一种抬头显示装置的背光系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术系提供一种抬头显示装置的背光系统，包括依次设置的PCB板、集光部件和LCD板，PCB板的一侧设有n个光源；集光部件包括匀光透镜和n个集光透镜单元，匀光透镜的出光面设有微透镜阵列结构；集光透镜单元包括外透镜和内透镜，外透镜的外壁设有第一全反射面，外透镜入光面设有第一凹槽，内透镜设于第一凹槽中，内透镜的外壁设有第二全反射面，内透镜入光面设有第二凹槽，第二凹槽的底部设有中心折射面，光源位于第一凹槽的中心处。本实用新型专利技术光收集能力强，能够有效提高能量的利用率，匀光效果好，能够有效确保显示亮度和色度分布均匀，在确保集光效果的同时能够有效降低集光透镜单元的厚度，占用空间小。

A Backlight System for Head-up Display Device

The utility model provides a backlight system of a head-up display device, which comprises a PCB board, a light collecting part and an LCD board arranged in turn, and N light sources are arranged on one side of the PCB board; the light collecting part includes a uniform lens and N light collecting lens units; the light emitting surface of the uniform lens is provided with a microlens array structure; the light collecting lens unit includes an outer lens and an inner lens; and the outer wall of the external lens is provided with a first complete lens. The reflecting surface of the outer lens is provided with a first groove, the inner lens is arranged in the first groove, the outer wall of the inner lens is provided with a second total reflecting surface, the inner lens is provided with a second groove, the bottom of the second groove is provided with a central refracting surface, and the light source is located in the center of the first groove. The utility model has strong light collecting ability, can effectively improve the utilization rate of energy, has good uniform light effect, can effectively ensure the uniform distribution of brightness and chroma of the display, can effectively reduce the thickness of the light collecting lens unit while ensuring the light collecting effect, and occupies small space.

【技术实现步骤摘要】
一种抬头显示装置的背光系统
本技术涉及背光系统，具体公开了一种抬头显示装置的背光系统。
技术介绍
抬头显示装置又称平视显示器(HUD)，是运用于航空器上的飞行辅助仪器，平视是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。抬头显示装置最早出现在军用飞机上，用于降低飞行员低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识的掌控，现代的汽车也逐步开始安装抬头显示装置。抬头显示装置需要在光线充足的白天能够正常使用，则其最大的图像亮度需要达到15000尼特，甚至更高。液晶显示屏(LCD)是抬头显示装置常见的图像显示发生单元，但液晶显示屏本身不发光，需要背光源模组提供背光照明，由于液晶显示屏5％左右的透过率比较低，同时考虑到前档玻璃的反射及其他的能量损耗，一般的背光模组需要设置亮度在几十万尼特以上。高亮度的背光模组应用于车载抬头显示装置时，需要同时降低占用空间和能耗，现有技术中，车载抬头显示装置通常包括光源、凸透镜阵列和液晶显示器，通过凸透镜阵列将光源发出的光线汇聚到液晶显示器上，但使用凸透镜阵列会导致大角度的光能量无法被直接准直，将会形成逃逸的杂散光，能量利用率低，且凸透镜阵列在汇聚光源光束时会出现光学成像效果，从而导致亮度分布不均匀，甚至会由于光源表面的颜色差异而出现色度分布不均匀，凸透镜的厚度大，并且凸透镜与光源需要有一定的间距，光源需要设置在焦点处，导致抬头显示装置占用空间大，且混光效果差，最终导致显示效果不佳；现有技术中，部分车载抬头显示装置包括光源、设置有全反射面的碗状聚光部件和液晶显示屏，通过全反射的方式汇聚光线，这种结构的光学利用率高，但聚光部件体积大，且混光需要较大的距离，抬头显示装置的占用空间大，一旦缩小混光距离则会降低混光效果，从而降低显示效果。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种抬头显示装置的背光系统，光收集能力强，匀光效果好，且整体结构轻薄，占用空间小。为解决现有技术问题，本技术公开一种抬头显示装置的背光系统，包括依次设置的PCB板、集光部件和LCD板，PCB板靠近集光部件的一侧设有n个呈阵列排布的光源，n为大于1的整数；集光部件包括匀光透镜和n个呈阵列排布的集光透镜单元，匀光透镜的出光面设有微透镜阵列结构，集光透镜单元位于靠近匀光透镜的入光面一侧；集光透镜单元包括呈碗状的外透镜和呈碗状的内透镜，外透镜的厚度和半径分别为D和R，内透镜的厚度和半径分别为d和r，D>d，R>r，外透镜远离轴心的外壁设有第一全反射面，外透镜入光面中心处设有向匀光透镜凹陷的第一凹槽，内透镜设于第一凹槽中，内透镜远离轴心的外壁设有第二全反射面，内透镜入光面中心处设有向匀光透镜凹陷的第二凹槽，第二凹槽的底部设有中心折射面，光源位于第一凹槽的中心处。进一步的，微透镜阵列结构为凹透镜的复眼透镜阵列。进一步的，微透镜阵列结构中单个凹透镜单元的曲率半径为0.5～15mm。进一步的，微透镜阵列结构中相邻两个凹透镜单元的间距为1～5mm。进一步的，第一全反射面和第二全反射面均为碎面结构或光滑连续面结构。进一步的，第一全反射面和第二全反射面的平均倾角均为30～60度。进一步的，集光透镜单元还包括呈碗状的中部透镜，中部透镜设于外透镜和内透镜之间，中部透镜设于第一凹槽内，中部透镜远离轴心的外壁设有第三全反射面，中部透镜入光面中心处设有向匀光透镜凹陷的第三凹槽，内透镜设于第三凹槽内。进一步的，中部透镜设有k个，k为大于1的整数，中部透镜的厚度和半径分别为Pk和Qk，D>Pk>d，R>Qk>r，以Pk和Qk从外向内递减套设各个中部透镜，内透镜设于拥有Pkmin和Qkmin的中部透镜的第三凹槽中，拥有Pkmax和Qkmax的中部透镜设于第一凹槽中。进一步的，LCD板和集光部件之间还设有光学膜片。本技术的有益效果为：本技术公开一种抬头显示装置的背光系统，设置包裹式全反射结构，光收集能力强，能够有效提高能量的利用率，使用成本低，设置微透镜阵列结构，匀光效果好，能够有效确保显示亮度和色度分布均匀，此外，集光透镜单元呈多层梯度设置，集光透镜单元分化为多个齿面的类菲涅尔透镜结构，能够有效利用集光透镜单元的内部空间进行混光，混光距离更短，在确保集光效果的同时能够有效降低集光透镜单元的厚度，背光系统的整体结构轻薄，占用空间小；车载抬头显示装置的显示画面一般为100mm*60mm，背光系统最终收集到较小角度的光束照射到液晶显示屏上，缩小背光系统的光束角能够最大化利用光源发出的光线，从而提高背光源的零度视角亮度，从而提高液晶显示屏的亮度。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术一实施例的结构示意图。图3为本技术中集光部件的立体结构示意图。图4为本技术中集光部件另一视角的立体结构示意图。附图标记为：PCB板10、光源11、集光部件20、匀光透镜21、微透镜阵列结构211、集光透镜单元22、外透镜23、第一全反射面231、第一凹槽232、内透镜24、第二全反射面241、第二凹槽242、中心折射面243、中部透镜25、第三全反射面251、第三凹槽252、LCD板30、光学膜片40。具体实施方式为能进一步了解本技术的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细描述。参考图1至图4。本技术公开一种抬头显示装置的背光系统，如图1所示，包括依次设置的PCB板10、集光部件20和LCD板30，集光部件20为一体化注塑成型的光学部件，PCB板10靠近集光部件20的一侧设有n个呈阵列排布的光源11，优选地，光源11为LED芯片，n为大于1的整数；如图3、4所示，集光部件20包括一体成型的匀光透镜21和n个呈阵列排布的集光透镜单元22，匀光透镜21的出光面设有微透镜阵列结构211，集光透镜单元22位于靠近匀光透镜21的入光面一侧，集光透镜单元22为类似菲涅尔透镜的结构，能够有效降低集光部件20整体的厚度，从而降低背光系统整体的厚度和重量；集光透镜单元22包括呈碗状的外透镜23和呈碗状的内透镜24，外透镜23的厚度和半径分别为D和R，内透镜24的厚度和半径分别为d和r，D>d，R>r，外透镜23的大半径出光面与靠近匀光透镜21设置，外透镜23远离轴心的外壁设有第一全反射面231，外透镜23的小半径入光面中心处设有向匀光透镜21凹陷的第一凹槽232，内透镜24设于第一凹槽232中，内透镜24的大半径出光面靠近第一凹槽232的底部设置，内透镜24远离轴心的外壁设有第二全反射面241，内透镜24的小半径入光面中心处设有向匀光透镜21凹陷的第二凹槽242，第二凹槽242的底部设有中心折射面243，中心折射面243向远离匀光透镜21的一侧凸出，具有汇聚光线的作用，各个光源11分别位于各个第一凹槽232的中心处，光源11的发光面正对中心折射面243，即集光透镜单元22呈梯度向中心凹陷，多层梯度设置的菲涅尔化全反射结构，能够使集光透镜单元22更加轻薄，混光距离更短。本技术的工作过程为：光源11发出的光线分别进入内透镜24和外透镜23，进入外透镜23的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抬头显示装置的背光系统，包括依次设置的PCB板(10)、集光部件(20)和LCD板(30)，其特征在于，所述PCB板(10)靠近所述集光部件(20)的一侧设有n个呈阵列排布的光源(11)，n为大于1的整数；所述集光部件(20)包括匀光透镜(21)和n个呈阵列排布的集光透镜单元(22)，所述匀光透镜(21)的出光面设有微透镜阵列结构(211)，所述集光透镜单元(22)位于靠近所述匀光透镜(21)的入光面一侧；所述集光透镜单元(22)包括呈碗状的外透镜(23)和呈碗状的内透镜(24)，所述外透镜(23)的厚度和半径分别为D和R，所述内透镜(24)的厚度和半径分别为d和r，D>d，R>r，所述外透镜(23)远离轴心的外壁设有第一全反射面(231)，所述外透镜(23)入光面中心处设有向所述匀光透镜(21)凹陷的第一凹槽(232)，所述内透镜(24)设于所述第一凹槽(232)中，所述内透镜(24)远离轴心的外壁设有第二全反射面(241)，所述内透镜(24)入光面中心处设有向所述匀光透镜(21)凹陷的第二凹槽(242)，所述第二凹槽(242)的底部设有中心折射面(243)，所述光源(11)位于所述第一凹槽(232)的中心处。...

【技术特征摘要】
1.一种抬头显示装置的背光系统，包括依次设置的PCB板(10)、集光部件(20)和LCD板(30)，其特征在于，所述PCB板(10)靠近所述集光部件(20)的一侧设有n个呈阵列排布的光源(11)，n为大于1的整数；所述集光部件(20)包括匀光透镜(21)和n个呈阵列排布的集光透镜单元(22)，所述匀光透镜(21)的出光面设有微透镜阵列结构(211)，所述集光透镜单元(22)位于靠近所述匀光透镜(21)的入光面一侧；所述集光透镜单元(22)包括呈碗状的外透镜(23)和呈碗状的内透镜(24)，所述外透镜(23)的厚度和半径分别为D和R，所述内透镜(24)的厚度和半径分别为d和r，D>d，R>r，所述外透镜(23)远离轴心的外壁设有第一全反射面(231)，所述外透镜(23)入光面中心处设有向所述匀光透镜(21)凹陷的第一凹槽(232)，所述内透镜(24)设于所述第一凹槽(232)中，所述内透镜(24)远离轴心的外壁设有第二全反射面(241)，所述内透镜(24)入光面中心处设有向所述匀光透镜(21)凹陷的第二凹槽(242)，所述第二凹槽(242)的底部设有中心折射面(243)，所述光源(11)位于所述第一凹槽(232)的中心处。2.根据权利要求1所述的一种抬头显示装置的背光系统，其特征在于，所述微透镜阵列结构(211)为凹透镜的复眼透镜阵列。3.根据权利要求2所述的一种抬头显示装置的背光系统，其特征在于，所述微透镜阵列结构(211)中单个凹透镜单元的曲率半径为0.5～15mm。4.根据权利要求2所述的一种抬头显示装置的背光系统，其特征在于，所述微透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：江程，
申请(专利权)人：广东烨嘉光电科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44