专利名称：一种透镜光栅的制造方法及设备的制作方法
一种透镜光栅的制造方法及设备
技术领域：
本发明涉及一种光学元件的制造方法及设备，特别涉及一种透镜光栅的制造方法 及设备。
背景技术：
高密度精细光栅是微光学中的一种重要光学元件，可广泛应用于立体显示领域。 随着透镜光栅在立体显示技术中尤其是在裸眼立体显示技术中的广泛应用，制备透镜光栅 的生产工艺也日趋成熟和多样化。目前，透镜光栅具有多种制备方法，传统的透镜光栅制备 方法包括机械刻划和化学刻蚀。然而，这些方法具有制备成本较高，效率较低等问题。目前 采用的CNC加工机器生产透镜光栅虽然具有原料容易取得、加工精度高以及市场竞争力强 的优点，但CNC加工机器生产的透镜光栅的产品精细度取决于加工路径规划程序，从而导 致加工工艺复杂费时以及设备成本较高的缺点。
发明内容为了解决现有透镜光栅的加工工艺复杂，成本较高的技术问题，本发明提供了一 种透镜光栅的制造方法及设备，以简化透镜光栅的加工工艺，降低成本。本发明为实现上述目的而采用的技术方案是提供一种透镜光栅的制造方法，包 括在基板上涂布可辐射固化材料层；在可辐射固化材料层上投射出具有灰阶变化的辐射 图案；控制辐射图案的投射时间，以在可辐射固化材料层中形成具有高度变化的固化透镜 光栅结构。根据本发明的一优选实施例，辐射图案的灰阶值是连续变化的，以使固化透镜光 栅结构的高度是连续变化的。根据本发明的一优选实施例，利用辐射源及灰阶掩模板在可辐射固化材料层上投 射出辐射图案。根据本发明的一优选实施例，透镜光栅的制造方法进一步包括清理可辐射固化 材料层的未固化部分。根据本发明的一优选实施例，透镜光栅的制造方法进一步包括利用辐射源进一 步固化清理后的固化透镜光栅结构。根据本发明的一优选实施例，透镜光栅的制造方法进一步包括对进一步固化后 的固化透镜光栅结构进行烘烤。根据本发明的一优选实施例，可辐射固化材料层为UV固化胶层，清理液为无水甲醇。本发明为实现上述目的而采用的另一技术方案是提供一种透镜光栅的制造方法， 包括在可辐射固化材料层上投射出能量密度变化的辐射图案；控制辐射图案的投射时 间，以在可辐射固化材料层中形成固化透镜光栅结构。本发明为实现上述目的而采用的另一技术方案是提供一种透镜光栅的制造方法，包括利用辐射源在可辐射固化材料层上投射出辐射图案；控制辐射源，以使得辐射图案 的曝光深度连续变化。本发明为实现上述目的而采用的另一技术方案是提供一种透镜光栅的制造设备， 包括曝光平台，用于支撑涂布有可辐射固化材料层的基板；辐射源，用于发射预定波长的 辐射；灰阶掩模板，设置于曝光平台与辐射源之间，以使辐射源在可辐射固化材料层上投射 出具有灰阶变化的辐射图案，进而在可辐射固化材料层中形成固化透镜光栅结构。根据本发明的一优选实施例，曝光平台进一步设置传动机构，以相对辐射源调整 基板的位置。根据本发明的一优选实施例，辐射源为UV灯。根据本发明的一优选实施例，灰阶掩模板为具有灰阶变化的光学掩模板。根据本发明的一优选实施例，灰阶掩模板呈周期性排列，每一周期具有一定长度， 该长度根据所要制作的透镜光栅进行设置。根据本发明的一优选实施例，灰阶掩模板的每一周期上的灰阶值连续变化，并且 灰阶值从正中心至边缘逐渐变小。本发明的方法及设备通过在可辐射固化材料层上投射出具有灰阶变化的辐射图 案来固化形成透镜光栅，与传统的机械加工方法相比，本发明方法及设备制作的透镜光栅 可一次成型，加工工序少，设备简单，成本低，且操作更简便。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是根据本发明一优选实施例的透镜光栅制造设备的示意图；图2是根据本发明一优选实施例的灰阶掩模板的灰阶示意图；图3是根据本发明一优选实施例的透镜光栅制造过程的示意图；以及图4是根据本发明一优选实施例的透镜光栅制造方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种透镜光栅的制造方法及设备，本发明方法及设备通过在可辐射 固化材料层上投射出具有灰阶变化的辐射图案来固化形成透镜光栅，与传统的机械加工方 法相比，本发明方法及设备制作的透镜光栅可一次成型，加工工序少，设备简单，成本低，且 操作更简便。图1是根据本发明一优选实施例的透镜光栅制造设备的示意图。如图1所示，该 透镜光栅制造设备包括曝光平台11、灰阶掩膜板12和辐射源13。在本实施例中，曝光平台 11用于支撑涂布有可辐射固化材料层20的基板30。曝光平台11可进一步设置传动机构， 以相对辐射源13调整基板30的位置。辐射源13用于发射预定波长的辐射，以对可辐射固化材料层20进行固化。例如， 当可辐射固化材料层20为UV固化胶层时，可采用UV灯作为辐射源13。灰阶掩模板12设置于曝光平台11与辐射源13之间。灰阶掩模板12是一种具有 灰阶变化的光学掩模板。图2是根据本发明一优选实施例的灰阶掩模板12的灰阶示意图。 如图2所示，在本实施例中，灰阶掩模板12呈周期性排列，每个周期具有一定长度，该长度可具体根据所要制作的透镜光栅进行设置，例如约为400 u m。灰阶掩模板12的每一周期上 的灰阶值连续变化，并且从正中心至边缘灰阶值逐渐变小。在本实施例中，每一周期的正中 心的灰阶值为255，边缘的灰阶值为0。灰阶掩模板12可通过习知的铬板玻璃光刻或菲林 片冲印获得，此处不再赘述。通过灰阶掩模板12，辐射源13在可辐射固化材料层20上投射出具有灰阶变化的 辐射图案。可辐射固化材料层20是通过辐射源13照射可从液态固化为固态的材料，例如 UV固化胶。在本实施例中，辐射源13设置于曝光平台11上方，并从上方照射可辐射固化材 料层20。然而，本领域技术人员完全可以设计出其他排列方式来达到图2所示的效果。例 如，曝光平台11和基板30设计成透明的，辐射源13从下方经曝光平台11和基板30在可 辐射固化材料层20上投射出辐射图案。如图3和图4所示，本发明还提供了一种使用该透镜光栅制造设备制造透镜光栅 的方法。首先，在步骤S1中，在基板30上涂布可辐射固化材料层20。具体来说，通过辊涂 或旋涂等方法将液态或胶状的可辐射固化材料层20均勻涂布在基板30上。为保证可辐射 固化材料层20的厚度均勻性以及涂布后材料的稳定性，可采用粘度为1500CPS且易于固化 成型的UV固化胶作为可辐射固化材料层20。此时，基板30可采用PET基板或玻璃基板。 在此步骤中，可辐射固化材料层20的厚度优选为透镜光栅拱高的1. 5倍。然后，在步骤S2中，利用辐射源13及灰阶掩模板12在可辐射固化材料层20上投 射出具有灰阶变化的辐射图案。具体来说，辐射源13发出的辐射透过灰阶掩模板12照射 在可辐射固化材料层20上，由于灰阶掩模板12的每一周期的灰阶值从正中心至边缘是连 续变化的，因此对于灰阶值为0的位置，几乎没有辐射穿过灰阶掩模板12，即辐射源13投射 在可辐射固化材料层20上的能量趋近于0，而对于灰阶值为255的位置，几乎全部辐射穿过 灰阶掩模板12，即辐射源13投射在可辐射固化材料层20上的能量趋近于最大。因此，辐射 源13发出的辐射透过灰阶掩模板12投射在可辐射固化材料层20上的辐射图案的灰阶值 也是连续变化的，即辐射图案的能量密度是连续变化的。该灰阶值连续变化的辐射图案使 得在相同时间内辐射在可辐射固化材料层20上的能量呈连续变化。接着，在步骤S3中，控制辐射图案的投射时间，以在可辐射固化材料层20中形成 具有高度变化的固化透镜光栅结构22。具体来说，通过控制辐射图案在可辐射固化材料层 20上的投射时间，可使得辐射图案在可辐射固化材料层20内的曝光深度连续变化。最终， 在可辐射固化材料层20中，辐射能量达到的部分被固化，而辐射能量未达到的部分将仍为 液态，进而在可辐射固化材料层20中形成高度连续变化的固化透镜光栅结构22。在此步骤 中，投射时间优选是使得对应于灰阶值为255位置的可辐射固化材料层20完全固化所需的 时间。随后，在步骤S4中，清理可辐射固化材料层20的未固化部分。具体来说，利用清理 液溶解可辐射固化材料层20的未固化部分，并将溶解有未固化部分的清理液吹离基板30。 当可辐射固化材料层20为UV固化胶层时，可利用无水甲醇作为清理液，并采用适当大小的 气枪将溶解有未固化的UV固化胶的无水甲醇快速吹离基板30。此时，虽然固化透镜光栅结构22已呈现出透镜光栅的初步轮廓，但由于固化透镜 光栅结构22的表面上还残留有液态的可辐射固化材料，导致固化透镜光栅结构22呈现非
5光滑的光学透镜表面。因此，在步骤S5中，利用辐射源13进一步固化清理后的固化透镜光 栅结构22。具体来说，再次将固化透镜光栅结构22放置在辐射源13下进行辐射，将接触空 气表面而未完全固化的可辐射固化材料完全固化。最后，在步骤S6中，对进一步固化后的固化透镜光栅结构22进行烘烤，以将固化 透镜光栅结构22表面的清理液、水等杂质从表面剥离，例如通过将固化透镜光栅结构22置 于80度的烘箱中烘烤1 1. 5小时来去掉杂质。作为备选实施例，可不借助灰阶掩模板12形成辐射图案，而是通过本领域公知其 它辐射能量控制方法对辐射源进行控制，在可辐射固化材料层20上投射出具有灰阶(能量 密度)变化的辐射图案，进而通过控制辐射图案的曝光深度来获得具有高度变化的固化结 构。例如，利用多个亮度不同的子辐射源组合成辐射源，并由此在可辐射固化材料层上投射 出所需的辐射图案。此外，灰阶(能量密度)变化并不限于连续变化，而是可以根据需要设 计出各种不同的变化方式。本发明的方法及设备通过在可辐射固化材料层上投射出具有灰阶变化的辐射图 案来固化形成透镜光栅，与传统的机械加工方法相比，本发明方法及设备制作的透镜光栅 可一次成型，加工工序少，设备简单，成本低，且操作更简便。此外，利用本发明方法及设备 制作的透镜光栅的精密程度主要取决于灰阶掩模板的分辨率以及辐射能量的控制，因此通 过调整灰阶掩模板的分辨率以及辐射源的能量及投射时间等参数，可制造出高分辨率及高 精度的透镜光栅。在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本 专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
权利要求
一种透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述透镜光栅的制造方法包括在基板上涂布可辐射固化材料层；在所述可辐射固化材料层上投射出具有灰阶变化的辐射图案；控制所述辐射图案的投射时间，以在所述可辐射固化材料层中形成具有高度变化的固化透镜光栅结构。
2.根据权利要求1所述的透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述辐射图案的灰阶值 是连续变化的，以使所述固化透镜光栅结构的高度是连续变化的。
3.根据权利要求2所述的透镜光栅的制造方法，其特征在于，利用辐射源及灰阶掩模 板在所述可辐射固化材料层上投射出所述辐射图案。
4.根据权利要求2所述的透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述透镜光栅的制造方 法进一步包括清理所述可辐射固化材料层的未固化部分。
5.根据权利要求4所述的透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述透镜光栅的制造方 法进一步包括进一步固化清理后的所述固化透镜光栅结构。
6.根据权利要求5所述的透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述透镜光栅的制造方 法进一步包括对进一步固化后的所述固化透镜光栅结构进行烘烤。
7.根据权利要求3所述的透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述可辐射固化材料层 为UV固化胶层，所述清理液为无水甲醇。
8.—种透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述透镜光栅的制造方法包括在可辐射固化材料层上投射出能量密度变化的辐射图案；控制所述辐射图案的投射时间，以在所述可辐射固化材料层中形成固化透镜光栅结构。
9.一种透镜光栅的制造方法，其特征在于，所述透镜光栅的制造方法包括利用辐射源在可辐射固化材料层上投射出辐射图案；控制所述辐射源，以使得所述辐射图案的曝光深度连续变化。
10.一种透镜光栅的制造设备，其特征在于，所述透镜光栅的制造设备包括曝光平台，用于支撑涂布有可辐射固化材料层的基板；辐射源，用于发射预定波长的辐射；灰阶掩模板，设置于所述曝光平台与所述辐射源之间，以使所述辐射源在所述可辐射 固化材料层上投射出具有灰阶变化的辐射图案，进而在所述可辐射固化材料层中形成固化 透镜光栅结构。
11.根据权利要求10所述的透镜光栅的制造设备，其特征在于，所述曝光平台进一步 设置传动机构，以相对所述辐射源调整所述基板的位置。
12.根据权利要求10所述的透镜光栅的制造设备，其特征在于，所述辐射源为UV灯。
13.根据权利要求10所述的透镜光栅的制造设备，其特征在于，所述灰阶掩模板为具 有灰阶变化的光学掩模板。
14.根据权利要求13所述的透镜光栅的制造设备，其特征在于，所述灰阶掩模板呈周 期性排列，每一周期具有一定长度，所述长度根据所要制作的透镜光栅进行设置。
15.根据权利要求13所述的透镜光栅的制造设备，其特征在于，所述灰阶掩模板的每 一周期上的灰阶值连续变化，并且灰阶值从正中心至边缘逐渐变小。
全文摘要
本发明提供了一种透镜光栅的制造方法，包括在基板上涂布可辐射固化材料层；在可辐射固化材料层上投射出具有灰阶变化的辐射图案；控制辐射图案的投射时间，以在可辐射固化材料层中形成具有高度变化的固化透镜光栅结构。本发明还提供了一种透镜光栅的制造设备。与传统的机械加工方法相比，本发明方法及设备制作的透镜光栅可一次成型，加工工序少，设备简单，成本低，且操作更简便。
文档编号G03F7/20GK101881847SQ201010222638
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者吴燕鹏 申请人:深圳超多维光电子有限公司