TW201418806A - 具有不同表面粗糙度之微細特徵的製品 - Google Patents

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TW201418806A
TW201418806A TW102135939A TW102135939A TW201418806A TW 201418806 A TW201418806 A TW 201418806A TW 102135939 A TW102135939 A TW 102135939A TW 102135939 A TW102135939 A TW 102135939A TW 201418806 A TW201418806 A TW 201418806A
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Kurt R Starkey
Robert M Ezell
Fumitomo Hide
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Rambus Delaware Llc
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    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
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    • G02B6/0058—Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide

Abstract

一種製品包括明確界定形狀的第一與第二微細特徵。在一些實施例中，該種製品是一種光導或重新定向薄膜且第二微細特徵是微光學元件，其經配置以分裂包括第二微光學元件的一個鏡面光學路徑。在其他實施例中，該種製品是用於製造光學基板的一種圖案化工具。該光學基板的實施例是藉由使用圖案化工具來射出成型或壓紋所形成。

Description

具有不同表面粗糙度之微細特徵的製品 【相關申請案資料】
此申請案主張西元2012年10月8日所提出之美國臨時專利申請案第61/710,865號的裨益，該美國臨時專利申請案的揭露內容是以參照方式而整體納入本文。
本申請案關於一種具有不同表面粗糙度之微細特徵的製品。
發光二極體(LED,light emitting diode)有望成為用於照明組件的節能光源。對於一些基於LED的照明組件而言，從光源所發出的光線被輸入到光導且光線抽取元件是以定義方向從光導來鏡面式取出光線。但，光線抽取元件還提供一種光學鏡面(specular)路徑，光源是透過該路徑而對於觀看者為可見。降低光源的可見度而維持方向性，鏡面光線輸出是在諸多應用中為合意。
本發明的一個觀點是關於一種製品，其包含：一個基板，其具有一個主要表面；在基板主要表面之明確界定形狀的第一微細特徵，第一微細特徵之中的各者具有低表面粗糙度；以及，在基板主要表面之明確 界定形狀的第二微細特徵，第二微細特徵之中的各者包含一個表面，其具有實質大於該低表面粗糙度的高表面粗糙度。
本發明的另一個觀點是關於一種照明組件，其包含：如申請專利範圍第1項之製品；以及，固態光發射器，其沿著光導的一個邊緣來邊緣照明該光導，其中該製品是一種光導且該等微細特徵是微光學元件；且其為第二微細特徵之微細特徵的一個百分比是隨著相距該邊緣之距離增大而減小。
本發明的另一個觀點是關於一種照明組件，其包含：如申請專利範圍第1項之製品；以及，固態光發射器，其沿著光導的一個邊緣來邊緣照明該光導，其中該製品是一種光導且該等微細特徵是微光學元件；且該等第二微細特徵是隨著相距該邊緣之距離增大而減小表面粗糙度。
本發明的另一個觀點是關於一種照明組件，其包含：如申請專利範圍第1項之製品，其中該製品是一種光導且該等微細特徵是微光學元件；以及，固態光發射器，其沿著光導的一個邊緣來邊緣照明該光導，其中其為第二微細特徵之微細特徵的一個百分比是隨著相距該邊緣之距離增大而改變，俾使第二微光學元件的百分比是在各個固態光發射器的前面為大於在相鄰的固態光發射器之間的大約中間位置。
本發明的另一個觀點是關於一種照明組件，其包含：如申請專利範圍第1項之製品，其中該製品是一種光導且該等微細特徵是微光學元件；以及，固態光發射器，其沿著該光導的一個邊緣來邊緣照明該光導，其中該等第二微細特徵是隨著相距該邊緣之距離增大而改變表面粗糙度，俾使該等第二微光學元件的表面粗糙度是在各個固態光發射器的前面為大 於在相鄰的固態光發射器之間的大約中間位置。
本發明的另一個觀點是關於一種用於製造光學基板之方法，該種方法包含：提供一種圖案化工具，其包含：一個基板，其具有一個主要表面；在基板主要表面之明確界定形狀的第一微細特徵，第一微細特徵之中的各者具有低表面粗糙度；以及，在基板主要表面之明確界定形狀的第二微細特徵，第二微細特徵之中的各者包含一個表面，其具有實質大於該低表面粗糙度的高表面粗糙度；且，將一種塑膠材料與該圖案化工具的主要表面接觸。
本發明的另一個觀點是關於一種用於製造圖案化工具之方法，該種方法包含：提供一個基板，其包含一個主要表面；將明確界定形狀的第一微細特徵以微機械加工到基板主要表面，第一微細特徵之中的各者具有低表面粗糙度；且，在基板主要表面形成明確界定形狀的第二微細特徵，第二微細特徵之中的各者包含一個表面，其具有實質大於該低表面粗糙度的高表面粗糙度。
100‧‧‧照明組件
102‧‧‧光導
104‧‧‧光源
106、108‧‧‧主要表面
110、112、114、116‧‧‧邊緣表面
118‧‧‧固態光發射器
120‧‧‧印刷電路板(PCB)
121‧‧‧側表面
122‧‧‧微光學元件
123‧‧‧端表面
124‧‧‧側表面
125‧‧‧側表面
126‧‧‧端表面
127‧‧‧端表面
128‧‧‧第一側表面
129‧‧‧第一側表面
130‧‧‧第二側表面
131‧‧‧第二側表面
132‧‧‧脊部
133‧‧‧第一側表面
134‧‧‧第一微光學元件
135‧‧‧第二側表面
136‧‧‧第二微光學元件
138‧‧‧鄰近光輸入邊緣110的位置
139‧‧‧光線的第一部分
140‧‧‧相距光輸入邊緣110較遠的位置
141‧‧‧光線的第二部分
142‧‧‧相距光輸入邊緣110更遠的位置
143‧‧‧光線的第一部分
145‧‧‧光線的第二部分
146‧‧‧光重新定向薄膜
148、150‧‧‧主要表面
200‧‧‧顯示裝置
201‧‧‧顯示器
203、205‧‧‧主要表面
207‧‧‧光閥
300‧‧‧圖案化工具
352‧‧‧主要表面
354、356、358、360‧‧‧邊緣
362‧‧‧主要表面
364、366‧‧‧邊緣
367‧‧‧側表面
368‧‧‧微細特徵
369‧‧‧端表面
370‧‧‧側表面
371‧‧‧側表面
372‧‧‧端表面
373‧‧‧端表面
374‧‧‧第一側表面
375‧‧‧第一側表面
376‧‧‧第二側表面
377‧‧‧第二側表面
378‧‧‧脊部
379‧‧‧第一側表面
380‧‧‧第一微細特徵
381‧‧‧第二側表面
382‧‧‧第二微細特徵
384‧‧‧鄰近邊緣354的位置
386‧‧‧相距邊緣354較遠的位置
388‧‧‧相距邊緣354更遠的位置
400‧‧‧方法
402-406‧‧‧方法400的步驟
500‧‧‧微機械加工工具
502‧‧‧底座
504‧‧‧機械加工元件
506‧‧‧近端
508‧‧‧第二機械加工邊緣
510‧‧‧第一機械加工邊緣
512‧‧‧遠端
520‧‧‧微機械加工工具
524‧‧‧機械加工元件
528‧‧‧第二機械加工邊緣
530‧‧‧第一機械加工邊緣
540‧‧‧微機械加工工具
544‧‧‧機械加工元件
548‧‧‧第二機械加工邊緣
550‧‧‧第一機械加工邊緣
600‧‧‧微機械加工工具
602‧‧‧底座
604‧‧‧機械加工元件
606‧‧‧近端
608‧‧‧第二機械加工邊緣
610‧‧‧第一機械加工邊緣
612‧‧‧遠端
620‧‧‧微機械加工工具
624‧‧‧機械加工元件
628‧‧‧第二機械加工邊緣
630‧‧‧第一機械加工邊緣
640‧‧‧微機械加工工具
644‧‧‧機械加工元件
648‧‧‧第二機械加工邊緣
650‧‧‧第一機械加工邊緣
700‧‧‧母模
701‧‧‧電鍍層
703‧‧‧墊片
705‧‧‧電鍍層
752‧‧‧主要表面
753‧‧‧主要表面
768‧‧‧微細特徵
780‧‧‧第一微細特徵
781‧‧‧第一微細特徵
782‧‧‧第二微細特徵
783‧‧‧第二微細特徵
800‧‧‧射出成型裝置
802‧‧‧注射器
804‧‧‧漏斗
806‧‧‧馬達
808‧‧‧模具
810‧‧‧模具腔部
900‧‧‧壓紋裝置
902‧‧‧供應滾輪
904‧‧‧捲取滾輪
906‧‧‧壓紋滾輪
908‧‧‧第二滾輪
910‧‧‧庫存材料
911‧‧‧壓紋材料
912‧‧‧間隙
圖1至3是示範的照明組件之示意圖。
圖4是一種示範的微光學元件之掃描電子顯微鏡(“SEM”)影像。
圖5是顯示一種示範的照明組件的部分者之示意圖。
圖6是一種示範的微光學元件之SEM影像。
圖7是顯示一種示範的照明組件的部分者之示意圖。
圖8與9是示範的微光學元件之輸出分佈輪廓。
圖10是顯示一種示範的照明組件的部分者之示意圖。
圖11是其包括一種示範的照明組件的一種顯示裝置之示意圖。
圖12至14是用於製造光學基板之示範的圖案化工具之示意圖。
圖15是顯示用於形成圖案化工具之一種示範的方法之流程圖。
圖16至21是示範的微機械加工工具之示意圖。
圖22與23是一種示範的微機械加工工具之顯微照相影像。
圖24至26是另一種示範的微機械加工工具之顯微照相影像。
圖27至29是示範的微細特徵之SEM影像。
圖30與31是用於製造光學基板之示範的圖案化工具之示意橫截面圖。
圖32至36是示範的微細特徵之SEM影像。
圖37是一種示範的射出成型裝置的部分者之示意圖。
圖38是一種示範的捲繞式壓紋裝置的部分者之示意圖。
實施例將參考圖式來描述，其中，同樣參考標號是用來指稱在所有圖式中的同樣元件。該等圖式不必依比例所繪製。關於一個實施例所描述且/或圖示說明的特徵可能以相同方式或類似方式而使用在一或多個其他實施例且/或結合或是替代該等其他實施例的特徵。在此揭露內容中，入射、反射、與折射的角度以及輸出角度是相對於表面的法線所測量。
根據本揭露內容的一個觀點，一種製品包括其具有一個主要表面的一個基板。明確界定形狀的第一微細特徵是在基板的主要表面，第一微細特徵具有低表面粗糙度。明確界定形狀的第二微細特徵是在基板的主要表面，第二微細特徵包括一個表面，其具有實質大於該低表面粗糙度 的高表面粗糙度。在一些實施例中，該種製品是諸如原版(master)、母模(mother)、墊片(shim)、或壓紋(embossing)工具的一種圖案化工具。在其他實施例中，該基板是諸如光導或光重新定向薄膜的一種光學基板。本揭露內容的其他觀點是針對於製造該種製品。
初始參考圖1，一種照明組件的一個示範實施例被顯示於100。照明組件100包括經實施為光導102的一個光學基板。光導102是由例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,poly(methyl-methacrylate))、玻璃、或其他適當材料所作成的整塊製品。光導102亦可能是一種多層式光導，其具有折射率可能為不同的二或多層。光導102包括第一主要表面106以及在第一主要表面106的對面之第二主要表面108。光導102被配置以藉由在第一主要表面106與第二主要表面108之間的全內部反射來傳播光線。主要表面106、108之各者的長度與寬度尺寸是大於(典型為十倍或更多倍大於)光導102的厚度。該厚度是朝正交於主要表面106、108的方向之光導102的尺寸。
至少一個邊緣表面是朝厚度方向而延伸在光導的主要表面106、108之間。邊緣表面的總數是取決於光導的配置。就光導為矩形而論，光導具有四個邊緣表面110、112、114、116。其他的光導形狀造成對應數目的邊緣表面。視光導102的形狀而定，各個邊緣表面可為筆直或彎曲，且相鄰的邊緣表面可能會合在一個頂點或結合於一條曲線。甚者，各個邊緣表面可包括一或多個筆直部分，其被連接到一或多個彎曲部分。來自光源104的光線為透過其而被輸入到光導之邊緣表面110將被稱作為一個光輸入邊緣。在一些實施例中，光導102包括超過一個光輸入邊緣。
在圖示實施例中，主要表面106、108為平面。在其他實施例中，光導102的主要表面106、108之至少一部分是朝一或多個方向彎曲。在一個實例中，光輸入邊緣110以及主要表面106、108之中的一者之相交定義第一軸，且至少一部分的光導102是關於正交於第一軸的一個軸而彎曲。在另一個實例中，至少一部分的光導102是關於平行於第一軸的一個軸而彎曲。光導的示範形狀包括圓頂、中空的圓柱、中空的圓錐或角錐、中空的截頭圓錐或角錐、鐘形、沙漏形狀、或另一種適合的形狀。
照明組件100包括一個光源104，其被定位相鄰光輸入邊緣110。光源104被配置以邊緣照明該光導102，俾使來自光源的光線進入光輸入邊緣110且藉由在主要表面106、108的全內部反射而沿著光導102傳播。光源104包括一或多個固態光發射器118。構成光源104的固態光發射器118被線性佈置或以另一種適合型態來佈置，視該光源104將光線供應至其之光導102的光輸入邊緣110的形狀而定。
光導102包括明確界定形狀的微細特徵，其被實施為在主要表面106、108的至少一者之中、之上、或之下的微光學元件122。在主要表面之中、之上或之下的微光學元件將被稱作為“在”主要表面。微光學元件122是明確界定形狀的特徵，其可預測地反射或折射在光導102之中所傳播的光線。在一些實施例中，微光學元件122之中的至少一者是明確界定形狀之在主要表面106、108之中的一個壓痕(indentation)。在其他實施例中，微光學元件122之中的至少一者是明確界定形狀之出自主要表面106、108的一個突出(protrusion)。
明確界定形狀的微光學元件或微細特徵是凹陷到主要表面 或從主要表面突出之一個三維的特徵，其具有整齊清楚的表面且在規模上為大於該等表面的表面粗糙度。明確界定形狀的微光學元件與微細特徵不包括不清楚的形狀或表面紋理之特徵，諸如：不清楚的形狀之印製特徵、不清楚的形狀之油墨印製特徵、不清楚的形狀之選擇性沉積特徵、以及全由化學蝕刻或雷射蝕刻所形成之不清楚的形狀之特徵。
各個微光學元件122運作以分裂在該光導中傳播且入射於其上的光線之全內部反射。在一個實施例中，微光學元件122使光線反射朝向相對的主要表面，使得光線透過相對的主要表面而退出光導102。替代而言，微光學元件122傳送光線通過該等微光學元件122且離開其具有該等微光學元件122之光導102的主要表面。在另一個實施例中，二種型式的微光學元件122均存在。在又一個實施例中，微光學元件122反射一些光線且使入射在其上的其餘光線折射。因此，微光學元件122被配置以透過主要表面106、108之中的一者或二者來從光導102取出光線。
微光學元件122被配置從主要表面106、108之中的一者或二者以一個定義的強度輪廓(profile)(例如：一個均勻強度輪廓)且用一個定義的光線角度分佈來取出光線。在此揭露內容中，強度輪廓是指在一個發光區域(諸如：主要表面或主要表面的一個光輸出區域)內之對應於位置的強度變化。術語“光線角度分佈”被用來描述在一個定義光線角度範圍之對應於射線角度(典型為一個立體角度)的光線強度變化。在光線從一種邊緣照明的光導所發出之一個實例中，光線角度可相對於主要表面的法線而為範圍從-90°到+90°。
微光學元件122是相對於主要表面106、108的線性尺寸為 小。微光學元件122的長度與寬度之較小者是小於光導102的長度與寬度(或周邊)之較長者的十分之一，且微光學元件122的長度與寬度之較大者是小於光導102的長度與寬度(或周邊)之較小者的一半。微光學元件122的長度與寬度是針對於平面光導而在平行於光導102的主要表面106、108之一個平面所測量或針對於非平面的光導102而沿著一個表面外形所測量。
具有微光學元件122的光導102典型為藉由諸如射出成型的一種製程所形成。射出成型在此技藝為習知，且典型為利用一種圖案化工具以將微光學元件122形成在光導102的主要表面106、108。一種示範的射出成型製程被描述如後。
微光學元件122可為任何適合形狀，且光導102的示範實施例可包括超過一種型式的微光學元件。舉例來說，在圖1所示的光導102包括第一微光學元件134與第二微光學元件136。在圖3所示的另一個實例中，光導102包括不同形狀的微光學元件。是以，參考標號122將概括用來共同指稱微光學元件的不同實施例。
圖1顯示光導102的一個示範實施例，其包括截頭圓錐形狀的微光學元件122。各個截頭圓錐形狀的微光學元件122包括一個側表面124與一個端表面126。參考標號124將概括用來共同指稱該側表面的不同實施例，且參考標號126將概括用來共同指稱該端表面的不同實施例。在圖示的實施例中，微光學元件122被實施為明確界定形狀的突出，側表面124是從主要表面106所延伸且端表面126是朝其名義上地平行於主要表面106的方向所延伸。
圖2顯示光導102的一個示範實施例，其包括微光學元件 122的一個實例，微光學元件122被配置為其具有弧形脊部之v溝槽狀的凹陷，在下文被稱作為“足球狀”。此類的微光學元件可替代被配置為其具有弧形脊部之v溝槽狀的突出。各個足球形狀的微光學元件122包括其一起成為形成一個脊部132之第一側表面128與第二側表面130，脊部132具有相交該微光學元件122被形成在其之主要表面106、108的一者之端部。參考標號128將概括用來共同指稱該第一側表面的不同實施例，且參考標號130將概括用來共同指稱該第二側表面的不同實施例。第二側表面130是比第一側表面128相距光輸入邊緣110為更遠。
在一些實施例中，第一側表面128與第二側表面130之中的至少一者為彎曲。在其他實施例中，第一側表面128與第二側表面130之中的至少一者為平面。包括其為一個彎曲表面的第一側表面與其為一個平面表面的第二側表面之微光學元件122在下文被稱作為“楔形”。雖然並未明確顯示，在微光學元件為突出之實施例中，該平面表面是典型比該彎曲表面被佈置為更遠離光輸入邊緣，而在微光學元件為壓紋之實施例中，該平面表面是典型比該彎曲表面被佈置為更接近光輸入邊緣。
圖3顯示光導102的一個示範實施例，其包括截頭圓錐形狀的微光學元件122以及足球形狀的微光學元件122二者。
光導102的其他示範實施例可包括具有其他適合形狀的微光學元件122。示範的微光學元件122被描述在美國專利第6,752,505號，其整體內容是以參照方式而納入本文，且為了簡明扼要而未在此揭露內容中詳細描述。
各個微光學元件122包括至少一個表面，其被配置以使傳播 在光導中且入射於其上的光線折射或反射，俾使光線是從該光導所取出。此種表面在本文亦被稱作為一個光線重新定向表面。示範參考在圖1所示之截頭圓錐狀的微光學元件122，側表面124與端表面126之中的至少一者是一個光線重新定向表面。示範參考在圖2所示之足球狀的微光學元件122，第一側表面128與第二側表面130之中的至少一者是一個光線重新定向表面。
光導102包括其具有低表面粗糙度的第一微光學元件134。在此揭露內容中，術語“低表面粗糙度”是指適用於鏡面反射或折射入射光的定義表面粗糙度。在一個實施例中，該低表面粗糙度是小於大約0.10μm的平均表面粗糙度(Rl)。在另一個實施例中，該低表面粗糙度是小於大約0.08μm的平均表面粗糙度(Rl)。在另一個實施例中，該低表面粗糙度是小於大約0.05μm的平均表面粗糙度(Rl)。
截頭圓錐形狀的第一微光學元件134之一個示範實施例被顯示在圖1、4、與5。各個第一微光學元件134的側表面121與端表面123具有低表面粗糙度。側表面121是以朝向主要表面108的一個定義方向來使傳播在該光導中且入射於其上的光線的第一部分為鏡面反射，且以一個定義方向來使傳播在該光導中且入射於其上的光線的第二部分為鏡面折射。經折射及反射的光線是從光導102的主要表面106、108所取出。入射在端表面123之上的光線被全內部反射。
包括其朝一個定義方向來從光導以鏡面式取出光線的第一微光學元件134之光導還包括從光導102的光輸入邊緣110延伸之一個光學鏡面路徑。如透過該光學鏡面路徑所視之光源104的反射是對於其觀看該 照明組件100的觀看者為可見。因此，即使第一微光學元件134被佈置以在主要表面106、108之上的均勻強度輪廓來取出光線，由於該陣列的光源104並非為均勻的光源，該光學鏡面路徑產生其從光輸入邊緣110沿著光導102而延伸的一或多個相當高強度柱的光線之視覺效果。此視覺效果在本文亦被稱作為一種“前照燈(headlighting)”效果。
儘管前照燈效果可藉由位在鄰近主要表面106、108之中的一者或二者的一或多個光學調整器(未顯示)(例如：一種擴散薄膜)所降低，針對此目的之光學調整器的使用將破壞從照明組件100的光輸出之方向性、鏡面的光輸出分佈。再者，在諸多應用中，光學調整器的使用並不可取(例如：為了美學的理由)。
根據本揭露內容，且示範參考圖1至3，光導102另外包括第二微光學元件136，其被配置以藉由分裂從光輸入邊緣110所延伸的光學鏡面路徑來降低或消除該種前照燈效果。第二微光學元件136分裂該光源104的影像且對於觀看該照明組件100的觀看者提供其接近光輸入邊緣110之標稱均勻光線輸出的視覺效果。第二微光學元件136另外提供從光導102所取出的光線之部分射線角度控制而且還降低從照明組件100之光線輸出分佈的鏡面分量。
第二微光學元件136之中的各者包括其具有高表面粗糙度的至少一個表面。在此揭露內容中，術語“高表面粗糙度”是指其適用於使經反射或折射的入射光增添一個擴散分量之一個定義表面粗糙度。該高表面粗糙度是大於第一微光學元件134的低表面粗糙度。該高表面粗糙度是有意被增添到各個第二微光學元件136的至少一個表面之定義粗糙度。 在一個實施例中，該高表面粗糙度是範圍為從大約1μm到大約5μm的平均表面粗糙度(Rh)。在另一個實施例中，該高表面粗糙度是範圍為從大約3μm到大約5μm的平均表面粗糙度(Rh)。在另一個實施例中，該高表面粗糙度是範圍為從大約1μm到大約3μm的平均表面粗糙度(Rh)。
在此揭露內容中，一個微細特徵或微光學元件之術語“表面粗糙度”是指該微細特徵或微光學元件的最粗糙表面之表面粗糙度。舉例來說，在第二微光學元件136的至少一個表面具有高表面粗糙度之實施例中，第二微光學元件136被稱作為具有高表面粗糙度。
在一些實施例中，第二微光學元件136具有標稱相同的表面粗糙度。在其他實施例中，第二微光學元件136彼此為表面粗糙度不同，但是在第二微光學元件136之間的表面粗糙度的差異為實質小於在第二微光學元件136的高表面粗糙度表面的平均表面粗糙度(Rhavg)與第一微光學元件134的平均表面粗糙度(Rlavg)之間的差異。
截頭圓錐狀的第二微光學元件136之一個示範實施例被顯示在圖1、6、與7。第二微光學元件136具有如同在圖1、4、與5所示的第一微光學元件134之標稱相同形狀。然而，第二微光學元件136的側表面125與端表面127各自具有高表面粗糙度。在圖示的實例中，高表面粗糙度是由在側表面125之中的同心(周圍)溝槽以及在端表面127之中的同心溝槽所提供。在其他實施例中，側表面125與端表面127之中的僅有一者具有高表面粗糙度。
特別參考圖7，側表面125是以朝向主要表面108的一個方向來使傳播在該光導中且入射於其上的光線的第一部分反射，且使傳播在 該光導中且入射於其上的光線的第二部分折射穿過該側表面125。端表面127是以朝向主要表面108的一個方向來使傳播在該光導中且入射於其上的光線的第一部分反射，且使傳播在該光導中且入射於其上的光線的第二部分折射穿過該端表面127。入射在側表面125與端表面127之上的一些光線被內部反射且繼續傳播在光導102之內。第二微光學元件136的高表面粗糙度分裂其入射在第二微光學元件136之上的光線之鏡面反射與鏡面折射。是以，包括第二微光學元件136之光學路徑是比其包括第一微光學元件134之光學路徑為較不似鏡面。
圖2與3概略顯示足球形狀的第一微光學元件134與足球形狀的第二微光學元件136之示範實施例。第一微光學元件134各自包括第一側表面129與第二側表面131。第二微光學元件136各自包括第一側表面133與第二側表面135。足球形狀的第二微光學元件136具有如同在圖2與3所示的足球形狀的第一微光學元件134之標稱相同形狀。然而，各個第二微光學元件136之相距該光源104較遠的第二側表面135具有大於第一微光學元件134的低表面粗糙度之高表面粗糙度。在圖示的實例中，高表面粗糙度是由第二側表面135之中的弧形溝槽所提供。第二微光學元件136的第二側表面135之高表面粗糙度改變第二側表面135的光學特性，俾使第二側表面135部分鏡面且部分擴散地將光線反射及折射。在其他實施例中，各個第二微光學元件136的第一側表面133與第二側表面135均具有高表面粗糙度。
第二微光學元件136的高表面粗糙度使由第二微光學元件136從光導102取出的光線增添一個擴散(例如：朗伯(lambertian))分量。是 以，第二微光學元件136的高表面粗糙度提供從光導102取出的光線之光線角度分佈的尖峰之定義加寬。由第二微光學元件136所取出的光線具有比第一光線角度分佈為寬的第二光線角度分佈。但，由第二微光學元件136所取出的光線之擴散分量為足夠小，取出的光線仍具有明確界定尖峰方向的光線角度分佈。
整體而言，由第二微光學元件136所取出的光線之較寬的光線角度分佈是的確稍微降低從光導102所取出的光線之方向性、鏡面性的輸出。因此，在主要表面106、108之第二微光學元件136的密度僅為充分提供前照燈效果之有效降低而同時維持照明組件100之整體方向性的光線輸出。此外，由第二微光學元件136所內部反射的光線具有一個擴散分量，其降低在更遠離光輸入邊緣110之面板區域中的前照燈效果。另外，前照燈效果是較強烈顯露在緊鄰光輸入邊緣110之處。因此，其為第二微光學元件136之微光學元件122的百分比是在鄰近光輸入邊緣110之處為典型最高，且典型隨著相距光輸入邊緣110的距離增大而減小。其為第二微光學元件136之微光學元件122的百分比是在光導主要表面的單位面積中之第二微光學元件136的數目相乘以一百且除以在該單位面積中之微光學元件122的總數。
圖1顯示在主要表面106之相距光輸入邊緣110的不同距離處之示範的第一與第二微光學元件134、136。在鄰近光輸入邊緣110的一個位置138，微光學元件122的密度為最低，且其為第二微光學元件136之微光學元件122的百分比為最高。在相距光輸入邊緣110較遠的一個位置140，微光學元件122具有比在位置138為高的密度，但其為第二微光學元 件136之微光學元件122的百分比是比在位置138為低。在相距光輸入邊緣110更遠的一個位置142，微光學元件122的密度是高於在位置138與140，但其為第二微光學元件136之微光學元件122的百分比是低於在位置138與140。在圖示的實例中，在位置142所示之主要表面106的區域中之微光學元件122都不是第二微光學元件136。因此，在圖1所示的實例中，其為第二微光學元件136之微光學元件122的百分比是朝著正交於光輸入邊緣110的方向而變化。
在一些實施例中，第二微光學元件136的表面粗糙度是隨著相距光輸入邊緣110的距離而變化。表面粗糙度的變化可為漸進式或階梯式。在一個實例中，第二微光學元件136是隨著相距光輸入邊緣110的距離增大而減小表面粗糙度。在此類的實施例中，對於由在鄰近光輸入邊緣110的一個位置(例如：位置138)之第二微光學元件136從光導102取出的光線所增添的擴散分量是大於對於由在遠離光輸入邊緣110(例如：位置140或142)之第二微光學元件136取出的光線所增添的擴散分量。
在一些實施例中，至少在鄰近光輸入邊緣110的一個區域中，其為第二微光學元件136之微光學元件122的百分比是另外隨著相距鄰近於光輸入邊緣110之一個邊緣114、116的距離而變化。在一個實例中，其為第二微光學元件136之微光學元件122的百分比是隨著相距邊緣114、116的距離而週期性地變化。該週期性的變化具有對應於固態光發射器118的相鄰者與一個相位之間的間距之一個空間波長，俾使該百分比是在各個固態光發射器118的前面為大於在相鄰固態光發射器118之間的中間位置。附加或替代而言，第二微光學元件136的表面粗糙度是隨著相距鄰近於光 輸入邊緣110之邊緣114、116的距離而變化。在一個實例中，第二微光學元件的表面粗糙度是隨著相距邊緣114、116的距離而變化。該變化是俾使第二微光學元件的表面粗糙度是在各個固態光發射器118的前面為大於在相鄰固態光發射器118之間的大約中間位置。
在由第一微光學元件所取出的光線與由第二微光學元件所取出的光線之間的光線角度分佈的差異被舉例說明在圖8與9。明確而言，圖8顯示在正交於光輸入邊緣110以及主要表面106、108的一個平面中之由第一微光學元件134從圖1的照明組件100所取出的光線之一個示範的遠場光線角度分佈。刻度是代表相對於表面法線的方位角。光源104被佈置在0°，主要表面106被佈置在鄰近270°，且主要表面108被佈置在鄰近90°。另外參考圖1，第一微光學元件134是工具有大約50°的半峰全幅值與在對於表面法線為大約45°的峰值強度之一種射線角度分佈而使從光源104輸入到光導102之光線的第一部分139以鏡面式反射通過光導102的主要表面108。第一微光學元件134還工具有大約30°的半峰全幅值與在對於表面法線為大約25°的峰值之一種光線角度分佈而使從光源104輸入到光導102之光線的第二部分141以鏡面式折射通過光導102的主要表面106。在圖8所示的實例中，比起透過主要表面106，入射第一微光學元件134之較大部分的光線是透過主要表面108而從光導102所輸出。
圖9顯示在正交於光輸入邊緣110以及主要表面106、108的一個平面中之由第二微光學元件136從圖1的該照明組件所取出的光線之一個示範的遠場光線角度分佈。第二微光學元件136是工具有大約50°的半峰全幅值與在對於表面法線為大約45°的峰值強度之一種射線角度分佈 而使從光源104輸入到光導102之光線的第一部分143以鏡面式反射通過光導102的主要表面108。第二微光學元件136還工具有大約30°的半峰全幅值與在對於表面法線為大約25°的峰值之一種光線角度分佈而使從光源輸入到光導102之光線的第二部分145以鏡面式折射通過光導102的主要表面106。第二微光學元件136的高表面粗糙度將一個擴散分量引進到所取出的光線，此造成光線角度分佈之加寬。相較於由第一微光學元件134所取出的光線(如在圖8所示)，入射第二微光學元件136之較大部分的光線是透過主要表面106而從光導所輸出。
在上述的實施例中，照明組件100的光學基板被實施為一種光導102，其包括在主要表面106、108的第一與第二微光學元件134、136。在圖10所示的實施例中，光學基板被實施為一種光重新定向薄膜146。光重新定向薄膜146包括被實施為在其主要表面148的第一與第二微光學元件134、136之微細特徵。光線典型為以對於主要表面150的法線之一個實質角度而入射在該主要表面上，透過光重新定向薄膜146而傳送，且為入射在第一微光學元件與第二微光學元件。第一微光學元件134是以較接近對於主要表面150的法線之一個定義方向而使該入射光為鏡面地折射。第二微光學元件136以類似方式而使入射光折射且另外對於經折射的光線增添一個擴散分量。在光重新定向薄膜146的典型實施例中，其為第二微光學元件136之微光學元件122的百分比及/或第二微光學元件122的表面粗糙度是在主要表面148之上為實質均勻。
具有微光學元件122的光重新定向薄膜是典型由諸如壓紋的處理所形成。壓紋是在此技藝中為習知，且典型利用實施為壓模、滾輪、 或皮帶的一種圖案化工具而由一種原料來形成光重新定向薄膜。一種示範的壓紋處理被描述在下文。
根據本揭露內容的照明組件可配置為用於種種的應用且可包括附加構件。舉例來說，雖然未明確詳細顯示，在照明組件的一些實施例中，光源104包括結構構件以保留固態光發射器118。在圖1至3所示的實例中，固態光發射器118被安裝到印刷電路板(PCB)120。光源104可另外包括用於控制及驅動固態光發射器118的電路、電源供應器、電子器件、及/或任何其他適當的構件。
示範的固態光發射器118包括如同LED、雷射二極體、以及有機LED(OLED,organic LED)的此類裝置。在固態光發射器118為LED之一個實施例中，該等LED可能是頂部發光式LED或側邊發光式LED，且可能是寬廣光譜的LED(例如：白光發射器)或其發射期望色彩或光譜(例如：紅光、綠光、藍光、或紫外光)的光線之LED、或寬廣光譜的LED與其發射期望色彩的窄頻帶光線之LED的混合物。在一個實施例中，固態光發射器118發射其在大於500奈米(nm)的波長為不具有任何可操作有效強度的光線(即：固態光發射器118發射其在主要小於500nm的波長的光線)。在一些實施例中，構成光源104的固態光發射器118均產生其具有相同標稱光譜的光線。在其他實施例中，構成光源104的至少一些固態光發射器118產生其光譜為不同於由其餘固態光發射器118所產生的光線之光線。舉例來說，二個不同型式的固態光發射器118是沿著光源104而交替設置。
在一些實施例中，照明組件100是一種照明器具、號誌、或顯示裝置之一部分。圖11顯示照明組件100的一個示範實施例，照明組件 100作為一種示範的顯示裝置200之一部分。顯示裝置200包括一個顯示器201，其具有相對的主要表面203、205以及一個陣列的光閥207，其被配置以響應於一個視訊訊號來產生影像。該照明組件是鄰近顯示器201的主要表面205。該陣列的光閥207是由照明組件100所背光照明。
第一微光學元件134與第二微光學元件136可被直接形成在光導102或光重新定向薄膜146之中。然而，典型涉及一或多個圖案化工具之使用的其他技術被典型為用來大量製造具有第一與第二微光學元件134、136的光導102以及光重新定向薄膜146。
參考圖12至14，用於製造諸如一種光導或光重新定向薄膜的光學基板之示範的圖案化工具被顯示在300。圖案化工具300是其被實施為由例如金屬、壓克力(丙烯酸類)、聚碳酸鹽、PMMA、或其他適當材料所作成的整塊物品之一種基板。在其中一種圖案化工具300被直接用於造模、壓紋、或類似者之實施例中，圖案化工具300是通常由金屬所作成。在其他實施例中，典型被稱作為“原版(master)”的一種金屬、玻璃或塑膠圖案化工具被作成且然後被電鍍以形成其典型稱作為“母模(mother)”的另一種圖案化工具。母模可被用於造模或類似者；或可被電鍍以形成用於造模或類似者之其典型稱作為“墊片(shim)”的另一種圖案化工具。附加或替代而言，母模被電鍍以形成用於壓紋(embossing)與類似者之其典型稱作為壓紋工具的一種圖案化工具。術語“圖案化工具”是在本文被使用為概括性的術語以涵蓋一種原版、母模、墊片、壓紋工具、以及直接或間接用於其具有表面粗糙度不同的第一微光學元件與第二微光學元件的光導與光重新定向薄膜之製造的其他工具。
圖案化工具300包括一個主要表面352。在一些實施例(圖12與13)之中，圖案化工具300之主要表面352為平面(即：該主要表面並未彎曲)。其他實施例(圖14)之中，圖案化工具300之至少一部分的主要表面352是朝向一或多個方向而彎曲。圖案化工具300包括其接界該主要表面352的至少一個邊緣表面，邊緣表面的總數是取決於圖案化工具300的配置。在圖12與13所示的實施例中，圖案化工具300是矩形且包括其延伸在主要表面352與相對的主要表面362之間的四個邊緣354、356、358、360。在圖14所示的實施例中，圖案化工具300是帶狀物且包括二個邊緣364、366。在其他實施例中，該種圖案化工具可被成形為圓盤狀、圓頂狀、圓錐狀或角錐狀、截頭圓錐狀或角錐狀、或另一個適合形狀。
圖案化工具300包括在主要表面352之中或之上的微細特徵368。各個微細特徵368是明確界定形狀的壓痕或突出且將被稱作為“在”主要表面352。微細特徵368可為任何適合形狀。舉例來說，如在圖12所示，各個微細特徵368是截頭圓錐形狀且包括一個側表面370與一個端表面372。參考標號370將概括用來共同指稱該側表面的不同實施例，且參考標號372將概括用來共同指稱該端表面的不同實施例。另外參考圖13與14，在其他實例中，各個微細特徵368是足球形狀且包括其一起成為形成一個弧形脊部378之第一與第二側表面374與376，脊部378具有相交主要表面352之端部。參考標號374將概括用來共同指稱該第一側表面的不同實施例，且參考標號376將概括用來共同指稱該第二側表面的不同實施例。在一些實施例中，第一側表面374與第二側表面376之中的至少一者為彎曲。在圖示的實例中，第一與第二側表面374與376二者均為彎曲。在其他實施 例中，諸如：在美國專利第6,752,505號的圖25至28所示者，第一側表面374與第二側表面376之中的至少一者為平面。在未明確顯示的還有其他實施例中，圖案化工具300包括超過一種型式的微細特徵368。在一個實例中，一些微細特徵368是截頭圓錐的形狀且其他的微細特徵368是足球形狀。
圖案化工具300包括其具有低表面粗糙度的第一微細特徵380。在一個實施例中，該低表面粗糙度是小於約0.10μm的平均表面粗糙度(Rl)。在另一個實施例中，該低表面粗糙度是小於約0.08μm的平均表面粗糙度(Rl)。在另一個實施例中，該低表面粗糙度是小於約0.05μm的平均表面粗糙度(Rl)。
圖案化工具300另外包括第二微細特徵382，其各自包括具有高表面粗糙度的至少一個表面。該高表面粗糙度是大於第一微細特徵380的低表面粗糙度。第二微細特徵382的高表面粗糙度是有意被增添到各個第二微細特徵382的至少一個表面之定義粗糙度。在一個實施例中，該高表面粗糙度是範圍為從大約1μm到大約5μm的平均表面粗糙度(Rh)。在另一個實施例中，該高表面粗糙度是範圍為從大約3μm到大約5μm的平均表面粗糙度(Rh)。在另一個實施例中，該高表面粗糙度是範圍為從大約1μm到大約3μm的平均表面粗糙度(Rh)。
在一些實施例中，第二微細特徵382具有標稱相同的表面粗糙度。在其他實施例中，第二微細特徵382彼此為表面粗糙度不同，但是在第二微細特徵382之間的表面粗糙度的差異為實質小於在第二微細特徵382的高表面粗糙度表面的平均表面粗糙度(Rhavg)與第一微細特徵380的平均 表面粗糙度(Rlavg)之間的差異。
圖12顯示截頭圓錐狀的第一微細特徵380與截頭圓錐狀的第二微細特徵382之示範實施例。第一微細特徵380各自包括一個側表面367與一個端表面369。第二微細特徵382各自包括一個側表面371與一個端表面373。第二微細特徵382具有如同在圖12所示的第一微細特徵380之標稱相同形狀。然而，第二微細特徵382的側表面371與端表面373各自具有高表面粗糙度。在圖示的實例中，高表面粗糙度是由在側表面371之中的同心(周圍)溝槽以及在端表面373之中的同心溝槽所提供。在其他實施例中，側表面371與端表面373之中的僅有一者具有高表面粗糙度。
圖13與14概略顯示足球形狀的第一微細特徵380與足球形狀的第二微細特徵382之示範實施例。第一微細特徵380各自包括第一側表面375與第二側表面377。第二微細特徵382各自包括第一側表面379與第二側表面381。足球形狀的第二微細特徵382具有如同在圖13與14所示的足球形狀的第一微細特徵380之標稱相同形狀。然而，第二側表面381具有大於第一微細特徵380的低表面粗糙度之高表面粗糙度。在圖示的實例中，高表面粗糙度是由第二側表面381之中的弧形溝槽所提供。在其他實施例中，各個第二微細特徵382的第一側表面379與第二側表面381均具有高表面粗糙度。
第一微細特徵380與第二微細特徵382可用任何適合方式而佈置在主要表面352。在一些實施例中，該等微細特徵是以一種型態來佈置以供產生微光學元件，其經配置以定義的光強度輪廓來從光導取出光線。該種圖案化不必然為一個規則陣列，且可包括該等微細特徵368在主要表 面352之隨機化。
在一些實施例中，圖案化工具300被配置以用於在光學基板的製造期間來形成光學基板的主要表面。光學基板的實例包括光導102與光重新定向薄膜146。光學基板可藉由諸如將圖案化工具300使用作為一個模具嵌入物且將光學基板造模作為該圖案化工具300的一個倒轉複製品、或藉由將圖案化工具300使用作為一個壓紋模且將一個胚料的光學基板壓紋以形成該圖案化工具300的倒轉複製品之此類技術所作成。圖案化工具300的各個第一微細特徵380界定該光學基板的一個第一微光學元件134，且圖案化工具300的各個第二微細特徵382界定該光學基板的一個第二微光學元件136。
在其他實施例中，圖案化工具300是一種原版，其配置以用於作成諸如母模或墊片之一種衍生的圖案化工具，用於在光學基板的製造期間來形成該光學基板的主要表面。母模可藉由諸如將該原版電鍍金屬以形成原版的一個倒轉複製品之此類技術所作成。原版的各個第一微細特徵380界定該母模的一個第一微細特徵，且原版的各個第二微細特徵382界定該母模的一個第二微細特徵。墊片可藉由諸如將該母模電鍍金屬以形成母模的一個倒轉複製品之此類技術所作成。母模的各個第一微細特徵界定該墊片的一個第一微細特徵，且母模的各個第二微細特徵界定該墊片的一個第二微細特徵。由該二個階段的電鍍所形成之墊片是該原版的一個複製品。
該種原版、母模、與墊片之中的任一者可被配置為用於光學基板的製造期間來形成該光學基板的主要表面之圖案化工具300。
在圖12所示之圖案化工具300的實例是一種圖案化工具，其被直接或間接用來製造類似於關於圖1之上述的光導102之一種光導。圖12顯示在主要表面352之相距圖案化工具300的邊緣354的不同距離處之示範的第一與第二微細特徵380、382。圖案化工具300的邊緣354是對應於光導102的光輸入邊緣110。在鄰近邊緣354的一個位置384，微細特徵368的密度為最低，且其為第二微細特徵382之微細特徵368的百分比為最高。在相距邊緣354較遠的一個位置386，微細特徵382具有比在位置384為高的密度，但其為第二微細特徵382之微細特徵368的百分比是比在位置384為低。在相距邊緣354更遠的一個位置388，第二微細特徵382的密度是高於在位置384與386，但其為第二微細特徵382之微細特徵368的百分比是低於在位置384與386。在圖12所示的實例中，在位置388所示之主要表面352的區域中之微細特徵368都不是第二微細特徵382。其為第二微細特徵382之微細特徵368的百分比是在圖案化工具300的主要表面的單位面積中之第二微細特徵382的數目相乘以一百且除以在該單位面積中之微細特徵368的總數。
在用來製造光導之圖案化工具300的一些實施例中，第二微細特徵382的表面粗糙度是隨著相距其對應於光導的光輸入邊緣之邊緣354的距離而變化。表面粗糙度的變化可為漸進式或階梯式。在一個實例中，第二微細特徵382是隨著相距邊緣354的距離增大而減小其表面粗糙度。在此類的實施例中，對於由在鄰近邊緣354的一個位置(例如：位置384)之第二微細特徵382所形成的微光學特徵從造成的光導來取出的光線所增添的擴散分量是大於對於由在遠離邊緣354(例如：位置386或388)之第二微細 特徵382所形成的微光學特徵從造成的光導來取出的光線所增添的擴散分量。
在一些實施例中，至少在鄰近其對應於光導的光輸入邊緣之邊緣354的一個區域中，其為第二微細特徵382之微細特徵368的百分比是另外隨著相距鄰近於邊緣354之圖案化工具300的邊緣356的距離而變化。在一個實例中，其為第二微細特徵382之微細特徵368的百分比是隨著相距邊緣356的距離而變化。該種變化俾使其為第二微細特徵382之微細特徵368的百分比是在形成固態光發射器將定位的前面的光導主要表面區域之圖案化工具的主要表面352的區域中為大於在形成固態光發射器將定位其間的中間的光導主要表面區域之區域中。附加或替代而言，第二微細特徵382的表面粗糙度是隨著相距邊緣356的距離而變化。在一個實例中，第二微細特徵382的表面粗糙度是隨著相距邊緣356的距離而變化。該種變化俾使第二微細特徵的表面粗糙度是在形成固態光發射器將定位的前面的光導主要表面區域之圖案化工具的主要表面352的區域中為大於在形成固態光發射器將定位其間的中間的光導區域之位置。
在直接或間接用來製造其類似於關於圖10之上述的光重新定向薄膜146的一種光重新定向薄膜之圖案化工具300的一個實例中，其為第二微細特徵382之微細特徵368的百分比及/或第二微細特徵的表面粗糙度是典型在該圖案化工具的主要表面352之上為實質均勻。
圖15是顯示用於形成圖案化工具的一種示範方法400之流程圖。方法400的至少一些操作之順序是示範性質，且方法400的一些操作可用不同於圖示者之順序或甚至同時來實行。
在方塊402，圖案化工具300要形成在其中之一種物品被提供。
在方塊404，具有低表面粗糙度的第一微細特徵380被形成在該物品的主要表面之中。在一個實例中，第一微細特徵380是藉由一種微機械加工工具500、600(圖16與19)來微機械加工該物品所形成。微機械加工工具500、600被配置以形成其從該物品的主要表面352延伸到該物品中之明確界定形狀的壓痕。該壓痕的表面具有低表面粗糙度。使用的特定型式之微機械加工工具500、600是取決於要形成的微細特徵。
在方塊406，各自包括具有高表面粗糙度的一個表面之第二微細特徵382被形成在該物品的主要表面352之中。在一個實例中，類似於第一微細特徵380之形成，第二微細特徵382之形成包括用微機械加工工具520、540、620、640(圖17、18、20、與21)來微機械加工該物品以形成其從該物品的主要表面352延伸到該物品中之明確界定形狀的壓痕。該壓痕的至少一個表面具有高表面粗糙度。
圖16顯示經實施為旋轉式切割工具之一種微機械加工工具500，其適用在方塊404以供機械加工截頭圓錐形狀的第一微細特徵380。微機械加工工具500包括一個機械加工元件504，其在機械加工元件504的一個近端506被耦合到一個底座502。機械加工元件504包括：第一機械加工邊緣510，其被配置以切割該截頭圓錐體的端表面；以及，第二機械加工邊緣508，其被配置以切割該截頭圓錐體的側表面。微機械加工工具500的第一機械加工邊緣510與第二機械加工邊緣508相交在機械加工元件504的一個遠端512，其相對於近端506。底座502被配置以將該旋轉式切割工具 耦合到一種用於機械加工該物品的裝置(例如：CNC銑床)。
圖19顯示經實施為線性切割工具之一種微機械加工工具600，其適用在方塊404以供機械加工足球形狀的第一微細特徵380。微機械加工工具600包括一個機械加工元件604，其在機械加工元件604的一個近端606被耦合到一個底座602。機械加工元件604包括：第一機械加工邊緣610，其被配置以切割該足球形狀的微細特徵的第一表面；以及，第二機械加工邊緣608，其被配置以切割該足球形狀的微細特徵的第二表面。第一機械加工邊緣610與第二機械加工邊緣608相交在機械加工元件604的一個遠端612，其相對於近端606。底座602被配置以將該線性切割工具耦合到一種用於機械加工該物品的裝置(例如：CNC車床)。
微機械加工工具500、600之機械加工元件504、604是由其適用於機械加工該物品以形成具有低表面粗糙度的一個表面之一種材料所作成。一種示範的材料是單晶鑽石。微機械加工工具500、600之第一機械加工邊緣510、610與第二機械加工邊緣508、608具有低表面粗糙度。在一個實例中，第一機械加工邊緣510、610與第二機械加工邊緣508、608是經磨光的邊緣。在一些實施例中，該低表面粗糙度是小於大約0.10μm的平均表面粗糙度(Rl)。在另一個實施例中，該低表面粗糙度是小於大約0.08μm的平均表面粗糙度(Rl)。在另一個實施例中，該低表面粗糙度是小於大約0.05μm的平均表面粗糙度(Rl)。
圖22與23顯示關於圖16之上述的微機械加工工具500的一個實例之顯微照相影像。第一機械加工邊緣510與第二機械加工邊緣508被配置以機械加工其具有一個低粗糙度的側表面370與一個低粗糙度的端 表面372之一個截頭圓錐狀的微細特徵368(例如：第一微細特徵380)。
在一些實施例中，第二微細特徵382是藉由其具有至少一個高表面粗糙度的機械加工邊緣之一種微機械加工工具520、540、620、640來微機械加工該物品所形成。在一個實施例中，該高表面粗糙度是範圍為從大約1μm到大約5μm的平均表面粗糙度(Rh)。在另一個實施例中，該高表面粗糙度是範圍為從大約3μm到大約5μm的平均表面粗糙度(Rh)。在另一個實施例中，該高表面粗糙度是範圍為從大約1μm到大約3μm的平均表面粗糙度(Rh)。
圖17與18顯示經實施為旋轉式切割工具之示範的微機械加工工具520、540，其可被用在方塊406以形成截頭圓錐狀的第二微細特徵382。在圖17所示的微機械加工工具520包括一個機械加工元件524，其具有高表面粗糙度的第二機械加工邊緣528與低表面粗糙度的第一機械加工邊緣530。在圖18所示的微機械加工工具540包括一個機械加工元件544，其具有高表面粗糙度的第二機械加工邊緣548與高表面粗糙度的第一機械加工邊緣550。
圖20與21顯示經實施為線性切割工具之示範的微機械加工工具620、640，其可被用在方塊406以形成足球形狀的第二微細特徵382。在圖20所示的微機械加工工具620包括一個機械加工元件624，其具有高表面粗糙度的第二機械加工邊緣628與低表面粗糙度的第一機械加工邊緣630。在圖21所示的微機械加工工具640包括一個機械加工元件644，其具有高表面粗糙度的第二機械加工邊緣648與高表面粗糙度的第一機械加工邊緣650。微機械加工工具500、600之機械加工元件524、544、624、644 是由適用於機械加工該物品以提供高表面粗糙度之一種材料所作成。示範的材料包括：單晶鑽石、碳化物(例如：碳化矽、碳化鎢、與碳化鈦)、以及金屬(例如：鎢)。
圖24至26顯示其經實施為旋轉式切割工具之一種示範的微機械加工工具之具有漸增放大倍數的顯微照相影像。在圖24至26所示的微機械加工工具是類似於在圖18所示的微機械加工工具540。微機械加工元件544的第一機械加工邊緣550與第二機械加工邊緣548二者均包括高表面粗糙度。
圖27至29顯示其使用類似於在圖18與圖24至26所示者的一種微機械加工工具而被機械加工在物品主要表面中之示範的第二微細特徵382。第二微細特徵382是名義上地截頭圓錐的形狀且包括一個高粗糙度的側表面371與一個高粗糙度的端表面373。同心(圓周)溝槽是藉由高表面粗糙度的第一機械加工邊緣510之旋轉而形成在第二微細特徵382的側表面371。同心(圓周)溝槽構成第二微細特徵382的高表面粗糙度。高表面粗糙度的第二機械加工邊緣548形成一個高表面粗糙度的端表面371。在該第二微細特徵是使用經實施為線性切割工具的微機械加工工具620、640所形成之其他實施例中，平行於脊部378(參閱：圖14)所佈置的弧形溝槽是藉由第一機械加工邊緣630、650與第二機械加工邊緣628、648之線性移動而形成在第一側表面375與第二側表面377之中的一者或二者，該等溝槽構成第二微細特徵382的高表面粗糙度。
使工具有至少一個高表面粗糙度的機械加工邊緣之微機械加工工具520、540、620、640來微機械加工第二微細特徵382考慮到各個 第二微細特徵382要在各別的單一作業中被形成有定義的粗糙度。微機械加工工具之機械加工邊緣的表面粗糙度是可預測地定義該微細特徵的表面粗糙度。
在其他實施例中，第二微細特徵382是例如藉由使用其具有低表面粗糙度的機械加工邊緣之一種微機械加工工具500、600(例如：如在圖16與19所示)來形成具有低表面粗糙度的微細特徵368而形成在該物品之中，且隨後為使用一種化學蝕刻技術來作粗糙化。化學蝕刻技術是在此技藝中為習知，且可用以根據諸如化學蝕刻劑的型式與強度、物品的材料、物品被暴露於化學蝕刻劑的時間、以及化學蝕刻劑的溫度之此類的變數而將期望的粗糙度增添到微細特徵368的表面。適用於使第二微細特徵382粗糙化之示範的化學蝕刻技術包括濕式化學蝕刻(例如：溶劑型或水性)以及反應性離子蝕刻。
雖然未明確顯示，在一個實例中，一種遮罩被形成在物品的主要表面之上。該遮罩可使用一種正抗蝕材料或一種負抗蝕材料來形成。該遮罩的部分者被移除以暴露出其要粗糙化的彼等微細特徵368以供形成各別的第二微細特徵382。一種化學蝕刻劑是接著與未遮罩的微細特徵368成為接觸達到要得到未遮罩的微細特徵的表面之期望粗糙化以形成各別的第二微細特徵382所需要的時間。在一些實施例中，物品被浸入在其包括該化學蝕刻劑之池中。在化學蝕刻之後，蝕刻劑是例如藉由清洗而被移除，且然後該遮罩是藉由例如使用一種適合的溶劑而被移除。
在另一個實例中，測定量的化學蝕刻劑(例如：酸類)被沉積到要粗糙化的微細特徵368。化學蝕刻劑是在對於該化學蝕刻劑要產生定義 的表面粗糙度為充分的一段時間之後而例如藉由清洗被移除。
在一些實施例中，在圖案化工具300的主要表面352之各別的第二微細特徵382的定義表面粗糙度是隨著相距邊緣354(圖12)的距離增大而減小，如上所述。在第二微細特徵382為藉用其具有高粗糙度切割邊緣的一種微機械加工工具之微機械加工所形成之實例中，第二微細特徵382是用多個微機械加工工具所形成，各個微機械加工工具具有不同的各別的高表面粗糙度。在一個實例中，二個微機械加工工具被使用，其中一者的切割邊緣具有比另一者的切割邊緣為高的表面粗糙度。具有較高的高表面粗糙度之切割邊緣的微機械加工工具被用來形成較為接近邊緣354的第二微細特徵382，而具有較低的高表面粗糙度之切割邊緣的微機械加工工具被用來形成較為遠離邊緣354的第二微細特徵382。
在其中未遮罩的微細特徵368被暴露到化學蝕刻劑(例如：藉由浸入在池中)以形成其表面粗糙度隨著相距邊緣354的距離增大而減小的第二微細特徵382之實例中，物品被定向為其主要表面正交於化學蝕刻劑的表面以及其面對蝕刻劑的表面之一個邊緣(例如：邊緣354)。物品接著為以定義速率而被浸入在化學蝕刻劑中，允許維持被浸入在蝕刻劑中達到一段定義時間(其可為零)，且然後為迅速從蝕刻劑所抽出。替代而言，物品被迅速浸入在化學蝕刻劑中，允許維持被浸入在蝕刻劑中達到一段定義時間(其可為零)，且然後為以定義速率而抽出，或者是以定義的速率而浸入及抽出。浸入及/或抽出的定義速率改變該物品主要表面的不同區域被暴露到化學蝕刻劑的時間，暴露時間是依據對於其被最初浸入在蝕刻劑中的邊緣(例如：邊緣354)之鄰近度。
在第二微細特徵382為藉由將化學蝕刻劑沉積到微細特徵368所形成之實例中，在化學蝕刻劑被移除之前的時間可隨著相距該邊緣的距離增大而減少。在一個實例中，化學蝕刻劑是在經沉積於遠離邊緣354的彼等微細特徵368之前而被沉積於鄰近邊緣354的彼等微細特徵368。稍後，經沉積於所有微細特徵368的化學蝕刻劑被同時移除。
用於形成第一微細特徵380與第二微細特徵382的上述製程之中的任一者亦可被用來將第一微光學元件134與第二微光學元件136形成在其被實施為光導102或光重新定向薄膜146之一種光學基板的主要表面106。
如上所述，在一些實施例中，圖案化工具300是用於作成母模(mother)或墊片(shim)的一種原版(master)。圖30顯示其形成在圖案化工具300的主要表面352之一種母模700的一個示範實施例。在一個實例中，母模700是由一種電鍍製程所形成。電鍍製程是在此技藝為習知且可被使用以將一個電鍍層701施加到圖案化工具300的主要表面352。當從圖案化工具300所移除時，電鍍層701構成母模700，且為該原版的一個倒轉複製品。是以，母模700的主要表面752包括其為第一微細特徵380的倒轉之第一微細特徵780、以及其為第二微細特徵382的倒轉之第二微細特徵782。在其中圖案化工具300的主要表面之微細特徵368為明確界定形狀的壓痕之實施例中，在母模700的主要表面752之倒轉的微細特徵768是明確界定形狀的突出。圖33至36是SEM影像，其明確顯示實施為在母模700的主要表面752的突出之第二微細特徵782的示範實施例。
為了產生其中該等微細特徵為壓痕之一種墊片，二個連續的 電鍍製程被使用。圖31顯示其形成為在母模700的主要表面752的一個電鍍層705之一種墊片703的一個示範實施例。在一個實例中，墊片703是由一種電鍍製程所形成。當從母模700所移除時，電鍍層705構成墊片703。墊片703是母模700的一個倒轉複製品且為原版的一個複製品。是以，墊片703是在其主要表面753包括其為母模700的第一微細特徵780的各別倒轉複製品之第一微細特徵781、以及其為母模700的第二微細特徵782的各別倒轉複製品之第二微細特徵783。
在一些實施例中，包括第一微光學元件134以及第二微光學元件136之光導102(圖1)是由一種射出成型製程所形成。圖37概略顯示一種射出成型裝置800。射出成型裝置800包括一個經加熱的螺旋狀注射器802，其為由一個漏斗804所進料且為由一個馬達806所驅動以將熔融材料注入到一個模具808之中。模具808包括一個模具腔部810，其界定所形成的光導102之形狀。另外參考圖12、13、30與31，一個圖案化工具300(例如：原版、母模、或墊片)被安裝在模具腔部810之中，圖案化工具300包括具有第一微細特徵與第二微細特徵之一個主要表面。注射器802被用以將熔融材料注入到射出成型裝置800的模具腔部810之中。熔融材料可為用於形成光導之任何適合的材料，諸如：壓克力、聚碳酸鹽、PMMA、玻璃、或其他適當材料。該注入使得所注入材料與圖案化工具300成為接觸，且光導102的主要表面106或108被形成為圖案化工具300的一個倒轉者。光導102包括第一與第二微光學元件134、136。在注入之後，該材料被允許冷卻且光導102接著從射出成型裝置800被移除。
在一些實施例中，包括第一微光學元件134以及第二微光學 元件136之光重新定向薄膜146(圖10)是由一種壓紋製程所形成。圖38顯示一種示範的捲繞式(roll-to-roll)壓紋裝置900。壓紋裝置900包括用於保留庫存材料910的一個供應滾輪902、以及用於收集壓紋材料911而位在供應滾輪902之下游的一個捲取滾輪904。在其他實施例中，壓紋裝置900包括一個切割組件(未顯示)來取代捲取滾輪904，該切割組件被配置以將該壓紋材料911切割為期望的尺寸。雖然並未明確顯示，壓紋裝置900可包括一或多對的支撐滾輪、張力滾輪、及/或驅動滾輪以實行從供應滾輪902到捲取滾輪904之庫存材料910的轉移。圖案化工具300(例如：原版、母模、或墊片)被盤繞在單一個壓紋滾輪906(如圖所示)或可被形成為其盤繞在用於壓紋該庫存材料910的二個滾輪之一個帶狀物。壓紋滾輪906是位在供應滾輪902與捲取滾輪904之間。第二滾輪908按壓著在壓紋滾輪906之上的圖案化工具300且形成該庫存材料910通過其的一個間隙912。由第二滾輪908所施加的壓力致使其通過間隙912的庫存材料910將用提供在圖案化工具300之上的圖案化之倒轉者來壓紋。壓紋滾輪906與第二滾輪908之中的至少一者被加熱，或一個加熱組件(未顯示)被設置在壓紋滾輪之上游，以軟化該庫存材料910且助於微光學元件134、136之形成。
在此揭露內容中，跟隨一個清單之後的片語“之中的一者”是想要意指在可供選擇的清單之中的元件。舉例來說，“A、B與C之中的一者”意指A或B或C。跟隨一個清單之後的片語“之中的至少一者”是想要意指在可供選擇的清單之中的要素的一者或多者。舉例來說，“A、B與C之中的至少一者”意指A或B或C或(A與B)或(A與C)或(B與C)或(A與B與C)。
100‧‧‧照明組件
102‧‧‧光導
104‧‧‧光源
106、108‧‧‧主要表面
110、112、114、116‧‧‧邊緣表面
118‧‧‧固態光發射器
120‧‧‧印刷電路板(PCB)
121‧‧‧側表面
122‧‧‧微光學元件
123‧‧‧端表面
124‧‧‧側表面
125‧‧‧側表面
126‧‧‧端表面
127‧‧‧端表面
134‧‧‧第一微光學元件
136‧‧‧第二微光學元件
138‧‧‧鄰近光輸入邊緣110的位置
140‧‧‧相距光輸入邊緣110較遠的位置
142‧‧‧相距光輸入邊緣110更遠的位置

Claims (21)

  1. 一種製品，其包含：一基板，其具有一主要表面；在該基板主要表面之明確界定形狀的第一微細特徵，該等第一微細特徵之中的各者具有低表面粗糙度；及在該基板主要表面之明確界定形狀的第二微細特徵，該等第二微細特徵之中的各者包含一表面，其具有實質大於該低表面粗糙度的高表面粗糙度。
  2. 如申請專利範圍第1項之製品，其中該高表面粗糙度是範圍從大約1μm到大約5μm的平均表面粗糙度且該低表面粗糙度是小於大約0.10μm的平均表面粗糙度。
  3. 如申請專利範圍第1項之製品，其中該等第二微細特徵之中的各者為名義上地截頭圓錐的形狀且包含一側表面與一端表面。
  4. 如申請專利範圍第1項之製品，其中該側表面與該端表面之中的一者包含該高表面粗糙度，且該側表面與該端表面之中的另一者包含小於該高表面粗糙度的低表面粗糙度。
  5. 如申請專利範圍第1項之製品，其中該等第二微細特徵之中的各者的該表面是第一表面且該等第二微細特徵之中的各者另外包含第二表面，該第二表面是連同該第一表面以形成其具有相交該主要表面的端部之一脊部，該第一表面具有該高表面粗糙度且該第二表面具有小於該高表面粗糙度的低表面粗糙度。
  6. 如申請專利範圍第1項之製品，其中該等第二微細特徵在接近該基板的 一個邊緣處之密度大於該等第一微細特徵。
  7. 如申請專利範圍第1項之製品，其中該等第二微細特徵是隨著相距該基板的一個邊緣之距離增大而減小表面粗糙度。
  8. 一種照明組件，其包含：如申請專利範圍第1項之製品；及固態光發射器，其沿著光導的一邊緣來邊緣照明該光導，其中該製品是一種光導且該等微細特徵是微光學元件；且第二微細特徵之該等微細特徵的百分比是隨著相距該邊緣之距離增大而減小。
  9. 一種照明組件，其包含：如申請專利範圍第1項之製品；及固態光發射器，其沿著光導的一個邊緣來邊緣照明該光導，其中該製品是一種光導且該等微細特徵是微光學元件；且該等第二微細特徵是隨著相距該邊緣之距離增大而減小表面粗糙度。
  10. 一種照明組件，其包含：如申請專利範圍第1項之製品，其中該製品是一種光導且該等微細特徵是微光學元件；及固態光發射器，其沿著該光導的一個邊緣來邊緣照明該光導，其中第二微細特徵之該等微細特徵的百分比是隨著相距該邊緣之距離增大而改變，俾使第二微光學元件的百分比在各個固態光發射器的前面大於在相鄰的固態光發射器之間的大約中間位置處。
  11. 一種照明組件，其包含：如申請專利範圍第1項之製品，其中該製品是一種光導且該等微細特徵是微光學元件；及固態光發射器，其沿著該光導的一個邊緣來邊緣照明該光導，其中該等第二微細特徵是隨著相距該邊緣之距離增大而改變表面粗糙度，俾使該等第二微光學元件的表面粗糙度在各個固態光發射器的前面大於在相鄰的固態光發射器之間的大約中間位置處。
  12. 如申請專利範圍第1項之製品，其中該製品是一種圖案化工具，其用於製造一個光學基板以在該光學基板的一主要表面形成由該等第一微細特徵所界定之明確界定形狀的第一微光學元件以及由該等第二微細特徵所界定之明確界定形狀的第二微光學元件。
  13. 如申請專利範圍第1項之製品，其中該基板是一種光導，該等第一微細特徵為具有低表面粗糙度的第一微光學元件，且該等第二微細特徵為包含具有高表面粗糙度的一表面的第二微光學元件。
  14. 如申請專利範圍第13項之製品，其中：該等第一微光學元件是以第一光線角度分佈從該光導取出光線；且該等第二微光學元件是以比第一光線角度分佈為寬的第二光線角度分佈從該光導取出光線。
  15. 如申請專利範圍第1項之製品，其中該基板是一種光重新定向薄膜，該等第一微細特徵是具有低表面粗糙度的第一微光學元件，且該等第二微細特徵是包含具有高表面粗糙度的一個表面的第二微光學元件。
  16. 一種用於製造光學基板之方法，該種方法包含： 提供一種圖案化工具，其包含：一基板，其具有一主要表面；在該基板主要表面處有明確界定形狀的第一微細特徵，該等第一微細特徵之中的各者具有低表面粗糙度；及在該基板主要表面處有明確界定形狀的第二微細特徵，該等第二微細特徵之中的各者包含一表面，其具有實質大於該低表面粗糙度的高表面粗糙度；且將一種塑膠材料與該圖案化工具的主要表面接觸。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該接觸包含：提供一種射出成型裝置，其包含一個模具腔部；將該圖案化工具安裝到該射出成型裝置的模具腔部之中；且將該材料注射到模具腔部之中而與該圖案化工具成為接觸以形成該光學基板，其包含由該等第一微細特徵所界定的第一微光學元件以及由該等第二微細特徵所界定的第二微光學元件。
  18. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該接觸包含：提供一種壓紋裝置；將該圖案化工具安裝到該壓紋裝置之上；且操作該壓紋裝置來將薄膜之形式的該材料與該圖案化工具接觸以形成該光學基板，其包含由該等第一微細特徵所界定的第一微光學元件以及由該等第二微細特徵所界定的第二微光學元件。
  19. 一種用於製造圖案化工具之方法，該種方法包含：提供一基板，其包含一主要表面； 將明確界定形狀的第一微細特徵以微機械加工到該基板主要表面，該等第一微細特徵之中的各者具有低表面粗糙度；且在該基板主要表面形成明確界定形狀的第二微細特徵，該等第二微細特徵之中的各者包含一表面，其具有實質大於該低表面粗糙度的高表面粗糙度。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該形成第二微細特徵包含使用一種微機械加工工具來微機械加工該基板，該微機械加工工具包含一個切割邊緣，其具有對應於該高表面粗糙度的表面粗糙度。
  21. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該形成第二微細特徵包含：用一種微機械加工工具來微機械加工該製品，該微機械加工工具包含一個切割邊緣，其具有實質小於該高表面粗糙度的表面粗糙度；且隨後使得該第二微細特徵的一表面變得粗糙。
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