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系統識別號 U0002-1908201911180800
中文論文名稱 曲面型微透鏡陣列之研製
英文論文名稱 Fabrication of micro lens array on a curved surface
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 詹有岳
研究生英文姓名 YU-YUEH CHAN
學號 606350014
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2019-07-02
論文頁數 57頁
口試委員 指導教授-趙崇禮
委員-劉道恕
委員-陳大同
中文關鍵字 曲面轉印  微透鏡陣列  矽膠 
英文關鍵字 Surface transfer  Microlens array  Silicone 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 由於光電子,半導體的快速發展,對高精度和定制形狀的元件的需求很大。光學元件已經從平面,球形,非球面到自由形狀的幾何形狀發展而來。隨著對具有復雜形狀和小特徵尺寸的精密光學元件的需求穩步增長,在開發新技術和改進現有方法以有效和經濟地生產這些部件方面已經進行了許多努力。除了小而輕,微透鏡陣列(MLA)和曲面微透鏡陣列(CMLA)可以提供普通單鏡頭系統所缺乏的一些額外的3D信息。因此,MLA在光場相機,晶圓級光學器件和微型投影儀等系統中發揮著重要作用。與單鏡頭系統相比,CMLA可用作複眼,並提供具有全景視野(FOV)的多功能形態。然而,CMLA的自由形狀使它們很難加工和形成。當那些CMLA由玻璃製成時,事情變得更加艱難。玻璃成型工藝(GMP)是近年來能夠批量生產精密玻璃光學元件的這些方法之一。 GMP的主要障礙之一是精密模具製造。由於模具通常由硬質和脆性材料如碳化鎢(WC)製成,因此特別是在CMLA的情況下,將這些模具精密加工成超精密加工表面並且亞微米級形狀精度極其困難。本研究旨在研究聚合物對玻璃CMLA的製備工藝。鎳在不銹鋼模具上進行化學電鍍,隨後在本研究中採用慢速工具伺服和微銑削技術進行鑽石切割,以製造CMLA模具。通過塌陷過程產生曲面的玻璃基板。然後通過使用moluld將聚合物壓在玻璃基板上來製備聚合物對玻璃CMLA。這種方法可以顯著降低成型壓力,並提供更好的成型性。

英文摘要 Owing to the fast development in opto-electronic, semiconductor, components of high precision and customized shapes are in great demand. The optical components have evolved from planar, spherical, aspheric to free-form geometries. As the demand for precision optical components with complex shape and small feature size steadily increasing, numerous efforts have been made in developing new techniques and in improving the existing approaches to efficiently and economically produce those components. On top of being small and light, micro-lens array(MLA) and curved micro lens array(CMLA) can offer some extra 3D information which the ordinary single lens system is lack of. As a result, MLA plays an important role in systems such as light field camera, Wafer Level Optics and Pico projector. In comparison to single-lens system CMLA works as a compound eyes and offers a versatile morphology with panoramic field of view (FOV). However, the free-form shapes of CMLA make them rather difficult to machine and to form. Things get even tougher when those CMLAs are to be made of glass. Glass moulding process (GMP) is one of these methods to enable mass production of precision glass optical components in recent years. One of the major obstacles in GMP is precision mould fabrication. Since the mould are normally made of hard and brittle materials such as tungsten carbide (WC), precision machining of these moulds to a super finished surface and sub-mico-meter form accuracy are extremely difficult especially in case of CMLA. This research aimed to study on the fabrication processes of polymer-on-glass CMLA. Nickel is chemical plated on stainless moulds and subsequently diamond turned with slow tool servo and micro-milling techniques in this research to fabricate molds of CMLA. Curved glass substrates are generated by slumping process. Polymer-on-glass CMLAs are then produced by using moluld to press polymer against glass substrate. This approach can dramatically reduce the forming pressure and offers much better formability.
論文目次 目錄
目錄 I
圖目錄 IV
表目錄 VII
第一章緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機 3
1-3研究目的 3
第二章基礎理論及文獻回顧 5
2-1光學元件概論 5
2-2奈米壓印 5
2-2-1熱壓成形奈米壓印法 5
2-2-2紫外光固化成型法 8
2-3壓印材料 9
2-3-1熱固性材料 10
2-3-2光固性材料 10
2-4微透鏡陣列製程 10
2-5曲面微透鏡陣列 11
第三章 研究方法與實驗設備 14
3-1 實驗規劃 14
3-2實驗方法 16
3-2-1基礎實驗步驟 16
3-2-2熱坍塌實驗 17
3-2-3曲面微透鏡陣列轉印步驟 17
3-3實驗材料與設備 19
3-3-1實驗材料 19
3-3-2脫模劑 22
3-3-3實驗設備 23
第四章實驗結果與討論 29
4-1基礎實驗結果 29
4-1-1升溫速率比較 29
4-1-2持溫時間比較 30
4-1-3驗證持溫溫度 31
4-2曲面微透鏡陣列 33
4-2-1曲面微透鏡陣列模具設計製作與量測 33
4-2-2熱坍塌實驗結果 42
4-2-3曲面微透鏡陣列量測 43
4-2-4焦距測量 48
4-2-5收縮率 51
第五章結論 54
參考文獻 55


圖目錄
圖1- 1複眼光線模擬圖 2
圖1- 2複眼均勻照明原理圖 2
圖1- 3平面微透鏡陣列 3
圖2- 1熱壓印法示意圖 6
圖2- 2 PMMA微流體裝置的基於PDMS的熱壓印工藝的示意圖 7
圖2- 3新型R2R粉末的示意圖 8
圖2- 4熱奈米壓印與UV奈米壓印示意圖 8
圖3- 1實驗規劃 14
圖3- 2實驗示意圖 15
圖3- 3 R100mm基板模具 19
圖3- 4 sag50曲面微透鏡陣列模具 20
圖3- 5 sag50/150曲面微透鏡陣列模具 20
圖3- 6 sag20/30/50曲面微透鏡陣列模具 20
圖3- 7光學矽膠 22
圖3- 8加溫爐 23
圖3- 9噴砂機 23
圖3- 10管狀高溫爐 24
圖3- 11超音波震洗機 24
圖3- 12電子磅秤 25
圖3- 13光學顯微鏡 26
圖3- 14雷射共軛焦顯微鏡 26
圖3- 15微小維克氏硬度試驗機 28
圖4- 1升溫速率比較圖 30
圖4- 2持溫時間比較圖 31
圖4- 3持溫溫度比較圖 32
圖4- 4sag50模具設計 33
圖4- 5sag50/150模具設計 34
圖4- 6sag20/30/50模具設計 34
圖4- 7 Sag50 光學模擬結果 35
圖4- 8 Sag50/150 光學模擬結果 36
圖4- 9 Sag25/30/50 光學模擬結果 36
圖4- 10無電解鎳加工之外圈錯誤量測圖 38
圖4- 11sag 50模具量測順序 39
圖4- 12 sag 50/150模具量測順序 40
圖4- 13 sag 20/30/50模具量測順序 41
圖4- 14熱坍塌升降溫圖 42
圖4- 15熱坍塌後的玻璃基板 43
圖4- 16基板曲率半徑量測 43
圖4- 17 sag20/30/50轉印 43
圖4- 18 sag20/30/50曲率半徑比較圖 44
圖4- 19 sag50轉印 45
圖4- 20 sag50曲率半徑比較圖 46
圖4- 21 sag50/150轉印 46
圖4- 22 sag50/150曲率半徑比較圖 47
圖4- 23 sag50-4焦距 48
圖4- 24 sag50-5焦距 48
圖4- 25 sag50-6焦距 49
圖4- 26 sag150-1焦距 49
圖4- 27 sag150-5焦距 50
圖4- 28 sagD-2焦距 50
圖4- 29 sagD-5焦距 51
圖4- 30 sagD-7焦距 51
圖4- 31收縮量計算 52
圖4- 32模具曲線 52
圖4- 33補償後曲線 53

表目錄
表2- 1材料的比較表 9
表3- 1載玻片規格 21
表3- 2基板材料參數 21
表3- 3 DOW CORNING ®OE 6662AB光學矽膠 22
表3- 4電子磅秤之規格 25
表3- 5 雷射共軛焦顯微鏡規格表 27
表4- 1升溫速率實驗參數 29
表4- 2升溫速率參數比較表 29
表4- 3持溫時間實驗參數 30
表4- 4持溫時間參數比較表 31
表4- 5持溫溫度實驗參數 32
表4- 6持溫溫度參數比較表 32
表4- 7慢刀伺服加工參數及模具圖 37
表4- 8 sag 50模具量測結果 39
表4- 9 sag 50/150模具量測結果 40
表4- 10 sag 20/30/50模具量測結果 41
表4- 11熱坍塌實驗參數 42
表4- 12 sag20/30/50曲率半徑量測比較 44
表4- 13 sag50曲率半徑量測比較 45
表4- 14 sag50/150曲率半徑量測比較 46

參考文獻 1 http://www.kimoga.com.tw/俞德光學/微陣列透鏡.htm
2 陳建人“光學元件精密製造與量測”
3 S. Y. Chou, P. R. Krauss “Nanoimprint lithography” Vacuum Science and Technology , Vol.14 , pp4129~4133 , 1966
4 M. Heckele, W. Bacher, KDMüller “Hot embossing - The molding technique for plastic microstructures” Microsystem Technologies Vol.4 , No.3 , 1998 May , p.122-124
5 L. Peng, Y. Deng, P. Yi and X. Lai “Micro hot embossing of thermoplastic polymers: a review” Journal of Micromechanics and Microengineering , Vol.24 , No.1 , 2013 Dec
6 M. Kim, B. U. Moon, C. H. Hidrovo “Enhancement of the thermo-mechanical properties of PDMS molds for the hot embossing of PMMA microfluidic devices” Journal of Micromechanics and Microengineering , Vol.23 , No.9 , 2013 Aug
7 P. Yi, Y. Deng, L. Peng “Experimental studies on a novel roll-to-roll powder hot embossing for large-area fabrication of micropyramid arrays on polymers” Journal of Micromechanics and Microengineering , Vol.28 , No.8 , 2018 May
8 N. Kooy, K. Mohamed, L. T. Pin, O. S. Guan “A review of roll-to-roll nanoimprint lithography” Nanoscale Res Lett , 2014 June
9 http://www.iaa.ncku.edu.tw/~young/pccl/ch1.html“高分子複材製造”國立成功大學航空太空工程學系
10 許嘉予“以模造成形矽膠製作微光學元件之研究”私立淡江大學機械與機電工程學系碩士班,2017
11 T. C. Huang, B. D. Chan, J. K. Ciou, S. Y. Yang “Fabrication of microlens arrays using a CO2-assisted embossing technique” Journal of Micromechanics and Microengineering , Vol.19 , No.1 , 2008 Nov
12 S. Audran, B. Mortini, B. Faure, G. Schlatter “Dynamical formation of microlenses by the reflow method: numerical simulation and experimental study of the process fabrication” Journal of Micromechanics and Microengineering , Vol.20 , No.9 , 2010 Aug
13 F. Liu, X. Diao, L. Li, Y. Hao, Z. Jiao “Fabrication and Characterization of Inhomogeneous Curved Artificial Compound Eye” Micromachines (Basel) , Vol.9(5) , 2018 May
14 W. Yuan, L. H. Li, W. B. Lee, C. Y. Chan “Fabrication of Microlens Array and Its Application: A Review” Chinese Journal of Mechanical Engineering , 2018 Feb
15 張紅鑫, 盧振武, 王瑞庭, 李鳳有, 劉華, 孫強 “曲面複眼成像系统的研究”光學精密工程, 第14卷, 第3期, Jun 2006, (p.346-350)
16 F. Li, S. Chen, H. Luo,Y. Gao “Curved micro lens array for bionic compound eye” Optik - International Journal for Light and Electron Optics , Vol.124(12) , p.1346–1349 , 2012 Mar
17 P. Qu, F. Chen, H. Liu, Q. Yang, J. Lu, J. Si, Y. Wang, X. Hou “A simple route to fabricate artificial compound eye structures” Optics Express , Vol. 20(5) , p.5775-5782 , 2012 Feb
18 邢強,戴振東,王浩“仿複眼視覺系統的研究進展”光學儀器, 第35卷, 第3期, June 2013
19 Z. Cao, C. Zhai , K. Wang “Design of artificial
spherical superposition compound eye”Optics Communications ,Vol.356 , p.218-222 , 2015 Dec
20 Y. Li, T. Jiang, X. He, Y. Zhang, C. Fang, Z. Li, J. Lin, Y. Zhuang “Cylindrical lens array concentrator with a nanonipple-array antireflective surface for improving the performances of solar cells”Optics CommunicationsVolume , Vol.439 , p.118-124,2019 May
21 DOW CORNING. (2011). DOW CORNING ® OE 6662. Retrieved from https://www.silmore.com.tw/0100100665.html
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