CN101161400A - 一种导光板模仁的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作导光板模仁的方法，根据导光均匀性的要求，在基材表面制备形成导光网点结构，其特征在于：所述基材为具有光滑表面的金属基材，所述导光网点结构的制备方法是，利用大功率脉冲激光器经整形光路聚焦于金属基材表面，直接刻蚀形成所需的导光网点结构，即获得用于射出成型或压印的导光板模仁；同时，利用制得的模仁作为母板，通过电铸工艺进行复制，制得适合导光板制作所需的凹型或凸型模仁。本发明不需要光阻剂涂布、曝光、显影等工艺，直接在光滑金属基板表面刻蚀，制作高精度导光模仁，整个工艺流程简便，制作精度高，大大缩短了制作周期，简化了工艺过程，降低了成本，具有更快的市场反应能力。

Description

一种导光板模仁的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制作导光板的模仁的制作方法，尤其涉及一种非印刷方式制造具有超微细导光结构的导光板模仁的方法，适用于金属材料制作导光板模仁。

背景技术

目前，导光板的制造方法可分为印刷方式和非印刷方式，印刷方式是将高散光源物质(如SiO₂、TiO₂)的印刷材料，适当地分布于导光板底面而制成导光板，通过印刷材料对光源吸收再扩散的性质，破坏全反射效应造成的内部传播，使光线由正面射出并均匀分布于发光区；非印刷方式则是先制作具有图像的导光模仁，再利用该模仁以射出成型的方法在导光板上直接产生图案的方法，利用该图案将光导出，均匀地散布在发光区。印刷式导光板需要印刷、烘烤的制程，相比而言，非印刷式方法由于具有品质高、精度佳等优点，已成为目前主流的导光板制造方法。在非印刷式方法中，导光模仁的制作是导光板制作中的关键工序之一。

现有技术中，导光模仁的制作方法主要有：(1)采用化学蚀刻直接在模仁上刻出不同槽形的图案。如公开号为CN1396483A的中国发明专利公开了采用等向性刻蚀和非等向性刻蚀的方法制作导光板模仁，该方法先在基板上涂布光阻层，再进行曝光显影，然后需经过化学刻蚀、金属化、电铸工序，制作导光模仁；(2)利用半导体制程LIGA工艺(光刻+显影)法，在玻璃基底表面涂布光阻剂，采用掩膜曝光法，在玻璃基底上形成光阻剂图案，再采用蒸镀或溅镀的方法在其表面进行金属化处理，形成一均匀金属层，再利用电铸在金属层表面沉积，电铸层与玻璃基底剥离后，形成表面具有图案的导光板模仁；(3)公开号为CN1696782A的中国发明专利申请中公开了一种导光板模仁的制作方法，其在金属极板上利用微影的制程形成一种具有图样的金属层，再镀上一层镍形成导光板模仁。

上述各方法总的来说均需要通过涂布、曝光、显影等多道工序，制得基板上的图案，最后通过电铸制成导光板模仁，工序的繁复使得需要控制的工艺参数较多，制作周期较长。此外，现有技术中也有采用钻石刀具加工母板，电铸后制造导光模仁的方法，采用这种方法，网点精度受到刀具精度的限制，目前，其微结构的尺寸在数十微米以上，无法更微细化，且刀具损耗会造成微结构形状不稳定，影响到对导光模仁的制作。

发明内容

本发明目的是提供一种工艺简便的导光板模仁的制造方法，用于制作高密精的导光板模仁，以缩短制作周期，降低制作成本。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制作导光板模仁的方法，根据导光均匀性的要求，在基材表面制备形成导光网点结构，所述基材为具有光滑表面的金属基材，所述导光网点结构的制备方法是，利用大功率脉冲激光器经整形光路聚焦于金属基材表面，直接刻蚀形成所需的导光网点结构，即获得用于射出成型或压印的导光板模仁。

上述技术方案中，采用大功率激光光源，经过整形光路，获得预先设计的网点形状(如圆形、方形、三角形等几何形状)，光点内光强分布可为高斯型、矩形或正弦型。高能量密度光点与金属基材表面相互作用，进行超过基材损伤阈值的刻蚀，在金属基材上形成所需的导光网点微结构；同时，可以通过改变激光能量或脉冲频率，来改变刻蚀深度。由于光点能量、形状、大小等参数均可动态实施控制，因此，可方便快速地制作符合设计要求的导光板模仁，直接用于射出成形制作导光板。制得的导光模仁面积可达到600mm×800mm(40英寸)。

上述技术方案中，所述整形光路包括光强整形光路、形状整形光路、光场整形光路中的一个、任意两个的组合、或三个的组合。根据实际需要，可以选择上述光路进行组合，从而获得制作需要的光路。

上述技术方案中，所述大功率激光器为紫外光输出的大功率二极管泵浦的固态激光器的三倍频351nm/355nm或四倍频263nm/266nm，单脉冲能量＞3mJ。

上述技术方案中，所述金属基材在被激光刻蚀前，先进行表面抛光形成镜面，所述金属基材为镍或模具钢。

上述技术方案中，所述导光网点为圆形、方形、V型或U型的凹型沟槽，网点的直径≥5um，深度≥5um。

本发明在实际操作时，激光整形光路包括不少于三种方案：

(1)将激光器出射的高斯分布光束，经过光强整形后，形成光强均匀的平行光束，再经过形状调制器后，光束形状呈圆形、三角形、矩形等几何形状，再经缩微光路，刻蚀光束为平行光束，在金属表面刻蚀的网点槽型为柱状，聚焦光点直径＞5um。改变形状调制光阑的直径或缩微光路的倍数，均可改变聚焦光点直径；

(2)激光器出射高斯分布光束直接经过光束整形器，再经缩微光路，聚焦点位于金属表面上或下一定距离处，刻蚀光束为发散或聚焦光束，再金属上刻蚀出的网点形状呈正V型或倒V型；

(3)激光器出射光束整形成平行光束后，经过形状调制器，再经干涉光学头进行光场整形(该结构已在公开号01134127.0的专利中作详细描述)，刻蚀光束光强呈正弦分布，在金属表面刻蚀出槽型边缘被正弦调制的各种几何形状的网点。以上方案中的光强整形、形状调制、光场整形可视实际设计要求进行组合。

由激光刻蚀后的金属模仁可作为母板，通过电铸工艺进行复制，制得适合导光板制作所需的凹型或凸型模仁。批量导光板(膜)的制作，需要对导光板模仁进行电铸复制，其流程为：刻蚀后呈凹槽型的金属模仁被作为模仁母板，在金属模仁表面均匀涂布一层重铬酸钾溶液，然后在其表面进行金属镍沉积，控制电流、沉积时间等参数，在重铬酸钾溶液表面沉积槽型与金属模仁相反的金属层。在金属模仁作用下，分离金属模仁与金属层，可制得槽型与母板相反的导光模仁；若在金属层表面涂布重铬酸钾溶液，进行镍沉积、分离后，获得槽型与母板相同的模仁。根据制作导光板(膜)的实际需要，选择凹型或凸型模仁。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.由于本发明是直接以金属材料作为模具基板，在其光滑的表面利用大功率脉冲激光器经光路整形聚焦于金属基材表面，刻蚀符合导光需要的网点微结构，直接获得导光板模仁，制作工序简便，省去了涂布、曝光、显影等多道工序及金属化导光基板的过程，大大缩短制作周期，节约制造成本；

2.采用大功率DPSSL激光器直接在光滑金属表面刻蚀，刻蚀网点尺寸、形状和深度可通过改变激光能量或脉冲频率来获得动态的控制，为网点设计提供更多可变参数；

3.本发明采用激光光束刻蚀，制造的网点直径最小可为5um，不受刻蚀刀具精度的限制，可实现快速制作高精密的导光板模仁。

附图说明

图1是整形成高斯分布的光强分布曲线；

图2是高斯分布光场刻蚀微结构槽形示意图；

图3是整形成矩形分布的光强分布曲线；

图4是矩形分布光场刻蚀微结构槽形示意图；

图5是整形成正弦分布的光强分布曲线；

图6是正弦型分布光场刻蚀微结构槽形示意图；

图7是实施例一中具有不同深度网点的导光板的截面示意图；

图8是实施例二中具有不同直径的网点的导光板的俯视图；

图9是导光模仁电铸翻版流程示意图。

其中：60、金属模仁；61、重铬酸钾溶液；62、金属层。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1至图7所示，一种制作导光板模仁的方法，根据导光的需求，在基材表面制备形成导光网点结构，所述基材为具有光滑表面的金属基材，利用大功率脉冲激光器经整形光路聚焦于金属基材表面，直接刻蚀形成所需的导光网点结构，即获得用于射出成型或压印方法需要的导光板模仁。

通过光束整形器件或者整形光路可以改变刻蚀光点的光场分布。激光器原始光场呈高斯分布，如附图1所示；图2是高斯分布光场刻蚀微结构槽形示意图。激光束经过几何整形后可得到特定几何形状、微透镜槽型的刻蚀网点。若出射光场经矩形整形光路，刻蚀点内光强呈矩形分布，如图3所示；图4是矩形分布光场刻蚀微结构槽形示意图。若采用干涉型光路，刻蚀网点光强分布则如图5所示，刻蚀网点槽形如图6所示。

采用大功率二极管泵浦的固态激光器：三倍频351nm/355nm或四倍频263nm/266nm，单脉冲能量＞3mJ。激光器出射激光束经过光束整形系统，再经准直聚焦光路，会聚于置于平台上的光滑金属材料表面。通过改变激光能量或改变在导光板基材表面的蚀刻时间，可以获得不同深度的微结构网点。图7是具有相同直径、不同刻蚀深度的导光模仁的截面图。本实例中，网点直径D＝50um，网点深度H＝5um-15um。

实施例二：参见图8、9所示，采用大功率二极管泵浦的固态激光器：三倍频351nm/355nm或四倍频263nm/266nm，单脉冲能量＞3mJ。激光器出射激光束经过光束整形系统，再经准直聚焦光路，会聚于置于平台上的光滑金属材料表面。通过光束整形系统可以改变光斑形状或者光强分布，从而可以获得不同表面形状、不同槽形的网点。图8是刻蚀后具有圆形微透镜槽形的导光网点的导光板俯视图，网点直径D＝10～100um。在改变网点直径的同时，也可实时改变光点形状、激光束能量，用于制作不同形状、不同深度的导光网点。

通过本发明刻蚀后获得的金属模仁，若要进行批量导光板(膜)的制作，需要对导光模仁进行电铸复制。整个复制工艺流程如图9所示：刻蚀后呈凹槽型的金属模仁60被作为模仁母板，在金属模仁60表面均匀涂布一层重铬酸钾溶液61，然后在其表面进行金属镍沉积，控制电流、沉积时间等参数，在重铬酸钾溶液61表面沉积槽型与金属模仁60相反的金属层62。在金属模仁61作用下，分离金属模仁60与金属层62，可制得槽型与母板相反的导光模仁。若在金属层62表面涂布重铬酸钾溶液61，进行镍沉积后，重铬酸钾溶液61表面沉积金属槽型与金属层62相反，与重铬酸钾溶液61相同，分离后获得槽型与母板相同的模仁63。实际应用中，根据导光板制作工艺，选择凹型模仁或凸型模仁。

Claims (6)

1.一种制作导光板模仁的方法，根据导光均匀性的要求，在基材表面制备形成导光网点结构，其特征在于：所述基材为具有光滑表面的金属基材，所述导光网点结构的制备方法是，利用大功率脉冲激光器经整形光路聚焦于金属基材表面，直接刻蚀形成所需的导光网点结构，即获得用于射出成型或压印的导光板模仁。

2.根据权利要求1所述的制作导光板模仁的方法，其特征在于：所述整形光路包括光强整形光路、形状整形光路、光场整形光路中的一个、任意两个的组合、或三个的组合。

3.根据权利要求1所述的制作导光板模仁的方法，其特征在于：所述大功率激光器为紫外光输出的大功率二极管泵浦的固态激光器的三倍频351nm/355nm或四倍频263nm/266nm，单脉冲能量＞3mJ。

4.根据权利要求1所述的制作导光板模仁的方法，其特征在于：所述金属基材在被激光刻蚀前，先进行表面抛光形成镜面，所述金属基材为镍或模具钢。

5.根据权利要求1所述的制作导光板模仁的方法，其特征在于：所述导光网点为圆形、方形、V型或U型的凹型沟槽，网点的直径≥5um，深度≥5um。

6.权利要求1获得的导光板模仁的应用，其特征在于：将获得的导光板模仁作为母板，通过电铸工艺进行复制，制得适合导光板制作所需的凹型或凸型模仁。

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