二維或三維顯示矩陣的模塊化搭建方法

陳漱文（江門彩立方光電科技有限公司，廣東 江門 529000）

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二維或三維顯示矩陣的模塊化搭建方法

陳漱文
（江門彩立方光電科技有限公司，廣東 江門 529000）

摘 要：二維或三維顯示在娛樂應(yīng)用、產(chǎn)品宣傳、商業(yè)裝飾等可視化技術(shù)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，相對來說三維顯示可以更充分地表現(xiàn)出對象的信息特征，在地震數(shù)據(jù)分析、醫(yī)學(xué)圖像顯示等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。本文提出了一種采用模塊化思路來搭建二維或三維顯示矩陣的方法，三維顯示矩陣采用本方法后將可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在實際產(chǎn)品生產(chǎn)安裝時只需要將必要的模塊組裝到一起再使用配套的控制器便可以方便實現(xiàn)三維圖像的展示，利用模塊化思路后不但生產(chǎn)組裝方便，而且利于維修拆裝、存放和運輸；這種模塊化搭建方法應(yīng)用于二維矩陣顯示后，同樣具有上述的優(yōu)點，并且在二維顯示領(lǐng)域產(chǎn)生了很多創(chuàng)新型的應(yīng)用，本公司的透明屏等產(chǎn)品就是該模塊化思路的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。二維或三維顯示矩陣模塊化搭建方法的應(yīng)用使得在產(chǎn)品同質(zhì)化、市場競爭激烈的情況下保障了本公司產(chǎn)品的創(chuàng)新性和先進性。

關(guān)鍵詞：二維顯示；三維顯示；模塊化設(shè)計

1. 三維顯示技術(shù)

三維顯示技術(shù)具有全視景、多角度、包含景深信息等優(yōu)點，是近些年比較前沿的研究領(lǐng)域，隨著二維顯示技術(shù)的成熟應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，三維顯示的應(yīng)用也初具規(guī)模，目前實現(xiàn)的方法主要可以分為4類，分別是體視三維顯示、全息三維顯示、透視三維顯示和體三維顯示。

體視三維顯示是模擬人的左、右眼看到的兩個略有不同的二維圖像，稱之為“體視對（stereo pair）”，將之顯示在同一個平面上，然后通過某種分離方式使左、右視圖形成兩幅圖片分別只提供給左、右眼觀察，這樣利用體視對提供的視差信息，人腦會自動地將映射在左右眼的不同的圖像虛擬出立體圖像，這種技術(shù)可以采用現(xiàn)有的二維顯示技術(shù)，通過佩戴特制的眼鏡或者顯示器件即可，顯示質(zhì)量高，但是只適用于電影電視等顯示，無法適用于室外展示使用；全息三維顯示是利用光的干涉原理，將物體散射或發(fā)射出的特定光波以干涉條紋的形式記錄下來，然后利用光的衍射原理，在一定條件下進行再現(xiàn)原物體的圖像信息，但是所需要的設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜、昂貴，而且該技術(shù)也只是處于試驗階段，還不能達到應(yīng)用的需求，同樣也無法適用于室外展示使用；透視三維顯示是利用多種計算機圖形學(xué)技術(shù)，包括光線追跡、投影轉(zhuǎn)換和多邊形生成等來對深度信息進行編碼轉(zhuǎn)換，并添加陰影和遮擋等多種心理深度暗示，將三維場景以透視形式顯示在二維屏幕上，這種方法其實并不是一種真正的三維顯示；體三維顯示包含基于視覺殘留的掃掠型三維顯示技術(shù)和搭建三維顯示矩陣的靜止型三維顯示技術(shù)。掃掠型顯示是利用一個二維表面的周期性運動，把預(yù)先處理的原始三維信息按時序快速顯示在該表面所掃掠的一些空間位置處，再以高于人眼閃爍融合頻率的速度進行刷新，由此可以實現(xiàn)三維圖像的展示；靜止型顯示是采用點光源在空間內(nèi)搭建一個三維的顯示矩陣，根據(jù)顯示需要點亮相應(yīng)的點光源構(gòu)成相應(yīng)的圖案或者動畫，這種顯示技術(shù)的優(yōu)點是容易實現(xiàn)且成本低廉，尤其適用于裝飾或者戶外廣告展示使用。

對于最后描述的靜止形體顯示技術(shù)而言，關(guān)鍵是需要搭建一個三維的顯示矩陣，本文所描述的顯示矩陣模塊化設(shè)計便是這種的三維顯示技術(shù)的一種創(chuàng)新和工業(yè)化的實現(xiàn)方法。

2. 顯示矩陣模塊化搭建方法

2.1 線狀模塊搭建方法

如圖1所示，采用線狀模塊搭建顯示矩陣時，依據(jù)線狀模塊在電路中起的作用不同將其分為線狀發(fā)光條模塊a1和線狀供電條模塊b1、b2，其中a2是線狀顯示條模塊a1上的點狀發(fā)光源，c是a1之間的信號連接線。

如圖2（a）所示是線狀顯示模塊的局部特征圖，a3是點光源的驅(qū)動電路，a4是線狀顯示條模塊上的一個突起部分，作用是安裝點狀光源a2與驅(qū)動電路a3，這個突起結(jié)構(gòu)的設(shè)計是保障電路功能的前提下盡量縮小發(fā)光條模塊的體積，以便更好地改善遮擋現(xiàn)象；圖2 （b）是線狀供電條模塊的局部特征圖，b3是線狀供電條上的卡接口，作用是方便與線狀顯示條焊接并實現(xiàn)供電作用。

采用線狀模塊式方法組裝產(chǎn)品時，顯示矩陣的供電部分是由供電條模塊b1 與b2來完成，供電條模塊b1與b2分別做電源的正極輸入與負極輸出，并可以根據(jù)流過產(chǎn)品的電流大小適當(dāng)添加供電條模塊的數(shù)量。本方法中供電條模塊除了采用如圖2（b）所示的條狀PCB板外，還可以使用銅柱或漆包線來為整個顯示矩陣來供電，這在本公司產(chǎn)品中都有相應(yīng)的工程產(chǎn)品應(yīng)用，如圖3所示。

在搭建顯示矩陣時，將供電部分模塊化，這樣設(shè)計的好處有如下3個方面：

顯示矩陣的連線更簡單，產(chǎn)品的設(shè)計更整潔，同時也利于維修與拆裝；

讓供電部分模塊化獨立出來，顯示條模塊上只需要布設(shè)信號線，因此可以讓其PCB設(shè)計的很細，這樣做的好處是可以改善三維顯示矩陣中的光源遮擋現(xiàn)象。

（3）顯示矩陣在工作時，供電條模塊是電流的主路，發(fā)光條模塊是電流的支路，每個支路上的電流是比較小的，因此可以讓有限寬度的發(fā)光條模塊上安裝更多的點光源，可以讓本設(shè)計應(yīng)用于大型的二維或三維顯示裝置制造，顯示矩陣可以無限拓展而不受發(fā)光條PCB中可承受電流大小的約束。

2.2 面狀模塊搭建方法

節(jié)所描述的線狀模塊搭建方法中，需要將每一個線狀發(fā)光模塊按照實際矩陣要求排布和固定，如果顯示矩陣較大時，通常需要先將線狀發(fā)光模塊預(yù)排成較小的模塊后再進行顯示矩陣的組裝。線狀顯示單元排布安裝工作一般都是需要人工進行操作，對于大型的顯示矩陣而言，尤其是室外使用的顯示矩陣，由于顯示點距較大、對于安裝精度要求相對較低，上述線狀顯示單元的結(jié)構(gòu)能夠在節(jié)約印刷線路板的成本的同時便于運輸，因此線狀顯示單元的結(jié)構(gòu)是合理的。但是對于顯示精度較高的顯示矩陣而言，要求顯示點距較小，采用線狀顯示單元在安裝時就會存在很大的困難，而且難以保證安裝精度，從而影響顯示效果，針對這類型的工程應(yīng)用，本公司設(shè)計出基于面狀顯示模塊的三維顯示裝置搭建方法。

面狀顯示模塊是由一整塊PCB板鏤空后形成的，如圖4所示，整個PCB板由橫向分布的LED顯示帶a與縱向分布的電路連接帶b均勻布置而組成，其他的地方做鏤空處理。電路連接帶的作用是起到固定和支撐LED顯示帶的作用，同時為LED顯示帶提供信號和電流的輸入與輸出。電路連接帶b可以分為信號連接帶、電源正極連接帶與電源負極連接帶，在具體產(chǎn)品設(shè)計時，可以適當(dāng)添加這些連接帶的數(shù)量，以便可以實現(xiàn)堅固的電路結(jié)構(gòu)和較大電流輸入輸出能力。

面狀顯示模塊的整個加工過程可以由自動化設(shè)備完成，生產(chǎn)效率高而且能夠保證了LED顯示帶a之間的間距，精度高。裝配時只需將PCB鏤空式顯示單元進行對接或者排布即可形成二維或三維顯示矩陣，裝配工藝簡單易行，大大提高的生產(chǎn)效率同時降低了人工成本，還能保證顯示矩陣的顯示精度，圖5是采用本方法后的三維顯示矩陣搭建示意圖。

其中電源縱向連接帶用于向PCB鏤空式顯示模塊上的所有LED顯示帶進行供電，由于每個LED顯示帶中會排布有大量的LED，因此整個PCB鏤空式顯示模塊的工作電流也相對較大，為保證其正常的工作，電源縱向連接帶上設(shè)置印刷線路，且印刷線路的寬度與電源縱向連接帶的寬度相同，這樣能夠保證印刷線路能夠提供足夠的電流，為進一步提高電源縱向連接帶的供電能力兩面都設(shè)有與電源連接的印刷線路。

圖1　線狀模塊搭建示意圖

圖2　線狀模塊搭的局部意圖

圖3　不同材質(zhì)的供電條模塊應(yīng)用案例

圖4　面狀模塊結(jié)構(gòu)示意

圖5　面狀模塊結(jié)搭建三維矩陣示意圖

圖6　線狀模塊化搭建的透明屏應(yīng)用案例

3. 兩種模塊化搭建方法的應(yīng)用比較

線狀模塊化搭建方法適用于顯示點距較大并且對安裝精度要求不嚴格的顯示矩陣應(yīng)用中，尤其對于大型的戶外展示，這樣的線狀結(jié)構(gòu)化搭建方法能夠在節(jié)約印刷線路板的成本同時便于維修拆裝、存放和運輸。另外，線狀模塊化搭建的創(chuàng)新型二維顯示產(chǎn)品，如本公司生產(chǎn)的透明屏因為其既可以LED顯示豐富的動畫又因為其通透的特性，可以展現(xiàn)出更多層次的視覺特性，被廣泛應(yīng)用于新品的展示、家庭的裝修等。如圖6所示為透明屏的實際工程案例。

面狀模塊化搭建方法適用于某些顯示點距較小、顯示精度要求較高的的顯示矩陣應(yīng)用，因為對于這類工程應(yīng)用而言，采用線狀顯示單元在安裝時不僅會耗費人力，而且在組成時因為發(fā)光結(jié)構(gòu)之間的距離很小，會導(dǎo)致組裝的困難并且難以保證安裝精度，從而影響顯示效果。面狀顯示模塊是直接在印刷線路板形成LED顯示帶以及縱向連接帶，然后將其余部分通過沖壓或切割后直接形成鏤空處，整個加工過程可以由自動化設(shè)備完成，生產(chǎn)效率高而且能夠保證了LED顯示帶之間的間距，精度高。裝配時只需將PCB鏤空式顯示單元進行對接或者排布即可形成二維或三維顯示矩陣，裝配工藝簡單易行，大大提高的生產(chǎn)效率同時降低了人工成本，還能保證顯示矩陣的顯示精度。

結(jié)論

本文提出了一種采用模塊化思路來搭建二維或三維顯示矩陣的方法，三維顯示矩陣采用本方法后將可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在實際產(chǎn)品生產(chǎn)安裝時只需要將必要的模塊組裝到一起再使用配套的控制器便可以方便實現(xiàn)三維圖像的展示，利用模塊化思路后不但生產(chǎn)組裝方便，而且利于維修拆裝、存放和運輸；這種模塊化搭建方法應(yīng)用于二維矩陣顯示后，同樣具有上述的優(yōu)點，并且在二維顯示領(lǐng)域產(chǎn)生了很多創(chuàng)新型的應(yīng)用，本公司的透明屏等產(chǎn)品就是該模塊化思路的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。二維或三維顯示矩陣模塊化搭建方法的應(yīng)用使得在產(chǎn)品同質(zhì)化、市場競爭激烈的情況下保障了本公司產(chǎn)品的創(chuàng)新性和先進性。

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中圖分類號：TP29

文獻標識碼：A