CN102338345A - 柱状透镜组装置及其使用的背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供柱状透镜组装置及其使用的背光模块。该柱状透镜组装置包括柱状透镜层及第二折射率层，该柱状透镜层具有第一折射率(n₁)，且包括有多个柱状透镜排列位于一谷面上，该柱状透镜的高度(H)、宽度(P)，形成曲率半径为R的曲面结构，该柱状透镜层定义有第一临界角(θ_1c)，

该高度(H)符合：

该第二折射率层具有第二折射率(n₂)，且与该柱状透镜层相连接，该第一折射率(n₁)大于该第二折射率(n₂)，该第二折射率层定义有第二临界角(θ_2c)，

其中，该每一柱状透镜、该第一临界角以及该第二临界角符合：故本发明可降低损耗，并且提高光强度中心增益值。

Description

柱状透镜组装置及其使用的背光模块

技术领域

本发明涉及一种透镜组、侧光式背光模块及直下式背光模块，特别涉及一种柱状透镜组装置，及其使用的侧光式背光模块与直下式背光模块。

背景技术

近年来，传统的阴极射线管显示器(即俗称的CRT显示器)已渐渐地被液晶显示器所取代，主要原因在于液晶显示器所释放出的辐射量远远小于CRT显示器，另外，液晶显示器在这几年的制造成本已有显着地降低，这也是液晶显示器逐渐成为电视或计算机屏幕市场的主流的原因。

液晶显示器可区分为液晶面板及背光模块两大部份，而背光模块通常会按照屏幕的大小尺寸而分别使用直下式背光模块或侧光式背光模块。一般而言，无论是直下式背光模块或侧光式背光模块，都会通过通过结构的设计使光线反复地回收与利用，以避免光能量的损耗；然后，再透过增亮膜将光线的光学路径聚集，用以提高光强度中心增益值。

传统上，增亮膜均使用单一介质。依据Fresnel equation公式：

$T=1-R=1-{\left[\frac{n_A-n_B}{n_A+n_B}\right]}^2=\frac{4*n_A*n_B}{{(n_A+n_B)}^2}$

其中，T为透光率，R为反射率，n_A、n_B分别为两互相接触之介质的折射率。若以聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)为介质的增亮膜为例：PC的折射率为1.586，空气的折射率为1.0，该增亮膜在与空气相交处的界面之总透光率为：

$T=T_1*T_2=\frac{4*1*1.586}{{(1+1.586)}^2}*\frac{4*1.586*1}{{(1.586+1)}^2}\≈0.90$

故，所有灯源的光能量有将近10％的损耗无法被利用。此外，除了折射率差异所造成的Fresnel损耗之外，还有增亮膜出光面的微结构的外形，若设计不当，会直接导致光线无效的折射或反射，使光线无法集中于出光视角之处，因此出光视角之光强度中心增益值也无法进一步提升。

因此，如何提升光能量的利用率，降低损耗，并且提高出光视角之光强度中心增益值，是本领域具有通常知识者努力的目标。

发明内容

本发明主要目的在于提升直下式背光模块及侧光式背光模块的光能量的利用率，降低Fresnel损耗。

本发明另一目的在于提高透镜组出光视角的光强度中心增益值。

为达上述目的，本发明提供一种柱状透镜组装置，其包括有一柱状透镜层及一第二折射率层。其中，该柱状透镜层具有一第一折射率(n₁)，该柱状透镜层具有多个柱状透镜排列位于一谷面上，该柱状透镜更包括有相距一高度(H)之一波峰及一波谷，该波谷位于该谷面上，该波峰与该波谷间具有一曲面结构，该曲面结构具有一曲率半径(R)，该波峰及另一波峰相距有一宽度(P)，该柱状透镜层定义有一法线方向以及一第一临界角(θ_1c)，该法线方向与该谷面相垂直，该第一临界角(θ_1c)是与该法线方向的夹角，

该第一临界角

该高度(H)须符合：

该柱状透镜的圆锥常数(K)之范围介于-2.1～-1.5。该第二折射率层具有一第二折射率(n₂)，且与该柱状透镜层相连接，该第一折射率(n₁)大于该第二折射率(n₂)，该第二折射率层定义有一第二临界角(θ_2c)，该第二临界角(θ_2c)是与该法线方向的夹角，

该第二临界角

该每一柱状透镜、该第一临界角以及该第二临界角符合公式：

$\mathrm{si}{n}^{-1}\left(\frac{1}{n_1}\right)\&le;{\cot }^{-1}\left(\frac{H}{P/2}\right)<{\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

由此，该柱状透镜增亮膜可用以降低光线的传输损耗，并提高出光强度中心增益值。

如上所述的柱状透镜组的装置，其中，自该柱状透镜层与该第二折射率层相连接处相距该谷面具有一第一厚度(t₁)以及自该柱状透镜层与该第二折射率层相连接处相距该第二折射率层之一另一侧具有一第二厚度(t₂)，则该第二厚度与该第一厚度的比值最佳范围为0.035～0.084。由此，该柱状透镜增亮膜的光强度最大会比公知增亮膜的光强度高出1.5％。

如上所述的柱状透镜组装置，其中，K＝-1.65～-2，H/P＝0.42～0.498，由此，具有双曲线轮廓的曲面结构可使该柱状透镜增亮膜的光强度中心增益值比传统增亮膜增加将近4.4％。

如上所述的柱状透镜组装置，其中，该多个柱状透镜层为二维形状或三维形状。

如上所述的柱状透镜组装置，其中，更包有一第三折射率层，其具有一第三折射率(n₃)，该第三折射率(n₃)小于该第一折射率(n₁)以及小于该第二折射率(n₂)。

如上所述的柱状透镜组装置，其中，该柱状透镜层以或该第二折射率层的材质为聚乙烯对苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、三醋酸纤维素(Tri-acetylCellulose，TAC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(Methylmethacrylatestyrene)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)或环烯共聚物(Cyclic OlefinCopolymer，COC)。

为达上述目的，本发明提供一种侧光式背光模块，其具有一入射光、一第一光学路径以及一第二光学路径，该侧光式背光模块包含有一光源、一导光板、一反射片及一前述的柱状透镜组装置。其中，该光源用以发射该入射光；该导光板设置该光源之一侧，且该导光板传导该入射光形成该光学路径；该反射片设置该导光板下方；该柱状透镜组装置设置该导光板上方以接收该光学路径；

一柱状透镜组装置，设置该导光板上方以接收该光学路径，该柱状透镜组装置还包含：一柱状透镜层，具有一第一折射率(n₁)，该柱状透镜层具有多个柱状透镜排列位于一谷面上，该柱状透镜更包括有相距一高度(H)的一波峰及一波谷，该波谷皆位于该谷面上，该波峰与该波谷间具有一曲面结构，该曲面结构具有一曲率半径(R)，该波峰及另一波峰相距有一宽度(P)，该柱状透镜层定义有一法线方向以及一第一临界角(θ_1c)，该法线方向与该谷面相垂直，该第一临界角(θ_1c)是与该法线方向的夹角，该第一临界角

该高度(H)须符合：

该柱状透镜之一圆锥常数(K)的范围介于-2.1～-1.5；

一第二折射率层，具有一第二折射率(n₂)，且与该柱状透镜层相连接，该第一折射率(n₁)大于该第二折射率(n₂)，该第二折射率层定义有一第二临界角(θ_2c)，该第二临界角(θ_2c)是与该法线方向的夹角，该第二临界角 ${\mathrm{\&theta;}}_{2c}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

其中，该每一柱状透镜、该第一临界角以及该第二临界角符合：

$\mathrm{si}{n}^{-1}\left(\frac{1}{n_1}\right)\&le;{\cot }^{-1}\left(\frac{H}{P/2}\right)<{\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

由此，利用该第一临界角以及该第二临界角修正该第一光学路径，而产生全反射至该反射片，以形成该第二光学路径。为达上述目的，本发明提供一种直下式背光模块，其系具有一入射光、一第一光学路径以及一第二光学路径，该直下式背光模块包含有一光源、一扩散板、一反射片及一前述的柱状透镜组装置。其中，该光源系用以发射该入射光；该反射片系设置该光源下方；该扩散板设置该光源上方，该扩散板传输该入射光形成该光学路径；该柱状透镜组装置设置该扩散板上方以接收该光学路径；

一柱状透镜组装置，设置该扩散板上方以接收该光学路径，该柱状透镜组装置更包含：一柱状透镜层，具有一第一折射率(n₁)，该柱状透镜层具有多个柱状透镜排列位于一谷面上，该柱状透镜更包括有相距一高度(H)的一波峰及一波谷，该波谷皆位于该谷面上，该波峰与该波谷间具有一曲面结构，该曲面结构具有一曲率半径(R)，该波峰及另一波峰相距有一宽度(P)，该柱状透镜层定义有一法线方向以及一第一临界角(θ_1c)，该法线方向与该谷面相垂直，该第一临界角(θ_1c)是与该法线方向的夹角，该第一临界角

该高度(H)须符合：

该柱状透镜的一圆锥常数(K)的范围介于-2.1～-1.5；

一第二折射率层，具有一第二折射率(n₂)，且与该柱状透镜层相连接，该第一折射率(n₁)大于该第二折射率(n₂)，该第二折射率层定义有一第二临界角(θ_2c)，该第二临界角(θ_2c)是与该法线方向的夹角，该第二临界角 ${\mathrm{\&theta;}}_{2c}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

其中，该每一柱状透镜、该第一临界角以及该第二临界角符合：

$\mathrm{si}{n}^{-1}\left(\frac{1}{n_1}\right)\&le;{\cot }^{-1}\left(\frac{H}{P/2}\right)<{\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

由此，利用该第一临界角以及该第二临界角修正该第一光学路径，而产生全反射至该反射片，以形成该第二光学路径。

因此，本发明的柱状透镜组装置及其使用的侧光式背光模块与直下式背光模块可加强聚光的效果，并通过双曲线轮廓的曲面结构而筛选射出的光线，使无效的光线重新回到柱状透镜组装置或背光模块内部而再次回收利用。因此，可降低损耗，并且提高光强度中心增益值。

为使熟悉该项技艺人士了解本发明之目的、特征及功效，兹通过下述具体实施例，并配合所附之图式，对本发明详加说明如后。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的示是本发明所述柱状透镜组装置的示意图；

图2是本发明实施例中提供的圆锥曲面的双曲线示意图；

图3是本发明实施例中提供的柱状透镜组装置的光学路径示意图；

图4是本发明实施例中提供的柱状透镜组装置在不同[高度/宽度]比的光强度中心增益值；

图5是本发明实施例中提供的柱状透镜组装置在柱状透镜层、第二折射率层的不同厚度比的光强度中心增益值；

图6A是本发明实施例中提供的柱状透镜组装置的二维结构示意图；

图6B是本发明实施例中提供的柱状透镜组装置的三维结构示意图；

图6C是本发明实施例中提供的柱状透镜组装置的另一三维结构示意图；

图7是本发明另实施例中提供的柱状透镜组装置的示意图；

图8是本发明使用柱状透镜组装置的侧光式背光模块；

图9是本发明使用柱状透镜组装置的直下式背光模块。

附图中，各标号所代表的组件列表如下：

1、2、3、4、5：柱状透镜数组之装置，

11、21、31、41、51：柱状透镜层，

1131、2131、3131、4131：柱状透镜，

1132：曲面结构，        81B：入光面，

1132A：波峰，           82：光源，

1132B：波谷，           t₁：第一厚度，

114：谷面，             t₂：第二厚度，

12、52：第二折射率层，  R：曲率半径，

4131A：组合面，         P：宽度，

53：第三折射率层，      H：高度，

7：侧光式背光模块，     L₁、L₂：渐近线，

71：导光板，            L₃：切割线，

71A、81A：出光面，      S_o：原点

71C：底面，             S₁：顶点，

72：光源，              S₂：交点，

73：灯罩，              T₁：交界面，

74：扩散膜，            θ₁：折射角，

75、85：反射片，        θ₂：入射角，

8：直下式背光模块，     θ_1c：第一临界角，

81：扩散板，            θ_2c：第二临界角，

θs：角度。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

请参阅图1，图1所示是本发明所述柱状透镜组装置的示意图。如图1所示，一柱状透镜组装置1，由一柱状透镜层11及一第二折射率层12所构成，该柱状透镜层11与该第二折射率层12的相连接处为交界面T1。该柱状透镜层11包括有一谷面114及多个柱状透镜1131，多个柱状透镜1131横向排列且凸出于该谷面114上。该柱状透镜层11具有的一第一折射率，该第一折射率为n₁；该交界面T1相距该谷面114具有一第一厚度t₁。该柱状透镜1131更包括有相距一高度H的一波峰1132A及一波谷1132B，该波谷1132B位于该谷面114上，且该波峰1132A与该波谷1132B间具有一曲面结构1132；该曲面结构1132具有一曲率半径R，且相邻两波峰1132A之间相距有一宽度P。该第二折射率层12的第二折射率为n₂，且具有一第二厚度t₂，该第二厚度t₂系自该交界面T1相距该第二折射率层12之底部的距离。如图1所示，光线从该柱状透镜组装置1的下方入光由上方出光，因此，光线在该柱状透镜组装置1内部，光线依序经过第二折射率层12、柱状透镜层11、曲面结构1132之后出光；故，该第二折射率层12位于该柱状透镜层11的入光面侧，该曲面结构1132位于柱状透镜层11的出光面的一侧。此外，该曲面结构1132为一双曲线的轮廓，且该曲面结构1132的圆锥常数为K，并且满足双曲线的公式：

$H=\frac{R}{1+K}[1-\sqrt{1-(1+K){\left(\frac{P}{2R}\right)}^2}]$

在传统圆锥曲面的定义上，一双曲线的曲线函数可由两相交的渐近线、贯轴以及共轭轴所决定；请参阅图2，图2所示是圆锥曲面的双曲线示意图。如图2所示，两双曲线分别位于两渐近线L₁、L₂的上方与下方。以两渐近线L₁、L₂的交点为坐标轴的原点S_o，该双曲线的顶点S₁会与y轴相交，且该顶点S₁至原点S_o的距离即为半贯轴A_tran，该半贯轴A_tran的距离为a。该顶点S₁在水平方向上定义了一切割线L₃，该切割线L₃与该渐近线L₁相交于一交点S₂，该交点S₂距离y轴的距离即为半共轭轴A_conj，该半共轭轴A_conj的距离为b。进一步地，依据圆锥曲面的基本定义，该双曲线的偏心率e及圆锥常数K分别为：

$e=\sqrt{\frac{a^2-b^2}{a^2}}$

$K={-e}^2=\frac{b^2-a^2}{a^2}$

因此，只要确定该圆锥常数K、半贯轴A_tran距离a与半共轭轴A_conj距离b，即可确定该双曲线函数。

进一步地，将图2双曲线函数对应至图1的曲面结构1132，本实施例具有双曲线函数的曲面结构1132，只要通过宽度P、高度H、圆锥常数K，即可定义并确认该曲面结构1132的轮廓。另外，因为该曲面结构1132的轮廓为变曲率的弧线，因此该曲率半径R为波峰处1132A的曲率半径。另外，一般来说，双曲线函数的圆锥常数K的范围为：K＜-1.0；而在本实施例中，该圆锥常数K的较佳范围为：K＝-2.1～-1.5。

接下来，在柱状透镜层11与第二折射率层12，为了避免由下往上射入的光线在交界面T1产生全反射现象，该柱状透镜层11的第一折射率n₁大于该第二折射率层12的第二折射率n₂，即n₁＞n₂。依据折射定律(Snell’s Law)：

n₁*sin(θ₁)＝n₂*sin(θ₂)

可得到：θ₂＞θ₁；也就是说，图1所述实施例中的光线自该柱状透镜层11经过该交界面T1之后射入至该第二折射率层12，其折射后的光线会向法线靠近，达到聚光的效果；如此，在该第二折射率层12内部具有较大入射角θ₂的光线，其在经过该交界面T1之后，会被修正成为较”垂直”的状态；亦即：折射角θ₁小于入射角θ₂。因此，具有两种不同折射率的柱状透镜组装置1可用以提高光强度中心增益值。

进一步地，为了达到让光线尽量垂直往上射出的目的，在光学路径的设计上应该要将偏离法线太大的光线重新导回该柱状透镜组装置1内部，藉以回收再利用其光能量。请参阅图3，图3所示是本发明所述柱状透镜组装置的光学路径示意图。如图3所示，在该曲面结构1132处，因为该柱状透镜1131的第一折射率为n₁，该柱状透镜1131外侧的空气的折射率为1.0，且n₁＞1.0。由折射定律推导可知，在光线离开该曲面结构1132前，可由该柱状透镜层11定义一第一临界角θ_1c，该第一临界角θ_1c系光线与其法线方向(该法线方向与该谷面相垂直)的夹角，且

${\mathrm{\&theta;}}_{1c}={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n_1}\right);$

如果光线射出该曲面结构1132前的角度大于该第一临界角θ_1c，则光线会被全反射回该柱状透镜组装置1内部，在此，被全反射的光线为第一光学路径；如果光线射出该曲面结构1132前的角度小于该第一临界角θ_1c，则光线即可射出且离开该曲面结构1132。基于充份利用光能量的考虑，如果让大于第一临界角θ_1c的光线(即太倾斜的光线)射出该曲面结构1132，则对于提高光强度中心增益值是没有任何帮助的。故，为了修正偏离法线太大的光线，而利用此一第一临界角θ_1c的物理特性来将大于第一临界角θ_1c的光线(即太倾斜的光线)重新导回该柱状透镜组装置1内部。

如图3所示，本实施例的曲面结构1132的宽度为P以及高度为H，为了要使较大的入射角的光线被反射回该柱状透镜组装置1的内部，该角度θ_s必需要大于第一临界角θ_1c，才能允许过于倾斜的光线产生全反射；亦即

${\mathrm{\&theta;}}_s={\cot }^{-1}\left(\frac{H}{P/2}\right)\&GreaterEqual;{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n_1}\right)={\mathrm{\&theta;}}_{1c}---\left(1\right)$

当光线被导回至该柱状透镜组装置1内部后，会往下行进至该交界面T1之处。因为该柱状透镜层11的第一折射率为n₁，该第二折射率层12的第二折射率为n₂，且n₁＞n₂，由折射定律可知，光线由大折射率的介质至小折射率的介质时，以产生临界角。依据折射定律可知，交界面T1之处，该第二折射率层12定义有一第二临界角θ_2c，该第二临界角θ_2c是光线与其该法线方向的夹角，且该第二临界角θ_2c为第一折射率n₁与第二折射率n₂的函数，亦即

${\mathrm{\&theta;}}_{2c}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

若光线向下至该交界面T1之前的角度大于该第二临界角θ_2c，则光线会被全反射；若光线向下至该交界面T1前的角度小于该第二临界角θ_2c，则光线即可往下前进而离开该交界面T1，形成一第二光学路径，该第二光学路径即可被重新回收利用。基于充份利用光能量的考虑，应该要让光线往下射出该交界面T1，而重新被回收利用。因此，与前述相同的原理，可得

${\mathrm{\&theta;}}_s={\cot }^{-1}\left(\frac{H}{P/2}\right)<{\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right)={\mathrm{\&theta;}}_{2c}---\left(2\right)$

综上公式(1)与(2)，可得

$\mathrm{si}{n}^{-1}\left(\frac{1}{n_1}\right)\&le;{\cot }^{-1}\left(\frac{H}{P/2}\right)<{\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right).$

由此，本发明的柱状透镜组装置1使光强度中心视角处的光线(即入射角较小的光线)偏向法线而射出该柱状透镜1131的曲面结构1132，并让倾斜度较大的光线(即入射角较大的光线)反射回该柱状透镜组装置1内部而重新回收利用，因此可进一步地提高光强度中心增益值。

除了筛选过滤光线的倾斜角度之外，在此更通过Fresnelequation来计算本发明所述柱状透镜组装置1的总透光率；依据Fresnel equation公式：

$T=1-R=1-{\left[\frac{n_A-n_B}{n_A+n_B}\right]}^2=\frac{4*n_A*n_B}{{(n_A+n_B)}^2}.$

其中，T为透光率，R为反射率，n_A、n_B分别为两互相接触之介质的折射率。若该柱状透镜层11为聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)，该第二折射率层12为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)，PC的折射率为1.586，PMMA的折射率为1.49，空气的折射率为1.0，则本发明所述柱状透镜组装置1的总透光率为：

$T=T_1*T_2*T_3=\frac{4*1*1.49}{{(1+1.49)}^2}*\frac{4*1.49*1.586}{{(1.49+1.586)}^2}*\frac{4*1.586*1}{{(1.586+1)}^2}\&ap;0.911$

其与公知的传统增亮膜相较，可发现本发明具有两种不同折射率的结构可使总透光率由0.90再提升成为0.911。在制造业彼此杀价竞争的今日，只要产品的功效更好，即便仅有区区几个百分比的效益上的提升，便会造成双方巨大的获利差异。因此，总透光率由0.90再提升成为0.911，可说是技术改良上的一大突破。

另外，本发明所述柱状透镜组装置1更针对不同的圆锥常数K，以及不同的高度H与宽度P之比值，以实验的方式找出最佳光强度中心增益值；在此，该实验系以PC作为柱状透镜层11，PMMA作为第二折射率层12，圆锥常数K则区分为-1.5、-1.65、-1.75、-2及-2.1等五组。请参阅图4，图4所示是本发明所述柱状透镜组装置在不同[高度/宽度]比的光强度中心增益值。其各组实验的结果如下：

(A)K＝-1.5时：

最佳的增益值系位于H/P＝0.50之处，且增益值可达1.037；亦即，相较于公知的传统增亮膜，本组实验可再提高3.7％的增益值；

(B)K＝-1.65时：

最佳的增益值系位于H/P＝0.50之处，且增益值可达1.027；亦即，相较于公知的传统增亮膜，本组实验可再提高2.7％的增益值；

(C)K＝-1.75时：

最佳的增益值系位于H/P＝0.45之处，且增益值可达1.015；亦即，相较于公知的传统增亮膜，本组实验可再提高1.5％的增益值；

(D)K＝-2.0时：

最佳的增益值系位于H/P＝0.498之处，且增益值可达1.044；亦即，相较于公知的传统增亮膜，本组实验可再提高4.4％的增益值；

(E)K＝-2.1时：

最佳的增益值系位于H/P＝0.47之处，且增益值可达1.029；亦即，相较于公知的传统增亮膜，本组实验可再提高2.9％的增益值；

由上述的结果可知，在上述五组圆锥常数K的实验中，当H/P＝0.42～0.498时，发现本发明所述柱状透镜组装置1，其透过两个不同介质的结构，再加上双曲线轮廓的曲面结构1132，即可使一般市售的增亮膜再增加至最大4.4％的光强度，可以说是本技术领域上的一大突破。

接下来，本发明更进一步针对该柱状透镜层11的第一厚度t₁及第二折射率层12的第二厚度t₂的比值作实验，藉以求得最佳的厚度关系。请参阅图5，图5所示是本发明所述柱状透镜组装置在柱状透镜层、第二折射率层之不同厚度比的光强度中心增益值。如图5所示，当t₂/t₁的比值位于0.035～0.084的范围时，其增益值均大于1.0；其中，当该t₂/t₁的比值为0.07时，其增益值最大可达1.015。也就是说，当t₂/t₁＝0.035～0.084时，本发明的柱状透镜组装置1的光强度最大会比公知增亮膜的光强度高出1.5％。

如上所述的柱状透镜组装置，本领域具有通常知识者可将其设计成为二维(2-Dimension)或三维(3-Dimension)的结构。请参阅图6A-图6C，图6A所示为本发明柱状透镜组装置的二维结构示意图，图6B所示为本发明柱状透镜组装置的三维结构示意图，图6C所示为本发明柱状透镜组装置的另一三维结构示意图。如图6A所示，该柱状透镜组装置2是由一柱状透镜层21及一第二折射率层22所组成，该柱状透镜层21的出光面侧排列有多个柱状透镜2131；该柱状透镜2131为双曲线轮廓的柱状体，因此为二维的结构。进一步地，如图6B所示，该柱状透镜组装置3是由一柱状透镜层31及一第二折射率层32所组成，该柱状透镜层31的出光面侧排列有多个柱状透镜3131；该柱状透镜3131系呈现双曲线的半圆球轮廓，从x-z平面或y-z平面观之，该柱状透镜3131均为双曲线的轮廓，因此为三维的结构。三维的柱状透镜组装置3与二维的柱状透镜组装置2相较，产生更均匀的光学效果，避免产生明暗相间的”暗带现象”。还有，如图6C所示，该柱状透镜组装置4是由一柱状透镜层41及一第二折射率层42所组成，该柱状透镜层41的出光面侧排列有多个柱状透镜4131；每一柱状透镜4131的轮廓系由四个组合面4131A所构成；从x-z平面或y-z平面观之，该柱状透镜4131为双曲线的轮廓。

此外，本发明的柱状透镜组装置更包括有三种不同的介质。请参阅图7，本发明另一实施例所述柱状透镜组装置的示意图。如图7所示，该柱状透镜组装置5包括有折射率分别为n₁、n₂、n₃的柱状透镜层51、第二折射率层52及第三折射率层53依序排列且n₁＞n₂＞n₃。也就是说，越靠近该柱状透镜组装置5的出光面侧，其折射率越大；如此，其所达成的功效也是让光线由下往上射出时，通过折射率的差异而使光线的行进路径向法线靠近，产生光线聚集的效果。相同地，在此以Fresnel equation来印证本实施例的总透光率，其中，该柱状透镜层51、第二折射率层52、第三折射率层53分别为PC、MS塑料、PMMA，且n₁＝1.586、n₂＝1.56、n₃＝1.49：

$T=T_1*T_2*T_3*T_4=\frac{4*1*1.49}{{(1+1.49)}^2}*\frac{4*1.49*1.56}{{(1.49+1.56)}^2}*\frac{4*1.56*1.586}{{(1.56+1.586)}^2}*\frac{4*1.586*1}{{(1.586+1)}^2}\&ap;0.911$

因此，本实施例的总透光率亦是0.911，与前述实施例的功效大致相同。

当然，上述所有实施例中，其柱状透镜层、第二折射率层或第三折射率层还可搭配使用聚乙烯对苯二甲酸酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)、三醋酸纤维素(Tri-acetyl Cellulose，T AC)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(Methylmethacrylate styrene)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)或环烯共聚物(Cyclic Olefin Copolymer，COC)等不同的材质，来增加制造之多样性；只要符合出光面侧的折射率大于入光面侧的折射率，均可达前述聚光的功效。

如上所述的柱状透镜组装置，可将其应用在侧光式背光模块或直下式背光模块。请参阅图8，图8所示为本发明使用柱状透镜组装置的侧光式背光模块。如图8所示，一侧光式背光模块7，其包括有一导光板71、两光源72、两灯罩73、一扩散膜74、一反射片75及一前述的柱状透镜组装置1。其中，该些光源72用以发射入射光。该导光板71的出光面71A与底面71C分别位于该导光板71相对应的两面。该光源72是设置于该导光板71的左侧边，利用该灯罩73反射其射出的光线，即可将光线投射至该导光板71内部；亦即，该导光板71传导入射光，用以形成一光学路径，而使光线均匀出射。该柱状透镜组装置1位于该导光板71的出光面71A外侧。该扩散膜74位于该导光板71与该柱状透镜组装置1之间，该反射片75位于该导光板71的底面71C外侧。在此，该光源72为冷阴极荧光灯管(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或是产生光能量之光源。如此，通过本发明的柱状透镜组装置1，运用该第一临界角θ_1c及该第二临界角θ_2c修正其光学路径，而产生全反射至该反射片75，以形成该第二光学路径。因此，该侧光式背光模块7可用以降低光线的传输损耗，并提高光强度中心增益值。

请参阅图9所示为本发明使用柱状透镜组装置的直下式背光模块。如图9所示，一直下式背光模块8，其包括有一扩散板81、一光源82、一反射片85及一前述的柱状透镜组装置1。其中，该些光源82用以发射入射光。该扩散板81用以传输该入射光，藉以形成光学路径。该扩散板81的出光面81A与入光面81B分别位于该扩散板81相对应的两面。该反射片85设置于该扩散板81的入光面81B外侧。该光源82位于该扩散板81与该反射片85之间，用以将光线投射至该扩散板81内部。该柱状透镜组装置1位于该扩散板81的出光面81A侧。在此，该光源82可为多个CCFL或多个LED排列而成的平面光源。如此，通过本发明的柱状透镜组装置1可利用该第一临界角θ_1c及该第二临界角θ_2c修正其光学路径，而产生全反射至该反射片85，以形成该第二光学路径。因此，该直下式背光模块8即可用以降低光线的传输损耗，并提高光强度中心增益值。

综上所述，本发明的柱状透镜组装置及其使用的侧光式背光模块与直下式背光模块，通过两层或三层不同折射率介质组合成的柱状透镜组装置来加强聚光的效果，并通过双曲线轮廓的曲面结构而筛选射出的光线，使入射角过大(较偏离法线)的光线重新回到柱状透镜组装置或背光模块内部，回收再利用的效果。因此，降低损耗，并且提高光强度中心增益值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柱状透镜组装置，其特征在于，包含：

一柱状透镜层，具有一第一折射率(n₁)，该柱状透镜层具有多个柱状透镜排列位于一谷面上，该柱状透镜还包括有相距一高度(H)的一波峰及一波谷，该波谷位于该谷面上，该波峰与该波谷间具有一曲面结构，该曲面结构具有一曲率半径(R)，该波峰及另一波峰相距有一宽度(P)，该柱状透镜层定义有一法线方向以及一第一临界角(θ_1c)，该法线方向与该谷面相垂直，该第一临界角(θ_1c)是与该法线方向的夹角，该第一临界角

该高度(H)须符合：

该柱状透镜的圆锥常数(K)的范围介于-2.1～-1.5；

一第二折射率层，具有一第二折射率(n₂)，且与该柱状透镜层相连接，该第一折射率(n₁)大于该第二折射率(n₂)，该第二折射率层定义有一第二临界角(θ_2c)，该第二临界角(θ_2c)是与该法线方向的夹角，该第二临界角 ${\mathrm{\&theta;}}_{2c}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

其中，该每一柱状透镜、该第一临界角以及该第二临界角符合：

$\mathrm{si}{n}^{-1}\left(\frac{1}{n_1}\right)\&le;{\cot }^{-1}\left(\frac{H}{P/2}\right)<{\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right).$

2.如权利要求1所述的柱状透镜组装置，其特征在于，自该柱状透镜层与该第二折射率层相连接处相距该谷面具有一第一厚度(t₁)以及自该柱状透镜层与该第二折射率层相连接处相距该第二折射率层另一侧具有一第二厚度(t₂)，则该第二厚度与该第一厚度的比值最佳范围为0.035～0.084。

3.如权利要求1所述的柱状透镜组装置，其特征在于，该柱状透镜的圆锥系数(K)的最佳范围为-1.65～-2。

4.如权利要求1所述的柱状透镜组装置，其特征在于，该每一柱状透镜的该高度(H)与该宽度(P)比值最佳范围为0.42～0.498。

5.如权利要求1所述的柱状透镜组装置，其特征在于，该多个柱状透镜层为二维形状。

6.如权利要求1所述的柱状透镜组装置，其特征在于，该多个柱状透镜层为三维形状。

7.如权利要求1所述的柱状透镜组装置，其特征在于，还包含：一第三折射率层具有一第三折射率(n₃)，该第三折射率(n₃)小于该第一折射率(n₁)以及该第二折射率(n₂)。

8.如权利要求1所述的柱状透镜组装置，其特征在于，该柱状透镜层以或该第二折射率层的材质为聚乙烯对苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、三醋酸纤维素(Tri-acetyl Cellulose，TAC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(Methylmethacrylate styrene)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)或环烯共聚物(Cyclic Olefin Copolymer，COC)。

9.一种侧光式背光模块，具有一入射光、一第一光学路径以及一第二光学路径，其特征在于，该侧光式背光模块包含：

一光源，发射该入射光；

一导光板，设置该光源之一侧，该导光板传导该入射光形成该光学路径；

一反射片，设置该导光板下方；

一柱状透镜组装置，设置该导光板上方以接收该光学路径，该柱状透镜组装置还包含：一柱状透镜层，具有一第一折射率(n₁)，该柱状透镜层具有多个柱状透镜排列位于一谷面上，该柱状透镜更包括有相距一高度(H)的一波峰及一波谷，该波谷皆位于该谷面上，该波峰与该波谷间具有一曲面结构，该曲面结构具有一曲率半径(R)，该波峰及另一波峰相距有一宽度(P)，该柱状透镜层定义有一法线方向以及一第一临界角(θ_1c)，该法线方向与该谷面相垂直，该第一临界角(θ_1c)是与该法线方向的夹角，该第一临界角

该高度(H)须符合：

该柱状透镜之一圆锥常数(K)的范围介于-2.1～-1.5；

一第二折射率层，具有一第二折射率(n₂)，且与该柱状透镜层相连接，该第一折射率(n₁)大于该第二折射率(n₂)，该第二折射率层定义有一第二临界角(θ_2c)，该第二临界角(θ_2c)是与该法线方向的夹角，该第二临界角 ${\mathrm{\&theta;}}_{2c}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

其中，该每一柱状透镜、该第一临界角以及该第二临界角符合：

$\mathrm{si}{n}^{-1}\left(\frac{1}{n_1}\right)\&le;{\cot }^{-1}\left(\frac{H}{P/2}\right)<{\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

由此，利用该第一临界角以及该第二临界角修正该第一光学路径，而产生全反射至该反射片，以形成该第二光学路径。

10.一种直下式背光模块，具有一入射光、一第一光学路径以及一第二光学路径，其特征在于，该直下式背光模块，包含：

一光源，发射该入射光；

一反射片，设置该光源下方；

一扩散板，设置该光源上方，该扩散板传输该入射光形成该光学路径；

一柱状透镜组装置，设置该扩散板上方以接收该光学路径，该柱状透镜组装置更包含：一柱状透镜层，具有一第一折射率(n₁)，该柱状透镜层具有多个柱状透镜排列位于一谷面上，该柱状透镜更包括有相距一高度(H)的一波峰及一波谷，该波谷皆位于该谷面上，该波峰与该波谷间具有一曲面结构，该曲面结构具有一曲率半径(R)，该波峰及另一波峰相距有一宽度(P)，该柱状透镜层定义有一法线方向以及一第一临界角(θ_1c)，该法线方向与该谷面相垂直，该第一临界角(θ_1c)是与该法线方向的夹角，该第一临界角

该高度(H)须符合：

该柱状透镜的一圆锥常数(K)的范围介于-2.1～-1.5；

一第二折射率层，具有一第二折射率(n₂)，且与该柱状透镜层相连接，该第一折射率(n₁)大于该第二折射率(n₂)，该第二折射率层定义有一第二临界角(θ_2c)，该第二临界角(θ_2c)是与该法线方向的夹角，该第二临界角 ${\mathrm{\&theta;}}_{2c}={\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

其中，该每一柱状透镜、该第一临界角以及该第二临界角符合：

$\mathrm{si}{n}^{-1}\left(\frac{1}{n_1}\right)\&le;{\cot }^{-1}\left(\frac{H}{P/2}\right)<{\sin }^{-1}\left(\frac{n_2}{n_1}\right);$

由此，利用该第一临界角以及该第二临界角修正该第一光学路径，而产生全反射至该反射片，以形成该第二光学路径。

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