CN201487743U - 一种多光源准直背光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于背光技术领域，提供了一种多光源准直背光系统。所述系统包括：多个用于提供光线的光源；多个反射元件，每个反射元件具有一反射面对应所述光源中的其中一个光源，且设置成使与反射元件对应的光源以一预定方向发出的光线透过反射面反射至一光屏面形成一投射区域，光屏面上相邻的投射区域互相接合；以及至少一用于改变穿过所述光屏面的光线的路径以朝一特定方向射出的准直元件，所述准直元件设于所述光屏面上。本实用新型多光源准直背光系统容易被制成大的尺寸，有利应用于大显示面积的产品。

Description

一种多光源准直背光系统

技术领域

本实用新型属于背光技术领域，尤其涉及一种多光源准直背光系统。

背景技术

现今，大部分的显示产品多利用背光系统作为显示影像所需的光源，诸如：液晶显示器、数字相框、电子书阅读器、行动电话、车用屏幕及立体显示器等。此外，投影系统也多具有背光系统以将动态或静态影像投影至屏幕，广泛用于产品展示、商业会议及课堂教学等方面。今日，薄型化的显示或投影产品已成趋势，消费者对投影画面或显示面板的尺寸需求也越趋多元。因此，背光系统的设计与改良扮演很重要的角色。

请参阅图1，为显示现有的准直背光系统10的结构示意图。该准直背光系统10包括侧发式发光二极管(light-emitting diode，LED)光源11、反射板12、同心圆状导光板14及向下同心圆状集光层16。侧发式LED光源11发出的光线最后会被导向正向，即图1中所示的Z方向，并从同心圆状导光板14所在平面以平面光射出，提供显示影像所需的光量。如图1所示，准直背光系统10通过反射板12及同心圆状导光板14将侧发式LED光源11发出的光线导向正向。同心圆状导光板14刻印有呈同心圆状分布的反射面，可将光线导引至一特定方向。准直背光系统10的向下同心圆状集光层16能够使来自同心圆状导光板14的光线更佳准直，以近似平行的光线沿Z方向射出。向下同心圆状集光层16包含有呈锯齿状分布的棱镜，具有聚焦的作用。

然而，现有的准直背光系统10中，同心圆状导光板14及向下同心圆状集光层16的制造成本很高所以价格昂贵，而且制作过程繁琐不利于大量生产。更重要的是，为达到显示面板的光均匀度的标准，同心圆状导光板14及向下同心圆状集光层16势必需要具备很高的精密度，由于上述两种组件的生产良率会随尺寸的增加而下降，故不利于大尺寸的生产，也就很难应用于大尺寸的显示面板。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种低成本且可应用于大显示面积的产品的多光源准直背光系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多光源准直背光系统，所述系统包括：

多个用于提供光线的光源；

多个反射元件，每个反射元件具有一反射面对应所述光源中的其中一个光源，且设置成使与反射元件对应的光源以一预定方向发出的光线透过反射面反射至一光屏面形成一投射区域，光屏面上相邻的投射区域互相接合；以及

至少一用于改变穿过所述光屏面的光线的路径以朝一特定方向射出的准直元件，所述准直元件设于所述光屏面上。

所述准直元件为一菲涅尔透镜，其数值孔径满足下列公式：

NA＝tanβ，

其中NA表示数值孔径，β为从所述反射面的一边界点反射的光束与所述光屏面的法线的夹角。

所述准直元件为凸透镜。

所述反射元件为平面镜。

所述反射元件为矩形的平面镜。

所述反射元件为凸面镜。

所述反射元件是呈对称排列。

所述光源为发光二极管光源。

所述光屏面上相邻的相接合的投射区域不相重迭。

所述准直元件、每个反射元件以及与每个反射元件对应的光源的配置关系，满足下列公式：

β+δ+90°＝θ

α+2γ＝2θ-180°

2δ＝α+2β

γ＝2β，

其中，α为入射该反射面的一边界点的光束与其反射光束的夹角，β为从该反射面的另一边界点反射的光束与该光屏面的法线的夹角，γ为入射该反射面的边界点的光束与入射该反射面的另一边界点的光束的夹角，δ为该反射面与该光屏面的夹角，θ为从该反射面的另一边界点反射的光束与该反射面的夹角。

本实用新型实施例提供的多光源准直背光系统具有以下优点：(1)通过计算光源与反射元件的位置关系以及对组的数目，可以很容易地将多光源准直背光系统制成大的尺寸，故足以应用于大显示面积的产品。(2)特别对于平面型显示器或投影系统的应用，多光源准直背光系统符合薄型化显示产品的需求，可提供显示影像所需的光源。(3)可以使用发光二极管作为光源，多光源准直背光系统符合绿色科技的标准，具有环保、省电等优点。(4)可以较低成本进行生产，制造多光源准直背光系统的程序简易，适于大量生产。

附图说明

图1是现有技术提供的准直背光系统的结构示意图。

图2是本实用新型提供的多光源准直背光系统的示意立体图。

图3是图2的多光源准直背光系统的切面图。

图4是本实用新型提供的多光源准直背光系统具有四个投影单位的示意立体图。

图5是本实用新型提供的多光源准直背光系统具有六个投影单位的示意立体图。

图6是本实用新型提供的多光源准直背光系统使用凸面镜作为反射元件的示意立体图。

图7是本实用新型提供的菲涅尔透镜的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图2，是本实用新型实施例提供的多光源准直背光系统20的示意立体图。本实用新型实施例提供的多光源准直背光系统20中，一个光源21及一个反射元件22组成一个投射单位，图2中显示有两个投射单位。光源21以一预定方向发出光线，即正对反射元件22的方向，反射元件22将光线反射至一准直元件26。一般而言，准直元件26的作用为改变入射光的路径，以平行光射出。在本实用新型实施例中，光线从准直元件26出光后会朝一特定方向射出，故具有很高的方向性。本实施例中准直元件26的使用可以提升光密度，亮度也因而增加。对于平面显示器的应用方面，本实用新型实施例提供的多光源准直背光系统20适合应用于视向(viewing direction)要求不高的显示器。然而，本实用新型实施例提供的多光源准直背光系统20可在准直元件26后加设散射片，即可应用于视向要求高的显示器。

请参阅图3，是图2的多光源准直背光系统20的切面图。如图3所示，每个与一个光源21对应的反射元件22具有一反射面220。与反射元件22相对应的光源21以一预定方向发出的光线透过反射元件22的反射面220反射至一光屏面260，在该光屏面260上形成一投射区域265。如图3所示，每个投射单位有各自的投射区域265，光屏面260上相邻的投射区域265其边界会互相接合但不会过份重迭，因此光屏面260上不会有亮暗条纹，出光的光均匀性良好。准直元件26设于光屏面260上可以改变穿过光屏面260的光线的路径，将光线聚焦成平行光，或将光线朝一特定方向射出。需注意的是，本实施例中光屏面260是一个假想的平面，不是一个真实的对象。

在本实用新型实施例中，每个投射单元的光源21及反射元件22与准直元件26的配置关系，可通过图3中所示的角度α、β、γ、δ、θ来加以限定，角度α、β、γ、δ、θ满足下列公式：

β+δ+90°＝θ

α+2γ＝2θ-180°

2δ＝α+2β

γ＝2β，

其中α为入射至反射元件22的反射面220的一边界点的光束与其反射光束的夹角，β为从该反射面220的另一边界点反射的光束与光屏面260的法线的夹角，γ为入射该反射面220的该边界点的光束与入射该反射面220的该另一边界点的光束的夹角，δ为该反射面220与该光屏面260的夹角，θ为从该反射面220的另一边界点反射的光束与该反射面220的夹角。需注意的是，该边界点及该另一边界点的入射光束及反射光束处于同一平面。

本实施例中可选用菲涅尔透镜(Fresnel lens)作为多光源准直背光系统20的准直元件26。菲涅尔透镜为1882年法国物理学家菲涅尔(Fresnel)所发明的一种集光透镜，目前已应用于多种光学系统。菲涅尔透镜不仅价格便宜，而且厚度较一般的凸透镜薄，故有利于平面显示器薄型化的发展。请参阅图7，为菲涅尔透镜的结构示意图。菲涅尔透镜具有与凸透镜相类似的聚焦功能，在相同的聚焦能力下，菲涅尔透镜的厚度会比凸透镜的厚度薄。菲涅尔透镜适用于不讲究成像精确度的系统，是一种非成像式透镜(non-imaging lens)。菲涅尔透镜的规格一般利用数值孔径(numerical aperture，NA)来定义，其取决于透镜的长度和焦距。本实施例中，若欲以平行光射出，采用的菲涅尔透镜其规格需满足下列公式：

NA＝tanβ，

其中β为从反射元件22的反射面220的另一边界点反射的光束与光屏面260的法线的夹角。当然，若采用的菲涅尔透镜其规格与上述不同，则出射的光线可能发散或收敛。在应用上，若欲增加显示面板的视向范围，可使用能够导致出射的光线发散的菲涅尔透镜。

请参阅图4及图5，分别为多光源准直背光系统20具有四个及六个投影单位的示意立体图。图4中显示有四个投射单位，图5中显示有六个投射单位，每个投射单位由一个光源21及一个反射元件22所组成。如图2、4、5所示，本实施例的多光源准直背光系统的所有反射元件22是呈对称排列，即从所有反射元件22的位置中可以找到一对称面或对称轴。然而，考虑到不同投射单位的组合的可能性，非对称排列的反射元件22或为可行。需注意的是，本实用新型实施例并不限定投射单位的数目，图2、4、5分别所示的两个、四个、六个投射单位的实例仅为方便说明而已。

本实用新型实施例中，反射元件22最简单的实施方式为使用平面镜。由于显示面板一般为矩形，最直接的方式为使用矩形的平面镜来投射出矩形的投射区域并加以组合成显示面板的显示区域。请参阅图6，为多光源准直背光系统20使用凸面镜作为反射元件22的示意立体图。除了使用矩形的平面镜之外，本实施例也可使用凸面镜作为多光源准直背光系统20的反射元件22。使用凸面镜的好处在于可以很容易的扩大投射区域。此外，本实施例可使用发光二极管作为多光源准直背光系统20的光源21。较佳地，可使用发光亮度高、发光立体角较小的发光二极管。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多光源准直背光系统，其特征在于，所述系统包括：

多个用于提供光线的光源；

多个反射元件，每个反射元件具有一反射面对应所述光源中的其中一个光源，且设置成使与反射元件对应的光源以一预定方向发出的光线透过反射面反射至一光屏面形成一投射区域，光屏面上相邻的投射区域互相接合；以及

至少一用于改变穿过所述光屏面的光线的路径以朝一特定方向射出的准直元件，所述准直元件设于所述光屏面上。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述准直元件为一菲涅尔透镜，其数值孔径满足下列公式：

NA＝tanβ，

其中NA表示数值孔径，β为从所述反射面的一边界点反射的光束与所述光屏面的法线的夹角。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述准直元件为凸透镜。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反射元件为平面镜。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述反射元件为矩形的平面镜。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反射元件为凸面镜。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反射元件是呈对称排列。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源为发光二极管光源。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光屏面上相邻的相接合的投射区域不相重迭。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述准直元件、每个反射元件以及与每个反射元件对应的光源的配置关系，满足下列公式：

β+δ+90°＝θ

α+2γ＝2θ-180°

2δ＝α+2β

γ＝2β，

其中，α为入射该反射面的一边界点的光束与其反射光束的夹角，β为从该反射面的另一边界点反射的光束与该光屏面的法线的夹角，γ为入射该反射面的边界点的光束与入射该反射面的另一边界点的光束的夹角，δ为该反射面与该光屏面的夹角，θ为从该反射面的另一边界点反射的光束与该反射面的夹角。

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