TWI245925B - Light guiding device with increased efficiency and the uniformity - Google Patents

Description

1245925 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種光學元件，特別是一種可改變光 行進路徑的光導裝置。 【先前技術】 參閱圖1 ’目前的光導裝置i，是將一光源10〇，例如 陰極燈管，所發出沿一第一方向平行行進的光，導引改變 其光路徑後均勻發散至一例如液晶面板200的光學平面3〇〇 上。 光導裝置1具有一扁平的楔狀本體U，該本體U包含 一進入面12、一反射面13,及一相反於該反射面13的射 出面14,進入面12靠近光源1〇〇設置，供光源1〇〇發射的 光進入本體11，反射面13是使經過的光全反射，射出面μ 使經過的光部分反射後再行進至反射面13進行後續的光行 進過程，部分折射通過後_本冑1]L。藉由反射面13、射 出面14相互合進行多次的全反射、反射等光行進過程， 可導引進人本體11行進的光逐漸行進遠離進人面12，並同 時折射後散射至液晶面板2〇〇的光學平面3〇〇上。 此種光導I置是利用本體11的反射率，以及反射面i 相對光行進的夹角相互配合，使得自進入面i2進入本體工 的光在經過反射面13時產生全反射，而可部分自相反^ 、面13㈤射出面14射出，並同時部分反射後再行進至万 ί面13 ’重複進行多次的反射、全反射等光行進過 引光逐漸往遠離進人面12以行進；且同時，射出面^ 1245925 疋利用蝕刻或是形成V狀缺陷（v_cut)等方式破壞界面的 完整，而使部分的光反射進行後續的光行進，直至光可均 勻地政射行進至液晶面板2〇〇的光學平面3〇〇，而供後續的 光利用。 上述光導裝置1確實可以將光導引改變光路徑後導引 至液晶面板200的光學平面3〇〇上，但是，由於此種光導 裝置1在光的利用上，完全是基於光的不規則散射，一來 光旎ϊ的利用率偏低，二來無法有效的調整光分布，特別 疋射出面14之一周邊部分的光分布，使液晶面板2〇〇的光 學平面300受光均勻。 此外，液晶面板200在光的利用上，必須是特定偏極 性（p-type或s-type)的偏極光，當然，上述光導裝置i可 以在進入面12、或是射出面14鍍覆鍍膜，以控制液晶面板 2〇〇所接受到的光是預定偏極性的光，但是，在進入面12 鍍膜則使光進入時、初始利用率僅為原先的一半，在經過 多次折射、反射、全反射等光行進時能量逐漸消耗，顯然 會造成後續使用亮度不夠的問題。 因此，如何開發新的光導裝置，提高其光利用率、發 射均勻度等，而可供後續光學裝置再制，是#者不斷研 究努力的方向之一。 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種可提升光利用率 以及發射均勻度的光導裝置。 本發明之-種可提升光利用率及發射均句度的光導裝 1245925 置^是將一平行於一第一方向行進進入之入射光改變光路· 亡後，對應行進至一光學平面，該光導裝置包含一第一三 角柱單元，及複數彼此光連接的四角柱單元。 該第一三角柱單元，包含一第一進入面、一第一通過 界面、一鍍覆在該第一通過界面上之第一鍍膜，及一第一 射出2，該第一進入面是供該入射光進入，該第一鍍膜具 有預疋反射率’使當該入射光經過該鑛覆有第一鍵膜的第 抑通過界面時部分預定光量的光折射後離開該第一三角柱· 抑：邛刀預定光量的光反射後自該第-射出面離開該第❿ 二角柱單元並行進至該光學平面對應於該第一射出面之 區域。 該複數四角柱單元漸次遠離該第一三角纟單元排列1 每四角柱單元包含一可供光進入的第二進入面、， 相反於该第二進人面的第二通過界面、—鍍覆在該第二」 k界面上之第二鍍膜，及一連結該第二進入面與該第二i

k’l面的第一射出面，該一四角柱單元之第二進入面與^ 另"一相鄰之四备士士 W — _ 角柱早凡之弟二通過界面相光連接，且該- 最鄰近該笫—二名上口口 第一 一角柱早元之四角柱單元的第二進入面與！ … 之第一通過界面相光連接，該每一四角柱單； 之弟一鍍膜具有一預定反射率，且每一四角柱單元之第」 又、、反射率疋依序相對遠離該第一三角柱單元而遞增 並與該第—參 曰 又聘之反射率呈一遞增關係，當自該第一二 柱單元之第一、g~ ; 、過界面離開而自與該第一三角柱單元相 連接之四角♦ 主I - 疋的弟一進入面進入的光’經過該鑛覆2 7 通過界面時部分就光量的光折射後離開 以四主早兀亚自該相鄰之四角柱單元的第二面進入該另 4 =之四角柱早π中’部分預定光量的光反射後自該四 柱早7G的第二射出面離開該四角柱單元並行進至該光學 平面對應於該四角柱單元之第二射出面的區域，進而使平 打於該第-方向的入射光可均句地被導引行進至該光學平 面0 功效在於利用光的偏極性與 一 ▼ 1一 .一 /、押又狀口又叮，1史不 同的反射面反射、透射出旦 用率並使光分布均勻 【實施方式】 处町出預疋先里的先，以有效提高光利 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合*考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中 清楚的呈現。 爹閱圖2’本發明可提升光利用率及發射均勻度的光導 哀f 2的一罘一較佳實施例，是可將-光源100，例如陰極 燈官，沿平行於-第—方向平行射出之人射光改變光路徑 後對應行進至例如液晶面板2〇〇的光學平面綱，以供液 晶面板200後續光使用。 光導裝置2以_或是玻璃等反射率大於1.3以上的可 透光材料為主要材料’形成一矩形板狀而與液晶面板200 的光學平面300相平行設置，其包含—第—三角柱草元3, 及複數彼此光連接的四角柱單元4，在本例中，以三彼此光 連接的四角柱單元4，依序沿遠離第-三純單元3方向命 1245925 名為第-四角柱單元5、第二四角柱單元6與第三四角柱單 几7 ’且第—四角柱單元5與第-三肖柱單元3相光連接為 例說明。 進°亥第一二角柱單元3呈一長條三角柱狀，包含一第一 進入面31、一第一通過界® 32、-鍍覆在該第一通過界面 上的第一鍍膜33,及一第—射出面34，第一通過界面 —、刀別與第一進入面31、第一射出面34夹45度角，且第 :進入面31與第一射出面34《9〇度角，使第一三角柱單 703的一橫截面呈等腰直角三角形。 第進入面是供光源1〇〇發出的入射光進入。第一 鐵膜33具有預定反射率，使自第—進人面31進入的光行 =經過鍍覆有第-鍍膜33的第—通過界面32時，部分預 ^先里的光折射後離開第一三角柱單元3進入第一四角柱 =元5，"卩分預定光量的光反射後自該第一射出面34離開 第二角柱單元3並行進至液晶面板2〇〇的光學平面3〇〇 重子應於第一射出面34之部份區域。 、第一、二、三四角柱單元5、6、7均是呈一長條平行 四邊形柱狀，每一四角柱單元4分別包含有一可供光進入 的第二進入面41、一相反於該第二進入面41的第二通過界 面42、一鍍覆在該第二通過界面42上之第二鐘膜43，及 一連結該第二進入面41與該第二通過界面42的第二射出 面44，第二進入面與第二通過界面42相平行，第一射 出面44分別與第二進入面41、第二通過界面42失135产 45度角，且第一、二射出面34、44寬度相等，第_通過 9 1245925 界面32寬度與第二進入面41、第二通過界面42寬度均相 等，而使每一四角柱單元4之橫截面是一平行四邊形，進 三四角柱單元5、6、7 而使第一三角柱單元3、第一、二 連結成平行於液晶面板200的光學平面3〇〇設置的矩形板 狀態樣。 第一四角柱單兀5之第二進入面41與第一三角柱單元 的第通過界面32相光連接，第一四角柱單元5的第二 通過界面42與第二四角柱單元6的第二進人面41相光連 接，第二四角柱單元6與第三四角柱單元7也是依此模式 相光連接。 第一、二、三四角柱單元5、6、7鍍覆在第二通過界 面42的第二鍍膜43分別具有一預定反射率，且此些第二 鍍膜43的反射f是依序相對遠離第_三角柱單元3而遞增 ’並同時與第一鍍膜33之反射率呈一遞增關係，使光在通 ，該等鍍覆有第二鑛膜43的第二通過界面42時，部份預 定光量的光折射後射出進入另一相鄰四角柱單元，再次重 複進行相似的折射、反射的光行進過程，部分狀光量的 光反射後自第二射出面44離開並行進至該光學平面鳩對 應於該四角柱單元4之第二射出面44的區域，進而使平行 於該第-方向的入射光可均勾地被導引行進至液晶面板細 的先學平面300對應於第二射出面44之部份區域。在本例 中為使液晶面板200的光學平自3〇〇受光均句，第一鑛膜 %的反射率是25%，第一、二、三四角柱單元5、6、7的 第一鐘膜43的反射率分別是33.33%、5〇%、1〇〇%。 10 1245925 、當以本發明之光導裝置2實際進行導光時，若假設光 源100所發出的入射光總光量是1，入射光沿第-方向行進 自=一三角柱單元3之第—進人面31進人後，行進通過鍵 有弟-鑛膜33的第_通過界面32，此時第—鑛膜％的反 射率=25%，所以有光量為3/4的光自第—通過界面”通 k自第四角柱單兀5的第二進入面Ο進入第一四角柱單 兀5行進，光里為1/4的光自第一射出面^離開第一三角 柱早几3照射至液晶面板細的光學平面對應於第一 射出面34之部份區域。 月狂皁705的光，行進通 Κ更，光量為3/4進入第 過鍍有第二鍍膜43的第二通過界面42時，此時第 U的反射率是33.33% (即1/3)，所以有光量為μ的= 第四角柱單兀5的第二通過界面42通過自第二四角柱單 凡6的第二進人面41進人第二四角柱單元6行進，光量為 1/4的光自第一四角柱單元5的第二射出面44離開第一四 ^柱單元5照射至液晶面板的光學平面綱對應於此 第一射出面44之部份區域。 之後，光量為1/2進人第二四角柱單元6的光，行進通 過鍍有第二鍍膜43的第二通過界面42時，此時第二鍍膜 43的反射率是50%，所以有光量為1/4的光自第二四角柱 單元6的第二通過界面42通過自第三四角柱單元7的第二 進入面41進入第二四角柱單元7行進，光量為1/4的光自 第一四角柱單元6的第二射出面44離開第二四角柱單元6 妝射至液晶面板200的光學平面3〇〇對應於此第二射出面 1245925 44之部份區域。 取後’光量為1/4進入第三四角柱單元7的光，行進、兩 過鍍有反射率為1〇0%之第二鍍膜43的第二通過界面 ’完全反射而自第二射出面44離開第三四角柱單元7照射 至液晶面板細的光學平面300對應於此第二射出面料之 邛伤區域，進而使得液晶面板2〇〇的光學平面3⑽每一邙 知均有光里為1/4的光照射，而使液晶面板2〇〇進行後綠 光利用。 9 在此要特別說明的是，上述是以使液晶面板2〇〇受光 均句為前提的要求下’分別最佳化第-、二鍍膜33、43的 二射率，以及第一三角柱單元3 A等腰三角形之三角柱與 第、一、二四角柱單元5、6、7為平行四邊形柱態樣為 例說明；若，為使液晶面板綱㈤受光狀態分別是對應不 同射出面而有所不同的特殊需求時，當然此第一三角柱單 元3與各四角柱單元4的態樣，以及第一、二鍍膜33、u 的反射率亦必須有所變更、最佳化，由於此部份變更僅是 相關參數、形狀特徵的變更調整，且須視實際需求而有所 變化，故在此不再多加舉例說明。 由於液晶面板200所需使用的光必須是相同偏極性， 例如p-type的光，因此，可以在第一三角柱單元3的第一 進入面31鍍覆一鍍膜，進而使得欲經過此第一進入面 進入光導裝置2的入射光，已是偏極性同為p_type的光， 當然，如此做法在初始即將光量減少一半，但是由於本發 明光導1置2可以藉著改變第一三角柱單元3與各四角柱 12 !245925 單元4的態樣，以及第一、二鐘膜33、43的反射率，而使 得預定光量的光照射在液晶面板200的光學平面3〇〇的預 定區域，因此，即便初始光量有所減弱，但是在光利用率 上卻更加提昇，更符合液晶面板200的光使用需求。 另外，也可以不在第一進入面31鍍覆鍍膜控制入射光 的偏極性，而改以每一四角柱單元4的第二鍍膜43控制反 射率以及對應反射、折射光的偏極性，而使得相同偏極性 (如p-type)的光均從第一射出面34、第二射出面44射出 -供液晶面板200的光學平面300接受，以供後續液晶面板籲 200的光利用，另一偏極性（s_type)的光則全不反射後自 相反於第一射出面34、第二射出面44的另一界面射出以供 後續再應用。 而’在本發明光導裝置2之結構類似上述，第一三角 柱單元3是等腰直角三角柱，每一四角柱單元4是其中一 内角為45度的平行四邊形柱，但連結有n個（n是不小於 2的整數）四角柱單元4的條件下，要使液晶面板2〇〇的光 學平面300受光均勻的話，第一三角柱單元3的第一鑛膜· 33的反射率是需控制為点，每一四角柱料4之第二鍍 膜43的反射率依序自第一三角柱單元3向遠離第一三角柱 單元3方向分別為_1__% 1 ..... 1 ,^ ^ ^ ^ (料 1)-1 (叫卜之、(n + iy-3 〇2 + 1)-《 。由於此專控制鍍膜反射率的技術已廣為業界所應用，且 並非本發明重點所在，在此不再多加資述。 參閱圖3,本發明可提升光利用率及發射均勻度的光導 I置2的一第二較佳實施例，是與上例相似，其不同處僅 13 1245925 在於在最遠離第-三角柱單元3的第三四角柱單元7再光 連接一第二三角柱單元8，該第二三角柱單元8與第-三角 柱單元3相似是一等腰直角三角柱，具有一第三進入面μ ，及一光吸收面82，該第三進人面81與第三四角柱單元7 的第二通過界面42相光連接’而可供自第三四角柱單元7 之第二通過界面42離開的光進人，該光吸收面82是—黑 體’可吸收光使光無法自該光吸收面82射出離開，使得: 晶面板200受光時，光利用更為完整而不受其他干擾。 综上述說明可知，本發明可提升光利用率及發射均句 度的光W置2主要;^利用光本身具有偏極性，並同時利 用鍍膜所造成對光的反射、折射，以及偏極性的改變控制 ’使得光進人第—三角柱單& 3光連接複數四角柱單元4 的光導裝置2後’透過不同界面上鑛媒反射率的調整，而 在可控制光量的條件下，有效調節光亮的分布，而使得欲 接受光之光學平面綱受光均勻，以避免習知光導裝置工 在相對於其各側邊常有光亮分布不均的問題，有效提昇光 利用率’確實達到本發明之目的。 ^惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 2以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及說明書内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬 本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一示意圖，說明習知的光導裝置； 圖2疋一示意圖，說明本發明可提升光利用率及發射 14 1245925 均勻度的光導裝置的一第一較佳實施例；及 圖3是一示意圖，說明本發明可提升光利用率及發射 均勻度的光導裝置的一第二較佳實施例。 15 1245925 【主要元件符號說明】 100/·光源 2 0 0 "液晶面板 300 ··光學平面 1 -…光導裝置 11 —本體 12 —進入面 13 *…反射面 14 ·…射出面 2 "…光導裝置 3 "…第一三角柱單元 3 1…·第一進入面 32·…第一通過界面 33«…第一鍍膜 34…·第一射出面 4.....•四角柱單元 41…·第二進入面 42·…第二通過界面 43…·第二鍍膜 44…·第二射出面 5……第一四角柱單元 6……第二四角柱單元 7……第三四角柱單元 8……第二三角柱單元 81 —第三進入面 82 —光吸收面 16

Claims (1)

1245925 十、申請專利範圍： 種可提升光利用率及發射均勻度的光導裝置，是將一 平4亍^^ 一第一 > > 口行進進入之入射光改變光路徑後，對 應行進至一 Μ 〇> 了 先子+面，該光導裝置包含： 、 第一角桎單元，包含一第一進入面、一第一通 I— 一 鍍设在该第一通過界面上之第一鍍膜，及一 +、出面該第一進入面是供該入射光進入，該第一 鍍膜具有預定反射率，使告 干使田该入射先經過該鍍覆有第一 鍍膜的第一通過界面時部分 唾一 ^ 才丨刀預疋先里的光折射後離開該 弟一三角柱單元，部分 1刀預疋先1的光反射後自該第一射 出面離開該第一三自士留一 —角4 行進至該光學平面對應於 β弟一射出面之區域；及 :數:皮此光連接且漸次遠離該第一三角柱 6又置的四角柱單元’每_四 的第Α 』供先進入 、一行在，第目反於该第二進入面的第二通過界面 第二通過界面上之第二鑛臈，及-連結該 dd _ /、μ弟—通過界面的第二射出面，該—& 柱單元之第二進入面與該另—相鄰之 通過界面相光連接，且該—最鄰近該第二 四角柱單元的第二進入面與該第一三角柱：早元之 面相光連接，該每一四角垤罝-+斤 通過界 用柱早兀之第二鍍膜具右 反射率，且每一四角柱單 、一預定 "^早兀之弟二鍍膜的反射 相對遠離該第-三角柱單元而遞增，並盘一疋依序 反射率呈一遞增關係，當自該第-三角^一錢骐之 一月柱早7C之苐— 17 1245925 ，界面離開而自與該第—三角柱單元相光連接之四角柱 :兀的第二進入面進入的光，經過該鍍覆有第二鍍膜的 第二通過界面時部分預定光量的光折射後離開該四角柱 單元並自該相鄰之四角柱單元的第二面進入該另—相鄰 :四角=單元中，部分預定光量的光反射後自該四角柱 單元的第二射出面離開該四角柱單元並行進至該光學平 面，應於該四角柱單元之第二射出面的區域，進而：平 行於該第—方向的入射光可均勻地被導引行進至該光風 平面〇 Λ予 2·如申明專利範圍第1 1頁所述可提升光利用率及發射均勻 度的光導裝置，其中，該第一進入面與該第一射出面彼 此垂直，該第一進入面與該第一通過界面彼此夹角是u 度，且該第一通過界面與該第一射出面彼此夹角是45度 〇 3.如申a月專利範圍帛2項所述可提升光利用率及發射均勻 度的光導裝置，其中，該每—四角柱單元之第二進入面 、該第二通過界面與該第三角柱單元之第一通過界面彼 此平仃且寬度相*等，同時，該第三角柱單元之第一射出 面與該每一四角柱單元之第二射出面的寬度相等並位於 同一平面上。 申.月專利範圍帛丨工員所述可提升光利用率及發射均句 度的光導裝置，其中，㈣—三角柱單元更包含一鑛覆 於該第一進入面上的鍍膜，是可濾波使相同偏極性的光 通過該第一進入面。 18 1245925 5·如申請專利範圍第1項所述可提升光利用率及發射均句 度的光導裝置，其中，該第一鍍膜可濾波而供相同偏極 性的光通過該鍵覆有第一鍵膜之第一通過界面。 6·如申請專利範圍第1項所述可提升光利用率及發射均勾 度的光導裝置，其中，該每一四角柱單元之第二鍍膜可 濾波而供相同偏極性的光通過該鍍覆有第二鍍膜之第二 通過界面。 7·如申請專利範圍第3項所述可提升光利用率及發射均勻 度的光導裝置，其中，當該光導裝置之四角柱單元的個 數為η，η是不小於2的整數時，該第一三角柱單元之第 -鍍膜的反射率是点，該每一四角柱單元之第二鍍膜 的反射率依序自該第一三角柱單元向遠離該第一三角柱 單元方向分別為_!__一_L一、 1 、 1 。 0 + 1)-1 (π + 1)-2 0 + 1) 一 3.....~{n^\)^n 8·如申請專利範圍第1項所述可提升光利用率及發射均勻 度的光導裝置，更包含—與該—最遠離該第_三角柱單 :之四角柱單元0相光連接之第二三角柱單元，具有一第 進入面，及一光吸收面，該第三進入面與最遠離該第 一二角柱單元之四角柱單元的第二通過界面相光連接， σ ^自忒四角柱單元之第二通過界面離開該四角柱單 元的光進入，該光吸收面是可吸收光使光無法自該光吸 收面射出離開該第二三角柱單元。 申月專利範圍第8項所述可提升光利用率及發射均勻 又的光導咸置，其中，該第三進人面之寬度與相光連接 19 1245925 之該四角柱單元的第二通過界面的寬度相等，該第三進 入面與該光吸收面彼此夾角是45度。 20