CN102681209B - 制造透明胞室分层结构的方法 - Google Patents

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Abstract

制造透明胞室分层结构的方法包括：获得透明叠层结构，该叠层依次包括由光刻树脂构成的第一层、附加层和第二层，其中附加层吸收光刻方法中适于用来蚀刻第一层的树脂的射线；在第二层上形成掩模，该掩模限定待成形胞室的位置；选择性地移除由掩模限定的一部分第二层和附加层，从而在第二层和附加层中形成第一组胞室；将至少一种光学活性物质填充到第一组的胞室中；在掩模被移开后，穿过第二层和附加层照射由光刻树脂构成的第一层，从而选择性地，相对于第一层中与附加层的剩余部分对齐的部分，该第一层中位置与第一组胞室对齐的那部分变为永久凝固；对第一树脂层进行显影以形成第一树脂层中的第二组胞室；g)将光学活性物质填充入第二组的胞室中。

Description

制造透明胞室分层结构的方法
技术领域
本发明涉及具有两组胞室的透明光学组件，并涉及适于在该组件制造中使用的分层结构，以及涉及制造该组件和该结构的方法。
背景技术
制造基础组件形式的光学组件的方法已经被人们所了解，特别是可以从专利申请WO2006/013250中了解到该方法，而所述基础组件在其一个表面上承载一组并列设置的胞室。这种组件结构通常称为像素结构。该胞室包括一个或多个光学活性物质，这使得所述组件具有一些特定的光学特性。这种制造光学组件的方法是特别有利的，因为通过将各种活性物质引入到胞室中，就能够获得具有各种光学特性的组件。
同样，包含有分别定位在基础光学组件表面上的各自叠层中的多组胞室的光学组件的制造方法也是已知的。该光学组件会将各组胞室提供的光学特性结合在一起。
然而，所述光学组件所显现出的透明性对于某些应用来说是不足够的，特别是对于眼科应用。胞室间的隔离壁会产生衍射光。这种自身的衍射现象会引起宏观扩散。
在本发明的理解中，当通过光学组件所观察的图像在没有明显对比度降低的情况下被察觉时，则该光学组件就被考虑成是透明的。换而言之，在图像和图像观察者之间插入透明光学组件是不会明显降低图像质量的。特别地，衍射被定义成当光线受到物理限制时正被观察的光产生散射的一种现象(J-P.Perez，Optique，Fondements et applications[Optics，foundationsand applications]，7th edition，DUNOD，October 2004，p.262)。由于具有胞室的光学组件的壁产生了衍射，所以当通过该光学组件进行观察时，光点将不再被看成是一个点。由于光学组件的像素结构，最终的宏观扩散或非相干扩散会产生乳浊状或扩散晕。这会导致通过所述组件所观察到的图像产生对比度降低。根据上面的定义，对比度的降低等同于透明性的降低。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种形式新颖的带有胞室的光学组件，该光学组件具有改良的透明性等级。
为此，本发明提出了一种透明光学组件，该组件包括基础光学组件和两组透明胞室。这两组中的胞室被设置在各个层中，而所述层被叠置在所述基础组件的表面上。每个胞室包含有光学活性物质，并且所对应的层中的隔离部件将各组中的胞室平行于所述基础组件的表面相互隔开。另外，沿着垂直于基础组件表面的轴向，任一组中的胞室与另一组胞室的层中的隔离部件定位成一直线。此外，相互对齐的各个胞室和隔离部件的轮廓在所述基础组件的表面上具有基本相同的投影(projection)。
换而言之，在本发明中，所述两组胞室具有相对于所述光学组件的表面形成互补的胞室样式。另外，在每个层中，所述胞室和隔离部件在任何平行于所述组件的表面的方向上都是交替设置的，从而两个相邻的所述胞室是永远不相交的。
在本发明的光学组件中，在不考虑所述光学组件表面上的光线冲击点(point of impact)的情况下，基本垂直于所述层通过所述组件的光线必然通过一个胞室和一个隔离部件。而在考虑所述冲击点时，唯一产生变化的是所述光线路径上所述胞室和隔离部件的次序。因此，所有给定光束的光线都具有大致相等的穿过光学组件的光学路径，从而所述组件对通过其所观察到的图像只产生很小的变形。换而言之，按照上面的定义，所述组件变得更透明了。
因为在承载各组胞室的表面上的不同位置处穿过所述光学组件的光线的路径是相等的，所以隔离部件和容纳在胞室中的活性物质并非一定要具有同样的折射率。在忽略这种折射率匹配约束时，可以将相同的胞室矩阵用于不同的光学组件，使得加入到组件的各个胞室中的活性物质是不同的。基础光学组件和各组胞室因而可以以较低的成本大批量的制造。
另外，在本发明的光学组件中，胞室间的隔离部件平行于基板表面的尺寸与胞室的尺寸近似。因此，这些隔离部件不会引起其它范围内的衍射。因而，所述组件的透明性也由此被改进。
此外，由于胞室的尺寸和隔离部件的尺寸是相似或相同的，两组胞室都能被简单地制造出来，特别是通过使用已知的光刻(lithographic)方法来进行制造。
最终，当借助于应用在所述组上的外侧薄膜来封闭至少一组胞室时，所述薄膜可以被方便地固定到所述胞室的隔离部件上，例如通过粘合剂来固定。考虑到所述隔离部件所存在的各个区域较大并能够固定薄膜，这就使得所述胞室能被密封地且坚固地封闭住。
特别地，本发明的光学组件可以形成光学镜片，特别是眼用镜片。可选择地，其还可以形成用于测量或观察的光学仪器元件、护目镜镜片、头盔护目镜、舷窗窗口等等，特别地，所述护目镜镜片是以运动或防护为目的设计的护目镜镜片。
本发明还提供一种透明胞室的分层结构，该结构可以被用于基础光学组件上以获得如上所述的具有两层胞室的像素化组件。
本发明还提供一种制造所述结构的方法，该方法包括以下步骤：
a)获得透明的叠层结构，该叠层依次包括：光刻树脂的第一层、附加层和第二层，其中所述附加层吸收光刻方法中适于用来蚀刻所述第一层的树脂的射线；
b)在第二层上形成掩模，该掩模限定了待成形胞室的位置；
c)选择性地移除由所述掩模限定的一部分第二层和附加层，从而在这些层中形成第一组胞室；
d)将至少一种光学活性物质填充到第一组的胞室中；
e)在掩模被移开后，穿过第二层和附加层照射光刻树脂的第一层，从而可选择地，相对于第一层中与附加层的剩余部分对齐的部分，该第一层中位置与第一组胞室对齐的那部分变为永久凝固(fix)；
f)对第一树脂层进行显影，以形成第一树脂层中的第二组胞室；以及
g)将光学活性物质填充入第二组的胞室中。
通过使用所述方法，所述两组胞室以自对准并彼此互补的方式被自动地获得，并且只需要使用一个掩模即可。因此，不需要特别的对齐步骤来使这两个叠层中一组的胞室与另一组的胞室间的隔离部件完全成一直线。此外，交替叠合的胞室和隔离部件自动地在平行于所述层结构的方向上具有同样的轮廓。
最后，本发明提供了一种光学组件的制造方法，其中如上所述的分层胞室结构被安装在基础光学组件上。最终的光学组件可以是光学镜片，特别地，可以是眼用镜片。
附图说明
本发明其它的特征和有益效果会在下面的非限制实施例的说明中显现，该说明结合了下面的附图，其中：
-图1是本发明胞室结构的剖视图；
-图2a-2c是图1所示胞室结构的平面图；
-图3a-3f示出了制造如前述附图所示胞室结构的方法中的连续步骤；
-图4示出了本发明光学组件的制造；以及
-图5是本发明胞室结构的另一构造的剖视图。
具体实施方式
为了让附图清晰，所示元件的尺寸与实际尺寸或者实际尺寸比并不成比例。此外，当不同的附图中出现同样的标记时，这些标记表示同一元件或表示具有同样功能的元件。
首先，将参考图1和2a-2c对本发明的胞室结构进行描述。
所述结构100包括两组胞室1，这些胞室1被布置在两个层10和20中，这两个层分别对应于各组胞室。在所述结构100中，所述层10和20沿着垂直于所述结构100的外侧表面的轴向N叠置在一起，所述结构100的外侧表面被标记为S1和S2。被标记为2的隔离部件将一给定组中的胞室1，也就是设置在给定层10或20上的胞室1彼此隔离开来。
另外，沿着轴向N，所述层10中胞室组的胞室1的位置与所述层20中隔离部件2的位置对齐。相反地，所述层20中胞室组的胞室1的位置与所述层10的隔离部件2的位置对齐。此外，彼此间位置一致的胞室1和部件2的轮廓分别在平行于所述表面S1和S2的表面上具有基本相同的投影。
由于两组胞室的轮廓相互匹配，所述层10的胞室1形成的样式与所述层20的胞室1的样式互补。每组胞室的样式可以是三角形(图2a)、正方形(图2b)、长方形或其它任意形状(图2c)。所述胞室1中平行于所述结构100的横向尺寸在1微米(μm)到200微米的范围内，优选在5μm到100μm的范围内，该胞室的横向尺寸也是所述部件2的横向尺寸。对于肉眼，每个胞室1或部件2都不是单独可见的，并且它们不会导致光的衍射。在图1中，该横向尺寸被标记为d。
优选地，在层10和20中的两组胞室分别具有基本相同的填充因数。当用于一组胞室时，术语“填充因数”被理解成是在给定层10或20中被该组胞室1所覆盖的结构100的区域所占的百分比。由于所述两组胞室的样式被定义成是互补的，这两组胞室的填充因数都基本等于50％。
每个胞室1都包含了光学活性物质。所述光学活性物质可以包括折射物质、偏振物质、吸收物质、染色物质、滤光物质、电活性物质等等。根据所述胞室结构100所要赋予与其结合的光学组件的光学特性，通过已知的方式来选择所述物质。举例来说，可以将折射物质放入到所述胞室11中，该折射物质具有在平行于所述结构100偏移的胞室间变化的光学折射率。因此，所述结构100可以显示出确定的光焦度，该光焦度以屈光度表示。此外，本发明的理解中，电活性物质是指其特性的变化响应于电控制信号的物质。
所述被包含在至少一个胞室1中的活性物质可以是液体或凝胶。在这样的环境下，标记为4和5的外侧薄膜可以被设置在所述结构100的任一侧上以密封地封闭所述层10、20的胞室1。在此方式下，防止了包含在不同胞室1中的活性物质混合或者从所述结构100中漏出。每个薄膜4、5可以被粘到相应的层10、20的隔离部件2上，例如通过一层压敏粘合剂(PSA)物质6、7来粘合。可选地，可以只将单个外侧薄膜放到所述结构100的一侧上，例如，当层10、20中的一层的胞室1所包含的活性物质在被放入所述胞室后交联在一起的时候。
所述结构100还可以包括中间薄膜3，该中间薄膜3设置在层10和20之间。所述薄膜3能够使所述结构100具有改进的粘合力，因此使得所述结构能更方便地被使用。
所述结构100由透明材料构成，从而对于在其两个外侧表面间穿过的光线，所述结构100是透明的。特别地，两个层10、20中至少一个层中的隔离部件2可以由树脂构成，并且薄膜3-5可以以这些材料为基础：聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。所述薄膜3-5在轴向N上的各自的厚度可以在2μm到50μm的范围内，并且所述层10、20的各自的厚度可以在5μm到500μm的范围内。在图1中，所述层10和20的厚度分别被标记为e1和e2。
下面将结合图3a-3f来说明获得所述分层胞室结构的方法。
以图3a中轴向N的向上的次序，所述结构100最初包括：光刻树脂层10、树脂附加层21以及另一树脂层22，该附加层可以吸收用于蚀刻所述层10的光刻射线。所述层21和22一起形成如上所述的层20。所述层10、21和22最初是同质(homogenous)的，并且它们的厚度也是均匀的。举例来说，层21的厚度e21在10μm到200μm的范围内，而层22的厚度e22在10μm到400μm的范围内。所述结构100可以选择性地初始包括定位在所述层10和20之间的中间薄膜3，和/或设置在所述层10上相对于所述层22一侧上的支撑薄膜8。当所述中间薄膜3设置在所述结构100中时，其对于用于光刻蚀刻所述层10的射线来说是透明的。
之后，掩模30在所述层22上形成。在一种可能性中，通过使用光刻方法，所述掩模30可以自己形成。所述掩模30具有标记为0的开口，所述层22和21通过从该开口0部分移除而被蚀刻。在此方式中，第一组胞室1在所述层21和22中形成，该组中的胞室与掩模30中的开口0对应。
所述掩模30在所述结构100的表面S2上具有覆盖因子，该覆盖因子对应于所述层20中的胞室1所需的填充因子。优选地，所述覆盖因子近似等于50％，以终止(end up with)被胞室1所占据的表面部分，所述表面部分在所述层10和20之间以均衡的方式被分配。
以同样的方式，所述掩模30所具有的开口样式与所述层20中所要求的胞室样式相对应。因此，特别地，所述开口0可以呈现出三角形、正方形、长方形或其它任意形状的样式。
可以用两种不同的方法来蚀刻所述层21和22。
在第一种方法中，至少所述层22是由光刻树脂构成的，并通过适当的光刻方法被蚀刻。由此，射线F1(图3b)以与轴向N相反的方向穿过所述掩模30的开口0直接照射到所述层22上，所述射线F1可以是紫外线或电子束。掩模30的剩余部分吸收射线F1从而所述层22上只有未被覆盖的部分才会被照射到。在未被覆盖的部分中，照射会使得所述层22的树脂聚合或交联在一起，从而这些部分能被永久凝固。
将所述掩模30的剩余部分移除。
之后，所述层22被显影：其没有被照射到的部分被去除(图3c)。换而言之，所述层22是阴树脂(resin negative)。对所述层22的光刻树脂所进行的显影操作是已知的，并且可以通过将所述层22放入用于消溶所述非聚合树脂的定影液中来实现该操作。所述层21上与所述层22中被移除部分的位置对应的部分被同时移除，因为所述层22中所使用的光刻树脂同样是所述层21中材料的组成部分。可选择地，在所述层22已经被移除的那部分的位置处，所述层21仅在接触到适当的溶液时才会被溶解。
第二种方法没有在附图中示出，在该方法中，可以通过使用离子束来蚀刻所述层22中没被覆盖的部分，从而将所述没被覆盖的部分移除。反应离子蚀刻(RIE)技术对于本领域技术人员同样是已知的。出于此目的，所述结构100的表面S2被离子束扫描，所述离子束具有的能量足以雾化所述掩模30的开口区域中的树脂。可选择地，也可以同时用所述离子束来蚀刻所述层21。
所述层22的剩余部分在图3c中被标记为22a，其和标记为21a的层21的剩余部分形成了层20的隔离部件2，层22和21中空出的部分构成了胞室1。
一种或多种光学活性物质被放入到所述层2的胞室1中以填充这些胞室(图3d)。当所述活性物质是液体或凝胶时，可以通过使用喷嘴来把它们放入所述胞室1中，例如使用喷墨印刷机形式的喷嘴。所述喷嘴被移至表面S2上方，并且在其面对所述胞室的时候被启动，从而将其中的活性物质喷射出来。特别地，因为能被计划并且适于使用多个用于给定胞室结构的活性物质，所以此方式填充所述胞室会特别迅速并且花费便宜。另外，通过使用不同的喷嘴将适量的各个物质放入所述胞室中，多个活性物质能在给定的一个胞室中混合，所述喷嘴与各个活性物质的贮存器相连接。
可选择地，所述层20上充满活性物质的胞室1能够通过薄膜5来被密封，所述薄膜5被固定到所述隔离部件2的自由表面上。举例来说，所述薄膜5可以通过PSA材料的层7覆盖并且压抵到所述结构100的表面S2上，此时所述层7面朝所述层20。作为一种选择，其它的粘合材料可以被用作层7。
之后，经由表面S2并穿过所述胞室的层20来照射光刻树脂层10(图3e)，从而相比于层10上与层21和22的剩余部分21a和22a对齐的部分，层10上与所述层20的胞室1对齐的部分可选择地变为永久凝固。为此目的，射线F2在平行于轴向N并与轴向N相反的方向上被直接照射到所述结构中，所述射线F2可以是紫外线或电子束。通过吸收所述射线F2，所述层21的剩余部分21a实现了掩模功能，从而只有层10上位置与所述层20的胞室1对齐的那些部分被照射到。为此，所述薄膜3和5对于射线F2是透明的。
当所述结构100在其表面S1上包括支撑薄膜8时，该支撑薄膜8通过例如剥离的方式被去除(图3f)。
所述层10是光刻阴树脂，其可与层22的材料基本相同。在显影过程中，只有那些没有被照射到的部分会被消除。以此方式，所述隔离部件2同样在所述层10中建立，该隔离部件2与所述层20的胞室1对齐。这些层10的隔离部件2限定了所述层10中的胞室1，该胞室1的轮廓与所述隔离部件2以及所述层20中的胞室1的轮廓一致。因此，所述两个层10和20包含了各组以互补方式设置的胞室1。
最终，通过使用类似于已经在所述层20的胞室1中使用的方法，所述层10的胞室1被填充光学活性物质。可选择地，通过将第二外侧薄膜应用在所述结构100的表面S1上，所述层10中被填充的胞室之后被密封。有利地，在最后两个步骤期间，所述结构100被翻转，从而所述层10的胞室1被向上开口。之后，所述结构100就会具有如图1所示的结构。
本发明提出的胞室结构100能够被用于制造光学组件，特别是眼用镜片。为达到此目的，基础光学组件200(图4)在一开始就被获得以作为基板。所述基础组件200自身可以是光学镜片或眼用镜片。术语“眼用镜片”是指被设计成装配在一对眼镜片的框架上的镜片。该镜片可以在其被剪切成所述框架内的壳体尺寸之前被获得。这构成了眼用镜片的毛坯。可选择地，其可以预先被剪切成所述框架的尺寸。之后，所述结构100被安装到所述基础组件200的一个表面S200上，同时所述结构100的曲率与所述表面S200的曲率相同。为达到此目的，使用已知的方法很小心地将所述结构100变形，从而避免所述层10和20中任一层上的胞室1或隔离部件2被压碎或损坏。之后，所述结构100被固定到所述基础组件200的表面S200上，例如通过粘合剂的方式。
以此方式获得的具有胞室的光学组件能保证减少由穿过其中的光束所产生的衍射。换而言之，所述光束的初始光强(intensity)，即穿过所述组件前的光强，在穿过所述组件后将在衍射的零阶中几乎被完全找到。特别地，在已经制成的本发明光学组件中，在垂直于所述组件表面的入射方向上，所述入射光束的能量部分超过95％是被包含在零阶衍射中的。另外，当层10和20具有同样的厚度并且其厚度同时变化时，所述部分基本保持恒定。
另外，所述组件所显示出的彩色效果也非常小。特别地，即使在各个不同的入射角处观察，在所述组件上也几乎看不到任何彩虹色。因此该组件特别适于多种应用，并且特别适用那些有外观要求的，例如眼科的应用。
自然地，相比于如上所述的实施例，本发明的多种改变能够被引入。特别地，所述结构100也可以包括在其表面S1或S2中至少一个表面上的功能性涂层，特别地，在最终的光学组件中暴露在外的那个表面上设置功能性涂层。所述功能性涂层可以被外侧薄膜4或5承载。特别地，该功能性涂层可以包括抗冲击涂层、抗反射涂层、抗擦伤涂层、防污涂层以及这些涂层的结合。
另外，可选择地，所述被蚀刻的树脂层22最初可以由阳树脂(positiveresin)构成。在此环境下，所述层20的胞室1在所述掩模30的开口0的位置处形成。
如图5所示，在本发明的一个变化的实施例中，在层10、20的一层中彼此相邻的第一胞室1和第一隔离部件2可以有接触面I1，该接触面I1相对于轴向N倾斜。在另一层中也是彼此相邻并且分别与第一隔离部件和第一胞室对齐的第二胞室和第二隔离部件具有接触面I2，该接触面I2以与接触面I1相反的方向倾斜。换而言之，两个接触面与轴向N之间的夹角α10和α20的绝对值基本相等，并且这两个夹角的方向相反。所述胞室结构同样会减少衍射，因为在不考虑相对于接触面I1和I2的射线移位的情况下，平行于轴向N穿过该结构的光线具有与穿过活性物质和构成隔离部件的物质相同的路径长度(见图5中的射线R1-R4)。
最后，所述分层结构可以是柔韧的或刚性的，平面的或弯曲的，并且它们本身可以用作独立的光学组件。

Claims (10)

1.一种制造透明胞室分层结构(100)的方法，该方法包括如下步骤：
a)获得透明的叠层结构，该叠层依次包括：由光刻树脂构成的第一层(10)、附加层(21)和第二层(22)，其中所述附加层(21)吸收光刻方法中适于用来蚀刻所述第一层的树脂的射线；
b)在所述第二层(22)上形成掩模(30)，该掩模限定了待成形胞室(1)的位置；
c)选择性地移除由所述掩模(30)限定的一部分所述第二层(22)和附加层(21)，从而在所述第二层和所述附加层中形成第一组的胞室(1)；
d)将至少一种光学活性物质填充到第一组的胞室(1)中；
e)在掩模(30)被移开后，穿过第二层(22)和附加层(21)照射由光刻树脂构成的第一层(10)，从而选择性地，相对于所述第一层(10)中与附加层的剩余部分(21a)对齐的部分，该第一层中位置与第一组的胞室(1)对齐的那部分变为永久凝固；
f)对第一树脂层(10)进行显影，以形成第一树脂层中的第二组的胞室(1)；以及
g)将光学活性物质填充入第二组的胞室(1)中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二层(22)由光刻树脂构成，并且在所述步骤c)中使用光刻方法。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤c)中通过离子束来蚀刻所述第二层(22)。
4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述掩模(30)相对于所述第二层(22)的覆盖因子等于50％。
5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述掩模(30)具有三角形、正方形、长方形或不规则形状的样式。
6.如权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述分层结构(100)进一步包括设置在所述第一层(10)和所述附加层(21)之间的中间薄膜(3)。
7.如权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述分层结构(100)最初还包括支撑薄膜(8)，所述支撑薄膜设置在所述第一层(10)的一侧上，并与设置所述第二层(22)的那侧相对，所述方法还包括移除所述支撑薄膜的步骤，所述移除步骤在步骤f)之前执行。
8.如权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，还包括至少一个封闭胞室(1)的步骤，在该步骤中，所述第一组的胞室和第二组的胞室中的一组的胞室(1)通过固定到其上的外侧薄膜(4，5)被封闭。
9.如权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述步骤d)和g)中使用的光学活性物质包括：折射物质、偏振物质、吸收物质、染色物质、滤光物质或电活性物质。
10.如权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述步骤d)和g)中使用的光学活性物质是液体或凝胶。
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