专利名称：光场改进组合及其应用系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光场改进组合及其应用系统，特别是一种应用于液晶显像器、背投影显像器或类似装置的水平或垂直的光场的组合结构，该组合结构由材料、物理与光学等相关特性组成的微型透镜组，其中的组合可以用来调整光程路径以改进显像器的系统效果。
背景技术：
今天的社会上，不论是静态或是动态的显像，都对人们的生活起着重大影响。低耗能的便携式电子产品和显像元件的电子产品，几乎已经是生活中的必需品。液晶显像器是这些显像器中所采用的主要技术之一。液晶显像器为一种本身不发光的被动式元件，通常需要外部的光源来照射驱动。在许多应用这种显像器的系统中，电池往往是唯一的能源供应源，因此一个设计良好的液晶显像器必须仔细探讨如何提高光源使用效率。在许多液晶显像器的应用中，需采用更多的结构组合及不同的材料以提高的显像效果，故仍是有待改善的。
在最近几年的中，另外一种显像技术也有了快速的进步，它就是投影显像技术。目前按照所采用的成像元件的不同而有不同的投影显像技术发展。近来发展较多的是采用美国德州仪器公司的数字微型反射镜元件，或是采用其它公司所发展的液晶元件而开发的投影显像器。但是不论采用哪一种元件，这些投影显示器都需要透过某些显像介质来将影像显示给观赏者。这些显像介质往往对观赏者所看到的影像品质影响甚大，因为它通常是最后“接触”到影像的光学元件。一般来说，这多是使用一片屏幕来达成。依照使用者的环境及所采用的投影技术，通常可将该屏幕分成”前投式”或是”背投式”两种型态。请参看图12所示，其揭示了一种先前传统的技术应用案例，即是利用一种片状的高分子材料作出透镜来调整光程路径。
但由于应用不同所需的情况不一，因此适用的投影显像器也有所不同。就家用娱乐系统而言，观赏者乃是在显像器前的位置，故影像会呈现水平分布而非垂直分布。但是在一般的大型视听场所，例如在一间设备中央控制室，观赏者往往会需要更大的影像水平及垂直分布。
一般而言，一个投影屏幕需要具备有高分辨率、高对比度、高能量增益及大显像视角，但是这些要求往往不容易同时达到。例如，屏幕的能量增益通常必须有所折衷来达到更大的显像可视角，因此针对不同的应用而对屏幕的诸多特性来折衷调配是不可避免的。
所以针对不同的投影显像器应用领域，改善屏幕的整体光学效果是必须追求的目标，其亦可以参考美国专利编号4,666,248、5,040,883、5,467,417、5,563,738、5,917,664及6,317,263等等所列出的传统液晶显像器及投影显像器的结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种光场改进组合及其应用系统，特别是提供一种易于制造并可以根据所需的输出光场而构成的微型透镜组及其制品，该制品包括有液晶显像器或背投影显像器或类似装置。本发明还包括微型透镜及承载层片组，该微型透镜具有至少一个所需的组成材料、物理与光学特性的微型透镜阵列，该承载层片组是用作承载微型透镜组的承载层片。
应用本发明的微型透镜组的制品，可以修改水平或/及垂直的光程路径及对应的光场，本发明亦可再组合其它适当的光学透镜，例如平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜(fresnel lens)、变形透镜(anamorphoticlens)等等，以进行修改水平或/及垂直的光程路径及对应的光场。
微型透镜本身的表面可以具有光散射的作用，或是在它的构成材料中含有不具特定指向性的散光材料，例如散光颗粒物或其它形式的散光体。不论是何种型态，均可将最强的光线方向调整为约平行于承载层片的主平面的垂直光轴或是某个角度(相对于承载层片的主平面的垂直光轴)。
承载层片包含以下特性材料的组合，如反射材料、高透明材料、吸光材料、不透明材料、光敏感材料、散光材料、金属材料、金属或其它材质的网状材料、棱镜材料、光滞材料、光极化材料及/或其它任何适用的功能性材料，以提供额外的光学特性调整范围。同时承载层片也可以做成不同尺寸与厚度的膜状、片状、板状或是任何适用的型态。在承载层片上亦可以做出透明孔洞的组合排列，或是在不透明的塑料或是金属材料上作出透明孔洞的组合排列，或是采用以金属或高分子塑料的材料编织成网状的型态，使得光线通过这些孔洞时，不会受到任何影响。当然，这些承载层片也可以相互组合或附着在其它的支撑材料上，以便获得更强的结构强度。
目前许多不同的微型加工技术已经被广泛应用于形成微小型电器、机械及光学元件及该元件的组合结构。许多新式的元件，例如微型电动机及齿轮组均可采用这些加工技术制作，而且已经相当普及。这些技术的一个有名的应用元件就是美国德州仪器公司的微型反射镜元件，这种元件目前被应用于投影显像器中。
当然微型透镜已经可以应用不同的加工技术作出，例如雷射切削、光微影术、化学蚀刻、电铸及电化学等等加工技术已经可以应用在微型透镜的模具制作。
一旦模具制作完成，高分子或共轭高分子材料，例如有丁基甲基丙烯酸酯聚合物(butyl methacrylate polymer)、甲基甲基丙烯酸酯(methly methacrylate)、氢氧乙基甲基丙烯酸酯(hydroxyethylmethacrylate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚烯烃酯(polyolefin)、聚苯乙烯(styrene)、硅酮凝胶(siliconehydrogel)、硅氧烷(siloxane)等等或是任何其它适用的材料组合物，经由与光聚合起始材料或其它任何适用的聚合起始剂混合后，再加上适当的脱模剂或/及其它适当的添加剂(例如，抗静电、抗刮伤等)之后，利用精密印刷、注入、喷印(inkjet)系统，或是其它适当的方法，将适当的材料量放入模具中。在上述材料的混合过程中，也可以加添适当的散光材料。
一旦适当的微型透镜材料加入模具后，适当的固化程序就可以开始进行，按照所选的不同材料，可以得到不同固化后的高分子材料的折射率，同时也可以应用不同的材料特性(例如表面张力及亲合力)，重复上列的步骤来作出所需要的各种微型透镜及不同的光学特性。
在应用本发明的光场改进组合时，该微型透镜组就可以用来达到原始的设计目的，本发明的微型透镜组亦可再组合其它适当的光学透镜，例如平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜(fresnel lens)、变形透镜(anamorphotic lens)等等，其中的一种组合可以用来调整光程路径以改进显像器的系统效果。
本发明的承载层片可以由下列的不同材料制成，如光反射材料、透明材料、光吸收材料、不透明材料、金属材料、光敏感材料、光极化材料或是其它的光学材料或其它适用的功能材料或该材料的组合，并透过适当的贴合材料或是黏合方式来与上述的微型透镜结合。这些功能材料可以是具备散光，或极化，或抗眩光，或是具有这些特性的材料组合。
应用精密射出、机械冲床或是雷射加工，或是其它任何适当的方式都可以在承载层片上作出精确大小的孔洞。在承载层片上亦可作出定位标记或孔洞，以便能精确地与微型透镜结合。在承载层片应用上述任何适当的方式做成之后，也可以将适当的黏着材料预先涂布在承载层片上。
承载层片可以在单面或双面上涂布数层的高分子材料、共轭高分子材料、无机材料或其它任何适当的材料，以使其具有低反射、抗反射或/及抗刮伤的特性，也可以按照应用的条件与需要的不同，在这样的材料上形成与微型透镜位置相互搭配的孔洞。
本发明可采用微小尺寸的玻璃珠粒或其它适当的不同材料作成的微小尺寸珠粒予以实施，这些珠粒的外型不需要是圆球型。采用透明度、穿透频谱、折射率、直径大小等等组成材料，或物理与光学等相关特性经过筛选的微型珠粒，利用透明度、穿透频谱、折射率等等组成材料、物理与光学等相关特性经过筛选的黏着剂，铺黏一层于承载层片之上，此层黏着剂固化后的厚度必须不大于微型珠粒高度(直径大小)的一半，这厚度是可以依据应用所需以进行调整的。而且微型珠粒是被压顶接触在承载层片上的。
当黏着剂固化后，再将另一种光学高分子材料涂布并固化于这层黏着剂之上，这层高分子材料的透明度、穿透频谱、折射率、厚度等等组成材料、物理与光学等相关特性也是经过筛选的，而且这材料是低穿透率的材料。当上述的黏着剂固化之后，也可以在各珠粒之间的空隙中洒上不透明的微粉颗粒，例如碳黑之类的材料，然后再于其上涂布并固化另一种透明度、穿透频谱、折射率、厚度等等组成材料、物理与光学等相关特性也是经过筛选的高分子材料黏着剂将其固定。当前述黏着剂层材料固化后，也可以再采用低穿透率的高分子材料，如油墨、颜料或染料涂布在珠粒的间隙中，然后再于其上涂布另一种透明度、穿透频谱、折射率等等组成材料、物理与光学等相关特性也是经过筛选的高分子光学材料予以固定。上述这层材料固化后的厚度必须不大于微型珠粒高度(直径大小)的一半，这厚度是可以依据应用所需以进行调整的。
在完成这样的低穿透材料的涂布固定之后，可以再于珠粒上涂布另一种透明度、穿透频谱、折射率、厚度等等组成材料、物理与光学等相关特性也是经过筛选的高分子光学材料，此层材料可以加强所需的光学效果。所涂布的厚度亦是设计的重点，这层材料的厚度可以稍微突出于珠粒的高度(直径大小)，来达成光学效果。这厚度差是可以依据应用所需进行调整的。承载层片也可以在单面或双面上涂布数层的高分子材料、共轭高分子材料、无机材料或其它任何适当的材料，以使其具有低反射、抗反射或/及抗刮伤的特性，也可以按照应用的条件与需要，在这样的材料上形成与微型珠粒位置搭配的孔洞。
这个微型珠粒组合及其组合结构亦可再组合其它适当的光学透镜，例如平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜(fresnel lens)、变形透镜(anamorphotic lens)等等，其中的一种组合可以用来调整光程路径，以改进显像器的系统效果。
本发明亦可采用微小尺寸的玻璃珠粒或其它适当的不同材料作成的微小尺寸珠粒予以实施，这些珠粒的外型不需要是圆球型。
于一选定厚度的金属薄片上，利用已知的光阻微影技术做出的有开孔的保护膜后，利用已知的化学蚀刻方式在金属薄片上做出所需的贯穿金属薄片的微孔洞阵列，再采用透明度、穿透频谱、折射率、直径大小等等组成材料、物理与光学等相关特性经过筛选的微型珠粒，铺黏一层于已做出所需的贯穿微孔洞阵列的金属薄片，并使这些微型珠粒的一部份突出于金属薄片的另一面，再使用透明度、穿透频谱、折射率等等组成材料、物理与光学等相关特性经过筛选的黏着剂，将微型珠粒黏附在金属薄片上。
该金属薄片亦可于铺黏微型珠粒前，先以已知的技术涂布选定的吸光材料，以降低该金属薄片的光反射率。在将微型珠粒铺黏于金属薄片上之后，亦可再将数层透明度、穿透频谱、折射率等等组成原料、物理与光学等相关特性经过筛选的高分子材料涂布于该金属薄片与微型珠粒的组合物的两面上，以达到所需的光学效果。这个微型珠粒组合及其组合结构亦可再组合其它适当的光学透镜，例如平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜(fresnel lens)、变形透镜(anamorphotic lens)等等，其中的一种组合可以用来调整光程路径，以改进显像器的系统效果。
以下结合附图进一步说明本发明的具体结构特征和目的，本发明以所示附图配合较佳实施例详细说明后，其实施方式、原理将对熟于此技艺的技术人员而言已属充分揭露，然而，可被了解的是本发明的较佳实施例，而并非用以限制本发明的实施方式，故而举凡以本发明的较佳实施例作基础而进行的任何改变、修饰或等效取代，只要不脱离本发明的特征内容者，均当属于本发明的技术范畴。
图1A、B为本发明的微型透镜及模具的俯视图及剖面图。
图2为本发明的各种不同的微型透镜图，各图的下方的数字标示为可以采用的不同材料组合数。
图3A为本发明可以制作的承载层片的结构示意图。
图3B为本发明可以制作的承载层片的结构示意图。
图4为图3的A-A线剖面示意图。
图5为本发明可以制作的另一种对象的剖面图。
图6为本发明实施将影像反射的剖面示意图。
图7为本发明制作的位置对准标志，用来将微型透镜及承载层片之间予以相互定位的示意图。
图8为本发明将微型透镜及承载层片间结合的实施例示意图。
图9为本发明将微型透镜及承载层片间结合的另一实施例示意图。
图10为本发明将微型透镜及承载层片间结合后，承载层片再与另一支撑物结合的剖面示意图。
图11为本发明实施电铸法制作微型凸透镜的剖面示意图。
图12为传统用应用高分子材料片上作成不同的透镜特性，并应用在背投影显像器的结构示意图。
图13为本发明使用微型珠粒作成的微型透镜铺黏一层在承载层片上的实施例示意图。
图14为本发明使用微型珠粒作成的微型透镜铺黏一层在金属薄片上的实施例示意图，其中A至E各表示不同实施型态。
图15为本发明使用微型珠粒作成的微型透镜铺黏一层在金属薄片上的另一实施例示意图，其中A为金属薄片示意图，B为微型珠粒与金属薄片的结合示意图。
图16A为本发明使用微型珠粒作成的微型透镜铺黏一层在金属薄片上的示意图，图16B为图16A再组合菲涅尔透镜(fresnel lens)后再使用的实施例示意图。
图中符号说明131 厚平基板141 阵列121 间距111 透镜大小R151 边框2201 材料层2211 材料层2221 材料层2223 材料层2231 材料层2233 材料层1141 化学药品1131 刀具移动方向
1121 模具基板311承载层片321孔洞331标记孔洞411承载层片511承载层片431微型透镜系统421黏着剂521黏着剂531透镜阵列541透镜阵列1011 透镜阵列1041 透镜阵列1031 黏着剂1021 承载层片1051 承载层片1061 支撑物611承载层片621黏着剂681透镜间隔661入射光线675部分631背面691反射物质671反射631微型透镜651支撑物641反射物721透镜具711定位标志
731 承载层片组864 微型透镜985 微型透镜814 承载层片组915 承载层片组874 涂布机构965 涂布机构854 固化机构975 固化机构824 黏着剂涂布机构925 黏着剂涂布机构1303 承载层片1301 微型珠粒1302 黏着剂1309 黏着剂1306 吸光材料1307 黏着剂1308 黏着剂1304 材料1305 材料1411 金属薄片1511 金属薄片1611 金属薄片1444 孔洞阵列1522 孔洞阵列1455 微型珠粒1533 微型珠粒1622 微型珠粒1422 黏着剂1433 吸光材料
1466 高分子材料1477 高分子材料1488 高分子材料1644 菲涅尔透镜1633 变形透镜具体实施方式
本发明乃采用微型透镜及承载层片的不同光学特性的组合来达成一个组合光学特性结构。例如图1A所示，本发明可以采用的微型透镜制作模具，其中的厚平基板131可以采用金属、玻璃、塑料或高分子材料(例如聚酰胺)，并在这厚平基板131上作出微型透镜的阵列141，而微型透镜的曲率、大小及相关的透镜特性，都依照所需的光学特性予以设计。一旦个别的微型透镜特性被设计定案之后，透镜组亦可按照所需大小进行排列，排列的间距121及透镜大小R111也可以按照所需的光学特性及应用来进行调整(如图1B所示)。微型透镜的边框151亦可以依据微型透镜的组合、阵列的安排来调整形状，大小及位置方向。
图1A中的微型透镜的阵列141亦可依据所需的特性，并配合微型透镜的设计来进行调整。例如，微型透镜可以设计成组合不同但互相垂直，或是任何其它的角度上有着不同的曲率，而且透镜组合、阵列亦可按照所需大小进行排列，排列的间距121及透镜大小R111也可以按照所需的光学特性及应用来进行调整(如图1B所示)。
个别微型透镜的光学特性也可以利用在制作的过程中采用不同的材料来进一步加以调整。其可以使用的高分子或共轭高分子材料，例如丁基甲基丙烯酸酯聚合物(butyl methacrylate polymer)、甲基甲基丙烯酸酯(methly methacrylate)、氢氧乙基甲基丙烯酸酯(hydroxyethylmethacrylate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚烯烃酯(polyolefin)、聚苯乙烯(styrene)、硅酮凝胶(siliconehydrogel)、硅氧烷(siloxane)等等，或是任何其它适用的材料组合物，或是与光聚合或是任何其它的光起始剂，或是某种脱模剂或/及其它任何适当的添加剂(例如抗静电、抗刮伤或是其它的功能)，并依一定剂量放入微型透镜的模具中。
当然任何有经验的调整，均可将图1A所示的微型透镜的实施方式做出变化，但均不会偏离本发明的意旨，亦即经过微型透镜与承载层片的组合结构来达成所需的光学特性。
同时亦可采用不同材料的混合，例如将散光颗粒或是其它适用的散光材料与高分子材料或共轭高分子材料混合，而此种作业可以在材料准备阶段就先完成。
一旦微型透镜材料被放入模具中，适当的固化作业即可开始进行，由于起始材料的不同，固化后的材料的折射率亦可能有所变化。利用不同材料的特性，例如黏滞度、表面张力、亲和性及作业步骤的重复组合，可以做出不同型式的微型透镜，而且这些不同型式的微型透镜也可以具备不同的光学特性。
图2所示为采用上述方式所可以调整出的不同的微型透镜型式，图2所列出的材料层2201、2211，2221/2223、2231/2233可以是由同一种或是不同种的高分子材料，或共轭高分子材料混合，其中的一种材料层2201、2211、2221、2231/2233亦可与一种散光材料2202、2212、2222、2232/2234进行混合，以达到所需的光学特性。其它的非高分子材料，或非共轭高分子材料也可以在前述的高分子材料或共轭高分子材料前，先行铺洒于模具中，这些材料亦可以是可除去的材料，例如微型金属珠粒，它们可以在高分子材料，或共轭高分子材料固化后予以除去，例如可以用化学蚀刻方法将这些微型金属珠粒移除。此方法亦可甚至同时将微型透镜组的模具一并除去，如此可以省略脱模的步骤。
虽然附图的实施例都是凸透镜的型态，但是凹透镜亦并不脱离本发明的意旨。图11所示即为利用电化学加工法作成的凹透镜模具，其中微型透镜模具的成型加工模具可以先利用已知的加工方法，例如钻石切削法结合微型电铸加工法来作出。通过不同化学药品1141的选择及工作条件，例如刀具移动方向1131、刀具移动速度、温度、电极过电压等等参数的组合，在模具基板1121上，作出微型透镜的模具。
在微型透镜完成设计后，利用各种不同的加工作业和不同的工作条件组合，可以充分地完成所设计的微型透镜的模具制造。
因此，根据应用所需的不同特点，交叉采用上述各种不同的精密加工技术来完成微型透镜模具，并使用完成的模具，在适当材料的搭配下，作出所需的微型透镜后，合并适当的承载层片来达成原始设计所需的光场分布，乃是本发明详细说明中所列出的各种实施例。
实施本发明的元件包括有承载层片，其上附有微型透镜组，并可达到调整水平或/及垂直光程方向的功效。图3所示就是一种承载层片的实施例，在这承载层片311中作出依据所需大小作成的孔洞321及一些各具备精确位置的标记孔洞331，这些定位标记孔洞331是用来将承载层片311与微型透镜组之间完成定位时可以用到。
承载层片311可以是由光反射材料、透明材料、光吸收材料、不透明材料、金属材料、光敏感材料、光极化材料或是其它的光学材料或材料组合所作成的。
承载层片311也可以在单面或双面上涂布不透明，或是光吸收型光敏感材料，并经过适当的光源照射，亦可以按照应用的条件与需要，在这样的不透明或是光吸收型的光敏感材料上形成与微型透镜位置搭配的孔洞321。承载层片311也可以在单面或双面上涂布数层的高分子材料、共轭高分子材料、无机材料或其它任何适当的材料，以使其具备有低反射、抗反射或/及抗刮伤的特性，也可以按照应用的条件与需要在材料上形成与微型透镜位置搭配的孔洞321。
如在承载层片311中采用偏极化膜，光极化的方向可以依照应用情况来予以变化，在使用到液晶显像器的应用中，由于透过液晶显像器的光线本身多半已经是偏极化的光，在承载层片311上的偏极化膜可以选择搭配，使得液晶显像器的光是否可以通过。
图4及图5中所示者为本发明的几种实施例。图4及图5的中，承载层片411、511是由一个单层材料构成的。图4中，微型透镜系统431是通过适当的黏着剂421来黏附在承载层片的某单一面上。图5所示则是在承载层片511的两面上各自经由黏着剂521黏附着一组微型透镜阵列531、541。按照应用的需要可以经由承载层片及微型透镜的不同的光学特性的选择与搭配，来达成所需的光学效果。图10所示则为本发明的另一实施例，其中不同的微型透镜阵列1011、1041经由适当的黏着剂1031被黏附在不同的承载层片1021、1051，然后再将完成的承载层片分别加附在一个光学特性经过选择与搭配的支撑物1061的两面上。
图4与图5中，承载层片可以是由两种层片材料所构成，经由组合不同的材质，例如反射性、高透光性、吸旋光性、不透光性、金属材、光敏感性、散光性、光延滞性、光极化性或/及其它功能性材质，都可以作为这两种材质的可选用品。这样的组合可以用在液晶显像器上。
微型透镜与各种不同承载层片的材料之间的黏着，可以采用薄层的光聚合高分子材料或共轭高分子材料，例如紫外光聚合材料来进行。
按照不同的应用情况及微型透镜的设计，光线的最高亮度方向可以不同于承载层片的主要平面的垂直光轴。这样的弹性组合使得本发明可以应用在各种不同的场合。
例如背投显像器就是一种应用。在这样的用途中，背投屏幕是用来将所要显示的画面投射在一定的空间范围内。这样的观赏范围可以按用途而可大可小。通常，一个背投屏幕的显像效果可以受到许多的屏幕特性所影响，例如增益、视角、分辨率、对比度、光斑(speckle)等等。一般的期望是高分辨率、高对比度、高增益及大视角。
但是往往在改善屏幕的一种特性时，会造成另一种特性的劣化，例如提高屏幕的增益往往造成视角减少。
本发明可以根据各微型透镜在整个阵列中所在位置的不同来设计个别微型透镜的主光轴方向，因此可以更精确地调整穿透该实施例的光线主轴，同时各个承载层片的特性也可以加以调整来搭配并加强显像效果。
图6中的实施例是可以将影像反射回光源方向的一种应用。一般而言，其多半是应用在前投影系统。采用适当的承载层片611，黏着剂621材料及透镜间隔681中的填充材料等等不同材料的组合，入射光线661的一部份675及环境光线都被吸收，所以可以达到较高的对比度。个别的透镜间隔681可以采用不同折射率的材质来调整入射光线的穿透率，同时微型透镜的背面631也可以涂布上反射物质691来将入射光线予以反射671，为了加强微型透镜631及其组合物的硬度，也可以加上支撑物651，在支撑物651上也可以涂布上反射物641及黏着剂621来黏合微型透镜631及其组合物。
本发明的实施例可以采用许多不同的制作方式来制作。在图7、8、9中所示是本发明所制作的不同的实施例。
图7中采用平板状的微型透镜具721，在这组模具中的确定精确位置上有定位标志711，模具大小可以依据所需应用来调整。承载层片组731的大小也依据所需应用来调整。在微型透镜与承载层片组组合后，就利用定位标志711来将两者定位在所需位置上，再利用适当的黏着材料(例如紫外光固化剂)及制作条件，将微型透镜组及承载层片组予以黏合并进行脱模。利用这样的做法就可以批次化地制作采用本发明的制品。
图8、9中的微型透镜864、985则是一种连续式的板材。在模具上的精确位置上放有对位标志，微型透镜864、985的模具及承载层片组814、915都按照应用情况来调整大小。如果采用具有孔洞的承载层片，则微型透镜的相对孔位也可以在离线或是联机的制作程序中作出。微型透镜可以经由连续模具、适当的涂布机构874、965、固化机构854、975及对应的制程设备来制作。整卷的承载层片组814、915及微型透镜经由对位标志来定位后进行组合。透过黏着剂涂布机构824、925及制作条件的组合，将微型透镜与承载层片组予以结合，并由模具中脱模。这样的一种方式可以连续地制作本发明的产物。
采用这种连续的方式做成微型透镜后，也可以用化学蚀刻方法将微型透镜组的模具直接除去，如此可以省略脱模的步骤。
图8、9所示的实施方式亦可通过不同材料的而选择不同的实施方式。经由适当的方式做成微型透镜后，于脱出模具之前，直接再于这样状态的微型透镜模具上涂布一层经过仔细挑选的光聚合或其它适当的材料，再经由适当的光学模具(光罩或掩模)，配合适当光源或其它要所需的适当的制造程序处理后，可以直接将一层所需的承载层片作成与微型透镜几乎是一体成型的型态。在作成这样一体成型的承载层片与微型透镜后，就可以进行脱模作业，之后仍然可以依据所需的光学效果与各种材料的选配，挑选制作出各种不同的层片，并将不同的层片予以组合成一个各种层数的承载层片与微型透镜之一体结合物，在所需的应用中发挥光学效果。
若采用玻璃或其它适当材料作成的微型珠粒(微型珠粒直径大小在10微米以上)作为本发明的微型透镜的实施方式，如图13所示，则可以在一个各种层数的承载层片1303的平板材质上，采用适当的方式铺置一层直接与承载层片1303接触的微型珠粒1301，在铺置微型珠粒1301后，涂铺上一层透明的黏着剂1302，经过固化后的黏着剂1302厚度必须少于或等于微型珠粒1301的高度(直径大小)的一半。由于可以挑选黏着剂1302的材料特性，故该材料亦可以在微型珠粒1301的背面薄薄地涂附上至少一层黏着剂1309，透过材料与制作程序的选择，这些个厚度是可以依据应用所需进行调整的。
若采用玻璃或其它适当材料作成的微型珠粒作为本发明的微型透镜的实施方式，则也可以先在一个各种层数的承载层片1303的平板材质上采用适当的方式涂铺上一层透明的黏着剂1302，在涂铺黏着剂1302后，再进行铺置一层这样的微型珠粒1301，于完成微型珠粒1301铺置后，采用压力压入，或其它适当的方法将微型珠粒1301直接与承载层片1303接触，再将黏着剂予以固化。固化后的黏着剂厚度必须少于或等于微型珠粒1301的高度(直径大小)的一半。这厚度是可以依据应用所需进行调整的。由于实施的顺序变化，这样的程序并不会在微型珠粒1301的背面涂附上一层薄薄的黏着剂1309。
接着再于各微型珠粒之间的间隙中涂布至少另一层不透光的材料，或是洒上至少一层吸光材料(例如碳黑)与高分子材料，或共轭高分子材料的混合物，或是任何其它型态的适当的不透明或吸光材料1306，这样的不透明或是吸光的材料固化后的厚度，必须不大于微型珠粒的高度(直径大小)的一半。这厚度是可以依据应用所需进行调整的。由于可以挑选材料的特性，这样的材料亦可以在微型珠粒的背面薄薄地涂附上至少一层黏着剂1307、1308、1309，透过材料与制作程序的选择，这些个厚度是可以依据应用所需进行调整的。
当这样的不透明或是吸光材料被固化后，可以再在这层材料上涂布至少另一层的透明材料，涂布的厚度使得固化后略低于或略高于微型珠粒的高度(直径大小)。这些个厚度差是可以依据应用所需进行调整的。
承载层片也可以在单面或双面上涂布数层的高分子材料、共轭高分子材料、无机材料或其它任何适当的材料1304、1305，使其具有低反射、抗反射或/及抗刮伤的特性，也可以按照应用的条件与需要在这样的材料上形成与微型珠粒位置搭配的孔洞。
经由挑选各种材料的光学特性(例如折射率、透明度、吸光度等等)、各层材料的厚度、微型珠粒的光学特性等等之间的搭配，可以按照应用所需要的光学效果作出不同的微型透镜。承载的平板层片本身的另一面上亦可涂布上数层不同的材料来作出抗反射、抗刮伤、抗静电等等，或是其它光学的特性。如此一来，经由不同的承载层片、微型珠粒、黏着剂或填充材料的组合，将可达成实施本发明所需的光学特性。
本发明亦可采用微小尺寸的玻璃珠粒或其它适当的不同材料作成的微小尺寸珠粒予以实施，这些珠粒的外型不需要是圆球型的。如图14至图16所示，将一选定厚度的不透明适当材质制成有开孔的网或是采用金属薄片1411、1511、1611，并在金属薄片上利用习知的光阻微影技术做出的有开孔的保护膜后，利用习知的化学蚀刻方式在金属薄片上做出所需的贯穿金属薄片的微孔洞阵列1444、1522，再采用透明度、穿透频谱、折射率、直径(10微米以上)大小等等组成材料、物理与光学等相关特性经过筛选的微型珠粒1455、1533、1622，铺黏一层于已做出所需的贯穿微孔洞阵列的金属薄片，并使这些微型珠粒的一部份突出于金属薄片的另一面，再于金属薄片的单面或两面上，使用透明度、穿透频谱、折射率等等组成材料、物理与光学等相关特性经过筛选的黏着剂1422，将微型珠粒黏附在金属薄片上。
该金属薄片亦可于铺黏微型珠粒前，先以习知的技术涂布选定的吸光材料1433以降低该金属薄片的光反射率。在将微型珠粒铺黏于金属薄片上后，亦可再将至少一层的透明度、穿透频谱、折射率等等组成原料、物理与光学等相关特性经过筛选的高分子材料1466、1477、1488，涂布于该一金属薄片与微型珠粒的组合物的单面或两面上，以达到所需的光学效果。这个微型珠粒组合及其组合结构亦可用在组合经过筛选其它适当的光学透镜，例如平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜(fresnel lens)1644、变形透镜(anamorphotic lens)1633等等，其中的一种组合可以用来调整光程路径来改进显像器的系统效果。这些基本特性经过筛选的光学透镜，例如平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜(fresnel lens)1644、变形透镜(anamorphotic lens)1633等等，亦可利用类似本发明的做法，将这些透镜通过结合承载层片或金属薄片作成透镜阵列组合后，再搭配本发明的其它部分，其中的一种组合可以用来调整光程路径来改进显像器的系统效果。
虽然上述的各种实施例具体地说明本发明的发明意旨，但是这些实施例不可视为本发明的必要条件，已知相关工艺者亦知本发明尚可采用各种不同的方式予以实施而不受限于本说明书中所载的方式。本说明书中所记载的仅供实施的参考。
权利要求
1.一种光场改进组合，其包括至少一个微型透镜及至少一层可以承载微型透镜的承载层片组，其特征为，该微型透镜可以采用模具作出，且该微型透镜具备所需的物理及光学特性，该微型透镜被附着在承载层片组上调整入射光线的各特性及光轴方向，以形成适当的光场。
2.如权利要求1所述的光场改进组合，其中该承载层片组为光学材料，且该结构的其中一表面上设置有数层抗反射膜。
3.如权利要求1所述的光场改进组合，其中该模具是以雷射切割、光微影术、化学蚀刻、电铸及电化学加工法制作。
4.一种光场改进组合应用系统，其包含至少一组如权利要求1的微型透镜组。
5.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其可和特定选自基本特性经过筛选的平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜、变形透镜的透镜进一步进行组合。
6.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中该微型透镜组及承载层片均被附于反射层材。
7.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中至少一个微型透镜的物理及光学特性与其它的微型透镜不同。
8.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中该微型透镜含有散光材料或具有散光特性的表面结构。
9.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中该微型透镜组黏置于承载层片上的位置具有固定的周期或非固定周期。
10.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中该微型透镜组具有对称或不对称的外型。
11.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中该微型透镜组对光源而言，具有凹透镜特性或具有凸透镜特性。
12.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中该承载层片上作有孔洞阵列，承载层片是由不透光的材料作成，光线可以穿透该孔洞不受任何影响。
13.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中该承载层片上未设有有孔洞阵列，承载层片是由透光的材料作成。
14.一种光场改进组合，其包括至少一个微型透镜及至少一层可以承载微型透镜的承载层片，其特征为，其中该微型透镜是由直径大小在10微米以上的球型或非球型的微型玻璃珠粒，或是其它的球型或非球型的适当材料的微型珠粒组合而成，微型玻璃珠粒或是其它的球型或非球型的适当材料的微型珠粒的物理及光学特性均依使用所需来予以挑选。
15.如权利要求14所述的光场改进组合，其铺放单一层微型玻璃珠粒于承载层片的一面上，并直接接触着承载层片。
16.如权利要求15所述的光场改进组合，其中在该微型玻璃珠粒间涂布一层黏着剂，且该黏着剂的物理及光学特性均依使用所需来予以挑选，涂布厚度是使得黏着剂固化后的厚度必须达到不大于微型玻璃珠粒或是其它适当材料的微型珠粒的高度的0.5倍。
17.如权利要求16所述的光场改进组合，其在第一层已经固化的黏着剂上，另外设置至少一层透明或不透明或吸光的材料。
18.如权利要求16或17所述的光场改进组合，其中该透明或不透明或吸光的材料为碳黑与适当的高分子材料的混合物，这些材料的物理及光学特性均依使用所需来予以挑选，涂布的厚度是使得材料固化后的厚度必须达到不大于微型玻璃珠粒或是其它适当材料的微型珠粒的高度的0.5倍。
19.如权利要求16所述的光场改进组合，其在第二层已经固化的透明或不透明或吸光的材料上面再设置一层材料，该层材料的物理及光学特性均依使用所需来予以挑选。
20.如权利要求14所述的光场改进组合，其可和其它选自平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜、变形透镜的光学透镜进行组合，以调整光程路径，改进显像器的系统效果。
21.如权利要求14所述的光场改进组合，其中该承载层片是一具有微孔洞阵列的金属薄片或有孔洞阵列的网状物，使得微型珠粒的一部份直接突出于孔洞的另一面。
22.一种光场改进组合应用系统，其包含至少一组如权利要求14的微型透镜组，其可再和特定选自基本特性经过筛选的平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜、变形透镜的透镜进一步组合。
23.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中在两个承载层片上的单一面上附有微型透镜，而以两个承载层片的另一面互相黏结。
24.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中在承载层片上附有微型透镜，再以承载层片附接于一支撑物上。
25.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中在两个承载层片上分别附有微型透镜，再将两个承载层片分别附接于一支撑物的前后两面上。
26.如权利要求4所述的光场改进组合应用系统，其中该微型透镜组在至少一个承载层片上作出后，将高反射材料铺覆于微型透镜上，使入射光经过微型透镜组的光学特性予以调整后予以反射。
27.如权利要求1所述的光场改进组合，其中至少一个承载层片至少含有一种下列材料反射材、不透光材、透光材、金属材、光敏感材、吸光材、光极化材、光延滞材、散光材、棱形镜材。
28.如权利要求1所述的光场改进组合，其中该承载层片组的光极化方向与光源的光极化方向不同。
29.如权利要求1所述的光场改进组合，其可和其它选自平凸透镜、双凸透镜、菲涅尔透镜、变形透镜的光学透镜进行组合，以用来调整光程路径，改进显像器的系统效果。
全文摘要
一种光场改进组合及其应用系统，其包括微型透镜及承载层片组。该微型透镜具有至少一个微型透镜阵列，微型透镜的组成材料、物理及光学等相关特性是依据所需调整，该承载层片组是用作承载微型透镜组的承载层片，其承载层片的组成材料、物理及光学等相关特性是依据所需调整以提供应用条件下所需的光场。
文档编号G02F1/13GK1632654SQ20031011302
公开日2005年6月29日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年12月25日
发明者黄冰倩 申请人:黄冰倩