光扩散片的制备方法与流程

本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种光扩散片的制备方法。

背景技术：

在tof深度测距等领域中将必须使用光扩散片，以提供均匀出射的面光源。此类光扩散片需要带有微纳米尺度的结构特征以用于对可见-红外光进行充分的散射或衍射。现有的微纳加工技术中有干法刻蚀、湿法刻蚀、光刻、电子束刻蚀、纳米压印等可用于制作具有微纳米尺度结构特征的光扩散片。用于tof的光扩散片在设计和制造的精度上远低于结构光等对出射光的空间分布具有严格要求的深度测距方案。因此，用于tof的光扩散片有可能以更低的成本和更高的效率来进行批量生产。

在大批量生产过程中，必然涉及将tof光扩散片装配到镜筒中以作为tof镜头组件的一个部件并进行固定。在这样的量产过程中所面临的一个技术问题在于将镜片等零件装配在镜筒上时需要使用点胶法进行固定，而胶水可能过多造成溢出，并影响到镜片光学有效部分之内的光学性质。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种光扩散片的制备方法，以解决现有技术中光扩散片在装配时溢胶而导致器件光学性能降低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光扩散片的制备方法，包括以下步骤：在衬底表面形成光刻胶层，定义光刻胶层具有中心区域和外围区域，外围区域包括n个第一外围区域和n+1个第二外围区域，第一外围区域和第二外围区域均环绕中心区域且交替设置，n为≥1的自然数；对光刻胶层顺序进行曝光和显影，以将中心区域性形成微结构层，并将第一外围区域和第二外围区域形成具有凹槽的防溢胶结构，防溢胶结构环绕微结构层，其中，对中心区域的曝光强度小于对第一外围区域的曝光强度，且对第二外围区域的曝光强度小于对第一外围区域的曝光强度。

进一步地，在衬底表面旋涂正性光刻胶，以得到光刻胶层。

进一步地，光刻胶层的厚度为5～80μm。

进一步地，对光刻胶层进行曝光并显影，以将中心区域形成具有周期性微结构阵列或随机分布微结构阵列的微结构层。

进一步地，中心区域为矩形，中心区域的长度为1.6～4mm，宽度为0.8～2mm。

进一步地，对光刻胶层进行曝光并显影，以使衬底表面中与第一外围区域对应的部分裸露，裸露的部分构成凹槽的底面。

进一步地，在对光刻胶层进行曝光的步骤中，将衬底水平放置，并使光线与第一外围区域的表面之间具有倾斜角，以使第一外围区域在显影后形成针尖状结构；或在对光刻胶层进行曝光的步骤中，将衬底倾斜防止，并使光线与第一外围区域的表面垂直，以使第一外围区域在显影后形成针尖状结构。

进一步地，对第一外围区域的曝光强度为0。

进一步地，第一外围区域为间隔设置的多个，对光刻胶层进行曝光并显影，以将第一外围区域和第二外围区域形成多个凹槽，各凹槽结构间隔设置并环绕微结构层。

进一步地，在对光刻胶层进行曝光的步骤中，对各第一外围区域的曝光强度不相同。

应用本发明的技术方案，提供了一种光扩散片的制备方法，该制备方法通过将光刻胶层划分为多个区域，并调节对各区域的曝光强度，以形成微结构层以及环绕微结构层的防溢胶结构，从而利用上述防溢胶结构有效地防止在将光扩散片固定在镜头内时可能发生的溢胶情况，避免了光扩散片在装配时溢胶对器件光学性能的影响，进而提高了具有上述光扩散片的器件的光学性能。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一种光扩散片的制备方法中，在衬底表面形成光刻胶层后基体的剖面结构示意图；

图2示出了对图1中所示的光刻胶层进行曝光后基体的剖面结构示意图；

图3示出了对图2中所示的光刻胶曝光部分进行显影后基体的剖面结构示意图；

图4示出了图3所示的基体的俯视结构示意图；

图5示出了根据本申请的一种实施例中，对光刻胶层顺序进行曝光和显影后基体的剖面结构示意图；

图6示出了根据本申请的另一种实施例中，对光刻胶层顺序进行曝光和显影后基体的剖面结构示意图；以及

图7示出了根据本申请的再一种实施例中，对光刻胶层顺序进行曝光和显影后基体的剖面结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、微结构层；11、防溢胶结构；12、凹槽；100、衬底；111、第一溢胶槽；112、第二溢胶槽；113、第三溢胶槽；21、光刻胶层；22、光刻胶曝光部分。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术所介绍的，现有技术中将tof光扩散片等零件装配在镜筒上时需要使用点胶法进行固定，而胶水可能过多造成溢出，并影响到镜片光学有效部分之内的光学性质。为了解决如上的技术问题，本申请的第一实施例中，本申请提出了一种光扩散片的制备方法，如图1至图4所示，包括以下步骤：

在衬底100表面形成光刻胶层21，定义光刻胶层21具有中心区域和外围区域，外围区域包括n个第一外围区域和n+1个第二外围区域，第一外围区域和第二外围区域均环绕中心区域且交替设置，n为≥1的自然数；

对光刻胶层21顺序进行曝光和显影，以将中心区域性形成微结构层10，并将第一外围区域和第二外围区域形成具有凹槽12的防溢胶结构11，防溢胶结构11环绕微结构层10，其中，对中心区域的曝光强度小于对第一外围区域的曝光强度，且对第二外围区域的曝光强度小于对第一外围区域的曝光强度。

在上述实施例中，由于微结构层10具有突出于表面的粗糙面，在对中心区域进行曝光时曝光强度不可过大，需至少留下一部分的光刻胶来形成该粗糙面。围绕中心区域的是非光学有效区域，其不会对光扩散片的光学性能产生影响，因此防溢胶结构11布置在非光学有效区域中。防溢胶结构11的壁由第一外围区域曝光和显影后构成，防溢胶结构11的底部区域由第二外围区域曝光和显影后构成。

在上述制备方法中，通过将光刻胶层划分为多个区域，并调节对各区域的曝光强度，以形成微结构层以及环绕微结构层的防溢胶结构，从而利用上述防溢胶结构有效地防止在将光扩散片固定在镜头内时可能发生的溢胶情况，避免了光扩散片在装配时溢胶对器件光学性能的影响，进而提高了具有上述光扩散片的器件的光学性能。

上述光学性能包括但不限于光扩散片的光学有效区域的透射效率、出射角度、能量分布均匀性等。

本申请的第二实施例中，衬底100为硅层、碳化硅层、石英层、树脂层、导电玻璃层和陶瓷层中的任一种。本领域技术人员可以根据实际需求对上述衬底100的种类进行合理选取。但需要注意的是，上述衬底100的种类也可以不局限于上述种类，本领域技术人员可以根据现有技术对上述衬底100的种类进行合理选取。

本申请的第三实施例中，衬底100的厚度为0.4～0.6mm。满足上述厚度范围的衬底100能够便于在tof光扩散片中进行使用。

本申请的第四实施例中，在衬底100表面旋涂正性光刻胶，以得到光刻胶层21。可以将掩膜板设置于光刻胶层21上方，掩膜板具有与中心区域、第一外围区域和第二外围区域对应的镂空部，通过掩膜板对上述中心区域、上述第一外围区域和上述第二外围区域顺序进行曝光和显影，且对应不同区域的曝光强度不同，以使光刻胶层中与镂空部对应的区域被部分去除或全部去除。

在上述实施例中，形成光刻胶层21的光刻胶可以包括pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚甲基戊二酰亚胺(pmgi)以及dnq(酚醛树脂)等常见材料，光刻胶优选在300-600nm进行感光。本领域技术人员可以根据现有技术对上述光刻胶的种类进行合理选取。

本申请的第五实施例中，光刻胶层21的厚度为5～80μm。满足上述厚度范围的光刻胶层21能够便于厚度对光刻胶层21的曝光和显影处理，制备得到更为可靠的防溢胶结构11，更为有效地避免溢胶情况的发生。本领域技术人员可以根据所需的厚度设定光刻胶的旋涂转速。

本申请的第六实施例中，在形成上述光刻胶层21的步骤之前，本发明的上述制备方法还包括对衬底100进行高温烘烤的步骤。上述高温处理能够提高光刻胶层21在后续的曝光和显影效率，优选在50～150℃对衬底烘烤1～60min。

本申请的第七实施例中，对曝光后的光刻胶层21进行显影，显影液包括tmah。表面形成有光刻胶层21的衬底100可在显影液中浸泡或者使用显影液进行喷淋，时间可以在1～10min。此后，可以使用水等其他常用溶剂进行定影，也可以再将显影后的图案转移到其他衬底或者在衬底上进行移动。

本申请的第八实施例中，对光刻胶层21进行曝光并显影，以将中心区域形成具有周期性微结构阵列或随机分布微结构阵列的微结构层10。上述微结构层10对应于衬底100表面的区域，即为形成的光扩散片中的光学有效区域，以上述微结构层10作为掩膜层，能够在衬底100表面形成实现光散射的微结构。

在上述实施例中，微结构阵列包括具有微纳米尺寸的各种形状的凸起，如半球形、方形、圆盘形、三角形、多边形或者不规则形状。微结构的阵列可以是二维阵列，也可以是二维阵列的堆叠以形成三维阵列。具有微结构阵列的衬底100可以用作深度探测装置(tof)组件中的光扩散片，以将来自激光器的红外光扩散为均匀出射的面光源。

本申请的第九实施例中，中心区域为矩形，中心区域的长度为1.6～4mm，宽度为0.8～2mm。满足上述尺寸范围的中心区域能够使后续形成于衬底100表面的微结构便于在tof光扩散片中进行使用。

本申请的第十实施例中，对光刻胶层21进行曝光并显影，以使衬底100表面中与第一外围区域对应的部分裸露，裸露的部分构成凹槽12的底面，光刻胶曝光部分22如图2所示，显影后的基体结构如图3和图4所示。通过调整对光刻胶层21中第一外围区域的曝光强度，能够使第一外围区域在施加显影液后不再具有光刻胶，提高了第一外围区域与第二外围区域再曝光后的高度差，有效防止多余的胶浸出至防溢胶结构11所保护的光学有效区域中。

本申请的第十一实施例中，在对光刻胶层21进行曝光的步骤中，对第一外围区域的曝光强度恒定。通过保持曝光强度恒定，能够使第一外围区域在施加显影液后形成垂直侧壁，得到具有较大的容积的第一溢胶槽111，如图5所示。

本申请的第十二实施例中，在对光刻胶层21进行曝光的步骤中，将衬底100水平放置，并使光线与第一外围区域的表面之间具有倾斜角，以使第一外围区域在显影后形成针尖状结构。上述实施方式通过在光刻时倾斜光的入射方向，从而达到形成三角形所需的特定角度，在显影后形成具有倾斜侧壁的针尖状结构，得到第二溢胶槽112，如图4所示，从而增强了对溢出胶液的限制作用。

本申请的第十三实施例中，在对光刻胶层21进行曝光的步骤中，将衬底100倾斜防止，并使光线与第一外围区域的表面垂直，以使第一外围区域在显影后形成针尖状结构，如图6所示。上述实施方式通过不改变入射光的方向，而将衬底100整个倾斜之后再曝光，同样形成具有倾斜侧壁的针尖状结构，从而增强了对溢出胶液的限制作用。

本申请的第十四实施例中，在对光刻胶层21进行曝光的步骤中，对第一外围区域的曝光强度为0。通过不对第一外围区域进行曝光处理，能够使形成的防溢胶结构11保留光刻胶层21原有的高度，从而提高了防溢胶结构11中凹槽12的容积，使了更多胶液能够在防溢胶结构11中存储，避免了溢胶对器件光学性能的影响。

需要注意的是，防溢胶结构11的结构并不限于仅包括两个侧壁，也可以包括多个侧壁，相邻侧壁之间构成多个凹槽12。本申请的第十五实施例中，第一外围区域为间隔设置的多个，对光刻胶层21进行曝光并显影，以将第一外围区域和第二外围区域形成多个凹槽12，各凹槽12结构间隔设置并环绕微结构层10。上述实施方式能够形成具有多个凹槽12的防溢胶结构11，使了更多胶液能够在防溢胶结构11中存储，避免了溢胶对器件光学性能的影响。

在上述实施例中，优选地，在对光刻胶层21进行曝光的步骤中，对各第一外围区域的曝光强度不相同。通过对不同第一外围区域的曝光强度不同，能够使防溢胶结构11在具有多个凹槽12的同时，由内向外分布的各凹槽12的侧壁高度逐步降低，得到第三溢胶槽113，如图7所示，这样最靠近微结构层10的侧壁高度最高，并向外依次降低，有助于引导胶液向光学有效区域之外流动。

本申请的第十六实施例中，对光刻胶层21顺序进行曝光并显影，使中心区域形成微结构层10，本发明的上述制备方法还包括以下步骤：以微结构层10为掩膜层对衬底100进行刻蚀，以在衬底100表面形成微结构。具有微结构的衬底100作为光散射片，具有对光的散射功能。

本申请的第十七实施例中，对光刻胶层21顺序进行曝光并显影，使中心区域形成微结构层10，本发明的上述制备方法还包括以下步骤：以微结构层10为掩膜层对衬底100进行电铸以制作金属母版。通过对衬底100进行电铸，用于后续模压。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

上述制备方法通过将光刻胶层划分为多个区域，并调节对各区域的曝光强度，以形成微结构层以及环绕微结构层的防溢胶结构，从而利用上述防溢胶结构有效地防止在将光扩散片固定在镜头内时可能发生的溢胶情况，避免了光扩散片在装配时溢胶对器件光学性能的影响，进而提高了具有上述光扩散片的器件的光学性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。