CN113050207A - 光线方向控制元件、其制造方法以及成像元件 - Google Patents

Abstract

公开了一种光线方向控制元件、其制造方法以及成像元件，所述光线方向控制元件包括基底、布置在基底的主表面上的多个透光层、设置在多个透光层之间的吸光层、以及设置在基底的主表面上并且设置在多个透光层被设置所在的区域的外围的防倾层。

Description

光线方向控制元件、其制造方法以及成像元件

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2019年12月26日提交的日本专利申请号2019-236033和于2020年9月15日提交的日本专利申请号2020-154516的优先权，其中的全部公开内容通过引用纳入本文。

技术领域

本公开总体涉及一种光线方向控制元件、光线方向控制元件的制造方法以及一种成像元件。

背景技术

控制透射光的方向的光线方向控制元件是已知的。例如，美国专利申请公开号2007/0139765描述了一种准直屏幕，包括基板、基板上以预定图案形成的多个透明柱，以及布置在透明柱之间的吸光材料。使用该准直屏幕，吸光材料吸收入射角大的入射光，因此，在预定的范围内可以控制从准直屏幕出来的发射光的出口角度。

在美国专利申请公开号2007/0139765中，在预定图案中形成具有高纵横比的透明柱，然后在透明柱之间填充吸光材料。在基板上形成透明柱的情况下，透明柱的纵横比高，因此，在预定图案的外围形成的透明柱可以向预定图案的外部倾斜。

本公开是针对上述情况而进行的，并且本公开的目的是提供一种光线方向控制元件、光线方向控制元件的制造方法以及抑制透光层倾斜的成像元件。

发明内容

为了实现上述目标，根据第一方面的光线方向控制元件包括：

基底；

多个透光层，布置在所述基底的主表面上；

吸光层，设置在多个透光层之间；以及

防倾层，设置在所述底板的主表面上并设置在所述多个透光层被设置所在的区域的外围。

根据第二方面，一种用于光线方向控制元件的制造方法包括：

在基底的主表面上层压光敏透光材料；

由透光材料形成被布置的多个透光层和设置在多个透光层被设置所在的区域的外围上的防倾层；以及

在多个透光层之间形成吸光层。

根据第三方面，成像元件包括：

基板；

布置在所述基板的主表面上并接收来自成像主体的光的多个光接收器；

设置在所述多个光接收器的每一个上的透光层；

设置在所述透光层之间的吸光层；以及

防倾层，其设置在基板的主表面上并设置在所述透光层被设置所在的区域的外围。

应当理解的是，上述一般说明和以下详细说明均为示例性和解释性的，并且对本公开不具有限制性。

所述防倾层设置在所述透光层被设置所在的区域的外围，因此，可抑制所述透光层的倾斜。

附图说明

在将下列详细描述与下列示图一并考虑，则可更全面地了解本申请，在附图中：

图1是示出根据实施例1的光线方向控制元件的上表面的示意图；

图2是图1所示的光线方向控制元件沿A-A线截取的横断面视图；

图3是解释根据实施例1的透射光角度分布的示意图；

图4是示出根据实施例1的光线方向控制元件的制造方法的流程图；

图5是示出根据实施例1的层压光敏透光材料的示意图；

图6是示出根据实施例1形成的透光层和防倾层的示意图；

图7是示出根据实施例2的光线方向控制元件的上表面的示意图；

图8是示出根据实施例3的光线方向控制元件的上表面的示意图；

图9是示出根据实施例4的光线方向控制元件的上表面的示意图；

图10是示出根据实施例5的光线方向控制元件的上表面的示意图；

图11是示出根据实施例6的光线方向控制元件的示意图；

图12是示出根据修改示例的防倾层的示意图；

图13是示出根据修改示例的防倾层的示意图；

图14是示出根据修改的示例的光线方向控制元件的示意图；

图15是示出根据示例1的中心截面的透光层的照片；

图16是示出根据示例1的+X方向端截面的透光层的照片；

图17是示出根据示例1的-X方向端截面的透光层的照片；

图18是示出根据比较示例的中心截面的透光层的照片；

图19是示出根据比较示例的+X方向端截面的透光层的照片；

图20是示出根据比较示例的-X方向端截面的透光层的照片；

图21是示出根据示例2的+X方向端部面的透光层的照片；

图22是示出根据示例3的+X方向端截面的透光层的照片；以及

图23是说明根据示例4的透光层和防倾层的照片。

具体实施方式

以下，在参照示图同时描述了根据实施例的光线方向控制元件。

实施例1

在参考示图1到6的同时，描述一种根据本实施例的光线方向控制元件100。如图1和2所示，光线方向控制元件100，包括基底10、透光层20、吸光层30、以及防倾层40。在本实施例中，基底10是透光基板。所述透光层20以预定的图案布置在基底10的主表面12上。吸光层30设置在透光层20之间。

所述防倾层40设置在所述透光层20的预定图案的外围。注意的是，在本描述中，为了便于理解，针对图1的光线方向控制元件100，右侧方向(在纸上的右侧方向)被称为“+X方向”，向上方向(在纸上的向上方向)被称为“+Y方向”，以及垂直于+X方向和+Y方向的方向(在纸上的向前方向)被称为“+Z方向。”

所述光线方向控制元件100设置在显示装置(例如，液晶显示器)的显示表面、成像元件的光接收表面或类似物中。光线方向控制单元100控制透射光(即从光线方向控制单元100出来的光)的角度分布。具体地，如图3所示，在光线方向控制元件100上的入射光中，具有大入射角θ1的入射光L1被吸光层30吸收。然而，在光线方向控制元件100上的入射光中，具有小入射角θ2的入射光L2没有被吸光层30吸收。因此，具有小入射角θ2的入射光L2透射光线方向控制元件100(透光层20)。这样，通过光线方向控制元件100透射的光的角度分布被控制。通过透光层20的高度H、透光层20的宽度D1、透光层20的折射率等可控制透射光的角度分布。

在图1中，光线方向控制元件100的基底10透射可见光。在一个示例中，基底10被实现为平板状的玻璃基板。如图2所示，在基底10的主表面12上形成透光层20、吸光层30和防倾层40。

光线方向控制单元100的透光层20透射可见光。如图1和2所示，透光层20形成在基底10的主表面12上。所述透光层20由光敏透光材料形成柱状。柱状透光层20的纵横比(高度H/宽度D1)优选为1或更大，并且更优选为8或更大。所述透光层20以预定图案布置在基底10的主表面12上。在本实施例中，透光层20由称为SU-8(产品名称，日本Kayaku Co.,Ltd.)的化学放大光刻胶形成矩形柱。本实施例的透光层20布置成矩阵。

所述光线方向控制元件100的吸光层30形成在基底10的主表面12上。如图1和2所示，在透光层20之间设置吸光层30。在本实施例中，所述吸光层30和所述透光层20以交替方式布置。吸光层30是由黑色可固化树脂形成在例如与透光层20相同的高度处。

光线方向控制元件100的防倾层40抑制透光层20向预定图案的外部倾斜。在基底10的主表面12上形成防倾层40。此外，所述防倾层40设置在所述透光层20被设置所在的区域T的外围。在本说明中，“区域T的外围”是指区域T外侧的地区。

在本实施例中，防倾层40由光敏透光材料(例如SU-8)形成到与透光层20相同的高度。此外，如图1所示，防倾层40以框架状形成在设置有透光层20的区域T的外围。在一个示例中，防倾层40和区域T之间的间距M为150μm。

所述防倾层40的宽度D2优选地宽于所述透光层20中的一层的宽度D1。这样的配置使防倾层40能够抑制透光层20的倾斜至很大的角度。在本说明中，“透光层20其中一层的宽度D1”指的是，透光层20的面向防倾层40的表面20a和透光层20的与面向防倾层40的表面20a的相对一侧的表面20b之间的宽度(距离)。“防倾层40的宽度D2”指的是防倾层40的面向透光层20的表面40a和防倾层40的与面向透光层20的表面40a相对一侧的表面40b之间的宽度(距离)。

接下来，参考图4同时描述了用于光线方向控制元件100的制造方法。图4是说明用于光线方向控制元件100的制造方法的流程图。用于光方向控制元件100的制造方法包括，在基底10的主表面12上层压光敏透光材料22(以下简称“透光材料22”)(步骤S10)，由透光材料22形成布置的多个透光层20和设置在多个透光层20被设置所在的区域T的外围的防倾层40(步骤S20)，并且在多个透光层20之间形成光吸收层30(步骤S30)。

在步骤S10中，首先制备基底10和形成透光层20和防倾层40的透光材料22。在本实施例中，制备平板状玻璃基板作为基底10。SU-8制备为透光材料22。接下来，如图5所示，将透光材料22通过旋涂、丝网印刷、喷涂、丝涂或类似的方法层压在主表面12上。例如，透光材料22的厚度，即透光层20的高度H，其值为10μm到600μm。

如图4中所示，步骤S20包括预焙已层压的透光材料22(步骤S22)，透光材料22曝光在透光层20和防倾层40的预定图案上(步骤S24)，对曝光的透光材料22进行显影(步骤S26)，和对显影后的透光材料22进行后焙(步骤S28)。

在步骤S22中，已层压的透光材料22被预焙(加热)以去除层压透光材料22中包含的溶剂。在一个示例中，加热温度是95℃。

在步骤S24中，使用具有透光层20和防倾层40的开口图案的掩模以使透光材料22曝光于透光层20和防倾层40的预定图案上。在一个示例中，曝光是波长为365纳米的紫外线。

在步骤S26中，将曝光的透光材料22在显影液中显影。对于显影方法，可采用淋浴法或浸渍法。通过摇动基底10来提高透光材料22的显影性。显影后，用冲洗液冲洗显影后的透光材料22。针对显影方法所述的相同方法可以被用于冲洗方法。

在步骤S28中，进行后焙(加热)以促进透光材料22的交联。在一个示例中，加热温度是150℃。

因此，如图6所示，形成以预定图案布置的多个透光层20，和设置在透光层20被设置所在的区域T的外围的防倾层40。在本实施例中，所述防倾层40和所述透光层20一起形成，因此，可抑制所述透光层20的倾斜。

步骤S30中，在所述透光层20之间填充黑色可固化树脂，然后所述黑色可固化树脂被固化以在所述透光层20之间形成吸光层30。由此，就可以制造出光线方向控制元件100。

如上所述，所述防倾层40设置在所述透光层20被设置所在的区域T的外围，因此，所述光线方向控制元件100可抑制所述透光层20的倾斜。此外，用于光线方向控制元件100的制造方法中，防倾层40(设置在透光层20被设置所在的区域T的外围)与透光层20一起形成，因此，可以抑制透光层20的倾斜。

实施例2

实施例1的防倾层40形成为框架状，但防倾层40可为任何形状。

如图7所示，本实施例的光线方向控制元件100包括多个分离的防倾层41至48。防倾层41到48中各自形成矩形形状。防倾层41至48围绕区域T的外围。其他配置与实施例1的光线方向控制元件100的配置相同。

此外，在本实施例的光线方向控制元件100中，防倾层41至48被设置在透光层20被设置所在的区域T的外围，因此，透光层20的倾斜可以抑制。此外，在所述用于光线方向控制元件100的制造方法中，可促进显影液的循环，并且提高显影性。此外，可提高透光层20与基底10的附着力。

实施例3

在实施例1中，单个防倾层40被设置在区域T的外围。但是，多个防倾层50可以面向透光层20而被设置。

如图8所示，本实施例的光线方向控制元件100包括多个防倾层50。多个防倾层50设置在透光层20被设置的区域T的外围，并围绕该区域T。防倾层50中的每一层面向设置在区域T内的最外围的透光层20中的每一层。其他配置与实施例1的光线方向控制元件100的配置相同。注意，此外，在本实施例，防倾层50中的每一层的宽度D2(防倾层50的面向透光层20的表面50a与防倾层50的与面向透光层20的表面50a的相对一侧的表面50b之间的宽度)优选是比透光层20的每一层的宽度D1更宽。

此外，在本实施例的光线方向控制元件100中，防倾层50设置在透光层20被设置所在的区域T的外围，因此，可以抑制透光层20的倾斜。

实施例4

在实施例3中，多个防倾层50是面向透光层20设置，在透光层20被设置所在的区域T是多边形的情况下，防倾层52被设置在面向区域T的转角62的位置处。

如图9中所示，在本实施例的光线方向控制元件100中，多个透光层20在区域T内呈矩阵布置。与实施例3的防倾层50一样，防倾层50中的每一层面向被设置在区域T内的最外围的透光层20中的每一层而被设置。此外，所述防倾层52被设置在所述区域T的外围，位于所述区域T中面向转角62的位置处。所述其他配置与实施例3的光线方向控制元件100的配置相同。

在本实施例中，同样，防倾层50被设置在所述透光层20被设置所在的区域T的外围，因此，可以抑制透光层20的倾斜。此外，防倾层52面向区域T的转角62，因此，设置在区域T的转角62附近的透光层20的倾斜可以进一步被抑制。

实施例5

在实施例3中，多个防倾层50面向该透光层20设置，但该防倾层50可以相互连接。

在本实施例中的光线方向控制元件100中，与实施例3的防倾层50一样，防倾层50中的每一层面向被设置在区域T内的最外围的透光层20的每一层而被设置。此外，如图10中所示，在透光层20相对两侧的防倾层50的端部彼此相连。其他配置与实施例3的光线方向控制元件100的配置相同。

同样，在本实施例中，防倾层50被设置在所述透光层20被设置所在的区域T的外围，因此，可以抑制透光层20的倾斜。此外，由于防倾层50是相互连接的，因此可以抑制防倾层50的倾斜。

实施例6

在实施例1至5中的光线方向控制元件100中，基底10实现为透光基板，但基底10不限于透光基板。

在本实施例中，基底10被实现为成像元件。在一个示例中，所述成像元件是电荷耦合器件(CCD)图像传感器。如图11所示，所述基底10包括基板10a和多个光接收器14。所述多个光接收器14布置在主表面12上，并接收来自成像目标的光。

在本实施例中，所述透光层20定位于所述基底10的光接收器14上。此外，该吸光层30位于该透光层20之间。本实施例的光线方向控制元件100的其他配置与实施例1的光线方向控制元件100相同。

在本实施例中，吸光层30移除从其他角度进入光接收器14的光，因此，可以捕获清晰的图像。此外，在本实施例中，还将防倾层40设置在透光层20被设置所在的区域T的外围，因此，可以抑制透光层20的倾斜。本实施例的光线方向控制元件100，例如，也可被描述为成像元件，包括基板10a、在基板10a的主表面12上布置并且接收来自成像目标的光的多个光接收器14、设置在光接收器14上的透光层20、设置在透光层20之间的吸光层30、以及被设置在所述透光层20被设置所在的区域T的外围的防倾层40。

修改的示例

实施例已被描述，但是可以对本公开进行各种修改，而不背离本公开的精神和范围。

实施例1至5的基底10被实现为平板状玻璃基板，但是基底10可以由透光树脂形成。

实施例1至5的透光层20呈矩阵布置，但透光层20的布置不受限制。例如，可将透光层20以交错方式布置。在实施例6中，所述透光层20与所述光接收器14的布置相对应地布置。此外，在实施例1至6中，所述透光层20具有矩形柱状，但所述透光层20的形状不受限制。例如，透光层20可以具有圆柱状。

所述透光层20所设置的区域T的形状不受限制。实施例1和2的区域T是矩形的，但是区域T可以是多边形、圆形或类似的形状。

形成透光层20和防倾层40的透光材料22不限于SU-8，并且可以使用任何光敏和透光的材料。透光材料22的曝光可以是近距离曝光，其中透光材料22和掩模之间有间隙；也可以是接触曝光，其中透光材料22和掩模相互接触。

在将透光材料22曝光于透光层20和防倾层40的预定图案中(步骤S24)，可在曝光透光材料22后进行曝光后焙(PEB)过程。

防倾层40、41至48，50和52环绕区域T的外围，但只要一个或多个防倾层被设置在区域T外围，任何布置都可以使用。如图12中所示，相互面对的两层防倾层54，55设置在区域T的外围以夹住该区域T的配置是可以的。

实施例4的防倾层52面向矩形区域T的角度62设置。在区域T具有多边形形状的情况下，防倾层52可面向该多边形形状的角度设置。此外，如图13所示，实施例4的防倾层50、52可以相互连接。

形成吸光层30的黑色可固化树脂可以是热固性树脂，也可以是紫外线(UV)可固化树脂。

实施例6的透光层20直接形成在光接收器14上，但是可以有一种配置，其中另一部件提供在透光层20和光接收器14之间。例如，可直接在所述光接收器14上设置保护所述光接收器14的保护层，并且在所述保护层上可设置透光层20。此外，该成像元件并不局限于CCD图像传感器。例如，所述成像元件可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

将实施例6的透光层20设置在所述光接收器14的至少部分上即可。如图14所示，所述透光层20可设置在所述光接收器14的部分上。此外，当从上方观察时，该透光层20可设置在与该光接收器14的部分重叠的位置处。

本公开的优选实施例已被描述，但本公开不应被解释为局限于这些具体实施例。本发明的范围仅以所包括的权利要求以及该权利要求所享有的等价物的全部范围来限定。

示例

下文将使用示例对本公开进行详细描述，但本公开不限于这些示例。

示例1

在本例中，所述基底10被实现为平面状玻璃基板，并且在所述基底10的主表面12上形成实施例1的透光层20和防倾层40。在本示例中，设置有透光层20的区域T的大小设置为30mm×30mm，并且透光层20的形状设置为方形柱状。将透光层20的宽度D1设置为50μm，透光层20的高度H设置为400μm，并且透光层20的阵列间距设置为100μm。将防倾层40的宽度D2设置为250μm，将防倾层40的高度设置为400μm，并且将防倾层40与区域T之间的间隙M设置为150μm。

根据用于光线方向控制元件100的制造方法的步骤S10和步骤S20(步骤S22至步骤S28)，形成透光层20和防倾层40。

作为不提供防倾层40的比较示例，仅在基底10的主表面12上形成本示例的透光层20。

图15、16、17分别示出本例中形成的区域T的中心截面的透光层20、+X方向端截面的透光层20、以及-X方向端截面的透光层20。图18、19、20分别示出比较示例中形成的区域T的中心截面的透光层20、+X方向端截面的透光层20、以及-X方向端截面的透光层20。请注意在图15至20中的透光层20的部分的缺损是在为了制作拍摄样品而断裂时发生的缺损。

如图15至17所示，在本例中形成的透光层20没有倾斜。然而，如图19和20所示，在比较示例中形成的透光层20的-X方向端截面和+X方向端截面向区域T的外侧倾斜。

如上所述，所述防倾层40设置在所述透光层20被设置所在的区域T的外围，因此，可抑制所述透光层20的倾斜。

示例2，示例3

如示例1所述，实施例1的透光层20和防倾层40形成在基底10的主表面12上。透光层20的高度H和防倾层40的高度设置为350μm，并且防倾层40的宽度D2设置为250μm(示例2)和450μm(示例3)。其他配置与示例1中相同。

图21示出了示例2的+X方向端截面的透光层20，并且图22示出了示例3的+X方向端截面的透光层20。如图21和22所示，在示例2和示例3中形成的透光层20没有倾斜。因此，通过将防倾层40设置在区域T的外围，可以抑制透光层20的倾斜。

示例4

在本例中，所述基底10被实现为平面状玻璃基板，并且在所述基底10的主表面12上形成实施例4的透光层20和防倾层50、52。在本示例中，设置有透光层20的区域T的大小设置为30mm×30mm，并且透光层20的形状设置为方形柱状。将透光层20的宽度D1设置为50μm，透光层20的高度H设置为400μm，并且透光层20的阵列间距设置为100μm。将防倾层50、52的宽度D2设置为250μm，将防倾层50、52的高度设置为400μm，并且将防倾层50与区域T的间隙M设置为50μm。根据所述用于光线方向控制元件100的制造方法中的步骤S10和步骤S20形成透光层20和防倾层50、52。

图23示出了本示例的透光层20和防倾层50、52。如图23所示，透光层20没有倾斜。

如上所述，设置在区域T的外围的防倾层50中的每一层，面向设置在区域T内的最外围的透光层20中的每一层。因此可以抑制透光层20的倾斜。此外，防倾层52面向区域T的转角62，因此，设置在转角62附近的透光层20的倾斜可以进一步抑制。

上述描述了一些用于解释的示例性实施例。尽管上述讨论已经提出了具体的实施例，但本领域的技术人员将认识到可以在不背离本发明的更广泛的精神和范围的情况下在形式和细节上进行改变。因此，说明书和附图应被视为说明意义而不是限制性意义。因此，这一详细的描述不能从限制的意义上理解，并且发明的范围仅由所包括的权利要求以及该权利要求所要求享有的等价物的全部范围来限定。

Claims (13)

1.一种光线方向控制元件，包括：

基底；

多个透光层，其布置在所述基底的主表面上；

吸光层，其设置在所述多个透光层之间；以及

防倾层，其设置在所述基底的主表面上并且设置在所述多个透光层被设置所在的区域的外围。

2.根据权利要求1所述的光线方向控制元件，其中所述防倾层被划分为多个防倾层。

3.根据权利要求1所述的光线方向控制元件，其中

设有多个防倾层，以及

所述多个防倾层中的每一层面向被设置于最外围的透光层中的每一层而被设置。

4.根据权利要求3所述的光线方向控制元件，其中所述多个防倾层相互连接。

5.根据权利要求2到4中的任一项所述的光线方向控制元件，其中当从上方观察所述基底的主表面时，所述多个透光层被设置所在的区域具有多边形形状，并且所述多个防倾层的至少一部分面向所述多个透光层被设置所在的区域的转角而被设置。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光线方向控制元件，其中所述防倾层围绕所述多个透光层被设置所在的区域。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光线方向控制元件，其中所述防倾层具有宽于所述透光层的其中一层的宽度的宽度。

8.根据权利要求1到7中的任一项所述的光线方向控制元件，其中所述透光层具有柱状。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的光线方向控制元件，其中所述基底是透光基板。

10.根据权利要求1至8中的任一项所述的光线方向控制元件，其中所述基底为成像元件。

11.一种用于光线方向控制元件的制造方法，包括：

在基底的主表面上层压光敏透光材料；

由所述透光材料形成布置的所述多个透光层、和设置在所述多个透光层被设置所在的区域的外围的防倾层；以及

在所述多个透光层之间形成吸光层。

12.一种成像元件，包括：

基板；

多个光接收器，布置在所述基板的主表面上并接收来自成像主体的光；

透光层，设置在所述多个光接收器的每一个上；

吸光层，设置在所述透光层之间；以及

防倾层，其设置在基板的主表面上并设置在所述透光层被设置所在的区域的外围。

13.根据权利要求12所述的成像元件，其中所述透光层设置在与所述光接收器部分重叠的位置处。

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