CN1191365A - 流光式显示装置及其显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流光式显示装置及其显示方法。本发明的显示装置,包括发光元件阵列模块和控制该发光元件阵列模块进行图象显示的发光阵列显示电路,其特征是:一个以规定的移动速度移动的转动机构;与上述转动机构固连的多个发光元件阵列模块;设置在转动机构上的发光阵列显示电路板;以及上述发光阵列显示电路板,设有用于检测所述发光元件阵列模块移动速度并使显示速度与移动速度同步的同步检测电路。本方法通过阵列光点移动实现动态立体彩色图文显示不但造价较低,而且占用空间较小。

Description

流光式显示装置及其显示方法

本发明涉及一种流光式显示装置及其显示方法，特别是，涉及一种电子显示和机械转动机构相结合的用于显示图象与文字的流光式显示装置及其显示方法。

目前，用于平面图文的显示装置有两类，一类是机械式的，依靠机械装置移动图文或灯，实现图文的移动或变换；另一类是电子式的，如液晶显示、LED屏显示、阴极射线管显示等，可通过微机开展图文及机械色彩的变换。第一类方式方法简单，价格便宜，但不容易实现图文变换，或者变换种类有限，而且多为依靠外界提供光源照射到图文画面上，距离稍远就不易区分字画与背景。第二类方式虽容易实现图文的变换，但尺寸较大的显示装置费用较高。另外，上述两类显示装置都不能实现立体图文的显示。用激光成象方式可以实现图文的立体显示，然而费用较高，并且需要较大的成象空间。

本发明的主要目的是提供一种通过阵列光点移动显示图文的流光式显示装置及其显示方法，它不但造价较低，而且占用空间较小。

本发明的另一个目的是提供一种通过阵列光点移动实现动态立体彩色图文显示的流光式显示装置及其显示方法。

根据本发明的显示装置，包括发光元件阵列模块和控制该发光元件阵列模块进行图象显示的发光阵列显示电路，其特征是：一个以规定的移动速度移动的转动机构；与上述转动机构固连的多个发光元件阵列模块；设置在转动机构上的发光阵列显示电路板；以及上述发光阵列显示电路板，设有用于检测所述发光元件阵列模块移动速度并使显示速度与移动速度同步的同步检测电路。

根据本发明的显示方法，它包括：使一个转动机构以规定的移动速度移动的步骤；通过发光阵列显示电路板使与上述转动机构固连的多个发光元件阵列模块按需要发光的步骤；以及用同步检测电路检测所述发光元件阵列模块移动速度并使其显示速度与移动速度同步的步骤。

按规定方式排列的发光元件阵列以一定的方向和速度运动，同时由控制电路控制发光元件以一定的时序点亮和熄灭，由于人眼的视觉残留，便会看到稳定而清晰的图文；当发光元件阵列按一定空间方式纵深排列时，通过控制发光元件，便可看到立体图文。图文的彩色可通过三基色原理来实现。

与现有的显示方式如LED屏、显象管等相比，本发明不但能实现动态的单色和彩色图文显示，而且动态的一点就可代替静态的多点显示使成本低，显示的尺寸可根据发光元件的尺寸、数量及排列方式而定，更重要的是利用本发明可以实现环周观看和显示立体图象。

图1是本发明的显示装置的第1实施例的结构示意图；

图2是本发明的显示装置的第2实施例的结构示意图；

图3是本发明的显示装置的第3实施例的结构示意图；

图4(a)和4(b)分别是图1中所示的发光元件阵列板的配置结构图；

图5(a)和5(b)分别说明在显示过程中发光元件的光线发散角与观看范围的关系图；

图6是本发明的显示装置的第4实施例的结构示意图；

图7是本发明的显示装置的第5实施例的结构示意图；

图8是本发明的显示装置的第6实施例的结构示意图；

图9是本发明的显示装置的第7实施例的结构示意图；

图10(a)、10(b)和10(c)分别是控制电路原理图、DMA逻辑控制电路框图和同步检测电路框图；

图11(a)和(b)分别是图10的控制电路的最佳控制电路和显示模块框图；

图12是本发明的具体控制电路图；

图13是发光阵列显示电路图；

图14是本发明显示装置的显示立体图象的工作过程图；

图15是说明本发明的显示方法的框图。

下面，结合各个附图，详细说明本发明的优选实施例。

实施例1

本发明的流光式显示装置的第1实施例的结构，如图1所示。在图中转动机构由下盘4、上盘5、转轴1、及驱动电机构成。发光元件阵列模块2上固连发光阵列显示电路板，发光元件3焊在(或插接在)模块2上，3个以上模块2沿圆周均布设置于上盘5与下盘4之间，每个模块的两端分别固连与上盘5与下盘4上，主控制器14和同步检测电路15设置在固连于下盘4的控制电路板7上，控制电路板7的输出端分别有导线与每个模块2相连接，上盘5与下盘4的中心位置设有转轴1，与驱动电机连接，通过其轴上的电刷11向主控制板和发光阵列模块供电。

实施例2

本发明的流光式显示装置的第2实施例的结构，如图2所示。将焊(固定)有发光元件23的发光元件阵列模块22固连于套装在轴28、29上的传送带20上，装控制电路板27固连于传送带10表面上的两显示模块22之间的位置上，发光阵列显示板固连于显示模块22内，通过轴8、9的同向转动，传送带20向上或向下滚动而构成了双面显示屏，但两面图文的上、下部分及上、下行是颠倒的，故对处于不同面上的发光元件的控制时序也是不同的。

实施例3

本发明的流光式显示装置的第3实施例的是有关立体显示的结构，如图3所示。在本发明的立体显示装置中，转动机构由下基板34、上基板35、转轴31、及驱动电机构成。至少具有二块发光元件阵列模块32，例如3块发光元件阵列模块32，沿圆周与径向成一定角度设置于能够随轴31旋转的上基板35与下基板34之间。该阵列模块32上固装发光元件33，可由n排、m列个发光元件33组成。控制电路板37安置在下基板34或上基板35上，电源经电刷36供给，显示信号由电刷传入或由转轴31一端的红外接收装置11传入。同步检测电路15设置于控制电路板37上。该上基板35和下基板34的中心位置设有用电机驱动的转轴31，并通过其轴上的电刷36向控制电路板37和发光元件阵列模块32供电。

由发光元件阵列中M1的列，如图3所示，可实现最外层，即第一层柱面形图文显示(当m＝1时，为单层柱面式的显示)，M2由列可实现第二层柱面形图文显示，及M3由列可实现第三层柱面形图文显示，但M1、M2和M3要错开排列，如图4所示，以免外层的发光元件及其所显示的图文挡住内层的发光元件阵列及其所显示的图文。以此类推，N层发光元件阵列就可实现具有N层深度的立体显示。此种结构可制成环绕式显示屏，用于各种广告宣传、图文显示，以至电视画面的显示。

工作时，首先通过电机或其它方式驱动轴31，以一定速度转动，而转动方向与显示图文的数据格式有关，同时由控制电路板37上的控制电路按一定的显示速度控制发光元件阵列模块32上的发光元件33以一定的时序亮天，便可看到由亮点或亮线组成的画面。点达到一定的刷新速度和刷新精度时，就可看到稳定的图面。当轴31的转动速度不稳定时，会出现转动速度和数据的显示速度不匹配，从而导致图面前移或后移。这种现象可通过同步检测电路将转动速度信息反馈给单片机或微机及时调整显示速度而加以消除。由于图文显示的稳定程度与图文的刷新速度及发光元件阵列的个数和其移动的速度有关，使用多个发光元件阵列可以在满足图象稳定显示的前提下降低移动速度。另外，有关控制电路和同步检测电路将在后面加以说明。

接着，说明发光元件排列方式。发光元件阵列的形状和大小可以根据需要加以改变，如图4(a)为平板型发光元件阵列模块32，3个所说阵列模块32沿与下盘34的直径方向成一定角度均布配置。此种阵列模块制作较为方便，但当从箭头E的方向观看时，内层发光元件的光线会被外层发光元件挡住。若将发光元件33排列成曲线，做成例如柱面、椭圆面及球形的曲面形状的一种发光元件阵列模块32’，如图4(b)所示，则所示状况就有所改善。上述的曲面发光元件阵列模块32’的曲率半径不能太小，以免挡住另一个阵列模块内侧的发光元件列发光的图象。

在显示过程中，发光元件的光线发散角与观看范围α有关，如图5所示。当发光元件的光线发散角＜180°时，如图5(a)所示，则观看范围较小。当发光元件的光线发散角＝180°时，如图5(b)所示，则观看范围要大一些。因此，当需要控制某些显示层的观看范围时，可通过控制发光元件的光线发散角值的大小来进行调整。上述各个发光元件的光线发散角最好不小于180°。

实施例4

本发明的立体显示装置的第4实施例的结构，如图6所示。对直径较大显示装置，多个发光元件阵列模块42可沿圆周的扇形部进行分布。即把发光元件阵列42固定在外转动环状基板44与内转动环状基板45上，该转动环状基板44与45依靠传动齿轮40转动，电源仍由转轴上的电刷(图未示出)供给。显示信号则可通过安装在中心部位的红外发射装置48发射，由安置内转动环状基板45上的红外接收装置49接收。控制电路板可安装在两转动环状基板内的适当部位上，例如安装在发光元件阵列模块的背面。

此种结构可用于较大直径的显示装置，如建筑物顶部的大型显示装置。

实施例5

图7是本发明的流光式立体显示装置的第5实施例的结构示意图。将多个发光元件阵列模块52、52′...，相互平面平行地安置在上基板55和下基板54之间。而且上述的上基板55和下基板54可沿图中的箭头方向作平移运动，如图所示，则可以实现平面层式的立体图文显示。当然，如果把多个发光元件阵列模块52、52′...直接固定在下基板54上而不用上基板55也是可以的。这时，下基板54可以是回转式传送带，则结构更加简单。

实施例6

本发明的立体显示装置的第6实施例的结构，如图8所示。采用图7的结构可以实现球体式(椭圆或球面式)显示。在本实施例中，发光元件阵列模块621、622、626上的发光元件63为单列(当然也可以是多列)的，并且多个阵列模块的直径可以各不相同。这些发光元件阵列模块621、622、626可以在转轴61上。控制电路的电源由安装在轴61内的电池60供给，转动方式可以是手动，也可以采用发条等驱动。控制信号则尺寸在单片机或存储器内。

实施例7

本发明的立体显示装置的第7实施例的结构，如图9所示。采用图9的结构可以实现球面式的显示。在本实施例中，发光元件阵列模块72、72′上分别安装发光元件73、73′为单列(当然也可以是多列)的，并且多个发光元件阵列模块的直径各不相同。发光元件阵列模块72、72′分别安装在可相对转动自如的轴71和71′上，转动方式可以是手动，也可以采用发条等驱动。控制信号则尺寸在单片机或存储器内。

此种结构也可以制成工艺品，如制成“魔球”—一经转动，就可显示时间、日期、温度、节日问候语，或模拟显示地球构造等。

上面已经说明了本发明的各个优选的实施例，讨论了本显示装置的机械结构。下面，将说明与显示装置有关的控制电路。控制电路的控制方法有多种，但基本要求是能以一定的时间和顺序控制发光元件迅速点亮或熄灭。图10(a)是一种控制电路原理图。该控制电路包括通讯电路、EEPROM存储电路、同步检测电路、单片机(或微机)、DMA逻辑控制电路、和显示模块接口。该控制电路的工作过程是：显示信号经通讯电路的串口输入，经单片机处理后，由数据显示控制电路，按CPU提供的时序直接从RAM中读出并提供对外部数据的读写操作及显示通道的正确逻辑关系，通过显示模块接口向显示模块发送显示数据。系统内置EEPROM电路，用来实现显示信息的存储，将需重复显示的信息存储EEPRM在中，而不必再从串口输入。

DMA逻辑控制电路的工作原理，如图10(b)所示。在该电路中，首先，生成显示数据地址，然后由RAM读出显示数据，通过显示通道转换并按CPU提供的时序输出到显示模块接口。

同步检测电路用来检测发光元件阵列移动或转动的速度，并将该信息传给单片机(或微机)，从而连到发光元件阵列移动或转动速度与显示数据的速度同步，以保证图文的稳定显示。同步检测电路工作原理如图10(c)所示。该电路的工作过程是：接收由红外线发射装置发出的红外信号，将其脉冲整形后进行微分处理，然后传给单片机或微机。

另外，信号输入方式可采用红外输入(或超声输入、激光输入)、无线电近距离遥控通讯、及电刷直接通讯，采用微机控制，此方式可用于较大尺寸的显示装置。显示模块主要由发光元件和驱动芯片组成，该芯片应具有串行数据移位(串并转换)、锁存及显示驱动的功能。

图11(a)是图10的控制电路中的最佳主控制电路框图。同步检测信号和外部图文显示信号输入到单片机后，通过数据缓冲及地址锁存，进而存储到数据存储器。而由单片机给出逻辑信号实现读写控制和移位计数，并送出地址锁存、显示许可和显示数据读取指令。使显示数据及数据存储器读出后，经显示通道转换输给显示模块进行显示，同时进行计数。

图11(b)是图10的控制电路的最佳显示模块框图。由主控制电路给出输出指令包括：复位指令、锁存指令、移位指令和显示指令。复位指令和锁存指令送给显示存储器(1、...n)。移位指令和显示指令经移位寄存器(1、...n)移位再送给显示寄存器(1、...n)。每个输出指令可同时驱动多个发光元件(例如，8个或16个)。

图12是本发明控制电路的一种电路图。在图中COP888CG主控制器14与发光阵列显示模块2呈串行连接。由电阻100Ω、经红外发射二极管连接到红外接收二极管的负极接地，其正极经电阻10K接到电源VCC而构成同步检测电路15。该同步检测电路15的输出端接主控制器14的IO端。主控制器14的输出端C0、C1、...C7分别接第(1)列    第(8)列发光阵列显示模块2的MW-CE线，其输出端G4、G5脚分别接每列模块2的MW-SI、MW-SK线。

图13是发光阵列显示电路图。发光阵列显示电路主要由COP822微处理器16、74LS138译码器17、74LS373的18片锁存器18、(18)×8个发光二极管3及保护电阻19组成。作为控制器的微处理器16的输入端G7、G6、G5脚经MW-CE、MW-SI、MW-SK总线与主控制器14连接。微处理器16的输出端G0、G1、G2及G3分别接译码器17的A、B、C、D、E1及E2脚，其RESET、CKI脚经辅助电路接VCC。译码器17的E3接VCC，其输出端Y0、...Y7分别接8个锁存器18LE的脚。微处理器16的L0、...L7分别接锁存器18的数据线D0...D7脚，锁存器OE的脚接地，其Q0...Q7脚分别经发光二极管3及电阻19接VCC。

由于8×8象素以上的点阵才能形成较美观的文字，所以确定至少每8个元件为一组，一列上一般为8组，主控制器按事先编好的图文信息及时序向第(1)、...、第(n)列中哪一列从控制器发出控制信号及图文信息。经译码器分配给某个锁存器，再由该锁存器锁存端某条线的电压变化，实现某一个发光元件的点亮或熄灭。对于多个显示模块时，模块是转动的，要得到稳定的图文，即在同一位置显示同一个字或图形，采用了同步检测电路15，由该电路15测出旋转一周所用时间并给主控制器14以一个时间信号，从而控制各显示模块的显示时序。

人眼视觉残留视觉约为0.04秒，当亮点或亮线的刷新速度约为每秒25次以上时，便能看到稳定的图文显示，刷新速度与发光元件的列数及元件移动速度成正比，因而多列设置时可降低移动速度。

下面，图14是本发明显示装置的显示立体图象的工作过程图。通过显示一个“十”字为例，在图中用m1和m2显示两个层面，说明如何立体显示图象。

该立体显示过程如下：当某个发光元件阵列移动到P1位置时(此时转速为U1)，m1列和m2列均未点亮。当该发光阵列移动到P2位置时，发光元件N(n，m1)和N(n，m2)被点亮并迅速熄灭。当移动到P3和P4位置时，N(n，m1)和N(n，m2)被再次点亮并熄灭；当该发光阵列移动到P5位置时，N(n，m1)、N(n-1，m1)、N(n-2，m1)、N(n+1，m1)、N(n+2，m1)和N(n，m2)、N(n-1，m2)、N(n-2，m2)、N(n+1，m2)、N(n+2，n2)被迅速点亮而后熄灭，......，以次类推，由该发光阵列便可显示出用两个层次组成的立体的“十”字。

当下一个发光阵列和第三个发光阵列移动到P1位置时，都重复上述显示过程。这样，当转动一周时，该“十”字便被重复显示了三次。当转速达到16转/秒时，该“十”字的显示次数便可克达到48/秒。

若转动过程中转速发生变化，会产生“十”字沿转动方向前移或后移的现象。如果转速小于U1时，“十”字会前移；反之会发生后移。为了避免上述现象的发生，可设置一个同步检测电路，由同步检测电路将转速信号传给单片机(或微机)，单片机(或微机)根据转速的变化调整各发光元件阵列的显示时间，使各发光元件阵列都能在同一位置(如P1位置)显示相同的内容。

此种结构可作成环绕式显示屏，用于各种广告宣传、图文显示，甚至电视画面的显示。

接着，说明本发明的显示方法，它包括：使一个转动机构以规定的移动速度移动的步骤；通过发光阵列显示电路板使与上述转动机构固连的多个发光元件阵列模块按需要发光的步骤；以及用同步检测电路检测所述发光元件阵列模块移动速度并使其显示速度与移动速度同步的步骤。并且，本发明还包括：将图文信号输入到存储器，再从存储器读入显示数据，再将显示数据串行移位输出到显示模块，进行列图文的显示的步骤；由单片机产生的同步脉冲信号使各阵列显示模块每隔规定时间，在同一位置显示同一列图文内容的步骤；以及当转到一周，上述的同步检测电路输出信号给单片机，使单片机产生中断，并同时使各发光元件复位，再在确定的位置重新显示图文的第一列内容的步骤。还有，上述的同步的步骤具有接收由红外线发射装置发出的红外信号，将其进行脉冲整形的步骤，而后进行微分处理的步骤。

上述的显示方法，可用框图更具体加以说明，如图15所示。图文信号输入到存储器，再从存储器读入显示数据(这样做可使需重复显示的图文信息不必总是从串口输入实现刷新)。然后，再将显示数据串行移位输出到显示模块，从而实现一列图文的显示。而由单片机产生的同步脉冲信号可使各阵列显示模块每隔一定时间，在同一位置显示同一列图文内容。这样，当转到一周(即一幅图文的最后一列显示完后)，同步检测便会发出信号给单片机。单片机产生中断，并同时使各发光元件复位(熄灭，即不亮)，再在确定的位置重新显示图文的第一列内容。这样，不论转速如何变化，都能在同一位置开始显示一幅画面，实现图文稳定显示。而图文的刷新次数则与转速和所安装的发光阵列显示模块的个数有关。

Claims (17)

1、一种流光式显示装置，包括发光元件阵列模块和控制该发光元件阵列模块进行图象显示的发光阵列显示电路，其特征是：

一个以规定的移动速度移动的转动机构；

与上述转动机构固连的多个发光元件阵列模块；

设置在转动机构上的发光阵列显示电路板；以及

上述发光阵列显示电路板，设有用于检测所述发光元件阵列模块移动速度并使显示速度与移动速度同步的同步检测电路。

2、根据权利要求1的显示装置，其特征是：上述的转动机构具有下基板和上基板，上述下基板和上基板的中心位置设有转轴，上述转轴与驱动电机连接，以及上述各个发光元件阵列模块均布固连于上述的下基板和上基板之间。

3、根据权利要求1的显示装置，其特征是：上述的转动机构具有基板，上述基板的两端设有转轴，上述转轴与驱动电机连接，以及上述发光元件阵列模块均布固连于上述的基板上。

4、根据权利要求1的显示装置，其特征是：上述的转动机构具有转轴，上述转轴外设置轴套，上述转轴与驱动电机连接，上述发光元件阵列模块、控制电路板及电池固连于上述的转轴上。

5、根据权利要求2或3的显示装置，其特征是：上述的控制电路板安置在基板上，显示信号由电刷传入或由转轴31一端的红外接收装置11传入；同步检测电路15设置于控制电路板37上；以及上述的转轴上设有电刷，通过电刷向主控制板和发光元件阵列模块供电。

6、根据权利要求2或4的显示装置，其特征是：上述的发光元件阵列模块呈曲面形。

7、根据权利要求4的显示装置，其特征是：上述的发光元件阵列模块为柱面、椭圆面或球面形的一种。

8、根据权利要求2的显示装置，其特征是：均布固连于上述的下基板和上基板之间的上述各个发光元件的光线发散角不小于180°。

9、根据权利要求1的显示装置，其特征是：上述的控制电路包括：通讯电路、存储电路、同步检测电路、单片机、DMA逻辑控制电路、和显示模块接口，显示信号经通讯电路的串口输入，经单片机处理后，由数据显示控制电路，按CPU提供的时序从RAM中读出对外部数据的读写操作及显示通道，通过显示模块接口向显示模块发送显示数据。

10、根据权利要求9的显示装置，其特征是：上述的逻辑控制电路生成显示数据地址，再由RAM读出显示数据，通过显示通道转换并按CPU提供的时序输出到显示模块接口。

11、根据权利要求9的显示装置，其特征是：上述的同步检测电路接收由红外线发射装置发出的红外信号，将其脉冲整形后进行微分处理，而输出控制信号给单片机。

12、根据权利要求9的显示装置，其特征是：同步检测信号和外部图文显示信号输入到单片机后，通过数据缓冲及地址锁存，而存储到数据存储器；由单片机给出逻辑信号进行读写控制和移位计数，并输出地址锁存、显示许可和显示数据读取指令；以及读出显示数据及数据存储器后，经显示通道转换输给显示模块进行显示，同时进行计数。

13、根据权利要求9的显示装置，其特征是：由上述的主控制电路输出的复位指令和锁存指令送给显示存储器；上述的主控制电路输出的移位指令和显示指令经移位寄存器，其输出再送给上述的显示寄存器；以及上述的显示寄存器的输出经驱动器驱动多个发光元件。

14、根据权利要求1的显示装置，其特征是：上述的发光阵列显示电路图发光阵列显示电路主要由微处理器16、74L译码器17、锁存器18、发光二极管3及保护电阻19组成，微处理器16的输入经MW-CE、MW-SI、MW-SK总线与主控制器14连接；微处理器16的输出分别接译码器17的相应输入端；译码器17的输出Y0、...Y7分别接到锁存器18LE；微处理器16的L0、...L7分别接锁存器18的数据线，锁存器的Q0...Q7端分别经发光二极管3及电阻19接VCC。

15、一种流光式显示方法，它包括下列：

使一个转动机构以规定的移动速度移动的步骤；

通过发光阵列显示电路板使与上述转动机构固连的多个发光元件阵列模块按需要发光的发光元件阵列模块发光的步骤；以及

用同步检测电路检测所述发光元件阵列模块移动速度并使其显示速度与移动速度同步的步骤。

16、根据权利要求15的显示方法，其特征是：将图文信号输入到存储器，再从存储器读入显示数据，再将显示数据串行移位输出到显示模块，进行列图文的显示的步骤；由单片机产生的同步脉冲信号使各阵列显示模块每隔规定时间，在同一位置显示同一列图文内容的步骤；以及当转到一周，上述的同步检测电路输出信号给单片机，使单片机产生中断，并同时使各发光元件复位，再在确定的位置重新显示图文的第一列内容的同步的步骤。

17、根据权利要求16的显示方法，其特征是：上述的同步的步骤具有接收由红外线发射装置发出的红外信号，将其进行脉冲整形的步骤，而后进行微分处理的步骤。

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