CN207148485U - 一种背光装置及显示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种背光装置及显示器，该背光装置包括：光源阵列，包括呈矩阵排列的多个光源；第一透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第一透镜，各第一透镜分别位于各光源的上方；透光阵列，包括呈矩阵排列的多个透光孔，各透光孔分别位于各第一透镜上方；第二透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第二透镜，各第二透镜分别位于各透光孔上方；各所述第一透镜的光轴与对应上方的各透光孔的中心轴线以及对应上方的各第二透镜的光轴重合，且各透光孔位于对应上方的各第二透镜的物方焦点处。该背光装置可以提升出射光线的准直效果，进而改善采用该背光装置的显示器的图像显示效果。

Description

一种背光装置及显示器

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种背光装置及显示器。

背景技术

液晶显示器需要背光源作为发光光源以显示图像，背光源的发光效果会影响液晶显示器图像显示效果。

现有技术中的提供一种基于点阵光源的准直背光源，该准直背光源可作为定向光束耦合光波导等，在某些特殊功能的显示器中，由于普通背光源发出的较为杂散光束很难进行精细化的控制，因此需要能够对出射光束的方向进行精细化控制的准直背光源，这些特殊功能的显示器，例如为，防窥显示器、定向显示器等。

如图1所示，包括背板10，设置于背板上的点阵光源和设置于基板12上的透镜阵列，点阵光源包括多个光源11，透镜阵列包括多个透镜13，点阵光源位于透镜阵列的物方焦面上，各光源11位于各透镜13的物方焦点上，各光源11发出的光线(图1中带有箭头的线)经过各透镜13后变为平行光线后出射，出射后的光线为准直光线，用于为液晶显示器提供背光。

但是，由于各透镜只能使经过其通光孔径范围内的小发散角的光线(图1中所示的光线a、b和c)变为平行光线后准直出射，而通光孔径范围外的光线(图1中所示的光线d、e、f和g)会经过相邻的透镜，出射后并非准直光线，因此，影响出射光线的准直效果。

实用新型内容

针对现有技术中的技术问题，本实用新型提供一种背光装置，所述装置包括：第一透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第一透镜，各所述第一透镜分别位于各所述光源的上方；

透光阵列，包括呈矩阵排列的多个透光孔，各所述透光孔分别位于各所述第一透镜上方，各光源发出的至少部分光线通过对应上方的各第一透镜汇聚在对应上方的各所述透光孔处；

第二透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第二透镜，各所述第二透镜分别位于各所述透光孔上方；

各所述第一透镜的光轴与对应上方的各所述透光孔的中心轴线以及对应上方的各所述第二透镜的光轴重合，且各所述透光孔位于对应上方的各所述第二透镜的物方焦点处。

可选的，各光源的中心经过对应上方的各所述第一透镜的光轴，且各所述第二透镜的通光孔径等于两相邻所述光源之间的间隔距离。

可选的，还包括背板和封装薄膜，各所述光源固定连接于所述背板上，所述封装薄膜覆盖各所述光源表面，将各所述光源封装于所述背板上。

可选的，还包括：第一透镜基板，位于所述光源阵列上方，且各所述第一透镜分别设置于所述第一透镜基板上。

可选的，所述透光阵列包括：呈矩阵排列的多个孔径光阑，各所述孔径光阑分别位于所述第一透镜基板上方，每个所述孔径光阑包括一透光孔。

可选的，所述透光阵列包括：

透光基板，位于所述第一透镜基板上方，所述透光基板上形成有遮光层，所述遮光层开设有呈矩阵排列的多个所述透光孔。

可选的，第二透镜基板，位于所述透光基板上方，各所述第二透镜分别设置于所述第二透镜基板上。

可选的，所述第一透镜基板的厚度l₁与所述透光基板的厚度l₂之间满足以下关系：

其中，f₁₁为所述第一透镜的物方焦距，f₁₂为所述第一透镜的像方焦距。

可选的，所述透光基板的厚度l₂与所述第二透镜基板的厚度l₃之间满足以下关系：其中，D₁为所述第一透镜的通光孔径，D₂为所述第二透镜的通光孔径。

可选的，所述第二透镜基板的厚度等于所述第二透镜的物方焦距。

可选的，所述第一透镜基板与所述透光基板之间通过粘合胶层连接。

可选的，所述第一透镜和第二透镜为平凸透镜或菲涅尔透镜或者全息透镜。

可选的，所述菲涅尔透镜的出光面形成有第一至第M个锯齿单元，所述第一至第M个所述锯齿单元形成以菲涅尔透镜的中心为圆心的M个同心环形，相邻两锯齿单元之间的节距由菲涅尔透镜的中心向外依次减小。

可选的，每个锯齿单元的表面形成第一至第N个阶梯状连续的台阶，所述第一个台阶为所述锯齿单元中靠近所述菲涅尔透镜的中心位置的台阶，其他N-1个各台阶的宽度相同，第一个台阶与其他N-1个各台阶的宽度不相同；

每个所述锯齿单元中每个台阶的高度均相同。

可选的，每个所述锯齿单元中每个台阶的高度h均为：

每个所述锯齿单元中的两相邻台阶之间的相位差为：2π/N，

其中，n_a为所述菲涅尔透镜的折射率，n_b为所述菲涅尔透镜周围的介质的折射率。

可选的，第j个锯齿单元中的N-1个连续的各台阶的宽度t_j,2为：

第j个锯齿单元中的第一个台阶的宽度t_j,1为：其

中，

其中，j为小于等于M的正整数，m等于i为小于等于m-1的正整数，r_j,1为第j个锯齿单元的环形的内半径，r_j,2为第j个锯齿单元的环形的外半径，r_0,2等于0，λ为所述光线的波长，f_a为所述菲涅尔透镜的物方焦距，n_c为设置有所述菲涅尔透镜的基板的折射率。

本实用新型还提供一种显示器，包括显示面板，还包括上述任一所述的背光装置，所述背光装置位于所述显示面板下方。

基于上述技术方案，该背光装置中，各第一透镜可对各光源产生的光线进行汇聚，光源产生的经过各第一透镜的通光孔径范围内的光线被汇聚后经过各透光孔，而经过各第一透镜的通光孔径范围外的光线即使可从其他地方出射，如果不能通过各透光孔，仍然不会到达各第二透镜，而经过各透光孔的光线均会通过各第二透镜调节为准直光线，因此，可以避免非准直光线经各第二透镜出射，提升出射光线的准直度，并且，利用由各第一透镜和各第二透镜构成的组合透镜的方式，可减小只采用一种透镜时由于透镜球差对出射光线准直度的影响，进一步提升出射光线的准直度，并且可改善采用该背光装置的显示器的图像显示效果。

附图说明

图1为现有技术中提供的准直背光源的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施方式中的背光源的结构示意图；

图3为本实用新型另一种实施方式中的背光源的结构示意图；

图4为本实用新型一种实施方式中第一透镜的结构示意图；

图5为本实用新型一种实施方式中第二透镜的结构示意图；

图6是本实用新型一种实施方式中光路图；

图7是本实用新型另一种实施方式中光路图；

图8是本实用新型一种实施方式中菲涅尔透镜的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

针对现有技术中准直背光源准直效果差的技术问题，本实用新型实施例提出一种背光装置，该背光装置可以作为液晶显示器的背光源，该背光装置包括：

光源阵列，包括呈矩阵排列的多个光源；

第一透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第一透镜，各第一透镜分别位于各光源的上方；

透光阵列，包括呈矩阵排列的多个透光孔，各透光孔分别位于各第一镜上方，各光源发出的至少部分光线通过对应上方的各第一透镜汇聚在对应上方的各透光孔处；

第二透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第二透镜，各第二透镜分别位于各透光孔上方；

各第一透镜的光轴与对应上方的各透光孔的中心轴线以及对应上方的各第二透镜的光轴重合，且各透光孔位于对应上方的各第二透镜的物方焦点处。

本实施例中的各光源可以为各种类型的发光源，例如，发光二极管LED(LightEmitting Diode，简称LED)，冷阴极荧光管CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp，简称CCFL)，电致发光片EL(Electroluminescence，简称EL)、有机发光二极管OELD(OrganicLight-Emitting Diode,简称OLED)等。

各光源优选的采用LED，LED具有工作电压低、工作电流很小、可靠性高、寿命长等，并且可方便地调制发光强弱等优点。

各透光孔用于透射从各第一透镜出射的光线，各透光孔可限制光线的出射范围，各光源发出的至少部分光线通过各第一透镜汇聚在对应上方的各透光孔处，然后再入射至各第二透镜。

第一透镜和第二透镜可以为相同类型的透镜，例如凸透镜、菲涅尔透镜或者全息透镜等。

本实施中，各光源、各透光孔、各第一透镜和各第二透镜具有一一对应关系，可将各光源设置在距离各第一透镜的一倍焦距以外位置，各光源产生的位于各第一透镜的通光孔径范围内的光线，通过对应上方的各第一透镜汇聚在对应上方的各透光孔处，由于各透光孔位于对应上方的各第二透镜的物方焦点处，因此，汇聚在各透光孔处的光线通过各第二透镜调节为准直光线后出射。

本实施例提供的背光装置，各第一透镜可对各光源产生的光线进行汇聚，光源产生的经过各第一透镜的通光孔径范围内的光线被汇聚后经过各透光孔，而经过各第一透镜的通光孔径范围外的光线即使可从其它地方出射，如果不能通过各透光孔，仍然不会到达各第二透镜，而经过各透光孔的光线均会通过各第二透镜调节为准直光线，因此，可以避免非准直光线经各第二透镜出射，提升出射光线的准直度，并且，利用由各第一透镜和各第二透镜构成的组合透镜的方式，可减小只采用一种透镜时由于透镜球差对出射光线准直度的影响，进一步提升出射光线的准直度，并且可改善采用该背光装置的显示器的图像显示效果，例如，当将其作为防窥显示器或者定向显示器的背光源时，可提高显示器的防窥效果或者定向效果。

下面通过图2对本实用新型又一实施例提供的背光装置进行描述：

参照图2所示，该背光装置包括：

背板21，各光源20固定连接于背板21上；

光源阵列，包括呈矩阵排列的多个光源20；

封装薄膜22，覆盖各光源20表面，将各光源20封装于背板21上；

第一透镜基板23，位于光源阵列上方，且各第一透镜241分别设置于第一透镜基板23上；

第一透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第一透镜241，各第一透镜241分别位于各光源20的上方；

透光基板25，位于第一透镜基板23上方，透光基板25上形成有遮光层30，遮光层30开设有呈矩阵排列的多个透光孔26；

第二透镜基板27，位于透光基板23上方，各第二透镜281分别设置于第二透镜基板27上；

第二透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第二透镜281，各第二透镜281分别位于各透光孔26上方。

本实施例中，背板用于固定各光源，背板也可以为各光源提供必要的驱动电压或驱动电流，控制各光源发光产生光线。

封装薄膜可以将各光源封装在背板上，封装薄膜例如可以为，含有聚合物的多层有机薄膜或者含有金属氧化物的无机薄膜等，封装薄膜可防止水或者氧气等接触各光源，保证光源的发光效果和使用寿命。

第一透镜基板、透光基板和第二透镜基板均可以为玻璃基板等透明材料的基板，可在第一透镜基板上首先形成有机树脂层，然后通过压印或者激光刻蚀的工艺形成各第一透镜，或者是第一透镜基板和各第一透镜通过浇注工艺一体形成，此时第一透镜基板和各第一透镜的材料为相同材料，通过浇注工艺一体形成第一透镜基板和各第一透镜可提高集成度，进而有助于改善出射光线的准直效果。可采用与形成第一透镜相同的工艺在第二透镜基板上形成各第二透镜。

如图2所示，为透光阵列的一种可选实施方式，透光基板25包括形成有遮光层30的区域和未形成遮光层的区域，即遮光层30开设有多个透光孔26，透光孔26对应区域的透光基板25上未形成遮光层，光线通过各第一透镜241后可从透光基板25中未形成遮光层的区域透过，进而汇聚在各透光孔处，而形成有遮光层30的区域光线不能透过，据此形成透光阵列，该种结构的透光阵列结构简单。

透光阵列也可以为其他结构，例如，透光阵列包括呈矩阵排列的多个孔径光阑，各孔径光阑分别位于第一透镜基板上方，每个孔径光阑包括一透光孔。

光学中，对光束起限制作用的光学元件称为光阑，例如透镜的边框、框架或者带孔的屏障等，孔径光阑指对光轴上物点的光束口径(立体角或者发光截面)进行限制的光阑，本实施例中，透光阵列可由呈矩阵排列的多个孔径光阑组成，每个孔径光阑具有一透光孔，光线可经各透光孔透过。

上述的第一透镜基板用于放置各第一透镜，以将各第一透镜设置在各光源上方的位置，第二镜基板用于放置各第二透镜，以将各第二透镜设置在各透光孔上方的位置，也可以通过其他方式设置各第一透镜和各第二透镜，并不限于本实施例的方式，例如，通过多个固定元件分别将各第二透镜和各第二透镜设置在对应位置。

上述图2所示的各第一透镜和各第二透镜均为平凸透镜，参照图3所示，为本实用新型提供的另一种结构的背光装置，该背光装置中与图2不同的是，该背光装置中的第一透镜242和第二透镜282均为菲涅尔透镜。

在一个可选的实施方式中，使各光源的中心经过对应上方的各第一透镜的光轴，且各第二透镜的通光孔径等于两相邻光源之间的间隔距离。

本实施例中对各光源的位置进行了限定，参照图2和图5所示，各光源20不仅经过对应上方的各第一透镜的241光轴，且各第二透镜281的通光孔径D2等于两相邻光源20之间的间隔距离L，两相邻第二透镜281的光轴之间的距离即为两相邻光源20之间的间隔距离，各第二透镜281和各光源20分布均匀，使出射光线更加均匀，且各第二透镜281之间不存在间隙，避免从各第二透镜241之间透过非准直光线，进一步提高出射光线的准直度。

参照图2所示，为了更好将透光基板25与第一透镜基板23进行贴合和固定，第一透镜基板23与透光基板25之间通过粘合胶层29连接。

粘合胶层可以仅设置在第一透镜基板和透光基板的四周，形成框贴胶层，将两基板粘合连接；或者在第一透镜基板和透光基板之间的整个区域均覆盖粘合胶层，形成面贴胶层，这样粘合胶层可填充在位于第一透镜基板的各第一透镜之间的位置，如果为面贴胶层，使粘合胶层的折射率与第一透镜折射率具有一定差异，以保证第一透镜对光线的汇聚效果，例如，二者的折射率之差大于0.4。

在一些可选的实施方式中，第一透镜基板的厚度l₁与透光基板的厚度l₂之间满足以下关系：

其中，f₁₁为第一透镜的物方焦距，f₁₂为第一透镜的像方焦距。

需要说明书是，根据透镜成像原理，透镜的一侧实物，另一侧是经过透镜后实物的成像，像方焦距指在成像侧的焦距，物方焦距指实物侧焦距，在光学透镜成像中，通常以透镜为坐标原点，成像侧方向为正坐标方向，实物侧为负坐标方向，因此，物方焦距为负数，像方焦距为正数。本实施例中，第一透镜的物方焦距f₁₁为负数，第一透镜的像方焦距f₁₂为正数，公式中的-l₁也为负数。

本实施例中，参照图2和图6所示，各光源20与各第一透镜241之间的距离即为第一透镜基板23的厚度l₁，各第一透镜241与各透光孔26之间的距离即为透光基板25的厚度l₂，而第一透镜基板23的厚度与透光基板25的厚度满足上述关系，这样，各光源可以看做是物体，通过各对应位置第一透镜241使物体(各光源20)在各透光孔26处成像，因此，各光源20发出的大部分光线经过各第一透镜241后可聚焦在各透光孔26处，可提高光源的利用率，进而降低光源的功耗，节省能耗成本。

在一些例子中，如果透光阵列由多个孔径光阑组成，可使各孔径光阑与各第一透镜之间的距离M(相当于透光基板的厚度l₂)与第一透镜基板的厚度l₁满足上述关系，也可使各光源发出的大部分光线经过各第一透镜后可聚焦在各透光孔处。

上述第一透镜的物方焦距和像方焦距可以通过对第一透镜进行实验获取，或者采用下述公式进行计算：

第一透镜的物方焦距f₁₁为：第一透镜的像方焦距f₁₂为：

图4所示为一个第一透镜的结构图，并示出了第一透镜的相关参数；图6所示为背光装置中一个光源与对应位置的一个第一透镜和对应位置的一个第二透镜的光路图，并示出了相关参数。

参照图2、图4和图6所示，上述公式中的n₁为第一透镜基板23的折射率，n₂为第一透镜241的折射率，n₃为第一透镜基板23与透光基板25之间介质31的折射率，n₄为透光基板25的折射率，r₁为第一透镜的半径。

上述的n₁、n₂、n₃和n₄与材料相关，可以根据实验确定或者根据具体材料确定，如果获知第一透镜的半径r₁，即可确定f₁₁和f₁₂，进而可根据公式确定第一透镜基板的厚度l₁和透光基板的厚度l₂关系，可根据第一透镜基板的厚度l₁确定透光基板的厚度l₂，或者根据透光基板的厚度确定一透镜基板的厚度l₁。

需要说明的是，上述的n₃为第一透镜基板23与透光基板25之间介质31的折射率，对于第一透镜基板23与透光基板25之间的介质31，如果如上述实施例所述，在第一透镜基板23和透光基板25之间的整个区域均覆盖粘合胶层，该粘合胶层作为介质，n₃即为粘合胶层的折射率，如果粘合胶层仅设置在第一透镜基板23和透光基板25之间的四周，二者之间的介质31可能是空气或者真空，此时的折射率可设为1或者其他经验数值。

在一个可选的实施方式中，如图2和图6所示，透光基板25的厚度l₂与第二透镜基板27的厚度l₃之间满足以下关系：其中，D₁为第一透镜的通光孔径，D₂为第二透镜的通光孔径。

在一些例子中，如果透光阵列由多个孔径光阑组成，可使各孔径光阑与各第一透镜之间的距离M(相当于透光基板的厚度l₂)与第二透镜基板的厚度l₃满足上述关系。

在一个可选的实施方式中，第二透镜基板的厚度l₃等于第二透镜的物方焦距f₂₁，由于第二透镜281设置在第二透镜基板27上，可将透光基板25紧贴在第二透镜基板27的下方，而各透光孔26形成在透光基板25上，第二透镜基板27的厚度等于第二透镜281的物方焦距，这样各透光孔26与各第二透镜281的距离为第二透镜基板27的厚度，即等于第二透镜281的物方焦距，因此，只需将各透光孔26形成在透光基板25上，即可以保证各透光孔26与各第二透镜281之间的距离为第二透镜的物方焦距。

在一个可选的实施方式中，可通过以下公式计算第二透镜的物方焦距f₂₁：通过以下公式计算第二透镜的像方焦距f₂₂：

如图2和图6所示，n₀为光线从各第二透镜281出射后进入的介质的折射率，n₄为透光基板25的折射率，n₅为第二透镜281的折射率，r₂为第二透镜281的半径。

上述公式中，第二透镜的物方焦距f₂₁为负数，像方焦距f₂₂为正数。

根据上述公式可知，可以根据实验确定或者根据具体材料确定n₀、n₄和n₅，如果获知第二透镜的半径r₂，即可确定f₂₁，若已知D₁和D₂，可根据公式确定透光基板的厚度l₂和第二透镜基板的厚度l₃关系，或者根据已知的l₂和l₃确定D₁和D₂。

根据上述的各计算公式可知，在一些例子中，若已知D₂、l₁、l₂、l₃、n₀、n₂、n₃、n₄和n₅可求出f₁₁、f₁₂、f₂₁、f₂₂、r₁、r₂和D₁。

例如，D₂＝100μm，l₁＝0.2mm，l₂＝0.2mm，l₃＝0.5mm，n₁＝n₂＝n₄＝n₅＝1.5，n₃＝n₀＝1，根据式上述公式可以计算出，f₁₂＝100μm，f₁₁＝-100μm，r₁＝33.3μm，D₁＝40μm，f₂₂＝333.3μm，f₂₁＝-500μm，r₂＝166.67μm，当然也可以根据其他已知参数根据上述公式计算其他未知的参数。

上述背光装置中的各第一透镜和各第二透镜可采用相同焦距的菲涅耳透镜，下面介绍本实用新型实施例提供的菲涅尔透镜的结构和工作原理。

图7所示为当背光装置中第一透镜和第二透镜均为菲涅尔透镜时，一个光源与对应位置的一个第一透镜(菲涅尔透镜242)和对应位置的一个第二透镜(菲涅尔透镜282)的光路图，并示出了相关参数；图8示出了一种类型的菲涅尔透镜的俯视图和截面图。

如图7和图8所示，第一透镜为菲涅尔透镜242，菲涅尔透镜242的表面形成有若干个(第一至第M个)锯齿单元2421；第二透镜为菲涅尔透镜282，菲涅尔透镜282的表面形成也有若干个(第一至第M个)锯齿单元2821，由于第一透镜和第二透镜均为菲涅尔透镜，具有相似的结构，以下统称为菲涅尔透镜。

如图8所述，上述的菲涅尔透镜的各锯齿单元的第一至第M个锯齿单元形成以菲涅尔透镜的中心为圆心的M个同心环形，相邻两锯齿单元之间的节距G由菲涅尔透镜的中心O向外依次减小。

在一个可选的实施方式中，每个锯齿单元的表面形成N个阶梯状台阶，第一个台阶为锯齿单元中靠近菲涅尔透镜的中心位置的台阶，其他N-1个连续的各台阶的宽度相同；第一个台阶与其他N-1个连续的各台阶的宽度不相同；每个所述锯齿单元中每个台阶的高度均相同。

如图8所示的菲涅尔透镜的结构，图中白色部分表示各锯齿单元的齿顶，有黑点填充部分表示各锯齿单元的斜面，各锯齿单元表面形成多个阶梯状台阶，该多个阶梯状台阶形成锯齿单元的斜面，每个锯齿单元的第一个台阶沿菲涅尔透镜的半径方向延伸的面为齿顶，从第一台阶至第M个连续的台阶形成斜面，每个锯齿单元中的每一层台阶均以菲涅尔透镜的中心为圆心环形分布，各层台阶形成同心环形，每个锯齿单元均包括同心环形分布的多层台阶。

上述结构的菲涅尔透镜，每个锯齿单元都可以看做一个独立的小透镜，可把光线调整成平行光线，即准直光线，该种结构的菲涅尔透镜能够消除部分球面像差，因此，可进一步提高出射光线的准直度。

在一个可选的实施方式中，每个锯齿单元中每个台阶的高度h均为：每个锯齿单元中的两相邻台阶之间的相位差为：2π/N，其中，n_a为菲涅尔透镜的折射率，n_b为菲涅尔透镜周围的介质的折射率。

本实施例中，通过上述公式可以计算出每个锯齿单元中每个台阶的高度，若第一透镜采用的为上述结构的菲涅尔透镜，则n_a为第一透镜的折射率n₂，n_b为第一透镜周围的介质的折射率n₃，即为上述实施例中所述的第一透镜基板与透光基板之间介质的折射率n₃；若第二透镜采用的为上述结构的菲涅尔透镜，则n_a为第二透镜的折射率n₅，n_b为第二透镜周围的介质的折射率，即为上述实施例中所述的光线从第二透镜出射后进入的介质的折射率n₀。

在一个可选的实施方式中，第j个锯齿单元中的连续N-1个台阶的宽度t_j,2为：第j个锯齿单元中的第一个台阶的宽度t_j,1为：

其中，

上述公式中各参数的含义为：j为小于等于M的正整数，m等于也即N＝2^m，i为小于等于m-1的正整数，r_j,1为第j个锯齿单元的环形的内半径，r_j,2为第j个锯齿单元的环形的外半径，r_0,2等于0，λ为光线的波长(当光线为白光复色光时，可取λ＝587nm)，f_a为菲涅尔透镜的物方焦距，n_c为设置有菲涅尔透镜的基板的折射率。

通过上述公式可以计算出每个锯齿单元中每个台阶的宽度，若第一透镜采用的为上述结构的菲涅尔透镜，则f_a为第一透镜的物方焦距f₁₁，n_c为第一透镜基板的折射率n₁；若第二透镜采用的为上述结构的菲涅尔透镜，则f_a为第二透镜的物方焦距f₂₁，n_c为第二透镜基板的折射率。

需要说明书的是，本实施例中第一透镜的物方焦距f₁₁和第二透镜的物方焦距f₂₁均为负数，因此，根据上述公式计算出的r_j,1和r_j,2均为正数。

本实施例的菲涅尔透镜可以提高出射光线的准直效果，通过上述锯齿单元的台阶宽度和台阶高度的计算公式可以确定各锯齿单元包括的各台阶的宽度和高度，上述台阶的数量通常为2的指数倍的数值，例如，二、四、八、十六以及更多台阶数量。

参照图8所示，图中上半部分示意了当菲涅尔透镜的每个锯齿单元包括二个台阶时的部分俯视图，图中下半部分示意了菲涅耳透镜的锯齿单元包括二个台阶、四个台阶以及八个台阶时的部分截面图。不同台阶数量的菲涅耳透镜的衍射效率不同，台阶数量越多，其衍射效率越高。

在一个可选的实施方式中，每个锯齿单元的表面形成N个阶梯状台阶，第一个台阶为锯齿单元中靠近菲涅尔透镜的中心位置的台阶，其他N-1个连续的各台阶的宽度相同；第一个台阶与其他N-1个连续的各台阶的宽度不相同；每个锯齿单元中每个台阶的高度均相同。

举例而言，当菲涅耳透镜的各锯齿单元包括八个台阶时，根据上述台阶高度和宽度的计算公式可知，第一锯齿单元中7个相同台阶的宽度为第一个台阶的宽度为第二锯齿单元中7个相同台阶的宽度为第一个台阶的宽度为第三锯齿单元中7个相同台阶的宽度为第一个台阶的宽度为以此类推，可确定每个锯齿单元中台阶的宽度。

本实用新型实施例还提供一种显示器，该显示装置包括显示面板，还包括上述任一实施例所述的背光装置，该背光装置位于显示面板下方。

上述的显示装置可以为液晶显示器、手机、平板电脑、电视机、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。由于将准直背光装置作为显示器的背光源，该显示器可作为特殊功能的显示器，例如，防窥显示器、定向显示器等。

本实用新型实施例提供的显示器，将上述背光装置作为背光源设置在显示面板下方，为直下式背光源，由于该背光装置可以改善出射光线的准直效果，进而，可为显示面板提供高质量的准直背光，可提升显示器的图像显示效果。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种背光装置，其特征在于，包括：

光源阵列，包括呈矩阵排列的多个光源；

第一透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第一透镜，各所述第一透镜分别位于各所述光源的上方；

透光阵列，包括呈矩阵排列的多个透光孔，各所述透光孔分别位于各所述第一透镜上方，各光源发出的至少部分光线通过对应上方的各第一透镜汇聚在对应上方的各所述透光孔处；

第二透镜阵列，包括呈矩阵排列的多个第二透镜，各所述第二透镜分别位于各所述透光孔上方；

各所述第一透镜的光轴与对应上方的各所述透光孔的中心轴线以及对应上方的各所述第二透镜的光轴重合，且各所述透光孔位于对应上方的各所述第二透镜的物方焦点处。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

各光源的中心经过对应上方的各所述第一透镜的光轴，且各所述第二透镜的通光孔径等于两相邻所述光源之间的间隔距离。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括背板和封装薄膜，各所述光源固定连接于所述背板上，所述封装薄膜覆盖各所述光源表面，将各所述光源封装于所述背板上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

第一透镜基板，位于所述光源阵列上方，且各所述第一透镜分别设置于所述第一透镜基板上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述透光阵列包括：

呈矩阵排列的多个孔径光阑，各所述孔径光阑分别位于所述第一透镜基板上方，每个所述孔径光阑包括一透光孔。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述透光阵列包括：

透光基板，位于所述第一透镜基板上方，所述透光基板上形成有遮光层，所述遮光层开设有呈矩阵排列的多个所述透光孔。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：

第二透镜基板，位于所述透光基板上方，各所述第二透镜分别设置于所述第二透镜基板上。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述第一透镜基板的厚度l₁与所述透光基板的厚度l₂之间满足以下关系：

其中，f₁₁为所述第一透镜的物方焦距，f₁₂为所述第一透镜的像方焦距。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述透光基板的厚度l₂与所述第二透镜基板的厚度l₃之间满足以下关系：其中，D₁为所述第一透镜的通光孔径，D₂为所述第二透镜的通光孔径。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述第二透镜基板的厚度等于所述第二透镜的物方焦距。

11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一透镜基板与所述透光基板之间通过粘合胶层连接。

12.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜为平凸透镜或菲涅尔透镜或者全息透镜。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述菲涅尔透镜的出光面形成有第一至第M个锯齿单元，所述第一至第M个所述锯齿单元形成以菲涅尔透镜的中心为圆心的M个同心环形，相邻两锯齿单元之间的节距由菲涅尔透镜的中心向外依次减小。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，

每个锯齿单元的表面形成第一至第N个阶梯状连续的台阶，所述第一个台阶为所述锯齿单元中靠近所述菲涅尔透镜的中心位置的台阶，其他N-1个各台阶的宽度相同，第一个台阶与其他N-1个各台阶的宽度不相同；

每个所述锯齿单元中每个台阶的高度均相同。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，

每个所述锯齿单元中每个台阶的高度h均为：

每个所述锯齿单元中的两相邻台阶之间的相位差为：2π/N，

其中，n_a为所述菲涅尔透镜的折射率，n_b为所述菲涅尔透镜周围的介质的折射率。

16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，

第j个锯齿单元中的N-1个连续的各台阶的宽度t_j,2为：

第j个锯齿单元中的第一个台阶的宽度t_j,1为：其中，

其中，j为小于等于M的正整数，m等于i为小于等于m-1的正整数，r_j,1为第j个锯齿单元的环形的内半径，r_j,2为第j个锯齿单元的环形的外半径，r_0,2等于0，λ为所述光线的波长，f_a为所述菲涅尔透镜的物方焦距，n_c为设置有所述菲涅尔透镜的基板的折射率。

17.一种显示器，包括显示面板，其特征在于，还包括权利要求1-16任一项所述的背光装置，所述背光装置位于所述显示面板下方。