專利名稱：準直儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及準直儀。特別的，本發明涉及針對電磁波，例如可見光或者X射線的會聚、發散和平行的準直儀。
背景技術：
準直儀在很多科技領域都得到了廣泛應用。其典型的應用是作為一些更加復雜的設備的組成部件。廣義上，準直儀是一種通過某種方式限制一束電磁輻射的傳播尺寸和角度的設備。
準直儀有很多種實現方法。以下僅通過舉例的方式來簡單描述兩種已知的準直儀。
圖1表示了第一種已知的用于準直可見光的準直儀1。該準直儀1的典型應用是與背光源結合，為透射型液晶顯示設備(LCD)提供準直的逆光。如果使用膽甾型濾色器，則需要這種準直的逆光。準直的逆光也有助于減小與LCD設備相關的對比度的角度依賴性。
準直儀1具有倒金字塔結構3，金字塔表面會聚處具有小開口5，在該結構底部具有大開口7。該結構3的內表面9涂敷了高度反射涂層，使其幾乎反射所有的入射光線。倒金字塔結構3頂部上任選地放置了半球形透鏡11，其中心位于小開口5附近。光源13靠近大開口7放置，使光源13發射出的光線15經由大開口7進入該金字塔結構。光線15以不同的角度進入金字塔結構，并被內表面9不斷反射，直到光線最終通過小開口5，或者經由大開口7反射回光源的方向為止。內表面9的角度決定了穿過小開口5的光線15相對于小開口5發散的角度。如圖1所示，任意的透鏡11的折射使準直發散光線變成準直平行光線。
參照圖1所述的準直儀提供了準直可見光光源。然而它并不高效，因為如圖1所示，光線15的一部分經內表面9的兩次反射而返回離開了該金字塔結構。因此需要更加有效的可見光準直儀。
圖2表示了第二種已知的用于準直X射線輻射的準直儀17。圖2的準直儀17的典型應用是與X射線探測器結合，將圖像上散射的X射線的對比度減低效應降至最小。
準直儀17由鉛箔條帶19的陣列組成，各鉛箔條帶由射線可透材料制成的較寬條帶21隔開。射線可透材料典型地是有機材料，例如聚合物。
使用時，在點狀X射線源25和X射線探測器27之間放置待測物體23和準直儀17。如圖2所示，X射線源25直接發出的X射線29在未經反射的情況下透射通過準直儀17射向探測器27。然而，也如圖2所示，準直儀17吸收了非由X射線源25直接發出的散射X射線31。在準直儀17中，直接發出的X射線29透射通過射線可透材料，而鉛箔吸收了散射X射線31。
參照圖2所述的準直儀改善了X射線圖像的對比度。然而該準直儀對探測器生成的圖像質量也有不利的影響。特別的，由于鉛箔條帶陣列吸收了部分X光源直接發出的X射線以及散射X射線，所以其在探測器上會投下陰影。為了克服這個不利的影響，在探測過程中，可以從左至右移動該準直儀，從而使得陰影的影響在探測器的所有區域內均勻的分布。然而，這需要昂貴的控制設備。
X射線準直儀本身的加工成本也很高昂，因為加工過程包括堆疊交替的鉛層和射線可透材料層。鉛層的典型厚度介于16μm和40μm之間，其放置的間距介于150μm和300μm之間。必須單獨處理每一層，因此加工的缺陷率很高。該X射線準直儀還可通過在微觀構造的模具中，模制交替的鉛層和射線可透材料層來制造。然而，利用模制技術很難使鉛層達到足夠的縱橫比率。因此，需要改進現有的X射線準直儀。
發明內容
根據本發明的第一方面，提供了一種準直儀板，包括固體板，具有用于接收未準直輻射的第一面，和用于提供準直輻射的第二相對面；以及置于該板中且定向成用以提供準直功能的多個伸長粒子。
對于該準直儀所針對的電磁射線，固體板是透明的，而伸長粒子對于該電磁輻射不透明。
該粒子的縱軸可以定向為平行的結構。這樣的準直儀板提供平行的準直輻射。在這種情況下，粒子縱軸可以垂直于準直儀板表面定向，或者相對于準直儀板表面以某一其它固定的角度定向。
該粒子例如可以吸收可見光，并且此種結構就提供了一種有效的聚焦可見光的準直儀。可選擇的是，該粒子可以反射可見光。在這兩種情況的任一情況中，該粒子還可以分別吸收或反射紅外范圍內的光。
可選擇的是，該粒子的縱軸可以定向為會聚的結構。根據該準直儀板的哪一面是電磁輻射的入射面，該準直儀板可以起到會聚或發散準直儀的功能。
該粒子的縱軸優選會聚于與準直儀盤相距預定距離處的一點。可選擇的是，不同組的粒子的縱軸可以會聚于與準直儀盤相距不同距離處的點。比如，不同組的粒子可以以相對于準直儀板的法線的不同角度定向。
該粒子的表面可以反射可見光。這樣的結構提供了一種有效的針對未聚焦可見光的準直儀。在這種情況下，該粒子可以是金屬粒子，例如鋁或者鋁合金粒子，而固體板可以是半透明的。
可以應用通過沉積電介質的多層而獲得的高反射粒子，這樣幾乎沒有可見光被吸收。也可應用只反射特定波段的光的膽甾型液晶粒子。這樣的粒子可以是類玻璃分子，線形聚合物或者交聯聚合物的形式。
粒子的表面可以吸收X射線輻射。這樣的結構提供了一種有效的X射線輻射準直儀。在這種情況下，該粒子可以是重金屬粒子，例如鉛、鉛合金或者鎢粒子，而該固體板可以是射線可透的。
該粒子還可以包含有機的，優選是聚合物的，填充了另一種材料的粒子，該材料如重金屬。這樣的安排可以減低粒子的有效密度，在準直儀盤的加工過程中可以有助于達到粒子的均勻懸浮。
粒子的厚度與長度之比優選至少應達到1∶10，更為優選至少為1∶100。這樣的比率使得準直儀可以有效地使輻射準直，而不導致輻射過分的衰減。粒子的厚度范圍優選是5nm到1μm，更為優選是在5nm到50nm的范圍內，長度范圍優選是1μm到100μm，更為優選是在5μm到50μm的范圍內。
該固體板可以包含一種固化的可聚合液體。該固化的可聚合液體可以包含固化的(甲基)丙烯酸脂、固化的環氧樹脂、固化的聚乙烯醚單體，或者固化的硫醇型系統。例如，固化的可聚合液體可以包含固化的聚二丙烯酸乙二醇酯(400)。
該固體板可以包含一種凝固溫度優選在40℃以上-更為優選在60℃以上的有機材料，該有機材料可以是一種聚合物。
本發明還提供了一種顯示設備、一種透射液晶顯示設備所用的背光源和X射線探測器，它們各分別包含上述準直儀板中的一種。
本發明進一步提供了一種包括多個上述準直儀板的準直儀板陣列，該陣列中的每個準直儀板或結構可以具有以結構化的方式安排的不同準直特性。
根據本發明的第二方面，提供了一種準直儀板的制造方法，該方法包括以下步驟在液體中懸浮多個伸長粒子；向該懸浮液施加電場或磁場，從而使粒子定向；以及凝固液體以便固定粒子的方向，從而形成準直儀板。
該第二方面提供了一種有效的制造本發明的第一方面-即準直儀板的方法。
該方法可以進一步包括如下步驟在施加電場或磁場之前，使懸浮液介于成型表面之間。在這種情況下，該方法可以進一步包括的步驟是，平整所制造的準直儀板。此步驟優選在凝固液體的步驟之后進行。
通過這種方式，準直儀板中的粒子方向可以得到精確的控制。特別是當懸浮液保持在成型(或成形)表面之間時，粒子的方向就被凍結。之后對該板進行凝固和平整，從而提供希望的粒子定向。當準直儀板已經得到平整之后，成型表面的形式的變化會產生粒子定向的精確可控改變。
該方法可以進一步包括以下步驟在施加電場或磁場的步驟之前，使懸浮液介于平面之間。
施加電場或磁場的步驟可以包括施加具有平行場線的電場或磁場。在這種情況下，任何所需的非平行的粒子的定向必須由其它的、如上文所述的方式來實現。
可選擇的是，施加電場或磁場的步驟可以包括施加具有非平行場線的電場或磁場。非平行場線可以單獨的或者與其它的、如上文所述的方式組合，引起粒子的非平行定向。在運用非平行場線時，就可能有必要采取一些方法來阻止粒子的遷移，例如采用高粘性液體。
施加電場或磁場的步驟與凝固液體的步驟可以按時間或空間分步的方式組合。例如，這樣的步驟包括向粒子懸浮液的整個或特定區域施加具有平行場線的電場或磁場，然后僅對一部分液體進行凝固以固定第一局部區域中的粒子定向。接著，可以改變粒子懸浮液相對于場線的定向，并且凝固另一部分液體，從而固定第二局部區域中的粒子定向。照此方式，第一和第二局部區域中所引起的粒子定向是不同的，而該步驟可以針對其余局部區域中的每一個繼續進行。這種步驟允許很大程度上控制不同局部區域中粒子的獨立定向。
可以利用已構圖的電極施加電場，以便增加特定區域內的粒子的濃度。這樣，基于更小粒子就可以產生具有大尺度和高縱橫比的非常結構。例如，當利用具有規則光柵圖案的電極施加電場時，來自沒有臨近電極的區域的粒子會被吸引到具有較高場強的其它區域中。這樣，就可以產生部分區域粒子密度大，其它區域幾乎沒有粒子的非常結構。薄且相對短的薄片可以用來制造數十微米長、幾毫米厚的高金屬裝載區域。這樣的結構可以增強對高能電磁輻射，如X射線的吸收。
另外，伸長粒子還可以是均勻分布的。
該液體優選為可聚合的液體，而凝固液體的步驟包括聚合液體的步驟。在這種情況下，聚合液體的步驟優選包括使液體暴露于紫外光，以便引發聚合反應。可選擇的是，也可以熱引發該聚合反應。可聚合液體優選包含(甲基)丙烯酸脂、環氧樹脂、乙烯醚單體或者硫醇系統。例如，其可以包含聚二丙烯酸乙二醇酯(400)。
多官能單體的使用導致交聯的聚合物網絡的形成。然而單體也可以是單官能的。這種情況下得到的是線性聚合物。
該液體可選擇的是凝固溫度(玻璃態轉變溫度或熔點)在40℃以上-優選在60℃以上的熱有機材料，而凝固液體的步驟包含了冷卻液體至環境溫度。
該液體優選具有足夠的粘度來保持伸長粒子的均勻分布懸浮，而不防止其與電場或磁場對準。
根據本發明的第三方面，提供了一種制造在板中懸浮的伸長粒子的方法，該方法包括如下步驟在伸長粒子材料層之上沉積具有已構圖的負刻蝕抗蝕劑材料層，而已構圖區域表示了所需的多個伸長粒子的形狀和尺寸；并且伸長離子材料層的刻蝕區域不被負刻蝕抗蝕劑材料覆蓋，從而留出伸長粒子。
本發明的第三方面提供了一種有效的精確制造用于第二方面的伸長粒子的方法。伸長粒子材料層可以是例如鉛或鋁。
優選的是，將伸長粒子材料層放置在涂敷了釋放層的襯底上，該方法優選進一步包括在刻蝕步驟之后，將伸長粒子從底板上釋放的步驟。將伸長粒子從底板上釋放的步驟優選包括在溶劑中溶解該釋放層。
該方法優選進一步包括在刻蝕步驟之后，從伸長粒子材料上去除負刻蝕抗蝕劑材料的步驟。這樣，除去了伸長粒子上的任何污染物。
優選通過膠印、微接觸印刷或者噴墨印刷沉積已構圖的負刻蝕抗蝕劑材料層。微接觸印刷是特別有利的。
根據本發明的第四方面，提供了一種制造板中懸浮的伸長粒子的方法，該方法包括如下步驟在伸長粒子材料層之上沉積已構圖的正刻蝕抗蝕劑材料層，而未構圖的區域表示了所需的多個伸長粒子的形狀和尺寸；處理未構圖的區域，以使得它們比已構圖的區域更耐刻蝕；然后除去正刻蝕抗蝕劑材料，刻蝕伸長粒子材料層中被正刻蝕抗蝕劑材料覆蓋的區域，從而留出伸長粒子。
該第四方面提供了一種制造第二方面所用的精確伸長粒子的可選方法。伸長粒子材料層可以是例如鉛或鋁。處理伸長粒子材料層的未構圖區域的步驟可以包括例如通過經溶液中的自集合的沉積，向還未修改的區域施加具有非常高的耐刻蝕性的材料。
伸長粒子材料層優選放置在涂敷了釋放層的襯底上，并且該方法進一步包括在刻蝕步驟之后，將伸長粒子從襯底上釋放的步驟。將伸長粒子從襯底上釋放的步驟可以包括在溶劑中溶解釋放層。
優選通過膠印、微接觸印刷或者噴墨印刷沉積已構圖的正刻蝕抗蝕劑材料層。微接觸印刷是特別有利的。
為了更好的理解本發明的上述特征和優點，以下將僅以舉例的方式參照附圖來描述實施例。
圖1示意表示了第一種已知的用以準直可見光的準直儀，以及光源和透鏡；圖2示意表示了第二種已知的用以準直X射線的準直儀，以及X射線源、待成像物體和X射線探測器；
圖3示意表示了根據本發明的用以準直可見光的第一種準直儀板；圖4為圖3所示的第一準直儀板的顯微圖像；圖5示意表示了用于液晶顯示設備的背光源的圖3所示的準直儀板陣列，以及用來構成背光源的光源和透鏡；圖6示意表示了包含圖5所示的陣列的液晶顯示設備；圖7是表示圖5所示的背光源的亮度隨角度如何變化的曲線圖；圖8示意表示了根據本發明的用于準直X射線的第二種準直儀板；圖9示意表示了根據本發明的用于準直可見光的第三種準直儀板；圖10示意表示了制造用于本發明實施例的伸長粒子的第一種方法；圖11示意表示了制造用于本發明實施例的伸長粒子的第二種方法；圖12示意表示了制造用于本發明實施例的伸長粒子的第三種方法；圖13示意表示了制造根據本發明的準直儀板的第一種方法；圖14示意表示了制造根據本發明的準直儀板的第二種方法；圖15A和15B示意表示了使伸長粒子的懸浮液定向的可選方法；圖16示意表示了制造根據本發明的伸長粒子非常結構的方法。
具體實施例方式
圖3示意表示了根據本發明的用于準直可見光的第一種準直儀板33。
該準直儀板33基本上包括透明的聚合物片35，伸長粒子懸浮于其中。伸長粒子分布于整個聚合物35中，并且它們的縱軸定向為會聚的結構。圖中由會聚直線37表示了伸長粒子的定向，該會聚線會聚于與聚合物片35相距固定距離的一點。可選擇的是，可以使伸長粒子定向成使得不同組的伸長粒子的縱軸會聚于與聚合物片35相距不同距離處。
聚合物片35中懸浮的伸長粒子為起到微尺寸反射鏡效用的具有高度反射性的鋁粒子。鋁粒子的平均厚度為10nm，平均長、寬度為10μm。
這些粒子的特定定向提供了其中可以高效準直可見光的媒介。懸浮粒子以會聚結構定向有效地提供了會聚光導結構，這些會聚光導結構比圖1所示的具有倒金字塔結構的已知準直儀1更窄和更平行。這些窄的、幾乎平行的光導消除了光從準直儀板朝光源的反向反射。這在圖3中由光線39表示，該光線39在通過聚合物片35時被對準粒子的表面反復反射。該光線39以一個特定角度范圍內的某個角度射出聚合物片35，而該角度范圍取決于粒子的濃度和定向。
與圖2的準直儀17進行比較可以看出，根據本發明的準直儀33更加高效，因為更多的光得到了準直，而更少的光被反射回光源。
圖4表示了根據本發明的準直儀板33的顯微圖像。從圖4中能夠看出，伸長粒子(暗區域)在整個聚合物(淺區域)內均勻分布。
圖5示意表示了用于液晶顯示設備背光源的由數個圖3所示的準直儀板33組成的陣列41，以及光源43和透鏡45。該陣列41可以包括多個獨立的準直儀板(這些板組裝在一起形成單一單元)，或者可以是集成在單一聚合物片內的多個準直儀板，該片具有一個以上的伸長粒子的會聚結構。
光源43產生在任意方向上傳播的光線。任意方向的光線進入準直儀板33，并且在穿過聚合物片時，伸長粒子對其進行引導。當該光線射出該板的時候，它們相對于法線的夾角處在特定范圍之內。光線接著射入透鏡45。透鏡45將出射光線變為平行光線。
圖6示意表示了包括圖5所示的陣列41的液晶顯示設備47。該設備包括光源49、準直儀板陣列41、包含液晶自身的組件51，以及可以選擇的擴散板53。
圖7是表示圖5所示的背光源的亮度隨角度如何變化的曲線圖。從圖中可以看出，準直儀板將光線變得高度準直。
圖8示意表示了根據本發明的用以準直X射線的第二種準直儀板55。
該準直儀板55基本上包括射線可透的聚合物片57，其中懸浮有伸長粒子。伸長粒子分布在整個聚合物57內，并且它們的縱軸以會聚的結構定向。圖中由會聚線50表示了伸長粒子的定向，該會聚線會聚到與該片57相距給定距離的一點。
懸浮于聚合物片57中的伸長粒子為吸收X射線的鉛粒子。鉛粒子的平均厚度為1μm，平均長、寬度為10μm。
鉛粒子的特定定向提供了其中可以有效地準直X射線的媒介。鉛粒子吸收而非反射那些不在所需角度方向傳播的X射線。只有以所需角度方向進入準直儀板55的X射線才被透過。
當按照與圖2所示類似的結構與X射線點光源和X射線探測器一起使用時，該準直儀板55有效的吸收了散射的X射線，同時也透射了直接由X射線點光源發出的X射線。
與使用圖2所示的已知準直儀17相比，使用根據本發明的準直儀板55就為X射線探測器提供了較高的圖像質量。特別是伸長鉛粒子在探測器上投下更不易被注意到的陰影。這是因為該準直儀板55中使用的伸長粒子的尺寸和間距要遠小于已知準直儀17中所用的鉛箔的尺寸和間距。因此，也不需要勻速橫向移動準直儀，并且X射線探測設備的結構可以得到簡化。
由于尺寸和間距都小的伸長粒子具有高的縱橫比，所以就可以使用它們，這樣可以形成對散射的X射線的高度衰減，而對由射線源直接發出的X射線形成最小的衰減，同時只在探測器上留下可以忽略的陰影。
準直儀板55在探測器的整個區域提供均勻的灰度級。這個均勻的灰度級是通過使伸長粒子在準直儀板55的整個區域上具有均勻濃度而實現的。
通過使用固有性質為硬性的粒子來提高伸長粒子的定向的質量，以防止折疊并減小潛在的粘附。合成的粒子具有附著于剛性襯底兩面的鉛，從而可以提供定向改善了的懸浮。
圖9示意表示了根據本發明的用于準直可見光的第三種準直儀板。
準直儀板58包括透明的聚合物片60，其中懸浮有伸長粒子。該伸長粒子分布在整個聚合物片60中，它們的縱軸以平行的結構定向。在本實施例中，粒子的縱軸垂直于聚合物板60的表面，不過其他的配置也是可能的。
在聚合物片60中懸浮的伸長粒子，其表面吸收傳播方向不是充分平行于伸長粒子縱軸的可見光。通過這種方式，粒子有效地準直入射到準直儀板58的表面上的光。準直儀板58透射的光線的角度范圍取決于在聚合物片60中懸浮的粒子的尺寸和濃度。粒子越長或者其濃度越高，則透射的光線的角度范圍越小。
適合的伸長粒子包括金屬和電介質粒子，比如由氧化鋁、涂有黑色色素或者有機染料的氧化硅制成的粒子。適合的粒子也包括由純染料和色素制成的粒子。純金屬，例如鉻或者合金，以及金屬化合物、如硫化銀都是制造粒子的合適的材料，石墨或者薄的碳層也是。有機粒子，例如包含色素、染料或者較小的金屬粒子的聚合物粒子也是合適的。
可以將這樣的準直儀板58放置于顯示設備的頂部，來保護用戶的隱私。例如，該準直儀板可以放置在自動提款機(ATM)的顯示設備頂部。只有在顯示器正前方觀察顯示器的用戶才能夠看見顯示圖像。其他的人員以相對法線方向的大角度觀察，不能看見顯示圖像。
與已知的隱私屏相對比而言，根據本發明的屏也可以是二維的，此時伸長粒子是按照會聚的結構設置的。
圖9所示的準直儀板包括具有平行縱軸的伸長粒子，該縱軸垂直于準直儀板的表面。然而，在本發明的其它實施例中，準直儀板可以包含這樣伸長粒子，它們的平行縱軸與準直儀板表面成恒定的夾角，而不是與其相垂直。在準直儀板的表面與所需的觀察方向成非垂直的角度的用途中，這樣的配置就特別有用。
例如，可以把這樣的準直儀板結合到汽車的成角擋風玻璃或風擋玻璃中，這樣就允許駕駛員在觀察前方路面的同時，不會被來自垂直上方的直射陽光所干擾。在這種情況下，吸收可見光的伸長粒子就吸收了直射的陽光。在可選實施例中，通過采用其伸長粒子反射可見光和紅外光，或者僅反射紅外光的準直儀板，就可以避免直射陽光的加熱效應。
下面描述根據本發明的準直儀的制造方法。在本說明書中，術語“電場”是指用于在懸浮液內使伸長粒子定向的場。可以用各種形式的電極來產生電場。然而，本領域的讀者會注意到，利用永磁鐵產生的磁場也可以實現類似的效果。因此，當適合于某種特別類型的粒子時，所有的這樣對電場的引用，都應當包含磁場。
首先制備伸長或者薄片狀的粒子。對于某些應用而言，可以容許形狀和尺寸有很大變化的粒子。可以通過多種方式制造形狀控制得不是很好、尺寸有很大分布的粒子。一種方法基于將薄層蒸發到具有釋放涂層的襯底頂部上，然后將其釋放，再“研磨”成小粒子的尺寸。其它的方法包括使用自然出現的、也能夠研磨的礦物質，例如云母。也可以在溶液中制造硅和鋁的粒子。然而，正如上文所述，這些粒子具有任意的形狀和尺寸。
對于其它的運用而言，如果粒子具有特別的尺寸、形狀和/或者表面特性，則能夠使準直儀具有更高的性能。因此，在這里討論一下這種粒子的制備方法。
圖10示意表示了制造用于本發明的實施例中的伸長粒子的第一種方法。可以利用多種技術來執行本方法，例如膠印、微接觸印刷和噴墨印刷。在所有的這些技術中，除了噴墨印刷以外，均采用已構圖的表面，或者墨水以構圖方式(印花)轉印到其上的表面，來將墨水61轉印到包含待構圖的層63的另一個表面上。墨水可以作為正或負刻蝕抗蝕劑，取決于墨水的類型。如果墨水用作負刻蝕抗蝕劑，則通過刻蝕就能夠從未被墨水61覆蓋或修改的區域中有選擇地除去待構圖的層63的材料。如果墨水用作正刻蝕抗蝕劑，則僅將提供較高耐刻蝕性的第二墨水層施加到表面上尚未被修改的區域(例如通過由溶液中的自集合的沉積)。在這種情況下，在接下來的刻蝕步驟中，去除了第一墨水已經修改過的區域(具有較低的耐刻蝕性的區域)上面的材料。其它的噴墨-刻蝕方案也是可能的，包括對已經沉積在表面上的墨水進行局部(構圖)化的化學修改。
很重要的一點是，在待構圖層63的下面，包含釋放層65(在待構圖層63與襯底67之間)。然后，釋放層65能夠溶解在適當的溶劑中，適當的反應物溶液將該釋放層分解，或者利用其它手段去除該釋放層，從而留下圖7所示的自由構圖的結構69(粒子或薄片)。墨水61可以或可以不被溶劑、反應物溶液或者其它用于去除釋放層的方法所去除。如果希望，也可在另一個后續的處理步驟中去除墨水61。
運用噴墨印刷來制造希望的圖案也是可能的。如果那樣的話，墨水61就能夠以微小液滴的形式沉積到待構圖層63的頂部。進一步的處理將類似于上文的描述。然而，由于其連續的本性，噴墨印刷技術一般較慢。
光刻術也可以用于利用光掩模來對覆蓋待構圖層63的光致抗蝕劑材料層構圖。在抗蝕劑層顯影之后，可以刻蝕待構圖層63，并且按照與上述相同的方式制造粒子69或者薄片。
圖11示意表示了制造本發明實施例中所用的伸長粒子的第二種方法。運用掩模71在具有釋放層77的襯底75上沉積粒子層73。然后溶解該釋放層77，從而制造出自由的粒子或薄片79。
如圖12所示，也可以在襯底75的頂部制造該掩模71。在這樣的情況下，能夠利用一種合適的溶劑去除沉積到掩模71頂部的粒子73，從而提供自由的粒子79，但是沒有去除沉積在粘結層72上的材料74。也可以采用一種相反的技術，其中沉積的材料粘附在掩模71表面，并且釋放在掩模71表面之間沉積的材料74。
該掩模也可以包括在釋放層上印刷的自集合單層，從而提供與未修改區域相比具有相當不同的表面特性的修改區域。在接下來的沉積步驟中，可以僅在未修改的區域沉積材料，或者也可以在所有區域內沉積材料，不過由于具有相當較弱的粘結特性，所以易于從修改區域除去材料。
伸長粒子或者薄片可以包括單層或者幾層材料。該材料可以是金屬的，有機的，或者無機的。例如，該薄片可以包括反射一定波段光的層化電介質材料。可選擇的是，它們可以由具有不同物理(例如光學)或者化學表面特性的兩個不同的層組成。在雙層結構中，一個層可以是吸收的，而另一個可以是反射的。也可以結合以不同的方式與不同的分子反應的層。例如，可以選擇一個表面使其特別與極性分子反應，而另一個表面可以與非極性物質具有高的反應度。通過這種方式，可以制造出具有特定極性和非極性表面的粒子。
也可以對粒子或者薄片進行表面修改。例如，分別修改具有極性和非極性基團的粒子的兩個表面。
反應基也可以粘附到粒子的表面。具有反應基的粒子在包含其它反應分子的溶液中可以共聚合，并且使其成為聚合鏈的一部分。通過這種方式，可以制造出穩定的粒子懸浮液。
圖13示意表示了制造根據本發明的準直儀板的第一種方法。參照圖13，為了制造準直儀板，由上述的方法之一制備的伸長粒子懸浮在可聚合液體中。在本例中，該粒子是鋁薄片，但其它材料也是合適的。鋁薄片的平均厚度是10nm，而平均長度是9到11μm，并且該可聚合液體包含聚二丙烯酸乙二醇酯(400)。鋁片81按照0.025％的重量濃度加入到可聚合液體中。通過物理混合該懸浮液，該薄片可以在該液體中均勻分布。
一旦鋁薄片均勻分布，便在兩個ITO(氧化銦錫)電極涂敷的透明玻璃襯底83，85之間引入懸浮液81。兩個玻璃襯底83，85相互平行，且間距固定。下一步，通過向電極施加電壓，產生穿過懸浮液的電場。該電場被產生成使得場線89具有與伸長粒子所需的排列相對應的特定會聚圖案。本領域技術人員可以知道能夠產生會聚場線的ITO電極的圖案，圖中通過舉例的方式表示了一個這樣的圖案87。根據電場中存在的材料的復雜電介質常數，可以影響場線的方向和密度。這樣，為了以最優的方式引導電場線89，可以運用預制成的聚合結構。
該電場使懸浮伸長粒子的縱軸逐漸沿著電場線的方向定向。
當電場將所有的懸浮粒子定向完畢之后，開始聚合，從而“凍結”粒子的方向。通過使懸浮液81暴露在紫外光(UV)中來開始聚合過程，例如，紫外光強度為大約1mW/cm2時曝光時間為一分鐘。
當聚合過程完畢以后，除去涂有ITO的玻璃襯底83，85，剩下具有懸浮的定向粒子的平面彈性透明膜。該膜就是根據本發明的準直儀板。
粒子的會聚結構提供了能夠以會聚或者發散的方式準直可見光的媒介，這取決于準直儀板的哪一面是光的入射面。
圖14示意表示了制造根據本發明的準直儀板的第二種方法。第二種方法與上述的第一種方法類似，不同之處在于伸長粒子的會聚結構是由一種不同的、包含附加步驟的技術實現的。而且，由前述方法之一制備的伸長粒子懸浮在可聚合液體中。在這個例子中，該粒子是鉛薄片，但其它的材料也是合適的。例如，該粒子可以包含聚合粒子，而每個該聚合粒子填充有吸收X射線的金屬或有機材料。鉛粒子以5％的體積濃度加入可聚合液體。根據特定用途所需要的吸收，可以調整鉛粒子的濃度。通過物理混合該懸浮液，該薄片可以均勻的分布在液體中。
鉛薄片均勻分布之后，將懸浮液91置于成型模具93中，如“A”所示。該非平面的模具93具有表面起伏，在本例中是凸起的。該模具放置于兩個電極95，97之間，在這種情況下該電極是涂敷到透明襯底上的ITO電極。下一步，通過向電極95，97施加電壓，而引起穿過懸浮液91的電場。該電場的產生使得場線是平行的，且垂直于電極表面。
該電場使得懸浮的伸長粒子的縱軸逐漸沿著場線的方向定向。
當電場已經將所有的懸浮粒子定向完畢之后，開始聚合，從而“凍結”粒子的定向。通過使懸浮液91暴露于紫外光(UV)中來開始聚合過程，例如，紫外光強度為大約1mW/cm2時曝光時間為一分鐘。
當聚合過程完畢，除去ITO電極95，97，剩下具有懸浮的定向粒子的彈性透明凸起膜99，如“B”所示。
通過在剛性平襯底間加緊該凸起膜，或者從其邊沿拉伸該凸起膜，就使其變平整。這個如“C”所示的變平整膜101，就是根據本發明的準直儀板。
粒子的會聚定向提供了能夠以會聚或者發散的方式準直X射線的媒介，這取決于準直儀板的哪一面是X射線的入射面。
圖15A和15B示意表示了用于使伸長粒子的懸浮液定向的可選技術。在這兩種方法中，提供了具有平行伸長粒子的準直儀板，而伸長粒子與板的表面呈非直角定向。
圖15A說明了使用有小面的電極103來獲得伸長粒子，該伸長粒子具有平行的縱軸，且縱軸與準直儀板的表面大約成45°角(“A”)。在這種情況下，在襯底之間安裝固化的液體膜，來提供準直儀板(“B”)。襯底沒有對固化的液體膜引起扭曲，因此是平行的，并且保留了有角度的粒子定向。
圖15B說明了使用施加到準直儀板的各個表面的剪應力(“B”)。該剪應力導致準直儀板扭曲，并且平行的伸長粒子從垂直的定向移動為非垂直的定向。可以在包含粒子懸浮液的液體固化之前、之中或之后施加該剪應力。
圖16示意表示了制造根據本發明的伸長粒子非常結構的方法。根據該方法，使用了已構圖的電極105，使得當向伸長粒子的懸浮液施加電場時，粒子發生遷移，從而提供具有高粒子密度的特定區域107和具有低粒子密度的特定區域109。具有高粒子密度的區域107形成了非常結構。例如，在圖16中，均具有約40μm深度的非常結構被均具有約200μm深度的空區域隔開。準直儀板的厚度是2mm，因此它提供平行的準直。
需要理解的是，這個詳細的說明書揭示了一個較廣泛發明的一些特定的實施例，其無意限制本發明。在后面的限定的本發明范圍之內存在許多其它的實施例，這對于本領域技術人員而言是顯而易見的。
例如，前文已經描述了多種制造準直儀板的方法，包括使用平行或者定形的電場線、成型模具、有小面的電極和剪應力。然而，這些技術的組合也可用來提供其中精確實現了希望的懸浮粒子定向的準直儀板。
更進一步的，可以利用平行電場，在平整的平行襯底之間制造具有平行縱軸的伸長粒子的簡單準直儀板。圖9顯示了這樣的準直儀板。
上文已然描述的本發明的實施例全部包含了由不同材料制成的伸長粒子。伸長粒子也可以由磁性材料制成，在這種情況下可以用磁場來產生粒子的特定定向。
權利要求
1.一種準直儀(33，55，58)板，包括固體板(35，57，60)，具有用于接收未準直輻射的第一面，和用于提供準直輻射的第二相對面；以及置于該板中且定向成用以提供準直功能的多個伸長粒子(37，50)。
2.根據權利要求1所述的準直儀板，其中該粒子的縱軸以平行結構定向。
3.根據權利要求2所述的準直儀板，其中該粒子吸收可見光。
4.根據權利要求2所述的準直儀板，其中該粒子反射可見光和紅外光。
5.根據權利要求1所述的準直儀板，其中該粒子的縱軸以會聚結構定向。
6.根據權利要求5所述的準直儀板，其中該粒子的縱軸會聚于與準直儀盤相距預定距離處的一點。
7.根據權利要求5所述的準直儀板，其中不同組的粒子的縱軸會聚于與準直儀盤相距不同距離處的點。
8.根據權利要求5到7中任一項所述的準直儀板，其中該粒子的表面反射可見光。
9.根據權利要求8所述的準直儀板，其中該粒子是金屬粒子或者電介質多層粒子。
10.根據前面任一項權利要求所述的準直儀板，其中該固體板是半透明的。
11.根據權利要求5到7中任一項所述的準直儀板，其中該粒子吸收X射線輻射。
12.根據權利要求11所述的準直儀板，其中該粒子是鉛粒子、鉛合金粒子或者鎢粒子。
13.根據權利要求11或12所述的準直儀板，其中該固體板是射線可透的。
14.根據前面任一項權利要求所述的準直儀板，其中該粒子的厚度和長度之比至少是1∶10。
15.根據前面任一項權利要求所述的準直儀板，其中該粒子的厚度范圍是5nm到1μm，并且該粒子的長度范圍是1μm到100μm。
16.根據前面任一項權利要求所述的準直儀板，其中該固體板包含固化的可聚合液體。
17.根據權利要求1到15中任一項的準直儀板，其中該固體板包含凝固溫度在40℃以上的有機材料。
18.一種包含權利要求2或3所述的準直儀板的顯示裝置。
19.一種透射液晶顯示裝置(47)使用的背光源(41，49)，該透射液晶顯示裝置包含權利要求8到10中任一項所述的準直儀板。
20.一種包含權利要求11到13中任一項所述的準直儀板的X射線探測器。
21.一種準直儀板陣列(41)，其包括根據前面任一項權利要求所述的多個準直儀板。
22.一種制造準直儀板的方法，該方法包括以下步驟在液體中懸浮多個伸長粒子；通過對懸浮液施加電場或磁場，來使粒子定向；以及凝固該液體以固定粒子的定向，從而形成準直儀板。
23.根據權利要求22所述的方法，進一步包括在施加電場或磁場的步驟之前，將該懸浮液放置在成型表面(93)之間的步驟。
24.根據權利要求23所述的方法，進一步包括在凝固該液體的步驟之后，平整該準直儀板的步驟。
25.根據權利要求22所述的方法，進一步包括在施加電場或磁場的步驟之前，在平的平行表面之間放置該懸浮液的步驟。
26.根據權利要求22到25中任一項所述的方法，其中施加電場或磁場的步驟包括施加具有平行場線的電場或磁場。
27.根據權利要求22到25中任一項所述的方法，其中施加電場或磁場的步驟包括施加具有非平行場線的電場或磁場。
28.根據權利要求22到27中任一項所述的方法，其中該液體包括可聚合液體，并且凝固該液體的步驟包括聚合該液體。
29.根據權利要求22到27中任一項所述的方法，其中該液體包含凝固溫度在40℃以上的有機材料，并且凝固該液體的步驟包括冷卻該液體。
30.根據權利要求28所述的方法，其中聚合該液體的步驟包括使該液體暴露于紫外光，以開始聚合反應。
31.根據權利要求28所述的方法，其中該可聚合液體包含(甲基)丙烯酸脂、環氧樹脂、乙烯醚單體或者硫醇系統。
32.一種制造在板中懸浮的伸長粒子(69)的方法，該方法包括以下步驟在伸長粒子材料層(63)上沉積已構圖的負刻蝕抗蝕劑材料層(61)，而已構圖區域表示所需的多個伸長粒子(69)的形狀和尺寸；以及刻蝕伸長粒子材料層上未被負刻蝕抗蝕劑材料覆蓋的區域，從而留下伸長粒子。
33.根據權利要求32所述的方法，其中在涂敷了釋放層(65)的襯底(67)上放置伸長粒子材料層，并且其中該方法進一步包括在刻蝕步驟之后，從襯底上釋放伸長粒子的步驟。
34.根據權利要求33所述的方法，其中從該襯底上釋放該伸長粒子的步驟包括在溶劑中溶解該釋放層。
35.根據權利要求32到34中任一項所述的方法，進一步包括在刻蝕的步驟之后，從該伸長粒子材料上去除負刻蝕抗蝕劑材料的步驟。
36.根據權利要求32到35中任一項所述的方法，其中已構圖的負刻蝕抗蝕劑材料層是通過膠印、微接觸印刷或者噴墨印刷沉積的。
37.一種制造在板中懸浮的伸長粒子的方法，該方法包括以下步驟在伸長粒子材料層上沉積已構圖的正刻蝕抗蝕劑材料層，未構圖的區域表示所需的多個伸長粒子的形狀和尺寸；處理該未構圖區域，使它們比已構圖區域更抗蝕刻；以及除去正刻蝕抗蝕劑材料，并刻蝕伸長粒子材料層上被正刻蝕抗蝕劑材料覆蓋的刻蝕區域，從而留下伸長粒子。
38.根據權利要求37所述的方法，其中將伸長粒子材料層置于涂敷有釋放層的襯底上，并且在該方法中進一步包括在除去正刻蝕抗蝕劑材料并刻蝕的步驟之后，從襯底上釋放伸長粒子的步驟。
39.根據權利要求38所述的方法，其中從襯底上釋放伸長粒子的步驟包括在溶劑中溶解該釋放層。
40.根據權利要求37到39中任一項所述的方法，其中該已構圖的正刻蝕抗蝕劑材料層是通過膠印、微接觸印刷或者噴墨印刷沉積的。
41.根據權利要求32到40中任一項所述的方法在權利要求22到31中任一項的方法之前。
全文摘要
一種準直儀板包括固體板，具有用于接收未準直輻射的第一面，和用于提供準直輻射的第二相對面；以及置于該板中且定向成用以提供準直功能的多個伸長粒子。一種制造準直儀板的方法包括如下步驟在液體中懸浮多個伸長粒子；對懸浮液施加電場或磁場以定向該粒子；以及通過凝固該液體來固定粒子的定向，從而形成準直儀板。這里也提供了一種加工伸長粒子的方法。
文檔編號G02B5/20GK1890584SQ200480036651
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月8日 優先權日2003年12月10日
發明者R·A·M·希克梅特, T·范博梅爾, P·范德維特, R·維姆伯格－弗里德爾, D·布爾丁斯基 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司