专利名称：光电组件微透镜模块及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光电组件制造技术，特别是有关于一种光电组件 微透镜模块及其制造方法，其可应用于光电组件上制造出多组微透镜
(microlens)。
背景技术：
微透镜(microleiis)为一种尺寸极为微小的透镜，其可应用于光 电组件，例如为数字相机的影像传感器、发光二极管、或太阳能电池， 用以对该光电组件所接收到的光束提供聚焦功能、或是该光电组件所 发射出的光束提供扩散功能。
举例来说，将微透镜附加发光二极管的发光面，可有效地减少全 反射现象和波导效应，以借此而提升发光二极管的出光效率；将微透 镜附加至太阳能电池的光接收面，可提升光的吸收效率及改善光电转 换效率；将微透镜附加至光侦测器，可将讯号光透过聚焦作用而集中 于感光区，借此来提升光的利用率、改善光侦测器的讯号与噪音的比 率、縮短反应时间、以及减少失真。
在微透镜的制造上，相关的专利技术例如包括有下列的美国专利:
美国专利第6,171,833号"IMAGE ARRAY OPTOELECTRONIC MICROELECTRONIC FABRICATION WITH ENHANCED OPTICAL STABILITY AND METHOD FOR FABRICATION THEREOF";
美国专利第6,570,324号"IMAGE DISPLAY DEVICE WITH ARRAY OF LENS-LETS";
美国专利第6,048,623号"METHOD OF CONTACT PRINTING ON GOLD COATED FILMS";
美国专利第6,020,047号"POLYMER FILMS HAVING A PRINTED SELF-ASSEMBLING MONOLAYER"。
为简化说明，有关上述专利技术的详细内容，请参阅其专利说明
书。上述的美国专利所采用的制造过程技术包括光阻热熔法、热压模 造法、光罩微影法、雷射光刻法、以及喷墨打印法。然而这些制造过 程技术由于作业程序上颇为复杂且需要使用成本昂贵的制造过程设 备，因此会使得制造过程成本较高而不符合成本经济效益。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种 光电组件微透镜模块及其制造方法，其在具体实施上较先前技术更为 简易而具有更高的成本经济效益。
本发明的光电组件微透镜制造方法是设计应用于光电组件上制造 出多组微透镜，且其所适用的光电组件例如包括数字相机的影像传感 器、发光二极管、和太阳能电池。
本发明的光电传感器微透镜制造方法至少包含(1)分别预制 基板及压印模具，其中该基板定义出至少一个微透镜预定布局区域和 一个周围区域，而该压印模具定义出至少一个凸出部和一个凹槽部， 其中该凸出部和该凹槽部的其中之一选择性地作为特征结构区，且该 特征结构区是定义为对应于该基板上的微透镜预定布局区域；(2)将 自组装单分子材料布置于该压印模具的凸出部；(3)执行压印程序， 其中是将该压印模具上的特征结构区对准该基板上的微透镜预定布局 区域，使得该模具的凸出部上所布置的自组装单分子材料被压印至该 基板而形成预定图案的自组装薄膜层；以及(4)执行喷印程序，其中， 将透光性材料于液体状态下喷印至该基板上的微透镜预定布局区域， 令该液状的透光性材料受该自组装薄膜层的局限作用而自行附着至该 基板上的微透镜预定布局区域的范围之内。
在产物的实体架构上，本发明的光电组件微透镜模块至少包含
(A) 基板，预先定义有至少一个微透镜预定布局区域和一个周围区域;
(B) 自组装单分子材料层，其压印于该基板的周围区域上而形成自组 装薄膜层；以及(C)透光性材料层，其附着于该基板上的微透镜预定 布局区域，且受到该自组装薄膜层的阻绝作用而局限于该微透镜预定 布局区域的范围之内。
本发明的光电组件微透镜模块及其制造方法的特点在于采用压印
技术在基板上定义出微透镜预定布局区域及其范围，并利用喷印技术 将透光性材料的溶液喷印至基板上的微透镜预定布局区域，即可形成 所需的微透镜。与先前技术相比较，由于本光电组件微透镜制造方法 不需采用制造过程较复杂且成本昂贵的制造过程技术，因此可使得制 造过程更为简易而具有更高的成本经济效益。
图1A为上视结构示意图，用以显示本发明所采用的基板的上视结 构形态；
图IB为剖面结构示意图，用以显示本发明所采用的基板的剖面结 构形态；
图2为剖面结构示意图，用以显示本发明所采用的压印模具的剖 面结构形态；
图3为剖面结构示意图，用以显示本发明所采用的压印模具于涂 布上自组装单分子材料后的剖面结构形态；
图4A至4B为剖面结构示意图，用以显示本发明所采用的压印程 序的实施方式；
图5A至5B为侧视结构示意图，用以显示本发明所采用的喷印程 序的两种实施方式；
图6A至6D为剖面结构示意图，用以显示本发明用来制作压印模 具的一种实施方式。
10基板
11微透镜预定布局区域 12周围区域 20压印模具 21凹槽部 22凸出部
30自组装单分子材料 31自组装薄膜层 40喷印装置50透光性材料
60微透镜(小曲率)
61微透镜(大曲率)
70模板
71凸起部
72凹槽部
具体实施例方式
以下配合所附的附图，详细说明本发明的光电组件微透镜模块及 其制造方法的实施例。
首先如图1A及1B所示，本发明的光电组件微透镜制造方法的初 始步骤是预制基板10，并在该基板10上预先定义出多组微透镜预定布 局区域ll (注图1A及IB所示的基板10仅示范性地显示2个微透 镜预定布局区域；但在具体实施上，可能包括数万或数百万个微透镜 预定布局区域)。此基板10可例如为数字相机的影像传感器芯片组件、 发光二极管芯片组件、或太阳能电池芯片组件。如图1A所示，这些微 透镜预定布局区域11例如为圆形状，且其以外的区域则定义为周围区 域12。在具体实施上，基板10的材料必须与透光性材料之间具有亲液 性(high affinity)。由于透光性材料通常采用环氧树脂、光学胶、压 克力材料(Polymethylmethacrylate, PMMA)、聚氨酯塑料材料 (Polyurethane， PU)、硅胶材料(polydimethylsiloxane， PDMS)、光 阻材料(例如SU8);因此基板10的材料可例如为金属(金、银、铜、 铝、铁、镍、锆、或铂)、金属氧化物、半导体、半导体氧化物、二 氧化硅(Si02)、玻璃、石英、或高分子材料。
接着如图2所示，本发明的光电组件微透镜制造方法的下一个步 骤是预制压印模具20;其中该压印模具20形成至少有一个凹槽部21 和一个凸出部22，且该凹槽部21的尺寸及位置对应于上述的基板10 上的预定的微透镜预定布局区域11，而该凸出部22则是围绕该凹槽部 21且对应于上述的基板10上的周围区域12。在具体实施上，此压印 模具20的材料最佳为采用硅胶(polydimethylsiloxane,PDMS);且其 可利用多种制法来制作。图6A至6D显示一种可行的制法。首先如图
6A所示，第一个步骤是预制一块模板70，例如一块硅制的模板；接着 如图6B所示，下一个步骤是利用微影技术(photolithography)来移除 该模板70的预定部分(即对应于上述的基板10的周围区域12的部分)， 因此在该模板70上形成凸起部71和凹槽部72;再接着如图6C所示， 将PDMS硅胶材料80均匀地涂布在模板70的上表面，且该PDMS硅 胶材料80须填满凹槽部72及覆盖于凸起部71的上方直至预定的厚度； 最后如图6D所示，在PDMS硅胶材料80凝固后，即可将固化的PDMS 硅胶块体取出，即可得到所需的压印模具20。除图6A至6D所示的制 法之外，压印模具20还可能有其它种不同的制法。
接着如图3所示，制成压印模具20之后，下一个步骤是将自组装 单分子材料(self-assembling monolayer, SAM) 30涂布于上述的压印 模具20的凸出部22。在具体实施上，此自组装单分子材料30的材料 必须与透光性材料之间具有斥液性(lowaffinity)。由于透光性材料通 常为采用环氧树脂、光学胶、PMMA、 PU、 PDMS、 SU8;因此自组装 单分子材料30的材料可例如为硅烷化合物或硫醇化合物。
接着如图4A至4B所示，下一个步骤为执行压印程序；其中，将 上述的压印模具20的凹槽部21对准基板10上的微透镜预定布局区域 11，再接着令压印模具20的凸出部22压印至该基板10上的微透镜预 定布局区域ll以外的周围区域12，使得该凸出部22上所涂布的SAM 自组装单分子材料30如图4B所示般地被压印至该基板10上，从而在 该基板10的周围区域12上形成自组装薄膜层31。
接着如图5A所示，下一个步骤为执行喷印程序；其中是利用喷印 装置40将透光性材料50在液体状态下喷印至该基板10上的微透镜预 定布局区域11。由于透光性材料50与基板10的材料之间具有亲液性， 因此喷印下来的液状的透光性材料50可自行附着至该基板10上的预 定的微透镜预定布局区域11,并自行于预定的微透镜预定布局区域11 中向外扩散。但由于透光性材料50与SAM自组装单分子材料所形成 的自组装薄膜层31之间具有斥液性，因此液状的透光性材料50将被 自组装薄膜层31阻绝于微透镜预定布局区域11的范围之内。当喷印 上的透光性材料50凝固之后，即可形成所需的微透镜60。在具体实施 上，透光性材料50的材料例如可为环氧树脂、光学胶、压克力材料
(Polymethylmethacrylate, PMMA)、聚氨酯塑料材半斗(Polyurethane， PU)、硅胶材料(polydimethylsiloxane， PDMS)、光阻材料(例如SU8); 而喷印装置40例如可为压电式(piezo)、热气泡式(Thermal Bubble)、 或声控式(acoustic )的喷印装置。
此外，如图5B所示，若需要制作曲率较大的微透镜61，则可增 加透光性材料50的滴数。由于透光性材料50在一定的量下可被自组 装薄膜层31完全阻绝于预定的微透镜预定布局区域11的范围之内； 因此理论上滴数愈多，则所形成的微透镜61也就具有较大的曲率。
除了前述的实施方式之外，本发明也可相反地改为采用亲液性的 自组装单分子，并令基板10的材料改为斥液性。广义而言，压印模具 20上的凹槽部21和凸出部22其中之一选择性地被定义来作为特征结 构区，且该特征结构区定义为对应于该基板IO上的微透镜预定布局区 域11;而前述的实施方式是选择将凹槽部21作为特征结构区，但此实 施方式则是选择将凸出部22作为特征结构区。在此情况下，压印程序 改为将压印模具20的凸出部22对准基板10上的微透镜预定布局区域 11，并同时令压印模具20的凹槽部21压印至该基板10上的周围区域 12，使得该凸出部22上所涂布的亲液性的自组装单分子材料被压印至 该基板10的微透镜预定布局区域11上，而令微透镜预定布局区域11 具有亲液性。其余的程序步骤则与前述的实施方式完全相同。
总而言之，本发明提供了一种光电组件微透镜制造方法，其可应 用于在光电组件上制造出多组微透镜；且其特点在于采用压印技术来 将自组装单分子材料压印至基板，由此在基板上定义出微透镜预定布 局区域及其范围，并利用喷印技术将透光性材料的溶液喷印至基板上 的微透镜预定布局区域。当此透光性材料固化后，即可形成所需的微 透镜。相较于先前技术，由于本光电组件微透镜制造方法不需采用制 造过程较复杂且成本昂贵的制造过程技术，因此可使得制造过程更为 简易而具有更高的成本经济效益。本发明因此比先前技术具有更佳的 进步性及实用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的实质 技术内容的范围。本发明的实质技术内容广义地定义于下述的申请专 利范围中。若任何他人所完成的技术实体或方法与下述的申请专利范
围所定义者为完全相同、或是为一种等效的变更，均将被视为涵盖于 本发明的申请专利范围之中。
权利要求
1.一种光电组件微透镜制造方法，其至少包含分别预制基板及压印模具，其中，该基板定义出至少一个微透镜预定布局区域和至少一个周围区域；而该压印模具则定义出至少一个凸出部和至少一个凹槽部，其中，该凸出部和该凹槽部的其中之一选择性地作为特征结构区，且该特征结构区定义为对应于该基板上的微透镜预定布局区域；将自组装单分子材料布置于该压印模具的凸出部；执行压印程序，其中，将该压印模具上的特征结构区对准该基板上的微透镜预定布局区域，使得该模具的凸出部上所布置的自组装单分子材料被压印至该基板，从而形成预定图案的自组装薄膜层；以及执行喷印程序；其中，将透光性材料在液体状态下喷印至该基板上的微透镜预定布局区域，使该液状透光性材料受该自组装薄膜层的局限作用，从而自行附着至该基板上的微透镜预定布局区域的范围之内。
2. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该压印 模具上的凸出部选择作为其特征结构区，使该微透镜预定布局区域对 应于该模具压印区的凸出部；在此情况下，该自组装单分子材料选自 一种对该透光性材料液体具有亲液性的材料。
3. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该压印 模具上的凹槽部选择作为其特征结构区，使该微透镜预定布局区域对 应于该模具压印区的凹槽部；在此情况下，该自组装单分子材料选自 一种对该透光性材料液体具有斥液性的材料。
4. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该压印 模具的材质选自硅胶系高分子和醚酯系共聚合物的其中之一。
5. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该自组 装单分子材料选自硅垸化合物、硫醇化合物、有机羧酸、有机磷酸和 高分子聚电解质的其中之一。
6. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该透光 性材料选自环氧树脂、光学胶、压克力系材料、聚氨酯系塑料材料、 硅胶系材料和光阻材料的其中之一。
7. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，在该喷 印程序中，通过增减该透光性材料在液体状态下的喷印滴数来改变所 形成的微透镜的曲率。
8. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该喷印 装置为压电式喷印装置。
9. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该喷印 装置为热气泡式喷印装置。
10. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该喷印 装置为声控式喷印装置。
11. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该基板 为数码相机的影像传感器芯片组件。
12. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该基板 为发光二极管芯片组件。
13. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该基板 为太阳电池芯片组件。
14. 如权利要求1所述的光电组件微透镜制造方法，其中，该基板 的材料选自金属、金属氧化物、半导体、半导体氧化物、玻璃、石英和高分子材料的其中之一。
15. —种光电组件微透镜模块，至少包含基板，预先定义有至少一个微透镜预定布局区域和至少一个周围 区域；自组装单分子材料层，其压印在该基板的周围区域上，从而形成 自组装薄膜层；以及透光性材料层，其附着于该基板上的微透镜预定布局区域，且受 到该自组装薄膜层的阻绝作用，从而局限在该微透镜预定布局区域的 范围之内。
16. 如权利要求15所述的光电组件微透镜模块，其中，该基板的材 料选自金属、金属氧化物、半导体、半导体氧化物、二氧化硅、玻璃、 石英和高分子材料的其中之一。
17. 如权利要求15所述的光电组件微透镜模块，其中，该自组装单 分子材料层的材料选自硅烷化合物和硫醇化合物、有机羧酸、有机磷 酸和高分子聚电解质的其中之一。
18. 如权利要求15所述的光电组件微透镜模块，其中，该透光性材 料层的材料选自环氧树脂、光学胶、压克力材料、聚氨酯塑料材料、 硅胶材料和光阻材料的其中之一。
全文摘要
一种光电组件微透镜模块及其制造方法，其可应用于在光电组件上制造出多组微透镜；且其特点在于采用压印技术来将自组装单分子材料压印至基板上，由此在基板上定义出微透镜预定布局区域及其范围，并利用喷印技术来将透光性材料溶液喷印至基板上的微透镜预定布局区域，即可形成所需的微透镜。与先前技术相比较，由于本光电组件微透镜制造方法不需采用制造过程较复杂且成本昂贵的制造过程技术，因此可使得制造过程更为简易而具有更高的成本经济效益。
文档编号H01L51/44GK101110457SQ20061010138
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月18日 优先权日2006年7月18日
发明者吕志平, 李裕正, 郑兆凯, 陈方中, 黄文奎 申请人:财团法人工业技术研究院