CN103672615A - 一种用于成像投影系统的背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于成像投影系统的背光模组，包括液晶屏和背光灯板，还包括设在所述液晶屏和背光灯板间的定向扩散膜片；本发明以定向扩散型光源取代传统扩散型光源，尽量减少因背光光线大角度入射而造成的LCD黑场漏光现象，从而提高液晶屏对比度；而且定向扩散薄膜能控制LCD出屏亮度视角分布，包括亮度非对称分布以满足偏轴离心系统对亮度视角的需求。同时定向扩散膜不但具有定向扩散的聚光特性，而且具有良好的匀光特性，可同时取代普通扩散膜和棱镜膜组成的常规液晶背光模组，简化了背光模组结构，提高了光能利用率。

Description

一种用于成像投影系统的背光模组

技术领域

本发明涉及背光模组，具体涉及一种用于成像投影系统的背光模组。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，发光二极管（LED）作为一种新兴光源技术广泛应用于液晶显示器、照明设备等领域。特别是近年来LED发光光效的不断提升和大功率LED的开发，LED的应用领域也在不断扩展，已开始被应用于投影显示仪器中，它体积小、结构简单、价格低，在仪器的小型化和集成化方面具有很大的优势。但是LED光源的发散角大，光强分布呈近似的朗伯体，这样的光强分布，如果不经过合适的光学系统处理而直接使用，光强利用率和均匀性很难满足投影显示对光学照明系统的需求。

成像投影系统区别于传统的投影机系统，其光学系统利用光线的折射和衍射把图像源模块显示的画面传递到观察者眼中，其特有的偏心离轴特性对背光源的视角光强分布和亮度均匀性要求更加苛刻。一般要求亮度视角有15°左右的法线方向偏移，偏心方向最大视野角在30°左右，在视野角范围内亮度要求均匀性在90%以上，视野角范围之外亮度尽可能的低；这就要求背光具有一定的发散角，而且在发散角内有较高的亮度均匀性。

传统投影机一般选用高度准直的背光源来实现投影显示，并且提升光线利用率，而高度准直的背光系统发散角无法满足偏心离轴投影系统亮度视角的要求。而且传统投影系统采用透镜系统对光源发射光线进行汇聚和准直，由于LED灯发光芯片表面有金属电极的接触面，其芯片本身发光是不均匀的；如果采用凸透镜直接准直或取其部分光准直，即采用扩束或空间滤波的均匀方法时，会产生中央暗斑，凸显其芯片表面的不均匀性。

传统液晶（LCD）显示器背光源采用扩散板或者扩散膜对LED阵列发射的光线进行均匀，并通过棱镜膜进行背光的汇聚，此种背光技术均匀性好、成本低，但是光源发散角大，光能利用率低，无法应用于投影显示系统中。

结合导致液晶（LCD）模块黑场不均，有效视野角狭窄，大视角对比度较差的原因是液晶分子是具有双折射特性的有机棒状分子，入射光线与液晶分子指向矢夹角愈大，双折射愈大。当不同角度的入射光线通过液晶盒时，由于液晶的双折射特性，造成了各光线的有效光学延迟量（△nd）的差异，使得只有法线方向入射的光线才能满足暗态透过率第一最小点的设计要求，从而导致偏离显示屏法线方向光线的暗态最小透过率增加、对比度下降。而且偏离法线越远，对比度下降越严重，甚至出现暗态透过率大于亮态透过率的现象，也就是对比度出现反转。为了解决这种现象除了采用合适的广视角技术进行补偿，另外也可以通过控制背光光线出射方向，尽量减少大视角杂散光线来提升对比度。

因此在采用LED作为基于LCD技术的偏心离轴投影系统的光源时，需要提出一种小发散角、高光效且亮度均匀的背光技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发散角小、高光效且亮度均匀的用于成像投影系统的背光模组。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

该用于成像投影系统的背光模组，包括液晶屏和背光灯板，还包括设在所述液晶屏和背光灯板间的定向扩散膜片。

所述定向扩散膜片包括薄膜，在所述薄膜表面设有由外形不规则透镜排列构成的微结构。

所述透镜排按复眼透镜阵列排列形式排列。

所述透镜尺寸为微米级。

所述薄膜可见光透过率不小于90%。

所述薄膜厚度为150±10μm。

所述薄膜为TAC薄膜。

所述液晶屏为LCD液晶屏，包括液晶分子，在所述液晶分子两侧沿远离液晶分子方向依次设有玻璃基板、相位补偿膜和偏光片；所述定向扩散膜片的薄膜表面微结构正对位于所述液晶分子一侧的偏光片。

所述背光灯板包括基板，在所述基板上设有LED灯。

所述成像投影系统还包括凸透镜、全反射棱镜和聚光透镜系统，背光模组发出光经聚光透镜系统聚光，全反射棱镜折射后，经过凸透镜后汇集到人眼。

本发明的优点在于：该用于成像投影系统的背光模组，在液晶屏和背光灯板间设置定向扩散膜片；以定向扩散型光源取代传统扩散型光源，减少因背光光线大角度入射而造成的LCD黒场漏光现象，从而提高液晶屏的对比度；而且定向扩散薄膜能起到控制LCD出屏亮度视角分布的作用，包括亮度非对称分布以满足偏轴离心系统对亮度视角的需求。

同时定向扩散膜不但具有定向扩散的聚光特性，而且具有良好的匀光特性，可同时取代普通扩散膜和棱镜膜组成的常规液晶背光模组，简化了背光模组结构，提高了光能利用率。

另定向扩散膜采用精细的微细结构，在达到聚光增亮作用的同时，有效增加了出射光的近轴光线组份，减少大角度出射的背光光线；而且定向扩散膜的微结构基本不会发生全发射，提高了背光光线的一次透过率，从而减少了光线多次反射造成的光效损失，提升了光能利用率。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明中成像投影系统的结构示意图。

图2本发明成像投影系统的背光模组的结构示意图。

图3为本发明用于成像投影系统的背光模组的定向扩散膜片的结构示意图。

图4为本发明用于成像投影系统的背光模组的定向扩散膜片光路模拟示意图。

图5为现有技术中棱镜的结构示意图。

图6为现有技术中棱镜膜光路模拟示意图。

上述图中的标记均为：

1、玻璃基板，2、上偏光片，3、相位补偿膜，4、下偏光片，5、液晶盒间隔子，6、液晶分子，7、定向扩散膜片，8、背光灯板，9、液晶屏，10和11为聚光透镜系统，12、全反射棱镜，13、凸透镜，14、人眼，15、薄膜，16、微结构，17、棱镜膜表面微结构，18、棱镜膜基材。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1及图2所示，该用于成像投影系统的背光模组，包括液晶屏9和背光灯板8，还包括设在液晶屏9和背光灯板8间的定向扩散膜片7。

定向扩散膜片7包括薄膜15，在薄膜15表面设有由外形不规则透镜排列构成的微结构16。

透镜排按复眼透镜阵列排列形式排列。

透镜尺寸为微米级。

薄膜15可见光透过率不小于90%。

薄膜15厚度为150±10μm。

薄膜15为TAC薄膜。

复眼透镜阵列是由一个个几何外形完全一致的微小凸透镜排列组成，定向扩散膜片7的薄膜15表面微结构16由一系列外形不规则的微小透镜按复眼透镜阵列排列形式排列构成。两块传统的复眼透镜组合使用可以应用于均匀照明，但是也只是照度的均匀，无法遮掩光源不均匀引起的视觉瑕疵。

而定向扩散膜把一系列外形尺寸不一的微小透镜，按复眼透镜阵列排列形式排列在一张TAC（三醋酸纤维素）薄膜上，透镜尺寸为微米级，薄膜15厚度150±10μm。透镜外形尺寸的不一致和外形尺寸不一致构成的不均匀的排列方式在具有一定的聚光作用的同时也可以起到良好的匀光作用，遮掩背光不均匀造成的显示瑕疵。微小透镜外形尺寸可根据实际需要的效果进行调整。

液晶屏9为LCD液晶屏，为高温多晶硅（HTPS）液晶屏，包括液晶分子6，液晶分子6为呈扭曲向列排列，液晶分子6间设有液晶盒间隔子5（Spacer）；在液晶分子6两侧沿远离液晶分子6方向依次设有玻璃基板1、相位补偿膜3和偏光片，偏光片分为上偏光片2和下偏光片4；定向扩散膜片7的薄膜15表面微结构16正对位于液晶分子6一侧的偏光片。

背光灯板8包括基板，在基板上设有LED灯。

成像投影系统还包括凸透镜13、全反射棱镜12和聚光透镜系统10和11，背光模组发出光经聚光透镜系统10和11聚光，全反射棱镜12折射后，经过凸透镜13后汇集到人眼14。

定向扩散膜片7的聚光原理类似于BEF棱镜膜，根据BEF棱镜膜的结构图5和光路模拟图图6所示，BEF棱镜膜由棱镜膜基材18和棱镜膜表面微结构17构成，棱镜膜基材18为PET基材。对BEF棱镜膜的棱镜膜表面微结构17的光路进行分析可以看出，BEF棱镜膜容易发成全反射；BEF棱镜膜发成全反射，使用BEF棱镜的背光，由于全反射现象的存在，当光线从光密介质出射到光疏介质时入射角度大于布鲁斯特角的近轴光线会在棱镜膜表面发生全反射，出射光线变成大角度出射或者反射回背光腔从而造成光能的损失。

背光光线通过棱镜膜（BEF）后，可以起到聚光增亮的效果，但是出射光近轴光线组份减少，多以与轴向一定夹角出射，而定向扩散膜片7采用更加精细的微细结构（微米级不规则透镜按复眼透镜阵列排列形式排列）；在达到聚光增亮作用的同时，有效增加了出射光的近轴光线组份，减少大角度出射的背光光线。而且定向扩散膜片7的微结构16基本不会发生全发射，提高了背光光线的一次透过率，从而减少了光线多次反射造成的光效损失，提升了光能利用率。

同时，定向扩散膜片7不但具有定向扩散的聚光特性，而且具有良好的匀光特性，可同时取代普通扩散膜和棱镜膜组成的常规液晶背光模组，简化了背光模组结构提高了光能利用率。

本发明提供一种采用定向扩散技术的直下式超高亮背光，采用纳米技术在薄膜15材料表面制成按复眼透镜阵列排列形式排列的微结构16；具有该种结构的薄膜15在扩散匀光的同时把光线汇聚到一个定的发散角内，具有均匀性好、结构简单，光能利用率高等特性

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于成像投影系统的背光模组，包括液晶屏和背光灯板，其特征在于：还包括设在所述液晶屏和背光灯板间的定向扩散膜片。

2.如权利要求1所述的用于成像投影系统的背光模组，其特征在于：所述定向扩散膜片包括薄膜，在所述薄膜表面设有由外形不规则透镜排列构成的微结构。

3.如权利要求2所述的用于成像投影系统的背光模组，其特征在于：所述透镜按复眼透镜阵列排列形式排列。

4.如权利要求3所述的用于成像投影系统的背光模组，其特征在于：所述透镜尺寸为微米级。

5.如权利要求4所述的用于成像投影系统的背光模组，其特征在于：所述薄膜可见光透过率不小于90%。

6.如权利要求5所述的用于成像投影系统的背光模组，其特征在于：所述薄膜厚度为150±10μm。

7.如权利要求6所述的用于成像投影系统的背光模组，其特征在于：所述薄膜为TAC薄膜。

8.如权利要求7所述的用于成像投影系统的背光模组，其特征在于：所述液晶屏为LCD液晶屏，包括液晶分子，在所述液晶分子两侧沿远离液晶分子方向依次设有玻璃基板、相位补偿膜和偏光片；所述定向扩散膜片的薄膜表面微结构正对位于所述液晶分子一侧的偏光片。

9.如权利要求8所述的用于成像投影系统的背光模组，其特征在于：所述背光灯板包括基板，在所述基板上设有LED灯。

10.如权利要求9所述的用于成像投影系统的背光模组，其特征在于：所述成像投影系统还包括凸透镜、全反射棱镜和聚光透镜系统，背光模组发出光经聚光透镜系统聚光，全反射棱镜折射后，经过凸透镜后汇集到人眼。

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