一种窄边框侧入式液晶显示器激光背光源制造技术

本发明专利技术公开了一种窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，该背光源包括可见光激光器组、光束整形器件、反射器件和液晶显示器导光板；可见光激光器发出的激光束经过反射器件的反射后光传播方向改变180°后由通光面入射液晶显示器导光板；相邻的可见光激光器组发出的每束可见光激光束经反射器件在入射液晶显示器导光板侧面通光面时产生大于各自光斑面积10％的光交叠，且同波段可见光激光器组的激光束光斑在液晶显示器导光板侧面通光面上的长度之和大于或等于0.65倍的该通光面长度。本发明专利技术能够实现用数量最少的可见光激光器获得最好的液晶显示器屏幕亮度和画面亮度色彩均一性的效果。

A Laser Backlight for Narrow Border Side-in LCD

【技术实现步骤摘要】
一种窄边框侧入式液晶显示器激光背光源
本专利技术涉及激光液晶显示器的光源，具体涉及一种侧入式激光液晶显示器的背光源结构。
技术介绍
现有液晶显示器的光学系统是为以LED为发光基础元件的面光源所设计，已非常成熟。LED光源的优势是：·光空间发散角约为150°无轴向差异，光能量是近似均匀的·LED的发光区形状、大小是可通过半导体加工工艺改变的·以LED为基础的显示光源的白光合成方法简单，且可形成均匀白光·LED光源散热要求低，散热热沉体积小巧轻薄、结构简单·LED器件的光普宽度宽，波长随温度的升高改变对色彩的影响可忽略不计以上优点决定了，LED可制成由巨量发低功率光点构成的贴片灯珠式窄带状面光源。此类LED面光源的发出的单点光均匀能量分布且光功率低，在长度方向上可排列数量巨大的LED发光点形成总发光强度很高的均匀面光源。面光源的单独LED灯珠发光区宽度可制成小于导光板侧入通光面的宽度，导光板光耦合效率高；厚度3mm便于散热和安装，而长度可随意裁剪，因此被广泛用于侧入式液晶显示器的背光源。侧入式液晶显示背光是将巨量发低功率光点构成的贴片灯珠式窄带状面光源安装于PMMA导光板的侧面(长*厚或宽*厚)，每个LED灯珠发出的低亮度且均匀的光入射导光板后发生全发射。在导光板一个面(长*宽)上存在若干个散射区用于破坏光在导光板中的全反射，使光线出射导光板(长*宽)的面形成面光源。如70英吋的液晶电视在导光板的一侧面使用了176个发光面为7*2mm白光LED灯珠，每个灯珠中又存在2个LED发光点，使用352个白光LED发光点保证LED白光进入导光板后能够形成更大面积的、均匀的液晶显示器背光源。使用LED作为光源的液晶显示器只能满足2K分辨率的液晶显示器的需求。对于4K和8K的液晶显示器所需的色域覆盖率、色彩饱和度、色彩还原度、色彩数远不达标。激光显示是一种新型显示技术，激光光源是人类能够获得的最好的显示器光源可满足4K、8K显示器相关标准要求。与LED、OLED、量子点、冷阴极灯这些显示器传统光源相比，激光光源具有：単色性最高、光谱宽度最窄、光束发散角最小的优势，因此半导体激光光源已被广泛应用作投影显示设备的光源。但是，激光光源若要用作侧入式液晶显示器光源还面临着如下问题：1、全固态激光器的体积大、效率低、成本极高、结构复杂，无法作为光源用于扁平形状的液晶显示器。2、现有能够作为液晶显示器的激光光源只能为半导体激光器。3、商品化的可见光半导体激光器均为端发射激光器。端发射可见光激光器与LED相比，除了色彩方面占有绝对优势，其他的应用方面具有如下显著缺点：·封装体积大(约为同等发光功率LED的10倍以上)、封装结构复杂，无法实现贴片式封装；·端发射可见光激光器由于封装形式所限，端发射可见光激光器发光点之间的间距相较LED大10余倍，而过大的发光间隙将导致无法形成“无色差白光”和“亮度均的面光源”·电光转换效率低效率(约为同等发光功率LED的50％～30％)；·激光波长受对温度变化敏感，波长随温度升高易发生红移，散热要求高于LED数倍；·端发射可见光激光器光源需要强制散热，否则长时间使用会造成输出功率热衰减，进一步影响使用寿命。·端发射可见光激光的发光区功率密度是LED的数十倍；·激光的单色性好，作为显示器的光源时，必须使用三基色激光源进行白光合成。·激光存在画面散斑噪声干扰问题·端发射可见光半导体激光器的发光区仅为100um宽，发光区功率密度极高，易对塑料导光板产生损伤·最重要的是端发射可见光半导体激光器发射的激光束的发散角度是各向异性的，快轴发散角为40°左右，而慢轴发散角小于10°，光斑形状成椭圆形，无法通过半导体加工工艺改变。目前已有不少端发射可见光半导体激光光源应用于液晶显示器的关专利，这些专利的无一例外的是仿照现有的侧入式LED面光源的制造方案将激光器安置于导光板的侧面。如专利CN104344284A和专利CN104180244A公开了一种“激光背光源装置”，其装置先将红绿蓝三基色激光通过透镜合束混合成白光后入射导光板模块，合束后的白光发散角极小。在进入导光板模块后通过导光板模块中掺杂的散射颗粒进行激光束扩束，以期形成高亮度、光分布均匀的激光面光源。专利CN104180244A公开了一种“一种激光背光源装置”，在导光板周边安置有导光管，导光管上留有通光开口，导光管内部存在散射体，激光束通过导光管时由导管内部的散射体对激光进行漫反射产生散射白色激光，散射的白光激光进入导光板形成面光源。此两种方案都是用经过纳米颗粒散射后的散射激光作为显示器的背光源，经过纳米颗粒散射后形成与冷阴极灯(日光灯)光相同的空间360°照明光。此类散射光作为显示背光源时，由于散射光为空间360°发射，需产生25～40％的损耗，最终导光板的光入射率(耦合率)约为60～75％。对于价格低廉、功耗较低、发热较少的冷阴极灯(日光灯)而言，较低的导光板光入射率并不是问题；但是对于价格昂贵、功耗很高、发热量大的激光器而言，在入射导光时就产生25～40％的光损耗是无法接受的，因为过多的导光板光入射损耗意味着显示器将使用更多的激光器，这样会大幅度提高激光液晶显示器的成本、功耗。重要的是此种方案会造成液晶显示器的边框宽度过大，导致液晶显示器整机的外观既不美观且此种光源结构易与液晶屏等器件发生机械安装结构上的不兼容。最重要的是，此方案仅解决了白光合成问题，但是并未解决匀场问题，会造成显示器的亮度分布不均。专利201520476596.2中公开了一种激光显示用的面光源结构，此方案中导光板的四个侧面排列有灯条状的多个红绿蓝三色激光器。由于三色激光直接入射导光板，激光器间隔过远红绿蓝三色激光的强度分布不均匀无法合成白光导致花屏现象及屏幕明暗不均一的情况(图1)，无法满足液晶显示的正常使用需求。但是对于大尺寸液晶显示屏而言，需要更高的亮度以支撑画面质量，按照此专利方案进行实际技术实施就需要600个以上的激光器才能达到大屏幕液晶显示器的背光要求，这样激光液晶显示器的成本及发热功耗会成倍的增长。现有这些专利方案均无法解决可见光端发射半导体激光器与现有侧入式LED液晶显示器光学系统不匹配所产生的画面色斑、色带、光场明暗分布不均、亮度低的实际问题。现有的侧入式LED液晶显示器背光源光学系统无法与端发射激光源相匹配。若要将端发射半导体激光源用于侧入式液晶显示器，并且实现商品化就必须开发新型的、适合可见光端发射半导体激光器光参量与结构的侧入式液晶显示器背光源结构。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，该背光源能够消除不同波段可见光激光束在液晶显示器导光板内无交叠而导致的色斑、色块、明暗条纹和色温不均，从而得到分布均匀的光场。一种窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，该背光源包括端发射可见光激光器组、光束整形器件、反射器件和液晶显示器导光板；所述端发射可见光激光器组安装于液晶显示器壳体的背面，液晶显示器壳体的正面与液晶显示器导光板贴合，端发射可见光激光器组距液晶显示器导光板侧面通光面具有一定的光程，端发射可见光激光器发出的激光束经反射器件的反射后光传播方向改变180°后由通光面入射液晶显示器导光板；相邻的所述端发射可见光激光器组发出的每束可见本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，其特征在于，该背光源包括可见光激光器组、光束整形器件、反射器件和液晶显示器导光板；所述可见光激光器组安装于液晶显示器壳体的背面，液晶显示器壳体的正面与液晶显示器导光板贴合，可见光激光器组距液晶显示器导光板侧面通光面具有一定的光程，可见光激光器发出的激光束经反射器件的反射后光传播方向改变180°后由通光面入射液晶显示器导光板；相邻的所述可见光激光器组发出的每束可见光激光束经反射器件在入射液晶显示器导光板侧面通光面时产生大于各自光斑面积10％的光交叠，且同波段可见光激光器组的激光束光斑在液晶显示器导光板侧面通光面上的长度之和大于或等于0.65倍的该通光面长度；可见光激光器组与反射器件、反射器件和液晶显示器导光板侧面通光面之间存在光束整形器件；光束整形器件对可见光激光束的发散角进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，其特征在于，该背光源包括可见光激光器组、光束整形器件、反射器件和液晶显示器导光板；所述可见光激光器组安装于液晶显示器壳体的背面，液晶显示器壳体的正面与液晶显示器导光板贴合，可见光激光器组距液晶显示器导光板侧面通光面具有一定的光程，可见光激光器发出的激光束经反射器件的反射后光传播方向改变180°后由通光面入射液晶显示器导光板；相邻的所述可见光激光器组发出的每束可见光激光束经反射器件在入射液晶显示器导光板侧面通光面时产生大于各自光斑面积10％的光交叠，且同波段可见光激光器组的激光束光斑在液晶显示器导光板侧面通光面上的长度之和大于或等于0.65倍的该通光面长度；可见光激光器组与反射器件、反射器件和液晶显示器导光板侧面通光面之间存在光束整形器件；光束整形器件对可见光激光束的发散角进行调整。2.如权利要求1所述的窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，其特征在于，所述可见光激光器组的光轴到液晶显示器导光板对应的入射面之间的光程L与可见光激光器组发射的激光束在液晶显示器导光板入射面长度方向的发散角θy决定激光束在液晶显示器导光板的侧面通光面上的光束投影长度w，光程L、发散角θy、光束投影长度w的关系由公式(1)计算得到3.如权利要求2所述的窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，其特征在于，所述可见光激光器组包括至少一个中心波长为600～700nm的红光激光器、至少一个中心波长为500～550nm的绿光激光器和至少一个中心波长为410～480nm的蓝光激光器；三种激光器的激光光斑相互叠加，形成白光激光源。4.如权利要求1所述的窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，其特征在于，所述光束整形器件为球面...

【专利技术属性】
技术研发人员：许江珂，
申请(专利权)人：许江珂，
类型：发明
国别省市：北京,11