專利名稱:多色發(fā)光動態(tài)顯示器的制作方法
本發(fā)明涉及移動標記牌，更具體地說是涉及顯示的字符或其它圖象看起來象是在移動的發(fā)光圖形顯示器。
這種顯示器被稱為電子移動圖象標記牌，並已出現以白熾燈、發(fā)光二極管或液晶作為象素的點陣結構。例如，公開在美國專利3384888(Rarnden，Jr.等人)，3573790(Schulenburg，Snr.等人)，3623070(Johnson等人)，3651511(Andrews等人)，4205312(Nelson)和4386351(Lowdensiager)中的裝置。燈的控制已借助于光或機械開關由標簽帶和繼電器來實現，或者采用通過雙向可控硅或類似器件的電子開關來實現，但是，白熾燈需要經常的維護因而價格昂貴。發(fā)光二極管顯示器有時應用了硬件邏輯或微處理機，使信息能快速更新，而且運行可靠、功耗低。美國專利4024531(Ashby)描述了這樣一種顯示器。如果需要多色標記牌時，因每一種基本色都要來用各自的象素，所以大大地提高了成本，同時分辨率也不好。
美國專利4162493(Ross等人)公開了一種移動圖象顯示器，它不依賴點陣每一列的光源的發(fā)光，而是依靠培泰(Beta)效應來實現水平方向字符視在的流動運動。當所有的光源具有單一顏色時，可以在另一種背景顏色上產生一種顏色的運動圖象。
本發(fā)明的目的是要提供一種多色發(fā)光的動態(tài)顯示器，實現它并不需要顯著地增加象素的總數，而這一點在單色顯示器中往往是必要的。
按照本發(fā)明，提供一個產生在預定平面內移動的多色圖象的視覺印象的顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個由許多發(fā)光元件行形成的、受激勵時至少以兩種顏色發(fā)光的點陣，並被排列成使所述預定平面中的象漸進運動時，所述發(fā)光元件接續(xù)的單元與它們所代替的發(fā)光單元有不同的顏色;存貯裝置，用來存貯代表要由所述點陣顯示圖象的數據;以及一個驅動所述點陣的驅動電路，它對所述存貯裝置中的數據起響應，使與該數據對應的發(fā)光元件發(fā)光，從而通過所述點陣產生一個可感到是在所述平面的一個方向上移動的圖象，該圖象還包含了顏色由所述的至少二種顏色中的某些混合而成的象素。
本發(fā)明的一個特點是采用培泰效應，如在Ross等人的專利中提到的那樣，不減少起移動圖象照明作用的點陣的列的數目，而由相鄰的不同顏色的光源列獲得光的混合。
優(yōu)選的實施例還有一個特點是點陣中各個燈的亮度是可控制的，以便在形成的圖象象素中產生多種色調。
另一個特點是這種控制可由一個時分割裝置、簡單可靠地獲得。
參照附圖將更清楚地理解本發(fā)明，附圖中圖1是解釋被稱為培泰效應現象的圖;
圖2顯示了用在本發(fā)明中的和在點陣中的彩色象素的一種優(yōu)選型式。
圖3A，B，C表示了三種可供選擇的點陣象素的型式;
圖4是一個優(yōu)選的控制電路的方塊圖;
圖5是該電路的彩色譯碼部分的方塊圖。
本發(fā)明的多色發(fā)光動態(tài)圖形顯示器可以放置在一個正面有透明窗口的細長形箱內，窗后設有一個發(fā)光二極管10組成的點陣，透過窗可以看到這些二極管點陣的行和列，當它們被激勵發(fā)光時，窗口可顯示一個圖象從一端到另一端，從頂到底或在相對窗口的任何一個或多個方向移動的視覺印象。為了用圖來說明，下面的描述中將假設視在運動是從右端向左端的，現在先說明一種優(yōu)選可被采用的電子控制設備。
圖2和圖3A，3B及3C畫出了一種發(fā)光二極管的點陣排列25。發(fā)光二極管或光源10是由按預定方式排列的兩種顏色(比如紅和綠)組成的。本發(fā)明采用這樣一種方式是因為要觀察到圖象從顯示器的一端到另一端運動，即在水平面內的運動。在如圖3A及3B所示的交替排列行的顏色或對角線的顏色時，將表現產生垂直運動的功能。在圖3C的情況下，列的交替涉及三種顏色，這樣在顯示器上將具有更多的顏色混合變化。
本發(fā)明的運行是利用了著名的培泰效應現象，這個效應是由人眼對圖象的視覺暫留作用產生的，在某個時間間隔內當接連而來的光源在不同位置被看到時，觀察者將產生連續(xù)運動的錯覺。參照圖1，將說明如何把這一效應用于本發(fā)明。如果假定通過移位寄存器11，閂鎖信號通過加上時鐘脈沖被依次地加到由光源10組成的接續(xù)的一連串的列12上，並由輸入數據控制使燈列12A和12B中的光源真正發(fā)光。然而，由于人眼的視覺暫留作用，燈列12A處的象將繼續(xù)在燈列12A′及12A″的所有“X”的位置上被看到，燈列12B′及12B″也有同樣的情況。這種效應以前在設計單色的運動標記牌時已被認識到，例如在所述的Ross等人的美國專利中就公開過。如圖2中所畫的那樣，通過給燈列12A′的光源10提供不同于燈列的顏色，已發(fā)現觀察者感覺到的是這兩個燈列的兩種顏色的混合、因而產生的是與這兩種顏色都不同的象。此外，通過不啟通比如說綠的燈列，可以看到該運動圖象整個是、比如說紅的一種顏色，當不啟通紅的列時，就產生一種綠色象的感覺。借助于快速切換，可以啟通或不啟通點陣25中不同位置上的不同燈列以提供一種多色彩的感覺。若紅、綠燈列相繼發(fā)光，象將被感到是黃色。應當理解，若像圖3C所示那樣將第三種顏色(蘭)結合進來，實際上就能顯示光譜中的每一種顏色。另外，通過對不同于用在被顯示字符的光源10的選擇性發(fā)光就可以給運動圖象提供一種具有與圖象顏色不同的照明背景。同時還將會看到，本發(fā)明不必更緊密地密集包含在顯示器中的光源10，就可以達到多種色彩的特點。在整個說明書中，觀察者可看到的每個圖象元素稱為“象素”，而不管它是否是基本的顏色或者只是視在的顏色混合的結果。另外，在某些場合下提到“行”既可指點陣25中的水平行，也可以指點陣中的豎直列。
圖4和圖5畫出了該顯示器的電子控制電路。一般，產生視在運動圖象的方法是靠字母數字點陣的掃描產生的。該點陣的行(X)和列(Y)是可編址的以便驅動、譯碼和尋址。點陣25給出了編址的發(fā)光二極管數目所需要的最少的電聯(lián)接引線數。X-Y編址的優(yōu)點是，若采用這種編址，用一個只續(xù)存貯器(ROM)13就可以為25個或更多個點陣服務。為了使用這種點陣產生字母、數字符號，采用稱為選通或掃描的方法。借助于每次選擇一行(或一列)光源10，並經由多路信號調制器15激勵該行中適當的光源10，信息被送到顯示器，此程序繼續(xù)用于接續(xù)的各行。從本質上說，這種方法是一種在顯示器的行(或列)之間的時分割技術。按隨機或預定次序選擇好了所有的行后，重復這一過程。若掃描頻率以大約每秒100次執(zhí)行，會產生一個無閃爍的圖象。當信息是從行到行、即從頂向底選通時，這種顯示方式稱為垂直選通。反之，當信息是從列到列、即從左到右被掃描時，這種方式被稱為水平選通。由于對X-Y點陣中的每個光源10都具有編址能力，所以借助電子控制可以改變圖象的位置和形狀。
已經發(fā)現，由于任何光源10完全發(fā)光是瞬時的，那么在光源各自被掃描的時間間隙內，借助改變它的發(fā)光時間，就可以改變或調節(jié)光源10的可感亮度。采用上述點陣時，在時分割基礎上提供給每一行或列可利用的掃描時間是一個短時間段。在行掃描中，每行的可利用的時間典型情況下是，把行的總數分配給20毫秒，因而在7行的情形下，每行將具有大約3毫秒可利用的時間。行中光源10的視在亮度，可以通過調整可利用的時間內光源10的發(fā)光時間而改變。例如，若使第一行僅在可利用時間的30%內啟通，那么將看到該行光源10的亮度僅為在100%可利用時間都啟通的光源的亮度的30%。因此，發(fā)明的一個特征是將每行的可利用時間分為33%和66%兩部分，並借助列驅動器使該行中被選定的光源10，每個部能有效地產生4種顯然不同的亮度等級。例如，若一個燈不論在該行可利用時間的哪一個部分都不被啟通，那么其亮度為0%。若它在第一部分時間內啟通，它將具有33%的可感亮度，只是在第二部分時間內啟通，其亮度為66%。然而，若該燈在兩部分時間內都啟通，它將具有100%的亮度。應當了解，把可利用時間分成更多部分會得到更多級別的可感亮度。
把具有不同可感亮度的不同顏色的光源10同培泰效應的疊加作用相結合，就可以產生幾乎所有的顏色和光譜色調。在此提出的方案中，采用了紅和綠的基本顏色光源10，並用四個亮度等級，可以獲得16種顏色及色調，它們是
黑色紅色 -暗紅、正紅及鮮紅橙色 -正橙和鮮橙琥珀色 -鮮琥珀色黃色 -暗黃、正黃及鮮黃檸檬色 -鮮檸檬色石灰蘭 -正石灰蘭和淡石灰蘭綠色 -暗綠、正綠和淡綠因此，在點陣25中的任何單個光源10或光源組都能以這些可獲得的任何一種顏色被看到。這就可以顯示復雜的多色圖形，並保持原事物的信息。
顯示器還具備引人注目的特點，只要通過在圖象后沿界面處產生一黑影，在一個不同顏色的背景上出現一個可感覺的彩色信號。
下面將對圖4和圖5的電路作出更詳細的說明。通過給顯示點陣25上的每一個光源賦予一個來自信息變換存貯器13的相應的二進制碼或碼組，可以得到要被顯示的圖象。要改變顯示圖象中任何一個象素的顏色，只需調整該存貯器13中與其對應的碼或碼組。存貯器13中的邏輯電平“1”與前景的彩色象素相對應，而邏輯電平“0”與背景彩色象素相對應。借助于微處理機或計算機，調節(jié)改變和操作存貯器13的內容，可以引起點陣25上的顯示圖象的變化。數字轉換器、圖片機及VDC(視頻單元)終端等也可以接到微處理機上、幫助產生和控制數字圖象。
如圖4所示，二進制數變換存貯器13只與象素的前景和后景狀態(tài)相對應。顏色和亮度信息被存貯在微型計算機中，並由計算機在字塊的基礎上、例如針對每個字符，按要求調節(jié)。這種安排只對字符顯示特別適合，它允許賦予前景象素一種顏色，賦予背景象素另一不同的顏色。這種顏色的組合能在字符或字塊的基礎上改變以便允許在十六種可獲得的顏色中挑選任意兩種，例如，可選擇在一種琥珀色背景上呈現紅色的字母。對單個象素也可以進行顏色選擇的調節(jié)，然而，這將需要有大得多的計算機系統(tǒng)。每個象素在存貯器13中可以有一個對應的半字節(jié)(四位二進制數)以便任一象素都能被賦予16種可獲得顏色組合中的任一種顏色。雖然這需要更復雜的計算來產生和控制圖象，但它卻可以更容易地顯示多色圖象?？墒?，圖4中畫出的裝置，目前仍是值得推薦的。
如圖所示，存貯器13是一個隨機存取存貯器(RAM)，它的數據內容可以通過微處理機的數據和地址總線調整。存貯器13中存貯著要在點陣25上顯示的圖象的數字重現內容。存貯器13中接續(xù)的字節(jié)同點陣上接續(xù)的列相對應，而每個字節(jié)中單個的二進制數組(半字節(jié))同點陣25中的每個豎列中各個光源10對應。因此字節(jié)間的相鄰數據位同點陣25上光源10的行對應，使得數據位D0與點陣頂端的水平行對應，而數據位D1……Dn同下面各行相對應。當采用垂直選通方式對點陣25進行多路調制時，必須向移位寄存器17周期地輸入新數據。大約在3毫秒時間內，點陣25的行從最低一行Dn開始逐漸向上被更新。
如上所述，本發(fā)明的又一特點是要便于選擇光源10的亮度、以便在多色圖象顯示中便于選擇色調。這種亮度選擇有可能依靠控制施加在光源10上的電流來實現，但是需要對光源10獨立的摸擬控制，特別對于多色圖形顯示更是必需如此，這將大大提高設備的成本。例如所有的移位寄存器17將需要可能對每個光源具有不同的可選擇的衰減的多路輸出。按照本發(fā)明，在此3毫秒更新期中，每一行被更新兩次使顯示亮度發(fā)生變化。在該要求的時間間隔內，定時器中斷微型計算機的工作。當微型機接到該中斷信號時，即中斷其所有操作。然后將亮度同步置到相應于光源10總亮度1/3的“0”邏輯電平上。點陣25上下一次需要更新的行，通過被設置在寄存器14中的一個二進制數被選定並被加到多路調制器15上，該多路調制器是經一個顏色譯碼器16將有關數據信息送到移位寄存器17進行工作的。然后，由微機通過顏色譯碼器的寄存器21將第一個字符或字塊送入顏色譯碼器。
使用微機地址總線將存貯器13中的顯示數據的第一個字節(jié)放置到數據總線上(D0…Dn)，然后將被選定的數通過多路調制器15和顏色譯碼器16輸入移位寄存器17。系統(tǒng)時鐘產生的脈沖使這個數移位進入移位寄存器17的第一寄存器20。然后，地址總線編號遞增，將下一個字節(jié)(列數據)放置到數據總線上，并用時鐘信號將其記入移位寄存器17，由此使第一個數據順著沿動一個寄存器位置。對在二次時鐘脈沖之間需要顏色變化的所有列，重復這一過程。在所有字節(jié)被移入后，經寄存器14，調節(jié)行選擇信號解調器18和行驅動器19，產生被選擇的行，同時移位寄存器17中的數據，由外部設備(PE)總線上的脈沖將其轉移到寄存器20中。然后由寄存器20中的數據或者啟通或者不啟通驅動器22。每個驅動器22，典型地是一個復合晶體管陣列，當它被啟動時，允許電流通過它接地。行驅動器19，典型地是MOS場效應大功率晶體管，其選定的器件允許電流從高壓電源的正端通過它本身。因此通過行驅動器19到點陣25的一個行形成回路。如果與這一行中的某些發(fā)光二極管對應的列驅動器22被啟通，則該行中這樣一些各別的發(fā)光二極管就會發(fā)光。在列里的電阻24起限制電流的作用，使流過發(fā)光二極管的電流大約在110MA左右。
在定時器23發(fā)出中斷信號后大約1毫秒，這一行的更新將在邏輯“1”的亮度同步下，它相應于完全發(fā)光亮度的2/3的亮度下重新進行。對每一個各別的行都進行這一程序，并且大約每20毫秒整個點陣25完全更新一次，這樣觀察者在顯示器上將看到一個連續(xù)的視在圖象。
如果上述點陣25由交替的紅、綠燈列組成，要顯示一個全紅的圖象只啟通紅色的燈列，同樣，只啟通綠色的燈列就得到純綠的圖象。要顯示黃色或黃色調的圖象，紅、綠燈列都要啟通，并需要對交替的紅、綠燈列的亮度進行調節(jié)以產生需要的色調。例如，要產生鮮石灰蘭色，綠光源應以全亮度(100%)啟通，即在亮度同步的兩個階段都要被啟通，向紅燈光源啟通1/3的亮度，當它們利用培泰效應相疊加時，就產生石灰蘭色。要在同一屏幕上產生有不同顏色的圖象，可以在相關的數據被輸出以前，直接改變顏色的選擇。
顏色的選擇是通過將一個8位的二進制數輸入寄存器21(見圖5)來進行的，下面的表列出了可以獲得的前景和背景顏色組合
顏色選擇引線A-D選擇前景引線A1-D1選擇背景D C B A 顏色0 0 0 0 黑色0 0 1 0 紅色0 0 1 1 鮮紅0 1 0 0 暗綠0 1 0 1 暗黃0 1 1 0 橙色0 1 1 1 鮮橙色1 0 0 0 綠色1 0 0 1 石灰蘭1 0 1 0 黃色1 0 1 1 琥珀色1 1 0 0 鮮綠1 1 0 1 鮮石灰蘭1 1 1 0 檸檬色1 1 1 1 鮮檸檬色例如，若選定一個6進制數8E，那么前景數據的顏色是綠色，而背景為檸檬色。串行數據經引線9進入多路調制器22。電平“1”對前景選擇起作用，電平“0”對背景選擇起作用。集成電路觸發(fā)器23對系統(tǒng)的時鐘進行2分頻、使得多路調制器15和點陣25上列之間顏色同步，觸發(fā)器23的引線6上的電平“1”對應于點陣25上紅色的列，電平“0”與綠色的列相對應，或反之亦然，這取決于實際使用的點陣裝置。集成電路塊24是一個移位寄存器，它和門電路25、26相配合在字符上產生后面的陰影。若進入的串行數據位是“0”(即背景信息)而先前的數據位(由引線3提供的)是“1”(即前景信息)，那么現在輸入的數據位將通過把多路調制器17的引線7置于電平“1”而完全不起作用，在字符后面產生一個黑的后沿。要知道，在采用更大的多路調制器23時，后面的陰影可能被譯碼成為任何可獲得的顏色。例如，若輸入的串行數據是對前景選擇起作用的電平“1”，通過在寄存器21中設置6進制數20將形成在黑色背景上紅色前景的顏色選擇。當亮度同步為表示1/3亮度的“0”或顏色同步為表示綠色的“0”，多路調制器23的輸出將為“0”相對應的光源將不發(fā)光。然而當亮度同步是“1”並且顏色同步也是“1”，這時多路調制器23將輸出電平“1”，光源10將發(fā)光。因此，多路調制器22形成一個數字過瀘網或瀘波器，以便只在有關時間內(決定亮度)使光源10的有關列發(fā)光，從而產生選定的顏色和色調。
保護定時器27是一個重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)集成電路，它由系統(tǒng)的時鐘脈沖選通。一個單個的時鐘脈沖將使高輸出維持大約3.5毫秒，然后無論什么原因，只要沒有系統(tǒng)時鐘脈沖，輸出將降低、并清除移位寄存器17的內容，使行驅動器19不工作。這樣防止了發(fā)光二極管上流過連續(xù)的高電流和可能由此引起的任何損壞。
上面已對最優(yōu)實施例作了描述，但是顯然在本文提到的一些其它形式和修正仍然可能在本發(fā)明范圍之內。例如，盡管優(yōu)選的實施例中采用了發(fā)光二極管作為光源10，實際上任何發(fā)光器件或物質、光控器件或物質都能用來獲得培泰顏色混合效應。屬于這類的顯示器有液晶顯示器、電一機顯示器、真空螢光顯示器、氖顯示器和白熾顯示器。另外，也可以以混合的組合方式采用多種不同類型的光源。例如，可用紅、綠的發(fā)光二極管與蘭色的氖燈組合，獲得所有的基本顏色。
需要說明的是，已經發(fā)現，在改變列數據信息期間對該顯示器進行多路調制的過程中，顯示器不起作用，這意味著顯示器內的列越多，給每一行的可利用時間越短。這將嚴重限制可編址的列的數目，並引起顯示器亮度總的減弱。為了解決這個問題，優(yōu)選的實施例在移位寄存器17和列驅動器之間設有一集成電路的寄存器20。這樣，由于直到該寄存器外部設備線上的一個脈沖從移位寄存器17傳輸新數據給它們之前，這些寄存器將保留其先前的信息，從而使顯示器在列數據改變時將保持起作用。
權利要求
1.一個產生在預定平面內移動的多色圖象視覺印象的顯示系統(tǒng)，包括一個由許多發(fā)光元件行形成的、受激勵時至少以兩種顏色發(fā)光的點陣，並被排列成使所述預定平面的象漸進運動時，所述發(fā)光元件接續(xù)的單元同它們所代替的發(fā)光單元有不同的顏色；存貯裝置，用來存貯代表由所述點陣要顯示的圖象的數據；以及一個驅動該點陣的驅動電路，它對所述存貯裝置中的數據起響應，激勵與所述數據相對應的發(fā)光元件發(fā)光，從而通過所述點陣產生一個可感到是在所述預定平面的某一方向上移動的圖象，該圖象包含了顏色由所述的至少二種顏色中的至少若干個混合而成的象素。
2.一個如權利要求
1所述的顯示系統(tǒng)，其中所述的元件單元，每個都是單獨一個發(fā)光元件。
3.一個如權利要求
1或2所述的顯示系統(tǒng)，其中所述的驅動電路包括對形成所述點陣的座標之一的發(fā)光元件的行進行掃描的裝置，對形成所述點陣的另一座標的所述發(fā)光元件的行施加激勵能量的裝置，所說的存貯裝置的輸出與所述的掃描裝置和所述的能量施加裝置相連接。
4.一個如權利要求
1所述的顯示裝置，其中點陣被排列成發(fā)光元件組成的重復的行組，每個所述的行組至少包括兩個行，在所述組中任何一行里的每個發(fā)光元件具有相同的顏色，而該行組中每一行中的發(fā)光元件的顏色與同組其它各行的發(fā)光元件的顏色都是不相同的。
5.一個如權利要求
4所述的顯示裝置，其中所述的這些行垂直于所述的預定平面放置的。
6.一個如權利要求
5所述的顯示裝置，其中所述的預定平面在所述點陣上看起來大體是一個水平面，所述發(fā)光元件的行在所述點陣里是垂直延伸的。
7.如前面任一權利要求
所述的顯示系統(tǒng)，其中發(fā)光元件是發(fā)光二極管，所述的兩種顏色是紅色和綠色。
8.一個如權利要求
7所述的顯示系統(tǒng)，其中有三種不同的發(fā)光元件，並且第三種顏色是蘭色。
9.一個如權利要求
1所述的顯示系統(tǒng)，其中在所述掃描裝置掃描點陣的期間，在一個單個的時隙中可利用的時間被順次提供給所述發(fā)光元件的每個座標行，並在所說可利用時間內限制每個所述行中發(fā)光元件激勵時間的裝置，借此所述發(fā)光元件的可感亮度是可以控制的。
10.一個如權利要求
9所述的顯示系統(tǒng)，其中所述的限制裝置將所述可利用時間劃分為33%和66%兩部分，由此在所述發(fā)光元件中提供四種亮度增量。
11.一個如權利要求
1所述的顯示系統(tǒng)，其中所述掃描裝置包括通過寄存器同點陣相連的移位寄存器，從而使點陣在由一行到另一行改變數據信息的周期內，保持起作用的狀況。
12.一個大體上如前參照附圖所述的顯示系統(tǒng)。
專利摘要
一種產生移動多色圖象印象的顯示系統(tǒng)，通過掃描排列在點陣中具有不同顏色的發(fā)光元件(10)的點陣陣列(25)，使得在圖象移動的方向上產生元件交替的顏色。系統(tǒng)還包括一個用二進制數表示所述圖象、并控制所述發(fā)光元件的每一個的發(fā)光狀態(tài)的數據存貯器(13)，以影響隔行中不同顏色的接續(xù)的元件的發(fā)光。借此可看到圖象的視在運動，并由于培泰效應，圖象的可感象素具有與發(fā)光元件顏色不同的色彩。
文檔編號G09G3/32GK86106967SQ86106967
公開日1987年7月15日 申請日期1986年9月23日
發(fā)明者安東尼·保羅·范德文 申請人:顏色顯示器有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan