專利名稱：一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器背光源和LED照明領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于液晶顯示器背光源和LED照明組件的導(dǎo)光片及其制造方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示器的側(cè)光式背光源中的導(dǎo)光片是液晶顯示器中最重要的光學(xué)元件之一。導(dǎo)光片使來自位于導(dǎo)光片側(cè)面的光源的光，通過與制作在導(dǎo)光片背面的散射點(diǎn)、與導(dǎo)光片背面鄰近的反射面、及放置于導(dǎo)光片出光面上方的擴(kuò)散膜和聚光膜的作用，變?yōu)橄蛞壕э@示器面板的背面照射的相對(duì)均勻并具有一定的角度分布的面光源。導(dǎo)光片背面的散射點(diǎn)通常為通過印刷，如絲網(wǎng)印刷，而形成的含有擴(kuò)散成分的散射點(diǎn)。如此形成的散射點(diǎn)，雖然在使從側(cè)面入射的光變?yōu)橄鄬?duì)均勻的面光源中起到非常重要的作用，但對(duì)光的利用率產(chǎn)生很大的影響。同時(shí)，由于制作工藝和光學(xué)性能的限制，如此形成的散射點(diǎn)很難滿足高性能液晶顯示器，如智能手機(jī)、平板電腦的要求。雖然噴墨打印、射出成型等方法也正被研究應(yīng)用于制作導(dǎo)光片中散射點(diǎn)，高昂的設(shè)備成本和工藝要求，及所形成的散射結(jié)構(gòu)較低的光學(xué)性能，限制了這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明導(dǎo)光片及其制作方法克服了絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、射出成型等制作方法和相應(yīng)導(dǎo)光片的缺陷，提供一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片及制作方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片，含有基片和位于基片表面上的由可光聚合材料聚合后形成的多個(gè)微結(jié)構(gòu)，導(dǎo)光片基片具有光學(xué)透明特性。合適基片材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸脂(PO、聚乙烯醇(PVA)和聚對(duì)苯二甲酸(PET)。導(dǎo)光片基片含有至少一個(gè)入光面，從鄰近入光面的光源發(fā)出的光通過入光面進(jìn)入導(dǎo)光片。本發(fā)明導(dǎo)光片的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)，微結(jié)構(gòu)的位置按設(shè)定規(guī)律或隨機(jī)分布，其密度(單位面積內(nèi)微結(jié)構(gòu)的數(shù)量)隨離入光面距離的增加而逐漸增大。導(dǎo)光片中的微結(jié)構(gòu)可包含截面為三角形的微棱鏡。微棱鏡的取向可在設(shè)定方向的兩邊的一定角度范圍內(nèi)隨機(jī)或接近隨機(jī)分布。在一定角度范圍內(nèi)隨機(jī)或接近隨機(jī)取向的微棱鏡使從導(dǎo)光片相應(yīng)區(qū)域出射的光在空間具有均勻的分布，并一定程度地向?qū)Ч馄ň€方向集聚。導(dǎo)光片上的微結(jié)構(gòu)或可包含與底面形成對(duì)稱或非對(duì)稱夾角的側(cè)面。如導(dǎo)光片上的微結(jié)構(gòu)包含與底面形成非對(duì)稱夾角的側(cè)面時(shí)，微結(jié)構(gòu)的一個(gè)側(cè)面與底面形成的夾角或可為大于90°的鈍角，相應(yīng)的微結(jié)構(gòu)為向一邊傾斜的微結(jié)構(gòu)。這種傾斜的光學(xué)微結(jié)構(gòu)對(duì)以特定方向進(jìn)入導(dǎo)光片的光可更加有效地控制從導(dǎo)光片射出的光的方向和分布。本發(fā)明導(dǎo)光片上微結(jié)構(gòu)還可包含金字塔或頂部截?cái)嗟慕鹱炙喂鈱W(xué)微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明導(dǎo)光片上的微結(jié)構(gòu)或可包含含有底面和非平面狀的彎曲表面的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)與導(dǎo)光片的一個(gè)表面的交線為漸變的非直線狀的線條。所述具有非平面狀的彎曲表面的微結(jié)構(gòu)沒有明顯的分界線來區(qū)分微結(jié)構(gòu)側(cè)面各個(gè)部分。微結(jié)構(gòu)與導(dǎo)光片表面的交線可為圓形、橢圓形，或其他合適的形狀。導(dǎo)光片上的含有非平面狀彎曲表面的光學(xué)微結(jié)構(gòu)可為球形、橢球形、拋物形、錐形、頂部截?cái)嗟腻F形或其他合適形狀的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明導(dǎo)光片可包含表面可為光滑表面的微結(jié)構(gòu)。所述光滑表面的光學(xué)特征為當(dāng)光入射到該表面時(shí)，該表面對(duì)光線主要起折射作用，光線的入射和出射方向遵循描述入射和出射光線的斯奈爾定律(Snell Law)。 本發(fā)明導(dǎo)光片或可包含具有進(jìn)一步表面細(xì)微結(jié)構(gòu)的粗糙表面的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。所述粗糙表面的光學(xué)特征為當(dāng)光入射到該表面時(shí)，該表面對(duì)光線的作用包含散射。對(duì)應(yīng)于單一方向的入射光線，出射光線分布于一定的角度范圍。本發(fā)明微結(jié)構(gòu)由可光聚合材料接收能量輻射后聚合形成。導(dǎo)光片中的微結(jié)構(gòu)并不限于一種形狀、大小，取向、表面特征和位置分布。本發(fā)明導(dǎo)光片可包含不同形狀、大小，取向、表面特征或位置分布的微結(jié)構(gòu)。不同形狀、大小、取向、表面特征或位置分布的微結(jié)構(gòu)可包含在導(dǎo)光片中的同一區(qū)域或不同的區(qū)域中。從本發(fā)明導(dǎo)光片出射的光的空間分布和角度分布可通過對(duì)微結(jié)構(gòu)的形狀、大小、 取向、表面特征和位置分布來調(diào)節(jié)。微結(jié)構(gòu)位置和取向的隨機(jī)分布消除或減少了由于規(guī)則排列和取向所產(chǎn)生的干涉和衍射現(xiàn)象。本發(fā)明導(dǎo)光片的制作方法包括設(shè)計(jì)含有透光開口和阻光部分的光學(xué)掩模板。透光開口的位置分布和形狀與導(dǎo)光片中的微結(jié)構(gòu)的位置分布和形狀相對(duì)應(yīng)。透光開口可為各處透光率相同的開口，或沿一個(gè)或多個(gè)方向透光率遞增或遞減的開口，或從中心沿一個(gè)或多個(gè)方向透光率遞增或遞減的開口(灰度或Gray Scale透光開口)。掩模板的一邊對(duì)應(yīng)導(dǎo)光片的入光面。在掩模板的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)透光開口的位置隨機(jī)或按設(shè)定的規(guī)律分布，密度隨離對(duì)應(yīng)導(dǎo)光片入光面的邊的距離的增加逐漸增大。掩模板的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)可包含矩形的透光開口，矩形透光開口的長(zhǎng)邊的取向可在一定角度范圍內(nèi)隨機(jī)或接近隨機(jī)分布。掩模板的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)，透光開口或可為圓形，或邊線為其他非直線狀的圖形，如橢圓形。本發(fā)明掩模板通常包含一襯底基片，襯底基片可采用高平整度的玻璃，如石英玻璃、鈉鈣玻璃、或硼硅玻璃。通過濺射或蒸發(fā)的方式在玻璃表面淀積一金屬鉻層。金屬鉻具有阻擋紫外光、可見光或電子束等能量輻射通過的作用。在鉻層上涂上光學(xué)光刻膠或電子束光刻膠，按設(shè)計(jì)圖案，對(duì)光刻膠通過光學(xué)或電子束方式進(jìn)行曝光，再經(jīng)過蝕刻，得到具有透光和阻光部分的掩模板。含有所述掩模板圖案的掩模板或可為柔性掩模板。柔性掩模板可包含一聚酯基層，具有較好的尺寸穩(wěn)定性；乳劑層，如銀鹽乳劑層，提供透光和阻光的圖案；粘結(jié)層，促進(jìn)乳劑層和聚酯基層間的附著力；保護(hù)層，保護(hù)銀鹽乳劑層不被破壞。所述乳劑，意為任何可涂在聚酯基層上，并能構(gòu)成透光和阻光圖案的物質(zhì)。本發(fā)明導(dǎo)光片的制作從制備材料混合物開始。所述材料混合物包含一種或多種可光聚合組分，加上一種或多種光引發(fā)劑。作為選擇，如果使用不需要光引發(fā)劑的可光聚合材料，則可省去光引發(fā)劑。“可光聚合”材料或“光致聚合”材料是指通過能量輻射，如紫外光、可見光、電子束等聚合或固化的材料。所述混合物還可包含一種或多種不可光聚合材料組分，如固體顆粒、液體等。基片，如聚碳酸脂(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)或聚對(duì)苯二甲酸(PET)，放置于掩模板上。在基片和掩模板之間可施加折射率匹配液體，如異丙醇。通過括刀涂布、縫模涂布或其他合適的涂布方法將材料混合物涂布在基片上，形成涂層。涂層的厚度可在5微米與500微米之間，優(yōu)選地在15微米和100微米之間。材料混合物或可先涂布在導(dǎo)光片的基片上，再將涂布有材料混合物的導(dǎo)光片基片放置于所述的掩模板上。使用準(zhǔn)直或接近準(zhǔn)直的能量輻射，如紫外光、可見光、電子束等，通過掩模板的透光開口，選擇性地使涂層中材料混合物聚合，并形成與之相應(yīng)的固體結(jié)構(gòu)。所述的材料混合物中，還可包含附加材料，例如抗靜電劑、抗括傷劑、流平劑、消泡劑等。接下來，使用溶劑，如甲醇、丙酮、水、異丙醇或其他合適的一種或多種溶劑或溶劑混合物，洗滌被選擇地聚合的材料混合物涂層，從而除去涂層中未聚合的部分，形成與所述掩模板圖案和所采用的材料混合物相對(duì)應(yīng)的微結(jié)構(gòu)。通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)难谀０鍒D案和制備適當(dāng)?shù)牟牧匣旌衔?，可形成具有不同形狀和表面特征的微結(jié)構(gòu)，從而對(duì)入射光產(chǎn)生不同的折射、散射等光學(xué)效果。本發(fā)明，光源發(fā)出的光由入光面進(jìn)入導(dǎo)光片，通過與制作在導(dǎo)光片至少一個(gè)表面上的光學(xué)微結(jié)構(gòu)、與導(dǎo)光片背面鄰近的反射面、及放置于導(dǎo)光片出光面上方的擴(kuò)散膜和聚光膜的作用，變?yōu)橄蛞壕э@示器面板的背面照射的相對(duì)均勻并具有一定的角度分布的面光源。根據(jù)導(dǎo)光片表面上微結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能和面光源空間和角度分布的要求，或可省去導(dǎo)光片出光面上方的擴(kuò)散膜或聚光膜。制作在導(dǎo)光片的至少一個(gè)表面上的光學(xué)微結(jié)構(gòu)具有較高的光學(xué)性能，能滿足高性能液晶顯示器背光源和LED照明組件，智能手機(jī)、平板電腦的要求。


圖I描述本發(fā)明一不例導(dǎo)光片,含有可光聚合材料經(jīng)聚合形成的，并隨機(jī)取向的微棱鏡。圖2描述本發(fā)明示例導(dǎo)光片上微棱鏡的取向角度。圖3描述另一不例導(dǎo)光片,含有可光聚合材料經(jīng)聚合形成形成的，并隨機(jī)取向的微棱鏡。圖4描述本發(fā)明另一示例導(dǎo)光片上微棱鏡的取向角度。圖5描述本發(fā)明導(dǎo)光片上一不例光學(xué)微結(jié)構(gòu)。圖5(a)描述一不例光學(xué)微結(jié)構(gòu)在XZ平面上的截面。圖5(b)描述另一不例光學(xué)微結(jié)構(gòu)在XZ平面上的截面。圖6(a)描述本發(fā)明導(dǎo)光片上一金字塔形的光學(xué)微結(jié)構(gòu)。圖6(b)描述本發(fā)明導(dǎo)光片上一頂部截?cái)嗟慕鹱炙喂鈱W(xué)微結(jié)構(gòu)。圖7描述本發(fā)明第三示例導(dǎo)光片，含有可光聚合材料經(jīng)聚合形成的，并包括彎曲表面的微結(jié)構(gòu)。圖8(a)描述本發(fā)明導(dǎo)光片上具有彎曲表面的示例光學(xué)微結(jié)構(gòu)。圖8(b)描述本發(fā)明導(dǎo)光片上具有彎曲表面的示例光學(xué)微結(jié)構(gòu)在XY平面上的截面。圖9(a)描述本發(fā)明導(dǎo)光片上一不例錐形光學(xué)微結(jié)構(gòu)。圖9(b)描述本發(fā)明導(dǎo)光片上一頂部截?cái)嗟腻F形光學(xué)微結(jié)構(gòu)。圖10為具有細(xì)微結(jié)構(gòu)的頂面和非平面狀彎曲表面的微結(jié)構(gòu)實(shí)例的SHM照片。圖11描述一種用于制作本發(fā)明導(dǎo)光片的示例掩模板圖案。圖12描述一種用于制作角落入光的導(dǎo)光片的不例掩模板圖案。圖13描述另一種用于制作本發(fā)明導(dǎo)光片的示例掩模板圖案。
圖14描述本發(fā)明導(dǎo)光片的示例制作方法。圖15描述含有本發(fā)明導(dǎo)光片的示例光源模組
具體實(shí)施例方式由圖I所不，本發(fā)明導(dǎo)光片含有基片101和多個(gè)微結(jié)構(gòu)102。導(dǎo)光片基片101含有與XY平面平行的-Z表面103和+Z表面104，與XZ平面平行的-Y側(cè)面105和+Y側(cè)面106，及與YZ平面平行的-X側(cè)面107和+X側(cè)面108。微結(jié)構(gòu)102位于-Z表面上。由LED陣列109組成的光源放置于導(dǎo)光片的-X側(cè)面107附近。導(dǎo)光片的-X側(cè)面因此稱為入光面。導(dǎo)光片基片101具有光學(xué)透明特性。合適的作為基片的材料包括聚碳酸脂(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)和聚對(duì)苯二甲酸(PET)。然而，基片材料不受特別限制。任何具有光學(xué)透明特性的材料都可作為基片材料。如圖I所不,位于導(dǎo)光片-Z側(cè)面103上的微結(jié)構(gòu)102為截面為三角形的微棱鏡。微棱鏡的位置在導(dǎo)光片-Z側(cè)面上隨機(jī)分布，但密度(單位面積內(nèi)微棱鏡的數(shù)量)隨著離入光面距離的增加而逐漸增大。設(shè)定微棱鏡的長(zhǎng)邊方向?yàn)槲⒗忡R的取向，可由圖2所示的微棱鏡在XY平面上的投影201與Y方向的夾角B表示。分布于Y方向兩側(cè)的角度用正負(fù)來區(qū)分。本示例導(dǎo)光片微棱鏡的取向在Y方向的兩邊的一定角度范圍內(nèi)隨機(jī)或接近隨機(jī)分布，例如在Y方向的兩邊-30° 30°的角度范圍內(nèi)隨機(jī)或接近隨機(jī)分布。微棱鏡取向角度B的總和為導(dǎo)光片中微棱鏡的平均取向。微棱鏡平均取向可沿Y方向，即取向角度的總和為零，或沿其他方向，即取向角度的總和不為零。從光源109發(fā)出，并由入光面107進(jìn)入導(dǎo)光片的光，由于微結(jié)構(gòu)對(duì)其的折射或散射，可從含有微結(jié)構(gòu)的-Z表面103,或從與-Z表面103相對(duì)的+Z表面104離開導(dǎo)光片。從導(dǎo)光片出射的光的空間分布和角度分布可通過對(duì)微結(jié)構(gòu)的形狀、大小、取向、表面特征和位置分布來調(diào)節(jié)。位置隨機(jī)分布，密度隨離入光面逐漸增加，并在一定角度范圍內(nèi)隨機(jī)取向的微棱鏡使從導(dǎo)光片出射的光在空間具有均勻的分布，并一定程度地向?qū)Ч馄ň€方向集聚。微結(jié)構(gòu)位置和取向的隨機(jī)分布消除或減少了由于規(guī)則排列和取向所產(chǎn)生的干涉和衍射現(xiàn)象。根據(jù)光源配置，或從導(dǎo)光片出射的光的空間和角度分布的需要，示例中的微棱鏡的位置或可按設(shè)定的規(guī)律分布，所述的設(shè)定的規(guī)律包括等距離分布、微棱鏡的密度與離入光面的距離成線性或指數(shù)關(guān)系、或其他合適的規(guī)律。本示例中微棱鏡或可沿設(shè)定的方向取向，如微棱鏡長(zhǎng)邊沿Y方向。圖3描述本發(fā)明另一不例導(dǎo)光片。本不例導(dǎo)光片含有基片301和多個(gè)微結(jié)構(gòu)302。導(dǎo)光片基片301含有與XY平面平行的-Z表面303和+Z表面304，與XZ平面平行的-Y側(cè)面305和+Y側(cè)面306，及與YZ平面平行的-X側(cè)面307和+X側(cè)面308。本示例導(dǎo)光片基片在-X側(cè)面307和+Y側(cè)面306之間含有一入光側(cè)面309。入光面309可為一平面或彎曲面，LED光源310放置于入光面309前方。從LED光源發(fā)出的光經(jīng)入光面309進(jìn)入導(dǎo)光片。微結(jié)構(gòu)302位于導(dǎo)光片的-Z表面303上。微結(jié)構(gòu)的位置在導(dǎo)光片-Z表面上隨機(jī)分布,但密度(單位面積內(nèi)微棱鏡的數(shù)量)隨著離入光面距離的增加而逐漸增大。本示例導(dǎo)光片上微結(jié)構(gòu)的取向，可由圖4所示的微結(jié)構(gòu)在XY平面上的投影401與以LED光源在XY平面上的投影402為圓心的圓弧的切線的夾角α來表示。分布于圓弧外側(cè)和內(nèi)側(cè)的角度用正負(fù)來區(qū)分。本示例導(dǎo)光片上微結(jié)構(gòu)取向角度的大小和正負(fù)在設(shè)定的角度范圍內(nèi)，例如在相應(yīng)的圓弧切線兩邊-30° 30°的角度范圍內(nèi)，隨機(jī)或接近隨機(jī)分布。微結(jié)構(gòu)取向角度的總和為平均取向角度。根據(jù)導(dǎo)光片、LED光源的特點(diǎn)及導(dǎo)光片出光的要求，微結(jié)構(gòu)的平均取向角度可為零度或設(shè)定的其他角度。圖5描述一不例光學(xué)微結(jié)構(gòu)500。不例光學(xué)微結(jié)構(gòu)含有一底面501,前側(cè)面502,后側(cè)面503，端面504和505。示例光學(xué)微結(jié)構(gòu)的前側(cè)面502和后側(cè)面503由弧狀的表面506連接。底面501與XY平面平行并位于導(dǎo)光片-Z側(cè)面上。圖5(a)描述該微結(jié)構(gòu)在XZ平面上的截面。底面501，前側(cè)面502，后側(cè)面503，和弧狀表面506與XZ平面平行的截面的截線分別由501a、502a、503a和506a表示。本示例中，截線501a和502a所形成的角度a i與截線501a和截線503a形成的角度α 2都為銳角(<90° )。如Ci1 = α2，側(cè)面502和503相對(duì)于與底面垂直的方向(Z)對(duì)稱。圖5(b)描述另一光學(xué)微結(jié)構(gòu),含有如圖5中502和503所不前側(cè)面和后側(cè)面,但前側(cè)面和后側(cè)面相對(duì)于與底面垂直的方向(Ζ方向)非對(duì)稱地傾斜，相應(yīng)側(cè)面與平行于XZ 平面的截線如502b和503b所示。截線501b和截線506b分別為如圖5所示的底面501和頂面506與XZ平行的平面所成的截線。但本示例微結(jié)構(gòu)中，由截線501b和截線502b構(gòu)成的角度α !為一銳角(< 90° )，由截線501b和截線503b所構(gòu)成的角度α 2為一鈍角(>90° )。該示例光學(xué)微結(jié)構(gòu)事實(shí)上是一種傾斜的微結(jié)構(gòu)。這種傾斜的光學(xué)微結(jié)構(gòu)對(duì)以特定方向進(jìn)入導(dǎo)光片的光可更加有效地控制從導(dǎo)光片射出的光的方向和分布。圖6(a)描述金字塔形的示例光學(xué)微結(jié)構(gòu)。該光學(xué)微結(jié)構(gòu)含有一底面601a，傾斜的側(cè)面602a，603a，604a，和605a。傾斜的側(cè)面匯聚而形成一頂部606a。圖6 (b)描述一頂部截?cái)嗟慕鹱炙问纠鈱W(xué)微結(jié)構(gòu)。該微結(jié)構(gòu)含有一與XY平面平行的底面601b，傾斜的側(cè)面602b，603b，604b，605b，和頂面 606b。圖7為本發(fā)明導(dǎo)光片的第三示例。導(dǎo)光片含有基片701和多個(gè)微結(jié)構(gòu)702。導(dǎo)光片基片含有與XY平面平行的-Z表面703和+Z表面704，與XZ平面平行的-Y側(cè)面705和+Y側(cè)面706，及與YZ平面平行的-X側(cè)面707和+X側(cè)面708。微結(jié)構(gòu)702位于基片的-Z表面703上。-X側(cè)面707為導(dǎo)光片的入光面。709為鄰近于導(dǎo)光片入光面的LED光源陣列。本不例導(dǎo)光片中，微結(jié)構(gòu)的位置在導(dǎo)光片-Z表面上隨機(jī)分布,密度(單位面積內(nèi)微結(jié)構(gòu)的數(shù)量)隨著離入光面距離的增加而逐漸增大。微結(jié)構(gòu)具有非平面狀的彎曲表面，并且沒有明顯的分界線來區(qū)分各個(gè)側(cè)面。微結(jié)構(gòu)702與-Z表面703的交線為漸變的非直線狀的線條。根據(jù)光源配置，或從導(dǎo)光片出射的光的空間和角度分布的需要，示例中的微結(jié)構(gòu)的位置或可按設(shè)定的規(guī)律分布，所述的設(shè)定的規(guī)律包括等距離分布、微結(jié)構(gòu)的密度與離入光面的距離成線性或指數(shù)關(guān)系、或其他合適的規(guī)律。示例導(dǎo)光片或可包含第二微結(jié)構(gòu)區(qū)域，例如，鄰近LED陣列光源的微結(jié)構(gòu)區(qū)域。所述的第二微結(jié)構(gòu)區(qū)域，可含有與第一微結(jié)構(gòu)區(qū)域不同形狀、大小、取向、表面特征或位置分布的微結(jié)構(gòu)。所述的第二微結(jié)構(gòu)區(qū)域可消除或減小由分立的LED光源產(chǎn)生的亮暗相間的不均勻性。圖8 (a)描述一含有彎曲表面的不例光學(xué)微結(jié)構(gòu)800。該微結(jié)構(gòu)包含底面801和非平面狀的彎曲表面802。彎曲表面802可為球面、橢球面或拋物面的一部分。彎曲表面802可為光滑表面，或?yàn)榫哂羞M(jìn)一步表面細(xì)微結(jié)構(gòu)的粗糙表面。微結(jié)構(gòu)802與XY平面平行的面的交線為漸變的非直線狀的線條。圖8(b)為微結(jié)構(gòu)800在XY平面上的截面，其截線如803所示。導(dǎo)光片上微結(jié)構(gòu)在XY平面上的截線或可為為圓形、橢圓形，或其他合適的形狀。圖9 (a)描述一錐形光學(xué)微結(jié)構(gòu)900a。該微結(jié)構(gòu)含有一底面901a，非平面狀的彎曲表面902a和頂部903a。圖9 (b)為截?cái)嗟腻F形光學(xué)微結(jié)構(gòu)。該微結(jié)構(gòu)包含底面901b，非平面狀的彎曲表面902b，和頂面903b。非平面狀的彎曲表面和頂面可為光滑表面，或具有細(xì)微結(jié)構(gòu)的粗糙表面圖10為一具有細(xì)微結(jié)構(gòu)的頂面和非平面狀彎曲表面的微結(jié)構(gòu)實(shí)例的SM照片。微結(jié)構(gòu)1001的頂面含有點(diǎn)狀凹凸細(xì)微結(jié)構(gòu)1002，非平面狀的彎曲表面上含有沿微結(jié)構(gòu)彎曲表面徑向的線狀凹凸細(xì)微結(jié)構(gòu)1003。光線通過具有細(xì)微結(jié)構(gòu)的粗糙面時(shí)產(chǎn)生由于粗糙面而引起的散射，使從本發(fā)明導(dǎo)光片出射的光達(dá)到均勻分布的效果。值得一提的是，適合于本發(fā)明的導(dǎo)光片上的微結(jié)構(gòu)并不限于不例中所描述的微結(jié)構(gòu)。任何含有對(duì)光具有折射或散射作用的表面的微結(jié)構(gòu)都可用于本發(fā)明的具體實(shí)施。導(dǎo)光片中的微結(jié)構(gòu)并不限于一種形狀、大小、取向、表面特征和位置分布的微結(jié)構(gòu)，本發(fā)明導(dǎo)光片可含有不同的形狀、大小、取向、表面特征和位置分布的微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明導(dǎo)光片的制作方法包括以下步驟。設(shè)計(jì)光學(xué)掩模板，光學(xué)掩模板含有透光開口和光線不能通過的阻光部分。透光開口的位置分布和形狀與導(dǎo)光片中的微結(jié)構(gòu)的位置分布和形狀相對(duì)應(yīng)。圖11描述一種不例掩模板，包含透光開口 1101,透光開口由阻光部分1102隔開。透光開口可為各處透光率相同的開口，或沿一個(gè)或多個(gè)方向透光率遞增或遞減的開口，或從中心沿一個(gè)或多個(gè)方向透光率遞增或遞減的開口(灰度或Gray Scale透光開口)。掩模板的一邊1103對(duì)應(yīng)導(dǎo)光片的入光面，透光開口 1101的位置隨機(jī)分布，密度隨離對(duì)應(yīng)導(dǎo)光片入光面的邊1103的距離逐漸增加。圖11示例掩模板中透光開口 1101為矩形，單個(gè)透光開口的取向與Y方向成一角度。分布于Y方向兩側(cè)的角度用正負(fù)來區(qū)分。本示例掩模板中透光開口的取向在Y方向的兩邊的一定角度范圍內(nèi)具有隨機(jī)的分布，例如在Y方向的兩邊-30° 30°的角度范圍內(nèi)。其平均取向(與Y方向所成角度的總和)可沿Y方向，即微棱鏡取向角度B的總和為零，或與Y方向成一不等于零的角度。圖11描述的示例掩模板可用于制作圖I所描述的示例導(dǎo)光片。圖12描述制作本發(fā)明導(dǎo)光片的另一不例掩模板。掩模板包含透光開口 1201,透光開口由阻光部分1202隔開。透光開口可為各處透光率相同的開口，或沿一個(gè)或多個(gè)方向透光率遞增或遞減的開口，或從中心沿一個(gè)或多個(gè)方向透光率遞增或遞減的開口(灰度或Gray Scale透光開口)。示例掩模板的透光開口為矩形狀，其長(zhǎng)邊方向設(shè)定為開口的取向方向。本不例掩模板透光開口的取向分布于以掩模板的一角，如圖中1203所不,為中心的圓弧外側(cè)或內(nèi)側(cè)，與相應(yīng)圓弧在微結(jié)構(gòu)位置的切線所成的角度的大小和正負(fù)在設(shè)定的角度范圍內(nèi)，例如在相應(yīng)的圓弧切線兩邊-30° 30°的角度范圍內(nèi)，隨機(jī)或接近隨機(jī)分布。本不例掩模板可用于制作如圖3所描述的從介于-X側(cè)面和+Y側(cè)面之間的入光面入光的導(dǎo)光片。圖13描述另一示例掩模板。光學(xué)掩模板含有透光開口和光線不能通過的阻光部分。透光開口的位置分布和形狀與導(dǎo)光片中的微結(jié)構(gòu)的位置分布和形狀相對(duì)應(yīng)。本示例掩模板透光開口 1301為圓形，或邊線為其他非直線狀的圖形，如橢圓形。透光開口由阻光部分1302隔開。透光開口可為各處透光率相同的開口，或沿一個(gè)或多個(gè)方向透光率遞增或遞減的開口，或從中心沿一個(gè)或多個(gè)方向透光率遞增或遞減的開口(灰度或Gray Scale透光開口)。掩模板的側(cè)邊1303對(duì)應(yīng)導(dǎo)光片的入光面。透光開口 1301的位置隨機(jī)分布,密度隨離側(cè)邊1303距離的增加而逐漸增加。本示例掩模板可用于制作如圖7所描述的包含微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片。
值得一提的是，適合于制作本發(fā)明光學(xué)片的掩模板并不限于上述所描述的不例掩模板。含有其他形狀、大小、取向和位置分布的透光開口的掩模板都可用于本發(fā)明的具體實(shí)施。掩模板中并不限于一種形狀、大小、取向、和位置分布的透光開口，同一掩模板中或可米用具有不同形狀、大小、取向和位置分布的透光開口。掩模板中透光開口的位置分布或可按設(shè)定的規(guī)律分布，所述的設(shè)定的規(guī)律包括等距離分布、透光開口的密度與離入光邊的距離成線性或指數(shù)關(guān)系、或其他合適的規(guī)律。掩模板中或可包含第二透光開口區(qū)域，例如，鄰近入光邊的透光開口區(qū)域。所述的第二透光開口區(qū)域，可含有與第一透光開口區(qū)域不同形狀、大小、取向或位置分布的透光開口。所述的第二透光開口區(qū)域可用以制作相應(yīng)的微結(jié)構(gòu)以消除或減小由分立的LED光源產(chǎn)生的亮暗相間的不均勻性。本發(fā)明掩模板通常包含一襯底基片。襯底基片可采用高平整度的玻璃，如石英玻璃、鈉鈣玻璃、或硼硅玻璃。對(duì)玻璃的缺陷密度、能量輻射，如紫外光，可見光或電子束的透過率，和溫度膨脹系數(shù)都有一定的要求。通過濺射或蒸發(fā)的方式在玻璃表面淀積一金屬鉻層。金屬鉻具有阻擋紫外光、可見光或電子束等能量輻射通過的作用。在鉻層上涂上光學(xué)光刻膠或電子束光刻膠，按設(shè)計(jì)圖案，對(duì)光刻膠通過光學(xué)或電子束方式進(jìn)行曝光，再經(jīng)過蝕亥IJ，得到具有透光開口和阻光部分的掩模板。含有所述掩模板圖案的掩模板或可為柔性掩模板。柔性掩模板可包含一聚酯基層，具有較好的尺寸穩(wěn)定性；乳劑層，如銀鹽乳劑層，提供透光和阻光的圖案；粘結(jié)層，促進(jìn)乳劑層和聚酯基層間的附著力；保護(hù)層，保護(hù)銀鹽乳劑層不被破壞。所述乳劑，意為任何可涂在聚酯基層上，并能構(gòu)成透光和阻光圖案的物質(zhì)。圖14為本發(fā)明導(dǎo)光片制作方法的示例。導(dǎo)光片的制作從制備材料混合物開始。所述材料混合物為可光聚合材料，包含一種或多種可光聚合組分，加上一種或多種光引發(fā)劑。作為選擇，如果使用不需要光引發(fā)劑的可光聚合材料，則可省去光引發(fā)劑。所述混合物還可包含一種或多種不可光聚合材料組分，如固體顆粒、液體等。接著，將基片1401，例如聚碳酸脂(PO、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)或聚對(duì)苯二甲酸(PET)或其他合適的基片放置于所述掩模板1403上。在基片1401和掩模板1403之間可施加折射率匹配液體，如異丙醇。接下來，通過括刀涂布、縫模涂布或其他合適的涂布方法將材料混合物涂布在基片1401上，形成涂層1402。涂層1402的厚度可在5微米與500微米之間，優(yōu)選地在15微米和100微米之間。作為選擇，可在導(dǎo)光片的基片上先涂布材料混合物，再將涂布有材料混合物的導(dǎo)光片基片放置于所述的掩模板上。接下來，使準(zhǔn)直或接近準(zhǔn)直的能量輻射，如紫外光、可見光、電子束等，通過掩模板的透光開口，選擇性地使涂層1402中材料混合物聚合，并形成與之相應(yīng)的固體結(jié)構(gòu)。所述的材料混合物中，還可包含附加材料，例如抗靜電劑、抗括傷劑、流平劑、消泡劑等。接下來，使用溶劑，如甲醇、丙酮、水、異丙醇或其他合適的一種或多種溶劑或溶劑混合物，洗滌被選擇地聚合的材料混合物涂層，從而除去涂層中未聚合的部分，形成與所述掩模板圖案和所采用的材料混合物相對(duì)應(yīng)的微結(jié)構(gòu)。通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)难谀０鍒D案和制備適當(dāng)?shù)牟牧匣旌衔?，可形成具有不同形狀、大小、取向和表面特征的微結(jié)構(gòu)，從而對(duì)入射光產(chǎn)生不同的折射、散射等光學(xué)效果。圖15描述一含有本發(fā)明導(dǎo)光片的不例光源模組。本發(fā)明導(dǎo)光片1501的入光面(-X側(cè)面)裝有LED陣列1502。與含有微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片表面(-Z表面)鄰近的是一反射層1504。反射層可為鏡面反射層,或郎伯(Lambertian)反射層。從LED陣列發(fā)出的光通過入光面(-X側(cè)面)進(jìn)入導(dǎo)光片，照射到導(dǎo)光片上的微結(jié)構(gòu)后或從導(dǎo)光片的出光面(+Z表面)直接出射，或從含有微結(jié)構(gòu)的表面(-Z表面)出射，并由反射層發(fā)射后再次進(jìn)入導(dǎo)光片，并由導(dǎo)光片的出射面出射。導(dǎo)光片1501中微結(jié)構(gòu)形狀、大小、取向表面特征和位置分布，可使從出光面出射的光均勻分布，或同時(shí)起到使出射光顯著地向?qū)Ч馄庠吹姆ň€方向集中的 效果。本不例導(dǎo)光片中的微結(jié)構(gòu)位于鄰近反射面1504的-Z表面上,導(dǎo)光片中的微結(jié)構(gòu)或可位于遠(yuǎn)離反射面1504的出光面+Z表面上。導(dǎo)光片1501的出光面一邊或可放置如1503所示的一層或多層其他光學(xué)膜片，如擴(kuò)散片，棱鏡片，或集擴(kuò)散和聚光為一體的綜合性能膜片，以達(dá)到更優(yōu)的擴(kuò)散或聚光效果。以上所述僅為描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，并不用于限制本發(fā)明。在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，可以有各種更改和變化，但均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片，導(dǎo)光片的至少一個(gè)表面上含有多個(gè)由可光聚合材料經(jīng)聚合而形成的微結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的微結(jié)構(gòu)的位置在導(dǎo)光片的至少一個(gè)表面上的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)或按設(shè)定的規(guī)律分布、密度沿至少一個(gè)方向逐漸變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片，其特征在于所述的微結(jié)構(gòu)含有底面和多個(gè)表面，底面位于導(dǎo)光片基片的一個(gè)表面上；微結(jié)構(gòu)具有一定的取向，微結(jié)構(gòu)的取向角度在設(shè)定的角度范圍內(nèi)隨機(jī)或接近隨機(jī)分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片,其特征在于所述的微結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)側(cè)面與底面形成不同的夾角；至少一個(gè)夾角為大于90°的鈍角。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片，其特征在于所述的微結(jié)構(gòu)含有底面和表面；底面位于導(dǎo)光片基片的一個(gè)表面上，微結(jié)構(gòu)表面為非平面狀的彎曲表面，并且沒有明顯的分界線來區(qū)分各個(gè)側(cè)面，微結(jié)構(gòu)與基片表面交線為漸變的非直線狀的線條。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片,其特征在于所述的微結(jié)構(gòu)表面為球形的一部分或橢球形的一部分或拋物面的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片，其特征在于所述的微結(jié)構(gòu)的表面或至少一個(gè)側(cè)面為光滑表面，或微結(jié)構(gòu)的表面或至少一個(gè)側(cè)面為含有細(xì)微結(jié)構(gòu)的粗糙表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片，其特征在于所述的導(dǎo)光片的至少一個(gè)表面上的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)含有不同形狀、大小、取向、表面特征或位置分布的微結(jié)構(gòu)。
8.一種制作權(quán)利要求I所述的導(dǎo)光片的方法，其特征在于包括 設(shè)計(jì)和制作具有多個(gè)透光開口的掩模板，在掩模板的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)，透光開口的位置隨機(jī)或按設(shè)定的規(guī)律分布，密度沿至少一個(gè)方向逐漸變化； 在導(dǎo)光片基片上提供可光聚合材料混合物涂層； 用能量輻射通過掩模板照射材料混合物涂層，以選擇性地使所述可光聚合材料聚合； 除去在用能量輻射照射掩模板后留下的未聚合的可光聚合材料，從而在導(dǎo)光片的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)形成位置隨機(jī)或按設(shè)定的規(guī)律分布，密度沿至少一個(gè)方向逐漸變化的微結(jié)構(gòu)區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作導(dǎo)光片的方法，其特征在于所述掩模板的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)的透光開口包含矩形開口，矩形開口的取向在一定角度范圍內(nèi)隨機(jī)或接近隨機(jī)分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作導(dǎo)光片的方法，其特征在于掩模板的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)包含邊線具有非直線形狀的透光開口。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制作導(dǎo)光片的方法，其特征在于掩模板至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)包含的透光開口非直線形狀的邊線為圓形或橢圓形。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作導(dǎo)光片的方法，其特征在于所述掩模板的至少一個(gè)區(qū)域中具有不同形狀、大小、取向或位置分布的透光開口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面含有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的導(dǎo)光片及其制作方法。導(dǎo)光片包含至少一個(gè)入光面，和由可光聚合材料經(jīng)聚合后形成的光學(xué)微結(jié)構(gòu),光學(xué)微結(jié)構(gòu)在導(dǎo)光片表面上至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)的位置隨機(jī)分布,微結(jié)構(gòu)的密度沿至少一個(gè)方向逐漸變化。本發(fā)明公開的導(dǎo)光片制作方法包括設(shè)計(jì)在至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)位置隨機(jī)分布、密度沿至少一個(gè)方向逐漸變化的掩模板圖案，在導(dǎo)光片基片上提供可光聚合的材料混合物涂層，用能量輻射通過掩模板圖案選擇性地使涂層上的材料混合物聚合以及除去涂層上未聚合的材料混合物。本發(fā)明導(dǎo)光片的應(yīng)用范圍包括液晶顯示器的背光源和LED照明組件。
文檔編號(hào)G03F7/00GK102621624SQ20121012197
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者張亞榮, 楊云勝, 楊星, 路志堅(jiān) 申請(qǐng)人:丹陽博昱科技有限公司