[发明专利]一种微透镜的制作方法

说明书

本发明公开了一种微透镜的制作方法，该方法的具体步骤为：步骤1)在基片上旋涂负性光刻胶层；步骤2)基于设计好的图形、利用曝光工艺来实现微透镜的平面结构；步骤3)加热回流，冷却后获得预期微透镜结构。首次通过对负性光刻胶曝光并加热回流来制作微透镜。由于制作微透镜不受基片表面、光刻胶厚度的影响，所以可以实现对微透镜形貌的有效控制，提高微透镜制作的工艺重复性；同时，由于可以适应不同的基片，所以能够实现与基片上微结构的集成，满足不同的应用需求。本发明制作的微透镜的平面结构是通过曝光工艺来实现的，所以可以制作无间隙的透镜阵列，提高透镜阵列对光源的利用率；工艺简单，容易实现。

技术领域

本发明涉及微纳加工的加工工艺，特别是涉及微透镜结构的制作工艺，具体涉及一种微透镜的制作方法。

背景技术

微透镜是一类非常重要的光学元件，随着信息技术的发展，在光学、光电领域有着越来越广泛的应用。微透镜的制作方法较多，其中最常用的是热熔法。热熔法首先利用光刻、显影获得聚合物平面微结构，然后升温使微结构热熔回流。聚合物平面微结构在回流过程中受表面张力的作用形成曲面，冷却后形成微凸透镜结构。热熔法制作微透镜虽然工艺相对简单，但方法本身存在一些问题，使得其工艺重复性不佳，大大影响了其实际应用。

聚合物微透镜在衬底上的尺寸、微透镜与衬底的夹角等决定了微透镜的形貌，利用热熔法制作微透镜，上述两方面主要受聚合物的尺寸和种类、衬底材料的表面性质等因素影响。聚合物平面微结构的平面尺寸是由光刻产生的，可以有效控制；而其厚度是由涂胶、曝光以及显影工艺共同决定的，这使得厚度的精确控制较为困难，因而聚合物微结构的体积也就很难精确控制了。聚合物的种类和衬底材料的表面性质决定了微透镜的接触角，聚合物以及衬底材料的种类可以选择并控制，但衬底的表面性质不仅与其本身材料相关，还与其表面状态相关，工艺实践中受基片处理、显影等影响，很难实现有效控制，这使得微透镜的接触角难以控制。可以看出，热熔法难以实现对微透镜的尺寸、微透镜与衬底的夹角的精确控制，这就使得利用热熔法制作微透镜工艺重复性差。

微透镜的制作方法虽然较多，但加工所得形貌也都受材料的尺寸和表面性质影响，所以其工艺重复性差是普遍现象，难以实现对微透镜形貌的精确控制，这大大影响了其光学性能。

发明内容

本发明的目的是针对微透镜制作过程中所遇到的工艺重复性差问题，提出一种制作微透镜的新方法，通过对负性光刻胶曝光并加热回流来实现对微透镜形貌的有效控制，提高微透镜制作的工艺重复性。

本发明采用的技术方案为：一种微透镜的制作方法，该方法的步骤如下：

步骤1)、根据微透镜实际要求的尺寸，加工出相应的光学掩模；

步骤2)、清洗基片，在基片上旋涂负性光刻胶层，利用热台或烘箱烘若干时间，冷却后得到需要的厚度的负性光刻胶层；

步骤3)、利用步骤1)加工好的光学掩模将步骤2)的负性光刻胶层进行紫外曝光得到微透镜平面结构；

步骤4)、将步骤3)得到的微透镜平面结构利用热台或烘箱烘若干时间，室温下放置自然冷却，得到凹透镜或透镜阵列。

本发明的原理在于：

本发明的特征是通过对负性光刻胶曝光并加热回流来实现对微透镜形貌的有效控制。负性光刻胶通常为低分子量聚合物，曝光部分通过化学反应形成高分子量的交联聚合物。在后续的加热回流过程中，曝光交联的聚合物不会熔融，形状不会发生变化，而未曝光的部分会受热熔融，在回流过程中受表面张力的作用形成曲面，冷却后形成微凹透镜结构，其原理如图1所示。