TWI439735B - 柱狀透鏡陣列之裝置及其背光模組 - Google Patents

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TWI439735B TW099121615A TW99121615A TWI439735B TW I439735 B TWI439735 B TW I439735B TW 099121615 A TW099121615 A TW 099121615A TW 99121615 A TW99121615 A TW 99121615A TW I439735 B TWI439735 B TW I439735B
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Description

柱狀透鏡陣列之裝置及其背光模組
本發明是關於一種透鏡陣列、側光式背光模組及直下式背光模組，特別是關於一種柱狀透鏡陣列之裝置，及其使用的側光式背光模組與直下式背光模組。
近年來，傳統的陰極射線管顯示器(即俗稱的CRT顯示器)已漸漸地被液晶顯示器所取代，主要原因在於液晶顯示器所釋放出的輻射量遠遠小於CRT顯示器，另外，液晶顯示器在這幾年的製造成本已有顯著地降低，這也是液晶顯示器逐漸成為電視或電腦螢幕市場之主流的原因。
液晶顯示器可區分為液晶面板及背光模組兩大部份，而背光模組通常會按照螢幕的大小尺寸而分別使用直下式背光模組或側光式背光模組。一般而言，無論是直下式背光模組或側光式背光模組，都會藉由結構的設計使光線反覆地回收與利用，以避免光能量的損耗；然後，再透過增亮膜將光線的光學路徑聚集，用以提高光強度中心增益值。
傳統上，增亮膜均使用單一介質。依據Fresnel equation公式： 其中，T為透光率，R為反射率，nA 、nB 分別為兩互相接觸之介質的折射率。若以聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)為介質的增亮膜為例：PC的折射率為1.586，空氣的折射率為1.0，該增亮膜在與空氣相交處的介面之總透光率為： 故，所有燈源的光能量有將近10%的損耗無法被利用。此外，除了折射率差異所造成的Fresnel損耗之外，還有增亮膜出光面之微結構的外形，若設計不當，會直接導致光線無效的折射或反射，使光線無法集中於出光視角之處，因此出光視角之光強度中心增益值也無法進一步提昇。
因此，如何提昇光能量的利用率，降低損耗，並且提 高出光視角之光強度中心增益值，是本領域具有通常知識者努力的目標。
本發明主要目的在於提昇直下式背光模組及側光式背光模組的光能量的利用率，降低Fresnel損耗。
本發明另一目的在於提高透鏡陣列出光視角之光強度中心增益值。
為達上述目的，本發明提供一種柱狀透鏡陣列之裝置，其包括有一柱狀透鏡層及一第二折射率層。其中，該柱狀透鏡層具有一第一折射率(n1 )，該柱狀透鏡層具有複數個柱狀透鏡排列位於一谷面上，該柱狀透鏡更包括有相距一高度(H)之一波峰及一波谷，該波谷位於該谷面上，該波峰與該波谷間具有一曲面結構，該曲面結構具有一曲率半徑(R)，該波峰及另一波峰相距有一寬度(P)，該柱狀透鏡層定義有一法線方向以及一第一臨界角(θ1c )，該法線方向與該谷面相垂直，該第一臨界角(θ1c )係與該法線方向之夾角，該第一臨界角，該高度(H)須符合：，該柱狀透鏡之圓錐常數(K)之範圍介於-2.1~-1.5。該第二折射率層具有一第二折射率(n2 )，且與該柱狀透鏡層相連接，該第一折射率(n1 )大於該第二折射率(n2 )，該第二折射率層定義有一第二臨界角(θ2c )，該第二臨界角(θ2c )係與該法線方向之夾角，該第二臨界角。該每一柱狀透鏡、該第一臨界角以及該第二 臨界角符合公式：；藉此，該柱狀透鏡增亮膜可用以降低光線的傳輸損耗，並提高出光強度中心增益值。
如上所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中，自該柱狀透鏡層與該第二折射率層相連接處相距該谷面具有一第一厚度(t1 )以及自該柱狀透鏡層與該第二折射率層相連接處相距該第二折射率層之一另一側具有一第二厚度(t2 )，則該第 二厚度與該第一厚度之比值最佳範圍為0.035~0.084。藉此，該柱狀透鏡增亮膜的光強度最大會比習知增亮膜的光強度高出1.5%。
如上所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中，K=-1.65~-2，H/P=0.42~0.498，藉此，具有雙曲線輪廓的曲面結構可使該柱狀透鏡增亮膜之光強度中心增益值比傳統增亮膜增加將近4.4%。
如上所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中，該複數個柱狀透鏡層為二維形狀或三維形狀。
如上所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中，更包有一第三折射率層，其具有一第三折射率(n3 )，該第三折射率(n3 )小於該第一折射率(n1 )以及小於該第二折射率(n2 )。
如上所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中，該柱狀透鏡層以或該第二折射率層的材質為聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、三醋酸纖維素(Tri-acetyl Cellulose，TAC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(Methylmethacrylate styrene)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)或環烯共聚物(Cyclic Olefin Copolymer，COC)。
為達上述目的，本發明提供一種側光式背光模組，其係具有一入射光、一第一光學路徑以及一第二光學路徑，該側光式背光模組包含有一光源、一導光板、一反射片及一前述的柱狀透鏡陣列之裝置。其中，該光源係用以發射該入射光；該導光板係設置該光源之一側，且該導光板傳導該入射光形成該光學路徑；該反射片設置該導光板下方；該柱狀透鏡陣列之裝置係設置該導光板上方以接收該光學路徑。藉此，利用該第一臨界角以及該第二臨界角修正該第一光學路徑，而產生全反射至該反射片，以形成該第二光學路徑。
為達上述目的，本發明提供一種直下式背光模組，其係具有一入射光、一第一光學路徑以及一第二光學路徑，該直下式背光模組包含有一光源、一擴散板、一反射片及一前述的柱狀透鏡陣列之裝置。其中，該光源係用以發射該入射光；該反射片係設置該光源下方；該擴散板設置該 光源上方，該擴散板傳輸該入射光形成該光學路徑；該柱狀透鏡陣列之裝置設置該擴散板上方以接收該光學路徑。藉此，利用該第一臨界角以及該第二臨界角修正該第一光學路徑，而產生全反射至該反射片，以形成該第二光學路徑。
藉此，本發明的柱狀透鏡陣列之裝置及其使用的側光式背光模組與直下式背光模組可加強聚光的效果，並藉由雙曲線輪廓的曲面結構而篩選射出的光線，使無效的光線重新回到柱狀透鏡陣列之裝置或背光模組內部而再次回收利用。因此，可降低損耗，並且提高光強度中心增益值。
為使熟悉該項技藝人士瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體實施例，並配合所附之圖式，對本發明詳加說明如後。
請參閱圖1，圖1所繪示為本發明之柱狀透鏡陣列之裝置的示意圖。如圖1所示，一柱狀透鏡陣列之裝置1，係由一柱狀透鏡層11及一第二折射率層12所構成，該柱狀透鏡層11與該第二折射率層12的相連接處為交界面T1。該柱狀透鏡層11包括有一谷面114及多個柱狀透鏡1131，多個柱狀透鏡1131橫向排列且凸出於該谷面114上。該柱狀透鏡層11具有的一第一折射率，該第一折射率為n1 ；該交界面T1相距該谷面114具有一第一厚度t1 。該柱狀透鏡1131更包括有相距一高度H的一波峰1132A及一波谷1132B，該波谷1132B位於該谷面114上，且該波峰1132A與該波谷1132B間具有一曲面結構1132；該曲面結構1132具有一曲率半徑R，且相鄰兩波峰1132A之間相距有一寬度P。該第二折射率層12的第二折射率為n2 ，且具有一第二厚度t2 ，該第二厚度t2 係自該交界面T1相距該第二折射率層12之底部的距離。如圖1所示，光線從該柱狀透鏡陣列之裝置1的下方入光由上方出光，因此，光線在該柱狀透鏡陣列之裝置1內部，光線依序經過第二折射率層12、柱狀透鏡層11、曲面結構1132之後出光；故，該第二折射率層12位於該柱狀透鏡層11的入光面側，該曲面結構1132位於柱狀透鏡層11的出光面之一側。此外， 該曲面結構1132為一雙曲線的輪廓，且該曲面結構1132的圓錐常數為K，並且滿足雙曲線的公式：
在傳統圓錐曲面的定義上，一雙曲線的曲線函數可由兩相交的漸近線、貫軸以及共軛軸所決定；請參閱圖2，圖2所繪示為圓錐曲面之雙曲線示意圖。如圖2所示，兩雙曲線分別位於兩漸近線L1 、L2 的上方與下方。以兩漸近線L1 、L2 的交點為座標軸的原點So ，該雙曲線的頂點S1 會與y軸相交，且該頂點S1 至原點So 的距離即為半貫軸Atran ，該半貫軸Atran 的距離為a。該頂點S1 在水平方向上定義了一切割線L3 ，該切割線L3 與該漸近線L1 相交於一交點S2 ，該交點S2 距離y軸的距離即為半共軛軸Aconj ，該半共軛軸Aconj 的距離為b。再來，依據圓錐曲面的基本定義，該雙曲線的偏心率e及圓錐常數K分別為： 因此，只要確定該圓錐常數K、半貫軸Atran 距離a與半共軛軸Aconj 距離b，即可確定該雙曲線函數。
再來，將圖2雙曲線函數對應至圖1的曲面結構1132，本實施例具有雙曲線函數的曲面結構1132，只要藉由寬度P、高度H、圓錐常數K，即可定義並確認該曲面結構1132的輪廓。另外，因為該曲面結構1132的輪廓為變曲率的弧線，因此該曲率半徑R係為波峰處1132A之曲率半徑。還有，一般而言，雙曲線函數的圓錐常數K的範圍為：K<-1.0；而在本實施例中，該圓錐常數K的較佳範圍為：K=-2.1~-1.5。
接下來，在柱狀透鏡層11與第二折射率層12，為了避免由下往上射入的光線在交界面T1產生全反射現象，該柱狀透鏡層11的第一折射率n1 大於該第二折射率層12的第二折射率n2 ，即n1 >n2 。依據司乃耳定律(Snell’s Law)：n 1 *sin(θ1 )=n 2 *sin(θ2 )可得到：θ2 >θ1 ；也就是說，圖1之實施例中的光線自該柱狀透鏡層11經過該交界面T1之後射入至該第二折射率層12，其折射後的光線會向法線靠近，達到聚光的效果；如此，在該第二折射率層12內部具有較大入射角θ2 的光線，其在經過該交界面T1之後，會被修正成為較”垂直”的狀態；亦即：折射角θ1 小於入射角θ2 。因此，具有兩種不同折射率的柱狀透鏡陣列之裝置1可用以提高光強度中心增益值。
再來，為了達到讓光線儘量垂直往上射出的目的，在光學路徑的設計上應該要將偏離法線太大的光線重新導回該柱狀透鏡陣列之裝置1內部，藉以回收再利用其光能量。請參閱圖3，圖3所繪示為本發明之柱狀透鏡陣列之裝置的光學路徑示意圖。如圖3所示，在該曲面結構1132處，因為該柱狀透鏡1131的第一折射率為n1 ，該柱狀透鏡1131外側的空氣之折射率為1.0，且n1 >1.0。由司乃耳定律可知，在光線離開該曲面結構前，由該柱狀透鏡層11定義有一第一臨界角θ1c ，該第一臨界角θ1c 係光線與其法線方向(該法線方向與該谷面相垂直)的夾角，且 如果光線射出該曲面結構1132前的角度大於該第一臨界角θ1c ，則光線會被全反射回該柱狀透鏡陣列之裝置1內部，在此，被全反射的光線為第一光學路徑；如果光線射出該曲面結構1132前的角度小於該第一臨界角θ1c ，則光線即可射出且離開該曲面結構1132。基於充份利用光能量的考量，如果讓大於第一臨界角θ1c 的光線(即太傾斜的光線)射出該曲面結構1132，則對於提高光強度中心增益值是沒有任何助益的。故，為了修正偏離法線太大的光線，而利用此一第一臨界角θ1c 的物理特性來將大於第一臨界角θ1c 的光線(即太傾斜的光線)重新導回該柱狀透鏡陣列之裝置1內部。
如圖3所示，本實施例之曲面結構1132的寬度為P以及高度為H，為了要使較大之入射角的光線被反射回該柱 狀透鏡陣列之裝置1的內部，該角度θs 必需要大於第一臨界角θ1c ，才能允許過於傾斜的光線產生全反射；亦即
當光線被導回至該柱狀透鏡陣列之裝置1內部後，會往下行進至該交界面T1之處。因為該柱狀透鏡層11的第一折射率為n1 ，該第二折射率層12的第二折射率為n2 ，且n1 >n2 ，由司乃耳定律可知，光線由大折射率的介質至小折射率的介質時，以產生臨界角。依據司乃耳定律可知，交界面T1之處，該第二折射率層12定義有一第二臨界角θ2c ，該第二臨界角θ2c 係光線與其該法線方向之夾角，且該第二臨界角θ2c 為第一折射率n1 與第二折射率n2 的函數，亦即 光線向下至該交界面T1前的角度大於該第二臨界角θ2c ，則光線被全反射；光線向下至該交界面T1前的角度小於該第二臨界角θ2c ，則光線即可光線向下且離開該交界面T1，形成一第二光學路徑，該第二光學路徑即可被重新回收利用。基於，充份利用光能量之考量，應該要讓光線向下至該交界面T1，而重新被回收利用。因此，與前述相同的原理，可得 綜上公式(1)與(2)，可得
藉此，本發明的柱狀透鏡陣列之裝置1使光強度中心視角處的光線(即入射角較小的光線)偏向法線而射出該柱狀透鏡1131的曲面結構1132，並讓傾斜度較大的光線(即入射角較大的光線)反射回該柱狀透鏡陣列之裝置1內部而重新回收利用，因此可進一步地提高光強度中心增益值。
除了篩選過濾光線的傾斜角度之外，在此更藉由Fresnel equation來計算本發明之柱狀透鏡陣列之裝置1的 總透光率；依據Fresnel equation公式：
其中，T為透光率，R為反射率，nA 、nB 分別為兩互相接觸之介質的折射率。若該柱狀透鏡層11為聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)，該第二折射率層12為聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)，PC的折射率為1.586，PMMA的折射率為1.49，空氣的折射率為1.0，則本發明之柱狀透鏡陣列之裝置1的總透光率為： 其與習知的傳統增亮膜相較，可發現本發明具有兩種不同折射率的結構可使總透光率由0.90再提昇成為0.911。在製造業彼此殺價競爭的今日，只要產品的功效更好，即便僅有區區幾個百分比的效益上的提昇，便會造成雙方巨大的獲利差異。因此，總透光率由0.90再提昇成為0.911，可說是技術改良上的一大突破。
還有，本發明的柱狀透鏡陣列之裝置1更針對不同的圓錐常數K，以及不同的高度H與寬度P之比值，以實驗的方式找出最佳光強度中心增益值；在此，該實驗係以PC作為柱狀透鏡層11，PMMA作為第二折射率層12，圓錐常數K則區分為-1.5、-1.65、-1.75、-2及-2.1等五組。請參閱圖4，圖4所繪示為本發明之柱狀透鏡陣列之裝置在不同[高度/寬度]比的光強度中心增益值。其各組實驗的結果如下：(A)K=-1.5時：最佳的增益值係位於H/P=0.50之處，且增益值可達1.037；亦即，相較於習知的傳統增亮膜，本組實驗可再提高3.7%的增益值；(B)K=-1.65時：最佳的增益值係位於H/P=0.50之處，且增益值可達1.027；亦即，相較於習知的傳統增亮膜，本組實驗可再提高2.7%的增益值；(C)K=-1.75時： 最佳的增益值係位於H/P=0.45之處，且增益值可達1.015；亦即，相較於習知的傳統增亮膜，本組實驗可再提高1.5%的增益值；(D)K=-2.0時：最佳的增益值係位於H/P=0.498之處，且增益值可達1.044；亦即，相較於習知的傳統增亮膜，本組實驗可再提高4.4%的增益值；(E)K=-2.1時：最佳的增益值係位於H/P=0.47之處，且增益值可達1.029；亦即，相較於習知的傳統增亮膜，本組實驗可再提高2.9%的增益值；由上述的結果可知，在上述五組圓錐常數K的實驗中，當H/P=0.42~0.498時，發現本發明的柱狀透鏡陣列之裝置1，其透過兩個不同介質的結構，再加上雙曲線輪廓的曲面結構1132，即可使一般市售的增亮膜再增加將近4.4%的光強度，可以說是本技術領域上的一大突破。
接下來，本發明更進一步針對該柱狀透鏡層11的第一厚度t1 及第二折射率層12的第二厚度t2 之比值作實驗，藉以求得最佳的厚度關係。請參閱圖5，圖5所繪示為本發明之柱狀透鏡陣列之裝置在柱狀透鏡層、第二折射率層之不同厚度比的光強度中心增益值。如圖5所示，當t2 /t1 的比值位於0.035~0.084的範圍時，其增益值均大於1.0；其中，當該t2 /t1 的比值為0.07時，其增益值最大可達1.015。也就是說，當t2 /t1 =0.035~0.084時，本發明的柱狀透鏡陣列之裝置1的光強度最大會比習知增亮膜的光強度高出1.5%。
如上所述的柱狀透鏡陣列之裝置，本領域具有通常知識者可將其設計成為二維(2-Dimension)或三維(3-Dimension)的結構。請參閱圖6A~圖6C，圖6A所繪示為本發明柱狀透鏡陣列之裝置的二維結構示意圖，圖6B所繪示為本發明柱狀透鏡陣列之裝置的三維結構示意圖，圖6C所繪示為本發明柱狀透鏡陣列之裝置的另一三維結構示意圖。如圖6A所示，該柱狀透鏡陣列之裝置2係由一柱狀透鏡層21及一第二折射率層22所組成，該柱狀透鏡層21的出光面側排列有多個柱狀透鏡2131；該柱狀透 鏡2131為雙曲線輪廓的柱狀體，因此為二維的結構。再來，如圖6B所示，該柱狀透鏡陣列之裝置3係由一柱狀透鏡層31及一第二折射率層32所組成，該柱狀透鏡層31的出光面側排列有多個柱狀透鏡3131；該柱狀透鏡3131係呈現雙曲線的半圓球輪廓，從x-z平面或y-z平面觀之，該柱狀透鏡3131均為雙曲線的輪廓，因此為三維的結構。三維的柱狀透鏡陣列之裝置3與二維的柱狀透鏡陣列之裝置2相較，產生更均勻的光學效果，避免產生明暗相間的”暗帶現象”。還有，如圖6C所示，該柱狀透鏡陣列之裝置4係由一柱狀透鏡層41及一第二折射率層42所組成，該柱狀透鏡層41的出光面側排列有多個柱狀透鏡4131；每一柱狀透鏡4131的輪廓係由四個組合面4131A所構成；從x-z平面或y-z平面觀之，該柱狀透鏡4131為雙曲線的輪廓。
此外，本發明的柱狀透鏡陣列之裝置更包括有三種不同的介質。請參閱圖7，本發明另一實施例之柱狀透鏡陣列之裝置的示意圖。如圖7所示，該柱狀透鏡陣列之裝置5包括有折射率分別為n1 、n2 、n3 的柱狀透鏡層51、第二折射率層52及第三折射率層53依序排列且n1 >n2 >n3 。也就是說，越靠近該柱狀透鏡陣列之裝置5的出光面側，其折射率越大；如此，其所達成的功效也是讓光線由下往上射出時，藉由折射率的差異而使光線的行進路徑向法線靠近，產生光線聚集的效果。相同地，在此以Fresnel equation來印證本實施例的總透光率，其中，該柱狀透鏡層51、第二折射率層52、第三折射率層53分別為PC、MS塑膠、PMMA，且n1 =1.586、n2 =1.56、n3 =1.49： 因此，本實施例的總透光率亦是0.911，與前述實施例的功效大致相同。
當然，上述所有實施例中，其柱狀透鏡層、第二折射率層或第三折射率層還可搭配使用聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、三醋酸纖維素(Tri-acetyl Cellulose，TAC)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚 物(Methylmethacrylate styrene)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)或環烯共聚物(Cyclic Olefin Copolymer，COC)等不同的材質，來增加製造之多樣性；只要符合出光面側的折射率大於入光面側的折射率，均可達前述聚光之功效。
如上所述的柱狀透鏡陣列之裝置，可將其應用在側光式背光模組或直下式背光模組。請參閱圖8，圖8所繪示為本發明使用柱狀透鏡陣列之裝置的側光式背光模組。如圖8所示，一側光式背光模組7，其包括有一導光板71、一光源72、兩燈罩73、一擴散膜74、一反射片75及一前述的柱狀透鏡陣列之裝置1。其中，該光源72用以發射入射光。該導光板71的出光面71A與底面71C分別位於該導光板71相對應的兩面。該光源72設置於該導光板71的側邊，利用該燈罩73反射其射出的光線，即可將光線投射至該導光板71內部；亦即，該導光板71傳導入射光，用以形成一光學路徑，而使光線均勻出射。該柱狀透鏡陣列之裝置1位於該導光板71的出光面71A外側。該擴散膜74位於該導光板71與該柱狀透鏡陣列之裝置1之間，該反射片75位於該導光板71的底面71C外側。在此，該光源72為冷陰極螢光燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)、發光二極體(Light Emitting Diode,LED)或是產生光能量之光源。如此，藉由本發明的柱狀透鏡陣列之裝置1，運用該第一臨界角θ1c 及該第二臨界角θ2c 修正其光學路徑，而產生全反射至該反射片75，以形成該第二光學路徑。因此，該側光式背光模組7可用以降低光線的傳輸損耗，並提高光強度中心增益值。
請參閱圖9所示為本發明使用柱狀透鏡陣列之裝置的直下式背光模組。如圖9所示，一直下式背光模組8，其包括有一擴散板81、複數個光源82、一反射片85及一前述的柱狀透鏡陣列之裝置1。其中，該些光源82用以發射入射光。該擴散板81係用以傳輸該入射光，藉以形成光學路徑。該擴散板81的出光面81A與入光面81B分別位於該擴散板81相對應的兩面。該反射片85設置於該擴散板81的入光面81B外側。該光源82位於該擴散板81與該反射片85之間，用以將光線投射至該擴散板81內部。該柱狀透鏡陣列之裝置1位於該擴散板81的出光面81A側。 在此，該光源82為多個CCFL或多個LED排列而成的平面光源。如此，藉由本發明的柱狀透鏡陣列之裝置1可利用該第一臨界角θ1c 及該第二臨界角θ2c 修正其光學路徑，而產生全反射至該反射片85，以形成該第二光學路徑。因此，該直下式背光模組8即可用以降低光線的傳輸損耗，並提高光強度中心增益值。
綜上所述，本發明的柱狀透鏡陣列之裝置及其使用的側光式背光模組與直下式背光模組，藉由兩層或三層不同折射率介質組合成的柱狀透鏡陣列之裝置來加強聚光的效果，並藉由雙曲線輪廓的曲面結構而篩選射出的光線，使入射角過大(較偏離法線)的光線重新回到柱狀透鏡陣列之裝置或背光模組內部，回收再利用的效果。因此，降低損耗，並且提高光強度中心增益值。
本發明以實施例說明如上，然其並非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡本領域具有通常知識者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
1、2、3、4、5‧‧‧柱狀透鏡陣列之裝置
11、21、31、41、51‧‧‧柱狀透鏡層
1131、2131、3131、4131‧‧‧柱狀透鏡
1132‧‧‧曲面結構
1132A‧‧‧波峰
1132B‧‧‧波谷
114‧‧‧谷面
12、52‧‧‧第二折射率層
22、32、42‧‧‧第二折射率層
4131A‧‧‧組合面
53‧‧‧第三折射率層
7‧‧‧側光式背光模組
71‧‧‧導光板
71A、81A‧‧‧出光面
71C‧‧‧底面
72‧‧‧光源
73‧‧‧燈罩
74‧‧‧擴散膜
75、85‧‧‧反射片
8‧‧‧直下式背光模組
81‧‧‧擴散板
81B‧‧‧入光面
82‧‧‧光源
t1 ‧‧‧第一厚度
t2 ‧‧‧第二厚度
R‧‧‧曲率半徑
P‧‧‧寬度
H‧‧‧高度
L1 、L2 ‧‧‧漸近線
L3 ‧‧‧切割線
So ‧‧‧原點
S1 ‧‧‧頂點
S2 ‧‧‧交點
T1‧‧‧交界面
θ1 ‧‧‧折射角
θ2 ‧‧‧入射角
θ1c ‧‧‧第一臨界角
θ2c ‧‧‧第二臨界角
θs ‧‧‧角度
圖1所繪示為本發明之柱狀透鏡陣列之裝置的示意圖。
圖2所繪示為圓錐曲面之雙曲線示意圖。
圖3所繪示為本發明之柱狀透鏡陣列之裝置的光學路徑示意圖。
圖4所繪示為本發明之柱狀透鏡陣列之裝置在不同[高度/寬度]比的光強度中心增益值。
圖5所繪示為本發明之柱狀透鏡陣列之裝置在柱狀透鏡層、第二折射率層之不同厚度比的光強度中心增益值。
圖6A所繪示為本發明柱狀透鏡陣列之裝置的二維結構示意圖。
圖6B所繪示為本發明柱狀透鏡陣列之裝置的三維結構示意圖。
圖6C所繪示為本發明柱狀透鏡陣列之裝置的另一三 維結構示意圖。
圖7所繪示為本發明另一實施例之柱狀透鏡陣列之裝置的示意圖。
圖8所繪示為本發明使用柱狀透鏡陣列之裝置的側光式背光模組。
圖9所繪示為本發明使用柱狀透鏡陣列之裝置的直下式背光模組。
1‧‧‧柱狀透鏡陣列之裝置
11‧‧‧柱狀透鏡層
1131‧‧‧柱狀透鏡
1132‧‧‧曲面結構
1132A‧‧‧波峰
1132B‧‧‧波谷
114‧‧‧谷面
12‧‧‧第二折射率層
t1 ‧‧‧第一厚度
t2 ‧‧‧第二厚度
R‧‧‧曲率半徑
P‧‧‧寬度
H‧‧‧高度
T1‧‧‧交界面
θ1 ‧‧‧折射角
θ2 ‧‧‧入射角

Claims (10)

  1. 一種柱狀透鏡陣列之裝置，係包含：一柱狀透鏡層，係具有一第一折射率(n1 )，該柱狀透鏡層具有複數個柱狀透鏡排列位於一谷面上，該柱狀透鏡更包括有相距一高度(H)之一波峰及一波谷，該波谷位於該谷面上，該波峰與該波谷間具有一曲面結構，該曲面結構具有一曲率半徑(R)，該波峰及另一波峰相距有一寬度(P)，該柱狀透鏡層定義有一法線方向以及一第一臨界角(θ1c )，該法線方向與該谷面相垂直，該第一臨界角(θ1c )係與該法線 方向之夾角，該第一臨界角，該高度(H)須符合：，該柱狀透鏡之圓錐常數(K)之範圍介 於-2.1~-1.5；一第二折射率層，係具有一第二折射率(n2 )，且與該柱狀透鏡層相連接，該第一折射率(n1 )大於該第二折射率(n2 )，該第二折射率層定義有一第二臨界角(θ2c )，該第二臨界角(θ2c )係與該法線方向之夾角，該第二臨界角 其中，該每一柱狀透鏡、該第一臨界角以及該第二臨 界角符合：。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中，自該柱狀透鏡層與該第二折射率層相連接處相距該谷面具有一第一厚度(t1 )以及自該柱狀透鏡層與該第二折射率層相連接處相距該第二折射率層之一另一側具有一第二厚度(t2 )，則該第二厚度與該第一厚度之比值最佳範圍為0.035~0.084。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中該柱狀透鏡之圓錐係數(K)之最佳範圍為-1.65~-2。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中該每一柱狀透鏡之該高度(H)與該寬度(P)比值最佳範圍為0.42~0.498。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中該複數個柱狀透鏡層為二維形狀。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中該複數個柱狀透鏡層為三維形狀。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中更包含：一第三折射率層具有一第三折射率(n3 )，該第三折射率(n3 )小於該第一折射率(n1 )以及該第二折射率(n2 )。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的柱狀透鏡陣列之裝置，其中，該柱狀透鏡層以或該第二折射率層的材質為聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、三醋酸纖維素(Tri-acetyl Cellulose，TAC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(Methylmethacrylate styrene)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)或環烯共聚物(Cyclic Olefin Copolymer，COC)。
  9. 一種側光式背光模組，係具有一入射光、一第一光學路徑以及一第二光學路徑，該側光式背光模組包含：一光源，係發射該入射光；一導光板，係設置該光源之一側，該導光板傳導該入射光形成該光學路徑；一反射片，係設置該導光板下方；一柱狀透鏡陣列之裝置，係設置該導光板上方以接收該光學路徑，該柱狀透鏡陣列之裝置更包含：一柱狀透鏡層，係具有一第一折射率(n1 )，該柱狀透鏡層具有複數個柱狀透鏡排列位於一谷面上，該柱狀透鏡更包括有相距一高度(H)之一波峰及一波谷，該波谷皆位於該谷面上，該波峰與該波谷間具有一曲面結構，該曲面結構具有一曲率半徑(R)，該波峰及另一波峰相距有一寬度(P)，該柱狀透鏡層定義有一法線方向以及一第一臨界角(θ1c )，該法線方向與該谷面相垂直，該第一臨界角(θ1c )係與該法線方向之夾角，該第一臨界角，該高度(H)須符合： 該柱狀透鏡之一圓錐常數(K)之範圍介於-2.1~-1.5；一第二折射率層，係具有一第二折射率(n2 )，且與該柱狀透鏡層相連接，該第一折射率(n1 )大於該第二折射率(n2 )，該第二折射率層定義有一第二臨界角(θ2c )，該第二臨界角(θ2c )係與該法線方向之夾角，該第二臨界角 其中，該每一柱狀透鏡、該第一臨界角以及該第二臨 界角符合：；藉此，利用該第一臨界角以及該第二臨界角修正該第一光學路徑，而產生全反射至該反射片，以形成該第二光學路徑。
  10. 一種直下式背光模組，係具有一入射光、一第一光學路徑以及一第二光學路徑，該直下式背光模組，係包含：一光源，係發射該入射光；一反射片，係設置該光源下方；一擴散板，係設置該光源上方，該擴散板傳輸該入射光形成該光學路徑；一柱狀透鏡陣列之裝置，係設置該擴散板上方以接收該光學路徑，該柱狀透鏡陣列之裝置更包含：一柱狀透鏡層，係具有一第一折射率(n1 )，該柱狀透鏡層具有複數個柱狀透鏡排列位於一谷面上，該柱狀透鏡更包括有相距一高度(H)之一波峰及一波谷，該波谷皆位於該谷面上，該波峰與該波谷間具有一曲面結構，該曲面結構具有一曲率半徑(R)，該波峰及另一波峰相距有一寬度(P)，該柱狀透鏡層定義有一法線方向以及一第一臨界角(θ1c )，該法線方向與該谷面相垂直，該第一臨界角(θ1c )係與該法線方向之夾角， 該第一臨界角，該高度(H)須符合： 該柱狀透鏡之一圓錐常數(K)之範圍介於-2.1~-1.5；一第二折射率層，係具有一第二折射率(n2 )，且與該柱狀透鏡層相連接，該第一折射率(n1 )大於該第二折射率 (n2 )，該第二折射率層定義有一第二臨界角(θ2c )，該第二臨界角(θ2c )係與該法線方向之夾角，該第二臨界角 其中，該每一柱狀透鏡、該第一臨界角以及該第二臨 界角符合：；藉此，利用該第一臨界角以及該第二臨界角修正該第一光學路徑，而產生全反射至該反射片，以形成該第二光學路徑。
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