光學擴散模塊以及光擴散結構的形成方法

2023-09-22 23:50:55

專利名稱：光學擴散模塊以及光擴散結構的形成方法
技術領域：
本發明涉及一種光學擴散模塊，尤其涉及一種通過形成駐波紋形式的 微透鏡使光線擴散的光學擴散模塊。
背景技術：
背光模塊隨著大尺寸化、簡單化與低價化的平面顯示器市場發展趨勢，光源由含汞的CCFL轉為固態LED光源或平面光源。提供高效且均勻的背 光源，微光學結構膜片起著極為重要的作用。對於成本與效能而言，微結 構光學膜片可以提供較低的材料成本與較佳的光學效能，因此，以微結構 進行背光源擴散的光學設計頗多，對於點光源或線光源可以看到以單軸向 或雙軸向的方式來達到擴散的效果。背光模塊或一般燈管照明中冷陰極光源或日光燈管的使用需要使用重 金屬汞來產生光色，這在環保上將逐漸受到限制。LED的光源是亮度與曰 劇增、壽命長、低耗電、無汙染的固態光源，因此LED應用的範圍不斷擴 大，從一般照明到顯示器背光源的使用，目前LED應用在顯示器上主要是 在3C電子用品，日韓各大廠將LED應用推向大尺寸的平面顯示器中，LED 色彩飽和度佳，可以用RGB混光或藍光搭配螢光的方式提供白光光源，在 製造過程中可以配合電路進行光源的設計調控，但與冷陰極燈管相比，其 單價高，存在色溫問題，這些都是極待解決的課題。目前利用單顆光學帽 與陣列的方式可以達到局部混光效果，擴散設計多半是以傳統的擴散厚板 來進行，如何使LED光源分布更均勻、降低LED使用顆數、減少背光模塊 的厚度、利用有效的微光學結構膜片、均勻分散點光源是本發明的重要出 發點。一般而言，傳統的直下式光源擴散目前最常見的處理方式是採用擴散 板(膜)，以霧化擴散的方式將光源均勻分散，這種方式存在一些問題。由 於採用混成霧化厚板將導致輝度降低和光源被材料吸收損耗，混成粒子擴 散採用散射的方式，擴散的角度不大也無法控制。另一種方式是採取柱型
鏡陣列結構，利用微結構幾何光學的原理，以膜片就可達到較高的輝度和 可控制的擴散角度，配合 一 片擴散膜或霧化處理面就可以達到均勾化的效 果。 一般製作柱型鏡的方式不外乎採用機械加工、熱融法或其它複合方式 來成型，柱型鏡陣列間的間隙處理、機械強度與複製性也是很重要的。針 對如何運用特殊的光學設計與簡化的製造過程製作出無間隙、高機械強度 及高結構複製性的高分子凝結構光學膜片的問題，本發明的發明人曾在專利申請號為CN 94133325和CN 94133326的兩份發明專利申請中披露了以 特殊的光罩製造出連續波紋狀微結構陣列的方法和所製造出的微結構陣列。所述兩份專利申請披露了利用雷射拖拉法並結合光罩圖形設計製造出 供製造微透鏡使用的模具的方案。如圖1A所示，雷射束B經由光罩5照射 至基材10上，同時將光罩5朝Ll的方向拖拉，如此，雷射束可在基材10 上刻寫出溝槽12。所述兩個技術方案主要是控制雷射能量束在基材上不同 位置的蝕刻量，以造成灰階漸增效果而產生三維結構。其中，雷射拖拉可 控制的參數包括拖拉速度、雷射能量、及重複頻率等，此部分最主要影響 整體結構的深度，例如拖拉速度愈快、雷射能量愈小或雷射重複頻率愈小 使得單位時間內的蝕刻量愈小，造成結構的整體深度較淺；反之，則較深。 另一方面，光罩圖形是影響三維結構輪廓最主要的控制因素，如圖1B所示， 在光罩M30上形成凹凸狀的圖形M3,然後通過雷射束的照射在基材上形 成凹凸狀交錯排列的第一微透鏡202以及第二微透鏡204，藉助於光罩圖形 M3中央與兩側開口面積的不同，造成兩個不同位置蝕刻量的差異，進而產 生不同的深度。在所述兩種方案中，主要利用了不同長短軸橢圓形或圓形 的光罩圖形矩陣組合，其中，橢圓形光罩長短軸比例愈大，造成蝕刻量差 異愈大，而形成曲率較小的橢圓曲線，若選用圓形光罩則形成近似圓形的 曲面。圖2A示出了將圖1B所示的光擴散用的微透鏡結構200與擴散膜50 配合使用的情況，圖2B是藉助於微透鏡結構200所擴散的光的照度分布圖， 圖中的長條狀區域表示光線匯聚處。發明內容背景技術中所提到的微透鏡結構可使光線一維擴散，本發明的目的在
於提供一種光擴散結構，其可以達到使光二維擴散的效果。此外，本發明 還將提供一種光擴散結構的形成方法。為實現所述目的，本發明一優選實施方式的光擴散模塊包括一擴散板 以及一光擴散結構，擴散板具有一第一面，光擴散結構形成於第一面上。光擴散結構包括多個突起部以及多個凹陷部，所述突起部沿第一方向以 及第二方向排列成一個二維的陣列，所述凹陷部沿第一方向以及第二方向排列成一個二維的陣列。每一突起部相鄰於多個凹陷部，每一凹陷部相鄰 於多個突起部，所迷突起部、凹陷部以及突起部與凹陷部的相鄰處的曲率 皆不為零。在所述優選實施方式中，沿第一方向，任意兩突起部之間的距離可以 相等或不相等；沿第二方向，任意兩突起部之間的距離可以相等或不相等。同樣，在所述優選實施方式中，沿第一方向，任意兩凹陷部之間的距 離可以相等或不相等；沿第二方向，任意兩凹陷部之間的距離可以相等或 不相等。本發明還提供一種光擴散結構的形成方法，包括下列步驟提供基材； 提供光罩，該光罩具有多個通孔，這些通孔排列成陣列；提供能量束；將 光罩置於能量束與基材之間；於第一方向上移動光罩或基材；以及於第二 方向上移動光罩或基材，通過能量束的光線經由光罩在基材上形成多個相 鄰的突出部與凹陷部，使這些突出部與凹陷部形成二維陣列。


為使本發明的所述和其它目的、特徵、和優點更明顯易懂，下文特舉優選實施方式並結合附圖封本發明進行詳細說明。圖1A為利用雷射拖拉法製造微透鏡結構的示意圖；圖1B為雷射拖拉法的光罩及所製造出的微透鏡結構的立體圖；圖2A為圖1B所製造出的微透鏡結構的實際應用的示意圖；圖2B為通過圖2A所示的微透鏡結構所擴散的光的照度分布圖；圖3為藉助於雷射拖扭法並配合光罩來製造本發明的光擴散結構的示意圖圖4為使用圖3所示的方法所製造出的光學擴散模塊的示意圖； 圖5為本發明的光擴散結構的一實施方式的照度分布圖； 圖6為本發明的光擴散結構的另 一 實施方式的照度分布7為本發明的光擴散結構的又一實施方式的照度分布圖 圖8為本發明的光擴敎結構的再一實施方式的照度分布圖 圖9為本發明的光擴散結構配合擴散膜使用的示意圖； 圖10為本發明的光擴散結構配合顆粒狀結構使用的示意圖； 圖11為使用具有光擴散效果的高分子材料所製造的擴散板的示意圖。 附圖標記i兌明5101250120140200202204500600、 700、 800、 900620621622 640 660 680 BDl、 D2 D3、 D4 M3 M30光罩基材溝槽擴散膜第一溝槽微透鏡結構第 一微透鏡第二微透鏡光擴散結構光學擴散模塊擴散板表面(第一面)底面(第二面)光擴散結構突起部凹陷部雷射束兩相鄰突起部之間的距離 兩相鄰凹陷部之間的距離 圖形 光罩
具體實施方式
本發明的光擴散結構主要是以背景技術中所述的雷射拖拉法配合光罩 在基材上形成駐波紋狀的結構，以達到使光二維擴散的效果。以下分別說構。圖3為藉助於雷射拖拉法並配合光罩來製造本發明的光擴散結構的示意圖。與圖1A類似，利用光罩(未示出)沿第一方向Ll移動，同時以激 光束照射形成多個第一溝槽120,然後將光罩沿第二方向L2移動，並照射 雷射而形成多個第二溝槽140,如此第一溝槽120與第二溝槽140重疊的部 分就形成了駐波紋狀的光擴散結構500。圖4示出了使用圖3所示的方法製造的光學擴散模塊600。光學擴散模 塊600包括擴散板620以及光擴散結構640。光擴散結構640包括多個突起 部660以及多個凹陷部68,突起部660沿第一方向L與第二方向L2排列 成二維的陣列，同樣，凹陷部680也沿第一方向Ll以及第二方向L2排列 成二維的陣列，突起部660與凹陷部680彼此交錯排列(即， 一列突起部 660鄰接於一列凹陷部680 )而形成駐波紋狀。在本實施方式中，每一突起 部660鄰接於四個凹陷部680,而每一凹陷部680鄰接於四個突起部660, 通過光罩的設計(如背景4支術所述)使突起部660、凹陷部680以及突起部 660與凹陷部680鄰接處的曲率皆不為0。在第一方向Ll上，兩相鄰突起 部660之間的距離為Dl,兩相鄰凹陷部680之間的距離為D3。在第二方向 L2上，兩相鄰突起部660之間的距離為D2,兩相鄰凹陷部680之間的距離 為D4。在圖4中Dl = D2且1)3 = D4,但是Dl 、 D2、 D3及D4可以有多種組 合，以下分別以照度分布圖進行說明。圖5為本發明的光擴散結構的一實施方式的照度分布圖。其中，在第 一方向L1上，任意兩突起部660之間的距離Dl均相等，且任意兩凹陷部 680之間的距離D3均相等，在第二方向L2上，任意兩突起部660之間的 距離D2均相等，且任意兩凹陷部680之間的距離D4均相等。圖6為本發明的光擴散結構的另一實施方式的照度分布圖。其中，在 第一方向L1上，任意兩突起部660之間的距離Dl均相等，且任意兩凹陷 均相等，在第二方向L2上，任意兩突起部660之間 的距離D2不相等，且任意兩凹陷部680之間的距離D4不相等，D2及D4 在中央部分最小，而從中央向兩側逐漸增大，然後再逐漸變小。圖7為本發明的光擴散結構的又一實施方式的照度分布圖。其中，在 第一方向L1上，任意兩突起部660之間的距離Dl均相等，且任意兩凹陷 部680之間的距離D3均相等，在第二方向L2上，任意兩突起部660之間 的距離D2不相等，且任意兩凹陷部680之間的距離D4不相等，D2及D4 在中央部分最大，而從中央向兩側逐漸增小。圖8為本發明的光擴散結構的再一實施方式的照度分布圖。其中，在 第一方向L1上，任意兩突起部660之間的距離Dl不相等，且任意兩凹陷 部680之間的距離D3不相等，Dl及D3在中央部分最小，而從中央向兩側 逐漸增大，然後再逐漸變o。在第二方向L2上，任意兩突起部660之間的 距離D2不相等，且任意兩凹陷部680之間的距離D4不相等，D2及D4在 中央部分最小，而從中央向兩側逐漸增大，然後再逐漸變小。所述各實施方式僅是多種組合中的幾種，以此為例進行說明，當然本 發明並不限於此，例如在與一方向Ll上，任意兩突起部660之間的距離 Dl可以不相等，但任意兩凹陷部680之間的距離D3相等。另外，在所述各實施萬式中，雖然第一方向Ll與第二方向L2正交， 但是第一方向Ll與第二方向L2也可不正交，而不以此為限制。再者，本發明的擴散板620也可以和傳統的擴散膜50結合使用形成光 學擴散模塊700,如圖9所示，圖中30為LED陣列模塊。或者在擴散板620 的底面(第二面)622{光擴散結構600形成於表面(第一面)621}形成顆 粒狀結構或對底面622進行霧化處理，可加強光擴散效果，如圖10所示的 光學擴散模塊800。此外，乜可用具有光擴散效果的高分子材料形成擴散板 620,如圖11所示的光學擴散模塊900。雖然已通過優選實施方式對本發明披露於上，但這並非是對本發明的 限制，本領域任何技術人員在不超出本發明的構思和範圍的前提下，可作 出 一些變換與潤飾，因此承發明的保護範圍應以所附權利要求界定的範圍 為準。
權利要求
1.一種光學擴散模塊，包括一擴散板，其具有一第一面；一光擴散結構，其形成於所述第一面上，該光擴散結構包括多個突起部，它們沿第一方向以及第二方向被排列成一個二維的陣列；多個凹陷部，它們沿所述第一方向以及第二方向被排列成一個二維的陣列，其中，每一突起部相鄰於多個凹陷部，每一凹陷部相鄰於多個突起部，這些突起部、凹陷部以及突起部與凹陷部的相鄰處的曲率皆不為零。
2. 如權利要求1所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第一方向 兩突起部之間的距離均相等。
3. 如權利要求2所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向 兩突起部之間的距離均相等。
4. 如權利要求3所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第一方向 兩凹陷部之間的3巨離均相^。
5. 如權利要求4所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向 兩凹陷部之間的距離均相等。
6. 如權利要求2所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向 兩突起部之間的距離不相等。
7. 如權利要求6所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向 兩突起部之間的距離從所逆光擴散結構的中央向兩側邊漸減。
8. 如權利要求6所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向 兩突起部之間的距離從所述光擴散結構的中央向兩側邊漸增。
9. 如權利要求6所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第一方向 兩凹陷部之間的3巨離均相菩。
10. 如權利要求9所迷的光學擴散模塊，其中，沿所述籌 意兩凹陷部之間的距離不相等。任意任意任意任意任意任嚼任意任意.方向，4壬2
11. 如權利要求IO所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向，任 意兩凹陷部之間的距離從所述光擴散結構的中央向兩側邊漸減。
12. 如權利要求IO所迷的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向，任意兩凹陷部之間的距離從所述光擴散結構的中央向兩側邊漸增。
13. 如權利要求1所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第一方向，任 意兩突起部之間的距離不相等。
14. 如權利要求13所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向，任 意兩突起部之間的距離不相等。
15. 如權利要求14所述的光學擴散模塊，其中，沿所迷第一方向，任
16. 如權利要求15所迷的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向，任 意兩突起部之間的距離從所述光擴散結構的中央向兩側邊漸減。
17. 如權利要求15所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向，任
18. 如權利要求14所迷的光學擴散模塊，其中，沿所迷第一方向，任 意兩突起部之間的距離從所述光擴散結構的中央向兩側邊漸增。
19. 如權利要求18所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向，任 意兩突起部之間的距離從所述光擴散結構的中央向兩側邊漸增。
20. 如權利要求13所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第一方向，任 意兩凹陷部之間的距離不相等。
21. 如權利要求20所述的光學擴散模塊，其中，沿所述第二方向，任 意兩凹陷部之間的距離不相等。
22. 如權利要求1所述的光學擴散模塊，其中，還包括一擴散膜，來 自光源的光線依序通過該擴散膜以及所述光擴散板而被擴散。
23. 如權利要求1所述的光學擴散模塊，其中，所述擴散板還具有一 第二面，在該第二面上形成粒狀結構，來自光源的光線依序通過該第二面 以及所述第一面而被擴散。
24. 如權利要求1所述的光學擴散模塊，其中，所述擴散板還具有一 第二面，在該第二面上形成霧化結構，來自光源的光線依序通過該第二面 以及所述第一面而被擴散。
25. 如權利要求1所述的光學擴散模塊，其中，所述擴散板由具有擴 散效果的高分子材料製成。
26. —種光擴散結構的形成方法，包括下列步驟 提供一基材；提供一光罩，該光罩具有多個通孔，這些通孔被排列成陣列； 提供一能量束；將所述光罩置於所述能量束與所述基材之間； 沿第一方向移動所述光罩或基材；以及沿第二方向移動所述光罩或基材，藉此所述能量束的光線經由所述光 罩在所述基材上形成多個相鄰的突出部與凹陷部，這些突出部與凹陷部形 成一個二維的陣列。
27. 如權利要求26所述的光擴散結構的形成方法，其中，所述第一方 向與所述第二方向正交。
28. —種光擴散結構的形成方法，包括下列步驟 提供一基材；提供一第一光罩，該光罩具有多個第一通孔，這些第一通孔被排列成 陣列；提供一第二光罩，該光罩具有多個第二通孔，這些第二通孔被排列成 陣列；提供一能量束；將所述光罩置於所述能量束與所述基材之間；沿第一方向移動所述第一光罩或所述基材；以及沿第二方向上移動所述第二光罩或所述基材，藉此所述能量束的光線 經由所述光罩在所述基材上形成多個相鄰的突出部與凹陷部，這些突出部 與凹陷部形成一個二維的陣列。
29. 如權利要求28所述的光擴散結構的形成方法，其中，所述第一方 向與所述第二方向正交。
30. 如權利要求28所述的光擴散結構的形成方法，其中，任意第一通 孔之間的距離均相等。
31. 如權利要求30所述的光擴散結構的形成方法，其中，任意第二通孔之間的距離均相等。
32. 如權利要求30所述的光擴散結構的形成方法，其中，任意第二通 孔之間的距離不相等。
33. 如權利要求28所述的光擴散結構的形成方法，其中，任意第一通 孔之間的距離不相等，且任意第二通孔之間的距離不相等。
全文摘要
本發明公開了一種光學擴散模塊以及光擴散結構的形成方法。光擴散模塊包括擴散板以及光擴散結構，光擴散結構形成於擴散板上。光擴散結構包括多個突起部以及多個凹陷部，所述突起部沿第一方向以及第二方向排列成一個二維的陣列，所述凹陷部沿第一方向以及第二方向排列成一個二維的陣列。每一突起部相鄰於多個凹陷部，每一凹陷部相鄰於多個突起部，這些突起部、凹陷部以及突起部與凹陷部的相鄰處的曲率皆不為零。本發明利用雷射拖拉法配合光罩在基材上形成駐波紋狀的結構，可以獲得使光二維擴散的效果。
文檔編號G02B5/02GK101153924SQ200610141210
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月28日 優先權日2006年9月28日
發明者曾宇燦, 林正軒, 蕭柏齡, 賴美君, 趙志強 申請人:財團法人工業技術研究院