CN114384708A - 一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，包括指向背光源、整体二次配光透镜阵列和菲涅尔透镜阵列膜层；所述整体二次配光透镜阵列将指向背光源发出的光线整形成非对称光束，集中照亮菲涅尔透镜阵列膜层。通过上述结构，本发明所述指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，所述整体二次配光透镜阵列将指向背光源发出的光线整形成非对称光束，集中照亮菲涅尔透镜阵列膜层。人眼从屏幕处观看，由于整个菲涅尔透镜阵列膜层都被均匀照亮，人眼在屏幕的每个区域单元接收到的亮度一致，则不会产生屏幕亮度不均匀现象；还可以应用到照明领域，实现多光源非对称叠加照明，使指定区域光照更加均匀。

Description

一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统

技术领域

本发明涉及立体图像显示领域，更具体地，涉及一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统。

背景技术

指向背光裸眼3D技术已经完美地解决分辨率损失问题，其以像源与光源独立的技术，以不损失分辨率的形式，实现3D图像的呈现。其主要由指向性背光源，菲涅尔透镜阵列以及图像显示层以及线性扩散片等光学器件组成。其中，图像显示器件以120HZ或240HZ刷新率的液晶面板为主。当刷新左眼图像同时，左眼相应LED背光源开启；刷新右眼图像同时，右眼相应LED背光源开启，由于其单眼刷新率大于60HZ,因此不会屏闪现象发生。另外，其无需像素级别的菲涅尔透镜与液晶面板匹配，易加工。但其仍存在部分缺陷，诸如受限于背光灯辐射角度问题、宽视区造成的边缘亮度下降问题以及串扰值、均匀性相互矛盾的问题也使此技术备受关注。由于背光灯辐射角度问题，导致背光灯不能照亮整块菲涅尔透镜单元或者在菲涅尔透镜单元表面的光照不均匀。与普通2D显示器不同的是，这种光照不均匀导致从观看者的角度观察3D显示器屏幕，不能够看到均匀显示图像，同时观看的视区也会受到严重的影响。

LED二次配光技术在照明领域很广泛应用，应用到指向背光尚属其次。配光是指光源在空间各个方向的光强分布情况，是光源特性的反映。光强为在某一方向上，单位立体角内所辐射出的光通量值，单位坎德拉(cd)，表征光源在不同方向的辐射特性。二次配光表示利用光学元件对光源的光线分布情况进行重新调制，光学配光元件对于LED照明灯具的使用十分重要。一般功率LED成为照明品前，要进行两次光学设计。一次配光设计在封装时进行，为的是调整LED的发光角度、光通量、光强、色温与色点的范围与分布等问题。而二次配光设计则是根据不同的应用需要，针对LED所发出的光的特点进行重新调整，以实现与设计目标相符的配光巧式。简单地说，一次配光设计的目的是尽可能提高LED芯片中发出光的光学效率，二次配光设计的目的则是让整个灯具系统发出的光能满足配光要求。

指向背光技术便是利用背光模块在LED的设计，LED光源藉由序列式方式打出，配合反应快速的面板显示影像，利用光学设计将LED显示光源分别准确地投射至左右眼，互相交替造成视差而产生3D效果。其中的技术关键便在于采用指向背光光学膜，藉由光学膜来达到准确投射LED光源于左右眼的效果。现有的直下式指向背光裸眼3D显示器仅仅利用一次配光LED光源，光源的均匀度较差，显示效果不好。

图4为常规的直下式指向背光源的结构示意图，图中10为菲涅尔透镜单元， 11为V型背光单元，12为一次配光的LED光源。所述LED光源12的每个发散角度一致，大约为120度，且关于光源的灯珠呈中心对称，即θ＝γ＝60°。所述 LED光源12相对菲涅尔透镜单元10分布在不同位置处，而LED光源12不能够均匀照亮整个菲涅尔透镜单元10导致显示器亮度不均匀。

现有的技术中，中国发明专利公开了一种裸眼3D指向性背光系统中减弱摩尔条纹的方法，计算出菲涅尔透镜组与LCD液晶屏幕在不同角度、距离和周期比之下在LCD液晶屏幕产生的摩尔条纹并作图；在裸眼3D指向性背光系统中菲涅尔透镜组与LCD液晶屏幕的周期性信息所产生摩尔条纹视觉对比度分布图中，找出菲涅尔透镜组与LCD液晶屏幕距离以及角度的最优值；根据所找出的菲涅尔透镜组与LCD屏幕的距离以及角度的最优值来构建3D指向性背光系统，该发明是在不影响裸眼3D系统的视觉享受的同时，减弱摩尔条纹得，可以大幅度提高视觉感官视图的质量。

发明内容

本发明为解决现有的直下式指向背光裸眼3D显示器仅仅利用一次配光LED 光源，光源的均匀度较差，显示效果不好的技术缺陷，提供了一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，包括指向背光源、整体二次配光透镜阵列和菲涅尔透镜阵列膜层；所述整体二次配光透镜阵列将指向背光源发出的光线整形成非对称光束，集中照亮菲涅尔透镜阵列膜层。

上述方案中，通过上述结构，本发明所述指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，所述整体二次配光透镜阵列将指向背光源发出的光线整形成非对称光束，集中照亮菲涅尔透镜阵列膜层。人眼从屏幕处观看，由于整个菲涅尔透镜阵列膜层都被均匀照亮，人眼在屏幕的每个区域单元接收到的亮度一致，则不会产生屏幕亮度不均匀现象；还可以应用到照明领域，实现多光源非对称叠加照明，使指定区域光照更加均匀。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列将相对菲涅尔透镜阵列膜层不同位置处的指向背光源发出的光线整型成非对称光束，以集中均匀照亮整个菲涅尔透镜阵列膜层。

优选的，其指向背光源相对菲涅尔透镜阵列膜层不同位置处包括有以下算法：

m＝h·tanα

n＝h·tanβ

其中，h为整体二次配光透镜阵列距离菲涅尔透镜阵列膜层的垂直距离，m 为整体二次配光透镜阵列横向向左照射菲涅尔透镜阵列膜层的最大距离，n为整体二次配光透镜阵列横向向右照射菲涅尔透镜阵列膜层的最大距离，α是整体二次配光透镜阵列横向向左的最大出光角，β是整体二次配光透镜阵列横向向右的最大出光角。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列为自由曲面光学系统。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列为具有非对称配光特性的LED二次配光的自由曲面光学系统。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列包括若干个配光透镜单元，任意一个配光透镜单元都对应一个发光单元，通过点对点的映射关系，将指向背光源发出的光投射到相同的照明区域，使得菲涅尔透镜阵列膜层形貌都不一致。

优选的，所述菲涅尔透镜阵列膜层包括若干个菲涅尔透镜单元，任意一个配光透镜单元都对应一个发光单元，通过点对点的映射关系，将指向背光源发出的光投射到相同的照明区域，每个菲涅尔透镜单元的形貌都不一致。

优选的，所述菲涅尔透镜单元的透镜形貌是一个渐变的弧形，光束中心始终保持在菲涅尔透镜单元中心位置。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列紧贴在指向背光源上方，将相对菲涅尔透镜单元不同位置处的指向背光源发出的光线整形成非对称光束。

优选的，所述指向背光源为LED光源。

上述方案中，所述整体二次配光透镜单元将相对菲涅尔透镜单元不同位置处的LED光源发出的光线整型成非对称光束，即θ≠γ，以集中均匀照亮整个菲涅尔透镜单元。

整体二次配光透镜单元距离菲涅尔透镜单元的垂直距离，m为整体二次配光透镜横向向左照射菲涅尔透镜单元的最大距离，n为整体二次配光透镜单元横向向右照射菲涅尔透镜单元的最大距离，α是整体二次配光透镜单元横向向左的最大出光角，β整体二次配光透镜单元横向向右的最大出光角，可得出下式：

m＝h·tanα

n＝h·tanβ

人眼从屏幕处观看，由于整个菲涅尔透镜单元都被均匀照亮，人眼在屏幕的每个区域单元接收到的亮度一致，则不会产生屏幕亮度不均匀现象。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，所述整体二次配光透镜阵列将指向背光源发出的光线整形成非对称光束，集中照亮菲涅尔透镜阵列膜层。人眼从屏幕处观看，由于整个菲涅尔透镜阵列膜层都被均匀照亮，人眼在屏幕的每个区域单元接收到的亮度一致，则不会产生屏幕亮度不均匀现象；还可以应用到照明领域，实现多光源非对称叠加照明，使指定区域光照更加均匀。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明系统中的直下式指向背光整体二次配光透镜阵列结构示意图；

图3是本发明系统中的直下式指向背光整体二次配光透镜阵列设计示意图；

图4是常规的直下式指向背光结构示意图；

附图标记说明：1、指向背光源；2、整体二次配光透镜阵列；3、菲涅尔透镜阵列膜层；10、菲涅尔透镜单元；11、V型背光单元；12、LED光源；13、整体二次配光透镜单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1所示，一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，包括指向背光源 1、整体二次配光透镜阵列2和菲涅尔透镜阵列膜层3；所述整体二次配光透镜阵列2将指向背光源1发出的光线整形成非对称光束，集中照亮菲涅尔透镜阵列膜层3。

上述方案中，通过上述结构，所述指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，所述整体二次配光透镜阵列2将指向背光源1发出的光线整形成非对称光束，集中照亮菲涅尔透镜阵列膜层3。人眼从屏幕处观看，由于整个菲涅尔透镜阵列膜层3都被均匀照亮，人眼在屏幕的每个区域单元接收到的亮度一致，则不会产生屏幕亮度不均匀现象；还可以应用到照明领域，实现多光源非对称叠加照明，使指定区域光照更加均匀。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列2将相对菲涅尔透镜阵列膜层3不同位置处的指向背光源1发出的光线整型成非对称光束，以集中均匀照亮整个菲涅尔透镜阵列膜层3。

优选的，其指向背光源1相对菲涅尔透镜阵列膜层3不同位置处包括有以下算法：

m＝h·tanα

n＝h·tanβ

其中，h为整体二次配光透镜阵列2距离菲涅尔透镜阵列膜层3的垂直距离， m为整体二次配光透镜阵列2横向向左照射菲涅尔透镜阵列膜层3的最大距离， n为整体二次配光透镜阵列2横向向右照射菲涅尔透镜阵列膜层3的最大距离，α是整体二次配光透镜阵列2横向向左的最大出光角，β是整体二次配光透镜阵列2横向向右的最大出光角。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列2为自由曲面光学系统。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列2为具有非对称配光特性的LED二次配光的自由曲面光学系统。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列2包括若干个配光透镜单元，任意一个配光透镜单元都对应一个发光单元，通过点对点的映射关系，将指向背光源1发出的光投射到相同的照明区域，使得菲涅尔透镜阵列膜层3形貌都不一致。

优选的，所述菲涅尔透镜阵列膜层3包括若干个菲涅尔透镜单元，任意一个配光透镜单元都对应一个发光单元，通过点对点的映射关系，将指向背光源1发出的光投射到相同的照明区域，每个菲涅尔透镜单元的形貌都不一致。

优选的，所述菲涅尔透镜单元的透镜形貌是一个渐变的弧形，光束中心始终保持在菲涅尔透镜单元中心位置。

优选的，所述整体二次配光透镜阵列2紧贴在指向背光源上方，将相对菲涅尔透镜单元不同位置处的指向背光源1发出的光线整形成非对称光束。

优选的，所述指向背光源1为LED光源。

实施例2

图2是本发明所述的直下式指向背光整体二次配光透镜，图中13为整体二次配光透镜单元。

所述整体二次配光透镜单元13将相对菲涅尔透镜单元10不同位置处的LED 光源12发出的光线整型成非对称光束，即θ≠γ，以集中均匀照亮整个菲涅尔透镜单元10。

图2所述的实施方式中，整体二次配光透镜单元13距离菲涅尔透镜单元10 的垂直距离，m为整体二次配光透镜13横向向左照射菲涅尔透镜单元10的最大距离，n为整体二次配光透镜单元13横向向右照射菲涅尔透镜单元10的最大距离，α是整体二次配光透镜单元13横向向左的最大出光角，β整体二次配光透镜单元13横向向右的最大出光角，可得出下式：

m＝h·tanα

n＝h·tanβ

图2所述的实施方式中，人眼从屏幕处观看，由于整个菲涅尔透镜单元10 都被均匀照亮，人眼在屏幕的每个区域单元接收到的亮度一致，则不会产生屏幕亮度不均匀现象。

实施例3

图3是本发明所述的直下式指向背光整体二次配光透镜，图中点O为透镜中心。

图3所述实施方式中，所有直下式指向背光整体二次配光透镜阵列2的每个单元都对应着一个发光单元，通过点对点的映射关系，将LED光源12发出的光投射到相同的照明区域，每个整体二次配光透镜单元13的形貌都不一致。为确保相邻整体二次配光透镜单元13的光照连续性，整体二次配光透镜单元13的透镜形貌是一个渐变的过程，光束中心始终保持在菲涅尔透镜单元中心位置O，直下式指向背光整体二次配光透镜13紧贴在LED光源12上方，对LED光源12 发出的光进行整形。

附图中的描述仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，包括指向背光源(1)、整体二次配光透镜阵列(2)和菲涅尔透镜阵列膜层(3)；所述整体二次配光透镜阵列(2)将指向背光源(1)发出的光线整形成非对称光束，集中照亮菲涅尔透镜阵列膜层(3)。

2.根据权利要求1所述的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，所述整体二次配光透镜阵列(2)将相对菲涅尔透镜阵列膜层(3)不同位置处的指向背光源(1)发出的光线整型成非对称光束，以集中均匀照亮整个菲涅尔透镜阵列膜层(3)。

3.根据权利要求2所述的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，其指向背光源(1)相对菲涅尔透镜阵列膜层(3)不同位置处包括有以下算法：

m＝h·tanα

n＝h·tanβ

其中，h为整体二次配光透镜阵列(2)距离菲涅尔透镜阵列膜层(3)的垂直距离，m为整体二次配光透镜阵列(2)横向向左照射菲涅尔透镜阵列膜层(3)的最大距离，n为整体二次配光透镜阵列(2)横向向右照射菲涅尔透镜阵列膜层(3)的最大距离，α是整体二次配光透镜阵列(2)横向向左的最大出光角，β是整体二次配光透镜阵列(2)横向向右的最大出光角。

4.根据权利要求1所述的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，所述整体二次配光透镜阵列为自由曲面光学系统。

5.根据权利要求4所述的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，所述整体二次配光透镜阵列(2)为具有非对称配光特性的LED二次配光的自由曲面光学系统。

6.根据权利要求2所述的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，所述整体二次配光透镜阵列(2)包括若干个配光透镜单元，任意一个配光透镜单元都对应一个发光单元，通过点对点的映射关系，将指向背光源(1)发出的光投射到相同的照明区域，使得菲涅尔透镜阵列膜层(3)形貌都不一致。

7.根据权利要求2所述的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，所述菲涅尔透镜阵列膜层(3)包括若干个菲涅尔透镜单元，任意一个配光透镜单元的发光单元，通过点对点的映射关系，将指向背光源发出的光投射到相同的照明区域，每个菲涅尔透镜单元的形貌都不一致。

8.根据权利要求7所述的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，所述菲涅尔透镜单元的透镜形貌是一个渐变的弧形，光束中心始终保持在菲涅尔透镜单元中心位置。

9.根据权利要求8所述的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，所述整体二次配光透镜阵列(2)紧贴在指向背光源(1)上方，将相对菲涅尔透镜单元不同位置处的指向背光源(1)发出的光线整形成非对称光束。

10.根据权利要求2所述的一种指向背光的整体二次配光透镜阵列系统，其特征在于，所述指向背光源(1)为LED光源。

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