CN109960079A - 采用低成本加热器的薄型lcd直下式背光源 - Google Patents

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Abstract

基于航空电子显示单元的液晶显示器（LCD）直下式LED背光源。包含安装在电路卡上的中功率LED单元二维高密度阵列。在整个LCD堆栈中，散射和传播LED阵列发光输出的扩散层通过包含导热透明光学胶的键合层无空隙地粘附于（例如，不需要空隙）所述LED阵列及所述LCD堆栈。所述电路卡包含对LCD堆栈电加热以优化性能的嵌入式电阻加热器，或者LCD堆栈被LED阵列本身加热。所述背光源包含同样通过所述光学键合层无空隙地粘附在所述LED阵列及所述LCD堆栈之间的夜视过滤层。

Description

采用低成本加热器的薄型LCD直下式背光源
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种采用低成本加热器的薄型LCD直下式背光源。
背景技术
液晶显示(LCD)单元包含必须被安装在显示表面后面的背光源照亮的不发光显示元件。比如，LCD堆栈(例如，液晶显示元件层及其对应的驱动电子器件)由发光二极管(LED)阵列直接背光照明，而不是，例如，在显示表面边缘使用发光元件的侧光式背光，其发光输出被反射到显示元件中。然而，传统的直下式背光源中LED阵列的间距范围为每平方英寸大约2到10个LED，需要很大的空隙(例如，大约0.75英寸)，增加了显示单元的体积和重量。进一步的，为了使液晶显示单元达到期望的响应时间(例如，20毫秒或更少)，液晶显示元件必须被加热到0℃以上。这种加热通常通过透明导电材料实现，例如嵌入在玻璃中的氧化铟锡(ITO)。然而，ITO加热器价格昂贵，增加重量，抑制最佳光学性能；例如，ITO加热器大约为80％透射，因此需要更大的LED亮度(和相应的更大的背光功率)以实现相同的亮度。
发明内容
在一个方面，本文公开的发明构思的实施例针对的是液晶显示器(LCD)单元的直下式背光源。所述背光源包括设置成电路卡的小规模中功率发光二极管(LED)的二维高密度阵列，所述LED阵列和电路卡通过一层导热透明的光学胶无空隙键合于扩散器(例如，用于散射和传播LED阵列的发光输出)。附加光学键合层可以将扩散层的顶部/前侧(例如，靠近观看者)无空隙地键合于LCD堆栈，使得LCD显示元件由LED输出背光照明。
在另一方面，本文公开的发明构思的实施例针对的是可安装在飞行器上的基于LCD(例如平板)的航空电子显示单元，例如飞飞行器驾驶舱中的飞行显示器。该显示单元包括由排列的液晶显示元件(例如，耦合驱动电子器件用于确定由显示元件显示的图像和/或符号的图形生成器)组成的LCD堆栈。该显示单元包括用于照亮所述阵列的显示元件的LED背光源。所述背光源包括设置成电路卡的LED二维高密度阵列，以及为LED阵列供电的驱动电子器件。所述背光源包括用于散射和传播LED阵列发光输出的扩散层，所述扩散层通过导热透明光学胶键合层无空隙地键合于所述LED阵列及电路卡。第二键合层将扩散层的顶部/前侧无空隙地键合于所述LCD堆栈，使得所述LED阵列的发光输出(以及来自嵌入式加热器或LED阵列本身的启动热量)通过键合层传导到LCD堆栈。
附图说明
当考虑下面的实施方式的详细描述时，可以更好地理解此处公开的发明构思的技术方案。所述的详细描述可以参考附图，但为了清晰起见，附图不一定按比例绘制，其中一些特征可能被夸大，一些特征可能被省略，一些特征可能按照图式来表示。附图中相同的附图标记可以表示和指代相同或相似的元件、特征或功能。其中：
图1是本发明所述实施例的一种直下式背光源的示意图；
图2是图1中直下式背光源的概要示意图；和
图3是图2中直下式背光源的电路卡的概要示意图。
具体实施方式
在详细解释此处公开的发明构思的至少一个实施例之前，应当理解，本发明构思不限于在下面的描述中或附图说明中所提到的应用、实施细节、所提出的部件或步骤或方法的安排。在以下对此处发明构思实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节以便更透彻的理解此发明构思。然而，显而易见地，对受益于此处公开的发明构思的本领域的普通技术人员，可以在没有这些具体细节的情况下实践此处所公开的发明构思。在其它情况下，不再详细描述已知特征以避免使本公开复杂化。此处公开的发明概念还可以有其它实施例或者用其它方式去实践或执行。此外，应当理解，此处使用的措辞和术语是为了描述实施例，而不应该被认为是对实施例的限制。
本文所使用的位于附图标记之后的字母是为了指代实施例中相似的特征或元件，所述相似的特征或元件可以类似但不一定与先前描述的具有相同附图标记(例如，1a，1b)的元件或特征完全相同。使用这样的简化符号仅仅是为了方便，并不应被理解为以任何方式限制此处公开的发明构思，除非另有明文规定。
此外，除非另有明文规定，“或”是指包括性或而不是排它性或。例如，条件A或B由以下任一项满足：A为真(或存在)和B为假(或不存在)，A为假(或不存在)和B为真(或存在)，以及A和B都是真(或存在)。
此外，使用“一”来描述本发明构思实施例中的元件和组件。仅仅是因为这样既方便，又能给出本发明构思的一般意义；“一”意味着包括一个或至少一个，而且单个也包括复数，除非明显意味着其它方面。
最后，如此处所使用的对“一个实施例”或“一些实施例”的任何引用意味着结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特性包括在此处公开的发明构思的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现的短语“在一些实施例中”不一定都指同一个实施例，并且此处公开的发明构思的实施例可以包括本发明清晰描述的或固有的一个或多个特征，还包括两个或多个上述特征组成的子组合的组合，以及本发明没有进行清晰描述的或非固有的任何其它特征。
概括地说，本文公开的发明构思的实施例针对的是一种用于基于航空电子显示组件的可安装在飞行器上的LCD薄型直下式LED背光源的系统和相关方法。该背光源包括布置在高密度阵列中的微型LED，消除了对空隙的需要，并显著降低了背光源的整体深度。可以替代成本高和抑制性能的氧化铟锡(ITO)导电加热器，进一步降低背光源的重量和功率需求。
参照图1，用于LCD显示单元的直下式LED背光源100的示例性实施例可以包含电路卡102、布置在其上的单个LED的二维阵列104、扩散层106、LCD堆栈108、光学键合层110、以及驱动电子器件112。例如，扩散层106可以包含扩散器和/或操纵单个LED阵列(104)的发光输出(104a)朝向LCD堆栈108的导光版；扩散层可以在LCD堆栈的整个表面均匀地散射或传播发光输出104a，从而实现均匀的亮度(并且隐藏单个LED)，或者根据预定模式将发光输出传导到LCD堆栈。单个LED104可以以高密度阵列布置在电路卡102上，其可以包含导电材料的衬底层，LED的输电线路可以通过该衬底层从驱动电子器件112运行。每个单独的LED104可以是中功率LED(例如，1W)、有机发光二极管(OLED)或具有比传统LED更薄更轻的尺寸的微型LED，例如，1平方毫米(1mm×1mm)或更少，或根据目标密度(例如，每平方英寸)设定尺寸。因此，单独的LED 104可以布置在高密度阵列中(与常规直下式LED阵列相反，例如，每平方英寸包含2到10个LED)，从而在减小的深度均匀发光。类似地，直下式LED背光源100不需要空隙；扩散层106可以通过包含透明光学胶层的光学键合层110无空隙地粘附到LED阵列104，在LED阵列104、光学键合层110和扩散层106之间没有空隙。例如，光学键合层110可以包含柔性的、易弯的导热光学胶层，使得LED 104的发光输出(104a)不会受到不利影响或被吸收。
如图2所示，直下式背光源100a可以被实施，并且，除了直下式背光100a包含电阻加热器114或类似的适当离散的嵌入在电路卡102中的加热元件，并由驱动电子器件112供电以提供用于LCD堆栈108的启动热量，直下式背光源100a与图1中的直下式背光源100的功能类似；不直接在LCD堆栈后面嵌入ITO加热器，电阻加热器114的输出可以通过导热光学键合层110向LCD堆栈传导。或者，驱动电子器件112可以通过LED阵列104为LCD堆栈108提供启动热。例如，在激活LCD显示单元时，驱动电子器件112可以向LED阵列104施加增加的功率(相对于正常操作)，以便传导性地加热LCD堆栈108达到最佳工作温度，而LCD表面对观看者保持黑色(或显示LCD堆栈108正在加热的简单指示)。
进一步的，基于LCD的航空电子显示组件包含用于优化发光输出104a的夜视(NVIS)过滤层(116)，以便与飞行员或工作人员使用的NVIS护目镜或任何适当的类似被动式NVIS系统最佳兼容。例如，NVIS过滤层116设置在扩散层106和LCD堆栈108之间。附加的光学键合层(110a-b)分别无空隙地将扩散层106粘附于NVIS过滤层116，将NVIS过滤层114粘附于LCD堆栈108。或者NVIS过滤层116设置在扩散层106后面，例如，在扩散层106与电路卡102/LED阵列104之间，类似地通过光学键合层无空隙地粘附于扩散层和电路卡/LED阵列。通过提供一个具有减小的深度的单背光组件(例如，包括电路卡102和LED阵列104、扩散层106、NVIS过滤层114、和光学键合层110、110a-b；与多个组件或组件组相反)，例如，小于0.25英寸，除去空隙可以简化直下式背光源100、100a的包装。
如图3所示，直下式背光源100b可以被实施，并且，除了直下式背光源100b包含分布在整个电路卡102的温度传感器(118)，直下式背光源100b与图2中的直下式背光源的功能类似。例如，温度传感器(118)将LCD堆栈(108，图2)靠近温度传感器的特定区域(120)的当前温度报告给LCD显示单元的控制器。例如，靠近LCD堆栈108边缘的区域(120a-b)可能比中心附近的区域(120c)更冷。通过从靠近LCD堆栈108各个区域120a-c的多个传感器118a-c接收温度信息，驱动电子器件112可以根据所报告的温度对各个区域在不同程度上供电，或者通过靠近边缘的温度传感器118a-b对LCD堆栈108整体加热。
从以上可以理解，根据本文公开的发明构思实施例中的系统和方法可以为商业现货(COTS)和定制设计的基于航空电子显示组件的LCD提供更轻、更薄、更划算的背光灯。背光深度可以显著降低，并且整体功耗可以通过引入更小的中功率LED和去除昂贵、笨重、复杂的ITO加热元件在不牺牲性能的情况下来降低。
要理解的是，根据本文公开的发明构思的方法实施例包括所述步骤中的一个或多个。进一步地，这些步骤可以按任何期望的顺序执行，这些步骤中的两个或多个可以彼此同时执行。本文公开的步骤中的两个或多个可以合并为一个步骤，并且，在一些实施例中，所述步骤中的一个或多个可以按照两个或多个子步骤执行。进一步的，其他步骤或子步骤可以作为本文公开的步骤中的一个或多个的补充或替代执行。
从上述描述中，很清楚，此处公开的发明构思可以很好地实现此处所述的目的，并获得此处所述的优点以及此处公开的发明构思中所固有的优点。虽然为了此处公开的目的描述了此处公开的发明构思的当前优选实施例，但是应当理解，还可以进行许多改变；这些改变对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并落在此处公开的发明构思和权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于液晶显示器LCD单元的直下式背光源，包括：
一发光元件阵列，其被配置用以生成发光输出，所述发光元件阵列等间距地安装在基板上；
与一电源耦合的驱动电子器件，所述驱动电子器件被配置用以给所述发光元件阵列供电；
至少一个扩散层，其被配置用以散射所述发光输出；
一个或多个包含至少一种透明导热光学胶的光学键合层，所述一个或多个光学键合层至少包括：
将所述扩散层粘附到所述基板上的第一光学键合层；以及
将所述扩散层粘附到LCD堆栈上的第二光学键合层。
2.根据权利要求1所述的直下式背光源，其中：
所述发光元件阵列是二维阵列。
3.根据权利要求1所述的直下式背光源，其中：
所述发光元件阵列包括以下至少一个：发光二极管LED、具有不大于一平方毫米的表面积的微型LED、和OLED。
4.根据权利要求1所述的直下式背光源，进一步包括：
一个或多个与所述驱动电子器件耦合的加热元件，所述加热元件被配置用以向所述LCD堆栈提供热量。
5.根据权利要求4所述的直下式背光源，其中，所述一个或多个加热元件包括至少一个嵌入在所述基板内的电阻加热器。
6.根据权利要求4所述的直下式背光源，其中，所述一个或多个加热元件包括所述发光元件阵列中的至少一个第一发光元件。
7.根据权利要求4所述的直下式背光源，进一步包括：
至少一个温度传感器，其靠近所述基板并与所述LCD堆栈的一个区域关联，所述温度传感器被配置用以报告至少一个与所述区域相对应的温度；
其中，所述驱动电子器件被配置用以基于所述报告的温度为与所述区域关联的所述一个或多个加热元件供电。
8.根据权利要求1所述的直下式背光源，进一步包括：
至少一个过滤层，其布置在所述基板与所述LCD堆栈之间，所述至少一个过滤层被配置用以过滤所述发光输出。
9.根据权利要求8所述的直下式背光源，其中，所述至少一个过滤层包括夜视过滤器。
10.根据权利要求8所述的直下式背光源，其中，所述第一光学键合层包括：
将所述基板和所述发光元件阵列粘附于所述过滤层的第一下光学键合层；以及
将所述过滤层粘附于所述扩散层的第一上光学键合层。
11.根据权利要求8所述的直下式背光源，其中，所述第二光学键合层包括：
将所述扩散层粘附于所述过滤层的第二下光学键合层；以及
将所述过滤层粘附于所述LCD堆栈的第二上光学键合层。
12.根据权利要求1所述的直下式背光源，其中，所述发光元件阵列、所述基板、所述扩散层、所述第一光学键合层以及所述第二光学键合层的结合深度不大于0.25英寸。
13.一种可安装在飞行器上的液晶航空电子显示单元，包括：
一LCD堆栈，其包含第一显示元件阵列；
一背光源，其被配置用以照亮所述第一显示元件阵列，所述背光源包括：
第二LED二维阵列，其被配置用以产生发光输出，所述第二LED阵列等间距地安装在电路卡上；
与一电源耦合的驱动电子器件，所述驱动电子器件被配置用以为所述第二LED阵列供电；
至少一个扩散层，其被配置用以向所述LCD堆栈散射所述发光输出；和
一个或多个光学键和层，其包含至少一种透明导热光学胶，所述一个或多个光学键合层至少包括：
将所述扩散层粘附于所述电路卡的第一光学键合层；和
将所述扩散层粘附于所述LCD堆栈的第二光学键合层。
14.根据权利要求13所述的背光源，进一步包括：
一个或多个加热元件，其与所述驱动电子器件耦合，所述加热元件被配置用以为所述LCD堆栈提供热量。
15.根据权利要求14所述的背光源，其中，所述一个或多个加热元件包括至少一个嵌入所述电路卡的电阻加热器。
16.根据权利要求14所述的背光源，其中，所述一个或多个加热元件包括至少一个所述第二LED阵列的第一LED。
17.根据权利要求14所述的背光源，进一步包括：
至少一个温度传感器，其靠近所述电路卡并与所述LCD堆栈的一个区域关联，所述温度传感器被配置用以报告至少一个与所述区域相对应的温度；
其中，所述驱动电子器件被配置用以基于所述报告的温度为与所述区域关联的所述一个或多个加热元件供电。
18.根据权利要求13所述的背光源，进一步包括：
至少一个夜视过滤层，其布置在所述电路卡与所述LCD堆栈之间，所述夜视过滤层被配置用以过滤所述发光输出。
19.根据权利要求18所述的背光源，其中，所述第一光学键合层包括：
将所述电路卡和所述第二LED阵列粘附于所述夜视过滤层的第一下光学键合层；以及
将所述夜视过滤层粘附于所述扩散层的第一上光学键合层。
20.根据权利要求18所述的背光源，其中，所述第二光学键合层包括：
将所述扩散层粘附于所述夜视过滤层的第二下光学键合层；以及
将所述夜视过滤层粘附于所述LCD堆栈的第二上光学键合层。
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