專利名稱：光場改進組合及其應用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種光場改進組合及其應用系統(tǒng)，特別是一種應用于液晶顯像器、背投影顯像器或類似裝置的水平或垂直的光場的組合結(jié)構(gòu)，該組合結(jié)構(gòu)由材料、物理與光學等相關(guān)特性組成的微型透鏡組，其中的組合可以用來調(diào)整光程路徑以改進顯像器的系統(tǒng)效果。
背景技術(shù)：
今天的社會上，不論是靜態(tài)或是動態(tài)的顯像，都對人們的生活起著重大影響。低耗能的便攜式電子產(chǎn)品和顯像元件的電子產(chǎn)品，幾乎已經(jīng)是生活中的必需品。液晶顯像器是這些顯像器中所采用的主要技術(shù)之一。液晶顯像器為一種本身不發(fā)光的被動式元件，通常需要外部的光源來照射驅(qū)動。在許多應用這種顯像器的系統(tǒng)中，電池往往是唯一的能源供應源，因此一個設計良好的液晶顯像器必須仔細探討如何提高光源使用效率。在許多液晶顯像器的應用中，需采用更多的結(jié)構(gòu)組合及不同的材料以提高的顯像效果，故仍是有待改善的。
在最近幾年的中，另外一種顯像技術(shù)也有了快速的進步，它就是投影顯像技術(shù)。目前按照所采用的成像元件的不同而有不同的投影顯像技術(shù)發(fā)展。近來發(fā)展較多的是采用美國德州儀器公司的數(shù)字微型反射鏡元件，或是采用其它公司所發(fā)展的液晶元件而開發(fā)的投影顯像器。但是不論采用哪一種元件，這些投影顯示器都需要透過某些顯像介質(zhì)來將影像顯示給觀賞者。這些顯像介質(zhì)往往對觀賞者所看到的影像品質(zhì)影響甚大，因為它通常是最后“接觸”到影像的光學元件。一般來說，這多是使用一片屏幕來達成。依照使用者的環(huán)境及所采用的投影技術(shù)，通常可將該屏幕分成”前投式”或是”背投式”兩種型態(tài)。請參看圖12所示，其揭示了一種先前傳統(tǒng)的技術(shù)應用案例，即是利用一種片狀的高分子材料作出透鏡來調(diào)整光程路徑。
但由于應用不同所需的情況不一，因此適用的投影顯像器也有所不同。就家用娛樂系統(tǒng)而言，觀賞者乃是在顯像器前的位置，故影像會呈現(xiàn)水平分布而非垂直分布。但是在一般的大型視聽場所，例如在一間設備中央控制室，觀賞者往往會需要更大的影像水平及垂直分布。
一般而言，一個投影屏幕需要具備有高分辨率、高對比度、高能量增益及大顯像視角，但是這些要求往往不容易同時達到。例如，屏幕的能量增益通常必須有所折衷來達到更大的顯像可視角，因此針對不同的應用而對屏幕的諸多特性來折衷調(diào)配是不可避免的。
所以針對不同的投影顯像器應用領域，改善屏幕的整體光學效果是必須追求的目標，其亦可以參考美國專利編號4,666,248、5,040,883、5,467,417、5,563,738、5,917,664及6,317,263等等所列出的傳統(tǒng)液晶顯像器及投影顯像器的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光場改進組合及其應用系統(tǒng)，特別是提供一種易于制造并可以根據(jù)所需的輸出光場而構(gòu)成的微型透鏡組及其制品，該制品包括有液晶顯像器或背投影顯像器或類似裝置。本發(fā)明還包括微型透鏡及承載層片組，該微型透鏡具有至少一個所需的組成材料、物理與光學特性的微型透鏡陣列，該承載層片組是用作承載微型透鏡組的承載層片。
應用本發(fā)明的微型透鏡組的制品，可以修改水平或/及垂直的光程路徑及對應的光場，本發(fā)明亦可再組合其它適當?shù)墓鈱W透鏡，例如平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡(fresnel lens)、變形透鏡(anamorphoticlens)等等，以進行修改水平或/及垂直的光程路徑及對應的光場。
微型透鏡本身的表面可以具有光散射的作用，或是在它的構(gòu)成材料中含有不具特定指向性的散光材料，例如散光顆粒物或其它形式的散光體。不論是何種型態(tài)，均可將最強的光線方向調(diào)整為約平行于承載層片的主平面的垂直光軸或是某個角度(相對于承載層片的主平面的垂直光軸)。
承載層片包含以下特性材料的組合，如反射材料、高透明材料、吸光材料、不透明材料、光敏感材料、散光材料、金屬材料、金屬或其它材質(zhì)的網(wǎng)狀材料、棱鏡材料、光滯材料、光極化材料及/或其它任何適用的功能性材料，以提供額外的光學特性調(diào)整范圍。同時承載層片也可以做成不同尺寸與厚度的膜狀、片狀、板狀或是任何適用的型態(tài)。在承載層片上亦可以做出透明孔洞的組合排列，或是在不透明的塑料或是金屬材料上作出透明孔洞的組合排列，或是采用以金屬或高分子塑料的材料編織成網(wǎng)狀的型態(tài)，使得光線通過這些孔洞時，不會受到任何影響。當然，這些承載層片也可以相互組合或附著在其它的支撐材料上，以便獲得更強的結(jié)構(gòu)強度。
目前許多不同的微型加工技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用于形成微小型電器、機械及光學元件及該元件的組合結(jié)構(gòu)。許多新式的元件，例如微型電動機及齒輪組均可采用這些加工技術(shù)制作，而且已經(jīng)相當普及。這些技術(shù)的一個有名的應用元件就是美國德州儀器公司的微型反射鏡元件，這種元件目前被應用于投影顯像器中。
當然微型透鏡已經(jīng)可以應用不同的加工技術(shù)作出，例如雷射切削、光微影術(shù)、化學蝕刻、電鑄及電化學等等加工技術(shù)已經(jīng)可以應用在微型透鏡的模具制作。
一旦模具制作完成，高分子或共軛高分子材料，例如有丁基甲基丙烯酸酯聚合物(butyl methacrylate polymer)、甲基甲基丙烯酸酯(methly methacrylate)、氫氧乙基甲基丙烯酸酯(hydroxyethylmethacrylate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚烯烴酯(polyolefin)、聚苯乙烯(styrene)、硅酮凝膠(siliconehydrogel)、硅氧烷(siloxane)等等或是任何其它適用的材料組合物，經(jīng)由與光聚合起始材料或其它任何適用的聚合起始劑混合后，再加上適當?shù)拿撃┗?及其它適當?shù)奶砑觿?例如，抗靜電、抗刮傷等)之后，利用精密印刷、注入、噴印(inkjet)系統(tǒng)，或是其它適當?shù)姆椒?，將適當?shù)牟牧狭糠湃肽＞咧小Ｔ谏鲜霾牧系幕旌线^程中，也可以加添適當?shù)纳⒐獠牧稀?br> 一旦適當?shù)奈⑿屯哥R材料加入模具后，適當?shù)墓袒绦蚓涂梢蚤_始進行，按照所選的不同材料，可以得到不同固化后的高分子材料的折射率，同時也可以應用不同的材料特性(例如表面張力及親合力)，重復上列的步驟來作出所需要的各種微型透鏡及不同的光學特性。
在應用本發(fā)明的光場改進組合時，該微型透鏡組就可以用來達到原始的設計目的，本發(fā)明的微型透鏡組亦可再組合其它適當?shù)墓鈱W透鏡，例如平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡(fresnel lens)、變形透鏡(anamorphotic lens)等等，其中的一種組合可以用來調(diào)整光程路徑以改進顯像器的系統(tǒng)效果。
本發(fā)明的承載層片可以由下列的不同材料制成，如光反射材料、透明材料、光吸收材料、不透明材料、金屬材料、光敏感材料、光極化材料或是其它的光學材料或其它適用的功能材料或該材料的組合，并透過適當?shù)馁N合材料或是黏合方式來與上述的微型透鏡結(jié)合。這些功能材料可以是具備散光，或極化，或抗眩光，或是具有這些特性的材料組合。
應用精密射出、機械沖床或是雷射加工，或是其它任何適當?shù)姆绞蕉伎梢栽诔休d層片上作出精確大小的孔洞。在承載層片上亦可作出定位標記或孔洞，以便能精確地與微型透鏡結(jié)合。在承載層片應用上述任何適當?shù)姆绞阶龀芍?，也可以將適當?shù)酿ぶ牧项A先涂布在承載層片上。
承載層片可以在單面或雙面上涂布數(shù)層的高分子材料、共軛高分子材料、無機材料或其它任何適當?shù)牟牧希允蛊渚哂械头瓷?、抗反射?及抗刮傷的特性，也可以按照應用的條件與需要的不同，在這樣的材料上形成與微型透鏡位置相互搭配的孔洞。
本發(fā)明可采用微小尺寸的玻璃珠?；蚱渌m當?shù)牟煌牧献鞒傻奈⑿〕叽缰榱Ｓ枰詫嵤?，這些珠粒的外型不需要是圓球型。采用透明度、穿透頻譜、折射率、直徑大小等等組成材料，或物理與光學等相關(guān)特性經(jīng)過篩選的微型珠粒，利用透明度、穿透頻譜、折射率等等組成材料、物理與光學等相關(guān)特性經(jīng)過篩選的黏著劑，鋪黏一層于承載層片之上，此層黏著劑固化后的厚度必須不大于微型珠粒高度(直徑大小)的一半，這厚度是可以依據(jù)應用所需以進行調(diào)整的。而且微型珠粒是被壓頂接觸在承載層片上的。
當黏著劑固化后，再將另一種光學高分子材料涂布并固化于這層黏著劑之上，這層高分子材料的透明度、穿透頻譜、折射率、厚度等等組成材料、物理與光學等相關(guān)特性也是經(jīng)過篩選的，而且這材料是低穿透率的材料。當上述的黏著劑固化之后，也可以在各珠粒之間的空隙中灑上不透明的微粉顆粒，例如碳黑之類的材料，然后再于其上涂布并固化另一種透明度、穿透頻譜、折射率、厚度等等組成材料、物理與光學等相關(guān)特性也是經(jīng)過篩選的高分子材料黏著劑將其固定。當前述黏著劑層材料固化后，也可以再采用低穿透率的高分子材料，如油墨、顏料或染料涂布在珠粒的間隙中，然后再于其上涂布另一種透明度、穿透頻譜、折射率等等組成材料、物理與光學等相關(guān)特性也是經(jīng)過篩選的高分子光學材料予以固定。上述這層材料固化后的厚度必須不大于微型珠粒高度(直徑大小)的一半，這厚度是可以依據(jù)應用所需以進行調(diào)整的。
在完成這樣的低穿透材料的涂布固定之后，可以再于珠粒上涂布另一種透明度、穿透頻譜、折射率、厚度等等組成材料、物理與光學等相關(guān)特性也是經(jīng)過篩選的高分子光學材料，此層材料可以加強所需的光學效果。所涂布的厚度亦是設計的重點，這層材料的厚度可以稍微突出于珠粒的高度(直徑大小)，來達成光學效果。這厚度差是可以依據(jù)應用所需進行調(diào)整的。承載層片也可以在單面或雙面上涂布數(shù)層的高分子材料、共軛高分子材料、無機材料或其它任何適當?shù)牟牧?，以使其具有低反射、抗反射?及抗刮傷的特性，也可以按照應用的條件與需要，在這樣的材料上形成與微型珠粒位置搭配的孔洞。
這個微型珠粒組合及其組合結(jié)構(gòu)亦可再組合其它適當?shù)墓鈱W透鏡，例如平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡(fresnel lens)、變形透鏡(anamorphotic lens)等等，其中的一種組合可以用來調(diào)整光程路徑，以改進顯像器的系統(tǒng)效果。
本發(fā)明亦可采用微小尺寸的玻璃珠?；蚱渌m當?shù)牟煌牧献鞒傻奈⑿〕叽缰榱Ｓ枰詫嵤?，這些珠粒的外型不需要是圓球型。
于一選定厚度的金屬薄片上，利用已知的光阻微影技術(shù)做出的有開孔的保護膜后，利用已知的化學蝕刻方式在金屬薄片上做出所需的貫穿金屬薄片的微孔洞陣列，再采用透明度、穿透頻譜、折射率、直徑大小等等組成材料、物理與光學等相關(guān)特性經(jīng)過篩選的微型珠粒，鋪黏一層于已做出所需的貫穿微孔洞陣列的金屬薄片，并使這些微型珠粒的一部份突出于金屬薄片的另一面，再使用透明度、穿透頻譜、折射率等等組成材料、物理與光學等相關(guān)特性經(jīng)過篩選的黏著劑，將微型珠粒黏附在金屬薄片上。
該金屬薄片亦可于鋪黏微型珠粒前，先以已知的技術(shù)涂布選定的吸光材料，以降低該金屬薄片的光反射率。在將微型珠粒鋪黏于金屬薄片上之后，亦可再將數(shù)層透明度、穿透頻譜、折射率等等組成原料、物理與光學等相關(guān)特性經(jīng)過篩選的高分子材料涂布于該金屬薄片與微型珠粒的組合物的兩面上，以達到所需的光學效果。這個微型珠粒組合及其組合結(jié)構(gòu)亦可再組合其它適當?shù)墓鈱W透鏡，例如平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡(fresnel lens)、變形透鏡(anamorphotic lens)等等，其中的一種組合可以用來調(diào)整光程路徑，以改進顯像器的系統(tǒng)效果。
以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)特征和目的，本發(fā)明以所示附圖配合較佳實施例詳細說明后，其實施方式、原理將對熟于此技藝的技術(shù)人員而言已屬充分揭露，然而，可被了解的是本發(fā)明的較佳實施例，而并非用以限制本發(fā)明的實施方式，故而舉凡以本發(fā)明的較佳實施例作基礎而進行的任何改變、修飾或等效取代，只要不脫離本發(fā)明的特征內(nèi)容者，均當屬于本發(fā)明的技術(shù)范疇。


圖1A、B為本發(fā)明的微型透鏡及模具的俯視圖及剖面圖。
圖2為本發(fā)明的各種不同的微型透鏡圖，各圖的下方的數(shù)字標示為可以采用的不同材料組合數(shù)。
圖3A為本發(fā)明可以制作的承載層片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3B為本發(fā)明可以制作的承載層片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖3的A-A線剖面示意圖。
圖5為本發(fā)明可以制作的另一種對象的剖面圖。
圖6為本發(fā)明實施將影像反射的剖面示意圖。
圖7為本發(fā)明制作的位置對準標志，用來將微型透鏡及承載層片之間予以相互定位的示意圖。
圖8為本發(fā)明將微型透鏡及承載層片間結(jié)合的實施例示意圖。
圖9為本發(fā)明將微型透鏡及承載層片間結(jié)合的另一實施例示意圖。
圖10為本發(fā)明將微型透鏡及承載層片間結(jié)合后，承載層片再與另一支撐物結(jié)合的剖面示意圖。
圖11為本發(fā)明實施電鑄法制作微型凸透鏡的剖面示意圖。
圖12為傳統(tǒng)用應用高分子材料片上作成不同的透鏡特性，并應用在背投影顯像器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13為本發(fā)明使用微型珠粒作成的微型透鏡鋪黏一層在承載層片上的實施例示意圖。
圖14為本發(fā)明使用微型珠粒作成的微型透鏡鋪黏一層在金屬薄片上的實施例示意圖，其中A至E各表示不同實施型態(tài)。
圖15為本發(fā)明使用微型珠粒作成的微型透鏡鋪黏一層在金屬薄片上的另一實施例示意圖，其中A為金屬薄片示意圖，B為微型珠粒與金屬薄片的結(jié)合示意圖。
圖16A為本發(fā)明使用微型珠粒作成的微型透鏡鋪黏一層在金屬薄片上的示意圖，圖16B為圖16A再組合菲涅爾透鏡(fresnel lens)后再使用的實施例示意圖。
圖中符號說明131 厚平基板141 陣列121 間距111 透鏡大小R151 邊框2201 材料層2211 材料層2221 材料層2223 材料層2231 材料層2233 材料層1141 化學藥品1131 刀具移動方向
1121 模具基板311承載層片321孔洞331標記孔洞411承載層片511承載層片431微型透鏡系統(tǒng)421黏著劑521黏著劑531透鏡陣列541透鏡陣列1011 透鏡陣列1041 透鏡陣列1031 黏著劑1021 承載層片1051 承載層片1061 支撐物611承載層片621黏著劑681透鏡間隔661入射光線675部分631背面691反射物質(zhì)671反射631微型透鏡651支撐物641反射物721透鏡具711定位標志
731 承載層片組864 微型透鏡985 微型透鏡814 承載層片組915 承載層片組874 涂布機構(gòu)965 涂布機構(gòu)854 固化機構(gòu)975 固化機構(gòu)824 黏著劑涂布機構(gòu)925 黏著劑涂布機構(gòu)1303 承載層片1301 微型珠粒1302 黏著劑1309 黏著劑1306 吸光材料1307 黏著劑1308 黏著劑1304 材料1305 材料1411 金屬薄片1511 金屬薄片1611 金屬薄片1444 孔洞陣列1522 孔洞陣列1455 微型珠粒1533 微型珠粒1622 微型珠粒1422 黏著劑1433 吸光材料
1466 高分子材料1477 高分子材料1488 高分子材料1644 菲涅爾透鏡1633 變形透鏡具體實施方式
本發(fā)明乃采用微型透鏡及承載層片的不同光學特性的組合來達成一個組合光學特性結(jié)構(gòu)。例如圖1A所示，本發(fā)明可以采用的微型透鏡制作模具，其中的厚平基板131可以采用金屬、玻璃、塑料或高分子材料(例如聚酰胺)，并在這厚平基板131上作出微型透鏡的陣列141，而微型透鏡的曲率、大小及相關(guān)的透鏡特性，都依照所需的光學特性予以設計。一旦個別的微型透鏡特性被設計定案之后，透鏡組亦可按照所需大小進行排列，排列的間距121及透鏡大小R111也可以按照所需的光學特性及應用來進行調(diào)整(如圖1B所示)。微型透鏡的邊框151亦可以依據(jù)微型透鏡的組合、陣列的安排來調(diào)整形狀，大小及位置方向。
圖1A中的微型透鏡的陣列141亦可依據(jù)所需的特性，并配合微型透鏡的設計來進行調(diào)整。例如，微型透鏡可以設計成組合不同但互相垂直，或是任何其它的角度上有著不同的曲率，而且透鏡組合、陣列亦可按照所需大小進行排列，排列的間距121及透鏡大小R111也可以按照所需的光學特性及應用來進行調(diào)整(如圖1B所示)。
個別微型透鏡的光學特性也可以利用在制作的過程中采用不同的材料來進一步加以調(diào)整。其可以使用的高分子或共軛高分子材料，例如丁基甲基丙烯酸酯聚合物(butyl methacrylate polymer)、甲基甲基丙烯酸酯(methly methacrylate)、氫氧乙基甲基丙烯酸酯(hydroxyethylmethacrylate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚烯烴酯(polyolefin)、聚苯乙烯(styrene)、硅酮凝膠(siliconehydrogel)、硅氧烷(siloxane)等等，或是任何其它適用的材料組合物，或是與光聚合或是任何其它的光起始劑，或是某種脫模劑或/及其它任何適當?shù)奶砑觿?例如抗靜電、抗刮傷或是其它的功能)，并依一定劑量放入微型透鏡的模具中。
當然任何有經(jīng)驗的調(diào)整，均可將圖1A所示的微型透鏡的實施方式做出變化，但均不會偏離本發(fā)明的意旨，亦即經(jīng)過微型透鏡與承載層片的組合結(jié)構(gòu)來達成所需的光學特性。
同時亦可采用不同材料的混合，例如將散光顆粒或是其它適用的散光材料與高分子材料或共軛高分子材料混合，而此種作業(yè)可以在材料準備階段就先完成。
一旦微型透鏡材料被放入模具中，適當?shù)墓袒鳂I(yè)即可開始進行，由于起始材料的不同，固化后的材料的折射率亦可能有所變化。利用不同材料的特性，例如黏滯度、表面張力、親和性及作業(yè)步驟的重復組合，可以做出不同型式的微型透鏡，而且這些不同型式的微型透鏡也可以具備不同的光學特性。
圖2所示為采用上述方式所可以調(diào)整出的不同的微型透鏡型式，圖2所列出的材料層2201、2211，2221/2223、2231/2233可以是由同一種或是不同種的高分子材料，或共軛高分子材料混合，其中的一種材料層2201、2211、2221、2231/2233亦可與一種散光材料2202、2212、2222、2232/2234進行混合，以達到所需的光學特性。其它的非高分子材料，或非共軛高分子材料也可以在前述的高分子材料或共軛高分子材料前，先行鋪灑于模具中，這些材料亦可以是可除去的材料，例如微型金屬珠粒，它們可以在高分子材料，或共軛高分子材料固化后予以除去，例如可以用化學蝕刻方法將這些微型金屬珠粒移除。此方法亦可甚至同時將微型透鏡組的模具一并除去，如此可以省略脫模的步驟。
雖然附圖的實施例都是凸透鏡的型態(tài)，但是凹透鏡亦并不脫離本發(fā)明的意旨。圖11所示即為利用電化學加工法作成的凹透鏡模具，其中微型透鏡模具的成型加工模具可以先利用已知的加工方法，例如鉆石切削法結(jié)合微型電鑄加工法來作出。通過不同化學藥品1141的選擇及工作條件，例如刀具移動方向1131、刀具移動速度、溫度、電極過電壓等等參數(shù)的組合，在模具基板1121上，作出微型透鏡的模具。
在微型透鏡完成設計后，利用各種不同的加工作業(yè)和不同的工作條件組合，可以充分地完成所設計的微型透鏡的模具制造。
因此，根據(jù)應用所需的不同特點，交叉采用上述各種不同的精密加工技術(shù)來完成微型透鏡模具，并使用完成的模具，在適當材料的搭配下，作出所需的微型透鏡后，合并適當?shù)某休d層片來達成原始設計所需的光場分布，乃是本發(fā)明詳細說明中所列出的各種實施例。
實施本發(fā)明的元件包括有承載層片，其上附有微型透鏡組，并可達到調(diào)整水平或/及垂直光程方向的功效。圖3所示就是一種承載層片的實施例，在這承載層片311中作出依據(jù)所需大小作成的孔洞321及一些各具備精確位置的標記孔洞331，這些定位標記孔洞331是用來將承載層片311與微型透鏡組之間完成定位時可以用到。
承載層片311可以是由光反射材料、透明材料、光吸收材料、不透明材料、金屬材料、光敏感材料、光極化材料或是其它的光學材料或材料組合所作成的。
承載層片311也可以在單面或雙面上涂布不透明，或是光吸收型光敏感材料，并經(jīng)過適當?shù)墓庠凑丈?，亦可以按照應用的條件與需要，在這樣的不透明或是光吸收型的光敏感材料上形成與微型透鏡位置搭配的孔洞321。承載層片311也可以在單面或雙面上涂布數(shù)層的高分子材料、共軛高分子材料、無機材料或其它任何適當?shù)牟牧希允蛊渚邆溆械头瓷?、抗反射?及抗刮傷的特性，也可以按照應用的條件與需要在材料上形成與微型透鏡位置搭配的孔洞321。
如在承載層片311中采用偏極化膜，光極化的方向可以依照應用情況來予以變化，在使用到液晶顯像器的應用中，由于透過液晶顯像器的光線本身多半已經(jīng)是偏極化的光，在承載層片311上的偏極化膜可以選擇搭配，使得液晶顯像器的光是否可以通過。
圖4及圖5中所示者為本發(fā)明的幾種實施例。圖4及圖5的中，承載層片411、511是由一個單層材料構(gòu)成的。圖4中，微型透鏡系統(tǒng)431是通過適當?shù)酿ぶ鴦?21來黏附在承載層片的某單一面上。圖5所示則是在承載層片511的兩面上各自經(jīng)由黏著劑521黏附著一組微型透鏡陣列531、541。按照應用的需要可以經(jīng)由承載層片及微型透鏡的不同的光學特性的選擇與搭配，來達成所需的光學效果。圖10所示則為本發(fā)明的另一實施例，其中不同的微型透鏡陣列1011、1041經(jīng)由適當?shù)酿ぶ鴦?031被黏附在不同的承載層片1021、1051，然后再將完成的承載層片分別加附在一個光學特性經(jīng)過選擇與搭配的支撐物1061的兩面上。
圖4與圖5中，承載層片可以是由兩種層片材料所構(gòu)成，經(jīng)由組合不同的材質(zhì)，例如反射性、高透光性、吸旋光性、不透光性、金屬材、光敏感性、散光性、光延滯性、光極化性或/及其它功能性材質(zhì)，都可以作為這兩種材質(zhì)的可選用品。這樣的組合可以用在液晶顯像器上。
微型透鏡與各種不同承載層片的材料之間的黏著，可以采用薄層的光聚合高分子材料或共軛高分子材料，例如紫外光聚合材料來進行。
按照不同的應用情況及微型透鏡的設計，光線的最高亮度方向可以不同于承載層片的主要平面的垂直光軸。這樣的彈性組合使得本發(fā)明可以應用在各種不同的場合。
例如背投顯像器就是一種應用。在這樣的用途中，背投屏幕是用來將所要顯示的畫面投射在一定的空間范圍內(nèi)。這樣的觀賞范圍可以按用途而可大可小。通常，一個背投屏幕的顯像效果可以受到許多的屏幕特性所影響，例如增益、視角、分辨率、對比度、光斑(speckle)等等。一般的期望是高分辨率、高對比度、高增益及大視角。
但是往往在改善屏幕的一種特性時，會造成另一種特性的劣化，例如提高屏幕的增益往往造成視角減少。
本發(fā)明可以根據(jù)各微型透鏡在整個陣列中所在位置的不同來設計個別微型透鏡的主光軸方向，因此可以更精確地調(diào)整穿透該實施例的光線主軸，同時各個承載層片的特性也可以加以調(diào)整來搭配并加強顯像效果。
圖6中的實施例是可以將影像反射回光源方向的一種應用。一般而言，其多半是應用在前投影系統(tǒng)。采用適當?shù)某休d層片611，黏著劑621材料及透鏡間隔681中的填充材料等等不同材料的組合，入射光線661的一部份675及環(huán)境光線都被吸收，所以可以達到較高的對比度。個別的透鏡間隔681可以采用不同折射率的材質(zhì)來調(diào)整入射光線的穿透率，同時微型透鏡的背面631也可以涂布上反射物質(zhì)691來將入射光線予以反射671，為了加強微型透鏡631及其組合物的硬度，也可以加上支撐物651，在支撐物651上也可以涂布上反射物641及黏著劑621來黏合微型透鏡631及其組合物。
本發(fā)明的實施例可以采用許多不同的制作方式來制作。在圖7、8、9中所示是本發(fā)明所制作的不同的實施例。
圖7中采用平板狀的微型透鏡具721，在這組模具中的確定精確位置上有定位標志711，模具大小可以依據(jù)所需應用來調(diào)整。承載層片組731的大小也依據(jù)所需應用來調(diào)整。在微型透鏡與承載層片組組合后，就利用定位標志711來將兩者定位在所需位置上，再利用適當?shù)酿ぶ牧?例如紫外光固化劑)及制作條件，將微型透鏡組及承載層片組予以黏合并進行脫模。利用這樣的做法就可以批次化地制作采用本發(fā)明的制品。
圖8、9中的微型透鏡864、985則是一種連續(xù)式的板材。在模具上的精確位置上放有對位標志，微型透鏡864、985的模具及承載層片組814、915都按照應用情況來調(diào)整大小。如果采用具有孔洞的承載層片，則微型透鏡的相對孔位也可以在離線或是聯(lián)機的制作程序中作出。微型透鏡可以經(jīng)由連續(xù)模具、適當?shù)耐坎紮C構(gòu)874、965、固化機構(gòu)854、975及對應的制程設備來制作。整卷的承載層片組814、915及微型透鏡經(jīng)由對位標志來定位后進行組合。透過黏著劑涂布機構(gòu)824、925及制作條件的組合，將微型透鏡與承載層片組予以結(jié)合，并由模具中脫模。這樣的一種方式可以連續(xù)地制作本發(fā)明的產(chǎn)物。
采用這種連續(xù)的方式做成微型透鏡后，也可以用化學蝕刻方法將微型透鏡組的模具直接除去，如此可以省略脫模的步驟。
圖8、9所示的實施方式亦可通過不同材料的而選擇不同的實施方式。經(jīng)由適當?shù)姆绞阶龀晌⑿屯哥R后，于脫出模具之前，直接再于這樣狀態(tài)的微型透鏡模具上涂布一層經(jīng)過仔細挑選的光聚合或其它適當?shù)牟牧?，再?jīng)由適當?shù)墓鈱W模具(光罩或掩模)，配合適當光源或其它要所需的適當?shù)闹圃斐绦蛱幚砗?，可以直接將一層所需的承載層片作成與微型透鏡幾乎是一體成型的型態(tài)。在作成這樣一體成型的承載層片與微型透鏡后，就可以進行脫模作業(yè)，之后仍然可以依據(jù)所需的光學效果與各種材料的選配，挑選制作出各種不同的層片，并將不同的層片予以組合成一個各種層數(shù)的承載層片與微型透鏡之一體結(jié)合物，在所需的應用中發(fā)揮光學效果。
若采用玻璃或其它適當材料作成的微型珠粒(微型珠粒直徑大小在10微米以上)作為本發(fā)明的微型透鏡的實施方式，如圖13所示，則可以在一個各種層數(shù)的承載層片1303的平板材質(zhì)上，采用適當?shù)姆绞戒佒靡粚又苯优c承載層片1303接觸的微型珠粒1301，在鋪置微型珠粒1301后，涂鋪上一層透明的黏著劑1302，經(jīng)過固化后的黏著劑1302厚度必須少于或等于微型珠粒1301的高度(直徑大小)的一半。由于可以挑選黏著劑1302的材料特性，故該材料亦可以在微型珠粒1301的背面薄薄地涂附上至少一層黏著劑1309，透過材料與制作程序的選擇，這些個厚度是可以依據(jù)應用所需進行調(diào)整的。
若采用玻璃或其它適當材料作成的微型珠粒作為本發(fā)明的微型透鏡的實施方式，則也可以先在一個各種層數(shù)的承載層片1303的平板材質(zhì)上采用適當?shù)姆绞酵夸伾弦粚油该鞯酿ぶ鴦?302，在涂鋪黏著劑1302后，再進行鋪置一層這樣的微型珠粒1301，于完成微型珠粒1301鋪置后，采用壓力壓入，或其它適當?shù)姆椒▽⑽⑿椭榱?301直接與承載層片1303接觸，再將黏著劑予以固化。固化后的黏著劑厚度必須少于或等于微型珠粒1301的高度(直徑大小)的一半。這厚度是可以依據(jù)應用所需進行調(diào)整的。由于實施的順序變化，這樣的程序并不會在微型珠粒1301的背面涂附上一層薄薄的黏著劑1309。
接著再于各微型珠粒之間的間隙中涂布至少另一層不透光的材料，或是灑上至少一層吸光材料(例如碳黑)與高分子材料，或共軛高分子材料的混合物，或是任何其它型態(tài)的適當?shù)牟煌该骰蛭獠牧?306，這樣的不透明或是吸光的材料固化后的厚度，必須不大于微型珠粒的高度(直徑大小)的一半。這厚度是可以依據(jù)應用所需進行調(diào)整的。由于可以挑選材料的特性，這樣的材料亦可以在微型珠粒的背面薄薄地涂附上至少一層黏著劑1307、1308、1309，透過材料與制作程序的選擇，這些個厚度是可以依據(jù)應用所需進行調(diào)整的。
當這樣的不透明或是吸光材料被固化后，可以再在這層材料上涂布至少另一層的透明材料，涂布的厚度使得固化后略低于或略高于微型珠粒的高度(直徑大小)。這些個厚度差是可以依據(jù)應用所需進行調(diào)整的。
承載層片也可以在單面或雙面上涂布數(shù)層的高分子材料、共軛高分子材料、無機材料或其它任何適當?shù)牟牧?304、1305，使其具有低反射、抗反射或/及抗刮傷的特性，也可以按照應用的條件與需要在這樣的材料上形成與微型珠粒位置搭配的孔洞。
經(jīng)由挑選各種材料的光學特性(例如折射率、透明度、吸光度等等)、各層材料的厚度、微型珠粒的光學特性等等之間的搭配，可以按照應用所需要的光學效果作出不同的微型透鏡。承載的平板層片本身的另一面上亦可涂布上數(shù)層不同的材料來作出抗反射、抗刮傷、抗靜電等等，或是其它光學的特性。如此一來，經(jīng)由不同的承載層片、微型珠粒、黏著劑或填充材料的組合，將可達成實施本發(fā)明所需的光學特性。
本發(fā)明亦可采用微小尺寸的玻璃珠粒或其它適當?shù)牟煌牧献鞒傻奈⑿〕叽缰榱Ｓ枰詫嵤?，這些珠粒的外型不需要是圓球型的。如圖14至圖16所示，將一選定厚度的不透明適當材質(zhì)制成有開孔的網(wǎng)或是采用金屬薄片1411、1511、1611，并在金屬薄片上利用習知的光阻微影技術(shù)做出的有開孔的保護膜后，利用習知的化學蝕刻方式在金屬薄片上做出所需的貫穿金屬薄片的微孔洞陣列1444、1522，再采用透明度、穿透頻譜、折射率、直徑(10微米以上)大小等等組成材料、物理與光學等相關(guān)特性經(jīng)過篩選的微型珠粒1455、1533、1622，鋪黏一層于已做出所需的貫穿微孔洞陣列的金屬薄片，并使這些微型珠粒的一部份突出于金屬薄片的另一面，再于金屬薄片的單面或兩面上，使用透明度、穿透頻譜、折射率等等組成材料、物理與光學等相關(guān)特性經(jīng)過篩選的黏著劑1422，將微型珠粒黏附在金屬薄片上。
該金屬薄片亦可于鋪黏微型珠粒前，先以習知的技術(shù)涂布選定的吸光材料1433以降低該金屬薄片的光反射率。在將微型珠粒鋪黏于金屬薄片上后，亦可再將至少一層的透明度、穿透頻譜、折射率等等組成原料、物理與光學等相關(guān)特性經(jīng)過篩選的高分子材料1466、1477、1488，涂布于該一金屬薄片與微型珠粒的組合物的單面或兩面上，以達到所需的光學效果。這個微型珠粒組合及其組合結(jié)構(gòu)亦可用在組合經(jīng)過篩選其它適當?shù)墓鈱W透鏡，例如平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡(fresnel lens)1644、變形透鏡(anamorphotic lens)1633等等，其中的一種組合可以用來調(diào)整光程路徑來改進顯像器的系統(tǒng)效果。這些基本特性經(jīng)過篩選的光學透鏡，例如平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡(fresnel lens)1644、變形透鏡(anamorphotic lens)1633等等，亦可利用類似本發(fā)明的做法，將這些透鏡通過結(jié)合承載層片或金屬薄片作成透鏡陣列組合后，再搭配本發(fā)明的其它部分，其中的一種組合可以用來調(diào)整光程路徑來改進顯像器的系統(tǒng)效果。
雖然上述的各種實施例具體地說明本發(fā)明的發(fā)明意旨，但是這些實施例不可視為本發(fā)明的必要條件，已知相關(guān)工藝者亦知本發(fā)明尚可采用各種不同的方式予以實施而不受限于本說明書中所載的方式。本說明書中所記載的僅供實施的參考。
權(quán)利要求
1.一種光場改進組合，其包括至少一個微型透鏡及至少一層可以承載微型透鏡的承載層片組，其特征為，該微型透鏡可以采用模具作出，且該微型透鏡具備所需的物理及光學特性，該微型透鏡被附著在承載層片組上調(diào)整入射光線的各特性及光軸方向，以形成適當?shù)墓鈭觥?br> 2.如權(quán)利要求1所述的光場改進組合，其中該承載層片組為光學材料，且該結(jié)構(gòu)的其中一表面上設置有數(shù)層抗反射膜。
3.如權(quán)利要求1所述的光場改進組合，其中該模具是以雷射切割、光微影術(shù)、化學蝕刻、電鑄及電化學加工法制作。
4.一種光場改進組合應用系統(tǒng)，其包含至少一組如權(quán)利要求1的微型透鏡組。
5.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其可和特定選自基本特性經(jīng)過篩選的平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡、變形透鏡的透鏡進一步進行組合。
6.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中該微型透鏡組及承載層片均被附于反射層材。
7.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中至少一個微型透鏡的物理及光學特性與其它的微型透鏡不同。
8.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中該微型透鏡含有散光材料或具有散光特性的表面結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中該微型透鏡組黏置于承載層片上的位置具有固定的周期或非固定周期。
10.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中該微型透鏡組具有對稱或不對稱的外型。
11.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中該微型透鏡組對光源而言，具有凹透鏡特性或具有凸透鏡特性。
12.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中該承載層片上作有孔洞陣列，承載層片是由不透光的材料作成，光線可以穿透該孔洞不受任何影響。
13.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中該承載層片上未設有有孔洞陣列，承載層片是由透光的材料作成。
14.一種光場改進組合，其包括至少一個微型透鏡及至少一層可以承載微型透鏡的承載層片，其特征為，其中該微型透鏡是由直徑大小在10微米以上的球型或非球型的微型玻璃珠粒，或是其它的球型或非球型的適當材料的微型珠粒組合而成，微型玻璃珠粒或是其它的球型或非球型的適當材料的微型珠粒的物理及光學特性均依使用所需來予以挑選。
15.如權(quán)利要求14所述的光場改進組合，其鋪放單一層微型玻璃珠粒于承載層片的一面上，并直接接觸著承載層片。
16.如權(quán)利要求15所述的光場改進組合，其中在該微型玻璃珠粒間涂布一層黏著劑，且該黏著劑的物理及光學特性均依使用所需來予以挑選，涂布厚度是使得黏著劑固化后的厚度必須達到不大于微型玻璃珠?；蚴瞧渌m當材料的微型珠粒的高度的0.5倍。
17.如權(quán)利要求16所述的光場改進組合，其在第一層已經(jīng)固化的黏著劑上，另外設置至少一層透明或不透明或吸光的材料。
18.如權(quán)利要求16或17所述的光場改進組合，其中該透明或不透明或吸光的材料為碳黑與適當?shù)母叻肿硬牧系幕旌衔?，這些材料的物理及光學特性均依使用所需來予以挑選，涂布的厚度是使得材料固化后的厚度必須達到不大于微型玻璃珠?；蚴瞧渌m當材料的微型珠粒的高度的0.5倍。
19.如權(quán)利要求16所述的光場改進組合，其在第二層已經(jīng)固化的透明或不透明或吸光的材料上面再設置一層材料，該層材料的物理及光學特性均依使用所需來予以挑選。
20.如權(quán)利要求14所述的光場改進組合，其可和其它選自平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡、變形透鏡的光學透鏡進行組合，以調(diào)整光程路徑，改進顯像器的系統(tǒng)效果。
21.如權(quán)利要求14所述的光場改進組合，其中該承載層片是一具有微孔洞陣列的金屬薄片或有孔洞陣列的網(wǎng)狀物，使得微型珠粒的一部份直接突出于孔洞的另一面。
22.一種光場改進組合應用系統(tǒng)，其包含至少一組如權(quán)利要求14的微型透鏡組，其可再和特定選自基本特性經(jīng)過篩選的平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡、變形透鏡的透鏡進一步組合。
23.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中在兩個承載層片上的單一面上附有微型透鏡，而以兩個承載層片的另一面互相黏結(jié)。
24.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中在承載層片上附有微型透鏡，再以承載層片附接于一支撐物上。
25.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中在兩個承載層片上分別附有微型透鏡，再將兩個承載層片分別附接于一支撐物的前后兩面上。
26.如權(quán)利要求4所述的光場改進組合應用系統(tǒng)，其中該微型透鏡組在至少一個承載層片上作出后，將高反射材料鋪覆于微型透鏡上，使入射光經(jīng)過微型透鏡組的光學特性予以調(diào)整后予以反射。
27.如權(quán)利要求1所述的光場改進組合，其中至少一個承載層片至少含有一種下列材料反射材、不透光材、透光材、金屬材、光敏感材、吸光材、光極化材、光延滯材、散光材、棱形鏡材。
28.如權(quán)利要求1所述的光場改進組合，其中該承載層片組的光極化方向與光源的光極化方向不同。
29.如權(quán)利要求1所述的光場改進組合，其可和其它選自平凸透鏡、雙凸透鏡、菲涅爾透鏡、變形透鏡的光學透鏡進行組合，以用來調(diào)整光程路徑，改進顯像器的系統(tǒng)效果。
全文摘要
一種光場改進組合及其應用系統(tǒng)，其包括微型透鏡及承載層片組。該微型透鏡具有至少一個微型透鏡陣列，微型透鏡的組成材料、物理及光學等相關(guān)特性是依據(jù)所需調(diào)整，該承載層片組是用作承載微型透鏡組的承載層片，其承載層片的組成材料、物理及光學等相關(guān)特性是依據(jù)所需調(diào)整以提供應用條件下所需的光場。
文檔編號G02F1/13GK1632654SQ20031011302
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者黃冰倩 申請人:黃冰倩