CN101546502B - 白光led彩虹显示屏 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白光LED彩虹显示屏，包括白光LED灯体、遮光黑色塑料管、浮雕塑料矩形光栅、柱面平凸透镜阵列面板和白光LED供电电路。遮光黑色塑料管一端嵌套在白光LED灯体的圆锥形尖端，另一端紧贴浮雕塑料矩形光栅，浮雕塑料矩形光栅的浮雕光栅面朝向遮光黑色塑料管；柱面平凸透镜阵列面板紧贴在浮雕塑料矩形光栅上表面。本发明的白光LED彩虹显示屏，其效果犹如天空彩虹，自然、美丽，属于自身具有彩虹效果的LED显示屏，并且彩虹颜色随观察者的移动而变化，无须彩虹显示控制电路，而驱动电路与单基色显示屏驱动电路一样简单，不仅成本低，而且结构简单可靠。

Description

白光LED彩虹显示屏

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及新型LED显示屏和新型LED广告宣传牌。

背景技术

随着电子显示技术的进步以及产品规格的多样化，大屏幕电子显示器和广告牌除了采用单色显示和全彩色显示外，更采用了一种彩虹显示的方式，以提升显示屏和广告牌对人眼的吸引力。作为一个例子，LED彩虹显示屏(包括LED彩虹文字显示器)广泛应用于商店、公司、企业招牌和广告牌中，现有的LED彩虹显示屏(LED点阵彩虹显示屏)是由三基色LED象素灯按照点阵拼合而成的，在控制器的驱动下，产生彩虹般的渐变效果，光彩夺目，熠熠生辉，平添一些浪漫和诗情画意，从而满足人眼对色彩的追求。

LED点阵显示屏具有亮度高、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点而一直受到广泛重视并得到迅速发展。现有技术的LED点阵显示模块，其基本结构构成大致如图7所示。凹壳71内的面板72上均匀分布着m×n个“喇叭”状孔74，面板72的外表面为平面，面板72上“喇叭”状孔74的喇叭口朝向面板72的外表面，凹壳71整体用白色塑料制成，凹壳71的面板72的外表面除了“喇叭”状孔74，其余部分用丝网印刷的方法制成为黑色。这样的结构是为了减少反射光，提高对比度。线路板77焊有均匀分布的行列式排列的m×n个LED 78，LED 78均分别置于“喇叭”状孔74内，使LED 78和“喇叭”状孔74成为LED点阵显示模块的均匀分布的行列式排列的m×n个显示像元。用树脂把线路板77连同LED 78封于凹壳71内且与凹壳71密封为一体，线路板77的上面为树脂密封层79。LED点阵显示屏按颜色可以分为单基色显示屏、双基色显示屏和三基色显示屏3种类型。单基色显示屏是单一颜色，最常见的是以红色为基色，单基色显示屏特点是结构简单、驱动电路容易实现、制造成本低；双基色显示屏是以红色和绿色为基色，256级灰度可以显示65536种颜色，其特点是结构比单基色显示屏复杂、驱动电路也较复杂、制造成本较高；三基色(全彩色)显示屏通常以红、绿、蓝为基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色，其特点是结构最复杂、驱动电路也最复杂、制造成本高。

现有的彩虹显示屏一般利用全彩色LED显示屏技术，每一个像素由红、绿、蓝三个亚像素组成(一般由单管LED构成，或者装配一个多芯片的LED灯作为一个像素)，称为“像素筒”，常用的三色像素筒有2红1绿1兰(2RIGIB)和1红1绿1兰(1R1GIB)等等。图8表示由1RIGIB像素筒组成的LED显示屏，采用常规的驱动控制方法，其像素由如图8中虚圆内三个亚像素组成，这里的亚像素对应于1个LED。图9为常规驱动电路示意图，可以看出，采用常规的驱动控制方法，每个像素需要3个LED管芯和3个驱动电路，显示容量为m×n的LED显示屏，以1RIGlB像素筒为例，共需m×n×3个发光二极管和驱动电路，虽然改进的驱动电路可以通过共用LED将显示容量提高，但驱动电路仍然很复杂。可见，全彩色LED彩虹显示屏存在所需LED数量多、驱动电路复杂，不但使整体可靠性降低，故障率较高，而且增加了显示屏的整体制造成本。

白光LED是LED家族中最后一个问世的，它的诞生是LED生产中一个重要的突破，它将成为新的照明光源。目前广泛使用的白光LED是在高亮度蓝光LED管芯上加一层荧光粉，用蓝光激发荧光粉发出白光的。近年来，白光LED的发光强度及发光效率迅速提高，白光LED的成本不断降低，给二次开发LED产品创造良好的机会。目前白光LED灯的应用包括彩色LCD的背光照明灯、闪光灯及家用LED照明灯等，它们最大的特点是节电和寿命长。由于白光LED颜色为白色，色彩单调，很少用于LED显示屏和广告牌中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需彩虹显示控制电路、成本低、结构简单可靠的白光LED彩虹显示屏。

本发明的技术方案是这样的：白光LED彩虹显示屏，包括白光LED灯体、遮光黑色塑料管、浮雕塑料矩形光栅、柱面平凸透镜阵列面板和白光LED供电电路；所述白光LED灯体包括透明的圆锥状模粒头、白光LED管芯及管脚；所述白光LED供电电路包括电路板和设于此电路板上的白光LED专用集成驱动电路；每个LED灯体倾斜焊接在此电路板上，作为彩虹显示屏的一个像素单元；所述遮光黑色塑料管的一端为平面，另一端为斜面，此遮光黑色塑料管的内径尺寸与上述LED灯体的外径尺寸相适配，遮光黑色塑料管平面一端嵌套在上述白光LED灯体的尖端，两者中心轴线重合；所述浮雕塑料矩形光栅粘贴在上述遮光黑色塑料管的斜面一端，浮雕塑料矩形光栅的浮雕光栅面朝向遮光黑色塑料管；所述柱面平凸透镜阵列面板由多个柱面平凸透镜平行排列于平面透明面板上，柱面平凸透镜阵列面板紧贴在上述浮雕塑料矩形光栅上表面；每行LED灯体的阳极一起连接到电源线上；所有LED灯体的阴极连接白光LED专用集成驱动电路，由外部简单电路控制实现静态显示，或由电脑控制实现动态显示。

上述浮雕塑料矩形光栅的光栅常数为1～2μm，光栅刻槽深度为0.5μm左右。

上述白光LED灯体以45°角倾斜安装于上述电路板上。

上述浮雕塑料矩形光栅的光束入射角为45°。

上述柱面平凸透镜阵列每个柱面对应一排白光LED，柱面与柱面的间隔等于上述电路板上相邻白光LED灯体的间隔。

上述柱面平凸透镜阵列面板上的柱面平凸透镜由柱面平凹透镜替代。

采用上述方案后，本发明的白光LED彩虹显示屏，白光LED发出的多波长可见光辐射由圆锥状(子弹头状)模粒头聚光后形成发散角很小的光束，再经过遮光黑色塑料管去除角度较大的杂散光，就得到白光准平行光束。此白光光束通过浮雕塑料矩形光栅和柱面平凸透镜阵列面板后，由于光栅的衍射和柱面平凸透镜的折射，白光光束就分解为按波长排列的发散彩虹光束，由于观察者相对显示屏不同部位的观察角度不同，所以看到的显示屏具有按波长排列的彩虹显示效果。当观察者移动时，由于观察角度变化，看到的颜色也随着变化，产生动态效果，立体感强，满足人们对美的追求和色彩享受，提高宣传广告效率。

与现有技术相比，本发明采用白光LED制作彩虹显示屏，其效果犹如天空彩虹，自然、美丽，属于自身具有彩虹效果的LED显示屏，并且彩虹颜色随观察者的移动而变化，无须彩虹显示控制电路，而驱动电路与单基色显示屏驱动电路一样简单。本发明是一种自身具有彩虹效果的LED显示屏，并且无需对电源进行控制，因此供电电源极其简单，不仅大大降低制作成本，而且有效避免了其它类型彩虹LED显示屏的电路故障率高等问题。

本发明的应用范围广泛，如宾馆、饭店、商场、公园、车站、码头和休闲广场等需要强调文字和图案或广告内容的场所。

附图说明

图1为本发明白光LED彩虹显示屏模块的结构示意图。

图2为本发明白光LED彩虹显示屏的显示原理图。

图3为本发明白光LED彩虹显示屏的正面图。

图4为本发明白光LED彩虹显示屏的LED驱动电路示意图。

图5为本发明白光LED彩虹显示屏应用于文字显示器的外观图。

图6为图5中文字显示器的LED驱动电路示意图。

图7为常规LED显示屏模块结构示意图。

图8为常规全色彩虹LED显示屏像素筒排列示意图。

图9为常规全色彩虹显示屏LED驱动电路示意图。

具体实施方式

请参照图1、图2和图3，本发明的白光LED彩虹显示屏，包括复数个白光LED灯体1、复数根遮光黑色塑料管2、复数个浮雕塑料矩形光栅3、柱面平凸透镜阵列面板4和LED供电电路，LED供电电路包括电路板5和设置于电路板5上的电路布线及白光LED专用驱动集成电路。

白光LED灯体1包括透明的圆锥状(子弹头状)模粒头11、白光LED管芯及管脚，各白光LED灯体1的管脚分别通过小孔焊接在电路板5上，白光LED中心轴线(输出光束方向)与电路板5平面成45°角。电路板5与白光LED灯体1相对应的一侧面覆盖有填充树脂6。各白光LED灯体1的模粒头11尖端分别对应嵌入各遮光黑色塑料管2的下端，两者中心轴线重合。各遮光黑色塑料管2上端为45°斜面，斜面上分别紧贴有一片浮雕塑料矩形光栅3，浮雕塑料矩形光栅3的浮雕光栅面朝向遮光黑色塑料管2，光栅刻线方向(图1中Y方向)与白光LED中心轴线和电路板5法线组成的平面垂直。柱面平凸透镜阵列面板4由多个柱面平凸透镜平行排列于平面透明面板上而成，各浮雕塑料矩形光栅3的上表面紧贴着柱面平凸透镜阵列面板4的下表面(平面一侧)，柱面平凸透镜阵列面板4的凹凸面朝外，柱面平凸透镜阵列面板4的柱面轴线方向(图1中X方向)与光栅刻线方向垂直。

本发明的工作原理如下(请参照图2)：白光LED管芯发出的白光，由透明圆锥状(子弹头状)模粒头11汇聚成准平行光束，经遮光黑色塑料管2吸收掉散射角较大的一部分光线，这样从遮光黑色塑料管2上端(斜面端)射出的光线就构成更好的平行光束，此光束以45°角入射浮雕塑料矩形光栅3，由于光栅的衍射效应，经浮雕塑料矩形光栅3衍射的1级衍射光束21就变为按波长排列的发散彩虹光束，颜色排列方向与光栅刻线方向垂直。浮雕塑料矩形光栅3衍射的零级衍射光束20以45°角射向天空，不进入视野。上述彩虹光束再经柱面平凸透镜阵列面板4折射，使观察者从侧面(图1中Y方向)可以看到彩虹光线22。当显示屏足够大时，显示屏上不同位置发出的光线到达观察者的角度就有差异(图1中X方向)，因此显示屏就呈现五彩斑斓的彩虹，当观察者移动时，显示屏上的彩虹色就跟着变化，产生动态效果。

本发明采用的子弹头白光LED模粒头11直径为φ5mm，其作用是使白光LED具有高指向性，小的光束发散角，一般可使散射角达到5°左右。

本发明采用的遮光黑色塑料管2内径为φ5mm，外径为φ6mm，遮光黑色塑料管的一端为平面，另一端为45°斜面，中心轴线长度为30mm。遮光黑色塑料管2的作用是进一步减小输出光束发散角，白光LED输出光束经黑色塑料管遮光和吸收后其光束散射角可减小到3°左右，这样有利于白光光束经光栅衍射后颜色的分开。

本发明中，浮雕塑料矩形光栅3的光栅常数为1～2μm，光栅刻槽深度为0.5μm左右，浮雕塑料矩形光栅可采用模压成型技术在光学塑料上压制而成。为了减小光栅0级衍射光的视觉强度，采取使0级衍射光偏离视场的技术方案，即让其在显示屏的上方45°角方向出射，因此选择光束入射角为45°角(在这里为遮光黑色塑料管中心轴线与浮雕塑料矩形光栅平面的夹角)，这种斜入射光束还可以增大衍射角，使颜色更容易分开。选择光栅刻槽深度为0.5μm是为了抑制零级衍射强度，使光束能量主要集中在1级衍射方向上，从而提高彩虹光的亮度。

本发明中，柱面平凸透镜阵列面板4既可以采用平凸结构，也可以采用平凹结构，每个柱面对应一排白光LED，柱面与柱面的间隔等于电路板5上相邻白光LED灯体1的间隔，为8mm～10mm，柱面圆弧半径5mm，高度3mm。柱面平凸透镜阵列面板4的作用是将彩虹光折射到两侧，使观察者从显示屏的侧面也能看到彩虹色。柱面平凸透镜阵列面板可采用光学塑料(有机玻璃)压制而成。

本实施例中，LED集成驱动电路采用TPIC6B595芯片，1片TPIC6B595芯片可同时驱动8列白光LED(请参照图4)，8个LED单元阳极连接在一起组成一行，由行驱动电路控制，可以外接电脑进行扫描式显示。

本发明的白光LED彩虹显示屏应用于文字显示器的外观如图5所示，文字由3×2点阵模块组合而成，如图6所示，采用白光LED专用集成驱动电路MAX1916，1片MAX1916芯片可同时驱动3个白光LED，所有LED单元阳极由电源线连接在一起，而其阴极由MAX1916恒流供电，电路结构极其简单，并能保证显示器稳定可靠地工作。采用3×2点阵模块可以方便用户随意组成各种固定文字和图案。

Claims (6)

1.白光LED彩虹显示屏，包括白光LED灯体，其特征在于：还包括遮光黑色塑料管、浮雕塑料矩形光栅、柱面平凸透镜阵列面板和白光LED供电电路；所述白光LED灯体包括透明的圆锥状模粒头、白光LED管芯及管脚；所述白光LED供电电路包括电路板和设于此电路板上的白光LED专用集成驱动电路；每个LED灯体倾斜焊接在此电路板上，作为彩虹显示屏的一个像素单元；所述遮光黑色塑料管的一端为平面，另一端为斜面，此遮光黑色塑料管的内径尺寸与上述LED灯体的外径尺寸相适配，遮光黑色塑料管平面一端嵌套在上述白光LED灯体的尖端，两者中心轴线重合；所述浮雕塑料矩形光栅粘贴在上述遮光黑色塑料管的斜面一端，浮雕塑料矩形光栅的浮雕光栅面朝向遮光黑色塑料管；所述柱面平凸透镜阵列面板由多个柱面平凸透镜平行排列于平面透明面板上而成，柱面平凸透镜阵列面板平面一侧紧贴在上述浮雕塑料矩形光栅上表面；每行LED灯体的阳极一起连接到电源线上；所有LED灯体的阴极连接白光LED专用集成驱动电路。

2.根据权利要求1所述的白光LED彩虹显示屏，其特征在于：上述浮雕塑料矩形光栅的光栅常数为1～2μm，光栅刻槽深度为0.5μm左右。

3.根据权利要求1所述的白光LED彩虹显示屏，其特征在于：上述白光LED灯体以45°角倾斜安装于上述电路板上。

4.根据权利要求1所述的白光LED彩虹显示屏，其特征在于：上述浮雕塑料矩形光栅的光束入射角为45°。

5.根据权利要求1所述的白光LED彩虹显示屏，其特征在于：上述柱面平凸透镜阵列每个柱面对应一排白光LED，柱面与柱面的间隔等于上述电路板上相邻白光LED灯体的间隔。

6.根据权利要求1所述的白光LED彩虹显示屏，其特征在于：上述柱面平凸透镜阵列面板上的柱面平凸透镜由柱面平凹透镜替代。

Images