用于头显液晶像源LED 背光的双自由曲面透镜阵列设计

发光二极管(LED)已经成为头盔显示器液晶像源主流背光源。LED 发散角较大,大量的光线无法得到有效利用而造成能量的浪费,故需要对LED 进行二次光学设计以有效提高光效。背光包括由若干个LED 组成的阵列。对单个LED 设计了双曲面透镜,形成了8 mm 直径的均匀圆形光斑。对单个透镜进行切割,以形成矩形光斑。但由于切割面的全反射,矩形面积内存在亮斑。对透镜进行了优化设计,获得了亮度均匀的矩形光斑。4个矩形透镜拼接成透镜阵列。为消除杂散光斑,对透镜再次进行了优化设计。根据设计结果加工了透镜阵列并对背光进行了实际测试。测试结果表明:和传统背光结构相比,采用两层扩散膜和透镜阵列后,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由39°降低到23°。满足头盔显示器液晶像源背光的要求。