本發明涉及激光顯示和照明領域，特別涉及一種陣列式線激光量子點背光模組制作方法及裝置。

背景技術：

隨著社會科學技術的發展，人們對顯示器的光學性能要求越來越高。從早期的熒光燈管為背光的顯示器到現在的led背光的顯示器。同時從電腦顯示，到手機，到大屏幕，到家庭影院，無不體現了顯示技術的發展。然而任何技術都有它的局限，今天led雖然成了市場的熱點，得到極大的普及，但某些方面也存在發展瓶頸，特別是在亮度，穩定性和色域方面。因此人們企圖開發新的技術，來改進現有的產品，而激光作為光源適逢其時。

激光作為光源其最大的特點就是它寬廣的色域、長壽命、極高亮度、較低的能耗，具有傳統光源無可比擬的先天優勢，因此被譽為繼黑白顯示、彩色顯示和數字顯示之后的第四代“繼承者”。如果能夠采用激光直接做成背光源無疑將會在色域，穩定性，亮度方面給現有的顯示技術一個很大的促進。然而限于激光器的成本，散熱，尺寸結構等一系列的問題，至今市場上仍沒有真正的用純粹激光做背光源的產品。

相比而言，量子點膜卻具有很大的優勢。其優勢在于，量子點的光電特性很獨特，它受到電或光的刺激，會根據量子點的直徑大小，發出各種不同顏色的非常純正的高質量單色光。而量子點應用到顯示技術的主要原理，是通過純藍光源，激發量子點結構中不同尺寸的量子點晶體，從而釋放出純紅光子和純綠光子，并與剩余的純藍光投射到成像系統上面，這樣就可以借助量子點發出能譜集中、非常純正的高質量紅/綠單色光，完全超越傳統led背光的熒光粉發光特性，實現更佳的成像色彩。

量子點技術用在背光上能夠大幅提升色域表現，讓色彩更加鮮明，量子點技術由于其光電特性獨特所以得到廣泛應用，且逐漸獲得液晶廠商和用戶的普遍認可。尤其是顯示巨頭三星在ces上帶來了多款采用量子點技術的qledtv和量子點顯示器。此外，還有消息稱，三星表示在2017年將不再生產oled顯示器，全力研發采用量子點技術的qledtv，都顯示出量子點技術在2017年會有更廣泛的可能性。所以相信未來量子點技術在顯示行業會更加普及。

目前科研人員正從事于基于量子點的背光光源的研發，然而其激發光源為藍光led，由于led為廣譜光源，其光源的光譜很寬，不能很好的發揮量子點的優勢，因而迫切需要一種顏色更純的激發光源，從而使得量子點形成的廣譜的色域更寬，顏色更純。

技術實現要素：

所要解決的技術問題：

本發明主要解決的問題是針對以上所述技術的不足，提出一種陣列式線激光量子點背光模組方案，目的是通過利用高亮度的線型激光提高量子點的激發強度，使得量子點更充分的發揮其釋放純色的功能，減少純激光光源系統的復雜性和成本，結合高亮線型激光和量子點膜各自特點提高背光源顯示系統的亮度和色域。

為解決上述問題，本發明的基本構思為利用陣列式高亮線激光源，并且控制線激光源的波長，尤其是藍光的波長來有效激發量子點膜發光。本發明基于以下的光學系統耦合設計原則：一個光學系統的耦合效率主要由入射和出射系統的光學擴展量決定，當入射系統的光學擴展量與出射系統的光學擴展量匹配時，光學耦合最有效。

技術方案：

一種陣列式線激光量子點背光模組制作方法及裝置，包括至少一個激勵點光源，平板式導光板，其特征在于：所述激勵點光源為藍色激光光源，所述藍色激光光源呈陣列式排布；

還包括線激光成型控制元件，所述線激光成型控制元件位于激勵點光源和平板式導光板之間；所述線激光成型控制元件為鮑威爾透鏡，所述鮑威爾透鏡排布呈陣列式，與藍色激光光源一一對應，且鮑威爾透鏡軸向方位角通過透鏡支架調節；所述鮑威爾透鏡與藍色激光光源的位置可調節，所述鮑威爾透鏡之間與藍色激光光源之間的距離通過透鏡支架調節；還包括所述的由鮑威爾透鏡形成的線激光在導光板側面入射方向與導光板側面的法線形成的夾角通過透鏡支架調節。

本發明采用陣列式高亮激光源，是為了更好的控制激光器的亮度和功率消耗。單顆激光器的功率由導光板及其光學膜組的總導光效率決定，太低不能達到實現有效顯示所需的高亮，太高既浪費資源，又有可能產生不必要的光污染，隨之增加系統的復雜性，也會增加系統的成本。為提高激光模塊到導光板的耦合效率，本發明采用了陣列式透鏡組的概念，使得高亮度激光可以經過一組透鏡變成線激光，更有效地導入導光板。為了減少線激光的波束寬度，本發明采用鮑威爾透鏡結構設計。鮑威爾透鏡可以通過控制出射光的展寬角度來有效減小出射光束的寬度。出射光束的寬度越接近于導光板的光學擴展量，則兩系統的耦合越有效。由于鮑威爾透鏡軸向方位角可調，使得由鮑威爾透鏡形成的線激光在導光板側面入射方向與導光板側面的法線形成的夾角可調，進一步提高線激光與導光板的光耦合效率。

并且，藍色激光光源陣列間的間隔由線激光與導光板的耦合效率決定，總的激光器顆數由背光模組所帶顯示系統的總光通量要求決定。相應的鮑威爾透鏡的陣列間距以及顆數選擇亦然。

通過上述結構光的傳播路徑為：光從光源發出遇到陣列式的棱鏡透鏡折射，產生寬度比較小的線激光，線激光從導光板的側面入射端進入，從導光板的上表面射出。

優選地，藍色激光光源的波長范圍為450nm-455nm，功率大于1.5瓦。為減少激光器長時間發光所產生的熱，本發明的激勵點光源帶有特殊設計的散熱系統，所述散熱系統為帶有普通熱沉散熱導流槽。所述藍色激光光源中每個光源與一個熱沉散熱導流槽相連。當激光光源的功率大于1.5瓦時，此時的激光光源為高功率激光光源，危險級別為4級。

本發明還公布了提高線激光量子點膜組的光學耦合效率的方法，主要在于如何通過調節陣列透鏡、光源、導光板及鮑威爾透鏡組的方位及導光板散射點密度和形態來優化系統，從而提高系統的總的光學耦合效率。陣列透鏡與導光板邊沿的距離由導光板模組系統的所需總的光亮度決定。越近光強越大，所需激光器顆數也多，相應的系統透鏡數增加。反之亦然。最終所需由總體光亮度優化要求決定。

優選地，所述激勵點光源為可替換和拆卸結構；透鏡陣列組固定于透鏡固定架；多個激勵點光源固定于光源固定架；所述光源固定架與透鏡固定架固定連接于底板構架。此種設計既方便以后系統維護，激光器模塊陣列采用可替換和拆卸結構設計，已備更換，也能保證光學系統的穩定性。

進一步地，本方法采用通過控制量子點膜系厚度和放置順序來控制系統的亮度和色域。

進一步地，利用上述的陣列式線激光量子點背光模組制作方法及裝置作為背光模組的背光源；還包括量子點膜組；所述量子點膜組為由厚度可控的膜系組成，至少一片；所述量子點膜數量及厚度由最終顯示背光模組的色域決定。

優選地，所述量子點膜由擠塑三明治式結構行成，量子點膜材料成分包括綠色和紅色量子點材料，且二者比例可調。

由于本系統采用高亮度激光，對量子點膜組的光學和熱學性能提出更高的要求，量子點膜由抗光學老化的材料包覆。整個量子點膜選用具有長壽命，高透，耐熱，抗畸變材料制成。

本發明的另一個突出的特點是可通過控制量子點膜系厚度和放置順序來控制所需亮度和色域，而色域是顯示系統一個十分重要的指標。

進一步的，一種顯示裝置，包括液晶顯示面板和上述的背光模組。本發明公開的陣列式線激光量子點背光模組既可以用于顯示，也可以用于照明。

有益效果：

（1）本發明采用陣列式高亮激光源，不僅可以控制光源的波長，而且還可以控制激光器的亮度和功率消耗。

（2）本發明采用陣列式透鏡組，使高亮激光有效地變成線激光進入導光板。

（3）本發明采用鮑威爾透鏡結構設計，可以通過控制出射光的展寬角度來有效減小出射光束的寬度。出射光束的寬度越接近于導光板的光學擴展量，使線激光與導光板這兩個系統的光耦合越有效。

（4）本發明采用通過控制量子點膜系厚度和放置順序來控制系統的亮度和色域。

附圖說明

圖1是陣列式線激光量子點發光裝置、背光模組的整體結構；

圖2是陣列式線激光量子點發光裝置、背光模組橫截面結構圖；

圖3是單邊入射陣列式線激光量子點發光裝置、背光模組導光板底部散射點設計結構圖；

圖4是雙邊入射陣列式線激光量子點發光裝置、背光模組的結構圖；

圖5是雙邊入射陣列式線激光量子點發光裝置、背光模組底部散射點設計結構圖；

圖6是本發明的單邊入射線激光成型透鏡的方位角變化示意結構圖；

圖7是單邊入射時本發明的線激光在導光板側面入射方向與導光板側面的法線形成的夾角可調示意圖；

圖8為本發明的透鏡調節架的正視圖；

圖9為本發明的透鏡調節架的剖面圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行說明：

圖1是陣列式線激光量子點發光裝置、背光模組的整體結構。它包括位于右側的藍色激光光源3，位于激光光源的內側依次為陣列式棱鏡組即陣列式鮑威爾棱鏡組2、導光板105和量子點膜組以及后續光學耦合部件。

其中，藍色激光光源由半導體激光器組成。為減少長時間照射可能引起的溫度提高，藍色激光光源附帶了特殊的散熱結構，其結構包括沿著激光模塊末端自左向右方向的空氣普通熱沉導流槽組成，其中圖中沒有畫出。

陣列激光光源的數目由導光板105的尺寸和鮑威爾透鏡2的耦合效率決定。其中鮑威爾透鏡為耦合透鏡，是一種能夠將點光源轉換為線光源的透鏡部件，材料為bk7玻璃。

線激光的展寬角度從90度到120度，其展寬角度大小由導光板所需光強度及導光板的耦合效率決定。圖中帶箭頭實線為激光光線。5為陣列式激光模塊固連接部件即光源固定架。6為鮑威爾透鏡單元固連接結構即透鏡固定架，上述兩個固定架由鋁材制成。圖1中1部分為陣列式線激光量子點發光裝置和背光模組的整體結構，其中包括的平板式導光板所需尺寸可在幾寸到65寸顯示器之間變化。

圖2為圖1的橫截面圖，主要包括導光板及量子點系背光模組的光學耦合部件。除2，3為相應的鮑威爾透鏡和高亮激光光源，還包括從101到106的6個光學部件，其中106為反射膜片，用于反射進入導光板底部而透出導光板的光，其目的是為了將溢出的激光反饋回導光板，減少光通量的損失。105為平板式導光板，平面長寬尺寸由所需顯示器尺寸而定。厚度由所需光的耦合效率決定。103和104為不同量子點密度和厚度的量子點膜系，用于控制顯示顏色的色度。102為增亮膜系，101為擴散膜系。

圖3為單邊照射的背光模組，201為導光板與此對應另一邊部分兼為導光板側面反射膜，其目的是為了阻擋導光板邊沿的光泄露。301為大尺寸導光板底部散射點，302為小尺寸導光板底部散射點，兼為圓形，其尺寸由導光板耦合效率決定，而散射點密度設計由所需導光板耦合效率要求決定。一般為遠離光入射口端的密度較大。202為導光板出射端，貼有高反膜，目的是通過高反射膜將已進入導光板的透射光再反饋回導光板，減少進入導光板的光損耗。203為導光板的入射端。

圖4為雙邊導光的設計。陣列激光模塊從導光板左右兩側同時入射，包括對稱的激光光源模塊以及鮑威爾透鏡耦合部分。

圖5與雙邊導光相應的導光板的設計結構。其導光板外底面的散射點密度和尺寸由系統所需導光要求而定。201為導光板側面反射膜。301為大尺寸導光板底部散射點，302為小尺寸導光板底部散射點。可以看出，301點子密度在導光板中間部分較密。

如圖6所示鮑威爾透鏡相對于激光光源的位置可調，也就是出射西安激光的方位可調。由圖可以看出該裝置有利于控制出射于導光板內的光線分布，因而可以對所需光通量及耦合效率進行控制，另外由于這種方位角的變化，使得該系統可以有效調控導光板的出射均勻性。

如圖7所示為單邊入射由鮑威爾透鏡形成的線激光在導光板側面入射方向與導光板側面的法線形成的夾角可調示意圖。為了進一步提高線激光與導光板的光學耦合效率，本發明提出了利用鮑威爾透鏡形成的線激光在導光板側面入射方向與導光板側面的法線形成的夾角可調的方法進行光學系統耦合。由于線激光下導光板內的入射方向發生變化，勢必造成導光板上出射面光通量的變化，隨之對整個系統的光學耦合效率進行優化。

如圖8與圖9所示為透鏡支架21，其中22為支架座，23為調節把手。透鏡支架有兩個，分別固定在透鏡固定架上和光源固定架上。透鏡支架的支架座22為放置透鏡與光源的固定裝置，由圖可以看出透鏡和光源可以沿著固定架移動，從而改變透鏡與光源之間的位置關系、改變透鏡的方位角和鮑威爾透鏡形成的線激光在導光板側面入射方向與導光板側面的法線形成的夾角。

本發明設計可延伸應用于方形導光板對角線方向線型激光陣列入射情形，也可以應用于圓形及不規則圖形導光板背光設計。

本發明尤其可以擴展應用于一維及多維線型激光陣列設計，也可以延伸為層狀導光板的多維設計。

本發明還可以擴展應用于環形及球形導光板的背光設計。

以上所述的若干實施例并不限定本發明的保護范圍，任何基于此實施例所做出的等同和類似變換也將收到同樣保護。

雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本發明的，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和范圍內，自當可作各種變化或潤飾，因此本發明的保護范圍應當以本申請的權利要求保護范圍所界定的為準。