[发明专利]一种具有方向性的薄型液晶显示器背光照明系统

说明书

本发明公开了一种具有方向性的薄型液晶显示器背光照明系统，它包括基座、电路板、聚光透镜组和阵列透镜，基座内设有容置空间，电路板设于基座的容置空间的底部，电路板上设有复数个发光体，聚光透镜组设于容置空间内并位于电路板的上方，聚光透镜组包括复数个聚光透镜，其中每个聚光透镜对应每个发光体设置，阵列透镜设于基座的容置空间的顶部并位于聚光透镜组的上方，阵列透镜包括复数个菲涅尔透镜单元，其中每个菲涅尔透镜单元对应每个聚光透镜设置，且菲涅尔透镜单元的剖面锯齿高度小于50微米；利于本发明的背光照明系统能够实现高亮度及亮度均匀的背光效果，省略了常用的导光柱和扩散片结构，不但光损失少，亮度更高、节省成本、厚度更薄。

技术领域

本发明涉及背光照明系统技术领域，特别是涉及一种具有方向性的薄型液晶显示器背光照明系统。

背景技术

常见的液晶显示器，如手机、平板、电视等装置，其背光照明系统，多为发光源经过导光板及扩散片等结构，形成照明光方向扩散且表面均匀的光源，再透过前方的液晶显示器传递影像，这种背光照明的优点是：可让使用者在各种不同角度都能看清楚液晶显示器的影像内容，但其缺点则是照明光方向过于分散，在较明亮的室外环境下，易导致亮度不足，无法看清影像；此时则必须提高亮度，如此又将引发功耗增加、散热困难等问题。

然而在某些特定的虚像系统应用中，如抬头显示器、虚拟现实、扩充实境等虚像系统，或投影机等实像装置中，采用液晶显示器背光照明系统，需将其光源均匀且方向集中在特定的角度范围，如此方能减少光源的浪费，提供足够的亮度，降低耗电量，缩减散热需求，提升系统的可靠度。

如图11和图12所示，为使用在抬头显示器上的背光照明系统，它包括多个发光源80、一导光柱81和一扩散片82，多个发光源80安装在导光柱81的下端，该扩散片82安装在导光柱81的上端，如此，使导光柱81的下端形成入光面，导光柱81的上端形成出光面，每一个发光源80皆是由一发光二极管802罩上一个聚光杯801所构成，而在发光二极管802发出光源后，经由聚光杯801将光线向外射出，该导光柱81用于容纳多个发光源80发出的光线，且该导光柱81为一四面为高反射率镜面的空心柱体，当多个发光源80的光线经由各聚光杯801聚光后从导光柱81的下端射入导光柱81内，光线在导光柱81内混合后，从导光柱81的上端射出，达到均匀混合的效果，从导光柱81内射出的光线经过扩散片82，该扩散片82将混合后的光线扩散至一适当角度而形成一均匀的面光源，用来充作后方LCD面板83的背光源；但是这种背光照明系统在接近聚光杯801的出光面的亮度并不均匀，且各聚光杯801之间存在缝隙，会因此出现暗影，需再加上导光柱81将液晶显示器的位置远离方可使照明光线变得均匀，此外，导光柱81高度越高，照明光分布越均匀，但是导光柱81过高则会增加背光照明系统的厚度，使照明系统体积过大，失去其实用性；还有扩散片82会存在角度扩散，难以使照明光集中在特定角度的可视范围内，从而造成亮度的浪费。

还有一种常用的背光照明系统，如图13所示，主要是在复数个LED发光源73前方设有聚光透镜组70与透镜数组71，聚光透镜组70内包含复数个聚光透镜，分别置于LED发光源73前方；该透镜数组71是由多个透镜所组成。这种照明设计可在出光面（即透镜数组表面）形成均匀且扩散角适度的理想照明光源，达到不需要导光柱，减少系统厚度，但在实际生产过程中，由于模具及制程的限制，在透镜数组71上的每一个透镜之间连接处都会因透镜的高低落差而产生弧形的接合区间710，光线投射在此区域时会因发散而产生阴影，造成亮度局部不均匀现象，而当该透镜数组71组成越多时，单元光域721中所形成的单元阴影722也就能相互连接，使得该阴影显现在光线投影光区域72的长度L1和L2就越长，这也造成了明显的亮度不均匀缺点，是此结构难以突破之处。

上述常用的背光照明系统设计未能达到完善，具有体积亦较大、亮度损耗大、亮度不均匀、成本高等缺点，对于使用在空间有限的场合，如汽车的抬头显示器上，则有不便之处。

发明内容