專利名稱：用于平板顯示器的掃描背光的制作方法
技術領域：
本發明描述一種制作顯示器的方法，以及具體地說，本發明企圖使得能夠顯示移動圖像而沒有拖影的液晶顯示器成為可能。
背景技術：
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用于電視和用作計算機顯示器。但是，電視常常被用來顯示體育和其它快速移動圖像，以及例如球和人這樣的移動目標的圖像在液晶顯示器上會出現拖影。這不是因為液晶切換慢，而是因為來自液晶像素的發射是持續的，而來自陰極射線管的發射則是脈沖式的，就像現在將解釋的一樣。
液晶顯示器傳統上包括液晶板和背光。通過對液晶的透明度進行空間調制，來在該板上形成圖形，以及通過背光使得觀看者能夠看到該圖形。這個背光必須稀，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)。
熒光管在一個方向范圍上發出的光通過楔形體的厚端進入該楔形體，然后通過楔形體/空氣界面的全內反射沿著該錐形的軸傳播，如圖1所示。因為波導是錐形的，也就是說，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，射線相對于相對面法向的角度就減小。最后達到臨界角，并且射線進入空氣。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。因此常常在楔形體的表面放置棱鏡薄膜，以便偏轉射線，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計成能夠略微地散射光。效果是從楔形體出來的光的方向出現發散，從而能夠在一個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一個像素的時候，球的圖像應該移過一個像素。但是，視頻顯示器上的移動圖像是由被稱為幀的靜止圖像構成的，它們按照設定的速率更新，也就是每六十分之一秒鐘更新一次。假設正在顯示移動球的圖像，以及該圖像在每幀之間移動十個像素。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一個像素，而球的圖像維持在它原來的地方。因此球的圖像有多達十個像素寬度的模糊。
陰極射線管能夠避免模糊是因為像素是脈沖式的，因此眼睛只在每一幀的開始時刻，或者是這些像素被尋址的時刻，當圖像與眼睛的注意中心重合的時候，看到球的圖像。眼睛再也不會看到任何東西，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，因為眼睛不能檢測六十分之一秒周期內的閃爍。在液晶顯示器中消除模糊的一種途徑是構造液晶顯示器，使得它與陰極射線管一樣，被尋址以后迅速進入黑暗狀態。但是，在工作比的大部分中的阻擋光線會浪費功率。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系統，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難以接受的。
發明內容
本發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。
根據本發明，用于平板顯示器的照明裝置包括錐形板波導，其是與顯示器共同延伸的；光源，將光投射到該波導的一個邊緣，使得光在波導的表面射出；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域。優選地，光源是一組多行LED，每一行在不同的角度范圍處投射光，從而使它在波導的不同區域上射出。這些行LED與錐形波導的輸入邊緣平行。
原則上，有可能任意細分輸入光，盡管很清楚它應該與顯示像素的尋址同步。可以排列兩條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或者多個快門或者轉向裝置的單個光源，不管是電學的、光學的還是機械的。總之，輸入光的掃描應該是分塊的，對應于顯示器上的行數，雖然理論上講沿著行的方向進行細分不是不可能的。
這個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。
所述波導在字面上說是錐形的，也就是說在它的表面射出之前通過它的傳播方向上有一個逐漸細下來的橫截面；或者用“光學錐形”，例如利用折射指數的變化，來得到同樣的效果。
為了幫助理解，將參考附圖，以實例的形式給出本發明的具體實施例，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的位置；圖2從側面和正面說明如何將三行發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照亮液晶顯示器不同的一段；圖3與圖2相同，但是說明三分之一幀之后如何照亮所述屏幕；圖4與圖2相同，但是說明三分之二幀以后如何照亮所述屏幕；和圖5用側視圖和正視圖說明可以將具有共享厚端的一對楔形體用于將從三行發光二極管出來的光引導到液晶板后面的不同區域。
如圖2所示，楔形通常平坦的矩形波導1完全透明并且沒有散射雜質，波導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被細分；選擇LED陣列和所述錐形的大小，從而使來自LED(例如來自單獨一行)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相鄰行覆蓋顯示器的整個高度范圍。(例如“高度”、“水平”等這樣的詞當然是相對于正常定位的顯示器而使用的。)如下所述，這個背光組合用于標準液晶顯示器。一旦將一幀的上部三分之一寫入液晶顯示器，第一個LED陣列2就發亮。這個陣列出來的光對準一組角度，該光注入楔形體1的厚端以后，繼續前進，從楔形體1的上部三分之一出現。在這里這些射線在通過液晶顯示器7之前或者之后應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，就關閉第一個LED陣列2，打開第二個LED陣列3，如圖3所示。從第二個LED陣列3發出的光對準相鄰的一組角度，該光注入楔形體的厚端以后，繼續往前從楔形體的中心出來。
最后，一旦這一幀的下部三分之一被寫入這個液晶顯示器，就關閉中心LED陣列3，打開第三個LED陣列4，使得照亮液晶顯示器的下三分之一。與此同時，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。這一點在圖4中說明。
這些LED的控制器與顯示器的控制器同步，從而在板上對應的三分之一被尋址的時候，每一行2、3、4發亮，在三分之一周期的時間內它維持點亮狀態。很清楚，可以有兩行、四行或者從原理上講任意行。發現對于標準的14英寸屏幕細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、綠色和藍色LED，常常需要將這些交叉起來，以便在它們到達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行混合的一段長度，并且使得在這個液晶板的底部和外面光照是均勻的白色。這個延伸部分在掃描照射方案中可能需要比較長，因為以特定波長照亮液晶板特定區域的LED將比通常間隔更大。如果需要，這個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度不會在形狀系數上產生難以接受的改變。
這個圓柱形反射鏡是一個略顯龐大的元件，將它換成第二個短楔形體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。
在上述實施例中，照明的掃描是垂直的。這樣做更好，因為顯示器的掃描也是垂直的，也就是說逐行掃描，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，因為它們切換快，但是也可以采用其它光源。
這個實例還采用了幾何形狀是錐形的楔形體形波導，但是用“光學錐形”波導，例如，用GRIN技術制作的波導，也能得到同樣的效果。為了方便起見，將這些顯示器叫做“錐形的”。
權利要求
1.一種用于平板顯示器的照明裝置，包括錐形板波導(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的一個邊緣上，使得所述光在該波導的表面上射出；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這些行進行尋址的電路。
3.如權利要求2所述的照明裝置，其中，來自所述多個元件的所述光通過圓柱形反射鏡(5)被對準到顯示器波導中。
4.如權利要求2所述的照明裝置，其中，來自所述多個元件的光通過另一個波導(8)被對準到顯示器波導中。
5.如權利要求2到4中的任意一個所述的照明裝置，其中，所述多個元件是LED。
6.如上述權利要求中的任意一個所述的照明裝置，還包括一薄片(6)，用于將所述射出的光引導至朝向顯示器波導的法線。
7.一種顯示器，包括根據上述權利要求中的任意一個所述的照明裝置，用作背光；以及顯示器波導上的平板調制器。
8.如權利要求7所述的顯示器，其中，所述調制器是液晶顯示器。
9.如權利要求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(1)；光源(2～4)，用于將光投射到波導的一個邊緣，使得它在波導的表面上射出；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(1)的不同區域射出。
文檔編號G02F1/13357GK1802598SQ200480015789
公開日2006年7月12日 申請日期2004年6月4日 優先權日2003年6月6日
發明者阿德里安·羅伯特·莉·特拉維斯 申請人:劍橋平投影顯示有限公司