專利名稱：制造錐形的光聚合波導(dǎo)陣列的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及制造錐形的光聚合波導(dǎo)陣列的方法。
波導(dǎo)，在本領(lǐng)域中也稱為光傳輸裝置或光導(dǎo)，可用于顯示裝置中，例如投影顯示裝置，屏外顯示裝置和直視顯示器。參見(jiàn)美國(guó)專利3,218,924和3,279,314(Miller)和美國(guó)專利4,767,186(Bradley，Jr.等)。這些顯示器的用途廣泛，包括計(jì)算機(jī)終端、飛機(jī)座艙顯示器、汽車儀表盤、電視和其它提供文本、圖表及視頻信息的裝置。
制造顯示裝置用的波導(dǎo)的方法是已知的。例如，美國(guó)專利3,218,924、3,279，314和4，767,186提到采用已知的方法和條形壓塑法、注塑法、擠壓法、熱輥軋法、鑄造法以及光聚合法可以制造投影屏幕。美國(guó)專利3,767,445介紹了一種制造集成的光波導(dǎo)的方法，其中要制造一個(gè)其表面可與所要求的均一橫截面波導(dǎo)的形狀相匹配的模具，用此模具對(duì)透明的塑料基底壓紋，再用高折射率的材料涂覆壓紋的基底。
美國(guó)專利5,230,990提到一種方法，用來(lái)制造在其整個(gè)芯長(zhǎng)上具有均勻截面的傳輸光芯的光波導(dǎo)陣列。首先通過(guò)光掩模使光致抗蝕劑層曝光，從而形成抗蝕劑母模，然后將曝光的區(qū)域溶解，對(duì)未曝光的區(qū)域加熱，形成平行的多排半圓形突起物。將抗蝕劑加熱直至熔化，液體的表面張力使其收縮成一系列半園形橫截面的線或半球形小珠。因而，用此方法只能得到半圓形的溝紋和半球形的點(diǎn)。然后由抗蝕劑母模形成壓模，作法是，在抗蝕劑母模上濺射一層導(dǎo)電薄膜，形成金屬母模，隨后在金屬母模上形成一層金屬薄膜，從而形成具有平行的多排半園形突起物的壓模。此壓?？捎糜谛纬晒獠▽?dǎo)陣列，其作法是使壓模上的低折射率物質(zhì)曝光，取下固化層，在固化層的半園形溝槽中置入高折射率物質(zhì)，并使該高折射率物質(zhì)固化，在此高折射率物質(zhì)上放置低折射率物質(zhì)并使其固化。此外，還可參看美國(guó)專利4,902,086、5,113,471和5,136,678。
1991年10月31日公開的日本公開特許公告245106提到一種制造光學(xué)基底板的方法，基底板上裝有一些高折射率波導(dǎo)，其橫截面在整個(gè)波導(dǎo)長(zhǎng)度上是均一的，各波導(dǎo)之間由低折射率的物質(zhì)隔開。光學(xué)板的制造是將高折射率的光敏樹脂置于基底上，用透氧性低的薄片蓋住光敏樹脂，通過(guò)光掩模和上述透氧性低的薄片使光敏樹脂受到紫外光的照射，從而形成均一橫截面的波導(dǎo)。將未曝光的樹脂和低透氧性薄片移除，并在波導(dǎo)周圍放置低折射率物質(zhì)。
該245106的方法是不理想的，因?yàn)橛闷渲频玫牟▽?dǎo)在用于顯示器時(shí)會(huì)有對(duì)比度低和目視色度隨視角變化而改變的缺點(diǎn)。為了在波導(dǎo)的輸入端實(shí)現(xiàn)良好的聚光，它們必須象公開特許245106中所述在輸入端緊密地壓實(shí)。因?yàn)闄M截面是均勻的，所以這種緊密壓實(shí)的排列沿著波導(dǎo)的長(zhǎng)度方向在整個(gè)光學(xué)板上一直保持下去。這就造成了在顯影階段從壁區(qū)除掉未曝光物質(zhì)的困難，并且在板的輸出端沒(méi)有為加入改進(jìn)對(duì)比度用的物質(zhì)提供空間。另外，橫截面均勻的波導(dǎo)不增大通過(guò)它的光的角分布。如共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)86,414(1993年7月1日提交)所指出，通常都非常希望波導(dǎo)能造成這種角分布的增加。
制造均勻橫截面的光波導(dǎo)的其它方法公開在美國(guó)專利4,783,136和5,138,687、歐洲專利公報(bào)357396(1990年3月7日公布)、日本公開特許公告24121(1993年2月2日公布)和119203(1993年5月18日公布)中。
美國(guó)專利4,712,854提出了做成適合于連接到光導(dǎo)纖維上的光波導(dǎo)的兩種方法。第一種方法包括沿光聚合物質(zhì)的深度方向形成折射率分布的第一個(gè)紫外光曝光步驟和沿其寬度方向形成折射率分布的第二紫外光曝光步驟，以便形成與漸變折射率型光導(dǎo)纖維具有良好匹配特性的光波導(dǎo)。這種方法有缺點(diǎn)，因?yàn)樗枰獌纱巫贤夤馄毓獠襟E。此外，沒(méi)有凸紋圖象形成，而且波導(dǎo)是由連續(xù)的聚合物膜內(nèi)的較高折射率區(qū)構(gòu)成或由幾個(gè)這種膜的層壓件構(gòu)成。因此，光波導(dǎo)的傳播嚴(yán)格地局限于該膜的平面，決不會(huì)垂直于膜平面?zhèn)鞑ァ?br> 1986年9月19日公布的日本公開特許公告42241提出了一種制造光導(dǎo)陣列的方法，其作法是，使基底通過(guò)一個(gè)裝有單體溶液的容器移動(dòng)，同時(shí)使溶液經(jīng)過(guò)光掩模受到紫外光曝光，于是在基底上形成橫截面均勻的光導(dǎo)坯體。在此過(guò)程中，經(jīng)曝光的單體溶液位于基底和光掩模之間，而光掩模位于紫外光和單體溶液之間。在曝光期間，基底垂直地離開光源移動(dòng)。然后從容器中取出基底，在棒狀的波導(dǎo)坯體周圍倒入低折射率物質(zhì)并使其固化。為形成錐形光導(dǎo)坯體，在光掩模和單體溶液之間放置一個(gè)透鏡并移動(dòng)透鏡，以此改變掩模影象的放大倍數(shù)，從而使光導(dǎo)坯體沿著遠(yuǎn)離基底朝透鏡、光掩模和紫外光方向逐漸變尖。這種復(fù)雜的移動(dòng)光掩模和透鏡的系統(tǒng)使得此方法使用不便。另外，此方法不能制造其中的相鄰坯體光輸入表面之間的中心距與光輸出表面之間的中心距基本上相等的錐形光導(dǎo)坯體。因此，陣列的輸入和輸出表面的面積不相等。錐形端處的陣列面積按著各個(gè)元件的縮小比例的平方減小，這可從日本公開特許公報(bào)42241的圖中清楚地看出。因此，此方法不能用來(lái)制作用于諸如液晶顯示器(LCD)的顯示裝置的錐形波導(dǎo)陣列，因?yàn)榭s小顯示器的尺寸是非常不符合要求的。另外，通過(guò)移動(dòng)透鏡而形成的陣列中各個(gè)元件的橫截面是不均一的?？拷哥R系統(tǒng)光軸的那些元件與外在陣列周邊的元件的橫截面分布不同。這一效應(yīng)也清楚地顯示在日本特許公開42241的圖中。結(jié)果，陣列中的各個(gè)元件的光學(xué)性質(zhì)不均一，這種不均一性會(huì)降低顯示器系統(tǒng)中的圖像質(zhì)量因而是非常不符合要求的。
因此，工藝上需要一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)制造性能改進(jìn)的錐形光聚合的波導(dǎo)陣列。
發(fā)明概要我們開發(fā)了一種制造錐形的光聚合波導(dǎo)陣列的方法，該方法在工藝上可滿足上述要求。在步驟(a)中，將光掩模置于與基底牢固接觸的位置，光掩模中有不透明區(qū)和透明區(qū)。在步驟(b)中，在該基底上放置一層厚度基本上均勻的可光聚合的混合物，使基底位于可光聚合的混合物和光掩模之間，其中(i)可光聚合的混合物包含至少一種活性單體和光引發(fā)劑，(ii)光引發(fā)劑的用量足以在其后的步驟(c)中沿可光聚合的混合物的整個(gè)厚度形成基本上準(zhǔn)直的光化輻射梯度。在步驟(c)中，將可光聚合混合物和基底保持在相對(duì)于基本上準(zhǔn)直的光化輻射基本上固定的平面上，同時(shí)，通過(guò)光掩模的透明區(qū)使可光聚合的混合物受到基本上準(zhǔn)直的光化輻射曝光，曝光時(shí)間足以形成光聚合的錐形波導(dǎo)陣列，其中(i)各波導(dǎo)的錐形端從基底向外延伸，(ii)各波導(dǎo)均有一個(gè)鄰近基底的光輸入表面和一個(gè)遠(yuǎn)離光輸入表面的光輸出表面，(iii)各波導(dǎo)的光輸入表面的面積大于其光輸出表面的面積。在步驟(d)中，從基底上除去光掩模和實(shí)際上未在步驟(c)中被基本上準(zhǔn)直的光化輻射所聚合的可光聚合混合物。
在另一實(shí)施方案中，在步驟(a)里，將厚度基本上均勻的可光聚合混合物放在光掩模上，其中(i)光掩模有不透明區(qū)和透明區(qū)，(ii)可光聚合混合物包含至少一種活性單體和光引發(fā)劑，(iii)光引發(fā)劑的用量足以在其后的步驟(b)中沿可光聚合混合物的整個(gè)厚度形成基本上準(zhǔn)直的光化輻射梯度。在步驟(b)中將可光聚合混合物與光掩模保持在相對(duì)于基本上準(zhǔn)直的光化輻射基本上固定的平面上，同時(shí)，通過(guò)光掩模的透明區(qū)使可光聚合混合物受到基本上準(zhǔn)直的光化輻射曝光，曝光時(shí)間足以形成錐形的光聚合波導(dǎo)，其中(i)各波導(dǎo)的錐形端由光掩模向外延伸，(ii)各波導(dǎo)均有一個(gè)鄰近光掩模的光輸入表面和遠(yuǎn)離光輸入表面的光輸出表面，(iii)各波導(dǎo)的光輸入表面的面積大于其光輸出表面的面積。在步驟(c)中，從光掩模上除去在步驟(b)中實(shí)際上未被基本上準(zhǔn)直的光化輻射所聚合的可光聚合混合物。
與日本公開特許公報(bào)42241的方法不同，本發(fā)明的方法很方便，因?yàn)樵谄毓馄陂g不需要移動(dòng)可光聚合的混合物或一種復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)來(lái)制造錐形光導(dǎo)。更重要的是，這種錐形波導(dǎo)陣列的輸入與輸出表面的面積基本上不變，而且在很大程度上與各個(gè)波導(dǎo)的錐度無(wú)關(guān)。另外，每個(gè)單獨(dú)的波導(dǎo)基本上相同，無(wú)論它在陣列中的位置如何，都會(huì)使整個(gè)陣列具有均勻的光學(xué)性質(zhì)。
根據(jù)下面的敘述、附圖和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1表示用來(lái)實(shí)施本發(fā)明方法的基底。
圖2是用來(lái)實(shí)施本發(fā)明方法的光掩模的側(cè)視圖，圖2A是光掩模的頂視圖。
圖3是圖1的基底與圖2的光掩模的組合。
圖4表示帶有用來(lái)實(shí)施本發(fā)明方法的可光聚合物質(zhì)的圖3組合件。
圖5表示圖4和一塊用來(lái)實(shí)施本發(fā)明方法的蓋板。
圖6表示圖5組合件受到基本上準(zhǔn)直的光曝光。
圖7表示除去光掩模和蓋板之后的圖6組合件。
圖8表示從圖7組合件中除去未曝光的可光聚合物質(zhì)。
圖9表示由圖8得到的組合件。
圖9A表示由本發(fā)明方法的另一實(shí)施方案得到的組合件。
圖10表示圖9組合件的泛射光的曝光。
圖11是用本發(fā)明方法制得的具有筆直側(cè)壁的錐形波導(dǎo)陣列的分解斷面圖。
圖12是用本發(fā)明方法制得的具有矩形截面的錐形波導(dǎo)陣列的透視圖。
圖13是用本發(fā)明方法制得的具有圓形截面的錐形波導(dǎo)陣列的透視圖。
圖14是用本發(fā)明方法制得的具有筆直側(cè)壁的單個(gè)錐形波導(dǎo)的斷面圖。
圖15是用本發(fā)明方法制得的具有彎曲側(cè)壁的錐形波導(dǎo)陣列的分解斷面圖。
圖16是用本發(fā)明方法制得的錐形波導(dǎo)陣列，其中在各波導(dǎo)之間的間隙中包含一種吸收光的黑色顆粒狀物質(zhì)。
圖17是用本發(fā)明方法制得的錐形波導(dǎo)陣列，其中波導(dǎo)陣列的輸出表面上蓋著一個(gè)透明保護(hù)層。
圖18是用本發(fā)明方法制得的錐形波導(dǎo)陣列，其中波導(dǎo)陣列的輸出表面上蓋著一個(gè)包含透鏡陣列的透明保護(hù)層。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述本領(lǐng)域技術(shù)人員參照上述附圖將能更好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。附圖中說(shuō)明的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案并不認(rèn)為是包羅一切的，也不是要將本發(fā)明限制在所公開的刻板的形式。選擇這些附圖是為了對(duì)本發(fā)明的原理及其用途和實(shí)際應(yīng)用作出描敘或最佳解釋。從而使熟悉本工藝的其它人員能最好地利用本發(fā)明。
圖1所示的波導(dǎo)基底2可用于實(shí)施本發(fā)明的方法。波導(dǎo)基底2包括基底4和任選的粘結(jié)促進(jìn)層6。基底4至少對(duì)波長(zhǎng)范圍為約400nm到約700nm的光是透明的，因?yàn)檫@一可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)是欲形成的光波導(dǎo)的最理想的工作區(qū)。更優(yōu)選的是基底4還可透過(guò)約250nm到約400nm的紫外光，因?yàn)檫@是很多有效的光引發(fā)劑吸收光的區(qū)域。另外，如果希望在約700nm至約2000nm的近紅外區(qū)使用錐形波導(dǎo)陣列，則最好使用在這一區(qū)域也透光的基底4?；?的折射率可在約1.45到約1.65的范圍。最優(yōu)選的折射率可在約1.50到約1.60?；?可以由任何透明的固體材料制成。優(yōu)選的材料有市售商品，包括透明的聚合物、玻璃和熔凝石英玻璃。適用的透明聚合物包括聚酯、聚丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯和聚碳酸酯。期望這些材料具備的特性包括在顯示裝置的典型操作溫度下的機(jī)械和光學(xué)的穩(wěn)定性。與玻璃相比，透明聚合物具有結(jié)構(gòu)柔性的附加優(yōu)點(diǎn)，這使它能制成大片材的產(chǎn)品，然后根據(jù)需要切割和層壓。用作基底4的優(yōu)選材料是玻璃和聚酯，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯?；?的厚度可以在很大范圍內(nèi)變化。最好是，基底4的厚度優(yōu)選為約1密耳(0.001英寸或25微米)至約10密耳(0.01英寸或250微米)。
粘結(jié)促進(jìn)層6最好是一種有機(jī)材料，它能透光，又能使在其上形成的波導(dǎo)、尤其是由例如光交聯(lián)的丙烯酸酯單體材料的聚合物所制成的波導(dǎo)牢固地粘結(jié)在基底4上。這類物質(zhì)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的，有市售產(chǎn)品，這里不作詳述。例如，如果基底4是玻璃而波導(dǎo)是由丙烯酸酯單體材料形成，則合適的粘結(jié)促進(jìn)層6可由玻璃表面與某些類型的硅烷化合物，包括甲基丙烯酸3-(三甲氧甲硅烷基)丙酯、3-丙烯酰氧基丙基三氯硅烷和三甲基甲硅烷基丙基甲基丙烯酸酯反應(yīng)而形成。如果基底4是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)且波導(dǎo)是由例如丙烯酸酯單體材料形成，則粘結(jié)促進(jìn)層6可以采用經(jīng)過(guò)粘結(jié)處理的PET膜，例如Hostaphan-4500(Hoechst-Celanese)。如果基底4是乳液涂布的，而波導(dǎo)例如，是由丙烯酸酯單體材料形成，則粘結(jié)促進(jìn)層6可以由3-丙烯酰氧基丙基三氯硅烷(Hüls America A0396)構(gòu)成。粘結(jié)促進(jìn)層6的厚度可在很廣的范圍內(nèi)變化。通常，粘結(jié)促進(jìn)層6的厚度與在終端應(yīng)用，例如常規(guī)的直視平板顯示裝置中使用的相同。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，粘結(jié)促進(jìn)層6的厚度小于約1微米。如果斷定波導(dǎo)與裸基底4的粘結(jié)是充分的，則可以省去粘結(jié)層6。
圖2所示的光掩模8可用于實(shí)施本發(fā)明的方法。光掩模8控制紫外光的空間輪廓，即紫外光在該處照射在可光聚合物質(zhì)層上。光掩模8包括透明的基底10，在它的一個(gè)表面上有不透明區(qū)12和透明區(qū)14，從而使射向光掩模8的輻射只照射在所希望的可光聚合物質(zhì)的區(qū)域上。如圖2A所示，光掩模8有一個(gè)不透明區(qū)12和透明區(qū)14的圖案，它包括所要求的錐形波導(dǎo)陣列的圖案。圖2A的圖案是很多可用圖案中的一個(gè)，僅供圖示說(shuō)明之用。在本發(fā)明范圍內(nèi)可以采用很多其它的透明與不透明區(qū)圖案。市售的光掩?？梢杂糜诒景l(fā)明的方法中。
在本發(fā)明第一實(shí)施方案的第一步驟，如圖3所示將光掩模8置于與波導(dǎo)基底2牢固接觸的位置，這里所用的“牢固接觸”一詞是指光掩模8和波導(dǎo)基底2在本發(fā)明方法的其余階段中不會(huì)分離。任何已知的用以保持兩個(gè)基底間牢固接觸的方法均可用于此處。例如，可以在光掩模8和波導(dǎo)基底2之間放置一種液體，例如異丙醇、甲醇或水，然后可以用橡皮輥將光掩模8與波導(dǎo)基底2壓合在一起。其它已知的保持兩個(gè)基底之間牢固接觸的方法包括機(jī)械夾緊、真空接觸、靜電接觸和其它能實(shí)現(xiàn)開路接觸(off-contact)或接近式曝光、軟接觸曝光(soft-contact printing)及掃描的方法。
在本發(fā)明第一實(shí)施方案的第二步驟，在波導(dǎo)基底上放置一層厚度基本均勻的可光聚合的混合物，以便使波導(dǎo)基底位于可光聚合混合物與光掩模之間，其中可光聚合混合物包含一種活性單體或這類單體的混合物，以及光引發(fā)劑或這類光引發(fā)劑的混合物，而且光引發(fā)劑的用量足以在其后的步驟中沿整個(gè)可光聚合混合物的厚度形成基本上準(zhǔn)直的紫外光輻射梯度。任何已知的將厚度基本上均勻的可光聚合物質(zhì)放置在基底上的方法均可用于本發(fā)明。這里所說(shuō)的“厚度基本上均勻”是指在整個(gè)混合物區(qū)域中厚度的變化小于約10％，更優(yōu)選小于約5％。正如后面要詳細(xì)解釋的，可光聚合混合物的厚度是所要求的錐形的光聚合波導(dǎo)的最終長(zhǎng)度，它本身又由穿過(guò)波導(dǎo)輸入表面的最短橫向距離決定。任選錐形的光聚合波導(dǎo)的長(zhǎng)度或可光聚合混合物的厚度為約1μm至約4000μm，更優(yōu)選為約15μm至約1600μm，最優(yōu)選為約50μm至約400μm。
放置厚度基本上均勻的可光聚合物質(zhì)層的方法包括旋轉(zhuǎn)涂布、輥涂、刮涂、用狹縫補(bǔ)綴涂布以及擠壓涂布等。圖4和5說(shuō)明了另一種方法。在波導(dǎo)基底2上放置定距片16。定距片16的高度等于所要求的錐形的光聚合波導(dǎo)的最終長(zhǎng)度。然后在波導(dǎo)基底2上放置可光聚合混合物18，使得波導(dǎo)基底2位于可光聚合混合物18和光掩模8之間。
可光聚合物質(zhì)18包括兩種基本組分。第一種基本組分是可光聚合的單體，尤其是能形成透明固體聚合物材料的烯屬不飽和單體。優(yōu)選的固體聚合物材料的折射率在約1.45至約1.65之間，包括市售的商品聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酯、聚苯乙烯以及由丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體經(jīng)光聚合形成的聚合物。更優(yōu)選的材料的折射率在約1.50至1.60之間，且它包括由尿烷丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、(聚)乙二醇丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯組成的丙烯酸酯單體混合物和含乙烯基的有機(jī)單體經(jīng)過(guò)光聚合形成的聚合物。為了對(duì)組合物的性質(zhì)，例如交聯(lián)密度、粘度、粘結(jié)性、固化速度和折射率作精細(xì)調(diào)節(jié)和減小由組合物產(chǎn)生的光聚合物的變色、開裂和脫層的現(xiàn)象，在可光聚合混合物中使用單體混合物是有益的。
適用的更優(yōu)選的單體實(shí)例包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸2-(乙基己基)酯(EHA)、丙烯酸異癸酯、丙烯酸2-(羥乙基)酯、丙烯酸2-(羥丙基)酯、丙烯酸環(huán)己酯(CHA)、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、乙氧基化的雙酚A二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)、二甘醇二丙烯酸酯(DEGDA)、二甘醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)、丙烯酸苯氧基乙酯(PEA)、丙烯酸β-羥乙基酯(β-CEA)、丙烯酸異冰片酯(IBOA)、丙烯酸四氫糠酯(THFFA)、丙二醇單丙烯酸酯(MPPGA)、丙烯酸2-(2-乙氧乙氧基)乙酯(EOEOEA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯(HDDMA)、三甘醇二丙烯酸酯(TEGDA)或二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)、四甘醇二丙烯酸酯(TTEGDA)或二甲基丙烯酸酯(TTEGDMA)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)或二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、乙氧基化的新戊二醇二丙烯酸酯(NPEOGDA)、丙氧基化的新戊二醇二丙烯酸酯(NPPOGDA)、脂族二丙烯酸酯(ADA)、烷氧基化的脂族二丙烯酸酯(AADA)、脂族碳酸酯二丙烯酸酯(ACDA)、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、乙氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPEOTA)、丙氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPPOTA)、甘油基丙氧基化的三丙烯酸酯(GPTA)、三(2-羥乙基)異氰脲酸酯三丙烯酸酯(THEICTA)、二季戊四醇五丙烯酸酯(DPEPA)、二(三羥甲基丙烷)四丙烯酸酯(DTMPTTA)和烷氧基化的四丙烯酸酯(ATTA)。
特別適用的混合物是其中至少一種單體是多官能單體，例如二丙烯酸酯或三丙烯酸酯，因?yàn)樗鼈兡茉诜磻?yīng)生成的光聚合物中形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)。用于本發(fā)明方法的優(yōu)選的物質(zhì)是由乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯的光聚合混合物形成的交聯(lián)聚合物。這些最優(yōu)選的物質(zhì)的折射率在約1.53至約1.56的范圍內(nèi)。透明固體材料的折射率不一定需要在整個(gè)波導(dǎo)元件內(nèi)都是均一的。造成折射率存在不均一性，例如條紋、散射顆?；虍?，可能會(huì)有好處，因?yàn)檫@些不均一性可以進(jìn)一步加大從波導(dǎo)陣列輸出光的發(fā)散度。
可光聚合的物質(zhì)所含單體量可以在很大范圍內(nèi)變化。單體的量或單體混合物的總量常為可光聚合物質(zhì)重量的約60-99.8％，優(yōu)選可光聚合物質(zhì)重量的約80-99％，更優(yōu)選為可光聚合物質(zhì)重量的約85-99％。
可光聚合物質(zhì)18中包括一種光引發(fā)劑作為另一基本組分，它被光化輻射活化形成活性物質(zhì)，引起單體的光聚合。光引發(fā)劑體系包含一種光引發(fā)劑，最好還有一種常規(guī)的敏化劑將光譜響應(yīng)擴(kuò)展到具有光譜實(shí)用性的范圍，例如近紫外光譜區(qū)和對(duì)于激光激發(fā)和很多常見(jiàn)的光學(xué)材料能透射的可見(jiàn)光譜區(qū)。光引發(fā)劑通常是一種經(jīng)光化射線活化而產(chǎn)生自由基加成聚合引發(fā)劑，而且最好在室溫或更低的溫度下(例如約20℃至約25℃)是熱鈍性的。
說(shuō)明這類引發(fā)劑的實(shí)例在美國(guó)專利4,943,112及其引用文獻(xiàn)中作了介紹。優(yōu)選的自由基引發(fā)劑是1-羥基-環(huán)己基-苯基酮(Irgacure 184)、苯偶姻、苯偶姻乙醚、苯偶姻異丙醚、二苯甲酮、benzidimethyl ketal(Irgacure 651)、α，α-二乙氧基苯乙酮、α，α-二甲氧基-α-羥基苯乙酮(Darocur 1173)、1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-羥基-2-甲基-丙烷-1-酮(Darocur 2959)、2-甲基-1-[4-甲硫基)苯基]-2-嗎啉代-丙烷-1-酮(Irgacure 907)、2-芐基-2-二甲氨基-1-(4-嗎啉代苯基)丁烷-1-酮(Irgacure 369)、聚{1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]-2-羥基-2-甲基-丙烷-1-酮}(Esacure KIP)、[4-(4-甲基苯硫代)苯基]苯基甲酮(Quantacure BMS)、二莰醌、50％的1-羥基環(huán)己基苯基酮和50％的二苯甲酮(Irgacure 500)。
更優(yōu)選的光引發(fā)劑包括benzidimethyl ketal(Irgacure 651)、α，α-二乙氧基苯乙酮、α，α-二甲氧基-α-羥基苯乙酮(Darocur 1173)、1-羥基-環(huán)己基-苯基酮(Irgacure 184)、1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-羥基-2-甲基-丙烷-1-酮(Darocur 2959)、2-甲基-1-4-(甲基硫代)苯基]-2-嗎啉代-丙烷-1-酮(Irgacure 907)、2-芐基-2-二甲氨基-1-(4-嗎啉代苯基)丁烷-1-酮(Irgacure 369)，以及50％的1-羥基環(huán)己基苯基酮和50％二苯甲酮(Irgacure 500)。最優(yōu)選的光引發(fā)劑是那些在輻照下不會(huì)發(fā)黃、而且按照ASTM D 1544-80的規(guī)定在190℃下暴露24小時(shí)后組合物顏色的增加不超過(guò)Gardner顏色標(biāo)度數(shù)值8。這些光引發(fā)劑包括benzidimethyl ketal(Irgacure 651)、α，α-二甲氧基-α-羥基苯乙酮(Darocur 1173)、1-羥基-環(huán)己基-苯基酮(Irgacure 184)、1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-羥基-2-甲基-丙烷-1-酮(Darocur 2959)以及50％1-羥基環(huán)己基苯基酮和50％二苯甲酮(Irgacure 500)。
在其后的步驟中為了沿可光聚合混合物18的整個(gè)厚度形成基本上準(zhǔn)直的紫外光梯度，必需的光引發(fā)劑用量占可光聚合物質(zhì)總重量的約0.1％到約12％。優(yōu)選的光引發(fā)劑的用量占可光聚合物質(zhì)重量的約0.5-12％，而更優(yōu)選的用量占可光聚合物質(zhì)重量的0.5-8％。已經(jīng)知道，所要求的準(zhǔn)直光梯度不僅受光引發(fā)劑濃度的影響，而且還受曝光光源中存在的輻射波長(zhǎng)選擇的影響，它們可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員控制。
除了基本組分以外，可光聚合物質(zhì)中還可以包括各種任選組分，例如穩(wěn)定劑、抑制劑、增塑劑、熒光增白劑、脫模劑、鏈轉(zhuǎn)移劑以及其它可光聚合的單體等。
可光聚合的物質(zhì)最好含有一種可防止或減少降解的穩(wěn)定劑，這種降解將導(dǎo)致光聚合物的性能變差，例如按照ASTM D 4538-90A的規(guī)定，在190℃于空氣中加熱老化24小時(shí)后，發(fā)生開裂和層離，以及在這樣加熱老化后，光聚合物變黃(按ASTM D 1544-80測(cè)定，其顏色超過(guò)Gardner顏色標(biāo)度數(shù)值8)。這類穩(wěn)定劑包括紫外吸收劑、光穩(wěn)定劑和抗氧化劑。
紫外吸收劑包括羥基苯基苯并三唑類，例如2-[2-羥基-3，5-二(1，1-二甲基芐基)苯基]-2-H-苯并三唑(Tinuvin 900)、聚(氧-1，2-乙烷二基)、α-(3-(3-(2H-苯并三唑-2-基)-5-(1，1-二甲基乙基)-4-羥苯基)-1-氧丙基)-ω-羥基(Tinuvin1130)和2-[2-羥基-3，5-二(1，1-二甲基丙基)苯基]-2-H-苯并三唑(Tiruvin 238)；以及羥基二苯甲酮類，例如4-甲氧基-2-羥基二苯甲酮和4-正辛氧基-2-羥基二苯甲酮。光穩(wěn)定劑，包括位阻胺，例如4-羥基-2，2，6，6-四甲基哌啶、4-羥基-1，2，2，6，6-五甲基哌啶、4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶、雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(Tinuvin 770)、雙(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(Tinuvin 292)、雙(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)-2-正丁基-2-(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)丙二酸酯(Tinuvin 144)和琥珀酸與N-β-羥基-乙基-2，2，6，6-四甲基-4-羥基哌啶的聚酯(Tinuvin 622)。抗氧化劑，包括取代的酚，例如1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基)-4-羥基芐基)苯、1，1，3-三(2-甲基-4-羥基-5-叔丁基)苯基)丁烷、4，4′-亞丁基雙(6-叔丁基-3-甲基)苯酚、4，4′-硫代二(6-叔丁基-3-甲基)苯酚、三(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)異氰脲酸酯、十六烷基-3，5-二叔丁基-4-羥基苯(Cyasorb UV 2908)、3，5-二叔丁基-4-羥基苯甲酸、1，3，5-三(叔丁基-3-羥基-2，6-二甲基芐基)(Cyasorb 1790)、硬脂酰-3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯(Irganox 1076)、季戊四醇四(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)(Irganox 1010)和硫代二亞乙基雙(3，5-二叔丁基-4-羥基)氫化肉桂酸酯(Irganox 1035)。
優(yōu)選用于本發(fā)明的穩(wěn)定劑是抗氧化劑。優(yōu)選的抗氧化劑選自取代的酚，例如1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基)-4-羥基芐基)苯、1，1，3-三(2-甲基-4-羥基-5-叔丁基苯基)丁烷、4，4′-亞丁基-雙(6-叔丁基-3-甲基)苯酚、4，4′-硫代雙(6-叔丁基-3-甲基)苯酚、三-(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)異氰脲酸酯、十六烷基-3，5-二叔丁基-4-羥基苯(Cyasorb UV 2908)、3，5-二叔丁基-4-羥基苯甲酸、1，3，5-三叔丁基-3-羥基-2，6-二甲基芐基(Cyasorb 1790)、硬脂酰-3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯(Irganox 1076)、季戊四醇四(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)(Irganox 1010)和硫代二亞乙基-雙(3，5-二叔丁基-4-羥基)氫化肉桂酸酯(Irganox 1035)。最優(yōu)選的穩(wěn)定劑包括季戊四醇四(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)(Irganox 1010)和硫代二亞乙基-雙(3，5-二叔丁基-4-羥基)氫化肉桂酸酯(Irganox 1035)和硬脂酰-3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯(Irganox 1076)。
組合物中的穩(wěn)定劑的用置可以在很大范圍內(nèi)變化，通常為可光聚合物質(zhì)重量的約0.1-10％。穩(wěn)定劑的優(yōu)選用量為可光聚合物質(zhì)重量的約0.1-5％，更優(yōu)選的用量為可光聚合物質(zhì)重量的約0.2-3％。
然后將蓋板20放在可光聚合的混合物18上，并向下壓，直到它與定距片16接觸，如圖5所示。蓋板20包括蓋板基底22和防粘層24。蓋板基底22可以由例如玻璃、石英、熔凝石英玻璃、聚合物片材或金屬片材的任一種材料制成。防粘層24可以是氟化聚合物，例如Teflon AC、聚硅氧烷、或是一種未經(jīng)處理的聚合物膜，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，不使用波導(dǎo)基底2，可光聚合的物質(zhì)18直接放在光掩模8上(未示出)。
在本發(fā)明這兩個(gè)實(shí)施方案的下一步驟中，在保持可光聚合的混合物與基本上準(zhǔn)直的紫外光實(shí)際上處于相對(duì)靜止的同時(shí)，使可光聚合的混合物通過(guò)光掩模的透明區(qū)經(jīng)受基本上準(zhǔn)直的紫外光的曝光，曝光時(shí)間足以形成錐形的光聚合波導(dǎo)，其中(i)各波導(dǎo)的錐形端從基底或光掩模向外延伸，(ii)各波導(dǎo)均有與基底或光掩模相鄰的光輸入表面和遠(yuǎn)離光輸入表面的光輸出表面，和(iii)各波導(dǎo)的光輸入表面的面積大于光輸出表面的面積。如圖6所示，然后將圖5的組合件用基本上準(zhǔn)直的光化輻射26曝光。這里所用的“基本上準(zhǔn)直”一詞是指從光源發(fā)出的光與曝光系統(tǒng)的光軸的偏離不超過(guò)10°。
可光聚合物質(zhì)要在所需波長(zhǎng)和光強(qiáng)的光化輻射下曝光達(dá)到所要求的時(shí)間。這里所用的“光化輻射”一詞定義為可見(jiàn)、紫外或紅外光譜區(qū)內(nèi)的光，以及電子束、離子或中子束或X-射線的輻射。光化輻射可用不相干光或是相干光，例如激光器發(fā)出的光。
光化輻射的光源以及曝光的步驟、時(shí)間、波長(zhǎng)和強(qiáng)度等可在很廣的范圍內(nèi)變化，這取決于所要求的聚合度、光聚合物的折射率以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉的其它因素。常規(guī)的光聚合方法及其操作參數(shù)在本領(lǐng)域是眾所周知的。參見(jiàn)例如S.P.Pappas編寫的“Radiation CuringScience andTechnology”，Plenum Press，New York，NY；D.R.Randell編寫的“Radiation Curing of Polymers，II”，Royal Society ofChemistry，Cambridge，Mass；和C.E.Hoyle與J.F.Kristle編寫的“Radiation Curing of Polymeric Materials”，American ChemicalSociety。因此，這里將不予詳述。
光化輻射源和輻射波長(zhǎng)可以在很大范圍內(nèi)變化，任何常規(guī)的波長(zhǎng)和輻射源均可使用。最好是用較短波長(zhǎng)(或高能)的輻射進(jìn)行光化學(xué)激發(fā)，以便在加工前暴露于通常遇到的輻射(例如室內(nèi)光)時(shí)不會(huì)使可光聚合物質(zhì)過(guò)早聚合。因此，優(yōu)選用紫外光(波長(zhǎng)300-400nm)和遠(yuǎn)紫外光(190-300nm)曝光。適宜的光源是高壓氙燈或汞-氙弧燈，并配以合適的濾光器以選擇加工所要求的波長(zhǎng)。另外，短波長(zhǎng)的相干輻射也可用于實(shí)施本發(fā)明。按“UV”模式在接近350nm的幾個(gè)波長(zhǎng)下工作的氬離子激光器是理想的光源。再有，輸出接近257nm波長(zhǎng)的倍頻氬離子激光器也是理想的。也可以使用電子束或離子束激發(fā)。最優(yōu)選的光化輻射是波長(zhǎng)為300-400nm的紫外光，例如由汞燈、氙燈或汞-氙燈產(chǎn)生的紫外光。
基本上準(zhǔn)直的光化輻射26穿過(guò)光掩模8的透明區(qū)14，并在可光聚合混合物18的曝光區(qū)域28內(nèi)引起光聚合反應(yīng)，該區(qū)域如圖6所示與光掩模8的透明區(qū)域14對(duì)準(zhǔn)。被光掩模8的不透明區(qū)12遮擋，而未受基本上準(zhǔn)直的光化輻射26照射的可光聚合混合物18的區(qū)域，沒(méi)有或者在某些情形下只有有限的光化反應(yīng)發(fā)生。
為了使曝光區(qū)域28具有適當(dāng)?shù)腻F形形狀，可光聚合混合物18在紫外光波長(zhǎng)下的光吸收必須高到足以在光化輻射曝光的過(guò)程中在整個(gè)膜內(nèi)能形成光化輻射強(qiáng)度的梯度。也就是說(shuō)，可光聚合混合物18內(nèi)可用來(lái)引發(fā)光反應(yīng)的光化輻射量，會(huì)由于可光聚合混合物18的一定的吸收作用而從光掩模8一邊向蓋板一邊減少。這種光化輻射梯度使得沿可光聚合混合物18的整個(gè)厚度發(fā)生的光聚合反應(yīng)量形成梯度變化，這就使所開發(fā)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的錐形幾何形狀，這是用本發(fā)明方法容易實(shí)現(xiàn)的一種幾何形狀。
沿可光聚合混合物18的整個(gè)厚度發(fā)生的光聚反應(yīng)量的梯度變化可進(jìn)一步受可光聚合混合物18內(nèi)存在的溶解氧的影響，這些氧起著減少或抑制光聚合反應(yīng)的作用，只有全部氧均被光聚合過(guò)程中產(chǎn)生的自由基耗盡的那些區(qū)域除外。溶解氧對(duì)光聚合反應(yīng)進(jìn)程的這種影響是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。另外，光聚合物結(jié)構(gòu)所必需的幾何形狀可以進(jìn)一步受自聚焦過(guò)程影響。即，照射在最靠近光掩模8的可光聚合混合物18表面上的光引發(fā)該表面上的光聚合反應(yīng)，因?yàn)楣袒木酆衔锊牧系恼凵渎时纫簯B(tài)單體的高，所以它起著使透過(guò)它的光發(fā)生折射的作用。按這種方式，照射在可光聚合混合物層的靠近蓋板一邊上的光的空間圖象由于靠近光掩模處的已經(jīng)聚合的物質(zhì)造成的折射而改變。這一作用會(huì)使最終形成的聚合結(jié)構(gòu)從成象光所射向的光掩模一側(cè)朝著蓋板20方向變窄。
在本發(fā)明這兩個(gè)實(shí)施方案的最后步驟中，將在曝光步驟中未受到基本上準(zhǔn)直的光化輻射曝光的可光聚合混合物除去。如圖7所示除去光掩模8、定距片16和帶有防粘層24的蓋板20。在圖8所示的容器32中用合適的溶劑30例如丙酮、甲醇或異丙醇將未反應(yīng)的單體洗掉，在波導(dǎo)基底2上留下已光聚合區(qū)域28的圖案。根據(jù)所選用的單體，有可能使用水基溶劑。在本發(fā)明第一種實(shí)施方案中留下的最終結(jié)構(gòu)由圖9所示的波導(dǎo)基底2上的已光聚合區(qū)域28組成。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，如圖9A所示，在光掩模8上留下已光聚合區(qū)域28的圖案。包含光聚合的錐形波導(dǎo)28陣列的最終結(jié)構(gòu)可以如圖10所示接受任選的紫外光34后形成的泛射光曝光，以便使光聚合物材料進(jìn)一步硬化。
在一條間歇式工業(yè)生產(chǎn)線中，光掩模和基底(如果使用的話)可在第一工序接觸。然后將此組合件推進(jìn)到準(zhǔn)直紫外光源所在的第二工序。在基底或光掩模上放置可光聚合的混合物，通過(guò)光掩模的透明區(qū)用基本上準(zhǔn)直的光化輻射使其曝光。隨后將曝光過(guò)的組合件推進(jìn)到第三工序，在那里將光掩模和未曝光的可光聚合混合物除掉。
在一條連續(xù)式工業(yè)生產(chǎn)線中，可以將可光聚合的混合物擠壓在柔性基底和柔性蓋板(未畫出)之間。然后使該組合件在兩個(gè)輥之間穿過(guò)，其中一個(gè)輥中含有其上帶有不透明區(qū)和透明區(qū)的光掩模，輥內(nèi)裝有光化輻射源。于是通過(guò)光掩模的透明區(qū)用基本上準(zhǔn)直的光化輻射使可光聚合混合物曝光。接著從曝過(guò)光的組合件上除掉蓋板，曝光過(guò)的組合件圍繞另一個(gè)輥前進(jìn)穿過(guò)溶劑浴，以除去未曝光的混合物。
圖11表示由圖10所示的光聚合錐形波導(dǎo)28的陣列制成的圖象顯示裝置36的分解斷面圖。該圖象顯示裝置36由基底4，粘結(jié)促進(jìn)層6和錐形波導(dǎo)28的陣列構(gòu)成。錐形波導(dǎo)28具有光輸入表面38、光輸出表面40和側(cè)壁42，彼此被折射率低于波導(dǎo)折射率的空隙區(qū)44隔開。各錐形波導(dǎo)28的輸入表面38與粘結(jié)促進(jìn)層6相鄰接，其表面積大于各波導(dǎo)28的輸出表面積40，這就造成了錐形結(jié)構(gòu)，錐形波導(dǎo)28的結(jié)構(gòu)和定位是至關(guān)重要的。
如圖11所示，各錐形波導(dǎo)28的光輸入表面38的面積大于其光輸出表面40的面積，而且陣列中相鄰波導(dǎo)28的光輸入表面38之間的中心距等于或者基本上等于它們的光輸出表面40之間的中心距，于是由波導(dǎo)28的光輸出表面40發(fā)出的光的角分布大于進(jìn)入波導(dǎo)28的輸入表面38的光的角分布。為了使由調(diào)制裝置，例如LCD(未示出)形成的圖象的清晰度在通過(guò)圖象顯示裝置36時(shí)不致于惡化，優(yōu)選相鄰波導(dǎo)28的光輸入表面38的中心距等于或者小于調(diào)制裝置相鄰像素之間的中心距。在圖11中，側(cè)壁42示為直線。但是，側(cè)壁42的形狀可以是直的或彎曲的。
錐形波導(dǎo)28在與圖象顯示裝置36平行的平面內(nèi)的橫截面可以是任何形狀，其中包括方形、矩形、任意的等邊多邊形、圓形或橢圓形。圖12示出由矩形橫截面的錐形波導(dǎo)28構(gòu)成的陣列的透視圖。圖13示出由圓形橫截面的錐形波導(dǎo)28構(gòu)成的陣列的類似透視圖。整個(gè)波導(dǎo)28的形狀實(shí)例包括正圓錐、正橢圓錐、正方形棱錐和正矩形棱錐，其中任何一種均可為完整的或截頭的。
錐形波導(dǎo)28的陣列的光學(xué)性質(zhì)，即，對(duì)比度和色度隨視角改變的變化，均由各個(gè)波導(dǎo)28的形狀、尺寸和物理排列所決定。在圖11中，相鄰波導(dǎo)28的光輸入表面38的中心距與相鄰波導(dǎo)28的光輸出表面40的中心距相等或基本上相等。因此，自光輸入表面38處進(jìn)入陣列的光學(xué)圖象在穿過(guò)陣列后既不放大、也不縮小。
示于圖11、12和13陣列中的錐形光波導(dǎo)28是由折射率高于波導(dǎo)間空隙區(qū)44的透明固體物質(zhì)構(gòu)成的。穿過(guò)光輸入表面38(示于圖11中)進(jìn)入波導(dǎo)28的光線，隨后以大于臨界角(根據(jù)Snell定律定義)的角度入射到波導(dǎo)的側(cè)壁42上，它在側(cè)壁42上發(fā)生一次或多次全內(nèi)反射，在大多數(shù)情況下穿過(guò)光輸出表面40由波導(dǎo)28出射?？赡苡猩僭S光線穿過(guò)側(cè)壁42或者反射回到光輸入表面38。錐形波導(dǎo)28的工作功能與透鏡的區(qū)別在于，透鏡不能利用全內(nèi)反射。
因?yàn)椴▽?dǎo)28呈錐形，致使光輸出表面40的面積小于光輸入表面38的面積，所以從光輸出表面40發(fā)射出的光的角分布將大于進(jìn)入光輸入表面38的光的角分布。放置在調(diào)制裝置輸出表面處的具有錐形波導(dǎo)28的陣列的圖像顯示裝置36，將會(huì)改變調(diào)制裝置輸出光的角分布，從而使調(diào)制裝置發(fā)出的圖像可以在較大的角度下收看。各波導(dǎo)28的光輸出表面40的面積優(yōu)選為光輸入表面38的面積的約1-60％。更優(yōu)選的是光輸出表面40的面積為光輸入表面38的面積的約3-40％。最優(yōu)選的是光輸出表面40的面積為光輸入表面38的面積的約4-20％。
為了使圖象顯示裝置36具有高的總光通量，所有波導(dǎo)的光輸入表面38的面積之和優(yōu)選大于陣列基底4的總面積的40％。更優(yōu)選圖象顯示裝置36中所有波導(dǎo)光輸入表面38的面積之和大于陣列的基底4的總面積的60％。最優(yōu)選圖象顯示裝置36中所有波導(dǎo)的光輸入表面38的面積之和大于陣列基底4的總面積的80％。
錐形波導(dǎo)28之間的空隙區(qū)44的折射率必須小于錐形波導(dǎo)28的折射率?？障秴^(qū)的優(yōu)選物質(zhì)包括折射率為1.00的空氣和折射率為約1.30至約1.40的含氟聚合物。最優(yōu)選的物質(zhì)是空氣。
圖14示出一個(gè)單獨(dú)的錐形波導(dǎo)28，它有光輸入表面38、光輸出表面40和筆直的側(cè)壁42。如將圖中錐形的直側(cè)壁42延伸直到它們相交，則形成錐角46。所要求的錐角46的值是約2°到約14°錐角46的更優(yōu)選值是約4°-12°，錐角45的最優(yōu)選值是約6°至約10°。
錐形波導(dǎo)28的長(zhǎng)度48取決于橫跨波導(dǎo)光輸入表面38的最短橫向距離50的尺寸。例如，如果光輸入表面38的形狀為方形，尺寸50就是正方形一邊的長(zhǎng)度。如果光輸入表面38的形狀為矩形，則尺寸50就是矩形兩邊中短邊的長(zhǎng)度。尺寸50的具體數(shù)值可以隨調(diào)制裝置的相鄰像素之間的中心距而在很大范圍內(nèi)變化。為了使由調(diào)制裝置形成的圖象的清晰度不致變差，尺寸50應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛐∮谡{(diào)制裝置相鄰像素之間的中心距。例如，如果調(diào)制裝置中相鄰像素之間的中心距為200μm，則尺寸50一般是在約5μm至約200μm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選約15μm至約200μm，最優(yōu)選約25μm至約100μm。
一旦尺寸50被選定，則長(zhǎng)度48可用長(zhǎng)度48與尺寸50之比來(lái)表示。長(zhǎng)度48與尺寸50之比可在很廣的范圍內(nèi)變化，這取決于希望從光輸出表面40發(fā)出的光的角分布比進(jìn)入輸入表面38的光的角分布增加到何種程度。通常長(zhǎng)度48與尺寸50之比為約0.25至約20。更優(yōu)選長(zhǎng)度48與尺寸50之比為約1到約8。最優(yōu)選長(zhǎng)度48與尺寸50之比為約2至約4。
圖15示出本發(fā)明的另一實(shí)施方案。圖象顯示裝置36由基底4、粘結(jié)促進(jìn)層6和各個(gè)錐形波導(dǎo)28組成。波導(dǎo)28具有彎曲的側(cè)壁52而不是圖11中所示的直側(cè)壁。光輸出表面54和光輸入表面56的面積之間的優(yōu)選關(guān)系與先前對(duì)具有直側(cè)壁的錐形波導(dǎo)28所述的優(yōu)選關(guān)系相同。具體地說(shuō)，各波導(dǎo)28的光輸出表面54的面積優(yōu)選為光輸入表面56的面積的約1-60％。更優(yōu)選光輸出表面54的面積為光輸入表面56的面積的約3-40％。最優(yōu)選光輸出表面54的面積為光輸入表面56的面積的約4-20％。
圖16示出本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方案，其中在錐形波導(dǎo)28之間的空隙區(qū)44內(nèi)充滿了一種吸光性物質(zhì)，例如吸光的黑色顆粒狀物58。通過(guò)在空隙區(qū)44中使用吸光物質(zhì)，直視式顯示裝置具有較高的對(duì)比度，而且反射到觀看者的背景光較少。最好是在空隙區(qū)44使用吸光性顆粒58而不是連續(xù)的黑色物質(zhì)，以便減小黑色物質(zhì)與波導(dǎo)側(cè)壁42相接觸的面積?？障秴^(qū)44內(nèi)的連續(xù)的黑色物質(zhì)會(huì)使通過(guò)波導(dǎo)28的光發(fā)生過(guò)多的吸收損失?？梢允褂萌魏挝庑晕镔|(zhì)形成吸光的黑色顆粒58?？赏ㄟ^(guò)黑色鑒別這些物質(zhì)。
適用的吸光性黑色顆粒物質(zhì)包括燈黑碳粉、碳黑和調(diào)色劑的混合物、碳黑和含氟聚合物的混合物。注視光聚合的錐形波導(dǎo)陣列的光輸出邊時(shí)，吸光性黑色顆粒物使陣列呈現(xiàn)無(wú)光澤的深黑色，并提供了良好的透光性，而且反射極少。
在一項(xiàng)實(shí)施方案中，利用一種其中含有吸光性黑色顆粒物的低折射率聚合物將吸光性黑色顆粒物58限制在波導(dǎo)28之間的空隙區(qū)44中?？梢灾苽湮庑灶w粒物的懸浮液或乳狀液。在這種情形下，黑色顆粒的載體材料的折射率最好小于各錐形波導(dǎo)的折射率。這種低折射率的填充物使通過(guò)錐形波導(dǎo)傳播的光得以發(fā)生全內(nèi)反射(TIR)。更優(yōu)選填充物的折射率比優(yōu)選的錐形波導(dǎo)材料的折射率至少小0.1單位。最優(yōu)選該折射率比優(yōu)選的錐形波導(dǎo)材料的折射率小0.2單位以上。例如，可以用無(wú)定形聚四氟乙烯(例如杜邦公司的Teflon AF)和燈黑碳粉在溶劑中的懸浮液涂覆在光聚合的錐形波導(dǎo)陣列上。然后蒸發(fā)掉溶劑，聚四氟乙烯可起光學(xué)緩沖劑的作用。在另一實(shí)例中，可以使用含氟聚合物和燈黑碳粉在水中的乳狀液。在又一實(shí)例中，可以使用低折射率的氟化聚氨酯樹脂和燈黑碳粉的混合物。這種吸光性黑色顆?；旌衔锿ǔ＠眉訜峄蚣t外線固化，固化后可用拋光法清潔表面。
圖17為本發(fā)明的另一實(shí)施方案，其中在錐形波導(dǎo)28的輸出端加了保護(hù)層60。保護(hù)層60防止波導(dǎo)28的輸出表面受到機(jī)械損傷，還起著將吸光顆粒物58限制在波導(dǎo)28之間的空隙區(qū)44中的作用。保護(hù)層60可以是擠壓或?qū)訅旱谋Ｗo(hù)涂層。也可以在用吸光黑顆粒物58填充空隙區(qū)44之前將保護(hù)層涂覆到波導(dǎo)28的輸出表面上。保護(hù)層60由一種透明的襯底材料62，例如用于形成基底4的材料和任選的但最好是使用防反射的薄膜64構(gòu)成，該薄膜由例如氟化鎂的材料構(gòu)成，它可減少背景光線自圖象顯示裝置36處的鏡面反射。防反射涂層也可以直接蒸發(fā)在錐形波導(dǎo)28的光輸出端和空隙區(qū)44上。適用的防反射涂層的實(shí)例是在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利5,061,769、5,118,579、5,139,879和5,178,955(Aharoni等)中提到的含氟聚合物。
在圖18中圖示說(shuō)明了本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施方案，其中使用包含負(fù)透鏡陣列68的保護(hù)層66。每個(gè)透鏡68都在基底70上形成并且與錐形波導(dǎo)28的光輸出端40對(duì)準(zhǔn)，透鏡68由折射率小于保護(hù)涂層72的物質(zhì)構(gòu)成。在圖像顯示裝置36中加入負(fù)透鏡陣列的好處是所形成的顯示器將增大視角。
用本發(fā)明方法制造的錐形波導(dǎo)陣列可以在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)86,414(1993年7月1日提交)中的直視式平面顯示裝置中作為圖像顯示裝置使用，該申請(qǐng)?jiān)诒疚闹幸米鳛閰⒖肌＿@類顯示裝置可用于計(jì)算機(jī)終端、電視機(jī)、飛機(jī)座艙顯示器、汽車儀表盤和其它提供文字、圖表或視頻信息的裝置中。此外，用本發(fā)明方法制造的錐形波導(dǎo)可以用來(lái)改變或改進(jìn)其它信息顯示裝置的光學(xué)特性，這些裝置包括路標(biāo)、陰極射線管(CRT)顯示器、正面不帶電的顯示器和不屬于平板裝置類的其它的文字、圖表或視頻信息顯示裝置，或者用來(lái)改變或改進(jìn)照明系統(tǒng)的亮度或光學(xué)特性。
在另一種用于工業(yè)生產(chǎn)的方法中，可以使用上述的光化學(xué)制造方法小規(guī)模地制造錐形波導(dǎo)母模。然后可以用這種錐形波導(dǎo)母模制造錐形波導(dǎo)的反模。制造這種錐形波導(dǎo)反模的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的(例如參見(jiàn)Michael T.Gale等“Continuous-relief Diffractive Optical Elements forTwo dimensional Array Generation”，Applied Optics，V32，No.14，p.2526，1993)。通常，模具由化學(xué)沉積的鎳金屬制成。由這一模具可以制造出其它的金屬模具。每個(gè)相繼生成的模具具有與其前一模具相反極性的圖形。隨后可以進(jìn)行錐形波導(dǎo)的制造，即用一種可光聚合的混合物充滿與母模具有相反極性圖形的模具，并用光化輻射使該混合物曝光。將所形成的結(jié)構(gòu)從模具中分離出來(lái)，它是原始錐形波導(dǎo)母模的基本上準(zhǔn)確的復(fù)制器。這種復(fù)制的結(jié)構(gòu)可以作成獨(dú)立式的，也可以在聚合之前將這一種基底，例如，玻璃或聚酯薄膜施加到可光聚合的混合物和模具上，將復(fù)制的結(jié)構(gòu)建立在基底上。根據(jù)要制造的波導(dǎo)陣列的準(zhǔn)確尺寸和生產(chǎn)規(guī)模來(lái)決定使用由模塑技術(shù)制得的復(fù)制品。現(xiàn)在可以將這一方法中所述的后續(xù)步驟用于原始的或復(fù)制的錐形波導(dǎo)陣列。
舉出以下具體的實(shí)施例來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明，但絕不應(yīng)理解為是對(duì)本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1在薄的塑料膜上實(shí)現(xiàn)錐形波導(dǎo)陣列的制造是最理想的，因?yàn)樗《冶阋?。使用光刻法制成的帶有二維網(wǎng)格的掩模(5″×5″×0.09″)，網(wǎng)格由在50μm中心距上的寬45μm的透明正方形構(gòu)成。正方形之間的5μm寬的空間不透紫外光和可見(jiàn)輻射。在此掩模滴加幾滴甲醇，然后壓上100μm厚的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。此PET薄膜用一種超薄膜表面處理技術(shù)制成，這使它對(duì)聚合的單體溶液具有活性并可以粘結(jié)。這類表面活化的薄膜是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。甲醇的表面張力使薄膜柔軟然而能牢固地粘附在掩模上。掩模和表面活化的PET薄膜構(gòu)成了陣列基底的子組合件。
利用壓敏性粘合劑在一塊單獨(dú)的5″×5″×0.25″的空白玻璃板上粘上PET薄膜。這構(gòu)成防粘膜的子組合件。將防粘膜子組合件膜面朝上放在一個(gè)帶有螺孔的黑色金屬平臺(tái)上。在防粘膜頂面邊緣周圍放置1cm×3cm×200μm厚的一些金屬定距片。將約1mL的可光聚合的單體溶液倒在防粘膜的中心。此單體溶液由62份乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、31份三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、1份季戊四醇四(3，5-二叔丁基-4-羥苯基)(Irganox 1010)抗氧化劑、2份α，α-二甲氧基-α-羥基苯乙酮(Darocur 1173)光引發(fā)劑、2份benzidimethyl ketal(Irgacure 651)光引發(fā)劑和2份50％1-羥基環(huán)己基苯基酮和50％二苯甲酮(Irgacure 500)光引發(fā)劑構(gòu)成。然后將陣列基底子組合件以PET薄膜面朝下的方式放在單體溶液的頂上。在整個(gè)制作的組合件的頂上放置一塊5″×5″×0.25″的透明玻璃板，使用金屬夾和螺釘將這些板充分而均勻地壓在一起，形成一個(gè)夾在防粘膜與陣列基底之間的200微米厚的單體溶液層。
此時(shí)將整個(gè)制作的組合件置于紫外/可見(jiàn)(UV-vis)輻射曝光系統(tǒng)的準(zhǔn)直透鏡之下。該UV-vis系統(tǒng)包括一個(gè)1000瓦的汞—氙燈，以85mW/cm2的強(qiáng)度向制作的組合件整個(gè)5英寸×5英寸面積上施加平穩(wěn)、準(zhǔn)直和均勻的全光譜輻射。該樣品被輻射0.76秒。然后將制作的組合件拆開，現(xiàn)在形成了帶有錐形光波導(dǎo)陣列的PET薄膜，但在元件的空隙區(qū)仍覆蓋著單體溶液，將其頂面朝下地放在異丙醇浴中10分鐘。異丙醇對(duì)單體是一種相當(dāng)差的溶劑，但它是有益的，因?yàn)樗沟霉獠▽?dǎo)元件的反射壁面能夠均勻而柔和地形成。在除去殘留的單體之后，將錐形光波導(dǎo)放入用氮?dú)獯祾邇舻南鋬?nèi)在氮?dú)饬髦懈稍?，再用UV-vis輻射20秒使其牢固地固化。
使用電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡鑒定錐形光波導(dǎo)。觀察到各個(gè)光波導(dǎo)具有截頭正方棱錐的形狀。各元件高200μm。光波導(dǎo)的較小的輸出表面的寬度為20μm。反射側(cè)壁很光滑，在輸出表面之下160μm的深處連接在一起。波導(dǎo)的輸入表面位于100μm厚的PET陣列基底與……的界面處，輸入表面的寬度為50μm，但正如所說(shuō)明的，本實(shí)施例中各輸入表面是完全融合在一起的。因而光波導(dǎo)的錐角是12°。
實(shí)施例II以上述的實(shí)施例I作為起點(diǎn)，將錐形光波導(dǎo)用燈黑碳粉(一種吸光物質(zhì))充分覆蓋。燈黑粉末的平均粒徑遠(yuǎn)小于光波導(dǎo)的尺寸50μm。然后用一種軟器械，在此情形下用帶手套的手指，將粉末仔細(xì)地平整到錐形光波導(dǎo)陣列的空隙區(qū)。用同一器械除掉多余的粉末。此光波導(dǎo)很堅(jiān)固，以致于能將燈黑散開而不造成可見(jiàn)的損傷。在錐形波導(dǎo)陣列的輸出邊觀看時(shí)，燈黑使得此陣列呈現(xiàn)無(wú)光澤的黑色。可見(jiàn)的變黑的表面積百分?jǐn)?shù)經(jīng)測(cè)定為85％。
使一束具有高斯模形和6°全發(fā)散角的氦氖激光穿過(guò)錐形光波導(dǎo)陣列，測(cè)定透光率。當(dāng)光由波導(dǎo)的光輸入邊向光輸出邊傳播時(shí)，透光率為60％。
在一個(gè)單獨(dú)的錐形光波導(dǎo)陣列上進(jìn)行另一實(shí)驗(yàn)。此陣列的一半充滿了燈黑粉，另一半充滿黑色液體環(huán)氧樹脂。在環(huán)氧樹脂干燥后，比較了兩個(gè)樣品。當(dāng)由光輸入邊觀看時(shí)，陣列中充滿燈黑的區(qū)域似乎透光很好，該陣列由光輸入端向光輸出端的透光率顯示為60％。陣列中充滿黑色環(huán)氧樹脂的區(qū)域在由光輸入邊觀看時(shí)透光率似乎小得多，而該陣列由光輸入邊向光輸出邊的透光率顯示為約15％。這表明吸光物質(zhì)的選擇對(duì)于使光能夠順利地穿過(guò)錐形波導(dǎo)陣列而傳播是很關(guān)鍵的。在吸光物質(zhì)是燈黑粉的情況下，粉末只與波導(dǎo)側(cè)壁的一小部分表面積直接接觸，并使全內(nèi)反射現(xiàn)象無(wú)阻礙地進(jìn)行。光進(jìn)入波導(dǎo)的輸入端，從波導(dǎo)的側(cè)壁反射回來(lái)，經(jīng)由輸出表面射出，以這種方式穿過(guò)波導(dǎo)。當(dāng)吸光物質(zhì)是黑色的環(huán)氧樹脂時(shí)，其折射率與反射側(cè)壁相匹配，結(jié)果使光偶合穿過(guò)側(cè)壁，并被吸光物質(zhì)吸收。
實(shí)施例III以上述的實(shí)施例II作為起點(diǎn)。將空隙區(qū)用燈黑粉充滿的錐形光波導(dǎo)陣列與一片帶有壓敏膠的PET薄膜層壓在一起。壓敏膠與光波導(dǎo)輸出表面形成折射率相匹配的界面。波導(dǎo)陣列如上述實(shí)施例II中一樣仍然顯示出60％的透光率。錐形光波導(dǎo)陣列現(xiàn)在配備上了保護(hù)層，即使洗滌，彎曲和裝運(yùn)均不會(huì)損傷波導(dǎo)，也不會(huì)造成粉末狀吸光物質(zhì)的損失。
實(shí)施例IV以上述實(shí)施例II作為起點(diǎn)，將空隙區(qū)填滿燈黑粉的錐形光波導(dǎo)與一片通常用來(lái)層壓身份證的熱活化的塑料疊層薄膜層壓在一起。此疊層薄膜與光波導(dǎo)的輸出表面形成折射率相匹配的界面。波導(dǎo)陣列如上述實(shí)施例II一樣仍然顯示透光率為60％。錐形波導(dǎo)陣列現(xiàn)在配備了一個(gè)保護(hù)層，經(jīng)洗滌、彎曲和裝運(yùn)均不會(huì)損傷波導(dǎo)，也不會(huì)造成粉末狀吸光物質(zhì)的損失。
實(shí)施例V以上述實(shí)施例IV為起點(diǎn)。當(dāng)由光輸出表面觀察時(shí)，層壓的保護(hù)膜提供了一個(gè)連續(xù)的空氣-塑料界面，它使來(lái)自觀察者后面的光反射回到觀察者的眼中。將該實(shí)施例的制件覆蓋上一層與上述實(shí)施例I中所用的相同可光聚合單體溶液。然后在陣列和單體溶液的頂面上放置一片帶有防反射涂層的玻璃板。在用UV-vis輻射將單體溶液固化之后，帶有層壓塑料保護(hù)膜以及防反射涂層玻璃板的錐形光波導(dǎo)陣列看起來(lái)要黑得多。這是由于反射到觀察者眼中的雜散光減少的緣故。
實(shí)施例VI以上述的實(shí)施例IV作為起點(diǎn)，將保護(hù)了的帶有黑色吸光物質(zhì)的錐形光波導(dǎo)陣列置于氦氖激光束的前方，該激光束具有高斯模式和6°的全發(fā)散角。激光光束由光輸入邊傳播到光輸出邊，然后在被轉(zhuǎn)換成寬的圖紋的彌散型視屏上觀察光輸出。用捕獲視頻畫面的測(cè)量裝置和計(jì)算機(jī)軟件分析這種圖紋。分析表明，這種錐形光波導(dǎo)陣列使光被轉(zhuǎn)換成以中心激光束光點(diǎn)為中心的寬的輸出花紋。由于使用單一的激光束和波導(dǎo)的幾何形狀，輸出花紋中包含4重對(duì)稱性和8個(gè)大致等強(qiáng)度的光點(diǎn)。最大光點(diǎn)強(qiáng)度區(qū)域的全角分布為40°。錐形波導(dǎo)陣列的整個(gè)輸出圖紋顯示出在大約60°的全角度內(nèi)光輸出強(qiáng)度的變化相對(duì)平滑地減小，即使該激光束輸入的發(fā)散角只有6°。
朗伯漫射器可以作為試驗(yàn)錐形光波導(dǎo)的絕對(duì)顯示特性的對(duì)象。將與激光光束共線傳播的光的強(qiáng)度規(guī)一化成1。在40°的全角時(shí)，錐形光波導(dǎo)陣列提供了理想的朗伯漫射器光強(qiáng)的50％。在60°的全角時(shí)，錐形波導(dǎo)陣列提供了理想的朗伯漫射器強(qiáng)度的17％。應(yīng)該指出，朗伯漫射器是按照強(qiáng)散射機(jī)制工作的，它只將入射到一個(gè)表面上的光的47％向前方傳送。
實(shí)施例VII以實(shí)施例1作為起點(diǎn)。將5份燈黑碳粉(Degussa Corporation)和20份Fluorolink-T、80份Fluorolink-B(Ausimont Corporation)和0.005份硬化劑二月桂酸二丁基錫混合制成黑色填充混合物。這種氟化聚氨酯混合物的折射率比光聚合物錐形波導(dǎo)的折射率約小0.2單位。然后將此混合物用柔軟的器械施加到錐形波導(dǎo)陣列的空隙區(qū)，在此情況下是用帶手套的手指。用同樣的器械將多余物去掉，并用吸墨紙擦凈。錐的頂面看起來(lái)沒(méi)有黑色混合物。將空隙區(qū)內(nèi)裝滿黑色填充混合物的錐形光波導(dǎo)陣列在50℃的爐內(nèi)固化2小時(shí)。
在錐形波導(dǎo)陣列的輸出邊觀看，黑色填充混合物使陣列呈現(xiàn)無(wú)光澤的暗黑色。可見(jiàn)的變黑表面積經(jīng)測(cè)定為85％。
用具有高斯模形和6°全發(fā)散角的氦氖激光光束射過(guò)錐形光波導(dǎo)陣列進(jìn)行了透光率測(cè)定。當(dāng)光由波導(dǎo)的光輸入邊朝向光輸出邊傳播時(shí)，透光率為57％。
權(quán)利要求
1.一種方法，其中包括以下步驟(a)將光掩模置于與基底牢固接觸的位置，其中，所述光掩模具有不透明區(qū)和透明區(qū)；(b)在所述基底上放置一層厚度基本上均勻的可光聚合的混合物，以便使該基底位于可光聚合的混合物與光掩模之間，其中(i)所述可光聚合混合物包含至少一種活性單體和光引發(fā)劑，并且(ii)所述光引發(fā)劑的用量足以在其后的步驟(c)中沿可光聚合混合物的整個(gè)厚度形成基本上準(zhǔn)直的光化輻射梯度；(c)將所述可光聚合混合物與基底保持在相對(duì)于基本上準(zhǔn)直的光化輻射實(shí)際上固定的平面上，同時(shí)，通過(guò)光掩模的透明區(qū)使所述可光聚合的混合物受到基本上準(zhǔn)直的光化輻射曝光，曝光時(shí)間足以形成錐形的光聚合波導(dǎo)陣列，其中(i)所述各波導(dǎo)的錐形端從該基底向外延伸，(ii)所述各波導(dǎo)均有一個(gè)鄰近該基底的光輸入表面和一個(gè)遠(yuǎn)離該光輸入表面的光輸出表面，并且(iii)所述各波導(dǎo)的光輸入表面的面積大于其光輸出表面的面積；并且(d)從所述基底上除去光掩模和在步驟(c)中實(shí)際上未被基本上準(zhǔn)直的光化輻射聚合的可光聚合混合物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(b)之后，在所述厚度基本均勻的可光聚合混合物上放置一塊蓋板。
3.權(quán)利要求1的方法，其中還包括(e)將吸收光的材料涂覆在所述錐形的光聚合波導(dǎo)陣列上。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述光化輻射是紫外光。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述單體選自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-(乙基己基)酯、丙烯酸異癸酯、丙烯酸2-(羥乙基)酯、丙烯酸2-(羥丙基)酯、丙烯酸環(huán)己酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯及其混合物。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述的單體是乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯的混合物。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述的光引發(fā)劑選自benzidimethyl ketal、α，α-二乙氧基苯乙酮、α，α-二甲氧基-α-羥基苯乙酮、50％1-羥基環(huán)己基苯基酮和50％二苯甲酮、l-羥基-環(huán)己基-苯基酮、1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-羥基-2-甲基-丙烷-1-酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉代-丙烷-1-酮和2-芐基-2-二甲氨基-1-(4-嗎啉代苯基)丁烷-1-酮。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述的光引發(fā)劑選自benzidimethyl ketal、α，α-二甲氧基-α-羥基苯乙酮、50％1-羥基環(huán)己基苯基酮和50％二苯甲酮、1-羥基環(huán)己基苯基酮、以及1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-羥基-2-甲基-丙烷-1-酮。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述光引發(fā)劑的用量占可光聚合混合物總重量的約0.5％至約12％。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述光引發(fā)劑的用量占可光聚合混合物總重量的約0.5％至約8％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造錐形的光聚合波導(dǎo)陣列的方法。該錐形波導(dǎo)可用于直視和投影式顯示裝置。在步驟(a)中，將具有不透明區(qū)和透明區(qū)的光掩模置于與基底牢固接觸的位置。在步驟(b)中，在基底上放置一層厚度基本上均勻的可光聚合混合物，使基底位于可光聚合混合物和光掩模之間，其中(i)可光聚合混合物包含至少一種活性單體和光引發(fā)劑，(ii)光引發(fā)劑的用量足以在其后的步驟(c)中沿可光聚合混合物的整個(gè)厚度形成基本上準(zhǔn)直的光化輻射梯度。在步驟(c)中，將可光聚合混合物和基底相對(duì)于與基本上準(zhǔn)直的光化輻射保持在實(shí)際上固定的平面上，通過(guò)光掩模透明區(qū)用基本上準(zhǔn)直的光化輻射使可光聚合混合物曝光，曝光時(shí)間足以形成光聚合的錐形波導(dǎo)陣列。其中(i)各波導(dǎo)的錐形端自基底向外延伸(ii)各波導(dǎo)有鄰近基底的光輸入表面和遠(yuǎn)離光輸入表面的光輸出表面，(iii)各波導(dǎo)的光輸入表面的面積大于光輸出表面的面積。在步驟(d)中，從基底上除去光掩模和在步驟(c)中未被基本上準(zhǔn)直的光化輻射聚合的可光聚合混合物。
文檔編號(hào)B29D11/00GK1141088SQ94194800
公開日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1994年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月8日
發(fā)明者K·W·貝森, S·M·茲姆爾曼, P·M·弗姆, M·J·麥克法蘭德 申請(qǐng)人:聯(lián)合訊號(hào)公司