CN106292075A - 一种具有夜视兼容的液晶显示led背光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有夜视兼容的液晶显示LED背光系统，光源采用由RGB三色LED和特殊光源组成的光源阵列，特殊光源发出夜视仪敏感的光线成份，电路部分分别为各种LED提供电流，以控制发出光线的强弱。本方案的有益效果是：结构简单，生产工艺简单，光利用率高、色度调节灵活、兼容效果好、成本较低，能够保证裸眼和通过夜视仪同时看清显示屏上的信息，并且对屏幕的色域影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示技术，具体就是一种夜视兼容的LED光源背光系统。
背景技术
随着液晶显示技术的不断发展，液晶显示技术现在已经成为平板显示的主流技术。用于野外特殊领域的液晶显示屏不仅需要满足功耗小、亮度高、可靠性高，强光下可直视等优点外，还需要与夜视成像系统兼容。夜视兼容技术的实质是指设备在夜间时不会发出干扰夜视仪的光和能量，夜视兼容技术是安全实现夜视化的重要保证。驾驶舱会不可避免地装配有显示屏，操作人员需要不断观察显示屏上显示的信息，这些显示屏除了辐射可见光外，在红外区域还有较高的能量辐射。尽管在夜间显示屏发出的光线大大减少，但它们辐射的红外光或红光与夜视仪光谱响应区重叠，这些光线可对光灵敏度极高的夜视仪产生干扰，就如同人眼在强光刺激下会看不清事物一样，会严重干扰夜视仪的使用，甚至有可能导致夜视仪的像增强管在瞬间烧损，极大地降低了夜视仪的性能，乃至使其完全丧失夜视功能。实现显示屏的夜视兼容技术就是在夜晚显示屏工作的时候，其发出的光线不应该与夜视成像系统相干扰，并且能保持裸眼可视。
在现有技术中虽然通过降低背光源的发光功率，也可以减少背光源发出的可见光和红外光，降低显示屏对夜视仪的影响，但是考虑到在白天阳光直射下显示屏要能清晰的显示图片，因而显示屏背光源最大发光功率通常都做的很大，但光功率调整的范围是有限的，即便光功率调到最小，显示屏背光源发出的红光和红外光也不能满足夜视兼容的要求，在背光源光功率最小的情况下，甚至还会出现由于可见光太弱，裸眼看不清显示屏，而红外光太强，通过夜视仪也看不清显示屏的情况，所以如何改善显示器的夜视兼容功能是亟待解决的问题。
申请号为2015101000427，名称为“一种具有夜视兼容的液晶显示LED背光模组”的中国专利中，采用了将LED白灯和LED彩灯分别布置在2块印刷线路板上，并分别放置在上下两层的导光板的侧面，以减少彩色LED灯条发出的彩色光线（尤其是蓝光）对LED白灯中的荧光粉的激发，大大降低了夜视兼容模式下的红外辐射，保证了产品满足夜视兼容的要求，但该技术存在下述问题：LED灯布置复杂，散热困难，限制了LED的最大功率，在白天强光照射下，液晶屏的亮度难以满足要求，需要用两块导光板，导光板结构复杂且占据空间大，对LED发出的光利用率低，难以完全消除蓝光诱发白光LED的荧光粉发出红外光的问题；在夜视兼容模式，用裸眼或微光夜视仪不能同时看清显示屏上显示的信息。
申请号为2014100553103，名称为“采用诱导透射滤光片的夜视兼容红外触摸屏”的中国专利中，使用了制备过程繁杂、价格昂贵的滤光片，导致成本高，色度调节不够灵活的缺陷；滤光片容易损坏，从而出现液晶屏漏光问题，并且在装上滤光片以后裸眼就不能看清显示屏，更不能保证显示屏的色域。
现有技术存在如下问题：结构复杂、成本高、操作过程繁琐、对夜视仪的干扰强、光利用率低、散热困难，在夜视兼容模式下裸眼或微光夜视仪不能同时看清显示屏上的信息。
发明内容
为了能够克服现有技术中存在的问题，本申请采用了以下的技术方案：一种具有夜视兼容的液晶显示LED背光系统，包括光学腔、光源阵列、电路部分；其工作状态包含夜视兼容模式和正常模式，不使用夜视仪时背光系统工作在正常模式，使用夜视仪时背光系统工作在夜视兼容模式；所述光源阵列包含三色LED和特殊光源，所述三色LED和特殊光源布置在所述光学腔内；
所述的特殊光源在工作时发出含有夜视仪敏感成分的特殊光线，所述的特殊光线能够透过液晶面板表面的红绿蓝三色滤色片，特殊光线的波长与可见光接近，或者在可见光范围内，因而能根据每个像素液晶的扭曲状态透过不同强度的光线，所述的特殊光源含有特殊LED；
在背光系统进入夜视兼容模式中，特殊光源发出特殊光线，该特殊光线透过液晶面板后不会干扰夜视仪的工作，借助于特殊光线能够通过夜视仪清楚地看见液晶面板显示的内容；
所述的三色LED中包含红色LED、绿色LED和蓝色LED，在它们工作时分别发出红绿蓝三色的光；
所述特殊LED、红色LED、绿色LED和蓝色LED的工作电流可以分别独立调节强弱；
所述电路部分分别为特殊LED、红色LED、绿色LED和蓝色LED提供工作电流；
所述光学腔的内表面是高反射率的材料；
所述光学腔至少有三个表面，光线从其中一个表面离开光学腔，该表面为光学腔的出光面；
所述光学腔出光面覆盖光学膜片；
三色LED或特殊光源发出的光线一部分直接从光学腔出光面出射，另外一部分光线经过反射以后从光学腔出光面出射，通过光学膜片，最终形成亮度均匀的背光源，背光源照亮液晶面板。
优选地，所述特殊光源由紫外LED和荧光粉构成，紫外LED工作时发出紫外线激发荧光粉，荧光粉发出特殊光线。
优选地，所述特殊光源含有红外LED，红外LED发出特殊光线。
优选地，所述的特殊光线含有红外光，其波长落在750nm-1300nm范围内。
本发明的有益效果在于：和其他夜视兼容LED光源背光系统相比较，不需要两块导光板，不需要频繁拆卸滤光片，具有结构简单，生产工艺简单，成本低，价格低廉，操作简单，对微光夜视仪的干扰弱等优点；在夜视兼容模式下，无论是裸眼还是通过夜视仪都能看清显示屏上的信息，并且在裸眼观察下，对屏幕的色域影响较小。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明做近一步详细说明：
图1本发明申请的第一个实施例的液晶屏结构示意图；
图2本发明申请的第一个实施例LED阵列分布图；
图3本发明申请的第二个实施例的液晶屏结构示意图；
图4本发明申请的第二个实施例侧向结构示意图；
图5本发明申请的实施例中三色LED复合获得白光的示意图：
图6本发明申请的实施例中紫外LED激发荧光粉的示意图；
001.液晶面板， 002.光学膜片， 003.光学腔， 004.光源阵列， 005.高反射率材料，006.红光LED，007.绿光LED， 008.蓝光LED， 009.紫外LED， 010.矩形LED单元， 011.PCB板， 012.三色LED， 013.导光板， 014.侧面反射膜，015.底面反射膜，016.白色光线照明区域， 017.紫外光线， 018.荧光粉， 019.荧光粉发出的光线。
具体实施方案
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
为了能够克服现有技术中存在的问题，本申请采用了以下的技术方案：一种具有夜视兼容的液晶显示LED背光系统，包括光学腔、光源阵列、电路部分；其工作状态包含夜视兼容模式和正常模式，不使用夜视仪时背光系统工作在正常模式，使用夜视仪时背光系统工作在夜视兼容模式；所述光源阵列包含三色LED和特殊光源，所述三色LED和特殊光源布置在所述光学腔内；光源阵列产生光线，从光学腔出射的光线是均匀的光线。
所述的特殊光源在工作时发出含有夜视仪敏感成分的特殊光线，虽然液晶屏表面有红绿蓝三色滤色片，但这些滤色片是针对可见光设计的，所述的特殊光线能够透过液晶面板表面的红绿蓝三色滤色片，特殊光线的波长与可见光接近，或者在可见光范围内，因而能根据每个像素液晶的扭曲状态透过不同强度的光线，从而在液晶屏表面根据每个像素液晶的扭曲状态形成发光图像，因而通过夜视仪能看清显示屏上显示的图像。通过上述方案，可以使用普通的液晶面板，保证在夜视兼容的模式下，通过夜视仪或裸眼都能够看清显示屏上的图像，不需要单独设计液晶面板，也不需要单独设计电路从而节省了成本，降低了加工和研发难度。
夜视仪敏感的光线成份通常是任何波长的红外光，或者与红外光接近的可见光，由于其波长和可见光相接近，所以像素中液晶扭曲状态也会对它有所影响，液晶面板表面的偏振片也会对它产生影响。当显示可见光图像时，像素中的液晶偏转状态发生变化，透过特殊光线的强度也会发生变化，形成一个红外线的图像，可以通过夜视仪观察到这些图像，在一个实施例中选择750nm波长的光。
所述的三色LED中包含红色LED、绿色LED和蓝色LED，在它们工作时分别发出红绿蓝三色的光，三色光线通过液晶面板以后主要被裸眼观察，用户可以通过裸眼看清显示屏上的图像。
所述特殊光源含有特殊LED，所述特殊LED、红色LED、绿色LED和蓝色LED的工作电流可以分别独立调节强弱；通过分别调节红色LED、蓝色LED和绿色LED的工作电流，进而改变三色LED的发光强度，并改变显示屏上显示的图像在裸眼观察时的颜色效果和亮度。通过调节特殊LED的工作电流改变特殊光线的强度，这些特殊光线含有夜视仪敏感成分，能够根据用户的喜好和夜视仪的型号来选择合适的特殊LED的工作电流，从而使用户通过夜视仪也能观察到最佳的显示图像，达到最好的显示效果。
所述电路部分分别为特殊LED、红色LED、绿色LED和蓝色LED提供工作电流；这些LED分别单独供电，便于用户根据自己的喜好调节屏幕的颜色和亮度，也可以让机器根据周围环境光线颜色和强度自动调节显示屏的颜色和发光强度，达到显示屏的图像与周围的环境相适应的效果，减少用户的调节动作；也可以让机器根据显示的内容自动调节显示屏的颜色和发光强度，减少用户的调节动作，达到最佳的显示效果；在显示一些特定的图像的时候，可以通过降低电流，达到节能的目的，并减少系统内部的热量，降低散热难度，以及延长LED寿命。
这些LED可以独立供电，并且电流可以单独调节，还可以得到下面的有益效果：由于各种LED的老化速度不一样，工作一段较长的时间以后各种LED发光效率都发生了变化，并且变化量都不相同，导致显示的图像的颜色和亮度发生改变，显示效果变差，通过独立控制这些LED的电流，可以纠正显示的颜色和亮度，以改善显示效果；由于各种LED的温度特性不一样，在工作时，LED的温度都发生变化，导致它们发出的光线都发生变化，并且变化量都不相同，导致显示图像的颜色和亮度发生改变，显示效果变差，通过独立控制各种LED的电流，可以纠正显示的颜色和亮度，以改善显示效果。
由于各种LED独立供电，并且电流可以单独调节，通过检测每种LED的电流可以初步判断各种LED的状态，从而为用户提供维护建议，帮助维修人员定位可能的LED故障。
打开夜视仪时，背光系统进入夜视兼容模式，特殊光源发出特殊光线，该特殊光线透过液晶面板后不会干扰夜视仪的工作，借助于特殊光线能够通过夜视仪清楚地看见液晶面板显示的内容。
优选地，所述特殊光源由紫外LED和荧光粉构成，紫外LED工作时发出紫外线激发荧光粉，荧光粉发出特殊光线。通过精确的挑选荧光粉，可以控制发出特殊光线的波长，从而在使用夜视仪观察的时候，达到良好的图像显示效果。紫外LED表面覆盖的荧光粉采用了SrIn2O4:Eu3+,Sm3+。
优选地，所述特殊光源含有红外LED，红外LED发出特殊光线。使用红外LED可以避免调配荧光粉，同时在户外低温环境下工作的时候，通过点亮红外LED，红外线加热液晶面板，还可以快速的提高每个像素的液晶的温度，防止液晶材料的低温下变成晶体，从而避免这些晶体破坏液晶面板的配向膜，并且适当提高液晶材料的温度可以加快液晶屏的响应时间，减少低温下液晶屏的重影和残影，得到更好的图像显示效果。
所述光学腔的内表面是高反射率的材料；在大部分的液晶屏背光模块中使用高反射率的材料主要是用来提高光能的利用率，在本申请中使用具有漫射特性的高反射率的材料还可以使出射的光线更均匀，改善显示效果。
所述光学腔至少有三个表面，光线从其中一个表面离开光学腔，该表面为光学腔的出光面；所述光学腔出光面覆盖有光学膜片；三色LED或特殊光源发出的光线一部分直接从光学腔出光面出射，另外一部分发出的光线经过反射以后从光学腔出光面出射，通过光学膜片，最终形成亮度均匀的背光源，背光源照亮液晶面板。
图1和图2 都是实施例一的示意图，这是一个直下式的背光系统，在图2 中，R表示红色LED，G表示绿色LED，B表示蓝色LED，U表示特殊LED。光源阵列包含特殊LED和三色LED，均匀分布在光学腔的底面，由4颗R、G、B、G三色LED和1颗特殊LED组合成一个矩形发光单元，以三色LED的R、G、B、G的顺序安装在矩形的四个角，特殊LED安装在矩形的中间。在这种排列方式中可以使光线更加均匀，减小了光学膜片的设计难度和减小了背光系统的厚度。不同颜色的LED的电路都是单独控制。三色LED发出的光线一部分直接透过光学膜片，光学膜片包括扩散板、棱镜膜、扩散膜、增亮膜，另一部分光线被光学腔内高反射率的表面反射以后，再透过光学膜片，最终两部分光线经过液晶面板屏。为了调节显示屏的颜色和亮度可以分别调节三色LED的电流。
在实施例一中，在正常模式下，点亮三色LED，用裸眼观察。当环境光很强时，可以通过适当增加三色LED的电流，来提高显示屏的亮度，看清屏幕上显示的信息。在夜视兼容模式下，关闭三色LED，点亮特殊LED，特殊LED是紫外LED发出紫外线激发荧光粉发出红绿蓝三色可见光和红外光，其中夜视仪敏感的红外光或红光都非常弱，红绿蓝三色可见光透过液晶面板，用裸眼可以看清屏幕上的信息，微弱的红外光透过液晶面板以后，通过夜视仪也可以看清楚显示屏上显示的信息，所以在裸眼和使用夜视仪时都能够看清显示屏上显示的信息。由于在夜视兼容模式下，有红绿蓝三色光，所以对液晶屏的色域影响比较小。
图3和图4都是实施例二的示意图，这是一个侧入式的背光源，光学腔中含有光源阵列和导光板。光源阵列包含红绿蓝三色LED和特殊LED，光源阵列焊接在PCB板上，并布置在导光板的一个侧面，导光板的其他三个侧面贴覆有侧面反射膜，导光板的底面贴覆有底面反射膜，这些反射膜都是高反射率材料。三色LED发出的光线直接通过导光板传出后，光线的一部分是直接透过光学膜片，另一部分光线经过导光板的侧面反射膜和底面反射膜的反射以后，直接透过光学膜片，最后两部分光线都经过液晶面板。
在实施例二中，在正常模式下，点亮三色LED，三色LED发出红绿蓝三色可见光，红绿蓝三色可见光照亮显示屏，即便在白天的环境光很强时，通过裸眼可以看清显示屏上显示的信息。在夜视兼容模式下，关闭红色LED，点亮绿色LED和蓝色LED，还点亮特殊LED，绿色和蓝色LED发出的光线中不含有夜视仪敏感的光线，可以透过液晶面板，特殊光源发出微弱的红外光和红光，可以透过液晶面板，通过微光夜视仪也可以看清显示屏上显示的信息，由于仍然有红绿蓝三色可见光，裸眼能够看清显示屏上显示的信息，并且对显示屏的色域影响较小。
图5是本发明申请的实施例中三色LED复合获得白光的示意图。在正常模式下，三色LED分别发出红绿蓝三种颜色的光，红绿蓝三色光复合得到白色可见光。可以调节三色LED的电流，以合适的光强照亮液晶面板，以便裸眼可以看清显示屏上显示的信息。也可以独立调节三色LED发出光线强弱，来调节显示图像的颜色。为了改善显示效果还可以在背光源中增加其他颜色的光源，如紫色、粉色、橙色及其他颜色的LED。
图6 是本发明申请的实施例中紫外LED激发荧光粉的示意图。在夜视兼容模式下，点亮紫外LED，紫外LED发出的紫外光激发荧光粉得到微弱的红外线，这样就可以达到在使用夜视仪的情况下，同时可以看清显示屏上显示的信息。
在本发明的一个实施例中，紫外LED采用了台湾光宏科技有限公司的EP-U4545K-A3的产品；三色LED采用的是Cree公司的CLX6D-FKB系列的产品。
本发明的另一个实施方式是采用红外LED作为特殊光源，在夜视兼容模式下，将三色LED的光调到非常低，并打开红外LED，红外LED发出特殊光线，特殊光线含有红外光，其波长落在750nm-1300nm范围内。
本发明还有一种实施方式，即三色LED中的红色LED发出的光谱中含有夜视仪敏感的成份的光线非常少，红色LED几乎对夜视仪没有影响，在任何模式都点亮三色LED，当使用夜视仪时再点亮特殊光源。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。
Claims (4)
1.一种具有夜视兼容的液晶显示LED背光系统，包括光学腔、光源阵列、电路部分；其工作状态包含夜视兼容模式和正常模式，不使用夜视仪时背光系统工作在正常模式，使用夜视仪时背光系统工作在夜视兼容模式；其特征是：所述光源阵列包含三色LED和特殊光源，所述三色LED和特殊光源布置在所述光学腔内；
所述的特殊光源在工作时发出含有夜视仪敏感成分的特殊光线，所述的特殊光线能够透过液晶面板表面的红绿蓝三色滤色片，特殊光线的波长与可见光接近，或者在可见光范围内，因而能根据每个像素液晶的扭曲状态透过不同强度的光线，所述的特殊光源含有特殊LED；
在背光系统进入夜视兼容模式中，特殊光源发出特殊光线；
所述的三色LED中包含红色LED、绿色LED和蓝色LED，在它们工作时分别发出红绿蓝三色的光；
所述特殊LED、红色LED、绿色LED和蓝色LED的工作电流可以分别独立调节强弱；
所述电路部分分别为特殊LED、红色LED、绿色LED和蓝色LED提供工作电流；
所述光学腔的内表面是高反射率的材料；
所述光学腔至少有三个表面，光线从其中一个表面离开光学腔，该表面为光学腔的出光面；
所述光学腔出光面覆盖光学膜片；
三色LED或特殊光源发出的光线一部分直接从光学腔出光面出射，另外一部分光线经过反射以后从光学腔出光面出射，通过光学膜片，最终形成亮度均匀的背光源，背光源照亮液晶面板。
2.根据权利要求1所述的一种具有夜视兼容的液晶显示LED背光系统，其特征是：所述特殊光源由紫外LED和荧光粉构成，紫外LED工作时发出紫外线激发荧光粉，荧光粉发出特殊光线。
3.根据权利要求1所述的一种具有夜视兼容的液晶显示LED背光系统，其特征是：所述特殊光源含有红外LED，红外LED发出特殊光线。
4.根据权利要求1所述的一种具有夜视兼容的液晶显示LED背光系统，其特征是：特殊光线中含有红外光，其波长落在750nm-1300nm范围内。
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