微透鏡製造技術

現今對於提升發光元件的光萃取效率，目前已有許多研究成果發表出 來，例如表面粗化結構(Surface roughing)、光子晶體(Photonic crystal)、圖 案化藍寶石基板(Pattern sapphire substrate, PSS)等方式。改變表面結構的方 式是一個比較直觀且較為廣泛的使用方法，但是這種表面粗化的做法，常 需要高溫的濕式蝕刻，還有另一種方法是藉由新增光學薄膜來提高光萃取 的效率。

H. Kwon et al.【40】於2008年研發出一種創新的High-sag技術來製作 微透鏡陣列，將製作出的元件應用在OLED上，可改善發光元件的外耦合 half-maximum, FWHM）小於10^o以下，如圖2-13，表示一半波峰強度值時 對應的頻寬非常小，在第二峰值的輝度約40^o，成功增加光源亮度而不依靠 增加OLED的數量。

- 31 -

B. K. Lee et al.【42】於2011年提出一種由微孔溢出感光型樹指，用來 製作微透鏡並整合在實驗室晶片內(Lab on a chip)，首先在PMMA基板上加 PDMS)製作成模仁，再倒入光學膠 (Norland optical adhesive, NOA)複製為 微透鏡陣列。如圖2-18，每一個微米球翻印後即為微透鏡的樣貌，這種方 法免去了繁複的黃光製程，實驗簡單、做法快速與降低費用，唯一讓人詬 病的是，PS球排列上的缺陷會影響光萃取的效率。經過測試後，依照不同 尺寸的PS球，接觸角度和全填充因子也會跟著改變，針對實驗所使用的100

- 32 - 列與感光耦合元件(Charge-coupled Device, CCD)組成，是一種描述成像系 統的光學儀器，它由無數個焦距都相同小透鏡所組成，用來量測系統的像 差並適時修正以得到清楚的影像。

X. H. Li et al.【46】於2011年發表一篇有關光萃取技術期刊，內容提 到使用球狀二氧化矽 (Silica)與膠狀聚苯乙烯 (Polystyrene, PS)達到表面粗 化的效果，如圖2-22，文章中比較了沉積不同厚度的聚苯乙烯對於III族氮 化物發光二極體 (III-nitride light-emitting diodes)光萃取效果，如圖2-23。

H. C. Wel et al.【47】於2012年提出一種自組裝球面微透鏡陣列，使用 電場控制微透鏡的曲率的做法。首先讓ITO導電玻璃上沉積SU-8光阻(n

- 33 -

J. Yeon et al.【50】於2012年提出一種新型微結構的導光板(light-guide plate, LGP)，如圖2-30，稱之為背光模組(Backlight unit, BLU)，可改善單片 LED於LCD系統的光萃取效果，這種結構是由光擴散微影 (3D diffuser lithography)技術製作而成，並利用PDMS進行複製，其外型呈現像”碗”的 陣列結構。元件側邊一端放置LED光源，另一端放置鏡子。通過光學模擬 後觀察單片導光板上的亮度與垂直發光之性能，討論單點BLU結構與雙點 合併BLU結構之密集度對於光學模的影響。結果顯示兩個BLU平均亮度為 4197 cd /m⁻²，雙點合併BLU較單點BLU結構光萃取提升27.8%，如圖2-31。

- 34 -

圖 2-9 High-sag 技術製作微透鏡陣列並整合於 OLED panel【40】。

- 35 -

圖 2-10 加裝微透鏡陣列後光通量明顯增加【40】

圖 2-11 微透鏡陣列整合 OLED 形成準直光源示意圖【41】

- 36 -

圖 2-12 微透鏡陣列整合於 OLED panel 背光模組【41】

圖 2-13 量測光亮度 FWHM 約為 9^o【41】

- 37 -

圖 2-14 利用溢出 UV 膠製作微透鏡陣列流程圖【42】

圖 2-15 (a) 微透鏡側視圖(Diameter of 750 m)；(b)使用 He-Ne laser 測 量微透鏡的焦距【42】。

- 38 -

圖 2-16 熱塑性材料 PS 透過雷射印表機完成光罩製作【43】

1. 圖 2-17 透過掃 描 式 電 子 顯 微 鏡 觀測，微透鏡平均高度為 70 m 【43】

- 39 -

圖 2-18 半球型微透鏡陣列製作流程圖【44】

圖 2-19 添加微透鏡陣列光強度明顯提升【44】

- 40 -

圖 2-20 多層材料造成微透鏡聚焦長度延伸【45】

圖 2-21 選擇三種不同材料 PDMS、UV resin 與 Glass【45】

- 41 -

圖 2-22 不同 PS 厚度沉積之示意圖【46】

圖 2-23 不同 PS 厚度沉積電致發光強度比較【46】

- 42 -

圖 2-24 電場控制自組裝微透鏡陣列製作示意圖【47】

圖 2-25 不同電場的聚焦情形【47】

- 43 -

圖 2-26 3D 微投影在曲面上製作微透鏡陣列示意圖【48】

圖 2-27 曲面微透鏡陣列 2D 量測側視圖【48】

- 44 -

圖 2-28 SEM 觀察模仿生物複眼結構的微透鏡陣列【49】

圖 2-29 模仿生物複眼結構製作流程圖【49】

- 45 -

圖 2-30 BLU 導光板光萃取示意圖【50】

圖 2-31 BLU 雙點與單點光萃取比較【50】

光劑量變化。在微結構檢測需透過光學顯微鏡(Optical microscope, OM)外 形觀測與掃描式電子顯微鏡(Scanning electron microscopy, SEM)外行觀測 來確定。