CN1109600A - 彩色大屏幕和超大屏幕液晶显示屏 - Google Patents

Abstract

一种无象素间隙的亮度高、彩色好、全塑料屏幕 的单片式大屏幕彩色液晶显示屏和无拼接缝的拼接 式彩色超大屏幕液晶显示屏。它主要包括一个平行 光背照明光源；一个会聚微透镜阵列板；一个矩阵式 散射型液晶显示板；一个投射微透镜阵列板；一个光 欄阵列板以及一个显示器面板组成。可产生无象点 间隙、亮度高、彩色好的视频图象，可用于制造十几英 寸至几十英寸的单片式大屏幕彩色平板电视和其它 视频显示屏以及几十英寸至几百英寸或更大的拼接 式超大屏幕彩色视频显示屏。

Description

本发明属于液晶显示领域，特别是大屏幕和超大屏幕液晶显示领域。

大屏幕显示器的屏幕通常为十几英寸至几十英寸，一般为单色片结构，即一个显示屏为一个显示器。但是超大屏幕显示器的显示屏一般为几十英寸到几百英寸（对角线）。直视式超大屏幕显示屏，由于制造工艺、安装、运输、机械等方面的原因，通常都由若干个较小的显示单元拼接而成，此即为嵌镶式超大屏幕显示器。

目前的各类嵌镶式超大屏幕显示器所显示的图象都存在着因各小显示单元拼接缝产生的“窗户框”式的影子，影响显示图象质量。其次，目前的各类嵌镶式超大屏幕显示器的各小显示单元内各象素之间都有一个不发光的暗区，使图象画面不连续，也影响显示图象的质量。

目前的嵌镶式液晶超大屏幕显示同样也存在上述问题。

另一方面，目前的嵌镶式液晶超大屏幕显示屏还存在着反差低、色纯度差、光利用率仅4%、亮度低、耗电大以及阳光照射会降低显示屏寿命等问题。

本发明克服了上述缺点，提供了一种反差好、亮度高、彩色好、不怕阳光照射、显示图象无拼接缝、无象素间隙的高图象质量的大屏幕和超大屏幕液晶显示器。本发明的显示屏幕为全塑料结构，安全轻便，适于制作几十英寸至几百英寸的超大屏蔽电视显示屏和各类视频显示器，以及十几英寸至几十英寸的单片式的大屏幕彩色视频显示器。

本发明的彩色大屏幕、超大屏幕液晶显示器包括：

一个平行光背照明光源;

一个会聚微透镜阵列板;

一个矩阵式散射型液晶显示板。例如此显示板为-PDLCD（聚合物分散型液晶显示），此PDLCD有二个基板，此二基板中的一个的内表面上有一点阵式的透明电极，其外表面上有二极管或开关管阵列，所说的各二极管或开关管经过此基板内的细导线与其内表面上的各电极一个对一个地相互对接，另一基板的内表面上有一组相互平行的透明导电层，作为行电极，它与所说的点阵式透明电极构成显示矩阵;

一个投射微透镜阵列板;

一个全屏幕连续的黑色光阑阵列板;

一个显示器面板。

上面所说的会聚透镜阵列、点阵式电极阵列、投射透镜阵列以及光阑阵列都按光轴方向一一对应并对齐。

下面结合附图详细描述本发明的彩色大屏幕和超大屏幕液晶显示器屏的实施例，其中：

图1为现有技术的嵌镶式超大屏幕显示屏示意图;

图2为现有技术的直视式超大屏幕显示器的象素排列例;

图3为半发明显示器的原理示意图;

图4为本发明超大屏幕显示器的结构示意图;

图5为本发明显示器的二极管和开关管的连接方式;

图6为用二极管时的驱动方法示意图;

图7为本发明超大屏幕显示屏各小显示器之间的引线连接示意图。

图1为现有技术的嵌镶式超大屏幕显示屏的示意图。其中101为超大屏幕显示屏，它由若干个，例如N×M个较小的显示单元102拼接而成。103为显示屏的外框，这些小显示单元可以是液晶显示器、真空荧光显示、等离子气体放电显示、电子荧光显示以及电致发光显示等。104为各小显示单元之间的拼接缝，它将在显示图象上形成“窗户框”式的黑影，影响图象质量（例如SID′91 Digest Tech.Paper，Vol.22，P571，1991，和SID′93 Digest Tech.Paper，Vol.24，P614，1993）。

图2为现有技术的直视式大屏幕和超大屏幕显示器的象素排列例。其中（a）为三点式，每一象素201由三条长方形的红（R）、蓝（B）、绿（G）三个三基色发光点202组成，（b）为四点式;每一象素203由二绿、一红、一蓝等四个三基色发光点204组成。205为显示器的拼接缝，通常为了尽量减小拼接缝对显示图象的影响，各小显示单元内各象素之间也必须留有足够宽的不发光区。如图2中206所示。206应与205有相同的宽度，这些很宽的不发光区使显示屏各象素明显分开，看起来图象不连续，从而影响图象质量，即使在足够远的地方观看，图象质量也不如发光点连续分布的图象质量好。

上面所说的问题存在于现有技术的各类直视大屏幕和超大屏幕显示器中。

另一方面，现有用液晶显示制造的大屏幕和超大屏幕显示一般都用被动式液晶，因为如果用薄膜晶体管的主动式液晶（TFT-LCD）则成本极高。而透射式被动式液晶通常反差低、色纯度差，因而用它制成的超大屏幕显示通常图象质量欠好，反差低，颜色差，而且需要二个偏振片和红蓝绿滤色片，光利用率仅约4%，因此图象亮度低，显示系统功耗大。此外，若用于室外，液晶和偏振片暴露在阳光之下，还会缩短显示器寿命。

本发明的显示器克服了上述各项缺点，提供了一种亮度高、反差高、彩色好、图象无拼接缝、无象素间隙且耗电小、不怕阳光照射的高图象质量的大屏幕和超大屏幕显示器。

图3为本发明显示器的原理示意图，图中只画了二个象点。图中301为一平行光照明光源;302为一会聚微透镜阵列板，它把由光源301射来的平行光会聚到液晶显示器303上，此液晶显示器为一散射型液晶显示板;若此液晶显示处于ON态，即液晶呈透明状态，则光线经液晶显示器303调制后，射向投射微透镜阵列304，然后聚焦在光阑板305的光阑306上，经过光阑再投射到显示器面板307上，此即为ON态。

若液晶显示板的某一象点处于OFF态，即液晶呈散射态。这时由光源来的光线被液晶散射射向四方，如图中308所示。由图可见，这些散射后的光线中，绝大部分都将被光阑306档住并吸收，只有在立体角θ内的光线可以通过光阑到达显示器面板。设光阑半径为r，LCD与光阑之间的距离为d，则 $0\≈2\mathrm{\π}(d-\sqrt{d^2-r^2})/a$ 。于是，当液晶为OFF态时，能射到显示器面板上的光通量 $L_{\mathrm{OFF}}={\mathrm{KL}}_0(d-\sqrt{d^2-r^2})$ 。式中L₀为入射该液晶显示器象点的总光通;K为一系数，决定于光学系统和LCD在OFF态时的散射特性。ON态时出射光通量L_ON则主要决定于液晶显示器的透过率和光学系统的透过率。若显示器的反差C＝L_OFF/L_ON，则C

$(d-\sqrt{d^2-r^2})/a$ 。由此式可见，若取较小的光阑孔径r，较大的d值，即可得到很高的反差。

其次，图中303为快速散射式液晶，用本人以前发明的驱动方法（见中国专利申请号：93119257.9），即用R、G、B依次发光，并与显示器R、G、B信号同步的驱动方法，即可得到彩色显示，而无需R、G、B彩色滤色片，从而可得到很高的光利用率，即高的显示图象亮度，很高的显示器效率和小的电功耗。

当然我们也可在液晶显示器面板上加上R、G、B滤色片，用白色背照明光源，也可以得到彩色图象。

图4为本发明的一个超大屏幕显示器实施例的结构示意图。图中401为一平行光背照明光源;402为一会聚微透镜阵列;403为PDLCD显示板;404为投射微透镜阵列;405为光阑板;406为显示器面板。

由背照明光源射来的平行光407，经会聚透镜408会聚后聚焦在PDLCD的背板409的外表面410上;411为PDLCD背板内表面上的点阵式透明电极，每一象点有一独立的透明电极，其中心点位于会聚透镜的光轴上;412为PDLCD的另一基板;413为在此基板412内表面上的透明电极，它由一系列相互平行的透明电极条组成，它与背板内表面上的点阵式透明电极411，构成显示矩阵;414为PDLC。

PDLCD的背板内表面上的点阵式透明电极411为一个矩阵形排列的各自独立的透明电极，各透明电极分别经过背板409内的细导线415与安装在背板外表面上的二极管负极（或正极）或场效应管（FET）极416相连接。与同一列（或行）象点相应的各二极管的另一端相互连接。如图5（a）中501所示。图5中502为各液晶象点，每一电容503代表一个象点。各二极管504的连线501可用于扫描，这时液晶象点另一端505用于送图象信号的数据。当然，反过来，即505用于扫描，501用于送数据也可以。

如果图4中416不是二极管，而是FET，则连接方法如图5中（b）所示。其中506为一系列FET;507为PDLCD各象点;508为各FET的S极的公共连线，它可以接地或接某一电压;509为各FET栅极的连线;510为各PDLCD象点的另一端。509可用于行扫描（或送图象数据），这时510用于送数据（或行扫描）。

如果用FET，则驱动方法与本发明人以前申请的专利（申请号为：93119257.9）相同。如果用二极管，则其驱动方法如图6所示。图中（a）表示一行PDLCD。601为这一行上的各PDLCD象点;602为与各象点PDLCD相连的二极管。这些二极管的另一端被连接在一起，如图中603，用于行扫描。各PDLCD的另一端604用于送入图象数据。图6（b）为它们的驱动电压波形和液晶板光透过率的变化曲线。其中605为图象数据信号，加在604上;605为行扫描电压，加在603上。当606的负脉冲加到603上时（此负电压的幅度应小于PDLCD的开通电压），这时二极管被开通，604上的数据信号可进入PDLCD601，这时PDLCD开始由原散射状态变成透明态，如图6（b）中607所示，它的透过率逐渐上升。当606的负脉冲和605的数据脉冲结束后，二极管关闭，这时存于601上的电荷将被保持，于是PDLCD的透过率继续上升，最后达到饱和，并一直保持到606的正脉冲608来到。当此正脉冲加上后，由于二极管的结电容，此正脉冲将使601上保存的电荷放电，从而清除记忆态，于是607的透过率下降，回到OFF态。它与背照明光的配合方式与本发明人以前申请的专利（申请号为：93119257.9）相同，即当一行小显示单元的各行PDLCD都进入饱和状态时，背照明光源即开始发光，如果这时PDLCD所显示的是某一色，如红色的信号，则这时背照明发红光，直到清洗脉冲来到之时或之前，背照明发光熄灭，PDLCD回到OFF，然后接着PDLCD显示另一色的信号，当该行小显示单元的各行PDLCD都进入饱和态时，该色的背照明开始发光，直到清洗脉冲来到。如此红、蓝、绿三色反复循环，即可获得全色显示图象。为了得到稳定的图象，每组红、蓝、绿信号应当在电视一场的时间内完成。

由图4可见，由于平行光401经透镜408会聚后被聚焦在PDLCD403的背板的外表面410上，因此，此外表面上仅仅只有通过光线的地方必须透明，其余大部分面积都可以用于安装二极管或FET以及用印刷连接导线等。图4中117为一挖空的槽，在X和Y二个方向上都有，用于容纳二极管或FET等，必要时，此空槽的各壁也可以用于安装元件及引线。

图7表示超大屏幕的各小显示单元之间的连接方式。图中701为会聚微透镜阵列;702为PDLCD;703为PDLCD的背板;704为PDLCD的前基板;705和706为PDLCD的上下二个电极;707为PDLCD层;708为连接背板电极705和二极管709的细导线;710为位于PDLCD背板外表面上的导线，它的引出线端711，经过在会聚透镜板外侧面墙上的引线712引出，它们之间可用导电胶713连接，二相邻小显示单元之间再用软平面电缆714相互连接。如果此小显示单元位于大屏幕的最边上，则此软平面电缆可用于连接控制电路。

图4中的光阑板405可以是一块，也可以由二块胶合而成。此板由黑色吸光材料制成，可充分吸收由PDLCD散射来的光线，同时也可吸收入射于屏幕的环境光，提高图象反差。如果在室外使用，它还可吸收太阳光，保护PDLCD免受阳光中紫外线的影响，以保证长寿命。

各小显示单元则安装在此光阑板上，并有若干定位孔用若干定位小柱定位和固定，以保证各小显示单元、各透镜、各象点和各光阑分别对准，以确定图象均匀。

此光阑板405为一黑色板，在显示图象上将看不到各小显示单元之间的拼接缝（图4中418）。同时，由于PDLCD没有密封边，因此各小显示单元之间象素的间隙可以做得很小。因而可制成高分辨率的大屏幕显示屏。此外，由图4可见，只要光阑405外侧厚度A稍大，各象点投射到显示器面板406上的光就可以相互连接，从而完全消除各象素之间的黑色间隙，使整个显示图象完全连续，以获得优质图象。

对于单片式大屏幕显示器，显示器的各部件都为单片结构，这时不需要图7所示的小显示单元之间的连接。

图4中显示器面板406可以是一块透明的保护板，防止灰尘等进入光阑板，这时入射到屏幕上的环境光将被黑色光阑板充分吸收，从而得到很高的反差。而图象的视角，则可用投射透镜板的透镜焦距和此透镜与PDLCD之间的距离来调节，焦距越小，出射光的视角越大。

此显示面板406也可以是一块漫射板，以增加图象视角。这时，此板内表面可以加工成一系列会聚透镜，外表面为一系列条状凹槽，槽底位于会聚透镜的光会聚点上，让出射光线顺利通过。而槽的顶部则为黑色吸光材料，以吸收环境光，从而提高图象反差。

本发明的显示器可用于制造几十英寸至几百英寸或更大的嵌镶式超大屏幕彩色视频显示系统。

本发明的显示器也可以用于制造十几英寸到几十英寸屏幕的单片非拼接式的彩色平板电视和其它视频显示器。这时会聚微透镜板、液晶显示板、投射微透镜板和光阑板及显示器面板等都分别由一整块板制成，所说的这些板相互对准叠合固定即成单片非拼接式显示器。

本发明所说的会聚微透镜板、投射微透镜板、光阑板和显示器面板均由塑料制成，并有与液晶显示板相同或相近的热膨胀系数，以保证环境温度的变化不会影响显示图象的质量。

本发明的彩色大屏幕和超大屏幕显示有如下优点：

1.可得到无拼接缝、无象素间隙的高质量彩色图象;

2.不需要偏振片及红、兰、绿滤色片，因而光利用率高、亮度高、效率高、耗电小;

3.图象彩色好，反差高;

4.显示屏幕为全塑料结构，安装方便，安全可靠;

5.工艺简单，成本低;

6.不怕阳光照射，使用寿命长。

Claims (19)

1、一种大屏幕液晶显示器，其特征在于包括：

一个平行光背照明光源；

一个会聚微透镜阵列板；

一个散射型液晶显示板；

一个投射微透镜板；

一个光阑阵列板；

一个显示器面板。

所说的由背照明光源射来的平行光，经会聚微透镜阵列会聚，聚焦在液晶显示板上。此入射光经液晶显示板的调制，然后再经过液晶显示板前方的投射微透镜阵列聚焦在光阑板的光阑上，光线经光阑投射到显示器面板上，以显示图象。

2、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的液晶显示板为一个聚合物分散型液晶（PDLCD）。

3、一种如权利要求2所述的显示器，其特征在于所说的PDLCD有二个透明基板，其中近光源一方的背板的内表面上有一个点阵式分布的透明电极阵列;背板的外表面上有一个二极管或开关管阵列;各透明电极经过在背板内的细导线与二极管或开关管的一端相连接。背板上有导电线，将各二极管或开关管的有关电极相互连接并引出。

PDLCD二基板中的另一基板的内表面有一系列平行的透明电极条，它与背板内表面上的点阵式透明电极相互构成显示矩阵。

4、一种如权利要求3所述的显示器，其特征在于所说的背板外表面上的二极管，其一端（正极或负极）经过背板内的细导线与背板内表面上的点阵式分布的透明电极相连，另一端（负极或正极）按行或列连接一起，用于行扫描（或送图像信号）。这时PDLCD的另一基板上的平行电极条则用于送图像信号（或行扫描）。

5、一种如权利要求4所述的显示器，其特征在于所说的行扫描电极加上与二极管同向的脉冲电压，开通二极管，此脉冲电压的幅度应小于PDLCD的开通电压、与此同时PDLCD的另一电极送入与二极管同向的图像数据信号，使PDLCD由散射态逐渐变成透明态。当扫描脉冲和数据脉冲结束后，二极管关闭，PDLCD上的电荷得以保持，从而使PDLC继续向透明态转变，最后达到饱和，此饱和值的大小决定于图象信号的大小。此饱和态将一直被保持记忆，直到行扫描电极上与二极管反方向的脉冲来到为止，此反向脉冲使PDLCD上存储的电荷放电，从而使PDLC回到OFF态。

6、一种如权利要求5所述的显示器，其特征在于所说的显示器为由若干小显示单元拼接而成的嵌镶式超大屏幕显示器，所说的扫描电压与背照明光源相配合。当某一行小显示单元显示某一色（如红色）图象信号，该行小显示单元的PDLCD的各行都进入饱和态时，背照明光源开始发该色（如红）的光，直到清洗脉冲来到之前或同时，背照明光熄灭，PDLCD开始回OFF态。然后接着PDLCD开始显示另一色的图象信号，同样，当该行小显示器的PDLCD的各行都达到饱和态时，背照明开始发该色的光，直到清洗脉冲来到。如此红、绿、蓝反复循环进行，从而得到全彩色图像，各行小显示单元则一行换一行显示，从而得到全彩色图象。为了得到稳定的图象，每一组红、蓝、绿信号，应该在一场信号的时间内完成。

7、一种如权利要求5和6所述的显示器，其特征在于所说的显示器为单片式大屏幕显示器。这时整个显示屏的各行被等分成若干组，每一组n行。这每一组相当于权利要求6中的一行小显示单元，其扫描以及和背照明光源的配合方式也相同。

8、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的会聚微透镜阵列把入射的平行光聚焦在PDLCD背板的外表面上，因而此外表面只需要在此聚焦处保持透明，以便光线顺利通过，其余大部分表面积都可用于安装二极管或开关管及它们的引线。同时，此微透镜板的近PDLCD一面的没有光线经过的地方，在X、Y二个方向开槽，用于容纳二极管或开关管。这些槽的四壁也可用于安装元件或布线。

9、一种如权利要求6所示的显示器，其特征在于所说的PDLCD背板外表面上的导线由侧面与透镜板侧面上的引线连接，并用软平面电缆将各小显示器的电极相互连接或引向控制电路板。

10、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的光阑板由黑色吸收材料制成，可充分吸收由LCD散射出来的光和由环境光入射屏幕的光，以保证图象有好的反差。此光阑板由一块板或由二块板叠合而成。整个大屏幕的光阑板可以是一整块的，也可由几块拼接而成。

11、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的背照明光源、会聚微透镜板、液晶显示板和投射微透镜板等均被固定在光阑板上，光阑板和所说各板上均有相同位置的固定孔，用一小柱将各板对准并固定在光阑板上，从而保证显示图象的均匀一致。

12、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的显示器为超大屏幕显示器，它的各小显示单元被固定在一个连续的黑色的光阑板上，因而显示图象上看不到各小显示单元的拼接缝。而且PDLCD无需密封侧墙，小显示单元间象素的间隙可以做得很小，因而可用于制造高分辨率的超大屏幕显示，并可消除嵌镶式超大屏幕显示图象中往往存在的“窗户框”式的黑影。

13、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的光阑板，它的光阑与显示器面板之间有足够的距离，使由相邻象点或象素经投射透镜投影到显示器面板上的光点在显示器面板上相互连接，消除象点或象素间的不发光间隙，从而得到连续的显示图象。

14、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的显示器面板为一透明板，用于防止灰尘等物落入光阑板内，同时入射显示屏幕的环境光可透过面板而被黑色光阑板充分吸收，从而得到高的图象反差。

15、一种如权利要求14所述的显示器，其特征在于所说的显示器所显示的图象的视角决定于投射微透镜的焦距和此透镜与LCD之间的距离，焦距越小，视角越大。

16、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的显示器面板为一散射板，以增加显示图象视角。此散射板的内表面被加工成一系列会聚透镜，外表面上有一系列凹槽，此凹槽的底部位于这些会聚透镜的光会聚点上，以便让光线顺利通过;凹槽的顶部为黑色吸光材料，以吸收入射环境光，保证图象反差。

17、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的背照明光源为白色光源，所说的液晶显示板上有红、蓝、绿滤色片阵列，一个象点一种颜色，从而得到彩色图象。

18、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的会聚微透镜板、液晶显示板、投射微透镜板、光阑板和显示器面板等，均分别为一整块板，所说这些板相互对准叠合固定成一个单片的非拼接式显示器，可用于制造十几英寸至几十英寸的平板电视和其它视频显示器。

19、一种如权利要求1所述的显示器，其特征在于所说的会聚微透镜板、投射微透镜板、光阑板和显示器面板，均由塑料制成，它们有与液晶显示板相同或相近的热膨胀系数，以保证环境温度的变化不会影响显示图象的质量。

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