一种液晶显示装置及抬头显示系统的制作方法

本实用新型实施例涉及激光显示技术领域，特别是涉及一种液晶显示装置及抬头显示系统。

背景技术：

抬头显示系统(Head Up Display，HUD)是指以驾驶员为中心、盲操作的多功能仪表盘，它用于把时速、导航等重要信息投影到驾驶员前面的挡风玻璃上，使驾驶员能够不低头、不转头就能看到重要信息。

HUD产生的虚拟图像主要通过反射镜进行成像，其中，该反射镜一般为挡风玻璃。为了不影响驾驶视野，要求挡风玻璃必须有较高的透过率，当挡风玻璃对HUD的图像进行反射时，只有约10％的光线能进入人眼，反射效率低。

本实用新型的发明人在实现本实用新型实施例的过程中发现：目前，HUD的液晶显示模组的背光都是采用LED光源阵列直投方式实现，若要提高显示的图像的清晰度，则只能整体加大的LED光源阵列的功率，从而造成整个液晶显示模组的热量更容易上升。

技术实现要素：

本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种液晶显示装置及抬头显示系统，解决了显示模组长时间照射而发热的问题，并且能够增强图像亮度。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：提供一种液晶显示装置，包括:激光光源、反射镜、驱动装置、控制器和显示模组；所述驱动装置与所述反射镜连接，所述控制器与所述驱动装置连接，所述反射镜设于所述激光光源和所述显示模组之间；所述激光光源用于发射激光光束，所述反射镜用于接收并向所述显示模组反射所述激光光束，所述控制器用于控制所述驱动装置驱动所述反射镜运动，以使所述反射镜所反射的激光光束覆盖所述显示模组的整个背面，以给所述显示模组提供背光。

可选地，所述液晶显示装置还包括：光束耦合器，与所述激光光源连接，用于将所述激光光源发射的所述激光光束合成一路激光光束；光纤，与所述光束耦合器连接，用于接收所述光束耦合器合成的所述激光光束，并传输所述激光光束；光纤准直器，与所述光纤连接，用于接收所述光纤传输的所述激光光束，将所述激光光束准直并输出至所述反射镜。

可选地，所述驱动装置包括：第一轴向驱动单元和第二轴向驱动单元；所述第一轴向驱动单元、所述第二轴向驱动单元设于所述反射镜，所述第一轴向驱动单元、所述第二轴向驱动单元分别与所述控制器连接；所述第一轴向驱动单元用于驱动所述反射镜相对所述显示模组转动，以使所述反射镜所反射的激光光束入射所述显示模组的入射点在所述显示模组的背面的第一方向上移动；所述第二轴向驱动单元用于驱动所述反射镜相对所述显示模组转动，以使所述反射镜所反射的激光光束入射所述显示模组的入射点在所述显示模组的背面的第二方向上移动。

可选地，所述反射镜的扫描频率大于或者等于30HZ。

可选地，所述驱动装置包括转动单元和平移单元，所述转动单元和所述平移单元均与所述控制器连接；

所述转动单元用于驱动所述反射镜相对于所述显示模组转动，以使所述反射镜所反射的激光光束入射所述显示模组的入射点在所述显示模组的背面的第一方向上移动；

所述平移单元用于驱动所述反射镜和所述激光光源均相对于显示模组平行移动，以使所述反射镜所反射的激光光束入射所述显示模组的入射点在所述显示模组的背面的第二方向上移动。

可选地，所述液晶显示装置还包括：菲涅尔透镜，设于所述反射镜和所述显示模组之间，用于接收所述反射镜反射的所述激光光束，使所述激光光束转换为均匀平行的激光光束并出射。

可选地，所述液晶显示装置还包括：发散透镜，设于所述菲涅尔透镜和所述显示模组之间，用于接收所述菲涅尔透镜出射的激光光束，对所述激光光束进行发散并输出。

可选地，所述发散透镜为散射片或复眼透镜。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的另一个技术方案是：提供一种抬头显示系统，包括上述的液晶显示装置。

可选地，还包括：转折镜片和凹面反射镜，所述转折镜片用于接收所述液晶显示装置的显示模组发射的图像显示光束，并改变所述图像显示光束的方向；所述凹面反射镜用于接收所述转折镜片反射的所述图像显示光束，并放大所述图像显示光束并输出。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供一种液晶显示装置及抬头显示系统，通过激光光源发射激光光束至反射镜，控制器控制驱动装置驱动反射镜转动，从而为显示模组提供背光，减少光源的数量并且避免显示模组长时间照射，解决液晶显示装置容易发热的技术问题，另外，激光光源所输出的激光，激光光束的亮度优于LED光源所输出的光，增强了液晶显示装置的图像亮度。

附图说明

一个或多个实施通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型其中一实施例提供的一种液晶显示装置的结构示意图；

图2为图1中的液晶显示装置的功能模块示意图；

图3为图1中的液晶显示装置的控制器的结构示意图；

图4为图1中的液晶显示装置的另一结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例提供的一种液晶显示装置的结构示意图；

图6为本实用新型又一实施例提供的一种液晶显示装置的结构示意图；

图7为图6中的液晶显示装置的功能模块示意图；

图8为图6中的液晶显示装置的平移单元的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的一种抬头显示系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型实施例中的液晶显示模组，能够通过单个光源为显示模组提供光源，避免LED光源阵列直投，解决了显示模组长时间照射而发热的问题，并且通过使用激光光源，增强了图像亮度。

本实用新型实施例中的液晶显示模组，能够应用于本实施例中的抬头显示系统，以改善抬头显示系统的散热问题，并增强图像亮度。

具体地，下面将通过实施例对液晶显示模组和抬头显示系统进行阐述。

实施例一

请参阅图1，为本实用新型其中一实施例提供的一种液晶显示装置的结构示意图。如图1所示，液晶显示装置100包括激光光源10、反射镜20、驱动装置30、控制器40和显示模组50。

驱动装置30与反射镜20连接，控制器40与驱动装置30连接，反射镜20设于激光光源10和显示模组50之间。激光光源10用于发射激光光束，反射镜20用于接收并向显示模组50反射激光光束，控制器40用于控制驱动装置30驱动反射镜20运动，以使反射镜20所反射的激光光束覆盖显示模组50的整个背面，以给显示模组50提供背光。

具体地，激光光源10可以包括红色激光光源、绿色激光光源、蓝色激光光源。通过采用三基色激光，激光光源10能够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。例如：通过激光二极管泵浦的全固态激光器和倍频技术获得红色、绿色、蓝色激光光源。

反射镜20是一种利用反射定律工作的光学元件。反射镜20可以为平面反射镜、球面反射镜和非球面反射镜，可以根据实际需要进行选择。在本实施例中，反射镜20与驱动装置30连接，并在驱动装置30的驱动下运动。

在一些实施例中，驱动装置30包括第一轴向驱动单元(图未示)和第二轴向驱动单元(图未示)。其中，第一轴向驱动单元和第二轴向驱动单元可以为电动机，例如压电马达。第一轴向驱动单元、第二轴向驱动单元与反射镜20连接，并且，第一轴向驱动单元、第二轴向驱动单元分别与控制器40连接。第一轴向驱动单元用于驱动反射镜20相对显示模组50转动，以使反射镜20所反射的激光光束入射显示模组50的入射点在显示模组50的背面的第一方向上移动。第二轴向驱动单元用于驱动反射镜20相对显示模组50转动，以使反射镜20所反射的激光光束入射显示模组50的入射点在显示模组50的背面的第二方向上移动。其中，第一方向可以为显示模组50的水平方向，第二方向可以为显示模组50的竖直方向。通过设置第一轴向驱动单元和第二轴向驱动单元，使得激光光束能够通过反射镜20反射到显示模组50，并在显示模组50上进行逐行扫描，避免采用LED光源阵列直投方式，从而解决了显示模组长时间照射而发热的问题。

其中，反射镜20的扫描频率大于或者等于30HZ，即驱动装置30驱动反射镜20的运动频率大于或者等于30HZ，从而消除背光的闪屏效应。

在一些其他实施例中，反射镜20和驱动装置30可以用二维MEMS扫描镜代替。二维MEMS扫描镜是通过电机驱动镜面倾斜，从而对光束实现偏转控制的器件。与扫描振镜等常见的光束扫描器件相比，二维MEMS扫描镜具有体积小、重量轻、功耗低、对环境影响不敏感等特点，而且二维MEMS扫描镜可与位置传感器集成使用，实现更高的定位精度。并且，二维MEMS扫描镜通过模拟电压控制可实现任意角度偏转、点到点光束扫描、驱动电压与扫描角度一一对应；二维MEMS扫描镜通过进行模块设计，从而方便选择各种不同尺寸的镜面，以根据不同应用实现优化；二维MEMS扫描镜能够同时在X方向和Y方向实现高速、动态、大角度扫描，扫描角度可以达到-160°至+160°。

请一并参阅图2和图3，控制器40与驱动装置30电连接，控制器40用于控制驱动装置30驱动反射镜20运动，以使反射镜20所反射的激光光束覆盖显示模组50的整个背面，以给显示模组50提供背光。其中，激光光束覆盖显示模组50的整个背面是指：反射镜20使得激光光束在显示模组50上进行逐行扫描，激光光束扫描的范围刚好覆盖整个显示模组50的背板全部面积。

其中，控制器40包括至少一个处理器41以及存储器42。处理器41为具有一定逻辑运算能力的处理器，例如单片机、微处理器或者CPU等，该处理器41还可以具有一个或者多个处理核心。处理器41分别与驱动装置30和存储器42连接。其中，存储器42可以内置在处理器41中，也可以外置在处理器41外部，存储器42还可以是远程设置的存储器，通过网络连接处理器41(图3中以存储器42外置于处理器41为例说明)。处理器41和存储器42可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。其中，存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器41通过运行存储在存储器42的非易失性软件程序、指令以及模块，从而控制驱动装置30。

显示模组50为液晶显示屏，显示模组50通过接收反射镜20反射的激光光束，从而显示图像。在本实施例中，反射镜20反射的激光光束在显示模组50上进行逐行扫描，使得显示模组50背光的单点光强度为激光光束单次照射显示模组50的光强度，从而避免了LED光源阵列长时间照射，能采用较低功率的激光光源即可获得足够亮度的图像。

在一些其他实施例中，请一并参阅图4，液晶显示装置100还包括：菲涅尔透镜51和发散透镜52。

其中，菲涅尔透镜51可以由聚烯烃材料或玻璃材料注压而成，能够将光线调整成平行光或聚光，并消除部分球形像差。菲涅尔透镜51设于反射镜20和显示模组之间，具体地，菲涅尔透镜51设于反射镜20和发散透镜52之间，并且，菲涅尔透镜51的焦点与反射镜20的中心位置在同一水平线上，使得反射镜20反射的激光光束经过菲涅尔透镜51之后都能垂直出射。菲涅尔透镜51用于接收反射镜20反射的激光光束，使激光光束转换为均匀平行的激光光束并出射。当然，菲涅尔透镜51可以用非球面透镜代替，以将反射镜20反射的激光光束转换为平行的激光光束，使得该激光光束垂直地到达下一个光学元件(例如发散透镜52或显示模组50)。

其中，发散透镜52可以为散射片或复眼透镜，其中，散射片为能够使光发散的光学元件，例如毛玻璃；复眼透镜为由一系列小透镜组合形成的光学元件，将双排复眼透镜阵列应用于照明系统可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。发散透镜52设于菲涅尔透镜51和显示模组50之间，发散透镜52用于接收菲涅尔透镜50出射的激光光束，对激光光束进行发散并输出至显示模组50。其中，发散透镜52对激光光束的扩散角度与显示模组50的出光角度相匹配，例如：当液晶显示装置100应用于抬头显示系统时，抬头显示系统要求显示图像的垂直方向视角为20°、水平方向视角为36°，则显示模组50的出光角度垂直方向视角为20°、水平方向视角为36°，因此发散透镜52对激光光束的扩散后需要使得显示模组50的出光角度垂直方向视角为20°、水平方向视角为36°。

在本实施例中，液晶显示装置100通过激光光源10发射激光光束至反射镜20，控制器40控制驱动装置30驱动反射镜20转动，从而为显示模组50提供背光，减少光源的数量并且避免显示模组长时间照射，解决液晶显示装置容易发热的技术问题，另外，激光光源所输出的激光，激光光束的亮度优于LED光源所输出的光，增强了液晶显示装置的图像亮度。

实施例二

请参阅图5，为本实用新型另一实施例提供的一种液晶显示装置的结构示意图。如图5所示，液晶显示装置100包括激光光源10、光束耦合器11、光纤12、光纤准直器13、反射镜20、驱动装置30、控制器40和显示模组50。

其中，激光光源10、反射镜20、驱动装置30、控制器40和显示模组50与实施例一中的结构相同，此处不再赘述。

光束耦合器11、光纤12、光纤准直器13设于激光光源10和反射镜20之间。具体地，光束耦合器11能够对激光光束进行合光或分光。在本实施例中，光束耦合器11与激光光源10连接，具体可以设置在激光光源10的光纤输入端面上，光束耦合器11用于将激光光源10发射的激光光束合成一路激光光束，从而实现激光高功率、高效率的输出。

光纤12可以为单模光纤或多模光纤，光纤12与光束耦合器11连接，光纤12用于接收光束耦合器11合成的激光光束，并传输该激光光束。通过设置光纤12，能够改变激光光束的传播方向，使得液晶显示装置100的结构更加紧凑。

光纤准直器13能够改变激光光束的发散角度，使得激光光束以较低损耗进入其他光学元件。在本实施例中，光纤准直器13与光纤12连接，光纤准直器13用于接收光纤传输的激光光束，将激光光束准直并输出至反射镜20。

可以理解的是，在另一些实施例中，光束耦合器11、光纤12和光纤准直器13的顺序可以改变。例如，光纤准直器13与激光光源10连接，光纤准直器13与光纤12连接，光纤12与光束耦合器11连接。

在本实施例中，通过设置光束耦合器11、光纤12和光纤准直器13，激光光源10发射的激光光束通过光束耦合器11进行耦合，然后进入光纤12进行传导，再进入光纤准直器13进行准直后输出，从而提高激光光束功率和效率，从而增强图像亮度。

实施例三

请参阅图6，为本实用新型又一实施例提供的一种液晶显示装置的结构示意图。如图6所示，液晶显示装置100包括激光光源10、反射镜20、驱动装置60、控制器40和显示模组50。

其中，激光光源10、反射镜20、控制器40和显示模组50与实施例一中的结构相同，此处不再赘述。

请一并参阅图7，驱动装置60包括转动单元61和平移单元62。转动单元61与反射镜20连接，平移单元62分别与激光光源10、反射镜20连接，转动单元61和平移单元62均与控制器40连接。转动单元61用于驱动反射镜20相对于显示模组50转动，以使反射镜20所反射的激光光束入射显示模组50的入射点在显示模组50的背面的第一方向上移动。平移单元62用于驱动反射镜20和激光光源10均相对于显示模组50平行移动，以使反射镜20所反射的激光光束入射显示模组50的入射点在显示模组50的背面的第二方向上移动。其中，第一方向可以为显示模组50的水平方向，第二方向可以为显示模组50的竖直方向。通过设置转动单元61和平移单元62，使得激光光束能够通过反射镜20反射到显示模组50，并在显示模组50上进行逐行扫描，避免采用LED光源阵列直投方式，从而解决了显示模组长时间照射而发热的问题。

其中，请一并参阅图8，平移单元62包括第一板部621、第二板部622、连接杆623、滑行件624和驱动件625。第一板部621和第二板部622用于固定于其他元件上，以使第一板部621和第二板部622与显示模组50相对静止。第一板部621开设有第一滑行槽6210，第二板部622开设有第二滑行槽6220，滑行件624的数量有两个，一个滑行件624穿过连接杆623的一端、第一滑行槽6210与激光光源10连接，另一滑行件624穿过连接杆623的另一端、第二滑行槽6220与反射镜20连接，使得两个滑行件624分别在第一滑行槽6210和第二滑行槽6220上滑动时，带动激光光源10和反射镜20同时移动。驱动件625可以为液压气缸，驱动件625与连接杆623固定连接，具体可以为驱动件625与连接杆623的中部连接，驱动件625还与控制器40连接，当控制器40驱动平移单元62运动时，驱动件625驱动连接杆623移动，从而滑动件624分别在第一滑行槽6210和第二滑行槽6220上滑动，从而带动激光光源10和反射镜20同时移动。

在一些其他实施例中，当显示模组50的面积小于或者等于反射镜20的面积时，平移单元62可以只与激光光源10连接，用于驱动激光光源相对于显示模组50平行移动，以使反射镜20所反射的激光光束入射显示模组50的入射点在显示模组50的背面的第二方向上移动。

在本实施例中，液晶显示装置100通过激光光源10发射激光光束至反射镜20，控制器40控制驱动装置30驱动反射镜20转动和平行移动，从而为显示模组50提供背光，减少光源的数量并且避免显示模组长时间照射，解决液晶显示装置容易发热的技术问题，另外，激光光源所输出的激光，激光光束的亮度优于LED光源所输出的光，增强了液晶显示装置的图像亮度。

实施例四

请参阅图9，为本实用新型实施例提供的一种抬头显示系统的结构示意图。如图9所示，该抬头显示系统200包括转折镜片210、凹面反射镜220和上述实施例一、二、三中的任意一个液晶显示装置100。在本实施例中，以实施例一中的液晶显示装置100为例举例说明。

其中，转折镜片210可以为平面反射镜，平面反射镜能够改变光轴的方向，将较长的光路压缩在较小的空间内。转折镜片210设于液晶显示装置100的显示模组50的一侧，转折镜片210用于接收显示模组50发射的图像显示光束，并改变该图像显示光束的方向。

其中，凹面反射镜220设于转折镜片210的一侧，凹面反射镜220用于接收转折镜片210反射的图像显示光束，并放大该图像显示光束并输出。

在本实施例中，当凹面反射镜220输出的图像显示光束投射到显示载体时，人眼可从显示载体上观察到图像。其中，显示载体可以为墙面、地面、玻璃等等。当抬头显示系统200应用于车辆上时，显示载体为挡风玻璃，挡风玻璃用于接收凹面反射镜220放大后输出的图像显示光束，并将该图像显示光束反射至人眼，从而驾驶员能够看到抬头显示系统200产生的图像。

在一些实施例中，抬头显示系统200的视角范围与人眼视度相适应。其中，人眼视度是指人的肉眼可视角度的度数，人眼视觉在10度以内是敏感区，10～20度可以正确识别信息，20～30度对动态东西比较敏感，则抬头显示系统200的视角范围至少需要覆盖人眼视度的10度以上，从而使得用户可以看清楚挡风玻璃上显示的图像内容。

在本实施中，抬头显示系统200通过设置转折镜片210、凹面反射镜220和液晶显示装置100，能够获得亮度高的显示图像，减少光源的数量并且避免显示模组长时间照射，解决液晶显示装置容易发热的技术问题，进而解决了汽车中控空间内的散热问题。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。