1.本公开涉及用于在具有显示屏的电子设备中提供红外(ir)范围内的光照、特别是用于移动设备中的识别目的的照明设备。
背景技术:
2.光学成像可以用于基于生物统计原理的识别目的,例如光学虹膜识别和面部识别。生物统计识别通常要求专用光源。已经发现提供ir范围内的光照的光源有益于识别,因为ir光能够揭示可见光不能检测到的生物统计特征。同时,有源ir光源可以对用户是不可见的,使得用户不被用于识别的照明设备分心。
3.用于光学识别的系统也可以集成到诸如移动电话的移动设备中。在移动设备中,每个电子元件的可用空间是高度受限的。最近,存在使移动设备中的显示屏(诸如移动电话的触摸屏)的面积最大化的趋势。在一些移动设备中,显示屏实际上覆盖移动设备的整个面,从而显著减小或消除显示屏的边框。
4.通常,对于显示屏以外的其他设备(例如用于可见光和ir光的相机、闪光灯、以及用于识别的ir照明设备),在移动设备的对应面上仅留下小的“凹口”。在移动设备设计中,存在通过减小凹口的大小来进一步增加显示屏的覆盖率的需要,例如使得显示屏覆盖整个面,可选地仅在显示屏的角落处的凹口中保留有相机。因此,期望将ir照明设备配置成使得在移动设备的面上仅消耗显示屏的非常小的可用空间。
5.原则上,可能将ir照明设备布置在移动设备的边缘或背侧,并使用光导将由ir照明设备提供的光围绕显示屏并朝着移动设备的前侧重定向。然而,这种布置的效率通常相当低。同时,前方的面处仍然有大量的空间被光导消耗,从而减小显示屏的可用大小。
技术实现要素:
6.本发明的目的是提供一种照明设备,其用于提供ir范围内的光照,特别是用于具有显示屏的移动设备,其中照明设备优化了显示屏的可用空间。本发明进一步涉及一种包括照明设备和显示屏的电子设备,以及一种基于上述目的的照明设备的用途。
7.根据本发明的第一方面,提供了一种用于向显示屏提供背光照明的照明设备,该照明设备包括:光导,包括至少一个入光面和出光面,其中光导被配置成将进入入光面的光朝着出光面重定向,其中出光面被配置成耦合到显示屏的背侧;至少一个可见光发光二极管(led),其能够发射可见光范围内的光,其中可见光led光学耦合到至少一个入光面;和至少一个ir led,其能够发射ir范围内的光,其中至少一个ir led被配置成为出光面提供光照。
8.根据本发明的第二方面,提供了一种电子设备,包括根据第一方面的照明设备、和显示屏,其中照明设备的出光面耦合到显示屏的背侧。
9.根据本发明的第三方面,提供了一种根据第一方面的照明设备用于光学识别(特别是面部识别和/或虹膜识别)的用途。
10.根据本发明的第四方面,提供了一种发光元件,特别是用于根据第一方面的照明设备中,该发光元件包括:至少一个ir led和至少一个可见光led,其中至少一个ir led布置成邻近于至少一个可见光led,其中至少一个ir led和至少一个可见光led至少部分地密封在公共封装中。
11.本发明的第一、第二、第三和第四方面的示例性实施例可以具有以下描述的一个或多个性质。
12.利用本发明,已经发现ir光源可以有益地集成到用于向显示屏提供背光照明的照明设备中,使得可能提供一种特别用于识别目的的照明设备,而实际上对显示屏的大小没有任何限制。特别地,利用根据本发明的照明设备,显示屏可以实质上覆盖电子设备的整个面,同时借助于该照明设备可以高效率地提供ir范围内的光。原则上,还可能结合已经存在的显示屏配置来使用根据本发明的照明设备。
13.照明设备被配置用于向显示屏提供背光照明。显示屏被配置用于例如以二维配置呈现视觉信息。显示屏是背光显示屏,并且可以至少部分地是无源屏。那就是说,显示屏被配置成调制由照明设备提供的光以提供信息的视觉显示。
14.照明设备包括能够发射可见光范围内的光的至少一个可见光led,其中由可见光led发射的光用于从背侧照亮显示屏。提供了一种光导,该光导包括至少一个入光面、和出光面。光导被配置成将进入入光面的光朝着出光面重定向。至少一个可见光led光学耦合到至少一个入光面,因为由可见光led发射的光可以进入入光面。例如,至少一个可见光led布置成邻近于入光面,其中可见光led的发光面面向入光面。因此,光导可以基于由至少一个可见光led发射的光为显示屏提供可见光背光。光导可以包括反射元件和/或可以包括用于全内反射的至少一个表面,以获得朝着出光面的光的重定向。光导包括在由至少一个可见光led和至少一个ir led发射的波长范围内的至少部分透明的材料。
15.出光面被配置成耦合到显示屏的背侧。例如,出光面可以包括适配显示屏形状的形状,诸如矩形形状和/或平面形状,其中光导的出光面具有与显示屏的背侧基本上一致的尺寸。特别地,光导可以被配置成与至少一个可见光led的布置结合,使得出光面可以提供基本上均匀的光照。也就是说,当至少一个可见光led激活以为显示屏提供均匀的背光照明时,出光面可以跨表面具有基本上恒定的照度。可选地,漫射元件可以用于提高光照的均匀性。
16.根据本发明,用于背光照明的照明设备附加地包括能够发射ir范围内的光的至少一个ir led。至少一个ir led被配置成为出光面提供光照。因此,照明设备还可以借助于显示屏提供具有ir光的光照,否则其基于可见光来可视化信息。因此,利用根据本发明的照明设备,可以省略消耗否则可用于显示屏的空间的单独的ir光源。这里,ir led有利地结合到照明设备中,用于为显示屏提供背光照明,使得可以优化显示屏大小。同时,至少一个ir led可以在区域内或整个显示屏之上提供具有显示屏的ir光的光照,使得获得大面积之上的光照,例如用于识别目的。
17.ir led和/或可见光led可以包括至少一个半导体元件,诸如p
‑
n结、二极管和/或晶体管。例如,可见光led和/或ir led可以以单独或组合的led管芯和/或led封装的形式提供,其中特定的至少一个led可以布置在衬底上。
18.ir led和可见光led可以由峰值波长(即具有发射强度最大的波长)表征。也就是
说,至少一个ir led可以具有ir范围内的峰值波长,例如高于780 nm。特别地,ir led的峰值波长可以在近ir范围内,例如从780 nm至3000 nm,特别是从800 nm至1100 nm。在一些实施例中,至少一个ir led可以具有800 nm至1000 nm范围内的峰值波长。类似地,可见光led可以具有可见光范围内的峰值波长,例如从380 nm至780 nm。特别地,红色led、绿色led和/或蓝色led可以用作照明设备中的可见光led。可见光led和/或ir led可以例如包括波长转换元件(例如基于磷光体)。例如,蓝色led可以用作具有波长转换元件的可见光led,以为显示屏提供白色背光。可见光led和/或ir led还可以包括至少一个光学元件,诸如衍射元件(例如透镜)和/或反射元件(例如反射元件,诸如反射杯)。
19.如上所描述,至少一个ir led还提供出光面的光照。至少一个ir led可以被布置成使得出光面的直接光照是可能的,即,由ir led发射的光至少部分地不在光导中反射。在根据本发明的示例性实施例中,至少一个ir led布置在光导的背侧,特别地以提供出光面的这种直接光照。
20.在本发明的另一示例性实施例中,至少一个ir led耦合到至少一个入光面。类似于至少一个可见光led的布置,光导然后被配置成将由ir led发射的并进入入光面的ir光朝着出光面重定向。特别地,出光面可以用ir光提供显示屏背侧的基本上均匀的光照。
21.在根据本发明的另一示例性实施例中,至少一个入光面布置在光导的边缘上。因此,照明设备可以被配置作为显示屏的边光式背光。例如,光导可以具有基本上板状的、带有两个主面的形状,其中一个主面表示出光面。出光面可以具有基本上矩形的形状。板状形状的边缘中的至少一个——即,板状形状的较小面中的至少一个——可以表示入光面。多于一个的边缘可以用作入光面。例如,两个边缘可以用作入光面,其中具有法线方向的两个边缘布置成与彼此成一个角度,特别是基本上垂直于彼此。可选地,光导的所有边缘被配置作为入光面。
22.在根据本发明的另一示例性实施例中,照明设备进一步包括布置在光导的背面上、与出光面相对的背部反射器。特别地,在作为边光式背光的上述配置中,背部反射器可以提供简单且有效的手段,以将进入(多个)入光面的光朝着出光面重定向。在光导的板状配置中,与出光面相对的主面可以表示背面。背部反射器特别地被配置作为反射层,例如在光导的背侧上的反射涂层。
23.在根据本发明的另一示例性实施例中,至少一个可见光led和至少一个ir led耦合到同一入光面。也就是说,在多个入光面的情况下,入光面中的至少一个光学耦合到至少一个可见光led和至少一个ir led。因此,具有可见光的光照和具有ir光的光照可以通过光导以类似的方式实现,例如通过在同一表面和/或反射元件上的反射来实现。
24.在照明设备包括交替布置在同一入光面处的多个可见光led和/或多个ir led的情况下,可以进一步提高光照的均匀性。例如,多个led布置成邻近于彼此,并耦合到同一入光面。然后,led的类型可以是交替的,例如直接交替,其中每个相邻的led具有不同的类型(ir
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可见光
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ir
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可见光
‑
等),或者具有led类型的交替组,例如两组(ir
‑
ir
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可见光
‑
可见光
‑
ir
‑
ir
‑
等)或更多组。
25.在根据本发明的另一示例性实施例中,光导包括多个入光面,并且至少一个可见光led和至少一个ir led耦合到不同的入光面。从最小化容纳led所要求的空间的角度来看,分离至少一个可见光led和至少一个ir led可以是有利的。进一步,可以优化光导相对
于具有可见光和ir光的光照的光学性质。例如,不同的入光面可以导致不同的光照轮廓。在实施例中,至少一个可见光led借助于光导提供出光面的基本上均匀的光照。至少一个ir led可以提供不同类型的光照,例如通过耦合到与可见光led的入光面相比配置不同的入光面。
26.在根据本发明的另一示例性实施例中,至少一个可见光led配置用于边缘发射。也就是说,至少一个可见光led可以具有带有主面和边缘面的基本上长方体的形状。边缘面中的至少一个是具有最高发射强度的面。边缘发射可见光led可以布置在光导的至少一个导光瓦片内。至少一个ir led还可以布置成邻近于至少一个边缘发射可见光led。导光瓦片可以具有带有主面的基本上长方体的形状,其中主面之一形成出光面的至少一部分,并且相对的主面形成背面的至少一部分。边缘发射可见光led可以在基本上平行于主面的方向上发射最高强度的光。特别地,边缘发射可见光led可以布置在形成光导背侧的主面的中心区域中。
27.进一步,至少一个导光瓦片可以包括布置在光导的背面上、与出光面相对的外耦合结构。外耦合结构可以例如包括反射和/或漫射元件。在一些实施例中,由导光瓦片形成的光导的背面具有适合于由led发射的光的全内反射的形状,例如杯状形状。
28.在根据本发明的另一示例性实施例中,其中至少一个ir led布置成邻近于至少一个可见光led,至少一个ir led和至少一个可见光led组合在公共封装中。例如,至少一个ir led和至少一个可见光led可以被包封和/或密封在单个元件中。公共封装可以包括反射元件并可以配置作为反射封装。通过将ir led和可见光led一起包围在反射封装内,可以提高耦合到入光面中的光量,同时可以以特别简单的方式将led一起安装在照明设备中。进一步,根据本发明的led的组合可以以特别简单的方式制造。
29.公共封装可以配置作为“白色”封装,其中白色封装例如包括用高反射材料(诸如硅树脂)来密封ir led和可见光led的“白色”壁。诸如tio
x
颗粒的反射颗粒可以嵌入硅树脂中。公共封装可以包括用于led的侧壁,特别是包括用于涂覆有反射材料的至少一个led的公共或单独的衬底和/或引线框架。
30.在根据本发明的另一示例性实施例中,至少一个ir led的电极和至少一个可见光led的对电极通过第一引线接触。至少一个ir led的对电极和至少一个可见光led的电极通过第二引线接触。例如,ir led的阴极和可见光led的阳极通过第一引线接触,而ir led的阳极和可见光led的阴极通过第二引线接触。也就是说,ir led和可见光led用不同的极性接触到第一和第二引线。因此,简化了到led的电连接(诸如pcb布局),其中例如仅要求两个引线来为一对led提供电力。可见光led和ir led可以彼此独立地被激活。例如,第一和第二引线之间的正电压可以激活可见光led(其中ir led未激活),而负电压可以激活ir led(其中可见光led未激活)。
31.根据本发明的第二方面的电子设备包括显示屏,其中根据本发明的第一方面的照明设备的出光面耦合到显示屏的背侧。也就是说,照明设备被布置成为显示屏提供背光照明。
32.如上面已经提及的,显示屏因此被配置作为背光显示屏,并且可以至少部分地是无源屏。显示屏被配置成调制由照明设备提供的光,以例如通过强度和/或颜色的调制来提供信息的视觉显示。显示屏的调制可以由光学膜元件实现。在根据本发明的示例性实施例
中,显示屏被配置作为lcd屏。例如,光学膜元件可以包括具有用于调制光的液晶的至少一个光学元件/光学膜。
33.根据本发明的另一示例性实施例,提供了一种漫射膜元件,其中漫射膜元件布置在出光面和光学膜元件之间中。漫射膜元件可以提供光学膜元件的更均匀的光照,并因此提供更均匀的信息显示。
34.在根据本发明的另一示例性实施例中,电子设备被配置作为移动设备。电子设备可以例如配置作为便携式计算机,诸如膝上型计算机、平板计算机、可穿戴设备、瘦客户端、个人数字助理、或智能手机。电子设备可以被配置用于光学识别、认证和/或生物统计,例如用于基于虹膜和/或面部辨识的识别。包括照明设备的电子设备也可以被配置用于机器视觉。电子设备可以被配置成作为独立系统或与其他设备结合来执行光学识别和/或机器视觉。例如,电子设备可以被配置成连接到网络,以与连接到该网络的其他设备一起执行光学识别和/或机器视觉。
35.在根据本发明的第四方面的发光元件中,至少一个ir led和至少一个可见光led被至少部分地包封和/或密封在单个元件中。至少一个ir led和至少一个可见光led可以布置在诸如(印刷)电路板/引线框架的公共衬底上,并且公共衬底可以至少部分地用密封材料(例如用硅树脂)来包覆成型。因此,可以以特别简单的方式制造发光元件。公共封装可以包括反射元件并可以配置作为反射封装。通过将ir led和可见光led一起密封在反射封装内,可以提高发射光的量。公共封装可以配置作为“白色”封装,其中白色封装例如包括用高反射材料(诸如硅树脂)来密封ir led和可见光led的“白色”壁。诸如tio
x
颗粒的反射颗粒可以嵌入硅树脂中。
36.在发光元件的实施例中,至少一个ir led的电极和至少一个可见光led的对电极通过第一引线接触,并且至少一个ir led的对电极和至少一个可见光led的电极通过第二引线接触。
37.上面描述的本发明的特征和示例实施例可以同样地适用于根据本发明的不同方面。特别地,利用与根据第一方面的照明设备有关的特征的公开,还公开了与根据第三方面的用途和根据第四方面的发光元件有关的对应特征。
38.应理解,在本节中呈现本发明实施例仅仅是示例性的和非限制性的。
39.通过结合所附附图考虑的以下详细描述,本发明的其他特征将变得清楚。然而,应理解,这些附图仅仅为了说明的目的而设计,并且不作为对本发明的限制的定义,对于本发明的限制应当对所附权利要求进行参考。应当进一步理解,附图不是按比例绘制的,并且它们仅仅旨在构思性地说明本文所描述的结构和过程。
附图说明
40.现在将参考所附附图详细描述本发明的示例,在附图中:图1示出了包括根据本发明的显示屏的电子设备的示意表示;图2示出了根据本发明的电子设备的显示屏区域的截面的示意表示;图3a、图3b示出了根据本发明的照明设备的实施例中可见光led和ir led的布置的示例;图4a、图4b示出了根据本发明的照明设备的另外的实施例;以及
图5示出了包括公共封装中的可见光led和ir led的发光元件的示意表示。
具体实施方式
41.图1示出了包括根据本发明的显示屏4的电子设备2的示意表示。电子设备2被配置作为具有显示屏4的移动电话,该显示屏4是lcd屏。显示屏4几乎覆盖图1中所描绘的电子设备2的整个面,只在面的一个角落中留下小的“凹口”6,其中凹口6容纳相机8。利用本发明,显示屏4的这种高的覆盖率可以与ir光源组合,例如用于识别目的。
42.图2示出了电子设备2的显示屏区域的截面的示意表示。电子设备2包括用于向显示屏4提供背光照明的照明设备9。显示屏4被配置作为lcd屏,并且包括具有液晶的光学膜元件5a、和漫射膜元件5b。漫射膜元件5b布置在出光面14和光学膜元件5a之间。
43.光导10包括入光面12和出光面14。光导10被配置成借助于背部反射器16处的反射将进入入光面12的光朝着出光面14重定向,该背部反射器16布置在光导10的背面上、与出光面14相对。出光面14耦合到显示屏4的背侧。
44.入光面12布置在光导10的边缘上,其中可见光led 18光学耦合到入光面12。因此,照明设备9被配置作为用于显示屏4的边光式背光。可见光led 18能够发射可见光范围内的光,并且被配置作为具有波长转换元件以产生白光的蓝色led。
45.进一步,提供了能够发射ir范围内的光的至少一个ir led。图3a和图3b在照明设备9的示意性前视图中示出了可见光led 18和ir led 20的布置的示例。在图3a中,光导10包括多个入光面12a、12b,它们在光导10的边缘处形成,光导10具有板状形状。可见光led 18和ir led 20分别布置在不同的入光面12a、12b处。
46.当ir led 20结合到为显示屏4提供背光的照明设备中时,可以省略单独的ir光源。因此,可以优化显示屏4的大小。
47.图3b示出了图3a的替代布置,其中提供了一个入光面12,并且可见光led 18和ir led 20耦合到同一入光面12。多个可见光led 18和多个ir led 20交替布置在同一入光面12处。
48.图4a和图4b示出了根据本发明的照明设备9的另外的实施例。这里,光导10包括导光瓦片22。导光瓦片22包括布置在光导10的背面上、与出光面14相对的外耦合结构24。图4a中的外耦合结构24被配置作为嵌入在导光瓦片22中的反射元件。可见光led 18被配置用于边缘发射,因为主发射方向基本上平行于出光面14。可见光led 18布置在光导10的引导瓦片22内,使得由可见光led 18发射的光在外耦合结构24处朝着出光面14重定向。ir led 20布置成邻近于可见光led 18,其中由ir led 20发射的ir光也进入导光瓦片22,并朝着出光面14重定向。
49.在图3a、图3b和图4a中所示的实施例中,ir led 20被配置成为出光面14提供光照,因为ir led 20也耦合到入光面12。然后,由ir led 20发射的光也通过反射由光导10重定向。
50.作为替代,ir led 20可以被配置成通过基本上直接的光照(例如没有反射)为出光面14提供光照。图4b示出了具有导光瓦片22的照明设备9的实施例,其中导光瓦片22的外耦合结构24由导光瓦片22的背侧的形状提供。背侧被配置成杯状形状,其中由可见光led 18发射的光在背侧通过全内反射而被至少部分地反射。ir led 20布置在光导10的背侧,并
且可以直接朝着出光面14发射光而不在外耦合结构24处被反射。
51.图5示出了包括组合在公共封装中的可见光led 18和ir led 20的发光元件26的示意表示。发光元件26可以用于根据本发明的照明设备9中。ir led 20布置成邻近于可见光led 18,其中led被密封在单个元件中。
52.公共封装被配置作为“白色”封装,其中由反射白色硅树脂制成的侧壁28包围可见光led 18和ir led 20。可见光led 18和ir led 20进一步通过由透明硅树脂制成的透明填料30密封。
53.可见光led 18和ir led 20布置在公共引线框架上,其中第一引线32和第二led 34彼此隔离。
54.可见光led 18的阳极18 和ir led 20的阴极20
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通过第一引线32接触。可见光led 18的阴极18
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和ir led 20的阳极20 通过第二引线34接触。因此,通过选择施加到第一引线32和第二引线34的电压的极性,可以选择激活可见光led 18还是ir led 20。
55.将理解,所有呈现的实施例仅是示例性的,并且针对特定示例性实施例呈现的任何特征可以单独地与本发明的任何方面一起使用,或者与针对同一或另一特定示例性实施例呈现的任何特征组合使用,和/或与未提及的任何其他特征组合使用。将进一步理解,针对特定类别中的示例实施例呈现的任何特征也可以在任何其他类别的示例实施例中以对应的方式使用。
再多了解一些
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