CN101390004A - 具有改善的色均匀度的多色led阵列 - Google Patents

Abstract

背光源在混合室内使用红色、绿色和蓝色LED阵列。该混合室具有反射表面和用于照射LCD层的顶部开口。LED以红色、绿色和蓝色LED组成的簇排列，其中在背光源内使用了至少两种类型的簇用以改善整个LCD屏上的色均匀度。两个簇一组的例子是RGBBGR和BGRRGB，GRBRG和RGBGR。在一个实施例中，一种类型的簇形成阵列中交替的行，另一种类型的簇形成插入的行。在另一个实施例中，这些簇类型在行内交替，并且这些簇类型在列内交替，象西洋跳棋盘一样，用以改善色均匀度。在一个实施例中，存在奇数个行，以使相同的簇类型位于阵列的四个角上。流到红色、绿色和蓝色LED的电流调节显示器的白点。

Description

具有改善的色均匀度的多色LED阵列

技术领域

本发明涉及使用多色发光二极管(LED)的照明器件，尤其涉及用于在诸如液晶显示器(LCD)的背光源(backlight)这样的照明器件的整个发光区域上获得更好的色均匀度(color uniformity)的技术。

背景技术

液晶显示器(LCD)通常用于便携电话、个人数字助理、膝上型电脑、台式监视器、以及电视应用中。本发明一个实施例涉及一种需要背光照明的彩色透射型LCD，其中背光源可包括红色、绿色、和蓝色LED。

图1是包括背光源12的彩色透射型LCD 10的截面图。该背光源包含红色、绿色和蓝色LED 14形成的阵列，它们组合的光形成白光。

理想地，背光源12给显示器的背面提供均质光。在浅的背光盒(backlight box)中利用物理上间隔开的LED提供均质白光是非常困难的。背光盒具有用以混合红光、绿光和蓝光的漫反射的底部和侧壁。内表面可以漆成白色。诸如漫射器这样的混合光学装置(mixing optics)16改善了颜色的混合。

在混合光学装置16上面是常规的LCD层18，其通常包括偏振器、RGB滤光器、液晶层、薄膜晶体管阵列层、和基平面(ground plane)层。通过选择性地激励在各像素位置的薄膜晶体管而在各像素位置产生的电场导致液晶层在各像素位置改变白光的偏振。RGB滤光器仅允许白光中的红色、绿色或者蓝色成分在对应的RGB像素位置处被发射。LCD是众所周知的，不需要对其作进一步的描述。

随着LED技术的改进，LED的光输出和功率效率在增加，因此需要更少的LED提供LCD所需要的光输出。使用更少的LED通常降低了背光源的成本。增加LED的间距使得在整个LCD屏幕上提供足够的色均匀度更为困难，尤其用相对较浅的背光盒时。

因此，需要新的技术来改善在整个LCD上使用LED的背光源的色均匀度。

发明内容

这里描述了各种为构建用于背光照明LCD的改进的背光源的技术。在一个实施例中，该背光源在混合室内使用红色、绿色和蓝色LED阵列。该混合室具有反射壁、反射底面、和用于照射叠置于该混合室上的LCD层的发光顶区。

背光源内的LED布置成簇(cluster)。在一个例子中，每个簇都具有六个LED：两红、两绿和两蓝，并且对32英寸的电视屏来说，这些簇形成6×5的阵列。描述了簇内各种RGB LED串(sequence)。也描述了其它尺寸的簇和阵列。

在一个实施例中，使用了两种类型的簇，并且每簇都具有相同数目的RGB LED，以便具有相同的白点(white point)。在同一行内的所有簇都是相同的。这些行在第一类型的簇和第二类型的簇之间交替，以提高色均匀度。在一个实施例中，簇内的串是对称的。在另一个实施例中，簇内的串是不对称的。优选的是，行的数目是奇数以便四个角的每一个角都具有相同的簇。

在另一个实施例中，每行中具有两种类型的簇，并且这些簇是交替的。沿列排列的簇也是交替的，以形成簇的西洋跳棋盘(checkerboard)图案。这也提高了整个LCD上的色均匀度。

为实现显示器制造商所规定的任何想要的白点，可以对多色LED的布置、选择、和控制进行调整。

附图说明

图1是使用了白光源的现有技术彩色透射型LCD的截面图。

图2是用于LCD的背光源的顶视图，其示出根据本发明一个实施例的LED的布置。

图3是用于LCD的背光源的顶视图，其示出根据本发明一个实施例的LED的另一布置。

图4是用于LCD的背光源的顶视图，其示出根据本发明一个实施例的LED的另一布置。

图5是使用了有创造性的背光源的LCD(诸如电视或者监视器)的截面图。

具体实施方式

本发明的实施例提供了在大区域上的改善的色均匀度。本发明实施例的应用包括一般性的照明和背光照明。

图2是包含了LED阵列的背光源20的一部分的顶视图。图2中的背光源，以及其它所述背光源，可以取代图1中的背光源12。LED布置成簇。尽管簇之间显示有间隔，但是也可以在单行内的所有的LED等间隔，在簇之间没有另外的间隔。在一个实施例中，簇中LED的间距为大约10—15mm。可将LED装在印刷电路板条(strip)上，并将该电路板固定到背光腔室的底表面。

该背光源可由铝片形成，并且对其内壁21和基底22涂以诸如白漆这样的漫反射材料。各种类型的反射材料在市场上可购得且是众所周知的。在另一个实施例中，对侧壁覆以镜面膜(specularfilm)。在一个实施例中，该背光源的深度为25—40mm。

第一簇类型24由六个LED：RGBBGR的串组成。该图案是对称的。申请人发现具有相同数目的每种颜色的LED的对称簇比诸如RGBRGB等这样的不对称簇提供更好的色均匀度。

在图2中，同一簇类型24(RGBBGR)沿着第一行重复。在一个例子中，对于32英寸的TV屏来说，一行内具有六个簇24。在第二行内，首尾相连地布置了不同的一组簇26，每个簇26具有串BGRRGB。在两个簇24和26内都有相同数目的红色、绿色和蓝色LED，因此从簇24到簇26总的白点不会发生改变。由于同一颜色的LED在列上没有正好对准，所以与在每行内都采用相同的簇的布局相比，颜色混合得更好。

在上面的例子中，簇内位于2和5位置的LED在这两个簇类型之间没有改变位置。在簇类型之间，位置1和3上的LED调换，并且位置4和6上的LED调换。这种特定的图案变化是有利的，因为，在最上一行内，两红和两蓝沿着这一行成组在一起，而绿是分开的。同一颜色的两个LED放在一起对颜色的混合是有害的，但是在具有相等数目的LED颜色的对称簇的图案中这是不可避免的。在具有簇26的下一行中，两红和两蓝与顶行内的两红和两蓝没有对准，因而防止了红色和蓝色的集中。

簇24和26的行交替排列。在32英寸TV屏的例子中，有5行(总共180个LED)。行的数目取决于所用的特定的LED、背光源的尺寸、以及背光源的光输出规格。在背光的四个角上具有相同类型的簇是有益的，这使得每个角上的颜色相同。这通过使行的数目为奇数来实现。

在图2的背光中可以使用的其它簇类型包括：按行交替的RBGGBR和GBRRBG的簇类型；或者按行交替的GRBBRG和BRGGRB的簇类型。对于附加的颜色混合，可以在背光源中使用多于两种类型的簇。还可以使用多于六个LED的簇。

尽管这些例子示出的是按行和列布置的LED，但是也可以使用其它的图案。这种图案包括Z字形、波形、圆形、和多边形图案。每个簇也可以为除了直线之外的其它形状，诸如圆形、多边形等等。

图3示出了使用了对称簇的背光源的另一个实施例。为了改善色均匀度，使用了两种簇类型。为改善颜色的混合，这些簇类型在单行和单列内交替，象西洋跳棋盘图案一样。在图3的例子中，第一簇类型30是RGBGR，而第二簇类型32是GRBRG，两者产生相同的白点。由于在屏幕的每个角上具有相同的簇类型是有益的，所以行和列的数目应该为奇数。在一个实施例中，对32英寸的TV屏来说，有7列和5行。

相同的西洋跳棋盘图案能够按照如上所述的任何一种6-LED簇来构造，以进一步改善色均匀度。

具有六个LED、其中两个LED为相同颜色的簇比具有四个或者五个LED、其中没有冗余(redundant)的LED颜色的簇提供更高的可靠性。在RGB成分之一仅由单个LED提供的簇中，LED的故障，包括亮度的显著降低，对该簇颜色的输出具有明显的影响，这导致整个LCD上颜色的不均匀。在一个六个LED形成的簇中的一个LED的故障将具有少得多的不利影响。

图4示出使用了不对称簇的背光源的另一个实施例。已经发现，不对称簇比对称簇提供的色均匀度要低，但是，在某些情形下，为了减少LED的数目或者改善整个功率效率(power efficiency)，使用不对称簇来作为一种折衷。如图3中所示的，为改善颜色的混合，所述簇类型在单行和单列内象西洋跳棋盘图案一样交替排列。在图4的例子中，第一簇类型36是RGBR，而第二簇类型38是RBGR，两者产生相同的白点。为了使屏幕的每个角上都具有相同的簇类型，应该具有奇数的行和列。在一个实施例中，32英寸的TV屏具有9列和5行。

上面的实施例相对于受让给Lumileds Lighting，LLC的美国专利申请公开2005/0001537A1所描述的LED布局作出了改进，在该申请中，形成整行的一条LED是颠倒的，用以交替行。这种技术只是简单地颠倒LED的次序，而在所有的行内使用同样的LED簇。在申请人的布置中，在背光中使用了多种簇类型。

背光源的白点可以通过控制到每个LED颜色的电流来控制。可将单个颜色的LED以串联和并联的组合进行连接，并且可将其连接到可控制的电流源。为了最好的色均匀度，所有的同种颜色的LED应该具有相似的通量(flux)和色点(color point)，以使各个簇的色输出基本上一样。这样所有簇的白点就能够通过控制流向红色、绿色和蓝色LED的电流来调整。

图5示出诸如电视、监视器、或者其它彩色显示器这样的LCD 50。LCD层52和混合光学装置54可以与图1中的一样。背光源56是根据本发明的背光源。红色、绿色和蓝色LED的驱动器58控制背光源56的总量度和白点。视频信号被馈送到LCD控制器60，该控制器60将信号转换到用于薄膜晶体管阵列的XY控制信号，以便控制液晶层的RGB像素区域。液晶层的RGB像素区域选择性地将光从背光源56传递到LCD层52中的RGB滤光器。LCD层52的顶部可以是具有RGB像素的电视或者监视器的显示屏。

还可以在LCD 50中使用不是红色、绿色和蓝色的其它颜色的LED来产生白光。

已经对本发明进行了详细的描述，本领域技术人员会理解，给出这里公开的内容，在不脱离这里所述的精神和发明构思的情况下，可以对本发明作出修改。因此，无意将本发明的范围限定在图示和描述的具体的实施例中。

Claims (23)

1.一种发光器件，包括：

具有侧壁和底表面的光混合腔室；和

在该混合腔室内布置成阵列的多个红色、绿色、和蓝色发光二极管(LED)；

该LED成簇布置，该簇包括至少第一类型和第二类型，第一类型和第二类型具有相同数目的LED和相同比率的红色、绿色和蓝色LED。

2.如权利要求1所述的器件，其中在该阵列中仅仅有两种类型的簇。

3.如权利要求1所述的器件，其中该簇布置成行和列。

4.如权利要求3所述的器件，其中仅仅第一类型的簇形成第一组行，仅仅第二类型的簇形成第二组行。

5.如权利要求4所述的器件，其中第二组行内的行插在第一组行内的行之间。

6.如权利要求5所述的器件，其中有奇数个行，使得仅仅第一簇位于该阵列的四个角的每一个角上。

7.如权利要求3所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇在单行中交替。

8.如权利要求7所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇在单列中交替，以使在该阵列中同一类型的簇在单行或单列中彼此不相邻。

9.如权利要求1所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇选自由RGBBGR和BGRRGB组成的组中。

10.如权利要求1所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇选自由RBGGBR和GBRRBG组成的组中。

11.如权利要求1所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇选自由GRBBRG和BRGGRB组成的组中。

12.如权利要求1所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇选自由GRBRG和RGBGR组成的组中。

13.如权利要求1所述的器件，其中第一类型和第二类型的簇包括具有偶数个LED的LED串，该串关于该簇的中线是对称的。

14.如权利要求1所述的器件，其中第一类型和第二类型的簇包括具有奇数个LED的LED串，该串关于该簇的中线是对称的。

15.如权利要求1所述的器件，其中第一类型和第二类型的簇包括LED串，该串相对于该簇的中线是不对称的。

16.如权利要求1所述的器件，还包括叠置于该混合腔室上的液晶层，用于选择性地控制显示屏中的红色、绿色和蓝色像素。

17.如权利要求16所述的器件，其中该显示屏是电视屏。

18.如权利要求1所述的器件，其中第一类型的簇和第二类型的簇每个都具有由两个红色的、两个绿色的和两个蓝色的LED组成的六个LED，其中第一类型在该簇中具有在位置1、2、3、4、5和6的LED，其中第二簇具有位置1、2、3、4、5和6，并且其中在第一类型中的位置1和3的LED对于第二类型是调换的，并且在第一类型中的位置4和6的LED对于第二类型是调换的。

19.一种背光照明显示器的方法，包括：

提供以阵列方式布置在光混合腔室中的多个红色、绿色和蓝色发光二极管(LED)，该LED布置成簇，所述簇包括至少第一类型和第二类型，第一类型和第二类型具有相同数目的LED和相同比率的红色、绿色和蓝色LED；

激励这些LED簇；

在所述混合腔室中混合从这些簇发出的红光、绿光和蓝光；

在所述混合腔室上提供至少一个液晶层；并且

控制所述至少一个液晶层，以控制红色、绿色和蓝色显示像素的亮度。

20.如权利要求19所述的方法，其中这些簇按行和列布置，其中仅仅第一类型的簇形成第一组行，而仅仅第二类型的簇形成第二组行，并且其中第二组行中的行插在第一组行中的行之间。

21.如权利要求20所述的方法，其中存在奇数个行，使得仅仅第一簇位于该阵列的四个角的每个角上。

22.如权利要求19所述的方法，其中这些簇按行和列布置，其中第一类型的簇和第二类型的簇在单行中交替，并且其中第一类型的簇和第二类型的簇在单列中交替，以使在该阵列中同一类型的簇在单行或者单列中彼此不相邻。

23.如权利要求19所述的方法，其中第一类型的簇和第二类型的簇选自由RGBBGR和BGRRGB；RBGGBR和GBRRBG；GRBBRG和BRGGRB；GRBRG和RGBGR组成的组。

Images