CN101176030B - 混合微透镜的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合微透镜的制造方法，利用半导体回流处理制造导光板的混合微透镜的该方法包括：第一步骤，将掩模对准在涂覆有光刻胶的基板上，其中该掩模形成有可透射光的第一区域和多个不可透射光的第二区域，并且这些第二区域具有不同的尺寸和形状以形成混合阵列；第二步骤，以这样的方式进行至少一次倾斜曝光和垂直曝光，即，从形成混合阵列的第二区域的顶部向底部辐射的光在至少一个方向上具有非对称倾斜角；第三步骤，使倾斜曝光过的基板显影，以得到具有各种尺寸和形状的混合光刻胶柱；第四步骤，进行回流处理以使混合光刻胶柱弯曲，从而可得到混合微透镜图案；第五步骤，制造其中刻有凹型混合微透镜图案的凹压模；以及第六步骤，通过使用凹压模作为模具形成导光板，从而可在该导光板中形成凸图案形式的混合微透镜图案。

Description

混合微透镜的制造方法
技术领域
本发明涉及一种微图案机加工技术和一种微成型技术，尤其涉及一种用于制造混合微透镜的方法以及利用该方法制造的导光板，所述混合微透镜用来控制微透镜阵列、导光板等中的光漫射、光散射和视角。
背景技术
通常，液晶显示器(LCD)的背光单元用作在液晶显示器的整个面板上均匀地提供光的照明设备，并且液晶显示器的面板适当地控制要透射的光量，从而可在其上显示图像。
与CRT、PDP和FED相反，液晶显示器是非发光设备，因而不能在没有光的黑暗场所使用。
为了克服这样的缺点，从而使得液晶显示器可在黑暗场所使用，使用背光单元作为在液晶显示器的整个面板上均匀地提供光的照明设备。
背光单元包括背景光源、用于反射光的反射板、导光板和漫射板等等。
导光板起到将从用作光源的背景光源的横向两侧发出的光均匀地辐射到液晶显示器的整个面上的作用。
例如，在移动电话中使用的传统导光板包括在其后表面上沿着一个方向布置的微透镜，这些微透镜制造成具有预定尺寸的蚀刻点或漫射墨点的形式。
然而，蚀刻点型式在湿蚀刻处理中存在问题。因此，存在以下问题，即：难以制造具有一定尺寸或距离的图案；由于蚀刻表面不平坦，难以对光进行光学控制；生产时间延长并且生产成本增加。
另外，即使在漫射墨点型式的情况下，也会由于漫射墨自身的吸收和漫射而使光学效率显著降低。
另外，液晶显示器在光学上要求光相对于显示器表面具有较大的出射角，例如大约90度。然而，在传统导光板中，从导光板射出的光与导光板的面所成的出射角非常小，大约30度左右。因此，存在这样的问题，即：必须使用昂贵的棱镜膜或漫射膜来增大出射角。
为了省去要使用的膜，使用了各种图案。然而，存在这样的问题，即：由于该图案通过机加工处理或蚀刻处理形成，因而不能容易地得到均匀的结构。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用回流处理制造导光板的混合微透镜的方法以及利用该方法制造的导光板，其中为了代替传统导光板所用的漫射墨点图案或蚀刻点图案，可容易且简单地制造以下混合微透镜，使得可根据使用者的意愿容易地控制导光板上的混合微透镜的尺寸或位置，所述混合微透镜包括光漫射部分和光引导部分，所述光漫射部分通过借助于多个微米数量级的梯形微透镜反射和折射来自光输入部分的光而漫射该光，所述光引导部分用于借助于半球形微透镜对光进行漫反射以呈现均匀的亮度。
另外，本发明的另一目的在于提供一种利用回流处理制造导光板的混合微透镜的方法以及利用该方法制造的导光板，其中所述混合微透镜被制造成在光漫射部分中其底部为矩形而顶部为非对称矩形柱形状，在光引导部分中其底部为圆形而顶部为半球形。
技术方案
为了实现这些目的，根据本发明，提供了一种利用半导体回流处理制造导光板的混合微透镜的方法，该方法包括：第一步骤，在该第一步骤将掩模对准在涂覆有光刻胶的基板上，其中所述掩模形成有可透射光的第一区域和多个不可透射光的第二区域，并且这些第二区域具有不同的尺寸和形状以形成混合阵列；第二步骤，在该第二步骤以这样的方式进行至少一次倾斜曝光和垂直曝光，即，从形成所述混合阵列的所述第二区域的顶部向底部辐射的光在至少一个方向上具有非对称倾斜角；第三步骤，在该第三步骤使倾斜曝光过的基板显影，以得到具有各种尺寸和形状的混合光刻胶柱；第四步骤，在该第四步骤进行回流处理，以使得所述混合光刻胶柱弯曲，从而可得到混合微透镜图案；第五步骤，在该第五步骤制造其中刻有凹型混合微透镜图案的凹压模；以及第六步骤，在该第六步骤通过使用所述凹压模作为模具形成导光板，从而可在该导光板中形成凸图案形式的混合微透镜图案。
有益效果
如上所述，根据本发明，可通过回流处理利用借助于垂直曝光和倾斜曝光形成的光刻胶制造混合微透镜。因此，存在这样的优点，即：可通过简化的制造过程制造混合微透镜阵列图案，并且可降低生产成本减少生产时间。
另外，可通过曝光和回流处理控制光刻胶的尺寸和倾斜度，从而可根据制造者的意愿任意地制造混合微透镜。因此，存在可在导光板上任意地制造具有期望光学性能的混合微透镜的优点。
附图说明
图1是在本发明中使用的掩模的立体图。
图2至图4示出了用于根据本发明的一个实施方式制造非对称矩形柱形状的光刻胶的曝光工序。
图5和图6为示出根据本发明的该实施方式制造的非对称矩形柱形状的光刻胶的尺寸和形状特征的剖视图。
图7、图8、图9和图10示出了根据本发明的该实施方式，在回流处理之后变成混合微透镜的光刻胶的形状。
图11和图12为示出根据本发明的一个实施方式的压模制造过程的视图。
图13为示出根据本发明的一个实施方式的凸压模制造过程的示意图。
附图中的主要部件的附图标记说明
21：掩模              22：第一区域
23：第二区域的混合阵列31：基板
32：(PR)光刻胶        34：混合光刻胶柱
36：混合微透镜图案    41：金属薄膜
42：凹压模            44：凸压模
具体实施方式
以下，参照附图详细描述本发明的优选实施方式。
在以下的说明中，可能会省略对已知的相关功能和构成的详细描述，以避免不必要地混淆本发明的主题。
另外，考虑本发明的功能而定义说明中所用的术语，这些术语可以根据使用者或运用者的意愿或通常习惯而变化。因此，应当根据整个说明内容进行定义。
在本发明中，首先制造如图1所示的待用于曝光处理的掩模21。这里，就掩模而言，可以根据图案的精度使用薄膜掩模或铬掩模。在使用铬掩模的情况下，可以以大约1μm的精度制造掩模。
图1为在本发明中使用的掩模的立体图。如该图所示，掩模21包括可透射光的第一区域22以及多个不可透射光的第二区域23a、23b和23c。第二区域23a、23b和23c具有不同的尺寸和形状以构成混合阵列23。
这里，每个第二区域23a、23b和23c均优选形成矩形形状，但是也可形成其他形状，例如圆形、椭圆形、五边形、六边形等等。
另外，本发明的掩模可形成为使得多个第二区域23具有相同的形状和间距。如图1所示，掩模可形成为使得每个第二区域23均为矩形形状，并且相邻的第二区域排列具有彼此不同的尺寸和间距。
图2至图4示出了用于根据本发明一个实施方式制造非对称矩形柱形状的光刻胶的曝光工序。
如图2所示，首先使用旋转涂覆机将光刻胶(PR)32涂覆在玻璃或硅晶片基板31上。这里，光刻胶32的类型可根据其厚度而异。
当涂覆处理完成时，将被涂覆的基板31在炉中进行软化烘焙。这时，烘焙条件优选为在70至120℃下烘焙大约2至30分钟。
在软化烘焙完成之后，如图3所示，利用对准标记(alignment key)将掩模21对准在涂覆有光刻胶的基板31上。为了形成如图4所示的非对称矩形柱，以从形成所述混合阵列的所述第二区域的顶部向底部辐射的光在至少一个方向上具有非对称倾斜角的方式进行预定时间的垂直曝光和倾斜曝光处理。
这时，曝光处理所用的掩模21是矩形第二区域23以不同尺寸和方向排列的掩模。在图3中，Ra1、Ra2和Ra3分别表示第二区域23a、23b和23c沿着垂直方向的宽度，Rb1、Rb2和Rb3分别表示第二区域23a、23b和23c沿着水平方向的宽度。另外，La1和La2表示第二区域23之间沿着垂直方向的间距，Lb1和Lb2表示第二区域23之间沿着水平方向的间距。
如该图中所示，宽度Ra1、Ra2、Ra3和Rb1、Rb2、Rb3可确定成彼此不同，而且间距La1、La2和Lb1、Lb2也可以确定成彼此不同。
在完成曝光处理之后，进行显影处理。显影处理通过浸入到室温下的显影溶液中进行。
如图4所示，由于曝光处理，通过倾斜曝光透射过光的第一区域22的光刻胶32被熔化掉而消失。未暴露于光的第二区域23a、23b和23c的光刻胶32保持原样。
因此，只有第二区域23的光刻胶34留在基板31上。这时，光刻胶34形成与第二区域23相同的矩形形状，并且通过倾斜曝光，形成具有倾斜表面的矩形柱形状，使得矩形柱的底部具有较大的宽度。
这时，光刻胶34可根据倾斜曝光中的辐射角和辐射方向的变化而被制造成各种非对称矩形柱形状。
由于通过曝光处理形成的非对称矩形柱形状的光刻胶34与掩模21中的第二区域23a、23b和23c的图案一致，因而形成具有不同尺寸和间距的非对称矩形柱形状的光刻胶34a、34b和34c。
图5是沿着非对称矩形柱形状的光刻胶34a、34b和34c的长边方向剖取的曝光过的基板的剖视图，图6是沿着非对称矩形柱形状的光刻胶34a、34b和34c的短边方向剖取的曝光过的基板的剖视图。
如这些图所示，非对称矩形柱形状的光刻胶34a、34b和34c可被制造成具有相同高度但尺寸不同。另外，非对称矩形柱形状的光刻胶34a、34b和34c之间的间距La和Lb可视其方向而异。
在完成显影处理之后，使用热板装置进行回流处理，以使非对称矩形柱形状的光刻胶34a、34b和34c弯曲。
这里，在回流处理中，加热光刻胶(PR)34a、34b和34c使得光刻胶(PR)可熔化掉。这时，回流条件可根据待制造出的形状而异，例如优选在100至200℃下进行几分钟。
图7为示出根据本发明在回流处理之后沿直线布置的光刻胶的状态的平面图，图8是示出根据本发明在回流处理之后变化角度布置的光刻胶的状态的平面图，图9是示出根据本发明在回流处理之后光刻胶的状态的剖视图。图10为示出光漫射部分B和光引导部分A的平面图，其中光漫射部分B包括在光输入部分附近的梯形微透镜，光引导部分A距光输入部分预定距离并包括半球形微透镜。
如这些图所示，非对称矩形柱形状的光刻胶34a、34b和34c通过回流处理形成为梯形微透镜和半球形微透镜，它们构成混合微透镜图案36。
如上述制造的混合微透镜图案36根据掩模21的尺寸、倾斜曝光角度和回流时间而定，从而通过回流处理可制造各种形式的混合微透镜图案36。
另外，从图7和图8中可看出，根据本发明的微透镜排列可实施为各种形式。
根据以上所述的本发明，可以通过掩模21中的第二区域23a、23b和23c的形状、尺寸和排列的控制过程，倾斜曝光的角度和方向的控制过程以及回流处理中的温度和时间的控制过程，制造期望形式的混合微透镜图案36。另外，本发明具有可容易以期望形式实现光学设计的优点。
图11和图12示出了根据本发明一个实施方式的凹压模的制造过程。
如这些图所示，在其上形成有多个混合微透镜图案36(36a、36b和36c)的基板31上涂覆金属薄膜41。
这时，所述涂覆金属薄膜41通常是涂覆铬，并且可在其上附加地涂覆金。
在完成涂覆金属薄膜41之后，将基板31放置在电镀装置上，然后通过电镀处理镀上镍，如图12所示。这时，根据各个步骤供应几安培的电流。镀层厚度为400至450μm(基于4英寸晶片)，镀镍部分构成压模42。
在通过电镀镍制成压模42之后，使压模42与基板31分离。这里，混合微透镜图案36以凹形型式转印到分离的压模42上。
也就是说，压模42(以下称为“凹压模”)具有形成为凹型的混合微透镜图案36。
在制造了带有凹型混合微透镜图案36的凹压模42时，可将凹压模42用作模具以形成带有凸型混合微透镜阵列图案的导光板或微透镜阵列。
另外，凹压模42可用于形成另一个凸压模，该凸压模用于制造带有凹型混合微透镜阵列图案的导光板。
图13是示出根据本发明一个实施方式的凸压模制造过程的示意图。如该图所示，重新将镍电镀到凹压模42中的具有非对称曲率的混合微透镜阵列图案上。
通过电镀处理形成新的镀镍部分44。镀镍部分44可与凹压模42分离。
与凹压模42分离的新的镀镍部分44构成新的凸压模44，凹压模42的图案转印在其上。
也就是说，尽管混合微透镜阵列图案形成为凸型，但是在混合微透镜之间形成凹型沟槽。
因此，凸压模44可用作模具以形成带有凹型混合微透镜阵列图案的导光板(未示出)。
在上述的本发明中，对于制造三维混合微透镜的方法而言，通过半导体回流处理而不是机加工制造混合微透镜。
为此，在本发明中，通过一次垂直曝光和一次倾斜曝光使光刻胶材料形成非对称矩形柱，然后通过利用光刻胶材料的回流特性进行热处理而将所述非对称矩形柱制造成混合微透镜图案，该混合微透镜图案包括用于反射和折射光的梯形微透镜或用于散射和漫射光的半球形微透镜。因此，利用混合微透镜图案能够制造具有混合微透镜的导光板。
尽管参照附图描述了本发明的技术精髓，但是本说明不是限制本发明，而是仅仅说明本发明的优选实施方式。另外，本领域的技术人员将理解可在不背离本发明的技术精髓和范围的情况下进行各种变化和修改。

Claims (13)

1.一种利用半导体回流处理制造导光板的混合微透镜的方法，该方法包括：
第一步骤，在该第一步骤将掩模对准在涂覆有光刻胶的基板上，该掩模形成有可透射光的第一区域和多个不可透射光的第二区域，这些第二区域具有不同的尺寸和形状以形成混合阵列；
第二步骤，在该第二步骤以这样的方式进行至少一次倾斜曝光和垂直曝光，即：从形成所述混合阵列的所述第二区域的顶部向底部辐射的光在至少一个方向上具有非对称倾斜角；
第三步骤，在该第三步骤使倾斜曝光过的基板显影，以得到具有各种尺寸和形状的混合光刻胶柱；
第四步骤，在该第四步骤进行回流处理，以使所述混合光刻胶柱弯曲，从而可得到混合微透镜图案；
第五步骤，在该第五步骤制造其中刻有凹型混合微透镜图案的凹压模；以及
第六步骤，在该第六步骤通过使用所述凹压模作为模具形成导光板，从而可在该导光板中形成凸图案形式的混合微透镜图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掩模包括薄膜掩模或铬掩模。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掩模的第二区域在沿着一个方向的延伸线上布置成使得所述混合阵列包括尺寸和形状不同的各个第二区域，相邻的混合阵列以适当距离彼此间隔开，并且形成所述混合阵列的各个第二区域以不同的间距布置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掩模的每个第二区域均形成为矩形形状。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第四步骤进行回流处理，直到呈非对称倾斜柱形式的混合光刻胶柱形成为其顶部具有非对称矩形柱形状的混合微透镜图案，或者为其顶部具有半球形形状的混合微透镜图案。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第五步骤包括以下步骤：在形成有所述混合微透镜图案的所述基板上涂覆金属薄膜；以及
在所述金属薄膜上电镀镍，并且仅使镀镍部分与所述基板分离以形成所述压模。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述涂覆金属薄膜包括涂覆铬。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述涂覆金属薄膜还包括在涂覆铬之后进一步涂覆金。
9.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
利用所述凹压模作为模具制造凸压模，从而将所述凹压模的混合微透镜图案以凸形型式刻在该凸压模中；以及
利用所述凸压模作为模具形成导光板，从而在该导光板中形成凹型混合微透镜图案。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，这样制造所述凸压模，即：在所述凹压模的混合微透镜阵列图案上镀镍，然后使镀镍部分与所述凹压模分离。
11.一种具有多个混合微透镜的导光板，其中，尺寸和形状不同的所述多个微透镜在沿着一个方向的延伸线上布置在所述导光板上，尺寸和形状不同的各个微透镜形成多个混合微透镜阵列，并且形成各个阵列的微透镜以不同的间距布置。
12.根据权利要求11所述的导光板，其中，形成在所述导光板上的所述多个混合微透镜的一部分具有不同尺寸或者沿不同方向布置。
13.根据权利要求11所述的导光板，其中，该导光板包括光漫射部分和光引导部分，所述光漫射部分包括在光输入部分附近的梯形微透镜，用于通过微透镜使来自光输入部分的光漫射，所述光引导部分距光输入部分预定距离并包括半球形微透镜，用于在微透镜上进行光的漫反射以呈现均匀的亮度。
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