CN101943819B - 在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法及辊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法以及生产具有通过该方法在其上形成的透镜图案的光学膜的辊。该方法包括：第一步骤，在具有镀层得圆柱辊上形成树脂膜，该镀层以铜(Cu)或镍(Ni)表面镀；第二步骤，通过用凿子打击圆柱辊的树脂膜的表面，生产初步的透镜图案；第三步骤，用蚀刻溶液蚀刻其上形成有初步透镜图案的圆柱辊；以及第四步骤，去除树脂膜。通过该方法，线性或者非线性透镜图案可以直接形成在生产光学膜的辊上，透镜图案的形状可以多样化，透镜图案的曲率可以根据需要调整，并且该曲率可以形成为比透镜图案的半球深。

Description

在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法及辊

技术领域

本发明总体上涉及在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法，以及通过该方法生产其上具有透镜图案的光学膜的辊，更具体而言，涉及在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法，通过该方法，可以在生产光学膜的辊上直接形成线性的或者非线性的透镜图案，透镜图案的形状可以多样化，透镜图案的曲率可以根据需要调整，并且曲率可以形成为比透镜图案的半球深，以及通过该方法生产其上具有透镜图案的光学膜的辊。

背景技术

通常，在诸如液晶显示器(LCD)的平板显示装置中，采用各种光学膜，如光散射片、光散射膜和棱镜膜等。近来，需求一种组合的光学膜，用于改善该光学膜的光学效率，并且同时提供光学膜的各种功能。具体而言，需要在光学膜表面上的透镜图案以及透镜图案的宽高比(曲率，并且在下文称为曲率)上的各种调整。

为了生产诸如在传统的棱镜膜上的透镜图案的线性透镜图案，已经采用如下的直接雕刻方法：首先，在铁辊的表面上执行镀镍或者镀铜；并且线性棱镜透镜图案通过比特处理(Bite processing)而形成，如图1所示。然而，该方法的缺点在于难于生产零缺陷辊，并且通过比特处理仅能形成线性透镜图案。另外，例如，在采用多轴处理器执行二轴处理而形成90°角时，可以生产金字塔透镜图案。然而，在该情形，处理时间长(通常为15天至30天)，由此引起制造成本上升。

此外，作为生产非线性透镜图案的方法，已经采用了如下的MLF(微型透镜膜)制造方法：如图2所示，球珠施加在PET膜上，在PET膜上涂覆有紫外线固化或者热固粘接剂，然后固化粘接剂；在膜上进行镍(Ni)无电镀，或者层叠和固化其上涂覆有紫外线固化粘接剂或者热固粘接剂的PET膜；并且剥离PET膜而采用带状模制造产品。然而，这样的方法降低了生产率，因为在采用带状模制造时接缝是不可避免的，在圆柱辊上直接雕刻是不可能的，产品质量受珠子的形状和分散程度的很大影响，并且限制了通过施加珠子来调整透镜数量密度和形状以及形成各种透镜的图案和曲率。

而且，作为生产非线性透镜图案的另一个方法，已经采用了如下的制造方法：如图3所示，使用具有适合尺寸的透镜图案的光掩模，以在其上涂覆有光致抗蚀剂的PET膜上形成最终的透镜图案；显影光致抗蚀剂层的曝光部分或者未曝光部分；通过热处理形成升起的透镜图案；如施加珠子的方法，在膜上进行镍(Ni)无电镀，或者层叠和固化涂覆有紫外线固化树脂或者热固树脂的PET膜；并且剥离PET膜而采用带状模制造产品。然而，该方法也具有与MLF制造方法相同的缺点，即不能实施各种透镜图案和曲率，因为采用带状模制造时接缝是不可避免的，在圆柱辊上直接雕刻是不可能的，透镜的数量密度太高，制模成本太高，并且在形成透镜上具有限制。

另外，作为生产非线性透镜图案的另一个方法，已经采用了如下的制造方法：如图4所示，在其上镀有铜(Cu)的圆柱辊上形成光致抗蚀剂层；以所希望的透镜图案的平面形状执行激光工艺(在负光致抗蚀剂的情况下暴露于激光的部分显影，而另一方法对正光致抗蚀剂显影)；然后，施加蚀刻溶液。但是，缺点在于所得的透镜图案的截面仅形成为透镜图案的深度(P)小于透镜图案的平面半径{(R+2P)/2}的形状，如图4b所示，这是因为所得的透镜图案的深度对于曲率的影响，因为平行于辊表面的蚀刻速度与垂直于辊表面即深度方向上的蚀刻速度理论上相同。换言之，可以看到激光处理的直径R应当为零，以形成透镜图案的深度为平面直径一半(1/2)的半球(P/2P＝1/2)。事实上，可以说暴露于蚀刻溶液的直径R的中心的腐蚀速度在统计上快于其它部分；然而，腐蚀速度随着蚀刻的进程而变慢，由此使各方向上的速度实际上相同。另外，通过深度方向上更高的腐蚀速度物理地加速蚀刻溶液的注入速度，能够使透镜图案更深；然而，迄今的技术在曲率上限于半球的深度。在另一个方法中，如果在激光处理期间通过减小直径而使深度更深，则需要更强的蚀刻，并且因此对于镀覆的铜(Cu)存在更高的不均匀性以及由于对流入的外来物等的更高依赖性而存在腐蚀速度的不规则性，由此引起诸如碾碎的花生形、雪人形或者来自透镜图案之间的崩溃边缘的其它的不规则形状的问题。

发明内容

因此，本发明设计为解决上述问题，本发明的目标是提供在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法，通过该方法，可以直接在生产光学膜的辊上形成各种形状的线性的或者非线性的图案，并且在形成线性或者非线性透镜图案时，不仅可以根据希望调整透镜图案的曲率，而且可以提供比透镜图案的半球更深的透镜图案的曲率，这对采用现有技术是不可能的。

本发明的另一个目标是提供辊，其根据上述方法生产其上形成有透镜图案的光学膜。

本发明的这些和其它目标和优点通过下面对本发明的详细描述将变得明显。

通过在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法而实现上述目标，该方法包括：第一步骤，在具有镀层得圆柱辊上形成树脂膜，该镀层以铜(Cu)或镍(Ni)表面镀；第二步骤，通过用凿子(chisel)打击圆柱辊的树脂膜的表面，生产初步的透镜图案；第三步骤，用蚀刻溶液蚀刻其上形成有初步透镜图案的圆柱辊；以及第四步骤，去除树脂膜。

这里，第二步骤在圆柱辊的树脂膜和镀层上生产初步的透镜图案。

优选地，本发明还包括第五步骤，在第三步骤或者第四步骤后，执行采用铬(Cr)的电解镀或者采用镍(Ni)的无电镀。

优选生产初步透镜图案的第二步骤通过用凿子打击圆柱辊的树脂膜表面同时旋转圆柱辊，而在圆柱辊的树脂膜和镀层上形成初步的透镜图案。

优选凿子具有80°或者更大的刃口。

优选凿子由金刚石制作。

优选地，树脂膜由聚酰亚胺、丙烯酸树脂、尿烷树脂、液体光致抗蚀剂或干膜光致抗蚀剂的任何一种形成。

上述目标还通过根据在生产光学膜得辊上产生透镜图案的方法，生产其上形成有透镜图案的光学膜的辊来实现。

根据本发明，在生产光学膜的辊上可以直接形成线性的或者非线性的透镜图案，可以使透镜图案的形状多样化，透镜图案的曲率可以根据需要调整，并且曲率可以形成为比其中图案的半球深。

附图说明

本发明的这些和其它特征、方面和优点将帮助更好地理解下面的描述、所附权利要求和附图，在附图中，相似的部分由相似的参考标号指代。在附图中：

图1是现有技术的在生产光学膜的辊上生产线性透镜图案的工艺图；

图2是现有技术的在生产光学膜的辊上生产非线性透镜图案的工艺图；

图3是现有技术的在生产光学膜的辊上生产非线性透镜图案的另一个工艺图；

图4a是现有技术的在生产光学膜的辊上生产非线性透镜图案的另一个工艺图；

图4b是根据图4a的工艺生产的透镜图案的概念性截面图；

图5是根据本发明实施例在生产光学膜的辊上产生透镜图案的工艺图；

图6是示出根据本发明实施例在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法原理的示意图；

图7a是根据本发明实施例在其上形成有初步透镜图案的辊表面的光学显微镜照片；

图7b是根据本发明实施例在其上形成有最终透镜图案的辊表面的光学显微镜照片；

图7c是根据本发明实施例在将最终透镜图案转移到膜上后获得的表面电子显微镜照片；

图7d是根据本发明实施例在将最终透镜图案转移到膜上后获得的截面电子显微镜照片；

图8a是根据本发明另一个实施例其上形成有初步透镜图案的辊表面的光学显微镜照片；

图8b是根据本发明另一个实施例其上形成有最终透镜图案的辊表面的光学显微镜照片；

图8c是根据本发明另一个实施例在将最终透镜图案转移到膜上后获得的表面电子显微镜照片；和

图8d是根据本发明另一个实施例在将最终透镜图案转移到膜上后获得的截面电子显微镜照片。

具体实施方式

在下文，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。应当理解的是，本发明的优选实施例的详细描述仅为示出的方式，并且因此从这样的详细描述，本发明的精神和范围内的各种变化和修改对本领域的技术人员来说将是明显的。

图5示出了根据本发明实施例在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法工艺图，而图6显示了示意图，其示出根据本发明实施例在生产光学膜的辊上产生透镜图案方法的制造原理。

如图5所示，根据本发明实施例在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法包括：第一步骤(S1)，在具有镀层得圆柱辊上形成树脂膜，该镀层以铜(Cu)或镍(Ni)表面镀；第二步骤(S2)，通过用凿子(chisel)打击圆柱辊的树脂膜的表面，生产初步的透镜图案；第三步骤(S3)，用蚀刻溶液蚀刻其上形成有初步透镜图案的圆柱辊；以及第四步骤(S4)，去除树脂膜。

优选第二步骤在圆柱辊的树脂膜和镀层上生产初步的透镜图案，并且生产初步透镜图案的第二步骤优选通过用凿子打击圆柱辊的树脂膜表面同时旋转圆柱辊，而在圆柱辊的树脂膜和镀层上形成初步的透镜图案。在该步骤中，打击树脂膜的凿子仅在圆柱辊的垂直方向上振动，由此通过圆柱辊的旋转在辊上对称地形成凹槽。另外，通过适当调整打击时间和辊的旋转速度，可以获得各种形状的透镜。在打击平板时，凿子应当不仅在平板的垂直方向上运动，而且在平行于表面的方向上运动，以形成初步的透镜图案，这在机械上极难实施。

与诸如图4a的根据传统激光加工仅通过去除膜的蚀刻来生产透镜的工艺相比，根据本发明在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法的优点在于，当通过切掉要被蚀刻的镀层的表面(铜或镍层)来形成初步的透镜图案之后，保证了透镜图案的深度，然后通过蚀刻完成透镜图案时，透镜图案可以比传统方法形成得深，这是因为蚀刻的深度与用凿子切割的深度对于蚀刻之后的所得透镜图案的深度的增加。换言之，保证了通过凿子切割初步透镜图案的宽度(R)和深度(d)，然后通过蚀刻扩展该初步透镜图案，由此产生图6所示的所得透镜图案的宽度(R+2P)和深度(d+P)。此时，可以通过调整凿子的形状、长度和打击深度而变化所得透镜图案的宽度和深度，并且通过事先调整初步透镜图案的宽度(R)和深度(d)且在蚀刻期间适当调整蚀刻宽度(2P)和蚀刻深度(p)，根据需要设计各种形状的透镜图案。

在此情况下，尽管凿子可以根据要生产的初步透镜图案的宽度、深度和形状以各种方式设计，但是凿子优选形成为80°或者更大的刃口，并且更优选采用金刚石作为凿子的材料，以稳定地在圆柱辊的表面上生产大量的初步透镜图案，并且改善生产率。如果凿子的刃口小于80°，则刃不能持久，并且会因长时间打击工艺而被损坏。同样，如果凿子刃的尖端弯曲，则不仅会损坏刀刃，而且会有从辊上剥掉镀铜的可能性。

此外，根据本发明在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法还可以包括在蚀刻的第三步骤或者去除树脂膜的第四步骤后的第五步骤，执行采用铬(Cr)的电解镀或者采用镍(Ni)的无电镀。在铜的情况下，蚀刻后形成的透镜图案可以经历来自氧化的快速损伤，并且在光学膜的生产期间由于低硬度而缩短了透镜图案的使用寿命；因此，在其上镀铬或镍以防止这样的问题。在以通常的电化学镀的镀铬的情况下，随着膜厚度的增加会产生微小的裂纹，而更大的问题是厚度根据所产生的透镜图案的镀层的部分而不同，由此引起其形状的变形。与镀铬不同，通过化学还原的无电镀镍因透镜图案不同部分的均匀镀层厚度不仅能防止裂纹，而且能防止透镜图案尺寸的变形。因此，在第五步骤中优选采用无电镀镍而不是电解镀铬。

而且，在根据本发明在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法中，树脂膜可以由聚酰亚胺、丙烯酸树脂、尿烷树脂、液体光致抗蚀剂或干膜光致抗蚀剂中的任何一种形成。尽管只要能形成膜可以采用任何种类的树脂，但是要求该树脂与诸如铜或镍的镀覆的金属具有良好的粘接力，以及对在随后的步骤中所选择的蚀刻溶液的抗蚀刻性。因此，优选采用聚酰亚胺，其通过涂覆液体的聚酰胺酸并且将其固化制成。

此外，通过在生产光学膜的辊上产生透镜图案的上述方法，生产用于生产根据本发明其上形成有透镜图案的光学膜的辊。

[示例1]

第一步骤(S1)，在其上具有厚度约为100μm的表面镀铜(Cu)的圆柱辊(由铁制造；直径200cm，长度50cm)的表面上，采用聚酰亚胺形成树脂膜，通过涂覆和固化液体的聚酰胺酸而制备聚酰亚胺。

第二步骤(S2)，通过用凿子(由金刚石制成；刃口为100°)打击第一步骤(S1)制备的圆柱辊的树脂膜表面，在圆柱辊的树脂膜和镀层上生产初步的透镜图案。图7a示出了通过光学显微镜获得的所得圆柱辊的表面照片。在用金刚石的凿子打击时，安装在由压电元件制作的声振器上的凿子被迫使每秒打击8000次而切割辊的表面。

第三步骤，通过第二步骤(S2)在其上形成有初步透镜图案的圆柱辊采用氯化铁的蚀刻溶液蚀刻10分钟。

第四步骤(S4)，最后，采用氢氧化钠去除树脂膜，并且采用水清洗。

其后，以通常的方法施加铬镀层约3μm，以保护透镜图案的表面且改善硬度。所得辊的透镜图案如图7b所示。图7b是通过光学显微镜获得的圆柱辊表面的照片。

然后，采用示例1所生产的辊，通过生产通常光学膜(如棱镜膜)的方法，将透镜图案转移且形成在光学级的PET膜上，并且其结果如图7c的电子显微镜获取的表面照片所示。通过电子显微镜获取的透镜图案的截面照片如图7d所示。由图7d的截面照片可见，该透镜图案的深度大于半球的深度。

[示例2]

以与示例1相同的方法在辊上形成透镜图案，除了在步骤2(S2)中凿子的刃口(在该示例中为120°)和辊的旋转速度之外。初步透镜图案的结果如图8a所示，并且所得的透镜图案如图8b的光学显微镜获取的表面照片所示。

以与示例1相同的方法将透镜图案转移且形成在光学级PET膜上，其结果如电子显微镜获取的图8c的表面照片和图8d的截面照片所示。

因此，根据本发明，线性或者非线性透镜图案可以直接形成在生产光学膜的辊上，透镜图案的形状可以多样化，透镜图案的曲率可以根据需要调整，并且该曲率可以形成为比其中的透镜图案的半球深。

Claims (8)

1.一种在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法，包括：

第一步骤，在具有镀层的圆柱辊上形成树脂膜，该镀层以铜或镍表面镀；

第二步骤，通过用凿子打击圆柱辊的树脂膜的表面，生产初步的透镜图案；

第三步骤，用蚀刻溶液蚀刻其上形成有初步透镜图案的圆柱辊；以及

第四步骤，去除树脂膜。

2.如权利要求1所述的方法，其中该第二步骤在该圆柱辊的该树脂膜和该镀层上生产初步透镜图案。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：

另一步骤，在该第三步骤或该第四步骤后，执行采用铬的电解镀或者采用镍的无电镀。

4.如权利要求1所述的方法，其中生产该初步透镜图案的该第二步骤通过用凿子打击该圆柱辊的该树脂膜表面同时旋转该圆柱辊，在该圆柱辊的该树脂膜和该镀层上生产初步透镜图案。

5.如权利要求1所述的方法，其中该凿子具有80°或者更大的刃口。

6.如权利要求1所述的方法，其中该凿子由金刚石制成。

7.如权利要求1所述的方法，其中该树脂膜由聚酰亚胺、丙烯酸树脂、尿烷树脂、液体光致抗蚀剂或干膜光致抗蚀剂的任何一种形成。

8.一种生产光学膜的辊，所述光学膜具有根据权利要求1至7中任何一项的在生产光学膜的辊上产生透镜图案的方法生产的在其上形成的透镜图案。

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