CN1873743A - 以不同旋转半径的多个发光体的光迹形成图像的显示装置 - Google Patents

Abstract

为了解决现有的以旋转的发光带的同心圆光迹形成屏幕的圆盘形显示装置的半径不易做大、不能直接拼接成电视墙的问题，本发明提出了一种新型图像显示装置，该装置采用具有多条旋转臂(6)的旋转体(1－1)，相邻旋转体的旋转臂相互交错啮合，使各个旋转体(1－1)的旋转臂(6)上的发光带(2)的同轴圆式的光迹拼合成的图像显示面相互部分重叠，并拼接成更大的图像显示面。若采用同一半径的弧形旋转臂并采用正三角布局，可以使多个旋转体共同形成球面形显示面。

Description

以不同旋转半径的多个发光体的光迹形成图像的显示装置

本发明为本申请人在2005年5月31日提出的名称为《一种图像显示装置》、申请号为200510026330.9的发明专利申请的分案申请。

技术领域：

本发明属于一种图像显示装置，尤其涉及一种以不同旋转半径的多个发光体的光迹形成图像的显示装置。

背景技术：

作为本发明基础的现有技术，主要是记载在名称为《时空分割旋转式电子显示屏幕》、申请号为85202605的台湾专利中的一种以多个发光体的旋转光迹形成图像的显示装置。这种现有技术的必要技术特征可以概括为以下6条：

a)可在驱动机构作用下连续进行旋转运动的旋转体，设置在旋转体表面上的至少一条由多个发光体排列而成的发光带，每个发光体的有效发光面的面积不大于像素面积；

b)具有可根据接收到的图像信号同时控制上述发光带的各个发光体的发光状态的显示驱动电路；

c)运动中的发光带的各个发光体可在图像信号中的对应行信号的调制下同时发光；

d)运动中的发光带的各个发光体的光迹共同拼合成图像显示面，组成图像显示面的所有像素均位于上述发光体的光迹上；

e)在任意0.06秒时间段内，图像显示面中至少有一条发光带通过，并且，任意像素位置至少有一个发光体通过；

f)在上述的显示驱动电路的控制下，任意一个运动中的发光体在通过其光迹上的任意两个相邻像素位置时，可以根据图像信号改变发光状态。

上述a)条中所述的驱动机构是指利用电机动力系统或者以其他可控的动力发生装置为动力来源的传动机构。所述的发光体是指有效发光面积至少不大于预定像素面积的小型发光体，如LED发光体、场致发光体、等离子发光体等等。

上述b)条中所述的图像信号是指用于控制图像显示面的各像素显示状态的电信号。这种电信号可以是目前的通用电视信号，也可以是经过特殊程序处理后生成的专用图像信号。

处于运动中的发光体的电源可以采用电极相互摩擦接触而输送电力的方式获得，也可以采用相对转动的感应线圈感应取电，还可以采用事先充入电池并使电池与发光体一同运动的方式获得。或者，在某些应用场合，还可以考虑采用与发光体同步运动的太阳能电池板，甚至直接利用循环运动体本身获得的动能通过发电装置发电。

所述的显示驱动电路可以和发光体直接集成在电路板上，并同步运动。图像信号可以通过电极摩擦接触方式接入到运动中的显示驱动电路，也可以通过设置在显示驱动电路上的无线电接收器件直接接收到外部发射的无线电图像信号，还可以通过光电发射与接收器件从外部信号光源读入，或者通过电磁感应技术非接触传入。

现有技术中的水银电刷也可以用来解决电源和数据线的无摩擦接入问题。

在这件专利文件中，提出了利用旋转的盘体，实现圆盘形的图像显示面。这种圆盘形图像显示面的发光体的排列方式可以是从圆盘的一个圆形表面的中心点开始向周围边缘紧密排列成单组或者多组发光体。这样，当圆盘旋转时，所有发光体的光迹将共同覆盖圆盘的这一侧盘面，形成正圆形的图像显示面。显然，当发光体的尺寸和间距恒定时，圆形图像显示面的半径越大，其最外圈光迹包含的像素数目就越多，发光体的线速度也越高，发光体每秒钟经过的像素位置数目也越多。因此，对处于外圈的发光体的响应速度的要求是最高的，而对于接近中心点的像素位置的发光体的响应速度的要求则低得多。

与圆柱形图像显示面不同的是，在圆盘形、球面形图像显示面上，相同亮度的发光体在不同半径的回转区域上形成的光迹的视觉亮度是不同的。半径越大，视觉亮度越小。因此，为了获得高质量的图像，可以借助专门的软件预先对原始视频图象进行预处理，通过由中心向外围逐渐加大亮度级别的方式来进行亮度补偿，以平衡整个图像显示面的画面亮度。但这种专门的软件处理过程并非是这种显示装置的必要技术特征。因为，由中间亮区向四周渐暗的画面本身也是一种特殊的艺术效果。

当然，圆盘形、球面形图像显示面的扫描方式不同于圆柱形图像显示面，圆盘形图像显示面的每一“行”光迹都是一个封闭的圆圈，而且半径各异。所以，目前的通用电视信号必须用专用软件进行预处理，将由水平扫描行构成的图像转换成由圆形扫描行构成的图像，形成这种圆盘形图像显示器专用的图像信号格式后，才能使原始图像正确还原在图像显示面上。不过，当这种专用的电视图像信号标准化、通用化、数字化之后，就可以免去这种转换步骤了。

圆形图像显示面显然与目前通用的矩形电视画面和电脑软件的通常界面不符，如果用圆形图像显示面显示完整的矩形电视画面，就会在矩形画面的四周产生四块多余的缺圆形显示面积。当然，这种“多余”面积未必真的多余，因为，在实际应用当中，可以充分开发这些多余面积用于显示其他图文内容，比如广告、字幕、其他频道的小画面、安排软件工具栏图标等等。甚至可以针对圆形显示器开发专门的通用操作系统界面。在一些大型设计软件的界面、游戏画面中，圆形屏幕界面比矩形界面具有许多独特的优势，视觉效果可能会更好。实际上，人眼的视域本身就是圆形的，所以，圆形的屏幕其实更符合人眼功能要求，更有利于人眼视野的充分利用。

不过，对于半径很大的圆形图像显示面来说，会产生两个问题：一个是外围发光体的亮度和响应速度要求太高，不容易产生理想的画面效果，而在外围补充增加发光体的组数也将大幅度提高产品成本。另一个问题是半径过大的圆盘的机械性能不容易保证，可靠性会降低。所以，单个圆盘形图像显示面的直径不宜做得很大。与目前的矩形屏幕的CRT、LCD、PDP、背投显示器不同的是，多个独立的圆盘形图像显示器不能直接拼接成无缝或者窄缝电视墙。

发明内容：

为了解决现有技术中的圆盘形图像显示器不能直接拼接成无缝或者窄缝电视墙问题，本发明提出了如下技术解决方案。

这是一种以同步旋转的多个发光体的光迹形成图像的显示装置，其已知的必要技术特征包括：

a)可在驱动机构作用下连续进行旋转运动的旋转体，设置在旋转体表面上的至少一条由多个发光体排列而成的发光带，每个发光体的有效发光面的面积不大于像素面积；

b)具有可根据接收到的图像信号同时控制上述发光带的各个发光体的发光状态的显示驱动电路；

c)运动中的发光带的各个发光体可在图像信号中的对应行信号的调制下同时发光；

d)运动中的发光带的各个发光体的光迹共同拼合成图像显示面，组成图像显示面的所有像素均位于上述发光体的光迹上；

e)在任意0.06秒时间段内，图像显示面中至少有一条发光带通过，并且，任意像素位置至少有一个发光体通过；

f)在上述的显示驱动电路的控制下，任意一个运动中的发光体在通过其光迹上的任意两个相邻像素位置时，可以根据图像信号改变发光状态；

在前述技术特征的基础上，本发明的独特之处在于：

a)所述的旋转体是安装在基体上的两个或多个分开安装的带旋转臂的同步同速旋转体；

b)相邻旋转体的旋转臂的旋转路径投影区域相互有交集，并借助于各旋转臂的几何形状和相互间的空间位置关系保证各旋转臂在运转时不相互阻挡；

d)每个旋转体的旋转臂上至少布置了一组发光体；

e)每个旋转体的旋转臂上布置的发光体形成的光迹是半径不等的同轴圆；

f)各个旋转体的旋转臂上的发光体的同轴圆式的光迹拼合成的图像显示面相互拼接成更大的图像显示面。

这里所述的“旋转臂”是指由旋转中心向外延伸的条状物，并且最好是放射状平均分布。

本发明使多个圆盘形图像显示面可以相互部分重合，从而拼合成更大的图像显示面。若以适当的尺寸关系来定位，将可以使阵列分布的多个相邻的圆盘形图像显示面之间的所有遗漏区域全部融合，形成连续的大面积图像显示面。当然，这种拼接还仅仅是硬件结构上的拼接，如果要获得图像之间的无痕迹拼接，还需要利用计算机程序对图像信号进行特殊处理，使相邻的圆形图像显示面的相交区域以重叠的柔边或者对接的硬切边方式精确拼接。图像柔边拼接技术已经在目前的以多台正投影显示器拼接成无缝画面的产品中实现了，属于已知的成熟技术。不过，这种程序处理并非本发明的必要技术特征，因为，即使不处理，也会产生独特的画面艺术效果。

需说明的是，不同的旋转臂形态、不同的发光体排列曲线以及不同的显示单元(指拼接图像中同一个轴上的旋转臂组成的子单元)之间的不同的位置排列关系，会产形态多样的拼接画面。

其中，最普通也最常用的方式是，用平圆式显示单元(指发光体处于同一个平面上，其图像显示面是圆形平面的子单元)以纵横阵列方式在同一个平面上拼接成的平面显示面。如果要求拼接后的显示面中间不出现残缺，应该将其中任意对角相邻的平圆式显示单元之间尽可能精确地相切布置。采用这种纵横矩阵排列的方式时，应该使纵向或者横向相邻的显示单元的旋转臂的旋转方向设置成相反。

除了平面拼接方式之外，还可以用统一的弧线方式在弧形旋转臂上布置发光体，形成具有形状和半径统一的凹球面型或凸球面型图像显示面的显示单元，然后以正三角关系在具有与上述球面显示单元的球面半径相同的球面形布局的支架结构上相互拼接安装，形成大型的凹球面或者凸球面型图像显示面。

不同于纵横拼接方式的特殊情况是，为了避免旋转臂碰撞并且尽可能减小显示单元交叉处的画面漏空残点，相互以正三角关系布局的每个显示单元应该最多只有相互以120度夹角分布的三条旋转臂，各个旋转臂的外端应该制成尖角，显示单元的标准直径与相邻显示单元的中心间距之比应略小于1∶0.866，并且所有显示单元都要以相同的角度和相同的旋转方向同步同速旋转。

显然，本发明的优点是通过相互交错啮合的旋转臂，将多个圆盘形图像显示面相互拼接成更大面积的无缝屏幕，实现了发明目的。

本发明的其他技术特征和积极效果将在下面的具体实时方式中结合附图做进一步的详细描述。

附图说明：

图1是一种以2×4个星形显示单元交错拼接成的具有矩形无缝显示屏的实施例的正视图；

图2是图1实施例的一个星形显示单元的图像显示面柔边方式示意图；

图3是图2所示柔边方式的拼接示意图；

图4是由3×7个星形显示单元拼接成的边框更窄的显示器的正视图；

图5至图8是分别具有5、4、3、2条旋转臂的星形显示单元示意图；

图9是具有三条旋转臂的星形显示单元以正三角形布局方式拼接成大屏幕的示意图。

具体实施方式：

根据本发明原理，一种以八个星形显示单元(1-1)交错拼接成的具有矩形无缝显示屏的实施例如图1所示。

每个星形显示单元(1-1)都具有6条呈放射状均匀分布的狭长叶片状的旋转臂(6)，沿每根旋转臂(6)表面中线贯穿安装了一条发光带(2)。发光带(2)中包含单行或者多行由LED发光体排列成的扫描行。斜向相邻的星形显示单元(1-1)的旋转臂(6)和发光带(2)的回转空间范围接近相切但不会碰撞或相互阻挡。

为了使拼接成的图像显示面能够显示亮度均衡的完整图像，在用于统一控制各个图像显示单元的中央控制系统中，采用了柔边图像处理程序。这种程序可参照目前已经非常成熟的正投影显示器画面的柔边无缝拼接技术所采用的程序来编写。

如图2所示，经过柔边处理后，每个星形显示单元所显示的正方形子图像(7)的边缘处向外延伸出弧形柔边过度区域(8)。相互拼接的各个星形显示单元(1-1)的相邻柔边过度区域(8)相互重叠，并且亮度互补，形成亮度均衡的柔性融合的无缝拼接效果(如图3所示)。

图1中所示的星形显示单元(1-1)拼接成的图像显示器的图像显示面周边的弧形多余区域被外框体遮蔽，形成1∶2幅面的矩形显示屏(9)。这个比例的显示屏(9)能够完整显示目前通行的16∶9或者1080×1920像素的标准电视画面。由于在显示屏(9)四周外围存在一定宽度的弧形多余区域，所以，整个显示器的壳体四边边框宽度不能低于一定值。这个限制对产品外观有一定负面影响。当然，所谓多余区域并非不能显示图像，而是为了形成矩形显示屏而被“裁剪”掉的。实际上，即便不裁剪，也可以拼接出更大面积的图像显示屏，只不过边缘不是直线，而是多个并排的弧线。

通过增加星形显示单元的拼接数量，可以获得面积更大，边框相对更窄的矩形显示屏。图4所示的就是由3×7个星形显示单元(1-1)拼接成的边框更窄的显示屏。它的宽高比可以达到1∶2.33，基本上可以全屏幕完整显示1∶2.35的非变形标准宽银幕电影画面。当这种3×7拼接大屏幕显示器的屏幕尺寸达到1.6m高、3.76m宽时，其中每个星形显示单元的直径为0.75m，每条发光带的长度只有375mm。

与圆盘形旋转体不同的是，星形的旋转体在旋转时更容易扰动气流，产生噪音。所以，对旋转臂的形状设计应当充分考虑气流问题，力求以最合理的外形达到尽可能低的噪音和能耗。依照目前的空气动力学技术水平，对这个问题可以解决得相当理想。

能够相互拼接成大显示屏的星形显示单元的旋转臂(6)的数量可以如上面所述的6条，也可以如图5至图8所示的5条、4条、3条、2条。

由于用星形显示单元(1-1)拼接成的屏幕面积很大，在保证整幅屏幕的清晰度指标的情况下，其中每个单个的星形显示单元(1-1)的分辨率就可以相应降低。比如，像图1所示的那种具有2×4个单元的矩形拼接屏幕的清晰度如果限定为1080×1920像素，则其中每个显示单元(1-1)就只需要显示约540×540线数的正方形子画面。也就是说，拼接面积越大、用于拼接的显示单元(1-1)越多，则每个显示单元(1-1)的发光带(2)上的发光体密度也就越低，对相应控制电路的技术要求也越简单。这就为低成本地拼接成具有数百、上千平米的超大型室内外显示屏提供了有利条件。

具有三条呈120度夹角的放射状分布的旋转臂(6)的星形显示单元(1-2)也可以按着图9所示的正三角形方式相互拼接。为了避免旋转臂的碰撞，每个星形显示单元(1-2)的旋转臂(6)的形状尺寸应当是统一的，并且，它们的机电系统必须可以保证所有星形显示单元(1-2)的旋转臂(6)以相同的角度同速同步运行。以这种正三角形方式拼接的各个星形显示单元(1-2)的旋转臂(6)及其上面的发光带(2)可以是具有规定弧度的向外凸出或者向内凹进的形状，从而形成统一的凸球面形或者凹球面形图像显示面。以具有这种球面形显示面的星形显示单元(1-2)按着正三角布局方式安装在具有相同半径的球面形支架上，就会拼接成内球面形或外球面形大屏幕。这种球面形拼接方式可以应用于大型舞台背景穹幕、体育馆穹形天棚、航空航天器仿真训练舱的球幕、大型实景仿真游戏、展览展示等各种应用场合。在这些应用场合，一般不需要在图像显示面的前面安装透明保护屏，不会产生玻璃体反射问题。所以，其整体图像质量是非常高的，可以在任何环境光线下显示出极佳的图像效果。即便舞台聚光灯照射到屏幕上，也几乎不会产生光影。当应用在公共场所的顶棚式巨型显示屏或者舞台背景时，甚至可以利用旋转臂(6)的回旋区的透光特点，可在旋转臂的后面的黑暗背景中安装场地聚光灯。这些特有的优势是目前的LED超大显示屏或者投影屏所无法相比的。

Claims (3)

1.一种以不同旋转半径的多个发光体的光迹形成图像的显示装置，该装置的构成包括：

a)可在驱动机构作用下连续进行旋转运动的旋转体(1)，具有设置在旋转体(1)表面上的至少一条由多个发光体排列而成的发光带(2)，每个发光体的有效发光面的面积不大于像素面积；

b)具有可根据接收到的图像信号同时控制上述发光带(2)的各个发光体的发光状态的显示驱动电路；

c)运动中的发光带(2)的各个发光体可在图像信号中的对应行信号的调制下同时发光；

d)运动中的发光带(2)的各个发光体的光迹共同拼合成图像显示面，组成图像显示面的所有像素均位于上述发光体的光迹上；

e)在任意0.06秒时间段内，图像显示面中至少有一条发光带(2)通过，并且，任意像素位置至少有一个发光体通过；

f)在上述的显示驱动电路的控制下，任意一个运动中的发光体在通过其光迹上的任意两个相邻像素位置时，可以根据图像信号改变发光状态；

其特征是：

a)所述的旋转体(1)是安装在基体上的两个或多个分开安装的带旋转臂(6)的同步同速旋转体(1)；

b)相邻旋转体(1)的旋转臂(6)的旋转路径投影区域相互有交集，并借助于各旋转臂(6)的几何形状和相互间的空间位置关系保证各旋转臂(6)在运转时不相互阻挡；

c)每个旋转体(1)的旋转臂(6)上至少布置了一条发光带(2)；

d)每个旋转体(1)的旋转臂(6)上布置的发光带(2)的各个发光体形成的光迹是半径不等的同轴圆；

e)各个旋转体的旋转臂(6)上的发光体的同轴圆式的光迹拼合成的图像显示面相互拼接成更大的图像显示面。

2.根据权利要求1所述的一种以不同旋转半径的多个发光体的光迹形成图像的显示装置，其特征是：所述的旋转体(1-2)相互以正三角关系布局，每个旋转体(1-2)只有相互以120度夹角分布的三条旋转臂(6)，各个旋转臂(6)的外端制成尖角，各旋转体(1-2)的标准直径与相邻旋转体的中心间距之比小于1：0.866，并且所有旋转体(1-2)都以相同的角度和相同的旋转方向同步同速旋转。

3.根据权利要求2所述的一种以不同旋转半径的多个发光体的光迹形成图像的显示装置，其特征是：所述的以正三角形方式拼接的各个旋转体(1-2)的旋转臂(6)及其上面的发光带(2)是具有规定弧度的向外凸出或者向内凹进的形状，从而形成统一的凸球面形或者凹球面形图像显示面；然后以正三角关系在具有与上述旋转体(1-2)的球面显示面半径相同的球面形布局的支架结构上相互拼接安装，形成大型的凹球面或者凸球面型图像显示面。

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