專利名稱：：有效利用有色led光源的白光背光源等的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及發(fā)射白光但包括有色光源的擴展面光源，所述有色光源發(fā)射的光合并產(chǎn)生白光。發(fā)射白光的擴展光源的一個實例是適合從背面照亮液晶顯示器或其他圖形的背光源。另一個實例為用于常規(guī)照明的擴展光源。
背景技術(shù)：
：至少從IsaacNewton時代開始，就已經(jīng)知道白光是由從藍光到紅光的有色可見光譜組成的。同樣還知道這一結(jié)果的推論為白光可以通過合并不同的有色光束(例如紅、綠和藍光束)產(chǎn)生，并且當(dāng)學(xué)生看到此原理得以演示時，始終不斷地為之著迷。在一些最新式的薄板電視機中使用了這一相同原理。這些電視機采用單獨的紅光、綠光和藍光發(fā)光二極管(LED)陣列來照亮液晶顯示器(LCD)面板。紅光、綠光和藍光LED以規(guī)則的重復(fù)圖案排布在裝置的背面，并在LED之上安裝強漫射板從而在LCD面板的整個區(qū)域后面提供相對均勻的擴展白光源。在重復(fù)的圖案中，LED以四個間距小的LED(—個紅光、一個藍光和兩個綠光)為一組排列成組。接著類似的組在裝置的背面排列成圖案。因此，電視機中使用的LED的整體數(shù)量中紅光(R):綠光(G):藍光(B)的比例為1:2:1。配合以提供LCD板背后的擴展白光源的LED、漫射板和其他元件總稱為"背光源"。根據(jù)內(nèi)部光源相對于背光源輸出區(qū)域的位置，可以將背光源歸為兩類中的一類，其中背光源"輸出區(qū)域"對應(yīng)于顯示裝置的可視區(qū)域或可視區(qū)。本文中背光源的"輸出區(qū)域"有時稱作"輸出區(qū)"或"輸出表面"，以區(qū)分輸出區(qū)或輸出表面本身和輸出區(qū)或輸出表面的面積(單位為平方米、平方毫米、平方英尺等的數(shù)量)。第一類為"側(cè)光式"。在側(cè)光式背光源中，從平面透視圖來看，通常在對應(yīng)于輸出區(qū)域的區(qū)域或地帶之外，沿背光源構(gòu)造的外邊界或周邊設(shè)置了一個或多個光源。通常，在背光源輸出區(qū)域邊界上的框架或鑲條從視野中遮住了光源。光源通常將光發(fā)射至稱為"光導(dǎo)裝置"的元件中，特別是在需要薄型背光源的情況下，如在膝上型計算機的顯示屏中。光導(dǎo)裝置為透明、固體并且相對薄的板，其長度和寬度尺寸接近背光源輸出區(qū)域。光導(dǎo)裝置采用全內(nèi)反射(TIR)來傳送或引導(dǎo)光從安裝在邊緣的燈穿過光導(dǎo)裝置的整個長或?qū)挾竭_背光源的相對邊緣，在光導(dǎo)裝置的表面上設(shè)置了局部提取結(jié)構(gòu)的不均一圖案，以便將一些來自光導(dǎo)裝置的導(dǎo)向光重新導(dǎo)向背光源的輸出區(qū)域。這類背光源通常還包括光管理膜，例如設(shè)置在光導(dǎo)裝置后面或下方的反射材料，以及設(shè)置在光導(dǎo)裝置前面或上方的反射偏振膜和棱柱BEF膜，從而增加了同軸亮度。第二類為"直接照明式"。在直接照明式背光源中，從平面透視圖來看，基本在與輸出區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域或地帶中設(shè)置了一個或多個光源，通常以規(guī)則的陣列或圖案排布在地帶內(nèi)。或者，可以說直接照明式背光源的光源設(shè)置在背光源輸出區(qū)域的正后方。通常將強漫射板安裝在光源上方，從而使光散布在輸出區(qū)域上。此外，光管理膜(例如反射偏振膜和棱柱BEF膜)也可以設(shè)置在漫射板的頂部，以改善同軸亮度和效率。在一些情況下，直接照明式背光源在背光源的周邊還可以包括一個或一些光源，或者側(cè)光式背光源在輸出區(qū)域的正背后可以包括一個或一些光源。在這些情況下，如果大部分光來自背光源輸出區(qū)域的正背后，則認為該背光源為"直接照明式"，如果大部分光來自背光源輸出區(qū)域的周邊，則認為是"側(cè)光式"。由于其操作方法，LCD面板只利用光的一種偏振態(tài)，因此對于LCD的應(yīng)用而言，了解背光源的正確或可用偏振態(tài)的光的亮度和均勻度至關(guān)重要，而不僅僅是了解可能非偏振態(tài)的光的亮度或均勻度。就此而言，在所有其他因素等同的情況下，發(fā)射主要為或完全為可用偏振態(tài)光的背光源在LCD應(yīng)用中比發(fā)射非偏振態(tài)光的背光源更有效。然而，由于設(shè)置在LCD面板背面的吸收型偏振器可以輕易消除非可用偏振態(tài)，因此發(fā)射并非完全是可用偏振態(tài)的光甚至發(fā)射無規(guī)偏振光的背光源在LCD應(yīng)用中仍完全可用。
發(fā)明內(nèi)容申請人發(fā)現(xiàn)利用各個有色led光源的裝置未必能最^;效地利用那些光源。申請人發(fā)現(xiàn)，例如，根據(jù)其各自最大驅(qū)動特性和最大輸出特性可以對發(fā)射白光的背光源中所用的所有紅光、綠光和藍光(或其他組成顏色)LED的相對數(shù)量進行調(diào)整，以此方式最大程度減少或顯著減少背光源中有色LED的總數(shù)。由于可以用于安裝LED裝置的物理空間或"實際面積"有限，并且當(dāng)歸一化為背光源輸出區(qū)域后，確實會隨背光源尺寸的增大而減小，因此這對于側(cè)光式背光源特別有用。這是因為矩形或類似形狀的周長與面積的比隨特有的面內(nèi)尺寸L(例如，對于給定縱橫比的矩形，背光源輸出區(qū)域的長、寬或?qū)蔷€)線牲下降(1/L)。申請人還發(fā)現(xiàn)可以優(yōu)化同時使用有色LED和發(fā)射白光的LED的白光背光源設(shè)計的關(guān)系?？梢赃x擇數(shù)量足夠多的發(fā)射白光的LED，以在將背光源輸出的色域維持在所需色域規(guī)格特定百分比內(nèi)的同時，提高輸出照明區(qū)域的亮度或基本上使輸出照明區(qū)域的亮度最大。因此，本專利申請公開了，特別是，白光背光源，其具有輸出照明區(qū)域、設(shè)置用于將光發(fā)射到該區(qū)域內(nèi)的多個有色光源(例如，通過回收腔、光導(dǎo)裝置、擴散板等)、以及連接到多個有色光源的驅(qū)動電路。在一些實施例中，所述多個有色光源具有第一數(shù)目nl的第一LED光源、第二數(shù)目n2的第二LED光源、以及第三數(shù)目n3的第三LED光源，所述第一、第二和第三LED光源(i)分別發(fā)出第一、第二和第三色光，所述第一、第二和第三色光不是白色并且彼此顯著不同，并且(ii)分別具有第一、第二和第三最大驅(qū)動特性，以及相應(yīng)的第一、第二和第三最大輸出特性。所述驅(qū)動電路被構(gòu)造為，例如，在第一最大驅(qū)動特性的10%內(nèi)驅(qū)動第一LED光源，在第二最大驅(qū)動特性的10。/。內(nèi)驅(qū)動第二LED光源，在第三最大驅(qū)動特性的10%內(nèi)驅(qū)動第三LED光源。此外，選擇數(shù)目nl、n2和n3，從而使來自通電的第一、第二和第三LED光源的光在組合后基本上為白光。在其他實施例中，所述多個有色光源可以具有發(fā)射任意數(shù)目色彩的任意合適數(shù)量的LED光源，例如，發(fā)射第一、第二、第三和第四色光的光源。本專利申請還公開了白光背光源，其具有輸出照明區(qū)域、設(shè)置用于向該區(qū)域內(nèi)發(fā)射光的多個有色光源、同樣向該輸出區(qū)域發(fā)射光的數(shù)目n4的白光LED光源以及連接到多個有色光源以及白光LED光源的驅(qū)動電路。所述多個有色光源具有第一數(shù)目nl的第一LED光源、第二數(shù)目n2的第二LED光源、以及第三數(shù)目n3的第三LED光源，所述第一、第二和第三LED光源(i)分別發(fā)出第一、第二和第三色光，所述第一、第二和第三色光不是白色并且彼此顯著不同，并且(ii)分別具有第一、第二和第三最大驅(qū)動特性，以及相應(yīng)的第一、第二和第三最大輸出特性。在將輸出照明區(qū)域的色域維持在所需色域特定百分比(例如10%)內(nèi)的同時，考慮到第一、第二和第三LED光源的數(shù)目分別為nl、n2和n3，選擇數(shù)目為n4的白光LED光源以提高所述輸出照明區(qū)域的發(fā)光效率或使輸出照明區(qū)域的發(fā)光效率最大。根據(jù)以下的詳細描述將會明白本申請的這些方面和其他方面。然而，在任何情況下，以上概述都不應(yīng)理解為是對權(quán)利要求書中所要求保護主題的限制，該主題僅受所附權(quán)利要求書的限定，并且在審查期間可以進行修改。整個說明書中都參考了附圖，其中類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件，并且其中圖l是背光源的示意透視圖2a-c示出了不同LED布置或組中各個LED產(chǎn)生白光所需的假定相對驅(qū)動強度；圖3a示出了CIE1931x，y彩色坐標(biāo)系中發(fā)射白光的LED的色域測量值；圖3b示出了CIE1931x，y彩色坐標(biāo)系中RGGGGBLED組合的色域測量值；以及圖4示出了有色LED布置的俯視或前視圖。具體實施例方式本文所討論的發(fā)射有色光和發(fā)射白光的LED的組合可以用于幾乎無設(shè)計限制的背光源或其他擴展面光源。以最簡單的形式，所述背光源可以僅包括安裝在腔內(nèi)的光源，所述腔用漫射板覆蓋以傳播或合并(或"混合")來自各個光源的光從而形成均勻的輸出。所述背光源還可以包括后反射器，用于輔助會聚向后傳播的光以提高效率。如果背光源屬于側(cè)光型，它也可以包括固體光導(dǎo)裝置，以輔助光在整個背光源輸出區(qū)域上橫向傳播。還可以使用光管理膜，如反射偏振膜、棱柱增亮膜(BEF)、轉(zhuǎn)向膜、漫射膜、高反射率鏡面反射器、漫反射膜等。通過此類背光源元件的組合以及背光源的幾何形狀，所述背光源優(yōu)選地構(gòu)造成能使來自各種有色光源和白光發(fā)射光源(如果有的話)的光充分混合或混勻，以提供亮度和均勻度特性均適用于預(yù)期應(yīng)用的背光源。結(jié)合本發(fā)明所公開的光源組合，一類可用并且有利的(但并非必須)背光源為安裝了回收腔的一類背光源。在下列共同轉(zhuǎn)讓的PCT專利申請中公開了這類示例性背光源"ThinHollowBacklightsWithBeneficialDesignCharacteristics"(具有有利設(shè)計特性的薄空腔背光源)(代理人案巻號63031W0003);"RecyclingBacklightsWithSemi-specularComponents"(具有半鏡面元件的循環(huán)背光源)(代理人案巻號63032W0003);"CollimatingLightInjectorsforEdge-LitBacklights"(側(cè)光式背光源的準(zhǔn)直光注入器)(代理人案巻號63034W0004)禾tl"BacklightandDisplaySystemUsingSame"(背光源以及使用該背光源的顯示系統(tǒng))(代理人案巻號63274W0004)。這些專利申請中所述的至少一些背光源具有部分或全部的下列設(shè)計特征再循環(huán)光腔，在該光腔內(nèi)大部分光在從前反射器出來之前都在基本共同擴張的前、后反射器之間進行了多次反射，所述前反射器為部分透射和部分反射的；通過提供包括低損失前反射器、后反射器以及側(cè)反射器的低吸收損耗的基本封閉的腔體，同時通過使與光源相關(guān)的損失非常低，例如通過確保所有光源的累積發(fā)射區(qū)域是背光源輸出區(qū)域的很小一部分，使光在再循環(huán)腔中傳播時保持極低的整體損失；中空的再循環(huán)光腔，即光在腔內(nèi)的側(cè)向傳送主要發(fā)生在空氣、真空等中，而不是在諸如丙烯酸類樹脂或玻璃的光密介質(zhì)中；就僅設(shè)計用于發(fā)射特定(可用)偏振態(tài)光的背光源而言，前反射器具有足夠高的反射率，對于可用光能夠支持側(cè)向傳送或傳播，而對于光線角隨機化這能夠達到合格的背光源輸出空間均勻度，但是正確應(yīng)用可用角度下足夠高的透射率能夠確保背光源的應(yīng)用亮度是合格的；再循環(huán)光腔包括能夠保持該腔鏡面和漫射特性平衡的一個或多個元件，所述元件具有足夠的鏡面反射性以支持大量側(cè)向光在腔內(nèi)傳送或混合，但也具有足夠的漫射性以使得腔內(nèi)穩(wěn)態(tài)光的角分布基本均勻，即使僅以很窄的角度范圍向腔內(nèi)注入光(此外，就設(shè)計用于僅發(fā)射特定(可用)偏振態(tài)光的背光源而言，在該腔內(nèi)的循環(huán)優(yōu)選地包括相對于入射光偏振態(tài)的某種程度的反射光偏振隨機化，這實現(xiàn)了將不可用偏振光轉(zhuǎn)換為可用偏振光的機理)；再循環(huán)腔中前反射器的反射率通常隨入射角增加，而透射率通常隨入射角減少，其中反射率和透射率是針對非偏振可見光以及任何入射面，和/或入射到可用偏振態(tài)的傾斜光為p-偏振的平面上的可用偏振態(tài)光而言(此外，前反射器具有高半球反射率的值并且對應(yīng)用可用光具有足夠高的透射率)；光注入光學(xué)元件，其將初始注入到循環(huán)腔體內(nèi)的光部分地準(zhǔn)直或限制于靠近橫向平面的傳播方向上(橫向平面平行于背光源的輸出區(qū)域)，例如，注入光線與橫向平面之間的平均光通量偏向角在0到40度之間，或0到30度之間，或0到15度之間。不考慮所選擇的背光源類型，現(xiàn)在我們開始關(guān)注由使用各個有色LED光源來得到擴展面白光輸出所引起的問題，而不是關(guān)注由于物理混勻或混合光的困難所引起的問題。從圖1中可以看到包括三種有色LED光源12a、12b和12c(例如，分別為發(fā)射紅光、綠光和藍光的LED)的原始背光源的示意透視圖。如圖所示，驅(qū)動電路18a、18b和18c連接到各個光源并且給其供電。本實施例和其他公開實施例中的驅(qū)動電路可采用傳統(tǒng)設(shè)200880015846.5計。漫射板14將所述三種光源所發(fā)射的光攔截并混勻，以提供發(fā)射白光的背光源輸出區(qū)域16。根據(jù)預(yù)期應(yīng)用中所需或所要求的特定"白色"色調(diào)的程度，可以馬上意識到輸出區(qū)域所達到的"白色"程度高度取決于電路18a、18b和18c驅(qū)動各自光源的相對強度(對于發(fā)光二極管，通常表示為電流"I"或功率"P=工XV"，其中V是整個給定二極管的電壓降)。就目前市售的有色LED而言，發(fā)射綠光的LED往往對白光光譜產(chǎn)生的貢獻低于其所對應(yīng)的紅光和藍光部分。這可由以下事實得以反映，如果從生產(chǎn)廠家得到了設(shè)計相似的紅光、綠光和藍光LED,并且均以其最大推薦驅(qū)動特性(通常為給定溫度下的最大運行電流)驅(qū)動或照明，并且將它們的輸出組合，則由于紅光和藍光過量，或綠光不足，結(jié)果是得到清晰的紫色調(diào)。如上所述，一些由LED照明的現(xiàn)有裝置所用的綠光LED的數(shù)目是紅光或藍光LED數(shù)目的兩倍，從而4個組成一組。然而，申請人發(fā)現(xiàn)即使是這種布置，在各自最大推薦驅(qū)動特性下驅(qū)動所有4個LED仍將會產(chǎn)生紫色調(diào)光。因此，由于綠光LED己經(jīng)提供了其最大光輸出，所以必須將紅光和藍光LED的功率(無論是電功率、電流或總發(fā)射光焦度)顯著降低至其最大運行點之下，以達到產(chǎn)生"白光"的平衡。盡管LED/LCD電視生產(chǎn)廠家認為這種情況在商業(yè)上是合格的，但是申請人己發(fā)現(xiàn)了改進的可能，即更好地利用有色LED光源。圖2a-c用于說明申請人:所發(fā)現(xiàn)的改進可能性。請注意這些圖并未畫出測量的數(shù)據(jù)，并且出于說明目的進行了明顯簡化。這些圖畫出了產(chǎn)生"白"光所必須的相對驅(qū)動強度，其中對于具體LED所給出的相對驅(qū)動強度用該LED的最大推薦驅(qū)動特性的百分比表示，其中驅(qū)動特性可以是，例如，電功率P、電流I或總發(fā)射光角度。因此，這些圖并不表示不同有色LED的驅(qū)動特性是相同的。圖2a表示一組三個LED，即一個紅光、一個綠光和一個藍光，或"RGB"。紅光和藍光LED對白光光譜產(chǎn)生的貢獻多于綠光LED，因此當(dāng)與綠光LED輸出混合時，必須將其驅(qū)動強度降低至相似水平以產(chǎn)生白光。在該圖中，所降低的水平均為25%。將另一綠光LED添加到圖2a的組中構(gòu)成了4個LED的組，即一個紅光、兩個綠光和一個藍光，或RGGB。圖2b中示出了該新組的驅(qū)動強度。由于該組中綠光是RGB組中的兩倍，因此紅光和藍光LED可以圖2中各自水平的兩倍驅(qū)動。然而，即使在這種布置下，紅光和藍光LED也基本在低于其各自最大推薦驅(qū)動特性下驅(qū)動?，F(xiàn)在的問題是為了使得所有LED可以在或接近其各自最大推薦驅(qū)動特性下驅(qū)動但是由此使得其組合后的光學(xué)輸出還提供所需的"白色"輸出光，哪種不同有色(R、G和B)LED的組合是必要的？在目前的情況下，答案是必須再添加兩個綠光LED,得到如圖2c所示的RGGGGB。通過這種組合，對背光源輸出有貢獻的全部有色LED光源均在或接近其各自最大驅(qū)動特性下驅(qū)動。在實施過程中，與100%的偏差可能需要將輸出調(diào)至所需的白點，例如，具體相關(guān)的色溫。在LCD電視背光源應(yīng)用中，可能需要(例如)6500K的CCT，或稱為D65?？赡苓€需要對驅(qū)動強度進行調(diào)整，以應(yīng)付所有標(biāo)稱相同顏色的LED光源中的顏色變化?？赡苓€需要對驅(qū)動強度進行調(diào)整，以應(yīng)付各個LED經(jīng)歷溫度波動時或隨著LED老化時的色差。因此，期望給定顏色(無論是R、G、B或是其他顏色)的所有LED的平均驅(qū)動強度在最大驅(qū)動特性的特定百分比內(nèi)。所述特定百分比可以為(例如)25%、20%、15%、10%、或5%(即，分別為75%、80%、85%、90%、或95%的平均相對驅(qū)動強度)，并且優(yōu)選的是所述光源都在沒有顯著超出各自最大驅(qū)動特性下驅(qū)動。另一個方面，如果需要，有色LED的總數(shù)可以降低到最小值，這個最小值是背光源中所用的特定顏色LED總數(shù)的函數(shù)。當(dāng)每個具體顏色的LED數(shù)目相對較大時，例如至少5個或至少10個，這種情況最有意義。例如，假設(shè)共有nl個紅光LED、n2個綠光LED和n3個藍光LED向背光源提供光。還假設(shè)紅光LED以95%的平均相對驅(qū)動強度運行。如果有10個紅光LED(nl二10)，那么10的95%為9.5，因此這10個紅光LED中的每一個都需要。然而，如果有100個紅光LED(nl=100)，那么100的95%是95，因此，當(dāng)產(chǎn)生與之前相同量的紅光時，紅光LED的數(shù)目可以減少到95(以100%的平均相對驅(qū)動強度運行)。相同的分析可以應(yīng)用于背光源中的任何其他有色LED組。一般來講，這種情況可以表示為將不同LED的驅(qū)動電路構(gòu)造成以平均x。/。的紅光LED最大驅(qū)動特性驅(qū)動紅光LED光源，以平均y。/。的綠光LED最大驅(qū)動特性驅(qū)動綠光LED光源，以平均z。/。的藍光LED最大驅(qū)動特性驅(qū)動藍光LED光源，并且nlX(1—X%)〈1;n2X(1—y%)〈l;n3X(1—z%)<1。按照上述方法，可以有助于顯著減少具體應(yīng)用中所需的有色LED的數(shù)目，從而降低生產(chǎn)成本。例如，盡管圖2c的RGGGGB組比圖2b的RGGB組或圖2a的RGB組包含更多的有色LED，但RGGGGB組發(fā)射的白光是RGGB組的兩倍，并且是RGB組的四倍。為了發(fā)射與六個LED的RGGGGB組相同量的白光，RGGB組將需要8個LED(兩組)，而RGB組將需要12個LED(四組)。數(shù)目減少的有色LED可以有利地用于任何背光源，但是在可用于安裝LED的"實際面積"或空間受限于背光源腔邊緣的側(cè)光式背光源中具有特別有利的效果。例如，對于對角線長40英寸、長寬比16:9的電視或背光源而言，如果僅有一條長邊(頂邊或底邊)可用于安裝光源，則線性距離為88.5厘米，或者如果兩條短邊(側(cè)邊)均可用，則線性距離為99.6cm,或者如果兩條長邊均可用，則線性距離為177.lcm。在一些情況下，上述方法可能使得LED光源的總數(shù)僅能沿一條長邊布置，例如在理想的僅用底邊的構(gòu)造中。在一些情況下，需要多個LED光源擴展行的側(cè)光式背光源或類似裝置可具有足夠的實際面積"寬度"或"深度"來平行地安裝一行以上的LED。例如，背光源腔的邊緣可以安裝以下兩行RGGGGBLED組RGGGGBRGGGGBRGGGGBRGGGGBRGGGGBRGGGGBRGGGGBRGGGGB。所述行不需要互相一致，如下列布置所示RBRBRBRBGGGGGGGGGGGGGGGG。還可以使用其他顏色構(gòu)造。例如，如本文所述將白色LED與有色LED組合時，還可以定義新的不同的紅光、綠光和白光的組合。白光LED通常由藍光LED晶粒加工而成，并包含黃色熒光體，該黃色熒光體在受到一些藍光激發(fā)時會發(fā)出黃光，使得藍光與黃光的組合將顯示成白光。在加工這13些白光LED時，所述LED的色溫可以從呈現(xiàn)藍光的"冷白色"變化為呈現(xiàn)更加琥珀色或金黃色的"暖白色"。通過將白光LED選擇為"冷白色"型，可以定義紅光、綠光和白光LED的組合，其中典型R-G-G-B組合中所需的藍光實際是由來自冷白光LED的過量藍光所產(chǎn)生的。因此，在一些實施例中，不需要藍光LED來產(chǎn)生白光。本公開中可用的光源可以包括紅光、綠光、藍光、(或產(chǎn)生白光的其他有色光源的組合)和白光。在一些實施例中，當(dāng)需要亮度較低的圖像時，可以只激活有色光源，當(dāng)在較高亮度水平時，RGB光源保持在穩(wěn)定的最大亮度，而白光源用于達到所需的亮度。當(dāng)在寬泛的亮度水平范圍內(nèi)維持高色域時，.這一驅(qū)動布置具有提高功率效率的作用。該系統(tǒng)還可以包含動態(tài)亮度控制，其中分析了每個圖像內(nèi)容的所需的亮度并將背光源動態(tài)地調(diào)整到該亮度。在分區(qū)的背光源系統(tǒng)中，可以分析每個區(qū)域圖像的所需亮度，并且如本文所述可以將該區(qū)域的背光源調(diào)整到所需的亮度。實施例1本實例中，由PhilipsLumiledsLighting公司出售的紅光、綠光和品藍光LuxeonIIILambertian發(fā)射裝置的特征在于，金屬芯或散熱器的溫度為50攝氏度。紅光LED的最大額定電流為1.4A，而綠光和藍光LED的最大額定電流均為700mA。其各自的顏色、通量和成本特性如下所示<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>在該表中，TLF指總光通量，以流明為單位?，F(xiàn)在，我們考慮均各自平衡到色點CCT二6500K(即(x，y)=(0.314，0.326))的兩個顏色單元。兩種情況下，我們均將顏色平衡到AE〈0.0025之內(nèi)，其中AE是定義為(Ax2+Ay2)的平方根的色差，其中x和y是CIE1931顏色坐標(biāo)空間中的坐標(biāo)。所比較的兩個顏色單元(或LED組)為一個RGGB單元和一個RGGGGB單元構(gòu)造<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>在RGGGGB單元中，每個LED均在或接近其額定功率下驅(qū)動，從而提供了成本更低的白光。以公制單位流明/美元計算，就投資到元件成本中的每單位美元而言，RGGGGB單元比RGGB單元多提供約35%的光?，F(xiàn)在，我們對用于典型的40英寸(對角線)16:9的LCD電視機(所需的總光通量為6500流明)的兩個相同LED單元進行對比。RGGB單元需要124個LED(31個單元或組)，功率為272瓦而造價為300.70美元。RGGGGB單元需要96個LED(16個單元或組)，功率為281瓦而造價為225.60美元。后一種單元顯著降低了LED的數(shù)目、成本和實際面積(無論是在背光源的邊緣背板上)。LED封裝的尺寸為0.9cm，因此，RGGB單元(需要110.6cm)中光引擎只能采用"頂邊或底邊"安裝的設(shè)計。相比之下，RGGGGB單元只需要86.4cm，因此允許采用"側(cè)邊型"或甚至是"僅使用底邊"安裝設(shè)計。隨著LED組件數(shù)的減少，與之相關(guān)的電路、電線、機械支持、以及組裝工作也會減少，從而實現(xiàn)了成本節(jié)約。實施例2本實例中，由PhilipsLumiledsLighting公司出售的紅光、綠光和品藍光LuxeonIIILambertian發(fā)射裝置的特征在于，金屬芯或散熱器的溫度為50攝氏度。這些裝置為表面安裝(SMT)裝置，也稱為AdvancedPowerTOPLED裝置。請參閱OSRAM文件2006-06-19(Blue,Green-ThinGaN)、2006-03-28(Red-EnhancedThinFilmLED)、以及2006-08-30(White-ThinGaN)。它們各自的顏色、通量和成本特性如下所示<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>-將發(fā)射白光的LED添加至有色LED系統(tǒng)-發(fā)射白光的LED是已知的，其中用熒光體覆蓋發(fā)射藍光或紫外光的LED晶粒，以提供發(fā)射白光的小型面光源。通常，LED發(fā)射藍光而熒光體發(fā)射黃光，并且一些藍光穿過熒光體層。然后，藍光與黃光組合產(chǎn)生白光?？梢詫⑦@種發(fā)射白光的LED安裝到還包括有色LED光源的光源系統(tǒng)中。申請人發(fā)現(xiàn)市售的發(fā)射白光的LED比有色LED組合在產(chǎn)生白光方面往往更有效(所用的每單位電能的流明)，但是有色LED的色域更高并且目前成本更低。這可以通過以下比較得以證明。購買發(fā)射白光的LED，即由Cree公司生產(chǎn)的7090封裝中的Xlamp。與RGGGGB有色LED組合(包括1個紅光、1個藍光和4個綠光LuxeonIIILED,并在50攝氏度下運行)進行了對比。發(fā)射白光的LED造價2.42美元，最小橫向尺寸為0.7cm。有色LED造價共計14.10美元，每個LED的最小橫向尺寸為0.9cm。以下測量是在350mA的額定直流電下進行白光LED的CCT為6500，總光通量為51.5流明并產(chǎn)生1.20瓦的焦耳熱；有色LED組合的CCT為6500，總光通量為423流明并產(chǎn)生17.6瓦的焦耳熱。用帶有濾色片的LCD面板測定這兩個系統(tǒng)的色域，并分別測量紅光/綠光/藍光的色彩強度和顏色成分。結(jié)果顯示于圖3a(發(fā)射白光的LED)和3b(RGGGGBLED組合)中的顏色-空間圖中。兩圖均采用C工E1931x，y顏色坐標(biāo)系繪制出各個系統(tǒng)測量的色域(粗實線三角形)。兩圖還示出了D65色點，以及NTSC1953色域(細實線三角形)。可以看出有色LED組合所提供的色域面積顯著大于發(fā)射白光的LED所提供的色域。將各個系統(tǒng)的色域換算為NTSC1953標(biāo)準(zhǔn)的百分比，則發(fā)射白光的LED的結(jié)果為64%，有色LED組合的結(jié)果是112%。將色值轉(zhuǎn)換到CIE1976顏色坐標(biāo)(u'，v')后重復(fù)同一比較(使用NTSC1953標(biāo)準(zhǔn))，則發(fā)射白光的LED的結(jié)果為77%,有色LED組合的結(jié)果為148%。還在需要產(chǎn)生5500流明的光引擎的情況下對這兩個系統(tǒng)進行評價，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>如前，按照NTSC1953標(biāo)準(zhǔn)在(u'，v')空間內(nèi)計算。/。色域?？梢钥闯霎?dāng)有色LED組被發(fā)射白光的LED替換時，色域隨之下降。所產(chǎn)生的熱量也下降了，但由于總光通量保持不變，因此這就意味著發(fā)光效率(流明/瓦特)增加了。因此，功耗一定時，該系統(tǒng)的亮度增加?；蛘撸到y(tǒng)亮度一定時，總功耗或產(chǎn)生的熱量下降，從而降低了系統(tǒng)熱管理需求。如果將色域規(guī)定在10%的目標(biāo)色域中，即在(u'，v')坐標(biāo)系中NTSC1953標(biāo)準(zhǔn)的情況下，那么至少具有4、5、6或7個有色LED組(或74、66、58或50個發(fā)射白光的LED)的實施例將是合格的。采用更嚴(yán)格的5%目標(biāo)要求，則具有5或6個有色LED組(66或58個發(fā)射白光的LED)的實施例仍是合格的。根據(jù)預(yù)期應(yīng)用的公差或要求，還可以使用其他百分比或準(zhǔn)確度。在將發(fā)射白光的LED添加到有色LED系統(tǒng)中以及背光源系統(tǒng)中只存在有色LED的兩種情況下，對稱LED樣式或布置可以是有利的。就直接照明式背光源而言，設(shè)置在臨近所述腔的高度反射側(cè)表面的LED組可以在該表面上產(chǎn)生自身的虛像，從而可能使背光源輸出區(qū)域上出現(xiàn)彩色偽影。確保所述組相對于第一和第二局部平面鏡面對稱(例如，垂直和水平，或平行于第一腔側(cè)表面以及平行于第二腔側(cè)表面)可以有助于減少問題。請參考圖4中示出的有色LED組的平面圖布局。就例如側(cè)光式背光源中可能用到的LED線性布置而言，所述LED也可以布置成鏡面對稱的組或重復(fù)單元。結(jié)合有色LED與發(fā)射白光的LED的此類組的實例為GRGBGRWW麗麗RGBGRG。上述討論中，應(yīng)當(dāng)理解組合在一起產(chǎn)生白光的任何顏色組合(不限于三種不同的顏色)均可代替"紅光"、"綠光"和"藍光"。例如，青色光源和黃色光源可以組合產(chǎn)生白光。這些顏色的添加還可以產(chǎn)生更高的顯色指數(shù)(CRI)，從而更加真實地展現(xiàn)該光源照射的對象。另外，如前所述，正確選擇白光LED光源可以在不降低色彩質(zhì)量的情況下除去一些所述實施例中的藍光LED光源。除非另外指明，所述"背光源"往往還適用于其他擴展面光源裝置，所述擴展面光源裝置在其預(yù)期應(yīng)用中提供了標(biāo)稱均勻的照明。此類其他裝置可以提供偏振或非偏振輸出。這些裝置的實例包括設(shè)計用于室內(nèi)(如家庭或辦公室)或室外的燈箱、標(biāo)志物、立體發(fā)光字和常用照明裝置，有時稱之為"照明器"。還要注意側(cè)光式裝置可以構(gòu)造成從兩個相對的主表面發(fā)射光，即從上述"前反射器"和"后反射器"發(fā)射光，在此情況下，前、后反射器均具有部分透光性。此類裝置可以照亮兩個獨立LCD面板或設(shè)置在背光源相對側(cè)的其他圖形元件。在該情況下，所述前、后反射器可能具有相同或相似的構(gòu)造。術(shù)語"LED"指發(fā)光二極管，其所發(fā)射的光可以是可見光、紫外光或紅外光。發(fā)光二極管包括作為LED(不論是常規(guī)型還是超輻射型)銷售的不相干的封閉或封裝的半導(dǎo)體器件。如果LED發(fā)射的是如紫外光等不可見光，以及在LED發(fā)射可見光的某些情況下，則將其封裝為包含熒光體(或是它可以照亮設(shè)置在遠處的熒光體)，以將短波長光轉(zhuǎn)化為波長更長的可見光，某些情況下會得到發(fā)射白光的器件。"LED晶粒"是LED最基本的形態(tài)，即經(jīng)半導(dǎo)體加工方法制成的單個元件或芯片的形態(tài)。部件或芯片可以包括適于應(yīng)用能量以驅(qū)動器件的電觸點。元件或芯片的各個層和其他功能元件通常以晶片級形成，然后將加工好的晶片切成單個元件，以生產(chǎn)多個LED晶粒。LED還可以包括杯形反射器或其他反射基底，形成簡單圓頂形透鏡或任何其他已知形狀或結(jié)構(gòu)的膠囊包封材料、提取器以及其他包裝元件，這些元件可以用于產(chǎn)生向前發(fā)射、側(cè)向發(fā)射或其他所需的輸出光分布。除非另外指明，否則所述LED還涉及能夠在小發(fā)光面積上發(fā)出亮光的其他光源，所述亮光可以是有色光或白光，也可以是偏振光或非偏振光。LED的實例包括采用固態(tài)激光泵的半導(dǎo)體激光裝置和光源。本文所述的實施例還可包括光傳感器和反饋系統(tǒng)，以檢測和控制來自光源的光的亮度和色彩中的其中之一或兩者。例如，可以在臨近各個光源或光源組處設(shè)置傳感器，以檢測輸出并提供反饋，以便控制、維持或調(diào)節(jié)白點或色溫。將一個或多個傳感器沿邊緣或在腔體內(nèi)設(shè)置以采集混合光會是有利的。在某些情況下，在觀察環(huán)境(例如顯示器所在房間)中安裝傳感器以監(jiān)測顯示器周圍的環(huán)境光可能是有利的。根據(jù)環(huán)境觀察條件，可以使用控制邏輯適當(dāng)調(diào)節(jié)光源的輸出?？墒褂靡粋€或多個任何合適的傳感器，例如，光轉(zhuǎn)頻率或光轉(zhuǎn)電壓傳感器(得自TexasAdvancedOptoelectronicSolutions,Plano，Texas)。另夕卜，熱傳感器可以用于監(jiān)測和控制光源的輸出。根據(jù)操作條件以及元件隨時間老化的補償，任何這些技術(shù)均可以用于調(diào)節(jié)光輸出。另外，傳感器可以用于動態(tài)對比、垂直掃描或水平區(qū)域、或場順序制系統(tǒng)，以便為控制系統(tǒng)提供反饋信號。除非另外指明，在說明書和權(quán)利要求中使用的表示部件的尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)被理解為由詞語"約"來修飾。因此，除非有相反的指示，在上述說明書和所附權(quán)利要求中所提出的數(shù)值參數(shù)為近似值，可根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性而變化。在不脫離本公開的范圍和精神的情況下，本公開的各種修改形式和替代形式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，應(yīng)該理解的是，本公開不限于本文中所提供的示例性實施例。本文中所提及的所有美國專利、專利申請公開、未公開專利申請、以及其他專利和非專利文件除其中在某種程度上直接有悖于上述公開的主題外，全文均以引用方式并入。權(quán)利要求1.一種具有輸出照明區(qū)域的白光背光源，包括設(shè)置為用于將光發(fā)射到所述輸出照明區(qū)域內(nèi)的多個有色光源；以及連接至所述多個有色光源的驅(qū)動電路；其中所述多個有色光源具有第一數(shù)目n1的第一LED光源、第二數(shù)目n2的第二LED光源、以及第三數(shù)目n3的第三LED光源，所述第一、第二和第三LED光源(i)分別發(fā)射第一、第二和第三色光，所述第一、第二和第三色光不是白色并且彼此顯著不同，并且(ii)分別具有第一、第二和第三最大驅(qū)動特性，以及相應(yīng)的第一、第二和第三最大輸出特性；其中，所述驅(qū)動電路被構(gòu)造成在所述第一最大驅(qū)動特性的10％內(nèi)驅(qū)動所述第一LED光源，在所述第二最大驅(qū)動特性的10％內(nèi)驅(qū)動所述第二LED光源，在所述第三最大驅(qū)動特性的10％內(nèi)驅(qū)動所述第三LED光源；并且選擇n1、n2和n3，從而使來自通電的所述第一、第二和第三LED光源的光在組合后基本為白光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述背光源包括位于所述輸出照明區(qū)域后方的腔，并且所述多個有色光源將光發(fā)射到所述腔內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述驅(qū)動電路被構(gòu)造成在平均x。/。的所述第一最大驅(qū)動特性下驅(qū)動所述第一LED光源，在平均y。/o的所述第二最大驅(qū)動特性下驅(qū)動所述第二LED光源，以及在平均2%的所述第三最大驅(qū)動特性下驅(qū)動所述第三LED光源，并且nlX(l-x%)<1，n2X(1-y%)<l，n3X(1-z%)<1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述第一、第二和第三最大驅(qū)動特性分別為在第一、第二和第三操作溫度下的第一、第二和第三最大驅(qū)動電流。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述第一色光為紅光，所述第二色光為綠光，并且所述第三色光為藍光。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的背光源，其中nl二n3，并且n2二4Xnl。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述第一、第二和第三LED光源設(shè)置為臨近所述輸出照明區(qū)域的周邊以提供側(cè)光式背光源。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述第一、第二和第三LED光源設(shè)置在所述輸出照明區(qū)域的正背后以提供直接照明式背光源。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，其中所述第一、第二和第三LED光源成組布置，并且這些組中的每一個組均相對于第-一局部平面成鏡面對稱。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的背光源，其中每個組還相對于垂直于所述第一局部平面的第二局部平面成鏡面對稱。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光源，還包括將光發(fā)射到所述輸出照明區(qū)域內(nèi)的一個或多個白光LED光源。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的背光源，其中所述光源的色域在所需色域的10%以內(nèi)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的背光源，其中所述光源的色域在所述所需色域的5%以內(nèi)。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的背光源，其中所述所需色域為在(u'，v')坐標(biāo)中測量的NTSC1953色域。15.—種具有輸出照明區(qū)域的白光背光源，包括設(shè)置為用于將光發(fā)射到所述輸出照明區(qū)域內(nèi)的多個有色光源，所述多個有色光源具有第一數(shù)目nl的第一LED光源、第二數(shù)目n2的第二LED光源、以及第三數(shù)目n3的第三LED光源，所述第一、第二和第三LED光源(i)分別發(fā)射第一、第二和第三色光，所述第一、第二和第三色光不是白色并且彼此顯著不同，并且(ii)分別具有第一、第二和第三最大驅(qū)動特性，以及相應(yīng)的第一、第二和第三最大輸出特性；數(shù)目n4的白光LED光源，其也將光發(fā)射到所述輸出照明區(qū)域內(nèi)；連接至所述多個有色光源和所述白光LED光源的驅(qū)動電路；其中，對所述數(shù)目n4進行選擇，以在維持所述輸出照明區(qū)域的色域在所需色域的10%以內(nèi)的同時，提高所述輸出照明區(qū)域的發(fā)光效16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述背光源包括位于所述輸出照明區(qū)域后方的腔，并且所述多個有色光源和所述數(shù)目n4的白光LED光源將光發(fā)射到所述腔內(nèi)。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述色域在(u'，v')顏色坐標(biāo)中測量，而所述所需色域為NTSC1953色域。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述數(shù)目n4將所述輸出照明區(qū)域的色域維持在所述所需色域的5%之內(nèi)。19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述驅(qū)動電路被構(gòu)造成在所述第一最大驅(qū)動特性的10%內(nèi)驅(qū)動所述第一LED光源，在所述第二最大驅(qū)動特性的10%內(nèi)驅(qū)動所述第二LED光源，并且在所述第三最大驅(qū)動特性的10%內(nèi)驅(qū)動所述第三LED光源，并且對nl、n2和n3進行選擇，以使得來自通電的所述第一、第二和第三LED光源的光在組合后基本上為白光。全文摘要背光源包括分別為第一、第二和第三色(非白色)的n1、n2和n3個有色LED光源，以及連接至這些光源的驅(qū)動電路。所述驅(qū)動電路被構(gòu)造成在其各自最大驅(qū)動特性的特定百分比(例如10％)內(nèi)驅(qū)動所述各個第一、第二和第三光源，并且對所述數(shù)目n1、n2和n3進行選擇，以使得來自所述通電的第一、第二和第三LED光源的光在組合后基本上為白光。在一些情況下，所述背光源還包括數(shù)目n4的白光LED光源，并且所述有色LED光源可以在或可以不在其最大額定值的10％內(nèi)驅(qū)動。對白光源的數(shù)目n4進行選擇，以在將所述背光源輸出的色域維持在所需規(guī)格的特定百分比(例如10％)內(nèi)的同時提高所述背光源的亮度。文檔編號G09G3/34GK101681597SQ200880015846公開日2010年3月24日申請日期2008年5月19日優(yōu)先權(quán)日2007年5月20日發(fā)明者瓦迪姆·薩瓦蒂夫,約翰·A·惠特利,羅爾夫·W·比爾納特,邁克爾·A·梅斯申請人:3M創(chuàng)新有限公司