在基板上形成凹凸結構的方法與模具制作的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有結構化表面的光學基板，特別涉及用于亮度增強與擴散的光學基 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與擴散基板。
【背景技術】
[0002] 平面板顯示技術通常被使用于電視顯示器、計算機顯示器與手提電子顯示器（例 如移動電話、個人數字助理（PDA)、數字照相機、數字板等等）。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之間的許多光學薄膜。LC模塊12 包含夾于兩個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 設置在導光板18邊緣上的側入式型態(tài)。反射片20被提供以引導光線從線性光源16經由導 光板18邊緣進入導光板18。導光板18的結構（例如，具有錐形面板與光反射與/或散射 表面30被定義在面遠離LC模塊12的底表面上），以分布并引導光線經過面向LC模塊12 的頂部平面表面。光學薄膜包括上與下擴散薄膜22與24,其將來自導光板18的平面表面 的光線擴散。光學薄膜進一步包括上與下結構表面、光學基板26與28,其將通過的光線重 新分配，以致于離開薄膜的光線分布能夠沿著薄膜表面的法線而更被引導。在該技術中，光 學基板26與28經常被視為亮度或亮度增強薄膜、光線復位向薄膜與方向性擴散薄膜。進 入LC模塊12、經過此光學薄膜組合的光線，其在LC模塊12的平面區(qū)域上的空間分布是均 勻的，并且其具有相當強的垂直光線強度。
[0004] 亮度增強薄膜26與28的主要功能為改善整個背光模塊的亮度。亮度增強薄膜的 效果為通過減少以更大角度發(fā)出的光量來增加以小角度發(fā)射到顯示軸的光量。因此，當人 們以相關于該軸的角度的增加來注視一顯示器時，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?？?。這效果被稱為銳截止（SharpCut-off)。
[0005] 在背光LCD10中，亮度增加薄膜26與28會使用縱向棱形結構來引導光線沿著觀 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) 使用較小的功率來產生希望位準的同軸照明。亮度增強薄膜26與28具有平滑或光面的光 輸入表面，經由此，光線可從背光模塊進入。因此，許多IXD則會使用兩亮度增強薄膜層（如 在圖的LCD)，其繞著垂直薄膜平面的軸而彼此相關地轉動，以致于在個別薄膜層中的縱向 尖峰或凹底會彼此成90度，從而沿著垂直光輸出表面的兩平面來準直光線。
[0006] 當亮度增強薄膜26的光面底表面在其他亮度增強薄膜28的結構化表面以上的時 候，在頂部亮度增強薄膜26的光面表面與底部亮度增強薄膜28的結構化表面與/或光面 表面之間的光學互動，其會產生不希望的可見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，亮與暗重復圖案）。這些亮與暗圖案亦可被產生于上亮度 增強薄膜26與不存在上擴散薄膜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、截斷效應（彩虹紋）、物理缺陷、流體、應力 等等，其系可藉由使用上擴散膜來遮蔽（例如，在圖1的亮度增強薄膜26以上的擴散薄膜 22) 〇
[0007] 在無需補償IXD的顯示質量之下，用來減少IXD功率耗損、厚度與重量的需要則會 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， 許多光線引導技術會被研發(fā)，以在沒有折衷顯示亮度的下減少功率耗損。一些研發(fā)則可被 引導到背光膜組的設計（亦即，在圖1背光膜組14組件的設計結構，包含光源16與反射片 20與導光板18)，以改善整個光輸出性能。此外，其他發(fā)展則可被引導到擴散薄膜22與24 以及明度/亮度增強薄膜26與28。
[0008] 至今為止，為了減少在LCD的光學薄膜的整個厚度，可實施許多努力以減少光學 薄膜的數目，從四薄膜（例如，在圖1中的光學薄膜22、24、26與28)到三薄膜。在此方面， 一種方式為將低擴散薄膜24與低亮度增強薄膜28維持為個別結構，但是頂部擴散薄膜22 與頂部亮度增強薄膜26的功能則會被結合與合并為單一混合薄膜結構。該三膜型態(tài)顯示 器會被廣泛地采納于手提電子裝置與筆記本電腦，在此，推動該外殼減少此些裝置的總尺 寸是特別令人希望的。
[0009] 種種努力亦可被進行，以研發(fā)混合式亮度增強薄膜。參考圖2,美國專利案第 5, 995, 288號公開了一顆粒涂層，其相關于該頂側上的結構化表面而被提供在該光學基板 的底側上、該基板的相反側上。光面表面不再存在于光學基板的底側上。所添加的顆粒會 得到使光線散射的效果，以用于光線擴散。參考圖3,美國專利案第5, 598, 280號公開了一 種通過光學擴散而在光學基板底側上形成小投射以改善亮度的不均勻性的方法。此些擴散 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為光散射能夠 減少同軸增益。另外，在希望的觀看角度內引導光在線，混合亮度增強薄膜亦會比較無效。
[0010] 其他人已經調查修改光學基板的結構化表面的棱鏡表面的結構。例如，參考圖4A 與4B，美國專利案第6, 798, 574號提供細微的突出物于光學基板的結構化表面的棱鏡表面 上，其假設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薄膜包含被弱化的光輸出方向性。另外，先前薄膜 的整個亮度或亮度則會明顯減少。再者，所有上述的混合亮度增強薄膜包含需要相當更高 制造成本的相當復雜結構。
[0012] 由于使用在手提電子裝置的復合膜較薄，產品具有不佳的剛性且一些不希望的現 象（例如牛頓環(huán)、吸附）容易發(fā)生。此外，人們在近距離行為使用手提電子裝置，且彩虹紋 現象容易影響顯示質量。傳統(tǒng)上，基板的背面設計成具有高霧度以降低上述的光學缺陷，但 輝度也隨之衰退。
[0013] 故目前仍舊需要一種具有增強亮度并提供有效擴散的結構、以及克服現有多功能 光學薄膜的缺點的光學基板。

【發(fā)明內容】

[0014] 本發(fā)明涉及具有光準直與光擴散功能的擴散棱鏡基板。更特別地，本發(fā)明針對擁 有一結構化表面的一光學基板，其通過準直光線來增強亮度或亮度以及增強光線的擴散。
[0015] 在本發(fā)明的一實施例中，光學基板呈薄膜、薄層、面板與類似物的形式，其為彈性 或硬性，其具有結構化棱柱形表面與相對的結構化雙凸表面。在一種實施例中，結構化雙凸 表面包括淺曲面透鏡結構（例如凸透鏡）。相鄰的淺曲面透鏡結構為連續(xù)或不連續(xù)，或由 一固定或可變間隔所分隔。該透鏡結構具有擁有均勻或可變截面的縱向結構。該雙凸透 鏡可具有橫向蜿蜒結構。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。在進一步實施例中，該雙凸透鏡呈雙凸片段而非光學基板的相對邊緣之間連續(xù)結構的 形式。該雙凸片段可具有規(guī)律、對稱形狀、或不規(guī)律、不對稱形狀，其可相交或重迭。雙凸透 鏡的表面包括雙凸段，其可被結構化，以進一步影響擴散。
[0016] 在本發(fā)明的進一步態(tài)樣中，淺曲面透鏡結構可提供具有獨立漣波，其呈單一節(jié)點 或一系列節(jié)點的形式。
[0017] 根據本發(fā)明，該結構化表面提供光學準直與光學擴散特征，其可在沒有明確減少 整個亮度之下，減少特定不希望的光學校果，譬如吸附（wet-out)、牛頓環(huán)、干涉光柵以及截 斷效應（彩虹紋）等等。
[0018] 本發(fā)明的另一目的公開了一種在基板上形成凹凸結構的方法，該方法包含以下步 驟：通過一控制系統(tǒng)使用一堅硬工具刺入（penetrate) -模具，以在該模具的一表面上依 序刻劃出多個溝槽，其中該堅硬工具具有一形狀使得各個該溝槽的橫向（transverse)寬 度隨著該堅硬工具刺入深度的增加而增加，其中通過以下步驟刻劃出該多個溝槽：維持該 堅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，其中通過該堅硬工具的刺入深度所控制的該第二溝槽的橫向寬 度增加足以沿著該第二溝槽的橫向方向截斷該第一溝槽，使得該第一溝槽被該第二溝槽分 離（separate)成多個凹槽（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構。
[0019] 在本發(fā)明的一實施例中，該基板為一光學基板，其中該光學基板具有一光輸入面 和一光輸出面，且該凹凸結構形成在該基板的該光輸入面上。
[0020] 在本發(fā)明的一實施例中，該凹凸結構為一透鏡結構。
[0021 ] 在本發(fā)明的一實施例中，該凹凸結構為一棱鏡結構。
[0022] 本發(fā)明還公開了另一種在一基板上形成一凹凸結構的方法，包含以下步驟：
[0023] 通過一控制系統(tǒng)使用一堅硬工具刺入一模具，以在該模具的一表面上依序刻劃出 多個溝槽，其中該堅硬工具具有一形狀使得各個該溝槽的橫向寬度隨著該堅硬工具刺入深 度的增加而增加，其中，通過以下步驟刻劃出該多個溝槽中的一第一溝槽和一第二溝槽：
[0024] 維持該堅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 過該堅硬工具的刺入深度所控制的該第二溝槽的橫向寬度增加足以沿著該第二溝槽的橫 向方向截斷該第一溝槽，使得該第一溝槽被該第二溝槽分離成多個凹槽；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構，其中該模具 的該表面的該部分不包括該多個溝槽中的最后一個溝槽。
[0025] 在本發(fā)明的一實施例中，該多個第一溝槽未被截斷的部分對應該凹凸結構的多個 片段。
[0026] 在本發(fā)明的一實施例中，該凹凸結構包含在該多個片段之間的空間或平板，該空 間或平板對應在該模具的該表面上未刻劃該多個溝槽的區(qū)域。
[0027] 在本發(fā)明的一實施例中，至少一個片段為雙凸片段。
[0028] 本發(fā)明還公開了一種模具制作的方法，包含以下步驟：
[0029] 通過一控制系統(tǒng)使用一堅硬工具刺入一模具，以在該模具的一表面上依序刻劃出 多個溝槽，其中該堅硬工具具有一形狀使得各個該溝槽的橫向寬度隨著該堅硬工具刺入深 度的增加而增加，其中，通過以下步驟刻劃出該多個溝槽：
[0030] 維持該堅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，其中通過該堅硬工具的刺入深度所控制的該 第二溝槽的橫向寬度增加足以沿著該第二溝槽的橫向方向截斷該第一溝槽，使得該第一溝 槽被該第二溝槽分離成多個凹槽。
[0031] 本發(fā)明還公開了一種形成一光學膜的方法，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構，該凹凸結構用以擴散進入該光學膜的 光，其中通過以下步驟形成該凹凸結構：通過一計算機數值控制系統(tǒng)使用一堅硬工具刺入 一滾輪，以在該滾輪的一表面上依序刻劃出多個溝槽，其中各個該溝槽沿著一第一方向刻 劃，其中當各個該溝槽在刻劃時，該堅硬工具未抽出而遠離該滾輪，其中該堅硬工具具有一 形狀使得各個該溝槽的橫向寬度隨著該堅硬工具刺入深度的增加而增加，其中，通過以下 步驟刻劃該多個溝槽中的一第一溝槽和一第二溝槽：維持該堅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，其中通過該堅硬工具的刺入深度所控制的該第二溝槽的 橫向寬度增加足以沿著該第二溝槽的橫向方向截斷該第一溝槽，使得該第一溝槽被該第二 溝槽分離成多個凹槽；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構，其中該模具的該表面的該部分不包括該多個溝槽中的最后一個溝 槽；以及，
[0034] 在該基板的該光輸出面上形成一棱鏡結構。
[0035] 凹凸結構具有下列的優(yōu)點：（a)背光可有效地穿過凹凸結構而不會衰退以達到最 適化的輝度增益；(b)可避免由規(guī)則的棱鏡結構導致的穆爾紋；(c)由一維的透鏡結構改變 成二