专利名称：显示器像素模块和具有这种像素模块的显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于可配置的模块化大规模显示器中的像素模块。具体地说，本发明涉及一种由像素模块特别是发光二极管(LFD)像素模块构成的可缩放的显示器元件。
背景技术：
常规的白炽灯、荧光灯和氖管长期来一直用于照亮许多大规模的商业和公共标记。不过，现在市场要求具有灵活性的较大的显示器，以便定制这些老的技术不可能实现的显示器尺寸和颜色。结果，现在许多显示器在其设计中利用LED，这是因为LED比常规的光源消耗较少的电功率，并具有长得多的寿命和较低的维护成本。
LED技术当前被用于大规模的显示应用，例如户外的或户内的大型运动场显示器，大的商业广告显示器，以及大量的公共信息显示器。许多这些大规模应用是可以在计算机控制下动态地配置的。此外，一些大规模的能够显示视频图像的动画显示器现在也在生产。其它的较简单类型的被照亮的标记也使用LED，包括户外标记，其中使用LED阵列从一个标记板的侧部照亮所述标记板。此外，LED被用于许多临时的标记应用中，例如在内部预映时的大的旗幅，其需要容易携带的亮的，吸引人的灵活的系统。
当前，大规模的显示系统被结构元件支撑着，例如金属框架和其它类型的刚性支架，其中正交的LED模块由螺栓固定在结构框架的适当位置。不过，标准的金属支架具有限制，其通常只产生正交的两维(2D)显示器，因此不适用于其中整个显示器的正面是一个简单的或复杂的三维的(3D)弯曲的表面。在市场上不仅需要2D显示器，也需要3D显示器。在形成具有用于形成各种2D和3D形状的灵活性的显示系统时，以及因而在为这种系统提供控制时，存在技术的挑战。需要一种由单独的像素元件构成的系统，所述像素元件可被配置而形成具有2D或3D形状的LED显示器。
此外，支架和其它的类似的支撑通常使用麻烦的方法把LED模块固定到框架上，例如所有机械紧固件。这种方法不能容易地拆下和更换各个LED模块，因而使得难于维护。例如，在一种当前的系统中，如果LED模块成为不能操作的，则对其进行更换一般需要达到显示器的后面，并涉及拆下螺钉、螺栓、连接器以及其它的机械紧固件，因而导致麻烦而费时的处理。
还需要一种具有LED模块设计的系统，其使得能够从大规模显示器的前面和后面容易地安装并容易地更换模块。
用于在大规模显示器上显示一个像素的LED像素模块的一个例子在名称为“Replaceable intelligent pixel module for large-scale LEDdisplays”的美国专利5410328中描述了。该专利披露了一种用于可分离的LED像素模块的设备，所述像素模块含有许多LED和一个具有输入和输出能力的处理器。其后壁包括一个用于接收来自显示器的电插头的孔，以便向LED模块传递数据、功率和指令。所述处理器的输入和输出能力沿着单独的数据通路使得模块能够共同形成“菊花链”，使得数据能够通过从互连的带状电缆接收功率和显示器指令信号的相继的模块。
虽然US 5410328的设备能够在大规模显示器上显示像素，但是该专利未要求保护关于其在非平面的大规模显示器中的可应用性。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可被容易地安装的像素模块设计，尤其是LED模块设计。
本发明的另一个目的在于，提供一种具有简单的电气连接机构的像素模块。
本发明的另一个目的在于，提供一种用于大规模显示器的像素模块，其中所述模块可被从所述大规模显示器的前方或后方容易地更换。
本发明的另一个目的在于，提供一种可被容易地在多种2D或3D的形状中使用的像素模块设计。
为此，本发明提供一种显示器像素模块，用于可配置的大屏幕显示器应用中，所述显示器像素模块包括侧壁，安装在所述模块的前方的像素阵列，以及输入和输出连接器，其特征在于，至少一些侧壁的全部呈向内的锥形，和前面围成一个角度；以及其具有安装装置，用于把所述模块固定到显示器的安装表面上。
显然，由于呈锥形的侧壁，像素模块可被装配和设置在一个安装表面上，使得形成具有复杂的2D或3D弯曲形状的显示器。
最好是所述安装装置由从像素模块的后方伸出的至少两个咬合物构成，每个咬合物包括咬合物缺口，咬合物缺口又包括咬合止动件和咬合物缺口锥形件，使得能够和安装表面成一定角度安装所述像素模块，以便能够构成更复杂形状的显示器。
最好是像素模块的壳体具有允许从像素模块的前方达到所述咬合物的缺口，使得像素模块能够容易地通过显示器的前方被拆下和更换。
按照优选实施例，像素模块由单独的部件构成，所述部件能够被容易地装配，从而形成像素模块，所述像素模块能够被容易地固定到一个安装表面上，并可以容易地和显示器的其它电子元件互连或和其它的像素模块互连。
因此，在一个优选实施例中，像素模块由一个壳体构成，所述壳体由外壳构成，所述外壳借助于装配夹片由一个护板封闭，所述壳体还容纳着像素印刷电路板和驱动器印刷电路板，所述电路板借助于板到板的连接器或者借助于柔性箔互连。
本发明还涉及一种包括许多按照本发明的像素模块的显示器，所述像素模块被设置在合适的安装表面上，以便形成2D或3D的显示器。
为了更好地说明本发明的特征，下面以举例而非限制的方式参照
按照本发明的像素模块以及具有这种像素模块的显示器的优选实施例，其中图1是按照本发明的LED像素模块的阵列的功能方块图；图2是按照本发明的一个LED像素模块的正面透视图；图3和图4分别是在图2中所示的LED像素模块的背面透视图和侧面透视图；以及图5是在图2中所示的LED像素模块的拆开的示意图。
具体实施例方式
本发明是一种像素显示模块，尤其是LED像素模块，其实现一种LED像素的小的阵列，用于可缩放的大屏幕显示应用中。
图1是LED模块阵列100的功能方块图，尤其是LED模块阵列，其例如是较大的LED显示系统(未示出)的一部分，所述系统由类似的LED模块阵列100的序列串构成。LED显示系统的详细说明可以参见同一申请人的另一个专利申请。
虽然本发明的模块构思的特定实施例利用LED模块阵列100进行说明，但是可以使用任何种类的可寻址的显示技术，可以是荧光的，电致发光的，有机/无机发光的，反射的或者其它已知的显示技术。
LED模块阵列100包括AC-DC(AC/DC)转换器110，再同步单元114以及用于驱动许多像素组118的控制器116，所述像素组118进一步包括许多按照本发明的LED像素模块120。
例如，像素组118a包括32个LED像素模块120，即LED像素模块120-00到120-31，其中的每一个包括4个像素122；像素组118b包括32个LED像素模块120，即LED像素模块120-00到120-31，其中的每一个包括4个像素122；像素组118c包括32个LED像素模块120，即LED像素模块120-00到120-31，其中的每一个包括4个像素122；像素组118d包括32个LED像素模块120，即LED像素模块120-00到120-31，其中的每一个包括4个像素122.
最后，LED模块阵列100包括EEPROM 124。
AC/DC 24V电源110是任何标准的AC/DC电源，具有通用的交流输入和24V的直流输出，最大输出电流例如为4安培，用于向再同步单元114、控制器116以及LED像素模块120供电。AC/DC 24V电源110具有和输入电压的变化无关的恒值输出电压，只要输入电压处于预定的允差内。一个示例的AC/DC电源110是一种开关方式电源，具有功率因数校正，例如Hitron mdel HVP103-240042。具有和任何给定的LED模块阵列100相关的一个或几个AC/DC 24V电源110。和LED模块阵列100相关的AC/DC 24V电源110的数量取决于其中包含的像素组118的数量。AC/DC 24V电源110对LED像素模块120提供电源，其中进行DC-DC下变换。LED像素模块120的电功能的更详细的说明可以参见和本申请同日申请的本申请人的另一个专利申请。
此外，LED像素模块120的物理硬件实现的更详细的说明可以在后面参看图2，3，4和5找到。
再同步单元114是一种用于在LED模块阵列100的连续的串中直接从一个LED模块阵列100接收并向下一个LED模块阵列100(未示出)再发送串行的视频数据和串行的控制数据的装置。更具体地说，再同步单元114接收DATABUS IN信号，其代表串行视频数据和串行控制数据，并按照顺序通过DATABUS OUT信号向下一个装置发送这个数据。串行视频数据是红绿蓝数据，其包含要在LED模块阵列100上显示的当前的视频帧信息。
控制器116是一种标准的微处理器装置，例如Philips 8051 8位的微控制器或Motorola 6816 16位的微控制器，或者是在现场可编程的门阵列(FPGA)装置内的定制的控制器。控制器116通过接收并分析DATA IN，管理视频数据，并将其分配在和较大的LED显示系统的与给定的LED模块阵列100的给定的LED像素模块120的位置相关的特定组中。在控制器116上运行的算法帮助识别属于较大的LED显示系统的物理部分的串行的DATA IN信号的部分的处理。此外，控制器116管理和驱动每个LED像素模块120的像素122相关的脉宽调制(PWM)。
LED像素模块120每个包括根据任何用户确定的间距设置的(k×n)个像素122的阵列。例如，在图1中示出了像素122的2×2的阵列。
像素122代表任何可寻址的显示技术的显示器件，例如标准的LED或有机发光二极管(OLED)器件。此外，对于全色显示，每个像素122由红绿蓝子像素构成，如熟知的那样。
每个LED像素模块120包括DC/DC变换器(未示出)，用于把24V的直流输入电压变换成5V的直流输出电压，电流达0.250安培，用于向LED像素模块120供电。每个LED像素模块120还包括一组恒流驱动器(未示出)，用于驱动其相关的像素122。此外，每个LED像素模块120包括本地存储装置(未示出)，例如EEPROM，用于存储生产数据和工厂光输出测量，以及呈(x，y，Y)形式的LED像素模块120内的每个像素122的颜色坐标。其中x和y是主发射器的坐标，Y被定义为亮度。在校准期间，所有的值被从每个LED像素模块120内的EEPROM中读出，然后用于计算校正值。这些计算的值然后被存储在LED模块阵列100上的EEPROM 124中。
EEPROM 124是任何类型的可电擦除的存储介质，用于存储各种信息。例如，EEPROM 124可以是Xicor或Atmel model 24C16或24C164。LED模块阵列100的电功能的更详细的说明参见同一申请人的另一个专利申请。
在图1所示的例子中，像素组108a的LED像素模块120-00到120-31和像素组108b的LED像素模块120-00到120-31在物理上被从左到右地设置，从而形成第一个由64个图像元件构成的邻接的串。在这第一串的下方，像素组108c的LED像素模块120-00到120-31和像素组108d的LED像素模块120-00到120-31在物理上被从左到右地设置，从而形成第二个由64个像素元件构成的邻接的串。用这种方式，构成LED像素模块120的64×2的阵列。在这个例子中，每个LED像素模块120含有像素122的2×2的阵列，其结果是，LED模块阵列100含有像素122的128×4的阵列。在其中包含的LED像素模块120和像素122的数量不限于图1所示。LED像素模块120和像素122的数量由用户例如根据可利用的功率以及数据速率确定。
参见图1，对LED模块阵列100的操作说明如下。电源被加到LED模块阵列100上。大的LED显示系统的中央控制器(未示出)提供串行的视频和控制数据，其通过每个各自的再同步单元114的DATABUS IN和DATABUS OUT从一个LED模块阵列100通过到达下一个LED模块阵列100。LED模块阵列100的控制器116接收视频数据流，并按顺序分析这些信息而成为和大的LED显示系统内的给定的控制器116的位置相关的特定组。在控制器116上运行的算法帮助用于识别属于较大的LED显示系统的物理部分的串行的DATABUSIN的部分的处理。接着，控制器116按照各自的x，y坐标把来自一个LED像素模块120的合适的串行视频数据流分配到每个像素组118的下一个LED像素模块120(具有其相关的像素122)。这个视频数据转移操作在较大的LED显示系统的中央控制器(未示出)的控制下对每个视频帧进行，借以产生一个供观看的图像。像素组118和相关的LED像素模块120的布置和最大数量不限于图1所示。
图2，3，4，5表示按照本发明的LED像素模块120。LED像素模块120在LED像素模块120的阵列内操作，从而形成完全的显示。
LED像素模块120包括前壁200，后壁201，两个侧壁202，上壁203，和下壁204，按照本发明，所述壁202，203和204是向内成锥形的，具有一个锥度205，其和前壁200围成一个角A，如图4所示。
在这个特定的情况下，作为LED像素的4个像素122被集成在前壁200上，而输入连接器206和输出连接器207被集成在LED像素模块120的后面。
两个固定夹片208从LED像素模块120的后壁201伸出，其中每个包括夹片缺口209，其还包括夹片止动件210和夹片缺口锥形件211。
图5的解剖图表示LED像素模块120的壳体进一步由外壳212构成，其在前方开口，并由护板213盖住，所述护板构成上述的前壁200。在一方面，护板213具有两个护板缺口214，其位于夹片208的前方，并且，在另一方面，具有多个孔215，其可以和被提供在外壳216的前方的相应数量的装配咬合物216配合。
LED像素模块120的壳体适用于像素印刷电路板(PCB)217，其包括像素122和位于所述PCB的一侧或两侧上的多个电子元件218；进一步包括上述的输入连接器206的驱动器PCB 219；输出连接器207；其可以和在像素PCB 217的背面的相应的PCB连接器(未示出)协同操作；位于PCB 219的一侧或两侧上的多个电子元件(未示出)；以及金属固定件221，其可以和安装在外壳212背面的螺栓222接触。
参见图2，3，4和5，对LED像素模块120的元件说明如下外壳212作为主要的机械结构，所有LED像素模块120的其它元件都被安装在其内和其上。外壳212由任何合适的结实的材料制成，例如模制塑料，其可以支撑着LED像素模块120的结构。此外，护板213，装配夹片216，咬合物208，输入连接器206和输出连接器207同样由模制的塑料制成。护板212最好具有黑的颜色，因为这将改善显示器的对比度。护板213的前侧可以具有(随机的)纹理。所述纹理的目的是例如借助于减少干扰环境光反射的数量来改善显示器的对比度。
外壳212的尺寸按照预定的构型和像素122的间距以及在其中容纳的像素PCB 217和驱动器PCB 219的尺寸确定。例如，像素122在正方形的护板213内的一个正方形图案的中心距为20mm，外壳的外部尺寸为每边40mm。因此，本例的外壳212的本体的近似总尺寸为40×40×22mm。
护板213构成外壳212的前盖并保持像素122的至少120度的视角。护板213利用在护板213内的孔215内的接合和锁定装配夹片216被紧固到外壳212上(形成外壳212的一部分)，提供一种用于LED像素模块120的咬合在一起的装配。
在外壳212的本体的后面安装有用于把模块固定到显示器的安装表面上的装置，所述装置由两个咬合物208构成，所述咬合物例如从外壳212的本体的后面伸出一个附加的13mm。这些咬合物208使得外壳212能够牢固地被紧固到合适的安装表面上，例如具有合适尺寸的孔的金属板(未示出)。所述安装表面中的孔的尺寸使得咬合物能够通过安装板，并被这样定位，使得LED像素模块120通过在安装表面上的通过所述孔的咬合物208的弹簧作用被保持在合适的位置。
当安装时，安装表面的厚度被保持在位于咬合止动件210和咬合缺口锥形件211之间的咬合缺口209内。咬合缺口锥形件211相对于咬合物208的长轴例如形成45度角，并被用于适应于安装表面的厚度的一个小范围的改变，例如1.5mm到2mm。这还使得能够把LED像素模块120固定到一个弯曲的安装表面上。可以不用工具从安装板的后方或者利用工具通过护板缺口214到达咬合物208，以便进行拆卸。
金属螺丝222，其也和接地金属固定件221实现接触，通过外壳212的后方，并装配在一个有螺纹的紧固件(未示出)中，所述有螺纹的紧固件被安装在外壳212内的驱动器PCB 219上，用于提供显示器内的所有的LED像素模块120的公共电气接地。此外，螺丝222可用于对安装表面提供附加的支撑。
本领域的技术人员应当理解，LED像素模块120的元件的尺寸不限于上述的这些。LED像素模块120及其元件的总尺寸由用户确定，并且可以根据任何给定的应用进行改变。
像素PCB 217被设置在外壳212内，其进一步包括4个像素122。每个像素122由红绿蓝子像素构成，如熟知的那样。在像素PCB 217上，还安装有电子元件218，例如，解耦电容器，其对像素122的操作提供电子支持，恒流驱动器以及连接器(未示出)，所述连接器在装配时和板到板的PCB连接器220连接。在外壳214内还设置有驱动器PCB 219，其包括板到板的PCB连接器220，输入连接器206，输出连接器207以及电子缓冲器、驱动器和电源电路(未示出)。板到板的PCB连接器220被安装在驱动器PCB 219上，并提供在驱动器PCB 219和像素PCB 217之间的电连接。
代替使用板到板的连接器连接驱动器PVB 219和像素PCB 217，也可以使用柔性箔使两者相连。然后使所述柔性箔弯曲，使得两个PCB可以在模块外壳212内彼此对置。
输入连接器206和输出连接器207也被安装在驱动器PCB 219上，并在物理上从外壳212的后方上的孔伸出。输入连接器206提供电连接到电源以及二进制数据、时钟和LED模块阵列100的控制信号，例如+24V的电源，以及数字RS232和12C串行总线，其控制从LED像素模块120发出的光的亮度和色度。输入连接器206和图1中的控制器116电气相连，或者和其它的LED像素模块120串联连接。电子缓冲器和驱动器(未示出)也安装在驱动器PCB 219上，例如，移位寄存器和行驱动器，其通过输入连接器206接收并缓冲LED模块阵列100的二进制控制信号。电子缓冲器和驱动器PCB 219的驱动器接着处理这些信号，以便在LED像素模块120内使用，并且把这些信号传递给输出连接器207，在那里它们被提供给LED模块阵列100内的下一个串联连接的LED像素模块120。LED像素模块120的电功能的更详细的说明被包括在同一申请人的另一个专利申请中。
在安装时，LED像素模块120可被容易地装配，其中通过把外壳212的装配夹片216压入护板213中，并使所述部件咬合在一起，使得像素PCB 217和驱动器PCB 219被夹在其间。像素PCB 217和驱动器PCB 219被贴身地装配在由护板213和外壳212形成的空腔内，并且利用压力配合特征(未示出)被保持在合适位置，所述压力配合特征把像素PCB 217和驱动器PCB 219固定并保持在合适位置。
把LED像素模块120安装到安装表面(未示出)内可以被容易地完成，其中通过把LED像素模块120插入安装表面的孔内，并使夹片208咬合在安装表面(未示出)的孔内。接着，手动地而不用工具调节螺丝222，使其和接地的金属安装表面(未示出)接触。另一个可能性是，当它们被安装时螺丝222尚不插入LED像素模块中。在LED像素模块120被固定之后，可以借助于螺丝222对LED像素模块120的一些或全部连接用于接地的电缆。然后这些电缆的另一端和接地的表面相连。
LED像素模块120的取出可以不用工具从安装表面的后方容易地进行，其中通过使夹片208相互挤压，并推出LED像素模块120。或者，LED像素模块120可以被从前方拆下，其中通过护板缺口214插入一个工具(未示出)，使得压迫夹片208，借以使LED像素模块120从安装表面释放。
LED模块阵列100可以由许多LED像素模块120构成，所述LED像素模块120用于构成各种尺寸和形状因数的显示器构型。此外，外壳212的锥形件205能够使LED像素模块120以非平面的方式被安装，从而实现多种凸形或凹形的显示器，用于产生作为特殊应用的3D效果。例如，外壳212的锥形件205的3度的角A使得具有恒定的像素间距的圆柱形显示器能够被构成具有大约80cm的最小横截面直径。其它的形状也是可能的，包括凹形、凸形、凹凸形的组合，马鞍型等。
显然，不是所有的壁210到204都需要被形成向内的锥形，以实现本发明的优点，即能够形成2D和3D的形状。
本发明决不限于以举例方式说明的并在附图中表示的实施例，不脱离本发明的范围，可以用许多方式来实现用于可配置的大屏幕显示的这种显示器像素模块和这种显示器。
权利要求
1.一种显示器像素模块，用于可配置的大屏幕显示器应用中，所述显示器像素模块包括侧壁(202-204)，安装在所述模块的前面(200)的像素(122)阵列，以及输入和输出连接器(206-207)，其特征在于，至少一些侧壁(202-204)呈全部的向内的锥形，从而和前面(200)围成一个角度(A)；并且该显示器像素模块具有安装装置，用于把所述模块固定到显示器的安装表面上。
2.如权利要求1所述的显示器像素模块，其特征在于，全部侧壁(202-204)都呈向内的锥形。
3.如权利要求1所述的显示器像素模块，其中所述安装装置由从所述像素模块(120)的后面(201)伸出的至少两个咬合物(208)构成，其特征在于，每个咬合物(208)包括咬合物缺口(209)，又包括咬合止动件(210)和咬合物缺口锥形件(211)。
4.如权利要求3所述的显示器像素模块，其特征在于，所述咬合物缺口锥形件相对于咬合物(208)的纵轴形成一个角度。
5.如权利要求1所述的显示器像素模块，其特征在于，所述模块的壳体具有缺口(214)，该缺口使得能够从像素模块(120)的前面达到所述咬合物(208)。
6.如权利要求1所述的显示器像素模块，其特征在于，所述像素由发光二极管(LED)构成。
7.如权利要求1所述的显示器像素模块，其特征在于，该显示器像素模块包括由一个外壳(212)构成的壳体，所述外壳的前面由护板(213)盖住。
8.如权利要求7所述的显示器像素模块，其特征在于，所述外壳(214)具有许多装配夹片(216)，所述装配夹片可以和护板(213)的许多相应的孔(215)配合。
9.如权利要求5和7所述的显示器像素模块，其特征在于，所述使得能够达到咬合物(208)的缺口(214)被提供在护板(213)中。
10.如权利要求7所述的显示器像素模块，其特征在于，所述护板(213)具有纹理，用于改善所述显示器的对比度。
11.如权利要求7所述的显示器像素模块，其特征在于，所述外壳(212)容纳着像素印刷电路板(217)，在所述电路板(217)上安装着所述像素(122)的阵列。
12.如权利要求7所述的显示器像素模块，其特征在于，所述外壳(212)容纳着驱动器印刷电路板(219)，该印刷电路板配备有输入连接器(206)和输出连接器(207)，两个连接器通过在外壳(212)后面的孔伸出。
13.如权利要求11和12所述的显示器像素模块，其特征在于，所述驱动器印刷电路板(219)配备有板到板的连接器(220)，该连接器可以和像素印刷电路板(217)上的相应的连接器配合。
14.如权利要求11和12所述的显示器像素模块，其特征在于，所述像素印刷电路板(217)和所述驱动器印刷电路板(219)借助于柔性箔互连。
15.如权利要求12所述的显示器像素模块，其特征在于，所述驱动器印刷电路板(219)配备有金属的固定件(221)，用于和可被接地的螺丝(222)实现接触。
16.一种显示器，其特征在于，其包括多个按照权利要求1到15任何一个所述的像素模块(120)，所述像素模块被设置在合适的安装表面上，从而形成2D或3D显示器。
全文摘要
一种显示器像素模块，用于可配置的大屏幕显示器应用中，所述显示器像素模块包括侧壁(202－204)，安装在所述模块的前方(200)的像素(122)阵列，以及输入和输出连接器(206－207)，其特征在于，至少一些侧壁(202－204)呈全部的向内的锥形，从而和前面(200)围成一个角度(A)；以及其具有安装装置，用于把所述模块固定到显示器的安装表面上。
文档编号G09F9/33GK1595244SQ200410076829
公开日2005年3月16日 申请日期2004年9月8日 优先权日2003年9月8日
发明者布鲁诺·德福斯, 赫伯特·万希尔, 罗比·蒂勒曼, 帕特里克·威廉, 内莱·戴德尼, 卡里姆·梅尔斯曼 申请人:巴库股份有限公司