专利名称：多层导光装置的制作方法
技术领域：
本发明为一种多层导光装置，特别涉及一种利用两层或以上导光材料形成的多层导光装置，通过折射率由大至小的排列结构产生更好光输出率与较低光损失率的导光装置。
背景技术：
导光板(Light Guide Plate)是显示器背光模块中的光导引媒介，主要是多个背光模块为侧光型(Edge Type)，通过导光板导引侧向的光线由显示器正面射出，能提高面板辉度(luminance)及控制亮度均勻。导光板的原理是利用光线进入导光板后产生光反射，将光线传至导光板的另一端，特别可利用导光板的一侧特定结构产生各个角度的扩散现象，将反射光导引至导光板正面，折射率越大，其导光能力越好。另外，除了射向正面的光线外，有些光线会由导光板底部的反射板再次导入导光板。现有技术US5，594，830的双层导光板的结构，如图1所示，其中显示一种楔形导光装置的构造示意图。图中显示一楔形导光装置10，其主要由相互贴附的楔形层13、透明层18与具有刻面的结构层17组成。有一光源12由侧边射入，通常此类光源12为管状发光装置。光线由光源12射入楔形导光装置10。楔形导光装置10中材料同样会具有产生全反射的临界角θ co光线先进入楔形导光装置10的楔形层13产生光径14，的后通过透明层18进入结构层17，更于结构层17的表面产生全反射，再通过透明层18射向表面结构层17，经折射与反射后，射出楔形导光装置10，形成出射光19。此现有技术主要是通过楔形的导光装置造成侧边光线可以由导光装置正面射出。然而，此类具有两层的导光结构各层材料间会有临界角关系改变，而会使得向上偏折光线因设计不良而造成光线损失的问题，比如在某种角度的光线会在材料中产生全反射，而无法顺利射出。
发明内容
有鉴于现有技术中双层材料的导光装置会因为各层间临界角的改变产生光损失的问题，本发明特别提出一种多层导光装置，其中具有两层或以上导光材料，能够通过折射率由大至小的排列结构产生更好光输出率与较低光损失率的优点。根据实施例，多层导光装置各层中先定义法线，经接收一光源的光线后，于此多层导光装置内形成多个光学路径，通过法线，再定义出各层临界角与各层间的界面临界角。此多层导光装置主要包括本体结构与微结构层，本体至少具有第一导光层与第二导光层，分别具有第一折射率(H1)以及第二折射率( )，特别的是，本发明设计第一折射率小于第二折射率。
本体侧面定义为一入光面，光源由此入光面入射光线，且同时入射第一导光层与第二导光层。本体的正面则定义为一出光面，为上述第一导光层的表面，入射的光线于此出光面输出。而微结构层形成相对于第二导光层的表面，当有光线进入微结构层，经折射与全反射，将光线导出整个多层导光装置。其中，当有光线通过第一导光层与第二导光层时，其中两层间具有第一界面临界角(θ α2)，第一界面临界角为^ci2 = sin 1 (― -)
^2 O当有光线通过第一导光层时，与第一导光层的法线具有第一临界角(θ α)Ocx = sin_1(—)。特别的是，本发明使第一临界角以及第二临界角满足0 < I θ C12- θ C1| 彡 35°。就各层厚度而言，第二导光层包括微结构层，其平均厚度大于第一导光层的厚度， 而第一导光层与第二导光层的厚度比值范围为0. 01至1。上述第二折射率与第一折射率的差值范围为0. 04至0. 14。另有实施例提出的多层导光装置具有三层的结构，其中本体具有第一导光层、第二导光层与第三导光层，各层分别具有第一折射率(ηι)、第二折射率(H2)以及第三折射率 (n3)。特别的是，于本发明实施例中，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。且光源产生的光线同时入射第一导光层、第二导光层与第三导光层。此例的微结构层形成于第三导光层的表面，并相对于出光面的一侧。第二导光层与第三导光层间具有一第二界面临界角(θ。23)，第二界面临界角为^C23 = sin。第一导光层与第二导光层间同样具有第一界面临界角^cu = sin 1 (~)
nI O根据本发明实施例，上述第一临界角、第一界面临界角以及第二界面临界角的间的关系为ec23> θ C12 ；ο < I θ C12- θ C1 彡 35°。其中第二导光层包括微结构层，其平均厚度大于第一导光层的厚度。而第三导光层的平均厚度则小于第二导光层的平均厚度。其中特征在于，第一导光层与第二导光层的厚度比值范围为0. 01至1 ；第二折射率与第一折射率的差值范围为0. 04至0. 14 ；以及/或第三折射率与第二折射率的差值范围为0. 02至0. 1。
图1显示现有技术层导光装置的光径的示意图；图2显示为本发明多层导光装置的剖面图；图3显示为本发明多层导光装置中各层的临界角设计示意图；图4显示为本发明多层导光装置的另一实施例的剖面图；图5显示为本发明多层导光装置中各层角度关系示意图；图6显示为具有不同厚度的双层导光装置的示意图；图7显示为具有不同厚度的三层导光装置的示意图；图8显示为厚度比例与光输出率的关系曲线图。其中，附图标记说明如下临界角ec楔形导光装置10楔形层13透明层18 结构层17光源12光径14出射光19光源20，40第一导光层21，41 第二导光层22，42第一折射率ηι第二折射率n2入光面201,401 出光面 202，402微结构层23，44 反射面25，45光学路径301，501，502，503第三导光层43第三折射率n具体实施例方式本发明提出一多层导光装置的光学传导设计，其中实施例至少具有两层构造，各层材料具有不同折射率(refractive index)，通过各层材料限制，使得本发明的多层导光装置能减少光损失(light loss)，并同时增加出光面光效率(efficiency)约10 20%。第一实施例请参考图2所示的剖面图，其中显示的导光装置的本体具有第一导光层21与第二导光层22，且分别具有第一折射率Ii1与第二折射率n2。光源20产生的光线由此多层导光装置的一入光面201同时入射第一导光层21与第二导光层22，光线可分类为向上偏折的光与向下偏折的光。此多层导光装置的表面，也就是第一导光层21的表面为光线的出光面 202，入射的光线经由装置内折射与反射后，由此出光面202输出。此例中，入光面201与出光面202间具有一角度，比如为垂直关系的结构，或是可依据实际设计形成为非垂直关系的结构。特别的是，此装置的第二导光层22表面形成有微结构层23，根据实施例，可通过一种连续性的多层共压出成型的工艺产生。微结构层23形成于此多层导光装置一侧具有一反射面25之处，传至微结构层23的光线将由反射面25利用散射或反射原理传回导光装置内。此多层导光装置的构成材料为至少两个层状透明材料，各层折射率有一排列关系，也就是第一折射率小于第二折射率Oi1 < n2)。多层导光装置内各临界角与界面关系则可参考图3，其中显示光线进入多层导光装置内的光学路径的变化。当光线进入此多层导光装置后，其接收的光线于多层导光装置内形成多个光学路径，各层皆定义有法线，由法线可定义出各入射光的角度与临界角 (Critical Angle)的角度。延续图2的实施例，图3显示此导光装置的本体有第一导光层21与第二导光层 22，分别具有第一折射率(Ii1)以及第二折射率(Ii2)，在第二导光层22的一侧形成微结构层 23。光线由入光面进入本体，此例显示光线由本体的左侧射入，且同时入射第一导光层21与第二导光层22。此例中，光线进入本体后以一光学路径301表示。第一导光层21本身因为折射率而在光线射向表面时，具有一第一临界角θα，若入射角大于此第一临界角θ ^则产生全反射。同理，第二导光层22具有第二临界角θ『第一导光层21与第二导光层的界面则因为界面效应而具有一第一界面临界角 θ α2，如图所示，光学路径301射向两层界面时产生全反射或是折射的结果。由图所示，光学路径301由第二导光层22进入第一导光层21，经由界面折射后产生偏折，其偏折的角度则可以θ α2-θ 0表示，再由第一导光层21的表面顺利输出，其中第一界面临界角θα2可表示为没ci2= sin 1 (""4 ο
n2根据本发明实施例，使得第一界面临界角θ α2与第一临界角θ ^之间的差异在不大于35度时可以得到较佳的光输出率，也就是能够将光损失率降至最低。上述第一折射率小于第二折射率的关系显示第一临界角θ C1大于第二临界角 θ e2，使得向上偏折光线传输向出光面，而产生全反射机会降低，能增加出光面效率；而向下偏折光线不会产生全反射，并且，通过微结构层23而破坏全反射，使得光线能偏折向出光面；向下偏折光线未通过微结构部分则因全反射以相同角度反射至出光面。举例来说，当光线由入光面进入多层导光装置的本体时，产生第一光学路径以及第二光学路径，为向下偏折的光线与向上偏折的光线。其中向下偏折的光线，如第一光学路径，经传递至微结构层时，形成一第三光学路径。各光学路径在进入各层或是界面时，由临界角度决定是产生折射或是全反射的结果。比如，当向上偏折光线，如第二光学路径，通过第一导光层与第二导光层的界面时，与第一导光层的法线形成一角度，并通过第一界面临界角(θα2)决定折射或是全反射，于较佳实施例中，此角度可为等于或是小于第一界面临界角，以顺利产生折射。接着，此第二光学路径将通过第一导光层，与第一导光层的法线形成等于或小于第一临界角(θα)的角度，能顺利产生折射输出的结果。其中，第一临界角为Ocx = sin_1(—)nX。在较佳的实施例中，第一临界角以及第一界面临界角满足0 < I θ C12- θ C1| 彡 35°。
上述进入微结构层的第三光学路径经折射与反射后，可与第二光学路径由出光面输出。根据本发明所提出的多层导光装置使得光线在装置内形成的多个光学路径皆能有效产生折射而由出光面输出。两层的结构而言，第一导光层的折射率(H1)与第二导光层的折射率(n2)具有Ii1 < n2的特征，第一折射率与第二折射率的差值范围为0. 04至0. 14。 而两层界面形成的第一界面临界角(θα2)与第一导光层的第一临界角(θα)的特征为0
权利要求
1.一种多层导光装置，其接收一光源的光线，于该多层导光装置内形成多个光学路径， 各层定义一法线，其特征在于所述的多层导光装置包含一本体，至少具有一第一导光层与一第二导光层，该第一导光层具有一第一折射率ηι 以及该第二导光层具有一第二折射率n2，其中该第一折射率小于该第二折射率；一入光面，为该本体的一侧面，该光源由该入光面入射光线，同时入射该第一导光层与该第二导光层，并产生一第一光学路径以及一第二光学路径；一出光面，为该本体的该第一导光层的表面，由该入光面入射的光线于该出光面输出， 该入光面与该出光面间具有一角度；一微结构层，形成相对于该第二导光层的表面并该出光面的相对一侧，该第一光学路径传递至该微结构层，形成一第三光学路径；其中，当该第二光学路径通过该第一导光层与该第二导光层时，与该第一导光层的法线有一第一界面临界角θ。12，该第一界面临界角为^ci2=Sin-1A)nI ；当该第二光学路径通过该第一导光层时，与该第一导光层的法线有一第一临界角θ C1, 该第一临界角为知=SirT1(I)nX.，且该第一临界角以及该第二临界角满足 0< I θ C12-θ C1I 彡:35° ；其中，该出光面接受该第二光学路径与该第三光学路径，并予以输出。
2.如权利要求1所述的多层导光装置，其特征在于所述的第二导光层包括该微结构层的平均厚度大于该第一导光层的厚度。
3.如权利要求1所述的多层导光装置，其特征在于所述的第一导光层与该第二导光层的厚度比值范围为0.01至1。
4.如权利要求1项所述的多层导光装置，其特征在于所述的第二折射率与该第一折射率的差值范围为0. 04至0. 14。
5.一种多层导光装置，其接收一光源的光线，于该多层导光装置内形成多个光学路径， 各层定义一法线，其特征在于所述的多层导光装置包含一本体，至少具有一第一导光层、一第二导光层与一第三导光层，该第一导光层具有一第一折射率H1、该第二导光层具有一第二折射率η2以及该第三导光层具有一第三折射率 η3，其中该第一折射率小于该第二折射率，且该第三折射率小于该第二折射率；一入光面，为该本体的一侧面，该光源由该入光面入射光线，同时入射该第一导光层、 该第二导光层与该第三导光层，并产生一第一光学路径以及一第二光学路径；一出光面，为该本体的该第一导光层的表面，由该入光面入射的光线于该出光面输出， 该入光面与该出光面间具有一角度；一微结构层，形成相对于该第三导光层的表面并该出光面的相对一侧，该第一光学路径传递至该微结构层，形成一第三光学路径；其中，当该第二光学路径通过该第二导光层与该第三导光层，与该第三导光层的该法线有一第二界面临界角θ C23'当该第二光学路径通过该第二导光层与该第三导光层时，该第二界面临界角为
6.如权利要求5所述的多层导光装置，其特征在于所述的第二导光层包括该微结构层的平均厚度大于该第一导光层的厚度。
7.如权利要求5所述的多层导光装置，其特征在于所述的第三导光层的平均厚度小于该第二导光层的平均厚度。
8.如权利要求5所述的多层导光装置，其特征在于所述的第一导光层与该第二导光层的厚度比值范围为0.01至1。
9.如权利要求5所述的多层导光装置，其特征在于所述的第二折射率与该第一折射率的差值范围为0. 04至0. 14。
10.如权利要求5所述的多层导光装置，其特征在于所述的第三折射率与该第二折射率的差值范围为0. 02至0. 1。
全文摘要
一种多层导光装置，一光源的光线入射于装置内并于装置内形成多个光学路径，主要结构包括本体与一侧的微结构层，其中本体具有第一导光层与第二导光层，第一导光层具有第一折射率n1与第一临界角θC1，第二导光层具有第二折射率n2，与第一导光层的界面具有第一界面临界角θC12。光线由入光面进入本体，同时入射第一导光层与第二导光层，光线经各层反应后于出光面输出。微结构层则形成于本体一侧，其特征为n1＜n2；0＜|θC12-θC1|≤35°；另有包括第三导光层的实施例，具有第三折射率n3，与第二导光层间形成第二界面临界角θC23符合n1＜n2＜n3；θC23＞θC12；0＜|θC12-θC1|≤35°。
文档编号F21V8/00GK102235640SQ201010167789
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者林浩翔, 简仲鸿, 郑文峰, 陈晏佐 申请人:颖台科技股份有限公司