ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С МАТРИЦЕЙ УПРАВЛЯЕМЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
ILLUMINATION DEVICE HAVING ARRAY OF CONTROLLED EMITTERS

Изобретение относится к осветительному устройству, содержащему матрицу излучателей света, предпочтительно светоизлучающих диодов (СИД, LED). Более того, оно относится к лампе подсветки для жидкокристаллического дисплея (ЖКД, LCD), содержащего такое осветительное устройство.
WO 2005/116972 A раскрывает лампу подсветки ЖКД, содержащую двухмерную матрицу красных, зеленых и голубых СИД, при этом СИД одного цвета управляются обычным образом. Более того, есть один датчик света для каждого цвета, вырабатываемого матрицей СИД.
US 2003/230991 A1 раскрывает устройство для подсвечивания электронного дисплея, содержащего одномерный ряд СИД, которые испускают свет в края световода. СИД одного и того же цвета управляются обычным образом.
WO 2006/027730 A относится к вырабатывающей свет главной части, содержащей планарные органические светоизлучающие диоды в сочетании с по меньшей мере одним неорганическим СИД, которые могут быть скомпонованы рядами обычным образом управляемых блоков.
Из US 2005/0058450 A1 известна лампа подсветки ЖКД, которая содержит световодную пластину, освещаемую по ее краям излучателями света разных цветов, при этом цвет управляется по цепи обратной связи. При современном быстром развитии ламп подсветки ЖКД, лампы подсветки с задней подсветкой заменяют лампы подсветки с боковой подсветкой для повышения яркости, особенно для более крупногабаритных ЖКД. Более того, сканирующие лампы подсветки заменили равномерно освещаемые лампы подсветки для улучшения качества картинки ЖКД, устранения артефактов движения и снижения системных затрат. Лампы подсветки с локальным подсвечиванием предложены в качестве следующего этапа для достижения дополнительных улучшений, подобных повышению эффективности использования энергии взятой в целом системы посредством более благоприятного подразделения экрана, чем может достигаться со сканирующими лампами подсветки.
На основании этой ситуации цель настоящего изобретения состояла в том, чтобы предложить осветительное устройство, в частности, для ЖКД, которое может изготавливаться с низкими затратами наряду с обеспечением высокой функциональной эксплуатационной гибкости.
Эта цель достигается осветительным устройством согласно пункту 1 формулы изобретения и лампой подсветки ЖКД согласно пункту 14 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно своему первому аспекту изобретение относится к осветительному устройству, содержащему (по меньшей мере) двухмерную матрицу индивидуально управляемых излучателей света с ассоциативно связанными операционными узлами, например компонентами аппаратных средств, которые необходимы для достижения требуемой работы излучателей света. Термин «матрица» здесь будет обозначать, в самом общем смысле, любую компоновку объектов, то есть излучателей света и/или ассоциативно связанных управляющих узлов. В большинстве случаев матрица будет двухмерной плоской компоновкой излучателей света и/или ассоциативно связанных управляющих узлов в регулярной (например, имеющей решетчатую форму) конфигурации. Излучатели света предпочтительно являются «первичными» излучателями в том смысле, что они вырабатывают свет из некоторой другой формы энергии, например электрического тока. Они могут быть одиночными лампами или блоками нескольких одинаковых или различных ламп. Более того, будет группа (с по меньшей мере одним членом) «совместно используемых» управляющих блоков, которые, по определению, являются функционально связанными с по меньшей мере двумя излучателями света.
Описанное осветительное устройство имеет преимущество, что компоненты аппаратных средств, реализующие совместно используемые управляющие блоки, используются двумя или даже более излучателями света, таким образом, экономя пространство и затраты наряду с одновременным предоставлением полных функциональных возможностей матрицы с управляемыми по отдельности излучателями света.
Операционные блоки (совместно используемые или не используемые совместно), более точно, могут содержать по меньшей мере один блок управления для управления светоотдачей своего ассоциативно связанного излучателя(ей) света, по меньшей мере один блок возбуждения для возбуждения своего ассоциативно связанного излучателя(ей) света требуемой энергией, и/или по меньшей мере один блок датчиков. Блок датчиков, например, может измерять точку цветности или яркость своего излучателя(ей) света либо температуру, имеющую отношение к их работе.
Есть много возможных конструкций, в которых операционные блоки совместно используются излучателями света. Следующие варианты осуществления имеют конкретную важность в этом отношении:
(i) Совместно используемые операционные блоки могут содержать по меньшей мере один блок управления для управления светоотдачей своих ассоциативно связанных излучателей согласно по меньшей мере одному заданному целевому значению.
(ii) Совместно используемые операционные блоки могут содержать по меньшей мере один блок датчиков для измерения величины, имеющей отношение к работе его ассоциативно связанных излучателей света, более точно, к потоку излучаемого света, точке цветности излучаемого света или рабочей температуре его ассоциативно связанных излучателей света.
(iii) Совместно используемые операционные блоки могут содержать по меньшей мере один блок управления и по меньшей мере один блок датчиков, при этом эти блоки предпочтительно ассоциативно связаны с одними и теми же излучателями света.
(iv) Совместно используемые операционные блоки могут содержать по меньшей мере один блок управления и по меньшей мере один блок возбуждения, при этом эти блоки предпочтительно ассоциативно связаны с одними и теми же излучателями света.
(v) Совместно используемые операционные блоки могут содержать по меньшей мере один блок управления, по меньшей мере один блок датчиков и по меньшей мере один блок возбуждения, при этом эти блоки предпочтительно ассоциативно связаны с одними и теми же излучателями света.
Осветительное устройство предпочтительно содержит по меньшей мере один излучатель света, который присоединен по меньшей мере к двум совместно используемым операционным блокам. Как уже упомянуто, это типично имеет место в вышеприведенных вариантах (iii), (iv) и (v) осуществления.
Операционные блоки, по выбору, могут быть расположены примыкающими к своим ассоциативно связанным одному или более излучателям света. Таким образом, расстояние прохождения сигналов между блоками и излучателями света может быть минимизировано, каковое, к тому же, минимизирует потери и возмущения. С использованием надлежащей прокладки световодов и прокладки проводов, операционные блоки, однако, также могут размещаться (почти) произвольно в осветительном устройстве. Их реальная компоновка типично зависит от практических соображений, имеющих отношение к характерной конструкции осветительного устройства (например, лампы подсветки ЖКД).
Блоки управления предпочтительно приспособлены для управления ассоциативно связанными излучателями света по цепи обратной связи, содержащей по меньшей мере один ассоциативно связанный блок датчиков. Таким образом, целевые значения, подобные точке цветности или яркости излучателей света, могут поддерживаться по отдельности, несмотря на колебания температуры, старение компонентов, разброс изготовления и тому подобное.
В еще одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один блок управления приспособлен для возбуждения группы излучателей света, которые ассоциативно связаны с упомянутым блоком управления и которые, кроме того, ассоциативно связаны с одним блоком датчиков таким образом, что мультиплексированное по времени измерение индивидуальной светоотдачи упомянутых излучателей света возможно с помощью упомянутого блока датчиков. Например, это может достигаться, если блок управления выключает все кроме одного излучателя света из условия, чтобы датчик мог измерять индивидуальную светоотдачу упомянутого одиночного активного излучателя света. Подобным образом, все кроме одного излучателя света могут включаться из условия, чтобы разность в измеренной светоотдаче (по отношению к активизации всех излучателей света) представляла вклад выключенного излучателя света. Более того, излучатели света могут возбуждаться на разных частотах из условия, чтобы их индивидуальные вклады в сигнал датчика могли разделяться в частотной области упомянутого сигнала.
Блоки управления, блоки возбуждения и блоки датчиков могут быть реализованы посредством любого вида аппаратных средств, которые пригодны для выполнения своей задачи в сочетании с конкретной конструкцией осветительного устройства. Блоки управления, например, могут содержать микроконтроллер, цифровой сигнальный процессор (ЦСП, DSP), специализированную интегральную схему (ASIC) или программируемую логику.
Несмотря на то, что излучатели света, в принципе, могут быть реализованы любой разновидностью лампы, предпочтительно, чтобы они содержали набор (неорганических или органических) светоизлучающих диодов (СИД) разных цветов, более точно, набор СИД с тремя цветами: красным, зеленым и голубым. СИД обладают преимуществом низкой потребляемой мощности наряду с обеспечением отменных светоизлучающих свойств.
Согласно дополнительному варианту осуществления осветительного устройства излучатели света отделены друг от друга оптическими барьерами. Такие барьеры помогают фокусировать свет, испускаемый излучателем света, на локальную область.
Изобретение дополнительно относится к лампе подсветки ЖКД, содержащей осветительное устройство вида, описанного выше, то есть осветительное устройство, включающее в себя матрицу излучателей света с ассоциативно связанными локальными блоками управления, локальными блоками возбуждения и локальными блоками датчиков, при этом по меньшей мере некоторые из этих блоков функционально ассоциативно связаны с по меньшей мере двумя излучателями света. Лампа подсветки ЖКД имеет сходные признаки, подобные осветительному устройству, которое описывалось выше. Поэтому для большей информации о деталях, преимуществах и дополнительных усовершенствованиях лампы подсветки ЖКД приведена ссылка на описание упомянутого осветительного устройства.
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из и разъяснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанный ниже. Эти варианты осуществления будут описаны в качестве примера с помощью прилагаемых чертежей, на которых:
фиг. 1 показывает вид сбоку (левый) и вид сверху (правый) осветительного устройства, которое может использоваться в качестве лампы подсветки ЖКД согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 схематически показывает два соседних сегмента осветительного устройства согласно настоящему изобретению, содержащего излучатели света, блок управления, блоки возбуждения и блок датчиков.
фиг. 3 показывает структурную схему системы управления цветности СИД двух сегментов, показанных на фиг. 2.
Одинаковые номера ссылок на фигурах указывают ссылкой на идентичные или подобные компоненты.
В настоящее время люминесцентные лампы либо люминесцентные лампы с холодным катодом CCFL или люминесцентные лампы с горячим катодом HCFL - являются доминирующей технологией для ламп подсветки ЖКД с задней подсветкой экрана. Обычно несколько ламп скомпонованы вертикально в лампе подсветки. Каждая лампа освещает, главным образом, область впереди нее, но значительная доля света, испускаемого ею, также достигает областей далеко в стороне от нее. Засвечивание одновременно всех ламп дает в результате равномерно подсвечиваемую лампу подсветки. Засвечивание ламп последовательно во времени надлежащим образом дает в результате сканирующую лампу подсветки. Это требует отдельного формирователя и соответствующего регулятора яркости для каждой лампы. Работа сканирующей лампы подсветки может поддерживаться введением оптических барьеров между лампами, для того чтобы снизить количество света, достигающего областей далеко в стороне от излучающей лампы.
Более того, СИД были внедрены в лампы подсветки ЖКД с прямой подсветкой экрана. Эта разновидность ламп подсветки использует полосы СИД RGB (системы цветопередачи красный-зеленый-синий), свет, испускаемый которыми, смешивается надлежащим образом, например, для получения белого света с требуемой цветовой температурой. Это требует по меньшей мере одного формирователя для каждого из цветов R, G и B и надлежащей регулировки цветности, в том числе датчиков для температуры, света и/или цвета. Регулировка цветности и яркости независимо для каждой полосы СИД может быть полезной для достижения однородного цвета и яркости лампы подсветки. Сканирующая лампа подсветки может быть реализована с использованием этой независимой регулировки каждой полосы. Барьеры между полосами СИД могут добавляться способом, подобным применяемому для ламп подсветки с люминесцентными лампами.
На основании этого уровня техники изобретение будет описывать последующее со ссылкой на основанную на СИД лампу подсветки ЖКД. Фиг. 1 показывает вариант осуществления такой лампы подсветки 1 ЖКД, содержащей 7×12 модулей или «сегментов» 10. Каждый из упомянутых сегментов 10 содержит излучатель 11 света, который сам состоит из трех СИД 12 с цветами красным, зеленым и голубым (или одиночного СИД, который может независимо формировать эти цвета). СИД идеально приспособлены для реализации местного подсвечивания. Более того, лампа подсветки 1 может содержать оптические барьеры 13 между сегментами 10.
В лампе подсветки 1, показанной на фиг. 1, большое количество 7·12=84 сегментов должно управляться для местного подсвечивания. Реализация местной системы регулировки цветности для каждого из них поэтому требует очень большого количества компонентов. По этой причине здесь предложено использовать компоненты местных систем управления для управления двумя или более ассоциативно связанными излучателями 11 света. Совместное использование частей системы регулировки цветности между соседними сегментами значительно снижает объем работ (количество компонентов), требуемый для управления сегментами лампы подсветки ЖКД.
Реализация вышеупомянутой концепции более подробно показана в схематической компоновке по фиг. 2, которая изображает два соседних сегмента 10.1, 10.2 лампы подсветки 1 по фиг. 1. Каждый из сегментов содержит излучатель 11.1, 11.2 света, который составлен из трех СИД 12.1, 12.2. Более того, каждый сегмент 10.1, 10.2 содержит блок 15.1, 15.2 возбуждения для снабжения СИД 12.1, 12.2 прямыми токами (например, модулированными по ширине импульса или амплитуде). Блоки 15.1, 15.2 возбуждения присоединены к общему блоку 16 управления, который снабжает их надлежащими управляющими сигналами и который здесь расположен полностью в сегменте 10.1. Блок 16 управления принимает в качестве входных данных целевые значения T (например, цветовые координаты) для светоотдачи ассоциативно связанных сегментов 10.1, 10.2. Пока каждый блок 16 управления может принимать эту информацию непосредственно из контролирующей системы, может использоваться промежуточная схема для распределения этой информации в пределах лампы подсветки 1.
Блок 16 управления может быть реализован, например, микроконтроллером, ЦСП, ASIC или программируемой логикой. К одиночному блоку 14 датчиков дополнительно, например, присоединены фотодиод, который может измерять светоотдачу (например, поток, цвет) обоих излучателей 11.1, 11.2 света. Два или более сегментов могут совместно использовать один датчик, например посредством временного мультиплексирования. В качестве альтернативы или дополнительно к датчикам потока и/или цвета также могут использоваться один или более датчиков температуры. Они, например, могли бы содержать датчик общей температуры, измеряющий температуру (общего) теплоотвода, и/или датчики локальной температуры, измеряющие температуру отдельных излучателей 11.1, 11.2 света или даже отдельных СИД 12.1, 12.2 (например, посредством их вольтамперных характеристик). Все разновидности промежуточных схем, конечно, также возможны, например, с измерением по отдельности температуры каждого из некоторого количества отдельных теплоотводов, используемых в больших лампах подсветки.
Питание должно подаваться на каждый блок 14 датчиков, блок 15.1, 15.2 возбуждения и блок 16 управления. Это указывается на фигуре соединительными линиями с некоторыми источниками 17 питания. Несмотря на то, что могли бы быть источники питания, ассоциативно связанные с отдельными сегментами 10.1, 10.2, может быть предпочтительным, чтобы группы (всех) блока(ов) датчиков совместно использовали источник питания, группы (всех) блока(ов) возбуждения совместно использовали источник питания и группы (всех) блока(ов) управления совместно использовали источник питания.
Таким образом, есть один блок 16 управления и один блок 14 датчиков, ассоциативно связанные с двумя излучателями 11.1, 11.2 света. Подобным образом, многочисленные выходные формирователи могли бы использоваться для возбуждения СИД двух или более сегментов.
set,1
set,1
set,1
set,1
set,2
set,2
set,2
set,2
s,1
s,2
err,1
err,2
C,1
C,2
1
r,1
g,1
b,1
2
r,2
g,2
b,2
D,1
D,2
LED,1
LED,2
OSB,1
OSB,2
OSS,1
OSS,2
S,1
S,2
CAL,1
CAL,2
1
1
1
1
2
2
2
2
TV
G
G
CS
CS
CS
CS
CS
CS
CS
CS
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
SR
SR
Фиг. 3 показывает логическую структурную схему системы управления, реализованной в устройстве по фиг. 2. Цветность и яркость регулируются независимо для каждого сегмента 10.1, 10.2 с использованием одиночного блока 16 управления и одиночного датчика 14 цвета. Контролирующая система определяет цвет и яркость света, который должен вырабатываться сегментами, например, в показателях параметров TV=(X, Y, Z) и =(X, Y, Z) трех основных цветов. Сравнение таковых с измеренными параметрами TV и TV трех основных цветов дает в результате ошибки TV и TV параметров трех основных цветов. Две функции управления  и , реализуемые контроллером 16, определяют, по ошибкам параметров трех основных цветов, управляющие сигналы =(, , ) и =(, , ), которые должны прикладываться к формирователям 15.1 и 15.2 СИД, имеющим передаточные функции  и . Формирователи вырабатывают соответствующие токи через СИД 12.1 и 12.2, имеющие передаточные функции  и , которые создают требуемый свет. Вообще, пропускание  и  света из СИД в лампу подсветки будет отличным от пропускания  и  света из СИД в датчик 14 (который имеет передаточные функции  и ). Поэтому калибровки  и  должны применяться к показаниям датчиков =(R, G, B) и =(R, G, B).
Хотя фиг. 2 и 3 имеют отношение к двум сегментам, совместно использующим части системы регулировки цветности, это может быть прямо распространено на несколько сегментов. Сегменты, совместно использующие части системы регулировки цветности, могут рассматриваться и изготавливаться в виде модуля. В качестве альтернативы один сегмент может нести совместно используемые части системы регулировки цветности, а другие сегменты, пользующиеся совместно используемыми частями, присоединяться к этому сегменту (сравните фиг. 2).
Подводя итог вышесказанному, изобретение описывает основанные на СИД лампы подсветки ЖКД с признаками местной подсветки и сканирования, которые улучшают качество картинки ЖКД, повышают эффективность использования энергии системы, устраняют артефакты движения и снижают затраты на систему посредством более подходящего подразделения источника света лампы подсветки. Объем работы по реализации управления возбуждением и цветом для каждого из большого количества сегментов значительно снижен посредством совместного использования частей системы регулировки возбуждения и цветности между соседними сегментами. Осветительное устройство согласно настоящему изобретению, однако, может применяться не только в качестве лампы подсветки ЖКД, но, например, также к плоским источникам света для общего освещения с отображением, подобным изменению света, испускаемого с их поверхности.
В заключение, обращено внимание, что в настоящей заявке термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, что употребление единственного числа не исключает множественности и что одиночный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких средств. Изобретение пребывает в каждом и любом новейшем отличительном признаке и каждой и любой комбинации отличительных признаков. Более того, символы ссылок в формуле изобретения не должны истолковываться в качестве ограничивающих ее объем.