專利名稱：形成具有懸浮合成圖像的片材以及母模具的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及提供一個或多個合成圖像的片材、制備所述片材的方法以及用于制備 所述片材的母模具結(jié)構(gòu)，所述片材可使觀察者感覺所述合成圖像相對于所述片材懸掛于空 間中。
背景技術(shù)：
具有圖形圖像或其他標記的片材已被廣泛使用，尤其是用于鑒別物品或文檔的標 簽。例如，在美國專利 No. 3，154，872、No. 3，801, 183、No. 4，082, 426 和 No. 4，099, 838 中所 述的那些片材已被用作車牌的驗證標貼以及駕駛執(zhí)照、政府文件、磁帶盒、撲克牌、飲料罐 等的安全膜。其它用途包括在諸如警車、消防車或其它緊急用途車輛上用作識別目的的圖 形應用，以及在廣告和推廣展示上作為特色標簽以增強品牌效果。美國專利No. 6，288，842和美國專利No. 7，068, 434中公開了 一種類型的成像的片 材。這兩篇專利公開了具有合成圖像的微透鏡片材，其中合成圖像浮于該片材的上方或下 方，或浮于片材的上方和下方。所述合成圖像可以是二維的或三維的。入射在微透鏡陣列 上的激光被聚焦于陣列后方施加有輻射敏感涂層處。其他微透鏡片材在材料被轉(zhuǎn)移至微透 鏡陣列后面時形成，如美國公布專利申請2007/0081254中所描述的。這些先前公開的方法均依賴于使用來自激光器或其他輻射源的輻射，以形成具有 合成圖像的各個片材。^ H # ^lJ No. 5, 712, 731 "Security Device for Security DocumentsSuch as Bank Notes and Credit Cards (用于諸如鈔票和信用卡的安全文件的安全裝 置)”(Drinkwater等人)公開了一種包括微縮圖像陣列的安全裝置，當通過對應的基本上 球形的微透鏡陣列觀看時，所述微縮圖像生成放大圖像。在一些情況下，微透鏡陣列粘合在 微縮圖像陣列上。PCT 專禾0 申 請公開 WO 03/061983A1 "Micro-Optics For ArticleIdentification"(用于制品識別的微光學裝置)公開了使用表面起伏度大于幾微 米的非全息微光學裝置和微結(jié)構(gòu)進行識別和防偽的方法及組合物。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，描述了一種由母模形成片材的方法。該方法包括提供第一片材 的步驟，所述第一片材包括第一微透鏡陣列和與第一微透鏡陣列相鄰的可光聚合的第一材 料層。進一步的步驟是將第一片材曝光于輻射源，以在第一材料層中形成包括聚合的第一 結(jié)構(gòu)化區(qū)域的母模。所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些具有與其他第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的 至少一些相同的部分形狀，并且每一第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域與第一微透鏡陣列中的一個微透鏡相 關(guān)。進一步的步驟是使用適形于所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域的物質(zhì)來復制所述多個第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域， 以形成具有復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域的第二材料層。在另一個實施例中，描述了一種用于形成具有合成圖像的片材的母模，所述合成圖像懸浮于所述片材上方或下方。該母模包括第一片材，所述第一片材具有第一微透鏡陣 列和與第一微透鏡陣列相鄰的光聚合的第一材料層。所述光聚合材料在曝光于導致同時吸 收兩個或更多個光子的條件時聚合。所述第一片材在所述第一材料層中具有聚合的結(jié)構(gòu)化 區(qū)域。所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些具有與其他結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些相同的部分形 狀，并且每一結(jié)構(gòu)化區(qū)域與第一微透鏡陣列中的一個微透鏡相關(guān)。在另一個實施例中，描述了一種使用母模形成片材的方法。所述方法包括提供第 一片材的步驟，所述第一片材包括第一微透鏡陣列和與第一微透鏡陣列相鄰的可光聚合的 第一材料層。所述可光聚合的材料在曝光于導致同時吸收兩個或更多個光子的條件時聚 合。該方法的進一步的步驟是將所述第一片材曝光于輻射源，以在所述第一材料層中形成 包括聚合的第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的母模，其中所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些具有與其他第 一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些相同的部分形狀，并且其中每一第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域與第一微透鏡 陣列中的一個微透鏡相關(guān)。另一步驟是使用適形于所述多個結(jié)構(gòu)化區(qū)域的物質(zhì)來復制所述 多個第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域，以形成具有多個復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域的第二材料層。在另一個實施例中，描述了一種母模，所述母模包括第一微透鏡陣列和規(guī)則的結(jié) 構(gòu)陣列。每一結(jié)構(gòu)與一個微透鏡相關(guān)，并且所述結(jié)構(gòu)中的至少一些包括與其他結(jié)構(gòu)中的至 少一些相同的部分形狀。在所述結(jié)構(gòu)之間存在大致平坦的區(qū)域，使得在所述大致平坦的區(qū) 域中，特征物高度的變化不大于100納米。在另一個實施例中，一種使用可見光輻射或紅外線輻射的光刻法，包括第一步驟 提供第一微透鏡陣列和與所述微透鏡相鄰的可光聚合的第一材料層。另一步驟是將所述第 一材料層曝光于可見光輻射源或紅外線輻射源。進一步的步驟是將可光聚合的第一材料層 顯影，以在所述第一材料層中形成包括多個聚合的第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的母模。所述第一結(jié)構(gòu) 化區(qū)域中的至少一些包括與其他第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的一些相同的部分形狀。每一第一結(jié)構(gòu) 化區(qū)域與第一微透鏡陣列中的一個微透鏡相關(guān)。多個所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的至少一個特征 物尺寸小于或等于100納米。在以下具體實施方式
中將詳細闡述本專利申請的這些方面和其它方面。然而，在 任何情況下，以上概述都不應理解為是對本權(quán)利要求書中要求的保護主題的限制，該主題 僅受所附權(quán)利要求的限定，在申請期間可以對其進行修改。


圖1是包括微透鏡陣列和可聚合材料的片材的放大剖視圖。圖2是微透鏡片材一部分的平面圖，該圖描述了與各個微透鏡相鄰的材料層中所 記錄的樣品圖像，并進一步示出所記錄的圖像涵蓋了從合成圖像的完整復制到部分復制。圖3是具有由可聚合材料制成的輻射敏感材料層的微透鏡片材的照片，該可聚合 材料已被曝光以得到相交環(huán)的合成圖像，其中一個環(huán)看起來懸浮于片材上方，而一個環(huán)看 起來懸浮于片材下方。圖4是圖3的微透鏡片材的一部分的掃描電鏡(SEM)圖像，其包括局部完整結(jié)構(gòu) 的陣列。圖5是圖4的微透鏡片材的一部分的俯視SEM圖像，其示出了單個局部完整結(jié)構(gòu)。圖6是圖5的單個局部完整結(jié)構(gòu)的透視SEM圖像。
圖7是入射在片材上的輻射線的放大剖視圖，該片材包括微透鏡陣列和可聚合材 料。圖8是用于產(chǎn)生輻射并形成母模具的激光系統(tǒng)的示意圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的復制微透鏡片材的一部分的SEM圖像，該復制微透鏡片材提 供看起來懸浮于該片材上方的相交環(huán)的合成圖像。圖10是圖9的微透鏡片材的一部分的俯視SEM圖像，其示出了若干局部完整結(jié) 構(gòu)。圖11是圖9的微透鏡片材的一部分的透視SEM圖像，其示出了單個局部完整結(jié) 構(gòu)。圖12是根據(jù)本發(fā)明的具有單光子可聚合材料的微透鏡片材的SEM圖像，該單光子 可聚合材料已被曝光以得到方框內(nèi)有相交環(huán)的合成圖像，該合成圖像看起來懸浮于該片材 的上方。圖13是圖12的微透鏡片材的一部分的透視SEM圖像，其示出了單個局部完整結(jié) 構(gòu)。在整個說明書中參考附圖，在這些附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件。
具體實施例方式本發(fā)明適用于提供一個或多個合成圖像的片材，觀察者感覺所述合成圖像相對于 所述片材懸掛于空間中。所述合成圖像是與多個微透鏡相關(guān)的個體結(jié)構(gòu)的形狀的組合或合 成。這種類型的光學組件尤其適用于鑒別物品或文件的標簽領域中。本發(fā)明的微透鏡片材的一個實施例提供一種合成圖像，其通過與多個微透鏡相關(guān) 的個體結(jié)構(gòu)提供，并且看起來懸掛于或懸浮于片材的上方、片材平面內(nèi)和/或片材下方。圖 1示出了微透鏡片材10的一個實例，本文中將進一步描述該實例。該微透鏡片材包括形成 在基底13上的微透鏡陣列14。與基底13相鄰的是可光聚合的材料層16。形成合成圖像的微透鏡片材的一些實例在例如美國專利No. 7，068，434中有所描 述。在美國專利No. 7，068，434中所描述的形成方法中，將微透鏡片材曝光于輻射，以形成 與各個微透鏡相關(guān)的局部完整圖像的陣列。圖2示出這樣的局部完整圖像陣列的實例。當 觀察者通過微透鏡陣列觀察局部完整圖像或結(jié)構(gòu)陣列時，合成圖像看起來懸掛于或懸浮于 片材的上方、片材平面內(nèi)和/或片材下方。合成圖像是局部完整的個體結(jié)構(gòu)的所有形狀的組合或合成。局部完整結(jié)構(gòu)各自包 括與合成圖像相同的至少一個形狀部分。如圖2所示，許多局部完整結(jié)構(gòu)的一部分形狀與 其他局部完整結(jié)構(gòu)相同。圖2中間的結(jié)構(gòu)(即具有由一角至另一角的對角線的矩形)是一 個完整結(jié)構(gòu)，其形狀與通過圍繞其的局部完整結(jié)構(gòu)的組合而形成的合成圖像相同。懸浮于片材平面下方的圖像通常被稱作下沉圖像。但是，本文書中的術(shù)語“懸浮” 可用于圖像下沉于片材平面下方的情況、圖像懸浮于片材平面上方的情況以及圖像懸浮于 片材平面內(nèi)的情況。某些圖像看起來一部分懸浮于片材平面的上方，而一部分懸浮于片材 平面的下方。如果旨在使圖像相對于片材處于特定位置，那么其也可使用術(shù)語“懸浮”描述。在美國專利No. 7，068，434中所描述的形成方法中，每一片材被單獨形成。每次需 要形成具有合成圖像的片材時，施加輻射。典型的輻射源為激光器。在將片材曝光于輻射的處理過程中，移動片材或激光器以生成所需形狀的合成圖像。需要成本更低的片材生成 方法。為了滿足這一需求，已開發(fā)出新的片材制備方法。該新方法利用了成本更低的使 用適形(conformable)材料的微復制技術(shù)。首先，從具有可光聚合材料層的片材生成母片 材。為了形成母片材，將所述片材曝光于輻射，以形成第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域陣列。然后，可使用適 形材料復制該片材，以形成具有復制的結(jié)構(gòu)化區(qū)域陣列的第二材料層。當使第二材料層與 微透鏡陣列配合時，形成了第二片材，該第二片材上的合成圖像看起來懸掛于或懸浮于該 片材上方、片材平面內(nèi)和/或片材下方。該合成圖像是第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的形狀的組合。這 種改進的制備方法只在形成母片材的處理過程中才需要將片材曝光于輻射源并使片材相 對于激光器精確運動。從母片材生成另外的片材時不需要這些步驟。圖3是由片材的一個實施例形成的矩形內(nèi)有相交圓環(huán)的合成圖像30的照片。圖 4是使用掃描電鏡(SEM)獲得的圖3的微透鏡片材的一部分32的圖像，其包括局部完整結(jié) 構(gòu)的陣列，而圖5和圖6分別從俯視視角和透視視角示出了圖3的片材的一個局部完整結(jié) 構(gòu)。所述新方法利用抗蝕劑材料(resist material)層的光聚合來形成局部結(jié)構(gòu)化區(qū) 域。在一些實施例中，使用雙光子聚合方法來生成輪廓清晰的挺括的結(jié)構(gòu)化區(qū)域，這將在本 文中做進一步描述。因為使用該方法時母片材的結(jié)構(gòu)化區(qū)域比使用單光子聚合方法時更精 確，所以復制的結(jié)構(gòu)化區(qū)域用窄特征物寬度清晰限定。圖4至圖6的微透鏡片材包括結(jié)構(gòu)化區(qū)域40，許多結(jié)構(gòu)化區(qū)域40與合成圖像30 相比是局部完整的結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，結(jié)構(gòu)化區(qū)域40之間存在大致平坦的區(qū)域42。在 一些實施例中，在大致平坦的區(qū)域42中，特征物高度的變化不大于100納米。結(jié)構(gòu)化區(qū)域 或結(jié)構(gòu)40的群組具有最大結(jié)構(gòu)高度。在一些實施例中，在大致平坦的區(qū)域42中，不存在高 度大于或等于最大結(jié)構(gòu)高度的10%的特征物。窄特征物寬度在圖4至圖6中明顯可見。在 一些實施例中，結(jié)構(gòu)化區(qū)域的至少一個特征物尺寸小于或等于100納米。特征物尺寸的實 例包括結(jié)構(gòu)40的部分的寬度、高度或長度測量值。例如，在一個實施例中，脊(例如圖6中 的結(jié)構(gòu)40的脊44)的最窄寬度小于或等于100納米。為了完整地描述本發(fā)明，將在下面的第一部分中描述形成母片材的示例性方法和 設備，隨后在下面的第二部分中描述可光聚合材料，在下面的第三部分中描述微透鏡片材 結(jié)構(gòu)和基底層，并且在第四部分中描述輻射源和系統(tǒng)。將在第五部分中描述微復制方法。在 第六部分中還提供了若干實例以進一步解釋本發(fā)明的多個實施例。I. M^m^M^Mm^M^m^Mmw^形成母片材的示例性方法包括通過透鏡將來自激光器的準直光引導向微透鏡片 材。為了生成具有懸浮圖像的片材，如下文進一步所述的，光透射通過透鏡，從而生成發(fā)散 或會聚的光錐。具有大于或等于0. 3的高數(shù)值孔徑(NA)的透鏡用于生成發(fā)散的光錐。如圖1和圖7所示，片材10的一個實施例由基底13構(gòu)成，該基底13在其第一側(cè) 面20上形成有微透鏡14，在基底的第二側(cè)面12上有可光聚合材料層16。圖7示出了入射 在片材10 —部分的放大橫截面上的發(fā)散光。片材10的材料層16側(cè)被置于遠離該微透鏡，以使得光錐的軸線(光學軸線)垂 直于片材平面。
微透鏡陣列14包括個體微透鏡22。如果每一個微透鏡22的焦斑位于材料層16 中，并且輻射的能量和強度足以引起材料層的化學變化，則在材料層的后續(xù)顯影之后，聚合 特征物將保留。如圖7所示，在顯影過程中，輻射線60的焦斑62處于或接近于基底/材料 層界面12處，以保持聚合區(qū)域附著到基底上，而不會被沖洗掉。圖8是用于生成輻射線并形成母模具的輻射系統(tǒng)70的一個實施例的 示意圖。雖 然現(xiàn)在將描述激光系統(tǒng)70和形成母片材的方法的這一實施例，但是本文中，將在下面的部 分中討論輻射源、輻射系統(tǒng)、片材結(jié)構(gòu)和工序的其他實施例。激光器72、光閘74和可變功率 控制單元76將輻射線引導至擴束器78。激光器72的功率相對于物鏡84的聚焦高度連續(xù) 變化。在成像過程中，隨著上浮/下沉高度增加，所需功率逐漸增大?？墒褂弥行悦芏葹V光 器輪80來進一步控制光強度的范圍。擴束器78和可變孔徑82用于控制非球面物鏡84的 數(shù)值孔徑(NA)，該物鏡84用于將入射光聚焦在透鏡陣列上，其最終影響圖像的視角。典型 的光束直徑約為12mm。物鏡84被置于Z臺86上，Z臺86在寫入圖像的過程中可改變物鏡 84與片材90之間的距離，以改變圖像特征物的上浮/下沉高度。片材90被置于XY臺上， XY臺被移動以繪制圖像?，F(xiàn)在將描述形成母片材的一個實施例的步驟，首先提供基底。該實施例的方法步 驟和材料可存在多種變型，這將在本文中進一步討論。為了形成微透鏡，用微透鏡材料(例 如聚氨酯甲基丙烯酸酯(urethanemethacrylate))涂覆基底13的第一側(cè)面20。用可聚合 材料層涂覆該基底的第二側(cè)面12。用模具輥在微透鏡材料層上微復制微透鏡，所述模具輥 包含所需形狀的凹陷。微透鏡的焦點62處于或接近于基底和材料層16之間的界面處。該 片材被置于臺88上。接下來，啟動激光器。改變激光器72的功率以形成不同上浮/下沉高度的特征 物。形成的上浮/下沉高度越高，需要的功率越大。激光器、Z臺86和X-Y臺88彼此相對 運動，以使得激光寫入合成圖像。在曝光于激光輻射之后，使用適用于材料層16的溶劑對片材進行一段時間的顯 影。沒有曝光于所需水平的輻射的可聚合材料被沖洗掉，剩下結(jié)構(gòu)化區(qū)域陣列，其中至少一 個結(jié)構(gòu)化區(qū)域是合成結(jié)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)。事實上，大部分結(jié)構(gòu)化區(qū)域陣列將是合成結(jié)構(gòu)的局 部結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，母片材產(chǎn)生看起來懸浮于母片材平面上方或下方的合成圖像。 在這樣的母片材中，微透鏡陣列的每一個微透鏡具有折射表面，該折射表面將光透射至材 料層的位置，以在反射或透射光的作用下從材料層內(nèi)所形成的結(jié)構(gòu)化區(qū)域產(chǎn)生合成圖像。 該合成圖像看起來懸浮于母片材的上方或下方。但是，在其他實施例中，可在觀察母片材時 不可見合成圖像，即使該合成圖像在復制的片材中可見。這可發(fā)生在使用這樣的可聚合材 料的情況下，所述可聚合材料能夠按照生成反射率非常低或者無反射的結(jié)構(gòu)化區(qū)域的方式 進行曝光。在這種情況下，不能在母片材中通過透射光或反射光輕易觀察到合成圖像。在各種實施例中，母片材的至少一個結(jié)構(gòu)化區(qū)域在尺寸上突出在母片材平面上方 或者凹陷到母片材平面下方至少0. 5微米或至少1微米。在其它實施例中，至少一個結(jié)構(gòu) 化區(qū)域突出或凹陷至少2微米或至少4微米。II.可光聚合材料的選擇許多不同類型的材料可用于材料層16。在一個實施例中，光聚合材料在曝光于導致兩個或更多個光子的同時吸收的條件時聚合。雙光子可聚合材料的特征在于非線性光聚 合過程。所述材料的固化遵循電場強度的平方。這需要聚焦光的電場足夠強，以確保在第 一吸收光子被再發(fā)射之前由第一光子的吸收生成的受激分子對第二光子的吸收達到適當 的概率。結(jié)果，在雙光子法中，聚合反應只發(fā)生在焦斑附近。強度相對低的散射光將僅穿過 抗蝕劑而不發(fā)生作用。也可使用單光子法。但是，在單光子法中，恰當波長的散射光可引發(fā)固化，這是因 為聚合反應所需的劑量是通量(fluence)和時間的線性函數(shù)。雙光子可聚合材料的實例在提交于2005年12月21日的共同待審、共同所有的專 利申請No. 11/313，482(代理人案卷號為似.60893舊002)中有所描述。下列術(shù)語可用于討論具有合成圖像的片材的可光聚合材料“多光子吸收”指同時吸收兩個或多個光子以達到活性的電子激發(fā)態(tài)，這種狀態(tài)是 通過吸收相同能量的單個光子所達不到的；“光敏劑”指一種分子，該分子通過吸收比活化光引發(fā)劑所需的能量低的光并與光 引發(fā)劑相互作用而從該反應產(chǎn)生光引發(fā)物質(zhì)，降低活化光引發(fā)劑所需的能量；以及“同時”指在10_12秒或更短的周期內(nèi)發(fā)生兩個事件；使用雙光子可聚合組合物的方法包括提供光反應性組合物，其中所述光反應性組 合物包括至少一種能夠經(jīng)歷由酸引發(fā)或由自由基引發(fā)的化學反應的活性物質(zhì)、以及至少一 種多光子光引發(fā)劑體系。該方法還涉及將組合物中的至少一部分成像曝光于足以引起同時 吸收至少兩個光子的光，從而在組合物曝光處誘發(fā)至少一種由酸引發(fā)的或由自由基引發(fā)的 化學反應。該方法還包括通過去除組合物中的所得曝光部分或所得未曝光部分，來將組合 物顯影。任選地，在成像曝光組合物的至少一部分后，可將該組合物的至少一部分非成像曝 光，所述光足以使任何仍未反應的光反應性組合物的至少一部分發(fā)生反應。在一個實施例中，材料層16的厚度至少為1微米。在另一個實施例中，該材料層 的厚度不大于5或10微米。在特定實施方案中，材料層16的厚度為1. 5微米、1. 7微米和 4微米。既可使用負型抗蝕劑材料，也可使用正型抗蝕劑材料。在本文中，通常討論的是負 型抗蝕劑材料的實例。如果相反使用正型抗蝕劑材料，則經(jīng)充分輻射的區(qū)域在顯影和沖洗 過程中被去除。在顯影和沖洗之后，母片材則將具有第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域陣列，該第一結(jié)構(gòu)化區(qū) 域陣列所包括的型腔為復制片材所需的第二結(jié)構(gòu)化區(qū)域的形狀。III.微透鏡陣列和基底在一個實施例中，使用包含所需形狀的凹陷的模具輥由聚氨酯甲基丙烯酸酯來形 成微透鏡陣列14。微透鏡陣列的布局可為六方堆積陣列、四方陣列或其他規(guī)則的重復排列。在不各種實施例中，微透鏡的直徑為至少10微米、至少20微米以及至少30微米。 在另外的實施例中，微透鏡的直徑不超過200微米、150微米或100微米。在特定實施例中 出現(xiàn)的特定微透鏡直徑為30微米和150微米。微透鏡陣列本身可以由多個分立的小透鏡加工而成，或采用蝕刻工藝來生產(chǎn)單塊 微透鏡陣列。適用于微透鏡的材料是那些不吸收入射波長的光的材料。陣列中的各個微透 鏡優(yōu)選地具有大于0. 3的數(shù)值孔徑，以及大于10微米且小于1毫米的直徑。選擇單塊陣列 中各個小透鏡的形狀，使其具有高數(shù)值孔徑并提供約大于60%的高填充系數(shù)。
基底優(yōu)選為光學透明的并且不吸收激光輻射。在一個實施例中，基底約為2密耳 厚，且由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成。在其他實施例中，基底的厚度為5密耳。其他 材料也可用于基底，例如聚酯。IV.輻射源和輻射系統(tǒng)任何可提供所需強度和波長的輻射的能量源均可用于本發(fā)明的方法。能量源的 強度足以透射通過透鏡陣列，而沒有過多的吸收損耗。波長的選擇取決于可聚合材料。能 夠提供波長在200納米至11微米之間的輻射的設備被認為是特別優(yōu)選的。適用于某些 實施例的激光設備的一個實例可以商品名“HURRICANE”得自加州山景城的光譜物理公司 (Spectra-Physics Mountain View, California)，其具有 1kHz 的重復頻率,具有 800nm 的 波長、120飛秒脈沖寬度以及1瓦特的平均功率電平。另一種可用的激光器可以商品名“MAI TAI ”得自光譜物理公司，其波長在750至850納米范圍內(nèi)可調(diào)，且具有80MHz的重復頻率和 約100飛秒(1X10_13秒)的脈沖寬度，平均功率電平最多為1瓦特。合適的光源包括(例如)由氬離子激光器(例如，可以商品名“INN0VA”得自加利 福尼亞州圣克拉拉市的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Coherent公司的那些)的飛秒激光器。該激光器在76MHz 下工作，具有小于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。對于多光子法，可以利用任何光源(例如，激光器)，只要這些光源能夠在適于光 反應性組合物中所使用的多光子吸收劑的波長下提供足夠強度以實現(xiàn)多光子吸收。這樣的 波長通?？稍?00nm至約1500nm的范圍內(nèi)；優(yōu)選約400nm至約llOOnrn的范圍內(nèi)；更優(yōu)選 約600nm至約900nm的范圍內(nèi)；更優(yōu)選約750nm至約850nm(含)的范圍內(nèi)。通常，光通量 (例如，脈沖激光的峰強度)為大于約106W/cm2。光通量的上限一般通過光反應性組合物的 燒蝕閾值來表示。優(yōu)選的光源為脈沖長度小于約10_8秒(更優(yōu)選小于約10_9秒；最優(yōu)選小于約10_" 秒)的近紅外脈沖激光。只要滿足上述峰強度和燒蝕閾值標準，也可以使用其它脈沖長度。 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)波激光器。對處在電磁波頻譜中的紫外光、可見光和紅外光區(qū)的能量源，可通過適當?shù)墓鈱W 元件來控制光，其示例如圖8所示并在下文更詳細地描述在一個實施例中，對光學元件的 這種排列(通常稱為光學組件)的要求是光學組件將光適當發(fā)散或分散地引導向片材，從 而以所需角度照射微透鏡，并因而照射材料層。本發(fā)明的合成圖像優(yōu)選地可通過使用數(shù)值 孔徑(定義為最大發(fā)散射線半角的正弦)大于或等于0.3的光擴展設備獲得。數(shù)值孔徑越 大的光散射設備產(chǎn)生視角越大并且圖像的明顯移動范圍越大的合成圖像。輻射系統(tǒng)或光學系統(tǒng)70可以包括(例如)折射光學元件(例如，透鏡或微透鏡陣 列)、反射光學元件(例如，反光鏡或聚焦反射鏡)、衍射光學元件(例如，光柵、相位掩模和 全息圖)、偏振光學元件(例如，線性偏振片和波片)、色散光學元件(例如，棱鏡和光柵)、 漫射器、普克爾斯盒、波導等。這類光學元件可用于聚焦、光束遞送、光束/模式成形、脈沖 成形以及脈沖定時等。一般來講，可以利用光學元件的組合，而其它適當?shù)慕M合也將是本領 域內(nèi)的技術(shù)人員所認可的。物鏡可以包括(例如)一個或多個折射、反射和/或衍射光學元件。在一個實施例中，物鏡(例如，顯微鏡法中使用的那些)可從商業(yè)來源例如紐約索恩伍 德(Thornwood，New York)的 Carl Zeiss, North America 方便地獲得，并且用作物鏡 84。 例如，輻射系統(tǒng)可包括一個掃描共聚焦顯微鏡(例如，可以商品名“MRC600”得自加利福尼 亞赫爾克里的Bio-Rad Laboratories的那些)，該顯微鏡配備有0. 75數(shù)值孔徑(NA)的物 鏡(例如，可以商品名"20X FLUAR”得自Carl Zeiss, North America的那些)。利用具有相對較大數(shù)值孔徑的光學元件以提供高度聚焦的光通?？梢允怯欣摹?然而，可利用提供所需光強度分布(及其空間布置)的任何光學元件組合。V.成像方法根據(jù)本發(fā)明的示例性成像方法包括將來自激光器的準直光穿過透鏡引導向微透 鏡片材，以及用光源來描繪物體。為了產(chǎn)生具有懸浮圖像的片材，如下文進一步描述的，所 述光透射通過發(fā)散透鏡或會聚透鏡。片材的輻射敏感涂層側(cè)被設置為遠離所述透鏡，以使 得光錐的軸線(光學軸線)通常垂直于微透鏡片材平面，盡管其有時也為其他角度。由于每個單獨的微透鏡相對于光學軸線占據(jù)著特有位置，因此入射到每個微透鏡 上的光相對于入射到每個其他微透鏡上的光而言具有特有的入射角。這樣，光線會通過每 個微透鏡透射到材料內(nèi)的特有位置，并產(chǎn)生特有的結(jié)構(gòu)。更為準確地，當物體的輪廓通過光 源描繪時，單個光脈沖只在材料層中產(chǎn)生單個成像區(qū)域，從而得到與每一微透鏡相鄰的結(jié) 構(gòu)化區(qū)域，多個光脈沖用于生成得自多個成像的較小點的圖像。對每個脈沖而言，其光學軸 線相對于上一個脈沖周期的光學軸線位置來說是位于一個新的位置上的。光學軸線位置相 對于微透鏡的這些連續(xù)變化導致光在每個微透鏡上的入射角的相應變化，相應地，導致由 該脈沖在材料層中生成的成像區(qū)域的位置的相應變化。因此，聚焦在輻射敏感層上的入射 光在輻射敏感層上產(chǎn)生一個所選圖案的圖像。由于每個微透鏡的位置相對于每個光學軸線 是獨特的，因此每個微透鏡在輻射敏感材料中形成的圖像將不同于與每個其他微透鏡相關(guān) 的圖像。另一種形成懸浮合成圖像的方法使用透鏡陣列產(chǎn)生高度發(fā)散光，以對顯微透射材 料成像。透鏡陣列由多個小透鏡組成，所有小透鏡均具有高數(shù)值孔徑并且以平面幾何形狀 布置。當該陣列被光源照射時，該陣列將產(chǎn)生多個高度發(fā)散的光錐，每個單獨的光錐以陣列 中與其對應的透鏡為中心。選擇陣列的物理尺寸以適應合成圖像的最大側(cè)向尺寸。借助陣 列的尺寸，透鏡形成的各個能量錐將使微透鏡材料曝光，就像單獨的透鏡依次設置在陣列 的所有點上并接收光脈沖一樣。通過使用反射性掩模來選擇接收入射光的透鏡。該掩模具 有與合成圖像的將要曝光的部分對應的透明區(qū)域和與圖像不應曝光部分對應的反射區(qū)域。 由于透鏡陣列側(cè)向延伸，因此可以不必使用多個光脈沖來描繪圖像。通過讓入射能量完全照射掩模，掩模上可允許能量通過的部分形成許多單獨的高 度發(fā)散的光錐以描繪懸浮圖像，就像圖像是由一個透鏡描繪的一樣。因此，僅需要單個光脈 沖就能在微透鏡片材上形成完整的合成圖像。作為另外一種選擇，可以用一個光束定位系 統(tǒng)(如振鏡式XY掃描儀)替代掩膜，用來局部照射透鏡陣列并在陣列上描繪合成圖像。由 于該技術(shù)使能量在空間上被局限于某些區(qū)域，因此在任何給定時間內(nèi)陣列中僅有少數(shù)小透 鏡被照射。那些被照射的小透鏡將形成使微透鏡材料曝光以在片材中形成合成圖像所需的 光錐。成像以后，根據(jù)延伸的物體尺寸，會在每個微透鏡后面的輻射敏感材料中出現(xiàn)該物體的完整的或局部的拷貝。實際物體在微透鏡后面再現(xiàn)為圖像的程度取決于入射到該微 透鏡上的能量密度。延伸的物體的一部分可以距離微透鏡區(qū)域足夠遠，以使入射到那些微 透鏡上的能量密度低于該材料改性所需的輻射能級。此外，對在空間上延伸的圖像，當使用 固定NA的透鏡成像時，并非片材的所有部分都要在用于延伸物體的所有部分的入射輻射 下曝光。因此，在輻射敏感介質(zhì)中物體的那些部分將不改性，在微透鏡后面將只出現(xiàn)該物體 的局部圖像。圖2是微透鏡片材一部分的平面圖，該圖呈現(xiàn)在與各個微透鏡相鄰的輻射敏感層 中形成的樣品圖像，并進一步示出所記錄的圖像涵蓋了從合成圖像的完整復制到局部復 制。圖3是由片材的一個實施例形成的矩形內(nèi)有相交環(huán)的合成圖像30的照片。圖4是圖 3的微透鏡片材的一部分32的SEM圖像，其包括局部完整結(jié)構(gòu)40的陣列，而圖5和圖6只 是分別從俯視視角和透視視角示出了圖3的片材的一個局部完整結(jié)構(gòu)40。由片材形成的合成圖像也可被看成是該片材內(nèi)的多個結(jié)構(gòu)(局部結(jié)構(gòu)和完整結(jié) 構(gòu)，所有結(jié)構(gòu)具有實際物體的不同透視)相加在一起的結(jié)果。通過微透鏡陣列可形成多個 獨特的結(jié)構(gòu)，所有透鏡均從不同的有利位置“看見”物體或圖像。在各個微縮透鏡后面，取 決于圖像形狀和接收成像能量源的方向，在材料層中生成圖像的透視圖。然而，并不是透鏡 看到的一切都記錄在輻射敏感材料中。只有被透鏡看到并有足夠能量改變輻射敏感材料的 圖形或物體部分將被記錄。待成像“物體”是利用強光源通過描繪“物體”的輪廓或通過使用掩模來形成的。 為使這樣記錄的圖像具有合成的外觀，來自物體的光必須在較寬的角度范圍內(nèi)輻射。當從 物體輻射的光來自物體的單個點且在寬角度范圍內(nèi)輻射時，所有光線都攜帶了有關(guān)該物體 (但僅來自該單個點)的信息，盡管信息是來自光線的觀察角度?，F(xiàn)在考慮為了獲得光線攜 帶的有關(guān)該物體的相對完整信息，光必須從組成物體的點集合輻射寬角度范圍。在本發(fā)明 中，從物體發(fā)出的光線的角度范圍是由在物體與微透鏡材料之間插入的光學元件控制的。 選擇這些光學元件以提供形成合成圖像所必需的最佳角度范圍。光學元件的最佳選擇是形 成一個光錐，其錐頂終止于物體的位置。最佳的錐角大于約40度。用微縮透鏡縮小物體，來自物體的光聚焦在靠微縮透鏡后面的能量敏感涂層上。 透鏡后面的聚焦光斑或圖像的實際位置取決于源于物體的入射光線的方向。從物體的一點 上發(fā)射出來的每個光錐照射許多微縮透鏡的一部分，只有被足夠能量照射的那些微縮透鏡 才記錄物體該點的永久圖像。不同的幾何光學器件用于形成并觀察多種類型的合成圖像，例如懸浮于片材平面 下方的圖像、懸浮于片材平面上方的圖像、以及具有長度、寬度、高度和深度并且看起來只 在片材下方或上方、或者在片材下方、在片材平面內(nèi)和在片材上方的任何組合方式的圖像。 與形成和觀察這些不同圖像類型相關(guān)的光學器件在美國專利No. 7，068，434中有所描述。曝光時間通常取決于用于引起光反應性組合物中活性物質(zhì)反應的曝光系統(tǒng)類型 (及其伴隨變量，例如數(shù)值孔徑、光強度空間分布幾何形狀、激光脈沖期間的峰值光強度 (較高的光強度和較短的脈沖持續(xù)時間大體上對應于峰值光強度))，以及取決于光反應性 組合物的性質(zhì)。一般來講，焦點區(qū)內(nèi)較高的峰值光強度允許較短的曝光時間，其它一切則相 當。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個脈沖(例 如，約每秒103至108個脈沖)的激光脈沖持續(xù)時間，線性成像或“寫入”速度通常可以是約5至100，000微米/秒。為了有利于已曝光的光反應性組合物的溶劑顯影，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、脈沖頻率、光強度、具體的光反 應性組合物、所加工的具體微透鏡結(jié)構(gòu)或溶劑顯影所采用的方法之類的變量。因此，每組方 法參數(shù)通?？梢酝ㄟ^閾值劑量表征?？梢垣@得比閾值高的光劑量，并且這將是有利的，但較 高的劑量(一旦高于閾值劑量)一般可用于較低的寫入速度和/或較高的光強度。光束在光反應性組合物中引起反應，該反應產(chǎn)生材料的體積區(qū)，該體積區(qū)的溶解 度特性不同于未曝光的光反應性組合物。然后，所得的不同溶解度的圖案可通過傳統(tǒng)的顯 影方法實現(xiàn)，例如，通過移除曝光或未曝光區(qū)域。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，通常優(yōu)選使用小于閾值劑量約10倍的光劑量，優(yōu)選小于閾值劑量約4倍，更 優(yōu)選小于閾值劑量約3倍。為了獲得低縱橫比的體素，光束的徑向強度分布優(yōu)選為高斯分布。例如，通過將經(jīng)曝光的光反應性組合物置于溶劑中以溶解較高溶劑溶解度的區(qū) 域、通過沖洗溶劑，通過蒸發(fā)、通過氧等離子體蝕刻、通過其它已知的方法以及通過它們的 組合等，可使經(jīng)曝光的光反應性組合物顯影。可用于使經(jīng)曝光的光反應性組合物顯影的溶 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、N-甲基吡咯烷酮等，以及它們的混合 物)；以及有機溶劑。示例性的可用有機溶劑包括醇(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 性組合物，例如環(huán)氧型反應性物質(zhì)。典型的烘烤條件包括從約40°C至約200°C的溫度范圍、 從約0. 5分鐘至約20分鐘的時間范圍。任選地，在曝光以使結(jié)構(gòu)化區(qū)域聚合之后，優(yōu)選地在溶劑顯影后，可利用光化學輻 射執(zhí)行非成像曝光，以使剩余的未反應光反應性組合物反應?？衫脝喂庾臃椒▋?yōu)選地執(zhí) 行這樣的非成像曝光。VI.微復制方法在使用本文所述的成像方法形成具有第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的母片材之后，使用微復制 技術(shù)生成具有母片材上存在的結(jié)構(gòu)化區(qū)域的復制的另外片材。各種可用的微復制技術(shù)在美 國專利No. 5，691，846和No. 5，183，597以及美國公布專利申請2006-0134259中有所描述。在各種實施例中，通過使用適形于母片材的第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的物質(zhì)來形成另外的 片材。這一技術(shù)中所使用的適形物質(zhì)應該能夠適形于第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域，以使得可以高精確 度再現(xiàn)第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域。適形物質(zhì)的實例包括可固化組合物和電鍍金屬材料，例如鎳。在一個實施例中，微透鏡陣列和復制結(jié)構(gòu)陣列在單獨的處理中形成，之后將其彼 此配合。在這一實施例中，初始步驟為用適形組合物覆蓋母片材的第一結(jié)構(gòu)陣列。如果可 固化物質(zhì)用作所述適形組合物，則接著進行固化步驟，例如曝光于UV或其他輻射。例如，可 使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成第一結(jié)構(gòu)陣列的負像圖像或模具。一旦適形組合物已經(jīng)硬化，就將其從母片材分離開。所得結(jié)構(gòu)為所需結(jié)構(gòu)陣列的負像圖像，該負像圖像用作另一 適形組合物的模具。第二適形組合物可以是可固化組合物，例如UV可固化制劑或電鍍材料，第二適形 組合物形成第一結(jié)構(gòu)陣列的拷貝。可使用本文所述的任何技術(shù)，例如通過各種機加工、模鑄、刻蝕或其他方法來生產(chǎn) 該微透鏡陣列。然后，將微透鏡陣列和復制結(jié)構(gòu)陣列進行配合?？墒褂镁砝@法將微透鏡陣 列與復制結(jié)構(gòu)陣列配合。在另一個實施例中，可由基底相對兩側(cè)上的涂層來形成微透鏡陣列和結(jié)構(gòu)化區(qū)域 陣列。例如，提供在每一側(cè)面上均具有可固化組合物涂層的基底。例如，可使用UV可固化 樹脂或可熔融加工的樹脂。在膜的第一側(cè)面上形成微透鏡。通過使膜的第二側(cè)面與第一結(jié) 構(gòu)化陣列的模具接觸，然后進行固化，在膜的第二側(cè)面上與微透鏡陣列之一直接相對地形 成結(jié)構(gòu)化區(qū)域陣列。在本文所述的各種實施例中，執(zhí)行步驟以使微透鏡陣列與復制結(jié)構(gòu)陣列相關(guān)，無 論這發(fā)生于微透鏡陣列形成在與復制結(jié)構(gòu)陣列分開的結(jié)構(gòu)上，然后將它們配合的情況下， 還是發(fā)生于微透鏡陣列形成在單個基底的與結(jié)構(gòu)陣列相對的一側(cè)上的情況下。更具體地 講，各個復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域均與對應的微透鏡相關(guān)。美國專利No. 7，165，959描述了以特定的 對齊精確度在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的兩側(cè)澆鑄圖案化表面的技術(shù)，這些技術(shù)可用于在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的相對 兩側(cè)上形成微透鏡陣列和結(jié)構(gòu)區(qū)域陣列。例如，相對兩側(cè)上的圖案保持連續(xù)對準，誤差在至 少20微米內(nèi)，更優(yōu)選在至少15微米內(nèi)。在本發(fā)明的一些實施例中，相對兩側(cè)上的圖案保持 連續(xù)對準，誤差在至少5微米內(nèi)，甚至更優(yōu)選在至少3微米內(nèi)。在本發(fā)明的一些實施例中， 相對兩側(cè)上的圖案保持連續(xù)對準，誤差在微透鏡陣列的每一透鏡的直徑的10%內(nèi)。在本文所述的任一實施例中，基底的圖像側(cè)上的涂層可包括有色材料，以在結(jié)構(gòu) 化區(qū)域內(nèi)提供對比度。VII.實例實例1在第一實例中，厚度為2密耳的PET基底包括一個側(cè)面上的微透鏡和另一側(cè)面上 的可光聚合材料層。該微透鏡由氨基甲酸酯丙烯酸酯制成，直徑為30微米，并以六方堆積 構(gòu)型排列。在基底的與微透鏡相對的側(cè)面上，存在厚度為5微米的聚(甲基丙烯酸甲酯) (PMMA)涂層，其具有下列添加劑:0.5%的CGI 7460 ( "CGI 7460”指正己烷-三(3-氟苯 基)硼酸四丁基銨，可得在紐約Tarrytown的Ciba SpecialtyChemicals公司)和的CD 1012 ( "CD 1012”指二芳基碘鐺鹽，可得自賓夕法尼亞州Exton的Sartomer公司)。PMMA 涂層中存在的另一添加劑為0.5%的光敏劑染料N，N，N-三(7-(2_苯并噻唑基)-9，9_二乙 基-2-芴基)胺的濃縮溶液，按照美國專利No. 6，300，502中的實例20所描述的制備。該 組合物在曝光于導致同時吸收兩個或更多個光子的條件時聚合。用快速刀具伺服(FTS)切削模具輥復制微透鏡，該切削模具輥根據(jù)從計算機接收 的控制信號將切削工具相對于工件移置。透鏡的焦點位于2密耳厚的PET基底和PMMA層 之間的界面處。在所述成像方法中使用了圖8所示的光學系統(tǒng)。所使用的光源為光譜物理公司的Hurricane飛秒激光系統(tǒng)72，其在1kHz頻率下工作，波長為800nm。使用Uniblitz光閘74來調(diào)制光束。使用可變中性密度濾光器76根據(jù)懸浮高度 的位置來控制從60mW至520mW的Hurricane激光器輸出。在該實例中，采用的懸浮高度為 2mm、4mm和6mm，所以遞送至擴束器78的對應激光功率為198mW、346mW和495mW。通過吸收性中性密度輪組80來進一步控制功率。在實例1的不同版本中，中性密 度濾光器的光密度為0. 5,0. 8或1. 0。在優(yōu)選光密度為0. 8且最終物鏡84的位置被設為懸 浮高度2mm、4mm和6mm的情況下，對應的激光功率分別為31mW、54mW和78mW。在這些激光 功率下，以1米/分鐘的平均速度，通過使臺88和90平移來寫入例子。成像以后，將PMMA顯影約2分鐘。顯影時間根據(jù)可光聚合層的厚度來確定。顯影 所使用的溶劑為聚乙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)，其可以商品名SU-8顯影劑得自馬薩諸塞州 Newton 的 MicroChem 公司。圖3示出了不同上浮/下沉高度的相交圓環(huán)圖像的照片。每一對中的較大圓環(huán)懸 浮于片材平面上方，而較小圓環(huán)懸浮于片材平面下方。在圖3中在整個圖像的頂部一行從 左向右移動，第一圖像30的較大圓環(huán)的上浮高度為4mm，而較小圓環(huán)的下沉距離為4mm，第 二圖像34的上浮/下沉高度為6mm，第三圖像38的上浮/下沉高度為2mm。利用光密度為 0. 5的中性密度濾光器將圖3的圖像寫入。圖4至圖6為透鏡陣列中每一透鏡后面形成的個體微結(jié)構(gòu)的SEM圖像。生成的結(jié) 構(gòu)化區(qū)域用窄的特征物寬度清晰限定。通過所述成像方法生成的結(jié)構(gòu)化區(qū)域?qū)⒎Q為第一結(jié) 構(gòu)化區(qū)域。接下來，這些PMMA母模上的第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域被復制。首先，由該第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域 制成聚二甲基硅氧烷(PDMS)拷貝。該PDMS材料可以商品名“RTV 615”得自GE公司，并在 混合后進行真空脫氣，傾倒至母模上，并在80°C下固化10分鐘。然后，可將該模具與UV可 固化制劑一同使用，以復制原始模具的特征物，所述UV可固化制劑包含75重量％的氨基甲 酸酯丙烯酸酯樹脂(可以商品名“Photomer 6210”購得)、25重量％的多官能丙烯酸酯(可 以商品名“HD0DA”購得)、以及1重量％的光引發(fā)劑(可以商品名“TP0-L”購得)。圖9至圖11示出了復制的特征物的三種不同的SEM圖像。PDMS模具和UV可固化 制劑很好地再現(xiàn)出母板特征物。然后，將復制的特征物與原始透鏡陣列的復制物組合。復 制出的構(gòu)造產(chǎn)生出具有激光繪制的懸浮圖像的所有特性的圖像。實例2 較薄的抗蝕劑層實例2中采用了與實例1相同的條件、設備和組合物，不同的是抗蝕劑層的厚度為 大約1. 5至1. 7微米。由所述成像方法生成的所得母模具有輪廓非常清晰的特征物。實例3 較高的重復頻率實例3中采用了許多與實例1相同的條件、設備和組合物。但是，使用了不同的 激光源來曝光PMMA。所使用的激光源可以商品名“MAITAI ”得自加州山景城的光譜物理公 司，其波長在750至850納米范圍內(nèi)可調(diào)，且具有80MHz的重復頻率和約100飛秒(1X10_13 秒)的脈沖寬度，平均功率電平最多為1瓦特。該功率被保持在相當?shù)偷乃?，從而寫入?度也較低，為0. 5mm/秒。該透鏡陣列也與實例1中的不同，由直徑為150微米、布局為四方陣列的透鏡構(gòu) 成。PET基底的相反側(cè)涂覆有約30微米的PMMA。
執(zhí)行所述成像方法以得到2mm上浮/下沉的相交圓環(huán)圖像。所述局部結(jié)構(gòu)化區(qū)域 與其他實例中的結(jié)構(gòu)化區(qū)域相比具有更大的尺寸，這部分是由于較厚的抗蝕劑層，也是因 為透鏡大很多。實例4 單光子法實例4中采用了許多與實例1中相同的條件、設備和組合物。但是，使用的PMMA 組合物在曝光于導致吸收單光子的條件時聚合。PMMA涂層的厚度為20微米。在用于形成 母片材的光學系統(tǒng)中，將倍頻晶體(可以商品名“TP-1A”得自加州山景城的光譜物理公司) 插入激光束路徑中。這種非線性晶體利用二次諧波產(chǎn)生效應使激光頻率倍頻，導致測量的 波長為420nm。使用了三種不同的透鏡陣列，包括如實例1中所使用的利用FTS切削刀具制成 的直徑為30微米的透鏡陣列。另外，使用了直徑為30微米的六方堆積透鏡陣列，該透鏡 陣列通過平面準分子激光加工(ELMoF)工藝加工而成。有關(guān)ELMoF工藝的細節(jié)，參見(例 如)2001年9月4日授予弗萊明(Fleming)等人的美國專利No. 6，285，001。另外，使用了 實例2中的直徑為150微米的四方透鏡陣列。對于每一種透鏡陣列，使用了不同的劑量水平。嘗試的每一劑量水平形成離散的 特征物，且每一圖像確實表現(xiàn)出一定程度的懸浮。但是，這些圖像的線條寬且缺少清晰度。 圖12至圖13是使用直徑為150微米的透鏡陣列生成的微結(jié)構(gòu)的顯微圖。圖12至圖13示 出了存在由于過度曝光和散射在特征物周圍固化的多余材料。通過降低功率以避免過度曝光的影響，可改善所述圖像。但是，即使在最低的選擇 劑量下，在不期望的區(qū)域中仍然保留有過多的PMMA，其阻礙了挺括圖像的形成。這一實例確 認了多光子法的優(yōu)點。實例5 替代基底上的模具在硅晶片上涂覆與實例1中所述相同的厚度為1. 5微米的丙烯酸酯抗蝕劑層。提 供一片微透鏡膜，所述微透鏡膜由直徑為150微米的氨基甲酸酯丙烯酸酯微透鏡構(gòu)成，所 述微透鏡按照四方堆積透鏡陣列形式排列在5密耳的PET基底上。在該微透鏡膜上涂覆一 滴浸油(可以商品名“Immersion Liquid Code 1160”從紐約Cedar Grove 的CargilleLabs 商購獲得)。在所述油均勻散開從而覆蓋整個透鏡膜的背側(cè)之后，將所述薄片涂覆有油的一 側(cè)與涂覆有抗蝕劑的晶片接觸。使用小的橡膠輥將所述結(jié)構(gòu)一起碾壓，并去除殘存空氣，其 中浸油既用于使PET與抗蝕劑的折射率匹配，也用作隔離劑。在該實例中，微透鏡陣列和可光聚合材料層是分開的結(jié)構(gòu)。如實例1中所述進行成像，但激光功率電平略有不同。在2mm的上浮(或下沉) 高度下，功率設置為80mW，在6. 35mm的上浮(或下沉)高度下，功率為400mW。如實例1所 示，不同版本的激光功率通過光密度為0. 5,0. 8或1. 0的中性密度濾光器進一步降低。成 像過程中的平移速度也為lm/min。成像之后，將微透鏡膜從晶片上剝落，并使用實例1中的PGMEA對晶片上的圖案進 行顯影。硅上所得特征物構(gòu)成了母模。實例6 母模的鍍鎳用鎳對實例5中加工的母模進行電鍍，以形成可容易復制的穩(wěn)固模具。為了制備 用于電沉積鎳的導電表面，通過真空蒸鍍工藝在母模上沉積100納米的金屬銀。
將涂覆后的模具放置于鍍鎳浴槽中，所述鍍鎳浴槽由下列組分組成(按體積百分 比)53%的氨基磺酸鎳、42%的去離子水、4%的溴化鎳和的硼酸。對于6加侖的這種 溶液，還加入3克diocedyl表面活性劑。該浴槽的溫度保持在華氏溫度133°，并引入每平 方英尺10安培的電流密度，持續(xù)1小時。之后，將電流密度提高至每平方英尺20安培，直 至達到所需的鎳厚度。在從電鍍浴槽中移除完成的結(jié)構(gòu)之后，將母模從鎳模具上撬下，露出鎳模具表面。 該鎳模具表面為母模的精確再現(xiàn)。在不偏離本發(fā)明范圍和精神的前提下，對本發(fā)明的各種修改和更改對于本領域的 技術(shù)人員來說應是顯而易見的，而且應該理解，本發(fā)明不僅限于本文所提供的示例性實施 例。本文所引用的所有美國專利、專利申請公開以及其他專利和非專利文檔以引用方式并 入，前提為其與上述公開內(nèi)容無不一致。
權(quán)利要求
一種由母模形成片材的方法，包括提供第一片材，所述第一片材包括第一微透鏡陣列和與所述第一微透鏡陣列相鄰的可光聚合的第一材料層；將所述第一片材曝光于輻射源，以在所述第一材料層中形成包括多個聚合的第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的母模，其中所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些包括與其他第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些相同的部分形狀，并且其中每一個第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域與所述第一微透鏡陣列中的一個微透鏡相關(guān)；使用適形于所述多個結(jié)構(gòu)化區(qū)域的物質(zhì)來復制所述多個第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域，以形成具有多個復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域的第二材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使所述第二材料層與第二微透鏡陣列相關(guān)，以形成第二片材，其中各個復制結(jié)構(gòu)化區(qū) 域與所述第二微透鏡陣列中的各個微透鏡相關(guān)；其中所述第二微透鏡陣列中的每一個微透鏡具有折射表面，所述折射表面將光透射 至所述第二材料層的位置，以在反射光或透射光作用下，從所述第二材料層內(nèi)所形成的所 述復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域生成合成圖像，其中所述合成圖像看起來懸浮于所述第二片材上方或下 方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述合成圖像的一部分看起來懸浮于所述第二片 材上方，并且所述合成圖像的另一部分看起來懸浮于所述第二片材下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一微透鏡陣列形成為與所述第一材料層分 開的層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一個在尺寸上突出于所 述母模的平面上方至少1微米，或凹陷于所述母模的平面下方至少1微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一個在尺寸上突出于所 述母模的平面上方至少4微米，或凹陷于所述母模的平面下方至少4微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可光聚合的材料在曝光于導致同時吸收兩個 或更多個光子的條件時被聚合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域包括至少兩個局部完整結(jié) 構(gòu)，其中所述局部完整結(jié)構(gòu)各自包括與所述合成圖像相同的至少一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中適形于所述多個結(jié)構(gòu)化區(qū)域的所述物質(zhì)為可固化 組合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中適形于所述多個結(jié)構(gòu)化區(qū)域的所述物質(zhì)為電鍍
11.一種用于形成具有合成圖像的片材的母模，所述合成圖像懸浮于所述片材上方或 下方，所述母模包括第一片材，所述第一片材具有第一微透鏡陣列和與所述第一微透鏡陣列相鄰的光聚合 的第一材料層，其中該光聚合材料在曝光于導致同時吸收兩個或更多個光子的條件時被聚 合；其中所述第一片材在所述第一材料層中具有多個聚合的結(jié)構(gòu)化區(qū)域，其中所述結(jié)構(gòu)化 區(qū)域中的至少一些包括與其他結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的一些相同的部分形狀，并且其中每一結(jié)構(gòu)化區(qū)域與所述第一微透鏡陣列中的一個微透鏡相關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的母模，其中所述第一微透鏡陣列中的每一個微透鏡具有折 射表面，所述折射表面將光透射至所述第一材料層的位置，以在反射光或透射光作用下，從 所述第一材料層內(nèi)所形成的所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域生成合成圖像，其中所述合成圖像看起來懸浮 于所述第一片材上方或下方。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的母模，其中所述合成圖像的一部分看起來懸浮于所述第二 片材上方，而所述合成圖像的另一部分看起來懸浮于所述第一片材下方。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的母模，其中所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域包括至少兩個局部完整結(jié)構(gòu)， 其中所述局部完整結(jié)構(gòu)各自包括與所述合成圖像相同的至少一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的母模，其中所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一個在尺寸上突出于 所述母模的平面上方至少1微米，或凹陷于所述母模的平面下方至少1微米。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的母模，其中所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一個在尺寸上突出于 所述母模的平面上方至少4微米，或凹陷于所述母模的平面下方至少4微米。
17.一種使用母模形成片材的方法，包括提供第一片材，所述第一片材包括第一微透鏡陣列和與所述第一微透鏡陣列相鄰的可 光聚合的第一材料層，其中該可光聚合的材料在曝光于導致同時吸收兩個或更多個光子的 條件時被聚合；將所述第一片材曝光于輻射源，以在所述第一材料層中形成包括多個聚合的第一結(jié)構(gòu) 化區(qū)域的母模，其中所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些包括其他第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的一些 的部分，并且其中每一個第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域與所述第一微透鏡陣列中的一個微透鏡相關(guān)；使用適形于所述多個結(jié)構(gòu)化區(qū)域的物質(zhì)來復制所述多個第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域，以形成具有 多個復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域的第二材料層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括使所述第二材料層與第二微透鏡陣列相關(guān)，以形成第二片材，其中各個復制結(jié)構(gòu)化區(qū) 域與所述第二微透鏡陣列中的各個微透鏡相關(guān)；其中所述第二微透鏡陣列中的每一個微透鏡具有折射表面，所述折射表面將光透射 至所述第二材料層的位置，以在反射光或透射光作用下，從所述第二材料層內(nèi)所形成的所 述復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域生成合成圖像，其中所述合成圖像看起來懸浮于所述第二片材上方或下 方。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述合成圖像的一部分看起來懸浮于所述第二 材料層上方，而所述合成圖像的另一部分看起來懸浮于所述第二片材下方。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域中形成有至少兩個局部完 整結(jié)構(gòu)，其中所述局部完整結(jié)構(gòu)各自包括與所述合成圖像相同的至少一部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一微透鏡陣列中的每一個微透鏡具有折 射表面，所述折射表面將光透射至所述材料層的位置，以在反射光或透射光作用下，從所述 第一材料層內(nèi)所形成的所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域生成合成圖像，其中所述合成圖像看起來懸浮于所 述第一片材上方或下方。
22.—種母模，包括第一微透鏡陣列；和規(guī)則的結(jié)構(gòu)陣列，其中每一結(jié)構(gòu)與所述微透鏡中的一個相關(guān)，其中所述結(jié)構(gòu)中的至少一些包括與其他結(jié)構(gòu)中的至少一些相同的部分形狀，其中在所述結(jié)構(gòu)之間存在大致平坦的區(qū)域，使得在所述大致平坦的區(qū)域中特征物高度 的變化不大于100納米。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的母模，其中所述結(jié)構(gòu)具有在所述母模的平面上方的最大結(jié) 構(gòu)高度，其中在所述大致平坦的區(qū)域中不存在高度大于或等于所述最大結(jié)構(gòu)高度的10%的 特征物。
24.一種使用可見光輻射或紅外線輻射的光刻法，包括提供第一微透鏡陣列和與所述微透鏡相鄰的可光聚合的第一材料層；將所述第一材料層曝光于輻射源，所述輻射源包括可見光輻射或紅外線輻射；將所述可光聚合的第一材料層顯影，以在所述第一材料層中形成包括多個聚合的第一 結(jié)構(gòu)化區(qū)域的母模，其中所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些包括與其他第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的一些相同的 部分形狀，其中每一第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域與第一微透鏡陣列中的一個微透鏡相關(guān)，其中多個所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的至少一個特征物尺寸小于或等于100納米。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中該光聚合的材料在曝光于導致同時吸收兩個或 更多個光子的條件時被聚合；以及其中多個所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的至少一個特征物尺寸小于或等于70納米。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種片材以及一種由母模形成片材的方法，其中所述片材具有懸浮于所述片材上方或下方的合成圖像。該方法包括提供第一片材，所述第一片材包括第一微透鏡陣列和與所述第一微透鏡陣列相鄰的可光聚合的第一材料層。另一步驟是將所述第一片材曝光于輻射源，以在所述第一材料層中形成包括多個聚合的第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域的母模，其中所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些包括與所述第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域中的至少一些相同的部分形狀，并且其中每一個第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域與所述第一微透鏡陣列中的一個微透鏡相關(guān)。另一步驟是使用適形于所述多個結(jié)構(gòu)化區(qū)域的物質(zhì)來復制所述多個第一結(jié)構(gòu)化區(qū)域，以形成具有多個復制結(jié)構(gòu)化區(qū)域的第二材料層。
文檔編號G03F7/00GK101878438SQ200880117941
公開日2010年11月3日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者布拉因·J·蓋茨, 特拉維斯·L·波茨, 瑟奇·韋策爾斯, 羅伯特·T·克拉沙 申請人:3M創(chuàng)新有限公司