專利名稱：一種制造拋物凹面微透鏡陣列的介電泳力壓印成形方法
技術領域：
本發明屬于微制造領域，具體涉及一種制造拋物凹面微透鏡陣列的介電泳力壓印成形方法。
背景技術：
微透鏡制造方法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。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。流體介電泳(L-DEP)效應所產生的介電泳力是針對在電場中的介電液體而言的， 該力作用在氣液界面，從液相指向氣相，拉動介電流體而運動。利用流體介電泳(L-DEP)效應已有研究者制造出了液體透鏡，并通過調節電壓開控制透鏡的聚焦位置，但是這種液體透鏡難以實現對液滴的大面積準確定位，并且由于漏電流的存在所產生的焦耳熱會使液體會揮發，無法長時間使用。
發明內容
為了克服上述現有技術在制造微透鏡中的缺點，本發明的目的在于提供一種制造拋物凹面微透鏡陣列的介電泳力壓印成形方法，能夠制造出具有拋物凹面的微透鏡陣列， 微透鏡陣列具有超高的表面光潔度，粗糙度小于< 0. 2nm。為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為一種制造拋物凹面微透鏡陣列的介電泳力壓印成形方法，包括以下步驟1)加工導電模具，所述的導電模具具有孔陣列結構和導電性，并且孔陣列的表面要有一層介電材料，導電模具材料為高摻硅或不銹鋼，介電材料為Si02或Si3N4，2)勻膠，將聚合物旋涂在透明導電襯底上，聚合物薄膜的厚度等于導電模具孔深的1/3 1/2，聚合物為紫外光固化、熱固化或熱塑性的聚合物，3)壓印填充，用壓力將導電模具壓在聚合物薄膜上，使聚合物填充到導電模具的孔陣列中，填充高度為導電模具孔腔深度的1/3 1/2，4)流體介電泳成形，在導電模具和透明導電襯底間施加電壓，所產生的介電泳力使導電模具腔體內的聚合物形貌重新流變成形，形成具有拋物凹面的聚合物表面，并且施加的電壓越大，聚合物凹陷越深，最終得到的透鏡數值孔徑也越大， 5)固化脫模，將聚合物固化，然后脫模，得到具有拋物凹面的微透鏡陣列。
采用導電模板，經過壓印、流體介電泳流變成形兩步工藝過程，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；并且，通過控制電壓大小可以獲得不同數值孔徑的凹透鏡陣列。由于利用介電泳力使得模具腔體內的聚合物形貌變成拋物凹面，拋物凹面的凹陷深度可由施加電壓的大小來控制，從而獲得具有不同數值孔徑的凹透鏡陣列，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是本發明的導電模具斷面示意圖。圖2是本發明的透明導電襯底斷面示意圖。圖3是本發明的勻膠示意圖。圖4是本發明的壓印填充示意圖。圖5是本發明的介電泳力驅動拋物凹面成形及固化示意圖。圖6是是本發明脫模后獲得的拋物凹面微透鏡透鏡陣列示意圖。
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。一種制造拋物凹面微透鏡陣列的介電泳力壓印成形方法，包括以下步驟1)加工導電模具，參照圖1，所述的導電模具具有孔陣列結構，這種模具要具有導電性，并且孔陣列的表面要有一層介電材料2，模具1材料為高摻硅或不銹鋼，模具經過深刻蝕或機械鉆孔的方法加工出模板孔陣列，然后在模具表面涂覆或生長一層介電材料2，在高摻硅表面可做熱氧生長二氧化硅介電材料2，在不銹鋼表面可以濺射、原子層沉積或使用其它方法做一層介電材料2，2)勻膠，參照圖2和圖3，將聚合物5旋涂在透明導電襯底上，聚合物5為紫外光固化、熱固化或熱塑性的聚合物，透明導電襯底4表面有一層導電材料3，將聚合物5涂覆在透明導電襯底上，采用旋涂、噴涂等方法在透明導電襯底上獲得一定厚度的聚合物5薄膜， 聚合物5薄膜的厚度等于模具孔深的1/3 1/2，3)壓印填充，參照圖4，用壓力6將導電模具壓在聚合物薄膜上，使聚合物填充到導電模具的孔陣列中，填充高度約為模具深度的1/3 1/2，4)流體介電泳成形，參照圖5，在導電模具和透明導電襯底間施加電壓，所產生的介電泳力使模具腔體內的聚合物形貌重新流變成形，形成具有拋物凹面的聚合物表面，并且施加的電壓越大聚合物凹陷越深，最終得到的透鏡數值孔徑也越大，5)固化脫模，參照圖5和圖6，用紫外光7透過透明導電襯底照射聚合物，使聚合物發生交聯反應而固化，然后脫模，得到具有拋物凹面的微透鏡陣列8。
權利要求
1. 一種制造拋物凹面微透鏡陣列的介電泳力壓印成形方法，其特征在于，包括以下步驟1)加工導電模具，所述的導電模具具有孔陣列結構和導電性，并且孔陣列的表面要有一層介電材料，導電模具材料為高摻硅或不銹鋼，介電材料為Si02或Si3N4，2)勻膠，將聚合物旋涂在透明導電襯底上，聚合物薄膜的厚度等于導電模具孔深的 1/3 1/2，聚合物為紫外光固化、熱固化或熱塑性的聚合物，3)壓印填充，用壓力將導電模具壓在聚合物薄膜上，使聚合物填充到導電模具的孔陣列中，填充高度為導電模具孔腔深度的1/3 1/2，4)流體介電泳成形，在導電模具和透明導電襯底間施加電壓，所產生的介電泳力使導電模具腔體內的聚合物形貌重新流變成形，形成具有拋物凹面的聚合物表面，并且施加的電壓越大，聚合物凹陷越深，最終得到的透鏡數值孔徑也越大，5)固化脫模，將聚合物固化，然后脫模，得到具有拋物凹面的微透鏡陣列。
全文摘要
一種制造拋物凹面微透鏡陣列的介電泳力壓印成形方法，先加工導電模具，再勻膠，然后壓印填充，再流體介電泳成形，最后固化脫模，得到具有拋物凹面的微透鏡陣列，本發明能夠制造出具有拋物凹面的微透鏡陣列，微透鏡陣列具有超高的表面光潔度，粗糙度小于＜0.2nm。
文檔編號B81C1/00GK102358611SQ20111019309
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月11日 優先權日2011年7月11日
發明者丁玉成, 劉紅忠, 李祥明, 田洪淼, 邵金友, 黎相孟 申請人:西安交通大學