Brevet FR2731647A1 — publié le 19960920

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'un moule constitué d'un réseau d'alvéoles imbriquées à la surface d'une plaque et, plus particulièrement, à un tel procédé suivant lequel on forme sur ladite surface un masque en un matériau résistant à une composition chimique de gravure de ladite plaque, ce vasque présentant la forme d'une grille à mailles généralement polygonales, centrées chacune sur une des alvéoles & BR On connait de tels procédés de fabrication de moules, utilisés notamment pour la réalisation de réseaux de microlentilles optiques par pressage d'un matériau optique déformable contre un réseau d'alvéoles formé dans le moule. En particulier la demande de brevet français n'9408420 déposée le 7 juillet 1994 par la demanderesse décrit un tel procédé de fabrication d'un réseau de microlentilles a l'aide d'un remoule dans lequel les alvéoles présentent une profondeur supérieure à l'épaisseur de la partie convexe des microlentilles formées. Sous l'effet de la pression exercée sur la plaque, le matériau optique déformable fait saillie dans les alvéoles en prenant le bombé de microlentilles convexes, sans que les surfaces bombées de ces microlentilles n'entrent en contact avec le fond des alvéoles, ce qui préserve le fini optique de ces surfaces bombées. Les réseaux de microlentilles ainsi obtenus trouvent diverses applications, notamment dans les capteurs ou reproducteurs d'images et, en particulier, dans les projecteurs d'iiages vidéo opérant par projection de lumière à travers une matrice bidimensionnelle de cellules a cristaux liquides affichant l'image à projeter. Le rendement lumineux de ces projecteurs est amélioré par la focalisation de la lumière d'une source sur les plages utiles des cellules, obtenue par un réseau de microlentilles. I1 convient donc que l'ouverture de ces lentilles soit aussi grande que possible, pour laisser passer le maximum de lumière.Pour ce faire les alvéoles creusées dans le moulue présentent, à la surface du ioule, des fortes polygonales qui s'imbriquent étroitement les unes aux autres et non des formes circulaires d'iibrication rotins compacte. Lors de la fabrication d'un tel moule par gravure chinique à travers un masque conforme au réseau d'alvéoles à former, on observe que plus les dimensions des alvéoles diminuent, plus il est difficile d'obtenir des alvéoles débouchant à la surface du ioule suivant le contour polygonal prévu, carré, rectangulaire, pentagonal, hexagonal, etc....On observe au contraire un arrondissenent du bord des alvéoles au voisinage des sommets des contours et on retrouve alors une forme généralement circulaire du débouché de l'alvéole sur la plaque, qui réduit l'ouverture des licrolentilles formées, Le phénomène est particu lièrent sensible pour des microlentilles de moins de 100ioe de largeur. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de fabrication d'un moule constitué d'un réseau d'alvéoles imbriquées à la surface d'une plaque, les bords des alvéoles présentant des contours polygonaux étroitenent imbriqués les uns dans les autres, y compris au voisinage des sonnets de ces contours. On a observé en outre que les surfaces bombées des microlentilles formées à l'aide d'un ampoule creusé d'un réseau d'alvéoles à contour polygonal pouvaient s'écarter de la sphéricité souhaitée du fait que le matériau optique est pressé sur des bords d'alvéoles qui ne sont pas circulaires. La présente invention a donc aussi pour but de fournir un procédé de fabrication d'un moule du type évoqué cidessus, permettant d'améliorer la sphéricité des surfaces bombées des microlentilles du réseau obtenu par pressage d'un matériau optique déformable contre un réseau d'alvéoles à bords généralement polygonaux. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de fabrication d'un moule constitué d'un réseau d'alvéoles imbriquées à la surface d'une plaque, suivant lequel on forme sur ladite surface un masque en un matériau résistant à une composition chimique de gravure, de ladite plaque, ce masque présentant la forme d'une grille à Milles généralement polygonales, centrées chacune sur une des alvéoles à creuser dans la plaque par gravure et on soumet la plaque à ladite composition de gravure, ce procédé étant remarquable en ce que le masque découvre dans chaque maille une plage non masquée de la plaque qui présente des excroissances s'étendant vers les sommets des contours des mailles. Corme on le verra plus loin, ces excroissances permettent de régulariser la largeur des frontières qui séparent, après gravure, les alvéoles entre elles dans le plan de la surface du masque, y compris au voisinage des sorbets des contours polygonaux des alvéoles. On réduit ainsi l'extension des surfaces non optiques sur un réseau de microlentilles obtenu par pressage contre le moule ainsi fabriqué, et on accroit d'autant la quantité de lumière transmise par le réseau. Suivant une variante du procédé selon l'invention, on soumet la plaque à la composition de gravure jusqu'à ce que l'attaque des plages masquées de la plaque établisse des frontières communies entre alvéoles présentant chacune un profil incurvé se développant sous le plan de la surface de la plaque, ce profil étant généralement conforme à l'intersection de deux alvéoles adjacentes de surfaces sensiblement sphériques. Grâce à ce profil incurvé des frontières, on améliore la sphéricité des microlentilles obtenues par pressage d'un matériau optique déformable contre le ioule ainsi fabriqué, conte on le verra dans la suite. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en plan, agrandie, d'une partie d'un vasque et d'une plaque supportant ce vasque utilisés dans la rise en oeuvre du procédé suivant l'invention, - les figures 2 et 3 sont des vues en plan d'autres modes de réalisation de nasques pour la mise en oeuvre de ce procédé, - la figure 4 est une vue en plan analogue à celle de la figure 1, illustrant une variante du procédé suivant l'invention, et - la figure 5 est une vue en coupe, prise suivant le trait de coupe V de la figure 4. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé ou l'on a représenté une vue en plan très agrandie d'une partie d'un vasque conçu pour la lIse en oeuvre du procédé suivant l'invention. Ce vasque est formé classiquement par dépôt d'une couche d'une résine photosensible sur une plaque métallique par exemple, exposition de la couche à une image conforte au dessin de Basque à obtenir et dépouilleent de la couche pour en faire disparaître les plages insolées ou non insolées, suivant que la résine est du type positif ou du type négatif, respectivement. La figure 1 fait apparaître une partie du vasque en hachures sur un fond clair correspondant aux parties de la plaque métallique qui ne sont pas masquées et qui sont destinées à être attaquées par une solution de gravure chimique pour le creusement d'alvéoles dans cette plaque. L'objectif est d'obtenir des alvéoles de contours 11,12,13,14,... polygonaux, très proches chacun d'un rectangle de tanière que les alvéoles obtenues apres gravure soient séparées les unes des autres par des frontières 21,22,2"2.,... de largeur constante. On minimise ainsi l'étendue des surfaces non optiques dans un réseau de icrolentilles obtenu par pressage d'un matériau optique contre le ioule que constitue la surface de la plaque métallique attaquée. Pour la clarté de la figure 1 on a délimité sur celle-ci quatres alvéoles contiguës et imbriquées seulement.Des plages non masquées 31,32,33,34 de la plaque sont délimitées par des plages masquées 4 (j de 1 à 12), étant entendu que les plages périphériques 45 & à 4 sont doublées chacune par une plage( non représentée) symétrique par rapport à la frontière qu'elle longe. On conçoit que l'ensemble des plages masquées prend ainsi l'aspect d'une grille à mailles généralement polygonales, centrée sur le réseau de lignes constitué par les axes médians des frontières 2, à délimiter entre les alvéoles. Les sommets des contours 1, des alvéoles sont ainsi voisins des intersections de ces axes. Chacune des plages non masquées 3, est concentrique au contour 1. d'une des alvéoles à former dans la plaque de support du masque. Suivant l'invention, chaque plage non masquée de contour 5, présente des excroissances Si, s'étendant chacune vers un des sommets du contour 1, d'une alvéole à former dans la plaque, sommets voisins de ceux du polygone, un rectangle à la figure 1, définissant généralement le contour d'une maille du masque. Classiquement, au contraire, le contour 5 d'une plage non masquée est sensiblement rectangulaire. Lorsque on tente de réaliser par gravure chimique des alvéoles de faibles dimensions, de l'ordre 100Iì ou moins, avec des plages non masquées 3 ayant ce contour, on observe que le contour final des alvéoles obtenues s'écarte du contour l en ce que les sommets du contour sont beaucoup plus arrondis et restent très à l'intérieur du contour idéal 1, que l'on souhaite obtenir. On comprend que des nicrolentilles formées par pressage contre de telles alvéoles vont présenter alors une surface optique moins étendue, donc une ouverture moindre offerte au passage de la lumière. Ce phénomène révèle une moindre activité de la solution de gravure dans les angles des plages non masquées, que l'on peut expliquer de la manière suivante, à l'aide d'un exemple dans lequel la plaque à graver est métallique, en Inconel 600 par exemple, la solution de gravure étant constituée classiquement par une solution de FeC1, et d'acide nitrique. La réaction chimique qui s'opère alors pendant la gravure est exothermique. Or dans les angles d'une plage musquée, l'évacuation des calories formées est plus rapide du fait de la proximité du métal qui entoure ces angles. La teipérature de la solution étant alors plus basse dans les angles, la vitesse de réaction est plus basse aussi. En outre la solution s'appauvrit plus vite dans les angles, le brassage de la solution de gravure étant moindre, gêné par le contour anguleux de la plage non musquée à cet endroit. Ces deux phénomènes se conjuguent pour ralentir la gravure dans les angles, qui progresse sous les parties musquées vers les contours 1, Les parties rectilignes du contour l, étant atteintes les premières par la solution de gravure, l'attaque des régions d'angle est moins avancée et si l'on arrête alors la gravure, le contour des alvéoles creusées reste éloigné du contour idéal li dans les régions des angles. Suivant l'invention on combat ce phénomène en donnant au contour 5, des plages non masquées la forme représentée à la figure 1, ce contour présentant dans les angles des excroissances 5,,,5,,5,,5,,,... qui permettent à la solution de gravure de pénétrer plus profondément dans les angles vers le contour final li à atteindre. Comme représenté dans l'alvéole de contour 1,, le front de gravure progresse dans le sens des flèches vers le contour final. Cette progression est plus rapide dans les parties rectiligne du contour que dans les angles. Par contre la distance séparant le contour 53 de départ du contour 13 d'arrivée étant moindre dans les angles, la moindre rapidité de la gravure est compensée par la réduction de la distance à franchir. C'est ainsi que l'on a pu réaliser, grâce à l'invention, une plaque en Inconel 600 gravée d'un réseau d'alvéoles imbriquées de contour rectangulaire 1, d'encoibrement 35 m x 54 m et de 8 m de profondeur. Grâce au ioule ainsi réalisé on peut former, par pressage d'une plaque en verre tel que le verre 7059 de la société Corning Incorporated, un réseau d'alvéoles de quelques m de flêche de barbé, dont les surfaces optiques n'entrent pas en contact avec le fond des alvéoles. Le fini de la surface optique est ainsi préservé. En outre, suivant la présente invention, la grandeur de cette surface optique est maximisée du fait qu'elle s'étend jusqu'à un contour conforte au contour li de la figure 1. Il apparaît sur cette figure que chaque contour 5i de plage non musquée présente ainsi, au voisinage des sonnets du contour 1i à atteindre, un profil évolutif raccordant une partie de contour sensiblement droite à l'extrémité d'une excroissance 5ij. Suivant l'invention, chaque excroissance est délaitée par de tels profils évolutifs raccordés par une partie de contour présentant un rayon de courbure r prédéterminé. En donnant à l'extrémité de l'excroissance une largeur 2r suffisante pour assurer l'arrivée de la solution de gravure jusqu'au bout de l'excroissance, on contrôle étroitement la gravure qui s'y opère et donc le profil du contour final 1i de l'alvéole. Des essais ont montré que pour des alvéoles de 35 m x 54Sm telles que celles évoquées plus haut, un rayon r = 1 m était convenable. Les plages musquées 4, qui séparent les plages non casquées présentent ainsi une largeur maximum à mi-longueur et une largeur minimum à leurs extrémités. A titre d'exemple illustratif et non limitatif la largeur niniiui peut être réduite des deux tiers environ par rapport à la largeur maximum. Toujours a titre d'exemple illustratif seulement, le profil évolutif raccordant un bord sensiblement rectiligne du contour Si & l'extrémité d'une excroissance peut présenter un rayon de courbure moyen R, rapporté & la largeur 1 d'une alvéole, tel que 0,25 Bien entendu, des ioules présentant des réseaux d'alvéoles de formes autres que rectangulaire pourraient être réalisées par le procédé suivant l'invention. C'est ainsi que l'on pourrait réaliser des réseaux d'alvéoles carrées ou hexagonales avec des masques conformes & la presente invention, configurés comne représenté aux figures 2 et 3, respectivement. Des réseaux d'alvéoles présentant des formes autres que celles représentées, pentagonales ou octogonales par exemple, pourraient aussi être réalisés. Suivant une variante de la présente invention, illustrée aux figures 4 et 5, on donne aux frontières séparant les alvéoles des profils incurvés 2'1, 2'3 se développant sous le plan de la surface de départ 6 de la plaque dans laquelle on grave les alvéoles, et dans un plan perpendiculaire à cette surface 6. Sur ces figures, des références identiques, affectées d'un prime", à des références utilisées sur la figure 1 repèrent des éléments identiques ou similaires. On sait que l'intersection de deux surfaces sphériques est constituée par un cercle. En donnant à deux alvéoles contigues une frontière à profil incurvé proche d'un arc de cercle, on rapproche l'intersection des surfaces de deux nicrolentilles adjacentes qui s'y forment par pressage, de celles de deux surfaces sphériques. On comprend que la sphéricité des surfaces optiques des microlentilles ainsi formées en est améliorée ainsi donc que leur qualité optique. Pour ce faire on dessine le masque conte représenté & la figure 4, de manière que les plages masquées 4'1 présente, à i-longueur, une largeur réduite par rapport à leur largeur maximum. Le contour de ces plages masquées présente ainsi deux largeurs minimum identiques å chaque extrémité et un troisième minimum 7=,7=, etc... à i- longueur, réduit par rapport à la largeur maximum de la plage. En revenant au mécanisme de gravure décrit en liaison avec la figure 1, où celui-ci laissait subsister dans le plan de la plaque des frontières 2 de largeur constrante déterminée, par exemple de 5pm, on comprend que si on prolonge le temps de gravure au-delà de celui permettant de conserver ces frontières, celles-ci vont être attaquées progressivement depuis la surface de la plaque. Les frontières descendent alors sous cette surface. Sur la vue en coupe de la figure 5, il apparaît que l'attaque du métal séparant deux alvéoles commence par la partie médiane des plages masquées, du fait que leur largeur y présente un minimum. On comprend que l'on puisse établir ainsi une frontière commune 2'1, 2'3 abaissée par rapport au plan 6 de la surface de départ de la plaque, le profil de cette frontière se relevant progressivement vers ses extrémités, où l'abaissement de la vitesse de gravure est combattu par des excroissances des plages non masquées, conte dans le mode de réalisation de la figure 1. Les profils incurvés 2'1, 2', des frontières ainsi obtenues améliorent, au pressage, la sphéricité des microlentilles obtenues, cone on l'a vu plus haut. On comprend que l'invention permet bien d'atteindre les buts fixés par une anticipation des effets de la composition de gravure sur la forme finale des alvéoles, anticipation qui conduit à s'écarter des formes que 1 'on donne classiquement aux masques à travers lesquels s'opère la gravure. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qutà titre d'exemple. C'est ainsi que l'on pourrait mettre en oeuvre l'invention à l'aide d'une plaque autre que métallique, en céramique par exemple, moyennant l'utilisation d'un composition de gravure adaptée. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un moule constitué d'un réseau d'alvéoles imbriquées à la surface d'une plaque, suivant lequel on forme sur ladite surface un masque (4s) en un matériau résistant à une composition chimique de gravure de ladite plaque, ce masque présentant la forme d'une grille à mailles généralement polygonales centrées chacune sur une des alvéoles à creuser dans la plaque par gravure, et on soumet la plaque à ladite composition de gravure, caractérisé en ce que le masque (41) découvre dans chaque maille une plage non masquée (3s) de la plaque qui présente des excroissances (5i) étendant vers les sonnets des contours des mailles. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les excroissances (six) des plages non musquées (3s) sont délimitées par des parties de contour à profil évolutif raccordées par une partie de contour de rayon de courbure (r) prédéterminé. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit rayon de courbure (r) est de 1 n' environ. 4. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport du rayon de coubure moyen (R) d'un contour à profil évolutif à la largeur (1) d'une alvéole est compris entre 0,25 et 0,5 environ pour des alvéoles de largeur comprise entre 20 et 1001n environ. 5. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les plages non masquées (3s) sont séparées les unes des autres par des plages masquées (4s) présentant chacune une symétrie axiale autour d'un des côtés des polygones d'un réseau de polygones imbriqués, la largeur de ces plages masquées (4i) étant maximale à mi-longueur de ces côtés. 6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites plages masquées présentent, au voisinage des sonnets, une largeur réduite des 2/3 environ par rapport à leur largeur maximale. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on soumet la plaque à la composition de gravure jusqu'à ce que l'attaque des parties de la plaque qui se trouvent sous le masque établisse des frontières communes (2i) entre alvéoles présentant, à la surface de la plaque, une largeur sensiblement constante. 8. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet la plaque à ladite composition de gravure jusqu'à ce que l'attaque des parties de la plaque qui se trouvent sous le masque établisse des frontières connes entre alvéoles présentant chacune un profil incurvé (2,i) se développant sous le plan (6) de la surface de la plaque, ce profil étant généralement conforme à l'intersection de deux alvéoles adjacentes de surfaces sensiblement sphériques. 9. Procédé conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que les plages non masquées (3i) sont séparées les unes des autres par des plages masquées (4.) dont la largeur évolue progressivement entre deux minimums identiques situés à leurs extrémités et un troisième minimum (71j) situé à mi-longueur. 10. Moule obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour la fabrication d'un réseau de microlentilles optiques par pressage d'une plaque d'un matériau optique déformable contre le réseau d'alvéoles. 11. Moule conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que dans le plan de sa surface, les alvéoles sont séparées par des frontières (2i) de largeur sensiblement constante, d'une extrémité à l'autre. 12. Moule conforme à la revendication 10, considérée dans sa liaison à l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les alvéoles sont séparées par des frontières présentant, perpendiculairement au plan de la surface du moulue, un profil incurvé (2'i) de profondeur maximale à mi-longueur de chaque frontière. 13. Réseau de microlentilles optiques obtenu par pressage d'une plaque en un matériau optique déformable contre le moule conforme à l'une quelconque des revendications 10 à 12.