CN114913558A - 微透镜阵列成像组件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及的一种微透镜阵列成像组件的制备方法，包括：S1、提供微透镜阵列组件，微透镜阵列组件包括基底和形成在基底正面的若干微透镜单元，若干微透镜单元形成微透镜阵列；S2、在基底的背面制备若干遮光部，遮光部由挡光材料形成，遮光部正对微透镜单元的位置布置；S3、在正面涂覆黑色光阻材料，黑色光阻材料为负性感光材料；S4、对背面进行紫外泛曝光；S5、溶解去除涂覆在微透镜单元上的黑色光阻材料；S6、去除遮光部。本申请通过在基底的正面涂覆黑色光阻材料、在基底的背面精准的涂覆挡光材料,并在基底的背面进行紫外泛曝光，从而制备得到在微透镜单元的间隙上精确覆盖黑色光阻材料的高效率、高精度的微透镜阵列成像组件。

Description

微透镜阵列成像组件的制备方法

技术领域

本发明涉及一种微透镜阵列成像组件的制备方法。

背景技术

光学式屏下指纹识别技术是当下超薄智能手机的技术亮点和发展趋势，与全面屏和超轻薄等流行因素高度融合，解锁率高、隐蔽性好，并且可实现大面积指纹解锁应用。微透镜阵列成像薄膜是最新一代光学式屏下指纹识别技术中的核心部件，具有成像分辨率高、质量轻、厚度薄、易集成等优点，在智能手机的发展趋势：更加轻薄化、提高屏占比、增强解锁效率等方面具有明显的技术优势。

微透镜阵列成像薄膜将指纹图像清晰地成像于光电传感器表面，指纹图像被精准的识别，并形成光信号输入，再被转换成电信号输出，由此获得指纹特征信息，进行身份验证。在此过程中，由于微透镜阵列的透镜与透镜之间存在间隙，在指纹成像时很容易引入杂散光，导致成像对比度下降，图像噪声增加，进而影响指纹识别精准度和速度。为了消除杂散光，通常会在微透镜阵列表面增加一层遮光材料，该遮光材料是一种黑色光阻剂，通过喷涂或旋涂工艺均匀涂覆于微透镜阵列薄膜表面，再利用半导体套刻曝光显影工艺，使得微透镜阵列间隙区域的黑色光阻剂保留，微透镜单元凸起区域的黑色光阻剂去除，在微透镜区域形成透光小孔，其他区域均不透光，形成有效的遮光层。

此工艺过程存在一对技术矛盾，即遮光效率和套刻精度对遮光材料透光率的要求正好相反。一方面，作为遮光材料，行业要求黑色光阻剂的透光率越小越好，至少不大于0.1％；另一方面，黑色光阻剂套刻曝光工序要求套刻精度越高越好，套刻曝光时曝光机需要透过黑色光阻剂对下层的套刻对位标记进行精确识别后，才能精准地完成套刻曝光工序，这就要求黑色光阻剂的透光率越大越好。因此，黑色光阻剂的透光率问题直接影响了套刻曝光的精准度。如果黑色光阻剂透光率小，就不能实现遮光的效果；如果黑色光阻剂透光率大，会使曝光机难以识别套刻对位标记，会出现套刻曝光错位的现象，不仅不会保留住微透镜阵列间隙区域的黑色光阻剂，还会使微透镜单元凸起区域的黑色光阻剂不能够完全去除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效率、高精度的微透镜阵列成像组件的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种微透镜阵列成像组件的制备方法，包括：

S1、提供微透镜阵列组件，所述微透镜阵列组件包括基底和形成在所述基底的正面的若干微透镜单元，若干所述微透镜单元形成微透镜阵列；

S2、在所述基底的背面制备若干遮光部，所述遮光部由挡光材料形成，所述遮光部正对所述微透镜单元的位置布置；

S3、在所述基底的正面涂覆黑色光阻材料，所述黑色光阻材料为负性感光材料；

S4、对所述基底的背面进行紫外泛曝光；

S5、溶解去除涂覆在所述微透镜单元上的所述黑色光阻材料；

S6、去除所述遮光部。

进一步地，在所述步骤S2中，所述遮光部的形成方法为：

所述基底的背面设置镂空掩模，所述镂空掩模具有与所述微透镜单元孔径相同且排布方式相同的镂空部，将所述镂空掩模与所述微透镜阵列对准，于所述基底的背面涂覆挡光材料以在所述镂空部内形成所述遮光部。

进一步地，将所述镂空掩模与所述微透镜阵列对准的方法包括：所述基底上设置有第一对位标记，所述镂空掩模上设置有与所述第一对位标记对应设置的第二对位标记，将所述第二对位标记和所述第一对位标记进行位置对准。

进一步地，所述微透镜阵列组件的制备方法包括：

提供模具，所述模具包括基部、自所述基部内凹形成的凹部阵列和至少一个用以形成所述第一对位标记的凹槽；

压印所述微透镜阵列，在所述基底的正面形成胶层，使用所述模具通过压印技术在所述基底的正面压印形成所述微透镜阵列。

进一步地，所述模具的制备方法为：

(1)提供基板，并对所述基板进行表面处理；

(2)在所述基板表面涂覆光刻胶；

(3)对所述光刻胶进行激光直写曝光，显影，得到柱体光刻胶阵列和至少一个柱体对位标记；

(4)高温加热所述柱体光刻胶阵列直至熔融状态，以获得模具基板，所述模具基板上形成有通过所述柱体光刻胶阵列自动形成的微透镜球体阵列；

(5)依据所述微透镜球体阵列和至少一个柱体对位标记，在所述模具基板上通过微电铸生长形成模具，所述模具具有朝向所述模具基板的接触面，所述接触面上内凹形成有与所述微透镜球体阵列对应的所述凹部阵列、以及与所述柱体对位标记对应形成的所述凹槽；

(6)将生长好的所述模具从所述模具基板上剥离、脱模。

进一步地，所述模具为硬模具或软模具，所述硬模具的材料为硅片或石英中，所述软模具的材料为硅胶类或酯类中的任一种。

进一步地，所述挡光材料的涂覆方式为喷涂或者刮涂；所述黑色光阻材料的涂覆方式为喷涂或者旋涂。

进一步地，所述黑色光阻材料的透光率小于0.1％。

进一步地，所述基底为光学级PET薄膜或者光学级透明玻璃。

进一步地，所述挡光材料为水溶性黑色油墨。

本发明的有益效果在于：本申请的微透镜阵列成像组件的制备方法通过在基底的正面涂覆黑色光阻材料、在基底的背面精准的涂覆挡光材料,并在基底的背面进行紫外泛曝光，进而实现对微透镜单元上黑色光阻材料的精准去除，从而制备得到在微透镜单元的间隙上精确覆盖黑色光阻材料的高效率、高精度的微透镜阵列成像组件。

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为本发明所示的微透镜阵列成像组件的制备方法的流程图；

图2为图1中所示的微透镜阵列成像组件的制备方法的示意图；

图3为图2中微透镜阵列组件的制备方法的示意图；

图4为图3中所示的模具的制备流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1和图2，本发明一较佳实施例所示的微透镜阵列成像组件1的制备方法可采用如下步骤：

S1、提供微透镜阵列组件3。微透镜阵列组件3包括具有相背设置的正面311和背面312的基底31及形成在基底31正面311的若干微透镜单元32，若干微透镜单元32形成微透镜阵列33，基底31上还设置有第一对位标记34。

S2、在基底31的背面312制备遮光部4。遮光部4由挡光材料制成，遮光部4设置的位置正对微透镜单元32的位置，每一个微透镜单元32都对应有一个遮光部4。

S3、在基底31的正面311涂覆黑色光阻材料5，其中，黑色光阻材料5为负性感光材料。

S4、使用紫外光源7对基底31的背面312进行紫外泛曝光。

S5、通过显影剂溶解掉涂覆在微透镜单元32上的黑色光阻材料5。

S6、使用去离子水对上述微透镜阵列组件3进行清洗，去除显影剂与遮光部4，即得到微透镜阵列成像组件1。

在步骤S2中，遮光部4的制作方法为：在基底31的背面312设置镂空掩模6，该镂空掩模6具有与微透镜单元32孔径相同且排布方式相同的镂空部61，将镂空掩模61与微透镜阵列33对准，具体的，镂空掩模6上的镂空部61与微透镜单元32呈一对一设置并相互对准。在基底31的背面312、镂空掩模6以外的位置采用喷涂或者刮涂的方式涂覆挡光材料，以在镂空部61内形成遮光部4。该遮光部4设置的位置须正对微透镜单元32的位置。将镂空掩模6与微透镜阵列33对准的方法包括：在镂空掩模6上设置有与第一对位标记34相对应设置的第二对位标记62；在喷涂挡光材料时，将第二对位标记62和第一对位标记34进行位置对准，以使挡光材料通过镂空部61精准的涂覆在微透镜单元32正对的基底31的背面312，需要说明的是，本实施例中，该第一对位标记34位于基底31的正面311，而镂空掩模6位于基底31的背面，而由于基底31通常为透明材料，所以，第一对位标记34和第二对位标记62可以实现对位，该第二对位标记62为形成在镂空掩模6上的通孔。

在步骤S3中，黑色光阻材料5必须为负性感光材料。黑色光阻材料5经过紫外曝光后，会发生光固化反应，导致其溶解性发生明显变化。黑色光阻材料5的透光率小于0.1％，在本申请中，黑色光阻材料5的透光率越小，会使得制得的微透镜阵列成像组件1精度越高，应用在电子器件中时会有更好的性能，例如，当使用该方法制备的微透镜阵列成像组件1应用在指纹识别系统中时，由于该微透镜阵列成像组件1的精度高，会使识别的速度更快，使电子器件的工作效率更高。紫外光源7朝向基底31的背面312设置，需要说明的是，紫外光源7无需对准个别微透镜单元32进行曝光。曝光方式可以是大面积的紫外光源7静止曝光，也可以是小面积的紫外光源7移动扫描式曝光，具体曝光方式可以根据生产规模或生产条件进行选择，在此不做具体限定。

采用喷涂或者旋涂的方式涂覆黑色光阻材料5。对基底31涂覆黑色光阻材料5有多种方法，旋转涂胶是目前最有效的方法之一。旋转涂胶的基本原理是：首先，将黑色光阻材料5滴在基底31中央；基底31先低速旋转，使黑色光阻材料5在基底31表面缓慢的摊开；然后，基底31高速旋转，直至基底31匀速旋转时基底31表面形成均匀且厚度可控的黑色光阻材料5。黑色光阻材料5在基底31上旋转涂胶的过程符合粘性流体的运动规律，黑色光阻材料5的厚度与转速相关，旋转涂胶的时间与滴胶量相关，具体的参数根据实际生产需要进行选择，在此不做具体的限定。

在步骤S4与步骤S5中，对基底31背面312进行紫外泛曝光后，微透镜单元32之间的间隙因受到紫外曝光而发生光固化反应，使得微透镜单元32间隙区域的黑色光阻材料5难以溶解在显影剂中。而涂覆在微透镜单元32上的黑色光阻材料5由于受到基底31背面312遮光部4的遮挡，没有暴露在紫外光之下，从而，微透镜单元32上的黑色光阻材料5没有发生光固化反应，会溶解在显影剂之中。

在步骤S6中，为了实现微透镜阵列成像组件1的功能，须使微透镜阵列成像组件1透光良好，需要使用去离子水清洗掉涂覆在基底31背部的遮光部4。为了使清洗步骤简单并易于清洗，挡光材料使用水溶性黑色油墨。此外，去离子水还应当一并清洗掉显影剂与溶解在显影剂中的黑色光阻材料5，以使制备得到干净的微透镜阵列成像组件1。

本发明使用紫外纳米压印技术制备微透镜阵列组件3，请参见图3并结合图2，该微透镜阵列组件3的制备方法包括：

提供模具2：模具2包括基部20、自基部20内凹形成的凹部阵列21和至少一个用以形成第一对位标记的凹槽201；

压印微透镜阵列33：在基底31的正面311形成胶层(未图示)，使用模具通过压印技术在基底31的正面311压印形成微透镜阵列33。该压印技术为紫外纳米压印技术。

请结合图4，上述模具2的制备方法可采用如下步骤：

(1)提供基板22并对基板22进行表面处理。该表面处理步骤包括清洗、烘干与涂覆助粘剂23，通过该处理步骤可增加基板22表面能，使得涂覆在基板22上的材料能够更加牢固的粘附在基板22上。

(2)在基板22上涂覆光刻胶24，涂布方式为旋涂、刮涂、滚涂中的任意一种；

(3)使用光刻机对上述光刻胶24进行无掩模紫外激光直写曝光，曝光后使用显影剂进行显影，即得到柱体光刻胶阵列25和柱体对位标记29；

(4)获得模具基板27：对柱体光刻胶阵列25进行高温加热以达到熔融状态，熔融状态下的柱体光刻胶阵列25在表面能的作用下自动形成微透镜球体阵列26。该方法制备的微透镜球体阵列26光滑程度高，粗糙度可以优于10nm；

(5)依据微透镜球体阵列26和柱体对位标记29，在模具基板27上通过微电铸生长形成模具2，其中，模具2具有朝向模具基板27的对接面28，该对接面28上内凹形成有与微透镜球体阵列26对应的凹部阵列21、以及与柱体对位标记29(未图示)对应形成的凹槽201(未图示)。

(6)将生长好的模具2从模具基板27上剥离脱模，形成模具2。

模具2还可以为其它材料，如硅片、石英、硅胶类、酯类等，其中，使用硅片与石英材料时，模具2为硬模具；使用硅胶类与酯类材料时，模具2为软模具。模具2可以为硬模具，也可以为软模具，可以根据生产需要选择上述任一种材料，在此不作具体限定。凹槽201依据柱体对位标记29形成，柱体对位标记29可以制作为多个，如两个，三个；相应的，凹槽201也被制作为多个。当柱体对位标记29为两个时，相应的制作出两个凹槽201；当柱体对位标记29为三个时，相应的制作出三个凹槽201。

请再次结合图3并结合图2，“在基底31的正面311形成胶层”的详细方法如下：

第1步、在基底31的正面311涂覆胶水(未图示)。基底31采用光学级PET薄膜或者光学级透明玻璃，以使微透镜阵列组件3具有良好的透光性能。

第2步、提供压印所用的模具2。模具2包括基部20、自基部20内凹形成的凹部阵列21和至少一个用以形成所述第一对位标记34的凹槽201(未图示)；

第3步、使用模具2在基底31的正面311压印出微透镜阵列33。模具2与基底31上的胶水(未图示)进行物理接触并使胶水(未图示)充满模具2的凹部阵列21和凹槽201(未图示)中，再使用加压装置作用于模具2与基底31上，凹部阵列21压印出微透镜阵列33，凹槽201(未图示)压印出第一对位标记34；

第4步、通过紫外曝光固化胶水(未图示)；

第5步、胶水(未图示)固化后脱模，以形成胶层；

第6步、刻蚀、剥离凹部阵列21和凹槽201(未图示)以外的残留胶水(未图示)。

在上述第2步中，胶水(未图示)可以为紫外固化胶水(未图示)，OCA光学胶等光固化胶或热固化胶。因紫外固化胶水(未图示)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(未图示)作为制备微透镜阵列33的材料。胶水(未图示)作为模具2与基底31的中间介质，可以避免在压印过程中由于两者的直接物理接触而造成的模具2损伤。胶水(未图示)的涂覆厚度可以根据模具2的材料和模具2上的图形结构的特点进行选择，在此不做具体限定。在基底31上涂覆胶水(未图示)有多种方法，旋转涂胶是目前最有效的涂胶方式，使胶水(未图示)能够均匀的涂覆在基底31上。

在第4步中，胶水(未图示)能否固化、固化速度的大小与紫外光源的匹配程度有关。光源的发射光谱与反应物的吸收光谱有更多重叠的光源有利于光化学反应的发生，因此，必须选择与胶水(未图示)相匹配的波长范围，具体根据使用的胶水(未图示)进行选择，在此不作具体限定。

综上，本申请提供了微透镜阵列成像组件1、微透镜阵列组件3、模具2的具体制备方法，能够在微透镜单元32的间隙精准的涂覆黑色光阻材料5。本发明提供了一种简单易操作、精度高保真、适合批量生产的光学成像薄膜器件的制备方法。该方法的优点在于，在基底2的背面312正对微透镜单元32的位置设置遮光层4，该设置巧妙的避开了黑色遮光材料5透光率和套刻曝光精度的技术矛盾，因此可以选择吸光系数更好的黑色光阻材料5作为挡光材料，从而获得位置精度高、边缘粗糙度好的微透镜阵列成像组件1。

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)

1.一种微透镜阵列成像组件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

S1、提供微透镜阵列组件，所述微透镜阵列组件包括基底和形成在所述基底的正面的若干微透镜单元，若干所述微透镜单元形成微透镜阵列；

S2、在所述基底的背面制备若干遮光部，所述遮光部由挡光材料形成，所述遮光部正对所述微透镜单元的位置布置；

S3、在所述基底的正面涂覆黑色光阻材料，所述黑色光阻材料为负性感光材料；

S4、对所述基底的背面进行紫外泛曝光；

S5、溶解去除涂覆在所述微透镜单元上的所述黑色光阻材料；

S6、去除所述遮光部。

2.如权利要求1所述的微透镜阵列成像组件的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述遮光部的形成方法为：

所述基底的背面设置镂空掩模，所述镂空掩模具有与所述微透镜单元孔径相同且排布方式相同的镂空部，将所述镂空掩模与所述微透镜阵列对准，于所述基底的背面涂覆挡光材料以在所述镂空部内形成所述遮光部。

3.如权利要求2所述的微透镜阵列成像组件的制备方法，其特征在于，将所述镂空掩模与所述微透镜阵列对准的方法包括：所述基底上设置有第一对位标记，所述镂空掩模上设置有与所述第一对位标记对应设置的第二对位标记，将所述第二对位标记和所述第一对位标记进行位置对准。

4.如权利要求3所述的微透镜阵列成像组件的制备方法，其特征在于，所述微透镜阵列组件的制备方法包括：

提供模具，所述模具包括基部、自所述基部内凹形成的凹部阵列和至少一个用以形成所述第一对位标记的凹槽；

压印所述微透镜阵列，在所述基底的正面形成胶层，使用所述模具通过压印技术在所述基底的正面压印形成所述微透镜阵列。

5.如权利要求4所述的微透镜阵列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)提供基板，并对所述基板进行表面处理；

(2)在所述基板表面涂覆光刻胶；

(3)对所述光刻胶进行激光直写曝光，显影，得到柱体光刻胶阵列和至少一个柱体对位标记；

(4)高温加热所述柱体光刻胶阵列直至熔融状态，以获得模具基板，所述模具的基板上形成有通过所述柱体光刻胶阵列自动形成的微透镜球体阵列；

(5)依据所述微透镜球体阵列和至少一个柱体对位标记，在所述模具的基板上通过微电铸生长形成模具，所述模具具有朝向所述模具的基板的接触面，所述接触面上内凹形成有与所述微透镜球体阵列对应的所述凹部阵列、以及与所述柱体对位标记对应形成的所述凹槽；

(6)将生长好的所述模具从所述模具的基板上剥离、脱模。

6.如权利要求4所述的微透镜阵列成像组件的制备方法，其特征在于，所述模具为硬模具或软模具，所述硬模具的材料为硅片或石英，所述软模具的材料为硅胶类或酯类中的任一种。

7.如权利要求1所述的微透镜阵列成像组件的制备方法，其特征在于，所述挡光材料的涂覆方式为喷涂或者刮涂；所述黑色光阻材料的涂覆方式为喷涂或者旋涂。

8.如权利要求1所述的微透镜阵列成像组件的制备方法，其特征在于，所述黑色光阻材料的透光率小于0.1％。

9.如权利要求1所述的微透镜阵列成像组件的制备方法，其特征在于，所述基底为光学级PET薄膜或者光学级透明玻璃。

10.如权利要求1所述的微透镜阵列成像组件的制备方法，其特征在于，所述挡光材料为水溶性黑色油墨。

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