TW201339645A - 用於自動立體顯示器的玻璃圓柱透鏡 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種製作玻璃圓柱透鏡陣列的方法。該方法包含：加熱玻璃板，該玻璃板包含位於實質上平行之線性列中的接觸區域；以及使該已加熱的玻璃板變形，該變形係藉由將接觸區域接觸成形主體，以在已加熱的玻璃板中形成複數個圓柱透鏡，該複數個圓柱透鏡排列於實質上平行之列中，該平行之列在兩相鄰圓柱透鏡間具有凹陷區域。當圓柱透鏡的頂點區在變形步驟的過程中保持不變時，凹陷區域於接觸區域中形成。

Description

用於自動立體顯示器的玻璃圓柱透鏡

本申請案係根據專利法主張2012年3月27日申請之美國申請案第13/431,255號之優先權益，該美國申請案之全部內容在此以引用之方式併入本文。

本發明之揭露係關於自動立體顯示器，更明確地係為用於自動立體顯示器的玻璃圓柱透鏡。

圓柱透鏡陣列係用於自動立體顯示器中來對觀看者提供三維(3-D)的印象。圓柱透鏡陣列係由複數個圓柱透鏡所製成，該圓柱透鏡陣列提供影像圖，且當圓柱透鏡陣列放在像素化影像源之前時，該影像圖對觀看者的每一眼而言係不同的。製造圓柱透鏡陣列需要微米級的精確度，以適當地定位圓柱透鏡在影像源的像素周圍。

形成圓柱透鏡陣列的一種方式，亦即接合圓柱透鏡至支座而其中透鏡和支座係為不同材料製作，該方式因多個透鏡黏貼至板材導致更多的缺陷，而遭受缺乏精確度之損害。因此，需要替代的方法來製造圓柱透鏡陣列。

許多方法和材料可用來製造複雜、精密的光學元件。因為大部分用於製造光學部件的傳統加工製程不適於製造極小的特徵，具有表面特徵或尺寸與500 μm一樣小或小於500 μm的部件通常只能透過幾個有限適用性的方法來製造。使用聚合物製造的微結構表面具有藉由用於製作積體電路之半導體工業製程開發上的優勢。一些光微影和離子蝕刻技術的使用已產生亞毫米表面特徵。然而，這些方法不能導向大規模的製造。蝕刻微結構需要的製程時間係正比地視微結構所需的總深度而定。再者，該些方法通常係昂貴的且蝕刻製程會產生粗糙的表面。平滑的凹面或凸面輪廓，或真正的棱柱形輪廓，皆無法輕易地使用上述二種技術實現。

另一方面，塑膠或玻璃材料的成型或熱壓凸成型能形成亞毫米尺寸的特徵。塑膠能符合模具及如實地複製複雜的設計或精細的微結構。不幸地，塑膠材料因為遭受若干缺點之損害而並不理想。塑膠材料通常不夠堅固以隨著時間承受環境惡化。首先，塑膠材料呈現大的熱膨脹係數與受限的機械性質。塑膠裝置常無法長時間承受濕度或高溫。塑膠的體積和折射率兩者實質上隨溫度變化改變，因而限制塑膠可用的溫度範圍。因為用於光學應用的塑膠僅在有限的色散和折射率的範圍內有效，所以塑膠只提供限制的傳輸範圍。因此，甚至在限制的傳輸帶寬內，塑膠材料的用處因累積內部應力的傾向而受限，該累積內部應力的傾向係為在使用中導致傳輸光失真的情況。此外，許多塑膠容易刮傷且易發黃或顯出混濁和雙折射。不幸地，耐磨和防反射塗層的應用仍沒 有完全解決這些缺陷。最後，許多化學和環境試劑將使塑膠降解，使得其難以有效地清潔。

相較而言，玻璃具有的特性使其與塑膠相比係為更好的光學材料等級。玻璃通常不會遭受塑膠材料缺點之損害，也較能承受不利的環境或操作條件。

玻璃的精密光學元件習慣上藉由兩個複雜、多步驟的製程中之一者來製造。第一製程方法中，玻璃批料在高溫下熔化，且該熔體形成具有可控制且均勻的折射率之玻璃主體或凝塊。之後，玻璃主體可以使用按壓技術重組來產生接近期望的最終製品的形狀。然而，在此製造階段主體的表面品質與磨光(finish)不適合用於影像成形光學件。粗糙的製品經退火來開發出適當的折射率和表面特徵，該表面特徵係藉由傳統的研磨和拋光方法來改善。第二製程方法中，玻璃融體係形成於容積主體內，該容積主體立即被退火、切割且磨成期望配置的製品。兩種方法皆具有極限。一方面，研磨和拋光受限於生產相對簡單的形狀，例如平板、球體和拋物線。其他形狀和一般的非球面則難以研磨且係複雜的而不能拋光。另一方面，用於玻璃熱壓的傳統的技術不提供嚴格的表面特徵和需要清晰影像形成的品質。在表面內冷激皺紋(chill wrinkles)的存在與表面外形偏差將構成長期的苦難。

玻璃成型傳統上存在一些其他問題。大體上，欲使玻璃成型吾人需使用高溫以使玻璃符合或流入經模具界定的必要輪廓。首先，在此相對高的溫度下製作熔融玻璃，玻璃變得具有高度化學反應性。由於熔融玻璃具有此反應性，因 此需要具有惰性接觸表面的高耐火模具。一些用於製造模具的材料包括碳化矽、氮化矽或其他陶瓷材料、或介金屬材料，例如鐵鋁、或硬材料，例如鎢。在許多情況下，該些材料並未呈現足夠的表面平滑度或用於製造良好的光學表面磨光的光學品質。被截留在成型的製品裡的氣體或氣泡之可能性係為高溫成型的另一缺點。若氣泡在玻璃內被捕捉，氣泡易於降低製品的光學特性。氣泡會使影像失真且大體上擾亂光的傳輸。甚至在高溫下，熱玻璃成型無法在玻璃表面上有效地產生高頻的亞毫米微結構。

於是，本文所描述的具體例提出傳統玻璃成形技術的一些缺點。在一具體例的面向中，提供製作玻璃圓柱透鏡陣列的方法。該方法包含下列步驟：加熱玻璃板至可變形的狀態；及將已加熱的玻璃板接觸成形主體，該成型主體包含複數個從其上凸出的伸長凸部，該複數個伸長凸部實質上彼此平行排列且實質上等距分開，該伸長凸部的每一者包含遠端與根端。該接觸步驟在已加熱的玻璃板中形成複數個圓柱透鏡，該複數個柱狀透鏡排列於實質上平行之列中，該平行之列在兩相鄰列間具有凹陷區域。在接觸步驟的過程中，該已加熱的玻璃板接觸該伸長凸部的遠端，但未接觸根端。

在另一具體例的面向中，提供在玻璃板上用於形成圓柱透鏡陣列的成形主體。該成形主體包含複數個從其上凸出的伸長凸部。該複數個凸部實質上彼此平行排列且實質上等距分開，該伸長凸部的每一者包含遠端與根端。該根端係配置以不與該玻璃板接觸，該成形主體及該玻璃板之至少一 者係於該玻璃板上接觸，使得該遠端使該玻璃板變形以形成圓柱透鏡，該圓柱透鏡排列於實質上平行之列中，該平行之列在兩相鄰列間具有凹陷區域。

在又另一具體例的面向中，提供製作玻璃圓柱透鏡陣列的方法。該方法包含：加熱一玻璃板，該玻璃板包含接觸區域，該接觸區域位於實質上平行的線性列中；以及使該已加熱的玻璃板變形，該變形係藉由在該接觸區域上施加力以在該已加熱的玻璃板中形成複數個圓柱透鏡，該複數個圓柱透鏡排列於實質上平行之列中，該平行之列在兩相鄰圓柱透鏡間具有凹陷區域。在變形步驟的過程中，當至少該圓柱透鏡的頂點區保持不變時，該凹陷區域在接觸區域形成。

在又另一具體例的面向中，玻璃圓柱透鏡陣列包含基部與從該基部凸出的圓柱透鏡之列。該圓柱透鏡與該基部形成為單件。該透鏡係藉由兩相鄰圓柱透鏡間的凹陷區域彼此隔開，該凹陷區域的每一者係以深色材料覆蓋。

10‧‧‧玻璃圓柱透鏡陣列

12‧‧‧基部

14‧‧‧圓柱透鏡

14a‧‧‧側向區域

14b‧‧‧頂點區

16‧‧‧凹陷區域

18‧‧‧玻璃板

18a‧‧‧近端表面

18b‧‧‧遠端表面

20‧‧‧成形主體

21‧‧‧基底構件

22‧‧‧伸長凸部

22a‧‧‧遠端

22b‧‧‧根端

24‧‧‧溝槽

25‧‧‧遮罩材料

26‧‧‧裝置

28‧‧‧配重塊

32‧‧‧放電裝置

34‧‧‧雷射束發射裝置

當參考下述之詳細說明與附圖時，將更能瞭解這些與其他的面向，其中：第1圖係為玻璃圓柱透鏡陣列的示範性具體例；第2圖係為用於製作玻璃圓柱透鏡陣列的成形主體之第一示範性具體例；第3圖係為用於製作玻璃圓柱透鏡陣列的成形主體和玻璃板之第一示範性具體例；第4圖係為在成形主體上之伸長凸部遠端的特寫 圖；第5圖係為用於製作玻璃圓柱透鏡陣列的成形主體和玻璃板之第二示範性排列；第6圖係為用於製作玻璃圓柱透鏡陣列的成形主體和玻璃板之第三示範性排列；第7圖係為具有玻璃板之成形主體的第二示範性具體例；第8圖係為具有玻璃板之成形主體的第三示範性具體例；第9圖係為具有玻璃板之成形主體的第四示範性具體例；第10圖係為玻璃圓柱透鏡陣列之凹陷區域的特寫圖；第11圖係為在成形主體上形成伸長凸部方法的第一範例；第12圖係用於塑形成形主體的第一示範性工具的示意圖；第13圖係用於塑形成形主體的第二示範性工具的示意圖；第14圖係為在該成形主體上形成伸長凸部方法的第二範例；第15圖係為在該玻璃板上加熱的示範性方法。

現在將參考附圖中所示的示範性具體例使範例更完 整地描述於下文中。每當可能時，使用於整個圖式的相同元件符號意指相同或相似的部份。然而，面向可體現於不同的形式中，且不應被解釋為限於本文所闡述的具體例。

現在參閱第1圖，所示為玻璃圓柱透鏡陣列10的示範性具體例。陣列10可包含具有複數個圓柱透鏡14的基部12，該複數個圓柱透鏡從基部12的一側邊凸出且較佳地和基部12形成單件。圓柱透鏡14的橫截面可被塑形以具有凸面側，例如半圓圈。如此一來，如本文所用的，關於圓柱透鏡可表示僅僅包括圓柱體一部分的透鏡。圓柱透鏡14係成列排列以實質上彼此平行。如第1圖與第10圖所示，圓柱透鏡14的每一者可包含頂點區14b且兩相鄰圓柱透鏡14的每一對可藉由凹陷區域16相對彼此分開。

圓柱透鏡陣列10可由藉由多種方法生產的玻璃板18所形成。例如，玻璃板可藉由融合下拉法製程、浮製製程、流孔下拉製程或其他製作玻璃的已知或具有前景之方式來生產。玻璃板18可為任何適當的厚度，但對於電視或手持裝置應用而言，玻璃板的厚度較佳為等於或小於1100 μm、等於或小於700 μm、等於或小於500 μm、等於或小於300 μm及在一些具體例中、等於或小於約100 μm。玻璃板可由能被成型的任何適合的組成份之玻璃所形成。

如第2圖與第3圖所示。從玻璃板18形成圓柱透鏡陣列10包含成形主體20的使用，該成形主體20包含基底構件21和複數個伸長凸部22。在一個範例中，複數個伸長凸部22可排列為薄壁，該複數個伸長凸部實質上彼此平行且/或實 質上等距分開。伸長凸部22的每一者包含遠端22a和根端22b，其中遠端22a係從基底構件21凸出而根端22b的凸出係接合基底構件21。若伸長凸部22的排列實質上平行彼此，圓柱透鏡14也將同樣實質上形成於平行之列中，如第1圖所示。介於伸長凸部22間的空間形成溝槽24，其形狀部份根據凸部22的塑形而定。儘管伸長凸部22實質上具有相同形狀，但此形狀可變化，如第2~3圖和第7~9圖所示。伸長凸部22的截面圖形狀可為多邊形(例如，五邊形(第2圖)、梯形(第3圖)、矩形(第7圖)、三角形(第8~9圖))，或具有其他多邊形的形狀且/或包含一個或多個曲線側邊的形狀等。示範性的伸長凸部可包含具有較寬根端的橫截面形狀以提供增強的結構剛性，如第3圖與第8~9圖所示。在進一步的範例中，伸長凸部22的形狀可設計為達成圓柱透鏡所欲的形狀。

如第3圖與第5~6圖所示，圓柱透鏡陣列10可藉由將玻璃板18與伸長凸部22的遠端22a接觸來形成，因而使玻璃板18透過遠端22a施加力而變形。在一些範例中，該力可被動地經由重力施加，或如下所述主動地施加。玻璃板18可能藉由施加於其上的熱而變形。玻璃板18的熱能在當板18與遠端22a接觸時或接觸前被傳導。第15圖顯示裝置26的示範性具體例，其中玻璃板18能被加熱(例如，加熱爐)。玻璃板18以獨立的方式加熱，或當與遠端22a接觸時被加熱，如第5~9圖所示。裝置26的另一個具體例如第15圖所示，可為一加熱爐，其包括在內部輸送帶上，將複數個成形主體20與玻璃板18接觸以序列的與/或連續的製程沿著輸送帶來 運輸。配置裝置26以視需要來控制操作條件，例如對著成形主體且/或玻璃板所施加的力、裝置內的溫度、溫度上升或下降的速率或溫度維持的持續時間。在一些具體例中，特定的氣體或氣體混合物在裝置26中被控制。例如，若在製程步驟過程中使用的製品於使用的處理溫度下容易燃燒，則可使用非氧化性(如惰性)的大氣。

應注意成形主體20係被等溫加熱以使成形主體的溫度均勻。較佳地，成形主體的溫度實質上與已加熱玻璃板的溫度相同。於是，在一些具體例中，玻璃板和成形主體在加熱爐中一起加熱且玻璃板和成形主體的接觸發生於加熱爐中。

也應注意，用於將玻璃板18接觸成形主體20的各種排列係為可能的。在第3、5、6及8圖的示範性具體例中，成形主體20位於玻璃板18之下。從第3圖的狀態所示，玻璃板18和成形主體20中的至少一者係朝彼此互相移動使得遠端22a對著玻璃板18的近端表面18a而受力。在第3圖配置的一個示範性具體例中，玻璃板18可置於成形主體20之上平放使得玻璃板18的重量作為將玻璃板18對著遠端而向下推的力。迫使遠端對著已加熱的玻璃板會產生下垂效應(sagging effect)，其中玻璃開始凸出或流至溝槽24。維持成形主體20與玻璃板18在較長的一段時間接觸以形成圓柱透鏡陣列10可能是需要的。此外，如第5圖所示，配重塊28置於玻璃板18的遠端表面18b上，因而產生額外的力使玻璃板18對著成形主體20的遠端22a更進一步向下推。配重塊28 可具有各種重量且係由不會黏著已加熱玻璃的材料所製成。拋光石墨可滿足低製程溫度的情況。

第6圖不同於第4圖，玻璃板18以非接觸的方式對著遠端22a而受力，例如藉由施加在玻璃板18的遠端表面18b上的氣體壓力(如箭頭所示)，而不是使用固體元件，例如配重塊28。或者，也可能於配重塊28的後側邊施加氣體壓力，該配重塊28係置於玻璃板18之上。在另一具體例中，玻璃板18或成形主體20可被移動或藉由操縱裝置(例如，機器人手臂)被握住，使得作用於玻璃板18和成形主體20之間的力的效應(例如，重力)減少、增強、甚至無效。另一施加力的方式可使用滾軸對著玻璃板18的遠端表面18b或成形主體20。

也可能使圓柱透鏡陣列10在兩側都具有圓柱透鏡14。為了製作如此的圓柱透鏡陣列10，玻璃板18可置於兩成形主體20之間，該成形主體係使一成形主體20的遠端22a指向另一成形主體的遠端22a來定向。

在第7及9圖的示範性具體例中，成形主體20位於玻璃板18之上。玻璃板18及成形主體20之至少一者向另一者移動使得伸長凸部22的遠端22a對著玻璃板18的近端表面18a推進。在此配置中，成形主體20的重量足夠能迫使遠端22a對著玻璃板18向下。此外，玻璃板18能藉由較佳地不黏著玻璃的結構從下邊支撐。在另一具體例中，玻璃板18或成形主體20可藉由操縱裝置(例如，機器人手臂)被移動且/或被握住，使得作用於玻璃板和成形主體力的效應(例如，重力)增強、減少、甚至無效。更進一步而言，配重塊28、滾輪 或其他施力機構，例如液壓機或氣壓機，可用來對成形主體20、玻璃板18或上述兩者施加力以達到期望的圓柱透鏡陣列特性。

特定的玻璃組成份可黏著成形主體的材料。為了降低遠端22a對玻璃板18的黏著性，成形主體20整體、伸長凸部22或其遠端22a能塗覆塗層或薄膜30(如第4圖所示)，該塗層或薄膜係由例如氮化硼、氮化鋁鈦或碳灰等物質所組成，但不限於此。此外，第5圖所使用的配重塊28，或其他的施力機構，能以物質塗覆以降低對玻璃板18的遠端表面18b的黏著性。在一些具體例中，玻璃板18能在成形操作的過程中以物質塗覆以降低與成形主體20的黏著性。例如，玻璃板以碳灰塗覆。

在第3圖與第5~9圖中，伸長凸部22的遠端22a作為接觸元件，其配置以接觸玻璃板18上的接觸區域。相反地，當至少玻璃板18或成形主體20彼此互相接觸時，配置凸部22的根端22b以不接觸玻璃板18。也就是說，凹陷區域16經由藉遠端22a力的施加而形成在玻璃板的接觸區域(如第10圖所示)。玻璃板18沒有接觸位於凸部22間之成形主體20的部份變形且漸漸變得向外凸起以形成圓柱透鏡14。如第9圖所示，在一些範例中，對圓柱透鏡14的一些側向區域14a來說可能接觸遠端22a。較佳地，圓柱透鏡14的曲面，包括頂點區14b，不接觸溝槽的內部表面且藉由凸部22來保持不變。也就是說，不像傳統的成型製程，其中玻璃填充凹洞且符合凹洞的內部表面以形成透鏡形狀，根據本發明的具體 例，玻璃板形成透鏡的部份並未符合凹洞的表面(例如，溝槽24)來得到透鏡的形狀。

一旦圓柱透鏡14塑形，配置以降低光散射且增加對比度的材料能應用至凹陷區域16，該光散射能藉由遠端22a留下的任何印記而引起。所應用的材料可為深色的(例如，黑色、不透明或類似的)。例如，懸浮在稀釋溶劑裡的黑色顏料顆粒可塗覆於圓柱透鏡上使得顆粒因重力沈澱於凹陷區域16中。或者，選擇用以匹配形成圓柱材料的玻璃之折射率的聚合物可用來取代深色材料，其中折射率匹配的聚合物材料應用於凹陷區域16內圓柱透鏡陣列的前表面，該凹陷區域16藉由與凸部22接觸而形成。

避免圓柱透鏡14的曲面接觸成形主體20的一個方法係為量綱伸長凸部22的高度使之充分地大於圓柱透鏡14期望的高度。如第9圖所示，伸長凸部22的高度H_P係界定在與該基底構件21平面垂直的方向中從根端22b到遠端22a的距離，而透鏡14的高度H_L係界定在與基部12平面垂直的方向中從透鏡14的凹陷區域16至頂點區14b的距離。例如，伸長凸部22的平均高度實質上可大於透鏡14的平均高度。在某些具體例中，圓柱透鏡的平均高度H_L等於或小於400 μm，較佳地等於或小於300 μm，較佳地等於或小於200 μm且更佳地等於或小於100 μm。在其他具體例中，圓柱透鏡的平均高度等於或小於75 μm，等於或小於50 μm或甚至等於或小於10 μm。在一些具體例中，H_L的最大變化值等於或小於約20 μm，較佳地等於或小於約15 μm，且更佳地等於或小 於約10 μm。

雖然圓柱透鏡陣列峰到峰(頂點到頂點)的節距可形成適於特定應用的值，用於某些顯示器的應用，介於相鄰圓柱透鏡間的平均峰到峰節距較佳地等於或小於1000 μm，更佳地等於或小於600 μm。然而，用於其他顯示器之像素尺寸很大的應用，則節距可以是與10 mm一樣大。相反地，最小的節距在某些情況下可以是與150 μm一樣小。因此，節距的範圍可從約150 μm至約10 mm。較佳地，節距的變化值不超過約±10 μm。

成形主體20較佳地由能承受玻璃製程溫度的材料所組成，該承受玻璃製程溫度的情況係當成形主體20介於處理溫度和室溫間變化時，沒有顯著的尺寸變化發生。例如，在製程過程中玻璃板的黏度較佳地至少等於或大於約10¹³泊的退火黏度，所以成形主體應能承受等於退火黏度的溫度，該退火黏度係用於已用於製程的特定玻璃板。在一個範例中，成形主體20的熱膨脹係數可與玻璃的熱膨脹係數不同。例如，成形主體20的熱膨脹係數可大於或小於玻璃板18的熱膨脹係數，例如，至少10×10^-7 m/m℃。在一些範例中，在確保成形主體與圓柱透鏡陣列分開的情況下，介於成形主體與玻璃板間熱膨脹係數的差距是有用的。此外，成形主體20由能承受高於玻璃板退火點溫度的材料所構成。滿足一個或多個這些標準的材料可為石墨、玻璃狀碳、鎳鉻合金、不同種類的鋼或其他相似物。在較佳的具體例中，成形主體可由沃斯田的鎳鉻基合金板材所構成，例如，英高鎳(Inconel)。 英高鎳特別地能承受於玻璃板製程中的高溫而不會因使用而腐蝕、顯著的磨損或損壞。

介於伸長凸部22間的溝槽24在成形主體20上藉由多種方法形成，例如浸沒式放電加工(plunge electric discharge machining)，如第12圖所示。在浸沒式放電加工中，放電裝置32(例如，電極)具有預定的輪廓，例如，重複輪廓，其移動或「浸沒」至成形主體20。介於裝置表面和工件間的放電藉由優先腐蝕工件的部份來形成成形主體20的輪廓。元件重複的浸沒可用來從工件完整地形成成形主體。如第13圖所示，雷射剝蝕(例如，皮秒雷射鑽孔)也可用來形成成形主體20。如第11與13圖所示，雷射束發射裝置34可沿介於成形主體20之間的側邊延伸之平行線移動(例如，光柵)或成形主體可圍繞著固定式加工設備移動。溝槽24的深度可由雷射的參數來控制，例如，波長、脈衝能量、光柵速度等，或是成形主體20圍繞著加工設備的平移速度。因為透鏡14的微米尺度，成形主體20的表面係用嚴格的公差加工以使表面平整和光滑。此外，藉由化學蝕刻形成溝槽24也是有可能的，如第14圖所示。例如，在一個具體例中，成形主體20可由英高鎳(例如，英高鎳718)形成，例如英高鎳板材，而遮罩材料25通常藉由光微影方法施於英高鎳上。然後適合的化學蝕刻劑(例如，氯化鐵)能施加到遮罩和成形主體上，使得成形主體沒被遮罩覆蓋的部份將被腐蝕或溶解，而留下伸長凸部22。當蝕刻劑大致均勻地蝕刻英高鎳板材時，從板材移除材料，該移除係從向下進入板材之方向和垂直板材表面的方向上兩 者，但是亦在側向方向，大致平行板材的表面而削除遮罩材料。對玻璃下垂30~40 μm而言(在實例中玻璃板允許在成形主體的溝槽中下垂)，60 μm深的凹槽足以避免在介於凹槽內部表面和圓柱透鏡頂點間的接觸。於是，60 μm深的蝕刻將導致約從壁的兩側邊移除約50 μm~60 μm材料。因此，為了得到20 μm厚的伸長凸部以及約40 μm深的溝槽，遮罩應為100 μm寬，此乃假設遮罩從每一側邊削除約40 μm寬。這些過程的尺寸皆視期望的圓柱透鏡陣列的特定設計而定且因此可能會有所變化。一旦成形主體經過蝕刻，殘留的蝕刻劑將被洗去且遮罩材料被移除。在一些具體例中，伸長凸部或壁至少在遠端附近會藉由額外加工更進一步變薄，例如，雷射加工。較佳地，遠端係為越薄越好。例如，遠端可具有等於或小於約5 μm的厚度、較佳地等於或小於3 μm、更佳地等於或小於2 μm。

透鏡14的曲率係視使用圓柱透鏡陣列10應用的種類而定，因為某些應用涉及近距離觀看顯示器而其他需要遠距離觀看。各種參數皆能影響圓柱透鏡14的形狀或形成。該些參數可為接觸區域面積、玻璃板在製程溫度的黏度、玻璃板的熱膨脹係數、玻璃板的熱傳導、玻璃板的化學組成份、玻璃板在製程處理前的表面粗糙度、玻璃板的表面張力、製程溫度、施於成形主體與/或玻璃板上的力、製程時間、溫度的斜線上升率等。對一給定玻璃組成份而言，透鏡14的特定曲率主要能藉由控制四個參數得到，亦即介於相鄰伸長凸部22間的距離(壁或伸長凸部節距)、製程溫度(亦即玻璃18於製 程時環境的溫度)、製程壓力(亦即在玻璃18上藉由伸長凸部22所施加的力)和製程時間(亦即伸長凸部22和玻璃18保持接觸的時間長度)。對一給定玻璃組成份而言，當製程溫度上升時形成具有大半徑曲率的透鏡14係較困難的。當製程溫度需要下降以形成具有大半徑曲率的透鏡14時，反而需要增加力或加長製程時間。相反地，對於相同玻璃組成份而言，在較高製程溫度下，具有較小半徑曲率的透鏡14能以較小的製程壓力或較短的製程時間形成。製程參數的組合能藉由圓柱透鏡陣列的需要來支配，且能達到期望結果的許多組合都為可能的。

相對具有玻璃支承部份和塑膠圓柱透鏡的傳統圓柱透鏡陣列，玻璃圓柱透鏡陣列10提供下述的優點。玻璃能減少製程步驟的次數，此乃因為不需要將透鏡接合支承部份的步驟。玻璃圓柱透鏡陣列10能改善透鏡相對畫面源中像素位置的節距精確度，此乃因為在一給定溫度變化內能生產比傳統塑膠擴大或縮小之玻璃組成份，也因為對玻璃圓柱透鏡陣列而言，玻璃整體擴大的程度和透鏡係為相同的。玻璃也能在處理和使用期間提供好的尺寸穩定度。另一方面，塑膠透鏡較容易受到拉伸影響且更容易變形。玻璃通常用於需要高品質光學元件的產品，且能與光學塗層良好匹配。玻璃也因其硬度和對化學品和溶劑的阻抗的特性而提供優異的抗損傷性。玻璃提供的特性，例如抗刮性，對手持應用的使用來說為理想的。玻璃亦能透過表面化學硬化、熱回火、離子交換或類似的方式來強化。玻璃也能提供較好的可靠性和壽命， 此乃因為玻璃的抗損害性不會隨時間減少且玻璃也較不會因為紫外光、濕氣或暴露於低熱而降解。玻璃也能對預定厚度提供較佳的剛性，該預定厚度使光學元件的位置能容納在穩定位置中，因而減少額外結構的需求，該額外結構可能反而係塑料所需要的。玻璃的退火能產生出無應力且不具延遲或其他光學缺陷的透鏡，該光學缺陷可能會擾亂偏振光LCD傳輸。成型聚合物透鏡陣列大體上遭受快速冷卻之損害，該快速冷卻為對齊和整體幾何的控制所需。

在一些面向中，根據本文描述的具體例的玻璃圓柱透鏡陣列10能黏接到顯示面板，例如LCD或有機發光二極體(OLED)顯示面板。例如，玻璃圓柱透鏡陣列能以折射率相匹配的黏合劑黏接至顯示面板，例如，適合的環氧樹脂黏合劑。折射率相匹配的黏合劑能有效降低由圓柱透鏡陣列遠端表面造成的光散射。此外，玻璃圓柱透鏡陣列的折射率較佳地實質上和圓柱透鏡陣列黏合之顯示面板表面的折射率相同。如果玻璃圓柱透鏡陣列黏接至玻璃顯示面板，較佳地玻璃圓柱透鏡陣列的熱膨脹係數實質上與其黏合之顯示面板的玻璃相同。在其他具體例中，玻璃圓柱透鏡陣列可拆卸地接合至顯示面板或接合至包含顯示面板的裝置，使得玻璃圓柱透鏡陣列當不需要時可輕易地移除。

實施例

在一實施例中，15個玻璃圓柱透鏡陣列從鋁硼矽酸鹽玻璃(Corning Incorporated® Eagle^TM XG glass)的樣品形成，其具有軟化溫度965℃以及在從約0℃至約300℃範圍 的熱膨脹係數約32x10^-7 m/m℃。玻璃板具有500 μm和600 μm的厚度，以及50 mm x 50 mm(長x寬)的外部尺寸。上文所述的石墨成形主體係放置於箱式加熱爐中，其中伸長凸部面向上，玻璃板樣品放置在成形主體上與伸長凸部接觸且接著配重塊放置在玻璃板遠端表面上。加熱爐溫度加熱至保持溫度，且維持至保持溫度於預定保持時間，如下述表中所示。如所示，保持溫度小於玻璃板的軟化溫度，範圍從約800℃至約950℃。加熱爐充滿氮氣以避免石墨成形主體的氧化。保持時間結束時，加熱爐的溫度降低且移除成形主體、玻璃板樣品以及配重塊。圓柱透鏡的高度範圍從32 μm至396 μm。

從表的資料顯示變更透鏡高度能由變更保持(製程)溫度、成形主體接觸玻璃板的時間長度以及施加於玻璃板(或 替代為成形主體)的力得到。具有不同熱特性的其他玻璃組成份顯著地可藉由對製程溫度、保持時間和力的適當調整來提供。

在不背離本發明的精神與範疇下，各種修改和變化對熟悉該項技藝之人士而言係為顯而易見的。

10‧‧‧玻璃圓柱透鏡陣列

12‧‧‧基部

14‧‧‧圓柱透鏡

14b‧‧‧頂點區

16‧‧‧凹陷區域

18‧‧‧玻璃板

Claims (20)

1. 一種製作一玻璃圓柱透鏡(lenticular)陣列的方法，該方法包含下列步驟：加熱一玻璃板；加熱一成形主體；使該已加熱的玻璃板變形，該變形係藉由將已加熱的玻璃板接觸該已加熱的成形主體，以在該已加熱的玻璃板中形成複數個圓柱透鏡，該複數個圓柱透鏡排列於實質上平行之列中，該平行之列在相鄰圓柱透鏡間具有凹陷區域；以及其中該等圓柱透鏡的頂點區在該變形步驟的過程中保持不變。
2. 如請求項1所述之方法，其中該已加熱的成形主體之溫度實質上等同於該已加熱的玻璃板之溫度：
3. 如請求項1所述之方法，進一步包含在該變形步驟後於該凹陷區域上施加深色材料的步驟。
4. 如請求項1所述之方法，進一步包含在該變形步驟後於該凹陷區域上施加一聚合物材料的步驟，該聚合物材料具有與該玻璃板折射率相匹配的折射率。
5. 如請求項1所述之方法，其中該成形主體和該玻璃板之至少一者在該變形步驟的過程中係以非接觸的方式移動。
6. 如請求項1所述之方法，其中圓柱透鏡的每一者包含一高度H_L，該高度H_L係界定在與該圓柱透鏡陣列之基部的平面垂直的方向中從相鄰該等圓柱透鏡的一凹陷區域至該等透鏡的該頂點的距離，且其中該複數個圓柱透鏡的平均高度等於或小於1500 μm。
7. 如請求項6所述之方法，其中該成形主體包含從一基底構件延伸的複數個伸長凸部，伸長凸部的每一者包含連結該基底構件的一根端和一相反的遠端，伸長凸部的每一者進一步包含一高度H_P，該高度H_P係界定在與該基底構件之平面垂直的方向中從該伸長凸部的該根端至該遠端的距離，且其中該複數個伸長凸部的平均高度係大於該複數個圓柱透鏡的平均高度。
8. 一種製作一玻璃圓柱透鏡(lenticular)陣列的方法，該方法包含下列步驟：(I)加熱一玻璃板至一可變形的狀態；以及(II)將該已加熱的玻璃板接觸一成形主體，該成型主體包含一基底構件與從其上凸出的複數個伸長凸 部，該複數個凸部實質上彼此平行排列且實質上等距分開，該伸長凸部的每一者包含一遠端與一根端，其中該接觸步驟在已加熱的玻璃板中形成複數個圓柱透鏡，該複數個圓柱透鏡排列於實質上平行之列中，該平行之列在兩相鄰列間具有一凹陷區域；以及其中在接觸步驟的過程中，該已加熱的玻璃板接觸該等伸長凸部的該等遠端，但未接觸該等根端。
9. 如請求項8所述之方法，其中圓柱透鏡的每一者包含一高度H_L，該高度H_L係界定在與該玻璃圓柱透鏡陣列之平面垂直的方向中從相鄰該等圓柱透鏡的一凹陷區域至該等圓柱透鏡的一頂點的距離，以及伸長凸部的每一者包含一高度H_P，該高度H_P係界定在與該基底構件之平面垂直的方向中從該伸長凸部的該根端至該遠端的距離，且其中該複數個伸長凸部的平均高度係大於該複數個圓柱透鏡的平均高度。
10. 如請求項9所述之方法，其中該複數個圓柱透鏡的平均高度等於或小於1500 μm。
11. 如請求項8所述之方法，進一步包含在該接觸步驟後於該凹陷區域上施加深色材料的步驟。
12. 如請求項8所述之方法，進一步包含在該變形步驟後於該凹陷區域上施加一聚合物材料的步驟，該聚合物材料具有與該玻璃板折射率相匹配的折射率。
13. 如請求項8所述之方法，其中該成形主體由以鎳鉻為基底之合金所形成。
14. 如請求項8所述之方法，其中該成形主體的熱膨脹係數不同於該玻璃板的熱膨脹係數，差距至少為1×10^-6 m/m℃。
15. 一種在一玻璃板上用於形成一圓柱透鏡(lenticular)陣列的成形主體，該成形主體包含：一基底構件與從其上凸出的複數個伸長凸部，該複數個凸部排列為實質上平行的壁，該等伸長凸部的每一者包含一遠端與一根端，伸長凸部的每一者進一步包含一高度H_P，該高度H_P係界定在與該基底構件之平面垂直的方向中從該伸長凸部的該根端至該遠端的距離；以及其中該等遠端的厚度等於或小於5 μm。
16. 如請求項15所述之成形主體，其中該成形主體由石墨所製成。
17. 如請求項15所述之成形主體，其中該成形主體包含一鎳鉻合金。
18. 如請求項15所述之成形主體，其中該成形主體包含鈦鋁氮化物。
19. 如請求項15所述之成形主體，其中該等伸長凸部包含一實質上三角形狀的橫截面。
20. 一種玻璃圓柱透鏡(lenticular)陣列，包含：一基部；以及從該基部凸出的圓柱透鏡之列，該等圓柱透鏡與該基部形成為一單件，該等透鏡係藉由相鄰於圓柱透鏡間的凹陷區域彼此隔開，該凹陷區域的每一者係以深色材料覆蓋。