Способ прижатия светодиодной ламели к несущей поверхности
METHOD OF PRESSING A LED LAMELLA TO SUPPORTING SURFACE

Изобретение относится к области устройств для представления меняющегося информационного материала и может быть использовано для создания устройств демонстрации наружной видеорекламы.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известно устройство светодиодного экрана (CN 201859616 U, G09F 9/33, 08.06.2011). Устройство представляет собой прямоугольную раму с установленным в верхней части блоком управления с источником питания. К блоку управления подключены светодиодные полосы, размещенные в железных корпусах. Рама содержит поперечные перекладины, на которых размещены постоянные магниты. Эти магниты притягивают железные корпуса светодиодных лент к себе и удерживают их на поверхности рамы. Первым недостатком данного устройства является низкая надежность, возникающая из-за большого количества соединительных контактов в устройстве. А при использовании такого светодиодного экрана в уличных условиях придется обеспечивать герметичность сигнальных разъемов каждой ленты. Вторым недостатком данного устройства является низкое качество изображения вследствие большого расстояния между светодиодными полосами и небольшой плотности светодиодов на квадратный метр. Устройство имеет низкую контрастность. Третьим недостатком данного устройства является сложность технического обслуживания. Для получения доступа к блоку управления спереди сначала необходимо демонтировать светодиодные полосы. Для успешной замены светодиодной полосы сзади необходимо иметь достаточно большой промежуток между полосами, иначе трудно будет установить новую светодиодную полосу на место старой.
Из существующего уровня техники известно устройство светодиодного экрана (US 20090251393 A1, G09G 3/32, 04.04.2008). Устройство содержит группу светодиодных модулей, соединенных последовательно в несколько параллельных линий. Линии закреплены на верхней направляющей, а снизу скреплены между собой усиливающим фиксатором. Первым недостатком данного устройства является отсутствие рамы. Светодиодные модули свободно свисают с верхней направляющей, что не позволяет добиться необходимого для уличных условий сопротивления ветровым нагрузкам и обеспечить высокую точность размещения пикселей относительно друг друга. Из-за этого значительно снижается качество изображения светодиодного экрана. Вторым недостатком данного устройства является сложность технического обслуживания. При появлении неисправности в одном из блоков может потребоваться разборка значительной части устройства.
Из существующего уровня техники известно устройство светодиодного экрана (CN 201465464 U, G09F 9/33, 26.06.2009). Устройство содержит группу узких и длинных светодиодных модулей, соединенных параллельно и образуя единую светодиодную поверхность. Линии скреплены между собой с помощью поперечных алюминиевых профилей, которые прикручиваются к светодиодным модулям с помощью болтов сзади. Первым недостатком данного устройства является отсутствие цельной рамы. Так как светодиодные экраны являются конструкциями, требующими точного взаимного расположения светодиодных модулей относительно друг друга, при размещении светодиодных сегментов на целевой поверхности придется монтировать внешнюю раму. Монтаж внешней рамы может значительно увеличить вес конструкции. Вторым недостатком данного устройства является сложность технического обслуживания. В данном типе светодиодных экранов предусмотрено только заднее техническое обслуживание, так как все монтажные элементы расположены сзади. При необходимости замены светодиодного модуля спереди, придется демонтировать весь сегмент. Сложность технического обслуживания ограничивает сферу применения светодиодных экранов данной конструкции.
Из существующего уровня техники известно устройство светодиодного экрана (CN 201222330 Y, G09F 9/33, 08.07.2008). Устройство состоит из светодиодных модулей, расположенных внутри круглых прозрачных труб. Трубы соединяются последовательно в линии и подвешиваются к управляющим блокам, расположенным в верхней части экрана. Точное расстояние между трубами выдерживается благодаря позиционирующим элементам, представляющих собой плоские пластины с вырезами под светодиодные модули и отверстиями для соединения с соседними аналогичными элементами. Первым недостатком данного устройства является отсутствие цельной рамы, это ограничивает его использование в уличных условиях (из-за больших ветровых нагрузок) и снижает качество изображения. Экраны с такой конструкцией требуют размещения дополнительных позиционирующих элементов на несущей поверхности для обеспечения ровного изображения. Вторым недостатком данного устройства является сложность технического обслуживания. Для демонтажа отдельного светодиодного модуля может потребоваться демонтировать другие модули, составляющих линию. Для замены блока управления необходимо разобрать все подвешенные к нему линии светодиодных модулей. Из-за большого количества независимых элементов, развертывание подобных экранов на несущей поверхности сложно и дорого. Третьим недостатком данного устройства является низкое качество изображения. В устройстве используются прозрачные пластиковые трубы, которые многократно снижают контрастность светодиодного экрана в дневное время суток, а большие расстояния между модулями позволяют видеть фасад здания, расположенный сзади экрана.
Недостатки существующих решений
Современные светодиодные экраны - это сложные цифровые устройства, содержащие миллионы элементов и десятки тысяч электрических связей между модулями. Из-за большой сложности светодиодных экранов для обеспечения надежности и качества особое значение приобретает архитектура инженерных и электронных систем светодиодных экранов.
Изобретение направлено на решение задач создания нового типа светодиодных видеоэкранов для рекламной индустрии, состоящих из набора длинных (до 10 метров) светодиодных ламелей. Светодиодная ламель - это узкая и длинная полоса, передняя поверхность которой покрыта светодиодами. Эти экраны будут обладать низким весом, простотой сборки и обслуживания. Ламельные светодиодные экраны будут использоваться для развертывания крупных цифровых рекламных сетей, где требуются светодиодные экраны стандартных размеров, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками.
До настоящего времени длинные и узкие светодиодные модули использовались в медиафасадах, где отдельный светодиодный модуль содержал одну линию светодиодов, и длина модуля ограничивалась двумя метрами. Медиафасады имеют ряд конструктивных недостатков: большое количество внешних соединений приводит к снижению надежности и повышению стоимости медиафасада; из-за конструктивных особенностей медиафасада сложно обеспечить высокую плотность размещения светодиодов на квадратный метр и высокое качество изображения. Так, в медиафасадах увеличение разрешения приводит к возрастанию количества отдельных светодиодных модулей и снижению надежности всего экрана, а из-за большого расстояния между светодиодными модулями медиафасады имеют низкую контрастность изображения.
В ламельном светодиодном экране, в отличие от медиафасадов, длина ламели равна высоте экрана и может достигать 10 метров. Кроме того, каждая светодиодная ламель может содержать десятки линий светодиодов, а линии светодиодов могут располагаться на расстоянии всего лишь 2 мм друг от друга, что обеспечит высокую плотность размещения светодиодов на квадратный метр.
Задачами, на решение которых направлено данное изобретение, являются обеспечение плотного прижатия светодиодных ламелей по всей их длине к несущей поверхности.
Поставленные задачи решаются следующим образом. Ламельный светодиодный экран состоит из нескольких светодиодных сегментов, соединенных в единую светодиодную поверхность. Каждый светодиодный сегмент включает в себя: раму сегмента (3), несколько светодиодных ламелей (1) и один или несколько блоков управления (2).
На одном конце рамы сегмента (3) размещены направляющие ламелей (11, 12), блокирующие движение светодиодных ламелей по двум осям, перпендикулярным продольной оси рамы сегмента. Направляющие светодиодных ламелей могут быть реализованы в виде отверстий в раме сегмента (11), в которые вставляются стержни, размещенные на концах светодиодных ламелей (19). Направляющие светодиодных ламелей могут быть также реализованы в виде стержней, закрепленных на раме сегмента (12), которые вставляются в отверстия, расположенные на концах светодиодных ламелей (18).
По всей длине рамы сегмента (3) расположены поперечные перекладины (5), представляющие собой листы с вырезами для вставки светодиодных ламелей. Посредством этих перекладин (5) происходит точное позиционирование положения светодиодных ламелей (1) по всей длине рамы сегмента (3), а также блокируется поперечное смещение светодиодных ламелей (1).
С другого конца рамы сегмента (3) светодиодные ламели (1) блокируются с помощью устройства фиксации светодиодных ламелей. Это устройство состоит из нескольких магнитных фиксаторов (8) и фиксирующей планки (6). Фиксирующая планка (6) представляет собой уголок из ферромагнитного материала, на одной стороне которого расположены отверстия (7) для вставки стержней магнитных фиксаторов (8). На другой стороне уголка расположены вырезы (16) для электрических контактов в форме стержней (14) и сигнальных разъемов (17), соединяющих блок управления (2) со светодиодными ламелями (1). Под отверстиями (7), расположенным на фиксирующей планке на нижних концах светодиодных ламелей, расположены отверстия (7) для вставки стержней магнитных фиксаторов (8).
Обеспечение надежного прижатия светодиодной ламели (1) к раме сегмента осуществляется следующим образом. В процессе производства по всей длине светодиодной ламели формируется небольшой радиальный изгиб центральной части светодиодной ламели (1) назад относительно концов светодиодной ламели. При установке светодиодной ламели на несущую поверхность концы светодиодной ламели плотно прижимаются к раме сегмента, а сама светодиодная ламель (1) выпрямляется вследствие обратной деформации в светодиодной ламели (1) возникает сила упругости, направленная на восстановление исходной формы, эта сила прижимает светодиодную ламель (1) по всей ее длине к раме сегмента.
Блокировка движения элементов светодиодного экрана на раме сегмента осуществляется с помощью магнитных фиксаторов (8). Магнитный фиксатор (8) представляет собой стержень с утолщением с одной стороны стержня, который изготавливается с использованием ферромагнитного материала в конструкции. Магнитный фиксатор может быть выполнен в виде стержня с утолщением на конце, на который надето ферромагнитное кольцо (8), прижатое к утолщению стержня. Магнитный фиксатор (8) удерживается на своем месте благодаря силам магнитного притяжения между ферромагнитным элементом магнитного фиксатора (8) и ферромагнитным элементом рамы сегмента. Фиксация продольного движения элемента светодиодного экрана осуществляется за счет того, что магнитный фиксатор имеет в своем составе стержень, который проходит сквозь отверстия (7) в элементе светодиодного экрана и рамы сегмента. При сдвиге элемента светодиодного экрана относительно рамы сегмента, стенки отверстий упираются в края стержня, таким образом блокируется движение элементов светодиодного экрана относительно несущей поверхности.
Фиксация светодиодных ламелей осуществляется следующим образом: сначала светодиодные ламели (1) вставляются в направляющие ламелей (11, 12) под небольшим углом к поверхности рамы сегмента; после вставки светодиодная ламель (1) устанавливается параллельно к поверхности рамы сегмента и сдвигается в обратном направлении; после установки в заданное положение движение светодиодной ламели (1) блокируется фиксатором продольного движения (8).
Фиксация блока (2) управления осуществляется следующим образом: блок управления (2) вдвигается по направляющим блока управления (13); направляющие блока управления (13) блокируют его движение по двум осям перпендикулярным продольной оси рамы сегмента; после установки в заданное положение блока управления (2), его движение блокируется с помощью фиксаторов продольного движения (8).
Фиксаторы продольного движения (8) могут находиться в блокирующем и неблокирующем продольное движение состояниях. Операции установки светодиодных ламелей (1) и блока управления (2) могут производиться независимо друг от друга и в произвольной последовательности. В качестве альтернативы магнитным фиксаторам могут применяться также фиксаторы с резьбой. В этом случае для установки фиксаторов на элементах рамы или элементах светодиодного экрана нарезается резьба, а фиксатор вкручивается в эту резьбу.
Блок управления (2) и светодиодные ламели (1) содержат электрические контакты (14, 15) и сигнальные разъемы (17), размещенные по бокам. После установки светодиодных ламелей (1) и блоков управления (2) в заданное положение электрические контакты (14, 15) управляющего блока (2) и светодиодных ламелей (1) соприкасаются между собой, это позволяет передавать электрическое питание и сигналы от блока управления (2) к светодиодным ламелям (1). Электрические контакты могут быть реализованы в виде набора токопроводящих стержней (14), которые выходят из блока управления (2) и входят в отверстия (15) светодиодных ламелей (1) с электрическими контактами внутри. Также электрические контакты могут быть реализованы в виде набора токопроводящих стержней (14), которые выходят из концов светодиодных ламелей (1) и входят в отверстия (15) в блоке управления (2) с электрическими контактами внутри. Для передачи большого количества управляющих сигналов могут применяться специальные сигнальные разъемы (17), где вместо стержня используется плоская печатная плата с множеством контактов, размещенных на поверхностных слоях, печатной платы.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1-8 изображено устройство ламельного экрана.
На фиг. 9 изображены этапы установки светодиодной ламели на раму сегмента: А - исходное положение - светодиодная ламель отсутствует; Б - положение светодиодной ламели перед вставкой в отверстие направляющей ламели; В - светодиодная ламель вдвинута в отверстие направляющей до конца; Г - светодиодная ламель сдвинута назад и находится в заданном положении; Д - светодиодная ламель зафиксирована магнитным фиксатором.
На фиг. 10 изображены этапы установки блока управления на раму сегмента: А - исходное положение - блок управления отсутствует; Б - блок управления вдвинут наполовину; В - блок управления вдвинут до конца и находится в заданном положении; Г - блок управления зафиксирован магнитными фиксаторами.
На фиг. 11 изображен способ, обеспечивающий надежное прижатие светодиодной ламели по всей длине к несущей поверхности: А - светодиодная ламель, вид сбоку; Б - светодиодная ламель с изгибом, вид сбоку; В - светодиодная ламель с изгибом перед установкой на несущую поверхность, вид сбоку; Г - светодиодная ламель с изгибом после прижатия концов к несущей поверхности и закрепления концов с помощью фиксаторов, вид сбоку.
На фиг. 12-16 изображен один из возможных вариантов промышленной реализации ламельного экрана.
Список чертежей
Фиг. 1. Светодиодный экран.
Фиг. 2. Светодиодный сегмент, в сборе.
Фиг. 3. Светодиодный сегмент, разнесенный вид.
Фиг. 4. Направляющие ламелей, в форме отверстий.
Фиг. 5. Направляющие ламелей, в форме стержней.
Фиг. 6. Управляющий блок с внешними контактами.
Фиг. 7. Управляющий блок с внутренними контактами.
Фиг. 8. Магнитный фиксатор продольного движения.
Фиг. 9. Установка светодиодной ламели.
Фиг. 10. Установка управляющего блока.
Фиг.11. Установка светодиодной ламели с прогибом.
Фиг. 12. Светодиодный сегмент.
Фиг. 13. Светодиодный сегмент, разнесенный вид.
Фиг. 14. Рама сегмента.
Фиг. 15. Светодиодная ламель.
Фиг. 16. Блок управления.
Список элементов, изображенных на чертежах
1. Светодиодная ламель.
2. Блок управления.
3. Рама сегмента.
4. Алюминиевый профиль рамы сегмента.
5. Поперечная перекладина.
6. Фиксирующая планка.
7. Отверстие для фиксатора продольного движения.
8. Магнитный фиксатор продольного движения.
9. Ферромагнитное кольцо.
10. Вентилятор.
11. Направляющая ламели в форме отверстия.
12. Направляющая ламели в форме стержня.
13. Направляющая блока управления.
14. Электрический контакт в форме стержня.
15. Электрический контакт в форме отверстия.
16. Вырез в фиксирующей планке для электрических контактов.
17. Сигнальный разъем.
18. Отверстие в светодиодной ламели для направляющей.
19. Стержень светодиодной ламели для направляющей.
20. Светодиодная поверхность.
Описание изобретения
Ламельный светодиодный экран состоит из нескольких светодиодных сегментов, соединенных в единую светодиодную поверхность. Каждый светодиодный сегмент включает в себя: раму сегмента (3), несколько светодиодных ламелей (1) и один или несколько блоков управления (2).
На одном конце рамы сегмента (3) размещены направляющие ламелей (11, 12), блокирующие движение светодиодных ламелей по двум осям, перпендикулярным продольной оси рамы сегмента. Направляющие светодиодных ламелей могут быть реализованы в виде отверстий в раме сегмента (11), в которые вставляются стержни, размещенные на концах светодиодных ламелей (19). Направляющие светодиодных ламелей могут быть также реализованы в виде стержней, закрепленных на раме сегмента (12), которые вставляются в отверстия, расположенные на концах светодиодных ламелей (18).
По всей длине рамы сегмента (3) расположены поперечные перекладины (5), представляющие собой листы с вырезами для вставки светодиодных ламелей. Посредством этих перекладин (5) происходит точное позиционирование положения светодиодных ламелей (1) по всей длине рамы сегмента (3), а также блокируется поперечное смещение светодиодных ламелей (1).
С другого конца рамы сегмента (3) светодиодные ламели (1) блокируются с помощью устройства фиксации светодиодных ламелей. Это устройство состоит из нескольких магнитных фиксаторов (8) и фиксирующей планки (6). Фиксирующая планка (6) представляет собой уголок из ферромагнитного материала, на одной стороне которого расположены отверстия (7) для вставки стержней магнитных фиксаторов (8). На другой стороне уголка расположены вырезы (16) для электрических контактов в форме стержней (14) и сигнальных разъемов (17), соединяющих блок управления (2) со светодиодными ламелями (1). Под отверстиями (7), расположенными на фиксирующей планке на нижних концах светодиодных ламелей, расположены отверстия (7) для вставки стержней магнитных фиксаторов (8).
Блокировка движения элементов светодиодного экрана на раме сегмента осуществляется с помощью магнитных фиксаторов (8). Магнитный фиксатор (8) представляет собой стержень с утолщением с одной стороны стержня, который изготавливается с использованием ферромагнитного материала в конструкции. Магнитный фиксатор может быть выполнен в виде стержня с утолщением на конце, на который надето ферромагнитное кольцо (8), прижатое к утолщению стержня. В качестве альтернативы магнитным фиксаторам могут применяться также фиксаторы с резьбой. В этом случае для установки фиксаторов на элементах рамы или элементах светодиодного экрана нарезается резьба, а фиксатор вкручивается в эту резьбу.
Блок управления (2) и светодиодные ламели (1) содержат электрические контакты (14, 15) и сигнальные разъемы (17), размещенные по бокам. После установки светодиодных ламелей (1) и блоков управления (2) в заданное положение электрические контакты (14, 15) управляющего блока (2) и светодиодных ламелей (1) соприкасаются между собой, это позволяет передавать электрическое питание и сигналы от блока управления (2) к светодиодным ламелям (1). Электрические контакты могут быть реализованы в виде набора токопроводящих стержней (14), которые выходят из блока управления (2) и входят в отверстия (15) светодиодных ламелей (1) с электрическими контактами внутри. Также электрические контакты могут быть реализованы в виде набора токопроводящих стержней (14), которые выходят из концов светодиодных ламелей (1) и входят в отверстия (15) в блоке управления (2) с электрическими контактами внутри. Для передачи большого количества управляющих сигналов могут применяться специальные сигнальные разъемы (17), где вместо стержня используется плоская печатная плата, с множеством контактов, размещенных на поверхностных слоях печатной платы.
Устройство изготавливается следующим образом. Светодиодная ламель (1) состоит из корпуса, светодиодных модулей и пластиковых крышек. Корпус светодиодной ламели (1) представляет собой алюминиевый профиль, изготовленный методом экструзии алюминия. Светодиодные модули представляют собой печатные платы с напаянными спереди светодиодами и другими электронными элементами, размещенными сзади. Светодиодные модули изготавливаются с помощью стандартных промышленных методов сборки электроники. Пластиковые крышки изготавливаются с помощью метода литья пластика под давлением. Светодиодная ламель (1) собирается из отдельных элементов в законченное изделие.
Корпус блока управления (2) изготавливается из пластика методом литья под давлением. Блок управления (2) содержит модули питания, выходные контакты которых соединены с выходными контактами (14, 15) блока управления (2). Блок управления (2) также содержит контроллер сегмента, который транслирует управляющие сигналы светодиодным ламелям (1) через сигнальные разъемы (17), размещенные рядом с контактами питания (14, 15). Сзади блока (2) управления размещаются алюминиевые радиаторы, изготовленные методом экструзии алюминия, которые служат для охлаждения модулей питания.
Рама сегмента (3) содержит два алюминиевых профиля, изготовленные методом экструзии алюминия. Алюминиевые профили соединены между собой поперечными перекладинами (5). Поперечные перекладины (5) представляют собой листы, вырезанные из цельных композитных панелей на фрезерном станке, и согнутые в короба. Перекладины также могут изготавливаться из тонколистового металла, с помощью лазерной резки и гибки. Перекладины крепятся к фланцам алюминиевых профилям с помощью заклепок. Далее на раму сегмента устанавливаются охлаждающие вентиляторы (10) и крепятся питающие провода.
На раме сегмента (3) также устанавливается фиксирующая планка (6), которая изготавливается из цельного стального листа с помощью лазерной резки и гибки металла. Фиксаторы (8) могут изготавливаться на токарном станке из ферромагнитного магнитотвердого материала с последующим намагничиванием. Магнитные фиксаторы (8) также могут изготавливаться из пластика или магнитомягкого металла, в этом случае на них устанавливаются ферромагнитные из магнитотвердого кольца (9).
Сегмент светодиодного экрана собирается следующим образом: на раму сегмента (3) устанавливаются светодиодные ламели (1), положение которых фиксируется с помощью магнитных фиксаторов (8). После вставки светодиодных ламелей (1) на раму сегмента (3) устанавливается блок управления (2), который также фиксируется с помощью магнитных фиксаторов (8).
Развертывание экрана на несущей конструкции происходит следующим образом: собранные светодиодные сегменты подвешиваются на несущую конструкцию, а их сегменты скрепляются друг с другом болтами. После сборки экрана к блокам управления (2) подключаются питающие и сигнальные провода.
Работа устройства осуществляется следующим образом. При подаче напряжения от сети на блок управления (2) модули питания, входящие в его состав, понижают его до 5 вольт. Это напряжение передается на светодиодные ламели (1) через питающие контакты (14, 15). В контроллер сегмента блока управления (2) поступает поток данных из контроллера экрана, этот поток данных преобразуется и транслируются через сигнальные разъемы (17) на светодиодные ламели. В каждом светодиодном модуле размещены драйверы светодиодов, которые принимают управляющий сигнал от контроллера сегмента и подают ток на светодиоды в соответствии с этим сигналом. При прохождении электрического тока через светодиоды они начинают излучать свет. Таким образом на поверхности (20) светодиодных ламелей (1) формируется изображение.
При излучении света светодиодами значительная часть энергии выделяется в виде тепла, это тепло рассеивается алюминиевыми профилями светодиодных ламелей (1) с помощью конвекции воздуха. Если температура окружающей среды не позволяет отводить тепло с помощью естественной конвекции, то для охлаждения в светодиодных сегментах включаются вентиляторы (10), расположенные по всей длине рамы сегмента (3). Эти вентиляторы (10) прокачивают воздух сзади светодиодного сегмента, охлаждая светодиодные ламели (1). Для принудительного охлаждения блока управления (2) светодиодного сегмента используются вентиляторы (10), размещенные на раме сегмента (3) сзади блоков управления (2). Поток воздуха этих вентиляторов (10) направлен непосредственно на радиаторы блоков управления (2), расположенные на задней стороне блоков управления (2). Такое решение позволяет обеспечить интенсивное охлаждение модулей питания блока управления (2) через радиаторы.