用于成型光学面板的模具及其生产工艺和使用的制作方法

专利名称：用于成型光学面板的模具及其生产工艺和使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产光学面板的模具，在该光学面板至少一侧整体形成光学图案(例如点或线)，该光学面板例如是用于液晶显示器以及例如电光标志这样的各种照明装置中的背光或正面光使用的边缘光面板或光漫射面板；用于生产模具的工艺；以及使用该模具生产光学面板的工艺。
但是，在铸模需要机加工(例如切割或喷砂)、电火花加工、刻蚀等的情况下，所形成的凹度和凸度的最小尺寸为至少几百微米。因此，铸模的缺点在于当光被导入通过使用铸模注模成型的光学面板中时，由于图案的缘故使明暗之间对比度太强，结果难于获得均匀的光用于照明。另一方面，镍制印模涉及到，例如，如下问题生产这样的印模需要冗长的工艺；印模的单位成本很高，因为生产印模需要高的材料成本和运转成本并且需要很长时间；此外生产难度大，因为生产中的每一步都很难，从而每一步都需要经验和专有技术。
本发明者找到了一种用于通过使用光敏耐热树脂的光致抗蚀剂法直接在金属基片的表面形成光敏耐热树脂的铸模图案的技术，并已在JP-A-2001-337229中提出该技术。当该方法被采用时，可短时间、低成本地获得其上形成有非常精密的光学图案的模具。但是，提案后的实验说明了下列情况使用模具铸模时的脱模性并不总是好的，因此有必要，例如，增加一点铸模中的冷却时间，并且不理想的脱模性会影响耐久性。
因此，本发明的一个目的是提供一种通过改进JP-A-2001-337229所公开的铸模模具而得到的模具，即提供一种更适于生产具有在光学面板的至少一侧上整体形成的光学图案(如点或线)的光学面板的模具，该光学面板是，例如，用于液晶显示器的背光或正面光以及例如电光标志这样的各种照明装置中使用的边缘光面板或光漫射面板；用于生产该模具的工艺；以及使用该模具生产光学面板的工艺。
根据本发明，提供一种光学面板铸模模具，用于在光学面板的至少一侧表面整体形成光学图案，模具包含金属基片和金属基片一侧表面上的对应于所述光学图案且由光敏耐热树脂制成的铸模图案，其中，金属基片具有铸模图案的整个表面被一层所述耐热树脂覆盖。在该铸模模具中，预先使将要被所述耐热树脂覆盖的金属基片表面变粗糙是有利的。
此外，根据本发明，还提供一种用于生产上面提到的光学面板铸模模具的工艺，它包含的步骤有在金属基片表面上形成一层光敏耐热树脂，通过具有对应于光学面板的光学图案的图案的掩模使光敏耐热树脂层曝光，对该层进行显影以在光敏耐热树脂层上形成对应于掩模图案的铸模图案，其中光敏耐热树脂显影后仍遍布留在金属基片的一侧表面。
特别地，可能采用一种方法，其中在光敏耐热树脂的被显影部分完全溶解前终止显影，由此，光敏耐热树脂仍留在金属基片的对应于树脂被显影部分的区域上。也可能采用一种方法，其中在金属基片的表面上形成两层光敏耐热树脂，并且第一层形成后被取消其光敏性，由此没有光敏性的第一层被留在金属基片上。
并且根据本发明，提供一种用于生产在光学面板的至少一侧表面上整体形成光学图案的光学面板的工艺，该工艺包含的步骤有在铸模的两表面中至少一个表面上放置铸模模具，该铸模模具包含金属基片和铸模图案，铸模图案对应于光学面板的光学图案且由金属基片的一侧表面上的光敏耐热树脂制成，金属基片的具有铸模图案的整个表面被一层所述耐热树脂覆盖；以及将透明熔融树脂注模到包含铸模模具作为其至少一个表面的模腔中以使树脂成型。
6----光漫射片7----光源9----液晶单元10----铸模模具11----金属基片11a----其上将形成光敏耐热树脂层的金属基片表面12，13----加工图案后的耐热树脂层12a----涂敷后的光敏耐热树脂层12c----凹度和凸度图案13a----第一涂敷后的光敏耐热树脂层13b----第二涂敷后的光敏耐热树脂层13c----凹度和凸度图案15----铸模图案19----掩模

图1是表示液晶显示器中光导板位置的一个实例的示意性垂直横截面视图。背光1位于液晶单元9的后面，且由光导板2、位于光导板2的背面一侧的反射片5、位于光导板2的前面一侧的光漫射片6和位于光导板2的边缘旁边的光源7构成。来自光源7的光被引入光导板2中，并且当其在光导板2中传输时被位于光导板2的背面一侧的反射片5所反射并从光导板2的前面一侧的光导板2中出来。由于光漫射片6的存在，光在背光1的整个前表面被均匀地发射以用于液晶单元9的照明。图1表示光导板2具有楔形截面形状且光源7位于光导板2的厚侧边缘旁的情形，但是在另外一种情形下，光导板2由平板构成且光源位于光导板2的彼此相对的两边中每一边的旁边。
在光导板2中，使用具有高的光透射系数的热塑性透明合成树脂，如甲基丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、非晶环状聚烯烃树脂、甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物(MS)树脂、聚苯乙烯树脂等。如点或线这样的光学图案通常在光导板2的背面2a形成，从而光可被均匀地向前表面反射。另一方面，在某些情况下，如点或线这样的光学图案被类似地在光导板2的前表面2b上形成，从而光可被有效地向液晶单元9发射。
本发明涉及适用于生产至少在其一侧表面整体形成光学图案的光学面板，如光导板2，的铸模模具，涉及生产铸模模具的工艺，以及使用该模具形成光学图案的工艺。图2作为示意性垂直横截面视图表示光学图案在光学面板的一侧表面形成的情形。在此情况下，光学图案4通过在光学面板2的一侧表面形成作为凹形的图案元件3而被形成。
为铸模成型具有如图2所示图案且图案被整体形成于其上的光学面板，使用在模具表面上具有作为凸起图案被形成的铸模图案15的模具10，该模具的示意性垂直横截面图被示于图3中。在本发明中，模具10包含金属基片11和前述在金属基片11的一侧表面上由光敏耐热树脂形成的铸模图案15，金属基片11的具有铸模图案15的整个表面被前述耐热树脂层12覆盖。
图2和图3表示在光学面板2的表面上形成的图案4的元件3中的每一个都是凹形，因此在用于铸模成型光学面板2的模具10的表面上形成的铸模图案15为凸起图案的情况。相反，也可能是下述情况在光学面板2的表面上形成的图案4的元件3中的每一个都是凸形，因此在用于铸模成型光学面板2的模具10的表面上形成的铸模图案15为凹陷图案。后一种情况以示意性垂直横截面视图示于图4和图5中，分别对应于图2和图3所示情形。在图4所示情形下，光学图案4通过在光学面板2的一侧表面形成作为凸起的图案元件3而形成。图5表示用于铸模成型具有如图4所示图案且图案被整体形成于其上的光学面板的模具，模具包含金属基片11和铸模图案15，铸模图案15对应于图4所示的凸起图案元件3且作为凹陷图案由光敏耐热树脂在金属基片11的一侧表面形成，其中，金属基片的具有铸模图案15的整个表面被前述耐热树脂层12覆盖。
覆盖金属基片11的整个一侧表面的耐热树脂层12的薄部分(形成图案凹陷的部分)的厚度可在约10μm或更小的范围内，优选0.1～5μm。另一方面，耐热树脂层12的厚部分(形成图案凸起的部分)的厚度(自金属基片11表面起的高度)可在约30μm或更小的范围内，优选5～15μm。薄部分(形成凹陷图案的部分)和厚部分(形成凸起图案的部分)之间的差值可在约25μm或更小的范围内，优选1～15μm。
作为金属基片11，可使用任何金属基片，只要它可被用作用于铸模成型热塑性树脂等的模具。用于金属基片11的材料不特别限定，并且，例如不锈钢片、铜片、黄铜片、镍片等都适于作基片材料。金属基片11的厚度不特别限定，从容易操作等角度出发优选0.1～5μm。
根据本发明，图3和图5每个所示的铸模图案15通过使用光敏耐热树脂的光致抗蚀剂法形成。在此情况下，金属基片11的将形成前述光敏耐热树脂层12的表面优选是粗糙的，以提高在使用模具对熔融树脂注模成型中最终模具的耐久性。作为该表面，通过通常所知的表面粗糙方法，如喷砂处理或细纹处理，使所制备的基本上为镜面状态的表面被粗糙化而获得粗糙表面是有利的。表面粗糙化程度不特别限定，例如，中心线平均粗糙度Ra优选0.1～1μm范围内，Ra根据JISB0601测得。
当通过从光导板，如用于液晶显示器的背光的光导板，边缘引导光在一个表面进行均匀照明时，将在光导边缘侧的边缘面一侧的每端形成精细的明暗图案。很难通过考虑上述事实修正明暗图案来设计光学图案。因此，在包含镍印模的传统铸模中，通过对光导边缘侧的边缘面一侧的每端的适当部分进行后处理，如喷砂，使粗糙度被改变以修正明暗图案。当本发明的光学面板铸模模具中金属基片11的表面被粗糙化时，原则上整个表面被均匀粗糙化。但是，当光导边缘侧的边缘面一侧的每端需要进行与上面所述相同的修正时，预先改变分别和光导边缘侧的边缘面一侧的端点对应的金属基片表面适当部分的粗糙度是有效的。
在本发明中，通过使用光敏耐热树脂的光致抗蚀剂法在金属基片11上形成铸模图案15。此处所用的“光致抗蚀剂法”一词是指在半导体领域所采用的一种利用光致抗蚀剂加工图案的方法或与之类似的方法，其中，光致抗蚀剂膜被形成于金属基片上，通过其上形成图案的掩模被曝光，然后被显影从而将用于曝光的掩模的图案传递到金属表面。
此处所用的光敏耐热树脂是，例如在半导体领域使用的树脂，特别是半导体晶片保护涂层膜、层间绝缘膜等所用树脂，并且显影和曝光时具有高的分辨率且烘烤时具有高的粘附性。此处所用“耐热”一词指，例如，即使在铸模成型构成光学面板的树脂所采用的铸模温度下(例如约300℃)被加热时，通过使用具有图案的模具，由耐热树脂形成的图案在短时间内不变形。
由于这种光敏耐热树脂的高分辨率，树脂的使用使得形成对应于细微、精确和高密度光学图案的铸模图案成为可能当然铸模图案是作为精细的凸起或凹陷图案通过光致抗蚀剂法直接在金属基片11的一侧表面被形成的。树脂的使用简化并确保了光学面板的铸模成型，由于树脂的高粘附性，从而尽可能地防止铸模图案从金属基片11的表面被部分剥离，并保证适于光学面板大规模生产的铸模模具的耐久性。
光敏树脂包括正作用性光敏树脂和负作用性光敏树脂。只要是耐热树脂，它们中的任何一种都可被用于本发明。正作用性光敏树脂本身轻微或不溶于显影液，但是通过曝光发生化学变化，从而由被曝光树脂构成的一部分变得可溶于显影液，而由未曝光的树脂构成的一部分显影后作为图象保留下来。另一方面，负作用性光敏树脂本身可溶于显影液，但是通过曝光发生化学变化，从而由被曝光树脂构成的一部分变得轻微溶于或不溶于显影液，并且显影后作为图象保留下来。
光敏耐热树脂的典型实例是光敏聚酰亚胺树脂。光敏聚酰亚胺树脂包括通过将非光敏聚酰亚胺和感光低分子量的化合物混合以产生相同的光敏性而获得的树脂(混合型)，以及通过使具有羧基或羟基的聚酰亚胺中的某些羧基或羟基改性所得到的树脂(改性型)。任何一种类型的光敏聚酰亚胺树脂都可用于本发明。当树脂中的感光低分子量化合物是通过使其可溶于碱性显影液的某些基团，如羧基或羟基，发生改性获得的化合物时，改性的基团通过曝光被分裂，从而由被曝光的化合物构成的部分可溶于显影液中，前者即混合型光敏聚酰亚树脂作为正作用性树脂。当可光聚合的化合物被用作感光低分子量化合物时，混合型光敏聚酰亚胺树脂作为负作用性树脂。当通过使某些羧基或羟基进行改性得到的基团通过曝光可分裂时，后者即改性型光敏聚酰亚胺树脂作为正作用性树脂。当改性基团可光聚合时，改性型光敏聚酰亚胺树脂作为负作用性树脂。例如，在Fukushima等的“Kohbunshi Kakoh”Vol.50，No.12，pp.553-560(2001)(KohbunshiKankohkai)中有一篇关于光敏聚酰亚胺树脂的综述。
商用正作用性光敏聚酰亚胺树脂包括，例如，Sumitomo BakeliteCompany Limited制造的“Sumiresin Excel CRC-8000”半导体涂层材料系列中的树脂。其中的一个具体例子是CRC-8300，并且该树脂可被用于本发明。商用负作用性光敏聚酰亚胺树脂包括，例如，HitachiChemical Dupont Microsystem Ltd制造的“PI-2732”。
通过使用光敏耐热树脂的光致抗蚀剂法，铸模图案15当然可被形成为线。而且铸模图案15也可被形成为点，如圆点、方点等，并且无论在图3所示的凸起图案中还是在图5所示的凹陷图案中，每个图案元件的一侧的直径或长度可在1～300μm范围内适当变动，而毗邻图案元件间的距离可在5μm～1mm范围内适当变动。图案元件的尺寸和/或毗邻图案元件间的距离可在上述范围内适当且逐渐从光学面板一端的尺寸和/或距离值变动到另一端的尺寸和/或距离值。
在图1所示的光源位于光导板边缘旁的楔形光导板中，优选在光源一侧形成非常精细的图案元件，在另一侧形成相对大的图案元件，图案元件的尺寸(一侧的直径或长度)在光源侧图案元件和另一侧的图案元件之间被逐渐并连续地改变，由此具有高亮度的均匀的发射光可被送到液晶9。当使用平板构成的光导板且光源位于光导板两边缘中的每一边缘旁时，在靠近光源的每一端点部分形成非常精细的图案元件，在远离光源的中间部分形成相对大的图案元件，图案元件的尺寸(一侧的直径或长度)在端点部分的图案元件和中间部分的图案元件之间被逐渐并连续地改变，由此具有高亮度的均匀的发射光被送到液晶9。同样在光学图案其中的图案元件在一个平面内被这样连续改变的情况下，可根据本发明形成铸模模具10的铸模图案15，从而可形成高尺寸精度的光学图案。
通过使用光敏耐热树脂通过以下步骤在金属基片11上形成铸模图案例如涂敷步骤，其中光敏耐热树脂被施加到金属基片11上形成表面上的光致抗蚀剂膜；预烘烤步骤，其中光致抗蚀剂膜被预加热以使其略微致密化；曝光步骤，其中前述被施加的树脂，即光敏耐热树脂层12(光致抗蚀剂膜)通过具有对应于光学图案的掩模被曝光；显影步骤，其中曝光的光敏耐热树脂层12被显影；冲洗步骤，其中显影去除的部分被冲洗掉；以及烘烤步骤，其中显影形成的图案被在高温下烘烤以使光敏耐热树脂固化并形成凸起或凹陷图案15。对于这些步骤，在使用正作用性光敏耐热树脂情况下所采用的步骤基本上和在使用负作用性光敏耐热树脂情况下所采用的步骤相同。只不过通过前者的步骤形成的图象和通过后者的步骤形成的图象彼此相反。因此，在曝光步骤中使用的掩模图案的外形要根据所使用的光敏耐热树脂的类型和所希望的图案的外形被选择是很重要的。
在本发明中，如上所描述的和如图3和图5所示，铸模模具10由金属基片11和在金属基片11的一侧表面上由光敏耐热树脂形成的铸模图案15构成，金属基片11上的形成铸模图案15的整个表面被前述耐热树脂层12覆盖。这样的模具10可通过以下步骤被生产在金属基片11表面形成一层光敏耐热树脂，通过具有对应于光导板2的光学图案4的掩模使光敏耐热树脂层曝光，对曝光的耐热树脂层显影以在前述光敏耐热树脂上形成对应于在掩模上形成的图案的铸模图案15，而显影后也将前述金属基片的整个一侧表面的光敏耐热树脂留下。
特别地，可能采用一种方法，其中在光敏耐热树脂要被显影的部分完全溶解前终止显影，由此，光敏耐热树脂仍留在金属基片的对应于树脂被显影部分的区域上。也可能采用一种方法，其中在金属基片的表面上形成两层光敏耐热树脂，并且第一层形成后被取消光敏性，由此没有光敏性的第一层被留在金属基片上。图6A、6C、6D和6E作为各步骤的示意性垂直横截面视图表示了前一种方法。图7A、7B、7C、7D和7E作为各步骤的示意性垂直横截面视图表示了后一种方法。以下参考这些图说明用于生产光学面板铸模模具的本发明工艺。
图6A(涂层预烘烤步骤)、6C(曝光步骤)、6D(显影、冲洗步骤)和6E(烘烤步骤)分别是表示在采用上述第一种方法的情况下的生产步骤的示意性垂直横截面视图，即光敏耐热树脂要被显影的部分完全溶解前终止显影，由此，光敏耐热树脂仍留在金属基片的对应于树脂被显影部分的区域上。这些图表示了使用正作用性树脂作为光敏耐热树脂的情况。首先，如图6A所示，光敏耐热树脂被施加到金属基片11的表面上形成光敏耐热树脂层12a。至少金属基片11上形成光敏耐热树脂层12a的表面11a优选被如上所述粗糙化。然后，如图6C所示，前述光敏耐热树脂层12a通过掩模19被曝紫外光，掩模19上记录有基于所需要的光学图案的透射和光屏蔽的图案。此后，如图6D所示，进行了上述曝光后的光敏耐热树脂层12a被用显影液显影，接着被冲洗。
在使用正作用性光敏树脂的传统的光致抗蚀剂法中，在显影步骤中进行显影，直到树脂层被暴露到紫外光的部分被溶解而使金属基片11的表面被部分暴露出来。另一方面，在本发明所采用的上述第一方法中，在光敏耐热树脂层12a的被暴露到紫外光的部分通过显影被完全溶解前终止显影，从而金属基片具有铸模图案的整个表面11a被上述耐热树脂覆盖。这样，以掩模19上形成的图案为基础形成了由光敏耐热树脂构成的凸凹图案12c，金属基片11的整个一层表面11a被前述光敏耐热树脂覆盖。
随后，在金属基片11的一个表面11a上形成的凸凹图案12c在300℃或以上的高温加热固化，同时被粘附并固定到金属基片11，由此，得到如图6E所示的固化的凸凹图案12。通过上述工艺，可获得由金属基片11和以前述掩模19上形成的图案为基础形成在金属基片11的一个表面11a上的固化的凸凹图案12构成的光学面板铸模模具10。
图7A(第一涂层失活步骤)、7B(第二涂层预烘烤步骤)、7C(曝光步骤)、7D(显影、冲洗步骤)和7E(烘烤步骤)分别是采用在金属基片的表面上形成两层光敏耐热树脂，并且第一层形成后被取消光敏性，由此没有光敏性的第一层被留在金属基片上的方法时的生产步骤的示意性垂直横截面视图。这些图也表示了使用正作用性树脂作为光敏耐热树脂的情况。首先，如图7A所示，光敏耐热树脂被施加到金属基片11的表面上形成第一光敏耐热树脂层13a。至少金属基片11的其上形成光敏耐热树脂层13a的表面11a优选被如上所述粗糙化。在上述方法的情况下，随后进行去除光敏耐热树脂的光敏性的处理。这种失活处理可通过，例如加热或通过用在随后进行的曝光步骤中使用的紫外光照射第一光敏耐热树脂层13a的整个表面的方法来进行。当通过加热进行失活时，在和随后进行的预烘烤处理相比在更高的温度、更长时间下进行加热是很重要的。
之后，如图7B所示，相同的光敏耐热树脂被进一步施加到没有光敏性的耐热树脂层13a上，形成第二光敏耐热树脂层13b。然后，进行预烘烤处理，预烘烤后，如图7c所示，第二光敏耐热树脂层13b通过掩模19被进行紫外光(UV光)曝光，掩模19上记录有基于所需要的光学图案的透光和屏蔽光的图案。紫外光曝光后，曝光后的第二光敏耐热树脂层13b被用显影液显影并且被冲洗，如图7D，由此以在掩模19上形成的图案为基础在第二光敏耐热树脂层13b上形成凸凹图案13c，而金属基片11的整个表面11a被第一光敏耐热树脂层13a(其光敏性已被去除)覆盖。
随后，在金属基片11的一个表面11a上由光敏耐热树脂形成的第一层13a，以及凸凹图案13c被在300℃或以上的高温加热固化，同时被粘附并固定到金属基片11，由此，得到如图7E所示的固化的凸凹图案13。通过上述工艺，可获得由金属基片11和在金属基片11的一个表面11a上以前述掩模19上形成的图案为基础形成的固化的凸凹图案13构成的光学面板铸模模具10。
下面更详细的说明图6A、6C、6D和6E中以及图7A、7B、7C、7D和7E中所示步骤。例如，如下所述进行涂层步骤。通过点滴或喷涂等方法将光敏耐热树脂施加到被置于旋涂机中的金属基片11的表面11a上(即要形成涂层膜的表面)，然后金属基片11高速旋转形成一层适当厚度的光敏耐热树脂。特别地，可使施加的光敏耐热树脂形成约30μm或更小的均匀厚度，并优选不大于20μm、不小于5μm，根据所需要的光学面板的光学图案的适当深度或高度来形成光敏耐热树脂层12a或光敏耐热树脂层13a和13b。当如在图7A和7B中形成两层光敏耐热树脂时，此处的光敏耐热树脂层的厚度是指两层的总厚度。
当如在图7A和7B中形成两层光敏耐热树脂层，并且特别地，金属基片11的要形成树脂层的表面11a被粗糙化时，第一光敏耐热树脂层13a的厚度优选被调节到5μm或更小，并且更优选0.1～5μm，第一光敏耐热树脂层13a和第二光敏耐热树脂层1 3b的总厚度优选被调节到约30μm或更小，并且更优选5～25μm。当首先通过涂敷法在金属基片11的一个表面11a上形成的第一光敏耐热树脂层13a，例如为0.1～5μm的薄膜时，则光敏耐热树脂层13a的表面可反映金属基片11表面的粗糙程度，而通过将最终的铸模模具放在铸模型腔表面上并，例如，使用该模具注模成型熔融树脂所生产的光学面板具有图案凸起部分具有粗糙表面的光学图案。当该光学面板被用作，例如液晶显示器用背光的光导板时，背光的反射片及光学面板本身的耐久性由于，例如和反射片的接触面积减少效应而被进一步提高。
在预烘烤步骤中，利用烘箱，将上述光敏耐热树脂层12a或13b放置在，例如约120℃下被加热的空气环境中而被轻微地致密化。预烘烤步骤的确使得在随后的曝光步骤中能够进行精确和高密度的曝光。
曝光步骤可通过，例如下述方法进行，在该方法中，利用步进机(一种曝光机)通过具有和光学图案对应的图案的掩模19，用g-线光，1-线光或包含它们的连续波长光照射上述光敏耐热树脂层12a或13b。作为能够发射包含紫外光的连续波长光的光源，可使用，例如高压汞灯。在附图所示情况下，掩模19掩蔽和铸模图案凸起部分对应的区域，并允许来自光源的光照射未掩蔽的区域，即对这些区域曝光。
例如按照如下所述进行显影步骤。将具有经过上述曝光的光敏耐热树脂层12a或13b的金属基片11放在显影器(一种显影机)中，在金属基片11旋转或停止情况下，通过点滴法或喷涂等将用于抗蚀剂的显影液，一种碱性水溶液，施加至金属基片11。这样，显影液被均匀分布渗透并溶解除了上述精细凸起部分以外的曝过光的未掩盖部分。也可通过将具有经过上述曝光的光敏耐热树脂层12a或13b的金属基片11浸入到用作光致抗蚀剂的显影液，一种碱性水溶液中经过预定的时间。
可通过，例如，在金属基片11高速旋转情况下，通过点滴法或喷涂等将纯水提供给经过上述显影步骤的金属基片11，来进行冲洗步骤，以冲洗掉上述被溶解部分。经过显影的金属基片11也可通过被浸渍在流水中或在流水中被适当摇晃而被冲洗。
在随后的烘烤步骤中，利用烘箱，上述冲洗后得到的带有凸凹图案12c或13c及13a的金属基片11被放置在约300～400℃下被加热的空气环境中而使显影形成的图案固化并将图案粘附和固定到金属基片11上，由此形成对应于光学图案的铸模图案。
通过上述过程，和光学面板的光学图案相反的铸模图案(固化的凸凹图案)12或13被直接形成于金属基片11上，保证了固化的凸凹图案12或13和金属基片11有高的粘附力，由此可获得适合于铸模成型光学面板的铸模模具10。
如此获得的铸模模具10，通过将铸模模具10放置在铸模两个表面的至少一个表面上并利用该铸模注模成型透明熔融热塑性树脂，可适用于生产至少在其一侧表面具有整体形成的光学图案的光学面板。特别地，模具10被放置在构成注模成型机型腔的铸模表面上，并且在适合于所用热塑性树脂的铸模成型温度下进行注模成型。这样，和形成于铸模模具10上形成的固化的凸凹图案12或13对应的凸凹图案被传递到热塑性树脂的表面。当使用本发明的铸模模具10时，可高精度传递非常精确的、高密度和精细的图案。铸模模具10可通过，例如，螺栓固定、粘接或从铸模表面侧吸附，被固定在铸模表面。
在此情况下，当通过将本发明的铸模模具放置在两个铸模表面中的每一个上来进行注模成型时，可获得一侧具有能够反射被引导光的图案而另一侧具有能够漫射光图案的光学面板。在此情况下，分别放置在铸模表面的图案本身彼此间通常不相同。
也可在任何已知的各种铸模成型方法，如热塑性树脂的压模成型中，使用本发明的铸模模具10来生产光学面板。无论采用何种铸模成型方法，具有高的光透射系数的热塑性透明合成树脂如甲基丙烯酸酯树脂、聚碳酸酯树脂、非晶环状聚烯烃树脂、甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物(MS)树脂、聚苯乙烯树脂等，都适合被用作构成光学面板的热塑性树脂。
此外，本发明的铸模模具也可被用在所谓的使用紫外线固化树脂的2P(光敏聚合物)铸模成型中。当通过2P铸模成型生产光学面板时，紫外线固化树脂被施加到模具10的具有已固化的凸凹图案12或13形成的表面上，并且将一个透明基片推到树脂上，之后从透明基片侧用紫外光照射紫外线固化树脂使其固化，并将由固化树脂构成的最终的光学面板取出。
上面优先说明了本发明被应用到生产作为用于液晶显示器的背光中使用的边缘光面板的光导板的情况，尽管本发明类似地也可被应用到至少在其一侧表面上整体形成光学图案(例如点或线)的光学面板的生产中，该光学面板是，例如用于液晶显示器的正面光以及如电光标志这样的各种照明装置中使用的边缘光面板或光漫射面板。此外，在实施本发明时，实际使用的材料、形状、结构、生产或制造工艺、工艺中的步骤、致密度、尺寸、位置、使用，以及因为/为了铸模模具而对上述因素所作的修正、铸模图案、光学面板、光学图案(即能够反射被引导光的图案和光漫射图案)、光学元件、反射装置、漫射装置，以及光敏耐热树脂，在许多方面可被改变。这样的改变应被认为属于上面所描述的本发明的范围和宗旨之内。优选实施例描述本发明利用下面的实例被更详细地说明，这不应该被认为是限制了发明的范围。首先，描述根据图6A、6C、6D和6E所示步骤，通过中途停止显影而在金属基片整个一侧形成一层光敏耐热树脂的情形。
实例1343mm×264mm×0.3mm(厚度)的不锈钢板被用作在其整个一侧表面上形成光敏耐热树脂图案的金属基片。不锈钢板的中心线平均粗糙度Ra为0.05μm，按照JIS B0601测量。另一方面，作为光敏耐热树脂，“Sumiresin Excel CRC-8300S”，一种由Sumitomo BakeliteCompany Limited制造的正作用性光敏聚酰亚胺树脂溶液被用旋涂机施加到前述不锈钢板的表面上，从而预烘烤后涂层膜的厚度可能约为12μm。不锈钢板被风干，然后被放在烘箱中，进行125℃、5分钟的预烘烤。最终的光敏树脂层通过其上具有由CAD设计形成的屏蔽光和曝光图案的膜状掩模，用Mesh Industrial Co.Ltd.制造的曝光机(MC打印机)曝光90～100秒，并且，该曝光机能够显著发射包含g-线光、i-线光等的连续波长的光。此处所用的膜状掩模如下如图8的示意性平面图所示，掩模具有形如棱角被修圆的正方形的光屏蔽图案，正方形的尺寸被逐渐并连续地从作为基片的不锈钢板的一个边缘(短边)的一个值变到另一边缘(另一个短边)的一个值，最小的正方形的边长约为60μm，最大的正方形的边长约为100μm，整个表面毗邻图案元件间的距离(间距)约为170μm。应该明白图8是用来说明图案元件的排列的，并不反应实际的尺寸比例。
具有曝过光的光敏树脂层的不锈钢基片被浸入到含约2升由Sumitomo Chemical Co.Ltd.制造的碱性显影液“SOPD”的正方形不锈钢容器中，与显影液接触约40秒。然后，基片被迅速从显影液中取出并在另一个容器中用纯净水冲洗。冲洗后的基片被放在烘箱中，在氮气中在约30分钟内被加热到约150℃，在150℃保温30分钟，然后约30分钟内被加热到360℃，在360℃保温30分钟进行烘烤。在显微镜下观察最终图案的一部分发现，在曝光区域中(树脂被显影所溶解掉的区域)的树脂层的厚度约为2μm，并且形成了由圆角正方形构成的凸起图案。
如此获得的带有图案的铸模模具被附着到注模铸模的一个表面(型腔侧面部分)，利用该注射铸模注模成型甲基丙烯酸酯树脂以生产在其一侧表面具有被整体形成的凹陷图案的光导板。注模成型涉及打开铸模取出被成型产品的步骤。在此步骤中，除非被成型产品粘到注模铸模的阳模侧部分，否则无法进行随后的步骤，从而铸模成型操作不得不中断。在本实例中，带有图案的铸模模具被附着到阴模侧部分，当被成型产品从铸模中脱出时被成型产品的表面阻力在与阴模侧部分接触的侧面上较强。因此，当铸模被打开时，被成型产品很容易粘到阴模侧部分，从而不能进行连续铸模成型。为避免此类麻烦，有各种方法，如通过在所用树脂中添加润滑剂以改善脱模性能的方法或在铸模上施加铸模脱模剂的方法。通过延长冷却时间，将被填充树脂(被成型产品)在铸模中的温度充分降低到铸模温度也是一种有效的方法。因此，此处用被成型产品稳定跟随阳模侧部分所需要的冷却时间来评价所生产的铸模模具的脱模性。结果，发现本发明必须的最小冷却时间为40秒。
实例2用玻璃珠对和实例1相同的不锈钢板进行喷砂，使其具有0.35μm的中心线平均粗糙度Ra。除使用具有这样粗糙表面的不锈钢板作为基片外，实例1中的工艺被重复以产生在被曝光区(树脂通过显影被溶解掉的区域)的平均树脂层厚度约为2μm并且具有由圆角正方形构成的凸起图案的铸模模具。利用该铸模模具，通过和实例1相同的方法注模成型甲基丙烯酸酯树脂，并对脱模性进行评估。结果，发现本实例中必须的最小冷却时间为38秒。
其次，下面描述根据图7A、7B、7C、7D和7E所示的步骤，在金属基片上形成两层光敏耐热树脂且形成后去除第一层的光敏性，由此没有光敏性的第一层被留在金属基片上的情形。
实例3“Sumiresin Excel CRC-8300S”，和实例1所用相同的正作用性光敏聚酰亚胺树脂溶液用旋涂机被施加到和实例1所用相同的不锈钢板上，从而加热失活后的涂层膜的厚度可能约为5μm。不锈钢板被风干，然后被放在烘箱中，于150℃保温约30分钟以去除聚酰亚胺树脂涂层膜的光敏性。在该涂层膜上，与第一涂层操作所用相同的正作用性光敏聚酰亚胺树脂溶液被用旋涂机施加，从而预烘烤后第二层的厚度可能约为12μm。如此处理后的不锈钢板被风干并被放在烘箱中，于125℃保温约5分钟以进行预烘烤。得到的光敏树脂层通过其上具有由CAD设计形成的屏蔽光和曝光图案的膜状掩模，用与实例1相同的曝光机曝光90～100秒。在此情况下，所用的膜状掩模的屏蔽光和曝光图案与实例1中所用膜状掩模的图案相反。
通过和实例1中所描述的相同的显影操作，使具有曝过光的光敏树脂层的不锈钢基片与和实例1中所用相同的碱性显影液接触约100秒。然后，基片被迅速从显影液中取出并在另一个容器中用纯净水冲洗。冲洗后的基片在和实例1和2所用相同的条件下进行烘烤处理。在显微镜下观察最终图案的一部分发现，在曝光区域(树脂被显影所溶解掉的区域)中的树脂层的厚度约为5μm，并且形成了由圆角正方形构成的凹陷图案。
使用如此得到的铸模模具，通过和实例1中相同的方法，注模成型甲基丙烯酸酯树脂，并对铸模的脱模性能进行评估。结果发现本实例中必须的最小冷却时间为45秒。
实例4用玻璃珠对和实例3相同的不锈钢板进行喷砂，使其具有0.35μm的中心线平均粗糙度Ra。除使用具有这样粗糙表面的不锈钢板作为基片并将加热失活后的第一光敏聚酰亚胺树脂的厚度改变到约3μm外，实例3中的工艺被重复以产生在被曝光区中(树脂被显影所溶解掉的区域)的树脂层平均厚度约为3μm并且具有由圆角正方形构成的凹陷图案的铸模模具。利用该铸模模具，通过和实例1相同的方法注模成甲基丙烯酸酯树脂，并对脱模性进行评估。结果，发现本实例中必须的最小冷却时间为43秒。
比较实例1实例1的工艺被重复，除了将用碱性显影液显影的时间改变到约100秒，以产生具有图案的铸模模具，其中通过显影曝光部分被完全去除，不锈钢基片的表面被暴露出来，并且在被曝光基片表面形成了由圆角正方形构成的凸起图案。使用该铸模模具，通过和实例1相同的方法注模成型甲基丙烯酸酯树脂，并对脱模性进行评估。结果，发现本实例中必须的最小冷却时间为60秒。
如上所描述的，当使用耐热树脂层也被留在由光敏耐热树脂形成的凸凹图案的凹陷部分的实例1或3的铸模模具时，注模成型时铸模的脱模性高于使用比较实例1的铸模模具，其中不锈钢基片在凹陷部分被暴露，所得到的脱模性。当使用在不锈钢基片的粗糙表面上具有和实例1相同的图案的实例2的铸模模具时，铸模的脱模性仍然高于实例1中所得到的脱模性。相似地，当使用在不锈钢基片的粗糙化表面上具有和实例3相同图案的实例4的铸模模具时，铸模的脱模性仍高于实例3中所得到的脱模性。因此，可以认为当使用实例1～4地铸模模具时，它们的耐久性也是好的。
根据本发明，当直接在金属基片上通过使用光敏耐热树脂的光致抗蚀剂法形成铸模图案时，金属基片上有铸模图案形成的整个表面被一层耐热树脂覆盖，由此在使用如此获得的铸模模具成型光学面板时，脱模性可被改善且可提高模具耐久性。在此情况下，当要被耐热树脂覆盖的金属基片的表面被粗糙化时，所得模具的耐久性可进一步被提高。该模具易于生产并且确保使得在约定的交货日期前的短时间内能够小批量生产各种光学面板。当使用这样的铸模模具时，即使是具有精确和高密度图案的光学面板，也可以被容易地并且当然高精度地被生产。
权利要求
1.一种光学面板铸模模具，用于在光学面板的至少一侧表面上整体形成光学图案，该模具包含金属基片和在金属基片一侧表面上的对应于所述光学图案且由光敏耐热树脂制成的铸模图案，其中，金属基片具有铸模图案的整个表面被一层所述耐热树脂覆盖。
2.根据权利要求1的光学面板铸模模具，其中金属基片的表面是粗糙的，并且在该表面上形成一层光敏耐热树脂层。
3.根据权利要求1的光学面板铸模模具，其中对应于光学图案的铸模图案为以点的形式构成的凹陷或凸起图案，图案的每个元件的一侧的直径或长度范围为1～300μm，并且毗邻图案元件间的距离范围为5μm～1mm。
4.根据权利要求1的光学面板铸模模具，其中光敏耐热树脂为光敏聚酰亚胺树脂。
5.用于生产根据权利要求1的光学面板铸模模具的工艺，包含的步骤有在金属基片表面上形成一层光敏耐热树脂，通过具有对应于光学面板的光学图案的图案的掩模使光敏耐热树脂层曝光，显影该层以在光敏耐热树脂层上形成对应于掩模图案的铸模图案，其中光敏耐热树脂显影后仍遍布留在金属基片的一侧表面。
6.根据权利要求5的工艺，其中在光敏耐热树脂的要被显影部分完全溶解前终止显影，由此，光敏耐热树脂仍留在金属基片的对应于树脂被显影部分的区域上。
7.根据权利要求5的工艺，其中在金属基片的表面上形成两层光敏耐热树脂，并且第一层在其形成后被取消其光敏性，由此没有光敏性的第一层被留在金属基片上。
8.根据权利要求5的工艺，其中通过喷砂处理或细纹处理使金属基片的表面变粗糙，然后在粗糙的表面上形成一层光敏耐热树脂。
9.根据权利要求7的工艺，其中使金属基片的表面变粗糙，在粗糙的表面上形成0.1～5μm厚的第一层光敏耐热树脂。
10.一种用于生产具有在光学面板的至少一侧表面上整体形成的光学图案的光学面板的工艺，该工艺包含的步骤有在铸模的两表面中至少一个表面上放置一铸模模具，该铸模模具包含金属基片和铸模图案，该铸模图案对应于所述光学图案且由金属基片的一侧表面上的光敏耐热树脂制成，金属基片的具有铸模图案的整个表面被一层所述耐热树脂覆盖；以及将透明熔融树脂注模到包含所述铸模模具作为其至少一个表面的模腔中以使树脂成型。
全文摘要
本发明的目的是提供一种适于生产光学面板的模具用于生产该模具的工艺；以及使用该模具生产光学面板的工艺。该光学面板具有至少在其一侧表面上整体形成的光学图案(如点或线)，它是例如边缘光面板或光漫射面板，用于液晶显示器的背光或正面光以及各种照明装置电光标志中。根据本发明，提供一种光学面板铸模模具，用于在光学面板的至少一侧上整体形成光学图案，该模具包含金属基片和在金属基片一侧上的对应于所述光学图案且由光敏耐热树脂制成的铸模图案，金属基片具有铸模图案的整个表面被一层所述耐热树脂覆盖。
文档编号B29C45/26GK1445586SQ0312064
公开日2003年10月1日 申请日期2003年3月18日 优先权日2002年3月18日
发明者村田贤三, 冲庸次 申请人:住友化学工业株式会社, 斯坦雷电气株式会社