本發(fā)明涉及激光微納制造以及微納光學(xué)，具體涉及一種微透鏡陣列及其制備方法和制備系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、微鏡陣列由緊密排列的周期性微反射鏡組成，已經(jīng)應(yīng)用在光學(xué)、通訊、天文、生物等眾多領(lǐng)域。目前，大多采用機(jī)加工的方式生產(chǎn)微反射鏡結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)效率低且成本高，部分采用光刻、刻蝕的技術(shù)，這種方式在生產(chǎn)大幅面的微反射鏡陣列式，往往會(huì)因?yàn)閷?duì)準(zhǔn)問題導(dǎo)致拼接誤差。與此同時(shí)，微反射鏡較高的反射效率會(huì)使得局部出現(xiàn)明顯眩光，需要使用各種昂貴的鍍膜和涂層去解決。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種微透鏡陣列及其制備方法和制備系統(tǒng)，所述微透鏡陣列的制備方法通過插入輔助圖形，在光刻拼接過程中利用輔助圖形進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，減小了拼接誤差，且制備過程高效，成本低，適用于大規(guī)模批量生產(chǎn)，通過本發(fā)明提供的方法制備的微透鏡陣列具有幅面大、精度高、反射性能好且抗眩光的優(yōu)越性。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、第一方面，本發(fā)明提供了一種微透鏡陣列的制備方法，包括：
4、根據(jù)預(yù)設(shè)的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)模型，制作具有灰度信息的光刻圖案，所述光刻圖案為微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)的光刻圖案；
5、在所述光刻圖案中插入輔助圖形，根據(jù)光刻圖案在光刻膠上進(jìn)行多次曝光，利用輔助圖形使已光刻的微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)和待光刻的光刻圖案邊緣對(duì)準(zhǔn)吻合，使多次曝光得到的微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)相互拼接，得到微透鏡陣列結(jié)構(gòu)；
6、將光刻膠上的目標(biāo)尺寸的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至uv膠上，得到微透鏡層；
7、在微透鏡層的上表面制備反射層；
8、在反射層的上表面制備保護(hù)層；
9、在微透鏡層的下表面制備吸收層；
10、在保護(hù)層的上表面制備抗眩光層，得到微透鏡陣列。
11、進(jìn)一步的，微透鏡陣列結(jié)構(gòu)模型預(yù)先構(gòu)建，預(yù)先構(gòu)建的步驟包括：構(gòu)建微透鏡陣列結(jié)構(gòu)初始模型，構(gòu)建所述微透鏡陣列結(jié)構(gòu)初始模型的反射模型，以反射光線的光學(xué)增益最大為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)透鏡的尺寸和高度進(jìn)行優(yōu)化，得到最終的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)模型。
12、進(jìn)一步的，所述在所述光刻圖案中插入輔助圖形，根據(jù)光刻圖案在光刻膠上進(jìn)行多次曝光，利用輔助圖形使已光刻的微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)和待光刻的光刻圖案邊緣對(duì)準(zhǔn)吻合，使多次曝光得到的微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)相互拼接，得到微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，包括：
13、在所述光刻圖案中插入輔助圖形，所述輔助圖形為十字圖形；
14、根據(jù)光刻圖案在光刻膠上進(jìn)行首次光刻，得到初始微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)和基準(zhǔn)輔助圖形，所述基準(zhǔn)輔助圖形為初始微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)中的輔助圖形；
15、重復(fù)執(zhí)行以下步驟，直至拼接成的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)達(dá)到目標(biāo)尺寸；
16、以基準(zhǔn)輔助圖形的中心為原點(diǎn)，建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系；
17、獲取待光刻的光刻圖案在基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的實(shí)際坐標(biāo)信息，包括待光刻的光刻圖案中輔助圖形中心點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的實(shí)際橫坐標(biāo)、待光刻的光刻圖案中輔助圖形中心點(diǎn)的實(shí)際縱坐標(biāo)和待光刻的光刻圖案相對(duì)于初始微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角；
18、根據(jù)所述實(shí)際坐標(biāo)信息，計(jì)算待光刻的光刻圖案中輔助圖形中心點(diǎn)移動(dòng)到達(dá)下一次曝光位置的x軸移動(dòng)量、y軸移動(dòng)量和旋轉(zhuǎn)角；
19、根據(jù)所述x軸移動(dòng)量、y軸移動(dòng)量和旋轉(zhuǎn)角移動(dòng)待光刻的光刻圖案，移動(dòng)完畢后進(jìn)行光刻。
20、進(jìn)一步的，所述目標(biāo)尺寸的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)由n行m列微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)拼接而成，則光刻第i行第j列的微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)時(shí)，所述x軸移動(dòng)量的計(jì)算方法為：
21、
22、當(dāng)為偶數(shù)時(shí)，所述y軸移動(dòng)量的計(jì)算方法為：
23、
24、當(dāng)為奇數(shù)時(shí)，所述y軸移動(dòng)量的計(jì)算方法為：
25、
26、所述旋轉(zhuǎn)角的計(jì)算方法為：
27、
28、其中，n≥2；m≥2；1≤i≤n；1≤j≤m；為x軸移動(dòng)量；為y軸移動(dòng)量；為旋轉(zhuǎn)角；為待光刻的光刻圖案中輔助圖形中心點(diǎn)的實(shí)際橫坐標(biāo)；為待光刻的光刻圖案中輔助圖形中心點(diǎn)的實(shí)際縱坐標(biāo)；為待光刻的光刻圖案相對(duì)于初始微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角；為微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)沿x軸的長(zhǎng)度；為微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)沿y軸的長(zhǎng)度，為微透鏡橫截面的對(duì)角線長(zhǎng)度。
29、進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述x軸移動(dòng)量、y軸移動(dòng)量和旋轉(zhuǎn)角移動(dòng)待光刻的光刻圖案，若x軸移動(dòng)量或y軸移動(dòng)量為正值，待光刻的光刻圖案向?qū)?yīng)軸負(fù)方向移動(dòng)，反之向?qū)?yīng)軸正方向移動(dòng)；若旋轉(zhuǎn)角為正值，光刻膠順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，反之逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
30、進(jìn)一步的，通過uv壓印技術(shù)將光刻膠上的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至uv膠上，所述uv膠的厚度為11-13μm，固化波長(zhǎng)為365nm，固化時(shí)間為100-120秒。
31、進(jìn)一步的，通過滾壓工藝在反射層的上表面制備保護(hù)層以及在微透鏡層的下表面制備吸收層；
32、制備保護(hù)層時(shí)滾壓壓力為4-6kg，熱烘溫度為85-90℃，時(shí)間為4-5min；
33、制備吸收層時(shí)滾壓壓力為8-10kg，熱烘溫度為45-50℃，時(shí)間為105-120分鐘。
34、進(jìn)一步的，所述在保護(hù)層的上表面制備抗眩光層，所述抗眩光層包括橡膠漆、固化劑和稀釋劑，所述橡膠漆、固化劑和稀釋劑的質(zhì)量比例為10:（1-1.1）:（3-3.2），所述抗眩光層的厚度為20-30μm，所述抗眩光層通過噴涂和熱烘制成，其中，噴涂氣壓為0.4-0.55mpa，噴涂距離為10-15cm，熱烘溫度為65-70℃，時(shí)間為15-20min。
35、第二方面，本發(fā)明提供了一種微透鏡陣列的制備系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)所述的微透鏡陣列的制備方法。
36、第三方面，本發(fā)明提供了一種微透鏡陣列，由所述的微透鏡陣列的制備方法制備得到。
37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：
38、本發(fā)明提供的微透鏡陣列的制備方法，通過插入輔助圖形，在光刻拼接過程中利用輔助圖形進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，減小了拼接誤差，且制備過程高效，成本低，適用于大規(guī)模批量生產(chǎn)，通過本發(fā)明提供的方法制備的微透鏡陣列具有幅面大、精度高、反射性能好且抗眩光的優(yōu)越性。
1.一種微透鏡陣列的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：微透鏡陣列結(jié)構(gòu)模型預(yù)先構(gòu)建，預(yù)先構(gòu)建的步驟包括：構(gòu)建微透鏡陣列結(jié)構(gòu)初始模型，構(gòu)建所述微透鏡陣列結(jié)構(gòu)初始模型的反射模型，以反射光線的光學(xué)增益最大為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)透鏡的尺寸和高度進(jìn)行優(yōu)化，得到最終的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述目標(biāo)尺寸的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)由n行m列微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)拼接而成，則光刻第i行第j列的微透鏡陣列子結(jié)構(gòu)時(shí)，所述x軸移動(dòng)量的計(jì)算方法為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述根據(jù)所述x軸移動(dòng)量、y軸移動(dòng)量和旋轉(zhuǎn)角移動(dòng)待光刻的光刻圖案，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：通過uv壓印技術(shù)將光刻膠上的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至uv膠上，所述uv膠的厚度為11-13μm，固化波長(zhǎng)為365nm，固化時(shí)間為100-120秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：通過滾壓工藝在反射層的上表面制備保護(hù)層以及在微透鏡層的下表面制備吸收層；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述在保護(hù)層的上表面制備抗眩光層，所述抗眩光層包括橡膠漆、固化劑和稀釋劑，所述橡膠漆、固化劑和稀釋劑的質(zhì)量比例為10:（1-1.1）:（3-3.2），所述抗眩光層的厚度為20-30μm，所述抗眩光層通過噴涂和熱烘制成，其中，噴涂氣壓為0.4-0.55mpa，噴涂距離為10-15cm，熱烘溫度為65-70℃，時(shí)間為15-20min。
9.一種微透鏡陣列的制備系統(tǒng)，其特征在于：用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的微透鏡陣列的制備方法。
10.一種微透鏡陣列，其特征在于，由權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的微透鏡陣列的制備方法制備得到。