一种复眼透镜和液晶显示器背光模组制造技术

本发明专利技术公开了一种复眼透镜和液晶显示器背光模组。该复眼透镜是通过如下方法得到的：确定LED光源位置、液晶面板空间位置和以及子照明区域大小、复眼透镜材料；在LED光源空间、液晶面板上的有效照明区域分别进行能量网格划分，二者网格数量相同，每一个网格所包络的能量相同，由此建立LED光源与照明目标之间的光线映射关系；确定第一自由曲面复眼透镜和第二自由曲面复眼透镜的边缘位置，计算出从LED光源发出光线再经过复眼透镜的边缘位置达到照明区域边缘的光程；根据等光程原理、利用欧拉迭代方法进行两个自由曲面透镜的构建，使得光源特定网格内的能量经过自由曲面透镜后传输至照明区域上对应的网格内，并保持出射方向准直。准直。准直。

【技术实现步骤摘要】
一种复眼透镜和液晶显示器背光模组


[0001]本专利技术属于液晶显示背光领域，具体涉及一种复眼透镜和液晶显示器背光模组。

技术介绍

[0002]液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)是一种空间光调制器，广泛应用于显示领域。LCD为非自发光元件，需要提供一定的照明光才能显示画面，照明光斑的均匀性决定了屏幕显示的均匀性。当LCD用于投影显示、紫外光固化等领域，还要求照明光斑具有准直的特性，从而实现较高的光效和对比度。提高照明光斑均匀性、提升光束准直性、减小照明光路的空间体积、提升能量利用效率、实现Local Dimming技术是现代LCD投影显示、紫外光固化等领域中照明光路设计的重要发展方向。
[0003]专利CN201821767382、CN201920736130中，采用反光杯作为LED光源的光束收集器，反光杯的出口形状与LCD屏幕一致，这种结构可以实现极高的能量收集效率，但是由于光学设计自由度较低，其光束准直性较差、杂散光较多；由于光源和反光杯数量只有一个，无法实现Local Dimming技术。专利CN202022524685、CN202011220122中，采用聚光器、复眼透镜、重叠透镜、增亮片、聚焦透镜等作为LCD屏幕照明光路中的主要光学元件，由于重叠透镜、聚焦透镜(很厚)的使用，会导致照明系统体积的增加，不利于投影设备的小型化、轻量化；并且，光学元件使用数量庞多，在增加设备物料成本的同时也增加了装调难度，降低系统稳定性。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，旨在提升照明光束的均匀性、准直性，减小照明系统体积，保证较高的能量利用效率、实现Local Dimming技术。
[0005]本专利技术的目的之一是提供一种复眼透镜。
[0006]本专利技术的目的之二是提供一种应用上述复眼透镜的液晶显示器背光模组。
[0007]本专利技术提供的复眼透镜，由第一自由曲面复眼透镜和第二自由曲面复眼透镜并排间隔阵列形成；所述第一自由曲面复眼透镜上相邻的两个第一子复眼之间非连续设置，所述第二自由曲面复眼透镜上相邻的两个第二子复眼之间连续设置；所述第一子复眼的中心与第二子复眼的中心对齐。其中，第一自由曲面复眼透镜上每一个第一子复眼形状完全相同；第二自由曲面复眼透镜上每一个第二子复眼形状完全相同。
[0008]进一步的，所述第一自由曲面复眼透镜与所述第二自由曲面复眼透镜之间的垂直距离为25.3mm
‑
25.7mm。在具体实施例中，所述第一自由曲面复眼透镜与所述第二自由曲面复眼透镜之间的垂直距离可以为25.3mm，可以为25.5mm，也可以为25.7mm。
[0009]进一步的，LED光源设于所述第一自由曲面复眼透镜的平面一侧，且所述LED光源与所述第一自由曲面复眼透镜的平面之间的距离为3.2mm
‑
3.4mm；所述LED光源的中心和与所述LED光源垂直相对的所述第一子复眼的中心对齐。在具体实施例中，所述LED光源与所述第一自由曲面复眼透镜的平面之间的距离可以为3.2mm，可以为3.3mm，也可以为3.4mm。
[0010]进一步的，所述第一自由曲面复眼透镜与所述第二自由曲面复眼透镜是通过如下方法设计得到的：
[0011]S1、确定LED光源位置、液晶面板空间位置和以及子照明区域大小、复眼透镜材料；
[0012]S2、在LED光源空间、液晶面板上的有效照明区域分别进行能量网格划分，二者网格数量相同，每一个网格所包络的能量相同，由此建立LED光源与照明目标之间的光线映射关系；
[0013]S3、确定第一自由曲面复眼透镜和第二自由曲面复眼透镜的边缘位置，计算出从LED光源发出光线再经过复眼透镜的边缘位置达到照明区域边缘的光程；
[0014]S4、根据等光程原理、利用欧拉迭代方法进行两个自由曲面透镜的构建，使得光源特定网格内的能量经过自由曲面透镜后传输至照明区域上对应的网格内，并保持出射方向准直。
[0015]进一步的，所述S3具体包括：根据应用需求确定第一子复眼的边界点A
1,1
、第二子复眼的边界点B
1,1
、第一子复眼平面部分的边角位置H1
1,1
、第二子复眼平面部分的边界位置H2
1,1
和照明区域边界点T
1,1
，由此计算出光程OPL＝OH1
1,1
+k1*H1
1,1
A
1,1
+k2*H2
1,1
B
1,1
+B
1,1
T
1,1
；其中，AB表示A点和B点之间的距离，A、B泛指公式中的O、H、A、B、T；k1和k2分别表示第一自由曲面复眼透镜和第二自由曲面复眼透镜的折射率。
[0016]进一步的，所述S4具体包括：
[0017]S41、由法矢量公式N＝Out
‑
k*In计算出点A
1,1
处折射率N
A1,1
，其中Out和In表示分别表示光线出射向量、入射向量，它们由步骤S1中的光线映射关系决定；利用公式求出待求第一子复眼上面下一位置A
1,2
；根据OPL信息，利用等光程原理求出待求第二子复眼上面下一位置B
1,2
；重复上述步骤，依次求出点A
1,1
、A
1,2
…
A
1,n
；B
1,1
、B
1,2
…
B
1,n
；它们分别组合为第一子复眼上的第一条曲线、第二子复眼上的第一条曲线；
[0018]S42、利用公式求出待求第一子复眼上第二条曲线起始点A
2,1
；根据OPL信息，利用等光程原理求出第二子复眼上第二条曲线起始点B
2,1
；类似步骤S3，求出第一子复眼、第二子复眼上的第二条曲线；
[0019]S43、重复上述步骤S41、S42，求出第一子复眼、第二子复眼上的其它多条曲线，直至将步骤S2中网格数量耗尽为止；
[0020]S44、分别将步骤S43中所求得的第一子复眼、第二子复眼上所有曲线拟合成自由曲面，然后将其封闭为自由曲面透镜实体；
[0021]S45、分别将多个第一子复眼、第二子复眼组合为第一自由曲面复眼透镜、第二自由曲面复眼透镜，使得光源特定网格内的能量经过自由曲面透镜后传输至照明区域上对应的网格内，并保持出射方向准直。
[0022]本专利技术还提供了一种液晶显示器背光模组，包括LED照明器件，上述的复眼透镜和LCD显示屏；
[0023]从所述LED照明器件出射的具有朗伯特性的光束依次经过第一自由曲面复眼透镜、第二自由曲面复眼透镜后在LCD显示屏上投射出光照度均匀，且方向准直的照明光束。
[0024]进一步的，还包括用于遮挡空间杂散光的遮光板，所述遮光板设于所述第一自由
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复眼透镜，其特征在于，该复眼透镜由第一自由曲面复眼透镜(3)和第二自由曲面复眼透镜(5)并排间隔阵列形成；所述第一自由曲面复眼透镜(3)上相邻的两个第一子复眼之间非连续设置，所述第二自由曲面复眼透镜上相邻的两个第二子复眼之间连续设置；所述第一子复眼的中心与第二子复眼的中心对齐。2.根据权利要求1所述的复眼透镜，其特征在于，所述第一自由曲面复眼透镜与所述第二自由曲面复眼透镜之间的垂直距离为25.3mm
‑
25.7mm。3.根据权利要求1所述的复眼透镜，其特征在于，LED光源设于所述第一自由曲面复眼透镜(3)的平面一侧，且所述LED光源与所述第一自由曲面复眼透镜(3)的平面之间的距离为3.2mm
‑
3.4mm；所述LED光源的中心和与所述LED光源垂直相对的所述第一子复眼的中心对齐。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的复眼透镜，其特征在于，所述第一自由曲面复眼透镜(3)与所述第二自由曲面复眼透镜(5)是通过如下方法设计得到的：S1、确定LED光源位置、液晶面板空间位置和以及子照明区域大小、复眼透镜材料；S2、在LED光源空间、液晶面板上的有效照明区域分别进行能量网格划分，二者网格数量相同，每一个网格所包络的能量相同，由此建立LED光源与照明目标之间的光线映射关系；S3、确定第一自由曲面复眼透镜和第二自由曲面复眼透镜的边缘位置，计算出从LED光源发出光线再经过复眼透镜的边缘位置达到照明区域边缘的光程；S4、根据等光程原理、利用欧拉迭代方法进行两个自由曲面透镜的构建，使得光源特定网格内的能量经过自由曲面透镜后传输至照明区域上对应的网格内，并保持出射方向准直。5.根据权利要求4所述的复眼透镜，其特征在于，所述S3具体包括：根据应用需求确定第一子复眼的边界点A
1,1
、第二子复眼的边界点B
1,1
、第一子复眼平面部分的边角位置H1
1,1
、第二子复眼平面部分的边界位置H2
1,1
和照明区域边界点T
1,1
，由此计算出光程OPL＝OH1
1,1
+k1*H1
1,1
A
1,1
+k2*H2
1,1
B
1,1
+B
1,1
T
1,1
；其中，AB表示A点和B点之间的距离，A、B泛指公式中的O、H、A、B、T；k1和k2分别表示第一自由曲面复眼透镜和第二自由曲面复眼透镜的折射率。6.根据权利要求5所述的复眼透镜，其特征在于，所述S4具体包括：S41、由...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦，
申请(专利权)人：屏丽科技成都有限责任公司，
类型：发明
国别省市：