CN1869737A - 光学组件与光源装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学组件与使用该光学组件的光源装置；该光学组件具有一第一光学面与可接收一入射光的一第二光学面，该光学组件包含一扩散部与一集光部，该扩散部是由可透光材料所制成且可扩散该入射光，该集光部是由可透光材料所制成且可集中该入射光，该扩散部与该集光部是彼此并列抵靠且位于该第一光学面上。

Description

光学组件与光源装置
技术领域
一种光学组件与光源装置，尤其是指可将扩散组件与集光组件设置在同一膜层的一种光学组件与使用该光学组件的光源装置。
背景技术
目前的背光模块中，主要是以扩散片、增光片或偏极转换片等光学膜片的搭配使用来达到光均匀与集中的目的，但目前相关组件的来源皆掌握在国外大厂中，因此虽然台湾显示器产业蓬勃发展，但背光模块产业的关键零组件长期受制于国外厂商，导致利润低落，此外，上述的背光模块架构使用的膜片数目多，相对造成模块光学效率降低、模块成本高、组装良率受限等缺点。
请参见图1，美国专利案第US6,280,063号亮度增强对象(BrightnessEnhancement Article)是以具有圆弧角的菱形结构10搭配下层不规则状的扩散材料12来达成光线14的集中与扩散作用，应用在背光模块时可提升光亮度与增加均匀度：但由于上下层结构需分两道程序制作且下层扩散层对光源乃进行随机的任意角度扩散，因此在成本与光效率利用上仍有改善的空间。
参见图2，美国专利案第US6,277,471号亮度增强薄膜(BrightuessEnhancement Film)是揭露两面分别为菱形表面200与弧形表面202的一微结构20，以利用此种结构数组达成背光源在两个垂直方向的集光增益效果；然而以实际上的制作技术而言，该专利的几何结构加工困难度高，并不适合量产。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种光学组件与光源装置，其是利用微结构的方式达到集光与扩散的复合式光学效果，以达到有效提升光效率的目的。
本发明的次要目的是提供一种光学组件与光源装置，是透过微结构滚筒的制作并利用滚压生产一次成形来达到降低生产成本的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光学组件，包括一第一光学面与可接收一入射光的一第二光学面，该光学组件包含：
一扩散部，是由可透光材料所制成且可扩散该入射光；以及
一集光部，是由可透光材料所制成且可集中该入射光，该扩散部与该集光部是彼此并列抵靠且位于该第一光学面上。
所述的扩散部包含具有一半圆柱单元结构深度的至少一半圆柱单元。
所述的半圆柱单元结构深度是在10微米～500微米的范围内。
所述的集光部包含具有一顶角的至少一菱形单元。
所述的顶角是在30度～140度的范围内。
所述的第二光学面为平滑光学表面。
所述的第二光学面为粗糙光学表面。
本发明采用的技术方案还包括：一种光源装置，包含：
一反射片；
一导光板，是位于该反射片之上；
至少一光源，其是位于该导光板四周且可发射一入射光；以及
至少一光学组件，其是位于该导光板的上且具有一第一光学面与可接收该入射光的一第二光学面，该至少一光学组件包含：
一扩散部，其是由可透光材料所制成且可扩散该入射光；以及
一集光部，其是由可透光材料所制成且可集中该入射光，该扩散部与该集光部是彼此并列抵靠且位于该第一光学面上。
所述的该扩散部包含具有一半圆柱单元结构深度的至少一半圆柱单元。
所述的半圆柱单元结构深度是在10微米～500微米的范围内。
所述的集光部包含具有一顶角的至少一菱形单元。
所述的顶角是在30度～140度的范围内。
所述的第二光学面为平滑光学表面。
所述的第二光学面为粗糙光学表面。
包含两光学组件，该等光学组件是彼此重迭且呈0度～90度的交角。
本发明的优势在于：采用微结构的方式达到集光与扩散的复合式光学效果，以达到有效提升光效率；透过微结构滚筒的制作并利用滚压生产一次成形来降低生产成本。
附图说明
图1是一先前技术的示意图；
图2是另一先前技术的示意图；
图3A是菱形透镜的光学特性示意图；
图3B是柱状透镜的光学特性示意图；
图4是本发明光学组件的横剖面示意图；
图5是本发明光学组件的加工示意图；
图6A是本发明光学组件的一变化实施例的示意图；
图6B是本发明光学组件的另一变化实施例的示意图；
图7是本发明光学组件应用于光源装置时的横剖面示意图；
图8是本发明光学组件应用于光源装置时的另一实施例横剖面示意图；
图9是本发明光学组件应用于光源装置时的堆栈示意图；
图10是本发明光学组件的另一实施例横剖面示意图；
图11是本发明光学组件的又另一实施例横剖面示意图。
附图标号说明：10菱形结构；12扩散材料；14光线；20微结构；200菱形表面；202弧形表面；30菱镜；32入射光；34透镜；36a-入射光；36b-入射光；36c-入射光；36d-入射光；38汇聚区；40光学组件；42第一光学面；44第二光学面；440粒子；46菱形单元；48半圆柱单元；50塑料基板；52紫外线成形材料；54微结构模仁；56滚筒；60最小单元；62最小单元；7光源装置；70光源；72反射片；74导光板；76光学组件；700入射光；8光源装置；80光源；82反射片；84导光板；86光学组件；88光学组件；800入射光；a-顶角；b-半圆柱单元结构深度；θ-角度；α-夹角。
具体实施方式
以下将参照随附的图式来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举的实施例仅为辅助说明，但本发明的技术手段并不限于所列举附图。
请参见图3A，菱形结构在光学效果上具有良好的集光特性(缩小发散光源的发散角度)；根据司乃尔定律(Snell’s Law)，当入射光32射入菱镜30后，如果角度θ大于全反射临界角，则入射光32会在该菱镜30内被全反射(图3A中虚线箭头)，如果角度θ小于全反射临界角，则入射光32在射出该菱镜30后(图3A中实线箭头)会再次偏离法线(图3A中虚线)，因而达到集光效果。
又，柱状镜结构在光学效果上则因透镜特性而可表现出有效范围的扩散性质，如图3B所示，当入射光36a、当离轴的入射光36b、入射光36c以及入射光36d射入透镜34后，会先汇聚于汇聚区38然后再发散；利用此特性可达成大入射角度光线的出光角收敛与均匀化(模糊化)的目的。
本专利所提出的光学组件对光源具有扩散与集光的复合效果，此光学组件表面主要由具有上述两种几何特征的微结构所组成，意即由菱形结构与半圆柱结构所组成。因此，透过这两种结构的交错排列组合，将可对光源产生集光与扩散的双重效果。
请参见图4，其为本发明光学组件的横剖面图。本发明的光学组件40具有一第一光学面42与一第二光学面44，该第二光学面44用于接收入射光，该第一光学面42上交错排列一菱形单元46与一半圆柱单元48，该菱形单元46用于集中光线，意即为集光部，该半圆柱单元48则用于扩散光线，意即为扩散部，该菱形单元46具有一顶角a，该半圆柱单元48具有一半圆柱单元结构深度b，由适当选择该顶角a、该半圆柱单元结构深度b及该光学组件40的组成材料(即，选择折射率)，吾人可依产品的不同需要来调整该光学组件40所表现出的集光度与扩散度的强弱比例。
图5为本发明光学组件的加工示意图。当欲制作本发明的光学组件时，先于塑料基板50上涂布一层紫外线成形材料52，然后以装设有微结构模仁54的滚筒56滚压过该紫外线成形材料52，即可在该紫外线成形材料52上形成所需图样，然后以紫外光(图中未示出)照射该紫外线成形材料52使其固化，即可得到本发明的光学组件。
当然，本发明光学组件非仅局限于一个菱形单元搭配一半圆柱单元，而亦可有多种搭配变化。如图6A及图6B所示，本发明光学组件的最小单元60可为一个菱形单元搭配四个半圆柱单元；或是本发明光学组件的最小单元62可为两个菱形单元搭配三个半圆柱单元，该等变化完全依照使用者依实际需要状况来进行设定。
图7为本发明光学组件应用于光源装置时的横剖面示意图。在图7中，光源装置7包含一光源70、一反射片72、一导光板74，以及一光学组件76；该光源70位于该导光板74四周且可发射一入射光700，该导光板74位于该反射片72之上，该光学组件76位于该导光板74之上；如此，该入射光700是在单一方向上(水平或垂直)可被该光学组件76进行集中与扩散的双重效果(例如为了提升显示器的水平可视度或垂直可视度)，使得该光源装置7可提升光效率且具有优异的显示特性。
图8为本发明光学组件应用于光源装置时的横剖面示意图，其是显示另一实施例。于图8中，光源装置8包含一光源80、一反射片82、一导光板84，以及两片光学组件86与88；该光源80位于该导光板84四周且可发射一入射光800，该导光板84位于该反射片82之上，该等光学组件86与88位于该导光板84之上，且该光学组件86与该光学组件88除彼此重迭外并可呈一特殊夹角α，如图九所示；如此，该入射光800可被该光学组件86与88在两方向上同时进行集中与扩散的双重效果(例如为了同时提升显示器的水平可视度及垂直可视度)，使得该光源装置8可提升光效率且具有优异的显示特性。
在本发明中，该半圆柱单元的半圆柱单元结构深度是在10微米～500微米的范围内，该菱形单元的顶角是在30度～140度的范围内；该第二光学面可为平滑或粗糙的光学表面(为使扩散效果更佳)，当欲将该第二光学面44制作为粗糙表面时，可在该微结构光学调制组件40上涂布不同粒径大小的粒子440或在制造该微结构光学调制组件40时一体成形，如图10及图11所示；当迭置两片光学组件时，该等光学组件可彼此呈大于0度而不大于90度的特殊夹角。
综上所述，本专利所提出的复合功能光学组件对光源具有扩散与集光的复合效果，可表现出高度可控制性的光学扩散功能，以达成同时取代传统集光片与扩散片的目的，当此种光学组件应用在背光模块中时，可提升光效率、简化模块架构并降低模块成本，以上，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以之限定本发明所实施的范围。即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (15)

1、一种光学组件，其特征在于：包括一第一光学面与可接收一入射光的一第二光学面，该光学组件包含：
一扩散部，是由可透光材料所制成且可扩散该入射光；以及
一集光部，是由可透光材料所制成且可集中该入射光，该扩散部与该集光部是彼此并列抵靠且位于该第一光学面上。
2、根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于：所述的扩散部包含具有一半圆柱单元结构深度的至少一半圆柱单元。
3、根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于：所述的半圆柱单元结构深度是在10微米～500微米的范围内。
4、根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于：所述的集光部包含具有一顶角的至少一菱形单元。
5、根据权利要求4所述的光学组件，其特征在于：所述的顶角是在30度～140度的范围内。
6、根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于：所述的第二光学面为平滑光学表面。
7、根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于：所述的第二光学面为粗糙光学表面。
8、一种光源装置，其特征在于：包含：
一反射片；
一导光板，是位于该反射片之上；
至少一光源，是位于该导光板四周且可发射一入射光；以及
至少一光学组件，其是位于该导光板的上且具有一第一光学面与可接收该入射光的一第二光学面，该至少一光学组件包含：
一扩散部，其是由可透光材料所制成且可扩散该入射光；以及
一集光部，其是由可透光材料所制成且可集中该入射光，该扩散部与该集光部是彼此并列抵靠且位于该第一光学面上。
9、根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于：所述的该扩散部包含具有一半圆柱单元结构深度的至少一半圆柱单元。
10、根据权利要求9所述的光源装置，其特征在于：所述的半圆柱单元结构深度是在10微米～500微米的范围内。
11、根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于：所述的集光部包含具有一顶角的至少一菱形单元。
12、根据申请专利范围第11项所述的光源装置，其特征在于：所述的顶角是在30度～140度的范围内。
13、根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于：所述的第二光学面为平滑光学表面。
14、根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于：所述的第二光学面为粗糙光学表面。
15、根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于：包含两光学组件，该等光学组件是彼此重迭且呈0度～90度的交角。
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