一种用掩模板制作大版导光片的方法

摘要

一种用掩模板制作大版导光片的方法，其特征在于：采用含有多个区域的掩模板，并通过掩模板对涂布于大版导光片基片上的可光聚合材料混合物进行选择性的聚合，在大版导光片基片上形成凸起或凹陷的微结构，构成大版导光片。大版导光片包含多个单元导光片，通过对大版导光片的分割，得到用于LCD背光源和LED照明组件的多个分立单元导光片。本发明公开的方法克服了喷墨打印，射出成型、激光蚀刻等技术的限制，并显著地提高了高性能薄型化导光片的生产速度。

说明书

技术领域

本发明涉及液晶显示和LED照明领域，具体地说，本发明涉及一种用于液晶显示器背光源和LED照明组件的导光片。

背景技术

导光片是指硬性、不易弯曲的导光板或可弯曲的导光膜。液晶显示器的侧光式背光源中的导光片是液晶显示器中最重要的光学元件之一。导光片使来自位于导光片侧面的光源的光，变为向液晶显示器面板的背面照射的面光源。

随着液晶显示器不断朝薄型化和高性能方向的发展，薄型化和高性能的导光片也已成为液晶显示领域急需的技术和产品。普遍采用的网点印刷技术将无法适应这样的发展趋势。虽然喷墨打印、射出成型、激光刻蚀等方法也正被研究应用于制作导光片，但高昂的设备成本、工艺要求、及较低的生产速度限制了这些技术的广泛应用。在液晶显示和LED照明领域，急需一种能克服喷墨打印，射出成型、激光蚀刻等技术的限制，并具有较高的生产速度的高性能薄型化导光片。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的在于提供一种用掩模板制作大版导光片的方法。采用含有多个区域的掩模板，并通过掩模板对涂布于大版导光片基片上的可光聚合材料混合物进行选择性的聚合，在大版导光片基片上形成凸起或凹陷的微结构，构成大版导光片。大版导光片包含多个单元导光片，通过对大版导光片的分割，得到用于LCD背光源和LED照明组件的多个分立单元导光片。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种用掩模板制作大版导光片的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、设计掩模板：掩模板含有多个区域掩模板图案；区域掩模板图案中含有透光开口和阻光部分，或阻光开口和透光部分组成的掩模板图案；至少一个区域掩模板图案中，透光开口或阻光图案的位置随机或按设定规律分布,透光开口或阻光图案的密度沿至少一个方向逐渐变化；

掩模板包含一衬底基片，衬底基片为高平整度的玻璃，通过溅射或蒸发的方式在玻璃表面淀积一金属铬层，在铬层上涂上光学光刻胶或电子束光刻胶，按设计图案，对光刻胶通过光学或电子束方式进行曝光，再经过蚀刻，得到含有透光开口和阻光部分或阻光图案和透光部分组成的多个区域掩模板图案的掩模板；

所述掩模板或为柔性掩模板，柔性掩模板包含一聚酯基层、乳剂层、粘结层和保护层。

所述的区域掩模板图案包含边线为非直线形状的透光开口或阻光图案。

所述的区域掩模版图案中透光开口或阻光图案非直线形状的边线为圆形或椭圆形；

所述的区域掩模板图案包含矩形的透光开口或阻光图案，矩形透光开口或阻光图案的取向按设定方向分布或在一定角度范围内随机或按设定规律分布。

所述的区域掩模板图案进一步包含第二较小区域，第二较小区域包含与第一较小区域掩模板图案不同形状、大小、取向或位置分布的透光开口或阻光图案。

所述的掩模板图案中包含隔开区域掩模板图案的区域间隙。

2）、制作大版导光片：将可光聚合材料混合物涂布在大版导光片基片上，形成涂层，并将涂布有可光聚合材料混合物的大版导光片基片放置于步骤1）的掩模板上；使用准直或接近准直的能量辐射，通过掩模板的透光开口或透光部分，选择性地使涂层中可光聚合混合物聚合，并形成固体结构；使用溶剂：甲醇、丙酮、异丙醇或水，洗涤可光聚合混合物涂层，除去涂层中未聚合的部分，在大版导光片基片上形成与所述掩模板区域掩模板图案中透光开口或阻光图案及采用的材料混合物相对应的凸起或凹陷的微结构，构成含有多个单元导光片的大版导光片；通过分割，得到多个分立单元导光片。

所述的由大版导光片通过分割而得到的分立单元导光片的至少一个断面或可进一步经过抛光处理。

所述的大版导光基片可为聚碳酸脂（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇（PVA）或聚对苯二甲酸（PET）中的一种。

所述的可光聚合材料混合物可包含丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯、聚氯乙烯或硅树脂。

所述的单元导光片包含凸起或凹陷的微结构，凸起或凹陷的微结构具有非平面状的弯曲表面，并且没有明显的分界线来区分各个侧面，微结构的非平面状弯曲表面可为球面、椭球面、抛物面或其他合适的弯曲表面。

所述的单元导光片包含截面为三角形的凸起或凹陷微棱镜，凸起或凹陷的微棱镜的长边方向与Y方向一致，或在一定的角度范围随机或按设定的规律分布。

所述的单元导光片包含与第一微结构区域不同形状、大小、取向、表面特征或位置分布的第二微结构区域。

所述的大版导光片含有区域间隙，以隔开大版导光片中与单元导光片相应的微结构区域。

本发明公开的方法，可制作包含多个单元导光片的大版导光片。通过对大版导光片的分割，得到多个分立单元导光片。分立单元导光片可用于侧光式背光源，使来自位于导光片侧面的光源的光，变为向液晶显示器面板的背面照射的面光源。分立单元导光片本身或附加放置于分立单元导光片出光面上方的扩散膜和聚光膜，使向液晶显示器面板的背面照射的光相对均匀并具有一定的角度分布。分立单元导光片通过与背光源类似的原理，可应用于LED照明组件。本发明公开的方法可用于制作薄型导光片，并显著地提高了高性能薄型化导光片的生产速度。

附图说明

图1描述本发明含有多个区域的掩模板。

图2描述本发明掩模板的一种示例图案。

图3描述本发明掩模板的另一种示例图案。

图4描述本发明大版导光片的一种示例。

图5描述本发明大版导光片的另一种示例。

具体实施方式

图1描述本发明掩模板，含有多个区域，掩模板区域包含与之相应的掩模板图案，称之为区域掩模板图案。

区域掩模板图案可为含有透光开口和连接透光开口的阻光部分的图案。区域掩模板图案中透光开口可为各处透光率相同的开口，或沿一个或多个方向透光率递增或递减的开口，或从中心沿一个或多个方向透光率递增或递减的开口（灰度或Gray Scale透光开口）。透光开口的位置随机或按设定的规律分布，透光开口密度（单位面积内透光开口的数量）至少沿一个方向逐渐变化。区域掩模板图案中的透光开口可为矩形、三角形、六角形、八角形，或边线为非直线的形状，如圆形、椭圆形，或其他合适的形状。区域掩模板图案可包含一种或多种形状的透光开口。含有透光开口和连接透光开口的阻光部分的掩模板图案可用于制作含有凸起微结构的导光片。

区域掩模板图案或可为含有阻光图案和连接阻光图案的透光部分的图案。区域掩模板中的阻光图案，可为图案内各处光密度（Optical Density or OD）相同的阻光图案，或沿一个或多个方向光密度递增或递减的阻光图案，或从中心沿一个或多个方向光密度递增或递减的阻光图案（灰度或Gray Scale阻光图案）。区域掩模板中的阻光图案的位置随机或按设定的规律分布，阻光图案的密度（单位面积内阻光图案的数量）沿至少一个方向逐渐变化。区域掩模板中的阻光图案可为矩形、三角形、六角形、八角形，或边线为非直线的形状，如圆形、椭圆形，或其他合适的形状。区域掩模板图案可包含一种或多种形状的阻光图案。含有阻光图案和连接阻光图案的透光部分的掩模板图案可用于制作含有凹陷微结构的导光片。

区域掩模板图案或可进一步包含第二或更多的较小区域掩模板图案，例如，区域掩模板中可包含由位置随机或按设定的规律分布，但密度沿至少一个方向逐渐变化的透光开口或阻光图案组成的第一较小区域。在邻近区域掩模板图案的一边或一角位置，可含有与第一较小区域掩模板图案不同形状、大小、取向或位置分布的透光开口或阻光图案组成的第二较小区域。所述的第二较小区域掩模板图案可用以制作含有相应的凸起或凹陷微结构，以消除或减小由分立的LED光源产生的亮暗相间的不均匀性。出于对所制作的导光片的光学性能的特殊要求，区域掩模板或可同时包含透光开口和阻光图案。

由图1所描述的掩模板含有25个区域，以5行和5列的形式排列。本发明中的掩模板区域不限于含有相同的区域掩模板图案。掩模板区域或可为不同大小的掩模板区域，或包含不同的区域掩模板图案。例如，图1所描述的掩模板中的第一区域101，掩模板中间区域102和掩模板的最后一个区域103可为相同大小、相同掩模板图案的区域，或为相同大小，并含有不同掩模板图案的区域。

图2描述本发明掩模板的一种示例图案。掩模板图案含有四个区域，A11、A12、A21和A22。四个掩模板区域中含有相同大小和相同图案的区域掩模板图案。区域掩模板图案中含有光线能透过的多个圆形透光开口201和光线不能通过的阻光部分202。区域中透光开口201的位置随机分布，密度沿+X方向逐渐增大。区域掩模板图案由阻光部分203所示的区域间隙隔开。本示例掩模板可用以制作包括四个相同的含有凸起微结构的单元的大版导光片。掩模板中圆形透光开口的位置分布和形状与所制作的大版导光片中的凸起微结构的位置分布和形状相对应。通过分割，可得到四个相同的分立单元导光片。掩模板中的区域间隙的宽度可由分割的方法和工艺来决定。例如，采用机械切割的方法并需要后续的断面抛光处理，区域间隙则需要相对较大的宽度；采用激光切割的方法并且不进行后续断面抛光处理，区域间隙则需要相对较小的宽度。如大版导光片的分割对单元导光片边缘的影响并不产生显著的光学性能的变化，区域间隙的宽度或可为零。

图3描述本发明掩模板的另一种示例图案，含有四个区域B11、B12、B21和B22，四个掩模板区域中含有相同大小和相同图案的区域掩模板图案。区域掩模板图案中包含光线不能通过的矩形阻光图案301，和连接阻光图案的透光部分302。区域掩模板图案由透光部分303所示的区域间隙隔开。矩形阻光图案301的长边沿Y方向，矩形阻光图案在区域内的位置随机分布，密度（单位面积内阻光图案的数量）随沿+X方向逐渐增大。本示例掩模板可用以制作包括四个相同的含有凹陷微结构的单元的大版导光片。阻光图案的位置分布和形状与导光片中的凹陷微结构位置分布和形状相对应。

图2描述了含有圆形透光开口的区域掩模板图案；图3描述了含有长度沿Y方向的矩形阻光图案的掩模板图案。区域掩模板图案的透光开口或阻光图案或可为长边在Y方向两边的一定角度范围内随机或按设定规律分布的矩形，例如矩形透光开口或阻光图案的长边在Y方向的两边-30^o~30^o的角度范围内随机或按设定规律分布。矩形透光开口或阻光图案的位置随机或按设定规律分布，密度沿至少一个，如X方向逐渐变化。

区域掩模板图案并不限于一种形状、大小、取向和位置分布的透光开口或阻光图案。区域掩模板图案中或可含有不同形状、大小、取向和位置分布的透光开口或阻光图案。透光开口或阻光图案的位置或可按设定规律分布，包括按等距离分布、透光开口或阻光图案密度沿至少一个方向，如X方向按线性或指数关系、或其他合适的规律分布。

区域掩模板图案的透光开口或阻光图案或可位于以区域掩模板的一个角，或该角附近的位置，为中心的圆弧上，且透光开口或阻光图案的密度随离相应的角或该角附近的位置的距离的增加而逐渐增大。如透光开口或阻光图案为矩形，其长边的取向可分布于以相应的角或该角附近的位置为中心的圆弧的外侧或内侧，与相应圆弧在矩形透光开口或阻光图案位置的切线所成的角度在设定的角度范围内，例如在相应的圆弧切线两边-30^o~30^o的角度范围内，随机或按设定的规律分布。

本发明掩模板通常包含一衬底基片。衬底基片可采用高平整度的玻璃，如石英玻璃、钠钙玻璃、或硼硅玻璃。对玻璃的缺陷密度、能量辐射，如紫外光，可见光或电子束的透过率，和温度膨胀系数都有一定的要求。通过溅射或蒸发的方式在玻璃表面淀积一金属铬层。金属铬具有阻挡紫外光、可见光或电子束等能量辐射通过的作用。在铬层上涂上光学光刻胶或电子束光刻胶，按设计图案，对光刻胶通过光学或电子束方式进行曝光，再经过蚀刻，得到含有透光开口和阻光部分，或阻光图案和透光部分的多个区域掩模板图案的掩模板。所述掩模板或可为柔性掩模板。柔性掩模板可包含一聚酯基层，具有较好的尺寸稳定性；乳剂层，如银盐乳剂层，提供阻光和透光的图案；粘结层，促进乳剂层和聚酯基层间的附着力；保护层，保护银盐乳剂层不被破坏。所述乳剂，意为任何可涂在聚酯基层上，并能构成阻光和透光图案的物质。

图4描述本发明大版导光片的一种示例。大版导光片含有四个相同的单元导光片，如U11、U12、U21和U22所示。单元导光片含有基片401和相应的微结构区域。基片具有透明光学特性，可为聚碳酸脂（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇（PVA）或聚对苯二甲酸（PET）。然而，基片材料不受特别限制。任何具有光学透明特性的材料都可作为基片材料。基片的厚度与光源的尺寸和性能相关，一般地，厚度可在0.1~10毫米的范围内。单元导光片的微结构区域含有凸起微结构402，其位置在基片401的-Z表面上随机分布，密度（单位面积内微结构的数量）在各个区域中沿+X方向逐渐增大。微结构具有非平面状的弯曲表面，并且没有明显的分界线来区分各个侧面。凸起微结构的非平面状弯曲表面可为球面，椭球面，抛物面或其他合适的弯曲表面。微结构402与基片401的-Z表面的交线为渐变的非直线状的线条。图4示例大版导光片包含如403所示的区域间隙，以隔开大版导光片中与单元导光片相应的微结构区域。沿大版导光片区域间隙403切割后可使含有非平面状弯曲表面凸起微结构的单元导光片分开，而得到四个相同的分立单元导光片。

图5描述本发明大版导光片的另一种示例。大版导光片含有如V11、V12、V21和V22所示的四个相同的单元导光片。单元导光片含有基片501和相应的由可光聚合材料经聚合后形成的结构层502。结构层502位于基片501的-Z表面上。结构层502含有多个截面为三角形的凹陷微棱镜503。所述凹陷微结构为表面凹陷，即离导光片基片-Z表面的距离小于结构层厚度的结构。本示例所述凹陷微棱镜的长度方向与Y方向一致，凹陷微棱镜的位置随机分布，但密度（单位面积内微棱镜的数量）在各区域内沿+X方向逐渐增大。本示例的凹陷微棱镜，含有与凹陷微棱镜长度方向对应的两个倾斜侧面，两个倾斜侧面形成的交线与导光片基片-Z表面的距离小于结构层的厚度，两者之间的差为凹陷微结构的高度。图5示例大版导光片包含如504所示的区域间隙，以隔开大版导光片中与单元导光片相应的微结构区域。沿大版导光片区域间隙504切割后可使含有凹陷微棱镜的单元导光片分开而得到四个相同的分立单元导光片。

大版导光片的一种制作方法包含通过括刀涂布、缝模涂布或其他合适的涂布方法将材料混合物涂布在大版导光片基片上，形成涂层。所述材料混合物为可光聚合材料，包含一种或多种可光聚合组分，如丙烯酸树脂，聚酯树脂，聚氨脂，聚氯乙烯，或硅树脂；加上一种或多种光引发剂。作为选择，如果使用不需要光引发剂的可光聚合材料，则可省去光引发剂。材料混合物涂层的厚度可在5微米与500微米之间，优选地在15微米和100微米之间。如材料混合物中含有溶剂，材料混合物涂层厚度是指经加热或其他方式使溶剂挥发后的涂层厚度。接着，将含有涂层的大版导光片基片，例如聚碳酸脂（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇（PVA）和聚对苯二甲酸（PET），或其他合适的基片材料放置于所述掩模板上。在大版导光片基片和掩模板之间可施加折射率匹配液体，如异丙醇。接下来，使准直或接近准直的能量辐射，如紫外光、可见光、电子束等，通过掩模板的透光开口或透光部分，选择性地使涂层中材料混合物聚合，并形成与之相应的固体结构。接下来，使用溶剂，如甲醇、丙酮、水、异丙醇或其他合适的一种或多种溶剂或溶剂混合物，洗涤被选择地聚合的材料混合物涂层，从而除去涂层中未聚合的部分，在大版导光片基片上形成与所述掩模板透光开口或阻光图案和所采用的材料混合物相对应的凸起或凹陷的微结构。

图4描述的大版导光片含有非平面弯曲表面的凸起微结构。图5描述的大版导光片含有截面为三角形的凹陷微棱镜。本发明公开的大版导光片或可含有截面为三角形的凸起微棱镜。凸起或凹陷的微棱镜的长边方向或可在一定的角度范围随机或按设定的规律分布。本发明公开的大版导光片或可含有非平面弯曲表面的凹陷微结构、或其他形状的凸起或凹陷的微结构。

本发明大版导光片中的凸起或凹陷的微结构位置或可分布于以相应的单元导光片的一个角或一个角的附近位置为圆心的圆弧上，微结构的密度随离圆心的距离的增加而逐渐增大。分割后得到的单元导光片可用于单个LED从角落入光的背光源结构。

本发明大版导光片中的单元导光片，或可包含第二凸起或凹陷的微结构区域，例如，单元导光片中可包含由位置随机或按设定的规律分布，但密度沿至少一个方向逐渐变化的凸起或凹陷微结构组成的第一微结构区域，在邻近单元导光片的一边或一角位置，可含有与第一微结构区域不同形状、大小、取向、表面特征或位置分布的第二微结构区域。第二微结构区域可为凸起微结构组成的区域，或凹陷微结构组成的区域，或凹陷和凸起微结构共同组成的区域。所述的第二微结构区域可消除或减小由分立的LED光源产生的亮暗相间的不均匀性。本发明大版导光片中的单元导光片或可包含多于两个的微结构区域。

本发明大版导光片中凸起或凹陷微结构的表面可为光滑表面。所述光滑表面的光学特征为当光入射到该表面时，该表面对光线主要起折射作用，光线的入射和出射方向遵循描述入射和出射光线的斯奈尔定律（Snell Law）。 本发明大版导光片上微结构或可包含具有进一步表面细微结构的粗糙表面。所述粗糙表面的光学特征为当光入射到该表面时，该表面对光线的作用包含散射。对应于单一方向的入射光线，出射光线分布于一定的角度范围。

本发明大版导光片的一面，如含有微结构的一面，或两面，可附有保护膜，以防止污染或括伤。

本发明大版导光片，可通过切割的方式将单元导光片从大版导光片分割下来。分割的方式可采用机械、激光或其他合适的切割方式。

所述机械切割的方式包括采用木工锯、钨钢銑刀、钻石刀具或其他合适的机械工具。机械切割设备可含有集尘口，具有较佳的吸力，以达到合适的吸尘效果，防止粉尘因吸力不佳而使涡流回旋再次将粉屑吹向台面而造成板料的表面括伤。切割刀具的移动可采用高精密的线性滑轨。

所述激光切割是指将激光束照射到工件表面时释放的能量来使工件融化，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。激光切割机系统包含激光发生器、数控切割机床、等部分。可用于激光切割的激光发生器包括电-光转换效率较高、波长为10.6um 的CO₂激光器。由CO₂激光器发出的光比较容易被非金属吸收。激光切割机或可在光束出口处装有喷吹氧气、压缩空气或惰性气体N₂的喷嘴，用以提高切割速度和切口的平整光洁。数控切割机床包括作为工作台的精密机床、使激光器发出的光束到达工件的光束传输系统和微机数控系统。激光切割机可含有红光定位装置，准确指示激光头加工位置。切割图形可通过相应的软件，如CORELDRAW、AUTOCAD等，预先做成矢量线条的形式,然后存为相应的PLT、DXF或其他合适的格式。激光切割机在接到计算机的指令后根据软件产生的路线进行自动切割。

大版导光片被分割成分立单元导光片后，可对分立单元导光片的断面进行进一步抛光处理或其他提高光学性能的处理。合适的抛光方法包括钻石抛光，布轮抛光，火焰抛光。如分立单元导光片的断面在切割后已达到所要求的光洁程度，抛光处理的步骤则可省去。

以上所述仅为描述本发明的具体实施方式，并不用于限制本发明。在本发明的精神和原则之内，可以有各种更改和变化，但均应包含在本发明的保护范围之内。