CZ20031936A3

CZ20031936A3 - Difúzní reflektor a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ20031936A3
Application number: CZ20031936A
Authority: CZ
Inventors: Brian William Holmes; Kenneth John Drinkwater
Original assignee: De La Rue International Limited
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-11-12
Also published as: GB0030675D0; AU2002222216A1; US20060256415A1; US7251077B2; WO2002048760A1; EP1342109A1; JP4216594B2; CZ301459B6; JP2004515817A; WO2002048760A9; US7446915B2; US20040136038A1

Description

Oblast techniky

Vynález se týká difuzní ch reflektorů, zejména pro použití jako zpětné reflektory.

Dosavadní stav techniky

US-A-5543958, US-A-5663816, US-A-5745203, US-A-5812229, US-A5594560, WO 95/12826 popisují zařízení s displejem z kapalného krystalu, která obsahují holografický reflektor jako pouze jeden prvek. Holografické reflektory, kterých se to konkrétně týká, jsou objemové hologramy. Difrakční principy, na jejichž základě fungují (násobné Braggovy odrazy), jsou zásadně odlišné od povrchové reliéfní struktury a koncept zjasnění je irelevantní.

US-A-5936751, US-A-5926293 a US-A-6014202 popisují kompletní zařízení s displejem z kapalného krystalu, kde je holografický prvek komponentou. US 5936751 stručně popisuje, jak může být využit proces vychýlení od osy HI kH2 k vytvoření holografického difuzéru s povrchovým reliéfem.

Také existuje článek od Kaiser Optical Systems s názvem Holographic Diffusers for LCD backlights and Projection screens, J. M. Tedesco a kol., Kaiser Optical Systems, lne., Ann Arbor, M, SID 93 digest, který popisuje řízení směru difúze a difúzi v úhlu kužele, aby byly splněny aplikační požadavky. Konkrétně ve WO-A-9503935 je popsáno propustné difuzní zařízení, které homogenizuje dopadající světelný paprsek a zároveň mu dodává předem určený směr pomocí aplikace mikrovyřezaného povrchu.

C2889

14.7.2003 • · ····

Podstata vynálezu

V souladu s prvním aspektem tohoto vynálezu obsahuje difuzní reflektor substrát, který má asymetrickou reflektivní, periodickou povrchovou reliéfní mikrostrukturu, vytvořenou tak, aby při osvětlení mnoha vlnovými délkami v rovině dopadu nebo osvětlení ležícího v ose asymetrie v podstatě všechny ze zmíněných vlnových délek byly přednostně rozptýleny nebo vedeny do jediné běžné pozorovací zóny, která má vychýlení osy od směru zrcadlového odrazu, jak zde bude definováno dále.

Navrhli jsme nový typ reflektoru, který nachází použití zejména jako zpětný reflektor, přičemž tento reflektor má asymetrickou strukturu, aby se dosáhlo přednostního rozptýlení nebo vedení dopadajícího osvětlení do jediné běžné pozorovací zóny. Typicky je pozorovací zóna kompletně odchýlena od směru zrcadlového odrazu, ale nějaký překryv je možný.

V některých příkladech je poskytnut světlo rozptylující v podstatě achromatický holografický reflektor, který je schopen, za rozumných podmínek okolního osvětlení, zpětně osvítit prostorový modulátor světla, jehož konkrétním příkladem je displej z kapalného krystalu. Stejná struktura může být použita jako velkoformátová reflexní promítací plocha v systému přední projekce (například pro prezentace) a také jako zpětný reflektor u silničních značek, kočičí oči atd.

Vynález umožňuje, aby byl vyroben vylisovaný pokovený holografický reflektor, přičemž tvar nebo profil povrchového reliéfu je asymetrický, aby se získala maximální možná odrazivost od reliéfního zařízení, které lze masově vyrábět (má nízkou cenu). Tyto asymetrické reliéfní struktury by se mohly volně nazývat zjasněné struktury. Zlepšení výkonu, které vyplývá z použití asymetrické mikrostruktury vede k úspěšné široce rozšířené komercializaci reliéfní formy holografického zadního reflektoru (HBR).

Komerční aplikace mohou zahrnovat jakékoli zařízení, které obsahuje tenký displej plochého panelu, který má zadní stranu/okraj vnitřně osvětlený,

C2889

14.7.2003 • ···· ·· ···· ·· ···· • · · · · · · · · • · · · ·· » ·· · • « 4 · · · « · · · · · · · · · · · · ·····* ··· · · · · například laptopy, displeje mobilních telefonů, náramkové hodinky, kalkulačky, osobní digitální pomůcky atd. a kde zadní osvětlení představuje významnou část spotřeby energie zařízení. Konkrétně holografický reflektor poskytuje jasné osvětlující pozadí holografickým přesměrováním dopadajícího okolního světla.

Nebo může být difuzní reflektor použit u jakékoli (neprosvětlené) aplikace, kde je požadován difuzní reflektor dopadajícího světla. V těchto případech je vysoká výkonnost tohoto vynálezu významnou výhodou. Není zde nutné, aby byl materiál částečně průhledný, a proto je výhodná kontinuální vrstva pokovení s vysokou optickou hustotou (například propustnost <0,1 %). Příklady takovýchto aplikací zahrnují promítací plátna, reflektory pro silniční značky (včetně kočičích očí atd.), jako substrát pro oznámení/reklamy nebo státní poznávací značky (například pro automobily) atd., jako reflektory v osvětlovacích systémech všech druhů. Může být taky použit jako reflektivní materiál pro bezpečnostní aplikace, jako například na (například cyklistické) oblečení/helmy nebo za účelem zvýšení viditelnosti jakéhokoli typu automobilové nebo silniční značky/zátarasy.

Zařízení může být také použito k tvorbě reflexního substrátu, na který je například vytištěna informace nebo grafické designy. To by mohlo být například náhražkou za papír nebo by zařízení mohlo být přeneseno (viz níže) na papírovou (nebo jinou) podložku. Zde zajišťuje vysoká odrazivost silný kontrast oproti potištěným plochám, což je jak esteticky atraktivní, tak to také zefektivňuje strojovou čitelnost znaků, jako například čárových kódů. Předměty obsahující takový substrát by mohly být například nálepky, lístky, bankovky, cenovky, pohybové štítky, šeky, znaky značkových doplňků/balení nebo jakékoli cenné dokumenty.

Difuzní struktura by mohla být použita buď nesená na polymemím nosiči nebo přenesená z nosiče na finální substrát za použití jakéhokoli adhezního systému. Adhezní systém by mohl být například systém s tepelnou aktivací, jak

C2889

14.7.2003

9 9 9 • 9

9 9 9

je popsáno například v US 4728377 a US 4913504 nebo lepidlo, které lze použít při pokojové teplotě, jako například na tlak citlivé lepidlo nebo lepidlo tvrdnoucí za studená. Tento postup je použitelný u způsobů I a III, které jsou popsány níže.

Struktura difuzního reflektoru může být také použita v kombinaci s dalšími mikrostrukturálními znaky, jako jsou hologramy nebo jiné struktury opticky variabilních zařízení nebo například se zrcadlově odrážejícími oblastmi nebo plně demetalizovanými oblastmi, přičemž každá se nachází odděleně v konkrétních oblastech zařízení. Ty mohou být potom použity například k tvorbě firemních log nebo písmen a čísel, čárových kódů atd. Je obzvláště výhodné nakombinovat výše uvedené složky, protože všechny mohou být vytvořeny současně za použití stejných výrobních postupů jako se používají k tvorbě zpětných reflektorů.

V tomto popise, jak bude níže vysvětleno detailněji, se výraz zrcadlový odraz týká odrazu v souladu se zákonem klasického odrazu (úhel dopadu = úhel odrazu) s ohledem na rovinu substrátu, tj. v nepřítomnosti mikrostruktury.

Protože toto umožňuje použití reflektoru jako zpětného reflektoru, je ve výhodných příkladech běžná pozorovací zóna vycentrována na směr bližší kolmici k substrátu než křovině substrátu a nej výhodněji je vycentrována v podstatě na kolmici k substrátu. Takto když pozorovatel pozoruje reflektor ve směru kolmém křovině reflektoru, bude dopadající světlo odráženo zpět směrem k pozorovateli. Substrát může být sám o sobě reflexní, ale je s výhodou vybaven vrstvou zesilující odraz, jako je například kovová vrstva nebo nekovová vrstva, jako například sulfid zinečnatý. Vrstva zesilující odraz může být částečně průhledná, například když je vybavena mikrodírami v případě pokovení, což umožňuje, aby zpětné světlo poskytlo přídavné osvětlení. Mikrodíry mohou být vytvořeny za použití jakékoli vhodné technologie

C2889

14.7.2003 • · · • ·· · ·········

0···· 00 0 ·· « « demetalizace, z nichž několik jich je známo v oblasti techniky, viz například US

5044707 a US 5142383.

Nebo by to mohl být kontinuální, ultra-tenký (například < 10 nm) kovový potah, který není opakní a má optickou hustotu typicky v rozmezí od 0,7 do 1,3 (což odpovídá transmisím mezi ~ 20 % a 5%). V tomto případě jsou materiály odolné vůči oxidaci, jako například chrom, paladium nebo platina, výhodnější než například hliník.

Bylo objeveno mnoho způsobů výroby difuzních reflektorů.

V souladu s druhým aspektem tohoto vynálezu obsahuje způsob výroby diíuzního reflektoru promítnutí holografického obrázku difuzéru na planámí záznamový člen orientovaný v rovině promítaného obrázku, zatímco je záznamový člen osvícen koherentním referenčním paprskem, přičemž obrázek a referenční paprsek jsou promítnuty na záznamový člen na téže straně kolmice k rovině záznamového členu, aby se vytvořil interferenční vzor v záznamovém členu; a vytvoření povrchové reliéfní mikrostruktury definující asymetrický difuzní reflektor za použití interferenčního vzoru.

Záznamové médium je typicky destička potažená vhodným materiálem citlivým na světlo, který je dobře znám průměrným odborníkům v oboru.

Holografický obrázek difuzéru lze získat různými způsoby. Ve výhodném řešení pochází holografický obrázek z holografického záznamu propustného difuzéru za použití referenčního paprsku, který je sdružený s referenčním paprskem použitým k promítnutí holografického obrázku. Toto řešení pochází z konvenčního procesu přenosu H1/H2 pro tvorbu obrazových rovinných hologramů a u kterého první krok zahrnuje záznam intermediální transmise hologramu (Hl) mimo osu propustného difuzéru, zatímco druhý krok zahrnuje rekonstrukci Hl za účelem vzniku skutečného obrázku difuzéru umístěného v rovině velmi blízko záznamové destičky (v tomto případě H2), čímž se

C2889

14.7.2003

44 4 4 4 4 4 4 4 • 4 4 4 4 4 4

444 44 4 44 4 poskytne pole předmětu H2 a umožní se, aby se toto pole překrývalo s druhým polem koherentního světla, které působí jako referenční paprsek H2 za účelem vytvoření požadovaného interferenčního vzoru v rovině H2.

Dalších výhod lze dosáhnout včleněním jednoho nebo více obrázků do obrázku difuzéru.

Podle třetího aspektu tohoto vynálezu zahrnuje způsob výroby difuzního reflektoru

i) výrobu poměrně drsné, asymetrické, periodické struktury v záznamovém členu; a ii) vytvoření difuzně rozptýlené jemnější mikrostruktury na periodické struktuře, přičemž výsledný povrchový reliéf záznamového členu vytváří asymetrický difuzní reflektor.

Oproti jiným popsaným způsobům tento způsob nezahrnuje holografii k vytvoření mikrostruktury.

V typickém příkladu zahrnuje krok (i) výrobu pravidelné nedifuzní drsné mřížky s roztečí mezi 20 a 50 mikrometry a reliéfním profilem, který je silně asymetrický a ve tvaru trojúhelníku a který může mít další vlastnost, že je přesně označen pro vlnové délky v blízkosti středu viditelného spektra (tj. 550 nm) za použití metod buď holografické interference nebo výhodněji za použití mřížkového rycího stroje.

Typicky je drsná struktura mezi kroky (i) a (ii) potažena materiálem citlivým na světlo, přičemž krok (ii) zahrnuje expozici materiálu citlivého na světlo poli difuzního světla. Pole difuzního světla může být generováno přímo z difuzéru nebo nepřímo za použití holografického obrázku difuzéru.

Podle čtvrtého aspektu tohoto vynálezu zahrnuje způsob výroby difuzního reflektoru zaměření dvou paprsků koherentního světla na záznamový člen přes příslušný první a druhý zaměřující prvek tak, aby se ty dva zaměřené paprsky

C2889

14.7.2003 ·· ··· · překrývaly na záznamovém členu, přičemž zaměřující prvky jsou navrženy tak, aby překrývající se paprsky vygenerovaly pixel interferenčního vzoru v záznamovém členu; opakování tohoto procesu pro množství pixelů; a vytvoření povrchové reliéfní mikrostruktury definující asymetrický diíuzní reflektor za použití interferenčního vzoru.

Typicky oba paprsky dopadají na záznamový člen z téže strany kolmice k záznamovému členu. To zvyšuje asymetrický efekt.

Ve všech případech může být vlastnost asymetrie dále zesilována zkoseným reaktivním iontovým rýhováním nebo leptáním záznamového členu.

Vytvoření interferenčního vzoru v záznamovém členu může samo o sobě způsobit vznik povrchové reliéfní mikrostruktury. Avšak v jiných případech je povrchová reliéfní mikrostruktura po záznamu vzoru vytvořena leptáním fotorezistu nebo jiného fotopolymeru, ve kterém byl interferenční vzor zaznamenán.

Dodatečný jas lze získat potažením reflektoru průhledným médiem obsahujícím fluorescentní materiály. Výhodou této techniky je, že UV složky okolního světla jsou převedeny na viditelné světlo a přispívají k jasu mřížky. V případech, kdy má být mikrostruktura použita spojená s polymerním nosičem, může být fluorescentní povlak nej výhodněji aplikován přímo na povrch, který má být vystaven pozorovateli. Tam, kde má být fluorescentní materiál aplikován v přeneseném povlaku, může být přetištěn (po aplikaci na konečný substrát), zahrnut v razícím nátěru nebo poskytnut jako mezivrtsva, jak je popsáno v EP 0497837.

Tak může být difuzní reflektor vybaven fluorescentními materiály buď v razícím nátěru, polymerním nosiči, v přelakování nebo nanesené mezi mikrostrukturou a vrstvou zesilující odraz.

C2889

14.7.2003

ΦΦΦΦ φ φ φφφφ φφ φ φφ φφ

Pro tento účel lze použít jakýkoli vhodný proces potáhnutí, včetně hlubotisku nebo gumotisku. Fluorescentní barvy lze získat z mnoha zdrojů, například SICPA UK Ltd. nebo Luminiscence lne.

Životnost zařízení může být vážně snížena například opotřebením otěrem v

nebo vzdušnou korozí. Životnost může být velmi zvýšena buď překrytím mikrostruktury vhodným lakem (například UV vytvrditelným lakem) nebo laminováním zařízení za použití adheziva na substrát jako je sklo nebo polymerní materiál.

Přehled obrázků na výkresech

Některé příklady difůzních reflektorů a způsobů podle vynálezu budou nyní popsány a porovnány se známými příklady s odkazem na přiložené výkresy, kde:

obrázek 1 znázorňuje zrcadlový odraz;

obrázky 2A a 2B znázorňují odraz od náhodně vzorovaných povrchů pocházející ze slabého a ze silného difuzéru, v tomto pořadí;

obrázek 3 znázorňuje difrakci od pravidelné periodické struktury; obrázek 4 znázorňuje difrakci od nepravidelného povrchu; obrázek 5 znázorňuje sinusoidní povrchový reliéf; obrázek 6 znázorňuje způsob vytvoření reliéfu z obrázku 5; obrázek 7 znázorňuje asymetrický reliéf;

obrázek 8 znázorňuje způsob vytvoření reliéfu z obrázku 7;

obrázek 9 znázorňuje způsob vytvoření difůzního reliéfu;

obrázek 10 znázorňuje odezvu difůzního reliéfu na dopadající záření;

obrázek 11A znázorňuje první příklad způsobu podle vynálezu pro výrobu difůzního reflektoru;

C2889

14.7.2003 • ···· ·» ··©· ·· ···· • · · ·· ··· · • © · · · · · ·· · • ····© «·« ·

Q ···©·····

-⁷ ©····© · · · ···© obrázek 11B znázorňuje pět zjasněných mřížek;

obrázek 1 ÍC znázorňuje výsledek superpozice mřížek na obrázku 11B;

obrázek 12 znázorňuje modifikovanou formu způsobu znázorněného na obrázku 11;

obrázky 13 A a 13B znázorňují reliéf před a po iontovém rýhování;

obrázek 14 znázorňuje difúzní reflektor vyrobený podle dalšího příkladu vynálezu;

obrázky 15A-15F znázorňují po sobě jdoucí stádia v dalším příkladu způsobu podle vynálezu;

obrázek 16 znázorňuje ještě další příklad způsobu podle vynálezu; a obrázek 17 znázorňuje difúzní reflektor v kombinaci s LCD displejem.

Základní fyzikální zákonitosti

Předtím, než bude podrobně popsán vynález, je důležité dobře porozumět fyzikálním zákonitostem, které se ho týkají.

Kdykoli dopadá paprsek nebo vlnoplocha světla na planámí fázové rozhraní nebo hranici mezi dvěma médii, bude nějaká část světla rozptýlena nebo obrácena zpět do prvního média a zbývající část přenesena do druhého média. Tento proces je jev nebo koncept odrazu v jejím nejprimitivnějším smyslu. Ve speciálním případě, kdy je světlo odráženo od opticky hladkého povrchu, například od povrchu zrcadla, je vhodnější uvažovat o světle jako že je spíše zpětně odráženo než rozptylováno nazpět, přičemž proces zpětného odrazu striktně podléhá dobře známému klasickému zákonu geometrického odrazu, který říká, že úhel dopadu a úhel odrazu jsou si rovny 0_d = θ₀ (obrázek 1). Mělo by se ocenit, že v klasické geometrické optice se mikroskopické chování interakce světla-média zanedbávají, a proto je jasné, že odrážející povrch je mikroskopicky homogenní a zbavený struktury.

C2889

14.7.2003 φφφφ ·· ···· • φ φ φ φ φφφ φ φφφφ φφ φ φφ φ φ φφφφφ φφφ φ «·φ·φφφφφ ^Αν φφφ φφφ φφ φ φφ φφ

Dále budeme nazývat světelné paprsky, které byly odraženy podle zákona klasického odrazu, zrcadlově odraženými paprsky nebo jednoduše zrcadlovými paprsky, za předpokladu, že úhly 0_d a θ₀ jsou definovány s ohledem na mikroskopickou rovinu odrazu, například rovinu zařízení, a ne sklonu nebo plošky na mikrostruktuře. To dává základ pro dřívější definici zrcadlového odrazu.

V praxi není většina povrchů opticky hladká nebo homogenní, ale místo toho mají povrchovou topologii nebo strukturu, která je v poměru s vlnovou délkou světla náhodně vzorovaná. V důsledku toho když na takový povrch dopadá paprsek nebo svazek paprsků světla, je zpětně rozptýlen nebo rozptýlen v širokém rozmezí úhlů, ale je soustředěn okolo směru zrcadlového nebo geometrického odrazu, jak je znázorněno na obrázku 2. Na obrázcích 2A a 2B je odražené rozptýlené světlo znázorněno jako frekvenční charakteristika, přičemž relativní délka každého paprsku uvnitř tečkované oblasti udává relativní účinnost, s níž světlo nebo tok bude rozptýleno v tomto směru. Paprsek, který leží ve směru zrcadlového odraz, je nejdelší, což indikuje, že rozptylová účinnost je nejvyšší v tomto směru a klesá kontinuálně na kterékoli straně rychlostí danou povahou a topologií odrážejícího fázového rozhraní na mikroskopické úrovni.

Na obrázcích 2A a 2B jsou znázorněny frekvenční charakteristiky pro slabě a silně rozptylující povrchy, v tomto pořadí, a zrcadlový povrch je jednoznačně ideální hraniční případ slabého difuzéru. Dále budeme povrchy nebo zařízení, které difuzně rozptylují vose klasického geometrického nebo zrcadlového směru, nazývat difuzéry klasického Typu 1.

Při kvantitativním stanovení světlosti difuzně odrážejících povrchů nebo mřížek se běžně používá výraz jas (L), který představuje množství toku nebo energie rozptýlené v jednotce pevného úhlu (steradián) na jednotku protilehlé plochy (kde protilehlá jednotka plochy je v zásadě cosinus pohledu měřeno

C2889

14.7.2003

Φ· ··· · ···· ·« ···· • · · · · · · · · • · ·· ·· · ·· · s ohledem na kolmici k povrchu). Se znalostí této definice je dokonalým difuzérem typu 1 takový difuzér, jehož jas nebo vnímaná světlost nezávisí na úhlu, ze kterého se na to díváme - jinými slovy, je to úhlově izotropní rozptylující látka bez preferované rozptylující ( a tím i pozorovací) zóny. Takové difuzéry jsou popsány jako Lambertovské difuzéry, protože podléhají Lambertovu zákonu; tj. intenzita v nekonečnu klesá s kosinem zorného úhlu měřeno od kolmice k povrchu.

Doposud jsme uvažovali, že je reflexní povrch buď opticky hladký (tj. zrcadlově odrazivý) nebo náhodně/nepravidelně vzorovaný (difuzně zpětně rozptylující podél směru zrcadlového odrazu). Další odrazivé rozhraní, které se vztahuje k tomuto vynálezu, je to, které je rozhraní určeno pravidelnou periodickou strukturou, jako je mřížka (pro jednoduchost zanedbáváme propustné vlastnosti struktury). Prvním základním způsobem, ve kterém se tento typ reflektoru liší od předchozích příkladů, je to, že jeho odrazivé vlastnosti jsou rotačně variabilní. Když se definuje rovina dopadu jako rovina definovaná dopadajícím světelným paprskem a kolmicí (povrch/substrát, pak lze obecně říci, že úhlové rozdělení rozptýleného/přesměrovaného nebo ohnutého světla se bude měnit nejen s úhlem dopadu, ale i s úhlem orientace mezi rovinou dopadu a čárkami mřížky. Potom dvě nej vzdálenější konfigurace budou tehdy, když jsou čárky mřížky buď v zásadě rovnoběžné nebo pravoúhlé k rovině dopadu. Pro tento vynález je charakteristická pravoúhlá geometrie a bude zde dále implicitně uvažována.

U Huygens-Fresnelova modelu (viz R. S. Longhurst, Geometrical and Physical Optics, 2. vydání, Longman Group (London) 1967) když světlo dopadá na povrchovou strukturu mřížky, je výsledné pole rozptýleného světla definováno skládáním/interferencí sekundárních vlnek generovaných periodicky se měnící distribucí bodových zdrojů. Výsledný interferenční vzor je ve

C2889

14.7.2003 • ·*·· ·« ···· «· ··· · skutečnosti vzor, na který se konkrétněji odkazuje jako na difrakční vzor mřížky.

Typicky to bude mít vzhled znázorněný na obrázku 3, přičemž dopadající světlo bude přesměrováno do mnoha složek nebo řádů podle standardní rovnice difrakce:

d (sin#_m - sin$) = m λ kde d je rozteč nebo periodicita mřížky a e_m je úhel m-tého řádu vytvořeného s mezifázovou nebo substrátovou kolmicí.

Co se týká reliéfních struktur mřížky typu znázorněného na obrázku 3, většina dopadajícího světla podléhá geometrickému nebo zrcadlovému odrazu jako od rovinného zrcadla. Z rovnice mřížky vyplývá, že 6_m = θ, = 0_r odpovídá nultému řádu m=0, zatímco další složky mohou být dále roztříděny podle toho, zda mají kladné nebo záporné hodnoty m - přičemž tyto kladné a záporné řády jsou umístěny na kterékoli straně složky nultého řádu.

Protože úhel difrakce závisí pro tyto nenulové řády na vlnové délce, paprsek polychromatického dopadajícího světla nebude jednoduše přesměrován do oddělených dobře ohraničených zón, ale bude chromatický rozptýlen do duhových pásů. Zde se hodí definovat výraz prostorová frekvence, když se aplikuje na periodické vzory nebo struktury. Za předpokladu, že prostorová perioda vzoru je označena symbolem Λ, pak prostorová frekvence je jednoduše 2π/Α. Protože okrajové vzory, mřížky atd. mají směrovou/orientační povahu, stejně jako periodicita, je zvykem definovat vektorovou veličinu nazývanou mřížkový vektor , jehož velikost je poměr 2π/Λ a jehož směr vektoru je úsečka, která je v pravém úhlu k orientaci čárek.

Zatímco je účelnější považovat difrakční mřížku složenou z jediné prostorové frekvence za reflexně přesměrující (oproti rozptylující) dopadající

C2889

14.7.2003 ··« · • 9 8

98 9 9 ·· ····

8 99 8

9

89 světlo, předpokládejme, že uvažujeme odrážející rozhraní nebo povrch, kde je reliéfní struktura složena buď:

a) ze skládání rozmezí periodických složek o lišících se prostorových frekvencích, nebo

b) ze skládání periodické (nebo rozmezí periodických) složky (složek) a náhodné/nepravidelné složky.

Když paprsek světla dopadá na takový povrch, bude obecně difuzně rozptýlen do mnoha oddělených úhlových kuželů, jak je znázorněno na obrázku 4. Nějaké procento světlené energie bude rozptýleno, ve většině případů (přestože zde budou významné výjimky) podél směru geometrického odrazu podobně jako u difuzního reflektoru typu I - to je to je člen nultého řádu ve srovnání s čistou mřížkou. Další úhlové kužely difúze rozmístěné okolo členu nultého řádu budou difrakční složky. Tento typ reflektoru budeme nazývat difuzním reflektorem typu II - při použití jako reflexní zařízení.

Difuzéry typu 1, které rozptylují světlo okolo osy geometrického nebo zrcadlového odrazu jsou nevhodné jako zpětné reflektory. Navrhli jsme modifikované reflektory typu II, které selektivně rozptylují světlo ke směru pravoúhlého pohledu (například záporný řád na obrázku 4). Protože světlo, které je rozptýleno podél směru geometrického odrazu (nultý řád) nebo odchýleno do více nakloněného rozptylujícího kuželu (kladný řád na obrázku 4), je promarněné světlo, je povrchový reliéf modifikován tak, aby přednostně rozptyloval světlo do výhodného kladného/pravoúhlého zorného řádu na úkor ostatních řádů.

Vytvoření asymetrické struktury

Uvažujme nejprve symetrický vzor povrchového reliéfu s roztečí 1 mikrometr, jak je znázorněno na obrázku 5. Takový vzor by se vytvořil expozicí destičky 1 potažené fotorezistem 2 (materiálem, který se stane rozpustným ve

C2889

14.7.2003 lí «··· ·· ··· · vodném alkalickém prostředí po expozici UV nebo modrému záření) interferenčnímu vzoru generovanému překryvem dvou paprsků 3, 4 koherentního modrého laserového světla - se substrátem rezistu směřujícím zhruba podél směru optické půlicí osy pro dva paprsky, jak je znázorněno na obrázku 6 (všimněte si, že pouze když je půlicí osa kolmá k substrátu, bude rozestup A okrajů stejný jako rozteč d mřížky. Díky své symetrii bude tato struktura při osvětlení laserovým paprskem generovat kromě zrcadlového paprsku nebo paprsku nultého řádu dva difrakční paprsky prvního řádu téže intenzity a světlosti (stejně jako mnoho slabších vyšších řádů, které budou zanedbány).

Dále uvažujme asymetrický vzor povrchového reliéfu znázorněný na obrázku 7. Tento vzor může být vytvořen silným nakloněním rezistového substrátu tak, aby roviny interference neležely přibližně v pravých úhlech křovině fotorezistního povlaku, ale místo toho aby ležely v úhlu, který je tangenciálnější křovině fotorezistu (viz obrázek 8). Mělo by se ocenit, že při zpracování rezistu budou tyto interferenční roviny (střídavé roviny konstruktivní a destruktivní interference) definovat roviny zvýšené rozpustnosti (ty oblasti, které byly exponovány rovinám konstruktivní světlené interference, a proto měly vyšší expozici) a snížené rozpustnosti (oblasti, které byly exponovány rovinám destruktivní interference, a proto měly nízkou expozici). Proto použitím záznamové geometrie, která silně odklání tyto střídavé roviny rozpustnosti pryč od substrátové kolmice, se vytvoří asymetrický povrchový reliéf.

S odkazem na obrázek 8 vidíme, že to vyžaduje vysoce asymetrickou záznamovou geometrii, ve které spíše substrátová kolmice než přibližné rozpůlení vlnových vektorů místo dvou interferujících paprsků musí ležet mnohem blíže jednomu vlnovému vektoru než druhému. Tato asymetrie se opravdu dále zvýší, jestliže substrátová normála bude ležet úplně mimo úhel definovaný paprsky interferujícího světla nebo vlnovými vektory (přestože to

C2889

14.7.2003

4444 «4 4 • 44 • t··» • 4 4 • 4 44 «

4 »44444 *·4 • 4 4 ·44· • 4 4

4 4 • 4 4 4

44 může být v praxi obtížně dosažitelné). Tento reliéf bude při osvětlení laserovým paprskem opět produkovat dva difrakční paprsky prvního řádu (kladné a záporné řády), avšak tentokrát bude ohnutý řád, který je na téže straně substrátové kolmice jako prodloužená ploška, výrazně jasnější než řád, který leží na druhé straně kolmice. To může být kvalitativně chápáno, uvažujeme-li o zesíleném řádu jako o řádu, který byl koherentně rozptýlen od prodloužené plošky (dopadající světlo interaguje s větším rozptylujícím profilem) a o slabším řádu jako o řádu, který byl rozptýlen/odchýlen od kratší plošky. Čím asymetričtější je profil (tj. čím větší je nesourodost v rozptylu profilů), tím větší je frakce dostupného světla, které je přesměrováno ze slabého na zesílený řád.

U periodického reliéfu tvořeného v zásadě jednou prostorovou frekvencí může být toto zesílení dále výrazně zlepšeno jak linearizací, tak nastavením gradientu prodloužené plošky tak, aby pro konkrétní vlnovou délku a úhly dopadu a ohybu nebyl žádný dráhový rozdíl mezi světlenými paprsky rozptýlenými/odchýlenými od různých částí plošky (například pokud jde o fáze, rozptylující rozhraní vypadá homogenně, a proto se plošky chovají jako geometrické reflektory). To je velmi důležitý zvláštní případ, kde se o povrchovém reliéfu říká, že je zjasněn a úhel na prodloužené plošce se nazývá úhel zjasnění (viz Diffraction Gratings od M. C. Hutley, Academie Press Ltd., 1982). V režimu zjasnění jsou úhly dopadu a ohybu pro zesílený řád (definované s ohledem na rovinu zařízení) takové, aby světlo v zesíleném řádu mohlo být považováno za geometricky odražené od prodloužené lineární plošky. Ve zkratce, zjasněné plošky fungují jako mikrozrcadla, přičemž rozptýlená světelná energie je téměř úplně soustředěna do zesíleného řádu na úkor všech ostatních řádů včetně nultého.

Kombinace s difúzí

Po diskuzi, jak můžeme zaznamenáním asymetrie do mikrostruktury pro čistou difrakční mřížku zesílit jas jednoho diťrakčního řádu na úkor jiného (a

C2889

14.7.2003 nultého řádu), a po načrtnutí geometrických požadavků potřebných k vytvoření asymetrie, uvažujeme dále o situaci znázorněné na obrázku 9, kde máme opět dvě překrývající se pole 5, 6 laserového záření. Jedno z těchto polí 5 /první světelné pole) je jednoduše upravený nebo kulový paprsek (jako na obrázku 6), zatímco druhé světelné pole 6 je generováno šířením laserového světelného paprsku přes průsvitný difuzér 7.

S použitím jazyka holografie dále shledáváme vhodným odkazovat se na první světelné pole 5 jako na referenční paprsek a na druhé světelné pole jako na předmětný paprsek. Efektivně to, co je zaznamenáno do fotorezistu překryvem (a tím interferencí mezi) předmětným a referenčním paprskem 5, 6, je mimorovinný hologram, přičemž předmětem je v tomto případě difuzér 7. Zpracování latentního holografického interferenčního vzoru zaznamenaného vrezistu 2 dává povrchovou reliéfní mikrostrukturu, která je mnohem komplexnější a neuspořádanější než prostá disperzní difrakční mřížka na obrázku 6. V zásadě bude povrchový reliéf v jakémkoli lokálním bodě na exponované části rezistu 2 tvořen spektrem (například téměř kontinuálním množstvím) periodických složek, přičemž každá má svůj vlastní mřížkový vektor definující orientaci a prostorovou frekvenci.

Analýza prostorových frekvencí přítomných v holografickém interferenčním vzoru, který generuje tuto mikrostrukturu, ukazuje, že to může být rozloženo na vysokofrekvenční nosnou složku a distribuováno okolo toho nosiče, komplexní (nesoucí informaci) distribuce složek prostorové frekvence, které jsou generovány předmětným vlnovým čelem. Dále upozorňujeme na to, že každý bod na záznamové rovině fotorezistu 2 obdrží světelnou informaci (fázi a amplitudu) ze všech bodů na difuzéru 7, avšak v každém bodě na záznamové rovině bude tato informace odlišná. Některá z těchto odlišností bude náhodná a lze ji přičíst tečkovanému vzoru ozáření, avšak při pohybu okolo záznamové roviny budou kontinuální a postupující změny v kompozici

C2889

14.7.2003

mikrostruktury co se týká vážené distribuce, z níž jsou určeny polohovým vztahem mezi záznamovým prvkem a objektem (difúzní mřížka). Zjednodušeně, mikrostruktura v každém bodě mřížky difúzéru bude vidět odlišnou perspektivu nebo pohled na předmět (například difúzní mřížku).

Pokud je tento holografický difuzér vakuově potažen bílým odrazivým kovem jako je hliník a pak osvícen normálně úzkým kolimováným paprskem bílého světla, bude holografický vzor opět tvořen třemi vizuálně významnými složkami (viz obrázek 10). Nejprve zpětně odrazivá složka 10 nultého řádu, která bude definována kuželem difúzně zpětně rozptýleného světla, které je bez disperze, a proto achromatické. Potom dvě difrakční složky 11, 12 prvního řádu (tj. holografické obrázky difuzéru), které jsou komplexnější v tom, že obsahují efekty difúze i disperze. Dopadající bílé světlo je složeno ze tří barevných složek, například červené, žlutozelené a modré. Ohnutá červená složka tvoří největší úhel se substrátovou kolmicí a ohnutá modrá složka s ní tvoří nejmenší úhel. Avšak za předpokladu, že úhel kuželu difúze (jak je definováno záznamovou geometrií) je mnohem větší než rozdíl mezi červeným a modrým difrakčním úhlem, pak bude významná překryvová oblast všech tří barev. Jestliže se pozorovatel podívá na zařízení přes toto holografické překryvové okno, pak se holografický difúzér bude jevit jako přibližně achromatický (tj. šedivo-bílý). Vysoká úroveň achromatičnosti nebo bělosti velice záleží na účinnosti difrakce na steradián a je téměř shodná napříč viditelným spektrem.

Způsoby výroby

Výše uvedená diskuse by mohla dát podnět ktomu, že bychom mohli vytvořit vysoce účinnou reflexní difúzní mřížku kombinacíasymetrické interferenční geometrie z obr. 8 s jednoduchým holografickým záznamovým systémem z obr. 9. Avšak výsledné zařízení by mělo dva významné nedostatky. První z nich pochází ze skutečnosti, že když je rezistový substrát 1 nakloněn tak, že jeho kolmice směřuje k referenčnímu paprsku, jedna strana rezistu 2 (která

C2889

14.7.2003

ΦΦΦΦ • ΦΦΦΦ φφ φφφφ

ΦΦΦ Φ φ φ « • ··· ΦΦΦ · definuje horní stranu holografického prvku) bude mnohem blíže k difuzéru 7 než druhá strana (spodek) a bude tedy zakoušet jasnější část předmětného vlnového čela. Druhý nedostatek pochází ze skutečnosti, že holografický předmět (difuzér 7) je umístěn významnou vzdálenost od (více než centimetr vpředu) roviny rezistu. To vytváří reflektivní difuzér se spíše viditelně zrnitým povrchem než s požadovaným vzhledem, což je jedno z téměř nerozpoznatelně malých vzorování nebo zrnitosti. Důvodem je, že i když se použije optimalizovaný průsvitný difuzér, složený z maličkých nerozpoznatelně malých rozptylových nehomogenit, takže zrnitosti teček nebo vzoru blízkého pole přítomné na jeho povrchu jsou velmi malé (například 150 mikrometrů nebo méně, v průměru), do té doby, než rozbíhavé předmětné pole dosáhne povrchu fotorezistu 2, zvětší se velikost teček na značně větší a snadno rozpoznatelnou velikost.

Způsob I

Tento způsob, který je odvozen z dobře známého procesu přenosu z Hl na H2 používaného pro výrobu obrazových rovinných bezpečnostních hologramů a reklamních hologramů, začíná záznamem mimoosého přenosového hologramů z propustného difuzéru (který nazýváme Hl). Tento Hl obsahuje interferenční vzor generovaný překryvem komplexního předmětného vlnového čela generovaného difuzérem a prostý referenční paprsek (Rl).

Nyní je proveden velmi specializovaný Hl záznam a přenos, schopný vytvořit asymetrickou (nebo co můžeme volně nazvat jako zjasněnou nebo trojúhelníkovou) difuzní mikrostrukturu nutnou k zajištění komerčně soutěživé účinnosti vzoru (tj. jas) a achromatičnosti (tj. bělost) ve srovnání s mnohem dražšími roztoky na bázi objemové holografie. Také jsme schopni minimalizovat zmitost/vzorování povrchu díky velikosti teček a dále jsme schopni dosáhnout jednotnosti jasu za použití procesu přenosu k umístění

C2889

14.7.2003 • · · · ·· ····

holografického obrázku difuzéru přesně na rovinu rezistu (upozorňujeme na to, zeje běžné nazývat hologram zaznamenaný do rezistu jako H2).

Příklad uvedené H2 záznamové geometrie je znázorněn schématicky na obrázku 11 A. Mělo by se ocenit, že díky sdružené povaze holografie také tento diagram jedinečně definuje HI záznamovou geometrii. Pro začátek osvítíme prostřední hologram (Hl) paprskem světla (Rl*), který je sdružený s referenčním paprskem (Rl) použitým kzáznamu Hl. Pomocí holografického procesu to způsobuje, že Hl promítne holografický obrázek difuzéru do roviny v prostoru 13. Dále je destička 1 fotorezistu umístěna tak, aby rovina destičky fotorezistu byla přesně rovnoběžná s holografickým obrázkem 13 difuzéru. Dále druhý referenční paprsek R2 osvítí rezist 2 tak, aby překryl světlené pole definované holografickým obrázkem difuzéru a tím vygeneroval požadovaný holografický interferenční vzor v rezistu. Nakonec je fotorezist 2 zpracován za vytvoření požadovaného povrchového reliéfu. S odkazem na obrázek 11A vidíme, že referenční paprsek a všechny paprsky, které jdou od Hl k vygenerování holografického obrázku předmětného paprsku difuzéru, budou dopadat na rezist 2 z téže strany substrátové kolmice (levá strana substrátové kolmice, jak je to znázorněno), čímž vygenerují interferenční okrajové oblasti, které jsou nakloněny křovině rezistu po celé oblasti obrázku, čímž způsobí celkovou asymetrii ve výsledné mikrostruktuře.

Nyní díky velmi komplexní náhodné/statistické povaze holografické mikrostruktury vytvořené difuzérem, což je velmi obtížné vizualizovat a tedy reprezentovat graficky, je důležité připustit, že je zde značná vynalézavost v poznání (na základě konceptů asymetrie/zjasnění při aplikaci na jednoduché a dokonale pravidelné difrakční mřížky), že jeden z holografických zákonů může v principu být ve skutečnosti zesílen záznamovým procesem generujícím asymetrii. V zásadě pro difuzér H2 bude mikrostruktura v jakémkoli bodě na povrchu způsobena superpozicí interferenčních členů: když se každý

C2889

14.7.2003

interferenční člen liší v poloze (tj. fázi), orientaci, amplitudě a prostorové frekvenci (tato veličina by se v praxi mohla měnit až tři ku jedné, tj. z 500 linek/mm na 1500 linek/mm). Bez použití velmi důmyslného počítačového modelu je obtížné předvídat nebo vizualizovat finální formu mikrostruktury avšak bude to jasně mnohem méně pravidelné než čistá difrakční mřížka a bude se lišit v každém bodě difuzéru. Přestože je známo, že zjasněné nebo asymetrické difrakční mřížky mohou být vyrobeny za použití záznamové geometrie, která vytváří interferenční okrajové oblasti, které jsou nakloněny vzhledem k substrátu, není samozřejmé zapomenout na konečnou komplexnost difuzní mikrostruktury (která by se mohla zdát příliš nepravidelnou k zesílení zjasnění) a identifikovat záznamovou geometrii, která vytvoří nakloněné interferenční okrajové oblasti v rezistu pro všechny složky prostorové frekvence.

Případně mohou být v holografických obrázcích mřížky difuzéru začleněny loga a další formy znaků pro účely buď značkové bezpečnosti nebo zesílený dekorační účinek. Toho lze dosáhnout umístěním grafických/uměleckých masek přímo před difuzér. Jak je znázorněno na obrázku 12, první maska v poloze 14, která by byla prostorově zcela průhledná kromě definovaných vytvarovaných opakních blokujících oblastí (vytvarovaná loga, text atd.), by fungovala k vytvoření mezer v difuzéru 7, které jsou vyplněny odpovídající holografickou ilustrací. Po záznamu s první maskou by druhá maska 14, která je komplementární s první maskou pokud se týká jejích vlastností prostorové transmitance, poskytla předmětnou výtvarnou předlohu, aby se holograficky zaznamenala do oblasti H1 15 a následně holograficky přenesla (zapsala) do mezer v difuzéru. Všimněte si, že mohou být předmětná pole pro difuzér uložena do stejného H1 nebo spíše být zaznamenána do oddělených H1 a postupně přenesena na společnou H2.

Po holografickém zaznamenání a zpracování této struktury ve fotorezistu (nebo v jiných formách fotopolymeru, které mohou poskytnout povrchový

C2889

14.7.2003 • · · · · · •·· · · · ··· • · · ··· · · · • · 9 · ··· ·· ·

4 4 © ·· reliéf) může být pak matrice H2 replikována jako niklová vložka nebo forma (nebo jakékoli jejich množství) pro následné vytlačení do termoplastického filmu nebo odlití do UV vytvrditelného monomeru za použití způsobů dobře známých velkému množství výrobců hologramů. Pokud je požadována větší rozměrová přesnost replik, pak je výhodným přístupem injekční vstřikování.

Princip tohoto způsobu je uveden jako příklad na obrázcích 11B a 11C. Obrázek 11B znázorňuje pět zjasněných mřížek, přičemž každá má odlišnou frekvenci díky účinkurůzné difuzní složky. V praxi by bylo mnoho takových mřížek. Obrázek 11C znázorňuje superpozici těchto mřížek, jak se jeví v konečném produktu v souladu se způsobem I.

Aby se dále zesílila asymetrie (nebo trojúhelníkovost/zjasnění) difuzní mikrostruktury vytvořené záznamovou geometrií z obrázku 11A (po vyvolání) a tím zvýšil jas požadovaného řádu, může být použito leptání nebo mletí zkoseným iontovým paprskem k linearizaci a prodloužení těch faset mikrostruktury, které jsou čelem k proudu iontových paprsků, a tak zdůraznění požadované asymetrie. Použití techniky mletí iontovými paprsky k vytvoření dobře tvarovaného trojúhelníkového profilu v jednoduchých čistých (holografický generovaných) difrakčních mřížkách typu, který se typicky používá jako spekroskopická zařízení, je známé (viz například Aoyagi & Nambi, 1976; Aoyagi, Sáno & Namba, 1979). Avšak její aplikace na komplexní/nepravidelnou difuzní holografickou mikrostrukturu zkosením iontového paprsku tak, že mele nebo leptá za sucha nejrychleji ty povrchy mikrostruktury, které jsou čelem k dopadajícímu proudu, nebylo zaznamenáno. Pro ilustrativní účely znázorňují obrázky 13a a 13B způsob, jak by mletí iontovými paprsky udělalo z jednoduché kvazi-sinusoidní mřížky trojúhelníkovitou mřížku.

C2889

14.7.2003 • ···· ·» ··· · · ··♦ · · · · ··· ··· ·· · ·· ··

Způsob II

Dále popíšeme druhý způsob výroby difuzní vysoce výkonné reflexní mřížky, stále na základě konceptu asymetrické trojúhelníkové mikrostruktury. Prvním stádiem tohoto procesu je vyrobit drsnou trojúhelníkovou mřížkovou strukturu 20 (obrázek 14) s hustotou mezi 20 a 100 mikrometry (v závislosti na aplikaci) a úhlem fasety γ mezi 10 a 35 stupni a zejména mezi 15 a 25 stupni, v závislosti na osvětlení a geometrii odrazu/pozorování, tj. aplikaci. Taková mřížka se nejpřesněji vyrobí za použití rycího stroje. Díky drsnosti této mřížkové struktury bude mít zanedbatelnou disperzní sílu ve viditelném spektru, tj. bude se jevit téměř achromatickou v bílém světle. Prodloužené lineární fasety této mřížky se používají jako geometrické reflektory nebo mikrozrcadla.

V terminologii mřížkové spektroskopie pracuje mřížka ve zjasněné konfiguraci a odražené nebo přesměrované světlo bude difrakční složka vysokého řádu se zesíleným zjasněním. Toto je zařízení typu II, protože odražené světlo je přesměrováno daleko od směru zrcadlového odrazu, definovaném ve vztahu k substrátu (v tomto případě je to přesměrováno téměř ve směru kolmice k substrátu, jak se požaduje pro náš reflektor typu II).

Drsná mřížka s hustotou 30 mikrometrů a tedy sklonem fasety asi 20 stupňů, potažená hliníkem ve vakuu, bude mít vzhled rovinného zrcadla (nerozpoznatelnou mřížkovou strukturou). Avšak na rozdíl od rovinného zrcadla bude mít toto zařízení schopnost při osvětlení světelným zdrojem nad a za hlavou pozorovatele přenést obraz světelného zdroje do pozorovatele, zatímco se zařízení pozoruje čelně (tj. ortogonální způsob pozorování, s úhlem dopadu Θ; a tedy celkovým úhlem ohybu 2γ). Avšak takové zařízení je pořád nevhodné pro použití jako reflexní stínítko, protože nemá tu požadovanou vlastnost, že by bylo schopné difuzně rozptýlit dopadající světlo do definované pozorovací zóny - což se v závislosti na aplikaci může měnit od pouhých +/- 15 stupňů (například zpětný reflektor v mobilních telefonech) do +/- 45 stupňů (například zpětný

C2889

14.7.2003 ···· • · · · · · · • · « 4 4 9 4 9 9 reflektor u LCD displeje u laptopů nebo přední osvětlené promítací plátno) v horizontální ose pozorování. Ve vertikální ose pozorování bude horní limit úhlové zóny pozorování obecně nižší. Dalším krokem je superponovat na profil drsné mřížky jemnější náhodnou strukturu, jejíž průměrné rozměry podél sklonu faset budou v řádech několika mikrometrů.

·♦ ··· · ·· ···· • 4»

K dosažení tohoto je mřížka 20 potažena vrstvou rezistu 21 o tloušťce několika mikronů (obrázek 15 A) za použití buď procesu ponořování nebo odstředivého lití. Mřížka potažená rezistem se pak umístí do optického světleného pole generovaného buď přímo propustným difuzérem 22 (obrázek 15B) nebo nepřímo holografickým promítnutím z intermediátu H1 23 (obrázek 15C). Pak je rezist 21 zpracován, aby se na exponovaném povrchu rezistu vytvořila drsná trojúhelníková nosná mřížka nesoucí mikrostrukturu 24 rozptylující světlo, o menším měřítku (obrázek 15D). Tento povrchový reliéf je pak vakuově potažen stříbrem a elektrolyticky pokoven v roztoku síranu nikelnatého za vytvoření niklové kopie nebo matricové vložky 25 (obrázky 15E15F), z nichž mohou být vyrobeny dceřinné vložky nebo formy pro vtlačení do fólie. Výhodou tohoto zařízení drsné mřížky v porovnání s předchozími provedeními fungujícími v prvním difrakčním řádu je, že může být dosažena potenciálně mnohem větší výkonnost odrazu (tj. odrazivý jas), v principu blížící se 100 %.

Způsob III

V tomto způsobu je použita nová forma optického systému pro generaci uzavřené sady rozptylujících pixelů a tedy reflexní pozorovací mřížka. Schéma optického systému je znázorněn na obrázku 16. V zásadě to závisí na zaměření na dva odlišné paprsky 30, 31 koherentního světla (vhodné vlnové délky) se zaměřovacími prvky 32, 33 tak, aby vytvořily překryvový pixel 36 (o průměru 50-100 mikrometrů) na povrchu fotorezistové destičky 35, přičemž ty dva paprsky dopadají na destičku 35 v podstatě na téže straně kolmice k destičce.

C2889

Lze použít další záznamová média, jako například nějakou vhodnou formu fotopolymeru. Dále, jeden z paprsků 30, který nazýváme předmětný paprsek, definuje reflexní rozptylový kužel (úhlové pozorovací okénko). Optický prvek 33 použitý k zaměření předmětného světla by v ideálním případě měl mít nízké číslo f (tj. f/2 nebo méně), čímž zajistí, že úhel difuze/rozptylu je adekvátně velký (tj. větší než dvacet stupňů). Tímto zaměřovacím prvkem by mohla být čočka s opravenou odchylkou nebo holografický optický prvek (například Hl). Druhý paprsek 31, který nazýváme referenční paprsek, musí být pouze slabě konvergující, avšak opět musí být zobrazen na destičku. Nyní když se tyto dva paprsky překryjí, vygenerují interferenční vzor, který je superpozicí, v rámci hranic definovaných úhlem kužele konvergentního předmětného paprsku 30, kontinuálního a tentokrát koherentního spektra prostorových frekvencí. Komplexní mikrostruktura vytvořená touto superpozicí odráží divergující kužel světla, které je achromatické nebo bílé ve svém spektrálním složení. Nyní procesem opakovači expozice můžeme účinně naplnit nebo pokrýt aktivní oblast rezistu těmito rozptylujícími pixely, čímž pro samotné oko vznikne jednotná oblast rozptylujícího achromatického bolografického zpětného reflektoru.

Stejně jako dříve může být jas jednoho řádu dále zesílen použitím procesu zkoseného iontového leptání, aby se indukovala požadovaná asymetrie povrchového reliéfu v hlavní rovině šíření.

Doposud byl rámec této přihlášky identifikovat nové způsoby záznamu/výroby asymetrické difuzně rozptylující povrchové reliéfní mikrostruktury (kterou volně nazýváme jako Zjasněné), aby se vytvořil difúzní zpětný reflektor s vysokým jasem, který může být velkosériově nebo masově vyráběn při nízké ceně pomocí procesu ražení (rotačního nebo ražení z plochy). Avšak chtěli bychom se dále zaměřit na praktické aplikace tohoto zařízení. Obrázek 17 je schématický diagram znázorňující ražený a částečně pokovený polyesterový reflektor 40 (nebo reflexní mřížku) nalaminovaný na zadní povrch

C2889

14.7.2003 • 0 0000 *000 • 0 0 0 ·»· ··· · · · · · · • ♦·· ···· ··· ·· · 00 ··

0000 propustného LCD (displej z kapalného krystalu) 41 pomocí propustného adheziva 42. LCD 41 je vložen mezi polarizátory 42, 43 konvenčním způsobem. Schématicky je rovněž znázorněno umístění pozorovatele 44. Mělo by se poznamenat, že v tomto uspořádání je pozorováno světlo, které je ohnuto nebo zpětně rozptýleno z prodloužené (například zjasněné) fasety. A teď jestliže má zpětný reflektor dostatečně dobrou optickou funkci, pak při normálním okolním osvětlení bude vyražený reflektor 40 zpětně rozptylovat dostatečné množství světla, aby šlo jasně vidět informaci přítomnou na LCD 41. Avšak při velmi ztlumeném osvětlení může být nutné doplnit tento zpětný odraz nějakým přídavným osvětlením zezadu, které musí přicházet zezadu reflexního difuzéru, jak je to znázorněno, a které je přiváděno ze zdroje 45 přes světlovod 46. To znamená, že kovový potah nemůže být zcela opakní a musí propouštět nějakou část (5-20 %) zadního osvětlení. Tyto dvojí požadavky by mohly být dosaženy potažením mikrostruktury kontinuální polopropustnou vrstvou kovu, avšak absorpce způsobená šířením kovovou vrstvou velmi plýtvá zadním světleným proudem nebo energií. US-A-5,926,293 popisuje začlenění mikrodírek propouštějících světlo v opakním kovovém povlaku, aby se vytvořilo malé množství požadované propustnosti bez absorpce, přičemž tyto mikrodírky jsou vytvořeny laserovým leptáním nebo ablací. Navrhujeme alternativní řešení tvorby propustných dírek (o průměru kolem 20-50 mikrometrů), který je velmi vhodně uveden jako součást procesu otočné sítě na vyražení sítě.

To zahrnuje nejprve kontinuální potažení vyražené mikrostruktury opakní vrstvou hliníku, potom natištění leptací masky za použití hlubotisku nebo gumotisku, aplikace leptadla k odstranění nechráněného kovu a pak vymytí. Samozřejmě by měla natištěná maska obsahovat požadovaný mikrodírkový vzor, avšak také, a to je velmi důležité, by mohla rovněž obsahovat grafické znaky, jako například text, loga atd. pro dekorativní a možné bezpečnostní účely.

C2889

14.7.2003 ·· ···· ·· ····

Způsoby kopírování pro difuzní zpětných reflektorů

Aby se zkopíroval předlohový zpětný reflektor, může být potažen tenkou vrstvou stříbra procesem vakuového pokovení, což učiní povrch elektricky vodovým. To pak může být použito jako katoda umístěná v roztoku amidosulfanu nikelnatého, přičemž anodou je košík niklových tabletek. Aplikace tepla a proudu způsobí depozici kovu niklu na stříbrném povrchu difuzního reflektoru. Časem se vytvoří samonosná niklová vrstva, která může být ze zpětného reflektoru oddělena. Povrchový profil niklu bude přesná kopie zpětného reflektoru, i když s obrácenou orientací.

Povrchový reliéfní profil zpětného reflektoru může být masově kopírován zas použití niklové kopie jednou z následujících technik, avšak není na ně omezena:

A) Ražení za tepla do termoplastů

Když se niklová kopie namontuje na ohřátý válec, může být na vhodný termoplast vyražen povrchový reliéfní profil zpětného reflektoru při aplikaci tepla a tlaku mezi rotačním válcem a termoplastem. Termoplast může být buď předem pokoven nebo pokoven po vyražení. Termoplastický prostředek může být buď poskytnut na nosiči (potažen nebo nepotažen nátěrem zabraňujícím slepení) nebo může být použit i jako nosič, i jako prostředek nesoucí reliéf.

Polyester typicky funguje jako nosná vrstva (mezi 25 a 100 mikrometry) a je potažen vhodným termoplastem, jehož tloušťka je přiměřená k tomu, aby nesla reliéfní strukturu. Vhodnými materiály, do nichž se může přímo razit, jsou materiály jako například polypropylen a PVC (a méně často polyester), opět o tloušťce typicky 25-100 mikrometrů.

B) Techniky lití tenkých vrstev

Když se niklová kopie namontuje na válec, může se na organický monomer, který byl nanesen na vhodný nosný materiál, například 19C2889

14.7.2003 ···· ·· ···· mikrometrový polyester, vyrazit povrchový reliéfní profil zpětného reflektoru aplikací tlaku mezi rotačním válcem a nosným materiálem potaženým monomerem. Jakmile byl monomer vyražen, je pak vytvrzen UV zářením a je připraven pro úplné nebo částečné pokovení.

C) Kopírování ve formě

Povrchový reliéfní profil difuzního zpětného reflektoru může být začleněn do komponenty konečného produktu prostřednictvím kopírování ve formě. Toho lze dosáhnout litím filmové kopie povrchového profilu zpětného reflektoru. Film může být pak připevněn k vnitřní stěně formy komponent, takže když je komponenta odlévána, vytvoří povrchový reliéfní profil zpětného reflektoru nedílná součást komponenty.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Dífuzní reflektor, vyznačující se tím, že obsahuje substrát mající asymetrickou reflexní periodickou povrchovou mikrostrukturu vytvořenou tak, že při osvětlení množstvím vlnových délek v rovině dopadu nebo při osvětlení ležícím v ose asymetrie, v podstatě všechny vlnové délky jsou přednostně rozptýleny nebo vedeny do jediné, společné pozorovací zóny s osou odchýlenou od směru zrcadlového odrazu, jak je definováno výše.

2. Reflektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že společná pozorovací zóna je vycentrována na směr blíže ke kolmici k substrátu než k rovině substrátu.

3. Reflektor podle nároku 2, vyznačující se tím, že jediná společná pozorovací zóna je vycentrována v podstatě na kolmici k substrátu.

4. Reflektor podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že vlnové délky jsou ohnuty tak, že jediná společná pozorovací zóna je definována jednou ze dvou ohnutých složek prvního řádu.

5. Reflektor podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že povrchová reliéfní mikrostruktura obsahuje poměrně drsný povrchový reliéf, na němž je jemnější dífuzní rozptylující vrstva s povrchovým reliéfem.

6. Reflektor podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že povrchová reliéfní mikrostruktura je vyražena do substrátu.

7. Reflektor podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že substrát je opatřen vrstvou zesilující odraz.

8. Reflektor podle nároku 7, vyznačující se tím, že substrát je pokoven.

9. Reflektor podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že vrstva zesilující odraz j e opatřena mikrodírkami.

C2889

10. Způsob výroby difuzního reflektoru, vyznačující se tím, že se promítne holografický obrázek difuzéru na planámí záznamový člen orientovaný v rovině promítaného obrázku, zatímco se záznamový prvek osvětlí koherentním referenčním paprskem, přičemž obrázek a referenční paprsek jsou promítnuty na záznamový prvek z téže strany kolmice křovině záznamového členu, aby se vytvořil interferenční vzor na záznamovém členu; a vytvoří se povrchová reliéfní mikrostruktura definující asymetrický difuzní reflektor za použití interferenčního vzoru.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že holografický obrázek je odvozen od holografického záznamu propustného difuzéru za použití referenčního paprsku, který je sdružený s referenčním paprskem použitým k promítnutí holografického obrázku.

12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že holografický záznam propustného difuzéru dále zahrnuje začlenění jednoho nebo více obrázků do obrázku difuzéru.

13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že obrázek nebo každý obrázek je definován maskou.

M.Způsob podle nároku 12 nebo nároku 13, vyznačující se tím, že obrázkem je logo, znak nebo grafický design.

14.7.2003 • »··· • » * 9 9 9 9 9 9 • ··· · · · « · ·

31 · · · · 9 4 4 4 4 *····« 444 44 44

14.7.2003 ·»·· «« ··« · ·· ··*· materiálem citlivým na světlo a při vytváření jemnější mikrostruktury se materiál citlivý na světlo exponuje difuzním světleným polem.

14.7.2003 ·* ··· · ·· ·«·· ···« • ·····♦ ··· * * · · · ·

15. Způsob výroby difuzního reflektoru, vyznačující se tím, že obsahuje výrobu poměrně drsné asymetrické periodické struktury v záznamovém členu a vytvoření difuzně rozptylující jemnější mikrostruktury na periodické struktuře, přičemž výsledný povrchový reliéf záznamového členu vytváří asymetrický difuzní reflektor.

16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že mezi výrobou drsné struktury a vytvořením jemnější mikrostruktury je drsná struktura potažena

C2889

17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že difuzní světlené poleje generováno přímo zdifuzéru nebo nepřímo za použití holografického obrázku difuzéru.

18. Způsob výroby difuzního reflektoru, vyznačující se tím, že obsahuje zaměření dvou paprsků koherentního světla na záznamový člen přes příslušný první a druhý zaměřovači prvek tak, aby se dva zaměřené paprsky překryly na záznamovém členu, přičemž zaměřovači prvky jsou navrženy tak, aby překrývající se paprsky vygenerovaly pixel interferenčního vzoru v záznamovém prvku; opakování tohoto procesu pro množství pixelů; a vytvoření povrchové reliéfní mikrostruktury definující asymetrický difuzní reflektor za použití interferenčního vzoru.

19. Způsob podle nároku 18, vyznačující se tím, že pixely jsou uspořádány v pravidelném poli.

20. Způsob podle nároku 18 nebo nároku 19, vyznačující se tím, že jeden ze zaměřujících prvků je holografický optický prvek.

21. Způsob podle kteréhokoli z nároků 18 až 20, vyznačující se tím, že oba paprsky dopadají na záznamový člen z téže strany kolmice k záznamovému prvku.

22. Způsob podle kteréhokoli z nároků 10 až 21, vyznačující se tím, že dále obsahuje zesílení vlastnosti asymetrie rýhováním zkoseným reaktivním iontovým paprskem nebo leptáním záznamového média.

23. Displej, vyznačující se tím, že obsahuje průhledný displejový generátor a difuzní reflektor podle kteréhokoli z nároků 1 až 9 vyrobený způsobem podle kteréhokoli z nároků 10 až 22 umístěný za displejovým generátorem.

C2889

24. Displej podle nároku 23 závislém na nároku 7, vyznačující se tím, že vrstva zesilující odraz je částečně průhledná, přičemž displej dále obsahuje zadní světelný zdroj pro generaci zadního světla, které může být propuštěno vrstvou zesilující odraz.

25. Displej podle nároku 23 nebo nároku 24, vyznačující se tím, že generátor displeje obsahuje prostorový světelný modulátor, jako například displej z kapalného krystalu.

26. Displej podle nároku 23 nebo nároku 24, vyznačující se tím, že vytváří bezpečnostní oděv, šaty, kočičí oči, plochý panelový displej, například laptopové počítače, displeje mobilních telefonů, náramkové hodinky, kalkulačky, osobní digitální pomůcky atd. neboje substrátem pro dokumenty jako například etikety, lístky, bankovky, cenovky, pohybové děrné štítky, šeky, značkové doplňující/balicí znaky, cenné dokumenty, cedule, silniční značky apod.

27. Difuzní reflektor podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že je buď přilepen na polymemí nosný film nebo přenesen z nosiče na finální substrát za použití adhezního systému.