一种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1：设计单个微透镜结构；步骤S2：根据占空比要求计算所述单个微透镜结构之间的排列周期；步骤S3：根据所述排列周期将所述单个微透镜结构复制拼接成微透镜阵列结构；步骤S4：采用3D激光直写光刻技术将所述微透镜阵列结构制备到光刻胶层上，得到光刻胶复制件；步骤S5：基于所述光刻胶复制件制备得到PDMS模具；以及步骤S6：将所述PDMS模具的结构特征转印至PDMS柔性基底上，制备得到符合占空比要求的微透镜阵列。本发明专利技术方法可以实现10％

【技术实现步骤摘要】
一种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法


[0001]本专利技术涉及微纳加工
，尤其涉及一种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法。

技术介绍

[0002]微透镜阵列的设计、制备、测试全流程工作闭环，一直是微纳加工领域急需解决的关键问题。其中，微透镜阵列的占空比，是决定微透镜成像效率的关键参数，因此超高占空比的微透镜阵列的设计及制造方法一直是行业痛点。能够实现占空比从极小(10％)到占空比100％的微透镜阵列制造技术，具有重要的科学意义及工程价值。目前采用光刻热回流工艺，其占空比最高只能做到80％左右，对于占空比90％以上的微透镜阵列的设计和制造基本无法通过传统工艺实现。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有技术的缺陷，提出了一种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法。
[0004]本专利技术的一种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法，包括以下步骤：
[0005]步骤S1：设计单个微透镜结构；
[0006]步骤S2：根据占空比要求计算所述单个微透镜结构之间的排列周期；
[0007]步骤S3：根据所述排列周期将所述单个微透镜结构复制拼接成微透镜阵列结构；
[0008]步骤S4：采用3D激光直写光刻技术将所述微透镜阵列结构制备到光刻胶层上，得到光刻胶复制件；
[0009]步骤S5：基于所述光刻胶复制件制备得到PDMS模具；以及
[0010]步骤S6：将所述PDMS模具的结构特征转印至PDMS柔性基底上，制备得到符合占空比要求的微透镜阵列。
[0011]优选地，步骤S1中，进一步包括：
[0012]步骤S11：确定所述单个微透镜结构的设计分辨率和幅面，取所述幅面的中心点为微透镜中心点；
[0013]步骤S12：以所述幅面所在平面为坐标系，确定所述微透镜上的一个点正投影到所述幅面上的某一点的坐标点位置数据，计算所述坐标点与所述中心点之间的距离；
[0014]步骤S13：根据所述距离计算得到所述某一点的灰度值；
[0015]步骤S14：重复步骤得S12
‑
S13得到所述微透镜上所有点的灰度值，并形成灰度图。
[0016]优选地，步骤S2中，所述占空比为微透镜阵列结构中所有微透镜底面所占面积与微透镜阵列所占面积之间的比值。
[0017]优选地，步骤S2中，所述排列周期为所述单个微透镜排成阵列时相邻微透镜的中心点之间的距离。
[0018]优选地，步骤S4进一步包括：
[0019]步骤S41：在玻璃基本上匀涂光刻胶，离心速度为500rpm，离心时间30s，并静止20min；
[0020]步骤S42：将光刻胶放置在90℃热板上，放置30min；
[0021]步骤S43：将前烘后的光刻胶放置在3D激光直写光刻机中，并对其进行图案化曝光；
[0022]步骤S44：将曝光后的光刻胶进行显影，并进行烘烤，烘烤时间35s，即得到所述光刻胶复制件。
[0023]优选地，步骤S5进一步包括：
[0024]步骤S51：计算出所需的PDMS液体质量；
[0025]步骤S52：将PDMS主剂与固化剂按10：1的比例混合并搅拌20分钟，使其充分混合；
[0026]步骤S53：将混合后的液体放入真空塔内，抽取气泡；
[0027]步骤S54：在所述光刻胶复制件上旋涂PDMS，烘烤温度70℃，时间3h；
[0028]步骤S55：揭膜，制备得到所述PDMS模具。
[0029]优选地，步骤S6进一步包括：
[0030]步骤S61：用等离子清洗机对PDMS模具进行等离子清洗，功率为200w，时间为30s；
[0031]步骤S62：将等离子清洗后的PDMS模具和氟硅烷一同放入真空塔内，氟硅烷为80ul；
[0032]步骤S63：抽真空并静置，时间15min；
[0033]步骤S64：在PDMS模具上旋涂PDMS，烘烤温度70℃，时间3h；
[0034]步骤S65：揭膜，制备得到占空比可调的微透镜阵列。
[0035]优选地，在进行步骤S6之前，还包括提前制备完成所述PDMS柔性基底的步骤S6a，所述PDMS柔性基底由PDMS主剂、固化剂按一定比例混合均匀后涂抹到模具上加热固化而制备得到。
[0036]优选地，所述PDMS柔性基底的制备过程进一步包括：
[0037]步骤S6a1：按设计计算所需PDMS主剂与固化剂总质量；
[0038]步骤S6a2：将PDMS主剂与固化剂按10：1的比例混合并搅拌20分钟使其充分混合；
[0039]步骤S6a3：将混合后的液体放入真空塔内，抽取气泡；
[0040]步骤S6a4：将抽取气泡后的液体放入26℃冰箱内保存，得到PDMS柔性基底。
[0041]本专利技术的有益效果是：
[0042]本专利技术的占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法，可以实现10％
‑
100％占空比的微透镜阵列设计及制造，可以为微透镜应用领域带来重要的收益，并且极大地提高微透镜设计领域的便捷性。利用本专利技术方法可以方便地调控微透镜阵列的占空比，可以用来控制光线的利用率，占空比越高，光线利用率越高。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对
实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0044]图1是本专利技术优选实施方式的占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法的流程图。
[0045]图2为本专利技术方法的单个微透镜结构上某一点的灰度值计算方法示意图。
[0046]图3是本专利技术方法的不同占空比的微透镜的示意图。
具体实施方式
[0047]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0048]如图1所示，本专利技术优选实施方式的一种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法，包括以下步骤S1～S6，下面对各个步骤进行详细说明。
[0049]步骤S1：设计单个微透镜结构。该步骤S1进一步包括：
[0050]步骤S11：确定所述单个微透镜结构的设计分辨率和幅面，取所述幅面的中心点为透镜中心点。所述幅面是微透镜占据的实际面积，例如微透镜底面是圆形的情况下，其占据的实际面积即为与该圆形相切的方形。这里以设计分辨率是100nm/pixel，生成30um
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30um幅面的微透镜为例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1：设计单个微透镜结构；步骤S2：根据占空比要求计算所述单个微透镜结构之间的排列周期；步骤S3：根据所述排列周期将所述单个微透镜结构复制拼接成微透镜阵列结构；步骤S4：采用3D激光直写光刻技术将所述微透镜阵列结构制备到光刻胶层上，得到光刻胶复制件；步骤S5：基于所述光刻胶复制件制备得到PDMS模具；以及步骤S6：将所述PDMS模具的结构特征转印至PDMS柔性基底上，制备得到符合占空比要求的微透镜阵列。2.根据权利要求1所述的一种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法，其特征在于，步骤S1中，进一步包括：步骤S11：确定所述单个微透镜结构的设计分辨率和幅面，取所述幅面的中心点为微透镜中心点；步骤S12：以所述幅面所在平面为坐标系，确定所述微透镜上的一个点正投影到所述幅面上的某一点的坐标点位置数据，计算所述坐标点与所述中心点之间的距离；步骤S13：根据所述距离计算得到所述某一点的灰度值；步骤S14：重复步骤得S12
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S13得到所述微透镜上所有点的灰度值，并形成灰度图。3.根据权利要求1所述的种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述占空比为微透镜阵列结构中所有微透镜底面所占面积与微透镜阵列所占面积之间的比值。4.根据权利要求1所述的种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述排列周期为所述单个微透镜排成阵列时相邻微透镜的中心点之间的距离。5.根据权利要求1所述的种占空比可调的微透镜阵列设计及制备方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：步骤S41：在玻璃基本上匀涂光刻胶，离心速度为500rpm，离心时间30s，并静止20min；步骤S42：将光刻胶放置在90℃热板上，放置30min；步骤S43：将前烘后的光刻胶放置在3D...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟伟，曹皓，董坤，桂成群，
申请(专利权)人：矽万上海半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：