法参照所述制备方法 100，其中步骤S101还包括：
提供硬模版21，在所述硬模版21的表面沉积抗粘膜层(图4中未示出)。根据本发明的一个实施例，其中硬模版的材料为晶圆硅片，通过刻蚀的方法在材料的表面上形成衍射光学元件的表面形貌。根据本发明的一个实施例，利用真空蒸镀的方式在所述硬模版的表面沉积抗粘膜层，其中抗粘膜层的材料为三氯硅烷。
在硬模版的具有抗粘膜层的外表面上注塑软模胶，其中软模胶的材料可选地为聚二甲基硅氧烷。对软模胶进行压印固化，将硬模版21上的表面形貌转移到软模胶上。同时，软模胶被压印后的覆盖区域大于所述硬模版的表面区域，以使软模胶在所述硬模版的边缘形成拦胶坝28，从而形成边缘具有拦胶坝28的软模版24作为所述第一半模。
在步骤S102包括提供第二半模。第二半模的材料为PET(涤纶树脂)或玻璃，第二半模具有平整、规则的表面，如图4中的底板27所示，其尺寸不小于第一半模的尺寸。可选地，在第二半模的表面沉积抗粘膜层，其中抗粘膜层的材料为三氯硅烷。
在步骤S103：在第一半模和第二半模之间注塑UV胶。如图4所示，其中第一半模在下，第二半模在上，将第二半模的具有抗粘膜层的表面与第一半模相对，在第一半模的拦胶坝28围成的区域内注塑UV胶。且拦胶坝28设置为其围成的区域小于或等于第二半模的区域，以使注塑至第一半模和第二半模之间的UV胶完全被密封，不会泄漏出来。
在步骤S104：使UV胶固化形成一体成型的衍射光学元件。其中可选地，可根据具体的需要选择不同的固化方式对所述UV胶进行固化或对所述软模胶压印固化，例如热固化、光固化或光热两步固化等固化方式。
在步骤S105：在固化完成后，将一体成型的衍射光学元件进行固化分离，即可直接得到一体成型的衍射光学元件。
本发明还涉及一种衍射光学元件，所述衍射光学元件通过制备方法100 形成，或者具体地，通过上述第一实施例或者第二实施例中的制备方法形成。
本发明还涉及一种一体成型的衍射光学元件，例如通过上述制备方法 100、第一实施例或第二实施例直接得到，与现有技术相比，所述衍射光学元件为通过脱模得到的一体式成型产品，不包括玻璃基底或PET基底。所述一体成型的衍射光学元件与现有技术中包括玻璃基底或PET基底的衍射光学元件相比，应用次数成倍级增长，且使用方便、易处理，所述模版可以重复利用，性价比高，安全环保。
本发明的制备方法采用压印技术，例如纳米压印，利用硅模版做出的子版重复注塑纳米级衍射光学元件，一块硅模版可以制作多个子版，可解决传统纳米级图形金属模具制作的问题，也同时可解决硅模版注塑加压破碎损坏模版的问题。本发明有效地保护了模版，提高了模版的使用寿命和生产效率，降低了生产成本。另外，本发明的制备方法中不涉及升温、降温流程，整个制备过程在室温即可完成，有效地降低了设备成本及时间成本，以及降低了传统冷却不均匀带来的注塑制品的翘曲和形变等风险。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种衍射光学元件的制备方法，包括：
S101：制备软模版，作为第一半模，其中所述软模版上具有所述衍射光学元件的表面形貌；
S102：提供或制备第二半模；
S103：在所述第一半模和所述第二半模之间注塑UV胶；
S104：使所述UV胶固化形成一体成型的衍射光学元件；和
S105：将所述一体成型的衍射光学元件脱模取出；
其中所述第一半模或所述第二半模的边缘具有拦胶坝。
2.如权利要求1所述的制备方法，其中所述步骤S101包括：
提供硬模版，在所述硬模版的表面沉积抗粘膜层；
在所述硬模版上注塑软模胶；
通过PET基底或玻璃基底对软模胶进行压印固化，得到带有基底的所述软模版，作为所述第一半模。
3.如权利要求2所述的制备方法，其中所述步骤S102包括：
提供第一底板，在所述第一底板上放置玻璃基板，其中所述玻璃基板的长度小于所述第一底板的长度；
向所述玻璃基板上注塑软模胶；
用第二底板对软模胶进行压印固化，在所述第二底板的边缘形成拦胶坝，并在所述第二底板的表面沉积抗粘膜层，作为所述第二半模；
其中所述拦胶坝围成的区域小于或等于所述第一半模的区域。
4.如权利要求1所述的制备方法，其中所述步骤S101包括：
提供硬模版，在所述硬模版的表面沉积抗粘膜层；
在所述硬模版上注塑软模胶；
对软模胶进行压印固化，得到边缘具有拦胶坝的所述软模版，作为所述第一半模。
5.如权利要求2-4中任一项所述的制备方法，其中所述抗粘膜层的材料为三氯硅烷。
6.如权利要求2-4中任一项所述的制备方法，其中所述硬模版的材料为晶圆硅片。
7.如权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其中所述软模版的材料为聚二甲基硅氧烷。
8.如权利要求3所述的制备方法，其中所述第一底板和第二底板的材料为PET或玻璃。
9.一种衍射光学元件，通过如权利要求1-8中任一项所述的制备方法形成。
10.一种一体成型的衍射光学元件，其中所述衍射光学元件不包括玻璃基底或PET基底。
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