CN101515423B - 发光二极管显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管显示装置，其包括一个线路板以及多个以行列方式排布的像素单元，每个该像素单元用于显示发光二极管显示装置显示的图像中的一个像素，每个像素单元包括：多个发光二极管、一个混光元件以及一个光学修正元件。该多个发光二极管包括至少一个红光发光二极管、至少一个绿光发光二极管以及至少一个蓝光发光二极管，其设置在该线路板上且与该线路板电性连接。混光元件用以对该多个发光二极管受激产生的红、绿及蓝三色光进行混光。光学修正元件设置在混光元件的出光侧，用以对从混光元件的出光侧出射之光进行光路修正。

Description

发光二极管显示装置
技术领域
本发明涉及一种显示装置，尤其是一种全彩固态发光元件显示装置。
背景技术
目前，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种固态发光元件，因其具功耗低、寿命长、体积小及亮度高等特性而可用于构建LED显示装置的像素单元，可参见Atsushi Okuno等人在2003 IEEE ElectronicComponents and Technology Conference上发表的“Unique White LEDPackaging Systems”一文。
现有的全彩发光二极管显示装置(Full Color LED Display)通常包括多个以行列方式排布的像素单元，各像素单元分别包括红、绿及蓝三色发光二极管。经由控制各像素单元的发光二极管之点亮及关闭状态，可最终达到显示画面之效果。然而，各个像素单元的多个发光二极管受激产生的光之自混光程度并不高，使得全彩发光二极管装置的整体色彩表现度较差，导致显示效果不佳。
因此，有必要提供一种发光二极管显示装置，其具有较佳的显示效果。
发明内容
下面将以实施例说明一种发光二极管显示装置，其可具有较佳的显示效果。
一种发光二极管显示装置，其包括一个线路板以及多个以行列方式排布的像素单元，每个该像素单元用于显示发光二极管显示装置显示的图像中的一个像素，每个像素单元包括：
多个发光二极管，其包括至少一个红光发光二极管、至少一个绿光发光二极管以及至少一个蓝光发光二极管，该多个发光二极管设置在线路板上且与线路板电性连接；
一个混光元件，用以对该多个发光二极管受激产生的红、绿及蓝三色光进行混光；以及
一个光学修正元件，其设置在混光元件的出光侧，用以对从混光元件的出光侧出射之光进行光路修正。
相对于现有技术，所述发光二极管显示装置针对每个像素单元设置一个混光元件及一个光学修正元件，利用该混光元件对相对应的多个发光二极管受激所产生的三色光进行混光以改善混光效果，再经由光学修正元件对从混光元件出射的光作进一步的光路修正，例如修正各像素单元最终出射的光之光型等特性。因此，所述发光二极管显示装置可具更好的显示效果。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的发光二极管显示装置的结构示意图。
图2为图1所示发光二极管显示装置之局部的截面示意图。
图3为将图2中的混光元件之出光面设计成斜面的截面示意图。
图4是本发明第二实施例提供的发光二极管显示装置之局部的截面示意图。
图5是本发明第三实施例提供的发光二极管显示装置之局部的截面示意图。
图6是图5中的混光元件的立体放大示意图。
图7是本发明第四实施例提供的发光二极管显示装置之局部的截面示意图。
图8是本发明第五实施例提供的发光二极管显示装置之局部的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
参见图1及图2，本发明第一实施例提供的一种发光二极管显示装置100，其包括：一个线路板110以及多个像素单元130；每个像素单元130包括多个发光二极管132、一个混光元件134以及一个光学修正元件136。多个发光二极管132设置在线路板110上且与线路板110电性连接，混光元件134用以对多个发光二极管132受激产生的三色光进行混光，光学修正元件136设置在混光元件134的出光侧，用以对从混光元件134出射的光进行光路修正以使其之光型变窄。
多个发光二极管132包括至少一个红光(R)发光二极管、至少一个绿光(G)发光二极管以及至少一个蓝光(B)发光二极管，该多个(例如九个)发光二极管132可为封装的(packaged)红、绿及蓝三色发光二极管的组合，或者红、绿及蓝三色发光二极管芯片的组合且封装在同一个封装透镜中。线路板110上可设置有被动元件如电阻、电感、及/或电容等，或是主动元件如晶体管等，用以调整提供给发光二极管132的电流。线路板110可为印刷电路板(printedcircuit board，PCB)或是金属芯电路板(metal core PCB)。
混光元件134为一个光导管(light pipe)。光导管的外形可为圆形(如图1所示)、或者正方形等多边形，其可为一实心结构或者一中空结构(如图2所示)。多个发光二极管132邻近光导管的入光面1341设置，其受激产生的红、绿及蓝三色光经由光导管的入光面1341进入其内且在光导管内发生全反射而达到较佳的混光效果，最后经由光导管的出光面1343出射。
光学修正元件136为一个聚光透镜，其位于光导管的出光侧且邻近光导管的出光面1343设置，并可经由折射率匹配(index matching)胶(图中未示出)粘附于光导管的出光面1343上。聚光透镜会聚从光导管的出光面1343出射之光，以修正该出射光的光路使出射光的光型变窄，从而可使得相邻两个像素单元130之间的干涉降低，进而增加整个发光二极管显示装置100的解析度。
优选地，参见图3，可将混光元件134的出光面1343设置成为一斜面；斜面设计可避免从出光面1343出射的部分光向上出射而超出观察者的视角范围进而成为无用光，其可将该部分光偏转为向下出射以提高光的利用效率。
参见图4，本发明第二实施例提供的一种发光二极管显示装置200，其包括：一个线路板110以及多个像素单元230，每个像素单元230包括多个发光二极管132、一个混光元件234以及一个光学修正元件236。多个发光二极管132设置在线路板110上且与线路板110电性连接，混光元件234用以对多个发光二极管132受激产生的三色光进行混光，光学修正元件236设置在混光元件234的出光侧，用以对从混光元件234出射的光进行光路修正以使其平行化。
混光元件234为一个椭圆反射罩，其具有一个第一焦点2341及一个第二焦点2343。多个发光二极管132设置在椭圆反射罩的第一焦点2341位置，其受激产生的红、绿及蓝三色光在椭圆反射罩内经由反射进行混光后会聚在第二焦点2343位置。
光型修正元件236为一个抛物面反射罩，其位于椭圆反射罩的出光侧。抛物面反射罩具有一个抛物面焦点，其与椭圆反射罩的第二焦点2343之位置相同。因此，会聚在椭圆反射罩的第二焦点2343(也是抛物面反射罩的抛物面焦点)位置的光将经由抛物面反射罩的反射作用而最终以平行光出射；至此，抛物面反射罩达成光路修正功能且使出射光的光型变窄。
参见图5及图6，本发明第三实施例提供的一种发光二极管显示装置300，其包括：一个线路板110以及多个像素单元330；每个像素单元330包括多个发光二极管132、一个混光元件334以及一个光学修正元件336。多个发光二极管132设置在线路板110上且与线路板110电性连接，混光元件334用以对多个发光二极管132受激产生的三色光进行混光，光学修正元件336设置在混光元件334的出光侧，用以对从混光元件334出射的光进行光路修正以使其之光型变窄。
混光元件334为一个透镜阵列(lens array)，其包括多个阵列排布的微透镜(如图6所示)；每个微透镜为一凹凸双柱面透镜，其具有两个轴向成一预设夹角(例如90度)的柱面。当然，该微透镜也可为双凸双柱面透镜或平凸单柱面透镜。多个发光二极管132位于透镜阵列的入光面3341，其受激产生的红、绿及蓝三色光经由透镜阵列多点成像而混光，且混光后从透镜阵列的出光面3343出射。
光型修正元件336为一个聚光透镜，其位于透镜阵列的出光侧且邻近透镜阵列的出光面3343设置。聚光透镜会聚从透镜阵列的出光面3343出射之光，以修正该出射光的光路使出射光的光型变窄，从而可使得相邻两个像素单元330之间的干涉降低，进而增加整个发光二极管显示装置300的解析度。
参见图7，本发明第四实施例提供的一种发光二极管显示装置400，其包括：一个线路板110以及多个像素单元430，每个像素单元430包括多个发光二极管132、一个混光元件434以及一个光学修正元件436。多个发光二极管132设置在线路板110上且与线路板110电性连接，混光元件434用以对多个发光二极管132受激产生的三色光进行混光，光学修正元件436设置在混光元件434的出光侧，用以对从混光元件434出射的光进行光路修正以使偏转向下出射。
混光元件434为一个全反射(total internal reflection，TIR)透镜，多个发光二极管132位于全反射透镜的入光面4341，其受激产生的红、绿及蓝三色光穿透全反射透镜的入光面4341进入全反射透镜内并经由全反射透镜之连接入光面4341与出光面4343的碗状弧面反射后混光，混光后从出光面4343出射。本实施例中，全反射透镜还具有缩小多个发光二极管132的光线角度之功用。
光学修正元件436为一微结构阵列，其位于全反射透镜的出光侧。微结构阵列包括多个微结构，每个微结构可为一柱状直角三角形，其高度H小于300微米(μm)，相邻两个微结构之间的间距P小于400微米。从混光元件434的出光面4343出射的光经由微结构阵列的偏转作用向下偏转出射，从而可避免光线向上出射成为无用光。
参见图8，本发明第五实施例提供的一种发光二极管显示装置500，其包括：一个线路板110以及多个像素单元530，每一个像素单元530包括多个发光二极管132、一个混光元件534以及一个光学修正元件536。多个发光二极管132设置在线路板110上且与线路板110电性连接，混光元件534用以对多个发光二极管132受激产生的三色光进行混光，光学修正元件536设置在混光元件534的出光侧，用以对从混光元件534出射的光进行光路修正以使偏转向下出射。
混光元件534为一个光扩散板(diffuser)，其包括一个透明本体以及分布在透明本体内的散射粒子。透明本体的材料可为聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、压克力(polymethyl methacrylate，PMMA)、玻璃等折射率大于1.4的材料；散射粒子的粒径尺寸选为小于500微米，其材料可为二氧化钛(TiO2)、聚碳酸酯、压克力、熔融的石英(fused silica)、氧化铝(Al2O3)或氧化镁(MgO)等透明材料。多个发光二极管132位于光扩散板的入光面5341，其受激产生的红、绿及蓝三色光穿透光扩散板的入光面5341进入光扩散板内并经由散射粒子的散射作用而混光，混光后从出光面5343出射。可以理解的是，光扩散板也可不设置散射粒子，而是将其入光面5341作粗糙化处理，其同样可达成混光之目的。
光学修正元件536为一微结构阵列，其位于全反射透镜的出光侧。微结构阵列包括多个微结构，每个微结构可为一柱状直角三角形，其高度H小于300微米(μm)，相邻两个微结构之间的间距P小于400微米。从混光元件534的出光面5343出射的光经由微结构阵列的偏转作用向下偏转出射，从而可避免光线向上出射成为无用光。
另外，需要指明的是，前述实施例中的混光元件与光学修正元件可为一体成型结构，也可为分离设置的结构。前述实施例中的发光二极管显示装置之多个像素单元的混光元件可整合在一起且以行列方式排布，例如采用射出成型方式，也可为相互分离设置。同样的，发光二极管显示装置之多个像素单元的光学修正元件可整合在一起且以行列方式排布，也可为如图1所示之相互分离设置
再者，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，如适当变更混光元件及/或光学修正元件的结构等以用于本发明等设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管显示装置，其包括一个线路板以及多个以行列方式排布的像素单元，每个该像素单元用于显示发光二极管显示装置显示的图像中的一个像素，每个该像素单元包括：
多个发光二极管，其包括至少一个红光发光二极管、至少一个绿光发光二极管以及至少一个蓝光发光二极管，该多个发光二极管设置在该线路板上且与该线路板电性连接；
一个混光元件，用以对该多个发光二极管受激产生的红、绿及蓝三色光进行混光；以及
一个光学修正元件，其设置在该混光元件的一出光侧，用以对从该混光元件的该出光侧出射之光进行光路修正。
2.如权利要求1所述的发光二极管显示装置，其特征在于该光路修正之方式为会聚、平行化或偏转。
3.如权利要求1所述的发光二极管显示装置，其特征在于该混光元件为一个光导管，用以对该红、绿及蓝三色光进行混光；该光学修正元件为一个聚光透镜，用以会聚从该光导管的出光侧出射之光。
4.如权利要求3所述的发光二极管显示装置，其特征在于该光导管具有一个入光面及一个出光面，该多个发光二极管邻近该入光面设置，该聚光透镜邻近该出光面设置，该出光面为一斜面。
5.如权利要求1所述的发光二极管显示装置，其特征在于该混光元件为一个椭圆反射罩，用以对该红、绿及蓝三色光进行混光，该椭圆反射罩具有一个第一焦点及一个第二焦点，该多个发光二极管位于该第一焦点位置；该光学修正元件为一个抛物面反射罩，其具有一个抛物面焦点，该抛物面焦点的位置与该第二焦点的位置相同，该抛物面反射罩用以平行化从该椭圆反射罩的出光侧出射之光。
6.如权利要求1所述的发光二极管显示装置，其特征在于该混光元件为一个透镜阵列，用以经由多点成像来对该红、绿及蓝三色光进行混光；该光学修正元件为一个聚光透镜，用以会聚从该透镜阵列的出光侧出射之光。
7.如权利要求1所述的发光二极管显示装置，其特征在于该混光元件为一个全反射透镜，用以对该红、绿及蓝三色光进行混光；该光学修正元件为一个微结构阵列，用以偏转从该全反射透镜的出光侧出射之光。
8.如权利要求1所述的发光二极管显示装置，其特征在于该混光元件为一个光扩散板，用以对该红、绿及蓝三色光进行混光；该光学修正元件为一个微结构阵列，用以偏转从该光扩散板的出光侧出射之光。
9.如权利要求1所述的发光二极管显示装置，其特征在于该多个发光二极管分别为封装的发光二极管或发光二极管芯片。
10.如权利要求1所述的发光二极管显示装置，其特征在于该混光元件与该光学修正元件为一体成型结构。
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