在基板上形成凹凸結(jié)構(gòu)的方法與模具制作的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有結(jié)構(gòu)化表面的光學(xué)基板，特別涉及用于亮度增強(qiáng)與擴(kuò)散的光學(xué)基 板，且更特別地涉及使用于具有平面光源的平面板顯示器的亮度增強(qiáng)與擴(kuò)散基板。
【背景技術(shù)】
[0002] 平面板顯示技術(shù)通常被使用于電視顯示器、計(jì)算機(jī)顯示器與手提電子顯示器（例 如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理（PDA)、數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字板等等）。液晶顯示器（LCD)為一種平 面板顯示器，其顯示具有像素陣列的液晶（LC)模塊，以使影像成像。
[0003] 圖1顯示IXD顯示器的實(shí)例。背光IXD10包含液晶（LC)顯示模塊12、呈背光模 塊14形式的平面光源以及夾于LC模塊12與背光模塊14之間的許多光學(xué)薄膜。LC模塊12 包含夾于兩個(gè)透明基板之間的液晶，以及定義二維像素陣列的控制電路。背光模塊14提供 平面光分布，其中光源在一平面上延伸的背入式型態(tài)，或者如圖1所示，其中線性光源16被 設(shè)置在導(dǎo)光板18邊緣上的側(cè)入式型態(tài)。反射片20被提供以引導(dǎo)光線從線性光源16經(jīng)由導(dǎo) 光板18邊緣進(jìn)入導(dǎo)光板18。導(dǎo)光板18的結(jié)構(gòu)（例如，具有錐形面板與光反射與/或散射 表面30被定義在面遠(yuǎn)離LC模塊12的底表面上），以分布并引導(dǎo)光線經(jīng)過(guò)面向LC模塊12 的頂部平面表面。光學(xué)薄膜包括上與下擴(kuò)散薄膜22與24,其將來(lái)自導(dǎo)光板18的平面表面 的光線擴(kuò)散。光學(xué)薄膜進(jìn)一步包括上與下結(jié)構(gòu)表面、光學(xué)基板26與28,其將通過(guò)的光線重 新分配，以致于離開(kāi)薄膜的光線分布能夠沿著薄膜表面的法線而更被引導(dǎo)。在該技術(shù)中，光 學(xué)基板26與28經(jīng)常被視為亮度或亮度增強(qiáng)薄膜、光線復(fù)位向薄膜與方向性擴(kuò)散薄膜。進(jìn) 入LC模塊12、經(jīng)過(guò)此光學(xué)薄膜組合的光線，其在LC模塊12的平面區(qū)域上的空間分布是均 勻的，并且其具有相當(dāng)強(qiáng)的垂直光線強(qiáng)度。
[0004] 亮度增強(qiáng)薄膜26與28的主要功能為改善整個(gè)背光模塊的亮度。亮度增強(qiáng)薄膜的 效果為通過(guò)減少以更大角度發(fā)出的光量來(lái)增加以小角度發(fā)射到顯示軸的光量。因此，當(dāng)人 們以相關(guān)于該軸的角度的增加來(lái)注視一顯示器時(shí)，所得到的亮度將是衰減的。在35與45 度之間，所得到的亮度將衰減非?？?。這效果被稱(chēng)為銳截止（SharpCut-off)。
[0005] 在背光LCD10中，亮度增加薄膜26與28會(huì)使用縱向棱形結(jié)構(gòu)來(lái)引導(dǎo)光線沿著觀 看軸（亦即，垂直該顯示器），其增加該顯示器使用者所看到光線的亮度，并且允許該系統(tǒng) 使用較小的功率來(lái)產(chǎn)生希望位準(zhǔn)的同軸照明。亮度增強(qiáng)薄膜26與28具有平滑或光面的光 輸入表面，經(jīng)由此，光線可從背光模塊進(jìn)入。因此，許多IXD則會(huì)使用兩亮度增強(qiáng)薄膜層（如 在圖的LCD)，其繞著垂直薄膜平面的軸而彼此相關(guān)地轉(zhuǎn)動(dòng)，以致于在個(gè)別薄膜層中的縱向 尖峰或凹底會(huì)彼此成90度，從而沿著垂直光輸出表面的兩平面來(lái)準(zhǔn)直光線。
[0006] 當(dāng)亮度增強(qiáng)薄膜26的光面底表面在其他亮度增強(qiáng)薄膜28的結(jié)構(gòu)化表面以上的時(shí) 候，在頂部亮度增強(qiáng)薄膜26的光面表面與底部亮度增強(qiáng)薄膜28的結(jié)構(gòu)化表面與/或光面 表面之間的光學(xué)互動(dòng)，其會(huì)產(chǎn)生不希望的可見(jiàn)人工假影于顯示影像中，其呈在顯示影像中 可觀察到的干涉光柵形式（亦即，亮與暗重復(fù)圖案）。這些亮與暗圖案亦可被產(chǎn)生于上亮度 增強(qiáng)薄膜26與不存在上擴(kuò)散薄膜22的LC模塊12相鄰表面之間（圖1)。起因于缺陷與非 均勻性的不希望影像影響效果，譬如干涉光柵、截?cái)嘈?yīng)（彩虹紋）、物理缺陷、流體、應(yīng)力 等等，其系可藉由使用上擴(kuò)散膜來(lái)遮蔽（例如，在圖1的亮度增強(qiáng)薄膜26以上的擴(kuò)散薄膜 22) 〇
[0007] 在無(wú)需補(bǔ)償IXD的顯示質(zhì)量之下，用來(lái)減少I(mǎi)XD功率耗損、厚度與重量的需要?jiǎng)t會(huì) 增加。于是則必須減少背光模塊的功率耗損、重量與厚度以及種種光膜的厚度。在此方面， 許多光線引導(dǎo)技術(shù)會(huì)被研發(fā)，以在沒(méi)有折衷顯示亮度的下減少功率耗損。一些研發(fā)則可被 引導(dǎo)到背光膜組的設(shè)計(jì)（亦即，在圖1背光膜組14組件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，包含光源16與反射片 20與導(dǎo)光板18)，以改善整個(gè)光輸出性能。此外，其他發(fā)展則可被引導(dǎo)到擴(kuò)散薄膜22與24 以及明度/亮度增強(qiáng)薄膜26與28。
[0008] 至今為止，為了減少在LCD的光學(xué)薄膜的整個(gè)厚度，可實(shí)施許多努力以減少光學(xué) 薄膜的數(shù)目，從四薄膜（例如，在圖1中的光學(xué)薄膜22、24、26與28)到三薄膜。在此方面， 一種方式為將低擴(kuò)散薄膜24與低亮度增強(qiáng)薄膜28維持為個(gè)別結(jié)構(gòu)，但是頂部擴(kuò)散薄膜22 與頂部亮度增強(qiáng)薄膜26的功能則會(huì)被結(jié)合與合并為單一混合薄膜結(jié)構(gòu)。該三膜型態(tài)顯示 器會(huì)被廣泛地采納于手提電子裝置與筆記本電腦，在此，推動(dòng)該外殼減少此些裝置的總尺 寸是特別令人希望的。
[0009] 種種努力亦可被進(jìn)行，以研發(fā)混合式亮度增強(qiáng)薄膜。參考圖2,美國(guó)專(zhuān)利案第 5, 995, 288號(hào)公開(kāi)了一顆粒涂層，其相關(guān)于該頂側(cè)上的結(jié)構(gòu)化表面而被提供在該光學(xué)基板 的底側(cè)上、該基板的相反側(cè)上。光面表面不再存在于光學(xué)基板的底側(cè)上。所添加的顆粒會(huì) 得到使光線散射的效果，以用于光線擴(kuò)散。參考圖3,美國(guó)專(zhuān)利案第5, 598, 280號(hào)公開(kāi)了一 種通過(guò)光學(xué)擴(kuò)散而在光學(xué)基板底側(cè)上形成小投射以改善亮度的不均勻性的方法。此些擴(kuò)散 處理將隱藏許多干涉光柵，以令使用者看不到他們。這些方法的其中一缺點(diǎn)為光散射能夠 減少同軸增益。另外，在希望的觀看角度內(nèi)引導(dǎo)光在線，混合亮度增強(qiáng)薄膜亦會(huì)比較無(wú)效。
[0010] 其他人已經(jīng)調(diào)查修改光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化表面的棱鏡表面的結(jié)構(gòu)。例如，參考圖4A 與4B，美國(guó)專(zhuān)利案第6, 798, 574號(hào)提供細(xì)微的突出物于光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化表面的棱鏡表面 上，其假設(shè)可以較寬的角度在特定方向上傳播光線。
[0011] 于是，所有前述的混合亮度增強(qiáng)薄膜包含被弱化的光輸出方向性。另外，先前薄膜 的整個(gè)亮度或亮度則會(huì)明顯減少。再者，所有上述的混合亮度增強(qiáng)薄膜包含需要相當(dāng)更高 制造成本的相當(dāng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
[0012] 由于使用在手提電子裝置的復(fù)合膜較薄，產(chǎn)品具有不佳的剛性且一些不希望的現(xiàn) 象（例如牛頓環(huán)、吸附）容易發(fā)生。此外，人們?cè)诮嚯x行為使用手提電子裝置，且彩虹紋 現(xiàn)象容易影響顯示質(zhì)量。傳統(tǒng)上，基板的背面設(shè)計(jì)成具有高霧度以降低上述的光學(xué)缺陷，但 輝度也隨之衰退。
[0013] 故目前仍舊需要一種具有增強(qiáng)亮度并提供有效擴(kuò)散的結(jié)構(gòu)、以及克服現(xiàn)有多功能 光學(xué)薄膜的缺點(diǎn)的光學(xué)基板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明涉及具有光準(zhǔn)直與光擴(kuò)散功能的擴(kuò)散棱鏡基板。更特別地，本發(fā)明針對(duì)擁 有一結(jié)構(gòu)化表面的一光學(xué)基板，其通過(guò)準(zhǔn)直光線來(lái)增強(qiáng)亮度或亮度以及增強(qiáng)光線的擴(kuò)散。
[0015] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，光學(xué)基板呈薄膜、薄層、面板與類(lèi)似物的形式，其為彈性 或硬性，其具有結(jié)構(gòu)化棱柱形表面與相對(duì)的結(jié)構(gòu)化雙凸表面。在一種實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化雙凸 表面包括淺曲面透鏡結(jié)構(gòu)（例如凸透鏡）。相鄰的淺曲面透鏡結(jié)構(gòu)為連續(xù)或不連續(xù)，或由 一固定或可變間隔所分隔。該透鏡結(jié)構(gòu)具有擁有均勻或可變截面的縱向結(jié)構(gòu)。該雙凸透 鏡可具有橫向蜿蜒結(jié)構(gòu)。相鄰筆直或蜿蜒的雙凸透鏡片段，其可彼此相交或部分或完全重 迭。在進(jìn)一步實(shí)施例中，該雙凸透鏡呈雙凸片段而非光學(xué)基板的相對(duì)邊緣之間連續(xù)結(jié)構(gòu)的 形式。該雙凸片段可具有規(guī)律、對(duì)稱(chēng)形狀、或不規(guī)律、不對(duì)稱(chēng)形狀，其可相交或重迭。雙凸透 鏡的表面包括雙凸段，其可被結(jié)構(gòu)化，以進(jìn)一步影響擴(kuò)散。
[0016] 在本發(fā)明的進(jìn)一步態(tài)樣中，淺曲面透鏡結(jié)構(gòu)可提供具有獨(dú)立漣波，其呈單一節(jié)點(diǎn) 或一系列節(jié)點(diǎn)的形式。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，該結(jié)構(gòu)化表面提供光學(xué)準(zhǔn)直與光學(xué)擴(kuò)散特征，其可在沒(méi)有明確減少 整個(gè)亮度之下，減少特定不希望的光學(xué)校果，譬如吸附（wet-out)、牛頓環(huán)、干涉光柵以及截 斷效應(yīng)（彩虹紋）等等。
[0018] 本發(fā)明的另一目的公開(kāi)了一種在基板上形成凹凸結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含以下步 驟：通過(guò)一控制系統(tǒng)使用一堅(jiān)硬工具刺入（penetrate) -模具，以在該模具的一表面上依 序刻劃出多個(gè)溝槽，其中該堅(jiān)硬工具具有一形狀使得各個(gè)該溝槽的橫向（transverse)寬 度隨著該堅(jiān)硬工具刺入深度的增加而增加，其中通過(guò)以下步驟刻劃出該多個(gè)溝槽：維持該 堅(jiān)硬工具沿著在一第一方向上的一第一直線以沿著該第一方向刻劃一第一溝槽；以及維持 該堅(jiān)硬工具沿著一第二直線以沿著該第一方向刻劃一第二溝槽，其中該第二直線平行在該 第一方向上的該第一直線，其中通過(guò)該堅(jiān)硬工具的刺入深度所控制的該第二溝槽的橫向?qū)?度增加足以沿著該第二溝槽的橫向方向截?cái)嘣摰谝粶喜?，使得該第一溝槽被該第二溝槽?離（separate)成多個(gè)凹槽（notch);以及使用該模具的該表面壓印在該基板上的一薄膜， 以在該基板上形成該凹凸結(jié)構(gòu)。
[0019] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該基板為一光學(xué)基板，其中該光學(xué)基板具有一光輸入面 和一光輸出面，且該凹凸結(jié)構(gòu)形成在該基板的該光輸入面上。
[0020] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該凹凸結(jié)構(gòu)為一透鏡結(jié)構(gòu)。
[0021 ] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該凹凸結(jié)構(gòu)為一棱鏡結(jié)構(gòu)。
[0022] 本發(fā)明還公開(kāi)了另一種在一基板上形成一凹凸結(jié)構(gòu)的方法，包含以下步驟：
[0023] 通過(guò)一控制系統(tǒng)使用一堅(jiān)硬工具刺入一模具，以在該模具的一表面上依序刻劃出 多個(gè)溝槽，其中該堅(jiān)硬工具具有一形狀使得各個(gè)該溝槽的橫向?qū)挾入S著該堅(jiān)硬工具刺入深 度的增加而增加，其中，通過(guò)以下步驟刻劃出該多個(gè)溝槽中的一第一溝槽和一第二溝槽：
[0024] 維持該堅(jiān)硬工具沿著在一第一方向上的一第一直線以沿著該第一方向刻劃一第 一溝槽；以及維持該堅(jiān)硬工具沿著一第二直線以沿著該第一方向刻劃一第二溝槽，其中該 第二溝槽接著該第一溝槽刻劃，且該第二直線平行于該第一方向上的該第一直線，其中通 過(guò)該堅(jiān)硬工具的刺入深度所控制的該第二溝槽的橫向?qū)挾仍黾幼阋匝刂摰诙喜鄣臋M 向方向截?cái)嘣摰谝粶喜?，使得該第一溝槽被該第二溝槽分離成多個(gè)凹槽；以及使用該模具 的該表面的一部分壓印在該基板上的一薄膜，以在該基板上形成該凹凸結(jié)構(gòu)，其中該模具 的該表面的該部分不包括該多個(gè)溝槽中的最后一個(gè)溝槽。
[0025] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該多個(gè)第一溝槽未被截?cái)嗟牟糠謱?duì)應(yīng)該凹凸結(jié)構(gòu)的多個(gè) 片段。
[0026] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該凹凸結(jié)構(gòu)包含在該多個(gè)片段之間的空間或平板，該空 間或平板對(duì)應(yīng)在該模具的該表面上未刻劃該多個(gè)溝槽的區(qū)域。
[0027] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，至少一個(gè)片段為雙凸片段。
[0028] 本發(fā)明還公開(kāi)了一種模具制作的方法，包含以下步驟：
[0029] 通過(guò)一控制系統(tǒng)使用一堅(jiān)硬工具刺入一模具，以在該模具的一表面上依序刻劃出 多個(gè)溝槽，其中該堅(jiān)硬工具具有一形狀使得各個(gè)該溝槽的橫向?qū)挾入S著該堅(jiān)硬工具刺入深 度的增加而增加，其中，通過(guò)以下步驟刻劃出該多個(gè)溝槽：
[0030] 維持該堅(jiān)硬工具沿著在一第一方向上的一第一直線以沿著該第一方向刻劃一第 一溝槽；以及維持該堅(jiān)硬工具沿著一第二直線以沿著該第一方向刻劃一第二溝槽，其中該 第二直線平行于該第一方向上的該第一直線，其中通過(guò)該堅(jiān)硬工具的刺入深度所控制的該 第二溝槽的橫向?qū)挾仍黾幼阋匝刂摰诙喜鄣臋M向方向截?cái)嘣摰谝粶喜?，使得該第一?槽被該第二溝槽分離成多個(gè)凹槽。
[0031] 本發(fā)明還公開(kāi)了一種形成一光學(xué)膜的方法，包含以下步驟：
[0032] 提供具有一光輸入面和一光輸出面的一基板；
[0033] 在該基板的該光輸入面上形成一凹凸結(jié)構(gòu)，該凹凸結(jié)構(gòu)用以擴(kuò)散進(jìn)入該光學(xué)膜的 光，其中通過(guò)以下步驟形成該凹凸結(jié)構(gòu)：通過(guò)一計(jì)算機(jī)數(shù)值控制系統(tǒng)使用一堅(jiān)硬工具刺入 一滾輪，以在該滾輪的一表面上依序刻劃出多個(gè)溝槽，其中各個(gè)該溝槽沿著一第一方向刻 劃，其中當(dāng)各個(gè)該溝槽在刻劃時(shí)，該堅(jiān)硬工具未抽出而遠(yuǎn)離該滾輪，其中該堅(jiān)硬工具具有一 形狀使得各個(gè)該溝槽的橫向?qū)挾入S著該堅(jiān)硬工具刺入深度的增加而增加，其中，通過(guò)以下 步驟刻劃該多個(gè)溝槽中的一第一溝槽和一第二溝槽：維持該堅(jiān)硬工具沿著在該第一方向上 的一第一直線以沿著該第一方向刻劃一第一溝槽；以及維持該堅(jiān)硬工具沿著一第二直線以 沿著該第一方向刻劃一第二溝槽，其中該第二溝槽接著該第一溝槽刻劃，且該第二直線平 行于該第一方向上的該第一直線，其中通過(guò)該堅(jiān)硬工具的刺入深度所控制的該第二溝槽的 橫向?qū)挾仍黾幼阋匝刂摰诙喜鄣臋M向方向截?cái)嘣摰谝粶喜?，使得該第一溝槽被該第?溝槽分離成多個(gè)凹槽；以及使用該模具的該表面的一部分壓印在該基板上的一薄膜以在該 基板上形成該凹凸結(jié)構(gòu)，其中該模具的該表面的該部分不包括該多個(gè)溝槽中的最后一個(gè)溝 槽；以及，
[0034] 在該基板的該光輸出面上形成一棱鏡結(jié)構(gòu)。
[0035] 凹凸結(jié)構(gòu)具有下列的優(yōu)點(diǎn)：（a)背光可有效地穿過(guò)凹凸結(jié)構(gòu)而不會(huì)衰退以達(dá)到最 適化的輝度增益；(b)可避免由規(guī)則的棱鏡結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的穆?tīng)柤y；(c)由一維的透鏡結(jié)構(gòu)改變 成二