CN115291305A - 一种大幅面离轴裸眼3d显示光学薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜及其制备方法，包括依次叠加设置的衬底层、微缩图案层、微透镜阵列层和记忆涂层，所述微透镜阵列层包括若干个阵列排布的微透镜组，每个所述微透镜组分别包括一个常规微透镜以及环绕常规微透镜设置的多个离轴微透镜。本发明的光学薄膜能在薄膜正前方以及多个侧方成像，形成3D全息图像，且降低微缩图案和微透镜的对准精度要求，改善视觉效果；本发明的方法能实现高效率、高精度地批量转印裸眼3D薄膜。

Description

一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及全息显影技术领域，具体涉及一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜及其制备方法。
背景技术
为了使人眼观察到的图案产生深度信息，在图案上设置微透镜阵列，利用微透镜阵列放大图案以产生3D视觉效果。常规微透镜的焦点在微透镜的正前方，产生的视觉效果从透镜的正前方被观察到。但是大幅面光学薄膜的观察方向一般来自正前方和侧方，如何通过常规微透镜和离轴微透镜产生多个角度的3D效果具有良好的应用前景。
由于微缩图案需要位于微透镜下方才可呈现放大后的3D效果，需要考虑透镜与微缩图案的对准问题，常见的解决方法是套刻。但是套刻设备成本高，生产效率低。提高微缩图案与微透镜的重合概率，可以有效降低设备的对准精度要求，降低生产成本。
传统的机加工方法，如金刚石刀切割方法或灰度光刻方法制作微透镜阵列的效率极低。转印工艺生产效率高，但是图案转印过程中，模板图形上会粘附少量的基材，同时模板在脱模过程中受到张应力或剪切应力导致模板逐渐变形，因此模板的使用次数有限。而重复制造印模，会降低生产效率提高生产成本。如何高效率、高精度地制备出大幅面裸眼3D薄膜是提高生产效率的关键因素。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜及其制备方法，该光学薄膜能在薄膜正前方以及多个侧方成像，形成3D全息图像；该方法能实现高效率、高精度地批量转印裸眼3D薄膜。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
作为本发明的第一方面，本发明提供一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜，包括依次叠加设置的衬底层、微缩图案层、微透镜阵列层和记忆涂层，所述微透镜阵列层包括若干个阵列排布的微透镜组，每个所述微透镜组分别包括一个常规微透镜以及环绕常规微透镜设置的多个离轴微透镜。
优选的，所述微透镜阵列层中各微透镜组成的行列夹角为60°。
优选的，每个所述微透镜组中，所述离轴微透镜的焦点朝背离常规微透镜的方向偏移。
优选的，所述离轴微透镜的焦点偏移角度为25°±5°，所述偏移角度为离轴微透镜光轴与所述光学薄膜垂线的夹角。
优选的，所述离轴微透镜和/或常规微透镜的口径为100μm，高度为15μm。
优选的，所述微缩图案层上的微缩图案根据各个微透镜的排列方式进行排布，每个微透镜下分别设有多个微缩图案，相邻微缩图案的间距不大于微透镜口径尺寸的三分之一。
作为本发明的第二方面，本发明还提供一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜的制备方法，包括：
S1，在衬底层上旋涂光刻胶，利用灰度曝光工艺在光刻胶上按照设计方案制作出离轴微透镜阵列区域和常规微透镜阵列区域；
S2，对光刻胶上的离轴微透镜阵列区域和常规微透镜阵列区域进行坚膜热处理，然后在光刻胶上沉积Cr\Ni金属层，制备得到凸模；
S3，利用紫外固化工艺，将凸模图形转移到UV胶上，固化后制备出多块凹模；
S4，利用凹模进行离轴微透镜阵列和常规微透镜阵列的批量转印。
优选的，步骤S1中，光刻胶的厚度以预期的微透镜高度为基准。
优选的，所述Cr\Ni金属层的厚度为20nm。
优选的，所述在光刻胶上沉积Cr\Ni金属层，包括：
先在光刻胶上沉积Cr金属层，再在Cr金属层上沉积Ni金属层。
本发明的有益效果是：
1、采用离轴微透镜和常规微透镜组合成的微透镜组阵列，利用离轴微透镜实现侧方成像，常规微透镜实现正前方成像，扩大裸眼3D薄膜的视场范围。
2、采用行列夹角为60°的排列方式，提高微透镜和微缩图案的密集程度，同时将微缩文字(图像)间距设置为不超过微透镜口径的三分之一，使每个微透镜下有若干个微缩图案，降低微缩图案和微透镜的对准精度要求，改善视觉效果。
3、采用激光直写3D光刻工艺直接在光刻胶上制备常规微透镜和离轴微透镜阵列的凸模，然后利用转印工艺制备出多块离轴微透镜和离轴微透镜3b的凹模，利用多块凹模转印出大批量的裸眼3D薄膜，提升了该光学薄膜的生产效率。
附图说明
图1为本发明的一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜的截面示意图；
图2为本发明的微透镜层中单个微透镜组的排列示意图；
图3为本发明中离轴微透镜和常规微透镜截面示意图；
图4为本发明的一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜制备方法中制作的凸模示意图；
图5为本发明方法制作的凹模示意图；
图6为本发明通过凹模批量转印得到的光学薄膜示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、衬底层，2、微缩图案层，3、微透镜阵列层，3a、常规微透镜，3b、离轴微透镜，4、记忆涂层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1的截面结构图所示，本实施例提供一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜，包括从下而上依次叠加设置的衬底层1、微缩图案层2、微透镜阵列层3和记忆涂层4，所述微透镜阵列层3包括若干个阵列排布的微透镜组，如图2所示为任一个微透镜组的结构排布示意图，每个所述微透镜组分别包括一个常规微透镜3a以及环绕常规微透镜3a设置的多个离轴微透镜3b。
可以理解的是，本实施例的光学薄膜结构中，采用离轴微透镜3b和常规微透镜3a组合成的微透镜阵列，利用离轴微透镜3b实现侧方成像，常规微透镜3a实现正前方成像，通过在常规微透镜3a的周向环绕设置离轴微透镜3b，扩大裸眼3D薄膜的视场范围。
在其中一种可能的实施方式中，所述微透镜阵列层3中各微透镜组成的行列夹角为60°。如图2所示，每一个微透镜组包括一个常规微透镜3a以及环绕在该常规微透镜3a外周的6个离轴微透镜3b，同一微透镜组中，相邻两个离轴微透镜3b与常规微透镜3a的夹角为60°，使得每个微透镜组整体呈规则的六边形。同理推之，微透镜阵列层3由若干个微透镜组组合而成，使得微透镜阵列层3中由各个微透镜组成的行列之间夹角为60°。采用行列夹角为60°的排列方式，可明显提高微透镜和微缩图案的密集程度，以增加成像的清晰度。
在其中一种可能的实施方式中，每个所述微透镜组中，如图2所示，所述离轴微透镜3b的焦点朝背离常规微透镜3a的方向偏移，使得成像效果兼顾环绕常规微透镜3a周向的各个角度，产生多个角度的3D效果，从各个角度看该光学薄膜，均能获得较好的成像效果。
在其中一种可能的实施方式中，如图3所示，所述离轴微透镜3b的焦点偏移角度为25°±5°，所述偏移角度为离轴微透镜3b光轴与所述光学薄膜垂线的夹角。该实施例限定了离轴微透镜3b的角度偏差，利于实现更佳的成像效果。
在其中一种可能的实施方式中，所述离轴微透镜3b和/或常规微透镜3a的口径为100μm，高度为15μm。该实施例通过将各微透镜的口径缩小到100μm，可提升微透镜布局的密集程度，通过设置微透镜的高度，可调整各个微透镜的成像焦点位置，改变3D图像的高度。
在其中一种可能的实施方式中，所述微缩图案层2上的微缩图案根据各个微透镜的行列排列方式进行排布，每个微透镜下分别设有多个微缩图案，相邻微缩图案的间距不大于微透镜口径尺寸的三分之一。本实施例可降低微缩图案和微透镜的对准精度要求，改善视觉效果。
如图4～6所示，本实施例中还提供一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜的制备方法，包括：
S1，在模板的衬底层上旋涂光刻胶，利用灰度曝光工艺在光刻胶上按照设计方案制作出离轴微透镜阵列区域和常规微透镜阵列区域；
S2，对光刻胶上的离轴微透镜阵列区域和常规微透镜阵列区域进行坚膜热处理，然后在光刻胶上沉积Cr\Ni金属层，制备得到凸模，如图4所示；
S3，利用紫外固化工艺，将凸模图形转移到UV胶上，固化后制备出多块凹模，如图5所示；
S4，利用凹模进行离轴微透镜阵列和常规微透镜阵列的批量转印，具体的，利用纳米压印工艺和凹模，将设计的微透镜阵列层3转移到柔性衬底层1上；
S5，在微透镜阵列层3上涂覆一层柔性保护膜(即记忆涂层4)，制备出离轴裸眼3D光学薄膜，如图6所示。
在其中一种可能的实施方式中，步骤S1中，光刻胶的厚度以预期的微透镜高度为基准。
在其中一种可能的实施方式中，所述Cr\Ni金属层的厚度为20nm，其中包括先在光刻胶上沉积的5nm厚的Cr金属层、再在Cr金属层上沉积的15nm厚的Ni金属层。Cr\Ni金属层可使得凸模的表面更加光滑，在利用凸模制作凹模时，利于凹模的脱模完整性。
在其中一种可能的实施方式中，在步骤S4之前，还包括：
准备柔性衬底，衬底的厚度优选为1mm；在柔性的衬底层1上打印产生微缩图案层2。
本实施例中，采用激光直写3D光刻工艺直接在光刻胶上制备常规微透镜3a和离轴微透镜3b阵列的凸模，然后利用转印工艺制备出多块离轴微透镜3b和离轴微透镜3b的凹模，利用多块凹模转印出大批量的裸眼3D薄膜，提升了该光学薄膜的生产效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜，其特征在于，包括依次叠加设置的衬底层(1)、微缩图案层(2)、微透镜阵列层(3)和记忆涂层(4)，所述微透镜阵列层(3)包括若干个阵列排布的微透镜组，每个所述微透镜组分别包括一个常规微透镜(3a)以及环绕常规微透镜(3a)设置的多个离轴微透镜(3b)。
2.根据权利要求1所述一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜，其特征在于，所述微透镜阵列层(3)中各微透镜组成的行列夹角为60°。
3.根据权利要求1所述一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜，其特征在于，每个所述微透镜组中，所述离轴微透镜(3b)的焦点朝背离常规微透镜(3a)的方向偏移。
4.根据权利要求3所述一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜，其特征在于，所述离轴微透镜(3b)的焦点偏移角度为25°±5°，所述偏移角度为离轴微透镜(3b)光轴与所述光学薄膜垂线的夹角。
5.根据权利要求1所述一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜，其特征在于，所述离轴微透镜(3b)和/或常规微透镜(3a)的口径为100μm，高度为15μm。
6.根据权利要求1所述一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜，其特征在于，所述微缩图案层(2)上的微缩图案根据各个微透镜的排列方式进行排布，每个微透镜下分别设有多个微缩图案，相邻微缩图案的间距不大于微透镜口径尺寸的三分之一。
7.一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
S1，在衬底层(1)上旋涂光刻胶，利用灰度曝光工艺在光刻胶上按照设计方案制作出离轴微透镜阵列区域和常规微透镜阵列区域；
S2，对光刻胶上的离轴微透镜阵列区域和常规微透镜阵列区域进行坚膜热处理，然后在光刻胶上沉积Cr\Ni金属层，制备得到凸模；
S3，利用紫外固化工艺，将凸模图形转移到UV胶上，固化后制备出多块凹模；
S4，利用凹模进行离轴微透镜阵列和常规微透镜阵列的批量转印。
8.根据权利要求7所述一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，光刻胶的厚度以预期的微透镜高度为基准。
9.根据权利要求7所述一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜的制备方法，其特征在于，所述Cr\Ni金属层的厚度为20nm。
10.根据权利要求7所述一种大幅面离轴裸眼3D显示光学薄膜的制备方法，其特征在于，所述在光刻胶上沉积Cr\Ni金属层，包括：
先在光刻胶上沉积Cr金属层，再在Cr金属层上沉积Ni金属层。
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