專利名稱：一種使用led光源的具有夜視兼容性的lcd背光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用半導(dǎo)體光源的背光系統(tǒng)，具體涉及使用LED(Light-Emitting Diode，發(fā)光二極管)光源并具有夜視兼容性的LCD(LiquidCrystal Display，液晶顯示)背光光源，其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
隨著超高亮LED的技術(shù)逐漸成熟，價(jià)格不斷下降，因其具有壽命長(zhǎng)、耐震動(dòng)、發(fā)光效率高、無(wú)干擾、不怕低溫、無(wú)汞污染問(wèn)題和性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，LED在各種信號(hào)顯示和照明光源領(lǐng)域中的應(yīng)用得到了很大的擴(kuò)展，尤其在液晶顯示器背光源的應(yīng)用方面，它已逐漸取代CCFL(Cold-CathodeFlorescent Lamps，冷陰極熒光管)背光源，在液晶顯示領(lǐng)域顯示出了巨大的潛力。
作為背光源，LED可大致分為三類(lèi)白色、單色和多色。使用白色LED背光時(shí)，電路相對(duì)簡(jiǎn)單，其發(fā)出白光的原理是芯片發(fā)出的藍(lán)光一部分通過(guò)媒介轉(zhuǎn)變?yōu)辄S光；藍(lán)光和黃光混和就產(chǎn)生了白光，色坐標(biāo)(白點(diǎn))取決于藍(lán)光和黃光的比例，白場(chǎng)的色溫固定。在以紅、綠、藍(lán)LED構(gòu)成白色時(shí)，能夠改進(jìn)LCD顯示屏前的顏色與亮度性能，擴(kuò)大色再現(xiàn)率的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)高亮度，因而在這方面比CCFL更優(yōu)越。使用單色LED的RGB背光，由于各顏色交互排列，就需要附加混色所需的空間，產(chǎn)生均勻的混和光，該混色區(qū)的大小取決于兩個(gè)同色LED之間的距離和它們的發(fā)射角。相比之下，多色LED和白色LED的混色是發(fā)生在其封裝結(jié)構(gòu)中，因此，對(duì)光的發(fā)射特性進(jìn)行補(bǔ)償所需的空間就小得多。
由于LED是點(diǎn)光源，輻射圖樣是圓錐形，因此LED背光的關(guān)鍵是獲得一個(gè)均勻照亮的表面。導(dǎo)光板是提高顏色均勻性的有效方法，但是由于光在板中傳播的過(guò)程中有損失，它對(duì)光的利用率比較低。為了得到高亮度，用LED在LCD屏幕后直接照明的方案優(yōu)于使用導(dǎo)光板的方案。
與白熾燈、鹵素?zé)?、熒光燈等光源相比之下，LED光源是一種半導(dǎo)體固體光源，具有相當(dāng)高的機(jī)械穩(wěn)定性。另外，LED的壽命可達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)，并且它的驅(qū)動(dòng)控制電路簡(jiǎn)單的多，工作于低電壓。LED還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)時(shí)間短，位于幾納秒的范圍。由于上述優(yōu)點(diǎn)，在一些特殊領(lǐng)域，如軍用領(lǐng)域，正在逐漸開(kāi)始廣泛使用LED光源。
在現(xiàn)代軍事領(lǐng)域，夜視技術(shù)具有重要的地位，裝備夜視器材的武器裝備遍及海陸空作戰(zhàn)平臺(tái)，應(yīng)用于大中小型武器裝備；同時(shí)，在具有夜視成象系統(tǒng)(Night Vision Imaging System)的裝備上，各發(fā)光體必須滿足夜視兼容性，所謂夜視兼容性是指發(fā)光體不會(huì)與夜視成象系統(tǒng)相干涉，并保持裸眼可視。同時(shí)，夜視兼容也意味著敵方的夜視成象系統(tǒng)系統(tǒng)很難或不可能在遠(yuǎn)處發(fā)現(xiàn)具備夜視兼容性能的發(fā)光體。普通的白熾光、電致光、顯示器和LED等光源會(huì)因發(fā)射的IR(Infra-Red，紅外)光，包括少量紅光在其夜視成象系統(tǒng)可接收的范圍內(nèi)干擾夜視成象系統(tǒng)，并導(dǎo)致以下現(xiàn)象的發(fā)生(1)IR會(huì)導(dǎo)致夜視儀的目鏡產(chǎn)生光暈現(xiàn)象，降低夜視成象系統(tǒng)圖像的可讀性；(2)超量IR會(huì)激勵(lì)夜視成象系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)光裝置，并進(jìn)一步降低夜視成象系統(tǒng)的敏感度和分辨率；(3)艙內(nèi)光源通過(guò)顯示面反射產(chǎn)生的IR會(huì)導(dǎo)致夜視成象系統(tǒng)重影。
一個(gè)未經(jīng)夜視兼容性設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)不良的發(fā)光體，會(huì)產(chǎn)生裸視環(huán)境下的鎂光燈效應(yīng)，導(dǎo)致飛行員失視，甚至導(dǎo)致夜視成象系統(tǒng)不能正常工作或破壞。因此，要確保夜視成象系統(tǒng)在飛行器上的成功應(yīng)用，夜視兼容性的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。一個(gè)好的夜視兼容性系統(tǒng)，可以保證飛行員在夜間飛行中，既能通過(guò)直接目視獲取飛機(jī)內(nèi)部信息，又不降低夜視成象系統(tǒng)圖像增強(qiáng)能力，保證夜視成象系統(tǒng)的正常工作。
衡量一個(gè)發(fā)光體是否滿足夜視兼容性的兩個(gè)主要指標(biāo)是輻亮度(NR)和色度，其標(biāo)準(zhǔn)可參照國(guó)軍標(biāo)1394-92《與夜視成像系統(tǒng)兼容的飛機(jī)內(nèi)部照明》以及美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-3009。針對(duì)不同的分類(lèi)，其夜視兼容要求也不同，具體指標(biāo)可參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)載液晶顯示器也是發(fā)光體，因此同樣必須遵循此標(biāo)準(zhǔn)，滿足夜視兼容性。
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是在顯示器內(nèi)安裝夜視兼容濾光片。此種方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)容易、周期較短。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于夜視兼容濾光片的選擇和安裝方式的確定。缺點(diǎn)是在安裝濾光片后顯示器的亮度大幅下降。顯示器在白天工作， 特別是陽(yáng)光直射下工作時(shí)，為滿足亮度要求，須將濾光片取下，而夜間又得重新安裝上，使用起來(lái)極其不方便。頻繁拆裝容易導(dǎo)致漏光，安裝過(guò)程中對(duì)工藝的要求也較高。
現(xiàn)有專利的背光系統(tǒng)中，沒(méi)有提到使用過(guò)濾了紅色光及紅外光的LED光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種使用LED光源的具有夜視兼容性的LCD背光系統(tǒng)。如圖1和圖2，本發(fā)明的背光系統(tǒng)具有兩套光源，包括一套正常模式的LED光源11和一套夜視兼容模式的LED光源12。正常模式的光源11是多個(gè)白色LED光源或紅、綠、藍(lán)(RGB)彩色LED光源，夜視兼容模式的LED光源12是多個(gè)過(guò)濾了610nm至930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光并具有夜視兼容性的LED光源。
上述的過(guò)濾了610nm至930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光并具有夜視兼容性的LED光源12是在LED器件上安裝光譜過(guò)濾膜122，LED器件中LED芯片121發(fā)出的光通過(guò)光譜過(guò)濾膜后才能發(fā)射到外部，由光譜過(guò)濾膜過(guò)濾掉LED芯片發(fā)出的610nm至930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，使LED光源達(dá)到滿足夜視兼容要求的目的；光譜過(guò)濾膜可以在封裝LED器件時(shí)就加入，也可以在對(duì)LED器件進(jìn)行二次封裝時(shí)安裝，如圖3。LED器件可以為單色或多色，單色是在LED器件中封裝某一種顏色的LED芯片，使其發(fā)出一種顏色的光，一個(gè)LED器件內(nèi)至少有一個(gè)LED芯片；多色則是將多種顏色的LED芯片共同封裝在一個(gè)LED器件中，如紅、藍(lán)、綠三色芯片共同封裝或其它顏色芯片組合的共同封裝。關(guān)于具有夜視兼容性的LED光源的原理和構(gòu)造可見(jiàn)本申請(qǐng)人的另一個(gè)專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?00610062418.0，2006年9月5日提交，名稱是“一種具有夜視兼容性的LED光源”，其內(nèi)容本文結(jié)合引用。
在印刷線路板(PCB)2上同時(shí)安裝多個(gè)正常模式的LED光源11和多個(gè)夜視兼容模式的LED光源12，兩種LED光源分別按照日天和夜間工作狀態(tài)的需要均勻排列。所有的LED光源的出光方向面對(duì)導(dǎo)光板，按一定規(guī)律、一定間距排列，形成一個(gè)光軸方向相互平行的發(fā)光點(diǎn)陣。
在LED光源的出光方向，依次排列著導(dǎo)光板3和一系列光學(xué)膜4。
工作時(shí)，LED光源所發(fā)出的光進(jìn)入導(dǎo)光板3，經(jīng)過(guò)充分反射混合，再通過(guò)光學(xué)膜4等器件，照射到液晶面板的后表面，形成背光照明。
在上述結(jié)構(gòu)中，所述LED光源排列的一定規(guī)律和間距沒(méi)有嚴(yán)格限制，是以液晶屏幕上的亮度、色彩的均勻分布為最終目標(biāo)。
背光系統(tǒng)中LED光源的選擇根據(jù)使用需要而定，正常模式的LED光源可以使用白色LED光源，也可以使用三基色單元封裝的LED光源，或者其他顏色；同樣，夜視兼容模式的LED光源可以用白色、單色、或者多色單元封裝的LED光源。立驅(qū)動(dòng)控制，以便各色光線在單元封裝的結(jié)構(gòu)中初步混光后達(dá)到要求的色溫和亮度再發(fā)射到背光系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)LCD背光系統(tǒng)的大范圍顯示色域和高亮度。還可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方案和使用需要來(lái)確定各顏色芯片的光學(xué)/電氣特性(如主波長(zhǎng)、光通量、光強(qiáng)及驅(qū)動(dòng)電流、電壓等)之間的匹配；LED光源的封裝結(jié)構(gòu)(包括電氣結(jié)構(gòu)、光學(xué)結(jié)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu))也根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方案和使用需要來(lái)確定。
關(guān)于使用LED光源的LCD背光系統(tǒng)和三基色單元封裝的LED光源的原理和構(gòu)造可見(jiàn)本發(fā)明人的另一個(gè)專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?00510034629.9，2005年5月20日提交，名稱是“一種使用三基色(RBG)單元封裝的LED光源的LCD背光系統(tǒng)”，其內(nèi)容本文結(jié)合引用。
該背光系統(tǒng)在日間工作或當(dāng)夜視成象系統(tǒng)目鏡不使用時(shí)，正常模式的LED光源運(yùn)行；在夜間工作時(shí)運(yùn)行夜視兼容背光光源；工作狀態(tài)可通過(guò)自動(dòng)光控系統(tǒng)進(jìn)行智能轉(zhuǎn)換，也可通過(guò)開(kāi)關(guān)、按扭等進(jìn)行人工切換。兩套系統(tǒng)不相互干涉。
由于夜視兼容模式的LED光源本身已具有光譜過(guò)濾膜，由光譜過(guò)濾膜過(guò)濾掉LED芯片發(fā)出的610nm至930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，使其滿足夜視兼容性，因此，當(dāng)該LED光源用于夜視兼容光源時(shí)，就不需要再給整個(gè)背光系統(tǒng)加裝濾光裝置來(lái)降低紅光輸出，簡(jiǎn)化了背光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)在白天液晶屏幕需要全彩色顯示時(shí)，也不會(huì)影響其色彩。
下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步詳述本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明LCD背光系統(tǒng)的剖面示意圖；圖2是本發(fā)明LCD背光系統(tǒng)中安裝了兩套光源的PCB的俯視圖；圖3是LCD背光系統(tǒng)中具有夜視兼容性的LED光源的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一請(qǐng)參閱圖2，多個(gè)正常模式的LED光源11和多個(gè)夜視兼容模式的LED光源12同時(shí)安裝在PCB2上，兩種LED光源分別按照日間和夜間工作狀態(tài)的需要均勻排列。日間工作時(shí)需要背光有較高的亮度，因此正常模式的LED光源11數(shù)量較多，夜視兼容模式的LED光源12數(shù)量較少。
在本例中，正常模式的LED光源和夜視兼容模式的LED光源均為白色LED光源；夜視兼容模式的LED光源12在封裝結(jié)構(gòu)中加入了光譜過(guò)濾膜122，如圖3所示，光譜過(guò)濾膜的過(guò)濾范圍是610nm到930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅色光和紅外光，并且在其他可見(jiàn)光波段，光透過(guò)率高于90％。由光譜過(guò)濾膜過(guò)濾掉610nm到930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅色光和紅外光，使該LED光源滿足夜視兼容性。
PCB2上已制作好相應(yīng)的電路，使兩套LED光源可以互不干涉的工作。
如圖1所示，在LED光源的出光方向，依次排列著導(dǎo)光板3和一系列光學(xué)膜4。
工作時(shí)，兩套LED光源其中的一套所發(fā)出的光進(jìn)入導(dǎo)光板3，經(jīng)過(guò)充分反射混合，再通過(guò)光學(xué)膜4，其作用是對(duì)光線的方向進(jìn)行整理。最后光線照射到液晶面板的后表面，形成背光照明。不需要再給整個(gè)背光系統(tǒng)加裝濾光裝置來(lái)降低紅光輸出。
當(dāng)液晶顯示器在日間工作，背光系統(tǒng)中正常模式的LED光源運(yùn)行，由于這套光源能夠達(dá)到較高的亮度，可以滿足使用要求；在夜間工作時(shí)，夜視兼容背光光源運(yùn)行，使液晶顯示器符合相關(guān)的夜視兼容標(biāo)準(zhǔn)，不影響夜視成象系統(tǒng)的使用；工作狀態(tài)可通過(guò)自動(dòng)光控系統(tǒng)進(jìn)行智能轉(zhuǎn)換，也可通過(guò)開(kāi)關(guān)、按扭等進(jìn)行人工切換。
實(shí)施例二基本與實(shí)施例一相同，不同的是其中正常模式的LED光源11和夜視兼容模式的LED光源12都是使用紅、綠、藍(lán)三基色單元封裝的LED光源，其中每種顏色的LED芯片可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制，以控制LED光源發(fā)射光的光譜成分和亮度等參數(shù)。
這樣，不論液晶顯示器工作在日間或夜間，均有較豐富的色彩表現(xiàn)能力。在日間工作狀態(tài)下，由于沒(méi)有過(guò)濾膜的阻擋，不會(huì)損失色彩，而不象傳統(tǒng)的夜視兼容顯示器，無(wú)論在哪種工作狀態(tài)下，由于過(guò)濾膜的阻擋，損失了一部分色彩；在夜間工作狀態(tài)下，在具有一定彩色顯示能力的同時(shí)，由光譜過(guò)濾膜過(guò)濾掉610nm到930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅色光和紅外光，滿足夜視兼容標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例三基本與實(shí)施例一相同，不同的是其中正常模式的LED光源11使用紅、綠、藍(lán)三基色單元封裝的LED光源，其中每種顏色的LED芯片可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制，以控制LED光源發(fā)射光的光譜成分和亮度等參數(shù)。
而其中的夜視兼容模式的LED光源12是藍(lán)、綠兩種顏色的LED芯片進(jìn)行單元封裝組成的LED光源，并在封裝中加入了光譜過(guò)濾膜。
這樣，在日間工作狀態(tài)下，液晶顯示器不會(huì)損失色彩，有豐富的色彩表現(xiàn)能力。在夜間工作狀態(tài)下，由光譜過(guò)濾膜過(guò)濾掉610nm到930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅色光和紅外光，滿足夜視兼容標(biāo)準(zhǔn)。
以上只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)的方案范圍內(nèi)，進(jìn)行的通常變化和替換，都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用LED光源的具有夜視兼容性的LCD背光系統(tǒng)，具有兩套光源，包括一套正常模式的LED光源和一套夜視兼容模式的LED光源，其特征在于所述正常模式的光源是多個(gè)白色LED光源或紅、綠、藍(lán)彩色LED光源，所述夜視兼容模式的LED光源是多個(gè)過(guò)濾了610nm至930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光并具有夜視兼容性的LED光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的背光系統(tǒng)，其特征在于所述夜視兼容模式的LED光源是在LED器件上安裝光譜過(guò)濾膜，LED器件中LED芯片發(fā)出的光通過(guò)光譜過(guò)濾膜后才能發(fā)射到外部，由光譜過(guò)濾膜過(guò)濾掉LED芯片發(fā)出的610nm至930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，使LED光源達(dá)到過(guò)濾滿足夜視兼容要求的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的夜視兼容模式的LED光源，其特征在于所述LED器件可以為單色或多色，單色是在LED器件中封裝某一種顏色的LED芯片，一個(gè)LED器件內(nèi)至少有一個(gè)LED芯片；多色則是將多種顏色的LED芯片共同封裝在一個(gè)LED器件中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的背光系統(tǒng)，其特征在于在印刷線路板上同時(shí)安裝多個(gè)正常模式的LED光源和多個(gè)夜視兼容模式的LED光源，兩種LED光源分別按照日天和夜間工作狀態(tài)的需要均勻排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的背光系統(tǒng)，其特征在于所述的LED光源的出光方向面對(duì)導(dǎo)光板，按一定規(guī)律、一定間距排列，形成一個(gè)光軸方向相互平行的發(fā)光點(diǎn)陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的背光系統(tǒng)，其特征在于在LED光源的出光方向，依次排列著導(dǎo)光板和一系列光學(xué)膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的背光系統(tǒng)，其特征在于所述背光系統(tǒng)中正常模式的LED光源可以使用白色LED光源，也可以使用三基色單元封裝的LED光源，或者其他顏色；夜視兼容模式的LED光源可以用白色、單色、或者多色單元封裝的LED光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的背光系統(tǒng)，其特征在于所述背光系統(tǒng)在日間工作或當(dāng)夜視成象目鏡不使用時(shí)，正常模式的LED光源運(yùn)行；在夜間工作時(shí)運(yùn)行夜視兼容背光光源；工作狀態(tài)可通過(guò)自動(dòng)光控系統(tǒng)進(jìn)行智能轉(zhuǎn)換，也可通過(guò)開(kāi)關(guān)、按扭等進(jìn)行人工切換，兩套系統(tǒng)不相互干涉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用LED光源的具有夜視兼容性的LCD背光系統(tǒng)，具有兩套光源，包括一套正常模式的LED光源和一套夜視兼容模式的LED光源。正常模式的光源是多個(gè)白色LED光源或紅、綠、藍(lán)(RGB)彩色LED光源，夜視兼容模式的LED光源是多個(gè)過(guò)濾了610nm至930nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光并具有夜視兼容性的LED光源。該背光系統(tǒng)在日間工作或當(dāng)夜視成象系統(tǒng)目鏡不使用時(shí)，正常模式的LED光源運(yùn)行；在夜間工作時(shí)運(yùn)行夜視兼容背光光源；工作狀態(tài)可通過(guò)自動(dòng)光控系統(tǒng)進(jìn)行智能轉(zhuǎn)換，也可通過(guò)開(kāi)關(guān)、按鈕等進(jìn)行人工切換。兩套系統(tǒng)不相互干涉。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1916732SQ20061006242
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月5日
發(fā)明者李明遠(yuǎn), 陳盈君, 肖俊, 王亞春 申請(qǐng)人:深圳市中電淼浩固體光源有限公司