專利名稱：多層導(dǎo)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種多層導(dǎo)光裝置，特別涉及一種利用兩層或以上導(dǎo)光材料形成的多層導(dǎo)光裝置，通過折射率由大至小的排列結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更好光輸出率與較低光損失率的導(dǎo)光裝置。
背景技術(shù)：
導(dǎo)光板(Light Guide Plate)是顯示器背光模塊中的光導(dǎo)引媒介，主要是多個背光模塊為側(cè)光型(Edge Type)，通過導(dǎo)光板導(dǎo)引側(cè)向的光線由顯示器正面射出，能提高面板輝度(luminance)及控制亮度均勻。導(dǎo)光板的原理是利用光線進(jìn)入導(dǎo)光板后產(chǎn)生光反射，將光線傳至導(dǎo)光板的另一端，特別可利用導(dǎo)光板的一側(cè)特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各個角度的擴(kuò)散現(xiàn)象，將反射光導(dǎo)引至導(dǎo)光板正面，折射率越大，其導(dǎo)光能力越好。另外，除了射向正面的光線外，有些光線會由導(dǎo)光板底部的反射板再次導(dǎo)入導(dǎo)光板?，F(xiàn)有技術(shù)US5，594，830的雙層導(dǎo)光板的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其中顯示一種楔形導(dǎo)光裝置的構(gòu)造示意圖。圖中顯示一楔形導(dǎo)光裝置10，其主要由相互貼附的楔形層13、透明層18與具有刻面的結(jié)構(gòu)層17組成。有一光源12由側(cè)邊射入，通常此類光源12為管狀發(fā)光裝置。光線由光源12射入楔形導(dǎo)光裝置10。楔形導(dǎo)光裝置10中材料同樣會具有產(chǎn)生全反射的臨界角θ co光線先進(jìn)入楔形導(dǎo)光裝置10的楔形層13產(chǎn)生光徑14，的后通過透明層18進(jìn)入結(jié)構(gòu)層17，更于結(jié)構(gòu)層17的表面產(chǎn)生全反射，再通過透明層18射向表面結(jié)構(gòu)層17，經(jīng)折射與反射后，射出楔形導(dǎo)光裝置10，形成出射光19。此現(xiàn)有技術(shù)主要是通過楔形的導(dǎo)光裝置造成側(cè)邊光線可以由導(dǎo)光裝置正面射出。然而，此類具有兩層的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)各層材料間會有臨界角關(guān)系改變，而會使得向上偏折光線因設(shè)計不良而造成光線損失的問題，比如在某種角度的光線會在材料中產(chǎn)生全反射，而無法順利射出。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中雙層材料的導(dǎo)光裝置會因為各層間臨界角的改變產(chǎn)生光損失的問題，本發(fā)明特別提出一種多層導(dǎo)光裝置，其中具有兩層或以上導(dǎo)光材料，能夠通過折射率由大至小的排列結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更好光輸出率與較低光損失率的優(yōu)點。根據(jù)實施例，多層導(dǎo)光裝置各層中先定義法線，經(jīng)接收一光源的光線后，于此多層導(dǎo)光裝置內(nèi)形成多個光學(xué)路徑，通過法線，再定義出各層臨界角與各層間的界面臨界角。此多層導(dǎo)光裝置主要包括本體結(jié)構(gòu)與微結(jié)構(gòu)層，本體至少具有第一導(dǎo)光層與第二導(dǎo)光層，分別具有第一折射率(H1)以及第二折射率( )，特別的是，本發(fā)明設(shè)計第一折射率小于第二折射率。
本體側(cè)面定義為一入光面，光源由此入光面入射光線，且同時入射第一導(dǎo)光層與第二導(dǎo)光層。本體的正面則定義為一出光面，為上述第一導(dǎo)光層的表面，入射的光線于此出光面輸出。而微結(jié)構(gòu)層形成相對于第二導(dǎo)光層的表面，當(dāng)有光線進(jìn)入微結(jié)構(gòu)層，經(jīng)折射與全反射，將光線導(dǎo)出整個多層導(dǎo)光裝置。其中，當(dāng)有光線通過第一導(dǎo)光層與第二導(dǎo)光層時，其中兩層間具有第一界面臨界角(θ α2)，第一界面臨界角為^ci2 = sin 1 (― -)
^2 O當(dāng)有光線通過第一導(dǎo)光層時，與第一導(dǎo)光層的法線具有第一臨界角(θ α)Ocx = sin_1(—)。特別的是，本發(fā)明使第一臨界角以及第二臨界角滿足0 < I θ C12- θ C1| 彡 35°。就各層厚度而言，第二導(dǎo)光層包括微結(jié)構(gòu)層，其平均厚度大于第一導(dǎo)光層的厚度， 而第一導(dǎo)光層與第二導(dǎo)光層的厚度比值范圍為0. 01至1。上述第二折射率與第一折射率的差值范圍為0. 04至0. 14。另有實施例提出的多層導(dǎo)光裝置具有三層的結(jié)構(gòu)，其中本體具有第一導(dǎo)光層、第二導(dǎo)光層與第三導(dǎo)光層，各層分別具有第一折射率(ηι)、第二折射率(H2)以及第三折射率 (n3)。特別的是，于本發(fā)明實施例中，第一折射率小于第二折射率，且第三折射率小于第二折射率。且光源產(chǎn)生的光線同時入射第一導(dǎo)光層、第二導(dǎo)光層與第三導(dǎo)光層。此例的微結(jié)構(gòu)層形成于第三導(dǎo)光層的表面，并相對于出光面的一側(cè)。第二導(dǎo)光層與第三導(dǎo)光層間具有一第二界面臨界角(θ。23)，第二界面臨界角為^C23 = sin。第一導(dǎo)光層與第二導(dǎo)光層間同樣具有第一界面臨界角^cu = sin 1 (~)
nI O根據(jù)本發(fā)明實施例，上述第一臨界角、第一界面臨界角以及第二界面臨界角的間的關(guān)系為ec23> θ C12 ；ο < I θ C12- θ C1 彡 35°。其中第二導(dǎo)光層包括微結(jié)構(gòu)層，其平均厚度大于第一導(dǎo)光層的厚度。而第三導(dǎo)光層的平均厚度則小于第二導(dǎo)光層的平均厚度。其中特征在于，第一導(dǎo)光層與第二導(dǎo)光層的厚度比值范圍為0. 01至1 ；第二折射率與第一折射率的差值范圍為0. 04至0. 14 ；以及/或第三折射率與第二折射率的差值范圍為0. 02至0. 1。


圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)層導(dǎo)光裝置的光徑的示意圖；圖2顯示為本發(fā)明多層導(dǎo)光裝置的剖面圖；圖3顯示為本發(fā)明多層導(dǎo)光裝置中各層的臨界角設(shè)計示意圖；圖4顯示為本發(fā)明多層導(dǎo)光裝置的另一實施例的剖面圖；圖5顯示為本發(fā)明多層導(dǎo)光裝置中各層角度關(guān)系示意圖；圖6顯示為具有不同厚度的雙層導(dǎo)光裝置的示意圖；圖7顯示為具有不同厚度的三層導(dǎo)光裝置的示意圖；圖8顯示為厚度比例與光輸出率的關(guān)系曲線圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下臨界角ec楔形導(dǎo)光裝置10楔形層13透明層18 結(jié)構(gòu)層17光源12光徑14出射光19光源20，40第一導(dǎo)光層21，41 第二導(dǎo)光層22，42第一折射率ηι第二折射率n2入光面201,401 出光面 202，402微結(jié)構(gòu)層23，44 反射面25，45光學(xué)路徑301，501，502，503第三導(dǎo)光層43第三折射率n具體實施例方式本發(fā)明提出一多層導(dǎo)光裝置的光學(xué)傳導(dǎo)設(shè)計，其中實施例至少具有兩層構(gòu)造，各層材料具有不同折射率(refractive index)，通過各層材料限制，使得本發(fā)明的多層導(dǎo)光裝置能減少光損失(light loss)，并同時增加出光面光效率(efficiency)約10 20%。第一實施例請參考圖2所示的剖面圖，其中顯示的導(dǎo)光裝置的本體具有第一導(dǎo)光層21與第二導(dǎo)光層22，且分別具有第一折射率Ii1與第二折射率n2。光源20產(chǎn)生的光線由此多層導(dǎo)光裝置的一入光面201同時入射第一導(dǎo)光層21與第二導(dǎo)光層22，光線可分類為向上偏折的光與向下偏折的光。此多層導(dǎo)光裝置的表面，也就是第一導(dǎo)光層21的表面為光線的出光面 202，入射的光線經(jīng)由裝置內(nèi)折射與反射后，由此出光面202輸出。此例中，入光面201與出光面202間具有一角度，比如為垂直關(guān)系的結(jié)構(gòu)，或是可依據(jù)實際設(shè)計形成為非垂直關(guān)系的結(jié)構(gòu)。特別的是，此裝置的第二導(dǎo)光層22表面形成有微結(jié)構(gòu)層23，根據(jù)實施例，可通過一種連續(xù)性的多層共壓出成型的工藝產(chǎn)生。微結(jié)構(gòu)層23形成于此多層導(dǎo)光裝置一側(cè)具有一反射面25之處，傳至微結(jié)構(gòu)層23的光線將由反射面25利用散射或反射原理傳回導(dǎo)光裝置內(nèi)。此多層導(dǎo)光裝置的構(gòu)成材料為至少兩個層狀透明材料，各層折射率有一排列關(guān)系，也就是第一折射率小于第二折射率Oi1 < n2)。多層導(dǎo)光裝置內(nèi)各臨界角與界面關(guān)系則可參考圖3，其中顯示光線進(jìn)入多層導(dǎo)光裝置內(nèi)的光學(xué)路徑的變化。當(dāng)光線進(jìn)入此多層導(dǎo)光裝置后，其接收的光線于多層導(dǎo)光裝置內(nèi)形成多個光學(xué)路徑，各層皆定義有法線，由法線可定義出各入射光的角度與臨界角 (Critical Angle)的角度。延續(xù)圖2的實施例，圖3顯示此導(dǎo)光裝置的本體有第一導(dǎo)光層21與第二導(dǎo)光層 22，分別具有第一折射率(Ii1)以及第二折射率(Ii2)，在第二導(dǎo)光層22的一側(cè)形成微結(jié)構(gòu)層 23。光線由入光面進(jìn)入本體，此例顯示光線由本體的左側(cè)射入，且同時入射第一導(dǎo)光層21與第二導(dǎo)光層22。此例中，光線進(jìn)入本體后以一光學(xué)路徑301表示。第一導(dǎo)光層21本身因為折射率而在光線射向表面時，具有一第一臨界角θα，若入射角大于此第一臨界角θ ^則產(chǎn)生全反射。同理，第二導(dǎo)光層22具有第二臨界角θ『第一導(dǎo)光層21與第二導(dǎo)光層的界面則因為界面效應(yīng)而具有一第一界面臨界角 θ α2，如圖所示，光學(xué)路徑301射向兩層界面時產(chǎn)生全反射或是折射的結(jié)果。由圖所示，光學(xué)路徑301由第二導(dǎo)光層22進(jìn)入第一導(dǎo)光層21，經(jīng)由界面折射后產(chǎn)生偏折，其偏折的角度則可以θ α2-θ 0表示，再由第一導(dǎo)光層21的表面順利輸出，其中第一界面臨界角θα2可表示為沒ci2= sin 1 (""4 ο
n2根據(jù)本發(fā)明實施例，使得第一界面臨界角θ α2與第一臨界角θ ^之間的差異在不大于35度時可以得到較佳的光輸出率，也就是能夠?qū)⒐鈸p失率降至最低。上述第一折射率小于第二折射率的關(guān)系顯示第一臨界角θ C1大于第二臨界角 θ e2，使得向上偏折光線傳輸向出光面，而產(chǎn)生全反射機(jī)會降低，能增加出光面效率；而向下偏折光線不會產(chǎn)生全反射，并且，通過微結(jié)構(gòu)層23而破壞全反射，使得光線能偏折向出光面；向下偏折光線未通過微結(jié)構(gòu)部分則因全反射以相同角度反射至出光面。舉例來說，當(dāng)光線由入光面進(jìn)入多層導(dǎo)光裝置的本體時，產(chǎn)生第一光學(xué)路徑以及第二光學(xué)路徑，為向下偏折的光線與向上偏折的光線。其中向下偏折的光線，如第一光學(xué)路徑，經(jīng)傳遞至微結(jié)構(gòu)層時，形成一第三光學(xué)路徑。各光學(xué)路徑在進(jìn)入各層或是界面時，由臨界角度決定是產(chǎn)生折射或是全反射的結(jié)果。比如，當(dāng)向上偏折光線，如第二光學(xué)路徑，通過第一導(dǎo)光層與第二導(dǎo)光層的界面時，與第一導(dǎo)光層的法線形成一角度，并通過第一界面臨界角(θα2)決定折射或是全反射，于較佳實施例中，此角度可為等于或是小于第一界面臨界角，以順利產(chǎn)生折射。接著，此第二光學(xué)路徑將通過第一導(dǎo)光層，與第一導(dǎo)光層的法線形成等于或小于第一臨界角(θα)的角度，能順利產(chǎn)生折射輸出的結(jié)果。其中，第一臨界角為Ocx = sin_1(—)nX。在較佳的實施例中，第一臨界角以及第一界面臨界角滿足0 < I θ C12- θ C1| 彡 35°。
上述進(jìn)入微結(jié)構(gòu)層的第三光學(xué)路徑經(jīng)折射與反射后，可與第二光學(xué)路徑由出光面輸出。根據(jù)本發(fā)明所提出的多層導(dǎo)光裝置使得光線在裝置內(nèi)形成的多個光學(xué)路徑皆能有效產(chǎn)生折射而由出光面輸出。兩層的結(jié)構(gòu)而言，第一導(dǎo)光層的折射率(H1)與第二導(dǎo)光層的折射率(n2)具有Ii1 < n2的特征，第一折射率與第二折射率的差值范圍為0. 04至0. 14。 而兩層界面形成的第一界面臨界角(θα2)與第一導(dǎo)光層的第一臨界角(θα)的特征為0
權(quán)利要求
1.一種多層導(dǎo)光裝置，其接收一光源的光線，于該多層導(dǎo)光裝置內(nèi)形成多個光學(xué)路徑， 各層定義一法線，其特征在于所述的多層導(dǎo)光裝置包含一本體，至少具有一第一導(dǎo)光層與一第二導(dǎo)光層，該第一導(dǎo)光層具有一第一折射率ηι 以及該第二導(dǎo)光層具有一第二折射率n2，其中該第一折射率小于該第二折射率；一入光面，為該本體的一側(cè)面，該光源由該入光面入射光線，同時入射該第一導(dǎo)光層與該第二導(dǎo)光層，并產(chǎn)生一第一光學(xué)路徑以及一第二光學(xué)路徑；一出光面，為該本體的該第一導(dǎo)光層的表面，由該入光面入射的光線于該出光面輸出， 該入光面與該出光面間具有一角度；一微結(jié)構(gòu)層，形成相對于該第二導(dǎo)光層的表面并該出光面的相對一側(cè)，該第一光學(xué)路徑傳遞至該微結(jié)構(gòu)層，形成一第三光學(xué)路徑；其中，當(dāng)該第二光學(xué)路徑通過該第一導(dǎo)光層與該第二導(dǎo)光層時，與該第一導(dǎo)光層的法線有一第一界面臨界角θ。12，該第一界面臨界角為^ci2=Sin-1A)nI ；當(dāng)該第二光學(xué)路徑通過該第一導(dǎo)光層時，與該第一導(dǎo)光層的法線有一第一臨界角θ C1, 該第一臨界角為知=SirT1(I)nX.，且該第一臨界角以及該第二臨界角滿足 0< I θ C12-θ C1I 彡:35° ；其中，該出光面接受該第二光學(xué)路徑與該第三光學(xué)路徑，并予以輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的多層導(dǎo)光裝置，其特征在于所述的第二導(dǎo)光層包括該微結(jié)構(gòu)層的平均厚度大于該第一導(dǎo)光層的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的多層導(dǎo)光裝置，其特征在于所述的第一導(dǎo)光層與該第二導(dǎo)光層的厚度比值范圍為0.01至1。
4.如權(quán)利要求1項所述的多層導(dǎo)光裝置，其特征在于所述的第二折射率與該第一折射率的差值范圍為0. 04至0. 14。
5.一種多層導(dǎo)光裝置，其接收一光源的光線，于該多層導(dǎo)光裝置內(nèi)形成多個光學(xué)路徑， 各層定義一法線，其特征在于所述的多層導(dǎo)光裝置包含一本體，至少具有一第一導(dǎo)光層、一第二導(dǎo)光層與一第三導(dǎo)光層，該第一導(dǎo)光層具有一第一折射率H1、該第二導(dǎo)光層具有一第二折射率η2以及該第三導(dǎo)光層具有一第三折射率 η3，其中該第一折射率小于該第二折射率，且該第三折射率小于該第二折射率；一入光面，為該本體的一側(cè)面，該光源由該入光面入射光線，同時入射該第一導(dǎo)光層、 該第二導(dǎo)光層與該第三導(dǎo)光層，并產(chǎn)生一第一光學(xué)路徑以及一第二光學(xué)路徑；一出光面，為該本體的該第一導(dǎo)光層的表面，由該入光面入射的光線于該出光面輸出， 該入光面與該出光面間具有一角度；一微結(jié)構(gòu)層，形成相對于該第三導(dǎo)光層的表面并該出光面的相對一側(cè)，該第一光學(xué)路徑傳遞至該微結(jié)構(gòu)層，形成一第三光學(xué)路徑；其中，當(dāng)該第二光學(xué)路徑通過該第二導(dǎo)光層與該第三導(dǎo)光層，與該第三導(dǎo)光層的該法線有一第二界面臨界角θ C23'當(dāng)該第二光學(xué)路徑通過該第二導(dǎo)光層與該第三導(dǎo)光層時，該第二界面臨界角為
6.如權(quán)利要求5所述的多層導(dǎo)光裝置，其特征在于所述的第二導(dǎo)光層包括該微結(jié)構(gòu)層的平均厚度大于該第一導(dǎo)光層的厚度。
7.如權(quán)利要求5所述的多層導(dǎo)光裝置，其特征在于所述的第三導(dǎo)光層的平均厚度小于該第二導(dǎo)光層的平均厚度。
8.如權(quán)利要求5所述的多層導(dǎo)光裝置，其特征在于所述的第一導(dǎo)光層與該第二導(dǎo)光層的厚度比值范圍為0.01至1。
9.如權(quán)利要求5所述的多層導(dǎo)光裝置，其特征在于所述的第二折射率與該第一折射率的差值范圍為0. 04至0. 14。
10.如權(quán)利要求5所述的多層導(dǎo)光裝置，其特征在于所述的第三折射率與該第二折射率的差值范圍為0. 02至0. 1。
全文摘要
一種多層導(dǎo)光裝置，一光源的光線入射于裝置內(nèi)并于裝置內(nèi)形成多個光學(xué)路徑，主要結(jié)構(gòu)包括本體與一側(cè)的微結(jié)構(gòu)層，其中本體具有第一導(dǎo)光層與第二導(dǎo)光層，第一導(dǎo)光層具有第一折射率n1與第一臨界角θC1，第二導(dǎo)光層具有第二折射率n2，與第一導(dǎo)光層的界面具有第一界面臨界角θC12。光線由入光面進(jìn)入本體，同時入射第一導(dǎo)光層與第二導(dǎo)光層，光線經(jīng)各層反應(yīng)后于出光面輸出。微結(jié)構(gòu)層則形成于本體一側(cè)，其特征為n1＜n2；0＜|θC12-θC1|≤35°；另有包括第三導(dǎo)光層的實施例，具有第三折射率n3，與第二導(dǎo)光層間形成第二界面臨界角θC23符合n1＜n2＜n3；θC23＞θC12；0＜|θC12-θC1|≤35°。
文檔編號F21V8/00GK102235640SQ201010167789
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者林浩翔, 簡仲鴻, 鄭文峰, 陳晏佐 申請人:穎臺科技股份有限公司