[发明专利]微结构化工具以及利用激光烧蚀制备微结构化工具的方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本发明涉及同一天提交的Humpal等人的名称为“MicrostructuredTool and Method of Making Using Laser Ablation(微结构化工具以及利用激光烧蚀制备微结构化工具的方法)”的共同转让的、共同未决的美国专利申请NO.11,278,290(代理人案卷号61177US002)。

技术领域

本发明涉及微结构化工具，尤其涉及在基底层与微结构化层之间包括镍层的微结构化工具。该微结构化工具是用激光烧蚀法制造的。

背景技术

包括小于几毫米的特征的微结构化工具用于复制工艺以形成可执行特定功能的微结构化复制品。复制品可直接用微结构化工具制成，或用由微结构化工具制成的金属工具制成。微结构化复制品用于多种应用中，包括将微结构化复制品作为棱镜、透镜等使用的光学应用。在此类应用中，这些微光学部件以及制备微光学部件的微结构化工具应该没有诸如表面粗糙等缺陷(否则，表面粗糙可能会产生不期望的光学伪影)，这一点往往很关键。

激光烧蚀是一种可以用于在支撑基底上形成具有微结构化聚合物层的微结构化工具的工艺。微结构化聚合物层包括表面上具有一个或多个凹陷特征的聚合物层，这些凹陷特征是通过移除所选区域上的聚合物而形成的。聚合物的移除是在吸收激光器的辐射后而分解的结果。为了满足对微光学部件不断增长的需求，希望使用激光烧蚀法来形成满足上述严格标准的微结构化工具。因而，需要可以用于激光烧蚀工艺的新材料。

发明内容

本文所公开了一种微结构化工具，所述微结构化工具包括：微结构化层，其含有聚合物并且具有微结构化表面，该微结构化表面包括一个或多个特征；镍层，其含有镍，并且设置成在与微结构化表面相对的一侧与微结构化层相邻；以及基底层，其含有金属、聚合物、陶瓷或玻璃，该基底层设置成在与微结构化层相对的一侧与镍层相邻。

本文还公开了一种利用激光烧蚀法来制造微结构化工具的方法。该方法包括：提供激光可烧蚀制品，该激光可烧蚀制品包括含有聚合物的激光可烧蚀层，含有镍并且与激光可烧蚀层相邻设置的镍层，以及含有金属、聚合物、陶瓷或玻璃的基底层，该基底层设置成在与激光可烧蚀层相对的一侧与镍层相邻；提供具有激光器的激光烧蚀装置；以及用激光器的辐射烧蚀激光可烧蚀层，以形成包括一个或多个特征的微结构化表面。

本文所公开的微结构化工具可以用于制造微结构化复制品。制造此类微结构化复制品的一种方法包括：提供微结构化工具，在微结构化表面上施加液体组合物，使液体组合物硬化以形成硬化层，以及从微结构化工具上分离硬化层。本文所公开的微结构化工具还可以用于制造微结构化金属工具。制备此类微结构化金属工具的一种方法包括：提供微结构化工具，在微结构化表面上施加金属以形成金属层，然后分离微结构化表面和金属层。金属层成为用于制造微结构化复制品的微结构化金属工具。

本文所公开的微结构化制品可以用于诸如等离子显示装置、计算机显示器和手持装置等光学应用；微流控芯片中的沟槽结构；机械应用等。

上述发明内容并不旨在描述本发明的每个公开实施例或每种实施方式。以下附图和具体实施方式更具体地举例说明了示例性实施例。

附图说明

图1-2b示出了示例性微结构化工具的剖视图。

图3a-3d示出了示例性微结构化表面的剖视图。

图4a是激光烧蚀后的基底层的照片。

图4b是激光烧蚀后的镍层的照片。

图5a和5b是微结构化工具的照片。

图6是示例性微结构化金属工具的照片。

具体实施方式

如上所述，激光烧蚀是一种可以用于在支撑基底上形成微结构化聚合物层的工艺。在该工艺中，由激光器发射辐射，使得辐射入射到聚合物层的选定区域上。聚合物层吸收辐射，并通过由光热和光化学机理的某些组合引起的蒸发来移除聚合物。该组合通常取决于聚合物的所选特性(例如熔点、辐射波长下的吸收系数、热容量和折射率)和激光烧蚀条件(例如激光能量密度、波长和脉冲持续时间)。

适用于光学应用(如本文所公开)的微结构化工具可以利用多脉冲激光烧蚀工艺来制作，在该工艺中，采用一次以上的激光照射来形成每个特征。该工艺允许操作者控制特征的侧壁角度，并且还允许将聚合物移除直至到达基底的表面或到达镍层的表面。多脉冲激光烧蚀法还可用于对厚(如厚度大于15μm)聚合物层实施微结构化。