CN100555004C - 光学扩散模块以及光扩散结构的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学扩散模块以及光扩散结构的形成方法。光扩散模块包括扩散板以及光扩散结构，光扩散结构形成于扩散板上。光扩散结构包括多个突起部以及多个凹陷部，所述突起部沿第一方向以及第二方向排列成一个二维的阵列，所述凹陷部沿第一方向以及第二方向排列成一个二维的阵列。每一突起部相邻于多个凹陷部，每一凹陷部相邻于多个突起部，这些突起部、凹陷部以及突起部与凹陷部的相邻处的曲率皆不为零。本发明利用激光拖拉法配合光罩在基材上形成驻波纹状的结构，可以获得使光二维扩散的效果。

Description

光学扩散模块以及光扩散结构的形成方法

技术领域

本发明涉及一种光学扩散模块，尤其涉及一种通过形成驻波纹形式的微透镜使光线扩散的光学扩散模块。

背景技术

背光模块随着大尺寸化、简单化与低价化的平面显示器市场发展趋势，光源由含汞的CCFL转为固态LED光源或平面光源。提供高效且均匀的背光源，微光学结构膜片起着极为重要的作用。对于成本与效能而言，微结构光学膜片可以提供较低的材料成本与较佳的光学效能，因此，以微结构进行背光源扩散的光学设计颇多，对于点光源或线光源可以看到以单轴向或双轴向的方式来达到扩散的效果。

背光模块或一般灯管照明中冷阴极光源或日光灯管的使用需要使用重金属汞来产生光色，这在环保上将逐渐受到限制。LED的光源是亮度与日剧增、寿命长、低耗电、无污染的固态光源，因此LED应用的范围不断扩大，从一般照明到显示器背光源的使用，目前LED应用在显示器上主要是在3C电子用品，日韩各大厂将LED应用推向大尺寸的平面显示器中，LED色彩饱和度佳，可以用RGB混光或蓝光搭配荧光的方式提供白光光源，在制造过程中可以配合电路进行光源的设计调控，但与冷阴极灯管相比，其单价高，存在色温问题，这些都是极待解决的课题。目前利用单颗光学帽与阵列的方式可以达到局部混光效果，扩散设计多半是以传统的扩散厚板来进行，如何使LED光源分布更均匀、降低LED使用颗数、减少背光模块的厚度、利用有效的微光学结构膜片、均匀分散点光源是本发明的重要出发点。

一般而言，传统的直下式光源扩散目前最常见的处理方式是采用扩散板(膜)，以雾化扩散的方式将光源均匀分散，这种方式存在一些问题。由于采用混成雾化厚板将导致辉度降低和光源被材料吸收损耗，混成粒子扩散采用散射的方式，扩散的角度不大也无法控制。另一种方式是采取柱型镜阵列结构，利用微结构几何光学的原理，以膜片就可达到较高的辉度和可控制的扩散角度，配合一片扩散膜或雾化处理面就可以达到均匀化的效果。一般制作柱型镜的方式不外乎采用机械加工、热融法或其它复合方式来成型，柱型镜阵列间的间隙处理、机械强度与复制性也是很重要的。针对如何运用特殊的光学设计与简化的制造过程制作出无间隙、高机械强度及高结构复制性的高分子微结构光学膜片的问题，本发明的发明人曾在专利申请号为CN 94133325和CN 94133326的两份发明专利申请中披露了以特殊的光罩制造出连续波纹状微结构阵列的方法和所制造出的微结构阵列。

所述两份专利申请披露了利用激光拖拉法并结合光罩图形设计制造出供制造微透镜使用的模具的方案。如图1A所示，激光束B经由光罩5照射至基材10上，同时将光罩5朝L1的方向拖拉，如此，激光束可在基材10上刻写出沟槽12。所述两个技术方案主要是控制激光能量束在基材上不同位置的蚀刻量，以造成灰阶渐增效果而产生三维结构。其中，激光拖拉可控制的参数包括拖拉速度、激光能量、及重复频率等，此部分最主要影响整体结构的深度，例如拖拉速度愈快、激光能量愈小或激光重复频率愈小使得单位时间内的蚀刻量愈小，造成结构的整体深度较浅；反之，则较深。另一方面，光罩图形是影响三维结构轮廓最主要的控制因素，如图1B所示，在光罩M30上形成凹凸状的图形M3，然后通过激光束的照射在基材上形成凹凸状交错排列的第一微透镜202以及第二微透镜204，借助于光罩图形M3中央与两侧开口面积的不同，造成两个不同位置蚀刻量的差异，进而产生不同的深度。在所述两种方案中，主要利用了不同长短轴椭圆形或圆形的光罩图形矩阵组合，其中，椭圆形光罩长短轴比例愈大，造成蚀刻量差异愈大，而形成曲率较小的椭圆曲线，若选用圆形光罩则形成近似圆形的曲面。

图2A示出了将图1B所示的光扩散用的微透镜结构200与扩散膜50配合使用的情况，图2B是借助于微透镜结构200所扩散的光的照度分布图，图中的长条状区域表示光线汇聚处。

发明内容

背景技术中所提到的微透镜结构可使光线一维扩散，本发明的目的在于提供一种光扩散结构，其可以达到使光二维扩散的效果。此外，本发明还将提供一种光扩散结构的形成方法。

为实现所述目的，本发明一优选实施方式的光扩散模块包括一扩散板以及一光扩散结构，扩散板具有一第一面，光扩散结构形成于第一面上。光扩散结构包括：多个突起部以及多个凹陷部，所述突起部沿第一方向以及第二方向排列成一个二维的阵列，所述凹陷部沿第一方向以及第二方向排列成一个二维的阵列。每一突起部相邻于多个凹陷部，每一凹陷部相邻于多个突起部，所述突起部、凹陷部以及突起部与凹陷部的相邻处的曲率皆不为零。

在所述优选实施方式中，沿第一方向，任意两突起部之间的距离可以相等或不相等；沿第二方向，任意两突起部之间的距离可以相等或不相等。

同样，在所述优选实施方式中，沿第一方向，任意两凹陷部之间的距离可以相等或不相等；沿第二方向，任意两凹陷部之间的距离可以相等或不相等。

本发明还提供一种光扩散结构的形成方法，包括下列步骤：提供基材；提供光罩，该光罩具有多个通孔，这些通孔排列成阵列；提供能量束；将光罩置于能量束与基材之间；于第一方向上移动光罩或基材；以及于第二方向上移动光罩或基材，通过能量束的光线经由光罩在基材上形成多个相邻的突出部与凹陷部，使这些突出部与凹陷部形成二维阵列。

附图说明

为使本发明的所述和其它目的、特征、和优点更明显易懂，下文特举优选实施方式并结合附图对本发明进行详细说明。

图1A为利用激光拖拉法制造微透镜结构的示意图；

图1B为激光拖拉法的光罩及所制造出的微透镜结构的立体图；

图2A为图1B所制造出的微透镜结构的实际应用的示意图；

图2B为通过图2A所示的微透镜结构所扩散的光的照度分布图；

图3为借助于激光拖拉法并配合光罩来制造本发明的光扩散结构的示意图；

图4为使用图3所示的方法所制造出的光学扩散模块的示意图；

图5为本发明的光扩散结构的一实施方式的照度分布图；

图6为本发明的光扩散结构的另一实施方式的照度分布图；

图7为本发明的光扩散结构的又一实施方式的照度分布图；

图8为本发明的光扩散结构的再一实施方式的照度分布图；

图9为本发明的光扩散结构配合扩散膜使用的示意图；

图10为本发明的光扩散结构配合颗粒状结构使用的示意图；

图11为使用具有光扩散效果的高分子材料所制造的扩散板的示意图。

附图标记说明

5                            光罩

10                           基材

12                           沟槽

50                           扩散膜

120                          第一沟槽

140                          第二沟槽

200                          微透镜结构

202                          第一微透镜

204                          第二微透镜

500                          光扩散结构

600、700、800、900           光学扩散模块

620                          扩散板

621                          表面(第一面)

622                          底面(第二面)

640                          光扩散结构

660                          突起部

680                          凹陷部

B                            激光束

D1、D2                       两相邻突起部之间的距离

D3、D4                       两相邻凹陷部之间的距离

M3                           图形

M30                          光罩

L1                           第一方向

L2                           第二方向

具体实施方式

本发明的光扩散结构主要是以背景技术中所述的激光拖拉法配合光罩在基材上形成驻波纹状的结构，以达到使光二维扩散的效果。以下分别说明如何以激光拖拉法制造驻波纹状的光扩散结构以及所制造出的光扩散结构。

图3为借助于激光拖拉法并配合光罩来制造本发明的光扩散结构的示意图。与图1A类似，利用光罩(未示出)沿第一方向L1移动，同时以激光束照射形成多个第一沟槽120，然后将光罩沿第二方向L2移动，并照射激光而形成多个第二沟槽140，如此第一沟槽120与第二沟槽140重叠的部分就形成了驻波纹状的光扩散结构500。

图4示出了使用图3所示的方法制造的光学扩散模块600。光学扩散模块600包括扩散板620以及光扩散结构640。光扩散结构640包括多个突起部660以及多个凹陷部680，突起部660沿第一方向L1与第二方向L2排列成二维的阵列，同样，凹陷部680也沿第一方向L1以及第二方向L2排列成二维的阵列，突起部660与凹陷部680彼此交错排列(即，一列突起部660邻接于一列凹陷部680)而形成驻波纹状。在本实施方式中，每一突起部660邻接于四个凹陷部680，而每一凹陷部680邻接于四个突起部660，通过光罩的设计(如背景技术所述)使突起部660、凹陷部680以及突起部660与凹陷部680邻接处的曲率皆不为0。在第一方向L1上，两相邻突起部660之间的距离为D1，两相邻凹陷部680之间的距离为D3。在第二方向L2上，两相邻突起部660之间的距离为D2，两相邻凹陷部680之间的距离为D4。

在图4中D1＝D2且D3＝D4，但是D1、D2、D3及D4可以有多种组合，以下分别以照度分布图进行说明。

图5为本发明的光扩散结构的一实施方式的照度分布图。其中，在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1均相等，且任意两凹陷部680之间的距离D3均相等，在第二方向L2上，任意两突起部660之间的距离D2均相等，且任意两凹陷部680之间的距离D4均相等。

图6为本发明的光扩散结构的另一实施方式的照度分布图。其中，在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1均相等，且任意两凹陷部680之间的距离D3均相等，在第二方向L2上，任意两突起部660之间的距离D2不相等，且任意两凹陷部680之间的距离D4不相等，D2及D4在中央部分最小，而从中央向两侧逐渐增大，然后再逐渐变小。

图7为本发明的光扩散结构的又一实施方式的照度分布图。其中，在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1均相等，且任意两凹陷部680之间的距离D3均相等，在第二方向L2上，任意两突起部660之间的距离D2不相等，且任意两凹陷部680之间的距离D4不相等，D2及D4在中央部分最大，而从中央向两侧逐渐增小。

图8为本发明的光扩散结构的再一实施方式的照度分布图。其中，在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1不相等，且任意两凹陷部680之间的距离D3不相等，D1及D3在中央部分最小，而从中央向两侧逐渐增大，然后再逐渐变小。在第二方向L2上，任意两突起部660之间的距离D2不相等，且任意两凹陷部680之间的距离D4不相等，D2及D4在中央部分最小，而从中央向两侧逐渐增大，然后再逐渐变小。

所述各实施方式仅是多种组合中的几种，以此为例进行说明，当然本发明并不限于此，例如在第一方向L1上，任意两突起部660之间的距离D1可以不相等，但任意两凹陷部680之间的距离D3相等。

另外，在所述各实施方式中，虽然第一方向L1与第二方向L2正交，但是第一方向L1与第二方向L2也可不正交，而不以此为限制。

再者，本发明的扩散板620也可以和传统的扩散膜50结合使用形成光学扩散模块700，如图9所示，图中30为LED阵列模块。或者在扩散板620的底面(第二面)622{光扩散结构600形成于表面(第一面)621}形成颗粒状结构或对底面622进行雾化处理，可加强光扩散效果，如图10所示的光学扩散模块800。此外，也可用具有光扩散效果的高分子材料形成扩散板620，如图11所示的光学扩散模块900。

虽然已通过优选实施方式对本发明披露于上，但这并非是对本发明的限制，本领域任何技术人员在不超出本发明的构思和范围的前提下，可作出一些变换与润饰，因此本发明的保护范围应以所附权利要求界定的范围为准。

Claims (33)

1.一种光学扩散模块，包括：

一扩散板，其具有一第一面；

一光扩散结构，其形成于所述第一面上，该光扩散结构包括：

多个突起部，它们沿第一方向以及第二方向被排列成一个二维的阵列；

多个凹陷部，它们沿所述第一方向以及第二方向被排列成一个二维的阵列，其中，每一突起部相邻于多个凹陷部，每一凹陷部相邻于多个突起部，这些突起部、凹陷部以及突起部与凹陷部的相邻处的曲率皆不为零。

2.如权利要求1所述的光学扩散模块，其中，沿所述第一方向，任意相邻的两突起部之间的距离均相等。

3.如权利要求2所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两突起部之间的距离均相等。

4.如权利要求3所述的光学扩散模块，其中，沿所述第一方向，任意相邻的两凹陷部之间的距离均相等。

5.如权利要求4所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两凹陷部之间的距离均相等。

6.如权利要求2所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两突起部之间的距离不相等。

7.如权利要求6所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两突起部之间的距离从所述光扩散结构的中央向两侧边渐减。

8.如权利要求6所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两突起部之间的距离从所述光扩散结构的中央向两侧边渐增。

9.如权利要求6所述的光学扩散模块，其中，沿所述第一方向，任意相邻的两凹陷部之间的距离均相等。

10.如权利要求9所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两凹陷部之间的距离不相等。

11.如权利要求10所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两凹陷部之间的距离从所述光扩散结构的中央向两侧边渐减。

12.如权利要求10所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两凹陷部之间的距离从所述光扩散结构的中央向两侧边渐增。

13.如权利要求1所述的光学扩散模块，其中，沿所述第一方向，任意相邻的两突起部之间的距离不相等。

14.如权利要求13所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两突起部之间的距离不相等。

15.如权利要求14所述的光学扩散模块，其中，沿所述第一方向，任意相邻的两突起部之间的距离从所述光扩散结构的中央向两侧边渐减。

16.如权利要求15所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两突起部之间的距离从所述光扩散结构的中央向两侧边渐减。

17.如权利要求15所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两突起部之间的距离从所述光扩散结构的中央向两侧边渐增。

18.如权利要求14所述的光学扩散模块，其中，沿所述第一方向，任意相邻的两突起部之间的距离从所述光扩散结构的中央向两侧边渐增。

19.如权利要求18所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两突起部之间的距离从所述光扩散结构的中央向两侧边渐增。

20.如权利要求13所述的光学扩散模块，其中，沿所述第一方向，任意相邻的两凹陷部之间的距离不相等。

21.如权利要求20所述的光学扩散模块，其中，沿所述第二方向，任意相邻的两凹陷部之间的距离不相等。

22.如权利要求1所述的光学扩散模块，其中，还包括一扩散膜，来自光源的光线依序通过该扩散膜以及所述光扩散板而被扩散。

23.如权利要求1所述的光学扩散模块，其中，所述扩散板还具有一第二面，在该第二面上形成粒状结构，来自光源的光线依序通过该第二面以及所述第一面而被扩散。

24.如权利要求1所述的光学扩散模块，其中，所述扩散板还具有一第二面，在该第二面上形成雾化结构，来自光源的光线依序通过该第二面以及所述第一面而被扩散。

25.如权利要求1所述的光学扩散模块，其中，所述扩散板由具有扩散效果的高分子材料制成。

26.一种光扩散结构的形成方法，包括下列步骤：

提供一基材；

提供一光罩，该光罩具有多个通孔，这些通孔被排列成阵列；

提供一能量束；

将所述光罩置于所述能量束与所述基材之间；

沿第一方向移动所述光罩或基材；以及

沿第二方向移动所述光罩或基材，借此所述能量束的光线经由所述光罩在所述基材上形成多个相邻的突出部与凹陷部，这些突出部与凹陷部形成一个二维的阵列，其中，这些突出部、凹陷部以及所述突出部与所述凹陷部的相邻处的曲率皆不为零。

27.如权利要求26所述的光扩散结构的形成方法，其中，所述第一方向与所述第二方向正交。

28.一种光扩散结构的形成方法，包括下列步骤：

提供一基材；

提供一第一光罩，该光罩具有多个第一通孔，这些第一通孔被排列成阵列；

提供一第二光罩，该光罩具有多个第二通孔，这些第二通孔被排列成阵列；

提供一能量束；

将所述光罩置于所述能量束与所述基材之间；

沿第一方向移动所述第一光罩或所述基材；以及

沿第二方向上移动所述第二光罩或所述基材，借此所述能量束的光线经由所述光罩在所述基材上形成多个相邻的突出部与凹陷部，这些突出部与凹陷部形成一个二维的阵列，其中，这些突出部、凹陷部以及所述突出部与所述凹陷部的相邻处的曲率皆不为零。

29.如权利要求28所述的光扩散结构的形成方法，其中，所述第一方向与所述第二方向正交。

30.如权利要求28所述的光扩散结构的形成方法，其中，任意相邻的第一通孔之间的距离均相等。

31.如权利要求30所述的光扩散结构的形成方法，其中，任意相邻的第二通孔之间的距离均相等。

32.如权利要求30所述的光扩散结构的形成方法，其中，任意相邻的第二通孔之间的距离不相等。

33.如权利要求28所述的光扩散结构的形成方法，其中，任意相邻的第一通孔之间的距离不相等，且任意相邻的第二通孔之间的距离不相等。

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