TWI283655B - Method for producing microlens array by using flexible mold - Google Patents
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Description
1283655 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關—種應用撓 法，更詳而言之，4 仇八衩具I作破透鏡陣列之方 體之撓式模具，以壓；曰:3利用具有撓式薄膜與内腔 高分子固化材料形變，再運用 不同壓力控制製造出不同曲率半…過 凹透鏡陣列之方法。 ^、“、、之彳政凸透鏡或微 【先前技術】 不論是液晶顯示器（LCD)、行動電話 位助理（m)，均需要更亮、更持久、更省幕體 的光源來強化顯不效果。而使用微透鏡陣列（ array)技術時，已有研究指出可提升25%之1 ns 它也可應用於其他光學或軍事領域。 此外， 傳統之微透鏡陣列具有多種製造方法， 其中常見之一種，如我國專利公告號第5 1 9578號^「積^ 化微球透鏡光纖切換裝置之製造方法」發 利用微影與餘刻製程，在一基板上形成—透鏡u疋 厚=阻層，並利用光罩在厚膜光阻上定義 = 之成型區•，再將成型區域以外之透鏡承載層及厚 層蝕刻去除’以形成柱狀之微結構，再經過高溫埶處 使該柱狀微結構熔化，並藉由内聚力盥表面步力 η該等微凸圓柱可自動凝聚變成半球狀之微透鏡；=結
1283655 五、發明說明（2) 【發明内容】 隹驾决光阻熱嫁法之微透鏡曲率半徑雖可以藉由厚 2 2阻厚度及直徑控制’但是半球狀表面之控制不易精確 控制，因此整體之製程不穩定，故仍有極大改善之空間。 、本發明係提供一種應用撓式模具製作微透鏡陣列之方 法乃係利用一具有撓式薄膜及用以形成内腔體之撓式模 具，經由壓力變化使薄膜曲率產生形變，並運用可固化高 分子材料將其形狀翻製出來，使該撓式模具可配合不同壓 力控制製造出不同曲率半徑與焦距之微透鏡陣列，以達到 聚焦與感光之功用者。 本發明之應用撓式模具製作微透鏡陣列之方法，主要 係可用以解決習知製模方法複雜且單一鏡片高度受到限制 之缺點，其次，可使製程穩定，並精確製造不同曲率半徑 與焦距之微凸透鏡陣列或微凹透鏡陣列，最後，則是可再 翻製成模具組，使其適合大量生產。 【實施方式】 請參閱第一圖，係一薄膜結構受到均勻壓力差時產生 之結構變化示意圖’亦即，當該薄膜結構a内、外側分別 受到一均勻壓力P2與P1作用’且該P2大於p 1時，將使薄膜 結構a往外側方向變形呈微透鏡狀，此乃本發明形成微透 鏡陣列必需使用之基礎原理，特此敘明。 請參閱第二、三圖，本發明係為一種應用撓式模具製 1283655
作微透鏡陣列之方法，其包括有下列步驟： (一） 撓式模具之製作 a、預先備置一矽晶圓基板1 1，並於基板Η上以 光阻塗佈、曝光以及顯影等黃光微影技術製作出丨〇〇 #爪厚 呈圓柱狀之SU-8光阻結構層丄2陣列，以形成一光阻模具 10; b 二將PDMS?K 合物 2〇 (係polydimethy —^。““聚 合物之簡稱）以600轉/分（rpm)塗佈於光阻模具丄〇之 結構層1 2上； c、 最後，以150。〇，15分鐘熱烤PDMS聚合物2 〇與 固化劑之混合物，使PDMS聚合物2 0固化； ” d、 將固化之PDMS聚合物2 0從光阻模具丄0上脫模 形成一撓式模具3 0，該撓式模具3 〇相對光阻模具丄〇 各光阻結構層1 2處係分別形成有一凹陷槽3 1 ，並於各 凹陷槽3 1之槽底部分別形成有一撓性之薄膜結構層3 2 ’之後’將撓式模具3 0之凹陷槽3 1方向，以3 〇瓦特的 氧電漿處理3 0秒’並將其接合於一玻璃基板4 〇上，使於 性模具3 0各薄膜結構層3 2下方之凹陷槽3 1可被密射 形成一内腔體33。 '于 (二） 微透鏡陣列之翻製 a、在撓式模具3 0之薄膜結構層3 2上塗佈可固化 回为子材料’本實施例係採用UV固化膠作為可固化$八子 材料’而使該撓式模具3 0上形成有一可固化高分^纟士構 層50，並將該撓式模具30、玻璃基板4〇及可固^言
1283655 五 發明說明（4) ^子結構層5 〇 一起放置於一環 ;6 0頂端以-可為壓力克等透“料^中，該環境腔 ”密封，並於環境腔體6 0内部連;明蓋6 1 二控制該環境腔體6 ◦内部:浦7 腔體3 3 :3ϊΠ60内部壓力大於撓式模具3 〇内 2便會ί = 該撓式模具3〇之薄膜結構層3 未固化:用向内凹陷形成一微凹狀，録佈其上 :反之Ζ固化尚分子結構層5 0隨其形狀變形呈外凸狀 壓力小於：ΐ閱第四圖，當環境腔體6 0内部形成負壓或 模且q ^ 70式模具3 〇内腔體3 3之内在壓力時，該撓式 之薄膜結構層3 2亦會受壓力差作用向外凸出形 凸狀，使塗佈其上未固化之可固化高分子結構層5 U Ρ通其形狀變形呈内凹狀； c、利用紫外線光源8 0由透明蓋6 1上方照射，使 其紫外光穿透壓克力透明蓋6 1後，得照射於可固化高分 子結構層5 〇之uv固化膠上，使之固化，之後，再將該固 化後之可固化高分子結構層5 〇 ’脫模，即可在其上由該 撓式模具3 0翻製形成微凹透鏡狀或板凸透鏡狀之微透鏡 陣列5 1 。 另’該微透鏡陣列5 1形成後，可再運用電鑄製程轉 換製作成金屬模具，以供射出成形及大量生產者。 關於本發明之實驗，其裝配方式如第三圖所示，並分 別在壓力差為10、20、30、40、50、60、70 KPa時依序進 行實驗，相關條件如第圖五所示，透過下列公式（1 )可算
第8頁 1283655 五、發明說明（5) 出透鏡高度h，之後，把每個微透鏡表面輪廓當作成圓球 表面’利用所量得之透鏡高度h與直徑d，以及光阻層本身 的折射率n(refractive index)，並透過下列公式（2)及 (3)可算出透鏡曲率半徑rc (radius of curvature)及焦 距f(focus)，如第五圖之數據資料 (1) (2) Μ
Rc =- 2k 與
Rc «-1 (3) 再者，將 1 ·本發 陣列或微凹透 半徑與焦距， 片高度受到限 2 ·本發 改變及控制薄 透鏡之形狀與 3 ·本發 設備，加上可 產设備成本低 本發明之優 明之撓式模 鏡陣列之功 故可有效解 制等缺點。 明之撓式模 膜結構層3 尺寸，故其 明無需複雜 以電鑄成形 與製程穩定 點及可達成功效歸納如下： 具3 0同時兼具有製作微凸透鏡 能，並可依需要控制不同之曲率 決習知製模方法複雜，且單一鏡 具30可藉由壓力差之設定，來 2之形狀與變形量，進而控制微 製，土於控制且相當穩定。 二叩貝之可程式控制裝置或生產 模具作為量產之製裎，以達到生 之特性。
1283655 五、發明說明（6) 最後，值得再接的县 透鏡陣列5 i更包含有下列產業利=之技術所形成之微 元;光學鏡片。 3 ·承焦之微透鏡可用於 Ϊ知耗。 產精準模具之裝配。 予^了早糸統，應用於生 作方^對於生醫器材所需之内視鏡’提供微小鏡片之製 發光I率可提升有機二極體（〇LED)與無機二極體⑽）之 ” 6尤：，：提升平面顯示器背光模組之光源均句度與 宂度由尤，、疋王彩面板’包括PDA (個 機、車用螢幕及行動器儀表板等。 里為）手 綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實 用性，同時遍查國内外關於此類結構之技術資肖，文獻中 亦未發現有相同的構造存在在先，是以， 新型專利要件，爰依法提出申請。 ^ ^ 准，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而 已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效|籲 結構變化’理應包含在本發明之專利範圍内。 第10頁 1283655 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第一圖為薄膜結構受到均勻壓力差時所產生之結構變 化示意圖。 第二圖係本發明撓式模具之製作流程圖。 第三圖係本發明微凹透鏡之成形示意圖。 第四圖係本發明微凸透鏡之成形示意圖。 第五圖係本發明在不同壓力差所產生之結果比較表。 【主要元件代表符號說明】 a 薄膜結構
10 光阻模具 11 矽晶圓基板 12 光阻結構層 2 0 PDMS聚合物 3 0 撓式模具 3 1 凹陷槽 3 2 薄膜結構層 3 3 内腔體 4 0 玻璃基板 5 0 可固化高分子結構層 5 0 ’可固化高分子結構層
5 1 微透鏡陣列 6 0 環境腔體 61 透明蓋 7 0 空氣壓力幫浦 80 紫外線光源
第11頁
Claims (1)
- 丄283655括有應用挽式棋具製作微透鏡陣列之方法 係包 以彈性體材料製作 成有撓式薄膜結構層陣列； b、將撓式模具接合於一基板上， 溥膜結構層陣列與基板間各形成有一 5 腔體； / ’該撓式模具上形 使撓式模具之撓式 預定腔體壓力之内 c、 在撓式模具之撓 子材料，以形成一可固化 力調控之環境腔體内，利 預定壓力差，使撓式模具 鏡形狀之變形，同時使可 d、 將成形後之高分 ，即可獲致微透鏡陣列。 2、依申請專利範圍 微透鏡陣列之方法，其中 材料。 性薄膜結構層上塗佈可固化高矣 尚分子結構層，並放置於一可屬 用環境腔體與模具内腔體間形成 之撓性薄膜結構層陣列產生微透 固化高分子結構層亦隨之成形； 子結構層固化，並將其脫模取出 第1項所述之應用撓式模具製作 該彈性體材料係採用PDMS高分子3、 依申請專利範圍第1項所述之應用撓式模具製作 微透鏡陣列之方法，其中該撓式模具係以預先成型之光阻 模具脫模而成。 4、 依申請專利範圍第3項所述之應用撓式模具製作 微透鏡陣列之方法，其中該光阻模具係利用一基板上以黃 光微影技術製作出一預定高度呈圓柱狀之光阻層所形成， 而撓性模具係以PDMS聚合物以預定速度塗佈於光阻模具之第12頁 1283655 六、申請專利範圍 光阻層，並經適當時間與溫度之燒烤固化後脫模而成“ 料、涵依申請專利範圍第1項所述之應用撓式模具製作 朦、見列之方法’其中該高分子固化材料係採用UV固化 使其可利用紫外線光源照射產生固化者。 6、依申請專利範圍第1項所述之應用撓式模具製作 微透鏡陣列之方法，其中該環境腔體密封有一透明蓋，其 内部更連通有一空氣壓力幫浦，可藉以控制環境腔體之^ 部壓力。 7、依申請專利範圍第1項所述之應用撓式模具製作 微透鏡陣列之方法，其中該高分子結構層成形之壓力差範 圍為 1 0Okpa。
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