CN101592746B - 微透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微透镜。上述微透镜包含：透镜本体，具有曲面，对具有特定波长范围的光具有透光性；以及凹凸结构位于上述曲面上，对具有上述特定波长范围的光具有透光性，上述凹凸结构具有多个单元凹凸体，每一个单元凹凸体中的任何两个点之间的距离，小于上述特定波长范围的最小值。本发明可以简化制造工艺步骤并节省材料成本。

Description

微透镜

技术领域

本发明有关于微透镜，特别是有关于一种具有抗反射微结构的微透镜。

背景技术

微透镜常用于CMOS、CCD等固态图像感测装置，用以提升入射光的利用效率。然而如果在透镜表面未作任何处理，入射光会因为不同介质间的折射率的差异及入射角等因素，会有一部分的光因为全反射的现象而损失，除了会降低固态图像感测装置的感度之外，反射光经过其它物体再反射而再度入射至固态图像感测装置时，会发生鬼影等问题。

为了解决上述问题，业界已发表各种在微透镜上涂装或镀上抗反射膜的技术，虽然大多可得到令人满意的抗反射效果，但是在制造工艺上需要额外增加涂装、镀膜的设备、材料、制造工艺步骤等等而增加制造成本，或是在制造工艺中反而造成微透镜本身性质的劣化，或是这些薄膜本身会带来新的问题点如吸湿性等。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例是提供一种微透镜，可解决上述现有技术所面临的问题。

本发明的实施例是提供一种微透镜，包含：透镜本体，具有曲面，对具有特定波长范围的光具有透光性；以及凹凸结构于上述曲面上，对具有上述特定波长范围的光具有透光性，上述凹凸结构具有多个单元凹凸体，每一个单元凹凸体中的任何两个点之间的距离，小于上述特定波长范围的最小值。

如上所述的微透镜，其中该凹凸结构对具有该特定波长范围的光的折射率，是介于具有该特定波长范围的光的入射端的介质对具有该特定波长范围的光的折射率与该透镜本体对具有该特定波长范围的光的折射率之间。

如上所述的微透镜，其中所述多个单元凹凸体的大小相同且成周期性的排列。

如上所述的微透镜，其中该凹凸结构的材质为环氧树脂、二氧化硅、胶材、玻璃、或塑胶材。

如上所述的微透镜，其中该透镜本体与该凹凸结构为相同材质。

如上所述的微透镜，其中该透镜本体与该凹凸结构为相异材质。

如上所述的微透镜，其中所述多个单元凹凸体的高度方向垂直于其所在的该曲面的切线方向。

如上所述的微透镜，其中所述多个单元凹凸体的垂直于该高度方向的截面积是沿着该高度方向而变化。

如上所述的微透镜，其中所述多个单元凹凸体的高度方向平行于该微透镜的光轴。

如上所述的微透镜，其中该微透镜是作为用于发光二极管、CMOS图像感测器、太阳能电池的收光透镜。

如上所述的微透镜，其中每相邻两个单元凹凸体的距离，小于该特定波长范围的最小值。

本发明可以简化制造工艺步骤并节省材料成本。

附图说明

图1A为剖面图，显示本发明优选实施例的微透镜及其应用例。

图1B为图1A所示的其中一个单元凹凸体21及其所在的部分曲面10a的放大剖面图。

图2为剖面图，显示图1A所示的微透镜的变化形式。

图3为剖面图，显示图1A所示的微透镜的另一变化形式。

图4为剖面图，显示图1A所示的微透镜的又一变化形式。

其中，附图标记说明如下：

10～透镜本体          10a～曲面

15～透镜本体          15a～曲面

20～凹凸结构          21～单元凹凸体

30～透光性硅胶        40～凹凸结构

41～单元凹凸体        50～光

60～凹凸结构          61～凸状体

62～凹状体            70～凹凸结构

72～单元凹凸体        80～凹凸结构

81～单元凹凸体        100～发光二极管芯片

H～高度方向           W～宽度

具体实施方式

为让本发明上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

请参考图1A，为剖面图，显示本发明优选实施例的微透镜及其应用例。

在图1A中，本发明优选实施例的微透镜是包含透镜本体10与凹凸结构20，用以接收光50至其下的发光二极管芯片100，光50具有一特定波长范围。在本实施例中，此“特定波长范围”为(391)～(775)nm；而在其它实施例中，此“特定波长范围”是本发明的本领域技术人员在实施本发明时，可依其需求所决定的范围。

透镜本体10具有曲面10a，对光50具有透光性，其材质可以是环氧树脂、二氧化硅(silica)、胶材(glue)、玻璃(glass)、塑胶(plastic)等材料。凹凸结构20是位于曲面10a上，亦对光50具有透光性。凹凸结构20具有多个单元凹凸体21，每一个单元凹凸体21中的任何两个点之间的距离，是小于光50的波长范围的最小值，以使凹凸结构20得以具有抗反射、提高光50的穿透率的效果。由于上述本实施例中的光50的波长范围为391～775nm，故在本实施例中，每一个单元凹凸体21中的任何两个点之间的距离是小于391nm；而在其他实施例中若适用的光50的波长范围有所改变时，对应的单元凹凸体21的大小也会随之改变而小于光50的波长范围的最小值。

图1B是显示图1A中的其中一个单元凹凸体21及其所在的部分曲面10a的放大剖面图。在本实施例中，单元凹凸体21的任何两个点之间的距离的最大值即是图1A、图1B所示的截面宽度W，即单元凹凸体21的宽度W是小于光50的波长范围的最小值。另外，两相邻的凸凹体21的距离，亦要小于光50的波长范围的最小值。

另外，凹凸结构20对光50的折射率，优选为介于光50的入射端的介质对光50的折射率与透镜本体10对光50的折射率之间，可帮助光50顺利地经由凹凸结构20而穿透透镜本体10，而有助于凹凸结构20发挥其抗反射、提高光50的穿透率的效果。而在本实施例中，凹凸结构20对光50的折射率，是介于空气对光50的折射率与透镜本体10对光50的折射率之间。

在图1A、图1B所示的实施例中，凹凸结构20的每一个单元凹凸体21均为相对于曲面10a为凸起的结构。如图1B所示，单元凹凸体21的高度方向H是垂直于其所在的曲面10a的切线方向，而单元凹凸体21的形状，优选为使其垂直于高度方向H的截面积沿着高度方向H而变化。优选为如图1B所示，高度较高的垂直于高度方向H的截面积A₂是小于高度较低的垂直于高度方向H的截面积A₂，有助于凹凸结构20发挥其抗反射、提高光50的穿透率的效果。另外，在另一实施例中，单元凹凸体21的高度方向H是平行于图1A所示微透镜的光轴。在图1A、图1B所示的实施例中，单元凹凸体21为球状的凸起物；但在其它实施例中，单元凹凸体21亦可以是锥状、梯形等截面积会随高度变化、优选为变小的凸起物。

在图1A、图1B中，单元凹凸体21的大小相同且成周期性的排列，且周期可为固定值或非固定值；而在其它实施例中，每一个单元凹凸体21的大小可以完全不同、或不完全相同，视需求而定。

另外，凹凸结构20的材质可以是环氧树脂、二氧化硅(silica)、胶材(glue)、玻璃(glass)、塑胶(plastic)等材料，而可以与透镜本体10具有相同材质或不同材质；但优选为凹凸结构20与透镜本体10具有相同材质，以可以简化制造工艺与材料的使用。

在图1A所示的微透镜的制造方面，优选的制造工艺事先提供模仁，其具有图1A所示的透镜本体10与凹凸结构20的反相图形。接下来，将上述微透镜用材料之一注入该模仁的图形中成形，再依需求进行硬化、脱模、表面修整等步骤而成为图1A所示的微透镜。通过上述制造工艺，可一次形成透镜本体10及其曲面10a上的具有抗反射功能的凹凸结构20，可以简化制造工艺步骤并节省材料方面的成本，因而降低本发明优选实施例的微透镜的制造成本。

除此之外，可先提供适用于制造透镜本体10的模仁，注入上述微透镜用材料后，再依需求进行硬化、脱模、表面修整等步骤而先形成不具凹凸结构20的透镜本体10。接下来，再经由转印、压印等技术，将凹凸结构20形成于透镜本体10的曲面10a上。通过此制造工艺，透镜本体10与凹凸结构20就可以是相同材质或不同材质。

另外，可如上所述先形成不具凹凸结构20的透镜本体10后，再通过干蚀刻(例如等离子体蚀刻)、湿蚀刻等技术，在曲面10a形成单元凹凸体21。但是通过蚀刻技术，较不易控制单元凹凸体21的大小及排列位置，且干蚀刻制造工艺须在较高温度下进行，如以有机材料等耐热性降低的材料形成透镜本体10时，有使其品质发生变化的疑虑。故对凹凸结构20的精密度有严格要求、及/或使用耐热性较低的材料的情况下，则不建议采用蚀刻的制造工艺来形成凹凸结构20。

在图1A中，光50通过本发明优选实施例的微透镜之后，再经由透光性硅胶30，而到达发光二极管芯片100，即本发明优选实施例的微透镜是作为发光二极管芯片100的收光透镜。另外，如有其他介面上存在抗反射的需求例如图1A所示的透光性硅胶30与发光二极管芯片100之间的介面，可在该介面形成类似凹凸结构20的抗反射结构例如图1A所示具有单元凹凸体41的凹凸结构40。此时，凹凸结构40对光50的折射率，同样地优选为介于光50的入射端的介质对光50的折射率与发光二极管芯片100对光50的折射率之间，可帮助光50顺利地经由凹凸结构40而穿到达发光二极管芯片100，而有助于凹凸结构40发辉其抗反射、提高光50的穿透率的效果。而在本实施例中，凹凸结构40对光50的折射率，是介于透光性硅胶30对光50的折射率与发光二极管芯片100对光50的折射率之间。

在图1A所示实施例中，本发明的微透镜是作为发光二极管芯片100的收光透镜；而在其他实施例中，亦可通过类似于图1A所示结构或是其他适当结构，将本发明的微透镜是作为其他装置例如CMOS或其他种类的图像感测器、太阳能电池、或其他光学或集能装置的收光透镜。

在图1A、图1B所示的实施例中，凹凸结构20的每一个单元凹凸体21均为相对于曲面10a为凸起的结构。而在其他实施例例如图2所示的实施例中，微透镜是在透镜本体10的曲面10a上具有波状的凹凸结构60，即凹凸结构60具有连续、交错的凸状体61与凹状体62，其中凸状体61的材质可与透镜本体10的材质相同或相异。而图2所示结构，视需求亦可修正为连续排列数个凸状体61之后、再接着排列一个或多个凹状体62、又再接着排列一个或多个凸状体61；另外，本发明所属领域技术人员可依其需求，任意排列凸状体61与凹状体62。而关于凸状体61与凹状体62的优选或建议的形状、尺寸等、以及凹凸结构60的光学性质等，皆相同或等义于图1A、图1B所示的单元凹凸体21，而不再重复叙述。

在图1A、图1B所示的实施例中，凹凸结构20的每一个单元凹凸体21均为相对于曲面10a为凸起的结构。而在又另一实施例例如图3所示的实施例中，形成于微透镜的透镜本体10的曲面10a上的凹凸结构70，是具有相对于曲面10a为凹下的单元凹凸体72。另外，关于单元凹凸体72的优选或建议的形状、尺寸等、以及凹凸结构70的光学性质等，皆相同或等义于图1A、图1B所示的单元凹凸体21，而不再重复叙述。

在图1A、图1B所示的实施例中，微透镜为平凸透镜；而在其他实施例中的微透镜亦可为双凸透镜或凹凸透镜，且图1A、图2、图3所示的各种形态的凹凸结构均可视需求应用于双凸透镜及/或凹凸透镜的曲面上。

在图1A、图1B所示的实施例中，微透镜为平凸透镜；而在其他实施例中的微透镜例如图4所示的微透镜，则为平凹透镜。图4所示的微透镜是包含透镜本体15与凹凸结构80，透镜本体15具有曲面15a，而凹凸结构80则是位于曲面15a上。凹凸结构80具有多个单元凹凸体81。而图4所示的透镜本体15、凹凸结构80的光学性质及材质等，还有单元凹凸体81的优选或建议的形状、尺寸等，皆相同或等于图1A、图1B所示的透镜本体10、凹凸结构20、与单元凹凸体21，而不再重复叙述。

另一方面，本发明所属领域技术人员亦可视其需求将图4所示的凹凸结构80置换为如同图2或图3所示的凹凸结构60或70。

在图4所示的实施例中，微透镜为平凹透镜；而在其他实施例中的微透镜亦可为双凹透镜或凸凹透镜，且前述可应用于图4所示的实施例中的各种型态的凹凸结构均可视需求应用于双凹透镜及/或凸凹透镜的曲面上。

通过本发明，提供一种微透镜，而可以解决前述现有技术所面临的问题。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种微透镜，包含：

透镜本体，具有曲面，对波长范围为391～775nm的光具有透光性；以及

凹凸结构，于该曲面上，对波长范围为391～775nm的光具有透光性，该凹凸结构具有多个单元凹凸体，所述多个单元凹凸体为连续、交错的凸状体与凹状体，每一个单元凹凸体中的任何两个点之间的距离小于391nm，其中所述多个单元凹凸体的高度方向垂直于其所在的该曲面的切线方向。

2.如权利要求1所述的微透镜，其中该凹凸结构对波长范围为391～775nm的光的折射率，是介于波长范围为391～775nm的光的入射端的介质对波长范围为391～775nm的光的折射率与该透镜本体对波长范围为391～775nm的光的折射率之间。

3.如权利要求1所述的微透镜，其中所述多个单元凹凸体的大小相同且成周期性的排列。

4.如权利要求1所述的微透镜，其中该凹凸结构的材质为环氧树脂。

5.如权利要求1所述的微透镜，其中该凹凸结构的材质为二氧化硅。

6.如权利要求1所述的微透镜，其中该凹凸结构的材质为胶材。

7.如权利要求1所述的微透镜，其中该凹凸结构的材质为玻璃。

8.如权利要求1所述的微透镜，其中该凹凸结构的材质为塑胶材。

9.如权利要求1所述的微透镜，其中该透镜本体与该凹凸结构为相同材质。

10.如权利要求1所述的微透镜，其中该透镜本体与该凹凸结构为相异材质。

11.如权利要求1所述的微透镜，其中所述多个单元凹凸体的垂直于该高度方向的截面积是沿着该高度方向而变化。

12.如权利要求1所述的微透镜，其中所述多个单元凹凸体的高度方向平行于该微透镜的光轴。

13.如权利要求1所述的微透镜，其中该微透镜是作为用于发光二极管、CMOS图像感测器、太阳能电池的收光透镜。

14.如权利要求3所述的微透镜，其中每相邻两个单元凹凸体的距离小于391nm。

Images