微孔阵列结构体和使用该微孔阵列结构体的微型复合元件的制备方法

摘要

本发明提供一种制备孔阵列结构体的方法，其包括：第一步骤，在基底上层压能够产生塑性形变的可变形层，所述基底在其上表面形成有多个相互间隔的凹陷，以使所述可变形层在所述多个凹陷的每个凹陷中形成相互隔离的空间；以及第二步骤，通过在所述可变形层上引起塑性形变，将所述多个凹陷的每个凹陷中的所述空间延伸，使得形成分别与所述多个凹陷相对应的柱状孔。

说明书

技术领域

本发明主要涉及塑性元件的模塑技术，更具体涉及由多个部分形成的高度微型化的塑性复合材料的高精度模塑技术。本发明的技术适用于生产用于复印机、传真机、固态扫描型打印机等的光学扫描系统，或者具有内置微型透镜阵列的被设计用于光传输的光波导管的微型塑料透镜阵列；生产数码相机的透镜；生产用于投影屏幕、触摸板、用于电子照片处理的感光体、显示设备等的光纤阵列。

背景技术

通常，有一种技术，通过模塑的方式形成由多个微型元件形成的高精度塑料产品。更具体地，有一种技术，形成：(1)微型透镜阵列；和(2)小型光纤阵列。

(1)涉及微型透镜阵列的常规技术

对于涉及微型透镜阵列或微透镜阵列的常规技术，引用日本特开1-107202(专利文献1)、日本特开2004-341474(专利文献2)、日本特开2004-45586(专利文献3)。

更具体地，专利文献1公开了透镜阵列的制造方法，该方法根据如下步骤：在模具中排列GRIN(渐变折射率)的圆柱体透镜，以使其光轴以预设方向排列；以及将熔融树脂注入该模具中以形成模塑品，在该模塑品中透镜阵列和树脂成为整体。

进一步，专利文献2记载了通过挤出成型法生产光学元件的方法。更具体地，专利文件2的技术旨在光学元件的生产方法，其特征在于模具的长寿命、能够形成无变形或光学缺陷的透镜、以及能够很容易地将透镜高精度地整合到主体设备上。

因而，透镜支撑部件以这样的方式被放置在下模具上，即透镜支撑部件被形成为具有很多透镜孔，将透镜放置在透镜支撑部件的各透镜孔中。因此，下模具和上模具分别被形成为下透镜模具表面和上透镜模具表面具有比透镜孔的直径更小的直径，并且通过相互挤压上模具和下模具形成透镜。通过使用不同的材料用于透镜和透镜支撑部件，抑制透镜的光学噪声成为可能。尤其是，通过使用金属用于透镜支撑部件，通过焊接的方式容易将透镜阵列安装到主体设备上成为可能。

进一步，专利文献4提供了制备具有薄的光屏蔽部分的高精度复合模塑品的方法。该文献通过对模制产品实施第二模塑工序消除了模制产品和模塑设备之间的不对准问题，并且能够通过在尺寸和图案转移精度(pattern transferprecision)方面高精度的模塑法制备复合物(composite)。对于该现有技术，参考位置分别定义为通过第一模塑工序所生产的模制产品和用于在第二模塑工序的初始设置时相互校准的第二模塑的模具。进一步地，通过膨胀或收缩第一模制品或模具的方式，或者通过机械尺寸调整的方式，实现尺寸调整。进一步地，通过检测其间的相互位置关系，或者通过基于线性热膨胀系数检测温度来评价相互位置关系，控制在第二模塑设备中支撑第一模制品的起始时间(start timing)。可选择地，基于由温度和尺寸计算的时间，可以控制该起始时间。因此，第二模塑的起始时间被定义为如下时间：第一模塑品的温度达到比玻璃化转变点高3～25℃温度的时间。

日本专利3,521,469(专利文献5)记载了树脂透镜阵列的制备方法，该方法根据如下步骤：通过以均匀的厚度涂覆透明树脂，在平的基底的一个表面上形成树脂层；朝着形成有通孔的光屏蔽材料的光屏蔽板的方向推进该树脂层；通过将部分树脂层挤入到光屏蔽板的通孔中形成透镜；固化树脂层以形成透镜阵列片；和通过树脂层的方式固定基底和光屏蔽板。

进一步地，日本特开2004-45586提供了制备具有光屏蔽层的微透镜阵列片的方法，该方法包括步骤：照射紫外辐射到微透镜阵列片上，所述微透镜阵列片包括以下的连续叠层结构：在一个表面上载有微透镜并且在其另一个表面上载有透明的光敏层或热塑性树脂层的透明支持基底，颜色为黑色的紫外线固化的粘合剂树脂层和保护薄膜层，以使紫外线被施加到形成透镜的表面上；在紫外线被微透镜聚焦的部分使紫外线固化的树脂层固化，以促使相应于被聚焦部分的固化树脂层转变为保护薄膜层；通过从其中剥去保护膜层，从透明的光敏层或热塑性树脂层上剥离被聚焦部分的固化树脂层；以及在对应于未暴露于紫外线的部分形成紫外线固化的树脂层的光屏蔽图案，并且与透明的光敏层保持紧密接触。

(2)涉及光纤阵列的常规技术

有各种涉及制造光纤阵列的常规技术。

日本特开2004-118119(专利文献6)公开了涉及塑性光纤阵列及其制备方法的技术。当使用简单的制造设备时，该现有技术能以低成本和在短时间内制造出特征为光滑的芯部表面和减小的光传输损失的光纤阵列，该方法包括如下步骤：向液态的紫外线固化的熔融树脂的方向，下降包括多根互相平行延伸的棒状指针(bar-shaped finger)的梳状模塑品，以使棒状指针的端部同时与熔融树脂接触；拔起棒状指针；将用前述端部从熔融树脂中拔起的树脂进行固化，同时形成多个芯部；通过将整个芯浸渍到熔融的紫外线固化的树脂(覆盖树脂溶液)中，形成覆盖层，从而形成覆盖层复合物；将所形成的覆盖层复合物与低粘度的熔融的热塑性树脂一起放置到容器内；形成整体热塑性树脂，通过加热同时具有熔融树脂和覆盖层复合物的容器以形成保护部分；切削所形成的模塑品，该模塑品在棒状指针的端部包括梳状部分；磨光所形成的端部的横截面。

日本特开8-112873(专利文献7)公开了涉及多孔体及其制备方法的技术。

更具体地，该文献旨在具有良好热绝缘性和耐压强度的轻重量的多孔体，并且提供了一种片状多孔体，其包括：在热塑性树脂体上形成晶格型图案的方形网格；和在每个网格中形成的高膨胀的热塑性树脂组合物，所述高膨胀的热塑性树脂组合物具有20倍于形成网格的所述热塑性树脂的膨胀率。

进一步，日本特开10-80964(专利文献8)公开了一种蜂窝状结构体及其制备技术。

更具体地，该文献教导了稳定性持续时间长的高透明的蜂窝状结构体及其制备方法，其中该蜂窝状结构体包括在树脂上具有高密度的多边形横截面形状的柱状孔的三维包装体。因此，该孔被形成为在孔壁之间不提供连接部分，通过在树脂上以三维的规则排列设置可膨胀物质，以及通过引起该可膨胀物质的膨胀，形成所述孔。

专利文献1：日本特开1-107202公报

专利文献2：日本特开2004-341474公报

专利文献3：日本特开2004-45586公报

专利文献4：日本特开2003-80543公报

专利文献5：日本专利3,521,469

专利文献6：日本特开2004-118119公报

专利文献7：日本特开8-112873公报

专利文献8：日本特开10-80964公报

专利文献9：日本专利公开56-34780公报

发明内容

[制备透镜阵列的问题]

当制备微型复合蜂窝状结构体时，该微型复合蜂窝状结构体的典型实例如图1所示，通过模塑法的方式装配超过一百个透镜72，在以网格形式存在的光屏蔽部分71上形成微透镜阵列。

对于该蜂窝状结构体，需要解决的问题是：

(a)形成尽可能薄的光屏蔽部分；以及

(b)形成复合物之后保持高精度。

在专利文献1的技术的情况中，其中在排列透镜之后注入所述光屏蔽部分，没有产生关于前述(a)的问题。另一方面，在形成光屏蔽部分之后用该技术形成透镜是可能的。然而，在这种情况中，在从模具中去除复合物时可能损坏所述光屏蔽部分。

进一步地，在微透镜是微型的以及光屏蔽部分的厚度减小到约20μm的情况中，由于树脂的太大粘度，用普通的注射模塑法填充如此小的空间是不可能的，并且通过模塑法的方式形成光屏蔽部分也是不可能的。

为了解决上面提到的问题(b)，专利文献2记载了形成透镜阵列的方法，通过将透镜注入到在光屏蔽部分形成的孔中，接着挤压。然而，专利文献2的这种方法具有缺点，因为它需要高精度的光屏蔽部分尺寸和高精度的光屏蔽部分对准。

为了解决专利文献2的前述问题，专利文献4提出了通过温度控制的方式控制尺寸。然而，专利文献4的这种方法由于需要使用昂贵的设备和用于成型过程的长循环时间而遭受到高成本的问题。

进一步，专利文献5提出了前述问题的解决方案。更具体地，专利文献5的方法通过向光屏蔽部分推动透明薄片并且引起薄片材料的塑性变形而形成透镜部分。尽管该方法有效消除透镜和光屏蔽部分之间的不对准问题，但是由于缺乏透镜模具存在透镜形状不能被控制的问题。

另一方面，专利文献3教导了形成微透镜阵列的方法，通过在形成微透镜之后形成光屏蔽图案，通过在透镜后面设置粘合用的紫外线固化树脂层以及穿过透镜促使紫外线聚焦到紫外线固化的树脂上。尽管该方法有效消除透镜和光屏蔽部分之间的不对准问题，但是光屏蔽部分的尺寸和/或形状被透镜的形状所限制。更具体地，该方法具有缺点，因为由于用紫外线的聚焦进行固化，光屏蔽图案不可避免地为锥形。

[制备光纤阵列的问题]

关于形成塑料光纤阵列的方法，当一个接一个地排列光纤以形成光纤阵列时，这需要花费非常长的时间。这种方法几乎是无效率的。

因此，如图19A所示的建议方案，形成具有多根从桥连部分1a平行延伸的棒状指针1b的梳状模塑品1，并且通过向熔融树脂2的方向下降该梳状模塑品1，使棒状指针1b与熔融树脂2基本上同时地接触。

其后，当照射弱紫外线时，在图19B的步骤中以向上的方向缓缓拔起梳状模塑品1，并且通过该步骤，熔融树脂2被棒状指针1b拔起以形成对应于梳状部件1的指针1b的互相平行延长的芯部4。

进一步地，在图19C的步骤中，树脂部件3被附着到芯部4的末端部上，以在各个位置支撑芯部4，施加紫外辐射用于完全固化所形成的芯部4。

下一步，在图19D的步骤中，在芯部4被固定在梳状模塑品1和树脂部件3之间的状态下，将所形成的芯部4浸渍在盛于容器的树脂6中；通过这种方式，在每个芯部4上形成覆盖层。

进一步，在图19E的步骤中，将包括芯部4的部件浸渍在盛于容器9的热固性树脂8中，该芯部4上负载有覆盖层并且固定在梳状模塑品1和树脂部件3之间。在使热固性树脂8固化之后，在图19F的步骤中，分离梳状模塑品1和树脂部件3。

这是公开于专利文献6的技术。

对于专利文献6的技术，在另一方面，伴随其通过拔起梳状部件1形成芯

部的原则，会产生问题，因为芯部4不可避免地为锥形。因而，以这种方法形

成的光纤阵列会遭受光利用效率低的问题。

本发明通过如下方式解决了前述问题，即通过延伸法首先形成覆盖层，接着通过将芯部材料注入到覆盖层内部的空洞内，以形成塑性光纤阵列。

对于首先形成覆盖层部分的方法，需要提供形成孔状阵列结构体的技术，在该结构体中柱状孔并排形成。

通常地，有根据日本专利公开56-34780(专利文献9)形成蜂窝状结构体的方法，其包括步骤：在具有塑性材料的逸出孔的热压板之间固定塑性材料；挤压并且加热压板之间的树脂；以及将所述压板相互拉开，膨胀所述塑性材料。然而，这种使用塑性材料用于蜂窝状结构体的常规方法具有缺点，因为该蜂窝状结构体具有厚的孔壁。

进一步地，由于热塑性树脂的使用，类似的问题也存在于记载在专利文献7或专利文献8的技术中。

同时，通过膨胀含表面活性剂的水如在肥皂泡的情形下形成具有非常薄的孔壁的孔是已知的。通过这种方法，形成具有几纳米到几微米壁厚的孔是可能的。另一方面，肥皂泡使用静电排斥效应、疏水基团之间的相互作用、马兰各尼效应等，其中这些效应在干燥薄膜时变得无关紧要，并且在适当时肥皂泡会坍塌。进一步地，在塑性的情形下，这些效应没有一个是可用的。

在用于形成细长柱形的蜂窝状结构体或孔状阵列结构体的发泡法中，同时产生泡沫是重要的。当泡沫没有关联地一个接一个形成时，该发泡体为球形，所需要的蜂窝状结构体没有形成。

应该注意的是，专利文献7和专利文献8尝试通过加热的方式发泡，但是如果不能获得具有均匀温度的加热，所述的通过加热形成泡沫的方法不能形成所需要的蜂窝状结构体。

进一步地，专利文献9的技术通过如前述的一样将压板相互分离的操作形成蜂窝状结构体，但是对于该方法控制塑料的粘度以使其均匀是非常重要的。因此，以这种方法形成蜂窝状结构体也是困难的。

一方面，本发明提供了形成多孔阵列结构体的方法，在该多孔阵列结构体中，多个柱状孔彼此邻接排列，该方法包括：

第一步骤，在形成有多个凹陷的基底上层压可变形层，所述多个凹陷以彼此隔离的方式形成在所述基底上，所述可变形层被层压在所述基底上以使所述凹陷限定各个彼此隔离的空间；和

第二步骤，通过在所述可变形层上产生塑性形变，使所述多个凹陷的所述空间膨胀，以使在所述可变形层上形成分别对应于所述凹陷的所述多个柱状孔。

根据本发明，通过简单和可靠的方法形成多孔阵列结构体成为可能，在该多孔阵列结构体中，由非常小厚度的孔壁限定的多个柱状孔彼此相邻排列。

另一方面，本发明提供了用于制备多个柱状部件排列在基质中的微型复合元件的方法，该方法包括：

第一步骤，在形成有多个凹陷的基底上层压可变形层，所述多个凹陷以彼此隔离的方式形成在所述基底上，所述可变形层被层压在所述基底上以使所述凹陷限定各个彼此隔离的空间；

第二步骤，通过在所述可变形层上引起塑性形变，使所述多个凹陷的所述空间膨胀，以使在所述可变形层上形成分别对应于所述凹陷的所述多个柱状孔；和

分别在所述多个柱状孔中形成所述多个柱状部件；

所述可变形部件形成所述基质。

根据本发明，形成多个柱状部件以阵列的形式排列在基质中的微型复合元件成为可能。尤其是，本发明以微透镜阵列的形式形成柱状部件成为可能，所述微透镜阵列由形成光屏蔽部分的薄壳来限定。

另一方面，本发明提供了一种微透镜阵列，包括：

多个光学透明部分，每个光学透明部分至少在其一个端部负载有微透镜；

以及

为每个所述光学透明部分提供的边界部分，

所述多个光学透明部分通过所述边界部分彼此相邻排列，以形成微透镜阵列。

根据本发明，可以形成微透镜阵列以使形成阵列的每个透镜在其侧壁表面上负载有厚度为几微米或更小的不透明薄膜。因为不透明薄膜的厚度小，本发明的微透镜阵列在消除散射光的同时提供了大的孔径(aperture)。

当与附图一起阅读时，由下述详细的描述，本发明的其他目的和进一步特征将变得显而易见。

附图说明

图1是显示本发明透镜阵列的实施例的斜视图；

图2A-2F是显示根据本发明实施方式1的透镜阵列的制备方法的简图；

图3A-3G是显示根据本发明实施方式2的透镜阵列的制备方法的简图；

图4A和4B是显示本发明透镜阵列的截面图；

图5是显示本发明透镜阵列的斜视图；

图6是解释本发明效果的简图；

图7是显示根据本发明实施例3的光纤阵列的制备方法的侧视图；

图8是显示根据图7的实施例3形成柱状孔阵列结构体的方法的放大侧视图；

图9是显示根据图7的实施例3形成的蜂窝状结构体以放大比例尺形式的斜视图；

图10是显示根据本发明实施方式4的光纤阵列的制备方法的侧视图；

图11A和11B是解释当可变形层的材料被应用于形有半球形凹陷的基底上时所产生的问题的简图；

图12A是显示形成有球形凹陷的基底的另一侧视图；

图12B是显示形成有由光刻法形成的梳齿形凹陷的基底的另一侧视图；

图13A-13D是显示根据模塑法制造光纤阵列的方法的简图；

图14A和14B是解释在制备光纤阵列的实施方式中，通过使用离心分离器在孔状阵列结构体中填充芯部材料的方法的简图；

图15是显示根据本发明模塑法制备的光纤阵列的简图；

图16A-16C是显示本发明进一步改进的简图；

图17是显示根据本发明实施方式构建可重复使用的电子纸的简图；

图18A-18H是显示图17的可重复使用的电子纸的制备方法的简图；

图19A-19F是解释根据相关技术的光纤阵列的制备方法的简图。

实施本发明的最佳方式

[本发明的综述]

考虑到前述的现有技术，本发明主要目的为：

(1)提供一种制造微孔阵列结构体的方法，该微孔阵列结构体中包括微型柱状孔的阵列，所述方法包括：以彼此相同的膨胀时间和膨胀量使多个相互隔离的孔沿共同的方向膨胀，使得小型柱状孔穿过薄的壳壁彼此相邻形成；以及在保持其各自的形状时，迅速固定膨胀的柱状孔。

进一步，本发明具有第一次要目的：

(1.1)提供一种制造微型透镜阵列的简单和便利的方法，在该微型透镜阵列中，形成阵列的各个微型透镜具有高精度，并且以各个透镜被薄的光屏蔽部分彼此隔离的方式形成。

进一步，本发明具有第二次要目的：

(1.2)提供一种制造光纤阵列的简单和便利的方法，该方法能够形成具有高精度和高的光利用效率的光纤阵列。

本发明的主要目的通过制备微孔阵列结构体的方法来实现，该方法包括：第一步骤，用具有塑性变形功能的第一材料覆盖在各个位置形成有多个相互独立的凹陷的第一基底，使得在各个凹陷处形成空间；以及第二步骤，通过前述空间内的气体压力使前述空间在预设方向上同时膨胀，形成被薄的孔壁隔离的细长柱状孔。

根据本发明的前述制造方法，通过降低涂覆有第一材料的基底的表面的压力，用所述空间的气体压力使第一材料膨胀成为可能。

此处，应该注意的是，上面提到的“相互独立的凹陷”是指各个凹陷形成各自相互隔离的空间，所述空间不与第一材料的背侧连通或与其他凹陷连通。

本发明的第一次要目的通过制造微型复合元件的方法来实现，该方法包括：第一步骤，用具有塑性形变功能的第一材料涂覆在各个位置形成有多个相互独立的凹陷的第一基底，使得在各个凹陷处形成空间；和第二步骤，通过所述空间的气体压力使在多个位置的第一材料同时膨胀，以形成具有薄的孔壁的细长孔，使得所述孔在预定和共同的方向上伸长；和第三步骤，通过注射第二材料而不从第一基底上分离第一材料，形成多孔形状和凹陷。

前述凹陷可能具有透镜的形状。在这种情形下，本发明提供了制备作为微型复合元件的透镜阵列的方法，通过使用第一材料的微孔阵列结构体作为光屏蔽部分，以及将透镜材料注射到微孔阵列结构体中，而不相互分离透镜模具和微孔阵列结构体(光屏蔽部分)来形成透镜。

本发明的第二次要目的通过制造光纤板的方法来实现，在该光纤板中，用芯部部件注入所述孔状阵列结构体，所述芯部部件具有比所述孔状阵列结构体的折射率更大的折射率。对于这种方法，随后去掉所述孔状阵列结构体，并且用覆盖材料填充去掉所述孔状阵列所形成的缝隙。

为了解决第二次要目的并且获得其中包括由薄的孔壁所限定的细长柱状孔的微孔阵列结构体，本发明公开了一种如下方法，在添加有表面活性剂的水溶液中排列许多气泡或孔，并且在同时膨胀后以在固化期间所述气泡的形状保持不变的方式固化所述气泡。

尤其是，本发明提供了在基底的上表面的独立的凹空间(凹陷)，以及使用控制基底所放置的环境的压力的方法。

进一步，为了干燥所述多孔阵列结构体而不产生其形状的破碎，本发明公开了一种方法，该方法使用随温度变化而产生溶胶-凝胶转化的凝胶溶液作为可变形材料。对于该方法，在进行干燥过程之前凝胶溶液转化为凝胶用于增加其硬度。此处，应该注意的是，上述提到的“可变形的材料”是指当该材料根据本发明进行处理时，在其中形成孔状阵列结构体的材料。

根据本发明，制备多孔阵列结构体的方法包括步骤：通过在基底(A)的上表面上涂覆可变形材料(B)，用在预设条件下具有塑性形变功能的可变形材料(B)覆盖形成有高密度的微小凹陷的基底(A)的上表面；通过在所述凹陷和所述可变形材料(B)之间形成的封闭空间内的气体压力，使在可变形材料(B)中产生膨胀，以使多个空间同时被拉伸，并且形成许多细长的孔，所述细长的孔在预设方向上延伸并处于被具有微米厚的薄壁彼此隔离的状态，其中，在基底(A)上的凹陷以彼此分离的状态形成。

关于所述多孔阵列结构体的制备方法，通过降低由可变形材料(B)覆盖的基底(A)的表面的压力，延伸所述可变形材料(B)成为可能。

对于前述制备多孔阵列结构体的方法，使用添加有表面活性剂的凝胶水溶液作为所述可变形材料(B)是可能的。

进一步，制备多孔阵列结构体的方法可以通过在可变形材料(B)的后面提供通风空间来进行，以使从该侧干燥可变形材料(B)。

关于制备多孔阵列结构体的方法，优选在设置于基底(A)的可变形材料(B)的后面形成通风空间，使部件与可变形的孔状阵列结构体从后面接触，以使所述部件形成有贯穿孔，所述贯穿孔具有比在可变形材料(B)上成形的柱状孔的间距更小的间距。因此，可变形材料(B)的干燥通过这些通孔进行。

进一步，优选处理所述凹陷以使所述凹陷具有防水表面。进一步，优选形成凹陷，以使与在上表面的凹陷相比，在基底(A)内部的凹陷具有大的直径。

接下来，将解释第二次要目的的解决方案。

1)用于膨胀多孔阵列结构体的方法

对于膨胀多孔阵列结构体以使其中并排形成多个柱状孔的方法，提供了一种多个凹陷被形成在基底的表面上的基底结构，与涂覆可变形材料的方法一起，以使在各个凹陷和基底表面上形成的可变形材料之间具有形成的空间。

2)用于形成薄的孔壁的方法

(1)为了形成具有薄的孔壁的柱状孔，本发明使用含有表面活性剂并且溶解有凝胶的水溶液作为形成所述薄孔壁的方法，所述水溶液在温度变化时产生溶胶-凝胶转化。

(2)进一步地，本发明使用产生干燥收缩的方法。此处应该注意的是，用于产生干燥收缩的方法是指通过使用压力控制装置进行的减压方法。其中，凝胶中所含有的水分的蒸发加快，由此，促进了由形成孔壁的材料的体积收缩所产生的孔壁的变薄，其反过来是由水的蒸发所引起的。

3)用于固化孔壁同时保持柱状孔阵列结构体的方法

(1)对于固化孔壁同时保持柱状孔阵列结构体，本发明使用含有表面活性剂并且溶解有凝胶的水溶液作为可变形材料的材料，所述水溶液随着温度变化而产生溶胶-凝胶转化。

(2)进一步地，本发明在膨胀阶段期间控制温度至溶胶的状态，在膨胀完成之后控制温度至凝胶的状态。

(3)进一步，本发明获得了用于促进可变形材料的干燥而不限制其膨胀的空间。由于此，作为减压的结果，促进了水的蒸发；作为干燥的结果，由可变形材料的膨胀所形成的孔状阵列结构被固化。

4)其他方法

进一步地，通过减压即减压法的方式，本发明获得了孔的同时膨胀和可变形材料在相同时间的快速干燥。

[制备光纤阵列的方法]

进一步，本发明提供了基于前述制备小型多孔阵列结构体的方法制备光纤阵列的方法。因而，本发明形成了许多光纤以高密度阵列的形式排列的光纤阵列，通过注射折射率比可变形材料(B)的折射率高的芯部材料到小型孔状阵列结构体的孔中，所述小型孔状阵列结构体是由现在形成孔壁的可变形材料(B)形成的。

进一步，本发明提供了“制备光纤阵列的方法”，该方法包括步骤：将芯部材料注射到由“制备微孔阵列结构体的方法”所形成的微孔阵列结构体的孔中；去掉所述可变形材料(B)；以及通过用覆盖材料同时填充所形成的空间，在作为去掉可变形材料(B)的步骤的结果所形成的空间中形成许多以阵列形式的光纤。

(1)本发明的第一方面

根据第一方面，本发明提供了制备微孔阵列结构体的方法，该方法包括：第一步骤，用在预设条件下具有塑性形变功能的第一材料涂覆第一基底的表面，所述第一基底在各个预设的位置上形成有许多相互独立的凹陷(凹陷不与外部或其他凹陷连通)，以使在第一基底上的前述凹陷中形成有空间；第二步骤，通过前述多个空间内的气体压力同时膨胀和延伸第一材料，在第一材料上形成孔的微阵列，以使所述多个孔在预设的方向上平行延伸。

根据第一方面，以如下的方式形成许多相互隔离的孔成为可能，即所述孔被由第一材料形成的同时具有高密度和高精度的孔壁所隔离。

(2)本发明的第二方面

根据本发明的第二方面，所述第一材料被所述空间内部的气体压力膨胀和延伸，而所述气体压力通过使涂覆第一材料的第一基底的表面降压来产生。根据本发明，通过简单和快速的方法，形成许多相互独立的孔成为可能，所述孔被第一材料的孔壁彼此隔离并且以非常高的密度来形成。

(3)本发明的第三方面

根据第三方面，本发明提供了一种制备微型复合元件的方法，该方法包括：第一步骤，用在预设条件下具有塑性形变功能的第一材料涂覆第一基底的表面，所述第一基底在各个预设的位置上形成有许多相互独立的凹陷，以使在第一基底上的前述凹陷内有形成的空间；第二步骤，通过前述多个空间内的气体压力，同时膨胀和延伸第一材料以在第一材料上形成孔的微型阵列，以使所述多个孔在预设的方向上平行延伸；第三步骤，将第二材料注射到所述多个孔中而不相互分离第一材料和第一基底以形成孔，以使所述孔具有与第一基底上的凹陷相对应的各个端部。

根据本发明的第三方面，在第一步骤中于凹陷处形成空间，在第二步骤中所述第一材料被膨胀和延伸，因而同时形成多个孔成为可能。

进一步地，通过在第三步骤中将第二材料注射到所述孔中，同时形成多个孔成为可能，以使每个孔包括与第一基底上的凹陷相对应的端部。

尤其是，通过第一和第二步骤后连续进行第三步骤而使第一材料和第一基底不相互分离，制备如下的孔成为可能，即在第一和第二步骤中所形成的部分与在第三步骤中所形成的部分之间没有不对准。

(4)本发明的第四方面

根据第四方面，本发明提供了制备微型复合元件的方法，该方法包括：第一步骤，用在预设条件下具有塑性形变功能的第一材料涂覆第一基底的表面，所述第一基底在各个预设的位置上形成有许多相互独立的凹陷(凹陷不与外部或其他凹陷连通)，使得在第一基底上的前述凹陷内有形成的空间；第二步骤，通过前述多个空间内的气体压力同时膨胀和延伸第一材料，在第一材料上形成孔的微型阵列，使得所述多个孔在预设的方向上平行延伸；第三步骤，将第三材料粘附到所述多个孔的孔壁上而没有使第一材料和第一基底相互分离；以及第四步骤，将第二材料注射到所述多个孔中而没有使第一材料和第一基底相互分离以形成孔，使得所述孔具有与第一基底上的凹陷相对应的各自端部。

根据本发明，由于如下事实，即进行第三步骤和第四步骤而没有使第一材料和第一基底相互分离，类似于本发明第三方面高精度地形成微型复合元件成为可能。

(5)本发明的第五方面

根据第五方面，本发明在第一材料被夹在第一基底和第二基底之间的状态下进行第一材料的膨胀和延伸。

根据第五方面，通过第二基底的使用获得高精度的孔形状成为可能。通过使用用于第二基底的平板，形成具有均匀长度的孔成为可能。

(6)本发明的第六方面

根据第六方面，通过产生减压，与第一步骤中的凹陷相对应的空间内产生气体压力成为可能。通过使用减压，在任意时间与前述多个凹陷相对应的所有空间内的气体压力变得均匀，形成具有均匀体积和形状的孔成为可能。

(7)本发明的第七方面

根据第七方面，在减压状态下将第二材料涂覆到所述孔的开口部分，通过增加压力至超过大气压，将所涂覆的第二材料注入到孔内。

根据本发明，由于使用气体压力差，可以形成均匀的静压力，均匀且没有波动地进行第二材料的注入。进一步地，在制备时，可以在相同设备内连续进行第一和第二步骤，降低制造所述微型复合元件的成本成为可能。

(8)本发明的第八方面

根据第八方面，通过在减压状态下将第二材料涂覆到所述孔的开口部分，并且随后施加离心力，将第二材料注入到所述孔内成为可能。通过使用离心力，不同比重的物质很容易地被分离，因此，容易地将孔内的气体排出以及将液态的第二材料注入到所述孔中成为可能。

(9)本发明的第九方面

根据第九方面，本发明可以制备用于微型复合元件的微型透镜阵列(微透镜阵列)。

(10)本发明的第十方面

根据第十方面，本发明使用疏水性的平板作为第二基底。由此，在第二步骤中第一材料容易与第二基底分离，因而，容易地形成贯穿孔成为可能。

(11)本发明的第十一方面

根据第十一方面，在第一基底上形成的凹陷具有透镜的形状。因而，根据本发明，随着在第一步骤中所产生的气体膨胀，在第三方面的第三步骤中或第四方面的第四步骤中将透镜形状转化为孔成为可能。因此，在形成孔的同时实现透镜形状的转化，对于第十一方面，形成用于微型复合元件的透镜阵列成为可能。

(12)本发明的第十二方面

根据第十二方面，本发明提供了微型透镜阵列，在所述微型透镜阵列中，通过使用透明的材料作为第二材料和不透明或光屏蔽的材料作为第一材料，形成透镜阵列的透镜被具有光屏蔽功能的第一材料彼此隔离。由此，在所述透镜阵列中闪光(flare)或散射光被消除。

(13)本发明的第十三方面

根据第十三方面，本发明的微型透镜阵列(微透镜阵列)由至少具有隔离功能的第一材料、具有光传输功能的第二材料和具有光屏蔽功能的第三材料形成。由此，获得无散射光或闪光的微型透镜阵列(微透镜阵列)成为可能。因为第十三方面的微型透镜阵列通过三种不同材料获得前述三种功能，与第十二方面的发明相比增强各个功能成为可能。进一步地，在制备微型透镜阵列时获得提高的自由度。

(14)本发明的第十四方面

根据第十四方面，本发明提供制备微孔阵列结构体的方法，该方法包括步骤：在预设条件下用具有韧性变形功能的可变形材料(B)覆盖形成有高密度的微型凹陷的基底(A)的上表面；通过由所述多个凹陷和所述可变形材料形成的多个空间内的气体压力，使可变形材料(B)延伸，使得多个空间在预设方向上被膨胀和拉伸，以形成被微米厚度的薄孔壁彼此隔离的孔，其中所述凹陷被独立地形成在基底(A)上。

根据本发明，基底(A)上的凹陷被相互独立地形成，因而，当进行减压时，多个凹陷之间的膨胀时间和膨胀量变得相同。因此，以如下方式形成细长的柱状孔，即所述孔被由可变形材料形成的孔壁彼此隔离。

(15)本发明的第十五方面

根据第十五方面，本发明使覆盖有可变形材料(B)的基底(A)的一侧减压，因而，相邻凹陷之间的膨胀时间和膨胀量变得相同。因此，生长由多个相互独立的柱状孔均匀形成的孔阵列成为可能。

(16)本发明的第十六方面

根据第十六方面，本发明使用添加有表面活性剂的凝胶水溶液作为可变形材料(B)。因而，所述孔像具有非常薄的孔壁的肥皂泡一样生长，其中所生长的孔其后转化为凝胶。因此，在保持所述孔的形状时干燥所述孔，因为溶胶-凝胶转化的温度为约40℃，在低温下增加膨胀量而同时抑制水的沸腾成为可能，并且使用高度减压用于生长孔状阵列结构体成为可能。

(17)本发明的第十七方面

根据第十七方面，本发明在覆盖有可变形材料(B)的基底(A)的表面上提供通风空间。由此，从该表面干燥所述可变形材料(B)是可能的。

(18)本发明的第十八方面

根据第十八方面，本发明生成一种结构体，所述结构体形成有具有比孔状阵列结构体中的孔的间距更小的间距的贯穿孔，以与覆盖形成有凹陷的基底(A)的上表面的可变形材料(B)进行接触。由此，控制在所述结构主体的所述贯穿孔中形成的空间与所述基底(A)之间的关系成为可能，并且涂覆到基底(A)的可变形材料(B)的厚度变得均匀。进一步地，因为所述贯穿孔被形成为具有比可变形材料(B)中的孔的间距更小的间距，所述孔能够以不丧失它们的形状的方式生长。进一步地，通过所述贯穿孔使所述可变形材料(B)后面的空间通风，所述孔快速固化。

(19)本发明的第十九方面

根据第十九方面，本发明采用一种使所述凹陷疏水的方法。由此，在所述基底(A)的表面涂覆所述可变形材料(B)时，可变形材料(B)不会进入到所述凹陷中。

(20)本发明的第二十方面

根据本发明的第二十方面，在基底(A)中形成凹陷，使得其直径比在基底(A)的表面上由所述凹陷形成的开口部分的直径更大。

根据第二十方面，在基底(A)的表面上涂覆可变形材料(B)而没有使可变形材料(B)真正地进入基底(A)上的凹陷中成为可能。进一步地，由于开口部分减小的接触面积，在涂覆可变形材料(B)之后从凹陷处脱气减小，在减压时使所述孔进行最大膨胀成为可能。

(21)本发明的第二十一方面

根据第二十一方面，本发明将具有比可变形材料(B)的折射率更大的折射率的芯部材料注入到在可变形材料(B)中形成的孔中。因而，以低成本和高生产效率制备具有高尺寸精度和高的光利用率的光纤阵列成为可能。

(22)本发明的第二十二方面

根据第二十二方面，在将芯部材料注射到在可变形材料(B)中所形成的孔中之后，本发明去掉所述可变形材料(B)，并且用覆盖材料填充由于去掉所述可变形材料(B)所形成的间隙。结果，当使用各种芯部材料时，制备防水的光纤阵列成为可能。

本发明的实施例

接下来，对(1)“透镜阵列的制造”和(2)“光纤板(光纤阵列)的制造”进行描述。

1.透镜阵列的制造

[实施例1]

首先，与本发明第三方面的加工方法将参照图1和图2A-2F进行解释。

透镜模具(第一基底)

参照图2A，应该注意的是，透镜模具80(第一基底)是决定所形成的透镜阵列的透镜单元的间距的模具。进一步地，透镜模具80决定了通过如下方式形成的孔状阵列的基本结构，即通过使其上提供的可变形的不透明材料82膨胀以在其中形成以柱状孔形式的空空隙，所述孔状阵列用于容纳所述透镜阵列的透镜单元。进一步地，透镜模具80被用作在孔状阵列形成之后所进行的过程中的透镜单元的模具。

在实施例1中，透镜模具80由具有防水表面的硅橡胶形成，透镜部分80a以具有200μm间距的晶格型图案在透镜模具80中形成。每个透镜部分80a具有半径为180μm的半球形表面，其中169个所述透镜部分80a在透镜模具80上形成为13行和13列。

不透明材料(第一材料)

不透明材料82是形成多孔阵列结构体的可变形材料，该多孔阵列结构体包括由孔壁限定的细长柱状孔。当在所述孔上形成光学元件时，不透明材料82起到消除闪光或散射光的作用。在实施例1中，折射率为1.56的紫外线固化的丙烯酸类树脂被用作不透明材料82。因此，为了起到不透明的光屏蔽的作用，不透明材料82添加有0.5wt％的炭黑颗粒。因为不透明材料82具有与孔中所形成的透镜相同的折射率，没有光的全反射发生，并且高效地获得光吸收。

透镜材料(第二材料)

对于实施例1，折射率为1.56的紫外线固化的丙烯酸类树脂被用作在相应于其中柱状孔的不透明材料82中所形成的透镜83。

压力控制装置

压力控制装置100压缩和/或抽出气体，被用于控制孔状阵列结构体的尺寸，主要是高度，该孔状阵列结构体在不透明材料82中形成多孔壁。

[功能]

如图2B-2F所示进行实施例1的方法。

(1)在图2B的步骤中，在对紫外光透明并且具有很高平面度的平玻璃基底81上，在玻璃基底81被放置在透镜模具80上的状态下，以薄膜厚度0.1-100μm的方式旋涂不透明材料82。在实施例1中，以20μm的厚度旋涂该不透明材料(第一步骤)。

压力控制装置100是能够将环境压力控制到预设压力的设备。在实施例1中，环境压力常常被控制到0.1MPa。应该注意的是，该压力被选择用于控制在后续步骤产生的气体膨胀。

(2)将在第一步骤中所获得的图2B结构送入到压力控制装置100中，将其中的环境压力降低至0.003MPa。

随着该减压过程，在透镜部分80a相对应的空间内开始气体膨胀或扩大，因而，随着其中气体的膨胀，通过引起不透明材料82的变形产生了透镜部分80a的空间的膨胀。

此处，应该注意的是，在透镜模具80上的所有透镜部分80a上同时发生膨胀，由于相邻空间的相互干扰，空间的横向膨胀被限制。因此，膨胀仅发生在向上的方向，导致形成一种孔状阵列结构体，其中，在对应于透镜部分80a的变形不透明材料82上，所述多个柱状孔以如下方式彼此相邻地形成，即多个孔从基底80在向上的方向上彼此平行延伸。因此，不透明材料82形成不透明的孔壁84，该孔壁84限定在其中成形的柱状孔。在图2C的状态中，照射紫外线约10秒钟，用来固化所形成的不透明材料82，由此，所形成的不透明孔壁84被固化，多孔阵列结构体被固定(第二步骤)。

接着，在图2D的步骤中，将其上负载有多孔阵列结构体的基底80从压力控制装置100中移除。进一步地，在移除所述玻璃基底81之后，将形成透镜的树脂注入在不透明材料82中形成孔阵列的孔，其中，在离心机中和在3000G的离心力下进行树脂的这种注入30秒钟(第三步骤)。

此处，注意在该过程中透镜模具80和孔壁84不互相分离是重要的。

接着，在图2E的步骤中，将对紫外线辐射透明的反射镜板85放置在图2D的结构上，并且照射紫外线约10秒钟，用来固化透镜材料83。由此，在多孔阵列结构体的孔中以透镜阵列的形式形成透镜单元86(第四步骤)。

最后，去掉透镜模具80和反射镜板85，获得所述透镜阵列，以使微透镜单元86被容纳于由不透明的孔壁84所限定的细长柱状孔中。

尽管没有说明，优选退火处理所得的结构体，以使固化在透镜单元86以及孔壁84中进行得彻底，并且使得不存在未固化的位置，特别是在不透明的孔壁84上。

[实施例2]

实施例2是对应于本发明第二方面的实施方式，在两个步骤中形成了不透明部分，将参照图3A-3F进行解释。其中，将注意到的是，实施例2的方法与实施例1的方法在下述方面有区别：

(a)对应于实施例1的不透明孔壁84的孔壁94包括覆盖孔壁94b的不透明膜94a；和

(b)丙烯酸类的紫外线固化树脂被用作孔壁94b的材料(第一材料)，而不透明膜(第三材料)94a是通过将碳黑颗粒涂覆到孔壁94b上形成的。

在其他方面，实施例2与实施例1相同。

[功能]

实施例2的方法如图3A-3F所示，其中除了在图3D的步骤中在形成孔壁94b之后将不透明液体注入到孔中之外，与实施例1的方法没有区别，在所述不透明液体中，碳黑颗粒分散在挥发性溶剂中。在图3A-3G中，应该注意的是，与先前参照实施例1描述的部分相对应的那些部分被标以相同的标号，其说明被省略。

因此，因为透镜模具80具有防水性，不透明液体选择性地粘附于孔壁94b上，并且所粘附到孔壁94上的碳黑颗粒形成前述不透明膜94a(第三步骤)

因为对于实施例2，与实施例1的材料82相对应的材料92无不透明材料，图3C的紫外线固化过程可有效地进行，并且孔壁94b的固化可在短时间内获得。进一步，因为大量使用不透明材料成为可能，通过实施例2提高了消除闪光或散射光的效果，并且在透镜阵列中高效地消除光的泄漏成为可能。

[实施例3]

如图4A和4B所示的实施例3提供了通过使用实施例1和实施例的方法而形成的光纤阵列(光纤板)。

因而，对于图4A的结构，覆盖层101形成了在孔状阵列结构体的孔中容纳有芯部102的孔状阵列结构体，其中，实施例3形成了覆盖层101，通过使用折射率1.45的紫外线固化的甲基丙烯酸酯类树脂作为形成孔壁的第一材料，而使用折射率1.56的紫外线固化的丙烯酸类树脂作为用于芯部102的第二材料。

因此，通过形成具有如图4A所示的半球形的光纤单元，给光纤单元提供透镜效果是可能的。

可选择地，形成具有如图4B所示的用于散射光的圆锥形端部的光纤单元是可能的。

[实施例4]

与图1的微透镜阵列相反，其中透镜单元以晶格型图案的形式排列，如图5所示的实施例4提供了透镜单元以交错的阵列排列的透镜阵列。

因而，对于本发明，当使用此前已解释的相同方法时，制造具有如图5所示的用于透镜单元的交错排列的微型透镜阵列是可能的。在这种情况下，应该注意的是，形成覆盖层101的不透明孔壁在其中形成如图5所示的六边形的柱状孔，填充孔的芯部102具有相应的六边形柱状的形状。

接着，将参照图6解释使用具有疏水性的第二基底的本发明的第八方面。

(情形1)第二基底不是防水性

在第二基底81缺乏防水性的情形下，在如图6所示，在与图2A-2F的可变形材料82相对应的可变形材料112的孔状阵列结构体中形成孔，其中，需要注意的是，每个孔在面向第二基底81的侧面上具有封闭端。这是因为由于第二材料112和第二基底81之间高的湿度，材料112的薄膜在孔的端部仍然与第二基底81接触。

(情形2)第二基底是防水性

在第二基底81是防水性的情形下，出现了与如图2A-2F或3A-3G所示的实施例1和2的情形类似的多孔阵列结构体，其中每个孔具有开口端。这种结构体之所以产生，是因为由于第二材料112和第二基底81之间低的浸湿，第二材料112的薄膜已经移动到别处。

从上述提到的情形1和情形2可以理解，通过第一基底80的防水形状控制孔状阵列结构体是可能的。

2.制备光纤板的实施例

[实施例5]-形成柱状细长孔的孔状阵列结构体的方法

图7-9显示了根据实施例5制备光纤板(光纤阵列)的方法。

参照这些附图，在涂布机21上提供了温度控制设备22，并且在其上表面以高密度负载有许多凹陷的基底(A)被设置在温度控制设备22上。

对于该实施方式，在该基底(A)上形成了其中包括小的具有高密度的柱状孔的孔状阵列结构体。

以下将解释实施例5的结构和操作。

1.实施例5的结构

(1)基底(A)

图7的基底(A)用作在其上生长孔状阵列结构体的模具，并且决定了所形成的孔状阵列结构体的孔的间距。更具体地，基底(A)由硅橡胶形成，并且被形成为具有直径为25μm的半球形、间距为38μm的、以交错方式的凹陷23。

(2)多孔结构体材料(B)

图7的孔状阵列结构体材料(B)形成孔状阵列结构体，所述孔状阵列结构体成形有许多柱状细长孔。对于多孔结构体材料(B)，可以使用商品凝胶(商品名Jellice)的水溶液，在纯净水中5倍稀释并添加有1wt％的表面活性剂(十二烷基硫酸钠)。在这种情况下，对于孔状阵列结构体的材料在约38℃下发生溶胶-凝胶转化。

(3)温度控制装置

温度控制装置22通过控制多孔结构体材料(B)的温度来控制粘度(溶胶-凝胶转化)。

(4)压力控制装置

图7的压力控制装置24是压缩和抽出气体并控制孔状阵列结构体的尺寸，尤其是其高度的装置。进一步地，压力控制装置促进多孔结构体材料(B)的干燥。

(5)喷射器

图7的喷射器25是用于在基底(A)上以预设量喷射多孔结构体材料(B)的设备。

(6)涂布机

图7的涂布机21是涂抹从喷射器26喷射到基底(A)的上表面的多孔结构体材料(B)以形成预设厚度的薄膜的装置。在示例性实施例中，涂布机21是利用离心力的旋涂机。

实施例5的工序

(1)首先，通过使用压力控制装置24，将涂布机21的环境压力控制到预设压力，例如0.1MPa。实施该过程用于控制在后面过程中的气体膨胀的量。

(2)通过使用温度控制装置22控制基底(A)的温度。因此，可以通过加热器、红外线、微波等的任意一种进行加热。在实施例1的情形，筒形电加热器被用作温度控制装置22。温度可以设置为接近溶液-凝胶转化温度，例如38℃。选择该温度用于控制粘度以及由此控制多孔结构体材料(B)的溶液-凝胶转化。

(3)通过喷射器25在基底(A)上喷射多孔结构体材料(B)。几乎在同时，通过挤压或旋涂将所喷射的多孔结构体材料(B)涂抹到基底(A)上，以使在凹陷23上有形成的空的间隙。在该涂布步骤中，多孔结构体材料(B)可以形成膜厚度为1-100μm的薄膜。在实施方式5的实施例中，多孔结构体材料(B)形成厚度为10μm的薄膜。在45℃的温度下并因此在低粘度的溶液状态下，获得来自喷射器25的多孔结构体材料(B)的喷射。

(4)在降低基底(A)的温度之后，降低涂布机21的环境压力以使在多孔结构体材料(B)中产生凝胶转化。

对于实施例5，温度控制装置22的控制温度降低到22℃，并且此后通过压力控制装置24将环境压力降低到0.03MPa。由于这，凹陷的空间内的气体开始胀大并且该空间产生如图8所示的延伸。

因此，由于相邻凹陷23的同时胀大，该空间的横向膨胀被限制，并且该空间的胀大仅发生在从基底(A)向上的方向上。因而，在多孔结构体材料(B)上同时形成许多处于相互独立的细长气泡的形式的孔，而所形成的气泡或孔31形成柱状孔状阵列结构体30。

此后，通过温度控制装置22降低基底(A)的温度，并且所形成的具有孔状阵列结构体的多孔结构体材料被固化和干燥而保持其形状不变。从而，通过使用压力控制装置24抽空环境极大地减少了用于固化的时间。

(5)接着，打开压力控制装置24的处理腔，将对应于所形成的孔状阵列结构体的工件取出到外部。

图8显示了在放大尺寸下所形成的孔状阵列结构体，所述孔状阵列结构体处于在胀大过程开始10分钟之后，将孔状阵列结构体从压力控制装置24中取出的状态以及基底(A)被移走的状态。

已确信所形成的孔状阵列结构体被充分干燥，并具有保持其形状的机械强度。在示例性实施例，孔状阵列结构体30的每个孔31具有35μm的直径和120μm的长度，以及3μm的壁厚。

[实施例6]-对应于本发明第十八方面的实施方式

接下来，将解释对应于本发明第十八方面的实施方式

本发明的第十八方面对应于如图10所示的结构，在该结构中形成有许多贯穿孔的平板结构26与基底(A)上的可变形材料(B)接触。从而，形成具有比孔状阵列结构体的孔间距更小的间距的贯穿孔。

需要注意的是，通过在200μm厚度的铝板上产生阳极氧化，能很容易地形成这些具有0.1μm或更小直径的小贯穿孔。因为形成了具有比孔状阵列结构体的孔间距更小的间距的贯穿孔，通过将平板结构26与可变形材料(B)的背面进行接触，在可变形材料(B)上产生膨胀而不损坏各个孔31的形状成为可能。

[实施例7]-对应于本发明第二十方面的实施方式

图11A示意地显示了当可变形材料(B)被涂覆到成形有半球形凹陷23的基底(A)的表面时可能产生的问题。

更具体地，图11A显示了所述情形，即凹陷23中的气体被溶解到可变形材料(B)中，或者通过穿过可变形部件(B)而逃逸到外部，如该图的左边部分所示的。伴随着这种漏气，在图11A中可以发现在一些凹陷23中可变形材料进入到所述凹陷中。

图11B图解了杨-拉普拉斯方程(Young-Laplace equation)。

根据杨-拉普拉斯方程，对于在液体中形成的椭圆形气泡，气体压力Pi和液体压力P_L之间的压力差ΔP表示为：

ΔP＝Pi-P_L＝σ(1/R₁+1/R₂)，

其中，R1和R2分别代表沿其短轴测定的气泡半径和沿其长轴测定的气泡半径。

因而，前述方程表示当半径R₁和半径R₂降低时压力差ΔP增加。这里，σ代表液体的表面张力。

因而，当凹陷23的直径变为30μm或更小时，根据杨-拉普拉斯方程，气泡的压力增加，导致气体被液体吸收。此外，气体通过可变形材料(B)逃选到外部。在这些情况的任一情况下，产生如图11A所示的可变形材料进入凹陷内的问题。

因而，如图12A所示，通过降低在基底(A)的表面开放的凹陷23的面积，实施例7减轻了该问题，在该实施例7中，需要注意的是，在基底(A)上形成了许多球形空间以使在基底(A)的表面，每一球形空间被暴露在具有比空间自身的直径小很多的直径的开口处。

应该注意的是，图12A的结构可以很容易地通过如下步骤获得：在基底(A)的表面排列聚苯乙烯微球；用紫外线固化的树脂层覆盖所述微球；以及用有机溶剂例如丙酮去除所述聚苯乙烯微球。

图12B显示了基底(A)的另一实施例，在该实施例中，在基底(A)上形成了许多深的凹陷23b。图12B的结构能通过光刻法形成。

[实施例8]-对应于第二十方面的实施方式

图13A-13D、14A和14B显示了根据本发明第二十方面制备光纤阵列的方法。

对于第二十方面，形成了孔状阵列结构体30，在该孔状阵列结构体30中孔在基底(A)的表面上具有封闭端而另一相对端是开口的。

(1)由实施例5的方法获得的孔状阵列结构体30，如图13A所示，被上下颠倒，并且在该状态下将透明芯部材料41注入到其中的孔中。在示例性的实施例中，未固化的紫外线固化的树脂被用作芯部材料41。更具体地，示例性的实施例使用折射率为1.56的丙烯酸类的紫外线固化的树脂用作芯部材料41。

为了保证芯部材料41没有间隙地注入到微孔31中，本实施方式使用如图14A所示的离心机50，并且在图14B的步骤中通过操作离心机50在3000G的压力、30秒的持续时间的条件下，注入芯部材料41。

因而，在图14A的步骤中，孔状阵列结构体30安装在离心机50的旋转转子51上并且芯部材料41被灌注到孔状阵列结构体30上。

接着，在图14B的步骤中，转子51以高速旋转，芯部材料41被作用在芯部材料41的离心力挤压到孔31中。因此，孔31中的任一气泡52被分离并且孔31被芯部材料41完全填充。

(2)接着，在图13B的步骤中，通过照射紫外线固化形成芯部材料41的紫外线固化的树脂。

(3)接着，由于形成孔状阵列30的凝胶具有差的耐水性和相对高的折射率，凝胶的孔状阵列30用能够履行光屏蔽功能的其他材料，优选不透明材料来代替。

因而，图13B的光纤阵列在图13C的步骤中被浸渍到水中用于去除由凝胶形成的孔壁，由此，在对应于凝胶孔壁的芯部41之间形成间隙42。

(4)进一步地，在图13C的步骤中，将覆盖材料43注入所形成的间隙42中，通过使用与芯部41的情形类似的、图14A和图14B的离心机50。在示例性实施例中，使用PMMA溶液，在该PMMA溶液中具有1.49的折射率的聚甲基丙烯酸酯(PMMA)溶解于挥发性溶剂并加有0.5wt％的碳黑。

在注入覆盖材料43之后，如图13D所示在干燥后形成覆盖结构44。

(5)由于前述过程，采用简单的方法和短的时间周期制备如图13D或15所示的微型光纤板或光纤阵列40是可能的，以使具有35μm的直径并载有3μm厚度的覆盖层的光纤45被以120μm高度的阵列的形式排列。

需要注意的是，在光源的距离被设置为15μm或更小的情况下，这种光纤板40的光利用效率达到了与22％一样大的程度。

[实施例9]

尽管在前述实施方式中使用的基底或“模具”具有形成有凹陷的平的上表面，但是本发明并不被限制在这种平的基底上，使用如图16A所示的圆柱形基底201也是可能的。在图16A-16C的每个图中，应当注意到，右图显示了在斜视图中的圆柱形基底201和在其上形成的组件，而左图显示了沿平面L截取的横截面。

如图16所示，圆柱形基底201被形成有许多与图2A的凹陷80a相对应的凹陷202，并且与图2B的可变形材料82相对应的可变形材料203被涂覆在基底202的圆柱形表面上。因此，在圆柱形基底201的表面上在相应于凹陷202的地方形成间隔的空间。

进一步地，在图16C的步骤，降低环境压力，产生填充凹陷202的气体的膨胀，在现在形成孔状阵列结构体的可变形材料203上形成细长的孔203A，以使孔203A在垂直于基底的圆柱形表面的方向上排列。

[实施例10]

图17显示了根据本发明实施例10的可重复使用的电子纸400。

参照图17，可重复使用的电子纸400包括后表面401，所述后表面401是由其上负载有包括各种电极和活性元素的电极层401B的基底401A形成的，前表面402被粘附层403粘附到后表面401上。

前表面402包括透明基底402A和在其上成形的透明电极层402B，其中透明电极层402B被粘附到孔状结构体402D上，所述孔状结构体402D包括其中相互间隔的孔402c，所述孔402c以孔402c被孔壁402d隔开的这种方式存在。孔402c填充有电泳物质402e并覆盖有密封层402E，其中透明电极层402B通过粘附层402C的方式粘附到密封层402E上。

因而，通过穿过后表面401的电极层401B和前表面402的透明电极层402B的电极图形施加电压，在填充孔402c的电泳物质402e中产生电泳移动，并且图像被所感应的电泳移动显示出来。

在实施例中，孔状结构体402D具有50μm的厚度，并且每个孔402c可具有150μm的宽度W，孔壁402d可具有8μm或更小的厚度。

图18A-18G显示了图17的可重复使用的电子纸400的制作方法。

参见图18A，提供硅橡胶的模具501以使模具501形成具有处于交错式样的凹陷501A，除了在具有100μm的直径和150μm的间距的圆柱形凹坑上形成凹陷501A之外，其余与图2A的步骤类似。

进一步，在图18A的步骤中，通过涂布法将混和有0.5wt％浓度的碳黑颗粒的紫外线固化的丙烯酸类树脂涂覆到基底501上，以形成可变形层502，并且在图18B的步骤中，将可变形层502后面的环境抽空到0.03MPa的压力，以引起填充空间501A的气体的膨胀。

在通过紫外线辐射固化可变形材料502之后，去掉基底501，通过固化的材料502获得了图17的结构的孔状结构体402D，以使在孔状结构体402D中在被孔壁402d彼此隔离的形式下形成孔402c。所形成的孔状结构体具有A5大小(148mm×210mm)，具有50-70μm的厚度t，150μm的孔间距Λ，和8μm的孔壁厚度d。

接着，在图18D的步骤中，用电泳物质填充孔402c，所述电泳物质通常由氧化钛颗粒、碳黑颗粒和异石蜡烃(isoparaffin)形成，并在图18E的步骤中，提供聚氨酯树脂的密封层402E，以便覆盖开口的孔402c以使没有气泡的形式存在。

接着，在图18F的步骤中，将粘附层402涂覆到密封层402E上，并且在图18E的步骤中，其上载有ITO等的透明电极402B的透明基底402A被以上下颠倒的状态粘附到粘附层402C上。

进一步地，在图18G的步骤中，将图18E的结构通过粘附层403粘附到后表面401上，获得了图17的可重复使用的电子纸400。

进一步地，本发明并不限制在此前描述的实施方式中，而是在不偏离本发明范围的情况下，可作出各种变形和修改。

本发明基于日本在先申请2005-262202和2005-322493，其申请日分别为2005年9月9日和2005年11月7日，在此将它们引入作为参考。