CN216286086U - 一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组 - Google Patents

Abstract

一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组。所述背光模组包括沿光路设置的光源、第一凸透镜阵列、第二方形凸透镜阵列、扩散片、TFT液晶层；所述第二方形凸透镜阵列上方设置有用于获得一定发光展角的正交柱状透镜阵列，所述正交柱状透镜阵列包括相互呈正交布置的柱状透镜阵列一、柱状透镜阵列二，所述柱状透镜阵列一包括多个纵向相互平行且横向依次邻接的X轴柱状透镜，所述柱状透镜阵列二包括多个纵向相互平行且横向依次邻接的Y轴柱状透镜。该背光模组采用正交柱状阵列透镜实现可控发光展角，同时在光源出射端设置一凸透镜阵列和一方形凸透镜阵列进行光源光线的准直处理，是一种亮度提升且发光均匀的背光模组。

Description

一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组

技术领域

本实用新型涉及光学显示设备，特别是一种采用正交柱状阵列透镜实现可控发光展角、从而使得光线亮度提升的背光模组。

背景技术

传统投影显示的背光模组中，光源通常由多个发光单元组成，通过将多个发光单元的光源光线进行组合形成一组合光源，并将组合光源投射到出光面实现背光显示。

如图3，为传统背光模组的发光原理的示意图，101’为四个LED发光单元，100a’为四个LED发光单元分别形成的圆形光场，100’为显示区域，为了顾及最终出光面的均匀视觉，会用相邻发光单元发出的大角度光去相互层迭，以此来弥补每个发光单元大角度分布的光通量不足，但是，这样会产生两个缺陷：

第一、为了要让光源完整覆盖显示AA区，临近发光单元的光源光线会有部分重叠，以至于产生视觉上不可避免的过亮区；

第二、为了增加显示AA区出光的亮度均匀性，必须让光源光线经过散光机构，以此去弥补邻近光通量不够的暗区。

为了解决上述技术问题，本发明人之前提供了一种高亮度且可控发光展角的背光模组的技术方案，该技术方案在光源出射端设置一凸透镜阵列和一方形凸透镜阵列进行光源光线的准直处理，同时平行光源设置一扩散片，用于实现可控发光展角，从而获得高亮度且可控发光展角的背光模组，但该技术方案由于采用单个扩散片实现可控发光展角，无法实现整个展角区域的均匀发散，即展角中心区域的光线叠加多，光密度大，而展角边缘区域的光线叠加相对少，光密度小，光能量相对小，从而一定程度地影响发光亮度。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组，该背光模组采用正交柱状阵列透镜实现可控发光展角，同时在光源出射端设置一凸透镜阵列和一方形凸透镜阵列进行光源光线的准直处理，是一种亮度提升且发光均匀的背光模组。

为了解决上述现有技术问题,本实用新型的技术方案是:

本实用新型一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组，所述背光模组包括沿光路设置的光源、第一凸透镜阵列、第二方形凸透镜阵列、扩散片、TFT液晶层，所述光源包括成阵列设置的多个LED发光单元，所述第一凸透镜阵列包括与多个LED发光单元匹配设置的多个球面凸透镜，所述第二方形凸透镜阵列包括与多个球面凸透镜匹配设置的多个方形凸透镜，多个方形凸透镜呈阵列排列且依次相邻接，所述方形凸透镜垂直向下的投影为矩形，所述第一凸透镜阵列贴近光源设置，所述第二方形凸透镜阵列设置于第一凸透镜阵列上方，所述扩散片设置于TFT液晶层下方且与TFT液晶层相平行，所述TFT液晶层、扩散片与光源呈夹角设置，所述扩散片用于光源光束的降噪处理；

作为改进，所述第二方形凸透镜阵列上方设置有用于获得一定发光展角的正交柱状透镜阵列，所述正交柱状透镜阵列包括相互呈正交布置的柱状透镜阵列一、柱状透镜阵列二，所述柱状透镜阵列一包括多个纵向相互平行且横向依次邻接的X轴柱状透镜，所述柱状透镜阵列二包括多个纵向相互平行且横向依次邻接的Y轴柱状透镜；

多个所述LED单元投射出光源光束，光源光束向上投射至第一凸透镜阵列，由于第一凸透镜阵列贴近光源设置，多个所述LED单元投射的大角度的光源光束分别经第一凸透镜阵列的多个球面凸透镜聚拢，经多个球面凸透镜聚拢的光源光束分别投射至第二方形凸透镜阵列的多个方形凸透镜，投射至多个方形凸透镜的曲面的光源光束分别被聚拢后向正上方投射，多个方形凸透镜的曲面的外侧的光源光束分别被屏蔽，使得多个光源光束分别被切割为矩形，多个方形凸透镜呈阵列排列且依次相邻接，从而多个光源光束依次连续并构成均匀发光面；

然后光源光束投射至正交柱状透镜阵列，光源光束依次通过柱状透镜阵列一、柱状透镜阵列二，光源光束通过柱状透镜阵列一的多个X轴柱状透镜实现光线Y轴方向的发光展角，由于柱状透镜阵列一由多个纵向相互平行且横向依次邻接的X轴柱状透镜组成，使得整个发光面的光线发散均匀，同理光源光束通过柱状透镜阵列二的多个Y轴柱状透镜实现光线X轴方向的发光展角，然后光源光束向上投射至发散片，光源光束通过发散片进行降噪处理，然后光源光线穿过TFT液晶层射入成像系统。

进一步，所述TFT液晶层、扩散片与光源的夹角大于20度；

进一步，所述LED发光单元的光源光束呈兰伯特分布，即所述光源光束呈正圆锥形投射；

进一步，所述第一凸透镜阵列、第二方形凸透镜阵列用于光源光束的准直。

本实用新型一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组,其有益效果有：

1、该背光模组采用正交柱状阵列透镜实现可控发光展角，同时在光源出射端设置一凸透镜阵列和一方形凸透镜阵列进行光源光线的准直处理，使得背光模组亮度提升且发光均匀；

2、相对于之前使用扩散片当作光型角度适配器提升39%亮度，同时在均匀度上，不管是人眼视觉或者显示器九点背光规范，显示效果得以提升，且发光展角边缘的能量分配有显著提升，对于有角度要求的收光系统匹配性好。

附图说明

图1，为本实用新型一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组的结构图；

图2，为本实用新型一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组的正交柱状透镜阵列的结构图；

图3，为传统背光模组的发光原理的示意图；

图4，为本实用新型一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组的发光原理的示意图。

图5，为用扩散片获得一定发光展角的背光模组（视场角水平为24度、垂直为23度时）的光型分布图；

图6，为本实用新型一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组（视场角水平为24度、垂直为23度时）的光型分布图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明：

实施例：

如图1~图6，图1中，A为LED发光单元出射的光源光线，B为经球面凸透镜聚拢后的光源光线，C为经方形凸透镜切割后的光源光线，图4中，101为四个LED发光单元，100a为四个LED发光单元分别形成的矩形光场，100为显示区域，本实用新型一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组，所述背光模组包括沿光路设置的光源1、第一凸透镜阵列2、第二方形凸透镜阵列3、扩散片5、TFT液晶层6，所述光源1包括成阵列设置的多个LED发光单元11，所述第一凸透镜阵列2包括与多个LED发光单元匹配设置的多个球面凸透镜21，所述第二方形凸透镜阵列3包括与多个球面凸透镜匹配设置的多个方形凸透镜31，多个方形凸透镜呈阵列排列且依次相邻接，所述方形凸透镜垂直向下的投影为矩形，所述第一凸透镜阵列贴近光源设置，所述第二方形凸透镜阵列设置于第一凸透镜阵列上方，所述扩散片5设置于TFT液晶层6下方且与TFT液晶层相平行，所述TFT液晶层6、扩散片5与光源呈夹角设置，所述扩散片用于光源光束的降噪处理，所述TFT液晶层、扩散片与光源的夹角大于20度；

所述第二方形凸透镜阵列上方设置有用于获得一定发光展角的正交柱状透镜阵列4，所述正交柱状透镜阵列包括相互呈正交布置的柱状透镜阵列一41、柱状透镜阵列二42，所述柱状透镜阵列一41包括多个纵向相互平行且横向依次邻接的X轴柱状透镜41a，所述柱状透镜阵列二包括多个纵向相互平行且横向依次邻接的Y轴柱状透镜42a；

多个所述LED单元投射出光源光束，所述LED发光单元的光源光束呈兰伯特分布，即所述光源光束呈正圆锥形投射，光源光束向上投射至第一凸透镜阵列，由于第一凸透镜阵列贴近光源设置，多个所述LED单元投射的大角度的光源光束分别经第一凸透镜阵列的多个球面凸透镜聚拢，经多个球面凸透镜聚拢的光源光束分别投射至第二方形凸透镜阵列的多个方形凸透镜，投射至多个方形凸透镜的曲面的光源光束分别被聚拢后向正上方投射，多个方形凸透镜的曲面的外侧的光源光束分别被屏蔽，使得多个光源光束分别被切割为矩形，多个方形凸透镜呈阵列排列且依次相邻接，从而多个光源光束依次连续并构成均匀发光面；

然后光源光束投射至正交柱状透镜阵列，光源光束依次通过柱状透镜阵列一、柱状透镜阵列二，光源光束通过柱状透镜阵列一的多个X轴柱状透镜实现光线Y轴方向的发光展角，由于柱状透镜阵列一由多个纵向相互平行且横向依次邻接的X轴柱状透镜组成，使得整个发光面的光线发散均匀，同理光源光束通过柱状透镜阵列二的多个Y轴柱状透镜实现光线X轴方向的发光展角，然后光源光束向上投射至发散片，光源光束通过发散片进行降噪处理，然后光源光线穿过TFT液晶层射入成像系统。

将本实用新型一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组与之前使用扩散片获得一定发光展角的背光模组进行相同条件下的效果测试，使用扩散片获得一定发光展角的背光模组的测试数据为：亮度为1341092尼特Nits，均匀度为84%，采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组的测试数据为：亮度为1868023尼特Nits，均匀度为90%。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (4)

1.一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组，所述背光模组包括沿光路设置的光源、第一凸透镜阵列、第二方形凸透镜阵列、扩散片、TFT液晶层，所述光源包括成阵列设置的多个LED发光单元，所述第一凸透镜阵列包括与多个LED发光单元匹配设置的多个球面凸透镜，所述第二方形凸透镜阵列包括与多个球面凸透镜匹配设置的多个方形凸透镜，多个方形凸透镜呈阵列排列且依次相邻接，所述方形凸透镜垂直向下的投影为矩形，所述第一凸透镜阵列贴近光源设置，所述第二方形凸透镜阵列设置于第一凸透镜阵列上方，所述扩散片设置于TFT液晶层下方且与TFT液晶层相平行，所述TFT液晶层、扩散片与光源呈夹角设置，所述扩散片用于光源光束的降噪处理，其特征在于：

所述第二方形凸透镜阵列上方设置有用于获得一定发光展角的正交柱状透镜阵列，所述正交柱状透镜阵列包括相互呈正交布置的柱状透镜阵列一、柱状透镜阵列二，所述柱状透镜阵列一包括多个纵向相互平行且横向依次邻接的X轴柱状透镜，所述柱状透镜阵列二包括多个纵向相互平行且横向依次邻接的Y轴柱状透镜；

多个所述LED单元投射出光源光束，光源光束向上投射至第一凸透镜阵列，由于第一凸透镜阵列贴近光源设置，多个所述LED单元投射的大角度的光源光束分别经第一凸透镜阵列的多个球面凸透镜聚拢，经多个球面凸透镜聚拢的光源光束分别投射至第二方形凸透镜阵列的多个方形凸透镜，投射至多个方形凸透镜的曲面的光源光束分别被聚拢后向正上方投射，多个方形凸透镜的曲面的外侧的光源光束分别被屏蔽，使得多个光源光束分别被切割为矩形，多个方形凸透镜呈阵列排列且依次相邻接，从而多个光源光束依次连续并构成均匀发光面；

然后光源光束投射至正交柱状透镜阵列，光源光束依次通过柱状透镜阵列一、柱状透镜阵列二，光源光束通过柱状透镜阵列一的多个X轴柱状透镜实现光线Y轴方向的发光展角，由于柱状透镜阵列一由多个纵向相互平行且横向依次邻接的X轴柱状透镜组成，使得整个发光面的光线发散均匀，同理光源光束通过柱状透镜阵列二的多个Y轴柱状透镜实现光线X轴方向的发光展角，然后光源光束向上投射至发散片，光源光束通过发散片进行降噪处理，然后光源光线穿过TFT液晶层射入成像系统。

2.根据权利要求1所述的一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组，其特征在于，所述TFT液晶层、扩散片与光源的夹角大于20度。

3.根据权利要求1所述的一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组，其特征在于，所述LED发光单元的光源光束呈兰伯特分布，即所述光源光束呈正圆锥形投射。

4.根据权利要求1所述的一种采用正交柱状透镜阵列实现可控发光展角的背光模组，其特征在于，所述第一凸透镜阵列、第二方形凸透镜阵列用于光源光束的准直。

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