CN1213335C - 照明系统和显示装置 - Google Patents

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Abstract

一个用于照明显示装置的背光系统包括一个发光板(1)和一个用于耦合光到发光板(1)的光源，所述光源包括一个低压放电灯(6，7)。根据本发明，所述光源另外包括多个IED(8，8’，...；9，9’，...)，用于有选择地设定由光源发射的光的色温。优选，LED(8，8’，...；9，9’，...)增加由光源发射的光的色温。优选，由背光系统发射的光的范围在6，000到10，500K之间。优选，LED(8，8’，...；9，9’，...)是发射蓝光的LED，每一个优选地具有至少5流明的光通量。要在显示装置的显示屏幕上显示的图像的色点由背光系统设定，从而为要由显示装置显示的图像得到优化的对比度。

Description

照明系统和显示装置
                        技术领域
本发明涉及用于照明显示装置的照明系统，包括一个发光板和一个用于耦合光到发光板的光源，所述光源包括一个低压汞蒸汽放电灯。
本发明还涉及包括所述照明系统的显示装置。
                        背景技术
这种照明系统自身已经公知，它们也称为边缘发光系统。除别的应用外，它们应用于为(图像)显示装置的背光，例如用于电视接收机和监视器。这种照明系统可以特别适合用于为非发射显示器的背光，诸如液晶显示装置，也称为LCD板，它们应用于(便携)计算机或(无绳)电话。
所述显示装置一般包括一个衬底，其上提供有一个规则模式的图像元素(象素)，这些象素的每一个由至少一个电极控制。为在(图像)显示装置的一个(显示)屏幕的一个相关区域上重现一个图像或者一个数据图形，显示装置使用一个控制电路。在一个LCD设备中，从背灯发出的光借助一个开关或调制器调制，并使用各种类型的液晶效应。另外，显示器还可以基于电泳或电机械效应。
在开始一段提到的照明系统中，使用一个管式低压汞蒸汽放电灯，例如一个或者多个冷阴极荧光灯(CCFL)，作为光源，运行时由光源发出的光被耦合到发光板，它用作光学波导器。这一光学波导器一般形成一个较薄的平板，它例如用合成树脂或玻璃制造，使光在(全)内反射的影响下通过光学波导器传输。
在开始一段提到的类型的一个照明系统在EP 749 550中公开。在所述文献中，说明了一个平光源，给它提供一个低压汞蒸汽放电灯，用来照明一个LCD设备，该LCD设备包括一个具有光发射窗口的发光板，给该发光板提供一个光输入边缘面，用于耦合光到发光板，该照明系统包括一个混光室，它的纵长方向平行于所述光输入边缘面，和提供一个低压汞蒸汽放电灯，所述混光室与光输入边缘面关联。
已知照明系统的缺点在于光源具有固定的电磁谱。
                        发明内容
本发明的一个目的是完全或部分消除所述缺点。
本发明提供一个用于照明显示装置的照明系统，包括一个发光板1和一个用于耦合光到发光板11的光源，
所述光源包括一个低压汞蒸汽放电灯6，7，
其特征在于，
所述光源另外包括多个发光二极管8，8’，...；9，9’，...，用于有选择地增加由光源发射的光的色温；
将由光源发射的光的色温范围设定在6,000K到11,000K之间。
根据本发明，这一目的可以实现，即通过使光源另外包括多个发光二极管，用于有选择地设定由光源发射的光的色温。
在根据本发明的照明系统中，使用一个或者多个发光二极管(LED)，其具有高于或低于低压汞蒸汽放电灯的光发射波长，可以实现对由光源发射的光的色温的调节。由在照明系统中的光源发射的光的色点通过切换LED开或关或者通过调节LED对低压汞蒸汽放电灯的强度而影响。通过这样做，可以在运行时调节由照明系统发射的光的电磁谱。其结果，可以调节要由显示装置显示的图像的色点，而无需调节显示装置的象素的传输因子。换句话说，由显示装置显示的图像的色点的变化由照明系统控制，而不由显示装置控制。通过适当拆除在组件中的照明系统和显示装置的功能，除别的事项外，可以增加由显示装置显示的图像的对比度。由于控制由显示装置显示的图像的色点基本留给照明系统，因此可以优化使用显示装置的象素的发射因子来显示高对比度图像。结合一个或者多个低压汞蒸汽放电灯使用LED产生动态照明可能性。
所述照明系统的一个实施例的特征在于，所述发光二极管包括一个光发射波长，用于有选择地增加由光源发射的光的色温。
在已知照明系统中用作光源的低压汞蒸汽放电灯一般具有近似6500K的固定色温。给该照明系统的光源增加LED允许调节由照明系统发射的光的电磁谱。以这种方式，可以增加入射到显示装置上的光的色温。
优选，在低压汞蒸汽放电灯以外，使用LED作为光源，使其允许在例如从6,000到11,000K的范围内调节照明系统发射的光的色温。
由照明系统发射的光的色温的低限6,000K由下述事实提示，即低压汞蒸汽放电灯的色温在该范围内(一般大约为6500K)。由照明系统发射的光的色温的高限11,000K由下述事实提示，即显示装置中的色滤波器常常具有色温减小的效果，使照明系统和显示装置的组合的色温减小到例如9,500K。
为增加由照明系统发射的光的色温从例如6,500K(低压汞蒸汽放电灯的色温)到例如9,300K，则相对于在6500K的谱光分布，红光对光谱的贡献必须减小到0.90，而同时兰光对光谱的贡献必须增加到1.38，所述数字是根据绿光保持不变的假设作出的。然而，如果绿和红光两者对光谱的贡献都保持不变，只有兰光相对于在6500K的谱光分布的贡献增加到1.51，则得到所谓的相关色温。相关色点具有下面的坐标x＝0.286和y＝0.292，它们接近在黑体场所处的9300K点，亦即x＝0.285和y＝0.294。来自51％的附加的兰光对谱光分布的附加的亮度大于6％，而红光贡献的适应导致近似2％的亮度增加。
由照明系统发射的光的色温优选这样增加，即发光二极管主要包括兰光发射波长。
由LED发射的光的量是通过改变发光二极管的光通量设定的。一般，光通量的这一调节以能量有效的方式发生。例如，可以不需明显损失光输出使LED变暗。优选，由低压汞蒸汽放电灯和发光二极管发射的光的强度响应要由显示装置显示的图像的亮度级改变。优选，由显示装置显示的图像的色点由照明系统决定。通过这样做，得到要由显示装置显示的图像的最优对比度。
优选，每一发光二极管具有至少5流明的光通量。具有这种高输出的LED也称为LED功率包。这些高效、高输出的LED具有特定的优点，即为一个希望的比较高亮度的输出所需要的LED的数目可以较少。这对要制造的照明系统的紧凑性和效率都具有希望的效果。
所述照明系统的一个实施例的特征在于该照明系统包括控制电子部件，用于改变发光二极管的光通量。合适的控制电子部件允许得到希望的色温效应。在一个特别适合的实施例中，控制电子部件可以通过使用组件影响，通过例如测量邻近光的色温的传感器影响，通过例如(个人)计算机的视频卡和/或通过计算机程序的控制软件影响。
参考下面说明的实施例，本发明的这些以及其它方面将十分明显。
                        附图说明
图1是根据本发明的显示装置的一个例子的横断面视图；
图2A是根据本发明的照明系统的一个例子的横断面视图；
图2B是图2A所示照明系统的细节的侧视图；
图3A是根据本发明的照明系统的另一个例子的横断面视图；
图3B是图3A所示照明系统的细节的侧视图；
图3C是图3A所示的进一步细节的横断面视图。
                        具体实施方式
附图纯粹是示意图，未按比例绘制。特别为清楚起见，一些尺寸重点夸大。只要可能。相似的参考号码指图中相似的部件。
图1是一个根据本发明的显示装置的例子的完全示意性的横断面视图。照明系统1包括一个透光材料的发光板11，它例如由合成树脂、丙烯、聚碳酸脂、PMMA，诸如有机玻璃、或玻璃制造。在全内反射的影响下，运行时，光通过发光板11传输。所述发光板11具有前壁12和相对的后壁13。在前壁12和后壁13之间，为耦合光到发光板11的透光边缘表面14、15放置在发光板的任一侧。在图1的例子中，给照明系统提供两个混光室4、5，给其提供光源。在另一个可选的实施例中，透光边缘表面只放置在发光板的一侧，照明系统只包括一个混光室。
按照本发明的办法，光源包括低压汞蒸汽放电灯6、7，诸如冷阴极荧光灯(CCFL)，结合多个发光二极管(LED)8、8’、...，9、9’、...。所用的LED 8、8’、...，9、9’、...优选每个具有至少5流明光通量。具有这种高输出的LED另外称为LED功率包。功率LED的例子是“Barracuda(梭子鱼)”型的LED(Lumileds)。为蓝色LED的每一个LED的光通量是5lm。在另一个可选的实施例中，使用“Prometheus(普罗米修斯)”型功率LED(Lumileds)，这里为蓝色LED的每一个LED的光通量是8lm。
优选，LED安装在(金属核)印刷电路板上。如果在这种(金属核)印刷电路板(PCB)上提供功率LED，则由LED产生的热量可以容易地通过PCB由热传导散掉。在照明系统的一个也十分有兴趣的实施例中，(金属核)印刷电路板通过热传导连接与显示装置的外壳接触。
运行时，从光源发出的光入射到透光边缘表面14、15，并散布在发光板11上。根据全内部反射原理，光连续在发光板11内前后行进，除非光耦合到发光板11外面，例如通过提供的形变。
用于耦合光到发光板11外面的输出装置(未示出)优选在发光板11的后壁13的表面提供。这些输出装置用作辅助光源。另外，一个特定的光学系统可以与这一辅助光源关联，该光学系统例如在前壁12上(图1中未示出)提供。该光学系统例如用于产生一个宽光束。
输出装置由形变(的模式)组成，包括例如屏幕打印的点、楔子和/或边缘。在发光板11的后壁13上例如借助刻蚀、划线或沙击提供输出装置。在另一个可选择的实施例中，在发光板11的前壁12内提供形变。光在显示装置的方向上通过反射、散射和/或折射耦合到照明系统外面。图1可选表示一个(极化的)扩散器18和一个反射器或反射扩散器19，它们对源于发光板11的光产生进一步的混合。
图1还非常示意性地表示一个LCD显示装置的例子，它包括一个液晶显示(LCD)设备24。
优选给透光边缘表面14、15提供一个传感器(图1中未示出)，用于测量运行中由光源发射的光的光学特性。这一传感器连接到控制电子部件(图1中未示出)，用于适当地适应通过光源的光通量，优选通过LED 8、8’、...的光通量。借助所述传感器和控制电子部件，可以形成一个反馈机构，用于影响耦合到发光板11外面的光的质量和数量。
照明系统的组件，包括发光板11、提供有低压汞蒸汽放电灯6、7的混光室4、5和LED 8、8’...、9、9’...，和包括在外壳(图1中未示出)中的LCD板24的显示装置特别被用来显示(视频)图像或数据图形信息。
源于LED的光可以以不同方式加在从低压汞蒸汽放电灯发出的光上。在图2和3中表示出两个例子。
图2A非常示意性地表示一个照明系统的例子，它包括一个发光板111，给其提供两个混光室104、105，给每一混光室提供一个低压汞蒸汽放电灯106、107和多个LED 108、108’...、109、109’...，所述LED在外面接触混光室104、105，其在图2B的照明系统中的侧视图中示意表示。由LED 108、108’...、109、109’...发射的光的方向在图2A中用箭头示意指示。
图3A是一个照明系统的一个另外可选的例子的横断面视图，该照明系统包括一个发光板211，它在本例中提供有一个混光室204，给混光室提供一个低压汞蒸汽放电灯206和一个微开槽的杆210，其内由LED耦合入光。低压汞蒸汽放电灯206和微开槽的杆210容放在混光室204中，如在图3B的照明系统的侧视图中示意表示。由微开槽杆210发射的光的方向借助图3A中的箭头示意指示。
图3C是图3A所示微开槽杆210的示意横断面视图，所述微开槽杆包括两个混光室214、215，提供有LED 218、219，LED 218、219耦合光到提供有形式为微开槽221、221’...的光输出部件的杆210。传输进入微开槽杆210或由其发射的光的方向在图3C中用箭头示意指示。微开槽的杆210优选用透明的丙烯酸盐制造，其结果，不吸收由低压汞蒸汽放电灯发出的光。从LED发出的兰光的散射效应将导致通过低压汞蒸汽放电灯中的磷，进一步改善光分布的均匀性的，通过适当提供微开槽可以改善光到发光板211的耦合。
图3A-3C所示照明系统的结构优于图2A-2B所示结构的优点，在于不需要在容放低压汞蒸汽放电灯的混光室内开孔。进一步的优点在于由LED发出的光首先在照明系统中变换，如图3A-3C所示，从点状光源集合到线性光源。
显然，在本发明的范围内，对于熟悉本技术领域的人来说许多改变是可能的。
本发明的保护范围不限于上述例子。本发明以每一个新颖特征和特征的每一组合实现。权利要求中的参考号码不限制其保护范围。动词“包括”和它的词形变化不排除在权利要求中提到的那些以外存在的元件。在一个元件前面的冠词不排除多个这种元件的存在。

Claims (5)

1.一个用于照明显示装置的照明系统，包括一个发光板(1)和一个用于耦合光到发光板(11)的光源，
所述光源包括一个低压汞蒸汽放电灯(6，7)，
其特征在于，
所述光源另外包括多个发光二极管(8，8’，...；9，9’，...)，用于有选择地增加由光源发射的光的色温；
将由光源发射的光的色温范围设定在6,000K到11,000K之间。
2.根据权利要求1所述照明系统，其特征在于，发光二极管(8，8’，...；9，9’，...)主要包括兰光发射波长。
3.根据权利要求1所述照明系统，其特征在于，每一发光二极管(8，8’，...；9，9’，...)包括至少5流明的光通量。
4.根据权利要求1所述照明系统，其特征在于，照明系统包括控制电子部件，用于改变发光二极管(8，8’，...；9，9’，...)的光通量。
5.包括权利要求1所述照明系统的显示装置。
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