CN1854860A - Lcd背光显示器光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有嵌入在光管中的光电探测器的光源。光管包括透明材料层，其具有顶表面和底表面，以及与顶表面及底表面相交的第一和第二相对侧表面。在一个实施例中，光电探测器被嵌入在邻近第二侧表面的位置处的层中，并且多个发光体被这样安置，使得以小于等于材料层的临界角通过第一侧边沿将光线耦合到材料层中。底表面包括突起，用于朝向顶表面散射光线。控制器响应于光电探测器探测到的光强改变来调节各个发光体的强度。离开光管顶表面的光线可以被用于照明显示器。

Description

LCD背光显示器光源

技术领域

本发明涉及LCD背光显示器光源。

背景技术

液晶显示器(LCD)广泛用于计算机和诸如TV之类的消费设备。背光LCD是一种象素阵列，其中每个象素充当快门，以使来自位于该象素背后的光源的光线通过或被阻挡。彩色显示器是通过对象素配备彩色滤波器以使每个象素透过或阻挡特定颜色的光线而实现的。来自每个象素的光强由该象素处于透射状态中的时间设置。

显示器一般由白光光源照明，该光源在显示器的整个背面提供统一的光强。基于荧光的照明光源尤其吸引人，这是因为它们单位瓦特-小时功耗的高光输出。但是，这种光源要求高驱动电压，这使得它们对于电池供电的设备就没多少吸引力了。

结果，在这些应用中，更倾向于使用基于LED的光源。LED具有类似的电效率以及较长的寿命。另外，需要的驱动电压也与在多数便携式设备上的可用电池功率兼容。产生任意颜色光线的LED光源一般由3种LED构造而成。通过调节通过LED的电流和/或调节LED的占空系数，从而调节LED的相对强度。在后面的布置中，LED在短到以至于人类观察者无法察觉的周期时间内被开启和关闭。观察者所看到的光线强度是平均强度，因此，各种颜色的相对强度由各LED被开启的时间所占的百分比确定。

遗憾地是，LED承受老化问题。随着LED年限增长，通过LED的驱动电流和LED的占空系数必须增加，以补偿LED老化。由于老化效果随颜色不同而不同，所以察觉的显示颜色将随年限而漂移，除非改变驱动电流或改变占空系数。在一类光源中，每个颜色波段的光强由相应的光电二极管组测量。然后调节驱动条件来将这些光电二极管的输出维持到一组预定值，这组预定值对应于所期望察觉的光源的颜色。这种方法要求光电二极管对LED产生的光线进行采样的设计。

LCD阵列的背光照明系统一般利用LCD阵列后的某些形式的光盒或光管。光线在这些光盒的外围注入这些光盒。光盒的与邻近LCD阵列的表面相对的表面具有散射光线的某些形式的散射涂层，以使LCD的背面被统一地照明。为了提供反馈回路来补偿上面所讨论的老化效果，光电二极管一般沿光管一个边沿位于光管的外部。在这种布置中最终进入光电二极管的光线数量较少，并且随光源不同而变。另外，光电二极管所安装在上面的结构增加了光源的成本。最后，必须注意不能让环境光线到达光电二极管。这种预防进一步增加了最终光源的成本。

光源的厚度由光盒的厚度限制。在用于膝上形计算机和诸如光电探测器阵列和蜂窝电话之类的手持设备的显示器中，显示器的厚度尤其重要，这是因为显示器的厚度限制了设备的整个厚度。这些便携式设备中的某些要求光盒小于10mm厚。随着光盒厚度减小，上述问题变得更严重。

发明内容

本发明包括具有嵌入在光管中的光电探测器的光源。光管包括具有顶表面和底表面的材料层，该材料对透射波段波长的光线透明。该层具有第一和第二相对侧表面，它们与顶表面及底表面相交。在一种实施例中，光电探测器被嵌入在邻近第二表面的位置处的层中。在一种实施例中，光源包括多个发光体，其发射透射波段中的光线。发光体被这样设置，以将光线通过第一边沿耦合到材料层。在一个实施例中，发光体是LED。在一个实施例中，发光体以小于等于材料层的临界角将光线耦合到材料层中。在一个实施例中，底表面包括突起，用于朝向顶表面散射光线。在一个实施例中，发光体包括发射多个波段波长中的光线的发光体。在一个实施例中，人类观察者察觉的发光体产生的光线为白光。在一个实施例中，光电探测器包括多个波段探测器，每个波段探测器探测专门对该波段探测器的波段波长中的光线。在一个实施例中，光电探测器包括多个发光体探测器，每个发光体探测器探测来自发光体中对应的一个发光体的光线。

附图说明

图1是光源10的俯视图。

图2是通过图1中示出的线2-2的光源10的剖视图。

图3是根据本发明一个实施例设置来照明LCD显示器的光源的剖视图。

图4是适于在本发明中使用的光电探测器阵列60的剖视图。

图5是根据本发明一个实施例的光源的俯视图。

图6是根据本发明另一个实施例的光源100的俯视图。

具体实施方式

通过参考图1和图2，可以更容易地理解本发明提供其优点的方式，图1和图2示出了用于照明LCD显示器16的现有的光盒布置。图1是光源10的俯视图，图2是通过图1中示出的线2-2的光源10的剖视图。光源10使用LED阵列11照明光管12。LED被安装在电路板13上，电路板13安装在向LED提供电源的第二板15上。LED被这样安置，以使离开每个LED顶部的的光线经过透镜24照明光管12的端面23。相对于表面21以小于临界角进入光管12的光线在光管12内前后反射，直到光线被表面17上的粒子22吸收或散射。以大于临界角撞击表面21散射的光线逃出光管，并且照明LCD显示器16的背面。

光管中的光线的光谱内容被18所示的光电二极管阵列采样。阵列中的每个光电二极管包括波长滤波器，其将到达该光电二极管的光线限制为预定波段波长的光线。如上所述，光电二极管的输出被反馈控制器用来调整LED的电流或占空比。

离开光管的光量和到达光电二极管的光量取决于许多难以控制的因素。只有以大于临界角的角度撞击光管的端面的光线才能够离开光管。然而，由于光管的端面与光电二极管阵列之间的空气和光管之间的折射率差所致，即使该光线的一部分也要被反射回光管。此外，一旦光线离开光管的端面，光束将发散。因此，没有光学系统来收集光线，实际到达光电二极管的有源区域的光量仅是离开光管端面的光线的一小部分。如果使用收集系统来增加光线，则光管端面和光电二极管阵列之间的距离必须增加。这增加的距离增加了光源的大小，在例如蜂窝电话之类的小手持设备中就有问题。

另外，到达光电二极管的光量将取决于光学系统相对于光管端面的对准和光管端面的表面形貌细节。光管端面的瑕疵或表面的污迹将改变光收集效率。此外，到达探测器的多数光线将将已在光管的顶面和底面反射多次。如果这些表面中的任一个具有随波长而变的反射系数，则光电探测器将具有作为波长的函数的不同的收集效率。

此外，光电探测器相对于光管的对准取决于光管和光电探测器被安装到印刷电路板15的精度。如果光电探测器利用焊接到印刷电路板的管脚或表面安装座而被附接，则光管和光电探测器之间的相对位置将会变化。另外，如果印刷电路板被用于发散LED产生的热量，则由于随着印刷电路板被加热而致的温度变化，印刷电路板将弯曲。这种弯曲可能进一步改变光电探测器相对于光管的位置。

尽管利用反馈环的充分校准可以移除这种收集效率因素，但是校准过程自身将增加设备的成本，因此最好避免这种校准。然而，与导致印刷电路板弯曲的温度波动相关联的问题不能通过校准而轻易纠正，因为这种校准因素随温度而变。此外，随着光管厚度减小，上述所有上述问题变得更加严重。

本发明通过在光管自身中包含颜色传感器从而克服了这些问题。这保证颜色传感器总是与光管适当对准。另外，与由于颜色传感器与光管之间的空气和光管之间的折射率差所致的光线损失相关联的问题也被充分减小，这是由于仅有传感器材料和光管之间的折射率差变化。

现在参考图3，其是根据本发明一个实施例安置来照明LCD显示器16的光源的剖视图。为了简化下面的讨论，实现与上面参考图1和图2讨论的元件类似的功能的那些光源50的元件将用与图1和图2中使用的标号相同的标号表示，并且在这里将不进一步讨论。光源50利用在塑料光管52中模制的光电探测器阵列58来提供控制LED 11中的电流所需的反馈信号。从光电探测器阵列58的导线53突出穿过光管52的边沿，并且连接到印刷电路板51。在本实施例中，印刷电路板51也被用来安装LED阵列。

应当注意，印刷电路板相对于光管52的任何弯曲都被导线53所吸收。因此，导致电路板弯离光管的温度变化不改变颜色传感器的光收集效率。导线还吸收与将传感器附接到印刷电路板51相关联的任何高度变化。另外，导线提供了将光管一端固定到电路板的装置，因此，这减少了与将光管附接到印刷电路板相关联的制造成本。

现在参考图4，其示出了适于在本发明中使用的光电探测器阵列60的剖视图。光电探测器阵列60由3个光电探测器构成，其利用61～63示出的连接到导线框67的光电二极管，导线框67包括提供来自光电二极管的输出信号的导线68。为了简化图示，从图示中省略了光电二极管61～63与导线框67之间的各个连接。

在一个实施例中，这3个光电二极管彼此相同，并且对整个可见光谱上的光线敏感。这些光电探测器的波长特征由3个光带通滤波器64～66提供。这种滤波器在本领域中是已知的，因此在这里将不详细讨论。出于此讨论目的，注意，可以通过在光电二极管上沉积适当的材料从而构造这些滤波器，并且这些材料可以承受通常在塑料模制工艺中遇到的温度。

现在参考图5，其是根据本发明一个实施例的光源的俯视图。光源70利用与上面讨论的光电探测器阵列60相似的光电探测器阵列72。光电探测器阵列72沿相对LED 11的端面被模制到光管52中。在本实施例中，光电探测器阵列在光线已在光管中混合后对该光线进行采样，并且提供指示在3个波段中的每一个中的光线的总强度的信号。如果存在多于一个LED在给定的波段中发光，则假定所有的LED由同一信号驱动。在本实施例中，板上控制器71提供驱动信号。

在光电探测器阵列对混合后的光线进行采样并且存在多于一个LED在每个波段中发光的实施例中，光电探测器阵列优选如此安置，以使得所接收到的光线相对于从LED直接传输到光电探测器阵列的光线来说主要是散射的或反射的光线。如果与光管厚度相比，从LED到光电探测器阵列的距离较长就是这种情形，由于光电二极管阵列对LED的立体角将较小，因此几乎没有直射光线将被测量。然而，如果直射光线成问题，则光电二极管阵列可以被安装到光管52的如虚影75所示的侧。

在某些情形中，相对混合的光信号监控各个LED可能有用。例如，在有多个LED用于每种颜色的系统中，监控混合的光信号只提供关于总的颜色谱的信息。如果一种颜色的LED老化快于该颜色的其他LED，基于该颜色的光线的减少而仅增加到所有红光LED的驱动电流可能导致局部颜色变化。通过监控各个LED，而不是混合的光信号，可以避免该问题。

现在参考图6，其是根据本发明另一个实施例的光源100的俯视图。光源100包括101～106示出的6个LED。每两个LED对应于每个颜色波段。这些LED优选这样布置，以使得相邻LED产生不同颜色的光线。例如，LED 101和104产生绿光，LED 102和105产生红光，并且LED 103和106产生蓝光。每个LED由相应的光电二极管监控。对应于LED 101～106的光电二极管分别在111～116示出。每个光电二极管包括准直镜121，其防止来自其他LED的光线或从光管152的表面反射的光线接入该光电二极管。因此，光电二极管仅探测到直接从LED传输到其对应的光电二极管的光线。在图6示出的实施例中，每个光电二极管包括波长滤波器，其限制该光电二极管探测到的光线的光谱范围。然而，如果准直足以消除来自相邻LED的光线，则这些滤波器可以省略。

从前面的描述和附图本发明的各种修改将对本领域的技术人员变清楚。因此，本发明仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (12)

1.一种光源，包括：

光管，其包括具有顶表面和底表面的材料层，所述材料对在透射波段波长中的光线是透明的，所述层具有与所述顶表面及底表面相交的第一和第二相对侧表面；以及

光电探测器，用于测量在所述光管中传输的光线，所述光电探测器被嵌入在所述材料层中，并且生成指示所测得的光线的信号。

2.如权利要求1所述的光源，还包括：

多个发光体，所述发光体发射在所述透射波段中的光线，所述发光体被这样安置，以将光线通过所述第一侧表面耦合到所述材料层中。

3.如权利要求2所述的光源，其中，所述光电探测器邻近所述第二侧表面。

4.如权利要求2所述的光源，其中，所述发光体包括LED。

5.如权利要求2所述的光源，其中，所述发光体以小于等于所述材料层的临界角的角度将所述光线耦合到所述层中。

6.如权利要求2所述的光源，其中，所述底表面包括突起，用于朝向所述顶表面散射光线。

7.如权利要求2所述的光源，其中，所述发光体包括第一发光体和第二发光体，其中所述第一发光体发射在所述透射波段内的第一波段波长中的光线，所述第二发光体发射在所述透射波段内的第二波段波长中的光线，所述第一波段不同与所述第二波段。

8.如权利要求2所述的光源，其中，所述发光体发射人类观察者察觉为白光的光线。

9.如权利要求7所述的光源，其中，所述光电探测器包括多个波段探测器，每个波段探测器探测专门对该波段探测器的波段波长中的光线。

10.如权利要求9所述的光源，其中，每个所述波段探测器包括光电二极管和带通滤波器。

11.如权利要求7所述的光源，其中，所述光电探测器包括多个发光体探测器，每个发光体探测器探测来自所述发光体中的对应的一个的光线。

12.如权利要求2所述的光源，还包括控制器，其用于响应于所述光电探测器生成的信号来调整所述发光体发射的光线。

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