1274898 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種微透鏡之製法，尤指一種利用熱膨 脹氣體成形方式而製出微透鏡之製法。 【先前技術】 光學的發展一直是以幾何光學為理論基礎，大部分的 光學元件皆是以研磨方式為主要的加工手段，元件表面的 主要形狀大抵為平面或是球面。隨著科技的進步，近年來 • 各種產品的開發，除了功能的要求外，小型化亦是設計之 目標。在此種趨勢之下，料元件的發展亦朝著微裂化、 陣列化、集成化方向邁進，為了達成系統的微型化，微光 學元件便成為不可或缺的光學元件。目前微小光學系統的 重要性逐漸增加，而傳統光學元件已無法滿足需求，可以 滿足微小陣列化的方式就是利用微機電系統（Micr〇
Electro Mechanical System，簡稱 MEMS)技術。因為近 年的光通訊、無線通訊和生醫流體技術越來越受到重視， 藉由成熟半導體製程和精密加工技術的結合，則可以適用 微小的光學元件；也就是藉由體型微加工（以比 micromachining)、面型微加工（surfacemicr⑽acMning )、微光刻電鑄模造系統（LIGA)、微放電加工（#—EDM) 與準分子雷射（excimerlaser)等基本技術製作出所需的 微小光學元件之結構。 其中微透鏡更是微光學系統中的關鍵元件，在許多領 域都有其應用，例如：光學讀取系統、電磁耦合元件（⑶虹狀 1274898 C〇upled Devlce，CCD)、光纖連接系統、液晶顯示哭上的 故’微透鏡是微光機電系統（m咖㈣ 件：ro, ：:：cal System，簡稱M0EMS)中的重要零組 M 尺寸越來越小的光學元件之需求。 開始之?展歷一 方法 A $谷法是在Ί q 8 8车ρ φ &、隹 -步變成製作微透鏡縣 9 8 8巧出而進 遍被使用的技術。复中土;在方法是取簡單與最普 ，將圓柱触製作在㈣=、、㈣係利用半導體微影技術 且以超伽送入烤箱或咖 -h H /里度作加熱，由光阻材料内的分子增 :，：而：ΐ面張力作用，使得光阻表面能量趨近於最 尸定性，可利用近似球面狀的結構。如果要增加微透鏡的 應離子崎法，將原形狀移至船 材Γ=術簡單，但是在熱炼過程中因著光阻與基 =:影響所呈現的臨界角效應，會使球面形狀的 ，以及低焦距等缺點，以致於後來有复 ==㈣糊熱、料、雙層光阻回流法: 成形法、 、去、读、、包法耸望c 減壓法、軟式微影 二作==同焦距或數值孔徑的 之製法實在需要再進_;二幅提高。所以’微透鏡 【發明内容】 本毛月之主要目的，在於解決上述的問題而提供一種 1274898 微透鏡之製法，其在於改善微透鏡薄膜的表面粗糙度，及 所需製程亦簡單，可大幅降低製作成本。 本發明之另一目的，由於經光罩的設計可以設計出相 等矩陣行列數的微透鏡陣列，以達到模組化'積體化的需 求，而使用在液晶顯示器的背光模組上，或應用於其他種 的顯示器上。 Λ 為達前述之目的，本發明係包括下列步驟： 凹槽與穿孔成形步驟：其係於一基板中成形至少一凹 _ 槽，該凹槽係為一封閉空間，且該基板之表面對應該凹槽 成形一微小之穿孔，該穿孔係貫穿該基板之表面連通至^ 凹槽； Λ
微透鏡薄膜模仁成形步驟·丹诼肘 w々丁何科均句 塗佈於該基板之表面，並填滿該穿孔，以供該凹槽形成為 密閉空間，再加熱該塗佈有高分子材料之基材，使得兮美 材之凹槽内部空間的氣體體積變大，該凹槽内部之氣體二 力也隨之變大，而使該穿孔内之高分子材料受到該凹槽内 氣體體積膨脹之壓力擠壓的作用，而向外膨脹且突出^兮 基板之表面而形成一半球罩狀之微透鏡薄膜模仁； ；Λ ^ 微透鏡模具成形步驟：係成形一層金屬層於該基材 心支&鏡薄膜模仁表面上，並進行翻模而得到一且 之 狀結構之微透鏡模具； 教罩 ’ 微透鏡成品成形步驟：其係利用該微透鏡模具<y 、 將〜透明材料製作成具有半球結構之微透鏡成品。、 本發明之上述及其他目的與優點，不難從下诚 厅選用 1274898 實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。 當然，本發明在某些另件上，或另件之安排上容許有 所不同，但所顧之實_，翁本朗書巾，予以詳細 說明，並於附圖中展示其技術。 ^ 【實施方式】 請參閱第1A圖至第4圖，圖中所示者為本發明所選 用之實_，此僅供說明之用，在專财請上並不受 技術之限制。 本實施例之微透鏡之製法，其包括下列步驟： a ·凹槽與穿孔成形步驟：其係於—基板i中成形至 少-凹槽1 3 ’該凹槽1 3係為-封閉空間，且該基板丄 之表面1 0對應該凹槽i 3成形—微小之穿孔i 2，該穿 孔1 2係貫穿該基板1之表面i Q連通至該凹槽^ 3 ;在 本實施例中，該基板1成形有多數呈陣列式排列之凹槽丄 3及穿孔1 2，且該基係由—上基板ia與一下基板 1 B所組成’其係選用—雙拋< 丄◦ Q ^夕晶圓之上基板 1 A為基材，並以熱氧方式而在該上基板1 a之表面與底 面上分別成長-層二氧化發層i 1，再利用微影技術進行 雙面曝光、顯影以定義該上基Μ A表面之穿孔i 2與底 面之凹槽1 3呈多數陣列式排列的蝕刻區域，再以濕蝕刻 (BOE)將蝕刻區域之二氧化矽層i丄去除，使蝕刻區 域裸露在外，再以非等向性濕蝕刻（κ〇H)的方式，將 上基板1 Α雙面之蚀刻區域餘刻至一定深度，並使該穿孔 1 2與該凹槽1 3彼此貫穿，如此即可於該上基板i中同 1274898 日π成形多數呈陣列式排列之凹槽1 3，並同時在各該凹槽 1 3之頂部分別對應成形一微小之穿孔1 2 ;之後，再選 用一雙拋< 1 〇 〇 >矽晶圓之下基板1 Β為基材，並以熱 氧方式在该下基板1 Β之表面成長一層二氧化石夕層2 1， 再將該上基板iΑ具有凹槽1 3之底面藉由一黏著層工4 而接合於該下基板1 B成長有二氧化矽層2 1之表面上， 以封閉該上基板1A之凹槽1 3的開口； # b ·微透鏡薄膜模仁成形步驟··其係將一高分子材料 1 5均勻塗佈於該基板i具有該穿孔丄2之表面，並填滿 該穿孔1 2，以供該凹槽丄3形成為密閉空間，在本實施 例中，係利用光阻旋塗技術將高分子材料1 5均勻塗佈於 該上基板1之表面，進而使高分子材料丄5填滿該穿孔工 2，再加熱該塗佈有高分子材料i 5之基材i，在本實施 例中，係將該基板！置於烤箱中加熱，使得該基材丄之凹 槽1 3内部空間的氣體體積變大，該凹槽丄3内部之氣體 φ 壓力也隨之變大，而使該穿孔丄2内之高分子材料丄^ 到该凹槽13内氣體體積膨脹之壓力擠壓的作用，而向外 膨脹且突出於該基板；！之表面而形成一半球罩狀，並經烤 箱加熱過程，使得形成有突出半球罩狀之高分子材料丄5 固化成一微透鏡薄膜模仁151; a c ·微透鏡模具成形步驟：係成形一層金屬層丄㊀於 該基材1之微透鏡薄膜模仁丄5工表面上，在本實施例中 係先於該微透鏡薄膜模仁工5丄表面上蒸錢一層種子 6 1 ’再以電鑄方式於該種子層i 6 i上電鑄 ^ 1274898 金屬層1 6，再利用該金屬層1 6進行翻模而得到一具有 半球罩狀結構之微透鏡模具17; d ·彳政透鏡成品成形步驟··其係利用該微透鏡模具1 7將一透明材料製作成微透鏡成品i 8，在本實施例中， 係利用微射出成型或微熱壓成型，以該微透鏡模具1 7之 形狀將透明樹脂、玻璃其中一種材質之透明材料製作成具 有多數呈陣列式排列半球結構之微透鏡成品χ 8。 八 由上述可知，本實施例之微透鏡之製法，其主要係於 .一基板1中成形至少一凹槽丄3，該凹槽2 3係為一封閉 空間，且該基板1之表面i 〇對應該凹槽丄3成形一微小 之穿孔1 2，該穿孔i 2係貫穿該基板工之表面丄〇連通 至戎凹槽1 3，再將-高分子材料工5均勻塗佈於該基板 1具有該穿孔1 2之表面，並填滿該穿孔丄2，以供該凹 槽1 3形成為密閉空間，再加熱該塗佈有高分子材料工5 1基材1，使得該基材1之凹槽丄3内部空間的氣體體積 _ 、s:大，该凹槽1 3内部之氣體壓力也隨之變大，而使該穿 孔1 2内之高分子材料丄5受到該凹槽工3内氣體體積膨 脹之壓力擠壓的作用，而向外膨脹且突出於該基板丄之表 面而形成一半球罩狀之微透鏡薄膜模仁丄5丄，再成形一 層金屬層1 6於該基材丄之微透鏡薄膜模仁1 5 1表面 上’再利用該金屬層1 6進行翻模而得到一具有半球罩狀 結構之微透鏡模具1 7，再利用該微透鏡模具丄7將一透 明材料製作成具有多數呈陣列式排列半球結構之微透鏡成 品1 8，其所需製程簡單，可大幅降低製作成本，且可以 1274898 設計出相等矩陣行列數的微透鏡陣列，以達到模組化、積 體化的需求。 而微透鏡本身之半球罩狀的曲率半徑之控制，主要係 藉由凹槽1 3内部空間體積大小、穿孔1 2内所填滿之高 分子材料1 5劑量多寡及烤箱溫度的參數來設計，而該凹 槽1 3内部空間體積大小的控制，係在蝕刻過程中，所使 用的蝕刻液參數都是固定的，故可藉由控制穿孔1 2與凹 槽1 3之蝕刻區域而控制凹槽1 3内部空間之體積；而穿 ► 孔1 2内所填滿之高分子材料1 5劑量多寡的控制，係可 藉由光組旋塗機之轉速與時間參數，而控制穿孔1 2内所 填滿之高分子材料1 5劑量的多寡，以達到所欲微透鏡半 球罩狀之曲率半徑；而烤箱溫度參數的控制，其係藉由操 控烤箱溫度參數而改變烘烤溫度，使凹槽1 3内部之氣體 分子碰撞後體積變大及氣體壓力也隨之變大，而影響高分 子材料1 5受到氣體體積膨脹之壓力擠壓的作用，分別向 外膨脹且突出有微透鏡曲面形狀之薄膜的效果，再者，烤 ^ 箱時間參數也會間接影響高分子材料1 5向外突出後之固 化程度。 當然，本發明仍存在許多例子，其間僅細節上之變化 。請參閱第5A圖及第5B圖，其係本發明之第二實施例 ，其中亦可以下列步驟實施： a ·凹槽與穿孔成形步驟：其係選用一雙拋< 1 0 0 晶圓之基板4為基材’並以熱氧方式而在該基板4之 表面上成長一層二氧化矽層41，再利用微影技術定義該 11 Φ 1274898 、、表面壬夕數陣列式排列之凹槽4 3的蝕刻區域，再 以/愚姓刻（B 〇 e )㈣各㈣m域之二氧切層4丄， 5 ^ ί ^ &乾触刻（R 1 E)餘刻該基板4之#刻區域餘 疋，木度，而同時於該基板4中成形多數呈陣列式排列 ， 後，再於該基板4所I虫刻出凹槽4 3開口 周圍之表面騎—層金屬種子層4 4，再將該基板4置入 电鑄才曰中於邊基板4之種子層4 4上電鑄—層金屬層4 5 ’以封閉各該凹槽4 3之開口並使該金屬層4 5對應該 ，板4之各凹槽4 3分別成形一微米級的穿孔4 2，各該 穿孔4 2係分別連通各該凹槽4 3，而完成凹槽與穿孔成 形步驟； b·微透鏡薄膜模仁成形步驟：其係將一高分子材料 4 6均勻塗佈於該基板4之金屬5具有該穿孔4 2之 表面，並填滿該穿孔4 2，以供該凹槽4 3形成為密閉空 間，之後’再將已塗怖高分子材料46之基板4置於烤箱 中加熱，使得該基材4之凹槽4 3内部空間的氣體體積變 大，該凹槽4 3内部之氣體壓力也隨之變大，而使該穿孔 4 2内之高分子材料4 6受到該凹槽4 3内氣體體積膨脹 之壓力擠壓的作用，而向外膨脹且突出於該基板4之表面 而形成/半球罩狀，並經烤箱加熱過程，使得形成有突出 半球罩狀之咼为子材料4 6固化成一微透鏡薄膜模仁4 6 1 ； c·微透鏡模具成形步驟：係於該基板4之微透鏡薄 膜模仁4 6 1表面上再電鑄一層金屬層4 7 ,再利用該金 12 1274898 屬層4 7進行翻模而得到一具有半球罩狀結構之微透鏡模 具4 8 ; d·微透鏡成品成形步驟：其係利用該微透鏡模具4 8之形狀，以微熱壓成型方式將一透明材料熱壓成具有多 數呈陣列式排列半球結構之微透鏡成品4 9。 由上述可知，本第二實施例之微透鏡之製法，其主要 其係以一矽晶圓作為基板4之基材，利用微影、蝕刻等技 術於該基板中成形多數陣列式排列之凹槽4 3，再利用蒸 鍍、電鑄技術於該基板4對應各凹槽4 3處分別成形一微 米級的穿孔4 2，再將一高分子材料4 6填滿於該穿孔4 2内，以供該凹槽4 3形成為密閉空間，之後，再加熱該 基板4，使得該基材4之凹槽4 3内部空間的氣體體積變 大，該凹槽4 3内部之氣體壓力也隨之變大，而使該穿孔 4 2内之高分子材料4 6受到該凹槽4 3内氣體體積膨脹 之壓力擠壓的作用，而向外膨脹且突出於該基板4之表面 而形成一半球罩狀之微透鏡薄膜模仁4 6 1，之後再利用 該微透鏡薄膜模仁4 6 1製成一具有半球罩狀結構之微透 鏡模具4 8，最後，再利用該微透鏡模具4 8之形狀，將 一透明材料熱壓成具有多數呈陣列式排列半球結構之微透 鏡成品4 9。 由上述實施例的說明可知，本發明微透鏡之製法具有 下列優點： 其一，可改善微透鏡薄膜的表面粗糙度，及所需製程 亦簡單，可大幅降低製作成本。 13 1274898 其二，經由光罩的設計可以設計出相等矩陣行列數的 微透鏡陣列，以達到模組化、積體化的需求，而使用在液 晶顯示器的背光模組上，或應用於其他種的顯示器上。 以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以 限制本發明，故舉凡數值之變更或等效元件之置換仍應隸 屬本發明之範疇。 由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的 確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利 申請。 【圖式簡單說明】 第1A圖係本發明第一實施例之製程示意圖之一 第1 B圖係本發明第一實施例之製程示意圖之二 第2圖係本發明第一實施例均勻塗佈並填滿於上基板 之各穿孔内的高分子材料之實際結構放大剖面 圖 第3圖係本發明第一實施例之微透鏡薄膜模仁實際結 構放大不意圖 第4圖係本發明第一實施例之微透鏡呈陣列式排列之 不意圖 第5 A圖係本發明第二實施例之製程示意圖之一 第5 B圖係本發明第二實施例之製程示意圖之二 【主要元件符號說明】 (本發明部分） 14 1274898 基板1 下基板1 B 穿孔1 2 黏著層1 4
微透鏡薄膜模仁1 5 1 種子層1 6 1 微透鏡成品18 基板4 穿孔4 2 種子層4 4 高分子材料4 6 金屬層4 7 微透鏡成品4 9 上基板1 A 二氧化石夕層11、21 凹槽1 3 高分子材料15 金屬層1 6 微透鏡模具17 二氧化矽層4 1 凹槽4 3 金屬層4 5 微透鏡薄膜模仁4 6 1 微透鏡公模具4 8 15