[發明專利]一種基于電潤濕效應和液滴吸取的微透鏡成形方法

有效

• 申請號: 201811289310.4
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109343160B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 黎相孟;祝錫晶;崔學良;王建青;馮昕宇;趙韡;于瑞恩
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G03F7/00
• 代理公司: 太原新航路知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14112
• 代理人: 王勇

本發明涉及微透鏡制造技術，具體是一種基于電潤濕效應和液滴吸取的微透鏡成形方法。本發明解決了現有微透鏡制造方法無法制造出數值孔徑可控的微透鏡的問題。一種基于電潤濕效應和液滴吸取的微透鏡成形方法，該方法是采用如下步驟實現的：S1：選取熱氧化高摻雜硅晶圓；S2：形成第一納米錐陣列結構；S3：制得聚二甲基硅氧烷壓印模具；S4：形成第二納米錐陣列結構；S5：涂覆特氟龍薄層；S6：施加光固化樹脂液滴；S7：光固化樹脂液滴在電場作用下變形成為液態透鏡；S8：斷開交流電源；S9：對液態透鏡的數值孔徑進行精確調控；S10：對液態透鏡進行輻照；S11：將固態透鏡剝離下來。本發明適用于微透鏡的制造。

技術領域

本發明涉及微透鏡制造技術，具體是一種基于電潤濕效應和液滴吸取的微透鏡成形方法。

背景技術

微透鏡是一種常用的微光學元件，其廣泛應用于光通信、集成成像、太陽能電池、發光二極管顯示等領域。在現有技術條件下，微透鏡制造方法主要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。然而實踐表明，現有微透鏡制造方法由于自身原理所限，無法制造出數值孔徑可控的微透鏡，由此導致微透鏡的適用范圍受限。基于此，有必要發明一種全新的微透鏡制造方法，以解決現有微透鏡制造方法無法制造出數值孔徑可控的微透鏡的問題。

發明內容

本發明為了解決現有微透鏡制造方法無法制造出數值孔徑可控的微透鏡的問題，提供了一種基于電潤濕效應和液滴吸取的微透鏡成形方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種基于電潤濕效應和液滴吸取的微透鏡成形方法，該方法是采用如下步驟實現的：

S1：選取熱氧化高摻雜硅晶圓，并對熱氧化高摻雜硅晶圓進行預處理；然后，采用步進刮涂法將納米粒子懸浮液中的納米粒子涂覆于熱氧化高摻雜硅晶圓的表面，由此在熱氧化高摻雜硅晶圓的表面形成單層納米粒子薄膜；

S2：將單層納米粒子薄膜在200℃下進行烘干；然后，以單層納米粒子薄膜為掩蔽層，對熱氧化高摻雜硅晶圓的表面進行亞微米刻蝕加工，由此在熱氧化高摻雜硅晶圓的表面形成第一納米錐陣列結構；

S3：去除單層納米粒子薄膜；然后，在第一納米錐陣列結構的表面澆筑聚二甲基硅氧烷，由此制得聚二甲基硅氧烷壓印模具；

S4：選取透明導電玻璃基材，并在透明導電玻璃基材的表面涂覆光固化樹脂結構層；然后，將聚二甲基硅氧烷壓印模具與光固化樹脂結構層進行接觸壓印，由此在光固化樹脂結構層的表面形成第二納米錐陣列結構；

S5：采用旋涂法在第二納米錐陣列結構的表面涂覆特氟龍薄層；

S6：采用第一數字微量注射器在涂覆有特氟龍薄層的第二納米錐陣列結構的表面施加光固化樹脂液滴；

S7：選取交流電源和電極，并將交流電源的兩端分別與電極和透明導電玻璃基材的導電面連接；然后，將電極插入光固化樹脂液滴中，并接通交流電源，由此使得光固化樹脂液滴在電場作用下變形成為液態透鏡，同時使得液態透鏡對涂覆有特氟龍薄層的第二納米錐陣列結構的表面實現微觀浸潤，進而使得涂覆有特氟龍薄層的第二納米錐陣列結構嵌入液態透鏡的平面；

S8：斷開交流電源，并將電極從液態透鏡中抽出；

S9：采用第二數字微量注射器從液態透鏡中吸取一定量的光固化樹脂，由此通過涂覆有特氟龍薄層的第二納米錐陣列結構表面的能量壁壘作用，使得液態透鏡與涂覆有特氟龍薄層的第二納米錐陣列結構的接觸面積不發生改變，而僅僅使得液態透鏡的曲率半徑發生改變，從而對液態透鏡的數值孔徑進行精確調控；

S10：采用紫外燈箱對液態透鏡進行輻照，由此使得液態透鏡固化成為固態透鏡，并在固態透鏡的平面形成納米錐孔陣列結構；

S11：采用真空吸附法將固態透鏡剝離下來，由此完成微透鏡的制造。