[发明专利]在玻璃基板与微结构层之间具有高键合强度的微光学元件

说明书

本发明提供一种微光学元件，包括：具有厚度t≤1500μm、优选t≤1200μm、更优选t≤1100μm的玻璃基板，以及由压印在玻璃基板上的聚合物形成的微结构层。玻璃基板的胶接触角θg小于45°、优选小于40°、更优选小于30°，并且玻璃基板与微结构层之间的键合强度大于0.5MPa、优选大于1MPa、更优选大于1.5MPa。因此，玻璃基板与微结构层之间的键合力非常强，从而在不同环境下具有长时间的强键合性和稳定性。

技术领域

本发明涉及3D成像和传感领域中的微光学元件，特别是晶片级光学器件。特别地，本发明涉及一种微光学元件，该微光学元件具有彼此键合的玻璃基板和微结构层并且由于玻璃基板与微结构层之间的紧密键合而具有高稳定性。

背景技术

对于具有玻璃基板和微结构层的微光学元件，在玻璃基板与微结构层之间的键合强度是关键的要求，因为微结构层与玻璃基板的剥离一直是难点并一直受到人们的关注。

为了可靠地获得在玻璃基板和微结构层之间的具有高键合强度的键合表面，Koji等人在EP 3093139 A1中提出了一种由热塑性聚合物组合物制成的菲涅耳(Fresnel)透镜，该热塑性聚合物组合物包括丙烯酸类嵌段共聚物(A)和丙烯酸类树脂(B)，在其中丙烯酸类嵌段共聚物(A)是在分子内具有至少一种结构的丙烯酸类嵌段聚合物，在该结构中主要由甲基丙烯酸酯单元构成的聚合物嵌段(a2)键合到主要由丙烯酸酯单元组成的聚合物嵌段(a1)的每个末端。热塑性聚合物成分可以与施加至玻璃基板的硅烷偶联剂可靠地键合。但是，丙烯酸嵌段共聚物(A)的合成费时费力，并且生产成本昂贵，这是不经济的。

因此，在微光学领域，仍然存在以省力省钱地方式提供在玻璃基板和微结构层之间的微光学元件的需求。

发明内容

本申请的目的是提供一种微光学元件，该微光学元件具有彼此键合的玻璃基板和微结构层，并且由于玻璃基板与微结构层之间的紧密键合而具有高稳定性。

该目的通过独立权利要求中要求保护的具有特定玻璃成分和优化的几何表面特性的玻璃基板实现。具有高的非桥氧(NBO，non-bridge oxygen)或活性氧的玻璃成分会生成OH-，其可以提高与微结构层的键合强度。玻璃基板具有合适的总厚度变化(TTV)、厚度公差和翘曲，这些有利于获得具有一致的微结构层的高键合强度。高TTV和翘曲不利于获得稳定的微结构化聚合物层生产工艺，因为聚合物的厚度受玻璃的TTV和翘曲的影响。另一方面，在旋涂、喷涂、沉积或压印过程中，微结构层也会受到玻璃粗糙度的影响。低的玻璃粗糙度有利于聚合物在玻璃上的涂抹，这有益于形成一致的微结构层。

根据本发明的一个方面，微光学元件包括：玻璃基板和微结构层。玻璃基板具有t≤1500μm、优选t≤1200μm、更优选t≤1100μm的厚度。也可以使用≤900μm、800μm、700μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm的其他厚度。但是本专利中的玻璃厚度不限于上述厚度。由聚合物形成的微结构层被压印在玻璃基板上。通过光学设计，微结构具有光学功能。微结构可以是根据光学设计在光学器件中能够产生折射效应或衍射效应的任何结构(例如半球、多阶、圆形、正方形)。玻璃基板表现出小于35°、优选小于25°、更优选小于15°的胶接触角θg。键合强度P被规定为能够分离微结构层与玻璃基板的最小压强。玻璃基板与微结构层之间的键合强度大于0.5MPa、优选大于1MPa、更优选大于1.5MPa。在85℃的温度和85％的湿度下经过1000次循环后，键合强度的退化小于60％、优选小于50％、更优选小于40％。

在另一个优选实施例中，玻璃基板具有在1.4至2.5的范围内、优选在1.41至2.1的范围内、优选在1.42至2.0的范围内、优选在1.45至1.9的范围内特别优选在1.45-1.8的范围内、更优选在1.45-1.7的范围内、最优选在1.45-1.6的范围内的折射率n_d。在这种情况下，玻璃基板可用于光学应用。在一个实施例中，玻璃基板与微结构层之间的折射率n_d之差Δn_d＜0.5。