专利名称：显示元件、显示元件透镜以及用于显示装置的面板的制作方法
技术领域：
本发明涉及到安装在室内和室外的显示装置等设备，更具体的是，它涉及适当地扩散光的方法，此光是由显示装置等设备中显示元件发出的。
背景技术：
通常，发光管，如分别发出红、绿和蓝光的三个冷阴极放电管，是用作安装在室内和室外大型显示装置中显示元件的光源。这些发光管主要用作街上信号板、广告塔等中的光源。带有上述光源的显示元件有一放入显示元件主体1的灯箱2，灯箱2的前方有一开孔3，如图1至图3所示。在灯箱2内部有被隔板4a和4b互相分隔开的区间3a，3b和3c。每个区间3a，3b或3c在其区间的顶部分别含有红(R)发光管5a，绿(G)发光管5b或蓝(B)发光管5c。每个灯管的一端排成一行固定在灯箱2的前顶部上。透明的聚碳酸酯盖8保护整个单元免遭尘土和外力，且固定在前开孔3处。
普通的显示元件设计成如上所述。图4和图5表示上述配置中来自红(R)发光管5a，绿(G)发光管5b和蓝(B)发光管5c发光的光分布特性曲线。如图4中所示，从灯箱2向上和向下射出的光在直至60度之前是相等的，且从灯箱2在0度方向射出相当量的光。然而，当光向右和向左传播时，此光受到灯箱2内壁和隔板4a与4b的干扰。所以，如图5中所示，与直射光相比较，光向较大角度传播时，光量突然减少。向右和向左约60度处传播的光量近似地为0度处传播光量的一半。最大光量时的角度与最大光量一半时的角度之差称之为视角。
显示装置一般在水平方向比垂直方向应该在更广阔范围内显示信息。然而，如上所述，普通显示元件的水平视角小于垂直视角。所以，一直要求能扩大水平视角。
当显示装置安装在室外时，显示元件有一挡住日光的遮光板。然而，遮光板不仅挡住日光，而且也挡住了来自发光管发出的光(尤其是向上和向下传播的光)，从而降低发光效率。由于发光效率下降，来自发光管发出的光和显示信息的有效功能也下降。所以，不能容易地确认在显示装置上显示的信息，从而降低了能见度。
最近，带有发光管的显示元件已经被带有发光二极管(LED)的显示元件所代替。然而，由于LED比其他光源发出较少的光量，且其视角小，即，LED设计成方向性很强，如图6中所示。由于这些特征，使用LED作为显示元件的显示装置更要求能扩大水平方向的视角。
发明内容
本发明旨在扩大显示装置的水平方向视角。
本发明也指望利用水平方向扩大的视角提高显示装置的能见度。
本发明提供一种通过前开孔射出光的显示元件，其中一个透镜固定在前开孔上，使该透镜在光轴上垂直切割时，呈现横跨该光轴的凸面，该透镜在光轴上水平切割时，呈现横跨该光轴的凹面。
本发明还提供一种通过前开孔射出光的显示元件，其中一个透镜固定在前开孔上，使该透镜在光轴上垂直切割时，它至少是在开孔外侧为凸面和在开孔内侧为凹面二者之一；以及一种介质充满在包含该透镜的显示元件内，所述介质的折射率大于透镜的折射率。
本发明提供一种显示元件透镜，它固定在显示元件的前开孔上，且向外射出从显示元件内光源射来的光，其中此透镜在光轴上垂直切割时，呈现横跨光轴的凸面，此透镜在光轴上水平切割时，呈现横跨光轴的凹面。
本发明提供一种显示装置表面面板，它放在显示装置内，通过前开孔射出光的多个显示元件固定在此表面面板上，并从它向外引出每个显示元件射出的光，其中一个面向每个显示元件的部分，在光轴上垂直切割时，它呈现横跨光轴的凸透镜，而在水平方向上沿光轴切割时，它呈现横跨光轴的凹透镜。
本发明提供一种显示装置表面面板，它放在显示装置内，并从它向外引出每个显示元件射出的光，其中一个面向每个显示元件的部分在光轴上水平切割时，它呈现横跨光轴的凹透镜；及具有透镜形状面的所述面板基于显示元件的安排位置而在横跨水平面上形成一条槽。
本发明提供一种显示装置表面面板，它放在显示装置内，并从它向外引出每个显示元件射出的光，其中一个面向每个显示元件的部分或面向显示设备中多个显示元件的部分，在光轴上水平切割时，呈现横跨光轴的凹透镜；及具有透镜形状面的所述面板基于显示元件的安排位置而在横跨水平面上形成一条槽。
按照本发明第一方面的显示元件通过前开孔射出光。在前开孔处设一透镜。透镜在水平方向沿光轴切割时，它在横跨光轴的方向为凹面。
按照本发明第二方面的显示元件通过前开孔射出光。在前开孔处设一透镜。透镜在垂直方向沿光轴切割时，它在横跨光轴的方向为凸面，而在水平方向沿光轴切割时，它在横跨光轴的方向为凹面。
按照本发明第三方面的显示元件通过前开孔射出光。在前开孔处有一透镜。透镜在垂直方向沿光轴切割时，它在开孔外侧为凸面和在开孔内侧为凹面二者之中至少有一种情况成立，且充满透镜的介质折射率大于包含透镜的显示元件折射率。
例如，按照本发明第一至第三方面的显示元件包括多个被隔板分开的光源。
有了以上配置，要求透镜是着色的以校正光源射出光的颜色。也要求设计一种条纹状掩模图案沿透镜的水平方向和垂直方向中至少其中一个方向扩展。
按照本发明第一方面显示元件的透镜是放在显示元件的前开孔处，安装在显示元件内的光源向外射出光，且透镜在水平方向沿光轴切割时，它在横跨光轴的方向上为凹面。
按照本发明第二方面显示元件的透镜是放在显示元件的前开孔处，安装在显示元件内的光源向外射出光，且透镜在垂直方向沿光轴切割时，它在横跨光轴的方向为凸面，以及在水平方向沿光轴切割时，透镜在横跨光轴的方向为凹面。
推荐按照本发明第一和第二方面的显示元件透镜是着色的，这可以校正来自显示元件发光的颜色，并设计一种条纹状掩模图案沿透镜的水平方向和垂直方向中至少其中一个方向扩展。
本发明第一方面的面板固定在显示装置上，此装置含有多个通过前开孔发出光的显示元件，并将从相应显示元件发出的光向外引出，且在水平方向沿光轴切割时，对应每个显示元件部分的面板在横跨光轴的方向为凹面。
本发明第二方面的面板固定在显示装置上，此装置含有多个通过前开孔发出光的显示元件，并将从相应显示元件发出的光向外引出，且在垂直方向沿光轴切割时，对应每个显示元件部分的面板在横跨光轴的方向为凸面，在水平方向沿光轴切割时，对应每个显示元件部分的面板在横跨光轴的方向为凹面。
最好是，按照本发明第一和第二方面的面板具有校正来自显示元件发光颜色的功能，且设计一条纹状掩模图案沿透镜的水平方向和垂直方向中至少一个方向扩展，该方向与显示元件安排中透镜的位置有关。
按照本发明第三方面的面板固定在显示装置上，此装置含有多个显示元件，并将从相应显示元件发出的光向外引出，在水平方向沿光轴切割时，对应显示元件部分的面板在横跨光轴的方向为凹面。
按照本发明第四方面的面板固定在显示装置上，此装置含有多个显示元件，并将从相应显示元件发出的光向外引出，在水平方向沿光轴切割时，对应显示设备中每个显示元件或多个显示元件部分的面板在横跨光轴的方向为凹面。
最好是，按照本发明第三和第四方面的面板构成槽形(channel)透镜，一个槽一个槽地沿水平面上延伸，此槽形状与显示元件的安排有关。要不然最好是，透镜是制成与显示元件安排有关的圆形或椭圆形凹面。
最好是，在上述面板上设计的条纹状掩模图案沿透镜的水平方向和垂直方向中至少其中一个方向扩展，此方向与显示元件安排中的透镜位置有关。最好也是，该面板应用于以发光二极管作为显示元件的显示装置上。
根据本发明第一方面的显示元件，在水平方向沿光轴切割时，固定在开孔上的透镜在横跨光轴的方向为凹面。从光源射出的光在水平方向扩展的范围更阔，从而扩大了水平方向的视角。这种情况在按照本发明第一方面显示元件的透镜中适用，也适用于按照本发明第一，第三和第四方面的面板。
在按照本发明第二方面的显示元件中，在垂直方向沿光轴切割时，上述透镜在横跨光轴的方向为凸面。因此，从光源射出的光被阻挡沿垂直方向扩攻，且聚集的光沿水平方向扩散，从而增加了沿水平方向扩散的光量。这种情况在按照本发明第二方面显示元件的透镜和面板中适用。
当显示元件有遮光板时，能阻挡光在垂直方向上的扩散，可以减少被遮光板挡住的光量，从而提高发光效率。
在按照本发明第二方面的显示元件中，从光源射出的光在水平方向上扩散的范围更大，因为光是从介质进入到空气，考虑到光的折射率对比，输出角(折射角)大于入射角。另一方面，即便基于光的折射率对比，输出角(折射角)大于入射角，光在垂直方向上扩散仍被阻挡，而向中心(光轴)会集，因为在垂直方向沿光轴切割时，透镜在横跨光轴的方向为凸面。结果，由于水平方向扩散光导致光量的减少可以被垂直方向上收集的光所补偿，从而增加了水平方向上扩散的光量。
图1是普通显示元件的斜视图；图2是普通显示元件的侧视图；图3是普通显示元件的正面图；图4表示普通显示元件中光在垂直方向的分布特性曲线；图5表示普通显示元件中光在水平方向的分布特性曲线；图6表示LED中光的分布特性曲线；图7是应用于本发明第一个实施例中显示装置的剖面图；图8是固定在上述显示装置中显示组件的正面图；图9是根据本发明第一个实施例中显示元件的斜视图；图10是根据本发明第一个实施例中显示元件的侧视图；图11是根据本发明第一个实施例中显示元件的正面图；图12是从透镜一侧观察时透镜的侧视图(第一个实施例)；图13是从上方观察时透镜的剖面图(第一个实施例)；图14是透镜的后视图(第一个实施例)；图15表示透镜的一个组成部分(第一个实施例)；图16表示光在垂直方向上的折射(第一个实施例)；图17表示光在水平方向上的折射(第一个实施例)；图18是根据本发明第一个实施例，表示显示元件中光在垂直方向上的分布曲线；图19是根据本发明第一个实施例，表示显示元件中光在水平方向上的分布特性曲线；
图20是根据本发明第二个实施例中显示元件的斜视图；图21是根据本发明第二个实施例中显示元件的剖面图；图22是根据第二个实施例中显示元件的正面图；图23是根据第二个实施例中显示元件的侧视图；图24是根据本发明第二个实施例，从上方观察时透镜的顶视图；图25是根据本发明第二个实施例中透镜的正面图；图26表示根据第二个实施例中透镜的一个组成部分；图27表示根据第二个实施例中光在垂直方向上的折射；图28表示根据第二个实施例中光在水平方向上的折射；图29说明根据本发明第二个实施例中折射原理；图30表示根据本发明第三个实施例中透镜的配置图；图31A和31B表示应用于本发明第四个实施例中显示组件(装置)的外观图；图32A，32B和32C表示根据本发明第四个实施例中的面板；图33是图32C中A部分的放大视图；图34表示应用于第四个实施例中显示组件在水平方向上的分布特性曲线；图35A，35B和35C表示根据本发明第五个实施例中的面板；图36是图35C中A部分的放大视图；图37表示根据本发明第六个实施例中的面板；图38A，38B和38C表示根据本发明第七个实施例中的面板；图39A，39B和39C表示根据本发明第八个实施例中的面板；以及图40A，40B和40C表示根据本发明第九个实施例中的面板。
具体实施例方式
通过参照附图对本发明的实施例详细描述。普通系统中一个相类似的单元在附图中，被指定一个相同的识别数字。
第一个实施例图7是应用于本发明中显示装置(设备)20的剖面图。在图7中，显示组件21包括例如图8中所示四行八列32个显示元件1。显示设备20含有多个排列成阵列的显示组件21。
排出显示设备20热量的排气扇17和吸入新鲜空气的进气口20’安装在显示设备20的背面。通过进气口20’吸入的新鲜空气被显示装置的内的通风扇19带动而在显示设备20内流通。在显示设备20内流通的空气排除以后所述显示组件21产生的热量。加热器18产生的热量提供给显示组件21，用来加热显示组件21中的发光管。
控制印刷线路板23固定在显示组件21的背面。图7中实线表示的箭头指明显示设备(unit)20中空气的流向。
图9至图11表示显示元件1的结构。图9是显示元件1的斜视图。图10是显示元件1的侧视图，而图11是显示元件1的正面图。
矩形开孔3是在放入显示元件1的灯箱2前面。
区间3a至3c是在灯箱2内，且被隔板4a与4b分隔开。发光管5a至5c固定在区间3a至3c内，并发出红(R)，绿(G)和蓝(B)色光。实际上，发光管5a至5c固定在灯箱2上，且每一灯箱的一端连接到灯箱2的前顶部，另一端连接到倾斜的后面板底部。
透镜6固定在开孔3处以覆盖整个开孔3。该透镜6是由对应于前开孔处三个区间3a至3c的三个透镜部分6a至6c所组成。透镜部分6a至6c具有相同的基本形式。在本实施例中，透镜6是由聚碳酸酯制成。然而，它不局限于此种材料，也可以利用诸如树脂或玻璃的透明材料制成。
图12是透镜部分6a的侧视图。如图12中所示，透镜部分6a面朝灯箱2的那一面是凸的。这也适用于其他的透镜部分6b与6c。透镜部分6a至6c中每一个透镜可以设计成面朝灯箱2为一个平面，而另一面为凸面。或者，透镜部分6a至6c的两个面可以都是凸的，成为三个凸透镜。即，透镜部分至少一个面应该是凸的。
图13是透镜6的剖面图。如图13中所示，对应于区间3a至3c放置的透镜部分6a至6c都有面朝灯箱2的凹面。透镜部分6a至6c中每一个可以设计成面朝灯箱2的平面以及另一面为凹面。或者，两面都可以是凹面。即，透镜部分的剖面至少要有一个凹面。
图14是透镜6的后视图。如图14中所示，分隔透镜部分6a至6c的槽6d和6e是这样构造的，在透镜6固定到灯箱2上的情况下，开孔3处分隔区间3a至3c的隔板4a和4b的前端可以插入到槽6d和6e中。
图15表示从连接到区间3c开孔处取出的透镜部分6c。在图15中，长短交替的虚线所示的线C-C表明，在垂直方向沿光轴切割时，透镜部分6c在横跨光轴的方向上为凸面。
线a-a表明，在透镜的顶部和底部以水平方向切割时，透镜部分6c在横跨光轴的方向上为凹面。线b-b表明，在水平方向沿光轴切割时，透镜部分6c在横跨光轴的方向上为凹面。即，以水平方向切割时，透镜部分6c的一侧在横跨光轴的方向上为凹面。
参照图16和图17，对透镜部分6c引起的光折射描述如下。
图16表示透镜部分6c在垂直方向上引起的光折射。在图16中，通过透镜部分6c径向中心的长短交替虚线是光轴。图16中透镜部分6c右侧箭头所指的点为光源。断线表示无透镜部分6c情况下从光源射出的光路，而实线表示被透镜部分6c折射的实际光路。
如图16中所示，从光源射出的光在无透镜部分6c情况下朝多个方向均匀地扩散。另一方面，在透镜部分6c放入光路中时，因为透镜部分6c在垂直方向上沿光轴切割时为凸面，进入透镜部分6c的光折射偏向光轴。
与无透镜部分6c的情况(图4中所示)相比较，从发光管5c射出的光具有方向性，该光在透镜部分6c以前方会集，如图18中所示。
图17表示水平方向上光通过透镜部分6c的折射。图17中所示每条线的含意与图16中所示每条线的含意相同。
如图17中所示，当从发光管5c射出的光进入透镜部分6c时，它折射偏离光轴，因为透镜部分6c在水平方向沿光轴切割时为凹面。与无透镜部分6c的情况(图5中所示)相比较，较少量的光在透镜部分6c前方会集，该光具有沿水平方向扩散的方向性。即，水平方向上的视角扩大了。
由于水平方向上的方向性与垂直方向上的方向性结合在一起，在垂直方向上收集的光在水平方向上扩散。所以，光的分布特性曲线表示大量的光在很大范围内沿水平方向射出，如图19中所示。因此，视角扩大了，且可以提高显示设备20的能见度。
根据本发明的此实施例，每个存放光源的区间开孔为矩形，但也可以是圆形，…。另外，光源可以是CRT(阴极射线管)、球状灯泡，等等，以代替上述实施例中的直灯管。也可以是平板光源如LED点阵单元。这也适用于后面叙述的其他实施例。
根据本发明的此实施例，在垂直方向上扩散的光被透镜部分6a至6c中每一个所会聚，此透镜部分在垂直方向上沿光轴切割时为凹面(如图16中所示)，所以能够补偿水平方向上扩散光量的减少。例如，显示设备20的环境可能保证水平方向上有足够的光量而无需收集垂直方向上扩散的光。一个实际的例子是用于比户外黑暗的房间内显示设备20。因此，透镜部分6a至6c中每一个在水平方向沿光轴切割时不一定为凸面。决定透镜部分6a至6c是否应为凸面取决于环境、用途、可适用的光源，等等。第二个实施例图29表示按照本发明第二个实施例中的折射原理。
放在离折射率(n＞1)的透明物质边界为H深度处的光源P，来自光源P(向各个方向发光的点光源)输出角为i的光在边界上折射，且以折射角r进入空气。因此，来自光源P的光射出时似乎是从深度h(＝H/n)的p点输出。所以，从上方观察时，光源似乎是在深度h处出现的。在此例中，h为虚深度，p是P的虚像。
因此，光在不同折射率介质的边界上折射后传播。按照第二个实施例，从发光管5a至5c中每一个射出的光在水平方向上的扩散是由于光在不同折射率介质上的折射。
图20是按照本发明第二个实施例中显示元件1的斜视图。图21是按照本发明第二个实施例中显示元件1的剖面图，而图22是其正面图。在这些图中，类似于本发明第一个实施例中的单元用相同的数字标明。
包含区间3a至3c的灯箱2充满着折射率大于空气的透明介质7，如硅橡胶(用很多小黑点表示)，等等。透镜11放在灯箱2的开孔3处。介质7充满在灯箱2内，并以透镜11封住。
按照本发明的第二个实施例，透镜11是由聚碳酸酯制成。它也可以用任何其他材料制成，但要求满足下列条件，因为使光产生折射的基础是折射率的差别。
n＞n0＞1其中n，n0和1分别表示介质7，透镜11和空气的折射率。
图23是透镜11的侧视图，图24是从上或从下观察时透镜11的视图，而图25是透镜11的正面图。
当透镜11在垂直方向沿光轴切割时，如图23至图25中所示，它有一个平面(面向灯箱2(发光管5a至5c))，另一个为凸面。
图26表示区间3a至3c中每一个的开孔所在处透镜11的一个部分(如同本发明第一个实施例中一样，以下称之为透镜部分11a)。透镜部分11的形状与区间3a至3c中每一个的形状相同。透镜部分11a的形状参照图26详细描述如下。
图26中点划线所示的线C-C表明，透镜部分11a在垂直方向沿光轴切割时，它在横跨光轴的方向上为凸面。线a-a表明，透镜部分11a沿水平方向在顶部和底部切割时，它为平面。线b-b表明，透镜部分11a在水平方向沿光轴切割时，它在横跨光轴的方向上为平面。
参照图27和图28，光通过上述透镜部分11的折射说明如下。
图27表示光通过透镜部分11a在垂直方向上的折射。在图27中，通过透镜部分11a中心的点划线是透镜部分11a的光轴，透镜部分11a右侧箭头所指出的点是光源。虚线表示在无透镜部分11a和介质7的情况中，从光源射出的光路。实线表示光被透镜部分11a折射的实际光路。
在无透镜部分11a的情况中，从光源射出的光在介质7与空气之间界面上偏离光轴折射后散开。另一方面，当透镜部分11a放在光路中时，进入透镜部分11a的光折射偏向光轴，因为透镜部分11a在垂直方向上切割时为凸面，透镜部分11a的光会聚效果大于垂直方向上光被介质7的扩散效果，如图27中所示。
图27并不展示光在介质7与空气之间界面上的折射，为的是更清楚地表示光是如何通过透镜部分11a或无透镜部分11a时的情况。
图28表示光在水平方向上通过透镜部分11a的折射。在图28中，虚线和实线的含意与图27中所示的相同。
如图28中所示，在无透镜部分11a和介质7的情况中，从光源射出的光均匀地向各个方向扩散。另一方面，当透镜部分11a放在光路中时，该光在界面上折射偏离光轴，因为透镜部分11a的折射率小于介质7的折射率，而大于空气的折射率(透镜部分11a与空气之间界面上的折射未表示在图28中，因为此折射角很小)。
因此，按照第二个实施例也可以得到第一个实施例中的效果。与本发明第一个实施例比较，第二个实施例比本发明第一个实施例更容易设计和制造透镜。
按照第一个和第二个实施例，每个显示元件中都有一个透镜。但面板也可以固定在显示组件或显示装置上以覆盖整个显示屏，从而代替每个显示元件的透镜，所以本发明可应用于现有的显示组件或显示装置。在此情况中，面向每个显示元件部分的形状应该是上述透镜的形状以获得类似的效果，如同本发明第一个实施例中一样，透镜部分11a不必是在垂直方向上切割时为凸面。例如，面向介质7一侧的界面可以是凹的，而面向空气的另一侧界面是平的。还有，透镜部分11a面对空气及介质7处可以是凸面。该透镜部分11a在水平方向上切割时，它在横跨光轴的方向上为凹面，以便能进一步扩大视角。
第三个实施例利用分别发出红光、绿光和蓝光的发光管5a至5c作为光源，按照第一个和第二个实施例的显示元件1可以显示彩色的点状信息。显示元件1的彩色重现性取决于发光管5a至5c(光源)发出的光。所以，从相应光源发出的每种颜色最好具有高的颜色重现性。然而，提供这样的光源是不实际的。本发明第三个实施例设计成也能提高颜色重现性。
图30表示按照第三个实施例中透镜25的结构。按照第三个实施例中透镜25的结构和制作方法参照图30描述如下。
按照本发明第一个和第二个实施例中的透镜25是固定在显示元件1上。所以，透镜25的三个透镜部分26至28分别面向发出红光的发光管5a，发出绿光的发光管5b和发出蓝光的发光管5c。
透镜部分26至28中每一个都是单独放在模子里制成的，例如用适当量的色素填充到树脂模中，此色素的量取决于从相应发光管发出的光的颜色，使得此颜色能与人类视觉特性相一致。透镜部分26至28在垂直方向上沿光轴切割时，它在横跨光轴的方向上为平面，而在水平方向上沿光轴切割时，它在横跨光轴的方向上为凹面。透镜25设计成有一个掩模图案充当沿透镜部分26至28边缘的框架，覆盖透镜部分26至28的边缘，而且是在制成透镜部分26至28之后用夹物模压方法成为一个整体。
可以根据用途等因素选择掩模图案29的颜色，且它不受特别的限制。然而，按照本发明第三个实施例中的掩模图案颜色为黑色。虽然图30中未表示出，在透镜部分26至28合成一体时，也用了凸出部件等部件把透镜25固定到显示元件1上。
当透镜25按照上述方法制作并连接到显示元件1上时，根据人类的视觉特性，用色素对透镜部分26至28着色以校正从发光管5a至5c中每一个发光的颜色。由于透镜部分26至28中每一个在水平方向上切割时为凹面，进入透镜部分26至28中每一个的光向多个方向水平地扩散。结果，提高了颜色重现性，增强了能见度，以及扩大了水平视角。此外，由于掩模图案可以吸收外来光的反射，能够进一步提高对比度和能见度。
当修改了从光源发出光的颜色时，图1中所示普通显示元件还应该配备带色物质(滤色片，等等)附着到透明的聚碳酸酯盖8作颜色修改。但当第三个实施例应用于显示元件1时，可以避免附着这种物质的麻烦。
按照第三个实施例，透镜部分26至28中每一个在垂直方向上切割时为平面，但也可以是凸面。掩模图案29的垂直框架可以细一些，或者甚至去掉它以便进一步扩大水平方向上的视角。表面面板可以设计成对应于每个显示元件1的部分具有与透镜25相同的结构。
第四个实施例图31A和图31B表示使用LED作为显示元件的显示组件31外观。
如图31A和图31B中所示，显示组件31包括作为前面显示屏的显示面板32和在背部的外壳33。显示面板32上有许多LED34，而外壳33上有驱动电路板以激励LED34。
LED34包括安装在显示面板32上发红光的LED34a，发绿光的LED34b和发蓝光的LED34c。这些LED34a至LED34c是成组安装的，三个LED34a至34c显示一个像素(点状)信息，如图31A中所示。根据本发明第四个实施例中的表面面板是应用于显示组件31的。
图32A至图32C表示按照本发明第四个实施例中的表面面板41。图33表示图32C中实线圆指出部分A的形状。参照图32A，32B，32C和33，表面面板41的结构详细描述如下。
此表面面板41是作为覆盖显示面板32而固定住的。如图32B和图32C中所示，表面面板41外侧为一平面，但是其内侧(面向LED34)有很多垂直走向的凹槽。这些槽可以安排在外侧或者在两侧。
图32C中所示部分A面向包括三个LED34a至34c组成的一个像素。如图33中所示，一个像素有两条槽42和43。
槽42面向LED34a和34c，槽43面向LED34b。槽42和43中面向LED34的每一条槽为凹面。所以，如同本发明第一个实施例一样，从LED34发出的光在水平方向上扩散。
按照本发明第四个实施例，d1不等于d2(d1≠d2)，d1处的曲率小于d2处的曲率，其理由如下。即，由于LED34a放在LED34c之上，面LED34b安排成与它们在水平方向上部分重叠，如图31A所示。可以适当地完成重叠点处水平方向的扩散但伴随对比度减少的恶果。
图34表示光在显示组件31的水平方向上的分布特性曲线，此显示组件装有包含这种槽42和43的表面面板41。如图34中所示，通过向外射出来自LED34，穿过表面面板41的光，比从LED34(图6中所示)直接射出光的情况中的视角可以更扩大。
按照本发明的第四个实施例，显示组件31相当于一个显示装置，即单个显示组件31用作一个显示装置。然而，在很多实际情况中，多个显示组件31组成单个显示屏(显示装置)。所以，表面面板可以制造成覆盖多个显示组件31，包括一个覆盖整个显示屏的罩。
按照本发明第四个实施例，槽42和43安排成如上所述。然而，与LED34的安排有关，槽42和槽43可以安排成互相斜交。在这些情况中，沿水平方向切割时，槽在横跨光轴的方向上为凹面，从而扩大了水平方向的视角。第五个实施例图35A至图35C表示根据本发明第五个实施例中表面面板51。把表面面板51应用于图31A和图31B中所示的显示组件31。
如图35A至图35C中所示，槽单元52面向表面面板51的LED34。槽单元52是矩形。每个槽单元52面向上下安排的两个像素(每个LED34构成像素的一个部分)，而面向图31A和图31B中所示显示组件31中水平方向上一个像素。即，垂直间距等于水平间距D的两倍。
图36表示图35C中所示部分A的剖面。部分A对应于一个槽单元52。
如图36中所示，槽单元52包括垂直方向走向的两条槽53和54。槽53面向LED34b，槽54面向LED34a和34c。槽53和54中每一条沿水平方向切割时，它面向LED34的面为凹面。所以，从每个LED34射出的光在水平方向上扩散了，从而获得了如第四个实施例中相同的效果。
第六个实施例图37是按照本发明第六个实施例中表面面板61的正面图。表面面板61也可应用于图31A和31B中所示的显示组件31。
如图37中所示，表面面板61在面板的外侧沿水平方向扩展的条纹状掩模图案62。
在图32A至32C所示第四个实施例中表面面板41的背面一侧上，或在图35A至35C所示第五个实施例中表面面板51的背面一侧上，设计带槽的掩模图案，制成表面面板61。
图37中所示部分A面向一个像素的LED34。考虑到LED34的安排(每个LED对应一个像素)，在表面面板61上设计掩模图案62能够扩大垂直视角和提高对比度(提高能见度)。
第七个实施例图38A至图38C表示按照本发明第七个实施例中的表面面板71。表面面板71也可应用于显示组件31。
按照本发明第四个至第六个实施例，表面面板上的槽沿垂直方向延伸。另一方面，按照第七个实施例，槽可以用凹的部分72替代，即图38A至38C中所示的半球形凹面。
每个凹的部分72面向一个象素的LED34。由于面向LED34的那一侧面板沿水平方向切割时为凹面，光在水平方向上扩散的范围更阔，从而扩大了水平视角。
第八个实施例图39A至39C表示按照本发明第八个实施例中的表面面板81。表面面板81也可应用于图31A至图31B中所示的显示组件31。
如同本发明第七个实施例中一样，面向LED34的那一侧表面面板81有一凹的部分82，它面向每个像素的LED34。
凹的部分82的顶视图是一椭圆形，它有垂直的长轴和水平的短轴。所以，每个凹的部分沿水平方向切割时所得到的面的曲率大于沿垂直方向切割时所得到的面的曲率，如图39B和图39C中所示。所以，与本发明第七个实施例比较，可以减少光的垂直扩散，而水的水平扩散范围更宽了。即，可以成功地提高能见度。
第九个实施例图40A至图40C表示按照本发明第九个实施例中的表面面板91。表面面板91也可应用于图31A和图31B中所示的显示组件31。
按照本发明第七个和第八个实施例，凹的部分是以LED34的单元构成，每一单元对应一个像素。另一方面，按照本发明第九个实施例，凹的部分92是在面向LED34一侧上以LED34的单元构成。
凹的部分92形状为一椭圆，它有垂直的长轴和水平的短轴，如图40A至图40C中所示。所以，第九个实施例可以获得与第八个实施例相同的效果。
如同第七个和第八个实施例一样，当凹的部分是用来覆盖一个象素所对应的LED34时，从每个LED34(34a至34c)射出的光到凹的表面的入射角随凹的部分与LED34之间的相对位置而变化。所以，实际上很难使LED34a至34c中每一个射出的光同样地扩散。
然而，当凹的部分92形成面向每个LED34，如图40A至40C中所示。从LED34a至34c中每一个射出的光形成单个像素，此光可以容易地同样扩散，正如它射出时一样。结果，可以防止显示颜色随显示屏上的视角而变，避免对比度下降，从而提高了能见度。
按照本发明第七个至第九个实施例(表面面板)，不用做掩模图案。然而，只要掩模图案能提高对比度，可以在各个实施例中的每块表面面板上做成如图37中所示掩模图案62那样的一种掩模图案。此外，按照本发明的第九个实施例，每个凹的部分92对应每一个LED34。所以，面板可以这样设计，即能够校正面向LED34的光的颜色。
按照本发明第四个至第九个实施例，本发明应用于全部以LED作为显示元件的显示装置(组件)。显示元件不局限于LED，本发明可以有很多应用。例如，本发明可应用能显示包含大量像素信息的显示元件(装置)，如CRT。
如上所述，从显示元件射出的光被透镜扩散，按照本发明该透镜沿水平方向切割时为凹面。所以，可以扩大水平视角。
由于透镜沿垂直方向切割时为凸面，可以不改变透镜的形状而避免光在垂直方向上的扩散，视角在垂直方向是小的，而视角在水平方向上是大的，光量是大的。这种光分布特征实现高的能见度。
此外，按照本发明，由于比透镜折射率大的介质充满在与透镜接触的显示元件内，来自光源扩散的光可以在透镜与介质之间的界面上水平散开。因此，能够扩大水平方向上的视角。
权利要求
1.一种显示装置表面面板，它放在显示装置内，并从它向外引出每个显示元件射出的光，其中一个面向每个显示元件的部分，当在光轴上水平切割时，它呈现横跨光轴的凹透镜；及具有透镜形状面的所述面板基于显示元件的安排位置而在横跨水平面上形成一条槽。
2.一种显示装置表面面板，它放在显示装置内，并从它向外引出每个显示元件射出的光，其中一个面向每个显示元件或面向显示设备中多个显示元件的部分，当在光轴上水平切割时，呈现横跨光轴的凹透镜；及具有透镜形状面的所述面板基于显示元件的安排位置而在横跨水平面上形成一条槽。
3.根据权利要求1或2的显示装置表面面板，其中所述面板基于显示元件的安排位置而至少有沿着水平方向扩展的条纹状掩模图案。
4.根据权利要求1或2的显示装置表面面板，其中所述面板应用于以发光二极管作为显示元件的一种显示装置中。
全文摘要
一灯管的开孔用透镜覆盖。此透镜是由开孔部分的三个透镜部分组成，该透镜部分是在每个区间的前开孔处。当沿水平方向上在光轴切割时，透镜呈凹面，而沿垂直方向在光轴切割时，则呈凸面。从每个区间内发光管发出的光通过每一透镜部分向外引出。
文档编号G09F9/00GK1619353SQ200410005830
公开日2005年5月25日 申请日期1997年3月27日 优先权日1996年3月28日
发明者田口俊介, 奈良俊则, 久山善和, 松原章 申请人:富士通先端科技株式会社