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(lè)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(duì)來(lái)說(shuō)三維顯示可以更充分地表現(xiàn)出對(duì)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(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文提出了一種采用模塊化思路來(lái)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)安裝時(shí)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(shí)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(yùn)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(diǎn)，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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下保障了本公司產(chǎn)品的創(chuàng)新性和先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：二維顯示；三維顯示；模塊化設(shè)計(jì)

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(diǎn)，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(shí)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(gè)略有不同的二維圖像，稱之為“體視對(duì)（stereo pair）”，將之顯示在同一個(gè)平面上，然后通過(guò)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(duì)提供的視差信息，人腦會(huì)自動(dòng)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(guò)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(wú)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(lái)，然后利用光的衍射原理，在一定條件下進(jìn)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(yàn)階段，還不能達(dá)到應(yīng)用的需求，同樣也無(wú)法適用于室外展示使用；透視三維顯示是利用多種計(jì)算機(jī)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(lái)對(duì)深度信息進(jìn)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(chǎng)景以透視形式顯示在二維屏幕上，這種方法其實(shí)并不是一種真正的三維顯示；體三維顯示包含基于視覺(jué)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(gè)二維表面的周期性運(yùn)動(dòng)，把預(yù)先處理的原始三維信息按時(shí)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(jìn)行刷新，由此可以實(shí)現(xiàn)三維圖像的展示；靜止型顯示是采用點(diǎn)光源在空間內(nèi)搭建一個(gè)三維的顯示矩陣，根據(jù)顯示需要點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)光源構(gòu)成相應(yīng)的圖案或者動(dòng)畫，這種顯示技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)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(duì)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(gè)三維的顯示矩陣，本文所描述的顯示矩陣模塊化設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)，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(diǎn)狀發(fā)光源，c是a1之間的信號(hào)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(diǎn)光源的驅(qū)動(dòng)電路，a4是線狀顯示條模塊上的一個(gè)突起部分，作用是安裝點(diǎn)狀光源a2與驅(qū)動(dòng)電路a3，這個(gè)突起結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)供電作用。

采用線狀模塊式方法組裝產(chǎn)品時(shí)，顯示矩陣的供電部分是由供電條模塊b1 與b2來(lái)完成，供電條模塊b1與b2分別做電源的正極輸入與負(fù)極輸出，并可以根據(jù)流過(guò)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(lái)為整個(gè)顯示矩陣來(lái)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(shí)，將供電部分模塊化，這樣設(shè)計(jì)的好處有如下3個(gè)方面：

顯示矩陣的連線更簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更整潔，同時(shí)也利于維修與拆裝；

讓供電部分模塊化獨(dú)立出來(lái)，顯示條模塊上只需要布設(shè)信號(hào)線，因此可以讓其PCB設(shè)計(jì)的很細(xì)，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(shí)，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(gè)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(diǎn)光源，可以讓本設(shè)計(jì)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(wú)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(gè)線狀發(fā)光模塊按照實(shí)際矩陣要求排布和固定，如果顯示矩陣較大時(shí)，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(jìn)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(jìn)行操作，對(duì)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(diǎn)距較大、對(duì)于安裝精度要求相對(duì)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(shí)便于運(yùn)輸，因此線狀顯示單元的結(jié)構(gòu)是合理的。但是對(duì)于顯示精度較高的顯示矩陣而言，要求顯示點(diǎn)距較小，采用線狀顯示單元在安裝時(shí)就會(huì)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(duì)這類型的工程應(yīng)用，本公司設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)為L(zhǎng)ED顯示帶提供信號(hào)和電流的輸入與輸出。電路連接帶b可以分為信號(hào)連接帶、電源正極連接帶與電源負(fù)極連接帶，在具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，可以適當(dāng)添加這些連接帶的數(shù)量，以便可以實(shí)現(xiàn)堅(jiān)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(gè)加工過(guò)程可以由自動(dòng)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(shí)只需將PCB鏤空式顯示單元進(jìn)行對(duì)接或者排布即可形成二維或三維顯示矩陣，裝配工藝簡(jiǎn)單易行，大大提高的生產(chǎn)效率同時(shí)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(jìn)行供電，由于每個(gè)LED顯示帶中會(huì)排布有大量的LED，因此整個(gè)PCB鏤空式顯示模塊的工作電流也相對(duì)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(jìn)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(diǎn)距較大并且對(duì)安裝精度要求不嚴(yán)格的顯示矩陣應(yīng)用中，尤其對(duì)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(shí)便于維修拆裝、存放和運(yùn)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?yàn)槠浼瓤梢訪ED顯示豐富的動(dòng)畫又因?yàn)槠渫ㄍ傅奶匦裕梢哉宫F(xiàn)出更多層次的視覺(jué)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(shí)際工程案例。

面狀模塊化搭建方法適用于某些顯示點(diǎn)距較小、顯示精度要求較高的的顯示矩陣應(yīng)用，因?yàn)閷?duì)于這類工程應(yīng)用而言，采用線狀顯示單元在安裝時(shí)不僅會(huì)耗費(fèi)人力，而且在組成時(shí)因?yàn)榘l(fā)光結(jié)構(gòu)之間的距離很小，會(huì)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(guò)沖壓或切割后直接形成鏤空處，整個(gè)加工過(guò)程可以由自動(dòng)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(shí)只需將PCB鏤空式顯示單元進(jìn)行對(duì)接或者排布即可形成二維或三維顯示矩陣，裝配工藝簡(jiǎn)單易行，大大提高的生產(chǎn)效率同時(shí)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(lái)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)安裝時(shí)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(shí)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(yùn)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(diǎn)，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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下保障了本公司產(chǎn)品的創(chuàng)新性和先進(jìn)性。

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中圖分類號(hào)：TP29

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