激光转印装置的制作方法

本实用新型涉及柔性电子制造技术领域，特别是涉及一种激光转印装置及方法。

背景技术：

柔性电子为将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基底上的新兴电子技术，以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。在柔性电子器件的生产制造领域，尤其是无机柔性电子技术，需要将器件从坚硬的平面基底转移至非平面柔性基底，转印技术是实现这一转移过程的关键技术。目前常用的转印技术包括：基于率相关的转印、基于微结构的转印、基于载荷调控的转印、激光驱动转印、基于形状记忆聚合物的转印等，其中以激光驱动转印更具有工业应用前景。

目前的传统技术中，激光驱动转印技术通过飞秒激光器产生的脉冲激光照射形状记忆聚合物的印章表面，印章表面微结构被升温至相变温度后恢复至初始形貌，使形状记忆聚合物与带转印元器件之间接触面积减小，粘附力下降，待转印元器件从印章表面脱落至柔性基底，完成元器件的转印。但目前的激光器激光光源面积大，造成的热扩散影响其他元器件的转印，无法实现高精度的选择性转印。

技术实现要素：

基于此，有必要针对热扩散影响其他元器件的转印，无法实现高精度的选择性转印的问题，提供一种激光转印装置。

一种激光转印装置，所述装置包括：激光器、扩束器、分光镜以及聚焦模块；所述激光器用于产生激光束；所述扩束器设置在所述激光器产生的激光束的光路上，用于将激光器产生的激光束扩束；所述分光镜设置在所述扩束器扩束后的激光束的光路上，用于使扩束后的激光束经过反射后进入所述聚焦模块；所述聚焦模块设置在所述分光镜反射后的激光束的光路上，用于对激光束进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：成像模块；所述成像模块接收所述预定转印加工位置反射的激光束，获得所述预定转印加工位置的影像。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：显示模块；所述显示模块接收所述预定转印加工位置的影像，并显示所述影像。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：光源针孔；所述光源针孔设置在所述激光器与所述扩束器之间的光路上，用于消除激光束本身所存在的散射。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：成像针孔；所述成像针孔设置在所述分光镜与所述成像模块之间；成像针孔的作用是过滤所述预定转印加工位置反射的干扰激光束。

在其中一个实施例中，所述激光器为连续激光器。

在其中一个实施例中，所述聚焦模块为明场聚焦单元,包括：聚焦镜头以及光学透镜；所述聚焦镜头包括入射端以及出射端；扩束后的柱状激光束通过入射端进入所述聚焦镜头，所述光学透镜对激光束进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置。

在其中一个实施例中，所述聚焦模块为暗场聚焦单元，包括：聚焦镜头、光学反射镜以及光学透镜；所述聚焦镜头包括入射端以及出射端；所述光学反射镜环状设置，所述环状光学反射镜孔内设置有光学透镜；扩束后的管状激光束通过入射端进入所述聚焦镜头，在光学反射镜上进行第一次反射，第一次反射激光束在聚焦镜头侧壁进行第二次反射，第二次反射激光束进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置。

在其中一个实施例中，所述光学透镜为光学透镜组。

在其中一个实施例中，所述聚焦模块为所述明场聚焦单元时，将最高焦点光强衰减至1/e位置构成的空间作为转印空间，基于转印空间将设置在形状记忆聚合物上的器件转印至柔性基底。

一种激光转印方法，应用于上述任一种激光转印装置，所述方法包括：所述激光器产生的激光束；所述激光器产生的激光束进入扩束器进行扩束；所述扩束器扩束后的激光束经过分光镜反射后进入聚焦模块；所述聚焦模块对激光束进行聚焦，将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置。

在其中一个实施例中，所述聚焦模块为明场聚焦单元时，将最高焦点光强衰减至1/e位置构成的空间作为转印空间，基于转印空间将设置在形状记忆聚合物上的器件转印至柔性基底。

上述激光转印装置通过对激光器产生的激光束扩束反射后，进入聚焦模块。通过聚焦模块对激光束进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置，进行转印工作。由于聚焦模块对激光束聚焦，利用聚焦后的激光束进行转印，将激光照射面积减小，减小了热扩散的范围，利用转印空间进行转印，减小了对周边其他器件的影响，实现了高精度的选择性转印。

附图说明

图1为本实用新型实施例激光转印装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例明场聚焦单元光路图；

图3为本实用新型实施例明场聚焦单元的使用状态图；

图4为本实用新型实施例暗场聚焦单元光路图；

图5为本实用新型实施例暗场聚焦单元的使用状态图；

图6为本实用新型实施例暗场聚焦单元的使用状态图；

图7为本实用新型实施例激光转印方法的流程图。

附图标记：100为激光器，200为扩束器，300为分光镜，400为聚焦模块，410为明场聚焦单元，411、421为聚焦镜头，412、422为光学透镜，420为暗场聚焦单元，423为光学反射镜，510为成像模块，520为显示模块，610为光源针孔，620为成像针孔，700为形状记忆聚合物，800为器件，900为柔性基底。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1-6，图1为本实用新型实施例激光转印装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例明场聚焦单元光路图；图3为本实用新型实施例明场聚焦单元的使用状态图；图4为本实用新型实施例暗场聚焦单元光路图；图5为本实用新型实施例暗场聚焦单元的使用状态图；图6为本实用新型实施例暗场聚焦单元的使用状态图。

如图1-6所示，一种激光转印装置，其特征在于，所述装置包括：激光器100、扩束器200、分光镜300以及聚焦模块400；所述激光器100用于产生激光束；所述扩束器200设置在所述激光器100产生的激光束的光路上，用于将激光器100产生的激光束扩束；所述分光镜300设置在所述扩束器200扩束后的激光束的光路上，用于使扩束后的激光束经过反射后进入所述聚焦模块400；所述聚焦模块400设置在所述分光镜300反射后的激光束的光路上，用于对激光束进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置。

具体地，激光器100可以为连续激光器。传统技术中所使用的飞秒激光器发出的激光属于脉冲激光，在转印的过程中需要进行多次开关，会影响激光器100的使用寿命，不利于实现工业化。而使用连续激光比脉冲激光成本低，并且连续激光不需要多次进行开关，使激光器100的使用寿命更长，更有利于激光转印技术的工业化。激光器100产生的激光束射入扩束器200，扩束器200对激光束进行扩束，其中扩束可以为增大激光束直径形成柱状激光束，柱状激光束的横截面为圆形；也可以为增大激光束直径形成管状激光束，管状激光束的横截面为环形。扩束之后的激光束，能量更加的分散，非聚光区域的激光能量更低，可以更好的限制转印过程中的热扩散，提高转印的精度。扩束后的激光束在分光镜300表面发生反射，反射后的激光束垂直进入聚焦模块400。聚焦模块400对激光束进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置，将最高焦点光强衰减至1/e位置构成的空间作为转印空间；利用转印空间将设置在形状记忆聚合物700的器件800转印至柔性基底900。

所述装置还包括：成像模块510以及显示模块520。聚焦模块400还会接收预定转印加工位置反射的激光束，聚焦模块400将转印加工位置反射的激光束传输至成像模块510，成像模块510接收所述预定转印加工位置反射的激光束，获得所述预定转印加工位置的影像。显示模块520接收所述预定转印加工位置的影像，并显示所述影像。其中，成像模块510以及显示模块520用于原位观察，显示模块520所显示的图像为放大后的焦点位置图像，即预定转印加工位置的影像，能够更清楚的观察焦点处的状态，避免其余成像光线对成像所造成的干扰，使成像更加的准确，进一步的，在调整转印空间进行转印时，能够使转印空间的位置调整更加的精准，对转印的控制更加的精准。由于目前的激光转印技术中，是直接利用激光束进行转印，但是当柔性基底900为非平面基底，也就是当柔性基底900存在凸起或凹槽等非平面状态，在需要对凸起或凹槽的侧壁等激光束无法覆盖的区域进行转印时，传统技术不能满足转印需求，也就是传统技术只能对平面基底进行转印。而本实施例中，利用转印空间进行相关器件800的转印，转印空间可以对非平面基底凸起或凹槽的侧壁等位置进行转印，也就是本申请可以对非平面基底进行转印。当需要对柔性基底900的上下两个面同时进行器件800的转印时，可以通过调整转印空间的大小以及转印空间的位置，同时对柔性基底900的上下两面进行转印。由于聚焦模块400对激光束进行聚焦，将激光照射面积减小，减小了热扩散的范围，利用转印空间进行转印，减小了对周边其他器件800的影响，实现了高精度的选择性转印。

更具体的，所述装置还包括：光源针孔610；光源针孔610设置在激光器与扩束器200之间的光路上，用于消除激光束本身所存在的散射，避免散射干扰后续操作，并且激光能力不均匀，过滤掉光束中能量低的部分，提高激光聚焦的效果。更具体的，所述装置还包括：成像针孔620，成像针孔620设置在分光镜300与成像模块510之间；成像针孔的作用是过滤所述预定转印加工位置反射的干扰激光束，只能使焦点位置反射的激光束通过，从而增强了成像的清晰度。

具体地，所述聚焦模块400为明场聚焦单元410,包括：聚焦镜头411以及光学透镜412；所述聚焦镜头411包括入射端以及出射端；扩束后的柱状激光束通过入射端进入所述聚焦镜头411，所述光学透镜412对激光束进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置。明场聚焦单元410用于对扩束器200扩束后形成的柱状激光束进行聚焦处理，并利用聚焦所形成的转印空间进行转印，所述转印空间为最高焦点光强衰减至1/e位置构成的空间。通过选择不同聚焦程度的单个光学透镜或光学透镜组，能够调整转印空间的大小。经过分光镜300反射后的柱状激光束垂直的由明场聚焦单元410的入射端进入聚焦镜头411，再由设置在聚焦镜头411中的光学透镜412对射入的激光束进行聚焦，利用转印空间进行转印。其中，光学透镜412可以为一个光学透镜也可以为光学透镜组。其中，调整单个光学透镜或光学透镜组可以使聚焦距离在2mm-10mm之间调整。明场聚焦单元410还会接收预定转印加工位置反射的激光束，预定转印加工位置反射的激光束通过所述光学透镜412、所述分光镜300以及成像模块510进入显示模块520进行显示。转印空间内的的激光强度远远大于非转印空间内的激光强度，并且从中心以指数形式向三维空间的各个方向衰减，一般转印空间的边界界定为以激光强度衰减至中心激光强度的1/e位置，明场聚焦单元410的转印空间通常为椭球状，并且明场聚焦单元410在激光的传播方向上存在背景光，明场聚焦单元410的聚焦能量梯度分布，针对微小的单个元器件，明场聚焦单元410有更好的转印效果。

具体地，所述聚焦模块400为暗场聚焦单元420，包括：聚焦镜头421、光学反射镜423以及光学透镜422；所述聚焦镜头421包括入射端以及出射端；所述光学反射镜423环状设置，所述环状光学反射镜423孔内设置有光学透镜422；扩束后的管状激光束通过入射端进入所述聚焦镜头421，在光学反射镜423上进行第一次反射，第一次反射激光束在聚焦镜头421侧壁进行第二次反射，第二次反射激光束进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置。暗场聚焦单元420用于对扩束器200扩束后形成的管状激光束进行聚焦处理，并利用聚焦所形成的转印空间进行转印，其中转印空间为管状激光束汇聚所形成的立方体状空间。通过选择不同曲面弧度的光学反射镜423，能够调整转印空间的大小。经过分光镜300反射后的管状激光束垂直的由暗场聚焦单元420的入射端进入聚焦镜头421，管状激光束在进入聚焦镜头421后在环状设置的光学反射镜423的曲面上进行第一次反射，第一次反射激光束在聚焦镜头421的侧壁进行第二次反射，第二次反射激光束通过聚焦镜头421的出射端射出聚焦镜头421，进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置。光学反射镜423可以为一个光学反射镜也可以为光学反射镜组。其中，环状设置的光学反射镜423孔内还设置有光学透镜422，暗场聚焦单元420还会接收预定转印加工位置反射的激光束，预定转印加工位置反射的激光束通过所述光学透镜422、所述分光镜300以及成像模块510进入显示模块520进行显示。其中，光学透镜422可以为一个光学透镜也可以为光学透镜组。其中，调整单个光学透镜或光学透镜组可以使聚焦距离在2mm-10mm之间调整。暗场聚焦单元420的转印空间通常为立方体状，并且暗场聚焦单元420在激光的传播方向上不存在背景光，暗场聚焦单元420聚焦能量均匀，能够保证同时对一批器件进行转印，达到批量转印的目的。

在利用上述激光转印装置对非平面的柔性基底进行转印时，可以通过自动调整或手动调整的方式调整转印空间相对形状记忆聚合物的位置和大小，将聚焦区域的位置调整至非平面基底任意凸起或凹槽需要进行器件转印的位置，并且能够通过调整使聚焦区域位于非平面柔性基底的上平面转印位置或下平面转印位置进行器件的转印。

请参阅图7，图7为本实用新型实施例激光转印方法的流程图。

如图7所示，提供了一种激光转印方法，应用于上述任一种激光转印装置，所述方法包括：

步骤S102：所述激光器产生的激光束。

步骤S104：所述激光器产生的激光束进入扩束器进行扩束。

步骤S106：所述扩束器扩束后的激光束经过分光镜反射后进入聚焦模块。

步骤S108：所述聚焦模块对激光束进行聚焦，将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置。

具体的，将所述焦点位置到焦点光强衰减至1/e位置构成的空间作为转印空间，基于转印空间将设置在形状记忆聚合物上的器件转印至柔性基底。并且转印空间的大小和位置可以进行调整；在明场聚焦单元中通过选择不同聚焦程度的单个光学透镜412或光学透镜组，能够调整转印空间的大小。在暗场聚焦单元中，通过选择不同曲面弧度的光学反射镜423，能够调整转印空间的大小。关于激光转印方法的具体限定可以参见上文中对于激光转印装置的限定，在此不再赘述。

上述激光转印装置通过对激光器产生的激光束扩束反射后，进入聚焦模块。通过聚焦模块对激光束进行聚焦并将聚焦后的激光束投射至预定转印加工位置，进行转印工作。通过激光共聚焦的方法，将激光扩束后再进行聚焦，转印空间内的激光能量远大于非聚焦区域内的能量。通过利用聚焦形成的转印空间，可以脱离平面的束缚，完成非平面基底的器件转印。并且因为转印空间非常小，而非转印空间的激光能量很低，可以限制转印过程中的热扩散行为，提高转印精度。使用连续激光器比脉冲激光器成本更低，且寿命更长，有利于激光转印技术的工业化。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。