[发明专利]一种抬头显示装置的背光系统

说明书

本发明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。本发明光收集能力强，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。

技术领域

本发明涉及背光系统，具体公开了一种抬头显示装置的背光系统。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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，Dd，Rr，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。