CN117616571A - 具有光学数据传输的发光模块 - Google Patents

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Abstract

一种发光模块，包括：第一表面，其包括多个发光元件；第二表面，其配置为接收驱动信号并将这些信号传送到第一表面的发光元件，其中第二表面包括多个光学发射器，其中光学发射器各自与布置在第一表面上的相对的光学接收器相关联，光学发射器和相关联的相对的光学接收器由光学介质分隔开，以使得包括了由光学发射器发送的驱动信号的光学信号由相关联的相对的光学接收器接收，每个光学接收器连接到至少一个发光元件，并且被配置为将该光学信号转换为电信号，该电信号被配置为驱动至少一个发光元件以生成用于显示器的图像。

Description

具有光学数据传输的发光模块
技术领域
本公开涉及用于发光显示器的发光模块领域，并特别地涉及发光模块内的信号数据传输。光源通常是固态发光元件，诸如LED或微型LED。
背景技术
在显示器技术中使用LED(发光二极管)已经相当久远了。LED已被证明是可靠、耐用、时间一致、强大且稳定的，因此是用于直接显示器的一完美技术。为了效率和低成本驱动，现代LED显示器以有源矩阵模式来驱动，这类似于如何驱动LCD液晶显示器。
为了实现此类显示器，使用了TFT(薄膜晶体管)技术。将LED安装在一定尺寸的载体或发光模块上，例如玻璃上的TFT(在其上实现了电子驱动电路(例如用于恒流驱动的参考电流源、用于电压校正的电平移位器、类似正反器的管线逻辑、移位寄存器等))。
该技术用于高分辨率显示器。有大量的触点需要被路由到发光模块的背部。触点的该数量取决于TFT发光模块上的电子器件的集成程度，然而所有连接都需要被重新路由到模块的背部。如在LCD面板中使用的平面内接触技术是不可用的，因为发光模块需要无缝拼接。因此，相邻模块之间用于将触点从发光模块的前部中继到背部的空间非常有限，并且势必成为相邻模块的边缘之间的容差空间。
为了将触点从发光模块的前部中继到背部，需要使用电流侧接触技术，该技术需要适配于相邻发光模块之间的狭窄空间。WO2015079058A1公开了一种将发光模块的导电材料布置在侧壁上以节省空间以便在相邻发光模块之间制造更窄边沿的解决方案。虽然该解决方案针对LED显示器表现良好，但它不再适用于微型LED，例如因为必然要添加额外数量的电连接。事实上，发光模块的前部的数千个触点(例如，40μm宽和2μm厚)需要在前部和背部进行接触，从而使触点的净数量加倍。
除了数据信号之外，可能还需要进行电力、参考信号和接地接触。这些触点通常更大并且分布在发光模块的边沿上，从而占用了数据信号的空间。
提供如下一种发光模块仍然是一个挑战：即，该发光模块具有窄的边沿以及被制作成在发光模块的正面与背面之间、除了载送电源、参考信号点和接地还将数据信号载送到各发光元件的数千个触点。
发明内容
本发明的目的是提供一种包括第一表面和第二表面的发光模块。第一表面包括多个发光元件，第二表面被配置为接收驱动信号并将这些信号传送到第一表面的发光元件。第二表面还包括多个光学发射器，其中所述光学发射器分别与布置在第一表面上的一光学接收器相关联。光学发射器和相关联的光学接收器由光学介质分隔开，使得由光学发射器发送的光学信号被相关联的光学接收器接收。每个光学接收器连接到至少一个发光元件，并且被配置为将所述光信号转换成电信号。电信号被配置为驱动至少一个发光元件以生成用于显示器的图像。
提供光学发射器和光学接收器允许消除用于传输数据信号的电流连接部。它提供了用于在发光模块内传送数据的新构件。此外，这些光学发射器和接收器可以在发光模块的第一表面和第二表面上的任何地方施加。该解决方案在每对光学发射器和光学接收器之间仅需要光学介质。
光学接收器可以是光学光敏器件。光学光敏器件可如晶体管那样地易于施加在TFT上，类似于用于指纹检测的光敏器件。
光学发射器可以是发光元件，所述发光元件优选地是LED、OLED及其变型、QD-LED、EL-QLED、AMOLED、迷你LED、微型LED或激光器。
将LED用于光学发射器是有利的，因为LED是点光源。此外，LED节能、紧凑，并且可以提供可以容易地调谐的高辐射强度。任何光谱带宽都是可用的，并且可以相应地将光学接收器容易地调谐为对由光学发射器发射的光的光谱带宽敏感。除了可见光谱，IR和UVLED也是可用的。LED还可以用简单准直光学器件来提供准直光束。
发光元件可以是LED、OLED及其变型、QD-LED、EL-QLED、AMOLED、迷你LED、微型LED中的任一种。
虽然本发明已经被构思成当发光模块被填充有数千个微型LED时能够容易地传输数据信号，但是本发明不限于微型LED。这种用于传送信号数据的新光学构件可以与任何类型的显示器一起使用，如上所述。
第一表面和/或第二表面可以优选地是玻璃上TFT、聚酰亚胺上TFT、PCB中的任一种。
本发明也不限于所使用的表面的类型。然而，在显示器领域经常使用TFT或PCB。重要的是，光学介质至少在光学接收器和发射器的位置处将第一表面和第二表面分隔开。第一表面和第二表面优选地在这些位置处光学连接。玻璃也可以是光学介质。可以使用适合于承载用于第一表面的发光元件、相关联的电子器件和光学接收器以及用于第二表面的光学发射器的任何表面，诸如PCB或基板上TFT。因此，第一表面和第二表面也可以由相同的PCB提供，在该PCB中将在光学接收器和发射器的位置处制备孔。第一表面和第二表面将是PCB的顶表面和底表面。
第一表面和第二表面的折射率可以被选择为使得光的全内反射最小化。
事实上，期望减少到达光学接收器的杂散光。
可以沿着每个光学发射器与其相关联的光学接收器之间的光路提供光圈。光圈然后可以被配置为使由光学发射器发射的光束在到达光学接收器时呈镜面反射式。
提供光圈还可以进一步减少杂散光，并防止来自光学发射器的光到达不直接相对或不相关联的光学接收器。此外，使光束呈镜面反射式允许减少由各光学接收器接收到的光学信号之间的干扰。
光圈可以被布置在光圈层中，所述光圈层设置在第一表面和第二表面之间。光圈层可以优选地是层压式的或附接上的。光圈层还可以具有光吸收特性。
此类光圈层制造简单，并且可易于施加地在第一表面和第二表面之间。
光圈层的折射率以及第一表面与第二表面的折射率可以被选择为使光的全内反射最小化。
由此，可以进一步减少杂散光。
还可以沿着光学发射器与其相关联的光学接收器之间的光路为每对光学接收器和光学发射器设置光学透镜。光学透镜可以被配置为将由光学发射器发射的光束聚焦在光学接收器上。光学透镜也可以由光学发射器上的准直光学器件来提供。
光学透镜也可以布置在微型柱状透镜中。此类布置实施起来简单。
光学透镜可以被设置在光圈层的光圈中。
光圈层还可以具有至少为光圈的直径的厚度，以使得每个光圈均是用于有选择性地将由光学发射器发射的镜面反射式光束朝向光学接收器发射的光导漏斗。
在光学接收器和发射器之间设置漏斗具有进一步减少光学介质内和光学接收器入口处的杂散光的优点。
两个相邻的光学发射器优选地被配置为发射不同类型的辐射。由此，相对的光学接收器被配置为接收其相关联的光学发射器的辐射。
这具有进一步减少到达每个光学接收器的不需要的信号的优点。
例如，光学接收器可以优选地被配置为接收与其相关联的光学发射器相同的光谱带宽。
两个相邻的光学发射器优选地发射具有不同光谱带宽的光。
光学发射器可以优选地被配置为发射具有至少两个不同光谱带宽的光，并且相关联的两个光学接收器被配置为对这两种不同的光谱带宽敏感。
相关联的光学接收器还可以包括针对每种光谱带宽的输出，以使得光学接收器可以提供额外的驱动信号。
例如，光学发射器可以由发射红光、绿光和蓝光的白色LED提供。然后，一个光学接收器可以被配置为接收该光学信号的红色、绿色和蓝色分量，从而用一个光学发射器发送多达三倍的信息。因此，可以使用不同的波长来调制不同的信号。
光学接收器的敏感度可以优选地被调制为有选择性地对从相关联的光学发射器入射的镜面反射式光作出反应。
也可以在光学发射器和光学接收器之间设置中性密度层。
还可以进一步降低光学发射器的功率以增大光学接收器处的信噪比。
所有这些选项都提供了用于改变敏感度并改善光学接收器对数据信号的接收的手段。通过降低发射器的功率，也对于不相关联的光学接收器降低了噪声。光学接收器在接收其预期的信号时可以更具选择性。从而，也减少了相邻杂散光的干扰。
光学接收器的敏感度也可以通过调整由光学接收器接收的模拟信号的阈值电平来进行调节。
这与上述类似，但是是针对光学接收器的电平。
光学接收器优选地由保护层覆盖，以减少环境光在发光模块内的渗透。
覆盖光学接收器使得能够减少来自杂散光或者甚至来自显示器的发光元件的不期望的光的污染。
光学发射器有利地由保护罩覆盖，以减少环境光在发光模块内的渗透。
光学发射器和相关联的光学接收器优选地被布置为优化第一表面和第二表面上的空间。
因此，光学发射器和光学接收器可以分别以矩阵结构布置在第一表面和第二表面上。使用光学数据传输的优点在于，光学发射器和接收器可以设置在第一表面和第二表面上的任何位置，并且确实需要遵循周期性布置。它们可以被安装在有足够空间来容纳其它特定电路的地方。
应当理解，上述总体描述和以下详细描述都是示例性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。根据以下说明书、附图和权利要求，本发明的其它优点和特征将显而易见。
附图说明
在所附权利要求中具体阐述了使本发明被认为具备创新性的特征。但是，通过参考以下本发明的详细描述，可最佳地理解本发明本身，该详细描述结合附图描述了本发明的示例性实施例，在附图中：
图1A示出了用于显示器的固定至基底载体的发光模块。
图IB示出了在显示器上设置的多个发光模块。
图2是图1A的发光模块的更近视图。
图3A示出了LED发光模块的第二表面及其电子器件。
图3B示出了发光模块的第一表面，其中光源为LED。
图4示出了堆叠式组装的LED模块的第一表面和第二表面，其中所有连接都设置在模块的边沿。
图5A示出了根据现有技术的用于将发光模块连接到基底载体的球栅阵列。
图5B示出了LED模块和基底载体的分解图中的不同层。
图6A示出了TFT背板上的OPD。
图6B是示出了将阈值应用于由光学发射器传输的模拟信号以生成待馈送到发光元件的数字信号的示意图。
图7是发光模块的侧视图，该发光模块具有由TFT背板提供的第一表面和第二表面、一系列光学发射器及其相关的光学接收器，该光学接收器将电信号传输到显示器发光元件。
图8A是示出了LED光学发射器的朗伯(Lambertian)发射的示意图，其中设置有光圈层以使光束在到达光学接收器时呈现镜面反射式。
图8B是具有能使由光学发射器发射的光信号在到达光学接收器时以漏斗形式传播的一厚度的光圈的示意图。
具体实施方式
定义和缩略词
有源矩阵
有源矩阵是一种在平板显示器中使用的寻址方案。在这种切换各个元件(像素)的方法中，每个像素附接到能够在其他像素被寻址时有源地维持该像素状态的晶体管和电容器上。
有源矩阵电路通常用形成在显示器基板上、采用单独的TFT电路来控制显示器中每个发光像素的半导体层中的薄膜晶体管(TFT)构造。半导体层通常是非晶硅、多晶硅，并分布在整个平板显示器基板上。有源矩阵显示器也可以例如是LCD或电泳反射透射发射显示器等。
一显示器子像素可由一个控制元件控制，每个控制元件包括至少一个晶体管。例如，在简单的有源矩阵发光二极管显示器中，每个控制元件包括两个晶体管(选择晶体管和功率晶体管)和一个用于存储指定了子像素的亮度的电荷的电容器。每个LED元件采用一连接到功率晶体管的独立控制电极和一公共电极。本领域中已知有源矩阵中的发光元件的控制通常是通过数据信号线、选择信号线、电力或供电连接(例如，被称为VDD)和接地连接来提供的。
背板是包括了配置为驱动发光显示器的电子组件的板。背板可例如是PCB背板或TFT背板。
BGA球栅阵列
载板是指被配置为容纳至少一个显示模块的板。它用作拼接式显示器的支承结构。载板可以是背板或机械支承结构。它还可以用作电源、接地的分配面板，并且将信号分配给光学发射器以对各个模块进行编程。
驱动信号或数据信号是包括有用于驱动发光元件在显示器上生成图像的信息的信号。取决于它们处于传输流中的哪个阶段，它们可以是数字信号、模拟信号或光脉冲信号等。
显示器
显示屏幕可以由被称为“显示像素”或“像素”的发光像素结构构成，其中显示像素的数量决定“显示分辨率”，有时被称为“原生显示分辨率”或“原生像素分辨率”。显示分辨率的度量可以是显示器中显示像素的总数，例如1920×1080个像素。每个显示像素可以以显示色域(即显示器能够提供的颜色集合)的所有颜色发光。
每个显示像素可以由被称为“子像素”的发光元件组成，从而通常能够发出红色(R)、绿色(G)或蓝色(B)(也有可能是白色、黄色或其他颜色)。显示像素可以由至少三个子像素组成：一个红色子像素、一个绿色子像素和一个蓝色子像素。此外，显示像素可以包括上述颜色中的任何一种颜色的其他子像素(以进一步增加色域)。取决于子像素的类型，可以将显示像素称为RGB像素、RGGB像素、RRGB像素等。虽然单个显示像素可以产生显示器色域的所有颜色，但单个子像素却不能。
单个子像素的发光可以单独地进行控制，以使得每个显示像素可以发出形成所请求的图像所需的亮度和颜色。
显示模块是包括有布置在载体上的至少一个发光模块的模块。显示模块的载体配置为将驱动信号和功率信号传输到至少一个发光模块。
可以将多个显示模块放置在较大的载板(机械接口)上以创建拼接显示器，并且将多个显示模块连接到外部驱动器或显示模块。驱动器的功能也可以嵌入显示模块中。
占空比术语占空比描述了“开启”时间与固定间隔或时间“周期”的比例；低占空比对应于低功率，因为大部分时间电力关闭。占空比以百分比表示，100％为完全开启。
LED发光二极管
发光元件发光元件可以例如是固态发光元件，例如发光二极管，例如LED或OLED(有机LED)。
发光模块
发光模块是特定大小的光学-机械-电子载体，其载有朝向观看者定向的发光元件和可能的发光元件用驱动和控制电子器件。这些发光元件被驱动以产生静态的或动态的(视频)图像。在下面，发光模块将被称为“LED模块”，然而本发明不限于LED。可以将几个LED模块或OLED模块靠近彼此定位以形成显示模块。可以将几个显示模块拼接在一起以形成较大的拼接显示器。
小LED模块，其为原子元件，即是不可分割的，可以被称为“印模”。发光模块可以具有任何大小和形状。如果将它适配于能将其放置在显示模块上的取放机器人，则它可以是矩形的或正方形的、六边形的、三角形的、任何形状。它还可以包括一个包括了红色、绿色和蓝色LED的像素。
发光模块包括至少一个背板。背板的顶表面包括发光元件和用于将各种发光元件连接到各种电子组件(例如，电流驱动器、电力供应触点等)的相关导电迹线。背板可以是PCB、玻璃上的TFT、PI上的TFT等。
以下来自同一申请人的专利申请提供了LED显示器和相关术语的定义。这些申请通过引用并入本文以获得那些术语的定义。
-US7972032B2“LED组装件”
-US7176861B2“用于发射显示器的具有优化的子像素大小的像素结构”
-US7450085“智能照明模块和这种智能照明模块的操作方法”
-US7071894“用于在显示器装置上显示图像的方法和装置”。
光路是光线穿过光学介质或系统时所遵循的路径。
光学介质是电磁波传播所凭借的材料。
光敏器件是一种将光转换为电流的半导体器件。当光子被该器件吸收时，会产生电流。这种器件可以包括滤光器、内置透镜，并且可以具有大的或小的表面积。
TGV玻璃通孔
薄膜技术是指薄膜的使用：几个分子厚的薄膜沉积在玻璃、陶瓷或半导体基板上以形成例如电容器、电阻器、线圈、冷子管或其他电路组件。从一到数百个分子厚的材料的薄膜沉积在例如玻璃或陶瓷的固体基板上，或沉积为支承液体上的层。TFT可以沉积在例如玻璃或PI的基板上。它包括多层布线、多个半导体和多个隔离层。
实施例的描述
用于描述特定实施例的术语并非旨在限制本发明。如本文所述，除非上下文以其他方式明确地表示，否则单数形式措辞“一”、“所述”旨在也包括复数形式。术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任意和所有组合。将理解的是，术语“包括”明确指出存在所述特征，但不排除存在或添加一个或更多其他特征。将进一步理解的是，除非以其他方式明确指出，否则如果所提及方法的特定步骤在另一步骤之后，则该步骤可以直接地接续所述另一步骤，或者在执行特定步骤之前可以执行一个或多个中间步骤。同样，将理解的是，除非以其他方式明确指出，否则当描述结构或组件之间的连接时，可以直接地或通过中间结构或组件建立该连接。
将针对特定实施例并参考特定附图来描述本发明，但本发明不受其限制而仅受权利要求的限制。所述附图仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中，出于说明性目的，一些元件的尺寸可能被扩大并且不是按比例绘制的。在措辞“包括”被使用在本说明书和权利要求中的情况下，该措辞不排除其他元件或步骤。
此外，说明书和权利要求中的第一、第二、第三等术语用于区分相似元件，而不一定用来描述先后顺序或时间顺序。要理解的是，在适当的情况下，这样使用的术语是可以互换的，并且本文所述的本发明实施例能够以除了本文中描述或说明的其他顺序来进行操作。
措辞“约”或“近似”等是同义词，并且用于表示该措辞修饰的值具有与其相关的可理解范围，其中该范围可以是+20％、+15％、+10％、+5％、或+1％。措辞“大体上”用于表示结果(例如测量值)接近目标值，其中接近可以意味着例如结果在该值的80％以内、该值的90％以内、该值的95％以内、或该值的99％以内。
图1A和图1B示出了用于显示器100的发光模块110。发光元件可以是在定义部分中提供的任何发光元件。然而，为了清楚起见，在所示出的示例中将使用LED。因此，在此示出了包括有多个LED模块110(发光模块)的LED显示器100。图1A提供了显示器的侧视图，而图1B提供了前视图。每个模块110通过提供了机械和电气连接的接触线130固定到载体120。载体还可以经由连接到外部驱动连接器150的挠性连接部连接到外部驱动器140。
载体120可以是具有或不具有驱动器电子器件的PCB或TFT背板。在上图中，基底载体是TFT背板，其通过挠性连接部(诸如挠性PCB)连接到具有驱动电子器件的驱动器PCB。
图2示出了LED模块110的更近视图。在该示例中，LED模块包括第一TFT背板170和第二TFT背板180。第一背板和第二背板也可以是PCB。因此，前/后TFT背板/PCB背板的任何组合都是可能的。本示例用TFT背板进行示出。
从第一背板170到第二背板180的连接可以利用边缘上的接触带210来完成。边缘上的这些接触带代替了单个堆叠式LED模块中的通孔。两个TFT背板之间的球状物230是用于控制两个TFT背板之间的距离的间隔物。该LED模块110还通过连接部240连接到载体120。这里，在该示例中，载体120是PCB。组装后，第一TFT玻璃和第二TFT玻璃两者连带其间的间隔物粘合在一起，以保持第一TFT玻璃与第二TFT玻璃之间的平整度和平行度。
图3A和图3B分别进一步示出了LED模块的第二TFT背板180和第一TFT背板170。第一TFT背板包括LED以及TFT电子器件及功能。第二TFT背板包括TFT电子器件、可能的分立安装的半导体电子器件和用于与载体120接触的触点阵列250。
如图4中所示出，第一TFT背板和第二TFT背板之间的连接需要大量的侧面触点210，即，在连接第一TFT背板和第二TFT背板的边缘处的电流连接部。
然后，将带有侧面连接部的LED模块安装在载体上，如图5B中所示。与发光模块的基底载体的接触可以通过FPC或平面内触点阵列(类似于球栅阵列，如图5A中所示)来完成。
本发明的目的是替换掉图4中所示出的第一TFT背板和第二TFT背板之间的大量的侧面触点210。如稍后将解释的，整个说明书将涉及第一表面和第二表面，而不是第一背板和第二背板。
代替使用电流连接部将数据信号从第二表面传输到第一表面，发明人开发了一种用于将数据信号光学地传输到设置在发光模块的发光模块第一表面上的发光元件的系统。为了实现这种光学数据传输，发光模块包括设置在第一表面上的光学接收器和设置在第二表面上的相关联的光学发射器，使得由光学发射器发送的光学信号被相关联的光学接收器接收并被转换成用于发光元件的驱动信号。因此，每个光学接收器连接于至少一个发光元件，并且被配置为将所述光学信号转换为一电信号，所述电信号被配置为驱动所述至少一个发光元件以在显示器上生成图像。
因此，光学发射器和接收器优选地成对工作。在整个说明书中，它们被称为光学发射器及其相应的或相关联的光学接收器。相反，如果光学发射器/接收器未被配置为成对工作，则它们可以被称为不相关联的或不对应的光学接收器/发射器。
例如，在TFT技术中，有可能施加被称为光学光敏器件(OPD)的元件，即光电二极管。此类光电二极管是技术人员已知的，并且易于在TFT技术(例如，LTPS、IGZO、单晶硅(a-Silicon))中施加。这些光电二极管通常用于捕获指纹。光电二极管或OPD可以与TFT玻璃上的其它电路自由组合。
优点在于，OPD可以被设计成具有不同的光谱敏感度。例如，OPD可以被设计为捕获仅在可见光范围(425-650nm)或任何特定波长范围中的光。OPD可以专用于向外测量或向内测量。此类布置在TFT玻璃背板上的OPD的示例如图6A中所示。OPD可以非常紧凑(7μm×5μm)，因此很容易适配于TFT玻璃上的其它电路之间。
本发明的目的是使用诸如OPD的光学接收器。如图6A所示，OPD 600嵌入在第一表面670中，以接收来自光学发射器的光信号。在本示例中，OPD 600被布置为看起来向内从第一表面670朝向第二表面，面对布置在第二表面上的光学发射器，如图7中所示出。
图7示出了发光模块7000的横截面。在第一表面7170上设置有多个光学发射器7110、7120。在第二表面7180上设置有相对的光学接收器7210、7220。每个光学接收器7210、7220连接到至少一个发光元件7010、7020、7030。
由光学发射器发射的光信号可以是脉冲式光信号。由第二表面7180上的发射器发射的脉冲式光信号被接收为特定波长(或波长范围)的光脉冲，并且被直接转换为一电信号，该电信号随后在第一表面7170中的电子器件中被进一步处理以驱动第一表面的光源并用发光元件在显示器上生成图像。
布置在第一表面上的光学发射器可以是如上所定义的任何发光元件，例如LED，或其任何类型的迷你LED、微型LED、OLED、EL、激光器等。LED的优点在于可作为点光源、非常紧凑、能量效率高等。
在图7中，发光元件由红色(R)微型LED 7010、绿色(G)微型LED 7020和蓝色(B)微型LED 7030提供。在该示例中，第一表面7170和第二表面7180都是TFT玻璃。此外，光学发射器由微型LED 7110、7120实现。
如上所述，第一表面7170和第二表面7180可以是例如背衬TFT玻璃，也可以是PCB。将背衬TFT玻璃用于第一表面和第二表面的优点在于，光学发射器和光学接收器(OPD)之间的介质是光学介质，即玻璃。然而，本发明不限于TFT玻璃，因为可以在第二表面和第一表面的发射器和接收器之间提供其它类型的光学介质。在接收器/发射器的位置处具有孔的PCB也可以用作光学介质，其中光学发射器将被设置在下部层上，而光学接收器将被设置在上部层上。
连接或嵌入到第二表面7180的驱动电路或甚至可能是外部驱动板配置为将驱动数据传输到第二表面7180，该驱动电路进一步处理数字数据串并随后调制光学发射器，例如微型LED。电信号被转换成光信号。光信号作为光脉冲被传输以到达相对的相关联的光学接收器OPD。该信号从某阈值触发OPD的光敏性(见图6B)。然后，OPD 7210、7220将光信号转换回用于前TFT玻璃7170上的进一步处理并用于驱动发光元件(即微型LED)的电信号。以这种方式，在第二表面7180和第一表面7170之间建立光学数据传送。
在图6B中，光信号被接收为光脉冲620，在驱动器600应用阈值610之后，该光脉冲620被转换为数字二进制信号。数字信号然后被馈送到各种电子元件630以最终到达发光元件，作为用于在显示器上生成图像的驱动信号。
该数字数据流等同于通常通过侧面处的电流连接部传输的数字数据流。
如图6A中所示，其中OPD 600被示出在TFT基板上，例如，OPD可以被布置在基板上的不必遵循周期性配置的任何地方，或者被布置成行和列。这相对于电流连接部(其被布置在基板上时，例如需要一定的间距)的使用，提供了额外的灵活性。因此，光学接收器和相关联的发射器可以布置在表面上的有空间的任何地方，并且可以是随机分布的。唯一的限制是两个光学接收器优选地彼此不太靠近以避免干扰。
光学发射器和相关联的光学接收器的数量由要传输的数据信号的数量确定。
针对所有数据信号都使用此类光传输，在第一表面和第二表面之间仅留存的电流耦合是就只有操作发光模块所需的电源、接地和参考电压。当组装时，这些连接部可能仍然需要适配于相邻发光模块之间的间隙中，然而，由于可用于这些电流连接部的空间显著增加，因此要求就不再那么严格。因此，这些连接部可以更宽并且以更少约束分布在发光模块的边沿上。
为了确保从光学发射器到光学接收器的传输的完整性、质量和可靠性，可以额外提供以下措施。
当光学发射器7110、7120发射朗伯辐射时，存在这样的可能性，即由光学发射器发射的光被传输到比相关联的光学接收器(即OPD)更多的光学接收器，从而使由其它OPD接收的信号失真。
为了减少信号串扰，可以沿着光学发射器7110、7120和光学接收器7210、7220之间的光路设置甚至针孔7200或光圈7200，如图7中所示出。该针孔7200过滤掉由光学发射器(即微型LED)发射的朗伯辐射的一部分。这些针孔可以实现为层压在发光模块的第一表面7170和第二表面7180之间的针孔光圈层7060。
光圈(或针孔)应适配于接触垫的尺寸或适配在LED之间。因此，光圈应当具有至多50nm的直径。
光圈层片材被夹设在第一表面和第二表面之间，如图7中所示。光圈层是包括光圈/针孔的矩阵的片材，每个光圈专用于一对光学发射器/光学接收器。
因此，由光学发射器7110、7120(即，微型LED)发射的光是镜面反射式光束。来自发射LED的光将更显著地出现在相关联的OPD处，并且宽的杂散光减少。
减少朗伯辐射并允许镜面反射式光从后向前传播，大大减少了由于光学介质中的TIR(全内反射)引起的光的反弹，在第一表面和第二表面是TFT玻璃的情况下该光学介质例如是玻璃介质。如果光的成角度入射发生在由光学介质及其相邻介质(例如空气)的折射率确定的特定角度上，则产生TIR。在这些临界角下，光学介质(例如玻璃表面)和相邻介质之间的过渡表面起到镜面的作用，并将光束作为杂散光进一步传播到介质中，这是不可控制的。相邻发射器的杂散光可能会落入非相关的OPD中，从而触发假脉冲。如图8A和图8B中所示，所有级别的光圈或针孔7200将大大减少不受控制的杂散光的传播，因此改善了数据传输的完整性。
也可以通过优化光圈层来最大限度地吸收OPD光圈外的发射光从而减少由TIR产生的杂散光。
此外，光圈层可以附接或层压到玻璃表面，并且光圈层的折射率可与第一表面和第二表面的折射率匹配。如图8A和图8B中所示，这将使非光圈化的光的吸收最大化地吸收进光圈层中，从而使玻璃介质中的TIR最小化。
发光元件还可以设置有预准直光学器件，从而通过简单的准直来减少不期望的侧向辐射。
由光学发射器发射的光可以进一步通过光学透镜(例如，微透镜准直器或聚光透镜)被聚焦在光学发射器上，该光学透镜被设置在光学发射器与其相关联的光学接收器之间的光路中。光学透镜可以被布置在设置在第一表面和第二表面之间的微型柱状透镜中。例如，光学透镜也可以被布置在设置在发光模块的第一表面和第二表面之间的光圈层7060的每个光圈内。
有利地，通过将光圈层的厚度增加到例如至少光圈的直径，如图8B中所示，可以自动创建光导漏斗810，从而选择性地将由光学发射器发射的镜面反射式光传输到相关联的光学接收器。该光漏斗吸收在各种角度下进入漏斗的入射光。这通过减少第一表面和第二表面(即，前TFT玻璃和背衬TFT玻璃)之间的介质内的杂散光的影响来提高光学传输的可靠性。
并行地或替代地，为了提高检测效率，两个相邻的光学发射器可以是不同类型的或发射不同类型的辐射。例如，两个相邻的LED 7110、7120可配置为发射不同波长λ1、λ2，如图7中所示。也可以使接收端处的相应的OPD对相关联的发射LED具有选择性。因此，由于发射器和接收器的波长选择性，一对光学接收器/光学发射器将对相邻光学发射器/光学接收器的串扰不太敏感。
因此，每个光学接收器可以被配置为接收与其相关联的光学发射器相同的光谱带宽。此外，两个相邻的光学发射器可以发射具有不同光谱带宽的光，使得相关联的光学接收器接收专用的光谱带宽。
还可以提供一种光学发射器，其被配置为发射具有至少两个不同光谱带宽的光。例如，白色LED(包括三个LED)并发射红色、绿色和蓝色分量。然后，光学接收器可以适于接收所发射的分量中的每一个。通过这种方式，可以通过一个发射器来发送额外的信号。因此，可以使用不同的波长来调制由光学发射器发射的信号。光学接收器还可以包括针对所接收的每个分量的输出。
发射器可以有利地由三合一LED(R、G、B)提供，其中三个波长被组合成一种颜色，该颜色取决于R、G和B的含量。
接收器可以对波长有选择性，并将信息分解为R、G和B信道。
可能有利的是，还提供一发送可见光谱之外的光的光学发射器，和相应地被配置为对这些波长敏感的若干光学接收器。例如，光学发射器可以由UV微型LED嵌入而成，且相关联的光学接收器可以由UV光电二极管嵌入而成。类似的示例是设置以IR。这是有利的，因为光学接收器对由显示器发射的光不敏感，并且由光学发射器发射的光将不会干扰由显示器发出的图像。
可以通过如下方式进一步提高光学数据传输的可靠性，即调制OPD的敏感度以便更有选择性地对从相关联的光学发射器入射的镜面反射式光作出反应，而对来自不同的非相关联的光学发射器的残余杂散光少有选择性地作出反应，光也可能通过TIR从这些不同的非相关联的光学发射器在在第一表面(例如TFT玻璃)和第二表面(例如TFT玻璃)中的玻璃介质中传播。这可以通过在OPD和入射接收光之间提供中性密度层来实现。通过调节光学发射器的功率可以实现类似的效果。
此外，可以通过调制来自OPD 600本身的模拟信号620的电阈值610或触发电平来调节OPD敏感度，如图6B中所示。
除了上述改善之外，还希望将发光模块的内部进行屏蔽以免受诸如环境光的杂散光的影响，也免受由显示器本身发出的光的影响。
事实上，在大多数情况下，显示器是RGB发射型显示器，该显示器的光紧靠近OPD本身来发出。因此，优选地将发光模块的内部屏蔽掉可见光，以避免与显示器的光学元件发生干扰。存在不同的可能性来避免杂散光。
可以优选地保护光学接收器(即OPD)免于来自环境的入射光(例如，显示器前部的入射光)以及来自显示器LED的光。OPD可以由保护层覆盖，该保护层可以与发光模块的辅助光学器件集成在一起，或者与直接覆盖并保护光学接收器的单独的特定掩蔽物7140集成在一起，如图7中所示。
辅助光学器件可以例如由设置在LED顶部的另外的光学层提供。该另外的层(或辅助层)可以操控另外的光学功能，诸如抗反射图案、对比度增强方案等。
如图7中所示，也可以通过在发射用LED的顶部添加保护罩7120，优选地通过非透射材料或层，来进一步间隔开各光学发射器。
尽管已经通过用于第一表面和第二表面的玻璃上TFT对本发明进行了说明，但是用具有单面电路的任何类型的背板都可以实现相同的效果。例如，可以使用用于第一表面和第二表面的非玻璃载体，诸如FR4 PCB材料或陶瓷材料。也可以将TFT使用在聚酰亚胺(PI)上。在使用不透明材料的情况下，可能需要将光学发射器与其相关联的光学接收器之间的针孔或漏斗布置在介质内，以便为光提供从光学发射器行进到达其相关联的光学接收器的光学介质。
当要传输大量数据信号时，应用本发明的教导是有利的。
虽然已经用OPD对本发明进行了描述，但是使用OPD的有利效果也可以用分立的OPD器件(例如，半导体光伏元件)来实现。
关于修改
应当理解，可以对上文描述的实施例进行各种修改。此类修改可以涉及在发光模块及其部件的设计、制造和使用方面已知的等同项和其它特征，所述等同项和其它特征可以代替本文中已经描述的特征来使用或者补充本文中已经描述的特征来使用。一个实施例的特征可以由另一个实施例的特征替换或补充。
同样的原理可以通过光学辐射以外的其它技术来实现。例如，相同的原理可以应用于声波，其中使用压电换能器进行发射和接收，亦或使用感应式发射器和接收器(例如，RF)。
本发明不限于用于显示器的发光模块，它还可以应用于那些需要将数据从第一表面传送到第二表面的任何应用。第二表面需要包括多个光学发射器，且第一表面需要包括多个光学接收器，每个光学接收器与一相关联的光学发射器进行关联，并且其中还可以在每对光学接收器和发射器之间设置光学介质。因此，若非是将数据传输到发光元件以在显示器上生成图像，则可以使用并非发光元件的其它类型的器件。
此外，若非是将数据传输到多个发光元件，则将可以使用这些光学构件来传输例如已由传感器获取的数据。由此，可以将传感器施加在第二表面上、靠近光学发射器，以使得所获取的数据随后将由光学发射器传送到相关联的光学接收器，该光学接收器随后将进一步将该数据传送到基底载体或任何其它处理装置。传感器可以例如是光电二极管、光伏器件、光电导器件、光电晶体管等。这可以用于诸如指纹的非接触式光学传感、人脸识别相机、热传感(IR传感)、虹膜/眼睛识别、生物统计应用、静脉匹配(血管技术)等应用中。
在解释所附权利要求时，应理解的是，“包括”一词并不排除存在除给定权利要求中列出的元件或行为之外的其它元件或行为；元件前面的词语“一”或“一种”并不排除存在多个此类元件；权利要求中的任何附图标记不限制其范围；多个“构件/手段”可以由相同或不同的物项或实现的结构或功能来表示；除非另有特别说明，否则任何公开的器件或其部分可以组合在一起或分离成另外的部分。在一项权利要求涉及另一项权利要求的情况下，这可能指代通过组合它们相应的特征所实现的协同优势。但是，仅仅就某些措施记载于相互不同的权利要求中的事实来说，这并不表明这些措施的组合不能用于产生优势。因此，本实施例可以包括权利要求的所有工作组合，其中除非上下文明确排除，否则每个权利要求原则上可以引用任何先前的权利要求。
虽然已经在上文中参考具体实施例对本发明进行了描述，但是这是为了阐明而不是限制发明。本领域技术人员将理解在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种更改和所公开特征的不同组合。

Claims (26)

1.发光模块，包括
-第一表面(670、7170)，其包括多个发光元件(7000)，
-第二表面(7180)，其配置为接收驱动信号并将这些信号传送到所述第一表面的所述发光元件，
其中，所述第二表面包括多个光学发射器(7110、7120)，
其中，所述光学发射器各自与布置在所述第一表面上的相对的光学接收器(600、7210、7220)相关联，所述光学发射器和相关联的所述相对的光学接收器由光学介质分隔开，以使得包括了由所述光学发射器发送的驱动信号的光学信号由所述相关联的相对的光学接收器接收，
每个光学接收器连接到至少一个发光元件，并且被配置为将所述光学信号转换为电信号，所述电信号被配置为驱动所述至少一个发光元件以生成用于显示器的图像。
2.根据权利要求1所述的发光模块，其中，所述光学接收器是光学光敏器件(600)。
3.根据权利要求1或2所述的发光模块，其中，所述光学发射器是发光元件，所述发光元件优选地为LED、OLED及其变型、QD-LED、EL-QLED、AMOLED、迷你LED、微型LED或激光器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，所述发光元件是LED、OLED及其变体、QD-LED、EL-QLED、AMOLED、迷你LED、微型LED中的任一种。
5.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，所述第一表面(7170)和/或所述第二表面(7180)优选地为玻璃上的薄膜晶体管TFT、聚酰亚胺上的TFT、印刷电路板PCB。
6.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，所述第一表面和第二表面的折射率被选择为使光的全内反射最小化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，沿着每个光学发射器与其相关联的光学接收器之间的光路设置光圈(7200)，所述光圈被配置为使由所述光学发射器发射的光束在到达所述光学接收器时呈镜面反射式。
8.根据权利要求7所述的发光模块，其中，所述光圈(7200)布置在光圈层(7060)中，所述光圈层设置在所述第一表面和所述第二表面之间，其中所述光圈层优选地是层压式或附接上的，和/或其中所述光圈层优选地具有光吸收特性。
9.根据权利要求8所述的发光模块，其中，所述光圈层的折射率以及所述第一表面与所述第二表面的折射率被选择为使光的全内反射最小化。
10.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，沿着所述光学发射器与其相关联的光学接收器之间的光路，为每对光学接收器和光学发射器设置光学透镜，所述光学透镜被配置为将由所述光发射器发射的光束聚焦在所述光学接收器上。
11.根据权利要求10所述的发光模块，其中，所述光学透镜布置在微型柱状透镜中。
12.根据权利要求10或11所述的发光模块，其中，所述光学透镜设置在所述光圈层的所述光圈中。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的发光模块，其中，所述光圈层具有至少为所述光圈的直径的厚度，以使得每个光圈均是用于有选择性地将由所述光学发射器发射的镜面反射式光束朝向所述光学接收器发射的光导漏斗。
14.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，两个相邻的光学发射器(7110、7120)被配置为发射不同类型的辐射，并且所述相关联的光学接收器(7210、7220)被配置为接收其相关联的光学发射器的辐射。
15.根据权利要求14所述的发光模块，其中，光学接收器被配置为接收与其相关联的光学发射器相同的光谱带宽。
16.根据权利要求15所述的发光模块，其中，两个相邻的光学发射器发射具有不同光谱带宽的光。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的发光模块，其中，光学发射器被配置为发射具有至少两种不同光谱带宽的光，并且相关联的光学接收器被配置为对这两种不同的光谱带宽敏感。
18.根据权利要求17所述的发光模块，其中，所述相关联的光学接收器包括针对每个光谱带宽的输出。
19.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，所述光学接收器的敏感度被调制为有选择性地对从所述相关联的光学发射器入射的镜面反射式光作出反应。
20.根据权利要求19所述的发光模块，其中，在所述光学发射器和所述光学接收器之间设有中性密度层。
21.根据权利要求19或20所述的发光模块，其中，降低所述光学发射器的功率以增大所述光学接收器处的信噪比。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的发光模块，其中，通过调整由所述光学接收器接收的模拟信号的阈值电平来调节所述光学接收器的敏感度。
23.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，所述光学接收器被保护层覆盖，以减少环境光在所述发光模块内部的渗透。
24.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，所述光学发射器由保护罩覆盖，以减少环境光在所述发光模块内的渗透。
25.根据前述权利要求中任一项所述的发光模块，其中，所述光学发射器和相关联的光学接收器被布置为优化所述第一表面和所述第二表面上的空间。
26.显示模块，包括至少一个根据权利要求1至25中任一项所述的发光模块。
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