[发明专利]具有能量收集LED背光的液晶显示器

说明书

一种新型液晶显示器(LCD)，其能够替代性地在启用显示模式或停用显示模式下运行，在启用显示模式下，其LED阵列被正向偏置并且LED发射背光，在停用显示模式下，LED阵列被反向偏置并且LED用作光电二极管，该光电二极管收集环境光的能量以生成光伏(PV)电流，该光伏电流用于对其中嵌入有LCD的装置诸如智能电话的电池进行充电。在一个实施方式中，LCD还能够替代性地在半启用显示模式下运行，在该半启用显示模式下，LED阵列的一个或多个选定区段被正向偏置并且选定区段的LED发射背光，而一个或多个未选区段被反向偏置并且未选区段的LED生成PV电流以对可再充电电池进行充电。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月10日提交的美国临时申请No.62/406,084和于2017年7月5日提交的美国非临时申请No.15/641,811的递交日的权益，其二者的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及电子显示器的领域，且更具体地涉及具有由发光二极管(LED)提供的背光的液晶显示器(LCD)。

背景技术

LCD用于各种电子装置，包括计算机、智能电话、电子书阅读器和电视。透射式LCD通常用于实现高的亮度、对比度和颜色饱和度。这种LCD具有位于LCD背面的内部光源，称为背光。LCD背光通常包括LED阵列，其可以是白色LED和/或三色RGB(红色、绿色、蓝色)的LED。

当正向偏置时，LED发射光，这是它们在传统LCD背光阵列中工作的唯一目的。但是，当暴露于光和反向偏置时，LED还具有光伏(PV)行为，充当光电二极管以生成电流。鉴于具有LCD的便携式电子装置的电力需求增加以及电池电源的限制，本发明旨在利用背光LED的PV行为作为便携式LCD的辅助(secondary，备用、次要、次级)电源。

发明内容

在一些方面，与其中LED本身在显示器的上部形成图像的直接照亮的LED显示器相比，LCD更好被配置用于使用在PV/光电二极管模式下的LED。因为在这种直接照亮的显示器中的每个LED均作为必须单独偏置的独特像素运行，因此将它们串联和/或并联接线以便根据它们的PV行为来聚集电压和/或电流是不切实际的。另一方面，在LCD中，在液晶模块中进行显示像素的衔接(articulation，结合)，允许LED背光阵列串联和/或并联接线，以便积聚和聚集由PV模式下的各个LED生成的电压和/或电流。

另一方面，背光LCD的多层结构在PV-LED模式下呈现并不影响直接照亮的LED显示器的若干技术挑战。在直接照亮的LED显示器中，LED通常位于显示器的最上层，仅通过屏幕的保护玻璃与环境光隔开。然而，在LCD中，背光LED位于液晶(LC)模块的下方/后方，液晶模块又通常夹在两个正交定向的偏振器之间。在逐个像素的基础上，经过LC模块的LED光由施加到LC的每个元件的电压控制，其将射入LED光的偏振角转动0°至90°之间。当LC将偏振角扭转90°时，出射LED光自由地经过上正交偏振器，并且对应的像素具有最大亮度。当LC根本不扭转射入偏振角时，出射LED光被上正交偏振器完全阻挡，并且对应的像素完全是暗的。

当显示器完全是暗的时，即，当显示器关闭/休眠时，LC模块与包围(bracket)其的正交偏振器的相同相互作用用于阻止射入环境光到达LED背光阵列。经过上偏振器的环境光将获得一偏振角，该偏振角与LC模块后面的下偏振器的偏振角正交。但是在暗屏幕模式下，LC模块不会扭转射入环境光来使其能够经过下偏振器，因此环境光不能到达LED背光阵列以启用其PV行为。

与多层LCD结构相关的另一技术挑战涉及由射入环境光经过偏振器引起的能量损耗。即使当LC模块扭转射入环境光的偏振角以允许其经过下偏振器时，射入环境光在经过上偏振器时已经放弃了其一半的能量，从而使LED的PV能量收集效率减少50％。

如下文将解释的，本发明被设计为解决LCD显示器中利用背光LED的PV行为中所涉及的前述技术挑战。