TW201814331A - 一種製造漫反射光學構造的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種漫反射光學構造，其不依賴於現有技術的特殊模具或加工工具來產生光學構造的關鍵漫反射表面特徵。使用霧化噴塗方法將可硬化的透明液體聚合物層塗覆到預製的基底光學基板的表面。所述聚合物層在所述預製的基底光學基板的所述表面上形成珠粒，從而形成上面具有形成所述漫反射表面特徵的隨機且連續系列的峰谷部的表面。上面具有所述漫反射聚合物層的所述預製的基底光學基板與額外光學層的組合形成可在製造光學透鏡、窗戶和透明膜時使用的透明漫反射光學構造，所述透明漫反射光學構造在以基本上無畸變的方式透射光時以漫射方式反射光。

Description

一種製造漫反射光學構造的方法
本發明涉及一種漫反射光學結構的製造，該漫反射光學結構採用成本較低且更有效的方法來製造光學結構的元件，其具有由連續系列的峰谷部組成的粗糙的紋理化表面光潔度。
在標的類型的光學構造中產生此類型的表面的一般方式為：首先用例如模具或模壓工具的工具製造粗糙的紋理化表面光潔度，隨後使用所述粗糙的紋理化表面光潔度複製澆鑄或注射模制的光透射透鏡元件中或模壓的光透射片中的表面光潔度。結果是透鏡或片元件的表面複製用於形成粗糙的紋理化表面光潔度的工具的所述粗糙的紋理化表面光潔度。現有技術的示範是美國專利案第7,443,608號；美國專利案第7,719,777；以及美國專利案第9,244,201號。
本發明不依賴於現有技術中描述的特殊模具或加工工具來產生所描述的粗糙的紋理化表面光潔度。替代地，使用噴塗方法在光透射聚合物塗層(在本文中稱為漫反射光學層)的表面上產生粗糙的紋理化光潔度從而形成連續系列的峰谷部的方式塗覆所述光透射聚合物塗層，因此消除對易受磨損或損壞從而導致增加的製作成本、製造減速和不規則處的 專業化加工工具的需求。本文中教示的漫反射光學構造可有利地用於家庭、商業建築物和汽車的窗戶中或護目鏡、防護面罩或太陽鏡透鏡中。根據本發明構造的光學透鏡、護目鏡透鏡、防護面罩、窗戶和透明膜用以在以基本上無畸變的方式透射光時以漫射方式反射光。
1‧‧‧漫反射光學構造
10‧‧‧漫反射表面
11‧‧‧外表面、光學平滑表面、表面
12、13‧‧‧光線
14‧‧‧眼睛
15、16‧‧‧抗反射塗層
17‧‧‧峰部
18、19‧‧‧谷部
2‧‧‧光透射基底光學基板、基底光學基板
20‧‧‧線長度
21‧‧‧輔助線
22‧‧‧傾斜部
23‧‧‧角度
24‧‧‧光透射黏合層、黏合層
25‧‧‧光學元件
26‧‧‧表面、光學平滑表面
27‧‧‧半透明顆粒、光透射半透明顆粒
28‧‧‧光學平滑表面
28、29‧‧‧外表面
28、29‧‧‧表面
3‧‧‧漫反射光學層
4‧‧‧峰谷部
5‧‧‧反射性介質
6‧‧‧光學層
8‧‧‧照在漫反射光學構造上的入射光線、入射光線
9‧‧‧從漫反射光學構造反射的光
圖1是根據本發明的漫反射光學構造的透視圖。
圖2是圖1的漫反射光學構造的沿著截面線A-A所取的橫截面圖。
圖3是圖2的光學元件中的一者的橫截面圖。
圖4是說明噴塗的聚合物層到圖3中所說明的光學元件的表面的塗覆的橫截面圖。
圖5是說明光透射反射性介質到圖4中所說明的噴塗的聚合物塗層的表面的塗覆的橫截面圖。
圖6是展示噴塗的浸漬有半透明顆粒的聚合物塗層到圖3中所說明的光學元件的表面的塗覆的橫截面圖。
圖7A是說明光從圖2的漫反射光學構造反射的方式的橫截面圖。
圖7B是說明光如何從圖2和7A的漫反射光學構造反射的平面視圖。
圖8是說明表面特徵的測量的粗糙的紋理化表面光潔度的橫截面指導圖。
圖9是圖1的漫反射光學構造的橫截面圖，其說明圖2的漫反 射光學構造的變化。
圖10是圖1的光學構造的沿著截面線A-A所取的橫截面圖，其說明通過漫反射光學構造的光線的效應。
圖11是說明抗反射塗層到圖2的漫反射光學構造的塗覆的橫截面圖。
圖12是說明抗反射塗層到圖9的漫反射光學構造的塗覆的橫截面圖。
總起來說，本發明的漫反射光學構造是通過使用用於產生由以漫射方式反射光的峰谷部組成的表面光潔度的光學構造的元件的新工藝製造的。
標的漫反射光學構造包含具有第一表面的預製的光透射基底光學基板。通過噴塗技術將可硬化的光透射液體聚合物層(稱為漫反射光學層)塗覆到預製的光透射基底光學基板的第一表面，並且接著在開放的大氣環境中將其固化為固態。漫反射光學層的表面是漫反射表面。製造漫反射光學層的聚合材料是透明的。漫反射光學層的漫反射表面是為所塗覆的反射性介質提供不均勻表面的多個峰谷部。反射性介質(例如鋁)很薄，通常測量為幾埃厚，並且可通過熟知的濺塗或真空沉積工藝進行塗覆。反射性介質反射照射在其上的光的一部分並且允許剩餘部分通過。接著將可硬化的光透射液體聚合物層塗覆到反射性介質的表面，並將其固化為固態。塗覆光透射液體聚合物層以使得其順應並填充漫反射光學層的峰谷部。在本發明的一個實施例中，借助於表面張力而非借助於模具來提供基 本上光學平滑的外表面。
現在參考圖1到2，展示以漫射方式反射光並且以基本上無畸變的方式透射光的漫反射光學構造1。在圖2中呈現漫反射光學構造1的沿著圖1的截面線A-A取得並且說明其個別光學元件的橫截面圖。這些光學元件是：預製的光透射基底光學基板2；可硬化的光透射液體聚合物層，其噴塗到基底光學基板2上，以產生具有包含多個峰谷部4的表面的漫反射光學層3；反射性介質5；以及光學層6，其順應並填充漫反射光學層3產生的峰谷部4並且提供基本上光學平滑的外表面11。圖1的倒「V」符號表示漫反射光學層3的表面上的峰谷部4，由反射性介質5突出顯示。基底光學基板2被稱為是預製的，因為產生漫反射光學構造1的工藝開始於先前製造的透鏡，所述透鏡是上面塗覆所述層(如上所述為形成漫反射光學構造1)的基礎物。
現參考圖3，展示在漫反射光學層3塗覆到基底光學基板2的表面29上之前預製的光透射基底光學基板2。基底光學基板2的外表面28、29優選地是光學平滑的。基底光學基板2可由透明熱固性塑膠、熱塑性材料、玻璃或膜薄片(例如聚酯膜)製成。現參考圖4，展示具有塗覆到其表面29的漫反射光學層3的基底光學基板2。漫反射光學層3的峰谷部4用以與鏡面方式相比以漫射方式反射光。
現參考圖5，展示具有塗覆到漫反射光學層3的峰谷部4的反射性介質5的圖4的透鏡構造。
根據本發明的一個實施例，漫反射光學層3是通過將聚合材料噴塗到預製的光透射基底光學基板2的表面29上，接著在開放的大氣環境中進行固化所塗覆的可硬化的光透射液體聚合物材料。噴塗的聚合材料以 連續一連串的小液滴形式塗覆到表面29，產生與光澤的平滑透明塗層相比具有一定程度的表面粗糙度的光透射半透明塗層。由峰谷部4表示噴塗的聚合材料的所得表面粗糙程度。取決於所採用的噴塗方法，可通過調整例如氣壓、聚合材料的黏度以及噴塗頭到基底光學基板2的表面的接近度的噴塗參數，控制表面粗糙度。產生光透射漫反射光學層3的優選方法使用超聲波噴嘴技術，其與高壓相比使用高頻率聲振動將液體材料霧化成細噴霧，從而產生更可控且均勻的塗層。可視所選擇的聚合材料的類型的需要，在室溫下、在低溫或高溫下以熱方式或通過UV光固化所得的漫反射光學層3。
在圖6中所說明的本發明的另一個實施例中，用以產生漫反射光學層3的聚合材料混合或浸漬有大小範圍從10微英寸到1500微英寸的多個光透射半透明顆粒27。半透明顆粒27可為(例如)聚合物或玻璃珠粒。當聚合材料已經固化時，半透明顆粒27在漫反射光學層3的表面中產生形成所說明的峰谷部4的峰谷式突起，從而產生與光澤的平滑透明塗層相比具有一定程度的表面粗糙度的光透射半透明塗層。在此實施例中，聚合材料提供用於光透射半透明顆粒27的載體，以便提供每一顆粒突起上方和之間的平滑塗層過渡。重要的是，光透射半透明顆粒27的折射率與漫反射光學層3的折射率相同或極為接近，使得半透明顆粒27不致使漫反射光學層3內的衍射或畸變。
根據需要，漫反射光學層3可塗覆於光透射預製基底光學基板2的表面29的整個部分，或僅其選定部分。舉例來說，可在塗覆漫反射光學層3之前，通過以圖案形式的掩蔽來阻擋表面29的一部分。在固化漫反射光學層3之後，可移除所述掩蔽，所得的影響是反射性介質5將突出顯示由 僅佔用表面29的選定部分的漫反射光學層3產生的圖案。
漫反射光學層3的峰谷部4處於特定範圍內。峰谷部4在漫反射光學層3的表面區域上方的佈置是隨機且連續的。以隨機且連續方式佈置的峰谷部的實例是常見砂紙的表面區域上磨砂顆粒的佈置，其中每一磨砂顆粒的頂部表示峰部，且給定磨砂顆粒和鄰近磨砂顆粒之間的表面區域表示谷部。類似於砂紙的峰谷部的漫反射光學層3的峰谷部4是隨機的，這是因為每一峰部和每一谷部不具有相對於其所處表面的特定的預定位置。漫反射光學層3和所描述的砂紙的峰谷部4是連續的，這是因為每一峰部直接通向鄰近的谷部中並且每一谷部直接通向鄰近的峰部中，且如此形成貫穿漫反射光學層3的整個表面進行自身重複的循環圖表案。因為漫反射光學層3是獨立於基底光學基板2的元件，所以在製造基底光學基板2時，使用與現有技術中允許的相比更廣範圍的基底透鏡材料產生漫反射光學構造1是可能的。這是因為現有技術需要峰谷部4由基底光學基板2的表面形成，這在所要的基底光學基板2是聚酯膜、玻璃或注射的聚合物偏光透鏡的情況下存在問題。
塗覆到漫反射光學層3的峰谷部4的反射性介質5提高以最佳描述為全向的漫射或「散開」方式反射入射光的峰谷部4的反射性質。可參考描繪漫反射光學層3的具反射塗層的峰谷部4產生的反射的圖7A和7B理解全向反射的意義。圖7A和7B的元件符號8表示照在漫反射光學構造1上的入射光線。圖7A和7B的元件符號9表示從漫反射光學構造1反射的光。圖7B在平面視圖中說明入射光線8和反射光線9。如圖7B中所說明，反射光線9以大致上均等的方式跨三百六十度輻射。此類型的反射被視為全向的，這是因 為其從入射光線8照射漫反射光學層3的具反射塗層的峰谷部4所在的點以基本上對稱的方式跨三百六十度輻射。因為光以全向方式反射，所以其產生在廣泛範圍的光照條件和觀看角度下明顯的反射。
依據傾斜角度、粗糙度和峰密度定義漫反射光學層3的峰谷部4。Rdq(平均斜率的均方根)是涉及傾斜角度的測量值，其中傾斜部是從給定谷部延伸到鄰近峰部的表面部分。Rq(均方根粗糙度)是涉及峰谷部的粗糙度或表面高度變化的測量值。RSm(輪廓峰部之間的平均間距)是涉及峰密度的測量值。Rdq、Rq和RSm是測量表面粗糙度和物理特性的領域中的標準測量值。基本上，Rdq測量值是在測量的給定測量線長度或表面區域內從谷部延伸到每一谷部的鄰近峰部的所有傾斜角度的加權平均值。類似地，Rq是測量的給定測量線長度或表面區域內表面粗糙度的加權平均值。RSm測量測量的給定線長度或表面區域內所謂的輪廓峰部的數目。
在本文所述類型的反射性表面的情況下，反射性表面在漫射方面的性能在很大程度上是由Rdq值確定。較淺的平均傾斜角度產生較低的Rdq值。較低的Rdq值產生較少漫射且具有較高對比的反射。相反地，較高Rdq值產生較多漫射且具有降低的對比度的反射。個別傾斜角度(即將特定谷部連接到優選實施例的峰谷部4的鄰近峰部的給定斜率)不必始終為完全恒定的。這就是為何將傾斜角度測量值計算為平均值的原因。
Rq測量值與關於從谷部的底部到峰部的頂部測量的深度(或換句話說，幅值)的平均距離有關。較低Rq值意指峰部的頂部與谷部的底部之間較淺的平均深度。這通常產生較微細的紋理化光潔度。相反地，較大Rq值意指從峰部的頂部到谷部的底部的較大平均深度。這通常產生較 粗的紋理化光潔度。重要的是維持相對較低Rq值，以便使歸因於可能的折射率失配造成的對光學性能的潛在負面效應降到最低。已發現，本文所述類型的具有處於規定的窄範圍內的Rdq值、Rq值和RSm值的峰谷部4可在反射光中產生充分的反射率以及足夠量的漫射。現參考圖8，展示描繪組成其表面的峰谷部的粗糙的紋理化表面光潔度的放大輪廓截面視圖，這些峰谷部具有給定Rdq、Rq和RSm值。所述說明是簡化的，這是因為與更能代表實際峰谷部4的連續弧的變化形式和程度相比，將連接峰谷部的傾斜部展示為直線式。然而，圖8說明足以理解所述參數的測量值Rdq、Rq和RSm。峰部17表示單個峰部，且谷部18和19表示所說明的粗糙的紋理化表面光潔度的峰部17的任一側上的兩個谷部。尺寸20表示正在測量的粗糙的紋理化表面光潔度的線長度。輔助線B-B表示峰谷部的平均表面高程(也稱為最小平方線)，使得線長度20內的粗糙的紋理化表面光潔度輪廓的同等區域處於其上方和下方。輔助線21平行於在峰部17和谷部18之間延伸的傾斜部22。如由圖8的角度23指示的傾斜部22的角度由輔助線21和B-B之間的角度確定。圖8的粗糙的紋理化表面光潔度的給定線長度20的平均傾斜角度簡單地是一起求平均的所有傾斜角度的總和。以類似方式，如果給定的粗糙的紋理化表面光潔度的傾斜部中的一些或全部與直線傾斜部相比是弧形的，那麼將每一傾斜部的傾斜角度提供為平均值，且對所有經平均的傾斜角度再次求平均，從而產生沿著所測量的線長度的平均傾斜角度。圖8僅用作對「傾斜角度」或「平均傾斜角度」所指內容的說明，且並不意圖作為對在計算平均斜率的均方根(Rdq)時涉及的熟知數學的解釋。Rq是通過測量垂直於線長度20內的輔助線B-B測量的全部峰谷部的表面高度變化(例如峰部17和谷部 18之間的距離)確定的。如在Rdq的情況下一樣，圖8僅用作對「表面高度變化」或「粗糙度」所指內容的說明，且並不意圖徹底解釋在計算均方根粗糙度(Rq)時涉及的常規數學。RSm是通過計數線長度20內的輪廓峰部的數目來確定的。輪廓峰部是中線(例如中線B-B)的向上和向下穿越區之間的輪廓的最高點。峰部17表示輪廓峰部，這是因為峰部17在中線B-B上方，且對應的谷部18和19在中線B-B下方。RSm值與給定線長度內的峰部之間的平均距離有關。其是通過給定線長度中計數的輪廓峰部的數目除以線長度來確定的。
獲得Rdq、Rq和RSm測量值的方式是根據表面測量的行業標準。使用接觸式觸針測量裝置和某些參數執行這些Rdq、Rq和RSm測量。用於測量漫反射光學層3的峰谷部4並且獲取Rdq、Rq和RSm值的參數包含觸針針尖半徑、空間頻率、資料密度和將測量的最小線長度。觸針針尖半徑是二微米。空間頻率在下端是一百微英寸，並且在上端是千分之三十一英寸。資料密度是在跨越正在測量的表面的水準行程上每十微英寸大約一個數據點(或以公制單位，每微米大約四個資料點)的行業標準。將測量的最小線長度是0.315英寸。所說明的優選實施例中的漫反射光學層3的峰谷部4的Rdq大於0.75度且小於6.5度，且所說明的優選實施例中的漫反射光學層3的峰谷部4的Rq大於5.9微英寸且小於25.0微英寸。峰谷部4的RSm大於0.0009英寸且小於0.007英寸。
漫反射光學層3的峰谷部4是由以下參數的組合定義：a)峰谷部4的Rdq、Rq和RSm組合經闡述用於測量峰谷部4並獲得Rdq、Rq和RSm值的參數的範圍；和b)峰谷部4佈置於漫反射光學層3的表面上的隨機且連 續的方式。
本發明的重要益處中的一者是峰谷部4不是通過複製預製的模具表面或模壓心軸或模具，而是替代地通過將液體聚合物層噴塗到預製的透鏡或透明片的表面上而形成的。用於產生漫反射光學層3的適合聚合物是原本就透明的，可使用噴塗方法塗覆到峰谷部4所需的規範，可硬化，能夠黏合到其所塗覆到的基底光學基板2，並且優選地是柔韌的。基於聚矽氧烷技術的材料(例如用作防劃痕硬塗層的塗層材料類型)適用於本申請案。替代地，可硬化的紫外(UV)光固化光透射光學黏合劑可用以產生噴塗的漫反射光學層3，尤其在使用如美國專利案第7,443,608號和第7,719,777號中所描述的層合工藝時更是如此。漫反射光學層3的厚度可以在10微英寸薄到按需要的厚度的範圍內變化，但不應超過0.004英寸。根據需要，可在塗覆漫反射光學層3之前將促進黏合的塗層塗覆到基底光學基板2以便改進兩個元件之間的黏合力。可在連續板條操作中使用噴塗方法將漫反射光學層3塗覆到個別透鏡、護目鏡、透明防護面罩或輥壓片料(例如聚酯膜)。
在適合的反射性介質5(例如鋁)塗覆到漫反射光學層3的峰谷部4的情況下，產生漫射且基本上全向的反射。其還基本上不含鏡面反射。可使用熟知的真空沉積或濺射沉積技術塗覆反射性介質5。具有塗覆到其表面的至少一部分的反射性介質5的漫反射光學層3稱為製備的漫反射表面10(在圖5中展示)。
圖2展示圖5的添加了塗覆到製備的漫反射表面10的光學層6的光學構造。在將光學層6塗覆到製備的漫反射表面10之前，漫反射光學層3的峰谷部4像毛玻璃一樣使透射光畸變。這是因為產生峰谷部4的漫反射光 學層3的折射率與空氣的折射率大不相同，結果是透射穿過漫反射光學層3的光畸變。光學層6的主要目的是使透射光復原，或換句話說，在允許反射性介質5反射穿過光學層6時校正峰谷部4產生的透射光的畸變並且突出顯示漫反射光學構造1內的不均勻表面。光學層6經選擇以具有與用以產生漫反射光學層3的聚合材料的折射率相同或接近的折射率，使得當光學層6塗覆到製備的漫反射表面10時，光學層6校正所述畸變並且允許光以基本上無畸變的方式透射穿過完整的漫反射光學構造1。
可以多種不同方式中的任一者產生光學層6。在本發明的基於美國專利第9,244,201號的教示的一個實施例中，使用塗層方法通過以下步驟產生光學層6：將可流動類型的可硬化光透射液體聚合物材料在液體形式下以自由流動方式塗覆到製備的漫反射表面10，接著通過在開放的大氣環境(例如空氣)中對其進行固化將其硬化到固態。可通過熟知的流塗、浸塗、旋塗或噴塗工藝來塗覆液體聚合物材料。取決於正在塗覆的液體聚合物材料的類型，可在塗覆之後通過熱固化或在開放的大氣環境中暴露於紫外光，將其固化到經硬化的狀態。聚矽氧烷類聚合材料優選地供在形成順應並填充峰谷部4之間的區域的光學層6時使用，並且表面張力，提供使畸變光復原的基本上光學平滑的外表面11。也就是說，基本上光學平滑的外表面11由表面張力而非通過模具形成的。取決於在此進行自由流塗覆並在開放大氣環境中進行固化的方法中使用的液體聚合物材料的類型，經固化聚合物塗層的厚度可以在40微英寸到600微英寸的範圍內變化。基於聚矽氧烷技術的聚合物塗層呈現如下優異物理特性：防劃痕和抗磨損性、耐化學性，以及具有極低濁度的透明度、低塗層厚度、柔韌性以及優異的黏合 力特性。由於聚矽氧烷聚合物塗層的柔韌性，將不再很關注關於與基底光學基板2和光學層6有關的不相似材料之間的膨脹和收縮係數問題。因此，圖2的基底光學基板2可由幾乎任何類型的光學材料(包含玻璃和聚酯膜)製成。上文所描述的塗布工藝不需要使用拋光模具達成光學平滑表面11，並且不必添加任何顯著的厚度或剛度到完成的漫反射光學構造1。此方法適合用於製造窗膜以及護目鏡和眼鏡的透鏡。
美國專利案第6,231,183號和第6,719,928號描述用於產生順應並填充峰谷部4之間的區域並產生光學平滑外表面11的光學層6的內嵌模制方法。此現有技術方法不是將液體聚合物材料以自由流動方式塗覆到表面並且接著在開放的大氣環境中固化為薄層的塗布工藝。而是，將光學層6澆鑄或注射模制到製備的漫反射表面10上的內嵌模制操作。此現有技術方法出於在製備的漫反射表面10和用以產生光學平滑外表面11的鄰近模具的光學面之間產生模腔的目的，需要將圖5中所說明的部分透鏡構造放置於模具組合件內部。接著用塑膠材料填充如此產生的模腔。在固化塑膠材料之後，從模具組合件移除透鏡構造。與塗覆聚合物塗層隨後在開放大氣中進行固化的方法相比，此內嵌模制方法受到很大限制，這是因為其不可用於產生類似於美國專利第9,244,201號中描述的聚矽氧烷類型的聚合物塗層。在用以製造基底光學基板2的材料不同於用以澆鑄或注射模制光學層6的材料的情況下，柔韌性變成問題。舉例來說，如果基底光學基板2由例如聚碳酸酯的熱塑性材料製成且經模制或澆鑄的光學層6由例如烯丙基二甘醇碳酸酯(ADC)的熱固性塑膠材料製成，那麼可歸因於兩種材料的膨脹和收縮特性的差異隨時間發生開裂和脫層。當使用美國專利案第6,231,183號和 第6,719,928號中描述的內嵌模制方法時，圖1的基底光學基板2通常限於由與澆鑄或注射模制的光學層6相同的材料製成。另外，當使用內嵌模制方法時，光學層6通常限於是與熱塑性材料相對的熱固性塑膠(通常在低壓和相對較低溫度下處理熱固性塑膠)，這是因為在熱塑性材料的注射模制中涉及的高工藝溫度和壓力使得在大多數情況，在所述工藝期間損壞反射性介質，例如反射性介質5。
美國專利案第7,443,608號和第7,719,777號描述出於使畸變光復原的目的填充峰谷部4之間的區域以便產生光學平滑外表面11的協力廠商法。此現有技術教示如下的層合工藝：通過首先將光透射光學黏合層塗覆到製備的表面，並且接著以層合形式將預製的光透射光學元件應用到所述黏合層，來將預製的光透射光學元件(例如透鏡或透明薄片材料或膜)接合到製備的表面，例如製備的漫反射表面10。
現參考圖9中所說明的本發明的實施例，通過將光學層6(例如抗劃痕硬塗層)替換為預製的光學元件25(其借助於光透射黏合層24接合到製備的漫反射表面10)，修改圖1的漫反射光學構造。光透射黏合層24在液體形式下塗覆到製備的漫反射表面10。黏合層24順應並填充漫反射光學層3的峰谷部4之間的區域並且提供預製的光學元件25黏合到的表面。接著將預製的光學元件25以層合形式放置成與黏合層24接觸。接著對黏合層24進行固化。優選的是，黏合層24是通過暴露於紫外光源進行固化的類型的光學級黏合劑。術語「光學級」簡單地是指非常透明的黏合劑的級別。也優選的是，光透射黏合層24具有與產生漫反射光學層3的光透射材料的折射率相同或緊密匹配的折射率。用於光學應用的黏合劑可購自例如諾蘭德 光學公司(Norland Optics)的供應商。可採用的其它類型的光透射黏合劑包含熱固化黏合劑、接觸黏合劑、環氧樹脂黏合劑和環氧樹脂。用於將兩個預製的固態透鏡元件層合到彼此的材料和工藝在光學行業中是熟知的。預製的光學元件25提供外部光學平滑表面26。在光學應用中使用的黏合劑(例如由諾蘭德光學公司提供的黏合劑)具有允許預製的基底光學基板2與預製的光學元件25之間的衝擊和振動以及膨脹和收縮的柔韌度和彈度。因此，本發明的層合方法允許圖9的預製的基底光學基板2和預製的光學元件25由不相似的材料(例如熱固性塑膠、熱塑性材料、玻璃和聚酯膜)製成而不會呈現開裂或脫層。此層合方法可用於產生呈眼鏡的透鏡、窗戶或薄片材料(例如窗膜)形式的漫反射光學構造。
進入本發明的漫反射光學構造1的光的僅一部分將通過。所述光中的一些將被反射，並且一些將被吸收。如圖10中所說明，光線12通過漫反射光學構造1，到達觀看者的眼睛14。在很大程度上，通過整個漫反射光學構造1的光線保持彼此平行且因此無畸變。當在圖10的介面10處照在反射性介質5上後，光線12中的一些被反射性介質5以漫射或散射方式反射為光線13。同樣地，可反轉漫反射光學構造1，在此情況下，觀看者的眼睛14鄰近光學層6。在此佈置中，如先前所描述，光線將進入基底光學基板2，光線的一部分將被反射性介質5以漫射方式反射，並且光線的剩餘部分將通過漫反射光學構造1到達查看者的眼睛。
現參考圖11，展示具有分別塗覆到表面11、28的抗反射塗層15、16的圖2的漫反射光學構造1。還參考圖12，展示具有分別塗覆到表面26、28之抗反射塗層15、16的圖9的漫反射光學構造1。抗反射塗層15、16 用以減少圖2的光學平滑表面11、28和圖9的光學平滑表面26、28產生的反射，並且因此改進漫反射光學構造1的光學性能。抗反射塗層15、16可通過真空沉積塗覆。出於減少透射光的目的，吸收光的色料可併入到圖2和9的基底光學基板2、圖2的光學層6或圖9的光學元件25中。根據需要，偏振膜可併入到基底光學基板2中。
與現有技術相比，如上文所描述的產生峰谷部4的方法在製造漫反射光學構造1時產生較低成本和較高製作速率，這是因為不需要用模具產生峰谷部4。具有大的複雜曲線(例如用於球形護目鏡和防護面罩的大的複雜曲線)的漫反射光學構造可能更容易產生，這是因為與使用特殊模具鑄造或注射模制那些大的複雜形狀相比，漫反射光學層3可應用於預製的複雜透鏡形狀。顯著簡化與漫反射光學構造一樣的薄柔韌片(例如聚酯窗膜)的製造，這是因為基於板條的製造設備更易於轉換為提供本發明的噴塗工藝，而非現有技術的模壓工藝。

Claims (17)

  1. 一種製造漫反射光學構造的方法，其包括：提供具有一第一和第二表面的一預製的光透射基底光學基板；將一第一可硬化光透射液體聚合物層以霧化方式噴塗到所述預製的光透射基底光學基板的所述第一表面的至少一部分上，使得所述第一可硬化光透射液體聚合物層變成以隨機且連續一連串的小液滴附接到所述預製的光透射基底光學基板的所述第一表面，從而形成一漫反射光學層；在開放的大氣環境中將所述漫反射光學層固化為固態，所述經固化漫反射光學層具有一第三和第四表面，所述第三表面順應所述預製的光透射基底光學基板的所述第一表面，所述第四表面包括對應於所述隨機且連續一連串的小液滴的隨機且連續系列的峰谷部；將一反射性介質塗覆於所述漫反射光學層的所述第四表面的至少一部分，所述反射性介質是足夠薄的以僅反射照射在其上的光的一部分，所述照射的光的剩餘部分通過所述反射性介質，塗覆到所述第四表面的所述反射性介質代表所述漫反射光學層的一製備的第四表面；將一第二可硬化光透射液體聚合物的光學層塗覆到所述漫反射光學層的所述製備的第四表面；以及將所述光學層固化為經硬化狀態，所述光學層具有一第六表面和第五表面，所述第五表面順應所述製備的第四表面的所述隨機且連續系列的峰谷部；所述預製的光透射基底光學基板的所述第二表面和所述光學層的所述第六 表面形成所述漫反射光學構造的外表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述光學層的所述第六表面是光學平滑的。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述第一可硬化光透射液體聚合物或所述第二可硬化光透射液體聚合物包括聚矽氧烷聚合物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述第一和第二可硬化光透射液體聚合物中之每一者包括聚矽氧烷聚合物。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其更包括：將一抗反射塗層塗覆到所述光學層的所述第六表面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述光學層具有大於40微英寸且小於600微英寸的厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其更包括在開放的大氣環境中將所述光學層固化為經硬化狀態。
  8. 一種製造漫反射光學構造的方法，其包括：提供具有一第一和第二表面的一預製的光透射基底光學基板；將一可硬化光透射液體聚合物層以霧化方式噴塗到所述預製的光透射基底光學基板的所述第一表面的至少一部分上，使得所述可硬化光透射液體聚合物層變成以隨機且連續一連串的小液滴附接到所述預製的光透射基底光學基板的所述第一表面，從而形成一漫反射光學層；在開放的大氣環境中將所述漫反射光學層固化為固態，所述經固化漫反射光學層具有一第三和第四表面，所述第三表面順應所述預製的光透射基底光學基板的所述第一表面，所述第四表面包括對應於所述隨機且連續一連 串的小液滴的隨機且連續系列峰谷部；將一反射性介質塗覆於所述漫反射光學層的所述第四表面的至少一部分，所述反射性介質是足夠薄的以僅反射照射在其上的光的一部分，所述照射的光的剩餘部分通過所述反射性介質，塗覆到所述第四表面的所述反射性介質代表所述漫反射光學層的一製備的第四表面；將一光透射黏合層塗覆到所述漫反射光學層的所述製備的第四表面，所述光透射黏合層具有一第五和第六表面，所述第五表面順應所述漫反射光學層的所述製備的第四表面的所述峰谷部；以及提供具有一第七表面和第八表面的一預製的光透射光學元件，所述第七表面層合到所述光透射黏合層的所述第六表面；所述預製的光透射基底光學基板的所述第二表面和所述預製的光透射光學元件的所述第八表面形成所述漫反射光學構造的外表面。
  9. 如申請專利範圍第1項或第8項所述的方法，其中所述預製的光透射基底光學基板的所述第二表面是光學平滑的。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中所述預製的光透射基底光學基板的所述外部第八表面是光學平滑的。
  11. 如申請專利範圍第1項或第8項所述的方法，其中所述經固化反射光學層的所述第四表面的所述峰谷部具有大於0.75度且小於6.5度的傾斜角度(Rdq)、大於5.9微英寸且小於25.0微英寸的幅值(Rq)，以及大於0.0009微英寸且小於25.0微英寸的峰密度(RSm)，以及大於0.0009英寸且小於0.007英寸的峰密度(RSm)。
  12. 如申請專利範圍第1項或第8項所述的方法，其中將所述漫反射光學層噴 塗到所述預製的光透射基底光學基板的整個所述第一表面上。
  13. 如申請專利範圍第1項或第8項所述的方法，其中將所述反射性介質塗覆到所述經固化漫反射光學層的整個所述第四表面。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中所述可硬化光透射液體聚合物包括聚矽氧烷聚合物。
  15. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其更包括將一抗反射塗層塗覆到所述預製的光透射光學元件的所述外部第八表面。
  16. 如申請專利範圍第1項或第8項所述的方法，其更包括將一抗反射塗層塗覆到所述預製的光透射基底光學基板的所述第二表面。
  17. 如申請專利範圍第1項或第8項所述的方法，其中所述漫反射光學層具有大於10微英寸的厚度。
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