TWI422880B - 導光元件以及光源裝置 - Google Patents

Description

導光元件以及光源裝置

本發明是有關於一種光學元件及具有此光學元件的光源裝置，且特別是有關於一種導光元件及具有此導光元件的光源裝置。

由於液晶顯示面板並不具備自發光的特性，因此必須在液晶顯示面板的下方放置背光模組，藉以提供液晶顯示面板所需的光源。傳統的背光模組大致是由冷陰極燈管(cold cathode Fluorescent Lamps,CCFL)作為背光模組的光源。

不過，隨著半導體技術的進步，發光二極體(light-emitting diode,LED)所能達到的功率越來越大，且所發出的光之強度越來越高，再加上發光二極體具有省電、使用壽命長、環保、啟動快速、體積小…等多種優點，使得發光二極體的應用層面越來越廣。因此，發光二極體已逐漸取代冷陰極燈管而成為重要的背光模組光源。

一般而言，發光二極體為點狀出光的光源，其應用於背光模組時，需搭配適當的導光圓柱才可構成線性光源以取代傳統之冷陰極燈管。此時，導光圓柱的結構設計可能影響著線性光源的出光效果。因此，導光圓柱的結構設計已不斷在改良中。

本發明提供一種導光元件，具有理想的出光效率。

本發明另提供一種光源裝置，可作為背光模組的線性光源，其具有理想的光利用效率以及均勻的出光效果。

本發明提出一種導光元件，包括至少一第一柱狀部以及至少一第二柱狀部。第一柱狀部為一第一參考圓柱的至少一部份。第二柱狀部為一第二參考圓柱的至少一部份。第一柱狀部與第二柱狀部係為一體成型，其中第一參考圓柱的軸心與第二參考圓柱的軸心之間的一距離小於第一參考圓柱的曲率半徑與第二參考圓柱的曲率半徑之總和。

本發明另提出一種光源裝置，包括前述的導光元件以及多個發光光源。發光光源配置於導光元件的一側，發光光源分別面向第一參考圓柱的軸心以及第二參考圓柱的軸心。

基於上述，本發明提出一種由多個柱狀部所構成的導光元件，其中各個柱狀部可以對應於一個點狀發光光源設置以構成線性出光的發光裝置且各柱狀部實質上為一圓柱體的一部分。在適當地調整柱狀部之間的距離下，本發明的導光元件具有理想的光利用效率以及良好的出光均勻性，其適於取代冷陰極燈管而成為背光模組中所使用的線性光源。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明一第一實施例的導光元件所構成之光源裝置的示意圖。請參照圖1，光源裝置10包括一導光元件100以及多個發光光源20。導光元件100至少包括一第一柱狀部110以及一第二柱狀部120，第一柱狀部110為一第一參考圓柱C1的一部分，第二柱狀部120為一第二參考圓柱C2的一部分，第一柱狀部110與第二柱狀部120係為一體成型，其中第一參考圓柱C1的軸心A1與第二參考圓柱C2的軸心A2之間的一距離d1小於第一參考圓柱C1的曲率半徑R1與第二參考圓柱C2的曲率半徑R2之總和，以形成聯集方式結合。此外，發光光源20配置於導光元件100的一側，且發光光源20分別面向第一參考圓柱C1的軸心A1以及第二參考圓柱C2的軸心A2。在一實施方式中，第一參考圓柱C1的軸心A1與第二參考圓柱C2的軸心A2之間的距離d1可以為曲率半徑R1與曲率半徑R2之總和的0.7至0.9倍，但不限於此。

具體而言，導光元件100選擇性包括一反射部130，其配置於第一柱狀部110與第二柱狀部120上。反射部130包括一第一反射部132以及一第二反射部134，第一反射部132配置於第一柱狀部110上，而第二反射部134配置於第二柱狀部120上。在其他實施例中，導光元件100可以不具有反射部130。

第一反射部132與第一柱狀部110可以是一體成型地製作而成，且第一反射部132落在第一參考圓柱C1的輪 廓中，且第二反射部134落在第二參考圓柱C2的輪廓中。

其中，一平面(未繪示)通過第一參考圓柱C1的軸心A1與第二參考圓柱C2的軸心A2時，第一反射部132與第二反射部134皆位於平面(未繪示)的同一側。因此，第一反射部132與第二反射部134使被反射的光線朝向相同的出光方向射出。而反射部130接近於第一柱狀部110與第二柱狀部120的一側是一平坦的反射面或一弧形的反射面，反射部130具有弧形的反射面時光線可有效被反射至不同角度，而有助於提高光源裝置10的出光均勻性。

第一柱狀部110與第二柱狀部120的材質為透光材料(例如透光壓克力材料、透光樹脂材料等)，而反射部130可以是鏡面反射材料或是擴散式反射材料(例如金屬材料、反射性樹脂材料等)，且導光元件100可以藉由射出成型或擠出成型以將第一柱狀部110以及第二柱狀部120與不同材質的反射部130同時形成，並且發光光源20例如是發光二極體等的點狀光源。

發光光源20所發出的光線進入導光元件100後會受到第一柱狀部110以及第二柱狀部120導引作用以及反射部130的反射作用，而使光線射出於導光元件100以提供所需的光源。導光元件100的設置可將各個發光光源20所發出的點狀分布光源轉變成多道線性分佈光源朝向同一方向(遠離反射部130)射出。因此，光源裝置10具有特定的出光方向，其可以作為特定元件(例如顯示器)所需的光源。

本實施例的第一柱狀部110以及第二柱狀部120為一體成型的設計並且距離d1小於曲率半徑R1與曲率半徑R2之總和，使光線受到反射部130的反射作用後由第一柱狀部110射入第二柱狀部120的過程中不會經過異質介面，且光線受到反射部130的反射作用後由第二柱狀部120射入第一柱狀部110的過程也不會經過異質介面，所以，光線不容易在導光元件100中發生內全反射，如此一來，發光光源20所發出的光線大部份都可以射出於導光元件100以達到理想的光利用效率。

在本實施例中，曲率半徑R1與曲率半徑R2可以是相等的，本發明不限於此，圖2繪示為本發明一第二實施例的導光元件的示意圖。請參照圖2，導光元件200包括一第一柱狀部210、一第二柱狀部220以及反射部230，其中反射部230包括配置於第一柱狀部210上的一第一反射部232以及配置於第二柱狀部220上的一第二反射部234。

第一柱狀部210與第一反射部232的外表面共同構成一第一參考圓柱C3的部份，而第二柱狀部220與第二反射部234的外表面共同構成一第二參考圓柱C4的部份，第一參考圓柱C3的軸心A3與第二參考圓柱C4的軸心A4之間的一距離d2小於第一參考圓柱C3的曲率半徑R3與第二參考圓柱C4的曲率半徑R4之總和，且本實施例的曲率半徑R3可以是大於曲率半徑R4，此一設計有助於提供不同出光效果而使導光元件200的應用方式更具彈性。

具體而言，導光元件200與導光元件100具有大致相 同的特點，其可與多個點光源搭配以作為光源裝置，並且，點光源可以面向第一參考圓柱C3的軸心A3與第二參考圓柱C4的軸心A4，如此一來，導光元件200的設計有助於提高光源裝置的光利用效率，以及反射部230的設計也有助於提高光源裝置的出光均勻性。

在其他實施例中，反射部也可以不構成為參考圓柱的一部份。舉例而言，圖3繪示為本發明一第三實施例的導光元件的示意圖。請參照圖3，導光元件300包括一第一柱狀部310、一第二柱狀部320以及反射部330。第一柱狀部310的外表面構成一第一參考圓柱C5的部份，而第二柱狀部320的外表面構成一第二參考圓柱C6的部份，第一參考圓柱C5的軸心A5與第二參考圓柱C6的軸心A6之間的一距離d3小於第一參考圓柱C5的曲率半徑R5與第二參考圓柱C6的曲率半徑R6之總和。

本實施例的反射部330是配置於第一參考圓柱C5與第二參考圓柱C6外側，反射部330可以是一反射層，其貼附於第一柱狀部310以及第二柱狀部320表面。其中，反射部330也可以藉由一射出製程與第一柱狀部310以及第二柱狀部320同時製作而成；或是，先將第一柱狀部310以及第二柱狀部320射出成型後，再進行第二次射出成型製程以將反射部330射出於第一柱狀部310以及第二柱狀部320表面。

在本實施例中，軸心A5與軸心A6之間的距離d3小於曲率半徑R5與曲率半徑R6之總和，且反射部330配置 於第一柱狀部310以及第二柱狀部320表面，而提供弧形的反射面，以供導光元件300具有均勻的出光效果。

圖4繪示為本發明一第四實施例的導光元件的示意圖。請參照圖4，導光元件400包括一第一柱狀部410、一第二柱狀部420、一反射部430以及一矩形部440。反射部430、第一柱狀部410與第二柱狀部420各自地連接於矩形部440，且矩形部440、第一柱狀部410與第二柱狀部420為一體成形。圖4例如以點虛線將矩形部440、第一柱狀部410與第二柱狀部420劃分出來。

第一柱狀部410構成一第一參考圓柱C7的部份，而第二柱狀部420構成一第二參考圓柱C8的部份，第一參考圓柱C7的軸心A7與第二參考圓柱C8的軸心A8之間的一距離d4小於第一參考圓柱C7的曲率半徑R7與第二參考圓柱C8的曲率半徑R8之總和。

第一柱狀部410與第二柱狀部420例如分別為半圓柱狀，並分別配置於矩形部440的相對兩側，反射部430位於第一柱狀部410與第二柱狀部420之間，且反射部430配置於矩形部440未接觸第一柱狀部410與第二柱狀部420的一側。

反射部430在導光元件400表面構成凸出的結構，其可以藉由貼附的方式配置於矩形部440上，或反射部430也可由射出成型或擠出成型的方式配置於矩形部440上。因此，圖4中雖繪示著反射部430暴露於外的態樣，在其他的實施例中，反射部430也可以嵌入於矩形部440、第 一柱狀部410與第二柱狀部420所構成的塊體結構中。

此外，圖5繪示為本發明一第五實施例的導光元件的示意圖。請參照圖5，導光元件500包括一第一柱狀部510、一第二柱狀部520、一反射部530以及一矩形部540。第一柱狀部510與第二柱狀部520位於矩形部540的一第一側，而反射部530位於矩形部540的一第二側，且第一側與第二側相對。圖5例如以點虛線將矩形部540、第一柱狀部510與第二柱狀部520劃分出來。

第一柱狀部510構成一第一參考圓柱C9的部份，而第二柱狀部520構成一第二參考圓柱C10的部份。第一參考圓柱C9的軸心A9與第二參考圓柱C10的軸心A10之間的一距離d5小於第一參考圓柱C9的曲率半徑R9與第二參考圓柱C10的曲率半徑R10之總和。

第一柱狀部510與第二柱狀部520連接在一起，光線在第一柱狀部510與第二柱狀部520之間行進時不會經過異質介面，以供導光元件500應用於光源裝置時有助於提供理想的光利用效率。

以上實施例都以導光元件具有兩個柱狀部來進行說明，但本發明不限於此。在其他的實施例中，導光元件可以由兩個以上的柱狀部連接而成。舉例來說，圖6繪示為本發明一第六實施例的導光元件的示意圖。請參照圖6，導光元件600包括多個柱狀部610、一矩形部620以及一反射部630。所有柱狀部610都位於矩形部620的一第一側，而反射部630位於矩形部620的一第二側，且第一側 與第二側相對。圖6例如以點虛線將矩形部620、柱狀部610劃分出來。

每一個柱狀部610例如構成一參考圓柱C的一部分，且相鄰兩參考圓柱C之軸心A的距離d小於參考圓柱C之曲率半徑R的總和。

當然，其他的實施例也可以採用本實施例的設計概念將多個圖1至圖3所繪示的第一柱狀部與多個圖1至圖3所繪示的第二柱狀部連接在一起而構成本發明另一種導光元件的實施態樣，且所有柱狀部對應的參考圓柱可以具有相同的曲率半徑或是不同的曲率半徑。

綜上所述，本發明的導光元件具有多個柱狀部，其中各柱狀部對應於一參考圓柱的至少一部分，在適當地調整柱狀部之間的距離時，導光元件即可具有理想的出光效率以及出光均勻性。如此一來，導光元件與點光源的搭配可用以取代冷陰極燈管而作為背光模組中的線性光源。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧光源裝置

20‧‧‧發光光源

100、200、300、400、500、600‧‧‧導光元件

110、210、310、410、510‧‧‧第一柱狀部

120、220、320、420、520‧‧‧第二柱狀部

130、230、330、430、530、630‧‧‧反射部

132、232‧‧‧第一反射部

134、234‧‧‧第二反射部

440、540、620‧‧‧矩形部

610‧‧‧柱狀部

A、A1~A10‧‧‧軸心

C‧‧‧參考圓柱

C1、C3、C5、C7、C9‧‧‧第一參考圓柱

C2、C4、C6、C8、C10‧‧‧第二參考圓柱

d、d1~d5‧‧‧距離

R、R1~R10‧‧‧半徑

圖1繪示為本發明第一實施例的導光元件所構成之光源裝置的示意圖。

圖2繪示為本發明第二實施例的導光元件的示意圖。

圖3繪示為本發明第三實施例的導光元件的示意圖。

圖4繪示為本發明第四實施例的導光元件的示意圖。

圖5繪示為本發明第五實施例的導光元件的示意圖。

圖6繪示為本發明第六實施例的導光元件的示意圖。

10‧‧‧光源裝置

20‧‧‧發光光源

100‧‧‧導光元件

110‧‧‧第一柱狀部

120‧‧‧第二柱狀部

130‧‧‧反射部

132‧‧‧第一反射部

134‧‧‧第二反射部

A1、A2‧‧‧軸心

C1‧‧‧第一參考圓柱

C2‧‧‧第二參考圓柱

d1‧‧‧距離

R1、R2‧‧‧半徑

Claims (10)

1. 一種導光元件，包括：至少一第一柱狀部，該第一柱狀部為一第一參考圓柱的一部份；以及至少一第二柱狀部，該第二柱狀部為一第二參考圓柱的一部份，且該第一柱狀部與該第二柱狀部係為一體成型，該第一參考圓柱的軸心與該第二參考圓柱的軸心之間的一距離小於該第一參考圓柱的曲率半徑與該第二參考圓柱的曲率半徑之總和，其中該第一參考圓柱的軸心與該第二參考圓柱的軸心之間的該距離為該第一參考圓柱的曲率半徑與該第二參考圓柱的曲率半徑之總和的0.7至0.9倍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導光元件，更包括一反射部，配置於該第一柱狀部與該第二柱狀部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之導光元件，其中該反射部包括一第一反射部以及一第二反射部，且該第一反射部與該第二反射部分別配置於該第一柱狀部以及該第二柱狀部。
4. 如申請專利範圍第3項所述之導光元件，其中該第一反射部落在該第一參考圓柱的輪廓中，該第二反射部落在該第二參考圓柱的輪廓中，且一平面通過該第一參考圓柱的軸心與該第二參考圓柱的軸心時，該第一反射部與該第二反射部皆位於該平面的同一側。
5. 如申請專利範圍第1項所述之導光元件，更包括一矩形部以及一反射部，該反射部、該第一柱狀部與該第二柱狀部各自地連接於該矩形部，且該矩形部、該第一柱 狀部與該第二柱狀部為一體成形，其中該第一柱狀部與該第二柱狀部分別位於該矩形部的相對兩側，而該反射部位於該第一柱狀部與該第二柱狀部之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之導光元件，更包括一矩形部以及一反射部，該反射部、該第一柱狀部與該第二柱狀部各自地連接於該矩形部，且該矩形部、該第一柱狀部與該第二柱狀部為一體成形，其中該第一柱狀部與該第二柱狀部位於該矩形部的一第一側，而該反射部位於該矩形部的一第二側，且該第一側與該第二側相對。
7. 如申請專利範圍第6項所述之導光元件，其中該反射部更與該矩形部、該第一柱狀部與該第二柱狀部為一體成形。
8. 如申請專利範圍第1項所述之導光元件，其中該第一參考圓柱的曲率半徑與該第二參考圓柱的曲率半徑不同。
9. 一種光源裝置，包括：如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述之導光元件；以及多個發光光源，配置於該導光元件的一側，該些發光光源分別面向該第一參考圓柱的軸心以及該第二參考圓柱的軸心。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光源裝置，其中該些發光光源為多個發光二極體光源。