CN1223975C

CN1223975C - 混色全彩色led显示模块

Info

Publication number: CN1223975C
Application number: CN 03114200
Authority: CN
Inventors: 田志辉
Original assignee: 田志辉
Current assignee: Shenzhen Dahua color Photoelectricity Technology Co., Ltd.
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: CN1442836A

Abstract

一种混色全彩色LED显示模块，该模块由多个彩色发光体像素点按矩阵排列而成，其特征在于，每个像素点由1～2个发光体构成，且每个像素点均含有一个基色发光体，该基色发光体选自红、绿、蓝发光体中的任一个，基色发光体可单独构成一个像素点，或与其它两种发光体任意组合形成混色发光体像素点；各像素点的通光孔呈扩张形，其孔径由内向外逐步扩大。本发明的像素点排列方式新颖独特，图像质量及亮度明显提高，成本大幅降低，控制更加简单。

Description

混色全彩色LED显示模块

技术领域

本发明涉及LED显示器件，特别是涉及一种用于LED显示屏的混色全彩色LED显示模块。

背景技术

LED显示屏是一种以LED发光管或发光晶片为发光体的显示模块制成的显示器，它在显示器领域有着广泛的应用，如户内、外的大型显示屏。随着电子、计算机及通讯等高新技术的迅速发展，人们对LED显示屏的设计、生产和应用也提出了更高的要求，希望LED显示屏性能更稳定、功耗更低、单位面积解析度更高、色彩更逼真丰富，价格更低廉。现有的LED显示屏是由LED全彩色显示模块制成，这种传统的LED全彩色显示模块是由多个像素点按矩阵等间距排列而成(如图1)，由图1所示的一个8×8全彩色模块图例可以看出，每个像素点由1红1绿1蓝三个发光体构成。这种模块由于在每一个像素点中包含了红(R)绿(G)蓝(B)三种颜色，因而在每一个像素中可通过组合构成各种颜色，当然这是LED模块设计中的理想状态。

然而，这种传统模块实际上存在着明显的缺陷，主要表现在：(1)、LED各像素由R、G、B三种发光管构成，封装后构成一个像素点，由于光热效应和电热效应的影响，其热量一般很大；在长期工作中，显示屏的屏体如果点密度过大，屏体的发热量也会相当大，而屏体和模块内部的热量长期过高，极容易造成显示像素和屏体其他元器件的损坏。因此，在全彩色LED模块的设计中，点间距一般不能设计得太小，现在市场上较成熟的是Φ5.0全彩色模块，其单位面积约为17200个像素点，同双基色LED的62500点/m²(□3.0模块)来相比，差距巨大，如果要构成一个可播放视频信号的(约需要12万个点)LED显示屏，其显示屏面积就要达七平方米，造成体积过于巨大，同时导致显示像素间距过大，使得显示的画面在近距离观看过于模糊；(2)、如采用LED发光晶片，则在红、绿、蓝三种LED发光晶片中，蓝色晶片的价格是红色晶片的十几倍以上，这样使用常规LED全彩色模块制作LED显示屏，其造价会很高，即使用户有这种需求，但在价格上一般不能接受。

此外，LED显示屏的控制一般都采用扫描方式，户外一般用1/2或1/4扫描，户内一般使用1/16扫描或1/8扫描，以采用1/4扫描为例，由于四个点中同时只有一个点在发光，因而造成LED发光管的“浪费”。为此，人们采用了像素分解技术，即LED复用技术，就是同一个LED发光管可与相邻的LED发光管进行4次组合(上、下、左、右组合，见图4)，这样采用相同的LED发光管，就可表示更多的像素。因采用了LED复用技术，在使用相同LED发光管的情况下，解析度得到很大的提高(与常规全彩色LED显示屏相比为4倍)，制作成本大幅度下降。但这种技术的控制系统比较复杂，从一般像素分解技术中LED发光体的排列及其原理可以看出，控制时若要实现其上、下、左、右组合，必须进行分时组合扫描，列数据进行奇、偶扫描(列组合)，行进行上下排列扫描(行组合)，因此控制复杂，成本较高，使得在降低了LED发光管数量的同时，却提高了控制成本，效果不理想。不仅如此，像素分解技术还存在如下明显不足：(1)、亮度降低。像素分解技术决定了其扫描组合，是常规LED的4倍，这样对实际的一个物理点来说，经过4次扫描才可以实际一次成像，导致平均亮度降低，所以一般均使用亮度较高的LED发光管和贴片LED灯进行设计，成本还是很高；(2)、显示效果不理想。组合扫描理论决定了实际物理点的不确定性，表现在视觉上感觉整个显示屏显示信息发“雾”，即“蒙纱”现象，因各点组合的不“确定性”，使得整屏数据显示时不稳定，引起LED发光点的不规则闪烁，即“雪花”现象，在同一时间显示时，若显示奇列，便不能显示偶列，反之，若显示偶列，便不能显示奇列，因此，该组合只是一种较“高级的”数据1/2压缩算法，表现在视觉效果上，就是不能显示完整的16×16点阵字型；(3)、不能进行有效隔离。点与点的组合，使得实际图像像素点在LED显示屏上没有唯一的物理对应点，点与点之间不能进行有效隔离。

发明内容

本发明旨在有效解决现有全彩色LED显示模块技术中存在的诸多问题，而提供一种结构及像素点排列方式新颖独特，图像质量及亮度明显提高，成本大幅降低，控制更加简单的混色全彩色LED显示模块。

为实现上述目的，本发明提供一种混色全彩色LED显示模块，该模块由多个彩色发光体像素点按矩阵排列而成，其特征在于，每个像素点由1～2个发光体构成，且每个像素点均含有一个基色发光体，该基色发光体选自红、绿、蓝发光体中的任一个，基色发光体可单独构成一个像素点，或与第一非基色发光体、第二非基色发光体任意组合形成混色发光体像素点。

像素点排列矩阵中，第一、第二非基色发光体的数量分别占基色发光体的二分之一和四分之一。

像素点排列矩阵中，以2行×2列矩阵为一个基本排列单元，第一非基色发光体、第二非基色发光体的位置可在该2行×2列矩阵单元的不同位置进行变换排列。

像素点排列矩阵中，基色发光体按n行×n列个像素点矩阵排列；第一非基色发光体在各行隔像素点交叉排列；第二非基色发光体则在每个2行×2列矩阵中放一个，并等间距排列。

发光体的连接是将像素点排列矩阵中每行的基色LED发光体的阳极共连构成基色LED的扫描行线(R1-R8)，每列的基色LED阴极相连，构成基色LED的列线(Ra-Rh)；第一非基色发光体、第二非基色发光体两行构成一个扫描行线，且它们的阳极互连，构成非基色发光体的共用扫描行线(BG1-BG4)；第一非基色发光体每列的阴极共连，构成数据列线(Ga-Gh)；第二非基色发光体每列的阴极共连，构成数据列线(Ba-Bd)。

本发明的贡献在于，它提供了一种从结构、综合性能到成本均优于现有技术的新的LED显示模块，与现有LED全彩色显示模块相比，本发明具有如下显著特点：

一、独特的通光孔结构：传统LED模块的通光孔一般均采用圆孔，极少有方孔的，即使采用方孔，其上下孔径大小都是一样的。本发明由于将LED模块的通光孔设计为内外不同大小的扩张形孔径，外孔径大于内孔径，而产生了多种有益效果，其一是有效地增强了光的发散，增大了光通量；其二是在减少了发光体数量的情况下仍能使相邻LED发光体的光线产生重叠(混色)，并使有效视距变短，使得图象在各个角度看起来都很清晰柔和，清除了一般像素分解技术中的“蒙纱”和“暗亮”现象，有效提高了图象清晰度；

二、本发明的LED模块的发光体数量中，基色发光体的数量和排列等同于一般常规LED模块，而非基色发光体中的一种为常规LED模块的1/2，另一种非基色发光体为常规LED模块的1/4，发光体数量的大幅减少可有效地降低成本；

三、本发明的LED模块的各像素点可排列成不同的矩阵，并可根据需要生产不同间距的户内或户外模块，间距可以做得很小，因而有效解决了全彩色LED模块的发热问题，由于元器件减少，控制简单，因而使得系统故障率大幅度减低；

四、由于本发明的LED模块的图象的生成不是由多点组合而构成，因此在控制上变得比较简单，不必如像素分解技术需用专用芯片和复杂控制电路去实现，用常规器件即可进行设计；

五、本发明的LED模块可以用一般的LED发光晶片构造，与采用LED发光管和LED贴片发光管相比，可较大幅度降低成本；

六、本发明的LED模块可适用于户内外的LED显示屏设计。

附图说明

图1是传统模块发光体排列示意图。

图2是传统模块通光孔结构示意图。

图3是传统模块通光孔光线传输示意图。

图4是传统模块像素分解示意图。

图5是本发明的混色全彩色LED显示模块发光体排列示意图。

图6是本发明的模块通光孔结构示意图。

图7是本发明的模块通光孔光线传输示意图。

图8是本发明的模块发光体排列实施例示意图。

图9是本发明的户内显示模块单个像素点通光孔剖面图和正面图。

图10是本发明的户内显示模块正面及后面结构示意图。

图11是本发明的户内显示模块剖视图。

图12是本发明的模块发光体连接示意图。

具体实施方式

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

参阅图5，本发明的混色全彩色LED显示模块由多个彩色发光体像素点10按矩阵排列而成，像素点的多少可根据需要设置，并按n行×n列个行、列构成不同的矩阵。图8示出了一个按8行×8列排列的矩阵，图中，每个像素点由1～2个发光体20构成，该发光体采用发光晶片。在每个像素点中均含有一个基色发光体21，该基色发光体选自红、绿、蓝发光体中的任一个，本例中基色发光体为红色发光体，绿、蓝色发光体则为非基色发光体。

图8中，R、G、B分别表示红、绿、蓝三种颜色的LED发光体，作为基色发光体的红色发光体21按8行×8列个像素点矩阵排列，即基色发光体的排列同常规LED模块。第一非基色发光体22、第二非基色发光体23则与基色发光体任意组合形成混色发光体像素点，其中绿色的第一非基色发光体22采用锯齿状排列，即在各行隔像素点交叉排列。蓝色的第二非基色发光体23则是在每个2行×2列矩阵中放一个，并等间距排列。

在图8所示的模块中，以2行×2列矩阵为一个基本排列单元，每个单元中包含4个红色发光体(R)、2个绿色发光体(G)、一个蓝色发光体(B)，即按4R2G1B进行组合排列，当然也可设计成4G2R1B排列。很显然，绿色的第一非基色发光体22、蓝色的第二非基色发光体23的位置可在该2行×2列矩阵单元的不同位置进行变换排列，其效果不变。

由图5、图8可以看出，在像素点10排列矩阵中，绿色的第一非基色发光体22、蓝色的第二非基色发光体23的数量分别占红色的基色发光体21的二分之一和四分之一，由于所使用的发光体的数量大大减少，因此有效地降低了成本。

减少蓝色发光体是基于如下混色控制原理：

不同的颜色，相同亮度的颜色，人眼对其色彩的分辨力有很大的差别(见表1)

表1

色别	黑色	黑绿	黑红	黑蓝	绿红	红绿	绿蓝
色别	黑色	黑绿	黑红	黑蓝	绿红	红绿	绿蓝	分辨力	100％	94％	90％	26％	40％	23％	19％

从上表可以看出，蓝色同其他颜色组合，人眼对其分辨力只是黑红、黑绿的1/4左右，这也是设计全彩色LED显示屏时可减少蓝色发光体的理论依据。

在本发明的LED模块设计中，红色(R)同常规LED排列一致，红色LED具有其唯一标志性，各个红色在显示时不与其他红色组合，只同绿(G)蓝(B)组合(混色)；

人的肉眼在感觉光线的强度时的数学模型等同一个积分器，在其有效分辨力以外，看到的是一个混色图象，把红色(R)LED做为参照点，周围绿、蓝分时叠加，将可生成一个完整的图象。

该模块的各发光体20的连接采用共阳极或共阴极连接，本例中，LED发光体采用共阳极连接，其电路连接如图12所示，其中，红色LED发光体排列和连接同常规LED模块，其每行的红色LED发光体阳极共连构成红色LED的扫描行线(R1-R8)，每列的红色LED阴极相连，构成红色LED的列线(Ra-Rh)；绿色和蓝色LED发光体两行构成一个扫描行线，即两行绿色和蓝色阳极互连，构成绿色和蓝色发光体的共用扫描行线(BG1-BG4)；绿色LED发光体每列的LED阴极共连，构成绿色数据列线(Ga-Gh)；蓝色LED发光体每列的LED阴极共连，构成蓝色数据列线(Ba-Bd)。

本发明的另一个技术关键是改进了各像素点的通光孔的结构设计，该通光孔30的详细结构由图6、图7、图9示出，图9示出的是用于户内显示模块的单个显示像素的通光孔结构，其中图9A为剖视图，图9B为正面图。如图5、图8所示，在模块塑料基座40上设有按n行×n列矩阵排列的相互隔开的n行×n列个通光孔30，由图2可见，传统LED模块的通光孔是孔径一致的直孔，与之不同，本发明的LED模块的像素点的通光孔呈扩张形，其孔径由内向外逐步扩大，形成喇叭状的内孔(见图6)，本例中，将通光孔设计成内圆外方的结构(见图9)，发光体20通过线路板固定于通光孔的底部。图10、图11分别示出了根据本发明设计的按8行×8列矩阵排列的户内显示模块的正视、后视图及剖面图，其中图10A为正视图，图10B为后视图。这种扩张形的通光孔结构具有如下显著效应：

1、混色效应：由图7可以看出，本发明的LED模块的扩张形通光孔结构在工作时，其光线的传输为发散方式，不同于一般LED模块的平行传输(见图3)，这样在一定距离e时，相邻LED发光体的光线将发生重叠(混色)，构成一虚拟图像面，这也是该模块设计中，减少了绿色(G)和蓝色(B)发光体数量后，仍能显示高质量图象的原因所在。2、有效视距变短：人眼对静态图象的分辨力平均值约为1.25，按照此值计算，最小良好观察距离可用公式表达为：

d = \frac{2400}{α \sqrt{D}}

式中，D：像素解析度(每平方米的像素点数)，

α：LED显示屏的像素等效孔径同像素中心距的比率

-般的常规LED显示模块比率约为：α≈2；像素分解LED显示模块比率约为：α≈1；由于采用了外大内小孔径结构的混色结构，本发明的LED模块的比率约为：α≈3。

由上式计算可得，采用间距为5mm，每平方米密度为40000点的本发明的混色全彩色LED模块制作的LED显示屏，其最小良好分辨距离为4.0米；而采用间距为4mm，每平方米密度为62500点的一般常规LED显示模块制作的LED显示屏，其最小良好分辨距离为4.8米；

由此可见，密度为40000点/m²的混色LED显示屏的有效视距要小于密度为62500点/m²的常规LED显示屏，使得图象清晰度得到了很大的提高。

3、光通率增大，亮度提高：本发明的扩张形通光孔结构适应了LED发光晶片的发光特性，LED发光晶片一般在-80°-+80°之间发射显示；使用喇叭口结构，使得光线可更多地通过，增大了光通量，提高了LED显示屏的整屏亮度。

4、色彩更柔和：本发明的扩张形通光孔结构可使光线进行发散传输，发散传输的光线在人眼混色生成图象时，色彩变得非常柔和，不同于一般LED在正面感觉刺眼、侧向图象颜色感觉同正面有偏差；采用扩张形结构，使得图像在各个角度看起来都很清晰柔和，且人眼对色彩的感觉变得更丰富。

5、显示时，因红色发光体(R)具有其唯一标志性，与绿、蓝(G、B)发光体组合、混色后可形成唯一的像素点，这样便完全不同于一般像素分解技术所形成的数据“压缩算法”，表现在视觉效果上，可完整显示各种同红色组合的16×16点阵彩色字型，如黑色、红色、白色、黄色等。

本发明也可适用于一般双基色模块，用该结构生产的双基色LED显示模块，在清晰度和色彩感觉上将大大优于现有双基色LED显示屏。本发明的LED模块的控制方法为：红色发光体数据控制同常规LED一致，绿色发光体数据采用奇偶行分时扫描，蓝色发光体数据需作奇偶行扫描和奇偶列分时扫描，数据叠加后将在肉眼中生成一混色图象。

Claims

1、一种混色全彩色LED显示模块，由多个彩色发光体像素点(10)按矩阵排列而成，其特征在于，每个像素点由1～2个发光体(20)构成，且每个像素点均含有一个基色发光体(21)，该基色发光体选自红、绿、蓝发光体中的任一个，基色发光体可单独构成一个像素点，或与第一非基色发光体(22)、第二非基色发光体(23)任意组合形成混色发光体像素点；各像素点的通光孔(30)呈扩张形，其孔径由内向外逐步扩大；所述像素点(10)排列矩阵中，第一非基色发光体(22)、第二非基色发光体(23)的数量分别占基色发光体(21)的二分之一和四分之一。

2、根据权利要求1所述的混色全彩色LED显示模块，其特征在于，所述像素点(10)排列矩阵中，以2行×2列矩阵为一个基本排列单元，第一非基色发光体(22)、第二非基色发光体(23)的位置可在该2行×2列矩阵单元的不同位置进行变换排列。

3、根据权利要求1所述的混色全彩色LED显示模块，其特征在于，所述像素点(10)排列矩阵中，基色发光体(21)按n行×n列个像素点矩阵排列；第一非基色发光体(22)在各行隔像素点交叉排列；第二非基色发光体(23)则在每个2行×2列矩阵中放一个，并等间距排列。

4、根据权利要求1所述的混色全彩色LED显示模块，其特征在于，所述发光体(20)的连接是将像素点(10)排列矩阵中每行的基色LED发光体(21)的阳极共连构成基色LED的扫描行线(R1-R8)，每列的基色LED阴极相连，构成基色LED的列线(Ra-Rh)；第一非基色发光体(22)、第二非基色发光体(23)两行构成一个扫描行线，且它们的阳极互连，构成非基色发光体的共用扫描行线(BG1-BG4)；第一非基色发光体(22)每列的阴极共连，构成数据列线(Ga-Gh)；第二非基色发光体(23)每列的阴极共连，构成数据列线(Ba-Bd)。