專利名稱：一種光學(xué)元件與其制造方法及一背光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件與其制造方法及一背光模塊，尤其涉及一種關(guān)于具有微型結(jié)構(gòu)與反射結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件與其制造方法及一背光模塊。

背景技術(shù)：
圖1所繪示為US7309149中的增亮膜的部份剖視圖。參照圖1，增亮膜1’的入光面12’上包含一反射結(jié)構(gòu)13’，當(dāng)?shù)谝还饩€L1、第二光線L2及第三光線L3入射于增亮膜1’的入光面12’后，第一光線L1朝增亮膜1’的正面折射，第二光線L2自反射結(jié)構(gòu)13’反射，而第三光線L3則被反射結(jié)構(gòu)13’或棱鏡單元11’反射。受到反射的第二光線L2及第三光線L3會(huì)再度被增亮膜200下方的反射板(未顯示)反射，以便重新利用第二光線L2及第三光線L3。
由于反射結(jié)構(gòu)13’的設(shè)置，可使入射至入光面的光線較不易朝增亮膜的旁側(cè)折射，因此當(dāng)使用者由增亮膜1’的正面觀看時(shí)，其會(huì)感受到較高的亮度。
在US7309149中，其規(guī)范反射結(jié)構(gòu)13’的寬度小于或等于棱鏡單元11間的間距的三分之二。然而，其并未對反射結(jié)構(gòu)13’的間隔與厚度作規(guī)范，因此本領(lǐng)域普通技術(shù)人員無法根據(jù)US7309149作出進(jìn)一步優(yōu)化的設(shè)計(jì)。而且，所述的棱鏡單元11，11’都以彼此平行的方式排列在增亮膜1，1’上，由于液晶面板上的像素電極也是以彼此平行的方式進(jìn)行排列，因此在視覺上易于產(chǎn)生所謂的疊紋圖形(moire pattern)。
因此，如何解決上述的問題，是值得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員去思量地。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)元件，此光學(xué)元件可有效消除疊紋圖形的問題，同時(shí)也對反射結(jié)構(gòu)的間隔與厚度作規(guī)范，以使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可作出優(yōu)化的設(shè)計(jì)。
根據(jù)上述目的與其他目的，本發(fā)明提供一種光學(xué)元件，其具有一出光面與一入光面，且放置于入光面?zhèn)鹊闹辽僖还庠此l(fā)出的光線會(huì)在光學(xué)元件內(nèi)部產(chǎn)生至少一光學(xué)路徑。光學(xué)元件包括多個(gè)微型結(jié)構(gòu)與多個(gè)反射結(jié)構(gòu)，其中微型結(jié)構(gòu)沿著一第一方向延伸且沿著一第二方向排列于出光面上。每一微型結(jié)構(gòu)具有一頂邊，此頂邊位于出光面上并形成彼此相鄰的多條第一曲線與多條第二曲線。第一曲線與第二曲線往第一方向延伸，所述第一曲線與所述第二曲線于所述第二方向上之間距離不相等且不平行，且所述第二曲線與另一第一曲線的所述第二方向上之間距離不相等且不平行。
另外，每一反射結(jié)構(gòu)沿著第一方向延伸且依照第二方向排列于入光面上，且每一反射結(jié)構(gòu)的位置與兩個(gè)微型結(jié)構(gòu)的交接處相互對應(yīng)。所述每一反射結(jié)構(gòu)至所述入光面具有一厚度t，而所述微型結(jié)構(gòu)沿第二方向之長度為一寬度P，與光學(xué)元件的折射率n，滿足以下的公式 其中，光學(xué)路徑是由光學(xué)元件的入光面入射，通過反射結(jié)構(gòu)的厚度以控制光學(xué)路徑，且出光面上的所述微型結(jié)構(gòu)是用以將光學(xué)路徑進(jìn)行收斂。
在上述的光學(xué)元件中，微型結(jié)構(gòu)的縱向剖面的輪廓為一弧線，所述弧線的曲率半徑為R，第一曲線與所述第二曲線在所述第二方向上的距離為D，R與D滿足以下的公式0.5R＜D＜3R。
在上述的光學(xué)元件中，微型結(jié)構(gòu)的焦距FD與微型結(jié)構(gòu)的底部的寬度P，滿足以下的公式 根據(jù)上述目的與其他目的，本發(fā)明提供一種光學(xué)元件的制造方法，用于制造上述的光學(xué)元件，此光學(xué)元件的制造方法包括下述的步驟。首先，提供一透明基材，并在所述透明基材的其中一側(cè)涂布上一成型膠。再來，提供一模具，所述模具的表面上具有多個(gè)成型圖案，這些成型圖案的外型與光學(xué)元件上的微型結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。之后，模具在成型膠上進(jìn)行壓印，并對壓印后的成型膠進(jìn)行硬化，以形成微型結(jié)構(gòu)。再來，于透明基材的另外一側(cè)涂布一光阻層。接著，對光阻層進(jìn)行曝光顯影制程，以形成一結(jié)構(gòu)區(qū)域，并將非結(jié)構(gòu)區(qū)域的光阻層去除。之后，涂布上一反射材料層。再來，將結(jié)構(gòu)區(qū)域的光阻層與位于其上的反射材料層去除，并形成反射結(jié)構(gòu)。
根據(jù)上述目的與其他目的，本發(fā)明提供一種背光模塊，此背光模塊包括一光學(xué)薄板、至少一光源以及上述的光學(xué)元件，光學(xué)元件放置于光學(xué)薄板的出光面?zhèn)取?br> 在上述的背光模塊中，光學(xué)薄板為一擴(kuò)散板或一導(dǎo)光板。
在上述的背光模塊中，光源為冷陰極熒光燈管或發(fā)光二極管。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的光學(xué)元件，可以有效消除疊紋圖形的問題，同時(shí)也對反射結(jié)構(gòu)的間隔與厚度作規(guī)范，以使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可作出優(yōu)化的設(shè)計(jì)。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更能明顯易懂，下文將以實(shí)施例并配合所附圖示，作詳細(xì)說明如下。



圖1所繪示為US7309149中的增亮膜的部份剖視圖； 圖2所繪示為本發(fā)明的第一實(shí)施例的光學(xué)元件； 圖3所繪示為頂邊于xy平面上的投影； 圖4A～圖4E所繪示為光學(xué)元件的制造方法； 圖5所繪示為本發(fā)明的第一實(shí)施例的背光模塊。
附圖標(biāo)記說明1、1’-增亮膜；11、11’-棱鏡單元；13’-反射結(jié)構(gòu)；L1-第一光線；L2-第二光線；L3-第三光線；2-光學(xué)元件；21-出光面；22-微型結(jié)構(gòu)；22’-成型膠；221-頂邊；222-波谷；2211-第一曲線；2212-第二曲線；23-反射結(jié)構(gòu)；23’-反射材料層；24-入光面；25-透明基材；261-結(jié)構(gòu)區(qū)域；4-滾輪；41-表面；5-背光模塊；51-擴(kuò)散板；52-光源；53-反射罩；R-曲率半徑；t-厚度；P-寬度；n-折射率；D1、D2-距離；L4、L5-光線。

具體實(shí)施例方式 在下述的實(shí)施例中，將以x軸方向代表第二方向，y軸方向代表第一方向，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所述可了解這只是為了表示的方便，而非對第一方向與第二方向所做的限定。
請參照圖2，圖2所繪示為本發(fā)明的第一實(shí)施例的光學(xué)元件的立體圖。光學(xué)元件2大體上呈一薄板狀，其例如是配置在直下式背光模塊中的擴(kuò)散板的上方，也就是擴(kuò)散板的出光面?zhèn)?。其中，光學(xué)元件2的出光面21具有多個(gè)微型結(jié)構(gòu)22，這些微型結(jié)構(gòu)22是沿著X方向排列于出光面21上，且每一微型結(jié)構(gòu)22具有一頂邊221。其中，這些微型結(jié)構(gòu)22的功用是為了將光線的光學(xué)路徑進(jìn)行收斂。
另外，在光學(xué)元件2的入光面24上還設(shè)置有多個(gè)反射結(jié)構(gòu)23，這些反射結(jié)構(gòu)23是沿著X方向排列于入光面24上，反射結(jié)構(gòu)23的材質(zhì)為二氧化鈦或氧化鎂。而且，每一反射結(jié)構(gòu)23的位置與兩個(gè)微型結(jié)構(gòu)22間所形成的波谷222相互對應(yīng)。其中，所述每一反射結(jié)構(gòu)至所述入光面具有一厚度t，而所述微型結(jié)構(gòu)沿x軸方向之長度為一寬度P，且光學(xué)元件2的折射率為n，且滿足以下的公式 .......................公式(1)。
由圖2可知，部分光線L4是由入光面24入射，而部分的光線L5則被反射結(jié)構(gòu)23反射，通過反射結(jié)構(gòu)23的厚度t可以控制光線的光學(xué)路徑。而且，在出光面21上的微型結(jié)構(gòu)22可將光線L4的光學(xué)路徑進(jìn)行收斂。
請參照圖2與圖3，圖3所繪示為頂邊在xy平面上的投影所形成的多條曲線。由圖2可知，微型結(jié)構(gòu)22基本上是往y方向延伸，且微型結(jié)構(gòu)22的延伸路徑是呈曲線。當(dāng)微型結(jié)構(gòu)22的頂邊221投影在xy平面上時(shí)至少會(huì)形成多種不同的曲線，在此將從左邊數(shù)來位于奇數(shù)位置的曲線稱為第一曲線2211，而將從左邊數(shù)來位于偶數(shù)位置的曲線稱為第二曲線2212。需注意的是，將曲線分成第一曲線2211與第二曲線2212只是說明的方便，并不代表所有的第一曲線2211都具有相同的曲線形狀，也不代表所有的第二曲線2212都具有相同的曲線形狀。
請參照圖3，第一曲線2211與第二曲線2212，第一曲線2211與第二曲線2212間并不平行。其中，每一第二曲線2212位于其中二第一曲線2211之間，且位于其中一側(cè)的第一曲線2211與第二曲線2212間的距離為D1，而位于另外一側(cè)的第一曲線2211與第二曲線2212間的距離為D2。其中，距離D1與距離D2會(huì)沿著y方向而產(chǎn)生變化，且距離D1與距離D2并不相同。
微型結(jié)構(gòu)22的縱向剖面的輪廓為一弧線，且此弧線的曲率半徑為R。不管是距離D1及距離D2，在此統(tǒng)稱為距離D，與曲率半徑R的關(guān)系可表述成以下的公式 0.5R＜D＜3R............................公式(2)。
另外，微型結(jié)構(gòu)的焦距為FD(未繪示于圖中)，且滿足以下的公式 ............................公式(3)。
由于液晶面板上的像素電極也是以彼此平行的方式進(jìn)行排列，而本實(shí)施例的微型結(jié)構(gòu)22的延伸路徑是呈曲線，因此其在視覺上較不易產(chǎn)生疊紋圖形。
此外，本案的申請人將上述的光學(xué)元件2進(jìn)行電腦模擬，在此模擬中，微型結(jié)構(gòu)22的底部的寬度P設(shè)為185μm，光學(xué)元件2的折射率n為1.63，通過改變反射結(jié)構(gòu)23的厚度為t，可得到下表 其中，上表的“強(qiáng)度”代表從光學(xué)元件2的正面觀看時(shí)所呈現(xiàn)的光強(qiáng)度，而“1/2視角”則代表光強(qiáng)度減為正面觀看的光強(qiáng)度的1/2時(shí)的觀看角度。而且，模擬狀態(tài)1～2并不滿足公式(1)，模擬狀態(tài)3～5則滿足公式(1)。
因此，綜上所述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可通過反射結(jié)構(gòu)23的厚度來控制光線的光學(xué)路徑，且當(dāng)光學(xué)元件2的設(shè)計(jì)滿足公式(1)時(shí)，其會(huì)有較佳的光學(xué)效果。
以下，將對上述光學(xué)元件2的制造方法進(jìn)行介紹，請參照圖4A～圖4E。首先，請參照圖4A，在一透明基材25的其中一側(cè)涂布上一成型膠22’，此透明基材25的材質(zhì)例如為聚碳酸酯(polycarbonate)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylenenaphthalate，PEN)或聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)，而成型膠22’例如為紫外線硬化膠或熱硬化膠。
再來，提供一滾輪4，所述滾輪4的表面41上具有多個(gè)成型圖案(未繪示)，這些成型圖案的外型與光學(xué)元件2(如圖2所示)的微型結(jié)構(gòu)22相對應(yīng)。也就是，微型結(jié)構(gòu)22呈向上凸出的形狀，而成型圖案則呈向下凹陷的形狀，彼此相互補(bǔ)。
之后，請參照圖4B，當(dāng)滾輪4在成型膠22’上壓印并對成型膠進(jìn)行硬化后，便可在透明基材25上形成微型結(jié)構(gòu)22。成型膠22’的硬化方式隨著成型膠22’的種類的不同而不同，例如若成型膠22’為紫外線硬化膠，則使用紫外線進(jìn)行照射以使其成型，若成型膠22’為熱硬化膠，則使用加熱的方式使其成型。此外，在本實(shí)施例中，使用滾輪4對成型膠22’進(jìn)行壓印，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可將滾輪4替換成其他型態(tài)的模具。
再來，請參照圖4C，在完成微型結(jié)構(gòu)22的制作后，在透明基材25另一側(cè)涂布一光阻層。接著，涂布光阻層后，進(jìn)行曝光顯影制程，以形成一結(jié)構(gòu)區(qū)域261，利用化學(xué)藥劑將結(jié)構(gòu)區(qū)域261以外的光阻層去除，只留下結(jié)構(gòu)區(qū)域261的部份。
再來，請參照圖4D，涂布上一反射材料層23’，所述反射材料層23’覆蓋結(jié)構(gòu)區(qū)域261，且結(jié)構(gòu)區(qū)域261的光阻層會(huì)與反射材料層23’產(chǎn)生鍵結(jié)。之后，請參照圖4E，將結(jié)構(gòu)區(qū)域261的光阻層與位于其上的反射材料層23’去除，便可形成反射結(jié)構(gòu)23。完成反射結(jié)構(gòu)23的制作后，也就完成了本發(fā)明的光學(xué)元件2。
請參閱圖5，圖5所繪示為使用本發(fā)明的光學(xué)元件的直下式背光模塊。此背光模塊5包括一擴(kuò)散板51、多個(gè)光源52、一反射罩53與圖4所示的光學(xué)元件2，其中在本實(shí)施例中光源52為冷陰極熒光燈管，但也可將其改為發(fā)光二極管。光源52是配置在反射罩53內(nèi)，反射罩53可將光源52所發(fā)出的光線反射至擴(kuò)散板51中。擴(kuò)散板51的作用是將光源52所發(fā)出的光線進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散板51的主要構(gòu)成材質(zhì)例如為聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methacrylate)、聚碳酸酯或聚對苯二甲酸乙二酯等透明物質(zhì)。而且，在擴(kuò)散板51內(nèi)則散布有多個(gè)光擴(kuò)散粒子(未繪示)，所述光擴(kuò)散粒子的折射率與擴(kuò)散板51的主要構(gòu)成材質(zhì)并不相同，因此當(dāng)光線通過光擴(kuò)散粒子時(shí)，其光學(xué)路徑會(huì)產(chǎn)生偏折，從而達(dá)到使光線擴(kuò)散的效果。
在圖5中，背光模塊5為一直下式背光模塊，但本發(fā)明的光學(xué)元件2也可用在其他型態(tài)的背光模塊，例如側(cè)光式背光模塊。在側(cè)光式背光模塊中，光學(xué)元件2是配置在導(dǎo)光板上。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，其特征在于，其具有一出光面與一入光面，且放置于所述入光面?zhèn)鹊闹辽僖还庠此l(fā)出的光線會(huì)在所述光學(xué)元件內(nèi)部產(chǎn)生至少一光學(xué)路徑，所述光學(xué)元件包括
多個(gè)微型結(jié)構(gòu)，沿著一第一方向延伸且沿著一第二方向排列于所述出光面上，每一所述微型結(jié)構(gòu)具有一頂邊，而所述頂邊位于所述出光面上并形成彼此相鄰的多條第一曲線與多條第二曲線，所述第一曲線與所述第二曲線往所述第一方向延伸，所述第一曲線與所述第二曲線在所述第二方向上之間距離不相等且不平行，且所述第二曲線與另一第一曲線的所述第二方向上之間距離不相等且不平行；
多個(gè)反射結(jié)構(gòu)，每一反射結(jié)構(gòu)沿著所述第一方向延伸且沿著所述第二方向排列于所述入光面上，且每一反射結(jié)構(gòu)的位置與兩個(gè)微型結(jié)構(gòu)的交接處相互對應(yīng)，所述每一反射結(jié)構(gòu)至所述入光面具有一厚度t，而所述微型結(jié)構(gòu)沿第二方向之長度為一寬度P，與所述光學(xué)元件的折射率n，滿足以下的公式
其中，所述光學(xué)路徑由所述入光面入射，通過所述多個(gè)反射結(jié)構(gòu)的厚度以控制所述光學(xué)路徑，且在所述出光面上的所述多個(gè)微型結(jié)構(gòu)用于將所述光學(xué)路徑進(jìn)行收斂。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述微型結(jié)構(gòu)的縱向剖面的輪廓為一弧線，所述弧線的曲率半徑R，及所述第一曲線與所述第二曲線在所述第二方向上的距離D，滿足以下的公式0.5R＜D＜3R。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述微型結(jié)構(gòu)的焦距FD與所述微型結(jié)構(gòu)的底部的寬度P，滿足以下的公式
4.一種光學(xué)元件的制造方法，用于制造如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于，所述光學(xué)元件的制造方法包括
提供一透明基材，并在所述透明基材的其中一側(cè)涂布上一成型膠；
提供一模具，所述模具的表面上具有多個(gè)成型圖案，所述多個(gè)成型圖案的外型與所述光學(xué)元件上的微型結(jié)構(gòu)相對應(yīng)；
將所述模具在所述成型膠上進(jìn)行壓印，并對壓印后的成型膠進(jìn)行硬化，以形成所述微型結(jié)構(gòu)；
在所述透明基材的另外一側(cè)涂布一光阻層；
對所述光阻層進(jìn)行曝光顯影制程，以形成一結(jié)構(gòu)區(qū)域，并將非結(jié)構(gòu)區(qū)域的所述光阻層去除；
涂布上一反射材料層，所述反射材料層覆蓋所述結(jié)構(gòu)區(qū)域；以及
將所述結(jié)構(gòu)區(qū)域的光阻層與位于所述結(jié)構(gòu)區(qū)域上的所述反射材料層去除，以形成所述反射結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于，所述反射材料層的材質(zhì)為二氧化鈦或氧化鎂。
6.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于，所述成型膠為紫外線硬化膠或熱硬化膠。
7.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于，所述透明基材的材質(zhì)為聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸乙二醇酯。
8.一種背光模塊，其特征在于，其包括如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)元件，所述背光模塊包括
一光學(xué)薄板；
至少一光源，放置在所述光學(xué)薄板的入光側(cè)；以及
所述光學(xué)元件放置于所述光學(xué)薄板的出光面?zhèn)取?br> 9.如權(quán)利要求8所述的背光模塊，其特征在于，所述光學(xué)薄板為一擴(kuò)散板或一導(dǎo)光板。
10.如權(quán)利要求8所述的背光模塊，其特征在于，所述光源為冷陰極熒光燈管或發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光學(xué)元件與其制造方法及一背光模塊，所述背光模塊包括上述的光學(xué)元件。光學(xué)元件包括多個(gè)微型結(jié)構(gòu)與多個(gè)反射結(jié)構(gòu)，其中微型結(jié)構(gòu)是沿著一第一方向延伸且沿著一第二方向排列于出光面上，而第一曲線與第二曲線于第二方向上之間距離不相等且不平行，且所述第二曲線與另一第一曲線的所述第二方向上之間距離不相等且不平行。每一反射結(jié)構(gòu)沿著所述第一方向延伸且沿著所述第二方向排列于所述入光面上，且每一反射結(jié)構(gòu)的位置與兩個(gè)微型結(jié)構(gòu)的交接處相互對應(yīng)，所述每一反射結(jié)構(gòu)至所述入光面具有一厚度t，而所述微型結(jié)構(gòu)沿第二方向之長度為一寬度P，與所述光學(xué)元件的折射率n，滿足以下的公式當(dāng)光學(xué)元件的設(shè)計(jì)滿足上述公式時(shí)，其會(huì)有較佳的光學(xué)效果。
文檔編號(hào)G02B6/00GK101819294SQ20091011866
公開日2010年9月1日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者陳晏佐, 鄭文峰, 王君偉, 黃致維, 林晟 申請人:穎臺(tái)科技股份有限公司