TWI363900B - Light guiding film - Google Patents

Description

1363900 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種導光膜片，特別是有關於一種可 '將光線直接從膜片表面導入膜片内部，使光線沿著内部傳 遞的導光膜片。 【先前技術】 φ 一般中小尺寸的背光源，包括手機、PDA、數位相機 等，均採用側光導光式的背光模組為主，由於小尺寸訴求 v 輕薄短小甚至是可撓曲化，薄型化是產品設計的趨勢，背 光源組也是不斷的縮減其厚度，超薄的導光膜為目前各國 技術發展的主要著眼點，市面上充斥許多低效率或無效的 的導光膜產品，僅提供光擴散反射或部分光耦合的效果’ 無法有效將光源導入膜片中，另外受限於產品價值，如何 以簡易的方法，製造出膜片厚度<5〇〇um的超薄導光膜片， • 首先要解決的是光如何導入到薄的膜片中，傳統導光厚板 由於有較大面積截面，可以利用側光引入的方式，光源與 膜片方向平行，光線經過介面自然會耦合進入膜片，在膜 片中傳遞，另外光源上，CCFL冷陰極管發出光束的光型 較為發散，LED光束光型較為集中，所以LED所使用的導 光板可以較薄，不過當光束大小超過膜片厚度時，就無法 直接將LED耦光入膜片，只能使用強迫耦光與聚焦等較 為複雜高成本的手段處理，很難實現物美價廉的超薄型導 光膜片。 0954-A22332TWF(N2)；P54960060TW；chentf 5 1363900 一般導光版所見的導光方式如美國專利US 6259854 所示’由厚導光板侧邊截面方向導入光源，光線引入後在 導光板内進行全反射，光線的引出則是利用楔型板加表面 網點印刷等方式或平板搭配表面光學微結構佈局等，當導 光板厚度小於光源範圍時，光線就很難導入導光板中，需 藉由其它的設計來將光導引至膜片當中。習知技術SID ‘03 DIGEST, 2003, pl259-1261揭露一種利用膜片轉折的方 式，將光源由膜片背後側面引入’經過反射後將光元件間 接導入正面的膜片，這樣的設計會增加構裝的複雜度與光 能量的損耗，US 2006/0262564則利用皇冠型的LED光學 帽子，將LED發出的光折射成進入膜片的戴面，藉由底部 傳導後再反射到正向的光學出光膜片，這樣的設計非但無 法降低背光模組厚度，更會增加複雜性與成本。美國專利 US 5883684為完全包覆型的侧光式導光獏片，以反射層將 光源強迫反射到膜片當中’光線在這樣的反射·折射中會大 量損耗能量，在散熱與效率上會有影響。美國專利公開案 US 2005/0259939為將導光膜片彎曲，光線還是由膜片的截 面進入，再曲折到表面的膜片發光層，這樣的設計會除了 在構裝上的問題外，並未解決光線如何進入較薄膜片的問 題。美國專利公開案US 2004/061440為薄型導光膜的專利 圖形’將LED裝置在膜片表面，利用遮光與反射層將光線 行進方向壓縮與膜片平行，光線在膜片的上方前進，遇到 表面的網點等結構再改變方向，發散出來，這樣的設計可 以將膜片薄型化’不過並不是直接將光線輕合到膜片裡

'：S 0954-A22332TWF(N2)；P54960060TW；chentf 1363900 面’所以當膜片彎㈣’光、％就無法沿著μ表面前進， 表面的光學設計就會失欸，而曰本專利公開案Jp 2000249837 侧 taper 的方< 片中’這樣的技術”會因為背向反射而大幅損失光亮度 並且需要需要較長的耦合钜離，美國專利公開案us 2004/202441將導光板中間數作出—個缺口與光源結合，基 本上還是利用膜片的截面將先源導人膜片當中，當導光板 厚度變薄時’同樣會遇到執光的問題，期β Applied〇ptics

April 2006_V〇1. 45 No. 12 與 〇ptics Express 2〇〇8 March 2007/Vol. 15 No. 5揭露利用缝射光學的方式，利用細微的 光柵’將垂直人射膜片的光綠，經由繞射，光行進方向轉 換成與膜片平行，將綠合I膜片當中，這樣的光柵設計 需要很複雜的光學設計與高锖度的㈣ing加工技術，輛合 效率很容㈣精度的差異^同，因此很關用到商業生 產中。 【發明内容】 有鑑於此，本發明目的在於提供一種光學微結構，在 導光膜片的厚度遠小於光源^的情況下，直接由膜片表 面（厚度方向）將光耦合至導光膜片的構造。 本發明利用微光學結構與光導原理，將LED光源直接 由膜片表面搞合到導光鱗“，導光膜片厚度由 H)〇Um_50〇Um之間，過程不需要對位uiignment)或聚光 (concentration)，僅需近距離將光源直接照射在光擴散的微 結構’既可以透過微結構折射後角度的控制，將光線引入 0954-A22332TWF(N2)；P54960060TW；chentf 7 (S > 1363900 塑膠薄片當中。 本發明的導光膜片的一較佳實施例包括一本體、一光 擴散結構。光擴散結構包括複數個微凹透鏡沿一第一方向 以及一第二方向排列成一二維陣列，該等微凹透鏡以及該 等微凹透鏡的連接處的曲率皆不為〇。來自一光源的光 線，通過該光擴散結構後進入該本體並在該本體的内部進 行傳遞。該第一方向與該第二方向係大體上垂直。 在上述較佳實施例中，其更包括一反射件，設於該本 體附近，通過該擴散結構的光線經由該反射件反射至該本 體内部而產生全反射而進行傳遞。 在上述較佳實施例中，該本體具有一第一面以及一第 二面，該光擴散結構係形成於該第一面上，光線從該第一 面入射並通過該光擴散結構時，光線直接導入本體中，當 該光擴散結構係形成於該第二面上，光線由第一面進入’ 透過本體，經由第二面方向之反射件反射’而通過該光擴 散結構時，光線則直接導入本體中。 在上述較佳實施例中’反射件亦可以設置於與該光擴 散結構之相反面上。 在上述較佳實施例中，該導光膜片的厚度係小於1毫 米且大於200微米。 在上述較佳實施例中，該微凹透鏡的深度係遠小於該 導光膜片的厚度。 上述較佳實施例更包括一出光結構，設於該第一面或 該第二面，在該本體内傳遞的光線經由該出光結構而傳遞 0954-A22332TWF(N2)；P54960060TW：chentf 8 C S > 1363900 ^ 至該導光膜片的外部。 • 在上述較佳實施例中，光線入射於該本體的方向與該 光線在該本體中傳遞的方向係大體上垂直。 在上述較佳實施例中，光擴散結構可用一模具以熱壓 法形成於本體上。 為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖示，作 詳細說明如下： 【實施方式】 . 本發明的導光膜片的一實施例如第1圖所示，導光膜 片100包括一本體10。本體10包括一第一面12以及一第 二面14。一光擴散結構30形成於第一面12上。來自光源 5的光線A照射至光擴散結構30後，產生光的擴散’擴散 後的光線B到達第二面14時使光線產生反射’由第二面 14反射的光線C到達導光膜片100與空氣的交界面時，大 • 部分的光線的入射角大於全反射的臨界角而產生全反 射，然後經由不斷地全反射而在本體10的内部傳遞。如此 光線可以從導光膜片100的正面導入，而導入的光線同樣 可以導光膜片100為介質而傳遞，其傳遞方向與光線入射 方向大體上為垂直。 光擴散結構30在本實施例中為複數個微凹透鏡32沿 一第一方向L1以及一第二方向L2排列成二維的陣列，如 第2圖所示，此構造可以用雷射拖拉法製成，使每個為凹 透鏡32的鏡面上以及兩微凹透鏡32彼此相接處的曲率均 0954-A22332TWF(N2)；P54960060TW；chentf 9 1363900 不為零。 臨界角0C則與導光膜片100的材質有關，一般而言， 導光膜片100係以聚碳酸酯（Polycarbonate)形成，聚碳 酸酯的折射率nl = 1.59，而空氣的折射率為n2=l，0 c = arcsin(n2/nl)，如此在導光膜片100以聚碳酸酯製成的情況 下，0 c= 38.97 度。 第3圖為本發明之導光膜片的另一實施例的示意圖， 與第1圖的實施例不同之處在於本實施例在第二面14上設 置一反射件20，可將所有到達第二面14的光線反射，反 射後的光線在第一面12產生全反射，之後經由不斷地全反 射而在本體10的内部傳遞。 第4圖為本發明之導光膜片的另一種配置，反射件20 係朝向第一面12上的光擴散結構30，在此實施例中’來 自光源5的光線A從第二面14進入本體後穿透光擴散結 構30而由反射件20反射，反射後的光線B再度通過光擴 散結構30而產生光的擴散，擴散後的光線C到達導光膜 片100與空氣的介面時，產生全反射，之後經由不斷地全 反射，使光線在本體1〇中傳遞。 以下針對微凹透鏡對光線的擴散以及產生全反射的關 係做一說明。由空氣進入聚碳酸酯（nl = l n2=1.59)依照 全反射關係式，光線在聚碳酸酯中傳遞的臨界角度為 38.97。。 第5圖為本發明之導光膜片的另一種配置，光源5係 配置成與第一面12呈一傾斜的角度。當然此種配置會造成 0954-A22332TWF(N2)；P54960060TW；chentf 10 C B ) 1^63900 在某方向光量分佈強度較大，而其他方向較弱。 • 第6圖為微凹透鏡是半球面的情況，Θ卜Θ2 .弁* • 1，2平行光入射角 .九束 - θΓΐ ’ Θγ2 :光束！，2平行光折射角 α 1，辽2 :光束i，2過圓心之視角 θνΐ ’ Θν2 :光束卜2折射後之視角 平行光源進入凹面鏡，由於是半圓，入射光切面法線 籲^向為焦點，以垂直圓心方向為Q度角，恰為法線之視角， 分別為α1與以2 ’兩道光束位置分別為入射角為Θ1與Θ 2’折射角為ΘΗ與㈣’光線經折射後相對於視角之角度 為0 ν1與0 ν2，關係式如下nlsin0丨=n2sin0rl ' α 1= θ 1 θ vl = a 1 — 6> rl 當 θ 1 為 36.8° 時 <9rl 為 22.Γ θ ν1=45« — 26.4。= 14.7。<38.97。臨界角，光線折射後並 φ 不會全反射傳遞。 Θ 2 為 52.9° 時經計算 0 r2 = 30.1。。 Θν2=22.8 <38.97°臨界角，光線仍不會全反射傳遞。 理論上入射角度要超越77。後才會產生足以全内反射 的光線角度，不過在此角度光線折射進入材料的量非常 少，所以球面鏡，能導入的光線進入材料全反射的效率很 差。 第7圖表示為非球面（橢圓面、拋物面或雙曲面）的 微凹透鏡的情況。 0954-A22332TWF(N2);P54960060TW；chentf

Claims (1)

1363900 修正曰期:】00.12.27 包括： 修正本 第 96137232 號 • 十、申請專利範圍·· Λ I· 一種導光膜片 一本體； 7光擴散結構’包括複數個微凹透鏡沿—第―方向以 及一第二方向排列成—二維陣列，該等微凹透鏡的鏡面以 及該等微凹透鏡彼此的連接處的曲率皆不為〇; /其中來自-光_猶進人該本體並通㈣光擴散結 構後’在該本體的㈣產生全反射而進行傳遞，其中光線 入射於該本㈣方向與絲線在該本體巾傳遞的方向係大 體上垂直。 2·如申請專利範圍帛丨項所述之導光膜片，其更包括 一反射件’設於該本體附近，錢經由該反射件反射通過 該光擴散結構至該本體内部而產生全反射而進行傳遞。 3.如申請專利範圍第2項所述之導光膜片，其中該本 ，具有一第一面以及—第二面，該光擴散結構係形成於該 第面上，當光線從該第一面入射並通過該光擴散結構 •時，該反射件係朝向該第二面設置；當光線從該第二面入 射而通過該光擴散結構時，該反射件係設朝向該光擴散姓 構設置。 4·如申請專利範圍第1項所述之導光膜片，其中該本 ’、有苐面以及一弟一面，該光擴散結構係形成於該 第面上，光線從該第一面入射並通過該光擴散結構，並 在該本體的内部產生全反射而進行傳遞。 5.如申請專利範圍第1項所述之導光膜片，其中光源 16 1363900 第 96137232 號 修正本 其中該第 修正日期:】〇〇·12.27 與膜片方向互為垂直或頃斜。 6.如申請專利範圍第〗項所述之導光膜片 一方向與該第二方向係大體上垂直。 Λ 7.如申請專利範圍第1項所述之導光膜片，其中每一 微凹透鏡的寬度與深度的比值係大於2。 8. 如申請專利範圍第1項所述之導光膜片’其中該微 凹透鏡的深度係小於該導光膜片的厚度。

9. 如申請專利範圍第1項所述之導光膜片，其更包括 -出光結構’設於該第一面或該第二面，在該本體内傳遞 的光線經由該出光結構而傳遞至該導光膜片的外部。 ^ 10.如申請專利範圍第1項所述之導光膜片，其中該導 光膜片的材質為聚碳酸酯（P〇lycarb〇nate ) PC、pET、C〇p、 TOC、PE、PP、PES、PI、PMMA、ps、等透明與半透明 兩分子聚合物。 11·如申請專利範圍第丨項所述之導光膜片，其中該光 擴散結構可用一模具以熱壓法形成於該本體上。