本研究除了利用鋼板蝕刻製作導光板模仁以外，還利用熱熔製程 製作導光板模仁，目的在於比較兩者之間的差異性。熱熔製程製作導 光板模仁前，須先將熱熔參數測試出來，再以熱熔製程製作導光板模 仁。模仁製作完成後，以平面壓印的方式製作導光板樣本，量測其光 學性質並與光學模擬結果、鋼板蝕刻量測結果等做比較、分析。
3-5-1 熱熔製程參數測試
此熱熔參數試驗室為了後續導光板模仁製作時，設計微結構網點 大小及高度最佳參數是否可行的前置作業，並且對於熱熔後的網點微 結構做輪廓與表面分析。
1. 試片製作
測試熱熔參數所使用的試片是委託工研院微系統中心製作，使用 6 吋晶圓，所使用之光阻為 SPR-620，光阻旋塗塗佈均勻後，經儀器 量測厚度約為 4μm，如圖 3-26。曝光後光阻圖案為圓形網點，直徑 分別為 20μm 與 50μm，SEM 掃描量測下，網點形狀如圖 3-27。
2. 熱熔參數測試
熱熔參數測試的目的在找出 1~2 組接近理想的熱熔過程製作鏡
面球形微結構，其數值可以套用於導光板設計與模擬的設計值，並不
在各持溫參數下，利用掃描式電子顯微鏡(SEM)分別觀測其表面粗糙 度，如圖 3-30 所示，可以發現經由持溫時間的加長，微結構的表面 結構漸漸趨於平滑，網點直徑 20μm 依照量測顯示有較顯著的變化，
微結構周邊的不規則突起，隨著持溫時間加長而漸漸趨於平滑。依照 所觀測的結果發現持溫時間為 4 小時最為適合實驗所使用。
第三步驟是取測試參數為持溫溫度 200°C，持溫時間為 4 小時這 組熱熔參數，微結構為圓形網點，微結構直徑為 20μm 與 50μm，此 參數熱熔後觀察可得其表面輪廓較佳，並以原子力顯微鏡(AFM)量測 表面輪廓與表面粗糙度，所得數值與預計的理想鏡面球形微結構做比 較，如圖 3-31、圖 3-32，可以得到量測數值與理想值兩者之間的差 異性不大。剖面輪廓表面與理想球形的輪廓相比，數值相近於理想 值，網點高度依據公式 2-3 可以推估算出來，光阻厚度為 4μm，網 點直徑為 20μm 的光阻，經過熱熔製程後網點高度會變成約 4.3μm；
光阻厚度為 4μm，網點直徑為 50μm 的光阻，經過熱熔製程後網點 高度會變成約 5.2μm 左右，依據 AFM 所量測出來的數據，高度量測 值跟預估值之間的誤差約在 3 %以內。此網點成形的熱熔參數可以作 為 SPEOS 光學軟體設計所使用，網點成形的大小與高度可以做為導光 板網點設計上依據。
3-5-2 熱熔製程製作模仁與導光板樣本測試
本實驗中所做的熱熔製程製作導光板模仁，其目的在於對照鋼板 蝕刻製作模仁，兩者的加工方法與加工過程不同，鋼板蝕刻可製作大 面積尺寸、製程簡單快速，熱熔製程只能製作小面積尺寸，兩者所能 製作的網點大小與網點間隔也不同，熱熔過程可製作較小的網點大 小、網點間的間隔也較小、網點微結構粗糙度也較為平滑。
但是由於成本與時間上的考量，並無法製作與鋼板蝕刻相同的網 點，所以須藉著 SPEOS 光學模擬的分析，分析兩種方式製作模仁所造 成的差異。
1. 熱熔製程製作模仁
由於先前鋼板蝕刻的製程測試，可以知道導光板捲材的吸收係數 範圍，以此吸收係數為設定值，利用 SPEOS 光學軟體設計熱熔製程所 製作之模仁的導光板網點樣本以 AutoCAD 輸出成檔案格式，用以製作 成曝光時所使用的光罩，光罩與光阻製作作業委託工研院微系統中心 進行，預定製作的導光板網點大小 20μm、高度 5μm、網點最小間隔 為 5μm。在曝光、顯影等過程後光阻利用熱熔製程所測試的參數進 行熱熔製程，熱熔製程後模仁無法直接使用，必須經過電鑄、翻模等 過程，此過程委託工研院機械所進行翻模鑄模的作業，然後進行平面
UV embossing 轉印製作導光板。
2. 熱熔製程平板模仁製作導光板光學檢測與光學模擬做比較
實驗會先以平面壓印製作導光板樣本，經過光學檢測後記錄其結 果，並與光學模擬作比較、分析兩者之間的差異性。
3. 鋼板蝕刻與熱熔製程平板模仁製作導光板光學檢測做比較
本實驗中利用兩種方式製作導光板模仁，分別是鋼板蝕刻製作導 光板模仁與熱熔製程製作導光板模仁，兩者在比較上鋼板蝕刻製程的 成本較低、可以製作大面積範圍，製作模仁過程較簡單，但是網點蝕 刻網點的表面粗糙度不佳，形狀精度上也略嫌不足；熱熔製程製作模 仁成本較高，其製作過程也較繁雜，必須經過電鑄、翻模的二次製作 程序，但比起蝕刻製程來說，可製作微結構的尺寸較小、微結構之間 的分佈可較密集、表面粗糙度與形狀精度較佳等等優點。換句話說，
利用熱熔製程製作導光板模仁，在設計上可設計網點結構較密集，出 光效率較高的導光板，而且厚度較也較薄。
熱熔製程製作導光板的目的是做為與鋼板蝕刻比較的對照組，可 以藉由兩者所製作的導光板實驗數值得知兩者之間的差異。但是在本 實驗中，因為成本與時間的關係，無法以熱熔製程製作與鋼板蝕刻相
同大小的網點，兩者間無法直接比較。所以必須借助 SPEOS 光學模 擬，推算出兩者之間的差異性。
圖 3-26 光阻塗佈厚度量測(軟烤後)
圖 3-27 最初光阻圖形的 SEM 圖 (圖為直徑 50μm)
升溫曲線圖
0 50 100 150 200 250
0 1 2 3 4 5 6
時間(hr) 溫度(C)
圖 3-28 持溫溫度 200°C、持溫時間四小時升溫示意圖
圖 3-30 50μm 與 20μm 的球形網點 SEM 圖
經由持溫時間的加長，微結構的表面結構漸漸趨於平滑，網點直徑 20μm 依 照量測顯示有較顯著的變化，微結構周邊的不規則突起，隨著持溫時間加長而漸 漸趨於平滑
圖 3-29 熱熔參數數值熱熔後之 OM 圖，放大倍率為 500 倍 (a)(b)為放大倍率 1000 倍
(a)
(b)
3-6 滾壓參數對導光板成形的影響
模仁委託工研院機械所做表面抗沾黏處理，以降低 UV 膠對模仁的附 著性，使得導光板滾壓成形時更容易脫模，以免造成滾壓時導光板損 壞與滾筒模仁結構被破壞。
因為本研究中只使用 UV 膠 TX-200，並無其他 UV 膠或是 UV 光阻 可供試驗使用，所以研究中並無詳細討論其他 UV 膠或是 UV 光阻對於 製作導光板的差異性。
3-6-2 成形時導光板捲材的張力控制
導光板滾壓時，負責做為輸送傳動的滾筒對於導光板捲材兩端有 張力作用，其張力作用在滾壓製程時兩端張力會對捲材造成一正向 力，能使得導光板捲材貼合在模仁上，導光板捲材兩端的張力越大，
所造成的正向力就越大，導光板捲材就越貼近模仁，進而使得導光板 成品殘留層厚度越小如圖 3-34 所示，張力大小所對應的殘留層厚度 如表 3-2(殘留層厚度為 80μm是在非作業張力下製作，嘗試製作殘留 層厚度極厚的導光板樣本，以作為實驗中對照的測試)。
因為殘留層厚度越厚，導光板本身的厚度越大，代表著導光板製 作厚度與設計上的厚度誤差越大，而且 UV 膠殘留層越厚，會造成導 光板成品與設計上的誤差越大，以致於影響導光板整體出光。實驗時 針對滾壓時導光板的殘留層厚度做探討，針對兩種極端的厚度，分別
為殘留層厚度約為80μm與殘留層厚度約為10μm，如圖 3-35 所示，
並做光學上驗證，比較分析光學性質上的不同點。
3-6-3 UV lamp 的強度與成形速度的控制
滾壓成形時 UV lamp 的強度與滾壓成形的速度是決定固化劑量 (UV 固化所必需的能量多寡)的兩個重要因素，換言之固化劑量約為 UV lamp 的強度與成形速度的乘積，UV 固化劑量在選擇 UV 膠、決定 導光板殘留層厚度、導光板捲材的透光率與吸收率等等滾壓製程前設 計與準備時就已經固定了，所以在滾壓製程中必須讓決定固化劑量的 兩個因素盡量配合，實驗時在製程中分別對這兩個參數做變動做探 討。
測試對於導光板滾壓製程所造的影響，UV lamp 的強度為Ⅰ、Ⅱ、
Ⅲ(工研院內部資料數據，不公開)，UV 光強度為Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ，滾壓的 成形速度為每秒 1 公尺、每秒 2 公尺、與每秒 5 公尺，針對這兩種滾 壓參數分別做交叉測試製作導光板，藉此試驗可以得到 UV lamp 的強 度與成形速度對於導光板的成形有何影響。
(a)脫模失敗的導光板 (b)脫模失敗的導光板模仁 圖 3-33 脫模失敗的導光板與導光板模仁
圖 3-34 導光板兩端張力越大，正向力越大，捲材上的殘留層會越薄
圖 3-35 量測厚度不同導光板的殘留層
表 3-2 張力與所殘留厚度對照表
張力大小(N) 殘留層厚度(μm)
10 N(非作業張力) 80μm
32 N 20μm
37 N 10μm
42 N 4~8μm(有缺陷)
第四章 實驗結果與討論
本章節是對於設計時所做的模擬結果與實驗過程中所做的各種 實驗，一一提出做詳細的討論，並且針對模擬與實驗所得到的各項結 論與發現做一小結。
4-1 光學模擬
光學模擬部份，研究中所討論部分是導光板的優化策略、各種反 射參數對於模擬的照度趨勢影響、材料吸收係數與網點最小間距等 等。以 SPEOS 做光學模擬，其光學模擬的結果與其相對的變化趨勢可 以作為導光板的設計依據。
4-1-1 導光板出光均勻性優化策略
分別以(1)分段式陣列佈點與(2)連續式交錯佈點兩種佈點方式 設計導光板，調整佈點時盡可能地將導光板的均勻性提高，並且利用 SPEOS 內部程式分析兩者的出光效率。調整網點時以調整網點間的間 隔(pitch)為主，而不調整網點深度或是網點大小，這是因為我們希 望在網點模仁製作時，網點微結構製作參數可以固定，調整網點分佈 位置即可。
利用上述兩種網點分佈形式，以 SPEOS 分別模擬兩者光學效果並
比較兩者之間的差異，模擬結果如圖 4-1與圖 4-2所示。表 4-1為列
比較兩者之間的差異，模擬結果如圖 4-1與圖 4-2所示。表 4-1為列