[發明專利]一種數值孔徑可控的微透鏡陣列的電輔助制造方法

有效

• 申請號: 201410604446.5
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104330841A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 邵金友;李祥明;田洪淼;黎相孟;胡鴻;姜承寶
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B26/00;B81C1/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明涉及微透鏡陣列制造技術領域，特別涉及一種數值孔徑可控的微透鏡陣列的電輔助制造方法。

背景技術

微透鏡陣列在許多涉及顯示器件的領域中被廣泛使用，比如投影儀，CCD組件和攝像機鏡頭等。常見的微透鏡陣列多為尺寸均一，大小相同，且數值孔徑一致的微透鏡組成的陣列。這些微透鏡陣列的制造方法有多種，其中包括機械精銑加工法、光刻熱回流法、濕法腐蝕法、激光刻蝕法和雙光子干涉曝光法等。一般而言，這些方法各自具有其特點和不足，但其共同的特點是相同數值孔徑的微透鏡陣列的并行制造。然而，針對某些特殊的場合，比如光學MEMS中，有時候需要在同一個芯片器件的不同區域采用到具有不同數值孔徑的微透鏡陣列，以獲得特殊的成像需求。這種情況下，采用如上所述的方法基本上很難在同一個器件區域獲得具有不同數值孔徑(或者表觀曲率)的透鏡陣列。

因此，有些科學家采用電潤濕原理(EW，通過施加電壓使液滴接觸角減小)實現了可變數值孔徑的液態微透鏡，但目前該方法仍處于實時調控數值孔徑的階段，主要偏向于實時可控成像方面的應用。針對某些光學MEMS器件中需要采用固定數值孔徑的微透鏡陣列的情況，同樣可以利用電潤濕的原理先改變液態透鏡的數值孔徑，再將液態微透鏡進行固化，從而形成變數值孔徑的固態微透鏡陣列。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種數值孔徑可控的微透鏡陣列的電輔助制造方法，即采用介電層上的電潤濕(EWOD)的原理，實現在同一個光學器件表面獲得具有多種數值孔徑的微透鏡陣列；此方法簡單，可通過手動調控或程序精確調控，實現一種特殊微透鏡陣列的串行制造。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種數值孔徑可控的微透鏡陣列的電輔助制造方法，包括以下步驟：

1)準備透明導電玻璃作為基材；

2)在透明導電玻璃基材的導電面上制備介電層；

3)在介電層表面施加微型液滴陣列；

4)搭接直流電源，將透明導電玻璃的導電面接入電壓的負極端，并將插入微型液滴的銅絲電極接入電壓的正極端，閉合電源開關對微型液滴施加電壓；

5)在電潤濕作用力的驅動下，增大所施加的直流電壓將會減小微型液滴的表觀接觸角，進而增大微型液滴的曲率半徑，因此對不同的微型液滴施加不同的直流電壓獲得不同的曲率半徑；

6)斷開直流電壓電源，抬起銅絲電極，采用紫外燈箱輻照使電場輔助形變的微型液滴陣列固化，進而獲得具有變數值孔徑的固態微透鏡陣列。

所述的基材采用ITO(氧化銦錫)、FTO(含氟氧化錫)或AZO(氧化鋁鋅)的鍍膜玻璃。

所述的介電層為透明薄膜，是無機材料的薄膜，或是聚合物薄膜，無機材料的薄膜為二氧化硅薄膜、氧化鋁陶瓷薄膜或鈦酸鋇陶瓷薄膜；聚合物薄膜為PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、SU-8負性光刻膠、PVDF(聚偏氟乙烯)、環氧樹脂的聚合物或NOA系列(光學粘結劑)、納米壓印膠的紫外固化聚合物固化后的薄膜。

所述的介電層為采用旋涂或蒸鍍法所制備的光滑表面，或是采用納米壓印的方法所制備的微納米織構化的粗糙表面。

所述的用于制備微透鏡陣列的微型液滴的材料為液態的PMMA、SU-8、環氧樹脂、NOA系列或納米壓印膠。

所述的微型液滴的施加方式采用噴墨打印或數字微量進給器。

所述的微型液滴的體積是10pl～10μl,根據不同材料之間表面張力作用的不同獲得大小不等的初始表觀接觸角。

所述的銅絲電極直徑為30～100μm，其插入微型液滴的過程通過CCD放大到顯示器上的方式來輔助對準。

本發明的特點在于，利用介電層上電潤濕原理(EWOD)對布置在透明介電層表面的微型液滴陣列依次施加不同的直流電壓，使初始狀態相同的微型液滴發生精確可控的潤濕性形變；并利用介電層表面的粘性作用所引起的接觸角滯后使微型液滴在撤去電壓后也能夠保持形變，最終對微型液滴陣列進行紫外固化后可重復性地獲得不同數值孔徑的微透鏡陣列。

附圖說明

圖1是透明導電玻璃基材的示意圖。

圖2是在基材表面制備介電層薄膜的示意圖。

圖3是在介電層薄膜表面施加微型液滴的示意圖。

圖4是在微型液滴與透明導電玻璃之間施加電壓之前的示意圖。

圖5是為不同的微型液滴施加不同電壓(U0<U1<U2<U3)之后的示意圖。

圖6是將微型液滴陣列進行紫外輻照固化后所形成的微透鏡陣列的示意圖。