CN1834696A - 微透镜阵列片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用微加工的微透镜阵列片及其制造方法。该微透镜阵列片包括：微透镜阵列，其具有包括弯曲部分的凸面和凹面，以及通过激光微加工在各相邻微透镜之间形成的边界槽；和空隙填充层，其层叠在该微透镜阵列上。可以使用激光微加工以减少的处理步骤的数量来制造该微透镜阵列片，从而与常规的顺序半导体工艺相比，可以获得提高的生产率。此外，使用激光微加工，使得能够制造所需的三维微型形状。因此，该微透镜阵列片可应用为需要精细表面形状的显示系统的光学片。

Description

微透镜阵列片及其制造方法
技术领域
本发明涉及微透镜阵列片及其制造方法。
背景技术
众所周知，激光微加工具有以下的若干优点：与使用常规的半导体工艺相比，其可以用更简化的方式制造复杂的三维结构；和其需要相对简单的设备。因此，激光微加工已经引起了广泛的注意。此外，除半导体材料之外，激光微加工还可以处理多种材料，比如陶瓷、金属及聚合物。
使用激光的三维结构制造方法的代表性的例子包括：淀积处理，用于在激光束的照射部位引入局部淀积，使得淀积的物体具有三维结构；蚀刻处理，通过在物体需要蚀刻的位置用激光束照射，来逐渐蚀刻浸在蚀刻液或蚀刻气体中的物体；或光学成型处理，用激光束照射光敏聚合物溶液，其在暴露在光下时固化。
可以由激光微加工制造的三维结构主要是具有线性和弯曲结构的组合形状，因此为实现精细加工，精确的线性平移(linear translation)和旋转移动(rotation transfer)是必要的。线性平移移动可以达到大约0.1mm的重复精度，而旋转移动可以达到50mrad的角分辨率。
一般地，通过连顺的半导体工艺来制造半导体器件、光学器件、液晶显示装置、微机电系统(MEMS)等。在该连顺的半导体工艺中，进行使用形成有预定图案的掩模或掩模板的光刻处理，随后，反复进行选择性地去除暴露的区域的蚀刻处理。然而，在顺序的半导体工艺中使用的掩模或掩模板具有固定的图案，因此，必须根据所需图案的变化而换新的掩模或掩模板。这不可避免地导致制造成本和时间的增加。由于这一原因，当通过顺序的半导体工艺制造具有短的开发周期和产品寿命的器件时，存在比如产品制造价格高和新产品快速开发困难的问题。而且，当经由曝光工艺制造图案时，由于光源的限制，难以达到小于预定级别的微型图案。
激光微加工近来的进展使得复杂三维微结构的处理成为可能。激光微加工包括的若干优点在于：仅通过一次处理就可以获得三维微结构；无须制造掩模或掩模板；并且由于其使用比半导体曝光设备波长短的激光束，对微图案的有效响应(efficient response)成为可能。特别地，激光微加工通过使用优化激光束轮廓的激光控制装置和提高形成的图案质量的高精度级驱动单元，可以获得大面积的微型图案。然而，在通过激光微加工制造的图案的情况，图案的边界区域不能具有垂直的横截面。这是由于当图案被应用于显示系统的光学片时，图案边界区域存在光损耗。
发明内容
因此，考虑到上述问题，产生了本发明，并且本发明的目的是提供一种微透镜阵列片及其制造该微透镜阵列片的方法，其中在制造该微透镜阵列片时不产生光损耗，从而能够实现光效率的提高，并可以控制微透镜的视角。
根据本发明一个方面，通过提供一种微透镜阵列片可以实现上述和其他目的，该微透镜阵列片包括：微透镜阵列，其具有包括弯曲部分的凸面和凹面及形成在各相邻的微透镜之间的边界槽；和空隙填充层，其层叠在该微透镜阵列上。
优选地，构成该微透镜阵列的微透镜，可以由从双凸面透镜、包括蜂窝形状透镜的多边透镜、和圆形或椭圆形透镜中选择的一种透镜来形成。
优选地，构成微透镜阵列的微透镜可以是具有透光性的有机或无机物质。
优选地，构成微透镜阵列的微透镜，可以是通过在边界槽深度的调节而视角可调的。
根据本发明的一个方面，通过提供一种使用微加工制造微透镜阵列片的方法，可以实现上述和其他的目的，该方法包括步骤：a)形成微透镜阵列，该微透镜阵列具有包括弯曲部分的凸面和凹面以及通过激光微加工形成在各相邻微透镜之间的边界槽；和b)在该微透镜阵列上形成空隙填充层。
优选地，形成空隙填充层的步骤b)可以使用从电解电镀、化学电镀、溅射、升华/淀积、化学气相淀积、以及旋转/喷涂涂覆方法中选择的一种方法。
附图说明
从下面结合附图得出的详细说明中，将更清晰地理解本发明的上述和其他目的、特征及其他优点，在附图中：
图1是现有微透镜阵列片的剖面图；
图2是根据本发明实施例的使用微加工的微透镜阵列片；和
图3是根据本发明实施例的使用微加工的微透镜阵列制造方法的流程图。
具体实施方式
现在，将参考附图说明本发明优选实施例。在下面的说明中，当此处合并的已知的功能和结构可能使得本发明的主题变得不清晰，因此，将忽略对其的详细说明。
图2是根据本发明实施例的使用微加工的微透镜阵列片的剖面图。
在本发明的实施例中，该微透镜阵列片包括微透镜阵列1和空隙填充层4。
本发明的实施例示意性地示例了在微透镜阵列1中形成一个或多个边界槽3的方法。
参考图2，在微透镜阵列1的激光微加工步骤中，在微透镜阵列1中形成边界槽3，以使在各相邻微透镜之间的边界区域中的光损耗减到最小，这一光损耗是激光微加工的不利效果。假设空隙填充层4及边界槽3具有使光效率最大的效果。
微透镜阵列1包含多个微透镜，并且在各相邻微透镜之间进行激光微加工，使得该微透镜阵列1具有包括圆顶状弯曲部分的凸面和凹面。
优选地，该微透镜采用平凸透镜(planar convex lens)的形式。更优选地，配置该微透镜使得其水平和垂直曲率彼此不同，以确保可以根据方向和定向可变地控制发光角，并且微透镜阵列1具有六边形蜂窝形状、正交菱形形状(rhombic diamond shape)、矩形和三角形形状。该微透镜被排列在一基片上，彼此靠近，其间仅有很小的距离或没有距离。这样近似100％填充率具有使光效率最大化的效果。在本发明中，在通过激光微加工形成微透镜和在各微透镜之间的空隙之后，添加空隙填充层4，从而实现100％的填充率。同时，可以在基片上排列微透镜使得微透镜的边缘彼此重叠。在此情况，优选地，在其边缘彼此重叠的微透镜的界面具有一定曲率的横截面。微透镜的横截面形状是确定光学特性的因素。根据使用目的，微透镜可以具有球形或非球形的横截面形状。
优选地，相对于透镜平面的法线，每一微透镜具有在水平轴大于30度的发光角和在垂直轴大于10度的发光角。确定该发光角来获得半前侧增益值(halfa front-side gain value)。
作为形成透镜所需的基底的基片，其优选地由聚合物材料制成。更明确地，该基片由聚酯制成。总的说来，用作基底的基片的材料和用来形成微透镜阵列的树脂，优选地具有高透光性和大于1.5的折射率。
如上所述，该微透镜是具有球形或非球形横截面形状的平凸透镜。该透镜阵列被形成为排列在二维平面上的椭圆、六边形或四边形单元微透镜。单元微透镜的尺寸被确定为使得单元微透镜以大约150μm或更低的节距排列。该节距值是考虑了防止莫尔效应(moiré)而得到的。
如上所述，为校节发光角，该微透镜的特点在于其垂直和水平曲率彼此不同。微透镜的曲率是基于该微透镜的垂直和水平长度、该微透镜的垂度(sag)和各非球面表面的常数来确定的。
在微透镜阵列1上形成空隙填充层4。
可以通过常规的膜层形成方法来形成该空隙填充层4。在一个示例中，可以通过电解电镀或化学电镀方法形成该空隙填充层4。在另一个示例中，可以通过溅射或升华/淀积方法形成该空隙填充层4。在又一示例中，可以通过化学气相淀积或者旋转/喷涂涂覆方法形成该空隙填充层4。
上述的微透镜阵列片制造方法适于大规模生产，并且适于大规模生产所需的原模的制造。也就是说，通过上述方法制造的微透镜阵列片，可以被用作制造母版(master)的模具。因此，使用原始微透镜阵列片通过母版复制和注模成型方法，可以复制大量的彼此具有相同结构的微透镜阵列片。
如从上面的说明中显而易见的，本发明能够使用激光微加工以减少数目的处理步骤制造微透镜阵列片，从而与常规的连续半导体工艺相比可以获得提高的生产率。此外，使用激光微加工使得能够制造所需的三维微形状。因此，本发明可应用为需要精细表面形状的显示系统的光学片。
图3是根据本发明实施例的使用微加工制造微透镜阵列片的方法的流程图。
参考图3，使用微加工制造微透镜阵列片的方法包括步骤：形成微透镜阵列片，该微透镜阵列片具有包括弯曲部分的凸面和凹面和在各相邻微透镜之间形成的边界槽部分(S301)；和在该微透镜阵列上形成空隙填充层(S302)。此处缩略了对每一步骤的详细解释，因为每一步骤具有与上述相同的过程。
尽管已出于说明性的目的公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员将理解，在不偏离如所附权利要求中所公开的本发明的精神和范围的情况，各种修改、增补和替换都是可能的。

Claims (16)

1.一种微透镜阵列片，包括：
微透镜阵列，其具有包括弯曲部分的凸面和凹面以及在各相邻微透镜之间形成的边界槽；和
空隙填充层，其层叠在该微透镜阵列上。
2.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中构成该微透镜阵列的微透镜是由从双凸面透镜、包括蜂窝形状透镜的多边形透镜、圆形或椭圆形透镜中选择的一种透镜形成的。
3.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中构成该微透镜阵列的微透镜采用平凸透镜的形式。
4.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中构成该微透镜阵列的微透镜被配置使得其水平和垂直曲率彼此不同。
5.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中构成该微透镜阵列的微透镜被排列在基片上，彼此以其间很小的间隔或没有间隔地靠近。
6.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中构成该微透镜阵列的微透镜被排列在基片上，使得微透镜的边缘彼此重叠。
7.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中构成该微透镜阵列的微透镜具有球面或非球面的横截面形状。
8.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中构成该微透镜阵列的微透镜相对于透镜平面的法线在水平轴上具有大于30度的光发射角。
9.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中构成该微透镜阵列的微透镜相对于透镜平面的法线在垂直轴上具有大于10度的光发射角。
10.如权利要求1所述的微透镜阵列片，其中构成该微透镜阵列的微透镜以大约150μm或更小的节距排列。
11.一种使用微加工制造微透镜阵列片的方法，包括步骤：
a)形成微透镜阵列，该微透镜阵列具有包括弯曲部分的凸面和凹面以及在各相邻微透镜之间形成的边界槽；和
b)在该微透镜阵列上形成空隙填充层。
12.如权利要求11所述的方法，其中形成该空隙填充层的步骤b)使用电解电镀或化学电镀方法。
13.如权利要求11所述的方法，其中形成该空隙填充层的步骤b)使用溅射或升华/淀积方法。
14.如权利要求11所述的方法，其中形成该空隙填充层的步骤b)使用化学气相淀积方法。
15.如权利要求11所述的方法，其中形成该空隙填充层的步骤b)使用旋转/喷涂涂覆方法。
16.一种在微透镜阵列片复制中使用的母版，包括：微透镜阵列，其具有包括弯曲部分的凸面和凹面以及通过激光微加工在各相邻微透镜间形成的边界槽；和空隙填充层，其层叠在该微透镜阵列上。
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