CN1873767A - 以多个发光体的同步移动形成光迹图像的显示装置 - Google Patents

Abstract

为了解决现有以旋转光迹形成图像的显示装置的图像存在网格效应，且发光效率不高的问题，本发明采用了错位排列的长条形的发光体。这种长条形的发光体会容许发光体(4)在扫描一个像素面积时可以有较长的延长时，有利于形成更近似于正方形的像素形状和更充分地利用发光体的瞬时亮度。并且，错位方式排布的发光体可以获得极高密度的光迹。即使单个发光体的辅助电路结构的尺寸面积比发光体本身大得多，也可以通过错位排列的方式消除相邻发光体的光迹之间的边界痕迹，从而消除网纹效应。

Description

以多个发光体的同步移动形成光迹图像的显示装置

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，尤其涉及一种以多个发光体的同步移动形成光迹图像的显示装置。

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。

目前，上述技术方案已经形成了实际商品。

从上市的系列产品中可以看出其图像质量存在重要缺陷：图像画面仍然和目前的平板LED显示屏一样，在几米处观看时可以明显看出像素阵列的粗糙的网格效应。并且，与同类的常规平面LED显示屏相比，画面的亮度也不够高，发光元件的亮度利用效率也不高。这些缺陷的产生原因，是由于其发光体的排列方式和显示控制方式造成的。

具体地说，这种产品采用了发光面近似方形的发光元件，并且，发光元件之间存在较大间隙。

由于图像画面的像素尺寸应该近似方形，为了用发光元件的同样近似方形的发光面在高速移动中形成近似方形的像素光影，显示控制系统就必须按着点亮——熄灭——点亮——熄灭——的方式对发光元件进行发光控制，并且，为了避免像素光影因发光元件的移动而变成长条形状，使画面出现单向拖影模糊效应，其中的“点亮”过程的持续时间要比“熄灭”过程短得多，其比值大于1：5。显然，如此小的占空比必然使发光元件的辉度利用效率变得很低。

这种显示装置的图像显示面上的图像分辨率取决于发光体的发光面积尺寸、光迹的密度以及发光体的响应速度。但是，在实际应用中，作为发光体的发光元件(比如常用的LED)一般都是将发光光源体本身封装在透明体内，也就是说，元件本身的外形尺寸面积明显大于其透明体内部的实际发光光源的尺寸面积。因而，当这样的发光体排列成行后，在移动中会形成一排平行光迹线，各条光迹之间存在可见的相对较暗的间隔条纹。

为了消除间隔条纹，当然可以将元件的发光光源面积做大，并使相邻元器件紧密贴靠，但在实际应用中，这种方法因器件的制造工艺困难和安装工艺的复杂而不容易实施。

从发光元件的制造过程来说，将元件内的发光光源体本身做小，或者采用小光孔聚光方式形成较小的发光面都是比较容易的，但将整个元件的尺寸做小却不仅不容易，而且，过小的元件的实际组装和连线难度会显著加大。

按着人眼所需的比较理想的分辨率来说，图像的像素点尺寸应该小于0.1毫米。显然，这么小的独立发光元件是很难制造的。

因此，现有产品的发光元件的排列方式难以形成高分辨率的图像质量，也难以消除屏幕画面的点阵网格效应。

发明内容：

针对如上所述的现有技术的图像质量差的问题，本发明的目的是通过改进发光体的形状和排列方式，为获得较高分辨率图像画面和降低网格效应提供可行方案，并提高发光元件的亮度利用效率。

本发明是这样实现的：

这是一种以多个发光体的同步移动形成光迹图像的显示装置，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循环运动的循环运动物，设置在循环运动物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)所述的发光体的发光面是长宽比大于4的长条形，且该长条形发光面的长度方向与发光体的移动方向的最小夹角大于40度；

b)在显示驱动电路的控制下，所述的发光体的长条形发光面可在其移动路径上的各个像素区域内持续发光。

长条形状的发光面会容许发光体在扫描一个像素面积时可以有较长的延长时，有利于形成更近似于正方形的的像素形状和更充分地利用发光体的瞬时亮度。

在上述发明特征的基础上，为了更进一步提高画面质量，增加分辨率，减弱网格效应，本发明还提出了如下附加技术特征：

a)光迹相邻的发光体的发光面的中心点连线与光迹延伸方向之间的最小夹角小于60度；

b)相邻光迹的边缘相互接合。

这样，就会将相邻发光体的光迹的边界相互重合并完全隐匿，使图像显示面的所有像素之间完全没有可见的边界。

由于采用错位布置的发光体可以将相邻光迹之间的边界完全融合，而且三基色发光体可以在同一个像素位置重叠显示任意色光，因此，本发明可以使组成图像的任何相邻像素之间的边界相互融合，产生平滑细腻没有网格效应的图像画面。

本发明由于由于可以用很少的发光体以错位方式排布，并获得极高密度的光迹。即使单个发光体的辅助电路结构的尺寸面积比发光体本身大得多，也可以通过错位排列的方式消除相邻发光体的光迹之间的边界痕迹。这个特点使本发明可以更容易制成超高分辨率的显示屏，而且对发光体加工工艺的要求和发光体电路的集成度要求相当低。

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是本发明的一个具有柱面形图像显示面的实施例的立体示意图；

图2是图1所示实施例的发光带的发光体排列方式；

图3是本发明的一个具有圆盘形图像显示面的实施例的正视图；

图4是图3所示实施例的发光带中心交汇处的局部放大视图；

图5、图6是图4所示实施例的另外两种发光带布局方式的中心局部放大图；

图7是一种发光体错位布局方式的示意图。

具体实施方式：

本发明的一个具有柱面形图像显示面的实施方式如图1、图2所示。它的主体是一个由电机带动的长960mm、周长为1620mm的圆柱形旋转体(1-1)。该圆柱形旋转体(1-1)表面用反光度很低的黑色涂料覆盖。在圆柱形旋转体(1-1)柱面上沿着圆柱体轴向均匀布置了三条长800mm的发光带(2)。构成发光带(2)的相互拼接连接的条状硅片基材上的集成电路中共同包含三条中心间距0.5mm的扫描行(3-1)、(3-2)、(3-3)。每条扫描行(3)都有1920个紧密排列的条型LED发光体(4)。三条扫描行(3-1)、(3-2)、(3-3)的LED发光体(4-1)、(4-2)、(4-3)分别显示红、绿、蓝三基色光。

发光带(2)的集成电路中，为每个LED都配备了数据寄存器。长条型的LED发光体(4)的长度为0.5mm，宽度为0.1mm，端部制成30度斜角，使相邻LED发光体(4)之间保持0.05mm宽的斜向分隔带(参见图2)。这种斜角交错衔接方式会使发光体的0.05mm的分隔带在转动中相互融合，形成无缝的图像画面。并且，0.5mm×0.1mm的长条形状会容许发光体(4)在扫描一个0.5mm×0.5mm像素面积时可以有较长的延长时，有利于形成更好的像素形状和更充分地利用发光体(4)的瞬时亮度。

圆柱形旋转体(1-1)在正常运行时的额定转速为3600转/分钟。LED发光体(4)的响应速度约4微秒。

电源从设置在旋转体的轴端的电刷式接口传输给组装在圆柱形旋转体(1-1)上的显示控制电路。图像信号由装置本身的发射器通过无线电信号传送给安装在圆柱形旋转体(1-1)上的图像信号接收器上。

每条发光带(2)的显示控制电路接收到一行三基色图像信号后，先将对应色的行信号送入对应的发光带(2)的电路中的行寄存器中，然后使该发光带(2)的对应基色行上的所有LED发光体(4)同时显示该基色的行像素图像。在控制电路作用下，每条发光带(2)的三基色扫描行(3-1)、(3-2)、(3-3)对同一像素行的显示时间有9.2微秒的时间间隔，以保证三基色扫描行(3-1)、(3-2)、(3-3)的各个对应位置的发光体(4-1)、(4-2)、(4-3)能够在相同的像素位置精确重合。

这台柱面型图像显示装置能够以100Hz场频逐行显示清晰度为1080×1920像素的高清晰电视图像。每个像素的面积为0.5mm×0.5mm。可以在1620mm周长范围内同时显示三幅相同或者不相同的面积尺寸为960mm×540mm的图像画面，也可以整周拼接显示960mm×1620mm面积的同一幅视频画面。

在实际应用中，如果需要降低对LED发光体(4)的响应速度的要求，可以适当降低圆柱形旋转体(1-1)的转速或者增加发光带(2)的数量。

本发明的一个具有圆盘形图像显示面的实施例如图3、图4所示。它的三条发光带(2)呈放射状嵌装在一个黑色不反光硬质圆盘状旋转体(1-2)上。参见图4，三条发光带(2-1)、(2-2)、(2-3)中各自包括一行以斜向错位方式排列的细条型LED发光体(4-1)、(4-2)、(4-3)构成的扫描行(3-1)、(3-2)、(3-3)、。三条发光带(2-1)、(2-2)、(2-3)的扫描行(3-1)、(3-2)、(3-3)上的发光体(4-1)、(4-2)、(4-3)分别发出红、绿、蓝基色光。三条发光带(2-1)、(2-2)、(2-3)的中央交汇中心是一个特制的发光体(4-4)，它由三个基色发光体结合而成，并由单独的显示驱动电路控制，专门显示图像正中央的那个像素。

圆盘状旋转体(1-2)的直径尺寸、单个LED发光体(4)的尺寸以及发光带(2)中相邻LED发光体(4)的间距，共同决定了图像显示面的分辨率和清晰度。也就是说，加大圆盘状旋转体(1-2)的直径，会加大图像显示面的面积和清晰度，缩小LED发光体(4)的尺寸和间距，会提高分辨率。

装置运行时，圆盘状旋转体(1-2)在专用电机的驱动下以3600转/分钟的速度匀速旋转。显示驱动电路直接制作在发光带(2)的基体上。三基色发光带(2-1)、(2-2)、(2-3)的对应发光体(4-1)、(4-2)、(4-3)的光迹依次经过整个圆形图像显示面的所有像素位置。

圆盘形图像显示面与圆柱形图像显示面对图像信号的要求有很大差别。

首先，与圆柱形旋转体(1-1)不同的是，圆盘形旋转体(1-2)的不同半径位置的发光体的线速度不同。越靠近外围速度越快。对于相同亮度的发光体来说，相对于人眼的移动速度越快，其经过像素点时发出的光量就越少，使人眼感觉到的亮度也就越低。所以，为了使画面的亮度均衡，图像信号需要在事先通过专用软件进行预处理。也就是将画面的亮度级别由中央向四周逐渐提高。或者，也可以在电路上直接进行特殊处理，使旋转半径较大的LED发光体针对相同亮度信号的实际显示亮度以特定的数学曲线逐渐加大。

其次，与圆柱形旋转体(1-1)的另一个不同是，圆盘形旋转体(1-2)的不同的发光体的光迹的长度不同。因此，在像素点尺寸恒定的情况下，圆盘形旋转体(1-2)上的发光体的一整圈光迹中包含的像素数目随着发光体的旋转半径的加大而逐渐增多。所以，每行的像素数相同的通用电视信号不适合直接用于这种圆盘形图像显示装置，而需要事先通过专用软件进行转换。这种转换也可以由专用的摄像机的处理系统直接完成。

圆盘形图像显示装置的电路系统虽然比圆柱形图像显示装置的电路系统复杂，但圆盘形图像显示装置却具有一个突出的优势：很薄的装置厚度和很平整的图像显示面。

在实际应用中，充当本发明的核心元件——发光体可以有多种选择。就目前来说，LED的高亮度、高响应速度、长寿命、性能可靠、成本低、控制技术成熟的优点使其成为首选。当然，就原理上来说，任何一种具有类似优点的发光材料和相关技术，都可以用来作为本发明的发光体材料。

除图4所示的那种排列方式之外，也可以按图5那样，在每条发光带(2-1)、(2-2)、(2-3)中设置三条分别显示三基色光的由LED发光体(4-1)、(4-2)、(4-3)构成的扫描行(3-1)、(3-2)、(3-3)。这种方式可以在较低的圆盘旋转速度下获得较高的刷新频率。

或者，还可以像图6所示的那样，采用六条发光带(2-1)、(2-2)、(2-3)。其中每条发光带中包含一条扫面行(3-1)、(3-2)、(3-3)，每条扫描行由发出一种基色光的LED发光体(4-1)、(4-2)、(4-3)构成。在中心部分，采取特殊布局的三基色发光体。

从图7中可以看出，即使单个发光体(4)的辅助电路结构(5)的尺寸面积比发光体(4)本身大得多，也可以通过错位排列的方式消除相邻发光体(4)的光迹之间的边界痕迹。这个特点使本发明可以更容易制成超高分辨率的显示屏，而且对发光体加工工艺的要求和发光体电路的集成度要求相当低。

Claims (2)

1.一种以多个发光体的同步移动形成光迹图像的显示装置，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(4)排列而成的发光带(2)，每个发光体(4)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(4)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(4)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(4)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(4)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(4)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(4)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；

本发明的独特之处在于：

a)所述的发光体(4)的发光面是长宽比大于4的长条形，且该长条形发光面的长度方向与发光体(4)的移动方向的最小夹角大于40度；

b)在显示驱动电路的控制下，所述的发光体(4)的长条形发光面可在其移动路径上的各个像素区域内持续发光。

2.如权利要求1所述的一种以多个发光体的同步移动形成光迹图像的显示装置，其特征是：

a)光迹相邻的发光体的发光面的中心点连线与光迹延伸方向之间的最小夹角小于60度；

b)相邻光迹的边缘相互接合。

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