微镜列及转印始模的制法、凹凸模、迭片、漫射板与液晶显示器的制作方法
专利名称微镜列及转印始模的制法、凹凸模、迭片、漫射板与液晶显示器的制作方法
技术领域本发明涉及通过聚焦、散射、反射、衍射等控制光所需的技术领域，例如诸如显示器、发光、医疗、光学通信、电脑等需要微型透镜的技术领域。更具体地说，本发明涉及一种制造反射型液晶显示装置和要求高效的太阳能电池的漫反射板所用的微型透镜阵列、一种制造用于微型透镜阵列的转印原始模型的方法、从转印原始模型中所获得的凹凸面模型、一种转印迭片和一种液晶显示装置。
背景技术 微型透镜阵列已被用于形成一种衍射光栅过滤器、用于光学通信的光学零件或照相机零件的调焦玻璃。所述微型透镜阵列采用直径大约为10到30μm的圆形或环形形状并且其深度为0.6到50μm。通常，将微型透镜阵列设计为相对于其中心轴向地对称的球面形状。对于制造微型透镜的手段，已知的有未经审查的日本专利申请No.平9-327860和平11-42649中所披露的压印系统和未经审查的日本专利申请No.平6-194502中披露的照相平版印刷系统(下文中简称为Photolitho系统)，即在曝光后执行蚀刻的系统。已知有一种快速切削系统，其中在旋转切割工具的同时旋转地切割透镜面。
其中以等节距布置的微型透镜的透镜阵列的一个例子包括用作光学零件或光学通信零件的衍射光栅过滤器。另一方面，其中以不均匀节距布置的微型透镜的类型的透镜阵列的一个例子包括用以防止虹彩色反射和反射白光的反射板，或包括用于反射型液晶的反射电极部件。为此，必须形成几百万到几千万的微型透镜。
为了加工球面设计的微型透镜，根据照相平版印刷方法，频繁地形成这样的微型透镜。作为机械地控制微型透镜的加工尺寸的手段，分别使用压印技术和采用转动切割的快速切削技术。
液晶显示器(下文中简称为LCD)利用了这些特征以便在尺寸上更薄、更小并且能耗更低，并且这种液晶显示器已被用作手表、台式计算器、电视机、个人电脑等的显示单元。此外，近年来，已经开发出了彩色LCD并开始在各个领域使用，这些领域除了那些OA装置和AV装置以外还包括那些导航系统、探视器、个人电脑的监视器等。这样，预计它的市场将急剧扩大。尤其是，反射型LCD已经引起人们重视，其中来自外部的入射光为了显示而被反射，因此，反射型LCD适用于能耗低且不需要背光的便携式终端设备，并且能够使这种设备更薄且重量更轻。作为传统的反射型LCD，已经采用了扭转向列系统和超扭转向列系统。这些系统使得显示器变暗，这是因为在线性偏振器的影响下，1/2的入射光没有用于显示。为了避免这种情况，已经提出了这样一种系统显示模式，其中将偏振器在数量上减为一个，并使其与相位片或相转印客系统或主系统联合。
为了通过有效地利用外界光在反射型LCD中获得光亮显示，必须相对于来自所有角度的入射光增加在垂直于显示面方向的散射光强度。因此，应该控制反射板上的反射膜以将适当的反射特征传递到其上。
在未经审查的日本专利申请No.平4-243226中已提出了一种形成漫反射板的方法，其中将感光树脂涂覆到基板上，并用光掩模成型以形成细小的不规则点，每个点的尺寸为几微米，并在其上形成金属薄膜。
此外，在未经审查的日本专利申请No.平11-42649中提出了一种制造转印原始模型的方法，其中具有球面顶部的压印器受压，从而连续形成凹面结构，而且还提出了一种通过将模型转印到反射基板上而形成反射板的方法。
而且，在未经审查的日本专利申请No.平7-110476中披露了一种在基板上形成一种由分散在树脂中的微粒制成的以便控制扩散能力的薄膜的方法。
当根据照相平版印刷系统形成一种微型透镜阵列时，是通过化学反应来进行加工的，所以控制单个微型透镜面的形状或结构是困难的。尤其是，在其中是以不规则或不均匀节距布置微型透镜的类型的反射板中，相邻微型透镜的尺寸彼此不同会有深度控制的问题，因此，对于结构上的控制变得很困难。因此，难于实现轴向对称球面的布置。
图20是压印工具和压印原始模的透视图，其中示出了根据压印系统构成微型透镜的方法。为了在图中所示的压印系统中形成轴向对称的球面结构，必须利用具有球面形状的工具。这种工具通常采用金刚石压印器60。如果金刚石压印器60可由单晶体构成，那么就可获得具有完全球面的工具。根据晶体取向，金刚石具有坚硬面和柔软面，因此很难完成具有完全球面的工具。严格说来，工具的结构具有各向异性。尤其是，如果期望一种轴向对称形状的非球面结构，非常难于获得期望的结构形状。在这一点上，使用金刚石压印器60在压印基体63中形成期望结构的微型透镜62是困难的。尽管当使用易于获得期望的工具形状的超硬度材料时能够使用这样的工具，但是由多晶体材料制成的工具是有缺点的，这些缺点不仅在于其顶部的表面粗糙度变差了，而且当形成大量压痕时耐久性也是不良的。而且，该压印方法还具有这样的问题，即，由于材料的塑性流动会导致不规则的节距，不规则节距的密度会导致结构上的差异。
对于使用转动切割的快速切削，可在二维方向上对工具的型面精度进行控制，使得可加工出具有高精度结构的工具。为了获得轴向对称的微型透镜，必须以高精度设定工具的刃口半径和转动中心的位置，在微型透镜的直径为约10μm或更低的情况下，非常难于确定转动中心。另外，难于加工非球面的轴向对称结构。
在未经审查的日本专利申请No.平4-243226中披露的方法中，凹凸面结构的形成包括通过光掩模和显影使每个基板曝光的步骤，这样使程序变得复杂，因此费用既不低，产量又不高。另外，在制造光掩模的步骤中，在较大区域上随意形成模型是困难的。
在未经审查的日本专利申请No.平11-42649所披露的方法中，通过对微压印器施压来逐一构成尺寸为几微米的凹面结构，因此在较大区域上加工是困难的。
在未经审查的日本专利申请No.平11-38214中，提出了这样一种方法，其中将颗粒喷向条带状的沟槽中以任意地制造凹面部分。然而，很难获得满意的加工精度。
在未经审查的日本专利申请No.平7-110476的方法中，发现了一些问题，即，微粒难以均匀扩散，并且只有当以一个直接反射角的反射增强时，才能获得在所需范围内的反射强度，因此能够出现光源被反射的情况。
本发明的一个目的是解决上述现有技术的缺点，并提供一种制造轴向对称的球面或非球面的形式的微型透镜阵列的技术、一种具有优异反射特征的微型透镜阵列、一种转印原始模型和用于制造诸如具有优异反射特征的反射型LCD的漫反射板的凹凸面模型、用于制造这些模型的方法、使用该方法的转印迭片、漫反射板以及使用该反射板的反射型液晶显示装置。
为了实现本发明的目的，依据本发明的第一实施例，提供一种微型透镜阵列，所述阵列包括微型透镜，并且使每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有相同弯曲形状。
依据本发明的第二实施例，提供一种微型透镜阵列，所述阵列包括微型透镜，每个微型透镜的形状基本上为环形，并且使每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有一定尺寸的半径。
依据本发明的第三实施例，提供一种微型透镜阵列，所述阵列包括微型透镜，每个微型透镜的形状基本上为环形，并且使每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于长轴或短轴的轴线的面处的断面形状具有给定的非球面形状。
依据本发明的第四实施例，提供一种微型透镜阵列，所述阵列包括微型透镜，并且使每个微型透镜布置成在其长轴和短轴处相交成90度，在分别垂直于长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有相同弯曲形状或具有由在各个方向上的曲线和直线组合的相同弯曲形状。
在如第一到第三实施例中所述的本发明的第五实施例中，构成所述微型透镜表面的曲面，在形成所述微型透镜的转印原始模型的水平面处，具有23°或更低的切角。
依据本发明的第六实施例，提供一种制造微型透镜转印原始模型的方法，该方法包括，通过控制具有与微型透镜的长轴和短轴之一的断面形状或者截面形状相同的突出部分或者边缘型面的切割工具，使切割工具画出另一条轴线的断面形状的轨迹而在基板上形成微型透镜结构。
依据本发明的第七实施例，提供一种制造微型透镜阵列的转印原始模型的方法，该方法包括以下步骤以与微型透镜的长轴和短轴之一相同的断面形状构成用作切割工具的金刚石尖部的突出部分型面，通过控制所述切割工具的轨迹来加工基板，以制造与微型透镜另一条轴线的相同的断面形状，从而形成微型透镜结构。
在如第六或第七实施例中所述的本发明的第八实施例中，以基本上为环形的方式构成微型透镜，其中当将所述环的直径设为D并且将所述突出部分型面的半径设为R时，D/R为0.73或更低。
在如第六或第七实施例中所述的本发明的第九实施例中，通过沿水平方向移动切割工具或者基板，并且沿垂直方向移动用于微动的驱动机构来形成微型透镜。
在如第九实施例中所述的本发明的第十实施例中，所述用于微动的驱动机构由压电元件制成，并且通过向所述压电元件施加电压和以很小的角度使所述切割工具沿垂直方向移动来形成微型透镜。
在本发明的第十一实施例中，反射板部件的转印原始模型包括微型透镜，每个所述微型透镜的形状都基本上为环形，其中每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有相同弯曲形状，所述微型透镜以不均匀节距形成在一个平面上，并且相邻微型透镜之间的节距在所述微型透镜的半径的50-100％范围内。
在本发明的第十二实施例中，反射板部件的转印原始模型包括微型透镜，每个微型透镜的长轴和短轴以90°相交，并且在分别垂直于一条平行于长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有相同弯曲形状或具有由在各个方向上的曲线和直线组合的相同弯曲形状，所述微型透镜以不均匀节距形成在一个平面上，并且相邻微型透镜之间的节距在所述微型透镜的半径的50-100％范围内。
在如第六、第七或第八实施例中所述的第十三实施例中，提供一种制造反射板部件的转印原始模型的方法，该方法包括在一个平面上以不规则节距形成微型透镜，每个所述微型透镜的形状都基本上为环形，其中每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有相同弯曲线，相邻微型透镜之间的节距被设定为在所述微型透镜的半径的50-100％范围内。
在如第六或第七实施例中所述的本发明的第十四实施例中，提供一种制造反射板部件的转印原始模型的方法，该方法包括，在一个平面上以不规则节距形成微型透镜，每个微型透镜的长轴和短轴以90°相交，并且在分别垂直于一条平行于长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有相同弯曲线或具有由在各个方向上的曲线和直线组合的相同弯曲线，相邻微型透镜之间的节距设定为在所述微型透镜的宽度的50-100％范围内。
在本发明的第十五实施例中，提供一种制造凹凸面模型的方法，其中提供了如第十一到第十四实施例中所述的转印原始模型并且将需要转印的基板固定于转印原始模型上以形成凹凸面模型。
在如第十五实施例中所述的本发明的第十六实施例中，所述需要转印的基板由包括塑料薄膜或基底层的迭片制成。所述塑料膜或基底层的材料类型不是重要的，只要其确保转印原始模型能够相对于转印结构可靠复制以及结构上的高稳定性即可。
在本发明的第十七实施例中，凹凸面模型是由如第十五或第十六实施例中所述的方法制成的。
在本发明的第十八实施例中，通过将如第十七实施例中所述的凹凸面模型用作临时支撑，并且在所述临时支撑的凹或凸面微型透镜结构模型表面上叠置薄膜层，以使所述薄膜层中的与接触所述临时支撑的一个表面相对的表面，用作与贴合基板的粘合表面，从而形成一种转印迭片。
在如第十八实施例中所述的本发明的第十九实施例中，还在所述薄膜层的粘合表面上叠置一种保护膜。
根据本发明的第二十实施例，提供一种制造漫反射板的方法，所述方法包括以下步骤将保护膜已被去除的如第十九实施例中所述的转印迭片固定于所述贴合基板上，并使所述薄膜层的所述粘合表面与所述基板接触，使所述临时支撑分离，从而在所述薄膜层的凹凸模型表面上形成反射膜。
在本发明的第二十一实施例中，提供一种用于制造漫反射板的方法，该方法包括以下步骤将如第十七实施例中所述的凹凸面模型固定于形成在防护基板上的薄膜层上，以使凹凸面模型表面与薄膜层相接触，分离所述凹凸面模型，从而在所述薄膜层的凹凸表面模型在其上被转印的表面上形成反射膜。
在第二十二实施例中，将反射膜叠置于如第十五实施例中所述的凹凸面模型的凹凸表面上。
在第二十三实施例中，提供一种液晶显示装置，所述装置包括根据如第十八或十九实施例中所述的制造漫反射板的方法制造的漫反射板。
在实施本发明的过程中，可通过用金刚石刀切割而加工微型透镜，并且切割工具的型面控制取决于切削刃的二维型面模型控制，从而可获得高精确度的工具。可相对于期望的断面形状或相对于待加工的部件的R面来使用和控制所述工具，在这种情况下进行加工以使切割方向与沿着穿过微型透镜的中心并以90°相交的轴线中的一条的延伸方向一致。这样，相对于与切割方向平行的中心线的断面形状形成了与工具型面相同的形状。关于相对于沿着垂直于切割方向的中心线的断面形状，所获得的尺寸取决于对工具的移动控制。在这两种情况中，都可机械地控制尺寸，这样可形成高精度的微型透镜结构模型。因此，当使用根据本发明的方法所获得微型透镜而不采用轴向对称成型技术时，可形成高精度的透镜阵列。
此外，当本发明的微型透镜结构模型用作用于转印成型的反射部件的转印原始模型时，在转印原始模型的基板的表面中连续地形成大量的微型透镜结构。在这种情况下，最好应随意布置所形成的凹面微型透镜结构，而不是规则布置它们。
转印原始模型的结构被反转转印到诸如薄膜等的待转印的材料上，从而提供凹或凸面微型透镜结构模型，诸如凹凸面模型支撑膜等。这种模型作为临时支撑，并且将薄膜层叠置于凹凸表面上以获得转印迭片。该迭片与由玻璃基板等制成的贴合基板(永久基板)以这种方式相接触，即，使薄膜层中不与临时支撑接触的表面被固定于永久基板上，随后分离临时支撑，在薄膜层上形成反射膜。因此，可高生产率地制造漫反射板，并可有效地生产大尺寸的漫反射板。其中已连续形成有大量微型透镜结构的原始模型的基板(可用作转印原始模型)被用于制造基于其的反转转印模型，并且多个所述反转转印模型彼此连接，作为原始模型以制造其它反转转印原始模型。当使用最后提到的原始模型时，可以以更高生产率制造大尺寸的漫反射板。
或者，可这样来制造漫反射板，即可通过在用作临时支撑的凹凸面模型的凹或凸表面上形成反射膜，在其上叠置薄膜层以提供转印迭片，使薄膜层中的与接触临时支撑的表面相对的一个表面与永久基板接触，以使薄膜固定于基板上，并分离所述临时支撑。
再或者，通过在使凹或凸表面与薄膜层相接触以将表面固定于所述层上的同时将凹凸面模型的凹或凸表面转印到预先形成于永久基板上的薄膜层上并且在薄膜层上形成反射膜，也可制造具有优异反射特征的漫反射板。
因为所述转印原始模型的单个的凹凸面结构被这样控制，即，减少以一个直接反射角度的反射，减少了光源本身的反射，这样可容易地制造在所需范围内具有均匀反射强度的漫反射板。
本发明的漫反射板具有带以高复制性形成的良好漫反射特征的凹凸面结构，并可通过简单程序进行制造。
从下面参照附图对本发明的优选实施例的更具体的描述中，可以清楚地看出本发明的这些和其他目的、特征和优点。
图1A是本发明所涉及的微型透镜结构的透视图，图1B是沿图1A的线A-A所截的剖面图，图1C是沿图1A的线B-B所截的剖面图，以及图1D是表示具有多个微型透镜结构的微型透镜转印原始模型的剖面图；图2A是表示用于制造转印原始模型的切割工具的正视图，所述转印原始模型用于形成本发明所涉及的微型透镜阵列，以及图2B是切割工具和转印原始模型的侧剖面；图3A是表示与转印原始模型垂直的金刚石尖部的齿面的侧视图，用以说明切割工具的齿面与转印原始模型之间的关系，图3B是表示相对于转印原始模型进一步倾斜的金刚石尖部的齿面的侧视图，以及图3C是表示透镜表面的切角的转印原始模型的剖面图；图4是一条特性曲线，其中示出了根据球形的示例所形成的微型透镜结构的几何误差；
图5是一条特性曲线，其中示出了最大几何误差；图6是用以说明根据本发明所形成的微型透镜的另一个实施例的椭圆曲线；图7是表示通过安排多个本发明所涉及的微型透镜结构而构成的反射板的实施例的正视图；图8A到图8F是分别示出了用于制造本发明所涉及的反射板的加工过程的实施例的剖面图；图9是示出了使用本发明所涉及的反射板的反射型液晶显示装置的实施例的剖面图；图10是说明本发明所涉及的反射板的反射特征的测量方法的透视图；图11是示出了反射特征的特征图；图12A到12D是分别示出了本发明所涉及的利用转印原始模型生产凹凸面模型的加工过程的实施例的剖面图；图13是示出了本发明所涉及的凹凸膜的示例的剖面图；图14A到14E是分别示出了利用转印迭片制造漫反射器板的方法的局剖侧视图；图15是示出了本发明所涉及的漫反射器板的示例的剖面图；图16是本发明所涉及的反射型液晶显示器(LCD)装置的示例的局剖侧视图；图17A是示出了本发明所涉及的半月形的微型透镜结构的透视图，图17B是沿图17A的线A-A所剖的剖面图，图17C是沿图17A的线B-B所剖的剖面图，以及图17D是设有多个微型透镜结构的微型透镜转印原始模型；图18A是示出了用于制造形成半月形的微型透镜所用的转印原始模型的切割工具的正视图，以及图18B是切割工具和转印原始模型的侧截面图；图19A是用于形成微型透镜的加工装置的正视图，以及图19B是示出了该加工装置的侧视图；以及图20是表示根据压印系统构成微型透镜的方法的压印工具和压印基体的透视图。
具体实施例方式
现将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。
应该注意的是，在本发明的实施过程中，穿过微型透镜的中心并相互垂直交叉的微型透镜的直径中的一条被称为长轴，另一条被称为短轴。在这方面，长轴和短轴在长度上彼此相等的情况也在本发明的保护范围内，而与长轴和短轴的术语无关。
图1A是本发明所涉及的微型透镜结构的透视图，图1B是沿图1A的线A-A所截的剖面图，图1C是沿图1A的线B-B所截的剖面图，以及图1D是示出了具有多个微型透镜结构的微型透镜转印原始模型的剖面图。在图1A中，用附图标记1表示转印原始模型，并且转印原始模型上设有透镜面2。附图标记3表示穿过透镜面2的中心的X中心线，附图标记4表示垂直于X中心线3并穿过透镜面2的中心的Y中心线。沿着中心线3的透镜面2的直径被设为D1，沿着Y中心线4的透镜面2的直径被设为D2。尽管直径D1、D2具有基本上相同的长度，但是为了将直径D1、D2彼此区分开，在下文中，一条被称为长轴，另一条被称为短轴。在图1B中示出X中心线3的断面形状，即沿图1A的线A-A所截的剖面，在图1C中示出了Y中心线4的断面形状，即沿图1A的线B-B所截的剖面。
本示例的微型透镜结构具有相对于穿过X中心线3的断面形状的半径R1，和在穿过Y中心线的断面形状中的半径R2。在这种状态下，当在透镜面的任何位置处相对于与X中心线3垂直相交的面取断面形状时，就获得了半径R2的断面形状，即Y中心线的断面形状。更具体地说，在图1B中，线a到d的断面形状是，如图1C中点划线所表示的圆a到d，所有的圆a到d都有半径R2。在相对于与Y中心线4垂直相交面设定断面形状的情况下，在透镜面的任何位置处所取得的断面形状是，对应于X中心线3的断面形状的半径R1的形状。
本示例中的微型透镜的结构应用，能够基于设计值构成高精密度的微型透镜形状的转印原始模型。在本示例中，透镜面2处的尺寸是这样的，即，D1＝10μm、D2＝10μm、R1＝20μm以及R2＝10μm。
图1D是具有多个透镜面2的微型透镜转印原始模型的剖面图，其中示出了透镜面2的深度为d。
图17A是示出了本发明所涉及的半月形的微型透镜结构的透视图，图17B是沿图17A的线A-A所取得的剖面图，图17C是沿图17A的线B-B所取得的剖面图，以及图17D示出了其中有多个微型透镜结构的微型透镜转印原始模型。在图17中，附图标记1表示设有半月形型面的透镜面102的转印原始模型。附图标记103表示沿着透镜面102的高度等分一个距离的X中心线，附图标记104表示Y平行线，即垂直于X中心线103并平行于半月形透镜面102的直线段的线。将透镜面102在X中心线103上的宽度设为D3，将透镜面102在Y平行线104上的距离设为D4。在沿图17A的线A-A所剖得的剖面图17B中，示出了X中心线103的断面形状，在沿图17A的线B-B所剖得的剖面图17C中，示出了Y平行线104的断面形状。
本实施例的微型透镜结构具有这样一个型面，即，它具有穿过X中心线103并带有沿一个直线段的半径R1的断面形状。相对于与X中心线103垂直相交的面，在透镜面的任一位置处的断面形状是具有半径R2的断面形状，也就是Y平行线104的断面形状。更具体地说，在图17B中，在线a到d处的断面形状分别具有半径R2，如同图17C中点划线所表示的圆a到d。而且，在与Y中心线104垂直相交的面处设定断面形状的情况下，获得一个断面形状，所述断面形状在透镜面任何位置处具有由半径R1和直线段构成的相同型面，并且所述型面对应于X中心线103的断面形状。
本示例的微型透镜结构的使用能够基于设计值构成非常精密的微型透镜形状的转印原始模型。
图2A是示出了用于制造转印原始模型的切割工具的正视图，所述转印原始模型用于形成本发明所涉及的微型透镜阵列，以及图2B是切割工具和转印原始模型的侧剖面图。在本实施例中，根据使用金刚石刀的切割系统构成了透镜面2。在该图中，附图标记11表示切割工具，附图标记12表示金刚石尖部12。在金刚石尖部12尖端处的突出部分型面12a的形状在微型透镜的透镜面构成期间具有一个方向的断面形状。更具体地说，从图1中所示的在透镜面2的断面形状中所选择的断面形状是这样成形的，即，提供了半径R1，所述半径R1由在A-A剖面的侧面处的曲线所表示。加工装置(未示出)上的工具移动轨迹13被如此控制，即，使图2的切割工具11相对于材料沿半径R1移动，转印原始模型(即基板1a)形成于所述材料中，当一次切割透镜面时，可用所述材料形成微型透镜。
切割工具的工具移动轨迹13被转印到透镜面2上以形成图1B中所示的微型透镜结构的A-A断面形状。金刚石尖部的突出部分型面12a形成了图1C中所示的微型透镜结构的B-B断面形状。
关于工具移动轨迹13，使用了市场上可买到的超精度的加工设备，将切割工具11和转印原始模型1分别连接于加工机器的驱动轴上，继而使切割工具11和转印原始模型相对移动以获得经过加工的转印原始模型1。由于工具的移动轨迹小到亚微米的数量级并且为了减小由于加工设备驱动轴的齿隙所产生的几何误差，通过使用压电元件的用于微动的驱动机构来执行切割工具11的移动，从而获得具有极好几何精度的转印原始模型。
图18A是示出了用于制造形成半月形的微型透镜所用的转印原始模型的切割工具的正视图，以及图18B是切割工具和转印原始模型的侧截面图。在这些图中，附图标记11a表示切割工具，附图标记12a表示半月形的金刚石片。切割工具的尖部12a处的突出部分型面12b在形成微型透镜的透镜面102的情况下具有沿着一个方向的断面形状。也就是说，从图17中所示的透镜面102的那些断面形状中所选择的这样一种断面形状是如此构成的，即，提供半径R1，半径R1由在A-A剖面的侧面处的曲线表示。加工装置(未示出)上的工具移动轨迹13被如此控制，即，使图18的切割工具11a相对于材料沿半径R1移动，转印原始模型(即基板1a)形成于所述材料中，当一次切割透镜面时，可用所述材料形成微型透镜。
切割工具11a的工具移动轨迹13被转印到透镜面102上以提供17B中所示的微型透镜结构的A-A断面形状，并且金刚石片12a的突出部分型面12b形成了图17C中所示的微型透镜结构的B-B断面形状。
关于工具移动轨迹13，使用市场上可买到的超精度的加工设备，将切割工具11和转印原始模型1分别连接于加工设备的驱动轴上，继而使切割工具11a和转印原始模型相对移动以获得经过加工的转印原始模型1。
图19A是用于形成微型透镜的加工设备的正视图，以及图19B是示出了该加工设备的侧视图。在这些图中，附图标记120表示设备基座，附图标记121表示可沿X和Y方向移动的工作台或加工台，附图标记124表示可沿Z方向移动的Z轴驱动单元，以及附图标记123表示使用压电元件的用于微动的微驱动机构。将切割工具11连接到微驱动机构123上，将转印原始模型1连接于加工台121上。附图标记125表示加工装置的NC控制单元，附图标记126表示微驱动机构的控制单元。最初，利用加工设备的Z轴驱动单元124使微驱动机构123在Z轴的方向上移动，以使得切割工具11、11a和转印原始模型彼此逐渐靠近到给定的可使它们被加工的程度。接着，通过驱动加工台121使转印原始模型1以给定的速度朝X方向移动。在这一阶段，用微驱动机构123以给定的小的程度使切割工具11在Z方向上往复移动。如此，可使切割工具11的尖部相对于转印原始模型1移动以绘出图2B或18B中所示的工具移动轨迹。由于在微驱动装置123中使用了压电元件，因此能够在短时间内在转印原始模型1中形成多个微型透镜。应该注意的是，在本实施例中，压电元件是用作微驱动机构123的驱动源，驱动源不限于本发明的实施例中所特指的这种。只要可细微地驱动切割工具11或11a，任何形式的驱动源都可被采用。例如，可使用磁力控制元件、超声波振荡器等。
本示例的微型透镜结构具有这样的断面形状，即在穿过透镜面2中心并且相互以直角相交的两条直线处分别具有半径R1、R2，根据上述加工系统确实可获得非常精确的微型透镜结构。
图3A是示出了与转印原始模型垂直的金刚石尖部的齿面的侧视图，用以说明切割工具的齿面与转印原始模型之间的关系，图3B是示出了相对于转印原始模型进一步倾斜的金刚石尖部的齿面的侧视图，以及图3C是示出了透镜表面的切角的转印原始模型的剖面图。尽管图2A中所示的切割工具11和图18A中所示的切割工具11a可分别用作本示例的切割工具，但在下文中用切割工具11作为本实施例的工具来进行描述。如图3A中所示的，在切割工具11的金刚石尖部的齿面12b相对于水平面1b处于垂直位置时，边缘角设为θ2。相反，图3B示出了切割工具以θ3进一步倾斜的一个状态。而且，如图3C中所示的，在透镜面2与转印原始模型1的水平面1b相交处的切角为θ1。
在本实施例中，将微型透镜结构的切角θ1限定为23°或更小。该数值是在考虑到在形成透镜面2时与切割工具11的金刚石尖部的边缘角θ2之间的关系所限定的数值。下面将阐明其原因。
考虑到材料的晶体取向以及用作工具的使用寿命，金刚石尖部应该具有20°或更小的θ2值。在加工时，可以在切割方向上转动和以θ3倾斜的方式使用工具11。然而就此而论，关于θ3的大小，适合的切割状态包括-3°到+3°的状态。因此，用于加工的工具11可以θ2+θ3相对于水平面倾斜，并且该角度为23°。在要求转印原始模型1相对于水平面1b以切角θ2+θ3或更大角度倾斜的情况下，通过与金刚石尖部的边12a后面的后部12c相接触可使透镜面2的结构变形，这样可将切角θ1限定在23°或更小。透镜面2的直径最好应该是金刚石尖部的突出部分或边缘型面半径的30％或更小。其原因是，本实施例的微型透镜结构在形状上不同于传统的、轴向对称(即相对于中心轴轴向对称的)的微型透镜面，并且在光学特性上也不相同，这样就必须减小几何差异。
图4是一条特性曲线，其中示出了在本实施例中所形成的球形微型透镜几何结构的误差，其中横坐标表示微型透镜结构的直径(μm)，纵坐标表示几何误差(μm)。图中示出了，根据作为基准的球形透镜面的、关于本实施例的球形微型透镜和微型透镜的透镜面2之间的断面形状上差异的几何误差的计算结果。为了计算，对应于沿透镜面2的切割方向的半径R1被设定为20μm，透镜面2的直径被设定为10μm。在这种情况下，几何误差为0.03μm或更小，该误差是处于传统加工系统中的加工误差范围内。因此，我们认为将微型透镜结构应用于被设计为球面的透镜阵列中是有效的。尽管如此，由于当透镜面的直径D和金刚石尖部12的突出部分型面12a的半径R2的之间的比率(即D/R2)是0.73或更大时，几何误差会增加，因此在允许该几何误差的应用上设置了一定的限度。
图5是一条特性曲线，其中示出了最大几何误差，其中横坐标表示D和R的比率(D/R)，而D是透镜的直径、R是表示金刚石尖部的突出部分型面的半径，纵坐标表示最大误差(μm)。如图中所示，当D与R的比值增大时，其中D是透镜的直径(在图1中的情况为D1＝D2)、R是确保形成金刚石尖部的突出部分型面的半径，最大误差趋向于增加。根据我们所作的实验，当最大误差为0.1μm或更大时，开始出现微型透镜的特征略微退化。因此，最大误差最好应该处于0.1μm或更小的水平。
当最大误差为0.1μm时，D/R的数值为0.73。这样，D/R的数值应该最好为0.73或更小。如果D/R的数值为0.2或更小时，就难于处于形成微型透镜的范围了。
现在参见本发明的第二实施例，其中图1B和1C以及图17B和17C中的A-A断面形状和B-B断面形状不是圆形或球形的，而是非球面形的。在该实施例中，椭圆曲线20(图6)的一部分，即曲线POQ，用于提供非球面形状。该非球面形状的使用可提高光学特性的自由设计。这样，可形成具有更优异的光利用效率的透镜阵列。本发明的微型透镜结构是这样构成的，即，穿过X中心线3和Y中心线4的部分分别是所期望的非球面形状。可将作为图6中所示的椭圆曲线20的一部分的曲线POQ设为非球面形状。当设定了椭圆曲线20的长轴和短轴的参数a、b时，随之可确定一个曲线。当使用与椭圆曲线的X中心线3和Y中心线4相同的曲线时，可形成基本为环形的微型透镜。
在本实施例中，用于形成微型透镜的曲线不局限于椭圆曲线，而且为此也可采用二次曲线或高次曲线。
图7是示出了通过安排多个本发明所涉及的微型透镜结构而构成的反射板的实施例正视图。为了相对于来自外部的入射光反射不包含反射光中的虹色的白光，以不均匀节距安排微型透镜结构。对于利用压印加工系统而构成或加工的微型透镜，当微型透镜形成于先前形成的微型透镜附近或在与先前形成的微型透镜相接触的位置处时，由于两个微型透镜之间的抵触或在狭窄区域中的阻塞，导致出现了塑性流动，因此微型透镜的形状变化了，这样就不能获得预期的特性。当使用本发明所涉及的微型透镜2时，可根据切割系统以不均匀的节距加工出高精密度的微型透镜结构，从而可高效率地形成反射板。
经实验证实，在通过在一个平面上以不均匀节距形成微型透镜的方式制成反射板的情况中，以相邻微型透镜之间的节距在透镜半径的50-100％的范围内的方式安排微型透镜是有利的。
图8A到图8F是分别示出了制造本发明所涉及的形成反射板的加工过程的实施例的剖面图。图8A是用作压模的基板的剖面图，其中根据图2中所示的切割系统切割用作转印原始模型1的基板1a。图8B是加工以后的转印原始模型的剖面图，其中示出了其中形成有多个微型透镜结构的转印原始模型。图8C是用于转印原始模型1的反转模型的剖面图，其中示出了通过在转印原始模型上覆盖UV硬化树脂而获得反转模型(凹凸模型)的步骤。该反转使得凹形微型透镜结构转变为凸形结构。图8D是反转模型的剖面图，其中示出了凸形结构支承面反转模型(凸模型)31。图8E是反转模型和已形成的反射板的剖面图，其中示出了在反射板的表面中形成反转模型31的外部形状的步骤。图8F是其中具有微型透镜结构模型或已形成的阵列的反射板的断面形状，示出了其中已利用反转模型3 1形成了微型透镜结构模型的反射板32。
图9是示出了使用本发明所涉及的反射板的反射型液晶显示器的实施例的剖面图。在该图中，为反射型液晶显示器40提供具有透镜面2的反射板32，以不均匀或不规则节距形成的所述透镜面2用作微型透镜。
图9的反射型液晶显示器40具有一对显示面玻璃衬底43和一个背面玻璃衬底49，每个都具有0.7mm的厚度，在它们之间设有液晶层46。在显示面玻璃衬底43的上面上放设有相位差板42，在相位差板42的上面上又放置有第一偏振片41。将背面玻璃衬底49的下面与第二偏振片50以及本发明的反射板32连接。所述反射板32是这样被连接到第二偏振片50的下面上的，即，使反射板32中的具有不均匀节距微型透镜表面2的透镜面2与所述下面保持面对面的关系。为了所述连接，在第二偏振片50和反射板32之间填充了自粘接体51，所述自粘接体51是由不会对光的折射率造成不良影响的材料制成的。透明电极层44、48分别形成于玻璃衬底43、49的相对的两侧面上，调整膜45、47分别形成于透明电极层44、48上。将液晶层46中的液晶以给定的角度扭转，所述给定的角度取决于调整膜45、47之间的关系，并且来自于透明电极层44、48的电解效应使所述液晶的分子排列改变，从而确保光的折射控制。如果在背面玻璃衬底49和透明电极层48之间形成有彩色滤光器(图中未示出)，就可形成彩色液晶显示器。
现在参考图10，其中示出了测量反射板的反射特征的方法。现将利用这种测量方法描述依照本发明所制成的反射板如何显示出比依照其他方法所制成的反射板更优异的效果。
图10是说明本发明所涉及的反射板的反射特征的测量方法的透视图。入射光线61进入样品56中，用亮度计57测量最终的反射光线59。当入射光线61和反射光线59之间的角度为θ并且沿相对于漫反射板在θ的必要范围内(即反射强度)的法线所观察到的亮度增加时，可获得具有优异反射特性的反射板。
图11是示出了反射特征的特征曲线图。在该图中，附图标记63表示理想的反射特征曲线。更具体地，在用图10的测量装置将光源从20°转动到30°的同时测量亮度，在180°转动样品的同时进行同样的测量，在任何反射角测量的亮度都是相同的。曲线64示出了根据喷砂法制成的反射板的反射特征曲线，显示第一转变增量随着反射亮度的减弱而减弱。曲线65是根据压印法形成的反射板的曲线，显示反射角度的各向异性是严重的。曲线66示出了根据本发明制成的反射板的反射特征曲线，所述曲线66非常接近理想的反射特征曲线63。
还可通过如在上文中所述的程序获得反射板，但是使用的是本发明另一个实施例所涉及的具有半月形透镜面102的转印原始模型1。对于通过使用具有这种透镜面102的转印原始模型1获得的反射板的特征曲线，反射的方向可只朝向从0°到正角的方向集中，象曲线67那样，因此当保持与示出理想的反射特征曲线的曲线63相似的形状时，可提高亮度。尤其是，曲线67的特征曲线能够使人通过控制半月形透镜面的直线部分的方向来控制亮度的提高方向。这样，反射方向的可控性优于通过压印系统所获得的不规则地出现各相异性的曲线65的样品的可控性。
如在上文中所述的，本发明所涉及的微型透镜结构的透镜面可通过上文中所述的切割系统形成，可获得基于设计值的透镜面。而且，可制造出非球面透镜面结构，因此形成的微型透镜结构在光学设计方面具有高的自由度。
此外，当使用以不均匀节距布置微型透镜的反射板时，可获得具有根据设计数据或数值的反射特征曲线的性能优异的反射板。
图12A到12D是分别示出了本发明所涉及的从转印原始模型中生产凹凸面模型的加工过程的实施例的剖面图。图12A是基板的剖面图，其中根据图2中所示的切割系统切割基板1a。图12B是通过切割基板1a而制成的转印原始模型的剖面图。图12C是剖面图，示出了转印原始模型、一用于所转印基板的支架和一形成于支架上的被转印的基板，其中位于用于所述转印基板的支架上的被转印的基板71被压在转印原始模型1的凹面部分。图12D是基板71和用于被转印基板的支架的剖面图，每个都具有形成于其中的凹凸面模型，其中基板71和用于所转印基板71的支架与转印原始模型1分离以提供凹凸面模型70。通过反转成型形成于凹状转印原始模型1上的该微型透镜结构分别是图12DF中所示的凸面。如此，通过将所转印的且可变形的基板固定在转印原始模型上可制成凹凸面模型。被转印的基板71可用能够变形的塑料膜制成，并且能变形的基板71被布置在用于所转印基板的支架72上。(如果必要，在变形后被转印的基板71可固化，)在固定步骤期间，可向基板71施加热、光等。凹凸面模型70应该最好是薄膜形式的。
图13是示出了本发明所涉及的凹凸面模型-支撑膜的实施例的剖面图，并示出了根据参照图12所示的方法所制成的凹凸面模型-支撑膜80。图13的凹凸面模型-支撑膜具有形成于基薄膜(或基板)82上的凹凸面模型-转印基底层81。
本发明中所使用的基薄膜82是可变形的，并且最好是化学稳定的和热稳定的。用作基薄膜82的材料的典型例子包括聚烯烃类，诸如聚乙烯、聚丙烯等；聚乙烯的卤化物，诸如聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等；纤维素衍生物，诸如醋酸纤维素、硝酸纤维素、赛璐玢等；聚酰胺；聚苯乙烯；聚碳酸脂；聚酰亚胺；聚脂；或金属诸如铝、铜等。在这些材料中，具有优异尺寸稳定性的双向拉伸的聚对苯二甲酸乙酯薄膜是优选的。
在形成了凹凸面模型以后，基底层81应该最好比下文中所描述的薄膜层硬。例如，使用了从以下聚合物中选择的至少一种有机聚合物，所述聚合物包括聚烯烃类，诸如聚乙烯、聚丙烯等；乙烯共聚物，诸如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸酯聚合物、乙烯乙烯醇共聚物等；聚氯乙烯；氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；氯乙烯-乙烯醇共聚物；聚偏二氯乙烯；聚苯乙烯；苯乙烯共聚物，诸如乙烯(甲)丙烯酸酯聚合物；聚乙烯甲苯；甲苯乙烯聚合物，诸如甲苯乙烯-(甲)丙烯酸酯聚合物；聚丙(甲基)烯酸酯；(甲基)丙烯酸酯，诸如乙烯基(甲基)丙烯酸酯-醋酸乙烯酯聚合物；纤维素衍生物，诸如醋酸纤维素、硝酸纤维素、赛璐玢等；聚酰胺；聚苯乙烯；聚碳酸脂；聚酰亚胺聚脂；合成橡胶等。
为了形成基底层81，如果必要，为了在形成凹凸面模型以后硬化，可预加入先光引发剂或具有双烯键的单体。感光的类型可为阴性的或阳性的类型。
本发明中所使用的覆盖基底层81的方式包括用辊涂机涂覆、用旋转涂布机涂覆、喷涂、击打涂覆、用浸渍涂布机涂覆、用隔板式流涂器涂覆、用线锭涂布机涂覆、用凹板式涂布机涂覆、用气刀涂布机涂覆等。
图14A到14E分别是示出了使用转印迭片体制造漫反射器板的方法的局剖侧视图，在下文中将对其进行详细描述。图14A是示出了本发明所涉及的用于转印的迭片的一个实施例的局剖侧视图。在图14A中，凹凸面模型-转印基底层81积聚于基薄膜82上，在其上还进一步形成有薄膜层83和覆盖膜84，以提供用于转印的迭片79。对于迭片79，覆盖膜84可省略。
迭片79的薄膜层83可用能变形的有机聚合物、包括聚合物的组合物、无机化合物、金属等制成。最好，由能够被涂覆到支架上并以膜卷的形式存在的有机聚合物或其组合物制成。如果使用了包括有机聚合物的组合物，其中如果必要，可单独或以组合物的形式包含染料、有机颜料、无机颜料、粉料和复合材料。作为薄膜层83，可使用感光树脂组合物或热固树脂组合物。薄膜层83的介电常数、硬度、折射率和光谱透射系数不是重要的。薄膜层83最好由对于基板具有良好粘附力并可从基底层81上剥离的材料(如果使用没有基底层81的塑料膜，该材料应具有良好的从塑料膜上剥离的特性)制成，所述基板例如为液晶板85(诸如，玻璃衬底)。
用于薄膜层83的材料包括例如，聚丙烯树脂；聚烯烃，诸如聚乙烯、聚丙烯等；聚乙烯卤化物，诸如聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯；纤维素衍生物，诸如醋酸纤维素、硝酸纤维素、赛璐玢等；聚酰胺；聚苯乙烯；聚碳酸脂；聚酰亚胺聚脂等。具有感光性的那些材料也可使用。在某些情况中，可以使用可用碱等进行显影以去除多余部分而只留下必要的凹面凸面构成部分的感光树脂。为了提高耐热性和耐溶剂性以及形状保持性，在形成凹凸面模型以后通过施加热能和光而可凝固的树脂组合物可被使用。而且，如果加入了偶联剂和粘附力增强剂，可增强对于基板的粘附力。为了增强粘附力，可将粘附力增强剂涂覆到基板或薄膜层83的粘附表面。
能够用碱进行显影的树脂应最好是那些具有20到300的酸值和重量平均分子量为1,500到200,000的树脂。优选实施例包括苯乙烯基单体和顺丁烯二酸及其衍生物的共聚物(在下文中被称为SM聚合物或共聚物)，和具有羧基(诸如丙烯酸、甲基丙烯酸等)的不饱和单体和苯乙烯单体、烷基甲基丙烯酸酯(诸如异丁烯酸甲脂、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸羟等)和具有与如上所述相似烷基的烷基丙烯酸酯的聚合物。
SM共聚物包括通过使苯乙烯或其衍生物(例如苯乙烯基单体)聚合所获得的，所述苯乙烯或其衍生物诸如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、间或对甲氧基苯乙烯、对甲基苯乙烯、对羟基苯乙烯、3-羟甲基-4-羟基苯乙烯等，和苹果酸酐、顺丁烯二酸或顺丁烯二酸衍生物诸如顺丁烯二酸单甲酯、顺丁烯二酸单乙酯、顺丁烯二酸单正丙基酯、顺丁烯二酸单异丙基酯、顺丁烯二酸正丁酯、顺丁烯二酸单异丁基酯、顺丁烯二酸单叔丁基酯等(这些聚合物在下文中被称为共聚物(I))。共聚物(I)包括通过修正电抗性的双键支撑化合物所获得的一种(共聚物(II))。
通过共聚物(I)中的酸酐基或羧基的反应可预备共聚物(II)，例如，用不饱和醇诸如烯丙醇、糖醇、油醇、肉桂醇、丙烯酸2-羟基乙基酯、甲基丙烯酸羟乙基酯、N-羟甲基丙烯酰胺等，或分别具有一个oxysilane环和一个电抗性双键的环氧化合物，诸如丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚、丙稀酸α-乙基缩水甘油酯、衣康酸单烷基单缩水甘油酯等。然而在这一点上，本质是实现碱显影所需的羧基留在所述共聚物中。不同于上述具有电抗性双键的SM共聚物，羧基支撑聚合物的修正在感光性方面是优选的。可根据诸如在日本已审定的专利申请Nos.昭和47-25470、昭和48-85679和昭和51-21572等中披露的方法来制备这些聚合物。以大于基底层81的凹凸面结构中的峰值到谷值的高度的厚度形成的薄膜层83容易确保凹凸面结构的复制。如果所述厚度与所述高度相等，会使凹凸面结构变形。另外，凹凸面结构的变形可存在下文中描述的一个问题。
薄膜层的覆盖方法与基底层81的覆盖方法相似，并包括以下涂覆用辊涂机涂覆、用旋转涂布机涂覆、喷涂、击打涂覆、用浸渍涂布机涂覆、用隔板式流涂器涂覆、用线锭涂布机涂覆、用凹板式涂布机涂覆、用气刀涂布机涂覆等等。
用于转印迭片79的覆盖膜应最好是化学稳定的和热稳定的，并可容易地从薄膜层83上剥离。典型和优选实施例包括具有光滑表面的聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙酯、聚乙烯醇等的薄板。为了取得良好的剥离特性，在其表面经受脱模处理的那些板也包括在本发明的保护范围内。
下面，参考图14A到图14E描述制造漫反射板的方法。
图14A到14E分别是示出了制造使用转印迭片的漫反射器板的方法的局剖侧视图。图14A是示出了本发明所涉及的转印迭片的实施例的剖面图。图14B示出了在覆盖膜84从图14A中所示的转印迭片79上分离以后将薄膜层83与基板85粘合的情况。换句话说，图14B是转印迭片与液晶板紧密接触的情况的局剖侧视图。如图中所示，薄膜层83的暴露面被固定于贴合基板85诸如玻璃衬底，即液晶板上。为了满意均匀地压合，最好用热压胶辊进行热压。然而，热能不总是必需的。图14C是感光树脂用作图14B中的薄膜层的情况的局剖侧视图。在将感光树脂用作薄膜层83时，对于照射光化性光线诸如与14C中使用的UV光是有利的。通过这种照射，当满意地附着于玻璃衬底上时，可满意地保持凹凸面形状，并且可使得基底层81容易地从薄膜层83上剥离。应该注意的是，在该实施例中，图14C的步骤不是必需的。
图14D是基薄膜和基底层与14B迭片分离的情况的局剖侧视图。如图中所示，基底层81和薄膜层83(当然包括作为一种材料的基薄膜82的去除)的分离导致凹凸面模型-支撑薄膜层83层压在贴合基板85上。
另外，图14E是在贴合基板上提供反射膜层的情况局剖侧视图。如图中所示，在薄膜层83上形成有反射膜层87以制造漫反射板。
根据想要反射的反射区域来适当选择用于反射膜层87的材料类型。例如，对于反射LCD显示装置，通过真空沉积方法或溅射法，用在300nm到800nm的可见光区域内显示高反射性的金属，例如铝、金、银等，形成膜。根据上述方法可再叠置反射-增加膜(如在KougakuGairon(Outlines of Optics)2(1976年由Jyunpei Tsujiuchi所著的，由Asakura Shoten出版的)中所述的)。反射膜层87应最好具有0.01μm到50μm的厚度。可通过光刻法、掩模真空沉积方法等在模型中形成反射膜层87。
在基底层81和转印迭片的薄膜层83之间形成有反射膜层87，在去除了覆盖膜(如果有的话)以后，转印迭片79被叠置成与贴合基板85的凹凸面模型-支撑薄膜层83相接触，其后从反射膜层87上去除基底层81(包括去除基薄膜82)，从而制造漫反射板(见图14E)。可以用与上述的相同的方式将转印迭片79涂覆在贴合基板85上。在下文中，以与上文中相同的方式，光化性光诸如UV光可被照射。
在转印迭片79以与薄膜层接触的方式叠置在基板上之前，为了提高粘附力，可用化学溶液漂洗基板，可将粘合剂涂覆在基板上，或者可用对基板照射UV光等的方法。作为将转印迭片79叠置在贴合基板85上的装置，最好使用辊层压机，通过所述辊层压机将贴合基板85夹持在热压橡胶辊和基薄膜之间，转动所述辊以送出基板，同时将转印迭片固定于贴合基板85上。
以这种方式形成于贴合基板表面上的薄膜层的厚度最好在0.1μm到50μm的范围内。在凹凸面结构-支撑基底层81被固定之前，薄膜层83具有大于基底层81中的凹凸面结构的峰值到谷值的数值的厚度时，凹凸面模型可以被复制。如果该厚度等于该数值，可用基底层的凸面部分穿透薄膜层83以制造平坦部，可能不会获得高效的漫反射。
当阴性类型感光树脂用于薄膜层83时，如图14C中所示的，为了在那里保持形状，通过曝光装置使感光部分曝光。可用于本发明的曝光装置包括碳弧灯、超高压水银蒸汽灯、金属卤化物灯、荧光灯、钨丝灯等。
曝光装置可作为形成模型9(诸如象素和BM(黑色基质))的平行校准器。然而，能够使预先形成的凹凸面结构固化的任何装置都可使用。所以，应该提供比固化感光树脂的曝光能力大的大量光能。因此，通常用作基板清洁装置和利用散射光的UV照射系统成为直线式。与利用光掩模的技术相比，利用这种类型的系统，制造费用更低廉，并且曝光公差大于利用光掩模的曝光公差。可在基薄膜82的临时支撑与基底层81分开之前或之后执行曝光。为了提高基板的粘附力和随动活动，在基薄膜上可形成垫层。
在本发明的实施过程中，薄膜层83是预先形成于贴合基板85上的而且由基底层81和基薄膜82构成的凹凸面模型-支撑薄膜被固定于薄膜层83，薄膜层83及其构成方法可分别与上文中所述的相同。应该注意的是，在凹凸面模型固定以后，薄膜层83最好被曝光。
将反射膜层87叠置在凹凸面模型-支撑膜80的凹凸表面上以获得漫反射板。图15示出了根据该方法所获得的漫反射板。
图15是本发明所涉及的漫反射板的实施例的剖面图。在该图中，基底层81被形成于基薄膜82上，反射膜层87被叠置在其上。可与上文中所述的方式相同的方式执行在凹凸面模型-支撑膜的凹凸表面上构成反射膜层87的方法。
将参考图16进行描述使用本发明所涉及的漫反射板的反射类型LCD装置。
图16是本发明所涉及的反射型液晶显示器(LCD)装置的局剖侧视图。在图中，薄膜层83和反射膜层87被依次叠置在贴合基板85(由玻璃衬底构成的)上，凹面部分用以形成漫反射板。在漫反射板的凹面部分中填充平面化或修平薄膜88以构成平整表面。在平面化薄膜88上分别形成有透明电极100，所述透明电极100之上形成有调整薄膜89。这样，就构成了一个液晶固定基板。另一方面，在玻璃衬底96的表面上形成有黑色基质94和彩色滤光器95，所述表面与贴合基板85保持面对面关系，而且在又形成一个平面化薄膜93后，透明电极92和调整薄膜91被依次迭置。玻璃衬底96具有一相位差薄膜97和一形成于其另一侧上的偏振片98。如此，就构成了另一个液晶固定基板。这两个液晶固定基板是这样布置的，即，调整薄膜91和调整薄膜89是面对着的，液晶90被容纳在与隔板99、99′一起建立的空间中。
虽然在上文中已描述了反射型液晶显示器(LCD)装置，但是例如，本发明的漫反射板可用在需要外部光的漫反射的装置中。例如，为了提高太阳能电池的效率装备一个漫反射板。
由基底层81和基薄膜82构成的凹凸面模型薄膜80，可用于制造遮光板、装饰板、毛玻璃、保护投影屏的白板、滤光器、聚光板、吸光板等。因此本发明的凹凸面模型薄膜80可被转印到玻璃板、合成树脂板、合成树脂薄膜、金属板和金属箔中的任何一个。被转印的基板表面不仅可以是平的，而且可以是弯曲或立体的。
应该注意的是，可将基底层81叠置在本发明的转印迭片中的贴合基板85上。为此，基底层81和基薄膜82被如此布置，即，它们之间必须可互相剥离。将基底层81叠置在贴合基板85上的几个原因如下在将反射膜层87用作电极的情况下，使基底层81起到电绝缘层的作用；使基底层81起到反射膜层87的凹凸面结构的平面化层的作用；使基底层81起到反射膜层87的防蚀涂层的作用，其中感光树脂用作反射膜层87；使基底层81起到反射膜层87的部分遮光层的作用，其中基底层是彩色的。
下面将描述更具体的实施例。
在面积为45平方毫米并且20毫米厚的不锈钢基板的中央面积为15平方毫米的区域内，用本发明的切割系统所涉及的金刚石刀，形成了每个都具有0.6μm深度的微型透镜结构以制造转印原始模型。
接着，将100μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜用作是基薄膜，以20μm的干燥厚度，用涂覆机将具有以下配方的可光致固化的树脂溶液涂覆到基薄膜上并进行干燥。接着，将转印原始模型固定于涂覆薄膜上，其后用UV光照射以凝固可光致固化的树脂并从转印原始模型上剥离，从而获得凹凸面模型-支撑薄膜80，其中凹凸面构形状或结构被形成于可光致固化的树脂层(基底层)的表面中。
可光致固化的树脂溶液(用于基底层)的配方丙烯酸/丙烯酸丁酯/醋酸乙烯酯共聚物 5重量份数醋酸丁酯(单体) 8重量份数醋酸乙烯酯(单体)
2重量份数丙烯酸(单体)
0.3重量份数丙烯酸己二醇(单体) 0.2重量份数苯甲酰苯基甲醇异丁基醚(引发剂) 2.5重量百分比然后，将具有以下配方的构成薄膜层的溶液涂覆到可光致固化的树脂层(基底层)上，所述可光致固化的树脂层具有以8μm的干燥平均厚度用涂覆机形成于其中并干燥的凹凸面结构，其后覆盖用作覆盖膜的聚乙烯薄膜以获得转印膜。
构成薄膜层的溶液的配方如下作为聚合物，使用了苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯的异分子共合树脂(聚合物A)。分子量大约为35,000，酸值为110。这里所述的份数是重量份数，后面出现的份数也是重量份数。聚合物A
70份四丙烯酸五季戊四醇酯(单体)
30份Irgacure 369(Ciba-Geigy AG的商品名称)(引发剂) 2.2份N，N-四乙基-4，4′-二氨基二苯酮(引发剂)
2.2份丙二醇单甲醚(溶剂)
492份p-甲氧基苯酚(阻聚剂)0.1份全氟烃基alcoxylate(表面活性剂)
0.01份当剥离转印膜的覆盖膜时，在90℃的基板温度下、80℃的辊温度下、7kg/cm2的轧制压力下和0.5m/分钟的速度下用层压机将转印膜叠置在玻璃衬底上，以这样的方式使薄膜层与玻璃衬底相接触以在玻璃衬底上获得具有叠置的薄膜层、可光致固化的树脂层(基底层)和基薄膜的基板。接着，将可光致固化的树脂层(基底层)和基薄膜剥离以获得形如玻璃衬底上的转印原始模型的凹凸面结构的薄膜层。在烘炉中在230℃下经受30分钟的热固化，其后，用真空淀积以叠置一0.2μm厚的铝薄膜，从而形成反射层。
下面将描述第二个实施例。
通过真空淀积使凹凸面模型膜的凹凸表面被叠置0.2μm厚的铝薄膜。这满足了相对于-40°到40°的入射角范围的反射强度，因此获得了具有优异反射特征的漫反射板。
接着，描述第三个实施例。
将如第一个实施例中所使用的构成薄膜层的这种溶液，涂覆到用作永久基板的玻璃衬底上，并以2000转/分的速度旋转涂覆15秒钟，其后在90℃下用加热板加热2分钟以获得8μm厚的薄膜层。接着，在90℃的基板温度下、80℃的辊温度下、7kg/cm2的轧制压力下和0.5m/分钟的速度下，用层压机将第一个实施例中的凹凸面模型-支撑薄膜叠置，使之与薄膜层相接触，以在玻璃衬底上获得具有薄膜层、可光致固化的树脂层(基底层)和基薄膜的基板。借助于调整器用UV光照射该基板，将可光致固化的树脂层(基底层)和基薄膜剥离以获得与玻璃衬底上的转印原始模型的凹凸面构造相同的薄膜层。接着，在烘炉中在230℃下执行30分钟的热固化，其后以真空淀积的方法叠置一种0.2μm厚的铝薄膜以形成反射层。因此，获得了漫反射板。这满足了相对于-40°到40°的入射角范围的反射强度，因此所获得的漫反射板具有优异反射特征。
如上文中所述的，本发明的微型透镜结构的透镜面是根据切割系统构成的，并可获得基于设计值的透镜结构。而且，可构成非球面的透镜面结构，因此，相对于光学设计来说，形成的微型透镜具有高的自由度。当使用其中以不均匀节距布置有这样的结构的反射板时，所形成的反射板是如此优异，即具有根据设计值的反射特征。
当使用该微型透镜结构-支撑转印原始模型时，可制造出根据本发明的凹凸面模型和转印迭片和用在反射型液晶显示装置等中并具有良好反射特征的漫反射模型。当预先适当地构成凹凸面时，漫反射板的反射特征可被任意控制，反射特征可再生产地获得。另外，可容易地适当地给基板提供具有给定功能的表面形状。
如上文中所述的，根据本发明，根据切割系统，可获得基于设计值的透镜结构，并可构成非球面的透镜面结构，所以可获得光学设计上的具有高的自由度的微型透镜。
此外，可获得具有基于设计值的优异反射特征的反射板。凹凸面的适当预置使得漫反射板的反射特征可被任意控制，同时反射特征可再生产地获得。可容易地适当地给基板提供具有给定功能的表面型面。
不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，可以其他形式实施本发明。因此本发明的实施例在所有方面被认为是说明性的，而不是限制性的，本发明的保护范围是由权利要求限定的而不是由上述说明书中的内容限定的，因此在权利要求和其等同的范围内的所有变化包含在本发明的保护范围内。
1.一种微型透镜阵列，其包括一基板和布置于所述基板上的、基本为环形型面的微型透镜，并且使每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于所述长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置处是由相同的弯曲形状构成的。
2.一种微型透镜阵列，其包括一基板和布置于所述基板上的微型透镜，每个微型透镜都有基本上为环形的型面，并且使每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于所述长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有一定尺寸的半径。
3.一种微型透镜阵列，其包括一基板和布置于所述基板上的微型透镜，每个微型透镜都有基本上为环形的型面，并且使每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于所述长轴或短轴的轴线的面处的断面形状由一个给定的非球面形状构成的。
4.一种微型透镜阵列，其包括一基板和布置于所述基板上的微型透镜，并且使每个微型透镜在其长轴和短轴处相交成90°，在分别垂直于所述长轴或所述短轴的面处的断面形状，在任意位置处是由相同弯曲线或具有由在各个方向上的曲线和直线组合的相同弯曲线构成的。
5.权利要求1所述的微型透镜阵列，其特征在于，构成所述微型透镜表面的曲面，在形成所述微型透镜的转印原始模型的水平面处，具有23°或更低的切角。
6.一种制造微型透镜阵列转印原始模型的方法，该方法包括，通过控制具有与微型透镜的长轴和短轴之一的断面形状相同的突出部分型面的切割工具，使切割工具画出另一条轴线的断面形状的轨迹而在模具中形成微型透镜结构。
7.一种制造微型透镜阵列转印原始模型的方法，该方法包括以下步骤以与微型透镜的长轴和短轴之一相同的断面形状构成用作切割工具的金刚石尖部的突出部分型面，通过控制所述切割工具的轨迹来加工模具，以制造与微型透镜另一条轴线的相同的断面形状，从而形成微型透镜结构。
8.一种制造微型透镜阵列转印原始模型的方法，其特征在于，在依据权利要求7的制造基本上为环形形状的微型透镜的方法中，当所述环形形状的直径为D，并且所述突出部分型面的半径为R时，C/R为0.73或更低。
9.一种制造转印原始模型的方法，其特征在于，在依据权利要求7的制造微型透镜的方法中，形成微型透镜结构的步骤包括，通过沿水平方向移动切割工具和其中形成有微型透镜的基板，并沿垂直方向移动用于微动的驱动机构，形成微型透镜。
10.权利要求9所涉及的制造转印原始模型的方法，其特征在于，所述用于微动的驱动机构由压电元件制成，并且向所述压电元件施加电压，以很小的角度使所述切割工具沿垂直方向移动。
11.一种用于反射板部件的转印原始模型，其包括一压模和微型透镜，所述微型透镜设置于压模中，每个所述微型透镜的型面都基本上为环形，其中每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于所述长轴或短轴的轴线的面处的断面形状，在任意位置处是由相同半径构成的，所述微型透镜以不均匀节距形成在一个平面上，并且相邻微型透镜之间的节距在所述微型透镜的半径的50-100％范围内。
12.一种用于反射板部件的转印原始模型，其包括一压模和微型透镜，所述微型透镜设置于压模中，每个微型透镜的长轴和短轴以90°相交，并且在分别垂直于一条平行于所述长轴或短轴的面处的断面形状，在任意位置和在各个方向上是由相同弯曲线或具有由曲线和直线组合的相同弯曲线构成的，所述微型透镜以不均匀节距形成在一个平面上，其中相邻微型透镜之间的节距在所述微型透镜的半径的50-100％范围内。
13.一种制造用于反射板部件的转印原始模型的方法，该方法包括以下步骤通过控制切割工具而在压模中构成微型透镜结构，以便画出另一条轴线的断面形状的轨迹，其中所述切割工具具有与微型透镜的、长度基本彼此相等的长轴或短轴中的一个的断面形状相同的突出部分型面，其中，所述微型透镜分别都具有基本上为环形型面，其中每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，在分别垂直于一条平行于所述长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有相同尺寸的半径，在一个平面上以不规则节距形成微型透镜，相邻微型透镜之间的节距被设定为在所述微型透镜的半径的50-100％范围内。
14.一种制造用于反射板部件的转印原始模型的方法，该方法包括以下步骤以与微型透镜的长轴和短轴中的一个的断面形状相同的形状构成切割工具的金刚石尖部的突出部分型面，控制与另一条轴线重合的所述切割工具的轨迹以加工一个压模，从而在压模中形成微型透镜结构，其中所述微型透镜分别都有基本上为环形的型面，其中每个微型透镜的长轴和短轴在长度上基本彼此相等，所述长轴和短轴穿过所述基本环形型面的中心并以90°相交，并且在分别垂直于一条平行于所述长轴或短轴的轴线的面处的断面形状在任意位置具有相同尺寸的半径，所述微型透镜以不均匀节距在同一平面上构成，相邻微型透镜之间的节距在所述微型透镜的透镜半径的50-100％范围内。
15.一种制造用于反射板部件的转印原始模型的方法，该方法包括以下步骤通过控制切割工具而在压模中构成微型透镜结构，以便画出另一条轴线的断面形状的轨迹，其中所述切割工具具有与微型透镜的、长度的彼此相等的长轴和短轴中的一个的断面形状相同的突出部分型面，其中，所述微型透镜分别具有长轴和短轴，所述长轴和短轴以90°相交，并且在分别垂直于一条平行于所述长轴或短轴的轴线的面处的断面形状，在任意位置是由相同弯曲线或具有由在各个方向上的曲线和直线组合的相同弯曲线构成的，所述微型透镜以不均匀节距在同一平面上构成，相邻微型透镜之间的节距在所述微型透镜的透镜半径的50-100％范围内。
16.一种制造用于反射板部件的转印原始模型的方法，该方法包括以下步骤以与微型透镜的长轴和短轴中的一个的断面形状相同的形状构成切割工具的金刚石尖部的突出部分型面，控制与另一条轴线的剖面形状重合的所述切割工具的轨迹以加工一个压模，从而在压模中形成微型透镜结构，其中，所述微型透镜分别具有长轴和短轴，所述长轴和短轴以90°相交，并且被布置成，在分别垂直于一条平行于所述长轴或短轴的轴线的面处的断面形状，在任意位置是由相同弯曲线或具有由在各个方向上的曲线和直线组合的相同弯曲线构成的，所述微型透镜以不均匀节距在同一平面上构成，相邻微型透镜之间的节距在所述微型透镜的透镜半径的50-100％范围内。
17.一种制造凹凸面模型的方法，其特征在于，根据权利要求14中所限定的制造转印原始模型的方法所制造的转印原始模型，被固定于被转印的基板上，从而形成凹凸面模型。
18.一种制造凹凸面模型的方法，其特征在于，根据权利要求16中所限定的制造转印原始模型的方法所制造的转印原始模型，被固定于被转印的基板上，从而形成凹凸面模型。
19.一种制造凹凸面模型的方法，其特征在于，在权利要求17中所限定的制造转印原始模型的方法中，所述被转印的基板由其上叠置有塑料膜或基底层的基板制成。
20.一种制造凹凸面模型的方法，其特征在于，在权利要求18中所限定的制造转印原始模型的方法中，所述被转印的基板由其上叠置有塑料膜或基底层的基板制成。
21.一种凹凸面模型，其特征在于，根据权利要求17中所限定的方法制成。
22.一种凹凸面模型，其特征在于，根据权利要求18中所限定的方法制成。
23.一种转印迭片，其包括用作临时支撑的、权利要求21中所限定的凹凸面模型，一叠置在所述临时支撑的凹凸面模型表面的薄膜，以及一与所述薄膜层的、与接触所述临时支撑的表面相对的表面粘合的贴合支撑。
24.一种转印迭片，其包括用作临时支撑的、权利要求22中所限定的凹凸面模型，一叠置在所述临时支撑的凹凸面模型表面的薄膜，其中，与所述薄膜层的、与接触所述临时支撑的表面，用作粘合基板的贴合支撑。
25.权利要求23所涉及的转印迭片，其特征在于，保护膜被叠置于所述薄膜层的粘合表面上。
26.权利要求24所涉及的转印迭片，其特征在于，保护膜被叠置于所述薄膜层的粘合表面上。
27.一种制造漫反射板的方法，所述方法包括以下步骤提供用于转印的、如权利要求25限定的迭片，将保护膜已被去除的迭片固定于所述贴合基板上，使所述薄膜层的所述粘合表面与所述基板接触。
28.一种制造漫反射板的方法，所述方法包括以下步骤提供用于转印的、如权利要求25限定的迭片，将保护膜已被去除的迭片固定于所述贴合基板上，使所述薄膜层的所述粘合表面与所述基板接触，使所述临时支撑分离，在所述凹凸模型的凹凸表面上形成反射膜。
29.一种制造漫反射板的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤将如权利要求21所限定的凹凸面模型，固定于形成在防护基板上的薄膜层上，以使得凹凸表面与所述薄膜层相接触，分离所述凹凸面模型，并且在所述薄膜层的凹凸表面在其上被转印的表面上形成反射膜。
30.一种制造漫反射板的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤将如权利要求22所限定的凹凸面模型，固定于形成在防护基板上的薄膜层上，以使得凹凸表面与所述薄膜层相接触，分离所述凹凸面模型，并且在所述薄膜层的凹凸表面在其上被转印的表面上形成反射膜。
31.一种漫反射板，其包括根据权利要求17中所限定的方法制造的凹凸面模型和一叠置于所述凹凸面模型的凹凸表面上的反射膜。
32.一种漫反射板，其包括根据权利要求18中所限定的方法制造的凹凸面模型和一叠置于所述凹凸面模型的凹凸表面上的反射膜。
33.一种液晶显示装置，其特征在于，包括根据权利要求27中所限定的方法制造的漫反射板。
34.一种液晶显示装置，其特征在于，包括根据权利要求28中所限定的方法制造的漫反射板。
35.一种液晶显示装置，其特征在于，包括根据权利要求29中所限定的方法制造的漫反射板。
36.一种液晶显示装置，其特征在于，包括根据权利要求30中所限定的方法制造的漫反射板。
本发明涉及一种具有基本上环形的微型透镜结构，当在垂直于所述微型透镜结构的长轴或短轴的任何一个面取截面时，该结构由在任何截面的圆形的一部分和非球面曲线构成。本发明涉及一种转印迭片，该转印迭片包括具有转印原始模型的凹凸面形状的凹凸面模型，在所述转印原始模型中布置有多个如上所述的那样的结构，所述结构被转印到被转印的基板上，并且薄膜层叠置于其凹或凸表面上，其中薄膜层的一个对着与临时支撑相接触表面的表面被用作是贴合基板的粘合面。而且，本发明还涉及一种制造漫反射板的方法，该方法包括以下步骤将转印迭片固定于与薄膜层的粘合面接触的贴合基板上，分离临时支撑，在薄膜层的凹或凸表面上形成反射膜。
文档编号G02B3/00GK12762
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者吉川武尚, 前田幸雄, 田谷昌人, 太田共久, 石泽勋, 佐藤诚 申请人:株式会社日立制作所, 日立化成工业株式会社