包括透镜膜和多层掩膜的光学构造体的制作方法

包括透镜膜和多层掩膜的光学构造体


背景技术：

1.光学装置可包括微透镜阵列和包括针孔阵列的掩膜。


技术实现要素：

2.本说明书整体涉及包括多层掩膜和透镜膜的光学构造体，该透镜膜包括多个微透镜。
3.在本说明书的一些方面，提供了光学构造体。该光学构造体包括透镜膜，该透镜膜具有最外侧的结构化第一主表面和相背的最外侧的基本上平坦的第二主表面。该结构化第一主表面包括多个微透镜，该多个微透镜沿正交的第一方向和第二方向布置。该光学构造体包括设置在该透镜膜的该第二主表面上的聚合物的多层掩膜。该多层掩膜具有的平均厚度小于这些微透镜的平均焦距的约0.5倍，并具有大于约2的光学密度。该多层掩膜包括聚合物的第一掩膜层和第二掩膜层，其中该第一掩膜层和该第二掩膜层中的每一者具有大于约0.3的光学密度。该多层掩膜在其中限定沿该第一方向和该第二方向布置的多个激光烧蚀的贯通开口。这些贯通开口以一一对应的方式与这些微透镜对准，使得：对于沿与该第二主表面形成入射角的入射方向入射在该光学构造体的该结构化第一主表面侧上的基本上准直的光，该光学构造体的作为该入射角的函数的光学透射率包括第一透射峰，该第一透射峰具有第一峰值透射率t1以及对应的20％极大全宽w1。t1/w1≥2.4％/度。
4.在本说明书的一些方面，提供了光学构造体。该光学构造体包括透镜膜，该透镜膜具有最外侧的结构化第一主表面和相背的最外侧的基本上平坦的第二主表面。该结构化第一主表面包括多个微透镜，该多个微透镜沿正交的第一方向和第二方向布置。该光学构造体包括设置在该透镜膜的该第二主表面上的聚合物的多层掩膜。该多层掩膜具有的平均厚度小于这些微透镜的平均焦距的约0.5倍，并具有大于约2的光学密度。该多层掩膜包括聚合物的第一掩膜层和第二掩膜层，其中该第一掩膜层和该第二掩膜层中的每一者具有大于约0.3的光学密度。该多层掩膜在其中限定沿该第一方向和该第二方向布置的多个激光烧蚀的贯通开口。这些贯通开口以一一对应的方式与这些微透镜对准，使得：对于沿与该第二主表面形成入射角的入射方向入射在该光学构造体的该结构化第一主表面侧上的基本上准直的光，该光学构造体的作为该入射角的函数的光学透射率包括具有第一峰值透射率t1的第一透射峰以及具有第二峰值透射率t2的第二透射峰。该第二透射峰是在比该第一透射峰的入射角大至少约30度且大不超过约60度的入射角处的最大透射峰。t2≤3％和t1/t2≥10。
5.在本说明书的一些方面，提供了光学构造体。该光学构造体包括透镜膜，该透镜膜具有最外侧的结构化第一主表面和相背的最外侧的基本上平坦的第二主表面。该结构化第一主表面包括多个微透镜，该多个微透镜沿正交的第一方向和第二方向布置。该光学构造体包括设置在该透镜膜的该第二主表面上的多层掩膜。该多层掩膜具有的平均厚度小于这些微透镜的平均焦距的约0.5倍，并具有大于约2的光学密度。该多层掩膜在其中限定沿该第一方向和该第二方向布置的多个激光烧蚀的贯通开口。该通过开口以一一对应的方式与
该微透镜对准。该多层掩膜包括聚合物的第一掩膜层和包括第一材料和第二材料的第二掩膜层，该第一材料和该第二材料包括相应的第一结合基团和第二结合基团，其中该第一结合基团和该第二结合基团具有互补的相互作用。该第一掩膜层和该第二掩膜层中的每一者具有大于约0.3的光学密度。
6.在本说明书的一些方面，提供了光学构造体。该光学构造体包括透镜膜，该透镜膜具有最外侧的结构化第一主表面和相背的最外侧的基本上平坦的第二主表面。该结构化第一主表面包括多个微透镜，该多个微透镜沿正交的第一方向和第二方向布置。该光学构造体包括设置在该透镜膜的该第二主表面上的聚合物的多层掩膜。该多层掩膜具有的平均厚度小于这些微透镜的平均焦距的约0.5倍，并具有大于约2的光学密度。该多层掩膜在其中限定沿该第一方向和该第二方向布置的多个激光烧蚀的贯通开口。该通过开口以一一对应的方式与该微透镜对准。该多层掩膜包括聚合物的第一掩膜层和第二掩膜层，其中该第一掩膜层和该第二掩膜层中的每一者具有大于约0.3的光学密度。该第一掩膜层比该第二掩膜层厚，并且该第二掩膜层的该光学密度大于该第一掩膜层的该光学密度。
7.这些和其它方面将从以下详细描述中变得显而易见。但是，在任何情况下，本简要概述都不应解释为限制可要求保护的主题。
附图说明
8.图1是根据一些实施方案的光学构造体的示意性剖视图。
9.图2是根据一些实施方案的光学构造体的作为入射角的函数的光学透射率的示意性曲线图。
10.图3a至图3b是根据一些实施方案的光学构造体的示意性顶视投影图。
11.图4a至图4b是根据一些实施方案的多层掩膜的示意性剖视图。
12.图5a至图5c示意性地示出了根据一些实施方案的在透镜膜上的掩膜层的溶剂沉积。
13.图5d是经由逐层自组装沉积在透镜膜上的掩膜层的示意性剖视图。
14.图5e是双层的示意图。
15.图5f是穿过透镜膜对多层掩膜进行激光烧蚀的示意图。
16.图6是根据一些实施方案的光学吸收对波长的示意性曲线图。
17.图7是各种掩膜的吸收率对波长的曲线图。
18.图8是比较光学构造体的光学透射率对入射角的曲线图。
19.图9是示例性光学构造体的光学透射率对入射角的曲线图。
具体实施方式
20.在以下说明中参考附图，该附图形成本发明的一部分并且其中以举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其它实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。
21.光学构造体可包括微透镜阵列和金属掩膜，该金属掩膜具有对应于微透镜的贯通开口(例如，针孔)阵列。然而，已经发现，使用金属掩膜可能会导致贯通开口之间的掩膜区域产生不必要的镜面反射。可使用包括光学吸收材料的聚合物层来代替金属掩膜。然而，使
用此类聚合物层的先前光学构造体具有形状清晰度差的贯通开口，这可导致通过贯通开口的光学透射率的不期望宽峰和/或可导致不期望串扰(例如，入射在一个微透镜上的光可透射通过相邻通孔)和/或可导致不期望低峰值透射率(除非使用会导致不期望串扰的大直径贯通开口)。
22.根据本说明书的一些实施方案，提供了在穿过光学构造体的光学透射率中提供尖峰的多层掩膜。多层掩膜可包括溶剂沉积的掩膜层和/或经涂覆且固化的聚合物的掩膜层。溶剂沉积的掩膜层是通过在溶剂中沉积(例如，涂覆)该层的材料(例如，聚合物和光学吸收材料)并且然后蒸发该溶剂而形成的掩膜层。多层掩膜可包括由第一材料和第二材料的逐层自组装形成的掩膜层，第一材料和第二材料具有相应的第一结合基团和第二结合基团，第一结合基团和第二结合基团具有互补的相互作用(例如，带正电荷的官能团和带负电荷的官能团之间的静电相互作用)。例如，第一材料和第二材料可分别是带相反电荷的聚合物和纳米粒子。在多层掩膜已形成之后，可通过激光烧蚀在多层掩膜中形成通孔。
23.已发现，相比于例如简单地增大溶剂沉积或经涂覆且固化的聚合物的掩膜层的厚度，通过(例如，带相反电荷的聚合物和纳米粒子的)逐层自组装形成的掩膜层在较低增大厚度的情况下提供期望的增大光学密度。然而，已发现，当仅使用通过逐层自组装形成的掩膜层时，由于难以实现这种掩膜层的足够厚度，所以难以实现期望的低串扰。根据本说明书的一些实施方案，包括聚合物的掩膜层(例如，溶剂沉积或经涂覆且固化的聚合物层)和逐层自组装掩膜层的多层掩膜例如可实现高光学密度(例如，大于约2)和期望的总厚度(例如，约1微米至约7微米)，从而导致低串扰。根据一些实施方案，已进一步发现，相比于例如通过涂覆和固化形成的聚合物的掩膜层，溶剂沉积的掩膜层可提供改善的通孔形状限定(以及例如对应地较低串扰)。在一些实施方案中，多层掩膜包括溶剂沉积的掩膜层和经由逐层自组装形成的掩膜层。
24.在一些实施方案中，该光学构造体可用作角度选择性光学滤光器，其可用于各种应用，例如指纹感测应用。在一些实施方案中，该光学构造体可设置在装置(例如，移动电话)中的指纹感测区域和传感器之间，并且可适于将从指纹感测区域中的手指反射的光透射到传感器，同时拒绝从不同角度入射在光学构造体上的光。
25.图1是根据一些实施方案的光学构造体200的示意性剖视图。光学构造体200包括：透镜膜110，该透镜膜具有最外侧的结构化第一主表面102和相背的最外侧的第二主表面104；以及多层掩膜120，该多层掩膜设置在透镜膜110的第二主表面104上。结构化第一主表面102包括沿正交的第一方向和第二方向(例如，x方向和y方向)布置的多个微透镜103。第二主表面104可以是基本上平坦的(例如，平坦的或名义上平坦的或相比于结构化第一主表面102变化或曲率较小的平面)。多层掩膜120具有的平均厚度小于微透镜的平均焦距的约0.5倍，并且可具有大于约2的光学密度。多层掩膜120可包括两个或更多个掩膜层。在一些实施方案中，多层掩膜120包括聚合物的掩膜层120a和120b，其中掩膜层120a和120b中的每一者可具有大于约0.3的光学密度。掩膜层120a和120b中的任一者可称为第一掩膜层，并且掩膜层120a和120b中的另一者可称为第二掩膜层。在一些实施方案中，第一掩膜层是聚合物的第一掩膜层(例如，溶剂沉积的掩膜层)，并且第二掩膜层包括具有相应的第一结合基团和第二结合基团的第一材料和第二材料，其中第一结合基团和第二结合基团具有互补的相互作用(例如，经由逐层自组装沉积)。多层掩膜120在其中限定沿第一方向和第二方向布
置的多个激光烧蚀的贯通开口123，其中贯通开口123以一一对应的方式与微透镜对准。
26.微透镜通常是具有小于约1mm且大于约100nm的至少两个正交维度(例如，高度和直径，或沿两条轴线的直径)的透镜。微透镜可具有例如在约0.5微米至约500微米，或约5微米至约100微米范围内的平均直径。例如，微透镜可以具有在5微米至50微米范围内的平均曲率半径。微透镜可具有任何合适的形状。例如，微透镜可以为球形微透镜或非球面微透镜。例如，在一些实施方案中，微透镜是枕形透镜，其可以允许由透镜覆盖的区域的更高部分是光学活性的。枕形透镜在关于两个正交平面(例如，穿过透镜中心并分别平行于x-z平面和y-z平面的平面)的反射下可以是基本对称的，或者关于平行于透镜膜厚度方向的三个平面(其中每个平面彼此成约60度的角度)是基本对称的，而不是关于任何轴线旋转对称的。
27.多层掩膜120可以是聚合物的多层掩膜。聚合物的多层掩膜是其中每个掩膜层都是聚合物的多层掩膜。聚合物层包括在该层的长度和宽度上基本上连续延伸的有机聚合物，并且可任选地包括例如分布在该聚合物中的非聚合物粒子。例如，颜料和/或染料填充的聚合物可用于形成聚合物层。
28.多层掩膜120具有相背的第三主表面143和第四主表面144，其中第三主表面143面向透镜膜110。多层掩膜120具有可另选地被描述为第三主表面143和第四主表面144之间的平均间隔的平均厚度t。除非另有说明，平均值是指未加权的平均值。在一些实施方案中，平均厚度t例如小于约0.5倍、或小于约0.4倍、或小于约0.3倍平均焦距f。在一些此类实施方案中，或在其它实施方案中，平均厚度t例如小于约10微米，或小于约8微米，或小于约6微米，或小于约5微米，或小于约4微米。平均厚度t可例如大于约1微米，或大于约2微米，或大于约2.5微米。平均厚度t可例如在约1微米至约7微米、或约2微米至约6微米的范围内。在一些实施方案中，透镜膜110和多层掩膜120的总厚度t不大于约100微米(例如，在约30微米至约100微米的范围内)。透镜膜110可包括例如在基板层197上浇铸和固化的透镜层194，使得透镜膜110的厚度是透镜层194和基板层197的厚度。基板层197可以是例如聚合物膜诸如聚对苯二甲酸乙二酯(pet)膜。在一些实施方案中，平均焦距f例如在t-3t至t+2t的范围内，或在t-2t至t+t的范围内，或在t-t至t的范围内。浇铸和固化工艺在例如美国专利号5,175,030(lu等人)、5,183,597(lu)和9,919,339(johnson等人)中以及在美国专利申请公布号2012/0064296(walker,jr.等人)中大致所述。此类浇铸和固化工艺可利用丙烯酸酯树脂来形成微透镜。
29.在一些实施方案中，在最外侧结构化第一主表面的沿基本上正交于第一方向和第二方向并且基本上平分多个贯通开口123中的第一开口123a的方向上的至少第一横截面中，第一开口123a在多层掩膜120的面向透镜膜110的一侧上具有较大的第一宽度d1，并且在多层掩膜120的背离透镜膜110的一侧上具有较小的第二宽度d2。在其它实施方案中，第一宽度d1小于第二宽度d2。在一些实施方案中，d1和d2是约相等的。d1和d2的相对宽度可取决于多层掩膜的材料选择和激光烧蚀处理条件。经由激光处理条件调整通孔的形状例如在美国专利号7,864,450(濑川等人)中大致描述。在一些实施方案中，第一宽度d1与第二宽度d2的比率(d1/d2)在约1.1至约2的范围内。
30.在一些实施方案中，贯通开口123具有在约1微米至约10微米，或约2微米至约8微米的范围内的平均直径。贯通开口的直径d0可理解为具有等于厚度t的长度并且具有等于
贯通开口的体积的体积的圆柱体的直径(例如，直径d0可约等于图1中的(d1+d2)/2)。平均直径是对贯通开口求平均而得到的直径d0(未加权平均值)。d1的平均值或d2的平均值也可或另选地被指定。在一些实施方案中，对于第三主表面143和第四主表面144中的至少一者，主表面处的开口端具有在约1微米至约10微米或约2微米至约8微米的范围内的平均直径。开口端的直径可以理解为具有与开口端相同的面积的圆的直径。开口端的平均直径是对开口端求平均而得到的直径(未加权平均值)。在一些实施方案中，0.5≤d/t≤2，其中d是d0、d1或d2的平均值，t是多层掩膜的平均厚度。
31.图2是根据一些实施方案的光学构造体的作为入射角的函数的光学透射率267的示意性曲线图。在一些实施方案中，光学构造体200被构造成使得：对于沿与第二主表面104形成入射角θ的入射方向134入射在光学构造体的结构化第一主表面侧上的基本上准直的光133，光学构造体200的作为入射角θ的函数的光学透射率267包括第一透射峰268，该第一透射峰具有第一峰值透射率t1并且可包括对应的20％极大全宽w1。光学透射率可另选地表达为透射角的函数。例如，基本上准直的光133可以是准直的或名义上准直的，或者可具有小于约20度，或小于约10度，或小于约5度的发散角或汇聚角。基本上准直的光133可填充或基本上填充至少一个微透镜或者可填充或基本上填充多个微透镜。在一些实施方案中，t1/w1≥2.4％/度，或t1/w1≥2.5％/度，或t1/w1≥2.6％/度，或t1/w1≥2.8％/度，或t1/w1≥3％/度，或t1/w1≥3.2％/度，或t1/w1≥3.4％/度。在一些实施方案中，光学透射率267具有对应于第一透射峰268的小于约20度、或小于约15度、或小于约12度、或小于约10度的20％极大全宽w1。
32.已发现，例如，根据20％极大全宽w1而不是半极大全宽来表征光学透射率是有用的，因为20％极大低全宽w1可对应于改善的光学特性(例如，低串扰)。根据一些实施方案，已发现，例如可实现与本文所述的多层掩膜大致相同的光学密度的经涂覆且固化的单层掩膜通常具有峰，该峰具有对应的半极大全宽(fwhm)和对应的20％极大全宽，其中20％极大全宽基本上大于fwhm并且基本上大于本文所述的多层掩膜的20％极大全宽。
33.在一些实施方案中，光学构造体200的作为入射角θ的函数的光学透射率267包括具有第一峰值透射率t1的第一透射峰268和具有第二峰值透射率t2的第二透射峰269。在一些实施方案中，第二透射峰269的入射角θ2比第一透射峰268的入射角θ1大至少约30度。第二透射峰可以是在比第一透射峰268的入射角θ1大例如至少约30度且大不超过约60度的入射角处的最大透射峰(即，具有最大透射率的峰)。透射角θ2将被理解为比第一透射峰268的入射角θ1大至少约30度且大不超过约60度，当|θ2-θ1|为至少约30度且不超过约60度时，不管θ2-θ1的符号，因为可选择坐标系来反转θ2和θ1的符号。第二峰可至少部分地例如由在用于形成透镜膜的工艺(例如，浇铸和固化工艺)中引起的微透镜的形状变化产生。
34.在一些实施方案中，例如，t2≤3％或t2≤2.5％，或t2≤2.3％，或t2≤2％，或t2≤1.5％，或t2≤1％。在一些此类实施方案中，或在其它实施方案中，例如，t1/t2≥10，或t1/t2≥12，或t1/t2≥15，或t1/t2≥18，或t1/t2≥20。在一些实施方案中，t2为至少约0.1％，或至少约0.25％，或至少约0.5％。在一些实施方案中，t1≥15％或t1≥20％，或t1≥25％，或t1≥30％，或t1≥35％，或t1≥40％。更高的t1(例如，t1≥35％，或t1≥40％)在一些实施方案中可能是期望的，而更高的光学密度(例如，大于约2.5)在一些实施方案中可能是期望的(例如，以减少串扰)并且这可导致更低的(例如，约20％或约25％)但仍然有用的t1。
35.对于沿任何面内方向(与光学构造体的厚度方向(z方向)正交的方向)的入射角，可确定作为该入射角的函数的光学透射率。沿面内方向的入射角可另选地描述为在包含面内方向和厚度方向的平面中限定的入射角。在图1中，入射角θ是沿x方向(或定义在x-z平面中)的。作为入射角的函数的光学透射率可取决于所选的面内方向。例如，作为沿面内第一方向(例如，x方向)的入射角的函数的光学透射率的曲线图可不同于作为在不同的(例如，相差30度或90度)面内第二方向(例如，y方向)上的入射角的函数的光学透射率的曲线图。例如，对于微透镜的六边形阵列，该曲线图沿彼此成60度的最近相邻微透镜之间的方向可以是大致相同的，但是沿这些方向中间的其它方向是不同的。在其中以卷对卷工艺制造透镜膜的实施方案中，例如，第一方向可为幅材横向方向并且第二方向可为幅材纵向方向。例如，对于沿幅材纵向方向的入射角，可存在光学透射率的第二透射峰269，但对于沿幅材横向方向的入射角，则不存在(参见例如图9)。如果满足作为沿至少一个面内方向的入射角的函数的光学透射率的条件，则量诸如t1、t2、w1或t1/w1可被描述为满足该条件。本文所述的用于t1、t2、w1或t1/w1的任何条件可适用于一个面内方向，或适用于至少两个非共线面内方向中的每一者(例如，在其间限定约30度或约90度的角度)，或适用于两个正交面内方向中的每一者，或适用于所有面内方向。
36.图3a至图3b是根据一些实施方案的包括多个微透镜103和贯通开口123的光学构造体的示意性顶视投影图。微透镜103沿正交的第一方向和第二方向(例如，x方向和y方向)布置，并且开口123沿第一方向和第二方向布置。在图3a所示的实施方案中，微透镜103和开口123沿基本上垂直于透镜层的直线(即，基本上沿z方向)居中。在图3b所示的实施方案中，微透镜103和开口123沿直线居中，从而使得与透镜层的斜角基本上相同。图3a的光学构造体可适于主要沿光学构造体的厚度方向(z方向)透射入射在光学构造体上的光，而图3b的光学构造体可适于主要沿与厚度方向成斜角的方向透射入射在光学构造体上的光。在所示实施方案中，微透镜103和开口123位于规则的三角形阵列上。其它图案也是可能的(例如，正方形或矩形阵列、其它周期性阵列或不规则图案)。
37.图4a至图4b是根据一些实施方案的多层掩膜222和223的示意图。多层掩膜222和223中的任一者可对应于多层掩膜120。多层掩膜222和223中的每一者包括具有平均厚度ta和tb的第一掩膜层和第二掩膜层222a和222b。在一些实施方案中，第一掩膜层222a设置在透镜膜110和第二掩膜层222b之间。在一些实施方案中，第二掩膜层222b设置在透镜膜110和第一掩膜层222a之间。在一些实施方案中，第二掩膜层222b比第一掩膜层222a厚。在一些实施方案中，第一掩膜层222a比第二掩膜层222b厚，并且第二掩膜层222b的光学密度大于第一掩膜层222a的光学密度。例如，第二掩膜层222b可以是例如通过逐层沉积形成的具有相对高光学密度的相对薄的层，并且第一掩膜层222a可以是通过溶剂沉积形成的具有相对低光学密度(例如，由于光学吸收材料的相对低浓度)的相对厚的层。在一些实施方案中，tb小于约0.5ta，或小于约0.25ta，或小于约0.2ta，或小于约0.15ta，或小于0.1ta。在一些此类实施方案中或在其它实施方案中，tb大于约50nm并且tb小于约10微米。在一些实施方案中，第一掩膜层222a是溶剂沉积的掩膜层或包括溶剂沉积的掩膜层。在一些此类实施方案中或在其它实施方案中，第二掩膜层222b包括第一材料和第二材料(例如，聚合物和纳米粒子)，第一材料和第二材料包括相应的第一结合基团和第二结合基团，其中第一结合基团和第二结合基团具有互补的相互作用(例如，带相反电荷的官能团)。这种层可经由如本文别
处进一步描述的逐层自组装来沉积。
38.多层掩膜或掩膜层可通过其光学密度来表征，该光学密度可表示为[透射率/100％]的以10为底的负对数，其中该透射率是对于未偏振的垂直入射光(在贯通开口之间入射)在至少400nm至600nm的波长范围内的平均透射率，除非另有指示。波长范围可以是例如从400nm至700nm，或400至800，或400至900，或400nm至1100nm。(可测量从任一方向入射的光的透射率)。多层掩膜120、222或224可具有例如大于约2、或大于约2.5、或大于约2.8、或大于约3的光学密度。第一掩膜层和第二掩膜层中的每一者可具有例如大于约0.3、或大于约0.4、或大于约0.5的光学密度。
[0039]
在一些实施方案中，第一掩膜层222a和第二掩膜层222b中的至少一者吸收至少一个波长λ在λ1至λ2的范围内的基本上垂直入射光的至少30％，或至少约50％，或至少约70％，或至少约80％。在一些实施方案中，λl为约400nm，或约450nm，并且λ2为约3000nm，或约2500nm，或约2000nm，或约1600nm，或约1500nm，或约1100nm，或约800nm，或约700nm，或约650nm，或约600nm。在一些实施方案中，λl为约700nm，或约750nm，或约780nm，或约800nm，并且λ2为约3000nm，或约2500nm，或约2000nm，或约1600nm，或约1500nm，或约1100nm。在一些实施方案中，该至少一种波长包括至少一种可见波长(例如，在约400nm至约700nm的范围内)和/或至少一种近红外波长(例如，在约750nm至约3000nm、或约800nm至约1600nm、或约800nm至约1100nm的范围内)。对于典型的应用，通常希望掩膜至少在可见光范围内吸收。例如，还可希望多层掩膜吸收红外线以促进激光烧蚀。第一掩膜层222a和第二掩膜层222b可具有大致相同的吸收光谱或可具有不同的吸收光谱，如本文别处进一步描述。
[0040]
本文所述的多层掩膜或掩膜层中的任一者可具有基本上均匀的光学密度。基本上均匀的光学密度是指在约1微米的长度尺度上均匀至良好近似程度的光学密度。例如，穿过直径为约1微米的贯通开口之间的掩膜层或多层掩膜的每个圆柱形区域可具有在此类区域的平均光学密度的约15％内或约10％内或约5％内的光学密度。在一些实施方案中，掩膜层具有通过使用光学吸收粒子(例如，炭黑粒子)来获得的基本上均匀的光学密度，该光学吸收粒子的平均直径基本上小于1微米(例如，小于约300nm或小于约250nm)并且以足够高的填充量基本上均匀地分散在层中使得粒子之间的平均中心至中心间距小于约1微米。
[0041]
图5a至图5f示意性地示出了根据一些实施方案的用于制造光学构造体的方法。方法包括：提供透镜膜110(参见例如图5a)，该透镜膜包括最外侧的结构化第一主表面102和相背的最外侧的基本上平坦的第二主表面104，其中该结构化第一主表面102包括沿正交的第一方向和第二方向布置的多个微透镜103；用溶剂151、聚合物152和光学吸收材料153的混合物150涂覆(参见例如图5b)透镜膜的第二主表面；使经涂覆的混合物干燥(参见例如图5b至图5c)以形成第一掩膜层120a，该第一掩膜层具有(例如，小于约10微米的)平均厚度ta和大于约0.3或在本文别处所述的任何范围内的(例如，基本上均匀的)光学密度。另选地，可通过涂覆填充有光学吸收材料的树脂并固化该树脂来形成第一掩膜层。该方法还可包括沉积具有(例如，小于约10微米的)平均厚度ta和大于约0.3或在别处所述的任何范围内的(例如，基本上均匀的)光学密度的第二掩膜层120b。可将第二掩膜层120b直接沉积在第二主表面104上，如图5d中示意性地示出，随后将第一掩膜层120a沉积在第二掩膜层120b上或者可将第二掩膜层120b沉积在第一掩膜层120a上，如图5f中示意性地示出。第一掩膜层120a和第二掩膜层120b限定具有组合平均厚度t的多层掩膜120，该组合平均厚度可小于约
10微米或小于微透镜103的平均焦距f的约0.5倍，或者可在本文别处所述的任何范围内。
[0042]
第一掩膜层120a可以是溶剂沉积的掩膜层。在一些此类实施方案中，第一掩膜层120a可包括分散在热塑性聚合物中的光学吸收材料诸如炭黑粒子。相关的溶剂沉积的掩膜层在名称为“optical construction including lens film and mask layer”并且提交于2020年6月17日的美国专利申请号63/040056中进行了描述。
[0043]
各种聚合物体系可充当溶剂体系中的载体树脂(待溶剂沉积的树脂)。例如，硝化纤维和纤维素酯是一类有用的聚合物。中等至高分子量羟基官能的、部分水解的氯乙烯乙酸乙烯酯共聚物也可用作载体树脂。对于富含醇的溶剂体系，聚乙烯醇缩丁醛可能是有用的或优选的。基于溶剂混合物、基板选择、所需的粘合程度等，聚酰胺、乙基纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、聚氨酯、马来酸树脂、环氧树脂、丙烯酸、乙烯基丙烯酸也可能是有用的或优选的。合适的纤维素酯可购自例如eastman化学公司。合适的聚氨酯可例如根据商品名versamid pur购得。合适的聚乙烯醇缩丁醛聚合物可例如以商品名mowital购自kuraray america。合适的丙烯酸酯共聚物可例如以商品名paraloid购自dow化学公司。在一些情况下可能有用的一些其它聚合物包括聚氨酯以及硅烷或倍半硅氧烷。也可使用可溶解或分散在溶剂体系中并可在干燥后形成膜的其它聚合物。
[0044]
合适的溶剂包括醇、酮、酯、烃、二醇、二醇醚和二醇酯。这些溶剂中的一些溶剂可以是高沸点的并且可少量存在于涂料溶液中。高沸点的烃类和石脑油和芳烃也可任选地少量存在。尽管通常不是有意添加的，但少量水或湿气可存在于一些极性溶剂中。腈、氨基乙醇、胺也可用作共溶剂。优选的溶剂可通过树脂选择以及工艺类型和条件(例如，温度)来确定。典型的优选溶剂包括酮和低沸点醇。
[0045]
第二掩膜层120b可包括第一材料和第二材料(例如，带相反电荷的纳米粒子和聚合物)，第一材料和第二材料包括相应的第一结合基团和第二结合基团，其中第一结合基团和第二结合基团具有互补的相互作用。第二掩膜层120b可通过逐层(lbl)自组装来沉积。逐层自组装在本领域中是已知的，并且可包括例如如在美国专利号8,234,998(krogman等人)中描述的逐层喷涂沉积；或在国际申请公布号wo 2019/0186397(schmidt等人)中描述的逐层沉积技术中的任一者。lbl工艺常用于静电地组装带相反电荷的聚电解质的薄膜或涂层，但其它功能诸如氢键结合供体/受体、金属离子/配体以及共价键结合部分也可以是膜组装的驱动力。通常，这种沉积工艺涉及将具有表面电荷的基材暴露于一系列液体溶液。这可通过例如将基板浸入液体浴(也称作浸涂)、喷涂、旋涂、辊涂、喷墨印刷来实现。外露于第一聚离子液体溶液(其中聚离子具有与基材相反的电荷)导致基材表面附近的带电荷物质快速吸附、形成浓度梯度并将更多聚电解质从本体溶液吸到表面。发生进一步吸附，直到有足够的层已发展到掩蔽下面的电荷并且使基板表面的净电荷反向。然后使基材外露于一个或多个水冲洗步骤以移除任何物理缠结或松散结合的聚电解质。在冲洗之后，然后使基材暴露于第二聚离子液体溶液，其中聚离子具有与第一聚离子相反的电荷。再次，由于基材的表面电荷与第二液体溶液中的聚离子的电荷相反，因此吸附发生。继续外露于第二聚离子液体溶液则导致基材的表面电荷逆转。可执行后续的冲洗以完成循环。这一系列步骤称为构建一个层对，也称为沉积的“双层”，并且可根据需要进行重复以将另外的层对添加到基板。多阳离子层可包括多阳离子聚合物或纳米粒子。相似地，多阴离子层可包括多阴离子聚合物或纳米粒子。
[0046]
在一些实施方案中，第一结合基团和第二结合基团具有互补的相互作用。互补的相互作用可以是氢键供体和氢键受体之间的互补的静电相互作用或互补的氢键合相互作用。如果聚合物、纳米粒子和小分子分别包含多个负离子或正离子带电荷位点，则它们可称为“多离子的”或“多离子”，或具体地“多阴离子的”、“多阴离子”、“多阳离子的”或“多阳离子”。
[0047]
在一些实施方案中，第一材料或第二材料中的至少一者包括聚电解质。例如，在某些实施方案中，第一材料包括聚电解质，并且第二材料包括纳米粒子。在一些实施方案中，第一材料包括多阴离子并且第二材料包括多阳离子，虽然在其它实施方案中，第一材料包括多阳离子并且第二材料包括多阴离子。在一些实施方案中，聚电解质是多阳离子。
[0048]
在一些实施方案中，多阳离子是多阳离子聚合物。合适的多阳离子聚合物可包括但不限于聚氯化二烯丙基二甲基铵(pdac)、直链的和支链的聚(乙烯亚胺)(pei)、聚(烯丙基胺盐酸盐)(pah)、聚乙烯胺、脱乙酰壳多糖、聚苯胺、聚酰胺胺、聚(乙烯基苄基三甲胺)和聚季铵盐基团的成员。在一些实施方案中，聚电解质是多阴离子聚合物。合适的多阴离子聚合物包括但不限于磺化聚苯乙烯(pss)、聚(乙烯基硫酸盐)、聚(乙烯基磺酸盐)、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸)、硫酸葡聚糖、肝素、透明质酸、角叉菜胶、羧甲基纤维素(cmc)、藻朊酸盐、磺化四氟乙烯型含氟聚合物，诸如全氟磺酸(nafion)、聚(乙烯基磷酸)、聚(乙烯基膦酸)和六偏磷酸盐钠。在一些实施方案中，多阳离子选自由以下项组成的组：聚氯化二烯丙基二甲基铵、聚乙烯亚胺、聚烯丙基胺、聚甲基丙烯酸(2-(三甲基氨基)乙酯以及它们的共聚物。
[0049]
刚刚描述的聚电解质有机聚合物可表征为具有携带离子或可离子化基团的(例如，重复的)聚合单元的聚合物。这些基团在水溶液(水)中解离，使得聚合物带电。具有能够静电相互作用的多个离子基团的其它类型的聚合物为有机聚合物的含水分散体。在一些实施方案中，这些聚合物还包含含有离子或可离子化基团的聚合单元。然而，此类基团的浓度显著较低，使得有机聚合物可分散于水溶液中，但不溶解形成溶液。因此，此类有机聚合物可表征为不溶于水的。在其它实施方案中，可通过使用离子表面活性剂使有机聚合物被赋予水分散性。可商购获得的脂族丙烯酸类分散体的示例包括以商品名raycat 65124和picassian ac-181购得的阳离子丙烯酸类胶乳。可商购获得的含水聚氨酯分散体的示例包括以下列商品名购得的脂族聚醚阳离子聚氨酯聚合物分散体：sancure 20051(也称为printrite dp675)；sancure 20072(也称为printrite dp676)；以及witcobond ucx-214。
[0050]
在一些实施方案中，水溶液或分散体还包括“掩蔽剂”，即通过增大离子强度和减少粒子间静电排斥而促进均匀且可再现的沉积的添加剂。合适的掩蔽剂包括任何低分子量盐，诸如卤化物盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、氟磷酸盐等。卤化物盐的示例包括：氯化物盐，诸如licl、nacl、kcl、cacl2、mgcl2、nh4cl等；溴化物盐，诸如libr、nabr、kbr、cabr2、mgbr2等；碘化物盐，诸如lii、nai、ki、cai2、mgi2等；以及氟化物盐，诸如naf、kf等。硫酸盐的示例包括li2so4、na2so4、k2so4、(nh4)2so4、mgso4、coso4、cuso4、znso4、srso4、al2(so4)3和fe2(so4)3。有机盐诸如(ch3)3ccl、(c2h5)3ccl等也是合适的掩蔽剂。合适的掩蔽剂浓度可随盐的离子强度而变化。在一些实施方案中，水溶液或分散体包括浓度在0.01m至0.2m范围内的(例如，nacl)掩蔽剂。第二掩膜层可包含痕量的掩蔽剂。
[0051]
图5e是包括第一材料333和第二材料334的双层的示意图。第一材料333和第二材
料334具有相应的第一结合基团433和第二结合基团434，其中第一结合基团433和第二结合基团434具有互补的相互作用(在示出的实施方案中电荷相反)。在图5e中示意性示出的实施方案中，第一材料333是阳离子聚合物，并且第二材料334是多个离子纳米粒子。在其它实施方案中，聚合物可以是离子型的，并且纳米粒子可以是阳离子型的。带电纳米粒子可在纳米粒子主体中或在纳米粒子表面上的表面基团或分散剂上具有电荷。可沉积多个双层(例如，2至20个，或3至10个)以提供期望的光学密度。在第一材料333为聚合物的实施方案中，所得掩膜层可视为聚合物的掩膜层，因为双层的聚合物通常至少跨掩膜层的长度和宽度延伸。逐层沉积可产生具有高密度纳米粒子的掩膜层。在一些实施方案中，第二掩膜层包含至少约50、或至少约60、或至少约70、或至少约75、或至少约80％重量百分比的纳米粒子。有用的纳米粒子包括例如在国际申请公布号wo 2019/0186397(schmidt等人)中描述的那些纳米粒子。在一些实施方案中，纳米粒子包括炭黑纳米粒子、金属氧化物纳米粒子或它们的组合。纳米粒子可具有例如在约5nm至约300nm的范围内的平均粒径(例如，dv50)。
[0052]
该方法还包括使用发射入射在透镜膜110的结构化第一主表面102上的红外光178的激光器177来烧蚀多层掩膜120(图5f示意性地示出了烧蚀之前的多层掩膜120)中的多个贯通开口123(参见例如图5f和图1)，使得贯通开口123沿第一方向和第二方向布置并且以一一对应的方式与微透镜103对准。红外光178可具有例如在约1020nm至约1100nm的范围内的波长，或本文别处所述的任何范围。例如，红外光178可具有约1064nm的峰强度处的波长。红外光178可具有填充或基本上填充至少一个微透镜的光束直径。例如，微透镜可具有在5至50微米的范围内的平均直径，并且光束直径可在100至500微米的范围内。光学吸收材料153优选地对于红外光178的波长范围以及对于可见光波长范围(例如，至少从约450nm到约650nm)是光学吸收的。光学吸收材料153包括光学吸收材料153a和153b，它们可具有相同或不同的组成。例如，光学吸收材料153可包括一种、两种或更多种可在不同波长范围内吸收的光学吸收颜料和/或染料。例如，第一掩膜层120a(参见例如图5c)可包括至少一种光学吸收染料和至少一种光学吸收颜料。光学吸收材料153对于可见波长和对于红外光178可以是光学吸收的，使得光学吸收材料153吸收红外光178以进行烧蚀并且为所得掩膜层提供期望的光学密度。合适的光学吸收材料153包括炭黑。在一些实施方案中，光学吸收材料153包括纳米粒子，诸如炭黑或金属氧化物纳米粒子。
[0053]
可使用相干脉冲光源(例如，激光)来形成贯通开口，该相干脉冲光源具有从350nm至1600nm、或从400nm至1200nm、或从500nm至1100nm、或从1000nm至1100nm、或从1020nm至1100nm的波长。例如，该光源可以是产生具有约1020nm至约1100nm的波长的近红外(nir)波段的掺杂光纤激光器。可使用各种激光器作为光源。例如，合适的激光器包括nd:yag激光器、光纤激光器和二极管激光器。例如，可使用1
st
、2
nd
或3
rd
谐波。激光的期望波长范围可取决于在掩膜层中使用的聚合物和光学吸收材料。例如，使用激光穿过微透镜阵列在层中形成孔在美国专利申请公布号2007/0258149(gardner等人)中进行了大致描述。
[0054]
图6是根据一些实施方案的光学吸收对波长的示意性曲线图。示出了光学吸收光谱391和392。仅在总体尺度上不同的吸收对波长曲线将视为相同的吸收光谱，而具有不同波长依赖性的吸收对波长曲线将视为不同的吸收光谱。在一些实施方案中，第一掩膜层和/或第二掩膜层包括至少第一光学吸收材料和第二光学吸收材料(例如，153a和153b)，其中第一光学吸收材料和第二光学吸收材料具有不同的光学吸收光谱(例如，光谱391和392)。
例如，光学吸收材料中的一者可在可见波长范围内更强地吸收，而光学吸收材料中的另一者可在近红外波长范围内更强地吸收。在一些实施方案中，第一掩膜层和第二掩膜层具有不同的光学吸收光谱(例如，光谱391和392)。在一些实施方案中，不同的光谱导致例如在至少400nm至1100nm的波长范围内的高吸收(例如，对于基本上垂直的入射光至少约75％)。
[0055]
光学构造体200可包括任选的附加元件或层，其设置在与多层掩膜120相对的透镜膜110上和/或设置在与透镜膜110相对的多层掩膜120上。例如，低折射率层可设置在透镜膜110上，或者透镜膜110可包括光学解耦结构，和/或波长选择性光学滤光器可设置在与透镜膜110相对的多层掩膜120上。例如，这种层或结构的示例可以在国际申请公布号wo 2020/035768(yang等人)中描述。
[0056]
在一些实施方案中，微透镜层通过低折射率层结合到显示面板或其它部件。在一些实施方案中，低折射率层具有不超过1.3(例如，在1.1至1.3的范围内)的折射率，并且设置在透镜膜110的第一主表面102上并且具有基本上适形于该第一主表面的主表面。除非另外指明，否则折射率是指633nm处的折射率。折射率不超过1.3的层可以是例如美国专利申请公布号2013/0011608(wolk等人)和2013/0235614(wolk等人)中所述的纳米空隙层。
[0057]
在一些实施方案中，透镜膜110还包括可设置在相邻微透镜之间的光学解耦结构。光学解耦结构可以是突出超过微透镜以附接至相邻层使得相邻层不与微透镜接触的任何物体。光学解耦结构可以是圆柱形柱，或者可以是具有非圆形横截面(例如，矩形、正方形、椭圆形或三角形横截面)的柱。光学解耦结构可具有恒定的横截面，或者横截面可沿厚度方向变化(例如，光学解耦结构可以是渐缩以在柱的顶部附近变细的柱)。在一些实施方案中，光学解耦结构具有渐缩的椭圆形横截面。例如，光学解耦结构可具有在国际申请公布号wo 2019/135190(pham等人)中所述的光学解耦结构的几何形状中的任一个几何形状。在一些实施方案中，光学解耦结构从微透镜阵列的基部延伸。在一些实施方案中，至少一些光学解耦结构设置在至少一些微透镜的顶部上。包括光学解耦结构的相关光学构造体在国际申请公布号wo 2020/035768(yang等人)和2019年12月6日提交的名称为“光学层和光学系统”的美国专利号62/944676中进行描述。
[0058]
实施例
[0059]
除非另有说明，否则以下实施例中报告的所有份数、百分比和比率是基于重量的。
[0060]
材料
[0061][0062]
未列于上表中的各种溶剂、试剂等可购自西格玛奥德里奇公司(sigma-aldrich co.)(密苏里州圣路易斯(st.louis,missouri))。
[0063]
ir分散体1
[0064]
ir分散体1是通过国际申请公布号wo 2020/016755(sharma等人)的比较例b(ce-b)中描述的工艺制备的氧化钨钾纳米粒子的分散体。
[0065]
涂料溶液1
[0066]
将5.84gm在dowanol pm:mek共混物(40:60重量)中的16重量％cap-504-0.2溶液与2.8gm ir分散体1(在dowanol pm中的40重量％溶液)和0.44gm orasol black x55混合。进一步加入1gm甲乙酮(mek)和1gm dowanol pm，并且使用涡旋混合器将所得混合物匀化。
[0067]
涂料溶液2
[0068]
将53gm在dowanol pm:mek共混物(60:40重量)中的17.3重量％cap-504-0.2溶液与28gm ir分散体1(在dowanol pm中的40重量％溶液)和溶解在10.8gm mek中的4.8gm orasol black x55混合。进一步加入27.4gm甲乙酮(mek)和2.2gm dowanol pm，并且使用涡旋混合器将所得混合物匀化。
[0069]
涂料溶液3(lbl涂料溶液)
[0070]
通过在添加nacl至200mm的浓度之后用去离子(di)水将sc20072从27重量％固体稀释至1重量％固体来制备涂料溶液3。通过在添加nacl至50mm的浓度之后用di水将expcb从30重量％固体稀释至1.0重量％固体来制备expcb涂料溶液。将pl92添加到每个涂料溶液至0.1重量％的浓度。以每一者1kg的量配制涂料溶液。
[0071]
用于制备喷涂逐层(lbl)自组装涂层的方法
[0072]
使用购自斯维亚纳米技术公司(svaya nanotechnologies，inc.)(加里福利亚州桑尼维尔(sunnyvale，ca))的设备，并且模仿美国专利号8,234,998(krogman等人)中描述
的系统以及krogman等人的“automated process for improved uniformity and versatility of layer-by-layer deposition”，langmuir 2007，23，3137-3141。该设备包括装载有涂料溶液的压力容器。安装带有平坦喷雾式样的喷雾嘴(购自伊利诺伊州惠顿的喷雾系统公司(spraying systems,inc.,wheaton,illinois))，以在由电磁阀控制的指定时间喷涂涂覆溶液和冲洗水。用氮气将容纳涂覆溶液的压力容器(威斯康辛州沃基肖的合金制品公司(alloy products corp.,waukesha,wi))加压至30psi，同时用空气将容纳去离子(di)水的压力容器加压至30psi。涂覆溶液喷嘴的流速均为10加仑/小时，而di水冲洗喷嘴的流速为40加仑/小时。将待涂覆的基板(9"
×
10")用环氧树脂(scotch-weld环氧树脂粘合剂，dp100 clear，明尼苏达州圣保罗的3m公司(3m company,st.paul,mn))在边缘处粘附到玻璃板(12"
×
12"
×
1/8"厚)(明尼苏达州明尼阿波利斯的布林西北玻璃公司(brin northwestern glass co.,minneapolis,mn))，该玻璃板安装在竖直平移工作台上并且用真空吸盘保持在适当位置。在典型涂覆序列中，在工作台以76mm/s竖直向下移动的同时将聚阳离子溶液(涂料溶液3)喷涂到基板上。接着，在12秒的保压时间之后，在工作台以102mm/s竖直向上移动的同时将di水喷涂到基板上。然后用气刀以3mm/s的速度对基板进行干燥。接着，在工作台以76mm/s竖直向下移动的同时将聚阴离子(例如，expcb炭黑纳米粒子)溶液喷涂到基板上。允许过去12s的另一保压时间段。在工作台以102mm/s竖直向上移动的同时将di水喷涂到基板上。最后，用气刀以3mm/s的速度对基板进行干燥。重复上述序列以沉积表示为(聚阳离子/聚阴离子)n的多个“双层”，其中n为双层的数量。将经涂覆基板(例如，聚合物膜)从玻璃剥离，之后进行后续处理。保留玻璃上的涂层以用于厚度、光学透射率和表面电阻率测量。
[0073]
实施例1-2
[0074]
通过将丙烯酸酯树脂浇注到聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)基板上并且与复制工具接触固化该树脂，以形成20微米直径微透镜的六边形阵列来制备透镜膜。形成第一掩膜层，如下：使用meyer棒#10将涂料溶液1涂覆在pet基板的与微透镜相对的一侧上。使涂层在以70℃进行干燥的热空气烘箱中干燥5分钟。如根据“method for making spray layer-by-layer(lbl)self-assembled coatings(用于制备喷涂逐层(lbl)自组装涂层的方法)”所述来沉积第二掩膜层。沉积三个(实施例1)或六个(实施例2)双层，其中每个双层由阴离子炭黑层和阳离子聚合物层组成。
[0075]
经由激光烧蚀穿过微透镜在所得多层掩膜中形成贯穿开口。利用以下参数使用在1070nm波长下操作的40w脉冲光纤激光器(spi激光器，英国(spi lasers,uk))：扫描速度：2m/s；线之间的距离：100微米；脉冲长度：250ns；重复速率：20khz；以及激光功率：15％-25％。由激光器生成强且高质量的光束。利用安装在光束递送光纤的末端处的法拉第光隔离器来保护光纤激光器免于背反射。穿过光束扩展器之后的激光束直径为大约10mm。光束被引导至从施肯拉公司(scanlab ag)(德国)获取的可商购获得的具有电介质镜的激光扫描头(hurryscan iii 14)。在由一对检流计反射镜向下反射之后，光束最终被f-theta远心聚焦透镜聚焦。在烧蚀实验中使用167mm焦距聚焦透镜。将扫描仪安装到手动z工作台以控制z方向上的位置。
[0076]
实施例3-4
[0077]
分别针对实施例1-2所述制备实施例3-4，不同的是将第二掩膜层(lbl沉积的掩膜
层)沉积在pet基板的与微透镜相对的一侧上，然后将第一掩膜层(溶剂沉积的掩膜层)沉积在第二掩膜层上。
[0078]
实施例5-6
[0079]
将涂料溶液2以43.3cc/min的流速通过泵速率为1.168cc/rev的zenith bpb泵递送到槽式涂覆模具，以在具有20微米微透镜特征的9"宽0.92mil厚的透明pet膜的背面上进行6"宽涂覆。基于上述流速，在30ft/min的线速度下的干涂层厚度估计在3微米左右。在涂覆溶液之后，经涂覆的幅材首先通过10ft长的2区间隙干燥器以最小化气流诱导的斑点缺陷。两个间隙干燥区保持在环境温度下。在间隙干燥器之后紧接着的是配备有顶部和底部空气棒的3区空气浮选烘箱，以干燥所有挥发性溶剂并冷却最后区中的涂层温度。每个干燥区约2米长。区1、区2和区3的温度分别设定为150、175和200f。使用x-rite gretag macbeth d200-ii 36.51.03透射密度计测得该涂层的光学密度为2.2。
[0080]
如根据“method for making spray layer-by-layer(lbl)self-assembled coatings(用于制备喷涂逐层(lbl)自组装涂层的方法)”所述来沉积第二掩膜层。沉积三个(实施例5)或六个(实施例6)双层，其中每个双层由阴离子炭黑层和阳离子聚合物层组成。对于实施例5和6，使用x-rite gretag macbeth d200-ii 36.51.03透射密度计测量的lbl沉积后最终涂层的光学密度分别为3.0和3.9。
[0081]
所得多层掩膜中的贯通开口是经由如实施例1-2大致描述的穿过微透镜的激光烧蚀而形成的，不同的是利用以下参数使用在1070nm波长下操作的40w脉冲光纤激光器(spi激光器，英国(spi lasers,uk))：扫描速度：2m/s；线之间的距离：70微米；脉冲长度：30ns；重复速率：30khz；以及激光功率：15％-25％。将焦点调整到样品上方几毫米以优化激光烧蚀。
[0082]
比较例c1
[0083]
如实施例1-2所述制备比较例c1，不同的是省略第二掩膜层(lbl沉积的掩膜层)。
[0084]
比较例c2
[0085]
如实施例5-6所述制备比较例c2，不同的是省略第二掩膜层(lbl沉积的掩膜层)。使用x-rite gretag macbeth d200-ii 36.51.03透射密度计测得该涂层的光学密度为2.2。
[0086]
比较例c3-c4
[0087]
比较例c3-c4是通过仅lbl涂覆三个双层(c3)和六个双层(c4)来制备的。没有沉积其它掩膜层。对于比较例c3和c4，使用x-rite gretag macbeth d200-ii 36.51.03透射密度计测得仅lbl涂层的光学密度分别为0.74和1.64。
[0088]
比较例c5
[0089]
掩膜层由包含15份炭黑、60份丙烯酸异冰片酯、25份ebecryl 4396和3份irgacure 819的紫外(uv)可固化制剂形成，如下。如实施例1-2所述，将该uv可固化的100％固体制剂涂覆在透镜膜的平坦侧上。设计条件使得涂层的厚度为约5微米。使用中压汞uv“d型”光源固化该涂层。大致如实施例1-2所述，穿过所得掩膜层激光烧蚀通孔。
[0090]
通过以下方式来确定各种样品的掩膜层的吸收率：首先使用hunterlab光谱仪(弗吉尼亚州雷斯顿亨特联合实验室(hunter associates laboratory，reston，va))测量透射率和反射率曲线，并且使用结果将吸收率计算为100％-透射率-反射率。图7是所得吸收率
对波长的曲线图。吸收率的负值是吸收率接近于零的样品的测量误差的结果。在激光烧蚀之前测量吸收率。
[0091]
在激光烧蚀之后，在包括准直光源和硅检测器的定制测角计系统上测量各种样品的角透射率。光源是附接到准直透镜的具有530nm发射波长的绿色led，两者均来自thorlabs。光源是静止的并且具有固定的照明角。硅检测器具有20mm
×
20mm的光敏面积，并且也购自thorlabs。在微透镜样品被夹持到硅检测器之后，其与硅检测器一起沿两个正交轴线旋转，并且基于测量的功率传输计算样品的光学透射率。比较例c5的结果示出在图8中，实施例5的结果示出在图9中。对于比较例c5，峰值透射率t1除以20％极大全宽w1在幅材横向(cw)方向上为2.27％/度，并且在幅材纵向(dw)方向上为2.09％/度。对于实施例5，峰值透射率t1除以20％极大全宽w1在幅材横向(cw)方向上为3.57％/度，并且在幅材纵向(dw)方向上为2.50％/度。
[0092]
诸如“约”的术语将在本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中理解。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“约”应用于表达特征大小、数量和物理特性的量的使用不清楚，则“约”将被理解为是指在指定值的10％以内。给定为约指定值的量可精确地为指定值。例如，如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对其不清楚，则具有约1的值的量是指该量具有介于0.9和1.1之间的值，并且该值可为1。
[0093]
上述所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文据此以引用方式并入本文。在并入的参考文献部分与本技术之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。
[0094]
除非另外指出，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样适用于其它附图中的对应元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本技术旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型或组合。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。

技术特征：
1.一种光学构造体，所述光学构造体包括：透镜膜，所述透镜膜包括最外侧的结构化第一主表面和相背的最外侧的基本上平坦的第二主表面，所述结构化第一主表面包括多个微透镜，所述多个微透镜沿正交的第一方向和第二方向布置；以及聚合物多层掩膜，所述聚合物多层掩膜设置在所述透镜膜的所述第二主表面上，所述多层掩膜具有的平均厚度小于所述微透镜的平均焦距的约0.5倍，并具有大于约2的光学密度，所述多层掩膜包括聚合物的第一掩膜层和第二掩膜层，所述第一掩膜层和所述第二掩膜层中的每一者具有大于约0.3的光学密度，所述多层掩膜在其中限定沿所述第一方向和所述第二方向布置的多个激光烧蚀的贯通开口，所述贯通开口以一一对应的方式与所述微透镜对准，使得：对于沿与所述第二主表面形成入射角的入射方向入射在所述光学构造体的结构化第一主表面侧上的基本上准直的光，所述光学构造体的作为所述入射角的函数的光学透射率包括第一透射峰，所述第一透射峰具有第一峰值透射率t1和对应的20％极大全宽w1，t1/w1≥2.4％/度。2.根据权利要求1所述的光学构造体，其中所述第二掩膜层包括第一材料和第二材料，所述第一材料和所述第二材料包括相应的第一结合基团和第二结合基团，所述第一结合基团和所述第二结合基团具有互补的相互作用。3.根据权利要求1或2所述的光学构造体，其中所述第一掩膜层包括溶剂沉积的掩膜层。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学构造体，其中所述第一掩膜层设置在所述透镜膜和所述第二掩膜层之间。5.根据权利要求1至3中任一项所述的光学构造体，其中所述第二掩膜层设置在所述透镜膜和所述第一掩膜层之间。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学构造体，其中所述第一掩膜层和所述第二掩膜层具有相应的第一平均厚度ta和第二平均厚度tb，tb小于约0.5ta。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学构造体，其中所述光学构造体的光学透射率还包括具有第二峰值透射率t2的第二透射峰，对于比所述第一透射峰的入射角大至少约30度且大不超过约60度的入射角，所述第二透射峰是最大透射峰，t2≤3％。8.一种光学构造体，所述光学构造体包括：透镜膜，所述透镜膜包括最外侧的结构化第一主表面和相背的最外侧的基本上平坦的第二主表面，所述结构化第一主表面包括多个微透镜，所述多个微透镜沿正交的第一方向和第二方向布置；以及聚合物多层掩膜，所述聚合物多层掩膜设置在所述透镜膜的所述第二主表面上，所述多层掩膜具有的平均厚度小于所述微透镜的平均焦距的约0.5倍，并具有大于约2的光学密度，所述多层掩膜包括聚合物的第一掩膜层和第二掩膜层，所述第一掩膜层和所述第二掩膜层中的每一者具有大于约0.3的光学密度，所述多层掩膜在其中限定沿所述第一方向和所述第二方向布置的多个激光烧蚀的贯通开口，所述贯通开口以一一对应的方式与所述微透镜对准，使得：对于沿与所述第二主表面形成入射角的入射方向入射在所述光学构造体的结构化第一主表面侧上的基本上准直的光，所述光学构造体的作为所述入射角的函数的光学透射率包括具有第一峰值透射率t1的第一透射峰和具有第二峰值透射率t2的第二透
射峰，所述第二透射峰是在比所述第一透射峰的入射角大至少约30度且大不超过约60度的入射角处的最大透射峰，t2≤3％，t1/t2≥10。9.根据权利要求8所述的光学构造体，其中所述光学透射率具有对应于所述第一透射峰的小于约20度的20％极大全宽w1。10.根据权利要求8至9中任一项所述的光学构造体，其中所述第二掩膜层包括第一材料和第二材料，所述第一材料和所述第二材料包括相应的第一结合基团和第二结合基团，所述第一结合基团和所述第二结合基团具有互补的相互作用。11.一种光学构造体，所述光学构造体包括：透镜膜，所述透镜膜包括最外侧的结构化第一主表面和相背的最外侧的基本上平坦的第二主表面，所述结构化第一主表面包括多个微透镜，所述多个微透镜沿正交的第一方向和第二方向布置；以及多层掩膜，所述多层掩膜设置在所述透镜膜的所述第二主表面上，所述多层掩膜具有的平均厚度小于所述微透镜的平均焦距的约0.5倍，并具有大于约2的光学密度，所述多层掩膜在其中限定沿所述第一方向和所述第二方向布置的多个激光烧蚀的贯通开口，所述贯通开口以一一对应的方式与所述微透镜对准，所述多层掩膜包括聚合物的第一掩膜层和第二掩膜层，所述第一掩膜层和所述第二掩膜层包括第一材料和第二材料，所述第一材料和所述第二材料包括相应的第一结合基团和第二结合基团，所述第一结合基团和所述第二结合基团具有互补的相互作用，所述第一掩膜层和所述第二掩膜层中的每一者具有大于约0.3的光学密度。12.根据权利要求11所述的光学构造体，其中所述第一材料包括带电荷的聚合物，并且所述第二材料包括带相反电荷的纳米粒子，所述第二掩膜层包括至少约50重量百分比的纳米粒子。13.根据权利要求11或12所述的光学构造体，其中所述第一掩膜层至少包括第一光学吸收材料和第二光学吸收材料，所述第一光学吸收材料和所述第二光学吸收材料具有不同的光学吸收光谱。14.根据权利要求11至13中任一项所述的光学构造体，其中所述第一掩膜层和所述第二掩膜层具有不同的光学吸收光谱。15.一种光学构造体，所述光学构造体包括：透镜膜，所述透镜膜包括最外侧的结构化第一主表面和相背的最外侧的基本上平坦的第二主表面，所述结构化第一主表面包括多个微透镜，所述多个微透镜沿正交的第一方向和第二方向布置；以及聚合物多层掩膜，所述聚合物多层掩膜设置在所述透镜膜的所述第二主表面上，所述多层掩膜具有的平均厚度小于所述微透镜的平均焦距的约0.5倍，并具有大于约2的光学密度，所述多层掩膜在其中限定沿所述第一方向和所述第二方向布置的多个激光烧蚀的贯通开口，所述贯通开口以一一对应的方式与所述微透镜对准，所述多层掩膜包括聚合物的第一掩膜层和第二掩膜层，所述第一掩膜层和所述第二掩膜层中的每一者具有大于约0.3的光学密度，其中所述第一掩膜层比所述第二掩膜层厚，并且所述第二掩膜层的光学密度大于所述第一掩膜层的光学密度。

技术总结
本发明公开了一种光学构造体，其包括：透镜膜，该透镜膜具有最外侧的第一主表面和第二主表面。该第一主表面包括多个微透镜。具有的平均厚度小于这些微透镜的平均焦距的约0.5倍并具有大于约2的光学密度的多层掩膜设置在该第二主表面上。该多层掩膜包括聚合物的第一掩膜层和第二掩膜层，其中该第一掩膜层和该第二掩膜层中的每一者具有大于约0.3的光学密度。该多层掩膜在其中限定以一一对应的方式与这些微透镜对准的多个激光烧蚀的贯通开口。该光学构造体的作为入射角的函数的光学透射率具有透射峰，该透射峰具有峰值透射率T1和对应的20％极大全宽W1，其中T1/W1≥2.4％/度。其中T1/W1≥2.4％/度。其中T1/W1≥2.4％/度。


技术研发人员：尼拉吉
受保护的技术使用者：3M创新有限公司
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2023/8/9