DE3934301A1

DE3934301A1 - Einstueckiges optisches element und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3934301A1
Application number: DE3934301A
Authority: DE
Inventors: Robert Herman Bellmann; Nicholas Francis Borrelli; Bruce Herbert Raeder
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1989-10-13
Publication date: 1990-04-19
Also published as: US4952026A; JPH02137802A

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.

Bezweckt wird insbesondere eine optische Isolierung der Linsen eines derartigen Elements, um eine selektive Lichtübertragung bzw. Lichtdurchlässigkeit zu ermöglichen.

Die Literatur ist reich an Beschreibungen von Photoresist- bzw. Photolackmaterialien und deren Verwendung bei Vorgängen wie Metallätzen und Halbleiterherstellung. Die Fundstelle Kirk- Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Third Edition, Vol. 17, S. 680-708 (1982), liefert einen umfassenden Überblick über photoreaktive Polymere, ihre Chemie und die Art, in der sie verwendet werden können. Die dort offenbarten Einzelheiten werden hier durch Bezugnahme eingefügt.

Das US-Patent 26 28 160 liefert einen Überblick über einige ältere Patente, die im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Phänomens von verschiedenen Ätzgeschwindigkeiten in bestimmten teilweise trübgemachten Materialien photosensitiv opak- bzw. trübmachbare Gläser offenbart.

US-Patent 45 72 611 offenbart eine Vorrichtung, die ein optisches Element darstellt, das in der Lage ist, ein Bild auf einer Empfangsfläche zu fokussieren. Diese Vorrichtung besteht aus einem Glaskörper mit einer einstückigen Linsenanordnung an wenigstens einer Oberfläche des Körpers. Bei einer bevorzugten Form weist der Glaskörper Linsenanordnungen auf, die an gegen überliegenden Oberflächen gebildet sind und aus einzelnen gegenüberliegenden Linsenpaaren zusammengesetzt sind, die mittels eines transparenten Kanals verbunden sind. Diese Kanäle sind von einem photonuklear trübgemachten Glas umgeben.

Eine Linsenreihe kann durch selektive Photonukleierung des Glaskörpers gebildet sein. Dies schafft auch ein Ausmaß an optischer Isolierung der transparenten Kanäle, um eine Lichtüber tragung zwischen den Kanälen zu vermeiden. Eine derarte Übertra gung wird üblicherweise als "Übersprechen" bezeichnet.

Die durch die selektiv opak- bzw. trübgemachten Zonen geschaffene optische Isolation kann für einige Anwendungsfälle ungeeignet sein. Dies gilt insbesondere für Anwendungsfälle, bei denen eine Erfassungseinrichtung auf Siliziumbasis verwendet wird, bei der der Bereich optimaler Sensitivität zwischen 650 und 800 nm liegt. Die Lichtabsorption, die das trübgemachte Glas liefert, fällt in diesem Abschnitt des Spektrums zu steil ab, um den gewünschten Grad optischer Isolierung verfügbar zu machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Element der eingangs genannten Gattung im Hinblick auf das Schaffen einer vergrößerten optischen Isolation für die Linsenanordnung verfügbar zu machen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 16 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.

In vorteilhafter Weise wird gemäß der Erfindung die optische Isolierung durch Vorsehen einer Metallbeschichtung auf ausgewähl ten Abschnitten der Glaselementoberfläche zur Funktion als Aperturmaske verbessert. Die erfindungsgemäß vorgesehene Aperturmaske auf der Linsenoberfläche des Glases ist in vorteil hafter Weise selbstausrichtend hinsichtlich einer Linsenanord nung auf der Oberfläche. Günstig ist bei der Erfindung weiterhin, daß herkömmliche Photoresist- bzw. Photolackverfahren verwendet werden, um die metallische Aperturmaske herzustellen.

In vorteilhafter Weise ermöglicht die Erfindung auch die Herstellung von Komponenten an einer Planseite einer plankonvexen Linsenanordnung oder an der rückseitigen Linsenseite einer Konvex-Konvex-Linsenanordnung.

Die Erfindung schafft weiterhin vorteilhaft optische Elemente für den Einbau in einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung (LCD).

Das erfindungsgemäß hergestellte optische Element bildet eine deutliche Verbesserung gegenüber dem optischem Element, das in der US-PS 45 72 611, insbesondere bezüglich Fig. 1 des Patents, beschrieben ist. Das Element besitzt einen Glaskörper mit gegen überliegenden Oberflächen. Wenigstens eine der Oberflächen und wahlweise beide Oberflächen weisen ein Muster aus erhabenen lichtfokussierenden transparenten optischen Linsen auf, die einstückig mit diesen gebildet sind. Der Körper der Vorrichtung besitzt transparente Kanäle, die sich zwischen den erhabenen Linsen und der gegenüberliegenden Fläche erstrecken und die individuell von einem photonuklear bearbeiteten trübgemachten Glasmaterial umgeben sind. Bei einer alternativen Ausbildungs form erstreckt sich jeder transparente Kanal zwischen einem Paar Linsenelementen, die jeweils an einer gegenüberliegenden Oberfläche vorhanden sind. Die Linsenelemente können sphärische Mikrolinsen in einer gleichförmigen und dicht beabstandeten Anordnung auf der Vorrichtungsoberfläche sein.

Die Neuerung weist eine metallische Blenden- bzw. Apperturmaske auf einer Oberfläche der Vorrichtung bzw. des Elements auf. Die Metallmaske erstreckt sich wahlweise über die Oberfläche des photonuklear- und trübgemachten Abschnitts des Körpers, jedoch nicht über die erhabenen optischen Elemente und bildet eine präzise selbstausrichtende Abgrenzung zwischen den erhabenen Elementen und der Maske, um dadurch optisch jedes optische Element zu isolieren und es für das wahlweise übertragen von Licht geeignet zu machen.

Bei einer alternativen Ausbildungsform kann das optische Element weiterhin eine plane zweite Oberfläche besitzen, welche ebenfalls eine selbstausrichtende Metallmaske über den Matrixabschnitt der Oberfläche, einen isolierenden Film, gegebenenfalls aus Kiesel säure, über der Metallmaske und klare Abschnitte der Oberfläche und elektrisch leitfähige lichtübertragende Anschlußflächen aufweist, die den isolierenden Film über den Oberflächen der klaren Kanäle bedecken.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein optisches Element hergestellt, das gegenüberliegende Oberflächen, eine Anordnung von erhabenen transparenten optischen Linsen, die einstückig mit der ersten gegenüberliegenden Oberfläche gebildet sind, transparente Kanäle, die sich zwischen den erhabenen optischen Linsen und einer zweiten gegenüberliegen den Oberfläche erstrecken, eine opake Matrix, die die transparen ten Kanäle umgibt, und eine selbstausrichtende Metallmaske aufweist, die die Matrix, jedoch nicht die Linsen abdeckt, um jede Linse optisch zu isolieren und sie für ein selektives Übertragen von Licht geeignet zu machen.

Das Verfahren weist die Verfahrensschritte auf, daß separat beide Metallfilme und eine Photolackbeschichtung über die gesamte erste Oberfläche aufgebracht wird, daß selektiv der Photolack belichtet wird, der die transparenten optischen Linsen auf der Glasober fläche abdeckt und daß selektiv ein Teil des Photolacks entfernt wird, daß der Abschnitt des Metallfilms über den Linsen entfernt wird und daß der Rest des Photolacks entfernt wird, um eine Metallmaske übrigzulassen, die nur den Matrixabschnitt der Oberfläche abdeckt.

Bei einer Ausbildungsform wird zunächst ein Metallfilm aufge bracht, eine positive Photolackbeschichtung über den Metallfilm aufgebracht, der Photolack selektiv durch die erhabenen Linsenab schnitte belichtet, der beschichtete Photolack und das darunter liegende Metall werden entfernt und dann wird der unbeschichtete Photolack entfernt, um die Metallmaske freizulegen, die die Linsen umgibt.

Bei einer anderen Ausgestaltung wird ein negativer Photolack über die gesamte Oberfläche aufgebracht und durch die Linsen belich tet. Der unbelichtete Photolack wird nun entfernt, wobei die Linsen mit belichtetem Photolack zurückbleiben. Daraufhin wird ein Metallfilm beispielsweise durch Vakuumniederschlag abgeschie den. In diesem Fall bedeckt das Metall die gesamte Oberfläche und die Linsen werden dann freigelegt, indem der belichtete Photolack entfernt wird, beispielsweise mittels Ultraschallbehandlung. Alternativ kann das Metall durch autokatalytische Metallisierung aufgebracht werden.

Bei einer anderen Ausbildungsform gehören zu dem Verfahren die weiteren Verfahrensschritte, daß separat ein Metallfilm und ein Photolackfilm über die gegenüberliegende zweite Oberfläche des optischen Elements aufgebracht werden, daß selektiv der Photolack durch die maskenfreien Linsen an der ersten Oberfläche belichtet wird, daß ein Teil des Photolacks entfernt wird, daß das Metall von den klaren Abschnitten der zweiten Oberfläche entfernt wird, und daß der Rest des Photolacks entfernt wird, um eine Metallmas ke zu schaffen, die nur den Matrixabschnitt der zweiten Ober fläche abdeckt und die selbstausrichtend mit der Maske auf der ersten Oberfläche ist. Ein Linseneffekt, durch den Licht während der Belichtung durch die Linsen konvergiert, kann vollständig oder teilweise vermieden werden, indem ein geeignetes Indexöl bei den Linsen verwendet wird.

Das optische Element, bei dem beide Oberflächen ausgerichtete Masken tragen, kann dann einen Isolierfilm aufweisen, der über die gesamte zweite Oberfläche aufgebracht ist und des weiteren eine Schicht aus elektrisch leitfähigem lichtübertragendem Material, das über dem Isolierfilm aufgebracht ist. Danach kann eine Schicht aus Photolack aufgebracht, durch die Linsenanordnung auf der ersten Oberfläche belichtet, der unbelichtete Photolack entfernt und das belichtete leitfähige Material entfernt werden. Dies liefert ein optisches Element, das in einer Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung eingebaut werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein optisches Element gemäß Offenbarung in der US-PS 45 72 611;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines einzelnen Konvex-Konvex- Linsensystems gemäß dem vorgenannten Patent;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Lichtübertragung in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines einzelnen Linsensystems ähnlich Fig. 2, jedoch modifiziert gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine sequentielle schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Elements gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine sequentielle schematische Darstellung eines anderen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungs gemäßen optischen Elements gemäß Fig. 4;

Fig. 7 eine sequentielle schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer weiteren Modifikation des optischen Elements gemäß den Fig. 5 oder 6;

Fig. 8 eine sequentielle schematische Darstellung eines Verfahrens mit einer weiteren Modifikation des Erzeugnisses gemäß Fig. 7;

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines optischen Elements, das durch Variation des Verfahrens gemäß Fig. 8 hergestellt worden ist;

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Elements gemäß Fig. 8 in Unteransicht mit hinzugefügten elektrischen Leitungen; und

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung als Ausgestaltung der optischen Elementprodukte gemäß den Fig. 9 und 10.

Wie erwähnt stellt die vorliegende Erfindung eine Verbesserung bzw. Modifikation eines optischen Elementes dar, das in der US-PS 45 72 611 offenbart ist. Das dortige Element ist durch eine oder mehrere optische Mikrolinsen gekennzeichnet, die einstückig mit einer Glasoberfläche gebildet sind und sich über diese erheben. Das Element enthält üblicherweise eine Vielzahl von Linsensystemen 10 in einem Muster bzw. einer Anordnung, wie in Fig. 1 dargestellt. Zur besseren Veranschaulichung ist jedoch ein Einzellinsensystem in den Fig. 2 und 4 gezeigt.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Anordnung von Linsensystem 10, die von einer kontinuierlichen Matrix von photonuklear- und trübgemachten Glas 22 umgeben und optisch isoliert sind. Die Linsensysteme 10 können jedes gewünschte Muster aufweisen, wobei ein übliches aus einer oder mehreren Reihen von gleichmäßig separierten Systemen besteht.

Ein einzelnes Linsensystem 10 von Fig. 1 ist im Querschnitt in Fig. 2 gezeigt. Das Linsensystem 10 ist als Glaszylinder 20 dargestellt, der gegenüberliegende Grundabschnitte 12 und 14 besitzt, auf die einstückig jeweils sphärische Mikrolinsen 16 und 18 montiert sind. Die Mikrolinsen 16 und 18 werden von einem transparenten klaren Glaszylinder 20 miteinander verbunden, der im Querschnitt dem Grundabschnitt jeder Mikrolinse entspricht.

Der Zylinder 20 wird von einer Matrix von photonuklear- und trübgemachtem Glas 22 umgeben, das als Sperre für den Durchtritt von Licht zwischen den Zylindern 20 fungiert.

Das photonuklear und trübgemachte Glas 22, das die klaren Glaszylinder 20 umgibt, weist Lichtübertragungseigenschaften auf, die sich mit der Wellenlänge ändern. Dies ist in Fig. 3, einer graphischen Darstellung, veranschaulicht, in der die Lichtüber tragung bzw. Durchlässigkeit gegen die Lichtwellenlängen dargestellt ist.

In Fig. 3 sind Übertragungswerte in Prozent (%) längs der vertikalen Achse aufgetragen, während Wellenlängen in Nanometer (nm) längs der horizontalen Achse aufgetragen sind. Die Kurve A stellt einen Durchlaß durch eine 1 mm dicke Probe eines Opak glases bzw. eines getrübten Glases 22 dar. Die Kurve B gibt die Übertragung durch klares Glas, wie beispielsweise dem klaren Glaszylinder 20, wieder.

Es ist zu beobachten, daß die Übertragung durch die 1 mm dicke Probe des trübgemachten Glases 22 in bemerkenswerter Weise derart ansteigt, daß der Wert bei 600 nm 2% beträgt, bei 700 nm 7% beträgt und bei 800 nm 20% ausmacht. Bei einer 0,5 mm dicken Probe, wie sie für kommerzielle Anwendungen in Frage kommt, sind diese Werte äquivalent zu 14% Übertragung bei 600 nm, 26% bei 700 nm und 45% bei 800 nm.

Fig. 3 zeigt weiterhin durch senkrechte gestrichelte Linien (a) den Bereich maximaler Empfindlichkeit von photoresisten Materia lien, deren Verwendung nachfolgend beschrieben wird, und (b) den Bereich maximaler Empfindlichkeit von Silizium, einem Material, das zur Erfassung von Licht verwendet wird, das durch Zylinder 20 bei einer arbeitenden abbildenden Einrichtung tritt. Es ist leicht zu erkennen, daß das trübgemachte Glas 22 ein weiteres Abdecken benötigt, um mit einem Siliziumphotorezeptor verwendet zu werden. Es ist auch klar, daß das Opalglas 22 in dem Empfind lichkeitsbereich des photolackierten Materials sehr trüb ist (etwa 2% Übertragung in einer 0,5 mm dicken Probe).

Hier liegt der Schlüssel der Erfindung. Wenn nämlich ein Photolackmaterial auf einer Elementenfläche durch eine Reihe von Linsensystemen 10 belichtet wird, funktioniert das getrübte Glas 22 als Aperturmaske, um sich der Belichtung zu widersetzen. Das opakgemachte Glas verhindert im wesentlichen den Durchtritt von Licht in dem Bereich um 400 nm Wellenlänge, während klares Glas 20 nahezu mit einem Maximum bei dieser Wellenlänge überträgt. Demzufolge fungiert das trübgemachte Glas als selbstausrichtende Belichtungsmaske für den Photolack. Ein Entfernen des selektiv belichteten Photolacks ermöglicht das Verfügbarmachen einer metallischen Aperturmaske um die Mikrolinsen mit µm-Toleranzen. Demgegenüber liegen die besten Toleranzen bei "waver-form"- Systemen mittels anderer Masken in der Größenordnung von ± 0,1 mm.

Fig. 4 zeigt das Linsensystem gemäß Fig. 2 mit mehreren Merkmalen die zugehörige Bezugszeichen aufweisen. Gemäß der Erfindung ist die primäre lichtempfangende Fläche des Elementes selektiv mit einer Schicht aus lichtabsorbierendem Metall 24 beschichtet, die vollständig nur die Oberfläche 26 der trübgemachten Glasmatrix 22 bedeckt. Dies läßt die Mikrolinsen 16 unbeschichtet.

Ersichtlich wird bei einer Reihe von Linsensystemen, wie in Fig. 1 gezeigt, die Metallbeschichtung 24 eine wirksame Aperturmaske für die Vorrichtung. Demzufolge fängt die Beschichtung Licht vor dem Erreichen der Oberfläche des trübgemachten Abschnitts 22 ab, wobei es nicht mit Licht interferiert, das auf die Mikrolinsen 10 gerichtet ist. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum wahlweisen Aufbringen einer Metallbeschichtung, das nachfolgend beschrieben wird, ist die Aperturmaske selbst ausrichtend durch Techniken, die das Belichten eines Photolackmaterials durch das Linsensystem 10 ermöglichen.

Fig. 5 zeigt eine Ablaufdarstellung eines Verfahrens für das selektive Aufbringen einer Metallbeschichtung 24 über der Oberfläche 26 eines Stangen- bzw. Grund- bzw. Matrixglases. Bei diesem Verfahren mit vier Verfahrensschritten wird eine dünne Schicht aus Metall 42, beispielsweise Chrom, über die gesamte Oberfläche einer Vorrichtung aufgedampft, d. h. die Qberfläche 26 zuzüglich Mikrolinsen 16, wie im Schritt A von Fig. 5 gezeigt ist. Dieser Film sollte eine Übertragung von 1 bis 10% vorsehen, um einen ausreichenden Lichtdurchlaß für das Aktivieren eines Photolackes zu ermöglichen. Für den Fall von Chrom kann der Metallfilm 42 eine Dicke von 400 bis 700 Angstrom besitzen.

Bei dem Verfahrensschritt B wird eine Schicht aus positivem Photolack 44 über die Metallschicht 42 aufgebracht. Die Photo lackschicht 44 kann durch schnelle Rotation aufgebracht werden, um eine Schicht mit gleichförmiger Dicke zu erreichen.

Der Verfahrensschritt C erfordert das Belichten des Photolacks durch die rückwärtige bzw. plane Seite der Mikrolinse 16. Demzufolge tritt aktivierendes Licht durch den Kanal 20 in die Mikrolinse 16 und durch den Metallfilm 42, wie durch Pfeile gezeigt.

Der belichtete Photolack wird dann aufgelöst. Dieses legt das Chrom über den Mikrolinsen 16 frei. Das belichtete Material kann dann aufgelöst werden, um die Mikrolinsen vollständig freizu legen. Schließlich kann der unbelichtete Photolack durch Ablösen entfernt werden. Dieses legt das gewünschte Metallfilmnetzwerk bzw. -maske selbstausrichtend mit darunter liegender getrübter Glasmatrix 22 frei, wie beim Schritt D gezeigt.

Fig. 6 veranschaulicht ebenfalls in Ablaufdarstellungen, die zu den Verfahrensschritten gehören, ein weiteres Verfahren für das selektive Aufbringen eines Metallfilmnetzwerks bzw. -maske 24 über die Oberfläche eines getrübten Glasabschnitts 22 einer abbildenden Vorrichtung. Beim Schritt A wird eine negative Photolackschicht 52 über die gesamte Oberfläche der Vorrichtung aufgebracht. Diese Schicht kann durch Trockenfilmlaminierung oder schnelle Rotation aufgebracht werden, wie oben bei Fig. 5 beschrieben.

Die negative Photolackschicht 52 wird dann von hinten belichtet, d. h. mittels Licht, das durch Kanäle 20 und Mikrolinsen 16 übertragen wird, wie durch Pfeile gezeigt. Der unbelichtete Photolack 54, der die Oberfläche des Glases 22 abdeckt, wird nun durch Abschälen entfernt. Dies läßt belichteten Photolack 56 zurück, der die Mikrolinsen 16 abdeckt, wie im Schritt B gezeigt.

Bei der derart belichteten Oberfläche 26 des Glases 22 wird ein Metallfilm 58 über die gesamte Fläche aufgedampft, wie beim Schritt C gezeigt. Die metallbeschichtete Oberfläche wird nun einem Photolacklösungsmittel oder einer Ultraschallschwingung ausgesetzt, um belichteten Photolack 56 und konsequenterweise das darüberliegende Metall von den Mikrolinsen 16 zu entfernen. Hierdurch verbleibt ein metallisches Netzwerk 24, das die Matrixoberfläche 26 des Glases 22 bedeckt, wie im Schritt D gezeigt.

Das in Fig. 6 dargestellte und soeben beschriebene Verfahren kann variiert werden, indem ein Metallfilm 58 mittels autokataly tischer Metallisierung aufgebracht wird. Danach können der Photolack und das Metall, das die Mikrolinsen 16 abdeckt, mittels eines Photolacklösers oder durch Ultraschallschwingung entfernt werden. Sorgfältig geachtet werden muß darauf, nicht zu fest einen Metallfilm aufzubringen. Andernfalls könnte es schwierig sein, eine saubere Entfernung des Metalls zu erreichen.

Das optische Element, das soweit beschrieben und im Schritt D der Fig. 5 und 6 mit der Bezugszahl 16 bezeichnet worden ist, findet prinzipiell Verwendung bei lichtfokussierenden abbildenden Vorrichtungen, wie beispielsweise Reproduktionsmaschinen und Kameras. Die Fig. 7 bis 11 veranschaulichen die Herstellung eines weiter modifizierten Elements, das beispielsweise bei einer Flüssigkristallanzeigenvorrichtung verwendet werden kann.

Fig. 7 zeigt ein Verfahren für ein weiteres Modifizieren des optischen Elements 60, um eine selbstausrichtende Metallmaske auf der gegenüberliegenden planen Oberfläche des Elements vorzusehen. Beim Schritt A der Fig. 7 kann eine nichtreflektie rende Beschichtung auf die erste Oberfläche des Elements aufgebracht werden, d. h. wenigstens über die Linsenoberflächen und vorzugsweise ebenso über die Metallmaske. Dieses kann beispielsweise eine Viertelwellenlängenschicht einer bekannten antireflektierenden Beschichtung sein, wie beispielsweise Chromoxid 61. Die Schicht 61 kann durch irgendein bekanntes Aufbringungsverfahren aufgebracht werden, wie beispielsweise Aufdampfen, Verdampfen oder Vakuumniederschlag. Als weitere Vorsichtsmaßnahme kann ein Antireflektierfilm sowohl vor als auch nach dem Bilden der Metallmaske 24 aufgebracht werden.

Als nächstes wird eine Schicht aus negativem Photolack 62 auf die plane Oberfläche des Elements 60 aufgebracht. Parallel gerichte tes Licht wird dann durch die Mikrolinsen 16 und nach unten durch die transparenten Zylinder 20 geleitet, um nur den Photolack zu belichten, der die Oberfläche der Zylinder 20 bedeckt.

In vorteilhafter Weise neigen Mikrolinsen 16 dazu, Licht zu fokussieren, wie nachfolgend in Fig. 9 veranschaulicht ist. Um dies zu vermeiden und die gesamte Fläche unter den Zylindern 20 auszunutzen, kann ein Öl mit passendem Index verwendet werden, um die Linsen 16 zu bedecken.

Beim Schritt B wird der unbelichtete Photolack von der Matrix oberfläche 64 entfernt. Wie im Schritt C gezeigt, kann dann eine Metallschicht 66, beispielsweise aus Chrom, über die gesamte zweite Oberfläche entweder durch Verdampfen oder Aufsprühen aufgebracht werden. Der beschichtete Photolack unter den Kanälen 20 und das Metall, das über diesem Photolack liegt, werden dann abgezogen. Dieses läßt klare Oberflächen der Kanäle zurück, wobei eine Metallmaske 68 die Oberfläche der Matrix 22 abdeckt, wie im Schritt D von Fig. 7 gezeigt. Die Maske ist sowohl bezüglich der Kanäle als auch der Maske 24 auf der ersten Oberfläche des Elements selbstausrichtend.

Die Schritte A bis D von Fig. 8 veranschaulichen eine weitere Modifikation des mit einer Metallmaske versehenen Elements 70 im Schritt D in Fig. 7.

Bei dem Schritt A wird eine dünne elektrisch isolierende optisch leitende Schicht 72 über die gesamte zweite Oberfläche aufge bracht. Diese kann beispielsweise eine dünne Siliziumoxidschicht sein, die durch Aufsprühen oder Verdampfen aufgebracht wird. Sie isoliert die Maske von weiteren aufzubringenden Materialien. Insbesondere kann ein Film aus elektrisch leitendem Material 74 über den isolierenden Film 72 aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise ein Indiumoxidfilm, dotiert mit Zinnoxid (bekannt als ITO) sein, wie in der US-PS 25 64 709 offenbart.

Eine Schicht aus negativem Photolack 76 wird dann auf den ITO- Film aufgebracht und durch Linsen 16 und Zylinder 20 belichtet. Wenn eine vollständige Abdeckung der Zylinderoberfläche gewünscht wird, wird bei den Linsen 16 ein Fluid mit einem passenden Index verwendet. Der unbelichtete Photolack, d. h. die Abschnitte, die unter der Matrix 22 liegen, wird dann entfernt, um entsprechende Abschnitte des elektrisch leitenden Films 74 freizulegen, wie im Schritt B gezeigt. Die Abschnitte des auf diese Weise freigeleg ten ITO-Films können beispielsweise durch chemisches Ätzen entfernt werden, wie im Schritt C gezeigt. Dieses sorgt für kreisförmige Anschlußflächen 78 des ITO-Films, die als Elektroden fungieren können, wenn der belichtete Photolack von ihrer Oberfläche entfernt worden ist, wie in Schritt D gezeigt. Das derart hergestellte Element ist im Schritt D der Fig. 8 mit 80 bezeichnet.

Fig. 9 gibt die Situation wieder, die vorherrscht, wenn Licht durch Linsen 16 tritt, ohne ein Fluid mit passendem (Brechungs-) Index zu verwenden. Demgemäß wird Licht, das in die Linsen 16 eintritt, wie durch konvergierende Linien 92 angedeutet, fokussiert. Wenn die Verfahren der Fig. 7 und 8 auf diese Weise durchgeführt werden, wird als Ergebnis eine vergrößerte Metall maske 94 hergestellt, und die leitfähigen Anschlußflächen 96 haben eine kleinere Größe. In günstiger Weise ermöglicht eine geeignete Auswahl von sogenannten Indexfluiden eine Steuerung der Lichtkonvergenz und konsequenterweise eine Steuerung der Größe der leitfähigen Anschlußfläche.

Das elektrooptische Element 80 kann weiterhin zur Verwendung bei Anzeigevorrichtungen und ähnlichen Anwendungen ausgebildet sein. Fig. 10 ist eine Draufsicht auf die Unterseite 102 des Elements 80. Wie gezeigt, können elektrische Geräte 104 zwischen jeder leitfähigen Anschlußfläche 78 und einem Rand 106 des Elements 80 vorgesehen sein.

Die Drähte 104 können in üblicher Weise geschaffen werden, indem die Photolackschicht 76 durch eine separate Maske vor Entfernen des unbelichteten Photolacks belichtet wird. Diese Maske weist Öffnungen auf, die nur dem Muster für die Drähte 104 entsprechen. Es ist festzuhalten, daß die Funktion der Drähte 104 darin besteht, elektrische Wege von den Anschlußflächen 78 zu einem Rand 106 zu schaffen, wo ein elektrischer Kontakt durch Löten oder eine andere übliche Technik hergestellt werden kann. Demgemäß ist die genaue Anordnung der Drähte 104 unkritisch, solange eine elektrische Verbindung zu den Anschlußflächen 78 erreicht wird.

Fig. 11 veranschaulicht schematisch eine Anwendung des elektro optischen Elements 80 von Fig. 10, nämlich eine Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung 110. Wie in Seitenansicht dargestellt, ist das Element 80 mit seiner unteren Fläche 102, die die Elektroden anschlußflächen 78 trägt, in gegenüberliegender Zuordnung zu einer Elektroden-tragenden Fläche 112 eines zweiten elektro optischen Elements 114 angeordnet.

Das Element 114 kann nach Aufbau und Herstellung dem Element 110 entsprechen. Fig. 11 zeigt jedoch eine vereinfachte Version, die eine plane Außenfläche 120 und keine Metallmaske auf der Fläche besitzt.

Die in Fig. 11 gezeigte Version kann gleichzeitig mit dem Element 100 hergestellt werden. Demzufolge können die Metallmaske 116 und die elektrisch leitfähigen Anschlußflächen 118 auf einer Innenfläche 112 des Elements 114 durch Verwendung derselben Beschichtungssequenz und Bearbeitungsschritte wie für das Element 100 beschrieben, hergestellt werden. Weiterhin können die beiden Elemente in einer Anordnung übereinander bearbeitet werden. Demgemäß kann Licht, das durch die Linsen 16 und die Zylinder 20 tritt, Photolackbeschichtungen an zwei Elementen gleichzeitig belichten. Dies hat den erheblichen weiteren Vorteil, daß die Elektroden an jedem Element in präziser Zuordnung zueinander sein können.

Obgleich die Erfindung hinsichtlich spezieller lichtfokussieren der und elektrooptischer Anwendungen beschrieben worden ist, ist es in vorteilhafter Weise auch möglich, andere Anwendungen zu berücksichtigen, und die genaue Art der Bearbeitung und die Eigenschaft des hergestellten Elements kann variieren, um den speziellen Anforderungen derartiger Anwendungen zu genügen. Insbesondere könnte, obgleich die Verwendung eines negativen Photolacks im Zusammenhang mit dem Fig. 7 bis 9 beschrieben worden ist, das positive Photolackverfahren, das unter Bezugnahme auf die Fig. 6 beschrieben worden ist, in gleicher Weise verwendet werden, um die gewünschten optischen Elemente zu erhalten.

Claims

1. Optisches Element mit gegenüberliegenden Oberflächen, einer Anordnung von erhabenen transparenten optischen Linsen, die einstückig mit einer ersten Oberfläche gebildet sind, transparenten Kanälen, die sich zwischen den erhabenen optischen Linsen und der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche erstrecken, und mit einer opaken Matrix, die die transparenten Kanäle umgibt, gekennzeichnet durch eine selbstausrichtende Metallmaske, die sich zur Bildung einer exakten selbstausrichtenden Abgrenzung zwischen den erhabenen Linsen und der Maske über den Matrixabschnitt der ersten Oberfläche, jedoch nicht über die erhabenen optischen Linsen erstreckt, wobei durch die Metallmaske jede Linse optisch isoliert ist und durch jede Linse selektiv Licht übertragbar ist.

2. Optisches Element gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen photosensitiven Glaskörper und einen Matrixabschnitt mit einer photonuklear gemachten Opazität.

3. Optisches Element gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegenüberliegenden Oberflächen ein Muster aus erhabenen lichtfokussierenden transparenten einstückig mit diesen gebildeten optischen Linsen aufweisen, und daß sich jeder der transparenten Kanäle zwischen einem gegenüber liegenden Paar der optischen Linsen erstreckt.

4. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhabenen optischen Elemente sphärische Mikrolinsen sind.

5. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallbeschichtung auf die Übertragung von darauf aufzutragenden sichtbaren Licht in einem Bereich von 1 bis 10% abgestimmt ist.

6. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmetall Chrom ist.

7. Optisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsdicke in dem Bereich von 400 bis 700 Angstrom liegt.

8. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens über die Linsen der ersten Oberfläche eine Antireflexionsbeschichtung aufgebracht ist.

9. Optisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexionsbeschichtung eine Viertelwellenlängen schicht des Chromoxids ist.

10. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegende zweite Oberfläche eine plane Oberfläche ist, die eine selbstausrichtende Metallmaske, welche den Matrixabschnitt dieser Oberfläche abdeckt, einen die Metallmaske und die klaren Abschnitte der Oberfläche abdeckenden isolierenden Film und elektrisch leitfähige lichtübertragende Kontaktflächen besitzt, die den isolieren den Film über den Oberflächen der klaren Kanäle abdecken.

11. Optisches Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Film aus Kieselsäure besteht.

12. Optisches Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Anschlußflächen aus Indium oxid dotiert mit Zinnoxid zusammengesetzt sind.

13. Optisches Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein elektrisch leitfähiger Draht von jeder elektrischen Anschlußfläche zu einem Rand des Elements erstreckt.

14. Optisches Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter isolierender Film die elektrisch leitfähigen Anschlußflächen und Drähte bedeckt.

15. Optisches Element nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine beabstandete Zuordnung mit einem zweiten optischen Element, das elektrisch leitfähige Anschlußflächen aufweist, wobei die Anschlußflächen der beiden Elemente aufeinander in einem ausgerichteten Muster weisen und durch ein Flüssig kristallmedium getrennt sind.

16. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements mit gegenüberliegenden Oberflächen, einer Anordnung aus erhabenen transparenten optischen Linsen, welche einstückig mit einer ersten gegenüberliegenden Oberfläche gebildet sind, transparenten Kanälen, die sich zwischen den erhabenen optischen Linsen und einer zweiten gegenüberliegenden Oberfläche erstrecken, einer opaken Matrix, die die transparenten Kanäle umgibt und mit einer selbstausrichten den Metallmaske, die die Matrix, jedoch nicht die Linsen zur optischen Isolierung jeder Linse umgibt, damit durch jede Linse wahlweise Licht übertragbar ist, gekennzeichnet durch

a) separates Aufbringen eines Metallfilms und eines Photolackfilms über die gesamte erste Oberfläche,
b) selektives Belichten des Photolacks, der die Linsen abdeckt,
c) Entfernen eines Teils des Photolacks,
d) Entfernen des Abschnitts des Metallfilms, der die Linsen abdeckt, und
e) Entfernen des Rests des Photolacks, um eine Metallmaske übrigzulassen, die nur den Matrixabschnitt der Oberfläche abdeckt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Chrom aufgebracht wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Chromfilms in dem Bereich von 400 bis 700 Angstrom hergestellt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Metallfilms derart bemessen wird, daß eine Lichtdurchlässigkeit in dem Bereich von 1 bis 10% geschaf fen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß anfangs ein Metallfilm über die gesamte Oberfläche aufge bracht wird, daß ein positiver Photolackfilm über den Metallfilm aufgebracht wird, daß der positive Photolack selektiv durch die zweite Oberfläche des optischen Elements belichtet wird, daß der belichtete Abschnitt des Photolacks entfernt wird, um das darunterliegende Metall freizulegen, daß das freigelegte Metall entfernt wird und der unbelichte te Photolack dann beseitigt wird, um die um die optischen Linsen gebildete Metallmaske freizulegen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Metallfilms so gewählt wird, daß eine Durchlässig keit in dem Bereich von 1 bis 10% des aktivierenden Lichts für den Photolack geschaffen wird.

22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein negativer Photolack über die gesamte Oberfläche aufgebracht wird, daß der negative Photolack selektiv durch die zweite Oberfläche des optischen Elements belichtet wird, daß der unbelichtete Photolack entfernt wird, um die optischen Linsen mit belichtetem Photolack bedeckt übrigzu lassen, daß dann ein Metallfilm über die gesamte Oberfläche niedergeschlagen wird, und daß dann der belichtete Photolack und das über den belichteten Photolack liegende Metall gleichzeitig entfernt werden, um die optischen Linsen freizulegen und eine um die Linsen gebildete Metallmaske übrigzulassen.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm durch Vakuumniederschlag aufgebracht wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der belichtete Photolack und das darüberliegende Metall durch Ultraschallbehandlung entfernt werden.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der belichtete Photolack und das darüberliegende Metall mit einem Lösungsmittel für den Photolack entfernt werden.

26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm durch autokatalytische Metallisierung aufgebracht wird.

27. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt, daß eine Antireflexionsbeschich tung wenigstens über die Linsen der ersten Oberfläche aufgebracht wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexionsbeschichtung eine Viertelwellenlängenschicht des Chromoxids ist.

29. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte, daß

a) separat ein Metallfilm und ein Photolackfilm über die gegenüberliegende zweite Oberfläche des optischen Elements aufgebracht werden,
b) selektiv der Photolack durch die maskenfreien Linsen der ersten Oberfläche belichtet wird,
c) ein Teil des Photolacks entfernt wird,
d) das Metall von den klaren Abschnitten der zweiten Oberfläche entfernt wird, und daß
e) der Rest des Photolacks entfernt wird, um eine Metallmaske zu schaffen, die nur den Matrixabschnitt der zweiten Oberfläche abdeckt und mit der Maske auf der ersten Oberfläche selbstausrichtend ist.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Metallfilm über die gegenüberliegende zweite Oberfläche aufgebracht wird, daß ein positiver Photolackfilm über den Metallfilm aufgebracht wird, daß der positive Photolack selektiv durch maskenfreie Linsen der ersten Oberfläche belichtet wird, daß der belichtete Teil des Photolacks entfernt wird, um das darunterliegende Metall freizulegen, daß das freigelegte Metall entfernt wird und das dann der unbelichtete Photolack entfernt wird, um eine Metallmaske zu schaffen, die nur den Matrixabschnitt der Oberfläche bedeckt.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das darunterliegende Metall durch chemisches Ätzen entfernt wird.

32. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein negativer Photolack über die gegenüberliegende zweite Oberfläche aufgebracht wird, daß der negative Photolack selektiv durch die maskenfreien Linsen der ersten Oberfläche belichet wird, daß der unbelichtete Photolack entfernt wird, daß ein Metallfilm über die gesamte Ober fläche niedergeschlagen wird, und daß der belichtete Photolack und das darüberliegende Metall gleichzeitig entfernt werden, um eine Metallmaske zu schaffen, die nur den Matrixabschnitt der Oberfläche abdeckt.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der belichtete Photolack und das darüberliegende Metall durch Ultraschallbehandlung entfernt werden.

34. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch isolierende lichtübertragende Schicht über der Metallmaske und der freiliegenden Fläche der zweiten Oberfläche aufgebracht wird.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht aus einem Kieselsäurefilm besteht.

36. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß über den isolierenden Film eine Schicht aus elektrisch leitfähi gem lichtübertragendem Material aufgebracht wird, daß eine Schicht aus Photolack über den leitfähigen Film aufgebracht wird, daß der Photolack durch die Linsen der ersten Oberfläche belichtet wird, daß der unbelichtete Photolack entfernt wird, und daß das derart freigelegte leitfähige Material entfernt wird.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische leitfähige Material aus Indiumoxid dotiert mit Zinnoxid besteht.

38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Entfernen des unbelichteten Photolacks dieser durch eine weitere Maske belichtet wird, um freiliegende Kanäle zwischen den ersten belichteten Bereichen und dem Rand der Oberfläche herzustellen, um auf diese Weise leitfähige Wege auf der Oberfläche vorzusehen.

39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß ein isolierender Film über das elektrisch leitfähige Material und die belichteten Abschnitte des ersten isolierenden Films aufgebracht wird.

40. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite optische Vorrichtung auf diesselbe Weise hergestellt und mit den Anschlußflächen in beabstandeter zueinander weisender Zuordnung mit einer dazwischen befindlichen Flüssigkristallschicht zusammengesetzt wird.