TWI280943B - Method of micro-structural wedged array - Google Patents

Description

1280943 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種微結構陣列之製造方法，特別是指 一種楔形微結構陣列之製造方法，其兼具可製出不同斜度 與尺寸的楔形微結構陣列、製程穩定、生產設備成本低及 可提高導光板之正面輝度等效益。 【先前技術】 不論是液晶顯示器（英文為Liquid Crystal Display ’簡稱LCD)、行動電話的螢幕、個人數位助理 齡 (Personal Digital Assistant ，簡稱PDA)，均需要更亮 更均勻更省電的面光源來強化顯示效果，設計良好之 透鏡陣列（導光板）可提昇顯示效果。傳統導光板之製造方 法如下： 一、光阻熱熔法。將厚膜光阻經過曝光顯影後形成柱 狀的微結構，再經過高溫整形，光阻柱狀微結構熔化，利 用内聚力與表面張力的作用，這些微凸圓柱即逐漸自動變 -形成具有半球狀表面的結構，達到具有微透鏡狀陣列之社 構。 " 一、 熱壓成形法。此法是將類似X光深刻精密電鑄模 你ie成形（簡稱深刻電鑄模造，德文為[i th〇graph i e Ga

Vanoformung Abf〇rmung，簡稱LIGA)技術之模具，以熱 壓機在聚合塑膠薄板上進行高溫高壓，非接觸壓模成形微 透鏡陣列，透鏡曲率半徑可以藉由熱壓溫度及壓力控制。 二、 液滴喷出法。即喷出微液滴方式。其利用類似喷 墨（ink-jet)印刷之技術，喷出複數個微液滴至該光阻層

第7頁 1280943 五、梦明說明（2) 上，進而形成反射式之微透鏡陣列。 四、準分子雷射加工法。準分子雷射微細加工技術製 作微小的3D微結構。將高分子材料基材例如：光學級聚甲 基丙烯酸甲酯（俗稱壓克力，英文為Polymethy mathacrylate，簡稱PMMA)、聚碳酸 S 旨（Polycarbonate， 簡稱PC)或聚苯乙烯（Polystyrene，簡稱PS)在X軸及Y軸上 移動，並利用一可程式控制雷射光強度之裝置，在預定之 位置發射出預定之強度，如此，即可加工出一具有複數半 圓球狀之外表面。 > 五、灰階光罩法。灰階光罩與一般的光罩最大不同處 為灰階光罩曝光壹次即可產生多種不同的蝕刻深度。可應 用於連續曲面形狀的多階繞射微光學元件與高填充率 (fill factor)之微透鏡陣列之製作。 而上述各種方式分別具有下述缺失·· [1 ]微結構陣列的尺寸受限。灰階光罩法不但製造費 用昂貴，且一個灰階光罩只能做一種微結構形狀，成品形 狀受限無變化。 [2]製程不穩定。光阻熱熔法之半球狀表面不易精確 控制。而熱壓成形法在溫度過低時塑膠薄板無法形 ，而壓力過高時聚合塑膠薄板將直接接觸模具頂部， :表：：易精確控制。液滴喷出法之微透鏡的直“ 噴口直徑大小相關，同樣難以控制外表、、 紅丨衣®之積確外形（包 ^小、馬度、焦距等）。準分子雷射加工 糙度較差。 衣由的粗

1280943 五、發明說明（3) ,[3]生 法同樣存在 因此， 的楔形微結 【發明内容 本發明 製造方法， 本發明 k製造方法， 本發明 製造方法， ,本發明 製造方法， 本發明 括下列步驟 -·預 罩上形成有 二·微 勻塗佈在該 上軟烤，接 曝光裝置透 再予烘烤， 三·真 光固化膠， 產設備成 著設備複 有必要研 構陣列之 ] 之主要目 其可製出 之次要目 其具備製 之又一目 其具備生 之再一目 其可提高 係提供一 備步驟： 複數個模 影成形步 基板上， 著將該光 過該光罩 最後在該 空吸取成 將該基板 本高。準分子雷射加工 雜又昂貴的缺點。 發出製程簡單穩定且生 製造方法。 法與灰階光罩 產设備成本低 的，在於提供一 不同斜度與尺寸 的，在於提供一 程穩定的優點。 的，在於提供一 產設備成本低之 的，在於提供一 導光板 種楔形 的正面輝 微結構陣 種楔形 的楔形 種楔形 種楔形 產業優 種楔形 度。 列之製 微結構陣列之 微結構陣列。 微結構陣列之 微結構陣列之 勢。 微結構陣列之 造方法，其包 準備一基板、一光 孔； 阻及一光罩，該光 驟：將該基板淨化烘乾 把該基板連同該光阻放 罩覆設於該光阻上，接 上的模孔對該光阻進行 光阻上顯影完成模穴陣 形步驟：在該光阻上均 、該光阻連同該紫外光 ，將該光阻均 在一加熱元件 續以一紫外線 曝光，曝光後 列； 勻塗佈一紫外 固化膠同時置

麵 I IIH 第9頁 1280943 五、發明說明（4) =一真空腔體，將該模穴陣列内之空氣抽出，該光 固化膠填入該模穴陣列中； 九 化膠成形步驟：傾斜該模穴陣列’該紫外光固 微結構陣列。 ㈣角再曝光固化形成楔形 /發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例 之砰細祝明與附圖中，獲得深入瞭解。 r者二=了 f貝％例並配合圖式詳細說明本發明於後： r貫施方式】 十a廢=為中的液體（假設為水液）在隨著容器傾斜一個預 疋角度後’該液體會自缺名交哭由太a 、 ，太终日B + 在 中產生一如楔形柱的形狀 之制、：方=1 '、'現象為概念，設計出一楔形微結構陣列 之衣故方法，其方法部分如第一圖所示的陳明如下： 光罩23C夫預^\步驟11 :先準備—基板21、—光阻22及一 ϋ 第四圖），該光罩23上形成有複數個模 二.微影成形步驟12 :洗淨該基板21，去水烘 H轉/佈的方式’將該光阻22均句塗佈在該基板21上 多 一圖，再把該基板21連同該光阻22放在一加埶％ 件31 (…三圖，例如為熱墊板，英文為二二 上軟烤，接者將該光罩23覆設於該光阻22上， 外線曝光裝置32(英文為A1 igner)透過光罩23上的= 對該光阻22進行曝光（參㈣四圖），曝 後在該光阻22上顯影完成模穴陣列22U參閱第五圖）烤取

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二·真空吸取成形步驟13 :在該光阻22上均勻塗佈一 备、外光固化膠24(參閱第六圖，該紫外光固化膠24大體上 疋同時佈滿在該光阻2 2表面以及其模穴陣列2 2 1上。），將 該基板21、該光阻22連同該紫外光固化膠24同時置入一真 空腔體33，將該模穴陣列221内之空氣抽出，使該紫外光 固化膠24順利填入模穴陣列221中，然後將該光阻22表面 多餘的紫外光固化膠24去除（參閱第七A及第七B圖）。 四·微結構成形步驟1 4 :該紫外光固化膠2 4完全填入 • ^模穴陣列22 1後，請參閱第八圖，在該基板2丨的一側設 一阻擋元件34，並在該基板21另侧的底面設一撐墊元件35 ，使基板21連同該光阻22呈傾斜（大約為卜85度），該紫外 光固化膠24隨之在該模穴陣列221内產生一傾斜角0，直 到該紫外光固化膠2 4傾斜呈一預定形狀之楔形柱，使用該 紫外線曝光裝置3 2曝光，該紫外光固化膠2 4固化形成楔形 微結構陣列2 5 (參閱第九圖），每一楔形微結構都具有一相 ，同方向的斜面251，該傾斜角θ愈大，則斜面251愈斜（參 閱第十一圖及附件一之第Α及第Β圖）。 五·翻模成形步驟15 :請參閱第十及第十二圖，以該 f楔形微結構陣列2 5加上該光阻2 2為底模，翻製出一模具2 6 ，藉該模具26可大量射出楔形微結構陣列25。 此為本發明之楔形微結構陣列之製造方法。 更詳細的講’在本實施例中，該基板21係選自電子晶 片（wafer)、光學級聚甲基丙烯酸曱酯（俗稱壓克力，英文 為Polymethy mathacrylate，簡稱PMMA)、聚碳酸酯

第11頁 1280943 五、發明說明（6) " —-—---- (Polycarbonate ’簡稱PC)、載玻片的其中一種。該光 23上的模孔231係選自圓形、三角形、方形、多邊=的 中一種。 八 在該微影成形步驟12中，以硫酸（jjjoj :雙氧水 (4〇2) = 3 : 1的配方，是洗淨該基板21的洗液之一，而將該 基板21放入烤箱中烘烤，是本發明使該基板以去除水氣^ 較佳實施例，以一厚膜塗佈機36(參閱第二圖）設定兩段分 別為約50 0rPm、l〇sec與約3000rpni、3〇sec的轉動方式轉 動該基板21，可以將SU8-100光阻22均勻塗佈在該基板21 上大約110 //m的厚度。 將該基板2 1與該光阻22在該加熱元件3 1上以大約攝氏 6 5度軟烤1 0分鐘’接續以攝氏約9 5度、3 〇分鐘兩段式烘烤 後，請參閱第四圖，以紫外線曝光裝置32(發出大約為35〇 nm-400nm的紫外線）透過光罩23的模孔231對光阻22施予約 500mJ/cm2 — 650mJ/cm2 曝光劑量。 曝光後在加熱元件3 1上進行兩段式烘烤，第一階段約 為攝氏65度烘烤3分鐘，第二階段約為攝氏95度供烤1〇分 鐘，，最後，配合顯影液進行20〜25分鐘顯影（類似X光深刻 +精密電鑄模造成形，簡稱深刻電鑄模造，德文為

Lithographie GaVanoformung Abformung ，簡稱LIGA)後 ，即完成模穴陣列22 1 ’在這個步驟中，使用的顯影液為 乙酸丙二醇單甲基驗酯（英文為pr〇pylene Glycol Monomethyl Ether Acetate ，簡稱PGMEA ) 〇 本發明所選用的紫外光固化膠24(Norland Optical

第12頁 1280943 五、發明說明（7)

Adhesive 71，簡稱為N0A71)之黏度為200cps，折射率為 1· 56，在真空壓力為-76cmHg的狀態下，可以初階段液量 241人、次階段液量24^及末階段液量241(：(參閱第六圖）的 三種液量狀態慢慢順利的流入該模穴陣列2 2 1内。 請參閱第七A圖，再以約3000rpm的厚膜塗佈機36旋轉 該基板2 1 ’以離心力將光阻2 2表面上多餘的紫外光固化膠 24甩開，並在旋轉過程後，該紫外光固化膠24大約只在該 模穴陣列221内存留七成至八成（如第七b圖所示，其餘部 分在離心旋轉時已被甩出），在這個部分，該厚膜塗佈機 β 6旋轉愈快，離心力愈大，紫外光固化膠2 4存量愈少。 ，設定該紫外線曝光裝置32發出300mJ/Cm2-4〇〇mj/cm2的 曝光劑量，使紫外光固化膠24在傾斜的模穴陣列221内硬 化成形楔形微結構陣列2 5。 該阻播元件34與撐墊元件35之間具有一距離^如第八 及第九圖所示），調整該距離D，可調整該基板21的傾斜度 .(九十度以下皆可調整），相對改變該楔形微結構陣列25之 斜面2 51的傾斜角<9。 在翻模成形步驟15的過程中，選用具有光學性質的聚 《_一 甲基石夕氧院（Polydimethylsiloxane，簡稱外 ^固化膠24為模液，#是選用具有光學性質冉的聚MSj 2石夕卜 氧烷，則以攝氏60度烘烤4小時固化後翻模成形，若是選 用，紫外光固化膠24，則以紫外線曝光裝置32施予3〇〇 mJ/cm2 -400mJ/cm2之曝光劑量固化後翻模成形，另外，也 可使用電每方式成形模仁。

第13頁 1280943 五、發明說明（8) -- 本發明之楔形微結構陣列25可應用於背光模組中之導 光板’並利用光學模擬軟體（例如trace pro)進行光線追跡 ，對於使用此結構作為光板底部之散射點時，有將導米板 =射光從正面射出的機率大大提高的趨勢，因此可有效提 高f導光板之正面輝度，另外，也可使用於光學開關。 本發明之優點及功效乃如下所述： [1 ]可製出不同斜度與尺寸的楔形微結構陣列。本發 明在光阻上預先成形模穴陣列，再以紫外光固化膠倒入傾 《斜的模穴陣列中形成楔形微結構陣列，故，只要改變模穴 陣列的形狀或是擺放的斜度，即輕易製出不同形狀與不同 斜度的楔形微結構陣列，成品多變化，不用精密的形狀與 角度控制，製程簡單。 〃 [2 ]製程穩定。本發明之模穴陣列與楔形微結構陣列 都疋採用曝光成形’非冷卻成形，沒有熱脹冷縮的尺寸 變化’應用於楔形微結構陣列的製作，可以穩定控制楔形 ，微結構之錐度與尺寸，製程穩定。 、[3 ]生產設備成本低。本發明無需複雜又昂貴之可程 式控制裝置或是生產設備，搭配本發明使用聚二甲基矽氧 d^CPolydimethylsiloxane，簡稱PDMS)或紫外線固化膠翻 模’進而大量生產，整體之成本低。 [4]可提咼導光板的正面輝度。本發明之楔形微結構 陣列可應用於背光模組中之導光板，也利用光學模擬軟體 f行光線追跡。故，使用此楔形微結構作為導光板底部之 散射點時，可大大提高導光板出射光從正面射出的機率。

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五、發明說明（9) 說明本發明，對於該實 皆不脫離本發明之精神 以上僅是藉由較佳實施例詳細 施例所做的任何簡單修改與變化， 與範圍。 由以上詳細說明，可使熟知本項技藏 確可達成前述目的，實已符合專利法 j者明瞭本發明的 專，利申請。 疋，爰提出發明 【附件一】 第A圖係單一楔形微結構之放大示意圖一 第B圖係單一楔形微結構之放大示意圖二

第15頁 1280943 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明之製作方法之流程圖 第二圖係本發明之製作過程之實施例示意圖一 第三圖係本發明之製作過程之實施例示意圖二 第四圖係本發明之製作過程之實施例示意圖三 第五圖係本發明之製作過程之實施例示意圖四 第’六圖係本發明之製作過程之實施例示意圖五 第七A圖係本發明之製作過程之實施例示意圖六 第七B圖係第七A圖之部分結構放大示意圖 1第八圖係本發明之製作過程之實施例示意圖七 第九圖係本發明之製作過程之實施例示意圖八 第十圖係本發明之製作過程之實施例示意圖九 第十一圖係第十圖之部分結構之放大示意圖 第十二圖係本發明之模具成形示意圖 【主要元件符號說明】 11預備步驟 1 3真空吸取成形步驟 1 5翻模成形步驟 12微影成形步驟 1 4微結構成形步驟 21基板 2 2 1模穴陣列 2 3 1模孔 241A初階段液量 241C末階段液量 251斜面 31加熱元件 • |22光阻 23光罩 24紫外光固化膠 241B次階段液量 25楔形微結構陣列 26模具

第16頁 1280943 圖式簡單說明 32紫外線曝光裝置 33真空腔體 34阻擋元件 35撐墊元件 3 6厚膜塗佈機 D距離 Θ傾斜角 IIHI1 第17頁

Claims (1)

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1 . 一種楔形微結構陣列之製造方法，其包括下列步驟： 一 ·預備步驟：準備一基板、一光阻及一光罩，該光 罩上形成有複數個模孔； 二·微影成形步驟：將該基板淨化烘乾，將該光阻均 勻塗佈在該基板上’把該基板連同該光阻放在一 加熱元件上軟烤，接著將該光罩覆設於該光阻上 ，接續以一紫外線曝光裝置透過該光罩上的模孔 對該光阻進行曝光，曝光後再予烘烤，最後在該 光阻上顯影完成模穴陣列； 一 真二吸取成形步驟：在該光阻上均勻塗佈一紫外 光固化膠，將該基板、該光阻連同該紫外光固化 膠同時置入一真空腔體，將該模穴陣列内之空氣 抽出，使該紫外光固化膠填入該模穴陣列中； 四·微結構成形步驟…傾斜該模穴陣列，該紫外光固 化膠在該模穴陣列内產生一傾斜角，再曝光固化 形成楔形微結構陣列。 2 ·如申請專利範圍第i項所述之楔形微結構陣列之製造 方法，其中： 在該微影成形步驟中，該光阻係以一厚膜塗佈機設 定兩段分別約為500rpm、l〇sec與3000rpm、3〇sec的 轉動方式旋轉塗佈在該基板上大約110//m的厚度；該 基板與該光阻在該加熱元件上以約攝氏65度軟烤i 0分 鐘，接續以約攝氏95度、30分鐘兩段式烘烤後，以紫 外線曝光裳置發出大約350nm-400nm的紫外線，透過

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2罩的模孔對光阻施予約500mJ/cm2 —65〇mJ/cm2曝光劑 置，該光阻在曝光後於加熱元件上以約攝氏β5度烘烤 約3分鐘，再以大約攝氏95度烘烤約1〇分鐘，最後配 合乙酸丙二醇單甲基醚酯為顯影液進行2〇〜25分鐘顯 影，完成該模穴陣列；

4 、在該真空吸取成形步驟中，該紫外光固化膠之黏度 為2j〇Cps，折射率為1.56，在真空壓力為—76cmHg的 狀態下流入該模穴陣列，以約3〇〇〇rpm的厚膜塗佈機 ，轉該基板，以離心力將光阻表面多餘的紫外光固化 膠甩開，傾斜該基板及該光阻，該紫外光固化膠即在 該模穴陣列内產生一傾斜角；又，設定紫外線曝光裝 置發出300mJ/cm2 - 40 0mJ/cm2的曝光劑量，使紫外光固 化膠硬化成楔形微結構陣列； 該微結構成形步驟後，可再包括一翻模成形步驟， 其以該楔形微結構陣列為底模，翻製出一模具，以大 量射出楔形微結構陣列。 •如申請專利範圍第2項所述之楔形微結構陣列之製造 方法’其中’該翻模成形步驟中，該翻模成形的方式 係以具有光學性質的聚二甲基矽氧烷在約攝氏6 〇度烘 烤4小時固化後翻模成形。 •如申請專利範圍第2項所述之楔形微結構陣列之製造 方法’其中，該翻模成形步驟中，該翻模成形的方式 係以紫外線曝光裝置對紫外光固化膠施予大約3 〇 〇 mJ/cm2-4 0OmJ/cm2曝光劑量的紫外線固化後翻模成形

第19頁 1280943 -----— 六、申請專利範圍 如申睛專利範圍第2項所述之楔形微結構陣列之製造 方法，其中’該翻模成形步驟中，該翻模成形的方式 係為電鑄成形模仁。 如申晴專利範圍第1項所述之楔形微結構陣列之製造 方法，其中： 該基板係以硫酸：雙氧水=3 : 1的洗液淨化；並以 烤箱烘乾；

該基板係選自電子晶片、光學級聚甲基丙烯酸甲酯 、聚碳酸酯、載玻片的其中一種； 該光罩上的模孔係選自圓形、三角形、方形、多邊 形的其中一種； 該加熱元件係為熱墊板； 該紫外光固化膠分別在該模穴陣列内傾斜一傾斜角 而呈複數個楔形微結構，每一楔形微結構都具有一相 同方向的斜面； 該模穴陣列之傾斜角為卜85度；且調整一阻擋元件 及一撐墊元件間的距離，即可在九十度以内的範圍調 整該傾斜角，相對改變該楔形微結構陣列之斜面的角 度。 7，·如申請專利範圍第1項所述之楔形微結構陣列之製造 方法’其中，該楔形微結構陣列可應用於背光模組之 導光板，並利用光學模擬軟體進行光線追跡，以該楔 形微結構陣列為導光板底部之散射點，可提高導光板

第20頁 1280943 六、申請專利範圍 之正面輝度。 » 第21頁