CN1752808A - 可提升光利用率及发射均匀度的光导装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供包含一三角柱单元及数个彼此光连接排列设置的四角柱单元的光导装置，当入射光进入三角柱单元后预定光量的光折射离开三角柱单元并进入与其光连接的四角柱单元，部分光反射后射出行进，每一四角柱单元具有镀有预定反射率的镀膜的通过接口，且镀膜的反射率是依序相对远离三角柱单元而递增，使进入四角柱单元的光经过有镀膜的通过接口时预定光量的光折射后进入另一相邻的四角柱单元中继续进行类似的光行进，部分光反射后行进，进而可将入射光改变光路径并导引至预定的光学平面，以提升光利用率及发射均匀度。

Description

可提升光利用率及发射均匀度的光导装置

技术领域

本发明是有关于一种光导装置，特别是一种可改变光行进路径的光导装置。

背景技术

参阅图1，目前的光导装置1，是将一光源100，例如阴极灯管，所发出沿一第一方向平行行进的光，导引改变其光路径后均匀发散至一例如液晶面板200的光学平面300上。

光导装置1具有一扁平的楔状本体11，该本体11包含一进入面12、一反射面13，及一相反于该反射面13的射出面14，进入面12靠近光源100设置，供光源100发射的光进入本体11，反射面13是使经过的光全反射，射出面14使经过的光部分反射后再行进至反射面13进行后续的光行进过程，部分折射通过后离开本体11。借由反射面13、射出面14相互配合进行多次的全反射、反射等光行进过程，可导引进入本体11行进的光逐渐行进远离进入面12，并同时折射后散射至液晶面板200的光学平面300上。

此种光导装置是利用本体11的反射率，以及反射面13相对光行进的夹角相互配合，使得自进入面12进入本体11的光在经过反射面13时产生全反射，而可部分自相反于反射面13的射出面14射出，并同时部分反射后再行进至反射面13，重复进行多次的反射、全反射等光行进过程，导引光逐渐往远离进入面12方向行进，且同时，射出面14是利用蚀刻或是形成V状缺陷(v-cut)等方式破坏接口的完整，而使部分的光反射进行后续的光行进，直至光可均匀地散射行进至液晶面板200的光学平面300，而供后续的光利用。

上述光导装置1确实可以将光导引改变光路径后导引至液晶面板200的光学平面300上，但是，由于此种光导装置1在光的利用上，完全是基于光的不规则散射，一来光能量的利用率偏低，二来无法有效的调整光分布，特别是射出面14的周边部分的光分布，使液晶面板200的光学平面300受光均匀。

此外，液晶面板200在光的利用上，必须是特定偏极性(p-type或s-type)的偏极光，当然，上述光导装置1可以在进入面12、或是射出面14镀覆镀膜，以控制液晶面板200所接受到的光是预定偏极性的光，但是，在进入面12镀膜则使光进入时、初始利用率仅为原先的一半，在经过多次折射、反射、全反射等光行进时能量逐渐消耗，显然会造成后续使用亮度不够的问题。

因此，如何开发新的光导装置，提高其光利用率、发射均匀度等，而可供后续光学装置再利用，是业者不断研究努力的方向。

发明内容

因此，本发明的目的，即在提供一种可提升光利用率以及发射均匀度的光导装置。

本发明涉及的一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，是将一平行于一第一方向行进进入的入射光改变光路径后对应行进至一光学平面，该光导装置包含：一第一三角柱单元，包含一第一进入面、一第一通过接口、一镀覆在该第一通过接口上的第一镀膜，及一第一射出面，该第一进入面是供该入射光进入，该第一镀膜具有预定反射率，使当该入射光经过该镀覆有第一镀膜的第一通过接口时部分预定光量的光折射后离开该第一三角柱单元，部分预定光量的光反射后自该第一射出面离开该第一三角柱单元并行进至该光学平面对应于该第一射出面的区域；及数个彼此光连接且渐次远离该第一三角柱单元排列设置的四角柱单元，每一四角柱单元包含一可供光进入的第二进入面、一相反于该第二进入面的第二通过接口、一镀覆在该第二通过接口上的第二镀膜，及一连结该第二进入面与该第二通过接口的第二射出面，该一四角柱单元的第二进入面与该另一相邻的四角柱单元的第二通过接口相光连接，且该一最邻近该第一三角柱单元的四角柱单元的第二进入面与该第一三角柱的第一通过接口相光连接，该每一四角柱单元的第二镀膜具有一预定反射率，且每一四角柱单元的第二镀膜的反射率是依序相对远离该第一三角柱单元而递增，并与该第一镀膜的反射率呈一递增关系，当自该第一三角柱单元的第一通过接口离开而自与该第一三角柱单元相光连接的四角柱单元的第二进入面进入的光，经过该镀覆有第二镀膜的第二通过接口时部分预定光量的光折射后离开该四角柱单元并自该相邻的四角柱单元的第二面进入该另一相邻的四角柱单元中，部分预定光量的光反射后自该四角柱单元的第二射出面离开该四角柱单元并行进至该光学平面对应于该四角柱单元的第二射出面的区域，进而使平行于该第一方向的入射光可均匀地被导引行进至该光学平面。

本发明涉及的一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其中：该第一进入面与该第一射出面彼此垂直，该第一进入面与该第一通过接口彼此夹角是45度，且该第一通过接口与该第一射出面彼此夹角是45度。

本发明涉及的一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其中：该每一四角柱单元的第二进入面、该第二通过接口与该第三角柱单元的第一通过接口彼此平行且宽度相等，同时，该第三角柱单元的第一射出面与该每一四角柱单元的第二射出面的宽度相等并位于同一平面上。

本发明涉及的一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其中：该第一三角柱单元更包含一镀覆于该第一进入面上的镀膜，是可滤波使相同偏极性的光通过该第一进入面。

本发明涉及的一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其中：该第一镀膜可滤波而供相同偏极性的光通过该镀覆有第一镀膜的第一通过接口。

本发明涉及的一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其中：该每一四角柱单元的第二镀膜可滤波而供相同偏极性的光通过该镀覆有第二镀膜的第二通过接口。

本发明涉及的一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其中：当该光导装置的四角柱单元的个数为n，n是不小于2的整数时，该第一三角柱单元的第一镀膜的反射率是

该每一四角柱单元的第二镀膜的反射率依序自该第一三角柱单元向远离该第一三角柱单元方向分别为 $\frac{1}{(n+1)-1},\frac{1}{(n+1)-2},\frac{1}{(n+1)-3},...,\frac{1}{(n+1)-n}.$

本发明涉及的一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其中：该光导装置更包含一与该一最远离该第一三角柱单元的四角柱单元相光连接的第二三角柱单元，具有一第三进入面，及一光吸收面，该第三进入面与最远离该第一三角柱单元的四角柱单元的第二通过接口相光连接，而可供自该四角柱单元的第二通过接口离开该四角柱单元的光进入，该光吸收面是可吸收光使光无法自该光吸收面射出离开该第二三角柱单元。

本发明涉及的一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其中：该第三进入面的宽度与相光连接的该四角柱单元的第二通过接口的宽度相等，该第三进入面与该光吸收面彼此夹角是45度。

本发明可提升光利用率及发射均匀度的光导装置主要是利用光本身具有偏极性，并同时利用镀膜所造成对光的反射、折射，以及偏极性的改变控制，使得光进入第一三角柱单元、光连接数个四角柱单元的光导装置后，透过不同接口上镀膜反射率的调整，而在可控制光量的条件下，有效调节光亮的分布，而使得欲接受光的光学平面受光均匀，以避免现有光导装置在相对于其各侧边常有光亮分布不均的问题，有效提升光利用率，确实达到本发明的目的。

附图说明

图1是一示意图，说明现有的光导装置。

图2是一示意图，说明本发明可提升光利用率及发射均匀度的光导装置的一第一较佳实施例。

图3是一示意图，说明本发明可提升光利用率及发射均匀度的光导装置的一第二较佳实施例。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

实施例1

参阅图2，本发明可提升光利用率及发射均匀度的光导装置2的一第一较佳实施例，是可将一光源100，例如阴极灯管，沿平行于一第一方向平行射出的入射光改变光路径后，对应行进至例如液晶面板200的光学平面300，以供液晶面板200后续光使用。

光导装置2以塑料或是玻璃等反射率大于1.3以上的可透光材料为主要材料，形成一矩形板状而与液晶面板200的光学平面300相平行设置，其包含一第一三角柱单元3，及数个彼此光连接的四角柱单元4，在本例中，以三彼此光连接的四角柱单元4，依序沿远离第一三角柱单元3方向命名为第一四角柱单元5、第二四角柱单元6与第三四角柱单元7，且第一四角柱单元5与第一三角柱单元3相光连接为例说明。

该第一三角柱单元3呈一长条三角柱状，包含一第一进入面31、一第一通过接口32、一镀覆在该第一通过接口32上的第一镀膜33，及一第一射出面34，第一通过接口32分别与第一进入面31、第一射出面34夹45度角，且第一进入面31与第一射出面34夹90度角，使第一三角柱单元3的一横截面成等腰直角三角形。

第一进入面31是供光源100发出的入射光进入。第一镀膜33具有预定反射率，使自第一进入面31进入的光行进经过镀覆有第一镀膜33的第一通过接口32时，部分预定光量的光折射后离开第一三角柱单元3进入第一四角柱单元5，部分预定光量的光反射后自该第一射出面34离开第一三角柱单元3并行进至液晶面板200的光学平面300对应于第一射出面34的部份区域。

第一、二、三四角柱单元5、6、7均是呈一长条平行四边形柱状，每一四角柱单元分别包含有一可供光进入的第二进入面41、一相反于该第二进入面41的第二通过接口42、一镀覆在该第二通过接口42上的第二镀膜43，及一连结该第二进入面41与该第二通过接口42的第二射出面44，第二进入面41与第二通过接口42相平行，第二射出面44分别与第二进入面41、第二通过接口42夹135度、45度角，且第一、二射出面宽度相等，第一通过接口32宽度与第二进入面41、第二通过接口42宽度均相等，而使每一四角柱单元的横截面是一平行四边形，进而使第一三角柱单元3、第一、二、三四角柱单元5、6、7连结成平行于液晶面板200的光学平面300设置的矩形板状态样。

第一四角柱单元5的第二进入面41与第一三角柱单元3的第一通过接口32相光连接，第一四角柱单元5的第二通过接口42与第二四角柱单元6的第二进入面41相光连接，第二四角柱单元6与第三四角柱单元7也是依此模式相光连接。

第一、二、三四角柱单元5、6、7镀覆在第二通过接口42的第二镀膜43分别具有一预定反射率，且这些第二镀膜43的反射率是依序相对远离第一三角柱单元3而递增，并同时与第一镀膜33的反射率呈一递增关系，使光在通过这些镀覆有第二镀膜43的第二通过接口42时，部份预定光量的光折射后射出进入另一相邻四角柱单元，再次重复进行相似的折射、反射的光行进过程，部分预定光量的光反射后自第二射出面44离开并行进至该光学平面300对应于该四角柱单元的第二射出面44的区域，进而使平行于该第一方向的入射光可均匀地被导引行进至液晶面板200的光学平面300对应于第二射出面44的部份区域。在本例中为使液晶面板200的光学平面300受光均匀，第一镀膜33的反射率是25％，第一、二、三四角柱单元5、6、7的第二镀膜43的反射率分别是33.33％、50％、100％。

当以本发明的光导装置2实际进行导光时，若假设光源100所发出的入射光总光量是1，入射光沿第一方向行进自第一三角柱单元3的第一进入面31进入后，行进通过镀有第一镀膜33的第一通过接口32，此时第一镀膜33的反射率是25％，所以有光量为3/4的光自第一通过接口32通过自第一四角柱单元5的第二进入面41进入第一四角柱单元行进，光量为1/4的光自第一射出面34离开第一三角柱单元3照射至液晶面板200的光学平面300对应于第一射出面34的部份区域。

随后，光量为3/4进入第一四角柱单元5的光，行进通过镀有第二镀膜43的第二通过接口42时，此时第二镀膜43的反射率是33.33％(即1/3)，所以有光量为1/2的光自第一四角柱单元5的第二通过接口42通过自第二四角柱单元6的第二进入面41进入第二四角柱单元6行进，光量为1/4的光自第一四角柱单元5的第二射出面44离开第一四角柱单元5照射至液晶面板200的光学平面300对应于此第二射出面44的部份区域。

随后，光量为1/2进入第二四角柱单元6的光，行进通过镀有第二镀膜43的第二通过接口42时，此时第二镀膜43的反射率是50％，所以有光量为1/4的光自第二四角柱单元6的第二通过接口42通过自第三四角柱单元7的第二进入面41进入第三四角柱单元7行进，光量为1/4的光自第二四角柱单元6的第二射出面44离开第二四角柱单元6照射至液晶面板200的光学平面300对应于此第二射出面44的部份区域。

最后，光量为1/4进入第三四角柱单元7的光，行进通过镀有反射率为100％的第二镀膜43的第二通过接口42时，完全反射而自第二射出面44离开第三四角柱单元7照射至液晶面板200的光学平面300对应于此第二射出面44的部份区域，进而使得液晶面板200的光学平面300每一部份均有光量为1/4的光照射，而使液晶面板200进行后续的光利用。

在此要特别说明的是，上述是以使液晶面板200受光均匀为前提的要求下，分别最佳化第一、二镀膜33、43的反射率，以及第一三角柱单元3为等腰三角形的三角柱与第一、二、三四角柱单元5、6、7为平行四边形柱态样为例说明；若，为使液晶面板200的受光状态分别是对应不同射出面而有所不同的特殊需求时，当然此第一三角柱单元3与各四角柱单元4的状态，以及第一、二镀膜33、43的反射率亦必须有所变更、最佳化，由于此部份变更仅是相关参数、形状特征的变更调整，且须视实际需求而有所变化，故在此不再多加举例说明。

由于液晶面板200所需使用的光必须是相同偏极性，例如p-type的光，因此，可以在第一三角柱单元3的第一进入面31镀覆一镀膜，进而使得欲经过此第一进入面31进入光导装置2的入射光，已是偏极性同为p-type的光，当然，如此做法在初始即将光量减少一半，但是由于本发明光导装置2可以借着改变第一三角柱单元3与各四角柱单元4的态样，以及第一、二镀膜33、43的反射率，而使得预定光量的光照射在液晶面板200的光学平面300的预定区域，因此，即便初始光量有所减弱，但是在光利用率上却更加提升，更符合液晶面板200的光使用需求。

另外，也可以不在第一进入面31镀覆镀膜控制入射光的偏极性，而改以每一四角柱单元4的第二镀膜43控制反射率以及对应反射、折射光的偏极性，而使得相同偏极性(如p-type)的光均从第一射出面34、第二射出面44射出供液晶面板200的光学平面300接受，以供后续液晶面板200的光利用，另一偏极性(s-type)的光则全不反射后自相反于第一射出面34、第二射出面44的另一接***出以供后续再应用。

而在本发明光导装置2的结构类似上述，第一三角柱单元3是等腰直角三角柱，每一四角柱单元4是其中一内角为45度的平行四边形柱，但连结有n个(n是不小于2的整数)四角柱单元4的条件下，要使液晶面板200的光学平面300受光均匀的话，第一三角柱单元3的第一镀膜33的反射率是需控制为 每一四角柱单元4的第二镀膜43的反射率依序自第一三角柱单元3向远离第一三角柱单元3方向分别为 $\frac{1}{(n+1)-1},\frac{1}{(n+1)-2},$ $\frac{1}{(n+1)-3},...,\frac{1}{(n+1)-n}.$ 由于此等控制镀膜反射率的技术已广为业界所应用，且并非本发明重点所在，在此不再多加赘述。

实施例2

参阅图3，本发明可提升光利用率及发射均匀度的光导装置2的一第二较佳实施例，是与上例相似，其不同处仅在于在最远离第一三角柱单元3的第三四角柱单元7再光连接一第二三角柱单元8，该第二三角柱单元8与第一三角柱单元3相似是一等腰直角三角柱，具有一第三进入面81，及一光吸收面82，该第三进入面81与第三四角柱单元8的第二通过接口42相光连接，而可供自第三四角柱单元7的第二通过接口42离开的光进入，该光吸收面82是一黑体，可吸收光，使其无法自该光吸收面82射出离开，使得液晶面板200受光时，光利用更为完整而不受其它干扰。

综上述说明可知，本发明可提升光利用率及发射均匀度的光导装置2主要是利用光本身具有偏极性，并同时利用镀膜所造成对光的反射、折射，以及偏极性的改变控制，使得光进入第一三角柱单元3光连接数个四角柱单元4的光导装置2后，透过不同接口上镀膜反射率的调整，而在可控制光量的条件下，有效调节光亮的分布，而使得欲接受光的光学平面300受光均匀，以避免现有光导装置1在相对于其各侧边常有光亮分布不均的问题，有效提升光利用率，确实达到本发明的目的。

Claims (9)

1、一种可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，是将一平行于一第一方向行进进入的入射光改变光路径后对应行进至一光学平面，其特征在于该光导装置包括

一第一三角柱单元，包括一第一进入面、一第一通过接口、一镀覆在该第一通过接口上的第一镀膜，及一第一射出面，该第一进入面是供该入射光进入，该第一镀膜具有预定反射率，使当该入射光经过该镀覆有第一镀膜的第一通过接口时部分预定光量的光折射后离开该第一三角柱单元，部分预定光量的光反射后自该第一射出面离开该第一三角柱单元并行进至该光学平面对应于该第一射出面的区域；及

数个彼此光连接且渐次远离该第一三角柱单元排列设置的四角柱单元，每一四角柱单元包括一可供光进入的第二进入面、一相反于该第二进入面的第二通过接口、一镀覆在该第二通过接口上的第二镀膜，及一连结该第二进入面与该第二通过接口的第二射出面，该一四角柱单元的第二进入面与该另一相邻的四角柱单元的第二通过接口相光连接，且该一最邻近该第一三角柱单元的四角柱单元的第二进入面与该第一三角柱的第一通过接口相光连接，该每一四角柱单元的第二镀膜具有一预定反射率，且每一四角柱单元的第二镀膜的反射率是依序相对远离该第一三角柱单元而递增，并与该第一镀膜的反射率呈一递增关系，当自该第一三角柱单元的第一通过接口离开而自与该第一三角柱单元相光连接的四角柱单元的第二进入面进入的光，经过该镀覆有第二镀膜的第二通过接口时部分预定光量的光折射后离开该四角柱单元并自该相邻的四角柱单元的第二面进入该另一相邻的四角柱单元中，部分预定光量的光反射后自该四角柱单元的第二射出面离开该四角柱单元并行进至该光学平面对应于该四角柱单元的第二射出面的区域，进而使平行于该第一方向的入射光可均匀地被导引行进至该光学平面。

2、如权利要求1所述可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其特征在于：该第一进入面与该第一射出面彼此垂直，该第一进入面与该第一通过接口彼此夹角是45度，且该第一通过接口与该第一射出面彼此夹角是45度。

3、如权利要求2所述可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其特征在于：该每一四角柱单元的第二进入面、该第二通过接口与该第三角柱单元的第一通过接口彼此平行且宽度相等，同时，该第三角柱单元的第一射出面与该每一四角柱单元的第二射出面的宽度相等并位于同一平面上。

4、如权利要求1所述可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其特征在于：该第一三角柱单元更包括一镀覆于该第一进入面上的镀膜，是可滤波使相同偏极性的光通过该第一进入面。

5、如权利要求1所述可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其特征在于：该第一镀膜可滤波而供相同偏极性的光通过该镀覆有第一镀膜的第一通过接口。

6、如权利要求1所述可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其特征在于：该每一四角柱单元的第二镀膜可滤波而供相同偏极性的光通过该镀覆有第二镀膜的第二通过接口。

7、如权利要求3所述可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其特征在于：当该光导装置的四角柱单元的个数为n，n是不小于2的整数时，该第一三角柱单元的第一镀膜的反射率是 $\frac{1}{(n+1)},$ 该每一四角柱单元的第二镀膜的反射率依序自该第一三角柱单元向远离该第一三角柱单元方向分别为 $\frac{1}{(n+1)-1},\frac{1}{(n+1)-2},\frac{1}{(n+1)-3},\·\·\·,$ $\frac{1}{(n+1)-n}.$

8、如权利要求1所述可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其特征在于：该光导装置更包括一与该一最远离该第一三角柱单元的四角柱单元相光连接的第二三角柱单元，具有一第三进入面，及一光吸收面，该第三进入面与最远离该第一三角柱单元的四角柱单元的第二通过接口相光连接，而可供自该四角柱单元的第二通过接口离开该四角柱单元的光进入，该光吸收面是可吸收光使光无法自该光吸收面射出离开该第二三角柱单元。

9、如权利要求8所述可提升光利用率及发射均匀度的光导装置，其特征在于：该第三进入面的宽度与相光连接的该四角柱单元的第二通过接口的宽度相等，该第三进入面与该光吸收面彼此夹角是45度。

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