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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf Flüssigkristall-Anzeige(LCD)-Vorrichtungen,
und genauer gesagt auf die Hintergrundbeleuchtung von LCD-Vorrichtungen.
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STAND DER TECHNIK
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LCD-Vorrichtungen
werden bei Flachbildanzeigen für Monitore, Fernsehgeräte
und/oder weitere Anzeigen weit verbreitet verwendet. Wie dem Fachmann
bekannt ist, enthält eine LCD-Anzeige im Allgemeinen ein
flaches Feld von LCD-Vorrichtungen, welche als ein Feld von optischen
Verschlüssen wirken. Lichtdurchlässige LCD-Anzeigen
können Neonröhren oberhalb, nebenangeordnet, und
manchmal hinter dem Feld von LCD-Vorrichtungen verwenden, um eine
Hintergrundbeleuchtung für die Anzeige bereitzustellen.
Eine Diffusionsscheibe hinter den LCD-Vorrichtungen kann dazu verwendet
werden, um das Licht gleichförmig neu zu richten und zu
zerstreuen, um über die Anzeige hinweg eine gleichförmige
Helligkeit und einen Kontrast bereitzustellen.
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Es
ist beispielsweise bekannt, eine oder mehrere Kaltkathoden-Neonröhren
angrenzend an einer oder an mehreren Kanten von dem Flächenfeld aus
LCD-Vorrichtungen, und eine Lichtführung oder Lichtröhre,
welche das Licht von den Kaltkathoden-Neonröhren richtet,
zu verwenden, um die Seite des Flächenfeldes von LCD- Vorrichtungen
zu beleuchten. Es ist ein Nachteil, dass eine solche Kantenbeleuchtung
unwirksam sein kann, wobei bis zu 50% oder mehr des Lichtes verloren
geht.
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Es
ist ebenfalls bekannt, ein Feld von Kaltkathoden-Neonröhren
hinter dem Flächenfeld aus LCD-Vorrichtungen, und diesem
zugewandt, bereitzustellen. Es ist ein Nachteil, dass ein Feld von
Kaltkathoden-Neonröhren die Dicke von der LCD-Anzeige erhöhen
kann und/oder den Energieverbrauch davon erhöhen kann.
Es kann ebenfalls schwierig sein, das Flächenfeld aus LCD-Vorrichtungen
mit einem Feld von Kaltkathoden-Neonröhren gleichförmig
zu beleuchten.
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Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen,
wie beispielsweise lichtemittierende Dioden(LED)-Vorrichtungen,
können ebenfalls zur Kantenbeleuchtung von einem Flächenfeld
aus LCD-Vorrichtungen verwendet werden. Beispielsweise beschreibt
die
U.S. Patent Application
Serial No. 10/898,608 , eingereicht am 23. Juli 2004, mit
dem Titel Reflective Optical Elements for Semiconductor Light Emitting
Devices, welche dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugeordnet
ist, wobei die Offenbarung derer hiermit durch Inbezugnahme in ihrer
Gesamtheit, als ob sie hier vollständig dargelegt ist,
einbezogen ist, Seitenemissions-LEDs, welche für eine großflächige
LCD und/oder für eine Fernseh-Hintergrundbeleuchtung verwendet
werden können.
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LED-Felder
wurden ebenfalls als eine direkte Hintergrundbeleuchtung für
lichtdurchlässige LCD-Vorrichtungen verwendet, wie in der
U.S. Patent Application Serial
No. 11/022,332 , eingereicht am 23. Dezember 2004, mit dem
Titel Light Emitting Diode Arrays for Direct Backlighting of Liquid
Crystal Displays, beschrieben, welche dem Anmelder der vorliegenden
Erfindung zugeordnet ist, wobei die Offenbarung derer hierbei durch
Inbezugnahme in ihrer Gesamtheit, als ob sie hier vollständig
dargelegt ist, einbezogen ist.
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Wie
im Stand der Technik bekannt, kann ein LCD-Schirm ein Farbbild erzeugen,
indem ein Flächenfeld aus roten, grünen und blauen
(RGB) Pixeln bereitgestellt wird. Indem die Intensität
von jeder der drei Farben variiert wird, kann eine Vielzahl von
Farben durch ein einzelnes RGB-Pixel erzeugt werden. Ein einfarbiger
(d. h. roter, grüner oder blauer) Pixel 15 von
einer LCD-Anzeige, welche durch eine Neonlichtquelle 12 beleuchtet
wird, ist in 1 dargestellt. Bei einem neonbasierten
LCD-Anzeigesystem 10 erzeugt eine Neonlichtquelle 12 ein
Licht 14A einer hohen Intensität, welches zum
Pixel 15 gerichtet ist, wie in 1 dargestellt.
Wie im Stand der Technik ebenfalls bekannt, kann eine Neonlichtquelle
ein Licht eines Breitenspektrums erzeugen, welches Wellenlängenkomponenten
im roten, grünen, blauen oder in weiteren Abschnitten des
sichtbaren Spektrums enthält. Ein Licht, welches durch
eine Neonlichtröhre 12 erzeugt ist, kann durch
einen Betrachter als ein weißes oder nahezu weißes
Licht wahrgenommen werden.
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Ein
Licht 14A, welches durch die Neonlichtröhre 12 emittiert
wird, passiert durch einen Polarisator 16, welcher dazu
konfiguriert ist, einen Durchlass von lediglich einem Licht 14B zuzulassen,
welches in einer vorbestimmten ersten Richtung polarisiert ist. Somit
kann eine wesentliche Lichtmenge durch den Polarisator 16 absorbiert
und/oder blockiert werden. Demgemäß ist in der
Darstellung von 1 ein Pfeil, welcher ein polarisiertes
Licht 14B anzeigt, welches durch den Polarisator 16 passiert,
kleiner als ein Pfeil, welcher ein Licht 14A darstellt,
welches durch die Neonlichtröhre 12 erzeugt ist.
Eine transflektive Oberfläche (nicht gezeigt), wie beispielsweise
ein Zwei-Wege-Spiegel, kann zwischen der Lichtquelle 12 und
dem Polarisator 16 bereitgestellt werden. Eine transflektive
Oberfläche kann ein Licht von der Lichtquelle 12 übertragen
und ein Licht, welches von der Betrachtungsoberfläche eingeht,
in den Polarisator 16 zurückreflektieren. Auf
diese Art und Weise kann die Anzeige durch eine Hintergrundbeleuchtung und/oder
durch ein Umgebungslicht beleuchtet werden.
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Als
Nächstes passiert das polarisierte Licht 14B,
welches durch den Polarisator 16 passiert, durch einen
Flüssigkristall-Verschluss 18, welcher derart
konfiguriert ist, um entweder ein unverändertes Passieren
des polarisierten Lichtes 14B durch den Verschluss 18 zu
erlauben oder um das Licht 14B auf eine zweite Polarisationsrichtung
neu zu polarisieren, und zwar basierend auf den Ladezustand eines
Paares von transparenten Elektroden (nicht gezeigt) an einer von
beiden Seiten von dem Flüssigkristall-Verschluss 18.
Typischerweise ist die zweite Polarisation um 90° gegen
die erste Polarisationsrichtung gedreht. Somit kann der Flüssigkristall-Verschluss 18 beispielsweise
ein Licht, welches durch ihn passiert, neu polarisieren, wenn eine
Spannung an die Elektroden angelegt ist, und kann ein unverändertes
Passieren des Lichtes erlauben, wenn an den Elektroden keine Spannung
angelegt ist. In beiden Fällen kann eine geringe oder keine
wesentliche Absorption von Licht im Flüssigkristall-Verschluss 18 auftreten.
Somit kann ein Licht 14C, welches aus dem Flüssigkristall-Verschluss 18 austritt,
im Wesentlichen die gleiche Intensität wie das Licht 14B haben,
welches in den Verschluss 18 eintritt. Demgemäß hat
der Pfeil in der Darstellung von 1, welcher
das Licht 14B darstellt, im Wesentlichen die gleiche Größe
wie der Pfeil, welcher das Licht 14C darstellt.
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Die
Ausbildung von transparenten Elektroden für LCD-Anzeigen
ist im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise können
die transparenten Elektroden einfache Elektroden sein, wie im Falle
von einer passiven Anzeige, oder sie können Dünnfilm-Transistoren
(TFT), welche nicht-kristallines Silizium verwenden, Niedrigtemperatur-Poly-Si(LTPS)-TFTs
oder organische Dünnfilm-Transistoren (OTFT) im Falle von
einer aktiven Anzeige sein. Cadmiumselenid (CdSe) oder ein ähnliches
Hochmobilitäts-Nichtkristallin/Niedrigtemperatur-Ablagerungsprozess-Material
wurde als das Halbleitermaterial in dem Dünnfilm-Transistor,
wie im
US-Patent No. 5,650,637 und
US-Patent No. 5,365,079 beschrieben,
verwendet.
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Das
Licht 14C, welches aus dem Flüssigkristall-Verschluss 18 austritt,
passiert dann durch einen Analysator 20, welcher lediglich
ein Polarisationsfilter sein kann, welcher derart konfiguriert ist,
um lediglich ein Licht passieren zu lassen, welches in einer zweiten
Polarisationsrichtung polarisiert ist, und beispielsweise ein Licht
zu blockieren, welches in der ersten Polarisationsrichtung polarisiert
ist. Auf diese Art und Weise wirken der Polarisator 16,
der Flüssigkristall-Verschluss 18 und der Analysator 20 zusammen als
ein Optikschalter, welcher ein Licht, welches auf das LCD-Pixel
auftrifft, in Abhängigkeit von der Spannung von den Steuerelektroden
selektiv passieren lässt oder blockiert. Wenn ein polarisiertes
Licht 14B von dem Polarisator 16 (welches in der
ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist) durch den Flüssigkristall-Verschluss 18 in
die zweite Polarisationsrichtung neu polarisiert wird, kann es durch
den Analysator 20 passieren. Im Gegensatz dazu, wenn das
polarisierte Licht 14B von dem Polarisator 16 nicht
durch den Flüssigkristall-Verschluss 18 in die
zweite Polarisationsrichtung neu polarisiert ist, kann es durch
den Analysator 20 blockiert oder absorbiert werden, und ein
Passieren dadurch nicht zugelassen werden.
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Ein
Licht, welches durch den Analysator 20 passiert, wird dann
durch einen optischen Bandpassfilter 22 gefiltert, welcher
eine wesentliche optische Energie von dem dadurch passierenden Licht
entfernen kann, so dass lediglich ein Schmalband von Licht 14D im
roten, grünen oder blauen Bereich von dem sichtbaren Wellenlängenspektrum
durch den optischen Filter 22 passiert. Somit kann in einem
herkömmlichen neonbasierten LCD- System eine wesentliche
optische Energie sowohl im Polarisator 16 als auch im Filter 22 verloren
gehen. Es wird anerkannt, dass der optische Filter 12 in
der Vorrichtung an weiteren Stellen platziert werden kann. Beispielsweise
kann der optische Filter zwischen der Lichtquelle 12 und
dem Polarisator 16 platziert werden.
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Wie
anhand der vorhergehenden Lehre deutlich, kann eine Lichtquelle
mit breitem Spektrum, wie beispielsweise eine Neon-Hintergrundbeleuchtung,
eine Energie außerhalb des Durchlassbereiches (d. h. der
Bereich von Frequenzen, welchen es erlaubt ist zu passieren) der
roten, grünen und blauen optischen Bandpassfilter 22 von
der Anzeige erzeugen, welche als verwendbares Licht durch die Anzeige
niemals emittiert werden wird. Ein solches Licht stellt im Wesentlichen
eine verschwendete Energie dar.
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Demgemäß,
damit die LCD-Anzeige 10 dem Benutzer einen vorgegebenen
Pegel einer Lichtausgabe bereitstellt, muss die Neon-Hintergrundbeleuchtung 12 dazu
in der Lage sein, eine wesentliche optische Energie zu erzeugen,
um die oben beschriebenen Verluste zu überwinden. Ein Verlust
von optischer Energie kann ebenfalls die Wärmemenge erhöhen,
welche durch die Anzeige erzeugt wird, welche die Betriebs-Lebensdauer
von der Anzeige, zusätzlich zu weiteren ungewünschten
Wirkungen, reduzieren kann. Beispielsweise kann eine hohe Hintergrundbeleuchtungs-Helligkeit
und können lange Betriebszeiten bei einer batteriebetriebenen
elektronischen Vorrichtung eine große und/oder teure Batterie
erfordern, wobei daraus folgend die Entwickler von tragbaren elektronischen
Vorrichtungen einen Kompromiss bezüglich der Helligkeit
und der Betriebszeit machen müssen, um kleine und/oder
kostengünstige Batterien beizubehalten.
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Ein
LCD-Anzeigesystem 30, welches ein LED-basiertes Hintergrundbeleuchtungssystem
hat, ist in 2 schematisch dargestellt. Wie
hier dargestellt, kann eine LED-Lichtquelle 26 ein unpolarisiertes
Licht 24A erzeugen, welches eine Energie im roten, grünen
und blauen Abschnitt des sichtbaren Lichtspektrums hat, unter der
Verwendung von beispielsweise einem Feld von roten, grünen
und blauen (RGB) lichtemittierenden Dioden. Das unpolarisierte Licht 24A,
welches durch die RGB LED-Lichtquelle 26 erzeugt wird,
wird durch einen Polarisator 16 passiert, welcher, wie
oben beschrieben, lediglich ein Licht dadurch zu passieren erlaubt,
welches in der ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist. Somit,
wie bei dem neonbasierten LCD-Anzeigesystem 10, kann andererseits
ein verwendbares Licht bei einem RGB LED-basierten Lichtsystem 30 im
Polarisator 16 verloren gehen.
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Der
Rest des RGB LED-basierten LCD-Anzeigesystems 30 ist ähnlich
dem neonbasierten LCD-Anzeigesystem 10. Das heißt,
dass ein polarisiertes Licht 24B, welches aus dem Polarisator 16 austritt,
durch einen Flüssigkristall-Verschluss 18 passiert,
welcher entweder ein dadurch passierendes Licht neu polarisiert
oder ein unverändertes Passieren des Lichtes erlaubt, und
zwar in Abhängigkeit des Zustandes von einem Paar von transparenten Elektroden
(nicht gezeigt), welche an einer von beiden Seiten des Flüssigkristall-Verschlusses 18 angeordnet
sind. Ein Licht 24C, welches durch den Flüssigkristall-Verschluss 18 passiert,
wird entweder blockiert oder es wird ihm erlaubt, zu passieren,
und zwar durch einen Analysator 20, welcher, wie oben erwähnt,
ein Polarisator sein kann, welcher eine zweite Polarisationsrichtung
hat, welche sich von der ersten Polarisationsrichtung unterscheidet.
Ein optischer Bandpassfilter 22 filtert dann Wellenlängen heraus,
welche sich von einem gewünschten (R, G oder B) Wellenlängenband
unterscheiden, welches zu einem Licht 24D führt,
welches durch das Pixel 15 ausgegeben wird, welches eine
gewünschte Wellenlänge hat.
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Obwohl
die Bandbreiten von der Lichtausgabe durch die roten, grünen
und blauen LEDs besser an die Durchlassbereiche von den optischen
Filtern 22 von dem Anzeigesystem 30 angepasst
sind, können die Durchlassbereiche von den optischen Filtern 22 immer
noch etwas schmaler sein als die Bandbreiten von den LED-Lichtquellen 26.
Dies liegt daran, weil die Durchlassbereiche von den Filtern (d.
h. die Bandbreite des Lichtes, welches durch die Filter passiert)
reduziert sind, wobei die Farbsättigung (d. h. die Reinheit)
des Lichtes zunimmt. Wenn die Pixel von einer LCD-Anzeige 30 ein
höher gesättigtes rotes, grünes und blaues
Licht emittieren, können die Pixel dazu in der Lage sein,
einen breiteren Bereich von Farben anzuzeigen. Somit, obwohl eine
LED-basierte Hintergrundbeleuchtung 26 ein Licht erzeugen kann,
welches selektivere Bandbreiten hat, kann eine bestimmte optische
Energie in den optischen Filtern 22 immer verloren gehen.
Jedoch kann der große Teil der optischen Adsorption in
einem LED-basierten Anzeigesystem im Polarisator 16 auftreten.
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Demgemäß wird
es gewünscht, dass mit einer RGB-Lichtquelle weniger Energie
in den Filtern verloren geht, verglichen mit einer weißen
Lichtquelle. Es gibt zwei mögliche Vorteile darin. Der
erste ist, dass bei Anzeigen mit vergleichbaren Durchlassbereichen
der Filter, die durch eine RGB-Lichtquelle verbrauchte Energie geringer
sein wird als bei einer weißen Lichtquelle, um eine vergleichbare
Anzeige-Helligkeit zu erlangen (wenn eine gleiche Hintergrundbeleuchtungs-Wirksamkeit
angenommen wird). Der zweite ist, dass bei einer RGB-Hintergrundbeleuchtungsquelle
die Durchlassbereiche von den Filtern schmaler erstellt werden können,
um eine Farbauflösung und Bildreinheit zu verbessern, während
der gleiche Energieverbrauchs-Pegel beibehalten wird.
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Anhand
der vorhergehenden Beschreibung ist es offensichtlich, dass es ein
Abwiegen zwischen den Bandbreiten von den optischen Filtern 22 und der
Lichtmenge, welche durch die Hintergrundbeleuchtung erzeugt wird,
gibt. Schmalere Bandbreiten für die optischen Filter 22 können
zu einer besseren Farbwiedergabe in der LCD-Anzeige führen.
Wenn die Durchlassbereiche der Filter 22 reduziert werden, kann
jedoch weniger Licht durch die Anzeige emittiert werden, und muss
mehr Licht durch die Hintergrundbeleuchtung erzeugt werden.
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Zusätzlich
ist es, um dazu in der Lage zu sein, einen breiten Bereich von Farben
zu erzeugen, ebenfalls gewünscht, dass ein LCD-Pixel dazu
in der Lage ist, ein dunkles Schwarz zu erzeugen (beispielsweise
entgegengesetzt zu einem dunklen Grau), wenn das Pixel "aus" ist,
indem im Wesentlichen das gesamte Licht blockiert wird, welches
durch die Hintergrundbeleuchtung erzeugt wird. Die Fähigkeit
von einer herkömmlichen LCD-Anzeige zum Blockieren einer
wesentlichen Lichtmenge, um ein dunkles Schwarz zu erzeugen, kann
durch die Wirkungskraft des Polarisators 16 und/oder des
Analysators 20 beschränkt werden. Beispielsweise
gibt es ein Abwiegen zwischen der Wirkungskraft des Polarisators 20 und
der Lichtmenge, die er blockiert. Die LCD-Hersteller können
einen Ausgleich zwischen beidem vornehmen. Beispielsweise kann ein
Polarisator 16, welcher lediglich hoch polarisiertes Licht passieren
lässt, zu viel Licht blockieren, welches zu einer dunklen
Anzeige führt. Um ein Passieren von mehr Licht durch den
Polarisator 16 zuzulassen, kann die Stärke des
Polarisators 16 reduziert werden, welcher ein Passieren
eines bestimmten Lichtes mit einer "verstreuten" Polarisation durch
den Polarisator 16 ermöglichen kann. Daraus folgend,
sogar wenn das Pixel "aus" ist und die Polarisation des Lichtes 14B, 24B,
welches durch den Polarisator 16 passiert, nicht durch
den Flüssigkristall-Verschluss 18 umdreht wird,
kann etwas von dem Licht 14B, 24B, welches durch
den Polarisator 16 passiert, eine Polarisation haben, welche
es ihm erlaubt, durch den Analysator 20 zu passieren. Dies
kann zu einem bestimmten Licht 14D, 24D führen,
welches durch den Pixel 15 emittiert wird, und zwar sogar
obwohl er im "Aus"-Zustand ist.
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Zusätzlich
kann die Stärke des Analysators 20 zur Lichtmenge 14A, 24A,
welche durch die Lichtquelle 12, 26 erzeugt wird,
ausgeglichen werden. Die Stärke des Analysators 20 kann
sich auf seine Dicke beziehen. Somit kann ein dickerer Analysator
ein unkorrekt polarisiertes Licht wirksamer verwerfen. Wenn der
Analysator 20 dünn erstellt ist, um ein Passieren
von mehr Licht dadurch zu erlauben, kann er kein Licht verwerfen,
welches andererseits blockiert werden sollte, beispielsweise wenn
das Pixel 15 im "Aus"-Zustand ist, welches die Anzeige
von tiefschwarzen Pixeln schwierig gestaltet.
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UMRISS
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Eine
LCD-Anzeige gemäß einigen Ausführungsformen
von der Erfindung enthält ein Flächenfeld aus
lichtdurchlässigen Flüssigkristall-Anzeige(LCD)-Vorrichtungen
und zumindest eine Laserdioden-Vorrichtung, welche von dem Flächenfeld
aus LCD-Vorrichtungen beabstandet ist, und dazu konfiguriert ist,
um zumindest eine Teilmenge der LCD-Vorrichtungen von dem Flächenfeld
aus LCD-Vorrichtungen zu beleuchten, so dass die Laserdioden-Vorrichtung
im Betrieb eine Hintergrundbeleuchtung für die Teilmenge
von LCD-Vorrichtungen von dem Flächenfeld aus LCD-Vorrichtungen
bereitstellt.
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Die
Laserdioden-Vorrichtung kann einen Strahl von im Wesentlichen polarisierten
Licht erzeugen, und die Anzeigescheibe kann ferner einen Reflektor
enthalten, welcher dazu konfiguriert ist, um den Strahl von im Wesentlichen
polarisierten Licht auf einen Beleuchtungsbereich zu reflektieren,
welcher die Teilmenge von LCD-Vorrichtungen von dem Flächenfeld
aus LCD-Vorrichtungen enthält.
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Der
Reflektor kann einen Passivreflektor enthalten, wie beispielsweise
ein konvexer Spiegel. In einigen Ausführungsformen kann
der Reflektor einen Aktivreflektor enthalten, wie beispielsweise
ein Mikro-Elektromechaniksystem(MEMS)-Spiegel.
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Die
Laserdioden-Vorrichtung kann einen Lichtstrahl erzeugen, welcher
einen Abweichwinkel hat, und die Anzeigescheibe kann ferner einen Strahlspreizer
und/oder einen Strahlabtaster enthalten, welcher dazu konfiguriert
sind, um den Abweichwinkel von dem Lichtstrahl zu erhöhen.
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Die
Laserdioden-Vorrichtung kann dazu konfiguriert sein, um einen Strahl
von im Wesentlichen polarisierten Licht zu erzeugen, welcher zunächst
auf einen Beleuchtungsbereich gerichtet ist, welcher die Teilmenge
von LCD-Vorrichtungen von dem Flächenfeld aus LCD-Vorrichtungen
enthält.
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In
einigen Ausführungsformen ist die Laserdioden-Vorrichtung
dazu konfiguriert, um einen Strahl von im Wesentlichen polarisierten
Licht zu erzeugen, welcher zunächst von einem Beleuchtungsbereich
weggerichtet ist, welcher die Teilmenge von LCD-Vorrichtungen von
dem Flächenfeld aus LCD-Vorrichtungen enthält,
und die Anzeigescheibe kann ferner einen Reflektor enthalten, welcher
dazu konfiguriert ist, um den Strahl zum Beleuchtungsbereich zu
reflektieren.
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In
einigen Ausführungsformen kann die Laserdioden-Vorrichtung
dazu konfiguriert sein, um einen Strahl von im Wesentlichen polarisierten
Licht zu erzeugen, welcher zunächst parallel zu einem Beleuchtungsbereich
gerichtet ist, welcher die Teilmenge von LCD-Vorrichtungen von dem
Flächenfeld aus LCD-Vorrichtungen enthält, und
die Anzeigescheibe kann ferner einen Reflektor enthalten, welcher
dazu konfiguriert ist, um den Strahl zum Beleuchtungsbereich zu
reflektieren.
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Die
LCD-Anzeige kann ferner zumindest eine Laserdiode, welche im roten
Abschnitt des sichtbaren Spektrums emittiert, eine Laserdiode, welche im
grünen Abschnitt des sichtbaren Spektrums emittiert, und
eine Laserdiode, welche im blauen Abschnitt des sichtbaren Spektrums
emittiert, enthalten.
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Eine
Hintergrundbeleuchtung für eine LCD-Anzeigescheibe enthält
eine Laserdiode, welche dazu konfiguriert ist, um polarisiertes
Licht in einer sichtbaren Wellenlänge zu emittieren, und
ein Mittel zum Spreizen des emittierten Lichtes über eine zweidimensionale
Oberfläche von einer LCD-Anzeigescheibe, wobei das spreizemittierte
Licht polarisiert ist.
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Das
Mittel zum Spreizen des emittierten Lichtes kann einen Strahlabtaster,
eine Zerstreuungslinse, einen Strahlspreizer einen Aktivspiegel, wie
beispielsweise ein Bewegungsspiegel, und/oder einen Mikro-Elektromechaniksystem(MEMS)-Spiegel
enthalten.
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Die
Hintergrundbeleuchtung kann ferner zumindest eine Laserdiode, welche
im roten Abschnitt des sichtbaren Spektrums emittiert, eine Laserdiode, welche
im grünen Abschnitt des sichtbaren Spektrums emittiert,
und eine Laserdiode, welche im blauen Abschnitt des sichtbaren Spektrums
emittiert, enthalten.
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Verfahren
zum Bereitstellen einer Hintergrundbeleuchtung für eine
LCD-Anzeige gemäß einiger Ausführungsformen
der Erfindung enthalten ein Erzeugen eines Strahls von einem polarisierten
Laserlicht und ein Richten des Spreizstrahls von polarisierten Laserlicht
auf ein Pixel von einem LCD-Schirm.
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Die
Verfahren können ferner ein Abtasten des Spreizstrahls
von polarisiertem Licht über den LCD-Schirm, ein Spreizen
des Strahls von polarisiertem Laserlicht und/oder ein Reflektieren
des Strahls von polarisiertem Laserlicht von einem Reflektor fort zu
dem Pixel von dem LCD-Schirm enthalten.
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In
einigen Ausführungsformen kann das Reflektieren des Strahls
von polarisiertem Laserlicht ein Reflektieren des Strahls von polarisiertem
Laserlicht unter Verwendung eines Passivreflektors enthalten, und/oder
kann das Reflektieren das Strahls von polarisiertem Laserlicht ein
Reflektieren des Strahls von polarisiertem Laserlicht unter Verwendung
eines Aktivreflektors, wie beispielsweise ein Mikro-Elektromechaniksystem(MEMS)-Spiegel,
enthalten.
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Ein
Verfahren zum Bereitstellen einer Hintergrundbeleuchtung für
eine LCD-Anzeige gemäß einiger Ausführungsformen
von der Erfindung enthält ein Erzeugen eines ersten Strahls
von polarisiertem Laserlicht von einer ersten Farbe, ein Richten
des ersten Strahls von polarisiertem Laserlicht zu einem LCD-Schirm,
welcher ein Feld von Pixel enthält, ein selektives Aktivieren
von einer ersten Mehrzahl von Pixeln von dem Feld von Pixeln, um
ein farbgetrenntes Bild von der ersten Farbe zu erzeugen, ein Erzeugen
eines zweiten Strahls von polarisiertem Laserlicht von einer zweiten
Farbe, ein Richten des zweiten Strahls von polarisiertem Laserlicht
zum LCD-Schirm und ein selektives Aktivieren von einer zweiten Mehrzahl
von Pixeln von dem Feld von Pixeln, um ein farbgetrenntes Bild von
der zweiten Farbe zu erzeugen. Einige Verfahren können
ferner ein Erzeugen eines dritten Strahls von polarisiertem Laserlicht
von einer dritten Farbe, ein Richten des dritten Strahls von polarisiertem
Licht zum LCD-Schirm und ein selektives Aktivieren einer dritten
Mehrzahl von Pixeln von dem Feld von Pixeln, um ein farbgetrenntes
Bild von der dritten Farbe zu erzeugen, enthalten.
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Eine
Anzeige gemäß einiger Ausführungen von
der Erfindung enthält ein Flächenfeld aus lichtdurchlässigen
Flüssigkristall-Anzeige(LCD)-Vorrichtungen und zumindest
eine Laserdioden-Vorrichtung, welche von dem Flächenfeld
aus LCD-Vorrichtungen beabstandet ist, und dazu konfiguriert ist,
um zumindest eine Teilmenge der LCD-Vorrichtungen von dem Flächenfeld
aus LCD-Vorrichtungen zu beleuchten, so dass die Laserdioden-Vorrichtung
im Betrieb eine Hintergrundbeleuchtung für die Teilmenge
von LCD-Vorrichtungen von dem Flächenfeld aus LCD-Vorrichtungen
bereitstellt. Zumindest eine der lichtdurchlässigen Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen
von dem Flächenfeld aus lichtdurchlässigen Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen
kann einen Flüssigkristall-Verschluss und einen Analysator,
welcher derart positioniert ist, um ein Licht zu empfangen, welches
durch den Flüssigkristall-Verschluss passiert, enthalten.
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Die
Anzeige kann ferner einen optischen Filter enthalten, welcher derart
positioniert ist, um ein Licht, welches durch den Flüssigkristall-Verschluss passiert,
zu filtern. Der optische Filter kann einen Durchlassbereich von
ungefähr 50 nm oder weniger im grünen oder blauen
Abschnitt des sichtbaren Spektrums haben.
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Die
Anzeige kann ferner einen Polarisator enthalten, welcher derart
konfiguriert ist, um ein Licht zu polarisieren, welches durch eine
LCD-Hintergrundbeleuchtung erzeugt ist, und auf den Flüssigkristall-Verschluss
auftrifft.
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Der
optische Filter kann zwischen der Laserdiode und dem Polarisator,
zwischen der Laserdiode und dem Flüssigkristall-Verschluss,
und/oder zwischen dem Flüssigkristall-Verschluss und dem
Analysator positioniert werden. Der Analysator kann ebenfalls zwischen
dem optischen Filter und dem Flüssigkristall-Verschluss
positioniert werden.
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Eine
Anzeige gemäß einiger Ausführungsformen
von der Erfindung enthält ein Flächenfeld aus lichtdurchlässigen
Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen, wobei zumindest eine
der lichtdurchlässigen Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen
von dem Flächenfeld aus lichtdurchlässigen Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen
einen Optikschalter enthält, wobei der Optikschalter einen
Flüssigkristall-Verschluss, welcher derart positioniert
ist, um einfallendes Licht, welches durch eine Hintergrundbeleuchtung
erzeugt ist, zu empfangen, und einen Analysator, welcher derart
positioniert ist, um ein Licht zu empfangen, welches durch den Flüssigkristall-Verschluss
passiert, enthält. Die lichtdurchlässige Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung
kann ferner einen Optikfilter enthalten, welcher derart positioniert
ist, um ein Licht zu filtern, welches durch den Flüssigkristall-Verschluss passiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen, welche enthalten sind, um ein weiteres
Verständnis von der Erfindung bereitzustellen, und welche
einbezogen sind und ein Teil von dieser Anmeldung bilden, stellen
bestimmte Ausführungsformen von der Erfindung dar. In den
Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht von einer neonbasierten LCD-Anzeige,
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2 eine
schematische Ansicht von einer RGB LED-basierten LCD-Anzeige,
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3A–3B schematische
Ansichten von LCD-Anzeigen gemäß von Ausführungsformen von
der Erfindung,
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4–5 schematische
Schnittansichten von Anzeigescheiben gemäß von
Ausführungsformen von der Erfindung,
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6 eine
schematische Ansicht von einer Anzeigescheibe gemäß von
Ausführungsformen von der Erfindung,
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7–8 schematische
Schnittansichten von Anzeigescheiben gemäß von
Ausführungsformen von der Erfindung,
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9 eine
schematische Ansicht von einer Anzeigescheibe gemäß von
Ausführungsformen von der Erfindung,
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10–11 schematische
Schnittansichten von Anzeigescheiben gemäß von
Ausführungsformen von der Erfindung, und
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12–13 schematische
Ansichten von Laserquellen zur Verwendung mit verschiedenen Ausführungsformen
von der Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
VON DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen vollständiger beschrieben, in welchen Ausführungsformen
von der Erfindung gezeigt sind. Jedoch sollte diese Erfindung nicht
als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt
angesehen werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen
derart bereitgestellt, so dass ihre Offenbarung gründlich
und vollständig sein wird, und dem Fachmann den Umfang
von der Erfindung vollständig vermitteln wird. In den Zeichnungen
sind die Dicke der Schichten und Bereiche aus Gründen der
Klarheit überhöht. Gleiche Bezugszeichen beziehen
sich durchweg auf gleiche Elemente. Wie hier verwendet, enthält
der Ausdruck "und/oder" jegliche oder alle Kombinationen von einem
oder mehreren der zugeordneten gelisteten Elemente und kann als
"/" abgekürzt werden.
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Die
hier verwendete Terminologie dient lediglich zum Zwecke der Beschreibung
von bestimmten Ausführungsformen und ist nicht als die
Erfindung beschränkend vorgesehen. Wie hier verwendet,
sind die Singulärformen "ein", "eine" und "der/die" dazu gedacht,
um ebenfalls die Pluralformen zu enthalten, es sei denn, dass der
Kontext klar etwas anderes anzeigt. Es wird ferner verständlich,
dass die Ausdrücke "enthält" und/oder "enthaltend",
wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorliegen von angegebenen
Merkmalen, Bereichen, Schritten, Betrieben, Elementen und/oder Bauteilen
spezifizieren, jedoch nicht das Vorliegen oder Hinzufügen
von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, Bereichen, Schritten, Betrieben,
Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen davon ausschließen.
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Es
wird verständlich sein, dass, wenn ein Element, wie beispielsweise
eine Schicht oder ein Bereich, als "an" oder erweiternd als „auf"
einem weiteren Element angegeben ist, dieses direkt an oder erweiternd
auf einem weiteren Element angesehen werden kann, oder dass zwischenliegende
Elemente ebenfalls vorliegen können. Im Gegensatz dazu, wenn
ein Element als "direkt an" oder erweiternd "direkt auf" einem weiteren
Element angegeben ist, keine zwischenliegende Elemente vorliegen.
Es wird ebenfalls verständlich sein, dass, wenn ein Element als
zu einem weiteren Element "verbunden" oder "gekuppelt" angegeben
ist, dieses an das weitere Element direkt verbunden oder gekuppelt
sein kann, oder dass zwischenliegende Elemente vorliegen können.
Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als zu einem weiteren Element
"direkt verbunden" oder "direkt gekuppelt" angegeben ist, liegen
keine zwischenliegende Elemente vor.
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Es
wird verständlich sein, dass, obwohl die Ausdrücke
erstes, zweites, usw. hier verwendet sein können, um verschiedene
Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten und/oder Sektionen zu beschreiben, diese
Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten und/oder Sektionen nicht
auf diese Ausdrücke beschränkt sein sollten. Diese
Ausdrücke werden lediglich dazu verwendet, um ein Element,
Bauteil, Bereich, Schicht oder Sektion von einem weiteren Bereich,
Schicht oder Sektion zu unterscheiden. Somit kann ein erstes Element,
Bauteil, Bereich, Schicht oder Sektion, wie im Folgenden diskutiert,
als ein zweites Element, Bauteil, Bereich, Schicht oder Sektion
bezeichnet werden, ohne von der Lehre der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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Ferner
können relative Ausdrücke, wie beispielsweise
"unter", "Basis" oder "horizontal" und "ober", "oben drauf" oder
"vertikal", hier verwendet werden, um eine Elementbeziehung zu einem
weiteren Element, wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben.
Es wird verständlich sein, dass relative Ausdrücke
dazu dienen, um unterschiedliche Richtungen von der Vorrichtung,
zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Richtung
einzuschließen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in
den Figuren umgedreht wird, werden Elemente, welche als auf der
"unteren" Seite von weiteren Elementen beschrieben sind, dann auf
"oberen" Seiten von den weiteren Elementen gerichtet. Der beispielhafte
Ausdruck "unter" kann daher sowohl eine "untere" als auch eine "obere"
Richtung in Abhängigkeit von der bestimmten Richtung von
der Figur einschließen. Ähnlich, wenn die Vorrichtung
in einer der Figuren umgedreht wird, werden Elemente, welche als
"unterhalb" oder "neben" weiteren Elementen beschrieben sind, dann
"oberhalb" der weiteren Elemente gerichtet. Die beispielhaften Ausdrücke
"unterhalb" oder "neben" können daher sowohl eine obere
als auch untere Richtung einschließen. Darüber
hinaus werden die Ausdrücke "Vorderseite" und "Rückseite" hier
dazu verwendet, um gegenüberliegende Außenseiten
von einer Flachscheibenanzeige zu beschreiben. Herkömmlicherweise
wird die Betrachtungsseite als die Vorderseite erachtet, jedoch
kann die Betrachtungsseite in Abhängigkeit von der Richtung
ebenfalls als die Rückseite erachtet werden.
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Ausführungsformen
von der vorliegenden Erfindung sind hier mit Bezug auf Schnittdarstellungen
beschrieben, welche schematische Darstellungen von idealisierten
Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung sind.
Somit sind Variationen von den Formen von den Darstellungen, resultierend beispielsweise
aus Herstellungstechniken und/oder Toleranzen, zu erwarten. Somit
sollten Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung
nicht als auf die bestimmten Formen von hier dargestellten Bereichen
beschränkt angesehen werden, sondern sind in Abweichungen
in Formen enthalten, welche beispielsweise aus der Herstellung herrühren.
Beispielsweise kann ein Bereich, welcher als flach dargestellt oder
beschrieben ist, typischerweise grobe und/oder nicht lineare Merkmale
haben. Darüber hinaus können Spitzwinkel, welche
dargestellt sind, typischerweise gerundet sein. Somit sind die in
den Figuren dargestellten Bereiche in der Natur schematisch, und ihre
Formen sind nicht dazu gedacht, um die genaue Form eines Bereiches
darzustellen, und sind nicht dazu gedacht, um den Umfang der vorliegenden
Erfindung zu beschränken.
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Wenn
nicht anders definiert, haben alle Ausdrücke (welche technische
und wissenschaftliche Ausdrücke enthalten), welche hier
verwendet werden, die gleiche Bedeutung wie durch den Fachmann im
Bereich der Erfindung allgemein verstanden. Es wird ferner verständlich
sein, dass Ausdrücke, wie beispielsweise jene, welche in
allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert
sind, derart interpretiert werden sollten, dass sie eine Bedeutung
haben, welche mit ihrer Bedeutung im Kontext von dieser Beschreibung
und dem Stand der Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten
oder übermäßig formalen Sinne interpretiert
werden, es sei dann, dass sie hier ausdrücklich so definiert
sind.
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3A ist
eine schematische Ansicht eines Hintergrundbeleuchtungs-Systems
für LCD-Anzeigen gemäß verschiedener
Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung. Wie in 3A gezeigt, enthält
ein LCD-Anzeigensystem 50A eine RGB-Festkörper-Laserlichtquelle 46,
welche ein schmalbandiges Licht 44A im roten, blauen und
grünen Bereich des sichtbaren Spektrums erzeugt. Das Licht 44A wird
durch ein Pixel 25A passiert, welches entweder das gesamte
Licht blockiert oder ein Licht passieren lässt, welches
eine bestimmte Wellenlänge hat, in Abhängigkeit
davon, ob das Pixel 25A jeweils in einem "Aus"-Zustand
oder einem "Ein"-Zustand ist.
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Die
RGB-Festkörper-Laserlichtquelle 46 kann beispielsweise
eine rote Laserdiode, eine grüne Laserdiode und eine blaue
Laserdiode enthalten. Rote Laserdioden sind kommerziell erhältliche
Produkte, welche in einem weiten Bereich von Produkten verwendet
werden, welche DVD-Player, CD-Player und Barcode-Scanner enthalten.
Galliumnitrid-basierte blaue und grüne Laserdioden wurden
von verschiedenen Firmen vorgestellt. Zusätzlich können blaue
und/oder grüne Laserdioden beispielsweise unter Verwendung
einer frequenzverdoppelten Infrarot-Festkörper-Laserquelle
ausgebildet werden. Solche frequenzverdoppelten Festkörper-Laser
sind kommerziell verfügbar.
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Ein
Licht 44A, welches durch die RGB-Laserlichtquelle 46 erzeugt
ist, kann an der Quelle in einer ersten Polarisationsrichtung stark
polarisiert sein. Im Allgemeinen ist eine angeregte Emission aus
einer Einzelresonator-Laserdiode in einer Richtung parallel zu der
Laserverbindung linear polarisiert. Jedoch kann ebenfalls eine spontane
Emission mit einer zufälligen Polarisation und/oder mit
einer Polarisation senkrecht zu der Laserverbindung vorliegen. Bei
einer Laserdiode, welche nahe ihrer maximalen Leistung arbeitet,
ist das Verhältnis von parallelen Bauteilen, geteilt durch
die senkrechten Bauteile (d. h., das Polarisationsverhältnis),
typischerweise größer als 100:1. Somit kann, wenn
das durch die RGB-Laserlichtquelle erzeugte Licht 44A durch
den Polarisator 16 passiert, eine sehr geringe optische Energie
aufgrund von Absorption im Polarisator 16 verloren gehen,
vorausgesetzt, dass die Polarisationsrichtung von dem Polarisator 16 zur
ersten Polarisationsrichtung von der RGB-Laserlichtquelle 46 ausgerichtet
ist. Darüber hinaus, da eine sehr geringe Streupolarisation
in dem durch die RGB-Laserlichtquelle 46 erzeugten Licht 44A vorliegt,
kann die Stärke von dem Polarisator 16 reduziert
werden, welches die Dicke und/oder die Kosten von der gesamten Anzeige 50A reduzieren
kann.
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Das
Licht 44B, welches durch den Polarisator 16 passiert,
passiert dann durch einen Flüssigkristall-Verschluss 18 wie
bei herkömmlichen LCD-Anzeigesystemen. Wie oben beschrieben,
wird es dem Licht 44B, welches in den Flüssigkristall-Verschluss 18 eintritt,
entweder ermöglicht, in der Polarisation unverändert
zu passieren, oder wird in eine zweite Polarisationsrichtung (welche
für gewöhnlich um 90° von der ersten
Polarisationsrichtung umdreht ist) neu polarisiert. Ein Licht 44C,
welches aus dem Flüssigkristall-Verschluss 18 austritt,
passiert dann durch einen Analysator 40 und einen optischen
Filter 42. Wie oben beschrieben, kann der Analysator 40 lediglich ein
Polarisationsfilter sein, welcher dazu konfiguriert ist, ein Passieren
von Licht, welches in der zweiten Polarisationsrichtung polarisiert
ist, dadurch zuzulassen. Somit, wenn das Pixel 25A gleich
"ein" ist, kann das Licht 44C, welches in die zweite Polarisationsrichtung
neu polarisiert wurde, durch den Analysator 40 passieren.
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Wie
bei herkömmlichen LCD-Anzeigen, filtert ein optischer Filter 42 ungewünschte
Wellenlängen heraus, um es dem Pixel 25A zu erlauben,
ein rotes, grünes oder blaues Licht zu erzeugen, welches
eine schmale spektrale Bandbreite hat. Wie oben beschrieben, gilt,
dass, je schmaler der Durchlassbereich des optischen Filters 42 ist,
desto reiner wird das Licht sein, welches durch den Pixel 42 emittiert wird.
Somit ist es bei einigen Ausführungsformen gewünscht,
dass der Durchlassbereich des optischen Filters so schmal wie möglich
ist. In einer LCD-Anzeige 50A, welche eine RGB-Laser-Hintergrundbeleuchtung 46 hat,
kann der Durchlassbereich des Filters 22 beliebig schmal
erstellt werden, da die RGB-Laser- Hintergrundbeleuchtung 46 ein
Licht bei roten, grünen und blauen Frequenzen erzeugen kann,
welche extrem schmale Bandbreiten haben, beispielsweise mit einem
FWHM von weniger als 10 nm. Somit kann in einigen Ausführungsformen
der Durchlassbereich von einem oder mehreren der Filter 42 auf
etwa 50 nm oder weniger im grünen oder blauen Abschnitt
des sichtbaren Spektrums ausgewählt werden. Es wird verständlich
sein, dass ein roter Filter ein Langpassfilter anstelle eines Bandpassfilters
sein kann, vorausgesetzt, dass die Stelle des roten Spektrums an
der Kante des sichtbaren Spektrums ist. Somit kann in einer LCD-Anzeige 50A,
welche eine RGB-Laser-Hintergrundbeleuchtung 46 hat, aufgrund
des Filters 42 sehr wenig Licht verlustig gehen. Darüber
hinaus wird in einer LCD-Anzeige 50A, welche eine RGB-Lichtquelle 46 hat,
sehr wenig Licht erzeugt, welches nicht durch zumindest einen aus dem
roten, grünen oder blauen Filter 42 passieren wird.
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Alternativ,
da es eine sehr geringe optische Energie in dem Licht 44A,
welches durch die RGB-Laserlichtquelle 46 erzeugt ist,
in den Wellenlängen gibt, welche sich von der bestimmten
roten, grünen und blauen Wellenlänge, welche durch
die RGB-Laserlichtquelle 46 emittiert sind, unterscheiden,
können die Durchlassbereiche von den Filtern 42 von
einem RGB-laserbasierten System 50A wesentlich über
den Durchlassbereichen von den Filtern 22 von herkömmlichen
neonbasierten LCD-Anzeigen erhöht werden, während
immer noch eine hohe Farbreinheit beibehalten wird. Das heißt,
dass das System 50A aufgrund der hohen Farbreinheit von
der RGB-Laserquelle 46 nicht von den Filtern 42 abhängt,
um eine Lichtemission mit hoher Farbreinheit bereitzustellen.
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In
einigen Ausführungsformen kann es möglich sein,
den Filter 42 insgesamt auszulassen, und zwar aufgrund
der spektralen Reinheit des Lichtes, welches durch die Laserdiode-Hintergrundbeleuchtung 46 emittiert
wird. Somit kann das Pixel in einigen Ausführungsformen
einen optischen Filter enthalten, welcher lediglich einen LCD-Verschluss
und einen Analysator enthält. Beispielsweise kann Licht
von der Laserdioden-Hintergrundbeleuchtung 46 über
Pixel hinweg abgetastet werden und selektiv ein- und ausgeschaltet
werden, um ausgewählte Pixel im Anzeigenschirm zu beleuchten.
Alternativ kann ein Licht von der Laserdioden-Hintergrundbeleuchtung 46 über
den gesamten Schirm, bei einer Farbe zu einer Zeit, abgetastet werden,
und können die Pixel über LCD-Verschlüsse
selektiv geöffnet und geschlossen werden, um sequenziell
farbgetrennte Bilder zu erzeugen, welche durch einen Betrachter
als ein einzelnes vollfarbiges Bild wahrgenommen werden können.
Ein Licht von den drei Laserdioden kann über die Pixel
hinweg, beispielsweise unter Verwendung eines im Folgenden beschriebenen
Abtastsystems, sequenziell oder gleichzeitig abgetastet werden.
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Da
die Polarisation von dem Licht 44B, welches durch den Polarisator 16 passiert,
stärker polarisiert sein kann als ein Licht in einem herkömmlichen LCD-Anzeigensystem,
welches keine polarisierte Lichtquelle enthält, wie beispielsweise
die RGB-Laserquelle 46, kann eine geringere Streupolarisation in
dem Licht 44B vorliegen, welche ungewünscht durch
den Analysator 40 passieren kann, wenn das Pixel "aus"
ist. Demgemäß braucht der Analysator 40 in
einigen Ausführungsformen von der Erfindung nicht so stark
zu sein wie ein Analysator von einer herkömmlichen LCD-Anzeige.
Somit kann der Analysator 40 dünner erstellt werden,
wodurch die Kosten und/oder die Dicke von der LCD-Anzeige 50A reduziert
werden, während das Pixel 25A dazu in der Lage
sein kann, ein dunkleres Schwarz anzuzeigen, wenn das Pixel im "Aus"-Zustand
ist.
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Eine
RGB-laserbasierte LCD-Anzeige 50B gemäß weiterer
Ausführungsformen von der Erfindung ist in 3B dargestellt.
Wie dort dargestellt, kann eine LCD-Anzeige 50B eine RGB-Festkörper-Laserlichtquelle 46,
welche ein Pixel 25B beleuchtet, welcher einen Flüssigkristall-Verschluss 18 enthält,
einen Analysator 40 und einen optionalen optischen Filter 42 enthalten.
Bei den in 3B dargestellten Ausführungsformen
kann die LCD-Anzeige keinen Polarisator zwischen der RGB-Laserlichtquelle 46 und
dem Flüssigkristall-Verschluss 18 enthalten, da
die Polarisation von der RGB-Laserlichtquelle ausreichend stark
sein kann, so dass ein zusätzlicher Polarisator nicht benötigt
zu werden braucht. Demgemäß können in
Systemen gemäß den Ausführungsformen
von 3B keine optischen Verluste in Zusammenhang mit
einem Polarisator sein. In diesem Fall kann ein optischer Schaltabschnitt
des Pixels 25B unter Verwendung von lediglich dem Flüssigkristall-Verschluss 18 und
dem Analysator 40 realisiert werden. Alternativ kann die
RGB-Laserlichtquelle 46 einen Polarisator (nicht gezeigt)
als Teil der Anordnung von der Laserquelle 46 enthalten.
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Es
ist verständlich, dass eine LCD-Anzeige gemäß von
Ausführungsformen von der Erfindung weitere Merkmale enthalten
kann, welche in den 3A und 3B nicht
dargestellt sind, welche beispielsweise Schutzabdeckungen, Reflexionsbeschichtungen,
Antireflexionsbeschichtungen und/oder weitere Elemente enthalten.
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4–11 stellen
verschiedene Anordnungen von RGB-Laser-Hintergrundbeleuchtungsquellen
und LCD-Anzeigeschirmen gemäß von Ausführungsformen
von der Erfindung dar. Es wird verständlich sein, dass
die in 4–11 gezeigten verschiedenen
Anordnungen lediglich aus darstellhaften Zwecken vorgestellt sind,
und dass die Erfindung in vielen weiteren Konfigurationen ausgeführt sein
kann, ohne vom Umfang von der Erfindung abzuweichen.
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Unter
Bezugnahme auf 4, ist eine LCD-Anzeige 100A schematisch
in einer Seitenansicht angezeigt. Wie in 4 dargestellt,
enthält eine LCD-Anzeige 100A ein Gehäuse 90A,
welches an einer Seite davon einen LCD-Anzeigeschirm 115 hat.
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Wie
oben diskutiert, enthält ein LCD-Anzeigeschirm 115 ein
zweidimensionales Feld aus LCD-Vorrichtungen, wobei jede davon einen
roten, grünen und blauen Pixel enthalten kann, wie oben
in Verbindung mit den Ausführungsformen von 3A und 3B beschrieben.
Der LCD-Anzeigeschirm 115 enthält einen Beleuchtungsbereich 50A,
welcher durch eine RGB-Laserlichtquelle 46A beleuchtet
ist, welche hinter dem LCD-Anzeigeschirm 115, wie dargestellt,
befestigt werden kann, so dass das Laserlicht, welches durch die
RGB-Laserlichtquelle 46A emittiert wird, direkt auf den
Beleuchtungsbereich 50A projiziert wird.
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Wie
bereits bekannt, kann eine Laserlichtquelle einen Strahl erzeugen,
welcher einen niedrigen Abweichwinkel hat. Somit kann es, um einen
Laserstrahl gleichförmig auf einen zweidimensionalen Bereich,
wie beispielsweise der Beleuchtungsbereich 50A, zu projizieren,
wünschenswert sein, den Strahl zu spreizen und/oder abzutasten.
Beispielsweise, wie in 12 dargestellt, kann eine Laserlichtquelle 150 einen
Laser 120 enthalten, welcher einen Strahl 125 erzeugt,
welcher einen niedrigen Abweichwinkel hat. Der Strahl 125 kann
durch einen Abtaster 130 passiert werden, welcher den Strahl
entlang einer horizontalen und vertikalen Achse abtastet, um einen abgetasteten
Strahl 125 zu erzeugen. Es ist verständlich, dass
der Laser 120 eine rote, grüne und/oder blaue
Festkörper-Laserdiode, und/oder Laserdioden, welche in
weiteren spektralen Bereichen in Abhängigkeit von der gewünschten
Farbskala emittieren, enthalten kann. Zusätzlich kann der
Laser 120 mehr als drei Laserdioden für eine vergrößerte Farbskala
enthalten.
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Eine
Laserlichtquelle 160 ist in 13 dargestellt.
Die Laserlichtquelle 160 enthält einen Laser 120,
welcher einen Strahl 125 emittiert, welcher einen niedrigen
Abweichwinkel hat. Der Strahl 125 wird durch einen Strahlabtaster 130 passiert,
welcher den Strahl entlang einer horizontalen und einer vertikalen Achse
abtastet, um einen abgetasteten Strahl 135 zu erzeugen,
welcher einen hohen Abweichwinkel hat. Der abgetastete Strahl 125 wird
dann durch einen Strahlspreizer 140 passiert, welcher derart
konfiguriert ist, um den Abweichwinkel von dem Strahl 135 zu
erhöhen, um einen Ausgangsstrahl 135 zu erzeugen,
welcher einen noch größeren Abweichwinkel hat.
Es ist verständlich, dass mehrere Abtaster und/oder Spreizer
dazu verwendet werden können, um den Abweichwinkel des
durch eine Laserlichtquelle 160 ausgegebenen Strahls zu
erhöhen. Es ist ferner verständlich, dass die
Reihenfolge der Strahlabtastung und Strahlspreizung von jener wie
in den Ausführungsformen von 13 gezeigt
umgekehrt oder anderweitig geändert werden kann. Darüber
hinaus kann ein Strahlabtaster 130 sequenzielle horizontale
und/oder vertikale Strahlabtaster enthalten.
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Zurückkehrend
auf 4, wird die gespreizte und/oder abgetastete Strahlausgabe
durch die RGB-Laserlichtquelle 46A auf einen zweidimensionalen
Beleuchtungsbereich 50A von dem LCD-Anzeigeschirm 115 projiziert.
In einigen Ausführungsformen kann der LCD-Anzeigeschirm 115 gemäß den Ausführungsformen
von 3A konfiguriert sein. Das heißt, dass
jedes Pixel im Anzeigeschirm einen Polarisator 16, einen
Flüssigkristall-Verschluss 18, einen Analysator 40 und
einen Filter 42 enthalten kann. Somit kann die Laserausgabe
durch die RGB-Laserlichtquelle 46A in einigen Ausführungsformen
zunächst durch einen Polarisator 16 passieren, bevor
sie durch den Verschluss 18, den Analysator 40 und
den Filter 42 passiert.
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In
weiteren Ausführungsformen kann der LCD-Anzeigeschirm 115 gemäß den
Ausführungsformen von 3B konfiguriert
sein. Das heißt, dass jedes Pixel im Anzeigeschirm einen
Flüssigkristall-Verschluss 18, einen Analysator 40 und
einen Filter 42 enthalten kann. Somit kann die Laserausgabe
durch die RGB-Laserlichtquelle 46A in einigen Ausführungsformen durch
einen Flüssigkristall-Verschluss 18 passieren,
ohne dass sie zuerst durch einen Polarisator 16 passiert.
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Es
ist verständlich, dass, obwohl in 4 eine einzelne
RGB-Laserlichtquelle 46A gezeigt ist, drei separate Laserlichtquellen
(d. h. rot, grün und blau) bereitgestellt werden können.
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Weitere
Ausführungsformen gemäß der Erfindung
sind in 5 und 6 dargestellt,
welche jeweils schematische obere und untere Ansichten von einem
LCD-Anzeigesystem 100B sind, welches ein Gehäuse 90B enthält,
welches einen LCD-Anzeigeschirm 115 hat, welcher an einer
Seite davon positioniert ist. Der Anzeigeschirm 115 ist
in einer Anzahl von Beleuchtungsbereichen 50A–50H unterteilt,
wobei jeder davon durch eine entsprechende RGB-Laserlichtquelle 46A–46H beleuchtet
wird. Die Beleuchtungsbereiche 50A–50H können
angrenzende Beleuchtungsbereiche überlappen oder nicht.
Bei den in 5–6 dargestellten
Ausführungsformen überlappen sich die Beleuchtungsbereiche 50A–50H nicht.
Jedoch kann es in einigen Fällen für die Beleuchtungsbereiche
wünschenswert sein, dass sie sich überlappen,
um beispielsweise eine gleichförmigere Lichtverteilung über
den LCD-Anzeigeschirm 115 bereitzustellen.
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Weitere
Ausführungsformen von der Erfindung sind in 7 dargestellt.
Wie darin gezeigt, enthält eine LCD-Anzeige 100C ein
Gehäuse 90C, welches an einer Seite davon einen
LCD-Anzeigeschirm 115 hat. Eine RGB-Laserlichtquelle 46A ist
innerhalb des Gehäuses befestigt und projiziert ein Licht
auf einen Beleuchtungsbereich 50A von dem LCD-Anzeigeschirm 115.
Wie oben diskutiert, kann die RGB-Laserlichtquelle 46A einen
oder mehrere Strahlspreizer und/oder Strahlabtaster enthalten, um
den Abweichwinkel des durch die Lichtquelle 46A emittierten Strahls
zu erhöhen, um dadurch den durch den Strahl beleuchteten
Bereich zu erhöhen. Zusätzlich kann das LCD- Anzeigesystem 100C einen
Spiegel 145 enthalten, welcher den Strahl von der Lichtquelle 46A auf
den Beleuchtungsbereich 50A reflektiert. Der Spiegel 45 kann
ferner den Strahl von der Lichtquelle 46A spreizen, um
die Größe des Beleuchtungsbereiches 50A zu
erhöhen.
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In
einigen Ausführungsformen kann der Spiegel 45 einen
passiven Spiegel enthalten. Ferner kann der Spiegel 45 eine
konvexe Oberfläche haben, welche den durch die Lichtquelle 46A emittierten Strahl
weiter spreizt.
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In
weiteren Ausführungsformen kann der Spiegel 45 einen
aktiven Spiegel enthalten, wie beispielsweise ein Mikro-Elektromechanik-System(MEMS)-Spiegel,
welcher dazu in der Lage ist, einen Lichtstrahl in eine gewünschte
Richtung steuerbar zu reflektieren. MEMS-Spiegel sind im Stand der Technik
bekannt und werden beispielsweise als optische Schalter und als
Reflektoren in digitalen Lichtprojektions(DLP)-Fernsehgeräten
verwendet.
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Weitere
Ausführungsformen von der Erfindung sind in 8 und 9 dargestellt,
welche jeweils eine seitliche und eine vordere Ansicht von einem
LCD-Anzeigesystem 100D sind, welches ein Gehäuse 90D enthält,
welches einen LCD-Anzeigeschirm 115 hat, welcher an einer
Seite davon befestigt ist. Das in 8 und 9 dargestellte
System 100D enthält mehrere RGB-Laserlichtquellen 46A–46H,
wobei jede davon einen Strahl auf einen entsprechenden Beleuchtungsbereich 45A–45H auf den
LCD-Anzeigeschirm 115 projiziert. Die Strahlen von den
RGB-Laserlichtquellen 46A–46H werden durch
entsprechende Spiegel 45A–45H, welche,
wie oben beschrieben, aktive und/oder passive Reflexionselemente
enthalten können, wegreflektiert. Darüber hinaus,
wie oben beschrieben, können die RGB-Laserlichtquellen 46A–46H Merkmale
enthalten, um eine Strahlspreizung und/oder eine Strahlabtastung bereitzustellen,
um zu bewirken, dass die emittierten Laserstrahlen die Beleuchtungsbereiche 50A–50H beleuchten.
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Obwohl
die in 8–9 dargestellten Ausführungsformen
acht RGB-Laserquellen 46A–46H und acht
entsprechende Beleuchtungsbereiche 50A–50H enthalten,
wird es verständlich sein, dass mehrere oder weniger RGB-Laserquellen
und entsprechende Beleuchtungsbereiche bereitgestellt werden können.
Zusätzlich, obwohl die in 9 dargestellten
Beleuchtungsbereiche 50A–50H sich nicht überlappen,
wird es verständlich sein, dass sich die Beleuchtungsbereiche
in einigen Ausführungsformen von der Erfindung überlappen
können. Es wird ferner verständlich sein, dass,
obwohl die Lichtquellen 46A–46H, wie
in 8 und 9 dargestellt, derart beschrieben
sind, dass sie rote, grüne und blaue Laser enthalten, die
roten, grünen und blauen Laser in separaten Gehäusen
und/oder als separate Einheiten bereitgestellt sein können.
Darüber hinaus, kann es aufgrund von Differenzen in Strahlcharakteristiken,
in der Helligkeit und/oder weiteren Charakteristiken, für
ein LCD-System 100D wünschenswert sein, dass es
eine unterschiedliche Anzahl von Lasern von einer Wellenlänge
als von weiteren Wellenlängen enthält. Beispielsweise
kann es für das LCD-System 100D wünschenswert
sein, mehrere blaue und/oder grüne Laser als rote Laser
zu enthalten.
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Weitere
Ausführungsformen von der Erfindung sind in 10 dargestellt,
welche eine LCD-Anzeige 100E zeigt, welche ein Gehäuse 90E enthält, welches
einen LCD-Anzeigeschirm 115 an einer Seite davon hat. Wie
in 9 dargestellt, können zumindest einige
der RGB-Laserlichtquellen 46A, 46B derart gerichtet
sein, dass die Anfangsrichtung von dem emittierten Strahl in einer
im Wesentlichen senkrechten Richtung von dem LCD-Schirm 115 weggerichtet ist.
Der emittierte Strahl wird durch Reflektoren 45A, 45B zu
entsprechenden Beleuchtungsbereichen 50A, 50B des
LCD-Anzeigeschirms 115 reflektiert. Wie oben diskutiert,
können die Reflektoren 45A, 45B aktive
und/oder passive Elemente enthalten.
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Ähnlich
können die RGB-Laserlichtquellen 46A, 46B im
LCD-Anzeigesystem 100F in den in 11 dargestellten
Ausführungsformen derart gerichtet sein, dass die Anfangsrichtung
von dem emittierten Strahl parallel zu der Oberfläche von
dem LCD-Anzeigeschirm 115 ist. Der emittierte Strahl wird durch
Reflektoren 45A, 45B an entsprechende Beleuchtungsbereichen 50A, 50B auf
dem LCD-Anzeigeschirm 115 reflektiert.
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Es
wird durch den Fachmann ebenfalls verständlich sein, dass
verschiedene Kombinationen und Teilkombinationen von Ausführungsformen
von 4–11 gemäß weiterer
Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt
werden können. Somit können beispielsweise Ausführungsformen
von 7–11 in
zahlreichen Kombinationen zusammengefasst werden, um eine Vielzahl von
Beleuchtungsmustern bereitzustellen. Zusätzlich kann eine
Kombination von einer direkten und reflektierten Beleuchtung in
einigen Ausführungsformen von der Erfindung verwendet werden,
und kann eine Kombination aus einer aktiven und passiven Reflexion
verwendet werden.
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Obwohl
Ausführungsformen von der Erfindung mit Bezug auf eine
Festkörper-Lichtquelle beschrieben wurden, welche rote,
grüne und blaue Laserdioden enthält, wird es verständlich
sein, dass weitere Farben für die Lichtquelle ausgewählt
werden können, um eine geeignete/unterschiedliche Farbskala
bereitzustellen. Darüber hinaus können mehr als
drei Quellen in einigen Ausführungsformen gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet werden, um eine vergrößerte
Farbskala bereitzustellen. Somit kann eine Laserlichtquelle, welche
hier als eine "RGB"-Laserlichtquelle bezeichnet ist, ein laseremittiertes
Licht enthalten, welches sich vom roten, blauen und/oder grünen Spektrum
unterscheidet, und kein Licht im roten, blauen und/oder grünen
Spektrum zu emittieren braucht.
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In
den Zeichnungen und in der Beschreibung wurden Ausführungsformen
von der Erfindung beschrieben, und werden sie, obwohl spezifische
Ausdrücke verwendet sind, lediglich in einem gattungsgemäßen
und anschaulichen Sinn und nicht zum Zwecke der Beschränkung
verwendet, wobei der Umfang von der Erfindung in den folgenden Ansprüchen
dargelegt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
LCD-Anzeige 50A enthält ein Flächenfeld
aus Pixeln (25A) und zumindest eine Laserdioden-Lichtquelle
(46), welche als eine Hintergrundbeleuchtung arbeitet und
von dem Flächenfeld aus Pixeln beabstandet ist, und derart
konfiguriert ist, um zumindest eine Teilmenge von den Pixeln zu
beleuchten. Die Hintergrundbeleuchtung (46) kann das Flächenfeld
aus Pixeln direkt oder mittels eines Reflektors beleuchten, welcher
als ein Spiegel oder als ein MEMS realisiert sein kann. Eine Farbbeleuchtung wird
unter Verwendung von RGB-Laserdioden bereitgestellt. Ein Schmalband-Farbfilter
kann an der LCD-Anzeige bereitgestellt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 10/898608 [0005]
- - US 11/022332 [0006]
- - US 5650637 [0010]
- - US 5365079 [0010]