[發明專利]一種高光提取效率的激光液晶顯示器背光源結構

在審

• 申請號: 202011510583.4
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112558356A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 許江珂;許江臨;楊志永;張大雷;陳杰
• 申請（專利權）人: 北京熔煜科技發展有限公司
• 主分類號: G02F1/13357
• 分類號: G02F1/13357
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝

本發明公開了一種高光提取效率的激光液晶顯示器背光源結構，該背光源結構包括激光器、導光板及必要的光學整形器件；激光器的激光束光軸與導光板側面入射面的夾角θ₁需滿足；θ_臨∶(90⁰?arcsin((n₁/n_導)sinθ₁))＞0.6；其中：θ_臨為導光板的臨界角，n₁為接觸、包裹、浸潤導光板側面入射面的介質折射率，n_導為導光板的折射率。本發明的激光背光源結構能夠獲得高亮度的三基色激光光源光場。

技術領域

本發明涉及液晶顯示器的背光源，具體涉及一種高光提取率的液晶顯示器激光背光源。

背景技術

現有液晶顯示器的背光源光學系統是為以LED為發光基礎元件的面光源所設計，LED與導光板組合可以形成均勻的朗伯型發光體，已非常成熟。這種朗伯型面光源被廣泛用于電視、手機、電腦顯示中，也被用于日常照明當中。

但是，使用LED作為光源的液晶顯示器只能滿足2K分辨率的液晶顯示器的顯色要求。

對于超高清顯示所用的4K和8K的液晶顯示屏，LED的色域覆蓋率、色彩飽和度、色彩還原度、色彩數遠不達標，尤其是藍光激發熒光粉方案的LED光源。

激光光源是人類能夠獲得的最好的顯示器光源，其可滿足4K、8K顯示器相關標準要求。激光光源具有単色性最高、光譜寬度最窄、光束發散角最小的優勢。激光顯示是一種新型顯示技術，因此半導體激光光源已被廣泛應用作投影顯示設備的光源。

但是，當激光光源與導光板搭配用于液晶顯示器的背照明面光源時，除了三基色激光合光不均勻產生色帶、色塊問題以外；最大且最現實的問題就是激光與導光板搭配時的光提取率顯著低于LED導光板系統的光提取率。實驗測試現有專利技術方案，所得的實驗數據為激光與導光板搭配的光提取率僅為LED導光板系統的光提取率的10％～50％。

造成激光在導光板中光提取率低下的原因有，激光束的方向性極好，光發散角遠小于LED，且激光發散角是各向異性的。有些技術方案為了增加激光發散角在導光板和激光器之間加入散射體或慢反射體，以求加大激光的各向發散角提升激光在導光板中的光提取率。如專利CN104344284A和專利CN104180244A公開了一種“激光背光源裝置”，其裝置先將紅綠藍三基色激光通過透鏡合束混合成白光后入射導光板模塊，合束后的白光發散角極小。在進入導光板模塊后通過導光板模塊中摻雜的散射顆粒進行激光束擴束，以期形成高亮度、光分布均勻的激光面光源。專利CN104180244A公開了一種“一種激光背光源裝置”，在導光板周邊安置有導光管，導光管上留有通光開口，導光管內部存在散射體，激光束通過導光管時由導管內部的散射體對激光進行漫反射產生散射白色激光，散射的白光激光進入導光板形成面光源。此兩種方案都是用經過納米顆粒散射后的散射激光作為顯示器的背光源，此種做法希望獲得與LED一樣的朗伯型光源以提升激光在導光板中的光提取率，但是散射體、漫反射體會使激光與導光板之間的光耦合率下降，且各種散射體或慢反射體存在折射損耗、反射損耗。因此，在激光光源與導光板之間加入各類散射體只能導致激光能量損耗、降低激光導光板光耦合率，進而降低激光導光板面光源的光提取率導致面光源亮度降低。

專利201520476596.2中公開了一種激光顯示用的面光源結構，此方案中導光板的四個側面排列有燈條狀的多個紅綠藍三色激光器，規避了上述專利中散射漫反射導致的激光導光板光耦合效率低下的問題。雖然此類技術方案采用激光器直射入導光板內部以提高激光導光板光耦合率，又導致了半導體激光器與現有側入式LED液晶顯示器光學系統不匹配所產生的畫面色斑、色帶、光場明暗分布不均的問題，且最重要的是由于激光束的發散角小導致亮度依然無法提升。

在成以上問題的核心是，半導體激光光源需以三基色即紅綠藍三色激光共同混合成白光，而LED則是以藍光激發熒光粉只需要兩基色即可實現白光。