CN100395606C - 光学导引元件 - Google Patents

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Abstract

一种光学导引元件，用以引导来自光源的光线的传输方向，提高光线出射的亮度和均匀性。该光学导引元件包括用以接收光束的入射面、用以引导光束出射的出射面和与出射面相对的底面，该入射面和出射面相交。该底面分布多个凹坑，该每个凹坑分别具有一散射面，该散射面设置在该每个凹坑的底部表面，且该多个凹坑的深度沿着远离入射面的方向先逐渐减小再逐渐增大，使该多个凹坑的散射面构成一特定形状的曲面，该曲面可会聚经凹坑散射后的光束，从而提高导光板出光亮度。

Description

光学导引元件
【技术领域】
本发明涉及一种光学导引元件，尤其是关于一种出光亮度较高的光学导引元件。
【背景技术】
由于液晶显示装置具轻、薄、耗电小等优点，广泛应用于笔记本计算机、移动电话、个人数字助理等现代化信息设备。因为液晶本身不具发光特性，需为其提供光源系统以实现显示功能。
现有光源系统包括光源和光学导引元件，光源相对光学导引元件的入光面设置，该光学导引元件引导自光源发出的光束的传输方向，将线光源或点光源转换成面光源出射。该光学导引元件的底面分布多个网点，用以破坏光束在光学导引元件内部传输的全反射条件，并且使其散射以提高光学导引元件出射光束的均匀性，进而提升光源系统的整体性能。该网点的疏密、大小均可有不同设计以适应不同的光源系统。
一种现有光源系统可以参阅2002年9月3日公告的美国专利第6,443,583号(图1参照)，该光源系统100包括一灯管110、一围绕灯管110的灯罩120和一端部固持在灯罩120中的光学导引元件200。该光学导引元件200包括入光面201、底面202和出光面203，其中，该灯管110相对该入光面201设置。工作时，来自灯管110和灯罩120的光束在该光学导引元件200内部传输，并转换为面光源经出光面203出射。为增加光束的利用率，该光源系统100进一步包括一设置于光学导引元件200的底面202一侧的反射板210，反射板210反射自底面202出射的部分光束。并且该光源系统100在光学导引元件200出光面203一侧依序排列一扩散板220、第一棱镜板230和第二棱镜板240，该扩散板220用以增强光学导引元件200出射光束的均匀度，两棱镜板230和240则起聚光作用，以增强光学导引元件200的亮度。
但是，采用该现有光学导引元件200的光源系统100需采用两棱镜板230和240以聚集自光学导引元件200出光面203出射的光束来提高亮度，采用反射板210来提高光束利用率，使其结构复杂、材料成本高且组装不便。另外，该光源系统100中存在较多光学界面，光束于其间需经历多次光学作用，造成较大的光能量损耗，从而影响光源系统100的亮度。
【发明内容】
为克服现有光学导引元件出光亮度不高的问题，本发明提供一种出光亮度较高、光学性能优良的光学导引元件。
本发明解决技术问题的技术方案是：本发明光学导引元件包括至少一用来接收光束的入射面、一和入射面相交的出射面以及一和出射面相对的底面。该底面分布多个凹坑，该每个凹坑分别具有一散射面，该散射面设置在该每个凹坑的底部表面，且该多个凹坑的深度沿着远离入射面的方向先逐渐减小再逐渐增大，使该多个凹坑的散射面构成一用来会聚光束的曲面。
其中，该凹坑的散射面构成的曲面可为部分圆柱面或圆弧面。该凹坑可为圆柱状、球状、圆台状、矩形状或立方体。该多个凹坑可均匀分布于底面，其大小及密度亦可沿远离入射面的方向逐渐增加。
该光学导引元件可为平板形或楔形光学导引元件。
相较现有技术，本发明的有益效果是：本发明光学导引元件的底面分布多个凹坑，并且凹坑的散射面形成一特定形状的曲面，可会聚经凹坑散射后的光束，从而可提高光束利用率，使得光学导引元件出光亮度较高，具一定的均匀性。采用本发明光学导引元件的光源系统可不使用棱镜板或仅使用一棱镜板，其结构简单、成本较低、光束的能量损耗较小。
【附图说明】
图1是现有技术光源系统的剖视图。
图2是采用本发明光学导引元件第一实施方式的光源系统的立体图。
图3是图2所示光源系统沿III-III方向的剖视图。
图4是采用本发明光学导引元件第二实施方式的光源系统的立体图。
图5是图4所示光源系统沿V-V方向的剖视图。
图6是采用本发明光学导引元件第三实施方式的光源系统的立体图。
图7是图6所示光源系统沿VII-VII方向的剖视图。
图8是采用本发明光学导引元件第三实施方式的另一光源系统的剖视图。
图9是本发明光学导引元件第四实施方式的局部剖视图。
【具体实施方式】
请参阅图2，是采用本发明光学导引元件第一实施方式的光源系统，该光源系统10包括一光学导引元件20和两光源30。该光学导引元件20包括两入射面21、一和入射面21相连的出射面22以及一和出射面22相对的底面24。该光源30包括一灯管31和一部分围绕灯管31的反射罩32。该两光源30分别相对该光学导引元件20的两入射面21设置。
请配合参阅图2和图3，该光学导引元件20的底面24分布多个凹坑23。该多个凹坑23用来使光束散射，破坏自入射面21进入的光束于光学导引元件20内部传输的全反射条件，并且提高自出射面22出射的光束的亮度和均匀性。该多个凹坑23均匀分布在该光学导引元件20的底面24，其为立方体，亦可为圆柱状、圆台状、球状或矩形状。每个凹坑23具有一个散射面25，其设置在该每个凹坑23的底部表面，且该多个凹坑23的深度沿着远离入射面21的方向先逐渐减小再逐渐增大，使该多个凹坑23的散射面25形成一曲面，其为部分圆柱面，用来会聚经凹坑23散射的光束，进而增强出射面22出射光束的亮度。该光学导引元件20的底面24具有反射膜(未标示)，该反射膜是由SiO2和TiO2交替形成的多层薄膜，使投射于其上的光束反射，以防止光束自光学导引元件20的底面24逸出，从而降低光束的能量损耗，提高光学导引元件20的整体光学性能。该反射膜可以采用化学气相沉积法、电子束蒸镀法、溅镀法等方法形成，其在可见光区的反射率至少为98％。
相较现有技术，由于本发明光学导引元件20的底面24分布多个凹坑23，并且凹坑23的散射面25形成一特定形状的曲面，可会聚经凹坑23散射的光束，且底面24具有反射膜，可以提高光束利用率，从而使得光学导引元件20出光亮度较高，具一定的均匀性。采用本发明光学导引元件20的光源系统10无须额外使用反射板等外部元件，其结构简单、成本较低，并且光束的能量损耗较小。
请参阅图4和图5，是采用本发明光学导引元件第二实施方式的光源系统，该光源系统11包括一光源30和一光学导引元件40。该光学导引元件40包括一入射面41和一与入射面41相交的底面44，该光源30可为线光源(如冷阴极荧光灯管)或点光源(如发光二极管)，其相对入射面41设置。该底面44分布多个凹坑43，该凹坑43的散射面45形成一曲面，其是部分圆柱面，用来会聚经凹坑43散射的光束。该凹坑43的大小和密度沿远离入射面41的方向逐渐增加，用来改善光学导引元件40和光源系统11出射光束的均匀性。该底面44具有反射膜(未标示)，该反射膜是由SiO2和TiO2交替形成的多层薄膜。
请参阅图6和图7，是采用本发明光学导引元件第三实施方式的光源系统。该光源系统12包括一光源30和一光学导引元件60。该光学导引元件60是一楔形光学导引元件，其包括一入射面61和一与入射面61倾斜相连的底面64，该光源30相对该入射面61设置。该底面64分布多个凹坑63。该多个凹坑63均匀分布于该光学导引元件60的底面64，其为矩形状，亦可为圆柱状、圆台状、球状或立方体。该多个凹坑63的散射面65形成一曲面，其为部分圆柱面，用以会聚经凹坑63散射的光束，进而增强光学导引元件60出射光束的亮度。该光学导引元件60的底面64具有反射膜(未标示)，以防止光束自光学导引元件60的底面64逸出，从而降低光束的能量损耗，提高光学导引元件60的整体光学性能。
请参阅图8，是采用本发明光学导引元件第三实施方式的另一光源系统。该光源系统13包括一光源30和一光学导引元件70。该导光板70的结构与图6所示导光板60的结构大致相同，不同之处在于，其底面74不具反射膜，设置一反射板78以防止光束自底面74逸出。为进一步增强光源系统13出射光束亮度的均匀性，在光学导引元件70的出射面72一侧设置一扩散板80，为进一步会聚经扩散板80散射的光束，提高光源系统13的出光亮度，可于扩散板80与出射面72相邻一侧的另一侧设置一棱镜板90。
请参阅图9，是本发明光学导引元件的第四实施方式。该光学导引元件50和图2所示光学导引元件20的结构大致相同，其包括一底面54，该底面54分布多个凹坑53。该多个凹坑53均匀分布于该光学导引元件50的底面54，其为矩形状，亦可为圆柱状、圆台状、球状或立方体。该多个凹坑53的散射面55形成一曲面，其为圆弧面，用来会聚经凹坑53散射的光束，进而增强光学导引元件50出射光束的亮度。该光学导引元件50的底面54具有反射膜(未标示)，以防止光束自光学导引元件50的底面54逸出，从而降低光束的能量损耗，提高光学导引元件50的整体光学性能。

Claims (8)

1.一种光学导引元件，其包括至少一用来接收光束的入射面、一和入射面相交的出射面以及一和出射面相对的底面，其中该底面分布多个凹坑，其特征在于：该每个凹坑分别具有一散射面，该散射面设置在该每个凹坑的底部表面，且该多个凹坑的深度沿着远离入射面的方向先逐渐减小再逐渐增大，使该多个凹坑的散射面构成一用以会聚光束的曲面。
2.如权利要求1所述的光学导引元件，其特征在于该凹坑的散射面构成的曲面为部分圆柱面。
3.如权利要求1所述的光学导引元件，其特征在于该凹坑的散射面构成的曲面为圆弧面。
4.如权利要求1所述的光学导引元件，其特征在于该凹坑为立方体。
5.如权利要求1所述的光学导引元件，其特征在于该凹坑可为圆柱状、球状、圆台状或矩形状。
6.如权利要求1所述的光学导引元件，其特征在于该多个凹坑均匀分布于底面。
7.如权利要求1所述的光学导引元件，其特征在于该多个凹坑的大小和密度沿远离入射面的方向逐渐增加。
8.如权利要求1所送的光学导引元件，其特征在于该光学导引元件为平板形或楔形光学导引元件。
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