CN1979290A - 导光板及导光板制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种导光板及该导光板制造方法。该导光板包括：一种导光板，其包括：一入光面，该入光面设置在该导光板的角落，一与入光面相邻的出光面及一与该出光面相对的底面，该出光面上设置有多个相互平行的直条状微结构，该底面上设置有多个朝向该入光面的圆弧状微结构。该多个微结构改变该导光板内光线传输方向，使得经过该导光板的光线沿着适当的方向射出，增加射出导光板的光线强度及均匀度。同时，本发明提供一种该导光板的制造方法。

Description

导光板及导光板制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种导光板及其制造方法。

【背景技术】

随着数字科技的发展，液晶显示产品已广泛地应用在日常生活的各个层面中。但是液晶本身不会发光，需要有光源装置不断提供光线射入液晶显示屏幕，方可实现画面显示。为较好地显示画面，要求射入该液晶显示屏幕的光线具有较高强度，且分布均匀。

目前多采用方式是使用一导光板作为面光源装置的一部分来导引光线，并在导光板上形成凹凸微结构的附加处理方式使光线的强度分布均匀。

请参阅图1，是一种现有技术所揭露的面光源装置立体分解示意图。该面光源装置1包括一线性光源11、一导光板12、一第一扩散片14、一第一棱镜片15、一第二棱镜片16及一第二扩散片17，该线性光源11设置在该导光板12的侧面，并在该导光板12底面设置一反射片13，在该导光板12的上表面顺序层叠该第一扩散片14、该第一棱镜片15、该第二棱镜片16及该第二扩散片17。该第一棱镜片15棱镜角与该第二棱镜片16棱镜角相互垂直。

为使入射液晶显示屏幕的光强均匀分布在整个屏幕上，通常在导光板12表面设置微结构，如图2、图3及图4所示。在图2中，在导光板12的底面或者上表面形成多个平行的V形结构；在图3中，在导光板12的底面或者上表面形成多个半球形的凹陷图案；在图4中，在导光板12的底面位置将含有散乱剂的油墨印刷成矩形斑点花样形态。

下面以在导光板12的底面的设置微结构为油墨印刷成矩形斑点花样形态为例，如图5所示，是面光源装置1的光线传输路径示意图。其中箭头所示为光线传输方向。从线光源11发出的入射光线R1，从导光板12的侧面入射；入射光线R1在导光板12内传输，当光线传输至导光板12表面的微结构时，如果满足全反射条件则发生全反射改变光线传输方向；如果不满足全反射条件则部分光线发生反射，继续在导光板12内传输，而部分光线会以一定角度折射出导光板12表面。自导光板12底面射出的光线R2，凭借该反射片13的反射，再次进入导光板12。自导光板12上表面射出的光线R3入射至第一扩散板14，且被该第一扩散板14扩散后，形成光线R4，其与扩散板14表面夹角θ2大于光线R3与导光板12表面夹角θ1。光线R4射入该第一棱镜片15后，由于该第一棱镜片15具集光特性，可减小光线扩散角度。自第一棱镜片15射出的光线R5入射该第二棱镜片16，由于该第二棱镜片16同样具集光特性，所以使得光线的扩散角度进一步变小，且射出光线R6。光线R6经过第二扩散片17后，被第二扩散片17的再次散射，从而形成均匀的光线入射显示屏幕。

在该种面光源装置1中，为使液晶显示产品更加均匀显示画面，必须使用多个扩散片，由于使用多个扩散片，导致入射光强会减少，因此必须增加光源或者使用高辉度的光源，所以制造费用将大幅提高。

再者，为确保光的均匀性及较广视野角度，需使用多个扩散片及棱镜片，因此其组装过程更加复杂。

在导光板12表面设置微结构的制造方法一般是采用钻石刀刃加工的方法，或者制作凹凸花样的微细图案的金属模型射出的方法。采用钻石刀刃加工的方法，在形成微细图案的同时，产生的细屑很难去除。采用金属模型的射出方法，由于其精度达数十微米的程度，所以要制作大小不均匀微细图案的金属模型有难度，且开模费用也较高。

另外，以油墨印刷点图案代替形成凹凸图样的方式，在印刷过程中需要花费较长的时间，导致生产能力下降，且由于不良率较高，致使生产导光板价格上升；由于油墨及油墨中所添加的散乱剂可吸收光，导致光强降低。

【发明内容】

为解决上述导光板光线利用率不高，出射光线不均匀的问题，提供一种光线利用率高且可使得入射光均匀出射的导光板实为必要。

为解决上述导光制造成本高及产品良率低的问题，提供一种降低成本，提高生产力及产品良率的导光板制造方法。

一种导光板，其包括：一入光面，该入光面设置在该导光板的角落，一与入光面相邻的出光面及一与该出光面相对的底面，该出光面上设置有多个相互平行的直条状微结构，该底面上设置有多个朝向该入光面的圆弧状微结构。

一种导光板制造方法，其包括以下步骤：提供一采用一深紫外光微影系统曝光的方法获得具微结构的导光板模仁；利用该导光板模仁在该导光板出光面成型多个相互平行直条状的微结构；利用该导光板模仁在该导光板底面成型多个朝向该入光面的圆弧状微结构。

相较于现有技术，上述导光板采用在底面及出光面上设置多个以不同形状分布的微结构方式，控制经过导光板的光线沿着既定的方向传输，减少光线损失，增加光强及光均匀度，使得采用该导光板的光源装置不必搭配多层光学膜片，简化组装程序。

相较于现有技术，上述导光板的制造方法采用一深紫外微影系统进行曝光，蚀刻出具高精度微结构的导光板模仁，以制作出具高精度结构的导光板，降低微结构吸收光，避免使用高强度光源，降低成本。采用该导光板模仁以快速制造导光板，提高产品制造良率，加快导光板制造时间，从而进一步降低成本。

【附图说明】

图1是一种现有技术所揭示的面光源装置立体分解示意图。

图2是图1所示的导光板表面微结构一种形态示意图。

图3是图1所示的导光板表面微结构另一种形态示意图。

图4是图1所示的导光板表面微结构再一种形态示意图。

图5是图1所示的面光源装置光线传输路径示意图。

图6是本发明一种较佳实施方式所揭示的面光源装置一种立体结构示意图。

图7是图6所示的导光板出光面的微结构放大示意图。

图8是光线遇到该出光面的微结构时光路放大示意图。

图9是本发明导光板的另一种立体结构示意图。

图10是图9所示的导光板出光面微结构放大示意图。

图11是该导光板出光面微结构再一立体结构分布示意图。

图12是导光板底面微结构一种分布型态示意图。

图13是导光板底面微结构另一种分布型态示意图。

图14是该导光板底面一种微结构局部放大示意图。

图15是该导光板底面另一种微结构局部放大示意图。

图16是光线遇到该底面微结构时光路示意图。

图17是图6所示的导光板局部剖面放大示意图

图18是用于制造图6所示导光板的模仁制造流程示意图。

图19是图18所揭示的涂覆光阻剂示意图。

图20是图18所揭示的用于曝光的光刻系统示意图。

图21是在一基板上形成微结构的示意图。

图22是在图21所示的基板的微结构表面镀上金属层的示意图。

图23是在图22所示的金属层表面电铸一金属层的示意图。

图24是电铸层与该基板分离示意图。

图25是导光板模仁设置在模具上的示意图。

图26是在该模具内填充导光板材料的示意图。

图27是将该成型后的导光板与模具分离的示意图。

【具体实施方式】

请参阅图6，是本发明一种较佳实施方式所揭示的面光源装置立体结构示意图。该面光源装置2包括一导光板20及一光源22，该光源22设置在该导光板20的一角落位置。

该光源22为一发光二极管。该光源22产生光线从该入光面205射入该导光板20。

该导光板20是一透明平板，具有一底面201、一出光面203及一入光面205。该入光面205是切除该导光板20的一角所形成的侧面，该底面201与该出光面203分别为该导光板20的下表面与上表面。在该出光面203上设置有多个微结构2031，该微结构2031在出光面203呈多个平行直条状分布。其中该微结构2031可以V形沟槽或者U形沟槽等。

请参阅图7，该出光面203上的微结构2031为V形沟槽的局部结构示意图。该V形沟槽结构为连续的“V”形。取该V形沟槽深度为D，V形沟槽最大宽度为L，该沟槽的夹角为θ，其中D取值范围为1～8μm，L取值范围为10～20μm，θ取值范围为80°～160°。

请参阅图8，是光线遇到该导光板20出光面203时的光路示意图。光线在导光板20内传输，当遇到导光板20出光面203上的微结构2031时，光线传输方向发生改变。通常，光源装置2要求光线在出光面203上均匀射出以有效利用。在该面光源装置2中，可以藉由该出光面203上的微结构2031实现。当光线传输至该微结构2031的斜面时，破坏光线在该斜面上发生全反射条件，保证更多的光线自该出光面203射出。

请参阅图9及图10，其中图9是该出光面203上微结构2031的另一分布状态立体示意图，图10是图9中微结构2031部分放大示意图。该微结构2031仍然呈直条状分布的V形沟槽，在横向方向呈不连续V形分布，且越远离入光面，该V形沟槽的分布密度越增加。同样取该V形沟槽深度为D，V形沟槽最大宽度为L，相邻两个沟槽相应位置端间距为P，该沟槽的夹角为θ，其中D取值范围为1～8μm，L取值范围为10～20μm，P取值范围为10～20μm，P的取值大于L的取值，θ取值范围为80°～160°。

在导光板20的底面201上，同样设置有多个微结构2013。该微结构2013可以是V形沟槽，还可以是U形沟槽。取该微结构2013为V形沟槽为例。请参阅图11，是该出光面203上微结构2031的又一分布状态立体示意图。该微结构2031同样呈连续V形沟槽，其中该V形沟槽的延伸方向平行于入光面205，且越远离入光面，该V形沟槽的夹角θ值逐渐减小。

请参阅图12，是设置在该底面201上的微结构2013一种分布型态示意图，各个V形沟槽结构呈同心圆弧分布，该光源22位于导光板20底面201同心圆弧的圆心位置。

请参阅图13，是设置在该底面201上的微结构2013另一种分布型态示意图，各个V形沟槽结构2013在同心圆弧方向呈不连续分布，该同心圆弧的圆心同样靠近该入光面205设置。

请参阅图14，是设置在该底面201上的微结构2013为V形沟槽的一种局部结构示意图。每一组成该微结构2013的V形沟槽的二斜面为不对称的斜面。取沟槽深度为D，该沟槽最大宽度为L，该沟槽的二斜面夹角为θ，其中D取值范围为1～8μm，L取值范围为10～20μm，该夹角θ取值范围为130°～160°，其中该V形沟槽2013的夹角θ值保持不变。

请参阅图15，是设置在该底面201上的微结构2013为V形沟槽的另一种局部结构示意图。每一组成该微结构2013的V形沟槽的两个斜面为不对称的斜面。取沟槽深度为D，该沟槽最大宽度为L，该沟槽的两个斜面夹角为θ，其中D取值范围为1～8μm，L取值范围为10～20μm，该夹角θ取值范围为130°～160°，该V形沟槽的θ值随该V形沟槽与入光面205(参阅图13)距离的增大而逐渐减小。

请参阅图16，是光线遇到底面201微结构2013的光路示意图。为减少光线外泄，该微结构2013的斜面应满足多数光线的全反射条件，改变入射至该微结构的部分光线传输方向，使其再次回至导光板20内。

再请参阅图17，是图6所示的导光板20局部剖面放大示意图。在该导光板20底面201上设置多个微结构2013，在该出光面203上设置多个微结构2031，该微结构2013可使得该光源22发出的光传输至导光板20时，满足全反射条件，从而减少光线的损失，使得射出光线具高强度；该微结构2031可破坏传输至出光面203的光线的全反射，使其能够从出光面203射出，从而提高光线均匀度。而且，该微结构2013与2031的配合，可使得光线从导光板20高强度、且均匀射出。

相较于现有技术，本发明得导光板20采用微结构2013及2031来实现光的均匀出射，减少了光线的传输界面，从而可提高光线的利用率。而且，由于减少了光学组件，也简化了组装程序。

由于不同材料的折射系数不相同，所以不同材料的导光板相应全反射临界角也不相同，从而所对应的θ值范围亦不同。一般，导光板20采用光学塑料材料制成的，其材料为聚甲基丙烯酸甲酯(Poly Methy Lmethacry Late，PMMA，俗称压克力或有机玻璃)，其折射系数约为1.48，所以相应的全反射临界角约为42°。该导光板20材料还可以为聚碳酸酯(Polgcar bonate，PC)等。

上述导光板20微结构2013、2031的制造方法并非采用微型刀具线性切割加工而成，而是采用X光光刻、无电解精密电铸技术应用于微细加工技术中，在基板上形成导光图样后转印至金属模仁上，然后利用该金属模仁制造导光板的方法。

一种较佳实施方式所揭示的采用光刻制程制造导光板模仁的光刻制造流程如图18所示，该导光板20底面201的微结构2013及出光面203的微结构2031可以采用同样的方法制造，现以导光板20出光面203的微结构2031为例，且该微结构2031为V形沟槽，其制造过程包括如下步骤：

a.设计感光图样(Optical pattern Design)：

使用计算器辅助设计，在计算机上设计出将会成型在导光板20出光面203上的微结构2031的感光图样(图未示)，并印制在透明薄膜上。

b.涂覆光阻剂(Photoresist Coating)：

提供一平面基板30，在其上涂覆一层光阻剂300，如图19所示。

c.曝光(Exposing)：

利用一光刻系统产生的深紫外激光光线对该光阻剂300进行照射，将设计好的感光图样转印至光阻剂300上，该光刻系统3如图20所示。

d.显影(Developing)：

将曝光后的光阻剂300进行显影，蚀刻掉未曝光的光阻剂300，在平面基板30上形成微结构301，如图21所示。

e.电镀及电铸翻模(Metallization and Electroforming to make stamper)：

请参阅图22、图23及图24，在微结构301与基板30上，镀上一金属层302。对金属层302以无电解精密电铸的复制技术进行电铸，将该微结构301复制于金属层302上，获得具微结构301′的导光板模仁303。

在进行无电解精密电铸时，取该微型沟槽301为V形沟槽为例，在平面基板30与V形沟槽上覆盖一层金属层302，该金属层302可以为镍等金属材料。然后以无电解精密电铸的复制技术对该金属层302进行电铸，获得一电铸金属层，其中该电铸金属材料可以为金属镍，该导光板模仁303与光阻剂300脱离后，该微结构301转印至导光板模仁303上，形成微结构301′，获得一具金属层302及该电铸金属层的导光板模仁303，该微机构301′于该微结构301相对应。

f.脱模(Demoulding)：

采用紫外光线照射，固化光阻剂后，将该具微结构301′的导光板模仁303与该基板30分离。请参阅图24，同时结合参阅图11，该导光板模仁303的微结构301′包括具有凹陷部3031及凸出部3032，该凸出部3032对应该导光板20微结构2031，该凹陷部3031对应该两个相邻微结构2031之间部分。

利用该导光板模仁303制造方法获得一导光板模仁303后，又利用该导光板模仁303制造导光板20，即：成形(Injection molding)。

如图25、图26及图27所示，是利用该导光板模仁303在该导光板20出光面203表面形成微结构2031的过程示意图。

该过程包括如下步骤：

首先，将该具微结构301′的导光板模仁303固定在金属模具304上，如第图25所示；

接着，将形成导光板20的材料40热压或者射出后注入模具402内，获得一导光板本体41，如图26所示；

然后，利用该具微结构301′的导光板模仁303压合该导光板本体41；

最后，经过一定时间后使金属模具304分离，则在该导光板20的底面201及出光面203上形成微结构2031，如图27所示。

请再次参阅图20，在该导光板模仁303制造过程中，其中该光刻步骤系采用该光刻系统3对该导光板20进行光刻。该光刻系统3是一利用深紫外激光光线照射，使得光阻剂300感光进而在光阻剂表面形成光刻图样的系统。其包括一深紫外激光光源(Beam Laser)31，一滤波装置(Beam Filter)32，一光分离器(Beam Spliter)331，一光合成器332，一第一光线调制器(Opto-AcousticModulator，OAM)341，一第二光线调制器342，一第一会聚透镜(NumericalAperture Lens，NAL)351，一第二会聚透镜352，一第三会聚透镜353，一旋转平台36，一第一反射镜371，一第二反射镜372及第三反射镜373。其中该第三会聚透镜353、该反射镜372及该旋转平台36组成一聚焦装置。

光线自深紫外激光光源31产生后，依次经过滤波装置32，光分离器331后，获得两束光，一束光经过第一光线调制器341、第一会聚透镜351后，接着经过光合成器332及聚焦装置，然后照射至光阻剂300进行感光；另一束光经过第一反射镜371、第二光线调制器342及第二会聚透镜352后，接着经过光合成器332及聚焦装置，然后照射至光阻剂300进行感光。该光刻系统3各组件沿光线经过先后依次排布。

该深紫外光源31射出波长范围介于200～400纳米的激光光线，配合该滤波装置32，过滤其中一定波长范围的光线，获得波长约为257纳米的深紫外光线；该光分离器331能够将接收到的光线分离为反射光线与透过光线；该光合成器332可以使接受到的光线以穿透或者反射的方式射出；该光线调制器34是一种利用一块调制晶体使光线偏转并将其接通或断开的调相装置，可以对接收到的光线相位进行调整，获得具一定相位的光线；该第一会聚透镜351、第二会聚透镜352及第三会聚透镜353可以通过调整其数值孔径参数，获得对光线的不同程度的解析能力，该解析能力与光源的波长(λ)关系成正比，分辨

，K为一数值，其大小与系统相关；该旋转平台36为一气垫支撑的可旋转平台，该旋转平台36的旋转轴凭借一空气垫支撑，使得该旋转平台36具有较好平衡度及较低离心率，进而可以精确定位光照位置。

该深紫外光刻系统3的工作原理为：

首先提供一涂覆有光阻剂300的平面基板，并设置在该旋转平台36上。

该深紫外光源31发出深紫外光线31a，该深紫外光线31a经过滤装置32过滤后，滤掉其它波长的光线，获得一波长为257纳米的深紫外光线32a，该深紫外光线32a经过该光分离器331后，将光分离为两束，获得一透过型深紫外光线33a及一反射型深紫外光线33b。

该透过型深紫外光线33a射向该第一光线调制器341，经过该第一光线调制器341调整后，获得一具一定相位频率的深紫外光线34a；该深紫外光线34a经过其中第一会聚透镜351后，获得一平行深紫外光线35a，然后该深紫外光线35a射向光合成器332，经该光合成器332及该第三反射镜373后射向第三会聚透镜353，获得一会聚深紫外光线353a，该深紫外光线353a直接照射该光阻剂300。

该反射型深紫外光线33b经过该光线分离器331后，射向一第一反射镜371，改变其光线传输方向，使其射向该第二光线调制器342，同样经过该第二光线调制器342调整后，获得另一具一定相位频率的深紫外光线34b，接着该深紫外光线34b经过第二会聚透镜352后，获得一平行深紫外光线35b，然后该深紫外光线35b经第二反射镜372改变光束传输方向后，射向光合成器332，经该光合成器332后再经过第三反射镜373反射后射向该第三会聚透镜353，获得一会聚深紫外光线353b，该深紫外光线353b直接照射该光阻剂300。

该深紫外光线353a及深紫外光线353b照射该光阻剂300的同时配合旋转该旋转平台36，多次重复照射，直到涂覆有感光剂300的基板整体被照射，进而在光阻剂300上照射形成所需要的感光图样。过了一定时间，且经过显影过程后，在基板上形成多个微结构301，如图21所示。

在利用该深紫外光刻系统3光刻过程中，波长愈短时则该深紫外光刻系统3的分辨率愈佳，可以制得较高精度的V形沟槽结构301。如以波长为257纳米的氟化氪(KrF)激光光源而言，解析能力为0.25～0.15微米之间。采用上述方法制造导光板20，可以制得具高精确度微结构的导光板20，在制造过程中，避免产生难以除掉的碎削，所以将低了成本；而且该微结构2013、2031不会吸收光引起光强减弱，所以不必使用高辉度光源，制造费用也大幅降低；另外，采用深紫外光刻系统3进行曝光，可以精确蚀刻以及调整微结构2013、2031在导光板20表面的分布，所以制得的导光板20可以提高光均匀度。

Claims (10)

1.一种导光板，其包括：一入光面，该入光面设置在该导光板的角落，一与入光面相邻的出光面及一与该出光面相对的底面，其特征在于：该出光面上设置有多个相互平行的直条状微结构，该底面上设置有多个朝向该入光面的圆弧状微结构。

2.如权利要求1所述的导光板，其特征在于：该出光面上的微结构及该底面上的微结构为V形沟槽。

3.如权利要求2所述的导光板，其特征在于：位于该出光面上的直条状V形沟槽之间存在间隙。

4.如权利要求2所述的导光板，其特征在于：该多个圆弧状V形沟槽之间存在间隙。

5.如权利要求2所述的导光板，其特征在于：该出光面上的直条状V形沟槽沿平行入光面方向分布。

6.一种导光板的制造方法，其包括如下步骤：提供一导光板本体；提供一采用一深紫外光光刻系统曝光的方法获得具微结构的导光板模仁；利用该导光板模仁在该导光板本体出光面成型多个相互平行直条状的微结构；利用该导光板模仁在该导光板本体底面形成多个呈朝向该入光面的圆弧状微结构。

7.如权利要求6所述的导光板的制造方法，其特征在于：该导光板本体是以热压或者射出成型方式制得。

8.如权利要求6所述导光板的制造方法，其特征在于：该导光板模仁的制造方法包括如下步骤：提供一基板，在其上涂覆光阻剂；利用一光刻系统产生的深紫外激光光线对该光阻剂进行照射；将曝光后的光阻剂进行显影，在该基板上形成微结构，获得具微结构的基板；在该具微结构的基板及该微结构表面电镀金属层，并在该金属层表面进行无电解电铸，获得一电铸层；将该金属层及该电铸层与该基板分离，获得一具金属层及电铸层的导光板模仁。

9.如权利要求6所述导光板的制造方法，其特征在于：该光刻系统包括：一激光光源，用以产生激光光线；一光分离器，用以接收该激光光线，并通过反射及透过方式分离该激光光线，获得透过型激光光线及反射型激光光线；一第一光线调制器，用以接收自光分离器的透过型激光光线，对该透过型激光光线进行相位调整，获得不同相位的激光光线；一第二光线调制器，用以接收自光分离器的反射型激光光线，对该反射型激光光线进行相位调整，获得不同相位的激光光线；一光合成器，用以接收自光线调制器的反射型激光光线及透过型激光光线，并通过反射及透过方式使得激光光线沿一定方向射出；一聚焦装置，用以接收自光合成器射出的激光光线，并使其聚焦。

10.如权利要求9所述导光板的制造方法，其特征在于：该聚焦装置包括一会聚透镜及一旋转平台，该聚焦装置接收经过光合成器的激光光线，并经过该会聚透镜聚焦于旋转平台。

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