CN1580902A - 函数曲线型透镜光栅的光源调制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一光源调制装置，可用于液晶显示面板的背光模块或一般用以将光均匀雾化的光源调制装置上；结合微结构应用与背光模块设计等两种不同的技术，于透光基材上加工形成函数曲线型透镜光栅，透过角度变化、间距大小及光屈度的模拟变化达到将光线均匀化的目的，可整合传统扩散片与集光板的功能，形成一高穿透率、高均匀度与高亮度的新型光源调制装置。而所采用的微机电制程加工技术，还可使本发明在量产上或是制造上均有极高的可行性与价值。

Description

函数曲线型透镜光栅的光源调制装置

技术领域

本发明涉及一种可将光源均匀雾化的光源调制装置，特别是一种用以取代传统扩散片，将微机电、迭纹效应、模造成形等技术加以整合而达到高穿透率、高均匀度及高亮度的新型光源调制装置。

背景技术

TFT-LCD面板已快速取代映像管(CRT)成为现今的监视器主流，而其中背光模块为LCD面板中的重要零组件之一，占LCD面板成本约10％～20％。一般来说，LCD的背光模块包括冷阴极管、反射板、导光板、扩散板以及集光板等部分，其中扩散板的功能乃是提供液晶显示器一个均匀的面光源，使经由LCD屏幕所显示的影像亮度能趋于调和一致。现有的扩散板制程不外乎利用不同折射率的微粒掺入光硬化型树脂中，待树脂掺合完成后以施膜器和涂布机将该树脂掺合物涂布在聚乙烯对本二甲酯(PET)上，再利用紫外光曝光机进行曝光使薄膜硬化成型，达到改变光硬化型树脂中微粒子的种类、添加量、粒径大小或分布。扩散板的扩散原理主要是由于扩散层中的树脂与填充的微粒子之间的折射率差异所造成。图1系为传统的扩散板构造，如图所示，该扩散板1以一树脂掺合物11涂布于聚乙烯对本二甲酯(PET)基板13上，并置入微粒子12分散于该树脂掺合物11之间，光线入射后经过该扩散层时会不断的在两个折射率相异的介质中穿过，因而发生反复的折射、反射与散射等现象，进而形成光学扩散的效果。但此种方法所制成的扩散片过程繁杂，成本较高，且光线经由多次折射、反射与散射的结果势必造成光能大量消耗，导致亮度不够等问题，为解决此问题，传统上往往需要设置一集光板，以提高光源的亮度。

请参考图2，其系3M公司所发展应用于增益片上的棱行光栅2结构图，而图3所示，则为习知的柱状透镜光栅3结构，此类结构均能使光入射后透过其所形成的透镜模块本身的聚光效果，将光强度增加。但其单纯的几何图形如球、圆柱形、三角形等，无法有效的控制光学性能而达到扩散片的功能，因此，本发明遂利用此一原理，并整合非对称式加工概念，藉以对扩散板的制程及性能进行革命，设计出一制作简易，又可解决习知技术缺点的新型光源调制装置，其不但可用于液晶显示面板的背光模块上，更可应用在所有需要将光源均匀雾化的装置上。

发明内容

本发明的主要目的是提供一函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，该装置可将光源均匀雾化，是运用微机电制程加工、迭纹效应、模造成形、背光模块设计等技术，将传统的扩散片及集光片的功能加以整合而成一高穿透率、高均匀度及高亮度的新型光源调制装置。

本发明的又一目的是提供一函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，引进微机电加工技术制作该装置表面的超精密加工曲面，此一加工模式系可将整个扩散板制程与予简化，并降低其制造成本。

为达上述的目的，本发明提供的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，包括：至少一本体，该本体具有：一第一平面、一第二平面、一第一曲面及一第二曲面。其中该第一平面具有两两相对应的一第一长侧边及一第一短侧边，该第一长侧边呈现出一第一函数曲线图形。该第二平面与该第一平面垂直相交于该第一短侧边，而于该第二平面上相对于该第一短侧边的一第二短侧边呈现一第二函数曲线图形。该第一曲面与该第一平面相交于该第一长侧边，而于该第一曲面上相对于该第一长侧边的一第二长侧边呈现一第三函数曲线图形。该第二曲面由该第二短侧边与该第二长侧边构成，并分别与该第二平面和第一曲面相交于该第二短侧边与该第二长侧边上。

本发明利用了整合光学微结构应用与背光模块设计等两种技术，先利用角度变化、间距大小、光屈度变化等模拟出一组或多组透镜所造成的迭纹变化，藉以决定函数曲线型透镜光栅的型态，再利用微机电技术体加工技术(Bulkmicromaching)如深刻电铸模造技术(LIGA制成技术)、激光加工、超精密四轴与五轴等进行母模的加工作业，最后再由母模制成所需的透镜光栅结构。

此外，本发明中，亦可加入光学绕射组件如弗奈尔透镜(Fresnel Lens)等以替代函数曲线型透镜光栅的构造，其可薄化整个光源调制装置的厚度，更适合以微机电制程技术加工，简化整个制造流程。

下面结合附图以具体实例对本发明的上述与其它目的、特征及优点进行详细说明。

附图说明

图1为传统的扩散板结构示意图；

图2为3M公司所发展应用于增益片上的棱行光栅结构示意图；

图3为习知的柱状透镜光栅结构示意图；

图4为利用透镜像差特性以调制光线使其雾化的示意图；

图5为本发明函数曲线型透镜光栅的光源调制装置的结构示意图；

图6为本发明函数曲线型透镜光栅的母模加工方式的一较佳实施例示意图；

图7为本发明函数曲线型透镜光栅的母模加工方式的另一较佳实施例示意图；

图8为本发明使用一模两翻制造技术以形成正反两面函数曲线型透镜光的示意图；

图9为以光学绕射组件仿真球面透镜所构成的相位式光栅的示意图。

附图标记说明：1-传统扩散板；11-树脂掺合物；12-微粒子；13-PET基板；2-棱行光栅；3-柱状透镜光栅；4-透镜；41-弧形曲面；5-本体；51-第一平面；52-第二平面；53-第一曲面；54-第二曲面；511-第一长侧边；512-第一短侧边；531-第二长侧边；522-第二短侧边；5a-顶面正弦函数透镜光栅结构；511a-第一长侧边；512a-第一短侧边；531a-第二长侧边；522a-第二短侧边；5b-柱状正弦函数转折型透镜光栅结构；511b-第一长侧边；512b-第一短侧边；531b-第二长侧边；522b-第二短侧边；5c-柱状转折型透镜结构；511c-第一长侧边；512c-第一短侧边；531c-第二长侧边；522c-第二短侧边；5d-棱型转折型透镜结构；511d-第一长侧边；512d-第一短侧边；531d-第二长侧边；522d-第二短侧边；61-晶圆；62-光阻硬烤成形；63-光阻形成球面形状；71-金属母模。

具体实施方式

以下通过较佳实施例详细说明本发明曲线型透镜光栅的光源调制装置的详细手段、动作方式、达成功效以及其它技术特征。

图4是利用透镜像差特性来调制光线使其雾化的示意图，如图所示，光线穿透具有弧形曲面41的透镜4后，可将光线均匀四散，以达模糊雾化的效果，本发明主要运用此一微结构的特性配合一组或多组曲线型透镜光栅所造成的迭加变化将强光源与予均匀化而达到传统扩散片的功能。

图5是本发明非直线型周期透镜光栅的结构示意图，如图所示，本发明包括至少一本体5，该本体5具有：一第一平面51、一第二平面52、一第一曲面53及一第二曲面54。其中该第一平面51具有两两相对应的一第一长侧边511及一第一短侧边512，该第一长侧边511呈现出一第一函数曲线图形，于本发明较佳实施例中该第一函数曲线图形可为一连续三角函数图形、一波浪形函数图形或一直线函数图形，诸如此类的变化是本领域熟练技术人员所能依据上述揭露而加以变化实施，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故在此不多加赘述。该第二平面52与该第一平面51垂直相交于该第一短侧边512，而于该第二平面52上相对于该第一短侧边512的一第二短侧边522呈现一第二函数曲线图形，于本发明较佳实施例中该第一函数曲线图形可为一连续三角函数图形、一波浪形函数图形或一直线函数图形，诸如此类的变化是本领域熟练技术人员所能依据上述揭露而加以变化实施，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故在此不多加赘述。该第一曲面53系与该第一平面51相交于该第一长侧边511，而于该第一曲面53上相对于该第一长侧边511的一第二长侧边531呈现一第三函数曲线图形，于本发明较佳实施例中该第一函数曲线图形可为一连续三角函数图形、一波浪形函数图形或一直线函数图形，诸如此类的变化是本领域熟练技术人员所能依据上述揭露而加以变化实施，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故在此不多加赘述。该第二曲面54由该第二短侧边522与该第二长侧531边所构成，并分别与该第二平面52和第一曲面53相交于该第二短侧边522与该第二长侧边531上。由该第一、第二及第三函数曲线图形所形成的该第一曲面53与该第二曲面54遂可构成一函数曲线型透镜光栅，其为本发明特征的所在。

依上所述的主体5，本发明的一较佳实施例可为一顶面正弦函数透镜光栅结构5a，其中呈现于该第一长侧边511a的第一函数曲线图形系为一直线函数图形，呈现于该第二短侧边522a的第二函数曲线图形为一连续抛物线函数图形，呈现于该第二长侧边531a的第三函数曲线图形为一正弦函数图形。

本发明的又一较佳实施例可为一柱状正弦函数转折型透镜光栅结构5b，其中呈现于该第一长侧边511b的第一函数曲线图形为一正弦函数图形，呈现于该第二短侧边522b的第二函数曲线图形为一连续弧形函数图形，呈现于该第二长侧边531b的第三函数曲线图形为一直线函数图形。

本发明的另一较佳实施例亦可为一柱状转折型透镜结构5c，其中呈现于该第一长侧边511c的第一函数曲线图形为一折线函数图形，呈现于该第二短侧边522c的第二函数曲线图形为一连续弧形函数图形，呈现于该第二长侧边531c的第三函数曲线图形系为一直线函数图形。

此外，本发明的一较佳实施例还可为一棱型转折型透镜结构5d，其中呈现于该第一长侧边511d的第一函数曲线图形为一折线函数图形，呈现于该第二短侧边522d的第二函数曲线图形为一连续三角函数图形，呈现于该第二长侧边531d的第三函数曲线图形为一直线函数图形。

本发明函数曲线型透镜光栅的光源调制装置的制造流程是先对其角度变化、间距大小及光屈度变化加以模拟实验，得到一较佳的设计图案后，利用微机电技术体加工技术(Bulk micromaching)如深刻电铸模造技术(LIGA制程技术)、激光加工、超精密四轴与五轴等进行母模的翻刻，再利用母板将一透光的基板材料加工制成所需的结构。

图6为本发明非直线型周期透镜光栅的母模加工方式的一较佳实施例示意图，先将晶圆61清洗、去水烘烤后，以旋镀机加以涂底、上光阻，再置入软烤箱进行预烤，之后利用曝光机将制好的光罩图案转译至光阻上，待将不需要的光阻除去后加以硬烤成型62，最后放入炉管加热，进行回流(reflow)动作，可达到如图所示的球面化结果63。

图7为本发明非直线型周期透镜光栅的母模加工方式的另一较佳实施例示意图，利用超精密加工方式，进行四轴或五轴加工以制作一用于制造非直线型周期透镜光栅结构所需的金属母模71。

除了用于液晶显示面板的背光模块上，本发明还可应用在所有需要将光线均匀雾化的相关装置上，其最大特征在于：传统的扩散片因为使用化学制程加入大量的粒子，使得除了基材的吸收外，其加入的化学粒子亦会吸收可观的光能，而本发明系基于光学原理所制成，除了基材本身的吸收外，并无额外的材料吸收光能，因此透光率较一般现有的扩散片来的高。其另一特征为：传统扩散片系利用光散射的原理所制成，其光线的扩散角无法控制集中至一可用的范围内，因而造成光能浪费，本发明的设计能有效的控制雾化光源的散射角，进而将光源的能量集中至可用的范围的内，此一具备聚光效果的设计，提供光源以较佳的入射角进入液晶显示面板中，此部份甚可取代集光板的功能以简化液晶显示面板的背光模块组件与设计。

此外，本发明的特殊设计在实际制作时，可利用同一块母模于制造流程中对一透明导光的基材进行正反两面的结构加工铸造，如图8所示，即所谓的一模二翻制造技术，其使用相同的母模图案，配合本发明特殊的折线构造，只需同一面旋转即可在导光基板的正反两面形成对称的图样，其可增强光调制的效果，而使用同一母模的结果亦可节省制造成本、简化制造程序。

请参考图9，其为以光学绕射组件如弗奈尔透镜(Fresnel Lens)模拟球面透镜的示意图，于特定位置所形成的锯齿状刻痕系可形成与球面透镜相当的相位，换言之，可利用相位式光栅以等效之，如其下图所示。由此方法等效光程的光学绕射组件的厚度，将可小于以透镜光栅所制成的组件。概而言之，以光学绕射组件来实施本发明的设计，除了形成其结构的制程技术容易外，更能缩小整个光源调制装置的厚度，使其更具市场应用性与竞争力。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明所实施的范围。凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，将一光源所发射出的光线与予均匀雾化，该装置包括：

至少一本体，该本体具有：

一第一平面，其包括两两相对应的一第一长侧边及一第一短侧边，该第一长侧边呈现出一第一函数曲线图形；

一第二平面，与第一平面垂直相交于该第一短侧边，而于该第二平面上相对于该第一短侧边的一第二短侧边呈现一第二函数曲线图形；

一第一曲面，与该第一平面相交于该第一长侧边，而于该第一曲面上相对于该第一长侧边的一第二长侧边呈现一第三函数曲线图形；以及

一第二曲面，由该第二短侧边与该第二长侧边构成，并分别与该第二平面和第一曲面相交于该第二短侧边与该第二长侧边上。

2.如权利要求1所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该本体为一导光的基板材料制成。

3.如权利要求1所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该第一函数曲线图形为连续三角函数图形、波浪函数图形以及直线函数图形其中之一。

4.如权利要求1所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该第一函数曲线图形为连续三角函数图形、波浪函数图形以及直线函数图形其中之一。

5.如权利要求1所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该第一函数曲线图形为连续三角函数图形、波浪函数图形以及直线函数图形其中之一。

6.如权利要求1所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该第二函数曲线图形为经过计算所得的一锯齿状图形，其可形成一弗奈尔透镜。

7.如权利要求1所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该第一曲面与该第二曲面构成一函数曲线型透镜光栅。

8.如权利要求7所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该函数曲线型透镜光栅利用一母模所加工制成。

9.如权利要求8所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该母模系利用深刻电铸模造技术(LIGA加工技术)、激光加工、超精密加工等微机电加工制程技术加工制作。

10.如权利要求8所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该母模于同一平面旋转固定角度后，即可在导光基板的正反两面加工形成图案相同而角度相对的函数曲线型透镜光栅。

11.如权利要求1所述的函数曲线型透镜光栅的光源调制装置，其中该面光源调制模块用于液晶显示面板的背光模块中，以达到整合传统扩散板与集光板的功能。

Images