專利名稱：微透鏡片及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能夠提供三維合成圖像的微透鏡片及其制造方法。
背景技術：
已知使用全息片或微透鏡片的產(chǎn)品是允許觀察者看到三維合成圖像的材料。其中，PCT國際公布N0.WO 2001/63341中所公開的微透鏡片提供對觀察者的肉眼而言看起來浮于微透鏡片上方或下方的合成圖像。這些浮動圖像稱為“浮動圖像”，會隨著觀察者的視角和距離的改變而改變。另外，與標準全息片不同，成像微透鏡片難以通過復制來制造。形成浮動圖像的典型透鏡片包括微透鏡層以及與其相鄰的輻射敏感層，或者與輻射敏感層對應的反射層，如PCT國際公布N0.WO 2001/63341中所述。形成微透鏡層的方法的例子包括使用部分地嵌入粘結(jié)劑層中的玻璃小珠，并利用模具形成塑料微透鏡陣列層，如PCT國際公布N0.WO 92/08998中所述。具體地講，PCT國際公布N0.WO 92/08998描述了 “基片具有第一和第二表面。第二表面為平面，基本上半橢球形微透鏡陣列形成于第一表面上。微透鏡的形狀和基片的厚度被設置為使得平行光基本上垂直于第一表面入射，或者換句話講，陣列的焦點差不多精確對應于基片的第二表面。在本發(fā)明的具有回射器形狀的實施例中，基片的第二表面上包括反射層?！绷硗?，PCT國際公布N0.WO 92/08998描述了下列步驟作為制造方法:a)制備可硬化組合物的步驟；b)將該組合物設置在母板表面上的步驟，所述母板表面具有由基本上橢球形凹陷形成的陣列；c)在基本上平的基片與母板之間鋪展組合物的步驟；d)使組合物硬化以形成復合材料的步驟，其中基本上橢球形的微透鏡陣列附著到基片上；e)將復合材料從母板上移除以獲得基片的步驟。通常，反射鏡表面的反射層是回射器，用作基片的第二表面。另一方面，盡管PCT國際公布N0.WO 2009/067308不涉及浮動圖像，但PCT國際公布N0.WO 2009/067308描述了利用氣泡作為模具的一部分通過復制形成排列曲面的方法，作為生成具有諸如透鏡陣列的排列半球形曲面的形狀的方法。如PCT國際公布N0.WO 92/08998中所述，與使用玻璃小珠的透鏡片相比，當使用通過復制模具而制備的微透鏡陣列作為形成浮動圖像的微透鏡片時，透鏡可更加規(guī)則地排列。然而，形成浮動圖像的微透鏡片中所使用的傳統(tǒng)微透鏡陣列通過復制模具來制備，因此存在制備模具本身的負擔。傳統(tǒng)微透鏡陣列主要由塑料制成，但當使用塑料透鏡時，透鏡表面暴露于空氣層以便為透鏡實現(xiàn)必要的折射率對比度，因此存在易于刮傷以及粉塵粘附到透鏡表面的問題。用于浮動圖像的傳統(tǒng)微透鏡片被設計為使得在與形成透鏡的一側(cè)相對一側(cè)的平坦表面上形成輻射敏感層，基本上垂直于微透鏡陣列表面入射的平行光被聚焦于輻射敏感層。因此，當利用模具形成微透鏡陣列時，必須盡可能準確地調(diào)節(jié)微透鏡陣列表面與輻射敏感層之間的距離(對應于焦距)。因此，除了從復制表面到背表面的距離，或者換句話講，微透鏡陣列的厚度之外，必須以高精度調(diào)節(jié)模具的復制表面。微透鏡陣列的厚度的調(diào)節(jié)容易受到工藝條件的影響，未必能夠容易地實現(xiàn)厚度的再現(xiàn)性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述傳統(tǒng)微透鏡陣列，本發(fā)明的目的在于提供一種用于形成浮動圖像的微透鏡片，其是能夠通過更簡單的復制工藝制造的微透鏡陣列層，而無需調(diào)節(jié)厚度，并且具有高耐刮擦性和防塵性。本發(fā)明的另一目的在于提供該微透鏡片的制造方法。本發(fā)明的微透鏡片具有:微透鏡陣列層，其包括第一表面和通過復制形成的第二表面，所述第二表面具有多個排列的凸透鏡以及一個或多個分隔壁，所述分隔壁具有高于所述凸透鏡的頂部的固定高度(Hw);輻射敏感層，其基本上設置在所述微透鏡陣列層的與所述第一表面相對的一側(cè)，所述凸透鏡的焦點位置處，并且基本上平行于所述第二表面。本發(fā)明的微透鏡片的制造方法包括步驟:制備包括模具表面的模具，所述模具表面具有多個凹陷以及一個或多個溝槽，每一所述凹陷是凸透鏡形狀的反轉(zhuǎn)，每一所述溝槽具有比所述凹陷深的固定深度；復制所述模具表面以形成微透鏡陣列層，所述微透鏡陣列層具有第一表面和第二表面，所述第二表面具有通過復制形成的多個凸透鏡；以及將輻射敏感層基本上設置在所述微透鏡陣列層的與所述第一表面相對的一側(cè)，所述凸透鏡的焦點位置處，并基本上平行于所述第二表面。通過使用本發(fā)明的微透鏡片及其制造方法，在第二表面一側(cè)形成輻射敏感層，所述第二表面具有多個排列的凸透鏡以及一個或多個分隔壁，所述分隔壁具有高出所述凸透鏡的頂部的固定高度，其通過復制形成。因此，可通過分隔壁的高度來調(diào)節(jié)凸透鏡與輻射敏感層之間的距離。不必調(diào)節(jié)微透鏡片的實際厚度，可利用復制工藝容易地實現(xiàn)分隔壁高度的再現(xiàn)。因此，可利用更簡單的復制工藝提供能夠以良好的再現(xiàn)性調(diào)節(jié)輻射敏感層的位置的微透鏡片。另外，對于此構型，由于凸透鏡的表面未暴露，可提供透鏡表面具有優(yōu)異的耐刮擦性和防塵性的微透鏡片。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微透鏡片的橫截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的微透鏡片的橫截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的微透鏡片的橫截面圖。圖4是使用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微透鏡片的浮動圖像的概念圖。圖5(a)_5(f)是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微透鏡陣列層的制造方法例子的各步驟的各種示圖。圖6(a)_6(b)是本發(fā)明一個實施例中所使用的基模的各種示圖。圖7(a)_7(c)是示出本發(fā)明一個實施例的微透鏡陣列層的制造方法的各步驟的各種不圖。圖8是示出本發(fā)明一個實施例中所使用的輻射敏感層的圖像繪制裝置的構造的概念性框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一個實施例的微透鏡片至少包含微透鏡陣列層和輻射敏感層。微透鏡陣列層具有第一表面和相對的第二表面，第二表面具有利用模具通過復制方法形成的凸透鏡以及分隔壁，所述分隔壁具有高出所述凸透鏡的頂部的固定高度(Hw)。輻射敏感層被構造為直接或間接地與微透鏡陣列層的第一表面的相對側(cè)(或者換句話講，第二表面)相鄰，并基本上在凸透鏡的焦點的位置處基本上平行于所述第二表面延伸。如本文所用，短語“輻射敏感層在凸透鏡的焦點的位置處”表示第二表面是包括從基本上垂直于第二表面的方向入射在各凸透鏡上的光所聚焦于的位置的表面。短語“基本上平行于第二表面”是指基本上平行于包含形成于第二表面上的多個凸透鏡的頂部的平面，基本上平行于包含多個分隔壁的端面的平面，或者基本上平行于包含第二表面的基點的平面(如下所述)。短語“基本上垂直于第二表面”是指垂直于與第二表面基本上平行的表面的方向。短語“分隔壁的高度(Hw) ”是指距包括第二表面的基點的平面(基點平面)的高度，所述基點被定義為凸透鏡與分隔壁之間的交界部，是第二表面的最低區(qū)域。此實施例的微透鏡片可利用模具來形成，所述模具在復制表面中形成有與凸透鏡的形狀對應地排列的多個凹陷以及比凹陷更深的一個或多個固定深度的溝槽。對于此實施例的微透鏡片，通過復制而生成的固定高度(Hw)的凸透鏡和分隔壁設置在第二表面上，輻射敏感層與微透鏡陣列層的第二表面直接或間接相鄰地設置，因此可通過分隔壁的高度來調(diào)節(jié)距輻射敏感層的距離。因此，不必控制微透鏡片的厚度。分隔壁的高度(Hw)由模具表面中的溝槽的深度決定，因此產(chǎn)品之間分隔壁的高度不會有差別，可利用相同的模具以良好的再現(xiàn)性形成。因此，可進一步簡化制造工藝，并且可更準確地調(diào)節(jié)輻射敏感層的位置。通過這一構造，輻射敏感層位于具有凸透鏡的第二表面這一側(cè)，因此凸透鏡表面未暴露于外部。因此，將不容易在透鏡表面上形成刮傷和粉塵。需要指出的是，術語“微透鏡”不限于特定尺寸，可用于形成浮動圖像的任何透鏡尺寸均是可接受的。例如，可建議透鏡直徑介于大約I μ m和大約5_之間的微透鏡。附帶地講，本文提及的透鏡直徑是在凸透鏡的最大橫截面中的透鏡寬度。最大橫截面是指在與微透鏡陣列層的第二表面垂直的橫截面中具有最大透鏡橫截面積的橫截面。下面參照附圖描述此實施例的微透鏡片。部分地示出此實施例的微透鏡片100的概念性橫截面圖示于圖1中。微透鏡片100至少具有微透鏡陣列層110和輻射敏感層120。微透鏡陣列層110具有基本上平坦的第一表面IlOA以及利用模具通過復制形成的第二表面110B。多個排列的微透鏡(凸透鏡112)以及多個分隔壁111形成在第二表面IlOB上，所述分隔壁具有高于凸透鏡的頂部的固定高度(Hw)。輻射敏感層120被構造為在基本上連接凸透鏡的焦點(或者換句話講，基本上在垂直方向上入射在凸透鏡上的光的焦點)的位置處基本上平行于第二表面110B。分隔壁111的高度(Hw)的基點位于分隔壁111與凸透鏡112之間的交界部。分隔壁111的暴露表面的最突出端部IllA與凸透鏡112的頂部112A(或者換句話講，凸透鏡112的曲面的最高部分)之間存在高度差Dh。以固定的規(guī)則性二維排列的凸透鏡排列于微透鏡陣列層110的第二表面IlOB上。排列圖案包括任意排列圖案，例如行圖案、矩陣圖案、交錯矩陣圖案或放射狀圖案。凸透鏡的底面形狀不受特別限制，可以是諸如三角形、正方形或六邊形的多邊形形狀，圓形或者橢圓形形狀。微透鏡陣列層110中凸透鏡的直徑和凸透鏡的間距不受特別限制。將形成的圖像的尺寸可基于細度進行選擇。分隔壁111與凸透鏡112相鄰，例如，可排列成圍繞各凸透鏡112的周邊，或者可僅形成于微透鏡陣列層110的第二表面IlOB的一部分上。例如，單環(huán)形狀的分隔壁可形成在第二表面IlOB上形成有凸透鏡的區(qū)域的外周，或者可形成為圍繞多個凸透鏡的區(qū)域。在微透鏡陣列層的第二表面上第一分隔壁111與凸透鏡的表面積之比不受特別限制，例如，可介于1: 10和10: I之間。即使由凸透鏡112占據(jù)的第二表面的面積小于由分隔壁111占據(jù)的面積，也可形成浮動圖像，但如果由凸透鏡112占據(jù)的面積較大，則可容易地形成更明晰的浮動圖像。凸透鏡不必均勻地排列于第二表面的整個表面上，但優(yōu)選至少均勻地排列于形成浮動圖像的區(qū)域中。分隔壁111可支撐與第二表面IlOB相鄰設置的輻射敏感層120，或者可支撐包括輻射敏感層的層合體(如下所述)。由于輻射敏感層或?qū)雍象w由分隔壁111支撐，凸透鏡112的表面將與相鄰的層分離開，并將暴露于空氣層，因此可確保透鏡表面處的高折射率對t 匕 。通過對齊分隔壁111的高度(Hw)，層合體可被基本上平行于微透鏡陣列層110的第二表面IlOB支撐。通過調(diào)節(jié)分隔壁111的高度(Hw)，輻射敏感層120可基本上設置在凸透鏡的焦點位置處。需要指出的是，將輻射敏感層基本上設置在凸透鏡的焦點位置處不僅包括焦點位置在輻射敏感層上的情況，而且還可包括焦點位置在輻射敏感層厚度的外側(cè)的情況，所需精度取決于應用，只要最終能夠形成可被觀察者的肉眼區(qū)分的浮動圖像，而所需準確度取決于應用。例如，如果距微透鏡層的第二表面的基點的距離介于50和IOOym之間，則可包括大約±15%或更小，或者5%或更小的誤差。對于圖1所示的微透鏡陣列層，分隔壁111的橫截面形狀為梯形，但該形狀不受限制，只要高度對齊即可。橫截面形狀可為多邊形，例如三角形、正方形或矩形，或者具有局部曲面的形狀。需要指出的是，分隔壁111的平面形狀不受特別限制。分隔壁可獨立地形成于多個區(qū)域中，或者如上所述，可形成為圍繞凸透鏡的周邊延伸。如上所述，對于此實施例的微透鏡片，微透鏡陣列層110與輻射敏感層120之間的距離可通過分隔壁111的高度(Hw)來調(diào)節(jié)，因此無需調(diào)節(jié)微透鏡陣列層110本身的厚度。換句話講，圖1中所示的除分隔壁111的高度(Hw)之外的微透鏡陣列層110的厚度(t)不受特別限制。因此，無需在形成微透鏡陣列層的復制工藝期間將微透鏡陣列層110的厚度調(diào)節(jié)成凸透鏡112的焦距，因此可自由地設置厚度。盡管不受特別限制，但厚度可為(例如)I μ m或更大、Imm或更大、或者甚至IOmm或更大。在形成微透鏡陣列層110的工藝過程中，待調(diào)節(jié)的工藝因素減少，因此工藝管理進一步簡化。如果利用相同的模具通過復制工藝形成，則分隔壁111的高度(Hw)可相對容易地再現(xiàn)，因此工藝管理進一步簡化。需要指出的是，未形成凸透鏡的微透鏡陣列的第一表面不必是平坦表面，該表面可具有凸起和凹進，或者整個表面可為曲面?？煽紤]凸透鏡112的焦距確定分隔壁111的高度。然而，如下所述，如果一個或多個樹脂層等層合在輻射敏感層120與微透鏡陣列層之間，則應該在考慮這些層的厚度并減去該量的同時調(diào)節(jié)厚度。需要指出的是，在此實施例中，分隔壁111高于凸透鏡112，凸透鏡的表面與其他相鄰層分離開，因此可提供空氣層。容易刮傷的透鏡表面由輻射敏感層或由包括輻射敏感層和其他樹脂層(如下所述)的層合體來保護，空氣層介于兩者間，同時提供所需的折射率對比度以用于透鏡功能，因此耐刮擦性提高，并可防止粉塵附著到凸透鏡112的表面上。分隔壁111的高度與凸透鏡112的頂部的高度之差應該能夠提供空氣層，例如，可為0.1ym或更高、或1.Ομπι或更高，以及Imm或更小、100 μ m或更小、或者甚至IOym或更小。此實施例的微透鏡陣列層110可由通過使可硬化流體硬化而制得的材料制造而成，并且盡管不受特別限制，可使用樹脂或陶瓷材料等。微透鏡陣列層110的材料優(yōu)選為至少有效地透射將使用的光波長的材料。通常，在可見光范圍(400nm至800nm)內(nèi)優(yōu)選使用透射率為60%或更高、70%或更高、或者80%或更高的材料。例如，材料可由合成樹脂，例如聚氯乙烯氟基樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、聚烯烴基樹脂、丙烯酸基樹脂、異丁烯酸基樹月旨、有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂等；二氧化硅；二氧化鈦；或陶瓷，例如各種玻璃材料來形成。福射敏感層120是福射敏感型材料,可使用光福射在其上記錄與浮動圖像(對象圖像)對應的圖案。輻射敏感型材料可為PCT國際公布N0.WO 01/633341中所公開的輻射敏感型材料。可使用能夠通過組成變化、材料的激光燒蝕、相位變化等改變?yōu)樵诒┞队陬A定水平的可見光或其他輻射的部分與未暴露部分之間具有對比度差的形式的任何材料。具體地講，所述材料可以是由金屬、聚合物、半導體材料或這些材料的混合物形成的膜。例如，金屬箔或金屬汽相沉積層可用作輻射敏感型材料。例子包括鋁、銀、銅、金、鈦、鋅、錫、鉻、釩、鉭以及這些金屬的合金和氧化物膜?？衫?例如)準分子閃光燈、無源Q開關微片激光器、Q開關摻釹釔鋁石榴石(Nd = YAG)、摻釹氟化釔鋰(Nd = YLF)、摻鈦藍寶石(T1:藍寶石)激光器等來照射這些金屬輻射敏感型材料。然后可通過燒蝕去除被照射部分的輻射敏感型材料。可使用如PCT國際公布N0.WO 01/063341中所述的已知成像方法來在輻射敏感層120中形成用于對象圖像的圖案。例如，可用首先穿過光學系統(tǒng)以進行準直，然后以焦點處于微透鏡片上方或下方的方式聚焦的激光來照射微透鏡片。激光通過各微透鏡以預定角度折射，并會聚到輻射敏感層上。通過燒蝕去除被照射部分上的輻射敏感型材料。然后，基于對象圖像的圖案移動激光的照射位置，以在輻射敏感層120中繪制對象圖像的圖案。接下來利用圖2和圖3描述微透鏡片的另一實施例。如圖2所示，微透鏡片200在微透鏡陣列層的第二表面上形成有多個排列的凸透鏡212和多個分隔壁211，所述分隔壁具有高出凸透鏡的頂部的固定高度(Hw)，具有包括輻射敏感層222的一個或多個樹脂層的層合體220可與第一表面的相對側(cè)相鄰(或者換句話講，與第二表面相鄰)設置。層合體220的結(jié)構不受特別限制。例如，輻射敏感層222可涂布到樹脂膜223上，然后涂布樹脂層221可層合到其上。例如，市售的通過金屬汽相沉積到諸如PET的樹脂膜上而生成的層合膜可用作樹脂膜223和輻射敏感層222。市售的樹脂膜可層合到該市售的層合膜上，作為樹脂層221。作為另外一種選擇，可利用諸如刮刀式涂布機或刀片式涂布機等涂布方法將熱固性、熱塑性或UV可固化樹脂涂布到輻射敏感層222上，然后通過諸如加熱或UV光輻射的方法使其硬化，以獲得具有固定厚度的樹脂層221。在這種情況下，可參考樹脂層221的厚度與分隔壁的高度(Hw)之和來調(diào)節(jié)從微透鏡陣列層210的第二表面到輻射敏感層222的距離(F)，以使得輻射敏感層222可基本上處于凸透鏡的焦點處。需要指出的是，如果具有粘著性的樹脂層用作與分隔壁直接接觸的樹脂層221，則微透鏡陣列層310和層合體320可容易地緊
固在一起。對于圖3所示的微透鏡片300，添加有粘合劑層324的層合體320與微透鏡陣列層310相鄰設置。例如，如圖3所示，層合體320在市售樹脂膜322的一側(cè)具有樹脂層321，在另一側(cè)具有輻射敏感層323，另外，剝離膜325和粘合劑層324設置在輻射敏感層323的表面上。在使用過程中，可通過去除剝離膜325利用粘合劑層324將微透鏡片300附著到物體表面。在這種情況下，可參考樹脂層321的厚度、樹脂膜的厚度與分隔壁的高度(Hw)之和來調(diào)節(jié)從微透鏡陣列層210的第二表面到輻射敏感層222的距離(F)，因此輻射敏感層222可基本上處于凸透鏡的焦點處。這樣，包括輻射敏感層的層合體的結(jié)構不受限制，層合的樹脂層的數(shù)量和類型不受限制。輻射敏感層應該被設置成基本上在微透鏡陣列層的凸透鏡的焦點位置處基本上平行于微透鏡陣列層的第二表面延伸。通常，層合體中所包括的樹脂層優(yōu)選為在可見光范圍(400nm至800nm)內(nèi)透射率為至少60%或更高、或者70%或更高的材料。例如，所述材料可由合成樹脂形成，例如聚氯乙烯氟基樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、聚烯烴基樹脂、丙烯酸基樹脂、異丁烯酸基樹脂、有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂等。需要指出的是，也可使用在可見光范圍內(nèi)具有類似透射率的玻璃或陶瓷來取代樹脂層。圖4示出利用此實施例的微透鏡片400觀察到的浮動圖像的概念圖的例子。如果從微透鏡片400的背表面(圖的右側(cè))照射基本上平行的光(L)，則選擇性地透射穿過復制有圖像圖案的輻射敏感層423的照射光將通過樹脂層421穿透到微透鏡陣列層410中。此時，照射光基于形成在第二表面上的各凸透鏡表面的透鏡曲率以及交界部的介質(zhì)差異而折射，并通過微透鏡陣列層410的第一表面進一步折射。因此，在微透鏡片400的前表面上形成圖像。結(jié)果，對于觀察者(A)而言，看起來就像對象圖像的像(S)浮于微透鏡片400前方一樣。需要指出的是，微透鏡陣列層的第一表面可涂布有抗反膜。通過涂布抗反膜，用于形成圖像的光的效率提高，可形成更明晰的浮動圖像。在圖4中，示出了光從微透鏡片400的第二表面一側(cè)，或者換句話講，從微透鏡片400的背側(cè)照射的情況，但如果能夠反射光的金屬膜等用作輻射敏感層423，則從微透鏡片400的正面照射的光，或者換句話講，從觀察者一側(cè)入射的光，例如自然光，可用作光源。基本上垂直入射在輻射敏感層423的表面上的自然光將在基本上垂直于輻射敏感層423的表面的方向上反射，因此光路將與圖4所示的光路基本上相同，可在微透鏡片400前方獲得相同的浮動圖像。換句話講，無論是使用透射光還是反射光，均將能夠通過肉眼看到浮動圖像。所形成的圖像的位置，或者換句話講，浮動圖像的位置可通過在形成繪制圖像時改變在輻射敏感層423上照射圖像圖案的激光器的焦點位置來調(diào)節(jié)。除了在微透鏡片400的前方形成圖像之外，還可在微透鏡片400的后方形成圖像。另外，如果觀看位置改變，則浮動圖像也將移動以跟蹤觀察點的移動。
利用此實施例的微透鏡片材獲得的圖像與全息圖像的不同在于難以復制，使得該圖像適用于護照、身份證、通行證、會員卡、產(chǎn)品識別格式，以及在驗證和識別廣告中用作安全且無法非法使用的圖像。另外，基于浮動圖像的設計特性，微透鏡片材可廣泛用于圖形應用，例如用于警車、消防車或其他應急車輛上的文字等的區(qū)別成像；用于公用電話亭、電照明夜間顯示器、車輛儀表盤、電子器件等的信息呈現(xiàn)圖像；用于名片、胸牌、家用電器、藝術品、服裝、鞋子以及諸如瓶子和盒子的包裝的裝飾。具體地講，圖像可用于為化妝品等的容器提供高品質(zhì)圖像，或者三維顯示諸如電視或便攜式終端的成像裝置的品牌名稱和功能等，因此有助于所述設計特性。接下來，下面描述此實施例的微透鏡片的制造方法。此實施例的微透鏡片可利用模具來形成，在所述模具的表面中形成有多個凹陷和比所述凹陷深的一個或多個固定深度的溝槽，所述凹陷排列成與凸透鏡的形狀對應。此實施例的微透鏡片的制造方法包括:制備模具的步驟；將模具表面的形狀復制到樹脂層的表面，并形成具有第一表面和第二表面(為復制表面)的微透鏡陣列層的復制步驟；以及基本上在凸透鏡的焦點位置處基本上平行于微透鏡陣列層的第二表面提供輻射敏感層的步驟。在復制步驟中，代替向模具的表面供應可硬化流體，使可硬化流體硬化，然后剝離硬化材料的方法，還可使用通過在高溫下將耐熱模具壓到熱塑性樹脂板上來將模具表面復制到熱塑性樹脂板上的方法。需要指出的是，在本文中，形成微透鏡陣列層的復制步驟中所使用的模具方便地稱為“母?！薄Ｐ纬赡改１旧淼姆椒ú皇芟拗?。例如，可通過利用傳統(tǒng)機械工藝在金屬、陶瓷或樹脂材料的表面上形成與將要在微透鏡片的第二表面(復制表面)上形成的形狀反轉(zhuǎn)的形狀來制備母模。然而，對于利用標準機械工藝制造模具的方法，很難制造像差極小的透鏡陣列，因此優(yōu)選利用更簡單的工藝來執(zhí)行微透鏡陣列層的模具。對于下面所述此實施例的微透鏡陣列層的形成方法，在上述制備母模的步驟中使用主動將氣泡用作模具的一部分的復制方法。因此，可通過簡單的工藝獲得翹曲極少的平滑凸透鏡及其周邊的分隔壁，而這通過機械磨削方法等很難獲得。下面描述包括利用氣泡制備此實施例的母模的步驟的微透鏡陣列層制造方法。此制造方法在第一復制工藝中包括:(I)制備模具表面設置有排列圖案的基模(稱為“第一模具”)的步驟；(2)向模具表面供應可硬化流體以將氣泡俘獲于排列圖案上的步驟；(3)使可硬化流體硬化的步驟；(4)從基模去除獲得的可硬化層的步驟。首先，下面參照圖5(a)至圖5(f)簡要描述此實施例的微透鏡陣列層的制造方法。在此實施例的第一復制工藝中制備模具表面具有排列圖案的基模510(參照圖5(a))。圖5示出使用具有截棱錐或圓錐梯形凹陷511的基模的工藝的例子。需要指出的是，在說明書中，術語“基模”具體是指在將氣泡俘獲于復制表面上并且直接復制氣泡的工藝(以下稱為“第一復制工藝”)中所使用的不包括氣泡的那部分模具。需要指出的是，術語“基?！边€方便地稱為“第一模具”。需要指出的是，此工藝中所使用的形成“氣泡”的氣體不受特別限制。如果使用空氣，則該復制工藝可在空氣中進行，因此可實現(xiàn)更簡單的工藝，但也可使用惰性氣體等，例如氮氣或氬氣。可利用在基模中形成凹陷的材料并通過下述各種工藝條件來調(diào)節(jié)氣泡的形狀。
形成于模具表面上的氣泡應該在復制過程中出現(xiàn)，應該是能夠在復制過程中基本上形成其中氣泡與基模表面一體化的模具表面的材料。形成于基模中的“氣泡排列”與此實施例的微透鏡陣列層的凹透鏡的排列對應。在此實施例的微透鏡陣列層的制造方法的一個例子中，形狀和尺寸基本上相同的凸透鏡可二維排列，但形狀和尺寸不同的凸透鏡也可排列于相同表面上。接下來，在將氣泡550俘獲于基模510的凹陷511中的同時將可硬化流體530涂布到模具表面上(參照圖5(b))。接下來，使可硬化流體530硬化(參照圖5 (C))以獲得硬化層531A。接下來，從基模510移除(剝離)通過基模的表面和氣泡復制的硬化層531A，作為結(jié)構體531B(參照圖5(d))。從基模510移除的結(jié)構體531B可用作用于形成微透鏡陣列層的母模，該母模具有多個凹透鏡以及圍繞各凹透鏡形成的比凹透鏡深的溝槽(以下方便地稱為“第二模具”)。本文所用的可硬化流體不受特別限制。例如，可使用樹脂或陶瓷材料等。接下來，可通過執(zhí)行復制工藝(稱為“第二復制工藝”)來制造此實施例的設置有凸透鏡的微透鏡陣列層，如圖5(e)和圖5(f)所示。換句話講，通過上述工藝獲得的結(jié)構體531B用作母模，將可硬化流體560涂布到復制表面上(參照圖5(e))并硬化。接下來，從第二模具(結(jié)構體31B)移除結(jié)構體561(固體)(參照圖5(f))。在此第二復制工藝中，可使用標準的傳統(tǒng)復制工藝，其中在復制表面上不包括氣泡。因此，移除的結(jié)構體561可用作微透鏡陣列層，其具有多個排列的凸透鏡以及與各凸透鏡相鄰包封凸透鏡的分隔壁。第二復制工藝中所使用的可硬化流體560的材料不受特別限制，但優(yōu)選地，微透鏡陣列層的材料為有效透射所使用的光波長的材料。通常，在可見光范圍(400nm至800nm)內(nèi)透射率為至少60 %或更高、或者70 %或更高的材料為優(yōu)選的，例如，所述材料可由合成樹脂，例如聚氯乙烯氟基樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、聚烯烴基樹脂、丙烯酸基樹脂、異丁烯酸基樹脂、有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂等；二氧化硅；二氧化鈦；或陶瓷，例如各種玻璃材料來形成。在第一復制工藝中，在供應給基模表面的氣泡與可硬化流體接觸的區(qū)域，氣泡將嘗試形成類似球體的凸狀曲面以使界面面積最小化，從而使得與可硬化流體的界面能將最小化。在實際中，可硬化流體的其他參數(shù)，例如浮力、重量和粘度有影響，并且在氣泡接觸基模表面的區(qū)域附近，氣泡與模具表面之間的界面張力以及可硬化流體與模具表面之間的界面張力也有影響。然而，如果對氣泡的凸狀曲面的頂部或者對整個凸狀曲面基本上對稱地施加力，則氣泡可形成均勻且平滑的凸狀曲面，而不會變形為翹曲形狀。因此，利用通過第一復制工藝所獲得的包括氣泡的復制表面獲得的凹陷具有與氣泡的外形反轉(zhuǎn)的平滑的凹狀曲面。另外，通過復制該凹狀曲面而獲得的凸透鏡可具有平滑的凸狀曲面。利用上述第一和第二復制工藝，可通過簡單的工藝通過復制排列于復制表面上的氣泡利用可硬化流體來制造傳統(tǒng)上需要復雜工藝和大量加工時間的微透鏡陣列層。具體地講，對于第一復制工藝，主動地(或者換句話講，有意地)俘獲氣泡，并且將氣泡用作復制表面的一部分。因此，該工藝不同于傳統(tǒng)復制工藝，在傳統(tǒng)復制工藝中，在不包括氣泡的情況下執(zhí)行復制，或者如果包括氣泡，則執(zhí)行脫氣工藝以降低壓力。在第一復制工藝中，例如，如果包封在氣泡中的氣體是取自大氣環(huán)境的氣體，則該工藝可在空氣中進行，因此將不需要諸如真空室的特殊設備，可利用極其簡單的制造設備來進行加工。
另一方面，第二復制工藝可為傳統(tǒng)復制工藝，具體的復制方法不受限制。類似于第一復制工藝，可涂布UV光硬化樹脂、熱固性樹脂或雙組分環(huán)境溫度硬化樹脂等，硬化，然后剝離harden，或者可使用通過熱塑性樹脂利用熱壓機的復制方法或者電鑄方法。根據(jù)此實施例通過使用氣泡的復制方法獲得的凸透鏡將具有平滑的表面，盡管取決于復制的材料，透鏡中心部分處的表面粗糙度Ra可為(例如)IOOnm或更小、50nm或更小、IOnm或更小、或者甚至5nm或更小?？赏ㄟ^復制氣泡的自然形狀來形成像差極小的凸透鏡。下面將詳細描述微透鏡陣列層的制造工藝的各種步驟。如圖5(a)所示，在第一復制工藝中，用多個凹陷511按照規(guī)定圖案排列的模具表面制備基模510,但形成于此基模的表面上的排列圖案對應于微透鏡陣列層中將獲得的凸透鏡的排列。這里，對于未提供氣泡的情況，短語“基模的表面”是指基模本身的表面。如果在復制過程中不存在氣泡，則基模本身的表面的形狀將被復制到復制物體上。然而，在此實施例的第一復制工藝中，當可硬化流體被涂布到模具表面上時，在形成模具表面的凹陷中俘獲氣泡，因此氣泡和基模的表面一體化，基本上形成模具表面。通過在基模的表面上預先提供以高位置精度排列的凹陷，可獲得提供以高位置精度排列的凹透鏡的微透鏡陣列層。可通過在基模的表面上形成預定形狀和尺寸的凹陷來調(diào)節(jié)俘獲的氣泡的尺寸和形狀。利用排列有相同尺寸和形狀的凹陷的基模，在凹陷中可俘獲基本上相同尺寸和形狀的氣泡，因此，可獲得具有基本上相同的尺寸和形狀的凹透鏡。 需要指出的是，基模的排列凹陷的圖案可為在兩個維度上均勻延伸的任意排列圖案，例如行排列、正方形矩陣排列、交錯矩陣排列或放射狀排列。圖案可被選擇為匹配最終形成在微透鏡陣列層中的凸透鏡的排列圖案。另外，最終獲得的凸透鏡的底部平面形狀和尺寸由所使用的基模的凹陷的底部表面的形狀決定?；?10的材料通常可為樹脂材料，但這并非限制，可使用任何有機材料或者諸如金屬、玻璃或陶瓷的任何無機材料以及任何有機和無機復合材料?；?10的尺寸可以是與待形成的微透鏡的尺寸對應的任何尺寸，但是例如，可建議介于Imm和幾千毫米之間的垂直尺寸、介于Imm和幾千毫米之間的橫向尺寸、以及介于IOym和幾十毫米之間的厚度尺寸。基模510的表面的形狀可為多種形狀，例如，如圖5 (a)所示，可使用橫截面具有截棱錐或圓錐形凹陷的基模510或者橫截面具有直角棱柱或圓柱形凹陷的基模。可形成于基模510的表面中的凹陷的尺寸的例子具有介于0.Ιμπι和幾十毫米之間的深度以及介于0.01 μ m2和幾百mm2之間的開口面積，但這并非限制。凹陷的深度限定將要獲得的最終分隔壁的高度，因此考慮凸透鏡的焦距以及與微透鏡陣列層相鄰的輻射敏感層或包含輻射敏感層的層合體的結(jié)構來確定該深度。多個凹陷的深度優(yōu)選對齊。在圖5(b)中，將可硬化流體530涂布到基模510的表面上，同時，將諸如空氣的一部分周圍氣體俘獲于基模510的當前腔511中。在這一步驟中，將流體涂布到模具表面上的方法不受特別限制，但可選擇最佳涂布方法以匹配可硬化流體的類型以及結(jié)構體的尺寸和形狀等。涂布設備通常可為刮刀式涂布機，但這并非限制，可使用諸如刮棒涂布機、刀片式涂布機、輥式涂布機的各種其他類型的涂布設備。需要指出的是，如果熱塑性樹脂用作可硬化流體，可使用受熱刮刀式涂布機，其被加熱至能夠向樹脂提供必要的流動性的溫度。對于此實施例，例如，如果使用刮刀式涂布機，則將可硬化流體供應給基模表面的一端，然后移動邊緣已固定在固定高度的刀片540，以將可硬化流體鋪展在基模的整個表面上。換句話講，對于此實施例，通過在箭頭A所示的方向上(從左至右)以固定速度移動刀片540來將可硬化流體涂布到基模510的表面上。此時，一部分周圍空氣作為氣泡550被俘獲在基模510的凹陷511中。俘獲的氣泡550與基模510的表面一體化以形成虛擬模具表面，可硬化流體530的涂層覆蓋該虛擬模具表面。需要指出的是，例如，涂層的厚度可介于10 μ m和幾十毫米之間，或者介于50 μ m和10001 μ m之間，但這并非限制。對于使用刮刀式涂布機的情況，這些厚度可通過調(diào)節(jié)基模的表面與刮刀的邊緣之間的間隙來調(diào)節(jié)。如下所述，俘獲的氣泡的條件取決于包括可硬化流體的粘度和基模的表面的潤濕性在內(nèi)的各種條件，但基模510的表面上的凹陷511的形狀優(yōu)選為能夠形成封閉空間的形狀，或者換句話講，在用可硬化流體涂布時能夠防止留在凹陷511中的氣體逸出的形狀。例如，凹陷的形狀可為棱錐或截棱錐，例如三棱錐、四棱錐、五棱錐、六棱錐或八棱錐；棱柱，例如三棱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱或八棱柱；或者圓柱、圓錐、截圓錐、或球體；及其組合或局部修改的形狀等。在這些情況下，當用可硬化流體涂布時，氣泡不容易逸出，因此可容易地俘獲氣泡。當使用截棱錐形凹陷時，通常如果開口的最大直徑(Lm)與深度(D)的縱橫比(L/D)為20或更小、10或更小、或者5或更小，則可容易地俘獲氣泡。通常，俘獲的氣泡的尺寸和位置趨于通過所使用的基模的表面中的凹陷的位置、形狀和尺寸在一定程度上進行調(diào)節(jié)，但也可通過調(diào)節(jié)各種其他參數(shù)來控制，例如基模的材料、涂布速度和刀片540的行進速度。最后，將氣泡的頂部的高度調(diào)節(jié)為不高于凹陷的頂部邊緣?？捎不黧w530可為任何可硬化流體，而無論硬化方法如何，只要流體具有足夠的流動性以涂布模具的表面即可。例如，任何液體或凝膠有機材料、無機材料或有機無機復合材料可用作所述流體?？墒褂弥T如光硬化樹脂的液體樹脂、水溶性樹脂的水溶液、或者樹脂溶解于各種類型的溶劑中的溶液，如果基模510具有足夠的耐熱性，則還可使用熱塑性樹脂或熱固性樹脂。需要指出的是，對于無機材料用作可硬化流體的情況，可使用各種類型的無機材料，例如玻璃、混凝土、石膏、水泥、灰漿、陶瓷、粘土和金屬。也可使用將這些有機材料和無機材料組合的有機無機復合材料。紫外光硬化樹脂的例子包括:光聚合單體，例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和環(huán)氧樹脂單體；光聚合低聚物，例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧丙烯酸酯和酯丙烯酸酯低聚物，其已添加光聚合引發(fā)劑。如果使用UV硬化樹脂，則可使該樹脂在短時間周期內(nèi)硬化，而不必使模具等經(jīng)受高溫。熱固性樹脂可為丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂、酚、三聚氰胺、脲、不飽和酯、醇酸、氨基甲酸酯或硬橡膠樹脂，其已添加熱聚合引發(fā)劑。例如，如果使用酚、三聚氰胺、脲、不飽和酯、醇酸、氨基甲酸酯或硬橡膠樹脂，則耐熱性和耐溶劑性將較高，可通過添加填料獲得堅固的模制部件。可溶樹脂的例子包括水溶性聚合物，例如聚乙烯醇、聚丙烯酸聚合物、聚丙烯酰胺和聚環(huán)氧乙烷等。例如，當使用可溶樹脂時，可結(jié)合通過干燥去除溶劑的工藝逐步改變涂層的可溶樹脂溶液的濃度(粘度)和表面張力，因此可獲得具有曲率較小的凹狀曲面的結(jié)構體。如果可溶樹脂用作基?；蛘呱院竺枋龅牡诙＞哂糜谛纬?，則可通過溶解這些模具而無損地移除(剝離)通過稍后描述的第二復制工藝獲得的微透鏡陣列層561或者硬化層 531A。熱塑性樹脂的例子包括聚烯烴樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚酰胺樹脂和聚酯樹脂等。需要指出的是，上述任何樹脂可包含各種類型的添加劑，例如增稠劑、硬化劑、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、抗氧化劑、抗靜電劑、表面活性劑、顏料和染料等。然而，此實施例中所使用的樹脂材料不限于上述建議的材料，各種其他類型的材料可單獨使用，或者可組合使用。在圖5(c)所示的步驟中，可硬化流體530的涂層在氣泡550被俘獲于基模510的凹陷511中的條件下固化，并形成硬化層531A。在此步驟中，如果紫外光硬化樹脂用作可硬化流體530，則可通過將紫外光照射到涂層上來使樹脂聚合以形成硬化層531A。如果可溶樹脂溶液用作硬化樹脂，則可通過干燥去除溶劑來形成硬化層531A。如果熱塑性樹脂用作可硬化流體，則可通過將樹脂冷卻至低于硬化溫度來形成硬化層531A。如果熱固性樹脂用作可硬化流體，則可通過將樹脂加熱至高于硬化溫度來形成硬化層531A。因此，硬化層531A將形成有通過包含氣泡550和基模510的模具表面的復制表面復制的形狀，或者換句話講，多個微小的凹狀曲面以及包封這些凹狀表面的溝槽排列在主表面上。接下來，如圖5(d)所示，將硬化層531A從基模510上移除。移除的結(jié)構體531B可用作母模以用于制備微透鏡陣列層。如上所述，第一復制工藝中的實際模具表面由基模510和氣泡550形成?；诟鞣N參數(shù)確定俘獲于基模510的凹陷中的氣泡550的尺寸和形狀，例如氣泡與可硬化流體之間的界面張力、浮力、重量、氣泡與基模的表面之間的界面張力、以及可硬化流體與基模的表面之間的界面張力等。在第一復制工藝中，基本上具有球形凸面形狀的模具表面(傳統(tǒng)上需要大量形成時間)無需使用特殊工藝就可獲得。通過上述第一復制工藝獲得的結(jié)構體531B的凹狀曲面532具有與氣泡550的形狀和尺寸對應的曲面。獲得的曲面可以是局部基本上為球形的曲面，或者可以是通過氣泡所處的條件變形的曲面，但氣泡的尺寸和形狀可通過基模510中的凹陷511的尺寸和形狀來調(diào)節(jié)。接下來，將描述在使用上述氣泡的第一復制工藝中控制俘獲的氣泡的尺寸、形狀和位置的方法?？赏ㄟ^控制氣泡的尺寸、形狀和位置來控制結(jié)構體531B的凹狀曲面532的尺寸、形狀和位置。當利用此結(jié)構體531B作為母模來形成微透鏡陣列層(結(jié)構體561)時，也將控制凸透鏡的尺寸、形狀和位置。氣泡550的形狀和尺寸可通過調(diào)節(jié)下列參數(shù)來控制:(a)基模中的凹陷的尺寸和形狀；(b)施加到基模的可硬化流體的粘度；(c)將可硬化流體涂布到基模上的速度；(d)在將可硬化流體涂布到基模上時所使用的壓力；(e)可硬化流體、基模和氣泡之間的界面張力；(f)從涂布直到可硬化流體硬化的時間；(g)氣泡的溫度；(h)氣泡上的壓力；等等。
具體地講，可首先主要通過基模中的凹陷511的尺寸和形狀來調(diào)節(jié)氣泡550。氣泡550被設置為接觸凹陷511中的模具表面，并且通常受與可硬化流體530的界面處氣泡550與可硬化流體之間的界面張力的影響，因此試圖形成凸狀曲面。另一方面，在與凹陷511中的模具表面接觸的區(qū)域附近，氣泡550也受到氣泡550與凹陷511中的模具表面之間的界面張力以及可硬化流體530與凹陷511中的模具表面之間的界面張力的影響。因此，氣泡550將在與可硬化流體接觸的區(qū)域中形成平滑的凸狀曲面，但凸狀曲面的曲率和形狀可通過凹陷511的尺寸和形狀來調(diào)節(jié)。凹陷511的平面形狀可為多種形狀，但是如果凹陷511的平面形狀為對稱形狀(呈現(xiàn)點對稱或線對稱)或其近似形狀，則氣泡550將具有有利的對稱性，可獲得像差極小的凸狀曲面。換句話講，氣泡的凸狀曲面的頂部布置在基本上對稱的平面形狀的中心處，因此可獲得適用于透鏡的失真極小的平滑的凸狀曲面。需要指出的是，基模不必由單層制成，如圖6(a)所示，還可使用具有多個層的基模。例如，樹脂層620可層合到金屬片610上，然后，可通過僅對樹脂層620進行激光處理來形成開口(凹陷)621。作為另外一種選擇，可利用光刻工藝僅對具有兩層構造的層合片的一層執(zhí)行選擇性蝕刻，以形成排列的開口(凹陷)621。通過此方法，可容易地形成所需的排列凹陷圖案。凹陷的深度可由樹脂層的厚度來調(diào)節(jié)。可通過調(diào)節(jié)涂布到基模510上的可硬化流體530的粘度來控制氣泡550的尺寸和形狀。具體地講，可通過增大可硬化流體530的粘度來增大氣泡550的尺寸，可通過降低可硬化流體530的粘度來減小氣泡550的尺寸。本文中，可硬化流體的粘度不受限制，但可建議ImPas或更高、IOmPas或更高、或者IOOmPas或更高的粘度?？山ㄗh100，OOOmPas或更低、10，OOOmPas或更低、或者IOOOmPas或更低的粘度。需要指出的是，可通過添加增稠劑或者通過調(diào)節(jié)可硬化流體的濃度來執(zhí)行粘度的調(diào)節(jié)。還可通過調(diào)節(jié)將可硬化流體涂布到基模510上的速度，或者換句話講，通過調(diào)節(jié)刀片540的行進速率(如圖5(b)中的箭頭A所示)來控制氣泡550的尺寸和形狀。具體地講，可通過增加涂布速度來增大氣泡550的尺寸，可通過降低涂布速度來減小氣泡550的尺寸。需要指出的是，涂布速度的調(diào)節(jié)范圍可介于0.01厘米/秒和1000厘米/秒之間，介于0.5厘米/秒和100厘米/秒之間，介于I厘米/秒和50厘米/秒之間，或者介于I厘米/秒和25厘米/秒之間，但這些并非限制。需要指出的是，對于涂布裝置具有饋送可硬化流體的頭的情況，可通過頭行進速度來調(diào)節(jié)涂布速度，對于涂布裝置為旋涂機的情況，可通過旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)節(jié)涂布速度。例如，如果涂布速度比可硬化流體自然向下流到基模表面上的凹陷中的速率快，則氣泡將容易從凹陷逸出。需要指出的是，自然向下流的速率是指可硬化流體在被置于模具表面的凹陷中時自然流動的速率，該值受可硬化流體的粘度以及可硬化流體、氣泡和模具表面之間的界面張力等影響。例如，如果可硬化流體的粘度極低，則可通過增加涂布速率或通過改變基模表面的材料來將氣泡俘獲在凹陷中?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)可硬化流體530與基模510的表面之間的界面張力、可硬化流體與氣泡550之間的界面張力以及氣泡550與基模510的表面之間的界面張力，通過俘獲的氣泡550的尺寸來控制氣泡550的尺寸和形狀。除了俘獲的氣泡的尺寸和形狀之外，是否俘獲氣泡550可受可硬化流體530與基模510的表面之間的界面張力fl、可硬化流體530與氣泡550之間的界面張力f2、以及氣泡550與基模510的表面之間的界面張力f3的影響，并且還可受重量、浮力、溫度和壓力的影響。當然，可通過調(diào)節(jié)可硬化流體530與基模510的表面之間的界面張力fl來控制氣泡550的俘獲條件，結(jié)果，也可控制氣泡550的尺寸和形狀。具體地講，可通過增大可硬化流體530與基模510的表面之間的接觸角(降低潤濕性)來增大氣泡550的尺寸，可通過減小可硬化流體530與基模510的表面之間的接觸角(增大潤濕性)來減小氣泡550的尺寸。例如，如果聚酯基氨基甲酸酯丙烯酸酯(UC光硬化材料)用作可硬化流體530，則可利用諸如有機硅樹脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯的樹脂或者諸如鎳的金屬材料作為基模510，來獲得能夠容易地俘獲氣泡的接觸角?？赏ㄟ^對基模的表面進行處理來調(diào)節(jié)可硬化流體530與基模510的表面之間的接觸角。例如，可利用液體等離子處理或其他處理方法通過表面處理調(diào)節(jié)接觸角?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)直到涂布的可硬化流體530硬化為止的時間，或者通過調(diào)節(jié)圖5 (C)所示的步驟中的溫度和壓力，來控制氣泡550的尺寸和形狀。具體地講，可通過縮短從涂布直到硬化的時間來增大氣泡的尺寸，可通過延長從涂布直到硬化的時間來減小氣泡550的尺寸。接下來，再參照圖5(e)和圖5(f)描述本實施例的微透鏡陣列層的制造方法的第
二復制工藝。第二復制工藝可為標準的傳統(tǒng)復制工藝。首先，如圖5(e)所示，制備具有通過上述第一復制工藝獲得的凹狀曲面的結(jié)構體531B作為第二模具，或者換句話講，母模(如果需要，“結(jié)構體”可被解釋為“第二模具”或“母模”)，然后如圖5(f)所示，將可硬化流體560涂布到第二模具531B的復制表面上，使得不留氣泡。第二復制工藝中的第二模具531B可通過使上述第一復制工藝中所使用的可硬化流體硬化來制成，但可基于應用從UV光硬化材料、可溶樹脂、熱塑性樹脂、熱固性樹脂以及其他有機材料、無機材料和有機或無機復合材料等選擇最佳材料。UV硬化樹脂或可溶樹脂溶液可用作涂布到第二模具53IB上的可硬化流體560。如果第二模具531B具有足夠的耐熱性，則也可使用熱塑性樹脂或熱固性樹脂?？墒褂闷渌袡C材料、無機材料或者有機和無機復合材料，只要其為可固化材料即可。需要指出的是，如果硬化層將在硬化之后從第二模具531B上移除，則優(yōu)選地選擇容易移除的材料。將可硬化流體560涂布到第二模具531B的復制表面上的方法可以是使用各種類型的涂布裝置的方法，例如刮刀式涂布機、刮棒涂布機、刀片式涂布機或輥式涂布機。在第二工藝中，模具表面上不必俘獲空氣，可使用標準的傳統(tǒng)復制條件，因此在減壓條件下的涂布也是可接受的。作為另外一種選擇，減壓處理可在涂布之后進行，還可執(zhí)行脫氣工藝。接著，在涂布之后使可硬化流體560硬化，然后如圖5(f)所示，將結(jié)構體561 (固體)從第二模具531B上移除。如果可硬化流體560為UV硬化樹脂，則可通過紫外光照射來執(zhí)行硬化，如果可硬化流體560為可溶樹脂溶液，則可通過干燥來執(zhí)行硬化。如果可硬化流體為熱塑性樹脂，則可通過使樹脂冷卻至低于硬化溫度來執(zhí)行硬化，如果可硬化流體為熱固性樹脂，則可通過將樹脂加熱至高于硬化溫度來執(zhí)行硬化。
可通過對由第一復制工藝獲得的第二模具531B進行復制來獲得具有凸狀曲面562和圍繞的分隔壁563的結(jié)構體561。結(jié)構體561可用作本實施例的微透鏡陣列層。因此，對于本實施例，包含二維凸透鏡陣列和圍繞的分隔壁的微透鏡陣列層(傳統(tǒng)上需要大量操作時間來形成)可利用簡單的工藝實現(xiàn)，而無需特殊處理。需要指出的是，第二復制工藝不需要在復制表面上布置氣泡，因此，可用各種類型的傳統(tǒng)復制工藝代替。例如，可利用第二模具通過諸如熱壓制或電鑄的方法來執(zhí)行復制。通過第二復制工藝獲得的微透鏡陣列層的凸透鏡和分隔壁具有與第一復制工藝中所使用的基模的凹陷和俘獲的氣泡550對應的尺寸和形狀。另外，如果微透鏡陣列層(結(jié)構體561)中的第二模具531B的溝槽和凹狀曲面532基本上相等，則可獲得這樣的微透鏡陣列層，其具有基本上相同形狀的凸透鏡以及圍繞的相同高度的分隔壁。需要指出的是，如果僅第二模具531B由可溶解于特定溶液的可溶樹脂材料(例如，水性樹脂等)形成，則可通過將第二模具531B溶解于溶劑中的方法來獲得微透鏡陣列層，而非將結(jié)構體561 (微透鏡陣列層)從第二模具531B物理地移除。即使結(jié)構體561難以物理地移除，也可通過將第二模具531B溶解于溶劑中來獲得微透鏡陣列層，而不會引起損壞。在上述工藝中，第二模具用作母模，但如果利用第二模具通過復制工藝獲得的結(jié)構體用作第三復制工藝中的第三模具，則可形成形狀與第二模具相同的單獨的母模，其為微透鏡陣列層的母模。例如，可通過利用諸如電鑄的方法金屬涂布到第二模具的表面上，然后移除獲得的金屬結(jié)構體，來形成金屬母模。獲得的金屬母模將耐熱且堅硬，因此可用作壓制工藝的壓模。需要指出的是，第二復制工藝之后的復制工藝可為標準的復制工藝，這些工藝可重復執(zhí)行。具有通過這一系列復制工藝獲得的凹狀曲面的任何模具可用作母模。利用通過至少包括使用氣泡的第一復制工藝的任何工藝獲得的母模而獲得的任何微透鏡陣列層將相當于此實施例的微透鏡陣列層，獲得的透鏡是通過復制氣泡形狀而獲得的透鏡。此實施例的微透鏡陣列層具有分隔壁，所述分隔壁對應于圍繞復制氣泡形狀的透鏡部分的區(qū)域中的基模表面的形狀。需要指出的是，如果第二模具未用作母模，則在使用第二模具的第二復制工藝中所使用的可硬化流體將不直接用作微透鏡層，因此，不必使用在可見光范圍內(nèi)透明的材料，可使用能夠用于第一復制工藝的可硬化流體。如果微透鏡層利用母模通過壓制工藝形成，則在可見光范圍內(nèi)透明的熱塑性樹脂可用作微透鏡層的材料?？赏ㄟ^如圖1至圖3所示將單獨的輻射敏感層、或者包含輻射敏感層的層合體層合在形成有通過上述方法獲得的微透鏡陣列層的凸透鏡和分隔壁的第二表面上，來獲得本實施例的微透鏡片。實魁下面描述本發(fā)明的工作實例，但當然，本發(fā)明的范圍不限于這些實例。制造微透鏡陣列層首先，通過利用下述工序復制氣泡來制造具有凹陷圖案的片狀第一結(jié)構體。作為基模，制備具有兩層結(jié)構的層合片，其在厚度為25 μ m的聚酸亞胺層上層合厚度為20 μ m的銅箔(商品名:雙層覆銅箔基板(TWO LAYER COPPER CLAD SUBSTRATE)，由日本互連系統(tǒng)株式會社(Japan Interconnection Systems,Ltd.)制造)。利用激光處理層合片的聚酰亞胺層，以在邊長為IOOmm的區(qū)域中生成孔(由東正電子束株式會社(Tosei Electrobeam C0.,Ltd.)加工)，從而賦予所得基模以圓錐形凹陷的矩陣圖案。圖6(a)是示出所得基模的局部橫截面圖，圖6(b)是所得基模的局部俯視圖。形成于基模600中的凹陷具有25 μ m的深度(Hd)、53 μ m的凹陷頂部開口直徑(Dt)、42 μ m的凹陷底部開口直徑(Db)JP 60 μ m的凹陷排列間距(Pt)。通過將90重量份的聚酯基聚氨酯丙烯酸酯單體(商品名:EBECRYL8402，由大賽貓-氰特株式會社(Daicel-Cytec C0., Ltd.)制造)與10重量份的不飽和脂肪酸輕燒基酯改性的ε -己內(nèi)酯(商品名:PlaCCelTM FA2D，由大賽璐化學工業(yè)株式會社(DaicellChemical Industries, Ltd.)制造)和I重量份的光聚合引發(fā)劑(商品名:Irgacure 2959,由汽巴精化有限公司(CIBA Specialty Chem.1nc.)制造)混合來制備紫外硬化樹脂。如圖7(a)所示，將通過上述工序制造的基模700 (600)置于平臺710上，所述平臺的光滑度為±5μηι,并具有按照120mm的間隔設置的直徑為Imm的吸孔,利用旋轉(zhuǎn)泵經(jīng)由所述吸孔進行抽吸以將基模700固定就位。隨后，將厚度為800 μ m的不銹鋼片和厚度為188 μ m的PET膜置于基模700的兩端作為隔離物720。另一方面，將直徑為200mm、重量為300kg、長度為1500mm并涂布有5mm厚的硅橡膠(經(jīng)防靜電處理)的層合輥730的表面設置在平臺710的一端。如圖7(a)所示，將PET膜置于層合輥730下面，然后通過在基模700的平臺710的層合輥730 —側(cè)沿著基模的邊緣滴撒來均勻地施加UV硬化樹脂750。接下來，利用連接至兩端的伺服電機使層合輥730旋轉(zhuǎn)并以1.42mm/秒的速度在圖7的箭頭的方向上移動。如圖7(b)所示，在將PET膜740層合到基模700上的同時，將紫外硬化樹脂750同時涂布到基模700上。在這些條件下，空氣被俘獲在基模700的凹陷中。如圖7 (c)所示，來自UV燈的紫外光(365nm)穿過層合的PET膜740照射到UV硬化樹脂750上，以使UV硬化樹脂聚合并硬化。將聚合并硬化的UV硬化樹脂層從基模700移除，以獲得具有通過俘獲于基模與其中的凹陷之間的氣泡復制的凹狀曲面和周圍的凹槽的結(jié)構，或者換句話講，其表面上具有排列的凹陷圖案的片狀第一結(jié)構體，如圖5(d)所示。接下來，通過對獲得的第一結(jié)構體(第二模具)上進行電鑄來形成鎳層。具體地講，制備包含600g/L的氨基磺酸鎳、30g/L的硼酸和0.lg/L的十二烷基硫酸鈉的鎳鍍浴(pH為0.4，溫度為大約50攝氏度)，然后通過將其表面上涂布有銀的第一結(jié)構體浸入來執(zhí)行電極沉積，以生成厚度為大約500 μ m或更大的鎳層。接下來，將獲得的鎳層從第二模具移除(剝離)以獲得鎳模(第三模具)，其表面上具有排列的凸狀部分的圖案，分隔壁圍繞各凸狀部分，如圖5(f)所示。通過相同的方法在上述條件下對鎳模(第三模具)的表面執(zhí)行電鑄，以形成厚度為大約500μπι或更大的鎳層。接下來，將鎳層從鎳模移除(剝離)，以獲得具有排列的凹陷圖案的鎳模(凹模:第四模具)。這樣獲得的鎳第四模具用作母模以用于形成微透鏡陣列層。將母模(第四模具)設置在具有一組頂部和底部金屬板的壓機的頂板上，將2mm厚的丙烯酸類樹脂或聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(PMMA)板置于底板上。將設置有母模的頂板設置為175攝氏度，將設置有PMMA板的底板設置為70攝氏度，然后從頂部和底部以190kN的力將母模壓到PMMA板上，維持這一條件大約150秒。因此，具有排列的凸透鏡和分隔壁的圖案復制到PMMA板的一個表面上，以生成厚度為2_的PMMA微透鏡陣列層。微誘鏡片接下來，將包含輻射敏感層的層合體置于獲得的微透鏡陣列層的第二表面上，以生成微透鏡片1、2。制備兩種類型的層合體(層合體1、層合體2)。微誘鏡片I具有鋁電極沉積層的市售PET膜(產(chǎn)品名稱Scotch Tint (TM)膜，由住友3M公司(Sumitomo 3M Ltd.)制造(零件編號:RE18SIAR))用作包含輻射敏感層的層合體I。層合體I的結(jié)構與圖3所示的層合體320相同，2mm厚的丙烯酸類樹脂涂層設置在50 μ m厚的PET膜的一個表面上，在另一表面上按照順序設置有厚度為大約I μ m的鋁汽相沉積層、粘合劑層和PET剝離片。本文中，鋁汽相沉積層用作輻射敏感層。將此層合體I置于微透鏡陣列層的第二表面上，使得丙烯酸類樹脂涂層與各分隔壁的端面接觸，以獲得此工作實例的微透鏡片I。微透鏡陣列層的分隔壁的高度(Hw) 22 μ m、丙烯酸類樹脂涂層的厚度2 μ m、與PET膜的厚度50 μ m的組合高度F等于大約74 μ m,輻射敏感層基本上位于凸透鏡的焦距的位置處。微誘鏡片2在一個表面上涂布有氨基甲酸酯丙烯酸酯的具有鋁汽相沉積層的市售PET膜(產(chǎn)品名稱Metalumy TS#100,東麗尖端薄 膜有限公司(Toray Advanced Film C0., Ltd.)的產(chǎn)品)用作包含輻射敏感層的層合體2。層合體2的結(jié)構與圖2所示的層合體220相同，其中大約I μ m厚的鋁汽相沉積層形成在100 μ m厚的PET膜的一個表面上。本文中，鋁汽相沉積層用作輻射敏感層。通過將90重量份的聚酯基聚氨酯丙烯酸酯單體(商品名:EBECRYL8402，由大賽璐-氰特株式會社制造)與10重量份的不飽和脂肪酸羥烷基酯改性的ε -己內(nèi)酯(商品名:PlaCCelTM FA2D，由大賽璐化學工業(yè)株式會社制造)和I重量份的光聚合引發(fā)劑(商品名=Irgacure 2959，由汽巴精化有限公司制造)混合來制備聚氨酯丙烯酸酯樹脂。利用刮涂方法將獲得的樹脂層合到鋁汽相沉積層上，然后照射來自UV燈的紫外光(365nm)以使樹脂聚合并硬化。獲得厚度為大約58 μ m的聚氨酯丙烯酸酯層。將獲得的層合體2置于微透鏡陣列層的第二表面上，以使得具有自粘性的聚氨酯丙烯酸酯層與各分隔壁的端面接觸，通過用手推輥層合獲得此工作實例的微透鏡片2。微透鏡陣列層的分隔壁的高度(Η )22μπι與聚氨酯丙烯酸酯層的厚度58 μ m的組合高度F等于大約80 μ m，輻射敏感層基本上位于凸透鏡的焦距的位置處。形成合成三維圖像針對獲得的兩種類型的微透鏡片1、2，通過與PCT國際公布N0.WO 01/063341中所公開的“具有浮動合成圖像的片材(sheet with a Floating Composite Image)”中的第一工作實例相同的方法形成浮動圖像。具體地講，利用諸如圖8所示的光學系統(tǒng)，使用基本波長為 1047nm 的 Q 開關Nd: YAG激光器 800 (EdgeEave INN0SLAB 型 IS41-E 激光裝置(Nd: YLF晶體))來經(jīng)由99%反射型反射鏡、5X光束擴展望遠鏡804和非球面透鏡806 (數(shù)值孔徑為
0.64，焦距為39.0mm)照射置于測試臺808 (其位置可在三個軸X、Y和Z上調(diào)節(jié))上的微透鏡片810。需要指出的是，激光器具有IOns或更小的脈寬，重復頻率介于I和3000Hz之間。將微透鏡片810安裝在測試臺808上，使得凸透鏡陣列的表面面向上。測試臺808是市售的AGS 15000品牌(由賓夕法尼亞州匹茲堡的泰科愛爾公司(Areotech Inc., Pittsburgh, Pennsylvania)制造)，并包括三個線性臺。第一線性臺用于使非球面透鏡沿著非球面透鏡的焦點與微透鏡片810之間的軸(Z軸)移動。另兩個臺用于使微透鏡片相對于光軸沿著兩個相互正交的水平軸移動。在此實例中，非球面透鏡806被設置為使得其焦點位于比微透鏡片810高Icm的位置處。使用LabMax -頂部功率計和EneryMaxTM50mm直徑傳感器(由美國俄勒岡州布里奇波特的相干公司(Coherent Inc., Bridgeport, Oregon, USA)制造)以便控制微透鏡片的照射能量密度。調(diào)節(jié)激光輸出以在距非球面透鏡806的焦點Icm的位置處獲得大約SmJ/平方厘米(8mJ/cm2)的激光照射能量密度。使用由賓夕法尼亞州匹茲堡的泰科愛爾公司制造的市售A3200控制器來使樣品臺808移動，并控制供應給激光器800的脈沖控制電壓。使測試臺808在X和Y方向上二維移動，通過向激光器提供脈沖信號，通過調(diào)節(jié)X、Y和Z臺的移動由激光束在微透鏡片的輻射敏感層上繪制字符“3Μ”，以在微透鏡片810上繪制浮動圖像。對于IOHz的激光脈沖率，測試臺以50.8厘米/分鐘的速度移動。微透鏡片材料的評價利用光學顯微鏡(商品名:ΒΧ51,奧林巴斯有限公司(Olympus C0.,Ltd.)的產(chǎn)品)測量獲得的微透鏡陣列的形狀。具體地講，測量各凸透鏡的曲率半徑r、透鏡部分的高度hi以及分隔壁部分的高度(Hw)。在兩個不同的位置通過以50x放大率拍攝照片并求出其平均值來執(zhí)行測量。根據(jù)結(jié)果，r為22 μ m, hi為19 μ m, Hw為22 μ m。然后，利用相同的光學顯微鏡在兩個不同的位置通過以IOx放大率拍攝照片來測量透鏡數(shù)和透鏡密度。根據(jù)結(jié)果，可確認獲得的微透鏡陣列具有30509個/cm2的透鏡密度。為了比較，在相同條件下對傳統(tǒng)微透鏡片產(chǎn)品進行測量，其使用玻璃珠(商品名:Scotch Lite 680-10,由住友3M公司制造)作為形成三維圖像的微透鏡片。透鏡直徑為70 μ m,透鏡密度為15385個/cm2。在用熒光燈從背面照射其上繪制有字符圖像的微透鏡片時，以及在通過室內(nèi)照明(熒光照明)從正面照射微透鏡片時，確認圖像的可見性。在用熒光燈從背面照明時，通過透射光形成圖像，在用熒光燈從正面照明時，通過形成輻射敏感層的沉積鋁層所反射的光來形成圖像。然而，在這兩種情況下均確認，繪制的字符圖像看起來浮于微透鏡片上方。
權利要求
1.一種微透鏡片，包括: 微透鏡陣列層，其包括 第一表面，以及 通過復制形成的第二表面，所述第二表面具有多個排列的凸透鏡以及一個或多個分隔壁，所述分隔壁具有比所述凸透鏡的頂部高的固定高度(Hw)； 輻射敏感層，其基本上設置在所述微透鏡陣列層的與所述第一表面相對的一側(cè)，所述凸透鏡的焦點位置處，并且基本上平行于所述第二表面。
2.根據(jù)權利要求1所述的微透鏡片，其中所述輻射敏感層與所述第二表面相鄰設置，并且所述輻射敏感層由所述分隔壁支撐，所述凸透鏡的各表面與所述輻射敏感層分離開。
3.根據(jù)權利要求2所述的微透鏡片，其中所述第二表面與所述輻射敏感層之間的距離(F)基本上等于所述分隔壁的高度(Hw)。
4.根據(jù)權利要求1所述的微透鏡片，還包括層合體，所述層合體包括所述輻射敏感層，其中 所述層合體與所述第二表面相鄰設置并由所述分隔壁支撐，并且所述凸透鏡的各表面與所述層合體分離開。
5.根據(jù)權利要求4所述的微透鏡片，其中所述層合體包括位于所述第二表面與所述輻射敏感層之間的一個或多個樹脂層，并且所述第二表面與所述輻射敏感層之間的距離(F)基本上等于所述分隔壁的高度(Hw)與位于所述第二表面與輻射敏感層之間的所述樹脂層的厚度之和。
6.根據(jù)權利要求1所述的微透鏡片，其中各所述凸透鏡通過復制氣泡形狀而形成。
7.根據(jù)權利要求1所述的微透鏡片，其中所述分隔壁與每一所述凸透鏡相鄰并圍繞每一所述凸透鏡。
8.根據(jù)權利要求1所述的微透鏡片，還包括合成圖像，所述合成圖像對于觀察者的肉眼而言看起來浮于所述片的上方或下方。
9.一種微透鏡片的制造方法，包括: 制備包括模具表面的模具，所述模具表面具有多個凹陷以及一個或多個固定深度的溝槽，每一所述凹陷是凸透鏡形狀的反轉(zhuǎn)，每一所述溝槽比所述凹陷深； 復制所述模具表面以形成微透鏡陣列層，所述微透鏡陣列層具有第一表面和第二表面，所述第二表面具有通過復制形成的多個凸透鏡； 將輻射敏感層基本上設置在所述微透鏡陣列層的與所述第一表面相對的一側(cè)，所述凸透鏡的焦點位置處，并基本上平行于所述第二表面。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中所述制備模具的步驟包括: 提供具有模具表面的基模，所述模具表面具有排列的凹陷圖案； 將可硬化流體施加到所述模具表面，同時在所述排列的凹陷圖案中的每一所述凹陷處俘獲氣泡； 使所述可硬化流體硬化。
全文摘要
提供一種可用作浮動圖像材料的微透鏡片，其具有微透鏡陣列層，該層可通過更簡單的復制工藝生成，而無需調(diào)節(jié)厚度。所述微透鏡片具有高耐刮擦性和防塵性。所述微透鏡片具有微透鏡陣列層，其包括第一表面和通過復制形成的第二表面，所述第二表面具有多個排列的凸透鏡以及一個或多個分隔壁，所述分隔壁具有高出所述凸透鏡的頂部的固定高度(Hw)；輻射敏感層，其基本上設置在所述微透鏡陣列層的與所述第一表面相對的一側(cè)，所述凸透鏡的焦點位置處，并且基本上平行于所述第二表面。
文檔編號G02B27/22GK103201670SQ201180051721
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權日2010年11月17日
發(fā)明者服部二郎, 增田祥一, 芥川智思, 木下康宏 申請人:3M創(chuàng)新有限公司