TWI520839B - 可撓性光學板的製造方法、其方法製成的可撓性光學板，及背光模組 - Google Patents

Description

可撓性光學板的製造方法、其方法製成的可撓性光學板， 及背光模組

本發明是有關於一種可撓性光學板的製造方法、其方法製成的可撓性光學板，及背光模組，特別是指一種塑料成型的可撓性光學板的製造方法、其方法製成的可撓性光學板，及背光模組。

現今產品強調人性化、行動化，使得可自由捲曲並且適合攜帶的電子產品逐漸變成主流，並且為了能適應各種使用環境，因此具有可撓性的顯示器逐漸成為不可或缺的裝置。

而顯示器通常包含有數個不同功能的光學板，例如導光板、擴散板…等等，以作為導光板的光學板為例，為了使光學板能均勻地導光，因此會在光學板的表面形成突出的微結構。而一般具有微結構的光學板的製作方法大多利用微影成型來定義微結構，如證書號I294430的發明專利所揭露的製造方法，其中是在一基板的表面上塗佈光阻層，再透過一個光罩對光阻層曝光，並施以黃光顯影以及烘烤，以形成所需的微結構；接著，預鍍一導電層後，在該導電層表面電鑄出一個具有微結構的模仁，最後以射出成型的方式翻模出一個光學板。由於微影成型的製程包含了塗佈、軟烤、曝光、曝後烤、顯影，及硬烤等步驟，因此一般具有微結構的導光板在製程上確實有步驟繁複的缺點。

微結構的成型方式還可利用雷射在模仁上形成微結構模穴，再以澆鑄或射出成型的方式製造出光學板。以具有低 成本優勢的二氧化碳雷射為例，二氧化碳雷射主要是利用光熱效應在加工物表面產生熱能，並經熱傳導作用傳至加工物內部，當熱能足夠時會瞬間將加工物局部熔化或汽化，再利用掃描雷射光點或移動工作平台以達到光刻或切割的目的。由於二氧化碳雷射的波長約為10.6微米(μm)，因此適合用於硬脆材料加工，例如：玻璃、高分子及氧化物等。二氧化碳雷射是利用光熱反應以達成加工或切割的目的，因此過程中伴隨熱傳遞產生熱影響區(heat-affected zone)，而出現例如凸塊、燒焦，或噴濺等破壞效應。另一方面，目前光學板在作為導光板的應用時，其微結構的尺寸約在100微米左右的範圍，因此發展更小的加工尺寸可有助於提高解析度，而一般二氧化碳雷射的加工尺寸約為200至300微米，並且無法達到小於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術有加工尺寸過大及產生加工缺陷的缺點，而無法有效地應用在如導光板等光學板的微結構之製造上。

因此，本發明之目的，即在提供一種加工步驟簡單、可降低加工成本、並且可減少加工缺陷的可撓性光學板的製造方法、該方法製成的可撓性光學板，及包含有可撓性光學板的背光模組。

於是，本發明可撓性光學板的製造方法包含：(A)將一個金屬材質製成的光罩貼靠在一母模基材的一個模型面上； (B)利用一個二氧化碳雷射搭配該光罩而在該模型面上形成數個間隔的微結構模穴，並且調整該二氧化碳雷射的功率與掃描速度，藉以控制每一微結構模穴的一個模穴傾斜角的角度，所述模穴傾斜角的角度在20至80度之間，每一微結構模穴的一個模穴開口的尺寸小於100微米(μm)；(C)在該模型面上披覆一個高分子材料，該高分子材料用於形成一個可撓性光學板；及(D)使該披覆在該模型面上的高分子材料乾燥而形成該可撓性光學板，該可撓性光學板形成該位於該模型面上的基材，以及該等突出地位於該基材上的微結構，該等微結構各別對應於前述微結構模穴。

本發明由上述方法製成的可撓性光學板包含：一個基材，及數個微結構。該基材由高分子材料製成且具有撓性，並包括一個第一透光面。該等微結構與該基材一體成型地突出該第一透光面，並且呈錐體或半球體。所述微結構都包括一個位在該第一透光面上的底邊，並且該底邊的尺寸小於100微米。

本發明背光模組包含：所述可撓性光學板、一個發光單元，及兩個反射板。該等反射板鄰近該可撓性光學板周緣，並設置在該可撓性光學板的兩相反側，且可將該發光單元發出之光線朝該可撓性光學板反射。而該發光單元發出的光線可在該基材內傳播，並且發出的光線部分會從該可撓性光學板射向該反光板，並被反射回該可撓性光學板內，再經由該第一透光面射出；而另一部份的光線會直接經由該第一透光 面射出。

本發明之有益功效在於：利用該金屬材質的光罩與低成本的二氧化碳雷射配合，讓該微結構模穴的尺寸小於100微米，並可避免該模型面上形成凸塊與噴濺缺陷；再者，調整該二氧化碳雷射的輸出能量與掃描速度，來控制該模穴傾斜角的角度，藉以達到改善二氧化碳雷射加工的品質與精準度。此外，本發明利用高分子材料澆鑄成型出該可撓性光學板，並應用在背光模組上，因此，本發明之方法可以避免在製造過程中使該可撓性光學板產生缺陷，更具有降低製造與設備成本、提高加工品質與精準度，及加工步驟簡單的優點。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1、2，本發明背光模組4之一較佳實施例，可用以提供一個顯示面板(圖未示)一個均勻的平面光源，該背光模組4包含：一可撓性光學板1、一個發光單元5、兩個反射板6，及兩個分別具有數個平行排列的稜鏡結構71的增亮片7。

所述可撓性光學板1在本實施例中是作為導光板，並包括一基材11，及數個位於該基材11上的微結構12。其中，所述基材11具有一第一透光面111，以及一個與該第一透光面111間隔設置的第二透光面112。該等微結構12是與該基材11一體成型地突出該第一透光面111，並且與該第一透光 面111共同形成輪廓平整的表面。每一微結構12都具有一個位在該第一透光面111上且約略呈圓形的底邊121、一個自該底邊121遠離該第一透光面111地延伸並逐漸向內收合的微結構側面122，及一個由該微結構側面122與該第一透光面111共同界定而成並且呈銳角的微結構傾斜角123。在本較佳實施例中，該等微結構12呈圓錐體，但不限於此，例如也可以為半球體。所述底邊121的尺寸約為50微米(μm)，由於本實施例之底邊121為圓形，因此該尺寸即是指其直徑，而且該等微結構傾斜角123的角度約為60度，此外，本較佳實施例的微結構12是呈陣列狀排列，然而也可以排列成其它能提高出光均齊度的圖形，本發明出光均齊度的計算是將該可撓性光學板劃分成九個區塊，分別檢測各區塊的輝度(單位為尼特nit=cd/m²)，而九個區塊中輝度最小與最大的比值即是出光均齊度，出光均齊度越接近1，表示該作為導光板的可撓性光學板1的導光均勻性越好。

所述基材11與微結構12是由聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane，簡稱PDMS)材質製成，但不限於此，例如也可以是聚對二甲苯(Parylene)材質。

本較佳實施例的發光單元5鑲埋在該基材11內，並且包括數個發光二極體51，而該發光單元5不以鑲埋在該可撓性光學板1為必要，也可設置在該可撓性光學板1外的一側，並同樣可受到該可撓性光學板1的導光作用。該等反射板6分別設置在該可撓性光學板1的兩相反側，並且其中之一鄰近該發光單元5，而該反射板6的數目不以兩個為限，例如 也可為四個，並且圍繞該可撓性光學板1的周緣。該等增亮片7彼此重疊，並設置在鄰近該可撓性光學板1具有該等微結構12的一側。每一增亮片7的稜鏡結構71的延伸方向垂直於另一增亮片7的稜鏡結構71，以達到集中光線之目的。

該發光單元5發出的光線在該可撓性光學板1內傳播，其中部份光線會離開該可撓性光學板1，並射向該等反射板6，再由該等反射板6反射回該可撓性光學板1內並射向該等增亮片7；而另一部份在該可撓性光學板1內的光線則直接通過該第一透光面111，並受到該等微結構12的導光與擴散作用而離開該可撓性光學板1射向該等增亮片7，此時，該等增亮片7的稜鏡結構71將光線聚集後並朝遠離該可撓性光學板1的方向射出(本實施例是指朝上射出)。

須注意的是，由於該等可撓性光學板1的微結構12具有導光與擴散的功能，並能夠使光線均勻地射出，而該等增亮片7是用以進一步地提高亮度，因此背光模組4也可省略該等增亮片7的部分，同樣能達到提供均勻的平面光源之目的。此外，因為所述發光單元5、反射板6及增亮片7等元件皆非本發明改良之重點，因此不再詳細說明。

參閱圖3、4、5，本發明可撓性光學板的製造方法之一較佳實施例，用於製造出前述可撓性光學板1，並包含以下步驟：進行步驟311：準備一個由聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，簡稱PMMA)材質製成的母模基材32，並在該母模基材32的一個模型面321上覆蓋一個由可 遮光的金屬材質製成的光罩33，使該光罩33貼靠該模型面321。該光罩33具有數個呈陣列狀排列並且尺寸為50微米的孔洞331。

在本較佳實施例中，所述母模基材32的材質是不限於聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，簡稱PMMA)，例如也可由玻璃材質或其他高分子材質製成。在本較佳實施例中該光罩33是由SUS-304型不鏽鋼材質製成，並且該光罩33上的孔洞331的大小、形狀，以及所排列出的圖形不以本實施例為限，該等孔洞331所排列出的圖形可為任意圖形。

參閱圖4、5、6，接著進行步驟312：利用一個二氧化碳雷射34聚焦在該模型面321上，並施以適當的輸出能量與速度在該光罩33上掃描，形成多數個自該母模基材32之模型面321朝下凹設的圍壁面325。所述圍壁面325各別界定出一個開口朝上的微結構模穴322，而該等微結構模穴322是對應於該光罩33上的孔洞331的圖形。調整該二氧化碳雷射34的輸出能量與掃描速度，以控制每一微結構模穴322的一個模穴傾斜角324的角度，而所述模穴傾斜角324定義為該圍壁面325與該模型面321之間所夾的一個銳角。

在步驟312中，因為該二氧化碳雷射34的能量是呈高斯分布(Gaussian Distribution)，因此可在該母模基材32上形成圓錐體或近半球體的微結構模穴322，又因為該光罩33為可遮光的材質，因此遮蔽或反射掉部份的二氧化碳雷射34，使成型出的每一微結構模穴322的一個模穴開口323可小於該二氧化碳雷射34的聚焦光斑尺寸(spot size)，而達到次100 微米(也就是小於100μm)的規模。在本較佳實施例中，該二氧化碳雷射34的聚焦光斑尺寸為100微米，並且與該光罩33相配合在該模型面321上形成尺寸約為50微米的模穴開口323。

進一步說明的是：調整該二氧化碳雷射34的輸出能量與掃描速度，以控制所述微結構模穴322的深度，並在該等微結構模穴322的模穴開口323尺寸固定的情形下，形成該特定角度的模穴傾斜角324。因此，本發明的方法使該二氧化碳雷射34的加工尺寸達到次100微米，並可有效地控制該模穴傾斜角324的角度，而具有提高加工精準度的優點。

進行步驟313：將該光罩33自該母模基材32上移除後，在該模型面321上均勻地澆鑄披覆一定厚度並可成型為該可撓性光學板1的高分子材料35，該高分子材料35具可塑性且在成型後具可撓性。

本較佳實施例中用以成型為該可撓性光學板1的高分子材料35是聚二甲基矽氧烷(PDMS)，並與凝固劑以10：1的比例配製成凝膠來成型該可撓性光學板1。此外，步驟313的澆鑄作業可在一真空手套箱(圖未示)中進行，藉真空環境來避免澆鑄過程中產生氣泡，進而避免影響成型出的可撓性光學板1之結構。

接著進行步驟314：將該母模基材32與披覆在該模型面321上的高分子材料35置於一個溫度為攝氏80度的烤箱中，並且烘烤40分鐘，使該高分子材料35乾燥成型為該可撓性 光學板1。此時，該可撓性光學板1之基材11位於該模型面321上，該等微結構12突出地位於該基材11上並各自對應於該等微結構模穴322。

最後，進行步驟315：將該可撓性光學板1自該母模基材32的模型面321上移除。

由實驗結果可知，在二氧化碳雷射34掃描速度維持在每秒34.2毫米(mm/s)，並且輸出能量0.5瓦(W)的情況下，利用孔洞331尺寸為50微米的光罩33可形成模穴傾斜角324為29度之微結構模穴322，而在該光罩33的孔洞331改為70微米，並且其他條件不變的情況下，可形成模穴傾斜角324為45度之微結構模穴322；當二氧化碳雷射34能量往上提升至1.5瓦時，可形成模穴傾斜角324為81度之微結構模穴322；而再將該光罩33的孔洞331改為50微米時，可形成模穴傾斜角324為82度之微結構模穴322。如附件1，可成型出相對應的可撓性光學板1的微結構12。所述微結構傾斜角123與模穴傾斜角324的角度相同，即皆介於20度至80度間。由以上實驗資料及說明可知：利用本發明之方法，可加工出介於20度與80度間的該等模穴傾斜角324，並且調整二氧化碳雷射34的功率或孔洞331的尺寸確實可有效地控制該微結構傾斜角123與模穴傾斜角324的角度。值得注意的是，由於改變該二氧化碳雷射34的掃描速度，會影響該模型面321單位時間接受到的二氧化碳雷射34能量，因此改變該二氧化碳雷射34的掃描速度可達到與改變該二氧化碳雷射34的功率相同的效果，即可控制該微結構 傾斜角123與模穴傾斜角324的角度。

參閱圖6及圖7中的實驗結果，不同角度的微結構傾斜角123可明顯地影響該可撓性光學板1的出光均齊度，並且在該可撓性光學板1未做最佳化圖形佈點的情況下，其出光均齊度最高可達75%，因此本發明之方法藉控制該可撓性光學板1的微結構傾斜角123的角度，可達到提高出光均齊度的目的。值得一提的是，一般商用的做為導光板的光學板之出光均齊度是介於75%與80%之間，因此本發明的方法製成的導光板已達商用標準。而雖然本實施例之可撓性光學板1是作為背光模組4中的導光板，但實際應用時，只要是表面具有微結構的可撓性光學板1，都可以利用本發明之方法製成。

參閱圖5、6，需要進一步說明的是：因為該光罩33是由金屬材質製成，並具有良好的熱傳導特性，藉由該光罩33貼覆該母模基材32，使該二氧化碳雷射34在該母模基材32上產生的熱能可藉由該光罩33傳導散逸，此外該光罩33還可吸收或反射部分的二氧化碳雷射34，而避免該模型面321產生熱影響區(heat-affected zone)以及在該等微結構模穴322的周圍出現凸塊與噴濺缺陷，因此利用該母模基材32澆鑄成型出的可撓性光學板1，其第一透光面111及微結構12之輪廓平整。此外，二氧化碳雷射34具有設備成本較低的優點。綜上所述，本發明確實可製作出輪廓平整的可撓性光學板1，且該可撓性光學板1具有尺寸小於100微米的微結構12，有助於可撓式電子產品的應用，而且該製造方法具有製 程步驟簡單、降低製造與設備成本、可控制該等微結構傾斜角123的角度，以及減少該可撓性光學板1的缺陷的優點。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧可撓性光學板

11‧‧‧基材

111‧‧‧第一透光面

112‧‧‧第二透光面

12‧‧‧微結構

121‧‧‧底邊

122‧‧‧微結構側面

123‧‧‧微結構傾斜角

311~315‧‧‧步驟

32‧‧‧母模基材

321‧‧‧模型面

322‧‧‧微結構模穴

323‧‧‧模穴開口

324‧‧‧模穴傾斜角

325‧‧‧圍壁面

33‧‧‧光罩

331‧‧‧孔洞

34‧‧‧二氧化碳雷射

35‧‧‧高分子材料

4‧‧‧背光模組

5‧‧‧發光單元

51‧‧‧發光二極體

6‧‧‧反射板

7‧‧‧增亮片

71‧‧‧稜鏡結構

圖1是一立體示意圖，顯示本發明背光模組之一較佳實施例；圖2是一側視示意圖，單獨顯示該背光模組之一可撓性光學板；圖3是一立體示意圖，顯示本發明可撓性光學板的製造方法之一較佳實施例的一個光罩，及一個母模基材；圖4是該可撓性光學板的製造方法之步驟流程圖；圖5是一流程示意圖，說明該可撓性光學板的製造方法之各步驟進行的過程；圖6是一剖視示意圖，主要顯示該可撓性光學板的製造方法之較佳實施例中，一母模基材與該可撓性光學板的對應關係；及圖7是一曲線圖，顯示該可撓性光學板的微結構在尺寸小於100微米且呈點狀分布，並且未做圖形佈點最佳化的情況下，該等微結構傾斜角與出光均齊度的關係。

【附件說明】

附件1是由光學顯微鏡拍下的圖片，顯示利用本發明可撓性光學板的製造方法，並調整該二氧化碳雷射的功率及該光罩孔洞尺寸，而成型出的數個可撓性光學板，並說明在不同雷射功率及光罩的孔洞尺寸情況下，可成型出具有不同微結構傾斜角的微結構；其中圖(a)以及(b)是該二氧化碳雷射功率為0.5瓦而光罩的孔洞尺寸分別為50微米與70微米的結果；圖(c)以及(d)是該二氧化碳雷射功率為1.5瓦特而光罩的孔洞尺寸分別為70微米與50微米的結果。

1‧‧‧可撓性光學板

11‧‧‧基材

111‧‧‧第一透光面

112‧‧‧第二透光面

12‧‧‧微結構

32‧‧‧母模基材

321‧‧‧模型面

322‧‧‧微結構模穴

33‧‧‧光罩

331‧‧‧孔洞

34‧‧‧二氧化碳雷射

35‧‧‧高分子材料

Claims (10)

1. 一種可撓性光學板的製造方法，包含：(A)將一個由金屬材質製成的光罩貼靠在一母模基材的一個模型面上；(B)利用一個二氧化碳雷射搭配該光罩而在該模型面上形成數個間隔的微結構模穴；(C)在該模型面上披覆一個用於形成一個可撓性光學板的高分子材料；及(D)使該披覆在該模型面上的高分子材料乾燥而形成該可撓性光學板，該可撓性光學板形成一個位於該模型面上的基材，以及數個突出地位於該基材上並各別對應前述微結構模穴的微結構。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之可撓性光學板的製造方法，其中，步驟(B)是使每一微結構模穴的一個模穴開口的尺寸小於100微米。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之可撓性光學板的製造方法，其中，步驟(B)是調整該二氧化碳雷射的功率或掃描速度來控制該等微結構模穴的深度及每一微結構模穴與該模型面間的一個模穴傾斜角的角度。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之可撓性光學板的製造方法，其中，該母模基材是由高分子材料或非矽脆性材料製成。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之可撓性光學板的製造方法，其中，所述用於形成該可撓性光學板的高分子材料為聚二甲基矽氧烷或聚對二甲苯。
6. 一種背光模組，包含：一個可撓性光學板，該可撓性光學板為一導光板，且該可撓性光學板包括：一個基材，由高分子材料製成並且具有撓性，該基材包括一個第一透光面；及數個微結構，與該基材一體成型地突出該第一透光面並呈錐體或半球體，所述微結構都包括一個位在該第一透光面上的底邊，該底邊的尺寸小於100微米；一個發光單元，發出的光線可在該基材內傳播；及兩個反射板，鄰近該可撓性光學板周緣並設置在該可撓性光學板的兩相反側，且可將該發光單元發出之光線朝該可撓性光學板反射。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中，該可撓性光學板的每一個微結構都還包括一個自該底邊向上延伸並收合的微結構側面，及一個由該微結構側面與該第一透光面界定而成且角度介於20度與80度間的微結構傾斜角。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之背光模組，其中，該發光單元包括數個鑲埋在該可撓性光學板內的發光二極體，該等反射板的其中之一鄰近該發光單元。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之背光模組還包含兩個重疊地設置在該可撓性光學板之具有該等微結構的一側的增亮片，該等增亮片能將通過該可撓性光學板而來的光線聚集，每一增亮片都具有平行設置的稜鏡結構，每一增亮片的稜鏡結構與另一增亮片的稜鏡結構垂直。
10. 一種如申請專利範圍第1項所述之可撓性光學板的製造方法所製造出的可撓性光學板。