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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- “蠅眼”不再神秘--制作微透鏡陣列的新方法
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 微透鏡陣列器件（“蠅眼”）在未來光通訊、光傳感、光顯示、光伏等領(lǐng)域有重要而廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的微透鏡陣列（Microlens array，MLA）制作方法設(shè)備和工藝復(fù)雜、靈活性差。本項(xiàng)目由納米壓印技術(shù)得到啟發(fā)，提出了一種微透鏡陣列的制作方法——微區(qū)壓印法。微區(qū)壓印法不需要復(fù)雜工藝和昂貴的精密設(shè)備，可靈活便捷地實(shí)現(xiàn)不同焦距、數(shù)值孔徑和占空比的MLA結(jié)構(gòu)，在制作工藝和成本方面比傳統(tǒng)方法具有優(yōu)勢。并在此基礎(chǔ)上開展了MLA在LCD背光模組、光伏電池、三維動態(tài)顯示和有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）等領(lǐng)域的研究。
- 詳細(xì)介紹：
- “蠅眼”系統(tǒng)在未來光通訊、光傳感、光信息、光伏、光顯示與照明等系統(tǒng)中有廣泛而重要的應(yīng)用。蠅眼由成千上萬個微透鏡（Microlens）構(gòu)成。由于受到裝備和工藝的限制，微透鏡的制備仍然是擺在人們面前的一個技術(shù)難題。本項(xiàng)目由納米壓印技術(shù)得到啟發(fā)，提出了一種可便捷靈活制備微透鏡陣列的新方法——微區(qū)壓印法。該方法的基本思路是，采用二氧化硅（或電鑄版）微透鏡模板通過微區(qū)熱壓印方式逐單元制作MLA。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于，無需昂貴的光刻設(shè)備和復(fù)雜的工藝就可完成特征尺寸在數(shù)十微米至數(shù)毫米的微透鏡的制作，微透鏡陣列具有良好的形貌和均勻度。同傳統(tǒng)制作方法相比，微區(qū)壓印法在制作工藝和成本方面也具有優(yōu)勢，為基于微透鏡陣列光電器件的研發(fā)提供了一種有效制備手段，使得神秘的“蠅眼”不再遙遠(yuǎn)。 在實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)微透鏡陣列的制備基礎(chǔ)上，本作品還將開發(fā)微透鏡陣列器件的應(yīng)用。如研發(fā)了用于背光模組的增亮擴(kuò)散片，將傳統(tǒng)的多張擴(kuò)散片和棱鏡片整合為一張光學(xué)薄膜，不但厚度從數(shù)毫米減少到了100微米左右，而且光學(xué)增益率最高大于40%。微透鏡陣列器件在提高器件能源利用率上有重要的應(yīng)用，經(jīng)過設(shè)計(jì)的微透鏡陣列與太陽能電池結(jié)合，可以將轉(zhuǎn)化效率提高約1%；與有機(jī)發(fā)光二極管結(jié)合，可將發(fā)光效率提高20%以上。我們制作的樣品性能已在北京維信諾（Visionox）科技有限公司的測試中獲得了驗(yàn)證。精確控制微透鏡焦距，與經(jīng)過設(shè)計(jì)的微圖文相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)3D顯示效果，在未來立體電視、多媒體顯示中有重要的應(yīng)用價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 針對傳統(tǒng)微透鏡陣列制作方法的設(shè)備和工藝復(fù)雜、靈活性差等缺點(diǎn)，本項(xiàng)目由納米壓印技術(shù)得到啟發(fā)，提出一種制作微透鏡陣列（MLA）的新方法——微區(qū)壓印法。該方法不需要復(fù)雜工藝和昂貴的設(shè)備，在制作工藝和成本方面具有優(yōu)勢，為MLA器件的制備和量產(chǎn)提供了一種有效制備手段，使得“蠅眼”不再遙遠(yuǎn)。 創(chuàng)新點(diǎn)： 提出微區(qū)壓印制作MLA及其模板的新技術(shù)方法；自主開發(fā)了基于此原理的微區(qū)壓印設(shè)備；提出了光刻熱熔法與微區(qū)壓印法相結(jié)合的MLA及其模板制作方法；創(chuàng)新的提出了LCD背光模組用MLA薄膜增亮擴(kuò)散片；制作了MLA器件用于提高太陽能電池轉(zhuǎn)化效率、提高OLED發(fā)光效率和三維動態(tài)顯示。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 1.微透鏡陣列的制作 微透鏡孔徑10um-10mm，微透鏡深寬比0-1.0，數(shù)值孔徑可大于0.5，均勻度大于95%。通過預(yù)先設(shè)定的程序控制實(shí)現(xiàn)各種排列方式的MLA，占空比最高可達(dá)100%。 2.微區(qū)壓印設(shè)備的研制 關(guān)鍵技術(shù)：壓印力施加方式與控制；平臺位移精度；控制軟件和微圖形生成；模板的制作。 主要技術(shù)指標(biāo)：壓印力0-10bar；壓印溫度25-350℃；壓印速度大于3次/s；平臺位移精度小于1um。 3.微透鏡陣列的應(yīng)用 1)本作品設(shè)計(jì)的層疊MLA增亮擴(kuò)散片，光學(xué)增益率最高大于40%，霧度20%-90%；2)本作品設(shè)計(jì)的太陽能電池增效膜，可提高太陽能電池約1%的轉(zhuǎn)化效率；3)MLA與微圖形結(jié)合可實(shí)現(xiàn)逼真的三維動態(tài)顯示效果；4)本作品制作的MLA可提高OLED約20%的發(fā)光效率。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.微區(qū)壓印法基于微納米熱壓印原理，利用微透鏡模板逐單元壓印的方式，通過計(jì)算機(jī)程序預(yù)先設(shè)定不同的結(jié)構(gòu)和排布，在大幅面上制作微透鏡陣列結(jié)構(gòu)。不需要復(fù)雜工藝和昂貴的精密設(shè)備，在制作工藝和成本方面具有優(yōu)勢。 2.本作品研發(fā)的一體化增亮擴(kuò)散片基于層疊MLA結(jié)構(gòu)，同時具有擴(kuò)散和增亮的作用，在蘇州維旺科技有限公司進(jìn)行了光學(xué)性能檢測，結(jié)果顯示其光學(xué)增益率最高大于40%。已申請國家發(fā)明專利，申請?zhí)枮椋?00910030836.5。 3.本作品結(jié)合太陽能電池結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，利用微透鏡陣列可提高太陽能電池約1%的轉(zhuǎn)化效率。該作品已申請國家發(fā)明專利，申請?zhí)枮椋?00910030083.8。 4.當(dāng)前立體顯示主要利用柱面透鏡產(chǎn)生的水平方向的視差效應(yīng)。本作品利用高品質(zhì)的微透鏡陣列的光學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)具有橫向與垂直方向的立體動態(tài)顯示效果。 5.本項(xiàng)目制作的微透鏡陣列提供給北京維信諾（Visionox）科技有限公司（中國OLED的技術(shù)領(lǐng)先者）試用，已初步證明（35um，46um MLA）具有20%的光效提高。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1.微透鏡陣列光擴(kuò)散片特性研究及制備[J]，已被《蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)》錄用，并將于2009年第4期刊登（錄用通知見附件4）。 2.蘇州維旺科技有限公司產(chǎn)品性能檢測報(bào)告，證明增亮擴(kuò)散片光學(xué)增益率約為40%（附件5）。 3.北京維信諾（Visionox）科技有限公司試用報(bào)告，證明MLA可提高OLED約20%的發(fā)光效率（附件6）。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)入股或合作
作品可展示的形式
- 模型、樣品、現(xiàn)場展示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：微區(qū)壓印法能靈活、便捷地實(shí)現(xiàn)不同孔徑和深寬比的微透鏡陣列（MLA），不需要復(fù)雜的工藝和昂貴的設(shè)備，操作簡單，生產(chǎn)周期短，效率高。在制作工藝和成本控制方面比傳統(tǒng)方法具有優(yōu)勢，可規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化，批量生產(chǎn)MLA，經(jīng)濟(jì)效益可觀。 適用范圍：MLA具有單元尺寸小、重量輕、易集成等優(yōu)點(diǎn)，可用于光通訊、光傳感、光信息、光伏、光顯示與照明等系統(tǒng)，也可用于圖像掃描器、傳真機(jī)、CCD以及醫(yī)療衛(wèi)生器械中。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：LCD背光模組、太陽能電池、三維動態(tài)顯示和OLED均為當(dāng)今世界的研究熱點(diǎn)，本作品將MLA的制作和應(yīng)用積極向這些方向推廣，具有極大的實(shí)用價值和市場前景。隨著科學(xué)發(fā)展觀、綠色GDP等治國方針的逐步落實(shí)，節(jié)能減排工作受到政府的高度重視，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會已是一項(xiàng)國策。一體化擴(kuò)散增亮膜可代替多層疊合的復(fù)合光學(xué)膜片結(jié)構(gòu)，降低產(chǎn)品成本；太陽能是一種清潔無污染的可再生能源，利用太陽能發(fā)電，與我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相一致。MLA在這些領(lǐng)域的應(yīng)用具有可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
同類課題研究水平概述
- 微透鏡陣列器件在焦平面集光、激光準(zhǔn)直、大面陣顯示、光效率增強(qiáng)、光計(jì)算、光互聯(lián)及微型掃描等方面的應(yīng)用越來越廣泛，其制作方法和工藝得到了日益深入的研究。 金剛石切削法是微透鏡陣列的傳統(tǒng)制作方法，它需要復(fù)雜的運(yùn)動精度控制反饋系統(tǒng)，設(shè)備昂貴，金剛石刀成本高且易損壞、粗糙度差，難以在大幅面上實(shí)現(xiàn)高均勻度，因此通常只用來制作小面積模板。麻省理工學(xué)院(MIT)的C.R.Forest等人提出微鍛造技術(shù)，改善了粗糙度，但切削和拋光兩次處理要求可靠的機(jī)械運(yùn)動精度，運(yùn)行效率低。 光刻、刻蝕等技術(shù)是直接在材料表面制作微透鏡陣列或其模板，受到普遍關(guān)注。研究單位國際上主要有韓國先進(jìn)科技研究院、日本Keio大學(xué)等，國內(nèi)主要有中科院成都研究所、長春光機(jī)所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。光刻法通過控制曝光量空間場強(qiáng)度分布，在光刻膠上實(shí)現(xiàn)如半球形、半橢圓形和拋物形等微透鏡陣列，例如灰度光刻和擴(kuò)散光刻。然而，光刻膠形貌的精確控制對工藝要求極高，光刻膠表面離子引起的散射會極大影響微透鏡光學(xué)性能。 光刻膠熱熔法是目前制作微透鏡陣列最成熟的方法。它利用熔融液體冷卻時表面張力作用自然地形成微透鏡曲面，粗糙度小。近年來伴隨半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，熱熔法與光刻和激光直寫技術(shù)結(jié)合，把光刻膠作為熔融介質(zhì)，制得高占空比的微透鏡陣列，孔徑從數(shù)百微米到10微米。研究單位國際上主要有愛爾蘭Dublin大學(xué)、美國RPC photonics公司、瑞士Suss公司等，國內(nèi)主要有國立臺灣大學(xué)等。但熱熔法有三個缺點(diǎn)：1)微透鏡的球冠高度較小，無法實(shí)現(xiàn)大的數(shù)值孔徑；2) 光刻膠在熔化時容易粘連，無法制作高占空比的微透鏡陣列；3）微透鏡形狀不能精確控制，工藝環(huán)境要求高。 壓印法是近年來出現(xiàn)的制備微透鏡陣列的新方法。主要有兩類：一類是熱軟化聚合物，適用于熱壓?。灰活愂枪袒贤饷舾袠渲牧?，適用于紫外壓印。本作品提出的微區(qū)壓印法基于微納米熱壓印原理，采用單透鏡或陣列透鏡逐逐步壓印的方式，通過軟件的智能控制可以靈活制作不同結(jié)構(gòu)和陣列排布的微透鏡陣列，且不需要復(fù)雜工藝和昂貴的設(shè)備，操作簡便，可滿足不同行業(yè)的需求。
