CN102200609A - 可挠性光学板的制造方法、该方法制成的可挠性光学板及背光模组 - Google Patents

Abstract

一种可挠性光学板的制造方法、该方法制成的可挠性光学板及背光模组。该可挠性光学板的制造方法，系包含：利用一个二氧化碳雷射搭配一金属材质制成的光罩在一母模基材的模型面上形成数个微结构模穴，并且在该模型面上披覆一个高分子材料，最后，该高分子材料经烘烤干燥后形成该可挠性光学板。由于前述光罩具高热传导性并可遮蔽部分的二氧化碳雷射，因此该等微结构模穴的尺寸可小于该二氧化碳雷射的聚焦光斑，并可避免于该模型面上产生热影响区，藉以达到加工尺寸小于100微米及避免加工缺陷产生的优点。

Description

可挠性光学板的制造方法、该方法制成的可挠性光学板及背光模组

技术领域

本发明系关于一种可挠性光学板的制造方法、该方法制成的可挠性光学板及背光模组。

背景技术

现今产品强调人性化、行动化，使得可自由卷曲并且适合携带的电子产品逐渐变成主流，并且为了能适应各种使用环境，因此具有可挠性的显示器逐渐成为不可或缺的装置。

然而，显示器通常包含有数个不同功能的光学板，例如：导光板、扩散板；以作为导光板的光学板为例，为了使光学板能均匀地导光，因此会在光学板的表面形成突出的微结构。而一般具有微结构的光学板的制作方法大多是利用微影成型来定义微结构，如台湾发明专利公告号第I294430号发明专利所揭露之制造方法，其系在一基板的表面涂布光阻层，再透过一个光罩对光阻层曝光，并施以黄光显影以及烘烤，以形成所需的微结构；接着，预镀一导电层后，在该导电层表面电铸出一个具有微结构的模仁，最后以射出成型的方式翻模出一个光学板。由于微影成型的制程包含了涂布、软烤、曝光、曝后烤、显影及硬烤等步骤，因此一般具有微结构的导光板在制程上确实有步骤繁复的缺点。

微结构的成型方式还可利用雷射在模仁上形成微结构模穴，再以浇铸或射出成型的方式制造出光学板。以具有低成本优势的二氧化碳雷射为例，二氧化碳雷射主要是利用光热效应于加工物表面产生热能，并经热传导作用传至加工物内部，当热能足够时会瞬间将加工物局部熔化或汽化，再利用扫描雷射光点或移动工作平台以达到光刻或切割的目的。由于二氧化碳雷射的波长约为10.6微米(μm)，因此适合用于硬脆材料加工，例如：玻璃、高分子及氧化物等。二氧化碳雷射是利用光热反应以达成加工或切割的目的，因此过程中伴随热传递产生热影响区(heat-affected zone)，而出现例如凸块、烧焦或喷溅等破坏效应。另一方面，目前光学板在作为导光板的应用时，其微结构的尺寸约在100微米左右的范围，因此发展更小的加工尺寸可有助于提高解析度，而一般二氧化碳雷射的加工尺寸约为200至300微米，并且无法达到小于100微米或更小加工尺寸的要求。因此，目前二氧化碳雷射加工技术有加工尺寸过大及产生加工缺陷的缺点，而无法有效地应用在如导光板等光学板的微结构之制造上。

发明内容

因此，本发明之目的，即在于提供一种加工步骤简单、可降低加工成本、并且可减少加工缺陷的可挠性光学板的制造方法。

是以，本发明之可挠性光学板的制造方法，系包括：

(A)将一个金属材质制成的光罩贴靠在一母模基材的一个模型面上；

(B)利用一个二氧化碳雷射搭配该光罩而在该模型面上形成数个间隔的微结构模穴，并且调整该二氧化碳雷射的功率与扫描速度，藉以控制该每一微结构模穴的一个模穴倾斜角的角度，所述模穴倾斜角的角度介于20至85度之间，该每一微结构模穴的一个模穴开口的尺寸大于0微米且小于100微米(μm)；

(C)在该模型面上披覆一个高分子材料，该高分子材料用于形成一个可挠性光学板；以及

(D)使该披覆在该模型面上的高分子材料干燥而形成该可挠性光学板，该可挠性光学板形成一个位于该模型面上的基材以及数个突出地位于该基材上的微结构，该等微结构各别对应于前述微结构模穴。

于本发明之范围内，本发明又提供一种由上述方法制成的可挠性光学板。该可挠性光学板，系包括：一个基材以及数个微结构。该基材由高分子材料制成且具有挠性，并包括一个第一透光面。该等微结构与该基材一体成型地突出该第一透光面，并且呈锥体或半球体。该每一微结构都包括一个位于该第一透光面上的底边，并且该底边的尺寸大于0微米且小于100微米。

于本发明之范围内，本发明更提供一种背光模组。该背光模组，系包括：上述之可挠性光学板、一个发光单元以及两个反射板。该等反射板邻近该可挠性光学板周缘，并设置在该可挠性光学板的两相反侧，且可将该发光单元发出之光线朝该可挠性光学板反射。而该发光单元发出的光线可在该基材内传播，并且发出的光线部分会从该可挠性光学板射向该等反射板，并被反射回该可挠性光学板内，再经由该第一透光面射出；而另一部分的光线会直接经由该第一透光面射出。

本发明之有益功效在于：利用该金属材质的光罩与低成本的二氧化碳雷射配合，让该每一微结构模穴的尺寸大于0微米且小于100微米，并可避免该模型面上形成凸块与喷溅缺陷；再者，调整该二氧化碳雷射的输出能量与扫描速度，来控制该模穴倾斜角的角度，藉以达到改善二氧化碳雷射加工的质量与精准度。此外，本发明利用高分子材料形成该可挠性光学板，并应用在背光模组上，因此，本发明之方法可以避免在制造过程中使该可挠性光学板产生缺陷，更具有降低制造与设备成本、提高加工品质与精准度及加工步骤简单的优点。

附图说明

图1是一立体拆解图，显示本发明背光模组之一较佳实施例。

图2是一侧视示意图，单独显示该背光模组之一可挠性光学板。

图3是一立体示意图，显本示发明可挠性光学板的制造方法之一较佳实施例的一个光罩及一个母模基材。

图4是一流程示意图，说明该可挠性光学板的制造方法之各步骤进行的过程。

图5是光学显微镜下的照片，显示利用本发明可挠性光学板的制造方法，并调整该二氧化碳雷射的功率及该光罩孔洞尺寸，而成型出的数个可挠性光学板，并说明在不同雷射功率及光罩的孔洞尺寸情况下，可成型出具有不同微结构倾斜角的微结构。

图6是一剖视示意图，主要显示该可挠性光学板的制造方法之较佳实施例中，一个母模基材与该可挠性光学板的对应关系。

图7是一曲线图，显示该可挠性光学板的微结构在尺寸小于100微米且呈点状分布，并且未做图形布点最佳化的情况下，该等微结构倾斜角与出光均齐度的关系。

【主要元件符号说明】

1 可挠性光学板        11 基材

111 第一透光面        112 第二透光面

12 微结构             121 底边

122 微结构侧面        123 微结构倾斜角

32 母模基材           321 模型面

322 微结构模穴        323 模穴开口

324 模穴倾斜角        325 围壁面

33 光罩               331 孔洞

34 氧化碳雷射         35 高分子材料

4 背光模组            5 发光单元

51 发光二极管         6 反射板

7 增亮片            71 棱镜结构

具体实施方式

有关本发明之前述及其它技术内容、特点与功效，兹配合说明书附图详细说明。

参阅图1、2，为本发明背光模组4之一较佳实施例，可用以提供一个显示面板(图中未示)的一个均匀的平面光源。该背光模组4包含：一可挠性光学板1、一个发光单元5、两个反射板6以及两个分别具有数个平行排列的棱镜结构71的增亮片7。

所述可挠性光学板1于本实施例中是作为导光板，它包括一基材11以及数个位于该基材11上的微结构12。其中，所述基材11具有一第一透光面111以及一个与该第一透光面111间隔设置的第二透光面112。该等微结构12是与该基材11一体成型地突出于该第一透光面111，并且与该第一透光面111共同形成轮廓平整的表面。该每一微结构12都具有一个位于该第一透光面111上且约略呈圆形的底边121、一个自该底边121远离该第一透光面111延伸并逐渐向内收合的微结构侧面122以及一个由该微结构侧面122与该第一透光面111共同界定而成并且呈锐角的微结构倾斜角123。于本较佳实施例中，该等微结构12呈圆锥体，但不限于此，例如也可以为半球体。所述底边121的尺寸约为50微米(μm)，由于本实施例之底边121为圆形，因此该尺寸即是指其直径，而且该等微结构倾斜角123的角度约为60度，此外，本较佳实施例的微结构12是呈阵列状排列，然而也可以排列成其它能提高出光均齐度的图形，本发明出光均齐度的计算是将该可挠性光学板划分成九个区块，分别检测各区块的辉度(单位为尼特，nit＝cd/m²)，而九个区块中辉度最小与最大的比值即是出光均齐度，出光均齐度越接近1，表示该作为导光板的可挠性光学板1的导光均匀性越好。

所述基材11与微结构12是由聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)材质制成，但不限于此，例如也可以是聚对二甲苯(Parylene)材质。

本较佳实施例的发光单元5镶埋在该基材11内，发光单元5包括数个发光二极管51，而该发光单元5不以镶埋在该可挠性光学板1为必要，也可设置在该可挠性光学板1外的一侧，并同样可受到该可挠性光学板1的导光作用。该等反射板6分别设置在该可挠性光学板1的两相反侧，并且其中之一邻近该发光单元5，而该反射板6的数目不以两个为限，例如也可为四个，并且围绕该可挠性光学板1的周缘。该等增亮片7彼此重迭，并设置在邻近该可挠性光学板1具有该等微结构12的一侧。该每一增亮片7的棱镜结构71的延伸方向垂直于另一增亮片7的棱镜结构71，以达到集中光线之目的。

该发光单元5发出的光线在该可挠性光学板1内传播，其中部分光线会离开该可挠性光学板1，并射向该等反射板6，再由该等反射板6反射回该可挠性光学板1内并射向该等增亮片7；而另一部分于该可挠性光学板1内的光线则直接通过该第一透光面111，并受到该等微结构12的导光与扩散作用而离开该可挠性光学板1射向该等增亮片7，此时，该等增亮片7的棱镜结构71将光线聚集后并朝远离该可挠性光学板1的方向射出(本实施例是指朝上射出)。

须注意的是，由于该等可挠性光学板1的微结构12具有导光与扩散的功能，并能够使光线均匀地射出，而该等增亮片7是用以进一步地提高亮度，因此背光模组4也可省略该等增亮片7，同样能达到提供均匀的平面光源之目的。

参阅图3、4，本发明可挠性光学板的制造方法之一较佳实施例，用于制造出前述可挠性光学板1，并包含以下步骤。

首先，准备一个由聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，PMMA)材质制成的母模基材32，并在该母模基材32的一个模型面321上覆盖一个由可遮光的金属材质制成的光罩33，使该光罩33贴靠该模型面321。该光罩33具有数个呈阵列状排列并且尺寸为50微米的孔洞331。

于本较佳实施例中，所述母模基材32的材质是不限于聚甲基丙烯酸甲酯，例如也可由玻璃材质或其它高分子材质制成。于本较佳实施例中该光罩33是由SUS-304型不锈钢材质制成，并且该光罩33上的孔洞331的大小、形状，以及所排列出的图形不以本实施例为限，该等孔洞331所排列出的图形可为任意图形。

接着，利用一个二氧化碳雷射34聚焦在该模型面321上，并施以适当的输出能量与速度于该光罩33上扫描，形成多数个自该母模基材32之模型面321朝下凹设的围壁面325。所述围壁面325各别界定出一个开口朝上的微结构模穴322，而该等微结构模穴322是对应于该光罩33上的孔洞331的图形。调整该二氧化碳雷射34的输出能量与扫描速度，以控制每一微结构模穴322的一个模穴倾斜角324的角度，而所述模穴倾斜角324定义为该围壁面325与该模型面321之间所夹的一个锐角。

于本较佳实施例中，因为该二氧化碳雷射34的能量是呈高斯分布(Gaussian Distribution)，因此可在该母模基材32上形成圆锥体或近半球体的微结构模穴322，又因为该光罩33为可遮光的材质，因此遮蔽或反射掉部份的二氧化碳雷射34，使成型出的每一微结构模穴322的一个模穴开口323可小于该二氧化碳雷射34的聚焦光斑尺寸(spot size)，而达到次100微米(也就是小于100μm)的规模。于本较佳实施例中，该二氧化碳雷射34的聚焦光斑尺寸为100微米，并且与该光罩33相配合在该模型面321上形成尺寸约为50微米的模穴开口323。

进一步说明的是：调整该二氧化碳雷射34的输出能量与扫描速度，以控制所述微结构模穴322的深度，并在该等微结构模穴322的模穴开口323尺寸固定的情形下，形成该特定角度的模穴倾斜角324。因此，本发明的方法使该二氧化碳雷射34的加工尺寸达到次100微米，并可有效地控制该模穴倾斜角324的角度，而具有提高加工精准度的优点。

然后，将该光罩33自该母模基材32上移除后，在该模型面321上均匀地浇铸披覆一定厚度并可成型为该可挠性光学板1的高分子材料35，该高分子材料35具可塑性且在成型后具可挠性。

本较佳实施例中用以成型为该可挠性光学板1的高分子材料35是聚二甲基硅氧烷，并与凝固剂以10∶1的比例配制成凝胶来成型该可挠性光學板1。此外，澆鑄作業可在一真空手套箱(图中未示)中进行，藉真空环境来避免浇铸过程中产生气泡，进而避免影响成型出的可挠性光学板1之结构。

再者，将该母模基材32与披覆在该模型面321上的高分子材料35置于一个温度为摄氏80度的烤箱中，并且烘烤40分钟，使该高分子材料35干燥成型为该可挠性光学板1。此时，该可挠性光学板1之基材11位于该模型面321上，该等微结构12突出地位于该基材11上并各自对应于该等微结构模穴322。

最后，将该可挠性光学板1自该母模基材32的模型面321上移除。

首先，参阅图5(a)，由实验结果可以得知，在二氧化碳雷射34扫描速度维持在每秒34.2毫米(mm/s)，并且输出能量0.5瓦(W)的情况下，利用孔洞331尺寸为50微米的光罩33可形成模穴倾斜角324为29度之微结构模穴322。又参阅图5(b)，由实验结果可以得知，而在该光罩33的孔洞331改为70微米，并且其它条件不变的情况下，可形成模穴倾斜角324为45度之微结构模穴322。另参阅图5(c)，由实验结果可以得知，当二氧化碳雷射34能量往上提升至1.5瓦时，可形成模穴倾斜角324为81度之微结构模穴322；再参阅图5(d)，由实验结果可以得知，而将该光罩33的孔洞331改为50微米时，可形成模穴倾斜角324为82度之微结构模穴322。前述微结构模穴322可成型出相对应的可挠性光学板1的微结构12。所述微结构倾斜角123与模穴倾斜角324的角度相同，即皆介于20度至85度间。由以上实验数据及说明可知：利用本发明之方法，可加工出介于20度与85度间的该等模穴倾斜角324，并且调整二氧化碳雷射34的功率或孔洞331的尺寸确实可有效地控制该微结构倾斜角123与模穴倾斜角324的角度。值得注意的是，由于改变该二氧化碳雷射34的扫描速度，会影响该模型面321单位时间接受到的二氧化碳雷射34能量，因此改变该二氧化碳雷射34的扫描速度可达到与改变该二氧化碳雷射34的功率相同的效果，即可控制该微结构倾斜角123与模穴倾斜角324的角度。

参阅图6、7，由实验结果可以得知，不同角度的微结构倾斜角123可明显地影响该可挠性光学板1的出光均齐度，并且在该可挠性光学板1未做最佳化图形布点的情况下，其出光均齐度最高可达75％，因此本发明之方法藉控制该可挠性光学板1的微结构倾斜角123的角度，可达到提高出光均齐度的目的。值得一提的是，一般商用的做为导光板的光学板之出光均齐度是介于75％与80％之间，因此本发明的方法制成的导光板已达商用标准。而虽然本实施例之可挠性光学板1是作为背光模组4中的导光板，但实际应用时，只要是表面具有微结构的可挠性光学板1，都可以利用本发明之方法制成。

参阅图4、6，需要进一步说明的是：因为该光罩33是由金属材质制成，并具有良好的热传导特性，藉由该光罩33贴覆该母模基材32，使该二氧化碳雷射34在该母模基材32上产生的热能可藉由该光罩33传导散逸，此外该光罩33还可吸收或反射部分的二氧化碳雷射34，而避免该模型面321产生热影响区以及在该等微结构模穴322的周围出现凸块与喷溅缺陷，因此利用该母模基材32浇铸成型出的可挠性光学板1，其第一透光面111及微结构12之轮廓平整。此外，二氧化碳雷射34具有设备成本较低的优点。综上所述，本发明确实可制作出轮廓平整的可挠性光学板1，且该可挠性光学板1具有尺寸大于0微米且小于100微米的微结构12，有助于可挠式电子产品的应用，而且该制造方法具有制程步骤简单、降低制造与设备成本、可控制该等微结构倾斜角123的角度以及减少该可挠性光学板1的缺陷的优点。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。

Claims (10)

1.一种可挠性光学板的制造方法，系包括：

(A)将一个金属材质制成的光罩贴靠于一母模基材的一个模型面上；

(B)利用一个二氧化碳雷射搭配该光罩而在该模型面上形成数个间隔的微结构模穴；

(C)在该模型面上披覆一个高分子材料；以及

(D)使该披覆在该模型面上的高分子材料干燥而形成该可挠性光学板，该可挠性光学板形成一个位于该模型面上的基材以及数个突出地位于该基材上并各自对应于前述微结构模穴的微结构。

2.如权利要求1所述之可挠性光学板的制造方法，其中该步骤(B)是使该每一微结构模穴的一个模穴开口的尺寸大于0微米且小于100微米。

3.如权利要求1所述之可挠性光学板的制造方法，其中该母模基材是高分子材料或非硅脆性材料制成。

4.如权利要求3所述之可挠性光学板的制造方法，其中该用于形成该可挠性光学板的高分子材料为聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯。

5.一种可挠性光学板，系包括：

一个基材，系高分子材料制成并且具有挠性，该基材包括一个第一透光面；以及

数个微结构，系与该基材一体成型地突出于该第一透光面并呈锥体或半球体，该每一微结构包括一个位于该第一透光面上的底边，该底边的尺寸大于0微米且小于100微米。

6.如权利要求5所述之可挠性光学板，其中该每一个微结构更包括一个自该底边向上延伸并收合的微结构侧面以及一个由该微结构侧面与该第一透光面界定而成且角度介于20度与85度间的微结构倾斜角。

7.一种背光模组，系包括：

一个可挠性光学板，该可挠性光学板为一导光板，且该可挠性光学板包括：

一个基材，系高分子材料制成并且具有挠性，该基材包括一个第一透光面；以及

数个微结构，系与该基材一体成型地突出该第一透光面并呈锥体或半球体，该每一微结构都包括一个位于该第一透光面上的底边，该底边的尺寸大于0微米且小于100微米；

一个发光单元，发出的光线可在该基材内传播；以及

两个反射板，系邻近该可挠性光学板周缘并设置在该可挠性光学板的两相反侧，且可将该发光单元发出之光线朝该可挠性光学板反射。

8.如权利要求7所述之背光模组，其中该可挠性光学板的每一个微结构更包括一个自该底边向上延伸并收合的微结构侧面以及一个由该微结构侧面与该第一透光面界定而成且角度介于20度与85度间的微结构倾斜角。

9.如权利要求7所述之背光模组，其中该发光单元包括数个镶埋在该可挠性光学板内或设置在该可挠性光学板外的一侧的发光二极管，并且该等反射板的其中之一邻近该发光单元。

10.如权利要求7所述之背光模组更包括两个重叠地设置在该可挠性光学板之具有该等微结构的一侧的增亮片，该等增亮片能将通过该可挠性光学板而来的光线聚集，该每一增亮片都具有平行设置的棱镜结构，该每一增亮片的棱镜结构与另一增亮片的棱镜结构垂直。

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