CN215867449U - 一种色域可变的液晶显示器混合光面光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，该混合面光源包括导光板、环形或扇形相干光产生器件、相干光发生器和非相干光发生器；导光板一侧的表面上具有非全反射结构和凹陷结构，凹陷结构的侧壁为环形相干光或扇形相干光的入射面；相干光发生器产生的相干光在导光板上的任意一个面上的非全反射结构部分均发生全反射，相干光与非相干光最后由导光板上的非全反射结构透射出导光板；在低色域显示环境中使用非相干光或非相干光与至少一种相干光混合光入射导光板后照明；在高色域显示环境中只使用相干光入射导光板后照明。本实用新型能够解决相干光源与非相干光源共同混合形成面光源以及相干激光能耗过大的问题。

Description

一种色域可变的液晶显示器混合光面光源

技术领域

本实用新型涉及一种用于液晶显示器的面光源，具体涉及一种便携液晶显示器的节能混合面光源。

背景技术

便携式显示器已广泛用于手机、平板电脑等消费产品中。目前，所有的便携显示器的光源全部是LED或OLED。

LED或OLED属于非相干光源，在色彩显示方面全面低于相干的激光。

三基色激光是人类可以获得的最优显示照明光源。激光光源具有可实现覆盖75.8％以上的人眼可识别色域，光谱宽度极窄，可实现色彩高数字编码不重叠的优势，这是现有LED等非相干光源所不具备的物理优势。

LED光谱极宽(<30nm),而激光的光谱宽度极窄(>5nm),故LED发光二极管发出的光为非相干光；激光二极管或其他激光器发出的光为相干光。

因此，为了提升显示器的色域覆盖，目前有方案将相干光与非相干光用于照明光源，尤其是投影显示设备的光源，着已是一件业内非常寻常的技术路线。将红色、绿色LED非相干光聚焦后通过镀膜反射镜与蓝色相干激光共同混合成白光，以提高投影机的色域同时降低投影屏幕上的激光空间相干散斑。这需要先将“非相光——朗伯型发光体LED”聚焦形成一个近似点光源，再与“相干的高斯型或平顶型激光点光源”进行光整合进而得到白色照明光。

但是，在面光源领域，尤其是便携显示器中还未见有相关的成熟技术方案能够将朗伯型的非相干光与高斯型的相干光——即LED与激光共同合成一个均匀的面光源用于液晶显示器或其他照明领域。

同时，由于半导体相干光源的电光转换效率低于半导体非相干光源，故若便携液晶显示设备如手机、笔记本电脑、平板电脑使用相干光源作为显示光源，则会缩短相关产品的使用时间。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，能够同时解决便携电子显示设备难以实现大色域显示、相干光源与非相干光源共同混合形成面光源以及相干激光能耗过大不能在便携显示器使用的问题。

一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，包括导光板、相干光扩束器、相干光发生器和非相干光发生器，相干光扩束器用于产生环形或扇形相干光；

所述导光板一侧的表面上具有非全反射结构和凹陷结构，凹陷结构的侧壁为环形相干光或扇形相干光的入射面；

所述相干光产生器件对应设置在凹陷结构处，非相干光发生器的位置与导光板的侧面相对，相干光发生器产生的相干光照射在相干光扩束器上，相干光扩束器产生环形或扇形相干光，相干光发生器产生的相干光在导光板上的任意一个面上的除非全反射结构部分均发生全反射，相干光与非相干光最后均由导光板上的非全反射结构透射出导光板；

在低色域显示环境中使用非相干光或非相干光与至少一种相干光混合光照明液晶显示屏；在高色域显示环境中只使用相干光对液晶显示屏进行照明。

进一步的，所述环形或扇形相干光入射到导光板后，任一环形或扇形相干光分量与导光板中任意一个出光面上除非全反射结构的部分对应的法线夹角A及“任一环形或扇形相干光与导光板中任意一个侧面上对应的法线夹角B满足全反射关系。

进一步的，所述导光板的侧面为环形或扇形相干光的入射面时，在导光板侧面上存在至少一个凹槽，凹槽壁为扇形相干光的入射面，以使扇形相干光入射到导光板后“任一扇形相干光分量与导光板中任意一个出光面与散光面上除非全反射结构的部分对应的法线夹角A”满足全反射关系。

进一步的，所述非相干光由导光板中任意一个厚度面入射，在导光板的非入射厚度面上存在反射器件用于反射非相干光。

进一步的，所述相干光发生器和非相干发生器与液晶显示屏和此液晶显示器壳体之间的光路中存在至少一种如下光学功能“反射”、“折射”、“散射”、“衍射”、“偏振”、“透射”、“受激发射荧光”的光学器件，或具备以上光学功能的器件组合，产生均匀的混合照明光。

进一步的，所述相干光是指至少以一种中心波长位于150～12000nm能产生空间相干性的光作为照明光源；非相干光是指至少以一种中心波长位于150～12000nm不能产生空间相干性的光作为照明光源。

进一步的，所述相干光与非相干光的输出能量受电子软件及电子硬件共同调控，使相干光与非相干光实现明暗变化或单独的关断。

进一步的，所述相干光与非相干光的发光器件共同或单独使用液体冷却、气体冷却、半导体器件制冷及非强制冷却方式进行散热。

进一步的，所述混合面光源用于显示系统或照明系统，便携液晶显示器的混合面光源以单独或列阵形式用于非便携液晶显示设备、投影显示及照明光源。

有益效果：

1、本实用新型将导光板一侧的表面上加工非全反射结构和凹陷结构，利用相干光发生器和非相干光发生器对导光板对应位置照射，根据高、低色域显示环境对照射方式进行选择，能够解决相干光源与非相干光源共同混合形成面光源的技术问题。

2、本实用新型将激光相干光与LED非相干光形成一个简单的结构的面光用于液晶显示器照明，或灯具照明，既解决了大色域高能耗相干光源在便携液晶显示设备中的工作能耗与工作时长的问题，又解决了现有便携液晶显示器使用低能耗非相干光源在色彩显示方面的不足的问题。

3、用户可以在低色域显示环境中使用低能耗、低色域的LED作为照明光或LED与单色激光混合的照明光达到节能延长便携液晶显示器的使用时间；在娱乐、医疗等需要高色域显示环境中使用三基色激光作为显示器的照明光，全面提升便携液晶显示器的色域、色饱和度、显示效果。

4、本实用新型使相干光源与非相干光源的混合光源的应用领域不止存在于大屏幕投影显示，还可用于便携液晶显示器、液晶显示器及其他照明领域，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本实用新型混合光面光源的外形结构示意图；

图2为本实用新型混合光面光源的光路图；

图3为环形激光产生器件为喇叭状的示意图；

图4为导光板和环形相干光产生器件结构示意图；

图5、6为采用扇形相干光产生器件的实施例。

其中，1-导光板、11-侧壁、12-非全反射结构、15-反光器件、2-相干光扩束器、21-圆锥形中空全反射面、22-激光反射面、3-相干光发生器、4-非相干光发生器、41-PCB结构、43-环形非相干光产生器件、45-非相干光导光板入射面、5-光学整形器件。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

如附图1和2所示，本实用新型提供了一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，包括导光板1、相干光扩束器2、相干光发生器3和非相干光发生器4。

本实施例中相干光发生器3为红、绿、蓝三基色半导体激光，非相干光发生器4为黄色LED灯珠列阵。

如图1所示，导光板1上存在至少一个凹陷通孔，圆锥形凹陷侧壁11母线与导光板1中一个长*宽的面成45°角，为导光板1的环形相干光入射面。

相干光扩束器2为一带有圆锥形中空全反射面21的圆柱形型玻璃结构，准直相干光束入射相干光扩束器2后，照射圆锥形中空全反射面21后产生一个传播方向与准直激光束光轴成135°的环形相干光。

相干光产生器件2的外表面为45°角的圆锥面，此圆锥面为相干光扩束器2的出光面。相干光扩束器2的出光面与导光板1上圆锥形凹陷侧壁11密接重合。

此种方案，使与准直激光束光轴成135°的环形激光能够以垂直方式通过相干光扩束器2的出光面，并以垂直方式通过圆锥形凹陷侧壁11入射导光板1。

非相干光发生器4在PCB结构41上以列型排布。由导光板1的厚度面入射，形成侧入式面光源。

如图2所示，入射导光板1的任一环形相干光或扇形相干光分量与导光板1中任意一个长*宽的面上该相干光分量与该相干光分量对应的法线夹角A，任一环形相干光或扇形相干光分量与导光板1中任意一个长/宽*厚的面上该相干光分量与该相干光分量对应的法线夹角B，满足A≥arcsin(1/n)且B≥arcsin(1/n)。

导光板1内的相干光在传播过程中照射导光板1上的非全反射结构12，形成漫反射或散射后出射导光板1，形成相干光面光源。

导光板1内的非相干光在传播过程中照射导光板1上的非全反射结构12，形成漫反射或散射后出射导光板1，形成非相干光面光源。

在导光板1的长*宽的两个面及除光入射面的其他厚面上附有/临近反射膜、棱镜膜、匀光膜、荧光膜等光学膜材或板材。

相干光发生器3发射中心波长位于150～12000nm之间的激光，本实施例中，相干光发生器3包含400～490nm的蓝光，500～560nm的绿光，600～690nm的红光，三基色激光在入射导光板1后合成均匀白色相干光面光源。

非相干光发生器4为中心波长150～12000nm之间的荧光，本实施例中，非相干光为中心波长为570nm的黄光LED列阵。

当使用者使用液晶显示产品，控制软件自动识别被显示应用程序的色彩需求，通过电子软件及电路硬件共同调控三基色激光及LED的输出能量或关断，实现液晶显示屏的亮度及色域、色饱和度的变化。

例如，当使用者使用该种光源的笔记本电脑进行普通的文案编辑、网页浏览等无需高色域显示的操作时，此时只有黄色LED与蓝色激光共同工作合成小色域白光对液晶显示屏进行照明。当在进行图像处理、游戏、观看电影等需要高色饱和度、大色域显示时，黄色LED关闭，以三基色激光进行液晶屏的显示照明。

该方案中，相干光发生器3及非相干光发生器4共用一个热沉，使用气体冷却、液体冷却、热管、半导体制冷或自然散热方式对进行散热。

本方案公开的激光面光源用于液晶显示器背光、灯具照明、投影显示等照明领域。

将本方案提出混合面光源进行组合形成面光源列阵，可用于大尺寸非便携液晶显示器的分区控光的背光面光源。

导光板1使用折射率大于1的透光塑料、折射率大于1的透光无机材料制成。

导光板1上的至少一个非全反射结构12采用激光打点、机械刻蚀、化学刻蚀、模具冲压/热压、油墨印刷制成点、线、面、凸起、凹陷或其他形状的可破坏相干光与非相干光在导光板1内的全反射结构，使相干光与非相干光出射导光板1与形成面光源。

相干光扩束器2上的中空圆锥形反射面21上可存在采用激光打点、机械刻蚀、化学刻蚀、模具冲压/热压、油墨印刷制成点、线、面、凸起、凹陷或其他形状的可破坏相干光在环形相干光产生器件2全反射的结构用于均匀光场。

相干光扩束器2的中空圆锥形反射面21可由镀有激光的高反射膜材，或使用高反射率的填充物进行填充变为实心反射体。

相干光扩束器2的外形不限于本实施例中给出圆柱形。相干光扩束器2的中空圆锥形反射面21不限于于本实施例中给出圆锥形。

如附图3所示，该实施例中，导光板1采用聚碳酸酯材料，导光板1上存在至少一个凹陷侧壁11，凹陷侧壁11的母线与导光板1中一个长*宽的面成45°角。相干光扩束器2为玻璃制造，抗激光损伤阈值高。相干光扩束器2为喇叭状，喇叭口外侧面为45°光洁斜面。相干光扩束器2装配到导光板1中的凹陷通孔中。

如图4所示，相干光发生器3发出初始激光束经过光学整形器件5准直后的激光束由锥形通孔小开口入射相干光扩束器2，准直后的激光光束照射于相干光扩束器2的中空圆锥形反射面21上，被扩束成为环形激光，且该环形激光与相干光扩束器2上的激光反射面22成全反射。经过激光反射面22反射后的环形激光经过环形激光产生器件2与导光板1上的凹陷侧壁11重叠面入射导光板1。

入射导光板后环形激光中任意分量与导光板1中长*宽的任意两个面之一上该激光分量的法线夹角A其中A≥arcsin(1/n)。

为了保证相干光与非相干光的利用率，排除各器件在加工过程中的误差及光洁度影响导致相干光与非相干光由导光板1的三个厚度面泄漏出射导光板1降低光利用率，在导光板1的三个非相干光入射面上安置有反射器件，发射器件在图中未示出。

导光板1内的激光束在传播过程中照射导光板1上的非全反射结构12，形成漫反射或散射后出射导光板1。

在导光板1的两个非厚度面上附有/临近反射膜、棱镜膜、匀光膜、荧光膜等光学膜材或板材。

激光器3发射中心波长位于150～12000nm之间的激光，本实施例中，激光器3包含400～490nm的蓝光，500～560nm的绿光，600～690nm的红光，三基色激光在入射导光板1前合成均匀白色激光束后，再入射相干光扩束器2。

本方案公开的混合光面光源用于非便携液晶显示器背光、灯具照明、投影显示等照明领域。

多个混合光面光源用于组成列阵，以实现大尺寸激光液晶平板显示的可调控背光源。

如附图5和6所示，该实施例中，当相干光由导光板1的侧面入射导光板1时，由相干光发生器3的初始光束的光轴平行于导光板1的侧面，初始光束照射相干光扩束器2产生180°扇形相干光。

导光板1的侧面附有反光器件15，反光器件15将出射导光板的相干光和非相干光反射回导光板。

扇形相干光由导光板1侧面上的凹陷侧壁11入射导光板1。

相干光发生器3与非相干光发生器4存在于导光板1的同一侧。

非相干光由导光板1的非厚度面入射。在导光板1的非厚度面上存在至少一个用于非相干光入射导光板1的孔洞，孔洞的侧壁为非相干光导光板入射面45。

非相干光发生器4发出的朗伯型光照射到环形非相干光产生器件43产生环形非相干光由非相干光导光板入射面45入射导光板1。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，该混合光面光源包括导光板、环形或扇形相干光产生器件、相干光发生器和非相干光发生器；

所述导光板一侧的表面上具有非全反射结构和凹陷结构，凹陷结构的侧壁为环形相干光或扇形相干光的入射面；

所述环形或扇形相干光产生器件对应设置在凹陷结构处，非相干光发生器的位置与导光板的侧面相对，相干光发生器产生的相干光在导光板上的任意一个面上的非“非全反射结构”部分均发生全反射，相干光与非相干光最后均由导光板上的非全反射结构透射出导光板；

在低色域显示环境中使用非相干光或非相干光与至少一种相干光混合光照明液晶显示屏；在高色域显示环境中只使用相干光对液晶显示屏进行照明。

2.如权利要求1所述的一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，所述环形相干光产生器件产生的环形相干光入射到导光板后，任一环形或扇形相干光分量与导光板中任意一个出光面上除非全反射结构的部分对应的法线夹角A及“任一环形或扇形相干光与导光板中任意一个侧面上对应的法线夹角B满足全反射关系。

3.如权利要求1或2所述的一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，所述凹陷结构的侧壁为环形或扇形相干光的导光板的入射面时，环形或扇形相干光入射到导光板后“任一环形或扇形相干光分量与导光板中任意一个出光面与散光面上除非全反射结构的部分对应的法线夹角A”及“任一环形或扇形相干分量与导光板中任意一个厚度面上对应的法线夹角B”满足全反射关系。

4.如权利要求3所述的一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，所述导光板的侧面为环形相干光或扇形相干光的入射面时，在导光板侧面上存在至少一个凹槽，凹槽壁为扇形相干光的入射面，以使扇形相干光入射到导光板后“任一扇形相干光分量与导光板中任意一个出光面与散光面上除非全反射结构的部分对应的法线夹角A”满足全反射关系。

5.如权利要求4所述的一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，所述非相干光由导光板中任意一个厚度面入射，在导光板的非入射厚度面上存在反射器件用于反射非相干光。

6.如权利要求5所述的一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，所述相干光发生器和非相干发生器与液晶显示屏和此液晶显示器壳体之间的光路中存在至少一种如下光学功能“反射”、“折射”、“散射”、“衍射”、“偏振”、“透射”、“受激发射荧光”的光学器件，或具备以上光学功能的器件组合。

7.如权利要求6所述的一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，所述相干光是指至少以一种中心波长位于150～12000nm能产生空间相干性的光作为照明光源；非相干光是指至少以一种中心波长位于150～12000nm不能产生空间相干性的光作为照明光源。

8.如权利要求7所述的一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，所述相干光与非相干光的输出能量受电子软件及电子硬件共同调控，使相干光与非相干光实现明暗变化或单独的关断。

9.如权利要求8所述的一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，所述相干光与非相干光的发光器件共同或单独使用液体冷却、气体冷却、半导体器件制冷及非强制冷却方式进行散热。

10.如权利要求9所述的一种色域可变的液晶显示器混合光面光源，其特征在于，所述混合光面光源用于显示系统或照明系统，便携液晶显示器的混合光面光源以单独或列阵形式用于非便携液晶显示设备、投影显示及照明光源。

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