CN205827021U - 方形光斑背光系统及平视显示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种方形光斑背光系统及平视显示器，其中，该方形光斑背光系统包括依次排列的光源、第一透镜、第二透镜及面板，所述第一透镜包括第一入光面及第一出光面，所述第二透镜包括第二入光面及第二出光面，所述第一入光面为平面，所述第一出光面为非球面的弧面，所述第二入光面为凹面，所述第二出光面为凸面，所述光源的光线依次通过所述第一入光面、所述第一出光面、所述第二入光面及所述第二出光面并成像于所述面板，在所述面板上呈方形光斑状。本实用新型的方形光斑背光系统高效节能、视场角小，照明均匀。

Description

方形光斑背光系统及平视显示器

技术领域

本实用新型涉及一种方形光斑背光系统及应用该方形光斑背光系统的平视显示器。

背景技术

现有的显示器背光照明系统主要分直下式和侧入式，一般采用大量的LED阵列直接提供照明；HUD(平视显示器)是基于虚像视觉的一个新兴产品，其主要特点是在特定距离成一个放大的虚像给人眼所观察，需要较小的视场角，而普通贴片LED的发光角度约在130°，所提供的视角非常大，因此现有的背光技术难以满足HUD及类似产品的需求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种方形光斑背光系统，旨在提高背光系统的功效、并实现照明均匀及小视场角。

为实现上述目的，本实用新型提出一种方形光斑背光系统，其中，该方形光斑背光系统包括依次排列的光源、第一透镜、第二透镜及面板，所述第一透镜包括第一入光面及第一出光面，所述第二透镜包括第二入光面及第二出光面，所述第一入光面为平面，所述第一出光面为非球面的弧面，所述第二入光面为凹面，所述第二出光面为凸面，所述光源的光线依次通过所述第一入光面、所述第一出光面、所述第二入光面及所述第二出光面，成像于所述面板，在所述面板上呈方形光斑。

优选地，所述光源、所述第一透镜、所述第二透镜及所述面板的中心在一条直线上。

优选地，所述光源的光线通过所述第二出光面射于所述面板的发光角度的水平视角为20°～40°，垂直视角为小于20°。

优选地，所述光源为LED。

优选地，所述光源与所述第一入光面间距小于1mm。

优选地，所述第一出光面为双凸柱面。

优选地，所述第二透镜为PC材质。

优选地，所述面板为薄膜晶体管液晶显示屏。

本实用新型还提出一种平视显示器，该平视显示器包括上述的方形光斑背光系统。

本实用新型技术方案将光源的光线通过第一透镜及第二透镜的折射，使光源的的光线视场角逐渐变小，最终在面板上形成方形光斑，本实用新型的方形光斑背光系统具有高效节能、照明均匀、视场角小的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型方形光斑背光系统一实施例的原理示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	光源	30	第二透镜
20	第一透镜	31	第二入光面
				21	第一入光面	32	第二出光面
22	第一出光面	40	面板

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种方形光斑背光系统。

请参照图1，该方形光斑背光系统，包括依次排列的光源10、第一透镜20、第二透镜30及面板40，第一透镜20包括第一入光面21及第一出光面22，第二透镜30包括第二入光面31及第二出光面32，第一入光面21为平面，第一出光面22为非球面的弧面，第二入光面31为凹面，第二出光面32为凸面，光源10的光线依次通过第一入光面21、第一出光面22、第二入光面31及第二出光面32，成像于面板40，在面板40上呈方形光斑。

上述的光源10可为CCFL或LED，优选为LED，有利于节能及发光均匀。所述的第一透镜20及第二透镜30可采用玻璃或塑料材质，尤其是第二透镜30由于第一出光面22为非球面的弧面，可优选为PC塑料材质，且第一透镜20及第二透镜30均可采用压铸成型工艺，以便于加工，节省成本。面板40优选为薄膜晶体管液晶显示屏(TFT-LCD)，可包括为TN面板、MVA和PVA等VA类面板、IPS面板以及CPA面板等任意一种。光源10、第一透镜20、第二透镜30及面板40的中心在一条直线上，以此提高光线的利用率，使成像的方形光斑更清晰，边缘锐度好。

由于第一出光面22为非球面的弧面，优选为双凸柱面，如以光源10中心所在点为坐标系原点O，竖直平面为XOY平面，竖直方向为Y轴，水平方向为X轴，垂直该XOY平面沿光源光线射出方向为Z轴方向建立坐标系，其满足非球面的弧面的公式：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+a_2{r}^2+a_4{r}^4+a_6{r}^6+a_8{r}^8,$

其中，z表示镜片表面上各点的Z坐标值，r表示镜片表面上各点的Y轴坐标值，c为透镜表面的曲率半径R的倒数，k为圆锥系数，a2、a4、a6、a8为非球面的弧面系数。

其中第一入光面21、第一出光面22、第二入光面31及第二出光面32可适用于上述公式，其参数优选为：

具体地，该方形光斑背光系统，位于原点O处的光源，其发射的光线射入第一透镜20的第一入光面21，经第一透20镜的第一出光面22折射入第二透镜30，再经第二透镜30折射后的出射光线于面板40上成像为方形光斑，出射光线在XOZ平面内准直出射，而在YOZ平面内小角度出射。出射光线可为TFT-LCD提供一方向准直照明，另一方向的小角度照明。

进一步地，光源10的光线通过第二出光面32射于面板40的发光角度的水平视角为20°～40°，垂直视角为小于20°。优选为发光角度在水平面的投影角度为35°，即XOZ平面最小角度-17.5°，最大角度17.5°；竖直面的投影角度为11°，即YOZ平面最小角度-5.5°，最大角度5.5°，以实现所需的小视场角。

本实用新型技术方案通过第一透镜20及第二透镜30，使光源10的视场角逐渐变小，最终在面板40上形成方形光斑，实现一种高效节能、照明均匀、小视场角的方形光斑背光系统及应用该方形光斑背光系统的背光照明装置。

由于光源10选用LED发射光线的发光角度较大，一般接近130°，通过光源10与第一入光面21间距小于1mm，使LED发射的光线能更高效的利用，可高达90％以上，同时第一透镜20及第二透镜30在满足光线的折射角度要求后，还可设置的更小，以便节省成本，使整个装置更加紧凑。

本实用新型的方形光斑背光系统可应用于HUD、液晶显示器(LCD)、广告屏及灯光装饰等。

本实用新型还提出一种平视显示器，该平视显示器包括方形光斑背光系统，该方形光斑背光系统的具体结构参照上述实施例，由于本平视显示器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种方形光斑背光系统，其特征在于，包括依次排列的光源、第一透镜、第二透镜及面板，所述第一透镜包括第一入光面及第一出光面，所述第二透镜包括第二入光面及第二出光面，所述第一入光面为平面，所述第一出光面为非球面的弧面，所述第二入光面为凹面，所述第二出光面为凸面，所述光源的光线依次通过所述第一入光面、所述第一出光面、所述第二入光面及所述第二出光面并成像于所述面板，在所述面板上呈方形光斑状。

2.如权利要求1所述的方形光斑背光系统，其特征在于，所述光源、所述第一透镜、所述第二透镜及所述面板的中心在一条直线上。

3.如权利要求1所述的方形光斑背光系统，其特征在于，所述光源的光线通过所述第二出光面射于所述面板的发光角度的水平视角为20°～40°，垂直视角为小于20°。

4.如权利要求1所述的方形光斑背光系统，其特征在于，所述光源为LED。

5.如权利要求1所述的方形光斑背光系统，其特征在于，所述光源与所述第一入光面间距小于1mm。

6.如权利要求1所述的方形光斑背光系统，其特征在于，所述第一出光面为双凸柱面。

7.如权利要求6所述的方形光斑背光系统，其特征在于，所述第二透镜为PC材质。

8.如权利要求1所述的方形光斑背光系统，其特征在于，所述面板为薄膜晶体管液晶显示屏。

9.一种平视显示器，其特征在于，包括如权利要求1至8任一所述的方形光斑背光系统。