CN100585466C

CN100585466C - 显示器及照射器

Info

Publication number: CN100585466C
Application number: CN200680028422A
Authority: CN
Inventors: 水内公典; 山本和久; 门胁慎一; 水岛哲郎; 森川显洋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: JP4927739B2; CN101233446A; US8089581B2; JPWO2007015402A1; US20100103347A1; WO2007015402A1

Abstract

本发明提供了一种显示器和照射器，所述显示器以具有均匀光量分布的激光照射液晶显示面板，所述照射器辐射具有均匀光量分布的激光。所述显示器包括：液晶显示面板204；激光光源205、206、207，发射具有绿光、红光和蓝光波长的激光；波导片201，设置在液晶显示面板204的背面处，并且执行激光的多次反射；以及漫射片202，设置在波导片201的背面处，对在波导片201中传播的激光进行漫射，并向液晶显示面板204发射所述光。

Description

显示器及照射器

技术领域

本发明涉及一种使用激光的显示器和一种用于发射激光的照射器。

背景技术

使用液晶显示面板的显示器需要用于照射所述液晶显示面板的背光。传统的显示器具有萤光管或发光二极管(LED)作为背光，但是萤光管或LED的发光点尺寸较大，并且光使用效率只是百分之几，功耗非常大。

近来，为了节省功耗以及降低成本，提出使用具有较高的光使用效率的激光作为显示器的背光。

例如，专利文献1公开了一种用于彩色显示器的发光显示器，对激光进行波长转换，将其转换为荧光管的照射光。发光显示器使用通过激光的受激照射执行二次发射的荧光发光层。然而，当将激光转换为荧光时，因为电光转换效率不高，增加了功耗。

专利文献2公开了一种能够抑制这种功耗的液晶显示器。专利文献2提出了一种面发射型半导体激光芯片的阵列，设置在液晶显示面板的背面处以便与每一个像素相对应。另外，专利文献2公开了一种液晶显示器，其中调节反射器的反射平面的角度，以便使激光入射至液晶显示面板的每一个像素，并且来自光源的激光经由所述反射器进入每一个像素。

专利文献1：JP-A-2003-302918

专利文献2：JP-A-2005-157025

发明内容

本发明要解决的问题

专利文献2的液晶显示器抑制了功耗。然而，该显示器不能向液晶显示面板发射均匀光量的激光。

本发明意欲解决现有技术的这些问题，因此本发明的目的是提出一种显示器，能够提供一种沿平面均匀的光量分布，以向液晶显示面板发射激光，以及一种照射器，能够发射均匀光量的激光。

解决该问题的手段

本发明的显示器包括：液晶显示面板；反射器，具有其上形成光栅结构的表面；以及激光光源，发射具有红光、蓝光和绿光波长的激光，其中反射器反射从激光光源发射的激光，以辐射液晶显示面板。

本发明的显示器可以具有其他结构。其他结构的显示器包括：液晶显示面板；激光光源，发射具有红光、蓝光和绿光波长的激光；第一波导片，设置在液晶显示面板的背面，执行激光的多次反射；以及漫射片，设置在第一波导片的背面，对在第一波导片中传播的激光进行漫射，以向液晶显示面板发射所述光。

可以将反射激光的反射膜设置在第一波导片的侧面处。

可以将未被反射膜包围的入口设置在第一波导片的侧面的一部分中，使得所述激光可以通过所述入口进入第一波导片。

优选地，所述入口的面积等于或小于第一波导片的侧面总面积的1/1000。

可以设置多个入口，可以在每一个入口上形成反射除特定光之外的光的膜。在这种情况下，具有红光、蓝光或绿光波长的激光通过所述膜分别进入不同的入口。

所述显示器还可以包括设置在液晶显示面板和第一波导片之间的波长片(wavelength plate)，所述波长片选择从激光光源发射的激光的波长，以输出所述激光。

所述显示器还可以包括设置在漫射片的背面处的第二波导片。在这种情况下，激光光源的激光进入第二波导片，然后通过第二波导片进入第一波导片。

所述激光光源可以与对液晶显示面板的切换同步地调制红光、蓝光和绿光激光的强度。

所述显示器还可以包括调制激光的偏振、偏转和焦点中的至少一个的光学元件。在这种情况下，随时间改变激光的偏振、偏转和相位中的至少一个。

可以将所述光学元件形成为第一波导片或第二波导片的一部分。

具有与红光、蓝光和绿光相对应的波长的激光光源可以具有多个发光点。

从多个发光点发射的光的波长可以彼此略微不同。波长的差别可以等于或大于1nm。

所述激光光源可以包括多个光源，并且可以将所述多个光源按照大于特定间隔的间隔设置在液晶显示面板的背面处。在这种情况下，优选地，多个激光光源的每一个的功耗不超过2W。

可以将多个激光光源的至少一个叠加在高频上。

所述显示器还可以包括波导管，传播从激光光源发射的激光，其中将所述激光从波导管传播至第一波导片。

可以将所述波导管设置在第一波导片的侧面处。

或者，可以将所述波导管设置在第一波导片的背面处。

可以将所述波导管形成为锥形形状。

所述锥形形状可以是弯曲的形状。

优选地，所述波导管的长度比第一波导片的长度长。

所述显示器还可以包括检测器，检测波导管或激光光源中的激光量。

所述显示器还可以包括衍射元件，其中所述检测器检测来自所述衍射元件的衍射光。

本发明的显示器可以具有其他结构，并且其他结构的所述显示器包括：液晶显示面板；激光光源，发射具有红光、蓝光和绿光波长的激光；多根第一波导管，设置在液晶显示面板的背面处，传播从针对每一个波长的激光光源发射的激光；以及漫射片，设置在所述多根第一波导管的背面处，对在第一波导管中传播的激光进行漫射，以向液晶显示面板发射所述激光。

所述显示器还可以包括多根第二波导管，设置在所述漫射片的背面处，其中第二波导管基于每一个波长，将从激光光源发射的红光、蓝光和绿光激光进行分离，以允许每一个所分离的激光进入所述多根第一波导管的每一根中。

所述多根第一波导管可以包括三根波导管，每一根分别传播红光、绿光或蓝光激光，并且可以将每一根波导管在液晶显示面板的两个末端处向回弯折。

本发明的照射器包括：激光光源，发射具有多个不同波长的激光；波导片，执行所述激光的多次反射；以及漫射片，设置在所述波导片的背面处，对在波导片中传播的激光进行漫射，以从所述波导片的表面发射激光。

本发明的照射器可以具有另一种结构，并且另一种结构的照射器包括：激光光源，发射具有多个不同波长的激光；多根波导管，每一根均传播从针对每一种波长的激光光源发射的激光；以及漫射片，设置在所述多根波导管的背面处，对在所述多根波导管中传播的激光进行漫射，以从所述波导管的表面发射激光。

本发明的有益效果

本发明实现了一种显示器和照射器，所述显示器使激光的光量分布均匀化，并向液晶显示面板发射所述激光，以及所述照射器使所述激光均匀化，并发射所述激光。

附图说明

图1A是在本发明实施例1中的显示器的结构图。

图1B是示出了矩形漫射片的图。

图2A和2B是在本发明实施例2中的显示器的结构图。

图3A、3B和3C是本发明实施例3中的显示器的结构图。

图4A、4B和4C是本发明实施例4中的显示器的结构图。

图5A、5B和5C是本发明实施例5中的显示器的结构图。

图6A、6B和6C是本发明实施例6中的显示器的结构图。

图7A、7B和7C是本发明实施例7中的显示器的结构图。

图8A、8B和8C是本发明实施例8中的显示器的结构图。

图9是本发明实施例9中的显示器的结构图。

图10A、10B和10C是本发明实施例10中的显示器的结构图。

图11A、11B和11C是本发明实施例11中的显示器的结构图。

图12A、12B 和12C是本发明实施例12中的显示器的结构图。

图13A、13B和13C是本发明实施例13中的显示器的结构图。

图14A、14B和14C是本发明实施例14中的显示器的结构图。

参考符号

101、204、901 液晶显示面板

102 反射器

103、205、206、207、305、306、307 激光光源

805、902、1005、1006、1007 激光光源

201、301 波导片

202、612、1208、1308 漫射片

203 滤波器

208 微透镜阵列

209 激光

211 反射膜

212、213、214 波长选择膜

310 棱镜

413 均匀化光学系统

501a、903、1001、1101、1201、1301 波导管

501b 支路波导管

713 液晶元件

1304 反射镜

1402 衍射元件

1403 驱动电路

1405、1406 检测器

具体实施方式

下面，参考附图描述示出了用于实现本发明的最佳模式的实施例。

(第一实施例)

图1A是在本发明实施例1中的显示器的结构图。该实施例的显示器包括液晶显示面板101、设置在液晶显示面板101的背面处的反射器102、以及用于向反射器102发射红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)激光的激光光源103。

激光光源103是发射激光的光纤激光器。反射器102是平板，反射从激光光源103发射的激光，并且向液晶显示面板101发射激光。将反射型光栅结构形成于反射器102的表面上。在该实施例中的光栅是通过计算确定的计算机生成全息图。将该光栅设计为使得漫射光的分布可以形成与液晶显示面板101类似的矩形形状。因此，使得液晶显示器101中的光分布均匀。因为所述激光波长谱较窄，可以使用衍射元件。通过形成光栅结构，将激光的衍射图案均匀地发射到液晶显示面板101上。液晶显示面板101将所发射的激光转换为二维图像。

因为所述激光是高度相干的，在该实施例中可以利用这种光栅。通过在反射器102的表面上形成光栅结构，可以通过简单的光学系统使光量分布均匀，并且可以均匀地照射液晶显示面板101。

光栅的类型不局限于该实施例的结构，例如，可以如图1B所示地使用矩形漫射片104。图1B示出了矩形漫射片104的正视图和侧视图。矩形漫射片104形成为微小的矩形凸起形状。在矩形漫射片104的表面上反射的光变为矩形反射光，并且当所反射的光在多个层中重叠时，实现了矩形的均匀光分布。当形成矩形光分布时，消除了液晶平面中光的不均匀亮度。几乎没有全息图和不需要的光，可以有效地利用所述光。

代替在反射器102的表面上形成光栅结构，通过使用漫射片或微透镜阵列，可以使发射至液晶显示面板101的激光的光量分布均匀。

本发明通过从二维平面有效地发射激光，实现了二维显示器。激光光源103的激光的电光转换效率高达20％至40％。此外，因为激光光源103是高度相干的，只有彩色显示所需要的光谱可以振荡。因此，易于设计光学系统，并且反射器的损耗较小，可以设计低损耗的薄光学系统。可以使用高色纯度的光，并且可以在红色、绿色和蓝色的显示器中有效地利用所述光，并且同时可以实现高效率和低功耗。因此，实现了大屏幕显示器。此外，因为节省了功耗并且减小了尺寸，所述显示器是适用于在便携装置中使用的显示器。通过使用激光，显著地提高了色彩再现度，实现了高色度的彩色显示器。可以显示的色彩范围比通过传统萤光管显示的色度范围更宽。

优选地，只通过液晶显示面板101的每一个像素的光的滤波器形成于液晶显示面板101的背面上。通过所述滤波器，将激光选择性地通过每一个像素，并且实现了全彩色显示器。

代替使用所述滤波器，可以与液晶显示面板101同步地改变RGB激光的输出。在这种情况下，需要液晶的高速响应，但是使得液晶像素提高了三倍，并且实现了高密度的像素显示器。

在该实施例中，激光光源103是光纤激光器，但是不局限于此，也可以使用半导体激光器或固态激光器。

在该实施例中，使用分别发射R、G和B颜色激光束的激光光源103，但是可以使用用于发射其他颜色光的另外的光源。例如，通过添加其他颜色的其他光源以发射四种颜色，可以大大地扩展所表达的色度范围，并且可以提高色彩再现度。

在该实施例中，将一个反射器102用于显示器的薄设计，但是可以使用多个反射器102。在这种情况下，通过多个反射器102的多次反射，可以使发射至液晶显示面板101的激光的光量分布均匀。结果，在薄型光学系统中实现了大屏幕显示器。

(实施例2)

图2A和2B示出了在本发明实施例2中的显示器。图2A是所述显示器的侧视图，而图2B是正视图。如图2B所示，该实施例的显示器包括：激光光源205、206、207，用于分别发射绿光、红光和蓝光激光；波导片201，用于接收和导引激光光源205、206、207的激光209；反射膜211，设置在波导片201的周围侧面；微透镜阵列208，用于将激光209导引至波导片201中；以及波长选择膜212、213、214，设置在激光光源205、206、207和微透镜阵列208之间。

如图2A所示，本发明的显示器还包括：漫射片202，设置在波导片201的背面处，并且对波导片201所导引的光进行适当的漫射；滤波器203，设置在波导片201的表面上；液晶显示面板204，设置在滤波器203的表面侧处，并且将通过滤波器203的激光转换为图像；以及偏振器210，设置在液晶显示面板204的上侧上。

在该结构中，本实施例的显示器通过液晶显示面板204将激光209转换为二维彩色图像。

为了将来自激光光源205、206、207的激光导引至波导片201中，将去除了一部分反射膜211的入口设置在激光光源205、206、207和波导片201之间，并且将波长选择膜212、213、214设置在所述入口上。配置用于绿色激光光源205的波长选择膜212通过绿色激光，并且反射红色和蓝色激光。配置用于红色激光光源206的波长选择膜213只通过红色激光，并且反射绿色和蓝色激光。配置用于蓝色激光光源207的波长选择膜214只通过蓝色激光，并且反射红色和绿色激光。来自激光光源205、206、207的激光209通过波长选择膜212、213、214进入波导片201中的微透镜阵列208。

微透镜阵列208对波导片201中沿与波导片201的主平面平行的方向的入射激光209进行漫射。通过微透镜阵列208漫射的激光209在波导片201中传播。通过设置微透镜阵列208，将激光209沿较短距离漫射，并且使得激光209的散射强度在波导片201的平面内是均匀的。

设置在波导片201周围的反射膜211几乎全反射进入波导片201的激光209。激光209被全反射，并且在波导片201中传播，使得激光209变为平面光。

在波导片201中传播的激光209沿表面方向通过在波导片201的背面处设置的漫射片202部分地散射。沿表面方向散射的激光209进入滤波器203。在波导片201的表面上设置的滤波器203只通过选定波长的光，并且反射其他波长。即，滤波器203通过与液晶显示面板204的像素相对应的波长的激光209。液晶显示面板204调制通过滤波器203的激光的强度，并且转换为图像。通过滤波器203反射并且未被辐射至液晶显示面板204外的激光209在波导片201中传播。

根据本发明的结构，将激光209通过反射膜211弯折和反射。将激光209在波导片201中多次反射，并且连续地导引。结果，使得波导片201中的光强度分布均匀。通过在波导片201的平面内重复多次反射，消除了波导片201的侧面处的光损耗，可以有效地利用所述光。

在该实施例中，入口的总面积等于或小于波导片201的侧面总面积的1/1000。因此，将在波导片201的侧面上多次反射的激光泄漏抑制为等于或小于0.1％。另外，可以减小波导片201在入口附近出现不均匀亮度。

从激光光源205、206、207发射的激光209亮度较高，并且发光点非常小，约100μm，与LED或灯光源不同，因此激光209可以通过作为入射端口的微小入口进入波导片201。因此，可以极大地减小入口的面积。通过设定连接激光209和波导片201的入口面积等于或小于波导片201的侧面总面积的1％，可以实质上降低重复多次反射的激光209从侧面的泄漏损耗。通过在波导片201的除了入口之外的侧面处形成反射膜211，波导片201的耦合效率变为高达95％或更多。在使用传统LED或萤光管的显示器中，与波导片的耦合面积非常宽，并且当利用波导片的侧面处的全反射时，将所反射的光辐射至光源侧，并且损耗非常大。通过使用如该实施例中的激光光源205、206、207，波导片201的侧面处的光损耗等于或小于1/1000，实质上降低了损耗。

通过设置波长选择膜212、213、214，可以进一步降低其他波长的激光在入口处的泄漏，实质上增加了使用激光的效率。同时，提高了波导片201中光的均匀性。

该实施例中的波导片201的厚度是平行的平板，但是波导片201可以是沿厚度呈锥形的。为了提高显示器平面内的光的均匀性，波导片201可以是锥形的，并且可以使激光209的散射均匀。

通过使用激光209，波导片201可以在厚度上减小。在使用传统萤光管或LED的背光中，要求波导片的厚度是几个毫米。这是因为荧光灯或LED的发光面积是以毫米为单位，并且实质上降低了与波导片的耦合效率，除非波导片的厚度足够大。相反，激光的发光面积非常小，约是几个μm乘几百个μm。因此，当将激光器有源层的厚度方向与波导片的厚度方向对齐时，激光209的发光面积是几个μm，并且只要波导片201的厚度是10μm或以上，就能以90％或以上的高效率实现与激光的耦合。因此，通过使用激光209，可以减小波导片201的厚度。较大地提高了光使用效率，并且可以进一步地降低功耗。

在使用激光209的结构中，优选地将激光光源205、206、207的激光的出射端面一侧以及波导片201的入射一侧略微地倾斜。结果，有效地防止了激光光源205、206、207的端面的衰退，或者防止了由从波导片201的端面至激光光源205、206、207的反射光的反馈所导致的激光的不稳定输出。另外，为了在波导片约1的侧面处全反射激光209，并且使波导片201中的光量均匀，可以允许所述激光209倾斜地进入波导片201，使得实现了有效的全反射。

在该实施例中，将漫射片202设置在波导片201的背面处，但是可以将波纹直接形成于波导片201的背面上作为漫射片202。结果，节省了部件的个数，降低了成本。通过使用激光209，漫射片202的特殊设计是可能的。因为激光209是高度相干的，可以将使用周期性结构的衍射图案应用于漫射片202的图案中。因此，通过只选择性地向前漫射特定波长，可以基于光的波长来控制散射方向。通过减小漫射片202的膜厚度，漫射变得具有波长相关性，并且可以将所需波长选择性地提供给液晶显示面板204的每一个像素，并且可以提高光使用效率。漫射片202还可以起到波长滤波器203的作用，并且进一步地有效地降低了成本。

在该实施例中，因为使用了激光209，滤波器203的选择波长局限于R、G和B的三种波长。激光209的每一个谱的谱范围是约几个nm的窄带，并且可以提高用于选择波长的滤波器203的选择比，极大地增加了消光比。通过使用激光209，使滤波器203的设计更加容易，并且节省了成本。另外，提高了光使用效率，并且低功耗驱动成为可能。

在该实施例中，通过使用微透镜阵列208，使波导片201中的光量均匀，但是通过使用漫射片、光栅、棱镜阵列和其他光学元件代替微透镜阵列208，也可以获得相同的效果。

(实施例3)

图3A-3C示出了本发明实施例3中的显示器。图3A是显示器的侧视图，图3B是正视图，以及图3C是后视图。所述实施例的显示器除了实施例2的结构之外，还包括：梯形波导片301，设置在漫射片202的背面处；以及矩形棱镜310，用于耦合波导片301和波导片201。

在该实施例中，将分别用于发射绿色、红色和蓝色激光的激光光源305、306、307设置在波导片301的侧面处，并且在波导片301中使从激光光源305、306、307发射的激光309变得均匀。在波导片301中传播的激光309通过棱镜310反射，并且提供到波导片201中。

需要一定的距离来使波导片201中的光量均匀化，例如为了使实施例2的图2A和2B中的结构的光量均匀化，波导片201的面积必须比液晶显示器面板204的面积宽。在该实施例中，将波导片301设置在波导片201的背面处，并且将所述激光通过棱镜310弯折，因此确保了激光309在波导片201背面的传播距离。因此，波导201和液晶显示面板304几乎尺寸相同，并且减小了显示器尺寸。

在激光光源305、306、307中，发光点尺寸较小，并且可以减小波导片201、301的膜厚。如果波导片由两层结构构成，体积增加非常小。此外，因为激光309是高度相干的，弯折棱镜310中的散射损耗也较小。

也可以将实施例2中的反射膜211设置在波导片301周围。通过激光在波导片301的侧面处的多次反射，使得光量进一步均匀，并且可以实质上降低通过棱镜310反射至波导片301的侧面的激光309的损耗。

根据该实施例，除了实施例2的效果之外，可以减小所述显示器的尺寸。

(实施例4)

图4A-4C示出了本发明实施例4中的显示器。图4A是显示器的侧视图，图4B是正视图，以及图4C是后视图。该实施例的显示器还包括波导片301中的均匀化光学系统413。均匀化光学系统413使激光309的扩展角度变宽。结果，可以进一步提高波导片301中的激光的面内均匀性。

如图4A所示，该实施例的显示器不具有如图3A所示的滤波器203。该实施例与实施例3的不同之处在于：设置了均匀化光学系统413，并且没有设置滤波器，其他结构与实施例3相同。

在该实施例中，激光光源305、306、307顺序地照射，并且在切换定时，液晶图像显示面板204将待显示的图像切换为R、G、B的每一种颜色的图像。因此，实现了全彩色显示。在该实施例中，当在液晶上切换时需要高速度，但是像素个数增加了三倍，高清晰度的显示变得容易。在传统萤光管的情况下，颜色的切换或高速切换都是不可能的，但是激光光源305、306、307可以高速切换，并且R、G、B可以容易地切换。

依赖于待表达的图像的亮度来调制激光光源305、306、307的强度。结果，可以实质上节省功耗。在传统的萤光管中，高速强度调制较困难，但是在激光中强度调制较容易。通过依赖于待显示的屏幕的最大亮度来调制激光的强度，实质上可以降低发射激光309所需的功率。当将传统的LED用于液晶的背光中时，难以控制多个单元的LED的强度，并且由于强度导致的颜色改变是显著的，输出强度的渐变较弱。相反，激光309易于控制强度的渐变，并且实现了低功耗。

(实施例5)

图5A-5C示出了本发明实施例5中的显示器。图5A是显示器的侧视图，图5B是正视图，以及图5C是后视图。在该实施例中，代替图4A中所示实施例4中的波导片201，设置了多根波导管501a。代替波导片301，设置了多根支路波导管501b。没有设置棱镜310。其他结构与实施例4中的相同。实施例2至4中的波导片201产生了平面光，但是在该实施例中通过设置波导管501a和支路波导管501b来产生线性光(linear light)。

将所述多根支路波导管501b设置在漫射片202的背面处，并且从激光光源305、306、307延伸至波导管501a，形成梯形形状。来自激光光源305、306、307的光根据波长通过所述多根支路波导管501b进行分离，并且进入一根波导管501a。

将所述多根波导管501a设置在如图5A所示的液晶显示面板204和漫射片202之间。如图5B所示，波导管501a具有朝着液晶显示面板204的宽度方向延伸的形状，并且设置为与液晶显示面板204的纵向方向平行。多根波导管501a对支路波导管501b根据每一个波长分离的红色、绿色或蓝色激光进行导引。通过设置在波导管501a的背面处的漫射片202对在波导管501a中传播的激光进行散射，并且将通过漫射片202散射的一部分R、G、B光提供给液晶显示面板204的每一个像素中。这样，形成了全彩色图像。

在该实施例中，将激光通过支路波导管501b相对于每一个波长进行分离，并且将激光导引至波导管501a中，不需要用于选择波长的滤波器。

在该实施例中，通过提供波导管501a，可以减小像素的串扰(crosstalk)，并且实现了高对比度的图像。

代替支路波导管501b，也可以使用塑料光纤对导引至波导管501a的光进行分叉。或者，可以将通过塑料光纤分叉的激光导引至支路波导管501b中。

(实施例6)

图6A-6C示出了本发明实施例6中的显示器。图6A是显示器的侧视图，图6B是正视图，以及图6C是后视图。该实施例的显示器具有设置在激光光源305、306、307和波导片301之间的漫射片612。其他结构与实施例3相同。

来自激光光源305、306、307的激光是高度相干的，并且出现通过光干涉导致的斑点噪声。当通过该激光形成图像时，降低了图像质量。为了防止该问题，重要的是减小斑点噪声。在该实施例中，依赖于时间来改变漫射片612的位置。例如，机械地移动漫射片612。或者电学地移动漫射片612中的精细颗粒，以及改变漫射的状态。结果，改变了干涉图案。当随时间改变干涉图案时，人眼看到重叠的干涉图案，因此干涉图案从视觉上消失。这样，通过随时间改变所导引的光的相位，可以降低斑点噪声。

根据该实施例中，除了实施例3的效果之外，可以降低斑点噪声。

(实施例7)

图7A-7C示出了本发明实施例7中的显示器。图7A是显示器的侧视图，图7B是正视图，以及图7C是后视图。该实施例的显示器具有用于降低斑点噪声的其他结构。如图7A和7C所示，将液晶元件713设置在波导片301中，并且依赖于时间改变液晶元件713的折射率。其他结构与实施例3相同。通过随时间改变液晶元件713的折射率，可以随时间改变在波导片301、201中传播的光的波面，并且降低了斑点噪声。

通过在波导片301中设置液晶元件713，可以降低激光的功率密度。降低了液晶的损坏。提高了可靠性。通过从波导片301的上面和下面施加电场，可以控制液晶元件713的折射率，并且可以简单的结构降低斑点噪声。

可以将液晶元件713设置在波导片301和激光光源305、306、307之间来代替设置在波导片301中。或者，也可以将液晶元件713设置在波导片201中。同样，当将液晶元件713设置在图5A-5C中的波导管501a或501b中时，获得了降低斑点噪声的相同效果。

也可以使用能够调制激光的偏振、偏转和焦点中的至少一个的光学元件来代替液晶元件713。

(实施例8)

图8A-8C示出了用于降低斑点噪声的其他实施例的显示器。图8A是显示器的侧视图，图8B是正视图，以及图8C是后视图。该实施例的显示器具有根据每一个波长的多个激光光源805。激光光源805分别发射红色、绿色和蓝色的激光。来自多个激光光源805的激光束进入波导片301。

通过发射来自多个激光光源805的发光点的激光束，产生了复杂的波面，并且抑制了斑点噪声。切换并使用多个激光光源805的输出。结果，对干涉图案进行多路复用，并降低了斑点噪声。

另外，多个激光光源805的波长略微不同。结果，进一步地降低了斑点噪声。优选地，波长差别等于或大于0.2nm，或者优选地等于或大于1nm。

通过使用多个激光光源805，即使一个激光的强度较小，仍能实现高亮度的显示器。通过设置多个激光光源805，可以在亮度上降低来自一个激光光源805的激光的发射强度，并且实质上延长了激光光源805的寿命。通过使用所述多个激光光源805，如果一个光源损坏，其他光源仍可以补偿损耗，并且实现了高可靠性的器件。

作为激光光源805，可以使用各种结构，例如多阵列的半导体激光器、多阵列的半导体激光器的叠层、以及多个激光器芯片的排列。

当使用半导体激光器作为激光光源805时，通过在驱动电流上叠加高频，使激光振荡谱变宽。通过使所述光谱变宽，可以减小相干性，并且降低了斑点噪声。

当使用半导体激光器作为激光光源805时，优选地，按照约10mm或更大的间隔设置多个激光光源805。为了通过半导体激光器照射液晶显示面板204，要求每一个激光光源805的输出是几个瓦特，并且每一种颜色需要约10W的电功率作为激光光源805的功耗。另一方面，半导体激光器的输出下降在高温工作时是明显的，并且如果在高温时工作会缩短寿命。因此，半导体激光器的工作温度优选地等于或小于60℃。因为液晶显示面板204具有相对较大的面积，通过按照大约10mm或更大的相互间隔设置激光光源，实质上可以抑制相邻激光光源的相互热干扰。半导体激光光源具有小的发射面积，并且通过将每个光源的功耗抑制为2W或更小、优选地1W或更小，可以显著地抑制相邻激光光源的相互热干扰。这样，通过按照适当的间隔将激光光源805设置在液晶显示面板204的背面处，并且通过将每一个激光光源805的功耗抑制为1W或更小，提高了热损耗效应，并且可以将激光光源的工作温度保持在60℃或更低。因此，可以利用空气冷却驱动半导体激光器，并且实现了高可靠性。

(实施例9)

图9示出了本发明实施例9中的显示器。该实施例的显示器包括：液晶显示面板901；设置在液晶显示面板901的背面处的管型波导903；以及设置在波导903的一个末端处作为激光光源的RGB光源902。波导903由三根管构成，用于导引来自RGB光源902的红色、绿色和蓝色激光。将波导903在液晶显示面板901的两个末端处弯折。在波导903的背面，形成漫射片(未示出)，并且将在波导903中传播的激光散射至液晶显示面板901一侧。

在该实施例中，RGB光源902顺序地点亮R、G、B激光，并且在液晶的屏幕上切换。实现了高质量的图像。液晶显示面板902也可以配置有波长片(wavelength plate)，也可以将所需波长的光提供给每一个像素。

根据具有波导903的实施例的显示器，与实施例5一样，减小了每一个像素的串扰，并且实现了高对比度的图像。

(实施例10)

图10A-10C示出了本发明实施例10中的显示器。图10A是显示器的轮廓侧视图，图10B是正视图，以及图10C是提取波导片201的一部分层的侧视图。在该实施例中，图10A中所示的波导片201、漫射片202、滤波器203、液晶显示面板204和偏振器210与图2A中所示实施例2中的那些相同。

如图10B和10C中所示，该实施例的显示器具有：沿波导片201的纵向方向设置在侧面处的波导管1001；以及沿波导管1001的纵向方向设置在侧面处的漫射片1008。将激光光源1005、1006、1007沿波导管1001的宽度方向设置在侧面处。

从波导管1001的侧面进入的激光1009在被全反射的同时在波导管1001中传播，并且通过漫射片1008进行漫射。所漫射的光在波导片201中传播。结果，使得在波导管1001中传播的激光1009均匀。

因为设置了波导管1001，并且将激光设置为从波导管1001的一侧进入，减小了用于使激光1009均匀化的光学系统的尺寸。

(实施例11)

图11A-11C示出了本发明实施例11中的显示器。图11A是显示器的轮廓侧视图，图11B是正视图，以及图11C是包括波导片201的那部分的侧视图。如图11B和11C所示，在该实施例的显示器中，将波导管1101设置在漫射片202两端的波导片201的背面处。波导片201和波导管1101经由矩形棱镜310进行耦合。将漫射片1108设置在沿波导管1101的纵向方向的侧面处。该实施例的其他结构与实施例10相同。

将用于发射绿色、红色和蓝色激光1009的激光光源1005、1006、1007设置在沿波导管1101的宽度方向的侧面处。进入沿波导管1101的宽度方向的侧面的激光1009在被全反射的同时在波导管1101中传播，以及通过漫射片1108进行漫射。通过漫射片1108漫射的激光1109通过棱镜310在波导片201中传播。

通过将波导管1101设置在波导片201的背面处，与图10A-10C中所示的显示器相比，进一步地减小了尺寸。

在该实施例中，波导片201和波导管1101通过矩形棱镜310耦合，但是通过应用使用了由有机材料构成的柔性波导管的光学配线，波导片201和波导管1101可以直接耦合，无需使用矩形棱镜310。当将柔性材料用于波导管1101时，增加了形状的自由度。使配线更容易。实现了更低的成本和更小的尺寸。当将该结构用于需要减小尺寸的便携应用时特别有效。不但波导管1101而且波导片201也可以由包括有机材料的柔性材料构成。通过使用柔性材料，可以自由地改变显示器设计，并且可以应用于未来预期的耐用显示器中。

(实施例12)

图12A-12C示出了本发明实施例12中的显示器。图12A是显示器的轮廓侧视图，图12B是正视图，以及图12C是提取波导片201的一部分层的侧视图。在该实施例中，波导管1201形状是锥形的。其他结构与实施例10相同。形成所述锥形，使得所述宽度在激光1109的入射一侧处较宽(图12B中的左侧)，并且随着远离入射侧(向着传播方向，向着图12B中所示的右侧)逐渐变窄。将漫射片1208按照波导管1201的锥形形状，沿波导管的纵向方向设置在侧面处。

将在波导管1201中传播的激光1009辐射至波导片201，并且所述光通常在传播期间减弱。因此，沿行进方向辐射至波导片201中的光倾向于更弱。通过在所述实施例中对波导管1201的锥形进行整形，可以使得从波导管1201至波导片201的辐射量恒定。通过对波导片1201的锥形进行整形，可以使得从波导管1201至波导片201传播的光的分布均匀。

(实施例13)

图13A-13C示出了本发明实施例13中的显示器。图13A是显示器的轮廓侧视图，图13B是正视图，以及图13C是提取波导片201的一部分层的侧视图。在该实施例中，将波导管1301形成为弯曲的锥形形状。基于漫射片1303的漫射系数和锥形形状的组合来确定所述锥形的弯曲形状，使得辐射至波导片201的激光1009的光量可以是均匀的。通过如在该实施例中那样使得弯曲的波导管1301的形状逐渐减小，对于波导片201的漫射可以更加均匀。

将漫射片1308设置在沿具有弯曲的锥形的波导片1301的纵向方向的侧面一侧。将漫射片1308的表面粗糙度形成为朝着传播方向变化。结果，可以调节对于波导片201的漫射量，并且使得光量均匀。

如图13B所示，波导管1301沿纵向方向的长度比波导片201沿纵向方向的长度长。从激光光源1005、1006、1007发射的光在波导管1301的侧面处反射，并且使其均匀，但是需要足够的导引距离以使其均匀。通过设定波导管1301的长度比波导片201的长度长，可以使得波导管1301中的激光均匀。

该实施例的显示器具有设置在波导管1301比波导片201长出的部分中的侧面处的反射镜1304。通过设置该反射镜1304，降低了从波导管1301泄漏的光的损耗，可以节省功耗。

该实施例与图12A-12C中的实施例12类似，不同之处在于将波导管1301形成为弯曲的形状，并且设置了反射镜1304。

在实施例12和实施例13中，将波导管1201、1301设置在沿波导片201的纵向方向的侧面处，但是如同实施例11中，可以将波导管1201、1301设置在波导片201的背面处，这样可以减小显示器的表面积。

(实施例14)

图14A-14C示出了用于监测激光的结构。图14A是显示器的轮廓侧视图，图14B是正视图，以及图14C是提取波导片201的一部分层的侧视图。除了实施例13的结构之外，该实施例的显示器还包括：检测器1405、1406，用于检测激光的光量；衍射元件1402，用于分离R、G、B光束；以及驱动电路1403，用于基于从检测器1405、1406产生的检测结果来控制激光光源的光强度。

在本发明中，其特征在于将从激光光源1005、1006、1007发射的R、G、B激光用于液晶显示面板204的背光，除了光的面内均匀性之外，重要的是由于波长变化导致的光强度的可靠性和R、G、B的光量比率的调节。可以在实施例1至13中的结构中实现光的面内均匀性。

为了稳定光强度，需要稳定R、G、B波长的均衡和输出光。如图14B所示，在该实施例中，将检测器1406设置在波导管1301的侧面处。检测器1406监测波导管1301的输出侧的光波长强度。将监测结果反馈回显示器的驱动电路1403。控制光强度稳定。可以在检测器1406之前设置波长滤波器或衍射元件，并且检测器1406可以检测激光的R、G、B波长的强度。

也可以将检测器1406设置在波导管1301的一部分中，或者设置在波导管1301的外部。当将检测器1406设置在外部时，有效地使所导引光的光量均匀化。当通过使用多个激光光源使在波导管1301中传播的光的分布均匀化时，需要控制每一个光源，以便使光分布均匀化。因此，将光检测器阵列用作检测器1406，并且通过所述光检测器阵列检测来自设置在检测器1406前面的衍射元件的衍射光。因此，可以控制所导引光的面内均匀性。通过控制所述多个激光光源的每一个的光量，以便使所监测的光量均匀化，提高了所导引的光的光量的面内均匀性。

在光强度的其他监测方法中，可以将光电二极管设置在激光光源1005、1006、1007中。从反馈电路中获得特定的输出，并且可以使输出稳定。

解释了光源的波长波动的控制。当使用激光光源1005、1006、1007时，可以依赖于环境条件来改变光的波长。例如，波长波动可能会恶化通过R、G、B的每一个光量的平衡实现的色彩再现性。即，当再现相同的颜色时，R、G、B的光强度的比率将由于波长波动而不同。为了避免这种不便，该实施例的显示器通过检测器1405监测激光光源1005、1006、1007的波长，并且依赖于波长变化控制针对色彩再现性的R、G、B的光强比率。

在激光光源1005、1006、1007中，将衍射元件1402设置在波导管1301的相对一侧的位置处(图14B中的左侧)，并且将用于检测激光光源的波长偏离的检测器1405设置在衍射元件1402的背面一侧的位置处。检测器1405使用通过衍射元件1402的光衍射依赖于波长而不同的现象，并且检测通过衍射元件1501所分离的R、G、B的每一个光。驱动电路1403基于检测器1405的检测结果，控制激光光源1005、1006、1007的光强度，使得每一个光源的光量的比率恒定。

具体地，重要的是检测通过红光和蓝光激光光源导致的波长波动。红色和蓝色的波长波动对于色彩再现性具有较大的影响，并且波长波动可能会破坏色彩平衡。因此，至少监测红色和蓝色的波长波动。

该实施例中的显示器的驱动电路1403根据通过检测器1405检测到的激光的波长波动，来调节激光功率或者控制液晶的透射率。因此，提高了色彩再现性。

在该实施例的显示器中，将波长检测器1405设置在从波导管1301至激光光源1005、1006、1007的相对一侧位置处，但是也可以将检测器1405设置在波导管1301或波导片201中。

使用检测器1405、1406的结构不局限于该实施例，但是也可以应用于实施例10至实施例12中。

在实施例1至实施例14中解释的显示器设计用于通过使用激光光源显示图像，并且实现了高清晰度和高色度(high color)的图像。本发明的显示器对于宽屏幕的液晶显示器是有用的。将包括激光光源的激光发射装置与诸如液晶显示面板204之类的屏幕相耦合，优选地，通过限制辐射方向，防止所述激光直接辐射至除屏幕之外的其他物体。因此，当在移动应用中使用该实施例的显示器时，确保了安全性。实现了低功耗的小型便携式安全显示器。

平面照射器具有与实施例1至实施例14中的显示器类似的结构，但是不包括滤波器203和液晶显示面板204。在实施例1至实施例14的显示器中，将照射器解释为液晶显示器的背光，但是所述照射器也可以用于除背光之外的其他应用。可以将所述照射器用作发光器件。例如，当将平面照射器用于室内墙或天花板时，实现了低功耗的发光器件。另外，利用R、G和B波长的光，并且通过改变强度分布，可以实现白色色温或全彩色发光器件。通过在所述发光器件中安装图7A-7C中的液晶元件713，并且随着时间改变激光的偏振、偏转和焦点，可以实现能够抑制斑点噪声的发光器件。通过在光源上叠加高频，降低了激光的相干性，并且可以降低斑点噪声。如图8B和8C所示，通过在发光器件中安装多个激光光源805，从不同的发光点将光发射至波导片，从而降低了斑点噪声。或者如图9所示，当照射器具有管型的柔性波导903时，可以形成所需形状的照射平而、照射对或照射面积。另外，如图11B和11C所示，通过组合波导管1101和波导片201，可以实现平面照射器。本发明的照射器可以低功耗地发射平面光，并且其实用效果明显。

工业应用性

本发明的显示器具有利用均匀的光量分布照射液晶显示面板的效果，并且对于大尺寸的显示器或针对便携用途的显示器是非常有用的。本发明的照射器可以利用均匀的光量分布的光照射任何物体，因此对于发光器件等是非常有用的。

Claims

1.一种显示器，包括：

液晶显示面板；

激光光源，发射具有红光、蓝光和绿光波长的激光；

波导片，设置在所述液晶显示面板的背面，执行激光的多次反射；

漫射片，设置在所述波导片的背面，对在所述波导片中传播的激光进行漫射，以向所述液晶显示面板发射激光；以及

反射激光的反射膜，设置在所述波导片的侧面处，

其中：

将未被所述反射膜包围的多个入口设置在所述波导片的侧面的一部分中；

在每一个入口上形成反射除特定光之外的光的膜；以及

具有红光、蓝光或绿光波长的每一种激光通过所述膜分别进入不同的入口，并通过所述入口进入所述波导片。

2.根据权利要求1所述的显示器，其中：所述入口的总面积等于或小于所述波导片的侧面总面积的1/1000。

3.一种照射器，包括：

激光光源，发射具有多个不同波长的激光；

波导片，执行所述激光的多次反射；

漫射片，设置在所述波导片的背面处，对在所述波导片中传播的激光进行漫射，以从所述波导片的表面发射激光；以及

反射激光的反射膜，设置在所述波导片的侧面处，

其中：

在每一个入口上形成反射除特定光之外的光的膜；以及

具有不同波长的每一种激光通过所述膜分别进入不同的入口，并通过所述入口进入所述波导片。