CN114578463A - 一种指纹识别微透镜成像组件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种指纹识别微透镜成像组件的制备方法，包括：S1、提供微透镜阵列，在微透镜阵列表面涂覆正性光刻胶，正性光刻胶厚度大于微透镜阵列高度；S2、去除微透镜周围的正性光刻胶并保留微透镜上表面的正性光刻胶；S3、在正性光刻胶表面和微透镜的间隙处喷涂一层黑色光阻材料；S4、对黑色光阻材料紫外泛曝光；S5、将正性光刻胶及其表面的黑色光阻材料剥离，得到指纹识别微透镜成像组件。该加工方法简单，制备出位置精度高、遮光效果好的指纹识别微透镜成像组件，解决了对准套刻中识别精度和遮光效果之间的技术矛盾问题，可以选择吸光系数更大的黑色光阻实现增强成像分辨率和提高信噪比，同时又可以获得较高的对位精度。

Description

一种指纹识别微透镜成像组件的制备方法
技术领域
本发明涉及生物识别领域中微光学器件的微纳加工技术，具体涉及一种指纹识别微透镜成像组件的制备方法。
背景技术
随着智能手机的快速更新，轻薄化、全面屏已成为时下智能手机的发展趋势和技术潮流，其中屏幕指纹解锁技术更是各大品牌智能手机争相比拼和宣传的关键技术。由于电容式指纹识别和人脸识别技术均需要在手机屏幕上开孔而无法满足全面屏、轻薄化的技术需求，因此，屏下指纹识别技术应运而生。当前，屏下指纹识别技术主要有两种：超声波屏下指纹识别技术和光学式屏下指纹识别技术。超声波屏下指纹识别技术在量产方面存在一些技术缺陷，且价格高昂，并没有得到广泛的使用；光学式屏下指纹识别技术因其匹配率高、隐蔽性好，并且更容易实现大面积、超薄轻量化等优点，逐渐成为全面屏智能手机的技术标配。
第一代光学式屏下指纹识别技术采用微孔阵列或准直成像技术，虽然方法简单易行，但是其成像分辨率和能量透过率相互矛盾，且容易受到噪声的影响，对传感器的要求很高，导致实际成像效果较差，手机功耗增加，解锁效率低下。第二代光学式屏下指纹识别技术采用传统的透镜模组技术，成像分辨率有很大的提升，但是传统的透镜厚度在毫米量级，非常占用手机空间，很难实现轻薄化。第三代光学式屏下指纹识别技术采用微透镜成像模组代替传统透镜成像模组，即保证了成像分辨率，又使得成像模组更加轻薄、易于集成，从而更容易实现轻薄化、全面屏指纹解锁。
为了解决微透镜成像模组中漏光和串扰问题，通常会在微透镜成像模组表面添加一层黑色材料，该黑色材料分布于微透镜间隔区域，具有吸收杂散光、遮挡大角度光的作用，有利于增强成像分辨率、提高信噪比。从理论角度分析，黑色材料吸光系数越高，越有利于对杂散光和大角度光的吸收，一般选用吸光系数较高的黑色光阻。
现有制备微透镜成像模组的方法为：首先将黑色光阻均匀涂覆在微透镜阵列表面，然后通过对准套刻的方法将微透镜正上方的黑色光阻去除，留下微透镜间隔区域的黑色光阻，用以遮挡大角度光和吸收杂散光。但是，该制备过程涉及一种对准套刻技术，黑色光阻曝光过程中的对准套刻精度直接影响着微透镜成像模组的解锁能力，而对位标记的识别精度是高精度对准套刻的前提条件。从遮光效果考虑，黑色光阻吸光系数越大，遮光效果越好；而从对位标记识别精度考虑，黑色光阻吸光系数越大，识别对位标记的干扰就越大，而如果选择吸光系数较小的黑色光阻，可以增加对位标记的识别能力，但是黑色光阻的遮光效果会受到严重的影响，因此，遮光效果和识别精度是一种技术矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种指纹识别微透镜成像组件的制备方法，即可解决对准套刻中识别精度和遮光效果之间的技术矛盾问题，并且加工方法简单，更容易获得遮光效果好、对位精度高的指纹识别微透镜成像组件。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种指纹识别微透镜成像组件的制备方法，所述制备方法包括：
S1、提供微透镜阵列，在所述微透镜阵列表面涂覆正性光刻胶，所述正性光刻胶厚度大于所述微透镜阵列高度；
S2、去除所述微透镜周围的正性光刻胶并保留所述微透镜上表面的正性光刻胶；
S3、在所述正性光刻胶表面和所述微透镜的间隙处喷涂一层黑色光阻材料；
S4、对所述黑色光阻材料紫外泛曝光；
S5、将所述正性光刻胶及其表面的黑色光阻材料剥离，得到指纹识别微透镜成像组件。
进一步地，所述黑色光阻材料的厚度为100nm-5um。
进一步地，制备所述微透镜阵列的具体方法为：提供模具和衬底，所述模具具有凹部阵列和至少一个用以形成对位标记的凹槽，在所述衬底上涂覆胶水，并依据所述模具的凹部和凹槽，在所述胶水表面压印并通过曝光固化以形成微透镜阵列和对位标记。
进一步地，步骤S2的具体方法为：利用激光直写光刻机标记识别功能，对所述对位标记进行光学识别并记录位置坐标，以此对所述正性光刻胶进行对准曝光并显影，实现去除所述微透镜周围的正性光刻胶并保留所述微透镜上表面的正性光刻胶。
进一步地，所述衬底为玻璃硬衬底、聚酯薄膜软衬底中的任一个，所述衬底的厚度为25um-500um。
进一步地，所述模具的制备方法为：
(1)提供基片，在所述基片表面涂覆光刻胶；
(2)对所述光刻胶进行无掩模紫外激光直写曝光，显影，得到柱体光刻胶阵列和至少一个柱体对位标记；
(3)加热所述柱体光刻胶阵列和至少一个柱体对位标记，得到凸部阵列和至少一个对位标记；
(4)依据所述凸部阵列和至少一个对位标记，通过金属生长得到模具，所述模具具有凹部阵列和至少一个用以形成对位标记的凹槽。
进一步地，在所述基片表面涂覆所述光刻胶之前，对所述基片进行清洗和表面能处理，以增加所述基片表面和所述光刻胶的结合力。
进一步地，所述凸部阵列的表面粗糙度为10nm-50nm。
进一步地，所述涂覆方式为旋涂、喷涂、刮涂中的任一种。
进一步地，对所述柱体光刻胶阵列和至少一个对位标记进行加热的温度为90℃-180℃，加热时间1min-60min。
本发明的有益效果在于：本发明提出的一种指纹识别微透镜成像组件的制备方法，加工方法简单，在微透镜阵列结构表面涂覆正性光刻胶，去除微透镜周围的正性光刻胶，并喷涂黑色光阻材料后，将正性光刻胶及其上的黑色光阻材料剥离，制备出位置精度高、遮光效果好的指纹识别微透镜成像组件，解决了对准套刻中识别精度和遮光效果之间的技术矛盾问题，可以选择吸光系数更大的黑色光阻实现增强成像分辨率和提高信噪比，同时又可以获得较高的对位精度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明一实施例所示的指纹识别微透镜成像组件的制备流程图；
图2为图1中所示的微透镜阵列的制备流程图；
图3为图2中所示的微透镜阵列的结构示意图；
图4为图2中所示的模具的制备流程图；
图5为图2中所示的微透镜阵列的部分制备流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参见图1，本发明一实施例所示的指纹识别微透镜成像组件100的制备方法，该制备方法包括：
S1、提供微透镜阵列1，在微透镜阵列1表面涂覆正性光刻胶2，正性光刻胶2厚度大于微透镜阵列1高度；
S2、去除微透镜周围的正性光刻胶2并保留微透镜上表面的正性光刻胶2；
S3、在正性光刻胶2表面和微透镜的间隙处喷涂一层黑色光阻材料3；
S4、对黑色光阻材料3紫外泛曝光；
S5、将正性光刻胶2及其表面的黑色光阻材料3剥离，得到指纹识别微透镜成像组件100。
本实施例中，为了能够精确的去除微透镜周围的正性光刻胶2并保留微透镜上表面的正性光刻胶2，需要在微透镜阵列1上设置对位标记(未图示)，以实现精确识别并在所需位置上高效率对准套刻。
请参见图2，微透镜阵列1的具体制备方法为：提供模具6和衬底4，模具6具有凹部阵列61和至少一个用以形成对位标记的凹槽(未图示)，在衬底4上涂覆胶水7，并依据模具6的凹部阵列61和凹槽，在胶水7表面压印并通过曝光固化以形成微透镜阵列1和对位标记。
请参见图3，衬底4上形成有微透镜阵列1，对位标记5设置的数量为四个，且四个对位标记5分别形成在衬底4的四个顶角处，对位标记5的形状为十字形。诚然，在其他实施例中，对位标记的数量可以为其他数值，对位标记也可以形成在衬底的其他位置处，且对位标记可以为其他，比如圆形的形状，在此不做具体限定。
胶水7可以为紫外固化胶水，OCA等光固化胶或热固化胶。因紫外固化胶水透光率高、稳定性好、耐酸碱、耐磨损等优点，本实施例选取紫外固化胶水作为制备微透镜阵列1的材料。
步骤S2的具体方法为：利用激光直写光刻机标记识别功能，对对位标记进行光学识别并记录位置坐标，以此对正性光刻胶2进行对准曝光并显影，实现去除微透镜周围的正性光刻胶2并保留微透镜上表面的正性光刻胶2。
黑色光阻材料3的厚度为100nm-5um，喷涂黑色光阻材料3的具体厚度在此不做具体限定，可根据实际需要进行选择。通过喷涂的方法避免黑色光阻材料3沉积在正性光刻胶2的侧面。本实施例中，可以选取吸光系数较大的黑色光阻材料3，具体的吸光系数根据实际需要进行选择。涂覆方式为旋涂、喷涂、刮涂中的任一种，但不仅限于此，还可以为其他方式，在此不一一列举。
衬底4为玻璃硬衬底4、聚酯薄膜软衬底4中的任一个，但不仅限于此，还可以为其他硬衬底4或软衬底4，在此不一一列举。即，本实施例中，微透镜阵列1可以形成在硬衬底4上，也可以形成在软衬底4上，在此不做具体限定。衬底4的厚度为25um-500um，衬底4的具体厚度可根据实际需要进行选择。
需要说明的是，正性光刻胶2的厚度超过微透镜阵列1的高度，将微透镜阵列1全部覆盖，方便后续除去位于微透镜上方的黑色光阻材料3。使用紫外光源对黑色光阻材料3表面进行泛曝光，即均匀统一曝光。由于黑色光阻材料3是负型光敏胶，受紫外曝光后发生交联反应，变得不溶于显影溶液，而正性光刻胶2在受紫外曝光后，发生光化学酸化反应，能够被显影液轻易地溶解。故将正性光刻胶2及其表面的黑色光阻材料3剥离的方法即为将衬底4放置在显影液中，微透镜表面上方的正性光刻胶2被溶解去除，位于正性光刻胶2上方的黑色光阻材料3也随之去除，而位于微透镜之间区域的黑色光阻材料3固定在衬底4表面上，形成指纹识别微透镜成像组件100。该制备方法无需在黑色光阻材料3表面对准套刻，避免了现有技术中存在的遮光效果和识别精度之间的矛盾问题。指纹识别微透镜成像组件100可以选择吸光系数更大的黑色光阻实现增强成像分辨率和提高信噪比，同时又可以获得较高的对位精度。
请参见图4，关于上述使用的模具6的制备方法为：
(1)提供基片8，在基片8表面涂覆光刻胶9；
(2)对光刻胶9进行无掩模紫外激光直写曝光，显影，得到柱体光刻胶阵列和至少一个柱体对位标记(未图示)；
(3)加热柱体光刻胶阵列和至少一个柱体对位标记，得到凸部阵列10和至少一个对位标记(未图示)；
(4)依据凸部阵列10和至少一个对位标记，通过金属生长得到模具6，模具6具有凹部阵列61和至少一个用以形成对位标记的凹槽(未图示)。
请参见图5，本实施例采用光刻胶9热熔法同时制备凸部阵列10和对位标记，凸部阵列10的表面粗糙度为10nm-50nm且凸部阵列10为微透镜阵列。加热过程中，当光刻胶9达到其玻璃化温度后，开始变为熔融状态，在表面张力的作用下，柱形光刻胶9自动形成表面光滑的微透镜结构。热熔前柱体光刻胶9体积为v＝π(d/2)2h，热熔后微透镜结构体积为V＝πH(3D2+4H2)/24。根据热熔前后光刻胶9体积基本保持不变的原理，以及所需要的微透镜结构的参数要求，即微透镜结构的口径和矢高等参数，可计算出柱体光刻胶9的厚度和口径参数，也就得到所需涂覆光刻胶9厚度大小。
需要说明的是，基片8可以是硅片、玻璃板、石英板等，基片8还可以为其他，在此不一一列举。在基片8表面涂覆光刻胶9之前，需要对基片8进行清洗和表面能处理，以增加基片8表面和光刻胶9的结合力。具体操作为：基片8表面依次使用弱酸性溶液、弱碱性溶液、丙酮溶液、异丙醇溶液、乙醇溶液的进行清洗，然后使用去离子水冲洗干净，最后将基片8表面烘干；基片8表面充分烘干后，在其表面蒸镀或者旋涂一层增粘剂，以增加基片8表面能，使得基片8表面由原来的亲水性变为疏水性，从而提高光刻胶9与基片8表面的结合力。
在基片8表面涂覆光刻胶9的方式可以为旋涂、喷涂、刮涂等方式，下面以旋涂为例进行详细说明，首先根据需要涂覆光刻胶9的厚度要求进行光刻胶9的型号和粘度的筛选，选出合适的光刻胶9后，然后设定适当的旋涂速度、时间、以及前烘温度和时间，在基片8表面形成一层均匀的光刻胶9。旋涂的方法和条件的设定等为现有技术，在此不再赘述。
在涂好光刻胶9的基片8表面进行无掩模紫外激光直写曝光，再经过显影工序后，在基片8表面获得符合参数要求的柱体光刻胶阵列。对柱体光刻胶阵列和至少一个柱体对位标记进行加热的温度为90℃-180℃，加热时间1min-60min。加热方式可以为热板加热、烘箱加热等，加热的具体温度和时长根据实际需要进行设定。
金属生长方法得到模具6的具体方法为：先采用干法真空蒸镀法或湿法化学沉积法等方法在基片8具有凸部阵列10的表面形成一层金属导电层，其厚度为5nm-500nm；然后将基片8放置到电铸槽内，加电后，生长出具有与光凸部陈列和对位标记互补结构的金属模具6，模具6具有凹部阵列61和至少一个用以形成对位标记的凹槽。将电铸完成的金属模具6与基片8分离，对模具6进行冲洗后即可。电铸槽和电铸制备电铸层方法为现有技术，在此不再赘述。
模具6可以是金属镍模具6、硅片模具6、石英玻璃模具6等硬模具6，诚然，在其他实施例中，还可以制备硅胶类模具(如PDMS)、酯类模具(如PMMA)等软模具，在此不做具体限定。
需要说明的是，本实施例中，对位标记和凸部阵列10同时制备与基片8表面上，节省制备时长和操作步骤，但，也可以先在基片8表面上制备出对位标记，再制备凸部阵列10，或者先在基片8表面上制备出凸部阵列10，再制备对位标记。
综上，本发明提出的一种指纹识别微透镜成像组件的制备方法，加工方法简单易操作，在微透镜阵列结构表面涂覆正性光刻胶，去除微透镜周围的正性光刻胶，并喷涂黑色光阻材料后，将正性光刻胶及其上的黑色光阻材料剥离，制备出位置精度高、遮光效果好的指纹识别微透镜成像组件，解决了对准套刻中识别精度和遮光效果之间的技术矛盾问题，可以选择吸光系数更大的黑色光阻实现增强成像分辨率和提高信噪比，同时又可以获得较高的对位精度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1、提供微透镜阵列，在所述微透镜阵列表面涂覆正性光刻胶，所述正性光刻胶厚度大于所述微透镜阵列高度；
S2、去除所述微透镜周围的正性光刻胶并保留所述微透镜上表面的正性光刻胶；
S3、在所述正性光刻胶表面和所述微透镜的间隙处喷涂一层黑色光阻材料；
S4、对所述黑色光阻材料紫外泛曝光；
S5、将所述正性光刻胶及其表面的黑色光阻材料剥离，得到指纹识别微透镜成像组件。
2.如权利要求1所述的指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，所述黑色光阻材料的厚度为100nm-5um。
3.如权利要求1所述的指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，制备所述微透镜阵列的具体方法为：提供模具和衬底，所述模具具有凹部阵列和至少一个用以形成对位标记的凹槽，在所述衬底上涂覆胶水，并依据所述模具的凹部和凹槽，在所述胶水表面压印并通过曝光固化以形成微透镜阵列和对位标记。
4.如权利要求3所述的指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，步骤S2的具体方法为：利用激光直写光刻机标记识别功能，对所述对位标记进行光学识别并记录位置坐标，以此对所述正性光刻胶进行对准曝光并显影，实现去除所述微透镜周围的正性光刻胶并保留所述微透镜上表面的正性光刻胶。
5.如权利要求3所述的指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，所述衬底为玻璃硬衬底、聚酯薄膜软衬底中的任一个，所述衬底的厚度为25um-500um。
6.如权利要求3所述的指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，所述模具的制备方法为：
(1)提供基片，在所述基片表面涂覆光刻胶；
(2)对所述光刻胶进行无掩模紫外激光直写曝光，显影，得到柱体光刻胶阵列和至少一个柱体对位标记；
(3)加热所述柱体光刻胶阵列和至少一个柱体对位标记，得到凸部阵列和至少一个对位标记；
(4)依据所述凸部阵列和至少一个对位标记，通过金属生长得到模具，所述模具具有凹部阵列和至少一个用以形成对位标记的凹槽。
7.如权利要求6所述的指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，在所述基片表面涂覆所述光刻胶之前，对所述基片进行清洗和表面能处理，以增加所述基片表面和所述光刻胶的结合力。
8.如权利要求6所述的指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，所述凸部阵列的表面粗糙度为10nm-50nm。
9.如权利要求6所述的指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，所述涂覆方式为旋涂、喷涂、刮涂中的任一种。
10.如权利要求6所述的指纹识别微透镜成像组件的制备方法，其特征在于，对所述柱体光刻胶阵列和至少一个对位标记进行加热的温度为90℃-180℃，加热时间1min-60min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115185025A (zh) * 2022-07-26 2022-10-14 京东方科技集团股份有限公司 一种微透镜阵列基板及其制备方法、显示装置
CN115642212A (zh) * 2022-11-01 2023-01-24 佛山思坦半导体科技有限公司 微型显示器件制作方法、微型显示器件及微型显示装置

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