半导体激光背光模组及液晶显示器
阅读：743发布：2024-01-11
专利汇可以提供半导体激光背光模组及液晶显示器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 实施例 公开了一种 半导体 激光 背光 模组及 液晶 显示器 。其中，半导体激光背光模组包括激光 光源 模 块 、光纤匀光模块、光纤输出模块及导光板。激光光源模块包括多个子光源组，用于输出符合预设光 亮度 和目标 色温 值的白光激光。光纤输出模块的各子光纤束组接收相对应的子光源组经光纤匀光模块匀光后的白 光子 光束，然后按照预设光纤排列方式形成各相邻光纤来自不同子光源模组的输出光束、且呈一字线性排列的光纤输出端面，最后与导光板进行对接光耦合。本 申请 解决了LED背光模组 色彩表 现 力 差的问题，大幅度提高导光板中激光背光照明的均匀度，显著降低干涉条纹和散斑效应，对推进激光液晶显示技术的普及具有重要意义。，下面是半导体激光背光模组及液晶显示器专利的具体信息内容。
1.一种半导体激光背光模组，包括导光板，其特征在于，还包括激光光源模块、光纤匀光模块及光纤输出模块；
所述激光光源模块包括多个子光源组，用于输出符合预设光亮度和目标色温值的白光激光；子光源组的个数和各自包含三原色激光二极管的个数根据所述光亮度和所述目标色温值计算得到；
所述光纤匀光模块用于对所述白光激光进行匀光，并将匀光后的白光激光输出至所述光纤输出模块；
所述光纤输出模块的各子光纤束组接收相对应的子光源组匀光后的白光子光束，按照预设光纤排列方式形成各相邻光纤来自不同子光源模组的输出光束、且呈一字线性排列的光纤输出端面，与所述导光板进行对接光耦合。
2.根据权利要求1所述的半导体激光背光模组，其特征在于，所述子光源组包括第一数量的尾纤型红光激光二极管，第二数量的尾纤型绿光激光二极管及第三数量的尾纤型蓝光激光二极管，第一数量值、第二数量值及第三数量值为根据所述目标色温值计算所得。
3.根据权利要求2所述的半导体激光背光模组，其特征在于，所述光纤匀光模块包括多个光纤匀光棒，各子光源组通过熔融拉锥形成第一类锥体与相对应的光纤匀光棒对接耦合。
4.根据权利要求3所述的半导体激光背光模组，其特征在于，各子光纤束组通过熔融拉锥形成第二类锥体与相对应的光纤匀光棒对接耦合。
5.根据权利要求4所述的半导体激光背光模组，其特征在于，还包括折射率匹配液层，所述折射率匹配液层填充于所述光纤匀光棒与所述第一类锥体的连接处，和/或所述光纤匀光棒与所述第二类锥体的连接处。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的半导体激光背光模组，其特征在于，所述导光板的底部还设置有散射图案。
7.根据权利要求6所述的半导体激光背光模组，其特征在于，所述导光板与所述光纤输出模块通过胶膜连接。
8.根据权利要求7所述的半导体激光背光模组，其特征在于，还包括封闭型保护外壳，所述保护外壳内部包括所述光纤匀光模块、所述激光光源模块和所述光纤匀光模块的连接部、及所述光纤输出模块和所述光纤匀光模块的连接部。
9.根据权利要求8所述的半导体激光背光模组，其特征在于，所述光纤输出模块的各光纤从所述导光板的多个侧端面同时注入耦合。
10.一种液晶显示器，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的半导体激光背光模组。
半导体激光背光模组及液晶显示器
技术领域
[0001] 本公开实施例涉及液晶显示技术领域，特别是涉及一种半导体激光背光模组及液晶显示器。
背景技术
[0003] 液晶显示器的背光模组通常采用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)作为背光光源，由于LED光谱为连续谱，三原色像素依靠液晶显示面板中的传统RGB三色宽带滤光片产生，因此其基色光饱和度不高，导致在CIE(Commission Internationale de L'Eclairage，国际照明委员会)标准色度图中混色三角形覆盖面积有限，显示色彩的数量受到了很大限制，从根源上限制了液晶显示色彩表现力。
[0005] 本公开实施例提供了一种半导体激光背光模组及液晶显示器，解决了LED背光模组色彩表现力差的问题，大幅度提高导光板中激光背光照明的均匀度，显著降低干涉条纹和散斑效应，对推进激光液晶显示技术的普及具有重要意义。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
[0007] 本发明实施例一方面提供了一种半导体激光背光模组，包括导光板、激光光源模块、光纤匀光模块及光纤输出模块；
[0009] 所述光纤匀光模块用于对所述白光激光进行匀光，并将匀光后的白光激光输出至所述光纤输出模块；
[0010] 所述光纤输出模块的各子光纤束组接收相对应的子光源组匀光后的白光子光束，按照预设光纤排列方式形成各相邻光纤来自不同子光源模组的输出光束、且呈一字线性排列的光纤输出端面，与所述导光板进行对接光耦合。
[0011] 可选的，所述子光源组包括第一数量的尾纤型红光激光二极管，第二数量的尾纤型绿光激光二极管及第三数量的尾纤型蓝光激光二极管，第一数量值、第二数量值及第三数量值为根据所述目标色温值计算所得。
[0012] 可选的，所述光纤匀光模块包括多个光纤匀光棒，各子光源组通过熔融拉锥形成第一类锥体与相对应的光纤匀光棒对接耦合。
[0013] 可选的，各子光纤束组通过熔融拉锥形成第二类锥体与相对应的光纤匀光棒对接耦合。
[0014] 可选的，还包括折射率匹配液层，所述折射率匹配液层填充于所述光纤匀光棒与所述第一类锥体的连接处，和/或所述光纤匀光棒与所述第二类锥体的连接处。
[0015] 可选的，所述导光板的底部还设置有散射图案。
[0016] 可选的，所述导光板与所述光纤输出模块通过胶膜连接。
[0017] 可选的，还包括封闭型保护外壳，所述保护外壳内部包括所述光纤匀光模块、所述激光光源模块和所述光纤匀光模块的连接部、及所述光纤输出模块和所述光纤匀光模块的连接部。
[0018] 可选的，所述光纤输出模块的各光纤从所述导光板的多个侧端面同时注入耦合。
[0019] 本发明实施例另一方面提供了一种液晶显示器，包括如前任一项所述半导体激光背光模组。
[0020] 本发明实施例提供了一种半导体激光背光模组，包括激光光源模块、光纤匀光模块、光纤输出模块及导光板。激光光源模块包括多个子光源组，用于输出符合预设光亮度和目标色温值的白光激光。光纤输出模块的各子光纤束组接收相对应的子光源组经光纤匀光模块匀光后的白光子光束，然后按照预设光纤排列方式形成各相邻光纤来自不同子光源模组的输出光束、且呈一字线性排列的光纤输出端面，最后与导光板进行对接光耦合。
[0021] 本申请提供的技术方案的优点在于，采用激光光源作为背光模组的背光光源，由于激光光源单色性极佳，可大幅增加混色三角形覆盖面积，从而有效提升色彩显示表现，解决了LED背光模组色彩表现力差的问题；此外，采用光纤匀光模块和光纤输出模块将匀光后白光激光均匀耦合至导光板中，大幅度提高导光板中激光背光照明的均匀度，光纤输出端面的相邻光纤均来自不同的子光源组，保证在导光板中同一区域照明的激光来自于不同的激光二极管，避免发生干涉现象，由于不同的激光二极管发射的激光完全不相干，它们在导光板中空间叠加后将大幅度削弱激光的空间相干性，从而显著地降低干涉条纹和散斑产生的颗粒感，进一步提升背光模组的照明均匀度，对推进激光液晶显示技术的普及具有重要意义。
[0022] 此外，本发明实施例还针对半导体激光背光模组提供了相应的使用场景，进一步使得所述半导体激光背光模组更具有实用性，所述液晶显示器具有相应的优点。
[0024] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025] 图1为本公开根据一示例性实施例示出的一种半导体激光背光模组的结构示意图；
[0026] 图2为本公开根据另一示例性实施例示出的一种半导体激光背光模组的结构示意图；
[0027] 图3为本公开根据一示例性实施例示出的一种光纤输出端面的结构示意图；
[0028] 图4为本公开根据再一示例性实施例示出的一种半导体激光背光模组的结构示意图；
[0029] 图5为本公开根据一示例性实施例示出的一种光纤输出模块和导光板耦合连接的示意图。
具体实施方式
[0030] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031] 本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
[0032] 传统的LED背光模组由于三原色像素产生的条件限制其显色色彩表现力较差，本申请的发明人经过研究发现，大幅度提升色彩表现力的一种方法为采用激光这类单色性极佳的照明光源，它可以产生1～2nm的超窄光谱线宽，其在CIE标准色度系统下的色品坐标几乎与光谱色色品坐标重合，因此混色三角形覆盖面积相比LED光源可以扩展很多，显示色彩的数量也因此得到大幅提升。
[0033] 但鉴于激光的特殊性质，要实现在导光板中均匀照明需要解决下述两个方面的技术问题：一个是激光亮度高，能量集中，需要采用合适的方法将光能均匀入射导光板中；另一个是激光的空间相干性很强，会在导光板中产生明显的干涉条纹和散斑，严重影响局部照明均匀度，需要加以抑制。
[0034] 鉴于此，本公开通过基于光纤匀光的半导体激光背光模组，该模组在解决传统色彩表现力较差的基础之外，还有效解决激光背光照明中的均匀性、干涉、散斑等问题，实现了激光背光模组应用在液晶显示中。
[0035] 首先参见图1，图1为本公开根据一示例性实施例示出的一种半导体激光背光模组的结构示意图，本公开实施例可包括以下内容：
[0036] 半导体激光背光模组可包括激光光源模块1、光纤匀光模块2、光纤输出模块3及导光板4。
[0037] 激光光源模块1输出的白光光束经光纤匀光模块2进行匀光，并将匀光后的白光激光光束输入至光纤输出模块3的各光纤中，光纤输出模块3输出光纤对接耦合至导光板4中，形成半导体激光背光模组。
[0038] 激光光源模块1可包括多个子光源组(对各子光源组可命名为11、12、…，1K)，用于输出符合预设光亮度和目标色温值的白光激光。子光源组的个数和各自包含三原色激光二极管的个数根据光亮度和目标色温值计算得到。
[0039] 半导体激光背光模组应用于液晶显示技术中，也即作为液晶显示器的背光光源。不同的液晶显示器的显示亮度不同，也即半导体激光背光模组整体的输出光亮度不同，可根据背光模组要输出的光亮度和使用的激光二极管的类型(如激光二极管的发光参数等)来计算所需要的激光二极管的总个数。本申请对半导体激光背光模组使用的激光二极管的类型不做限定，只要其输出的白光激光可达到预设光亮度即可。
[0040] 背光模组的色温值不同，应用在液晶显示器中的显示效果不同，对背光模组来说，光亮度和色温值均是该模组应用在液晶显示器的基本参数。由于显示色彩均是由三原色合成的，每个子光源组中均包含三原色激光二极管(红光激光二极管，绿光激光二极管及蓝光激光二极管)，也就是说，每个子光源组中均包含红光激光二极管，绿光激光二极管及蓝光激光二极管。为了使得整个背光模组的照明光照度均匀性较好，减少后续匀光操作，各子光源组的红光激光二极管，绿光激光二极管及蓝光激光二极管的个数和类型可均相同。
[0041] 每个子光源组中包含的三原色激光二极管的最小数值为合成目标色温值时对应的个数，举例来说，合成目标色温需要红光激光二极管，绿光激光二极管及蓝光激光二极管各一只，那么每个子光源组中至少包含一个红光激光二极管一个绿光激光二极管及一个蓝光激光二极管。本申请对每个子光源组包含的激光二极管的类型和个数均不做限定，只要其合成的白光激光为目标色温值即可。
[0042] 可根据激光光源模块1中所需的激光二极管的总个数和每个子光源组中包含激光二极管的个数计算子光源组的组数。当然，组数为整数，在总个数和每个子光源组中包含激光二极管的个数的比值不为整数时，可将多余的激光二极管按照满足目标色温值的条件分配至其中一个或多个子光源组中，此时，各子光源组中的激光二极管的个数为不同。
[0043] 光纤匀光模块2可用于对白光激光进行匀光，并将匀光后的白光激光输出至光纤输出模块3中。光纤匀光模块2可为多个相同结构，一个光纤匀光模块2可对一个子光源组进行匀光，也可对两个或多个以上进行匀光，这均不影响本申请的实现。
[0044] 光纤输出模块3包含多个(多组)子光纤束组(对各子光纤束组可命名为31、32、…，3K)，各子光纤束接收相对应子光源组输出的白光激光子光束，当然，这些白光激光子光束均是经过光纤匀光模块2匀光后的光束。也即是说，子光纤束的组数与子光源组的组数相同，且一一对应。根据导光板4光耦合的需要可以确定光纤总数量，根据光纤总数量和子光纤束的组数计算每组子光纤束中包含的光纤的数量。
[0045] 激光光源模块1中各子光源组、光纤匀光模块2及光纤输出模块3中各子光纤束的一种对应关系可参阅图2所示，需要说明的是，图中示出的仅是一种示意性例子，每组子光源组中包含的激光二极管的个数、光纤输出模块中输出光纤的个数、光纤匀光模块的个数并不受该图限制。光纤匀光模块2与光纤输出模块3的耦合方式、光纤匀光模块2与激光光源模块1的耦合方式可参阅任意一种相关技术的实现方式，本申请对此不做任何限定，具体的实现过程及方法，此处，便不再赘述。
[0046] 由于激光的单色性极佳，所以极易发生相干，而干涉条纹不利于整个背光模组的均匀性，为了解决激光的空间相干性，可对光纤输出模块3输出的各光纤束进行乱序重排，不同子光源模组的激光完全不相干，可按照预设光纤排列方式形成各相邻光纤来自不同子光源模组的输出光束、且呈一字线性排列的光纤输出端面，从而解决激光空间相干性的问题。
[0047] 为了使本领域技术人员清楚乱序重排这个操作，请参阅图3所示，为了方便说明，一个子光源组通过一个光纤匀光模块进行匀光，对不同光纤匀光模块进行编号a、b、…、z，总数量可为K，并假定每组子光纤束中包含光纤数量P＝3。图3给出的乱序一字线性重排的顺序为：a1、b1、…、z1、a2、b2、…、z2、a3、b3、…、z3，这样可以保证在重排后的光纤输出端面，相邻光纤必定来自于不同的子光源组，从而保证大幅削弱导光板相同区域照明的激光空间相干性，显著降低干涉条纹和散斑，提高局部照明均匀度。图3给出了一种乱序重排的顺序，其他通过简单排列组合变化产生的顺序也应视为属于本公开的保护范围。
[0048] 光纤输出模块3与导光板4进行对接光耦合，可参阅任意一种相关技术的实现方式，本申请对此不做任何限定，具体的实现过程及方法，此处，便不再赘述。
[0049] 在本发明实施例提供的技术方案中，采用激光光源作为背光模组的背光光源，由于激光光源单色性极佳，可大幅增加混色三角形覆盖面积，从而有效提升色彩显示表现，解决了LED背光模组色彩表现力差的问题；此外，采用光纤匀光模块和光纤输出模块将匀光后白光激光均匀耦合至导光板中，大幅度提高导光板中激光背光照明的均匀度，光纤输出端面的相邻光纤均来自不同的子光源组，保证在导光板中同一区域照明的激光来自于不同的激光二极管，避免发生干涉现象，由于不同的激光二极管发射的激光完全不相干，它们在导光板中空间叠加后将大幅度削弱激光的空间相干性，从而显著地降低干涉条纹和散斑产生的颗粒感，进一步提升背光模组的照明均匀度，对推进激光液晶显示技术的普及具有重要意义。
[0050] 为了便于后续与光纤匀光模块对接耦合，方便操作，激光二极管的类型可采用尾纤型激光二极管，也即各子光源组包括第一数量的尾纤型红光激光二极管，第二数量的尾纤型绿光激光二极管及第三数量的尾纤型蓝光激光二极管。
[0051] 在一种具体的实施方式中，光纤匀光模块2可包括多个光纤匀光棒，一个光纤匀光棒对应一个子光源组，对一个子光源组输出的白光激光进行匀光处理，将经过匀光处理后白光激光输入至相对应的一组子光纤束组中。当然，一个光纤匀光棒可以作为一个光纤匀光模块2，此时，便对应半导体激光背光模组中包含多个结构相同的光纤匀光模块2。
[0052] 可选的，每个子光源组可通过熔融拉锥形成锥体与相对应的光纤匀光棒对接耦合，锥体的输入端口要与相对应的光纤匀光棒的直径相匹配方可实现连接。
[0053] 为了避免端面反射损耗，可在光纤匀光棒与第一类锥体的连接处的缝隙中填充折射率匹配液，形成折射率匹配液层5。
[0054] 可选的，每个子光纤束组也可通过熔融拉锥形成锥体与相对应的光纤匀光棒对接耦合，锥体的输入端口要与相对应的光纤匀光棒的直径相匹配方可实现连接。
[0055] 为了避免端面反射损耗，可在光纤匀光棒与第二类锥体的连接处的缝隙中填充折射率匹配液，形成折射率匹配液层5。
[0056] 当然，光纤匀光棒与第二类锥体的连接处、光纤匀光棒与第一类锥体的连接处可均设置折射率匹配液层5，也可均不设置折射率匹配液层，也可选择任意一个设置折射率匹配液层5，这均不影响本申请的实现。
[0057] 为了表述上的区别，可将子光源组熔融拉锥后形成的锥体称为第一类锥体，将子光纤束熔融拉锥后形成的锥体称为第二类锥体。
[0058] 考虑到光纤匀光棒与第二类锥体的连接处、光纤匀光棒与第一类锥体的连接处以及光纤匀光模块2在受到外力时易损坏，可在其四周设置保护外壳6，将这些结构保护起来，请参阅图4所示，保护外壳6为封闭型壳，保护外壳6内部包含有光纤匀光模块2、激光光源模块1和光纤匀光模块2的连接部、及光纤输出模块2和光纤匀光模块3的连接部。
[0059] 在另外一种具体的实施方式中，请参阅图5所示，在光纤输出模块3与导光板4对准耦合后，可通过胶膜7进行固定连接，这种连接的具体做法可参阅相关技术的实现过程，此处，便不再赘述。
[0060] 为了进一步的降低激光的空间相干性，可在导光板4的底面设置散射图案，导光板4底面采用的散射图案可根据具体的耦合方式加以调整，以达到最佳的散射效果，散射图案与耦合方式的关系可根据相关技术获得，本申请再次便不在赘述。
[0061] 光纤输出模块3与导光板4的耦合方式，可根据使得导光板照明的整体均匀度达到最佳来确定，最佳的程度可根据实际应用场景结合技术人员的经验进行确定，本申请对此不做限定。图5所示的，为光纤输出模块3的各光纤从导光板4的底部注入进行耦合的一种方式，还可通过顶部注入或两个侧面注入，当然，还可同时从导光板4的多个侧端面同时注入耦合，这均不影响本申请的实现。
[0062] 本发明实施例还提供了一种液晶显示器，所述液晶显示器包括如上任意一实施例所述半导体激光背光模组的结构。
[0063] 液晶显示器和半导体激光背光模组的组装以及如何将半导体激光背光模组作为背光光源应用在液晶显示器上，这些操作均可参数相关技术的描述，此处，不再赘述。
[0064] 由上可知，使用本公开提供的半导体激光背光模组，可有效提升液晶显示的色彩表现力，提升用户的感官体验。
[0065] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0066] 专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0067] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0068] 以上对本发明所提供的一种半导体激光背光模组及液晶显示器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
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