专利名称：准直光学元件、组件、阵列及准直光学模块的制作方法
技术领域：
本发明关于一种光学元件与光学组件，特别关于一种准直光学元件与准直光学组件。
背景技术：
由于液晶显示器具轻、薄、耗电小等优点，广泛应用于笔记型电脑、行动电话、个人数字助理(Personal Digital Asistance,PDA)等可携式电子装置。然而，液晶本身不具发光特性，使得液晶显示器需具有发光装置以实现显示功能。目前传统的液晶显示器(LiquidCrystal Display,LCD)的彩色滤光片,其利用吸收并产生红、绿、蓝三色的方式会造成能量利用率大幅下降。为了解决上述的问题，一种新兴的液晶显示器架构设计技术正在蔓延。一般而言，当背光模块的光源(以下简称背光源)入射光线的发散角度过大时，各种颜色的光线将无法准确的入射至各液晶的次画素(subpixel)，因而产生串扰 (cross-talk)的混色现象(即显示器中某区域的画面影响到邻近区域亮度)，使得光线经由面板后的色彩饱和度大幅降低。在背光源方面，除了产生均匀准直光外，也必须达到 70% 80%的出光均匀性，因此对于光源的需求必须达到一维度准直，而相异90°的另一维度则需保留特定的发散角。由于液晶显示器中背光源对准直性的要求极高，使得一般发光二极体 (Light-Emitting Diode, LED)的封装技术难以达到背光源对准直性的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种准直光学元件与准直光学组件，用以达到液晶显示器中背光源对准直性的要求。依据本发明所揭露的准直光学元件，用以接收光源所发射的光线，其中光源包括光轴。在一实施例中，准直光学元件包括入射面与出射曲面，入射面包括中心轴且接收光线。出射曲面与中心轴所垂直的第一平面相交为第一曲线，第一曲线具有多个第一曲线段， 每一第一曲线段上包括至少三个第一切点，沿着光源与每一第一切点的连线的光线经过每一第一切点后沿第一准直轴射出。第一准直轴与光轴的夹角大于-15度且小于15度，每一第一切点满足
f _ fn ^Mx = tan0 二 tan sin-1 -^sinAx 。
I ln2 JJ其中，Mx为经过每一第一切点的切线斜率，0为第一准直轴与每一第一切点的法线的夹角，Ax为每一第一切点与光源的连线与光轴的夹角，Ii1为准直光学元件的折射率，n2 为准直光学元件所配置的外在环境的折射率。依据本发明所揭露的准直光学组件的一实施例中，准直光学组件包括至少一光源与准直光学元件。其中，光源包括光轴且提供光线。准直光学元件包括入射面与出射曲面，入射面包括中心轴且接收光线。出射曲面与中心轴所垂直的第一平面相交为第一曲线，第一曲线具有多个第一曲线段，每一第一曲线段上包括至少三个第一切点，沿着光源与每一第一切点的连线的光线经过每一第一切点后沿第一准直轴射出。第一准直轴与光轴的夹角大于-15度且小于15度，每一第一切点满足
权利要求
1.一种准直光学元件，用以接收一光源所发射的一光线，该光源包括一光轴，其特征在于，该准直光学元件包括一入射面，包括一中心轴，该入射面接收该光线；以及一出射曲面，与该中心轴所垂直的一第一平面相交为一第一曲线，该第一曲线具有多个第一曲线段，每一该第一曲线段上包括至少三个第一切点，沿着该光源与每一该第一切点的连线的该光线经过每一该第一切点后沿一第一准直轴射出，该第一准直轴与该光轴的夹角大于-15度且小于15度,每一该第一切点满足下述公式 其中，Mx为经过每一该第一切点的一切线斜率，0为该第一准直轴与每一该第一切点的法线的夹角，Ax为每一该第一切点与该光源的连线与该光轴的夹角，Ii1为该准直光学元件的折射率，n2为该准直光学元件所配置的一外在环境的折射率。
2.如权利要求I所述的准直光学元件，其特征在于，每一该第一曲线段的二端点与该光源的连线的夹角大于0度且小于15度。
3.如权利要求I所述的准直光学元件，其特征在于，该出射曲面由该第一曲线沿该中心轴的方向延伸而成。
4.如权利要求I所述的准直光学元件，其特征在于，该第一曲线的二端点与该光源的连线的夹角大于0度且小于或等于100度。
5.如权利要求I所述的准直光学兀件，其特征在于，该出射曲面与该中心轴所在的一第二平面相交为一第二曲线，该第二曲线的二端点与该光源的夹角大于0度且小于40度， 且该出射曲面由该第一曲线沿该中心轴的方向延伸而成，使得该第二曲线为一直线。
6.如权利要求5所述的准直光学元件，其特征在于，该光线经该第二曲线后与该光轴的夹角大于或等于30度。
7.如权利要求I所述的准直光学兀件，其特征在于，该出射曲面与该中心轴所在的一第二平面相交为一第二曲线，该第二曲线的二端点与该光源的连线的夹角大于0度且小于 40度，该第二曲线具有多个第二曲线段，每一该第二曲线段上包括至少三个第二切点，沿着该光源与每一该第二切点的连线的该光线经过每一该第二切点后沿一第二准直轴射出，每一该第二切点满足下述公式M = tana - tanysin—sinAn2 yJJ其中，My为经过每一该第二切点的一切线斜率，a为该第二准直轴与每一该第二切点的法线的夹角，Ay为每一该第二切点与该光源的连线与该光轴的夹角，Ii1为该准直光学元件的折射率，n2为该准直光学元件所配置的一外在环境的折射率。
8.如权利要求7所述的准直光学元件，其特征在于，该第二准直轴与该光轴的夹角大于或等于30度。
9.如权利要求I所述的准直光学元件，其特征在于，该第一曲线包括多个连接段，每一该连接段连接相邻的二该第一曲线段，每一该连接段实质上平行于每一该连接段的一端点与该光源的连线。
10.一种准直光学组件，其特征在于，包括至少一光源，用以提供一光线，该光源包括一光轴；以及一准直光学元件，包括一入射面，包括一中心轴，该入射面接收该光线；以及一出射曲面，与该中心轴垂直的一第一平面相交为一第一曲线，该第一曲线具有多个第一曲线段，每一该第一曲线段上包括至少三个第一切点，沿着该光源与每一该第一切点的连线的该光线经过每一该第一切点后沿一第一准直轴射出，该第一准直轴与该光轴的夹角大于-15度且小于15度,每一该第一切点满足下述公式
11.如权利要求10所述的准直光学组件，其特征在于，每一该第一曲线段的二端点与该光源的连线的夹角大于0度且小于15度。
12.如权利要求10所述的准直光学组件，其特征在于，该出射曲面由该第一曲线沿该中心轴的方向延伸而成。
13.如权利要求10所述的准直光学组件，其特征在于，该第一曲线的二端点与该光源的连线的夹角大于0度且小于或等于100度。
14.如权利要求10所述的准直光学组件，其特征在于，该出射曲面与该中心轴所在的一第二平面相交为一第二曲线，该第二曲线的二端点与该光源的夹角大于0度且小于40 度，且该出射曲面由该第一曲线沿该中心轴的方向延伸而成，使得该第二曲线为一直线。
15.如权利要求14所述的准直光学组件，其特征在于，该光线经该第二曲线后与该光轴的夹角大于或等于30度。
16.如权利要求10所述的准直光学组件，其特征在于，该出射曲面与该中心轴所在的一第二平面相交为一第二曲线，该第二曲线的二端点与该光源的连线的夹角大于0度且小于40度，该第二曲线具有多个第二曲线段，每一该第二曲线段上包括至少三个第二切点， 沿着该光源与该些第二切点的连线的该光线经过该些第二切点后沿一第二准直轴射出，该些第二切点满足下述公式
17.如权利要求16所述的准直光学组件，其特征在于，该第二准直轴与该光轴的夹角大于或等于30度。
18.如权利要求10所述的准直光学组件，其特征在于，该第一曲线包括多个连接段，每一该连接段连接相邻的二该第一曲线段，每一该连接段实质上平行于每一该连接段的一端点与该光源的连线。
19.一种准直光学阵列，用以接收多个光源所发射的多个第一光线与多个第二光线，每一该光源包括一光轴，其特征在于，该准直光学阵列包括多个入射面，每一该入射面包括一中心轴，每一该入射面个别接收至少一该光源所发射的该第一光线与该第二光线；多个出射曲面，该些出射曲面个别对应该些入射面，且每一该出射曲面与一第一平面相交为一第一曲线，该第一平面与该些中心轴相互垂直，每一该第一曲线具有多个第一曲线段，每一该第一曲线段上包括至少三个第一切点，每一该第一光线经过相应的该第一切点后沿一第一准直轴射出，该第一准直轴与该光轴的夹角大于-15度且小于15度，每一该第一切点满足下述公式 其中，Mx为每一该第一光线经过每一该第一切点的一切线斜率，0为该第一准直轴与每一该第一切点的法线的夹角，Ax为每一该第一切点与该光源的连线与该光轴的夹角，Ii1 为该准直光学阵列的折射率，n2为该准直光学阵列所配置的一外在环境的折射率；以及多个反射结构，形成于相邻二个该入射面之间，用以接收并反射来自该些光源的该些第二光线至该些出射曲面，该些出射曲面接收并反射来自该些反射结构的该些第二光线往该些入射面射出。
20.如权利要求19所述的准直光学阵列,其特征在于,每一该第一曲线段的二端点与相应该光源的连线的夹角大于0度且小于15度。
21.如权利要求19所述的准直光学阵列，其特征在于，该些出射曲面由该些第一曲线沿该些中心轴的方向延伸而成。
22.如权利要求19所述的准直光学阵列,其特征在于,每一该第一曲线的二端点与相应该光源的连线的夹角大于0度且小于或等于60度。
23.如权利要求19所述的准直光学阵列，其特征在于，该些出射曲面与该些中心轴所在的一第二平面相交为多个第二曲线，每一该第二曲线的二端点与相应该光源的连线的夹角大于0度且小于40度，且该些出射曲面由该些第一曲线沿该些中心轴的方向延伸而成， 使得每一该第二曲线为一直线。
24.如权利要求23所述的准直光学阵列，其特征在于，每一该第一光线经相应的该第二曲线后与相应的该光轴之间的夹角大于或等于30度。
25.如权利要求19所述的准直光学阵列，其特征在于，该些出射曲面与该些中心轴所在的一第二平面相交为多个第二曲线，每一该第二曲线的二端点与相应该光源的连线的夹角大于0度且小于40度，该第二曲线具有多个第二曲线段，每一该第二曲线段上包括至少三个第二切点，每一该第一光线经过相应的该第二切点后沿一第二准直轴射出，每一该第二切点满足下述公式
26.如权利要求25所述的准直光学阵列,其特征在于,每一该第二准直轴与相应的该光轴之间的夹角大于或等于30度。
27.如权利要求19所述的准直光学阵列，其特征在于，每一该第一曲线更包括多个连接段，每一该连接段连接相邻的二该第一曲线段，每一该连接段实质上平行于每一该连接段的一端点与相应该光源的连线。
28.如权利要求19所述的准直光学阵列，其特征在于，该些第二光线入射该些反射结构的一入射角大于42度。
29.如权利要求19所述的准直光学阵列，其特征在于，每一该反射结构具有一顶点，每一该顶点与相邻的该光源之间具有一第一连接线，每一该光源与相应该第一曲线的一端点之间具有一第二连接线，每一该第一连接线与相邻的该第二连接线之间的夹角大于8度。
30.一种准直光学模块，其特征在于，包括多个光源，每一该光源用以发射一第一光线与一第二光线，且每一该光源包括一光轴；以及一准直光学阵列，包括多个入射面，每一该入射面包括一中心轴，每一该入射面个别接收至少一该光源所发射的该第一光线与该第二光线；多个出射曲面，该些出射曲面个别对应该些入射面，且每一该出射曲面与一第一平面相交为一第一曲线，该第一平面与该些中心轴相互垂直，每一该第一曲线具有多个第一曲线段，每一该第一曲线段上包括至少三个第一切点，每一该第一光线经过相应的该第一切点后沿一第一准直轴射出，该第一准直轴与该光轴的夹角大于-15度且小于15度，每一该第一切点满足下述公式
全文摘要
一种准直光学元件用以接收光源所发射的光线。准直光学元件包括入射面与出射曲面，其中，入射面接收光线。入射面包括第一中心轴，出射曲面与中心轴所在的第一平面相交为第一曲线。第一曲线具有多个第一曲线段，每一第一曲线段上包括至少三个第一切点。沿着光源与每一第一切点的连线的光线经过每一第一切点后沿第一准直轴射出，第一准直轴与光轴的夹角大于-15度且小于15度。并藉由控制准直光学元件的折射率、外在环境的折射率及第一准直轴与每一第一切点的法线的夹角，可使得光线经准直光学元件后形成一维度的准直光线。
文档编号F21V5/04GK102540495SQ20111040092
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月25日 优先权日2010年12月10日
发明者杨文勋, 林晖雄, 许沁如, 鲍友南 申请人:财团法人工业技术研究院