CN104428703A - 三维复合多层结构体及其制造方法 - Google Patents

三维复合多层结构体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三维复合多层结构体，具体来说，该三维复合多层结构体的特征在于在板状的一面或两面上形成厚度互不相同的第1样板及第2样板，上述第1样板在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种，上述第2样板不与上述第1样板平行，并在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种，上述第1样板和第2样板的边界为从多角形、圆形、椭圆形及其组合所构成的选择组中任选一种图形，并且上述图形在上述板块的一面或两面重复形成。仅形成单纯样板的以往元件不同，本发明的三维复合多层结构体互不相同的样板重复形成，并通过简单工艺就能制造，并且可以应用于显示器光学部件(导光板、扩散板、棱镜、滤色器)、下一代显示器工程(TFT、OTFT、Oxide TFT、易曲性显示器、透明显示器)、下一代三维半导体、利用微纤毛结构的千式胶合、微米/纳米压电元件、照明光学部件、利用微模型化的生物电池/病毒研究等多种领域。

Description

三维复合多层结构体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种三维复合多层结构体，更具体来说，是涉及可以应用于光学领域、计测领域及集成电路和其他微器件等多种领域，并且具有复杂形状的三维复合多层结构体及其制造方法。
背景技术
随着光学领域、计测领域及集成电路和其他微器件领域技术发展，具有复杂三维形状的微米/纳米大小结构体的相关研究正在活跃进行。由于这种结构体可以广泛应用于包括光学部件在内的下一代三维半导体、下一代显示器(TFT背板、易曲性TFT或透明显示器等)、利用微纤毛结构的干式胶合、微米/纳米压电元件、照明、利用微模型化的生物电池/病毒研究等多种领域。
以光学部件为例，近年来正在研发可以弥补阴极线管(Cathode Ray Tube)重量和体积大等弊端的各种平板显示装置。这类平板显示装置包括液晶显示装置(LCD：Liquid Crystal Display)、场发射显示装置(FED：Field EmissionDisplay)、等离子显示板(PDP：Plasma Display Panel)及电镀发光(EL：Electro-Luminescence)显示装置等，为了提高显示质量及大屏显示，目前针对上述平板显示装置积极进行相关研究。
尤其是上述平板显示装置中的液晶显示装置(LCD)以小型化/轻量化及低功耗等多种优点，目前其应用程度呈逐渐增加趋势。液晶显示装置是利用注入到液晶显示板内的液晶电/光学特性显示相关信息的同时，利用灯光源等进行显像的非发光型显示装置。即，液晶显示装置与阴极线管不同，注入到TFT基板与滤色器基板之间的液晶物质不是自身发光的发光物质，而是通过调节从外部射进光的大小进行显像的吸光性物质，因此还需要其他向液晶显示板照射光线的装置，即背光组件是必不可少的。
背光组件由以下几个结构组成：构成收容空间的模具框架，设置在收容空间基底面并向液晶显示板反射光线的反射片，设置在反射片上面并引导光线的导光板或扩散板，设置在导光板和收容空间侧壁之间或者底面并发出光线的发光单元，叠在导光板上面并发光、集光的多个光学片，设置在模具框架上端并覆盖从液晶显示板的中心特定位置到模具框架边缘区域的顶底盘(top chassis)等。
其中导光板或扩散板的反射角或正面亮度非常低，因此需在其上方放置多张上述光学片。
另外，上述光学片由以下几个结构组成：扩散光线的扩散片，叠在扩散片上面并集中被扩散的光线后传到液晶显示板的棱镜片，以及保护上述扩散片和棱镜片的保护片等。
综上，显示装置中光学片的使用数量多且制作成本高，因此减少光学片数量是当前主要技术难题。为了减少光学片的数量，例如把扩散片和棱镜片替换成1个光学片时，上述1个光学片应具有扩散片和棱镜片的所有功能，并且其性能不能亚于使用多个光学片。
同时，使用上述1个光学片不能降低使用多个光学片时的显示板显示效果。如前所述，目前已有多项使1个光学片具有多功能的相关技术。例如，韩国公开专利10-2009-0073532(三星电子有限公司)及韩国公开专利10-2011-0017194(Woongjin化学有限公司)中展示，在上面和下面形成不同样板的复合光学片。
另外还展示了在透明胶片上面形成棱镜样板或多个镜头，并在面对光源的透明胶片下方形成扩散护角(diffusion bead)，或者形成折射率各不相同的多个层，或者形成含有气泡的光扩散层等多种技术。
但是通过上述现有技术开发的多功能光学片仍无法完全满足使用多个光学片所能实现的亮度、对比度等画质条件。因此需要开发可以满足显示屏的亮度、对比度等画质条件的同时，并可以替换显示装置中多个光学片的其他多功能光学片。
同时，上述导光板执行一个以上光学片的功能时，以及如太阳能发电装置的集光片或集光板等也需要类似多功能光学片，但如果使用三维复合多层结构体时上述问题可以迎刃而解。
目前具有复杂三维形状的结构体制造方法是，通过光刻技术或压印工艺按顺序逐步制作各个层，或者在基板上制成第1样板以后，通过化学物理方法进行后续处理来加工表面等方法。
但是上述方法形成两种层次的多层样板时需要两次以上的工艺，同时对于制造的第2样板或第3样板结构或大小有许多制约。因此需要通过简单的方法来制造三维复合多层结构体。
发明内容
本发明的目的在于，提供可以应用于下一代三维半导体、下一代显示器、光学部件、利用微纤毛结构的干式胶合、微米/纳米压电元件、照明器材、利用微模型化的生物电池/病毒研究等多种领域的、具有复杂形状的三维复合多层结构体。
本发明的另一种目的在于提供上述三维复合多层结构体的制造方法。
为达到如上所述的目的，本发明提供具有如下结构特征的三维复合多层结构体，
在板块的一面或两面形成厚度各不相同的第1样板和第2样板，
上述第1样板，在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种，
上述第2样板不与上述第1样板平行，并在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种，
上述第1样板和第2样板的边界，从多角形、圆形、椭圆形及其组合所构成的选择组中任选一种图形，
并且上述图形在上述板块的一面或两面重复形成。
同时，本发明三维复合多层结构体中，上述第1样板的平行方向与上述第2样板的平行方向可以相互直交。
同时，本发明三维复合多层结构体中，可以具有第3样板使上述第1样板和第2样板相互隔离一定距离。
同时，上述第1样板及第2样板可用热固树脂或光化能量射线固化树脂为材料制成。
同时，垂直于上述第1样板及第2样板平行方向的断面呈波形，上述断面的波形中相邻一对谷与两个谷之间峰的形态，可以为三角形的三个顶点，或者弧形中弦的两个顶点及弧上的一点，或者椭圆弧形中弦的两个顶点及椭圆弧上的一点，或者上述三角形的顶点被切成圆滑形态的任一种。
同时，本发明三维复合多层结构体中，当上述断面的波形中相邻一对谷和两个谷之间峰的形态为三角形的三个顶点或者顶点被切成圆滑形态的三角形时，上述峰的夹角为30到150°之间。
同时，上述断面的波形中从谷到峰的高度为从1到500μm之间。
同时，上述三维复合多层结构体的折射率为1.3到1.9之间。
同时，上述重复形成图形的直径、长径或一个边的长度为从1到5000μm之间。
同时，本发明三维复合多层结构体可以应用于光学部件、半导体元件、压电元件或生物传感器等。
同时，上述光学元件可以包括光学片、侧光式液晶显示装置的导光板或直下式液晶显示装置的扩散板、太阳能发电装置的集光板等。
另外，本发明三维复合多层结构体的制造方法的特征在于，包括如下几个阶段：
(A)一个面上互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线或其组合所构成的选择组中选择第1样板，并准备已形成第1样板的第2基础模具的阶段；
(B)光化能量射线可以穿透的韧性或钢性板状第1支撑物；在上述第1支撑物的一面上重复形成多角形、圆形、椭圆形或及其组合，或者重复穿孔多角形、圆形、椭圆形或及其组合的遮罩；覆盖上述第1支撑物及遮罩，并在面对上述第1支撑物的对侧面上形成第2样板的样板层，或者形成上述遮罩的第1支撑物的一面上，在第1支撑物暴露的部分形成第2样板，而且上述遮罩为光化能量射线不能穿透的遮罩模具等准备阶段；
(C)在上述第2基础模具的第1样板或上述遮罩模具上涂刷第2模具用树脂的阶段；
(D)使上述第2样板的平行方向不与上述第1样板的平行方向平行的同时，以上述第2模具用树脂为中心，贴紧上述第2基础模具和上述遮罩模具的阶段；
(E)把上述遮罩模具向上述第2模具用树脂方向加压，并在上述遮罩模具上照射光化能量射线或加热，使上述第2模具用树脂固化以形成第2模具的阶段；
(F)把上述遮罩模具从上述第2模具分离的阶段；以及
(G)使用溶剂将上述第2模具用树脂中尚未固化部分进行溶解的阶段。
同时，本发明三维复合多层结构体的制造方法，上述阶段(G)以后可能还包括如下几个阶段：
(H)上述阶段(G)结束以后，在母板(master)上涂刷第3模具用树脂的阶段；
(I)在上述第3模具用树脂上贴紧第2支撑物的阶段；
(J)将上述第2支撑物向上述母板方向加压，并照射光化能量射线或加热，使上述第3模具用树脂固化以形成第3模具的阶段；
(K)把上述第3模具从上述母板分离的阶段；
(L)在上述第3模具或基板上涂刷样板用树脂的阶段；
(M)以上述样板用树脂为中心，把上述第3模具和上述基板贴紧的阶段；
(N)上述第3模具或上述基板上照射并照射光化能量射线或加热，使上述样板用树脂固化以形成样板的阶段；以及
(O)已形成上述样板的三维复合多层结构体从上述第3模具分离的阶段。
同时，上述第2样板不与上述第1样板平行，并且在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种。
同时，上述阶段(D)中，以上述第2模具用树脂为中心，贴紧上述第2基础模具和上述遮罩模具时，可以配备第3样板以使上述第1样板和上述第2样板间隔一定距离。
同时，本发明三维复合多层结构体的制造方法中，在上述阶段(D)中使上述第2样板的平行方向与上述第1样板的平行方向直交的同时，以上述第2模具用树脂为中心紧贴上述第2基础模具与上述遮罩模具。
同时，垂直于上述第1样板及第2样板平行方向的断面呈波形，上述断面的波形中相邻一对谷和两个谷之间峰的形态，可以为三角形的三个顶点，或者弧形中弦的两个顶点及弧上的一点，或者椭圆弧形中弦的两个顶点及椭圆弧上的一点，或者上述三角形的顶点被切成圆滑形态的任一种。
同时，上述具有第1样板及第2样板三维复合多层结构体，可在基板的一面形成，也可以在两面同时形成。
同时，上述第1样板的厚度比第2样板厚，或者上述第2样板的厚度比第1样板厚。
另外，上述遮罩模具包括：光化能量射线可以穿透的韧性或钢性板状第1支撑物；
在上述第1支撑物的一面上多角形、圆形、椭圆形或其组合重复形成，或者多角形、圆形、椭圆形或其组合重复穿孔的遮罩；
覆盖上述第1支撑物与遮罩，并在面对第1支撑物的对侧面上形成样板的样板层。
上述遮罩的特征在于光化能量射线不能穿透。
另外，上述遮罩模具还包括：光化能量射线可以穿透的韧性或钢性板状第1支撑物；
在上述第1支撑物的一面上多角形、圆形、椭圆形或及其组合重复形成，或者多角形、圆形、椭圆形或及其组合重复穿孔的遮罩；
形成上述遮罩的第1支撑物的一面中，在第1支撑物暴露的部分形成的样板。
上述遮罩的特征在于光化能量射线不能穿透。
同时，上述第1支撑物及遮罩，在上述样板层之间还可以附加粘附激活层。
同时，上述样板层、样板或者粘附活化层可以通过光化能量射线照射或加热方式进行固化。
同时，上述第1样板及第2样板，在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种。
同时，上述遮罩可以是印刷的有色镀层或者蒸发镀层的不透明金属。
另外，本发明的遮罩模具制造方法包括如下几个阶段：
光化能量射线可以穿透的韧性或者钢性板状第1支撑物的一面，对其中一部分印刷有色镀层的阶段；
光化能量射线穿透型第1基础模具或上述第1支撑物中，印刷有色镀层的一面上涂刷第1模具用树脂的阶段；
以上述第1模具用树脂为中心，贴紧上述第1支撑物和上述第1基础模具的阶段；
把上述第1支撑物向上述第1基础模具方向加压，并在上述第1基础模具上照射光化能量射线或加热，使上述第1模具用树脂固化以形成遮罩模具的阶段；
把上述遮罩模具从上述第1基础模具分离的阶段。
而上述有色镀层的特点在于光化能量射线不能穿透。
另外，本发明遮罩模具的制造方法还包括如下几个阶段：
光化能量射线可以穿透的韧性或者钢性板状第1支撑物的一面，对其中一部分印刷有色镀层的阶段；
上述第1支撑物中，对印刷了有色镀层的一面涂刷粘附激活层树脂的阶段；
在上述粘附激活层树脂上照射光化能量射线或加热，使上述粘附激活层树脂固化以形成粘附激活层的阶段；
在光化能量射线穿透型第1基础模具或上述粘附激活层上，涂刷第1模具用树脂的阶段；
以上述第1模具用树脂为中心，贴紧上述粘附激活层和上述第1基础模具的阶段；
把上述第1支撑物向上述第1基础模具方向加压，并在上述第1基础模具上照射光化能量射线或加热，使上述第1模具用树脂固化以形成遮罩模具的阶段；以及
把上述遮罩模具从上述第1基础模具分离的阶段。
而上述有色镀层的特点在于光化能量射线不能穿透。
同时，上述有色镀层重复印刷多角形、圆形、椭圆形或其组合，或者重复穿孔印刷多角形、圆形、椭圆形或其组合。
另外，本发明遮罩模具的制造方法还包括如下几个阶段：
光化能量射线可以穿透的韧性或者钢性板状第1支撑物的一面，对其中一部分用荫罩(shadow)遮住以后蒸发镀层不透明金属的阶段；
在光化能量射线穿透型第1基础模具或上述第1支撑物中蒸发镀层不透明金属的一面上，涂刷第1模具用树脂的阶段；
以上述第1模具用树脂为中心，贴紧上述第1支撑物和上述第1基础模具的阶段；
把上述第1支撑物向上述第1基础模具方向加压，并在上述第1基础模具上照射光化能量射线或加热，使上述第1模具用树脂固化以形成遮罩模具的阶段；以及
把上述遮罩模具从上述第1基础模具分离的阶段。
而上述不透明金属的特征在于光化能量射线不能穿透。
另外，本发明遮罩模具的制造方法还包括如下几个阶段：
光化能量射线可以穿透的韧性或者钢性板状第1支撑物的一面，对其中一部分用荫罩遮住以后蒸发镀层不透明金属的阶段；
在上述第1支撑物中蒸发镀层不透明金属的一面上，涂刷粘附激活层树脂的阶段；
在上述粘附激活层树脂上照射光化能量射线或加热，使上述粘附激活层树脂固化以形成粘附激活层的阶段；
在光化能量射线穿透型第1基础模具或上述粘附激活层上，涂刷第1模具用树脂的阶段；
以上述第1模具用树脂为中心，贴紧上述粘附激活层和上述第1基础模具的阶段；
把上述第1支撑物向上述第1基础模具方向加压，并在上述第1基础模具上照射光化能量射线或加热，使上述第1模具用树脂固化以形成遮罩模具的阶段；以及
把上述遮罩模具从上述第1基础模具分离的阶段。
而上述不透明金属的特点在于光化能量射线不能穿透。
同时，上述不透明金属重复蒸发镀层多角形、圆形、椭圆形或其组合，或者重复穿孔蒸发镀层多角形、圆形、椭圆形或其组合。
另外，本发明遮罩模具的特征在于通过上述制造方法制成。
实施本发明的一种三维复合多层结构体及其制造方法，具有以下有益效果：本发明三维复合多层结构体，与以往仅采用一种单纯样板形成的元件不同，其采用各不相同的样板复合而成并且通过简单工艺既可制造，可以应用于显示器光学部件(导光板、扩散板、棱镜、滤色器)、下一代显示器工程(TFT、OTFT、Oxide TFT、易曲性显示器、透明显示器)、下一代三维半导体、利用微纤毛结构的干式胶合、微米/纳米压电元件、照明光学部件、利用微模型化的生物电池/病毒研究等多种领域，然而并非限定于上述领域。
特别是，将本发明三维复合多层结构体应用于光学部件时，不需要像以往那样配备其他多个光学片，既可以提高经济效益又能缩减厚度。同时当上述光学部件为导光板时，不需要集光片也可以充分产生集光效果。因此仅用导光板和扩散片就能达到以往光学部件以上的正面亮度水平。同时也可以减少从光源引导的光线穿透多个光学片时发生的光损失。用于直下式LCD的扩散板或者用于太阳能发电装置的集光部件中都能发现这种优点。除此之外，由于减少光学部件中的光学片使用数量，可以简化上述光学部件的生产工艺，并且相应地带来提高工艺稳定性及经济性等效果。
同时在干式胶合领域中，目前进行许多研究以模仿类似壁虎足底或甲虫腿部的多层微纤毛结构。多层微纤毛结构因其结构特点，具有有效弹性模数(effective elastic modulus)特征，即与相同材料相比其弹性模数减少。由于这种特点通过范德瓦耳斯力(van der Waals force)对许多粘附体具有很强的粘附力。但是这种技术制造一种层次的纤毛结构时就各需要一次以上工艺，而且由于工艺非常复杂或对周围环境敏感等问题，仍无法实现大量生产的目标。
然而如果采用本发明三维复合多层结构体的制造方法时，可以把2层以上多层微纤毛结构通过1次工艺即可制造，与以往的技术相比显著地简化制造工艺。同时当重复应用2次本发明时，可以制造4层以上的样板。另外制造时可以利用现有压印基础设备，从而实现大量生产。
附图说明
图1为绘示了第1样板为棱镜样板，第2样板为与上述第1样板平行方向直交的棱镜样板的本发明实施例的斜视图；
图2为图1的部分放大图；
图3为绘示了第1样板为平行曲线，第2样板为与上述第1样板平行方向直交的平行曲线，组合上述两种样板的本发明实施例的平面图；
图4为绘示了第1样板为平行曲线，第2样板为与上述第1样板平行方向直交的平行线，组合上述两种样板的本发明实施例的平面图；
图5为绘示了第1样板为平行锯齿形曲线，第2样板为与上述第1样板的平行方向直交的平行锯齿形曲线，组合上述两种样板的本发明实施例的平面图；
图6为绘示了第1样板为平行锯齿形曲线，第2样板为与上述第1样板的平行方向直交的平行线，组合上述两种样板的本发明实施例的平面图；
图7为绘示了第1样板为平行曲线，第2样板为与上述第1样板的平行方向直交的平行锯齿形曲线及平行线，组合上述两种样板的本发明实施例的平面图；
图8为绘示了样板断面的波形中，相邻一对谷和两个谷之间峰的形态各为三角形三个顶点的本发明实施例的截面图；
图9为绘示了图8中的三角形顶点被切成圆滑形态的本发明实施例的截面图；
图10为绘示了样板断面的波形中，相邻的一对谷为弧形中弦的两个顶点，两个谷之间峰为上述弧形中弧上一点的本发明实施例的截面图；
图11为绘示了样板断面的波形中，相邻的一对谷为椭圆弧形中弦的两个顶点，两个谷之间峰为上述椭圆弧形中弧上一点的本发明实施例的截面图；
图12及图13为绘示了制造本发明三维复合多层结构体时使用的遮罩模具制造过程的示意图；
图14及图15为绘示了从母板到本发明三维复合多层结构体的制造方法实施例的示意图；
图16为绘示了从母板到本发明三维复合多层结构体的制造方法实施例示意图；
图17为拍摄了第1样板为棱镜样板，第2样板为与上述第1样板平行方向直交的棱镜样板的本发明实施例的照片；
图18为图17的部分放大照片；
图19到图22为绘示了以往在导光板(图19)上应用了扩散板(图20)、第1集光片(图21)及第2集光片(图22)时的视角分析图；
图23及图24为绘示了本发明三维复合多层结构体作为导光板(图23)，并在此应用了扩散板(图24)时的视角分析图；
图25为绘示了使用以往导光板时的视角分析图；
图26为绘示了在以往导光板上应用了扩散板、第1集光片及第2集光片时的视角分析图；
图27为绘示了在以往导光板上应用扩散板及本发明三维复合多层结构体并作为光学片的视角分析图。
具体实施方式
以下，对本发明较佳实施例进行详细说明。同时以下说明中为了帮助对本发明的整体理解提供了具体构成因素等许多特定事项，然而本技术领域的普通技术人员能够理解即使没有这类特定事项也可以实施本发明。同时对本发明进行说明时，如认为公知功能或结构的具体说明不必要地影响本发明要点时省略详细说明。
首先，定义出现在说明书中的部分词汇。
该说明书中，根据距离基板的高度不同样板形状各不相同的结构体分别视为一层，同时包括上述样板的结构体称为多层。
以图14到图16所示的三维复合多层结构体的断面为例说明，第1基础模具上形成高度H1的第1样板，与第1样板不平行并且距离第1样板特定高度(T)上形成高度H2的第2样板，上述特定高度(T)可以解释成第2样板厚度或第3样板。这是因为第2样板和第3样板的高度较高时其可以具有独立的结构与相应功能。
如第1类型所示，第3样板高度(T)小于或等于第1样板高度(H1)(T≤H1)，同时小于或等于第2样板高度(H2)(T≤H2)。当第3样板高度(T)接近0时，如图18中样板所示，可以视为第1样板上面直接放上第2样板。
第2类型是第3样板高度高于第1样板及第2样板高度(T＞H1，T＞H2)的情况。样板的整体高度为有效弹性模数(effective elastic modulus)的重要因素，如第3类型所示的情况当T显著高于其他时(H2＜H1＜＜T)，由于计算整体高度为(H1+T+H2)，因此此时第3样板发挥结构性(或光学)功能。
【表1】
本说明书中，利用本发明三维复合多层结构体的复合光学部件是指，从两个方向把光线集中到垂直于上述复合光学部件方向上的光学部件，是指光学片、侧光式LCD中的导光板或直下式LCD中扩散板以及太阳能发电装置领域的集光片或集光板。
本说明书中，光化能量射线是指，具有一定能量可以固化特定树脂的粒子束及电磁波的统称，包括紫外线、激光、微波、电子束(electron beam)、X线等。
以下，对本发明的实施例进行说明。
为了达到如上所述的目的，本发明三维复合多层结构体的特征在于：在板块的一面形成厚度各不相同第1样板及第2样板，或者第1样板、第2样板及第3样板，上述第1样板则在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种，上述第2样板不与上述第1样板平行，并在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种，上述第1样板和第2样板的边界，从多角形、圆形、椭圆形及其组合所构成的选择组中任选一种图形，并且上述图形在上述板块的一面上重复形成。
如上所述，通过本发明可以在一个三维复合多层结构体的同一面上形成两个以上样板，可以实现多种功能，比如应用于光学部件时可用一个光学部件代替多个光学部件的功能。例如，当上述第1样板和第2样板均为棱镜样板时，利用本发明三维复合多层结构体的光学片可以达到从两个方向集中光线的效果。又如当第1样板为棱镜样板，第2样板而扩散样板时可以同时实现集光片和扩散片的功能。
特别是，上述在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种的第1样板，以及上述在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种的第2样板，第1样板的平行方向(图1中的方向1)与第2样板的平行方向(图2中的方向2)相互不平行并直交的本发明三维复合多层结构体，从相互直交的方向上产生集光效果，应用于光学部件时可以最大化亮度。
图1及图2中的第1样板和第2样板为棱镜样板并且相互直交的本发明实施例，由于第2样板的厚度较第1样板厚而形成了第3样板(尚未图示)，第1样板和第2样板的边界构成四角形。形成上述样板的三维复合多层结构体，作为导光板或扩散板来使用时无需其他集光片也可以充分获得正面亮度，如果在光学片上形成上述样板时可以用一张光学片就能实现以往用两张光学片所达到集光效果。
这里构成上述第1样板和第2样板边界的四角形的一个边长优选为1到5000μm，如果边长小于上述下限时形成样板困难而且制作模具本身也非常有难度。如果将本发明三维复合多层结构体作为光学部件使用时，若边长超过上述上限时用肉眼就能分辨，因此无法达到均匀的亮度而不能用以显示装置，但对其他方面的应用则没有特殊限制。
本发明三维复合多层结构体，可以具有相互直交的平行线、平行曲线及平行锯齿形曲线，第1样板和第2样板的边界除了四角形以外也可以是多角形、圆形、椭圆形及其它们的组合。
例如，图3中的第1样板为平行曲线，第2样板为与上述第1样板平行方向直交的平行曲线，组合上述两种样板的实施例，其边界为四角形。
图4中的第1样板为平行曲线，第2样板为与上述第1样板平行方向直交的平行线，组合上述两种样板的实施例，其边界为四角形。
图5中的第1样板为平行锯齿形曲线，第2样板为与上述第1样板的平行方向直交的平行锯齿形曲线，组合上述两种样板的实施例，其边界为圆形。
图6中的第1样板为平行锯齿形曲线，第2样板为与上述第1样板的平行方向直交的平行线，组合上述两种样板的实施例，其边界为圆形。
图7中的第1样板为平行曲线，第2样板为与上述第1样板的平行方向直交的平行锯齿形曲线及平行线，组合上述两种样板的实施例，其边界为圆形和四角形。
本发明的上述第1样板和第2样板以热固树脂或光化能量射线固化树脂作为材料制成的显微结构。
光化能量射线固化树脂是指照射光化能量射线时被固化的树脂。以往树脂固化主要以加热的方式完成，热固化时的最高加热温度和冷却时的常温之间发生温差，进而产生热膨胀所致的体积缩小，而固化反应本身的也产生体积缩小效果，上述两种效果的共同作用下产生裂痕(crack)，同时很难控制精确的尺寸。再则热固化过程中产生的热残余应力可缩短部件的寿命、固化工艺需要很多热能、塑造物的大小受限、固化过程耗时等具有诸多缺点。
与此相比，利用光化能量射线的固化工艺可以避免上述热固化工艺中产生的诸多弊端(发生裂痕、精确度低、热残余应力等)，显著缩减所需能量及时间消耗程度，并且不受塑造物大小限制等具有多种优点。
另外，垂直于上述第1样板及第2样板平行方向的断面呈波形，上述断面的波形中相邻一对谷和两个谷之间峰的形态，可以为三角形的三个顶点，或者弧形中弦的两个顶点及弧上的一点，或者椭圆弧形中弦的两个顶点及椭圆弧上的一点，或者上述三角形的顶点被切成圆滑形态的任一种。
图8为上述断面形成的波形中，相邻一对谷和两个谷之间峰的形态各为三角形三个顶点的本发明三维复合多层结构体第1样板或第2样板的实施例。如作为第2样板时可能形成厚度为T的第3样板。
具备这种样板的本发明结构体，应用于棱镜片时可从互不相同的两个方向上同时产生集光效果。作为棱镜片上述峰的夹角，即图8的角A宜为30到150°之间，如小于上述下限时光线无法全反射通过，而且模具加工有难度，同时根尖尖锐时易碎而不方便操作。相反如超过150°时接近于平面而非棱镜，会降低光线集中效果，进而随着光线播散其亮度减少。
图9为上述断面形成的波形中，相邻一对谷为弧形中弦的两个顶点，两个谷之间峰为上述弧形中弧上一点的本发明三维复合多层结构体第1样板或第2样板的实施例。具备这种样板的三维复合多层结构体，应用于扩散片时可以扩散光线，扩大视角的同时均匀化其亮度。
图10为上述断面形成的波形中，相邻一对谷为椭圆弧形中弦的两个顶点，两个谷之间峰为上述椭圆弧形中弧上一点的本发明三维复合多层结构体第1样板或第2样板的实施例。具备这种样板的三维复合多层结构体与上述圆弧形一样，应用于扩散片时可以扩散光线，扩大视角的同时均匀化其亮度。
同时，将本发明三维复合多层结构体应用于光学部件时，上述断面形成的波形中从谷到峰的高度，即图8到图11的H宜为1到500μm，如小于上述下限时段差相关的样板效果消失，相反如超过500μm时能够用肉眼识别而清晰度下降，并且可以导致厚度过厚的后果。
同时，上述同时形成上述第1样板和第2样板的本发明三维复合多层结构体，作为光学片使用时其折射率宜为1.3到1.9。
同时，如果上述光学部件为引导并控制光线的传播路径时则无特殊限制。例如，可以是集中或分散光程的各种光学片、侧光式液晶显示装置中的导光板、直下式液晶显示装置的扩散板或太阳能发电装置中的集光片或集光板。
本发明三维复合多层结构体除了如上所述的光学部件以外，还可以应用于滤色器等显示器光学部件、下一代显示器工程(TFT、OTFT、Oxide TFT、易曲性显示器、透明显示器)、下一代三维半导体、利用微纤毛结构的干式胶合、微米/纳米压电元件、照明光学部件、利用微模型化的生物电池/病毒研究等多种领域，但其应用范围并非限定于此。
另外，本发明三维复合多层结构体如图14到图15中所示，通过遮罩模具来制作。
首先，一个面上互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种第1样板，并准备形成第1样板的第2基础模具(12)。[图14的阶段(f)，图15的阶段(f′)]。
除此之外，要准备如下结构：光化能量射线可以穿透的韧性或钢性板状第1支撑物(20)；在上述第1支撑物(20)的一面上重复形成多角形、圆形、椭圆形或及其组合，或者重复穿孔多角形、圆形、椭圆形或及其组合的遮罩(30)；覆盖上述第1支撑物(20)及遮罩(30)，并在面对上述第1支撑物(20)的对侧面上形成第2样板的样板层，或者形成上述遮罩(30)的第1支撑物(20)的一面上，在第1支撑物(20)暴露的部分形成第2样板，并且上述遮罩(30)为光化能量射线不能穿透的遮罩模具(60，60′)。[图14的阶段(f)，图15的阶段(f′)]。
在这里，上述第2样板不与上述第1样板平行，并在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种。
之后，在上述第2基础模具(12)的第1样板或上述遮罩模具(60，60′)上面涂刷第2模具用树脂(42)，并且使上述第2样板的平行方向不与上述第1样板的平行方向平行的同时，以上述第2模具用树脂(42)为中心贴紧上述第2基础模具(12)和上述遮罩模具(60，60′)[图14的阶段(f)，图15的阶段(f′)]。之后，为了使上述第2样板的平行方向与上述第1样板的平行方向直交，最好以上述第2模具用树脂(42)为中心紧贴上述第2基础模具(12)和上述遮罩模具(60，60′)。
接着，把上述遮罩模具(60，60′)向上述第2模具用树脂(42)方向加压，并在上述遮罩模具(60，60′)上照射光化能量射线或加热，使上述第2模具用树脂固化以形成第2模具(52)。[图14的阶段(g)，图15的阶段(g′)]。
其后，将上述遮罩模具(60，60′)从上述第2模具(52)分离[图14的阶段(h)，图15的阶段(h′)]，并使用溶剂将上述第2模具用树脂(42)中尚未固化部分进行溶解[图14的阶段(i)，图15的阶段(i′)]，最终制造本发明的三维复合多层结构体(70)。[图14的阶段(j)，图15的阶段(j)]。
本发明三维复合多层结构体可以按照上述制造方法进行制造，但是按上述制造方法制作的三维复合多层结构体(70)作为母板重新制作模具以后由此再制造(参考图16)。
具体如图16中所示，按图14或图15所示方法制造的多层结构体(70)作为母板，涂刷第3模具用树脂(44)，并把上述第3模具用树脂(44)贴紧到第2支撑物(25)。[图16的阶段(k)]。
把上述第2支撑物(25)向上述遮罩(70)方向加压，并照射光化能量射线或加热，使上述第3模具用树脂(44)固化以形成第3模具(54)[图16的阶段(1)]。之后把上述第3模具(54)从上述遮罩(70)分离[图16的阶段(m)]。
接着，在上述第3模具(54)或基板(82)上涂刷样板用树脂(84)，并以上述样板用树脂(84)为中心，紧贴上述第3模具(54)和上述基板(82)[图16的阶段(n)]。
之后，在上述第3模具(54)或上述基板(82)上照射光化能量射线或加热，使上述样板用树脂(84)固化以形成样板(86)[图16的阶段(o)]。
形成上述样板(86)的本发明三维复合多层结构体(80)从上述第3模具(54)分离[图16的阶段(p)]。
另外，上述第1样板及第2样板可在多层结构体的同一面上或两面上同时形成。其与一个多层结构体的两面上形成不同样板的以往技术有区别。这种一个多层结构体的两面上形成样板，并作为光学片使用时不能从互不相同的两个方向上达到集光效果，其结果无法充分利用减少光学片使用数量或显著提高正面亮度等本发明的效果，但是以其他用途使用时则无特殊限制。
同时，最近进行多项研究将两个方向上的棱镜相互重叠粘贴，或把两张粘接成一张的复合(棱镜)光学片。此时虽然从两个方向上同时产生集光效果，但由于使用两张支撑物(PET)其制作成本高，而且粘接时末端棱镜被碾碎而光学功能会下降，但是如果采用本发明时可以将两个方向上的棱镜在一张支撑物上形成(参考表2)。
【表2】
另外，用于制作本发明三维复合多层结构体的上述遮罩模具(60)包括：光化能量射线可以穿透的韧性或钢性板状第1支撑物(20)；
上述第1支撑物(20)的一面上重复形成多角形、圆形、椭圆形或及其组合，或重复穿孔多角形、圆形、椭圆形或及其组合的遮罩(30)；以及
覆盖上述第1支撑物(20)和遮罩(30)，并在面对上述第1支撑物(20)对侧面上形成的样板层，
上述遮罩(30)的特征在于光化能量射线不能穿透。
同时，上述遮罩模具(60′)包括：
光化能量射线可以穿透的韧性或钢性板状第1支撑物(20)；
上述第1支撑物(20)的一面上重复形成多角形、圆形、椭圆形或及其组合，或重复穿孔多角形、圆形、椭圆形或其组合的遮罩(30)；以及
形成上述遮罩(30)的第1支撑物(20)的一面上，在第1支撑物(20)暴露的部分形成的样板，
上述遮罩(30)的特征在于光化能量射线不能穿透。
同时，上述第1支撑物(20)及遮罩(30)在上述样板层或样板之间最好附带粘附激活层，以防止上述样板层或样板的脱落。
同时，上述样板层、样板或粘附激活层可通过照射光化能量射线或加热来固化。如上所述，热固化的时最高加热温度和冷却时的常温之间发生温差，继而产生热膨胀所致的体积缩小，而固化反应本身的也产生体积缩小效果，上述两种效果的共同作用下产生裂痕(crack)，同时很难控制精确的尺寸。再则热固化过程中产生的热残余应力可缩短部件的寿命、固化工艺需要很多热能、塑造物的大小受限、固化过程耗时等具有诸多缺点，因此目前广泛应用光化能量射线来固化，这种方式可以显著缩减所需能量及时间消耗程度，并且不受塑造物大小限制等。
上述的第1样板及第2样板与上述三维复合多层结构体一样，可在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种。
同时，上述遮罩(30)可以是特殊印刷的有色镀层或蒸发镀层的不透明金属。
另外，本发明的遮罩模具(60，60′)可以按照如图12及图13中所示的压印方式制作，但并非限定于此，也可以按喷墨或丝网印刷方式制作。
下面以图12及图13的压印方式为例进行具体说明。首先，光化能量射线可以穿透的韧性或钢性板状第1支撑物(20)的一面中，对其一部分进行印刷有色镀层[图12的阶段(a)，图13的阶段(a)]。上述有色镀层可以重复印刷多角形、圆形、椭圆形或及其组合，或者重复穿孔印刷多角形、圆形、椭圆形或其组合。
必要时，在上述第1支撑物(20)中印刷有色镀层的一面上涂刷粘附激活层树脂，将其固化以后形成粘附激活层。这种粘附激活层可以牢固上述第1支撑物(20)和以下要说明的第1模具(50)的结合。
之后，在光化能量射线穿透型第1基础模具(10)或上述第1支撑物(20)中印刷了有色镀层的一面上涂刷第1模具用树脂(40)，并以上述第1模具用树脂(40)为中心紧贴上述第1支撑物(20)和上述第1基础模具(10)[图12的阶段(b)，图13的阶段(b)]。
接着，把上述第1支撑物(20)向上述第1基础模具(10)方向加压，并在上述第1基础模具(10)上照射光化能量射线或加热，使上述第1模具用树脂(40)固化以形成遮罩模具(60，60′)[图12的阶段(c)，图13的阶段(c′)]。图12所示的阶段(c)为从第1基础模具一侧照射光化能量射线，图13所示的阶段(c′)为从第1支撑物一侧照射光化能量射线。
必要时可以增加使用溶剂把上述第1模具用树脂(40)中尚未固化的部分进行溶解并去除的步骤。
最后，把上述遮罩模具(60，60′)从上述第1基础模具(10)分离[图12的阶段(d)，图13的阶段(d′)]后最终获得用于制作本发明三维复合多层结构体(80)的遮罩模具(60，60′)[图12的阶段(e)，图13的阶段(e′)]，而上述有色镀层的特征在于光化能量射线不能穿透。
同时，本发明的遮罩模具(60，60′)可以把光化能量射线可以穿透的韧性或钢性板状第1支撑物(20)一面中的一部分用荫罩遮住以后，首先进行蒸发镀层不透明金属的操作[图12的阶段(a)，图13的阶段(a)]。上述不透明金属为多角形、圆形、椭圆形或及其组合重复蒸发镀层，或者多角形、圆形、椭圆形或其组合重复穿孔后蒸发镀层。
必要时，可在上述第1支撑物(20)中蒸发镀层不透明金属的一面上涂刷粘附激活层树脂，从而形成粘附激活层。这种粘附激活层可以牢固上述第1支撑物(20)与以下要说明的第1模具(50)之间的结合。
之后，光化能量射线穿透型第1基础模具(10)或上述第1支撑物(20)中蒸发镀层了不透明金属的一面上涂刷第1模具用树脂(40)，并以上述第1模具用树脂(40)为中心贴紧上述第1支撑物(20)和上述第1基础模具(10)[图12的阶段(b)，图13的阶段(b)]。
接着，把上述第1支撑物(20)向上述第1基础模具(10)方向加压，并在上述第1基础模具(10)上照射光化能量射线或加热，使上述第1模具用树脂(40)固化以形成遮罩模具(60，60′)[图12的阶段(c)，图13的阶段(c′)]。
必要时，可以使用溶剂将上述第1模具用树脂(40)中尚未固化的部分进行溶解并去除。
最后，把上述遮罩模具(60，60′)从上述第1基础模具(10)分离[图12的阶段(d)，图13的阶段(d′)]，并最终获得用于制造本发明三维复合多层结构体(80)的遮罩模具(60，60′)[图12的阶段(e)，图13的阶段(e′)]，而上述不透明金属的特征在于光化能量射线不能穿透。
以下，以本发明的三维复合多层结构体为例，对实际应用于光学部件时效果进行说明。
图17为拍摄了第1样板为棱镜样板，第2样板为与上述第1样板平行方向直交的棱镜样板的本发明实施例的照片，图18为图17的部分放大照片。
另外，图19到图22为绘示了以往在导光板(图19)上应用了扩散板(图20)、第1集光片(图21)及第2集光片(图22)时的视角分析图。
红色标记的部分为亮度高的部分，例如以往的导光板(图19)当同时使用了扩散板(图20)、第1集光片(图21)及第2集光片(图22)时才可以把中央变为红色，由此可见以往的导光板必须使用2个集光板。
与此相反，把本发明的三维复合多层结构体作为导光板，并在此仅使用了扩散板，从视角分析图中可见本发明的结构体作为导光板时(图23)，首先与以往的导光板(图19)相比亮度高，而且仅添加扩散板即可以把中央变为红色(图24)，不需要其他集光片。这样可以减少光学片的使用数量，不但可以降低制造成本也可以缩小设备厚度。
同时，以往导光板上叠加扩散板时可以看到如图25所示的亮度，以往叠加两张光学片(图26)时的情况，以及把本发明多层结构体作为图17的光学片叠加一张(图27)时的情况进行比较，可以确认整体来看图27的亮度更高，可见光学片的使用数量减少。
以上对本发明的最佳实施例进行说明，但本发明并非限定于如上所述的特定实施例，该技术领域的普通技术人员可以理解不脱离该发明宗旨的前提下进行多种改变。因此本发明的权利要求范围并非局限于上述的实施例，其应均包括下述的权利要求范围以及与此对等的情况。

Claims (15)

1.一种三维复合多层结构体，其特征在于：板状的一面或两面上形成厚度各不相同第1样板及第2样板，
上述第1样板，在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种，
上述第2样板不与上述第1样板平行，并在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种，
上述第1样板和第2样板的边界，从多角形、圆形、椭圆形及其组合所构成的选择组中任选一种图形，
并且上述图形在上述板块的一面或两面重复形成。
2.根据权利要求1所述的三维复合多层结构体，其特征在于，上述第1样板的平行方向与上述第2样板的平行方向相互直交。
3.根据权利要求1所述的三维复合多层结构体，其特征在于，可以具有第3样板使上述第1样板和第2样板相互隔离一定距离。
4.根据权利要求1所述的三维复合多层结构体，其特征在于，上述第1样板及第2样板可用热固树脂或光化能量射线固化树脂为材料制成。
5.根据权利要求1所述的三维复合多层结构体，其特征在于，垂直于上述第1样板及第2样板平行方向的断面呈波形，上述断面的波形中相邻一对谷与两个谷之间峰的形态，可以为三角形的三个顶点，或者弧形中弦的两个顶点及弧上的一点，或者椭圆弧形中弦的两个顶点及椭圆弧上的一点，或者上述三角形的顶点被切成圆滑形态的任一种。
6.根据权利要求1所述的三维复合多层结构体，其特征在于，当上述断面的波形中相邻一对谷和两个谷之间峰的形态为三角形的三个顶点或者顶点被切成圆滑形态的三角形时，上述峰的夹角为30到150°之间。
7.根据权利要求1所述的三维复合多层结构体，其特征在于，上述断面的波形中从谷到峰的高度为从1到500μm之间。
8.根据权利要求1所述的三维复合多层结构体，其特征在于，上述三维复合多层结构体的折射率为1.3到1.9之间。
9.根据权利要求1所述的三维复合多层结构体，其特征在于，上述重复形成图形的直径、长径或一个边长为从1到5000μm之间。
10.根据权利要求1到权利要求9所述的三维复合多层结构体，其特征在于，其可以应用于光学部件、半导体元件、压电元件或生物传感器或干式胶合层等。
11.一种三维复合多层结构体的制造方法，其特征在于，包括如下阶段：
(A)一个面上互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中选择第1样板，并准备已形成第1样板的第2基础模具的阶段；
(B)光化能量射线可以穿透的韧性或钢性板状第1支撑物；在上述第1支撑物的一面上重复形成多角形、圆形、椭圆形或及其组合，或者重复穿孔多角形、圆形、椭圆形或及其组合的遮罩；覆盖上述第1支撑物及遮罩，并在面对上述第1支撑物的对侧面上形成第2样板的样板层，或者形成上述遮罩的第1支撑物的一面上，在第1支撑物暴露的部分形成第2样板，而且上述遮罩为光化能量射线不能穿透的遮罩模具等准备阶段；
(C)在上述第2基础模具的第1样板或上述遮罩模具上涂刷第2模具用树脂的阶段；
(D)上述第2样板的平行方向不与上述第1样板的平行方向平行的同时，以上述第2模具用树脂为中心，贴紧上述第2基础模具和上述遮罩模具的阶段；
(E)把上述遮罩模具向上述第2模具用树脂方向加压，并在上述遮罩模具上照射光化能量射线或加热，使上述第2模具用树脂固化以形成第2模具的阶段；
(F)把上述遮罩模具从上述第2模具分离的阶段；以及
(G)使用溶剂将上述第2模具用树脂中尚未固化部分进行溶解的阶段。
12.根据权利要求11所述的三维复合多层结构体制造方法，其特征在于，上述阶段(G)以后还包括如下阶段：
(H)上述阶段(G)以后在母板(master)上涂刷第3模具用树脂的阶段；
(I)在上述第3模具用树脂上贴紧第2支撑物的阶段；
(J)将上述第2支撑物向上述母板方向加压，并照射光化能量射线或加热，使上述第3模具用树脂固化以形成第3模具的阶段；
(K)把上述第3模具从上述母板分离的阶段；
(L)在上述第3模具或基板上涂刷样板用树脂的阶段；
(M)以上述样板用树脂为中心，把上述第3模具和上述基板贴紧的阶段；
(N)上述第3模具或上述基板上照射并照射光化能量射线或加热，使上述样板用树脂固化以形成样板的阶段；以及
(O)已形成上述样板的三维复合多层结构体从上述第3模具分离的阶段。
13.根据权利要求11或12所述的三维复合多层结构体制造方法，其特征在于，上述第2样板不与上述第1样板平行，并且在互不相交的平行线、平行曲线、平行锯齿形曲线及其组合所构成的选择组中任选一种。
14.根据权利要求11所述的三维复合多层结构体制造方法，其特征在于，上述阶段(D)中，以上述第2模具用树脂为中心，贴紧上述第2基础模具和上述遮罩模具时，可以具有第3样板使上述第1样板和上述第2样板间隔一定距离。
15.根据权利要求11所述的三维复合多层结构体制造方法，其特征在于，上述阶段(D)中为了使上述第2样板的平行方向与上述第1样板的平行方向直交，以上述第2模具用树脂为中心紧贴上述第2基础模具与上述遮罩模具。
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