专利名称：：一种衍射导光薄膜及其制备方法
技术领域：
：本发明是关于一种衍射导光薄膜及其制备方法。
背景技术：
：背光模组是液晶显示装置(LCD)不可缺少的部分，安装在手机、数码相机、PDA、笔记本电脑等小型面板中的常规的背光组件一般包括光源、导光板、扩散膜、棱镜片、反射片等。导光板用于引导光源所产生的光，将点光源或者线光源产生的光转化成均匀分布的面光源。近年来，随着手机、笔记本电脑等移动电子设备的普及和小型化，背光模组行业内的竞争也越来越激烈，轻型化、薄型化、低成本等要求越来越高。新型导光板的设计也成为行业热点，轻、薄、出射光均匀性好、亮度高是新型导光板研制追求的目标。传统的导光板利用的是几何光学的原理，在导光板的底面设计扩散网点，当光线入射到扩散点时，会将一条光线散射成多条光线，从而来破坏光的全反射，使部分光线从出光面散射出去。在距离光源较近处，扩散点较小并稀疏，在距离光源较远处，扩散点较大，较密，通过这种分布使光源强度较强处散射较少的光线，光线强度较弱处，散射较多的光线，从而实现光强的均匀性。也有在导光板的上下表面加入微棱镜结构，利用的也是折射原理。另外为了实现背光模组的轻量化和薄型化，有的设计采用导光板下表面是扩散网点，上表面铺满微结构的形式，这样就可以省去一块棱镜片而降低了整体的厚度。但是传统方法设计的导光板存在着出射光强均匀度不高的问题。近年来利用波动光学原理，用衍射光栅代替传统的扩散点或者微结构的研究已经有了一定的进展。光栅型的导光板利用光栅的衍射特性，可以更精确的控制出射光的角度和出射光的效率，从而获得较好的均匀度。现有技术中公开了一种利用衍射光栅制作的导光板，在导光板的底部是一系列光栅常数为0.1-10微米的衍射光栅。通过改变光栅占宽比和光栅的截面轮廓，来提高出射面的光强的强度和均匀性。现有技术中公开了一种改良的超薄衍射光栅光导薄膜，在薄膜的表面平铺有光栅像素单元，每个光栅像素单元由亚像素结构组成，通过改变亚像素结构的大小，光栅的取向，光栅的截面轮廓，光栅占宽比，光栅槽型深度等来达到均匀光强的目的。上述公开的衍射导光板在同一块板上需改动的参数较多，比如槽型深度和光栅截面轮廓的同时改变，这给设计、制作和复制过程带来很大难度，制作成本很高。
发明内容本发明的目的是提供一种衍射导光薄膜，既能提高出光均匀度，又能考虑到生产的实际情况，降低制作难度，在生产过程中更容易被实现。本发明提供了一种衍射导光薄膜，该衍射导光薄膜包括入光面1、底面2和出光面3，在所述底面2或所述出光面3的至少一部分上分布有多个光栅像素单元，其中，任意两个光栅像素单元内的光栅的空间频率、槽型深度和光栅像素单元的面积相同所述光栅像素单元内的光栅的条纹取向使得出光均匀度为0.7-1。本发明还提供了一种衍射导光薄膜的制备方法，该衍射导光薄膜包括入光面l、底面2和出光面3，该方法包括，在所述底面2或所述出光面3的至少一部分上设置多个光栅像素单元，其中，任意两个光栅像素单元内的光栅的空间频率、槽型深度和光栅像素单元的面积相同，所述光栅像素单元内的光栅的条纹取向使得出光均匀度为0.7-1。本发明提供的衍射导光薄膜出光均匀度可达到0.7以上，而且，在满足出光均匀度要求的同时，还具有制作简单的优点。图1是本发明的导光薄膜的结构示意图。图2是本发明的实施例1的导光图案的示意图。图3是本发明的实施例2的导光图案的示意图。具体实施例方式根据本发明提供的衍射导光薄膜，该衍射导光薄膜包括入光面1、底面2和出光面3，在所述底面2或所述出光面3的至少一部分上分布有多个光栅像素单元，其特征在于，任意两个光栅像素单元内的光栅的空间频率、槽型深度和面积相同，所述光栅像素单元内的光栅的条纹取向使得出光面的出光均匀度为0.7-1。在如图1所示的导光薄膜中，入光面1位于左侧面，出光面3位于上侧面。其中，所述空间频率可以为1000线/毫米-2000线/毫米；所述光栅占宽比为0.3-0.5，所述槽型深度可以为0.5微米-2.5微米，优选为0.5微米-2.5微米。所选薄膜为本领域公知的薄膜，例如聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚氨酯(TPU)中的一种或几种。导光膜前体的厚度可以为125-1000微米，优选为125-300微米。其所选薄膜的折射率范围也为本领域公知，可通过商购时直接得到，在此不再赘述。其中，所述像素单元的边长可以为40-320微米，优选为80-160微米。-般情况下，像素单元的面积与薄膜材料的折射率、厚度的关系一般来说是，薄膜材料的折射率、厚度越大，像素单元的面积越大。所述光栅的条纹取向是指光栅条纹的方向，在确定光栅的条纹取向时可以入射光的方向为基准计算，所述光栅的条纹取向范围为-90°-90°。使用本发明提供的衍射导光薄膜时，可以使用常规的光源，例如LED。所述任意所述光栅像素单元内的光栅的空间频率、槽型深度和光栅的条纹取向、光栅占宽比的关系符合严格耦合波方程。严格耦合波方程是指一种矢量衍射理论，是目前使用最为广泛的一种解决亚波长光栅问题的理论。《Formulationforstableandefficientimplementationoftherigorouscoupled-waveanalysisofbinarygratings》(JournalofOpticalSocietyofAmerica,Vol.12,No.5,May1995，1068-1076)—文中，对该理论有详细的论述。该理论以麦克斯韦方程为基础，通过研究电磁波在周期结构介质中的传播，从麦克斯韦方程中推导出一组非线性微分方程，并结合边界条件，通过数值计算，能精确的得到各级衍射效率和各个光栅参数之间的对应关系。优选情况下，所述光栅像素单元仅覆盖底面2的全部面积的70-100%;或者所述光栅像素单元仅覆盖出光面3的全部面积的70-100%。所述每个光栅像素单元可以包括两个或两个以上的亚像素单元，其中，所述亚像素单元可以包括多个空间频率、槽型深度和面积相同，光栅的条纹取向相同或不同的光栅结构。优选情况下，光栅像素单元为方形。根据本发明提供的衍射导光薄膜的制备方法，该衍射导光薄膜包括入光面l、底面2和出光面3，该方法包括，在所述底面2或所述出光面3的至少一部分上设置多个光栅像素单元，其中，任意两个光栅像素单元内的光栅的空间频率、槽型深度和光栅像素单元的面积相同，所述光栅像素单元内的光栅的条纹取向使得出光均匀度为0.7-1。在所述底面2或所述出光面3的至少一部分上设置多个光栅像素单元的方法可以包括根据导光图案制作母板、电铸和模压；其中，所述导光图案与所述多个像素单元形成的图案一致。根据本发明，确定光栅像素单元的光栅的条纹取向的方法可以包括，首先确定各像素单元的衍射效率，然后根据严格耦合波方程，确定衍射效率与槽型深度、空间频率、光栅与入射光之间的夹角和光栅占宽比之间的关系式；基于严格耦合波理论的计算，确定光栅占宽比、槽形深度、空间频率；将各像素单元的衍射效率带入所述关系式，得到光栅与入射光之间的夹角；根据各点的入射光方向，确定每个像素单元的光栅的条纹取向。其中，确定各光栅像素单元的衍射效率的方法为公知方法，例如，可以使用lighttools模拟出薄膜各处光强大小，计算出各处所需衍射效率的大小。所述出光均匀度是衡量出光面出射光光强的均匀性的参数，是指出光面上任意两点的出射光的光强的最小值与最大值的比值。出光均匀度越接近1，就说明导光板上每处输出的光强大小越近似，光强的均匀性也就越好。上述在确定衍射效率与槽型深度、空间频率、光栅与入射光之间的夹角和光栅占宽比之间的关系式后，通过基于严格耦合波理论的计算，为导光图样选择一组合适的光栅参数，包括光栅占宽比、槽形深度、空间频率。所述合适是指，所选择的光栅参数能使光栅在其条纹取向范围内变化时，得到的衍射效率的范围相比于选取其他组时的衍射效率的范围更宽。确定以上光栅参数后，结合各处所需的衍射效率，根据严格耦合波方程计算出各处所需光栅与入射光之间的夹角。又因为光线方向确定，进而推算出各处所需光栅的条纹取向。将不同光栅的条纹取向的像素单元进行组合，合成导光图案。所述进行组合的方法为本领据公知的方法，在此不再赘述。制作母板的方法可以为常规方法，例如，可以通过激光直写技术或光变图像照排技术将导光图案光刻到光刻胶上。所述电铸的目的是把光刻胶表面的图案转移到金属板上。所述电铸可以为常规方法，例如，所述电镀可以分为三个过程，第一个过程是对光刻胶表面金属化，可以使用喷银方法，或采用化学沉积方法，化学沉积方法包括先对刻胶表面进行清洁敏化处理，是光刻胶表面离子化，形成均匀分布的离子颗粒，再使用硝酸银溶液在光刻胶表面发生银镜反应，在光刻胶表面形成一薄层银导电层，完成金属沉积过程；然后用化学电镀的方法使金属层加厚，在金属层与光致抗蚀剂剥离后，金属表面上就具有了浮雕型条纹；然后再将上述得到的金属板在钝化液中做钝化处理，使表面生产一层金属氧化物；然后用电镀的方法在上面沉积镍，再经过几次同样的过程，得到直接用于模压的工作镍板。可以根据所要电铸的金属的种类来确定电镀液的组成，例如，当电铸镍时，电铸液含有水溶性镍盐。所述模压是将金属板上的条纹压印到热塑性薄膜材料上。所述模压可以为常规方法，例如，将所述电铸得到的工作镍板包在模压机加热滚筒上，通过滚压的方式将金属板上的条纹压在薄膜上。实施例1该实施例用于制备本发明提供的导光薄膜。1、合成导光图案选取光源为LED灯，PC薄膜大小为30毫米X40毫米X0.3毫米，采用lighttools模拟出薄膜各处光强大小，计算出各处所需衍射效率的大小。通过基于严格耦合波理论的多次计算，选择一组光栅参数，如光栅占宽比为0.4、槽形深度为1.5微米、空间频率为2000线/毫米。确定以上光栅参数后，结合各处所需的衍射效率，根据严格耦合波方程计算出各处所需光栅与入射光之间的夹角。又因为光线方向确定，进而推算出各处所需光栅倾角大小。将各像素单元进行组合，合成导光图案。其中，所述衍射结构的面积占下表面全部面积的90%。该衍射结构是由衍射光栅像素单元组成，其中，所述像素单元为正方形，边长为80微米。槽型深度为1.5微米，频率为2000线/毫米。2、制作母板将光刻胶(苏州瑞红公司，RZJ-396PG)均匀地涂布在厚度为2毫米的玻璃板上，干燥后形成感光层厚度为2微米的感光板。用光刻机(美国ABM公司)使上述感光板以全息图纹的形式曝光，曝光能量为300毫焦/平方厘米，并在显影液(0.7重量％的氢氧化钠水溶液)中显影，显影液的温度为2(TC，显影时间为30秒，即可制得光学掩模板。3、电铸对步骤2制得的光学掩模板的具有全息图纹的表面进行喷银。然后用20克/升的NaOH溶液清洗；用10克/升的重铬酸钾水溶液钝化。将该光学掩模板作为阴极，镍块作为阳极，在电铸液中进行电铸。所述电铸液为含有IOO克/升的硼酸、100克/升的氯化镍和200克/升的氨基磺酸镍的水溶液，电铸的电流为10安，时间为180分钟。得到的镍电铸板的厚度为50微米。4、模压在模压机(东进镭射有限公司，800型)将步骤3制得的金属板压在30毫米X40毫米X0.3毫米的PC(美国陶氏PC201-05)上，模压的温度为140°C，压力为250MPa，模压的速度为30米/分钟。然后除去金属板，即可制得本发明的导光薄膜。测定出光均匀度方法为9点测试法，即在发光面上选取9点，最小值除以最大值，采用10亮度测试仪(日本拓普康BM-7亮度色度计)测得该导光薄膜的出光均匀度为0.70。实施例2该实施例用于制备本发明提供的导光薄膜。按照与实施例l相同的方法制备导光薄膜，不同之处在于，导光薄膜的材料为PC(美国陶氏PC201-05)。在20毫米X30毫米X0.3毫米的导光薄膜的上表面平铺有衍射结构，衍射结构的面积占下表面全部面积的90%。每个像素单元的边长为120微米，像素单元由多个亚像素单元组成，每个亚像素单元的边长为40微米，槽型深度为1.5微米，频率为2000线/微米。按照实施例1所述的方法测定出光均匀度为0.85。ii权利要求1、一种衍射导光薄膜，该衍射导光薄膜包括入光面(1)、底面(2)和出光面(3)，在所述底面(2)或所述出光面(3)的至少一部分上分布有多个光栅像素单元，其特征在于，任意两个光栅像素单元内的光栅的空间频率、槽型深度和光栅像素单元的面积相同，所述光栅像素单元内的光栅的条纹取向使得出光均匀度为0.7-1。2、根据权利要求1所述的衍射导光薄膜，其中，所述薄膜为热塑性薄膜。3、根据权利要求1所述的衍射导光薄膜，其中，所述光栅像素单元内的光栅的空间频率、槽型深度和光栅的条纹取向、光栅占宽比的关系符合严格耦合波方程。4、根据权利要求1或3所述的衍射导光薄膜，其中，所述空间频率为1000线/毫米-2000线/毫米，所述光栅占宽比为0.3-0.5，所述槽型深度为0.5微米-2.5微米。5、根据权利要求1所述的衍射导光薄膜，其中，所述光栅像素单元仅覆盖底面(2)的全部面积的70-100%。6、根据权利要求1所述的衍射导光薄膜，其中，所述光栅像素单元仅覆盖出光面(3)的全部面积的70-100%。7、根据权利要求1所述的衍射导光薄膜，其中，所述光栅像素单元为方形。8、权利要求1所述的衍射导光薄膜的制备方法，该衍射导光薄膜包括入光面(l)、底面(2)和出光面(3)，该方法包括，在所述底面(2)或所述出光面(3)的至少一部分上设置多个光栅像素单元，其中，任意两个光栅像素单元内的光栅的空间频率、槽型深度和光栅像素单元的面积相同，所述光栅像素单元内的光栅的条纹取向使得出光均匀度为0.7-1。9、根据权利要求8所述的方法，其中，在所述底面(2)或所述出光面(3)的至少一部分上设置多个光栅像素单元的方法包括根据导光图案制作母板、电铸和模压；所述导光图案与所述多个像素单元形成的图案一致。10、根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述导光图案的方法包括，确定各像素单元的衍射效率，然后根据严格耦合波方程，确定衍射效率与槽型深度、空间频率、光栅与入射光之间的夹角和光栅占宽比之伺的关系式；基于严格耦合波理论的计算，确定光栅占宽比、槽形深度、空间频率；将各像素单元的衍射效率带入所述关系式，得到光栅与入射光之间的夹角；根据各点的入射光方向，确定每个像素单元的光栅的条纹取向。全文摘要本发明是关于一种衍射导光薄膜。本发明提供了一种衍射导光薄膜，该衍射导光薄膜包括入光面(1)、底面(2)和出光面(3)，在所述底面(2)或所述出光面(3)的至少一部分上分布有多个光栅像素单元，其中，任意两个光栅像素单元的空间频率、槽型深度和面积相同所述光栅像素单元内的光栅的条纹取向使得出光均匀度为0.7-1。本发明还提供了所述的衍射导光薄膜的制备方法。本发明提供的衍射导光薄膜出光均匀度可达到0.7以上，而且，在满足出光均匀度要求的同时，还具有制作简单的优点。文档编号G02B27/00GK101685178SQ20081014881公开日2010年3月31日申请日期2008年9月27日优先权日2008年9月27日发明者波吴,张德祥,娟潘申请人:比亚迪股份有限公司