CN110969955A - Led显示屏 - Google Patents
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Abstract
一种LED显示屏，包括：LED阵列，包括多个LED发光单元，多个LED发光单元设置在基板上；扩散膜，设置在LED阵列的出光侧；矩阵遮光架，设置在LED阵列与扩散膜之间，包括镂空栅格阵列，镂空栅格阵列包括多个镂空栅格，镂空栅格与LED发光单元一一对应，且镂空栅格在基板上的投影包围其对应的LED发光单元；以及偏振片，设置在LED阵列发出的光线所经过的光路上，包括交替排列的第一偏振区和第二偏振区，LED阵列发出的光线经过第一偏振区形成第一偏振光，经过第二偏振区形成第二偏振光。本发明通过在LED阵列发出的光线所经过的光路上设置与LED阵列对应的矩阵遮光架，使得LED阵列发出的光被限制在像素单元内，避免了相邻LED发光单元光线相互干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED显示屏，属于LED显示技术领域。
背景技术
人眼观看实际物体时产生立体感或者说3D视觉，是因为左右眼观看物体的角度略有不同，大脑从而合成出立体影像。在观看二维屏幕时，为了使观众同样产生三维视觉，视频在录制时模仿人眼从两个角度拍摄，再分别播放给左右眼观看。为了使左右眼接收到的影像内容互不影响，常见的方法是运用偏振光学，由观看者佩戴偏光眼镜，左右镜片有不同的偏振方向，而影像源上亦按照这两个偏振方向放映两个视角的影像。两个偏振态通常选择互相垂直的线偏振态或者左旋和右旋圆偏振态。由于偏振片会阻挡入射光线至少的一半光，所以对光源的亮度提出了更高的要求。
LED灯珠具有发光亮度高的特点，其点阵组成的大屏幕可以显示很高的亮度(轻松高于1000Nit)，在经过偏振片滤光后依然拥有足够的亮度，非常适合用于3D显示。LED显示还有其他优点，例如每个LED灯珠响应很快，还可以被单独控制亮灭，在显示黑场时可以完全关闭从而拥有很高的对比度。LED灯珠光谱窄，使得显示系统具有宽广的色域。由于LED阵列显示的这些优点，再加上相关元件的成本不断降低、技术不断成熟，一些厂商相继推出了LED阵列显示屏用于呈现高质量影像，例如三星的Cinema LED Screen和索尼的Crystal显示屏。LED大屏幕显示已经逐渐进入高质量视频放映领域，随着技术的不断成熟和内容提供商制作相关3D片源，LED 3D显示会带来全新的视觉体验。
但是目前LED大尺寸显示还存在一些问题，由于LED灯珠的发光强度很高，集合而成的显示屏每一像素上的光线过于集中于像素中心的LED灯珠上，观看时颗粒感明显，影响了每一帧影像的显示连续性，同时不利于观看者的视觉健康，能量集中在视网膜上的小区域，容易造成视觉疲劳。索尼和三星的产品，为了提升屏幕的对比度，采用Mini LED或者Micro LED，使得发光面积很小，且依然存在观看颗粒感，而且成本高，工艺良率低，不适于大规模推广。
此外，具体到LED阵列显示屏实现偏振3D显示，通过将两种偏振片交替覆盖在LED灯珠上，由于左右眼在观看相同内容的不同视角影像，LED灯珠的数量需要翻倍才能保持二维显示的分辨率。在整体尺寸不变的情况下，LED灯珠的密度加倍，偏振片的尺寸也要相应的缩小一半。由于LED灯珠近似为朗伯光源，在观察方向有180°的发散光线，当偏振片距离LED灯珠一定距离时，在LED灯珠和偏振片密排的情况下，灯珠的光线很容易照射到相邻灯珠对应的偏振片上，使得同一偏振片接收了不同影像内容的相邻光线，影响了最终3D显示效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种LED显示屏，避免了相邻LED发光单元光线相互干扰，增大了LED显示屏的像素填充率，消除了观看时的颗粒感，使得LED显示屏的抗环境光能力增强。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种LED显示屏，所述LED显示屏包括：LED阵列，包括多个LED发光单元，多个所述LED发光单元设置在基板上；扩散膜，设置在所述LED阵列的出光侧；矩阵遮光架，设置在所述LED阵列与所述扩散膜之间，包括镂空栅格阵列，所述镂空栅格阵列包括多个镂空栅格，所述镂空栅格与所述LED发光单元一一对应，且所述镂空栅格在所述基板上的投影包围其对应的LED发光单元；以及偏振片，设置在所述LED阵列发出的光线所经过的光路上，包括交替排列的第一偏振区和第二偏振区，所述LED阵列发出的光线经过第一偏振区形成第一偏振光，经过第二偏振区形成第二偏振光。
优选地，所述偏振片设置在所述扩散膜和所述矩阵遮光架之间。
为了获得优良的保偏性能，所述扩散膜为表面散射膜，所述扩散膜靠近所述偏振片的一面为散射表面。
优选地，所述偏振片设置在所述扩散膜远离LED阵列的一侧。
为了保护偏振片，防止其磨损，所述偏振片设置在一透明基板的靠近LED阵列的表面上。
优选地，所述偏振片设置在LED阵列与矩阵遮光架之间，所述LED阵列还包括设置在基板上的光罩，所述光罩上设有与LED发光单元对应设置的开孔，每一个LED发光单元分别位于一个开孔的中心。
优选地，所述偏振片设置在所述矩阵遮光架的镂空栅格内。
为了方便成型，所述镂空栅格的侧壁厚度沿远离LED阵列方向逐渐减小。
优选地，所述偏振片为线偏振片，所述第一偏振光和第二偏振光的偏振方向互相垂直；或者，所述偏振片为圆偏振片，所述第一偏振光和第二偏振光分别为左旋偏振光和右旋偏振光。
优选地，所述第一偏振区和第二偏振区沿横向或纵向交替排列，所述第一偏振区和第二偏振区为条形；或者，所述第一偏振区和第二偏振区沿横向和纵向分别交替排列，所述第一偏振区和第二偏振区为正方形。
为了防止环境光影响LED显示屏的显示效果，所述偏振片与LED阵列之间还设有四分之一波片，或者，所述偏振片朝向LED阵列的一面设有四分之一波片镀层。
综上所述，本发明通过在LED阵列发出的光线所经过的光路上设置与LED阵列对应的矩阵遮光架，使得LED阵列发出的光被限制在像素单元内，避免了相邻LED发光单元光线相互干扰，防止一个偏振图像的光漏到相邻的偏振图像中，提高了3D显示清晰度；通过设置扩散膜，增大了LED显示屏的像素填充率，消除了观看时的颗粒感；通过设置四分之一波片，使得LED显示屏的抗环境光能力增强；另外，本发明还提供了多种偏振片的设置方式，满足了多种场景下用户观看3D影响的需求。
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。
附图说明
图1为本发明LED显示屏的结构示意图；
图2为LED发光单元出射光线示意图；
图3为设置扩散膜的LED发光单元出射光线示意图；
图4为本发明一种偏振片的结构示意图；
图5为本发明另一种偏振片的结构示意图；
图6为本发明再一种偏振片的结构示意图；
图7为本发明实施例一中LED显示屏的剖视图；
图8为不同结构扩散膜的保偏度示意图；
图9为本发明实施例二中LED显示屏的剖视图；
图10为本发明实施例三中LED显示屏的剖视图；
图11为本发明实施例四中LED显示屏的剖视图。
具体实施方式
以下将结合附图以及实施例来详细说明本发明的实施方式，需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
图1为本发明LED显示屏的结构示意图。如图1所示，本发明提供一种LED显示屏，所述LED显示屏包括：LED阵列100、扩散膜400、矩阵遮光架200以及偏振片300。
所述LED阵列100包括多个LED发光单元110，多个所述LED发光单元110设置在基板上，所述LED阵列100还包括设置在基板上的驱动电路、驱动芯片。所述基板可以为PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)电路板，所述LED发光单元110优选为红绿蓝三色LED封装在一起的LED芯片，每一个LED发光单元110代表一个像素，多个所述LED发光单元110优选以矩形阵列排布在所述PCB电路板上。为了减少对环境光的反射，所述基板在设置LED发光单元110的一侧涂覆黑色吸光层。其中LED阵列100的LED发光单元110亮暗可以通过PWM(脉冲宽度调制)方式驱动，可以在丰富的灰阶下显示彩色。3D视频片源分两路提供给驱动芯片，驱动芯片分别控制不同偏振方向的LED发光单元110显示对应的内容，佩戴相应3D眼镜的观众即可感受到3D立体影像。
所述矩阵遮光架200设置在所述LED阵列100与所述扩散膜400之间，用于遮挡相邻LED发光单元110的串扰光线。所述矩阵遮光架200包括镂空栅格阵列，所述镂空栅格阵列包括多个镂空栅格210，所述镂空栅格210与所述LED发光单元110一一对应，且所述镂空栅格210在所述基板上的投影包围其对应的LED发光单元110；所述镂空栅格210的数量与LED发光单元110的数量相同，每一个所述LED发光单元110与所述镂空栅格210的中心对应设置，所述矩阵遮光架200的侧壁具有反射和散射的光学作用，例如矩阵遮光架200的侧壁上涂覆高斯散射角度为15°的高反射率漆，从而使得每个LED发光单元110发出的光线被限制在镂空栅格210内传播。其中，侧壁的反射性能可以通过使平行光垂直入射于侧壁然后测量反射光而得到，在漫反射的情况下，反射光形成光锥形分布，反射光的发光强度不小于中心强度50％的光锥的光锥角即为上述“散射角度”。
矩阵遮光架的作用是对LED发光单元的光进行遮挡，可以理解，在一些实施方式中，矩阵遮光架的侧壁也设置光吸收材料，而非反射/散射材料，通过对光的吸收，避免相邻单元的光串扰。
为了方便成型，所述镂空栅格210的侧壁厚度沿远离LED阵列100方向逐渐减小，该技术方案也可以实现扩大像素填充率的效果。优选地，所述镂空栅格210的侧壁截面为梯形。所述矩阵遮光架200可以由金属模具注塑而成。
所述扩散膜400设置在所述LED阵列100的出光侧，用于透射并扩散LED阵列100发出的光线，其可以为表面散射膜或体散射膜，优选为表面散射膜，且其散射表面朝向LED阵列100设置，从而获得优良的保偏性能。所述扩散膜400的材质包括磨砂PC塑料、磨砂PMMA、磨砂PET、磨砂PVC、磨砂PP、磨砂PS、磨砂环氧树脂、磨砂玻璃或液晶聚合物与光敏树脂的混合物。
图2为LED发光单元出射光线示意图，图3为设置扩散膜的LED发光单元出射光线示意图。如图2和图3所示，LED阵列100发出的光线经过矩阵遮光架(图中未示出)照射在扩散膜400上，扩散膜400上形成的一个个像素点与LED阵列100中的LED发光单元110一一对应，假设定义发光面积与像素总面积的比值为像素填充率，LED发光单元110发出的光线照射在扩散膜400上形成大于LED发光单元110的发光面的光斑，从而使扩散膜400上的像素点阵拥有比LED发光单元110像素点阵更高的像素填充率。换句话说，当不设置扩散膜400时，分离的LED发光单元阵列成像到人眼视网膜上形成图像，观看者观看LED阵列100组成的屏幕，看到的是多个LED发光单元110；而设置扩散膜400之后，扩散膜400对LED发光单元110发出的光重新改变了光分布，扩散膜400相当于一个新的“被动式光源”，扩散膜400成像到人眼视网膜上形成图像，其像素填充率相对原LED发光单元阵列明显增大。另外，光线经过扩散膜400之后传播角度扩大，使得拥有扩散膜400的LED显示屏有更大的可视角。
为实现3D效果，设置了偏振片300。偏振片300优选为吸收型偏振片，包括交替排列的第一偏振区310和第二偏振区320，第一偏振区310与第二偏振区320为相互正交的偏振片。偏振片300设置在LED阵列100发出的光线所经过的光路上，LED阵列100发出的光为非偏振光，其经过第一偏振区310形成第一偏振光，经过第二偏振区形成第二偏振光。偏振片300可以为多种类型，例如，当偏振片为线偏振片时，第一偏振光和第二偏振光的偏振方向互相垂直；当偏振片为圆偏振片时，第一偏振光和第二偏振光分别为左旋偏振光和右旋偏振光。
为了防止环境光影响LED显示屏的显示效果，在本发明中，所述偏振片300与LED阵列100之间还设有四分之一波片，或者，所述偏振片300朝向LED阵列100的一面设有四分之一波片镀层。当环境光经偏振片300入射时，一半环境光被偏振片吸收，另一半成为单一偏振态的光，单一偏振态的光中一部分被LED阵列100的上的黑色吸光层吸收，一部分经反射后，反射回偏振片300，其间两次经过四分之一波片或者四分之一波片镀层，相对应偏振片300的相位变化90°(或者说270°)，从而使得几乎全部环境光被吸收，而LED阵列100发出的光本身不是偏振光，经过1次四分之一波片或者四分之一波片镀层后，仍然不是偏振光，理论上再经过偏振片300也仍具有50％的透过率(实际为46％左右)，即四分之一波片或者四分之一波片镀层的增设在不影响LED阵列100发出光线的情况下使LED显示屏具有抗环境光的效果。在设置四分之一波片的情况下，无论有没有PCB板上的黑色吸光层，都可以实现良好的抗环境光效果。尤其地，在本发明的一个实施方式中，选择中心波长为绿光波长的四分之一波片，能够实现更好的抗环境光效果，一方面由于绿光的视觉刺激效应更强，另一方面绿光处于红光和蓝光的波长之间，波长偏移量小。
本发明并不限制第一偏振区和第二偏振区交替排列的具体方式，图4为本发明一种偏振片的结构示意图；图5为本发明另一种偏振片的结构示意图；图6为本发明再一种偏振片的结构示意图。在图4至图6中，定义上下方向为纵向方向，左右方向为横向方向。
如图4所示，所述偏振片中的第一偏振区和第二偏振区可以沿横向交替排列，即所述第一偏振区和第二偏振区均为条形偏振片，除了位于左右边界处的第一偏振区和第二偏振区外，其余第一偏振区的左右两边均为第二偏振区，其余第二偏振区的左右两边均为第一偏振区，其中，相邻第一偏振区和第二偏振区之间的中心间距p为相邻LED发光单元的间距，第一偏振区和第二偏振区的宽度d小于等于所述中心间距p。
如图5所示，所述偏振片中的第一偏振区和第二偏振区可以沿纵向交替排列，即所述第一偏振区和第二偏振区均为条形偏振片，除了位于上下边界处的第一偏振区和第二偏振区外，其余第一偏振区的上下两边均为第二偏振区，其余第二偏振区的上下两边均为第一偏振区，其中，相邻第一偏振区和第二偏振区之间的中心间距p为相邻LED发光单元的间距，第一偏振区和第二偏振区的宽度d小于等于所述中心间距p。
如图6所示，所述偏振片中的第一偏振区和第二偏振区沿横向和纵向分别交替排列，即所述第一偏振区和第二偏振区均为正方形偏振片，除了位于四周边界处的第一偏振区和第二偏振区外，其余第一偏振区的上下左右侧均为第二偏振区，其余第二偏振区的上下左右侧均为第一偏振区，其中，相邻第一偏振区和第二偏振区之间的中心间距p为相邻LED发光单元的间距，第一偏振区和第二偏振区的宽度d(或长度)小于等于所述中心间距p。
本发明中并不限制偏振片300的设置位置，只要保证LED阵列发出的光线在进入观看者视野前经过偏振片300便可。下面结合具体实施例对本发明的LED显示屏的结构进行介绍，不同的实施例分别基于不同的实际应用环境设计，互相之间的不同点并非可以轻易互换。
实施例一
图7为本发明实施例一中LED显示屏的剖视图；如图7所示，在本实施例中，所述偏振片300设置在扩散膜400和矩阵遮光架200之间，即所述LED显示屏包括依次设置的LED阵列100、矩阵遮光架200、偏振片300以及扩散膜400。所述LED阵列100上的LED发光单元110设置在矩阵遮光架200的镂空栅格210内，为了保证LED显示屏具有较高的屏占比，所述LED阵列100中的LED发光单元110与驱动电路120及驱动芯片130设置在所述基板的不同侧。所述偏振片300可以为图4至图6中所示的偏振片中的任一种。
为了提高出射光的偏振度和偏振效果，在本实施例中，所述扩散膜400为表面散射膜，所述扩散膜400靠近所述偏振片300的一面为散射表面。图8为不同结构扩散膜的保偏度示意图。具体测试方法为，使单一偏振态的光经过扩散膜，然后入射到检偏器，旋转检偏器，测量出射光束的最大亮度与最小亮度，最大亮度和最小亮度的比值定义为保偏度。如图8所示，当扩散膜的散射表面面向(扩散膜靠近所述偏振片的一面为散射表面)偏振片设置时，其保偏度明显高于散射表面背向(扩散膜远离所述偏振片的一面为散射表面)偏振片设置的扩散膜。尤其是小视角区域，扩散膜的散射表而面向偏振片的技术方案明显优于另一技术方案。
在本实施例中，由于偏振片300设置在扩散膜400和矩阵遮光架200之间，扩散膜400还能够保护偏振片300防止其被划伤，同时，由于矩阵遮光架200与扩散膜400没有直接接触，能够避免在扩散膜400产生影响像素填充率的矩阵遮光架200的阴影。另外，本实施例中，第一偏振区和第二偏振区能够组成一个整体，容易被矩阵遮光架200承载定位。
本实施例用最少、最简单的结构实现了多重有益效果。
实施例二
图9为本发明实施例二中LED显示屏的剖视图；如图9所示，本实施例与实施例一相比，其不同之处在于所述偏振片300设置在扩散膜400的外侧(远离LED阵列100的一侧)，即所述扩散膜400设置在所述偏振片300和矩阵遮光架200之间。所述偏振片300可以为图4至图6中所示的偏振片中的任一种。本实施例中的偏振片同样可以提高出射光的偏振度。相对于实施例一，本实施例的特点在于，光在入射到偏振片300之前为非偏振光(扩散膜400不会改变LED出射光的偏振态)，从而使得偏振片300出射的偏振片不会受到扩散膜的散射影响(散射作用会降低偏振度)。因此，本实施方式具有更优的出射光偏振度。
优选地，为了保护偏振片，防止其磨损，所述偏振片设置在一透明基板的靠近LED阵列100的表面上(图中未示出)。
本实施例的其他结构与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例三
图10为本发明实施例三中LED显示屏的剖视图；如图10所示，本实施例与实施例一相比，其不同之处在于所述偏振片300设置在LED阵列100与矩阵遮光架200之间。所述偏振片300可以为图4至图6中所示的偏振片中的任一种。
为了排除LED阵列100相邻LED发光单元110之间的光线串扰，所述LED阵列100还包括设置在基板上的光罩140，所述光罩140上设有与LED发光单元110数量相同的开孔，每一个LED发光单元110分别位于一个开孔的中心，且所述光罩的高度大于等于LED发光单元110的高度，从而使得LED发光单元110发出的光线在经过所述偏振片前不会相互干扰。
本实施例的其他结构与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例四
图11为本发明实施例四中LED显示屏的剖视图；如图11所示，本实施例与实施例一相比，其不同之处在于所述偏振片300’设置在所述矩阵遮光架200的镂空栅格210内，使得所述LED发光单元110发出的光线经所述偏振片300’后射在扩散膜400上。所述偏振片可以按照图4至图7中所示的偏振片中的任一种的排列方式进行排布，但是各个镂空栅格内的偏振片单元相互之间彼此分离设置。
优选地，为了方便生产加工，所述偏振片300’与所述扩散膜400贴合设置，即可以在扩散膜400上设置彼此分离的区域性偏振膜片，然后倒扣在矩阵遮光架上。
本实施例的其他结构与实施例一相同，在此不再赘述。
以上各实施例中，都可以在如附图所示的结构基础上，在偏振片与LED阵列之间设置四分之一波片，具体效果已经在上述内容中陈述，此处不再赘述。
本发明通过在LED阵列发出的光线所经过的光路上设置与LED阵列对应的矩阵遮光架，使得LED阵列发出的光被限制在像素单元内，避免了相邻LED发光单元光线相互干扰；通过设置扩散膜，增大了LED显示屏的像素填充率，消除了观看时的颗粒感；通过设置四分之一波片，使得LED显示屏的抗环境光能力增强；另外，本发明还提供了多种偏振片的设置方式，满足了多种场景下用户观看3D影响的需求。
Claims (11)
1.一种LED显示屏，其特征在于，所述LED显示屏包括：
LED阵列，包括多个LED发光单元，多个所述LED发光单元设置在基板上；
扩散膜，设置在所述LED阵列的出光侧；
矩阵遮光架，设置在所述LED阵列与所述扩散膜之间，包括镂空栅格阵列，所述镂空栅格阵列包括多个镂空栅格，所述镂空栅格与所述LED发光单元一一对应，且所述镂空栅格在所述基板上的投影包围其对应的LED发光单元；以及
偏振片，设置在所述LED阵列发出的光线所经过的光路上，包括交替排列的第一偏振区和第二偏振区，所述LED阵列发出的光线经过第一偏振区形成第一偏振光，经过第二偏振区形成第二偏振光。
2.如权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，所述偏振片设置在所述扩散膜和所述矩阵遮光架之间。
3.如权利要求2所述的LED显示屏，其特征在于，所述扩散膜为表面散射膜，所述扩散膜靠近所述偏振片的一面为散射表面。
4.如权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，所述偏振片设置在所述扩散膜远离LED阵列的一侧。
5.如权利要求4所述的LED显示屏，其特征在于，所述偏振片设置在一透明基板的靠近LED阵列的表面上。
6.如权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，所述偏振片设置在LED阵列与矩阵遮光架之间，所述LED阵列还包括设置在基板上的光罩，所述光罩上设有与LED发光单元对应设置的开孔，每一个LED发光单元分别位于一个开孔的中心。
7.如权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，所述偏振片设置在所述矩阵遮光架的镂空栅格内。
8.如权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，所述镂空栅格的侧壁厚度沿远离LED阵列方向逐渐减小。
9.如权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，所述偏振片为线偏振片，所述第一偏振光和第二偏振光的偏振方向互相垂直；或者，所述偏振片为圆偏振片，所述第一偏振光和第二偏振光分别为左旋偏振光和右旋偏振光。
10.如权利要求9所述的LED显示屏，其特征在于，所述第一偏振区和第二偏振区沿横向或纵向交替排列，所述第一偏振区和第二偏振区为条形；或者，所述第一偏振区和第二偏振区沿横向和纵向分别交替排列，所述第一偏振区和第二偏振区为正方形。
11.如权利要求1所述的LED显示屏，其特征在于，所述偏振片与LED阵列之间还设有四分之一波片，或者，所述偏振片朝向LED阵列的一面设有四分之一波片镀层。
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