一种棱镜膜及其制备方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种棱镜膜及其制备方法及装置，所述棱镜膜包括基材，所述基材上设置有由光刻胶形成的棱镜突起；至少两个棱镜突起高度不同。本发明通过利用激光干涉光刻制备得到棱镜膜，不仅具有简单、迅速、成本低廉的优点；而且制备出的棱镜膜表面的调制深度随机分布，棱镜方向及周期方便可调，可有效解决棱镜膜与其他膜材或液晶面板之间发生的膜材粘连、摩尔纹等画面显示的问题。
【专利说明】一种棱镜膜及其制备方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及液晶显示领域，尤其涉及一种棱镜膜及其制备方法及装置。
【背景技术】
[0002]如图1所示，图1示出了液晶显示模块中背光源的结构，所述背光源由上至下依次包括液晶面板1、保护膜2、上棱镜膜3、下棱镜膜4、扩散膜5、导光板6、底反射片8、位于导光板6至少一侧的光源9及位于光源9外部的灯反射罩10 ;所述导光板6的底面设置有网点7。其中，所述保护膜2在某些背光源中也可以不需要。上述所说的背光源结构中的膜材可以任意组合搭配，且背光源也可应用在其他显示装置中，比如电子纸等，并不限于应用于液晶显示装置。
[0003]其中，图1中上棱镜膜3的作用主要用来对光进行会聚，传统的上棱镜膜的加工工艺具体可参考图2，先将光刻胶形成于基材的表面，这里，基材可以由高分子聚合物构成，具体可以由一层高分子聚合物组成，也可以由多层高分子聚合物组成，其中，所述高分子聚合物可以为PET (Polyethylene Terephthalate,聚对苯二甲酸类)等,形成方式一般为涂覆、溅射或是沉积等，然后使该基材通过刻有棱镜齿的转轮13，如此，光刻胶就会具有棱镜结构，然后，使用固化光源将光刻胶进行固化，使棱镜膜成型，这里，所述光刻胶具体可以为UV(紫外线)光刻胶，相应地，所述固化光源具体可以为UV固化光源，当然并不限于如此。
[0004]上述棱镜膜加工工艺的缺点在于:1.刻有棱镜齿的转轮会随使用次数而造成棱镜齿的形状发生磨损变形，加工出来的棱镜膜品质可靠性下降。2.对刻有棱镜齿转轮进行修复，或者希望改变棱镜周期、调制深度等参数时，需要使用激光或机械加工方法对齿轮进行加工，加工工艺复杂，周期长，成本高。3.传统工艺加工出来的棱镜膜其表面棱镜结构调制深度一般固定无变化，不能有效防止膜材粘连等不良的发生。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种棱镜膜及其制备方法及装置，能够得到调制深度不同的棱镜膜。
[0006]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]—种棱镜膜，包括基材，所述基材上设置有由光刻胶形成的棱镜突起；至少两个棱镜突起高度不同。
[0008]其中，所述棱镜突起由激光干涉所述光刻胶形成；
[0009]表示相邻棱镜突起间距离的棱镜周期根据入射到光刻胶进行干涉光束的干涉角及激光波长确定。
[0010]其中，表示棱镜突起高度的调制深度由激光对所述光刻胶的曝光时间、光刻胶的显影时间确定。
[0011]—种棱镜膜制备方法，所述方法包括:
[0012]在基材表面进行光刻胶的涂覆，得到涂覆有光刻胶的样品；[0013]对所述样品进行激光干涉光刻；
[0014]对经过激光干涉光刻后的样品进行显影定影，在所述样品表面形成调制深度不同的棱镜突起，得到定影后的棱镜膜；
[0015]对定影后的棱镜膜进行风干成型处理，得到最终成型的棱镜膜。
[0016]其中，对所述样品进行激光干涉光刻为:
[0017]将所述样品经过预加热后放置光刻平台；
[0018]利用固体激光器输出紫外激光，将紫外激光的光束经过扩束、准直、分束处理后，得到两束紫外激光，再次通过扩束处理将两束紫外激光以干涉角e会聚于所述样品表面进行干涉光刻。
[0019]进一步地,所述方法还包括:
[0020]将所述样品在垂直于紫外激光的平面进行转动，形成具有不同的棱镜方向的棱镜突起；
[0021]通过改变所述干涉角e的大小、或改变激光波长，对表示相邻棱镜突起间距离的棱镜周期进行调整。
[0022]其中，所述通过改变所述夹角0的大小，对表示相邻棱镜突起间距离的棱镜周期进行调整为:
[0023]根据d = n X / (2sin (0/2))对所述棱镜周期进行调整，其中，所述d为棱镜周期；n为激光光束传播介质的折射率；\为激光光束的波长；Q为干涉角。
[0024]一种棱镜膜干涉光刻装置，包括固体激光器，还包括:扩束单元、准直单元、分光单元及会聚单元；其中，
[0025]扩束单元，用于对所述固体激光器发出的紫外激光进行扩束；
[0026]所述准直单元，用于对扩束得到的紫外激光进行准直处理，得到准直紫外激光；
[0027]所述分光单元，用于对所述准直紫外激光进行分光处理，得到两束相位差恒定的准直紫外激光；
[0028]所述会聚单元，用于将分光得到的两束准直紫外激光会聚于涂覆有光刻胶的基材表面进行干涉光刻。
[0029]其中，所述扩束单元，具体为扩束凸透镜；所述准直单元具体为准直凸透镜；所述扩束凸透镜与所述准直凸透镜的焦点重合。
[0030]进一步地，所述装置还包括:反射单元，用于将所述准直单元得到的准直紫外激光反射至所述分光单元。
[0031]其中，当所述反射单元为镀银反射镜时，所述反射单元的中心轴方向与所述准直单元得到的准直紫外激光的入射方向的夹角为10°?170°。
[0032]其中，所述反射单元的中心轴方向与所述准直单元得到的准直紫外激光的入射方向的夹角为45°。
[0033]其中，所述会聚单元，包括第一反射子单元、第二反射子单元、第一扩束子单元、第二扩束子单元；其中，
[0034]所述分光单元，具体用于将所述准直紫外激光的一半反射给第一反射子单元，将所述准直紫外激光的另一半透射给第二反射子单元；
[0035]所述第一反射子单元，用于将自身收到的准直紫外激光反射给所述第一扩束子单元;
[0036]所述第二反射子单元，用于将自身收到的准直紫外激光反射给所述第二扩束子单元;
[0037]所述第一扩束子单元和第二扩束子单元，用于对各自收到的准直紫外激光进行扩束处理后，将扩束后的紫外激光以干涉角0会聚于涂覆有光刻胶的基材表面进行干涉光刻。
[0038]其中，当所述第一反射子单元和第二反射子单元分别为反射镜时，所述第一反射子单元和第二反射子单元以分光单元为轴进行对称放置。
[0039]其中，当所述第一扩柬子单元和第二扩束子单元分别为扩束凸透镜时，所述第一扩束子单元和第二扩束子单元的位置根据自身的焦距及形成于涂覆有光刻胶的基材表面的干涉光斑的大小进行确定。
[0040]本发明通过利用激光干涉光刻制备得到棱镜膜，不仅具有简单、迅速、成本低廉的优点；而且制备出的棱镜膜表面的调制深度随机分布，棱镜方向及周期方便可调，有效解决棱镜膜与其他膜材或液晶面板之间发生的膜材粘连、摩尔纹等画面显示问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为液晶显示装置中背光源的结构示意图；
[0042]图2为现有棱镜膜的加工工艺示意图；
[0043]图3为本发明棱镜膜的结构示意图；
[0044]图4为本发明棱镜膜制备方法的实现流程示意图；
[0045]图5为本发明基材进行光刻胶的涂覆的示意图；
[0046]图6为上、下棱镜膜的棱镜方向不匹配造成的摩尔纹的示意图；
[0047]图7a和图7b为本发明基材转动如和转动后的干涉光刻得到的棱镜方向不意图；
[0048]图8为图4所示方法制备的棱镜膜通过原子力显微镜观测的调制深度曲线图；
[0049]图9为本发明棱镜膜干涉光刻装置的结构示意图；
[0050]图10为本发明棱镜膜干涉光刻装置的具体实施例的结构示意图。
[0051]附图标记说明:
[0052]1-液晶面板；2_保护膜；3_上棱镜膜；4_下棱镜膜；5_扩散膜；6_导光板；7_网点；8_反射膜；9-光源；10-灯反射罩；11-传动轮；12-涂有光刻胶的基材；13-刻有棱镜齿的转轮；14_固化光源；15-棱镜突起；16_基材；17_光刻胶。
【具体实施方式】
[0053]本发明的基本思想为:一种棱镜膜制备方法，包括:在基材表面进行光刻胶的涂覆，得到涂覆有光刻胶的样品；对所述样品进行激光干涉光刻；对经过激光干涉光刻后的样品进行显影定影，在所述样品表面形成调制深度不同的棱镜突起，得到定影后的棱镜膜；对定影后的棱镜膜进行风干成型处理，得到最终成型的棱镜膜，而调制深度随机变化的棱镜膜能够防止膜材粘连等不良的发生。
[0054]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。[0055]如图3所示，所述棱镜膜包括基材16及位于所述基材16之上、由光刻胶形成的多个棱镜突起15 ;至少两个棱镜突起15的高度不同。
[0056]进一步地，所述棱镜突起15由激光干涉所述光刻胶形成；棱镜周期根据入射到光刻胶进行干涉光束的干涉角及激光波长确定；所述棱镜周期为相邻棱镜突起之间的距离，具体指棱镜突起相邻最高点或最低点之间的距离；棱镜突起15的调制深度由激光对所述光刻胶的曝光时间、光刻胶的显影时间确定；所述调制深度是指棱镜突起的高度，这里，所述棱镜突起的高度是指该棱镜突起最高点与基材之间的距离，其中，所述棱镜突起15具体可以为尖峰突起、圆形突起等等。
[0057]图4示出了本发明棱镜膜制备方法的实现流程，如图4所示，所述方法包括下述步骤:
[0058]步骤401，在基材表面进行光刻胶的涂覆，得到涂覆有光刻胶的样品；
[0059]具体地，参考图5，使用PET作为基材16，在其之上涂覆光刻胶17、如SU8光刻胶，并调节旋转匀胶台转速和时间将光刻胶17涂覆均匀，光刻胶厚度可通过转台转速进行调节。
[0060]这里，SU8光刻胶是一种透明的环氧树脂材料，分子量不高，光照前为链式结构高分子，可经紫外光线照射引起聚合反应发生，生成网格状的高分子。该材料化学稳定性好，硬度高，是一种正性光刻胶材料。应当理解，也可以使用其他透明、光学透过率高的光刻胶，如UV光刻胶等进行涂覆。
[0061]步骤402，对所述样品进行激光干涉光刻；
[0062]具体地，首先将所述样品经过预加热后放置光刻平台；然后利用固体激光器输出紫外激光，将紫外激光的光束经过扩束、准直、分束处理后，得到两束紫外激光，再次通过扩束处理将两束紫外激光以干涉角0会聚于所述样品表面进行干涉光刻。其中，通过改变所述干涉角e的大小，对表示相邻棱镜突起间距离的棱镜周期进行调整，具体的，棱镜周期表示棱镜突起相邻最高点或最低点之间的距离；具体地，可以根据d = nA/(2sin(0 /2))对所述棱镜周期进行调整，其中，所述d为棱镜周期；n为激光光束传播介质的折射率；入为激光光束的波长；9为干涉角。
[0063]其中，还可以将所述样品在垂直于紫外激光的平面进行转动，形成具有不同的棱镜方向的棱镜突起；进而能够方便地调节背光源膜材中开发过程中常出现的摩尔纹等不良；这里，所述摩尔纹的产生是因背光源上下棱镜膜的棱镜方向的不匹配，造成的一种显示画面有周期排列的条纹状的不良现象，具体可参考图6，其中，用于改善摩尔纹不良可以通过调整棱镜膜棱镜的排列角度，使上、下棱镜膜的棱镜方向理论上为相互垂直的关系，如此，则可避免出现摩尔纹显示画面的不良。但在传统工艺中若要调整棱镜膜的棱镜方向，需要重新雕刻刻有棱镜齿的转轮的棱镜齿的排列方向，进而改变棱镜方向，相当于重新制作一个模具，开发工艺周期长，成本高，步骤复杂。而在本方法中，只需要将样品在垂直方向沿基材中心轴转动角度a，则激光干涉出的棱镜方向相对于基材就发生了角度的相对变化，具体可参照图7，在转动样品前，如图7a所示，棱镜方向与基材的底边垂直，当在垂直方向转动基材a角度后，棱镜方向与水平线垂直，但与基材的底边具有90° -a的夹角，具体参考图7b。
[0064]步骤403，对经过激光干涉光刻后的样品进行显影定影，在所述样品表面形成调制深度不同的棱镜突起，得到定影后的棱镜膜；
[0065]具体地，经激光干涉光刻后的样品进行显影定影，其表面会形成调制深度不同的微棱镜结构，即多个棱镜突起。这里，所述调制深度是指棱镜突起的高度，这里，所述棱镜突起的高度是指该棱镜突起最高点与基材之间的距离，其中，所述棱镜突起具体可以为尖峰突起、圆形突起等等。
[0066]另外，还可以通过调节激光对样品的干涉光刻时间，即光刻胶的曝光时间、显影时间，达到控制棱镜膜表面的调制深度的大小。
[0067]如，当曝光时间为5秒，显影时间8秒时，得到的棱镜的调制深度为250um ;当曝光时间设置为3秒，显影时间8秒时，得到的棱镜的调制深度为160um。具体可以在棱镜膜开发过程中通过不断优化时间参数得到一个较优的调制深度。
[0068]步骤404，对定影后的棱镜膜进行风干成型处理，得到最终成型的棱镜膜；
[0069]进一步地，还可以增加加热工艺来加快光刻胶固化速度，提高棱镜膜的硬度。
[0070]这里，对最终制作成型的棱镜膜，使用原子力显微镜(AFM)观察到的棱镜膜表面的调制深度如图8所示，其中，横轴代表棱镜膜的长度方向，纵轴代表调试深度，由图8可知，所述棱镜膜表面的调制深度为随机分布的。
[0071]图9示出了本发明棱镜膜干涉光刻装置的结构，如图9所示，所述装置包括:包括固体激光器、扩束单元、准直单元、分光单元及会聚单元；其中，
[0072]所述扩束单元，用于对所述固体激光器发出的紫外激光进行扩束；
[0073]所述准直单元，用于对扩束得到的紫外激光进行准直处理，得到准直紫外激光；
[0074]所述分光单元，用于对所述准直紫外激光进行分光处理，得到两束相位差恒定的准直紫外激光；
[0075]所述会聚单元，用于将分光得到的两束准直紫外激光会聚于涂覆有光刻胶的基材表面进行干涉光刻。
[0076]其中，所述扩束单元，具体为扩束凸透镜；所述准直单元具体为准直凸透镜；所述扩束凸透镜与所述准直凸透镜的焦点重合。
[0077]进一步地，所述装置还包括:反射单元，用于将所述准直单元得到的准直紫外激光反射至所述分光单元。
[0078]其中，当所述反射单元为镀银反射镜时，所述反射单元的中心轴方向与所述准直单元得到的准直紫外激光的入射方向的夹角为10°?170°。
[0079]其中，所述反射单元的中心轴方向与所述准直单元得到的准直紫外激光的入射方向的夹角为45°。
[0080]进一步地，所述会聚单元，还可以包括第一反射子单元、第二反射子单元、第一扩束子单元、第二扩束子单元；其中，
[0081]所述分光单元，具体用于将所述准直紫外激光的一半反射给第一反射子单元，将所述准直紫外激光的另一半透射给第二反射子单元；
[0082]所述第一反射子单元，用于将自身收到的准直紫外激光反射给所述第一扩束子单元;
[0083]所述第二反射子单元，用于将自身收到的准直紫外激光反射给所述第二扩束子单元;[0084]所述第一扩束子单元和第二扩束子单元，用于对各自收到的准直紫外激光进行扩束处理后，将扩束后的紫外激光以干涉角0会聚于涂覆有光刻胶的基材表面进行干涉光刻。
[0085]其中，当所述第一反射子单元和第二反射子单元分别为反射镜时，所述第一反射子单元和第二反射子单元以分光单元为轴进行对称放置。
[0086]其中，当所述第一扩束子单元和第二扩束子单元分别为扩束凸透镜时，所述第一扩束子单元和第二扩束子单元的位置根据自身的焦距及形成于涂覆有光刻胶的基材表面的干涉光斑的大小进行确定。
[0087]图10示出了上述棱镜膜干涉光刻装置的具体实施例的结构示意，如图10所示，所述装置包括固体激光器、扩束单元、准直单元、反射单元、分光单元及会聚单元；其中，所述扩束单元由凸透镜LI实现，准直单元由凸透镜L2实现，反射单元由镀银反射镜Ml实现，分光单元由半透半反凸透镜BS实现，第一反射子单元由反射镜M2实现，第一扩束子单元由凸透镜L3实现，第二反射子单元由反射镜M3实现，第二扩束子单元由凸透镜L4实现。
[0088]具体地，LI和L2的焦点重合，且LI的焦距略小于L2。所有光源器件垂直于桌面放置。Ml中心轴方向与入射光方向的夹角为10°~170°之间，最优为45°，M1主要用于压缩整体光路占地面积，其中，Ml与L2之间的距离可以根据实际进行灵活设定，如5cm等等。BS与自身的入射光的夹角需根据干涉角0及M2、M3到样品的距离进行调节。M2与M3以BS平面为轴，对称放置，能够保证干涉光束以BS为轴，对称地照射在涂覆有光刻胶的基材(样品)上。其中，L1、L2、L3、L4放置位置具体可以根据所选凸透镜的焦距及需要在样品上形成的干涉光斑大小进行实际调整。
[0089]该实施例`中，所述固体激光器发射出波长为355nm的紫外激光，此时，BS具体可以是对波长为355nm紫外激光半反半透的分光镜。激光干涉光刻装置的工作原理为:利用NdiYAG固体激光器输出波长为355nm紫外激光(三倍频)；所述紫外激光的光束经LI扩束、L2准直、BS分束并由M2、M3将两束光会聚于样品表面进行干涉。
[0090]L3、L4的作用是分别将M2、M3反射的光束进行扩束，在待干涉样品表面形成更大的干涉光斑，从而可以减少光路的长度。由M2，M3反射的光束以夹角0会聚于样品表面，形成明暗相间的光栅条纹，其中，位于样品长边中心位置的0级光栅条纹的亮度最强，并且光强依次向两边对称减弱，而且光刻胶涂覆时可能存在的不均匀以及光刻胶自身结构的特点，最终能够形成调制深度随机分布的棱镜膜；其中，所述棱镜膜的棱镜的排列周期根据下式确定:
[0091]d = n 入 / (2sin ( 0/2))
[0092]其中，d为棱镜周期(prism pitch，即相邻棱镜突起之间的距离)，n为紫外激光传播介质的折射率，入为激光波长，0为干涉角。例如，当干涉角0 =10°，d = 2.13i!m;而当 0 =15° 时，(1=1.36111]1。
[0093]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种棱镜膜，包括 基材，其特征在于，所述基材上设置有由光刻胶形成的棱镜突起；至少两个棱镜突起高度不同。
2.根据权利要求1所述的棱镜膜，其特征在于，所述棱镜突起由激光干涉所述光刻胶形成； 表示相邻棱镜突起间距离的棱镜周期根据入射到光刻胶进行干涉光束的干涉角及激光波长确定。
3.根据权利要求1所述的棱镜膜，其特征在于，表示棱镜突起高度的调制深度由激光对所述光刻胶的曝光时间、光刻胶的显影时间确定。
4.一种棱镜膜制备方法，其特征在于，所述方法包括: 在基材表面进行光刻胶的涂覆，得到涂覆有光刻胶的样品； 对所述样品进行激光干涉光刻； 对经过激光干涉光刻后的样品进行显影定影，在所述样品表面形成调制深度不同的棱镜突起，得到定影后的棱镜膜； 对定影后的棱镜膜进行风干成型处理，得到最终成型的棱镜膜。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述样品进行激光干涉光刻为: 将所述样品经过预加热后放置光刻平台； 利用固体激光器输出紫外激光，将紫外激光的光束经过扩束、准直、分束处理后，得到两束紫外激光，再次通过扩束处理将两束紫外激光以干涉角e会聚于所述样品表面进行干涉光刻。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 将所述样品在垂直于紫外激光的平面进行转动，形成具有不同的棱镜方向的棱镜突起; 通过改变所述干涉角e的大小、或改变激光波长，对表示相邻棱镜突起间距离的棱镜周期进行调整。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过改变所述夹角0的大小，对表示相邻棱镜突起间距离的棱镜周期进行调整为: 根据d = n A/(2sin(0 /2))对所述棱镜周期进行调整，其中，所述d为棱镜周期；n为激光光束传播介质的折射率；、为激光光束的波长；9为干涉角。
8.一种棱镜膜干涉光刻装置，包括固体激光器，其特征在于，所述装置还包括:扩束单元、准直单元、分光单元及会聚单元；其中， 扩束单元，用于对所述固体激光器发出的紫外激光进行扩束； 所述准直单元，用于对扩束得到的紫外激光进行准直处理，得到准直紫外激光； 所述分光单元，用于对所述准直紫外激光进行分光处理，得到两束相位差恒定的准直紫外激光； 所述会聚单元，用于将分光得到的两束准直紫外激光会聚于涂覆有光刻胶的基材表面进行干涉光刻。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述扩束单元，具体为扩束凸透镜；所述准直单元具体为准直凸透镜；所述扩束凸透镜与所述准直凸透镜的焦点重合。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括:反射单元，用于将所述准直单元得到的准直紫外激光反射至所述分光单元。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，当所述反射单元为镀银反射镜时，所述反射单元的中心轴方向与所述准直单元得到的准直紫外激光的入射方向的夹角为10°~170。。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述反射单元的中心轴方向与所述准直单元得到的准直紫外激光的入射方向的夹角为45°。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述会聚单元，包括第一反射子单元、第二反射子单元、第一扩束子单元、第二扩束子单元；其中， 所述分光单元，具体用于将所述准直紫外激光的一半反射给第一反射子单元，将所述准直紫外激光的另一半透射给第二反射子单元； 所述第一反射子单元，用于将自身收到的准直紫外激光反射给所述第一扩束子单元； 所述第二反射子单元，用于将自身收到的准直紫外激光反射给所述第二扩束子单元； 所述第一扩束子单元和第二扩束子单元，用于对各自收到的准直紫外激光进行扩束处理后，将扩束后的紫外激光以干涉角0会聚于涂覆有光刻胶的基材表面进行干涉光刻。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，当所述第一反射子单元和第二反射子单元分别为反射镜时，所述第一反射子单元和第二反射子单元以分光单元为轴进行对称放置。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，当所述第一扩束子单元和第二扩束子单元分别为扩束凸透镜时， 所述第一扩束子单元和第二扩束子单元的位置根据自身的焦距及形成于涂覆有光刻胶的基材表面的干涉光斑的大小进行确定。
【文档编号】G03F7/00GK103630953SQ201210301889
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月22日 优先权日:2012年8月22日
【发明者】李 瑞, 刘俊国 申请人:北京京东方光电科技有限公司