TW504602B

TW504602B - A backlight for correcting diagonal line distortion

Info

Publication number: TW504602B
Application number: TW088122171A
Authority: TW
Inventors: Jeffrey A Laine
Original assignee: Physicaloptics Corp
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2002-10-01
Also published as: CN1125943C; AU2595200A; CA2358104A1; EP1144907A4; WO2000039500A1; CN1332834A; KR20010108062A; KR100456354B1; US6256447B1; CA2358104C; EP1144907A1; JP2002533891A

Description

504602 A7 五、發明說明（1 ) 〔發明背景〕 1 .發明領域 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本"發明大致關係於用於平板液晶顯示器（L C D )之胃2胃光’更明確地說，係有關於具有光輸入安排以供給L C D均勻光分佈之光輸入之背光。 2 .相關技藝之說明經濟部智慧財產局員工消費合作社印製例如用於膝上型電腦之液晶顯示器或L c D之平板顯示器大致包含有一背光系統，以照明液晶爲主之顯示面板。背光系統之重要需求係提供一大致均勻之光分佈，以提 ί共足夠強光分佈於顯示面板之整個面板上。爲了完成這些需求，背光系統典型加入一光管，以由一光源連結光能至 L C D面板。於散佈式背光系統中，一陣列之擴散元件係沿著光管之一表面分佈，以將入射至其上之散射光射線散射向輸出面。輸出面係連接至L C D面板，將光射線連接至並經過L C D面板。於一散射光系統藉由控制於散射面上之散射媒體之分佈，以提供能力以控制光分佈時，其並不能捽制光分佈之角度。很多由背光系統所產生之光能係被浪費，因爲其係散射於各種對於L C D顯示器觀看者或使用者無用之方向中。因爲很多光能並未朝向使用者而被浪費掉，散射背光系統缺乏想要之光能強度或亮度。非散射背光系統提供優點有，光分佈及分佈角度均可以被控制。因此，光能可以被指向更有效地使用可用之光能。例如，光能可以被指向，使得大體上所有之光能係被 -4- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504602 A7 _____ B7 五、發明說明（2 ) - 射向使用者。一經.常被用以描述非散射型背光系統之名詞爲"確定的"，因爲光射線之輸出點係可基於其輸入位置而「知。因此，也可以說成是非散射背光系統共相關於輸入光@之光射線及輸出光能之光射線。這共相關係有利地被用於背光系統之設計中，以確保大多數光能被朝向使用者。於一非散射背光系統中之輸入光射線對輸出光射線之共相關可以造成一可能缺點有，於光輸入之攝像出現於光輸出。若於輸入有光能之失真時，該失真將出現於輸出。該失真可能造成於光源或輸入光學之粗糙或不連續。一般說來，此等失真將造成一非均勻光強度或於輸出之陰影。另一失真源係垂直於光源之光管之壁面之結構。這些壁面必須極端地平整，否則可能造成於輸出之失真或陰影。· 於非散射背光系統中所看到之特定失真係於背面輸出平面之對角線之形成。已經觀看到失真發生於角落或於光管之每一側壁間，以及，光管之輸入面係被攝像進入輸出成爲一暗，對角線。於每一角落中之失真係由於光管之結構中之製造限制之故。雖然其可能硏磨及平滑表面，以降低此一失真之出現，這些處理係費時並勞力密集，因此，對於光管之大量生產係不符實際的。另外，已經看到於光源中之直接輸出之不均勻可能造成i ; fe]出之失真及陰影。更明確地說，一例如冷陰極營光 (C C F l )具有固有暗區，於接近C C F L管之兩端之電極處。這些暗區係來自C C F L之光輸出不均勻處，光本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5 - (請先閱讀背面之注意事項#|填寫本頁) P!裝 tr---------S, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員-Χ消費合作钍印製 504602 A7 ____ B7_____ 五、發明說明（3 ) 輸出相較於管之中心部份係大量地減少。不只是這些暗區影像進入輸出面，它們同時也造成並加劇對角線之輸出。其他光源可以被利用於L C D光管者，係例如發光二極體（L E D )，螢光燈管，雷射二極體，及其他點光源。這些光源均典型於光輸出能量上展現不均勻性，並於 L C D輸出造成失真問題。美國專利申請案第〇9/1 37 ，549號同一受讓人之名爲"用於背光系統之光管"揭示一光管結構，其針對對角線問題。所揭示光管包含用於超尺寸光源之輸出面大小周圍外之延伸。延伸及加長燈管校正了對角線問題，但同時也不佳地增加了光管之大小。〔發明槪要〕於此所需要的是一種用於背光系統之光管或背光設備 5其消除了液晶顯示之輸出中之失真，但於生產背光時並不需要昂貴，費時及勞力密集。同時也需要一光管，其中光管及光源係爲傳統大小並不需要較L C D顯示本身所需之尺寸爲大。本發明之目的係提供一用於L C D之背光設細’其係與傳統背光相同大小及架構，同時，基本上消除了對角線失真問題。本發明之另一目的係提供一背光設備 ’其大體上相較於傳統背光結構並不需要其他之製造處理或努力，同時也消除了對角線失真問題。這些及其他目的及優點係由本發明之特定背光結構所完成。於一實施例中，背光設備包含具有一光輸入端，一本余氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2ΐ〇χ 297公釐） -6 - 丨·---^-------·裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504602 A7 B7______ 一 _____ - -------- I 丨丨丨.................. ' 五、發明說明（4 ) 顶面，一底面，相對側，一遠端，其相對於光輸入端，及用於該導光體材料之全內反射臨界角之準直導光體。該設備同時也有多數個第一刻面形成於沿著光輸入及遠端間準直導光體分佈之底面中。多數第一刻面至少延伸於相對面間之部份上。每一第一刻面具有第一刻面底面，其係與遠端方向相反向頂面收斂，以一相對於頂面少於1 0度之角度。一光散射反射面係安置鄰近於準直導光體之遠端。第一刻面底面被安排使得進入光輸入端之光射線可以被全內反射至準直導光體之遠端，而不會由頂面洩漏。於遠端之反射面反射並散射入射於其上之光射線回到光輸入端。第一刻面底面然後使得被由遠端反射之光射線離開頂面。第一刻面底面係被安排，使得其可以使由遠端反射之光射線及接近全內反射臨界角之角度之光射線離開導光體之頂面。此一架構係不同於先前結構，在於所有進入輸入之光行經整個準直導光體之長度，於其由接近液晶顯示之頂面洩漏之前。於本發明之一實施例中，一液晶顯示設備具有一液晶元件，其具有前觀看面及一相對背面。一準直導光體具有一光輸入端，一相對於液晶顯示之背面之頂面，一底面，相對側，一相對於光輸入端之遠端，及一用於導光體材料之王內反射臨界角。一光源係安置於接近光輸入端。多數第·一刻面係形成於底面中，並沿著於光輸入端及遠端間之準直導光體分佈，並延伸於相對側間之至少部份上。第一刻面具有第一刻面底面，其由遠離遠端向頂面之方向收敛本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]〇χ 297公餐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 裝·-------訂·----- 經濟部智慧財產局員Η消費合 504602 Α7 _ Β7 五、發明說明（5 ) ’以相對於頂面少於1 〇度之角度。一光散射反射面係安置於準直導光體之遠端。第一刻面底面係被安排以使得進入光輸入端之光射線被全內反射至準直導光體之遠端。於遠端之反射面反射並散射入射於其上之光射線，回到光輸入端。第一刻面底面係被安排以使得由遠端反射之光射線離開準直導光體之頂面，向液晶顯示元件。於一實施例中，第一刻面底面係大致彼此平行之直線刻面。冷另一實施例中，第一刻面底面爲彎曲或非線性表 [IJ ϋ 本發明之這些及其他方面與目的將由配合以下說明及附圖加以作更佳了解。然而，應可以了解的是，以下說明雖然顯示本發明之較佳實施例，但只作爲例示用而非限制回的。很多改變或修改可以於不脫離本發明之精神下在本發明之範圍內完成，本發明包含這些修改。本發明之較佳例示實施例係示於附圖中，其中相似數字代表全部圖中之相像元件。〔圖式之簡要說明〕第1圖爲依據本發明之準直導光體之代表圖；第2圖爲一背光設備及l C D組件之各種可能變化結構；第3圖爲依據本發明之準直導光體之部份剖面圖；第4圖爲依據本發明之準直導光體之部份之立體圖；第5圖爲一楔形準直導光體之剖面圖；適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8- n ·>1· 11 n n am n n n ϋ —fr— « Hi n n 1 an in m M ^ I ft—·» ft-ϋ m§mm§ HI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504602 A7 __ B7 五、發明說明（6 ) ，第6圖爲依據.本發明之分散式楔形準直導光體之剖面圖；第7圖爲具有彎曲刻面之準直導光體之一部份之剖面圖；桌8圖爲依據本發明之第7圖中所示之準直導光體之部份之幾何結構；第9圖爲依據本發明之第7圖中所示之準直導光體之部份幾（¾結構；弟1 0圖爲依據本發明之第7圖中所示之準直導光體之部份幾何結構；弟11圖爲依據本發明之弟7圖中所示之準直導光體之部份之代表圖；第1 2圖爲依據本發明之彎曲刻面準直導光體之一部份；第1 3圖爲依據本發明之液晶顯示系統之一部份之側視圖； . 第1 4圖爲示於第1 3圖之液晶顯示系統之部份之示意圖；第1 5圖爲依據本發明之液晶顯示背光系統之剖面圖第1 6 A圖爲依據本發明之轉向膜之一部份之剖面圖第1 6 B圖爲與依據本發明之準直導光體一起使用之轉向膜之部份之剖面圖；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 9 _ i;— -------裝--------訂---------^9— · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504602 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Α7 Β7 五、發明說明σ ) 第1 7 Α圖爲.與依據本發明之準直導光體一起使用之角度濾波膜一部份之剖面圖；第1 7 B圖爲依據本發明之準直導光體一起使用之角度濾波膜之部份之剖面圖；第1 8圖爲依據本發明之準直導光體一起使用之轉向膜之一部份之剖面圖；及第1 9圖爲依據本發明之彎曲刻面導光體之一部份之剖面圖；#及第20Α，20Β ’及20C圖爲配合本發明一起使用之角濾波膜之幾項實施例。主要元件對照背光設備準直導光體輸入端底面頂面相對側面遠端光源組件光源彎曲反射面均質擴散板液晶兀件本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -10- -I Βϋ ϋ 1 n n i n n n n I n n n n I n ϋ n mmmmmm n n IK I · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504602 A7 B7 五、發明說明（8 ) 7 4 光 .整形擴散板 8 〇刻面 ,8 2 第一刻面底面 1 〇〇彎曲齒刻面 1 〇 2 交替第二刻面 9 9 彎曲楔形 1 7 〇準直導光體 1 7 2 上表面 1 8 〇第一擴散板 3 〇〇準直導光體 4 〇〇光曲及 RD0 觀看膜 3 1 〇燈 3 2 〇反射器 3 3 〇角濾膜 3 1 9 光輸入丄山 m 3 9 1 平坦側 3 2 2 第二側 3 4 〇非攝像光學 (請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) -韻- 訂---------^91. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 4 2 遠端 3 4 4 反射層 3 5 0 光學元件 3 5 2 平坦刻面 3 5 1 平坦刻面 3 6 0 下層本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 - 504602 A7 B7 •丨 7---T------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣五、發明說明（9 4 1〇 4 1 1 4 12 4 2 0 4 2 6 4 2 8 9 1〇 9 2 6 9 2 8 9 2 9 9 5 0 5 0 0 5 1〇 5 2 0 5 3 0 5 6 0 5 7 0 5 8 0 7 0 0 7 1〇 7 2 0 7 3 0 8 0 0 光學元件平坦刻面平坦刻面表面擴散板下拓樸外形上拓樸外形光彎曲及轉向膜下拓樸外形上拓樸外形表面擴散板準直導光體角濾膜平坦側第二側等角三角形稜鏡角錐長形角錐結構圓錐平坦刻面光學元件平坦刻面彎曲刻面準直導光體光學元怦本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12 - 504602 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（10 ) 8 2 〇彎.曲刻面 8 3 〇平坦刻面 ί較佳實施例之詳細說明〕 1 ·背光設備之槪要本發明之背光設備，由光輸入端沿著光管或導光體之整個長度傳送光’而不會有光由輸出面流出。該光然後被一於光管或導光體遠端之散射反射面所散射及反射，並回到光源端。當來自遠端之光反射回到光源時，由背光之底面反射向頂面發射或輸出面。該光然後離開背光設備，向一顯示或液晶元件。背光提供大致均勻光強度分佈於 L C D組件之整個顯示面上。藉由利用本發明之結構，光源之非均勻或暗區，例如C C F L管之電極端係被無關，使得於顯示器中不會產生對角線或失真。另外，本發明之光管消除了於顯示器中由於尖端角落結構於光源及光傳送元件或導光體間接合面之邊緣造成之失真。本發明及其各種特性及優點詳細係更詳細地藉由參考以下所詳述之非限定實施例加以解釋。參考附圖，第1圖例示具有大致平坦準直導光體5 2 之同光設備5 0 。導光體5 2具有一輸入端5 4 ，一'底面 5 6 ’ 一頂面5 8 ，相對側6 0，及遠端6 2 ，其係相對於光輸入端。一光源組件6 4係與光輸入端5 4作光通訊 1並具有一長形光源或發光器6 6 ，及一包圍光源6 6之彎曲反射面6 8。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -13- I ^---τ------裝--------訂--------· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 504602 A7 _ B7 五、發明說明（11 ) 關於本發明，.準直導光體5 2可以包含其他架構或其他元件組合於其中而不脫離本發明之精神及範圍。例如，第2圖例示光源6 4係連接至導光體準直管5 2，導光體準直管係順序地光連接至均質擴散板7 0上。一液晶元件 7 2係光學連接至擴散板7 0及一光整形擴散板7 4係光學連接至液晶元件7 2之輸出。這些及其他變化及結構係可能並係落於本發明之範圍之內，其一部份係於隨後詳述。光整形擴散板7 0及液晶元件7 2之順序係很容易地相反。第3圖例示包含底面5 6之導光體5 2之部份之放大圖。如於以下所詳述，底面5 6包含多數第一刻面8 0，每一刻面包含一第一刻面底面8 2。於每一實施例中之刻面8 0係呈角度並略微收斂向頂面5 8，以離開導光體 5 2之遠端6 2之方向進行。如以下所述，刻面8 0可以是線性或直線或曲面，而不會脫離本發明之範圍。然而，於每一實施例中，刻面收斂向頂面，以離開遠端方向進行 A .照明源依據路易維定律，對於包含照明元件6 6之最佳光源 6 4 ，輸入分配係幾乎均勻的，因此，爲符合朗伯漫定律的。以下公式（4 2 )係爲路易維定律。如於第4圖中所示，並由威爾福及溫思頓及由溫思頓及強焱所討論的，D 爲導光體之寬度或厚度，d爲光源或發射器之直徑，及/3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） -14 - —— .-7------裝--------訂---------' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504602 A7 B7 五、發明說明（12 ) 爲空氣中之輸出角.。於公式（4 2 )中之9 0度因素係基於由所有方向中來自光源之光。依據公式（42) ’最佳光準直引擎或源6 4不提供最大準直（即最小角度々）’ 同時也提供最佳照明。這些最佳之相關設計係可以應用於本發明之中。 dsm90° = Dsrnp (4¾ 特定類型之光源6 4及/或元件6 6可以在不脫離本發明之範圍下加以作相當大之變化。例如，一 c F F L管，L E D，雷射二極體，螢光燈管或其他此等點光源可以被利用。本發明並不只限定於任一特定光源，但一最佳源係較佳的。 B .反射鏡一反射面6 8係較佳爲一延伸源弧形鏡及並被放置於元件6 6後並包圍元件6 6。名詞弧形描述一弧狀或於2 或3維中彎曲。威爾福已經討論由延伸光源所發射之光之最佳準直，特別是球形或圓柱光源。反射鏡之最佳設備係光源之重要特徵並實際上不爲拋物線形。一拋物線形係不· 能實際滿足延伸光源。一弧形鏡結構可以提供附著光源至其他結構之理想燈具。s照明源離開變形器時，延伸源弧形鏡反射器之設計最佳化於重要性上增加。 C .準直導光體爲了準直’光必須首先連接至準直導光體。例如示於本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--- —訂------ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504602 A7 B7 五、發明說明（13 ) 第3圖中之耦合器架構係於本技藝中所知用於通訊應用中。但於典型通訊應用中，導光體（例如光纖）具有約 10 0微米或更小之寬度。於本應用中，光管導光體之寬度接近幾毫米。第3圖代表光連接至其中之導光體5 2之理論結構。光L。"爲垂直於進入邊緣之入射光，或導光體之輸入端 5 4直接通過而沒有折射。呈一角度之光"L i "爲被折射者。依據史耐耳定律，進入非法線至入射面之低光係爲準直。於9 0 之光"L 2 "係連接至約4 0。之臨界角，並對於媒體之折射率給予1 · 5 5。於光導中之入射角^係特於約5 0度。此値係大約5 0度或大於α。，使得所有進入導光體準直器之光係被侷限於由全內反射（Τ I R )之準導準直器。第3圖例示進入導光體之光將保持被捉於導光體內，由於全內反射（Τ I R )之故。即使於最差狀態中，一 9 0度之入射角中，光將仍被捉於導光體內。光於臨界角α、下進入導光體5 2 ，當 smar = -;sma = (4 5) 假設於導光體外之媒體係空氣及導光體係由具有折射率η之透明材料作成。導光體材料可以作成之低成本材料爲塑膠，黏劑及玻璃。對於這些材料，典型折射率係約 1 · 〇 5。因此’臨界角a。係大約4 0度。於導光體內，由於三角關係a必須等於約5 0度。因此，所有光係被捕捉於導光體內，因爲a係大於^。。對於a大於a。全內反本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） _ ι6 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -----訂---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504602 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（14 ) 射（τ I R )發生。若α係小於α。，則光將漏於導光體之外（Α矛：tB ?曳？扁）。洩漏可能很大，例如大於5 0 %之譜。因此田角度變化少於α。至大於α。時，會有一急劇變化° 由於即使9 〇度之入射角，光係折射於一臨界角α。，對於由空氣傳送至材料之指數1 . 5 5。由照射源之光準直造成由角度範圍由〇至9 〇度改變至約〇至4 0度。準直導光體可以基於金屬反射或全內反射（Τ I R ) 。於先前光導中’結構係典型爲空的。於後者導光體中，導光體係被塡以材料。一般而言，全內反射（Τ I R )導光體係較佳的’因爲Τ I R產生1 〇〇 %之反射，同時金屬反射可以谷易降低至80%，，由於表面灰塵，污染或其他反射面之問題。先前技藝之導光體大致具有一金屬化側’用於背光設備。一轉換器係爲一般化導光體結構，其不只傳送光經由導光體，同時也改變光之方向。一改變光之方向9 0度（正交）之轉換器可以用以故意地於一較佳丨|\1中沒漏光，以用於一背光應用中。進入導光體5 2之準直光首先發生，於光由光源6 4 進入光輸入端5 4時。若源之直徑d係大於導光體之大小 D時，則百分之一百之準直效率並不能完成。另一方面，若光源直徑係等於小於導光體之大小，則可以取得最佳效率。於實際上，由反射面或鏡面6 8之損失係禁止1〇〇 %之耦合。因此’任何1 〇〇 %耦合之討論表示由於光及鏡之相互作用，吸收損失係被忽略。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） -17- ---I、------裝--------訂-------------_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504602 A7 -- - B7 五、發明說明（15 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 反射器6 8之設計必須最佳化以用於一特定d / D比例。威爾福提供任一可能比例之理想設計。理想設計表示滿兄路易維定律。滿意結構係光之1 0 0 %係被連接至導光體。理想設計同時表示於導光體中之光分佈將會是均質的。任一所得鏡或反射器設計將均不是拋物線。一拋物線設計係只能最佳於一點或一線光源。於反射器內部中之容積可以被塡以介質或空氣。於此時’反射器6 8之內表面必須被鏡化（例如金屬化）。雖然用於深I R及近I R之反射效率可以接近1 ，但於可見光譜內之能量之反射效率可以由於例如在表面上之灰塵之污染物而降低至9 0%或8 0%。用於任一導光體之最大反射率係大約9 6 %，假設一金屬化鏡面。相反地， T I R元件之效率則一直是1 〇〇 %。一金屬反射器於 i R範圍中從來不會1 〇〇%。較佳地，反射器6 8之內部應含空氣，以加大史奈耳律之準直效率。即使光源之直徑係大於導光體之大小或厚度，最差狀況9 0度入射光將準直於大約4 0度。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製，諸要所至圖中需線經 4 其不虛行第，並爲光考 ο ο 係至參 8 8 其 4 。槽面，5 下凹刻離端如或是分入係面的被輸明刻意以ώ 說數注可/ 致多應心 Μ 大有。中νιί 之具 X 射 d 配爲 △散 U 分示隔及 Ϊ 之例間，;; 面面被變續*/-刻刻 2 可連表體或 5 有向代光射體具縱0{ 導散光將或 I • 導槽向。 2 •凹橫示 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 504602 A7 B7 五、發明說明（16 ) 光被T I R所散射.及反射遠端6 2，並由遠端反射回到輸入端。因此，I 〇代表由遠端6 2反射回來之光。I爲於通過定標距離X回到光輸端5 4後之光強度。裝置之總長爲 L d X代表定標距離X之無限小部份。第4圖示出由d X所代表之切片或部份。於一般幾何中，I 〇爲來自右之輸入強度，被減去I。一 d I ，因爲d I被洩漏至底部。這特性對於任一座標X仍有效。事實上，小洩漏量可以發生於當光啓始通過T I R時，由輸入端5 4至遠端6 2之時。這洩漏係可以於本說明中忽略，但以下分析也可以適用於此啓始浅漏。

公式（1 )指不光之損失浅漏一 d I必須成比例於I

C -dl 二 alpdx ⑴ d I同時也成比例於切片之厚度d X，以及，刻面 8 0之密度，其係爲p所代表。字母a係爲一成比例常數，其將解釋如下。公式（2 )表示密度係等於每一單位增量距離之刻面量。

dN Ρ = (2) Ρ的單位是c m Μ。I = I。，對於X = 0 ，由遠端 6 2。每無限小長度d X之刻面量爲d Ν。N t爲於導光體中之刻面之總數。爲了防止光拽漏至頂面，d I必須只成比例於d X。因爲I必須當光由遠端6 2離開經過裝置時減少，p必須相對地增加，由遠端6 2移向輸入端5 4。公式（4 )係本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） _ ]9 > (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 系衣---- 訂--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7五、發明說明（17 ) 相丨司於公式（丄件： dI = -aAdx B7

但以A替代I

P 爲了更均勻洩漏條 (4) 〇爲a及a均爲常數’積分得到公式 όΑχ (5) /A -f ( Ω 、 θ ^ ( 6 )代表凹槽或刻面8 〇之密度係等於由公式 )所除之常數，其係爲：

A -aAx θ此’ P爲x之函數，及由點L。作單調地增加。A及之貝貝思義之討論係如下。兩者均爲常數。 -dl — al-dx = cildN dx (6b)

解釋公式（6 b )得到公式（6 c ) 1 = I P~aN (6c) 公式（7 )定義 dl 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 d 槽量。 L或點

dN ⑺ 代表相對洩漏。d N爲每一無限小長度之凹爲每凹槽之洩漏百分比。公式（8 )代表於全長 1爲零時之&'度。

aA

L -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 公式 (8) 代表單一性，因爲於全長L之密度p不會g 到達無限大。對於實際目的，其可以被假設爲不超過5 % 之可用光係由遠端洩漏回到光輸入端5 4。公式（1 8 ) 代表a N 3 ，具有指數爲一 3之値。這依據公式6 ( c )’相當於5 %光回到導光體中之光輸入端。這光可以由本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20 - (21.) 所代表。 20cm Ντ 二 = 100μ m _ 200mm 0.1mm 公式（1 9 )可以被計算 aNT — 3 公式（2 2 )代表a等於 2000 :1.5(10一3)二 0.0015 504602 A7 _____B7______ 五、發明說明（18 ) 反射器6 8沿著新輸入光而反射回來。 —二 3 => / 二 Ξ 0.〇5/〇 (18) 假設較局密度將造成較少光留在長度之末端，但也’可能被產生很緊包裝刻面8 0之實際實用性所限制。公式（2 0 )代表刻面之總數，等於由△ X所除之長度，其係爲於刻面間之平均距離，△ X : N了： LK (20) Δχ 以下例子使用於刻面間平均1 ο 〇微米之長度於整個 2 0公分之長度上，得到總數約2 0 0 0個刻面數，並被公式 (21) I Ν τ I (19) -1.----------裝--------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (22) 每刻面之平均洩漏量係爲1 2)所代表。

X -3 如於公式 S, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A .楔形導光體由一般楔形槪念之準直將被說明。參考第5圖，於此楔形內之入射角α之三角形關係將使得入射角被降低2 7 ，於每一彈跳後，假設7爲楔形角。假設啓始輸入角爲約 4 0度，α將等於5 0度。這是遠大於臨界角，使得第一彈跳將被全內反射（Τ I R )。於一些點後，其中將會有 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504602 A7 B7 - —-------^. 五、發明說明（19 ) 一彈跳，光射線之一部份會洩漏。假設楔形角7爲· 5度，2 r爲1度，爲了接近4 0度，最少需要1 0彈跳，只計算由底部來之彈跳。公式（4 9 )描述搜漏條件，由入射角^及楔形角γ 開始。 α-Ν(2γ) = α^ (49) 一被分割爲若干單片之單片楔形可以特徵爲一分配楔形。 Β .直線刻面參考第6圖，依據本發明之分配楔形被示出具有直線刻面。刻面之分配提供一均質照明。此槪念係類似於公式 (1 )。此導數使得Ρ作爲X之函數，於保持變數a爲常數時。於以下導數中，變數a爲X之函數，及p爲一常數。或者，若變數a爲常數及p爲可變，其他導法可以使用。於以下導數P替換I 。 ~dP = a(x)Ppdx ( 1 〇 1 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 P爲光學功率。公式（1 〇 1 )爲公式（1 )之類比，除了變數a爲X之函數及P爲常數之外。 P 二常數=^ (102) 公式（1 1 8)設定pxa等於一常數A。 dP - -Apdx (118) 公式（1 2 3 )應相較於公式（6 )。 = ^_ (123) P Pc- Αρχ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -22 - ^ 504602 A7 B7 五、發明說明（20 ) 明顯地，於公.式（1 2 3 )中，a爲X之函數，而於公式（6 )中’ p爲X之函數。A於兩公式中均爲常數。 a爲一變數，而p爲一常數。變數於公式（1 2 3 )中， a爲每微元件之洩速率

AP 2γ cotan β ： 2γ cotan (126) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Ρ 一丨 r AN 全朗伯色散將會是7Γ / 2。這可以降低至2 yS，其中 /5爲由前一互動之臨界角，大約4 0度，但其可以假設爲更小’假設一些準直處理以前曾經發生。角度r應被計算 ’以取得想要之洩漏。強度爲J = J 〇 C 〇 s α。其中I爲光學強度，並以每平方米瓦加以表示。例如，輻射強度j 被表示爲每立體弧度瓦爲單位。但於此導數中，只有兩尺寸被想出，及J被表示爲每徑度瓦。朗伯定律係由j = J 〇c 〇 s α所代表。於公式（1 1 〇)中之積分表示經由導光體由一 /3至+ /3之總功率。 P〇 = 2\〇= 2 \[J〇 cos ada (110) 於公式（1 1 3 )中之△ P爲由2 r之洩漏.。 ΔΡ = 2γ[5ΐηβ —$ια(β-2γ)] (113) 假設r爲少於1徑度，此△ P係用於以下公式（ 12 5)：

AP AN (125) 公式（1 2 6 )描述用於每一事件之相對洩漏。於分配之楔形中，每一事件之相對洩漏係成比例於7及配合公式（123)進入公式（126)成爲公式（128)。本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23 _ ------.1-------裝---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

» ! I I I 華- 504602 A7 B7 五、發明說明（21 2γ cotan^> A ΔΛ^ Ρ0-Αρχ (128) 於公式（1 2 8 )中’ 7被以Χ加以交換，依據示於公式（1 3 2 )之關係。 2γ(χ) ΑΑΝ (P〇 -Apx)c〇tan^> (132) 當r隨著χ增加’以提供定洩漏時，其致能以調整γ 。或者’密度Ρ可以如先前所示加以改變。假設密度爲定値爲每毫米10，Ρ爲定値，如於公式（1 ^ 一 0 b )所不。 dN 1〇 dx (136) 假設總長L爲2 0公分，公式浅漏係很小。 7 )示出每凹槽 ! * 裝--------訂---------^^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 (137) 公式分之 4 )示出只有開始角度需要爲一角度之 2yc -2·10~ (140) 再者，假設爲忽略不沿光軸光線。所例示之不沿軸光線將對於全光射線追縱設計程式將可能的。爲了容許不沿本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 x 297公餐) 504602 A7 B7 五、發明說明（22 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 光軸光線，修改正交形成爲圓柱對稱形係爲有利的。這將涉及重覆一沿著垂直軸旋轉之剖面。旋轉可以基於一橢圓，以相對於一圓形。於（Z ，X )剖面中，三角形係代表稜形’但當被認爲用於不沿光軸光線組合之（X ，y )平面時，此三角形剖面將實際變成圓錐形或更複雜之橢圓形，以容許不沿光軸光線。此一拓樸將會複雜。一正精確版之公式（1 2 8 )係如下，包含考量費索尼反射。於公式（1 28)中之功率p係由公式（3〇〇 )所代表： P — P(\-R-D) (獅）其中，R爲費索尼反射係數，D爲吸收係數。因此，公式（116)變成公式（301): -W 二 [△一 i?(x) - β]ρ办 (301) 其中D係數被假設爲常數，及ρ係數也是.。爲了保留束洩漏均勻性，以下公式（3 0 2 )應滿足：經濟部智慧財產局員工消費合作社印^^ ^)P{xU~-R{x)-D} = c〇nst^A' (3〇2) 其中A /爲新常數，類似於常數A。使用相同以上之理由，以下公式（3 0 3 )係被取得，用於a係數。

α(χ) ：= X (p〇 'A!Px)[i-R{x)^Df2^x)c〇tan^ (303) -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504602 D 及 < < L、發明說明（23 ) 公式（3 0 3.)係相同於公式（丄2 8 )，假設R 使用α角度符合以替代δ角度。對於5 < < 1 1 ，於6及7間之關係示於公式（3 〇 4 )； δ2=γ 1 (3〇4) 其中史耐而疋律已經被包含。角度6爲洩漏角及7 | 稜角。這係示於表1。表 7 0.5° 1。 --- 1.5° 2。 2 δ 11.6° 17.5° 21 0 24.5° 表1例不即使更小7角，（5角可以相當大。對於角度，接近臨界角α。（ s 1 η α。/ η )，費索尼反射係數可以相當咼。例如，對於7 = 〇 · 2。，吾人取得R = 5 1 % ，而對於？，=〇· 5。，R二3〇％。例如，超越公式（3 0 3 )之適當解如下。因爲R係數取決於ά，公式（3 0 3 )係超越一，此時其不能分析求解。爲了適當地解公式（303)，其假設於第一遞迴步驟屮，a L値（即7値，對於X = L )等於0 . 5。，這造成費索尼反射係數値R = 3 0 %。進一步假設導光體 5 2之光輸入端5 4，只有約5%之由遠端6 2之反射光功率保留，即P ( L ) = 〇 · 〇 5 P q。2 %之吸收係數値 I. »1----------------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -26- 504602 A7 B7 五、發明說明（24 ) (保守値）係被假設。貝ij，對於η二1 · 5 5 ，及α c = 4 0 ° ，α = 0 · 7 4。。可以了解的是第一遞迴步驟動作良好。使用公式（3 0 4 )，取得6 = 7 ° 。因此， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 δ之洩漏角度（於空氣中）係等於1 4 ° 。當然，對於 X = 0 ’角度7及（5之値（即r。及6 ◦ —値）將更小。因此，於此例子中，r分配係非均勻。此數値例子展示如何設計分配楔形系統。其例示參數已經總結於表2之中。表2 分配楔形系統之總結例示參數 # 參數符號値 1 長度 L 20公分 2 小刻度密度 P 1 〇/mm 3 楔形折射率 η 1.55 4 導光體厚度 D 3MM 5 於末端之功率分數 Pl/P〇 0.05 6 於x = L之楔形角 Ύ l 0.74° 7 於x = L最小浅漏角 2 (5 l 14° 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 C .曲線刻面每一刻面之表面之不同部份係可用於不同方向進入之光射線。因此，一平表面刻面並不一直爲最佳，因爲可用光並不被理想分配。藉由忽略不沿光軸光線，一最佳曲面可以容易地藉由 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 504602 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（25 ) 假想均質入射通量加以設計。例如，等腰坑角錐對於低入射角光射線並不可用。吾人想要最佳化刻面之設計，以加權通量錐之強度’其係可爲反射面所用。例如，建構一弧狀而不是來自左方來之平坦錐形反射束，其需要定義用於這些射束之最大及最小角度，其係可以基於導光體之幾何而碰撞弧之任一部份。更明確地說，於弧波之頂部並不能到達少於0。之角度，因爲其將被前一頂點之中斷。相反地’於弧之底部，波可以到達更寬角度範圍。參考第7圖 ’平分适些角度之中心將造成曲線之切線之簡單幾何定義。然而’每一角度之流量加權中心點將略微與幾何平分不同，因爲導光體並不均勻地由光源發射，由於其光源本身產生一非平面，雖然略微對稱流量分配。 _曲園刻面1 〇〇可以被鏡射並可以被稱爲漸暈（ vignetting )作用，其中光射線之一有限大小及一部份係被結構所阻擋。交替第二刻面丨〇 2可以爲平坦。雖然於圖中所不之平坦彳糸爲了使最低光射線容易分析，第二刻面可以實際爲下凹也可以是凸出。於頂點之基部，角頻譜係相當有限。基於進入光線，最寬角頻譜係於頂部。所標示之座標系統其原點是結構之原點。對於曲面之問題是尋找z 作爲X之函數。參考第8圖，具有曲面或刻面1 〇〇之鋸齒幾何係被描述’造成最佳曲面Z (X)。這是曲面而不是一平面，因爲於第8圖中入射光射線係於點〇，Q，P ，具有增加發散，如由第8圖中之斜線區所示。本纸張尺度適用中國國家標準（CNtS)a4規格（210 X 297公釐） -28 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) |裝--------訂i 504602 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 Α7 Β7 五、發明說明（26 ) 第8圖之說明.示出一彎曲楔形或齒部9 9 。非攝像光學（N 1〇）齒部之頂點1 〇 4係爲〇，並依路維易原理被β k光射線準直最佳化之後，如由威爾福及溫斯頓所角军釋。任思點Q 1 〇 ]_係位於曲線上，z = z ( X )，其應被最佳化。當然，任意點Q 1 〇 ]_具有兩座標（χ，Z ) 。於曲壁上之最咼點1 〇 6爲Ρ。齒部1 〇 8之高度係取於Ρ及〇之間。直壁之水平長度係由1 〇 9所代表。點Q 之ζ座標係由1 〇 7所代表。點Q是座標系統之原點。於點Q之入射束之最低角（α )係由1 1 〇所代表。於點Q之入射束之最咼角（冷）係由1 1 2所代表。這同時也是光射線發散之最大角。當全內反射（Τ I R )之結果於準直導光體內時，角度点之最大値係arc tan (ι/η)，其中11爲由空氣所包圍之齒部之反射率。對於 η = 1·55，/3 与 4〇。。一平分角，等於（a + yS ) / 2係由1 1 .4所代表。對於接近點Q之光射線·（或射線束）之中心射線，平分射線之入射角（α )係由角1 1 6所代表。角度1 1 8係爲平分射線之反射角並等於角1 1 6。 1 2 0代表用於分平射線之對稱角（5 )。應注意的是對稱線1 2 2係垂直於切線1 2 4。因此，切角係 9〇° 一 5 (或 7γ/2 — (5)。 1〇2爲齒部之直線（或，於圓柱幾何中之壁）。 1 0 0爲彎曲刻面，其特徵爲最佳Ν I〇分佈，減少了輸 (請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------. 本紙張尺度適用中國國豕才示準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） -29- 504602 A7 ________ B7 _ 五、發明說明（27 ) 出光射線之分散。這是因爲，相反於稜鏡體，於表面之任一點之射線束係對稱地反射入垂直方向。這是由於任一射線串之平分線係精確地垂直反射之故。 1 2 4爲於點Q至曲線之切線。1 3 〇爲點〇之入射束。這是最大分散射線。1 3 2爲用於點Q之射束。 1 3 4爲於點Q之最咼斜度。1 3 6爲用於點Q之射線束之平分射線。1 2 2係爲對稱線，以平分入射光射線 1 3 6及平分反射線1 3 8 ，其係精確地垂直切線1 2 2

C 1 3 8爲進入入射平分射線1 3 6之反射線束，其係精確地垂直’或平行於z軸。1 4 〇係爲至入射束1 3〇之反射光射線，該入射束1 3 0依據最佳原理係精確地垂直。1 4 2爲最高點p之最低斜向入射，其係呈水平方面。1 4 4係爲被假設爲/3之最高斜角，爲了容許射線之最大量。1 4 6爲於點P之平分射線。1 4.8爲至平分射束 1 2 4之反射射線，該射束係一直依據最佳原理加以精確地垂直。 I ----.11--------------訂 —-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 2 線1 曲度佳角最，主我圖定〇以 1 用第據依

Z

Z 或爲下如係序程析分之 + πι 4 (200 據定依被是係的角意 a 注，應點 ο 一 2 任 1 線 1 曲角於爲對 Θ 及及， ο 値 1 定 -~•爲角角爲 Θ δ ，中理：其原下化如佳義 -3〇- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 504602 A7 B7 五、發明說明（28 tana

G (201) 即，a爲z座標之函數。因此，5角同時爲z之函數因此，依據最佳原理，線1 1 3並不是直線而是曲線；及 β+α⑺ 4 (202) 其中 a(z) - arc tan w - z

G (203) 定義最佳化原理之基本差分公式爲： dz / 1 —-tan(90°-5) = —— Φ tan δ (204) 或 dx = dz tan δ (205) 其中d x及d z爲曲線點Q之無限小變化或座標（x ，z)，使用公式（2 0 2) ， ( 2 0 3 ) ， ( 2 0 4 )及（2 0 5 )，而取得 L---u------·裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 dx - dz tan π + β 1 ‘ f w - ζΛ + arc tan u JJ 4 4 (206) 及問題之解答爲：X㈡=[ tan

π + β 1 f w-zf + arc tan 4 4 l G dz (207) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -31 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504602 A7 B7 五、發明說明（29 ) 典型地，解答係相反於公式（2 0 7 )之形式： w z-z(x),tanP= (208)

Cj 公式（2 0 8 )可以數値計算用於G之各種値及/3角。用於曲線Z ( X )之兩例子之計算及例示，其中X ( Z )係由示於第9圖中之等式（207)所決定。第1 2圖示出用於單向照明之示於第8及9圖之光學元件之乘法。參考第1 0圖，一鋸齒或曲面刻面9 9之計算及例示，係設計於：G=100//m ’ /3==40°被顯不。吾人看見表面1 0 2爲彎曲面。來自第1 0圖之單一鋸齒元件已經被詳細顯示於第1 1圖中’並被乘於第1 2圖中’以顯示實際應用至準直導光體之一側之鋸齒，如於第1 3圖所示。應注意的是不沿光軸光線於此分析中爲了簡化並未加以考慮。於漸暈作用彎曲齒部中之曲線之形狀不只是由每一光學元件之第一刻面及第二刻面所決定之c h a s m幾何所決定，同時也是光引擎之輸出所決定。因此’考量光引擎流量分散及準直導光體內之流量分散係有用的。 3·準直導光體之製浩本發明之準直導光體可以方便地使用任一製作方法加以執行。對於製造操作，其係有利以使用一覆製/積層法 L----------裝--------訂--------- S— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -32- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504602 A7 B7____ 五、發明說明（3〇) 假設沒有時，.當製造用以重製導光體之主模時，等腰三角形可以被切割。任一底切均抑制脫模。對於所完成之元件，由主模轉至次模時，總會有一般之降級。降級去除了邊緣。此降級很多係由於釋放時所施加之力量之故。因此，於主模上之形狀並不一定是所完成刻面結構。雖然由於釋放處理之故，刻面本身傾向於變凸形，也可能完成凹形。再者，其也很容易組合兩刻面，以定義一組合凹形結構c 爲了製造用於上述光學元件之組件之主模，一金屬主模可以以金剛石車刀加以加工。加工具有圓柱變化角之平刻面微凹槽係可能的。一球或非球形曲線可以被切割於金剛石上，而造成彎曲光學微電子可以小至5 0微米。可變角度係可能具有彎曲刻面.。可變間距係可能具有平刻面及彎曲刻面。另外，攝像微透鏡可以被切割至小至2 0 0微米。然而，金刪石模具.磨損，因此，其係有利地製造一主模，然後覆製一連串之次主模。 A .液晶顯示器液晶顯示器可以是高解析度及/或低解柝度。像素數量可以是例如2 0 0 0 X 2 0 0 0。現在最小尺寸之像素解析度係約2 0微米。這些L C D產生不想要之像素作用。觀看者可以實際看見這些像素界限。 B .擴散板本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐) - 33- 丨<---------裝--------訂--------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504602 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（31 ) 位於準直導光體及L C D間之擴散板可以執行之重要功能爲取消來自L C D之像素作用。使用一擴散可以被稱爲均質化。另外’發射自L C D之光的方向性可以經由具有方向性特徵位於L C D頂端之擴散板加以最佳化。這將允許由膝上型電腦之私人有限之視角。方向性擴散板係爲非朗伯丁擴散板，其光學特性係由平面波反應所定義，如同於美 _專利第5 ，3 6 5 ，3 5 4號案所討論。其可以被假設爲入射波並未完全準直，但具有約± 1 〇 °之發散。當然，來自擴散板之發散不能少於其到達之發散。典型値可以是由約1 一 4 0 °半角。於實際上，若入射發散係大於 2 Ο Γ ’及擴散板之發散係大於1 ° ，則輸出將會大約相同於發散之輸入。擴散並_未協助對準。然而，擴散會確實地有助於均質化。明確地說，此等擴散板可以消除來自 L C D之像素作用。一擴散板可以位於凹槽結構及L C D結構之間及/或 …擴散板可以位於L C D之後。於前一情形時，擴散板只可以均質化柵格而不是像素。於後面情形時，擴散板將均勻化該兩結構。 C .散射及反射遠端導光體5 2之遠端6 2爲光散射面及反射面。遠端 6 2之特定結構可以相當大地改變，而不脫離本發明之範圍。合適表面之例子包含反射擴散面，反射全息面，或其 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) | 裝--------訂---------. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -34- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504602 A7 B7____ 五、發明說明（32 ) 他反射及散射入射光之表面類型。 4 ·特定實施例之說明參考第1及3圖，光源6 6係位於由反射面6 8所定義之空間內。光源6 6可以是一冷陰極螢光燈，熱陰極螢光'燈’或如先前所述之任何其他光源。來自光源6 6之光係被導向導光體準直器5 2。光源6 6可以大致被稱爲發光源。導光體準直器5 2 包含入射端或光輸入端5 4。導光體準直器5 2之底面 5 6係被提供有多數大致平行光元件或刻面8 0。每一大致平行光元件8 0包含一第一刻面8 2及第二刻面8 4。導光體準直器5 2同時包含一頂面5 8及一遠端6 2。如於例子及其他實施£所示，來自發光源之光可以直接入射於入射端上。這表示於發光源及入射端間沒有結構。例如，於發光源及入射端間之空間應被空氣所佔用，或真空。於發光源及入射端間沒有結構，可以當光通過入射端時，依據史奈爾定律而取得較高之準直度。參考第1 3圖，分配楔形準直導光體5 2包含第一多數大致平行刻面8 0。每一刻面8 0包含一鏡面第一刻面 8 2 ，其可以大致平坦及第二刻面8 4，其可以大致平坦。第一分配楔形準直導光體5 2同時包含頂面5 8。被定義爲鏡面弟一'刻面8 2與頂面5 8之角度，即角τ應被最佳化。一第二分配楔形準直導光體1 7 0係被光學連接至第一分配楔形準直導光體5 2。第二分配楔形準直導光體本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐^ :35- _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝--------訂---------- 504602 A7 B7 __ 五、發明說明（33 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 7 0包含一上表面1 7 2。一用以均質化來自頂面 1 7 2之光的第一擴散板1 8 0係被光學連接至第二分配楔形準直導光體1 7〇。另一例如包含多數攝像光學之擴散板之導光體可以定位於第一擴散板1 8 0及第二分配楔形準直導光體1 7〇之間。另外，一擴散板角度濾波膜可以位於鄰近入射端 5 4。第1 4圖示出，描繪於第1 3圖中之設備之射線圖。於第1 4圖之右側，一射線係於接近頂面零度角之處洩漏。可以了解的是，該射線係由擴散板之頂面發射向右側。於第1 4圖之中間，一射線係由頂面，以角度r發射。此射線垂直由擴散板所定義之平面出現。向著第1 4圖之左側，一射線係由頂面呈7β角出現。可以了解的是此射線係由擴散板發射至左側。其他實施例也可能，而不會脫離本發明之範圍。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製現參考第1 5圖，一液晶顯示背光系統可以基於準直導光體3 0 0及一光彎曲及觀看膜4 0 0。準直導光體 3〇0係基於鏡面反射及/或全內反射加以動作。如於其實施例中，準直導光體3 0 〇係連接至一光輸入端3 1 9 之燈3 1 0及反射器3 2 0。來自燈3 1 0之光係被導引經角度濾膜3 3 0 ，至一非攝像光學（Ν I〇）3 4〇。角度濾膜3 3 0包含一平坦側3 2 1及一具有多數平行等角二角棱鏡之第二側3 2 2 ，或如於第2 0 Α — 2 0 C圖所示之2維之稜鏡陣列。角濾膜3 3 0之功能係對準具有本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -36 : 504602 A7 B7 五、發明說明（34 ) 不要之雜散射線之光。如前所述，光線行經整個N I〇 3 4 0之長度經過全內反射至遠端3 4 2。一反射層 3 4 4反射光回來經過N I 0 340。再次參考第1 5圖，N I 0340可以如所示爲具有直線頂及底面或具有斜頂及底面之準直導光體。非攝像光學3 4 0可以被連接至或與準直導光體3 0 0 —體成型。於其他實施例中，本發明係被保留，即使反射器3 2 〇，角濾0旲3 3 0及N I〇3 4 0之一或多數被省略，這些元件係爲可選用的。再參考第1 5圖，每一形成於準直導光體3 0 〇之底部之光學元件3 5 0可以具有兩平面刻面，一平坦刻面及一彎曲刻面，或兩均爲彎曲刻面。於所描繪之實施例中，每一第一光學元件具有第一平坦刻面3 5 1及一第二平坦刻面3 5 2 ，第二刻面係被設計以爲全內反射（丁 I R ) 所作動。於較佳實施例中，每一第一多數元件具有一平坦及一下凹刻面，下凹刻面係設計以爲全內反射.（T I R ) 所作動。諸光學元件3 5 0之一，兩者之刻面或都沒有，可以被設計以由全內反射，或包含金屬反射，吸收及/或傳送之其他方式所作動。於所描述實施例中，由準直導光體3 0 0所經由第二平坦刻面3 5 2輸出之光射線3 6 1 - 3 6 2係侷限於一相當窄角度範圍內，該角度範圍係非垂直於準直導光體3 0 0之頂面。然而，本發明包含輸出角範圍垂直於頂面之實施例。參考第1 8 B圖，一下層3 6 0可以位於第一多數光本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

>」n ftn m > «ϋ n ϋ I ^ · emmmmm mmmmmmm In 8ϋ MmmmB n l I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 37 504602 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（35 ) 學元件3 5 0下。下層3 6 0可以是一分離彈性層之反射材料，例如得利（I c I ) Melinex #329 — 5 00° 下層3 6 0改良亮度及系統外觀。下層3 6 0可以完全不透明，大致不透明或部份透光。於較佳實施例中’下層 3 6 0可以爲白，珍珠白或彩色。系統可以包含一 L c D (未示出），其係位於所例不次組件上。L C D之功#係提供一膝上型電腦，或其他顯示器。再次參考第1 5圖，由準直導光體3 0 0之頂部輸出，經由第二卒刻面3 5 2之T I R之光射線3 6 1 — 3 6 2係更被一光彎曲及觀看膜4 0 0所折射及反射。光彎曲及觀看膜4 0 0包含第二多數光學元件4 1 0。每一第二多數光學元件4 1 0具有第一平坦刻面4 1 1及第二平坦刻面4 1 2 ，第二刻面係被設計以爲T I R所作動。每一第二多數光學元件4 1 0可以具有兩平坦刻面，一平坦刻面及一彎曲刻面，或兩彎曲刻面。另外，刻面之兩，一個或沒有一刻面可以被設計以爲T I R或包含金屬反射，吸收及/或導光之替代方式所作動。於一較佳實施例中，第二刻面由T I R所作動並相對於第一刻面係爲凹陷。參考第1 5圖，由準直導光體3 0 0輸出之光係被折射，於進入光彎曲及觀膜4 0 0，於行經準直導光體 3 0 0之頂面及第二多數光學元件4 1 0之第一刻面 4 1 1之間後。被折射光然後爲第二多數光學元件4 1〇之第二刻面4 1 2所受到T I R。如於先前所述，此反射可以由於例如一金屬層而被鏡射，或除了所述之全內反身寸本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -38- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) |裝·-------訂--------- 川46〇2 A7 B7 1、發明說明（36 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 外，被塗層或導光所吸收。於第1 5圖中，來自第一刻面 4 1 2之反射光然後行經一表面擴散板4 2 0。表面擴散板4 2 0可以爲膜4 0 0之整體部份，或可以是被積層或附著至膜4 0 0上之分離層。表面擴散板所複製或模鑄之材料可以具有與膜4 0 0之其他部份，甚至不是其一體部份相同之折射率。經由表面擴散板4 2 0由光彎曲及觀看膜4 〇〇輸出之光可以可以被作成相當窄角度範圍或被分散爲一相當窄角度範圍。同樣地，經由表面擴散板4 2 0 輸出之光可以被垂直或非垂直光彎曲及觀看膜4 0 0之頂面。於第1 5圖所示之實施例中，輸出光係寬擴散及未垂直於表面擴散板4 2 0之頂面。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製現參考第1 6 A圖，光彎曲及觀看膜4 0 0可以爲單層材料，其包含定義第二多數光學元件之下拓樸外形 426 ，及定義表面擴散板之上拓樸外形428。或者，光彎曲及觀看膜4 0 0可以爲兩層，或三層，或更多層組合材料。例如，第二多數光學元件可以重製於第一層光聚合化材料中，該材料係被提供於一聚酯載體組之一側。然後’表面擴散板可以重製於第二層光聚合化材料中，該材料係被提供於該聚酯載體之另一側中，藉以將網藏於兩光聚合化層中。或者，載體網可以同時被提供有相反光聚合化材料層，該材料層係同時被重製及聚合化。或者，相反於使用載體網，拓樸之一可以是被壓模，以形成一作爲載 β豆之丨曾’用以光聚合化材料塗層，第二拓樸可以被重製於該材料中。再者，拓樸膜4 〇〇均可以被藏於單一層之聚 -39 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNtS)a4規格（210 X 297公釐） 504602 Α7 ____ Β7 五、發明說明（37 ) 碳化物或其他合適材料中，或被以噴射鑄造方式作成。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於第1 6 A圖中，射線軌跡係被顯示用於由區域源射出之光。更明確地說，於第1 6 A圖中，多數光射線係被顯示由虛擬點光源發射，以描繪膜4 0 〇之基本反應。現參考第1 6 B圖，一光彎曲及轉向膜9 1 0包含一定義多數光學元件之下拓樸外形9 2 6及定義一表面擴散板9 2 9之上拓樸外形9 2 8。一準直導光體9 5 0係位於接近下拓樸外形9 2 6。可以了解的是，很多例示於導光體9 5 0中之射線係被Τ I R所反射，並不會到達下拓樸外形9 2 6。因此，未出現之射線係相當地準直。再者，參考射線931 ，932及933，可以了解的是膜 9 1 0作動以更進一步準直經由下拓樸外形9 2 6進入膜 9 1〇之光。經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣現參考第1 7 A圖，一角濾膜5 0 0 (例如由美國明尼蘇達州3 Μ公司所購得之b e F )，可以位於準直導光體（未示出）之光引擎入口端。應注意的是，膜5 0 0並不能適當地被亮度加強膜，因爲此一作用係相反於熱力學第二定律。相角濾膜係更精確些。一角濾膜5 0 0可以包含第一平面側5 1 0及第二側5 2 0，具有多數等角三角形稜鏡5 3 0。由向下指箭頭5 5 5所表示之入射光之一部份係由膜5 0 0所準直。可以了解的是，膜5 0 0作動爲一用於一些射線之準直結構並同時作爲其他射線之排斥濾器，這些係取決於這些射線相對於三角稜鏡頂部5 3 5 之入射位置而定。例如，射線5 4 1 ，5 4 2 ，5 4 3及本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4〇- 504602 A7 - B7 五、發明說明（38 ) 5 4 4係由膜5 〇〇所排斥並被送回向圖之上方。現參考第1 7 B圖，大量之與膜5 0 0作用之射線係被顯示。可以了解的是，入射射線5 2 5只有一部份被導引向LCD(未示出）。現參考第20A，20B及20C，除了此結構所提供之一般2 D過濾外，另外三個提供至少某程度之3 D過濾之角濾膜係被描繪出。一平板陣列角錐5 6 0係被顯示於第2 Ο A圖中。一平板陣列之長形角錐形結構5 7 0係示於第2 Ο B圖中。一平坦陣列圓錐5 8 0係示於第 2〇C圖中。這些實施例於z方向及X及Y方向中均提供某些程度之角過濾。參考第1 8圖，一光彎曲及觀看膜7 0 0可以包含多數光學元件7 1 〇，每一元件具有一平坦刻面7 2 0及一彎曲刻面7 3 0。彎曲刻面可以相對於予以由該刻面所反射之通量係相同或最佳化。於此實施例中，平坦刻面 7 2 0係透明的，及彎曲刻面作動全內反射。然而’雖然第一刻面爲透明，但第二刻面可以平坦及/或金屬化’使得被鏡反射所操作。參考第1 9圖，一準直導光體8 0 0包含多數光學元件8 1 0 ，每一元件具有一彎曲刻面8 2 0 ，其係相對於由該刻面所射之通量爲最佳化。每一光學兀件8 1 0同時包含一平坦刻面8 3 0。彎曲刻面8 2 0可以爲全內反射所作動，或可以提供有一反射塗層，以爲鏡反射所作動。這些反射刻面可以是平坦或彎曲。多數光學元件之刻面可 ^纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） - --：--I.---------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504602 A7 B7 五、發明說明（39 ) 以被製造，以便使用鏡反射及/全內反射面之任一組合及平坦及/或彎曲面之任一組合。於例示實施例中，光源將會於右端及反射遠端將於左方。當由圖左方之反射遠端移開（未示出）時’彎曲刻面變成更短。於平坦刻面及相關彎曲刻面間之上頂角及彎曲形狀爲不變，但當移開反射遠端時，平坦刻面角增加。相關於由頂點所定義之一面，凹槽深度隨著光源距離降低。此拓樸外形可以使用主材加以重製’其中每一光學元件係依序被一鑽石工具所切割，該工具係可由相對於前一元件作旋轉。本發明之較佳實施例可以藉由測試準直輸出之出現而一次測一個。用於準直輸出之測試可以在沒有不當實驗下，使用簡單及傳統平坦化實驗下被實驗。於其他方式之中，尋找具有準直輸出屬性之實施例，導引向下一較佳實施例可以基於均質性之出現。所揭示之實施例顯示一螢光燈作爲用以執行發光功肯旨之結構，但用以發光之結構也可以是能執行發光功能之其他結構，包含例如，發光二極體（L E D )陣列，或其他非單色光源例如閃光。照明源可以甚至是一單色光源，不管是否較不易買到。所揭示之實施例顯示圓柱及圓錐微透鏡作爲於導光體頂面外之執行影像準直之功能，但用以攝像準直之結構可以是任何可以執行改變發散光功能之結構，包含例如非線性光學，例如對流室。本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -42 - 丨.-------------------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504602 A7 B7 五、發明說明（4〇）所揭示之實施例顯示一光整形擴散板作爲用以執行光整形之結構，但用以光整形之結構可以是任何可以執行光整形之結構，包含例如一福史奈透鏡之透鏡。本發明之實際應用可以於例如照明一液晶顯示器之技術領域中。再者，所有本發明之揭示係用於配合液晶顯示器，例如用以顯示資料之目的，或顯示一影像目的等。本發明所述之無數用途，於此不再詳述。本發明於此之說明係提供重大改良之無法預期的成果，以相當低功率取得了很好之輸出，而沒有對角線失真。本發明於此所述可以不必實驗加以實施。上述或以下係倂入作爲參考。雖然，發明人所想出之最佳模式以執行本發明係如上述，但本發明之實施並不限定於此。其可以修改本發明特性之各種增加，修改或重新安排可以在不脫離本發明之精神及範圍下加以完成。例如，系統之小型化可以藉由提供較薄發光源或較薄準直導光體加以加強。同樣地，雖然塑膠係較佳地用於準直導光體中，但任一較佳折射材料可以用於此處。另外，其他之個別元件不必由所揭示之材料製造，其也可以由任何適當材料作成。再者，個別元件不必被形成呈所揭示之形狀，或組合成所揭示之架構，而可以提供任何形狀，或組合成任一架構，而準直光，以提供背光即可。再者，雖然於此所揭示的是一實際分離模組之液晶顯示系統，但可以修改爲液晶本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐、 _ 43 ' ---〇--1------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 504602 A7 _B7 五、發明說明（4]) 顯示與設備一體成型。再者，每一揭示之實施例之特性可以被組合，或替換其他揭示之特性，除了那些彼此不能排外及分改區修所，圍加範增利些專這請所申蓋附覆隨要由想將係例圍施範實利之專明請發申本之。性附置特隨配之新除重 ------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -44 - 504602 A7 ___B7 五、發明說明（42 ) 參考資料。 1 . w . T .威爾福及R .溫思頓，所著"非攝像集中器之光學"，於學校雜誌（1 9 7 8 )。 2 . R .溫思頓及T .強森，所著"路易維理論及集中器光學"，於美國光學協會月刊，A. 3 · 7 (1986) 及 A 1 · 1226 (1984) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-an n alai n n. 一口 f I 1··— ·ϋ n 11 i·— n i^i I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -45-

Claims

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1 . 一種背光設備包含： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 具有一光輸入端，一頂面，一相對於頂面之底面’相對側面，一遠端，其相對於光輸入端，及一全內反射臨界角之準直導光體；多數第一刻面形成於沿著光輸入及遠端間準直導光體分佈之底面中，並至少延伸於相對面間之部份上；每一第一刻面具有第一刻面底面，其係向頂面收斂呈遠離遠端之方向，相對於頂面呈一少於1 0度之角度r ; 與其中，第一刻面底面被安排使得進入光輸入端之光射線可以被全內反射至準直導光體之遠端，其中，於遠端之散射及反射面反射並散射入射於其上之光射線回到光輸入端，及其中第一刻面底面使得被由遠端反射之光射線離開頂面。 2 .如申請專利範圍第1項所述之背光設備，其中該第一刻面底面係使得由遠端反射之光射線以接近全內反射臨界角之角度，以相對於頂面2 r之角度離開頂面。 3 .如申請專利範圍第1項所述之背光設備，其中該第·刻面底面具有一密度P ，沿著準直導光體之底面分佈，其係沿著準直導光體之距遠端的距離之函數改變。 4 .如申請專利範圍第3項所述之背光設備，其中該密度P隨著距遠端距離增加而增加。 5 .如申請專利範圍第1項所述之背光設備，其中該每一第一小刻面底面爲一直線刻面底面。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -46- 504602 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍 6 ·如申請專利範圍第3項所述之背光設備，其中該每一第一小刻面底面爲一直線刻面底面，其中直線第一刻面底面之密度隨著距遠端距離之增加而增加，及其中每一連續第一直線刻面底面之角度7相對於每一前一第一直線刻面底面，於遠離遠端之方向略微增加。 7 .如申請專利範圍第6項所述之背光設備，其中該每一直線第一刻面底面係彼此平行於直線刻面底面。 8 .如申請專利範圍第1項所述之背光設備，更包含多數第二刻面，於底面中，諸刻面具有第二刻面底面，多數第二刻面係沿著光輸入端及遠端間之準直導光體分佈’並與多數第一刻面交替，並延伸於相對側面之至少部份間。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之背光設備，其中只有第一刻面底面包含一反射層，以防止光由第一刻面底面洩漏。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項所述之背光設備，其中於每一第一刻面底面上之反射層係爲金屬化反射層。 1 1 ·如申請專利範圍第1項所述之背光設備，其中每一第一刻面整個延伸於相對側面間之背光準直導光體之間。 1 2 ·如申請專利範圍第1項所述之背光設備，其中多數第-_ 刻面係沿著底面分佈，使得由頂.面發射並分佈於整個準直導光體長度上之之光具有大致均勻強度。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -47- -----------•裝--------訂---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 504602 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍 1 3 ·如申請專利範圍第1項所述之背光設備，更包含：一擴散板，光學地耦合至準直導光體之頂面，用以均質化離開頂面之光。 1 4 ·如申請專利範圍第1項所述之背光設備，更包含：一非朗伯擴散板，光學耦合至準直導光體之光輸入端，用以降低來自光輸入端之反射。 1 5 ·如申請專利範圍第1項所述之背光設備，更包含：一空間光調變器，光學耦合至準直導光體。 1 6 ·如申請專利範圍第1項所述之背光設備，更包含： •一光源，光學耦合至準直導光體之光輸入端。 1 7 .如申請專利範圍第1項所述之背光設備，更包含：一液晶顯示，光學耦合至準直導光體之頂面。 18· —*種液晶顯不設備，包含：一液晶元件，其具有前觀看面及一相對背面；一準直導光體具有一光輸入端，一相對於液晶顯示之背面之頂面，一相對於頂面之底面，相對側面，一相對於光輸入端之遠端，及一全內反射臨界角；一光源係安置於接近光輸入端；多數第一刻面於底面中，並沿著於光輸入端及遠端間 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297^^ -48 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504602 A8 B8 C& D8 六、申請專利範圍之準直導光體分佈.，並延伸於相對側間之至少部份上；每一第一刻面具有第一刻面底面，其由遠離遠端向頂面之方向收斂，以相對於頂面少於1 0度之角度7 ; •一光散射及反射面，安置於準直導光體之遠端；及其中’第一刻面底面使得進入光輸入端之光射線被全內反射至準直導光體之遠端，其中於遠端之散射及反射面反射並散射入射於其上之光射線，回到光輸入端，及其中第一刻面底面係使得由遠端反射之光射線，離開準直導光體之頂面，向液晶顯示元件。 1 9 ·如申請專利範圍第1 8項所述之液晶顯示設備，更包含：一非朗伯第一擴散板，光學耦合至液晶元件，用以導 JI光射線離開液晶顯示；一第二擴散板，光學耦合至準直導光體之頂面，用以均質化離開頂面之光射線；及一非朗伯第三擴散板，光學耦合至準直導光體之光輸入端，用以減少來自光輸入端之反射。 2 0 ·如申請專利範圍第1 7項所述之液晶顯示設備，更包含：一空間光調變器，光學耦合至準直導光板。 2 1 ·如申請專利範圍第1 8項所述之液晶顯示設備，史包含：多數第二刻面，於底面中，諸刻面具有第二刻面底面，多數第二刻面係沿著光輸入端及遠端間之準直導光體分本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -49^" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------· 504602 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8t、申請專利範圍佈，並與多數第一刻面交替，並延伸於相對側面之至少部份間，其中第一刻面底面及第二刻面底面使得進入光輸入端之光被全內反射至準直導光體之遠端，藉以於遠端之散射及反射面反射及散射入射至其上之光射線回到光輸入端，及其中第一刻面底面使得反射自遠端之光射線以接近對頂面呈切角之角度離開頂面。 2 2 · —種背光設備包含：一準直導光體，具有一光輸入端，一頂面，一相對於頂面之底面，相對側面，一遠端，其相對於光輸入端，及一全內反射臨界角；多數第一刻面形成於沿著光輸入及遠端間準直導光體分佈之底面中，並至少延伸於相對側面間之部份上；每一第一刻面具有一彎曲第一刻面底面，其係向頂面收斂呈遠離遠端之方向；多數第二刻面於底面之中，每一第二.刻面具有第二刻面底面，諸第二刻面係沿著光輸入端及遠端間之準直導光體分佈，並與多數第一刻面交替排列，並延伸於至少相對側面間之一部份；一光散射及反射面，安置於接近準直導光體之遠端；及其中’第一刻面及第二刻面底面使得進入光輸入端之光射線被全內反射至準直導光體之遠端，藉以於遠端之散射及反射面反射並散射入射於其上之光射線回到光輸入端，及其中第一彎曲刻面底面係被安排以反射光射線束入射 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- ·1111111 %· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -50- 504602 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍至彎曲第一刻面並自遠端反射，以接近於垂直於頂面之角度離開頂面。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # ---訂---------線- -51 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）