CN102346326B - 一种lcd无缝拼接系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LCD显示技术领域，具体公开一种LCD无缝拼接系统。该系统包括LCD面板、光学系统及接收屏幕，所述LCD面板的图像显示区域边缘部分设置有若干矩形区域，且每个矩形区域的长度和宽度大于LCD面板边框的宽度；所述光学系统使每个矩形区域得到照度均匀的光斑，并按预定方向和位置偏移后，覆盖住LCD面板边框；所述接收屏幕使LCD面板图像显示区域的中间部分像素与边缘部分像素相衔接，以便完整地显示图像。本发明同时将LCD面板图像显示区域的边缘部分划分成若干矩形区域，并针对性设计边缘部分的光学系统，使得光线覆盖住LCD面板边框，最后通过配套的接收屏幕结构完整地显示图像，可有效地消除LCD拼缝。
Description
技术领域
本发明涉及LCD显示技术领域，特别涉及一种LCD无缝拼接显示的系统，可以有效地消除LCD拼缝。
背景技术
当今社会对各种超大屏幕显示的需求与日俱增，目前大尺寸LCD已经可以做到80寸至100寸，但仍难满足某些场合(如地铁监控室等)的需求。由此，LCD拼接显示便应运而生，并逐渐在大屏幕显示领域崭露头角。
在拼接LCD时，LCD面板由于周围驱动电路和生产工艺的需求，显示图像的周围不可避免的要留下一定的空间，从而造成多块LCD面板拼接显示时，显示屏幕会存在“边框”，由此导致画面被分割，破坏了图像的连续性和完整性，严重影响实现拼接显示画面的整体效果。一些知名LCD面板商正在努力减小LCD面板的“边框”宽度，目前业界做的最好的是三星公司，已将该“边框”宽度降到5～6mm(对应于55寸显示屏)，但仍然无法实现真正意义上的无缝拼接。
为了实现LCD的无缝拼接，现有技术当中一种较为可行的方法是采用光纤等材料的导光作用实现图像的平移和放大，由此可以覆盖边框。但该方案存在一定的缺点，具体而言是实现放大后的图像显示分辨率受限于光纤的个数，且要求光纤的排列与LCD屏幕上像素的排列严格对齐，否则将造成图像的紊乱。显然，做到这一点无疑具有很高的制造工艺难度，因此该方案难以兼得较高图像显示分辨率和较低的成本。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种LCD无缝拼接系统，实现真正意义上的无缝拼接显示。
为解决以上技术问题，本发明的目的通过下述方案来实现：一种LCD无缝拼接系统，包括LCD面板、光学系统及接收屏幕，所述LCD面板的图像显示区域边缘部分设置有若干矩形区域，且每个矩形区域的长度和宽度大于LCD面板边框的宽度；所述光学系统使每个矩形区域得到照度均匀的光斑，并按预定方向和位置偏移后，覆盖住LCD面板边框；所述接收屏幕使LCD面板图像显示区域的中间部分像素与边缘部分像素相衔接，以便完整地显示图像。
较优地，所述光学系统中，光源为点光源；所述点光源为一颗大功率白光LED光源，或为多颗并联或并串联结合的大功率白光LED混合光源。
较优地，所述光学系统包括匀光系统、光线准直系统及光线偏移系统，使所述点光源发出的光线经所述匀光系统、光线准直系统及光线偏移系统后，覆盖LCD面板边框；或者，所述光学系统包括匀光系统及光线准直系统，所述点光源发出的光线经所述匀光系统及光线准直系统后，出射光线与LCD面板法线方向呈一夹角；或者，所述光学系统包括匀光系统，所述点光源发出的光线经所述匀光系统后，出射光线与LCD面板法线方向呈一夹角。
较优地，所述匀光系统为自由曲面透镜，其光学入射表面是球面或平面，光学出射表面是自由曲面；所述光线准直系统为菲涅尔准直透镜，其光学入射表面是平面，光学出射表面为锯齿面式自由曲面，且所述光学出射表面的锯齿面齿高从外到内逐渐减小；所述光线偏移系统为微透镜膜，所述微透镜膜置于所述LCD面板光线出射的一侧，并紧贴于所述LCD面板上，且所述微透镜膜中的每一个微透镜对应于一个像素，其中每一个微透镜尺寸与像素尺寸相当，每一微透镜的光学入射面为平面，光学出射面为具有非相同法向量的斜面。
较优地，所述自由曲面透镜、菲涅尔准直透镜及微透镜膜的材质分别为PET、PMMA、PC或PVC，加工方式分别为模具复制式、蚀刻式或切削式。
较优地，所述匀光系统靠近所述LCD面板的一侧设有遮光结构；所述遮光结构为光阑。
较优地，所述接收屏幕的中间部分为直下式背光结构；所述接收屏幕的边缘部分为扩散幕、扩散膜或光学背投影透射屏幕。
较优地，所述接收屏幕的边缘部分厚度从与中间部分的衔接处到覆盖边框的边界处平滑地增大，构成一弧形结构；或者，所述接收屏幕的边缘部分厚度从与中间部分的衔接处到覆盖边框的边界处线性地增大，构成一线性结构。
较优地，所述接收屏幕的边缘部分最小厚度与中间部分的厚度相同，最大厚度与需消除的LCD面板边框的宽度匹配。
较优地，所述接收屏幕的中间部分和所述接收屏幕边缘部分为一体结构或分体结构。
相对于现有技术，本发明通过划分LCD面板图像显示区域为中间部分和边缘部分，可充分基于现有技术基础上展开针对性设计，可以取得有效地消除LCD拼缝的优点和效果，具体而言：重点设计边缘部分的光学系统结构，使得光线覆盖住LCD面板边框，并通过接收屏幕完整地显示图像；中间部分的光学系统可直接使用现有的成熟的直下式背光系统，有利于简化设计、节约成本。
附图说明
图1是本发明LCD无缝拼接系统的设计构思；
图2是本发明LCD无缝拼接系统中LCD面板图像显示区域划分示意图；
图3是本发明LCD无缝拼接系统中光学系统实施例一的结构示意图；
图4是图3中匀光系统第一种结构示意图(光学入射面为球面出射面为自由曲面的透镜)；
图5是图3中匀光系统第二种结构示意图(光学入射面为平面出射面为自由曲面的透镜)；
图6是图3中匀光系统第三种结构示意图(光学入射面为平面出射面即锯齿面为自由曲面的透镜膜)；
图7是图5中微透镜膜部分结构示意图(四个微透镜对应四个像素)；
图8是本发明LCD无缝拼接系统中接收屏幕特定结构平面示意图；
图9是本发明LCD无缝拼接系统中接收屏幕特定结构侧面示意图；
图10是本发明LCD无缝拼接系统中光学系统实施例二结构示意图；
图11是本发明LCD无缝拼接系统中光学系统实施例三的结构示意图。
具体实施方式
如前文所述，LCD拼接显示时会出现较大拼缝的原因是由于单个LCD存在边框。如果消除每块LCD的边框，则就可以实现LCD的无缝拼接显示。因此，本发明的核心思想是，划分LCD面板图像显示区域为中间部分和边缘部分，重点设计边缘部分的光学系统结构，使得光线覆盖住LCD面板边框，并通过接收屏幕完整地显示图像，由此消除LCD拼缝。
基于以上核心思想，本发明提供一种LCD无缝拼接显示的特定结构，其关键在于将LCD面板图像显示区域分成两个部分，即中间部分和边缘部分，其中：中间部分对应的光学系统结构不需做特定设计，普通的直下式背光结构便可满足需求；边缘部分光学系统结构需要进行特定的设计，以下着重对LCD面板边缘部分设计进行阐述。
参见图1，示出本发明LCD无缝拼接系统的设计构思，其关键在于LCD面板图像显示区域的边缘部分设计，具体设计方法如下：
步骤S101，将LCD面板图像显示区域的边缘部分划分成若干矩形区域，且每个矩形区域的长度和宽度大于LCD面板边框的宽度。较优地，将LCD面板图像显示区域边缘部分划分成若干相同的长度与宽度远大于LCD边框宽度的矩形区域。
步骤S102，通过光学系统，使每个矩形区域得到照度或亮度均匀的光斑，并按预定方向和位置偏移后，覆盖住LCD面板边框。为此，针对某个矩形区域设计光学系统结构，包括匀光系统、光线准直系统、光线偏移系统的设计，使点光源发出的光线依次经匀光、准直及偏移后，覆盖住LCD面板边框；其它矩形区域光学系统结构与上述结构相同。
步骤103，通过接收屏幕，使LCD面板图像显示区域的中间部分像素与边缘部分像素相衔接，以便完整地显示图像。为此，对于接收屏幕作的特定结构设计，使接收屏幕的边缘部分与中间部分衔接处平滑连接。
该LCD无缝拼接系统实现方式为：光源经过匀光系统和光线准直系统后，于LCD面板边缘部分划分的矩形区域上得到照度或亮度均匀的光斑，而后经过光线偏移系统实现指定方向和位置的偏移达到覆盖边框的目的；再通过巧妙设计接收屏幕的结构，使得LCD面板图像显示区域的中间部分和边缘部分的像素较好的衔接，最终完整地显示图像。
在此基础上，本发明LCD无缝拼接系统包括LCD面板、光学系统及接收屏幕，其中：LCD面板的图像显示区域边缘部分设置有若干矩形区域，且每个矩形区域的长度和宽度大于LCD面板边框的宽度；光学系统使每个矩形区域得到照度均匀的光斑，并按预定方向和位置偏移后，覆盖住LCD面板边框；接收屏幕使LCD面板图像显示区域的中间部分像素与边缘部分像素相衔接，以便完整地显示图像。
该LCD无缝拼接系统中，光学系统的设计为关键所在，有多种结构设计方式。以下对一较优实施例的各部分详细进行描述。
光源采用的是包括大功率白光LED光源等小尺寸光源或采用多颗大功率白光LED混光的办法得到的小尺寸混合光源。其中多颗大功率白光LED混合光源中采用的是并联或并串联结合的方式，以解决光学系统正常工作受到单个LED寿命的影响及LED个体差异性(色温、亮度等)过大带来的影响。
匀光系统采用的是自由曲面透镜来实现或其他起到均匀光斑照度或亮度作用的结构，其中：自由曲面透镜的数据求解是根据能量守恒原理，采用微分方程法或通过划分网格和边缘光线理论结合数值求解的办法得到；自由曲面透镜的结构可以是光学入射表面是球面、光学出射表面是自由曲面的结构，也可以是光学入射表面是平面、光学出射表面是自由曲面的结构。进一步地，匀光系统靠近LCD面板的一侧设有光阑等遮光结构，使得照射到LCD面板上的光斑面积与划分的矩形区域面积重合，避免相邻区域之间图像的串扰，提高图像的清晰度和对比度。
光线准直系统采用的是经过特定设计适合本光学系统的菲涅尔准直透镜，其中：光学入射表面是平面，光学出射表面即锯齿面由自由曲面构成，且其齿高从外到内逐渐减小。其作用是将光源光线经过上述自由曲面透镜后得到的均匀光斑进行准直，从而在LCD面板所划分区域上得到即均匀又准直的光斑。
光线偏移系统采用的是一层经过特定设计的起到光线偏移作用的微透镜膜。其中：微透镜膜置于LCD面板光线出射的一侧，并紧贴于LCD面板上；该微透镜膜中的每一个微透镜对应于一个像素，其尺寸与像素尺寸相当；各微透镜的光学入射面为平面，各微透镜的光学出射面为具有不同法向量的斜面。其作用相当于棱镜，可将垂直入射的光线进行指定方向或位置的偏移以达到覆盖边框的目的。
接收屏幕特定结构中，接收屏幕中间部分(对应LCD面板中间部分即普通直下式背光系统照射部分)不需做特定设计，普通的透明光学材料即可满足需求。接收屏幕边缘部分(对应LCD面板图像显示区域边缘部分即本发明所设计的光学系统照射部分)，可以是弧形结构，也可以是线性结构，其中：弧形结构是指接收屏幕边缘部分的厚度从与中间部分的衔接处到覆盖边框的边界处平滑地增大；线性结构是指接收屏幕边缘部分的厚度从与中间部分的衔接处到覆盖边框的边界处线性地增大。该接收屏幕边缘部分最小厚度与中间部分相同(0.5mm～2mm)，最大厚度与所要消除的边框宽度和本发明的光学系统结构有关，一般为4～8mm。该接收屏幕边缘部分可以是扩散型的背投影透射屏幕，即起到散射光束作用的扩散膜或扩散幕，也可以使用具有微观结构的光学背投影透射屏幕。一般地，接收屏幕中间部分和接收屏幕边缘部分可以是连成一体的，也可以是分离的，可根据情况具体选择即可。
在以上光学系统结构中，自由曲面透镜、菲涅尔透镜和起到光束偏移作用的微透镜膜的材质为PET、PMMA、PC、PVC中的一种或其它高透光率的透明材质，其加工方式可以采用模具复制式、蚀刻式或切削式。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
本实施例所使用的光学系统结构及实现LCD无缝拼接的方法如图2～9所示。如图2所示，首先将LCD面板图像显示区域划分成中间部分3和边缘部分，再将边缘部分划分成若干相同的矩形区域2，通过光学系统的设计实现覆盖LCD边框1的目的。在此基础上，最后通过接收屏幕使LCD面板图像显示区域的中间部分像素与边缘部分像素相衔接，以便完整地显示图像。
图3所示为该实施例的光学系统设计示意图。对应LCD面板图像显示区域的中间部分3的光学系统是普通的直下式LED背光系统9；对应LCD图像显示区域边缘部分的光学系统结构如图3虚线框内所示。光源4发出的光线经过匀光系统5(具体可选用图4～6三种结构)和光线准直系统6后，实现在LCD面板图像显示区域边缘部分矩形区域2上照度均匀且准直的光斑；光线垂直于LCD面板入射，经过光线偏移系统7(具体可选用图7所示微透镜膜)后实现指定方向或者位置的偏移，从而实现覆盖LCD边框1的目的。
相应地，该实施例包括接收屏幕特定结构的设计。如图8、图9所示。接收屏幕特定结构包括接收屏幕中间部分10，对应LCD面板图像显示区中间部分3，为普通的光学透明材料；接收屏幕边缘部分8对应LCD边缘部分，为起到散射光束作用的扩散膜或扩散幕，也可以使用具有微观结构的光学背投影透射屏幕。该接收屏幕边缘部分8可以是弧形结构，也可以是线性结构，其中：弧形结构是指接收屏幕边缘部分8的厚度从与接收屏幕中间部分10的衔接处到覆盖边框的边界处平滑地增大；线性结构是指接收屏幕边缘部分8的厚度从与接收屏幕中间部分10的衔接处到覆盖边框的边界处线性地增大。该接收屏幕边缘部分8的最小厚度与接收屏幕中间部分10相同(0.2mm～2mm)，最大厚度与所要消除的边框宽度和本发明的光学系统结构有关，一般为4～8mm。具体地，接收屏幕边缘部分8和接收屏幕中间部分10可以是连成一体的，也可以是分离的。
实施例二
参见图10，本实施例除下述特征外，其他特征与实施例一相同。
如图10所示，该光学系统也可以省去偏移系统的设计，通过调整入射到LCD面板上的光线角度也可以实现消除LCD边框的目的。如图10所示，光源4发出的光线经过匀光系统5和光线准直系统6后，出射光线与LCD面板法线方向呈一定夹角。通过调整和接收屏幕边缘部分8的边界处高度设为H，就可以达到覆盖LCD边框的目的，设LCD边框宽度为L，则光线需要倾斜的角度为θ＝atan(L/H)。
如图10所示，本实施例中的匀光系统与光线准直系统之间也设有光阑结构11，使得光斑到达LCD面板上时与矩形区域2重合。
实施例三
参见图11，本实施例除下述特征外，其他特征与实施例一相同。
如图11所示，本实例中也可省去光线准直系统6和偏移系统7的设计。如图11所示，利用光线经过匀光系统5后与LCD面板法线方向具有一定的夹角(其值可以根据具体需要确定)性质直接进行图像的放大和偏移，达最终达到覆盖LCD面板边框1的目的。
以上实施例所述LCD无缝拼接系统高效、节能、结构紧凑，不仅适合1×N维无缝拼接，也适合N×N(N≥2)维无缝拼接，并且没有像素的损失。该系统结构基于现有工艺基础上易于实现，无需增加大量投资，有利于市场推广。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰(如改变、修饰、替代、组合、简化等)，这些改进和润饰视为等效的置换方式，也都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LCD无缝拼接系统，包括LCD面板、光学系统及接收屏幕，其特征在于，所述LCD面板的图像显示区域边缘部分设置有若干矩形区域，且每个矩形区域的长度和宽度大于LCD面板边框的宽度；所述光学系统使每个矩形区域得到照度均匀的光斑，并将所述矩形区域的光斑按预定方向和位置偏移后，覆盖住LCD面板边框；所述接收屏幕使LCD面板图像显示区域的中间部分像素与边缘部分像素平滑的相衔接，以便完整地显示图像。
2.如权利要求1所述的LCD无缝拼接系统，其特征在于，所述光学系统中，光源为点光源；所述点光源为一颗大功率白光LED光源，或为多颗并联或并串联结合的大功率白光LED混合光源。
3.如权利要求2所述的LCD无缝拼接系统，其特征在于，所述光学系统包括匀光系统、光线准直系统及光线偏移系统，使所述点光源发出的光线经所述匀光系统、光线准直系统及光线偏移系统后，覆盖LCD面板边框；或者，所述光学系统包括匀光系统及光线准直系统，所述点光源发出的光线经所述匀光系统及光线准直系统后，出射光线与LCD面板法线方向呈一夹角；或者，所述光学系统包括匀光系统，所述点光源发出的光线经所述匀光系统后，出射光线与LCD面板法线方向呈一夹角。
4.如权利要求3所述的LCD无缝拼接系统，其特征在于，所述匀光系统为自由曲面透镜，其光学入射表面是球面或平面，光学出射表面是自由曲面；所述光线准直系统为菲涅尔准直透镜，其光学入射表面是平面，光学出射表面为锯齿面式自由曲面，且所述光学出射表面的锯齿面齿高从外到内逐渐减小；所述光线偏移系统为微透镜膜，所述微透镜膜置于所述LCD面板光线出射的一侧，并紧贴于所述LCD面板上，且所述微透镜膜中的每一个微透镜对应于一个像素，其中每一个微透镜尺寸与像素尺寸相当，每一微透镜的光学入射面为平面，光学出射面为具有非相同法向量的斜面。
5.如权利要求4所述的LCD无缝拼接系统，其特征在于，所述自由曲面透镜、菲涅尔准直透镜及微透镜膜的材质为PET、PMMA、PC、PVC中的一种，加工方式分别为模具复制式、蚀刻式、切削式。
6.如权利要求3所述的LCD无缝拼接系统，其特征在于，所述匀光系统靠近所述LCD面板的一侧设有遮光结构；所述遮光结构为光阑。
7.如权利要求1所述的LCD无缝拼接系统，其特征在于，所述接收屏幕的中间部分为直下式背光结构；所述接收屏幕的边缘部分为扩散幕、扩散膜或光学背投影透射屏幕。
8.如权利要求1所述的LCD无缝拼接系统，其特征在于，所述接收屏幕的边缘部分厚度从与中间部分的衔接处到覆盖边框的边界处平滑地增大，构成一弧形结构；或者，所述接收屏幕的边缘部分厚度从与中间部分的衔接处到覆盖边框的边界处线性地增大，构成一线性结构。
9.如权利要求1所述的LCD无缝拼接系统，其特征在于，所述接收屏幕的边缘部分最小厚度与中间部分的厚度相同，最大厚度与需消除的LCD面板边框的宽度匹配。
10.如权利要求1～9任一项所述的LCD无缝拼接系统，其特征在于，所述接收屏幕的中间部分和所述接收屏幕边缘部分为一体结构或分体结构。
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