专利名称：一种背光模组精密光导薄膜模仁制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制作液晶背光模组的导光板或导光膜的模仁的制造 方法，实现髙精度、可控深度和网点尺寸的导光板(光导薄膜)模仁；本发明 的模仁结构适用于LCD显示器及大面积背光模组中的导光板(光导薄膜)的 制造。
背景技术：
近年来，液晶显示器(LCD)的应用越来越广泛，且大面积成为其发展趋 势。LCD本身不发光，因此，背光模组成为提供其发光的必要组件。背光模 组的主要结构如下光源(Light source)、导光板(Light guide plate)、 扩散膜(diffuser)、棱镜片(prism sheet)、反射板(reflector)。其中， 导光板将CCFL线光源或LED点光源转化为面光源，是模组中的核心导光器件， 其制程方法与工艺直接决定了导光板的性能与价格，因此， 一直以来，行业中 不断在研究不同的导光板制造方法，以获得髙性价比的产品。在LCD显示器、手机、数码相机、照明等显示的背光模组中，导光板是关 键部件之一。目前，导光板的制造方法可分为非印刷方式和印刷方式，非印刷 方式是先制作具有网点结构的导光模仁，再以注塑成型的方法在导光板上直接 产生网点结构，并利用该网点结构将光导出，均匀地散布在发光区。目前，导 光模仁的制作方法主要有，(l)采用化学蚀刻或精密机械刻画法直接在模仁上 刻出不同槽形的图案。(2)如公开号为CN1696782A的中国专利中公开了一种导 光板模仁的制造方法，在金属极板上利用微影的制程形成一种具有图样的金属 层，再镀上一层镍形成导光板模仁。(3)利用半导体制程LIGA工艺(掩膜+刻 蚀)法，参见附图1,先设计制作具有网点结构的掩膜板，用掩膜板对涂有光 阻剂的金属板曝光，处理后形成露底的网点结构，然后，进行金属刻蚀(腐蚀), 在金属表面形成网点结构。这种注塑成型的方法比较适合于中小幅面的导光板 的生产。与之相比，印刷方式则适合于大幅面导光板，它是将含有髙散光源物质(如Si02&Ti02)的印刷油墨材料适当地分布于导光板底面，通过印刷油墨材料对光 源吸收再扩散的性质，破坏全反射效应造成的内部传播，光线由正面射出并均 匀分布于发光区，印刷式导光板的制作需要经过丝印、烘烤的过程，由此会导 致环境污染。相比而言，注塑成型式方法具有髙品质、精度佳等优点，已成为目前主流 的导光板制造方法。但是精密导光板模仁的掩膜设计与制造的技术要求相当 高，特别是在制作大幅面导光板时难度较大。随着背光模组向薄型、大型化方向发展，对导光板厚度的减小的要求越来 越髙，在导光板厚度〈0.4迈迈时，可以被称为导光膜，或者光导薄膜，此时， 对其表面微结构的精度要求极髙，同时，也要求使用白光LED替代CCFL作为 节能型光源，因此，希望获得更高导光效率的网点结构和快速的制造流程。如何获得髙品质的导光板以及其高效率的、环境友好型的制程方式是业内 人士研究的共同课题，尤其在LCD显示器的飞速发展趋势下，急需得到解决。发明内容本发明目的是提供一种光导板模仁的制作方法，适合研发与制造髙精密度 的光导板，尤其适合于大幅面光导板或光导膜的制造。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 一种背光模组精密光导薄膜 模仁制造方法，将紫外激光束经扩束、准直照在数字微反射镜上，根据待制作 的导光网点形状控制数字微反射镜，出射光通过含有4F光路的投影光学系统 在紫外光刻胶干板表面刻蚀导光网点；依次改变出射光与光刻胶干板的相对位 置，完成各个所需导光网点的刻蚀刻蚀后的光刻胶干板经表面金属化处理后， 再进行电铸，获得所需的光导薄膜模仁。上文中，所述数字微反射镜(Digital Micro-mirror Device, DMD)是一种 数字化的图形输入器件，可通过计算机根据图形设计要求，在DMD上输入所 需的网点结构图形，经过4F光学投影系统后成缩小的网点像。所述光刻胶干 板可以选用涂有SU-8的厚光刻胶干板。所述DMD根据导光设计的需要，可 在SU-8干板的不同位置上，刻蚀不同的网点尺寸、不同的网点形貌。通过上述紫外激光刻蚀制作的光导薄膜模仁，既可以用于光导薄膜的制作，也可以直 接用于背光模组，或配置其他背光组件。上述技术方案中，所述紫外激光束由紫外激光器产生，采用半导体泵浦的 固态激光器的三倍频351nm/355iim,单脉冲能量M00iiJ，脉冲频率和脉冲能 量可调。该激光波长处于SU-8的感光灵敏区，可有效实现刻蚀。上述技术方案中，所述紫外激光束经数字微反射镜、4F光路投影系统后， 所成的是数字微反射镜上的网点形状的縮小的像。进一步的技术方案，在分别刻蚀各个所需导光网点时，根据所刻蚀的导光 网点的形状和大小控制所述数字微反射镜。上述技术方案中，所述光刻胶干板的涂胶厚度可根据导光网点的结构设计 要求调整，通常，其厚度范围以5 80um为宜。所述导光网点选自圆形、方形、V型或U型的凹型沟槽；网点直径50 1000um,深度5 80認。在实际操作中，为实现上述制造方法，可以采用的具体步骤包括(1) 根据光源特点、光导板(膜)的厚度，设计导光的网点结构与分布；(2) 对网点结构进行数据处理，成为DMD上可以输入的网点结构；(3) 将数据输入到DMD输入的激光刻蚀设备上，对涂布有SU-8的玻璃干 板进行逐个像素曝光，曝光量的大小，取决于网点结构深度的设计、网点的尺 寸取决于网点的结构分布；(4) 进行显影处理，获得浮雕结构的SU-U,并进行后坚膜处理；(5) 对SU-8表面进行金属化处理，再进行电铸获得金属镍版；(6) 采用微纳米压印方法，进行光导板(膜)的样品压印，获得样品，并进 行导光均匀性、导光效率的测试和评价。如有修正需要，重复进行上述步骤， 直到达到满意的设计结构。由于上述技术方案的采用，本发明与以往光导板的模仁制造相比，具备以 下的不同之处(l)现有技术中的化学刻蚀，其深度受网点横向尺度精度的限制，对于显示 用精密光导板，网点的最小直径20微米，网点刻蚀深度一般只能达到5微米， 更深刻蚀将导致网点结构的不均匀；同时，化学刻蚀的网点深度浅，使得最终生产出来的光导板的导光效率不髙，且大幅面的化学刻蚀的均匀性控制很困 难；(2) 本发明以前，采用掩膜板进行网点光刻，网点的刻蚀深度相同，当需要 制造大幅面光导板(膜)的模仁时，采用掩膜曝光拷贝时，对光源均匀性、掩 膜板的邻近效应的控制要求非常严格；(3) 光掩膜板是采用激光直写方法(聚焦成极细的单光束扫描曝光)对涂布 有光刻胶的铬板曝光，通过化学腐蚀制成得到的，网点质量与化学腐蚀的控制 有关，整体掩膜制作周期长，大幅面情况下更是如此，同时制造成本较髙。与其相比，本发明中精密光导薄膜模仁的制造方法的优点(1) 采用紫外激光作为光源，通过对DMD输入的图形进行光学縮微，直接 在SU-8上进行逐个网点结构的曝光，这是一种并行直写工艺，排除了以前掩 膜光刻方法中的掩膜曝光过程中，掩膜品质与曝光的邻近效应对网点质量不均 匀的影响；(2) 可根据导光板结构设计和工艺制作情况，调整网点分布和形状结构，从 而，达到髙品质快速出样的目的。(3) 采用紫外激光投影光刻可实现逐个网点曝光，控制不同位置上网点深度 和尺寸，从而达到更均匀、更髙效率的导光结构，更适合于针对LED光源设 计；(4) SU-8的厚度范围可以控制在5 8(hnn，这样，对于不同导光厚度的光 导板，可采用不同深度的网点进行导光设计；(5) 网点尺寸5um 1000um，可根据设计要求实时调整。 一般地，以16 微米像元DMD为例，以10倍光学系统来縮小，在SU-8上光点的最小分辨率 为1.6微米；如果采用更大数值孔径(NA)显微物镜，则图形分辨率更好， DMD的像素数为1024x768，在投影光刻系统中可实现640X640像素，则最 大可刻蚀网点的尺寸1000um;(6) 在DMD上输入的网点分布，可以是单色(二值O， 1),曝光后形成上 下柱状的网点；也可以输入灰度分布，则在SU-8上形成不同形貌的微结构网 点具体为微锥型凹、凸结构等导光网点，其中，微锥结构特征尺寸为直径 为5um-200um,深度为5um-30um。同时，本发明获得的模仁是镍版，采用镍版作为模仁来生产的优点是1. 由于镍版的厚度可以控制，制成薄板，可用巻压式微纳米压印技术制 造超薄光导薄膜，结构精密，品质稳定易控。2. 巻对巻微纳米压印方式生产的柔性光导板(膜)制程效率大大提升。3. 可以实现大尺寸的导光板(膜)，并且品质稳定；由于网点生产是通过 模仁的微纳米压印方式实现的，因此，不会发生丝网印刷过程中的大量的有机 溶剂挥发气体。
图1是现有技术中制作导光板模仁的工艺流程示意图； 图2是实施例一中采用DMD器件的紫外激光直写刻蚀系统示意图； 图3是实施例一中获得的具有不同深度网点的导光板的截面示意图； 图4是实施例二中获得的具有不同直径的网点的导光板的斜向俯视图； 图5是实施例三中制作导光板(膜)模仁的流程图。其中1、紫外半导体泵浦固体激光器(DPSSL); 2、扩束准直系统；3、 数字微反射镜(DMD); 4、投影光学成像系统；5、小孔光阑；6、光阑控制 器；7、 4F透镜组；8、光刻胶干板；9、 x-y精密工作平台；10、精密驱动控 制器；11、计算机。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一参见附图2所示，采用半导体泵浦的固态激光器(DPSSL) 1， 紫外光输出(三倍频351nm/355iim)，单脉冲能量^00uJ;激光器出射激光束 经过光束扩束准直系统2，照明在数字微反射镜(DMD) 3上，经过投影光学 成像系统4，将DMD上输入的图形縮小，縮小的倍率取决于物透镜和显微镜 的焦距比；縮小的图形成像在显微镜的后焦面的小孔光阑5上，光阑的作用是 挡去部分杂散光，由光阑控制器6控制；然后，通过4F透镜组7将光阑附近 的縮小图形成像到SU-8光刻胶干板8上。光刻胶干板8被设置在x-y精密工 作平台9上，由精密驱动控制器IO控制在X-Y平面内作平移运动。整个系统由计算机11控制运作。上述激光刻蚀系统中的透镜材料均为熔石英玻璃制造；反射镜是具有紫外 全反特性的介质镀层。附图2为进行光导板网点结构刻蚀的紫外激光DMD刻蚀直写系统示意 图。通过改变激光曝光时间(或者激光脉冲的数量)，可获得不同曝光量的微 结构网点。附图3是具有相同直径、不同刻蚀深度的导光板的网点结构的截面 图。该实施例中，网点直径变化20 1000um，网点深度H=5um 30um。 制作时，包括下列步骤(1) 设计导光的网点结构与分布；(2) 对网点结构进行数据处理，成为DMD上可以输入的网点结构；(3) 将数据输入到DMD输入的激光刻蚀设备上，对涂布有SU-8的玻璃干 板进行逐个像素曝光，曝光量的大小，取决于网点结构深度的设计、网点的尺 寸取决于网点的结构分布；调整SU-8的胶层厚度、激光曝光量，可在SU-8 干板上获得不同深度的网点，调整输入到DMD上的图形尺寸与形状，可调整 最终刻蚀的网点大小和形状；(4) 进行显影处理，获得浮雕结构的SU-U;(5) 对SU-8表面进行金属化处理，再进行电铸获得金属镍版；(6) 采用微纳米压印方法，进行光导板(膜)的样品压印，获得样品，并进 行导光均匀性、导光效率的测试和评价。如有修正需要，重复进行上述步骤， 直到达到满意的设计结构。实施例二采用半导体泵浦的固态激光器(DPSSL)，紫外光输出(三倍 频351nm/355iim)，单脉冲能量^00uJ。激光器出射激光束经过光束扩束、准 直光路，照明在数字微反射镜(DMD)上，经过投影光学系统，将DMD上输 入的图形缩小，縮小的倍率取决于物透镜和显微镜的焦距比。縮小的图形成像 在显微镜的后焦面的光阑上，光阑的作用是挡去部分杂散光。然后，通过4F 透镜组将光阑附近的虽小图形成像到SU-8光刻胶干板上。通过DMD上输入 的图形形状的改变以及灰度的不同，可以改变光斑形状或者光斑内的光强分布，从而，可以获得不同表面形状、不同槽形的网点。附图4是刻蚀后具有圆 形微透镜槽形的导光网点的导光板斜向俯视图，网点直径D = 20 200um。在 改变网点直径的同时，也可实时改变光点形状、激光束能量，用于制作不同形 状、不同深度的导光网点。实施例三以手机显示屏光导板的制作为例，参见附图5，详细介绍本发 明制作导光板(膜)模仁的工艺步骤。(l)根据应用要求设计确定导光结构区域， 绘出图案，根据光源特性，利用网点设计软件设计导光区域的网点分布，利用 光学模拟软件评估设计的网点的辉度和均匀，并对网点做进一步优化。确定网 点尺寸、深度等参数。(2)将设计后的网点分布及网点参数转换成激光刻蚀设 备的可控制文件。(3)调节激光刻蚀设备光路，设定相应参数，在SU-8干板上 进行刻蚀。(4)进行显影处理，并进行电铸，获得金属镍版；(5)用镍版通过微 纳米压印在PC或者PMMA上，压印光导的网点结构；(6)配置侧光源，如LED, 在导光板(膜)表面进行辉度测试，测试结构可与软件模拟结果进行比较。采用上述工艺流程，在SU-8上刻蚀制得可用于手机键盘的导光薄膜，厚 度O,lmm,网点30腿 100um，深度5腿 30um。采用上述工艺流程，设计制作用于PDA显示背光模组中的两种导光薄膜。 该背光模组采用侧发光式，膜厚120um，网点尺寸20um 250um,深度5um 20um 。实施例四采用半导体泵浦的固态激光器(DPSSL),紫外光输出(三倍 频351nm/355iim)，单脉冲能量H00iiJ。激光器出射激光束经过光束扩束、准 直光路，照明在数字微反射镜(DMD)上，经过投影光学系统，将DMD上输 入的图形縮小，縮小的倍率取决于物透镜和显微镜的焦距比。在光阑的位置上， 放置散光片，縮微图形经过散光片后有4F透镜组成像到SU-8光刻胶干板上。 这样，在网点结构上形成了具有扩散性能的微结构，有利于活了不同光导特性 和散光特性的光导板，也有利于微纳米压印的品质的提髙。网点直径D-40 500um，深度在2 10腿。
权利要求
1.一种背光模组精密光导薄膜模仁制造方法，其特征在于将紫外激光束经扩束、准直照在数字微反射镜上，根据待制作的导光网点形状控制数字微反射镜，出射光通过含有4F光路的投影光学系统在紫外光刻胶干板表面刻蚀导光网点；依次改变出射光与光刻胶干板的相对位置，完成各个所需导光网点的刻蚀；刻蚀后的光刻胶干板经表面金属化处理后，再进行电铸，获得所需的光导薄膜模仁。
2. 根据权利要求1所述的背光模组精密光导薄膜模仁制造方法，其特征 在于所述紫外激光束由紫外激光器产生，采用半导体泵浦的固态激光器的三 倍频351nm/355nm,单脉冲能量^00nJ，脉冲频率和脉冲能量可调。
3. 根据权利要求1所述的背光模组精密光导薄膜模仁制造方法，其特征 在于所述紫外激光束经数字微反射镜、4F光路投影系统后，所成的是数字 微反射镜上的网点形状的縮小的像。
4. 根据权利要求1所述的背光模组精密光导薄膜模仁制造方法，其特征 在于在分别刻蚀各个所需导光网点时，根据所刻蚀的导光网点的形状和大小 控制所述数字微反射镜。
5. 根据权利要求1所述的背光模组精密光导薄膜模仁制造方法，其特征 在于所述光刻胶干板的涂胶厚度范围为5 80nm。
6. 根据权利要求5所述的背光模组精密光导薄膜模仁制造方法，其特征 在于所述导光网点选自圆形、方形、V型或U型的凹型沟槽；网点直径50 IOOO腿，深度5 80腿。
全文摘要
本发明公开了一种背光模组精密光导薄膜模仁制造方法，其特征在于将紫外激光束经扩束、准直照在数字微反射镜上，根据待制作的导光网点形状控制数字微反射镜，出射光通过含有4F光路的投影光学系统在紫外光刻胶干板表面刻蚀导光网点；依次改变出射光与光刻胶干板的相对位置，完成各个所需导光网点的刻蚀；刻蚀后的光刻胶干板经表面金属化处理后，再进行电铸，获得所需的光导薄膜模仁。本发明通过数字微反射镜输入导光网点形状，直接采用紫外激光在光刻胶干板上刻蚀导光网点，可快速进行网点设计评价和提供样品，提高模仁的制造品质，同时，该发明有利于制造大尺寸的光导板。
文档编号G03F5/02GK101216663SQ20081001923
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者陈林森 申请人:陈林森