專利名稱：用于平板顯示器的掃描背光的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述一種制作顯示器的方法，以及具體地說(shuō)，本發(fā)明企圖使得能夠顯示移動(dòng)圖像而沒(méi)有拖影的液晶顯示器成為可能。
背景技術(shù)：
液晶顯示器比陰極射線管更緊湊，于是人們正在用它們替換來(lái)用于電視和用作計(jì)算機(jī)顯示器。但是，電視常常被用來(lái)顯示體育和其它快速移動(dòng)圖像，以及例如球和人這樣的移動(dòng)目標(biāo)的圖像在液晶顯示器上會(huì)出現(xiàn)拖影。這不是因?yàn)橐壕袚Q慢，而是因?yàn)閬?lái)自液晶像素的發(fā)射是持續(xù)的，而來(lái)自陰極射線管的發(fā)射則是脈沖式的，就像現(xiàn)在將解釋的一樣。
液晶顯示器傳統(tǒng)上包括液晶板和背光。通過(guò)對(duì)液晶的透明度進(jìn)行空間調(diào)制，來(lái)在該板上形成圖形，以及通過(guò)背光使得觀看者能夠看到該圖形。這個(gè)背光必須稀，但是又薄又大的足以照亮液晶板的熒光管特別脆。因此，背光常常包括薄的透明塑料楔形體、以及臨近該楔形體的厚端的圓柱形熒光管——參考例如EP-A1-663600(NittoJushi)。
熒光管在一個(gè)方向范圍上發(fā)出的光通過(guò)楔形體的厚端進(jìn)入該楔形體，然后通過(guò)楔形體/空氣界面的全內(nèi)反射沿著該錐形的軸傳播，如圖1所示。因?yàn)椴▽?dǎo)是錐形的，也就是說(shuō)，它的表面不是那么平行，所以每次射線從楔形體的一面反射時(shí)，射線相對(duì)于相對(duì)面法向的角度就減小。最后達(dá)到臨界角，并且射線進(jìn)入空氣。除非它們被散射掉，否則射線沿著接近楔形體/空氣界面的平面的方向出現(xiàn)。因此常常在楔形體的表面放置棱鏡薄膜，以便偏轉(zhuǎn)射線，從而使它們的平均方向垂直于楔形體/空氣界面。
常常將制作楔形體的材料設(shè)計(jì)成能夠略微地散射光。效果是從楔形體出來(lái)的光的方向出現(xiàn)發(fā)散，從而能夠在一個(gè)寬視野上看到液晶板上的圖像。這樣就得到了均勻的照明。
如果隨著眼睛跨過(guò)屏幕而跟隨球的圖像，那么，為了避免模糊，每次眼睛的注意中心移過(guò)一個(gè)像素的時(shí)候，球的圖像應(yīng)該移過(guò)一個(gè)像素。但是，視頻顯示器上的移動(dòng)圖像是由被稱為幀的靜止圖像構(gòu)成的，它們按照設(shè)定的速率更新，也就是每六十分之一秒鐘更新一次。假設(shè)正在顯示移動(dòng)球的圖像，以及該圖像在每幀之間移動(dòng)十個(gè)像素。在每幀的開始，球的圖像在一瞬間與眼睛的注意中心重合，但是每十分之一幀周期，眼睛的注意中心移動(dòng)一個(gè)像素，而球的圖像維持在它原來(lái)的地方。因此球的圖像有多達(dá)十個(gè)像素寬度的模糊。
陰極射線管能夠避免模糊是因?yàn)橄袼厥敲}沖式的，因此眼睛只在每一幀的開始時(shí)刻，或者是這些像素被尋址的時(shí)刻，當(dāng)圖像與眼睛的注意中心重合的時(shí)候，看到球的圖像。眼睛再也不會(huì)看到任何東西，直到圖像再次與眼睛的注意中心重合，這之間的黑暗期難以察覺(jué)，因?yàn)檠劬Σ荒軝z測(cè)六十分之一秒周期內(nèi)的閃爍。在液晶顯示器中消除模糊的一種途徑是構(gòu)造液晶顯示器，使得它與陰極射線管一樣，被尋址以后迅速進(jìn)入黑暗狀態(tài)。但是，在工作比的大部分中的阻擋光線會(huì)浪費(fèi)功率。消除模糊的另一種方式，如同視頻投影儀中采用的一樣，是掃描照射液晶顯示器，但是這樣做需要龐大的光學(xué)系統(tǒng)，這在視頻投影儀中是可以接受的，但是在使得液晶顯示器如此受歡迎的平坦形式中確實(shí)難以接受的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種平板掃描照明裝置，它包括透明楔形體以及掃描投射到楔形體厚端的光的方向的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，用于平板顯示器的照明裝置包括錐形板波導(dǎo)，其是與顯示器共同延伸的；光源，將光投射到該波導(dǎo)的一個(gè)邊緣，使得光在波導(dǎo)的表面射出；以及掃描裝置，用于掃描投射到楔形體的光，從而依次照射板的不同區(qū)域。優(yōu)選地，光源是一組多行LED，每一行在不同的角度范圍處投射光，從而使它在波導(dǎo)的不同區(qū)域上射出。這些行LED與錐形波導(dǎo)的輸入邊緣平行。
原則上，有可能任意細(xì)分輸入光，盡管很清楚它應(yīng)該與顯示像素的尋址同步?？梢耘帕袃蓷l或者更多平行條形光，如果能夠按照需要的速度控制它們，甚至可以用具有一個(gè)或者多個(gè)快門或者轉(zhuǎn)向裝置的單個(gè)光源，不管是電學(xué)的、光學(xué)的還是機(jī)械的?？傊?，輸入光的掃描應(yīng)該是分塊的，對(duì)應(yīng)于顯示器上的行數(shù)，雖然理論上講沿著行的方向進(jìn)行細(xì)分不是不可能的。
這個(gè)照射器可以被用作任意一種背光顯示器的光源，雖然液晶顯示器是非常理想的。
所述波導(dǎo)在字面上說(shuō)是錐形的，也就是說(shuō)在它的表面射出之前通過(guò)它的傳播方向上有一個(gè)逐漸細(xì)下來(lái)的橫截面；或者用“光學(xué)錐形”，例如利用折射指數(shù)的變化，來(lái)得到同樣的效果。


為了幫助理解，將參考附圖，以實(shí)例的形式給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，在這些附圖中圖1示出光投射到楔形體的角度如何改變光出現(xiàn)的位置；圖2從側(cè)面和正面說(shuō)明如何將三行發(fā)光二極管安裝在反射鏡焦面的不同位置，從而使它們中的每一個(gè)照亮液晶顯示器不同的一段；圖3與圖2相同，但是說(shuō)明三分之一幀之后如何照亮所述屏幕；圖4與圖2相同，但是說(shuō)明三分之二幀以后如何照亮所述屏幕；和圖5用側(cè)視圖和正視圖說(shuō)明可以將具有共享厚端的一對(duì)楔形體用于將從三行發(fā)光二極管出來(lái)的光引導(dǎo)到液晶板后面的不同區(qū)域。
如圖2所示，楔形通常平坦的矩形波導(dǎo)1完全透明并且沒(méi)有散射雜質(zhì)，波導(dǎo)1具有厚端，在這里是在顯示器的底邊緣，該厚端被圓柱鏡面5的焦面中的線性LED陣列2、3和4照亮。每一個(gè)陣列都包括一行大約5毫米直徑的LED，沿著顯示器可以是30～100厘米的寬度方向上延伸。
從反射鏡反射的平行光進(jìn)入所述楔形體的厚端10，它被傾斜，從而大致垂直于入射光，并且以更窄的角度跳向薄端，直到在由它的輸入角確定的位置處離開。輸入角越陡，光線離開得越早。例如EP-A1-663600(Nitto Jushi)描述了這一原理。但是，在這里，輸入光在輸入角的所述范圍內(nèi)被細(xì)分；選擇LED陣列和所述錐形的大小，從而使來(lái)自LED(例如來(lái)自單獨(dú)一行)的光只從顯示器高度的三分之一離開。這樣它們之間的三個(gè)相鄰行覆蓋顯示器的整個(gè)高度范圍。(例如“高度”、“水平”等這樣的詞當(dāng)然是相對(duì)于正常定位的顯示器而使用的。)如下所述，這個(gè)背光組合用于標(biāo)準(zhǔn)液晶顯示器。一旦將一幀的上部三分之一寫入液晶顯示器，第一個(gè)LED陣列2就發(fā)亮。這個(gè)陣列出來(lái)的光對(duì)準(zhǔn)一組角度，該光注入楔形體1的厚端以后，繼續(xù)前進(jìn)，從楔形體1的上部三分之一出現(xiàn)。在這里這些射線在通過(guò)液晶顯示器7之前或者之后應(yīng)該用一片棱柱形薄膜6彎曲到法線方向并散射。
一旦將這一幀的中心三分之一寫入這一液晶顯示器，就關(guān)閉第一個(gè)LED陣列2，打開第二個(gè)LED陣列3，如圖3所示。從第二個(gè)LED陣列3發(fā)出的光對(duì)準(zhǔn)相鄰的一組角度，該光注入楔形體的厚端以后，繼續(xù)往前從楔形體的中心出來(lái)。
最后，一旦這一幀的下部三分之一被寫入這個(gè)液晶顯示器，就關(guān)閉中心LED陣列3，打開第三個(gè)LED陣列4，使得照亮液晶顯示器的下三分之一。與此同時(shí)，開始將下一幀的上部三分之一寫入液晶板的上三分之一，諸如此類。這一點(diǎn)在圖4中說(shuō)明。
這些LED的控制器與顯示器的控制器同步，從而在板上對(duì)應(yīng)的三分之一被尋址的時(shí)候，每一行2、3、4發(fā)亮，在三分之一周期的時(shí)間內(nèi)它維持點(diǎn)亮狀態(tài)。很清楚，可以有兩行、四行或者從原理上講任意行。發(fā)現(xiàn)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的14英寸屏幕細(xì)分成三份能夠給出小到可以接受水平的拖影。
彩色圖形需要紅色、綠色和藍(lán)色LED，常常需要將這些交叉起來(lái)，以便在它們到達(dá)液晶顯示器之前混合不同顏色的光。此外，一般而言需要將楔形體的厚端延伸到液晶顯示器的底部以外，使得具有可以在其中進(jìn)行混合的一段長(zhǎng)度，并且使得在這個(gè)液晶板的底部和外面光照是均勻的白色。這個(gè)延伸部分在掃描照射方案中可能需要比較長(zhǎng)，因?yàn)橐蕴囟úㄩL(zhǎng)照亮液晶板特定區(qū)域的LED將比通常間隔更大。如果需要，這個(gè)延伸部分可以用棱鏡折疊到液晶板的后面，從而使延伸部分的額外長(zhǎng)度不會(huì)在形狀系數(shù)上產(chǎn)生難以接受的改變。
這個(gè)圓柱形反射鏡是一個(gè)略顯龐大的元件，將它換成第二個(gè)短楔形體8，作為照明楔形體1的輸入元件更好，如圖5所示。輸入楔形體8起相反的作用，使得來(lái)自LED 2的從楔形體8尖端附近投射的光在輸入楔形體8和顯示楔形體1之間的界面形成具有小角度的一些射線，并且因此在接近顯示楔形體1的尖端射出，而在接近輸入楔形體8底部投射的光在這個(gè)楔形體和顯示楔形體1之間的界面上形成具有陡的角度的一些射線，從而使光在接近顯示器的底部射出。
在上述實(shí)施例中，照明的掃描是垂直的。這樣做更好，因?yàn)轱@示器的掃描也是垂直的，也就是說(shuō)逐行掃描，但是在水平方向劃分也是可以想到的。將LED用作光源也是更好，因?yàn)樗鼈兦袚Q快，但是也可以采用其它光源。
這個(gè)實(shí)例還采用了幾何形狀是錐形的楔形體形波導(dǎo)，但是用“光學(xué)錐形”波導(dǎo)，例如，用GRIN技術(shù)制作的波導(dǎo)，也能得到同樣的效果。為了方便起見(jiàn)，將這些顯示器叫做“錐形的”。
權(quán)利要求
1.一種用于平板顯示器的照明裝置，包括錐形板波導(dǎo)(1)，其是與該顯示器共同延伸的；光源(2～4)，用于將光投射到該波導(dǎo)的一個(gè)邊緣上，使得所述光在該波導(dǎo)的表面上射出；以及掃描裝置，用于掃描投射到楔形體的所述光。
2.如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，該光源由可尋址的多行元件組成，以及所述掃描裝置包括對(duì)這些行進(jìn)行尋址的電路。
3.如權(quán)利要求2所述的照明裝置，其中，來(lái)自所述多個(gè)元件的所述光通過(guò)圓柱形反射鏡(5)被對(duì)準(zhǔn)到顯示器波導(dǎo)中。
4.如權(quán)利要求2所述的照明裝置，其中，來(lái)自所述多個(gè)元件的光通過(guò)另一個(gè)波導(dǎo)(8)被對(duì)準(zhǔn)到顯示器波導(dǎo)中。
5.如權(quán)利要求2到4中的任意一個(gè)所述的照明裝置，其中，所述多個(gè)元件是LED。
6.如上述權(quán)利要求中的任意一個(gè)所述的照明裝置，還包括一薄片(6)，用于將所述射出的光引導(dǎo)至朝向顯示器波導(dǎo)的法線。
7.一種顯示器，包括根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一個(gè)所述的照明裝置，用作背光；以及顯示器波導(dǎo)上的平板調(diào)制器。
8.如權(quán)利要求7所述的顯示器，其中，所述調(diào)制器是液晶顯示器。
9.如權(quán)利要求2和8所述的顯示器，其中，掃描尋址電路與LCD的行尋址電路同步。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于平板顯示器的照明裝置，包括與顯示器共同延伸的錐形板波導(dǎo)(1)；光源(2～4)，用于將光投射到波導(dǎo)的一個(gè)邊緣，使得它在波導(dǎo)的表面上射出；以及掃描裝置，用于掃描投射到楔形體的光，使得依次照亮板的不同區(qū)域。光源最好是一組多行LED，每一行以不同的角度范圍投射光，使得光在波導(dǎo)(1)的不同區(qū)域射出。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK1802598SQ200480015789
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者阿德里安·羅伯特·莉·特拉維斯 申請(qǐng)人:劍橋平投影顯示有限公司