CN113534465B - 一种背光系统、车载抬头显示器和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及抬头显示技术领域，特别涉及一种背光系统、车载抬头显示器和车辆。本发明提供一种背光系统、车载抬头显示器和车辆，包括依次设置的照明单元、光路整形组件、扩散单元和显示单元，其中，照明单元用于产生照明光线，光路整形组件用于对照明光线的纵向角度和横向角度进行调整；扩散单元用于对照明光线进行匀光扩散；显示单元用于接收照明光线并显示图像。该背光系统通过光路整形组件调整照明光线的横向角度和纵向角度，从而调整照明光线的横向光束大小和纵向光束大小，最后经过扩散单元的作用形成一个横、纵向高效均匀的光束，并照射在显示单元上，从而保证光利用率高且显示均匀。

Description

一种背光系统、车载抬头显示器和车辆

技术领域

本发明实施例涉及抬头显示技术领域，特别涉及一种背光系统、车载抬头显示器和车辆。

背景技术

车辆抬头显示器是基于图形发生器的投影光学系统，出于成本考量，当前抬头显示器厂商选用的图形发生器往往以薄膜晶体管液晶显示器(Thin film transistorliquid crystal display，TFT-LCD)为主。

由于抬头显示器需要的亮度较高、TFT-LCD的透过率较低，故光利用率较高的直下式背光是目前抬头显示器背光设计的主流。然而，对于目前的直下式背光系统中常存在各种缺陷，如明暗条纹、菲涅尔纹等，导致显示不均匀，从而影响用户体验。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种背光系统、车载抬头显示器和车辆，光利用率高且显示均匀。

第一方面，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种背光系统，包括：

照明单元，用于提供照明光线；

光路整形组件，设于所述照明单元的出光侧，用于对所述照明光线的纵向角度和横向角度进行调整；

扩散单元，设于所述光路整形组件的出光侧，用于对所述照明光线进行匀光扩散；

显示单元，设于所述扩散单元的出光侧，用于接收所述照明光线并显示图像。

在一些实施例中，所述光路整形组件包括依次设置的整形透镜和反射腔；

所述整形透镜的入光侧设于所述照明单元的出光侧，所述扩散单元设于所述反射腔的出光侧，所述整形透镜用于收敛所述照明光线的横向角度、以及扩散所述照明光线的纵向角度，所述反射腔用于收敛所述照明光线的纵向角度。

在一些实施例中，所述整形透镜为柱面透镜；

所述柱面透镜具有入射面和出射面，所述柱面透镜的入射面邻近所述照明单元设置，所述柱面透镜的出射面邻近所述反射腔设置，所述柱面透镜的入射面为平面，所述柱面透镜的出射面为柱面。

在一些实施例中，所述反射腔为曲面反射腔。

在一些实施例中，所述扩散单元为异型扩散膜。

在一些实施例中，所述照明单元为LED光源。

在一些实施例中，所述显示单元为TFT-LCD。

第二方面，本发明实施例还提供一种车载抬头显示器，包括：

挡风玻璃；

以及，如第一方面中任意一项所述的背光系统；

所述挡风玻璃设于所述显示单元的出光侧，所述挡风玻璃用于将所述图像反射至人眼。

第三方面，本发明实施例还提供一种车辆，包括如第二方面所述的车载抬头显示器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种背光系统、车载抬头显示器和车辆，包括依次设置的照明单元、光路整形组件、扩散单元和显示单元，其中，照明单元用于产生照明光线，光路整形组件用于对照明光线的纵向角度和横向角度进行调整；扩散单元用于对照明光线进行匀光扩散；显示单元用于接收照明光线并显示图像。该背光系统通过光路整形组件调整照明光线的横向角度和纵向角度，从而调整照明光线的横向光束大小和纵向光束大小，最后经过扩散单元的作用形成一个横、纵向高效均匀的光束，并照射在显示单元上，从而保证光利用率高且显示均匀。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种背光系统的结构框图示意图；

图2是本发明实施例提供的一种背光系统的结构示意图；

图3是图2中整形透镜为柱面透镜时的横向光路示意图；

图4是图2中整形透镜为柱面透镜时的纵向光路示意图；

图5是本发明实施例提供的一种曲面反射腔的纵截面示意图；

图6是图2中反射腔为曲面反射腔时的纵向光路示意图；

图7是图2中的一种光路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

目前对于TFT-LCD的直下式背光系统中，常采用两种结构，第一种结构采用梯形腔和菲涅尔镜对LED光源进行整形，然后对整形后的光线进行匀光扩散，但会导致菲涅尔纹，第二种结构采用TIR棱镜和复眼透镜对光路进行整形，然后对整形后的光线进行匀光扩散，但会产生明暗条纹，对此，在使用TFT-LCD的直下式背光系统中、如何保证光利用率高且显示均匀是急需解决的问题。

为了解决上述提到的问题，本发明实施例提供一种背光系统、车载抬头显示器和车辆，不仅能保证光利用率高，而且显示均匀。

第一方面，本发明实施例提供一种背光系统，请参阅图1，该背光系统10包括依次设置的照明单元1、光路整形组件2、扩散单元3和显示单元4。其中，照明单元1用于提供照明光线。光路整形组件2设于所述照明单元1的出光侧，光路整形组件2用于对所述照明光线的纵向角度和横向角度进行调整。扩散单元3设于所述光路整形组件2的出光侧，扩散单元3用于对所述照明光线进行匀光扩散。显示单元4设于所述扩散单元3的出光侧，显示单元4用于接收所述照明光线并显示图像。

在该背光系统中，照明单元1发出的照明光线经过光路整形组件2后，照明光线的纵向角度和横向角度发生变化，即纵向光束大小和横向光束大小发生变化，经过扩散单元3的匀光扩散后，照射在显示单元4上，显示单元4显示图像。在该背光系统中，通过光路整形组件2分别对照明光线的纵向角度和横向角度进行调整，然后再经过扩散单元3的作用形成一个横、纵向高效均匀的出光光束，从而可以保证光利用率高、且显示均匀。

具体的，在其中一些实施例中，所述照明单元为LED光源。实际应用中，照明单元也可以为其他发光面积较小的光源，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，显示单元为TFT-LCD。实际应用中，显示单元也可以为其他一切合适的需要接收照明光线才能显示图像的背光显示单元，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，请参阅图2，所述光路整形组件2包括依次设置的整形透镜21和反射腔22。其中，整形透镜21的入光侧设于照明单元1的出光侧，扩散单元3设于反射腔22的出光侧，所述整形透镜21用于收敛所述照明光线的横向角度、以及扩散所述照明光线的纵向角度，所述反射腔22用于收敛所述照明光线的纵向角度。

在其中一些实施例中，所述整形透镜为柱面透镜。具体的，请参阅图3，所述柱面透镜21包括入射面211和出射面212，其中，柱面透镜21的入射面211靠近照明单元1的出光侧设置，柱面透镜的出射面靠近反射腔入光侧设置，并且，柱面透镜21的入射面211为平面，柱面透镜21的出射面212为柱面。请继续参阅图3，照明单元1发出的照明光线经过该柱面透镜21后，光线的横向角度会发生一次光线收敛，即照明光线在横向上发生汇聚，并且，请参阅图4，照明光线经过该柱面透镜21后，光线在纵向上会产生一次折射，那么此时照明光线的纵向角度会发生扩散。实际应用中，可以通过调节照明单元1与柱面透镜21的间距、柱面透镜21的柱面曲率以及柱面透镜21的厚度，来有效调节照明光线的横向光利用率。

在其中一些实施例中，所述反射腔为曲面反射腔，即反射腔的反射面为曲面。具体的，请参阅图5，该曲面反射腔为杯状，具有进光口221、第一出光口222、第二出光口223、第一反射面224和第二反射面225，其中，请结合参阅图2和图5，曲面反射腔的进光口邻近整形透镜设置，曲面反射腔的第一出光口和第二出光口均邻近扩散单元设置。并且，第一反射面224为第一抛物曲面，第二反射面225为第二抛物曲面，第一抛物曲面可以与第二抛物曲面相同，也可以不同。请参阅图6，照明光线通过该曲面反射腔22后，照明光线在曲面反射腔的作用下、纵向上产生一次收敛，即此时照明光线的纵向角度产生汇聚。此时，通过调节曲面反射腔的长度可以调整光束的大小，从而满足不同显示区域大小的需求，另外可以通过调整第一反射面和第二反射面的曲面方程、来调节光线角度。实际应用中，出光口的数量可根据实际需要进行设置，第一反射面和第二反射面也可以为其他曲面，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，所述扩散单元为异型扩散膜，该异型扩散膜对横向光束与纵向光束具有不同的扩散效果。实际应用中，也可以采用对横向光束与纵向光束扩散效果相同的扩散膜，在此不做限定。

下面以图2所示的实施例详细阐述本发明提供的背光系统的光路走向。其中，照明单元1为LED光源、整形透镜21为柱面透镜，反射腔22为抛物曲面反射腔，扩散单元3为异型扩散膜，显示单元4为TFT-LCD。

请结合参阅图2和图7，在该背光系统中，LED光源发出的照明光线依次通过柱面透镜21、抛物曲面反射腔22、异型扩散膜3，形成一束光利用率高的均匀光束照射在TFT-LCD上。首先，LED光源1产生的照明光线经过柱面透镜21后，在横向上发生一次光线收敛，并且在纵向上产生一次折射，接着，照明光线在曲面反射腔22的作用下，在纵向上发生一次光线收敛，最后，在异型扩散膜3的作用下形成一个均匀的出光光束。

在该背光系统中，首先通过柱面透镜21可以调整照明光线的横向光束大小，经过异型扩散膜3的扩散下可以形成一个光利用率高、且照明亮度均匀的横向光束；另外通过曲面反射腔22的反射面的曲面方程，可以调整照明光线的纵向光束大小，经过异型扩散膜3的扩散下可以形成一个光利用率高、且照明亮度均匀的纵向光束。该背光系统通过上述两种方式的综合作用下，可以使最终照射在TFT-LCD上的照明光线的利用率高、且显示均匀；另外，在该背光系统中，并未使用梯形反射腔、菲涅尔镜、TIR棱镜和复眼透镜，从而使最终呈现的图像无菲涅尔条纹、明暗条纹等显示缺陷。

第二方面，本发明实施例提供一种车载抬头显示器，该车载抬头显示器包括：挡风玻璃；以及，如上述第一方面任意一项所述的背光系统；其中，所述挡风玻璃设于所述显示单元的出光侧，所述挡风玻璃用于将所述图像反射至人眼。在该车载抬头显示器中，照明单元发出的照明光线经过光路整形组件后，照明光线的纵向角度和横向角度发生变化，即纵向光束大小和横向光束大小发生变化，经过扩散单元的匀光扩散后，照射在显示单元上，显示单元显示图像，挡风玻璃将图像反射至人眼。在该车载抬头显示器中，通过光路整形组件分别对照明光线的纵向角度和横向角度进行调整，然后再经过扩散单元的作用形成一个横、纵向高效均匀的出光光束，从而可以保证光利用率高、且显示均匀。

第三方面，本发明实施例提供一种车辆，该车辆包括如上述第二方面所述的车载抬头显示器。在该车辆中，照明单元发出的照明光线经过光路整形组件后，照明光线的纵向角度和横向角度发生变化，即纵向光束大小和横向光束大小发生变化，经过扩散单元的匀光扩散后，照射在显示单元上，显示单元显示图像。在该车辆中，通过光路整形组件分别对照明光线的纵向角度和横向角度进行调整，然后再经过扩散单元的作用形成一个横、纵向高效均匀的出光光束，从而可以保证光利用率高、且显示均匀。

本发明提供一种背光系统、车载抬头显示器和车辆，包括依次设置的照明单元、光路整形组件、扩散单元和显示单元，其中，照明单元用于产生照明光线，光路整形组件用于对照明光线的纵向角度和横向角度进行调整；扩散单元用于对照明光线进行匀光扩散；显示单元用于接收照明光线并显示图像。该背光系统通过光路整形组件调整照明光线的横向角度和纵向角度，从而调整照明光线的横向光束大小和纵向光束大小，最后经过扩散单元的作用形成一个横、纵向高效均匀的光束，并照射在显示单元上，从而保证光利用率高且显示均匀。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种背光系统，其特征在于，包括：

照明单元，用于提供照明光线；

光路整形组件，所述光路整形组件包括依次设置的整形透镜和反射腔，所述整形透镜的入光侧设于所述照明单元的出光侧，所述整形透镜为柱面透镜，所述柱面透镜具有入射面和出射面，所述柱面透镜的入射面邻近所述照明单元设置，所述柱面透镜的出射面邻近所述反射腔设置，所述柱面透镜的入射面为平面，所述柱面透镜的出射面为柱面，所述整形透镜用于收敛所述照明光线的横向角度，所述反射腔用于收敛所述照明光线的纵向角度；

扩散单元，设于所述反射腔的出光侧，用于对所述照明光线进行匀光扩散；

显示单元，设于所述扩散单元的出光侧，用于接收所述照明光线并显示图像；

其中，所述照明单元、所述整形透镜和所述反射腔依次沿第一光轴设置，所述反射腔的第一出光口、所述扩散单元和所述显示单元依次沿第二光轴设置，所述第一光轴不平行于所述第二光轴。

2.根据权利要求1所述的背光系统，其特征在于，所述反射腔为曲面反射腔。

3.根据权利要求1所述的背光系统，其特征在于，所述扩散单元为异型扩散膜。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的背光系统，其特征在于，所述照明单元为LED光源。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的背光系统，其特征在于，所述显示单元为TFT-LCD。

6.一种车载抬头显示器，其特征在于，包括：

挡风玻璃；

以及，如权利要求1-5中任意一项所述的背光系统；

所述挡风玻璃设于所述显示单元的出光侧，所述挡风玻璃用于将所述图像反射至人眼。

7.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求6所述的车载抬头显示器。