一种背光模组、图像生成单元、抬头显示装置和载具的制作方法

1.本实用新型涉及显示技术领域，特别涉及一种背光模组、图像生成单元、抬头显示装置和载具。


背景技术：

2.图像生成单元(picture generation unit，pgu)作为抬头显示装置(head up display,hud)中用来生成图像的核心部件，其成像性能直接影响到hud的产品性能。
3.pgu通常包括背光模组和显示面板。相关技术中，背光模组出射的光线是垂直入射显示面板的，实际意义上并不符合hud对背光的要求。纯准直方向的背光，不仅不满足hud对发光角度的需求，导致最终hud的成像效果差的问题，还有可能无法完全覆盖显示面板，导致显示面板边缘部分区域没有背光，造成hud显示的图像内容不完整。


技术实现要素：

4.为解决相关技术中由于纯准直方向的背光导致的hud成像效果差以及显示图像内容不完整的问题，本实用新型公开了一种背光模组、图像生成单元、抬头显示装置和载具，技术方案如下：
5.本实用新型实施例的第一方面，提供了一种背光模组，包括灯板、透镜面板和凹透镜；
6.灯板与透镜面板相对设置，灯板朝向透镜面板的一侧设有多个发光器件，透镜面板朝向灯板的一侧设有多个准直透镜；多个发光器件与多个准直透镜一一对应；凹透镜设于透镜面板远离灯板的一侧；
7.多个发光器件中每个发光器件发出的光束，经每个发光器件对应的准直透镜反射至凹透镜，经凹透镜折射后形成发散光束。
8.在一些可能的实施例中，凹透镜的尺寸大于等于透镜面板的尺寸。
9.在一些可能的实施例中，每个发光器件为发光二极管。
10.本实用新型实施例的第二方面，提供了一种图像生成单元，包括本实用新型第一方面提供的背光模组和显示面板；
11.显示面板包括入光侧和出光侧，入光侧为显示面板靠近背光模组的一侧，出光侧为显示面板远离背光模组的一侧。
12.在一些可能的实施例中，显示面板为彩色液晶屏。
13.在一些可能的实施例中，显示面板为黑白液晶屏。
14.在一些可能的实施例中，还包括分光结构；
15.分光结构位于入光侧；或者，分光结构位于出光侧。
16.在一些可能的实施例中，分光结构为柱镜光栅或者狭缝光栅，柱镜光栅或者狭缝光栅位于出光侧。
17.本实用新型实施例的第三方面，提供了一种抬头显示装置，包括本实用新型第二
方面提供的图像生成单元和反射镜组件；
18.反射镜组件，将图像生成单元发出的光线反射至成像组件，通过成像组件反射形成虚像。
19.本实用新型实施例的第四方面，提供了一种载具，包括本实用新型第三方面提供的抬头显示装置和成像组件。
20.本实用新型实施例的一种背光模组、图像生成单元、抬头显示装置和载具，具有如下有益效果：
21.本实用新型实施例中的背光模组，灯板上的每个发光器件发出的光束经过对应的准直透镜进行准直后，可以得到准直的光束；准直的光束穿过透镜面板后入射至凹透镜，由于凹透镜对光有发散作用，从而准直的光束经凹透镜折射后，可以改变原来的光束传播方向，形成向凹透镜边缘发散的光束，使得背光模组发出的光线可以具备一定的发散角度，如此，可以解决相关技术中由于纯准直方向的背光导致的最终成像效果差以及显示图像内容不完整的问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本实用新型实施例提供的一种hud的光学设计示意图；
24.图2是本实用新型实施例提供的一种现有技术的示意图；
25.图3是本实用新型实施例提供的一种背光模组的结构示意图；
26.图4是本实用新型实施例提供的一种图像生成单元的结构示意图；
27.图5是本实用新型实施例提供的另一种图像生成单元的结构示意图；
28.图6是本实用新型实施例提供的一种抬头显示装置的应用环境示意图；
29.以下对附图作补充说明：
30.1-灯板；11-发光器件；2-透镜面板；21-准直透镜；3-凹透镜；01-背光模组；02-显示面板；021-上偏振片；022-上玻璃基板；023-彩色滤光片；024-液晶；025-下玻璃基板；026-下偏振片；03-分光结构；04-挡风玻璃；05-平面反射镜；06-曲面反射镜。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以
特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
33.如图1所示，在hud的光学设计中，需要图像生成单元(pgu)的发光角度是发散的，而如图2所示的现有技术中，背光模组出射的光线是垂直入射显示面板的，导致显示面板出射的图像光线的发光角度不是发散的，无法满足需求。
34.基于此，首先，本实用新型实施例第一方面提供了一种背光模组，请参阅图3，图3是本实用新型实施例提供的一种背光模组的结构示意图，该背光模组包括灯板1、透镜面板2和凹透镜3；
35.其中，灯板1与透镜面板2相对设置，灯板1朝向透镜面板2的一侧设有多个发光器件11，透镜面板2朝向灯板1的一侧设有多个准直透镜21；多个发光器件11与多个准直透镜21一一对应；凹透镜3设于透镜面板2远离灯板1的一侧；
36.多个发光器件11中每个发光器件11发出的光束，经每个发光器件11对应的准直透镜21反射至凹透镜3，经凹透镜3折射后形成发散光束。
37.本实用新型实施例中，设置于灯板1上的每个发光器件11可以配置成发出白光或特定颜色的光，每个发光器件11发出的光束经对应的准直透镜21进行准直后，可以得到准直的光束；准直的光束穿过透镜面板2后入射至凹透镜3，由于凹透镜3对光有发散作用，从而准直的光束经凹透镜3折射后，可以改变原来的光束传播方向，形成向凹透镜3边缘发散的光束；图3中示例性的示出了位于灯板1边缘位置的两个发光器件，由图3可见，最终背光模组发出的光线可以具备一定的发散角度，进而后续可以以该发散角度入射至显示面板，使得显示面板出射的图像光线的也具备该发光角度，满足hud光学设计的需求。
38.在一些可能的实施例中，凹透镜3的尺寸大于等于透镜面板2的尺寸，使得凹透镜3出射的光线能够覆盖透镜面板2，如此，可以保证从透镜面板2的边缘出射的光束能够被凹透镜3作用形成发散光束。
39.在一些可能的实施例中，每个发光器件11为发光二极管(light emitting diode，led)。led是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。
40.其次，本实用新型实施例的第二方面，提供了一种图像生成单元，如图4所示，图4是本实用新型实施例提供的一种图像生成单元的结构示意图，该图像生成单元包括本实用新型第一方面提供的背光模组01和显示面板02；
41.显示面板02包括入光侧和出光侧，入光侧为显示面板02靠近背光模组01的一侧，出光侧为显示面板02远离背光模组01的一侧。
42.这里，背光模组01参照上文实施例。如图4所示，背光模组01中的每个发光器件11发出的光束具有一定的照射面积，相应的可以照亮显示面板02上某一块区域，多个发光器件11应照亮整个显示面板02；由于背光模组01出射的光线具备一定的发散角度，相较于现有技术，可以更好的保证多个发光器件11能够照亮整个显示面板02；且背光模组01发出的
光线以一定的发散角度入射至显示面板02，使得显示面板02出射的图像光线的也具备该发光角度，满足hud光学设计的需求。
43.在一些可能的实施例中，如图5所示，图5是本实用新型实施例提供的另一种图像生成单元的结构示意图，该结构中，显示面板02可以为彩色液晶屏，彩色液晶屏中从上之下依次包括上偏振片021、上玻璃基板022、彩色滤光片023、液晶024、下玻璃基板025和下偏振片026。
44.在另一些可能的实施例中，上述显示面板02还可以为黑白液晶屏，黑白液晶屏与彩色液晶屏的区别仅在于彩色滤光片023的结构不同。
45.在使用黑白液晶屏的基础上，灯板1上各发光器件11可以基于区域调光技术(local dimming)实现局部背光调节，在进行局部调光时，可以将任意位置、任意数量的发光器件11进行组合，每个组合构成一个背光小区域，每个背光小区域可以单独控制背光亮度和颜色，不同背光小区域可以调节为不同的背光亮度和颜色，如此可以达到最佳的对比度和画面效果。
46.在一些可能的实施例中，如图5所示，图像生成单元还包括分光结构03，分光结构03可以用于实现立体显示的效果；该实施例中，分光结构03位于显示面板02的出光侧；具体的，图5中所示的分光结构03为柱镜光栅。在其他实施例中，分光结构03也可以是狭缝光栅。
47.需要说明的是，在其他实施例中，分光结构03也可以位于显示面板02的入光侧。
48.通过分光结构03对显示面板02的发出的图像光线进行分光，使得图像光线经过hud的其他部件反射后，最终部分光线进入人的左眼，部分光线进入人的右眼，最终人的左眼和右眼看到的图像是具有视差的图像，这两张图像的内容至少部分相同，使得左眼和右眼看到的图像在用户大脑合成一副有纵深感的立体画面，用户看到的物体有纵深感和空间感。
49.此外，本实用新型实施例的第三方面，还提供了一种抬头显示装置，包括本实用新型上述实施例的图像生成单元和反射镜组件；反射镜组件，将图像生成单元发出的光线反射至成像组件，通过成像组件反射形成虚像。
50.本实用新型实施例的抬头显示装置，可以运用在汽车上作为驾驶辅助仪器。如图6所示，图6是本实用新型实施例提供的一种抬头显示装置的应用环境示意图，当抬头显示装置应用在汽车上时，成像组件可以是挡风玻璃04，反射镜组件可以包括一个平面反射镜05和一个曲面反射镜06；该抬头显示装置可以能将车速、导航信息、告警等信息，通过图像生成单元生成图像，再依次经平面反射镜05、曲面反射镜06和挡风玻璃04投射到驾驶员前方，在驾驶员视线正前方形成虚像。
51.需要说明的是，上述实施例仅提供了一种可能的反射镜组件中反射镜的数量及种类，在实际应用中，根据设计的反射光路，反射镜组件可以包括一个或者两个以上相同或不同种类的反射镜。
52.最后，本实用新型实施例的第四方面，还提供了一种载具，包括本实用新型上述实施例中的抬头显示装置和成像组件。
53.在一些可能的实施例中，载具可以包括但不限于汽车等陆用交通工具，航空器(或者称为飞行器)等空中交通工具，或水上或水下交通工具等。
54.本实用新型中载具实施例、抬头显示装置实施例、图像生成单元实施例与背光模
组实施例基于同样的申请构思。
55.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种背光模组，其特征在于，包括灯板(1)、透镜面板(2)和凹透镜(3)；所述灯板(1)与所述透镜面板(2)相对设置，所述灯板(1)朝向所述透镜面板(2)的一侧设有多个发光器件(11)，所述透镜面板(2)朝向所述灯板(1)的一侧设有多个准直透镜(21)；所述多个发光器件(11)与所述多个准直透镜(21)一一对应；所述凹透镜(3)设于所述透镜面板(2)远离所述灯板(1)的一侧；所述多个发光器件(11)中每个发光器件(11)发出的光束，经所述每个发光器件(11)对应的准直透镜(21)反射至所述凹透镜(3)，经所述凹透镜(3)折射后形成发散光束。2.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述凹透镜(3)的尺寸大于等于所述透镜面板(2)的尺寸。3.根据权利要求1所述的背光模组，其特征在于，所述每个发光器件(11)为发光二极管。4.一种图像生成单元，其特征在于，包括权利要求1～3中任一项所述的背光模组(01)和显示面板(02)；所述显示面板(02)包括入光侧和出光侧，所述入光侧为所述显示面板(02)靠近所述背光模组(01)的一侧，所述出光侧为所述显示面板(02)远离所述背光模组(01)的一侧。5.根据权利要求4所述的图像生成单元，其特征在于，所述显示面板(02)为彩色液晶屏。6.根据权利要求4所述的图像生成单元，其特征在于，所述显示面板(02)为黑白液晶屏。7.根据权利要求5或6所述的图像生成单元，其特征在于，还包括分光结构(03)；所述分光结构(03)位于所述入光侧；或者，所述分光结构(03)位于所述出光侧。8.根据权利要求7所述的图像生成单元，其特征在于，所述分光结构(03)为柱镜光栅或者狭缝光栅，所述柱镜光栅或者所述狭缝光栅位于所述出光侧。9.一种抬头显示装置，其特征在于，包括权利要求4～8任一项所述的图像生成单元和反射镜组件；所述反射镜组件，将所述图像生成单元发出的光线反射至成像组件，通过所述成像组件反射形成虚像。10.一种载具，其特征在于，包括权利要求9所述的抬头显示装置和所述成像组件。

技术总结
本实用新型涉及一种背光模组、图像生成单元、抬头显示装置和载具，该背光模组包括灯板、透镜面板和凹透镜；灯板与透镜面板相对设置，灯板朝向透镜面板的一侧设有多个发光器件，透镜面板朝向灯板的一侧设有多个准直透镜；多个发光器件与多个准直透镜一一对应；凹透镜设于透镜面板远离灯板的一侧；多个发光器件中每个发光器件发出的光束，经每个发光器件对应的准直透镜反射至凹透镜，经凹透镜折射后形成发散光束。本实用新型的背光模组发出的光线具备一定的发散角度，如此，可以解决相关技术中由于纯准直方向的背光导致的最终成像效果差以及显示图像内容不完整的问题。显示图像内容不完整的问题。显示图像内容不完整的问题。


技术研发人员：金康 王云帆 管晋
受保护的技术使用者：浙江炽云科技有限公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/9/13