CN1270209C - 显示器件和照明系统的组件 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括带有由控制电路(8)控制的图象(3)的图形的显示器件和用于照明显示器件的背底照明系统，其中背底照明系统包括发光面板和与发光面板相关的光源(16、16’、16”、…)。光源包括至少两种不同颜色的多个发光二极管(LED)。控制电路(8)还控制LED的光通量。优选，用显示器件要显示的图象的光水平改变LED(16、16’、16”、…) 发射的光的强度。优选，可在帧-帧基础上控制背底照明系统发射的光的强度，而且，优选，用于每种颜色。优选，LED包括多个红、绿、蓝(和琥珀色)LED，它们每个优选具有至少5lm的光通量。要在显示器件的显示屏上显示的图象的色点由背底照明系统设置，并使为显示器件要显示的图象获得的对比度最佳化。

Description

显示器件和照明系统的组件
技术领域
本发明涉及一种组件，包括：
-提供有由控制电路驱动的象素图形的显示器件，
-用于照明显示器件的照明系统，
-所述照明系统包括发光面板和至少一个光源，所述光源与发光面板相关。
本发明还涉及用在所述组件中的显示器件。
本发明也涉及用在所述组件中的照明系统。
背景技术
这种组件本质上是公知的。它们尤其用在电视机接收机和监视器中。这种组件特别用在非发射显示器中，如液晶显示器件，还称为LCD面板，并结合所谓的背底光，例如边缘发光照明系统。这种照明系统特别被用在(便携式)计算机的显示屏中或数据图形显示器例如(无绳)电话、导航系统、汽车或(处理)控制室中。
一般情况下，开篇提到的显示器件包括提供有规则象素图形的衬底，每个象素由至少一个电极驱动。为了在(图象)显示器件的(显示)荧光屏的相关区域中形成图象或数据图形显示，显示器件采用控制电路。在LCD器件中，借助开关或调制器调制始发于背底光的光，并利用由各种类型液晶效应组成的器件。此外，该显示器可以以电泳或电机效应为基础。
在开篇所述的照明系统中，一般使用的光源是管形低压汞蒸汽放电灯，例如一个或多个紧凑型荧光灯，其中在工作中由光源发射的光耦合到用做光学波导的发光面板。这个光学波导一般形成比较薄和平坦的面板，该面板例如由合成树脂或玻璃构成，光通过所述光学波导在(全部)内部反射的影响下传输。
可以替换地以多个光电子元件形式的光源提供于这种照明系统，该光电子元件还称为电光元件，例如电致发光元件，如发光二极管(LED)。这些光源一般设置在发光面板的光传输(边缘)区域的附近或与其接触，因而在工作中始发于光源的光入射在光传输(边缘)区域上并在面板中扩散。
EP-A-915363公开了一种LCD显示器件和照明系统的组件，其中照明系统包括用于产生不同色温的光的两个或多个光源。通过这种方式，LCD显示器件根据所希望的色温被照明。对于光源，使用在工作中发射不同的、比较高的色温的不同类型的荧光灯。
上述类型的组件的缺点是公知组件的照明系统中的光源具有固定色温，因而只能通过互相控制显示器件的象素的传输系数来调整显示器件要显示的图象的色点。这导致显示器件的对比度下降。
发明内容
本发明的目的是完全或部分地克服所述缺陷。本发明还特别旨在提供开篇所述类型的组件，其中提高了显示器件的对比度。
根据本发明，该目的是如下实现的：
-光源包括具有不同光发射波长的至少两个发光二极管，和
-控制电路还根据显示器件要显示的图象驱动发光二极管的光通量。
根据本发明的一方面，提供了一种包括显示器件和用于照明该显示器件的照明系统的组件，包括：
-给所述显示器件提供由控制电路(8)驱动的象素(3)的图形，以及
-所述照明系统包括发光面板(11)和至少一个光源，所说光源与发光面板(11)相关，其特征在于：
-光源包括具有不同发光波长的至少两个发光二极管(16、16’、16”、…)，和
-控制电路(8)也根据显示器件要显示的图象来驱动发光二极管(16、16’、16”、…)的光通量，其中控制电路(8)响应显示器件要显示的图象的照明水平改变发光二极管(16、16’、16”、…)发射的光强度以及
-由发光二极管(16、16’、16”、…)发射的光的强度可以在帧-帧基础上进行调整。
通过采用具有不同光发射波长的LED和控制不同颜色的LED的相对强度，可调整显示器件要显示的图象的色点而不控制显示器件的象素的传输系数。换言之，改变显示器件显示的图象的色点可通过照明系统控制，而不是通过显示器件控制。如果要求显示器件的基本贡献控制要显示的图象的色点，则降低了显示的图象的对比度。本发明人已经认识到通过适当分开组件中的照明系统和显示器件的功能，实现了显示器件显示的图象的对比度的增加。如果显示器件显示的图象的色点主要由照明系统控制，则显示器件的象素的传输系数可最佳地用于显示高对比度图象。
根据本发明，LED的光通量由控制电路控制。如果该控制电路可由组件的用户通过传感器来影响特别合适，该传感器例如通过如(个人)计算机的视频卡和/或通过计算机程序的驱动软件测量周围光的色温
通过改变相关发光二极管的光通量，可调整由LED发射的光的量。这个光通量控制操作一般以全有效能量方式进行。例如，LED可以不亮而没有明显的光输出损失。
根据本发明的组件的优选实施例的特征在于控制电路响应显示器件要显示的图象的照明水平改变由发光二极管发射的光的强度。
例如，如果显示器件要显示的图象的照明水平比较低，例如在视频电影中的夜间景色的情况下，根据本发明的控制电路指示照明系统以实现LED的光输出的相应减少。在这种情况下，照明系统耦合出用于照明显示器件的较小量的光。显示器件的象素不必被“挤压”以减少来自照明系统的光。因此显示器件的象素的传输可最佳地用于显示高对比度图象。通过这种方式，尽管显示器件要显示的图象的较低照明水平，也可得到高对比度图象。
当显示具有较低照明水平的图象时，在公知组件中，为了得到所希望低照明水平，减少象素的传输。这导致低对比度图象，这是不利的和不希望的。
如果低压汞蒸汽放电灯用做照明系统中的光源，这些放电灯可能不亮，但是，花费较多的时间和没有效能量。
通过分开显示器件的照明功能和显示功能，照明功能留给照明系统，得到具有动态对比度概率的根据本发明的组件。根据本发明的组件导致智能的背底光根据显示器件要显示的图象用于照明(图象)显示器件。
根据本发明的组件的特别有利的实施例的特征在于由发光二极管发射的光的强度可以在帧-帧基础上调整。可以充分快速地调整LED的光通量，以便从帧到帧供给所希望的光强度。LED可以不亮而没有明显的光输出损失。
或者，根据本发明的组件的有利实施例的特征在于，可在帧-帧基础上为每种颜色调整由发光二极管发射的光的强度。可以充分快速地调整不同颜色的每个LED的光通量，以便从帧到帧输送所希望的光强度。LED为每种颜色的调整能力的优点在于(一组)视频帧可提供有某种颜色的“击穿(punch)”或“升压(boost)”。这意味着一种类型的彩色LED的光强度暂时工作在“过驱动“模式。可同时减少或甚至关闭通过彩色LED的其它类型的光通量，这是任意的。
有利地，光源包括具有不同发光波长的至少三个发光二极管。特别合适的是红、绿和蓝LED的组合，这是本质上公知的。在另一实施例中，光源包括不同颜色的四个LED，即红、绿、蓝和琥珀色LED的组合。不同颜色的所述三种或多种LED的组合可产生在本领域技术人员公知的1931C.I.E.色三角中包围的大区域。LED和各种颜色之间的比例的色坐标系的合适选择使照明系统产生具有多种色温和色点的光。例如，给定由发光面板耦合出的光的所希望色温，可以选择在黑体迹线上的光的色点。黑体迹线上的色点还称为“白点”(在给定色温)
优选，每个发光二极管具有至少5lm的光通量，具有这种高输出的LED还称做LED电源组。这些高效、高输出LED的应用具有的特别优点是，在所希望的较高光输出，LED的数量较少。这对要制造的照明系统的紧凑性和效率具有有利影响。而且使用LED的另外优点是：包括LED的照明系统的较长使用寿命、较低能量成本和较低维修成本。LED的使用产生动态照明可能性。
附图说明
本发明的这些和其它方案可通过参照以下所述的实施例明显看出和阐明。
附图中：
图1示意性地表示根据本发明的包括显示器件和照明系统的组件的方框图；
图2是根据本发明的组件的实施例的截面图；
图3A是示意性地表示根据本发明的包括显示器件和照明系统的组件的方框图，和
图3B示意性地表示显示器件和照明系统之间的驱动器接口的方框图。
具体实施方式
附图只是示意性地，没有按比例绘出。特别是为了清楚起见，某些尺寸放大了很多。在附图中，相同的参考标记尽可能表示相同的部件。
图1示意性地表示根据本发明的包括显示器件和照明系统的组件的方框图。(图象)显示器件包括具有提供有象素3的图形的表面2的衬底，其中象素3在垂直和水平方向互相分开(它们之间的距离是预定的)。在经过开关元件的选择期间，借助第一组电极的电极5，在数据电极(第二组电极的电极4)的电压确定图象容量，每个象素3被激活。第一组电极的电极5还称为列电极，第二组电极的电极4还称为行电极。
在所谓的有源驱动显示器件中，电极4经过并联导体6从控制电路9接收(模拟)控制信号，电极5经过并联导体7从控制电路9’接收(模拟)控制信号。在显示器件的另一实施例中，经过所谓无源驱动驱动电极。
为在显示器件的衬底1的表面2的相关区域中形成图象或数据图形显示，显示器件采用驱动控制电路9、9’的控制电路8。在显示器件中，可使用各种类型的电光材料。电光材料的例子是(扭曲)向列型或铁电液晶材料。一般情况下，电光材料根据施加于材料的电压衰减通过的或反射的光。
图1中示意地表示的照明系统包括具有不同发光波长的多个发光二极管(LED)16、16’、16”、…。LED16、16’、16”、…经过放大器25、25’、25”由控制电路8驱动。根据本发明的措施，控制电路8根据显示器件要显示的图象驱动显示器件和LED的光通量。在图1所示的例子中，参考标记16对应多个红LED，参考标记16’对应多个绿LED，参考标记16”对应多个蓝LED。优选，LED以交替红、绿和蓝LED的(线形)阵列形式排列。在图1所示的例子中，控制电路8在颜色-颜色基础上驱动LED16、16’、16”。在另一实施例中，控制电路单独驱动每个LED。单独驱动每个LED的优点在于，例如在LED之一有故障的情况下，可在照明系统中进行合适的测量，以便例如通过增加对应颜色的附近LED的光通量，来补偿这个故障的影响。
LED的源亮度是荧光管的很多倍。此外，当采用LED时，用光耦合到面板的效率比荧光管的情况高。采用LED作为光源的优点是LED可与由合成树脂制成的面板接触。LED在发光面板11的方向几乎不发热，它们也不发射有害(UV)辐射。LED的使用具有的另外优点是不需要用于将源自LED的光耦合到面板中。采用LED导致更紧凑的照明系统。
LED 16、16’、16”优选是具有高于5lm的光通量的LED。具有这种高输出的LED还称为LED电源组。电源LED的例子是“Barracuda”-型LED(Lumileds)。每个LED的光通量如下：红LED是15lm，绿LED是13lm，蓝LED是5lm，琥珀色LED是20lm。在另一实施例中，采用“Prometheus”-型LED(Lumileds)，每个LED的光通量如下：红LED是35lm，绿LED是20lm，蓝LED是8lm，琥珀色LED是40lm。
优选，LED s16、16’、16”安装在(金属-芯)印刷电路板上。如果功率LED安置在这种(金属-芯)印刷电路板(PCB)上，由LED产生的热很容易通过PCB的热传导散去。在照明系统的感兴趣的实施例中，(金属-芯)印刷电路板经过导热连接器与显示器件的外壳接触。
图2是根据本发明的组件的实施例的示意截面图。该照明系统包括透光材料的发光面板11，它由例如合成树脂、丙烯酸、聚碳酸酯、PMMA，如聚甲基丙烯酸甲酯或玻璃制成。在全内反射的影响下，在工作中，光通过面板11被传送。面板11具有前壁12和与所述前壁相对的后壁13。在前壁12和后壁13之间，有边缘区14、15。在图2所示的例子中，边缘区14是透光的，不同颜色的多个LED16(图2中只示出一个LED)与之相关。
根据本发明，LED16由控制电路8(图2中未示出)驱动。在工作中，源自LED16的光入射在透光边缘区14上并扩散到面板11中。根据全内反射的原理，光在面板11中来回运行，除非例如通过谨慎提供的变形将光耦合出面板11。与透光边缘区14相对的边缘表示为15，并且除了在适合用于测量在工作中由LED发射的光的光学特性的传感器10的区域以外，提供用于保持来自光源16、16’、16”的光在面板内部的反射涂层(图2中未示出)。所述传感器10通过LED16、16’、16”耦合到适于采用和/或改变光通量的控制电路8。借助传感器10和控制电路8，形成用于影响面板11耦合出的光的质量和数量的反馈机制。
在发光面板11的后壁13的表面18上设置用于耦合出光的耦合装置。这些耦合装置用做二次光源。特殊光学系统可与这个二次光源相关，该光学系统例如设置在前壁12(图2中未示出)上。该光学系统例如可用于形成宽光束。
所述耦合装置由变形(图形)构成并包括例如丝网印刷点、楔形物和/或脊。耦合装置例如借助刻蚀、划线或喷砂法形成在面板11的后壁13中。在另一实施例中，变形形成在面板11的前壁12中。光通过反射、散射和/或折射在LCD显示器件的方向(见图2中的水平箭头)耦合出照明系统。
图2表示任选的(极化)漫射器28和反射漫射器29，它们进一步使始于发光面板11的光混合，并确保光具有用于(LCD)(图象)显示器件的所希望的极化方向。
图2还示意性地表示包括液晶显示器(LCD)面板34和滤色器35的LCD显示器件的例子。在图2中，LC元件34A、34A’连接成以便允许光通过。然而，LC元件34B、34B’(交叉标记)不允许光通过(见图2中的水平箭头)。在该例中，滤色器35包括由R(红)G(绿)和B(蓝)表示的三基色。滤色器35中的R、G和B过滤元件对应LCD面板34的LC元件。R、G和B过滤元件只允许对应过滤元件的颜色的光通过。
包括在外壳20中的发光面板11、LED16和包括LCD面板34和滤色器35的显示器件的照明系统组件特别用于显示(视频)图象或数据图形信息。
在公知组件中，经过LC元件将源于荧光灯的具有固定色温的白光引导到对应R、G和B过滤元件，在显示器件上形成白点。这是通过控制三个LC元件产生的，使其处于它们允许光通过的位置。如果显示器件要显示的图象的所希望的色温不同于对应荧光灯发射的光的色温，则控制三个LC元件的传输系数，以便实现色温的所希望的偏移。为此，一般情况下，由于为了改变色温，必须捕获可见光谱中的蓝或红光的基本部分，因此必须阻止由LC元件通过的光的基本部分。由于LC元件阻止光的基本部分，产生了要显示的图象的对比度的显著降低。
通过举例，表I列举了在不改变通过用于三个LED即光谱发射最大值在610nm的红LED、光谱发射最大值在533nm的绿LED、和光谱发射最大值在465nm的蓝LED的组合的LED的光通量的情况下，产生在6500K和9500K的色温的白光需要的流明百分比。
表I  在不同色温的流明百分比
  在6500K的流明百分比   在9500K的流明百分比   流明输出的变化(％)
  红   26.4％   23.8％   -9.8％
  绿   65.1％   64.8％   -0.5％
  蓝   8.6％   11.4％   +32.6％
表I表示为了在色温6500K和在色温9500K产生白光而不控制LED的光通量，在6500K的LC元件的传输系数必须是对于红光为100％，对于绿光为100％，对于蓝光为75.4％，在9500K的LC元件的传输系数必须是对于红光为90％，对于绿光为99.5％，对于蓝光为100％。因而，如果显示器件必须使色温改变，这将导致由显示器件要显示的图象的对比度的显著降低。
在根据本发明的组件中，色温的改变与显示器件(中的LC元件)是分开的并委托给照明系统。如果希望显示器件要显示的图象的不同颜色，则通过控制电路用以下方式驱动照明系统中的不同的彩色LED，所述方式是：由照明系统发射的光的色温适合于显示器件要显示的图象的所希望色点。
可以用有效能量方式控制通过LED的光通量。此外，可以如此快速地控制由不同的彩色LED发射的光的强度，以便照明系统要显示的光的色温可以在用于每个图象的显示器件上调整。如果显示器件是LCD面板，则通过LED的光通量的采用一般发生在比在显示器件中偏移的帧-帧的低的频率。这归结于以下事实：为了控制LC元件以便从(完全)开到(完全)关改变，在LCD面板中需要多个阶梯。控制电路在帧-帧基础上适于相关LC元件的传输。
根据本发明的措施，LC元件不必对显示器件要显示的图象的色温做很多贡献。结果是，LC元件可以非常有效地用于显示高对比度图象。因而，可以通过将来自照明系统的光经过LC元件引导到对应R、G和B过滤元件，在显示器件上形成红、绿和蓝的所希望的的混合颜色，其中每个LC元件的透射率对应所希望的颜色。在这种情况下，不需要LC元件的附加的挤压以便同时产生显示器件要显示的图象的所希望的色温。
根据本发明，LED的光通量由控制电路控制。如果控制电路受组件的用户通过传感器的影响是特别合适的，其中传感器通过例如(个人)计算机的视频卡和/或通过计算机程序的驱动软件测量外界光的色温。对于包括用于显示数据图形信息的显示器件的组件来说，在照明系统中使用具有不同发光波长的两个LED一般就足够了。红和蓝绿/蓝色LED的组合是非常合适的。例如，如果具有在610nm的光谱发射最大值的红色LED与具有在491nm的光谱发射最大值的蓝绿/蓝LED组合，则通过施加37.7％的红色的流明百分比和62.3％的蓝绿/蓝色流明百分比获得在6500K的白点。在另一实施例中，具有在610nm的光谱发射最大值的红色LED与具有在497nm的光谱发射最大值的蓝绿LED组合，结果是，通过施加32.67％的琥珀色流明百分比和57.4％的蓝绿色流明百分比获得在4000K的白点。其它两种LED的合适组合是琥珀色和蓝绿/蓝色。例如，如果具有在591nm的光谱发射最大值的琥珀色LED与具有在488nm的光谱发射最大值的蓝绿/蓝色LED组合，则通过施加50.7％的琥珀色流明百分比和49.3％的蓝绿/蓝色流明百分比获得在6500K的白点。在这种应用中，由于对比度的原因，一般不采用发射黄光或蓝光的光源。在这种照明系统中，采用一般所谓二象素LCD显示器件，它只包括两个不同的滤色器。这种显示器件具有更高的分辨率和更高的亮度。
在包括用于播放例如视频电影的显示器件的组件中，采用包括与显示器件中相同的三基色即红、绿和蓝的照明系统。在另一实施例中，照明系统包括四种不同颜色的LED，即红、绿、蓝和琥珀色。
图3A示意性地表示根据本发明的包括显示器件和照明系统的组件的方框图。在本例中，显示器件134是所谓的TFT彩色LCD模件。显示器件134备有监视控制器131，特别是，用于使用户控制显示器件要显示的图象的亮度、对比度和颜色。显示器件134由控制电路驱动，在本例中，LCD驱动器108，它受监视控制器131的设定的影响。LCD驱动器108从视频处理器(图3A中未示出)接收其指令。
照明系统包括发光面板111，其中两个模件106、106’提供有多个LED。为清楚起见，相对于显示器件134分开和偏移地示出了发光面板111。每一个模件106、106’提供有用于测量在工作中由LEDS发射的光的光学特性的传感器110、110’。模件106、106’由LED驱动器108’驱动，LED驱动器108’也接收来自传感器110、110’的信号。在工作中，电源120给组件提供电能。根据本发明，用于在(图象)显示器件和照明系统之间通信的所谓驱动器接口DI位于LCD驱动器108和LED驱动器108’之间。
图3B示意性地表示在显示器件和照明系统之间的驱动器接口DI的方框图(图3A的细节)。驱动器接口DI传送多个信号，例如同步信号(a)和关于所希望的不同颜色的光级别、例如红(b)、绿(c)和蓝(d)光的信息。LCD驱动器108可以附加地或代替关于所希望的不同颜色的光水平的信息，经过驱动器接口DI发射所希望的色点(e)给LED驱动器108’。LED驱动器108’也可以经过驱动器接口DI发射信号(f)给LCD驱动器108，例如关于LED的光通量的最大允许值的信息。这对于通过LCD驱动器108在显示器件134上在某一时间周期内产生某种颜色的“击穿”或“升压”的情况是很重要的。LED驱动器108’可以反馈光通量仍然允许相关LED或LED的信息，由此防止相关LED或LED的温度太高。在图3B所示的例子，LCD驱动器108和LED驱动器108’也分别包括用于处理信号的控制器107、107’。
很清楚，在本发明的范围内，对于本领域的技术人员来说可做出很多改变。
本发明的保护范围不限于前面所给的例子。本发明体现在每个新的特征和特征的每个组合上。权利要求书中的参考标记不限制其保护范围。动词“包括”及其变形形式的使用不排除存在权利要求书中所述的那些元件以外的元件。在元件前面使用“一个”不排除存在多个这种元件。

Claims (6)

1.一种包括显示器件和用于照明该显示器件的照明系统的组件，
-给所述显示器件提供由控制电路(8)驱动的象素(3)的图形，以及
-所述照明系统包括发光面板(11)和至少一个光源，所说光源与发光面板(11)相关，其特征在于：
-光源包括具有不同发光波长的至少两个发光二极管(16、16’、16”、...)，和
-控制电路(8)也根据显示器件要显示的图象来驱动发光二极管(16、16’、16”、...)的光通量，其中控制电路(8)响应显示器件要显示的图象的照明水平改变发光二极管(16、16’、16”、...)发射的光强度，以及
-由发光二极管(16、16’、16”、...)发射的光的强度可以在帧-帧基础上进行调整。
2.根据权利要求1的组件，其特征在于发光二极管(16、16’、16”、...)发射的光的强度可以在帧-帧基础上为每种颜色进行调整。
3.根据权利要求1或2的组件，其特征在于光源包括具有不同发光波长的至少三个发光二极管(16、16’、16”、...)。
4.根据权利要求1或2的组件，其特征在于每个发光二极管(16、16’、16”、...)包括至少51m的光通量。
5.根据权利要求4的组件，其特征在于发光二极管(16、16’、16”、...)安装在印刷电路板上。
6.一种用在权利要求1或2中所述的组件中的照明系统，该照明系统包括：
发光面板(11)和至少一个光源，所说光源与发光面板(11)相关，
光源包括具有不同发光波长的至少两个发光二极管(16、16’、16”、...)，和
-控制电路(8)也根据显示器件要显示的图象来驱动发光二极管(16、16’、16”、...)的光通量，其中控制电路(8)响应显示器件要显示的图象的照明水平改变发光二极管(16、16’、16”、...)发射的光强度，以及
-由发光二极管(16、16’、16”、...)发射的光的强度可以在帧-帧基础上进行调整。
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