[发明专利]一种基于图案化疏水层的微透镜阵列的制备方法

说明书

本发明提供一种基于图案化疏水层的微透镜阵列的制备方法，涉及微纳加工技术领域。具体操作步骤是：在导电的透明基板表面涂覆光刻胶；通过紫外光刻的方法对光刻胶进行曝光、显影、烘烤等得到图案光刻胶层；在图案光刻胶层的透明基板表面涂覆疏水层溶液，加热，形成透明疏水层薄膜，去除剩余光刻胶，获得阵列图案化疏水层；在具有阵列图案化疏水层修饰的透明基板上涂覆光敏或热敏的液态树脂，由于亲疏水图案表面差异，液态树脂将附着在亲水区域，自组装形成微滴阵列，紫外线固化或加热固化，得到微透镜阵列。本发明制备的微透镜阵列均一度高、填充率高、光学性能好，另一方面本发明加工效率高，加工成本低，易于大规模生产。

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种微透镜阵列的制备方法。

背景技术

微透镜是微光学系统的重要组成元件，通常是指孔径在数个微米到数个毫米之间的透镜，而当一定数量的微透镜按照一定规律排列，或均匀分布，或非均匀分布，或随机周期性分布时，就组成了微透镜阵列。与传统透镜相比，微透镜阵列具有体积小、重量轻、功耗小等优点，也可以实现准直、聚焦、扩散、照明、成像以及传感等功能。常用的微透镜阵列制备方法有精密机械加工法、能量束直写法、转印法、微滴喷射/喷墨打印法、灰度掩膜法、刻蚀法、静电场操控、聚合物相分离、旋涂液面法、热胀效应、气压成型等。本发明提供一种基于图案化疏水层使液体自组装形成微透镜的制备方法。该发明的关键是制备图图案化疏水层。以往的方法无法直接将疏水层图案化，是在疏水层表面作出亲水的围堰图形。最典型的案例是利用旋涂的方法在基板表面均匀涂布疏水层溶液（全氟（1-丁烯基乙烯醚）和全氟三丁胺按以体积比1:30混合均匀的溶液），180 ℃烘烤10分钟使之烘干成膜。围堰图形的材料选用SU-8光刻胶来制备。但上述得到的全氟（1-丁烯基乙烯醚）薄膜表面非常疏水，光刻胶无法均匀地附着。因此必须对全氟（1-丁烯基乙烯醚）表面进行氧等离子处理，增强其亲水性，从而使得SU-8光刻胶可以均匀涂布。涂布后的光刻胶经紫外曝光、显影和定影后形成围堰图形。再经过退火处理使全氟（1-丁烯基乙烯醚）表面恢复疏水性，从而获得亲疏水差异较大的图案化阵列。现有的这种方法不仅工艺复杂，步骤繁多，且所用设备精度要求高、价格昂贵。本发明无需氧等离子刻蚀与退火处理，直接将疏水层刻蚀出图形，不仅步骤简单，而且获得的图形精度高、均一度高、大面积均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图案化疏水层的微透镜阵列的制备方法。

本发明方法采用工艺成熟的紫外光刻法制备高精度的图案化疏水层（表面能约为10 mN/m），利用基板表面和全氟（1-丁烯基乙烯醚）表面的表面能差异，液体更倾向于附着在亲水区域，在其表面自组装形成微透镜阵列。

一种基于图案化疏水层的微透镜阵列的制备操作步骤如下：

（1）将透明基板1用清洗液、丙酮、去离子水超声清洗干净，烘干，使用紫外臭氧清洗机进行透明基板1的表面处理，备用；

（2）在透明基板1的表面涂覆光刻胶层，获得厚度均匀，无缺陷，无颗粒的光刻胶层2，软烤备用；

（3）在光刻胶层2上设置掩模板3进行紫外曝光处理，接着进行显影处理，硬烤备用，得到图案清晰的图案光刻胶层5；

（4）在图案光刻胶层5的透明基板1上涂覆疏水层溶液，加热使疏水层溶液中的溶剂挥发干净，形成透明疏水层薄膜6；

（5）在丙酮中去除光刻胶，同时，去除附着在光刻胶表面的透明疏水层薄膜，保留附着在基板表面的透明疏水层薄膜，形成阵列图案化疏水层7；

（6）将光敏或热敏的液态树脂涂覆在阵列图案化疏水层7上，液态树脂将附着在亲水区域，在阵列图案化疏水层7表面自组装形成树脂微滴阵列8；紫外线固化或加热固化，得到微透镜阵列。

进一步限定的技术方案如下：