CN201004137Y - 一种使用led光源的具有夜视兼容性的lcd背光系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种使用LED光源的具有夜视兼容性的LCD背光系统，具有两套光源，包括一套正常模式的LED光源和一套夜视兼容模式的LED光源。正常模式的光源是多个白色LED光源或红、绿、蓝(RGB)彩色LED光源，夜视兼容模式的LED光源是多个过滤了610nm至930nm波长范围内的光并具有夜视兼容性的LED光源。该背光系统在日间工作或当夜视成象系统目镜不使用时，正常模式的LED光源运行；在夜间工作时运行夜视兼容背光光源；工作状态可通过自动光控系统进行智能转换，也可通过开关、按钮等进行人工切换。两套系统不相互干涉。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种使用半导体光源的背光系统，具体涉及使用LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)光源并具有夜视兼容性的LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示)背光光源。
背景技术
随着超高亮LED的技术逐渐成熟，价格不断下降，因其具有寿命长、耐震动、发光效率高、无干扰、不怕低温、无汞污染问题和性价比高等优势，LED在各种信号显示和照明光源领域中的应用得到了很大的扩展，尤其在液晶显示器背光源的应用方面，它已逐渐取代CCFL(Cold-CathodeFlorescent Lamps，冷阴极荧光管)背光源，在液晶显示领域显示出了巨大的潜力。
作为背光源，LED可大致分为三类：白色、单色和多色。使用白色LED背光时，电路相对简单，其发出白光的原理是：芯片发出的蓝光一部分通过媒介转变为黄光；蓝光和黄光混和就产生了白光，色坐标(白点)取决于蓝光和黄光的比例，白场的色温固定。在以红、绿、蓝LED构成白色时，能够改进LCD显示屏前的颜色与亮度性能，扩大色再现率的同时，还能实现高亮度，因而在这方面比CCFL更优越。使用单色LED的RGB背光，由于各颜色交互排列，就需要附加混色所需的空间，产生均匀的混和光，该混色区的大小取决于两个同色LED之间的距离和它们的发射角。相比之下，多色LED和白色LED的混色是发生在其封装结构中，因此，对光的发射特性进行补偿所需的空间就小得多。
由于LED是点光源，辐射图样是圆锥形，因此LED背光的关键是获得一个均匀照亮的表面。导光板是提高颜色均匀性的有效方法，但是由于光在板中传播的过程中有损失，它对光的利用率比较低。为了得到高亮度，用LED在LCD屏幕后直接照明的方案优于使用导光板的方案。
与白炽灯、卤素灯、荧光灯等光源相比之下，LED光源是一种半导体固体光源，具有相当高的机械稳定性。另外，LED的寿命可达数万小时，并且它的驱动控制电路简单的多，工作于低电压。LED还有一个优点是开关时间短，位于几纳秒的范围。由于上述优点，在一些特殊领域，如军用领域，正在逐渐开始广泛使用LED光源。
在现代军事领域，夜视技术具有重要的地位，装备夜视器材的武器装备遍及海陆空作战平台，应用于大中小型武器装备；同时，在具有夜视成象系统(Night Vision Imaging System)的装备上，各发光体必须满足夜视兼容性，所谓夜视兼容性是指发光体不会与夜视成象系统相干涉，并保持裸眼可视。同时， 夜视兼容也意味着敌方的夜视成象系统系统很难或不可能在远处发现具备夜视兼容性能的发光体。普通的白炽光、电致光、显示器和LED等光源会因发射的IR(Infra-Red，红外)光，包括少量红光在其夜视成象系统可接收的范围内干扰夜视成象系统，并导致以下现象的发生：(1)IR会导致夜视仪的目镜产生光晕现象，降低夜视成象系统图像的可读性；(2)超量IR会激励夜视成象系统的自动调光装置，并进一步降低夜视成象系统的敏感度和分辨率；(3)舱内光源通过显示面反射产生的IR会导致夜视成象系统重影。
一个未经夜视兼容性设计或设计不良的发光体，会产生裸视环境下的镁光灯效应，导致飞行员失视，甚至导致夜视成象系统不能正常工作或破坏。因此，要确保夜视成象系统在飞行器上的成功应用，夜视兼容性的实现至关重要。一个好的夜视兼容性系统，可以保证飞行员在夜间飞行中，既能通过直接目视获取飞机内部信息，又不降低夜视成象系统图像增强能力，保证夜视成象系统的正常工作。
衡量一个发光体是否满足夜视兼容性的两个主要指标是辐亮度(NR)和色度，其标准可参照国军标1394-92《与夜视成像系统兼容的飞机内部照明》以及美国军用标准MIL-STD-3009。针对不同的分类，其夜视兼容要求也不同，具体指标可参照相关标准。机载液晶显示器也是发光体，因此同样必须遵循此标准，满足夜视兼容性。
传统的设计思想是在显示器内安装夜视兼容滤光片。此种方式的优点是设计容易、周期较短。设计的关键在于夜视兼容滤光片的选择和安装方式的确定。缺点是在安装滤光片后显示器的亮度大幅下降。显示器在白天工作， 特别是阳光直射下工作时，为满足亮度要求，须将滤光片取下，而夜间又得重新安装上，使用起来极其不方便。频繁拆装容易导致漏光，安装过程中对工艺的要求也较高。
现有专利的背光系统中，没有提到使用过滤了红色光及红外光的LED光源。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种使用LED光源的具有夜视兼容性的LCD背光系统。如图1和图2，本实用新型的背光系统具有两套光源，包括一套正常模式的LED光源11和一套夜视兼容模式的LED光源12。正常模式的光源11是多个白色LED光源或红、绿、蓝(RGB)彩色LED光源，夜视兼容模式的LED光源12是多个过滤了610nm至930nm波长范围内的光并具有夜视兼容性的LED光源。
上述的过滤了610nm至930nm波长范围内的光并具有夜视兼容性的LED光源12是在LED器件上安装光谱过滤膜122，LED器件中LED芯片121发出的光通过光谱过滤膜后才能发射到外部，由光谱过滤膜过滤掉LED芯片发出的610nm至930nm波长范围内的光，使LED光源达到满足夜视兼容要求的目的；光谱过滤膜可以在封装LED器件时就加入，也可以在对LED器件进行二次封装时安装，如图3。LED器件可以为单色或多色，单色是在LED器件中封装某一种颜色的LED芯片，使其发出一种颜色的光，一个LED器件内至少有一个LED芯片；多色则是将多种颜色的LED芯片共同封装在一个LED器件中，如红、蓝、绿三色芯片共同封装或其它颜色芯片组合的共同封装。关于具有夜视兼容性的LED光源的原理和构造可见本申请人的另一个专利申请， 申请号为200620014493.5，2006年9月5日提交，名称是“一种具有夜视兼容性的LED光源”，其内容本文结合引用。
在印刷线路板(PCB)2上同时安装多个正常模式的LED光源11和多个夜视兼容模式的LED光源12，两种LED光源分别按照日天和夜间工作状态的需要均匀排列。所有的LED光源的出光方向面对导光板，按一定规律、一定间距排列，形成一个光轴方向相互平行的发光点阵。
在LED光源的出光方向，依次排列着导光板3和一系列光学膜4。
工作时，LED光源所发出的光进入导光板3，经过充分反射混合，再通过光学膜4等器件，照射到液晶面板的后表面，形成背光照明。
在上述结构中，所述LED光源排列的一定规律和间距没有严格限制，是以液晶屏幕上的亮度、色彩的均匀分布为最终目标。
背光系统中LED光源的选择根据使用需要而定，正常模式的LED光源可以使用白色LED光源，也可以使用三基色单元封装的LED光源，或者其他颜色；同样，夜视兼容模式的LED光源可以用白色、单色、或者多色单元封装的LED光源。
立驱动控制，以便各色光线在单元封装的结构中初步混光后达到要求的色温和亮度再发射到背光系统，从而实现LCD背光系统的大范围显示色域和高亮度。还可根据不同的设计方案和使用需要来确定各颜色芯片的光学/电气特性(如主波长、光通量、光强及驱动电流、电压等)之间的匹配；LED光源的封装结构(包括电气结构、光学结构、机械结构)也根据不同的设计方案和使用需要来确定。
关于使用LED光源的LCD背光系统和三基色单元封装的LED光源的原理和构造可见本实用新型人的另一个专利申请，申请号为200510034629.9，2005年5月20日提交，名称是“一种使用三基色(RBG)单元封装的LED光源的LCD背光系统”，其内容本文结合引用。
该背光系统在日间工作或当夜视成象系统目镜不使用时，正常模式的LED光源运行；在夜间工作时运行夜视兼容背光光源；工作状态可通过自动光控系统进行智能转换，也可通过开关、按扭等进行人工切换。两套系统不相互干涉。
由于夜视兼容模式的LED光源本身已具有光谱过滤膜，由光谱过滤膜过滤掉LED芯片发出的610nm至930nm波长范围内的光，使其满足夜视兼容性，因此，当该LED光源用于夜视兼容光源时，就不需要再给整个背光系统加装滤光装置来降低红光输出，简化了背光系统的结构，同时在白天液晶屏幕需要全彩色显示时，也不会影响其色彩。
下面参照附图结合实施例进一步详述本实用新型。
附图说明
图1是本实用新型LCD背光系统的剖面示意图；
图2是本实用新型LCD背光系统中安装了两套光源的PCB的俯视图；
图3是LCD背光系统中具有夜视兼容性的LED光源的剖面示意图。
具体实施方式
实施例一
请参阅图2，多个正常模式的LED光源11和多个夜视兼容模式的LED光源12同时安装在PCB2上，两种LED光源分别按照日间和夜间工作状态的需要均匀排列。日间工作时需要背光有较高的亮度，因此正常模式的LED光源11数量较多，夜视兼容模式的LED光源12数量较少。
在本例中，正常模式的LED光源和夜视兼容模式的LED光源均为白色LED光源；夜视兼容模式的LED光源12在封装结构中加入了光谱过滤膜122，如图3所示，光谱过滤膜的过滤范围是610nm到930nm波长范围内的红色光和红外光，并且在其他可见光波段，光透过率高于90％。由光谱过滤膜过滤掉610nm到930nm波长范围内的红色光和红外光，使该LED光源满足夜视兼容性。
PCB2上已制作好相应的电路，使两套LED光源可以互不干涉的工作。
如图1所示，在LED光源的出光方向，依次排列着导光板3和一系列光学膜4。
工作时，两套LED光源其中的一套所发出的光进入导光板3，经过充分反射混合，再通过光学膜4，其作用是对光线的方向进行整理。最后光线照射到液晶面板的后表面，形成背光照明。不需要再给整个背光系统加装滤光装置来降低红光输出。
当液晶显示器在日间工作，背光系统中正常模式的LED光源运行，由于这套光源能够达到较高的亮度，可以满足使用要求；在夜间工作时，夜视兼容背光光源运行，使液晶显示器符合相关的夜视兼容标准，不影响夜视成象系统的使用；工作状态可通过自动光控系统进行智能转换，也可通过开关、按扭等进行人工切换。
实施例二
基本与实施例一相同，不同的是其中正常模式的LED光源11和夜视兼容模式的LED光源12都是使用红、绿、蓝三基色单元封装的LED光源，其中每种颜色的LED芯片可以独立驱动控制，以控制LED光源发射光的光谱成分和亮度等参数。
这样，不论液晶显示器工作在日间或夜间，均有较丰富的色彩表现能力。在日间工作状态下，由于没有过滤膜的阻挡，不会损失色彩，而不象传统的夜视兼容显示器，无论在哪种工作状态下，由于过滤膜的阻挡，损失了一部分色彩；在夜间工作状态下，在具有一定彩色显示能力的同时，由光谱过滤膜过滤掉610nm到930nm波长范围内的红色光和红外光，满足夜视兼容标准。
实施例三
基本与实施例一相同，不同的是其中正常模式的LED光源11使用红、绿、蓝三基色单元封装的LED光源，其中每种颜色的LED芯片可以独立驱动控制，以控制LED光源发射光的光谱成分和亮度等参数。
而其中的夜视兼容模式的LED光源12是蓝、绿两种颜色的LED芯片进行单元封装组成的LED光源，并在封装中加入了光谱过滤膜。
这样，在日间工作状态下，液晶显示器不会损失色彩，有丰富的色彩表现能力。在夜间工作状态下，由光谱过滤膜过滤掉610nm到930nm波长范围内的红色光和红外光，满足夜视兼容标准。
以上只是本实用新型的优选实施方式进行了描述，本领域的技术人员在本实用新型技术的方案范围内，进行的通常变化和替换，都应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种使用LED光源的具有夜视兼容性的LCD背光系统，具有两套光源，包括一套正常模式的LED光源和一套夜视兼容模式的LED光源，其特征在于所述正常模式的光源是多个白色LED光源或红、绿、蓝彩色LED光源，所述夜视兼容模式的LED光源是多个过滤了610nm至930nm波长范围内的光并具有夜视兼容性的LED光源。
2.根据权利要求1的背光系统，其特征在于所述夜视兼容模式的LED光源是在LED器件上安装光谱过滤膜，由光谱过滤膜过滤掉LED芯片发出的610nm至930nm波长范围内的光。
3.根据权利要求2的背光系统，其特征在于所述LED器件可以为单色或多色，单色是在LED器件中封装某一种颜色的LED芯片，一个LED器件内至少有一个LED芯片；多色则是将多种颜色的LED芯片共同封装在一个LED器件中。
4.根据权利要求1的背光系统，其特征在于同时安装多个正常模式的LED光源和多个夜视兼容模式的LED光源，两种LED光源分别按照日天和夜间工作状态的需要均匀排列。
5.根据权利要求4的背光系统，其特征在于所述的LED光源的出光方向面对导光板，形成一个光轴方向相互平行的发光点阵。
6.根据权利要求1的背光系统，其特征在于在LED光源的出光方向，依次排列着导光板和一系列光学膜。
7.根据权利要求1的背光系统，其特征在于所述背光系统中正常模式的LED光源使用白色LED光源，或三基色单元封装的LED光源，或者其他颜色；夜视兼容模式的LED光源使用白色、单色、或者多色单元封装的LED光源。
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