CN109960081B - 一种窄边框侧入式液晶显示器激光背光源 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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CN104344284 A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。
发明内容
有鉴于此，本发明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，且同波段端发射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；端发射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。
进一步地，所述端发射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与端发射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
进一步地，所述端发射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。
进一步的，所述光束整形器件为球面镜、非球面镜、反射棱镜、扩束棱镜、微光学透镜器件、波浪镜、柱面镜、菲尼尔透镜、漫反射器件、复眼式透镜、散射器件、光楔、光栅、胶合透镜、平面反射镜或曲面反射镜其中之一，或者为上述上光学器件的组合。
进一步地，所述反射器件使用折射率大于1的材料制造成实体结构可见光激光束在其内发生全反射现象；反射器件为中空腔体结构时，中空腔体内壁上存在激光束波长对应的高反材料；反射器件为面反射器件时，采用实体结构和中空腔体结构的的组合。
进一步地，所述反射器件中用于反射激光的反射面为平面、非球面、球面、微光学结构面、漫反射面或光栅面；在反射器件的反射面上，激光发生镜面反射，漫反射或“折射+反射”的光学现象。
进一步地，所述液晶显示器导光板、反射器件上的出入光面上存在微光学结构，用于修正可见光激光束的发散角。
进一步的，所述液晶显示器导光板和反射器件的出入光面带有球面、非球面、柱面或棱镜，用于修正激光束的发散角。
进一步地，所述光束整形器件、液晶显示器导光板、反射器件和光学器件的入光通光面和出光通光面之间存在能够消除牛顿环、实现散射、实现折射和实现匀光的薄膜光学器件。
进一步地，所述侧入式激光液晶显示器背光源使用风冷、水冷或半导体制冷进行强制散热。
进一步地，液晶显示屏排线及其相关电子组件包裹、或安置在反射器件外部。
有益效果：
1、本发明可使背光源中的多基色端发射可见光激光器发出可见光激光束进行长距离的传播进而在液晶显示器导光板侧面产生大面积交叠，消除了以往技术方案中不同波段可见光激光束在液晶显示器导光板内无交叠导致的色块和明暗条纹，从而得到光场分布均匀的液晶显示器激光背光面光源。
2、本发明采用反射器件对激光束进行180°转折，可在不增大液晶显示器的侧边框宽度/高度尺寸的情况下，确保背光源中每束激光束能够在液晶显示器导光板的液晶显示器导光板中产生足够的光交叠而实现整机窄边框外观提高占屏比。
3、本发明在满足液晶显示器照明需求的总光能条件下，加大端发射可见光激光器在液晶显示器导光板入射面上的光斑长度，可增达单独端发射可见光激光器的输出能量，减少激光器的使用个数，且不降低液晶显示器的画面亮度均匀度，节约生产成本。
4、本发明可解决端发射可见光激光器固定、散热结构过大而导致的液晶显示出现“大下巴”及固定、散热结构与液晶显示器排线及相关电子器件安装冲突的问题。
5、本发明可全面解决端发射可见光激光器的散热问题，全面提升激光液晶显示器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构组成原理图；
图2为本发明应用于激光液晶显示器的示意图；
图3为激光束在液晶显示器导光板入射面长度和宽度方向的发散角示意图；
图4为端发射可见光激光器到液晶显示器导光板通光面的空间距离与光斑长度关系示意图；
图5为激光束在液晶显示器导光板中覆盖的面积示意图；
图6为半导体激光器在液晶显示导光板上入射面上的光斑长度与液晶显示导光板长度关系示意图；
图7、8为光束整形器件选用光学器件的实施例示意图；
图9为反射器件选用光学器件的实施例示意图
其中，1-端发射可见光激光器组、101-蓝光半导体激光器、102-绿光半导体激光器、103-红光半导体激光器、2-光束整形器件、201-非球面激光准直透镜、202-扩束凹面柱透镜、203-微光学光束整形器件、204-波浪镜、205-扩束微光学透镜、206-包威尔棱镜、207-平凸柱透镜、208-平凹柱透镜，3-反射器件、301-蓝光合束镜、302-绿光合束镜、303-红光高反镜、304-梯形棱镜、4-液晶显示器导光板、41-散射区、5-液晶显示屏、6-匀光/扩散增亮膜组、7-液晶显示器壳体、71-端发射可见光激光器热沉，箭头线为激光束。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种侧入式激光液晶显示器的背光源，液晶显示器导光板4固定在液晶显示器壳体7的内侧面上，端发射可见光激光器组1安装于热沉71上，热沉71固定在液晶显示器导光板4的背面(液晶显示器导光板4长×宽且靠近液晶显示壳体7的一侧)液晶显示器壳体7的外侧面上；端发射可见光激光器组1与液晶显示器导光板4的侧面通光面(液晶显示器导光板4的长×厚或宽×厚的面)之间存在空间距离L，L为可见光端发射半导体激光器发出的激光束经过必需的光学器件后到液晶显示器导光板侧面通光面的最短光程；在靠近液晶显示器导光板4的侧面通光面的位置存在至少一个反射器件3；在液晶显示器导光板4的侧面通光面与靠近侧面通光面的反射器件3之间存在光束整形器件201和202，其中光束整形器件201用于激光束θy的扩束，光束整形器件202用于激光束θx的扩束；可见光激端发射半导体激光器1发出的激光束先经过光束整形器件201再经过靠近液晶显示器导光板4侧面通光面反射器件3的反射后入射光束整形器件202，经过光束整形器件201和202扩束的激光由液晶显示器导光板4的侧面通光面入射液晶显示器导光板4；扩束后的激光束入射液晶显示器导光板4后通过液晶显示器导光板4上的散射区41发散最终形成均匀的面光源。
如附图2所示，两组端发射可见光激光器1构成24英寸液晶显示器的光源。101-蓝光半导体激光器、102-绿光半导体激光器、103-红光半导体激光器、203-微光学光束整形器件、204-波浪镜、3-PMMA梯形反射器件、4-液晶显示器导光板、5-液晶显示屏、6-匀光扩散增亮膜组、
一个端发射可见光激光器组1包括一个中心波长为410～480nm的101-蓝光半导体激光器、一个中心波长为500～550nm的102-绿光半导体激光器和一个中心波长为600～660nm的103-红光半导体激光器；三种激光器的激光光斑相互叠加，形成白光激光源。
两组端发射可见光激光器1构成24英寸液晶显示器的光源。端发射可见光激光器组1中，01-蓝光半导体激光器、102-绿光半导体激光器、103-红光半导体激光器的发光中心间距为等距15mm，三种端发射可见光激光器的发光中心安置于同一直线上且与液晶显示器导光板侧面通光面之间的光程相同。
端发射可见光激光器组1距离液晶显示器导光板侧面通光面的光程L＝12cm；端发射可见光激光器组1中各个波长激光器发出的激光束被各自相对应的203-微光学光束整形器件整形，203-微光学光束整形器件距端发射可见光激光器101、102、103的出光口距离为1.5mm。可见光激光束由初始发散角θx＝5～10°，θy＝35～40°转变成为θx′＝0.2°，θy′＝80°的光束。整形后的激光束入射厚长宽高为530×16×3mm的3-PMMA 45°等腰梯形反射器件，经过3-PMMA梯形反射器件两次反射后到达204-波浪镜。204-波浪镜安置于4-液晶显示器导光板与3-PMMA 45°等腰梯形反射器件之间，其与3-PMMA 45°等腰梯形反射器件和4-液晶显示器导光板侧面通光面为紧密安置。204-波浪镜对激光束的θx′进行扩束，扩束后的
θx′由0.2°变为80°，θy′保持不变。
经过如上光学传播、整形过程后，端发射可见光激光器101、102、103在4-液晶显示器导光板侧面通光面上的光斑投影长度为201mm。
相邻端发射可见光激光器的光斑交叠面积为各自光斑面积的93％。24英寸16:9的液晶显示导光板长530mm，宽290mm，厚2mm，端发射可见光激光器在4-液晶显示器导光板侧面通光面上的光斑投影长度之和为75％。
如附图3所示，端发射可见光激光器组1与液晶显示器导光板4之间的空间距离与端发射可见光激光器组1发射的激光束的发散角θy和激光束需要在液晶显示器导光板4的侧面通光面上的光束投影长度w相关，光程L以公式(1)计算
多个距离液晶显示器导光板4的侧面通光面的端发射可见光激光器组1在液晶显示器导光板4的侧面通光面上的光束投影长度w1,w2...,wn(n为≥1的自然数)叠加之和wp≥W65％(W为液晶显示器导光板的侧面通光面的长度)，wp以公式(3)计算
wp＝w1+w2+...+wn (2)
每个端发射可见光激光器组1发射的激光束的发散角θxn和激光束需要在液晶显示器导光板4的侧面通光面厚度方向上的光束投影宽度hn由每个端发射可见光激光器组1的Ln确定，hn由公式(5)计算
将可见光端发射半导体激光器安置于液晶显示器壳体背面再使用反射器件将激光束进行光路转折入射导光板的作用如下：一是加大端发射可见光激光器组1与液晶显示器导光板4之间的光程L，进而增大可见光端发射半导体激光器发出的发散角一定激光束在液晶显示器导光板4中覆盖的面积(如附图5所示)即增大激光束在液晶显示器导光板4中的空间光体，从而降低激光的空间光能密度进而降低/消除激光在液晶显示器导光板4上的能量分布差异所导致的色块、明暗条纹从而得到光场分布均匀的液晶显示器激光背光面光源；二在满足液晶显示器照明需求的总光能条件下，加大可见光端发射半导体激光器在导光板入射面上的光斑长度，可增加相邻不同波段端发射可见光激光器之间的光斑交叠面积，在三基色激光合白光时不同波段激光光斑的交叠面积越大背光源的色差越小、色温越均一；三可增达单独可见光端发射半导体激光器的输出能量，减少激光器的使用个数；四使用转折光路可保证在不增大液晶显示器的侧边框宽度，保证使用了三基色激光光源的液晶显示器的整机外观不受影响，在此条件下获得最佳的光程L。
如附图4所示，L1、L2和L3分别为端发射可见光激光器组1到液晶显示器导光板4的侧面通光面的光程。其中端发射可见光激光器组1的激光束y轴发散角θy，w1、w2，w3为激光束在液晶显示器导光板4的侧面通光面的光束投影长度w。
以市售绿光半导体激光器和市售70英吋侧入式LED液晶电视导光板(1540mm×873mm×2mm)为例，绿光半导体激光器的快轴发散角典型值为35°，慢轴发散角典型值为5°；70英吋液晶电视的背光LED灯条导光板侧面通光面(1540mm×2mm)面积覆盖率实测为81％。
绿光半导体激光器发出的激光束在导光板侧面通光面的光斑长度叠加之和需大于1540mm×0.8时，L1＝2mm，L2＝12mm，L3＝80mm，发散角θy为35°，则依据公式(1)和(3)可以计算得到：
w1＝1.26mm，w2＝7.56mm，w3＝50.47mm
故当绿光半导体激光器与导光板的侧面通光面距离为L1时，需要977.7个端发射可见光激光器组1；当绿光半导体激光器与导光板的侧面通光面距离为L2时，需要165个可见光端发射半导体激光器1；当绿光半导体激光器与导光板的侧面通光面距离为L3时，需要24.41个端发射可见光激光器组1；而LED需要352个发光点。
按照半导体激光器最小封装外观长度4mm计算，绿光半导体激光在70英寸液晶显电视导光板侧面的长度尺寸累积合约4720mm：当距离为L1时为3908mm，L2时为660mm，L3时为96mm；三基色端发射可见光激光器的全部安装长度需要：L1时为11724mm，L2时为1980mm，L3时为288mm。若要形成均匀的白光面光源，则L1的安装长度已远超液晶显示器导光板的边长，L2也远超液晶显示器导光板的单边长度，只有L3是可满足液晶显示器光源的要求。
由以上三组数据可知端发射可见光激光器距离液晶显示器越远，导光板中单位面积的光功率越低，激光束的重合交叠面积越大三基色混合越均匀，色差、色斑、色块消除效果越好，白光合成效果越好；使用激光器数量越少、成本越低；激光器的使用数量少，便于液晶显示器的背光源结构设计。
如附图6所示，w1和w2是端发射可见光激光器组1在液晶显示导光板上入射面上的光束投影长度，wp为光束投影长度之和。x轴-液晶显示器导光板厚度方向，y轴-液晶显示器导光板长度方向，z轴-液晶显示器导光板宽度方向。
如附图7和8所示，光学整形器件2采用了非球面激光准直透镜201、Y轴扩束凹面柱透镜202和X轴扩束凹面柱透镜208。反射器件3为内部安置有非球面反射镜的反射镜盒。
如附图9所示，反射器件采用蓝光合束镜301、绿光合束镜302和红光高反镜303；红光半导体激光器103发出的激光束先经过非球面激光准直透镜201对激光束的快轴和慢轴发散角进行准直，准直后的红光激光束照射到红光高反镜303反射面镀有600～680nm 45°高反膜)上使红光光束传播方向转折90°后射向绿光合束镜302。绿光合束镜302(绿光合束镜的一面镀有600～680nm 45°高透膜，一面镀有500～550nm 45°高反膜和600～680nm 45°高透膜)用于红光和绿光的合束。绿光半导体激光器102发出激光束经过激光束准直微光学透镜对激光束的快轴和慢轴发散角进行准直，照射到绿光合束镜302上绿光光束传播方向转折90°。合束后的红光与绿光光束射向蓝光合束镜301。蓝光合束镜301(蓝光合束镜的一面镀有400～480nm 45°高透膜，另一面镀有600～680nm 45°高反膜、500～550nm 45°高反膜和400～480nm 45°高透膜)用于蓝光、红光和绿光的白光合束。蓝光激光器101发出的蓝光激光束经过非球面激光准直透镜201对激光束的快轴和慢轴发散角进行准直后射向蓝光合束镜301。经过蓝光合束镜301后，红绿蓝三色激光合成白光光束。白光光束经过Y轴扩束微光学透镜206后扩束后发散角为θy，θx。经过发散角为θy，θx的白光光束经过梯形棱镜的反射后传播方向改变180°后入射202轴扩束微光学透镜，经过X轴扩束微光学透镜202后被扩束成为θy＝170°，θx＝120°的激光束。
本实施例中的激光束Y轴扩束凹面柱透镜202，可替换成包威尔棱镜、波浪镜、衍射光学器件、光栅、非球面镜、球面镜。激光束X轴扩束凹面柱透镜208可替换成衍射光学器件、光栅、非球面镜、球面镜、毛玻璃、透光纤维束、透光材料颗粒、透光散射薄膜等能够形成光学扩束功能的器件。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
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；
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
所述光束整形器件为球面镜、非球面镜、反射棱镜、扩束棱镜、微光学透镜器件、波浪镜、柱面镜、菲尼尔透镜、漫反射器件、复眼式透镜、散射器件、光楔、光栅、胶合透镜、平面反射镜或曲面反射镜其中之一，或者为上述光学器件的组合。
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。
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，所述反射器件使用折射率大于1的材料制造成实体结构可见光激光束在其内发生全反射现象；反射器件为中空腔体结构时，中空腔体内壁上存在激光束波长对应的高反材料；反射器件为面反射器件时，采用实体结构和中空腔体结构的组合。
4.如权利要求3所述的窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，其特征在于，所述反射器件中用于反射激光的反射面为平面、非球面、球面、微光学结构面、漫反射面或光栅面；在反射器件的反射面上，激光发生镜面反射，漫反射或“折射+反射”的光学现象。
5.如权利要求4所述的窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，其特征在于，所述液晶显示器导光板、反射器件上的出入光面上存在微光学结构，用于修正可见光激光束的发散角。
6.如权利要求5所述的窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，其特征在于，所述液晶显示器导光板和反射器件的出入光面带有球面、非球面、柱面或棱镜，用于修正激光束的发散角。
7.如权利要求6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、液晶显示器导光板、反射器件和光学器件的入光通光面和出光通光面之间存在能够消除牛顿环、实现散射、实现折射和实现匀光的薄膜光学器件。
8.如权利要求7所述的窄边框侧入式液晶显示器激光背光源，其特征在于，所述侧入式激光液晶显示器背光源使用风冷、水冷或半导体制冷进行强制散热；液晶显示屏排线及其相关电子组件包裹、或安置在反射器件外部。
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|---|---|---|---|---|
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