專(zhuān)利名稱(chēng)：具有提供輸出光區(qū)域控制的光提取結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光導(dǎo)裝置、組裝了光導(dǎo)裝置的設(shè)備和用于制備光導(dǎo)裝置的工藝。
背景技術(shù)：
許多電子設(shè)備使用背光源來(lái)為顯示器和其它組件提供照明。背光源常常使用光導(dǎo) 裝置，光導(dǎo)裝置使來(lái)自光源的光沿著背光源的廣度(extent)透射。對(duì)于背光源來(lái)說(shuō)理想的 是，在視野中提供基本上均勻的亮度，而幾乎沒(méi)有可見(jiàn)的缺陷。要削弱或掩飾亮度的不均勻 性和其它缺陷，可以使用光散射元件(例如，擴(kuò)散片)。然而，這樣的散射元件通常對(duì)光進(jìn)行 導(dǎo)向使光遠(yuǎn)離優(yōu)選的視軸，并且需要更高的功率輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)同一水平的亮度。
用于對(duì)鍵盤(pán)和顯示器進(jìn)行照明的光的有效利用在用電池提供動(dòng)力的便攜式設(shè)備 中尤為重要，這是因?yàn)樵O(shè)備的照明消耗較大比率的功率開(kāi)支。已經(jīng)使用光提取器從光導(dǎo)裝 置提取光，并用來(lái)提高光導(dǎo)裝置亮度的均勻性。 需要可以提高照明度、減少可見(jiàn)的缺陷和/或減小各種設(shè)備的功率需求的光導(dǎo)裝 置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了這些及其他需要，并提供超越現(xiàn)有技術(shù)的其他優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及光導(dǎo)裝置、組裝了光導(dǎo)裝置的背光源和設(shè)備以及用于制備光 導(dǎo)裝置的方法。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種光導(dǎo)裝置，該光導(dǎo)裝置具有在光導(dǎo)裝置的表 面上布置成圖案的光提取器。光提取器的圖案被構(gòu)造用于提高光導(dǎo)裝置的整個(gè)表面上的光 輸出的均勻性并用于減少可見(jiàn)的缺陷。光提取器的面密度基本上恒定或者與光提取器的提 取效率相反地變化。 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種背光源，該背光源包括光源和光導(dǎo)裝置。光提取 器在光導(dǎo)裝置的表面上布置成圖案。提取器圖案被構(gòu)造用于提高光導(dǎo)裝置的整個(gè)表面上的 光輸出的均勻性。光提取器的面密度基本上恒定或者隨著光源的照明度增大而減小。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例涉及一種具有被照明的鍵盤(pán)的設(shè)備。鍵盤(pán)包括鍵和與所述 鍵相關(guān)地布置的開(kāi)關(guān)矩陣。鍵盤(pán)還包括光源和與光源相關(guān)地布置的光導(dǎo)裝置。光導(dǎo)裝置包 括第一區(qū)，該第一區(qū)被構(gòu)造用于對(duì)距光源相對(duì)較近的第一鍵進(jìn)行照明；第二區(qū)，該第二區(qū) 被構(gòu)造用于對(duì)距光源相對(duì)較遠(yuǎn)的第二鍵進(jìn)行照明。光提取器在光導(dǎo)裝置的表面上布置成圖 案。光提取器被構(gòu)造用于提高光導(dǎo)裝置在第一區(qū)和第二區(qū)中的光輸出的均勻性。光提取器 在第一區(qū)中比在第二區(qū)中具有更大的面密度和更低的光提取效率。 本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例涉及一種用于制備光導(dǎo)裝置的方法。該方法包括通過(guò)提供 光反應(yīng)性組合物來(lái)形成光導(dǎo)裝置母板。光反應(yīng)性組合物包括能夠經(jīng)歷酸引發(fā)的或自由基引 發(fā)的化學(xué)反應(yīng)的至少一種反應(yīng)性物質(zhì)以及至少一種多光子光引發(fā)劑體系。使該組合物的至 少一部分成像地曝露于足以引起至少兩個(gè)光子的同時(shí)吸收的光，從而在該組合物被曝露于 光的地方引起至少一個(gè)酸引發(fā)的或自由基引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，所述成像地曝露的步驟以如下 方式進(jìn)行，所述方式為有效地限定至少光提取結(jié)構(gòu)的圖案的表面，每個(gè)光提取結(jié)構(gòu)具有至少一種形狀因素，并且光提取結(jié)構(gòu)的圖案具有均勻的或不均勻的分布。使用光導(dǎo)裝置母板 形成光導(dǎo)裝置。光導(dǎo)裝置的至少一個(gè)第一區(qū)被構(gòu)造為與光源相對(duì)較近設(shè)置，光導(dǎo)裝置的至 少一個(gè)第二區(qū)被構(gòu)造為與光源相對(duì)較遠(yuǎn)設(shè)置。光提取器在光導(dǎo)裝置的表面上布置成圖案， 該圖案被構(gòu)造用于提高光導(dǎo)裝置在第一區(qū)和第二區(qū)中的光輸出的均勻性并用于提高第一 區(qū)和第二區(qū)中的至少一個(gè)中的缺陷隱藏能力。光提取器在第一區(qū)中比在第二區(qū)中具有更大 的面密度和更小的提取效率。 本發(fā)明的以上概述并非旨在描述本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例或本發(fā)明的每種實(shí)施方式。 結(jié)合附圖并參照下文的具體實(shí)施方式
以及所附權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和成效，以及對(duì) 本發(fā)明更全面的理解將變得顯而易見(jiàn)并為人所領(lǐng)悟。


圖1A示出了包括光源的組件的一部分，其中，相對(duì)于光導(dǎo)裝置布置該光源；
圖1B示出了包括多個(gè)燈光源的組件的一部分，其中，相對(duì)于光導(dǎo)裝置布置所述多 個(gè)燈光源； 圖1C示出了光導(dǎo)裝置區(qū)域內(nèi)的光的變化； 圖2A至圖2F示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光提取器的各種形狀；
圖2G是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光導(dǎo)裝置上的光提取器陣列的掃描電子顯微圖；
圖3A和圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可用于控制光提取效率的形狀特征；
圖4A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有光提取器圖案的光導(dǎo)裝置的俯視圖，其中，光提 取器在光導(dǎo)裝置的整個(gè)表面上具有基本均勻的間距； 圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有光提取器圖案的光導(dǎo)裝置構(gòu)造，光提取器 在整個(gè)光導(dǎo)裝置表面上大體具有減小的面密度和增大的提取效率； 圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有光提取器的圖案的另一光導(dǎo)裝置構(gòu)造，其 中，光提取器在光導(dǎo)裝置的整個(gè)表面上具有隨照明度的增大而減小的面密度和增大的提取 效率； 圖5A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有光導(dǎo)裝置的鍵盤(pán)的剖視圖，其中，光導(dǎo)裝置具有 光提取器以用于鍵照明； 圖5B和圖5C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于對(duì)鍵盤(pán)的鍵進(jìn)行照明的光導(dǎo)裝置的兩種 構(gòu)造的俯視圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用在光刻工藝中的曝光系統(tǒng)的示意圖，其中，該光刻 工藝用于制造母板，該母板用于制備光導(dǎo)裝置；以及 圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于設(shè)計(jì)光導(dǎo)裝置的工藝的流程圖。 雖然本發(fā)明可具有各種改進(jìn)和替代形式，但其特定實(shí)施例已經(jīng)以舉例的方式在附
圖中示出，并將被詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)明白，其目的并不是將本發(fā)明限定于所描述的具體
實(shí)施例。相反，本發(fā)明覆蓋所有在所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍內(nèi)的修改，等效及替代。
具體實(shí)施例方式
在所示出的實(shí)施例的以下描述中，參考構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖，各種實(shí)施例通過(guò)舉例說(shuō)明的方式示出在附圖中，可通過(guò)各種實(shí)施例來(lái)實(shí)施本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)明白可以利用 其它實(shí)施例，并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性和功能性的改變，并沒(méi)有背離本發(fā)明的范疇。
光導(dǎo)裝置在很多情況下被用在對(duì)顯示器(例如液晶顯示器(LCD))進(jìn)行照明的背 光源中。在顯示應(yīng)用中，通常需要在連續(xù)的顯示表面上方保持光導(dǎo)裝置的均勻的光輸出。光 導(dǎo)裝置還可用于對(duì)鍵盤(pán)(例如移動(dòng)電話或其它便攜式設(shè)備的鍵盤(pán))進(jìn)行照明。在鍵盤(pán)應(yīng)用 中，理想的是，光輸出主要出現(xiàn)在鍵下方的區(qū)域中，這是因?yàn)槠渌鼌^(qū)域的光輸出比較浪費(fèi)或 者不能為鍵盤(pán)提供有效的照明。另外，理想的是，對(duì)鍵盤(pán)的照明在鍵與鍵之間是均勻的(沒(méi) 有鍵明顯地比另外的鍵亮)，并且在每個(gè)鍵區(qū)中是均勻的。 本文所述的光導(dǎo)裝置包括光提取器特征，光提取器特征可用于控制光導(dǎo)裝置的光 輸出，以提供提高的均勻性并使可見(jiàn)的缺陷更少。本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有光提取器的光 導(dǎo)裝置、組裝了光導(dǎo)裝置的設(shè)備和用于制備光導(dǎo)裝置的工藝。 側(cè)光式光導(dǎo)裝置可以在光導(dǎo)裝置的一個(gè)或多個(gè)邊緣或拐角布置一個(gè)或多個(gè)光源。 來(lái)自光源的耦合到接納邊緣中的光通過(guò)全內(nèi)反射(TIR)被限制在光導(dǎo)裝置中，同時(shí)所述光 遠(yuǎn)離光源向著光導(dǎo)裝置的遠(yuǎn)邊緣傳播。 光提取結(jié)構(gòu)從光導(dǎo)裝置提取光，并可被配置成提高光導(dǎo)裝置的整個(gè)表面上光輸出 的均勻性。在沒(méi)有對(duì)從光導(dǎo)裝置提取的光進(jìn)行控制的一些處理的情況下，光導(dǎo)裝置的更靠 近光源的區(qū)域看起來(lái)比更遠(yuǎn)離光源的區(qū)域更亮。布置光提取特征，以在更靠近光源的區(qū)域 提供較少的光提取，而在更遠(yuǎn)離光源的區(qū)域提供較多的光提取。在使用不連續(xù)的光提取特 征的具體實(shí)施中，光提取器圖案在面密度方面可以是不均勻的，其中可以通過(guò)單位面積內(nèi) 提取器的數(shù)目或單位面積內(nèi)提取器的尺寸來(lái)確定面密度。 光源附近的光散射是最小的，并且所述光散射隨著光向光導(dǎo)裝置傳播而增大。在 散射最小的區(qū)域中，越靠近光源使用越小的提取器和/或密度越低的提取器圖案，這可導(dǎo) 致背光源中出現(xiàn)可見(jiàn)的缺陷。當(dāng)光提取器的面密度低時(shí)，出現(xiàn)這些缺陷，并且觀察者能夠分 辨并察覺(jué)各個(gè)光提取器?？梢允褂脭U(kuò)散片來(lái)提供掩飾這些可見(jiàn)的缺陷的額外的散射，然而 使用擴(kuò)散片是不理想的，因?yàn)闀?huì)使效率相關(guān)地降低。在用電池供電的設(shè)備中，背光源的效率 尤其重要。 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光導(dǎo)裝置中，光提取器的面密度在整個(gè)光導(dǎo)裝置上可以恒 定不變，可以沿著來(lái)自光源的光的傳播方向而減小，和/或在照明度較高的區(qū)域(例如更靠 近光源或在從多個(gè)光源傳播的光的交叉錐內(nèi))中減小。因?yàn)槭褂酶鱾€(gè)提取器的一個(gè)或多個(gè) 形狀因素的變化來(lái)控制提取器的光提取效率，所以這些構(gòu)造是可取的。 光導(dǎo)裝置設(shè)計(jì)中的提取器圖案受需要的最小填充因數(shù)的約束，以妨礙防止觀察者 分辨并察覺(jué)各個(gè)光提取器的能力。本文所述的光導(dǎo)裝置的實(shí)施例在靠近光源的區(qū)域或照明 度高的區(qū)域中允許較高的提取器面密度，以提高隱藏缺陷的能力。因?yàn)槭褂锰崛∑鞯男螤?因素來(lái)提供對(duì)提取器效率的控制，所以這些構(gòu)造是可取的。通過(guò)由一個(gè)或多個(gè)形狀因素控 制提取器效率，能夠更容易地實(shí)現(xiàn)具有高于最小提取器填充因數(shù)的提取器面密度的光提取 器圖案。 圖1A示出了包括光源110的組件，其中，相對(duì)于光導(dǎo)裝置120布置光源110。光 源IIO包括可以是發(fā)光二極管(LED)、熒光燈或其它類(lèi)型的燈的至少一個(gè)燈lll，并且光源 110可以包括反射器112，用于將從燈111發(fā)射的光導(dǎo)向光導(dǎo)裝置120的接納邊緣121。光源110可以包括多個(gè)燈，然而在便攜式設(shè)備中，較少的燈是理想的，以節(jié)約電池電力。來(lái)自 燈111的光在接納邊緣121處耦合到光導(dǎo)裝置120中。來(lái)自燈111的光輸出可以是朗伯光 (lambertian)，通常導(dǎo)致穿過(guò)光導(dǎo)裝置120的光傳播的錐115。圖1A的光導(dǎo)裝置120還示 出了輸出表面150的區(qū)域131-143?？梢韵鄬?duì)于鍵盤(pán)(未示出)布置區(qū)域131-143，以對(duì)鍵 盤(pán)的鍵進(jìn)行照明。 應(yīng)當(dāng)理解，如果在表面150上以恒定的面密度布置提取效率相同的光提取器，則 光導(dǎo)裝置120的在傳播的錐115內(nèi)的光輸出將在光最強(qiáng)的更靠近光源110的區(qū)域(例如區(qū) 域135)比光較弱的更遠(yuǎn)離光源110的區(qū)域(例如，區(qū)域138)大。還應(yīng)該理解，部分地或完 全落在傳播的錐115外部的區(qū)域(例如區(qū)域131、132、139和140)將受到減少的光輸出，即 使這些區(qū)域相對(duì)靠近光源110。有益的是，使用光導(dǎo)裝置120的整個(gè)輸出表面150上的受控 的光提取效率來(lái)補(bǔ)償變化的光輸入，從而提高整個(gè)輸出表面150上的光輸出的均勻性。
圖IB示出了背光源子系統(tǒng)的包括多個(gè)燈光源160的一部分，其中，相對(duì)于光導(dǎo)裝 置120布置多個(gè)燈光源160。光源160包括燈A 161和燈B 162。來(lái)自燈A 161和燈B 162 的光在光導(dǎo)裝置120的接納邊緣121處耦合到光導(dǎo)裝置120中。燈A 161的光輸出產(chǎn)生光 傳播的第一錐163，燈B 162的光輸出產(chǎn)生光傳播的第二錐164。圖IB的光導(dǎo)裝置120還 示出了光導(dǎo)裝置輸出表面150的區(qū)域131-143，可以相對(duì)于鍵盤(pán)布置區(qū)域131-143，以對(duì)鍵 盤(pán)的鍵進(jìn)行照明。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖1B所示，可以相對(duì)于光導(dǎo)裝置120的接 納邊緣121以一定角度對(duì)燈161U62中的一者或兩者進(jìn)行定位，從而光導(dǎo)裝置120中更好 地分布光并實(shí)現(xiàn)更均勻的通量。 如果在表面上以面密度恒定的圖案布置提取效率相同的光提取器，則在最靠近燈 161、 162中的至少一個(gè)的區(qū)域(例如區(qū)域135)內(nèi)的以及在第一錐163和第二錐164的交叉 區(qū)165內(nèi)的光導(dǎo)裝置120的光輸出將被預(yù)期為具有最高的光輸出。在離燈較遠(yuǎn)的區(qū)域(例 如區(qū)域134、 138和143)中或者在部分地或完全落在第一錐163和第二錐164的交叉區(qū)165 外部的區(qū)域(例如區(qū)域131、132、139和140)中的光輸出將被預(yù)期為具有較低的光輸出。部 分地或完全位于傳播的第一錐163和第二錐164 二者外部的區(qū)域131和139將具有較低的 光輸出，即使它們更靠近光源160。 光輸出還可以在一個(gè)區(qū)域內(nèi)變化，如圖1C中區(qū)域132的近距離視圖所示。圖1C示 出了根據(jù)子區(qū)的光輸入可將區(qū)域132劃分成子區(qū)171-174，其中，所述光輸入從光源160傳 播到區(qū)域132。子區(qū)171-174包括子區(qū)172、子區(qū)174、子區(qū)173和子區(qū)171，子區(qū)172位于 來(lái)自光源160的傳播的第一錐163內(nèi)但不位于第二錐164內(nèi)，子區(qū)174位于第二錐164內(nèi) 但不位于第一錐163內(nèi)，子區(qū)173位于第一錐163和第二錐164兩者內(nèi)，子區(qū)171位于傳播 錐163、164兩者的外部。由于至各個(gè)子區(qū)171-174的光輸入的變化，因此以恒定的面密度 布置的具有相同效率的光提取器將不能產(chǎn)生從該區(qū)域的均勻的光輸出。希望提供被控制的 光提取，以提高從具有來(lái)自光源的不均勻的光輸入的區(qū)域(例如區(qū)域132)的光輸出的均勻 性。 可以使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有光提取器的光導(dǎo)裝置，來(lái)提高光導(dǎo)裝置的整個(gè) 表面上或光導(dǎo)裝置的特定區(qū)域中的光輸出的均勻性。可以使用多光子光刻工藝來(lái)形成用于 制造本文所述的用于制造光提取器的母板，下文中描述了多光子光刻工藝，并且在2006年 5月18日提交的共有美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)S/N 60/747， 609中更完全地描述了多光子光刻工藝，該
8美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以引用方式被包含于本文。 可以按照多種尺寸、幾何形狀和表面輪廓(包括例如突出結(jié)構(gòu)和凹陷結(jié)構(gòu)兩者) 形成本文所述的光提取器。光提取器可被形成為使得至少一種形狀因素(例如高度和/或 傾角)的變化控制光提取器的光提取效率。提取器的高度是從提取器基部的中心沿著提取 器的主軸至提取器頂部的中心的高度。傾角是主軸和基部之間的角。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光提取器可在光導(dǎo)裝置上具有相同的基部占有面積，但可根 據(jù)形狀因素而具有不同量的提取效率。改變形狀因素以控制光提取的效率，這允許光提取 器圖案提供整個(gè)表面上或光導(dǎo)裝置的區(qū)域內(nèi)光輸出的提高的均勻性，并且還提供提高的缺 陷隱藏能力。在提供提高的均勻性和/或缺陷隱藏能力的各種光導(dǎo)裝置實(shí)施例中，光提取 器的面密度在某一最小的填充因數(shù)以上，例如在約28%的填充因數(shù)以上，更加優(yōu)選地在約 33%的填充因數(shù)以上。低于該最小的填充因數(shù)，觀察者可能能夠分辨并觀察到各個(gè)光提取 器，這是不期望發(fā)生的。 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光導(dǎo)裝置中，面密度在整個(gè)光導(dǎo)裝置上可以恒定不變，或 者可以沿著光源的光的傳播方向而減小，和/或可以在照明度較高的區(qū)域(例如更靠近光 源或在從多個(gè)光源傳播的光的交叉錐內(nèi))中減小。因?yàn)槭褂酶鱾€(gè)提取器的一個(gè)或多個(gè)形狀 因素的變化來(lái)控制提取器的光提取效率，所以這些構(gòu)造是可取的。如上所述，光導(dǎo)裝置設(shè)計(jì) 中的提取器圖案受需要的最小填充因數(shù)的約束，以妨礙觀察者分辨并察覺(jué)各個(gè)光提取器的 能力。本文所述的光導(dǎo)裝置實(shí)施例在靠近光源的區(qū)域或照明度高的區(qū)域中允許較高的提取 器面密度，以提高缺陷隱藏能力。因?yàn)榭刂菩螤钜蛩貋?lái)在這些區(qū)域中提供減小的提取器效 率，所以這些構(gòu)造是可取的。通過(guò)由一個(gè)或多個(gè)形狀因素控制提取器效率，能夠更容易地實(shí) 現(xiàn)具有高于最小提取器填充因數(shù)的提取器面密度的光提取器圖案。 使用多光子工藝制造的光提取結(jié)構(gòu)有利地使得光提取器的面密度在最靠近光源 的區(qū)域中能夠增大或保持恒定并高于最小填充因數(shù)，從而在靠近光源的地方得到光輸出的 提高的均勻性和可見(jiàn)缺陷的減少二者。 多光子工藝使得光提取器能夠被構(gòu)造，所述光提取器通過(guò)形狀因素的變化而具有 被控制的效率?？梢允褂秒p光子工藝來(lái)形成具有光提取器結(jié)構(gòu)的陣列的光導(dǎo)裝置母板，其 中，光提取器結(jié)構(gòu)可以是突出結(jié)構(gòu)或凹陷結(jié)構(gòu)，突出結(jié)構(gòu)的高度或凹陷結(jié)構(gòu)的深度的范圍 是約5微米至約300微米、約50微米至約200微米或者約75微米至約150微米，和/或突 出結(jié)構(gòu)或凹陷結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度和/或最大寬度的范圍是約5微米至約500微米、約50微米 至約300微米或者約100微米至約300微米?？色@得寬泛的填充因數(shù)范圍(高達(dá)100% )。 對(duì)于許多應(yīng)用，可以使用約1%至約100%或者約5%至約75%的填充因數(shù)。優(yōu)選地，填充 因數(shù)處于約28%以上，以妨止觀察者觀察到各個(gè)提取器?？梢杂赡赴逯圃炷赴迳暇哂泄馓?取器圖案的一體化光導(dǎo)裝置。 如圖2A至圖2F中所示，根據(jù)各種實(shí)施例的光提取器可以具有非對(duì)稱(chēng)的或?qū)ΨQ(chēng)的 幾何構(gòu)造，例如錐形(圖2A)或非球形(圖2E)，包括拋物線(圖2C)或雙曲線結(jié)構(gòu)、截錐 形(圖2B)或截頭的非球形(圖2F)，包括截頭的拋物線(圖2D)或雙曲線結(jié)構(gòu)，以及它們 的組合。截頭的構(gòu)造具有基部210和可形成平面的頂表面220的截頭部分，如圖2B中所 示。構(gòu)造可以是復(fù)合的(例如，將多種形狀的部分在單個(gè)結(jié)構(gòu)中組合，例如非球形和錐形或 棱錐的堆疊組合)?？梢栽陉嚵兄胁贾萌魏涡螤畹墓馓崛∑鳎鐖D2G的掃描電子顯微圖所
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如圖3A中所示，光提取器的幾何構(gòu)造可以包括這樣的元件，如基部310、一個(gè)或多 個(gè)表面330 (例如，形成側(cè)壁的表面)和頂部320 (例如，可以是由截頭部分形成的平面或者 可以是點(diǎn))。光提取器的元件可以大致上采取任何形狀。例如，基部、表面和頂部可以是圓 形、橢圓形、(規(guī)則的或不規(guī)則的)多邊形，而所得的側(cè)壁可通過(guò)(垂直于基部截取的)豎 直的截面來(lái)表征，該豎直的截面是拋物線形、雙曲線形、直線形或它們的組合。優(yōu)選地，側(cè)壁 不垂直于所述結(jié)構(gòu)的基部。例如，側(cè)壁相對(duì)于基部可具有約10度至約80度的豎直正切角。 如前文所述，光提取器具有將基部310的中心與頂部320的中心連接的主軸340。圖3B中 示出的提取器的傾角350是主軸340與基部310之間的角。根據(jù)所需的亮度和視野，傾角 350可以高達(dá)約80度。 可以改變光導(dǎo)裝置表面上的提取器的形狀因素(例如高度和/或傾角)，以控制亮 度和均勻性。例如，光提取器可被布置成圖案，使得光提取器的這些形狀因素根據(jù)提取器距 光源的距離或根據(jù)光源對(duì)提取器位置的照明而變化。形狀因素的變化可用于產(chǎn)生在光導(dǎo)裝 置的整個(gè)表面上或光導(dǎo)裝置的特定區(qū)域內(nèi)的光輸出的所需的均勻性。光提取器的圖案可以 是規(guī)則的或隨機(jī)的，并且可具有大體均勻的面密度，或可具有隨(例如)照明度而減小的不 均勻的面密度。 圖4A是具有光提取器圖案405的光導(dǎo)裝置410的俯視圖，其中，光提取器在光導(dǎo) 裝置410的整個(gè)表面411上具有基本均勻的間距。光提取器具有尺寸基本相同的基部占有 面積425，但形狀因素不同。這種構(gòu)造表示這樣的光提取器圖案，S卩，該光提取器圖案在光導(dǎo) 裝置的整個(gè)表面上具有恒定的面密度，但是提供均勻的光輸出，而不管光導(dǎo)裝置的某些區(qū) 域是否更靠近光源。光提取器圖案405提供恒定的面密度和隨著與光源490的距離的變化 的光提取器的增大的提取效率。光提取器的提取效率可隨著光源490對(duì)提取器位置的照明 而減小。 制造圖4A的光提取器，使得控制光提取器的提取效率的至少一種形狀因素(例如 高度或傾角)隨著距光源490的距離或光源的照明度而變化，從而提高光輸出的均勻性。因 此，在由光導(dǎo)裝置提取光方面，更靠近光源490的光提取器401的效率低于距光源490最遠(yuǎn) 的光提取器449的效率。通過(guò)由形狀因素控制光提取器的效率，本文所述的各種光導(dǎo)裝置 構(gòu)造可以將光輸出的均勻性控制成小于約+/_10%。 圖4B的光導(dǎo)裝置構(gòu)造示出了光提取器的圖案455，光提取器在整個(gè)光導(dǎo)裝置表面 455上具有由變化的形狀因素引起的減小的面密度和增大的提取效率。在該構(gòu)造中，光提取 器的面密度沿著光源490的光的傳播方向減小。在該實(shí)施例中，光提取器的提取效率隨著 距光源的距離增大而增大，同時(shí)隨著占有面積尺寸的增大而減小。例如，與具有基部占有面 積475并且更靠近光源490的光提取器451相比，距光源較遠(yuǎn)的光提取器499具有更小的 基部占有面積476和更高的提取效率。更靠近光源的光提取器的較高的面密度在通常最需 要隱藏缺陷的地方提供了提高的缺陷隱藏能力。 圖4C示出了另一光導(dǎo)裝置構(gòu)造460，所述光導(dǎo)裝置構(gòu)造460在光導(dǎo)裝置460的整 個(gè)表面461上具有隨照明度而變化的高于最小填充因子的減小的面密度和增大的提取效 率的光提取器圖案465。在該構(gòu)造中，每個(gè)光提取器在光導(dǎo)裝置460的表面461上具有基本 相同的基部占有面積485。光提取器的面密度隨著距光源490的距離或光源490的照明度的增大而減小。例如，在如圖4C中所示的光導(dǎo)裝置構(gòu)造中，在光源對(duì)光導(dǎo)裝置460的照明 沿著光的傳播方向減小的情況下，光提取器的面密度可沿著光的傳播方向減小，并且提取 效率可沿著光的傳播方向增大。制造光提取器，使得至少一種形狀因素(例如高度或傾角) 隨光源的照明度而變化，以控制提取效率，從而提高光輸出的均勻性。如前文所討論的，更 靠近光源的提取器的較高的面密度提供了提高的缺陷隱藏能力。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的組裝了提取器的光導(dǎo)裝置具體地可用于對(duì)鍵盤(pán)的鍵進(jìn) 行照明。光提取器可被用于控制與鍵盤(pán)的鍵相關(guān)的區(qū)域之間和/或區(qū)域內(nèi)的光輸出。圖5A 中示出了鍵盤(pán)500的剖視圖。鍵盤(pán)500包括光源504和光導(dǎo)裝置502，光導(dǎo)裝置502具有 位于鍵505下方的區(qū)域506中的光提取器503。鍵505的整個(gè)表面或者鍵505的一部分可 以通過(guò)光導(dǎo)裝置502來(lái)照明。在一些構(gòu)造中，通過(guò)被點(diǎn)亮的數(shù)字、字母或其它標(biāo)記來(lái)識(shí)別鍵 505。與鍵505對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)矩陣510安裝在印刷電路板512上。開(kāi)關(guān)矩陣510包括設(shè)置在 印刷電路板512上的導(dǎo)電開(kāi)關(guān)接觸件515和布置在開(kāi)關(guān)接觸件515上方的導(dǎo)電圓頂形接觸 件517。當(dāng)鍵505被壓下時(shí)，力通過(guò)光導(dǎo)裝置502被傳遞到鍵下方的圓頂形接觸件517。光 導(dǎo)裝置是由具有足夠的柔韌性以經(jīng)受許多次鍵按壓而不斷裂的材料制成的薄的、平面的結(jié) 構(gòu)。美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)S/N60/747，609中描述了提供足夠的柔韌性的用于光導(dǎo)裝置的合適 材料，該美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)谇拔囊呀?jīng)以引用方式被并入。圓頂形接觸件517彎曲，從而與 印刷電路板512上的其對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)接觸件515電接觸。 圖5B是圖5A的光源504和光導(dǎo)裝置502的俯視圖，其示出了位于鍵505下方的 區(qū)域506a-5061。在圖5B中未示出的鍵505主要通過(guò)這些區(qū)域506的光輸出來(lái)照明。因 此，希望使鍵區(qū)506中的光輸出最大化，并使周?chē)鷧^(qū)域509中的不用于對(duì)鍵進(jìn)行照明的光輸 出最小化。此外，希望在整個(gè)的每一鍵區(qū)506上并在區(qū)域與區(qū)域之間(g卩，鍵與鍵之間)提 供均勻的照明度。 圖5B的光導(dǎo)裝置502的區(qū)域506包括在每一區(qū)域506中具有均勻的面密度的多 組光提取器507。每個(gè)光提取器具有基本上相同尺寸的基部占有面積525。這種構(gòu)造表示 這樣的光提取器圖案，即，該光提取器圖案在每一區(qū)域506中具有恒定的面密度，但是提供 均勻的光輸出，而不管光導(dǎo)裝置502的某些區(qū)域506是否更靠近光源504。區(qū)域506中的光 提取器圖案提供恒定的面密度和隨著距光源504的距離而變化的光提取器507a-5071的增 大的提取效率。提取器的效率與光源504的照明度相反地變化。 制造圖5B的光提取器，使得控制光提取器507的提取效率的至少一種形狀因素 (例如高度或傾角)隨著距光源504的距離或光源504的照明度而變化，從而提高光輸出 的均勻性。因此，在由光導(dǎo)裝置502提取光方面，更靠近光源504或者被光源504照明較多 的光提取器(光提取器507e)的效率低于距光源504更遠(yuǎn)的光提取器(光提取器507d或 5071)或被光源504照明較少的光提取器(光提取器507a和507i)的效率。通過(guò)改變形狀 因素而控制光提取器的效率的能力允許這樣的光導(dǎo)裝置設(shè)計(jì)，即，靠近光源具有增大的提 取器面密度，從而有利地提供了提高的缺陷隱藏能力。 圖5C的光導(dǎo)裝置構(gòu)造示出了具有區(qū)域526a_5261的光導(dǎo)裝置520，區(qū)域 526a-5261被配置成位于鍵盤(pán)的鍵下方。區(qū)域526a_5261中的每個(gè)區(qū)域分別包括光提取器 527a-5271。光提取器527a_5271在光導(dǎo)裝置520的整個(gè)表面上一般來(lái)說(shuō)具有減小的面密 度和增大的光提取效率。在這種構(gòu)造中，光提取器527a-5271的面密度沿著來(lái)自光源524的光的傳播方向而減小。光提取器的提取效率隨著距光源的距離變化而增大，同時(shí)隨著光 源的照明度增大而減小。例如，更遠(yuǎn)離光源的光提取器(例如光提取器527h)與更靠近光 源504的光提取器(例如光提取器527e)相比具有較小的基部占有面積529和較高的提取 效率。 如前文所述，在某一區(qū)域中可存在光源的不同程度的照明，使得希望均衡某區(qū)域 內(nèi)以及區(qū)域與區(qū)域之間的光輸出。圖1C示出了被光源不均勻地照明的區(qū)域的情況?？赏?過(guò)使用與提取效率的不均勻性對(duì)應(yīng)且相反的提取器來(lái)補(bǔ)償光源照明的這種不均勻性。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光提取器可以用于通過(guò)控制對(duì)鍵進(jìn)行照明的區(qū)域內(nèi)的提取 器的提取效率來(lái)提高該區(qū)域內(nèi)的光輸出的均勻性。例如，具有最低效率的光提取器可以設(shè) 置在光源的照明度最高的位置。某一區(qū)域內(nèi)的光提取器的提取效率可根據(jù)光提取器所經(jīng)受 的照明的量而變化。 可以使用復(fù)制工具來(lái)制造本文所述的光導(dǎo)裝置。復(fù)制工具可包括金屬、硅或其它 合適的材料，并且復(fù)制工具包括光導(dǎo)裝置特征(包括突出的或凹陷的光提取器)的陰性件 (negative)。通過(guò)緊靠母板電鍍或電鑄金屬(例如鎳)且隨后移除母板，可由母板制成金 屬?gòu)?fù)制工具。通過(guò)緊靠母板固化硅氧烷樹(shù)脂且隨后移除母板，即可制成硅樹(shù)脂復(fù)制工具。
可以使用多光子光刻工藝來(lái)形成母板，在共有的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)S/N60/747，609中 描述了多光子光刻工藝，該美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以引用方式被并入。多光子光刻工藝涉及使反應(yīng) 性組合物的至少一部分成影象地曝露于足以引起至少兩個(gè)光子的同時(shí)吸收的光，從而在組 合物被曝露于光的地方引起至少一個(gè)酸引發(fā)的或自由基引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，其中，以有效地 至少限定多個(gè)光提取結(jié)構(gòu)的表面的圖案來(lái)實(shí)施成影象的曝光。
反應(yīng)性物質(zhì) 適用于光反應(yīng)性組合物中的反應(yīng)性物質(zhì)包括可固化物質(zhì)和不可固化的物質(zhì)兩者。 可固化物質(zhì)通常是優(yōu)選的并且包括(例如)可加成聚合的單體和低聚物以及可加成交聯(lián)的 聚合物(例如可自由基聚合或可交聯(lián)的烯鍵式不飽和物質(zhì)，包括(例如)丙烯酸酯、甲基丙 烯酸酯和某些乙烯基化合物，例如苯乙烯)，以及可陽(yáng)離子聚合的單體和低聚物以及可陽(yáng)離 子交聯(lián)的聚合物(該物質(zhì)最常見(jiàn)的是酸引發(fā)的并且包括(例如)環(huán)氧化物、乙烯基醚、氰酸 酯等)等等，以及它們的混合物。 例如，Palazzotto等人在美國(guó)專(zhuān)利No. 5， 545， 676的第1列第65行至第2列第26 行中描述了合適的烯鍵式不飽和物質(zhì)，合適的烯鍵式不飽和物質(zhì)包括單丙烯酸酯、二丙 烯酸酯、多丙烯酸酯、單甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯和多甲基丙烯酸酯(例如丙烯酸甲 酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異丙酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸十八酯、丙烯 酸烯丙酯、二丙烯酸甘油酯、三丙烯酸甘油酯、二丙烯酸甘醇酯、二丙烯酸二甘醇酯、二甲基 丙烯酸三甘醇酯、二丙烯酸l，3-丙二醇酯、二甲基丙烯酸l，3-丙二醇酯、三羥甲基丙烷三 丙烯酸酯、三甲基丙烯酸1，2，4- 丁三醇酯、二丙烯酸l，4-環(huán)己二醇酯、三丙烯酸季戊四醇 酯、四丙烯酸季戊四醇酯、四甲基丙烯酸季戊四醇酯、六丙烯酸山梨醇酯、雙[l-(2-丙烯酰 氧基)]-對(duì)-乙氧基苯基二甲基甲烷、雙[l-(3-丙烯酰氧基-2-羥基)]-對(duì)-丙氧基苯基二 甲基甲烷、三羥乙基-異氰脲酸酯三甲基丙烯酸酯、分子量約200-500的聚乙二醇的二丙烯 酸酯和二甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯化的單體的可共聚混合物(例如美國(guó)專(zhuān)利No. 4， 652， 274 中的那些)和丙烯酸酯化的低聚物(例如美國(guó)專(zhuān)利No. 4， 642， 126中的那些))；不飽和酰胺(例如亞甲基雙丙烯酰胺、亞甲基雙甲基丙烯酰胺、l，6-六亞甲基雙丙烯酰胺、二亞乙基 三胺三丙烯酰胺和甲基丙烯酸e-甲基丙烯酰氨基乙酯)；乙烯基化合物(例如苯乙烯、 鄰苯二甲酸二烯丙酯、丁二酸二乙烯酯、己二酸二乙烯酯、鄰苯二甲酸二乙烯酯)；等等，及 它們的混合物。合適的活性聚合物包括具有(甲基)丙烯酸酯側(cè)基的聚合物，例如，每個(gè) 聚合物鏈具有1至約50個(gè)(甲基)丙烯酸酯基團(tuán)的聚合物。這種聚合物的實(shí)例包括芳族 酸(甲基)丙烯酸半酯樹(shù)脂，例如可得自沙多瑪公司(Sartomer)的Sarbox 樹(shù)脂(例如 Sarbox 400、401、402、404和405)?？赏ㄟ^(guò)自由基化學(xué)固化的其它可用的活性聚合物包括 具有烴基主鏈和其上連接有可自由基聚合的官能團(tuán)的肽側(cè)基的那些聚合物，例如美國(guó)專(zhuān)利 No. 5， 235，015(Ali等人)中描述的那些。根據(jù)需要，可以使用兩種或更多種單體、低聚物和 /或活性聚合物的混合物。優(yōu)選的烯鍵式不飽和物質(zhì)包括丙烯酸酯、芳族酸(甲基)丙烯酸 半酯樹(shù)脂，以及具有烴基主鏈和其上連接有可自由基聚合的官能團(tuán)的肽側(cè)基的聚合物。
合適的陽(yáng)離子反應(yīng)性物質(zhì)(例如)由0xman等人在美國(guó)專(zhuān)利No. 5， 998， 495和 No. 6， 025， 406中進(jìn)行了描述并且包括環(huán)氧樹(shù)脂。這種材料統(tǒng)稱(chēng)為環(huán)氧化物，包括單體型環(huán) 氧化合物和聚合型環(huán)氧化物并且可以是脂族、脂環(huán)族、芳族或雜環(huán)的。這些材料一般來(lái)說(shuō) 每個(gè)分子平均具有至少1個(gè)可聚合的環(huán)氧基團(tuán)(優(yōu)選至少約1. 5個(gè)，并且更優(yōu)選至少約2 個(gè))。聚合的環(huán)氧化物包括具有端環(huán)氧基的線型聚合物(例如，聚氧化烯乙二醇的二縮水 甘油醚)、具有骨架環(huán)氧乙烷單元的聚合物(例如，聚丁二烯聚環(huán)氧化合物)，以及具有環(huán)氧 側(cè)基的聚合物(例如，甲基丙烯酸縮水甘油酯聚合物或共聚物)。環(huán)氧化物可以是純化合 物，或可以是每個(gè)分子含有一個(gè)、兩個(gè)或更多環(huán)氧基團(tuán)的化合物的混合物。這些含有環(huán)氧基 的材料其主鏈和取代基的性質(zhì)可以有很大的不同。例如，主鏈可以是任何類(lèi)型，而其上的取 代基可以是在室溫下基本上不干擾陽(yáng)離子固化的任何基團(tuán)。示例性的容許的取代基包括鹵 素、酯基、醚、磺酸根基團(tuán)、硅氧烷基團(tuán)、硝基、磷酸根基團(tuán)等。含有環(huán)氧基的材料的分子量可 以是從約58至約100， 000或更大。 可用的其它含有環(huán)氧基的材料包括如下化學(xué)式的縮水甘油醚單體
R，(OCH2~CH——CH2)n
\ / O 其中，R'是烷基或芳基，n是1至8的整數(shù)。實(shí)例是通過(guò)使多元酚與過(guò)量的氯代 醇(例如環(huán)氧氯丙烷)反應(yīng)而獲得的多元酚的縮水甘油醚(例如2，2-雙-(2，3-環(huán)氧丙 氧基酚)_丙烷的二縮水甘油醚)。此類(lèi)環(huán)氧化物的其它實(shí)例在美國(guó)專(zhuān)利No. 3， 018， 262和 Handbook E簡(jiǎn)y Resins (環(huán)氧樹(shù)脂手冊(cè))(Lee和Nevi 1 le (McGraw-Hi 11 Book公司，New York(1967))中有所描述。 可以使用多種市售的環(huán)氧單體或樹(shù)脂。易得的環(huán)氧化物包括(但不限于)環(huán) 氧十八烷；環(huán)氧氯丙烷；氧化苯乙烯；氧化乙烯基環(huán)己烯；縮水甘油；甲基丙烯酸縮水甘油 酯；雙酚A的二縮水甘油醚(例如，得自俄亥俄州哥倫布市的翰森特種化學(xué)品有限公司 (HexionSpecialty Chemicals, Inc. ， Columbus, OH)的商品名稱(chēng)為"EP0N 815C"、"EP0N 813"、"EP0N 828"、"EP0N 1004F"禾P "EP0N 1001F")的產(chǎn)品；以及雙酚F的二縮水甘油 醚(例如，來(lái)自瑞士巴塞爾市的汽巴精化股份公司(Ciba Specialty Chemicals HoldingCompany)的商品名稱(chēng)為"ARALDITE GY281"的產(chǎn)品和來(lái)自翰森特種化學(xué)品有限公司的 "EPON 862"產(chǎn)品)。其它芳族環(huán)氧樹(shù)脂包括可得自馬薩諸塞州牛頓市的微楷化學(xué)有限公司 (MicroChem Corp. ， Newton， MA)的SU-8樹(shù)脂。 其它示例的環(huán)氧單體包括二氧化環(huán)己烯乙烯(可得自賓西法尼亞州威斯特郡的 SPI供應(yīng)公司(SPI Supplies, West Chester, PA)) ;4-乙烯基_1_環(huán)己烯-二環(huán)氧化物 (可得自威斯康星州密爾沃基市的奧德里奇化學(xué)公司(Aldrich Chemical Co. ，Milwaukee, WI)) ;3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基-3，4-環(huán)氧環(huán)己烯羧酸酯(例如，一種可得自密歇根州米德蘭 市陶氏化學(xué)公司(Dow Chemical Co. ， Midland, MI)的商品名稱(chēng)為"CYRACURE UVR-6110" 的產(chǎn)品)；3， 4-環(huán)氧-6-甲基環(huán)己基甲基-3， 4-環(huán)氧_6_甲基-環(huán)己烷羧酸酯；2-(3， 4_環(huán) 氧環(huán)己基-5，5-螺-3，4-環(huán)氧)環(huán)己烷-間二噁烷；雙(3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基)己二酸酯 (例如，一種可得自密歇根州米德蘭市陶氏化學(xué)公司的貿(mào)易名稱(chēng)為"CYRACURE UVR-6128"的 產(chǎn)品)；雙(3，4-環(huán)氧-6_甲基環(huán)己基甲基)己二酸酯；3，4-環(huán)氧-6-甲基環(huán)己烷羧酸酯； 和二氧化二戊烯。 又一示例性的環(huán)氧樹(shù)脂包括環(huán)氧化的聚丁二烯(例如，可得自賓西法尼亞州埃克 斯頓的沙多瑪有限公司(Sartomer Co. ， Inc. ，Exton，PA)的商品名稱(chēng)為"P0LY BD 605E"的 產(chǎn)品)；環(huán)氧硅烷(例如，可商購(gòu)自威斯康星州密爾沃基市的奧德里奇化學(xué)公司的3，4-環(huán) 氧環(huán)己基乙基三甲氧基硅烷和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷)；阻燃的環(huán)氧單體
(例如，可得自密歇根州米德蘭市陶氏化學(xué)公司的商品名稱(chēng)為"DER-542"的產(chǎn)品，是一種溴 化雙酚型環(huán)氧單體)；l，4-丁二醇二縮水甘油醚(例如，可得自汽巴精化公司的商品名稱(chēng)為 "ARALDITE RD-2"的產(chǎn)品)；氫化的雙酚A-環(huán)氧氯丙烷類(lèi)環(huán)氧單體(例如，可得自翰森特種 化學(xué)品有限公司的商品名稱(chēng)為"EPONEX 1510"的產(chǎn)品)；酚醛樹(shù)脂的聚縮水甘油醚(例如， 可得自陶氏化學(xué)公司的商品名稱(chēng)為"DEN-431"和"DEN-438"的產(chǎn)品)；和環(huán)氧化的植物油
(例如，可得自賓西法尼亞州費(fèi)城市(Philadelphia, PA)的奧特菲那化學(xué)品公司(Atofina Chemicals)的商品名稱(chēng)為"VIK0L0X"和"VIK0FLEX"的環(huán)氧化的亞麻子油和豆油)。 其它合適的環(huán)氧樹(shù)脂包括可商購(gòu)自翰森特種化學(xué)品有限公司(俄亥俄州哥倫布 市)的商品名稱(chēng)為"HEL0XY"的烷基縮水甘油醚。示例性的單體包括"HEL0XY M0DFIER 7" (a C8-Q。烷基縮水甘油醚)，"HEL0XY MODIFIER 8" (a C12_C14烷基縮水甘油醚)， "HEL0X預(yù)0DIFIER 61" ( 丁基縮水甘油醚)，"HEL0XY M0DIFER 62"(甲苯基縮水甘油醚)， "HEL0XY M0DIFER 65"(對(duì)叔丁基苯基縮水甘油醚)，"HEL0XY M0DIFER 67"(l，4-丁二醇的 二縮水甘油醚)，"HEL0XY 68"(新戊二醇的二縮水甘油醚)，"HEL0XY M0DIFER 107"(環(huán)己 烷二甲醇的二縮水甘油醚)，"HELOXY M0DIFER 44"(三羥甲基乙烷三縮水甘油醚)，"HEL0XY MODIFIER 48"(三羥甲基丙烷三縮水甘油醚)，"HEL0XY M0DIFER 84"(脂族多元醇的聚縮 水甘油醚)，和"HEL0XYM0DIFER 32" ( 二環(huán)氧化聚乙二醇)。 其它可用的環(huán)氧樹(shù)脂包括縮水甘油的丙烯酸酯(例如丙烯酸縮水甘油酯和甲基 丙烯酸縮水甘油酯)與一種或多種可共聚的乙烯基化合物的共聚物。這種共聚物的例子是
i : i苯乙烯-甲基丙烯酸縮水甘油酯和i : i甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸縮水甘油酯。其
它可用的環(huán)氧樹(shù)脂是眾所周知的并且包含諸如環(huán)氧氯丙烷、烯化氧(例如環(huán)氧丙烷)、氧化 苯乙烯、鏈烯基氧化物(例如丁二烯氧化物)和縮水甘油基酯(例如乙基縮水甘油酯)。 可用的環(huán)氧官能團(tuán)聚合物包括環(huán)氧官能化的硅氧烷，例如美國(guó)專(zhuān)利No. 4， 279， 717(Eckberg等人)中所描述的那些，其可從通用電氣公司(General Electric Company)商購(gòu)獲得。存在其中1_20摩爾％的硅原子已經(jīng)為環(huán)氧烷基基團(tuán)(優(yōu)選環(huán)氧環(huán)己 基乙基，如美國(guó)專(zhuān)利No. 5， 753， 346(Leir等人)所描述)所取代的聚二甲基硅氧烷。
也可以利用多種含有環(huán)氧基的材料的共混物。這種共混物可以包含兩種或更多種 含環(huán)氧基的化合物的重均分子量分布(例如低分子量(低于200)、中等分子量(約200至 1000)和高分子量(約1000以上))。作為另外一種選擇或除此之外，環(huán)氧樹(shù)脂可以含有具 有不同化學(xué)性質(zhì)(例如脂族和芳族的)或官能(例如極性和非極性)的含環(huán)氧基的材料的 共混物。如果需要，可額外地?fù)饺肫渌?yáng)離子活性聚合物(例如乙烯基醚等)。
優(yōu)選的環(huán)氧樹(shù)脂包括芳族縮水甘油基環(huán)氧樹(shù)脂(例如可得自翰森特種化學(xué)品有 限公司的EP0N樹(shù)脂和可得自馬薩諸塞州牛頓市的微楷化學(xué)有限公司的SU-8樹(shù)脂，包括XP KMPR 1050可剝離SU-8)等以及它們的混合物。更優(yōu)選的是SU-8樹(shù)脂及其混合物。
適用的陽(yáng)離子反應(yīng)性物質(zhì)還包括乙烯基醚單體、低聚物和活性聚合物(例如 甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、叔丁基乙烯基醚、異丁基乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚 (RAPI-CURE DVE-3，可得自新澤西州韋恩鎮(zhèn)的國(guó)際特品公司(International Specialty Products))、三羥甲基丙烷三乙烯基醚和來(lái)自北卡羅來(lái)納州格林斯博羅莫弗萊公司 (Morflex， Inc. ， Greensboro, NC)的VECT0MER 二乙烯基醚樹(shù)月旨(例如VECT0MER 1312、 VECT0MER 4010、 VECT0MER 4051和VECT0MER 4060及其可得自其它制造商的等同物))以 及它們的混合物。還可以利用一種或多種乙烯基醚樹(shù)脂和/或一種或多種環(huán)氧樹(shù)脂(以任 意比例)的共混物。多羥基官能材料(例如美國(guó)專(zhuān)利No.5，856，373(Kaisaki等人)中所 描述的材料)也可以與環(huán)氧和/或乙烯基醚官能材料組合使用。 不可固化的物質(zhì)包括(例如)其溶解度在酸誘導(dǎo)或自由基誘導(dǎo)的反應(yīng)后增大的活 性聚合物。例如，這種活性聚合物包括攜帶酯基團(tuán)的水不溶性聚合物，該酯基團(tuán)可以由光生 酸轉(zhuǎn)化為水溶性酸基團(tuán)(例如聚(4-叔-丁氧基羰基氧苯乙烯))。不可固化的物質(zhì)還包 括R. D. Alien, G. M. Wallraff， W. D. Hinsberg，和L. L. Simpson在"用于化學(xué)放大的光致抗 蝕劑應(yīng)用的高性能丙烯酸聚合物(High Performance AcrylicPolymers for Chemically Amplified Photoresist A卯lications) " (J. Vac. Vac. Technol. B，&3357 (1991))中描述 的化學(xué)放大的光致抗蝕劑?；瘜W(xué)放大的光致抗蝕劑的概念現(xiàn)在廣泛地用于微型芯片的制 造，尤其具有亞O. 5微米(甚至亞O. 2微米)的特征。在這種光致抗蝕劑體系中，可以通過(guò)照 射產(chǎn)生催化物質(zhì)(通常為氫離子)，該催化物質(zhì)誘導(dǎo)一連串化學(xué)反應(yīng)。在氫離子引發(fā)產(chǎn)生更 多氫離子或其它酸性物質(zhì)的反應(yīng)時(shí)，發(fā)生這種級(jí)聯(lián)化學(xué)反應(yīng)，由此放大了反應(yīng)速度。通常的 酸催化的化學(xué)放大的光致抗蝕劑體系的實(shí)例包括去保護(hù)(例如，美國(guó)專(zhuān)利No. 4， 491， 628中 描述的叔丁氧基羰基氧苯乙烯光致抗蝕劑、四氫吡喃(THP)甲基丙烯酸酯類(lèi)材料、THP-酚 材料(例如美國(guó)專(zhuān)利No. 3， 779， 778中描述的那些)、甲基丙烯酸叔丁酯類(lèi)材料(例如R. D Allen等人在Proc.SPIE ，，474(1995)中描述的那些，等等)；解聚作用(例如，聚苯二 醛類(lèi)基材料)；以及重排作用(例如，基于頻哪醇重排作用的材料)。 根據(jù)需要，可在光反應(yīng)性組合物中使用不同類(lèi)型的反應(yīng)性物質(zhì)的混合物。例如，自
由基反應(yīng)性物質(zhì)和陽(yáng)離子反應(yīng)性物質(zhì)的混合物也是有用的。 光引發(fā)劑體系 光引發(fā)劑體系是一種多光子光引發(fā)劑體系，因?yàn)槭褂眠@樣一種體系使得聚合作用
15限定或局限在聚焦光束的焦點(diǎn)區(qū)。這種體系優(yōu)選是二組分或三組分體系，該體系包含至少 一種多光子光敏劑、至少一種光引發(fā)劑(或電子受體)和任選至少一種電子供體。這種多 組分體系可以提供增強(qiáng)的敏感性，使得光反應(yīng)能在短的時(shí)間周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)并從而減少由于樣 本和/或曝光系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件的移動(dòng)而出問(wèn)題的可能性。 優(yōu)選地，多光子光引發(fā)劑體系包含光化學(xué)有效量的以下物質(zhì)(a)至少一種能夠 同時(shí)吸收至少兩個(gè)光子，且任選地但優(yōu)選具有大于熒光素雙光子吸收截面的多光子光敏 劑；(b)任選地，至少一種不同于多光子光敏劑且能夠貢獻(xiàn)電子給光敏劑的電子激發(fā)態(tài)的 電子供體化合物；和(c)至少一種能夠通過(guò)從該光敏劑的電子激發(fā)態(tài)接受電子而被光敏 化，導(dǎo)致形成至少一個(gè)自由基和/或酸的光引發(fā)劑。 作為另外一種選擇，多光子光引發(fā)劑體系可以是一組分體系，該體系包含至少一 種光引發(fā)劑?？捎米饕唤M分多光子光引發(fā)劑體系的光引發(fā)劑包括酰基氧化膦(例如，汽 巴公司以商品名稱(chēng)Irgacure 819銷(xiāo)售的那些，以及巴斯夫公司(BASF Corporation)以 商品名稱(chēng)LucirinTMTP0-L)TP0-L銷(xiāo)售的2，4，6-三甲基苯甲?；已醣交趸?和具 有共價(jià)連接的锍鹽部分的二苯乙烯衍生物(例如，W.Zhou等人在ScienceScience ，， 1106(2002)中描述的那些)。也可以使用諸如聯(lián)苯?？s酮之類(lèi)的其它常規(guī)紫外線(UV)光 引發(fā)劑，盡管它們的多光子光引發(fā)敏感性將通常相對(duì)較低。 可用于二組分或三組分多光子光引發(fā)劑體系中的多光子光敏劑、電子供體和光引 發(fā)劑(或電子受體)在下面進(jìn)行描述。
(1)多光子光敏劑 適用于光反應(yīng)性組合物的多光子光引發(fā)劑體系中的多光子光敏劑是在曝露至足 夠的光時(shí)能夠同時(shí)吸收至少兩個(gè)光子的那些。優(yōu)選地，光敏劑的雙光子吸收截面大于熒 光素的雙光子吸收截面(即，大于3' ，6' -二羥基螺[異苯并呋喃-l(3H)，9' -[9H]咕 噸]3-酮的雙光子吸收截面)。 一般來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的截面可大于約50X 10—5°cm4秒/光子，如 C. Xu和W. W. Webb在J. Opt. Soc. Am. B，i^，481 (1996)中描述的方法測(cè)量(參考Marder和 Perry等人，國(guó)際公開(kāi)No. W0 98/21521，第85頁(yè)，第18-22行)。 更優(yōu)選地，光敏劑的雙光子吸收截面大于熒光素雙光子吸收截面的約1. 5倍(或 者作為選擇，按上述方法測(cè)量，大于約75 X 10—5°cm4秒/光子)；甚至更優(yōu)選地，大于熒光素 雙光子吸收截面的約兩倍(或者，作為選擇，大于約100X10—5°(^4秒/光子)；最優(yōu)選地，大 于熒光素雙光子吸收截面的約三倍(或者作為選擇，大于約150X10—5°(^4秒/光子)；以及 最佳的是，大于熒光素雙光子吸收截面的約四倍(或者作為選擇，大于約200X 10—5°cm4秒/ 光子)。 優(yōu)選地，光敏劑可溶于反應(yīng)性物質(zhì)(如果反應(yīng)性物質(zhì)為液體的話)或者與反應(yīng)性 物質(zhì)以及與包含在組合物中的任何粘合劑(如下所述)相容。最優(yōu)選地，利用美國(guó)專(zhuān)利申 請(qǐng)No. 3， 729， 313中描述的測(cè)試工序，光敏劑還能夠在與光敏劑的單光子吸收光譜(單光子 吸收狀態(tài))重疊的波長(zhǎng)范圍內(nèi)連續(xù)照射下，使2-甲基-4，6-雙(三氯甲基)-均三嗪光敏 化。 優(yōu)選地，也可以部分基于對(duì)架藏穩(wěn)定性的考量來(lái)選擇光敏劑。因此，可以在某種程 度上根據(jù)所利用的具體反應(yīng)性物質(zhì)(以及根據(jù)電子供體化合物和/或光引發(fā)劑的選擇)選 擇具體的光敏劑。
具體地講，優(yōu)選的多光子光敏劑包括顯示出大的多光子吸收截面的那些多光子光 敏劑(例如若丹明B (Rhodamine B) ( S卩，N_ [9- (2-羧基苯基)_6_ (乙胺基)_3H_咕噸-3-亞 基]_N_乙基乙銨(N_[9_(2_carboxyphenyl)_6_(diethylamino)_3H_xanthen_3_ylidene ]-N-ethylethanamini咖)氯化物或六氟銻酸鹽))和(例如)Marder和Perry等人在國(guó)際 專(zhuān)利公開(kāi)No.WO 98/21521和No. WO 99/53242中描述的四類(lèi)光敏劑。所述四類(lèi)可描述如 下(a)其中兩個(gè)供體連接到共軛(派)電子橋的分子；(b)其中兩個(gè)供體連接到被一 個(gè)或多個(gè)電子接受基團(tuán)取代的共軛n (派)電子橋的分子；(c)其中兩個(gè)受體連接到共軛 n (派)電子橋的分子；以及(d)其中兩個(gè)受體連接到被一個(gè)或多個(gè)電子貢獻(xiàn)基團(tuán)取代的 共軛n (派)電子橋的分子(其中，"橋"表示連接兩個(gè)或更多個(gè)化學(xué)基團(tuán)的分子片段，"供 體"表示電離電位低并且可鍵合到共軛(派)電子橋的原子或原子組，"受體"表示電子 親合性高并且可鍵合到共軛n (派)電子橋的原子或原子組)。 上述四類(lèi)光敏劑可通過(guò)將醛與葉立德在標(biāo)準(zhǔn)維蒂希條件下反應(yīng)或通過(guò)利用麥克 莫里反應(yīng)(McMurray reaction)制備，如在國(guó)際專(zhuān)利公布No. WO 98/21521中所詳細(xì)描述 的。Reinhardt等人(例如，在U. S.專(zhuān)利No. 6， 100， 405， 5， 859， 251，和No. 5， 770， 737
中)描述了其它化合物具有大的多光子吸收截面，盡管這些截面是通過(guò)不同于上述方法的 方法確定的。 優(yōu)選的光敏劑包括如下化合物(以及它們的混合物)
(2)申適靴， 可用于光反應(yīng)性組合物的多光子光引發(fā)劑體系中的電子供體化合物是能夠給光 敏劑的電子激發(fā)態(tài)貢獻(xiàn)電子的化合物(除光敏劑本身之外)。這種化合物可以(任選地) 用于增加光引發(fā)劑體系的多光子光敏性，由此減少實(shí)現(xiàn)光反應(yīng)性組合物的光化學(xué)反應(yīng)所需 要的曝光。電子供體化合物優(yōu)選具有大于零且小于或等于對(duì)苯二酚二甲醚氧化電位的氧化 電位。優(yōu)選地，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)飽和甘滎電極("S. C. E.")，氧化電位在約0. 3至1伏之間。
電子供體化合物還優(yōu)選可溶于反應(yīng)性物質(zhì)，且在某種程度上根據(jù)對(duì)架藏穩(wěn)定性的 考量來(lái)選擇(如上所述)。適用的供體通常能在曝露于所需波長(zhǎng)的光時(shí)增加光反應(yīng)性組合 物的固化速度或圖象密度。 當(dāng)用陽(yáng)離子反應(yīng)性物質(zhì)進(jìn)行操作時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到電子供體 化合物如果具有明顯的堿性，則會(huì)不利地影響陽(yáng)離子反應(yīng)(例如，參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利 No. 6， 025， 406 (0xman等人)第7列第62行至第8列第49行中的論述)。
—般來(lái)講，可通過(guò)比較三種組分的氧化電勢(shì)和還原電勢(shì)(如美國(guó)專(zhuān)利 No. 4， 859， 572(Farid等人)中所述)來(lái)選擇適用于具體光敏劑和光引發(fā)劑的電子供體化合 物?？梢杂脤?shí)驗(yàn)方法(例如，通過(guò)R. J. Cox，在"照相敏感性"(Photographic Sensitivity), 第15章，學(xué)術(shù)出版社(Academic Press) 1973年版中描述的方法)測(cè)量這樣的電勢(shì)，或者可 從諸如1975年版、N. L. Weinburg編輯的"電有機(jī)合成技術(shù)"(Technique ofElectroorg肌ic Synthesis)第二部分"化學(xué)技術(shù)"(Techniques ofChemistry)第5巻，以及1970年版的 C. K. Mann禾口 K. K. Barnes的"非7j^本系中的電4七學(xué)反應(yīng)"Elect:rochemical Reactions in NonaqueousSystems等參考文獻(xiàn)中獲得這些電勢(shì)。電勢(shì)反映了相對(duì)的能量關(guān)系且可用于指 導(dǎo)電子供體化合物的選擇。 合適的電子供體化合物包括(例如)在紐約的約翰威立出版公司(John Wiley and Sons)于1986年出版、B. Voman等人編輯的《光化學(xué)進(jìn)展》(Advances in Photochemistry)第13巻第427-488頁(yè)中由D. F. Eaton描述的那些；0xman等人在美國(guó) 專(zhuān)利No. 6， 025， 406第7列第42-61行中描述的那些；以及Palazzotto等人在美國(guó)專(zhuān)利 No. 5， 545， 676第4列第14行至第5列第18行中描述的那些。這樣的電子供體化合物包括胺(包括三乙醇胺、肼、l，4-二氮雜二環(huán)[2. 2. 2]辛烷、三苯胺(及其三苯膦和三苯胂類(lèi)似 物)、氨基醛和氨基硅烷)、酰胺(包括磷酰胺)、醚(包括硫醚)、脲(包括硫脲)、亞磺酸及 其鹽、亞鐵氰化物的鹽、抗壞血酸及其鹽、二硫代氨基甲酸及其鹽、黃原酸鹽的鹽、乙二胺四 乙酸的鹽、(烷基)n(芳基)m硼酸鹽的鹽(n+m = 4)(優(yōu)選四烷基銨鹽)，各種有機(jī)金屬化合 物(例如Snl^化合物(其中每個(gè)R獨(dú)立地選自烷基、芳烷基(具體地講，節(jié)基)、芳基和烷 芳基)(例如，如n-C3H7Sn (CH3) 3，(烯丙基)Sn (CH3) 3，和(芐基)Sn (n_C3H7) 3)的化合物)、二 茂鐵等等及它們的混合物。電子供體化合物可以是未取代的或可以用一種或多種非干擾取 代基取代。尤其優(yōu)選的電子供體化合物含有電子供體原子(例如氮、氧、磷或硫原子)和鍵 合到該電子供體原子a位上的碳原子或硅原子上的可奪取的氫原子。
優(yōu)選的胺電子供體化合物包括烷基-、芳基-、烷芳基-和芳烷基胺(例如甲胺、 乙胺、丙胺、丁胺、三乙醇胺、戊胺、己胺、2，4-二甲基苯胺、2，3-二甲基苯胺、鄰間和對(duì)甲苯 胺、芐胺、氨基吡啶、N，N' -二甲基乙二胺J，N' -二乙基乙二胺J，N' -二芐基乙二胺、 N，N' -二乙基-l，3-丙二胺、N，N' -二乙基-2-丁烯-l，4-二胺、N，N' -二甲基_1，6-己 二胺、哌嗪、4，4'-三亞甲基二哌啶、4，4'-亞乙基二哌啶J寸-N，N-二甲基-氨基苯乙醇 和對(duì)-N-二甲氨基節(jié)腈)；氨基醛(例如，對(duì)-N， N-二甲氨基苯甲醛、對(duì)-N， N-二乙氨基苯 甲醛、9-久洛尼定甲醛和4-嗎啉苯甲醛)；以及氨基硅烷(例如，三甲基甲硅烷基嗎啉、三 甲基甲硅烷基哌啶、雙(二甲氨基)二苯基硅烷、三(二甲氨基)甲基硅烷、N，N-二乙氨基 三甲基硅烷、三(二甲氨基)苯基硅烷、三(甲基甲硅烷基)胺、三(二甲基甲硅烷基)胺、 雙(二甲基甲硅烷基)胺、N，N-雙(二甲基甲硅烷基)苯胺、N-苯基-N-二甲基甲硅烷基 苯胺和N， N-二甲基-N-二甲基甲硅烷胺)；以及它們的混合物。叔芳族烷基胺，尤其是那 些在芳環(huán)上具有至少一個(gè)吸電子的基團(tuán)的烷基胺已發(fā)現(xiàn)可提供特別良好的架藏穩(wěn)定性。利 用室溫時(shí)為固體的胺也已獲得了良好的架藏穩(wěn)定性。利用含有一個(gè)或多個(gè)久洛尼定部分的 胺已獲得了良好的光敏性。 優(yōu)選的酰胺電子供體化合物包括N， N- 二甲基乙酰胺、N， N- 二乙基乙酰胺、N-甲 基-N-苯基乙酰胺、六甲基磷酰胺、六乙基磷酰胺、六丙基磷酰胺、三嗎啉氧化膦、三哌啶氧 化膦以及它們的混合物。優(yōu)選的烷基芳基硼酸鹽包括
0101]Ar3B—(n-C4H9)N+(C2H5)4
0102]Ar3B—(n-C4H9)N+(CH3)4
0103]Ar3B—(n-C4H9)N+(n-C4H9)4
0104]Ar3B—(n-C4H9) Li+
0105]Ar3B—(n-C4H9)N+(C6H13)4
0106]Ar3B—-(C4H9) N+ (CH3) 3 (CH2) 2C02 (CH2) 2CH3
0107]Ar3B—-(C4H9) N+ (CH3) 3 (CH2) 20C0 (CH2) 2CH3
0108]Ar3B—-(sec-C4H9) N+ (CH3) 3 (CH2) 2C02 (CH2) 2CH
0109]Ar3B—-(sec-C4H9)N+(C6H13)4
0110]Ar3B—-(C4H9)N+(C8H17)4
0111 ]Ar3B—-(C4H9)N+(CH3)4
0112](p-CH30-C6H4) 3B— (n-C4H9) N+ (n_C4H9) 40113]Ar3B—-(C4H9)N+(CH3)3(CH2)20H
ArB—(n-C4H9)3N+(CH3)4
ArB—(C2H5)3N+(CH3)4
Ar2B—(n-C4H9)2N+(CH3)4
Ar3B—(C4H9)N+(C4H9)4
Ar4B—N+(C4H9)4
ArB—(CH3)3N+(CH3)4
(n-C4H9)4B—N+(CH3)4
Ar3B—(C4H9)P+(C4H9)4(其中Ar為苯基、萘基、經(jīng)取代的(優(yōu)選氟取代的)苯基、經(jīng)取代的萘基，以及具有 較大數(shù)目的稠合芳環(huán)的類(lèi)似基團(tuán))，以及四甲銨正_ 丁基三苯基硼酸鹽和四丁基銨正_己 基-三(3-氟代苯基)硼酸鹽以及它們的混合物。 適用的醚電子供體化合物包括4，4' _二甲氧基聯(lián)苯、1，2，4-三甲氧基苯、1，2， 4，5-四甲氧基苯等等，以及它們的混合物。適用的脲電子供體化合物包括N，N' -二甲基 脲、N， N- 二甲基脲、N， N' - 二苯脲、四甲基硫脲、四乙基硫脲、四_正丁基硫脲、N， N- 二正 丁基硫脲、N，N' -二正丁基硫脲J，N-二苯基硫脲J，N' -二苯基-N，N' -二乙基硫脲 等等以及它們的混合物。 用于自由基誘導(dǎo)的反應(yīng)的優(yōu)選電子供體化合物包括含有一個(gè)或多個(gè)久洛尼定部 分的胺、烷基芳基硼酸鹽和芳族亞磺酸的鹽。然而，如果需要，對(duì)于這樣的反應(yīng)，也可以省略 電子供體化合物(例如，用以改善光反應(yīng)性組合物的架藏穩(wěn)定性或調(diào)節(jié)分辨率、對(duì)比度和 互易性)。用于酸誘導(dǎo)的反應(yīng)的優(yōu)選電子供體化合物包括4-二甲氨基苯甲酸、4-二甲氨 基苯甲酸乙酯、3-二甲氨基苯甲酸、4-二甲氨基安息香、4-二甲氨基苯甲醛、4-二甲氨基苯 甲腈、4-二甲氨基苯乙醇和1，2，4-三甲氧基苯。
(3)光引發(fā)劑 適用于光反應(yīng)性組合物的反應(yīng)性物質(zhì)的光引發(fā)劑(即電子受體化合物)是能夠通 過(guò)從多光子光敏劑的電子激發(fā)態(tài)接收一個(gè)電子而被光敏化，導(dǎo)致形成至少一個(gè)自由基和/ 或酸的那些。這種光引發(fā)劑包括碘鎗鹽(例如，二芳基碘鎗鹽)、锍鹽(例如，任選由烷基或 烷氧基取代，且任選具有2，2'氧基團(tuán)橋接相鄰芳基部分的三芳基锍鹽)等等，以及它們的 混合物。 光引發(fā)劑優(yōu)選的是可溶于反應(yīng)性物質(zhì)且優(yōu)選是架藏穩(wěn)定的(即在存在光敏劑和 電子供體化合物的情況下，溶解于其中時(shí)，不自發(fā)促進(jìn)反應(yīng)性物質(zhì)的反應(yīng))。因此，可在某 種程度上根據(jù)選擇的具體反應(yīng)性物質(zhì)、光敏劑和電子供體化合物來(lái)選擇具體光引發(fā)劑，如 上所述。如果反應(yīng)性物質(zhì)能夠歷酸引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，則光引發(fā)劑為鎗鹽(例如，碘鎗鹽或锍 鹽)。 合適的碘鎗鹽包括Palazzotto等人在美國(guó)專(zhuān)利No. 5， 545， 676第2列第28_46行 中描述的那些。美國(guó)專(zhuān)利No. 3， 729， 313、 No. 3， 741， 769、 No. 3， 808， 006、 No. 4， 250， 053和 No.4，394，403中也描述了合適的碘鎗鹽。碘鎗鹽可以是單鹽(例如，包含諸如Cl—、 Br—、 I或C4H5S03—的陰離子)或金屬絡(luò)合鹽(例如，包含SbF6—、 PF6—、 BF4—、四(全氟苯基)硼酸 鹽、SbF50H—或AsF6—)。如果需要，可使用碘鎗鹽的混合物。
可用的芳族碘鎗絡(luò)合物鹽光引發(fā)劑的實(shí)例包括二苯碘鎗四氟硼酸鹽；二 (4_甲基苯基)碘鎗四氟硼酸鹽；苯基_4-甲基苯基碘鎗四氟硼酸鹽；二 (4-庚基苯基)碘鎗四氟 硼酸鹽；二 (3-硝基苯基)碘鎗六氟磷酸鹽；二 (4-氯苯基)碘鎗六氟磷酸鹽；二 (萘基)碘 鎗四氟硼酸鹽；二 (4-三氟甲基苯基)碘鎗四氟硼酸鹽；聯(lián)苯碘鎗六氟磷酸鹽；二 (4_甲基 苯基)碘鎗六氟磷酸鹽；二苯基六氟砷酸碘鎗鹽；二 (4-苯氧基苯基)碘鎗四氟硼酸鹽；苯 基-2-噻吩基碘鎗六氟磷酸鹽；3， 5_ 二甲基妣唑-4-苯基碘鎗六氟磷酸鹽；二苯基碘鎗六 氟銻酸鹽；2， 2' -二苯基碘鎗四氟硼酸鹽；二 (2，4-二氯苯基)碘鎗六氟磷酸鹽；二 (4_溴 苯基)碘鎗六氟磷酸鹽；二 (4-甲氧基苯基)碘鎗六氟磷酸鹽；二 (3-羧基苯基)碘鎗六氟 磷酸鹽；二 (3-甲氧羰基苯基)碘鎗六氟磷酸鹽；二 (3-甲氧磺酰基苯基)碘鎗六氟磷酸 鹽；二 (4_乙酰氨基苯基)碘鎗六氟磷酸鹽；二 (2-苯并噻吩基)碘鎗六氟磷酸鹽；以及二 苯基碘鎗六氟銻酸鹽等；以及它們的混合物?？梢愿鶕?jù)Beringer等人在.T. Am. Chem. Soc. §1， 342 (1959)中的教導(dǎo)通過(guò)對(duì)應(yīng)的芳族碘鎗單鹽(例如二苯基碘鎗硫酸氫鹽)的復(fù)分解來(lái) 制備芳族碘鎗絡(luò)合鹽。 優(yōu)選的碘鎗鹽包括聯(lián)苯碘鎗鹽(例如二苯基氯化碘、聯(lián)苯碘鎗六氟磷酸鹽以及 聯(lián)苯碘鎗四氟硼酸鹽)、二芳基碘鎗六氟銻酸鹽(例如，可得自沙多瑪公司的SarCatTM SR 1012)以及它們的混合物。可用的锍鹽包括美國(guó)專(zhuān)利No. 4， 250， 053 (Smith)的第1列第66行至第4列第2
行中所描述的那些，其可用以下化學(xué)式表示
其中Rl、 R2和R3各自獨(dú)立地選自含有約4個(gè)至約20個(gè)碳原子的芳族基團(tuán)(例 如，取代或未取代的苯基、萘基、噻吩基和呋喃，其中可用烷氧基、烷硫基、芳硫基、鹵素等這 類(lèi)基團(tuán)取代)和含有1個(gè)至約20個(gè)碳原子的烷基。如此處所用的，術(shù)語(yǔ)"烷基"包括經(jīng)取代 的烷基(例如，用諸如鹵素、羥基、烷氧基或芳基之類(lèi)的基團(tuán)取代)。Rl、 R2和R3中的至少 一個(gè)為芳族，并且優(yōu)選地，每一個(gè)都是獨(dú)立的芳族。Z選自共價(jià)鍵、氧、硫、-S( = 0)-、-C(= 0) -、- (0 = ) S ( = 0)-和-N(R)-，其中R是芳基(約6至約20個(gè)碳原子，例如苯基)、酰基 (約2至約20個(gè)碳原子，例如乙?；?、苯甲酰基等)、碳_碳鍵或_0 4-)(:(-1 5)-，其中R4 和R5獨(dú)立地選自氫、具有1至約4個(gè)碳原子的烷基以及具有約2至約4個(gè)碳原子的烯基。
x-是陰離子，如下所述。 對(duì)于锍鹽(以及對(duì)于任何其它類(lèi)型的光引發(fā)劑)，適用的陰離子X(jué)—包括多種陰離 子類(lèi)型，例如酰亞胺、甲基化物、硼為中心、磷為中心、銻為中心、砷為中心以及鋁為中心的 陰離子。 適用的酰亞胺和甲基化陰離子的示例性的、但并非限制性的實(shí)例包 括(C2F5S02)2N_、 (C4F9S02)2N_、 (C8F17S02)3C_、 (CF3S02)3C-、 (CF3S02)2N-、 (C4F9S02)3C-、 (CF3S02)2(C4F9S02)C_、 (CF3S02)(C4F9S02)N-、 ( (CF3)2NC2F4S02) 2N_、 (CF3)2NC2F4S02C-(S02CF3)2、 (3，5_雙(CF3) C6H3) S02N-S02CF3、 C6H5S02C-(S02CF3) 2、 C6H5S02N-S02CF3等等。該類(lèi)型的優(yōu)選陰離子包括由化學(xué)式(RfS02)3C—表示的陰離子，其中 Rf為具有1至約4個(gè)碳原子的全氟烷基。
適用的以硼為中心的陰離子的示例性的、但并非限制性的實(shí)例包括F4B—、 (3， 5-雙(CF3)C6H3)4B-、 (C6F5)4B-、 (p-CF3C6H4)4B-、 (m-CF3C6H4)4B-、 (p-FC6H4)4B-、 (C6F5)3(CH3)B-、 (C6F5)3(n-C4H9) B-、 (p-CH3C6H4)3(C6F5) B-、 (C6F5)3FB-、 (C6H5)3(C6F5)B-、 (CH3)2(p-CF3C6H4)2B-、 (C6F5)3(n-C18H370)B-等等。優(yōu)選的以硼 為中心的陰離子一般含有3個(gè)或更多個(gè)連接到硼的鹵素取代的芳烴基，其中氟為最優(yōu)選 的鹵素。優(yōu)選地陰離子的示例性的、但并非限制性的實(shí)例包括(3，5-bis(CF3)C6H3)4B-、 (C6F5)4B-、 (C6F5)3(n-C4H9)B-、 (C6F5) 3FB-和(C6F5) 3 (CH3) B-。 含有其它金屬或準(zhǔn)金屬中心的適用陰離子包括(例如)(3，5-雙(CF3) C6H3)4Al-、 (C6F5)4Al-、 (C6F5)2F4P-、 (C6F5) F5P-、F6P—、 (C6F5) F5Sb—、F6Sb—、 (H0)F5Sb—和 F6As—。上述列表并非意圖進(jìn)行窮舉，因?yàn)槠渌捎玫囊耘馂橹行牡姆怯H核鹽，以及含有其 它金屬或準(zhǔn)金屬的其它可用的陰離子(根據(jù)上述通式)對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯 而易見(jiàn)的。 優(yōu)選的是，陰離子X(jué)—選自四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、六氟砷酸鹽、六氟銻酸鹽和羥
基五氟銻酸鹽(例如，與陽(yáng)離子_反應(yīng)性物質(zhì)例如環(huán)氧樹(shù)脂一起使用)。 適用的锍鹽光引發(fā)劑實(shí)例包括 三苯基锍四氟硼酸鹽 甲基二苯基锍四氟硼酸鹽 二苯基锍六氟磷酸鹽 三苯基锍六氟磷酸鹽 三苯基锍六氟銻酸鹽 二苯基萘基锍六氟砷酸鹽 三甲苯基锍六氟磷酸鹽 茴香二苯基锍六氟銻酸鹽 4_ 丁氧基苯基二苯基锍四氟硼酸鹽 4-氯代苯基二苯基锍六氟磷酸鹽 三(4-苯氧苯基)锍六氟磷酸鹽 二 (4-乙氧苯基)甲基锍六氟砷酸鹽 4-丙酮基苯基二苯基锍四氟硼酸鹽 4-硫代甲氧基苯基二苯基锍六氟磷酸鹽 二 (甲氧苯磺酰苯基)甲基锍六氟銻酸鹽 二 (硝基苯基)苯基锍六氟銻酸鹽 二 (碳甲氧基苯基)甲基锍六氟磷酸鹽 4-乙酰氨基苯基二苯基锍四氟硼酸鹽 二甲基萘基锍六氟磷酸鹽 三氟甲基二苯基锍四氟硼酸鹽 對(duì)-(苯硫基苯基)二苯基锍六氟銻酸鹽 10-甲基苯氧雜锍六氟磷酸鹽 5-甲基噻蒽六氟磷酸鹽 10-苯基-9，9-二硫代贊茜六氟磷酸鹽
22
10-苯基-9-羰基硫贊茜四氟硼酸鹽
5-甲基-10-羰基噻蒽四氟硼酸鹽
5-甲基-10， 10- 二氧噻蒽六氟磷酸鹽 優(yōu)選的锍鹽包括三芳基取代的鹽，例如三芳基锍六氟銻酸鹽(例如，可得自沙多
瑪公司的Sarcat"1 SR1010)、三芳基锍六氟磷酸鹽(例如，可得自沙多瑪公司的Sarcat SR
1011)以及三芳基锍六氟磷酸鹽(例如，可得自沙多瑪公司的SarcatTM KI85)。 優(yōu)選的光引發(fā)劑包括碘鎗鹽(更優(yōu)選為芳基碘鎗鹽)、锍鹽以及它們的混合物。
更優(yōu)選的是芳基碘鎗鹽以及它們的混合物。 Ui,船麵燃 可通過(guò)上述方法或通過(guò)在本領(lǐng)域中已知的其它方法制備反應(yīng)性物質(zhì)、多光子光敏 劑、電子供體化合物和光引發(fā)劑，且許多是可商業(yè)獲得的?？衫萌魏谓M合順序和方式的合 并(任選地，伴隨攪拌或攪動(dòng))在"安全光"條件下將這這四種組分合并，雖然(從儲(chǔ)存壽 命和熱穩(wěn)定性觀點(diǎn)來(lái)看)有時(shí)優(yōu)選在最后添加光引發(fā)劑(且在任選用以促進(jìn)其它組分的溶 解的任何加熱步驟后)。如果需要，可以使用溶劑，只要所選擇的溶劑不與組合物的組分發(fā) 生明顯反應(yīng)即可。合適的溶劑包括(例如)丙酮、二氯甲烷和乙腈。反應(yīng)性物質(zhì)本身有時(shí) 也可用作其它組分的溶劑。 光引發(fā)劑體系的三種組分以光化學(xué)有效量來(lái)表示(如上述的定義)。 一般來(lái)講，基 于固體總重量(即非溶劑組分的總重量)而言，組合物可至少含有約5重量％ (優(yōu)選至少 約10重量％ ;更優(yōu)選至少約20重量％ )至最多約99. 79重量％ (優(yōu)選最多約95重量％ ; 更優(yōu)選最多約80重量％ )的一種或多種反應(yīng)性物質(zhì)；至少約0. 01重量％ (優(yōu)選至少約0. 1 重量％ ;更優(yōu)選至少約0. 2重量％ )至最多約10重量％ (優(yōu)選最多約5重量％ ;更優(yōu)選最 多約2重量％ )的一種或多種光敏劑；任選地，最多約10重量％ (優(yōu)選最多約5重量％ ) 的一種或多種電子供體化合物(優(yōu)選至少約0. 1重量％ ;更優(yōu)選從約0. 1重量％至約5重 量％ );以及約O. 1重量％至約10重量％的一種或多種電子受體化合物(優(yōu)選約O. 1重 量％至約重量5% )。 根據(jù)所需的最終用途，可以在光反應(yīng)性組合物中包含多種輔助劑。適用的輔助 劑包括溶劑、稀釋劑、樹(shù)脂、粘合劑、增塑劑、顏料、染料、無(wú)機(jī)或有機(jī)增強(qiáng)劑或延伸填充劑 (基于組合物總重量而言，優(yōu)選以約10重量％至90重量％ )、觸變劑、指示劑、抑制劑、穩(wěn)定 劑、紫外線吸收劑等。這類(lèi)輔助劑的量和類(lèi)型及其加入到組合物的方式將是本領(lǐng)域技術(shù)人 員所熟悉的。 將非反應(yīng)性聚合物粘合劑包括在組合物內(nèi)以便(例如)控制粘度以及提供成膜特 性是在本發(fā)明的范疇內(nèi)的。通?？梢詫?duì)聚合物粘合劑進(jìn)行選擇以與反應(yīng)性物質(zhì)相容。例 如，可利用這樣的聚合物粘合劑溶于用于反應(yīng)性物質(zhì)的相同溶劑，以及無(wú)可不利地影響反 應(yīng)性物質(zhì)反應(yīng)過(guò)程的官能團(tuán)。粘合劑的分子量可以為適于獲得所需的成膜特性和溶液流 變特性的分子量(例如，約5， 000至1， 000， 000道爾頓之間的分子量；優(yōu)選在約10， 000至 500， 000道爾頓之間；更優(yōu)選在約15， 000和250， 000道爾頓之間)。適合的聚合物粘合劑 包括(例如)聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯乙烯)-共-(丙烯腈)、乙酸纖維素 丁酸酯等。 如果需要，在曝光之前，可利用本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所孰知的多種涂覆方法中的任何一種(包括(例如)刮涂和旋涂)，將所得的光反應(yīng)性組合物涂覆到基底上。根據(jù)具體 應(yīng)用和所采用的曝光方法，可從各種薄膜、薄片和其它表面(包括硅晶片和玻璃板)選擇基 底。優(yōu)選的基底一般足夠平坦以使得能制備具有均勻厚度的光反應(yīng)性組合物層。對(duì)于涂層 不夠理想的應(yīng)用，作為另外一種選擇，可將光反應(yīng)性組合物以整體的形式曝光。
HiA碰"雄ffl 在執(zhí)行本發(fā)明的方法時(shí)，可將光反應(yīng)性組合物在這樣的條件下曝光，該條件使得 能發(fā)生多光子吸收，由此引起與曝光前的光反應(yīng)性組合物相比，具有不同的溶解度特性范 圍(例如，在具體溶劑中的溶解度較低或較高)?？赏ㄟ^(guò)能夠獲得足夠光強(qiáng)度的任何已知方 式完成這樣的曝光。 圖6中示出了可以使用的一種示例性類(lèi)型的系統(tǒng)。參照?qǐng)D6，制造系統(tǒng)10包括光 源12、包括最終的光學(xué)元件15(可任選地包括電流計(jì)鏡和望遠(yuǎn)鏡，以控制束發(fā)散)的光學(xué) 系統(tǒng)14和可移動(dòng)的平臺(tái)16。平臺(tái)16是在一個(gè)維度，兩個(gè)維度，或者更典型的是三個(gè)維度 上可移動(dòng)的。裝配在平臺(tái)16上的基底18具有在其上的光反應(yīng)性組合物24的層20。來(lái)自 光源12的光束26通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)14并通過(guò)最終的光學(xué)元件15離開(kāi)，該光學(xué)元件15將光束 26聚焦在層20內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)P上，由此控制組合物內(nèi)光強(qiáng)度的三維空間分布并引起臨近點(diǎn)P 的光反應(yīng)性組合物24的至少一部分比剛曝光于光束26前更可溶解于至少一種溶劑或可溶 性減少。 通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)16，或通過(guò)結(jié)合移動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)14的一個(gè)或多個(gè)元件來(lái)導(dǎo)向光束 26(例如，利用電流計(jì)鏡和望遠(yuǎn)鏡移動(dòng)激光束)，可以以對(duì)應(yīng)所需形狀的三維圖案掃描或翻 譯焦點(diǎn)P。所得的光反應(yīng)性組合物24的反應(yīng)或部分反應(yīng)部分然后產(chǎn)生所需形狀的三維結(jié) 構(gòu)。例如，在一個(gè)單程中，可對(duì)一個(gè)或多個(gè)光提取結(jié)構(gòu)的表面輪廓(對(duì)應(yīng)于約一個(gè)體積像素 或體素的厚度)進(jìn)行曝光或成像，從而在顯影時(shí)能形成這些結(jié)構(gòu)的表面。
可通過(guò)至少掃描所需三維結(jié)構(gòu)平面薄片周邊并然后掃描多個(gè)優(yōu)選平行的、平面薄 片來(lái)完成結(jié)構(gòu)，以進(jìn)行表面輪廓的成像曝光?？梢钥刂票∑穸纫垣@得足夠低水平的表面 粗糙度，來(lái)提供光學(xué)質(zhì)量的光提取結(jié)構(gòu)。例如，較小的薄片厚度可在較大的結(jié)構(gòu)錐形區(qū)是有 利的，以幫助實(shí)現(xiàn)高結(jié)構(gòu)保真性；但可在較小的結(jié)構(gòu)錐形區(qū)利用較大的薄片厚度，以幫助保 持可用的制造時(shí)間。以該方式，在不犧牲制造速度(生產(chǎn)量或每單位時(shí)間制造的結(jié)構(gòu)數(shù)量) 的情況下，可獲得小于薄片厚度(優(yōu)選地，小于約薄片厚度的二分之一 ；更優(yōu)選地，小于約 薄片厚度的四分之一)的表面粗糙度。 當(dāng)光反應(yīng)性組合物被涂覆在表現(xiàn)出與體素高度相同或較大尺寸大小的非平面性 程度的基底上時(shí)，補(bǔ)償該非平面性以避免光學(xué)或物理上的缺陷結(jié)構(gòu)可以是有利的。這可 通過(guò)這樣的步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如，使用共焦界面定位器系統(tǒng)、干涉測(cè)量法或熒光界面定位 器系統(tǒng))對(duì)基底與光反應(yīng)性組合物的將被曝光的部分之間的界面的位置進(jìn)行定位，然后 適當(dāng)調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)14的位置以使光束26聚焦在該界面處。(該工序在代理人案巻號(hào)為 61438US002、共同待審且共同提交的專(zhuān)利申請(qǐng)中有詳細(xì)的描述，該專(zhuān)利申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)以引 用方式并入本文中。)優(yōu)選的是，在一個(gè)陣列中每二十個(gè)結(jié)構(gòu)有至少一個(gè)結(jié)構(gòu)(更優(yōu)選地， 每十個(gè)中至少一個(gè)；最優(yōu)選地，對(duì)于陣列中的每個(gè)結(jié)構(gòu))進(jìn)行該工序。 光源12可以是產(chǎn)生足夠光強(qiáng)度以實(shí)現(xiàn)多光子吸收的任何光源。適用的光源包括 (例如)由氬離子激光器(例如，可以商品名"INNOVA"得自Coherent公司的那些)泵浦的近紅外鈦寶石振蕩器(例如，可以商品名"MIRA OPTIMA 900-F"得自加利福尼亞州圣克拉 拉市的Coherent公司的那些)的飛秒激光器。該激光器在76MHz時(shí)工作，具有一個(gè)小于200 飛秒的脈沖寬度，在700和980nm之間可調(diào)，且平均功率最多為1. 4瓦特。另一種可用的激 光器可以商品名"MAI TAI"得自加州山景城的光譜物理公司(Spectra-Physics, Mountain View, California)，波長(zhǎng)在750至850納米范圍內(nèi)可調(diào)，且具有80MHz的重復(fù)頻率，約100 飛秒(1X10—13秒)的脈沖寬度，平均功率電平最多為1瓦特。 然而，可以利用任何這樣的光源；在適于光反應(yīng)性組合物中所使用的多光子吸收 劑的波長(zhǎng)下會(huì)提供足夠強(qiáng)度以實(shí)現(xiàn)多光子吸收(例如，激光)。這樣的波長(zhǎng)一般來(lái)說(shuō)可以在 如下范圍約300nm至約1500nm ;優(yōu)選地，從約400nm至約llOOnm ;更加優(yōu)選地，從約600nm 至約900nm;更加優(yōu)選地，從約750nm至約850nm，包括上述范圍的端值。通常，光通量(例 如，脈沖激光的峰強(qiáng)度)為大于約106W/cm2。光通量的上限一般通過(guò)光反應(yīng)性組合物的燒 蝕閾值來(lái)表示。例如，也可以使用Q開(kāi)關(guān)Nd:YAG激光器(例如，可以商品名"QUANTA-RAY PRO"得自光譜物理公司的那些)、可見(jiàn)波長(zhǎng)染料激光器(例如，可以商品名"SIRAH"得自光 譜物理公司的那些，該激光器由光譜物理公司的商品名"Quanta-Ray PRO"的Q開(kāi)關(guān)Nd: YAG 激光器泵浦)以及Q開(kāi)關(guān)二極管泵浦激光器(例如，可以商品名"FCBAR"得自光譜物理公 司的那些)。 優(yōu)選的光源為脈沖長(zhǎng)度小于約10—8秒(更優(yōu)選小于約lO—9秒；最優(yōu)選小于約10—11 秒)的近紅外脈沖激光。只要滿足上述峰強(qiáng)度和燒蝕閾值標(biāo)準(zhǔn)，也可以使用其它脈沖長(zhǎng)度。 脈沖輻射可以(例如)具有從約1千赫上至約50兆赫的脈沖頻率，或甚至更大。也可以使 用連續(xù)連續(xù)波激光器。 光學(xué)系統(tǒng)14可以包括(例如)折射光學(xué)元件(例如，透鏡或微透鏡陣列)、反射光 學(xué)元件(例如，反光鏡或聚焦反射鏡)、衍射光學(xué)元件(例如，光柵、相位掩模和全息圖)、偏 振光學(xué)元件(例如，線性偏振片和波片)、色散光學(xué)元件(例如，棱鏡和光柵)、漫射、普克爾 斯盒、波導(dǎo)等。這類(lèi)光學(xué)元件可用于聚焦、光束遞送、光束/模式成形、脈沖成形以及脈沖定 時(shí)等。一般來(lái)講，可以利用光學(xué)元件的組合，而其它適當(dāng)?shù)慕M合也將是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員 所認(rèn)可的。最終的光學(xué)元件15可以包括(例如) 一個(gè)或多個(gè)折射、反射和/或衍射光學(xué)元 件。在一個(gè)實(shí)施例中，物鏡(例如)顯微鏡法中使用的那些，可從商業(yè)來(lái)源例如紐約索恩伍 德(Thornwood， New York)的Carl Zeiss, NorthAmerica方便地獲得，并且用為最終的光 學(xué)元件15。例如，制造系統(tǒng)10可包括一個(gè)掃描共聚焦顯微鏡(例如，可以商品名"MRC600" 得自加利福尼亞赫爾克里的Bio-Rad Laboratories公司)，該顯微鏡配備有O. 75數(shù)值孔徑 (NA)的物鏡(例如，可以商品名"20X FLUAR"得自CarlZeiss， North America的那些)。
利用具有相當(dāng)較大數(shù)值孔徑的光學(xué)元件以提供高度聚焦的光通常可以是有利的。 然而，可利用提供所需光強(qiáng)度分布(及其空間分布)的任何光學(xué)元件組合。
曝光時(shí)間通常取決于用于引起光反應(yīng)性組合物中反應(yīng)性物質(zhì)反應(yīng)的曝光系統(tǒng)類(lèi) 型(及其伴隨變量，例如數(shù)值孔徑、光強(qiáng)度空間分布幾何形狀、激光脈沖期間的峰值光強(qiáng)度 (較高的光強(qiáng)度和較短的脈沖持續(xù)時(shí)間大體上對(duì)應(yīng)于峰值光強(qiáng)度))，以及取決于光反應(yīng)性 組合物的性質(zhì)。 一般來(lái)講，焦點(diǎn)區(qū)內(nèi)較高的峰值光強(qiáng)度允許較短的曝光時(shí)間，其它一切則相 當(dāng)。利用約10—8至10—15秒(例如，約10—11至10—14秒)以及約每秒102至109個(gè)脈沖(例 如，約每秒103至108個(gè)脈沖)的激光脈沖持續(xù)時(shí)間，線性成像或"寫(xiě)入"速度通?？梢允羌s
255至100， 000微米/秒。 為了有利于已曝光的光反應(yīng)性組合物的溶劑顯影并獲得經(jīng)過(guò)加工的光提取結(jié)構(gòu)， 可利用閾值光劑量(即閾值劑量)。該閾劑量通常是方法特異性的，并可取決于諸如波長(zhǎng)、 脈沖頻率、光強(qiáng)度、具體的光反應(yīng)性組合物、所加工的具體結(jié)構(gòu)或溶劑顯影所采用的方法之 類(lèi)的變量。因此，每組方法參數(shù)通?？梢酝ㄟ^(guò)閾劑量表征?？梢允褂帽乳撝蹈叩墓鈩┝?，并 且可以是有利的，但較高的劑量(一旦高于閾劑量) 一般可用于較低的寫(xiě)入速度和/或較 高的光強(qiáng)度。 增加光劑量趨向于增加由該方法產(chǎn)生的體素的體積和縱橫比。因此，為了獲得低 縱橫比的體素， 一般優(yōu)先使用小于約10倍的閾劑量的光劑量，優(yōu)選小于約4倍的閾劑量，更 優(yōu)選小于約3倍的閾劑量。為了獲得低縱橫比的體素，光束26的徑向強(qiáng)度分布優(yōu)選是符合 高斯分布。 通過(guò)多光子吸收，光束26在光反應(yīng)性組合物中誘導(dǎo)反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)生材料的容量 區(qū)，該材料與未曝光的光反應(yīng)性組合物相比其溶解度特性不同。所得的不同溶解度的圖案 可通過(guò)傳統(tǒng)的顯影方法實(shí)現(xiàn)，例如，通過(guò)移除曝光或未曝光區(qū)域。 例如，通過(guò)將經(jīng)曝光的光反應(yīng)性組合物置于溶劑中以溶解較高溶劑溶解度的區(qū) 域、通過(guò)沖洗溶劑，通過(guò)蒸發(fā)、通過(guò)氧等離子體蝕刻、通過(guò)其它已知的方法以及通過(guò)它們的 組合等，可使經(jīng)曝光的光反應(yīng)性組合物顯影。可用于使經(jīng)曝光的光反應(yīng)性組合物顯影的溶 劑包括水性溶劑，例如水(例如，pH值在1至12范圍的水)和水與有機(jī)溶劑的可混溶共混 物(例如甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺^-甲基吡咯烷酮等，以及它們的混合 物)；以及有機(jī)溶劑。示例性的可用有機(jī)溶劑包括醇(例如甲醇、乙醇和丙醇)、酮(例如 丙酮、環(huán)戊酮和甲基乙基酮)、芳族化合物(例如甲苯)、鹵烴(例如二氯甲烷和氯仿)、腈 (例如乙腈)、酯(例如乙酸乙酯和丙二醇甲醚醋酸酯)、醚(例如乙醚和四氫呋喃)、酰胺 (例如，N-甲基吡咯烷酮)等，以及它們的混合物。 在多光子吸收條件下曝光后、但在溶劑顯影之前，可任選將烘烤用于某些光反應(yīng) 性組合物，例如環(huán)氧型反應(yīng)性物質(zhì)。典型的烘烤條件包括從約4(TC至約20(TC的溫度范圍、 從約0. 5分鐘至約20分鐘的時(shí)間范圍。 任選地，僅曝光光提取結(jié)構(gòu)陣列表面外形后，優(yōu)選地在溶劑顯影后，可利用光化學(xué) 輻射執(zhí)行非成像曝光，以影響剩余的未反應(yīng)光反應(yīng)性組合物的反應(yīng)?？衫脝喂庾臃椒▋?yōu) 選地執(zhí)行這樣的非成像曝光。 以這種方式，可制備復(fù)雜的三維光提取結(jié)構(gòu)和光提取結(jié)構(gòu)陣列。
可使用仿真確定光提取器的最佳值以實(shí)現(xiàn)光輸出的所需水平的均勻性，來(lái)實(shí)現(xiàn)用 于具體設(shè)備構(gòu)造(例如鍵盤(pán))的光導(dǎo)裝置的設(shè)計(jì)。圖7是示出了用于設(shè)計(jì)用于鍵盤(pán)的光提 取器圖案的工藝的流程圖。在步驟705中，確定光導(dǎo)裝置的外形和鍵的位置。確定是需要 鍵的點(diǎn)照明還是全區(qū)域背光。在步驟710中，如果需要點(diǎn)照明，則確定每一鍵區(qū)中的提取器 的最小尺寸。在步驟712中，在所有區(qū)域中使用相同的提取器(恒定的面密度和形狀因素) 來(lái)執(zhí)行初始仿真。為試運(yùn)行選擇提取器形狀和密度，該試運(yùn)行接近于前面類(lèi)似的模型的平 均。在步驟715中，根據(jù)設(shè)計(jì)需要來(lái)確定最好的燈位置和燈方位。 在步驟720中，執(zhí)行光線跟蹤，以辨識(shí)光輸出區(qū)和暗輸出區(qū)。在步驟725中，根據(jù) 光線跟蹤仿真重新設(shè)計(jì)提取器區(qū)域、提取器形狀和初始提取器密度。在步驟730中，從最靠近光源的部分開(kāi)始朝著最遠(yuǎn)離光源的部分，一個(gè)部分接一個(gè)部分地為光導(dǎo)裝置中的每個(gè)部 分優(yōu)化通量的均勻性。 上面的方法提供了初始優(yōu)化。如果在初始優(yōu)化中不佳地選擇了提取器形狀、尺寸 和/或密度，則可以做出新的初始選擇，并重新進(jìn)行優(yōu)化。如果初始優(yōu)化產(chǎn)生了接近于需要 的通量均勻性，則調(diào)整提取器組或各個(gè)提取器的參數(shù)，每次改變之后進(jìn)行仿真，直到所有的 鍵具有規(guī)格以?xún)?nèi)的輸出通量為止。 上述本發(fā)明各種實(shí)施例的描述是出于舉例說(shuō)明和描述的目的。沒(méi)有哪一部分意圖 是窮舉性的或?qū)⒈景l(fā)明局限于所公開(kāi)的確切形式。按照上述教導(dǎo)內(nèi)容，可以有許多修改形 式和變化形式。本發(fā)明的范圍不受所述具體實(shí)施方式
的限定，而僅受所附權(quán)利要求書(shū)的限定。
權(quán)利要求
一種光導(dǎo)裝置，所述光導(dǎo)裝置包括在所述光導(dǎo)裝置的表面上布置成圖案的光提取器，所述圖案被構(gòu)造用于提高所述光導(dǎo)裝置的整個(gè)表面上的光輸出的均勻性，和其中所述光提取器的面密度基本上恒定或者與所述光提取器的提取效率相反地變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)裝置，其中所述光提取器的填充因數(shù)在防止觀察者分辨 出各個(gè)光提取器的最小填充因數(shù)以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)裝置，其中所述光提取器是凹陷的結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)裝置，其中所述光導(dǎo)裝置是一體化的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)裝置，其中所述光提取器的提取效率隨著所述光提取器 的高度的變化而變化，或者隨著所述光提取器的形狀的變化而變化，或者同時(shí)隨著所述光 提取器的高度和形狀的變化而變化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)裝置，其中所述光提取器被布置用于提高所述光導(dǎo)裝置 的連續(xù)表面上方的光輸出的均勻性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)裝置，其中所述光提取器被布置用于提高所述光導(dǎo)裝置 的不連續(xù)區(qū)域中的光輸出的均勻性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光導(dǎo)裝置，其中所述不連續(xù)區(qū)域被構(gòu)造用于對(duì)鍵盤(pán)的鍵進(jìn)行 照明。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)裝置，其中所述光提取器是截頭的非球形。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)裝置，其中所述光提取器是半球、截頭的半球、錐和截 錐中的一者或多者。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)裝置，其中所述圖案被構(gòu)造用于減少所述光導(dǎo)裝置的 可見(jiàn)缺陷。
12. —種背光源，所述背光源包括 光源，所述光源被構(gòu)造用于產(chǎn)生光；以及光導(dǎo)裝置，所述光導(dǎo)裝置包括在所述光導(dǎo)裝置的表面上布置成圖案的光提取器，所述 圖案被構(gòu)造用于提高所述光導(dǎo)裝置的整個(gè)表面上的光輸出的均勻性，其中，所述光提取器 的面密度基本上恒定或者隨著所述光源的照明度的增大而減小。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其中所述光提取器的填充因數(shù)在防止觀察者分辨 出各個(gè)光提取器的最小填充因數(shù)以上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其中所述光提取器是凹陷的結(jié)構(gòu)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其中所述光導(dǎo)裝置是一體化的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其中所述光提取器的提取效率隨著所述光提取器 的高度的變化而變化，或者隨著所述光提取器的形狀的變化而變化，或者同時(shí)隨著所述光 提取器的高度和形狀的變化而變化。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其中所述光提取器是截頭的非球形。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其中所述光提取器是錐和截錐中的一者或多者。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其中所述圖案被構(gòu)造用于減少所述光導(dǎo)裝置的可 見(jiàn)缺陷。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其中所述光提取器的面密度基本上恒定或者沿著 來(lái)自所述光源的光的傳播方向減小。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其還包括所述光導(dǎo)裝置的第一區(qū)，所述第一區(qū)具有來(lái)自光源的相對(duì)較高的照明度；所述光導(dǎo)裝置的第二區(qū)，所述第二區(qū)具有來(lái)自所述光源的相對(duì)較低的照明度，所述第一區(qū)中的光提取器的面密度基本上等于或大于所述第二區(qū)中的光提取器的面密度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的背光源，其中所述光源包括第一燈和第二燈，從所述第一燈傳播的光和從所述第二燈傳播的光在所述第一區(qū)中組合而不在所述第二區(qū)中組合。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的背光源，其中所述光提取器中的每個(gè)在所述光導(dǎo)裝置表面上具有基本相等的占有面積，并且所述第一區(qū)中的光提取器的數(shù)目大于所述第二區(qū)中的光提取器的數(shù)目。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的背光源，其中所述第一區(qū)中的光提取器的數(shù)目基本上等于所述第二區(qū)中的光提取器的數(shù)目，并且所述第一區(qū)中的每個(gè)光提取器在所述光導(dǎo)裝置表面上的占有面積大于所述第二區(qū)中的光提取器在所述光導(dǎo)裝置表面上的占有面積。
25. —種設(shè)備，所述設(shè)備包括鍵；開(kāi)關(guān)矩陣，所述開(kāi)關(guān)矩陣相對(duì)于所述鍵被布置，并且所述開(kāi)關(guān)矩陣被構(gòu)造用于當(dāng)啟動(dòng)所述鍵中的一者或多者時(shí)完成電路；光源；以及光導(dǎo)裝置，所述光導(dǎo)裝置相對(duì)于所述光源被布置，所述光導(dǎo)裝置包括所述光導(dǎo)裝置的第一區(qū)，所述第一區(qū)被構(gòu)造用于對(duì)距光源相對(duì)較近的第一鍵進(jìn)行照明；所述光導(dǎo)裝置的第二區(qū)，所述第二區(qū)被構(gòu)造用于對(duì)距所述光源相對(duì)較遠(yuǎn)的第二鍵進(jìn)行照明；以及光提取器，所述光提取器在所述光導(dǎo)裝置的表面上布置成圖案，所述光提取器被構(gòu)造用于提高所述光導(dǎo)裝置在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)中的光輸出的均勻性，其中所述光提取器在所述第一區(qū)中比在所述第二區(qū)中具有更大的面密度。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述光提取器的至少一種特性在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)內(nèi)和/或在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)之間變化，以提高在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)內(nèi)的光輸出的均勻性。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述至少一種特性包括所述光提取器的密度。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述至少一種特性包括所述光提取器的占有面積尺寸。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述至少一種特性包括所述光提取器的形狀。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述光導(dǎo)裝置包括第一拐角；第二拐角；以及邊緣，所述邊緣在所述第一拐角和所述第二拐角之間延伸；并且，所述光源包括一個(gè)或多個(gè)燈，所述一個(gè)或多個(gè)燈以相對(duì)于所述邊緣的某種角度布置在所述第一拐角和所述第二拐角之間。
31. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括便攜式電子設(shè)備。
32. 如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括移動(dòng)電話。
33. —種方法，所述方法包括 形成光導(dǎo)裝置母板，所述形成光導(dǎo)裝置母板包括提供光反應(yīng)性組合物，所述光反應(yīng)性組合物包括(1) 至少一種反應(yīng)性物質(zhì)，所述至少一種反應(yīng)性物質(zhì)能經(jīng)歷酸引發(fā)的或自由基引發(fā)的 化學(xué)反應(yīng)，以及(2) 至少一種多光子光引發(fā)劑體系；使所述組合物的至少一部分成像地曝露于足以引起至少兩個(gè)光子同時(shí)被吸收的光，從 而在所述組合物被曝露于所述光的地方引起至少一個(gè)酸引發(fā)的或自由基引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)， 所述成像地曝露的步驟以如下方式進(jìn)行，所述方式為有效地限定至少光提取結(jié)構(gòu)的圖案的 表面，每個(gè)光提取結(jié)構(gòu)具有至少一種形狀因素，并且所述光提取結(jié)構(gòu)的圖案具有均勻的或不均勻的分布；禾口由所述母板形成光導(dǎo)裝置，所述光導(dǎo)裝置的至少一個(gè)第一區(qū)被構(gòu)造成與光源相對(duì)較近 地設(shè)置，所述光導(dǎo)裝置的至少一個(gè)第二區(qū)被構(gòu)造成與所述光源相對(duì)較遠(yuǎn)地設(shè)置，和所述光 提取器被布置在所述光導(dǎo)裝置的表面上，所述光提取器被構(gòu)造用于提高所述光導(dǎo)裝置在所 述第一區(qū)和所述第二區(qū)中的光輸出的均勻性，其中所述光提取器在所述第一區(qū)中比在所述 第二區(qū)中具有更大的面密度和更小的提取效率。
全文摘要
本發(fā)明描述了光導(dǎo)裝置、組裝了光導(dǎo)裝置的設(shè)備和用于制備光導(dǎo)裝置的方法。光導(dǎo)裝置包括在光導(dǎo)裝置的表面上布置成圖案的光提取器。光提取器的圖案被布置成提高光導(dǎo)裝置的整個(gè)表面上的光輸出的均勻性并提供提高的缺陷隱藏能力。由形狀因素控制光提取器的效率。光導(dǎo)裝置整個(gè)表面上的光提取器的面密度可以基本上恒定或者可以沿著來(lái)自光源的光的傳播方向減小。
文檔編號(hào)G02B6/24GK101796443SQ200880106103
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
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