專利名稱：一種基于模板電誘導成形的微透鏡陣列制造方法
技術領域：
本發明屬于微透鏡制造技術領域，具體涉及一種基于模板電誘導成形的微透鏡陣列制造方法。
背景技術：
眾多的微透鏡制造技術在工業生產的實驗研究中得到廣泛的應用和探索，如阻蝕膠熱回流技術、激光或聚焦離子束直寫技術、微透鏡壓印成形技術等。然而目前的眾多技術中普遍面臨一些技術難題，如高質量的透鏡表面、大的數值孔徑、非球面透鏡制造以克服球差及其它由球面形狀所引起的光學缺陷、制造成本高效率低(如能量束直寫技術)。微壓印成形技術雖然可以實現大面積、低成本、高精度的制造微透鏡陣列，但該工藝需要較大的機械壓力并由此導致一些工藝缺陷，如損壞模具、壓力均勻性難以控制等，并且機械壓印工藝難以實現凹透鏡的制作。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于模板電誘導成形的微透鏡陣列制造方法，能夠制造出具有拋物凹面的微透鏡陣列，具有超高的表面光潔度(〈0.2nm);利用這種方法可以制造出大密度的透鏡陣列，即單個透鏡與透鏡之間無間隙。為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為:一種基于模板電誘導成形的微透鏡陣列制造方法，包括下列步驟:1)、加工微透鏡模板，微透鏡模板是具有一定深度的孔陣列，深度范圍ΙΟμπι 100 μ m，孔陣列為六邊形或圓形陣列，孔陣列的孔徑為10μm 2mm，孔與孔之間的間距為1μM 1ΟΟμM，微透鏡模板要具有導電性，模板制作材料采用高摻硅或不銹鋼；2)、勻膠，勻膠的襯底需要透明導電，材料為ITO (氧化銦錫)/glass，采用旋涂或噴涂方法在透明導電襯底的ITO (氧化銦錫)上獲得一定厚度的均勻聚合物薄膜，膠厚范圍為2 μ m 100 μ m，勻膠的聚合物選用紫外光固化、熱固化或熱塑性的聚合物，去掉多余聚合物薄膜，用20 50N的壓力將微透鏡模板壓在支撐層上，使模板與支撐層緊密接觸；3)、電誘導成形，在微透鏡模板和透明導電襯底之間施加電壓O 1ΟΟΟν，則透明導電襯底上殘留的聚合物會受到不均勻的電場力作用:微透鏡模板圖形區凸起的棱邊受力大，中間受力小，因而聚合物沿電場力大的方向生長直到與微透鏡模板接觸，而中間的聚合物形貌將由平坦變為凹陷，并形成以旋轉拋物曲面為特征的凹鏡形貌；4)、聚合物固化并脫模，使聚合物固化，然后脫模，即可得到微凹透鏡陣列。所述聚合物采用紫外光固化、熱固化或熱塑性的聚合物。采用微透鏡模板，經過勻膠、添加支撐層、誘導成形和脫模四步工藝過程，可以得到凹陷深度可變的拋物凹面微透鏡陣列。透鏡的凹面是由液態聚合物流變過程而形成的，因此表面會具有非常高的光潔度，可以大大減小光學噪音；同時，通過施加適當大的電壓、增加模具與聚合物表面之間的間隙，可以獲得大數值孔徑的凹透鏡陣列。
本發明的特點是:①.利用外電場對聚合物進行圖形化強調制處理使聚合物形貌變成拋物凹面。②.拋物凹面的凹陷深度可由施加電壓的大小及模具與聚合物表面之間的間隙大小來控制，從而可以獲得具有不同數值孔徑的凹透鏡陣列。③.拋物凹面是液體流變過程形成的，具有非常高的表面光潔度，表面粗糙度可達到0.2nm以下。
圖1是微透鏡模板斷面示意圖。圖2是襯底斷面示意圖。圖3是襯底表面勻膠處理及添加支撐層示意圖。圖4是微透鏡模板圖形區與聚合物區域對準并固定示意圖。圖5是電誘導成形的拋物凹面及固化示意圖。圖6是脫模后的透鏡陣列示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。一種基于模板電誘導成形的微透鏡陣列制造方法，包括下列步驟:I)、加工微透鏡模板，參照圖1，微透鏡模板是具有一定深度的孔陣列，深度范圍20 70 μ m,孔陣列為六邊形或圓形陣列，孔陣列的孔徑為10 μ m 2mm，孔與孔之間的間距為I μ m 100 μ m，微透鏡模板要具有導電性，模板制作材料采用高摻硅、不銹鋼等材料，經過深刻蝕或機械鉆孔的方法加工出模板六邊形孔陣列，形成微透鏡模板I ;2)、勻膠，勻膠的襯底需要透明導電，透明導電襯底由ITO (氧化銦錫)2和glass3組成，參照圖2所示，選用商業生產的ITO/glass即可；參照圖3所示，采用旋涂、噴涂等方法在透明導電襯底的ITO (氧化銦錫)2上獲得一定厚度的均勻聚合物薄膜4，勻膠的聚合物選用紫外光固化、熱固化或熱塑性的聚合物，膠厚范圍為2 μ m 100 μ m ;參照圖4所示，去掉多余聚合物薄膜4，用20 50N的壓力6將微透鏡模板I壓在支撐層5上；3)、電誘導成形，參照圖5所示，在微透鏡模板I和透明導電襯底之間施加電壓O ΙΟΟΟν，根據所需透鏡的曲率半徑改變電壓大小，則透明導電襯底上殘留的聚合物的形貌將將微透鏡模板圖形化分布的電場強度的調制作用下發生變化:由于微透鏡模板I圖形區凸起的棱邊受力大，中間受力小，因而聚合物沿電場力大的方向生長直到與微透鏡模板I接觸，而中間的聚合物形貌將由平坦變為凹陷，并形成以旋轉拋物曲面為特征的凹鏡形貌；4)、聚合物固化并脫模，參照圖6所示，在外界固化能量7的作用下，使聚合物固化，然后脫模，即可得到微凹透鏡陣列。所述的聚合物為紫外光固化、熱固化或熱塑性的聚合物。
權利要求
1.一種基于模板電誘導成形的微透鏡陣列制造方法，其特征在于，包括下列步驟: I )、加工微透鏡模板，微透鏡模板是具有一定深度的孔陣列，深度范圍IO μ m 100 μ m，孔陣列為六邊形或圓形陣列，孔陣列的孔徑為 ομπι 2_，孔與孔之間的間距為Ιμπι ΙΟΟμπι，微透鏡模板要具有導電性，模板制作材料采用高摻硅或不銹鋼； 2)、勻膠，勻膠的襯底需要透明導電，材料為ITO(氧化銦錫)/glass，采用旋涂或噴涂方法在透明導電襯底的ITO (氧化銦錫)上獲得一定厚度的均勻聚合物薄膜，膠厚范圍為2μπι 100 μ m，勻膠的聚合物選用紫外光固化、熱固化或熱塑性的聚合物，去掉多余聚合物薄膜，用20 50N的壓力將微透鏡模板壓在支撐層上； 3)、電誘導成形，在微透鏡模板和透明導電襯底之間施加電壓O ΙΟΟΟν，則透明導電襯底上殘留的聚合物會受到不均勻的電場力作用:微透鏡模板圖形區凸起的棱邊受力大，中間受力小，因而聚合物沿電場力大的方向生長直到與微透鏡模板接觸，而中間的聚合物形貌將由平坦變為凹陷，并形成以旋轉拋物曲面為特征的凹鏡形貌； 4)、聚合物固化并脫模，使聚合物固化，然后脫模，即可得到微凹透鏡陣列。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的聚合物為紫外光固化、熱固化或熱塑性的聚合 物。
全文摘要
一種基于模板電誘導成形的微透鏡陣列制造方法，先加工微透鏡模板，微透鏡模板具有孔陣列，還具有導電性，然后勻膠，勻膠的襯底需要透明導電，采用旋涂或噴涂方法在透明導電襯底的ITO(氧化銦錫)上獲得均勻聚合物薄膜，去掉多余聚合物薄膜，用壓力將微透鏡模板壓在支撐層上，再電誘導成形，在微透鏡模板和透明導電襯底之間施加電壓，形成以旋轉拋物曲面為特征的凹鏡形貌，最后進行聚合物固化并脫模，即可得到微凹透鏡陣列，本發明可以獲得具有不同數值孔徑的凹透鏡陣列，具有非常高的表面光潔度，表面粗糙度可達到0.2nm以下。
文檔編號G02B3/00GK103149607SQ20131006608
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者邵金友, 丁玉成, 魏玉平, 李祥明, 田洪淼 申請人:西安交通大學