TWI417613B - 具安裝於側邊之光源的背光楔形物 - Google Patents

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TWI417613B
TWI417613B TW096117810A TW96117810A TWI417613B TW I417613 B TWI417613 B TW I417613B TW 096117810 A TW096117810 A TW 096117810A TW 96117810 A TW96117810 A TW 96117810A TW I417613 B TWI417613 B TW I417613B
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詹姆士 布萊恩 威廉斯
摩斯可維琪 傑可伯
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３Ｍ新設資產公司
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side

Description

具安裝於側邊之光源的背光楔形物
本揭示內容一般係關於諸如背光之光學裝配件。
使用背光的光學器件係用於(例如)膝上型電腦、手持計算器、數位手錶、行動電話、電視及類似器件與照明標記及許多其他器件的顯示器。
可以經由可包括傳統反射器的光學元件將光供應給背光。傳統反射器(包含著色表面、鍍銀鏡、拋光金屬或金屬化表面等)在許多應用中遭受若干缺點。例如，此等傳統反射器遭受入射在其表面上的光之相對較高吸收率，通常吸收約10%入射在其上的光。因此，在每次反射之後剩餘的光之數量係小於最初提供的光之數量。在遇到多重反射的器件中，實質上可以限制光學器件的總輸出。
在本揭示內容之說明性但為非限制性範例中，揭示一背光。一背光可包含一可見光透射體，其主要藉由全內反射(TIR)而傳播光且具有一輸入表面及一輸出表面。該可見光透射體包含具有非平行相對側表面的一光輸入部分及具有一光反射表面與一發光表面的一光導部分。一光源可加以置放成相鄰於該輸入表面以便該光源發射光至該光輸入表面中。該輸入表面可以係相對側表面之一。一多層聚合鏡膜可加以置放成相鄰於該等相對側表面但並非與該等相對側表面密切接觸且可反射入射在該多層聚合鏡膜上的95%以上之可見光。
在本揭示內容之另一說明性但為非限制性範例中，揭示一背光。一背光可包含一發散楔形物，該發散楔形物係由下列項目所界定：一窄端表面與一寬端表面，及在該窄端表面與該寬端表面之間延伸的相對非平行側表面。一光源可加以置放成相鄰於該等相對側表面之一以便該光源發射光至該發散楔形物中。一多層聚合鏡膜可加以置放成相鄰於該等相對側表面但並非與其密切接觸且可反射入射在該多層聚合鏡膜上的95%以上之可見光。
在本揭示內容之另一說明性但為非限制性範例中，揭示一背光。一背光可包含一第一發散楔形物，該第一發散楔形物係由下列項目所界定：一第一窄端表面與一第一寬端表面，及在該第一窄端表面與該第一寬端表面之間延伸的第一非平行相對側表面。一光源可加以置放成相鄰於該等第一相對側表面之一以便該光源發射光至該第一發散楔形物中。
該背光可包含一第二發散楔形物，該第二發散楔形物係由下列項目所界定：一第二窄端表面與一第二寬端表面，及在該第二窄端表面與該第二寬端表面之間延伸的第二非平行相對側表面。一第二光源可加以置放成相鄰於該等第二相對側表面之一以便該第二光源發射光至該第二發散楔形物中。
具有一光反射表面及一發光表面的一光導可與該第一寬端表面及該第二寬端表面光學耦合。一多層聚合鏡膜可加以置放成相鄰於該等第一及第二相對側表面但並非與其密切接觸，並且可反射入射在該多層聚合鏡膜上的95%以上之光。
從以下詳細說明將會明白本發明之此等及其他方面。然而，以上概述決不應視為對本發明的限制，本發明係僅由所附申請專利範圍界定，此可在實行期間加以修改。
因此，本揭示內容係關於具有光輸入楔形物的背光，該等楔形物具有由氣隙與光輸入楔形物分離的高度鏡面反射層。雖然本發明並非限於此，但是將透過以下提供的範例之論述獲得本發明之各方面的瞭解。
應該參考圖式閱讀下列說明，其中採用相同方式對不同圖式中的相同元件進行編號。不必按比例繪製的圖式描述選擇的說明性具體實施例而非意欲限制本發明之範疇。儘管針對不同元件說明結構、尺寸及材料之範例，但是熟習技術人士將認識到提供的許多範例具有可加以利用的適當替代形式。
除非另外指示，否則用於規格及申請專利範圍之表達特徵大小、數量及實體特性的所有數字均應理解為在所有實例中藉由術語"大約"加以修飾。因此，除非指示相反意思，否則以上規格及所附申請專利範圍中提出的數字參數係近似值，其可依據尋求由熟習技術人士利用本文揭示的原理獲得之所需特性而發生變化。
由端點所述的數位範圍包含該範圍內包含的所有數位(例如1至5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5)與該範圍內的任一範圍。
此規格及所附申請專利範圍中使用的單數形式"一"、"一個"、"該"包含具有複數個指示物的具體實施例，除非內容清楚地另行規定。例如，"一層"之參考包含具有一、二或更多個層的具體實施例。此規格及所附申請專利範圍中使用的術語"或"一般按其包含"及/或"的含義加以使用，除非內容清楚地另行規定。
術語"聚合物"將理解為包含各聚合物、共聚物(例如使用兩或更多種不同單體形成的聚合物)、低聚物及其組合、與可以在可摻合混合物中形成的聚合物、低聚物或共聚物。
一鏡面反射表面係上面反射入射光以便反射角係等於入射角的表面。以實務為基礎，所有表面均具有某變形，其產生反射光線之某散射，且基於本發明之目的，以等於入射角的角度反射10%數值的光能量。在許多具體實施例中，存在小於以不等於入射角之角度反射的1%之光。
本揭示內容可適用於照明裝配件，且更特定言之，可適用於使用光源提供照明的照明裝配件。本文揭示的照明裝配件可用於一般照明目的(例如照明一區域)，或用於藉由選擇性地照明如資訊顯示器中的裝配件之不同區域而提供資訊給一觀察者。此類裝配件係適用於背光顯示器、標記、照明器、及需要大量光的其他照明應用。
本文說明的光源包含任何適當的光源。在一些具體實施例中，光源係冷陰極螢光燈(CCFL)。在許多具體實施例中，光源包含一或多個具有相關聯的電性基板的之離散發光二極體(LED)晶粒或晶片並可視需要地包含散熱機制。本文所用的術語"LED"及"發光二極體"一般指具有用於提供電源給二極體的接觸區域之發光半導體元件。可(例如)採用一或多個第III族元件與一或多個第V族元件的組合形成III－V半導體發光二極體。適當的材料包含氮化物(例如氮化鎵或氮化銦鎵)及磷化物(磷化銦鎵)。亦可使用其他類型的III－V材料，如自週期表之其他群組的無機材料。在許多實例中，LED係"覆晶"或"線路焊接"LED。
LED可選擇為以任一所需波長(例如紅、綠、藍、青、深紅、黃、紫外或紅外光譜區中的波長)發光。在LED陣列中，LED可以分別在相同光譜區中發光，或可以在不同光譜區中發光。不同LED可用於產生不同顏色，其中從發光元件發射的光之顏色可選擇。不同LED之個別控制導致能控制發光的光之顏色。另外，若需要白光，則可提供發射不同顏色之光的若干LED，其組合效應係發射由觀察者感覺為白色之光。
產生白光的另一方法係使用一或多個LED，其以相對較短波長發光且使用磷光體波長轉換器將發射的光轉換成白光。白光係採用肉眼模擬感光器以產生普通觀察者將視為"白色"的外觀之光。可將此類白光偏壓為紅光(統稱為暖白光)或藍光(統稱為冷白光)。此類光可以具有最多100的顯色性指數。在一項具體實施例中，可將紅、藍及綠色LED晶粒之集合選擇性地放在一陣列中。獲得之光發射當同時混合在一起時係由觀看者視為彩色光或"白"光。
在其他具體實施例中，輻射源包含有機發光二極體(OLED)、垂直空腔表面發射雷射(VCSEL)、雷射二極體等。
本文說明的光源器件利用多層光學膜之獨特及有利特性。此類膜之優點、特徵及製造係最完整地說明在以引用的方式併入本文中的U.S.5,882,774中。多層光學膜可用作(例如)高效率光譜鏡。以下呈現多層光學膜之特性及特徵的相對簡要說明，隨後說明使用依據本揭示內容之多層光學鏡膜的背光系統之說明性具體實施例。
如結合本發明使用的多層光學鏡膜展現相對較低的入射光之吸收、及離軸的高反射率與正常光線。多層光學膜之獨特特性及優點提供機會以設計高效率背光系統，其在與已知背光系統相比時展現低吸收損失。本發明之示範性多層光學鏡膜係說明在以引用的方式併入本文中的U.S.6,924,014中(參見範例1及範例2)。示範性多層光學鏡膜包含具有至少兩種材料之交替層的多層堆疊。該等材料之至少一種具有應力感應雙折射之特性，因此材料之折射率(n)受拉伸程序的影響。該等層之間各邊界處折射率中的差異將使一光線之部分得以反射。藉由拉伸單軸至雙軸方位之範圍內的多層堆疊，建立一膜，其具有對不同定向的平面偏振入射光之一定範圍的反射率。因此可使多層堆疊用作反射鏡。構造的多層光學膜因此展現很大或不存在的布魯斯特角(反射率因入射在層界面之任一者上的光而變為零情況下的角)。因此，此等具有對於寬頻帶及較大範圍之角度內的s及p偏振光之高反射率之聚合多層堆疊可達成反射。
多層聚合鏡膜可以包含數十、數百或數千層，並且可以採用若干不同材料之任一者製造各層。決定用於特定堆疊的材料之選擇的特徵取決於堆疊之所需光學性能。堆疊可以包含如堆疊中存在的層數一樣多之材料。為便於製造，較佳光學薄膜堆疊僅包含少數不同材料。各材料或具有不同實體特性之化學上相同的材料之間的邊界可以係突變或逐漸式。除採用分析解決方式的某些簡單情況以外，具有連續變化折射率的層狀媒介之後者類型的分析係通常視為更大數目的較薄均勻層，其具有突變邊界但相鄰層之間的特性方面僅有較小變化。在許多具體實施例中，多層聚合鏡膜包含低/高折射率之膜層對，其中各低/高折射率之層對具有設計欲反射的頻帶之1/2中心波長的組合光學厚度。
對於多層聚合鏡膜而言，各偏振光及入射平面之所需平均透射率一般取決於反射鏡膜之意欲使用。產生多層鏡膜的一種方式係以雙軸方式拉伸一多層堆疊，其包含雙折射材料，作為低/高折射率對之高折射率層。對於高效率反射膜而言，在可見光譜(400至700 nm)內正常入射角情況下沿各拉伸方向的平均透射率係希望小於10%(反射率大於90%)、或小於5%(反射率大於95%)、或小於2%(反射率大於98%)、或小於1%(反射率大於99%)在從400至700 nm光譜內與法線成60度角情況下的平均透射率係希望小於20%(反射率大於80%)、或小於10%(反射率大於90%)、或小於5%(反射率大於95%)、或小於2%(反射率大於98%)、或小於1%(反射率大於99%)。
在上述U.S.5,882,774中說明的設計考量下，熟習技術人士將輕易地瞭解大量材料在選擇成產生所需折射率關係之條件下加以處理時可用於形成多層聚合反射鏡膜。可採用各種方式達到所需折射率關係，該等方式包含在膜形成期間或之後拉伸(例如在有機聚合物情況下)、擠壓(例如在液晶材料情況下)，或塗布。另外，較佳的係，兩種材料具有類似流變特性(例如熔融黏度)以便該等材料可加以共擠壓。
一般而言，可藉由將結晶或半結晶材料(較佳為聚合物)選擇為第一材料而達到適當組合。第二材料進而可以係結晶、半結晶或非晶材料。第二材料可以具有與第一材料相反的雙折射。或者，第二材料可以沒有雙折射，或比第一材料小的雙折射。適當材料之特徵範例包含聚萘二甲酸乙二酯(PEN)及其異構體(例如2,6－、1,4－、1,5－、2,7－及2,3－PEN)、聚亞烴基對苯二酸酯(例如聚乙烯對苯二酸酯、聚丁烯對苯二酸酯、及聚1,4－環己胺二亞甲基對苯二酸鹽)、聚醯亞胺(例如聚丙烯酸醯亞胺)、聚醚醯亞胺、無規聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯(例如聚異丁基甲基丙烯酸酯、聚丙甲基丙烯酸酯、聚乙基甲基丙烯酸酯、及聚甲基甲基丙烯酸酯)、聚丙烯酸酯(例如聚丁基丙烯酸酯及聚甲基丙烯酸酯)、間同聚苯乙烯(sPS)、間同聚阿爾法甲基苯乙烯、間同聚二氯苯乙烯、共聚物及此等聚苯乙烯之任何者的混合物、纖維素衍生物(例如乙基纖維素、醋酸纖維素、丙酸酯纖維素、醋酸丁酸鹽纖維素及硝酸鹽纖維素)、聚烷聚合物(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚異丁烯及聚(4甲)戊烯)、氟化聚合物(例如全氟烷基樹脂、聚四氟乙烯、氟化乙烯聚丙烯共聚物、聚偏二乙烯氟化物、及多氯三氟乙烯)、氯化聚合物(例如聚偏二乙烯氯化物及聚氯乙烯)、聚碸、聚醚碸、聚丙烯腈、聚醯胺、矽樹脂、環氧樹脂、聚乙烯醋酸鹽、聚醚醯胺、離子聚合樹脂、人造橡膠(例如聚丁二烯、聚異戊二烯、及氯丁橡膠)、與聚氨酯。共聚物亦係適當材料，該等共聚物如PEN共聚物(例如2,6－、1,4－、1,5－、2,7－及/或2,3－萘二羧酸或其酯之共聚物，其具有(a)對苯二酸或其酯；(b)異萘酸或其酯；(c)鄰苯二甲酸或其酯；(d)鏈烷乙二醇；(e)環烷乙二醇(例如環己胺二甲烷二醇)；(f)鏈烷二羧酸；及/或(g)環烷二羧酸(例如環己胺二羧酸))、聚亞烴對苯二酸酯之共聚物(例如對苯二酸或其酯之共聚物，其具有(a)萘二羧酸或其酯；(b)異萘酸或其酯；(c)鄰苯二甲酸或其酯；(d)鏈烷乙二醇；(e)環烷乙二醇(例如環己胺二甲烷二醇)；(f)鏈烷二羧酸；及/或(g)環烷二羧酸(例如環己胺二羧酸))、及苯乙烯共聚物(例如苯乙烯丁二烯共聚物及苯乙烯丙烯腈共聚物)、4,4'－二苯甲酸及乙烯乙二醇。另外，各個別層可包含以上說明的聚合物或共聚物之兩或更多者的混合物(例如sPS與無規聚苯乙烯之混合物)。說明的coPEN亦可以係顆粒之混合物，其中至少一個成分係基於萘二羧酸的聚合物並且其他成分係其他聚酯或聚碳酸酯，例如PET、PEN或co－PEN。
在許多具體實施例中，多層聚合反射鏡膜交替層包含PET/Ecdel、PEN/Ecdel、PEN/sPS、PEN/THV、PEN/co－PET、及PET/sPS，其中"co－PET"指共聚物或基於對苯二酸的混合物，Ecdel係可採用商業方式從Eastman化學公司購得之熱塑聚酯，且THV係可採用商業方式從明尼蘇達州聖保羅市的3M公司購得之含氟聚合物。
膜中的層數係選擇成基於膜厚度、靈活性及經濟，使用最小數目的層達到所需光學特性。層數可以係小於10,000、或小於5,000、或小於2,000。預拉伸溫度、拉伸溫度、拉伸速率、拉伸比率、熱設定溫度、熱設定時間、熱設定釋放及交叉拉伸釋放係選擇成產生具有所需折射率關係的多層膜。此等變數係內部相依的，因此，(例如)若採用相對較低拉伸溫度耦合，則可以使用相對較低拉伸速率。熟習技術人士應明白如何選擇此等變數之適當組合以達到所需多層膜。一般而言，然而，在拉伸方向上從1：2至1：10(或從1：3至1：7)範圍內的拉伸比率及在垂直於拉伸方向之方向上從1：0.2至1：10(或從1：0.3至1：7)範圍內的拉伸比率較佳。
背光在比光源更大的區域內，實質上在背光之整個發射或輸出表面區域內提供自光源的光之分佈。光通常沿邊緣表面進入背光並在背部表面或反射表面與自邊緣表面的輸出表面之間朝背光之相對端表面藉由全內反射(TIR)而傳播。在一些具體實施例中，背光背部表面包含結構，例如圖案中的斑點。遇到此等結構的光線得以改變方向，即以使其離開輸出表面的方式擴散或鏡面反射。在其他具體實施例中，藉由阻止TIR而擷取背光。由於楔形物角的原因，藉由TIR限制在背光內的光線隨每次TIR反彈而增加其相對於輸出表面及反射表面之平面的入射角。光最後以掠射角從輸出表面折射，因為光不再由TIR包含。
圖1提供背光10之說明性但為非限制性透視示意圖。背光10包含具有一光導部分30及一光輸入部分40之一可見光透射體20。可見光透射體20可採用任何有用光透射材料(例如玻璃、石英及/或聚合材料)加以形成。有用的聚合材料包含聚酯、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚丙烯酸酯、聚甲基苯乙烯、矽樹脂，例如GE公司的Invisisil液體注射可模製材料等。可見光透射體20可以經由任何有用方法加以形成。在一些實例中，可見光透射體20係經由注射模製而形成。在其他情況下，可見光透射體20係經由加工且可視需要經由材料之固體厚板的拋光而形成。
在許多實例中，光透射體20係固體。在一些具體實施例中，光導部分30及光輸入部分40形成單式體或單石體。在其他具體實施例中，光導部分30及光輸入部分40係具有界面表面43的分離體，其中光導部分30及光輸入部分40係光學耦合在一起。光輸入部分40及光導部分30之分離或組合件可藉由注射模製、鑄造、擠壓或藉由加工固體材料或任何其他適當程序加以製造。光學耦合材料具有適當的折射率以使光輸入部分40與光導部分30之折射率匹配。
光導部分30包含一光反射表面32及一發光表面34。在所說明的一些實例中，光反射表面32及發光表面34可以係實質上平行的。在其他情況下，光反射表面32及發光表面34係實質上非平行的。一或多個光學元件(圖中未顯示)可加以置放成相鄰於發光表面34。光輸入部分40從窄端42發散。光輸入部分40包含相對側表面44、46，其並非平行且在窄端42與光導部分30之間延伸。若光輸入部分40係分離地形成，則該部分將具有對應於界面表面43之位置的寬端48。
在許多實例中，窄端42與寬端48之寬度比率(不管界面表面43係存在還係缺少)係約1：2，或如折射率n＝1.5的材料之寬度比率1：1.4一樣低。在一些情況下，窄端具有從1至20 mm之範圍內的寬度。發散楔形物或光輸入部分40之長度可以協助混合從兩個或兩個以上光源發射的光，該等光源發射光至光輸入部分40之窄端42。在一些實例中，此長度可以係在從1至200 mm的範圍內。
雖然未在此圖中清楚顯示，但是光輸入部分40可包含一或多個光源，其可加以置放在相對側表面44、46之一上及/或內，且接近窄端42。該光源係顯示在隨後的圖式中。光輸入部分40可以採用一多層聚合鏡膜加以至少部分覆蓋，該膜反射(以所有角度)入射在其上的至少約95%之光。在一些實例中，該多層聚合鏡膜可反射至少約98%之所有入射光，而不管入射角度。該鏡膜係顯示在隨後圖式中。在許多情況下，該多層聚合鏡膜係VikuitiTM ESR膜，其可採用商業方式從明尼蘇達州聖保羅市的3M公司購得。
如以上所陳述，圖1係一說明性但為非限制性背光10之示意圖，該背光包含光導部分30及光輸入部分40。如以上所論述，光輸入部分40可利用注射模製或任何適當程序與光導部分30整體或單石式形成。在一些實例中，光輸入部分40可加以分離形成且隨後使用任何適當黏性或其他材料與光輸入部分30光學耦合。本文說明的光輸入部分可以按需要具有對稱形狀或不對稱形狀。
圖2係背光110之示意斷面圖。背光110包含具有一光導部分130及一光輸入部分140之一可見光透射體120。可見光透射體120可以採用如以上說明的任何有用之光透射材料加以形成。在一些實例中，光導部分130及光輸入部分140形成單式體或單石體。在其他情況下，光導部分130及光輸入部分140係具有界面表面143的分離體，其中光導部分130及光輸入部分140係光學耦合在一起。
該光導部分130包含一光反射表面132及一光輸出或發射表面134。在說明的具體實施例中，光反射表面132及發射表面134係實質上平行的。在許多具體實施例中，光反射表面132包含鏡面或擴散反射層139與複數個光擷取元件137。光擷取元件137可按需要依任何有用之隨機或非隨機或偽隨機圖案加以配置，以提供自背光的光之均勻擷取。在一些具體實施例中，複數個光擷取元件127係具有從0.1至10 mm直徑的點圖案。
一或多個光學元件160可加以置放成相鄰於發射表面134。在一些具體實施例中，光學元件160包含液晶顯示器。在一些具體實施例中，光學元件160包含一液晶顯示器及置放在該液晶顯示器與發射表面134之間的一或多個光學膜。在另一具體實施例中，光學元件160可以係繪圖膜或另一光學膜。在另一具體實施例中，光學元件160可能並不需要，在(例如)將發射表面134用作光源或照明器的情況下。
光輸入部分140從窄端142發散。在許多具體實施例中，光輸入部分140係發散楔形物。光輸入部分140包含相對側表面144、146，其並非平行且在窄端142與光導部分130之間延伸。在一些具體實施例中，光輸入部分140包含相對側表面144、146，其並非平行且在窄端142與相鄰於界面表面143的寬端148之間延伸。在許多具體實施例中，窄端142與寬端148之寬度比率(不管界面表面143係存在還係缺少)係約1：2，或如折射率n＝1.5的材料之寬度比率1：1.4一樣低。以上已說明光輸入部分140之說明尺寸。
一光源145可加以置放成相鄰於側表面144及/或側表面146或置放在其內。如以上說明，一光源145係沿側表面146置放，但此並不需要。光源145可包含安裝於基板149上的一或多個LED 147。基板149可包含散熱片及/或調適成為一或多個LED 147提供電源的電路。在一些實例中，該等光源可以係一或多個發光二極體。在一些情況下，可使用LED之線性陣列，其發射至少紅光、藍光及綠光。
多層聚合鏡膜180係置放成相鄰於相對側表面144、146，但並非與相對側表面144、146密切接觸。一氣隙182可加以界定在多層聚合鏡膜180與相對側表面144、146之間。在一些實例中，光源145可穿過多層聚合鏡膜180。
多層聚合鏡膜180係在以上說明且反射入射在多層聚合鏡膜180上的95%以上之可見光(發射的光)。在一些具體實施例中，多層聚合鏡膜180反射以所有角度入射在多層聚合鏡膜180上的98%以上之可見光(發射的光)。多層聚合鏡膜180或任何其他有用的反射層可沿窄端142加以置放以協助朝光導部分130反射由光源發射的光。在許多具體實施例中，多層聚合鏡膜係VikuitiTM ESR膜，其可採用商業方式從明尼蘇達州聖保羅市的3M公司購得。
圖3係背光210之示意斷面圖。背光210包含具有一光導部分230及一光輸入部分240之一可見光透射體220。可見光透射體220可以採用如以上說明的任何有用之光透射材料加以形成。在一些實例中，光導部分230及光輸入部分240形成單式體或單石體。在其他情況下，光導部分230及光輸入部分240係具有界面表面243的分離體，其中光導部分230及光輸入部分240係光學耦合在一起。
該光導部分230包含一光反射表面232及一光輸出或發射表面234。在說明的具體實施例中，光反射表面232及發射表面234係實質非平行的，因為光反射表面232包含一屈折點231。在許多具體實施例中，鏡面或擴散反射層239係置放在光反射表面232下面。
一或多個光學元件260可加以置放成相鄰於發射表面234。在一些具體實施例中，光學元件260包含液晶顯示器。在一些具體實施例中，光學元件260包含一液晶顯示器及置放在該液晶顯示器與發射表面234之間的一或多個光學膜。在另一具體實施例中，光學元件260可以係繪圖膜或另一光學膜。在另一具體實施例中，光學元件260可能並不需要，在(例如)將發射表面234用作光源或照明器的情況下。
光輸入部分240從窄端242發散。在許多具體實施例中，光輸入部分240係發散楔形物。光輸入部分240包含相對側表面244、246，其並非平行且在窄端242與光導部分230之間延伸。在一些具體實施例中，光輸入部分240包含相對側表面244、246，其並非平行且在窄端242與相鄰於界面表面243的寬端248之間延伸。在許多具體實施例中，窄端242與寬端248之寬度比率(不管界面表面243係存在還係缺少)係約1：2，或如折射率n＝1.5的材料之寬度比率1：1.4一樣低。以上已說明光輸入部分240之說明尺寸。
一光源245可加以置放成相鄰於側表面244及/或側表面246或置放在其內。如以上說明，一光源245係沿側表面246置放，但此並不需要。光源245可包含安裝於基板249上的一或多個LED 247。基板249可包含散熱片及/或調適成為一或多個LED 247提供電源的電路。在一些實例中，該等光源可以係一或多個發光二極體。在一些情況下，可使用LED之線性陣列，其發射至少紅光、藍光及綠光。
多層聚合鏡膜280係置放成相鄰於相對側表面244、246，但並非與相對側表面244、246密切接觸。一氣隙282可加以界定在多層聚合鏡膜280與相對側表面244、246之間。多層聚合鏡膜280係在以上說明且反射入射在多層聚合鏡膜280上的95%以上之可見光(發射的光)。在一些具體實施例中，多層聚合鏡膜280反射以所有角度入射在多層聚合鏡膜280上的98%以上之可見光(發射的光)。多層聚合鏡膜280或任何其他有用的反射層可沿窄端242加以置放以協助朝光導部分230反射由光源發射的光。在許多具體實施例中，多層聚合鏡膜係VikuitiTM ESR膜，其可採用商業方式從明尼蘇達州聖保羅市的3M公司購得。
圖4係背光310之示意斷面圖。背光310包含具有一光導部分330、一第一光輸入部分340及一第二光輸入部分341之一可見光透射體320。第一光輸入部分340及第二光輸入部分341可以相同或不同。基於說明目的，類似地說明第一及第二光輸入部分340、341，但此並不需要。
可見光透射體320可以採用如以上說明的任何有用之光透射材料加以形成。在一些實例中，光導部分330及光輸入部分340、341形成單式體或單石體。在其他情況下，光導部分330及光輸入部分340、341係具有界面表面343的分離體，其中光導部分330係與光輸入部分340、341光學耦合。
該光導部分330包含一光反射表面332及一光輸出或發射表面334。在說明的具體實施例中，光反射表面332及發射表面334係實質上平行的。在許多具體實施例中，光反射表面332包含鏡面或擴散反射層339與複數個光擷取元件337。光擷取元件337可按需要依任何有用之隨機或非隨機或偽隨機圖案加以配置，以提供自背光的光之均勻擷取。在一些具體實施例中，複數個光擷取元件337形成具有從0.1至10 mm直徑的點圖案。
一或多個光學元件360可加以置放成相鄰於發射表面334。在一些具體實施例中，光學元件360包含液晶顯示器。在其他具體實施例中，光學元件360包含一液晶顯示器及置放在該液晶顯示器與發射表面334之間的一或多個光學膜。在另一具體實施例中，光學元件360可以係繪圖膜或另一光學膜。在另一具體實施例中，光學元件360可能並不需要，在(例如)將發射表面334用作光源或照明器的情況下。
如以上說明，光輸入部分340、341之各個從窄端342發散。在許多具體實施例中，其係發散楔形物。各光輸入部分340、341包含相對側表面344、346，其並非平行且在窄端342與光導部分330之間延伸。在一些具體實施例中，各光輸入部分340、341包含相對側表面344、346，其並非平行且在窄端342與相鄰於界面表面343的寬端348之間延伸。在許多具體實施例中，窄端342與寬端348之寬度比率(不管界面表面343係存在還係缺少)係約1：2，或如折射率n＝1.5的材料之寬度比率1：1.4一樣低。以上已說明光輸入部分340、341之說明尺寸。
一光源345可加以置放成相鄰於側表面344及/或側表面346或置放在其內。如以上說明，一光源345係沿側表面346置放，但此並不需要。光源345可包含安裝於基板349上的一或多個LED 347。基板349可包含散熱片及/或調適成為一或多個LED 347提供電源的電路。在一些實例中，該等光源可以係一或多個發光二極體。在一些情況下，可使用LED之線性陣列，其發射至少紅光、藍光及綠光。
多層聚合鏡膜380係置放成相鄰於相對側表面344、346，但並非與相對側表面344、346密切接觸。一氣隙382可加以界定在多層聚合鏡膜380與相對側表面344、346之間。多層聚合鏡膜380係在以上說明且反射入射在多層聚合鏡膜380上的95%以上之可見光(發射的光)。在一些具體實施例中，多層聚合鏡膜380反射以所有角度入射在多層聚合鏡膜380上的98%以上之可見光(發射的光)。多層聚合鏡膜380或任何其他有用的反射層可沿窄端342加以置放以協助朝光導部分330反射由光源發射的光。在許多具體實施例中，多層聚合鏡膜係VikuitiTM ESR膜，其可採用商業方式從明尼蘇達州聖保羅市的3M公司購得。
圖5係背光410之示意斷面圖。背光410包含具有一光導部分430、一第一光輸入部分440及一第二光輸入部分441之一可見光透射體420。第一光輸入部分440及第二光輸入部分441可以相同或不同。基於說明目的，類似地說明第一及第二光輸入部分440、441，但此並不需要。
可見光透射體420可以採用如以上說明的任何有用之光透射材料加以形成。在一些實例中，光導部分430及各光輸入部分440、441形成單式體或單石體。在其他情況下，光導部分430及光輸入部分440、441係具有界面表面443的分離體，其中光導部分430及光輸入部分440、441係光學耦合在一起。
該光導部分430包含一光反射表面432及一光輸出或發射表面434。在說明的具體實施例中，光反射表面432及發射表面434係實質非平行的，因為光反射表面432包含一屈折點431。在許多具體實施例中，鏡面或擴散反射層439係置放在光反射表面432下面。
一或多個光學元件460可加以置放成相鄰於發射表面434。在一些具體實施例中，光學元件460包含液晶顯示器。在其他具體實施例中，光學元件460包含一液晶顯示器及置放在該液晶顯示器與發射表面434之間的一或多個光學膜。在另一具體實施例中，光學元件460可以係繪圖膜或另一光學膜。在另一具體實施例中，光學元件460可能並不需要，在(例如)將發射表面434用作光源或照明器的情況下。
各光輸入部分440、441從窄端442發散。各光輸入部分440、441包含相對側表面444、446，其並非平行且在窄端442與光導部分430之間延伸。在一些具體實施例中，各光輸入部分440、441包含相對側表面444、446，其並非平行且在窄端442與相鄰於界面表面443的寬端448之間延伸。在許多具體實施例中，窄端442與寬端448之寬度比率(不管界面表面443係存在還係缺少)係約1：2，或如折射率n＝1.5的材料之寬度比率1：1.4一樣低。以上已說明光輸入部分440之說明尺寸。
一光源445可加以置放成相鄰於側表面444及/或側表面446或置放在其內。如以上說明，一光源445係沿側表面446置放，但此並不需要。光源445可包含安裝於基板449上的一或多個LED 447。基板449可包含散熱片及/或調適成提供電源至一或多個LED 447的電路。在一些實例中，該等光源可以係一或多個發光二極體。在一些情況下，可使用LED之線性陣列，其發射至少紅光、藍光及綠光。
多層聚合鏡膜480係置放成相鄰於相對側表面444、446，但並非與相對側表面444、446密切接觸。一氣隙482可加以界定在多層聚合鏡膜480與相對側表面444、446之間。多層聚合鏡膜480係在以上說明且反射入射在多層聚合鏡膜480上的95%以上之可見光(發射的光)。在一些具體實施例中，多層聚合鏡膜480反射以所有角度入射在多層聚合鏡膜480上的98%以上之可見光(發射的光)。多層聚合鏡膜480或任何其他有用的反射層可沿窄端442加以置放以協助朝光導部分430反射由光源445發射的光。在許多具體實施例中，多層聚合鏡膜係VikuitiTM ESR膜，其可採用商業方式從明尼蘇達州聖保羅市的3M公司購得。
在迄今論述的說明中，本文說明的背光包含兩個或兩個以上光輸入部分。在一些情況下，預期可以使用三或甚至四個光輸入部分。圖6係背光510之示意俯視圖，該背光包含一光導部分530。如圖所示，背光510之頂部係發光表面。背光510亦包含一第一光輸入部分542、一第二光輸入部分544、一第三光輸入部分546及一第四光輸入部分548。各光輸入部分542、544、546及548可加以整體模製或另外與光導部分530一起形成。在其他實例中，光輸入部分542、544、546及548之一或多個可加以分離形成並隨後附於光導部分530。
光輸入部分542、544、546及548之各個可包含一或多個安裝於側邊的囊封式光源，包含如先前論述的光源160、260及360。各光輸入部分542、544、546及548可包含單一光源或複數個光源。
說明的背光510係顯示為一般具有正方形形狀，然而，該背光可以具有任何多邊形形狀且包含相鄰於該等多邊的邊之一或多個的一或多個光輸入部分(包含光源)。在一些具體實施例中，背光510具有矩形形狀，其具有4：3的縱橫比或16：9的縱橫比，而且通常用於電視或監視器應用。在一些實例中，背光510係結合商用繪圖顯示器或標記而使用。
本文引證的所有參考及公告案係全部以引用的方式清楚地併入本文中。已論述本發明之說明性具體實施例，並參考本發明之範疇內的可能變化。本發明中的此等及其他變化與修改將為熟習技術人士所明白而不脫離本發明之範疇，並且應瞭解本發明並非限於本文提出的說明性具體實施例。因此，本發明僅受以下提供之申請專利範圍的限制。
10．．．背光
20．．．可見光透射體
30．．．光導部分
32．．．光反射表面
34．．．發光表面
40．．．光輸入部分
42．．．窄端
43．．．界面表面
44．．．相對側表面
46．．．相對側表面
48．．．寬端
110．．．背光
120．．．可見光透射體
130．．．光導部分
132．．．光反射表面
134．．．發射表面
137．．．光擷取元件
139．．．鏡面或擴散反射層
140．．．光輸入部分
143．．．界面表面
144．．．相對側表面
145．．．光源
146．．．相對側表面
147．．．LED
148．．．寬端
149．．．基板
160．．．光學元件
180．．．多層聚合鏡膜
210．．．背光
220．．．可見光透射體
230．．．光導部分
231．．．屈折點
232．．．光反射表面
234．．．發射表面
239．．．鏡面或擴散反射層
240．．．光輸入部分
242．．．窄端
243．．．界面表面
244．．．相對側表面
245．．．光源
246．．．相對側表面
247．．．LED
248．．．寬端
260．．．光學元件
280．．．多層聚合鏡膜
282．．．氣隙
310．．．背光
320．．．可見光透射體
330．．．光導部分
332．．．光反射表面
334．．．發射表面
337．．．光擷取元件
339．．．鏡面或擴散反射層
340．．．第一光輸入部分
341．．．第二光輸入部分
342．．．窄端
343．．．界面表面
345．．．光源
347．．．LED
348．．．寬端
349．．．基板
360．．．光學元件
380．．．多層聚合鏡膜
382．．．氣隙
410．．．背光
420．．．可見光透射體
430．．．光導部分
431．．．屈折點
432．．．光反射表面
434．．．發射表面
439．．．鏡面或擴散反射層
440．．．第一光輸入部分
441．．．第二光輸入部分
442．．．窄端
443．．．界面表面
444．．．相對側表面
445．．．光源
446．．．相對側表面
447．．．LED
448．．．寬端
449．．．基板
460．．．光學元件
480．．．多層聚合鏡膜
482．．．氣隙
510．．．背光
530．．．光導部分
542．．．第一光輸入部分
544．．．第二光輸入部分
546．．．第三光輸入部分
548．．．第四光輸入部分
考量附圖之以上詳細說明，可更全面地瞭解本發明，在該等圖式中：圖1係如本文說明的說明性但為非限制性背光之示意透視圖；圖2係沿圖1之2－2線所取的部分斷面；圖3係如本文說明的說明性但為非限制性背光之示意透視圖；圖4係如本文說明的說明性但為非限制性背光之示意透視圖；圖5係如本文說明的說明性但為非限制性背光之示意透視圖；以及圖6係如本文說明的說明性但為非限制性背光之示意透視圖。
10．．．背光
20．．．可見光透射體
30．．．光導部分
32．．．光反射表面
34．．．發光表面
40．．．光輸入部分
42．．．窄端
43．．．界面表面
44．．．相對側表面
46．．．相對側表面
48．．．寬端

Claims (19)

  1. 一種背光模組，其包括：一可見光透射體，其主要藉由一輸入表面及一輸出表面之全內反射(TIR)傳播光，該可見光透射體具有一光導部分及一光輸入部分，該光導部分具有一光反射表面及一發光表面，該光輸入部分具有並非平行的相對側表面；複數個發光二極體光源，其係置放於該輸入表面之中，該光源發射光至該光輸入表面中，該光輸入表面係該等相對側表面之一；一多層聚合鏡膜，其係沿著該等相對側表面置放但並非與該等相對側表面密切接觸且反射入射在該多層聚合鏡膜上的95%以上之可見光。
  2. 如請求項1之背光模組，其中該發光表面及該光反射表面係平行的，而且該光反射表面包括複數個光擷取元件。
  3. 如請求項1之背光模組，其中該發光表面及該光反射表面係非平行的。
  4. 如請求項1之背光模組，其中該等發光二極體光源包括複數個發射紅光、藍光、及綠光的光源。
  5. 如請求項4之背光模組，其中該等發光二極體光源進一步包括複數個發射青光、黃光或深紅光(magenta)的光源。
  6. 如請求項1之背光模組，其中該多層聚合鏡膜反射以任 何角度入射在該多層聚合鏡膜上的98%以上之可見光。
  7. 如請求項1之背光模組，其進一步包括置放成相鄰於該發光表面的一液晶顯示面板。
  8. 如請求項1之背光模組，其中該等發光二極體光源係與該光輸入部分光學耦合。
  9. 如請求項1之背光模組，其中該等發光二極體光源延伸穿過該多層聚合鏡膜。
  10. 一種背光模組，其包括：一發散楔形物(diverging wedge)，其係由下列項目所界定：一窄端表面與一寬端表面，及並非平行且在該窄端與該寬端之間延伸的相對側表面；一發光二極體光源，其係置放於該等相對側表面之一者之中且介於該窄端及該寬端之間，該發光二極體光源發射光至該發散楔形物中；一光導，其係與該寬端表面光學耦合，該光導具有一光反射表面及一發光表面；以及一多層聚合鏡膜，其係沿著該等相對側表面置放但並非與該等相對側表面密切接觸，該多層聚合鏡膜反射入射在該多層聚合鏡膜上的95%以上之可見光，其中該發光二極體延伸穿過該多層聚合鏡膜。
  11. 如請求項10之背光模組，其中該發光表面及該光反射表面係平行的，而且該光反射表面包括複數個光擷取元件。
  12. 如請求項10之背光模組，其中該發光表面及該光反射表 面係非平行的。
  13. 一種背光模組，其包括：一第一發散楔形物，其係由下列項目所界定：一第一窄端表面與一第一寬端表面，及並非平行且在該第一窄端與該第一寬端之間延伸的第一相對側表面；一第一光源，其係沿著該等第一相對側表面之一者置放且係介於該第一窄端及該第一寬端之間，該光源發射光至該第一發散楔形物中；一第二發散楔形物，其係由下列項目所界定：一第二窄端表面與一第二寬端表面，及並非平行且在該第二窄端與該第二寬端之間延伸的第二相對側表面；一第二光源，其係沿著該等第二相對側表面之一者置放且係介於該第二窄端及該第二寬端之間，該第二光源發射光至該第二發散楔形物中；一光導，其係與該第一寬端表面及該第二寬端表面光學耦合，該光導具有一光反射表面及一發光表面，該第一寬端表面耦合至該光導之一第一側表面，且該第二寬端表面耦合至該光導之一第二側表面，該第一側表面係相對於該第二側表面；以及一多層聚合鏡膜，其係沿著該等第一及該等第二相對側表面置放但並非與該等第一及該等第二相對側表面密切接觸，該多層聚合鏡膜反射入射在該多層聚合鏡膜上的95%以上之光。
  14. 如請求項13之背光模組，其中該第一光源包括複數個發 光二極體而且該第二光源包括複數個發光二極體。
  15. 如請求項13之背光模組，其中該第一光源包括發射紅光、藍光及綠光的複數個光源，而且該第二光源包括發射紅光、藍光及綠光的複數個光源。
  16. 如請求項13之背光模組，其中該多層聚合鏡膜反射以所有角度入射在該多層聚合鏡膜上的98%以上之可見光。
  17. 如請求項13之背光模組，其中該發光表面及該光反射表面係平行的，而且該光反射表面包括複數個光擷取元件。
  18. 如請求項13之背光模組，其進一步包括：一第三發散楔形物，其係由下列項目所界定：一第三窄端表面與一第三寬端表面，及並非平行且在該第三窄端與該第三寬端之間延伸的第三相對側表面；一第三光源，其係沿著該等第三相對側表面之一者置放，該第三光源發射光至該第三楔形物中；該光導，其係與該第三寬端表面光學耦合；以及多層聚合鏡膜，其係沿著該等第三相對側表面置放但並非與該等第三相對側表面密切接觸，該多層聚合鏡膜反射入射在該多層聚合鏡膜上的95%以上之可見光。
  19. 如請求項13之背光模組，其進一步包括置放成相鄰於該發光表面的一液晶顯示器面板。
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