[发明专利]一种高光提取率的液晶显示器激光面光源结构

说明书

本发明公开了一种高光提取率的液晶显示器激光面光源结构，该面光源结构包括可见光半导体激光器、导光板及必要的光束整形器件；可见光半导体激光器光轴与导光板侧面入射面的夹角关系需满足：θ₁+arccos{(n₁/n₂)sinθ₂}:θ_导≥1；其中，θ₁为导光板激光侧面入射面与导光板激光出光面所形成的夹角，θ₂夹角为可见光激光器光轴与导光板激光侧面入射面法线的夹角，θ_导为导光板的临界角，n₁为接触、包裹、浸润导光板激光侧面入射面与导光板激光出光面的介质折射率，n₂为导光板材料的折射率。本发明的激光面光源结构能够获得高亮度的三基色激光光源光场。

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器的激光背光源，具体涉及一种高光提取率的液晶显示器激光面光源结构。

背景技术

现有液晶显示器的背光源光学系统是为以LED为发光基础元件的面光源所设计，LED与导光板组合可以形成均匀的朗伯型发光体，已非常成熟。这种朗伯型面光源被广泛用于电视、手机、电脑显示中，也被用于日常照明当中。

但是，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显色要求。

对于超高清显示所用的4K和8K的液晶显示屏，LED的色域覆盖率、色彩饱和度、色彩还原度、色彩数远不达标，尤其是蓝光激发荧光粉方案的LED光源。

激光光源是人类能够获得的最好的显示器光源，其可满足4K、8K显示器相关标准要求。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。激光显示是一种新型显示技术，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，当激光光源与导光板搭配用于液晶显示器的背照明面光源时，除了三基色激光合光不均匀产生色带、色块问题以外；最大且最现实的问题就是激光与导光板搭配时的光提取率显著低于LED导光板系统的光提取率。实验测试现有专利技术方案，所得的实验数据为激光与导光板搭配的光提取率仅为LED导光板系统的光提取率的10％～50％。

造成激光在导光板中光提取率低下的原因有，激光束的方向性极好，光发散角远小于LED，且激光发散角是各向异性的。有些技术方案为了增加激光发散角在导光板和激光器之间加入散射体或慢反射体，以求加大激光的各向发散角提升激光在导光板中的光提取率。如专利 CN104344284A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，此种做法希望获得与LED一样的朗伯型光源以提升激光在导光板中的光提取率，但是散射体、漫反射体会使激光与导光板之间的光耦合率下降，且各种散射体或慢反射体存在折射损耗、反射损耗。因此，在激光光源与导光板之间加入各类散射体只能导致激光能量损耗、降低激光导光板光耦合率，进而降低激光导光板面光源的光提取率导致面光源亮度降低。

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，规避了上述专利中散射漫反射导致的激光导光板光耦合效率低下的问题。虽然此类技术方案采用激光器直射入导光板内部以提高激光导光板光耦合率，又导致了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、光场明暗分布不均的问题，且最重要的是由于激光束的发散角小导致亮度依然无法提升。