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TW201326928A - 具有橢圓形底段之不對稱鋸齒邊緣導光膜 - Google Patents

具有橢圓形底段之不對稱鋸齒邊緣導光膜 Download PDF

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TW201326928A
TW201326928A TW101133249A TW101133249A TW201326928A TW 201326928 A TW201326928 A TW 201326928A TW 101133249 A TW101133249 A TW 101133249A TW 101133249 A TW101133249 A TW 101133249A TW 201326928 A TW201326928 A TW 201326928A
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TW101133249A
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English (en)
Inventor
Qi Hong
Karen A Malburne
Original Assignee
Skc Haas Display Films Co Ltd
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Abstract

本發明提供一種用於有至少一個點光源之背光單元的平面導光膜，該導光膜包含用於接收來自該點光源之光線的光輸入面，用於重定向接收自該光輸入面之光線的光重定向面，以及用於至少輸出該光重定向面所重定向之光線的光輸出面。該光輸入面更包含複合透鏡結構，其係具有有第一接觸角的圓形前端段，以及有相等之第二接觸角的第一及第二橢圓形底段，該第二接觸角大於該第一接觸角以及其中該第一及該第二圓形前端段各自滿足以下方程式：□□以及該第一及該第二橢圓形底段各自滿足以下方程式：□□以及該等複合透鏡結構中之每一者係沿著該光輸入面隨機配置。

Description

具有橢圓形底段之不對稱鋸齒邊緣導光膜
本發明係有關於發光二極體(LED)背光單元的導光膜，且更特別的是，有關於LED背光單元的導光膜，其係具有刻入導光膜之入射平面的複數個凹槽以增加可透過導光膜所傳送之光線的入射角。
通常用於手持或筆記型裝置的液晶顯示器(LCD)一般使用至少一個側面發光二極體(LED)作為背光單元的光源。此種側面LED一般設於如美國專利第7,350,958號(頒給Yang)中之第1圖所示的背光單元。
請參考第1圖，背光單元10包含配置於基板12上的平面導光膜20，以及在導光膜20側面上排列一批複數個側面LED 30(第1圖只圖示一個側面LED)。由LED 30進入導光膜20的光線L被微型反射圖案22及位在導光膜20底部上的反射片(未圖示)反射向上，以及由導光膜20離開，而提供背光至在導光膜20上方的LCD面板40。此一背光單元20在光線由LED 30入射於導光膜20上時有如第2圖所示的問題。
如第2圖所示，根據斯涅爾(Snell)定律，在光線L進入導光 膜20時，由於媒介之間有折射率差異，所以由每個LED 30射出的光線L會向導光膜20折射預定角度θ。換言之，即使光線L以α 1的光束角度(beam angle)由LED 30射出，它仍會以小於α 1的入射角α 2入射導光膜20。第3圖圖示此光線L之入射分布。因此，有結合區(由各個LED 30進入導光膜20之光束L在此結合)之長度(l)增加的問題。此外，在對應至在導光膜20之入射平面上之長度(l)的區域中交替地形成也被稱作“亮點(hot spot)”的光點(light spot)H及暗點(dark spot)D。在面向LED 30的位置處形成每一個光點H，以及在光點H之間形成各個暗點D。
由於交替形成的光點及暗點不合乎導光膜的需要，應予以最小化以及應儘可能地縮短長度(l)。為此目的，必須增加光線進入導光膜的角度，亦即，光線的入射角。
為此目的，有人建議在導光膜的輸入面上形成凸出物，如第4圖所示。具體言之，在導光膜20A的光輸入面上形成複數個細微稜鏡形結構24或弧形結構(未圖示)，而光線L進入導光膜的入射角α 3實質上等於由光源之焦點F射出之光線的方位角α 1。因此，如果由光源焦點F射出之光束的方位角α 1皆相同，則光線L會以比第2圖及第3圖之情形還寬的入射角α 3進入導光膜。不過，用此解決方案，仍有一些二次光準直，其中光線會被毗鄰稜鏡或弧形結構的牆壁折射，如第4圖所示。來自毗鄰稜鏡結構之牆壁的二次光準直使光線折返軸上而使來自光源之光線的擴散較少，如第4圖所示。因此，在輸入面上之連續稜鏡或弧形結構的光擴散能力有限。
因此，亟須改善輸入邊緣設計以提供有更均勻表面照明的導 光膜而不犧牲背光系統的效率。
本發明提供一種用於有至少一個點光源之背光單元的平面導光膜，該導光膜包含：用於接收來自該點光源之光線的光輸入面；用於重定向接收自該光輸入面之光線的光重定向面；用於至少輸出該光重定向面所重定向之光線的光輸出面；其中該光輸入面更包含第一及第二圓形前端段(circular tip segment)以及第一及第二橢圓形底段的複合透鏡結構，每個(各)圓形前端段有第一接觸角(first contact angle)，而且每個橢圓形底段有上、下接觸角，該橢圓形底段的接觸角大於該圓形前端段的接觸角；以及其中該第一及該第二圓形前端段各自滿足以下方程式：
以及該第一及該第二橢圓形底段各自滿足以下方程式：
以及該複合透鏡結構中之每一者係沿著該光輸入面隨機配置。
此外，本發明更提供一種用於有至少一個點光源之背光單元的平面導光膜，該導光膜包含：用於接收來自該點光源之光線的光輸入面；用於重定向接收自該光輸入面之光線的光重定向面；用於至少輸出該光重定向面所重定向之光線的光輸出面；其中該光輸入面更包含在其間有間距(gap)的複合透鏡結構，該透鏡結構有第一及第二圓形前端段而且每個圓形前端段有第一接觸角，以 及第一及第二橢圓形底段而且每個橢圓形底段有上、下接觸角，該橢圓形底段的接觸角大於該圓形前端段的接觸角；以及其中該第一及該第二圓形前端段各自滿足以下方程式：
以及該第一及該第二橢圓形底段各自滿足以下方程式：
以及該複合透鏡結構中之每一者係沿著該光輸入面隨機配置。
此外，本發明提供一種用於有至少一個點光源之背光單元的平面導光膜，該導光膜包含：用於接收來自該點光源之光線的光輸入面；用於重定向接收自該光輸入面之光線的光重定向面；用於至少輸出該光重定向面所重定向之光線的光輸出面；其中該光輸入面更包含只設在該點光源入射該光輸入面之處的鋸齒透鏡結構，該透鏡結構有第一及第二圓形前端段而且每個圓形前端段有第一接觸角，以及有上、下接觸角的第一及第二橢圓形底段，該橢圓形底段的接觸角大於該圓形前端段的接觸角；以及其中該第一及該第二圓形前端段各自滿足以下方程式：
以及該第一及該第二橢圓形底段各自滿足以下方程式：
以及該複合透鏡結構中之每一者只隨機配置於該點光源入射該光輸入面之處。
10‧‧‧背光單元
12‧‧‧基板(第1圖)
12‧‧‧平面導光膜(第5a、5b與8圖)
12a‧‧‧光輸入面
12b‧‧‧發光面
12c‧‧‧光重定向面
14‧‧‧LED
16‧‧‧複合凹透鏡結構
16a‧‧‧第一圓形前端段
16b、16c‧‧‧橢圓形底段
16d‧‧‧第二圓形前端段
20‧‧‧(平面)導光膜
20A、50‧‧‧導光膜
22‧‧‧微型反射圖案
24‧‧‧細微稜鏡形結構
30‧‧‧側面LED(第1至3圖)
30‧‧‧導光膜(第10a圖)
32、42、52‧‧‧光輸入面
36‧‧‧弧形或圓形結構
40‧‧‧LCD面板
46‧‧‧平斜邊
56‧‧‧複合透鏡特徵
α 1、α 2、α 3‧‧‧角
θ‧‧‧預定角度
Ax‧‧‧接觸角
Bx‧‧‧寬度
D‧‧‧暗點
F‧‧‧焦點
G‧‧‧間距
H‧‧‧光點
Hx‧‧‧高度
L‧‧‧光線
l‧‧‧長度
P‧‧‧節距
rx‧‧‧半徑
Tx‧‧‧距離
第1圖的示意圖圖示習知背光模組；第2圖的示意圖圖示習知導光板之亮帶/暗帶的分佈；第3圖的示意圖圖示習知光擴散結構的具體實施例；第4圖的示意圖圖示習知光擴散結構的另一具體實施例；第5a及5b圖的示意圖圖示根據本發明之具體實施例之導光膜；第6a至6c圖的示意圖圖示根據本發明之具體實施例之複合透鏡特徵的各種段；第7a及7b圖的示意圖圖示在各個毗鄰特徵之間有間距之複合透鏡特徵的光擴散能力；第8圖圖示本發明的另一具體實施例；第9圖圖示本發明的另一具體實施例；第10a及10b圖圖示在與用於圓形或弧形輸入特徵之光輸入面有不同距離處的發光強度(luminance intensity)；第11a及11b圖圖示在與用於梯形特徵或有斜邊之特徵的光輸入面有不同距離處的發光強度；以及第12a及12b圖根據本發明之具體實施例圖示在與光輸入面有不同距離處的發光強度。
本發明的導光膜包含光輸出面、光重定向面以及連結光輸出面及光重定向面的至少一個光輸入面。該光輸入面包含由複合透 鏡陣列組成的複數個凹形特徵。該複合透鏡中之每一個用間距分離，該間距為垂直於光輸出面之平表面。該等複合透鏡及間距係沿著光輸入面配置，以及由輸出面延伸至光重定向面。每個複合透鏡有由以下兩個部份組成的不對稱橫截面：包含各有第一接觸角之第一及第二圓形前端段的前端部(tip portion)，以及各自有上、下接觸角之兩個傾斜橢圓形底段的底部(base portion)。該等橢圓形底段接觸角大於該等圓形前端段接觸角，以及兩個圓形前端段中之每一者的接觸角與兩個傾斜橢圓形底段中之每一者的上、下接觸角不相等。
根據以上具體實施例，該複合透鏡的幾何輪廓允許相對大的光偏轉距離(light deflecting distance)；亦即，該複合透鏡結構有較佳的光擴散能力。因此，可縮短該點光源與該顯示器之主動區的距離，以及可最小化該等點光源之間的暗點，且使發光均勻性(luminance uniformity)仍為可接受。該等圓形前端段使在離散光源(通常為發光二極體(LED))前方的光線分散。這兩個傾斜橢圓形底段使在LED之間的光線分散。由於該複合透鏡結構由兩個圓形前端段與兩個橢圓形底段構成，因此相較於由較少段構成之結構可得到的，它允許更自由地微調亮度分布(luminance profile)。該複合透鏡結構的不對稱協助修正由該等LED輸入的光線。此外，也有必要兩個毗鄰複合透鏡結構之間有間距或平坦藉此可實現入射光的傳播路徑有較大程度的偏轉從而增加光擴散效應。不同於描述於Yamashita等人之美國專利第7,522,809號的不對稱結構，其中不對稱特徵係全在同一方向對齊以克服由背光系統之稜鏡膜以15度角而不是稜鏡與輸入面垂直或平行切成所致的光方向性(light directivity)。在本發明，為了實現進入光導件之光線有均勻的分佈，在光輸入面上有隨機分佈的不對稱結構。不對稱結構的隨機放置也有助於減少與液晶顯示器之圖案交介之規則圖案所造成的外觀缺陷。
第5a圖及第5b圖根據本發明之具體實施例圖示導光膜，其中平面導光膜12用來接收及引導來自至少一個點光源(例如，第5a圖的LED 14)的光線。導光膜12緊挨著LED 14的側面形成光輸入面12a。與光輸入面12a有一角度的導光膜12之頂面形成發光面12b，以及與發光面12b相反的底面形成光反射面12c。光反射面12c由複數個光反射結構構成。由LED 14射出的光線經由光輸入面12a進入導光膜12以及在導光膜12內傳播。然後，用光反射面12c導向發光面12b以及最終通過發光面12b離開導光膜12。
此外，複數個複合凹透鏡結構16在光輸入面12a的邊緣上呈鋸齒狀，它們的縱向相互平行以及在各個毗鄰複合透鏡結構16之間有間距(G)。請參考第6a圖、第6b圖及第6c圖，複合透鏡結構16面向LED 14的光輸入面12a各自有第一圓形前端段16a與第二圓形前端段16d，以及兩個傾斜橢圓形底段16b及16c。複合凹透鏡結構16的圓形前端段16a及16d為由光輸入面12a伸出最遠的區段。儘管本發明較佳具體實施例的複合透鏡特徵在光輸入面上是沿著凹向配置，然而複合透鏡也可在光輸入面上沿著凸向配置。
長度T1為以下兩者的距離：在橢圓形底段16b之頂端之正切延長線的交點，以及第一圓形前端段16a與第二圓形前端段16d的交點，其中T1平行於光輸入面12a。長度T2為以下兩者的距離： 在橢圓形底段16c之頂端之正切延長線的交點，以及第一圓形前端段16a與第二圓形前端段16d的交點，其中T2平行於光輸入面12a。第一圓形前端段16a的寬度T3等於接觸角A1之正弦乘上r1，其中T3平行於光輸入面12a。第二圓形前端段16d的寬度T4等於接觸角A2之正弦乘上r2，其中T4平行於光輸入面12a。接觸角A1為第一圓形前端段16a的接觸角，在此該角由以下兩者形成：在第一圓形前端段16a與第一橢圓形底段16b之頂端之交點處的正切，以及光輸入面12a。接觸角A1大於0.1度及小於或等於85度為較佳。接觸角A2為第二圓形前端段16d的接觸角，在此該角由以下兩者形成：在第二圓形前端段16d與第二橢圓形底段16c頂端之交點處的正切，以及光輸入面12a。接觸角A2大於0.1度及小於或等於85度為較佳。接觸角A1不等於接觸角A2。請參考第6b圖，間距G為各個毗鄰複合透鏡之間的距離。間距G小於或等於節距P之0.9倍為較佳。線性複合透鏡陣列16的節距P為沿著光輸入邊緣(light input edge)的距離，其係包含間距G距離與複合透鏡結構的寬度，寬度B3加上寬度B4。節距P大於或等於5微米以及小於或等於1毫米為較佳。該特徵的總高度H是由光輸入邊緣至第一及第二圓形前端段16a及16d的交點。複合透鏡的總高度H大於或等於3微米以及小於或等於1毫米。光輸入面12a會有10奈米至2微米的表面處理層(surface finish)。複合凹透鏡結構16的表面處理層可與在特徵之間的間距G部份相同或不同。
複合透鏡結構的圓形前端段由第一圓形前端段及第二圓形前端段構成是有利的。第一圓形前端段16a的XY剖面形狀滿足以下表達式(1)：
其中第一圓形前端段16a有第一半徑r1。第一半徑r1的定義為距離T1除以半個接觸角A1之正切的商。數值a1的定義為總高度H減去第一圓形前端段16a的半徑r1。數值x為在光輸入面方向的數值以及設定在範圍-r1×sin(A1)x0內為較佳。數值y1為在光傳播方向的數值。
第二圓形前端段16d的XY剖面形狀滿足以下表達式(2)：
其中第二圓形前端段16d有第二半徑r2。第二半徑r2的定義為距離T2除以半個接觸角A2之正切的商。數值a2的定義為總高度H減去第二圓形前端段16d的半徑r2。數值x為在光輸入面方向的數值以及設定在範圍0xr2×sin(A2)內為較佳。數值y2為在光傳播方向的數值。請參考第6c圖，該複合透鏡結構也包含兩個傾斜橢圓形段，亦即第一橢圓形底段16b與第二橢圓形底段16c。每個橢圓形底段包含兩個接觸角：上接觸角與下接觸角。第一橢圓形底段16b有上接觸角A31與下接觸角A32。第二橢圓形底段16c有上接觸角A41與下接觸角A42。上接觸角A31用第一橢圓形底段16b在第一圓形前端段16a與第一橢圓形底段16b之交點處的正切得出。下接觸角A32用第一橢圓形底段16b在第一橢圓形底段16b與光輸入面12a之交點處的正切得出。上接觸角A41用第二橢圓形底段16c在第二圓形前端段16d與第二橢圓形底段16d之交點處的正切得出。下接觸角A42用第二橢圓形底段16c在第二橢圓形底段16c與光輸入面12a之交點處的正切得出。第一橢圓形底段16b的上接觸角A31與第二橢圓形底段16c的上接觸角A41不 相等。第一橢圓形底段16b的下接觸角A32與第二橢圓形底段16c的下接觸角A42不相等。該等橢圓形底段中之每一者的下接觸角大於對應的上接觸角。兩個橢圓形底段16b及16c中之每一者的每個接觸角大於圓形前端段16a及16d的接觸角。每個橢圓形底段的接觸角(A31、A32、A41、A42)大於或等於0.1度及小於或等於85度為較佳。
有利的是，如第6c圖所示，橢圓形底段16b及16c的XY剖面形狀各自滿足以下表達式(3與4)：
其中：H3=H-r1×[1-cos(A1)]
H4=H-r2×[1-cos(A2)]
B3+B4=P-G
-B3 x-T3
T4 xB4
其中：
因此，第一橢圓形底段16b有上接觸角A31與下接觸角A32以及第二橢圓形底段16c有上接觸角A41與下接觸角A42。參考第6a圖、第6b圖及第6c圖，以及方程式3，第一橢圓形底段16b的高度H3等於複合透鏡特徵16的總高度H減去圓形前端段16a的半徑r1乘上1減去圓形前端段16a之接觸角A1的餘弦。複合透鏡特徵16的總寬度B等於複合透鏡陣列的節距P減去間距G距離。間距G大於0以及小於或等於節距P之0.9倍為較佳。節距P大於或等於5微米以及小於或等於1毫米為較佳。第二橢圓形底段16c的高度H4等於複合透鏡特徵16的總高度H減去第二圓形前端段16d的半徑r2乘上1減去第二圓形前端段16d之接觸角A2的餘弦。參數a3等於參數ab3乘上以下所得之商的平方根：複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的總寬度T3乘上2乘上橢圓形底段16b的高度H3加上在第一橢圓形底段16b之頂端處之接觸角A31的正切加上在第一橢圓形底段16b底端處於之接觸角A32的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的總寬度T3除以在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切加上在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切。
參數b3等於參數ab3乘上以下所得之商的平方根：第一橢圓形底段16b的高度H3乘上第一橢圓形底段16b的高度H3乘上在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切加上在橢圓形底段 16b底端處之接觸角A32的正切加上2乘上接觸角A31的正切乘上接觸角A32的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的總寬度T3除以接觸角A31的正切加上接觸角A32的正切。
參數ab3等於以下所得之商：在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切加上在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切乘上第一橢圓形底段16b的高度H3加上在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的總寬度T3乘上第一橢圓形底段16b的高度H3加上在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的總寬度T3除以2乘上第一橢圓形底段16b的高度H3加上在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切加上在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的總寬度T3，乘上第一橢圓形底段16b的高度H3乘上在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切加上在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切加上2乘上在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切乘上在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的總寬度T3。
參數c3等於以下所得之商：在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切乘上第一橢圓形底段16b的高度H3乘上複合透鏡特徵16的寬度B3加上接觸角A32的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3平方減去圓形前端段16a的總寬度T3平方，該數加上第一橢圓形底段16b的高度H3乘上圓形前端段16a的總寬度T3乘上 在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切除以以下兩者之和：在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切乘上第一橢圓形底段16b的高度H3加上2乘上在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的總寬度T3，第一橢圓形底段16b的高度H3乘上在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切。參數d3等於以下所得之商：第一橢圓形底段16b的高度H3加上在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的總寬度T3，所得乘積再乘上第一橢圓形底段16b的高度H3，除以2乘上第一橢圓形底段16b的高度H3加上在第一橢圓形底段16b頂端處之接觸角A31的正切加上在第一橢圓形底段16b底端處之接觸角A32的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B3減去圓形前端段16a的寬度T3。
座標x為在輸入邊緣方向(或更特別的是在複合透鏡特徵16之總寬度方向)的數值，以及對於第一橢圓形底段16b是設定在範圍-B3 x-T3內為較佳。座標y3為在光傳播方向的數值。
參考第6a圖及第6c圖，以及方程式4，第二橢圓形底段16c的高度H4等於複合透鏡特徵16的總高度H減去第二圓形前端段16d的半徑r2乘上1減去第二圓形前端段16d之接觸角A2的餘弦。複合透鏡特徵16的總寬度B等於複合透鏡陣列的節距P減去間距G距離。間距G大於0以及小於或等於節距P之0.9倍為較佳。
其中：
參數a4等於參數ab4乘上以下所得之商的平方根：複合透鏡特徵16的寬度B4減去第二圓形前端段16d的總寬度T4乘上2乘上第二橢圓形底段16c的高度H4加上在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41的正切加上在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B4減去圓形前端段16d的總寬度T4除以在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41的正切與在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42的正切的和。
參數b4等於參數ab4乘上以下所得之商的平方根：第二橢圓形底段16c的高度H4乘上第二橢圓形底段16c的高度H4乘上在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41的正切加上在橢圓形底段16c底端處之接觸角A42的正切加上2乘上接觸角A41的正切乘上接觸角A42的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B4減去第二圓形前端段16d的總寬度T4除以接觸角A41之正切與接觸角A42之之正切的和。
參數ab4等於以下所得之商：在第二橢圓形底段16c頂端處之 接觸角A41之正切加上在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42之正切的和乘上第二橢圓形底段16c的高度H4加上在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B4減去圓形前端段16d的總寬度T4乘上第二橢圓形底段16c的高度H4加上在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B4減去圓形前端段16d的總寬度T4除以2乘上第二橢圓形底段16c之高度H4加上在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41之正切與在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42之正切的和乘上複合透鏡特徵16的寬度B4減去第二圓形前端段16d的總寬度T4，乘上第二橢圓形底段16c的高度H4乘上在第二橢圓形底段16c頂端處接觸角A41之正切與在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42之正切的和加上2乘上在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41的正切乘上在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B4減去第二圓形前端段16d的總寬度T4。
參數c4等於以下所得之商：在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41的正切乘上第二橢圓形底段16c的高度H4乘上複合透鏡特徵16的寬度B4加上接觸角A42的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B4平方減去第二圓形前端段16d的總寬度T4平方，該數加上第二橢圓形底段16c的高度H4乘上圓形前端段16d的總寬度T4乘上在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42的正切除以在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41的正切乘上第二橢圓形底段16c的高度H4加上在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B4減去第二圓形前端段16d的總 寬度T4加上第二橢圓形底段16c的高度H4乘上在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42的正切。參數d4等於以下所得之商：第二橢圓形底段16c的高度H4加上在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B4減去第二圓形前端段16d的總寬度T4乘上第二橢圓形底段16c的高度H4除以2乘上第二橢圓形底段16c的高度H4加上在第二橢圓形底段16c頂端處之接觸角A41的正切加上在第二橢圓形底段16c底端處之接觸角A42的正切乘上複合透鏡特徵16的寬度B4減去第二圓形前端段16d的總寬度T4。
座標x為在輸入邊緣方向(或更特別的是在複合透鏡特徵16之總寬度方向)的數值，以及對於第二橢圓形底段16c設定在範圍T4 xB4內為較佳。座標y4為在光傳播方向的數值。
可描述複合透鏡特徵的接觸角，其中A1≠A2、A31≠A41、A32≠A42以及A1 A31、A31 A32、A2 A41、A41 A42。接觸角A1、A2、A31、A32、A41、A42 85度為較佳。
第7a圖為本發明單一複合透鏡特徵16之陣列的光線追蹤，其係圖示在個別複合透鏡特徵以連接方式配置於光輸入面12a上使得毗鄰複合透鏡之間沒有間距G時，光線會發生何種情形。第7b圖為類似的光線追蹤，但是個別複合透鏡特徵用毗鄰特徵之間的間距G分離。間距G小於或等於0.9P為較佳，在此P(如第6b圖所示)為輸入面12a上之複合透鏡特徵的節距。在第7a圖中，在此複合透鏡特徵係沿著輸入面相互毗鄰，有些光線會經歷二次光準直，因為它們在到達毗鄰特徵之側面時被折射。這種二次光準直貶損複合透鏡特徵16的擴散能力。在第7b圖中，複合透鏡 特徵均以間距G隔開。間距允許光線繼續以擴散方式從而加寬光線在導光膜中傳播的角度。在複合透鏡特徵設計加入特徵間的間距時，有最小限度的二次光準直。以此方式，光線有較寬角度有助於減少導光膜輸入面上的亮點。
請參考第8圖，第8圖中之導光膜12顯示未配置複合透鏡特徵16於整個輸入面12a上。反而，光輸入面12a中有LED 14入射光的區域中配置複合透鏡特徵16。這可最小限度地影響系統的發光均勻性，因為光輸入面上的無圖案區域在此區域有最小限度的光線。
請參考第9圖，導光膜12顯示有隨機分佈之複合透鏡特徵16的剖面。此分佈可包含大於或小於複合透鏡特徵16之上接觸角的下接觸角。
實施例
第10a圖圖示有弧形或圓形結構36之導光膜30的光輸入面32之一部份。第10b圖的曲線圖圖示導光膜30在距離光輸入面32有3.5毫米、4.5毫米及5.5毫米的光強度。第10b圖顯示局部光強度隨著與光輸入面的距離增加而減少，但是在5.5毫米處仍有一些明顯的亮點。弧形或圓形結構解決方案對於亮點可提供若干改善但是與加寬入射角相比，可更有效地準直與LED一致的光線。這在第10b圖的曲線圖顯而易見。在第10b圖中，LED位在每個垂直點線處，而且進入導光膜的光分佈在5.5毫米處仍未消失。由第10b圖顯而易見，弧形或圓形解決方案的擴散能力不足。
第11a圖圖示有複合透鏡結構之導光膜40的光輸入面42之一部份，該複合透鏡結構係具有平斜邊(flat slanted side)46。此結 果也可應用於梯形光輸入結構。第11b圖的曲線圖圖示導光膜40在距離光輸入面42有3.5毫米、4.5毫米及5.5毫米處的光強度。第11b圖顯示局部光強度實際在LED正前方的區域中反轉而在LED正前方產生暗點。光強度在LED正前方整體損失是因為筆直斜壁使得光線更容易擴散通過側面而不是尖端。也應注意，光強度分布在導光膜上的形狀不隨著與輸入面42的距離增加而顯著改變。
第12a圖圖示有本發明複合透鏡特徵56之導光膜50的光輸入面52之一部份。該複合透鏡特徵利用圓形前端段及兩個傾斜橢圓形底段。這兩個傾斜橢圓形底段中之每一者的上、下接觸角相等。這兩個傾斜橢圓形底段中之每一者的上、下接觸角大於圓形前端段的接觸角。該圓形前端段使在LED正前方之區域中的光線分散。這兩個傾斜橢圓形底段使在LED之間的光線分散。複合透鏡結構的不對稱性有助於修正由LED輸入的光線。第12b圖的曲線圖圖示本發明的複合透鏡56在距離輸入面52有3.5毫米、4.5毫米及5.5毫米處產生遍及導光膜的均勻光輸出。
因此，提供一種改良導光膜，其係具有不對稱光重定向特徵以改善光輸出均勻性而不犧牲光輸入效率。亦即，具有複合透鏡結構16的改良導光膜12在平行於光萃取平面及光反射平面(頂面及底面)的平面中提供增強的光擴散，允許離散光源之間的光重佈(light redistribution)更大(在平面無鋸齒輸入邊緣之臨界角(critical angle)外傳播的光線)，藉此可改善光輸出均勻性。此外，最小化垂直於光萃取平面及光反射平面(頂面及底面)之平面的光分佈，藉此最小化輸入後傳播光線之全內反射的狀態。
12‧‧‧平面導光膜(第5a、5b與8圖)
12a‧‧‧光輸入面
12b‧‧‧發光面
12c‧‧‧光重定向面
14‧‧‧LED
16‧‧‧複合凹透鏡結構

Claims (14)

  1. 一種用於有至少一個點光源之背光單元的平面導光膜，該導光膜包含：用於接收來自該點光源之光線的光輸入面；用於重定向接收自該光輸入面之光線的光重定向面；用於至少輸出該光重定向面所重定向之光線的光輸出面；其中該光輸入面更包含複合透鏡結構，其係具有有第一接觸角的第一及第二圓形前端段，以及各有上、下接觸角的第一及第二橢圓形底段，該橢圓形底段的接觸角大於該圓形前端段的接觸角而且該圓形前端段及橢圓形底段的接觸角彼此不相等；以及其中該第一及該第二圓形前端段各自滿足以下方程式： 以及該第一及該第二橢圓形底段各自滿足以下方程式： 以及該複合透鏡結構中之每一者係沿著該光輸入面隨機配置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之平面導光膜，其中，該複合透鏡結構有大於或等於5微米以及小於或等於1毫米的節距P。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之平面導光膜，其中，該複合透鏡結構有小於或等於該節距P之0.9倍的間距G。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之平面導光膜，其中，該複合透鏡結構有大於3微米及小於或等於1毫米的總高度H。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之平面導光膜，其中，該複合透鏡結構之該圓形前端段有大於0.1度及小於或等於85度的接觸 角A1。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之平面導光膜，其中，該複合透鏡結構之該第二圓形前端段有大於0.1度及小於或等於85度的接觸角A2。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之平面導光膜，其中，該複合透鏡結構的接觸角A1及A2不相等。
  8. 如申請專利範圍第5項至第7項所述之平面導光膜，其中，該複合透鏡結構更包含接觸角A31、A41、A32及A42，其中A31≠A41、A32≠A42，以及A1 A31、A31 A32、A2 A41、A41 A42。
  9. 一種用於有至少一個點光源之背光單元的平面導光膜，該導光膜包含：用於接收來自該點光源之光線的光輸入面；用於重定向接收自該光輸入面之光線的光重定向面；用於至少輸出該光重定向面所重定向之光線的光輸出面；其中該光輸入面更包含在其間有間距的複合透鏡結構，該透鏡結構具有有第一接觸角的第一及第二圓形前端段，以及各有上、下接觸角的第一及第二橢圓形底段，該橢圓形底段的接觸角大於該圓形前端段的接觸角以及該圓形前端段及橢圓形底段的接觸角彼此不相等；以及其中該第一及該第二圓形前端段各自滿足以下方程式： 以及該第一及該第二橢圓形底段各自滿足以下方程式： 以及該複合透鏡結構中之每一者係沿著該光輸入面隨機配置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之平面導光膜，其中，該複合透鏡結構之該圓形前端段有大於0.1度及小於或等於85度的接觸角A1。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之平面導光膜，其中該複合透鏡結構之該第二圓形前端段有大於0.1度及小於或等於85度的接觸角A2。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之平面導光膜，其中該複合透鏡結構的接觸角A1及A2不相等。
  13. 如申請專利範圍第10項至第12項所述之平面導光膜，其中該複合透鏡結構更包含接觸角A31、A41、A32及A42，其中A31≠A41、A32≠A42，以及A1 A31、A31 A32、A2 A41、A41 A42。
  14. 一種用於有至少一個點光源之背光單元的平面導光膜，該導光膜包含：用於接收來自該點光源之光線的光輸入面；用於重定向接收自該光輸入面之光線的光重定向面；用於至少輸出該光重定向面所重定向之光線的光輸出面；其中該光輸入面更包含只設在該點光源入射該光輸入面之處的鋸齒透鏡結構，該透鏡結構具有有第一接觸角的第一及第二圓形前端段，以及各有上、下接觸角的第一及第二橢圓形底段，該橢圓形底段的接觸角大於該圓形前端段的接觸角以及該圓形前端段及橢圓形底段的接觸角彼此不相等；以及其中該第一及該第二圓形前端段各自滿足以下方程式： 以及該第一及該第二橢圓形底段各自滿足以下方程式： 以及該複合透鏡結構中之每一者只隨機配置於該點光源入射該光輸入面之處。
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