CN116125569B - 一种基于纳米压印的微透镜阵列制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于纳米压印的微透镜阵列制备方法，包括如下依序的步骤：制作出第一母版和第二母版，用第一母版复制出一侧面具有与微透镜阵列相吻合的微透镜凹槽阵列的第一工作版；用第二母版复制出一侧面具有与槽孔阵列相吻合的凸起阵列的第二工作版；在玻璃基底一侧面上镀制一层掩模层；在掩模层上旋涂光刻胶，使用第二工作版对光刻胶进行压印，然后将光刻胶层中的槽孔阵列对应孔内的掩模层蚀刻去除，在掩模层一侧面上滴上紫外结构胶水，并采用第一工作版对紫外结构胶水进行压印，制得微透镜阵列层。本发明采用纳米压印技术制备能对微透镜之间的间隙进行遮挡的微透镜阵列，避免微透镜整列的间隙漏光现象，提高光学系统的性能。

Description

一种基于纳米压印的微透镜阵列制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于纳米压印的微透镜阵列制备方法。
背景技术
微透镜阵列（MLA）是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。微透镜以其独特的光学性能，具有轻量化、薄膜化、集成化的优点，打破了传统光学的限制，使得系统更容易集成，在哈特曼传感器、立体成像、光场显示、光束耦合、光束匀化等领域有着广泛的应用。
从口径形状来分，可以分为四边形微透镜、六边形微透镜、矩形微透镜、圆形微透镜、随机微透镜。常用的相邻的两个微透镜之间会存在间隙，间隙就会造成透光，而在光学系统应用中，间隙漏光会影响光学系统的质量。因此，需要提供一种能对微透镜之间的间隙进行遮挡的微透镜阵列。
发明内容
本发明提供一种基于纳米压印的微透镜阵列制备方法，本发明采用纳米压印技术制备一种能对微透镜之间的间隙进行遮挡的微透镜阵列，从而避免微透镜整列的间隙漏光现象，提高光学系统的性能。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于纳米压印的微透镜阵列制备方法，包括如下依序的步骤：
先采用光刻工艺加工制作出第一母版和第二母版，
所述的第一母版包括第一基板及设置于第一基板一侧面上的结构排布及形状大小与待制作微透镜阵列的结构排布及形状大小相同的微透镜阵列；
所述的第二母版包括第二基板及多个设置于第二基板一侧面上的槽孔阵列，槽孔阵列中每一个槽孔的外周及位置与微透镜阵列中每一个微透镜与第一基板衔接处的外周及位置都相对应，
然后在所述的第一母版的微透镜阵列表面上旋涂PDMS或PMMA材料，并采用纳米压印技术用第一母版复制出一侧面具有与微透镜阵列相吻合的微透镜凹槽阵列的第一工作版；
然后在所述的第二母版的槽孔阵列表面上旋涂PDMS或PMMA材料，并采用纳米压印技术用第二母版复制出一侧面具有与槽孔阵列相吻合的凸起阵列的第二工作版；
接着取一干净的玻璃基底，并且在所述的玻璃基底一侧面上镀制一层由不透光材料制成的掩模层；然后在所述的掩模层上旋涂一层光刻胶，并趁着光刻胶未固化时采用纳米压印工艺使用第二工作版对光刻胶进行压印，在所述的掩模层上制得一层与所述的第二母版槽孔阵列相一致的光刻胶层，然后采用光刻工艺将光刻胶层中的槽孔阵列对应孔内的掩模层蚀刻去除，接着去除掉光刻胶层；
最后在掩模层一侧面上滴上适量紫外结构胶水，并用纳米压印工艺采用第一工作版对紫外结构胶水进行压印，固化后去除第一工作版，在玻璃基底表面制得由紫外结构胶水构成的微透镜阵列层。
本方案采用基于纳米压印制备一种能对微透镜之间的间隙进行遮挡的微透镜阵列，能阻隔光线从间隔区域透过，避免由于杂散光而影响光学系统性能。本方案在制备同一型号的微透镜阵列时，只需要在第一次制备的时候制备第一母版、第二母版、第一工作版和第二工作版，然后重复之后的步骤就可以得到所述的微透镜阵列，因此本方案效率高，能实现规模化生产。
进一步地，所述的微透镜阵列中的透镜可以是球透镜、非球透镜、柱面透镜、锥透镜或其它异形透镜；透镜的尺寸范围为从几十个微米到几百个微米。
具体地，所述的第一母版和第二母版的材料是玻璃、硅或金属材料。
具体地，所述的掩模层采用PVD的方法蒸镀而成。
具体地，所述的掩模层的材料为Cr、Ni或者Si的不透可见光材料，厚度>150nm。
具体地，所述的微透镜阵列中透镜为直径200um、高度为20um的半球形。
具体地，相邻两个透镜中心间距为210um；第二母版的槽孔为直径200um、高度500nm的柱形孔，相邻两个槽孔中心间距为210um。
较之前的现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明采用纳米压印技术制备一种能对微透镜之间的间隙进行遮挡的微透镜阵列，从而避免微透镜整列的间隙漏光现象，大大提高光学系统的性能。本方案在制备同一型号的微透镜阵列时，只需要在第一次制备的时候制备第一母版、第二母版、第一工作版和第二工作版，然后重复之后的步骤就可以得到所述的微透镜阵列，因此本方案效率高，能实现规模化生产。
附图说明
图1是实施例1第一母版的主视图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是实施例1第二母版的主视图。
图4是图3的B-B剖视图。
图5是实施例1的第一工作版的剖视图。
图6是实施例1的第二工作版的剖视图。
图7是实施例1用第二工作版压印光刻胶层的过程示意图（压印前）。
图8是实施例1用第二工作版压印光刻胶层的过程示意图（压印后）。
图9是实施例1蚀刻去除槽孔阵列对应孔内的掩模层后的示意图。
图10是实施例1用第一工作版压印紫外结构胶水的过程示意图。
图11是实施例1用第一工作版压印紫外结构胶水后的示意图。
图12是实施例1制得的微透镜阵列的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明进一步阐述
实施例
本实施例要制备基于纳米压印的微透镜阵列中透镜为直径200um、高度为20um的半球形，相邻两个透镜中心间距为210um；第二母版的槽孔为直径200um、高度500nm的柱形孔，相邻两个槽孔中心间距为210um。
本实施例的基于纳米压印的微透镜阵列制备方法，包括如下依序的步骤：
先采用光刻工艺加工制作出第一母版1和第二母版2，
所述的第一母版1包括第一基板1-1及设置于第一基板1-1一侧面上的结构排布及形状大小与待制作微透镜阵列的结构排布及形状大小相同的微透镜阵列1-2；
所述的第二母版2包括第二基板2-1及多个设置于第二基板2-1一侧面上的槽孔阵列2-2，槽孔阵列2-2中每一个槽孔的外周及位置与微透镜阵列1-2中每一个微透镜与第一基板1-1衔接处的外周及位置都相对应，
然后在所述的第一母版1的微透镜阵列1-2表面上旋涂PDMS或PMMA材料，并采用纳米压印技术用第一母版1复制出一侧面具有与微透镜阵列1-2相吻合的微透镜凹槽阵列的第一工作版3；
然后在所述的第二母版2的槽孔阵列2-2表面上旋涂PDMS或PMMA材料，并采用纳米压印技术用第二母版2复制出一侧面具有与槽孔阵列2-2相吻合的凸起阵列的第二工作版4；
接着取一干净的玻璃基底5，并且在所述的玻璃基底5一侧面上镀制一层由不透光材料制成的掩模层6；然后在所述的掩模层6上旋涂一层光刻胶7-1，并趁着光刻胶未固化时采用纳米压印工艺使用第二工作版4对光刻胶进行压印，在所述的掩模层6上制得一层与所述的第二母版2槽孔阵列2-2相一致的光刻胶层7-2，然后采用光刻工艺将光刻胶层7-2中的槽孔阵列2-2对应孔内的掩模层6蚀刻去除，接着去除掉光刻胶层7-2；
最后在掩模层6一侧面上滴上适量紫外结构胶水，并用纳米压印工艺采用第一工作版3对紫外结构胶水进行压印，固化后去除第一工作版3，在玻璃基底5表面制得由紫外结构胶水构成的微透镜阵列层8。
本方案采用基于纳米压印制备一种能对微透镜之间的间隙进行遮挡的微透镜阵列，能阻隔光线从间隔区域透过，避免由于杂散光而影响光学系统性能。
所述的微透镜阵列中的透镜可以是球透镜、非球透镜、柱面透镜、锥透镜或其它异形透镜；透镜的尺寸范围为从几十个微米到几百个微米。本实施例以半球透镜为例。
具体地，所述的第一母版1和第二母版2的材料是玻璃、硅或金属材料。
具体地，所述的掩模层6采用PVD的方法蒸镀而成。
具体地，本实施例的掩模层6的材料为Cr膜，厚度为170nm。还可以为Ni或者Si的不透可见光材料。
本发明不仅限于上述实施例，凡是依据本发明技术原理所做出的简单替换、等同改进和变化均在本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于纳米压印的微透镜阵列制备方法，其特征在于：包括如下依序的步骤：
先采用光刻工艺加工制作出第一母版(1)和第二母版(2)，
所述的第一母版(1)包括第一基板(1-1)及设置于第一基板(1-1)一侧面上的结构排布及形状大小与待制作微透镜阵列的结构排布及形状大小相同的微透镜阵列(1-2)；
所述的第二母版(2)包括第二基板(2-1)及多个设置于第二基板(2-1)一侧面上的槽孔阵列(2-2)，槽孔阵列(2-2)中每一个槽孔的外周及位置与微透镜阵列(1-2)中每一个微透镜与第一基板(1-1)衔接处的外周及位置都相对应，
然后在所述的第一母版(1)的微透镜阵列(1-2)表面上旋涂PDMS或PMMA材料，并采用纳米压印技术用第一母版(1)复制出一侧面具有与微透镜阵列(1-2)相吻合的微透镜凹槽阵列的第一工作版(3)；
然后在所述的第二母版(2)的槽孔阵列(2-2)表面上旋涂PDMS或PMMA材料，并采用纳米压印技术用第二母版(2)复制出一侧面具有与槽孔阵列(2-2)相吻合的凸起阵列的第二工作版(4)；
接着取一干净的玻璃基底(5)，并且在所述的玻璃基底(5)一侧面上镀制一层由不透光材料制成的掩模层(6)；然后在所述的掩模层(6)上旋涂一层光刻胶(7-1)，并趁着光刻胶未固化时采用纳米压印工艺使用第二工作版(4)对光刻胶进行压印，在所述的掩模层(6)上制得一层与所述的第二母版(2)槽孔阵列(2-2)相一致的光刻胶层(7-2)，然后采用光刻工艺将光刻胶层(7-2)中的槽孔阵列(2-2)对应孔内的掩模层(6)蚀刻去除，接着去除掉光刻胶层(7-2)；
最后在掩模层(6)一侧面上滴上适量紫外结构胶水，并用纳米压印工艺采用第一工作版(3)对紫外结构胶水进行压印，固化后去除第一工作版(3)，在玻璃基底(5)表面制得由紫外结构胶水构成的微透镜阵列层(8)；
所述的微透镜阵列中的透镜是柱面透镜或锥透镜；
所述的掩模层(6)采用PVD的方法蒸镀而成；
所述的掩模层(6)的材料为Ni或者Si的不透可见光材料，厚度＞150nm；
所述的微透镜阵列中透镜为直径200um、高度为20um的半球形；
相邻两个透镜中心间距为210um；第二母版的槽孔为直径200um、高度500nm的圆柱形孔，相邻两个槽孔中心间距为210um。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳米压印的微透镜阵列制备方法，其特征在于：所述的微透镜阵列中的透镜的尺寸范围在从几十个微米到几百个微米之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳米压印的微透镜阵列制备方法，其特征在于：所述的第一母版(1)和第二母版(2)的材料是玻璃、硅或金属材料。
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