CN1304125A

CN1304125A - 平面显示单元和平面显示装置

Info

Publication number: CN1304125A
Application number: CN00130592.1A
Authority: CN
Inventors: 名取武久
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2001-07-18
Also published as: US6443597B1; JP4352522B2; JP2001075508A; KR20010030175A

Abstract

一种使用LED的平面显示单元,当屏幕显示图象或字符时,即使在很近的范围内观看屏幕,不会让单个象素的颜色看起来孤立,或让象素显示成一系列可视点,以及使用上述平面显示单元所形成的平面显示装置。在基片上,在向左和向右倾斜的方向上安置具有正方形形状的发光表面的象素,所述发光表面的侧边彼此相对,所述正方形倾斜45°。基片2的表面形状和尺寸与基片2上所有象素3的发光表面的轮廓的形状和尺寸相同。用透明材料覆盖多个发出不同颜色的LED,形成象素3,所述透明材料包含光散射材料。

Description

平面显示单元和平面显示装置

本发明涉及一种平面显示单元，在所述显示单元中，多个使用发光元件的象素被安置在一个基片上，本发明涉及一种使用平面显示单元的平面显示装置。

将多个LED(发光二极管)象素安置在基片上的平面显示单元被广泛地使用，所述显示单元用于构成一个屏幕，或布置多个显示单元，构成一个大的显示屏幕。

在常规的LED平面显示单元中，一个根据所输入的视颜信号而显示图象的LED平面显示单元是这样构成的，如图7所示，一个象素共由三个发光部分(在图中，这些发光部分由R、G、B表示)组成，也就是说，具有一个红色LED器件(LED芯片)的发光部分，具有一个绿色LED器件的发光部分，具有一个蓝色LED器件的发光部分，在横向和纵向方向上，安置多个象素。

再有，在LED平面显示单元中，一种以字符形式显示、不同的指导数据的LED平面显示单元是这样构成的，如图8所示，具有不同颜色(例如微黄绿色和红色)的两个LED器件21、22被安置在基片23上，彼此接近，这样LED器件21和22周围被一个反射器框架24所包围，上方覆盖着一个盘形透明的散射板25，以形成一个具有图9所示的圆形发光表面的象素26，如图所示，多个这种象素26被安置在横向和纵向方向上。

但在图7所示的用于显示图象的LED平面显示单元中，每个发光部分仅发出一种颜色的光线。除非，一个人从一定距离之外看屏幕，否则，单个发光部分的颜色看起来是孤立的，这对图象质量来讲，是一个缺陷。

在未来，用于显示图象的LED平面显示单元不仅可以被安置在一个必须在一定距离之外才能观看的位置，例如，一个建筑物户外的墙壁上，还可以被安置在一个在很近范围内就可以观看的位置，这时，上述的缺陷将变得突出。

上述缺陷可以被解决，例如，如图10所示，缩小象素内发光部分之间的间隙。当在一个固定的象素间距条件下，在每个象素内，减少发光部分之间的间隙时，则如图所示，象素之间的间隙增大。当从一个很近的范围内看屏幕时，单个象素可以被清晰地识别，画面显示出一系列所谓的块状圆点，这对图象质量来讲，也是一个缺陷。

在另一方面，对于图8、图9所示的用于显示字符的LED平面显示单元来说，LED器件21、22所发出的光线通过散射板25散射，因此，发光表面所发出光线的颜色是微黄绿色和红色的混合色。即使在很近的范围内观看屏幕时，微黄绿色和红色看起来也不是孤立的。然而，由于发光表面是圆形的，如图9所示，发光表面之间的面积与发光表面之比并不小。当在很近的范围内观看屏幕时，单个象素26可以被清晰地分辨出来，字符显现成一系列块状圆点，这对图象质量来讲，仍然是一个缺陷。

用于显示字符的LED平面显示单元目前已经被安置在许多能够在很近的距离内观看的位置，例如列车上，上述的不便利处看起来是很突出的。

本发明的一个目的是提供一种平面显示单元，即使在很近的距离内观看用于显示图象和字符的屏幕时，它能够改善象素单独的、可辨别的外观，所述象素使用发光元件，例如LED，能够改善一系列可视点的外观，同时提供一种使用上述平面显示单元构成的平面显示装置。

根据本发明，一种平面显示单元和一种将多个所述平面显示单元象矩阵那样排列而获得的平面显示装置，其特征在于，象素具有几乎菱形的发光表面，在向左和向右倾斜的方向上被安置在一个基片上，所述发光表面的侧边彼此相对。

所述菱形通常是一种四边形，所有边的长度相等，相邻边的几何角不是90°。然而在说明书中，“几乎菱形”不仅包括菱形，而且包括那些接近菱形的形状，例如一种四边形，它的所有边的长度都相等，相邻边的几何角是90°(也就是说，一个倾斜45°的正方形)。

在这种平面显示单元中，在向左和向右倾斜的方向上，具有几乎菱形的发光表面的象素被安置在基片上，所述发光表面的侧边彼此相对，或换句话说，发光表面之间的间隙构成一个倾斜的网格形状。

由于发光表面的形状和配置，发光表面之间的面积与发光表面的面积之比很小。与图9所示的普通的平面显示单元相比，即使在很近的范围内观看时，单个象素也不能被清晰地分辨出来，因此，在很近的范围内观看时，图象和字符并不是作为一系列块状圆点而被显示出来。

再有，在平面显示单元中，在屏幕横向方向上，象素间距并不是横向方向上相邻象素之间的间距，而是在倾斜方向上相邻的象素之间的间距在横向方向上的分量。因此，与平面显示单元中横向方向上象素间距相比，即将圆形或正方形发光表面的象素在横向和纵向方向上分布，象素间距变小。同样，在屏幕纵向方向上，象素间距并不是纵向方向上相邻象素之间的间距，而是在倾斜方向上相邻的象素之间的间距在纵向方向上的分量。因此，与平面显示单元中纵向方向上象素间距相比，即将圆形或正方形发光表面的象素在横向和纵向方向上分布，象素间距变小。

如上所述，在屏幕上，横向和纵向方向上的象素间距明显变小，因此，增强了横向和纵向方向上的分辨率。

在平面显示单元中，希望基片的表面形状与基片上所有象素的发光表面的轮廓形状基本上相同，或换句话说，具有一个锯齿形状，而不是正方形形状，以适应发光表面的轮廓，从最接近基片表面边缘的发光表面到基片表面的边缘的距离不大于下述距离的一半，所述距离是指在基片上侧边彼此相对的发光表面之间的距离。

象贴瓷砖那样安置多个平面显示单元，构成一个大屏幕，因此，相邻平面显示单元交界处的发光表面之间的间隙可以被这样设定，使它与平面显示单元基片上发光表面之间的间隙相同，因此，即使在交界处，也能保持象素间距的均匀性。

再有，在另一个例子中，在平面显示单元中，基片表面的尺寸可以小于基片上所有象素的发光表面的轮廓的尺寸。在此情况下，当象贴瓷砖那样安置多个平面显示单元，构成一个大屏幕时，相邻平面显示单元交界处的发光表面之间的间隙可以被这样设定，使它与平面显示单元基片上发光表面之间的间隙近似相同，因此，即使在交界处，也能保持象素间距的均匀性。

在平面显示单元中，希望在基片上沿横向方向上所安置的象素的数量等于在纵向方向上所安置象素的数量。

当这样安置平面显示单元时，即在横向方向上设置4n个LED平面显示单元，在纵向方向上设置3n(n代表整数)个LED平面显示单元，因此，构成一个纵横比为4∶3的屏幕。当这样安置平面显示单元时，即在横向方向上设置16n个LED平面显示单元，在纵向方向上设置9n个LED平面显示单元，因此，构成一个纵横比为16∶9的屏幕。因此，能够轻易地构成具有所期望纵横比的屏幕。

在平面显示单元中，当LED被用做发光元件时，希望用一种透明材料覆盖安装在基片上的LED形成象素，所述透明材料中包含了能够散射光的材料。一旦用包含有数射材料的透明材料覆盖LED，LED所发出的光被均匀地散射到整个发光表面上，在发光表面上，亮度变均匀。

在平面显示单元中，希望使用一种折射率不同于所述透明材料的折射率的材料做为散射材料。一旦使用上述射材料折射LED发出的光线，在LED所发出的并到达散射材料的光线中，不沿发光表面方向传播的光线的数量下降，因此，改善了发光效率。更进一步地说，在从外部入射到散射材料的光线中，极少量光线返回外部，阻止了由于外部入射光所引起的对比度的下降。

在平面显示单元中，希望使用一种折射率小于所述透明材料的折射率的材料做为散射材料。在选择散射材料和透明材料时，折射率大的材料被用作透明材料。因此，能够降低LED(有时，折射率高达4～5)和透明材料之间折射率的差别，因此，降低了LED和透明材料之间交界表面对LED所发出光线的总的反射比，因此，遏止了全反射所造成的发光效率的下降。

在平面显示单元中，进一步希望，用一种能够反射光的材料包围发光二极管，用透明材料掩埋被反射材料所包围的空间。因此，在LED所发出的并到达散射材料的光线中，即使有不沿发光表面方向传播的光线，经反光材料的反射，也会重新沿发光表面的方向传播，因此，增强了发光效率。

在平面显示单元中，希望用上述透明材料覆盖多个发出不同颜色光的发光二极管，形成象素。一旦用透明材料覆盖多个发出不同颜色光的发光二极管，单个LED所发出的光线通过散射材料散射，发光表面所发出的光线的颜色是上述各种颜色的混合。即使在很近的范围内观看屏幕时，颜色看起来也不是孤立的。

通过下文结合附图对根据本发明的实施例进行说明，本发明的这些和别的目的和特征将变得更加清楚。

图1是一个平面视图，显示了符合本发明的LED平面显示单元外观；

图2是一个平面视图，显示了平面显示单元中的象素间距，在平面显示单元中，具有正方形发光表面的象素被安置在横向和纵向方向上；

图3是一个断面图，显示了图1所示的LED平面显示单元的元件结构；

图4是从LED平面显示单元上元件的显示表面看图3所示的反射器框架时的一个平面视图；

图5是一个平面视图，将多个图1所示的平面显示单元平铺，形成一个大的屏幕；

图6是一个平面视图，显示了图1所示平面显示单元中的一种修改的基片；

图7是一个平面视图，说明在用于显示图象的常规LED平面显示单元上，象素发光表面的形状和布置；

图8显示了用于显示字符的LED平面显示单元中常规元件的结构；

图9说明在用于显示字符的常规LED平面显示单元中，象素的发光表面的形状和布置；

图10时平面视图，示出了说明在用于显示图象的常规LED平面显示元件中，象素的发光表面的形状和布置。

下文将结合附图，对根据本发明的LED平面显示单元实施例进行描述。

从显示表面一侧，图1显示了根据本发明的LED平面显示单元。在LED平面显示单元1中，在基片2上，安置多个具有正方形的发光表面的象素，所述正方形倾斜45°，也就是说，在基片2表面上，所述正方形的对角线位于横向方向(附图中的X方向)和纵向方向(附图中的Y方向)，在基片表面上，在向右和向左倾斜的方向上，所述发光表面的侧边彼此相对，或换句话说，发光表面之间的间隙形成一个倾斜的网格形状。

每个象素3的发光表面的侧边长度大约为9mm。在倾斜方向上相邻的象素3的发光表面的侧边之间的间隙大约为1mm。

在基片2的表面上，横向方向上的象素3的数量等于纵向方向上的象素的数量(图中，在每个方向上都是5个)。

基片2的表面形状与基片2上的所有象素的发光表面的轮廓形状相同(或换句话说，基片2具有一个锯齿形状，以适应发光表面的轮廓)。更进一步地说，基片表面的尺寸与发光表面轮廓的尺寸相同(或，换句话说，从最接近基片2表面的边缘的发光表面到基片表面的边缘的距离是0)。

在LED平面显示单元1上，由于上述的发光表面的布置和形状，发光表面之间的间隙的面积与发光表面的面积之比很小。即使在很近的范围内看屏幕时，与图9所示的常规平面显示单元相同，单个象素没有被清晰地显示出来。即使在很近的范围内看屏幕时，图象和字符也不能作为一系列可视象素而显示。

在LED平面显示单元1中，更进一步地说，在横向方向上，屏幕上的象素间距显然不是横向方向上彼此相邻的象素3之间的象素间距(图1中px1)，而是倾斜方向上彼此相邻的象素3之间的象素间距在横向方向上的分量(图1中px2)。由公式1可以获得px2的值。[公式1]

px 2 = 9 \sqrt{2} / 2 + \sqrt{2} / 2 = 10 / \sqrt{2} mm

同样，在纵向方向上，屏幕上的象素间距不是纵向方向上彼此相邻的象素3之间的象素间距(图1中py1)，而是倾斜方向上彼此相邻的象素3之间的象素间距在纵向方向上的分量(图1中py2)。py2值与px2值相等。

参考图2，在另一方面，与象素3的发光表面相同，具有正方形发光表面的多个象素20的侧边长度为9mm，象素20被配置在横向和纵向方向上，发光表面之间的间隙为1mm，公式2给出了在横向方向上象素之间的间距px的值，值px与纵向方向上象素之间的间距py值相同。[公式2]

px=9/2+1+9/2=10mm因此，LED平面显示单元1的象素间距px2、py2是图2所示的平面显示单元的象素间距px、py的

1 / \sqrt{2}

。在图2中，具有正方形发光表面的象素被安置在横向和纵向方向上。

如上所述，在屏幕上，在横向和纵向方向上，象素间距的下降有助于增加LED平面显示单元1水平方向和垂直方向上的分辨率。

图3是一个从LED平面显示单元1的侧面获得的断面图，显示了LED平面显示单元1中象素3的结构。红、绿、蓝颜色的发光二极管器件4、5、6被安置在基片2上，彼此靠近。发光二极管器件4、5、6被一个能够反射光的反射器框架7所包围。反射器表面(镜面)8被形成在被反射器框架7所包围的基片2的表面上。

在LED平面显示单元1中，从象素3的显示表面侧看反射器框架7，获得图4。反射器框架7的表面包括四个梯形反射表面(镜面)7a、7b、7c和7d。镜面7a～7d是这样定位的，较短的底边形成一个正方形，所述正方形在基片2的表面上倾斜45°，较长的底边的长度约为9mm。

参考图3，被反射器框架7所包围的空间被透明的具有大的折射率(例如折射率约为1.5)的热固树脂9所充满和模制，在没有空隙的情况下，热固树脂9和树脂微粒或玻璃微粒10(为了便利起见，在附图中，微粒10被放大)混合，所述微粒10的折射率小于树脂9的折射率。树脂9的表面形成一个发光的正方形表面，如图1所示，正方形倾斜45°。象素3的树脂9的表面被一层普通的由透明树脂所形成的保护膜11所覆盖，所述保护膜的折射率与树脂9的折射率相同。

具有上述结构的象素3使用一种与树脂9的折射率不同的物质作为微粒10。因此，从二极管器件4、5和6发射的光被树脂9中的众多微粒10所折射，均匀地散射在整个发光表面上。因此，光发射表面发出由红、绿、蓝三色所混合颜色的光，光发射表面的亮度均匀。

根据下述原因(1)～(3)，象素3具有高的光发射效率。

(1)选择微粒10和树脂9，微粒10被用做散射物质，树脂9被用做透明物质，折射率高的物质被选做树脂9。因而，能够降低二极管器件4、5、6和树脂9之间折射率的差异，通常二极管器件的折射率高达4～5，因此，在二极管器件4、5、6和树脂9之间的边界表面上，降低了二极管器件4、5、6所发出光的全反射率，遏止了由整体反射所引起的光发射效率的下降。

(2)来自二极管器件4、5、6的光线被微粒10所折射，因而，光线被散射。因此，与光反射微粒被混入树脂9且来自二极管器件4、5、6的光线被所述微粒反射并被散射时相比，在经二极管器件4、5、6发出，并到达微粒10的光线中，极少数量的光不沿光发射表面方向传播。

(3)在经二极管器件4、5、6发出，并到达微粒10的光线中，不沿光发射表面方向传播的光可以被反射器框架7的镜面7a～7d和镜面8所反射，再次沿光发射表面方向传播。

在象素3中，更进一步地说，与光反射微粒被混入树脂9相比，在从外部落到微粒10上的光线中，非常少量的光线返回外部。因此，这阻止了由于外部入射光所引起的对比度的下降。

图5显示了一种状态，象贴瓷砖那样(在横向和纵向方向上象一个矩阵)，安置多个LED平面显示单元1。在LED平面显示单元1中，基片2表面的形状和尺寸与基片2上所有象素3的发光表面的轮廓的形状和尺寸相同。通过象图5那样，安置多个平面显示单元，构成一个大屏幕，实现了一个平面显示装置，因此，相邻LED平面显示单元1交界处的发光表面之间的间隙(图5中g)可以被设定约为1mm，它也是LED平面显示单元1中基片2上的发光表面之间的间隙。因此，即使在交界处，也保持了象素间距的均匀性。

再有，在LED平面显示单元1中基片2的表面上，横向方向上的象素3的数量等于纵向方向上的象素3的数量，通过在横向方向上设置4n个LED平面显示单元，在纵向方向上设置3n(n代表整数)个LED平面显示单元，因此，构成一个纵横比为4∶3的屏幕。通过在横向方向上设置16n个LED平面显示单元，在纵向方向上设置9n个LED平面显示单元，因此，构成一个纵横比为16∶9的屏幕。因此，能够轻易地构成具有所期望纵横比的屏幕。

在上述实施例中，对于LED平面显示单元1，不仅基片2的表面形状与基片2上所有象素3的发光表面的轮廓形状相同，而且基片2表面的尺寸也与上述轮廓的尺寸相同。然而在一定的范围内，基片2表面的尺寸可以大于上述轮廓的尺寸。从最接近基片表面边缘的发光表面到基片表面的边缘的距离不超过0.5mm(也就是1mm的一半，即在基片2上，侧边彼此相对的发光表面之间的间隙的一半)。在此情况下，象贴瓷砖那样，安置多个LED平面显示单元，以构成一个大的屏幕时，在相邻LED平面显示单元交界处，发光表面之间的间隙可以被设定约为1mm，因此，即使在交界处，也能保持象素间距的均匀性。

图6显示了另一种实施例，在一定的范围内，基片2表面的尺寸可以小于基片2上所有象素3的发光表面的轮廓的尺寸，最接近基片的表面边缘的象素3的发光二极管器件4、5和6(图3、图4)被允许安置在基片上，或者，可以在基片2上形成连线，以将LED器件4、5、6与驱动电路相连。在此情况下，象贴瓷砖那样，安置多个LED平面显示单元，以构成一个大的屏幕时，在相邻LED平面显示单元交界处，发光表面之间的间隙可以被设定为1mm，因此，即使在交界处，也能保持象素间距的均匀性。

再有，在根据本发明的平面显示单元中，在基片的表面上，横向和纵向方向上所安置的象素的数量并不局限于图1所示的数量，可以是任何适当的数量。

再有，在本发明所述的平面显示单元中，象素的发光表面的侧边的长度和相邻象素的发光表面的相对侧边之间的间隙并不局限于上述实施例中所描述的那些数值。

在上述实施例中，在基片表面上横向方向上所安置的象素的数量等于在纵向方向上所安置象素的数量。当象贴瓷砖那样，安置多个本发明的平面显示单元，以构成一个大的屏幕，所述屏幕具有特定的纵横比时，可以根据纵横比，确定纵向和横向方向上象素的数量。

再有，在上述实施例中，根据基片上所有象素的发光表面的轮廓，确定平面显示单元的基片的形状和尺寸。然而，例如，当只使用一个平面显示单元构成屏幕时，基片可以具有正方形的表面，基片表面的尺寸可以远大于所述轮廓的尺寸。

再有，在上述实施例中，可以使用红、绿和蓝色的LED器件形成一个发光表面。然而，可以使用多个具有不同和适合颜色的LED器件形成一个发光表面。或仅仅使用一个LED器件形成一个发光表面。在此情况下，来自LED器件的光线均匀地散射在整个发光表面上，发光表面上的亮度均匀。

在上述实施例中，发光表面是正方形，所述正方形的对角线位于基片2表面的横向和纵向方向上。然而，本发明并不局限于此，发光表面可以是菱形形状(一种四边形，所有边的长度相等，相邻边的几何角不是90°)，所述菱形的对角线位于基片2表面的横向和纵向方向上。在此情况下，发光表面之间间隙的面积和发光表面面积之比很小。即使在很近的范围内看屏幕时，图象和字符也不会作为一组可视点显示。除此之外，与将正方形发光表面的象素安置在横向和纵向方向上相比，外观上的象素间距小，因此，增强了水平方向和垂直方向上的分辨率。

在上述实施例中，本发明所应用的平面显示单元使用LED作为发光元件。然而，在本发明中，平面显示单元也可以使用CRT、放电管或荧光显示管作为发光元件。

以上已对本发明作了十分详细的描述，所以阅读和理解了本说明书后，对本领域技术人员来说，本发明的各种改变和修改将变得明显。所以一切如此改动和修正也包括在此发明中，因此它们在权利要求书的保护范围内。

Claims

1．一种平面显示单元，包括发光元件的象素和一个基片，多个所述象素被安置在所述基片上，所述象素具有几乎菱形的发光表面并被安置在向左和向右倾斜的方向上，所述发光表面的侧边彼此相对。

2．根据权利要求1所述的平面显示单元，其特征在于，所述基片的表面形状与所述基片上所有象素的发光表面的轮廓形状几乎相同，从最接近基片表面边缘的发光表面到基片表面的边缘的距离不大于所述基片上侧边彼此相对的发光表面之间的距离的一半。

3．根据权利要求1所述的平面显示单元，其特征在于，所述基片表面的尺寸小于所述基片上所有象素的发光表面的轮廓的尺寸。

4．根据权利要求2所述的平面显示单元，其特征在于，在所述基片表面上，横向方向上所安置的象素的数量等于在纵向方向上所安置象素的数量。

5．根据权利要求1所述的平面显示单元，其特征在于，所述发光元件是发光二极管，安装在基片上的发光二极管被一种透明材料所覆盖，形成了象素，在所述透明材料中，混合了光散射材料。

6．根据权利要求5所述的平面显示单元，其特征在于，所述用于散射光的成分的折射率不同于所述透明材料的折射率。

7．根据权利要求6所述的平面显示单元，其特征在于，所述用于散射光的成分的折射率小于所述透明材料的折射率。

8．根据权利要求5所述的平面显示单元，其特征在于，所述发光二极管被一种能够反射光的材料所包围，被所述反光材料包围的空间充满所述透明材料。

9．根据权利要求5所述的平面显示单元，其特征在于，多个发出不同颜色光的发光二极管被所述透明材料所覆盖，形成所述象素。

10．一种平面显示装置，其中多个平面显示单元象矩阵一样安置，形成一个屏幕，每一个平面显示单元包括发光元件的象素和一个基片，多个所述象素被安置在所述基片上，所述象素具有几乎菱形的发光表面，并被安置在向左和向右倾斜的方向上，所述发光表面的侧边彼此相对。

11．根据权利要求10所述的平面显示装置，其特征在于，所述显示单元的所述基片的表面形状与基片上所有象素的发光表面的轮廓形状几乎相同，从最接近基片表面边缘的发光表面到基片表面的边缘的距离不大于在基片上侧边彼此相对的发光表面之间的距离的一半。