TWI871912B - 光學裝置及光學模組 - Google Patents

Abstract

一種光學裝置及光學模組。光學模組包括超穎介面層、二反射側壁及基板層。超穎介面層具有複數柱狀體，沿著正交之第一方向及第二方向排列，沿著第一方向排列的各柱狀體具有相同之寬度，沿著第二方向排列的各柱狀體具有不同之寬度。二反射側壁分別沿著第二方向設置於超穎介面層的二側，並使該些柱狀體位於二反射側壁之間。基板層設置於二反射側壁上方，基板層朝向超穎介面層的一側設置有LED元件。來自LED元件之光照射至超穎介面層並反射，往第二方向反射之光分別照射至二反射側壁並往與第一方向及第二方向正交之第三方向反射。

Description

光學裝置及光學模組

一種光學裝置及光學模組，特別是可以將光線反射至特定方向的光學裝置及光學模組。

常見的顯示面板，當光線往特定方向照射時，可能會因環境狀況造成使用者的困擾。舉例來說，車用的顯示面板，由於往縱向方向照射的光會照射至擋風玻璃並反射至駕駛，容易對駕駛的視線造成干擾。

有鑑於此，本揭示根據一實施例提供一種光學模組，包括超穎介面層、二反射側壁及基板層。超穎介面層具有複數柱狀體，沿著正交之第一方向及第二方向排列，沿著第一方向排列的各柱狀體具有相同之寬度，沿著第二方向排列的各柱狀體具有不同之寬度。二反射側壁分別沿著第二方向設置於超穎介面層的二側，並使該些柱狀體位於二反射側壁之間。基板層設置於二反射側壁上方，基板層朝向超穎介面層的一側設置有LED元件。來自LED元件之光照射至超穎介面層並反射，往第二方向反射之光分別照射至二反射側壁並往與第一方向及第二方向正交之第三方向反射。

在一些實施例中，更包括反射柱，對應LED元件設置於超穎介面層，並位於二反射側壁之間。

在一些實施例中，反射柱朝向二反射側壁的二側表面呈凹陷狀而形成二凹弧部。

在一些實施例中，複數柱狀體中相鄰之二柱狀體於第二方向上之中心至中心的距離相等。

在一些實施例中，來自LED元件之光通過柱狀體後所產生的相位差對位置的微分 為 ，沿著第二方向排列之各柱狀體的寬度根據 之值變化。

在一些實施例中，超穎介面層具有一中央部，來自LED元件之光通過柱狀體後所產生的相位差對位置的微分 為 ， 之值自中央部沿第二方向朝向反射側壁靠近而逐漸縮小，沿著第二方向排列之各柱狀體的寬度根據 之值變化。

在一些實施例中，超穎介面層的複數柱狀體區分成一第一部分及二第二部分，於第二方向上，第一部分位於二第二部分之間，使得通過第一部分之各柱狀體的光將沿第三方向射出，通過第二部分之各柱狀體的光分別入射至二反射側壁後沿第三方向射出。

在一些實施例中，來自LED元件之光通過柱狀體後所產生的相位差對位置的微分 為 及 ，使得來自LED元件之光通過第一部分的各柱狀體後之反射角，根據 計算為介於0度至10度，並使得來自LED元件之光通過該第二部分的柱狀體後之反射角，根據 計算為介於36度至70度，依據所需反射角取得每一柱狀體之 ，沿著第二方向排列之各柱狀體的寬度根據 之值變化。

在一些實施例中，超穎介面層係由高折射率之材料或金屬材料所製成。

在一些實施例中，該些柱狀體係為圓形、矩形、三角形、十字形、橢圓形或多邊形之形狀。

又，在一實施例提供一種光學裝置，包括面板及複數光學模組。於俯視面板時，面板之左右方向為第一方向，與左右方向正交的上下方向為第二方向。複數光學模組沿著第一方向及第二方向排列組設於面板，各光學模組包括超穎介面層、二反射側壁及基板層。超穎介面層具有複數柱狀體，沿著正交之第一方向及第二方向排列，沿著第一方向排列的各柱狀體具有相同之寬度，沿著第二方向排列的各柱狀體具有不同之寬度。二反射側壁分別沿著第二方向設置於超穎介面層的二側，並使該些柱狀體位於二反射側壁之間。基板層設置於二反射側壁上方，基板層朝向超穎介面層的一側設置有LED元件。來自LED元件之光照射至超穎介面層並反射，往第二方向反射之光分別照射至二反射側壁並往與第一方向及第二方向正交之第三方向反射。

綜上所述，根據一實施例提供一種光學裝置及光學模組。透過超穎介面層上以不同之寬度排列的柱狀體將光線反射至二反射側壁，再由二反射側壁將光往指定之方向反射。如此，便能控制光線的反射，以避免朝向特定方向反射的光線造成使用者的困擾。

請參閱圖1至圖3。圖1為根據一第一實施例光學模組的立體圖。圖2為根據一第一實施例光學模組的正視圖。圖3為沿圖2中符號3剖面的剖視圖。光學模組100包括超穎介面層110、二反射側壁130A、130B及基板層150。

超穎介面層110具有複數柱狀體111，沿著正交之Z軸方向(即，第一方向)及X軸方向(即，第二方向)排列。如圖1至3所示，沿著Z軸方向排列的各柱狀體111具有相同之寬度。沿著X軸方向排列的各柱狀體111具有不同之寬度。在本實施例中，超穎介面層110為由高折射率之材料或金屬材料所製成，例如TiO ₂、GaN、GaAs、Si ₃N ₄、Si、MoS ₂等材料。在本實施例中，X軸方向上的各柱狀體111為了使光線往X軸方向的正負值側反射，分別以不同的寬度設計，關於各柱狀體111之寬度與光線的關係容後詳述。

二反射側壁130A、130B分別沿著X軸方向設置於超穎介面層110的二側，並使該些柱狀體111位於二反射側壁130A、130B之間。在本實施例中，透過二反射側壁130A、130B接收往X軸方向正負值側照射的光，並將光線往Y軸方向(即，第三方向)反射。

基板層150設置於二反射側壁130A、130B上方，基板層150朝向超穎介面層110的一側設置有LED元件151。在本實施例中，基板層150係為透明基板。請參閱圖4。圖4為根據一第一實施例光學模組的光線示意圖。在本實施例中，透過LED元件151往超穎介面層110照射，照射至超穎介面層110的光被各柱狀體111往X軸方向反射出並分別照射至二反射側壁130A、130B，而二反射側壁130A、130B再往Y軸方向將光線反射出。在一些實施例中，來自LED元件151之部分的光亦可以直接透過超穎介面層110的各柱狀體111直接往Y軸方向反射出。

具體來說，光學模組100透過超穎介面層110將LED元件151所產生之光線往X軸方向反射並照射至反射側壁130A、130B，如此，便能將光線集中往X軸方向的正負值側照射，並由反射側壁130A、130B再反射至Y軸方向，避免光線朝非期望的路線照射。

請參閱圖5。圖5為根據一第一實施例光學裝置的俯視圖。為了使光學模組100的結構清楚，在此省略了基板層150及LED元件151的結構。在本實施例中，光學模組100可以應用於光學裝置200。光學裝置200包括面板210及複數光學模組100。於俯視面板210時，面板210之左右方向為Z軸方向(即，第一方向)，與左右方向正交的上下方向為X軸方向(即，第二方向)。複數光學模組100沿著Z軸方向及X軸方向排列組設於面板210。在本實施例中，光學裝置200例如為車用顯示面板，一般來說，擋風玻璃會設置於圖5的上方(即，X軸方向的正值側)。如此，由於二反射側壁130A、130B沿著X軸方向設置，便能夠避免光線照射至擋風玻璃的位置，並將光線往Y軸方向反射，同時增加往Y軸方向（即朝向駕駛方向）的出光效率。

如圖2所示，在本實施例中，沿X軸方向排列的各柱狀體111皆具有不同的寬度，而複數柱狀體111中相鄰之二柱狀體111於X軸方向上之中心至中心的距離相等。請再次參閱圖1，在本實施例中，由Y軸方向上方俯視來看，各柱狀體111係為矩形狀，但不限於此，柱狀體111亦可以為圓形、矩形、三角形、十字形、橢圓形或多邊形之形狀。

再次參閱圖4。關於各柱狀體111之寬度與光線的關係，在本實施例中，為使得柱狀體111反射後的光線朝向所需的方向，透過實驗或模擬將來自LED元件151之光通過柱狀體111後所產生的相位差對位置的微分定義為 。一旦得出各位置之柱狀體111所需的 之值，則沿著X軸方向排列之各柱狀體111的寬度即可根據 之值計算。如此，根據由每一各柱狀體111所取得之 可以設計出各柱狀體111之寬度，以將LED元件151所產生之光反射至二反射側壁130A、130B。

如圖4所示，在本實施例中，超穎介面層110具有中央部112， 之值自中央部112沿X軸方向朝向反射側壁130A、130B靠近而逐漸縮小。隨著自中央部112朝二反射側壁130A、130B靠近，光線被反射至反射側壁130A、130B所需之反射角度將越小。如此， 之值亦會自中央部112朝二反射側壁130A、130B呈大至小的變化趨勢。

請參閱圖6。圖6為根據一第二實施例光學模組的正視圖。超穎介面層110的複數柱狀體111區分成一個第一部分111A及二個第二部分111B。於X軸方向上，第一部分111A位於二第二部分111B之間，使得通過第一部分111A之各柱狀體111的光將直接沿Y軸方向射出，通過第二部分111B之各柱狀體111的光分別入射至二反射側壁130A、130B後沿Y軸方向射出。在本實施例中，第一部分111A的複數柱狀體111將來自LED元件151之入射角度較小的光線，直接往Y軸方向反射出，而第二部分111B的複數柱狀體111則將來自LED元件151之入射角度較大的光線，先反射至二反射側壁130A、130B，再往Y軸方向反射出。如此，透過第一部分111A及第二部分111B採用不同反射策略的設計，能夠使 之值的變化保持在一定範圍內，避免過大的變化趨勢而影響反射效果。

在本實施例中，來自LED元件151之光通過柱狀體111後所產生的相位差對位置的微分 為 及 。請參閱圖6，以水平方向之虛線示意 ，並以垂直方向之虛線示意 。如圖6所示，使得來自LED元件151之光通過第一部分111A的各柱狀體111後之反射角，根據 計算為介於0度至10度。並使得來自LED元件151之光通過第二部分111B的各柱狀體111後之反射角，根據 計算為介於36度至70度。也就是說，光線通過第一部分111A的各柱狀體111之反射角較小，而光線通過第二部分111B的各柱狀體111後之反射角較大。依據所需反射角取得每一柱狀體111之 ，而沿著X軸方向排列之各柱狀體111的寬度根據 之值變化。如此，由於第一部分111A及第二部分111B採用不同反射策略的設計， 之值變化保持在一定範圍內，進一步地，也使各柱狀體111的寬度變化保持在一定範圍內。

請參閱圖7。圖7為根據一第三實施例光學模組的正視圖。光學模組100更包括反射柱170，對應LED元件151設置於超穎介面層110，並位於二反射側壁130A、130B之間。在本實施例中，來自LED元件151之部分的光經由超穎介面層110的各柱狀體111，直接往Y軸方向反射出。來自LED元件151之另一部分的光經由超穎介面層110的各柱狀體111，先分別往二反射側壁130A、130B反射，再由二反射側壁130A、130B往Y軸方向反射。又，來自LED元件151之另一部分的光先入射至反射柱170，再由反射柱170反射至超穎介面層110的各柱狀體111，並直接往Y軸方向反射或亦可以分別往二反射側壁130A、130B反射再往Y軸方向反射出。如此，透過設置反射柱170，以增加光學模組100的反射效率。

請參閱圖8。圖8為根據一第四實施例光學模組的正視圖。在本實施例中，反射柱170朝向二反射側壁130A、130B的二側表面呈凹陷狀而形成二凹弧部171。如此，透過凹陷結構，控制光線的反射角。

綜上所述，根據一實施例提供一種光學裝置200及光學模組100。光學模組100透過超穎介面層110將LED元件151所產生之光線往X軸方向反射並照射至反射側壁130A、130B，如此，雖然會使光線集中往X軸方向的正負值側照射，但可藉由反射側壁130A、130B再反射至Y軸方向。當將光學模組100應用於例如車用顯示面板的光學裝置200時，藉由將光學模組100的排列以如圖5所示設置，意即使得反射側壁130A、130B沿X軸方向設置，則可以避免光線朝位於X方向上方擋風玻璃的方向照射，以影響駕駛的視線。

100:光學模組 110:超穎介面層 111:柱狀體 111A:第一部分 111B:第二部分 112:中央部 130A,130B:反射側壁 150:基板層 151:LED元件 170:反射柱 171:凹弧部 200:光學裝置 210:面板 X,Y,Z:軸

圖1為根據一第一實施例光學模組的立體圖。 圖2為根據一第一實施例光學模組的正視圖。 圖3為沿圖2中符號3剖面的剖視圖。 圖4為根據一第一實施例光學模組的光線示意圖。 圖5為根據一第一實施例光學裝置的俯視圖。 圖6為根據一第二實施例光學模組的正視圖。 圖7為根據一第三實施例光學模組的正視圖。 圖8為根據一第四實施例光學模組的正視圖。

100:光學模組

110:超穎介面層

111:柱狀體

130A,130B:反射側壁

150:基板層

151:LED元件

X,Y,Z:軸

Claims (20)

1. 一種光學模組，包括： 一超穎介面層，具有複數柱狀體，沿著正交之一第一方向及一第二方向排列，沿著該第一方向排列的各該柱狀體具有相同之寬度，沿著該第二方向排列的各該柱狀體具有不同之寬度； 二反射側壁，分別沿著該第二方向設置於該超穎介面層的二側，並使該些柱狀體位於該二反射側壁之間；以及 一基板層，設置於該二反射側壁上方，該基板層朝向該超穎介面層的一側設置有一LED元件； 其中，來自該LED元件之光照射至該超穎介面層並反射，往該第二方向反射之光分別照射至該二反射側壁並往與該第一方向及該第二方向正交之一第三方向反射。
2. 如請求項1所述之光學模組，更包括一反射柱，對應該LED元件設置於該超穎介面層，並位於該二反射側壁之間。
3. 如請求項2所述之光學模組，其中，該反射柱朝向該二反射側壁的二側表面呈凹陷狀而形成二凹弧部。
4. 如請求項1所述之光學模組，其中，該複數柱狀體中相鄰之二該柱狀體於該第二方向上之中心至中心的距離相等。
5. 如請求項1所述之光學模組，其中，來自該LED元件之光通過該柱狀體後所產生的相位差對位置的微分 為 ，沿著該第二方向排列之各該柱狀體的寬度根據該 之值變化。
6. 如請求項1所述之光學模組，其中，該超穎介面層具有一中央部，來自該LED元件之光通過該柱狀體後所產生的相位差對位置的微分 為 ，該 之值自該中央部沿該第二方向朝向該反射側壁靠近而逐漸縮小，沿著該第二方向排列之各該柱狀體的寬度根據該 之值變化。
7. 如請求項1所述之光學模組，其中，該超穎介面層的複數柱狀體區分成一第一部分及二第二部分，於該第二方向上，該第一部分位於該二第二部分之間，使得通過該第一部分之各該柱狀體的光將沿該第三方向射出，通過該第二部分之各該柱狀體的光分別入射至該二反射側壁後沿該第三方向射出。
8. 如請求項7所述之光學模組，其中，來自該LED元件之光通過該柱狀體後所產生的相位差對位置的微分 為 及 ，使得來自該LED元件之光通過該第一部分的各該柱狀體後之反射角，根據 計算為介於0度至10度，並使得來自該LED元件之光通過該第二部分的該柱狀體後之反射角，根據 計算為介於36度至70度，依據所需反射角取得每一該柱狀體之 ，沿著該第二方向排列之各該柱狀體的寬度根據該 之值變化。
9. 如請求項1所述之光學模組，其中，該超穎介面層係由高折射率之材料或金屬材料所製成。
10. 如請求項1所述之光學模組，其中，該些柱狀體係為圓形、矩形、三角形、十字形、橢圓形或多邊形之形狀。
11. 一種光學裝置，包括： 一面板，於俯視該面板時，該面板之左右方向為一第一方向，與左右方向正交的上下方向為一第二方向；以及 複數光學模組，沿著該第一方向及該第二方向排列組設於該面板，各該光學模組包括： 一超穎介面層，具有複數柱狀體，沿著該第一方向及該第二方向排列，沿著該第一方向排列的各該柱狀體具有相同之寬度，沿著該第二方向排列的各該柱狀體具有不同之寬度； 二反射側壁，分別沿著該第二方向設置於該超穎介面層的二側，並使該些柱狀體位於該二反射側壁之間；以及 一基板層，設置該二反射側壁上方，該基板層朝向該超穎介面層的一側設置有一LED元件； 其中，來自該LED元件之光照射至該超穎介面層並反射，往該第二方向反射之光分別照射至該二反射側壁並往與該第一方向及該第二方向正交之一第三方向反射。
12. 如請求項11所述之光學裝置，更包括一反射柱，對應該LED元件設置於該超穎介面層，並位於該二反射側壁之間。
13. 如請求項12所述之光學裝置，其中，該反射柱朝向該二反射側壁的二側表面呈凹陷而形成二凹弧部。
14. 如請求項11所述之光學裝置，其中，該複數柱狀體中相鄰之二該柱狀體於該第二方向上之中心至中心的距離相等。
15. 如請求項11所述之光學裝置，其中，來自該LED元件之光通過該柱狀體後所產生的相位差對位置的微分 為 ，沿著該第二方向排列之各該柱狀體的寬度根據該 之值變化。
16. 如請求項11所述之光學裝置，其中，該超穎介面層具有一中央部，來自該LED元件之光通過該柱狀體後所產生的相位差對位置的微分 為 ，該 之值自該中央部沿該第二方向朝向該反射側壁靠近而逐漸縮小，沿著該第二方向排列之各該柱狀體的寬度根據該 之值變化。
17. 如請求項11所述之光學裝置，其中，該超穎介面層的複數柱狀體區分成一第一部分及二第二部分，於該第二方向上，該第一部分位於該二第二部分之間，使得通過該第一部分之各該柱狀體的光將沿該第三方向射出，通過該第二部分之各該柱狀體的光分別入射至該二反射側壁後沿該第三方向射出。
18. 如請求項17所述之光學裝置，其中，來自該LED元件之光通過該柱狀體後所產生的相位差對位置的微分 為 及 ，使得來自該LED元件之光通過該第一部分的各該柱狀體後之反射角，根據 計算為介於0度至10度，並使得來自該LED元件之光通過該第二部分的該柱狀體後之反射角，根據 計算為介於36度至70度，依據所需反射角取得每一該柱狀體之 ，沿著該第二方向排列之各該柱狀體的寬度根據該 之值變化。
19. 如請求項11所述之光學裝置，其中，該超穎介面層係由高折射率之材料或金屬材料所製成。
20. 如請求項11所述之光學裝置，其中，該些柱狀體係為圓形、矩形、三角形、十字形、橢圓形或多邊形之形狀。

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