一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的方法与装置，包括激光器、光路调节模块以及材料转移模块，光路调节模块用于调整激光束的传递光路，光路调节模块具有光路进口和光路出口；材料转移模块包括第一XYZ轴移动平台、接收基片和透明基片，接收基片平行设置在透明基片下方，透明基片的下端面设有凹槽，所述凹槽内设有吸收层，吸收层下方设有材料转移层。激光束经光路模块后，聚焦并通过透明基片，吸收层中被激光束照射的部分汽化，在吸收层内部形成气泡，推动材料转移层中的材料，材料滴落到接收基片，在接收基片上形成阵列状的液滴，液滴固化后形成微透镜阵列。本发明专利技术无需制备掩模，缩短小规模生产中的生产周期，降低生产成本。

A method and device for fabricating microlens array by laser-induced forward transfer

【技术实现步骤摘要】
一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的方法与装置
本专利技术涉及利用激光诱导前向转移技术(Laserinducedforwardtransfer，简称LIFT)来制备微透镜阵列的工艺和装置，属于激光应用及微透镜制备
，特别是涉及一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的方法与装置。
技术介绍
微透镜阵列(microlensesarray，简称MLA)已广泛应用于光学传感器，3D显示器，发光二极管(LED)和光伏电池等许多领域。当前，已开发出各种方法来制造MLA，包括光刻，光刻胶回流，基于硅模板的微成型等。尽管已经成功简化这些技术的步骤，掩模或模具的制备仍然是一个耗时且可能成本很高的步骤，从而限制了整个过程的效率。随着增材制造工具的出现以及随之而来的小型定制化趋势的出现，这种情况尤为恶化。在这些情况下，能够构建无中间步骤的结构的直接写入技术(direct-writetechnologies，简称DWT)，如喷墨打印或激光微加工，变得越来越重要。但是，仍有一些缺点限制了DWT在微光学元件制造中的使用。例如，传统的喷墨印刷受到油墨流变学的限制，通常的工作粘度在1-50mPas范围内，这对大多数热固性聚合物在透明度或分散性方面没有足够的光学性能。在常见的激光加工技术中也会出现问题，例如激光膨胀或双光子聚合(2PP)，仅对于有限数量的材料才能获得高质量的微透镜，而控制透镜在目标表面上的定位仍然难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的方法与装置，在接收基板上的指定位置制造微透镜阵列，无需制备掩模，可以大大缩短小规模生产中的生产周期。根据本专利技术的第一方面实施例，提供一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的装置，包括激光器，所述激光器用于发射激光束；光路调节模块，所述光路调节模块用于调整激光束的传递光路，光路调节模块具有光路进口和光路出口；以及材料转移模块，所述材料转移模块包括第一XYZ轴移动平台、安装在第一XYZ轴移动平台的接收基片和位于光路出口下方的透明基片，所述接收基片平行设置在透明基片下方，所述透明基片能相对光路出口移动，透明基片的下端面设有凹槽，所述凹槽内设有吸收层，所述吸收层下方设有材料转移层。上述装置至少具有以下有益效果：激光束经光路模块后，聚焦并通过透明基片，吸收层中被激光束照射的部分汽化，在吸收层内部形成气泡，推动材料转移层中的材料，材料滴落到接收基片，在接收基片上形成半球状的液滴，第一XYZ轴移动平台移动，在接收基片上形成阵列状的液滴，液滴固化后形成微透镜阵列。本专利技术无需制备掩模，可以大大缩短小规模生产中的生产周期，并降低生产成本，尤其适合于实验室研究以及工业小规模试产。根据本专利技术第一方面实施例所述的装置，所述光路调节模块包括依次连接的扩束镜、滤光片、扫描振镜和平场聚焦透镜。扫描振镜和第二XYZ轴移动平台，使得激光束能以超高速度进行扫描并进行精确定位。根据本专利技术第一方面实施例所述的装置，所述吸收层为钛膜、银膜或聚酰亚胺薄膜。根据本专利技术第一方面实施例所述的装置，所述材料转移层为UV树脂层。根据本专利技术第一方面实施例所述的装置，所述吸收层的厚度为30～60nm，所述材料转移层的厚度为5～20μm。吸收层在吸收激光光子时，因吸收层纳米级别的厚度会在瞬间产生高温气化并形成气泡，且不会在材料转移层内部有残留。吸收层吸收的热量使微米级别的材料转移层中的材料也会部分产生气化，产生的气泡膨胀会导致产生射流，材料转移滴在接收基片上。根据本专利技术第一方面实施例所述的装置，还包括固化模块，所述固化模块为紫外光固化模块，所述固化模块的工作端竖直朝下。根据本专利技术第一方面实施例所述的装置，还包括加热炉，所述加热炉用于加热接收基片上的材料，加热炉位于第一XYZ轴移动平台和接收基片之间，透明基片安装在第二XYZ轴移动平台。材料转移到接收基片，第二XYZ轴移动平台将透明基片移开，打开加热炉，对接收基片上的材料作热处理，等材料稍作回流，然后在固化模块下固化，以形成纯净的微透镜阵列。根据本专利技术的第二方面实施例，提供一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的方法，包括以下步骤，1)将透明基片中具有保护层和材料转移层的一端朝下，透明基片平行设置在接收基片上方；2)激光束经光路模块后，聚焦并通过透明基片，吸收层中被激光束照射的部分汽化，在吸收层内部形成气泡，推动材料转移层中的材料，材料滴落到接收基片，在接收基片上形成半球状的液滴；3)第一XYZ轴移动平台移动，在接收基片上形成阵列状的液滴，液滴固化后形成微透镜阵列。上述方法至少具有以下有益效果：激光束经光路模块后，聚焦并通过透明基片，吸收层中被激光束照射的部分汽化，在吸收层内部形成气泡，推动材料转移层中的材料，材料滴落到接收基片，在接收基片上形成半球状的液滴，第一XYZ轴移动平台移动，在接收基片上形成阵列状的液滴，液滴固化后形成微透镜阵列。本专利技术无需制备掩模，可以大大缩短小规模生产中的生产周期，并降低生产成本，尤其适合于实验室研究以及工业小规模试产。本专利技术采用的制作方法过程快速且可重复，可以通过调整激光器、扫描振镜、第一XYZ轴移动平台的各项参数来控制所制备的微透镜阵列的各项尺寸。根据本专利技术第二方面实施例所述的方法，重复步骤2)至步骤3)，将材料滴落已形成的微透镜上，液滴固化后形成新的微透镜阵列，直到所得微透镜阵列达到所需的折射率。在已形成的微透镜上覆盖相同折射率的材料，通过多次转移控制微透镜的形貌，可获得不同折射率的微透镜阵列。本专利技术无需制备掩模，可以大大缩短小规模生产中的生产周期，并降低生产成本，尤其适合于实验室研究以及工业小规模试产。根据本专利技术的第三方面实施例，一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的方法，包括以下步骤，1)将透明基片中具有保护层和材料转移层的一端朝下，透明基片平行设置在接收基片上方；2)激光束经光路模块后，聚焦并通过透明基片，吸收层中被激光束照射的部分汽化，在吸收层内部形成气泡，推动材料转移层中的材料，材料滴落到接收基片，在接收基片上形成半球状的液滴；3)第一XYZ轴移动平台移动，在接收基片上形成阵列状的液滴，液滴固化后形成微透镜阵列；4)更换透明基片，透明基片中材料转移层的折射率与之前的材料转移层的折射率不同，激光束经光路模块后，聚焦并通过透明基片，吸收层中被激光束照射的部分汽化，在吸收层内部形成气泡，推动材料转移层中的材料，材料滴落已成形的微透镜上，液滴固化后形成新的微透镜阵列；5)重复步骤4)，直至微透镜阵列具有所需的折射率梯度。上述方法至少具有以下有益效果：在已形成的微透镜上覆盖不同折射率的材料，形成新的微透镜阵列，直到微透镜阵列具有所需的折射率梯度。本专利技术无需制备掩模，可以大大缩短小规模生产中的生产周期，并降低生产成本，尤其适合于实验室研究以及工业小规模试产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的装置，其特征在于：包括/n激光器，所述激光器用于发射激光束；/n光路调节模块，所述光路调节模块用于调整激光束的传递光路，光路调节模块具有光路进口和光路出口；以及/n材料转移模块，所述材料转移模块包括第一XYZ轴移动平台、安装在第一XYZ轴移动平台的接收基片和位于光路出口下方的透明基片，所述接收基片平行设置在透明基片下方，所述透明基片能相对光路出口移动，透明基片的下端面设有凹槽，所述凹槽内设有吸收层，所述吸收层下方设有材料转移层。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的装置，其特征在于：包括
激光器，所述激光器用于发射激光束；
光路调节模块，所述光路调节模块用于调整激光束的传递光路，光路调节模块具有光路进口和光路出口；以及
材料转移模块，所述材料转移模块包括第一XYZ轴移动平台、安装在第一XYZ轴移动平台的接收基片和位于光路出口下方的透明基片，所述接收基片平行设置在透明基片下方，所述透明基片能相对光路出口移动，透明基片的下端面设有凹槽，所述凹槽内设有吸收层，所述吸收层下方设有材料转移层。


2.根据权利要求1所述的通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的装置，其特征在于：所述光路调节模块包括依次连接的扩束镜、滤光片、扫描振镜和平场聚焦透镜。


3.根据权利要求1所述的通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的装置，其特征在于：所述吸收层为钛膜、银膜或聚酰亚胺薄膜。


4.根据权利要求1所述的通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的装置，其特征在于：所述材料转移层为UV树脂层。


5.根据权利要求1所述的通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的装置，其特征在于：所述吸收层的厚度为30～60nm，所述材料转移层的厚度为5～20μm。


6.根据权利要求1所述的通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的装置，其特征在于：还包括固化模块，所述固化模块为紫外光固化模块，所述固化模块的工作端竖直朝下。


7.根据权利要求1所述的通过激光诱导前向转移制备微透镜阵列的装置，其特征在于：还包括加热炉，所述加热炉用于加热接收基片上的材料，加热炉位于第一XYZ轴移动平台和接收基片之间，透明基片安装在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宪民，陈炀，单译琳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44