CN101382699A - 激光背光系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光背光系统，使用三个单色的激光器产生纯净的单色光，通过混光耦合器产生白光通过导光光纤传输到背光模组。具体的，本发明提供了一种激光背光系统，所述激光背光模组包括激光发生器、导光装置、分光装置以及背光模组，所述背光模组包括至少一个导光棒，所述激光发生器用于产生激光，所述激光通过导光装置传输制分光装置，所述分光装置将接收到的激光分配并传输给所述导光棒。本发明的激光背光系统光源单色性好，色彩还原效果非常理想，同时便于集成通过导光光纤的传到可以让集成的光源放置在结构需要的地方以便使结构轻薄化。

Description

激光背光系统

技术领域

本发明涉及一种背光系统，更具体的涉及一种可用于液晶显示装置的激光背光系统。

背景技术

近年来以薄膜晶体管液晶显示技术(TFT-LCD)为主导的平板显示器(FPD)产业的迅速发展，给上游面板产业、光学材料产业带来前所未有的发展机会，其中背光源的提供以CCFL、EEFL、LED、OLED、FFL等光源，目前较为成熟的是CCFL。CCFL的全称是Cold Cathode Fluorescent Lamp，即冷阴极灯管，CCFL在一玻璃管内封入隋性气体Ne+Ar混合气体，其中含有微量水银蒸气(数mg)，并于玻璃内壁涂布萤光体，于二电极间加上一高压高频电场，则水银蒸气在此电场内被激发即产生释能发光效应，放出波长253.7nm的紫外线光，而内壁的萤光体原子则因紫外线激发而提升其能阶，当原子反回原低能阶时放射出可见光(此可见光波长由萤光体物质特性决定)。CCFL具有很多非常好的特性，例如极佳的白光源、低成本、高效率(电源进到灯光出)、稳定及可预知的操作、亮度可轻易变化、重量轻等等，但CCFL有其自身的色彩、功耗、及含汞的问题难以解决。

LED就是指Light Emitting Diode，也就是我们常说得发光二极管，这种产品及其应用不是现在才有，而且其应用在我们现在的现实生活中随处可见，例如路边的广告牌、家用电器上的各色指示灯和手机键盘上的背光照明等等都是采用了LED作为光源，而就其在显示器产品上的应用来说，则还应该算作是一种新兴技术产品。从发光原理上来看，由于LED是由数层很薄的掺杂半导体材料制成，一层带有过量的电子，另一层则缺乏电子而形成带正电的“空穴”，工作时电流通过，电子和空穴相互结合，多余的能量则以光辐射的形式被释放出来，LED正是根据这样的原理实现电光的转换，又根据半导体材料物理性能的不同，LED可发出从紫外到红外不同光谱下不同颜色的光线，特别是LED不能发出白光的技术问题解决之后，为LED在显示领域的应用奠定了根本性的基础。

采用LED为液晶电视的背光源，最主要目的是提升画质，特别是色彩饱和度上，LED背光技术的显示屏可以取得足够宽的色域，弥补液晶显示设备显示色彩数量不足的缺陷，使之能达到甚至超过Adobe RGB和NTSC色彩标准要求，可以达到NTSC ratio 100％以上，其中有些厂商推出采用LED背光的液晶电视面板，特别强调鲜红和深绿的表现，可显示较以往的方式更为逼真的颜色。同时因为LED的平面光源特性，使LED背光还能实现CCFL无法比及的分区域的色彩和色度调节功能，从而实现更加精确的色彩还原性，以适应平面出版和图形设计工作的需要，画面的动态调整可以使得在显示不同画面时，亮度与对比可以动态修正，以达到更好的画质。不过LED背光模块也不是没有缺点，由于采用较多的LED，除了耗电量增加之外，也导致温度升高的问题，因此也必须增加冷却系统与传感器来解决这一问题，因此在厚度上显得较采用CCFL背光的产品来得厚。

以激光作为背光模组的液晶显示装置能够提高液晶显示的背光亮度，提高液晶显示的性能，同时又能克服CCFL和LED背光的一些缺点，但是目前的激光显示主要是利用激光束从上到下、从左到右进行“扫射”来实现，其中水平偏转(行扫描)通过放映头中的一个多面旋转镜实现，垂直偏转(帧扫描)通过一个倾斜镜实现，这种方式的激光背光模组成本比较高，适用的范围较小。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种激光背光系统，所述激光背光模组包括激光发生器、导光装置、分光装置以及背光模组，所述背光模组包括至少一个导光棒，所述激光发生器用于产生激光，所述激光通过导光装置传输制分光装置，所述分光装置将接收到的激光分配并传输给所述导光棒。

所述激光发生器包括至少两个单色激光发生器和一个耦合混光器，所述耦合混光器将单色激光器分别发出的单色激光混合后输出。

所述单色激光发生器包括红色激光发生器、绿色激光发生器以及蓝色激光发生器，分别发出红色、绿色和蓝色激光，红色、绿色和蓝色激光经耦合混光器混合为白色激光。

所述导光装置为导光光纤.

所述导光光纤表面设置有全反射膜。

所述导光光纤包括带有微结构的全反射表面。

所述背光模组还包括反射板和扩散板，所述导光棒将接收到的激光发射至所述扩散板，所述反射板用于将所述导光棒的漏光反射到所述扩散板。

所述导光棒包括带有微结构的导光棒。

所述背光模组还包括导光板，所述导光棒将接收到的激光发射至所述导光板，所述导光板将接收到的激光发射至所述扩散板，所述反射板用于将所述导光板的漏光反射到所述扩散板。

所述背光模组还包括反射罩，所述反射罩设置在导光棒的侧面，用于将导光棒的漏光反射至所述导光板。

本发明的激光背光系统使用三个单色的激光器产生纯净的单色光，通过混光耦合器产生白光通过导光光纤传输到背光模组，这种光源单色性好色彩还原效果非常理想，同时这种结构便于集成通过导光光纤的传到可以让集成的光源放置在结构需要的地方以便使结构轻薄化。

附图说明

图1所示为一个本发明的激光背光系统的实施例的示意图。

图2所示为本发明的激光背光系统的一个激光发生器的实施例的示意图。

图3所示为一个表面带有微结构的导光光纤的示意图。

图4所示为一个导光光纤、分光器以及导光棒的连接示意图。

图5所示为一个直下型背光模组的示意图。

图6所示为一个侧入型背光模组的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1所示为一个本发明的激光背光系统的实施例的示意图。如图所示，本实施例的激光背光系统100包括激光发生器110、导光光纤120、分光装置130以及背光模组140，其中，背光模组140包括至少一个导光棒150、反射板160和扩散板170。其中，激光发生器110用于产生纯净的白色激光，产生的白色激光经过导光光纤120传输，最终传输至分光装置130，分光装置130将将接收到的白色激光进行分光处理，使其顺利进入背光模组140，一般情况下，分光装置130分离出来的白色激光被传输到多个导光棒150，导光棒150将接收到的白色激光均匀照射出来，其中一部分一直直接照射到扩散板170上，另外一部分经过反射板160的反射照射到扩散板170上，最终所有的光纤都经过扩散板170的扩散作用发射出来，形成激光背光系统100的背光来源。

具体的，激光发生器110包括三个单色激光发生器，如图2所示，三个单色激光发生器分别为红色激光发生器111、绿色激光发生器112以及蓝色激光发生器113。其中，红色激光发生器111产生纯净的红色激光，绿色激光发生器112产生纯净的绿色激光，蓝色激光发生器113产生纯净的蓝色激光。三个单色激光发生器产生的红色激光、绿色激光以及蓝色激光统一传送至耦合混光器114，三种单色的激光经过耦合混光器114混合，最终混合为纯净的白色激光并输出。

导光光纤120用于对耦合混光器114输出的白色激光进行传输，使其到达背光模组140。为了使背光模组140有足够的光能，导光光纤120需要在传输白色激光的过程中损失越小越好，如果能打到零损耗则最为理想。本实施例的激光背光系统100的导光光纤120可以选用表面具有全反射结构的导光光纤作为导光材料，以使白色激光在传输的过程中没有损失。例如如图3所示的带有微结构的全反射表面就可以使导光光纤120在传输过程中没有损失。

白色激光经过导光光纤120的传输，在到达背光模组140之后，需要经过分光器130的分光才能进入背光模组140，从而成为背光模组140的背光光源。分光器130用于将导光光纤120传输过来的白色激光传输到背光模组140的若干个导光棒150上。分光器130是一种无源器件，它不需要外部能量，只要有输入光即可。分光器130一般由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来，分光器130的关键部件是色散元件，一般的色散原件可以选用光栅等等。导光光纤120、分光器130以及导光棒150的连接关系可以参考图4。

根据应用和需要的不同，背光模组140可以有两种不同的背光产生方式，一种是直下型背光、另一种是侧入型背光。

图5所示为一种直下型背光模组的实施例的示意图。如图所示背光模组141包括若干个导光棒151、反射板161和扩散板171。其中，若干个导光棒151均匀排列，置于反射板161和扩散板171之间。导光棒151将接收到的白色激光均匀照射出来，其中一部分一直直接照射到扩散板171上，另外一部分经过反射板161的反射照射到扩散板171上，最终所有的光纤都经过扩散板171的扩散作用发射出来，形成背光模组141的背光来源。直下型背光模组适用于一些超大尺寸的激光背光系统，由于直下型的背光模组体积较大，因此可以使用比较多的导光棒以增加亮度，但这同时也增加了背光模组的厚度、重量以及耗电量、其优点在于高亮度、良好的出光视角、光利用率高以及结构简单化等，因而适用于对可携性及空间要求较不挑剔的液晶显示器和液晶电视。

图6所示为一种侧入型背光模组的实施例的示意图。如图所示，背光模组142包括至少一个导光棒152、反射板162、扩散板172以及导光板180。其中，导光棒152用于将接收到的白色激光发射到导光板180。导光板180用于引导光的散射方向，以提高背光模组的亮度和确保亮度的均匀性。导光板180是利用射出成型的方法将丙烯压制成表面光滑的板块，然后用具有高反射并且不吸光的材料，在导光板的底面用网版印刷的方式印上扩散点，当白色激光照射到散射点时，利用各种疏密、大小不一的扩散点，可以使导光板180均匀发光.反射板162用于将底面露出的光反射回导光板中，用来提高光的使用效率。导光板按照工艺流程不同可分为印刷式和非印刷式，印刷式是在压克力平板上用具高反射率且不吸光的材料，在导光板底面用网版印刷上圆形或方形的扩散点。非印刷式则是利用精密模具使导光板在射出成型时，在丙烯材料中加入少量不同折射率的颗粒状材质，直接形成密布的微小凸点，其作用类似于网点。印刷式的导光板具有开发成本低和生产快速的优点，而非印刷式的技术难度较高，但在亮度上表现优异。扩散板172用于提高背光模组142正面的亮度，让光的分布更加均匀，以使从正面看不到反射点的影子。由于光自扩散板射出后，其光的指向性较差，因此可以使用棱镜片来修正光的方向，以达到聚光的效果，提高背光模组的亮度。为了提高光的利用率，背光模组142还可以包括一个反射罩190，反射罩190用于将导光棒发射出来的光线反射到导光板180上，增加导光板180的亮度。

综上所述，本发明的激光背光系统使用三个单色的激光器产生100％的单色光，通过混光耦合器产生白光通过导光光纤传输到背光模组，这种光源单色性好色彩还原效果非常理想，同时这种结构便于集成通过导光光纤的传到可以让集成的光源放置在结构需要的地方以便使结构轻薄化。与普通的激光背光系统相比，在相同屏幕尺寸，相同图像效果条件下，本发明的激光背光系统功耗大大降低。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种激光背光系统，其特征在于:所述激光背光模组包括激光发生器、导光装置、分光装置以及背光模组，所述背光模组包括至少一个导光棒，所述激光发生器用于产生激光，所述激光通过导光装置传输制分光装置，所述分光装置将接收到的激光分配并传输给所述导光棒。

2、根据权利要求1所述的激光背光系统，其特征在于:所述激光发生器包括至少两个单色激光发生器和一个耦合混光器，所述耦合混光器将单色激光器分别发出的单色激光混合后输出。

3、根据权利要求2所述的激光背光系统，其特征在于:所述单色激光发生器包括红色激光发生器、绿色激光发生器以及蓝色激光发生器，分别发出红色、绿色和蓝色激光，红色、绿色和蓝色激光经耦合混光器混合为白色激光。

4、根据权利要求1所述的激光背光系统，其特征在于:所述导光装置为导光光纤.

5、根据权利要求4所述的激光背光系统，其特征在于:所述导光光纤表面设置有全反射膜。

6、根据权利要求4所述的激光背光系统，其特征在于:所述导光光纤包括带有微结构的全反射表面。

7。根据权利要求1所述的激光背光系统，其特征在于:所述背光模组还包括反射板和扩散板，所述导光棒将接收到的激光发射至所述扩散板，所述反射板用于将所述导光棒的漏光反射到所述扩散板。

8、根据权利要求7所述的激光背光系统，其特征在于:所述导光棒包括带有微结构的导光棒。

9、根据权利要求7所述的激光背光系统，其特征在于:所述背光模组还包括导光板，所述导光棒将接收到的激光发射至所述导光板，所述导光板将接收到的激光发射至所述扩散板，所述反射板用于将所述导光板的漏光反射到所述扩散板。

10、根据权利要求9所述的激光背光系统，其特征在于:所述背光模组还包括反射罩，所述反射罩设置在导光棒的侧面，用于将导光棒的漏光反射至所述导光板。

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