[发明专利]一种基于聚二甲基硅氧烷模板的微透镜阵列元件制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微细加工技术领域，为一种制作微透镜阵列元件的新方法，该元件采用光刻技术配合聚二甲基硅氧烷软压印技术制作而成。

背景技术

近几年，随着微细加工技术和光学材料的发展，激光应用领域的拓宽，光学零件已经不仅仅是传统的折射透镜、棱镜、和反射镜，而是向着超大型化和微小型化拓展，诸如微透镜阵列元件等新型光学元件也越来越多的应用在各种光电子仪器中，使光电子仪器及其零部件更加小型化和集成化。微透镜阵列元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。可广泛应用于光纤通讯、LED照明、汽车照明、数码相机、生物医疗等领域。

在制作方面，微透镜阵列元件无论是设计理论还是加工技术都不同于宏观光学。它是借助于现代微细加工技术加工而成，包括电子束直写、激光直写、光刻技术、刻蚀技术、镀膜和复制技术，从而产生微浮雕结构。

传统的微透镜元件使用的材料主要是石英玻璃和硅，而这些材料要使透镜成型均需要采用干法刻蚀，干法刻蚀生产成本高，生产周期长且废品率较高，在制作大矢高的微透镜时尤为困难。

发明内容

为了解决克服现有技术的问题，本发明提供一种采用传统光刻工艺结合聚二甲基硅氧烷软压印技术制作低成本、高质量的微透镜元件制造方法。

本发明提供基于聚二甲基硅氧烷模板的微透镜阵列元件制作方法，其特点在于包括下列步骤：

步骤S1：制作目标结构掩模板；

步骤S2：把目标结构掩模板图形转印到玻璃基板上，得到光刻胶微透镜阵列模版；

步骤S3：将聚二甲基硅氧烷与固化剂进行混合，并浇注于光刻胶微透镜阵列模版表面并固化，将固化好的聚二甲基硅氧烷膜与光刻胶微透镜阵列模版剥离，完成带有微透镜阵列结构聚二甲基硅氧烷模板；

步骤S4：在玻璃基板上旋涂一层紫外线固化胶；

步骤S5：把制作好的聚二甲基硅氧烷模板结构面与旋涂了紫外线固化胶的玻璃基板紧密贴合并用紫外光照射，待紫外固化胶完全固化；

步骤S6：将聚二甲基硅氧烷模板与玻璃基板剥离，得到由紫外线固化胶作结构层，玻璃作基底的微透镜阵列元件。

本发明与现有技术相比主要有以下优点：采用高精度的微光刻加工技术工艺和有机材料软压印相结合，既保证了所制造的微透镜阵列元件的光学性能，又能实现传统微透镜加工技术无法实现的快速批量生产。

1.传统的微透镜元件使用的材料主要是石英玻璃和硅，而这些材料要使透镜成型均需要采用干法刻蚀，干法刻蚀生产成本高，生产周期长且废品率较高，在制作大矢高的微透镜时尤为困难，而本发明采用紫外固化胶作为透镜成型材料，无需干法刻蚀，只需使用紫外光固化，不仅生产周期短，成品率高，而且对微透镜的矢高也无限制。

2.本发明采用聚二甲基硅氧烷软压印加工技术可实现微透镜从光刻胶到UV胶的面型零误差传递，而传统的微透镜元件加工技术无法实现。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是本发明实施例1采用光刻方法制作的光刻胶微透镜模板。

图3是本发明实施例1利用光刻胶微透镜模板翻印的聚二甲基硅氧烷模板。

图4是本发明实施例1利用聚二甲基硅氧烷模板软压印制作的紫外固化胶微透镜。

图5是本发明实施例2利用聚二甲基硅氧烷模板软压印制作的紫外固化胶微透镜。

图6是本发明实施例3利用聚二甲基硅氧烷模板软压印制作的紫外固化胶微透镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1示出本发明提供基于聚二甲基硅氧烷模板的微透镜阵列元件制作方法流程图，其特点在于包括下列步骤：

步骤S1：采用激光直写机或电子束直写机制作目标结构掩模板；激光直写机的分辨率为0.5微米，电子束直写机的精度更优于激光直写，对于制作大于微米级的图形时，是完全可以保证微区图形的精度和一致性；

步骤S2：应用光刻技术把目标结构掩模板图形转印到玻璃基板上，得到光刻胶微透镜阵列模版；用制作的掩模板对光刻胶抗蚀剂进行曝光，显影后即可获得光刻胶抗蚀剂材质的微浮雕结构；根据目标浮雕结构的深度确定需要施加的曝光量，以及显影液浓度、显影时间等参数。通过曝光、显影首先在光刻胶抗蚀剂表面获得微透镜结构；