專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)組件與光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種光學(xué)組件與光源裝置，尤其是指可將擴(kuò)散組件與集光組件設(shè)置在同一膜層的一種光學(xué)組件與使用該光學(xué)組件的光源裝置。
背景技術(shù)：
目前的背光模塊中，主要是以擴(kuò)散片、增光片或偏極轉(zhuǎn)換片等光學(xué)膜片的搭配使用來(lái)達(dá)到光均勻與集中的目的，但目前相關(guān)組件的來(lái)源皆掌握在國(guó)外大廠中，因此雖然臺(tái)灣顯示器產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，但背光模塊產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵零組件長(zhǎng)期受制于國(guó)外廠商，導(dǎo)致利潤(rùn)低落，此外，上述的背光模塊架構(gòu)使用的膜片數(shù)目多，相對(duì)造成模塊光學(xué)效率降低、模塊成本高、組裝良率受限等缺點(diǎn)。
請(qǐng)參見(jiàn)圖1，美國(guó)專(zhuān)利案第US6,280,063號(hào)亮度增強(qiáng)對(duì)象(BrightnessEnhancement Article)是以具有圓弧角的菱形結(jié)構(gòu)10搭配下層不規(guī)則狀的擴(kuò)散材料12來(lái)達(dá)成光線14的集中與擴(kuò)散作用，應(yīng)用在背光模塊時(shí)可提升光亮度與增加均勻度但由于上下層結(jié)構(gòu)需分兩道程序制作且下層擴(kuò)散層對(duì)光源乃進(jìn)行隨機(jī)的任意角度擴(kuò)散，因此在成本與光效率利用上仍有改善的空間。
參見(jiàn)圖2，美國(guó)專(zhuān)利案第US6,277,471號(hào)亮度增強(qiáng)薄膜(BrightuessEnhancement Film)是揭露兩面分別為菱形表面200與弧形表面202的一微結(jié)構(gòu)20，以利用此種結(jié)構(gòu)數(shù)組達(dá)成背光源在兩個(gè)垂直方向的集光增益效果；然而以實(shí)際上的制作技術(shù)而言，該專(zhuān)利的幾何結(jié)構(gòu)加工困難度高，并不適合量產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)組件與光源裝置，其是利用微結(jié)構(gòu)的方式達(dá)到集光與擴(kuò)散的復(fù)合式光學(xué)效果，以達(dá)到有效提升光效率的目的。
本發(fā)明的次要目的是提供一種光學(xué)組件與光源裝置，是透過(guò)微結(jié)構(gòu)滾筒的制作并利用滾壓生產(chǎn)一次成形來(lái)達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種光學(xué)組件，包括一第一光學(xué)面與可接收一入射光的一第二光學(xué)面，該光學(xué)組件包含一擴(kuò)散部，是由可透光材料所制成且可擴(kuò)散該入射光；以及一集光部，是由可透光材料所制成且可集中該入射光，該擴(kuò)散部與該集光部是彼此并列抵靠且位于該第一光學(xué)面上。
所述的擴(kuò)散部包含具有一半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度的至少一半圓柱單元。
所述的半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度是在10微米～500微米的范圍內(nèi)。
所述的集光部包含具有一頂角的至少一菱形單元。
所述的頂角是在30度～140度的范圍內(nèi)。
所述的第二光學(xué)面為平滑光學(xué)表面。
所述的第二光學(xué)面為粗糙光學(xué)表面。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案還包括一種光源裝置，包含一反射片；一導(dǎo)光板，是位于該反射片之上；至少一光源，其是位于該導(dǎo)光板四周且可發(fā)射一入射光；以及至少一光學(xué)組件，其是位于該導(dǎo)光板的上且具有一第一光學(xué)面與可接收該入射光的一第二光學(xué)面，該至少一光學(xué)組件包含一擴(kuò)散部，其是由可透光材料所制成且可擴(kuò)散該入射光；以及一集光部，其是由可透光材料所制成且可集中該入射光，該擴(kuò)散部與該集光部是彼此并列抵靠且位于該第一光學(xué)面上。
所述的該擴(kuò)散部包含具有一半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度的至少一半圓柱單元。
所述的半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度是在10微米～500微米的范圍內(nèi)。
所述的集光部包含具有一頂角的至少一菱形單元。
所述的頂角是在30度～140度的范圍內(nèi)。
所述的第二光學(xué)面為平滑光學(xué)表面。
所述的第二光學(xué)面為粗糙光學(xué)表面。
包含兩光學(xué)組件，該等光學(xué)組件是彼此重迭且呈0度～90度的交角。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于采用微結(jié)構(gòu)的方式達(dá)到集光與擴(kuò)散的復(fù)合式光學(xué)效果，以達(dá)到有效提升光效率；透過(guò)微結(jié)構(gòu)滾筒的制作并利用滾壓生產(chǎn)一次成形來(lái)降低生產(chǎn)成本。


圖1是一先前技術(shù)的示意圖；圖2是另一先前技術(shù)的示意圖；圖3A是菱形透鏡的光學(xué)特性示意圖；圖3B是柱狀透鏡的光學(xué)特性示意圖；圖4是本發(fā)明光學(xué)組件的橫剖面示意圖；圖5是本發(fā)明光學(xué)組件的加工示意圖；圖6A是本發(fā)明光學(xué)組件的一變化實(shí)施例的示意圖；圖6B是本發(fā)明光學(xué)組件的另一變化實(shí)施例的示意圖；圖7是本發(fā)明光學(xué)組件應(yīng)用于光源裝置時(shí)的橫剖面示意圖；圖8是本發(fā)明光學(xué)組件應(yīng)用于光源裝置時(shí)的另一實(shí)施例橫剖面示意圖；圖9是本發(fā)明光學(xué)組件應(yīng)用于光源裝置時(shí)的堆棧示意圖；圖10是本發(fā)明光學(xué)組件的另一實(shí)施例橫剖面示意圖；圖11是本發(fā)明光學(xué)組件的又另一實(shí)施例橫剖面示意圖。
附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明10菱形結(jié)構(gòu)；12擴(kuò)散材料；14光線；20微結(jié)構(gòu)；200菱形表面；202弧形表面；30菱鏡；32入射光；34透鏡；36a-入射光；36b-入射光；36c-入射光；36d-入射光；38匯聚區(qū)；40光學(xué)組件；42第一光學(xué)面；44第二光學(xué)面；440粒子；46菱形單元；48半圓柱單元；50塑料基板；52紫外線成形材料；54微結(jié)構(gòu)模仁；56滾筒；60最小單元；62最小單元；7光源裝置；70光源；72反射片；74導(dǎo)光板；76光學(xué)組件；700入射光；8光源裝置；80光源；82反射片；84導(dǎo)光板；86光學(xué)組件；88光學(xué)組件；800入射光；a-頂角；b-半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度；θ-角度；α-夾角。
具體實(shí)施例方式
以下將參照隨附的圖式來(lái)描述本發(fā)明為達(dá)成目的所使用的技術(shù)手段與功效，而以下圖式所列舉的實(shí)施例僅為輔助說(shuō)明，但本發(fā)明的技術(shù)手段并不限于所列舉附圖。
請(qǐng)參見(jiàn)圖3A，菱形結(jié)構(gòu)在光學(xué)效果上具有良好的集光特性(縮小發(fā)散光源的發(fā)散角度)；根據(jù)司乃爾定律(Snell’s Law)，當(dāng)入射光32射入菱鏡30后，如果角度θ大于全反射臨界角，則入射光32會(huì)在該菱鏡30內(nèi)被全反射(圖3A中虛線箭頭)，如果角度θ小于全反射臨界角，則入射光32在射出該菱鏡30后(圖3A中實(shí)線箭頭)會(huì)再次偏離法線(圖3A中虛線)，因而達(dá)到集光效果。
又，柱狀鏡結(jié)構(gòu)在光學(xué)效果上則因透鏡特性而可表現(xiàn)出有效范圍的擴(kuò)散性質(zhì)，如圖3B所示，當(dāng)入射光36a、當(dāng)離軸的入射光36b、入射光36c以及入射光36d射入透鏡34后，會(huì)先匯聚于匯聚區(qū)38然后再發(fā)散；利用此特性可達(dá)成大入射角度光線的出光角收斂與均勻化(模糊化)的目的。
本專(zhuān)利所提出的光學(xué)組件對(duì)光源具有擴(kuò)散與集光的復(fù)合效果，此光學(xué)組件表面主要由具有上述兩種幾何特征的微結(jié)構(gòu)所組成，意即由菱形結(jié)構(gòu)與半圓柱結(jié)構(gòu)所組成。因此，透過(guò)這兩種結(jié)構(gòu)的交錯(cuò)排列組合，將可對(duì)光源產(chǎn)生集光與擴(kuò)散的雙重效果。
請(qǐng)參見(jiàn)圖4，其為本發(fā)明光學(xué)組件的橫剖面圖。本發(fā)明的光學(xué)組件40具有一第一光學(xué)面42與一第二光學(xué)面44，該第二光學(xué)面44用于接收入射光，該第一光學(xué)面42上交錯(cuò)排列一菱形單元46與一半圓柱單元48，該菱形單元46用于集中光線，意即為集光部，該半圓柱單元48則用于擴(kuò)散光線，意即為擴(kuò)散部，該菱形單元46具有一頂角a，該半圓柱單元48具有一半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度b，由適當(dāng)選擇該頂角a、該半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度b及該光學(xué)組件40的組成材料(即，選擇折射率)，吾人可依產(chǎn)品的不同需要來(lái)調(diào)整該光學(xué)組件40所表現(xiàn)出的集光度與擴(kuò)散度的強(qiáng)弱比例。
圖5為本發(fā)明光學(xué)組件的加工示意圖。當(dāng)欲制作本發(fā)明的光學(xué)組件時(shí)，先于塑料基板50上涂布一層紫外線成形材料52，然后以裝設(shè)有微結(jié)構(gòu)模仁54的滾筒56滾壓過(guò)該紫外線成形材料52，即可在該紫外線成形材料52上形成所需圖樣，然后以紫外光(圖中未示出)照射該紫外線成形材料52使其固化，即可得到本發(fā)明的光學(xué)組件。
當(dāng)然，本發(fā)明光學(xué)組件非僅局限于一個(gè)菱形單元搭配一半圓柱單元，而亦可有多種搭配變化。如圖6A及圖6B所示，本發(fā)明光學(xué)組件的最小單元60可為一個(gè)菱形單元搭配四個(gè)半圓柱單元；或是本發(fā)明光學(xué)組件的最小單元62可為兩個(gè)菱形單元搭配三個(gè)半圓柱單元，該等變化完全依照使用者依實(shí)際需要狀況來(lái)進(jìn)行設(shè)定。
圖7為本發(fā)明光學(xué)組件應(yīng)用于光源裝置時(shí)的橫剖面示意圖。在圖7中，光源裝置7包含一光源70、一反射片72、一導(dǎo)光板74，以及一光學(xué)組件76；該光源70位于該導(dǎo)光板74四周且可發(fā)射一入射光700，該導(dǎo)光板74位于該反射片72之上，該光學(xué)組件76位于該導(dǎo)光板74之上；如此，該入射光700是在單一方向上(水平或垂直)可被該光學(xué)組件76進(jìn)行集中與擴(kuò)散的雙重效果(例如為了提升顯示器的水平可視度或垂直可視度)，使得該光源裝置7可提升光效率且具有優(yōu)異的顯示特性。
圖8為本發(fā)明光學(xué)組件應(yīng)用于光源裝置時(shí)的橫剖面示意圖，其是顯示另一實(shí)施例。于圖8中，光源裝置8包含一光源80、一反射片82、一導(dǎo)光板84，以及兩片光學(xué)組件86與88；該光源80位于該導(dǎo)光板84四周且可發(fā)射一入射光800，該導(dǎo)光板84位于該反射片82之上，該等光學(xué)組件86與88位于該導(dǎo)光板84之上，且該光學(xué)組件86與該光學(xué)組件88除彼此重迭外并可呈一特殊夾角α，如圖九所示；如此，該入射光800可被該光學(xué)組件86與88在兩方向上同時(shí)進(jìn)行集中與擴(kuò)散的雙重效果(例如為了同時(shí)提升顯示器的水平可視度及垂直可視度)，使得該光源裝置8可提升光效率且具有優(yōu)異的顯示特性。
在本發(fā)明中，該半圓柱單元的半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度是在10微米～500微米的范圍內(nèi)，該菱形單元的頂角是在30度～140度的范圍內(nèi)；該第二光學(xué)面可為平滑或粗糙的光學(xué)表面(為使擴(kuò)散效果更佳)，當(dāng)欲將該第二光學(xué)面44制作為粗糙表面時(shí)，可在該微結(jié)構(gòu)光學(xué)調(diào)制組件40上涂布不同粒徑大小的粒子440或在制造該微結(jié)構(gòu)光學(xué)調(diào)制組件40時(shí)一體成形，如圖10及圖11所示；當(dāng)?shù)脙善鈱W(xué)組件時(shí)，該等光學(xué)組件可彼此呈大于0度而不大于90度的特殊夾角。
綜上所述，本專(zhuān)利所提出的復(fù)合功能光學(xué)組件對(duì)光源具有擴(kuò)散與集光的復(fù)合效果，可表現(xiàn)出高度可控制性的光學(xué)擴(kuò)散功能，以達(dá)成同時(shí)取代傳統(tǒng)集光片與擴(kuò)散片的目的，當(dāng)此種光學(xué)組件應(yīng)用在背光模塊中時(shí)，可提升光效率、簡(jiǎn)化模塊架構(gòu)并降低模塊成本，以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，不能以之限定本發(fā)明所實(shí)施的范圍。即大凡依本發(fā)明權(quán)利要求所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬于本發(fā)明專(zhuān)利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)組件，其特征在于包括一第一光學(xué)面與可接收一入射光的一第二光學(xué)面，該光學(xué)組件包含一擴(kuò)散部，是由可透光材料所制成且可擴(kuò)散該入射光；以及一集光部，是由可透光材料所制成且可集中該入射光，該擴(kuò)散部與該集光部是彼此并列抵靠且位于該第一光學(xué)面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其特征在于所述的擴(kuò)散部包含具有一半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度的至少一半圓柱單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)組件，其特征在于所述的半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度是在10微米～500微米的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其特征在于所述的集光部包含具有一頂角的至少一菱形單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)組件，其特征在于所述的頂角是在30度～140度的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其特征在于所述的第二光學(xué)面為平滑光學(xué)表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其特征在于所述的第二光學(xué)面為粗糙光學(xué)表面。
8.一種光源裝置，其特征在于包含一反射片；一導(dǎo)光板，是位于該反射片之上；至少一光源，是位于該導(dǎo)光板四周且可發(fā)射一入射光；以及至少一光學(xué)組件，其是位于該導(dǎo)光板的上且具有一第一光學(xué)面與可接收該入射光的一第二光學(xué)面，該至少一光學(xué)組件包含一擴(kuò)散部，其是由可透光材料所制成且可擴(kuò)散該入射光；以及一集光部，其是由可透光材料所制成且可集中該入射光，該擴(kuò)散部與該集光部是彼此并列抵靠且位于該第一光學(xué)面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光源裝置，其特征在于所述的該擴(kuò)散部包含具有一半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度的至少一半圓柱單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光源裝置，其特征在于所述的半圓柱單元結(jié)構(gòu)深度是在10微米～500微米的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光源裝置，其特征在于所述的集光部包含具有一頂角的至少一菱形單元。
12.根據(jù)申請(qǐng)專(zhuān)利范圍第11項(xiàng)所述的光源裝置，其特征在于所述的頂角是在30度～140度的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光源裝置，其特征在于所述的第二光學(xué)面為平滑光學(xué)表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光源裝置，其特征在于所述的第二光學(xué)面為粗糙光學(xué)表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光源裝置，其特征在于包含兩光學(xué)組件，該等光學(xué)組件是彼此重迭且呈0度～90度的交角。
全文摘要
一種光學(xué)組件與使用該光學(xué)組件的光源裝置；該光學(xué)組件具有一第一光學(xué)面與可接收一入射光的一第二光學(xué)面，該光學(xué)組件包含一擴(kuò)散部與一集光部，該擴(kuò)散部是由可透光材料所制成且可擴(kuò)散該入射光，該集光部是由可透光材料所制成且可集中該入射光，該擴(kuò)散部與該集光部是彼此并列抵靠且位于該第一光學(xué)面上。
文檔編號(hào)G02B5/00GK1869737SQ200510073010
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者姚柏宏, 林本勝, 黃珩春, 鮑友南, 潘奕凱, 孫翊庭 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院