CN103871329A - 一种平面显示板构成的球形显示屏和球面显示屏 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平面显示板构成的球形显示屏，由6块相邻拼接的、角顶点都在同一球面上的四边形类球面屏组成，四边形类球面屏安装有n×m块装有点阵显示元件的曲边或直边的四边形平面显示板，四边形平面显示板的两个角端点在四边形类球面屏的球面上，按压另外两个角端点使其处于同一球面。按需要切割平面显示板构成的球形显示屏的一部分可以形成球面显示屏。本发明结构简单地实现了用平面的点阵显示板构造球形显示屏，并且使其接近球形的程度和相邻拼接缝隙的大小跟经济性互相兼顾；按本发明设计的四边形平面显示板形状相同的较多，适合批量制造和维护替换。

Description

一种平面显示板构成的球形显示屏和球面显示屏

技术领域

本发明涉及一种点阵显示屏结构，尤其涉及一种平面显示板构成的球形显示屏和平面显示板构成的球面显示屏的结构。

背景技术

点阵显示屏例如LED显示屏已广泛应用。典型的点阵显示屏呈矩形平面结构。目前市场对球形和球面的点阵显示屏有需求。如何用平面的点阵显示屏构造尽量接近球形或球面的点阵显示屏并且结构简单、制造和维护容易，是技术人员竭力解决的问题。

专利文献CN202487092U公开了一种LED360°球面显示屏，在球形骨架表面上设有若干LED模组拼接组成的形状和大小相同的弧面显示屏，所有弧面显示屏构成一个圆球屏。由于LED模组通常是平面的，由其组成弧面显示屏和圆球显示屏会碰到如何提高逼近球形的相似程度和减少模组相邻拼接缝隙的问题，但该文献没有涉及和解决这些问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、容易制造并接近球形程度可控和相邻拼接缝隙可控的球形点阵显示屏和球面点阵显示屏。

为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种平面显示板构成的球形显示屏，其特征在于：由6块相邻拼接的、角顶点都在同一球面上的四边形类球面屏组成，四边形类球面屏的任一角顶点分别与其它2块四边形类球面屏的一个角顶点紧密相接；四边形类球面屏安装有n×m块装有点阵显示元件的、相邻拼接的、曲边或直边的四边形平面显示板，n和m分别为对四边形类球面屏的两组对边实施分割的数目；四边形平面显示板的两个角端点在四边形类球面屏的球面上，按压另外两个角端点使其处于同一球面上，所有四边形平面显示板相邻的角端点紧密相接。

优选地，沿所述四边形平面显示板互相拼接的边，设置与所述四边形类球面屏所在的球面相适应的安装梁，安装梁互相拼接构成四边形类球面屏的安装架；在安装梁互相拼接处设置连接件以安装四边形平面显示板并使其角端点处于四边形类球面屏所在的球面；装有点阵显示元件的四边形平面显示板安装于安装架较远球心的外侧，组成外球面屏，或者安装于安装架较近球心的内侧，组成内球面屏。

优选地，所述四边形平面显示板上所装的点阵显示元件按间距分布接近均匀。

优选地，所述点阵显示元件为LED灯。

本发明的另一个技术方案是提供了一种平面显示板构成的球面显示屏，其特征在于：为上述的平面显示板构成的球形显示屏的一部分。

本发明的有益效果是：接近球形或球面的点阵显示屏由四边形类球面屏组成，每个四边形类球面屏由四边形平面显示板组成，结构简单；按本发明设计的点阵显示屏与球形或球面的相似度较高，四边形平面显示板形状相同的较多，适合批量制造和维护替换；适当选取对四边形类球面屏的四条曲边在球面上实施分割的数目n和m以及是否等分，能使点阵显示屏接近球形或球面的程度和相邻拼接缝隙大小跟经济性互相兼顾。

附图说明

图1为正方体及外接圆球面示意图；

图2为本实施例的圆球形显示屏的结构示意图；

图3为本实施例的圆球形显示屏的组成示意图；

图4为本实施例的四边形类球面屏实施8等分后的曲面示意图；

图5为本实施例的空间四边形示意图；

图6为本实施例的四边形圆柱面示意图；

图7为本实施例的四分之一四边形类球面屏上的圆柱面示意图；

图8为本实施例的平面显示板示意图；

图9为本实施例的四分之一四边形类球面屏上的曲边四边形平面显示板的示意图；

图10为本实施例的四边形类球面屏的安装架结构示意图；

图11为四边形球面屏上的显示元件点阵示意图；

图12为长方体及外接椭球面示意图。

附图标记说明

1-四边形类球面屏；2-四边形平面显示板；3-点阵显示元件；4-安装梁；5-安装架；6-连接件。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选的平面显示板构成的圆球形显示屏实施例，并配合附图作详细说明如下。应注意，以下实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，但并非用以限定本发明，任何不脱离本发明的精神和范围所作的修改，仍包括在本发明的专利保护范围内。本发明的保护范围以权利要求书所界定的创新性特征的最大范围为准。

图1为正方体及外接圆球面示意图。请参见图1，正方体有6个面，8个顶点。作正方体的外接圆球面，分别将所有相邻两个顶点在该球面上以最短弧长连线，可以得到6块四边形球面，它们相邻紧密拼接，顶点都在同一球面上。请参见图2，图2是本实施例提供的一种圆球形显示屏的结构示意图，可以看出，上下各1块四边形球面组成整个球面的上部分I及下部分III，中间4块四边形球面组成整个球面的中间部分II。(为了便于理解，图2中球面的中间部分II与上部分I及下部分III相接处的安装梁4有重复。)

与图2类似，图3是本实施例提供的一种平面显示板构成的圆球形显示屏的组成示意图，整个球形屏由6块形状相同并且边沿弧长相等的、相邻拼接的、顶点都在同一球面上的、装有点阵显示元件3的四边形类球面屏1组成，其中各1块组成球形显示屏的上、下部分，另外4块组成球形显示屏的中间部分；四边形类球面屏1的任一角顶点分别与其它2块四边形类球面屏1的一个角顶点相接。为了看清组成结构，图3中只画了1块由曲边四边形平面显示板2构成的四边形类球面屏1。四边形类球面屏1所在的或所接近的球面就是图2中的四边形球面。四边形类球面屏1可以用一块四边形平面显示板2承担，但这样构成的球面屏，如同正方体，与球面差距大。因此，应该使四边形类球面屏1除了4个角顶点在同一球面上，其屏表面还应有多点在同一球面上。四边形类球面屏1的屏表面在同一球面上的点越多，四边形类球面屏1就越接近球面。四边形类球面屏1可以用多块平面显示板(例如图3中的8×8块曲边四边形平面显示板2)制作成接近球面的形状，只要使所有相邻拼接的平面显示板的角端点落在四边形类球面屏1的同一球面上并相邻紧密相接，即四边形类球面屏1所在的球面是所有平面显示板角端点的外接球面。

如何用多块平面显示板制作四边形类球面屏1?一般地，可以对四边形类球面屏1的两组对边分别实施n段和m段分割，并分别将其相对分割点在四边形类球面屏1所在球面上以最短曲线连接，这样就使四边形类球面屏1所在球面分割成了n×m块曲面。为了使平面显示板构成的球形显示屏适合工业化制造，还应该使组成其屏面的四边形平面显示板2尽可能多地尺寸形状相同。如何在四边形类球面屏1上构造角端点都在其同一球面上的、尺寸形状相同较多的四边形平面显示板2呢?对于本实施例圆球形显示屏而言，不妨对四边形类球面屏1的四条弧边分别实施n等分，并分别将其相对分割点在四边形类球面屏1所在球面上以最短弧长连接，这样就使四边形类球面屏1所在球面分割成了n²块曲面。请参见图4，图4为对本实施例四边形类球面屏1弧边实施8等分后形成的8×8块曲面的示意图。显然，这64块曲面由4组相同曲面组成，每组有16块形状大小不同的曲面，因此这64块曲面相似的较多，适合批量制造和维护替换。

如何用平面显示板取代这些曲面并使其角端点都在四边形类球面屏1的球面上并相邻紧密相接呢?下面列举出一种实施方法。

请继续参见图4。对本实施例四边形类球面屏1弧边实施8等分形成64块曲面后，取其中一块曲面AKWE。曲面上的四个角端点A、K、W、E，用直线连接这四点，得到四边形AKWE，因A、K、W、E四点不在同一平面上，所以四边形AKWE是个空间四边形。图5是空间四边形示意图，参见图5。连接对角线AW和EK，这两条线段不在同一平面上，因此并不相交，这两条线在空间上是有高度差的，设为h。假设圆球直径为2m，这两条线垂直距离h约为5.17mm，即AW比EK高约5.17mm。显然，如果简单地用平面四边形替代曲面AKWE是做不到四个角端点都在四边形类球面屏1的球面上的，必须做些技术处理。作基准平面β通过直线AW，且平行于直线EK，将EK投影到β平面得到E’K’。这样E’K’与AW相交于U点，将E、K点经过U点作圆弧EK。用三维CAD软件以圆弧EK为扫描截面并以直线AW为扫描轨迹作出弧面，即圆弧EK沿直线AW拉伸出圆柱面，再将曲面AKWE以球体质心(本实施例为球心)为焦点投影到圆柱面上进行剪切，得到四边形圆柱面AKWE。请参见图6，图6是四边形圆柱面示意图，该圆柱面的A、W两个角端点在圆柱的高度方向上，E、K两个角端点在圆柱的圆周方向上。同理画出剩下的所有四边形类球面屏1上分割的圆柱面，请参见图7，图7是四分之一四边形类球面屏1上圆柱面示意图。请继续参见图5和图6，以U点为基准点，β面为基准平面，将四边形圆柱面AKWE展开在β平面上，这样就得到了平面显示板2的平面图。请参见图8，图8是平面显示板示意图，它通常是一个曲边四边形，曲边稍朝周边外凸，虽然曲率不明显。如果容忍平面显示板2相邻拼接有一尖橄榄形狭缝以换取生产方便，平面显示板2也可以选用直边四边形。本实施例选用曲边四边形。该平面显示板的A、W两个角端点本来就在四边形类球面屏1的球面上，而该平面显示板的E、K两个角端点是四边形圆柱面AKWE在平面上展开得到的，因此按压E、K两个角端点安装于四边形类球面屏1的球面上，该平面显示板变形类似于圆柱面，能使其与其他曲边四边形平面显示板2相邻的角端点紧密相接，也使其与其他曲边四边形平面显示板2相邻拼接缝隙小。因此，按本发明设计的点阵显示屏与球形或球面的相似度较高。请参见图9，图9是四分之一四边形类球面屏1上曲边四边形平面显示板2的示意图，图中曲边四边形平面显示板2的两个角端点还未经按压安装固定。

简言之，用四边形平面在球外表面上取代四边形曲面，首先设定四边形曲面的一对对角端点在曲面上不动，然后用圆柱面替代曲面再展开在平面上，获得想要的平面四边形，曲边或者直边的四边形。类似地，此方法也可以用于用四边形平面在球内表面上取代四边形曲面。作为等同的选择，也可以设定四边形曲面的同边的角端点在曲面上不动，用圆柱面替代曲面再展开在平面上，获得想要的平面四边形。

请继续参见图5，考虑到曲边四边形平面显示板2的硬度，按压E、K两个角端点的行程不能太大。同样面积下，曲边四边形平面显示板2如果接近正方形，其按压安装行程就较小。显然，对四边形类球面屏1的两组对边分别实施n段和m段分割，n和m值越大并适当搭配使分割的四边形平面显示板2边长差别趋小，则四边形类球面屏1表面在同一球面上的点就越多，四边形类球面屏1就越接近球面，并且按压安装四边形平面显示板2两个角端点的行程和与其他板相邻拼接缝隙就越小，但四边形平面显示板2的尺寸形状种类增多，成本增加。适当选取n和m，能使类球面屏接近球形或球面的程度(类似于圆滑度)、平面显示板的硬度适应性和相邻拼接缝隙跟经济性互相兼顾。

图10是本实施例四边形类球面屏1的安装架结构示意图。请参见图10。安装梁4可以按与四边形类球面屏1所在球面相适应的曲率设计成弧形的梁，沿曲边四边形平面显示板2相邻拼接的边安排设置，安装梁4互相拼接构成四边形类球面屏1的安装架5。安装梁4在曲边四边形平面显示板2的角端点处互相镶嵌拼接，再用连接件6在拼接处加固。连接件6或安装梁4都可以用来固定曲边四边形平面显示板2，并设计控制尺寸使其安装固定后的角端点处于四边形类球面屏1所在的球面。根据上述曲边四边形平面显示板2的设计说明，安装曲边四边形平面显示板2时，可以先安装固定其两个角端点，再按压安装固定另外两个角端点。将6块这样的四边形类球面屏1的安装架按其所在球面互相拼接就可以构成本实施例圆球形显示屏的安装架。

四边形平面显示板2安装于安装架5较远于球心的外侧，其外表面安装点阵显示元件3，这样可以供人在球外观看显示屏。

点阵显示元件3也可以安装在四边形平面显示板2朝球心的一面上。此时可以将连接件6设置于安装梁4靠近球心的内侧，并且在连接件6或安装梁4上安装四边形平面显示板2，就可以供人在球内观看显示屏。

图11为四边形球面屏上的显示元件点阵示意图，请参见图11。显然，四边形类球面屏周边部分长度短于中间部分长度，如果在周边部分和中间部分布置同样多的点阵显示元件，则周边部分的点阵显示元件的间距小，中间部分的点阵显示元件的间距大，于是，靠近四边形球面屏中心部分发光点阵较疏，周边部分较密，反映在观感上，中心部分将较暗，周边部分将较亮。如果要避免这种效果，使四边形球面屏各部分发光尽量均匀，可以根据四边形球面屏的曲面在发光点阵间距上的影响规律，或者简单地应用比例规则，使用中间部分插入增加或周边部分抽取减少发光点的方法，使四边形平面显示板2上所装的点阵显示元件3按间距分布接近均匀(由于是一个一个增减发光点而无法很均匀)，这样，由其组成的四边形类球面屏1的发光观感也将接近均匀。

本实施例安装的点阵显示元件3是LED灯，能发出包括但不限于红、绿、蓝和白光。

请再次参见图3。如果不需要制造整个球形的显示屏，只需制造一个球面的显示屏，例如形如半个圆球的球面屏，则只要对整个球形的显示屏按所需形状分割，以此来设计制造所需的球面显示屏。也就是说，按本实施例的球形显示屏的设计思路来设计制造部分而非整个球形显示屏，并妥善处理周边结构框，就可以实现制造所需的球面显示屏。

如果要建造一个椭球形的显示屏或椭球面显示屏，可以应用与上述说明类似的方法。图12为长方体及外接椭球面示意图。请参见图12。与圆球面类似，分别将长方体所有相邻两个顶点在该球面上以最短曲线连线，可以得到6块四边形球面，它们相邻紧密拼接，顶点都在同一球面上。即，椭球形的显示屏可以由6块相邻拼接的、顶点都在同一球面上的四边形类球面屏组成。四边形类球面屏安装有n×m块装有点阵显示元件的曲边或直边的四边形平面显示板，n和m分别为对所述四边形类球面屏的两组对边实施分割的数目，并且不一定必须等分分割。图12给出了8×8等分时四分之一类球面屏上四边形平面显示板的示意图。n和m数目和是否等分的选取，主要考虑类球面屏接近球形或球面的程度和经济性互相兼顾，以及控制四边形平面显示板的形状尺寸以在按压安装其角端点时避免显示板变形过大。当然，椭球形显示屏两端的四边形类球面屏和中间的形状不相同，其n和m分割数目和是否等分的选取也可以不相同。在此基础上，应用类似上述制作圆球屏的方法，就可以设计制造出椭球形的显示屏或椭球面显示屏。

如果要建造一个蛋球形的显示屏或蛋球面显示屏，也可以应用与上述说明类似的方法。将一个四方锥体切去尖顶后形成一个四方锥台体，作其外接球面，将四方锥台体所有相邻两个顶点在该球面上以最短曲线连线，可以得到6块四边形球面。在此基础上，应用类似上述的方法，就可以设计制造出蛋球形的显示屏或蛋球面显示屏。

显然，本发明实施的球形或球面点阵显示屏由四边形类球面屏组成，每个四边形类球面屏由n×m块曲边或直边的四边形平面显示板组成，结构简单地实现了用平面的点阵显示板构造接近球形或球面程度可控、相邻拼接缝隙可控的点阵显示屏；并且，按本发明设计的点阵显示屏与球形或球面的相似度较高，四边形平面显示板形状相同的较多，适合批量制造和维护替换。

Claims (5)

1.一种平面显示板构成的球形显示屏，其特征在于：由6块相邻拼接的、角顶点都在同一球面上的四边形类球面屏(1)组成，四边形类球面屏(1)的任一角顶点分别与其它2块四边形类球面屏(1)的一个角顶点紧密相接；四边形类球面屏(1)安装有n×m块装有点阵显示元件(3)的、相邻拼接的、曲边或直边的四边形平面显示板(2)，n和m分别为对四边形类球面屏(1)的两组对边实施分割的数目；四边形平面显示板(2)的两个角端点在四边形类球面屏(1)的球面上，按压另外两个角端点使其处于同一球面上，所有四边形平面显示板(2)相邻的角端点紧密相接。

2.如权利要求1所述的平面显示板构成的球形显示屏，其特征在于：沿所述四边形平面显示板(2)互相拼接的边，设置与所述四边形类球面屏(1)所在的球面相适应的安装梁(4)，安装梁(4)互相拼接构成四边形类球面屏(1)的安装架(5)；在安装梁(4)互相拼接处设置连接件(6)以安装四边形平面显示板(2)并使其角端点处于四边形类球面屏(1)所在的球面；装有点阵显示元件(3)的四边形平面显示板(2)安装于安装架(5)较远球心的外侧，组成外球面屏，或者安装于安装架(5)较近球心的内侧，组成内球面屏。

3.如权利要求2所述的平面显示板构成的球形显示屏，其特征在于：所述四边形平面显示板(2)上所装的点阵显示元件(3)按间距分布接近均匀。

4.如权利要求1至3任一项所述的平面显示板构成的球形显示屏，其特征在于：所述点阵显示元件(3)为LED灯。

5.一种平面显示板构成的球面显示屏，其特征在于：为如权利要求1至4任一项所述的平面显示板构成的球形显示屏的一部分。

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