(57)【要約】      （修正有）【課題】柱状レンズアレイ装置及びそれを使用したバックライトモジュールを提供する。【解決手段】柱状レンズアレイ装置は、柱状レンズ層１１及び第２屈折率層１２を含み、柱状レンズ層１１は、第１屈折率n1を有し、且つ複数の柱状レンズ１１３１を谷面上に配列し、柱状レンズ１１３１は、高さＨ、幅Ｐであり、且つ曲率半径がＲである曲面構造１１３２を有し、柱状レンズ層１１から第２屈折率層１２へ入射するときの第１臨界角をθ１ｃとし、第２屈折率層１２は、第２屈折率n2を有し、柱状レンズ層１１と相互に連接し、第１屈折率n1は、第２屈折率n2より大きく、第２屈折率層１２から柱状レンズ層１１へ入射するときの第２臨界角をθ２ｃとすると、θ１ｃ，θ２ｃは、所定の公式に適合する。【選択図】図１
2012014140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状レンズ層及び第２屈折率層を含む柱状レンズアレイ装置であって、
該柱状レンズ層は、第１屈折率(n1)を有し、該柱状レンズ層は、複数の柱状レンズを谷面上に配列し、該柱状レンズは、更に距離を隔てた高さ(Ｈ)の波頭及び波谷を有し、該波谷は、該谷面上に位置し、該波頭及び該波谷の間に曲面構造を有し、該曲面構造は、曲率半径(Ｒ)を有し、該波頭及び他の波頭は、距離を隔て幅(Ｐ)を有し、該柱状レンズ層は、基線方向及び第１臨界角(θ1c)を定義し、該基線方向は、該谷面と相互に垂直であり、該第１臨界角(θ1c)は、該基線方向との挟み角であり、該第１臨界角 であり、該高さ(Ｈ)は、  に適合し、該柱状レンズの円錐常数(Ｋ)の範囲は、-2.1〜-1.5に介在してなり、
該第２屈折率層は、第２屈折率(n2)を有し、且つ該柱状レンズ層と相互に連接し、該第１屈折率(n1)は、該第２屈折率(n2)より大きく、該第２屈折率層は、第２臨界角(θ2c)を定義し、該第２臨界角(θ2c)は、該基線方向との挟み角であり、該第２臨界角 であり、
そのうち、該各柱状レンズ、該第１臨界角及び該第２臨界角が                      .
に適合する柱状レンズアレイ装置。
【請求項２】
前記柱状レンズ層及び該第２屈折率層が相互に連接する箇所が該谷面と距離を隔て第１厚さ(t1)を有し、該柱状レンズ層及び該第２屈折率層の相互に接続する箇所から該第２屈折率層の他側まで距離を隔て第２厚さ(t2)を有し、該第２厚さ及び該第１厚さの比値の最良の範囲が0.035〜0.084である請求項１に記載の柱状レンズアレイ装置。
【請求項３】
前記柱状レンズの円錐係數(Ｋ)之最良の範囲が-1.65〜-2である請求項１に記載の柱状レンズアレイ装置。
【請求項４】
前記各柱状レンズの該高さ（Ｈ）及び該幅（Ｐ）の比値の最良の範囲が0.42〜0.498である請求項１に記載の柱状レンズアレイ装置。
【請求項５】
前記複数の柱状レンズ層が二次元形状である請求項１に記載の柱状レンズアレイ装置。
【請求項６】
前記複数の柱状レンズ層が三次元形状である請求項１に記載の柱状レンズアレイ装置。
【請求項７】
前記第３屈折率層が第３屈折率(n3)を有し、該第３屈折率(n3)が該第１屈折率(n1)及び該第２屈折率(n2)より小さい請求項１に記載の柱状レンズアレイ装置。
【請求項８】
前記柱状レンズ層又は該第２屈折率層の材質がポリエチレンテレフタレート(Polyethylene Terephthalate,PET),ポリカーボネート(Polycarbonate,PC),トリアセチルセルロース(Tri-acetyl Cellulose,TAC),ポリメチルメタクリレート(Polymethylmethacrylate,PMMA),メチルメタクリレートスチレン(Methylmethacrylate styrene),ポリスチレン(Polystyrene,PS)又はサイクリックオレフィンコポリマー(Cyclic Olefin Copolymer,COC)である請求項１に記載の柱状レンズアレイ装置。
【請求項９】
入射光と、第１光学経路と、第２光学経路と、を含むエッジライト式バックライトモジュールであって,該エッジライト式バックライトモジュールが、光源と、導光板と、反射片と、柱状レンズアレイ装置と、第２屈折率層と、を含み、
該光源が入射光を発射し、
該導光板は、該光源の一側に設置され、該入射光を伝導し、該光学経路を形成し、
該反射片が該導光板下方に設置され、
該柱状レンズアレイ装置が該導光板上方に設置され、該光学経路に接続し、該柱状レンズアレイ装置は、更に柱状レンズ層を含み、該柱状レンズ層は、第１屈折率(n1)を有し、該柱状レンズ層は、複数の柱状レンズを谷面上に配列し、該柱状レンズは、距離を隔て高さ(Ｈ)の波頭及び波谷を有し、該波谷は、何れも該谷面上に位置し、該波頭及び該波谷の間に曲面構造を有し、該曲面構造は、曲率半径(R)を有し、該波頭及び他の波頭は、距離を隔て幅(Ｐ)を有し、該柱状レンズ層は、基線方向及び第１臨界角(θ1c)を定義し、該基線方向は、該谷面と垂直であり、該第１臨界角(θ1c)は、該基線方向との挟み角であり、該第１臨界角 であり、該高さ(Ｈ)は、  であり、該柱状レンズの円錐常数(Ｋ)の範囲は、-2.1〜-1.5に介在し、
該第２屈折率層は、第２屈折率(n2)を有し、且つ該柱状レンズ層と相互に連接し、該第１屈折率(n1)は、該第２屈折率(n2)より大きく、該第２屈折率層は、第２臨界角(θ2c)を定義し、該第２臨界角(θ2c)は、該基線方向との挟み角であり、該第２臨界角 であり、
そのうち、該各柱状レンズ、該第１臨界角及び該第２臨界角は、            ； ；
に適合し、これにより、該第１臨界角及び該第２臨界角を利用し、該第１光学経路を修正し、該反射片への全反射を発生し、該第２光学経路を形成するエッジライト式バックライトモジュール。
【請求項１０】
入射光と、第１光学経路と、第２光学経路と、直下式バックライトモジュールであって、該直下式バックライトモジュールは、光源と、反射片と、拡散板と、柱状レンズアレイ装置と、第２屈折層と、
該光源は、該入射光を発射し、
該反射片は、該光源下方に設置され、
該拡散板は、該光源上方に設置され、該拡散板は、該入射光を伝導し、該光学経路を形成し、
該柱状レンズアレイ装置は、該拡散板上方に設置され、該光学経路に接続し、該柱状レンズアレイ装置は、更に柱状レンズ層を含み、該柱状レンズ層は、第１屈折率(n1)を有し、該柱状レンズ層は、複数の柱状レンズを谷面上に配列し、該柱状レンズは、距離を隔て高さ(Ｈ)の波頭及び波谷を有し、該波谷は、何れも該谷面上に位置し、該波頭及び該波谷の間に曲面構造を有し、該曲面構造は、曲率半径(R)を有し、該波頭及び他の波頭は、距離を隔て幅(Ｐ)を有し、該柱状レンズ層は、基線方向及び第１臨界角(θ1c)を定義し、該基線方向は、該谷面と垂直であり、該第１臨界角(θ1c)は、該基線方向との挟み角であり、該第１臨界角 であり、該高さ(Ｈ)は、  であり、該柱状レンズの円錐常数(Ｋ)の範囲は、-2.1〜-1.5に介在し、
該第２屈折率層は、第２屈折率(n2)を有し、且つ該柱状レンズ層と相互に連接し、該第１屈折率(n1)は、該第２屈折率(n2)より大きく、該第２屈折率層は、第２臨界角(θ2c)を定義し、該第２臨界角(θ2c)は、該基線方向との挟み角であり、該第２臨界角 であり、
そのうち、該各柱状レンズ、該第１臨界角及び該第２臨界角は、            ； ；
に適合し、これにより、該第１臨界角及び該第２臨界角を利用し、該第１光学経路を修正し、該反射片への全反射を発生し、該第２光学経路を形成する直下式バックライトモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ、エッジライト式バックライトモジュール及び直下式バックライトモジュールに関し、特に、柱状レンズアレイ装置及びそれを使用するエッジライト式バックライトモジュール及び直下式バックライトモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来のブラウン管ディスプレイ（俗称ＣＲＴディスプレイ）は、既に徐々に液晶ディスプレイにより取って代わられており、主な原因は、液晶ディスプレイが放出する輻射量がＣＲＴディスプレイより遥かに小さいことであり、また、液晶ディスプレイは、ここ数年の製造コストが著しく低下しており、これも液晶ディスプレイが徐々にテレビ又はコンピュータスクリーン市場の主流となっている原因である。
【０００３】
液晶ディスプレイは、液晶パネル及びバックライトモジュールの２つの大きな部分に分けられるが、バックライトモジュールは、通常スクリーンの大きさ寸法に従い、それぞれ直下式バックライトモジュール又はエッジライト式バックライトモジュールが使用される。一般的に、直下式バックライトモジュールかエッジライト式バックライトモジュールに関らず、何れも構造の設計により光線を繰り返し回収及び利用し、光エネルギー量の損耗を回避する。その後、増光膜を介し、光線の光学経路を収集し、光強度中心の増幅値を向上させることに用いる。
【０００４】
従来技術において、増光膜は、何れも単一媒質を使用している。フレネルの公式（Fresnel equation）に基づく：
そのうち、Ｔが透光率であり、Ｒが反射率であり、nA,nBは、それぞれ２つの相互に接触する媒質の屈折率である。ポリカーボネート(Polycarbonate,PC)が媒質である増光膜を例とすると、PCの屈折率が1.586であり、空気の屈折率が1.0であり、該増光膜が空気と接触する箇所の境界面の総透過率は、以下である:
【０００５】
従って、全ての光源の光エネルギー量は、10％近く損耗し利用することができなくなる。また、屈折率の差異が引き起こすフレネル損耗以外に、更に増光膜の出光面の微小構造の外形の設計が不適当であれば、直接的に光線の無効な屈折又は反射を引き起こし、光線を出光視角となる箇所に集中させることができないので、出光視角の光強度中心の増幅値もより上昇することができない。
【０００６】
従って、光エネルギー量の利用率を如何に向上し、損耗を低減し、出光視角の光強度中心の増幅値を向上させるかが当業者の努力の目的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、直下式バックライトモジュール及びエッジライト式バックライトモジュールの光エネルギー量の利用率を向上し、フレネル損耗を低減することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、レンズアレイの出光視角の光強度中心の増幅値を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する為、本発明は、柱状レンズアレイ装置を提供し、それは、柱状レンズ層及び第２屈折率層を含む。そのうち、該柱状レンズ層は、第１屈折率（n1）を有し、該柱状レンズ層は、谷面上に配列される複数の柱状レンズを有し、該柱状レンズは、更に相互に距離を隔て高さ（Ｈ）の波頭及び波谷を含み、該波谷は、該谷面上に位置し、該波頭及び該波谷の間に曲面構造を有し、該曲面構造は、曲率半径（Ｒ）を有し、該波頭及び他の波頭は、相互に距離を隔て幅（Ｐ）を有し、該柱状レンズ層は、基線方向及び第１臨界角(θ1c)を定義し、該基線方向は、該谷面と相互に垂直であり、該第１臨界角(θ1c)は、該基線方向との挟み角であり、該第１臨界角(θ1c)は、
であり、該高さ(Ｈ)は、   に適合する必要があり、該柱状レンズの円錐常数(Ｋ)の範囲は、-2.1〜-1.5に介在する。該第２屈折率層は、第２屈折率(n2)を有し、且つ與該柱状レンズ層と相互に連接し、該第１屈折率(n1)は、該第２屈折率(n2)より大きく、該第２屈折率層は、第２臨界角(θ2c)を定義し、該第２臨界角(θ2c)は、該基線方向との挟み角であり、該第２臨界角は、  である。該各柱状レンズ、該第１臨界角及び該第２臨界角は、以下の公式に適合する：
【００１０】
これにより、該柱状レンズ増光膜は、光線の伝送の損耗を低減することに用いることができ、光強度中心の増幅値を向上する。
【００１１】
上記の柱状レンズアレイ装置は、そのうち、該柱状レンズ層及び第２屈折率層が相互に連接する箇所が該谷面と相互に距離を隔て第１厚さ (t1)を有し、該柱状レンズ層及び該第２屈折率層が相互に連接する箇所が該第２屈折率層の他側と相互に距離を隔て第２厚さ(t2)を有する場合、該第２厚さ及び該第１厚さの比値の好適な範囲が0.035〜0.084である。これにより、該柱状レンズ増光膜の光強度は、従来の増光膜の光強度と比較し、最大1.5％高くなる。
【００１２】
上記の柱状レンズアレイ装置は、そのうち、Ｋ=-1.65〜-2であり、Ｈ/Ｐ=0.42〜0.498であり、これにより、双曲線を有する輪郭の曲面構造が該柱状レンズ増光膜の光強度中心の増幅値を従来の増光膜に比べて4.4％近く増加させる。
【００１３】
上記の柱状レンズアレイ装置は、そのうち、該複数の柱状レンズ層が二次元形状又は三次元形状である。
【００１４】
上記の柱状レンズアレイ装置は、第３屈折率(n3)を有する第３屈折率層を更に有し、該第３屈折率(n3)は、該第１屈折率(n1)より小さく、該第２屈折率(n2)より小さい。
【００１５】
上記の柱状レンズアレイ装置は、そのうち、該柱状レンズ層又は該第２屈折率層の材質がポリエチレンテレフタレート(Polyethylene Terephthalate,PET)、ポリカーボネート(Polycarbonate,PC)、トリアセチルセルロース(Tri-acetyl Cellulose,TAC)、ポリメチルメタクリレート(Polymethylmethacrylate,PMMA)、メチルメタクリレートスチレン(Methylmethacrylate styrene)、ポリスチレン(Polystyrene,PS)又はサイクリックオレフィンコポリマー(Cyclic Olefin Copolymer,COC)である。
【００１６】
上記の目的を達成する為、本発明は、入射光と、第１光学経路と、第２光学経路と、を有するエッジライト式バックライトモジュールを提供し、該エッジライト式バックライトモジュールは、光源と、導光板と、反射片と、前記する柱状レンズアレイ装置と、を含む。そのうち、該光源は、該入射光を発射することに用いる。該導光板は、該光源の一側に設置され、且該導光板は、該入射光を伝導し、該光学経路を形成する。該反射片は、該導光板下方に設置される。該柱状レンズアレイ装置は、該導光板上方に設置され、該光学経路に接続する。これにより、該第１臨界角及び該第２臨界角は、該第１光学経路を修正し、該反射片へ全反射を発生し、該第２光学経路を形成する。
【００１７】
上記の目的を達成する為、本発明は、入射光と、第１光学経路と、第２光学経路と、を有する直下式バックライトモジュールを提供し、該直下式バックライトモジュールは、光源と、拡散板と、反射片と、前記する柱状レンズアレイ装置と、を含む。そのうち、該光源は、該入射光を発射することに用いる。該反射片は、該光源下方に設置される。該拡散板は、設置該光源上方に設置され、該拡散板は、該入射光を伝導し、該光学経路を形成する。該柱状レンズアレイ装置は、該拡散板上方に設置され、該光学経路に接続する。これにより、該第１臨界角及び該第２臨界角を利用し、該第１光学経路を修正し、該反射片への全反射を発生し、該第２光学経路を形成する。
【発明の効果】
【００１８】
これにより、本発明の柱状レンズアレイ装置及びそれを使用するエッジライト式バックライトモジュール及び直下式バックライトモジュールは、集光の效果を強化でき、双曲線の輪郭の曲面構造により射出する光線をフィルタリングし、無効な光線を柱状レンズアレイ装置又はバックライトモジュール内部に戻し、再度回収利用させる。これにより、損耗を低減し、光強度中心の増幅値を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の柱状レンズアレイ装置を示す説明図である。
【図２】円錐曲面の双曲線を示す説明図である。
【図３】本発明の柱状レンズアレイ装置の光学経路を示す説明図である。
【図４】本発明の柱状レンズアレイ装置の異なる「高さ/幅」の比の光強度中心の増幅値を示す図である。
【図５】本発明の柱状レンズアレイ装置の柱状レンズ層、第２屈折率層の異なる厚さの比の光強度中心の増幅値を示す図である。
【図６Ａ】本発明の柱状レンズアレイ装置の二次元構造の説明図である。
【図６Ｂ】本発明の柱状レンズアレイ装置の三次元構造の説明図である。
【図６Ｃ】本発明の柱状レンズアレイ装置の他の三次元構造の説明図である。
【図７】本発明の他の実施例の柱状レンズアレイ装置の説明図である。
【図８】本発明の柱状レンズアレイ装置を使用したエッジライト式バックライトモジュールを示す図である。
【図９】本発明の柱状レンジアレイの装置を使用した直下式バックライトモジュールである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の目的、特徴及び効果を分かり易くする為、以下に具体的実施例を挙げ、図面に併せて本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図１を参照し、図１が示すのは、本発明の柱状レンズアレイ装置の説明図である。図１に示すように、柱状レンズアレイ装置１は、柱状レンズ層１１及び第２屈折率層１２から構成され、該柱状レンズ層１１及び該第２屈折率層１２の相互に連接する箇所は、境界面Ｔ１である。該柱状レンズ層１１は、谷面１１４及び複数の柱状レンズ１１３１を含み、複数の柱状レンズ１１３１は、横向きに配列され、且つ該谷面１１４上に突出する。該柱状レンズ層１１が第１屈折率を有し、該第１屈折率がn1である。該境界面Ｔ１は、該谷面１１４と距離を隔て、第１厚さt1を有する。該柱状レンズ１１３１は、距離を隔て高さＨの波頭１１３２Ａ及び波谷１１３２Ｂを有し、該波谷１１３２Ｂは、該谷面１１４上に位置し、且該波頭１１３２Ａ及び該波谷１１３２Ｂの間に曲面構造１１３２を有する。該曲面構造１１３２は、曲率半径Ｒを有し、且つ隣り合う２つの波頭１１３２Ａの間は、相互に隔てられ、幅Ｐを有する。該第２屈折率層１２の第２屈折率がn2であり、且つ第２厚さt2を有し、該第２厚さt2は、該境界面Ｔ１から該第２屈折率層１２の底部までの距離である。図１に示すように、光線は、該柱状レンズアレイ装置１の下方から入光し、上方から出光する。従って、光線は、該柱状レンズアレイ装置1内部にあり、光線は、順に第２屈折率層１２、柱状レンズ層１１、曲面構造１１３２を経た後に出光する。従って、該第２屈折率層１２は、該柱状レンズ層１１の入光面側に位置し、該曲面構造１１３２は、柱状レンズ層１１の出光面の一側に位置する。また、該曲面構造１１３２は、双曲線の輪郭であり、且つ該曲面構造１１３２の円錐常数がＫであり、且つ以下の双曲線の公式を満足する:
【００２２】
従来の円錐曲面の定義において、双曲線の曲線関数は、２つの相互に交わる漸近線、横断軸及び共役軸により決定される。図２を参照し、図２が示すのは、円錐曲面の双曲線の説明図である。図２に示すように、２つの双曲線は、それぞれ２つの漸近線Ｌ1,Ｌ2の上方および下方に位置する。２つの漸近線Ｌ1,Ｌ2の交点は、座標軸の原点Soであり、該双曲線の頂点S1は、y軸と相互に交わり、且つ該頂点S1から原点Soの距離が即ち、半横軸Ａtranであり、該半横軸Ａtranの距離がaである。該頂点S1の水平方向において切断線Ｌ3を定義し、該切断線Ｌ3及び該漸近線Ｌ1は、交点S2に相互に交わり、該交点S2からy軸までの距離は、半共役軸Ａconjであり、該半共役軸Ａconjの距離がbである。更に、円錐曲面の基本定義に基づき、該双曲線の偏心率e及び円錐常数Ｋは、それぞれ以下である:
【００２３】
従って、該円錐常数Ｋ、半横軸Ａtranの距離a及び半共役軸Ａconjの距離bを確定するだけで、該双曲線関数を確定することができる。
【００２４】
更に、図２の双曲線関数を図１の曲面構造１１３２に対応させ、本実施例の双曲線関数を有する曲面構造１１３２は、幅Ｐ、高さＨ、円錐常数Ｋにより該曲面構造１１３２の輪郭を定義し、確定することができる。また、該曲面構造１１３２の輪郭は、変曲率な弧線であるので該曲率半径Rは、波頭箇所１１３２Ａの曲率半径である。更に、一般的に、双曲線関数の円錐常数Ｋの範囲は、K<-1.0であるが、本実施例中、該円錐常数Ｋの公的な範囲は、K=-2.1〜-1.5である。
【００２５】
続いて、柱状レンズ層１１及び第２屈折率層１２は、下から上への入射した光線が境界面Ｔ１において全反射の現象を発生することを回避するため、該柱状レンズ層１１の第１屈折率n1が該第２屈折率層１２の第２屈折率n2より大きく、即ち、n1>n2となる。スネルの法則(Snell’s Law):
に基づき、θ2>θ1を得ることができる。即ち、図１の実施例中の光線は、該柱状レンズ層１１から該境界面Ｔ１を経た後、該第２屈折率層１２に入射し、屈折後の光線は、基線に近づき、集光の效果を達成する。このように、該第２屈折率層１２内部は、比較的大きな入射角θ2の光線を有し、それが該境界面Ｔ１を経過した後、比較的"垂直"な状態に修正される。即ち、折射角θ1は、入射角θ2より小さい。従って、２種の異なる屈折率の柱状レンズアレイ装置１は、光強度中心の増幅値を向上することができる。
【００２６】
更に、光線をできるだけ垂直に上向きに射出する目的を達成する為、光学経路の設計において、基線からの大きく離れた光線を該柱状レンズアレイ装置1内部に回復させるようにし、これにより、光エネルギー量を回収再利用する。図３を参照し、図３が示すのは、本発明の柱状レンズアレイ装置の光学経路の説明図である。図３に示すように、該曲面構造１１３２の箇所において、該柱状レンズ１１３１の第１屈折率がn1であり、該柱状レンズ１１３１外側の空気の屈折率が1.0であり、且つn1>1.0である。スネルの法則から導出されるように、光線が該曲面構造１１３２から離れる前、該柱状レンズ層１１は、第１臨界角θ1cを定義し、該第１臨界角θ1cは、光線及びその基線方向(該基線方向及び該谷面は、相互に垂直)のであり、且つ
である。
【００２７】
光線が該曲面構造１１３２に射出する前の角度が、該第１臨界角θ1cより大きければ、光線は、該柱状レンズアレイ装置1内部に全反射され、ここで、全反射された光線が第１光学経路である。光線が該曲面構造１１３２に射出する前の角度が該第１臨界角θ1cより小さければ、光線は、該曲面構造１１３２から射出し、離れることができる。光エネルギー量を十分に利用することを考慮し、第１臨界角θ1cより大きな光線(即ち、傾斜が大き過ぎる光線)が該曲面構造１１３２に射出した場合、光強度中心の増幅値の向上に無益である。従って、基線から大きくはなれた光線は、この第１臨界角θ1cの物理特性を利用し、第１臨界角θ1cより大きな光線(即ち、傾斜が大き過ぎる光線)を該柱状レンズアレイ装置1内部に誘導し戻す。
【００２８】
図３に示すように、本実施例の曲面構造１１３２の幅がＰであり、高さがＨであり、比較的大きな入射角の光線が該柱状レンズアレイ装置1の内部に反射されるようにするため、該角度θsは、第１臨界角θ1cより大きい必要があり、そうして始めて傾斜し過ぎた光線に全反射を発生させることができる。即ち、以下である。
(1)
【００２９】
光線が該柱状レンズアレイ装置1内部に戻った後、下向きに該境界面Ｔ１の箇所まで進行する。該柱状レンズ層１１の第１屈折率がn1であり、該第２屈折率層１２の第２屈折率がn2であり、且つn1>n2であり、スネルの法則から分かるように、光線が大きな屈折率の媒介から小さな屈折率の媒介に移る時、臨界角を発生する。スネルの法則から分かるように、境界面Ｔ１の箇所において、該第２屈折率層１２は、第２臨界角θ2cを定義し、該第２臨界角θ2c は、光線及びその該基線方向の挟み角であり、且つ該第２臨界角θ2cが第１屈折率n1及び第２屈折率n2の関数であり、即ち、以下である。
；
【００３０】
光線が下向きに該境界面Ｔ１に至る前の角度が該第２臨界角θ2cより大きければ、光線は、全反射する。光線が下向きに該境界面Ｔ１に至る前の角度が該第２臨界角θ2cより小さければ、光線は、下向きに前進でき、該境界面Ｔ１を離れ、第２光学経路を形成し、該第２光学経路は、再回収利用されることができる。光エネルギー量を十分に利用することを考慮し、光線を下向きに該境界面Ｔ１に射出し、再回収利用されるようにする。従って、前記の原理と同一であり、以下を得る：
(2)
【００３１】
公式(1)及び(2)を合わせ、以下を得る：
【００３２】
これにより、本発明の柱状レンズアレイ装置1は、光強度中心視角箇所の光線(入射角が比較的小さい光線)を基線に偏向し、該柱状レンズ１１３１の曲面構造１１３２に射出し、傾斜が比較的大きな光線(入射角が比較的大きな光線)を該柱状レンズアレイ装置1内部に戻し、再回收利用し、これにより、光強度中心の増幅値を向上することができる。
【００３３】
フィルタリングされた光線の角度以外に、ここでフレネルの公式により本発明の柱状レンズアレイ装置１の総透光率を計算する。Fresnel equation公式に基づき以下のようになる。
【００３４】
そのうち、Ｔが透光率であり、Ｒが反射率であり、nA,nBは、それぞれ２つの相互に接触する媒介の屈折率である。若該柱状レンズ層１１がポリカーボネート(Polycarbonate,PC)であり、該第２屈折率層１２がポリメチルメタクリレート(Polymethylmethacrylate,PMMA)であり、PCの屈折率が1.586であり、PMMAの屈折率が1.49であり、空気の屈折率が1.0である場合、本発明の柱状レンズアレイ装置1の総透光率が以下である:
【００３５】
これと従来の増光膜と比較し、本発明が有する２種の異なる屈折率の結構が総透光率0.90から更に0.911に向上していることが分かる。製造業が互いに価格競争している今日において、製品の効率がより好ましく、数％の効果の向上があるだけで、双方の巨大な獲得利益の差異を発生する。従って、総透光率が0.90から0.911に向上することは、技術改良における大きな突破であると言うことができる。
【００３６】
更に、本発明の柱状レンズアレイ装置1は、異なる円錐常数Ｋ、及び異なる高さＨ及び幅Ｐの比値に対して、実験の方式により最良の光強度中心の増幅値を探し出している。ここでは、該実験は、PCを柱状レンズ層１１とし、PMMAを第２屈折率層１２とし、円錐常数Ｋは、-1.5,-1.65,-1.75,-2及び-2.1等の５組に分けている。図４を参照し、図４が示すのは、本発明の柱状レンズアレイ装置の異なる[高度/幅]比の光強度中心の増幅値である。その各組の実験の結果は以下である:
【００３７】
(A)Ｋ=-1.5の時:
最良の増幅値は、Ｈ/Ｐ=0.50の箇所にあり、且つ増幅値は、1.037に達することができる。即ち、従来の増光膜に比較し、本組の実験は、3.7%の増幅値を向上できる。
(B)Ｋ=-1.65の時:
最良の増幅値は、Ｈ/Ｐ=0.50の箇所にあり、且つ増幅値は、1.027に達することができる。即ち、従来の増光膜に比較し、本組の実験は、2.7%の増幅値を向上できる；
(C)Ｋ=-1.75の時:
最良の増幅値は、Ｈ/Ｐ=0.45の箇所にあり、且つ増幅値は、1.015に達することができる。即ち、従来の増光膜に比較し、本組の実験は、1.5%の増幅値を向上できる；
(D)Ｋ=-2.0の時:
最良の増幅値は、Ｈ/Ｐ=0.498の箇所にあり、且つ増幅値は、1.044に達することができる。即ち、従来の増光膜に比較し、本組の実験は、4.4%の増幅値を向上できる；
(E)Ｋ=-2.1の時:
最良の増幅値は、Ｈ/Ｐ=0.47の箇所にあり、且つ増幅値は、1.029に達することができる。即ち、従来の増光膜に比較し、本組の実験は、2.9%の増幅値を向上できる；
【００３８】
上記の結果から分かるように、上記５組の円錐常数Ｋの実験において、Ｈ/Ｐ=0.42〜0.498の時、本発明の柱状レンズアレイ装置1が、２つの異なる媒介の構造、更に双曲線の輪郭の曲面構造１１３２によって、一般市販の増光膜を最大4.4%の光強度まで増加でき、これは、本技術分野上の大きな突破であると言える。
【００３９】
続いて、本発明は、該柱状レンズ層１１の第１厚さt1及び第２屈折率層１２の第２厚さt2の比値に対し実験を行い、最良の厚さ関係を得る。図５を参照し、図５が示すのは、本発明の柱状レンズアレイ装置の柱状レンズ層、第２屈折率層の異なる厚さ比の光強度中心の増幅値である。図５に示すように、t2/t1の比値が0.035〜0.084の範囲にある時、その増幅値は、何れも1.0より大きい。そのうち、該t2/t1の比値が0.07である時、その増幅値は、最大1.015に達することができる。即ち、t2/t1=0.035〜0.084の時、本発明の柱状レンズアレイ装置1の光強度は、最大で従来の増光膜の光強度より1.5％高くなる。
【００４０】
上記の柱状レンズアレイ装置は、当業者が二次元(2-Dimension)又は三次元(3-Dimension)の構造に設計できる。図６Ａ〜図６Ｃを参照し、図６Ａが示すのは、本発明の柱状レンズアレイ装置の二次元構造の説明図である。図６Ｂが示すのは、本発明の柱状レンズアレイ装置の三次元構造の説明図であり、図６Ｃが示すのは、本発明の柱状レンズアレイ装置の他の三次元構造の説明図である。図６Ａに示すように、該柱状レンズアレイ装置２は、柱状レンズ層２１及び第２屈折率層２２から構成され、該柱状レンズ層２１の出光面側に複数の柱状レンズ２１３１を配列する。該柱状レンズ２１３１は、双曲線の輪郭の柱状体であり、このように二次元の構造である。更に、図６Ｂに示すように、該柱状レンズアレイ装置３は、柱状レンズ層３１及び第２屈折率層３２から構成され、該柱状レンズ層３１の出光面側に複数の柱状レンズ３１３１を配列する。該柱状レンズ３１３１は、双曲線を呈する半円球の輪郭であり、x-z平面又はy-z平面から見たものであり、該柱状レンズ３１３１は、何れも双曲線の輪郭であり、このように三次元の構造である。三次元の柱状レンズアレイ装置３及び二次元の柱状レンズアレイ装置２を比較し、より均一な光学効果を発生し、明暗の間の"暗帶現象"の回避をすることができる。更に、図６Ｃに示すように、該柱状レンズアレイ装置４は、柱状レンズ層４１及び第２屈折率層４２から構成され、該柱状レンズ層４１の出光面側に複数の柱状レンズ４１３１を配列する。各柱状レンズ４１３１の輪郭は、４つの組合面４１３１Ａから構成される。x-z平面又はy-z平面から見たものであり、該柱状レンズ４１３１が双曲線の輪郭である。
【００４１】
また、本発明の柱状レンズアレイ装置は、３種の異なる媒介を更に含む。図７を参照し、本発明の他の実施例の柱状レンズアレイ装置の説明図である。図７に示すように、該柱状レンズアレイ装置５は、屈折率がそれぞれn1,n2,n3である柱状レンズ層５１、第２屈折率層５２及び第３屈折率層５３を含み、順に配列され、且つn1>n2>n3である。即ち、該柱状レンズアレイ装置５の出光面側に近づくほど、その屈折率が大きくなる。このように、それが達成する効果も光線上から下に射出する時、屈折率の差異により光線の進行経路を基線に近づけ、光線収集の効果を発生する。同様に、ここでは、フレネルの公式により本実施例の総透光率を実証し、そのうち、該柱状レンズ層５１、第２屈折率層５２、第３屈折率層５３は、それぞれPC,MSプラスチック、PMMAであり、且つn1=1.586、n2=1.56、n3=1.49である:
【００４２】
従って、本実施例の総透光率も0.911であり、前記実施例の効果と略同一である。
【００４３】
当然、上記全ての実施例において、柱状レンズ層、第２屈折率層又は第３屈折率層は、更にポリエチレンテレフタレート(Polyethylene Terephthalate,PET),トリアセチルセルロース(Tri-acetyl Cellulose,TAC),メチルメタクリレートスチレン(Methylmethacrylate styrene),ポリスチレン(Polystyrene,PS)又はサイクリックオレフィンコポリマー(Cyclic Olefin Copolymer,COC)等の異なる材質を使用することもでき、製造の多様性を増加する。出光面側の屈折率が入光面側の屈折率よりも大きいことに適合していれば、何れも前記集光の効果を達成することができる。
【００４４】
上記の柱状レンズアレイ装置は、それをエッジライト式バックライトモジュール又は直下式バックライトモジュールに応用することができる。図８を参照し、図８が示すのは、本発明の柱状レンズアレイ装置を使用したエッジライト式バックライトモジュールである。図８に示すように、エッジライト式バックライトモジュール７は、導光板７１と、２つの光源７２と、２つのグローブ７３、拡散膜７４と、反射片７５と、前記の柱状レンズアレイ装置１と、を含む。そのうち、該光源７２は、入射を発射することに用いる。該導光板７１の出光面７１Ａ及び底面７１Ｃは、それぞれ該導光板７１の相対する両面に位置する。該光源７２は、該導光板７１の左側辺に位置し、該グローブ７３がその射出する光線を反射し、光線を該導光板７１内部に投射することができる。即ち、該導光板７１が入射光を伝導し、光学経路を形成することに用いられ、光線を均一に出射する。該柱状レンズアレイ装置１は、該導光板７１の出光面７１Ａ外側に位置する。該拡散膜７４は、該導光板７１及び該柱状レンズアレイ装置１の間に位置し、該反射片７５は、該導光板７１の底面７１Ｃ外側に位置する。ここでは、該光源７２は、冷陰極蛍光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)、発光ダイオード(Light Emitting Diode,LED)又は光エネルギー量を発生する光源である。このように、本発明の柱状レンズアレイ装置１は、該第１臨界角θ1c及び該第２臨界角θ2cによりその光学経路を修正し、該反射片７５への全反射を発生し、該第２光学経路を形成する。従って、該エッジライト式バックライトモジュール７は、光線の伝送の損耗を低減し、光強度中心の増幅値を向上することに用いることができる。
【００４５】
図９を参照し、図９が示すのは、本発明の柱状レンズアレイ装置を使用した直下式バックライトモジュールである。図９に示すように、直下式バックライトモジュール８は、拡散板８１と、光源８２と、反射片８５と、前記の柱状レンズアレイ装置１と、を含む。そのうち、該光源８２は、入射光を発射することに用いる。該拡散板８１は、該入射光を伝送することに用い、光学経路を形成する。該拡散板８１の出光面８１Ａ及び入光面８１Ｂは、それぞれ該拡散板８１の相対する両面に位置する。該反射片８５は、該拡散板８１の入光面８１Ｂ外側に設置される。該光源８２は、該拡散板８１及び該反射片８５の間に位置し、光線を該拡散板８１内部に射出する。該柱状レンズアレイ装置１は、該拡散板８１の出光面８１Ａ側に位置する。ここでは、該光源８２は、複数のCCFL又は複数のLEDを配列してなる平面光源である。このように、本発明の柱状レンズアレイ装置１は、該第１臨界角θ1c及び該第２臨界角θ2cを利用しその光学経路を修正でき、該反射片８５への全反射を発生し、該第２光学経路を形成する。従って、該直下式バックライトモジュール８は、光線の伝送の損耗を低減し、光強度中心の増幅値を向上することに用いることができる。
【００４６】
上記のように、本発明の柱状レンズアレイ装置及びそれを使用したエッジライト式バックライトモジュール及び直下式バックライトモジュールは、二層又は三層の異なる屈折率の媒介を組み合わせてなる柱状レンズアレイ装置により集光の効果を強化し、双曲線の輪郭の曲面構造によりフィルタリングした光線は、入射角が大き過ぎた(基線から離れた)光線を柱状レンズアレイ装置又はバックライトモジュール内部に戻し、回收再利用の效果を達成する。従って、損耗を低減し、光強度中心の増幅値を向上する。
【００４７】
なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。
【符号の説明】
【００４８】
柱状レンズアレイ装置
１１，２１，３１，４１，５１  柱状レンズ層
１１３１，２１３１，３１３１，４１３１  柱状レンズ
１１３２  曲面構造
１１３２Ａ  波頭
１１３２Ｂ  波谷
１１４  谷面
１２，５２  第２屈折率層
４１３１Ａ  接合面
５３  第３屈折率層
７  エッジライト式バックライトモジュール
７１  導光板
７１Ａ，８１Ａ  出光面
７１Ｃ  底面
７２  光源
７３  グローブ
７４  拡散膜
７５，８５  反射片
８  直下式バックライトモジュール
８１  拡散板
８１Ｂ  入光面
８２  光源
ｔ１  第１厚さ
ｔ２  第２厚さ
Ｒ  曲率半径
P  幅
Ｈ  高さ
Ｌ１，Ｌ２  漸近線
Ｓ０  原点
Ｓ１  頂点
Ｓ２  交点
Ｔ１  境界面
θ１  屈折角
θ２  入射角
θ１Ｃ  第１臨界角
θ２Ｃ  第２臨界角
θＳ  角度
【図１】
2012014140.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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