ES2248807T3

ES2248807T3 - Elemento de microrrelieve y preparacion del mismo.

Info

Publication number: ES2248807T3
Application number: ES96912167T
Authority: ES
Inventors: Philip Summersgill; Thomas Grierson Harvey; Timothy George Ryan; Neil Carter
Original assignee: Epigem Ltd
Current assignee: Epigem Ltd
Priority date: 1995-05-10
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JP4052666B2; DE69635126D1; GB9509487D0; KR19990008438A; DE69635126T2; WO1996035971A3; KR100415714B1; AU5510496A; US20020114084A1; EP0824713A2; EP0824713B1; US6671095B2; JPH11505625A; US6348999B1; DK0824713T3; WO1996035971A2; ATE303606T1

Abstract

UN ELEMENTO DE MICRIRRELIEVE QUE COMPRENDE: A) UNA PIRMERA CAPA DE UN PRIMER SUSTRATO, QUE TIENE UNA SUPERFICIE RECEPTORA CAPAZ DE RETENER UN POLIMERO FORMADOR DE RELIEVE; B) UNA CAPA SUPERPUESTA DE UN GROSOR DESEADO DEL POLIMERO FORMADOR DE RELIEVE, SOBRE LA CAPA RECEPTORA; Y C) AL MENOS UNA ESTRUCTURA EN RELIEVE, FORMADA A PARTIR DEL POLIMERO FORMADOR DE RELIEVE Y QUE SOBRESALE POR ENCIMA DE LA CAPA SUPERPUESTA. LA INVENCION PRESENTA ASIMISMO ESTRUCTURAS Y ELEMENTOS QUE COMPRENDEN DICHOS ELEMENTOS DE MICRORRELIEVE; APLICACIONES DE LOS MISMOS, DE TIPO MICRO-OPTICO, MICROFLUIDO, MICROELECTRICO Y MICROQUIMICO; ASI COMO UN METODO Y APARATO PARA LA PREPARACION DE LOS MISMOS.

Description

Elemento de microrrelieve y preparación del mismo.

Esta invención se refiere a un elemento de microrrelieve y a un procedimiento de preparación del mismo.

Un MRE, tal como se define en este documento, es una estructura tridimensional que se forma sobre la superficie de un sustrato deseado y cuya estructura es apta para realizar una función específica. Típicamente, la estructura es un motivo repetitivo que sobresale por encima del sustrato a una altura definida del orden de 0,1 a 1000 micrómetros. Tal MRE puede usarse como componente activo en dispositivos micro-ópticos, microfluídicos, microeléctricos y micromecánicos. En particular, tal MRE puede usarse como elemento micro-óptico (MOE) y en cuyo caso la estructura puede ser de una altura en el intervalo 0,1 a 1000 micrómetros, más comúnmente en el intervalo 0,1 a 10 micrómetros. Cuando el MRE es un componente en un dispositivo microfluídico o micromecánico, entonces las estructuras están habitualmente en el intervalo 10 a 1000 micrómetros.

Un MOE comprende una estructura de relieve superficial cuyo objetivo es inducir cambios de fase sobre un haz luminoso que incide sobre la estructura, de modo que provoque una distribución espacial predeterminada de la luz cuando la luz incidente sea vista bien en reflexión o en propagación. Los MOE incluyen también estructuras en las que la estructura de relieve está incrustada dentro de un material de transmisión de luz, en lo sucesivo MOE sumergido, tal como por ejemplo una microlente sumergida.

Los MOEs pueden usarse para una variedad de aplicaciones, tales como redes de difracción, lentes, generador de grupos de haces, separadores de armónicos de láser, espejos de enfoque y redes de microlentes.

Las redes de microlentes pueden usarse para dispositivos ópticos de lectura, interfases entre diodos láser y fibras ópticas, pantallas difusoras, fotografía integral, sistemas de cámara y visualización 3D, dispositivos ópticos integrados y barras de imágenes.

Habitualmente, un MOE se forma por exposición y desarrollo de la estructura deseada de relieve superficial en un material fotosensible aplicado como revestimiento sobre el sustrato de soporte y transfiriendo después la estructura de relieve superficial al sustrato por ataque por plasma o químico. El diseño y la fabricación convencionales de los MOEs están tratados en "Synthetic diffractive elements for optical interconnects", M. R. Taghizadeh y col., Optical Computing and Processing, Vol. 2(4), p. 221-242, 1992; "Two-dimensional array of diffractive microlenses fabricated by thin film deposition", J. Jahns y col., Appl. Opt., Vol. 29(7), 931, 1990; "Continuous-relief diffractive optical elements for two-dimensional array generation", M. T. Gale y col., Appl. Opt., Vol. 32(14), 2526, 1993; "Multilevel-gratting array generators: fabrication error analysis and experiments", J. M. Miller y col., Appl. Opt., Vol. 32(14), 2519, 1993; y "Fabricating binary optics in infrared and visible materials", M. B. Stem y col., SPIE, Vol. 1751, Miniature and micro-optics, p. 85-95, 1992.

En el pasado, las redes de microlentes han sido producidas por diferentes procedimientos tales como se describe en "Polymer microlens arrays", P. Pantelis y D. J. McCartney, Pure Appl. Opt., Vol. 3, 103 (1994); "The manufacture of microlenses by melting photoresist", D. Daley, R. F. Stevens, M. C. Hutley y N. Davies, Meas. Sci. Technol., Vol. 1, 759 (1990); y "Microlens array fabricated in surface relief with high numerical aperture", H. W. Lau, N. Davies, M. McCormick, SPIE, Vol. 1554, Miniature and Micro-optics: Fabrication and System Applications, p. 178 (1991). Se han realizado microlentes de vidrio por ataque químico del vidrio, moldeo de vidrio, ataque por plasma de vidrio para producir una estructura de relieve superficial.

Se han producido microlentes de polímero por fusión de islas de resina fotosensible, o por escritura directa de materiales fotosensibles con un haz de láser, o por escritura directa de un material apropiado con un haz de electrones, o por ataque por plasma, o por moldeo.

Un elemento de microrrelieve tal como se detalla en el preámbulo se conoce a partir del documento US4906315.

Desafortunadamente, los procedimientos convencionales de fabricación de MREs están limitados en el intervalo de sustratos que pueden usarse y en la complejidad y precisión de las estructuras de relieve superficial que pueden formarse.

Un objeto de la invención es proporcionar un procedimiento sencillo de fabricación de MREs, en particular MOEs, en una variedad de sustratos y complejidad de diseños. Una ventaja del presente procedimiento es que puede producirse una amplia gama de alturas de relieve superficial utilizando el mismo procedimiento. Otra ventaja es que pueden reproducirse satisfactoriamente pequeños elementos característicos laterales. Adicionalmente, el procedimiento puede usarse para producir MREs de área extensa.

En consecuencia, un primer aspecto de la presente invención proporciona un elemento de microrrelieve según la reivindicación 1.

Una forma de realización de la presente invención proporciona una estructura para su uso al menos como parte de un elemento micro-óptico, cuya estructura comprende

(a) una primera capa de un primer sustrato ópticamente transmisor que tiene un primer índice de refracción, teniendo la primera capa una superficie receptiva capaz de retener un polímero formador de relieve ópticamente transmisor;

(b) un recubrimiento, que tiene un efecto ópticamente insignificante, que tiene un espesor máximo de menos de 1,5 \mum, del polímero formador de relieve sobre la superficie receptiva, teniendo el polímero formador de relieve un segundo índice de refracción que es el mismo que o diferente del primer índice de refracción; y

(c) un motivo repetitivo de elementos característicos de relieve ópticamente activos formado a partir del polímero formador de relieve y que sobresale por encima del recubrimiento.

En un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un MOE sumergido que comprende

3(a) una primera capa de un primer sustrato ópticamente transmisor que tiene un primer índice de refracción, teniendo la primera capa una superficie receptiva capaz de retener un polímero formador de relieve ópticamente transmisor;

(b) un recubrimiento, que tiene un efecto ópticamente insignificante, que tiene un espesor máximo de menos de 1,5 \mum, del polímero formador de relieve sobre la superficie receptiva, teniendo el polímero formador de relieve ópticamente transmisor un segundo índice de refracción que es el mismo que o diferente del primer índice de refracción;

(c) un motivo repetitivo de elementos característicos de relieve ópticamente activos formado a partir del polímero formador de relieve y que sobresale por encima del recubrimiento; y

(d) una segunda capa de un segundo sustrato ópticamente transmisor que tiene un tercer índice de refracción que está superpuesta sobre un motivo repetitivo de elementos característicos de relieve ópticamente activos y en el que el primer, el segundo y el tercer índice de refracción no son todos idénticos.

En un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de preparación de un elemento de microrrelieve según la reivindicación 7.

En una forma de realización, se proporciona un procedimiento de preparación de una estructura para su uso al menos como parte de un elemento micro-óptico, cuya estructura comprende

(c) un motivo repetitivo de elementos característicos de relieve ópticamente activos formado a partir del polímero formador de relieve y que sobresale por encima del recubrimiento, cuyo procedimiento comprende

(a) formar una línea de contacto entre la superficie receptiva y un motivo repetitivo de elementos característicos rebajados en un molde formado en una capa distribuidora flexible;

(b) aplicar suficiente cantidad de una resina, capaz de endurecerse para formar el polímero formador de relieve, para llenar sustancialmente el motivo repetitivo de elementos característicos rebajados, a lo largo de la línea de contacto;

(c) poner progresivamente en contacto la superficie receptiva con la capa distribuidora, de modo que

(1): la línea de contacto se desplace a través de la superficie receptiva;

(2): suficiente cantidad de la resina sea capturada por el motivo repetitivo de elementos característicos rebajados de manera que se llene sustancialmente el motivo repetitivo de elementos característicos rebajados; y

(3): sólo pase la línea de contacto una cantidad de resina capaz de formar el recubrimiento;

(d) endurecer la resina llenando el motivo repetitivo de elementos característicos rebajados de manera que se forme el motivo repetitivo de elementos característicos de relieve ópticamente activos; y, opcionalmente, después de esto,

(e) desprender la capa distribuidora flexible del motivo repetitivo de elementos característicos de relieve ópticamente activos.

Un MRE de la presente invención puede ser apto para el uso como componente activo en un dispositivo micro-óptico, microfluídico, microeléctrico o micromecánico. Sin embargo, el uso del principio contemplado en este documento para un MRE según la invención es un elemento micro-óptico (MOE). En este documento, la referencia a elementos característicos que constituyen un MOE según la invención puede aplicarse a elementos característicos que son igualmente ventajosos en otras aplicaciones de MREs y, en consecuencia, se interpretará que las referencias a MOEs se refieren a MREs.

Tal MOE puede ser capaz de realizar más de una función óptica, por ejemplo un MOE para el uso como corrector óptico de haz para láseres de diodo puede combinar las funciones de corrección del astigmatismo, corrección de la elipticidad y colimación del haz.

Además, el elemento característico de relieve ópticamente activo en combinación con la primera capa de soporte puede ser capaz de realizar más de una función óptica, por ejemplo un elemento característico de relieve ópticamente activo soportado sobre una primera capa conformada, apropiadamente en forma de lente, puede garantizar la corrección de la aberración cromática.

En consecuencia, será evidente que la primera capa y, por supuesto, el MRE o el MOE, y el o los elementos característicos de relieve pueden ser de cualquier geometría deseada de acuerdo con la función que se desee cumplir. Por ejemplo, la primera capa, incluyendo un sustrato de soporte opcional, puede ser planar, redondeada o cilíndrica sólida, o puede comprender una lente u otro componente óptico en el que el o los elementos característicos de relieve se apliquen apropiadamente a su superficie. Como variante, o adicionalmente, el o los elementos característicos de relieve pueden comprender por ejemplo una o más estructuras continuas, escalonadas, o de lo contrario perfiladas, tales como una lente, pista recta o en ángulo, lateral, anillo anular, red de difracción recta o curva, con múltiples caras (piramidal), u otra estructura óptica, fluídica, eléctrica o mecánica.

Adicionalmente, el MOE puede revestirse de otro material con el fin de proteger el MOE (revestimiento anti-rayados) o para reducir la reflexión desde el MOE (revestimiento anti-reflexión). Con preferencia, tales revestimientos son revestimientos de capas múltiples.

Asimismo, el MOE puede funcionar en reflexión en lugar de en transmisión. Esto puede conseguirse mediante la fabricación del MOE usando una primera capa reflectora o mediante revestimiento de la superficie del MOE para mejorar la reflexión desde el mismo.

La primera capa puede estar soportada por un sustrato de soporte apropiado, que puede retirarse subsiguientemente de la primera capa. Sin embargo, se prefiere que la primera capa sea autoportante o que esté asociada a una superficie de soporte de geometría deseada para una aplicación deseada. De manera apropiada, está compuesta de cualquier material apropiado para la aplicación prevista que puede ser conocido en la técnica, por ejemplo, puede ser una película de polímero (en particular una película formada a partir de poliéster, tal como PET o PEN, u otro polímero tal como PVC, poliimida, PE o un polímero biodegradable conocido, por ejemplo poli(hidroxi butirato)); un material seleccionado por su transparencia óptica a determinadas longitudes de onda, por ejemplo ZnSe o germanio, que sea apto para funcionar en la región infrarroja entre 2 y 15 micrómetros; silicona; óxido metálico inorgánico o material cerámico tal como dióxido de titanio o sílice (fundido), por ejemplo vidrio; o puede ser un producto de papel natural o sintético tal como pasta de madera, o tarjeta o papel sintéticos.

Para ciertas aplicaciones, por ejemplo cuando se instalan componentes semiconductores sobre el MRE y se desea disipar calor de los mismos, la primera capa puede revestirse de una capa de diamante o un material similar con una elevada conductividad térmica.

Adicionalmente, la primera capa puede revestirse de una capa eléctricamente conductora, por ejemplo óxido estánnico de indio (ITO) u oro, de modo que pueda realizarse el contacto eléctrico con un componente semiconductor ubicado sobre la superficie de la primera capa.

La superficie receptiva de la primera capa puede revestirse de un agente adhesivo apropiado, por ejemplo, cuando la primera capa es de vidrio, un agente de acoplamiento de silano, que sirve para anclar con mayor firmeza el elemento característico de relieve a la primera capa.

El revestimiento de la primera capa puede conseguirse como una capa continua antes de formar las estructuras de relieve ópticamente activas sobre ésta, pero, de forma ventajosa, se consigue como una capa alrededor de las estructuras de relieve ópticamente activas, que puede crearse por replicación desde la capa distribuidora flexible durante la formación de las estructuras de relieve ópticamente activas.

La segunda capa también puede estar soportada por un sustrato apropiado, opcionalmente desprendible. La segunda capa puede estar superpuesta sobre los elementos característicos de relieve ópticamente activos por cualquier medio apropiado, por ejemplo laminación. También puede aportarse a la segunda capa un motivo repetitivo de elementos característicos rebajados en un molde en el que se moldea un polímero ópticamente transmisor, que puede ser el mismo que el polímero formador de relieve ópticamente transmisor retenido sobre la superficie receptiva, y que puede colocarse de tal modo que corresponda con al menos algunos de los elementos característicos de relieve de la primera capa, de modo que estos puedan formar un componente óptico compuesto.

La selección del polímero formador de relieve dependerá del uso previsto del MRE e incluye sílice llena, resinas endurecibles por la luz tales como las que se usan en la odontología y las destinadas a la prototipación rápida por estereolitografía, resinas de cristal líquido endurecibles por rayos UV, resinas epoxi fotocatiónicas y las resinas ópticamente transmisoras descritas a continuación.

Cuando el polímero formador de relieve es ópticamente transmisor, puede seleccionarse de aquellos que se conocen en la técnica, que incluyen los que se desarrollan como adhesivos endurecibles para unir componentes ópticos, por ejemplo los que se venden bajo el nombre LUXTRAK (LUXTRAK es una marca registrada de Zeneca plc.), los desarrollados para la fabricación de fibra óptica polimérica y los desarrollados para la grabación óptica usando resinas fotosensibles poliméricas. En particular, el polímero formador de relieve ópticamente transmisor puede estar formado a partir de una resina apropiada, por ejemplo siloxanos halogenados y deuterados, estirenos, imidas, acrilatos y metacrilatos tales como dimetacrilato de etilenoglicol, tetrafluoropropilmetacrilato, pentafluorofenilmetacrilato, tetracloroetilacrilato, derivados funcionales de triacina y fosfaceno. Se prefieren resinas y polímeros que contengan mitades altamente fluoradas alifáticas y aromáticas.

Con preferencia, se selecciona el polímero formador de relieve ópticamente transmisor para que tenga coeficientes de expansión térmica y termo-ópticos lo más cerca posible de ser iguales u opuestos. La ventaja de ello es que los aumentos de la longitud de la trayectoria óptica (y, de ahí, el cambio de fase) debidos a la expansión térmica del material son compensados por las disminuciones de su índice de refracción. Esta ventaja requiere que se impida la expansión lateral del relieve ópticamente activo por el efecto del material de sustrato. Éste será el caso cuando la capa de recubrimiento sea pequeña. El documento "Temperature dependence of index of refraction of polymeric waveguides", R. Moshrefzadeh, M. D. Radcliffe, T. C. Lee y S. K. Mohapatra, J. Lightwave Tech., Vol. 10(4), 420 (1992) describe un determinado número de materiales poliméricos que tienen coeficientes termo-ópticos negativos, coeficientes de expansión térmica positivos y de la misma magnitud. Por ejemplo, PMMA tiene un coeficiente termo-óptico de
-1,1 x 10^{-4} K^{-1}.

Con preferencia, el polímero ópticamente transmisor tiene un índice de refracción que corresponde con el primer índice de refracción, por ejemplo 1,51 a 633 nm cuando la primera capa es vidrio al borosilicato Bk7 ó 1,46 a 633 nm cuando la primera capa es cuarzo.

El índice de refracción del polímero formador de relieve ópticamente transmisor puede modificarse por la inclusión de aditivos apropiados en el polímero. En particular, el índice de refracción del polímero puede ajustarse añadiendo cantidades apropiadas de dimetacrilato de etilenoglicol, que puede aumentar el índice de refracción (cuando se mide a 1,32 ó 1,55 \mum) en un exceso de valor absoluto de 0,02 cuando se añade a un nivel de 30% en peso.

Además, puede corregirse un error en la profundidad de los elementos característicos de relieve ópticamente activos (comparado con la profundidad diseñada) incrementando o disminuyendo en una cantidad fraccionaria el índice de refracción del polímero formador de relieve ópticamente activo.

Una ventaja adicional de controlar el índice de refracción del polímero formador de relieve ópticamente activo es que, como resultado, la longitud de onda operativa del MOE se desplaza. Por lo tanto, puede producirse una serie de MOEs a partir de la misma capa distribuidora flexible de manera que se obtenga un MOE que funcione con un elevado rendimiento en la longitud de onda elegida. El cambio del índice de refracción de 1,45 a 1,55 de un MOE diseñado para funcionar, por ejemplo, a 633 nm, daría como resultado un máximo rendimiento operativo a 677 nm.

El recubrimiento del polímero formador de relieve se controla de forma reproducible para obtener un espesor apropiado a la función del MOE y puede, incluso en los casos en que se desee un recubrimiento mínimo, servir provechosamente para volver planar la superficie receptiva. En algunos casos, por ejemplo en dispositivos micromecánicos, puede ser deseable un recubrimiento relativamente espeso y uniforme, por ejemplo para asegurar con firmeza el polímero formador de relieve a la primera capa. En otros casos, por ejemplo cuando el MRE es un MOE, es deseable reducir al mínimo el espesor del recubrimiento, de modo que éste no interfiera significativamente con la función óptica del MOE, es decir, el recubrimiento es ópticamente insignificante. El recubrimiento ópticamente insignificante tiene un espesor máximo de menos de 1,5 \mum, preferentemente menos de 1 \mum, y particularmente menos de 0,5 \mum sobre la superficie del primer sustrato. El espesor medio del recubrimiento ópticamente insignificante es preferentemente inferior a 1 \mum y particularmente inferior a 0,5 \mum. La variación del espesor del recubrimiento, ya sea ópticamente insignificante o no, a través de la superficie es inferior a \pm 0,75 \mum, particularmente inferior
a \pm 0,5 \mum y especialmente inferior a \pm 0,25 \mum. Esto tiene la particular ventaja de reducir al mínimo el error de frente de onda.

El rendimiento óptico del MOE depende de la diferencia de fase producida entre partes del haz luminoso que se desplaza a través de diferentes áreas del motivo de relieve superficial. La diferencia de fase está definida por el producto de la profundidad de los elementos característicos por debajo de la superficie del MOE y el índice de refracción del material en el que se produce el MOE. Una ventaja de tener menos de un micrómetro de recubrimiento entre la primera capa y el relieve ópticamente activo es que esta altura está bien definida. Por lo tanto, el MOE funciona tal y como se ha diseñado. También es importante la planeidad de la superficie interviniente entre los elementos característicos de relieve ópticamente activos del MOE. Se obtiene como resultado un rendimiento mejorado si la superficie interviniente es más plana que la longitud de onda de la luz que se está usando. Con un recubrimiento mínimo, la superficie interviniente es tan plana como la primera capa sobre la que ésta se produce. Otra ventaja del recubrimiento mínimo es que éste reduce la pérdida óptica de la parte que resulta de la absorción de luz por el material, reduciendo al mínimo el espesor total de material requerido para definir el motivo de relieve superficial.

Otra ventaja muy significativa de elaborar el polímero con elementos característicos de relieve ópticamente activos sobre vidrio u otro material con un bajo coeficiente de expansión térmica es que se perfecciona la estabilidad térmica del componente de MOE como resultado de mantener el paso de tales elementos característicos de relieve ópticamente activos y reduciendo al mínimo el volumen de este material que tiene un coeficiente de expansión térmica relativamente elevado.

Con el fin de facilitar el endurecimiento de la resina, se prefiere usar un iniciador, por ejemplo un iniciador térmico y/o fotoiniciador, y particularmente un iniciador que no absorba luz en la longitud de onda operativa del MOE. Típicamente, un iniciador, cuando se usa, está presente en la resina a una concentración de 0,1 a 3,0% en peso, y preferentemente de 0,5 a 2,0% en peso. Fotoiniciadores adecuados incluyen 2-metil-1-[4-(metiltio)fenil)-2-morfolino-propanona-1 (Irgacure 907), 1-hidroxi-ciclohexil-fenil cetona (Irgacure 184), isopropiltioxantona (Quantacure ITX), Canforquinona/dimetilaminoetilmetacrilato. De forma similar, un iniciador térmico adecuado es terc-butilperoxi-2-etilhexanoato (Interox TBPEH).

Según se desplaza la línea de contacto a través de la superficie de la primera capa, la resina va siendo eficazmente empujada a través de la superficie y fluye al interior del motivo repetitivo de elementos característicos rebajados en un molde. La velocidad a la que avanza la línea de contacto a través de la superficie dependerá, entre otras cosas, de los elementos característicos de la resina. Típicamente, la resina tiene una viscosidad de 10 a 10000 mPa\cdots y más típicamente de 1000 a 10000 mPa\cdots.

La resina puede quedar totalmente retenida en el interior de un elemento característico de molde a medida que la línea de contacto se desplaza desde el elemento característico de molde, en cuyo caso se puede endurecer la resina en cualquier momento subsiguiente conveniente. Sin embargo, la resina puede mostrar con frecuencia cierto grado de resiliencia en su forma no endurecida, en cuyo caso, a medida que se desplaza la línea de contacto desde el elemento característico de molde, la resina en el interior del mismo tenderá a relajarse y a exudar desde el elemento característico de molde. Cuando el elemento característico de relieve forma parte de un MOE, entonces esta relajación de la resina puede reducir la eficacia del MOE. Para contrarrestar la relajación de la resina, se endurece la resina antes de que la línea de contacto se desplace completamente desde ésta.

Resulta conveniente y, por consiguiente, preferente, que la resina contenga un fotoiniciador que se active mediante una longitud de onda de luz particular, especialmente luz UV. Entonces se puede usar una fuente de luz adecuada para endurecer la resina antes de que se libere la presión aplicada a lo largo de la línea de contacto y antes de que la resina se afloje del elemento característico de retención. Se prefiere especialmente que la capa distribuidora flexible sea transparente a la luz usada y que la luz brille a través de la capa distribuidora flexible hacia la resina. Con el fin de enfocar la luz sustancialmente sobre el extremo y evitar con ello, por ejemplo, un endurecimiento prematuro de la resina, puede ser preciso que se ajuste el ángulo de incidencia de la luz sobre la línea de contacto de un polímero a otro. Como variante, para un ángulo de incidencia dado y cuando la primera capa es al menos parcialmente transmisora con respecto a la luz, la primera capa puede elegirse de modo que tenga un espesor tal que la refracción interna de la luz incidente actúe para enfocar la luz sobre la línea de contacto.

La presión se aplica a lo largo de la línea de contacto por cualquier medio apropiado. De forma adecuada, la presión se aplica usando una barra de avance o una hoja flexible bajo una carga de compresión que puede tensarse a lo largo de la superficie, o usando un rodillo bajo una carga de compresión que puede así, en avance o en rotación, mantener la resina en el punto de contacto formado por la barra, hoja o rodillo entre la capa distribuidora flexible y la superficie. Por lo tanto, se prefiere que la resina quede endurecida en el punto de contacto a medida que la línea de contacto progresa a través de la superficie.

La capa distribuidora flexible es preferentemente una película de polímero en la que queda gofrado el motivo repetitivo de elementos característicos rebajados. Tal película gofrada es preferentemente transparente a la luz UV, tiene propiedades de desprendimiento de la superficie de alta calidad y es capaz de permanecer dimensionalmente sólida durante el proceso de moldeo. Resulta conveniente que tal película gofrada pueda formarse mediante (a) formación de un motivo patrón que tiene una superficie metalizada contorneada que se conforma a la estructura de relieve requerida, (b) electroformación de una capa de un primer metal sobre la superficie metalizada para formar un patrón metálico, (c) desprender el patrón metálico del motivo patrón, (d) repetir el proceso de electroformación para formar un distanciador patrón de gofrado metálico y (e) gofrar la estructura de relieve en una película de polímero de manera que se formen los elementos característicos de molde deseados.

Dado el caso, cuando la película gofrada es transparente, puede quedar alineada ópticamente de modo que los elementos característicos de molde puedan alinearse con precisión sobre la superficie receptiva de la primera capa. Así, se pueden orientar más fácilmente los elementos característicos de molde sobre la superficie receptiva, por ejemplo alrededor de un eje deseado de un elemento característico existente sobre la superficie receptiva. En particular, cuando la propia primera capa es una lente, entonces puede alinearse el eje óptico de la lente con el de un elemento característico de relieve ópticamente activo usando los elementos característicos de molde de modo que se optimice el rendimiento óptico del componente compuesto.

Adicionalmente, si la película gofrada está retenida sobre la capa receptiva, ésta puede servir como capa protectora que puede retirarse más tarde.

Una ventaja adicional de realizar el MOE por el procedimiento anterior es que el índice de refracción del polímero formador de relieve puede variarse de manera que se mejore o se modifique el rendimiento óptico del MOE. Esto también supone un beneficio, porque pueden realizarse componentes ópticos con diferentes longitudes de onda operativas a partir del mismo distanciador patrón.

Una ventaja adicional de realizar el MOE por el procedimiento anterior es que puede realizarse el motivo patrón mediante una amplia gama de técnicas disponibles en una amplia gama de materiales, y aquél no está limitado a ser realizado en un material con buenas propiedades ópticas. Por ejemplo, puede realizarse el motivo patrón original mediante modelado por haz electrónico directo de una resina fotosensible, fotolitografía convencional, micromecanización de silicio (K. E. Peterson Proc. IEEE, Vol. 70, 420 (1982)), escritura por haz de láser (E. C. Harvey, P. T. Rumsby, M. C. Gower, S. Mihailov, D. Thomas, Excimer laser for Micromachining, Proc. of IEE Colloquium on Microengineering and Optics, Feb. 1994, boletín Nº 1994/043, artículo 1; D. W. Thomas y col., Laser ablation of electronic materials, European Mat. Res. Soc. Monographs, Vol. 4, Ed. E. Fogarassy y S. Lazare, p. 221 (1992); H. Schmidt, Micromachining by lasers, Conf. On Lasers and Electro-optics (CLEO EUROPE 94), Ámsterdam, Sept. 1994, Artículo CMB1); ataque por plasma (D. L. Flammin in Plasma etching - an introduction ed by D. M. Manos y D. L. Flamm, Academic Press Inc., Londres (1989), Capítulo 2) y torneado con punta de diamante única.

Una ventaja adicional de realizar el MOE por el procedimiento anterior es que la capa distribuidora flexible puede tratarse con cualquier material adecuado para cualquier finalidad deseada, por ejemplo un soporte de recubrimiento o cribado, un soporte de imprimación, o un soporte que confiera cualesquiera propiedades ópticas, eléctricas o fluídicas, tal como tinta, material (catalizador) germen, un precursor metálico, un soporte (precursor) eléctricamente conductor, o un cultivo biológico o similares que puedan transferirse por reproducción por contacto a la primera capa o la capa de recubrimiento como se desee, por ejemplo a regiones seleccionadas de la misma sobre o alrededor de los elementos característicos de relieve, usando una modificación de técnicas conocidas, por ejemplo como se describe en Appl. Phys. Lett. 68(7), 1022-23, 1996.

Además, pueden producirse microlentes que comprenden elementos característicos de relieve que tienen una amplia gama de relaciones de aspecto, es decir de proporción de la altura respecto a la anchura, por ejemplo de relación de aspecto hasta 20, de manera adecuada hasta 10 o hasta 15 dependiendo del polímero formador de relieve y de la forma del elemento característico de relieve.

Una ventaja de fabricar un MOE con forma de red de microlentes por el procedimiento anterior es que la forma de la superficie de cada lente está determinada por el molde y no por el proceso de fabricación. Esto se diferencia del procedimiento convencional de producción de redes de microlentes, que se basa en la tensión superficial de un material fundido para formar las microlentes. EL procedimiento convencional limita el radio de curvatura de cada lente y, de ahí, el número F de las lentes que pueden producirse. El procedimiento anterior puede usarse para producir por ejemplo formas de lente asféricas que aportan un rendimiento de lente mejorado (menos aberración esférica).

Una ventaja adicional de fabricar una red de microlentes por el procedimiento anterior es que puede formarse una segunda superficie ópticamente funcional o un elemento ópticamente difrangente, por ejemplo, sobre la superficie de cada una de las lentes de la red al mismo tiempo que la propia lente se define por el uso de un molde que tiene el perfil de superficie o la estructura difrangente apropiados sobre su superficie interna. Así, se produce una lente difrangente refringente perfilada o combinada. Tal lente combinada efectúa una función óptica similar a una doble lente acromática (la combinación de una lente de dispersión negativa con una de dispersión positiva).

Una ventaja adicional del procedimiento anterior es que pueden producirse amplias áreas de matrices de microrrelieve a la vez, en particular redes de microlentes que se precisan a menudo para su uso como pantallas de visualización. Matrices de microrrelieve pueden comprender secciones de repetición de elementos característicos de relieve idénticos o diferentes.

Debido a la resolución submicrónica del procedimiento anterior, pueden producirse microlentes con diámetros y pasos pequeños.

Una ventaja adicional del procedimiento anterior es que puede producirse un conjunto de estructuras sustancialmente idénticas. Éstas pueden usarse en disposición asociada o no asociada.

En sistemas ópticos que usan redes de microlentes, a veces existe la necesidad de un elemento óptico que conste de dos redes de microlentes idénticas situadas en oposición, separadas por una distancia fija relacionada con la distancia focal de la red de microlentes y con las dos redes alineadas una con respecto a la otra. Una ventaja del procedimiento anterior es que, puesto que puede usarse el mismo molde para formar cada red, las dos redes serán idénticas. Puede conseguirse una separación precisa de las dos redes controlando el espesor de la primera capa interviniente y las distancias focales pueden ajustarse cambiando el índice de refracción de la segunda matriz hasta que la distancia que separa las redes sea sustancialmente la suma de sus distancias focales. Asimismo, puesto que el procedimiento puede usar una capa distribuidora flexible ópticamente transparente, la segunda red de microlentes puede alinearse con precisión sobre el dorso de la primera capa por visualización a través de la capa distribuidora flexible.

El concepto y las aplicaciones de fabricación de matrices de diodos emisores de luz con microlentes difrangentes integradas fabricadas por un procedimiento diferente han sido recientemente presentados en "Arrays of light emitting dioses with integrated diffractive microlenses for board-to-board optical interconnect applications: design, modelling and experimental assessment", B. Dhoedt, P. D. Dobbelaere, J. Blondelle, P. V. Daele, P. Demeester, H. Neefs, J. V. Campenhout, R. Baets, Conference of Lasers and Electro-Optics (CLEO Europe 94), Ámsterdam, 28 de agosto a 2 de septiembre, artículo CThl 64(1994). El procedimiento anterior puede usarse igualmente con una película de gofrado transparente para formar MOEs sobre la superficie de un sustrato que ya posee dispositivos semiconductores que emiten o detectan luz (por ejemplo, diodos láser, diodos emisores de luz, fotodiodos y láseres de cavidad vertical), de modo que los elementos característicos del MOE quedan alineados con precisión con los dispositivos semiconductores.

El procedimiento anterior también puede usarse para producir MREs que son capas de alineación para celdas de cristales líquidos. Algunos tipos de material de cristal líquido, en particular cristales líquidos ferroeléctricos, precisan de capas de alineación en la celda para orientar de una forma determinada el cristal líquido. Convencionalmente, la capa de alineación puede producirse modelando físicamente la superficie de vidrio, por ejemplo puliendo la superficie en la dirección requerida. Como variante, se evapora sobre la superficie una fina capa de un material tal como MgF_{2}. La finalidad de esta capa de alineación es alinear el material de cristal líquido con una pequeña inclinación con respecto a la normal en la superficie. Variando el ángulo de evaporación, puede variarse el ángulo de la inclinación. El inconveniente actual de este procedimiento es que el área superficial está limitada por el tamaño de la cámara del evaporador. Una ventaja del procedimiento anterior es que puede estructurarse un mayor área superficial usando una película gofrada preparada a partir de varios distanciadores patrones. Como variante, pueden realizarse estructuras de alineación para cristales líquidos en forma de, por ejemplo, una pluralidad de MREs de elevada relación de aspecto que se asemejan a "cabellos" del orden de 200 nm de alto y 20 nm de ancho. Dado el caso, la capacidad para reducir al mínimo el recubrimiento se debe a que existe menos material recubriendo el electrodo que se usa para aplicar un campo eléctrico a la celda de cristal líquido, dando con ello como resultado potencias de conmutación inferiores.

La presente invención está ilustrada de manera no limitativa en referencia a las siguientes figuras.

La Figura 1 muestra una sección de la imagen producida por un generador de red de haces 16 x 16 de MOE.

La Figura 2 muestra la variación de intensidad con la temperatura para un generador de red de haces 4 x 4.

La Figura 3a muestra una parte de un distanciador de níquel destinado a preparar elementos característicos de molde en una capa distribuidora flexible para ser usada para producir un MOE.

La Figura 3b muestra una parte del MOE producido a partir de la capa distribuidora flexible preparada usando el distanciador de níquel mostrado en la Figura 3a.

Las Figuras 4a y 4b son SEMs que muestran una variedad de relieves superficiales.

La Figura 5 es un SEM de un elemento característico de relieve en forma de red de microlentes.

La Figura 6 es una traza de una máquina perfiladora de superficie Tencor Alpha-step que muestra el espesor de la capa de recubrimiento de un MOE.

La Figura 1 se ha elaborado a partir de un MOE descrito en el Ejemplo A.

En la Figura 2, la línea (1) representa la variación de temperatura que experimentó el generador de red de haces tal y como descrito en el Ejemplo A. La línea (2) representa la respuesta óptica del equipo sin que esté presente ninguna muestra. La línea (3) representa la respuesta óptica del MOE fabricado sobre vidrio. La línea (4) representa la respuesta óptica del MOE fabricado sobre película. La línea (5) representa la respuesta óptica cuando se ha iluminado un área de película de PET sin ningún MOE.

La Figura 3a muestra parte de un distanciador de níquel tal y como está usado en el Ejemplo B.

La Figura 3b muestra parte de una red de microlentes producida según el Ejemplo B a partir de una capa distribuidora flexible en la que se han formado elementos característicos de molde usando el distanciador de níquel mostrado en la Figura 3a.

Las Figuras 4a y 4b muestran los varios MREs producidos en el Ejemplo D.

La Figura 5 muestra una red de microlentes hexagonal de un paso de 125 micrómetros y una distancia focal de 204 micrómetros en aire tal y como ha sido producida en el Ejemplo E.

La Figura 6 se ha elaborado a partir de un MOE descrito en el Ejemplo F. En la región (1), la película de polímero se ha retirado del vidrio para proporcionar un nivel de referencia.

La presente invención se ilustra además de manera no limitativa en referencia a los siguientes ejemplos.

Preparación de una capa distribuidora flexible en forma de película gofrada (los ejemplos 1-1 y 1-2 no son asunto de las reivindicaciones).

Ejemplo 1.1

El ejemplo siguiente describe la preparación de una película de polímero gofrada que tiene una superficie de desprendimiento tratada.

Se ha aplicado un revestimiento húmedo de resina de dimetacrilato fluorado con un espesor de 20 \mum a un sustrato de poliéster (Melinex de calidad 506) de 100 \mum de espesor. Se ha endurecido parcialmente el revestimiento exponiéndolo a irradiación UV durante 2 s (mientras que está en el aire) procedente de un sistema de lámpara de rayos ultravioleta Fisons F300 que suministra 300 W/pulgada.

Se ha alimentado entonces el poliéster revestido en un punto de contacto entre un rodillo de acero de 400 mm de diámetro que llevaba un distanciador de gofrado de níquel conteniendo microestructuras de relieve superficial (por ejemplo redes de microlentes de 125 \mum de paso) y un rodillo de 150 mm de diámetro recubierto de caucho silicónico con una dureza Shore 70. El poliéster revestido entró en el punto de contacto de modo que se cargó el lado revestido contra el distanciador. Se ha controlado la carga de punto de contacto a 159 kg (350 lb) sobre una cara de 400 mm de ancho. Se ha ajustado la velocidad del diámetro del tambor a 3,3 cm\cdots^{-1}.

Al salir del punto de contacto, el poliéster revestido y el distanciador de níquel pasaron a través de una fuente de UV como se ha descrito anteriormente que endureció completamente el revestimiento mientras que estaba en contacto con el distanciador para formar la película de polímero gofrado. Después se ha desprendido la película gofrada del distanciador de níquel y se ha cocido entonces a 80ºC durante 16 horas en un horno.

Se ha aplicado a la película gofrada una capa de liberación de material de liberación, Freekote FRP (Dexter Corporation), por lavado con una solución de material de liberación y secándolo después con aire comprimido. Se ha repetido cuatro veces este procedimiento.

Ejemplo 1.2

El siguiente ejemplo describe la preparación de una película gofrada que contiene un material interno de liberación.

Se ha aplicado un revestimiento húmedo de 20 \mum a un sustrato de poliéster de 100 \mum (Melinex de calidad 506) a partir de la siguiente formulación:

97,5 partes de Ebercryl 150 (acrilato epoxi anteriormente UCB Ltd.)

2,5 partes de Ebercryl 350 (acrilato silicónico anteriormente UCB Ltd.)

20 partes de LG 156 (PMMA)

2 partes de Irgacure 651

mezclado en solución a 20% p/p en MEK. Esto dio como resultado un espesor en seco de 20 \mum.

Se ha tratado este sustrato revestido de la misma manera que se ha descrito en el Ejemplo 1.1, aparte de la cocción y la aplicación subsiguiente de un material de liberación.

Ejemplo 2.1

El siguiente ejemplo describe la preparación de MREs sobre un sustrato rígido usando la película gofrada preparada anteriormente según el Ejemplo 1.1.

Se ha preparado un sustrato de vidrio rígido mediante lavado en profundidad en una solución en agua de Dekon 90 a 30%, un enjuague con agua caliente, un lavado de acetona y finalmente un lavado con isopropanol. Después se ha secado el sustrato en un horno a 150ºC durante 15 minutos.

Se ha posicionado entonces el sustrato en un lecho de unión plano y se ha preservado por vacío.

Se ha dotado al lecho de unión de un medio para atravesar un rodillo de presión recubierto de caucho de 75 mm de diámetro a lo largo de la longitud del lecho de unión, que forma una región de línea de avance en la que se ha enfocado una fuente de UV.

Se ha colocado boca abajo una película gofrada tal y como en el Ejemplo 1.1 sobre la parte superior del sustrato de vidrio y se ha anclado a un extremo con una cinta adhesiva de una sola cara.

Se ha colocado en el elemento gofrado una cantidad de resina (LUXTRAK 0208), suficiente para llenar los elementos característicos de molde, entre el sustrato de vidrio y el polímero gofrado como una perla a través de la dirección de desplazamiento del lecho de unión y en el extremo anclado de la película gofrada. Se ha posicionado entonces el rodillo de traslación 3 mm antes de la perla de resina y ha tenido una carga descendente de 40 kg a través de una cara aplicada de 80 mm de ancho.

Se ha encendido la fuente de UV y se ha hecho avanzar el rodillo a una velocidad de 1 cm.s^{-1} a lo largo del lecho de unión a través del sustrato de película/vidrio gofrado. Se ha inyectado la resina dentro de los elementos característicos de molde y se ha endurecido por la fuente de UV. Después del endurecimiento del polímero gofrado, se ha retirado el polímero gofrado, dejando la resina endurecida pegada al sustrato de vidrio. Se ha conseguido un 100% de transferencia, aunque se observaron algunas marcas testigo de material residual de liberación.

Ejemplo 2.2

Se ha repetido el Ejemplo 2.1 usando la película gofrada tal como se ha preparado en el Ejemplo 1.2, la resina LUXTRAK tal como se ha descrito en el Ejemplo 2.1 y una resina de dimetacrilato fluorado de formulación:

Fluorodimetacrilato: 97% en peso

Fotoiniciador (Irgacure 651): 2% en peso

Iniciador térmico (Interox TBPEH): 1% en peso

Se ha obtenido una transferencia del 100% para la resina LUXTRAK y aproximadamente 80-90% para la resina de fluoropolímero. No se observaron marcas testigo.

Ejemplo A

Se ha fabricado, tal y como descrito en el Ejemplo 2.2, un número determinado de MOEs sintéticos, tradicionalmente conocidos como hologramas generados por ordenador, a una profundidad de 0,6 micrómetros y la más pequeña dimensión lateral de 1,5 micrómetros en LUXTRAK LCR 0208 sobre un sustrato de vidrio.

Se ha diseñado el MOE elegido para producir una red de puntos de potencia óptica casi igual en el campo lejano detrás del elemento cuando éste ha sido iluminado con un haz de láser de una longitud de onda de 670 nm. Se ha hecho derivar el haz de láser de un láser diodo, pero podría haber sido producido por otro tipo de fuente láser.

La fabricación del motivo patrón fue tal y como descrito en "Synthetic diffractive elements for optical interconnects", M. R. Taghizadeh y J. Turunen, Optical Computing and Processing, Vol. 2(4), p. 221-242, 1992. Éste constaba de una estructura de relieve de superficie binaria (2 niveles) producida en una pastilla de cuarzo. El diámetro de la pastilla era lo bastante grande para permitir que se definieran sobre la superficie de la pastilla 12 MOEs, cada uno con un tamaño de 15 mm por 15 mm. Se ha hecho conductora la superficie del patrón de cuarzo por evaporación sobre una capa de cromo de 10 nm de espesor, seguida de una capa de plata de 60 nm de espesor. Se ha hecho crecer un distanciador de níquel a partir del patrón de cuarzo mediante un proceso de electroformación.

Las funciones de cada uno de los MOEs producidos han sido generadores de red de haces 2 x 2, 4 x 2, 4 x 4, 8 x 8, 8 x 16, 16 x 16 y 16 x 32. La Figura 1 muestra el motivo producido cuando el MOE 16 x 16 ha sido iluminado por el haz procedente de un diodo láser a una longitud de onda de 676 nm. Se ha capturado esta imagen usando una cámara vidicón de Electrophysics Micronviewer conectada a un sistema de captura de imágenes.

Se ha comparado la intensidad de uno de los haces en el diagrama de difracción de primer orden de un MOE de generador de red de haces 4x4, fabricado en resina LUXTRAK LCR 0208 sobre un sustrato de vidrio, como función de la temperatura a la del mismo MOE fabricado en acrilato de uretano (resina Harcoss 6217) sobre un sustrato de película "Melinex". La Figura 2 muestra los resultados de esta experiencia. El haz difractado desde el MOE fabricado sobre la película ha variado en hasta 10% sobre el intervalo de temperaturas 25ºC a 85ºC. En comparación, el haz difractado desde el MOE fabricado sobre el vidrio ha variado sólo en un pequeño porcentaje. También se ha observado una gran variación cuando se ha hecho pasar el haz a través de la película pero al exterior del área modelada. Esto indica que el comportamiento mecánico térmico del sustrato tiene un poderoso efecto sobre el rendimiento del MOE.

Ejemplo B

Se ha repetido el Ejemplo A salvo que el MOE fabricado actuó como red de microlentes. En este ejemplo, se ha producido el patrón original por escritura directa de una resina fotosensible con un haz de electrones, seguido de ataque en seco del patrón en cuarzo. El MOE contenía 16 niveles de relieve superficial (16 niveles de fase) de manera que se aproximara más exactamente a un perfil superficial continuo. La ventaja de ello es que la eficacia óptica del MOE es superior a la del MOE equivalente de fase binaria. Como consecuencia de los niveles de fase suplementarios, el tamaño del elemento característico de superficie lateral más pequeña en el relieve superficial fue aproximadamente 200 nm. Éste es significativamente inferior al tamaño de elemento característico lateral más pequeño sobre el relieve superficial binario. El procedimiento de gofrado por UV usado para fabricar los MOEs tiene la capacidad de reproducir con precisión los más pequeños elementos característicos requeridos. Esto es una ventaja significativa sobre otros tipos de procedimiento de gofrado (por ejemplo gofrado por laminado en caliente o moldeo por inyección). La Figura 3 muestra, con fines de comparación, una microlente con una abertura relativa de 800 micrómetros sobre el distanciador de níquel y la misma lente formada en resina de acrilato de uretano (Harcross 6217) de 2 micrómetros de espesor sobre una película Melinex ICI de 100 micrómetros de
espesor.

Ejemplo C

Se ha repetido el Ejemplo A salvo que el elemento micro-óptico (MOE) fabricado fue una red de difracción de relieve superficial de 1,1 \mum de período (tamaño del elemento característico más pequeño 0,55 \mum) y una profundidad de 130 nm. El motivo de la red constaba de un anillo circular de aproximadamente 30 mm de diámetro y aproximadamente 2 mm de ancho. Se ha revestido la superficie del MOE con 70 nm de aluminio por evaporación, de manera que ésta se vuelva altamente reflectora. Se ha iluminado la superficie de la red a través del sustrato de vidrio usando luz procedente de un láser He-Ne a 633 nm. Se ha medido la irradiancia de la luz reflejada desde la red en uno de los primeros órdenes de difracción, y se ha comparado con la cantidad de luz reflejada desde el área metalizada adyacente sobre el MOE cuando no estaba presente ninguna red. Se ha demostrado que esta relación, también conocida como rendimiento, es 39 \pm 0,5%. Se ha repetido la experiencia usando otras dos muestras fabricadas de la misma manera. Se ha medido que sus rendimientos de difracción son 39 \pm 0,5% y 37 \pm 0,5% respectivamente. El rendimiento está directamente relacionado con la precisión con la que el procedimiento de replicación reproduce el período y la profundidad de la estructura de la red. Una replicación mediocre del relieve superficial da como resultado rendimientos de menos del 10%.

Se ha medido el espesor de la capa de recubrimiento usando una máquina perfiladora de superficie Tencor Alpha-step. Se ha encontrado que el espesor era 0,5 \mum.

Se ha repetido la experiencia con el mismo patrón de red pero usando una pieza del "distanciador de polímero" revestido de liberación interna (descrito en el Ejemplo 1.2) usado en la fabricación de la réplica sobre vidrio (es decir, la muestra anterior). Una vez más, se ha dispuesto la muestra de manera que sea leída a través del sustrato. Se ha medido que el rendimiento de difracción es de 37%.

Esta experiencia muestra que no existe una reducción mensurable del rendimiento debido al uso del distanciador intermedio de polímero.

Se ha repetido esta experiencia con el mismo patrón de red pero usando una muestra fabricada por aplicación de un revestimiento de 2 \mum de espesor de acrilato de uretano (Harcross 6217) sobre una película de PET (ICI MELINEX) de 175 \mum de espesor y gofrado por UV. Se ha medido que el rendimiento de difracción es 36 \pm 0,5%. Esta experiencia muestra que no existe reducción de rendimiento al formular el material polimérico de distanciador de manera que contenga un agente antiadherente
interno.

Se ha repetido la experiencia con el mismo patrón de red pero usando como sustrato una lámina (LEXAN) de policarbonato. Se ha medido que el rendimiento de difracción es 36 \pm 0,5%. Esta experiencia muestra que pueden usarse materiales de sustrato rígidos alternativos y que no existe una reducción significativa del rendimiento de las partes resultantes.

En la totalidad de las experiencias anteriores, el rendimiento del MOE producido en este ejemplo es significativamente mayor que el medido desde la misma estructura de red de relieve superficial fabricada a partir del mismo distanciador patrón de níquel por procedimientos comparativos de gofrado en caliente (rendimiento 11%) y moldeo por inyección (rendimiento 4%).

Ejemplo D

Se ha fabricado una película gofrada con un determinado número de microestructuras de relieve superficial usando el procedimiento previamente descrito en el Ejemplo 1.2. Las estructuras incluían escaleras de 12 micrómetros de alto, pirámides de tamaño variable, ranuras, surcos, inclinaciones, estructuras hemisféricas y huecos. La Figura 4 muestra una fotografía de microscopio electrónico de superficie (SEM) de algunas de las estructuras formadas según el Ejemplo 2.2 como LUXTRAK LCR 0208 sobre vidrio. La capacidad de preparar tales elementos característicos de relieve profundo es una ventaja, debido a que puede imprimirse más información de fase sobre la luz que difracta desde ellos y, por lo tanto, se mejora la función óptica de los elementos característicos de relieve.

Ejemplo E

Se ha fabricado un distanciador de gofrado de níquel por el siguiente procedimiento:

Se ha limpiado y secado una pieza cuadrada de 100 mm de vidrio. Se ha colocado el sustrato de vidrio en un baño de vapor de solución de imprimación Shipley Microposit durante 2 minutos, para mejorar la adhesión de la capa de resina fotosensible subsiguiente. Se ha revestido por rotación una resina fotosensible AZ4562 sobre el sustrato de vidrio a una velocidad de 2000 rpm durante 20 s y se ha cocido suavemente la muestra durante 10 minutos a 90ºC en una encimera. Se ha medido que el espesor de la capa de resina fotosensible era 9,9 micrómetros usando una máquina Tencor alpha-step. Se ha expuesto la muestra durante 35 s por contacto a través de una fotomáscara conteniendo microlentes de 120 micrómetros de diámetro con un motivo de 125 micrómetros de paso. Se ha desarrollado la imagen de la capa protectora durante 7,5 minutos en una mezcla 1:4 de solución reveladora AZ y agua. Se han elegido las condiciones de solución y desarrollo de modo que se asegure que se ha retirado toda la resina fotoprotectora entre cada isla de microlente. Por último, se han formado las microlentes colocando la muestra sobre una encimera a 150ºC durante 45 s. Procediendo de este modo, se ha llevado a fusión al material de capa protectora y se ha extraído la tensión superficial de las islas de capa protectora dentro del las microlentes
hemisféricas.

Se ha hecho conductora la superficie de la muestra de microlentes por evaporación de capas finas de cromo y plata sobre ella. Después se ha electroformado un patrón de níquel a partir de la muestra. Se ha usado el patrón de níquel para hacer crecer y gofrar el distanciador, que se ha usado para producir una película gofrada como se ha descrito anteriormente.

Usando el procedimiento de laminación descrito anteriormente, se ha fabricado, como está mostrado en la Figura 5, una red de lentes micro-ópticas sobre un sustrato de vidrio de 2 mm de espesor usando resina de dimetacrilato fluorado.

Ejemplo F

Se ha fabricado una red de microlentes sobre un sustrato de vidrio de borosilicato (vidrio B270) de 1,1 mm de espesor usando el distanciador de gofrado cuya preparación se ha descrito en el Ejemplo E. El material usado fue resina de acrilato de endurecimiento por UV Luxtrak LCR 0208. Se han medido las propiedades ópticas de la resina sobre la réplica de vidrio de manera que se compare su rendimiento óptico con el de las lentes de resina fotosensible originales. Se halló que la distancia focal sobre el área de 70 mm por 70 mm de las microlentes era de 204,4 \mum con una desviación estándar de 1,5 \mum. Se midió que el coeficiente de Strehl era 0,82 (un coeficiente de Strehl de 1 indica rendimiento limitado por la difracción). Se halló que la forma de la lente mostraba sólo 0,55 de una desviación de longitud de onda de la esférica cuando iluminaba con luz a 633 nm. Estos parámetros son comparables a los medidos para microlentes de resina fotosensible fundida similares, mostrando que las aberraciones no se introducen durante el proceso de replicación, sino que se reproducen fielmente a partir de aberraciones presentes en las microlentes de resina fotosensible fundida.

Se ha medido el espesor de la capa de recubrimiento sobre esta muestra usando una máquina perfiladora de superficie Tencor Alpha-step. La traza obtenida se muestra en la Figura 6. Se ha hallado que el espesor era inferior a 0,4 \mum. (Nótese que la altura de la estructura de relieve vuelve al nivel que es vidrio sin revestimiento (se ha retirado el polímero del vidrio con el objetivo de referencia adyacente a la estructura de relieve limitante)).

Ejemplo G

Se ha usado el procedimiento descrito en el Ejemplo E para fabricar microlentes sobre el lado planar de lentes de vidrio planoconvexas de 25 mm de diámetro. Con el fin de ubicar las lentes de forma estable durante los procesos de gofrado/laminación, éstas se han instalado en una red en una placa de unión de polipropileno con estrías maquinadas en su interior usando una herramienta del mismo radio de curvatura que las lentes. El uso del distanciador de polímero transparente ha permitido centrar con precisión el motivo gofrado sobre las lentes individuales. Una ventaja adicional de este procedimiento es que la parte resultante no requiere ningún corte adicional.

Ejemplo H

Se ha usado el procedimiento descrito en el Ejemplo E para fabricar una red de microlentes sobre un sustrato de vidrio de 300 \mum de espesor. Se ha elegido un sustrato de este espesor de modo que el plano focal de la red de microlentes pueda coincidir con la superficie posterior del sustrato de vidrio. La distancia focal de la red de lentes en vidrio es igual a la distancia focal en el aire (204 \mum) multiplicada por el índice de refracción del sustrato (en este caso, aprox. 1,5). Podrían haberse realizado ligeros cambios de la distancia focal cambiando el índice de refracción de la resina polimérica por adición de un modificador de índice a la formulación. Sin embargo, esto no ha sido necesario en este ejemplo, ya que la distancia focal en vidrio era aprox. 300 \mum.

Se han elaborado dos muestras y se han colocado las redes de lentes de modo que sus lados no revestidos estuvieran en contacto. Empezando a alinear las redes de modo que las microlentes se superpongan una sobre la otra, las redes de lentes combinadas actuaron como lentes de relé 1:1 y fueron capaces de representar objetos colocados bajo ellas.

Este vidrio es difícil de manipular y se rompe con facilidad, por lo que sería difícil haber conseguido este ejemplo usando un procedimiento que requiera una carga elevada.

Ejemplo I

Se ha preparado una red de microlentes de la misma manera que se ha detallado en el Ejemplo E. Entonces se ha posicionado la red de microlentes sobre un lecho de unión plano y se ha preservado por vacío de modo que las microlentes estuvieran sobre la superficie superior. Se ha dotado al lecho de unión de un medio para atravesar un rodillo de presión recubierto de caucho de 75 mm de diámetro a lo largo de la longitud del lecho de unión, que forma una región de línea de avance en la que podía enfocarse una fuente de UV.

Se ha colocado sobre la parte superior de las microlentes un sustrato de laminación de poliéster y se ha anclado a un extremo con una cinta adhesiva de una sola cara. Se ha colocado una cantidad de resina con un índice de refracción diferente, en este caso fluorodimetacrilato con 25% en peso añadido de dimetacrilato de etilenoglicol, suficiente para encapsular las microlentes, entre las microlentes y el sustrato de laminación de poliéster en una perla a través de la dirección de desplazamiento del lecho de unión y en el extremo anclado del laminado.

Se ha posicionado entonces el rodillo de traslación 3 mm en frente de la perla de resina y se ha aplicado una carga descendente de 40 kg a través de una cara de 80 mm de ancho. Se ha encendido la fuente de UV y se ha hecho avanzar el rodillo de presión a la velocidad de 0,6 m.minuto^{-1} a lo largo del lecho de unión a través del laminado. La resina ha llenado las cavidades formadas entre las microlentes y el sustrato de laminación y se ha endurecido por la fuente de UV. Después del endurecimiento, se ha retirado el sustrato de laminación.

El objetivo de esta operación era sumergir las microlentes en el material de índice más elevado de manera que se incremente la distancia focal de las microlentes en comparación con su distancia focal en el aire.

Ejemplo J

Se ha preparado una película gofrada que llevaba microlentes de un paso de 500 micrómetros usando el procedimiento descrito en el Ejemplo 1.1. Se ha seleccionado el distanciador de gofrado de níquel de modo que sea macho, de forma que la película gofrada sea hembra. Se ha revestido de tinta la película gofrada, de modo que la tinta se transfiriera a las áreas intervinientes extendiéndose entre los elementos característicos de molde. Se ha usado entonces la película gofrada para preparar las microlentes como anteriormente. Al mismo tiempo que se formaban las microlentes sobre el sustrato de vidrio, la tinta se ha transferido a la superficie de vidrio no ocupada entre las microlentes.

La ventaja de este procedimiento es que la interferencia entre las microlentes se reduce cuando las lentes se usan en un sistema óptico.

Claims

1. Un elemento de microrrelieve para uso en aplicaciones micro-ópticas, microfluídicas, microeléctricas o micromecánicas, que comprende:

(a) un primer sustrato que puede retirarse ulteriormente, teniendo una primera capa sobre el primer sustrato una superficie receptiva apta para retener un polímero formador de relieve,

(b) un recubrimiento de un espesor deseado de un polímero formador de relieve constituido de resina fotoendurecida; y

(c) un motivo repetitivo de elementos característicos de relieve formados a partir del polímero formador de relieve y que sobresale por encima del recubrimiento,

caracterizado porque el recubrimiento tiene un espesor máximo de menos de 1,5 \mum y varía de espesor en menos de \pm 0,75 \mum.

2. Un elemento de microrrelieve según la reivindicación 1, que es un elemento micro-óptico en el que

(a) el primer sustrato es ópticamente transmisor, teniendo un primer índice de refracción;

(b) el polímero formador de relieve es ópticamente transmisor y tiene un segundo índice de refracción, y el recubrimiento tiene un efecto ópticamente insignificante; y

(c) el motivo repetitivo de elementos característicos de relieve es ópticamente activo;

y opcionalmente se proporciona además una segunda capa ópticamente transmisora que tiene un tercer índice de refracción, que está superpuesta sobre los elementos característicos de relieve y en la que el primer, el segundo y el tercer índice de refracción no son todos idénticos,

de manera que el motivo repetitivo de elementos característicos de relieve ópticamente activos esté sumergido en la segunda capa del segundo sustrato.

3. Un elemento de microrrelieve según la reivindicación 2, que es un componente óptico compuesto, que comprende:

una primera capa de un primer sustrato ópticamente transmisor que tiene un primer índice de refracción, un motivo repetitivo de elementos característicos rebajados y una superficie receptiva;

una capa de recubrimiento de un polímero formador de relieve que tiene un segundo índice de refracción, en el que dicha capa de recubrimiento está retenida sobre la superficie receptiva de la primera capa; y

una segunda capa con un motivo repetitivo de elementos característicos rebajados formados a partir de un polímero ópticamente transmisor y al menos un elemento característico de relieve ópticamente activo destinado a alinear la primera capa con respecto a dichos elementos característicos de relieve ópticamente activos, estando colocada dicha segunda capa de tal modo que al menos algunos de los elementos característicos rebajados de la segunda capa correspondan con al menos algunos de los elementos característicos rebajados de la primera capa, y en el que la primera capa puede ser una lente.

4. Un elemento de microrrelieve según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la superficie receptiva de la primera capa comprende un revestimiento de un agente o material seleccionado o adaptado para conferir propiedades de adhesión, liberación (interna), anti-reflexión, disipación térmica, dilatación térmica, y/o termo-ópticas, conducción eléctrica, modificación óptica, reflexión.

5. Un elemento de microrrelieve según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los elementos característicos de relieve tienen una relación de aspecto de hasta 20.

6. Un conjunto de elementos de microrrelieve que comprende una pluralidad de elementos según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que son sustancialmente idénticos y están en disposición asociada o no asociada.

7. Un procedimiento de preparación de un elemento de microrrelieve que comprende proporcionar un primer sustrato, una primera capa sobre el primer sustrato que tiene una superficie receptiva apta para retener un polímero formador de relieve, y después:

(a) aplicar cantidad suficiente de una resina fotoendurecible para llenar sustancialmente un motivo repetitivo de elementos característicos rebajados en un molde;

(b) poner en contacto progresivamente la superficie receptiva con la resina, en la que se aplica presión a lo largo de una línea de contacto de modo que

(2): suficiente cantidad de la resina sea capturada por los elementos característicos rebajados de manera que se llenen sustancialmente los elementos característicos rebajados; y

(3): sólo pase la línea de contacto una cantidad de resina apta para formar un recubrimiento de espesor deseado que tiene un espesor máximo de menos de 1,5 \mum y varía de espesor en menos de \pm 0,75 \mum;

(d) fotoendurecer la resina llenando los elementos característicos rebajados antes de que se libere la presión aplicada a lo largo de la línea de contacto y antes de que la resina se relaje de los elementos característicos rebajados, de manera que se forme un motivo repetitivo de elementos característicos de relieve de polímero formador de relieve; y, opcionalmente, después de esto,

(e) retirar el primer sustrato.

8. Un procedimiento según la reivindicación 7, en el que se aplica presión a lo largo de la línea de contacto por medio de un rodillo bajo una carga de compresión en rotación a lo largo de la superficie.

9. Un procedimiento según la reivindicación 7 u 8, en el que la línea de contacto se forma en una capa distribuidora flexible y es puesta en movimiento a través de la superficie receptiva por puesta en contacto progresiva de la superficie receptiva con la capa distribuidora flexible en la que se aplica presión a lo largo de la línea de contacto.

10. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que la capa distribuidora flexible comprende una película de polímero con al menos un elemento característico de molde, es transparente a la luz de endurecimiento, tiene características de alta calidad de liberación de la superficie y es apta para permanecer dimensionalmente sólida durante el proceso de moldeo.

11. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, en el que una capa distribuidora flexible que comprende una película gofrada se forma por (a) formación de un motivo patrón que tiene una superficie metalizada contorneada que se conforma al elemento característico de relieve requerido, (b) electroformación de una capa de un primer metal sobre la superficie metalizada para formar un patrón metálico, (c) desprender el patrón metálico del motivo patrón, (d) repetir el proceso de electroformación para formar un distanciador patrón de gofrado metálico y (e) usar el distanciador en un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9.