CN110858009A - 扩散片 - Google Patents

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Abstract

一种扩散片包括玻璃材料以及多个散射粒子。这些散射粒子分散于玻璃材料中，其中这些散射粒子皆为无机材料。扩散片的雾度大于99％，且扩散片的厚度介于100微米至350微米之间。

Description

扩散片
技术领域
本发明涉及一种光学元件，尤其涉及一种扩散片。
背景技术
现有的行动装置(mobile device)，例如手机及平板电脑，已具备可自动调整亮度(auto-brightness)的屏幕。这种行动装置能在不同的光源环境下，自动地改变屏幕的亮度，以使屏幕可以清楚呈现影像画面，进而提供良好的显示质量。上述行动装置通常装有光感测器(photo sensor)，以感测行动装置所处环境的光源，而行动装置能根据光感测器的感测结果来调整屏幕亮度。
上述光感测器大多为芯片封装体(chip package)，其包括芯粒(die)、载板(carrier)以及光学组件(optical assembly)，其中芯粒与光学组件皆装设(mounted)于载板上。光学组件通常包括扩散片，其可以是余弦校正片(cosine corrector)。扩散片能接收沿着多个不同入射角入射的多条光线，而这些光线能穿透扩散片，其中从扩散片出射的所有光线的总强度基本上不受入射角的变化而改变。也就是说，在行动装置保持处在同一光源环境的条件下，光感测器不会因为行动装置的位置或角度方向(orientation)的些许改变而得到变化甚大的感测结果，从而减少或避免光感测器发生感测偏差的情形。
目前的行动装置具有体积小及厚度薄的特征，所以行动装置内的容置空间相当有限。因此，光感测器必须具有足够小的尺寸才能够装入行动装置内。也就是说，光学组件的扩散片必须要具有足够薄的厚度，例如低于500微米(μm)，才能有助于将光感测器装入行动装置内。为了使扩散片具有足够薄的厚度，目前行动装置的扩散片大多是采用高分子材料所制成的膜片，例如树脂膜片。如此，扩散片才能装入行动装置内。
由于光感测器大多为芯片封装体，所以在制造光感测器的流程中，需要进行回流焊(reflow)。在回流焊的过程中，扩散片会进入回流焊用的高温炉，其中高温炉内的温度是在200℃以上。然而，由于扩散片大多是由高分子材料所制成，因此现有的扩散片通常缺乏良好的耐热能力。所以，在回流焊的过程中，扩散片难以承受200℃以上的高热，以至于扩散片容易出现形变或劣化的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种扩散片，其具有小于500微米的厚度以及良好的雾度(haze)。
本发明所提供的扩散片包括玻璃材料以及多个散射粒子。这些散射粒子分散于玻璃材料中，其中这些散射粒子皆为无机材料。扩散片的雾度大于99％，且扩散片的厚度介于100微米至350微米之间。
在本发明的一实施例中，当扩散片的温度介于200℃至500℃之间时，扩散片的雾度仍大于99％。
在本发明的一实施例中，上述扩散片的总合穿透率介于35％至56％之间。
在本发明的一实施例中，上述扩散片的平行穿透率小于0.3％。
在本发明的一实施例中，上述扩散片在波长400纳米(nm)至700纳米范围内的穿透率介于20％至40％之间。
在本发明的一实施例中，上述玻璃材料的折射率小于各个散射粒子的折射率。
在本发明的一实施例中，上述玻璃材料的折射率介于1.4至1.6之间，而各个散射粒子的折射率介于1.7至2.61之间。
在本发明的一实施例中，这些散射粒子的材料包括Al2O3、ZnO、CaO、MgO、BaO、SrO、ZrO2、Ta2O5、Y2O3、La2O3、GeO2、Nb2O5及TiO2其中至少一种。
在本发明的一实施例中，各个散射粒子的粒径介于5微米至60微米之间。
在本发明的一实施例中，这些散射粒子的重量百分比介于3％至10％之间。
在本发明的一实施例中，当波长400纳米至700纳米范围内的光线以0度至45度的入射角入射于扩散片时，扩散片的穿透率变化小于1％。
在本发明的一实施例中，当波长400纳米至700纳米范围内的光线以0度至45度的入射角入射于扩散片时，扩散片的反射率变化小于1％。
在本发明的一实施例中，上述玻璃材料的玻璃转换温度介于500℃至670℃之间。
在本发明的一实施例中，上述扩散片的杨氏模量介于50Gpa至75Gpa之间。
在本发明的一实施例中，上述扩散片的硬度介于450公斤/平方毫米至550公斤/平方毫米之间。
在本发明的一实施例中，上述扩散片的表面粗糙度介于550纳米至700纳米之间。
由于本发明的扩散片具有小于500微米的厚度，其例如介于100微米至350微米之间，因此本发明的扩散片可以装设于容置空间小的装置，例如手机或平板电脑等行动装置。如此，本发明的扩散片适合应用于行动装置专用的光感测器，帮助光感测器可以装设于体积小，厚度薄的现有行动装置内，进而满足行动装置的薄型化发展趋势。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的扩散片的剖面示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
图1是本发明一实施例的扩散片的剖面示意图。请参阅图1，扩散片100包括玻璃材料110与多个散射粒子120，其中这些散射粒子120分散于玻璃材料110中，并且皆为无机材料。所以，构成扩散片100的材料可以皆为无机材料。相较于有机材料，扩散片100能抵抗紫外光(Ultraviolet，UV)，并在经过紫外光的长时间照射之后也不容易发生劣化。扩散片100的雾度大于99％，而扩散片100的厚度T1介于100微米至350微米之间，例如介于150微米至300微米之间。
由于扩散片100的厚度T1小于500微米(100微米至350微米之间)，因此扩散片100具有足够薄的厚度T1而有利于安装在现有的行动装置内，适合应用于行动装置内的光感测器，其中扩散片100可作为余弦校正片。除了行动装置外，扩散片100也可应用于一些光学装置，例如光度计(photometer)，其中扩散片100可装设于光纤接头(optical fiberconnector)，例如SMA(Sub Miniature A)接头或FC(Ferrule Connector)接头，以使扩散片100所接收到的光线经由光纤传递至光感测芯片，例如电荷耦合器件(Charge-coupledDevice，CCD)或互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)。
此外，必须说明的是，扩散片100也可与发光元件结合，并用于散射光线，以发散(diverging)或均匀化发光元件所发出的光线，其中发光元件例如是发光二极管(LightEmitting Diode，LED)。因此，扩散片100也可应用于发光装置，例如照明灯具，所以扩散片100不限定只应用于光感测器。
玻璃材料110的玻璃转换温度可介于500℃至670℃之间，而扩散片100可承受的温度介于200℃至500℃之间。也就是说，当扩散片100的温度介于200℃至500℃之间时，扩散片100的雾度仍大于99％。因此，纵使扩散片100处于高温环境，例如完成回流焊用的高温炉后，扩散片100仍可保持一定的雾度，以维持所预期的光学效果，从而减少或避免光感测器出现感测偏差的情形。
各个散射粒子120的粒径介于5微米至60微米之间，而这些散射粒子120的重量百分比可介于3％至10％之间，其中玻璃材料110的折射率小于各个散射粒子120的折射率。例如，玻璃材料110的折射率可介于1.4至1.6之间，而各个散射粒子120的折射率可介于1.7至2.61之间。玻璃材料110可包括SiO2、B2O3、Al2O3、ZnO、CaO、BaO、SrO、MgO、Na2O、K2O以及ZrO其中至少一种材料，即玻璃材料110可包括上述材料的任意组合。
SiO2与B2O3能形成玻璃的网络结构，其中SiO2能提升热稳定性、化学稳定性以及机械强度，而B2O3可作为助熔剂，以降低熔化温度，并能降低黏度以帮助成分均质。ZnO、CaO、BaO、SrO、MgO、Na2O与K2O皆为网络结构外的修饰剂，其中ZnO与MgO能提升稳定性与耐候性，而ZnO能降低热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)。CaO、BaO与SrO能降低黏度(viscosity)，并帮助熔融与成分均质。Na2O与K2O可作为助熔剂，以降低熔化温度。Al2O3能提升热稳定性、机械强度，并增加折射率，而ZrO可增加化学稳定性。
折射率在1.7至2.61之间范围内的散射粒子120，其材料可包括Al2O3、ZnO、CaO、MgO、BaO、SrO、ZrO2、Ta2O5、Y2O3、La2O3、GeO2、Nb2O5及TiO2其中至少一种。例如，这些散射粒子120可以全部都是单一种材料所构成。或者，其中一些散射粒子120是由一种材料(例如ZnO)所构成，而其他一些散射粒子120是由其他至少一种材料(例如MgO)所构成。
下面表格(一)列出采用不同材料与比例所制成的八种扩散片100样品1至8。
表格(一)
Figure BDA0001773416930000061
Figure BDA0001773416930000071
Figure BDA0001773416930000081
在以上表格(一)中，RO重量百分比是指MgO、CaO、SrO以及BaO总合的重量百分比，而R2O重量百分比是指Na2O与K2O总合的重量百分比。表格(一)中的玻璃折射率是指玻璃所表现出来的折射率，其是由棱镜耦合仪(prism coupler)所量测得到，而表格(一)中的表面粗糙度例如是指表面101的粗糙度。此外，上述扩散片100的样品1至8皆通过85℃/85％RH1000HR耐久性测试，其中85℃/85％RH 1000HR是指将样品1至8置放于温度85℃，相对湿度85％的恶劣环境内1000小时。样品1至8在置放此恶劣环境内1000小时之后，并未出现不可回复的外观缺陷，且基本的光学效果也不受影响。
根据以上表格(一)，扩散片100对应于CIE 1931色度图中的X座标介于0.1543至0.1553，而扩散片100表面101的粗糙度可介于550纳米至700纳米之间。在机械强度方面，扩散片100样品1至8的杨氏模量介于50Gpa至75Gpa之间，而硬度介于450公斤/平方毫米至550公斤/平方毫米之间。此外，在样品1至8的玻璃材料110中，各个材料的重量百分比范围整理如以下表格(二)所列。
表格(二)
在光穿透率方面，扩散片100样品1至8的总合穿透率(Total Transmittance，T.T)介于35％至56％之间，平行穿透率(Parallel Transmittance，P.T)小于0.3％，而扩散穿透率(Diffusion Transmittance，Dif)介于35％至55％之间，其中样品1至8中每一者的总合穿透率会等于平行穿透率加上扩散穿透率，如表格(一)所示。扩散片100样品1至8在波长400纳米至700纳米范围内的穿透率介于20％至40％之间，而在样品1至8中，样品1具有最大穿透率：39.26％，而样品8具有最小穿透率：20.34％。
值得注意的是，扩散片100在波长400纳米至700纳米范围内的穿透率是介于20％至40％之间，但扩散片100的雾度却是介于99.5％至99.6％之间。也就是说，样品1至8之间的穿透率最大差异有20％，但雾度却只有0.1％的差异。例如，样品1与样品8皆有大约99.5％的雾度，但样品1与样品8两者的穿透率分别为39.26％与20.34％。由此可知，在雾度要求为99％以上的条件下，扩散片100可设计成具不同穿透率，以满足多样化的产品需求。
另外，当波长400纳米至700纳米范围内的光线以0度至45度的入射角入射于扩散片100时，扩散片100的穿透率变化与反射率变化皆小于1％。如此，当处于光源环境中的扩散片100接收多道外界光线L1时，从扩散片100出射的光线L2总强度不会因为这些外界光线L1的入射角的改变而产生较大的变化，以使光感测器不会因为扩散片100的位置或角度方向的些许改变而得到变化甚大的感测结果，从而减少或避免光感测器发生感测偏差的情形。
扩散片100主要是采用二次烧结来制成。详细而言，在扩散片100的制造方法中，首先，制作初始玻璃。初始玻璃可用熔制的方式来制成，其中熔制温度可介于1200℃至1400℃，而构成初始玻璃的原料可相同于玻璃材料110所包括的材料，例如SiO2、B2O3、Al2O3、ZnO、CaO、BaO、SrO、MgO、Na2O、K2O与ZrO2，或是这些材料的任意组合。
接着，将初始玻璃粉碎，并研磨玻璃粉末，其中此玻璃粉末的粒径约在80微米以下玻璃粉末。然后，将这些玻璃粉末与多个散射粒子120混合在一起，并进行压缩，以形成压锭(compressed tablet)，其中散射粒子120的重量百分比介于3％至10％之间，而压缩过程可采用油压机来进行。接着，加热上述压锭，其中加热压锭的温度可介于650℃至850℃之间，而加热时间可以是两小时。之后，让压锭自然降温。接着，依序对压锭进行切割与研磨，以形成厚度约在100微米至350微米之间的薄片。至此，扩散片100基本上已制造完成。
相较于初始玻璃的熔制温度，加热压锭的温度明显偏低，而散射粒子120在此加热压锭的温度范围内不会熔化。换句话说，在加热压锭之后，各个散射粒子120基本上仍维持原来的形状，即散射粒子120与玻璃材料110之间仍存在边界(boundary)。因此，将加热后的压锭或制造完成的扩散片100进行X射线绕射，可以测得代表散射粒子120成分的峰值讯号。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (16)

1.一种扩散片，其特征在于，包括：
一玻璃材料；以及
多个散射粒子，分散于所述玻璃材料中，其中所述散射粒子皆为无机材料，其中所述扩散片的雾度大于99％，且所述扩散片的厚度介于100微米至350微米之间。
2.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，当所述扩散片的温度介于200℃至500℃之间时，所述扩散片的雾度仍大于99％。
3.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述扩散片的总合穿透率介于35％至56％之间。
4.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述扩散片的平行穿透率小于0.3％。
5.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述扩散片在波长400纳米至700纳米范围内的穿透率介于20％至40％之间。
6.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述玻璃材料的折射率小于各所述散射粒子的折射率。
7.如权利要求6所述的扩散片，其特征在于，所述玻璃材料的折射率介于1.4至1.6之间，而各所述散射粒子的折射率介于1.7至2.61之间。
8.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述散射粒子的材料包括Al2O3、ZnO、CaO、MgO、BaO、SrO、ZrO2、Ta2O5、Y2O3、La2O3、GeO2、Nb2O5及TiO2其中至少一种。
9.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，各所述散射粒子的粒径介于5微米至60微米之间。
10.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述散射粒子的重量百分比介于3％至10％之间。
11.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，当波长400纳米至700纳米范围内的光线以0度至45度的入射角入射于所述扩散片时，所述扩散片的穿透率变化小于1％。
12.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，当波长400纳米至700纳米范围内的光线以0度至45度的入射角入射于所述扩散片时，所述扩散片的反射率变化小于1％。
13.如权利要求1至12中任一权利要求所述的扩散片，其特征在于，所述玻璃材料的玻璃转换温度介于500℃至670℃之间。
14.如权利要求1至12中任一权利要求所述的扩散片，其特征在于，所述扩散片的杨氏模量介于50Gpa至75Gpa之间。
15.如权利要求1至12中任一权利要求所述的扩散片，其特征在于，所述扩散片的硬度介于450公斤/平方毫米至550公斤/平方毫米之间。
16.如权利要求1至12中任一权利要求所述的扩散片，其特征在于，所述扩散片的表面粗糙度介于550纳米至700纳米之间。
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