专利名称：透明可编程发光二极管显示面板和方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种显示器，具体涉及一种透明显示面板。为此，“显示”表示向一个观测器透射一个或多个字母数字字符或图形。
背景技术：
需要一种吸引注意力的消息中心，它可以被布置在例如冰箱门或窗内而不大大地遮挡对于冰箱内产品的视线。当几种品牌位于同一冰箱内，尤其是这样。冰箱内容的营销要求可以看见所销售的商品以便客户可以迅速地找到制造商以其他方式积极推销的带有品牌的包装。有时，商店经理愿意在冰箱门上显示消息以将客户吸引到特殊的价格和/或销售的商品。
传统的现有技术发光二极管(LED)消息中心大多不透明；通常包括具有铜线的玻璃纤维印刷电路板或具有显著金属电路线的紧密相间的发光元件。在冰箱门内布置的这样的传统LED消息中心不可接受地阻挡了对于有品牌产品的浏览。因此需要在通常“透明的”面板内建立可编程的消息中心。
现有技术的显示面板不能使显示器后面的产品被看见。例如，Wei等(美国专利第5,684,368号)提出了可以从一侧观看的一种(有机的)LED显示器，但是未提出可以穿过显示器的可见性。Lippmann等(美国专利第5,936,603号)提出了用于显示器的温度补偿，但是也未提出穿过显示器的可见性。Russ(美国专利第3,899,826号)利用一种导电的玻璃盖，但是模块故意地未提供穿过显示器的可见性。Curtain(美国专利第5,216,324号)包括涂敷荧光体的查看表面，它排除了穿过显示器的可见性。Tang(美国专利第5,276,380号)事实上是寻求手段来遮挡在一个导电的透明面板上面的尽可能靠近的多个显示元素。
虽然可以假定完全透明的可编程消息中心，但是实际的导电的/透明的衬底具有有限的电阻，这使得不能实际地制造这样的器件。考虑传统的包括N行和M列的LED阵列，诸如图1所示。LED连接在每个“交点”，诸如在N＝3和M＝2的交叉点的LED 212。一个完整的显示矩阵包括N×M个这样的LED，每个交点一个。利用现有技术的驱动器(例如时分多路复用的驱动器，诸如在美国专利第3,899,826号公开的驱动器)和透明电极，看起来已经找到对于透明消息中心问题的解决方案。不幸的是，上述的有限电阻不利地影响这个被提出的器件，并且使得它不实用。进一步降低玻璃涂层的电阻不能够防止所述问题发生，因为由于提高其导电性和降低其电阻所需要的涂层的金属含量的增加，玻璃开始变得更为不透明，即部分变成银白色。另外，诸如铟氧化锡的一些透明导电涂层难于被涂敷并且当它们的厚度增加时难于使其均匀。
作为假设的完全透明的可编程消息中心的一个实用示例，假定人们要构造包括7行和64列的高5厘米的阵列，列间距是5/6厘米(正方形像素单元)，使用铟氧化锡(ITO)溅涂的玻璃。实用的ITO涂敷的玻璃具有大于2Ω/平方(sq)的表面电阻率，并且水平(行)线必须是大约5/6厘米高(忽略隔离线切缝)。每个行将被典型地驱动1/N*100％的时间。
如果使用(call on)显示器以同时地点亮(illuminate)全部64列并且单个典型的表面安装的LED的平均(设计)电流是例如10mA，则每个总的行导体电流将是64*N*10mA＝4.48A，它必须承载在每个像素之间的具有电阻率2Ω/sq*6/5*5/6＝2.0Ω的导体上。图2所示的单个行阵列将具有部分图解为LED 214-226的64个LED、Vdrive228、电流源230和部分示出的2Ω电阻器232-246。通过LED 214-226每个的电流将是0.070A。如果所述阵列仅仅被电流源230从一端驱动，则可以计算导体电压降。这样计算的电压降被示出在下面的表1中。
表1
因此将需要大于290V的总驱动电压228(Vdrive)。这个数量的电压可以通过从两端驱动显示器而被降到大约74伏特。但是，在任何一种情况下，设计将是很复杂和不实用的，因为当显示模式改变时，行驱动电压和每列的阴极吸收电流将必须动态地变化。
在本领域中不出现这个高电压问题，因为(不透明的/印刷板)迹线电阻或者足够小(即足够短)而可以忽略，或者可以使用很小的固定串联电阻来补偿它们。
发明内容
一种可编程透明显示消息中心通过发光二极管(LED)的行和列的阵列形成。导线连接每行的LED。每列的LED连接到导电透明层。所述透明层与导线的行电隔离。一个电压驱动器与每行和与每列相关联。LED、导线、导电透明层和电压驱动器与顺序控制器对于位于显示消息中心的一侧上的观察者不遮挡位于其另一侧上的物体。向观察者显示的消息是以任何语言的一个或多个字母数字字符或图形。
为此，显示消息中心如果它使用透明元件和/或下述尺寸的元件，则对于观众是“透明的”，所述尺寸使得观众在观看在显示消息中心后面的物体(“场景”)中不被阻碍。如果仅仅一部分显示中心是透明的并且另一部分显示中心是不透明的，则目前消息显示中心是透明的。本发明的显示器在两个方向中是透明的。换句话说，所述显示器是双向透明的。即，观众可以透过显示器来看被布置在显示器的相对侧上的物体而不论观众位于显示器的哪一侧。本发明的显示器可以被驱动来显示可以由观众观看的消息而不论观众位于显示器的哪一侧。
那么，当遮挡少于显示器的20％时经常实现透明，即一个人可以看透显示器的大约80％或更多。为了实现这个目的，显示器的元件必须能够驱动显示器，并且或者由透明材料组成，或者具有足够小的尺寸，以便使得观众可以观看从观众侧看在显示器的相对一侧上的物体。
本发明的一个优点是革新的显示器，它可以被位于显示器一侧的观众观看，同时使得观众可以清楚地观看位于显示器的相对侧上的场景。另一个优点是可以使得本发明的显示器很大，例如作为可走入的(walk-in)冰箱门。另一个优点是显示器投射明亮的、意外的消息来吸引购买者的注意力的能力。
为了更充分地明白本发明的特性和优点，参照下面结合附图的详细说明，其中图1是包括N行和M列的LED的传统阵列，示出了在一个交点的一个LED；图2是现有技术的64个LED的阵列的表示，用于计算驱动阵列所需要的电压Vdrive；图3是可编程透明消息显示中心的图解的实施例；图4描述了与7行相关联的1个单列区域，用于图解构造可编程透明消息显示中心的阳极驱动电平改变的实施例、构造可编程透明消息显示中心的具有接通时间补偿的恒定阳极驱动电平的实施例；图5表示驱动和逻辑信号，用于点亮图4的阳极驱动电平改变实施例的行1、4和6；图6表示驱动和逻辑信号，用于点亮图4的具有接通时间补偿的恒定阳极驱动电平实施例的行1、4和6；图7是按照本发明构造的可编程透明消息显示中心实施例；图8是按照本发明构造的另一个可编程透明消息显示中心实施例。
具体实施例方式
关于驱动显示器，本发明是基于对上述的电压问题的混合解决方案。为此，LED阵列的每个行导体包括细直径、低电阻的导线(例如铜、银)。使用必须同时驱动许多列的用于行迹线的良好导体意味着可以使得端到端行电压降变小，诸如使用#30规格的铜线对于64*5/6＝53cm长的显示器，所述电压降是4.48A*0.1Ω＝0.448V。
对于列，集成电路列驱动器和控制电路不能沿着显示器被分布，这在现有技术(印刷电路设计)中是通常的，因为显示器的透明性将被不可接受地折中和降低。如果作出从显示器端到列引出的导电迹线的简单连接，则将再次面对电压问题。例如，通过2Ω/平方的5/32”宽迹线的ITO玻璃的阴极列电流将具有大约0.9V/cm或大约24V的电压降以便达到示例显示器的中心。而且，如果要在所有列中的所有像素中平衡电流，则驱动电路将必然变得复杂。
为了创造性地解决这个问题，参见图3，它描述了显示器面板的一个实施例。阳极(时分复用)电压V1-V7分别被施加到行导线21-27。导线21-27位于一个导电透明片30的上部，但是与片30绝缘(其间有间隙)。
仅仅为了说明而不限定，图4中仅仅示出了3列和2个LED。线45-48是在片30的导电表面中(激光)切割线，它们产生在导电片30中的相隔开的导电区域55-57。切割线60隔离在顶部的区域55-57，并且第二切割线61分割在底部的区域或条55-57。图示为70和71的独立的(表面安装的)LED被连接，以便阳极连接到一个导线，诸如连接LED 70的导线22，并且阴极连接到区域55的导电涂层上。
导线80提供了用于所有LED阴极的高电流路径，并且连接到列驱动器FET(场效应晶体管)85-87的源极，FET(场效应晶体管)85-87的栅极经由隔离的导电路径95-97而被分别驱动。导电路径95-97通过对片30的导电层进行切割而形成，并且分别通过图示为D5-D7的数据(逻辑)信号被分别驱动。
在每个阴极驱动条区域55-57中由标号90标识的片30的区域提供了对于每个LED的最小保护串联电阻。于是，可以使得区域90变窄以提高这个串联电阻，诸如由虚线91所示。
用于代表性的LED 70的列电阻也包括由标号92标识的导电列电阻。因此，二极管70将接收比LED 71小的电流，因为LED 70位于距切割线61更远的距离(即电阻)。为了平衡显示器行电流，可以使得电压源V1的接通时间大于电压源V2的接通时间，等等。下面结合“具有接通时间补偿的恒定阳极驱动电平”实施例更详细地说明这个方案。或者(并且具有附加的复杂性)，阳极(行导线)电压可以对于每个行不同，这在下面将结合“阳极驱动电平改变”实施例而更详细地被说明。
列驱动晶体管85-87也是很小的表面安装器件，并且在导电片30内的所有隔离切割很细(例如大约0.1mm宽)并且近几乎看不见。结果得到几乎透明的、吸引注意力的显示器，它不遮挡其后的产品。
例如Wei等在美国专利第5,684,386号中、Lippmann等在美国专利第5,936,603号中、Norman在美国专利第5,719,589号中描述了用于配合导电涂层电阻的控制电压信号电平和定时，上述专利的公开内容在此通过引用而被并入。
Wei、Lippmann或Norman都没有公开了这样的一种显示面板，即，它被设计使得它可以被看透或都没有提到这种新颖的应用。
阳极驱动电平改变如上所述，实际的玻璃涂层(例如ITO、热解氧化锡)的电阻率处于大约10-100Ω/平方(无量纲的)的范围内。这意味着0.25”宽(列)导电条(区域)具有在大约40和400Ω/线性英寸(linear inch)之间的电阻。参见图4，可以看到，一个单列区域100连接到7个LED，即LED1-LED7。在一个完整的消息中心中，可能有例如在大约40到64的这样的列区域。每个LED的阳极分别连接到(可忽略电阻的)导线101-107。每个LED的阴极被耦合到列区域100中的(电阻)涂层，它被一个N沟道FET 110切换到公共的(导线连接的)地111。FET 110的控制栅极信号被标号V8标识。
在图4中通过下列元件示意性地图解了列区域100的电阻率由标号120-125标识的、串联的6段相加的电阻和附加的保护、连接电阻126，所述电阻126引到其接通电阻可以被忽略的开关列驱动器110。
例如，假定列区域100的电阻率是30Ω/平方，并且其宽度是0.25”。并且假定在阳极导线101-107之间的间距也是0.25”，因此在所得的显示器中产生0.25”/侧平方像素间距。
阳极驱动电平改变实施例于是利用复用的阳极(行)驱动信号V1-V8(N＝1-8)，所述复用的阳极(行)驱动信号V1-V8以每行相等的接通时间和比信号V2高的信号V1上的高电平来排列，所述信号V2的电平高于信号V3，等等。
对于假定的值，电阻器120-125的电阻每个等于30Ω/平方*0.25”/0.25”＝30Ω。现在，假定从2.0”长度的列区域100产生电阻器126。这意味着电阻器126等于30Ω/平方*2.0”/0.25”＝240Ω。相等的接通时间因此要求等于7个电阻器*0.010安培＝0.70安培的峰值行电流。这意味着Vx(x＝1-7)＝0.070安培*(240Ω+30Ω/平方*(7-N))伏特。因此，每个Vx的电压如下V1＝29.4伏特V2＝27.3伏特V3＝25.2伏特V4＝23.1伏特V5＝21.0伏特V6＝18.9伏特V7＝16.8伏特图5示出了用于点亮行1、4和6的驱动和逻辑信号。应当注意，如T10所示的扫描时间必须小于1/30秒以避免人眼感到出现显示器闪烁。
具有接通时间补偿的恒定阳极驱动电平使用与上述的阳极驱动电平改变实施例中相同的物理电阻，V7是16.8伏特并且被施加T7秒。因此，可以计算下面的时间T7＝1.0*T7T6＝1.125*T7T5＝1.250*T7T4＝1.375*T7T3＝1.500*T7T2＝1.635*T7T1＝1.750*T79.625因此，在这个示例中被复用的所有行的总时间是9.625*Timax(闪烁)＝9.625*1/30秒(视觉暂留)。因此，T7应当小于3.5毫秒。
图6表示用于使用接通时间补偿来点亮行1、4和6的驱动和逻辑信号。应当注意，逻辑信号的周期必须匹配(不同的)行脉冲宽度。
图7示出了按照本发明的方案构建的透明显示消息中心的一部分。具体上，细(例如#28)铜导线行200和202以及激光切割线204-208，它们形成列区域导体210和212，它们由ITO涂层玻璃(例如1微米厚的ITO层)形成。而且，所构建的实际显示器包括7行和64列，图7中仅仅示出了这个显示器的一部分。相关联的台面214-220在ITO中被激光切割，用于分割在其相应的列中的这些台面。由标号222-228标识的导电环氧树脂将行导线200或202附着在其相应的台面上。表面安装的LED(例如由日本松下公司制造的LNJ208R8ARA LED)230-236被附着在一端的每个台面214-220上和附着在另一端的它们的相应的列上。与每个导线200和202相关联的电压驱动器未示出，但是被提供。激光切割线238终截列区域210和212的长度。可以通过物理设计改变的、每个列区域210、212的终端电阻被标号240一般地示出。FET 242和244分别与列区域210和212分别相关联。以传统的方式来连接源极(S)、栅极(G)和漏极(D)。地线246通过导电环氧树脂而电耦合到ITO涂层玻璃，诸如由标号248和250表示的。FET 242和244的逻辑被表示为V1逻辑和V2逻辑。每个像素的大小是0.25”(忽略切口)。
用于本发明的显示器的元件选择现在考虑例如在图7中部分所示制造的显示消息中心的透明性，不透明的区域可以例如来自FET(例如244及其粘贴的导电胶粘点)和相关联的LED(例如232和234和它们的粘贴的导电胶粘点)以及行导线导体(例如200，202)。通过选择适当的元件，显示器可以实现大约80％或更大的透明度。例如，本发明的显示器可以利用宽分布的、表面安装的LED，所述LED具有例如大约0.8毫米×1.6毫米的尺寸。这个尺寸的LED可以在被称为“0603”封装的工业标准封装中被获得。7行和64列总共448个LED以间距6mm被布置在方阵上。利用这种配置，LED的明显的不透明区域是通过矩阵的区域或(0.8*1.6)/(6.0*6.0)＝3.55％划分的LED的区域。
FET和LED对于导电透明表面和对于行导体的附着需要不透明的导电胶粘点或“斑点”。一般，两个点的面积小于LED器件本身的面积，因此在组装的显示器中产生另外的3.55％的模糊。
最后，可以考虑诸如图7中在200和202的行导体的不透明。如果宽度X的导体被布置在矩阵显示器上，并且在元素之间的方形间距是Y，这由于导体而产生的明显不透明大约是(X*Y)/(Y*Y)＝X/Y。下面的表2根据由E.C.Jordan编辑的《工程师参考数据》第17版Howard Sams & Co图解了下述时候产生的明显不透明当对于具有相间6毫米(240毫英寸)的64列LED元件的显示器、例如标准厚度镀铜被蚀刻而留下将承载所需要的4.5A电流而不在摄氏30度熔断的导体时。
表2
较厚的镀层是可能的，但是使用这样小的宽度与厚度比率难于可靠地蚀刻。任何镀层将必须是无电的，因为镀层必须与导电玻璃表面电隔离。
优选的是，行导体由小的30规格的导线组成，所述导线具有10毫英寸的直径和超过10安培的熔断电流。使用这种细导线，结果产生的模糊将是大约4.1％。
一起考虑这些元件，由上述元件引起的总的模糊将是LED、它们的相关联的点和行导体的模糊的和。因此，总的模糊将是3.55％+4.1％+3.55％＝11.2％。这意味着显示器的透明度为大约88％。因此，当LED、导电胶粘点和行导体表示不透明区域时，这些不应当不利地干扰如图7所示制造的透明显示消息中心。
透明显示消息中心的另一个优点是它是可编程的。因为显示器是双向透明的，因此消息中心可以被编程来显示可以从显示器的任何一例观看的消息。例如，当在一个方向中被驱动时，可以向观看冰箱门的前侧或外测的观众显示消息，当在相反方向中被驱动时，可以向观看冰箱门的后侧或内测的观众显示消息，例如当观众已经打开冰箱门来查看或取出产品时。
图8示出了按照本发明的方案构建的透明显示消息中心的一部分的第二优选实施例。在这个第二实施例中的列和行的结构与图7所述的结构相同。但是，在此，每列的列驱动器包括一个吸收驱动器291，它被控制移位寄存器/锁存器数据292控制，所述控制移位寄存器/锁存器292位于薄的、不透明的块290中，在几乎透明的显示器的另一边。类似的列驱动器与每列相关联。虽然不透明的块290在一定的程度上有损于几乎透明的显示器的另一边，但是块290可以被布置到冰箱架边缘上，因此仍然在显示器上不遮挡在冰箱中的产品。LED消息将“如魔法般地”出现在几乎清楚的区域中，并且吸引购买的注意力。
虽然已经参照本发明的一个优选实施例而说明了本发明，本领域的技术人员会明白，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以使用等同物来取代其元件。另外，可以在不脱离本发明的必要范围的情况下作出许多修改来将特定的情况或材料适配于本发明的教导。因此，本发明不限于作为执行本发明的最佳方式而公开的本发明的特定实施例，而是本发明将包括落入所附的权利要求的范围内的所有实施例。在这种应用中，所有的单位是英国系统的，并且所有的数量和百分比是加权的，除非明确指明。而且，在此参见的所有引证通过引用而明确地被包含在此。
权利要求
1.一种透明可编程显示消息中心，具有两侧，包括(a)发光二极管(LED)的行和列的阵列；(b)由导线连接的所述LED的每行；(c)连接到导电透明层的所述LED的每列，所述透明层与所述导线行电隔离；和(d)与所述阵列相关联的一个复用的电压驱动器和顺序控制器，其中所述LED、所述导线、所述导电透明层和所述电压驱动器与顺序控制器对于位于所述显示消息中心的一侧上的观察者不遮挡位于其另一侧上的物体。
2.按照权利要求1的透明可编程显示消息中心，其中所述LED、所述导线、所述导电透明层和所述电压驱动器和顺序控制器中的一个或多个由透明元件形成。
3.按照权利要求1的透明可编程显示消息中心，其中所述LED、所述导线、所述导电透明层和所述电压驱动器和顺序控制器中的一个或多个具有对所述观众而言是透明的尺寸。
4.按照权利要求3的透明可编程显示消息中心，其中所述LED具有大约0.8毫米的长度和大约1.6毫米的宽度。
5.按照权利要求3的透明可编程显示消息中心，其中所述导线由28-33规格的铜线形成。
6.按照权利要求3的透明可编程显示消息中心，其中所述透明显示消息中心的小于大约20％被所述LED、所述导线、所述导电透明层遮挡。
7.一种用于向观察者显示消息的方法，它包括步骤(a)提供一种透明可编程显示消息中心，具有两侧，所述显示消息中心包括(i)发光二极管(LED)的行和列的阵列；(ii)由导线连接的所述LED的每行；(iii)连接到导电透明层的所述LED的每列，所述透明层与所述导线行电隔离；(iv)与所述阵列相关联的一个复用的电压驱动器和顺序控制器，(b)使用消息来编程所述可编程透明显示消息中心；(c)激励所述透明显示消息中心以向一个观察者显示所述消息，所述LED、所述导线、所述导电透明层和所述电压驱动器与顺序控制器对于位于所述显示消息中心的一侧上的观察者不遮挡位于其另一侧上的物体。
8.按照权利要求8的方法，其中所述LED、所述导线、所述导电透明层和所述电压驱动器和顺序控制器中的一个或多个由透明元件形成。
9.按照权利要求8的方法，其中所述LED、所述导线、所述导电透明层和所述电压驱动器和顺序控制器中的一个或多个具有对所述观众而言是透明的尺寸。
10.按照权利要求10的方法，其中所述LED具有大约0.8毫米的长度和大约1.6毫米的宽度。
11.按照权利要求10的方法，其中所述导线由28-33规格的铜线形成。
12.按照权利要求10的方法，其中所述透明显示消息中心的小于大约20％被所述LED、所述导线、所述导电透明层遮挡。
全文摘要
一种可编程透明显示消息中心通过发光二极管(LED)的行和列的阵列形成。导线连接每行的LED。每列的LED连接到导电透明层。所述透明层与导线行电隔离。一个电压驱动器与每行和与每列相关联。LED、导线、导电透明层和电压驱动器与顺序控制器对于位于显示消息中心的一侧上的观察者不遮挡位于其另一侧上的物体。当显示器遮挡小于20％的从场景向观众发射的光时经常实现透明。向观察者显示的消息是一个或多个字母数字字符或图形。
文档编号G09G3/32GK1530897SQ200410005998
公开日2004年9月22日 申请日期2004年2月24日 优先权日2003年3月17日
发明者约翰·A·罗伯逊, 约翰 A 罗伯逊 申请人:因福赛特公司