一种激光显示画面散斑噪声消除器及显示器的制作方法

本实用新型涉及一种无振动、无能耗的激光显示画面散斑噪声消除器，及使用该种激光画面散斑噪声消除器的激光液晶显示器，属于激光显示技术领域。

背景技术：

激光显示技术，是以红、绿、蓝(RGB)三基色激光为光源的显示技术，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力。从色度学角度来看，激光显示的色域覆盖率可以达到人眼所能识别色彩空间的90％以上，是传统显示色域覆盖率的两倍以上，彻底突破前三代显示技术色域空间的不足，实现人类有史以来最完美色彩还原，使人们通过显示终端看到最真实、最绚丽的世界。

但是，激光在物体表面发生反射或透射时，人眼会在物体表面光场中观察到一种无规分布的、数量众多的耀眼斑点，这种耀眼斑点称为激光散斑(Laser Speckles)。激光散斑严重影响显示器的画面质量及人的观影感受，因此如何消除显示器屏幕上的激光散斑也是近些年激光显示领域中最重要的技术难题之一，极大的限制了激光显示的应用。

目前，为了解决激光散斑问题，人们开发出了几种散斑消除器件，但是效果甚微。效果比较好的激光散斑消除方法为使用振动或转动器件的方式使激光相位发生变化从而消除显示器屏幕的散斑，如振动投影屏幕或在投影机内部光路中加入振动、转动器件。

但是这些方法只能适用于体积较大的激光投影显示设备，而对平板液晶显示器而言绝对不适用。

为了使平板液晶显示器能够达到大色域显示效果，许多公司开展了激光激发荧光粉技术，可有效的降低激光散斑，目前也有产品上市。

但是，该技术依然存在如下问题：

1、显示器寿命短，因为荧光粉易被激光产生的高温破坏。为了延长平板液晶显示器的寿命，必须降低激发荧光粉的激光强度，如此一来就进一步造成了平板液晶显示亮度不够。

2、激光激发荧光粉所产生的荧光与激发激光混合成为白光，这种白光的色域覆盖率低，达不到真正意义上的大色域显示要求。

技术实现要素：

有鉴于此，为了解决显示设备使用激光作为照明光源而产生的画面激光散斑噪声，解决现有散斑消除器件体积大、价格昂贵、寿命短、功耗高、无法安装于液晶平板显示器等问题，本实用新型提供一种激光显示画面散斑噪声消除器及基于该散斑噪声消除器的显示器，该器件体积小、寿命长、价格低，且易于安装于液晶平板显示器中。

实现本实用新型的技术方案如下：

一种激光显示画面散斑噪声消除器，主要由两种以上折射率不同材料构成，两种以上材料中至少有一种材料的形态为纤维状，纤维状材料之间的空隙由另一种以上材料填充；所述纤维状材料的横截面的直径、某一边长或最长对角线长度大于或等于照射其上的激光的波长而小于1mm；纤维状材料的长度大于或等于照射其上的激光的波长；纤维状材料的累积高度或累积宽度大于或等于照射其上的激光的波长；其中，两种以上折射率不同材料中最大折射率n_max与最小折射率n_min之差为：n_max-n_min≥0.01；同种纤维状材料之间的间距大于或等于照射其上的激光的波长。

进一步地，本实用新型多种折射率不同的材料按照有序阵列/缠绕、或无序排列/堆叠/缠绕形成散斑消除器。

进一步地，本实用新型所述同种纤维状材料之间的间距小于10mm。

进一步地，本实用新型所述散斑消除器主要由两种材料构成，所述纤维状材料为石棉纤维、玻璃纤维或透明陶瓷纤维，另一种材料为透光塑料；纤维材料掺杂于透光塑料中；掺杂纤维材料的透光塑料被制成薄膜、透镜、棒状、块状。

一种激光显示画面散斑噪声消除器，其为在基底上设置微孔或毛细管结构形成，所述微孔或毛细管结构横截面的直径、某一边长或最长对角线长度大于或等于照射其上的激光的波长而小于1mm；微孔或毛细管结构的长度大于或等于照射其上的激光的波长；微孔或毛细管结构的累积高度或累积宽度大于或等于照射其上的激光的波长；其中，基底材料折射率n_max与微孔或毛细管结构中填充物的折射率n_min之差为：n_max-n_min≥0.01；微孔或毛细管结构之间的间距大于或等于照射其上的激光的波长。

进一步地，本实用新型所述基底为玻璃板、透光塑料板、玻璃棒或塑料棒以及塑料光纤、玻璃光纤。

进一步地，本实用新型所述微孔或毛细管结构之间的间距小于10mm。

一种激光显示画面散斑噪声消除器，其由纤维束或纤维团构成，所述纤维束或纤维团中每根纤维的横截面的直径、某一边长或最长对角线长度大于或等于照射其上的激光的波长而小于1mm；所述每根纤维的长度大于或等于照射其上的激光的波长；纤维束或纤维团的累积高度或累积宽度大于或等于照射其上的激光的波长；其中，纤维束或纤维团折射率n_max与纤维内填充物折射率n_min之差为：n_max-n_min≥0.01；相邻纤维之间的间距大于或等于照射其上的激光的波长。

进一步地，本实用新型所述纤维素为醋酸纤维束或玻璃纤维束，所述纤维团为PET纤维团。

进一步地，本实用新型所述相邻纤维之间的间距小于10mm。

本实用新型的工作原理为：当激光束照射到消散斑器(如醋酸纤维束)后，激光经过消散斑器时，由于“纤维及纤维间的空气的折射率相差极大”、“纤维的极细线经及纤维之间的极小空隙”及“纤维束中存在大量的纤维及纤维之间的空隙”，激光会在散斑消除器中的每根纤维及每根纤维之间的空气间隙进行N(N≥1)次的全反射及透射进而使相干激光形成较大的光程差，从而消除显示器上的画面激光散斑噪声。

一种基于散斑噪声消除器的激光液晶显示器，主要由散斑消除器、激光源、聚光/反光结构、导光板、反光膜、匀光膜、增亮膜、液晶成像面板组成，所述激光源的光束出射的光路上设有至少一个散斑消除器。

进一步地，本实用新型散斑消除器的外部被聚光/反光结构所包围，激光束由聚光/反光结构的底部射到散斑消除器上。

进一步地，本实用新型还包括光纤，激光源发射的激光束由光纤导出，散斑消除器位于光纤的出光口处。

进一步地，本实用新型还包括反光棱镜，激光源发射的激光束经反光棱镜导向散斑消除器上。

本实用新型激光液晶显示器的工作原理为：当激光束照射到消散斑器件后，激光经过纤维束或纤维束状结构时由于“纤维及纤维间的空气的折射率相差极大”、“纤维的极细线经及纤维之间的极小空隙”及“纤维束中存在大量的纤维及纤维之间的空隙”，激光会在散斑消除器件中的每根纤维及每个纤维之间的空气间隙进行N(N≥1)次的全反射及透射进而使相干激光形成较大的光程差，从而消除显示器上的画面激光散斑噪声。

一种基于散斑噪声消除器的的投影显示器，主要由散斑消除器、激光源、聚光/反光结构、聚焦透镜组、LCD成像光阀、成像镜头、投影屏幕组成；其中所述激光源的光束出射的光路上设有至少一个散斑消除器。

进一步地，本实用新型散斑消除器的外部被聚光/反光结构所包围，激光束由聚光/反光结构的底部射到散斑消除器上。

进一步地，本实用新型还包括光纤，激光源发射的激光束由光纤导出，散斑消除器位于光纤的出光口处。

进一步地，本实用新型所述聚光/反光结构为反光碗。

有益效果

第一，本实用新型激光散斑消除器具有无振动、无能耗、尺寸小等优点。

第二，与现有平板液晶显示器相比，本实用新型公开的此种平板液晶显示器由于使用激光散斑消除器件，具有体积最小、重量轻、价格低廉、获取方便、安装方便、结构简单、无振动、无噪声、无磨损、使用寿命长、纤维束器件易成异型等优点，而最重要的是画面激光散斑噪声消除完全，有利于激光显示的产业化发展。

第三，与现有投影显示器相比，本实用新型公开的此种投影显示器由于使用激光散斑消除器件，具有体积最小、重量轻、价格低廉、获取方便、安装方便、结构简单、无振动、无噪声、无磨损、使用寿命长、纤维束器件易成异型等优点，而最重要的是画面激光散斑噪声消除完全，有利于激光显示的产业化发展。

附图说明

图1为醋酸纤维束横截面照片；

图2为外观规则的纤维横截面；

图3为外观不规则的纤维束横截面；

图4为醋酸纤维束；

图5为打有微孔玻璃板；

图6为掺有石棉纤维的PMMA膜；

图7为带有毛细管结构的玻璃棒；

其中，1-散斑消除器，2-RGB三基色半导体激光器，22-光纤束，3-聚光/反光结构，31-反光棱镜，33-反光碗，4-导光板，5-反光膜，6-匀光膜，7-增亮膜，8-液晶成像面板，9-聚焦透镜组LCD，10-成像光阀，11成像镜头，12-投影屏幕。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

实施例1：

一种激光显示画面散斑噪声消除器，主要由两种以上不同折射率材料构成，两种以上材料中至少有一种材料的形态为纤维状，纤维状材料之间的空隙由另一种以上材料填充；纤维状是一种独立的、纤细的、毛发状物质(图1)；纤维状材料的横截面的直径、某一边长或最长对角线长度大于或等于照射其上的激光的波长而小于1mm，某一边长指横截面多个边中只要存在一个满足条件即可；纤维状材料的长度大于或等于照射其上的激光的波长；纤维状材料的累积高度或累积宽度大于或等于照射其上的激光的波长；纤维状材料的横截面形状可为规则的圆形、方形、三角形、椭圆形也可为不规则形状(图2、图3)；两种以上折射率不同材料中最大折射率n_max与最小折射率n_min之差为：n_max-n_min≥0.01；散斑消除器件中同种纤维材料之间的间距大于等于照射其上的激光的波长而小于10mm；多种折射率不同的材料按照有序阵列/缠绕或无序排列/堆叠/缠绕形成宏观器件散斑消除器件；本实用新型散斑消除器件用于激光源2及图像调制器件8(如Liquid Crystal Display液晶成像器件、Digital Light Processing成像器件、Liquid Crystal on Silicon成像器件)之间的光路中。

本实施例中，散斑消除器主要由两种材料构成，所述纤维状材料为石棉纤维，另一种材料为透光塑料膜。

实施例2：

一种激光显示画面散斑噪声消除器，其为在基底上设置微孔或毛细管结构形成，所述微孔或毛细管结构横截面的直径、某一边长或最长对角线长度大于或等于照射其上的激光的波长而小于1mm；微孔或毛细管结构的长度大于或等于照射其上的激光的波长；微孔或毛细管结构的累积高度或累积宽度大于或等于照射其上的激光的波长；其中，基底材料折射率n_max与微孔或毛细管结构中填充物的折射率n_min之差为：n_max-n_min≥0.01；微孔或毛细管结构之间的间距大于或等于照射其上的激光的波长而小于10mm。

本实施例中本实用新型所述基底为玻璃板、透光塑料板、玻璃棒或塑料棒以及塑料光纤、玻璃光纤。

透光塑料如聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯业内熟知的材料。

本实施例中微孔或毛细管结构中填充物为空气或水等物质。

实施例3：

一种激光显示画面散斑噪声消除器，其由纤维束或纤维团构成，所述纤维束或纤维团中每根纤维的横截面的直径、某一边长或最长对角线长度大于或等于照射其上的激光的波长而小于1mm；所述每根纤维的长度大于或等于照射其上的激光的波长；纤维束或纤维团的累积高度或累积宽度大于或等于照射其上的激光的波长；其中，纤维束或纤维团折射率n_max与纤维内填充物折射率n_min之差为：n_max-n_min≥0.01；相邻纤维之间的间距大于或等于照射其上的激光的波长而小于10mm。

本实施例中所述纤维束的材质可为醋酸纤维、玻璃纤维、石棉纤维、石英纤维、蚕丝、蜘蛛丝、再生纤维素纤维、胶粘纤维、铜氨纤维、莱赛尔(lyocell)纤维、纤维素脂纤维、二醋酸纤维、三醋酸纤维、聚酰胺纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚酯纤维、生物可降解聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、改性聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯系纤维、聚烯烃系纤维、聚氨酯弹性纤维、聚氟烯烃系纤维、二烯类弹性纤维、聚酰亚胺纤维；所述纤维团为PET纤维团。

本实施例中所述纤维内填充物可为空气或水等物质。

针对实施例1-3，当激光束照射到消散斑器件(如醋酸纤维束)后，激光经过消散斑器件时由于“纤维及纤维间的空气的折射率相差极大”、“纤维的极细线经及纤维之间的极小空隙”及“纤维束中存在大量的纤维及纤维之间的空隙”，激光会在散斑消除器件1中的每根纤维及每个纤维之间的空气间隙进行N(N≥1)次的全反射及透射进而使相干激光形成较大的光程差，从而消除显示器上的画面激光散斑噪声。

消散斑器件的宏观器件可被加工为规则形状的板、束、膜、棒，也可被加工成为非规则形状的板、束、膜、棒。对于无序排列/堆叠/缠绕成的器件材料之间会形成无序的网状结构，纤维状材料之间是可接触的。

本实用新型散斑消除器件用于激光源2及图像调制器件8(如Liquid Crystal Display液晶成像器件、Digital Light Processing成像器件、Liquid Crystal on Silicon成像器件)之间的光路中。

实施例4：

一种基于激光显示画面散斑噪声消除器的激光液晶显示器，主要由散斑消除器1、激光源2、聚光/反光结构3、导光板4、反光膜5、匀光膜6、增亮膜7、液晶成像面板8组成，其特征在于，所述激光源的光束出射的光路上设有至少一个散斑消除器。

当激光束照射到散斑消除器1后，激光经过纤维束或类纤维状结构时由于“纤维及纤维间的空气的折射率相差极大”、“纤维的极细线经及纤维之间的极小空隙”及“纤维束中存在大量的纤维及纤维之间的空隙”，激光会在散斑消除器1中的每根纤维及每个纤维之间的空气间隙进行N(N≥1)次的全反射及透射进而使相干激光形成较大的光程差，从而消除显示器上的画面激光散斑噪声。

实施例5：

如图4所示，一种激光显示画面基于散斑噪声消除器的激光液晶显示器，包括散斑消除器1为醋酸纤维束、RGB三基色半导体激光器2、聚光/反光结构3、导光板4、反光膜5、匀光膜6、增亮膜7、液晶成像面板8；

所述醋酯纤维丝束，总纤度规格一般为39,000旦和43,000旦，纤维束厚度小于1mm，纤维长度方向平行于激光束光轴。

所述RGB三基色半导体激光器2，用于输出激光光束，且在所述RGB三基色半导体激光器的出光口5mm处安置醋酯纤维丝束1，其输出的激光光束的光斑面积小于醋酯纤维丝束1的面积。

醋酯纤维丝束1的外部被聚光/反光结构3所包围，激光束由聚光/反光结构3的底部射到醋酯纤维丝束1上。

被醋酯纤维丝束1反射、透射的激光由聚光/反光结构3的聚光/反射后进入导光板4。

激光束在导光板4内形成多次透射及反射到达反射膜5、匀光膜6、增亮膜7并最终由液晶成像面板8射出，形成无画面散斑的大色域激光显示画面。

实施例6：

如图5所示，一种基于激光显示画面散斑噪声消除器的激光液晶显示器，主要由散斑消除器1为打有微孔玻璃板、RGB三基色激光器2、光纤22、聚光/反光结构3、导光板4、反光膜5、匀光膜6、增亮膜7、液晶成像面板8；

所述微孔玻璃板1，孔密度为1000孔/平方厘米，微孔玻璃板1厚度为0.5mm，使用3层微孔玻璃板1，微孔玻璃板1层与层之间留有0.5mm的空气间隙。

所述RGB三基色激光器2，用于输出激光光束，且在所述RGB三基色激光器2发射的激光束由光纤22导出。

距离光纤22出光口1mm处安置微孔玻璃板1，其输出的激光光束的光斑面积小于微孔玻璃板1的面积。

微孔玻璃板1的外部被聚光/反光结构3所包围，激光束由聚光/反光结构3 的底部射到微孔玻璃板1上。

被微孔玻璃板1反射、透射的激光由聚光/反光结构3的聚光/反射后进入导光板4。

激光束在导光板4内形成多次透射及反射到达反射膜5、匀光膜6、增亮膜7并最终由液晶成像面板8射出，形成无画面散斑的大色域激光显示画面。

实施例7：

如图6所示，一种基于激光显示画面散斑噪声消除器的激光液晶显示器，主要由散斑消除器1为掺有石棉纤维的PMMA膜、RGB三基色激光器2、聚光/反光结构3、反光棱镜31、导光板4、反光膜5、匀光膜6、增亮膜7、液晶成像面板8组成。

所述掺有石棉纤维的PMMA膜1，掺有石棉纤维40％。

所述RGB三基色激光器2，用于输出激光光束，且在所述RGB三基色激光器2发射的激光束由反光棱镜31导向石棉纤维的PMMA膜1。

反光棱镜31出光口处安置石棉纤维的PMMA膜1，其输出的激光光束的光斑面积小于石棉纤维的PMMA膜1的面积。

石棉纤维的PMMA膜1的外部被聚光/反光结构3所包围，激光束由聚光/反光结构3的底部射到石棉纤维的PMMA膜1上。

被石棉纤维的PMMA膜1反射、透射的激光由聚光/反光结构3的聚光/反射后进入导光板4。

激光束在导光板4内形成多次透射及反射到达反射膜5、匀光膜6、增亮膜7并最终由液晶成像面板8射出，形成无画面散斑的大色域激光显示画面。

实施例8：

一种基于激光显示画面散斑噪声消除器的的投影显示器，主要由散斑消除器1、激光源2、聚光/反光结构3、聚焦透镜组9、LCD成像光阀10、成像镜头11、投影屏幕12组成；其中所述激光源的光束出射的光路上设有至少一个散斑消除器。

当激光束照射到散斑消除器1后，激光经过纤维束或类纤维状结构时由于“纤维及纤维间的空气的折射率相差极大”、“纤维的极细线经及纤维之间的极小空隙”及“纤维束中存在大量的纤维及纤维之间的空隙”，激光会在散斑消除器1中的每根纤维及每个纤维之间的空气间隙进行N(N≥1)次的全反射及透射进而使相干激光形成较大的光程差，从而消除显示器上的画面激光散斑噪声。

实施例9：

如图7所示，一种基于激光显示画面散斑噪声消除器的的投影显示器，主要由散斑消除器1为带有毛细管结构的玻璃棒、RGB三基色激光器2、光纤束22、反光碗33、聚焦透镜组9、LCD成像光阀10、成像镜头11、投影屏幕12组成；

所述RGB三基色激光器2，用于输出激光光束，且在所述RGB三基色半导体激光器2发射的激光束由光纤22导出。

距离光纤22出光口1mm处安置毛细管结构的玻璃棒1，其输出的激光光束的光斑面积小于毛细管结构的玻璃棒1的横截面积。

毛细管结构的玻璃棒1的外部被反光碗31所包围，激光束由反光碗31的底部射到毛细管结构的玻璃棒1上。

被毛细管结构的玻璃棒1反射、透射的激光由反光碗31聚光/反射后进入聚焦透镜组9。

激光束经过聚焦透镜组9照射到LCD成像光阀10上，通过成像镜头11、投射到投影屏幕12上。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。