形成具有柱状透镜阵列的膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及视觉显示器技术。特别地，本发明涉及设计用于使视觉显示器装置适于无眼镜三维观看的透镜阵列。
【背景技术】
[0002]使用在移动装置显示器顶部上的塑料膜上的光学元件的当前的无眼镜三维(3D)显示技术通常利用两种类型的光学元件技术中的一种:视差屏障技术或柱状透镜阵列技术(lenticular lens array technology)。柱状透镜阵列技术在更高的透光率方面具有优于视差屏障技术的优点。
[0003]然而，利用柱状透镜阵列技术的当前可用的3D膜展现膜上的可视表面粗糙度。当膜在使用，同时显示器在二维(2D)模式中操作时，该粗糙度转化成具有粗糙粒度并缺乏清晰轮廓的低劣质量显示图像。当在3D模式中操作时，膜上的可视粗糙度产生观看者可感知的伪像，诸如导致观看区之间显著过渡的混合图像(串扰)和波纹状伪像。该粗糙度的原因是由于两个因素:所制造透镜的大透镜宽度和表面粗糙度。在现有3D膜中的通常的柱状透镜的宽度是大的，其中微米大小的尺寸范围是约300 μ m至600 μ m。该大小是由于现有制造工具诸如传统研磨技术的加工精度上的限制。所制造透镜的表面轮廓上的粗糙度还由于当前加工技术诸如机械研磨和激光写入的产生高度表面粗糙度的内在性。
[0004]产生小尺寸平滑柱状透镜的制造柱状透镜阵列的可替换方法使用热抗蚀剂回流法。在该方法中，首先执行传统光刻(已知其能够实现低至光学衍射极限(约250nm)的特征宽度)以在衬底上制造光栅抗蚀剂结构。然后，通过受控热抗蚀剂回流工艺，在光栅结构的熔融聚合物重新成形为减小的表面积的柱状透镜轮廓结构时，可形成柱状透镜阵列。同时，回流工艺帮助使柱状透镜轮廓的任何表面粗糙度平滑化。
[0005]不幸地，在柱状透镜制造中存在上述抗蚀剂回流法的限制。存在约1/23或0.04的最小高宽比(高度(H)/宽度(W))，在该最小高宽比之下，当使用该方法时已回流的透镜轮廓在中间变形(根据Nussbaum P,Volke R,Herzig H P,Eisner M和Haselbeck S 1997PureAnd Applied Optics 6617)。在通过传统热抗蚀剂回流工艺制造后，在透镜最小高宽比上的该限制导致缩短的透镜焦距，由此导致由焦平面与图像源的错位引起的模糊、不清晰的图像。
[0006]因为该限制，由于柱状透镜阵列在LCD图像源的失焦平面，因此在3D膜上制造的柱状透镜阵列不能用于实现清晰3D成像。柱状透镜阵列需要最优焦距以实现良好3D成像。
[0007]因此，需要具有低宽度尺寸(优选地低于现有膜制造技术的当前的300 μ m宽度分辨率)并具有超平滑表面的柱状透镜阵列3D膜，以使得能够实现在显示器2D模式和3D模式中的良好质量显示图像的可视化，以及低高宽比柱状透镜结构，从而允许将图像与其配对图像源聚焦的足够焦距。
【发明内容】
[0008]本发明克服现有3D膜粗糙膜表面中的问题，并克服现有热抗蚀剂回流法的限制，该限制仅可实现约0.04的最小高宽比柱状透镜结构。
[0009]为提供平滑膜表面柱状透镜阵列，通过设计，本发明采用具有小于300 μ m透镜宽度的小宽度尺寸双凸结构，并采用光刻和热抗蚀剂回流技术，以实现具有小透镜宽度尺寸与超平滑表面轮廓的柱状透镜结构。
[0010]为实现减小的最小高宽比的柱状透镜结构，本发明通过部分地填充使用热纳米压印的变型(在下面参考图5A到图5H进一步详细描述)以制造具有低于0.04的最小高宽比的柱状透镜结构。根据本实施方式，操作热纳米压印制造工艺的工艺温度接近或低于柱状透镜结构的热塑性聚合物的玻璃转化温度(Tg)，该聚合物的高粘度允许控制聚合物到模具空腔的部分地填充，由此控制模具的最终热压印的反向图案的高度。
[0011]根据本发明的一方面，提供一种形成具有柱状透镜阵列的膜的方法，该方法包括提供衬底；提供模具，所述模具具有在衬底上形成柱状透镜阵列的多个纳米尺度到微米尺度的空腔；使模具接触衬底；以及通过允许衬底的部分将多个空腔部分地填充来形成柱状透镜阵列。
【附图说明】
[0012]本发明的示例性实施方式仅以举例的方式从以下书面描述并连同附图对本领域技术人员更好理解和更容易明显。附图不必按比例绘制，相反地一般着重图解本发明的原理，在附图中:
[0013]图1示出用于观看无眼镜3D显示器的一般柱状透镜阵列技术的顶部、左侧、正面透视图。
[0014]图2示出安装在移动装置上的图像源上方的具有柱状透镜阵列的3D膜的传统实施。
[0015]图3包括图3A和图3B，图3A示出用于制造具有根据本发明的第一实施方式构建的柱状透镜阵列的膜的方法，并且图3B示出根据本发明的实施方式示出通过热纳米压印工艺基于时间部分地填充模具空腔的图示。
[0016]图4示出图表，其描绘当通过根据图3的部分地填充来采用热纳米压印时，模具材料的选择怎样影响所制造的柱状透镜轮廓的对称性。
[0017]图5包括图5A到图5H，根据本实施方式示出用于制造平滑表面和低高宽比柱状透镜阵列的工艺步骤。
[0018]图6示出根据本实施方式的制造步骤在柔性塑料聚碳酸酯膜上制造的3D膜。
[0019]图7包括图7A到图7C，示出在2D显示模式中显示的移动显示装置，其中图7A描绘无任何3D膜的移动显示装置，图7B描绘具有传统3D膜的移动显示器，并且图7C描绘具有根据本实施方式的制造步骤制造的3D膜的移动显示装置。
[0020]图8包括图8A和图8B，示出所制造的柱状透镜阵列的显微镜图像，其中图8A描绘根据本实施方式的制造步骤制造的柱状透镜阵列的显微镜图像，并且图8B描绘根据传统激光写入技术制造的柱状透镜阵列的显微镜图像。
[0021]图9包括图9A和图9B，示出在3D操作模式中显示的移动装置的顶部上的3D膜，其中图9A描绘通过根据本实施方式制造的柱状透镜显示的移动装置，并且图9B描绘通过根据传统制造技术制造的柱状透镜显示的移动装置。
[0022]定义
[0023]以下为遍及在本文中公开的本发明的各种实施方式使用的表述提供样本的但非详尽的定义。
[0024]术语“膜”可以指薄层，由于在该薄层内存在的光学元件，因此该薄层调节透射通过的光。
[0025]短语“柱状透镜阵列”可以指布置在特定图案中的多个透镜，透镜和它们的特定布置经设计以使当从稍微不同的角度观看时，可见不同图像。通过柱状透镜阵列看到的图像被给予深度的错觉，或在从不同角度观看图像时显得改变或移动。
[0026]单词“衬底”可以指由任何透明材料诸如塑料、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚乙烯或玻璃制造的为柱状透镜阵列用作基底的结构。
[0027]短语“空腔”可以指在用来促进柱状透镜阵列在衬底上形成的模具表面上形成的图案。空腔中的每个可以是在模具表面上提供孔洞的凹陷，柱状透镜阵列的透镜在该孔洞内形成。空腔还确定大小以适应形成具有纳米到微米大小宽度诸如在50nm到300 μπι之间的透镜，该透镜进一步具有小于或等于0.04的高宽比。
[0028]术语“高宽比”可以指每个透镜的高度和宽度之比。
[0029]短语“衬底的部分”指代当模具与衬底接触时由模具的微尺度空腔包围的衬底部分。
[0030]短语“部分地填充”可以指柱状透镜阵列的每个透镜在由多个空腔中的每