TW444140B - Optical structures for diffusing light - Google Patents

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4 經濟部中央標準局只工消費合作社印製 4 1 4 Ο Α7 ______Β7五、發明説明（1 ) tjg背景 散射或擴散光的光學結構通常以二種方法之—工作：（昀 像-表面擴散器’㈣表面粗^若干方向中折射或散射 光：或(b)像-大的擴散器具有平的表面和包含散射光的元件。 前者種類的擴散器通常利用其暴露於空氣中的粗糙表 面’在擴散器和環境介質的材料之間產生最大可能的折射 率差’而因此，入射光最大的角展度d然&，此型式的擴 傲器受到二主要缺陷：-高度的後散射㈣於空氣接觸的 需求。後散射造成此光之重要部分的反射回到&始光源， =其應該適當地通過此擴散器 '，降低此光學系統的效率。 第二個缺點，此粗糙表面必須與空氣接觸以適當地操作的 需求，也可能造成較低的效率。如果此擴散器的輸入和輸 出表面都包含在其他的材料内，例如像—黏膠，此擴散器 的散光能力可能被降低至一不希望的水準。 此第一型式之擴散器的一版本中，此大型的擴散器，— 第二折射率的小粒子或球被包含在此擴散器的主要材料之 内。在此大型擴散器的另一版本中，此擴散器之村料的折 射率變化橫過此擴散器主體，因此造成通過此材料的光在 不同的點被折射或散射s大型擴散器也出現一些實際的問 題。如果尋找—高的角輸出分佈，此擴散器通常比具有相 同光孥散射功率的表面擴散器厚。然而如果此大型擴散器 作待4，對於大部分應用想要的特性，此擴散器的散射能 力可能太低。 -4- 本紙乐尺t雌家標準（咖）峨格（2丨〇"><297公处） (諳先閱讀背面之注意事項另填寫本頁} 裝' « _ln T -* 次： 44414 〇 經濟部中央標準局員工消t合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（） 不管前述的困難’有一些應用其中可以希望一具體化的 擴散器’其中第一種型式的擴散器並不適當。例如擴 散器層可以包含在輸出偏振器層和一液晶顯示系統的外部 硬外表層以保護此擴散器免於破壞。此外，一擴散器具有 —薄的外形，其將維持寬的光學散射能力當包含於其他的 材料中時，和具有低的光學後散射，而因此比—般擴散器 高的光學效率會非常地想要= 里例概述 本發明的較冤全的瞭解，和其他未列舉於此的目的和優 點，在以下的詳細描述的考慮和伴隨之圖例上會變得顯而 易見，其中： 圖1是一置於一透明材料的基板上之可光聚合材料的薄層 和一選擇的玻璃支撑層的橫截面圖； 圖2是圖〗之置於一透明材料的基板上之可光聚合材料之 薄層的一橫截面圖，其中光指向通過此基板和此可光聚合 的材料薄層·· 53

圖3是圖2基板的橫截面圖’其中非交又結合之可光聚人 的材料和玻璃支撑薄層已經移去； Q 圖4是圖3之交叉結合可光聚合材料和基板及一適合之金 屬複製層的橫截面圖： 圖5是圖4之金屬複製層應用於—屬於基板上之可凸出 料層的橫截面圖： 圖6是產生自描述於圖5中程序之凸出層的橫截面圖； 圖7是圖3之可光聚合薄層和一填充層的橫截面圖： -5， 本紙朵尺度適用中國國家標準（ CNS ) Α4規格（21〇Χ297公疫） ---------裝〆------ί ,灯------# (請先闓讀背面之注意事免為填寫本頁) 444 1 4 0 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（ 圖8疋圖6疋凸出層和一填充層的橫截面圖； 圖9疋圖凸出層和一包含散射光之粒子之填充層的橫 截面圖： 圖10是圖6之凸出層和—場充層的橫截面圖，其中此凸 出層包含散射光的粒子； 圖1 1是使用圖3和圖6 - 1 〇之一的擴散結構之液晶顯示 系統的橫截面圖： 圖^ 2疋一使用圖3和圖6_丨〇之一的擴散結構當作一觀景 螢幕I另-個液晶顯示系統的橫截面圖； 圖1〇疋一使用圖3和圖6_丨0之一的擴散結構當作一觀景 螢幕之投影系統的橫截面圖： 圖丨4和15是一錐形光學波導件陣列，個別地，的透視和 橫截面圖： 圖16疋使用圖3和圓6_1〇之一具有一選擇的填充層的擴 散結構和一錐形光學波導件陣列之觀景螢幕的透視圖； 』圖17是使用圖3和圖6_10之—具有—選擇的填充層的擴 散結構和一錐形光學波導件陣列之另—觀景螢幕的透視 圖： 圖1 8和1 9是一錐形的，雙凸的光學波導件之，個別地， 透視和橫截面圖； 圖20是一堆二錐形的、雙凸的光學波導件之陣列的透视 圖； 圖21是一使用圖3和圓6_丨〇具有—選擇的填充層之—的 擴散結構和一堆二錐形的，雙凸的光學波導件之陣列之觀 [ -6 - 本紙故尺度適财(CNS) A4規格（2I0x297公楚-)—~ ·—— 裝 ^ ^ 訂 ----旅 (請先閲讀背面之填寫本頁) 41¾¾¼¾ A7 B7 五、發明説明（） 景螢幕的透視圖；及 圖22是一使用圖3和圖6 -10具有一選擇的填充層的擴散 結構和一堆一錐形的，雙凸的光學波導件之陣列之另一觀 景螢幕的透視圖。 發明的描述 一光擴散器可以由一可光聚合之材料的薄膜來製造，藉 由指向平行的或近似平行的光通過一透明或半透明材料的 基板並進入此光可聚合的材料。平行光可以定義爲光線之 發散角小於0 · 5度的光。相對地，在近似平行的光中，光線 的發散角是小於± 1 〇度，較好小於± 5度，而更好是小於 ± 3.5度。在此專利書中，不論平行或近似平行，此光最好 是非同調的，亦即光不具有一均一的相位。大部分的光源 (除了雷射光源之外），像弧光登，白熾燈，或螢光燈產生 非同凋光’雖然同調光也可以使用。 此可光聚合的材料曝露於光下一段僅足以使一部分材料 父又連結（或聚合）的時間。此已經發生後，移去非交又連 結之材枓的部彳，留下-高度調變的表面在此可光聚合的 材料上°此保留的結構可以直接用作一擴散器，或其可用 @濟部中央標準局貝工消贽合作衽印製 以產生—金屬的複製以凸出其他材料而產生一擴散器a _基板材^ 用於，板迺合的材料包括（a)光學地透明，透光的材料； (b )丰边明，透光材料，由於在此材料之成分或結構中之不 ^性而帶有—些霧或散射光；及⑷半透㈣料。用於此 土板（通合的材料也可以被其結晶性所分類，且包括⑷非 —————— Α7 Β7 4441 4 0 五、發明説明（ 时材料：（b)半結晶的材料，其包含散置於— 中之結晶的範_;及(c)純結晶材料。：晶矩陣 三個上述的分類來组織，必須注意許根據 聚合物的結晶性可以根據此聚合物如何被製造=用： 此，-给定的物質可以落在一個以上的 ：。： 基板典型地具有二通常彼此平行之對立的平表可： 使用其他的組態β -了以 合於可述段落之標準的㈣包括㈣ 鹽玻璃和溶化的二氧切：' 象_ 素’二醋酸纖維素，路酸鹽纖維素，乙缔— 丑 聚物，使聚乙稀基乙醇，聚甲基甲提丙稀酸：和= :=半結卵聚合物包括’聚酯’尼龍，S氧樹脂 浠氣化物，聚碳酸醋，聚乙缔，聚丙[聚醯胺，和聚亞 =:ΓΓ中前述半結晶聚合物的聚酿是較佳的’而 乙締對苯二甲酸鹽(ΡΕτ)(-聚酿)是最 佳的迫擇。在此段落中敌述的所有材料都是商業 的。 . 可光聚合的封料 此可光聚合的材料包含至少三個實質的成分；—可光聚 合：成分，-光起爆器’和一光抑制器。此第—個實質的 成为’-可光聚合成分’可以是—可光聚合的單體或體， 或一可光聚合單體及/亦； /戍券姐的混合。商業上可用的可光 聚：：體及寡體適合於此應用，包括⑷環氧樹脂像二驗A 料私脂，環氧甲料溶可橡㈣樹脂，環㈣可溶可溶 裝------ίΐτ-------成 (請先閱讀背面之注意事項為填寫本頁) 經濟部中央摞隼扃負工消費合作社印製 -8 - 4441 4 0 A7 B7 經濟部中央椟準局舅工消费合作社印11 五、發明説明（6 ) 紛越樹脂’二酴F街脂，酚-縮水甘油醚衍生樹酯：環脂肪 環氧樹脂’和芳香族的或雜環的縮水甘油碳氫基胺樹脂； (b)二丙晞硫；（c)乙缔基醚和其他含乙晞基的組織單體； 和（d)丙烯酸鹽和甲基丙烯酸鹽像胺基甲酸酯丙烯酸鹽和甲 基丙烯酸鹽’酯丙埽酸鹽和曱基丙烯酸鹽，環氧丙埽酸鹽 和甲基丙烯酸鹽’和（聚）次乙基乙二醇丙烯酸鹽和甲基丙 烯酸鹽。丙烯酸鹽單體描述於美國專利第5,396,350號，公 布於1 9 9 5年3月7日给b e e s ο η等人，對於一使用微梭鏡陣列 的背光裝置：美國專利第5,428,468號，公布於1995年6月 2 7日給Zimmerman等人，對於使用一微棱鏡陣列的照明系 統；美國專利第5,462,700號，公布於1995年1 0月3 1曰給 Beeson等人，對於一用以製造一錐形光聚合波導陣列的流 程：及美國專利第5,48 1，385，公布於1996年1月2日給 Zimmerman等人，對於—帶有錐形波導陣列的直視顯示 器，所有這些在此併入參考。 對於此可光聚合材料之第一種實質元件以下混合物已發 現在增加喜好的程度上產生可接受的結果：（a ) 一丙烯酸鹽 和環氧樹脂的混合；（b)芳香族二丙烯酸鹽和二酚A環氧樹 脂的混合：和（c )—羥乙基鹽二酚A二丙烯酸鹽（EBDA )和 Dow環氧樹脂DER-362( —二酚A和環氧氣丙烷的聚合物） 的混合物。最後的例子是一七成重量的EB da和三成重量 的D 〇 w環氧樹脂d E R - 3 62的混合物。對於那些技術上已熟 練的人會發生也可以使用其他的材料。關於此可光聚合成 分之選擇的—因子是恢復率，而環氧樹脂的收縮可以不同 -9- 本紙張尺度適用中國國家標车（CNS ) a4規格（210X297公釐> (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 .裝 訂 泉 44414 0 Α7 Β7 經濟部中央榡準局貞工消贽合作，社印¾ 五、發明説明（7 ) 於丙烯酸鹽材料的。 此可光聚合材料的第二種實質的成分，一光起爆劑，產 生一起動的形式，其產生此單體或寡體或單體及/或寡體 的混合物的光聚合作用，當其被光所啓動時。較佳的光起 爆劑發表於美國專利第5,396,35〇 ;美國專利第 5,462,700 :及美國專利第5,481，385號，引用於上。最好 的光起爆劑是π，β -二甲氧基_ α _苯基乙醯氨乙笨胺（像 Irgacure-651，Ciba-Geigy公司的產品）。此光起爆劑已成 功地用在一每一百份單體或寡體材料有二份之光起爆劑的 負載能級。較佳地，此光起爆劑應該用在每一百份單體或 寡體材料之0.5至1〇份光起爆劑的負載能級，而更佳:是 在每一百份單體或寡體材料之1至4份光起爆劑的負載能 級。 此可光聚合的材料的第三種實質的成分，—抑制劑，預 防在低光能級的光聚合。此抑制劑提高此光聚合物之聚合 作用的臨界光能級，使得會有一在交又結合和非結合可光 聚合材料之間不同的邊界取代之一傾斜率。對於那些技術 上已熟練的人所知道的不同抑制劑，如在美國專利第 5’462’700和美國專利第5,481，385號所描述的，引用於 上。氧是一較佳的抑制劑且是不貴的。其是可用的，如果 光聚合作用完成在空氣中。 巧於光聚合作用的裝置 如圖1中説明的，一可光聚合的薄層〗〇用任何常用的方 法沉澱在一基板2〇上，像醫師刀，造成一大约〇〇2爪爪至 ---------裝---1--卜訂-------Λ, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 經濟部中央標準扃黃工消費合作社印製 4 1 4 Ο Α7 ______— Β7 五 '發明説明（8 ) 大约2 mm之一般均勻厚度的薄層，較佳地是大約〇12 mm 土大约0.37 mm，而更佳地是大約〇2 mm至大約〇·3 mm的 厚度 '已經獲彳寸滿意的結果帶有一大約0 _ 2 m m至0.3 m m之 —般均勻厚度的薄層。選擇地，一玻璃支撑層可以放置 在基板20之下。較佳地，薄層1〇之上表面14開放於—包 含氧氣的大氣中。應該瞭解’顯示於圖丨中的元件和此維 持的數字不是以一定的比率：實際的和相對的尺寸可以不 同於那些顯示的。 參考圖2，平行的或近平行的光直射通過基板2 〇的下表 面22，並通過此可光聚合的薄層。（如果已經提供一玻 璃支撑層3 0，此光首先通過此玻璃^ )此光可以是任何可 見光，紫外光，或其他波長（或波長的組合）能夠包括此可 光聚合材料的聚合作用，像對於那些技術上熟練的人容易 發生=然而’許多一般使用的光起爆藥’包括irgacure_ 65在波長範圍從大約3 5 〇 nm至大約400 nm的紫外光反 應較佳’雖然此範圍不是非常重要的〇較佳地，光強度的 範圍從大約1 mw/ cm2至大約1000 mW/ cm2，更佳地介 於大约5 m\V/ cm2和大約200 mW/ cm2，而最佳的是大約 3 0 m\V/ cni2，土約1 〇 mW/cm2。已經獲得滿意的結果帶 有一大約3 0 mW/ cm2的光強度。 當光通過可光聚合層1〇，此可光聚合材料的分子將開始 交叉結合（或聚合），開始在可光聚合層1 〇的底面1 2 (基板 20的上表面24)。在可光聚合層10的整個厚度已經有機會 交又結合以前移去光照，僅留下此可光聚合層！ 〇之較低的 -11 - 本紙掁尺度適用中ϋϋ：樣孪（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） ' ~~ 裝---.--ίΐτ------ C請先閱讀背面之：Ji意事項再填寫衣頁) 4 4 經濟部中央標準局貞工消f合作社印製 4 14 0 A7 ____B7 五'發明説明（9 ) 光交又結合聚合物元件4 0。 需要芫成交叉結合之希望量的光量與使用之可光聚合材 料有關。例如’如果使用EBDA和Dow環氧樹脂DER-362 材料及光起爆劑α，a - dimethoxy - α -笨基乙醯氨乙苯胺之 可光聚合的混合物，並應用在一厚度範圍從大約〇 2 至 大約0.3 mm，被可光聚合層1 〇所接收的總光量較價範圍從 大約5 mJ/ cm2至大約2000 mJ/ cm2，更佳地是從大約2 〇 mJ/cm2至大約300 mJ / cm2，而最佳地是從大約6〇 mj/ cm2 至大約 120 mJ / cm2。 利用EBDA和Dow環氧樹脂DER- 3 62之光聚合混合可獲 致令人滿意的結果。其係應用於一大约〇 2 mm至0.3 mm厚 度範圍之上’配合每1〇〇單位可光聚合混合物有2單位之光 起爆劑的負荷比例之光起爆劑Irgacure_65 1 ^光源強度約 爲 30 mW/cm2而光量則介於60 mJ/cm2及 120 mJ/cm2 間。 非光聚合部分的#除 一顯影劑用於此可光聚合層1 〇以移去未聚合的部分。此 顯影劑可以是任何材料，通常是液體，其會溶解或不然的 話移除未聚合的材料而不影響交又結合的成分4 〇 ^適合的 顯影劑是組織溶劑，像曱醇，丙酮，甲基乙基酮（Μ E K)， 乙醇，異丙基乙醇，或這些溶劑的混合物。另一方面，可 以使用一種包含一種以上表面活性劑之水基顯影液，像那 些容易發生在那些技術上已熟練的人。 在此未聚合邵分已經移去以後，此光交叉結合成分4 〇保 _ -12 - 本紙乐尺度適%國國家標準（CNS ) A«Ii7210x297公釐Γ " — ~~' ---------I------i1r------·" (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) rv 444 1 4 0 A7 B7 五、發明説明（ 10 經濟部中央標率局負工消費合作社印製 留在基板20，如圖3中所示。如果希望的話，此光交又結 合成分40可以從基板20上移去。 高度調變的表面 此光父又結合成分4 0的表面4 2是高度調變的，顯示朋滑 的隆起’在南度和寬度上尺寸的範固從大約丨微米至大約 2 0微米。此隆起的縱橫比’亦即高對寬的比率，在此光交 又結合成分40的鬲度調變表面42上通常是相當高的。因爲 此基板對於人的肉眼是光學透明或半透明的而沒有明顯的 光罩特徵以阻擋光透射，而不能期望高度調變的表面4 2。 一鬲度調變的表面可以由製造自僅包含一單體或寡體成 分，或這些成分的混合物之可光聚合材料的基板來完成d 這些可光交又結合的材料會表現變量在聚合作用的空間均 勻性’由於在此使用光之空間強度中的隨機變動和在基板 2 0之微觀結構中的統計之變動。後者的一個例子是材料 P E T ’ 一半結晶聚合物材料包含到處散佈非結晶聚合物之 隨機微觀晶體。此隨機微觀晶體會折射光不同於周圍非結 晶聚合物’如果此二相的折射率是些微不同。内部的，此 聚合的成分4 0會表現條紋4 4穿過此層的厚度。 光的量可以用在一單一曝光或一多重曝光或量，留下在 曝光之間未曝光之可光聚合的材料。完成此相同總量之光 的多重曝光可以造成一表面比發生自一單—曝光更高度 變的表面。 此光聚合的成分40可以用在若干方法中。例如 其可以 使用作一光擴散器在一投影觀景螢幕或用作—成分在一液 -13- 本紙译尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（2丨0X297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t- 、τ Γ 經濟部中央標準局肩工消費合作社印製 444 1 4 Ο

AT 11 -------- 五、發明説明（） —一~.一- 晶顯示（L C D )照明系以隱藏此系統的結構特徵。 此尤交合層的複製 一適當^屬複製層50經由電鑄可以形成在高度調變的表 面4 2上，典電的沉澱，蒸氣沉澱，及其他對於那些技術上 熟練的那些人容易發生的技術，像圖4中説明的。然後金 屬層5 0用以製造原始光交叉結合之成分4〇的表面結構的彫 刻複寫。金屬複製層5 〇可以用在不同的已知彫刻方法，像 熱彫刻成爲透明或半透明熱塑膠材料，或軟彫刻或鑄造（亦 即光恢復彫刻）成爲一透明或半透明光反應的材料或混合 物。 如圖）中所示，一材料的可彫刻層6 〇，像聚碳酸鹽，壓 克力聚合物’乙缔基聚合體，或甚至可光聚合的材料，被 放置在一基板上（例如Ρ Ε τ)。然後此金數複製層5 0用於可 彫刻層60 ’產生一配對表而如虛線62所表示的3在硬彫刻 或較佳的熱彫刻情況中，金屬複製層5〇被推入此可彫刻層 的表面中，同時帶有熱或壓力或二者的應用。 在軟彫刻或鑄造的情況中’金屬複製層5 〇放置與一反應 的液體可光聚合材料接觸，而後者則被曝光以形成一固體 的聚合體薄膜。典型地’用以使此光聚合體在一軟彫刻應 用中曝光的光不是平行的 <’因此，除非此可彫刻層6 〇製造 自曝光於平行光或近平行光之可光聚合的材料，此可彫刻 層6 0不會有條紋。 藉由使用任何前述之彫刻技術，一大量的具有此原始光 交叉結合之成分40的高度調變表面42之表面輪廓的部分可 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X2?7公f ) ----------装---r--ί '1T-----i ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 44414 Ο Α7 B7 五、發明説明（ 12 經濟部中央標準局Mx消費合作权印裳 以製造。此金屬複製層5 〇被移除，留下產生之彫刻層8 0表 示於圖6中。此彫刻層8 0可以使用作一光擴散器，帶有或 沒有下面的基板7 0。 使用一填充層 降低光的背景散射’圖3之交又結合成分4〇可以鐘上一 透明或半透明填充層152，如圖7中所示，類似地，表示於 圖8中，此填充層1 5 2可以用於圖6的彫刻層8 〇。 此填充層152的折射率n；!可以不同於光交叉結合成分4〇 的折射率η丨例如，如果ηι=1 55，則〜可以是範圍從大約 1.30至大約1.52，或從大約丨‘58至大約〖8〇。最佳的折射 率是激起此擴散器150之光的希望分佈的函數，亦即對於 一指定的恥値，當光完全通過擴散器丨5〇時獲得擴散光的 花樣可以由改變〜來變化，當然，也可以改變h來適合應 用。 對於具有-折射率典型地小於…之填充層152的合適材料 ^括砂’&氣丙晞酸鹽或甲基丙烯酸鹽，螢光環氧樹脂， 螢光矽，I光乙烷’和其他容易發生在那些技術上已孰練 的那些人的材#。像芳香族的丙稀酸鹽的材料，具有一典 型地大於…的折射率，也可以使用於填充層Η)。 圖8之裝置的變化表示於圖9中。取代一實 =此，充層’可以使用—薄層160包含光散射粒J 子率n3。此外，描述於_ _,光教射粒 ” 16”二 刻層6〇中°在任1況中，在光散射 子162或82可以製造自—光學透射材枓，像玻璃珠或聚 15- 本紙張尺^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·

、1T 44414 y 五、發明説明（ 13 Λ 7 Β7 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 合物珠子或聚合物粒子製造自，例如，非晶系，光學透明 的聚合物，像聚苯乙晞，壓克力，聚碳酸鹽，石蠟，或其 他容易發生在那些技術上已熟練的那些人的材料。 圖7-10之光擴散器的不同薄層，不同的折射率，可以相 關於光源安排，以改變光上的擴散效應。例如，光可以藉 由通過一具有較高折射率的薄層，然後通過—具有較低折 射率的薄層，或反之亦然 '，來通過此擴散器。此外，此擴 散結構的反射率和背景散射光的量，也可以藉由改變通過 此結構光的方向來改變。較佳地，對於擴散器應用要求入 射光的低背景散射（降低光學系統效率的光學損失），此光 應該通過具有較低折射率的薄層在較高折射率層之前。 一種液晶顯示系紐. 圖3和6 - 1 0的擴散結構可以使用在一液晶顯示（L c 〇 )系 統中，如圖1 1中説明的。此系統具有一光源200提供光給 一波導2 1 0。在波導2 1 0上的微觀結構或散射元件（未示出） 從波導200投射出光，並通過一擴散器22〇和一液晶調制器 層230。此擴散器220可以具有一選擇的透明或丰透明塡充 層222，類似於圖7 -丨0的擴散結構。較佳地，此填充層222 具有一比薄220低的折射率。 此擴散器2 2 0可以完成一個以上以下的功能：（a)隱藏在 波導210上之散射元件的结構特徵：（b)改善傳遞自波導 2 1 0至液晶調變層2 3 0的光均勻性；（c )定義傳遞自波導2 1 0 至液晶調變層23 0的光的角分佈，在降低功率下幫助增加 明亮度或相同的亮度：及選擇性地（d)功能如同透反射擴散 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2!〇X297公釐） 寒 I-------—iT-------" i请先闞讀背面之注意事項鼻填:本寅) 經濟部中央榡率局貝工消費合作社印災 A7 B7 五、發明説明（14 ) 器’亦即’一使用透射光和反射光二者的光學裝置。在後 者的情況（d)中，在低背景光下，此顯示器用光源200和波 導2 10來照射。然而，在高背景光中，光源2〇〇可以關掉而 此顯示器可以被太陽光照明，其通過液晶調變層23〇和從 擴散器220被反射3應該瞭此擴散器220和填充層222可以 相對於光行進方向成反向。 在圖I 2中’擴散結構被用作—觀景螢幕。在此具體裝置 中’光源200提供光給一具有微觀結構或散射元件（未示出） ..的波導2 10 ’其投射光通過.一液晶調變層23 〇，且然後通過 一觀景螢幕240，使用説明於圖3和6-10結構之一。擴散器 240可以具有一選擇的透明或半透明填充層242，類似圖7_ 1 〇的擴散結構。 一種投影顯示系M. 此擴散結構也可以用作在一投影顯示系統中的觀景螢 幕。在圖1 3中，光源3 00提供光給一成像裝置3丨〇，像一液 晶調變層。光學元件320可以提供將來自光源300的光聚焦 並投射此產生自成像裝置3丨〇的影像。此影像被投射在一 結合於圖3和6-1〇的擴散結構之一的觀景螢幕HO上，選擇 地帶有一透明的或半透明的塡充層3 3 2。選擇性地，一菲 淫耳透鏡340可以置於觀景螢幕33〇之前π 二錐狀光學波導件的弟散結構 时論至此之本發明的擴散結構可以結合於其他光學結構 以形成多層’透光觀景螢幕。例如，圖3和6 _丨〇的擴散器 可以與一錐形光學波導件的陣列結合，藉由並列一擴散結 _______-17- 本紙張中關家榡準（CNS } Λ4規格（21GX"^^ -- ---------t---.--Γ1Τ-------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 4 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 1 40 A7 ____ B7 ~~ ϊγ~ -- 五、發明説明（） 構與一陣列。錐形光學波導件之陣列的例子表示於圖14_ 22 ° 一錐形光學波導件的橫截面可以假設是任何形狀，包括 -正方形’-長方形，-多邊形，一圓形，或—捬圓形。 此外，此波導可以是一雙凸的結構錐形的在—方向，且延 伸通過在垂直方向的觀景t幕’並且有例如一長方形橫截 面’如下所述。用於錐形光學波導件之陣列的典型結構詳 細的討論於美國專利第5,462,7〇〇號和美國專利第 5,48 1,385號，引用於上。 圖1 4和1 5是一錐形光學波導件之陣列4〇〇的個別地透視 和正視圖，其中每一個波峰具有一正方形橫截面。每一個 錐开;f的光學波導件4 0 2具有一輸入表面4 〇 4，一具有面積小 於輸入表面404的輸出表面406 ’和側艢408。較佳地，波 導4 02之間的空隙區域4 1 0帔用一具有折射率低於波導4〇2 之折射率的吸收材料所塡滿。 此離開波導之光的角分佈可以藉由改變此波導之相對的 尺寸和幾何來變化，如所引用之專利中所討論的=由錐形 光學波導件402所傳遞的光之部分會遭遇來自於邊牆4〇8之 全内反射，然後以大於輸入角度的角度射出錐形光學波導 件4 02 =>此錐形光學波導件4〇2的形狀和此錐形光學波導件 402及2隙區域4 1 0之間折射率的差可以選擇使得角度臨界 角之入射於錐形光學波導件4 〇 2的光會以不造成全内反射 之角度與邊牆408交又3該光會通過邊牆4〇8且被在此空隙 區域4 1 0中之吸收材料所吸收。 -18- 本紙狀度適财關家辟（CNS)格（21Qx 297公兹} ----------裝---r---——訂------- 1 - (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 ~I I- 4. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 16 A 7 B7 五、發明説明（ 一結合使用圖3和6 - 1 〇之結構之一帶有一錐形光學波導 件之陣列的擴教器之裝置表示於圖16中。光首先進入一錐 形光學波導件422的陣列420，然後通過一擴散結構43〇， 具有一擴散器432和一填充層434，其作用如同一觀景螢 幕。較佳地，此塡充層434的折射率小於波導422的，且空 隙區域4Μ被填滿一具有折射率也小於波導422之折射率的 吸收材料。 圖1 6之裝置的另一組態説明於圖1 7中。在此，光首先進 入一擴散結構440，具有一擴散器442和一填充層444，然 後一錐形光學波導件452之陣列450。較佳地，此擴散器 442使用圖3和6 - 1 〇之擴散結構’之一且此空隙區域454被填 滿一具有折射率也小於波導4 5 2的吸收材料。 使用雙凸波導的奘著 圖3和6 - 1 0的擴散結構可以與其他形式的光學波導件結 合，像例如，錐形光學波導件陣列，其中每一錐形光學波 導件之輸出表面面積小於每一波導的輸入表面面積。包括 在此類錐形光學波導件是雙凸錐形光學波導件陣列，僅沿 一軸成錐形’且其延伸通過在垂直方向的平面光學裝置。 也包括的是錐形光學波導件陣列的堆疊層。 圖I 8和1 9個別地是一具有雙凸結構之錐形光學波導件陣 列500的透視和正視圖。每_個雙凸錐形光學波導件5〇2具 有一輸入表面504，一具有面積小於輸入表面5 〇4的輸出表 面506，和邊牆508。較佳地，介於雙凸波導502之間的空 隙區域5 1 0被％滿一具有折射率小於波導5〇2的吸收材料。 -19- 木紙張尺度速用中國國家榡準（CNS〉Α4規格（2丨0X297公犛） --------—裝-------.—訂------旅 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) /V 444 1 4 b A7 B7 __ ___— —丨―— _ --—— --Τϊ^Τ 五、發明説明（） 考慮角分佈的討論和相對於錐形光學波導件之臨界 角，應用同於此雙凸錐形光學波導件5 02 ° 二個以上雙凸錐形光學波導件陣列可以一層層的堆疊’ 其中一層53〇的雙凸特徵相對於第二層540的雙凸特徵旋轉 一角度，如圖2 〇中所示。雖然表示於圖2 〇中的角度偏移是 9 〇。，但可以選擇另一更適合於此應用的角度。 圖2 0的結構可以與圖3和6 - 1 0之擴散結構之一結合，表 示於圖2 1中。光首先通過此雙凸波導陣列6〇〇和6 1 0，然後 通過擴散器620。同樣地，擴散器62〇具有一填充層622 , 其較佳地是具有—相對於波導陣列600和6 1 0較低的折射 率。此外’如圖22中說明的，擴散器630可以放置於波導 陣列640和650的前頭。 ϋ 了那些相信是本發明之較佳的具體焚置，但 那些技術上已熟绩沾2人 、 …殊的人會承認可以由此不偏離本發明的精 神作其他和進一舟％ _ . 4正’而其意圖要求規範所有落入本 Λ &眞實範疇之内的此種具體裝置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 订 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度― -20- A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 444

   丨6Π7Τ72號專利申請案 申請專利範圍修正本(9〇年1月） A8 B8 CS D8 補克 蛵涛部中央樣隼局WC工消费合作杜印裝 、申請專利範圍 1. —種用以製造光擴散結構之方法，包含以下步騾：射出 平行或近乎平行之光通過一透明或半透明基板，並進入 一可光聚合的材料層，該可光聚合的材料層包含一可光 聚合元件’一光起爆劑及一光抑制劑，該可光聚合的材 料層具有一鄰近基板的底表面以及一頂表面，其中該射 出之光係穿經該底表面而朝向該頂表面一段僅足以使一 部分的可光聚合材料光聚合之時間。 2. 根據申請專利範圍第i項之方法，更包含結合此光聚合 之可光聚合材料與一錐形光學波導件陣列之步騾，每一 錐形光學波導件包含： 一輸入表面，其允許光進入； 一輸出表面，係遠距於輸入表面，此輸出表面具有一 小於輸入表面的表面積；及 一邊牆或數個邊牆，設置於輸入和輸出表面之間，用 以影響接收自輸入表面之光線的全反射。 3. 根據申請專利範圍第1項之方法’更包含以下步驟： 在光聚合之可光聚合材料的表面上形成一金屬層，以 形成一適合的複製層；及 用此金屬複製層於可彫刻材料。 4. 一種用以製造一光擴散結構之裝置，包含： —透明或半透明基板； 一可光聚合的材料層，其包含一可光聚合组件，一光 起爆劑及一光抑制劑，該可光聚合的材料層具有一鄰近 基板之底表面及一頂表面；及 -^1^1 ^^^1 n^— i <n 1 ml nn n ml In—^aJ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   1' 444 1 4 Λ8 B8 C8 D8 經濟部中央榡隼局負工消費合作社印ft π、申請專利範圍 裝置，用以射出平行或近平行之光通過此基板，並進 入此可光聚合材料中一段僅足以使一部分的光可聚合材 料光聚合之時間，藉以形成一下方之光聚合部份，該下 方之光聚合部份具有一均勾之厚度而位於該可光聚合材 料層之一高度模組化表面之下，且具有一上方之非光聚 合部份’並嗣後移除該上方之非光聚合部份，而不移除 該下方光聚合部份。 5.根據申請專利範園第4項之裝置，更包含一錐形光學波 導件的陣列，每一錐形光學波導件包含： —輸入表面，其允許光進入； —輸出表面，係遠距於輸入表面，此輸出表面具有— 小於輸入表面的表面積；及 一邊牆或數個邊牆，設置於置入和輸出表面之間，用 以影響接收自輸入表面之光線的全反射。 6·—種用以製造光擴散結構之裝置，包含： 一透明或半透明基板’從（a )非結晶材料；（b )半結晶 材料，其包含散佈於一非結晶矩陣令的結晶領域，及（c ) 純晶體材料之一個以上種類的材料所製造，此基板具有 第一及第二表面，大致呈平坦且彼此平行； 一可光聚合之材料層’包含至少一可光聚合的單體或 寡體’和一光起爆劑’沉殿在此基板的第一表面上； —光源’用以射出平行或近乎平行的光通過此基板的 第二表面，並進入此可光聚合材料中—段僅足以使一部 分的可光聚合材料光聚合之時間，藉以形成一下方之光 -2- 1^^— .^1 ^^^1 ^^1 ^^^1 In t —mu· ^^^1 , 一，ai (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張^度適用令國國家揉準（€呢）八4規/格（210><297公釐） 444 1 A8 B8 C8 D8 趄济部中央揉隼局Λ工消费合作社印*. 六、申請專利範圍 聚合部份，該下方之光聚合部份具有一均勻之厚度而位 於該可光聚合材料層之一高度模組化表面之下，且具有 —上方之非光聚合部餘；及 裝置，用以移除此可光聚合材料之未光聚合的部分。 7. —種光學擴散器，包含一位在透明或半透明基板上之聚 合材料層，該材料層具有一高度模組化之表面，該表面 上有光滑凹凸塊其範圍大約為1微米至20微米不等之高 度及寬度。 8. 根據申請專利範圍第7項之光學擴散器，更包含一錐形 光學波導件陣列，每一錐形光學波導件包含： 一輸入表面，其允許光進入； 一輸出表面，係遠距於於輸入表面，此輸出表面具有 一小於輸入表面的表面積；及 一邊牆或數個邊牆，置於輸入和輸出表面之間，用以 影響接收自輸入表面之光線的全反射a 9. 根據申請專利範圍第8項之光學擴散器，其中該等錐形 光學波導件呈雙凸狀。 10. —種用以製造一光擴散結構之裝置，包含一金屬層其係 形成在一透明或半透明基板上之聚合材料上，其聚合材 料層具有一高度模組化之表面，該表面上有光滑凹凸塊 其範圍為大約1微米至20微米之高度及寬度。 11. 一種用以製造一光擴散結構之模具，包含形成在一聚合 材料層上的金屬層，該聚合材料層係由至少一可光聚合 單體或寡體所形成，及一在透明或半透明基板上之 -3- 本^張尺度逋用t國國家梂率（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' - ^^^1 m in nn ^^^1 i t n l-^^i ^^^1 m· n ^^^1-^aJ (請先SJ讀背面之注$項再填寫本頁) Αβ Β8 C8 D8 申請專利範圍 光起爆劑，其聚合材料層具有一高度模組化之表面，該 表面上有光滑凹凸塊其範圍為大約1微米至20微米之高 度及寬度，且此基板由（a)非結晶材料；（b)半结晶材 料，其包含散佈在一非結晶矩陣中之晶體領域；及（c )純 晶體材料之一個以上種類的材料所製造。 (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 装 訂 經濟却t央榡準局負工消費合作社印策 -4- 本紙張尺度逋用中》國家梂率（CNS )八4洗格（210X297公釐）