CN1314607A - 模制的光学面板及其模具 - Google Patents
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Abstract
利用光致抗蚀剂方法,通过计算机辅助设计(CAD)的图案薄膜14使得光敏聚酰亚胺树脂12曝光和显影,从而在模具基底11上形成图案。由此形成的模制图案13构建成模具10。通过利用带有反光图案3的模具10形成光学面板2,其中的反光图案3包括每个为几微米和高密度排列的,并且与模制的图案13方向相反的圆形或矩形的圆点孔或圆点突起。反光图案3以高亮度和高度均匀性对入射光进行光导或漫射,从而实现对不能看穿的反光图案的继发照明。
Description
本发明涉及一种模制的光学面板，这种面板可在例如液晶显示器的背发光或前发光面板、各种表面发光器和发光板的边缘发光面板、和光漫射面板中使用，本发明还涉及用来形成光学面板的模具。
在本申请人的同样未决的日本专利申请平11(1999)-267686中，提出了一种在边缘发光面板中使用的光学面板，通过利用设有模具基底和模制图案的模具在面板的一个表面上整体地形成光导图案，其中模制的图案是向通过光致抗蚀剂方法使得负型光敏树脂曝光和显影得到的多孔图案薄膜中注满形成光导元件的耐热树脂，而得到的直接形成在模具基底上的模制图案。
该同样未决的日本申请的优点在于，与传统的形成模具的方法相比，能够在非常短的时间内，即，半天至一天内便能比较容易地制成模具，而通过放电处理、蚀刻处理等形成模具的传统方法需要几天至一周的工作时间。因此，能够恰好满足对短周期生产和运输例如边缘发光面板或液晶背光的光学面板等少量不同类型的平板发光器的需求。另外，该同样未决的申请具有的优点在于，与通过使用传统模具模制的边缘发光面板式光学面板相比，能够形成具有更高精度和更高密度的光导图案，并且得到具有高亮度和高度均匀性、同时防止出现能看穿的图案的边缘发光面板式光学面板。
但是，由于该模制的图案是通过利用负型光敏树脂由耐热树脂间接形成的，所以在形成负型光敏树脂的多孔图案薄膜之后，需要通过筛眼等向多孔图案薄膜提供形成光导元件的耐热树脂。因此，该同样未决的日本专利申请的缺点在于制做模具的过程仍然复杂，并且由于空气的引入等等使得向多孔图案中精确注入耐热树脂变得逐渐困难。由于由圆点或直线等构成的光导元素是微细的，所以存在由于不能充分注入耐热树脂而导致在模制图案时出现失败的可能。
因此，由本发明解决的第一个问题在于，提出一种具有高亮度和高均匀性的模制光学面板，或者具有出色的光漫射属性的模制光学面板，通过简化模具的制造和缩短工作时间，可使这两种类型的面板都适合于小批量的短期生产和运输。由本发明解决的第二个问题在于提供为模制这些光学面板所使用的模具。
本发明人已经开发并解决了如上所述的第一和第二个问题，其中下面的事实是确定的：
(1)由于通过光敏耐热树脂可以直接在模具基底上形成模制的图案，其中通过利用光敏耐热树脂制成的图案薄膜，可用光致抗蚀剂方法在模具基底上形成模制的图案，所以可以解决当间接形成模制的图案时由注入耐热树脂导致的问题。另外，能够简化模具生产的过程和缩短工作时间。
(2)当通过利用光致抗蚀剂方法，例如，根据光学面板的应用，使用由CAD设计的图案作为正或负图案薄膜形成模制的图案时，可以准确地复制与所设计的图案相对应的模制图案。因此，可以获得作为模制图案反图案的光学图案。由此形成的光学图案表现出精确地对应于所设计的图案的高亮度和高均匀性。
(3)另外，通过光致抗蚀剂方法直接形成的模制图案允许形成能够控制发光的适当的模制图案。例如，可以形成具有较宽密度范围的模制图案，其以非常高的精度覆盖从传统的大约每英寸(25.4mm)25行至50行的线密度(也就是，每两个图案元素之间的距离是0.5mm至1mm)至最高密度的精细图案，并且仍然实现对入射光的有效的引导，例如间距为0.05mm或更小的高密度。将该模制图案反向，便可得到对应的光导图案。
(4)通过最大化每两个图案元素之间的间距，可以制成与于模制图案的反向图案相应的高精度和高密度的光学图案。因此，可以获得表现出高亮度和高均匀性并且消除了能看穿的图案的高性能边缘发光面板式光学面板。
(5)另外，可以将本发明的光学面板应用于对来自光发射装置的光进行漫射的光漫射面板，例如，液晶显示器的背光面板，所述面板直接置于光漫射面板下面并且利用漫射的光，从而通过光漫射面板均匀地发光。可以在光漫射面板上形成精细的图案和高密度光学图案，从而得到具有高度均匀性的光漫射面板。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种光学面板，至少在它的一个表面上整体地形成反光图案(optical pattern)。通过利用模具和借助图案薄膜用光致抗蚀剂方法形成的光敏耐热树脂的模制图案直接形成反光图案。光敏耐热树脂是正型的而且图案薄膜是正型薄膜，从而形成的反光图案为具有凹形反光图案元素的凹形图案。在本发明的另一种形式中，光敏耐热树脂是正型的而图案薄膜是负型薄膜，从而形成的反光图案为具有突出的反光图案元素的突出图案。光敏耐热树脂可以是负型而图案薄膜可以是正型薄膜，从而形成的反光图案为具有突出的反光图案元素的突出图案。另外，光敏耐热树脂是负型而图案薄膜是负型薄膜，从而形成的反光图案为具有凹形反光图案元素的凹形图案。该反光图案包括多个反光图案元素，每个元素的直径大于1μm和小于300μm或者具有每两个反光图案元素之间的间距大于5μm和小于1mm的侧边长。该反光图案用来作为光导图案，并且通过非逐步式地改变由点或线构成的反光图案元素的直径和/或密度而形成，从而实现与入射光量成反比的光引导，所述入射光是从光学面板的光入射边缘表面射向远离光入射边缘表面的光，由此完成光导控制。本发明的光学面板可以用于使用该反光图案作为光漫射图案的光漫射面板。在这里使用的光致抗蚀剂方法意味着用于半导体或其他类似装置中的方法，并且限定为这样一种方法，其中光致抗蚀剂薄膜形成在模具基底上，将其进行曝光和显影，以便根据在曝光中使用的图案薄膜进行图案转印。
本发明的模制的光学面板可以简化模具的制造，和明显地将工作时间缩短到接近几个小时，并且可以适当地适用于少量短周期小批量生产和运输的不同类型的光学面板，例如边缘发光面板和光漫射面板。另外，本发明的模制光学面板可以形成准确地对应于设计图案的反光图案，和保证光学面板具有设计的亮度和均匀性，这种面板可执行继发照明。另外，本发明的模制光学面板提供了表现出高性能，极高精确度和高密度的精细光学图案，该图案中没有能看穿的部分。另外，本发明的模制光学面板提供了反光图案的优选形状，并且通过形成高密度的反光图案，或者通过控制入射光在远离光源的方向中的光导，使得例如边缘发光面板的光导具有高亮度和高均匀性。当该光学面板用来作为光漫射面板时可以得到同样的结果。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种模具，用于至少在光学面板的一个表面上整体地形成反光图案。模具包括模具基底和借助图案薄膜通过利用光致抗蚀剂方法直接形成在模具基底上的光敏耐热树脂的模制图案。在模具中使用的光敏耐热树脂优选的是光敏聚酰亚胺树脂。
用于本发明的模制光学面板的模具可以简化模具的制造，和明显地将工作时间缩短到几个小时，并且可以适当地适用于少量的不同类型的光学面板的短周期小批量生产和运输。另外，用于本发明的模制光学面板的模具可以在模具基底上形成准确地对应于设计图案的反光图案，该图案对模具基底具有较高的粘性。另外，用于本发明的模制光学面板的模具提供了一种具有高精度和耐久力的模具，这种模具可用来形成边缘发光面板或光漫射面板的反光图案。在本发明的模具中，最好使用光敏耐热树脂，这会使得通过光致抗蚀剂方法很容易直接形成模制图案，并且可以在模制光学面板的过程中使模具具有出色的转化能力。
附图图面的简要说明
通过下面参照附图的详细说明，可以对本发明有更完整的理解，其中：
图1是表示平板光源的分解透视图；
图2是表示边缘发光面板的纵向剖视图；
图3是表示模具中的模制图案的纵向剖视图；
图4是表示模制的边缘发光面板的光学图案的纵向剖视图；
图5是表示在模具基底上形成光致抗蚀剂薄膜的状态的流程图；和
图6是光学面板的250放大倍率的显微图。
现在参见图1中所示的本发明的一个实施例，其表示用作液晶显示器背光的表面发光器1。该表面发光器1包括模制的边缘发光面板2，该面板具有一个整体地形成反光图案3的表面；反射器6，位于模制的边缘发光面板2的背面上；和光漫射元件，其位于模制的边缘发光面板2的光发射表面上。表面发光器1配有一个线光源的光源8，例如冷阴极荧光管，该光源紧邻模制的边缘发光面板2的光入射边缘表面5设置。表面发光器1将来自光源8的入射光引导到光入射边缘表面5上，从而通过光引导图案3继发地照亮边缘发光面板的整个表面区域。
模制的边缘发光面板2是透明的、薄的、平板的，并且是图2中所示的后表面逐渐变小的楔形状平板。边缘发光面板通过塑料注射成型方法由具有很高光传导率的透明合成树脂，例如丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等形成。模制的边缘发光面板2的一个边缘表面设有与光源8相邻的光入射边缘表面5。模制的边缘发光面板2受到来自边缘发光面板2一侧的光源的投射。
通过设有模具基底11和由光敏耐热树脂12制成的模制图案13的模具10，在模制的边缘发光面板2上形成反光图案3。模制的图案13借助图案薄膜14利用光致抗蚀剂方法直接形成在模具基底11上。光敏耐热树脂12是正型的，同时图案薄膜14是正型薄膜，从而形成点或线状的反光图案。图4表示具有凹形点状的反光图案元素4的凹形图案。通过非逐步地改变点状的或线状反光图案元素4的密度形成反光图案3，从而与入射光量成反比地进行光引导，进而实现对光的控制，所述入射光是从提供入射光的边缘表面5射向远离光入射边缘表面5的光。反光图案3由非逐步变化的高密度点或线的阵列形成，从而具有大于0.05mm和小于0.4mm，较好的是0.08mm～0.25mm的点间距，也就是，具有位于每英寸大于60行和小于500行的范围，优选的是位于每英寸从100至300行的范围内的线密度。点状的反光图案元素4以小于30μm的深度和小于50μm的直径形成，最好是大约10至30μm，来形成具有高密度和最大精密度的多孔的微细图案。另外，点状反光图案4的直径结构成逐渐地非逐步地增大，使得光入射边缘表面5变成开始变化的位置。为了通过由来自边缘发光面板一侧的光源照明的边缘发光面板进行均匀的光导控制，与光入射边缘表面5正对的用于反射的边缘表面或者与之相接近的位置成为峰值变化点。结果，通过该反光图案可以实现具有非常高的亮度和高均匀性的继发照明。
用来整体地在模制的边缘发光面板2的后表面上形成反光图案3的模具10包括模具基底11，和利用光致抗蚀剂方法借助图案薄膜14形成在模具基底11上的正型光敏耐热树脂12的模制图案13。模具基底11由大约0.1mm至5mm厚的不锈钢板制成。最好使用通过曝光和显影而具有高分解率的、和通过在半导体生产中使用印刷方法，特别是在半导体晶片上形成保护涂膜和绝缘薄膜层而具有高粘性的正型光敏耐热树脂12。利用光敏耐热树脂的高分辨率的优点，具有高精度和高密度的精细突起的精细模制图案13可以直接形成在模具基底11上。另外，利用光敏耐热树脂的高粘性的优点，可以防止模制的图案13从模具10上局部地剥离或分离，并且可以由模具10连续地制造大量的模制边缘发光面板2。
从正型的光敏聚酰亚胺树脂中选择正型光敏耐热树脂12。在该实施例中使用的聚酰亚胺树脂是SUMIRESIN EXCELCRC-8000系列(例如，CRC-8300)，该材料是广为人知的由Sumitomo Bakelite Co.,Ltd.制造的半导体涂层材料。该聚酰亚胺树脂使得能够简单地和可靠地通过光致抗蚀剂方法在模具基底11上直接形成模制的图案13，以及用来形成制做边缘发光面板2的模具10。
通过利用正型光敏耐热树脂12在模具基底11上形成模制的图案13包括以下步骤：利用正型光敏耐热树脂12涂布模具基底11，从而在它的表面上形成光致抗蚀剂薄膜；预加热该光致抗蚀剂薄膜其稍微硬化；通过用来形成反光图案3的正型的图案薄膜14使涂布的光致抗蚀剂薄膜曝光(感光步骤)；使得曝光后的光致抗蚀剂薄膜显影；清洗和除去由显影除去的部分；和在高温下烘烤通过显影形成的图案，以便使得该正型光敏耐热树脂硬化。
图5(A)表示在涂层步骤中利用正型光敏耐热树脂12涂布模具基底11的状态。图5(B)表示在预烘烤步骤中，预加热正型光敏耐热树脂12的状态。图5(C)表示在曝光步骤中，通过图案薄膜14曝光正型光敏耐热树脂12的状态。图5(D)表示在显影步骤中，使得正型光敏耐热树脂12显影，和部分溶解显影后的正型的光敏耐热树脂的状态。图5(E)表示在清洗步骤中，清洗和除去由显影溶解的部分的状态。图5(F)表示由在烘烤步骤中硬化的正型光敏耐热树脂12，直接形成在模具基底11上的模制图案13。
可以通过其中逐滴地提供正型光敏耐热树脂12的涂覆器，或者向设置在涂覆器上的模具基底11的表面喷溅来执行涂覆步骤。模具基底11高速旋转，以便根据要形成的反光图案元素4的厚度，例如具有小于大约30μm的均匀厚度，用正型光敏耐热树脂12涂布模具基底11，从而形成光致抗蚀剂薄膜。
通过在加热炉中在大约120℃的温度下加热几分钟来执行预烘烤步骤，以便执完成光致抗蚀剂薄膜的预加热，使得光致抗蚀剂薄膜在接下来的曝光步骤中经受高精度和高密度的曝光。
通过利用来自光源的g线、i线的光或者包括g线和i线的连续波长的光，例如高压水银灯，利用曝光机通过CAD设计的照相图案薄膜14，短时间地照射光致抗蚀剂薄膜来完成曝光步骤。图案薄膜14是正型薄膜，其通过改变薄膜中反光图案的直径实现对光投射的控制。模制的图案13的突出部分受到图案薄膜14的遮盖，而对应于反光图案3的非遮盖部分受到来自光源的光的照射使得它们曝光。
通过其中逐滴地或喷溅地供应碱性抗蚀剂显影溶液的显影机完成显影步骤。模具基底11高速旋转以便均匀地分配显影溶液，并且使显影溶液渗透到需曝光的非遮盖部分中和使得它们溶解。
例如通过向高速旋转的模具基底11喷射纯净水，从而冲洗和除去已经溶解的部分来完成清洗步骤。
通过在加热炉中在300至400℃温度的氮气环境下加热，使得由显影步骤形成的图案硬化，并且粘附并固定到用来形成模制图案13的模具基底11上，从而完成烘烤步骤。
通过这种方式，使与所设计的图案方向相反的图案的模制精细图案13可以直接形成在模具基底11上，并且能确保模制的图案13对模具基底11具有高粘性，由此得到适合于形成边缘发光面板2的模具10。
通过将模具10固定到模制机上和在接近200至350℃的模制温度下进行模制，可以完成用模具10制做边缘发光面板2的过程。当模制时，将模具10设定成使得模制图案13位于边缘发光面板2的背面，并且将不锈钢的平板形模具(图中没有示出)设定成边缘发光面板2的前面。
图6是由模具10模制的模制边缘发光面板2的反光图案3的显微视图象(X250)。反光图案3包括具有刻槽的矩形形状的点孔(掏槽孔)的光导元件4，光导元件有次序地设置成矩阵的形式并具有很高的精度和高密度。
根据本发明，模具10的模制图案13由通过使用正型光敏耐热聚酰亚胺树脂制备的高溶解性的光致抗蚀剂薄膜形成。形成的模制图案13是具有高精度和高密度的精细图案，通过正型图案薄膜14的曝光和显影使所述图案达到最大，并且对模具基底11具有高的粘性。在由具有模制图案13的模具10形成的与图案13一样多的本发明的反光图案中，达到最大并且与图案13方向相反的高精度和高密度的凹形精细图案的反光图案3可以整体地形成边缘发光面板2。反光图案3引导入射光和使得边缘发光面板2的继发照明具有高亮度和高度的均匀性，而不会形成可以看穿的反光图案。
通过利用本发明的模制边缘发光面板2构成的液晶背光具有高亮度和高度的均匀性，并且形成在模制边缘发光面板2上的反光图案3可以解决反光图案3的可看穿性，从而达到在模制的边缘发光面板2上不能视觉地识别的程度。
反射器6具有精细的低泡沫树脂反射表面，该表面由具有高反射属性的低泡沫聚酯白板制成。光漫射元件7由白色半透明的聚酯板制成，其漫射光从而抑制在继发照明中引导的光产生闪烁。由于在本发明中解决了反光图案3的看穿问题，所以不需要提供例如多层棱镜板、涂有通过后处理的防止看穿制剂的板材料等漫射装置，这些是为了防止反光图案的看穿性而通常要使用的。因此，可以使用具有单一的漫射功能的光漫射元件。
由于模具10可以在非常短的时间范围内制成，例如大约1至2小时内制成，所以可以得到适合于对不同类型的光学面板进行短周期生产和运输的模具10。另外，由于通过利用具有高溶解性和高粘性的正型光敏耐热树脂12，可以将模制的图案13直接形成在模具基底11上，所以可以很容易地构成模制的图案13，并且可以在消除所有可能的有缺陷的模制图案13的同时保证高收益率。图中，附图标记1表示粘附到模制边缘发光面板2的侧边上的白色反射带。
显然，在上述教导的范围内本发明能够有多种变形和变化。例如，当通过非逐步地改变反光图案的密度，即反光图案元素的密度进行光的控制时，如果反光图案元素是点，则点的数量将非逐步地增加，与此同时如果反光图案元素是线，则线的宽度或数量将非逐步地增加。反光图案元素可以设置在均匀间距的点矩阵中或平行的线中。反光图案元素可以随机地设置。如果需要的话，可以通过增加反光图案元素的数量来非逐步地改变密度。边缘发光面板的每个相对的边缘表面可以用来作为光入射边缘表面，并且与具有安装在每个光入射边缘表面附近的光源两侧边一同使用。在这种情况下当非逐步地改变反光图案元素的密度时，入射光的峰值位置位于光学面板的中间位置，因为入射光由设置在边缘发光面板的每个相对的边缘表面处的光源提供。可以通过将模具浸入到光敏耐热树脂中来完成光致抗蚀剂薄膜在模具基底上的形成。
在本发明的实施例中，用正型的光敏耐热树脂12在模具基底11上形成模制图案13。可以理解通过使用负型光敏耐热树脂也能制造该模具，并且可以通过由负型光敏耐热树脂制成的模具形成模制边缘发光面板2。当使用负型光敏耐热树脂时，通过图案薄膜14曝光的区域保持下来作为模制的图案13，通过显影和清洗溶解和除去没有曝光的区域。最好从例如，HitachiChemical Dupont Microsystens,Ltd.,P1-2732中所述的聚酰亚胺树脂中选择负型光敏耐热树脂。
另外，模制的光学面板可以形成为在光漫射面板中使用的光学面板，它的一个表面整体地形成光漫射图案。该光漫射图案是通过模具形成的，该模具带有借助薄膜图案利用光致抗蚀剂方法直接形成在模具基底上的光敏耐热树脂的模制图案。在这种情况中，可以通过与在模制边缘发光面板中使用的模具类似的模具形成光漫射面板。另外，能够在光学面板的一个表面上形成反光图案和在光学面板的另一个表面上形成光漫射图案。该反光图案和光漫射图案是通过模具形成的，该模具带有借助薄膜图案利用光致抗蚀剂方法直接形成在模具基底上的光敏耐热树脂的模制图案。可以通过将与在制造模制边缘发光面板中使用的模具类似的模具放置在光学面板的两个表面上，形成具有反光图案和光漫射图案的光学面板。光导图案和光漫射图案在本发明中被称为反光图案。
可以理解的是，当光敏耐热树脂是正型的和图案薄膜是负型薄膜时，反光图案变成突出的点状或线状反光图案元素。以同样的方式，当光敏耐热树脂是负型和图案薄膜是正型薄膜时，反光图案变成突出的点状或线状反光图案元素。另一方面，当光敏耐热树脂是负型的和图案薄膜是负型薄膜时，反光图案变成凹形的点状或线状反光图案元素。在本发明的实施例中，参照在大于0.05mm和小于0.4mm范围内非逐步改变的点间距和直径小于50μm的反光图案进行解释。但是因为使用了正型或负型光敏耐热树脂，所以能够形成更精细的图案。例如，可以形成具有圆形、矩形和任何其它形状的反光图案元素，并且直径或侧面长度可以在大于1μm和小于300μm的范围内变化，每两个反光图案元素之间的间距可以在大于5μm和小于1mm的范围内变化。另外，在该范围内，图案的尺寸和/或间距可以从光学面板的一端到光学面板的另一端自由地非逐步地变化。
如上所述，在不脱离本发明构思的情况下，可以做出关于模具、模制的图案、光学面板、包括光导图案和光漫射图案的反光图案、光学元件、反射器、光漫射元件、光敏耐热树脂、模制的图案的形状和尺寸、模制图案的密度等的各种改进和变化。
Claims (10)
1．一种模制光学面板，该面板的至少一个表面上整体地形成反光图案，所述反光图案是通过利用具有模具基底的模具，和用光敏耐热树脂借助于图案薄膜的光致抗蚀剂方法在模具基底上形成的模制图案的步骤形成的。
2．根据权利要求1所述的模制光学面板，其中所述光敏耐热树脂是正型的，所述图案薄膜是正型薄膜，因此使得所述反光图案形成为具有凹形的反光图案元素的凹形图案。
3．根据权利要求1所述的模制光学面板，其中所述光敏耐热树脂是正型的，所述图案薄膜是负型薄膜，从而使得所述反光图案形成为具有突出的反光图案元素的突出图案。
4．根据权利要求1所述的模制光学面板，其中所述光敏耐热树脂是负型，和所述图案薄膜是正型薄膜，因此使得所述反光图案形成为具有突出的图案元素的突出图案。
5．根据权利要求1所述的模制光学面板，其中所述光敏耐热树脂是负型，和所述图案薄膜是负型薄膜，从而使得所述反光图案形成为具有凹形的反光图案元素的凹形图案。
6．根据权利要求1至5中任何一个所述的模制光学面板，其中所述反光图案包括多个所述反光图案元素，每个元素的直径大于1μm和小于300μm或者具有每两个反光图案元素之间的间距大于5μm和小于1mm的所述侧边长。
7．根据权利要求1至5中任何一个所述的模制光学面板，其中所述反光图案是光导图案，并且所述光导图案通过非逐步式地改变光导元素的直径、所述边长和/或密度而形成，从而实现与从光入射边缘表面射向远离光入射边缘表面的入射光量成反比的光引导，并且控制发光。
8．根据权利要求1至5中任何一个所述的模制光学面板，其中所述光学面板是光漫射面板。
9．一种用于模制光学面板的模具，用于至少在所述光学面板的一个表面上整体地形成反光图案，所述模具包括模具基底和借助图案薄膜用光致抗蚀剂方法形成的光敏耐热树脂模制图案。
10．根据权利要求9所述的用于模制光学面板的模具，其中所述光敏耐热树脂是光敏聚酰亚胺树脂。
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