具有可变光学元件的光重新定向膜制造技术

本发明专利技术涉及一种包括具有相对面的薄光学透明基板的光重新定向膜，基板的一面基本上覆盖有拉长的单个光学元件，该单个光学元件的最长尺度基本上沿纵向取向，其中至少一些光学元件的形状在视觉上明显不同，其中光学元件形状和位置的排布使得在标准ＬＣＤ背光观看条件下在膜内有害图案不可见。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双光子微细加工的三维超分辨衍射光学器件及其设计方法。技术背景随着微纳技术应用领域的飞速发展，人们对微细加工的要求不仅向缩小尺寸和提高精度方 向进行，而且越来越向着加工多样化和器件三维化方面发展。针对后两项要求，二十世纪九十 年代中后期正式兴起的飞秒激光双光子微细加工方法成为对传统微纳加工技术的重要补充。飞秒激光双光子微细加工技术涉及现代光学、电子学、激光技术、精密仪器、计算机技术 及智能控制等
，已成为近来微纳加工技术的一个研究热点。现有的飞秒激光双光子微 细加工系统如图l所示，主要结构包括飞秒激光器、光路开关、光束衰减器件、扩束器、全反 射镜、显微物镜、微动台等。飞秒激光双光子微细加工原理是通过计算机控制程序控制微动台的移动，使得飞秒激光束的聚焦点在光刻胶体内按预定路径进行扫描，并在预定位 置打开光闸，使得焦点处产生瞬时超强光场，引发该处光刻胶发生双光子聚合反应，并能在随 后的显影过程中得以保留下来(负胶)或被冲洗掉(正胶)。在完成全部路径的扫描后，对光刻胶进 行显影即可得到所需的微细结构。因此，每次打开光闸所得到的聚合点即为最小成型物，该点 的空间尺寸即直接反应了双光子微细加工系统的加工分辨率。在现有的飞秒激光双光子微细加工系统中，由于受衍射现象的限制，其加工分辨率难以进 一步提高。目前为提高加工分辨率所采取的方法通常有提高显微物镜的数值孔径、采用浸液式 加工方法、减小入射激光功率和缩短单点曝光时间等。前两种方法依赖于显微物镜生产厂商所 提供的器件，而且目前物镜数值孔径已难以继续提高，后两种调节工艺参数的方法实际上只能 无限接近现有系统的理论分辨率，无法在实质上提高双光子加工分辨率。在另一方面，光瞳滤波方法通过在光路中加入特制的衍射光学器件，能够有效地改善成像 分辨特性，提高光学系统分辨率。通常情况下，衍射光学器件的不同区域对入射光具有不同的 透过率和相移量，平面波经过该衍射器件后振幅和相位就会相应地发生变化，最终经过聚焦得 到的焦斑光强分布也将发生相应的变化，对衍射器件进行合理设计便可实现分辨率增强。衍射 光学器件一般分为纯相位型、纯振幅型及相位振幅混合型三类。现有的研究证实纯相位型衍射 器件可获得最大的衍射效率和设计自由度，Ando Hideo则进一步说明对于同心环形纯相位型衍 射器件，仅当入射光经过相邻区域后相位相差^时可以得到最优的分辨率增强效果(Jpn. J. Appl.内观糧到的视角是64度。曲线52鹏B的亮度，曲线54魏C的亮度。在点56以离轴45度的角度获得最:^t比度，其对比度大约是4%。覆盖具有高轴向增益的光重新定向膜的单个光学元件通常被拉长，,纵横比大于5，更iM纵横比大于15。通常对于这样的元件，在纵横比上改变大约5%，大视觉上会很明显。在光重新定向膜的实验中，在纵横比上小于5%的改变通常不会相对于覆盖有单一形状元件的膜体现出优点。通常元件的表面曲率改变大约10%^^大视觉上会很明显。雌在纵横比上大约15%或更大或在曲率上30°/。，大的较大改变，以最大化视觉上不同元件皿的优点。 具有纵横比小于100%的较长元件大于较短的元件，因为否则较短的元件趋向于M^所得到的膜的轴向增益。在单一膜上具有可变形状的光学元件通过引入亮度在空间上的变化而有助于遮蔽^t布缺陷。以视觉上明显不同皿制成的光重新定向膜具有;ll寸的、 有斑点的(speckled)或带纹理的外表。纹理的对比度在元件的亮度分布改变更多 的视角处更加显著。这种外表起到视觉噪声的作用，以利于遮蔽由微粒、缺陷 的存在，或从光重新定向膜以下的层输入亮度的亮度变化而产生的亮度改变。 ，地，元件开沐改变足以充分遮蔽最大尺寸等于或小于膜平均间距的4倍或 者更^Jt等于或小于膜平均间距的8倍的修饰点或点缺陷(spot defect)。 地，元件改^^以充分遮蔽具有最大长度等于或小于最长元件长度的3倍或者 更imt也等于或小于最长元件长度的6倍的修饰线缺陷或擦痕。可变的元件形 状还在不同方向上分配来自膜下的可变光，有助于漫射光、使输出更均匀和隐 mi莫下的小缺陷。来自膜的总M分布通常是由各个元件,與虫地产生的亮 度分布的组合。不希望的副作用能由使用包括在单一膜上的多个元件形状的单个光学元 件产生。当没有足够细心地在^±选择和放置光学元件形状的时候，下面列举 的几种类型的有害图案可能在光重新定向膜上可见。在某些情况中，S31显示 器组件中液晶调制器可以看到有害图案，在其它情况中，当背光下{^见看膜时 可看见有害图案。有害图案的可见性将撤艮多因素而变化，包括组成其的光学 元件，观看条件，^级(lightlevel)和组^M示器内的其它膜和部分。但是，由 于显示器严格的观看要求，通常要在光重新定向膜中避免有害图案。一个待别是在如图3A所示的有糊钸中出现的有害图案是平行于横向18的线的图案。这些横向线是光学元件1的端部的图像。横向线也能在i顿可变 元件微的扫钸中可见，该祠^中每个幵沐的元件以有序的方式设置，例如如 果在图3A中元件1的交替行被较长的元《憎代。举另一个例子，如美国专利6,752,505的图45和46中所示的可变单钱学元件微的扫滩也将在高增益光 重新定向膜内显示出横向线。另一个有害图案包括既不沿膜的纵向也不沿膜的横向取向的斜线。斜线可 能由从一列元件到另一列都4顿固定偏銜constantoffset)的有糊滩产生。 一个 实例如附图说明图10A所示，指出了一个可能的线位置61。当膜被组驗显示器内时， 斜线还能弓l起斜的(off-angle)莫尔条纹问题。为了避魅线和斜线，以随机列偏移制造光重新定向膜。图10B表示具有 随机列偏移的实例膜的示意图。但是，随机列偏移能使另一个叫做纵向线的有 害图案出现。当光从两个相邻的元件折射或反射掉、产生亮度图案的变化时， 纵向线由被相邻元件的相对位置弓l起的亮度轻微变化而产生。纵向线还由具有 单一长度元件的固定纵向间隔产生。例如，在包括元件62和63的相邻两个元 件列内，将会有与元件62和63—样具有相同的相对錢的元件对，例如元件64和65。即使^元件从它指定^a被随^u也,，元件对的平均相对^S将沿着整行被大致保持。随机偏移弓l起在光重新定向膜内较暗和较亮纵向线的随 机(random-looking)线形图案。这些纵向线在如图9所示的近似视角内、以在纵 向轴上大约60到70度的视角处最为可见。雌可频件开邻和间隔的随机化S钸以M^莫尔条纹、产生更多^魏膜 外表和避免上述有害图案。本文使用的术语随机和随机化应该理解为包括伪随 机。本专利技术的 祠滩是设计随机的(engineered random),意思是它们由仔细 设计的有糊蹄外观(aspect)与随机祠钸外观组合的组合体产生。例如，以有序 祠钸来设置元件、然后对元W體和减微实行随机雜是设计随机S滩的一 个实例。完全随机的判蹄，例如独^itt^^个随机元件的位置，需要非常多的元件以充分地sm^的表面，会产生《辩由向增益。随机和设计随机S滩本身会产生问题，包括有害图案。产生纵向线的随机 偏移(random offset)就是一个实例。另一个能由元件皿视觉上明显不同的随机 或设计随机S滩产生的有害图案是斑点图案。当单一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光重新定向膜，包括具有相对面的薄的光学透明基板，基板的一面基本上覆盖有拉长的单个光学元件，该单个光学元件的最长尺度基本沿纵向取向，其中至少一些光学元件的形状在视觉上明显不同，其中光学元件形状和位置的排布使得在标准ＬＣＤ背光观看条件下在膜内有害图案不可见。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RH威尔森，PJ贵贵济昂，RP布尔德莱斯，
申请(专利权)人：罗门哈斯丹麦金融有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]