CN1890584A - 准直仪 - Google Patents

Abstract

一种准直仪板包括：固体板，具有用于接收未准直辐射的第一面，和用于提供准直辐射的第二相对面；以及置于该板中且定向成用以提供准直功能的多个伸长粒子。一种制造准直仪板的方法包括如下步骤：在液体中悬浮多个伸长粒子；对悬浮液施加电场或磁场以定向该粒子；以及通过凝固该液体来固定粒子的定向，从而形成准直仪板。这里也提供了一种加工伸长粒子的方法。

Description

准直仪

技术领域

本发明涉及准直仪。特别的，本发明涉及针对电磁波，例如可见光或者X射线的会聚、发散和平行的准直仪。

背景技术

准直仪在很多科技领域都得到了广泛应用。其典型的应用是作为一些更加复杂的设备的组成部件。广义上，准直仪是一种通过某种方式限制一束电磁辐射的传播尺寸和角度的设备。

准直仪有很多种实现方法。以下仅通过举例的方式来简单描述两种已知的准直仪。

图1表示了第一种已知的用于准直可见光的准直仪1。该准直仪1的典型应用是与背光源结合，为透射型液晶显示设备(LCD)提供准直的逆光。如果使用胆甾型滤色器，则需要这种准直的逆光。准直的逆光也有助于减小与LCD设备相关的对比度的角度依赖性。

准直仪1具有倒金字塔结构3，金字塔表面会聚处具有小开口5，在该结构底部具有大开口7。该结构3的内表面9涂敷了高度反射涂层，使其几乎反射所有的入射光线。倒金字塔结构3顶部上任选地放置了半球形透镜11，其中心位于小开口5附近。光源13靠近大开口7放置，使光源13发射出的光线15经由大开口7进入该金字塔结构。光线15以不同的角度进入金字塔结构，并被内表面9不断反射，直到光线最终通过小开口5，或者经由大开口7反射回光源的方向为止。内表面9的角度决定了穿过小开口5的光线15相对于小开口5发散的角度。如图1所示，任意的透镜11的折射使准直发散光线变成准直平行光线。

参照图1所述的准直仪提供了准直可见光光源。然而它并不高效，因为如图1所示，光线15的一部分经内表面9的两次反射而返回离开了该金字塔结构。因此需要更加有效的可见光准直仪。

图2表示了第二种已知的用于准直X射线辐射的准直仪17。图2的准直仪17的典型应用是与X射线探测器结合，将图像上散射的X射线的对比度减低效应降至最小。

准直仪17由铅箔条带19的阵列组成，各铅箔条带由射线可透材料制成的较宽条带21隔开。射线可透材料典型地是有机材料，例如聚合物。

使用时，在点状X射线源25和X射线探测器27之间放置待测物体23和准直仪17。如图2所示，X射线源25直接发出的X射线29在未经反射的情况下透射通过准直仪17射向探测器27。然而，也如图2所示，准直仪17吸收了非由X射线源25直接发出的散射X射线31。在准直仪17中，直接发出的X射线29透射通过射线可透材料，而铅箔吸收了散射X射线31。

参照图2所述的准直仪改善了X射线图像的对比度。然而该准直仪对探测器生成的图像质量也有不利的影响。特别的，由于铅箔条带阵列吸收了部分X光源直接发出的X射线以及散射X射线，所以其在探测器上会投***影。为了克服这个不利的影响，在探测过程中，可以从左至右移动该准直仪，从而使得阴影的影响在探测器的所有区域内均匀的分布。然而，这需要昂贵的控制设备。

X射线准直仪本身的加工成本也很高昂，因为加工过程包括堆叠交替的铅层和射线可透材料层。铅层的典型厚度介于16μm和40μm之间，其放置的间距介于150μm和300μm之间。必须单独处理每一层，因此加工的缺陷率很高。该X射线准直仪还可通过在微观构造的模具中，模制交替的铅层和射线可透材料层来制造。然而，利用模制技术很难使铅层达到足够的纵横比率。因此，需要改进现有的X射线准直仪。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种准直仪板，包括：固体板，具有用于接收未准直辐射的第一面，和用于提供准直辐射的第二相对面；以及置于该板中且定向成用以提供准直功能的多个伸长粒子。

对于该准直仪所针对的电磁射线，固体板是透明的，而伸长粒子对于该电磁辐射不透明。

该粒子的纵轴可以定向为平行的结构。这样的准直仪板提供平行的准直辐射。在这种情况下，粒子纵轴可以垂直于准直仪板表面定向，或者相对于准直仪板表面以某一其它固定的角度定向。

该粒子例如可以吸收可见光，并且此种结构就提供了一种有效的聚焦可见光的准直仪。可选择的是，该粒子可以反射可见光。在这两种情况的任一情况中，该粒子还可以分别吸收或反射红外范围内的光。

可选择的是，该粒子的纵轴可以定向为会聚的结构。根据该准直仪板的哪一面是电磁辐射的入射面，该准直仪板可以起到会聚或发散准直仪的功能。

该粒子的纵轴优选会聚于与准直仪盘相距预定距离处的一点。可选择的是，不同组的粒子的纵轴可以会聚于与准直仪盘相距不同距离处的点。比如，不同组的粒子可以以相对于准直仪板的法线的不同角度定向。

该粒子的表面可以反射可见光。这样的结构提供了一种有效的针对未聚焦可见光的准直仪。在这种情况下，该粒子可以是金属粒子，例如铝或者铝合金粒子，而固体板可以是半透明的。

可以应用通过沉积电介质的多层而获得的高反射粒子，这样几乎没有可见光被吸收。也可应用只反射特定波段的光的胆甾型液晶粒子。这样的粒子可以是类玻璃分子，线形聚合物或者交联聚合物的形式。

粒子的表面可以吸收X射线辐射。这样的结构提供了一种有效的X射线辐射准直仪。在这种情况下，该粒子可以是重金属粒子，例如铅、铅合金或者钨粒子，而该固体板可以是射线可透的。

该粒子还可以包含有机的，优选是聚合物的，填充了另一种材料的粒子，该材料如重金属。这样的安排可以减低粒子的有效密度，在准直仪盘的加工过程中可以有助于达到粒子的均匀悬浮。

粒子的厚度与长度之比优选至少应达到1∶10，更为优选至少为1∶100。这样的比率使得准直仪可以有效地使辐射准直，而不导致辐射过分的衰减。粒子的厚度范围优选是5nm到1μm，更为优选是在5nm到50nm的范围内，长度范围优选是1μm到100μm，更为优选是在5μm到50μm的范围内。

该固体板可以包含一种固化的可聚合液体。该固化的可聚合液体可以包含：固化的(甲基)丙烯酸脂、固化的环氧树脂、固化的聚乙烯醚单体，或者固化的硫醇型***。例如，固化的可聚合液体可以包含固化的聚二丙烯酸乙二醇酯(400)。

该固体板可以包含一种凝固温度优选在40℃以上-更为优选在60℃以上的有机材料，该有机材料可以是一种聚合物。

本发明还提供了一种显示设备、一种透射液晶显示设备所用的背光源和X射线探测器，它们各分别包含上述准直仪板中的一种。

本发明进一步提供了一种包括多个上述准直仪板的准直仪板阵列，该阵列中的每个准直仪板或结构可以具有以结构化的方式安排的不同准直特性。

根据本发明的第二方面，提供了一种准直仪板的制造方法，该方法包括以下步骤：在液体中悬浮多个伸长粒子；向该悬浮液施加电场或磁场，从而使粒子定向；以及凝固液体以便固定粒子的方向，从而形成准直仪板。

该第二方面提供了一种有效的制造本发明的第一方面-即准直仪板的方法。

该方法可以进一步包括如下步骤：在施加电场或磁场之前，使悬浮液介于成型表面之间。在这种情况下，该方法可以进一步包括的步骤是，平整所制造的准直仪板。此步骤优选在凝固液体的步骤之后进行。

通过这种方式，准直仪板中的粒子方向可以得到精确的控制。特别是当悬浮液保持在成型(或成形)表面之间时，粒子的方向就被冻结。之后对该板进行凝固和平整，从而提供希望的粒子定向。当准直仪板已经得到平整之后，成型表面的形式的变化会产生粒子定向的精确可控改变。

该方法可以进一步包括以下步骤：在施加电场或磁场的步骤之前，使悬浮液介于平面之间。

施加电场或磁场的步骤可以包括施加具有平行场线的电场或磁场。在这种情况下，任何所需的非平行的粒子的定向必须由其它的、如上文所述的方式来实现。

可选择的是，施加电场或磁场的步骤可以包括施加具有非平行场线的电场或磁场。非平行场线可以单独的或者与其它的、如上文所述的方式组合，引起粒子的非平行定向。在运用非平行场线时，就可能有必要采取一些方法来阻止粒子的迁移，例如采用高粘性液体。

施加电场或磁场的步骤与凝固液体的步骤可以按时间或空间分步的方式组合。例如，这样的步骤包括向粒子悬浮液的整个或特定区域施加具有平行场线的电场或磁场，然后仅对一部分液体进行凝固以固定第一局部区域中的粒子定向。接着，可以改变粒子悬浮液相对于场线的定向，并且凝固另一部分液体，从而固定第二局部区域中的粒子定向。照此方式，第一和第二局部区域中所引起的粒子定向是不同的，而该步骤可以针对其余局部区域中的每一个继续进行。这种步骤允许很大程度上控制不同局部区域中粒子的独立定向。

可以利用已构图的电极施加电场，以便增加特定区域内的粒子的浓度。这样，基于更小粒子就可以产生具有大尺度和高纵横比的非常结构。例如，当利用具有规则光栅图案的电极施加电场时，来自没有临近电极的区域的粒子会被吸引到具有较高场强的其它区域中。这样，就可以产生部分区域粒子密度大，其它区域几乎没有粒子的非常结构。薄且相对短的薄片可以用来制造数十微米长、几毫米厚的高金属装载区域。这样的结构可以增强对高能电磁辐射，如X射线的吸收。

另外，伸长粒子还可以是均匀分布的。

该液体优选为可聚合的液体，而凝固液体的步骤包括聚合液体的步骤。在这种情况下，聚合液体的步骤优选包括使液体暴露于紫外光，以便引发聚合反应。可选择的是，也可以热引发该聚合反应。可聚合液体优选包含(甲基)丙烯酸脂、环氧树脂、乙烯醚单体或者硫醇***。例如，其可以包含聚二丙烯酸乙二醇酯(400)。

多官能单体的使用导致交联的聚合物网络的形成。然而单体也可以是单官能的。这种情况下得到的是线性聚合物。

该液体可选择的是凝固温度(玻璃态转变温度或熔点)在40℃以上-优选在60℃以上的热有机材料，而凝固液体的步骤包含了冷却液体至环境温度。

该液体优选具有足够的粘度来保持伸长粒子的均匀分布悬浮，而不防止其与电场或磁场对准。

根据本发明的第三方面，提供了一种制造在板中悬浮的伸长粒子的方法，该方法包括如下步骤：在伸长粒子材料层之上沉积具有已构图的负刻蚀抗蚀剂材料层，而已构图区域表示了所需的多个伸长粒子的形状和尺寸；并且伸长离子材料层的刻蚀区域不被负刻蚀抗蚀剂材料覆盖，从而留出伸长粒子。

本发明的第三方面提供了一种有效的精确制造用于第二方面的伸长粒子的方法。伸长粒子材料层可以是例如铅或铝。

优选的是，将伸长粒子材料层放置在涂敷了释放层的衬底上，该方法优选进一步包括：在刻蚀步骤之后，将伸长粒子从底板上释放的步骤。将伸长粒子从底板上释放的步骤优选包括在溶剂中溶解该释放层。

该方法优选进一步包括：在刻蚀步骤之后，从伸长粒子材料上去除负刻蚀抗蚀剂材料的步骤。这样，除去了伸长粒子上的任何污染物。

优选通过胶印、微接触印刷或者喷墨印刷沉积已构图的负刻蚀抗蚀剂材料层。微接触印刷是特别有利的。

根据本发明的第四方面，提供了一种制造板中悬浮的伸长粒子的方法，该方法包括如下步骤：在伸长粒子材料层之上沉积已构图的正刻蚀抗蚀剂材料层，而未构图的区域表示了所需的多个伸长粒子的形状和尺寸；处理未构图的区域，以使得它们比已构图的区域更耐刻蚀；然后除去正刻蚀抗蚀剂材料，刻蚀伸长粒子材料层中被正刻蚀抗蚀剂材料覆盖的区域，从而留出伸长粒子。

该第四方面提供了一种制造第二方面所用的精确伸长粒子的可选方法。伸长粒子材料层可以是例如铅或铝。处理伸长粒子材料层的未构图区域的步骤可以包括：例如通过经溶液中的自集合的沉积，向还未修改的区域施加具有非常高的耐刻蚀性的材料。

伸长粒子材料层优选放置在涂敷了释放层的衬底上，并且该方法进一步包括：在刻蚀步骤之后，将伸长粒子从衬底上释放的步骤。将伸长粒子从衬底上释放的步骤可以包括在溶剂中溶解释放层。

优选通过胶印、微接触印刷或者喷墨印刷沉积已构图的正刻蚀抗蚀剂材料层。微接触印刷是特别有利的。

附图说明

为了更好的理解本发明的上述特征和优点，以下将仅以举例的方式参照附图来描述实施例。

图1示意表示了第一种已知的用以准直可见光的准直仪，以及光源和透镜；

图2示意表示了第二种已知的用以准直X射线的准直仪，以及X射线源、待成像物体和X射线探测器；

图3示意表示了根据本发明的用以准直可见光的第一种准直仪板；

图4为图3所示的第一准直仪板的显微图像；

图5示意表示了用于液晶显示设备的背光源的图3所示的准直仪板阵列，以及用来构成背光源的光源和透镜；

图6示意表示了包含图5所示的阵列的液晶显示设备；

图7是表示图5所示的背光源的亮度随角度如何变化的曲线图；

图8示意表示了根据本发明的用于准直X射线的第二种准直仪板；

图9示意表示了根据本发明的用于准直可见光的第三种准直仪板；

图10示意表示了制造用于本发明实施例的伸长粒子的第一种方法；

图11示意表示了制造用于本发明实施例的伸长粒子的第二种方法；

图12示意表示了制造用于本发明实施例的伸长粒子的第三种方法；

图13示意表示了制造根据本发明的准直仪板的第一种方法；

图14示意表示了制造根据本发明的准直仪板的第二种方法；

图15A和15B示意表示了使伸长粒子的悬浮液定向的可选方法；

图16示意表示了制造根据本发明的伸长粒子非常结构的方法。

具体实施方式

图3示意表示了根据本发明的用于准直可见光的第一种准直仪板33。

该准直仪板33基本上包括透明的聚合物片35，伸长粒子悬浮于其中。伸长粒子分布于整个聚合物35中，并且它们的纵轴定向为会聚的结构。图中由会聚直线37表示了伸长粒子的定向，该会聚线会聚于与聚合物片35相距固定距离的一点。可选择的是，可以使伸长粒子定向成使得不同组的伸长粒子的纵轴会聚于与聚合物片35相距不同距离处。

聚合物片35中悬浮的伸长粒子为起到微尺寸反射镜效用的具有高度反射性的铝粒子。铝粒子的平均厚度为10nm，平均长、宽度为10μm。

这些粒子的特定定向提供了其中可以高效准直可见光的媒介。悬浮粒子以会聚结构定向有效地提供了会聚光导结构，这些会聚光导结构比图1所示的具有倒金字塔结构的已知准直仪1更窄和更平行。这些窄的、几乎平行的光导消除了光从准直仪板朝光源的反向反射。这在图3中由光线39表示，该光线39在通过聚合物片35时被对准粒子的表面反复反射。该光线39以一个特定角度范围内的某个角度射出聚合物片35，而该角度范围取决于粒子的浓度和定向。

与图2的准直仪17进行比较可以看出，根据本发明的准直仪33更加高效，因为更多的光得到了准直，而更少的光被反射回光源。

图4表示了根据本发明的准直仪板33的显微图像。从图4中能够看出，伸长粒子(暗区域)在整个聚合物(浅区域)内均匀分布。

图5示意表示了用于液晶显示设备背光源的由数个图3所示的准直仪板33组成的阵列41，以及光源43和透镜45。该阵列41可以包括多个独立的准直仪板(这些板组装在一起形成单一单元)，或者可以是集成在单一聚合物片内的多个准直仪板，该片具有一个以上的伸长粒子的会聚结构。

光源43产生在任意方向上传播的光线。任意方向的光线进入准直仪板33，并且在穿过聚合物片时，伸长粒子对其进行引导。当该光线射出该板的时候，它们相对于法线的夹角处在特定范围之内。光线接着射入透镜45。透镜45将出射光线变为平行光线。

图6示意表示了包括图5所示的阵列41的液晶显示设备47。该设备包括光源49、准直仪板阵列41、包含液晶自身的组件51，以及可以选择的扩散板53。

图7是表示图5所示的背光源的亮度随角度如何变化的曲线图。从图中可以看出，准直仪板将光线变得高度准直。

图8示意表示了根据本发明的用以准直X射线的第二种准直仪板55。

该准直仪板55基本上包括射线可透的聚合物片57，其中悬浮有伸长粒子。伸长粒子分布在整个聚合物57内，并且它们的纵轴以会聚的结构定向。图中由会聚线50表示了伸长粒子的定向，该会聚线会聚到与该片57相距给定距离的一点。

悬浮于聚合物片57中的伸长粒子为吸收X射线的铅粒子。铅粒子的平均厚度为1μm，平均长、宽度为10μm。

铅粒子的特定定向提供了其中可以有效地准直X射线的媒介。铅粒子吸收而非反射那些不在所需角度方向传播的X射线。只有以所需角度方向进入准直仪板55的X射线才被透过。

当按照与图2所示类似的结构与X射线点光源和X射线探测器一起使用时，该准直仪板55有效的吸收了散射的X射线，同时也透射了直接由X射线点光源发出的X射线。

与使用图2所示的已知准直仪17相比，使用根据本发明的准直仪板55就为X射线探测器提供了较高的图像质量。特别是伸长铅粒子在探测器上投下更不易被注意到的阴影。这是因为该准直仪板55中使用的伸长粒子的尺寸和间距要远小于已知准直仪17中所用的铅箔的尺寸和间距。因此，也不需要匀速横向移动准直仪，并且X射线探测设备的结构可以得到简化。

由于尺寸和间距都小的伸长粒子具有高的纵横比，所以就可以使用它们，这样可以形成对散射的X射线的高度衰减，而对由射线源直接发出的X射线形成最小的衰减，同时只在探测器上留下可以忽略的阴影。

准直仪板55在探测器的整个区域提供均匀的灰度级。这个均匀的灰度级是通过使伸长粒子在准直仪板55的整个区域上具有均匀浓度而实现的。

通过使用固有性质为硬性的粒子来提高伸长粒子的定向的质量，以防止折叠并减小潜在的粘附。合成的粒子具有附着于刚性衬底两面的铅，从而可以提供定向改善了的悬浮。

图9示意表示了根据本发明的用于准直可见光的第三种准直仪板。

准直仪板58包括透明的聚合物片60，其中悬浮有伸长粒子。该伸长粒子分布在整个聚合物片60中，它们的纵轴以平行的结构定向。在本实施例中，粒子的纵轴垂直于聚合物板60的表面，不过其他的配置也是可能的。

在聚合物片60中悬浮的伸长粒子，其表面吸收传播方向不是充分平行于伸长粒子纵轴的可见光。通过这种方式，粒子有效地准直入射到准直仪板58的表面上的光。准直仪板58透射的光线的角度范围取决于在聚合物片60中悬浮的粒子的尺寸和浓度。粒子越长或者其浓度越高，则透射的光线的角度范围越小。

适合的伸长粒子包括金属和电介质粒子，比如由氧化铝、涂有黑色色素或者有机染料的氧化硅制成的粒子。适合的粒子也包括由纯染料和色素制成的粒子。纯金属，例如铬或者合金，以及金属化合物、如硫化银都是制造粒子的合适的材料，石墨或者薄的碳层也是。有机粒子，例如包含色素、染料或者较小的金属粒子的聚合物粒子也是合适的。

可以将这样的准直仪板58放置于显示设备的顶部，来保护用户的隐私。例如，该准直仪板可以放置在自动提款机(ATM)的显示设备顶部。只有在显示器正前方观察显示器的用户才能够看见显示图像。其他的人员以相对法线方向的大角度观察，不能看见显示图像。

与已知的隐私屏相对比而言，根据本发明的屏也可以是二维的，此时伸长粒子是按照会聚的结构设置的。

图9所示的准直仪板包括具有平行纵轴的伸长粒子，该纵轴垂直于准直仪板的表面。然而，在本发明的其它实施例中，准直仪板可以包含这样伸长粒子，它们的平行纵轴与准直仪板表面成恒定的夹角，而不是与其相垂直。在准直仪板的表面与所需的观察方向成非垂直的角度的用途中，这样的配置就特别有用。

例如，可以把这样的准直仪板结合到汽车的成角挡风玻璃或风挡玻璃中，这样就允许驾驶员在观察前方路面的同时，不会被来自垂直上方的直射阳光所干扰。在这种情况下，吸收可见光的伸长粒子就吸收了直射的阳光。在可选实施例中，通过采用其伸长粒子反射可见光和红外光，或者仅反射红外光的准直仪板，就可以避免直射阳光的加热效应。

下面描述根据本发明的准直仪的制造方法。在本说明书中，术语“电场”是指用于在悬浮液内使伸长粒子定向的场。可以用各种形式的电极来产生电场。然而，本领域的读者会注意到，利用永磁铁产生的磁场也可以实现类似的效果。因此，当适合于某种特别类型的粒子时，所有的这样对电场的引用，都应当包含磁场。

首先制备伸长或者薄片状的粒子。对于某些应用而言，可以容许形状和尺寸有很大变化的粒子。可以通过多种方式制造形状控制得不是很好、尺寸有很大分布的粒子。一种方法基于将薄层蒸发到具有释放涂层的衬底顶部上，然后将其释放，再“研磨”成小粒子的尺寸。其它的方法包括使用自然出现的、也能够研磨的矿物质，例如云母。也可以在溶液中制造硅和铝的粒子。然而，正如上文所述，这些粒子具有任意的形状和尺寸。

对于其它的运用而言，如果粒子具有特别的尺寸、形状和/或者表面特性，则能够使准直仪具有更高的性能。因此，在这里讨论一下这种粒子的制备方法。

图10示意表示了制造用于本发明的实施例中的伸长粒子的第一种方法。可以利用多种技术来执行本方法，例如胶印、微接触印刷和喷墨印刷。在所有的这些技术中，除了喷墨印刷以外，均采用已构图的表面，或者墨水以构图方式(印花)转印到其上的表面，来将墨水61转印到包含待构图的层63的另一个表面上。墨水可以作为正或负刻蚀抗蚀剂，取决于墨水的类型。如果墨水用作负刻蚀抗蚀剂，则通过刻蚀就能够从未被墨水61覆盖或修改的区域中有选择地除去待构图的层63的材料。如果墨水用作正刻蚀抗蚀剂，则仅将提供较高耐刻蚀性的第二墨水层施加到表面上尚未被修改的区域(例如通过由溶液中的自集合的沉积)。在这种情况下，在接下来的刻蚀步骤中，去除了第一墨水已经修改过的区域(具有较低的耐刻蚀性的区域)上面的材料。其它的喷墨-刻蚀方案也是可能的，包括对已经沉积在表面上的墨水进行局部(构图)化的化学修改。

很重要的一点是，在待构图层63的下面，包含释放层65(在待构图层63与衬底67之间)。然后，释放层65能够溶解在适当的溶剂中，适当的反应物溶液将该释放层分解，或者利用其它手段去除该释放层，从而留下图7所示的自由构图的结构69(粒子或薄片)。墨水61可以或可以不被溶剂、反应物溶液或者其它用于去除释放层的方法所去除。如果希望，也可在另一个后续的处理步骤中去除墨水61。

运用喷墨印刷来制造希望的图案也是可能的。如果那样的话，墨水61就能够以微小液滴的形式沉积到待构图层63的顶部。进一步的处理将类似于上文的描述。然而，由于其连续的本性，喷墨印刷技术一般较慢。

光刻术也可以用于利用光掩模来对覆盖待构图层63的光致抗蚀剂材料层构图。在抗蚀剂层显影之后，可以刻蚀待构图层63，并且按照与上述相同的方式制造粒子69或者薄片。

图11示意表示了制造本发明实施例中所用的伸长粒子的第二种方法。运用掩模71在具有释放层77的衬底75上沉积粒子层73。然后溶解该释放层77，从而制造出自由的粒子或薄片79。

如图12所示，也可以在衬底75的顶部制造该掩模71。在这样的情况下，能够利用一种合适的溶剂去除沉积到掩模71顶部的粒子73，从而提供自由的粒子79，但是没有去除沉积在粘结层72上的材料74。也可以采用一种相反的技术，其中沉积的材料粘附在掩模71表面，并且释放在掩模71表面之间沉积的材料74。

该掩模也可以包括在释放层上印刷的自集合单层，从而提供与未修改区域相比具有相当不同的表面特性的修改区域。在接下来的沉积步骤中，可以仅在未修改的区域沉积材料，或者也可以在所有区域内沉积材料，不过由于具有相当较弱的粘结特性，所以易于从修改区域除去材料。

伸长粒子或者薄片可以包括单层或者几层材料。该材料可以是金属的，有机的，或者无机的。例如，该薄片可以包括反射一定波段光的层化电介质材料。可选择的是，它们可以由具有不同物理(例如光学)或者化学表面特性的两个不同的层组成。在双层结构中，一个层可以是吸收的，而另一个可以是反射的。也可以结合以不同的方式与不同的分子反应的层。例如，可以选择一个表面使其特别与极性分子反应，而另一个表面可以与非极性物质具有高的反应度。通过这种方式，可以制造出具有特定极性和非极性表面的粒子。

也可以对粒子或者薄片进行表面修改。例如，分别修改具有极性和非极性基团的粒子的两个表面。

反应基也可以粘附到粒子的表面。具有反应基的粒子在包含其它反应分子的溶液中可以共聚合，并且使其成为聚合链的一部分。通过这种方式，可以制造出稳定的粒子悬浮液。

图13示意表示了制造根据本发明的准直仪板的第一种方法。参照图13，为了制造准直仪板，由上述的方法之一制备的伸长粒子悬浮在可聚合液体中。在本例中，该粒子是铝薄片，但其它材料也是合适的。铝薄片的平均厚度是10nm，而平均长度是9到11μm，并且该可聚合液体包含聚二丙烯酸乙二醇酯(400)。铝片81按照0.025％的重量浓度加入到可聚合液体中。通过物理混合该悬浮液，该薄片可以在该液体中均匀分布。

一旦铝薄片均匀分布，便在两个ITO(氧化铟锡)电极涂敷的透明玻璃衬底83，85之间引入悬浮液81。两个玻璃衬底83，85相互平行，且间距固定。下一步，通过向电极施加电压，产生穿过悬浮液的电场。该电场被产生成使得场线89具有与伸长粒子所需的排列相对应的特定会聚图案。本领域技术人员可以知道能够产生会聚场线的ITO电极的图案，图中通过举例的方式表示了一个这样的图案87。根据电场中存在的材料的复杂电介质常数，可以影响场线的方向和密度。这样，为了以最优的方式引导电场线89，可以运用预制成的聚合结构。

该电场使悬浮伸长粒子的纵轴逐渐沿着电场线的方向定向。

当电场将所有的悬浮粒子定向完毕之后，开始聚合，从而“冻结”粒子的方向。通过使悬浮液81暴露在紫外光(UV)中来开始聚合过程，例如，紫外光强度为大约1mW/cm²时曝光时间为一分钟。

当聚合过程完毕以后，除去涂有ITO的玻璃衬底83，85，剩下具有悬浮的定向粒子的平面弹性透明膜。该膜就是根据本发明的准直仪板。

粒子的会聚结构提供了能够以会聚或者发散的方式准直可见光的媒介，这取决于准直仪板的哪一面是光的入射面。

图14示意表示了制造根据本发明的准直仪板的第二种方法。第二种方法与上述的第一种方法类似，不同之处在于伸长粒子的会聚结构是由一种不同的、包含附加步骤的技术实现的。而且，由前述方法之一制备的伸长粒子悬浮在可聚合液体中。在这个例子中，该粒子是铅薄片，但其它的材料也是合适的。例如，该粒子可以包含聚合粒子，而每个该聚合粒子填充有吸收X射线的金属或有机材料。铅粒子以5％的体积浓度加入可聚合液体。根据特定用途所需要的吸收，可以调整铅粒子的浓度。通过物理混合该悬浮液，该薄片可以均匀的分布在液体中。

铅薄片均匀分布之后，将悬浮液91置于成型模具93中，如“A”所示。该非平面的模具93具有表面起伏，在本例中是凸起的。该模具放置于两个电极95，97之间，在这种情况下该电极是涂敷到透明衬底上的ITO电极。下一步，通过向电极95，97施加电压，而引起穿过悬浮液91的电场。该电场的产生使得场线是平行的，且垂直于电极表面。

该电场使得悬浮的伸长粒子的纵轴逐渐沿着场线的方向定向。

当电场已经将所有的悬浮粒子定向完毕之后，开始聚合，从而“冻结”粒子的定向。通过使悬浮液91暴露于紫外光(UV)中来开始聚合过程，例如，紫外光强度为大约1mW/cm²时曝光时间为一分钟。

当聚合过程完毕，除去ITO电极95，97，剩下具有悬浮的定向粒子的弹性透明凸起膜99，如“B”所示。

通过在刚性平衬底间加紧该凸起膜，或者从其边沿拉伸该凸起膜，就使其变平整。这个如“C”所示的变平整膜101，就是根据本发明的准直仪板。

粒子的会聚定向提供了能够以会聚或者发散的方式准直X射线的媒介，这取决于准直仪板的哪一面是X射线的入射面。

图15A和15B示意表示了用于使伸长粒子的悬浮液定向的可选技术。在这两种方法中，提供了具有平行伸长粒子的准直仪板，而伸长粒子与板的表面呈非直角定向。

图15A说明了使用有小面的电极103来获得伸长粒子，该伸长粒子具有平行的纵轴，且纵轴与准直仪板的表面大约成45°角(“A”)。在这种情况下，在衬底之间安装固化的液体膜，来提供准直仪板(“B”)。衬底没有对固化的液体膜引起扭曲，因此是平行的，并且保留了有角度的粒子定向。

图15B说明了使用施加到准直仪板的各个表面的剪应力(“B”)。该剪应力导致准直仪板扭曲，并且平行的伸长粒子从垂直的定向移动为非垂直的定向。可以在包含粒子悬浮液的液体固化之前、之中或之后施加该剪应力。

图16示意表示了制造根据本发明的伸长粒子非常结构的方法。根据该方法，使用了已构图的电极105，使得当向伸长粒子的悬浮液施加电场时，粒子发生迁移，从而提供具有高粒子密度的特定区域107和具有低粒子密度的特定区域109。具有高粒子密度的区域107形成了非常结构。例如，在图16中，均具有约40μm深度的非常结构被均具有约200μm深度的空区域隔开。准直仪板的厚度是2mm，因此它提供平行的准直。

需要理解的是，这个详细的说明书揭示了一个较广泛发明的一些特定的实施例，其无意限制本发明。在后面的限定的本发明范围之内存在许多其它的实施例，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。

例如，前文已经描述了多种制造准直仪板的方法，包括使用平行或者定形的电场线、成型模具、有小面的电极和剪应力。然而，这些技术的组合也可用来提供其中精确实现了希望的悬浮粒子定向的准直仪板。

更进一步的，可以利用平行电场，在平整的平行衬底之间制造具有平行纵轴的伸长粒子的简单准直仪板。图9显示了这样的准直仪板。

上文已然描述的本发明的实施例全部包含了由不同材料制成的伸长粒子。伸长粒子也可以由磁性材料制成，在这种情况下可以用磁场来产生粒子的特定定向。

Claims (41)

1.一种准直仪(33，55，58)板，包括：

固体板(35，57，60)，具有用于接收未准直辐射的第一面，和用于提供准直辐射的第二相对面；以及

置于该板中且定向成用以提供准直功能的多个伸长粒子(37，50)。

2.根据权利要求1所述的准直仪板，其中该粒子的纵轴以平行结构定向。

3.根据权利要求2所述的准直仪板，其中该粒子吸收可见光。

4.根据权利要求2所述的准直仪板，其中该粒子反射可见光和红外光。

5.根据权利要求1所述的准直仪板，其中该粒子的纵轴以会聚结构定向。

6.根据权利要求5所述的准直仪板，其中该粒子的纵轴会聚于与准直仪盘相距预定距离处的一点。

7.根据权利要求5所述的准直仪板，其中不同组的粒子的纵轴会聚于与准直仪盘相距不同距离处的点。

8.根据权利要求5到7中任一项所述的准直仪板，其中该粒子的表面反射可见光。

9.根据权利要求8所述的准直仪板，其中该粒子是金属粒子或者电介质多层粒子。

10.根据前面任一项权利要求所述的准直仪板，其中该固体板是半透明的。

11.根据权利要求5到7中任一项所述的准直仪板，其中该粒子吸收X射线辐射。

12.根据权利要求11所述的准直仪板，其中该粒子是铅粒子、铅合金粒子或者钨粒子。

13.根据权利要求11或12所述的准直仪板，其中该固体板是射线可透的。

14.根据前面任一项权利要求所述的准直仪板，其中该粒子的厚度和长度之比至少是1∶10。

15.根据前面任一项权利要求所述的准直仪板，其中该粒子的厚度范围是5nm到1μm，并且该粒子的长度范围是1μm到100μm。

16.根据前面任一项权利要求所述的准直仪板，其中该固体板包含固化的可聚合液体。

17.根据权利要求1到15中任一项的准直仪板，其中该固体板包含凝固温度在40℃以上的有机材料。

18.一种包含权利要求2或3所述的准直仪板的显示装置。

19.一种透射液晶显示装置(47)使用的背光源(41，49)，该透射液晶显示装置包含权利要求8到10中任一项所述的准直仪板。

20.一种包含权利要求11到13中任一项所述的准直仪板的X射线探测器。

21.一种准直仪板阵列(41)，其包括根据前面任一项权利要求所述的多个准直仪板。

22.一种制造准直仪板的方法，该方法包括以下步骤：

在液体中悬浮多个伸长粒子；

通过对悬浮液施加电场或磁场，来使粒子定向；以及

凝固该液体以固定粒子的定向，从而形成准直仪板。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括在施加电场或磁场的步骤之前，将该悬浮液放置在成型表面(93)之间的步骤。

24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括在凝固该液体的步骤之后，平整该准直仪板的步骤。

25.根据权利要求22所述的方法，进一步包括在施加电场或磁场的步骤之前，在平的平行表面之间放置该悬浮液的步骤。

26.根据权利要求22到25中任一项所述的方法，其中施加电场或磁场的步骤包括施加具有平行场线的电场或磁场。

27.根据权利要求22到25中任一项所述的方法，其中施加电场或磁场的步骤包括施加具有非平行场线的电场或磁场。

28.根据权利要求22到27中任一项所述的方法，其中该液体包括可聚合液体，并且凝固该液体的步骤包括聚合该液体。

29.根据权利要求22到27中任一项所述的方法，其中该液体包含凝固温度在40℃以上的有机材料，并且凝固该液体的步骤包括冷却该液体。

30.根据权利要求28所述的方法，其中聚合该液体的步骤包括使该液体暴露于紫外光，以开始聚合反应。

31.根据权利要求28所述的方法，其中该可聚合液体包含(甲基)丙烯酸脂、环氧树脂、乙烯醚单体或者硫醇***。

32.一种制造在板中悬浮的伸长粒子(69)的方法，该方法包括以下步骤：

在伸长粒子材料层(63)上沉积已构图的负刻蚀抗蚀剂材料层(61)，而已构图区域表示所需的多个伸长粒子(69)的形状和尺寸；以及

刻蚀伸长粒子材料层上未被负刻蚀抗蚀剂材料覆盖的区域，从而留下伸长粒子。

33.根据权利要求32所述的方法，其中在涂敷了释放层(65)的衬底(67)上放置伸长粒子材料层，并且其中该方法进一步包括在刻蚀步骤之后，从衬底上释放伸长粒子的步骤。

34.根据权利要求33所述的方法，其中从该衬底上释放该伸长粒子的步骤包括在溶剂中溶解该释放层。

35.根据权利要求32到34中任一项所述的方法，进一步包括在刻蚀的步骤之后，从该伸长粒子材料上去除负刻蚀抗蚀剂材料的步骤。

36.根据权利要求32到35中任一项所述的方法，其中已构图的负刻蚀抗蚀剂材料层是通过胶印、微接触印刷或者喷墨印刷沉积的。

37.一种制造在板中悬浮的伸长粒子的方法，该方法包括以下步骤：

在伸长粒子材料层上沉积已构图的正刻蚀抗蚀剂材料层，未构图的区域表示所需的多个伸长粒子的形状和尺寸；

处理该未构图区域，使它们比已构图区域更抗蚀刻；以及

除去正刻蚀抗蚀剂材料，并刻蚀伸长粒子材料层上被正刻蚀抗蚀剂材料覆盖的刻蚀区域，从而留下伸长粒子。

38.根据权利要求37所述的方法，其中将伸长粒子材料层置于涂敷有释放层的衬底上，并且在该方法中进一步包括在除去正刻蚀抗蚀剂材料并刻蚀的步骤之后，从衬底上释放伸长粒子的步骤。

39.根据权利要求38所述的方法，其中从衬底上释放伸长粒子的步骤包括在溶剂中溶解该释放层。

40.根据权利要求37到39中任一项所述的方法，其中该已构图的正刻蚀抗蚀剂材料层是通过胶印、微接触印刷或者喷墨印刷沉积的。

41.根据权利要求32到40中任一项所述的方法在权利要求22到31中任一项的方法之前。

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