CN101334493B - 复合镜片结构及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复合镜片结构及其形成方法。该复合镜片结构包括扩散板以及光学结构。扩散板具有第一面，光学结构形成于第一面上。光学结构包括：多个突起部以及多个凹陷部。该突起部及该凹陷部系沿第一方向以及第二方向排列成一个二维的阵列，每一突起部并包括突起高曲率部以及突起低曲率部，该突起高曲率部是从该突起低曲率部的表面更加突起而形成，该突起高曲率部的曲率半径小于该突起低曲率部的曲率半径。每一凹陷部包括凹陷高曲率部以及凹陷低曲率部，凹陷高曲率部是从凹陷低曲率部的表面更加凹陷而形成，凹陷高曲率部的曲率半径小于凹陷低曲率部的曲率半径。

Description

复合镜片结构及其形成方法

技术领域

本发明涉及一种复合镜片结构及其形成方法，特别涉及一种具有聚光及光扩散的效果的复合镜片结构及其形成方法。

背景技术

LCD产业对于背光模块的需求与日遽增，目前背光模块使用各具功能性的光学膜如侧光式的导光板，直下式的扩散板，扩散膜、增亮膜(DEF)与光回收机制的膜片(DBEF)堆叠组合而成，作为LCD均匀且高亮度的背光来源，整合以上这些功能(导光、扩散、集光、光回收)两种或两种以上在一片光学膜上，就是复合式光学膜片，例如将光学微结构制作在导光板上，可以形成导光增亮与导光扩散等效果，扩散板上制作光学微结构可以同时具有光扩散与增亮的效果等组合方式，一般具有增强亮度(集光)的微结构，不外乎是菱形镜与其类似的结构，如美国专利US 5300263所披露的，除此之外，几何光学所熟知的聚光镜，也是可以达到聚光的效果，微小镜片阵列可以作为聚光与扩散光源的作用，端看镜片曲率半径与有效聚光区域的设计，无间隙的微小镜片阵列排列设计可避免漏光的情况产生；微小镜片阵列的制作方式甚多，可以用光刻、精密机械加工或自组装(self assembly)等方式制作，不过各技术都有其加工上或使用上的限制，除了球面或非球面外，仅能允许每一个重复的结构单元为单一的构形，单一的微结构型态也只能提供一种光学功能，如果要增加另一种光学功能就必须要增加另一种微结构来相互交错搭配，微结构面上会形成两种结构以上的单元，如美国专利US5177637以及美国专利US 5861990，在工艺复杂度上所需的成本，已经远超过此光学膜片所能接受的范围。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合镜片结构，对光源具有光扩散与聚光的效果，每一微结构单元中包括曲率半径大(低曲率部)与曲率半径小(高曲率部)的结构交错配置，曲率半径大的结构主导光的扩散行为，而曲率半径小的结构主导聚光的行为。当光线通过此复合镜片结构时，会同时产生光扩散与聚光的效果。

此复合镜片结构可在平面上两个垂直的方向上采用非对称的结构，在平面两轴方向具有非对称的光分配效果，形成平面上的两轴的视角差异。

本发明的复合镜片结构的一个优选实施例包括扩散板以及光学结构。扩散板具有第一面，光学结构形成于第一面上。光学结构包括：多个突起部以及多个凹陷部。该突起部系沿第一方向以及第二方向排列成一个二维的阵列，每一突起部并包括突起高曲率部以及突起低曲率部，该突起高曲率部是从该突起低曲率部的表面更加突起而形成，该突起高曲率部的曲率半径小于该突起低曲率部的曲率半径。该凹陷部系沿第一方向以及第二方向排列成一个二维的阵列，每一凹陷部包括凹陷高曲率部以及凹陷低曲率部，凹陷高曲率部是从凹陷低曲率部的表面更加凹陷而形成，凹陷高曲率部的曲率半径小于凹陷低曲率部的曲率半径。每一突起低曲率部相邻于多个凹陷低曲率部，每一凹陷低曲率部相邻于多个突起低曲率部，该突起低曲率部、该凹陷低曲率部以及该突起低曲率部与该凹陷低曲率部的相邻处的曲率皆不为零。

在上述的优选实施例中，突起低曲率部包括第一低曲率部以及第二低曲率部，分别平行第一方向以及第二方向，第一低曲率部以及第二低曲率部分别连接于该突起高曲率部。第一低曲率部的曲率与该第二低曲率部的曲率可相同或不同。

在上述的优选实施例中，凹陷低曲率部包括第三低曲率部以及第四低曲率部，分别平行第一方向以及第二方向，第三低曲率部以及第四低曲率部分别连接于凹陷高曲率部。第三低曲率部的曲率与第四低曲率部的曲率可相同或不同。

第一低曲率部相邻于第四低曲率部，第二低曲率部相邻于第三低曲率部。

复合镜片结构的功能主要是将目前各种单一功能的光学膜片的功能结合起来，其目的不仅在于一片换两片成本或工艺上的节约，而是要将整个背光模块的光源亮度获得进一步的提升，其所影响的不仅是光学膜的替换性，在有效的光能利用率下，可以降低背光灯源耗电情形与非必要光学膜片的使用，甚至可以依背光特性及其光源强度分布的状况来修正光的扩散行为。

本发明的目的还在于提供一种复合镜片结构的形成方法，包括下列步骤：提供基材；提供掩模，该掩模具有多个通孔，该通孔排列成阵列；提供第一能量束；提供第二能量束；将该掩模置于该第一能量束与该基材之间；在第一方向上移动该掩模或该基材；在第二方向上移动该掩模或该基材，由此该第一能量束的光线经由该掩模在该基材上形成多个相邻的突出部与凹陷部，该突出部与该凹陷部形成一个二维的阵列；将该掩模置于该第二能量束与该基材之间；在第一方向上移动该掩模或该基材；以及在第二方向上移动该掩模或该基材，由此在该突出部上分别形成相邻的突出高曲率部以及突出低曲率部，在该凹陷部上分别形成相邻的凹陷高曲率部以及凹陷低曲率部。

在本发明的复合镜片结构的形成方法的优选实施例中，其中该第一方向与该第二方向正交。

本发明的目的还在于提供一种复合镜片结构的形成方法，包括下列步骤：提供基材；提供第一掩模，该掩模具有多个第一通孔，该第一通孔排列成阵列；提供第二掩模，该掩模具有多个第二通孔，该第二通孔排列成阵列；提供第一能量束；将该第一、第二掩模置于该第一能量束与该基材之间；在第一方向上移动该第一掩模或该基材；在第二方向上移动该第二掩模或该基材，由此该能量束的光线经由该掩模在该基材上形成多个相邻的突出部与凹陷部，该突出部与该凹陷部形成一个二维的阵列；提供第二能量束；将该第一、第二掩模置于该第二能量束与该基材之间；在第一方向上移动该第一掩模或该基材；在第二方向上移动该第二掩模或该基材，由此在该突出部上分别形成相邻的突出高曲率部以及突出低曲率部，在该凹陷部上分别形成相邻的凹陷高曲率部以及凹陷低曲率部。

在本发明的复合镜片结构的形成方法的优选实施例中，其中该第一方向与该第二方向正交。

在本发明的复合镜片结构的形成方法的优选实施例中，其中任意第一通孔之间的距离相等。

在本发明的复合镜片结构的形成方法的优选实施例中，其中任意第二通孔之间的距离相等。

在本发明的复合镜片结构的形成方法的优选实施例中，其中任意第二通孔之间的距离不相等。

在本发明的复合镜片结构的形成方法的优选实施例中，其中任意第一通孔之间的距离不相等，且任意第二通孔之间的距离不相等。

在本发明的复合镜片结构的形成方法的优选实施例中，其中该第二能量束的能量密度大于该第一能量束的能量密度。

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下：

附图说明

图1为通过激光拖拉法并配合掩模来制造本发明的复合镜片结构的示意图。

图2为本发明的复合镜片结构的实施例的示意图。

图3表示图2的复合镜片结构的突起部及凹陷部的放大图。

图4为在PC上所复制成型的复合镜片结构阵列SEM图形。

图5为复合镜片结构的断面图形。

图6为一个复合镜片结构单元的相对高低差示意图。

图7为已知的光扩散结构的ELDIM光型测试的基本光亮度分布图。

图8为本发明的复合镜片结构的ELDIM光型测试的光亮分布图。

图9为本发明的复合镜片结构的光学膜的效果与现有扩散板与菱形镜微结构的光强度分布比较图。

图10表示本发明的复合镜片结构的一个实施例的照度分布图。

图11表示本发明的复合镜片结构的另一实施例的照度分布图。

图12表示本发明的复合镜片结构的另一实施例的照度分布图。

图13表示本发明的复合镜片结构的另一实施例的照度分布图。

图14表示本发明的复合镜片结构搭配扩散膜使用的示意图。

图15表示本发明的复合镜片结构搭配颗粒状结构使用的示意图。

图16表示使用具光扩散效果的高分子材料所制造的扩散板的示意图。

附图标记说明

120第一沟槽                140第二沟槽

500复合镜片结构            600、700、800、900复合镜片结构

620扩散板                  621表面(第一面)

622底面(第二面)            640光学结构

660突起部                  662突起高曲率部

664突起低曲率部            666第一低曲率部

668第二低曲率部            680陷部

682凹陷高曲率部            684陷低曲率部

686第三低曲率部            688第四低曲率部

B激光光束                  D1、D2两相邻突起部之间的距离

D3、D4两相邻凹陷部之间的距离

L1第一方向                 L2第二方向

具体实施方式

本发明的复合镜片结构主要是以激光拖拉法配合掩模在基材上形成驻波纹状的结构，以达成使光做二维扩散及聚光的效果。以下分别说明如何以激光拖拉法制造复合镜片结构以及所制造出的复合镜片结构。

图1为通过激光拖拉法并配合掩模来制造本发明的复合镜片结构的示意图，利用掩模(未图示)沿第一方向L1移动，同时以激光光束照射形成多个第一沟槽120，然后将该掩模沿第二方向L2移动，并照射激光，而形成多个第二沟槽140，如此第一沟槽120与第二沟槽140重叠的部分就形成了驻波纹状的复合镜片结构500。若是在第一方向L1以及第二方向L2分别实施两次的激光拖拉，利用改变不同的激光频率、能量(第一能量束、第二能量束)、拖拉速度等，可以在一个结构单元内产生大于两阶的段差深度，所形成的结构同时具有非对称高低差的型态，第一级段差区域形成具有高曲率(曲率半径较小)的结构，第二级段差区域形成具有低曲率(曲率半径较大)的结构。在一个结构单元中同时存在高曲率与低曲率的结构，就会有聚光与扩散的功能产生，存在不同曲率的构造与一个结构单元上形成非对称高低差的型态，会使得光透过此结构后产生不同光型分布，进而可利用此复合镜片结构来调整背光光源分布的结果。

图2为本发明的复合镜片结构的优选实施例的示意图。复合镜片结构600包括扩散板620以及光学结构640，光学结构640包括多个突起部660以及多个凹陷部680，突起部660沿上述的第一方向L1与第二方向L2排列成二维的阵列，同样地凹陷部680也沿上述的第一方向L1以及第二方向L2排列成二维的阵列，突起部660与凹陷部680彼此交错地排列。在本实施例中，每一突起部660邻接于四个凹陷部680，而每一凹陷部680邻接于四个突起部660，通过掩模的设计(如先前技术所述)使突起部660、凹陷部680以及突起部660与凹陷部680邻接处的曲率皆不为0。在第一方向L1上，两相邻突起部660之间的距离为D1，两相邻凹陷部680之间的距离为D3。在第二方向L2上，两相邻突起部660之间的距离为D2，两相邻凹陷部680之间的距离为D4。

图3表示突起部660及凹陷部680的放大图。每一突起部660包括突起高曲率部662以及突起低曲率部664，突起高曲率部662突起于突起低曲率部664的表面，而形成高度比突起低曲率部664的高度还高的状态，突起低曲率部664包括第一低曲率部666以及第二低曲率部668分别平行于第一方向L1与第二方向L2延伸。第一低曲率部666与第二低曲率部668系分别邻接于突起高曲率部662。

凹陷部680与突起部660相同，包括凹陷高曲率部682以及凹陷低曲率部684，凹陷高曲率部682系比凹陷曲率部684更加凹陷而形成，即凹陷高曲率部682具有比凹陷曲率部684更大的深度。凹陷低曲率部684包括第三低曲率部686以及第四低曲率部688分别平行于第一方向L1与第二方向L2延伸。第三低曲率部686与第四低曲率部688系分别邻接于凹陷高曲率部682。由于第三低曲率部686系沿着第一方向L1延伸，因此会与沿着第二方向L2延伸的第二低曲率部668相邻接，同样地，由于第四低曲率部688系沿着第二方向L2延伸，因此会与沿着第一方向L1延伸的第一低曲率部666相邻接。如此第三低曲率部686与第二低曲率部668相邻接处的曲率不为零，同样地，第四低曲率部688与第一低曲率部666相邻接处的曲率也不为零。

突起高曲率部662以及凹陷高曲率部682可达到聚光的效果，而第一低曲率部666、第二低曲率部668、第三低曲率部686、第四低曲率部688可达到光扩散的效果。第一低曲率部666的曲率半径可与第二低曲率部668相同或不同，同样地，第三低曲率部686的曲率半径可与第四低曲率部688相同或不同。若第一低曲率部666的曲率半径与第二低曲率部668相同，则有对称形态的光扩散效果，若第一低曲率部666的曲率半径与第二低曲率部668不同，则有非对称形态的光扩散效果。第三与第四低曲率部686、688也具有相同的状况。

图4为在PC上所复制成型的复合镜片结构阵列SEM图形，图5为复合镜片结构的断面图形，可以很清楚看到具有三层的高度差异性，微结构最高峰处与最低处构成曲率半径较小的区域范围，其余部分，最高峰处与两个次高峰处以及两个次高峰处与最低处所形成区域范围内，曲率半径较大，图6为一个复合镜片结构单元的相对高低差示意图，可以定义出三个高度断差，图中的数字表示深度，单位为微米，在突起高曲率部662为0，在凹陷高曲率部682为51，在第一低曲率部666为30，在第二低曲率部668为26。图7为已知的光扩散结构的ELDIM光型测试的基本光亮度分布图，中心最高亮度为4870nits，图8为本发明的复合镜片结构置于背光模块的光亮分布图，由图中可以见到中心高亮度的聚光效果与两轴非对称的光扩散效果，中心最高亮度为5494nits，图9为本发明的复合镜片结构的光学膜的效果与现有扩散板与菱形镜微结构的光强度分布比较图，其中a表示本发明的复合镜片结构的分布曲线，b表示本发明的复合镜片结构加上扩散片的分布曲线，c表示已知的扩散板的分布曲线，d表示菱形镜光学膜片的分布曲线，与扩散片搭配，中心最高辉度，可以超越目前的菱形镜光学膜片组合，在高视角区域，亮度也维持在3000nits左右，菱形镜光学膜片则是降至1000nits以下。

图10表示本发明的复合镜片结构的一个实施例的照度分布图。其中在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1均相等，且任意两凹陷部680之间的距离D3均相等，在第一方向L2上，任意两突起部660之间的距离D2均相等，且任意两凹陷部680之间的距离D4均相等。

图11表示本发明的复合镜片结构的另一实施例的照度分布图。其中在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1均相等，且任意两凹陷部680之间的距离D3均相等，在第一方向L2上，任意两突起部660之间的距离D2不相等，且任意两凹陷部680之间的距离D4不相等，D2及D4在中央部分最小，而从中央向两侧逐渐增大，然后再逐渐变小。

图12表示本发明的复合镜片结构的另一实施例的照度分布图。其中在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1均相等，且任意两凹陷部680之间的距离D3均相等，在第一方向L2上，任意两突起部660之间的距离D2不相等，且任意两凹陷部680之间的距离D4不相等，D2及D4在中央部分最大，而从中央向两侧逐渐增小。

图13表示本发明的复合镜片结构的另一实施例的照度分布图。其中在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1不相等，且任意两凹陷部680之间的距离D3不相等，D1及D3在中央部分最小，而从中央向两侧逐渐增大，然后再逐渐变小。在第一方向L2上，任意两突起部660之间的距离D2不相等，且任意两凹陷部680之间的距离D4不相等，D2及D4在中央部分最小，而从中央向两侧逐渐增大，然后再逐渐变小。

上述各实施例仅是多种组合中的几种，以此为例做说明，但是本发明并不限于此，例如可以在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1不相等，但任意两凹陷部680之间的距离D3相等，均属于本发明的范围。

另外在上述各实施例中，虽然第一方向L1与第二方向L2正交，但是第一方向L1与第二方向L2不正交亦可，并不以此为限制。

另外本发明的扩散板620也可以和传统的扩散膜50结合使用形成光学扩散模块700，如图14所示，30为LED阵列模块。或者是在扩散板620的底面(第二面)622(复合镜片结构600形成于表面(第一面)621形成颗粒状结构或将底面622做雾化处理，可加强光扩散的效果，如图15所示的光学扩散模块800。又，也可用具光扩散效果的高分子材料形成扩散板620，如图16所示的光学扩散模块900。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims (33)

1.一种复合镜片结构，包括：

扩散板，具有第一面；

光学结构，形成于该第一面上，该光学结构包括：

多个突起部，沿第一方向以及第二方向排列成一个二维的阵列，每一突起部包括突起高曲率部以及突起低曲率部，该突起高曲率部是从该突起低曲率部的表面更加突起而形成，该突起高曲率部的曲率半径小于该突起低曲率部的曲率半径；

多个凹陷部，沿该第一方向以及该第二方向排列成一个二维的阵列，每一凹陷部包括凹陷高曲率部以及凹陷低曲率部，该凹陷高曲率部是从该凹陷低曲率部的表面更加凹陷而形成，该凹陷高曲率部的曲率半径小于该凹陷低曲率部的曲率半径，其中每一突起低曲率部相邻于多个凹陷低曲率部，每一凹陷低曲率部相邻于多个突起低曲率部，该突起低曲率部、该凹陷低曲率部以及该突起低曲率部与该凹陷低曲率部的相邻处的曲率皆不为零，其中四个相邻且呈二维阵列排列的突起高曲率部围绕该凹陷高曲率部，且分别在该第一方向和该第二方向上排列的二相邻突起部的突起低曲率部是直接连接且位于该二相邻突起部的突起高曲率部之间。

2.如权利要求1所述的复合镜片结构，其中该突起低曲率部包括第一低曲率部以及第二低曲率部，分别平行该第一方向以及该第二方向，该第一低曲率部以及该第二低曲率部分别连接于该突起高曲率部。

3.如权利要求2所述的复合镜片结构，其中该第一低曲率部的曲率与该第二低曲率部的曲率相同。

4.如权利要求2所述的复合镜片结构，其中该第一低曲率部的曲率与该第二低曲率部的曲率不同。

5.如权利要求1所述的复合镜片结构，其中该凹陷低曲率部包括第三低曲率部以及第四低曲率部，分别平行该第一方向以及该第二方向，该第三低曲率部以及该第四低曲率部分别连接于该凹陷高曲率部。

6.如权利要求5所述的复合镜片结构，其中该第三低曲率部的曲率与该第四低曲率部的曲率相同。

7.如权利要求5所述的复合镜片结构，其中该第三低曲率部的曲率与该第四低曲率部的曲率不同。

8.如权利要求2所述的复合镜片结构，其中该凹陷低曲率部包括第三低曲率部以及第四低曲率部，分别平行该第一方向以及该第二方向，第三低曲率部以及该第四低曲率部分别连接于该凹陷高曲率部。

9.如权利要求8所述的复合镜片结构，其中该第一低曲率部相邻于该第四低曲率部，该第二低曲率部相邻于该第三低曲率部。

10.如权利要求1所述的复合镜片结构，其中沿该第一方向，任意两突起部之间的距离均相等。

11.如权利要求10所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两突起部之间的距离均相等。

12.如权利要求11所述的复合镜片结构，其中沿该第一方向，任意两凹陷部之间的距离均相等。

13.如权利要求12所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两凹陷部之间的距离均相等。

14.如权利要求10所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两突起部之间的距离不相等。

15.如权利要求14所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两突起部之间的距离从该复合镜片结构的中央向两侧边渐减。

16.如权利要求14所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两突起部之间的距离从该复合镜片结构的中央向两侧边渐增。

17.如权利要求14所述的复合镜片结构，其中沿该第一方向，任意两凹陷部之间的距离均相等。

18.如权利要求17所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两凹陷部之间的距离不相等。

19.如权利要求18所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两凹陷部之间的距离从该复合镜片结构的中央向两侧边渐减。

20.如权利要求18所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两凹陷部之间的距离从该复合镜片结构的中央向两侧边渐增。

21.如权利要求1所述的复合镜片结构，其中沿该第一方向，任意两突起部之间的距离不相等。

22.如权利要求21所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两突起部之间的距离不相等。

23.如权利要求22所述的复合镜片结构，其中沿该第一方向，任意两突起部之间的距离从该复合镜片结构的中央向两侧边渐减。

24.如权利要求23所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两突起部之间的距离从该复合镜片结构的中央向两侧边渐减。

25.如权利要求23所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两突起部之间的距离从该复合镜片结构的中央向两侧边渐增。

26.如权利要求22所述的复合镜片结构，其中沿该第一方向，任意两突起部之间的距离从该复合镜片结构的中央向两侧边渐增。

27.如权利要求26所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两突起部之间的距离从该复合镜片结构的中央向两侧边渐增。

28.如权利要求21所述的复合镜片结构，其中沿该第一方向，任意两凹陷部之间的距离不相等。

29.如权利要求28所述的复合镜片结构，其中沿该第二方向，任意两凹陷部之间的距离不相等。

30.如权利要求1所述的复合镜片结构，其还包括扩散膜，来自光源的光线依序通过该扩散膜以及该光扩散板而被扩散。

31.如权利要求1所述的复合镜片结构，其中该扩散板更具有第二面，在该第二面上形成粒状结构，来自光源的光线依序通过该第二面以及该第一面而被扩散。

32.如权利要求1所述的复合镜片结构，其中该扩散板更具有第二面，在该第二面上形成雾化结构，来自光源的光线依序通过该第二面以及该第一面而被扩散。

33.如权利要求1所述的复合镜片结构，其中该扩散板是由具扩散效果的高分子材料制成。

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