CN100582874C - 投影图像或背光的波长转换材料及激发该材料的背光 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用波长转换材料穿过显示器面板投影图像或背光，以及用于激发该波长转换材料的背光。在一种实施例中，一种装置设有显示器面板、波长转换材料和光源。显示器面板设有接收控制信号的接口，该控制信号限定了从显示器面板投影的一个或更多主图像。波长转换材料吸收第一波长的光并发射第二波长的光。波长转换材料限定了当由第一波长的光照明波长转换材料时从显示器面板投影的第二图像。光源使波长转换材料由第一波长的光照明。
Description
技术领域
本发明涉及用波长转换材料穿过显示器面板投影图像或背光，以及用于激发该材料的背光。
背景技术
显示器系统被并入或用于多个设备，包括电视、计算机监视器、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话和手表。对于这些设备，经常需要将更多或更少静态成分并入其投射的图像。静态图像成分可以采取多种形式，包括：公司徽标、电池状态指示器、信号强度指示器、记录指示器、或警告指示器。静态图像成分也可以采取文字和/或图形的图像形式。为了显示这样的指示器，通常必须为显示器系统产生一组新控制信号。有时这可能需要大量的开销。
发明内容
在一种实施例中，一种装置包括显示器面板、波长转换材料和光源。显示器面板具有接收控制信号的接口，该控制信号限定了从显示器面板投影的一个或更多主图像。波长转换材料吸收第一波长的光并发射第二波长的光。波长转换材料限定了当由第一波长的光照明波长转换材料时从显示器面板投影的第二图像。提供光源以使波长转换材料由第一波长的光照明。
另一实施例也包括显示器面板、波长转换材料和光源。显示器面板具有接收控制信号的接口，该控制信号限定了从显示器面板投影的一个或更多主图像。波长转换材料沉积在显示器面板上，其吸收第一波长的光并发射第二波长的光。当波长转换材料由第一波长的光照明时，其穿过显示器面板投影背光。提供光源以使波长转换材料由第一波长的光照明。
在另一实施例中，用于显示器的背光包括提供至少第一波长背光的第一光源和提供第二波长光的第二光源。第二波长对应于波长转换材料的激发波长。背光还包括至少一个机构以独立地激活和停用第一和第二光源。
还公开了其他实施例。
附图说明
本发明的说明性实施例图示于附图中：
图1图示了示例性显示器系统的正视图。
图2图示了图1所示显示器面板和波长转换材料的平面图。
图3图示了衬底的透视图，图1所示光源安装在该衬底上。
图4和图5图示了图1所示波长转换材料的可替换布置；并且
图6图示了波长转换材料给图1所示显示器面板提供附加背光的用途。
具体实施方式
图1图示了示例性显示器系统100的正视图。例如，示出的显示器系统100包括透射式液晶显示器(LCD)面板102和光源104。光源104为显示器面板102提供背光。在另外的实施例中，LCD可以是透射反射式或者甚至是反射式的(在后一种情况，光源104可能被去除)。显示器系统100也可以采取其他形式，例如数字光处理(DLP)光阀系统的形式。
LCD面板可以采取许多形式，但通常包括多个层106-116。例如，LCD面板102包括第一偏振滤波层106、薄膜晶体管(TFT)阵列层108、液晶层110、接地平面层112、红-绿-蓝(RGB)滤波层114、以及第二偏振滤波层116。在一种实施例中，第一偏振滤波层106和TFT阵列层108形成于第一玻璃薄板之上或之中；接地平面层112、RGB滤波层114和第二偏振滤波层116形成于第二玻璃薄板之上或之中。然后将液晶层110夹在这两片玻璃薄板之间。TFT层108、液晶层110、接地平面层112和RGB滤波层114放置为使得每个层都有助于限定红色、绿色和蓝色的图像象素区域阵列。LCD面板102还包括接口118用于接收控制信号，该控制信号限定从显示器面板102投影的一个或更多图像。
在操作时，示例性显示器系统100如下工作。光源104产生的背光被第一偏振滤波层106偏振，以便用偏振光照明TFT阵列108。在同时或大约同时，TFT阵列108接收经过接口118提供的控制信号。响应于控制信号，TFT阵列108的晶体管通电或断电以形成TFT阵列108与接地平面112之间局部电场的图样。根据所要产生的图像，TFT阵列108对于由RGB滤波层114所限定的每个红色、绿色和蓝色象素区域可以产生不同的电场。根据每个局部电场的状态，该场局部的液晶对准或扭曲，从而1)“按现状”使入射背光穿过，或者2)使入射背光旋转多达九十度。根据所用液晶层110的类型，可以对该层的晶体进行偏置以定义“常开”或“常闭”光路。
离开液晶层110的旋转的和未旋转的光照明由RGB滤波层114所限定的相应红色、绿色和蓝色象素区域。注意在某些情况下，RGB滤波层114可以包括分开的红色、绿色和蓝色滤波层。根据第二偏振滤波层116相对于离开液晶层110每个象素区域的光的方向，从RGB滤波层114发射出的一些或所有彩色光可以被第二偏振滤波层116阻断。这样，液晶层将光旋转的角度决定了穿过第二偏振滤波层116的光的数量(即强度)。
通过改变提供给接口118的控制信号，可以从显示器面板102投射连续的图像。
人们可能意识到自显示器面板102投影的图像质量不仅受到显示器面板质量的影响，而且受到光源104提供的背光质量的影响。在这方面，光源104所发射的光可以提供给一个或更多光导120、122，这些光导的光学定位在光源104与显示器面板102之间。例如，示出的显示器系统100包括两个光导120、122。光导120用作混合光源104所发射的光。当光源104包括一个或更多不同颜色(例如红色、绿色和蓝色LED)的发光二极管(LED)时，光导120可能特别有用。在大多数情况中，可望具有混合光源104所发射的光的光导120，使得离开光导120的光近似为白光。
为了将显示器系统100的宽度减至最小，光导122可以堆叠在光导120顶部。于是光导120发射的光可以由例如反射镜124被反射围绕并进入光导122的边缘。光导122可以用于使光导120发射的光均匀化，从而为显示器面板102提供充分均匀的背光照明。优选地，光导122包括变形，其使之可以将接收到的光转向近似垂直于光导的光发射表面(即图1中的顶表面126)的方向。光导122可以以此方式将光的准均匀面(quasi-uniform plane)朝向显示器面板102投影。例如，光导122的变形可以包括：1)光导底表面中的脊，2)嵌入光导的反射性颗粒，3)将光导的顶表面或底表面作粗加工，或者4)形成于光导顶表面上的多个准直透镜。在某些情况下，可以将非镜面反射器置于光导122后面以提高从光导122所发射光的亮度和一致性。Van Hees题为“Compact Illumination Systemand Display Device”、公开No.WO 02/097324A1和Harbers等人的“LEDBacklighting for LCD HDTV”(Journal of the Society for InformationDisplay，2002年，347-350页)提供了光导120、122在结构、使用和定向的进一步的细节。
在诸如图1中所示的显示器系统的使用期间，经常必须将更多或更少的静态图像成分结合到从显示器面板102投影的图像中。静态图像成分实际上可以是文字和/或图形，并可以采取各种形式，包括：公司徽标、电池状态指示器、信号强度指示器、记录指示器、或警告指示器。为了显示这样的图像成分，通常必须为显示器面板102产生一组新控制信号，这可能需要大量开支。因此显示器系统100利用了波长转换材料以限定可从显示器面板102投影的第二图像200。
波长转换材料126用以吸收第一波长的光并发射第二波长的光。这样，当由第一波长的光照明时，波长转换材料126发射第二光波长的光，并因此投影来自显示器面板102的其第二图像。相反地，波长转换材料126可以选择或沉积为使得在没有第一波长的光的情况下，波长转换材料126是透射性的(例如透明的)。
可以提供光源128以使波长转换材料126由第一波长的光照明。如图1和3所示，光源128可以包括一个或更多LED 128a-128d，其安装在同一衬底300上，作为给显示器面板102提供背光的光源104a-104i。参见图3。注意，激发波长转换材料126所需的LED 128a-128d经常少于为显示器面板102提供背光所用的。
波长转换材料126、光导120、122(如果提供了)以及光源128可以选择为使得当光源128被激活时给波长转换材料126提供适当的激发波长。在某些情况下，这可以通过使光源128发射的光能够经过或从四周漏过光导120、122来完成。例如，可以通过打开反射镜124顶部或通过将光源128重新配置在光导122与偏振滤波器106之间而允许光从光导122四周漏过。在其他情况下，光源128可以选择为使其发射这样的光，即当由光导120、122进行改变时，该光波长适合激发波长转换材料126。
在一种实施例中，光源128发射紫外(UV)光，波长转换材料126的激发波长对应于紫外光的波长。在另一实施例中，光源128发射浅蓝色光，波长转换材料126的激发波长对应于该浅蓝色光的波长。在另一实施例中，光源128可以既发射紫外光又发射浅蓝色光，同时波长转换材料126的激发波长对应于紫外光和浅蓝色光的组合。光源128也可以发射组合的浅红色、淡绿色和浅蓝色光，同时波长转换材料126的激发波长对应于浅红色、淡绿色、浅蓝色中的任一种或全部，也可以是某种分量或其混合。
在某些情况下，显示器面板102可以设有滤波层130，经过该层投影第二图像。如果适当地选择，滤波层130可以用来阻止用于激发波长转换材料126的某些或全部光(例如紫外光)的通行。尽管图1示出滤波器130的一个位置，其可以置于波长转换材料126的光学“下游”的不同位置。根据用于激发波长转换材料126的光波长，RGB滤波层114也可以用作阻止激发光。
在一种实施例中，波长转换材料126是磷光性(phosphorescent)的，包括任何一种或更多有机或无机荧光物质。反过来，无机荧光物质可以包括传统的荧光物质或量子点/纳米荧光物质。无机荧光物质包括但不限于基于石榴石的荧光物质、基于氧化物的荧光物质、基于硫化物的荧光物质、正硅酸盐、硅酸盐以及硫代镓酸盐(Thiogallate)，包括下列的可以单独或组合使用以限定图像的具体荧光合成物：
红色荧光物质：SrS、ZnSe、CaS、(Zn、Cd)S、CdS、Mg4GeO5.5F:Mn4+、Y2O2S:Eu
橙色荧光物质：ZnSeS
绿色荧光物质：SrGa2S4、BaGa4S7、ZnS
蓝色荧光物质：BaMg2Al16O27
黄色荧光物质：Y3Al5O12(YAG)、Tb3Al5O12(TAG)
例如，如果波长转换材料126包括红色和绿色荧光物质、橙色和绿色荧光物质，或者红色、蓝色和绿色荧光物质的组合，可以使其发射白光。
优选地，波长转换材料126沉积在显示器面板102上，但是其也可以沉积在光导120的光发射表面132上(参见图4)，或者沉积在置于光导与显示器面板之间的分开的薄片或结构(未示出)上。如果沉积在显示器面板102上，波长转换材料126可以沉积到多种位置。在一种实施例中(见图1)，波长转换材料126沉积在位于显示器面板102的第一偏振滤波层和液晶层106、110之间的显示器面板102的表面上。在另一实施例中，波长转换材料126沉积在离光源比液晶层更远的显示器面板层上(例如显示器面板102的外部表面；见图5)。注意，当波长转换材料126位于偏振滤波层106的光接收一侧的时候，其发射的光在穿过液晶阵列110的适当路径“打开”时只从显示器面板102投影。
为了有助于波长转换材料126的沉积和保持，其可以与一种或更多其他材料混合，例如硅酮、环氧树脂、玻璃、硅酮和环氧树脂混合物、或者紫外固化环氧树脂(UV curable epoxy)。该材料126也可以与紫外抑止剂混合，以减轻由于任何用于激活材料126的紫外光源(或任何外部紫外光)所引起的显示器系统100降解。该材料126也可以与扩散媒介混合以便使材料126所发射的光分散。
实际上，波长转换材料126投影的第二图像200可以叠加到显示器面板102产生的主图像202上。见图2。在显示器面板102的使用期间可以用一种机构例如硬件(例如传感器)、固件、软件或用户操作的按钮激活和停用光源128。优选地，为了独立激活光源104、128而提供一种或更多机构。此外，优选地，两个光源104、128发射的光波长有足够差别，使得当只有光源104激活时波长转换材料126不激发并基本透明。
在一种实施例中，光源128发射的光可以照明显示器面板102的大部分或者全部。在另一实施例中，光源128可以定位或配置为只照明显示器面板102的一个区域，该区域与波长转换材料126所限定的区域基本重合。
尽管上面讨论的实施例将波长转换材料126描述为形成图像200，也可以将波长转换材料600以均匀、半透明镀膜的方式应用到显示器面板102。见图6。照这样，材料600可以用于穿过显示器面板102投影附加的背光(在某些情况下，材料600可以用于给另一种形式的背光例如RGB或白色LED背光提供色调或改变其色点)。
例如，用于提供背光和激发第二图像的光源104、128已被公开为LED。在可替换实施例中，光源104、128可以采取其他半导体光源(例如激光二极管)、灯泡(例如冷阴极荧光灯(CCFL))、或其某些组合的形式。
此公开是提交于2005年4月18日的共同待决的美国专利申请No.11/109,247的部分继续申请，其全部公开内容以参考方式合并于此。
Claims (25)
1.一种装置，包括：
显示器面板，该显示器面板具有接收控制信号的接口，所述控制信号限定了从所述显示器面板投影的一个或更多主图像；
波长转换材料，该波长转换材料吸收第一波长的光并发射第二波长的光，所述波长转换材料限定了当由所述第一波长的光照明所述波长转换材料时从所述显示器面板投影的第二图像；
光源，该光源使所述波长转换材料由所述第一波长的光照明，所述光源包括发光二极管；以及
第二光源，该第二光源为所述显示器面板提供第三波长的背光，所述第二光源包括发光二极管，所述第三波长的背光用于投影所述一个或更多主图像，
其中，所述光源的发光二极管和所述第二光源的发光二极管安装在同一衬底上，所述光源的发光二极管少于所述第二光源的发光二极管。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述波长转换材料沉积在所述显示器面板上。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述显示器面板包括了包括第一偏振滤波层、第二偏振滤波层和液晶层的多个层；其中所述第一偏振滤波层位于比所述液晶层更靠近所述光源处，所述第二偏振滤波层位于比所述液晶层更远离所述光源处；且所述波长转换材料沉积在位于所述第一偏振滤波层与所述液晶层之间的所述显示器面板表面上。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述显示器面板包括多个层；且其中所述波长转换材料沉积在离所述光源比液晶层更远的所述显示器面板层上。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述显示器面板包括了包括滤波层的多个层，所述第二图像穿过所述滤波层投影；且其中所述滤波层阻止至少一些所述第一波长的光通过。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或更多光导，所述光导的光学定位在所述光源与所述显示器面板之间。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源发射紫外光；且其中所述第一波长的光是紫外光。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源发射浅红色、淡绿色和浅蓝色光；且其中所述第一波长的光是所述浅红色光、淡绿色光、浅蓝色光中的任一种，或由其中多种混合所得的光。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源发射浅蓝色光；且其中所述第一波长的光是浅蓝色光。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源发射紫外和浅蓝色光；其中所述第一波长的光是紫外光；且其中所述波长转换材料还吸收所述浅蓝色光并发射所述第二波长的光。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述波长转换材料是磷光性的。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述波长转换材料包括传统荧光物质、量子点荧光物质或纳米荧光物质的图样。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述波长转换材料与下列a)至e)中的任一项混合：
a)硅酮、
b)环氧树脂、
c)玻璃、
d)硅酮和环氧树脂的混合物、
e)紫外固化环氧树脂。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述波长转换材料与紫外抑止剂混合。
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述波长转换材料与扩散媒介混合。
16.根据权利要求1所述的装置，还包括在使用所述显示器面板期间激活和停用所述光源的机构。
17.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二图像是公司徽标。
18.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二图像是电池状态指示器。
19.根据权利要求1所述的装置，还包括：
至少一种机构，该机构用于独立激活和停用所述光源和所述第二光源。
20.根据权利要求1所述的装置，其中所述显示器面板是液晶显示器面板。
21.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源照明所述显示器面板的一个区域，所述区域与所述波长转换材料所限定的区域基本一致。
22.根据权利要求1所述的装置，还包括光导，该光导i)接收所述光源和所述第二光源发射的光，ii)改变所述光源发射的光的背光质量，iii)使所述第二光源发射的光通过。
23.一种装置，包括：
显示器面板，该显示器面板具有接收控制信号的接口，所述控制信号限定了从所述显示器面板投影的一个或更多主图像；
波长转换材料，该波长转换材料以均匀、半透明镀膜的方式沉积在所述显示器面板上，其吸收第一波长的光并发射第二波长的光，当所述波长转换材料由所述第一波长的光照明时，所述波长转换材料投影穿过所述显示器面板的背光；
光源，该光源使所述波长转换材料由所述第一波长的光照明，所述光源包括发光二极管；以及
第二光源，该第二光源为所述显示器面板提供第三波长的背光，所述第二光源包括发光二极管，所述第三波长的背光用于投影所述一个或更多主图像，
其中，所述光源的发光二极管和所述第二光源的发光二极管安装在同一衬底上，所述光源的发光二极管少于所述第二光源的发光二极管。
24.根据权利要求23所述的装置，还包括在使用所述显示器面板期间激活和停用所述光源的机构。
25.根据权利要求23所述的装置，还包括光导，该光导i)接收所述光源和所述第二光源发射的光，ii)改变所述光源发射的光的背光质量，iii)使所述第二光源发射的光通过。
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