CN105301835A - 图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

本文中描述的实施方式整体涉及图像显示装置。本实施方式的目的是提供在LED面板的整个显示区域中可获得均匀亮度的图像显示设备。根据一个实施方式，图像显示装置(1)的特征在于包括：显示器(11)，显示信息；光源(21)，包括多个LED元件(22)和分别覆盖各个LED元件的每一个的盖；反射构件(23)，包括光源通过其暴露的多个开口并且反射来自LED元件的照明光；以及光控制构件，围绕每个开口形成并在开口的径向方向上设置有预定宽度，以控制来自每个LED元件的照明光从反射构件被反射的反射，其特征在于，光控制构件的宽度小于开口之间的中心至中心距离的一半。

Description

图像显示装置
相关申请的交叉引用
本申请基于并且要求于2014年7月2日提交的美国临时申请第62/020,157号、和于2014年12月29日提交的美国专利申请第14/585,015号的优先权权益，通过引用将其全部内容结合于此。
技术领域
本文中描述的实施方式整体涉及图像显示装置。
背景技术
图像显示装置具有液晶显示(LCD)面板和背光单元。背光单元照亮显示在LCD面板上的图像。
背光单元包括任意数量的发光二极管(LED)元件，其可基于诸如LCD面板的显示区域的尺寸和形状(例如，长宽比)的特征来控制。背光单元进一步包括：扩散由LED元件输出的光的扩散板或光学片、反射由LED元件输出的一部分光的反射片；以及支撑LED元件的电路板。
预定数量的LED元件通常分别沿第一方向和与第一方向正交的第二方向布置。
然而，因为通过利用扩散板或光学片扩散来自LED元件的直射光而获得的光与来自反射片的不同于直射光的反射光部分地重合，所以在LED面板的整个显示区域中几乎不能获得均匀亮度。即，依然未完全解决显示在LED面板上的图像上发生不均匀亮度(亮度的不均匀)的问题。
发明内容
本实施方式的目的是提供能够在LED面板的整个显示区域中获得均匀亮度的图像显示设备。
通常，根据一个实施方式，图像显示装置的特征在于包括：显示器，显示信息；光源，包括多个LED元件以及分别覆盖各个LED元件的每一个的盖；反射构件，包括多个开口(光源通过其暴露)并且反射来自LED元件的照明光；以及光控制构件，围绕每个开口形成并且沿开口的径向方向设置有预定宽度，以控制来自每个LED元件的照明光被反射构件反射的反射。光控制构件的宽度小于开口之间的中心至中心距离的一半。
附图说明
现在将参考附图描述实现实施方式的各种特征的整体架构。提供附图及相关描述以用于说明实施方式但并不是限制本发明的范围。
图1是示出根据实施方式的图像显示装置的示例性示图；
图2是示出根据实施方式的图像显示装置的背光单元的实例的示例性示图；
图3是示出根据实施方式的图像显示装置的背光单元的实例的示例性示图；
图4是示出根据实施方式的图像显示装置的背光单元的实例的示例性示图；
图5是示出根据实施方式的图像显示装置的背光单元的实例的示例性示图；
图6是示出根据实施方式的图像显示装置的背光单元的实例的示例性示图；
图7是示出根据实施方式的图像显示装置的背光单元的实例的示例性示图；
图8是示出根据实施方式的图像显示装置的背光单元的实例的示例性示图；并且
图9是示出根据实施方式的图像显示装置的背光单元的实例的示例性示图。
具体实施方式
下文将参考附图对各种实施方式进行说明。
下文将参考附图对实施方式进行详细说明。
图1示出了图像显示装置(电视广播接收装置，在下文中称为电视设备)的主要元件的实例。
电视设备1包括用于显示图像的液晶显示(LCD)面板(在下文中称为显示面板)11、和照亮显示在显示面板11上的图像的背光单元21。
背光单元21包括多个LED条(bar)(光源构件)22(分别包括任意数量发光二极管(LED)元件)、支撑LED条22并且与反射片23集成的后遮光板(backbezel)4、扩散板24、以及光学片25。每个LED条22包括在基材上沿第一方向延伸的以预定间隔定位的预定数量的LED元件。预定数量的LED条22被布置为平行于第一方向。在图5的放大视图中示出的每个LED元件包括LED芯片22a和扩散由LED芯片22a输出的光的透镜22b。反射片23将由包括在LED条22中的每个LED元件输出并从扩散板24、光学片25、或背光单元21上的任意点(诸如在LED条22的一侧的透镜22b的侧面或透镜22b的表面)反射的光朝向扩散板24或光学片25(即显示面板11)反射。当反射片23安装在TV装置1中时，反射片23是被布置为面向显示面板11侧的光散射材料。代替光散射材料例如，通过在基材的表面上设置具有高光学反射率的构件的薄膜、对薄膜执行高亮度处理或镜面加工、并且通过磨砂将薄膜处理为扩散表面等可实现反射片23。扩散板24和光学片25从反射片一侧的布置顺序可颠倒。可设置多个光学片25。
在显示面板11的前表面(即，基于显示面板11的位置沿前后方向的背光单元21的相对侧)的预定位置处放置前遮光板(frontbezel)2。前遮光板2在与安装所有部件的TV装置1的前后方向正交的表面中限定显示面板11的显示表面的位置(显示面板11的图像输出表面)。
中间框架3沿前后方向定位在显示面板11和背光单元21之间的预定位置处。中间框架3限定显示面板11和背光单元21的位置(设置显示面板11相对于背光单元21的位置)。
后遮光板4支撑中间框架3(即，通过中间框架3支撑的显示面板11)。
后盖(cover)5定位在后遮光板4的后表面上。在后盖5和前遮光板2之间支撑后遮光板4，即，显示面板11和背光单元21。诸如控制电路、图像处理电路、电源驱动电路、电源电路等的任意数量的电路板6定位在后盖5和后遮光板4之间。在实施方式中，每个电路板6定位在后遮光板4的预定位置处。控制电路控制TV装置1的操作。图像处理电路处理显示在显示面板11上的图像信号。光源驱动电路通过背光单元21控制显示面板11的亮度。电源电路将电力提供至TV装置1的每个元件。例如，当TV装置1定位在桌子上时使用的架子(stand)可附接至后盖5。
图2示出了后遮光板(背光单元的LED条结合至其)与反射片分开的状态。图3示出了后遮光板与反射片集成的状态。图4是沿着线III-III观看的图3中示出的后遮光板和反射片的截面图。
如图2和图3所示，反射片23具有多个孔(开口)23a、…、23a。开口23a、…、23a将由后遮光板4支撑的LED条22的LED元件的相应透镜22b暴露至反射片23的内表面一侧(当安装TV装置1时面向显示面板的一侧)。每个LED元件的透镜22b可以是将来自LED芯片22a的光的截面(crosssection)设置为预定形状的盖。除了圆形之外，从平面方向看的透镜(或盖)22b的形状是任意的并且可以是例如矩形、正方形、椭圆等。因此，开口23a、…、23a的每一个的形状应优选地类似于每个LED元件的透镜(或盖)22b的形状。
将参考图5详细描述的抗反射构件23b、…、23b定位在反射片23的各个孔(开口)23a、…、23a的外围以降低来自每个LED元件的光或者从反射片23、扩散板24或光学片25上的任意点反射并返回至反射片23的照明光的反射。将参考图4和图7详细描述的第二抗反射构件23c、…、23c定位在反射片23的预定位置以防止在光到达扩散板24或光学片25之前穿过LED元件的透镜22b的光在反射片23上反射。无需再说抗反射构件23b、…、23b的每一个的形状类似于LED元件的透镜(盖)22b的形状。假设在最宽(最厚)区域中限定图5或图6中示出的抗反射构件23b、…、23b的每一个的宽度e。
由LED条22的每个LED元件输出的光从诸如扩散板24或光学片25的光学元件的表面(光学入射表面)反射，并且返回至LED条22一侧。返回至LED条22一侧的光(返回光)近似为由LED元件输出的光的30％至40％。返回光从反射表面(用作LED条的结构的印刷电路板[PCB]表面或定位在PCB表面上的抗蚀图案[印刷区域]、和反射片)反射并且返回至扩散表面等。将在随后的阶段中参考图5描述的返回光与从反射片反射主要需要的光重叠。从而返回光重叠的区域的亮度部分地增加。因为返回光可给予与由LED元件输出的光不同的光谱分布，所以返回光经常引起亮度分布变化和颜色变化。
类似于抗反射构件23b、…、23b的元件可在LED条22与LED条22的每个LED元件的透镜之间的基板(LED条结构的一部分)上定位在抗蚀印刷区域等处。
能够通过诸如使用黑色烤漆的涂覆、黑墨水或颜料的印章、或黑丝网印刷的各种方法实现抗反射构件23b、…、23b和第二抗反射构件23c、…、23c。当通过烤漆实现抗反射构件23b、…、23b和第二抗反射构件23c、…、23c时，烤漆优选地应当是亚光漆。例如，抗反射构件23b、…、23b和第二抗反射构件23c、…、23c可以是涂布有黑色或亚光黑色材料的贴纸(sticker)。抗反射构件23b、…、23b和第二抗反射构件23c、…、23c的区域的至少一部分在密度方面不同于其他部分。即，可通过改变抗反射构件23b、…、23b的密度(印刷密度/颜色材料密度)来控制反射光的强度(反射程度)。
例如，抗反射构件23b、…、23b和第二抗反射构件23c、…、23c可吸收预定波长的光。在这种情况下，抗反射构件23b、…23b/23c、…、23c的颜色可不同于黑色。
在下文中将参考图5描述的抗反射构件23b、…、23b降低指向反射片23上任意点(反射点)R1的光L1的强度。因此，从反射点R1反射的光L1’的强度低于指向反射点R1的光L1的光强度。从反射点R1反射的光L1’可在光谱分布中不同于指向反射点R1的光L1。由于LED元件的透镜22b的材料的吸收、透镜22b的色差、设置在反射点R1处的抗反射构件23b、…、23b的吸收等而发生光谱分布方面的差异。当不设置抗反射构件23b、…、23b时，从反射片23反射并穿过LED元件的透镜22b的光与其他光重合并且穿过扩散板24或光学片25。因此，到达显示面板21一侧的照明光的亮度变得大于所期望(基本上需要的)的亮度A，如由在图5的(a)中的“A1”所示的。换言之，通过在反射片上设置黑色印刷(抗反射构件)来吸收LED元件附近的反射光，因此，可降低直接在LED元件上方和附近的亮度并且可增加亮度均匀性。
穿过LED元件的透镜22b并且到达扩散板24或光学片25的部分光L1’从扩散板24或光学片25反射并且指向反射片23上的任意点(反射点)R2。指向反射片23上的任意点(反射点)R2的光L2从反射点R2反射并且变为光L2’。从反射点R2反射的光L2’的强度低于指向反射点R2的光L2的强度。由于被吸收至设置在反射点R2处的抗反射构件23b、…、23b，从反射点R2反射的光L2’的光谱分布可不同于指向反射点R2的光L2的光谱分布。当不设置抗反射构件23b、…、23b时，从反射片23反射并穿过LED元件的透镜22b的光L2’可与其他光重合并且穿过扩散板24或光学片25。因此，到达显示面板21一侧的照明光的亮度变得大于所期望的(基本上需要的)亮度A，如由在图5的(a)中的“A2”所示的。到达显示面板21一侧的照明光的亮度“A2”和“A1”不总是相同的。因为反射点R2和R1之间的间隔取决于在扩散板24或光学片25与反射片23之间的间隔d，所以到达显示面板21一侧的照明光的亮度“A2”和“A1”之间的间隔P1通常不与LED元件之间的间隔(即在开口23a、…、23a之间的中心至中心距离P)对应。此外，因为光的光谱分布可能由于从扩散板24或光学片25的反射而改变，所以即使亮度是基本上相同的，但是到达显示面板21一侧的照明光的亮度“A2”和“A1”可能在颜色方面不同。因此，当在到达显示面板21一侧的照明光中识别在颜色方面的差异时，优选的是，如上所述任意地设置由抗反射构件23b、…、23b吸收的光的波长(光谱)。
在下文中，穿过LED元件的透镜22b并到达扩散板24或光学片25的部分光L2’从扩散板24或光学片25再次反射并且指向任意点(反射点)R3。从反射点R3反射的光的光强度小于从R2或R1反射的光的光强度，但是通过应用实施方式可改善在亮度方面的不均匀。
如在图5和图6中示例的，抗反射构件23b、…、23b的每一个是具有基本上等于或稍微大于反射片23的开口23a、…、23a的每一个的内径的环。即，抗反射构件23b、…、23b的每一个沿每个LED元件的透镜22b的径向方向具有预定宽度。如上所述，开口23a、…、23a的每一个应当优选地具有与LED元件的透镜(盖)22b的形状类似的形状。因此，例如，基于从平面方向看的LED元件的透镜(或盖)22b的形状，开口23a、…、23a的每一个可任意成形为圆形、矩形、正方形、椭圆等。抗反射构件23b、…、23b的每一个的内径稍微大于每个LED元件的透镜22b的直径。抗反射构件23b、…、23b的每一个的宽度e应当优选地小于为相邻LED元件设置的抗反射构件23b、…、23b之间的距离f(和设置有抗反射构件23b、…、23b的开口23a、…、23a之间的中心至中心距离)，以便不超过所需地降低被反射的光。然而，根据被反射的光的强度的关系可任意地设置抗反射构件23b、…、23b的每一个的宽度e，并且可例如是开口23a、…、23a之间的中心距离的一半(在这种情况下，f是零)。
如在图6中示例的，例如，抗反射构件23b、…、23b的每一个的宽度e被设置为小于或等于在反射片23与扩散板24或光学片25之间的距离d的一半，以便不超过所需地降低从反射片23反射的光。
通过改变点的密度(印刷密度/颜色材料密度)可控制反射点R1、R2、R3的每一个的反射程度(反射光强度)。
抗反射构件23b、…、23b的每一个的宽度e的外围附近应当优选地具有集中梯度(concentrationgradient)(层次(gradation))。层次可防止在从反射构件23b、…、23b的反射与从反射片23主体的反射之间的反射程度(亮度差异)的快速变化。层次的最外围的直径排除上述宽度e的定义(即，在宽度e与从反射片23至扩散板24或光学片25的距离d之间的上述关系不应用于层次的最外围)。
图7示出了第二抗反射构件23c、…、23c与反射片23之间的位置关系。如图7所示，在到达扩散板24或光学薄片25之前，由定位在相距反射片23小于预定距离的距离处的LED条22的LED元件输出的照明光到达反射片23的壁表面(wallsurface)。例如，在沿第一方向延伸的LED条22的纵向端的LED元件定位在相距反射片23小于预定距离的距离处。可替换地，多个LED条22(其被布置为平行于第一方向)的定位在相距反射片23小于预定距离的距离处的LED条22上的LED元件定位在相距反射片23小于预定距离的距离处。
在图7的实例中，到达扩散板24或光学片25的部分照明光与从反射片23的侧表面(侧壁部分)反射的光重合。因此，类似于图5的实例到达显示面板21一侧的照明光的亮度改变。因此，应当优选地通过第二抗反射构件23c、…、23c优化到达显示面板21一侧的照明光的亮度分布。
如果从显示面板一侧看的亮度分布的变化(分散)能够限制在预定范围内，则第二抗反射构件23c、…、23c可任意成形为例如椭圆形、卵形、矩形(长方形)、梯形或多边形。
图8和图9示出了使用LED条(保持以不同间隔布置的LED元件)的背光单元的实例。图8示出了LED条还未结合至反射片的状态，并且图9示出了LED条的间隔LP1和LP2与定位在反射片上的抗反射构件23b、…、23b之间的宽度之间的关系的实例。
如图8所示，在其中混合具有以不同间隔布置的LED元件的LED条的背光单元中，LED元件之间的间隔被分为第一间隔LP1和宽于第一间隔LP1的第二间隔LP2。开口23a、…、23a之间的中心至中心距离基本上与LED元件之间的间隔相同。
因此，当开口23a、…、23a之间的中心至中心距离(LED元件之间的间隔)是第二间隔LP2时，从扩散板24或光学片25反射的反射光L2从反射片23反射并且指向扩散板24或光学片25而不穿过LED元件的透镜22b，如图9所示。因此，抗反射构件23b、…、23b的每个的宽度e’被限定为宽于在LED元件(开口)之间的间隔是第一间隔LP1的情况下的宽度。当LED元件之间的间隔是宽于第一间隔LP1的第二间隔LP2时，设置在反射片23上的抗反射构件23b、…、23b的每个的宽度e’应当优选地是e×LP2/LP1。然而，抗反射构件23b、…、23b的每个的宽度e’可等于宽度e。如图9所示，当开口23a、…、23a之间的中心至中心距离(LED元件之间的间隔)是LP2时，抗反射构件23b的宽度应当优选地是e’，即使在以与相邻开口23a相距第一间隔LP1来定位的开口23a中。即，当间隔是LP2时，如果抗反射构件23b的宽度是e’，则反射程度可控制在更宽的范围内。
当从显示面板的一侧观看时，本实施方式的抗反射构件控制不必要的反射光的反射(其可能成为亮度分布的分散和颜色变化的因素)。如上所述，宽范围和各种类型的LED光的亮度和颜色阴影的分散程度可通过在反射片上设置抗反射构件设置为落在预定范围内。此外，可通过在反射片侧表面的上升部分的预定区域处设置抗反射构件来减小由于来自LED照明的光的反射而导致的明亮部分(热点(hotspot))。
因为相比设置在LED条的基材上的抗蚀印刷区域，可更加不同地设置反射片的光扩散特性，所以在具有黑色印刷(抗反射构件)的区域和没有黑色印刷的区域之间的边界可被模糊(即，可降低边界的不自然)。从而可增加亮度分布的均匀性。
因为通过设置在反射片上的抗反射构件来控制不必要的反射光的反射(其成为亮度分布的分散和颜色变化的因素)，所以相比改变LED元件的透镜特性的情况，可更多地降低设计周期和开发成本。
可通过抗反射构件控制成为亮度分布的分散和颜色变化的因素的不必要的反射光的反射，并且从而可减少LED元件的数量。通过改变抗反射构件的图案可将相同的LED条应用(用于)至各种类型的图像显示装置。从而可减少背光单元(LED条和反射片)的成本。
尽管对特定实施方式进行了说明，但这些实施方式仅作为实例呈现，并非用于限制本发明的范围。实际上，本文中描述的新颖的实施方式可以各种其他形式体现；此外，在不偏离本发明的精神的条件下，可在本文中描述的实施方式的形式方面做出各种省略、替换和变化。所附权利要求及其等同物旨在覆盖将落在本发明的范围和精神内的这些形式或变形。

Claims (11)

1.一种图像显示装置，其特征在于包括：
显示器，显示信息；
光源，包括多个LED元件和盖，各个盖分别覆盖各个LED元件中的每一个；
反射构件，包括多个开口并反射来自所述LED元件的照明光，所述光源通过所述多个开口暴露；以及
光控制构件，围绕每个所述开口形成并且在所述开口的径向方向上设置有预定宽度，以控制来自每个所述LED元件的所述照明光从所述反射构件被反射的所述反射，
其特征在于，
所述光控制构件的宽度小于所述开口之间的中心至中心距离的一半。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，
其特征在于，
所述光控制构件降低来自所述光源的每个所述LED元件的所述照明光的反射程度。
3.根据权利要求2所述的图像显示装置，
其特征在于，
所述光控制构件包括能够选择性地吸收光谱以防止来自所述光源的每个所述LED元件的所述照明光的光谱分布的变化的构件。
4.根据权利要求2所述的图像显示装置，
其特征在于，
所述光控制构件的面积根据所述开口之间的所述中心至中心距离而改变。
5.根据权利要求4所述的图像显示装置，
其特征在于，
所述光控制构件包括能够选择性地吸收光谱以防止来自所述光源的每个所述LED元件的所述照明光的光谱分布的变化的构件。
6.一种图像显示装置，其特征在于包括：
显示器，用于显示信息；
光源，由多个LED元件和覆盖各个LED元件的每一个的盖构成；
反射构件，具有多个开口并被配置为反射来自所述LED元件的照明光，所述光源通过所述多个开口暴露；以及
光控制构件，围绕每个所述开口形成并且设置有预定面积，以控制来自每个所述LED元件的所述照明光从所述反射构件反射并且以反射被反射的光，当所述开口之间的中心至中心距离大于预定距离时，围绕以大于所述预定距离的间隔定位的每个所述开口的所述光控制构件的面积大于所述预定面积。
7.根据权利要求6所述的图像显示装置，
其特征在于，
所述光控制构件降低来自所述光源的每个所述LED元件的所述照明光的反射程度。
8.根据权利要求7所述的图像显示装置，
其特征在于，
所述光控制构件包括能够选择性地吸收光谱以防止来自所述光源的每个所述LED元件的所述照明光的光谱分布的变化的构件。
9.根据权利要求6所述的图像显示装置，
其特征在于，
如果所述光控制构件的所述开口之间的所述中心至中心距离B大于预定距离A，则设定所述光控制构件的面积的所述光控制构件的宽度是与当所述距离B小于或等于所述距离A时获得的宽度的B/A倍。
10.根据权利要求9所述的图像显示装置，
其特征在于，
所述光控制构件降低来自所述光源的每个所述LED元件的所述照明光的反射程度。
11.根据权利要求10所述的图像显示装置，
其特征在于，
所述光控制构件包括能够选择性地吸收光谱以防止来自所述光源的每个所述LED元件的所述照明光的光谱分布的变化的构件。
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