CN105137529A - 光学微结构制造方法、加工机台及其导光板模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学微结构制造方法、加工机台及其导光板模具，其针对具有一熔点温度的一基材，照射一激光束，且使该激光束之一加工温度符合C₁≤C₂≤(1.1×C₁)的条件，以让该激光束轰击至该基材时，使该基材熔融进而于冷却后在该基材表面形成至少一凸部及位于该凸部周侧的一凹陷部，借由控制该加工温度而使该基材可透过镭射加工形成该凸部，并可进一步利用该基材作为导光板的一制造模具，透过包覆于一滚轮外侧即可针对一导光板进行压印加工，使导光板表面对应该凸部形成凹陷之微结构，且该凸部于压印受力过程中亦不易崩裂，具有极佳结构强度而可延长作为模具之使用寿命。

Description

光学微结构制造方法、加工机台及其导光板模具

技术领域

本发明涉及导光板加工领域，尤其是一种制造光学微结构的导光板的加工领域。

背景技术

导光板为背光模块中用以导引光线而形成均匀出光的一组件，其利用全反射原理，将自导光板入光面入射的光线传递至导光板远程，并利用导光板的复数光学微结构破坏全反射以调整出光量以及出光均匀度，而形成均匀的面光源。

传统于导光板上形成光学微结构的方式多采印刷方式。其将设计好的光学微结构图样利用高散光源物质印刷材料印制于导光板以形成网点，借由该些网点破坏光线全反射达控制出光的目的。惟透过印刷方式形成于导光板的网点结构，由于印刷油墨的黏度易受环境因素影响而不易控制，使网点结构的均一性以及个别尺寸皆不易控制，进而降低产品良率，并且耗费整体制程时间。

鉴于印刷制成光学微结构的不便，因此后续衍生多种非属印刷式光学微结构的制造方法。如为求于导光板成型时即将光学微结构一并结合于上，可针对导光板模仁进行机械加工，或透过蚀刻方式使光学微结构图样成形于模仁表面。机械加工例如直接透过刀具于模仁切割出所需的光学微结构图样，以供透过模仁成型的导光板对应形成光学微结构图样而具有复数网点。只是采用刀具切割方式，光学微结构的最小尺寸受限于刀具而无法达到极微小化，不符现今市场产品需求，且制程极为耗时又成型的微结构尺寸易具有误差。蚀刻方式则需透过繁复过程如涂布、曝光及电铸等制程手续，亦提升模仁制造时间成本与难度。

故为解决于模仁制造光学微结构的效率，专利申请号TW93113610号的导光板结构及其制造方法，揭露一种导光板制造方法，其步骤包括提供一基板；利用至少一镭射照射于该基板上的不同位置，以于每一位置上形成一皱褶网点，借以形成一模仁；以及利用该模仁成型一导光板。该方法利用镭射加工，以于模仁上形成皱褶网点，再利用模仁透过射出、热压、铸造、压铸或灌注等方式成型导光板。而除了可直接透过上述方式成型导光板外，现今亦有采用滚轮针对导光板进行压印以于导光板上形成光学微结构的方式，其类似于上述方法，差异在于该基板形成皱褶网点后，使其包覆于滚轮外表面，再利用滚轮针对导光板表面进行压印而使光学微结构成形。

然而，无论后续采用何种制程制作导光板，利用镭射加工而形成于基板或模仁上的皱褶网点，受镭射高温照射影响而产生熔渣喷溅现象，并形成凹陷的皱褶网点，且于皱褶网点周围会形成一个或多个凸起物，即为俗称的火山口态样。特别于进行压印制程时，由于滚轮相对导光板须施以一定压力，因此在长时间压辗后，该些皱褶网点容易因受力而崩裂，如周侧的凸起物可能会因弯折或崩塌而落入皱褶网点内，造成基板或模仁的加工寿命缩减。且透过该种基板压印制成的导光板，其表面的光学微结构形状或尺寸都会受到影响，导致导光板的光学微结构加工良率下降。

此外，透过镭射加工形成于模仁或基板的皱折网点，属凹陷的态样，而使导光板经上述利用模仁或基板成型后的光学微结构的形状受限。随导光板的应用范畴扩增，单一态样结构已无法满足更多样化的导光效能要求，因此如何调整并改善用以制造导光板的模仁或基板上的皱折网点形状与加工制程，以及模仁或基板的使用寿命等，为目前需改良的课题的一。

故本发明人构思一种光学微结构制造方法、加工机台及其导光板模具，可有效解决于导光板模具的皱褶网点等微结构所具有的缺失，以使其具有更佳的结构强度与变化性，并进一步提升压印良率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术导光板模具的皱褶网点等微结构所具有的缺陷，提供一种光学微结构制造方法、加工机台及其导光板模具。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明于一实施方式揭示一种光学微结构制造方法，包括以下步骤：提供一基材，且该基材具有一熔点温度C₁；及照射至少一镭射光束至该基材，且该镭射光束具有一加工温度C₂，并符合C₁≤C₂≤(1.1×C₁)的条件，以使该镭射光束轰击至该基材时，令该基材呈熔融状态，进而于冷却后在该基材表面形成至少一凸部及位于该凸部的周侧的一凹陷部。借由控制该加工温度，使该基材受该镭射光束轰击时形成熔融状态而利于熔融物质堆积形成该凸部。

本发明于另一实施方式则揭露一种镭射加工机台，用以执行如前述的光学微结构制造方法，该镭射加工机台包括：一承载平台，供以放置该基材；一镭射共振腔，供以发射该镭射光束；一加工状态监测器，用以实时监控该凸部的变化，并产生一状态讯号；以及一加工温度控制器，用以根据该状态讯号，调整该镭射光束的该加工温度。该镭射加工机台可实时监控该凸部的成形状态，并透过该加工温度控制器随时调整该加工温度，以提升加工制程良率。

为使该凸部可顺利堆积形成，除控制加工温度外，亦可针对该镭射光束的能量状态进行调整，故本发明基于上述各实施方式，进一步使该基材位于该镭射光束的焦距外，使该镭射光束采用离焦方式针对该基材进行轰击。

此外，使该基材为一金属板时，于复数的该凸部成形后，该基材包覆一滚轮，以透过压辗方式于一导光板表面形成复数微结构。借此，本发明的该基材即可作为供以制造导光板的模具使用，而使导光板可对应该等凸部形成该等微结构。

于另一实施方式中，使该镭射光束的横模图像为旋转对称，以供该镭射光束轰击于该基材后所形成的熔融区域更利于该凸部的堆积。

本发明并于再一实施方式中，揭示一种导光板模具，其以前述的光学微结构制造方法加工而成，该导光板模具包括：一基材，具有一转写表面，用以转写一导光板；以及复数个光学微结构，位于该转写表面，任一该些光学微结构由一凸部及位于该凸部的周侧的一凹陷部所组成；其中，该凸部由原位于该凹陷部的物质所构成。

基于上述实施方式，本发明揭露该导光板模具的一应用方式，亦即使该基材为一金属板，并包覆一滚轮以透过压辗方式转写该导光板。

综上所述，本发明的光学微结构制造方法，透过控制该镭射光束的参数，以于该基材透过镭射加工制成该凸部，并于本发明中搭配该凸部的要求而针对该镭射光束做参数调控，亦可使成形的该凸部具有更佳的结构刚性。此外，该基材于复数的该凸部制成后，即可作为导光板的模具使用，并可配合一滚轮，将该基材包覆于该滚轮以针对导光板进行压印加工，使该导光板对应该等凸部形成复数微结构，以利于该导光板于后续应用时达到调光与导光效能。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明的各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：可有效解决于导光板模具的皱褶网点等微结构所具有的缺失，以使其具有更佳的结构强度与变化性，并进一步提升压印良率。

附图说明

图1为本发明实施例1的步骤流程图。

图2为本发明实施例1的基材在加工后的立体示意图.

图3为本发明实施例1的一加工示意图。

图4为本发明实施例1的另一加工示意图。

图5为本发明实施例1的加工后基材的应用示意图。

图6为本发明实施例2的加工示意图。

图7为本发明实施例3的立体示意图。

附图标记说明

10基材

101凸部

102凹陷部

11激光束

2导光板

20微结构

3滚轮

4镭射加工机台

40承载平台

41镭射共振腔

42加工状态监测器

43加工温度控制器

5导光板模具

50基材

501转写表面

51光学微结构

511凸部

512凹陷部

S101～S102步骤

a失焦状态

b聚焦状态

c离焦状态

具体实施方式

下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

实施例1

请参阅图1、2及3～4，其为本发明实施例1的步骤流程示意图、基材于加工后的立体示意图及各加工示意图。本发明揭示一种光学微结构制造方法，包括以下步骤。

首先，提供一基材10，此即为步骤S101。其中，该基材10具有一熔点温度C₁。接着，如步骤S102所示，照射至少一镭射光束11至该基材10，以使该镭射光束11轰击至该基材10时，令该基材10呈熔融状态，进而于冷却后在该基材10表面形成至少一凸部101及位于该凸部101周侧的一凹陷部102。其中，该镭射光束11具有一加工温度C₂，且符合C₁≤C₂≤(1.1×C₁)的条件，借由该限制条件以确保该镭射光束11轰击该基材10时，可使该基材10维持于熔融状态，避免该加工温度C₂过高导致该基材10转呈气化状态，而于该镭射光束11轰击后仅于该基材10表面形成该凹陷部102甚或穿孔。例如，以一般钢板作为基材10来说，其熔点温度C₁为1200℃，则该加工温度C₂可被允许的温度范围则介于1200℃与1320℃的间，以免该加工温度C₂过低而无法顺利熔融该基材10，或该加工温度C₂过高而导致该基材10被气化。而该镭射光束11的该加工温度C₂，可由该镭射光束11的频率及/或功率调整控制。整体而言，镭射光束11照射至基材10后并使其形成熔融状态，再自然冷却使熔融的基材10逐渐堆积，进而形成凸部101，于凸部101周侧被熔融的区域则相对凸部101形成凹陷部102。

其中，本发明亦可于一实施方式中使该基材10位于该镭射光束11的焦距外，使该镭射光束11采用离焦方式针对该基材10进行轰击，藉此使该镭射光束11的能量分布为最适状态，避免该镭射光束11的能量过于集中或分散而导致该基材10无法由熔融状态配合温度冷却形成该凸部101。镭射光束利用电磁波透过增益介质调整输出镭射光束的特性，增益介质可封闭于光学共振腔内，以进一步使电磁波于光学共振腔内产生共振现象，电磁波在往返来回的过程中不断地经过增益介质，当到达临界状态后即可输出镭射光束。当该镭射光束11于输出时，可进一步调整其能量聚集状态，即一般常称的失焦、聚焦及离焦状态，而依据离输出该镭射光束11的共振腔由近至远分别为镭射光束的失焦状态a、聚焦状态b及离焦状态c。当镭射光束11为失焦状态a时，其能量呈分散并为渐趋聚集的态样以于镭射光束11继续行进后转为聚焦状态b，此状态的镭射光束11照射至该基材10时，该基材10易形成较广且深度较浅的凹槽；当镭射光束11继续前进而为聚焦状态b时，其能量汇聚于几近一点，此状态的镭射光束11照射至该基材10时，容易使温度过高而气化该基材10，使其形成一较深的凹槽甚或穿孔的状态；镭射光束11由聚焦状态b转换为离焦状态c时，其能量会由聚集一点而渐趋分散，亦即能量向外扩散分布，并使镭射光束11的能量呈由中心向外渐强的态样，此状态的镭射光束11照射至该基材10后，相较于非离焦状态c的镭射光束11，于该基材10所形成的熔融区域面积更大，并且该基材10对应邻近镭射光束11边缘的区域温度较高，中央区域则相对边缘区域温度较低，而使熔融状态的该基材10可于温度较低处冷却而堆积形成该凸部101，而邻近镭射光束11边缘区域则形成该凹陷部102。故如第3图所示，本实施方式使该镭射光束11以离焦状态轰击该基材10，以藉由受该镭射光束11照射而形成熔融状态的该基材10，其中第3图的镭射光束11以放大状态示意以利于说明该镭射光束11的各种状态。接着即如第4图所示，熔融的该基材10则逐渐堆积形成该凸部101与该凹陷部102。

此外，电磁波于光学共振腔内传递时，受到光学共振腔边界规范而会影响其电磁场态样，一般简称为镭射光束的模态，其中，又可分为纵模(LongitudinalMode)及横模(TransverseMode)，不同模态的镭射光束，除有光强度的差异外，亦具有频率的差异。而横模光强度分布，可由肉眼观察镭射光束的图像以得知其横模态样，纵模则无法由肉眼看出其光强度分布。常见的横模图像有两种形式，一种为轴对称图像(Hermite-GaussianModes)，另一种则为旋转对称(Laguerre-GaussianModes)。由于透过边界条件即可有效调整镭射光束11的横模图像，而考虑该凸部101的结构强度与成形态样，因此本发明于一实施方式中使该镭射光束11的横模图像为旋转对称的态样，例如采用呈环状的横模图像，藉此于该镭射光束11轰击该基材10后，使该基材10形成环状的熔融区域，亦即于该基材10上，受该镭射光束11环状照射部分的温度高于该态样所包围的一中央区域，并因中央区域温度较低而可冷却熔融状态的该基材10，使其向中央堆积以形成该凸部101，而该凸部101周侧即为环状的该凹陷部102。惟其可依据所需形成凸部101的态样，选择对应的旋转对称横模图像，故本发明并不局限于此。

请一并参阅图5，其为本发明实施例1加工后基材的应用示意图。此外，该基材10可为一金属板或一金属模具，以利于复数的该凸部101成形后，透过各类加工方式制成一导光板2上的复数微结构20。当该基材10为一金属模具时，可采射出成型或灌注等方式制成该导光板2，并使该导光板2上对应该等凸部101具有该等微结构20。而当该基材10为一金属板时，于该等凸部101成形后，可使该基材10包覆一滚轮3，以透过压辗方式于该导光板2表面形成复数微结构20。该基材10透过前述方式以该镭射光束11加工而形成该等凸部101后，即可透过该滚轮3针对该导光板2进行压印，使该导光板2的至少一表面对应该等凸部101形成凹陷态样的该等微结构20，以使该导光板2于应用时可藉该等微结构20调整光线状态。此外，由于各该凸部101由熔融的该基材10冷却堆积形成，并于压印时与该导光板2具有一定的接触面积，因此，即使包覆于该滚轮3并受压以针对该导光板2加工而形成该等微结构20，该等凸部101亦不易因受力而产生崩裂的现象，而具有较佳的结构强度，除可确保该等微结构20的形状尺寸等而可增加该导光板2的生产良率外，亦可延长该基材10的使用寿命。

请参阅图6，其为本发明实施例2的加工示意图。于本实施例，本发明揭示一种镭射加工机台4，其用以执行如前述的光学微结构制造方法，而同于第一实施例的技术特征于此即不再加以赘述。该镭射加工机台4包括一承载平台40、一镭射共振腔41、一加工状态监测器42及一加工温度控制器43。

该承载平台40供以放置该基材10，该镭射共振腔41供以发射该镭射光束11，以针对该基材10进行加工以形成至少一该凸部101与该凹陷部102。该加工状态监测器42供以实时监控该凸部101的变化，并依据该凸部101的变化状态产生一状态讯号，该加工状态监测器42可连接设于该承载平台40一侧或可独立架设，仅需使该加工状态监测器42可顺利准确地监控该凸部101即可。该加工温度控制器43与该加工状态监测器42电讯连接，以根据该状态讯号，透过调整该镭射光束11的功率或频率等变因以控制该加工温度C₂。其中该加工温度控制器43与该加工状态监测器42可采无线或有线方式电讯连接，于本实施例该加工温度控制器43呈与该镭射共振腔41一并设置为一体，并透过无线方式与该加工状态监测器42电讯连接的态样为例说明。其中，该凸部101的变化状态如若于该镭射光束11轰击该基材10后，无法使该基材10顺利形成熔融态样，进而导致无足够呈熔融状态的该基材10堆积形成该凸部101，则该加工状态监测器42即产生并发送该状态讯号予该加工温度控制器43，以使其可根据该状态讯号调高该加工温度C₂。又或者，该基材10于受该镭射光束11照射后，呈熔融状态但却无法因冷却而使该凸部101成形或甚至形成气化状态，此时可能为该加工温度C₂过高而导致，因此该加工状态监测器42即依据此种状况产生并发送该状态讯号予该加工温度控制器43，以使其调低该加工温度C₂。藉此，本发明的该镭射加工机台4可随时监控加工制程状态，并实时地调整该加工温度C₂，以提升加工良率并确保该凸部101可依循所需态样成形。

同于前述，为维持该凸部101的成形良率，可藉由调整该承载平台40与该镭射共振腔41的间距，使该基材10位于该镭射光束11的焦距外，以利该镭射光束11采离焦方式针对该基板10进行轰击，并可使该镭射光束11的横模图像为旋转对称。此外，该基材10可为一金属板或一金属模具，以利后续透过各类加工方式制成一导光板及其上的复数微结构。其中，该基材10为一金属板时，于复数的该等凸部101成形后使其包覆一滚轮3，以利用压辗方式于该导光板2表面形成该等微结构20，而可如第5图所示。而各详细技术特征已于前一实施例述及，于此即不再加以赘述。

请参阅图7，其为本发明实施例3的立体示意图。于本实施例，本发明揭示一种导光板模具5，其以如第一实施例所述的光学微结构制造方法加工而成，该导光板模具5包括一基材50及复数个光学微结构51。

该基材50具有一转写表面501，用以转写一导光板。该等光学微结构51位于该转写表面501，任一该些光学微结构51由一凸部511及位于该凸部511周侧的一凹陷部512组成，其中，该凸部511由原位于该凹陷部512的物质所构成，亦即采用如第一实施例所述的光学微结构制造方法加工，而使该镭射光束轰击该基材50后，于轰击位置使该基材50呈熔融现象并冷却以堆积形成该凸部511及该凹陷部512，因此该凸部511即属原位于熔融区域的该基材50所堆积而成。并可参阅第5图，如前述，透过该镭射光束照射后，该基材50即形成有该凸部511及其周侧的该凹陷部512而组合形成该光学微结构51，藉由该等光学微结构51即可针对一导光板进行转写制程，例如前述藉包覆于该滚轮并透过压印方式于该导光板形成对应的微结构的加工制程。

本发明的光学微结构制造方法、加工机台及其导光板模具，透过控制该镭射光束的该加工温度，以于其照射至该基材后，使该基材形成熔融状态，并因冷却而堆积形成该凸部以及于其周侧的该凹陷部，以利用具有该凸部及该凹陷部的该基材作为导光板的模具以对导光板进行转写加工，使导光板表面可对应该凸部形成微结构。为使该凸部可顺利堆积形成，本发明亦限定该加工温度高低，以及该镭射光束的能量态样，以使成形的该凸部具有更精准的形状与尺寸。且本发明制成的该凸部，具有极佳的结构强度，以避免于长时间加工下而产生崩裂毁坏的现象，导致导光板对应形成的微结构形状及尺寸产生巨大误差。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学微结构制造方法，包括以下步骤：

提供一基材，且该基材具有一熔点温度C₁；及

照射至少一镭射光束至该基材，且该镭射光束具有一加工温度C₂，并符合C₁≤C₂≤(1.1×C₁)的条件，以使该镭射光束轰击至该基材时，令该基材呈熔融状态，进而于冷却后在该基材表面形成至少一凸部及位于该凸部的周侧的一凹陷部。

2.如权利要求1所述的光学微结构制造方法，其中，该基材位于该镭射光束的焦距外，使该镭射光束采用离焦方式针对该基材进行轰击。

3.如权利要求2所述的光学微结构制造方法，其中，该基材为一金属板，且于复数的该凸部成形后，该基材包覆一滚轮，以透过压辗方式于一导光板表面形成复数微结构。

4.如权利要求2或3所述的光学微结构制造方法，其中，该镭射光束的横模图像为旋转对称。

5.一种镭射加工机台，用于执行如权利要求1项所述的光学微结构制造方法，该镭射加工机台包括：

一承载平台，供以放置该基材；

一镭射共振腔，供以发射该镭射光束；

一加工状态监测器，用以实时监控该凸部的变化，并产生一状态讯号；以及

一加工温度控制器，用以根据该状态讯号，调整该镭射光束的该加工温度。

6.如权利要求5所述的加工机台，其中，该基材位于该镭射光束的焦距外，使该镭射光束采用离焦方式针对该基板进行轰击。

7.如权利要求6所述的加工机台，其中，该基材为一金属板，且于复数的该凸部成形后，该基材包覆一滚轮，以透过压辗方式于一导光板表面形成复数微结构。

8.如权利要求6或7所述的镭射加工机台，其中，该镭射光束的横模图像为旋转对称。

9.一种导光板模具，是以如权利要求1所述的光学微结构制造方法加工而成，该导光板模具包括：

一基材，具有一转写表面，用以转写一导光板；以及

复数个光学微结构，位于该转写表面，任一该些光学微结构由一凸部及位于该凸部的周侧的一凹陷部所组成；

其中，该凸部由原位于该凹陷部的物质所构成。

10.如权利要求9所述的导光板模具，其中，该基材为一金属板，用以包覆一滚轮，透过压辗方式转写该导光板。