CN101131504A - 表面光源设备、具有其的背光单元和液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用光导管的表面光源设备。本发明还涉及设置有这种表面光源设备的背光单元及液晶显示器。表面光源设备包括：生成光的至少一个光源；以及至少一个中空的光导管，该光导管包括在至少一侧上具有构形的表面的第一光波导单元，以及第二光波导单元，其在至少一侧上具有构形的表面，并被基本上平行于第一光波导单元设置，其中第一光波导单元的构形表面的长度方向与第二光波导单元的构形表面的长度方向形成特定角度。

Description

表面光源设备、具有其的背光单元和液晶显示器
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年8月22日提交的韩国专利申请号10-2006-0079549的优先权。将该申请全部引入作为参考。
技术领域
本发明涉及使用光导管(pipe)的表面光源设备。本发明还涉及设置有这种表面光源设备的背光单元及液晶显示器。
背景技术
液晶显示器，也称为LCD，是通过利用液晶的透射率根据所施加的电压而变化，将电信号转换为视觉信号的电子装置。
如本领域公知，液晶显示器是非发光显示设备。因此，液晶显示器需要使用用来从其外部照亮液晶面板的显示屏面的外部光源，以显示视觉信息。传统地，为此使用背光单元。
图1是说明液晶显示器的透视图。
参考图1，液晶显示器30包括液晶面板20和设置在液晶面板之后的背光单元10，液晶面板20接收由背光单元10提供的光来显示图像。
通常，背光单元10包括光源单元12、光导板14、反射片16和光学片18。
光源单元12包括光源12a和光源反射器12b。对于光源12a可以使用冷阴极荧光灯(CCFL)或外部电极荧光灯(EEFL)。光源12a容纳在光源反射器12b之内并沿着光导板14的一侧设置。光源反射器12b设置在光源12a之外，以反射在光源12a生成的光，使得光输入到光导板14。
临近于光源单元12设置的光导板14的侧表面变为用于接收光的光入射表面。在光源单元12生成的光通过光入射表面被输入到光导板14，并通过光导板14的上表面发射。光导板14的上表面变为用于发射光的发光表面。
反射片16反射通过光导板14的下表面发射的光，使得光被再次输入光导板14之内，这改进了背光单元10的光效率。
光学片18可以包括漫射片18a、棱柱片18b和保护片18c。光学片18a、18b和18c控制光，使得光被有效地提供给液晶显示板20的观看平面。
然而，仅仅使用通过光导板的侧表面输入的光来照明的边缘光型背光单元10具有的问题在于在光源12生成的光没有完全用于照明，因为在光导板14显著地出现光损失。
此外，具有在液晶面板之下直接设置的多个光源直接型背光单元也具有的问题在于在例如漫射板的光学板出现光损失。此外，彼此临近设置的光源在背光单元内产生热对流，并且这种热对流使得在光源之上设置的光学片变形。光学片的变形恶化显示质量。
为了解决这些问题，近年来有各种尝试来开发一种以表面光的形式发射光的光源设备。关于尝试解决上述问题的信息可以在U.S.专利号6,771,330和6,514,113，以及U.S.专利申请号2004-004757中找到，其公开了利用平板荧光灯(FEL)、LED或碳纳米管(CNT)的表面光源。然而，上述出版物的表面光源设备仍然受到下面缺点的影响：复杂的制造工序、不令人满意的光学性能和高功耗。
为了上述原因，需要一种光源设备，其能够被容易地制造，并具有满意的光学性能并消耗低电能。
附图说明
参照下面的说明、所附权利要求和附图，将更加理解本发明的这些和其他特点、方面和优势，在附图中：
图1是说明液晶显示器的透视图；
图2a是说明根据本发明的一个实施例的液晶显示器的剖面图；
图2b是说明图2a的液晶显示器的截面图；
图2c是说明根据另一实施例的液晶显示器的截面图；
图2d是沿着线A-A所取的说明图2c的光导管的截面图；
图2e是说明根据本发明的另一实施例的部分液晶显示器的截面图；
图2f是说明根据本发明的进一步实施例的部分液晶显示器的截面图；
图3a是说明根据本发明的一个实施例的表面光源设备的剖面图；
图3b是说明图3a的光导管的棱柱的结构的图；
图4a是根据本发明的又一实施例的液晶显示器的截面图；
图4b是图4a的表面光源的沿着线B-B所取的截面图；
图4c和4d是图4b的区域E的放大的部分截面图；
图5a至5c是说明图4b的散射层和反射器的其他实施例的截面图；
图6是说明根据本发明的另一实施例的光源设备的剖视图；
图7a和7b是说明根据本发明的再一实施例的表面光源设备的截面图；以及
图8a和8b是说明根据本发明的再一实施例的表面光源设备的截面图。
具体实施方式
本发明的一个目标是提供一种能够容易制造的表面光源设备。
本发明的另一个目标是提供一种消耗低电能并且没有与热量相关的问题的表面光源设备。
本发明的又一目标是提供容易地应用到大尺寸和薄显示设备的表面光源设备。
本发明的再一目标是提供一种背光单元和液晶显示器，其设置有这种表面光源设备。
从下面给出的详细说明，本发明的应用性的进一步范围是显而易见的。然而，应理解，仅仅以说明的方式给出指示本发明的优选实施例的详细说明和特定例子，由于对于本领域技术人员来说，本发明的精神和范围内的各种变化和改进是显而易见的。
在下面的附图中，将在全部实施例中使用相同的参考标号指示相同或相似的部件。此外，不重复相同部件的详细说明。
图2a是说明根据本发明的一个实施例的液晶显示器的剖面图，以及图2b是说明图2a的液晶显示器的截面图。
参照图2a和2b，本发明的液晶显示器300包括液晶面板200和背光单元100A。
液晶显示器300根据由外部设备提供的驱动信号和数据信号显示图像。为了理解并制造本发明，描述液晶显示板200的具体结构不是重要的。并且，本发明的概念对于在液晶显示器中通常采用的任何类型液晶面板是广泛适用的。因此，不需要在此说明液晶显示板200的结构。
在液晶面板200的后侧设置背光单元100A，以提供例如白光的光到液晶面板200。背光单元100A包括表面光源设备110A，用于提供适于照明液晶面板200的观看面的表面光。可选择地，背光单元100A包括设置在液晶面板200和表面光源设备110A之间的光学片180，以将由表面光源设备110A提供的光转换为更加适宜的光来照明液晶面板200。
根据一个实施例的表面光源设备110A包括光源单元120、光导管140和反射片160。
每个光源单元120包括产生光的光源120a。根据一个实施例的光源120a是点光源，例如发光二极管(LED)。在这种情况下，光源120a被以特定结构安装在印刷电路板(PCB)120b上，并且外部电源通过PCB120b的布线图形电连接到光源120a。
根据一个实施例，沿着两个侧表面设置光源120a。因此，在光源120a产生的光通过其侧表面被输入光导管。每个光源单元120包括用于容纳并支撑安装有光源120a的PCB 120b外壳120c。外壳120c可以由金属或塑料材料制成，并且每个外壳120c具有用于将PCB120b插入其内的内凹槽。优选地，外壳120c的内壁具有反射涂层以反射从光源120a发射的光。
光导管140的两个侧表面变为光入射表面，通过该光入射表面将在光源单元120生成的光输入到光导管140，并且光导管140的上表面变为发光表面，通过该发光表面从光导管140输出光。通过光入射表面所输入的光通过全反射传播通过光导管140的内部，并通过发光表面朝着液晶面板200方向输出。发光表面优选地至少与液晶面板200一样宽或者比液晶面板200更宽，使得可以将光均匀地提供到观看面。
尽管在光导管140的侧表面设置光源单元120，背光单元100A具有与现有的直接光类型背光单元几乎相等的光效率，因为光导管140在其中具有优异的光传输性能和少的光损失。此外，对于相同的亮度级，与传统的直接发光型背光单元相比，在本发明的背光单元100A中可以使用较少的LED。
根据另一实施例，可以仅仅在光导管140的一个侧面上设置光源单元120。在这种情况下，可以通过在光导管140的相对侧面上安装反射装置以反射并重新使用传输到光导管140的端部的光，来确保光效率。优选地，光导管140被设计为以光导管140的截面面积沿着长度方向变小的方式获得均匀发射光。
图2c是说明根据另一实施例的液晶显示器的截面图。
参照图2c，液晶显示器300的光源220是线性光源。光源可以是例如CCFL或EEFL。
图2d是沿着线A-A所取的说明图2c的光导管的截面图。
参照图2d，光导管140的内部是中空的并填充有空气，并且光导管140的截面可以是椭圆或矩形的。光导管140可以是中空的光波导。光导管140具有用于在长度方向上传输通过其一侧或两侧所输入的光的适宜结构。
根据一个实施例，光导管140的内侧构形有以微间距设置的棱柱，其中每个棱柱在长度方向上延伸。
这里，如图2c所示，内表面140b构形有棱柱。仅仅在图2b中示出内表面140b的棱柱的切面，因此内表面被示为直线。
光导管140的外表面没有被构形，但却是光滑的，以及部分外表面140a变为用于向液晶面板200发光的发光表面。
作为选择地，可以构形光导管140的外表面140a，以及光导管140的内表面140b可以是光滑的。
作为选择地，可以构形光导管140的外和内表面140a和140b。
外表面140a和内表面140b之间的距离根据应用环境而广泛变化。然而，考虑到光损失，优选该距离具有约50μm和约300μm之间的值。
光导管140可以由具有良好光透射性、机械强度(特别是冲击阻抗)、热阻抗和电稳定性的热塑树脂制成。优选地，光导管140由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。最优选，光导管140由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。
返回参照图2a至2c，根据一个实施例的表面光源设备110A包括反射片160。反射片160通过光导管140的下表面反射光输出，以将光重新输入到光导管140，由此可以改进光效率。
可以通过在由SUS、Al、PET等制成的板上应用Ag，并使用Ti涂敷它，来制造反射片160，以防止由热吸收导致的热退化。
作为选择地，可以通过在例如PET的树脂板中散布能够扩散光的微孔隙，来获得反射片160。
选择地，背光单元100A可包括在表面光源设备110A和液晶面板200之间设置的一组光学片180。该组光学片180可包括散射片180a，棱柱片180b和保护片180c。
通过发光表面发射的光被输入到扩散片180a。扩散片180a散射光，以使得亮度均匀并加宽观看角度。
由于当光通过扩散片180a时亮度迅速降低，在背光单元100A中设置棱柱片180b以补偿亮度的这种降低。棱柱片180b使得从扩散片180a发射的光以低角度折射，以将光校准到朝向前方，由此在有效观看角度内改进亮度。
保护片180c被设置在棱柱片180b上。保护片180c防止损坏棱柱片180c的表面，并且再次加宽曾被棱柱片180b变窄的观看角度。
光学片180的特定结构和材料特性对于理解并制造本发明不是重要的，并且在现有技术中使用的任何传统结构和材料可以广泛应用于本发明的光学片180。
在下文中，将说明本发明的其它实施例。
图2e是说明根据本发明的另一实施例的部分液晶显示器的截面图。图2f是说明根据本发明的进一步实施例的部分液晶显示器的截面图。为了方便，将不说明与上述实施例相同的那些部件。
在上述实施例中，对于光源120a使用点光源形式的LED。然而，对于光源120a也可以使用例如CCFL或EEFL的线性光源。在这种情况下，如图2e所示，在光导管140内彼此相邻地设置线性光源130。
这里，由于根据一个实施例的表面光源设备110A具有其中生成热的光源130容纳在光导管140内的结构，在光源130生成的热仅仅在光导管140内循环，并且防止热容易地传输到光学片180。因此，可以防止光学片180的与热相关的变形。
此外，在上述实施例中，用一个光导管140具体实现表面光源设备110A。然而，如图2f所示，还可以用以相邻光导管140彼此接触的方式所设置的多个光导管140来具体实现表面光源设备110A。因为每个光导管140具有相同尺寸，光导管140的这种简单布置允许光导管140之间的光通信。
这允许将本发明的表面光源应用到大尺寸显示器。即，简单地根据液晶面板的尺寸垂直并水平地设置光导管140、使用点光源(图2b的120)和线性光源(图2c的220)在光导管140的侧面安装光源单元、插入线性光源(图2e的130)可以具体实现大尺寸表面光源设备。
图3a是说明根据本发明的一个实施例的表面光源设备的剖面图。以及图3b是说明图3a的光导管的棱柱的结构的图。
参照图3a和3b，根据一个实施例的表面光源设备340包括光源220和光导管。光导管包括多个光波导单元342、344、346和348。每个光波导单元342、344、346和348具有其至少一侧被构形的表面。
在下文中，将说明被构形的表面包括棱柱的阵列的这种结构，但是本发明不限制于此，以及可以以各种形状构形表面。
光导管的第一光波导单元342的内表面构形为具有多个棱柱，且第一光波导单元342具有表面，通过该表面入射来自光源220的光。
基本上平行于第一光波导单元342设置第二光波导单元344，并且其一个表面被多个棱柱包围。同样，第二光波导单元344具有通过其光照射到液晶面板200方向的表面。
这里，第一光波导单元342的棱柱的长度方向L1和第二光波导单元344的棱柱的长度方向L2形成特定角度α。根据一个实施例，该特定角度α可以是直角。
同样，第三光波导单元346的棱柱的长度方向和第四光波导单元348的棱柱的长度方向形成特定角度。
可以通过已知的塑料模制工序例如注入模制或挤压模制来模制本发明的光波导。使用上述材料，通过这种已知模制工序制造光导管而不需要详细说明，是在本领域技术人员的能力之内的。
图4a是根据本发明的又一实施例的液晶显示器的截面图，图4b是图4a的表面光源沿着线B-B所取的截面图，以及图4c和4d是图4b的区域E的放大的部分截面图。
参照图4a和4b，液晶显示器400包括液晶面板200和背光单元100B。
背光单元100B包括用于提供表面光的表面光源设备110B。背光单元100B可以选择性地包括光学片180以将由表面光源设备110B所提供的光转换为更加适合的光来照亮面板200。
表面光源设备110B包括光源单元120、光导管140、设置在光导管外的散射层142以及设置在光导管140内的反射器144。
散射层142使得被约束在光导管140内的光发射到光导管之外并散射光，用于亮度的均匀性。
参照图4c和4d，散射层142包括由树脂构成的基底材料142b和在基底材料142b中扩散的多个散射粒子142a和142a’。
基底材料142b优选地是具有良好光透射性、热阻抗和机械强度的丙烯酸树脂。更优选，基底材料142b是聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
对于散射粒子142a和142a’，可以使用由与基底材料142b相同或不同的树脂构成的珠状物。散射粒子142a和142a’优选地包括为相对于基底材料142b的大约25wt％至35wt％。更优选，散射粒子142a和142a’包括为相对于基底材料142b的大约30wt％。
根据一个实施例，散射粒子142a的尺寸和分布是随机的。这种随机结构增加了烟雾效果来防止例如在基底材料142b上形成物理接触的划伤的缺陷投射到液晶面板上(图4a的200)。
根据另一实施例，散射粒子142a’的尺寸和分布基本上是一致的。尽管烟雾效果降低，这种一致的结构允许增加亮度。通常，随着散射粒子142a’的一致性增加，烟雾效果降低但是亮度增加。
可以通过现有技术中已知的各种方法形成散射层142。例如，可以通过其中散射粒子如珠状物与液相树脂混合并将混合物应用到基底膜，随后固化混合物的方法获得散射层142，并且该膜被热压到光导管140的外表面。或者，可以通过其中具有扩散的珠状物的液相树脂应用于光导管140的外表面的另一方法获得散射层142。
返回参照图4a和4b，反射器144被设置在光导管140之内。反射器144防止光通过光导管140的下表面发射并因此改进光效率。此外，反射器144使得在光导管140中约束的光被发射到光导管140之外。
反射器144可以由高反射材料构成。例如，反射器144包括由例如A1或Ag的金属构成的反射涂层。
可选地可以在液晶面板200和表面光源设备110B之间设置光学片180，并且光学片180可包括散射片180a、棱柱片180b和保护片180c。
在上述实施例中，散射层142完全覆盖光导管140的外表面，并且反射器144插入在光导管140中。然而，可以由本领域技术人员不同地修改散射层142和反射器144的结构和布置。在下文中，将参照附图说明散射层142和反射器144的某些改进。
图5a至5c是说明图4b的散射层和反射器其他实施例的截面图。为了方便，仅仅主要说明了散射层142和反射器144的结构差异。
参照图5a，根据另一实施例，散射层142被设置为完全覆盖光导管140的外表面，并且反射器244被设置在散射层142的下表面，如图所示。
参照图5b，根据另一实施例，仅在光导管140的外表面的特定区域上设置散射层342和反射器344。这里，在面对液晶面板(未示出)的位置形成散射层342，并且反射器344被设置在光导管140的下表面并面对散射层342，光导管140在它们中间。
参照图5c，根据又一实施例，散射层形成为完全覆盖光导管440的外表面，并且在光导管440内设置反射器。在这种情况下，仅仅设置有反射器444对光导管的内部区域没有棱镜结构。
图6是说明根据本发明的另一实施例的光源设备的剖视图。
参照图6，表面光源设备640包括光源220和光导管。光导管的第一光波导单元642的内表面642a构形有多个棱柱。
第二光波导单元644的外表面644a是光滑平面，以及内表面644b构形有多个棱镜。
这里，第一光波导单元642的棱镜的长度方向和第二光波导单元644的棱镜的长度方向形成特定角度。因此，可以增强从光波导到液晶面板200的发射光的亮度。
第三光波导单元346a和第四光波导单元348a与第一光波导单元642和第二光波导单元644的两侧结合。
第三光波导单元346a和第四光波导单元348a的每一表面构形有多个棱柱，并且棱柱的长度方向形成特定角度。
图7a和7b是说明根据本发明的再一实施例的表面光源设备的截面图。
参照图7a和7b，表面光源设备740和760包括光源220和光导管，并且光导管的第一光波导单元742和762的内表面742a和762a构形为具有多个棱柱。
第二光波导单元744和764的内表面744b和764b是光滑平面，且外表面744a和764a构形为具有多个棱柱。
这里，第一光波导单元742和762的棱柱的长度方向和第二光波导单元744和764的棱柱的长度方向形成特定角度。
第三光波导单元346b和346c以及第四光波导单元348b和348c分别与第一光波导单元742和762以及第二光波导单元744和764的两侧结合。
图8a和8b是说明根据本发明的再一实施例的表面光源设备的截面图。
参照图8a和8b，表面光源设备840和860包括光源220和光导管。光导管的第一光波导单元842和862的内表面842a和862a构形为具有多个棱柱。
第二光波导单元844和864的内表面844b和864b是光滑平面，且外表面844a和864a构形为具有多个棱柱。
第一光波导单元842和862的棱柱的长度方向和第二光波导单元844和864的棱柱的长度方向形成特定角度。
在图8a中，第一光波导单元842的内表面842a的构形的棱柱从边缘朝向中心变大。
如果第一光波导单元842的内表面842a的棱柱构形为如图8a所示，尽管光通过两侧被输入，可以控制通过第二光波导单元844所发出的光的亮度为均匀的。
在图8b中，在光导管的一侧上设置光源220。在这种情况下，从邻近于光源220的光导管的一个边缘到另一边缘，第一光波导单元862的内表面862a的构形的棱柱变大。因此，可以控制通过第二光波导单元864所发出的光的亮度为均匀的。
在本说明书中，任何对于“一个实施例”、“实施例”、“例子实施例”等的引用，是指在本发明的至少一个实施例中包括根据实施例所描述的特定特性、结构或特征。在说明书的不同位置出现这些语句并不一定都指示相同的实施例。此外，当参照任何实施例描述特定的特性、结构或特征时，承认其在本领域技术人员的预见之内，来根据其他实施例影响这些特性、结构或特征。
尽管参照多个说明性实施例说明了实施例，应理解，本领域技术人员所能够导出的多个其他改进和实施例落在本公开的范围和原理之内。特别地，在本公开和附图以及权力要求书的范围内的元件部分和/或结构中可以有各种变化和改进。除了元件部分和/或结构的变化和改进之外，对于本领域技术人员来说，替换使用是显而易见的。

Claims (21)

1.一种液晶显示器，包括：
液晶面板，其根据从外部设备提供的电信号显示图像；以及
背光单元，其用于从液晶面板的后侧照亮液晶面板，该背光单元包括：
表面光源设备，其用于提供表面光，该表面光源设备包括：
生成光的至少一个光源；以及
至少一个中空的光导管，包括：
第一光波导单元，其在至少一侧上具有构形的表面；以及
第二光波导单元，其在至少一侧上具有构形的表面，并被基本上平行于第一光波导单元设置，
其中，该第一光波导单元的构形表面的长度方向与第二光波导单元的构形表面的长度方向形成特定角度。
2.如权利要求1的液晶显示器，其中，该构形表面包括棱镜的阵列，其中由第一光波导单元的棱镜的长度方向与第二光波导单元的棱镜的长度方向所形成的特定角度基本上是直角。
3.一种背光单元，其用于从液晶面板的后侧照亮液晶面板，该背光单元包括用于提供表面光的表面光源设备，该表面光源设备包括：
生成光的至少一个光源；以及
至少一个中空的光导管，包括：
第一光波导单元，其在至少一侧上具有构形的表面；以及
第二光波导单元，其在至少一侧上具有构形的表面，并被基本上平行于第一光波导单元设置，
其中，该第一光波导单元的构形表面的长度方向与第二光波导单元的构形表面的长度方向形成特定角度。
4.如权利要求3的背光单元，还包括在表面光源设备的一侧设置的至少一个光学片，其中该光学片接收从表面光源设备发出的光，并将该光提供给液晶面板。
5.如权利要求3的背光单元，其中，该构形表面包括棱镜的阵列。
6.如权利要求3的背光单元，其中，该至少一个光源是LED，且其中表面光源还包括：
印刷电路板，将电源电气连接到LED，其中LED被安装在印刷电路板上；以及
外壳，其容纳并支持印刷电路板。
7.如权利要求3的背光单元，还包括在光导管之下设置的反射片，以反射通过光导管的底表面发射的光，并将光重新输入到光导管的内部。
8.如权利要求3的背光单元，其中，该光源是在光导管内设置或沿着光导管的至少一侧设置的CCFL或EEFL。
9.如权利要求3的背光单元，还包括在光导管的外表面上设置的散射层，以至少接收从发光表面发出的光，该散射层包括：
基底材料，其由光透射性树脂构成；以及
多个散射粒子，其分布在基底材料中。
10.如权利要求9的背光单元，其中，该散射粒子是珠状物。
11.如权利要求9的背光单元，还包括反射器，该反射器具有能够反射光的表面，其中在光导管之内设置该反射器。
12.如权利要求9的背光单元，还包括反射器，该反射器具有能够反射光的表面，其中在光导管之外设置该反射器。
13.如权利要求5的背光单元，其中，由第一光波导单元的棱镜的长度方向与第二光波导单元的棱镜的长度方向所形成的特定角度基本上是直角。
14.如权利要求5的背光单元，其中，随着与光源的距离越来越大，第一光波导单元的棱镜增大。
15.一种用于提供表面光的表面光源设备，包括：
生成光的至少一个光源；以及
至少一个中空的光导管，包括：
第一光波导单元，其在至少一侧上具有构形的表面；以及
第二光波导单元，其在至少一侧上具有构形的表面，并被基本上平行于第一光波导单元设置，
其中第一光波导单元的构形表面的长度方向与第二光波导单元的构形表面的长度方向形成特定角度。
16.如权利要求15的表面光源设备，其中，该构形表面包括棱镜的阵列。
17.如权利要求15的表面光源设备，其中，该至少一个光源是LED，且其中该表面光源还包括：
印刷电路板，其将电源电气连接到LED，其中该LED被安装在印刷电路板上；以及
外壳，其容纳并支持印刷电路板。
18.如权利要求15的表面光源设备，其中，该光源是在光导管内设置或沿着光导管的至少一侧设置的CCFL或EEFL。
19.如权利要求15的表面光源设备，还包括在光导管的外表面上设置、以至少接收从发光表面发出的光的散射层，该散射层包括：
基底材料，其由高透射性树脂构成；以及
多个散射粒子，其分布在基底材料中。
20.如权利要求16的表面光源设备，其中，由第一光波导单元的棱镜的长度方向与第二光波导单元的棱镜的长度方向所形成的特定角度基本上是直角。
21.如权利要求16的表面光源设备，其中，随着与光源的距离越来越大，第一波导单元的棱镜增大。
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