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摘要：在液晶显示技术突飞猛进的今天，消费者对液晶显示产品的要求也在提升，除了亮度、分辨率、画面均匀性等参数，对于画面的色彩还原性的要求也越来越高，同时在生产加工环节，也在追求控制成本，简化加工及组装工艺。对背光光源的设计，光源的选择也多种多样，LED、激光、OLED自发光等技术都已经比较成熟，最新Micro LED技术也在不断完善中。在背光模组的结构、成本、组装工艺、光源的稳定性和寿命方面，研发人员也在不断寻求突破。
关键词：侧入式；激光光源；空气导光；背光模组
引言：
LED光源已经广泛地应用在背光模组技术当中，目前常见的背光模组包含直下式及侧入式两种，直下式背光模组通常将灯条排布在背板腔体的底部，光学透镜是比较关键的器件，用于将LED光线混光，达到让面光源的画面更均匀的效果，腔体OD值越小，混光的难度越大，需要的LED灯也越多。侧入式背光模组则主要通过导光板配合丝印、激光打点或热压网点等表面处理技术，将位于导光板侧面的LED发出的光线转化为面光源，通常侧入式的主观画面可以做到很均匀，但存在亮度趋势不稳定、成本高、模组重量大、生产及组装工艺复杂等缺点。本文研究的侧入式激光光源空气导光背光模组，结合了直下式及侧入式两种形式的背光模组的优势，用于背光模组技术领域，包括背板、光源和光学膜片，背板设在光学膜片的背侧，并在内部形成光源内腔，光学膜片的前侧形成背光出光面，光源设在所述光源内腔的侧壁，光源内腔中设有可将光源的光线反射至光学膜片的反射结构，光源包括激光器和与所述激光器配合的涂层膜，涂层膜中含有荧光粉。此设计解决了侧入式背光模组重量较大，加工工艺复杂及成本高的问题。此设计是通过位于背板内侧的激光器作为发光源，通过涂层膜内的荧光粉激发出白光，光线进入光学膜片后从背光出光面发出。另外，背光的光源使用半导体激光器代替LED，具有高亮度、寿命长，性能稳定等一系列优点。
1、背光模组概况
目前常用的背光模组分为直下式和侧入式两种，其中侧入式背光模组的原理为位于背板侧边的LED灯条发光，光线经过导光板网点反射至位于导光板上方的膜片，经膜片的增光及雾化作用后均匀的从出光面发出。侧入式背光模组的优点为厚度薄，主观效果好。
但是，传统侧入式背光模组也具有以下局限性：侧入式背光模组用导光板将侧边框的LED发出的光线 进行混光，不存在混光距离的限制，具有轻薄化的优点。但是光线经过导光板耦合之后光能损失大，而且导光板工艺难度大，制作成本高，重量较大，限制了侧入式LED背光模组的发展。
传统侧入式背光使用的光源为LED，其中基于GaN的蓝光LED的白光光源掀起了一场高效节能的科技革命，但是由于LED光源存在较严重的光衰，光色不稳定性等问题，制约其在大功率应用领域的发展。
2、设计原理及理论推导
本设计的目的在于提供一种侧入式空气导光激光光源背光模组，解决了侧入式背光模组重量较大，加工工艺复杂及成本高的问题。
本设计所采用的技术方案是：一种侧入式空气导光激光光源背光模组，包括背板、光源和光学膜片，所述背板设在所述光学膜片的背侧，并在内部形成光源内腔，光学膜片的前侧形成背光出光面，所述光源设在所述光源内腔的侧壁，所述光源内腔中设有可将光源的光线反射至光学膜片的反射结构，光源包括激光器和与所述激光器配合的涂层膜，所述涂层膜中具有荧光粉。
作为本设计技术方案的改进，所述光源设在所述光源内腔的侧壁，所述光源内腔中设有可将光源的光线反射至光学膜片的反射结构，所述反射机构包括反射片，所述反射片在靠近光源的位置形成入光侧，所述入光侧低于光源出光面的下表面，反射片随着远离入光侧而抬高形成坡面。反射片为多段折面或者非光滑过度曲面，多段折面或曲面切线与光源的出光面垂线的角度为α，α≤90°，且α随距离入光侧的距离增加而增大。
本设计采用的光源为半导体激光器，激光器理论上可以选择不同的颜色及波长的光作为基础色彩，在此基础上配以不同的荧光粉涂层膜，以便激发出其他颜色的光，与基础光混合，从而形成白光光源。
在激光器涂层膜的外侧设置有光学透镜，用于调整光线的线路。
激光光源发出的光线经透镜折射后部分直接到达出面，剩余光线则通过反射片的反射到达出光面，通过调整透镜设计及反射片的角度，配合相应反射率的反射片，将光线均匀的发散到出光表面，进一步通过扩散板、膜片等材料的增光及雾化后形成均匀的面光源。
参照图1，其显示出了本设计之较佳实施例的具体结构。以下将详细说明各部件的结构特点。
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所述涂层膜22的外侧设有光学透镜23。光学透镜23的作用为控制镭射光源的光线路径，材质可以是PMMA、PC、PS、Silicone等光学级Plastic或Glass materials。
侧入式空气导光背光模组的光源2为半导体激光器，包括不同色彩的激光器。发光源固定在背光腔体侧面。所述光源2的出光面与背光出光面的夹角为θ，45°≤θ≤90°。
所述涂层膜22中具有扩散粒子。涂层膜22的作用是将激光器发出的光部分激发后与剩余的未激发的光混合产生白光，从而提供白光光源，另外涂层膜22可将光线打散，产生散射光。
所述光学膜片3包括扩散板、棱镜片、扩散片、复合膜中的一种或多种，以上材料可单独或者组合使用。光学膜片3的作用在于光线经过充分的增光及雾化后从背光出光面发出。
3、设计效果
本实设计的有益效果：解决了侧入式背光模组重量较大，加工工艺复杂及成本高的问题。此设计是通过位于背板内侧的激光器作为发光源，通过涂层膜内的荧光粉激发出白光，经反射结构将光线均匀的反射至光学膜片，光线进入光学膜片后从背光出光面发出，达到了由空气导光代替导光板导光的作用。另外，背光的光源使用半导体激光器代替LED光源，具有高亮度、寿命长，性能稳定等一系列优点。
4、结论
本文通过分析侧入式激光光源空气导光背光模组的构件，主要是空气导光的结构设计和激光光源的分析，描述了侧入式激光光源背光模组光源由半导体激光器发出到达显示平面的过程。因此，耦合透镜如何将激光点光源投射成能够均匀分散的显示器面光源，并保证稳定的光能量反射率，是背光源和背光模组设计的主要问题，另外，激光光源配合荧光粉，激发并混合成白光光源也是一个重要的研究方向。设计中的重点是要对背光模组的各个构组件提前进行系统分析和数值计算。只有不断优化创新，液晶显示技术才能不断突破。
参考文献：
[1]基于激光远程激发荧光粉（LARP）技术的新型白光光源研究·许礼强·深圳大学：2015
[2]一种基于自由曲面的LED准直透镜设计·周镇，苏成悦，付倩，张春华·广东工业大学：2012
[3]Laser Backlighting LCD TV 新倉 栄二 , 村瀬 玲奈 , 中野 菜美 オプトロニクス 32(4), 149-152, 2013-04
论文作者:谢朝嵘
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/14
标签：光源论文; 模组论文; 膜片论文; 激光器论文; 所述论文; 光学论文; 反射论文; 《防护工程》2018年第23期论文;