[发明专利]3D金属模具及其制造系统和方法

权利要求书

1.一种利用整合了双光子光刻和纳米压印以形成亚微米3D微透镜层的金属膜片的工艺的高产量低成本的亚微米3D微透镜层的3D金属模具，该工艺包括以下步骤：

（i）创建3D微透镜的3D层的设计；

（ii）利用双光子光刻工具来设立刻写工艺，以产生所述3D微透镜的所述层的3D图像；

（iii）将所述层的所述3D图像的光刻胶显影在基板上；

（iv）将一层或更多层金属溅射到所述层的所述3D图像的所述光刻胶或聚合物的表面上，以形成种子金属层；以及

（v）通过电镀工艺来转印涂覆了所述种子金属层的所述3D图像，以形成3D金属模具；

其中，所述3D金属模具被用于制造所述3D微透镜的同一层的所述3D图像的拷贝。

2.根据权利要求1所述的高产量低成本的亚微米3D微透镜层的3D金属模具，其中，所述3D图像的所述层的范围是从0.01微米到150微米。

3.根据权利要求1所述的高产量低成本的亚微米3D微透镜层的3D金属模具，其中，所述双光子光刻使用专用软件来制造任意形状的3D金属模具以及能够被组合以形成亚微米3D微透镜的复杂金属模具的不同形状的金属模具。

4.根据权利要求1所述的高产量低成本的亚微米3D微透镜层的3D金属模具，其中，由柔性聚合物制成的所述金属模具被附接到滚筒的表面上以形成柔性金属模具的辊子，用来进行纳米压印以形成所述亚微米3D微透镜层的金属膜片。

5.一种用于生产3D金属模具以制造高产量低成本的亚微米3D微透镜的系统，包括整合双光子光刻的步骤和纳米压印的步骤，所述系统的特征在于，使用双光子激光光刻和3D刻写技术来制备3D微透镜的各个层的3D金属模具；利用纳米压印由所述3D金属模具形成所述3D微透镜的各个层的聚合物膜片；以及堆叠所述3D微透镜的各个层，以制造所述亚微米3D微透镜。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述纳米压印是热纳米压印NIL。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述纳米压印是UV纳米压印。

8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述纳米压印是卷对卷纳米压印。

9.根据权利要求6所述的系统，其中，在所述NIL工艺中使用的材料是合成材料或生物材料。

10.根据权利要求6所述的系统，其中，3D刻写技术被用来对用于所述3D金属模具的模板进行构图。

11.一种在制造定制微透镜以形成功能光学膜方面的3D金属模具的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

（i）使用双光子光刻来创建3D模板；

（ii）通过电铸或诸如电子波束光刻或光学光刻的任意类型的成型技术，将3D图像转印到金属模具上；

（iii）利用计算机辅助设计程序CAD来设计微透镜结构；

（iv）利用以3D CAD绘图作为输入的专用软件来自动将所述微透镜剖切为多个层；

（v）去除具有重复图案的层；

（vi）制造用于金属模具制备的模板；

（vii）为各个金属层制造主模具，以产生用于冲压/卷对卷纳米压印工具的金属模具；

（viii）将产生的各个层彼此层叠以形成完全由具有定制设计曲率的复合微透镜制成的完整光学膜，

其中，所述光学膜能够结合到玻璃薄膜或玻璃薄层的表面上，以减小反射、全内反射，收集光和将所收集的光聚焦到有源器件上。

12.根据权利要求11所述的在制造定制微透镜方面的3D金属模具的制造方法，其中，由金属板制成的、表面上电镀有金属特征的所述金属模具被附接到滚筒的表面上以形成具有金属特征的金属板模具的辊子，用来进行纳米压印。