專利名稱：Lcd背光顯示器光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LCD背光顯示器光源。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)廣泛用于計算機和諸如TV之類的消費設(shè)備。背光LCD是一種象素陣列，其中每個象素充當(dāng)快門，以使來自位于該象素背后的光源的光線通過或被阻擋。彩色顯示器是通過對象素配備彩色濾波器以使每個象素透過或阻擋特定顏色的光線而實現(xiàn)的。來自每個象素的光強由該象素處于透射狀態(tài)中的時間設(shè)置。
顯示器一般由白光光源照明，該光源在顯示器的整個背面提供統(tǒng)一的光強?；跓晒獾恼彰鞴庠从绕湮?，這是因為它們單位瓦特-小時功耗的高光輸出。但是，這種光源要求高驅(qū)動電壓，這使得它們對于電池供電的設(shè)備就沒多少吸引力了。
結(jié)果，在這些應(yīng)用中，更傾向于使用基于LED的光源。LED具有類似的電效率以及較長的壽命。另外，需要的驅(qū)動電壓也與在多數(shù)便攜式設(shè)備上的可用電池功率兼容。產(chǎn)生任意顏色光線的LED光源一般由3種LED構(gòu)造而成。通過調(diào)節(jié)通過LED的電流和/或調(diào)節(jié)LED的占空系數(shù)，從而調(diào)節(jié)LED的相對強度。在后面的布置中，LED在短到以至于人類觀察者無法察覺的周期時間內(nèi)被開啟和關(guān)閉。觀察者所看到的光線強度是平均強度，因此，各種顏色的相對強度由各LED被開啟的時間所占的百分比確定。
遺憾地是，LED承受老化問題。隨著LED年限增長，通過LED的驅(qū)動電流和LED的占空系數(shù)必須增加，以補償LED老化。由于老化效果隨顏色不同而不同，所以察覺的顯示顏色將隨年限而漂移，除非改變驅(qū)動電流或改變占空系數(shù)。在一類光源中，每個顏色波段的光強由相應(yīng)的光電二極管組測量。然后調(diào)節(jié)驅(qū)動條件來將這些光電二極管的輸出維持到一組預(yù)定值，這組預(yù)定值對應(yīng)于所期望察覺的光源的顏色。這種方法要求光電二極管對LED產(chǎn)生的光線進行采樣的設(shè)計。
LCD陣列的背光照明系統(tǒng)一般利用LCD陣列后的某些形式的光盒或光管。光線在這些光盒的外圍注入這些光盒。光盒的與鄰近LCD陣列的表面相對的表面具有散射光線的某些形式的散射涂層，以使LCD的背面被統(tǒng)一地照明。為了提供反饋回路來補償上面所討論的老化效果，光電二極管一般沿光管一個邊沿位于光管的外部。在這種布置中最終進入光電二極管的光線數(shù)量較少，并且隨光源不同而變。另外，光電二極管所安裝在上面的結(jié)構(gòu)增加了光源的成本。最后，必須注意不能讓環(huán)境光線到達(dá)光電二極管。這種預(yù)防進一步增加了最終光源的成本。
光源的厚度由光盒的厚度限制。在用于膝上形計算機和諸如光電探測器陣列和蜂窩電話之類的手持設(shè)備的顯示器中，顯示器的厚度尤其重要，這是因為顯示器的厚度限制了設(shè)備的整個厚度。這些便攜式設(shè)備中的某些要求光盒小于10mm厚。隨著光盒厚度減小，上述問題變得更嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括具有嵌入在光管中的光電探測器的光源。光管包括具有頂表面和底表面的材料層，該材料對透射波段波長的光線透明。該層具有第一和第二相對側(cè)表面，它們與頂表面及底表面相交。在一種實施例中，光電探測器被嵌入在鄰近第二表面的位置處的層中。在一種實施例中，光源包括多個發(fā)光體，其發(fā)射透射波段中的光線。發(fā)光體被這樣設(shè)置，以將光線通過第一邊沿耦合到材料層。在一個實施例中，發(fā)光體是LED。在一個實施例中，發(fā)光體以小于等于材料層的臨界角將光線耦合到材料層中。在一個實施例中，底表面包括突起，用于朝向頂表面散射光線。在一個實施例中，發(fā)光體包括發(fā)射多個波段波長中的光線的發(fā)光體。在一個實施例中，人類觀察者察覺的發(fā)光體產(chǎn)生的光線為白光。在一個實施例中，光電探測器包括多個波段探測器，每個波段探測器探測專門對該波段探測器的波段波長中的光線。在一個實施例中，光電探測器包括多個發(fā)光體探測器，每個發(fā)光體探測器探測來自發(fā)光體中對應(yīng)的一個發(fā)光體的光線。


圖1是光源10的俯視圖。
圖2是通過圖1中示出的線2-2的光源10的剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例設(shè)置來照明LCD顯示器的光源的剖視圖。
圖4是適于在本發(fā)明中使用的光電探測器陣列60的剖視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光源的俯視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的光源100的俯視圖。
具體實施例方式
通過參考圖1和圖2，可以更容易地理解本發(fā)明提供其優(yōu)點的方式，圖1和圖2示出了用于照明LCD顯示器16的現(xiàn)有的光盒布置。圖1是光源10的俯視圖，圖2是通過圖1中示出的線2-2的光源10的剖視圖。光源10使用LED陣列11照明光管12。LED被安裝在電路板13上，電路板13安裝在向LED提供電源的第二板15上。LED被這樣安置，以使離開每個LED頂部的的光線經(jīng)過透鏡24照明光管12的端面23。相對于表面21以小于臨界角進入光管12的光線在光管12內(nèi)前后反射，直到光線被表面17上的粒子22吸收或散射。以大于臨界角撞擊表面21散射的光線逃出光管，并且照明LCD顯示器16的背面。
光管中的光線的光譜內(nèi)容被18所示的光電二極管陣列采樣。陣列中的每個光電二極管包括波長濾波器，其將到達(dá)該光電二極管的光線限制為預(yù)定波段波長的光線。如上所述，光電二極管的輸出被反饋控制器用來調(diào)整LED的電流或占空比。
離開光管的光量和到達(dá)光電二極管的光量取決于許多難以控制的因素。只有以大于臨界角的角度撞擊光管的端面的光線才能夠離開光管。然而，由于光管的端面與光電二極管陣列之間的空氣和光管之間的折射率差所致，即使該光線的一部分也要被反射回光管。此外，一旦光線離開光管的端面，光束將發(fā)散。因此，沒有光學(xué)系統(tǒng)來收集光線，實際到達(dá)光電二極管的有源區(qū)域的光量僅是離開光管端面的光線的一小部分。如果使用收集系統(tǒng)來增加光線，則光管端面和光電二極管陣列之間的距離必須增加。這增加的距離增加了光源的大小，在例如蜂窩電話之類的小手持設(shè)備中就有問題。
另外，到達(dá)光電二極管的光量將取決于光學(xué)系統(tǒng)相對于光管端面的對準(zhǔn)和光管端面的表面形貌細(xì)節(jié)。光管端面的瑕疵或表面的污跡將改變光收集效率。此外，到達(dá)探測器的多數(shù)光線將將已在光管的頂面和底面反射多次。如果這些表面中的任一個具有隨波長而變的反射系數(shù)，則光電探測器將具有作為波長的函數(shù)的不同的收集效率。
此外，光電探測器相對于光管的對準(zhǔn)取決于光管和光電探測器被安裝到印刷電路板15的精度。如果光電探測器利用焊接到印刷電路板的管腳或表面安裝座而被附接，則光管和光電探測器之間的相對位置將會變化。另外，如果印刷電路板被用于發(fā)散LED產(chǎn)生的熱量，則由于隨著印刷電路板被加熱而致的溫度變化，印刷電路板將彎曲。這種彎曲可能進一步改變光電探測器相對于光管的位置。
盡管利用反饋環(huán)的充分校準(zhǔn)可以移除這種收集效率因素，但是校準(zhǔn)過程自身將增加設(shè)備的成本，因此最好避免這種校準(zhǔn)。然而，與導(dǎo)致印刷電路板彎曲的溫度波動相關(guān)聯(lián)的問題不能通過校準(zhǔn)而輕易糾正，因為這種校準(zhǔn)因素隨溫度而變。此外，隨著光管厚度減小，上述所有上述問題變得更加嚴(yán)重。
本發(fā)明通過在光管自身中包含顏色傳感器從而克服了這些問題。這保證顏色傳感器總是與光管適當(dāng)對準(zhǔn)。另外，與由于顏色傳感器與光管之間的空氣和光管之間的折射率差所致的光線損失相關(guān)聯(lián)的問題也被充分減小，這是由于僅有傳感器材料和光管之間的折射率差變化。
現(xiàn)在參考圖3，其是根據(jù)本發(fā)明一個實施例安置來照明LCD顯示器16的光源的剖視圖。為了簡化下面的討論，實現(xiàn)與上面參考圖1和圖2討論的元件類似的功能的那些光源50的元件將用與圖1和圖2中使用的標(biāo)號相同的標(biāo)號表示，并且在這里將不進一步討論。光源50利用在塑料光管52中模制的光電探測器陣列58來提供控制LED 11中的電流所需的反饋信號。從光電探測器陣列58的導(dǎo)線53突出穿過光管52的邊沿，并且連接到印刷電路板51。在本實施例中，印刷電路板51也被用來安裝LED陣列。
應(yīng)當(dāng)注意，印刷電路板相對于光管52的任何彎曲都被導(dǎo)線53所吸收。因此，導(dǎo)致電路板彎離光管的溫度變化不改變顏色傳感器的光收集效率。導(dǎo)線還吸收與將傳感器附接到印刷電路板51相關(guān)聯(lián)的任何高度變化。另外，導(dǎo)線提供了將光管一端固定到電路板的裝置，因此，這減少了與將光管附接到印刷電路板相關(guān)聯(lián)的制造成本。
現(xiàn)在參考圖4，其示出了適于在本發(fā)明中使用的光電探測器陣列60的剖視圖。光電探測器陣列60由3個光電探測器構(gòu)成，其利用61～63示出的連接到導(dǎo)線框67的光電二極管，導(dǎo)線框67包括提供來自光電二極管的輸出信號的導(dǎo)線68。為了簡化圖示，從圖示中省略了光電二極管61～63與導(dǎo)線框67之間的各個連接。
在一個實施例中，這3個光電二極管彼此相同，并且對整個可見光譜上的光線敏感。這些光電探測器的波長特征由3個光帶通濾波器64～66提供。這種濾波器在本領(lǐng)域中是已知的，因此在這里將不詳細(xì)討論。出于此討論目的，注意，可以通過在光電二極管上沉積適當(dāng)?shù)牟牧蠌亩鴺?gòu)造這些濾波器，并且這些材料可以承受通常在塑料模制工藝中遇到的溫度。
現(xiàn)在參考圖5，其是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光源的俯視圖。光源70利用與上面討論的光電探測器陣列60相似的光電探測器陣列72。光電探測器陣列72沿相對LED 11的端面被模制到光管52中。在本實施例中，光電探測器陣列在光線已在光管中混合后對該光線進行采樣，并且提供指示在3個波段中的每一個中的光線的總強度的信號。如果存在多于一個LED在給定的波段中發(fā)光，則假定所有的LED由同一信號驅(qū)動。在本實施例中，板上控制器71提供驅(qū)動信號。
在光電探測器陣列對混合后的光線進行采樣并且存在多于一個LED在每個波段中發(fā)光的實施例中，光電探測器陣列優(yōu)選如此安置，以使得所接收到的光線相對于從LED直接傳輸?shù)焦怆娞綔y器陣列的光線來說主要是散射的或反射的光線。如果與光管厚度相比，從LED到光電探測器陣列的距離較長就是這種情形，由于光電二極管陣列對LED的立體角將較小，因此幾乎沒有直射光線將被測量。然而，如果直射光線成問題，則光電二極管陣列可以被安裝到光管52的如虛影75所示的側(cè)。
在某些情形中，相對混合的光信號監(jiān)控各個LED可能有用。例如，在有多個LED用于每種顏色的系統(tǒng)中，監(jiān)控混合的光信號只提供關(guān)于總的顏色譜的信息。如果一種顏色的LED老化快于該顏色的其他LED，基于該顏色的光線的減少而僅增加到所有紅光LED的驅(qū)動電流可能導(dǎo)致局部顏色變化。通過監(jiān)控各個LED，而不是混合的光信號，可以避免該問題。
現(xiàn)在參考圖6，其是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的光源100的俯視圖。光源100包括101～106示出的6個LED。每兩個LED對應(yīng)于每個顏色波段。這些LED優(yōu)選這樣布置，以使得相鄰LED產(chǎn)生不同顏色的光線。例如，LED 101和104產(chǎn)生綠光，LED 102和105產(chǎn)生紅光，并且LED 103和106產(chǎn)生藍(lán)光。每個LED由相應(yīng)的光電二極管監(jiān)控。對應(yīng)于LED 101～106的光電二極管分別在111～116示出。每個光電二極管包括準(zhǔn)直鏡121，其防止來自其他LED的光線或從光管152的表面反射的光線接入該光電二極管。因此，光電二極管僅探測到直接從LED傳輸?shù)狡鋵?yīng)的光電二極管的光線。在圖6示出的實施例中，每個光電二極管包括波長濾波器，其限制該光電二極管探測到的光線的光譜范圍。然而，如果準(zhǔn)直足以消除來自相鄰LED的光線，則這些濾波器可以省略。
從前面的描述和附圖本發(fā)明的各種修改將對本領(lǐng)域的技術(shù)人員變清楚。因此，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種光源，包括光管，其包括具有頂表面和底表面的材料層，所述材料對在透射波段波長中的光線是透明的，所述層具有與所述頂表面及底表面相交的第一和第二相對側(cè)表面；以及光電探測器，用于測量在所述光管中傳輸?shù)墓饩€，所述光電探測器被嵌入在所述材料層中，并且生成指示所測得的光線的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的光源，還包括多個發(fā)光體，所述發(fā)光體發(fā)射在所述透射波段中的光線，所述發(fā)光體被這樣安置，以將光線通過所述第一側(cè)表面耦合到所述材料層中。
3.如權(quán)利要求2所述的光源，其中，所述光電探測器鄰近所述第二側(cè)表面。
4.如權(quán)利要求2所述的光源，其中，所述發(fā)光體包括LED。
5.如權(quán)利要求2所述的光源，其中，所述發(fā)光體以小于等于所述材料層的臨界角的角度將所述光線耦合到所述層中。
6.如權(quán)利要求2所述的光源，其中，所述底表面包括突起，用于朝向所述頂表面散射光線。
7.如權(quán)利要求2所述的光源，其中，所述發(fā)光體包括第一發(fā)光體和第二發(fā)光體，其中所述第一發(fā)光體發(fā)射在所述透射波段內(nèi)的第一波段波長中的光線，所述第二發(fā)光體發(fā)射在所述透射波段內(nèi)的第二波段波長中的光線，所述第一波段不同與所述第二波段。
8.如權(quán)利要求2所述的光源，其中，所述發(fā)光體發(fā)射人類觀察者察覺為白光的光線。
9.如權(quán)利要求7所述的光源，其中，所述光電探測器包括多個波段探測器，每個波段探測器探測專門對該波段探測器的波段波長中的光線。
10.如權(quán)利要求9所述的光源，其中，每個所述波段探測器包括光電二極管和帶通濾波器。
11.如權(quán)利要求7所述的光源，其中，所述光電探測器包括多個發(fā)光體探測器，每個發(fā)光體探測器探測來自所述發(fā)光體中的對應(yīng)的一個的光線。
12.如權(quán)利要求2所述的光源，還包括控制器，其用于響應(yīng)于所述光電探測器生成的信號來調(diào)整所述發(fā)光體發(fā)射的光線。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有嵌入在光管中的光電探測器的光源。光管包括透明材料層，其具有頂表面和底表面，以及與頂表面及底表面相交的第一和第二相對側(cè)表面。在一個實施例中，光電探測器被嵌入在鄰近第二側(cè)表面的位置處的層中，并且多個發(fā)光體被這樣安置，使得以小于等于材料層的臨界角通過第一側(cè)邊沿將光線耦合到材料層中。底表面包括突起，用于朝向頂表面散射光線?？刂破黜憫?yīng)于光電探測器探測到的光強改變來調(diào)節(jié)各個發(fā)光體的強度。離開光管頂表面的光線可以被用于照明顯示器。
文檔編號G02F1/1335GK1854860SQ200610076068
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者邢淳恩, 鄭泰明, 郭春源, 周春杰 申請人:安華高科技杰納勒爾Ip(新加坡)私人有限公司