專利名稱：增亮模塊與光源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種增亮模塊與光源裝置，尤其涉及可將擴散組件與集光組件設置于同一膜層并可進行強化偏光的一種增亮模塊以及使用該增亮模塊的光源裝置。
背景技術：
目前顯示裝置的背光模塊中，主要是利用增光片(菱鏡片)(BEF)以及反射偏光片(DBEF或CBEF)光學膜片的搭配使用來達到光線集中的目的，菱鏡結構在光學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)，但是容易讓角度較小的光線產(chǎn)生全反射，降低光線的使用效率，所以在某些輝度要求較高或電池供電的顯示裝置上，為了提高輝度、增加光線利用效率以及節(jié)省電力，會使用反射偏光片(DBEF或CBEF)來再次利用光線達到目的，但目前此兩種相關組件的來源幾乎都由3M公司所掌握，因此雖然臺灣顯示器產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，但顯示器產(chǎn)業(yè)的關鍵零組件長期受制于外商，導致利潤低落；此外，背光模塊架構使用的膜片數(shù)多，相對造成模塊光學效率降低、模塊成本高、組裝良率受限等缺點。
請參見圖1A，美國專利案US6,091,547號“輝度控制薄膜(LuminanceControl Film)”利用貼合兩片菱形結構10與12來達成控制光、導引光的效果，使得光線集中，增加正向光線的輝度；雖然此結構可有效地集中光線，然而卻無法達到擴散的目的。
再請參照圖1B，日本專利案JP2001324608號“散光片(Light-DiffusingSheet)”公開了在一透明基板14上分布不同粒徑大小的樹脂顆粒16并以黏著樹脂18固定，使得光線通過透明基板14后會產(chǎn)生雜亂的散射來達到光擴散的目的；但由于加入這些微小顆粒會使得擴散片的光使用效率降低，而且單純?yōu)閿U散所用，無法達到集中的目的。
3M公司的美國專利案6104536、6208466、6219121、6268961以及6576887號，這些專利案的偏極作動原理如圖2A所示，其中增亮薄膜220由一極化片221(例如p方向)與一復合材料222(約800層)所組成，當一線性非偏極光223入射并接觸到極化片221后，與極化片221極化方向相同的一極化分量223a(即p方向)會直接通過極化片221，而當復合材料222的厚度調(diào)整為非偏極光223約1/4波長時，與極化分量223a正交的另一極化分量223b(即s方向)則被反射，反射的極化分量223b又會被一散射層222a反射而呈重新分布狀態(tài)(即，成為含有p方向極化分量224a與s方向極化分量224b的一非偏極化光224，而p方向極化分量224a便可通過極化片221，而s方向極化分量224b再度被反射且遇到散射層222a后又被重新分配…如此不斷反復；因此，此結構理論上可達成100％的入射光極化。
另一相關專利為日東電工公司的美國專利案6016177、6088079、6339501、6342934以及6433853號，這些專利案的偏極原理如圖2B所示，其中增亮薄膜230由一極化片231(例如p方向)、一1/4波長片232與一膽固醇液晶233所組成，當一圓形非偏極光234入射后，膽固醇液晶233僅會允許一個方向(例如左旋)的偏極分量通過并由1/4波長片232將其轉換成線型偏極光234a再由極化片231通過，而另一個正交方向(右旋)的偏極分量234b則會反射，反射的偏極分量234b又會被一散射層233a反射而呈重新分布狀態(tài)(即，成為含有左旋偏極分量235a與右旋偏極分量235b的一圓形極化光235)，而左旋偏極分量235a經(jīng)過該1/4波長片232轉換后便可通過該極化片231，而右旋偏極分量235b再度被反射且遇到散射層233a后又被重新分配…如此不斷反復；類似于圖2A，此結構理論上亦可達成100％的入射光極化。
結合上述現(xiàn)有技術的增光片與偏光片的技術如同3M公司的美國專利案6025897號“具有反射式偏光片與隨機排列腔體的顯示器(Display withreflective polarizer and randomizing cavity)”，其剖面圖如圖3所示。在圖3中，公開一搭配有增光片(BEF，Brightness Enhancement Films)與反射偏光片(DBEF，Double Brightness Enhancement Films)的顯示器，其中該顯示器由一平面光源30、一增亮模塊32以及一顯示模塊34所構成；該增亮模塊32由一增光片320與一反射式增光片322所組成。
首先，平面光源30發(fā)出光線300(a、b、c、d)，經(jīng)由反射式增光片322的作用后，會讓特定方向的偏極光302a通過，其余反射為偏極光304(b、c、d)，偏極光304(b、c、d)經(jīng)一反射面310反射后，會重新分布成光線306(a、b、c、d)，反射式增光片322再讓特定方向的偏極光308a通過，如此反復作用以達到增加輝度的目的。在此種架構中所用到的增光片320一般來說為菱形結構，然而，使用菱鏡結構雖然可以將光線集中，縮小角度，但是卻容易使得原本角度就較小的光線產(chǎn)生全反射，降低光線的使用效率。
因此，所需要的是一種增亮模塊，其可克服現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明可滿足此需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的提供一種增亮模塊與光源裝置，其利用微結構的方式達到集光與擴散的復合式光學效果，以達到有效提升光效率的目的。
本發(fā)明的次要目的提供一種增亮模塊與光源裝置，其通過微結構滾筒的制作并利用滾壓生產(chǎn)一次成形來達到降低生產(chǎn)成本的目的。
本發(fā)明的另一目的提供一種增亮模塊與光源裝置，其結合利用微結構所完成的復合功能光學調(diào)制組件與反射式極化片，以達到簡化背光模塊中膜片的使用量以及提升光線使用效率的目的。
為達上述目的，本發(fā)明提供一種增亮模塊，其包含一微結構光學調(diào)制組件與一偏光組件；該微結構光學調(diào)制組件具有一第一光學面與可接收一入射光的一第二光學面，該偏光組件設于與該第二光學面兩兩相對位置；其中該微結構光學調(diào)制組件還包含一擴散部，其由可透光材料所制成且可擴散該入射光，該擴散部形成于該第一光學面之上；以及一集光部，其由可透光材料所制成且可集中該入射光，該集光部形成于該擴散部之上。
為達上述目的，本發(fā)明更提供一種光源裝置，其包含一反射片；一導光板，其位于該反射片之上；至少一光源，其位于導光板四周且可發(fā)射一入射光；一增亮模塊，其位于導光板之上且包含至少一微結構光學調(diào)制組件以及一偏光組件，該至少一微結構光學調(diào)制組件具有一第一光學面與可接收該入射光之一第二光學面，偏光組件設于與第二光學面兩兩相對位置；其中至少一微結構光學調(diào)制組件還包含一擴散部，其由可透光材料所制成且可擴散該入射光，該擴散部形成于第一光學面之上；以及一集光部，其由可透光材料所制成且可集中該入射光，該集光部形成于該擴散部之上。
較佳地，該擴散部包含具有一曲面形單元結構深度的至少一個曲面形單元。
較佳地，該曲面形單元結構深度在5微米～500微米的范圍內(nèi)。
較佳地，該集光部包含具有一頂角及一高度的至少一個菱形單元。
較佳地，該頂角在30度～140度的范圍內(nèi)。
較佳地，該高度在大于0微米且不大于500微米的范圍內(nèi)。
較佳地，該第二光學面為平滑光學表面。
較佳地，該第二光學面為粗糙光學表面。
較佳地，該偏光組件為一反射式偏光片。
較佳地，該反射式偏光片所透射及反射的光線的極化方向不同。
較佳地，該反射式偏光片所透射及反射的光線皆為線性偏極光。
較佳地，該偏光組件還包含位于該反射式偏光片上的一1/4波長片。
較佳地，該反射式偏光片所透射及反射的光線皆為圓偏極光。
較佳地，該偏光組件為多個等間距排列的光柵單元，該光柵單元具有一線寬以及一線高。
較佳地，該線寬度大于0納米且小于200納米。
較佳地，該線高大于50納米且小于500納米。
較佳地，該線寬除以該線寬與間距之和的值為5％～95％。
較佳地，該光柵單元由金屬所制成。
較佳地，該金屬為鋁或銀。
較佳地，該光源裝置包含兩微結構光學調(diào)制組件，這兩微結構光學調(diào)制組件彼此重疊且呈大于0度且不大于90度的交角。


圖1A為一現(xiàn)有技術的示意圖；
圖1B為另一現(xiàn)有技術的示意圖；圖2A為一現(xiàn)有技術的光偏極轉換模塊的示意圖；圖2B為另一現(xiàn)有技術的光偏極轉換模塊的示意圖；圖3為結合現(xiàn)有技術的增光片與偏光片的顯示模塊的示意圖；圖4A為菱形透鏡的光學特性示意圖；圖4B為柱狀透鏡的光學特性示意圖；圖4C為本發(fā)明中的微結構光學調(diào)制組件的橫剖面圖；圖5為本發(fā)明中的微結構光學調(diào)制組件的加工示意圖；圖6為本發(fā)明中的微結構光學調(diào)制組件的一變化實施例的示意圖；圖7A為本發(fā)明增亮模塊應用于光源裝置時的橫剖面示意圖；圖7B為本發(fā)明增亮模塊應用于光源裝置時的橫剖面示意圖，其顯示另一其中，附圖標記7-光源裝置10-菱形結構12-菱形結構14-透明基板16-樹脂顆粒18-黏著樹脂30-平面光源32-增亮模塊34-顯示模塊40-微結構光學調(diào)制組件42-第一光學面
44-第二光學面46-菱形單元48-曲面形單元50-塑料基板52-紫外線成形材料54-微結構模仁56-滾筒60-最小單元70-光源72-反射片74-導光板76-增亮模塊90-偏光組件92-光線92a-偏極光92b-偏極光220-增亮薄膜221-極化片222-復合材料222a-散射層223-線性非偏極光223a-極化分量光223b-極化分量光224-非偏極化光224a-極化分量224b-極化分量230-增亮薄膜231-極化片232-1/4波長片233-膽甾醇液晶
233a-散射層234-圓形非偏極光234a-線性偏極光234b-偏極分量235-圓形極化光235a-左旋偏極分量235b-右旋偏極分量300a-光線300b-光線300c-光線300d-光線302a-偏極光304b-偏極光304c-偏極光304d-偏極光306a-光線306b-光線306c-光線306d-光線308a-偏極光310-反射面320-增光片322-反射式增光片430-菱鏡432-入射光434-透鏡436a-入射光436b-入射光436c-入射光436d-入射光
438-匯聚區(qū)440-粒子700-入射光760-偏光組件762-微結構光學調(diào)制組件764-微結構光學調(diào)制組件800-入射光900-光柵單元a-頂角b-曲面形單元結構深度c-線寬d-線高e-間距h-高度θ-角度α-夾角具體實施方式
以下將參照附圖來描述本發(fā)明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下結合附圖所列舉的實施例僅為輔助說明，而本案的技術手段并不僅限于此。
請參見圖4A，菱形結構在光學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)，當入射光432射入菱鏡430后，如果角度θ大于全反射臨界角，則入射光432會在菱鏡430內(nèi)被全反射(圖4A中虛線箭頭)，如果角度θ小于全反射臨界角，則入射光432在射出該菱鏡430后(圖4A中實線箭頭)會再次偏離法線(圖4A中虛線)，因而達到集光效果。
又，曲面形結構在光學效果上則因曲面特性而可表現(xiàn)出有效范圍的擴散性質，如圖4B所示，當入射光436a、當離軸的入射光436b、入射光436c以及入射光436d射入透鏡434后，會先匯聚于匯聚區(qū)438然后再發(fā)散；利用此特性可達成大入射角度光線的出光角收斂與均勻化(模糊化)的目的。
本發(fā)明所提出的增亮模塊對光源具有擴散與集光的復合效果，此增亮模塊表面主要由具有上述兩種幾何特征的微結構所組成，意即由菱形結構與曲面形結構所組成。因此，通過這兩種結構的堆棧組合，將可對光源產(chǎn)生集光與擴散的雙重效果。
請參見圖4C，其為本發(fā)明增亮模塊中的微結構光學調(diào)制組件的橫剖面圖。微結構光學調(diào)制組件40具有一第一光學面42與一第二光學面44，該第二光學面44用于接收入射光(圖中未示出)，第一光學面42上形成有一曲面形單元48，曲面形單元48之上還形成一菱形單元46，該菱形單元46用于集中光線，亦即為集光部，該曲面形單元48則用于擴散光線，亦即為擴散部，菱形單元46具有一頂角a及一高度h，曲面形單元48具有一曲面形單元結構深度b，通過適當選擇頂角a、曲面形單元結構深度b、高度h及微結構光學調(diào)制組件40的組成材料(即，選擇折射率)，可依產(chǎn)品的不同需要來調(diào)整微結構光學調(diào)制組件40所表現(xiàn)出的集光度與擴散度的強弱比例。
圖5為上述微結構光學調(diào)制組件的加工示意圖。當制作該微結構光學調(diào)制組件時，先在塑料基板50上涂布一層紫外線成形材料52，然后以裝設有微結構模仁54的滾筒56滾壓過該紫外線成形材料52，即可在該紫外線成形材料52上形成所需圖案，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，即可得到微結構光學調(diào)制組件。
當然，本發(fā)明中的微結構光學調(diào)制組件非僅局限于一曲面形單元之上搭配一個菱形單元，而亦可有多種搭配變化。如圖6所示，微結構光學調(diào)制組件的最小單元60亦可為一個曲面形單元之上搭配四個菱形單元；這些變化完全依照使用者依實際需要狀況來進行設定，不再贅述。
圖7A為本發(fā)明增亮模塊應用于光源裝置時的橫剖面示意圖。在圖7A中，光源裝置7包含一光源70、一反射片72、一導光板74，以及一增亮模塊76，該增亮模塊76由一偏光組件760與一微結構光學調(diào)制組件762所組成；光源70位于導光板74四周且可發(fā)射一入射光700，導光板74位于反射片72之上，增亮模塊76位于導光板74之上；如此，入射光700先被偏光組件760進行極化后，再于單一方向上(水平或垂直)被微結構光學調(diào)制組件762進行集中與擴散的雙重效果(例如為了提升顯示器的水平可視度或垂直可視度)，使得光源裝置7可提升光效率且具有優(yōu)異的顯示特性。
圖7B為本發(fā)明增亮模塊應用于光源裝置時的橫剖面示意圖，其顯示另一實施例。在圖7B中，各組成組件均與圖7A相同，故不再贅述，其差異之處在于該增亮模塊76包含兩片微結構光學調(diào)制組件762與764，且該微結構光學調(diào)制組件762與微結構光學調(diào)制組件764除彼此重疊外并可呈一特殊夾角α，如圖8所示；如此，該入射光700可被該微結構光學調(diào)制組件762與764在兩方向上同時進行集中與擴散的雙重效果(例如為了同時提升顯示器的水平可視度及垂直可視度)，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。
當然，除了可使用現(xiàn)有的反射式偏光片來作為偏光組件外，本發(fā)明亦可使用多個等間距排列的光柵單元(次波長結構)來作為偏光組件，請參見圖9。其中該偏光組件90由多個以等間距e排列的光柵單元900所組成，該光柵單元900具有一線寬c以及一線高d，線寬c較佳大于0納米且小于200納米，線高d較佳大于50納米且小于500納米；線寬c除以該線寬c與該間距e之和的值(光柵周期比)較佳為5％～95％。當一光線92接觸到該偏光組件90時，偏振方向與這些光柵單元900垂直的偏極光92a能通過，而偏振方向與這些光柵單元900平行的偏極光92b則被反射。因此，此種次波長結構亦能達成線性偏光的效果，故可作為偏光組件來使用。此外，光柵單元900可由反射性良好的金屬材料(例如鋁或銀等)所制成。
在本發(fā)明中，曲面形單元的曲面形單元結構深度在5微米～500微米的范圍內(nèi)，菱形單元的頂角在30度～140度的范圍內(nèi)，菱形單元的高度在大于0微米且不大于500微米的范圍內(nèi)；第二光學面可為平滑或粗糙的光學表面(為使擴散效果更佳)，當欲將該第二光學面44制作為粗糙表面時，可在微結構光學調(diào)制組件40上涂布不同粒徑大小的粒子440或在制造該微結構光學調(diào)制組件40時一體成形，如圖10及圖11所示；當疊置兩片微結構光學調(diào)制組件時，微結構光學調(diào)制組件可彼此呈大于0度而不大于90度的特殊夾角。
由上述可知，本專利所提出的增亮模塊除可對光源極化外，亦同時具有擴散與集光的復合效果，利用微結構光學調(diào)制組件搭配現(xiàn)有的偏光組件(3M公司或日東電工的反射式偏光片或是次波長結構的光柵)，該增亮模塊可表現(xiàn)出高度可控制性的光學擴散功能，以達成同時取代傳統(tǒng)集光片與擴散片的目的，當此種增亮模塊應用于背光模塊中時，可提升光效率、簡化模塊架構并降低模塊成本，為此技術領域中極具競爭力的產(chǎn)品。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，不能以此限定本發(fā)明所實施的范圍。依本發(fā)明權利要求所作的均等變化與修改，皆應屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種增亮模塊，包含一微結構光學調(diào)制組件，其具有一第一光學面與可接收一入射光的一第二光學面，所述微結構光學調(diào)制組件還包含一擴散部，其由可透光材料所制成且可擴散所述入射光，所述擴散部形成于所述第一光學面之上；一集光部，其由可透光材料所制成且可集中所述入射光，所述集光部形成于所述擴散部之上；以及一偏光組件，其設于與所述第二光學面兩兩相對位置。
2.如權利要求1所述的增亮模塊，其特征在于，所述擴散部包含具有一曲面形單元結構。
3.如權利要求2所述的增亮模塊，其特征在于，所述曲面形單元結構具有至少一曲面形單元結構深度，所述曲面形單元結構深度在5微米～500微米的范圍內(nèi)。
4.如權利要求1所述的增亮模塊，其特征在于，所述集光部包含一菱形單元結構，所述菱形單元結構具有一頂角及一高度，所述頂角在30度～140度的范圍內(nèi)，所述高度在大于0微米且不大于500微米的范圍內(nèi)。
5.如權利要求1所述的增亮模塊，其特征在于，所述微結構光學調(diào)制組件為于塑料基板上涂布一層紫外線成形材料，然后由微結構模仁滾壓成形，接著以紫外光照射固化。
6.如權利要求2所述的增亮模塊，其特征在于，所述曲面形單元結構上具有多個菱形單元結構。
7.如權利要求1所述的增亮模塊，其特征在于，所述偏光組件為一反射式偏光片。
8.如權利要求7所述的增亮模塊，其特征在于，所述偏光組件還包含位于所述反射式偏光片上的一1/4波長片。
9.如權利要求1所述的增亮模塊，其特征在于，所述偏光組件為多個等間距排列的光柵單元，所述光柵單元具有一線寬以及一線高，所述線寬大于0納米且小于200納米，所述線高大于50納米且小于500納米，所述線寬除以所述線寬加所述間距之和的值為5％～95％。
10.一種光源裝置，包含一反射片；一導光板，其位于所述反射片之上；至少一光源，其位于所述導光板四周且可發(fā)射一入射光；以及一增亮模塊，其位于所述導光板之上且包含至少一微結構光學調(diào)制組件，其具有一第一光學面與可接收所述入射光的一第二光學面，所述至少一微結構光學調(diào)制組件還包含一擴散部，其由可透光材料所制成且可擴散所述入射光，所述擴散部形成于所述第一光學面之上；一集光部，其由可透光材料所制成且可集中所述入射光，所述集光部形成于所述擴散部之上；以及一偏光組件，其設于與所述第二光學面兩兩相對位置。
11.如權利要求10所述的光源裝置，其特征在于，所述擴散部包含一曲面形單元結構，所述曲面形單元結構具有至少一曲面形單元結構深度。
12.如權利要求10所述的光源裝置，其特征在于，所述集光部包含具有一頂角及一高度的至少一菱形單元。
13.如權利要求10所述的光源裝置，其包含兩微結構光學調(diào)制組件，所述微結構光學調(diào)制組件彼此重疊且呈小于90度的交角。
14.如權利要求10所述的光源裝置，其特征在于，所述偏光組件為一反射式偏光片。
15.如權利要求10所述的光源裝置，其特征在于，所述偏光組件還包含位于所述反射式偏光片上的一1/4波長片。
16.如權利要求10所述的光源裝置，其特征在于，所述偏光組件為多個等間距排列的光柵單元，所述光柵單元具有一寬度以及一高度，所述寬度大于0納米且小于200納米，所述高度大于50納米且小于500納米，所述寬度除以所述寬度加所述間距之和的值為5％～95％。
全文摘要
一種增亮模塊，其包含一微結構光學調(diào)制組件與一偏光組件；該微結構光學調(diào)制組件具有一第一光學面與可接收一入射光的一第二光學面，偏光組件設于與第二光學面兩兩相對位置；其中，微結構光學調(diào)制組件還包含一擴散部與一集光部；擴散部由可透光材料所制成且可擴散該入射光，該擴散部形成于第一光學面之上，集光部由可透光材料所制成且可集中入射光，集光部形成于擴散部之上。
文檔編號G02F1/1335GK1932610SQ20051010314
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月16日 優(yōu)先權日2005年9月16日
發(fā)明者姚柏宏, 潘奕凱, 林本勝, 傅春能, 黃珩春 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院