[发明专利]一种微透镜的制作方法

摘要

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。

主权项

1.一种微透镜的制作方法，其特征在于：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，得到透镜阵列；该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，负性光刻胶为低分子量聚合物，负性光刻胶的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，而负性光刻胶的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；该方法通过曝光来形成微结构，然后通过加热使微结构内未曝光的负性光刻胶聚合物受热回流，在表面张力的作用下形成曲面，冷却后形成微凹透镜结构，该方法制作的微透镜其形貌取决于微透镜的平面尺寸、微透镜与微结构的夹角，微透镜是在微结构内形成的，其平面尺寸就是微结构的平面尺寸，微结构的平面尺寸可以通过光刻工艺来精确控制，同时所述微结构的平面尺寸在后续工艺中也不会改变，微透镜的平面尺寸也就可以精确控制了，微透镜与微结构的夹角就是微透镜与微结构侧壁的夹角，所述微透镜与微结构侧壁的夹角是由微结构与微透镜的材料以及微结构表面性能决定的，微透镜的材料是负性光刻胶，微结构的材料是曝光交联的负性光刻胶，光刻胶选定后，相同的工艺条件下曝光交联的负性光刻胶也是确定的；同时，交联与非交联区域之间的界面是在工艺过程中形成的，相同的工艺条件得到的表面性质也是一定的，这样，微透镜与微结构的夹角在同一种光刻胶、相同的工艺条件下是确定的，通过选择光刻胶以及工艺参数可以实现对微透镜夹角的精确控制；其中，当所述透镜阵列为凹柱面镜阵列时，所述微透镜平面结构为光栅结构，可以通过光栅结构参数的选择、光刻胶的选择以及相应的工艺条件的选择来实现对微透镜形貌的有效控制，凹柱面镜阵列的制作方法为：1)根据所述微透镜平面结构尺寸：周期为110微米的光栅结构，占空比为1：10，线条长度为1厘米，加工出相应的光学掩模；2)清洗玻璃基片，旋涂SU8光刻胶，96度热台烘30分钟，冷却后得到厚度为50微米的SU8光刻胶层；3)利用加工好的光学掩模进行紫外曝光，i线，曝光剂量100mJ/cm2；4)样品96度热台烘30分钟，室温下放置自然冷却，得到凹柱面镜阵列；利用轮廓仪对凹柱面镜阵列进行测量：凹柱面镜的曲率半径为202微米，不同凹柱面镜的曲率半径相差小于5％；或，当所述透镜阵列为凹蜂窝透镜阵列时，所述微透镜平面结构为蜂窝结构，可以通过蜂窝结构参数的选择、光刻胶的选择以及相应的工艺条件的选择来实现对微透镜形貌的有效控制，凹蜂窝透镜阵列的制作方法为：1)根据所述微透镜平面结构尺寸：周期为155微米的蜂窝结构，为了提高透镜阵列对光源的利用率，蜂窝结构的边宽度为5微米，加工出相应的光学掩模；2)清洗玻璃基片，旋涂KMPR光刻胶，100度热台烘15分钟，冷却后得到厚度为40微米的KMPR光刻胶层；3)利用加工好的光学掩模进行紫外曝光，i线，曝光剂量700mJ/cm2；4)样品100度热台烘20分钟，室温下放置自然冷却，得到凹蜂窝透镜阵列；利用轮廓仪对凹蜂窝透镜阵列进行测量：凹透镜的曲率半径为640微米，不同凹透镜的曲率半径相差小于5％。