在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法及輥的製作方法

2023-05-30 01:20:41

專利名稱：在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法及輥的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法，以及通過該方法生 產其上具有透鏡圖案的光學膜的輥，更具體而言，涉及在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案 的方法，通過該方法，可以在生產光學膜的輥上直接形成線性的或者非線性的透鏡圖案，透 鏡圖案的形狀可以多樣化，透鏡圖案的曲率可以根據需要調整，並且曲率可以形成為比透 鏡圖案的半球深，以及通過該方法生產其上具有透鏡圖案的光學膜的輥。
背景技術：
通常，在諸如液晶顯示器(IXD)的平板顯示裝置中，採用各種光學膜，如光散射 片、光散射膜和稜鏡膜等。近來，需求一種組合的光學膜，用於改善該光學膜的光學效率，並 且同時提供光學膜的各種功能。具體而言，需要在光學膜表面上的透鏡圖案以及透鏡圖案 的寬高比(曲率，並且在下文稱為曲率)上的各種調整。為了生產諸如在傳統的稜鏡膜上的透鏡圖案的線性透鏡圖案，已經採用如下的直 接雕刻方法首先，在鐵輥的表面上執行鍍鎳或者鍍銅；並且線性稜鏡透鏡圖案通過比特 處理(Bite processing)而形成，如圖1所示。然而，該方法的缺點在於難於生產零缺陷輥， 並且通過比特處理僅能形成線性透鏡圖案。另外，例如，在採用多軸處理器執行二軸處理而 形成90°角時，可以生產金字塔透鏡圖案。然而，在該情形，處理時間長(通常為15天至 30天)，由此引起製造成本上升。此外，作為生產非線性透鏡圖案的方法，已經採用了如下的MLF(微型透鏡膜)制 造方法如圖2所示，球珠施加在PET膜上，在PET膜上塗覆有紫外線固化或者熱固粘接劑， 然後固化粘接劑；在膜上進行鎳(Ni)無電鍍，或者層疊和固化其上塗覆有紫外線固化粘接 劑或者熱固粘接劑的PET膜；並且剝離PET膜而採用帶狀模製造產品。然而，這樣的方法降 低了生產率，因為在採用帶狀模製造時接縫是不可避免的，在圓柱輥上直接雕刻是不可能 的，產品質量受珠子的形狀和分散程度的很大影響，並且限制了通過施加珠子來調整透鏡 數量密度和形狀以及形成各種透鏡的圖案和曲率。而且，作為生產非線性透鏡圖案的另一個方法，已經採用了如下的製造方法如圖 3所示，使用具有適合尺寸的透鏡圖案的光掩模，以在其上塗覆有光致抗蝕劑的PET膜上形 成最終的透鏡圖案；顯影光致抗蝕劑層的曝光部分或者未曝光部分；通過熱處理形成升起 的透鏡圖案；如施加珠子的方法，在膜上進行鎳(Ni)無電鍍，或者層疊和固化塗覆有紫外 線固化樹脂或者熱固樹脂的PET膜；並且剝離PET膜而採用帶狀模製造產品。然而，該方法 也具有與MLF製造方法相同的缺點，即不能實施各種透鏡圖案和曲率，因為採用帶狀模製 造時接縫是不可避免的，在圓柱輥上直接雕刻是不可能的，透鏡的數量密度太高，制模成本 太高，並且在形成透鏡上具有限制。另外，作為生產非線性透鏡圖案的另一個方法，已經採用了如下的製造方法如圖 4所示，在其上鍍有銅(Cu)的圓柱輥上形成光致抗蝕劑層；以所希望的透鏡圖案的平面形 狀執行雷射工藝(在負光致抗蝕劑的情況下暴露於雷射的部分顯影，而另一方法對正光致
3抗蝕劑顯影)；然後，施加蝕刻溶液。但是，缺點在於所得的透鏡圖案的截面僅形成為透鏡 圖案的深度(P)小於透鏡圖案的平面半徑{(R+2P)/2}的形狀，如圖4b所示，這是因為所得 的透鏡圖案的深度對於曲率的影響，因為平行於輥表面的蝕刻速度與垂直於輥表面即深度 方向上的蝕刻速度理論上相同。換言之，可以看到雷射處理的直徑R應當為零，以形成透鏡 圖案的深度為平面直徑一半(1/2)的半球(P/2P= 1/2)。事實上，可以說暴露於蝕刻溶液的 直徑R的中心的腐蝕速度在統計上快於其它部分；然而，腐蝕速度隨著蝕刻的進程而變慢， 由此使各方向上的速度實際上相同。另外，通過深度方向上更高的腐蝕速度物理地加速蝕 刻溶液的注入速度，能夠使透鏡圖案更深；然而，迄今的技術在曲率上限於半球的深度。在 另一個方法中，如果在雷射處理期間通過減小直徑而使深度更深，則需要更強的蝕刻，並且 因此對於鍍覆的銅(Cu)存在更高的不均勻性以及由於對流入的外來物等的更高依賴性而 存在腐蝕速度的不規則性，由此引起諸如碾碎的花生形、雪人形或者來自透鏡圖案之間的 崩潰邊緣的其它的不規則形狀的問題。

發明內容
因此，本發明設計為解決上述問題，本發明的目標是提供在生產光學膜的輥上產 生透鏡圖案的方法，通過該方法，可以直接在生產光學膜的輥上形成各種形狀的線性的或 者非線性的圖案，並且在形成線性或者非線性透鏡圖案時，不僅可以根據希望調整透鏡圖 案的曲率，而且可以提供比透鏡圖案的半球更深的透鏡圖案的曲率，這對採用現有技術是 不可能的。本發明的另一個目標是提供輥，其根據上述方法生產其上形成有透鏡圖案的光學膜。本發明的這些和其它目標和優點通過下面對本發明的詳細描述將變得明顯。通過在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法而實現上述目標，該方法包括第 一步驟，在具有鍍層得圓柱輥上形成樹脂膜，該鍍層以銅(Cu)或鎳(Ni)表面鍍；第二步驟， 通過用鑿子(chisel)打擊圓柱輥的樹脂膜的表面，生產初步的透鏡圖案；第三步驟，用蝕 刻溶液蝕刻其上形成有初步透鏡圖案的圓柱輥；以及第四步驟，去除樹脂膜。這裡，第二步驟在圓柱輥的樹脂膜和鍍層上生產初步的透鏡圖案。優選地，本發明還包括第五步驟，在第三步驟或者第四步驟後，執行採用鉻(Cr) 的電解鍍或者採用鎳(Ni)的無電鍍。優選生產初步透鏡圖案的第二步驟通過用鑿子打擊圓柱輥的樹脂膜表面同時旋 轉圓柱輥，而在圓柱輥的樹脂膜和鍍層上形成初步的透鏡圖案。優選鑿子具有80°或者更大的刃口。優選鑿子由金剛石製作。優選地，樹脂膜由聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、尿烷樹脂、液體光致抗蝕劑或幹膜光致 抗蝕劑的任何一種形成。上述目標還通過根據在生產光學膜得輥上產生透鏡圖案的方法，生產其上形成有 透鏡圖案的光學膜的輥來實現。根據本發明，在生產光學膜的輥上可以直接形成線性的或者非線性的透鏡圖案， 可以使透鏡圖案的形狀多樣化，透鏡圖案的曲率可以根據需要調整，並且曲率可以形成為比其中圖案的半球深。


本發明的這些和其它特徵、方面和優點將幫助更好地理解下面的描述、所附權利 要求和附圖，在附圖中，相似的部分由相似的參考標號指代。在附圖中圖1是現有技術的在生產光學膜的輥上生產線性透鏡圖案的工藝圖；圖2是現有技術的在生產光學膜的輥上生產非線性透鏡圖案的工藝圖；圖3是現有技術的在生產光學膜的輥上生產非線性透鏡圖案的另一個工藝圖；圖4a是現有技術的在生產光學膜的輥上生產非線性透鏡圖案的另一個工藝圖；圖4b是根據圖4a的工藝生產的透鏡圖案的概念性截面圖；圖5是根據本發明實施例在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的工藝圖；圖6是示出根據本發明實施例在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法原理的 示意圖；圖7a是根據本發明實施例在其上形成有初步透鏡圖案的輥表面的光學顯微鏡照 片；圖7b是根據本發明實施例在其上形成有最終透鏡圖案的輥表面的光學顯微鏡照 片；圖7c是根據本發明實施例在將最終透鏡圖案轉移到膜上後獲得的表面電子顯微 鏡照片；圖7d是根據本發明實施例在將最終透鏡圖案轉移到膜上後獲得的截面電子顯微 鏡照片；圖8a是根據本發明另一個實施例其上形成有初步透鏡圖案的輥表面的光學顯微 鏡照片；圖8b是根據本發明另一個實施例其上形成有最終透鏡圖案的輥表面的光學顯微 鏡照片；圖8c是根據本發明另一個實施例在將最終透鏡圖案轉移到膜上後獲得的表面電 子顯微鏡照片；和圖8d是根據本發明另一個實施例在將最終透鏡圖案轉移到膜上後獲得的截面電 子顯微鏡照片。
具體實施例方式在下文，將參考附圖詳細描述本發明的優選實施例。應當理解的是，本發明的優選 實施例的詳細描述僅為示出的方式，並且因此從這樣的詳細描述，本發明的精神和範圍內 的各種變化和修改對本領域的技術人員來說將是明顯的。圖5示出了根據本發明實施例在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法工藝圖， 而圖6顯示了示意圖，其示出根據本發明實施例在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案方法的 製造原理。如圖5所示，根據本發明實施例在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法包括 第一步驟(Si)，在具有鍍層得圓柱輥上形成樹脂膜，該鍍層以銅(Cu)或鎳(Ni)表面鍍；第二步驟(S2)，通過用鑿子(chisel)打擊圓柱輥的樹脂膜的表面，生產初步的透鏡圖案；第 三步驟(S3)，用蝕刻溶液蝕刻其上形成有初步透鏡圖案的圓柱輥；以及第四步驟(S4)，去 除樹脂膜。優選第二步驟在圓柱輥的樹脂膜和鍍層上生產初步的透鏡圖案，並且生產初步透 鏡圖案的第二步驟優選通過用鑿子打擊圓柱輥的樹脂膜表面同時旋轉圓柱輥，而在圓柱輥 的樹脂膜和鍍層上形成初步的透鏡圖案。在該步驟中，打擊樹脂膜的鑿子僅在圓柱輥的垂 直方向上振動，由此通過圓柱輥的旋轉在輥上對稱地形成凹槽。另外，通過適當調整打擊時 間和輥的旋轉速度，可以獲得各種形狀的透鏡。在打擊平板時，鑿子應當不僅在平板的垂直 方向上運動，而且在平行於表面的方向上運動，以形成初步的透鏡圖案，這在機械上極難實 施。與諸如圖4a的根據傳統雷射加工僅通過去除膜的蝕刻來生產透鏡的工藝相比， 根據本發明在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法的優點在於，當通過切掉要被蝕刻的 鍍層的表面(銅或鎳層)來形成初步的透鏡圖案之後，保證了透鏡圖案的深度，然後通過蝕 刻完成透鏡圖案時，透鏡圖案可以比傳統方法形成得深，這是因為蝕刻的深度與用鑿子切 割的深度對於蝕刻之後的所得透鏡圖案的深度的增加。換言之，保證了通過鑿子切割初步 透鏡圖案的寬度(R)和深度(d)，然後通過蝕刻擴展該初步透鏡圖案，由此產生圖6所示的 所得透鏡圖案的寬度(R+2P)和深度(d+P)。此時，可以通過調整鑿子的形狀、長度和打擊深 度而變化所得透鏡圖案的寬度和深度，並且通過事先調整初步透鏡圖案的寬度(R)和深度 (d)且在蝕刻期間適當調整蝕刻寬度(2P)和蝕刻深度(P)，根據需要設計各種形狀的透鏡 圖案。在此情況下，儘管鑿子可以根據要生產的初步透鏡圖案的寬度、深度和形狀以各 種方式設計，但是鑿子優選形成為80°或者更大的刃口，並且更優選採用金剛石作為鑿子 的材料，以穩定地在圓柱輥的表面上生產大量的初步透鏡圖案，並且改善生產率。如果鑿子 的刃口小於80°，則刃不能持久，並且會因長時間打擊工藝而被損壞。同樣，如果鑿子刃的 尖端彎曲，則不僅會損壞刀刃，而且會有從輥上剝掉鍍銅的可能性。此外，根據本發明在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法還可以包括在蝕刻的 第三步驟或者去除樹脂膜的第四步驟後的第五步驟，執行採用鉻(Cr)的電解鍍或者採用 鎳(Ni)的無電鍍。在銅的情況下，蝕刻後形成的透鏡圖案可以經歷來自氧化的快速損傷， 並且在光學膜的生產期間由於低硬度而縮短了透鏡圖案的使用壽命；因此，在其上鍍鉻或 鎳以防止這樣的問題。在以通常的電化學鍍的鍍鉻的情況下，隨著膜厚度的增加會產生微 小的裂紋，而更大的問題是厚度根據所產生的透鏡圖案的鍍層的部分而不同，由此引起其 形狀的變形。與鍍鉻不同，通過化學還原的無電鍍鎳因透鏡圖案不同部分的均勻鍍層厚度 不僅能防止裂紋，而且能防止透鏡圖案尺寸的變形。因此，在第五步驟中優選採用無電鍍鎳 而不是電解鍍鉻。而且，在根據本發明在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法中，樹脂膜可以由 聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、尿烷樹脂、液體光致抗蝕劑或幹膜光致抗蝕劑中的任何一種形成。 儘管只要能形成膜可以採用任何種類的樹脂，但是要求該樹脂與諸如銅或鎳的鍍覆的金屬 具有良好的粘接力，以及對在隨後的步驟中所選擇的蝕刻溶液的抗蝕刻性。因此，優選採用 聚醯亞胺，其通過塗覆液體的聚醯胺酸並且將其固化製成。
此外，通過在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的上述方法，生產用於生產根據本 發明其上形成有透鏡圖案的光學膜的輥。[示例 1]第一步驟(Si)，在其上具有厚度約為100 μ m的表面鍍銅(Cu)的圓柱輥(由鐵製 造；直徑200cm，長度50cm)的表面上，採用聚醯亞胺形成樹脂膜，通過塗覆和固化液體的聚 醯胺酸而製備聚醯亞胺。第二步驟(S2)，通過用鑿子(由金剛石製成；刃口為100° )打擊第一步驟(Si) 製備的圓柱輥的樹脂膜表面，在圓柱輥的樹脂膜和鍍層上生產初步的透鏡圖案。圖7a示出 了通過光學顯微鏡獲得的所得圓柱輥的表面照片。在用金剛石的鑿子打擊時，安裝在由壓 電元件製作的聲振器上的鑿子被迫使每秒打擊8000次而切割輥的表面。第三步驟，通過第二步驟(S2)在其上形成有初步透鏡圖案的圓柱輥採用氯化鐵 的蝕刻溶液蝕刻10分鐘。第四步驟(S4)，最後，採用氫氧化鈉去除樹脂膜，並且採用水清洗。其後，以通常的方法施加鉻鍍層約3 μ m，以保護透鏡圖案的表面且改善硬度。所得 輥的透鏡圖案如圖7b所示。圖7b是通過光學顯微鏡獲得的圓柱輥表面的照片。然後，採用示例1所生產的輥，通過生產通常光學膜(如稜鏡膜)的方法，將透鏡 圖案轉移且形成在光學級的PET膜上，並且其結果如圖7c的電子顯微鏡獲取的表面照片所 示。通過電子顯微鏡獲取的透鏡圖案的截面照片如圖7d所示。由圖7d的截面照片可見， 該透鏡圖案的深度大於半球的深度。[示例 2]以與示例1相同的方法在輥上形成透鏡圖案，除了在步驟2(S2)中鑿子的刃口 (在該示例中為120° )和輥的旋轉速度之外。初步透鏡圖案的結果如圖8a所示，並且所 得的透鏡圖案如圖8b的光學顯微鏡獲取的表面照片所示。以與示例1相同的方法將透鏡圖案轉移且形成在光學級PET膜上，其結果如電子 顯微鏡獲取的圖8c的表面照片和圖8d的截面照片所示。因此，根據本發明，線性或者非線性透鏡圖案可以直接形成在生產光學膜的輥上， 透鏡圖案的形狀可以多樣化，透鏡圖案的曲率可以根據需要調整，並且該曲率可以形成為 比其中的透鏡圖案的半球深。
權利要求
一種在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法，包括第一步驟，在具有鍍層得圓柱輥上形成樹脂膜，該鍍層以銅或鎳表面鍍；第二步驟，通過用鑿子打擊圓柱輥的樹脂膜的表面，生產初步的透鏡圖案；第三步驟，用蝕刻溶液蝕刻其上形成有初步透鏡圖案的圓柱輥；以及第四步驟，去除樹脂膜。
2.如權利要求1所述的方法，其中該第二步驟在該圓柱輥的該樹脂膜和該鍍層上生產 初步透鏡圖案。
3.如權利要求2所述的方法，還包括第五步驟，在該第三步驟或該第四步驟後，執行採用鉻的電解鍍或者採用鎳的無電鍍。
4.如權利要求1所述的方法，其中生產該初步透鏡圖案的該第二步驟通過用鑿子打擊 該圓柱輥的該樹脂膜表面同時旋轉該圓柱輥，在該圓柱輥的該樹脂膜和該鍍層上生產初步 透鏡圖案。
5.如權利要求1所述的方法，其中該鑿子具有80°或者更大的刃口。
6.如權利要求1所述的方法，其中該鑿子由金剛石製成。
7.如權利要求1所述的方法，其中該樹脂膜由聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、尿烷樹脂、液體 光致抗蝕劑或幹膜光致抗蝕劑的任何一種形成。
8.—種生產光學膜的輥，所述光學膜具有根據權利要求1至7中任何一項的在生產光 學膜的輥上產生透鏡圖案的方法生產的在其上形成的透鏡圖案。全文摘要
本發明涉及在生產光學膜的輥上產生透鏡圖案的方法以及生產具有通過該方法在其上形成的透鏡圖案的光學膜的輥。該方法包括第一步驟，在具有鍍層得圓柱輥上形成樹脂膜，該鍍層以銅(Cu)或鎳(Ni)表面鍍；第二步驟，通過用鑿子打擊圓柱輥的樹脂膜的表面，生產初步的透鏡圖案；第三步驟，用蝕刻溶液蝕刻其上形成有初步透鏡圖案的圓柱輥；以及第四步驟，去除樹脂膜。通過該方法，線性或者非線性透鏡圖案可以直接形成在生產光學膜的輥上，透鏡圖案的形狀可以多樣化，透鏡圖案的曲率可以根據需要調整，並且該曲率可以形成為比透鏡圖案的半球深。
文檔編號G02F1/1335GK101943819SQ20091017664
公開日2011年1月12日 申請日期2009年9月24日 優先權日2009年7月7日
發明者樸駿尚, 李相勳, 李羲政, 柳太鏞 申請人:東麗先端素材株式會社