CN114333612B - 一种基于光栅透镜的微小间距led显示屏模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光栅透镜的微小间距LED显示屏模组，属于LED显示屏技术领域。包括3颗大功率的R、G、B的LED单灯、光栅透镜、光阀阵列、后面板和前面板；光阀阵列包括M行×N列光阀，每个光阀包括三个平行排列的可独立控制的子光阀，分别对应R、G、B三种颜色，可控制子光路输出强度；三个光栅透镜分别对应一颗LED单灯，在光栅透镜中制造N个狭缝将LED发出的光分隔成N条细长光路，并将这些光路分别投射到光阀阵列的一列子像素上且使光线趋于均匀；三个光栅透镜分别将光投射到光阀阵列的每个光阀的不同子光阀上；后面板和前面板之间使用光纤连接。本发明每个LED单灯可独立调光，动态能耗进一步降低。

Description

一种基于光栅透镜的微小间距LED显示屏模组

技术领域

本发明涉及一种基于光栅透镜的微小间距LED显示屏模组，属于LED显示屏技术领域。

背景技术

当前的显示技术主要有LED屏、OLED屏、LCD屏、投影屏（DLP、LCD等）。

投影屏（或投影拼接屏）需要将光投射在白色背景上，亮度低、对比度差，适用于较暗的环境。

LCD屏亮度高、背景为黑色、对比度高，但随着单屏尺寸的增加，单位面积制造成本急剧上升，仅适用于中小屏幕。而用LCD屏拼接成大屏幕，因为LCD屏以玻璃为载体和TFT制造工艺，造成显示区域必须小于玻璃载体，以及必须的结构外框，无法做到视觉上的无缝拼接。而且，LCD屏因为采用了彩色滤光膜，造成了光的有效利用率低，能效低。

OLED屏是主动发光的，光的有效利用率较高，其基材可以采用柔性材料，但同样基于TFT工艺，同样仅适用于中小屏幕。

LED屏是将大量小功率的LED灯珠，在PCB上装配成阵列形式，形成模组，再用模组拼接成大屏，实现视觉上的无缝拼接。随着像素间距持续缩小到2mm以下，LED灯珠封装外壳的尺寸限制成为传统单灯装配式制造工艺的瓶颈。单位面积器件用量与像素间距倒数的平方呈正比关系，每平米百万量级的器件使很多性能指标迅速恶化。包括：1、制造规模急剧上升，生产线投资剧增；2、平均无故障时间急剧下降，可靠性严重变差；3、LED越小，LED和模组的外壳防护能力越差，极易破损，制造、运输、安装、维修成本大幅上升；4、LED模组是采用逐行点亮扫描驱动，利用视觉暂留原理显示稳定图像的，随着LED的密度增大，对应的PCB面积减小，若驱动电路等比例增加，则PCB难以容纳，故采用更高的频率扫描，以减少驱动电路的用量，但带来了更大的电磁辐射，电磁污染加重。

LED的新技术路线目前主要有COB、MiniLED、MicroLED三种。

COB（Chip On Board），就是将若干颗LED裸芯片封装在一块基板上，然后再封装成一个器件，用这个COB器件去装配显示屏，减少装配环节的制造规模。但传统小间距LED屏的其它缺点并未能解决，且新产生了表面墨色反光、底色一致性差、对比度下降、单点返修困难等缺点。而且在像素间距1mm以下时，存在瓶颈。

MiniLED是将LED芯片做到更小间距（50um ～200um），呈阵列式安装到玻璃基板上，贴附在LCD显示屏的玻璃背面，作为背光源，可实现区域调光，使LCD的背光更均匀，还可降低LCD屏的动态能耗。目前还未在LED大屏幕显示领域应用。

MicroLED是小于50um的LED芯片，是当前的研究热点之一，但必需的巨量转移等技术尚未突破。MicroLED可用于制造中小尺寸的显示屏，制造大屏幕显示屏也存在诸多问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光栅透镜的微小间距LED显示屏模组。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于光栅透镜的微小间距LED显示屏模组，包括3颗大功率的R、G、B的LED单灯、光栅透镜、光阀阵列、后面板和前面板；光阀阵列包括M行×N列光阀，每个光阀包括三个平行排列的可独立控制的子光阀，分别对应R、G、B三种颜色，可控制子光路的输出强度；三个光栅透镜分别对应一颗LED单灯，在光栅透镜中制造N个狭缝将LED发出的光分隔成N条细长的光路，并将这些光路分别投射到光阀阵列的N列子像素上且使光线趋于均匀；三个光栅透镜将光投射到光阀阵列的每个光阀的不同子光阀上；后面板和前面板之间使用光纤连接导光；还包括用于控制LED单灯和光阀阵列的控制板。

本发明技术方案的进一步改进为：后面板、光纤和前面板为导光部件，前面板尺寸大于后面板。

本发明技术方案的进一步改进为：后面板上每个像素点使用一根光纤同前面板上的每个输出像素点连接传光。后面板的每个像素点与光阀阵列中的光阀一一对应；光阀不设滤色片。

本发明技术方案的进一步改进为：LED单灯、光栅透镜、光阀阵列均安装在导光部件上，导光部件上设置用于模组之间拼接安装的拼装结构。

本发明技术方案的进一步改进为：光阀为液晶光阀。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：

本发明通过大功率R、G、B的LED单灯的使用，能够大幅减少LED灯珠和驱动电路的用量，减少幅度达到几个数量级，从而能够降低制造规模、减少生产线投资、提高生产效率。由于光源个数的大幅减少，显示屏出故障的概率显著降低，提高了平均无故障时间，提高了可靠性。

本发明设置R、G、B的LED单灯，每个单灯可以独立调光，动态能耗得到进一步的降低。

本发明设置光阀阵列，通过用光阀阵列控制光路，而不控制大电流，降低了电磁辐射，更加环保。

本发明的子光阀上不设滤色片，光的有效利用率和能效是设置滤色片方式的3倍，节能效果显著。

本发明光源LED 的个数减少，进而能够减小电气部分的尺寸，可以把电气部分封装在密闭壳体中，提高外壳防护等级，适用更加恶劣的应用环境。

本发明中导光的后面板用光纤将光阀阵列输出投射到显示屏前面板上，扩大了像素间距，增加了结构强度，增强了抗碰撞损伤的能力。该显示屏模组能够防尘、防水、防凝露、防盐雾腐蚀。

附图说明

图1是本发明部件分布示意图。

其中：1、LED单灯，2、光栅透镜，3、光阀阵列，4、后面板，5、光纤，6、前面板。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明是一种基于光栅透镜的微小间距LED显示屏模组，是显示屏其中的一个单元，由多个显示屏模组形成显示屏。该显示屏模组的主要设计思路是利用3颗大功率的R、G、B的LED单灯作为光源，使用光栅透镜将光线分散投射在光阀阵列上，使用光阀来调节输出的像素的色彩。光阀的作用是控制光路通闭以及光路通过光的强度，光阀使用液晶光阀或者其他光阀。

如图1所示，该显示屏模组包括3颗大功率的R、G、B的LED单灯1、光栅透镜2、光阀阵列3、后面板4和前面板6，上述各个部件依次排布设置。R、G、B的LED单灯1是光源，光栅透镜2位于光阀阵列3和光源之间，每个LED单灯单独对应设置一个光栅透镜2，每个光栅透镜2上设置N个狭缝，LED单灯1发出的光线通过光栅透镜2后被分成N条细长的光路；这些光路分别投射到光阀阵列3的N列子像素上；通过光栅透镜2还能够使光线趋于均匀。

本发明中的光阀阵列3包括M行×N列光阀，而每个光阀包括三个平行排列的可独立控制的子光阀，这三个平行排列的子光阀分别对应R、G、B三种颜色，无滤色片，每个子光阀对应一个子光路，子光阀可控制子光路的输出强度。三个子光路的光线混合形成输出的像素色彩，子光阀控制子光路的输出强度形成对于输出的像素色彩的调节。光阀阵列3对应的是后面板4，子光阀输出的光线投射到后面板4上。

本发明中每个显示屏模组中的三个光栅透镜分别对应一颗LED单灯1，三个光栅透镜2射出的光线投射到光阀阵列的每个光阀的不同子光阀上。本发明中使用若干光阀形成光阀阵列3。M行×N列的光阀阵列3，能够将输入光分隔为M行×N列输出光路。具体的，根据实际需要确定光阀阵列3的规模。光阀阵列3中设置的光阀越多，越密集，则最终显示屏的输出像素越高， 成本越低，但动态能耗越高。

进一步的，本发明中后面板4、若干光纤5形成的光纤阵列和前面板6称为导光部件。后面板4和前面板6之间使用光纤5连接导光；具体的做法是，后面板4上每个像素点使用一根光纤5同前面板6上的每个输出像素点连接传光。后面板4的每个像素点与光阀阵列3中的光阀一一对应。在具体的实施中，前面板6尺寸大于后面板4。

本发明的显示屏模组设置有控制板，通过控制板来控制LED单灯1和光阀阵列3。

本发明在具体的加工中，LED单灯1、光栅透镜2、光阀阵列3均安装在导光部件上，导光部件上设置用于模组之间拼接安装的拼装结构，通过拼装结构将若干个LED显示屏模组拼装形成LED大屏幕，上述拼装结构可以直接使用现有技术中的拼装结构。

本文中所述的静态能效，是指输出能量（光能）与输入能量（电能或光能）的百分比，与显示图像无关；而动态功耗与显示图像颜色有关，显示全白色时能耗最大，显示全黑时能耗最小，区域调光可以降低动态功耗。本发明中的显示屏模组可进行R、G、B独立区域调光，能够降低显示屏的动态能耗至现有LCD屏的30%以下。静态能效相比现有技术提高3倍。

本技术领域内一颗大功率LED的成本，远远小于总功率相同的大量小功率LED的成本之和。如果是大量小功率LED，那么只要其中一个小功率LED发生故障，都会对显示屏的显示产生不良影响。本发明采用三颗R、G、B的LED单灯作为光源，大幅减少了LED灯珠的数量，不仅降低了生产成本和生产难度，还能够大幅提高平均无故障时间、提高可靠性。

本发明利用大功率R、G、B的LED单灯作为显示屏的光源，无需使用滤色片。本发明通过设置光栅透镜将光线进行光路划分，进而能够对应照射在光阀阵列的子光阀上，最终将光线分成多个像素，实现显示屏的图像显示。光阀阵列中的每个光阀所包含的三个子光阀能够形成三个子光路，分别通过红、绿、蓝光，子光阀可控制子光路的输出强度，实现色彩的调节。本发明能够大幅降低微小间距LED显示屏的制造成本，提高平均无故障时间、提高可靠性；同时，能效是LCD屏的3倍，更节能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种基于光栅透镜的微小间距LED显示屏模组，其特征在于：包括3颗大功率的R、G、B的LED单灯（1）、光栅透镜（2）、光阀阵列（3）、后面板（4）和前面板（6）；光阀阵列（3）包括M行×N列光阀，每个光阀包括三个平行排列的可独立控制的子光阀，分别对应R、G、B三种颜色，可控制子光路的输出强度；三个光栅透镜（2）分别对应一颗LED单灯（1），在光栅透镜（2）中制造N个狭缝将LED发出的光分隔成N条细长的光路，并将这些光路分别投射到光阀阵列的N列子像素上且使光线趋于均匀；三个光栅透镜（2）分别将光投射到光阀阵列（3）的每个光阀的不同子光阀上；后面板（4）和前面板（6）之间使用光纤（5）连接导光；还包括用于控制LED单灯（1）和光阀阵列（3）的控制板；后面板（4）、光纤（5）和前面板（6）为导光部件，前面板（6）尺寸大于后面板（4）；后面板（4）上每个像素点使用一根光纤（5）同前面板（6）上的每个输出像素点连接传光；后面板（4）的每个像素点与光阀阵列（3）中的光阀一一对应；光阀不设滤色片。

2.根据权利要求1所述的一种基于光栅透镜的微小间距LED显示屏模组，其特征在于：LED单灯（1）、光栅透镜（2）、光阀阵列（3）均安装在导光部件上，导光部件上设置用于模组之间拼接安装的拼装结构。

3.根据权利要求1～2任一项所述的一种基于光栅透镜的微小间距LED显示屏模组，其特征在于：光阀为液晶光阀。