CN113917585A - 光漫射部件和制造光漫射部件的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了光漫射部件。所述光漫射部件包括基板，比如玻璃，所述基板具有前侧、与所述前侧隔开的后侧、以及被配置成用于接收光源的边缘。所述玻璃板包括至少一个散射层，所散射层具有多个光散射中心，所述多个光散射中心被蚀刻至所述玻璃板的所述前侧的至少一部分中。随着离所述边缘的距离增加，所述散射中心具有增加的密度，并且所述散射中心在尺寸上随机分布并且小于约200μm。还公开了一种制造光漫射部件的方法，包括对基板比如玻璃板进行掩模，以及对所述基板进行蚀刻从而使得产生的散射中心的密度随着离光源距离的增加而增加。
Description
本申请是申请日为2015年10月21日、申请号为201580057693.0、题为“光漫射部件和制造光漫射部件的方法”的分案申请。
本申请要求2014年10月23日提交的美国临时申请号62/067657的优先权权益，将所述临时申请通过引用以其全部内容结合在此。
背景技术
本公开总体上涉及一种制造光漫射部件的方法，并且更具体地涉及一种制造供用于透明或半透明显示器中的光导的方法。
典型的透射式显示器可以包括被均匀背光照亮的液晶堆叠。透射式显示器中的背光是由具有嵌入式散射中心的光导、光管理膜(比如IDF(图像定向膜)和D-BEF(亮度增强膜))、随后的漫射器制成的集合。这些光管理膜的组合性能有助于为背光组件遍及其尺寸传递均匀亮度。由于背光隐藏在许多部件(包括正交偏振器)后面，所以透射式背光架构更加宽容。
任何LCD(液晶显示器)***的主要结构都是照亮许多LCD单元的光导。最常见且目前的实现方式使用向光导中注入光的位于侧面的LED光源。光导本身在底面嵌有散射中心。这些散射中心不管是凹状还是凸状的都负责对传播通过光导的光进行散射和重定向。如果这些散射中心或点被周期地沿光导放置，则光提取图案遵循指数衰减，其中，大部分的功率是在开始时提取的并随着越来越少的功率保持在光导中可用而逐渐下降。为了在整个光导上维持均匀亮度，在功率较高(接近LED)的情况下散射中心分布必须使得更少的提取散射中心可用，并且在功率较低的情况下使得更多的提取散射中心可用。在这种实现方式中，散射中心的尺寸通常维持恒定且良好定义(一般在尺寸上是几百微米至一毫米)，而散射中心之间的距离从在LED附近约300μm降低至在一维梯度的相对端处约30μm。
显示器的最近趋势是朝向透明和半透明显示器。透明或半透明显示器的潜在用途包括医院墙壁、建筑物窗户、数位看板、窗户广告和平视显示器。透明显示器可以刺激即需显示器的概念，在这种情况下，显示器将只有当你想要它的时候存在。
不同于透射式显示器，在透明或半透明显示器中，可能存在的唯一部件是半透明LCD堆叠和光导。在透明或半透明显示器中，不再有漫射器、光管理膜或背反射器。此类显示器会需要极其小的光散射中心，从而不可见。光散射中心还会需要被随机化，从而将对LCD堆的任何干涉(莫尔条纹)最小化。
与透射式显示器类似，为了补偿在光传播通过光导时观察到的自然指数衰减，在透明或半透明显示器的散射中心分布中需要梯度，从而允许均匀的光提取。
本公开提供了一种制造供用于透明或半透明显示器中的光漫射部件、或光导的方法。
发明内容
本公开的一个实施例提供了一种通过掩模和蚀刻工艺来制造光漫射部件或光导的方法。所述方法包括在基板的前侧的至少一部分上制作散射中心图案，所述基板可以是玻璃板，产生用于显示器中的光导。所述光导可以进一步包括边缘。所述边缘可以被配置成用于接收光源。所述散射中心图案具有与所述边缘相邻的更小的散射中心密度以及随着离所述边缘的距离增加而更大的散射中心密度。可以通过在所述前侧上沉积掩模材料来在前侧上制作掩模、将所述掩模粘附至所述前侧、并对所述前侧进行蚀刻来制作所述散射中心。然后可以对所述前侧进行清洁。
在本公开的一个实施例中，通过控制前侧上掩模的密度来控制散射中心的密度。可以通过沉积与边缘相邻的更大量的掩模材料并且随着离边缘的距离增加而减小掩模材料的密度来实现散射中心的期望密度。
在本公开的另一实施例中，通过固化掩模材料来控制散射中心的密度，其方式允许与边缘相邻的减少的蚀刻并允许随着离边缘的距离增加而增加的蚀刻。
本公开的另一实施例提供了包括玻璃板的玻璃光漫射部件，所述玻璃板具有：边缘，所述边缘被配置成用于接收光源；以及散射层，所述散射层具有多个光散射中心，所述散射中心具有随着离所述边缘的距离增加而增加的密度，所述散射中心在尺寸上随机地分布。
附加特征和优点将在以下详细描述中予以阐明，并且将部分地从所述描述中对本领域技术人员而言变得容易明显或通过实践本文所描述的实施例而被认知，包括以下详细说明书、权利要求书以及附图。
应当理解的是，前述概括描述和以下详细描述都仅是示例性的，并且旨在为理解权利要求书的本质和特征提供概述或框架。附图被包括以便提供进一步理解，并被结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图展示了一个或多个实施例，并且与说明书一起用于解释不同实施例的原理和操作。
附图说明
图1是陈列了本公开的一个实施例的步骤的简图。
图2示出了具有被蚀刻至表面中的散射中心的玻璃板。
图3是示出了与商用光导和具有均匀散射中心密度的光导相比本公开的光导的有效性的表图。
具体实施方式
现将详细参照本技术的实施例，其示例在附图中展示。只要可能，贯穿附图将使用相同参考数字来指代相同或相似的零件。
本公开提供了一种用于制造用于透明或半透明显示器中的光导的掩模和蚀刻工艺。在一些实施例中，本公开产生满足透明或半透明显示器中光导的尺寸、随机性、和剖面分布要求的随机化微粒点阵列结构。在此所描述的光导可以由显示器中所使用的常规基板(比如塑料板或玻璃板)制成。
光导中所使用的基板的总体结构是薄板，所述薄板具有彼此大致平行的两个主要平面(在此描述为前侧和后侧)、以及大致上与这两个主要平面正交并将其连接的至少一个边缘。在一些实施例中，所述基板在形状上是具有四条边的矩形。所述边缘可以是平坦的(或平面的)，或者可以具有将其连接至前侧和后侧的斜面或其它配置。
图1是陈列了本公开的一个实施例的步骤的简图。在本公开的一些实施例中，第一步骤可以是对玻璃后侧进行层压的步骤，方框12。对玻璃后侧进行层压以保护后侧不经历将为玻璃前侧提供期望的散射中心图案的工艺。可以使用在蚀刻工艺中用来保护表面将不被蚀刻的任何常规层压。术语后侧和前侧不指定光导在最终产品中的具体取向并且仅用来区分对一侧的讨论与对另一侧的讨论。
下一步可以是清洁玻璃前侧，方框14。在本公开的一些实施例中，清洁步骤可以包括用丙酮彻底地擦拭玻璃前侧，然后用异丙醇彻底地擦拭，然后将玻璃***UV臭氧15分钟伴随30psi氧流，紧接着是5分钟冷却周期。
下一步骤需要涂覆掩模，方框16。掩模可以由任何常规掩模材料制成，比如像有机或无机聚合物、光刻胶、金属(Ag、Au、Cu、Cr)、氧化物(二氧化硅)或耐蚀刻剂的氮化物(氮化硅)。
如上文所解释的，为了在整个光导上维持均匀亮度，在功率较高(接近LED)的情况下散射中心分布必须使得更少的散射中心被定位，并且在功率较低的情况下使得更多的散射中心可用。光导中的光强度一般以非线性形式下降。为了正确地解决强度的变化，掩模被指定为允许在最接近(多个)LED处更少地蚀刻前侧并根据离LED边缘的距离逐渐地允许更多的蚀刻。随着离所述光源或这些光源的距离增加，对抗蚀刻的保护减弱，从而使得在蚀刻步骤将发生更多的蚀刻并且将制作更多的散射中心，下文所述。散射中心分布可以是非线性或线性的，但从而使得其解释并校正光导中的光强度变化并在光导的前平面之外提供近似相等的强度(±20％或更少、±15％或更少、±10％或更少、或±5％或更少)。
在本公开的一些实施例中，可以在玻璃前侧上沉积掩模从而制作期望散射中心剖面分布的反转。如以上所指出的，当LED被定位在光导的仅一个边缘(或侧)时，与LED相邻的光导的玻璃前侧将收到更大的保护，同时从LED移开的光导的玻璃前侧将收到更少的保护。然而，在LED将被定位在光导的相反边缘上的情况下，玻璃前侧的中心区域将收到对抗蚀刻的更少保护。
在本公开的非限制性实施例中，掩模可以由喷墨打印机涂覆并且掩模可以是墨水。喷墨打印机可以涂覆简单位图文件所指定的图案。在第一实施例中，掩模图案可以被制成是连续墨水梯度，其中，墨水密度远离边缘逐渐地降低。在LED将被定位在光导的相反侧上的情况下，墨水密度从厚到薄变化并且然后逐渐增加回到厚。如以上所指出的，在掩模材料单独指示蚀刻图案的情况下，重要的是打印所需最终结果的反转。蚀刻之后，散射中心将几乎不接近边缘并且更频繁地朝向墨水密度降低的中心。玻璃前侧将在墨水密度降低的情况下更大程度上被蚀刻。
在本公开的非限制性实施例中，掩模可以由喷墨打印机涂覆并且掩模可以是两层的墨水。第一光掩模图案可以被制成是连续没有梯度的。由随机定位的墨水液滴制成的第二图案可以被沉积至第一掩模上作为梯度。在这个具体两层的掩模中，由于在不存在额外液滴的情况下酸渗透得更快，所以最终结构将在形状和尺寸上、但不在位置上是随机的。
在第三实施例中，掩模可以由具有分布式间隙开口的浓厚墨水材料制成。这些开口可以是点或具有其他任意形状。开口的尺寸可以保持恒定或者是变化的。取决于光导的预期用途，可以使开口的位置是随机的或非随机的。这个具体实施例允许设计师满足具有特征形状、尺寸和位置的具体目标。由于给酸提供了清晰的路径，经蚀刻基板将具有只有在掩模随机时才随机的特征。
喷墨涂覆墨水作为掩模可以是有益的，因为喷墨打印技术容易开发、可扩展且成熟。喷墨打印机可以轻易地控制所沉积的墨水的尺寸分布和横向间隔以及因此产生的散射中心。虽然喷墨打印机所沉积的墨水液滴宏观上看起来是均匀的，但它是由点中随机分布的许多更小染料粒子组成的，这可以给最终产品提供随机散射中心图案，所述图案具有裸眼不可见的期望尺寸，即小于约20μm。
可以通过许多不同方式控制由喷墨打印机所制作的图案，比如通过墨水覆盖、通过次数、墨水密度、墨水厚度、墨水颜色、固化温度、喷嘴高度和喷嘴速度。取决于需要，喷墨打印机可以用间隙点使掩模连续或离散。
下一步骤需要对掩模材料进行固化，方框18。固化的类型将由所使用的掩模材料类型指示。例如，紫外线固化是掩模和蚀刻工艺行业众所周知的，并且可以用于UV敏感性掩模材料。在喷墨打印机所沉积的墨水的情况下，可以利用UV固化。
可以对固化步骤进行调节，从而使得取决于离LED将被放置的光导边缘的距离，掩模可以被固化不同的量。可以实现掩模材料的固化从而允许提高与边缘相邻处对抗蚀刻的保护并允许当离边缘的距离增加时减小对抗蚀刻的保护，通过改变固化的温度来控制固化。换言之，固话可以被实现为在与边缘相邻处提供减少的蚀刻并随着离边缘的距离增加而增加的蚀刻。在这种实施例中，掩模材料可以均匀地分布在前侧的有待经受蚀刻的部分上，并且实现的蚀刻量可以是掩模材料固化量的函数。
下一步骤需要对玻璃前侧进行蚀刻，方框20。蚀刻步骤将根据由掩模材料给这个表面提供的保护来对玻璃前侧进行蚀刻。如上文所解释的，当存在较少掩模保护时将发生较强蚀刻，并且当存在较强掩模保护时将发生较少蚀刻。同样如上文所解释的，可以从沉积掩模材料的方式或掩模材料被固化的方式获得掩模保护。
在本公开的一些实施例中，可以使用湿法化学蚀刻来完成蚀刻。湿法化学蚀刻工艺是本领域中众所周知的——例如，蚀刻剂可以由冰醋酸(GAA)与氟化铵(NH4F)的混合物组成。氟化铵可以是40％的氟化铵(NH4F)水混合物。GAA与NH4F的比例按照体积可以从9:1至约1:9。这种蚀刻成分相对温和并且将不会腐蚀或损坏本公开的工艺中所使用的设备。
下一步骤可以是去除蚀刻剂——例如通过使用去离子水冲洗，方框22，紧接着的是风干步骤，方框24。
下一步骤可选地涉及通过适合所使用的掩模材料类型的任何常规方法来移除任何剩余过量的掩模材料，方框26中所示。
最终，一旦蚀刻工艺完成，就可以移除后侧层压制件。
定义光导的透明度的一个因素是光导的“雾度”。在本领域中，透射雾度被定义为从入射光束的方向散射超过2.5°的透射光的百分比。雾度是被蚀刻表面的粗糙度指示。更大的粗糙度增加雾度；更小的粗糙度减小雾度。在一些非限制性实施例中，对于透明显示器，光导可以具有不超过约15％、或不超过约14％、或不超过约10％的雾度。雾度(和粗糙度)可以受酸性蚀刻剂中的酸浓度以及蚀刻时间控制。更高的浓度和增加的蚀刻时间增加雾度(和粗糙度)。
使用30-5-30M(品红色)墨水密度梯度根据本公开制备样本光导。用GAA：40％的NH4F水混合物的9:1溶液来蚀刻所述样本光导。如图2中所示，产生的散射中心是随机的。散射中心在尺寸上是随机分布的且小于约200μm并且在光学上裸眼不可见。如图2中可见，特征的密度分布根据离光源的距离从低到高到低地变化。在这种几何结构中，光导被设计成被从两侧照亮。
将本公开的样本光导与商用平板光导和没有梯度的均匀蚀刻的光导进行比较。商用平板光导包括恒定且良好定义的散射中心，而散射中心之间的距离从在LED附近约300μm降低至在一维梯度的相对端处的约30μm。关于没有梯度的均匀蚀刻的光导，其散射中心在直径上约200μm并且散射中心之间的距离从10μm至300μm随机地变化。
当探测器以竖直的方式扫描表面时，所有三个样本被从底部照亮。图3汇总了探测器所捕捉的检测到的功率。如图3中所示，均匀蚀刻的样本(菱形数据点)示出了功率根据进入样本的距离的逐渐衰减。商用背光(三角形数据点)示出了非常均匀但非衰减型输出。这种类型的输出是LCD背光应用优选的。本公开的背光(正方形数据点)示出了比商用平板甚至更好的光提取能力。
本领域的技术人员将了解的是，可以作出各种修改和变更，而不背离所附权利要求书所限定的在此所述方面的精神和范围。
Claims (11)
1.一种制造光漫射部件的方法，包括：
在基板的前侧的至少一部分上制作散射中心图案；所述基板进一步包括边缘，所述边缘被配置成用于接收光源；所述图案具有与所述边缘相邻的更小的散射中心密度以及随着离所述边缘的距离增加而更大的散射中心密度，所述制作步骤包括：
在所述前侧上沉积掩模材料从而在所述前侧上制作掩模；
将所述掩模粘附至所述前侧；以及
对所述前侧进行蚀刻；以及
清洁所述前侧，
其中，所述掩模材料是用喷墨打印机沉积的墨水，并且所述沉积步骤包括：沉积具有均匀密度的第一层墨水，并且沉积与所述边缘相邻的具有更大密度的墨水的第二层墨水，并随着离所述边缘的距离增加而减小所述墨水的密度。
2.如权利要求1所述的制造光漫射部件的方法，其中，所述基板是玻璃板。
3.如权利要求1所述的制造光漫射部件的方法，其中，所述喷墨打印机沉积包括在尺寸上随机分布的小染料粒子的墨水液滴。
4.如权利要求1所述的制造光漫射部件的方法，其中，在所述沉积步骤过程中，通过墨水喷嘴沉积墨水，并且通过改变墨水厚度、改变墨水颜色、改变所述墨水喷嘴高度、或改变所述墨水喷嘴速度来控制在所述沉积步骤过程中沉积的所述第二层墨水的密度。
5.一种制造光漫射部件的方法，包括：
在基板的前侧的至少一部分上制作散射中心图案；所述基板进一步包括边缘，所述边缘被配置成用于接收光源；所述图案具有与所述边缘相邻的更小的散射中心密度以及随着离所述边缘的距离增加而更大的散射中心密度，所述制作步骤包括：
在所述前侧上沉积掩模材料从而在所述前侧上制作掩模；
将所述掩模粘附至所述前侧；以及
对所述前侧进行蚀刻；
其中，所述掩模材料均匀地分布在前侧的有待经受蚀刻的部分上，且所述粘附步骤包括以允许与所述边缘相邻的减少的蚀刻并且允许随着离所述边缘的距离增加而增加的蚀刻的方式固化所述掩模材料的步骤，并且通过改变所述固化的温度来控制所述固化。
6.如权利要求5所述的制造光漫射部件的方法，其中，所述固化步骤包括对所述掩模材料进行固化，从而允许与所述边缘相邻的减少的蚀刻并且允许随着离所述边缘的距离增加而增加的蚀刻。
7.如权利要求1所述的制造光漫射部件的方法，其中，所述蚀刻步骤包括：对所述前侧进行蚀刻，从而利用与所述边缘相邻的降低的散射中心密度以及随着离所述边缘的距离增加而增加的散射中心密度来制作散射中心密度的梯度。
8.如权利要求1所述的制造光漫射部件的方法，其中，所述蚀刻步骤在蚀刻浴中执行，所述蚀刻浴包括冰醋酸(GAA)与氟化铵(NH4F)的混合物。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述氟化铵(NH4F)是40％的氟化铵(NH4F)水混合物。
10.如权利要求9所述的制造光漫射部件的方法，其中，所述冰醋酸(GAA)与所述氟化铵(NH4F)水混合物的比例按照体积是约1比约9至约9比约1。
11.如权利要求1所述的制造光漫射部件的方法，其中，所述玻璃板进一步包括后侧，所述后侧与所述前侧隔开，并且所述方法进一步包括在所述制作步骤之前层压所述后侧，并在所述制作步骤之后清洁所述后侧。
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