CN203453943U

CN203453943U - 光纤网板激光光源

Info

Publication number: CN203453943U
Application number: CN201320602950.2U
Authority: CN
Inventors: 赵振宇; 巩志华; 王玉鲁; 张大为
Original assignee: Shenzhen Aurora Centrix Technology Ltd
Current assignee: Sinolaser Projection Technology Co ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2023-09-27

Abstract

本实用新型公开了一种光纤网板激光光源，包括激光光源、通体发光的弥散光纤、由弥散光纤编织成的网络结构以及光纤网络固定封装结构，弥散光纤根据背光源的尺寸以及均匀性的需要按照计算好的特定结构进行排布形成发光均匀的一个光纤网络，使用特殊设计的封装结构将编织好的弥散光纤网络封装为均匀出光的光纤网板。本实用新型能够得到发光均匀性好、形状任意可变、成本低廉便于规模化生产的激光背光源，可以替代目前的液晶电视的背光源，实现低成本的激光全色显示，并且可以作为特殊需求的激光照明光源。

Description

光纤网板激光光源

技术领域

本实用新型属于光源及激光显示技术领域，具体地，涉及一种光纤网板激光光源。

背景技术

传统的液晶显示屏中采用的一般是背光源加调制板的形式来实现图像的显示。背光源（BackLight）是位于液晶显示器（LCD）背后的一种光源，它的发光效果将直接影响到液晶显示模块（LCM）的视觉效果。液晶显示器本身并不发光，它显示的图形或字符是它对来自背光源的光线进行调制的结果。

目前背光源主要有EL（电致发光）、CCFL（冷阴极荧光灯）及LED（发光二极管）三种背光源类型。

EL灯的发光效率高、功耗低、耐震，不需要维护，它属于冷光源，颜色分布很均匀。与普通的LED背光的亮度不均匀性相比，EL灯的最明显的优势是它的光可以更均匀地分布在整个屏幕上。另外，EL灯也较为省电。EL灯的缺点是，亮度低、寿命短（一般为3000～5000h）。

CCFL灯技术成熟、寿命较长，但是有如下缺点：一是色域较小，一般只能达到NTSC色域标准的72%；二是冷阴极荧光管中含有少量的汞，不符合环保标准；三是漏光现象较为普遍、低温启动困难、响应时间较长。

近年来，LED背光源发展迅速，显著优点是色彩还原范围可以达到NTSC色域标准的105%-120%。但是LED光源存在的缺点是：一是LED的亮度不够高，需要多个LED排列成线阵或排列成面阵；二是LED发光的单色性远比激光差，在显示色域、色饱和度及色彩逼真程度等方面难以与激光光源相比。采用激光作为光源可以大大改进投影显示与平板液晶显示器件的颜色特性，使其色域更宽、更加接近自然色彩。激光显示将是未来显示技术的发展趋势和市场的主流。

激光器的发明为人类带来了一种崭新的强光源，其在科技、工业、国防、医疗及人们的日常生活中也获得了广泛应用。激光具有单色性、方向性极好和高亮度等特点，激光光束一般是发散角很小的细光束，它在众多领域中得到广泛应用正式因为它的这些特点、但是在激光照明与显示领域应用时则需要对激光光束进行匀光和整形。

从激光器出射的光束在接受面上一般为小圆斑或圆点，无法直接均匀照明一个较大的面积，例如若是采用激光作为液晶平板显示的背光源，就需要采用特殊方法将激光光束转换为均匀的光斑或者面光源，目前的主流方法为采用导光板的方式来进行，该方式需要：第一，多个激光发射点，这不适合激光高亮度的特点；第二，透过导光板后，面亮度均匀性较差（<80%），无法提供较好的观赏效果。因此，根据激光高亮度的特点，需要采用特殊方法将激光光束转换为均匀发光的面光源。

实用新型内容

本申请的发明人考虑到现有技术的上述情况而作出了本实用新型。本实用新型的主要目的在于解决现有显示器光源技术存在的问题，提供一种能够将激光器出射的激光转为在需求尺寸内均匀分布的光的光纤网板激光光源。该光纤网板光源既可以代替现有EL、CCFL或者LED阵列作为液晶显示背光板的光源，从而提高平板电视中的颜色特性，实现激光全色显示，也可以在特殊情况下形成不同形状的空间照明光源。

根据本实用新型的实施例，提供了一种光纤网板激光源，其特征在于，所述光纤网板激光源包括激光器、传输光纤、由通体导光的弥散光纤编织成的光纤网络结构、以及光纤网络固定封装结构，其中，传输光纤和弥散光纤相连接，用来将激光器发出的激光传输到弥散光纤，其中，弥散光纤在背光面板上被排布为均匀发光的光纤网络结构，排布好的光纤网络结构被封装到所述光纤网络固定封装结构中，用作显示装置的背光源。

根据本实用新型的实施例，所述弥散光纤由沿矩形背光面板的对角线而中心对称排布的两根弥散光纤组成，其中，每根弥散光纤呈连续S形被布置在背光面板上，每根弥散光纤各自包括多个折弯部分、以及多个彼此平行的直线部分。

根据本实用新型的实施例，所述弥散光纤由沿矩形背光面板的对角线而中心对称排布的四根弥散光纤组成，其中，第一和第二弥散光纤呈连续S形被布置在背光面板上，其中，所述第一和第二弥散光纤各自包括多个折弯部分、以及多个彼此平行的水平直线部分，第三和第四弥散光纤呈旋转90度的连续S形被布置在背光面板上，其中，第三和第四弥散光纤各自包括多个折弯部分、以及多个彼此平行的垂直直线部分。

根据本实用新型的实施例，所述弥散光纤由排布形成双螺旋形的两根弥散光纤组成，其中，一根弥散光纤的激光输出末端与另一根弥散光纤的激光输入端位于同一个位置，所述一根弥散光纤的激光输入端与所述另一根弥散光纤的激光输出末端位于同一个位置。

根据本实用新型的实施例，所述弥散光纤的激光输出末端安装有反射镜或者环形器，用来使出射激光再次进入弥散光纤。

本实用新型的有益效果主要体现在以下方面：本实用新型能够得到发光均匀性好，色纯度高的光纤网板背光源，可以将高功率的激光器出射的光束转换为发光均匀性好的光纤网板背光源，可以代替液晶显示背光板中的EL、CCFL光管或者LED阵列，实现激光全色显示，并且在特殊应用中作为空间激光照明光源。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例的光纤网板激光源的结构示意图；

图2是根据本实用新型的实施例的弥散光纤的示意图；

图3是根据本实用新型的实施例的光纤内激光功率随光纤长度变化的示意图；

图4是根据本实用新型的实施例的一种S形光纤网络的示意图；

图5是根据本实用新型的实施例的另外一种网型光纤网络的示意图；

图6是根据本实用新型的实施例的另外一种螺旋型网型光纤网络的示意图；

图7是根据本实用新型的实施例的一种光反射装置的示意图；

图8是根据本实用新型的实施例的另一种光反射装置的示意图。

具体实施方式

下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整的说明本实用新型

图1是根据本实用新型的实施例的光纤网板激光源的结构示意图。如图1所示，本实用新型的光纤网板激光光源包括激光器1、传输光纤5、由通体导光的弥散光纤2编织成的网络结构3、以及光纤网络固定封装结构4。激光器1可以是固体激光器、气体激光器、半导体激光器或者光纤激光器，等等。激光器1通过一段传输光纤5输出激光，传输光纤5和弥散光纤2相连接，该连接可以采用标准接头形式，例如SMA905等插头适配器形式，也可以直接利用光纤熔接机将传输光纤5和弥散光纤2熔接在一起。多根弥散光纤通过特殊的编织放置形成特定的光纤网络3。光纤网络3编织完成之后，放入固定的封装模具中，使用高透光率的硅胶灌封，形成一块内部含有弥散光纤的硅胶封装结构4。

图2为根据本实用新型的实施例的弥散光纤的结构示意图，其工作原理为在包层内掺杂散射结构，当纤芯内的光打在此散射结构时不满足全反射条件，因此会有部分光从弥散光纤侧面输出，形成整体出光发亮的效果。

图3是根据本实用新型的实施例的光纤内激光功率随光纤长度变化的示意图，如图所示的该变化曲线为弥散光纤排布的设计参考。具体地，弥散光纤的某一位置处的（侧面）输出光强随着该位置距该弥散光纤的激光输入端（起点）的长度（距离）而减弱。

图4是根据本实用新型的实施例的一种S形光纤网络的示意图；图5是根据本实用新型的实施例的另外一种网型光纤网络的示意图；图6是根据本实用新型的实施例的另外一种螺旋型光纤网络的示意图。

如图4至6所示，根据弥散光纤的侧面发光强度随长度的变化，使两根或更多根弥散光纤（图4和6中是两根，图5中是四根）在液晶面板的矩形显示区域上形成对称结构。例如，图4中的两根弥散光纤沿矩形对角线而中心对称排布，其中，每根弥散光纤呈S形布置，其中，每根弥散光纤各自包括多个彼此平行的直线部分和多个折弯部分。图5中的四根弥散光纤两两沿矩形对角线而中心对称排布，其中，两根弥散光纤呈连续S形布置，两根弥散光纤呈旋转90度的连续S形布置，其中，每根弥散光纤各自包括多个彼此平行的直线部分和多个折弯部分。图6中的两根弥散光纤形成双螺旋形，但两根弥散光纤彼此的起点（激光输入端）和终点（激光输出末端）对调，即，一根弥散光纤的起点位置附近是另一根弥散光纤的终点，反之亦然。

图7是根据本实用新型的实施例的一种光反射装置的示意图，图8是根据本实用新型的实施例的另一种光反射装置的示意图。如图7和图8所示，每根弥散光纤尾端可添加反射装置，使得在弥散光纤末端出射的激光再次回到弥散光纤中、并增强弥散光纤的弥散发光，提高光利用率。

根据本实用新型的实施例，该光纤网板激光源包括激光器、由通体导光的弥散光纤编织成的网络结构、以及光纤网络固定封装结构，弥散光纤根据背光源的尺寸以及均匀性的需要按照计算好的特定结构进行排布，从而形成发光均匀的一个光纤网络，使用封装结构将编织好的弥散光纤网络封装为均匀出光的光纤网板。

所述激光器可以是固体激光器、气体激光器、半导体激光器、光纤激光器，也可以是LED发光二极管。

所述激光器可以是带光纤输出的激光器，从而激光器可以根据需求放置，没有空间位置的限制。

所述的弥散光纤是侧面发光的特殊用途光纤，通过光纤内的掺杂物使得光纤内的激光在传输的过程中不断的从光纤侧面出射，成为整体出光发亮的光纤。弥散光纤拥有弥散系数β，

光强随光纤位置（长度距离）的关系式为

P=P0*e^-βx

假设光纤总长度为L，反向传输公式（反向光纤的光强与位置的关系）可以表示为P=P0*e^β(L-x)

那么，对于图4、6所示的双光纤排布，输入光强分布可以计算为：

P(x)=P0*(e^-βx+e^β(L-x))

其中，x为光纤长度位置（距离光纤起点的长度），P0为光纤输入端的功率值，P(x)为x长度处的功率值。

与单路光纤相比，双光纤光强分布的均匀程度要提高很多。

在此基础上，根据x位置处的光强P来对光纤进行优化排列，光强较大的位置光纤分布稀疏，光强较弱的位置光纤分布较为紧密。

根据需求的发光面积大小，可以将整个光纤分为等长的N段，每段的长度为c。

每段的总发光强度可以由以下公式得出：

Wn = {&Integral;}_{n \cdot c}^{(n + 1) \cdot c} P_{0} \cdot (e^{- βx} + e^{β (L - x)}) dx

其中，Wn为第n段光纤的总的发光量；

因此，在光纤之间的间距可以由以下公式得出：

\frac{ΔDn}{ΔD (n + 1)} = \frac{Wn}{Wn + 1}

Σ_{n = 2}^{N} ΔDn = WH

其中，ΔDn为第n-1段光纤与第n段光纤之间的间距；ΔD(n+1)为第n段光纤与第n+1段光纤之间的间距；WH为光纤之间总间距；

求解上述方程组就可以获得N段光纤之间的排布间距ΔDn。

上述公式计算对应的光纤排布为一维分布情况，如果排布方式为网状排布，则需要将网状分布分解为两个一维分布进行计算，最后得出整个的光纤间距情况。

根据上述排列方式进行排列，可以有效的提高单位面积内的光通量数值均匀度，从而可以实现显示面板的亮度均匀分布的需求。

综上所述，所述的光纤网络结构是根据光强与光纤长度和位置关系进行特殊设计，设计标准为光强分布均匀，可以为平行线状、网状或者螺旋状，以及其他各种不同需求的形状。针对不同的需求设计不同的形状从而独特的发光特性。例如针对液晶电视背光源，可以将两根光纤平行放置，激光器分别从光纤的两端输出激光，参见图3所示，单根光纤发光光强为平滑曲线分布，当两根光纤重叠排布时，光强相互叠加，从而可以得到发光较为均匀的光纤光源，再利用此结构进行编织成为网状结构，从而获得出光面均匀性好的背光源。其他类似方案，本说明书不再一一说明论证，均属于本专利的保护范围之内。

所述的光纤网络固定封装结构是通过机械固定式的结构将光纤固定在背板之上，底面为反光板，是光由一面出射。或者光纤网络结构通过灌胶封装的方式进行封装，典型案例是使用高透光性的硅胶进行封装，硅胶流动性好，自动流动形成一块平板，固化后将光纤网络封装在内部有利于散热和保护，并且不影响出光效率。

激光器的波长和功率、弥散光纤的弥散系数，光纤网络的形状均可以根据不同的应用需求进行调整，从而可以得到不同效果的光源效果，且加工工艺简单，可靠性高。

综上所述，本领域的技术人员能够理解，对本实用新型的上述实施例能够做出各种修改、变型、以及替换，其均落入如所附权利要求限定的本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种光纤网板激光源，其特征在于，所述光纤网板激光源包括激光器、传输光纤、由通体导光的弥散光纤编织成的光纤网络结构、以及光纤网络固定封装结构，

其中，传输光纤和弥散光纤相连接，用来将激光器发出的激光传输到弥散光纤，

其中，弥散光纤在背光面板上被排布为均匀发光的光纤网络结构，排布好的光纤网络结构被封装到所述光纤网络固定封装结构中，用作显示装置的背光源。

2.根据权利要求1所述的光纤网板激光源，其特征在于，所述弥散光纤由沿矩形背光面板的对角线而中心对称排布的两根弥散光纤组成，其中，每根弥散光纤呈连续S形被布置在背光面板上，每根弥散光纤各自包括多个折弯部分、以及多个彼此平行的直线部分。

3.根据权利要求1所述的光纤网板激光源，其特征在于，所述弥散光纤由沿矩形背光面板的对角线而中心对称排布的四根弥散光纤组成，其中，第一和第二弥散光纤呈连续S形被布置在背光面板上，其中，所述第一和第二弥散光纤各自包括多个折弯部分、以及多个彼此平行的水平直线部分，

第三和第四弥散光纤呈旋转90度的连续S形被布置在背光面板上，其中，第三和第四弥散光纤各自包括多个折弯部分、以及多个彼此平行的垂直直线部分。

4.根据权利要求1所述的光纤网板激光源，其特征在于，所述弥散光纤由排布形成双螺旋形的两根弥散光纤组成，其中，一根弥散光纤的激光输出末端与另一根弥散光纤的激光输入端位于同一个位置，所述一根弥散光纤的激光输入端与所述另一根弥散光纤的激光输出末端位于同一个位置。

5.根据权利要求1所述的光纤网板激光源，其特征在于，所述弥散光纤的激光输出末端安装有反射镜或者环形器，用来使出射激光再次进入弥散光纤。