一种在二氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备凹透镜阵列结构的方法技术

一种在二氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备凹透镜阵列结构的方法，首先通过光学光刻技术结合光刻胶热回流的方法制备得到具有微凸透镜阵列结构母版，由此母版复制得到具有凹透镜阵列结构的PDMS软模板，以此PDMS软模板做为母版二次复制得到具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板，最后通过紫外软压印光刻技术在二氧化钛基有机-无机光敏复合薄膜上制备得到凹透镜阵列结构。最终得到的凹透镜阵列结构的尺寸可以通过母版图形尺寸来调节，凹透镜阵列结构的基本光学参数可通过调节光敏复合材料的折射率等实现，特别是本发明专利技术具有制作快速，低成本，高精度，可批量生产，是一种制备凹透镜阵列结构的有效方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种凹透镜阵列结构的制备方法，具体涉及ー种在ニ氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备凹透镜阵列结构的方法。
技术介绍
微透镜阵列结构是重要的集成光学元件，在光互连和光通信领域中起着重要的作用。目前有很多种微透镜阵列结构的制备方法，包括激光直写技术、光刻胶热回流方法、灰度掩膜技术等。而目前已知的这些制备技术エ艺过程复杂、所需设备昂贵、加工周期长，不 能实现批量生产，而且制备得到的微透镜结构一般表面粗糙度比较大。而且这些加工技术多数用来制备微凸透镜阵列结构，而用来制备微凹透镜阵列结构加工方法却更加少，因此限制了微凹透镜阵列结构在集成光学等领域中的应用。紫外软压印光刻技术因制作成本低、制作快速、具有较高的复制精度、可批量生产等特点而引起了研究学者的关注。常规的紫外软压印光刻技术首先制备具有一定图形结构的硬性模板作为母版，由此母版翻制得到PDMS软模板，从而得到具有与母版图形相反的PDMS软模板，然后将PDMS软模板压印到压印层。以上所述的多种微透镜阵列结构的加工技术，一般都要将制备得到的微透镜阵列结构经过刻蚀等方法转移到目标材料或者是基底上，这样经过多次图形转移，将会带来较大的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本、高精度、可批量生产的在ニ氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备凹透镜阵列结构的方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是I)首先，利用JKG-2A型光刻机通过圆形阵列掩模板在AZ5214-E型光刻胶上采用接触式曝光60s,然后在AZ-Developer型号的显影液中显影60s得到圆柱体阵列结构,然后将所得到的圆柱体阵列结构在热板上160° C热回流30分钟，得到具有凸透镜阵列结构的光刻胶母版；2)将型号为Sylgardl84的PDMS预聚物和固化剂按10 I的重量比混合搅匀，并将其放入真空干燥箱中直至气泡完全去除，然后，将其浇注在具有凸透镜阵列结构的光刻胶母版上并烘干固化，最后将固化完全的PDMS从凸透镜阵列结构的光刻胶母版上剥离，得到具有凹透镜阵列结构的PDMS软模板；3)将2)中去除完气泡的PDMS预聚物和固化剂的混合物浇注到具有凹透镜阵列结构的PDMS软模板上，并烘干固化，最后将固化完全的PDMS剥离，得到具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板；4)利用旋涂层エ艺，以每分钟1000转的转速在载玻片上制备具有紫外光敏特性的ニ氧化钛有机无机复合薄膜，并以此作为压印层，将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板压印到复合薄膜上，然后将其置于紫外灯正下方曝光固化，最后将固化完全的光敏复合薄膜从将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板剥离，在烘箱中干燥，从而在ニ氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备得到了凹透镜阵列结构。所述步骤4)紫外灯的波长为365nm，电流为15mW/cm2。本专利技术中所采用的压印层为ニ氧化钛有机无机光敏复合薄膜，这种复合薄膜同时结合了无机材料和有机材料各自的优点，而避免了各自的缺点，所制备得到的复合薄膜具有较高的光学透过率、可调的折射率、较大的硬度、比较好的耐磨性，可以得到数微米厚的单层高光学质量薄膜。因此将PDMS软模板压印到该复合薄膜上，经过固化后所得到的ニ氧化钛有机无机光敏复合薄膜微透镜阵列可以直接用作目标材料，而无需转移图形，这在很大程度上避免了因多次转移而造成的复制误差。 附图说明 图I具有凸透镜阵列结构的光刻胶母版的扫描电镜图；图2由光刻胶母版翻制得到的具有凹透镜阵列结构的PDMS软模板的扫描电镜图；图3由PDMS软模板二次复制得到的具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板的扫描电镜图；图4由具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板压印得到的复合薄膜凹透镜阵列结构的扫描电镜图；图5字符“L”由压印得到的复合薄膜凹透镜阵列结构在白光下的光学成像显微图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进ー步详细说明。实施例I :I)首先，利用JKG-2A型光刻机通过圆形阵列掩模板在AZ5214-E型光刻胶上采用接触式曝光60s,然后在AZ-Developer型号的显影液中显影60s得到圆柱体阵列结构,然后将所得到的圆柱体阵列结构在热板上160° C热回流30分钟，得到直径20 u m,间隔20 y m凸透镜阵列结构的光刻胶母版；2)将型号为Sylgardl84的PDMS预聚物和固化剂按10 I的重量比混合搅匀，并将其放入真空干燥箱中直至气泡完全去除，然后，将其浇注在具有凸透镜阵列结构的光刻胶母版上90° C烘箱中固化30分钟，最后将固化完全的PDMS从凸透镜阵列结构的光刻胶母版上剥离，得到具有凹透镜阵列结构的PDMS软模板；3)将2)中去除完气泡的PDMS预聚物和固化剂的混合物浇注到具有凹透镜阵列结构的PDMS软模板上，并在90° C烘箱中固化30分钟，最后将固化完全的PDMS剥离，得到具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板；4)利用旋涂层エ艺，由光敏复合基底液以每分钟1000转的转速在载玻片上制备具有紫外光敏特性的ニ氧化钛有机无机复合薄膜，并以此作为压印层，将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板以IMPa的压カ压印到复合薄膜上，压カ持续时间为30分钟，然后将其置于紫外灯正下方(波长为365nm,电流为15mW/cm2)曝光固化,最后将固化完全的光敏复合薄膜从将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板剥离，在烘箱中干燥，从而在ニ氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备得到了凹透镜阵列结构。其中凹透镜阵列深度为3 ym，凹透镜直径为20i!m，而且凹透镜阵列结构表面光滑整洁，具有良好的光学成像功能。实施例2，本实施例的步骤I)、2)、3)同实施例I ;4)利用旋涂层エ艺，由光敏复合基底液以每分钟1000转的转速在载玻片上制备具有紫外光敏特性的ニ氧化钛有机无机复合薄膜，并以此作为压印层，将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板以2MPa的压カ压印到复合薄膜上，压カ持续时间为20分钟，然后将其置于紫外灯正下方(波长为365nm,电流为15mW/cm2)曝光固化,最后将固化完全的光敏复合薄膜从将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板剥离，在烘箱中干燥，从而在ニ氧化钛有机无 机光敏复合薄膜上制备得到了凹透镜阵列结构。其中凹透镜阵列深度为3.2 ym，凹透镜直径为20 ym，而且凹透镜阵列结构表面光滑整洁，具有良好的光学成像功能；实施例3，本实施例的步骤I)、2)、3)同实施例I ;4)利用旋涂层エ艺，由光敏复合基底液以每分钟1000转的转速在载玻片上制备具有紫外光敏特性的ニ氧化钛有机无机复合薄膜，并以此作为压印层，将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板以3MPa的压カ压印到复合薄膜上，压カ持续时间为10分钟，然后将其置于紫外灯正下方(波长为365nm,电流为15mW/cm2)曝光固化,最后将固化完全的光敏复合薄膜从将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板剥离，在烘箱中干燥，从而在ニ氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备得到了凹透镜阵列结构。其中凹透镜阵列深度为3.6 ym，凹透镜直径为20 ym，而且凹透镜阵列结构表面光滑整洁，具有良好的光学成像功能。图I是上述实例中具有凸透镜阵列结构的光刻胶母版的扫描电镜图。图I中的光刻胶母版首先由JKG-2A型光刻机通过圆形阵列掩模板接触式曝光，其中光刻胶以每分钟1000转的转速旋涂到硅基底上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在二氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备凹透镜阵列结构的方法，其特征在于：1）首先，利用JKG？2A型光刻机通过圆形阵列掩模板在AZ5214？E型光刻胶上采用接触式曝光60s，然后在AZ？Developer型号的显影液中显影60s得到圆柱体阵列结构，然后将所得到的圆柱体阵列结构在热板上160℃热回流30分钟，得到具有凸透镜阵列结构的光刻胶母版；2）将型号为Sylgard184的PDMS预聚物和固化剂按10∶1的重量比混合搅匀，并将其放入真空干燥箱中直至气泡完全去除，然后，将其浇注在具有凸透镜阵列结构的光刻胶母版上并烘干固化，最后将固化完全的PDMS从凸透镜阵列结构的光刻胶母版上剥离，得到具有凹透镜阵列结构的PDMS软模板；3）将2）中去除完气泡的PDMS预聚物和固化剂的混合物浇注到具有凹透镜阵列结构的PDMS软模板上，并烘干固化，最后将固化完全的PDMS剥离，得到具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板；4）利用旋涂层工艺，以每分钟1000转的转速在载玻片上制备具有紫外光敏特性的二氧化钛有机无机复合薄膜，并以此作为压印层，将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板压印到复合薄膜上，然后将其置于紫外灯正下方曝光固化，最后将固化完全的光敏复合薄膜从将具有凸透镜阵列结构的PDMS软模板剥离，在烘箱中干燥，从而在二氧化钛有机无机光敏复合薄膜上制备得到了凹透镜阵列结构。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阙文修，张雪花，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：