TWI306971B - - Google Patents

Description

1306971 九、發明說明： :【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種光學元件與光源裝置，尤其是有 關於可將擴散元件與集光元件設置於同一膜層之一種光學 元件與使用該光學元件之光源裝置。 【先前技術】 目前之背光模組中，主要是以擴散片、增光片或偏極轉 換片等光學膜片之搭配使用來達到光均勻與集中的目的， ® 但目前相關元件的來源皆掌握在國外大廠中，因此雖然台 灣顯示器產業蓬勃發展，但背光模組產業之關鍵零組件長 期受制於國外廠商，導致利潤低落，此外，上述之背光模 組架構使用之膜片數目多，相對造成模組光學效率降低、 模組成本高、組裝良率受限等缺點。 請參見圖一，美國專利案第US6, 280, 063號「亮度增強 物件（Brightness Enhancement Article)」係以具有圓弧 角之菱形結構10搭配下層不規則狀之擴散材料12來達成 φ 光線14的集中與擴散作用，應用於背光模組時可提升光亮 度與增加均勻度：但由於上下層結構需分兩道程序製作且 下層擴散層對光源乃進行隨機的任意角度擴散，因此在成 本與光效率利用上仍有改善的空間。 美國專利案第US6, 277, 471號「亮度增強薄膜 (Brightness Enhancement Fi lm)」係揭露兩面分別為菱形 表面200與弧形表面202之一微結構20(請參見圖二），以 利用此種結構陣列達成背光源於兩個垂直方向之集光增益 效果；然而以實際上的製作技術而言，該專利之幾何結構 加工困難度高，並不適合量產。 1306971 - ®此，所需要的是一種光學元件，其 .術的缺點，本發明係可滿足此需求。 口支 【發明内容】 本考X明之主要目的係提供一 其係利用微結置， 果，《達到有效提升光效率之目^擴政的複合式光學效 甘总月之人要目的係提供—種光學元件與光界F晋 其係透過微結構滾筒之製作並 到降低生產成本之目的。 皮-人成形來達 有一 土’本發明係提供-種光學元件，其传呈 !4係=舆可接收-入射光之-第二光學面，:先 光；=散部’其係由可透光材料所製成且可擴散該入射 Γ ’其係由可透光材料所製成且可集中今入射 J面:擴散懒集光部係彼此並列抵靠且位於該第= 之二口:係包含具有-半圓柱單元結構深度 米之St該半圓柱單元結構深度係在10微米〜500微 單元較佳地’該集光部係包含具有一頂角之至少一個菱形 =’2角係在30度〜140度之範圍内。 光學面係為平滑光學表面。 又土 ，5亥第二光學面係為粗糙光學表面。 1306971 • 為達上述目的，本發明更提供一種光學裝置，其係包 -含： 一反射片； 一導光板，其係位於該反射片之上； 至少一光源，其係位於該導光板四周且可發射一入射 光；以及 至少一光學元件，其係位於該導光板之上且具有一第 一光學面與可接收該入射光之一第二光學面，該至少一光 學元件係包含： — 一擴散部，其係由可透光材料所製成且可擴散該入射 光；以及 一集光部，其係由可透光材料所製成且可集中該入射 光，該擴散部與該集光部係彼此並列抵靠且位於該第一光 學面上。 較佳地，該擴散部係包含具有一半圓柱單元結構深度 之至少一個半圓柱單元。 較佳地，該半圓柱單元結構深度係在10微米〜500微 φ 米之範圍内。 較佳地，該集光部係包含具有一頂角之至少一個菱形 XJO — 早兀。 較佳地，該頂角係在30度〜140度之範圍内。 較佳地，該第二光學面係為平滑光學表面。 較佳地，該第二光學面係為粗糙光學表面。 較佳地，該光源裝置係包含兩光學元件，該等光學元 件係彼此重疊且呈0度〜90度之交角。 為使貴審查委員對於本發明之結構、功效及其方法 有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。 7 1306971 -【實施方式】 以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使 用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉 助說明，以利t審查委員瞭解，但本案之技術 於所列舉圖式。 又儿个I良 請參見圖三纟，S雜構在辟料上具有& (Snell sLaw)’當入射光32射入菱鏡汕後，如果 :=全反角’則入射光3 2會在該菱鏡3 0内被： 肖;Γ:射二，箭頭)’如果角度Θ *於全反射臨界 角’則入射先32在射出該菱鏡3〇後（圖三Α中 會再次偏離法線（圖三Α中虛線），因而達到集光效果。 又’柱狀鏡結構在光學效果上則因彡鏡特性而可 ，如圖三6所示，當入射光咖、當 ΓΛϋ 人射光36c以及入射* _射入透鏡 ^ 大:射"^〜: 此，透過這兩種I構構與半圓柱結構所組成。因 光與擴散錯排列組合’將可對光源產生集 明之=Γ4。本:明$元件之橫剖面圖。本發 44,該第1^ ：；有一第一先學面42與一第二光學面 弟一先予面44係用於接收入射光，該第一光學面 8 1306971 -42上係交錯排列一菱形單元46與一半圓柱單元48，該菱 .形單元46係用於集中光線，意即為集光部，該半圓柱單元 48則係用於擴散光線，意即為擴散部，該菱形單元46係 ' 具有一頂角a，該半圓柱單元48係具有一半圓柱單元結構 ' 深度b，藉由適當選擇該頂角a、該半圓柱單元結構深度b 及該光學元件40之組成材料（即，選擇折射率），吾人可依 產品之不同需要來調整該光學元件40所表現出之集光度 與擴散度的強弱比例。 圖五係為本發明光學元件之加工示意圖。當欲製作本發 ® 明之光學元件時，係先於塑膠基板50上塗佈一層紫外線成 形材料52，然後以裝設有微結構模仁54之滾筒56滾壓過 該紫外線成形材料52，即可在該紫外線成形材料52上形 成所需圖樣，然後以紫外光（圖中未示出）照射該紫外線成 形材料52使其固化，即可得到本發明之光學元件。 當然，本發明光學元件非僅偈限於一個菱形單元搭配一 半圓柱單元，而亦可有多種搭配變化。如圖六A及圖六B 所示，本發明光學元件之最小單元60係可為一個菱形單元 φ 搭配四個半圓柱單元；或是本發明光學元件之最小單元62 係可為兩個菱形單元搭配三個半圓柱單元，該等變化係完 全依照使用者依實際需要狀況來進行設定，於此不再贅述。 圖七係為本發明光學元件應用於光源裝置時之橫剖面 . 示意圖。於圖七中，光源裝置7係包含一光源7 0、一反射 片72、一導光板74，以及一光學元件76 ;該光源70係位 於該導光板74四周且可發射一入射光700，該導光板74 係位於該反射片72之上，該光學元件76係位於該導光板 74之上；如此，該入射光700係在單一方向上（水平或垂 直）可被該光學元件76進行集中與擴散之雙重效果（例如 9 1306971 為了提升顯示器之水平可視度或垂直可視度），使得該光源 裝置7可提升光效率且具有優異之顯示特性。 一 a圖八係為本發明光學元件應用於光源裝置時之橫剖面 示思圖，其係顯示另一實施例。於圖八中，光源裝置8係 包含一光源80、一反射片82、一導光板84,以及兩片光 學兀件86與88 ;該光源80係位於該導光板84四周且可 發，一入射光800，該導光板84係位於該反射片82之上， 該等光學元件86與88係位於該導光板84之上，且該光學 兀件86與該光學元件88除彼此重疊外並可呈一特殊夾角 α，如圖九所示；如此，該入射光800係可被該光學元件 86與88在兩方向上_進行集中與擴散之雙重效果（例如 I：Ξ寺提升顯示器之水平可視度及垂直可視度），使得該 光源裝〜8可提升光效率且具有優異之顯示特性。 ίο 柱單元之半圓柱單元結構深度係在 〜140产之^之範圍内’該蔓形單元之頂角係在3〇度 學表面（為使^V里該第二光學面係可為平滑或粗糙之光 么相捧本；^ 、政效果更佳），當欲將該第二光學面44製作 同粒^小係可於該微結構光學調制元件40上塗佈不 時一體成#极子440或在製造該微結構光學調制元件40 時，該等光^如圖十及圖十一所示；當疊置兩片光學元件 殊夾角。予7°件係可彼此呈大於0度而不大於90度之特 具有擴散3’本f利所提出之複合功能光學元件對光源 學擴散功能j、之複合效果，可表現出高度可控制性的光 的，當此種夹I達成同時取代傳統集光片與擴散片之目 率、簡化模％ 1 =件應用於背純組中時，係可提升光效 、、、木構並降低模組成本，為此技術領域中極具 1306971 • 競爭力之產品。 - 唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能 以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利 ' 範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋 • 之範圍内，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。 1306971 •【圖式簡單說明】 .圖一係為一先前技術之示意圖； 圖二係為另一先前技術之示意圖； ' 圖三A係為菱形透鏡之光學特性示意圖； • 圖三B係為柱狀透鏡之光學特性示意圖； 圖四係為本發明光學元件之橫剖面圖； 圖五係為本發明光學元件之加工示意圖； 圖六A係為本發明光學元件之一變化實施例之示意圖； 圖六B係為本發明光學元件之另一變化實施例之示意圖； ® 圖七係為本發明光學元件應用於光源裝置時之橫剖面示意 圖； 圖八係為本發明光學元件應用於光源裝置時之橫剖面示意 圖，其係顯示另一實施例； 圖九係為本發明光學元件應用於光源裝置時之堆疊示意 圖， 圖十係為本發明光學元件之橫剖面圖，其係顯示另一實施 例；以及 φ 圖十一係為本發明光學元件之橫剖面圖，其係顯示又另一 實施例。 【主要元件符號說明】 . 10-菱形結構 12-擴散材料 14 _光線 20-微結構 200-菱形表面 202-弧形表面 1306971 ；30-菱鏡 -3 2 -入射光 34-透鏡 36a-入射光 36b-入射光 36c-入射光 36d_入射光 38-匯聚區 40-光學元件 胃42-第一光學面 44 -第二光學面 440-粒子 46-菱形單元 48-半圓柱單元 5 0 -塑膠基板 52-紫外線成形材料 54-微結構模仁 φ 56-滾筒 60-最小單元 62-最小單元 7- 光源裝置 7 0 _光源 72-反射片 74-導光板 76-光學元件 7 0 0 -入射光 8- 光源裝置 1306971 8 0 _光源 82-反射片 84-導光板 86-光學元件 88-光學元件 8 0 0 -入射光 a-頂角 b-半圓柱單元結構深度 Θ-角度 α -夾角

Claims (1)

1306971 +二中請專利範圍： 光，凡件，具有—第—光學面與可接收—入射光之 第一光學面，該光學元件包含： 1政:及其係由可透光材料所製成且可擴散該入射 :光:h其係由可透光材料所製成且可集中該入射 -光^部與該集光部係彼此並列抵靠且位於該第 2. ilC1項所述之光學元件，其中該擴散部 元/、有一半圓柱單元結構深度之至少-半圓柱單 3. ί申請專利範圍第2項所述之光學元件，其中該半圓才主 4 結構深度係在1G微米〜5GG微米之範圍内。 係包項所述之光學元件，其中該集光部 3 ^ 頂角之至少一菱形單元。 1其甲該頂角係 其中該第二光 其中該第二光 5·如申料利侧第4項所述之絲元件 在30度〜140度之範圍内。 6·如申請專利範圍第丨項所述之光學元件 學面係為平滑光學表面。 7. 如申請專利範圍第〗項所述之光學元件 學面係為粗糙光學表面。 8. —種光源裝置，包含： 一反射片； 一導光板，其係位於該反射片之上； 至少-光源，其係位於該導光板四周且 光；以及 私耵入射 至少-光學it件，其係位於該導光板之上且具有一第一 15 1306971 光學面與可接收該入射光之一第二光學面，誃 光學元件係包含： Λ —擴散部，其係由可透光材料所製成且可擴散該入 光；以及 ' ° 一木光部，其係由可透光材料所製成且可集中該入射 光，该擴散部與該集光部係彼此並列抵靠且位於嗲 第一光學面上。

= 利ί圍第8項所述之光縣置，其中該擴散部 =Λ有—半圓柱單元結構深度之至少―半圓柱單元。 輩元圍第9項所述之光源裝置’其中該半圓柱 早凡結構深度係在10微米〜500微米之範圍内。 mm®帛8項料认綠置1 _該集光部 乐匕3具有一頂角之至少一菱形單元。 ίΛΙϊ專利範圍第11項所述之㈣裝置，其中該頂角 係在30度〜140度之範圍内。 專利範圍第8項所述之光源裝置，其中該第二光 子面係為平滑光學表面。 尤

如申請專利範圍第8項所述之光源裝置，其中該第一 學面係為粗糙光學表面。 弟一光 If .如彼申請專利範圍第8項所述之光源裝置，其係包含兩光 予7°件，該等光學元件係彼此重疊且呈0度〜90度之交角。