CN110969954B

CN110969954B - Led显示屏

Info

Publication number: CN110969954B
Application number: CN201811136854.7A
Authority: CN
Inventors: 李士杰; 胡飞; 王霖; 李屹
Original assignee: Appotronics Corp Ltd
Current assignee: Shenzhen Appotronics Corp Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: WO2020063701A1; CN110969954A

Abstract

本发明公开了一种LED显示屏。LED显示屏包括：LED发光阵列，所述LED发光阵列包括多个LED发光芯片；矩阵遮光架，所述矩阵遮光架包括多个栅格，多个所述栅格互相连接成矩阵形式，并且所述栅格是镂空的，所述LED发光芯片对应设置在所述栅格内；吸光板，所述吸光板用于吸收LED发光芯片的部分出射光，其中，所述吸光板完全覆盖所述栅格包围的LED发光芯片。根据本发明，通过在显示屏内部增设吸光板结构，使由LED发射的光均经过吸光板出射，从而有效地平衡R、G、B三色在不同视角的亮度，达到降低色差的目的，进而提高了LED显示的视觉效果。

Description

LED显示屏

技术领域

本发明涉及显示领域，更具体地，涉及一种LED显示屏。

背景技术

LED灯珠具有发光亮度高、响应快以及能够被单独控制亮灭等特点。专利CN104049374A提出了如图1所示的障壁框框阵列，用来保证相邻的LED像素点不发生串扰。

然而，对于由LED灯珠阵列组成的显示屏而言，在加装了障壁框框阵列(对应于下面将说明由多个栅格组成的遮光架)之后，引入了色差问题。这是因为由LED灯珠发射的光被分为两类：经过遮光架侧壁散射、吸收的光；和不经过遮光架直接出射的光，而这两类光线的组合使得有遮光架的LED屏幕有不同于无遮光架LED屏幕的亮度角分布。

图2是示出了在正向、横向、纵向三种视角下LED发光芯片和遮光架的相对位置的示意图。图2以一个栅格321包围三色LED发光芯片为例进行说明。如图2所示，RGB(即，红、绿、蓝)三色LED芯片优选地以“一”字形纵向排列。通常观看者位于屏幕的正向观看屏幕，如图2的(a)所示。在横向视角观看时，如图2的(b)所示，红绿蓝三个LED发光芯片，红绿蓝三个LED发光芯片距离栅格321的侧壁距离一样，被栅格321的侧壁遮挡程度相同，这样观看者在横向视角上看不到色差。但是如图2的(c)所示，在纵向视角观看时，红绿蓝三个LED发光芯片距离栅格321的侧壁距离不同，红绿蓝三个LED发光芯片被栅格321的侧壁遮挡的程度则不同。由于不经过遮光架直接出射的光线具有更大的光强，所以在纵向视角下颜色偏向于被遮挡程度小的LED发光芯片的发光颜色。例如在图2的(c)的示例中，由于红色LED发光芯片被遮挡，绿色和蓝色LED发光芯片未被遮挡，观看的颜色将向蓝色偏移。

图3是示出了在安装有遮光架的情况下，纵向视角下R(红)、G(绿)、B(蓝)三种LED发光芯片的光强角度分布的示意图。从图3可以看出，红、绿、蓝三色光强最大值对应的视角并不重合。具体地，光强角分布在0°时重合，之后分散，在移动一定角度之后，由于红、绿、蓝三个LED发光芯片都被遮光架遮挡，光强曲线再次趋于重合。这种现象这直接导致了在纵向视角下色差的存在。色差du’v’定义为：

其中，u’和v’是CIELUV色坐标系统中的色坐标，u’_ref和v’_ref是0°视角时的色坐标。

综上可知，由于RGB三色LED发光芯片在屏幕上错开分布，到栅格的侧壁距离不同，导致LED发光芯片被栅格的侧壁遮挡程度不一样，使得这三种芯片各自达到最大亮度的角度视角不同，这就造成了不同视角下的色差问题，显然现有技术未给出这个问题的相应解决方案。而这种色差问题在很大程度上影响了观看者的感受。

发明内容

因而，本发明的目的是提供一种能够通过改进内部结构而降低色差的LED显示屏。

为了解决上述问题，本发明提供了一LED显示屏，其包括：LED发光阵列，所述LED发光阵列包括多个LED发光芯片；矩阵遮光架，所述矩阵遮光架包括多个栅格，多个所述栅格互相连接成矩阵形式，并且所述栅格是镂空的，所述LED发光芯片对应设置在所述栅格内；吸光板，所述吸光板用于吸收LED发光芯片的部分出射光，其中，所述吸光板完全覆盖所述栅格包围的LED发光芯片。

优选地，所述吸光板设置在所述LED发光芯片的正上方，所述吸光板的中心与所述LED发光芯片的排布中心对齐。

优选地，在所述LED发光芯片相对于所述栅格横向地排列时，所述吸光板横向地设置在所述LED发光芯片的正上方；在所述LED发光芯片相对于所述栅格纵向地排列时，所述吸光板纵向地设置在所述LED发光芯片的正上方。

优选地，所述吸光板的宽度w至少为d(p–w2)/h，其中，所述吸光板到设置有所述LED发光芯片的基板的距离为d，所述栅格的相对侧壁的中点之间的距离为p，所述栅格的侧壁的横向厚度为w2，所述栅格的高度为h，所述吸光板的长度至少为连接有所述吸光板的两个侧壁之间的垂直距离。

优选地，所述吸光板的宽度w不大于d(p–w2)/h的1.2倍。

优选地，所述吸光板包括吸光部，所述吸光部完全覆盖所述LED发光芯片。

优选地，所述吸光板还包括连接部，所述吸光部通过所述连接部连接到所述栅格的相对侧壁之间，所述连接部是透明的。

优选地，所述吸光部设置有支架，所述支架用于将所述吸光部固定在所述LED发光芯片正上方。

优选地，所述吸光板直接连接在所述栅格的两侧壁之间。

优选地，所述吸光板的双面或者单面涂覆有吸光层。

优选地，所述吸光板的光吸收率大于50％。

优选地，所述吸光板的光吸收率大于80％。

优选地，所述吸光板的形状为矩形，圆形，椭圆形，或者所述吸光板的相邻两边相交为圆弧形。

优选地，所述LED显示屏还包括：扩散层，所述扩散层布置在所述多个栅格上方，以覆盖多个所述LED发光芯片。

优选地，所述矩阵遮光架被分为能够进行连接的第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分中的任一者具有所述吸光板，并且当连接所述第一部分和所述第二部分时，所述吸光板位于所述第一部分和所述第二部分之间。

优选地，所述第一部分和所述第二部分通过卡扣拼接在一起。

根据本发明的LED显示屏，通过在显示屏内部增设吸光板结构，使由LED发射的光均经过吸光板出射，从而有效地平衡R、G、B三色在不同视角的亮度，达到降低色差的目的，进而提高了LED显示的视觉效果。

附图说明

图1是示出了根据现有技术的障壁框框阵列的示意图。

图2是示出了纵向在正向、横向、纵向三种视角下LED发光芯片和遮光架的相对位置的示意图。

图3是示出了在安装有根据现有技术的遮光架的情况下，纵向视角下R、G、B三种LED发光芯片的光强角度分布的示意图。

图4是根据本发明的实施例的LED显示屏的示意图。

图5是示出了根据本发明的实施例的吸光板和LED发光芯片以及遮光架的相对位置关系俯视图。

图6的(a)和(b)分别是示出了根据本发明的实施例的吸光板和LED发光芯片以及遮光架的相对位置关系前视图和侧视图。

图7是示出了用于推导吸光板的宽度的各种参数的图。

图8是示出根据本发明的另外实施例的吸光板的固定方式的示意图。

图9是示出了一维LED显示屏幕的光强像素化分布示意图。

图10是示出了吸光板增设前后的色差分布对比的图。

图11是示出了设有吸光板的遮光架的拼接的一部分的示意图。

图12是示出了设有吸光板的遮光架的制造方法的框图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细说明根据本发明的LED显示屏。

通常由于相邻LED发光源的干扰，单个像素空间上混有相邻LED发光源信息，这降低了显示的清晰度。图4是根据本发明的实施例的LED显示屏3的示意图。如图4所示，在根据本发明的实施例的LED显示屏3中，设有矩阵遮光架32。此外，LED显示屏3还包括由作为LED发光芯片的LED灯珠34构成的LED发光阵列，LED发光阵列布置在作为基板的PCB板33上。矩阵遮光架32设置在LED发光阵列上，目的在于有效避免相邻LED灯珠光线的串扰，提高显示的清晰度。

具体而言，矩阵遮光架32由多个栅格321组成，即多个栅格321连接成矩阵形式，并且每个栅格321是镂空结构。各栅格321的中心和LED发光芯片的排布中心基本对齐地设置，即，每个LED灯珠34对应设置在栅格321内。矩阵遮光架的高度h为0.1毫米至10毫米，优选1到3毫米。单元侧壁厚度为0.05毫米至10毫米，优选0.1到0.8毫米，单元侧壁厚度包括矩阵遮光架入光侧的侧壁厚度和出光侧的侧壁厚度，入光侧指的是矩阵遮光架靠近LED发光芯片的一侧，出光侧指的是远离LED发光芯片的一侧。矩阵遮光架32的侧壁为散射层，优选为朗伯散射，同时矩阵遮光架32侧壁具有10％吸光率。优选地，矩阵遮光架32的制造工艺为金属模具注塑，成型材料为聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚对酞酸乙二酯(PET)等。

虽然增设矩阵遮光架可以缓解相邻LED灯珠光线的串扰问题，但因矩阵遮光架遮挡LED发光源的程度不一样会进而出现色差问题。为了解决色差问题，图4中的每个栅格321均包括下面将说明的吸光板61，该吸光板用于吸收LED灯珠34的部分出射光，即：LED发光芯片发出的小角度的光。

图5是示出了根据本发明的实施例的吸光板和LED发光芯片以及矩阵遮光架的相对位置关系俯视图。如图5所示的实施例，吸光板61以完全覆盖能够被栅格包围的LED发光芯片的方式连接在栅格321的两个侧壁之间，并且吸光板61和LED发光芯片间隔设置。比如，吸光板位于LED发光芯片的上方一定位置处。优选地，吸光板61设置在LED发光芯片的正上方，并且吸光板61的中心与LED发光芯片的排布中心对齐。如图5的(a)所示，在LED发光芯片相对于栅格321纵向地排列时，吸光板61纵向地设置在LED发光芯片的正上方处。此外，吸光板61的双面或者单面涂覆有吸光层，吸光板61的光吸收率大于50％，优选地大于80％。这里，完全覆盖是指吸光板61在基板上的投影至少能够覆盖LED发光芯片。

图5以一个栅格321为例进行说明。在图5所示的示例中，优选地，吸光板61设置在LED发光芯片的正上方，长度为l，宽度为w，宽度为w小于长度为l。另外，吸光板61的长度l至少为连接有吸光板61的两个侧壁之间的垂直距离。当然可以理解的是，如图5的(b)的示例中，因为应用场景的不同，随着LED发光芯片的横向排列，与图5(a)中的纵向排列不同，吸光板的排列为横向。也就是说，在LED发光芯片相对于栅格321横向地排列时，吸光板61横向地设置在LED发光芯片的正上方。

图6的(a)和(b)分别是示出了根据本发明的实施例的吸光板和LED发光芯片以及矩阵遮光架的相对位置关系的前视图和侧视图。

图6同样以矩阵遮光架的一个栅格321为例进行说明。矩阵遮光架放置在LED发光芯片和扩散层中间，LED发光芯片贴合在PCB板上，PCB表面是吸光层。栅格321的侧壁在入光侧的厚度是w1和w2，w1是图6的(a)的前视图中的纵向侧壁厚度，w2是图6的(b)中的侧视图中的横向侧壁厚度，优选地，w1＝w2或者w1>w2。吸光板61以完全覆盖LED发光芯片的方式与栅格321的两侧壁连接在一起。彼此相对的两侧壁中点之间的距离为p，栅格321的高度为h，吸光板61至PCB板的距离是d，优选地吸光板61的宽度w＝d(p–w2)/h。

图7是示出了用于推导吸光板的宽度的各种参数的图。下面，参照图7来具体地推导吸光板61的宽度w的优选值。

在图7所示的侧视图的情况下，设吸光板61到侧壁的距离为A，LED发光芯片到侧壁的距离为B，则

根据三角形的边长关系可知：

因此，

即，w＝d(p–w2)/h。

当w等于此优选值时，在任意视角均不会看到不经过遮光架直接出射的光线，从而解决了色差问题。同时由于吸光板61的高吸收率，环境光无法通过LED发光芯片反射，从而进一步提高了LED显示屏的对比度。可以理解的是，在可以接受的显示效果的范围内，吸光板61的宽度w可以不大于d(p–w2)/h的1.2倍。此外，虽然参照附图以矩阵遮光架的截面为锥形为例进行了说明，但是本技术同样适用于矩阵遮光架的截面为基本矩形的情况。且吸光板61的宽度w小于与吸光板平行的两侧壁的间距。

此外，普通LED显示屏在放映时，整个画面可以清楚地观察到像素点阵列，影响了观影效果。这是因为LED的低填充率和大间距导致了像素内发光区域的低光线填充率(光线填充率定义为单个像素发光面积占像素总面积的比值)。

图8是示出根据本发明的另外实施例的吸光板的固定方式的示意图。相对于图5-图7的实施例，图8的(a)和(b)分别示出了吸光板相对于遮光架的另外两种连接关系。

具体地，如图8的(a)所示，吸光板具有吸光部81，吸光部81完全覆盖LED发光芯片，吸光部81的宽度w同样满足上述参照图7所得到的关系式。吸光部81的两端设置有连接部82，连接部82优选为透明的，并且可以将吸光部81粘合到栅格321的两相对侧壁之间。虽然图8的(a)示出了连接部82与吸光部81的宽度相等，但是对连接部82的宽度没有特别限制，即，其宽度可以大于、等于或小于吸光部81的宽度，只要足以将吸光板81固定连接即可。

图8的(b)示出了另一种连接吸光板的方式。可以理解，图8的(b)中的吸光板81相当于以上所讨论的吸光板。如图所示，通过支架821将吸光板固定在LED发光芯片上方，在安装支架821时，使支架821不影响LED发光芯片发射的光线。可以理解的是，虽然图8的(b)示出与吸光板81垂直的支架821，但是支架821可以与吸光板81呈任何角度连接，并且支架821的截面不限于图中所示的矩形。

此外，吸光板61或吸光部81的形状可以为矩形，圆形，椭圆形，或者其相邻两边可以相交为圆弧形，所述吸光板61或吸光部81不限于上述所列举的形状，也可以是其他规则形状或不规则形状，如不规则弧形。。当吸光板61或吸光部81的形状为圆形，椭圆形时，能更加适配LED发光芯片发出的郎伯光，能够更好的吸收LED发光芯片发出的小角度光，能够更好的解决色差问题。

图9是示出了一维LED显示屏幕的光强像素化分布示意图。如图9的(a)所示，在LED发光阵列的出光侧未设置扩散层的情况下，由于每个像素点的光线填充率很低，峰值发光强度过于集中地投射到人眼视网膜上，这会造成人眼不适。

对比而言，如图9的(b)所示，在LED发光阵列前增设扩散层，可以有效的平均每个像素区域内的光强分布，即，提高像素内的光线填充率η。定义当扩散层下的像素内照度E衰减到像素中心照度Em的一定比值a(0<a<0.5)时，照度不小于a*Em的区域面积为A，则光线填充率η(即像素填充率)为：

η＝A/A0，

其中，A0为像素面积。

定义像素内光线均匀度σ为：

其中，Ep为扩散层下的单位像素内平均照度，N为总体采样数。

根据以上说明并结合图9可知，在提高像素内光线填充率的同时降低光线均匀度会产生更好的显示效果，更有利于视觉健康，同时提高显示屏逐点校正的准确性。因此，图4中的LED显示屏3还包括扩散层31，扩散层31位于矩阵遮光架32上方，以覆盖多个LED灯珠34。

扩散层31一般采用透明的聚碳酸酯(PC)、聚对酞酸乙二酯(PET)作为基材，可以选择包括添加了体散射粒子的体扩散膜，比如二氧化硅、二氧化钛等无机颗粒或者采用丙烯酸树脂、环氧系树脂制成的有机颗粒；或者可以通过在透明基材表面加工具备光学扩散作用的微结构来形成扩散层。扩散层的扩散角度应大于10度以上，扩散角度越大，扩散层的遮蔽效果越好，优选40度以上的扩散层。

矩阵遮光架32和扩散层31之间的贴合面具有光学吸收属性，并且其光线吸收率优选为90％以上，能够提高抗环境光的对比度。

通过计算机仿真可以对根据本发明的实施例进行计算。图10是示出了吸光板增设前后的色差分布对比的图。

在该仿真中，矩阵遮光架中增设有95％吸光率的上述吸光板，这可以有效降低色差。具体地，在该示例中，LED发光芯片的间距是5mm，使用R、G、B三色LED发光芯片“一”字排列的发光芯片，封装尺寸是1*1mm²。矩阵遮光架侧壁为吸收率15％的朗伯散射层，侧壁的倾斜角度优选是6.7°，最薄处壁厚为0.3mm，即矩阵遮光架的出光侧的壁厚。在遮光架出光面覆盖散射角度为高斯30°的透明扩散层。吸光板设置在LED底板上方0.26mm处，宽度为0.5mm，光线吸收率为95％。通过计算，在没有吸光板的情况下，LED显示屏纵向视角±40°内色差变化大于0.02。然而，在增设吸光板后，在相同视角下，色差降低到0.014以下。如图9所示，增加吸光板后的色差值明显下降，在±30°视角内，色差值小于0.008，即小于人眼可察觉的色差值。

下面，将结合图11和图12来说明根据本发明的实施例的设有吸光板的矩阵遮光架的制造方法。

出于简洁的目的，图11仅示出了设有吸光板的遮光架的拼接的一部分(即，一个栅格)的示意图。作为示例，使用金属模具注塑成型法来制造根据本发明的实施例的遮光架。例如，以吸光板为分割基准分别准备两块金属模具，将用于形成矩阵遮光架的材料注入两块金属模具的模腔中，得到两个部分(以下将这两个部分称为第一部分和第二部分)，并使吸光板注塑成型在第一部分和第二部分中的任一者上。最后，以使吸光板位于第一部分和第二部分之间的方式将第一部分和第二部分拼接在一起，就可以有效地制造出根据本实施例的设有吸光板的矩阵遮光架。图11的(a)和(b)分别示出了吸光板形成在不同部分上的情况。在这两种情况下，将第一部分和第二部分拼接在一起就可得到根据本发明的实施例的矩阵遮光架。下面，将对根据本发明的实施例的遮光架的制造进行详细说明。

图12是示出了设有吸光板的矩阵遮光架的制造方法的框图。

首先，在步骤S110中，将两块金属模具A和B制作成分别具有用于形成矩阵遮光架的一个部分的模腔。接着，在步骤S112中，通过注塑成型得到分别具有多个镂空栅格的第一部分和第二部分，多个镂空栅格形成为矩阵状，并且这两个部分上的多个镂空栅格的排列方式、形状及尺寸相同。这两个部分即为构成矩阵遮光架的两个主要部分。此外，在第一部分和第二部分中的任一者的多个镂空栅格的每者上注塑成型吸光板，从而得到图11的(a)和(b)示出的根本本本实施例的以一个栅格为例的矩阵遮光架的第一部分和第二部分，即，在第一部分和第二部分中的任一者的多个栅格的每者上注塑成型吸光板，并且吸光板完全覆盖能够被镂空栅格包围的LED发光芯片。另外，在使用该矩阵遮光架时，将吸光板和LED发光芯片间隔设置。然后，在步骤S114中，对遮光架的侧壁通过喷漆、化学镀、电镀等方式涂覆散射层，散射层为朗伯或者高斯散射，优选朗伯散射，反射率>30％，优选90％。

在步骤S116中，在矩阵遮光架的出光侧和扩散层紧贴的部分涂覆吸光层，能够提高抗环境光对比度，对可见光的吸收率>70％，优选95％。在步骤S118中，在吸光板的双面或者单面涂覆吸光层，使得总体吸收率>50％，优选80％。吸光板的出光面也可以选用朗伯或高斯散射涂层。最后，在步骤S120中，将矩阵遮光架的第一部分和第二部分叠加拼接，得到根据本发明的实施例的LED矩阵遮光架。为了增强两者的结合强度，可以在矩阵遮光架的第一部分和第二部分的叠加位置上设置卡扣，以进行固定。

综上所述，采用根据本发明的LED显示屏，通过在显示屏内部增设吸光板结构，使由LED发射的光均经过吸光板出射，从而有效地平衡R、G、B三色在不同视角的亮度，达到降低色差的目的，进而提高了LED显示的视觉效果。

尽管在上面已经参照附图说明了根据本发明的LED显示屏，但是本发明不限于此，且本领域技术人员应理解，在不偏离本发明随附权利要求书限定的主旨或范围的情况下，可以做出各种改变、组合、次组合以及变型。

Claims

1.一种LED显示屏，其特征在于，包括：

LED发光阵列，所述LED发光阵列包括多个LED发光芯片；

矩阵遮光架，所述矩阵遮光架包括

多个栅格，多个所述栅格互相连接成矩阵形式，并且所述栅格是镂空的，所述LED发光芯片对应设置在所述栅格内；

吸光板，所述吸光板用于吸收LED发光芯片发出的小角度的光，其中，所述吸光板完全覆盖所述栅格包围的LED发光芯片；所述吸光板的形状为圆形或椭圆形。

2.根据权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光板设置在所述LED发光芯片的正上方，所述吸光板的中心与所述LED发光芯片的排布中心对齐。

3.根据权利要求2所述的LED显示屏，其特征在于，

在所述LED发光芯片相对于所述栅格横向地排列时，所述吸光板横向地设置在所述LED发光芯片的正上方；

在所述LED发光芯片相对于所述栅格纵向地排列时，所述吸光板纵向地设置在所述LED发光芯片的正上方。

4.根据权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光板的宽度w至少为d(p–w2)/h，其中，所述吸光板到设置有所述LED发光芯片的基板的距离为d，所述栅格的相对侧壁的中点之间的距离为p，所述栅格的侧壁的横向厚度为w2，所述栅格的高度为h，

所述吸光板的长度至少为连接有所述吸光板的两个侧壁之间的垂直距离。

5.根据权利要求4所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光板的宽度w不大于d(p–w2)/h的1.2倍。

6.根据权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光板包括吸光部，所述吸光部完全覆盖所述LED发光芯片。

7.根据权利要求6所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光板还包括连接部，所述吸光部通过所述连接部连接到所述栅格的相对侧壁之间，所述连接部是透明的。

8.根据权利要求6所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光部设置有支架，所述支架用于将所述吸光部固定在所述LED发光芯片正上方。

9.根据权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光板直接连接在所述栅格的两侧壁之间。

10.根据权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光板的双面或者单面涂覆有吸光层。

11.根据权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光板的光吸收率大于50％。

12.根据权利要求11所述的LED显示屏，其特征在于，

所述吸光板的光吸收率大于80％。

13.根据权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，还包括：

扩散层，所述扩散层布置在所述多个栅格上方，以覆盖多个所述LED发光芯片。

14.根据权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，

所述矩阵遮光架被分为能够进行连接的第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分中的任一者具有所述吸光板，并且当连接所述第一部分和所述第二部分时，所述吸光板位于所述第一部分和所述第二部分之间。

15.根据权利要求14所述的LED显示屏，其特征在于，

所述第一部分和所述第二部分通过卡扣拼接在一起。