微透镜阵列制造技术

本发明专利技术提供了光控结构（１００２）的系统和方法，该光控系统通常称为微透镜或微透镜阵列。例如，根据本发明专利技术的实施例，光控结构（１００２）可以用于提供显示屏（１００２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体而言涉及光学和光学装置，且更具体而言涉及微透镜阵列、制造微透镜阵列的方法以及微透镜系统和应用。
技术介绍
微透镜阵列在用于成像应用的微型封装中提供了多种光学性能。通常，微透镜定义为直径小于一毫米的透镜；然而，有时直径为五毫米或以上的透镜也被认为是微透镜。有许多制造微透镜的常规方法。例如，一种通常使用的制造微透镜的技术从选择的光致抗蚀剂涂覆衬底开始，将该光致抗蚀剂涂覆的衬底通过掩模曝光，或者对该光致抗蚀剂进行灰阶激光曝光。在加热衬底时，曝光后的光致抗蚀剂熔化，表面张力拉动材料以形成凸透镜。光致抗蚀剂的深度决定透镜的焦距。制造微透镜的另一种方法是使用离子交换。在此方法中，离子扩散进玻璃杆以给出径向折射率分布。折射率在透镜中心最高并以距中心轴的径向距离的函数而逐渐降低。使用离子交换法制造的微透镜用于校准例如电信应用中来自光纤的光。通常对于许多应用而言，微透镜阵列比离散的微透镜更优选。例如，制造玻璃微透镜阵列的一种制造工艺通常涉及熔融硅石的反应离子刻蚀(RIE)。通常，使用RIE难以满足所有微透镜阵列的要求。RIE技术在制造最终产品之前涉及许多步骤，且因此产量一般较低且产品昂贵。作为另一示例，形成微透镜阵列的光学质量玻璃的压缩成型也是公知的。此方法包括在高温压缩公知为玻璃坯(gob)的光学元件预制件，以形成玻璃透镜元件。在压缩成型工艺中，坯块被插入模具腔中。该模具在成型工艺期间处于无氧腔中。该坯块通常放置在下模具中并在玻璃转换温度以上和靠近玻璃软化点加热。然后上模具与坯块形成接触，且施加压力使坯块的形状与模具腔一致。在冷却之后，该透镜从模具上除去。不幸的是，使用一个或多个预制件压缩成型微透镜阵列具有许多困难，这包括将每个透镜元件的机械和光学轴关于公共轴对准以及将每个透镜元件的位置关于阵列中的参考点的对准。此外，如果微透镜直径小于1mm，那么使用常规技术机械加工凸的非球面模具腔是极度困难的。作为另一示例，对于光敏(如CCD)或光发射(例如微透显示装置)应用，微透镜阵列通常形成在硅芯片的顶表面上。平面化层首先形成在硅衬底上。滤色器层接着形成在平面化层上，子像素区适当对准硅衬底中的有源器件。另一平面化层通常形成在滤色器层上，且最后光致抗蚀剂材料沉积在该第二平面化层上。然后使用常规光刻技术在光致抗蚀剂中形成矩形图案。在曝光之后，显影步骤除去曝光区中的光致抗蚀剂，使像素有源区上的中心岛区为透明的。显影以及有时候蚀刻除去这些中心区之间的光致抗蚀剂材料并在光致抗蚀剂区中形成沟槽，这些沟槽分隔光致抗蚀剂岛，且现在限定各个微透镜区。接着，对硅衬底的深度等离子体蚀刻除去衬底上的所有层。然后光致抗蚀剂被剥除，且装置被硬烘烤以通过控制时间和温度回流微透镜为适当光学形状。虽然有许多制造微透镜和微透镜阵列的常规方法，但是这些常规技术可能涉及困难或昂贵的制造步骤或者满足不了某些设计要求，例如视角、亮度、均匀性或对比度。因此，需要改进的微透镜阵列。
技术实现思路
这里公开了系统和方法以提供了微透镜阵列。例如，根据本专利技术的实施例，公开了制造微透镜阵列的方法。该微透镜阵列可以不需要一些常规微透镜阵列所要求的困难或昂贵的制造步骤而制造。该微透镜阵列也可以满足显示屏的涉及要求，例如亮度和均匀性、对比度和/或视角。例如，微透镜阵列可以用作电视屏、计算机屏(例如计算机监视器)、复印屏、投影屏、显示屏(例如从蜂窝电话显示屏到壁挂显示屏)、膝上型电脑屏、或具有各种其他类型的成像、光学或显示系统。根据本专利技术的实施例，例如，提供了用于制造微透镜阵列的方法。该方法包括将例如杆或光纤的一束光学透明元件粘附或束在一起。该束光学透明元件被切割以形成元件段的片。该片的剖面或表面可以类似蜂窝状结构。该表面可以被抛光以消除因切割工艺造成的任何粗糙边缘。如果需要，该片的一个或两个面或端部可以被改进，以把端部形成为期望形状。改进的端部被暴露于能量源，例如热源、电火花、激光等，该能量源导致每个元件段的端部形成透镜段。遮光层可以设置在该片的一侧或两侧的改造的端部上，使得例如每个元件段的透镜段仅部分暴露(例如仅每个透镜段的允许光通过的中心部分)。一个或多个涂层可以施加在该片的两侧或仅一侧(例如抗反射涂层和/或抗旋光涂层)。所得微透镜阵列可以提供用于各种设备的显示屏(例如用于照相机、个人数字助理、电话、膝上型电脑、计算机监视器、电视机、复印屏、投影屏或告示板显示屏的小型显示屏)。因此，通过本专利技术的方法制造的微透镜阵列可以制得小或大。例如，微透镜阵列的尺寸可以制成从小于约10μm的方形到壁挂显示单元中的大于70in.×70in.。与其他微透镜阵列的制造方法不同，每个透镜元件以高度的透镜尺寸均匀性制造。如下面的详细描述，阵列中的透镜元件设置可以根据需要或者满足不同应用的需要而固定。更具体而言，根据本专利技术的实施例，制造微透镜阵列的方法包括提供一束光学透镜元件；切割该一束光学透镜元件以形成至少一片光学透镜元件段；加热该至少一片光学透镜元件段以形成透镜段；以及用遮光层覆盖所述至少一个透镜段的一部分。根据本专利技术的另一实施例，显示屏包括光学透镜元件，形成为一个或多个微透镜阵列片并且用于提供光通路，其中每个光学透镜元件具有形成在该光学透明元件的至少一端的透镜；和遮光层，与该片相邻设置，并用于阻挡离开每个光学透明元件的一部分光。根据本专利技术的另一实施例，提供形成为透镜阵列的显示屏的方法包括提供束在一起的光学透明圆柱杆以形成具有类似蜂窝剖面的结构；切割该束光学透明圆柱杆以形成至少一片光学透明杆段，每个光学透明杆段具有第一端和第二端并用于引导光；加热两端以在所述端上形成透镜表面；和用遮光层覆盖第一端上的一部分透镜表面。本专利技术的范围由合并在此部分作为参考的权利要求限定。通过考虑下面一个或多个实施例的详细描述，本专利技术实施例的更完整的理解及其额外优点的实现将提供给本领域的技术人员。可以参考附图的附加页，该附图将首先简要说明。附图说明图1是示出根据本专利技术实施例的方法的流程图；图2是根据本专利技术实施例的一束光学透明元件的简化图；图3A是沿根据本专利技术实施例的图2的束所取的光学透明元件段的切片的简化图；图3B是根据本专利技术实施例的单个光学透明元件段的侧视图；图4A是根据本专利技术实施例的进行热处理的光学透明元件段的阵列的简化侧视图；图4B是根据本专利技术实施例的进行热处理的光学透明元件段的阵列的简化侧视图；图5是用在包括根据本专利技术实施例的微透镜阵列的投影系统中的光束形状转换器和光积分器的简化图；图6A、6B、6C和6D是根据本专利技术实施例的微透镜阵列的各种结构的简化侧视图；图7A和7B是根据本专利技术实施例的光学透明元件束的简化侧视图；图8A和8B是进行蚀刻工艺的根据本专利技术实施例的标准切割的光学透镜元件段的简化图；图9是进行热处理工艺的根据本专利技术实施例的光学透明元件段的简化图；图10是根据本专利技术实施例的光学透明元件段的片的简化图；图11是根据本专利技术实施例的具有遮光层的光学透明元件段的阵列的简化侧视图；图12是根据本专利技术实施例的用在显示屏中的光学透明元件段的片的简化图。通过参考下面的附图能够最好地理解本专利技术的实施例及其优点。一个或多个图中所示的相似的标号用于指代相似元件。具体实施例方式图1是示出根据本专利技术实施例的方法1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造微透镜阵列的方法，包括：提供一束光透明元件；切割所述一束光透明元件以形成至少一片光透明元件段；加热所述至少一片光透明元件段以形成透镜段；和以遮光层覆盖所述至少一个透镜段的一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤寅生，
申请(专利权)人：汤寅生，
类型：发明
国别省市：US[美国]