CN104344284A - 激光背光源装置 - Google Patents

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周刚
吴中雄
刘治新
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Abstract

本发明涉及一种激光背光源装置，用于激光显示系统，包括激光光源模块和导光板模块，所述激光光源模块包括多个激光引擎，所述导光板模块包括传导区域和有效发光区域，每个激光引擎中出射的激光光束分别通过导光板模块的传导区域上各自相应的入口进入导光板模块内，形成均匀的激光背光面光源，由导光板模块的有效发光区域输出。本发明的激光背光源装置具有节能环保、高亮度、高均匀度及高画质等优点。

Description

激光背光源装置
技术领域
本发明涉及激光显示技术领域，尤其涉及一种用于激光显示系统中的激光背光源装置。
背景技术
随着液晶显示器(LCD)逐年的迅猛发展，目前液晶显示器作为显示市场中的一大主流，已经在电视、电脑以及平板显示领域等诸多方面有着相当广泛的应用，并且占有非常重要的地位。这主要起源于液晶显示器的多种优点：无辐射、耗能低、散热小、轻薄便携等。然而由于液晶本身不发光，它需要背光源将光线照射到液晶面板上，液晶显示器呈现色彩的亮度、均匀度、对比度以及饱和度等主要指标均取决于液晶面板背后的背光源，因此背光源技术是决定液晶显示器呈现高质量色彩的关键因素。
液晶显示器发展初期，大多采用冷阴极荧光管(CCFL)作为背光源，但它能耗大、寿命较短；色域小，一般只能达到NTSC色域标准的72％，呈现的色彩不够丰富；而且荧光管中含有少量汞，不符合环保标准。随着背光源的不断发展，光源领域又研制出了一些无汞的绿色光源，如：电致发光(EL)、发光二级管(LED)和截止阻挡放电(DBD)等几种类型光源。LED背光源是近年来发展比较快且广泛使用的一种背光源，它已经开始逐步替代了传统的CCFL背光源。LED背光源显著的优点是：环保、寿命长、色域宽，色彩还原范围可以达到NTSC色域标准的105％甚至120％以上。但是使用LED光源作为背光源也有它的缺点：第一，单颗LED亮度不够高，需要采用多颗LED；第二，使用较多LED，导致功耗较大，温度较高；第三，色彩呈现范围还没有激光宽。
激光光源具有高亮度、单色性好及方向性好等优点，随着近年来全世界对激光技术的不断攻克，使得采用激光作为背光源的可能性大大增加。与现有的LED、LCD、CRT等显示系统相比，使用激光作为背光源，能充分利用激光波长的可选择性和高光谱亮度的特点，使显示图像具有更大的色彩表现空间，色饱和度和色纯度都比较高，彻底突破现有显示技术反映人眼所见颜色范围先天不足的缺陷，具有更完美的色彩还原能力。在公共信息大屏幕、激光电视、数码影院等领域，激光全色显示技术具有很大的发展空间和广阔的市场应用前景。
但是目前的激光显示系统中，由于受限于激光束的方向好的特性，激光背光源主要是利用激光束从上到下、从左到右进行“扫描”来实现的，利用电机控制多个镜面旋转来实现。这种方式的激光背光源模组结构复杂、均匀度不好、造价成本比较高，适用的范围较小。
另外，使用激光作为背光源，最急需解决的就是激光扩束的问题。传统的激光背光源装置由于受限于传统导光板的匀光技术，使激光光束进入到导光板之后得不到充分的扩散，在导光板输出面上形成的是亮暗分明、高度不均匀的面光源。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种节能环保、高亮度、高均匀度及高画质的激光背光源装置。
本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：
一种激光背光源装置，用于激光显示系统，包括激光光源模块和导光板模块，所述激光光源模块包括多个激光引擎，所述导光板模块包括传导区域和有效发光区域，每个激光引擎中出射的激光光束分别通过导光板模块的传导区域上各自相应的入口进入导光板模块内，形成均匀的激光背光面光源，由导光板模块的有效发光区域输出。
相较于现有技术，本发明的激光背光源装置让激光光束进入导光板模块后先进入到传导区域，经过该传导区域内一段传导距离的打散、扩束后，形成发散角度足够大的线光源，再进入到导光板模块的有效发光区域，进一步进行导光、匀光后形成均匀度较好的面光源由导光板模块的有效发光区域输出，从而得到色纯度高、色饱和度高、亮度高且均匀度高的激光背光源模组，可广泛应用于现有的液晶显示系统中，如液晶电视、电脑显示器、车载导航仪、平板电脑、手机、游戏机等，其色域范围、色彩的鲜明程度、色彩的逼真程度、亮度以及节能环保等方面都要远远好于现有的液晶显示系统。
附图说明
图1是本发明激光背光源装置的结构示意图。
图2是本发明激光背光源装置中激光光源模块中激光引擎的结构示意图。
图3是本发明激光背光源装置中激光光源模块中激光引擎另一种方案的结构示意图。
图4是本发明激光背光源装置中激光光源模块中激光引擎又一种方案的结构示意图。
图5是本发明激光背光源装置中使用纳米级光散射材料颗粒的导光板模块的原理图。
图6是本发明激光背光源装置中导光板模块另外一种方案的结构示意图
具体实施方式
现在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所示为本发明的激光背光源装置一个实施例的示意图。本次实施例以八个激光引擎构成一个激光光源模块为例，如图1所示，本实施例的激光背光装置包括激光光源模块1和导光板模块2。如图2所示，每个激光引擎包括一个红色激光器5、一个绿色激光器6、一个蓝色激光器7、一个红光准直镜8、一个绿光准直镜9、一个蓝光准直镜10、一个反红透绿蓝分束镜11、一个反蓝透红绿分束镜12以及一个整形透镜13。这两个分束镜11、12能将将朝不同方向出射的三基色激光汇合成朝同一方向出射，整形透镜13将已经汇合后的红绿蓝三色激光的光斑整形成一致大小。激光引擎的结构设计不限于此种形状，还可以按图3和4所示以及任何相似于该种结构的形状进行设计。
如图1所示，导光板模块2为长方体型，厚度为5mm，包括传导区域14和有效发光区域15，传导区域14是指从激光入射进导光板模块2处至激光光束完全扩散部分，该区域所有的光束扩散后直接进入有效发光区域15。有效发光区域15是指最终由导光板模块2输出面输出激光光束部分，也是液晶面板覆盖部分。
传导区域14根据激光引擎的使用个数做成了如图1所示的入光形状，并在入口端用激光切割技术各切割了一条缝隙3，该缝隙3长度约为100mm-150mm。特意切割这条缝隙3的主要目的是：激光由于方向准直性很好，入射激光光束的发散角度很小，利用该导光板模块2内的特殊材料的纳米级散射颗粒需要一段约100mm-150mm的传播距离才能将激光的发散角度扩束至足够大，以使激光光源从原本发散角很小的点光源形成发散角足够大的线光源。
导光板模块2的传导区域14边缘两边的直角边做成了约90°的圆弧倒角4形状。传导区域14中切割圆弧倒角4的作用是：激光光束入射到此处时，反射的激光光束能覆盖有效发光区域15更大的范围，并有效防止光束沿原路返回而溢出导光板模块2，从而使有效发光区域内的激光光束叠加更充分，使导光板模块2输出面的光束更亮、更均匀。
导光板模块2与传统使用的导光板模块的制作工艺也不一样，不需要对其表面进行点线加工处理，印上微型透镜或是反光点，而是在板材浇铸过程中添加某种特殊的纳米级光散射材料颗粒16而成，利用纳米级光散射颗粒16的大小及分布密度可将点线光源高效、均匀地转化为面光源，导光板模块2的原理图如图5所示。
另外，导光板模块并于仅限于图1中所示结构的形状，还可以根据实际应用按图6所示以及任何相似于此类结构的形状进行设计。为配合图6所示的导光板模块2a来设计的激光光源模块，可以分为两部分来出射光束，一部分仍像图1所示那样采用六个激光引擎由中间处进入导光板模块2a的传导区域，另外一部分则是从导光板模块2a的边缘17处进入导光板模块的传导区域，这样设计的优点是可以提高导光板模块2a边四周边缘处的亮度，从而进一步提高导光板模块2a的整体均匀度。同时在导光板模块2a的传导区域内还切割了一条圆弧18，这样做的目的也是为了增加激光光束的散射次数及反射面积，提高导光板模块2a的均匀度。
导光板模块2的非出光面均贴有高反射率的反射膜，使光束多次反射，以提高光能利用率。导光板的输出面也可贴有扩散膜、增亮膜(包括BEF膜和D-BEF膜)。
在本实施例中，激光光源模块1由八个激光引擎组成，八个引擎的激光分别由导光板模块2上的八个入光口进入到导光板模块的传导区域14内，经过传导区域14内的散射颗粒及100mm-150mm传导距离的传导、扩散后，形成了发散角足够大的线光源进入到导光板模块的有效发光区域15，再经过该段导光板模块内纳米级光散射材料颗粒16及反射膜足够多次的不断反射、散射及扩散作用后，激光光束最终将形成均匀度很好的面光源由导光板模块2的输出面输出。
以上所述的背光源均可与一液晶面板相结合，并作为液晶面板的背光源。不仅如此，本发明所公开的背光源亦可应用于任何具有相关需求的显示器(如：电脑、电视、通讯产品、视频产品、便携式产品、投影产品、影音放映产品、户外看板或类似的产品)或发光装置(如车载用照明组件、头载照明组件或类似的组件)。
另外，在本发明中，激光光源模块1由八个激光引擎组成，然而，激光引擎的数量可以根据实际引擎的功率、导光板及液晶面板的尺寸而定，导光板的结构形状也不仅限于本发明中提到的两种。
虽然参照本发明的优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述。但，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种激光背光源装置，用于激光显示系统，其特征在于：包括激光光源模块和导光板模块，所述激光光源模块包括多个激光引擎，所述导光板模块包括传导区域和有效发光区域，每个激光引擎中出射的激光光束分别通过导光板模块的传导区域上各自相应的入口进入导光板模块内，形成均匀的激光背光面光源，由导光板模块的有效发光区域输出。
2.根据权利要求1所述的激光背光源装置，其特征在于：所述导光板模块内填充有纳米级光散射材料颗粒。
3.根据权利要求1所述的激光背光源装置，其特征在于：所述导光板模块的传导区域在激光引擎的入口处各切割了一条缝隙。
4.根据权利要求3所述的激光背光源装置，其特征在于：所述缝隙的长度为100mm-150mm。
5.根据权利要求1所述的激光背光源装置，其特征在于：所述激光光源模块包括八个激光引擎，每个激光引擎包括红绿蓝三种激光，激光引擎中还包括扩束镜、分束镜及整形透镜。
6.根据权利要求1所述的激光背光源装置，其特征在于：所述导光板模块的传导区域在两直角边处各切割了一段90°的圆弧倒角。
7.根据权利要求1所述的激光背光源装置，其特征在于：所述导光板模块的非出光面均贴有高反射膜。
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