CN1961249A - 具渐细形波导的显示器用光学组件及制造该组件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种具渐细形波导的显示器用光学组件及制造该组件的方法。为降低波导内部的光吸收，光吸收材料被覆镀于该光学组件的仅前表面上。或者，与该波导邻近的空间被覆镀以折射率与该波导不同的材料，随后并被填充以光吸收材料，其中该折射率以小于该波导者为更佳。此外，该空间中可被填充以大且均匀尺寸的光吸收材料。该光学组件具有较佳的光效率，并因此在相同光源条件下具有较习用者优异的亮度。再者，该制造方法可以简化的方式制造出该光学组件，故能改善生产效率。

Description

具渐细形波导的显示器用光学组件及制造该组件的方法
技术领域
本发明是关于一种显示器用光学组件及一种制造该组件的方法，更是关于一种显示器用的具渐细形波导的光学组件及一种制造该种组件的方法。
背景技术
一般而言，投影电视、背投式投影机的屏幕、薄膜晶体管液晶显示器、电浆电视或阴极射线管监视器等显示器所用的光学组件具有一细微透镜结构或波导结构，用以拓宽其视角。本发明即是关于一种显示器用的具渐细形波导结构的光学组件集造该组件的方法。
以下将简述传统的显示器用光学组件，请参阅第1图及第2图的配合说明。
第1图为一传统显示器用光学组件的屏幕的放大图，第2图则为一传统显示器用光学组件的放大剖面图。
如图1及图2所示，传统显示器10用光学组件具有发射区12及光吸收区14，其中光发射区12用以对入射至其上的成像光线加以散咖，光吸收区14则用以吸收外部光及降低反射。如第2图所示，成像光线透过光发射区12被散开，即成像光线被输入至光学组件10中，且其行进路径接着为一细微透镜16所导离，以使光线可被散开。以此方式为的时，第2图的光学组件需要在其表面上有许多细微透镜，这使得制造过程变得繁杂。
美国专利3279314及5462700中亦揭示一种显示器用光学组件，其中细微渐细形波导均匀分布，而非采用上述的透镜。
图3所示为使用渐细形波导的显示器用光学组件。
如图3所示，具渐细形波导的光学组件20不会造成光折射，这与图2所示的使用透镜16的光学组件者不同。相反地，图3所示光学组件20的建构以使光线在波导22的倾斜壁23上被反射、且被导引而使其在通过波导22时与侧壁23间的夹角变大为原则，藉以提供影像的散开效果。
太阳光或周围光可在光学组件20的前面上反射，故观视得的影像可相对偏暗或为无谓的光线阻隔。为减弱此一现象，图3的光吸收区24的建构以使黑色材料被填充并覆镀于光学组件20的光散开区以外的区域为原则，藉以能吸收周围的光线。
上述波导22使用了二个不同折射率的介质间的光反射效应，其中入射光线会被全反射或部份通过该二介质之间的接口，端视入射角大小而定。为改善渐细形波导22内部的反射效率，二介质间的折射率差愈大，则所达效果愈佳。
在美国专利5462700中，其波导是利用紫外线形成，也因此其可用介质较为受限，且具较低折射率的介质选择范围相对较窄。此外，美国专利6538813中有一金属镀层被再加于反射壁中(介质间的界面)，或剩余金属镀层在金属镀层被提供且波导被移除之后被用作为反射用介质，进而使反射效应得到最大化。由于大型屏幕的使用趋势，该等专利发明使得制程步骤数目及材料成本增多，故无法符合其现今或未来的需求。美国专利5462700所揭示的材料的最大折射率为1.6，且填充于周围的树脂的较低折射率被限定为约1.3，故二介质间约0.3的折射率差会让波导在设计上有困难与限制。此外，现今的投影电视屏幕的尺寸被制造成大至61时，电浆电视则被制作成大至81时。在制作该等大型屏幕时，金属镀层的加至光学组件的前面时会有困难和问题，在质量、生产率及场所提供等上皆然。更特定而言，欲选择性仅在波导的除光输出表面外的侧壁上加以覆镀是有困难的。此外，在短时间内放置一大型屏幕需有昂贵的场所支出，在大量制造时其竞争力又会降低。
此外，光吸收区是由一折射率低于波导者的树脂所形成，且其上散布有细微碳黑粒子或黑色染料。更特定言之，美国专利5462700中使用了前一方法，并提及碳黑粒子必须被控制为不与波导的侧壁相接触。
光吸收材料包含细微碳粒子，并以碳粒子作为其主要成份，并吸收自外侧进入屏幕之内的光，以使在屏幕的前面上被反射，故能显示予观看者以优异且干净的屏幕影像。
然而，由于传统屏幕结构中光吸收材料是填充于波导之间的倒锥形间内，透过波导投影的光会被吸收在光吸收材料中，同时又在波导内部被反射，故会形成光损耗，也因此造成影像的优异性被破坏，且屏幕分辨率下降。
请参阅图4，上述公知技术所存在的问题将会被说明如下。
图4为填充有碳黑粒子的光吸收区的部份放大图。
如图4所示，入射至波导20中的光线在波导20的倾斜侧壁23上被反射。此时，若碳黑粒子25与侧壁23接触，则入射成像光不会被反射，而会通过黑体效应被吸收在碳黑粒子25中，故需在光输出表面中被散开的光量会有损耗。
美国专利6417966等中揭示一种黑处理树脂的仅前瀑出部份的方法，而非采用散开碳黑粒子的方法。然而，该方法本身缺乏实用性，且不能被轻易用于实际制程中。
此外，美国早期公开专利申请案2002/0080484中揭示一种波导结构以解决现有技术中所存在的问题，其中在波导间的空间内被保持为空，且一黑膜被覆于该空的空间上。然而，该公开内容并未提出一种形成该结构的适用方法，上述波导间的黑膜因其不稳定性而无其支撑结构，故无法成为现有技术中问题的有效解决方案。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种显示器用光学组件，成像光线可被大大避免被吸收进入光吸收区中，藉以增强屏幕的亮度。
本发明的另一目的在于提供一种以简化方式制造该光学组件的方法。
本发明的目的可通过对该波导的成像光线与该等光吸收粒子之间的接触加以最小化的方式达成，或通过设置该光吸收材料于近于该光学组件的仅表面上的方式为之。
为达上述目的，本发明的态样为一种显示器用的包含渐细型波导的光学组件，该等渐细型波导是间隔设置，并具有空间及倾斜面，该空间用以在该等波导之间形成光吸收区，该倾斜面用以反射及散开入射光，该光吸收区用以吸收外部光及降低反射包含第一树脂层、黑色光吸收粒子、及光吸收粒子支撑座，其中该第一树脂层沿该空间的内侧面被覆镀及固化，并是由折射率不同于该波导的侧壁所形成，且该折射率以低于波导者为更佳，该第一树脂层与黑色光吸收粒子无关；该黑色光吸收粒子被填充于该第一树脂层外部的空间中，用以吸收外部光；该光吸收粒子支撑座用以固定该等光吸收粒子。
一般而言，折射率小于该波导的侧壁者被固定在该空间的侧壁的内侧。在一些例中，被使用的材料为折射率大于该波导的侧壁者，在二介质间的界面处的全反射的临界角被依其折射率差决定。一般而言，折射率差愈大，则临界角愈大，即全反射机率增加。
不过，即便折射率差小或光自低折射率介质行进至高折射率介质时，光反射仍会伴随光传输发生，且光反射和传可被同时使用，并可透过折射率控制的，端视其应用的使用目的而定。二介质间的折射率差在该二者中构成界面，光在通过该接口时其行经路径会转向。因此，通过控制二介质的折射率，光即可被导至特定方向且光量可受到控制。以使用本发明的渐细形波导例言，输入角(入射角)在光继续在界面(波导的侧壁)上反射时会增加，若输入角增至超过该临界角时会穿透该接口，此现象在某些例中可被当作优点利用。
该光吸收粒子支撑座以包含第二树脂层为更佳，该第二树脂层被混合以该等黑色光吸收粒子，并被填充及固化于该第一树脂层的内部中，且该波导包含穴型波导。
在某些情况下，该光吸收粒子支撑座可包含覆镀层，且该覆镀层的形成以使透明树脂被覆镀及固化于填充有该等光吸收粒子的空间的开口中为原则。
该第一树脂层是由甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂形成。
该第二树脂层及该覆镀层以由甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂形成为更佳。
该等黑色光吸收粒子可包含碳黑、氧化铁粒子或黑圆球树脂粒子等黑色细微粒子。
本发明的另一态样为一种制造显示器用的具波导的光学组件的方法，是通过形成渐细形波导于薄板上、及形成作为一光吸收区的空间的方式形成，其中该等渐细形波导被间隔设置，并具有倾斜面，用以反射及散开入射光，该空间位于该等波导之间，并用以吸收外部光及降低反射，该方法包含下列步骤：(a)覆镀第一树脂于该空间的内壁面上，其中该第一树脂的折射率与该波导者不同，并以小于该波导的折射率为更佳；固化该第一树脂，以在该空间的内壁上形成一第一树脂层；填充黑色光吸收粒子于该第一树脂层外的该空间中；并固定该等经填充的光吸收粒子于该空间内。
该光吸收粒子填充步骤可包含混合该等光吸收粒子于第二树脂中及填充该混合物的步骤，该光吸收粒子固定步骤包含固化该填充于该空间中第二树脂的步骤。
或者，该光吸收粒子填充步骤可包含填充该等光吸收粒子于该空间中而未混合以一树脂的步骤，且该光吸收粒子固定步骤包含覆镀及固化透明树脂于该填充有该等光吸收粒子的空间的开口内的步骤。
本发明的渐细形波导具有光输入表面及光输出表面，该光输入表面的表面积较该光输出表面者为大，且该二者平行设置。此外，该光输入表面的形状可为方形、矩形及梯形或圆形，或亦可为鹅卵形，该光输出表免的形状亦同，或亦可为不同于该光输入表面的形状。该波导的侧壁相对于成像光线的输入角为倾斜一特定角，且该等波导的每一者皆具有不同的倾斜角。
本发明的具上述建构的光学组件具有较佳而能增强屏幕亮度的结构。特定言之，渐细形波导及其环绕区域的形状同时受到改善，以使光量损耗可被最小化而增加光效率。
本发明的另一态样为一种显示器用的包含渐细型波导的光学组件，该等渐细型波导是间隔设置，并具有空间及倾斜面，该空间用以在该等波导之间形成光吸收区，该倾斜面用以反射及散开入射光，该光吸收区吸收外部光及降低反射，并包含第一树脂及黑色光吸收粒子，该第一树脂被填充及固化于该空间中，并具有与该波导不同的折射率，且该折射率以小于波导者为更佳；该黑色光吸收粒子被一磁力吸引及设置于近于该第一树脂的表面处，并藉固化该第一树脂的方式固定。
该等光吸收粒子以包含具磁性的氧化铁粒子等细微粒子为更佳。
该第一树脂可包含甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂。
本发明的另一态样为一种制造显示器用的具波导的光学组件的方法，是通过形成渐细形波导于薄板上、及形成作为光吸收区的空间的方式形成，其中该等渐细形波导被间隔设置，并具有倾斜面，用以反射及散开入射光，该空间位于该等波导之间，并用以吸收外部光及降低反射，该方法包含下列步骤：混合黑色光吸收粒子与液态第一树脂，其中该等光吸收粒子具有磁性，且该第一树脂具有不同于该波导的折射率，且该折射率以小于该波导者为更佳；填充该混合有该等光吸收粒子的第一树脂于该空间中；施加磁力至被填充于该空间内的第一树脂上，以使该等光吸收粒子被浮置于近于该第一树脂的表面；并固化该填充于该空间的第一树脂。
该混合步骤以包含混合氧化铁粒子与该第一树脂的步骤为更佳。
本发明的另一态样为一种显示器用的包含渐细型波导的光学组件，该等渐细型波导是间隔设置，并具有空间及倾斜面，该空间用以在该等波导之间形成光吸收区，该倾斜面用以反射及散开入射光，该光吸收区吸收外部光及降低反射，并包含黑色光吸收粒子及一覆镀层，该等黑色光吸收粒子被填充于该空间中，用以吸收外部光及降低反射，该覆镀层被形成以使透明树脂被覆镀及固化于填充有该等光吸收粒子的空间的开口内，其中该等黑色光吸收粒子具有大于该等波导的较大面间的间距的一半、且小于该间距的直径，并被堆栈为三或更多层。
该覆镀层是由甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂形成。
该等黑色光吸收粒子可包含碳黑、氧化铁粒子或黑圆球树脂粒子等黑色细微粒子，且该等光吸收粒子被填充于该无一树脂存在的空间中。
该等光吸收粒子具有均匀的尺寸。
本发明的另一态样为一种制造显示器用光学组件的方法，其中该光学组件被覆镀以光吸收材料于其仅表面上，该方法包含下列步骤：一第一步骤：注入液态光聚物材料至晶粒板中，其中该晶粒板具有水平及/或垂直方向设置的第一空间，且该空间具有对应于波导的形状；第二步骤：接附一透明基板至该光聚物材料的一对应该波导的一底面的面上；第三步骤：形成一波导数组以使紫外线被照射至该光聚物材料上，并使该光聚物材料被光聚作用而被固化；第四步骤：自该波导数组移除该晶粒板；第五步骤：填充并固化填充材料于该波导数组的波导间的第二空间中，其中该填充材料具有不同于该波导的折射率；及第六步骤：覆镀光吸收材料于该填充材料的表面上，并接附前透明板。
在该第一步骤中，该第一空间具有截锥形或截锥多角金字塔形。
在该第二步骤中，该透明基板是由PMMA或MS材料制成。
在该第五步骤中，该波导在该填充材料被填充于该等波导间的第二空间中的前被上下反置。
该第五步骤可包含下列步骤：填充该液态填充材料至该等波导间的第二空间中；并热固化及干燥化处理该填充材料，其中该填充材料在热固化及干燥处理进行时被收缩，以在该填充材料的表面中形成一凹下结构。
该第六步骤可包含下列步骤：覆镀该光吸收材料于该填充材料的凹下结构中，接附一前透明板至覆镀有该光吸收材料的波导数组的表面上，并照射紫外线以黏着并固化该前透明板至该波导数组上。
该光吸收材料可包含碳黑作为主要成份。
该光吸收材料的覆镀是通过挤压覆镀法、槽粒(slot die)覆镀法或网板印花法为之。
本发明知另一态样为一种显示器用光学组件，被覆镀以光吸收材料于其仅表面上，该光学组件包含透明基板、波导数组、前透明板、填充材料及光吸收材料，该波导数组具有波导，并被接附于该透明基板上，且被水平及/或垂直方向设置；该前透明板接附在该波导数组之上；该填充材料被填充于该等波导之间的空间中，并具有不同于该波导的折射率；该光吸收材料被覆镀于该填充材料的表面上。
邻近波导的该底面间互相接触，且该等波导间的空间形成往内的尖部空间。
该填充材料的组成可为使折射率小于该波导者的液态材料被注入该等空间中并被热固化者。
该光吸收材料被覆镀于该填充材料因该热固化处理所形成的凹下部份中，并以使该经覆镀的光吸收材料与该波导的顶表面对位为更佳。
本发明的具上述结构的波导最适于被用于四横向面皆倾斜且可被分开的穴型渐细形波导上(参阅美国专利5462700的第十二图)。
当然，本发明的波导结构可被用于一二横向面倾斜的线型波导中。
有效利用
如上所述，本发明的光学组件有改良的光效率，因此在相对于相同光源的条件下可提供产品以较习用者为优异的亮度。
此外，本发明的显示器用光学组件可具有稳定化的光吸收区。
再者，本发明提供简易的制造该种光学组件的方法，故能改善生产效率。
在以氧化铁等具磁性的细微粒子为光吸收粒子时，制程可受简化。当最终产品被用作为屏幕时，磁性粒子会吸收电磁波，故能具有其它外加的效用。
本发明中，波导之间的空间被填充以材料，并以为折射率小于波导者为更佳，且波导的仅表面部份被覆镀以光吸收材料，进而将光吸收材料造成的光损耗减至最少。
本发明中，当以铸模方法用于制造波导数组时，邻近波导的底面不互相间隔但彼此连续接触，因此波导之间的光损耗现象可被减至最低，藉以提升光效率。
一般类型的透镜投影电视的屏幕结构是由夫瑞乃(Fresnel)透镜及数组(lenticula)透镜组成，其中数组透镜一般为垂直线型，而非为穴型结构。在传统屏幕中，开放区域被形成为垂直线型，故从其上侧进入的外部光会在夫瑞乃透镜上被反射。然而，本发明亦可使用穴型结构而非线型结构，故能降低上述输入光的反射现象。此外，传统线型者在其前侧处使用散开板，藉以形成垂直视角，而本发明则使用穴型结构，以使其本身即可形成垂直视角。
附图说明
图1为传统显示器用光学组件的屏幕的放大视图；
图2为传统显示器用光学组件的放大剖面图；
图3为使用渐细型波导的光学组件的剖面图；
图4为填充有碳黑粒子的光吸收区的部份放大图；
图5为输入至该波导内的成像光线的路径的示意图；
图6为二折射率差为0.6的介质间的反射率与输入角关是图；
图7为该波导内的成像光线的路径的说明图，其中该路径与成像光线的输入角相关；
图8为本发明的光学组件实施例中该波导及其环绕光吸收区的剖面图；
图9为本发明的制造光学组件的方法的流程图；
图10及图11为本发明的另一实施例的剖面图；
图12至图15为本发明的又另一光学组件实施例的剖面图，其用以说明制造该光学组件的方法；
图16至图17为本发明的再一光学组件实施例的剖面图，其用以说明制造该光学组件的方法；
图18为本发明的又一实施例的背投式屏幕的示意图；及
图19至图21为说明本发明的制造光学组件的方法的示意图；
附图标记说明：
10        显示器           12         光发射区
14        光吸收区         16         细微透镜
20        光学组件         22         波导
23        侧壁             24         光吸收区
25        碳黑粒子         100        显示器
120       波导             122        侧壁
124       光线             125        光线
127       第四反射点       120        光吸收区
152       内壁面           154        第一树脂层
156       空间             158        光吸收粒子
160       粒子支撑器       160a       第二树脂层
160b      覆镀层           152a       第一树脂
170       光敏黏着剂       129        光输出表面
130       光输入表面       158a       光吸收粒子
172       无粒子区         180        透明树脂层
200       投影式屏幕       210        透明基板
220       波导数组         230        前透明板
222       波导             222a       底面
224       空间             240        光吸收材料
250       填充材料         220a       光聚合材料
270       晶粒板           280        光聚合材料混合器
272       空间
具体实施方式
本发明的较佳实施例将配合所附图式详细说明如下。
请参阅图5，其中成像光线被输入至显示器100用光学组件的波导120中，且成像光线此时在侧壁122上被完全反射，或通过该侧壁122，此端视成像光线的输入角而定。若成像光线的输入角大于其临界角(光线124)，则光线被全反射或大部份在波导120的侧壁122上被反射。若成像光线的输入角小于其临界角(光线125)，则成像光线部份被全反射，且部份通过波导120，并被吸收在一光吸收区150中，藉以明显降低成像光线的反射率。为形成具高光学效高的显示器用光学组件，入射的成像光线必须被设计成能在波导120的倾斜侧壁122上被全反射。
如图6所示，其中二介质的折射率差为0.6。若输入角大于35度，则光线大部份被全反射；当输入角为35度，反射率为约15％。因此，波导120的长度是依波导120中侧壁122的斜率、环绕该波导120的折射率、及波导120的光输入表面的大小决定，其中每一参数皆可由下列方程式(1)所规范。
Qc＝sin-1(ns/nw)(1)
此处，Q代表全反射的临界角，nw代表波导的折射率，ns代表环绕介质的折射率。
实施例
举例而言，图7显示波导内部的光行进路径，其争该波导的光输入表面宽度为40mm，波导侧壁的梯度为4度，波导的折射率nw为1.6，环绕介质的折射率为1.3，且光线是相对于轴H以0至10度入射。如图6所示，若输入角为10度(光线126)，则入射光线在其第四反射点127上部份通过波导，此时波导120的长度需被限制为173mm(对应该第四反射点)方能减少光损耗。
图8的光学组件100的建构以使碳黑自波导120外侧直接与侧122接触所造成的光损耗(如前所述)可被避免为原则。第一树脂层154被形成于波导120的外壁面上，即光吸收区150的内壁面152上。第一树脂层154的形成以使折射率小于波导120内壁者的树脂被覆镀及固化在波导120之间形成的空间156内为原则，且其本身无光吸收粒子的存在。适以作为第一树脂层154的树脂可包含甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂。
如图8所示，光吸收粒子158被填充于第一树脂层154的外侧，粒子支撑器160亦位于第一树脂层154的外侧。光吸收粒子158吸收外部光线以降低外部光的全反射率，其中外部光是被往光学组件的前向反射。光吸收粒子158是由碳黑、氧化铁粒子及黑圆球树脂粒子等细微黑色粒子形成，其中”黑色”代表具高光吸收率的颜色，如黑色及暗棕色等。
粒子支撑座160喜用以支撑光吸收粒子158于光吸收区150内，并是由第二树脂层160a组成，且该第二树脂层160a与黑色光吸收粒子158相混合，并在第一树脂层154上往外被填充与固化。第二树脂层160a的可用材料为甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂。
请参阅图9，其中将详细说明本发明的制造方法。
首先，渐细型波导120被形成于高折射率薄树脂板内，且待形成于光吸收区150内的空间156被形成于波导120之间，即形成于波导120的环绕区域上(步骤51)，其中空间156通常是于波导120的形成同时被形成。此一步骤的执行可通过各种已知的习用方法而为，如前述的各美国专利所揭示者。
接着，第一树脂被覆镀于该空间156的内壁面上，即波导120的外壁面上(步骤52)，其中第一树脂包含等热塑性树脂，且其折射率小于波导120者。接着，该经覆镀的第一树脂被适当固化(步骤53)以行成一第一树脂层154(步骤54)。接着，碳黑、氧化铁粒子及黑圆球形树脂粒子等黑色光吸收粒子158被与第二树脂混合(步骤55)，该混合物被填充于第一树脂层154外侧的空间中(步骤56)，且填充于空间156中的第二树脂被加固化以形成第二树脂层(步骤57)。此处，第二树脂形成的第二树脂层160a是用以固定该等黑色光吸收粒子158，且其所用材料可同于第一树脂者。
在某些例中，仅黑色光吸收粒子158(无第二树脂)被填充于该空间中，且透明第三树脂被接着硬式覆镀于粒子158之上，以固定光吸收粒子于空间156中，其中第三树脂所用的材料可同于第一树脂者。
亦即，折射率低于波导的树脂被先覆镀及固化于空间156的内壁面上，且混合有碳黑等黑色光吸收粒子158的树脂被填充及固化于空间156中。因此，波导120的侧壁122与光吸收粒子158以特定距离相隔，该距离至少对应于第一树脂层154的厚度。
图10及图11为本发明的另一实施例的剖面图。
在波导120的折射率不高、或波导120与其一环绕介质间的折射率差因某些原因而不当的例中，波120轴围空间156可保持为空气(折射率为1)所充满，而不需填充以树脂。本实施例中，黑色圆球光吸收粒子158(无任何树脂存在)被填充于空间156中，且透明树脂被硬式覆镀于该等粒子之上而形成覆镀层160b，因此覆镀层160b构成粒子支撑座160，以使光吸收区150中的光吸收粒子158可被稳定化，此为与前述实施例不同之处，且此时传统技术是采用黑膜。
此处，光吸收粒子158的尺寸有所受限，其当视波导120的侧壁122的梯度及波导120之间的间隔而定。如图10所示，若光吸收粒子158的直径较图11所示的直径为小，则其会较常与波导120的侧壁122接触，也因此会有较大的光损耗。如图11所示，相对较大的粒子158会降低因较少接触所造成的光损耗，但却使其本身较难以散布设置，或会造成制程问题。因此，光吸收粒子158的尺寸须为适用者，此尺寸的决定应视波导120的侧壁122梯度等波导设计而定。如图10所示，为减少与波导侧壁122的接触频率，同时有使得能均匀散布，光吸收粒子158的直径以大于该等波导的底面间间距c的一半且大于该间距c为更佳。此外，光吸收粒子158不具黏着力，故其仍以被堆栈为超过三层为较佳，藉以提供结构稳定度。再者，光吸收粒子158的尺寸以均匀为更佳，否则其封装密度及与侧壁122的接触频率会增加。由于相对较大的粒子的能产生相对少的接触次数，故为降低光损耗所较乐于采用者。
如上所述，图10及图11中的光学组件的大小均匀的碳黑及氧化铁粒子等黑色光吸收粒子158在无树脂存在的条件下被填充于空间156中，透明树脂接着被硬式覆镀及固化于其上，藉以形成覆镀层160b。以此方式为的光吸收区150将变得更为稳定，其与美国早期公开专利申请案2002/0080484的黑膜使用技术不同，该案中波导一端有一区域的延伸，且该延伸区域为一黑膜所阻挡，且波导的下部份保持为空。
图12至图15为本发明的又另一光学组件实施例的剖面图，用以说明本发明的制造该光学组件的方法。
请参阅图12至图15，第一树脂152a被填充及固化于波导120旁的空间156中，其中该树脂152a不包含碳黑等黑色光吸收粒子，且其折射率小于该波导120者。其后，光学组件的包含波导120的光输出表面129的前面被覆镀以光敏黏着剂170，该黏着剂170会在接触紫外线时失去黏着性。接着，黑色光吸收细微粒子158a被附于光敏黏着剂170之上。接着，紫外线被加以自光输入表面130照射光输出表面129，以使波导120的光输出表面129可选择性失去光敏黏着剂170的黏着力，并可使其上的光吸收粒子158a被通过一表面洗净步骤释下。以此方式为之，本光学组件实施例可被制得，如图14所示。光吸收组件158a被移除的部份形成无粒子区172，其能让光自光输入表面130通过波导，并往该组件的前面行进。
此处，光黏着剂可为膜形式或液体形式，或亦可为其它各种黏着剂或树脂形式，只要其具有强黏着力且在与紫外线接触时会失去黏着力即可。在洗净及干燥化处理后，透明树脂层180可被进一步形成以达表面问定及保护之效。
此处，甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂为适于作第一树脂的材料，黑色光吸收粒子则可包寒碳黑或氧化铁粒子等黑色细微粒子。
此外，光敏黏着剂170可包含丙烯酸或等乙烯可光聚合的黏着剂。
亦即，按图12至图15配合说明的光学组件是通过下列程序制得。首先，具倾斜面并用以反射及散开入射光的渐细形波导被形成于薄树脂板上，以使被等间隔设置。填充及固化于该等渐细形波导之间的是折射率小于波导120者的第一树脂。光输出表面129侧的表面被覆镀以光敏黏着剂170，其中光输出表面129侧的表面即为波导120的较窄侧的表面，而光敏黏着剂170则为接触及紫外光即会失去黏着力者。在经覆镀的光敏黏着剂170的表面上，有黑色光吸收粒子158a的符着，用以吸收外部光及降低反射光量。其后，紫外线被提供以自经覆镀的光敏黏着剂170的相对侧经由波导120往光输出表面129照射，即自光输入表面130往经覆镀的光敏黏着剂170照射。接着，波导120上的黑色光吸收粒子自光敏黏着剂170上被释除。
在某些例中，透明树脂可被覆镀于被黏附中的黑色光吸收粒子158a上，并被固化以形成透明树脂层180，藉以对该等经固定的光吸收粒子加以稳定化。
请参阅图16及图17，氧化铁粒子等具磁性黑色细微光吸收粒子158b被均匀散布于第一树脂152a中，其中第一树脂152a的折射率小于波导120者。接着，具光吸收粒子158b于其中的第一树脂被填充于空间156中，即波导120的周围区域中。在第一树脂152a被固化前，磁力M被施加于光学组件100的前面上，以使细微光吸收粒子可在第一树脂152a的表面近处浮置，并可在浮置的时被固化，藉此即可完成本光学组件实例的制造。
在本实施例中，被使用者为具磁性的氧化铁粒子等细微粒子而非碳黑，且适当磁力在树脂的被固化时被加上，故能简化制造过程。再者，当蕞螉产品被用作为屏幕时，磁性粒子会吸收电磁波，故能得得到其它功效。
图18所示为本发明的进一步实施例的背投式屏幕，其中将本发明的投影式屏幕标为200。
如图18所示，本发明的投影屏幕200具有层状结构，其中波导数组220被设于透明基板210上，且前透明板230被接附于波导数组220的前侧。特定言之，波导数组220的建构以使复数个波导222被垂向及/或横向设置为原则，其中波导222的形状可为截锥形或截锥多金字塔形。在波导数组220的结构中，邻近波导222的底面222a以互相接触为更佳，以得到良好的光使用效率。此时，邻近底面222a的接触区域形成一尖部，因此波导数组220被以金属晶粒(die)制成，以使不在相邻波导222的底面222a之间形成间隙。一种制造本发明的投影屏幕的方法将配合图19至图21说明如后。
此外，波导222具有倾斜侧壁222b，因此相邻波导224之间有一剖面为倒三角形的空间224被形成。一般而言，空间224被填充以光吸收材料，其用意在于吸收入射至投影屏幕200上的外部光。不过，由于填充于空间224中的光吸收材料与波导222的侧壁222b相街触，故其亦吸收通过波导222的光，如此会形成光效率降低的不良功能。为避免此一光损耗的形成，空间224的表面区域被填充以一光吸收材料240，且空间224的下部份被填充以折射率与波导222者不同的填充材料250，且该填充材料250的折射率低于波导222的折射率，其并被以液态形式填充及被固化。填充材料250的光吸收率非常低于光吸收材料240者，或无明显的光吸收率。光吸收材料240典型上是由碳黑作为其主要材料，其可通过混合单(monarch)碳黑、baysilon-白金触媒及硅乙烯等方式形成，且具此组成的光吸收材料240一般为黑色。
以下将配合图19至图21详尽说明本发明的方法。
首先，液态光聚合材料220a被注入晶粒板170中，以制造波导数组(S1)，其中光聚合材料220a是由光聚合材料混合器280以液态形式注入该晶粒板270中，该晶粒板270具有一板结构，且该板结构的设计以使复数个为截锥形或或多金字塔截锥形的空间272为垂向及/或横向设置为原则。空间272的形状与波导的形状对应且晶粒板70中每一空间272铸成每一波导，且空间272中的连接区域形成一尖部，亦即相邻波导的底面在被铸成时是互相接触，并在其中有一尖部的形成。
在光聚合材料220a被注入晶粒板270中后，后透明基板210被接附于光聚合材料220a的一面上，即对应波导的底面的面上(步骤S3)。该透明基板210的可用材料包含PMMA或MS材料。接着，紫外线被提供以自透明基板210侧照射以对光聚合物材料220a加以光聚合化及固化(步骤S5)。光聚合物材料220a被固化以形成波导数组220，且该波导数组220中包含的波导是为水平及/或垂直方向设置者。其后，晶粒板270被自该波导数组220上移开(步骤S7)。其中，波导数组220与透明基板210之间可加以黏着性材料，藉以加强其间的黏着度。
在移除晶粒板270之后，其上附有透明基板210的波导数组220被上下倒置(步骤S9)。接着，折射率不同于该波导者的填充材料250被填充于波导数组220中该等波导222之间的空间224中(步骤S11)，其中该填充材料的折射率以小于该波导、且以液态形式填充为较佳。其后，填充材料250被加以热固化及干燥化处理(S13)，此时填充材料250在被固化的同时也被收缩，以使填充材料250的表面被往下凹而形成一下凹形式，且该下凹形式一般为半月形。接着，被固化的填充材料250的表面凹下处被覆镀以光吸收材料240(S15)，其中光吸收材料的覆镀可通过挤压覆镀法、槽粒(slot die)覆镀法或网板印花法为之。在以挤压覆镀法为之时，吸墨纸被用以避免波导的顶表面被该光吸收材料污染。
在光吸收材料240的覆镀后，前透明板230被接附于波导数组220的前表面处(即光吸收材料240的置放处)(步骤S17)，其中该前透明板230可具有散开功能而波导222的投射功能亦存在。在前透明板230被接附后，紫外线被再次照射以执行最后的黏着及固化处理，藉以最后得到本发明的投影式屏幕200(步骤S19)。此外，波导数组220与前透明板230之间可加以黏着材料，以加强其间的黏着力道。
如上方式制作成的投影式屏幕200的结构如图1所示。更特定言之，光吸收材料240仅出现在波导数组220的表面侧内，以使外部光能被吸收，而波导中的内部光则不被吸收，藉以将外部光线的光损耗减至最小。
阅读过以上说明后，本领域技术人员可知本发明的教示内容得以各种形式实现的。因此，虽然本发明已以特定实施例描述如上，但本发明的实际范围不应如此受限，因为本领域技术人员在研究过附图、说明书和所附申请专利范围后能轻易做出修改。
产业可利用性
如上所述，本发明的光学组件可被用于投影电视及监视器用显示器中，特别是可用于背投式电视及背投***的屏幕中。此外，本发明的光学组件亦可被用为显示装置或薄膜晶体管液晶显示器、电浆电视、阴极射线管监视器的屏幕、或广告板或照明等***的光学零组件。

Claims (30)

1.一种显示器用的包含渐细型波导的光学组件，该等渐细型波导是间隔设置，并具有空间及倾斜面，该空间用以在该等波导之间形成光吸收区，该倾斜面用以反射及散开入射光，该光吸收区用以吸收外部光及降低反射包含：
(a)第一树脂层，沿该空间的内侧面被覆镀及固化，并是由折射率不同于该波导的侧壁所形成，且该折射率以低于波导者为更佳，该第一树脂层与黑色光吸收粒子无关；
(b)黑色光吸收粒子，被填充于该第一树脂层外部的空间中，用以吸收外部光；及
(c)光吸收粒子支撑座，用以固定该等光吸收粒子。
2.如权利要求1所述的光学组件，其特征是，所述光吸收粒子支撑座包含第二树脂层，该第二树脂层被混合以该等黑色光吸收粒子，并被填充及固化于该第一树脂层的内部中，且该波导包含穴型波导。
3.如权利要求1所述的光学组件，其特征是，所述光吸收粒子支撑座包含覆镀层，且该覆镀层的形成以使透明树脂被覆镀及固化于填充有该等光吸收粒子的空间的开口中为原则。
4.如权利要求1所述的光学组件，其特征是，所述第一树脂层是由甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂形成。
5.如权利要求2所述的光学组件，其特征是，所述第二树脂层及该覆镀层是由甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂形成。
6.如权利要求1所述的光学组件，其特征是，所述等黑色光吸收粒子包含碳黑、氧化铁粒子或黑圆球树脂粒子等黑色细微粒子。
7.一种制造显示器用的具波导的光学组件的方法，是通过形成渐细形波导于薄板上、及形成作为光吸收区的空间的方式形成，其中该等渐细形波导被间隔设置，并具有倾斜面，用以反射及散开入射光，该空间位于该等波导之间，并用以吸收外部光及降低反射，该方法包含下列步骤：
(a)覆镀第一树脂于该空间的内壁面上，其特征是，所述第一树脂的折射率与该波导者不同，并以小于该波导的折射率为更佳；
(b)固化该第一树脂，以在该空间的内壁上形成第一树脂层；
(c)填充黑色光吸收粒子于该第一树脂层外的该空间中；及
(d)固定该等经填充的光吸收粒子于该空间内。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是，所述光吸收粒子填充步骤包含混合该等光吸收粒子于第二树脂中及填充该混合物的步骤，该光吸收粒子固定步骤包含固化该填充于该空间中第二树脂的步骤。
9.如权利要求7所述的方法，其特征是，所述光吸收粒子填充步骤包含填充该等光吸收粒子于该空间中而未混合以树脂的步骤，且该光吸收粒子固定步骤包含覆镀及固化透明树脂于该填充有该等光吸收粒子的空间的开口内的步骤。
10.一种显示器用的包含渐细型波导的光学组件，该等渐细型波导是间隔设置，并具有空间及倾斜面，该空间用以在该等波导之间形成光吸收区，该倾斜面用以反射及散开入射光，该光吸收区吸收外部光及降低反射，并包含：
(a)黑色光吸收粒子，被填充于该空间中，用以吸收外部光及降低反射；及
(b)覆镀层，被形成以使透明树脂被覆镀及固化于填充有该等光吸收粒子的空间的开口内，
其中该等黑色光吸收粒子具有大于该等波导的较大面间之间距的一半、且小于该间距的直径，并被堆栈为三或更多层。
11.如权利要求10所述的光学组件，其特征是，所述覆镀层是由甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂形成。
12.如权利要求10所述的光学组件，其特征是该等黑色光吸收粒子包含碳黑、氧化铁粒子或黑圆球树脂粒子等黑色细微粒子，且该等光吸收粒子被填充于该无一树脂存在的空间中。
13.如权利要求10所述的光学组件，其特征是，该等光吸收粒子具有均匀的尺寸。
14.一种显示器用的包含渐细型波导的光学组件，该等渐细型波导是间隔设置，并具有空间及倾斜面，该空间用以在该等波导之间形成光吸收区，该倾斜面用以反射及散开入射光，该光吸收区吸收外部光及降低反射，并包含：
(a)第一树脂，被填充及固化于该空间中，并具有与该波导不同的折射率，且该折射率以小于波导者为更佳；及
(b)黑色光吸收粒子，被磁力吸引及设置于近于该第一树脂的表面处，并藉固化该第一树脂的方式固定。
15.如权利要求14所述的光学组件，其特征是，所述等光吸收粒子包含具磁性的氧化铁粒子等细微粒子。
16.如权利要求14所述的光学组件，其特征是，所述第一树脂是由甲基丙烯酸缩水甘油脂及硅乙烯等热塑性树脂形成。
17.一种制造显示器用的具波导的光学组件的方法，是通过形成渐细形波导于薄板上、及形成作为一光吸收区的空间的方式形成，其中该等渐细形波导被间隔设置，并具有倾斜面，用以反射及散开入射光，该空间位于该等波导之间，并用以吸收外部光及降低反射，该方法包含下列步骤：
(a)混合黑色光吸收粒子与液态第一树脂，其中该等光吸收粒子具有磁性，且该第一树脂具有不同于该波导的折射率，且该折射率以小于该波导者为更佳；
(b)填充该混合有该等光吸收粒子的第一树脂于该空间中；
(c)施加磁力至被填充于该空间内的第一树脂上，以使该等光吸收粒子被浮置于近于该第一树脂的表面；及
(d)固化该填充于该空间的第一树脂。
18.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述混合步骤包含混合氧化铁粒子与该第一树脂的步骤。
19.一种制造显示器用光学组件的方法，其特征是，所述光学组件被覆镀以光吸收材料于其仅表面上，该方法包含下列步骤：
(a)第一步骤：注入液态光聚物材料至晶粒板中，其中该晶粒板具有水平及/或垂直方向设置的第一空间，且该空间具有对应于波导的形状；
(b)第二步骤：接附透明基板至该光聚物材料的对应该波导的底面的面上；
(c)第三步骤：形成波导数组以使紫外线被照射至该光聚物材料上，并使该光聚物材料被光聚作用而被固化；
(d)第四步骤：自该波导数组移除该晶粒板；
(e)第五步骤：填充并固化填充材料于该波导数组的波导间的第二空间中，其中该填充材料具有不同于该波导的折射率；及
(f)第六步骤：覆镀光吸收材料于该填充材料的表面上，并接附前透明板。
20.如权利要求19所述的方法，其特征是，在该第一步骤中该第一空间具有截锥形或截锥多金字塔形。
21.如权利要求19所述的方法，其特征是，在该第二步骤中该透明基板是由PMMA或MS材料制成。
22.如权利要求19所述的方法，其特征是，在该第五步骤中该波导在该填充材料被填充于该等波导间的第二空间中的前被上下反置。
23.如权利要求22所述的方法，其特征是，所述第五步骤包含下列步骤：
填充该液态填充材料至该等波导间的第二空间中；并
热固化及干燥化处理该填充材料，其中该填充材料在热固化及干燥处理进行时被收缩，以在该填充材料的表面中形成凹下结构。
24.如权利要求23所述的方法，其特征是，所述第六步骤包含下列步骤：
覆镀该光吸收材料于该填充材料的凹下结构中；
接附一前透明板至覆镀有该光吸收材料的波导数组的表面上；及
照射紫外线以黏着并固化该前透明板至该波导数组上。
25.如权利要求24所述的方法，其特征是，所述光吸收材料包含碳黑，并以碳黑作为主要成份。
26.如权利要求24所述的方法，其特征是，所述光吸收材料的覆镀是藉挤压覆镀法、槽粒(slotdie)覆镀法或网板印花法为之。
27.一种显示器用光学组件，被覆镀以光吸收材料于其仅表面上，该光学组件包含：
(a)透明基板；
(b)波导数组，具有波导，并被接附于该透明基板上，且被水平及/或垂直方向设置；
(c)前透明板，接附在该波导数组之上；
(d)填充材料，被填充于该等波导之间的空间中，并具有一不同于该波导的折射率；及
(e)光吸收材料，被覆镀于该填充材料的表面上。
28.如权利要求27所述的光学组件，其特征是，邻近波导的该底面间互相接触，且该等波导间的空间形成往内的尖部空间。
29.如权利要求27所述的光学组件，其特征是，所述填充材料的组成以使折射率小于该波导者的液态材料被注入该等空间中并被热固化为原则。
30.如权利要求29所述的光学组件，其特征是，所述光吸收材料被覆镀于该填充材料因该热固化处理所形成的凹下部份中，以使该经覆镀的光吸收材料与该波导的顶表面对位。
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