專利名稱：光漫射器、光掩模以及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及光漫射器(diffuser)、光掩沖莫以及它們的制 造方法，并且尤其涉及具有隨機放置(place)的結(jié)構(gòu)的光漫射器、具 有隨機放置的開口的光掩模，以及它們的制造方法。
背景技術(shù)：
光掩?？捎糜谥圃旃饴淦骱投喾N其它光學(xué)器件。通常，大多數(shù) 光掩模具有規(guī)則的并且非常有序的開口。但是，得到的光學(xué)器件常常 會由于通過規(guī)則的且非常有序的掩模所產(chǎn)生的特征而遭受衍射、干涉 或其它光學(xué)效應(yīng)。因此，本領(lǐng)域中強烈地需要可解決這些問題的器件 和掩模。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種光掩模，該光掩模包括具有多個區(qū) 域的掩模。該多個區(qū)域中的每一個具有被隨機定位的透射開口的基本 相同的圖案(pattern)。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種制造光掩模的方法，該方法包括 通過隨機生成透射開口位置選擇透射開口圖案和在掩模的多個區(qū)域中 形成所述透射開口圖案。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種光學(xué)器件，該光學(xué)器件包括在基 底上具有包含被隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的至少 一個區(qū)域的器件，該隨機 定位的器件結(jié)構(gòu)中的每一個具有底部和頂部。該底部位于該頂部和該基底之間，并且所述隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的頂部附近的橫截面的面積 小于所述隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的底部附近的橫截面的面積。所述隨機 定位的器件結(jié)構(gòu)由透射的可聚合材料制成。
本發(fā)明的另一個方面是提供一種形成光學(xué)器件的方法，該方法包 括通過隨機生成透射開口位置選擇透射開口圖案，和在掩模的至少一 個區(qū)域中形成所述透射開口圖案，在基底上提供可光聚合材料層，用 光照射該掩模以選擇性地使該可光聚合材料層光聚合，和除去在用光 照射掩模之后留下的未聚合的可光聚合材料，從而所述至少 一個區(qū)域 包括在基底上的隨機定位的器件結(jié)構(gòu)。該隨機定位的器件結(jié)構(gòu)中的每 一個具有底部和頂部，和該底部位于該頂部和該基底之間。所述隨機 定位的器件結(jié)構(gòu)的頂部附近的橫截面的面積小于所述隨機定位的器件 結(jié)構(gòu)的底部附近的橫截面的面積。該可光聚合材料在聚合之后是透射 的。


下文將參照附圖詳細描述本發(fā)明，在附圖中類似的標號指的是類
似的元件，其中
圖1示出對用于形成隨機定位(locate)結(jié)構(gòu)的材料的混合物的
照射；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例性漫射器；
圖3示出另一個示例性漫射器，其包括具有基本透光的材料的外 涂層的結(jié)構(gòu)；
圖4示出另一個示例性漫射器，除了基本透光的材料的外涂層還 包括散射顆粒之外，該漫射器與圖3的漫射器相類似；
圖5示出包括根據(jù)本發(fā)明的漫射器的示例性液晶顯示背光；
圖5A示出包括根據(jù)本發(fā)明的漫射器的另一個示例性液晶顯示背
光；
圖6示出單元掩模的一部分中不重疊的圓形開口的隨機圖案的
照片；圖7示出單元掩模的一部分中重疊的圓形開口的隨機圖案的照
片；
圖8示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例l制造的漫射器 的側(cè)浮見圖9示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例l制造的漫射器 的俯視圖10示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例2制造的漫射 器的側(cè)視圖11示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例2制造的漫射 器的俯視圖12示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例3制造的漫射 器的側(cè)視圖13示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例3制造的漫射 器的俯視圖14示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例4制造的漫射 器的側(cè)視圖15示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例4制造的漫射 器的俯視圖16示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例5制造的漫射 器的側(cè)視圖17示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例5制造的漫射 器的俯視圖18示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例6制造的漫射 器的側(cè)視圖19示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例6制造的漫射 器的俯視圖20示出根據(jù)實施例1和2制造的具有寬FWHM角的示例性漫射 器的被測量的角分布；
圖21示出根據(jù)實施例5和6制造的具有較窄FWHM角的示例性漫
9射器的被測量的角分布；和
圖22示出構(gòu)成大掩模的單元掩模的5 x 5矩陣。
具體實施例方式
被制造具有不是規(guī)則和非常有序的特征的光學(xué)器件例如漫射器 不會遭受衍射、干涉或影響它們功能的其它光學(xué)效應(yīng)，而當那些特征 是規(guī)則的并且非常有序時光學(xué)器件通常會遭受這些光學(xué)效應(yīng)。 一種實 現(xiàn)此目的的方式是使得特征的放置不規(guī)則或者不非常有序或兩者。實 現(xiàn)此目的的第一方式是從規(guī)則設(shè)計開始，然后隨機擾動特征的放置。 實現(xiàn)此目的的第二方式是隨機放置特征。第三方式是如第一或第二方 式所述地生成小區(qū)域，然后復(fù)制該小區(qū)域。例如，可通過形成具有透 射開口的隨機圖案的較小掩模(還被稱為單元掩模)，然后在XY分步 重復(fù)模式中重復(fù)復(fù)制該掩模以生成大掩模，來形成具有隨機特征的大 掩模。這種大掩?？捎糜谥圃觳粫馐茉诰哂斜环请S機地構(gòu)圖的結(jié)構(gòu) 的器件中常見的干涉和衍射效應(yīng)的漫射器和其它器件。此外，大掩模 在宏觀上看來是均勻的，這是因為在大掩模的區(qū)域上均勻復(fù)制該相同 的隨機圖案，并且因為利用算法檢查單元掩模的邊界以確保在復(fù)制單 元掩模時在透射開口之間保持合適的間隔。
大掩模的設(shè)計過程從選擇單元掩模的尺寸開始。當單元掩模和大 掩模具有相同尺寸時，可跳過此步驟。單元掩模必須大得足以防止在 大掩模中出現(xiàn)圖案，該圖案可由于單元掩模中的開口是隨機的并因此 不是絕對均勻的而出現(xiàn)。因此，當重復(fù)復(fù)制小單元掩模以覆蓋大掩模 區(qū)域時，單元掩模的開口的放置中不明顯的微小不均勻可能在大掩模 中變得明顯，表現(xiàn)為某些類型的圖案。大掩模中的這種圖案可能妨礙 大掩模在宏觀上看起來是均勻的。為了避免在大掩模中出現(xiàn)這種圖案， 可增加單元掩模的尺寸。不幸的是，隨著單元尺寸的增加，設(shè)計時間 和計算才幾容量也增力口。因jj:匕，已發(fā)現(xiàn)在2mm x 2mm和20mm x 20mm之間 的單元掩模尺寸導(dǎo)致大掩模中可接受的空間均勻性，并且可使用大多 數(shù)的個人或筆記本計算機在合理的時間量內(nèi)設(shè)計出。作為選擇，單元掩?？删哂胁煌诜叫蔚男螤睢?br> 接下來，選擇單元掩模中的開口的形狀、尺寸和數(shù)量。圓形開口 通常導(dǎo)致使用該掩模制成的光學(xué)器件的方位對稱分布。還可使用其它 開口形狀。開口的尺寸主要由所希望的器件性能和器件制造工藝確定。
例如，對于圓形開口，單元掩模中的開口的尺寸可在5jim直徑到250 Him直徑的范圍內(nèi)。對于給定的形狀和尺寸(密度)而言掩模中的開 口的數(shù)量是確定角分布的設(shè)計參數(shù)之一。不重疊的開口的數(shù)量越高， 則通過漫射器的光散射越大，因此實現(xiàn)越寬的角分布。在下文所述的 隨機化方法中的一些方法中，可限定開口的最少數(shù)量而不是固定數(shù)量。
接下來，選擇隨機化方法。 一種方法是使用非隨機構(gòu)圖的開口布 置，并且將該非隨機構(gòu)圖的開口布置地點(location)隨機地擾動隨 機量，該隨機量具有某一預(yù)定的最大量。最大擾動距離可由開口的尺 寸、在被擾動之前開口中心之間的距離、和開口的可容許重疊量或開 口之間的最小間隔確定。擾動距離可具有某一最小量，但這不是必須 的。擾動方向可以沿任何隨機方向，或者可以以任何其它合適的圖案。
第二隨機化方法是在單元掩模中隨機放置開口的中心，并且確保
在開口中心之間存在至少一定量的間隔。不具有所希望的間隔的開口 中心未被包括，并且進行另一隨機選擇。所述隨機選擇被一直進行， 直到單元掩模具有規(guī)定數(shù)量的開口 。由于將由單元掩模開口的矩陣形 成的較大掩模成圖案，利用算法針對所希望的間隔檢查相對邊界(例 如，頂部/底部，左/右)。執(zhí)行此相對邊界檢查以確保宏觀均勻性。 否則，大掩模和/或利用大掩模制造的器件可能看起來具有網(wǎng)格圖案。 間隔量可以為使得開口不能相互重疊，或者間隔量可以為使得開口可 相互重疊。在器件制造期間形成區(qū)別結(jié)構(gòu)所需的間隔量依賴于開口的 尺寸，以及UV系統(tǒng)或用于制造器件的其它合適系統(tǒng)的細節(jié)(例如，準 直角)。隨著每單位面積的區(qū)別結(jié)構(gòu)的數(shù)量(密度)增加，漫射器中 的光彌散量增加。當兩個結(jié)構(gòu)重疊時，它們形成較大尺寸的單個區(qū)別 結(jié)構(gòu)。因此，重疊有效地減小了密度，這使得更多的光沿法線方向透 射，而較少的光以非法向角度彌散。
ii作為選擇，開口可包括一種或多種類型開口 。例如，開口可以是 圓形、橢圓形、矩形、五邊形、六邊形、八邊形、這些形狀的組合或 任何其它希望的形狀。非圓形開口的取向可被隨機確定。如果使用不 同類型的開口，則每種開口的數(shù)量可是隨機的。另外，單元掩?？稍?許從一個邊界包裹開口到相對邊界。換句話說，如果開口由于開口距 離單元掩模的邊緣過近而被部分切斷，則該開口的剩余部分在相對邊 界處形成，從而當單元掩模用于形成較大掩模時，由兩個相鄰單元掩 模形成完整的開口。
可使用任何合適的方法來利用根據(jù)本發(fā)明的掩模制造器件。例 如，使用具有隨機開口地點的掩模制造漫射器的 一個示例性方法從制 備材料混合物開始。所述材料混合物包括一種或多種組分加上一種或 多種光引發(fā)劑。作為選擇，如果使用不需要光引發(fā)劑的可光聚合材料， 則可省去光引發(fā)劑。所述混合物還可包含一種或多種不可光聚合材料 組分例如固體顆粒、液體、膠體、氣體(例如，空氣或氮氣)或其它 有用組分。所述混合物在光聚合之前應(yīng)是均勻的。接下來，如圖l所
示，底膜IOI (還可被稱為基底)例如PET膜、PMMA膜、PVA膜或任 何其它合適的膜被放置在光掩模103上。光掩模103可具有任何合適 的隨機構(gòu)型。另外，可在底膜101和光掩模103之間應(yīng)用折射率匹配 液例如異丙醇。接下來，通過刮刀涂布、槽模涂布或任何其它合適的 涂布技術(shù)將該材料混合物的層102涂布在底膜101上。層102的厚度 可在大約5 jum ( 0. 2密耳)和大約508jum ( 20密耳)之間，并且通常 在大約50. 8 jam ( 2密耳)和大約254 |am ( 10密耳)之間。
接下來，如圖l所示，準直或幾乎準直的UV或可見光104通過 光掩模103的透明開口，并且選擇性地使層102聚合。準直或幾乎準 直的UV或可見光104導(dǎo)致聚合和形成固體結(jié)構(gòu)。當使用相分離材料時， 在準直或幾乎準直的UV或可見光104的照射期間，層102的第一材料 聚合以形成固體結(jié)構(gòu)，而第二材料(與層102的第一材料有很大不同) 與第一材料相分離。第二材料可以是不可聚合材料，或者不會由于準 直或幾乎準直的UV或可見光104聚合的材料。例如，第二材料可以是
12可熱聚合材料(例如，熱聚合物)，或者是不會由于準直或幾乎準直
的UV或可見光104的照射而聚合的任何其它可聚合材料。如果第二材 料是可聚合的，則該材料可以在除去層102的未曝光區(qū)域之后聚合。 第二材料也可以是由該UV或可見光的照射而聚合的可聚合材料。例 如，第二材料可在UV或可見光的照射下以與第一材料相同或基本不同 的速率聚合，并且在聚合之后與第一材料不相容。得到的結(jié)構(gòu)、尤其 是側(cè)面和/或頂面在使用相分離材料時通常是粗糙的，而在使用非相分 離材料或者單組分材料時通常是光滑的。
層102中使用的混合物可包括附加的材料。例如，第一材料可以 是兩種或更多種材料的組合和/或第二材料可以是兩種或更多種材料 的組合。另外，在該混合物中可存在其它材料例如染料或顏料，或者 可存在兩種或更多種光引發(fā)劑。此外，與昂責材料(例如，液晶材料) 相反，該混合物可限于便宜的材料。
接下來，用溶劑(例如，甲醇、丙酮、水、異丙醇或任何其它合 適的一種或多種溶劑)沖洗被選擇性地聚合的層102，從而除去層102 的未曝光區(qū)域。另外，對于相分離材料，位于曝光區(qū)域和未曝光區(qū)域 之間的邊界處的層102的曝光區(qū)域中的第二材料也被除去，這是因為 該第二材料未完全被聚合的第一材料圍繞。這產(chǎn)生了光漫射器件結(jié)構(gòu)
206,在器件結(jié)構(gòu)206的刻面上具有粗糙的有凹痕的表面而不是光滑的 表面。這種漫射器的另外的示例可在美國專利申請第11/439437中找 到，該美國專利申請通過引用而全文并入這里。多個這些結(jié)構(gòu)206形 成優(yōu)良的漫射器，其具有寬的光漫射角范圍。類似結(jié)構(gòu)的漫射器可使 用其它制造方法制造。這種類似結(jié)構(gòu)的漫射器可由相分離的材料制成， 可由非相分離的材料制成，或者由單一材料制成。
由相分離材料形成的器件結(jié)構(gòu)206具有粗糙的有凹痕的表面，這 在每個結(jié)構(gòu)206上提供了多個光散射刻面。這些光散射刻面(facet) 中的一些是平行刻面202，而其它刻面是傾斜刻面204。平行刻面202 可以是點，通常平行于底膜101，而傾斜刻面204與底膜101形成在0 和90度之間的角度。但是，相分離的隨機性質(zhì)和小尺寸幫助確保寬范圍的刻面，該刻面繼而幫助確保寬的光角分布(angle of light distribution)。另外，通過控制第 一和第二材料在該混合物中的相 對量、光引發(fā)劑的相對量和/或?qū)?02的照射，可選擇結(jié)構(gòu)206的表面 的特性(例如，尺寸、密度、形狀)。確定表面的特性的能力使得可 選擇得到的結(jié)構(gòu)206的光角分布(angular light distribution )特 性。
圖3示出另一個示例性漫射器300，該漫射器300包括具有基本 透光的材料的外涂層302的結(jié)構(gòu)206。基本透光的材料的外涂層302 具有與結(jié)構(gòu)206的折射率不同的折射率。折射率的差別越大，光的角 分布越寬。通常，折射率差異大于大約0.005，折射率差異常常大于 大約0. 01。例如，結(jié)構(gòu)206可由乙氧基化(3 )雙酚A 二丙烯酸酯和 聚乙二醇(600 ) 二丙烯酸酯的混合物制成，并且平均折射率為1. 52。 基本透光的材料的外涂層302可具有較小的折射率(例如，硅氧烷、 氟化丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、含氟環(huán)氧樹脂、氟硅氧烷或其它這樣 的材料)，或者可具有較大折射率(例如，聚砜、聚苯砜、聚醚砜或 任何其它合適的材料)。
圖4示出另一個示例性漫射器400，除了漫射器400在基本透光 的材料的外涂層302中還包括散射顆粒402之外，漫射器400與圖3 的漫射器300相類似。散射顆粒402可以是玻璃珠、聚合物(例如， 聚苯乙烯、丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯、烯烴或其它光學(xué)上透明的聚合 物材料)顆粒，或任何其它合適材料的顆粒。
本發(fā)明可被并入多種光源和其它器件。例如，圖5示出示例性的 液晶背光(LCD背光)500,其包括根據(jù)本發(fā)明的漫射器。光源502沿 光波導(dǎo)板503的邊緣發(fā)射光。光源502可以是冷陰極熒光燈、發(fā)光二 極管或任何其它光源。來自光源502的光耦合到波導(dǎo)板503中，并且 被波導(dǎo)板503向上定向。光在波導(dǎo)板中的重定向可由波導(dǎo)板503的結(jié) 構(gòu)化底面實現(xiàn)，由在波導(dǎo)板503的底面上的印制散射點實現(xiàn)，或任何 其它手段實現(xiàn)。從波導(dǎo)板503的頂面出來的光通常缺少足夠的均勻性， 并且具有不希望的角分布。因此，漫射器和/或其它光學(xué)元件被用于改進均勻性，并且將光的角分布整形。例如，可使用第一光漫射器5(H、 第二光漫射器506和光學(xué)膜505。光學(xué)膜505被用于對光進一步重定 向，并且可以是得自3M的亮度增強膜，美國專利申請第60/677837 號中描述的光學(xué)膜，或任何其它合適的膜，該美國專利申請通過此引 用被并入這里。第一和第二漫射器504、 506中任一個或兩者可以是根 據(jù)本發(fā)明的漫射器?？蛇x擇的數(shù)量和類型的膜可與一個或多個根據(jù)本 發(fā)明的漫射器相組合。作為選擇，可在沒有任何附加的膜的情況下使 用一個或多個漫射器。
圖5A示出另一示例性的液晶背光(LCD背光)550，其包括根據(jù) 本發(fā)明的漫射器551。 LCD背光550包括光源552,光源552可以是發(fā) 光二極管(LED)陣列、冷陰極熒光(CCFL)管陣列或任何其它合適光 源的陣列，其位于LCD背光550的凹腔553中。LED通常是點光源， CCFL管通常是線光源。LED或CCFL管的陣列發(fā)出的光的空間分布非常 不均勻。根據(jù)本發(fā)明的漫射器551使光源552的陣列發(fā)出的光均勻化， 并且使得光在空間上是均勻的。LCD背光550的這種布置還可用于其 它用途例如一般照明。
圖6是單元掩模的一部分中不重疊的圓形開口的隨機圖案的照 片。透明圓形開口通過相鄰的圓周周邊之間最小為4.2pm而^皮間隔， 并且透明圓形開口的直徑為30.4|im。
圖7是單元掩模的一部分中重疊的圓形開口的隨機圖案的照片。 相鄰?fù)该鲌A形開口的中心被間隔大于7.5|am，并且透明圓形開口的直 徑為28. 1 jam。
圖8示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例l制造的漫射器 的側(cè)視圖。顯示出了傾斜側(cè)刻面的大表面區(qū)域和平行刻面的較小表面 區(qū)域。實際上，器件結(jié)構(gòu)的頂面接近于點。如圖8所示，刻面的表面 是粗糙的。圖9示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例1制造的 漫射器的俯視圖。圖IO示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例2 制造的漫射器的側(cè)視圖。器件結(jié)構(gòu)的一部分與相鄰器件結(jié)構(gòu)連接，這 是光掩模中的透明開口的中心之間存在小間隔的結(jié)果。圖11示出通過
15掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例2制造的漫射器的俯視圖。圖12 示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例3制造的漫射器的側(cè)視 圖。與被光聚合的材料混合的玻璃珠在它們存在于或者非常接近器件 結(jié)構(gòu)的表面時可見，而嵌入器件結(jié)構(gòu)內(nèi)部的玻璃珠不可見。圖13示出 通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例3制造的漫射器的俯視圖。圖 14示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例4制造的漫射器的側(cè)視 圖。這些器件結(jié)構(gòu)具有較大的傾斜表面面積，并且這些表面比較光滑。 圖15示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例4制造的漫射器的俯 視圖。圖16示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例5制造的漫射 器的側(cè)視圖。這些器件結(jié)構(gòu)具有較大的平行刻面面積，這導(dǎo)致具有窄 的角分布的漫射器。圖17示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù)實施例 5制造的漫射器的俯視圖。圖18示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn)的根據(jù) 實施例6制造的漫射器的側(cè)視圖。圖19示出通過掃描電子顯微鏡展現(xiàn) 的根據(jù)實施例6制造的俯視圖。
如圖8至19中可見，隨機定位的器件結(jié)構(gòu)基本通過與形成該器 件結(jié)構(gòu)的材料相同的材料聯(lián)接。該結(jié)構(gòu)沒有完全分離，并且在它們的 底部被限定。此聯(lián)接幫助防止漏光，這樣改善了得到的漫射器的性能。
圖20示出根據(jù)實施例l和實施例2制造的具有寬FWHM (半最大 值全波)角的兩個示例性漫射器的測量出的角分布。豎軸為歸一化的 亮度，而橫軸為極角。寬的角分布是由如圖2所示的具有小表面面積 的平行刻面202和大表面面積的傾斜刻面204的漫射器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。 圖8至15中示出示例性漫射器結(jié)構(gòu)。
圖21示出根據(jù)實施例5和6制造的具有窄FEHM(半最大值全波) 角的兩個示例性漫射器的測量出的角分布。豎軸為歸一化的亮度，而 橫軸為極角。角分布是由如圖2所示的具有較大面積的平行刻面202 的漫射器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。
圖20和21中所示的數(shù)據(jù)是使用ELDIM S.A. ， France. Collimated的EZContrast 160D ELDIM測量系統(tǒng)獲得的。該ELDIM測 量系統(tǒng)收集并分析從基底側(cè)入射到漫射器上的準直白光和漫射的光。
16圖22示出構(gòu)成制造掩模2200的單元掩模2202的5 x 5矩陣。大 掩模2200可通過分步重復(fù)工藝(例如，XY分步重復(fù)工藝)使用單元 掩模2202形成，或使用任何其它合適的工藝形成。
實施例1:使用壓縮空氣混合器制備混合物，該混合物包含15.0 w. t.。/。的單體乙氧基化(6)三羥甲基丙烷三丙烯酸脂，19.5 w. t.。/。的 金屬丙烯酸酯齊聚物，44.0 w. t.。/。的Sartomer低粘度齊聚物，19.5 w. t.。/。的聚氨酯丙烯酸酯齊聚物，和2. 0 w. t.。/。的2，2-二甲氧基-l，2-二苯基乙-l-酮。 然后使用~ 10—工托的真空將混合物脫氣以在涂布之前 除去氣泡。通過用電離空氣吹掃厚度為7密耳的PET基底來清潔該基 底。使用刮刀將該混合物涂布在該基底上，達到凈厚度為8. 5密耳(~ 215jam)。包含圖6的圖案的掩模被鄰近該基底放置，并且使用具有~ 1. 5°的準直角的金屬弧光燈發(fā)出的紫外光以75mJ/cm2的UV輻射量通 過該光掩模照射該涂層。然后，將UV曝光的涂層(與基底一起)沉浸 在攪拌的甲醇浴中大約25秒，以除去未聚合的單體。通過吹掃掉任何 殘留的溶劑來干燥所述基底和聚合的單體。最后，通過輻照608mJ/cm2 的UV輻射量實現(xiàn)后固化。
實施例2:使用壓縮空氣混合器制備混合物，該混合物包含15. 0 w. t.。/。的單體乙氧基化(6)三羥甲基丙烷三丙烯酸脂，19.5 w. t.。/。的 金屬丙烯酸酯齊聚物，44.0 w. t.。/。的Sartomer低粘度齊聚物，19.5 w. t.。/。的聚氨酯丙烯酸酯齊聚物，和2. 0 w. t.y。的2， 2-二甲氧基-1, 2-二苯基乙-1-酮。然后使用~ 1(T托的真空將混合物脫氣以在涂布之前 除去氣泡。通過用電離空氣吹掃厚度為7密耳的PET基底來清潔該PET 膜。使用刮刀將該混合物涂布在該PET上，達到凈厚度為8.5密耳(~ 215jLim)。包含圖7的圖案的掩模被鄰近該基底放置，并且使用具有~ 1.5°的準直角的金屬弧光燈發(fā)出的75mJ/cm2的紫外光通過該光掩模 照射該涂層。然后，將UV膝光的涂層(與基底一起)沉浸在攪拌的甲 醇浴中大約25秒，以除去未聚合的單體。通過吹掃掉任何殘留的溶劑 來干燥所述基底和聚合的單體。最后，通過輻照606mJ/cm2的UV輻射 量實現(xiàn)后固化。實施例3:使用壓縮空氣混合器制備混合物，該混合物包含44. 3 w. t.。/。的單體乙氧基化(3)雙酚A二丙烯酸脂，44. 3%的單體聚乙二醇 (600 )二丙烯酸脂，8. 9 w. t.。/。的金屬丙烯酸酯齊聚物，0. 5w. t.% 的玻璃珠(直徑在3n至5ym之間)，和2. Ow. t.。/。的光引發(fā)劑2,2-二甲氧基-苯基乙酮(苯偶酰二甲基縮酮)。然后使用 1(T托的真空 將該混合物脫氣以在涂布之前除去氣泡。通過用電離空氣吹掃厚度為 7密耳的PET基底來清潔該PET膜。使用刮刀將該混合物涂布在該PET 上，達到凈厚度為8. 5密耳(~215nm)。包含圖6的圖案的掩模被 鄰近該基底放置，并且使用具有~ 1. 5°的準直角的金屬弧光燈發(fā)出的 紫外光以55mJ/cm2的UV輻射量通過該光掩模照射該涂層。然后，將 UV曝光的涂層(與基底一起)沉浸在攪拌的甲醇浴中大約25秒，以 除去未聚合的單體。通過吹掃掉任何殘留的溶劑來干燥所述基底和聚 合的單體。最后，通過輻照607mJ/cm2的UV輻射量實現(xiàn)后固化。
實施例4:使用壓縮空氣混合器制備混合物，該混合物包含98 w. t.。/。的單體乙氧基化(6)三羥甲基丙烷三丙烯酸脂，和2 w. t.。/。的 光引發(fā)劑2，2-二甲氧基-l，2-二苯基乙-1-酮(苯偶酰二甲基縮酮)。 然后使用 1(T托的真空將混合物脫氣以在涂布之前除去氣泡。通過 用電離空氣吹掃厚度為7密耳的PET基底來清潔該PET膜。使用刮刀 將該混合物涂布在該PET上，達到凈厚度為8.5密耳(~215|am)。 包含圖6的圖案的掩模被鄰近該基底放置，并且使用具有~1.5°的準 直角的金屬弧光燈發(fā)出的紫外光以75mJ/cm2的UV輻射量通過該光掩 模照射該涂層。然后，將UV曝光的涂層(與基底一起)沉浸在攪拌的 甲醇浴中大約25秒，以除去未聚合的單體。通過吹掃掉任何殘留的溶 劑來干燥所述基底和聚合的單體。最后，通過輻照608mJ/cm2的UV輻 射量實現(xiàn)后固化。
實施例5:使用壓縮空氣混合器制備混合物，該混合物包含89. 8 w. t.。/。的單體乙氧基化(6)三羥甲基丙烷三丙烯酸脂，和9. Ow. t.% 的雙官能胺共引發(fā)劑，0. 3 w. tj的光引發(fā)劑1-羥基-環(huán)己基-苯基-酮 和l.O w. tJ的光引發(fā)劑2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基-氧化膦。然后使用~10—1托的真空將該混合物脫氣以在涂布之前除去氣泡。通過 用電離空氣吹掃厚度為7密耳的PET基底來清潔該PET膜。使用刮刀 將該混合物涂布在該PET上，達到凈厚度為8. 5密耳(~215pm)。 包含圖6的圖案的掩模被鄰近該基底放置，并且使用具有~1.5°的準 直角的金屬弧光燈發(fā)出的紫外光以55mJ/cm2的UV輻射量通過該光掩 模照射該涂層。然后，將UV曝光的涂層(與基底一起)沉浸在攪拌的 曱醇浴中大約25秒，以除去未聚合的單體。通過吹掃掉任何殘留的溶 劑來干燥所述基底和聚合的單體。最后，通過輻照609mJ/cm2的UV輻
射量實現(xiàn)后固化。
實施例6:使用壓縮空氣混合器制備混合物，該混合物包含13. 4 w. t. %的單體乙氧基化(6)三羥甲基丙烷三丙烯酸脂，17. 9 w. t.。/。的 金屬丙烯酸酯齊聚物，40.6 w. t.。/。的Sartomer低粘度齊聚物，17.9 w. t.y。的聚氨酯丙烯酸酯齊聚物，和8.9 w. t.。/。的雙官能胺共引發(fā)劑， 0. 3 w. t.。/。的光引發(fā)劑1-鞋基-環(huán)己基-苯基-酮和1. 0 w. t.。/。的光引發(fā) 劑2，4，6-三甲基苯曱?；?二苯基-氧化膦。然后使用~10—i托的真空 將混合物脫氣以在涂布之前除去氣泡。通過用電離空氣吹掃厚度為7 密耳的PET基底來清潔該PET膜。使用刮刀將該混合物涂布在該PET 上，達到凈厚度為8.5密耳(~ 215 pm)。包含圖6的圖案的掩模被 鄰近該基底放置，并且使用具有~ 1. 5°的準直角的金屬弧光燈發(fā)出的 紫外光以55mJ/cm2的UV輻射量通過該光掩模照射該涂層。然后，將 UV曝光的涂層(與基底一起)沉浸在攪拌的甲醇浴中大約25秒，以 除去未聚合的單體。通過吹掃掉任何殘留的溶劑來千燥所述基底和聚 合的單體。最后，通過輻照607mJ/cm2的UV輻射量實現(xiàn)后固化。
單體乙氧基化(6)三羥曱基丙烷三丙烯酸脂、金屬丙烯酸酯齊 聚物、Sartomer低粘度齊聚物、聚氨酯丙烯酸酯齊聚物、單體乙氧基 化(3)雙酚A二丙烯酸脂，和單體聚乙二醇(600 ) 二丙烯酸脂可從 Exton, Pennsylvania的Sartomer Co寧ny得到，2， 2-二曱氧基-1， 2-二苯基乙-1-酮、光引發(fā)劑2,2-二甲氧基-1，2-二苯基乙-1-酮(苯偶 酰二甲基縮酮)、光引發(fā)劑1-羥基-環(huán)己基-苯基-酮和光引發(fā)劑2，4，6-
19三甲基苯甲?；?二苯基-氧化膦可從Tarry town, New York的Ciba Specialty Chemicals獲得。PET基底可從Orange， Cal ifornia的Tekra 得到。
透射的可聚合材料可一種材料形成，或者由兩種或多種材料的混 合物形成。透射的可聚合材料可包括可光聚合材料和不可光聚合材料。 例如，可光聚合材料可以是可光聚合單體、二聚體或任何其它合適材 料或可光聚合材料的組合，而不可光聚合材料可選自固體、固體顆粒、 液體、膠體、氣體(例如，空氣或氮氣)或這些材料的組合。透射的 可聚合材料可包括一種或多種光引發(fā)劑。
盡管上述實施例中已使用了特定的材料，應(yīng)理解，可使用任何合 適的材料。另外，應(yīng)理解，可實現(xiàn)大隨機掩模和隨機單元掩模的無窮 盡的變型，并且這些掩模實施例僅是示例性的。
盡管已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的一些實施例及其優(yōu)點，但是應(yīng)理 解，在這些實施例中可實現(xiàn)變化、替換、轉(zhuǎn)換、修改、改變、交換和 轉(zhuǎn)變而不會背離本發(fā)明的教導(dǎo)，本發(fā)明的主旨和范圍由所附權(quán)利要求 闡明。
權(quán)利要求
1. 一種光掩模，該光掩模包括具有多個區(qū)域的掩模，其中，該多個區(qū)域中的每一個具有被隨機定位的透射開口的基本相同的圖案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光掩模，其中所述具有透射開口的基 本相同的圖案的多個區(qū)域基本看起來在宏觀上是均勻的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光掩模，其中所述透射開口的基本相 同的圖案中的透射開口的位置對應(yīng)于非隨機的地點圖案，所述地點然 后在每個地點處被沿隨機方向擾動隨機距離，所述隨機距離在0到預(yù) 定距離的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光掩模，其中所述透射開口的基本相 同的圖案中的透射開口相互分隔至少預(yù)定距離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光掩模，其中所述預(yù)定距離被選擇為 使得相鄰?fù)干溟_口能夠相互重疊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光掩模，其中所述預(yù)定距離被選擇為 使得相鄰?fù)干溟_口不能相互重疊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光掩模，其中所述掩模的透射開口相 互分隔至少預(yù)定距離。
8. —種制造光掩模的方法，該方法包括以下步驟 通過隨機生成透射開口位置來選擇透射開口圖案；和 在掩模的多個區(qū)域中形成所述透射開口圖案。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述具有透射開口圖案的 多個區(qū)域基本看起來在宏觀上是均勻的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中隨機生成透射開口位置是 由非隨機的地點圖案生成的，所述地點然后在每個地點處被沿隨機方 向擾動隨機距離，所述隨機距離在O到預(yù)定距離的范圍內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中隨機生成透射開口位置生成相互分隔至少預(yù)定距離的位置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述預(yù)定距離被選擇為 使得相鄰?fù)干溟_口能夠相互重疊。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述預(yù)定距離被選擇為 使得相鄰?fù)干溟_口不能相互重疊。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述掩模的透射開口相 互分隔至少預(yù)定距離。
15. —種光學(xué)器件，該光學(xué)器件包括在基底上具有包含被隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的至少一個區(qū)域的器 件，該隨機定位的器件結(jié)構(gòu)中的每一個具有底部和頂部； 該底部位于該頂部和該基底之間；該隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的頂部附近的橫截面的面積小于該隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的底部附近的橫截面的面積；和其中該隨機定位的器件結(jié)構(gòu)由透射的可聚合材料制成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述包含隨機定位的器 件結(jié)構(gòu)的至少一個區(qū)域基本看起來在宏觀上是均勻的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述隨機定位的器件結(jié) 構(gòu)的地點對應(yīng)于非隨機的地點圖案，所述地點然后在每個地點處被沿 隨機方向擾動隨機距離，所述隨機距離在O到預(yù)定距離的范圍內(nèi)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述隨機定位的器件結(jié) 構(gòu)的中心地點相互分隔至少預(yù)定距離。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的器件，其中所述預(yù)定距離被選擇為 使得相鄰的隨機定位的器件結(jié)構(gòu)能夠相互重疊。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的器件，其中所述預(yù)定距離被選擇為 使得相鄰的隨機定位的器件結(jié)構(gòu)不能相互重疊。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述至少一個區(qū)域為兩 個或更多個區(qū)域，并且所述兩個或更多個區(qū)域中的每個區(qū)域具有隨機 定位的器件結(jié)構(gòu)的基本相同的圖案。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的器件，其中在所述兩個或更多個區(qū)域中的所述隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的中心地點相互分隔至少預(yù)定距離。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述隨機定位的器件結(jié) 構(gòu)中的每一個具有光滑的側(cè)面或光滑的頂部。
24. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述隨機定位的器件結(jié) 構(gòu)中的每一個具有粗糙的側(cè)面或粗糙的頂部。
25. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述隨機定位的器件結(jié) 構(gòu)中的每一個的頂部是點。
26. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述透射的可聚合材料 由一種材料形成。
27. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述透射的可聚合材料 由兩種或更多種材料的混合物形成。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的器件，其中所述透射的可聚合材料 包括可光聚合材料和不可光聚合材料。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的器件，其中所述不可光聚合材料選 自固體、固體顆粒、液體、膠體和氣體中的一個或多個。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的器件，其中所述氣體是空氣或氮氣。
31. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述隨機定位的器件結(jié) 構(gòu)被基本透光的材料覆蓋。
32. 根椐權(quán)利要求31所述的器件，其中所述基本透光的材料包 括散射顆粒。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的器件，其中所述散射顆粒是玻璃珠 或聚合材料或兩者。
34. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述器件是漫射器。
35. —種形成光學(xué)器件的方法，該方法包括以下步驟 通過隨機生成透射開口位置來選擇透射開口圖案； 在掩模的至少一個區(qū)域中形成所述透射開口圖案； 在基底上提供可光聚合材料層；用光照射該掩模以選擇性地使所述可光聚合材料層光聚合；和 除去在用光照射掩模之后留下的未聚合的可光聚合材料，從而所述至少一個區(qū)域包括在基底上的隨機定位的器件結(jié)構(gòu)，其中，該隨機定位的器件結(jié)構(gòu)中的每一個具有底部和頂部， 該底部位于該頂部和該基底之間，和該隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的頂部附近的橫截面的面積小于 該隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的底部附近的橫截面的面積，和 其中該可光聚合材料在聚合之后是透射的。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中所述通過隨機生成透射開口 位置來選擇透射開口圖案被實施為使得在所述掩模的至少一個區(qū)域中 具有透射開口圖案的隨機定位的器件結(jié)構(gòu)基本看起來在宏觀上是均勻 的。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中所述通過隨機生成透射開口 位置來選擇透射開口圖案被實施為使得所述隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的地 點對應(yīng)于非隨機的地點圖案，所述地點然后在每個地點處被沿隨機方 向擾動隨機距離，所述隨機距離在O到預(yù)定距離的范圍內(nèi)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中所述通過隨機生成透射開口 位置來選擇透射開口圖案被實施為使得所述隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的中 心地點相互分隔至少預(yù)定距離。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中所述預(yù)定距離被選擇為使得 相鄰的隨機定位的器件結(jié)構(gòu)能夠相互重疊。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中所述預(yù)定距離被選擇為使得 相鄰的隨機定位的器件結(jié)構(gòu)不能相互重疊。
41. 根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中所述至少一個區(qū)域為兩個或 更多個區(qū)域，并且所述兩個或更多個區(qū)域中的每個區(qū)域具有隨機定位 的器件結(jié)構(gòu)的基本相同的圖案。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中在所述兩個或更多個區(qū) 域中的所述隨機定位的器件結(jié)構(gòu)的中心地點相互分隔至少預(yù)定距離。
43. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述隨機定位的器件結(jié) 構(gòu)中的每一個具有光滑的側(cè)面或光滑的頂部。
44. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述隨機定位的器件結(jié)構(gòu)中的每一個進一步具有粗糙的側(cè)面或粗糙的頂部。
45. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述隨機定位的器件結(jié) 構(gòu)中的每一個的頂部是點。
46. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的器件，其中所述可光聚合材料的層由一種材料形成。
47. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的器件，其中所述可光聚合材料的層由兩種或更多種材料的混合物形成。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的器件，其中所述可光聚合材料的層 包括可光聚合材料和不可光聚合材料。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的器件，其中所述不可光聚合材料選 自固體、固體顆粒、液體、膠體和氣體中的一個或多個。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的器件，其中所述氣體是空氣或氮氣。
51.根據(jù)權(quán)利要求35所述的器件，其中所述隨機定位的器件結(jié) 構(gòu)漫射光。
全文摘要
一種具有隨機開口的大掩?？蛇@樣形成，即形成具有透射開口的隨機圖案的較小掩模(還被稱為單元掩模)，然后將該較小掩模重復(fù)復(fù)制以產(chǎn)生該較大掩模。該隨機圖案可通過將開口地點擾動較小的量而產(chǎn)生，或者在滿足一定準則的條件下，開口可被隨機放置在單元掩模內(nèi)。作為選擇，具有透射開口的隨機圖案的大掩模可不使用單元掩模而形成。這種大掩?？捎糜谥圃鞗]有遭受在具有被非隨機地構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)的器件中常見的干涉、衍射和其它光學(xué)效應(yīng)的漫射器以及其它器件。
文檔編號G03F1/00GK101523288SQ200780026758
公開日2009年9月2日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者路志堅 申請人:路志堅