消除激光画面散斑的多孔砂芯和激光液晶显示器技术领域
本发明涉及一种应用于激光显示器中的激光散斑消除器件，还涉及应用该器件的
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。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种消除激光画面散斑的多孔砂芯和激光液晶显示器，
多孔砂芯能够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，应用多孔砂芯的激光液晶显示器可有效消除液晶显示器的屏幕激光散
斑。
一种消除激光画面散斑的多孔砂芯，由一种以上折射率大于1的材料颗粒构成，颗
粒材料外形的最大尺寸小于10mm；颗粒材料之间使用烧结或粘接方法具有孔隙的结构，颗
粒材料之间无序堆叠后形成无序的孔隙；颗粒材料之间的堆叠孔隙的最大尺寸小于10mm。
进一步地，所述颗粒材料之间的孔隙由气体或液体填充。
进一步地，所述多孔砂芯由多种折射率不同的颗粒材料按照质量百分比混合烧结
或粘接形成。
进一步地，所述多孔砂芯由两种不同折射率颗粒材料分别制成的多孔砂芯堆叠或
粘接形成一种复合折射率多孔砂芯。
进一步地，所述多孔砂芯经过切割或打磨形成显示器照明需要几何形状的宏观器
件。
进一步地，所述多孔砂芯为烧结玻璃砂芯或粘接石英砂芯。
进一步地，所述烧结玻璃砂芯的成分为石英、透明氧化铝陶瓷、透明氧化镁陶瓷、
透明三氧化二钇陶瓷、透明氟化钙陶瓷、透明氧化铍陶瓷、透明三氧化二钆陶瓷、透明氧化
钙陶瓷、透明氧化钍陶瓷、透明锆钛酸铅镧陶瓷、透明氮化铝陶瓷、透明硫化锌陶瓷、透明硒
化锌陶瓷或透明氟化镁陶瓷颗粒中的一种或一种以上的组合物。
进一步地，所述粘接石英砂芯由颗粒成分和粘接成分组成，颗粒成分为聚甲基丙
烯酸甲脂、聚碳酸酯、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚砜类塑料、苯乙烯甲基丙烯酸、甲酯
共聚物、烯丙基二甘碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯酯、聚酯化合物、
石英、透明氧化铝陶瓷、透明氧化镁陶瓷、透明三氧化二钇陶瓷、透明氟化钙陶瓷、透明氧化
铍陶瓷、透明三氧化二钆陶瓷、透明氧化钙陶瓷、透明氧化钍陶瓷、透明锆钛酸铅镧陶瓷、透
明氮化铝陶瓷、透明硫化锌陶瓷、透明硒化锌陶瓷或透明氟化镁陶瓷颗粒中的一种或一种
以上的组合物；
粘接成分为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、有机硅、聚酰亚胺、双马来
酰亚胺、烯丙基树脂、呋喃树脂、氨基树脂、醇酸树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、
丙烯酸树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、聚苯醚、氟树脂、聚苯硫醚、聚砜、聚酮
类、聚苯酯、液晶聚合物、硅酸盐、磷酸盐和磷酸-氧化铜、纤维素酯、烯类聚合物聚乙酸乙烯
酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙
烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的一种或一种以上的组合物。
进一步地，所述多孔砂芯与激光源组成无散斑效应的液晶显示器背照明光源，多
孔砂芯与激光源之间还存在光学器件和导光器件，光学器件为凹透镜、凸透镜、棱镜、曲面
镜、反射镜或微透镜；导光器件为：光纤、导光板或导光棒。
进一步地，所述多孔砂芯与激光源外周存在反光/聚光结构。
一种消除激光画面散斑的液晶显示器，该液晶显示器包括多孔砂芯、激光源、反射
膜、匀光膜、匀光板、增亮膜、偏光膜、液晶显示屏和背光罩；
所述液晶显示屏和内部粘贴反射膜的背光罩构成一个带有反光/聚光结构的光学
腔体，所述多孔砂芯和激光源呈阵列固定安装在背光罩与液晶显示屏相对的内表面上，一
个多孔砂芯至少和一个激光源对应；所述液晶显示屏的内表面上安置有偏光膜、增亮膜、匀
光膜和匀光板。
进一步地，所示激光源为可见光激光器或可见光半导体激光器。
进一步地，所述可见光半导体激光器的波长为400～470nm、500～540nm或600～
670nm。
有益效果：
1、本发明的多孔砂芯作为激光散斑消除器件与现有激光显示散斑消除器件相比
具有体积最小、重量最轻、价格最低廉、获取最方便、安装最方便、结构最简单、无振动、无噪
声、无磨损、使用寿命长、砂芯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。
2、与现有平板液晶显示器相比，本发明的平板液晶显示器由于使用了RGB三基色
半导体激光器作为光源可有效扩大显示的色域覆盖率。
附图说明
图1-3为多孔砂芯与激光光源组成的液晶显示器背照明光源结构示意图；
图4为本发明激光液晶显示器的结构示意图；
图5为图4的仰视图；
图6为多孔砂芯应用于激光投影机的结构示意图。
其中，1-多孔砂芯、2-可见光激光器、3-反光/聚光结构、4-反射膜、5-匀光膜、6-偏
光膜、7-增亮膜、8-液晶显示屏、10-背光罩、11-凹透镜、12-光学整形镜、13-投影机结构件、
14-可见光激光器模组、15-光纤束、16-光纤集束头、17-RGB三基色激光器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种消除激光画面散斑的多孔砂芯，由一种以上折射率大于1的材
料颗粒构成，颗粒材料外形的最大尺寸小于10mm；颗粒材料之间使用烧结或粘接方法具有
孔隙的结构，颗粒材料之间无序堆叠后形成无序的孔隙；颗粒材料之间的堆叠孔隙的最大
尺寸小于10mm；颗粒材料之间的孔隙由气体或液体填充，如空气、氮气、二氧化碳、水或乙
醇；最终，多孔砂芯经过切割或打磨形成显示器照明需要几何形状的宏观器件。多孔砂芯为
烧结玻璃砂芯或粘接石英砂芯。
此外，多孔砂芯还可以由两种不同折射率颗粒材料分别制成的多孔砂芯堆叠或粘
接形成一种复合折射率多孔砂芯。
实施例1
如附图1所示，采用烧结玻璃砂芯制成的多孔砂芯1、可见光激光器2、反光/聚光结
构3和液晶显示器背光罩10可构成无散斑效应的液晶显示器背照明光源。
可见光激光器2用于输出激光光束，且在所述可见光激光器2的出光口2mm处安置
多孔砂芯1，其输出的激光光束的光斑面积小于多孔砂芯1的面积；多孔砂芯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的底部射到烧结玻璃砂芯1上。经过多孔砂
芯1的N(N≥1)次反射、透射的发散激光由聚光/反光结构3的聚光/反射后出射聚光/反光结
构3成为液晶显示器的背照明光源。
本实施例中多孔砂芯1的成分还可以为石英、透明氧化铝陶瓷、透明氧化镁陶瓷、
透明三氧化二钇(Y2O3)陶瓷、透明氟化钙陶瓷、透明氧化铍陶瓷、透明三氧化二钆(Gd2O3)
陶瓷、透明氧化钙陶瓷、透明氧化钍(ThO2)陶瓷、透明锆钛酸铅镧陶瓷、(PLZT)陶瓷、透明
AlN陶瓷、透明ZnS陶瓷、透明ZnSe陶瓷或透明MgF2陶瓷颗粒中的一种或一种以上的组合物。
实施例2
如附图2所示，采用粘接石英砂芯制成的多孔砂芯1、三个RGB三基色激光器17、聚
光/反光结构3、液晶显示器背光罩10构成另一种无散斑效应的液晶显示器背照明光源。
RGB三基色激光器17用于输出三基色激光光束，RGB三基色激光器17发射的三色激
光束照射到同一个多孔砂芯1上，RGB三基色激光器17与多孔砂芯1的外部被聚光/反光结构
3所包围；照射到多孔砂芯1上的RGB三基色激光经过多孔砂芯1的折射、反射后形成向空间
360°发散的白光，一部分混合后的白光被聚光/反光结构3向液晶显示屏反射，一部分混合
后的白光直接射向液晶显示屏，形成液晶显示器所需的白色照明背光。
本实施例中多孔砂芯1的成分还可以为玻璃、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚碳酸酯
(PC)、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚砜类塑料(PSU)、苯乙烯甲基丙烯酸、甲
酯共聚物、烯丙基二甘碳酸酯、CR39、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS)、苯乙烯-丁二烯-丙烯酯
(ABS)、聚酯化合物(PET)、石英、透明氧化铝陶瓷、透明氧化镁陶瓷、透明三氧化二钇(Y2O3)
陶瓷、透明氟化钙陶瓷、透明氧化铍陶瓷、透明三氧化二钆(Gd2O3)陶瓷、透明氧化钙陶瓷、
透明氧化钍(ThO2)陶瓷、透明锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)陶瓷透明AlN陶瓷、透明ZnS陶瓷、透明
ZnSe陶瓷或透明MgF2陶瓷颗粒中的一种或一种以上的组合物。
实施例3
如附图3所示，采用光学陶瓷烧结砂芯制成的多孔砂芯1与可见光激光器2之间的
光路上设置凹透镜11，同样能够构成无散斑效应的液晶显示器背照明光源。
实施例4
如附图4和5所示，本发明还提供了一种消除激光画面散斑的液晶显示器，该液晶
显示器包括多个聚碳酸酯粘接砂芯成分的多孔砂芯1、可见光激光器2、反射膜4、匀光膜5、
增亮膜6、偏光膜7、液晶显示屏8和背光罩10；
液晶显示屏8和背光罩10构成一个光学腔体，反射膜4粘接在背光罩10的内表面，
多孔砂芯1和可见光激光器2呈阵列固定安装在背光罩10与液晶显示屏8相对的内表面上，
多孔砂芯1和可见光激光器2一一对应；液晶显示屏8的内表面上依次粘接偏光膜7、增亮膜
6、匀光膜5和匀光板，匀光板在图中未示出。
使用液晶显示器背光罩10作为多个可见光半导体激光器2及多个多孔砂芯1的聚
光/反光结构3使用。多个多孔砂芯1、多个可见光半导体激光器2、反射膜4安置在其内。可见
光半导体激光器2出射的激光光束照射到多孔砂芯1上，经过多孔砂芯1的N(N≥1)的反射、
透射后形成空间360°散射光源，多种波长的发散激光经过反射膜4、匀光膜5、增亮膜6、偏光
膜7、的反射、折射最终出射液晶显示屏9成像。
本实施例中多孔砂芯1的成分还可以玻璃、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚碳酸酯
(PC)、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚砜类塑料(PSU)、苯乙烯甲基丙烯酸、甲
酯共聚物、烯丙基二甘碳酸酯、CR39、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS)、苯乙烯-丁二烯-丙烯酯
(ABS)、聚酯化合物(PET)颗粒制成的单纯粘接砂芯；也可为多种单纯粘接砂芯的堆叠物；也
可为上述材质颗粒的多种混合物粘接成的砂芯；粘接剂使用环氧树脂，还可使用酚醛树脂、
不饱和聚酯、聚氨酯、有机硅、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、烯丙基树脂、呋喃树脂、氨基树脂、
醇酸树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑
性聚酯、聚苯醚、氟树脂、聚苯硫醚、聚砜、聚酮类、聚苯酯、液晶聚合物、硅酸盐、磷酸盐和磷
酸-氧化铜、纤维素酯、烯类聚合物聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚
醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的一
种或一种以上的组合物。
实施例5本发明还提供了一种消除激光画面散斑的激光投影机，该激光投影机包
括多孔砂芯1、聚光/反光结构3、光学整形镜12、投影机结构件13、可见光激光器模组14、光
纤束15和光纤集束头16；
光纤集束头16和多孔砂芯1固定安装在投影机结构件13上，多孔砂芯1位于光纤集
束头16的光路上，聚光/反光结构3将多孔砂芯1合围在几何中心位置，光学整形镜12固定在
聚光/反光结构3上并位于多孔砂芯1的上方，可见光激光器模组14通过光纤束15与光纤集
束头16连接。
可见光激光器模组14发出的激光通过光纤束15照射到多孔砂芯1上，激光束经过
多孔砂芯1的散射使激光束产生空间相位差，从而使激光散斑消除，激光束经过多孔砂芯1
散射后，形成类似于高压汞灯的360度点光源，配合聚光/反光结构3和光学整形镜12形成一
种新的激光投影机光源。该光源相对于现有的高压汞灯投影机光源来说，扩大了显示的色
域，减小了光源的发热量，延长了光源的使用寿命，降低了光源的功耗。与现有的激光投影
机光源相比，本发明能够完全消除激光画面散斑，未改变现有投影机的光路设计，能够降低
整机生产成本。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的
保护范围之内。