[發明專利]一種以耐高溫聚合物薄膜為基底的菲涅爾透鏡制作方法

在審

• 申請號: 201510108830.0
• 申請日: 2015-03-12
• 公開（公告）號: CN104650376A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 王松;楊偉;劉習奎;吳時彬;任戈
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C08J7/12;G02B3/08;C08L79/08
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種以耐高溫聚合物薄膜為基底的菲涅爾透鏡制作方法，特別適合于玻璃化轉變溫度(Tg)高于200℃的耐高溫光學聚合物薄膜材料，在薄膜成型同時制備出菲涅爾透鏡，是一種高效、低成本、輪廓精度高的菲涅爾透鏡制作方法。

背景技術

隨著二元光學技術的發展，使光電子儀器及其零部件更加小型化、陣列化和集成化成為可能。根據不同的應用需求，二元光學元器件的基底材料選擇也越來越多樣化，其中某些柔性高分子薄膜材料因其特有的耐高溫性能、高溫尺寸穩定性、高透光性、耐候性等逐漸被發掘并應用到該領域，如聚酰亞胺(PI)、聚芳酯(PAR)、聚醚砜(PES)、耐高溫聚碳酸酯(HTPC)等薄膜材料。但要面臨并需解決在這類柔性高分子薄膜材料表面制備二元光學輪廓的難題。

以二元光學元器件應用最為廣泛的菲涅爾薄膜透鏡為例，其制備工藝根據基底材料的不同以及菲涅爾結構精度等因素發展為多種多樣，有離子刻蝕、激光直寫法、灰度掩模圖形轉印法、機械車削加工、熱壓印法、模具注塑成型等。其中非接觸光學刻蝕方法對于此類柔性高分子薄膜會產生灼傷效應，影響輪廓精度且成本高；機械車削加工對于柔性材料的表面支撐要求太高且加工表面會產生蠕變；熱壓印法和模具注塑成型是現階段制備以高分子材料為基底的菲涅爾聚光透鏡和菲涅爾勻光板等最為成熟的方法，但基底材料限于低玻璃化轉變溫度(Tg)一類聚合物，如硅橡膠等，此類方法難以實現于具有高Tg的聚合物材料上，尤其是新型耐高溫聚合物光學薄膜材料。一般而言，耐高溫聚合物光學薄膜指的是光學特性與傳統光學薄膜，如：聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚碳酸酯(PC)薄膜相當，但其Tg超過200℃或者更高，而且是具有相對較低的熱膨脹系數(CTE)的聚合物薄膜，如典型的聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚醚酰亞胺(PEI)，甚至包括聚醚醚酮(PEEK)、聚芳酯(PAR)、聚醚砜(PES)、耐高溫聚碳酸酯(HTPC)等薄膜材料。

本發明主要涉及一種以耐高溫聚合物薄膜為基底的菲涅爾透鏡制作方法，結合薄膜的制備工藝，在制備高Tg光學級薄膜的同時在薄膜表面一步成型菲涅爾結構，節省大量人力物力，降低成本。

發明內容

本發明結合光學薄膜制備工藝中所使用的成膜基板表面刻蝕有負向互補菲涅爾結構，在制備高Tg光學級薄膜的同時，將菲涅爾圖案結構轉印到薄膜表面，實現一種以耐高溫聚合物薄膜為基底的菲涅爾透鏡制作方法，大大簡化了耐高溫光學薄膜表面加工工藝，節省大量人力物力，降低制作成本，輪廓精度高；特別適合于Tg超過200℃的耐高溫光學高分子薄膜材料(如圖4所列舉的一類高分子材料)，是一種溫和且能滿足精度的菲涅爾結構成型方法。

本發明的技術方案如下：在設計了所需的菲涅爾圖案結構后，將其負向互補結構制作在成膜基板(一般為石英基片)上，接著將薄膜材料前驅體溶液涂布在此成膜基板上，化學或熱處理后，所需菲涅爾結構以轉印在成型的薄膜表面，具體步驟如下：

步驟1：設計滿足光學參數的菲涅爾結構圖案以及負向菲涅爾結構圖案，并將負向互補菲涅爾結構圖案刻蝕在成膜基板上；

步驟2：制備薄膜材料前驅體膠液；

步驟3：根據成膜基板上菲涅爾結構尺寸的大小，適當降低膠液粘度，以助膠液填滿成膜基板結構溝槽；

步驟4：將步驟3中的膠液流平涂布在步驟1中的成膜基板上；

步驟5：將步驟4中的成膜基板放置在真空箱內，抽真空到1*10^-3pa以上，真空除泡2h以上，包括膠液中的氣泡和未填滿的溝槽氣泡；

步驟6：根據所用材料的成膜原理，化學或熱處理步驟5中的成膜基板；

步驟7：在適當的保護措施下脫膜，如40～60℃超聲水浴中，即得以該種高Tg高分子薄膜為基底的菲涅爾透鏡。