CN1107300C - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

一种图像显示装置，具有安装在一个LED矩阵板上的LED点阵，以及安装在该LED矩阵板上的用金属如铝或类似物制成的成整体的反光元件。该反光元件具有置于各LED垂直方向两侧的倾斜的反射面，用于反射从LED发出的光使其具有较窄的垂直方向性。该图像显示装置能够提供水平方向上较宽的视角，以及垂直方向上较窄的视角，以防止光在垂直方向上散射从而保持期望的亮度水平。

Description

图像显示装置

技术领域

本发明涉及由发光元件如发光二极管或类似物构成的一种图象显示装置。

背景技术

人们已开发出由发光元件如发光二极管(LED)或类似物构成的图像显示装置以用于显示图像。

附图1显示了一个LED图像显示装置的显示面板。如图1中所示，用参考符号1表示的该LED图像显示装置的显示面板具有LED2的点阵，该LED2分别置于由圆圈表示的位置上并固定在一个LED矩阵板3上。

在所述的LED图像显示装置1中，显示面板由16列×16行＝256个LED构成。然而，实际上，多个这样的显示面板结合成一大尺寸的显示面板以显示大的图像。对于全彩色图像显示，由兰、红和绿LED构成的每一象素安置在矩阵的X和Y轴上。

附图2显示了LED图像显示装置1中各LED2的已知结构。如图2中所示，LED2包括封装在用树脂模制成的透镜形的罩2a中的一片状器材2b，该透镜相对于其光轴是对称的。该树脂罩2a例如可以用环氧树脂来模制。

发光体片状器材2b包括一个半导体PN结，并发出其颜色由该半导体PN结的材料和形状确定的光。该片状器材2b置于形成在一个电极柱2d上的反光板R上，并通过一连接线2c与另一电极柱2d相连。

从片状器材2b发出的基本水平的光由置于片状器材2b圆周的反光板R向前反射，并在树脂罩2a的轴对称透镜的作用下，以相对窄的方向性从LED2射出。

由于从各LED2射出的光被透镜折射以基本沿其光轴聚焦，因此当从其前面看时，LED图像显示装置1非常亮。

具有大尺寸显示面板的LED图像显示装置通常在这样的条件下使用，即其垂直视角不需要很大，但至少其水平视角应尽可能地大。

由图2中所示的LED2构成的LED图像显示装置1能够产生高亮度，因为LED2的方向性相对较窄。然而，当从其它方向而不是正面看时，该LED图像显示装置的亮度较低，即，其视角较小。

因为LED2通过将其电极柱2d插入并焊固在由LED矩阵板3限定的柱孔中而连接到LED矩阵板3上，所以LED图像显示装置1的制造过程很复杂。

附图3显示了与图2中所示的LED2不同的表面镶嵌(surface-mounted)型LED2。与图2中所示的LED2相同的图3中所示的表面镶嵌型LED2的部件用同样的参考符号来代表。

如图3所示，表面镶嵌型LED2包括固定在一个电极2d上的片状器材2b，该电极2d置于一个底座2e上，以及围绕该片状器材2b的模制的一个盒型树脂罩2a，该片状器材2b通过一连线2c与另一电极2d相连。表面镶嵌型LED2没有用于将片状器材2b发出的光向前反射的反射板，并且树脂罩2a不是透镜的形状以聚焦所发出的光。从而，表面镶嵌型LED2以散射方式发光，即，具有相对宽的方向性。底座2e在其一端上标有一个阴极记号KM，表示靠近阴极记号KM的电极2d是阴极电极。

由于可以通过回流焊接将LED2置于一个LED矩阵板上并焊固，因此表面镶嵌型LED2较之图2中所示的LED2更容易制造。表面镶嵌型LED2的相对宽的方向性使得图像显示装置在垂直与水平方向上均具有宽的视角。然而，表面镶嵌型LED2的相以宽的方向性也有一个问题，因为发出的光是散射的，因此图像显示装置不能产生高亮度。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种图像显示装置，该装置由发光元件如LED构成，以至少在水平方向上提供相对宽的视角，并产生高亮度。

根据本发明，提供一种图像显示装置，该装置包括，一个矩阵板，一个设置在该矩阵板上的发光元件点阵以显示图像，以及一个设置在矩阵板上的反光元件，该反光元件具有倾斜于该矩阵板的多对反射面，每对反射面置于每一发光元件的垂直方向的两侧。

每对反射面水平连续伸展，并在其低端相互连接成整体，相邻对的相邻反射面在其顶端相互连接成整体。在其低端相线连接成整体的反射面之间，反光元件限定有多个开口，发光元件从该开口露出。通过黑色或糙化表面区域，反射面在其顶端和低端连接成整体。

反射面可用高导热性的材料制成。发光元件包括发出不同颜色光的发光元件，并顺序水平排列。发光元件可包括发光二极管。

与矩阵板倾斜并置于各发光元件垂直方向的每侧的反射面，垂直反射从发光元件发出的散射光线，使其在原来的视觉方向上向前移动。从而，如果发光元件由可发出具有较宽方向性的光的表面镶嵌型LED构成，则图像显示装置在保持期望的高亮度的同时提供水平方向较宽的视角。由于反光元件为一体结构，包括成整体连接的反射面，因此，图像显示装置的元件数相对较少，图像显示装置能容易地装配。

如果除反射面以外反射元件的其他区域具有黑色或糙化的表面，则它们在使不希望的反射最小以增加图像对比度上是有效的。

如果反光元件是用优良导热性的材料如铝制成，则能发散发光元件产生的热量。

如果发光元件由发出不同颜色光的发光元件构成以显示彩色图像，则它们在水平方向上连续排列，所发出的光被散射。发光元件的这种连续排列在减少所产生颜色的亮度比的变化上是有效的，该亮度比依赖于观察图像显示装置的垂直位置。

附图说明

图1是一个LED图像显示装置的显示面板的平面图。

图2是图1中所示显示面板的一个LED的透视图，该LED具有相对于其光轴对称的透镜形的树脂罩。

图3是一个表面镶嵌型LED的透视图。

图4A是根据本发明的一个图像显示装置的正视图。

图4B是根据本发明的图像显示装置的侧视图。

图5A是图4A和4B中所示的图像显示装置的LED矩阵板上的LED矩阵的正视图。

图5B是LED矩阵板上的LED矩阵的侧视图。

图6是象素中的LED矩阵的放大的视图。

图7A是根据本发明的图像显示装置的反光元件的正视图。

图7B是根据本发明的图像显示装置的反光元件的侧视图。

图8是反光元件的放大的局部侧视图。

图9是一个放大的局部透视图，显示了反光元件安装在LED矩阵上的状态。

图10A是一个放大的局部侧视图，显示了从LED发出的光被反光元件反射的状态。

图10B是一个放大的局部正视图，显示了从LED发出的光被反光元件反射的状态。

图11显示了反光元件的倾斜角度。从LED发出的光的角度以及被反光元件反射的光的角度之间的关系。

具体实施方式

根据本发明的一个图像显示装置包括，具有较宽的方向性的，能发出红、绿、兰色光以显示全彩色图像的表面镶嵌型LED的矩阵。

如图5A和5B中所示，多个表面镶嵌型LED2设置在一LED矩阵板3上。LED矩阵板3具有四个螺孔3H(下面描述)限定在其上。

在图5A中省去了一些表面镶嵌型LED2。然而，实际上，在整个LED矩阵板3的表面上，表面镶嵌型LED2以一定的模式排列。尽管图5A中所示的LED矩阵板3具有垂直方向较长的矩形形状但LED矩阵板3不限于此形状，而可以是正方形或水平方向较长的矩形形状。

图5A中虚线表示的LED安置区域A含有发出红、绿、兰色光的表面镶型嵌LED2，其排列如图6中所示。

特别地，如图6中所示，发出绿光的两个经LED2(G)以垂直的关系置于左边位置，发出红光的一个红LED2(R)置于绿LED2(G)的邻近，发出兰光的一个兰LED2(B)置于红LED2(R)的邻近。绿LED2(G)、红LED2(R)及兰LED2(B)结合构成一个象素P_A以产生彩色显示。

与象素P_A相邻的象素P_B由两个绿LED2(G)和一个红LED2(R)构成，还可能进一步包括一个兰LED2(B)，该兰LED2(B)由于下述的原因可能去掉。

如图5A和5B中所示，LED2以棋盘形式布置，其中，象素P_A、P_B在行和列的方向上交替排列。在图5A和5B中，16垂直列×16水平列＝256个象素P_A、P_B以矩阵形式排列在LED矩阵板3上。

多个这样的LED矩阵板3例如依赖于所期望的图像显示尺寸可以一定的模式结合，从而产生具有较大尺寸的显示面板的一个彩色图像显示系统。

从图5A中可以看到，没有兰LED(B)的象素P_B占了图像显示装置的整个象素的一半，原因如下：

众所周知，感受红、绿、兰三原色的感光体位于眼睛的视网膜上，感受兰色的感光体的视觉灵敏度最低，而感觉红色的感光体的视觉灵敏度较好，感受绿色的感光体的视觉灵敏度最高。从而，基于上述的视觉灵敏度特性，含有至少不包括兰LED的象素的象素矩阵不会对图像显示装置上全彩色图像的颜色再现产生有害影响。

结果，象素P_B不含有兰LED2(B)的象素P_A、P_B的矩阵，能显示全彩色图像，而不会对图像显示装置的颜色再现能力产生有害影响。这使得昂贵的兰LED的数量减少，降低了图像显示装置的成本。

尽管在所述实施例中象素P_B的数量与象素P_A、P_B的总数之比大约是50％，这个比例也可以改变而不会对图像显示装置的视觉颜色再现能力产生有害影响。另外，象素P_B的模式不限于所述的棋盘模式，也可以改变而不会对图像显示装置的视觉颜色再现能力产生有害影响。

根据本发明的图像显示装置的表面镶嵌型LED可以通过焊固，如回流焊接，安装到LED矩阵板3上。因此，表面镶嵌型LED2能够通过较具有相对于其光轴对称的透镜形的树脂罩2a(见图2)的LED简单的过程安装到LED矩阵板3上。

根据本发明的图像显示装置的反光元件的结构及安装过程将参考图7A、7B、8和9进行描述。

在图7A、7B、8和9中，只有部分同样的元件用其参考符号来表示，而为了简洁其余的元件省略描述。

如图7B中所示，反光元件4由金属片如铝弯曲成一系列的具有一对相对倾斜的表面4a的隆起物构成。如图8中所示，倾斜面4a与垂直于反光元件4的总体平面的方向成一α角。这些倾斜面4a制成镜面，从而作为反射面4a以反射从LED2发出的光。如图7A和9中所示，反射面4a水平地连续。

如图7A和9中所示，反光元件4具有多个开口4d限定在其低部，该开口4d与LED安装区域A(见图5A)相应，以在当安装LED2时，使LED2的组件从开口伸出。在各LED组件的垂直方向的两侧设置的那些反射面4a在其低端通过其底部的低面区域4b相互连接成整体，如图7A、8和9中所示。反光元件4在其低面区域4b上分别限定有四个螺孔4H。其间没有LED2插入的相邻设置的那些反射面4a在其顶端通过顶面区域4c相互连接成整体，如图7B、8和9中所示。

图7A、8和9中画阴线表示的低面区域4b和顶面区域4c，即反光元件4的除反射面4a以外的表面区域，具有由黑色表层M构成的上表层以不反射光。或者，低面区域4b和顶面区域4c可包括糙化的上表层以散射反射到其上的光。

反光元件4具有一整体结构，并具有与图5A中所示的LED矩阵板3同样的尺寸。

如图9中所示，通过将构成两象素P_A、P_B的LED组件(见图6)对准反光元件4上的各开口4d固定，反光元件4安装到LED矩阵板3的前面。由于反光元件4具有与LED矩阵板3的尺寸相匹配的整体结构，因此反光元件4能容易地固定到LED矩阵板3上。

反光元件4与LED矩阵板3的相互结合如图4A和4B中所示。由于反光元件4与LED矩阵板3的相互结合，LED2与各开口4d紧密地配合，并从各开口4d中伸出。低面区域4b定位于象素P_B中没有配置兰LED的位置上。

如图4A中所示，限定在LED矩阵板3上的四个螺孔3H对准限定在反光元件4上的四个螺孔4H。如图4B中所示，螺钉N从反光元件4的前侧插入并穿过重叠的螺孔4H、3H，拧入装配在LED矩阵板3的背面的支座5的末端中。或者，支座5可外带拧入末端以拧入LED矩阵板3的背面。

支座5具有固定到显示装置体6的另一端。从而，当通过螺钉N将反光元件4和LED矩阵板3固定到支座5上时，反光元件4固定到LED矩阵板3上，而LED矩阵板3通过支座5与显示装置体6配合并得到支撑。

支座5由具有良好的反射效果与较高的导热性的材料如镀铬的铜或铝制成。散热板7连接到支座5或显示装置体6上，传导传送到支座5的热量以增加散热效果。

下面参考图10A、10B和11描述图像显示装置的LED2的光的发射。

图10A放大显示了图4B中以虚线B表示的环形部位。由于反光元件4安装在LED矩阵板3上，垂直置于LED2的两侧的相对的一对反射面4a与原始视觉方向(primary riewing direction)成α角地连续展开，该原始视觉方向垂直于图像显示装置的显示面板，即LED矩阵板3的总板。

如图10A中所示，表面镶嵌型LED2以较宽的方向性发光。从表面镶嵌型LED2向上或向下垂直发出的光线如虚线箭头所示地被上和下反射面4a反射，并基本沿原始视觉方向导引。结果，从表面镶嵌型LED2发出的光在垂直方向上具有相对较窄的方向性。

特别地，如图11中所示，假定反射面4a置于LED2的上面和下面与原始视觉方向成α角，从LED2发出的光与原始视觉方向成β角。则被反射面4a反射的光与原始视觉方向所成γ角以下式表示：

               γ＝β-2α

从而，可以根据上式，基于反射的光的所期望的方向性，选择反射面4a的倾斜角α。在此实施例中，角α可选择为约10°。

在各LED2的两侧水平方向上，没有设置反射面或屏蔽面，从而，从LED2水平发出的光线水平地平地传播，如图10B中的虚线箭头所示。结果，从LED2发出的光在水平方向上具有较宽的方向性。

水平方向上连续的反射面4a给于从表面镶嵌型LED2发出的本身具有较宽方向性的光在垂直方向上有较窄的方向性，而给于从表面镶嵌型LED2发出的光在水平方向上有较宽的方向性。从而，图像显示装置能提供一般在水平方向上需要的较宽的视角，而在垂直方向上较窄的视角，以防止光在垂直方向上散射，从而保持期望的亮度水平。

如图6中所示，象素P_A的绿LED2(G)、红LED2(R)和兰LED2(B)在水平方向上相继排列。不同LED2的这种相继排列在减少由LED2产生的彩色的依赖于图像显示装置的观察的垂直位置的亮度比的变化上具有效果，从而消除依赖于位置的色度改变问题。

如果绿LED2(G)、红LED2(R)和兰LED2(B)在垂直方向上相继排列，并垂直地夹在相邻的反射面4a之间，则从这些LED2(G)、(R)、(B)发出的以及被反射面4a反射的光线的比例，及其亮度比将依赖于图像显示装置的观察的垂直位置而改变。利用根据所述实施例的象素P_A的绿LED2(G)、红LED2(R)和兰LED2(B)在水平方向上的相继排列，从这些LED2(G)、(R)和(B)发出的以及被反射面4a反射的光线的比例基本保持不变，而不考虑图像显示装置的观察的垂直位置。

从表面镶嵌型LED2发出的光水平地传播，如图10B中的虚线箭头所示。从而，从LED2(G)、(R)和(B)发出的光线的亮度比在图像显示装置的观察的任何水平位置上基本保持一致，而无论LED2(G)、(R)和(B)的排列。

如图8中所示，在图7A、8和9中以阴线表示的低面区域4b和顶面区域4c，即反光元件4的除反光面4a以外的那些表面区域具有黑色的表层M以不反射光。结果，当从前面在原始视觉方向观察LED图像显示装置1时，LED2被如图7A中阴线所示的黑色区域包围。

如果低面区域4b和顶面区域4c被制成镜面而不是黑色表层M，则这些表面区域将不适当地反射外部光，从而会降低LED图像显示装置1显示的图像的对比度。黑色顶面M而不是LED2和反射面4a在使不期望的反射最小以增加图像的对比度方面是有效的。

如上所述，由于反光元件4是用具有良好导热性的材料如铝制成，因此反光元件4又作为散热板以在LED2发光时散去由LED矩阵板3的前面产生的热量。反光元件4具有较高的散热能力，因为它弯曲成连续的凸起状，从而提供相对较大的表面积。

铝制的反光元件4具有导电性，它也能阻挡由于用于启动LED2的脉冲而产生的高频能量的辐射。

尽管反光元件4可以用除铝以外的材料制成，但最好用防锈、重量轻并便于机加工的材料制成。

如果如图4B中所示的螺钉TN用金属制成，则反光件4与LED矩阵板3的背面的支座5形成热连接，以增大散热性。

已描述的图示实施例用于采用红、绿、兰LED的彩色图像显示装置。然而，本发明的原理也可以用于采用LED产生不止三种颜色的或采用LED发出单色光的其他各种图像显示装置。LED2的排列及反光元件4的形状不限于上面所述，而可以根据图像显示装置的使用条件进行改变。

虽然已显示并详细描述了本发明的一特定优选实施例，但可以理解，可以做出各种变化和修改而不脱离所附权利要求的范围。

Claims (7)

1.一种图像显示装置，其特征在于，该图像显示装置包括：

一个矩阵板；

一个安装在所述矩阵板上的发光元件的点阵，用于显示图像；以及

一个安装在所述矩阵板上并具有与所述矩阵板倾斜的多对反射面的一个反光元件，每对反射面置于所述各发光元件的垂直方向的两侧。

2.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述每对反射面水平地连续伸展并在其低端相互连接成整体，相邻对的相邻的反射面在其顶端相互连接成整体。

3.如权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，所述反光元件具有多个开口限定在其低端相互连接成整体的反射面之间，所述发光元件从所述开口中伸出。

4.如权利要求2或3所述的图像显示装置，其特征在于，所述反射面在其顶端和低端通过黑色或糙化的表面区域相互连接成整体。

5.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述反射面用高导热性的材料制成。

6.如权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述发光元件包括，用于发出不同色光的发光元件，并水平地相继排列。

7.如权利要求1所述的图像显示装置，其中所述发光元件由发光二极管制成。

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