基于折衍混合理论的中小尺寸一体化微光学导光板研究

结合微光学、二元光学，将迭代算法应用于中小尺寸背光系统导光板结构的设计研究，在导光板上、下表面设计特殊的折衍混合的高精密微光学阵列结构，提出用一体化微光学导光板实现目前典型背光系统中双层正交棱镜膜、扩散膜、导光板及平面反射膜五层复杂结构的功能；将折衍混合理论用于一体化导光板上、下表面微结构的优化设计；增加了光学设计自由度，突破传统光学系统的局限，能够同时达到光束汇聚及消色差的目的，在亮度、均匀性等技术指标上超越传统设计。该一体化导光板采用二元光学独特的加工技术，制作表面微光学结构特征尺寸在微米量级的导光板母版；利用电铸技术将母版转换成金属模具；后期通过目前稳定、成熟的注塑等技术进行大规模复制，降低成本，具有极好的社会效益和经济效益。本项目研究成果的实施能够突破美国3M双层正交棱镜膜的专利垄断，改善日本专利技术V-cut结构易刮伤等缺点，打破国内在导光板核心技术设计中无自主知识产权的局面。

在本项目研究中，结合微光学、二元光学特点，运用迭代算法，对中小尺寸一体化微光学导光板进行了设计研究，得到一款下表面熔合微棱镜阵列结构、上表面熔合非球面半柱状微聚光结构的一体化微光学导光板，其上、下表面微结构相互匹配、共同作用，实现目前典型背光系统中双层正交棱镜膜、扩散膜、导光板及平面反射膜五层复杂结构的功能。接着，利用精密机械加工技术，制作出一款1.8英寸一体化导光板手板，并且与典型背光系统进行对比测试；测试结果验证了所设计的一体化导光板的可行性。基于上述设计，通过一体化微光学导光板光学模型的创建及优化算法的研究，对一体化导光板下表面的微结构阵列参数进行了优化。以微光学、二元光学技术制作的一体化导光板，形成一个折衍混合的光学系统，具有折射、衍射光学系统的各自优势；利用软件将优化设计的一体化导光板上表面微结构单元进行相位压缩、量化，用衍射理论对其进行了分析。基于光刻、反应离子刻蚀等半导体工艺，对特征尺寸在微米量级时的制作工艺进行了研究；编写出自动提取掩膜套版数据的计算机程序及GUI界面，并成功提取了一体化导光板上表面微结构阵列的掩膜套版数据；针对套刻工艺中的对位误差这一重要参数，对掩膜套版中的对位标记设计进行了研究。将微光学、二元光学理论应用于系统集成化的思想做进一步扩展，研究并设计了一款一体化微光学增亮膜。在本项目研究中，设计、制作了一体化导光板手板，并对其进行了测试；申请并获得授权的发明专利2项，发表了相关论文5篇，培养了研究生3名。