CN105116616A - 液晶背光装置 - Google Patents

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刘新厚
张文平
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Abstract

本发明公开了一种液晶背光装置，包括：激光器、激光传输光纤、衍射光学元件、导光膜，激光器用于产生照明激光光源；激光传输光纤用于将所述激光器发射的激光传输至所述衍射光学元件；衍射光学元件用于将激光由点状激光整形为用于所述导光膜的线状光束；导光膜将入射光均匀照射在液晶背板上。

Description

液晶背光装置
技术领域
本发明涉激光显示领域，具体而言，涉及一种液晶背光装置。
背景技术
激光显示作为一种新型显示技术，其色域、对比度、亮度相比于传统显示技术拥有突出的优势。基于液晶光阀的显示系统中，由光纤从激光器导出的集总式的光能量不能直接用于照明，需要经过匀场使其均匀照射在液晶面板上。
传统液晶背光解决方案是采用导光膜将LED阵列发射的光线传导至液晶面板背面。激光显示系统中，光源为由激光器发射、经光纤传导的点光源，采用上述导光膜背光方案会引起背光亮度严重不均匀
已有多种方法将点光源先转换为线状光源，然后由线状光源转换为面状光源来为解决上述技术问题。公开号为CN101743510A、发明名称为“液晶背光装置以及液晶显示器”的中国专利申请公开了一种包括导光板的液晶背光装置，该导光板具有激光转换为线状的激光的线状反射面和将线状激光转换为面状激光的面状反射面，其中线状反射面可以由三角棱镜阵列提供，由导光棒提供或由自由曲面镜提供。在以这种方式实现面状激光的方案中，每一线状反射面的位置和角度需要被精确计算，才能够得到均匀的线状激光。对制作工艺要求严格，难度大且成本高。公开号为104180244A、发明名称为“激光背光源装置”的中国专利申请公开了一种包括导光管和导光板的激光背光源装置，进入导光管的激光通过漫反射和传导变成较均匀的线光源。该方案中，为了获得均匀的面状光源，导光管被布置在导光板的周围。由此带来的问题是，激光在如此设置的导光管内漫反射和传导，增加了激光的功率损耗，难以精确控制面光源的亮度均匀性。
因此，需要提供一种结构简单，亮度均匀的液晶背光装置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新型的液晶背光装置，以解决基于液晶面板的激光显示背光照明问题。
根据本发明的一个方面，提供一种液晶背光装置，包括用于射出激光的激光光源，和导光组件，该导光组件包括用于将来自激光光源的激光转换为线状激光的衍射光学元件，和用于将入射的线状激光转换为面状激光并射出的导光膜，其中在所述衍射光学元件和导光膜之间沿光束传输方向设置有光束传输空间。衍射光学元件用于将激光由点状激光整形为可入射进所述导光膜的线状光束，导光膜将线状入射光均匀照射在液晶背板上。
优选地，该液晶背光装置进一步包括用于将来自激光光源的激光传输至所述衍射光学元件的激光传输光纤。
优选地，所述光束传输空间中衍射光学元件距导光膜的距离大致为导光膜垂直于入射光方向的长度。
优选地，所述衍射光学元件的出射光具有所需的光强分布。
优选地，所述衍射光学元件的出射光具有与导光膜入射面同形状的平顶光强分布。
优选地，所述衍射光学元件的出射光具有中间弱边缘强的光强分布。
根据本发明的另一方面，提供一种液晶背光装置，包括用于射出激光的激光光源，导光组件，和用于将来自激光光源的激光传输至导光组件的集束光纤，
该导光组件包括衍射光学元件阵列，包括多个衍射光学元件子单元，用于将来自集束光纤的激光转换为线状激光，和用于将入射的线状激光转换为面状激光并射出的导光膜，其中在所述衍射光学元件阵列和导光膜之间沿光束传输方向设置有光束传输空间。优选地，由一系列衍射光学元件阵列代替衍射光学元件，由集束光纤代替激光传输光纤，以解决液晶面板尺寸变大，单个衍射光学元件光线出射角过大的问题。利用集束光纤作为激光传输光纤可实现激光能量的分配，满足大尺寸液晶屏幕背光照明使用多片平行排列的衍射光学元的需要。
优选地，该装置进一步包括位于衍射光学元件阵列和导光膜之间的光学元件，用于改变衍射光学元件阵列出射的线状激光的光路，入射进入导光膜。
优选地，该装置进一步包括位于衍射光学元件阵列和导光膜之间的光学元件，用于使衍射光学元件阵列出射的线状激光折返进入导光膜。
优选地，用于折返衍射光学元件阵列出射光路的光学元件是全反射棱镜。
优选地，衍射光学元件阵列和导光膜之间可加入全反射棱镜或类似装置，以实现光纤的折返，可以改变衍射光学元件阵列和导光膜之间的相对位置，减小所述液晶背光源的尺寸。
相比于现有将激光点状输出转换为线状输出的技术，本发明所采用的衍射光学元件的优点在于设计自由度大，可以形成任意形状和强度分布的光。在本液晶背光应用中使用该元件，可以将光纤输出的高斯分布光束整形为线状平顶分布的光束，以精确的耦合到导光膜中并保证导光膜中光强度各处均匀。另外该元件可采用压模或蚀刻工艺制作，可低成本大量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图对本发明的优选实施例进行说明。
图1为根据本发明第一实施例的液晶背光装置的示意图；
图2为根据本发明第二实施例的液晶背光装置的示意图；
图3为根据本发明第三实施例的液晶背光装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一个实施例的液晶背光装置示意图。如图1所示，该液晶背光装置包括：激光器101、激光传输光纤102、衍射光学元件103、衍射空间104和导光膜105。激光器101用于产生激光束作为照明激光光源。激光传输光纤102用于将所述激光器发射的激光传输至所述衍射光学元件。激光显示系统中，激光器由于散热和结构布置的原因，优选与液晶显示屏幕分离放置。因此设置激光传输光纤将激光器产生的激光传输至液晶显示屏背光光源的衍射光学元件上。衍射光学元件103用于将激光由点状激光整形为用于导光膜105的线状光束。衍射光学元件是一类光相位调制器件的统称，是用于根据入射光束的形态和出射光束形态设计出的表面具有所需相位分布的元件，可以用表面的相位分布来描述。可以理解，同样的入射光束和出射光束所对应的表面相位分布并不唯一，解可能会有非常多种。在本液晶背光的应用中，对应不同尺寸的导光膜和不同的入射激光就会有不同的衍射光学元件表面相位分布。
衍射光学元件可采用例如二元光学方式设计，根据激光传输光纤输出光斑的尺寸确定衍射光学元件的尺寸，根据导光膜尺寸及衍射空间的尺寸设计出射光线的形状与光强度分布。本实施例中，将衍射光学元件的出射光设置为与导光膜入射面同形状的平顶光强分布。衍射空间104是经衍射光学元件103调制后的光束的自由传输空间。衍射光学元件103之后需要有一定作用距离来形成所设计的光强分布。该衍射空间的尺寸根据导光膜垂直于入射光方向的长度以及衍射光学元件的设计参数决定。为避免衍射光学元件所用出射光衍射级次过高导致衍射效率下降，衍射空间可选取为与导光膜垂直于入射光方向的长度相近。导光膜105将入射的线状激光转换为面状光源均匀照射在液晶背板上。
激光器101发射的激光为相干点光源，经过激光传输光纤104后仍然为具有一定发散角的点光源。如果点光源直接入射导光膜后会导致严重的光强不均匀分布。本实施实例中，在导光膜前设置衍射光学元件103，激光传输光纤102发射的激光由于具有一定的相干性，被衍射光学元件103调制后形成在导光膜104的入射面长度方向具有线状光强分布的激光。线状光强分布的激光入射进导光膜104后能够均匀照明导光膜，进而均匀照明液晶面板。
衍射光学元件103可根据需要并结合导光膜的形状和性质以及来自激光光源的激光参数进行设计，改进线状光强分布每一处的相对强度。例如可以在导光膜入射面处形成中间弱，边缘强的光强度分布，经导光膜传输后，解决液晶面板边缘背光暗的问题。
图2为本发明的第二实施例的液晶背光装置示意图。如图2所示，该液晶背光装置包括：激光器201、集束光纤202、衍射光学元件阵列203、衍射空间204和导光膜205。衍射光学元件阵列包括多个衍射光学元件子单元。激光器101发射的激光由集束光纤201分束后分别入射到衍射光学元件阵列202的每一个子单元。经衍射光学元件阵列出射的激光具有与导光膜入射面同形状的光强分布，光学元件阵列每一子单元出射的激光具有与其对应的导光膜入射面同形状的光强分布。经衍射光学元件子单元出射的线状激光光源入射至导光膜。根据该实施例，通过采用衍射光学元件阵列增加照明光路平行于导光膜入射面方向上的长度，可有效改善大液晶显示屏照明光的均匀性。此外，因为线状激光从衍射光学元件阵列的每一个子单元出射，可以缩短衍射光学元件阵列距导光膜入射面的距离，减小衍射空间的大小，在改善照明均匀性的同时可以减小液晶背光源的尺寸，使整体结构小型化。
图3为本发明的第三实施例的液晶背光装置示意图。如图3所示，该液晶背光装置包括：激光器301、集束光纤302、衍射光学元件阵列303、衍射空间304，导光膜305，以及位于衍射光学元件阵列和导光膜之间的折返光学元件306。从衍射光学元件阵列出射的线状光束经衍射空间传输后经过折返光学元件306，光束折返入射进入导光膜。该实施例中，通过在集束光纤302和衍射光学元件阵列303中增加光折返棱镜301，可以改变集束光纤302和衍射光学元件阵列303的布置方向，由此减小所述液晶背光源的尺寸，使整体结构小型化。特别的，折返棱镜301例如可以是屋脊棱镜，也可以是45°放置的平面反射镜，光纤或者其他能够折返光纤的光学元件。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种液晶背光装置，包括
用于射出激光的激光光源，和
导光组件，
其特征在于，该导光组件包括
用于将来自激光光源的激光转换为线状激光的衍射光学元件，和
用于将入射的线状激光转换为面状激光并射出的导光膜，
其中在所述衍射光学元件和导光膜之间沿光束传输方向设置有光束传输空间。
2.根据权利要求1所述的液晶背光装置，其特征在于，该液晶背光装置进一步包括用于将来自激光光源的激光传输至所述衍射光学元件的激光传输光纤。
3.根据权利要求1所述的液晶背光装置，其特征在于，所述光束传输空间中衍射光学元件距导光膜的距离大致为导光膜垂直于入射光方向的长度。
4.根据权利要求1所述的液晶背光装置，其特征在于，所述衍射光学元件的出射光具有所需的光强分布。
5.根据权利要求1所述的液晶背光装置，其特征在于，所述衍射光学元件的出射光具有与导光膜入射面同形状的平顶光强分布。
6.根据权利要求1所述的液晶背光装置，其特征在于，所述衍射光学元件的出射光具有中间弱边缘强的光强分布。
7.一种液晶背光装置，包括
用于射出激光的激光光源，
导光组件，和
用于将来自激光光源的激光传输至导光组件的集束光纤，
其特征在于，该导光组件包括
衍射光学元件阵列，包括多个衍射光学元件子单元，用于将来自集束光纤的激光转换为线状激光，和
用于将入射的线状激光转换为面状激光并射出的导光膜，
其中在所述衍射光学元件阵列和导光膜之间沿光束传输方向设置有光束传输空间。
8.根据权利要求7所述的液晶背光装置，其特征在于，该装置进一步包括位于衍射光学元件阵列和导光膜之间的光学元件，用于改变衍射光学元件阵列出射的线状激光的光路，入射进入导光膜。
9.根据权利要求7所述的液晶背光装置，其特征在于，该装置进一步包括位于衍射光学元件阵列和导光膜之间的光学元件，用于使衍射光学元件阵列出射的线状激光折返进入导光膜。
10.根据权利要求9所述的液晶背光装置，其特征在于，用于折返衍射光学元件阵列出射光路的光学元件是全反射棱镜。
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