專利名稱：發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及物體裝飾顯示裝置，是一種發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，特別適用于建筑物體輪廓顯示的裝飾燈或及電子招牌。
琳瑯滿目的各種燈具構成了夢幻般的世界，夜間不但給人類帶來了光明又是營造都市繁華、喧鬧、多姿多彩的重要角色。怎樣用燈飾來裝點現(xiàn)代都市林立的高樓，白天不影響樓的美觀，夜間卻能體現(xiàn)不同的大樓外形輪廓，使其婉如披上一件霓裳，有不同顏色、不同變化的夢幻色彩；或在樓的正面安裝十年、二十年不損壞白天晚上都有可視性的鈦金字招牌。用現(xiàn)有高壓玻璃硬管霓虹燈或塑料軟管燈能否達到目的呢？應該說是可以的。但存在難以克服的缺陷，一是壽命短，需要經常維修，中間有一段或幾段不亮，十分難看，破壞了整體性和連續(xù)性。硬管霓虹燈，國外壽命為20000小時，我國上海，北京地方標準中要求不低于2000小時(見98年人民郵電出版社出版的《霓虹燈及其控制技術》一書，23頁)。近年來各城市出現(xiàn)了不少霓虹燈小廠，生產設備陳舊，從業(yè)人員未經過正規(guī)培訓，所制作的霓虹燈故障率高，使用壽命縮短更是屢見不鮮。塑料軟管燈生產廠家未標出使用壽命，其發(fā)光的小白熾燈炮是鎢絲，壽命為1000小時-3000小時(見電子愛好者手冊)。二是耗電量大，不利于節(jié)約能源，用戶的使用費用亦增大。驅動10米長霓虹燈管用老式非節(jié)能型變壓器，電功耗為450瓦，節(jié)能型電子變壓器電功率為150瓦，10米塑料軟管燈約400只小燈炮，電耗為60-72瓦。
又美國Fiber Tech Internationai公司所創(chuàng)發(fā)光光纖中，有一種側向輝光光纖，在其兩頭用囟化物燈泡電光源(美國產，每只電功率150-350W，價格700元左右)對其通電照光，則光纜沿其長度發(fā)光，加色盤轉動后可變色，可應用于建筑物輪廓顯示和酒巴、舞廳等裝璜但價格貴。直徑φ0.476cm，每米43.7元；φ0.79cm，每米120元；φ1.11cm，每米174.5元；φ1.428cm每米235元。南京光纖研究所下屬雨花公司所生產的φ0.5cm側光光纖，每米100元但發(fā)光不均勻。經海南富達科技實業(yè)有限公司光纖霓虹車間多次試驗，無論是國產還是德國歐斯瑯或日本富士高亮聚光冷囟燈杯其使用壽命為50-數(shù)百小時不等。燈炮的壽命決定了光纖制品的壽命。從價格、壽命、節(jié)能等方面衡量，側光光纖目前乃至今后相當長的一段時間難以推廣普及。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術之不足而設計一種使用壽命長、耗電量低的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈。
本實用新型的目的是通過以下措施來實現(xiàn)的該發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈包括電線槽、發(fā)光二極管和電源，電線槽包括上蓋和底座，在上蓋上有安裝孔，發(fā)光二極管安裝在安裝孔內，發(fā)光二極管串聯(lián)構成供電組，各供電組再并聯(lián)后接在交流電源上。發(fā)光二極管串聯(lián)并串聯(lián)限流電阻后構成供電組。各供電組并聯(lián)并安裝可控硅及控制電路后接在電源上。當采用紅、綠、橙、黃四種單色發(fā)光二極管相間等距離排列或同色并列成兩排或同色集中組成一幾何圖案以顯示四種顏色呈多種花樣變化時，同色發(fā)光二極管若干段內的發(fā)光二極管串聯(lián)成供電組，各供電組之間再并聯(lián)后接在交流電源上。當采用紅綠雙色雙腿發(fā)光二極管時，按紅色為一方向，綠色為另一方向400只相間排列為四路，同一路內100只相串聯(lián)，每路首尾兩端各有一只有常閉常開觸點的繼電器；四路分別接在各繼電器的中心觸點上，通過繼電器觸點的同時切換達到改變電流方向實現(xiàn)紅綠變色的目的。當用紅色超高亮發(fā)光二極管時，同一路串聯(lián)沿鈦金字的筆劃邊緣排列為一組供電組，多個供電組并聯(lián)做出字的輪廓。當應用于紅綠變色招牌制作時，將每個字的發(fā)光二極管總數(shù)分為等于或小于100只的若干組，各組并聯(lián)后同時接入有兩組常閉常開觸點的繼電器上，并分別串入可控硅及限流電阻。當應用于多種花樣的變化或招牌文字多種亮滅跳變時，必須有16、32、64、128、256個連續(xù)脈沖產生電路，這些用數(shù)字電路相互搭配、組合所形成的時序脈沖，為開關二極管編程三極管放大后的信號控制可控硅通斷。當大面積應用于高樓大廈紅、綠變色上下掃描或豎直安裝在大樓正面作左右掃描時，紅、綠轉換脈沖取自連續(xù)脈沖中據有對稱性的某一個，且這個脈沖具有保持功能，或通過觸發(fā)器后具有保持功能，以便使繼電器的切換時間相同；同時利用CD4028、CD4090選通均為“0”電平有效的特點，在驅動電路某些特定位置使其平行并列，從中靈活地選擇輸出端，以實現(xiàn)大樓層數(shù)不相同時有逐條閃亮和前路跟著后路亮，紅綠交替變色的視覺效果。當要求用紅、綠三條腿發(fā)光二極管做成三變色電子招牌時，必須將招牌每個字的發(fā)光二極管以40至60為單位分成若干組，各組加限流電阻后同一色再并聯(lián)，后串聯(lián)可控硅交流5伏大電流供電，每字三個脈沖可實現(xiàn)紅、綠、橙三色變化，驅動電路選用32個連續(xù)脈沖電路，通過開關二極管位置、數(shù)量的確定，可方便實現(xiàn)招牌紅、綠、橙按不同程序變化的目的。
附


圖1超長條形發(fā)光二極管建筑物輪廓裝飾燈實體圖及連接接插件示意圖。
附圖2超長條形發(fā)光二極管建筑物輪廓裝飾燈接線圖。
附圖332個連續(xù)脈沖開關二極管矩陣編程紅、綠、橙、黃四路輸出電路。
附圖4為增強顯示效果LED幾種不同排列方法。
附圖516個連續(xù)脈沖紅、綠雙色LED四路輸出電路。
附圖6驅動“富達科技”紅、綠、橙三色電子招牌電路。
附圖7多層大樓紅綠變色上、下(或左右)掃描電路。
附圖864個連續(xù)脈沖電路。
附圖9128個連續(xù)脈沖電路。
附
圖10256個連續(xù)脈沖電路。
附
圖1114層大樓紅綠上下掃描64個連續(xù)脈沖分配圖。
附
圖1230層大樓紅綠上下掃描128個連續(xù)脈沖分配圖。
附
圖13用SE9201驅動豎直安裝LED裝飾掃描及超低頻等時振蕩電路。
附
圖14用TWH9014驅動四路菱形裝飾塊電路圖。
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圖15雙色LED豎直安裝紅、綠交替變化電路。
附
圖16相關集成電路引出功能圖。
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步描述玻璃管霓虹燈在世界各地風麾了近百年且至今仍在大量使用是因為它有絢麗的色彩、奪目的光輝，因而有很好的廣告裝飾效果。然而其耗電量大、較易損壞、壽命短是其突出弱點。本實用新型旨在針對霓虹燈的特點，揚長避短，開發(fā)一種既有多種顏色，可按不同花樣動態(tài)變化，又有較高亮度，耗電卻很省，壽命極長的裝飾燈具。命名為超長條形發(fā)光二極管建筑物輪廓裝飾燈及電子招牌。
本實用新型選擇發(fā)光二極管為光源，首先是因為發(fā)光二極管與高壓霓虹燈及由小白熾燈泡群組成的塑料軟管燈有完全不同的發(fā)光機理。發(fā)光二極管屬電致發(fā)光器件，即在正向偏壓下，當電子和空穴在P-N結注入而發(fā)光半導體器件。由于獨特的發(fā)光機理，賦予它一系列優(yōu)異的特性單色性好、發(fā)光清晰、色彩鮮艷；使用壽命極長達十萬小時至幾十萬小時；非空腔結構，有很高的機械強度，能經住跌落、振動，能經住通、斷電時的瞬時電流沖擊，發(fā)光頻率響應速度快、耗電省、節(jié)約能源。這些優(yōu)良的性能為開發(fā)高質量、高品位的超長條形發(fā)光二極管建筑物裝飾燈和電子招牌提供了前提；其次，LED有很多品種，就顏色而言，有單色和多色之分。單色有紅、綠、橙、黃、蘭，多色有兩腿紅、綠雙色管和三腿紅、綠、橙三色管；從發(fā)光亮度而言，有普通亮度，高亮度和超高亮度之分；就其大小形狀而言有圓形直徑為φ1，φ3，φ5，φ8，φ10，φ12及方形8×8，10×10，長方形2×5，3×7等不同品種，多色多規(guī)格便于根據不同的裝飾對象的安裝位置、高度靈活選擇合理搭配組合，達到最佳的顯示效果。再次，發(fā)光二極管可用直流電驅動，亦可以用交流電驅動，且它是一種電流控制器件，不論供電壓如何，當多只串聯(lián)供電時，只要用限流電阻控制流過發(fā)光管的正向工作電流IF達到20mA值就有很好的亮度，這就為超長條形建筑物裝飾燈的開發(fā)，靈活運用，提供了方便。以雙腿雙色管為例通常紅色管的VF的典型值為1.8V，以120只串聯(lián)為宜，而綠色管的VF的典型值為2.2V，以100只串聯(lián)為宜。當用110只發(fā)光管串聯(lián)組成一個長燈鏈接入220V脈動直流電，紅色管為因電壓過高而電流大增，超過定額值影響其壽命。綠色管會因電壓不足而電流小，影響其亮度，兩者存在矛盾。解決的方法是先考慮綠色管接入100只，電壓符合而有正常亮度，而紅色管將超過40V，此時加限流電阻，分去一部分電壓，降低電流，即可解決。但紅、綠兩色管同處在一串聯(lián)電路中，必須采用控制紅、綠兩色不同方向的切換電路才能解決。
為了適用不同建筑物使建筑物裝飾燈可達到任意長度，用2000×20×10mm或2000×40×18mm或2000×60×18mm聚氯乙烯電線槽作為安裝、固定發(fā)光二極管的載體。電線槽分為上蓋和底座兩部分，兩邊有卡槽，能將上、下兩部分緊密扣住，防止雨水浸入。在每段上蓋部分預先設定的間距或圖案畫線，用比LED直徑略小的鉆頭打眼。確定左邊為正右邊為負，將紅、綠、橙、黃四種單色管按順序相間排列插入孔中，并將LED離根部3-5mm處折彎，剪去多余部分，用四色焊接線分四路串連焊接。用膠將接插件的底座部分牢固粘接在上蓋的兩端并同LED相應端焊接。并用合適的脈動直流電壓通電檢查，若正常則用環(huán)氧膠封固，此為一段。再將相同的各段用插針連接，如附
圖1，構成一個同色LED間相互串聯(lián)，第一個220V供電組，第二個供電組除了同第一供電組每段之間有相同的連接方法外，還應有一個功能就是將第一供電組四路末端連接到最后一個供電組的末端去，故需一種特殊的接插件且連線的焊接方法又有一定的區(qū)別，如附圖2，以后各供電組接法類似。采用這種段與段之間串聯(lián)，若干段為一220V供電組，同色LED各供電組并聯(lián)較特殊的連接方法，就能將眾多的LED做成超長條形，實現(xiàn)長距離供電。若采用直流5V對LED進行低壓并聯(lián)供電，隨著距離增加，電壓降增大，實踐證明，要實現(xiàn)超長距離供電是難以實現(xiàn)的。
要成功地實現(xiàn)這種特殊的連接供電方法不致產生失誤的關鍵有三點一是LED質量要好，引線及封裝規(guī)范、牢固、電氣參數(shù)等一致性好、光亮度、光色均勻一致，這一點十分重要，因為LED間相互串聯(lián)，一個不亮將導致一供電組不亮。二是單個LED之間的焊接及首、末端與采用印制板與插座、插針之間的焊接必須牢固。為了確保各焊點及連接線在運輸、安裝時不會因振動、跌落等折斷，脫焊并防止雨水、潮氣的浸入發(fā)生腐蝕、生銹用環(huán)氧樹脂改性膠封固，以確保萬無一失。三是連接各段之間的插針插入后應能保證兩段之間緊密結合，接觸電阻小，因孔內是一個園柱狀的彈性銅片，所以接觸電阻小，可以保證良好接觸的。
采用220V交流給超長條形LED建筑物裝飾燈供電，除了使LED得到較大的光功率，有較好的亮度外，使用上也方便，通以220V交流電壓就能發(fā)光工作。同時驅動亦很方便，因單向可控硅有整流作用，交流經過單向可控硅變?yōu)槊}動直流后，給可控硅控制極施加不同的脈沖，可控硅能及時地開啟和關閉，這就為超長條形LED裝飾燈和電子招牌的動感，顏色變化的控制帶來方便。在實際應用中應考慮到超長條形LED裝飾燈和電子招牌均在夜間7-12點開機，此時，正處于用電高峰。當某地電網電壓波動較大時，為了防止電壓過低影響超長條形LED裝飾燈的亮度或防止電壓過高，使流過LED的IF增大，超過極限值IFmax，縮短LED的使用壽命，穩(wěn)妥的辦法是加一個功率為LED燈1.5-2倍的交流220V自動穩(wěn)壓器，220V市電經穩(wěn)壓后向超長條形LED裝飾燈和電子招牌供電，以求供電的安全、平穩(wěn)。
下面結合驅動電路進一步說明各種結構的超長條LED燈和LED電子招牌的工作原理與過程。附圖3為32個連續(xù)脈沖開關二極管矩陣編程單色紅、綠、橙、黃LED四路輸出電路圖。所謂開關二極管編制程序，即按預定要求，確定開關二極管的數(shù)量，位置和方向，在雙面敷銅板上，方便靈活地編出多種閃光狀態(tài)的變化程序。IC1CD4060是一片14位二進制串行計數(shù)器/分頻器和振蕩器。引出端功能圖如附
圖16(a)，由外接電阻R1、R2和電容C1構成RC振蕩器，只要改變R2、C1的值就可以得到不同的振蕩頻率，改變LED閃光速度。電阻R1是為了改善振蕩器的穩(wěn)定性而設立的，通常取R1＝10R2，Cr為清零端，只要在Cr端上加一正脈沖，即可使計數(shù)器輸出全部為“0”電平。IC2 CD4556，為雙二進制4選1譯碼器/分離器，引出端功能圖如附
圖16(b)，本電路用4556的一半作4選1譯碼器使用，EN為數(shù)據輸入允許控制用，當EN＝“0”時，允許數(shù)據輸入，由表一，即CD4556真值表可知，當輸入2位二進制碼時，對應的輸出端為有效電平“0”，IC2輸入取自CD4060Q7、Q8輸出端。IC3-IC6為CD4028，是BCD碼—十進制碼電路。引出功能圖如附
圖16(c)，從表二CD4028真值表可知，輸出Y0-Y7有“1”電平時，輸入端D都為“0”電平。故只要將D端置“0”電平，輸入端A、B、C的三位二進制碼即可譯成八進制碼。當電源接通瞬間，由C2給IC1、IC3-IC6清零，IC1開始振蕩，產生的二進制碼“00000”的后二位“00”由Q7、Q8送到IC2的A、B輸入端此時IC2的Y0＝0被選中，輸出低電平并將此信號送到IC3的D端，IC3被選通，可以接收信號。由于IC1剛開始產生二進制碼的前三位“000”由IC 1的Q4、Q5、Q6送入IC3的A、B、C，所以IC3的Q0端被選通輸出高電平；當振蕩器為第7周期時，即IC1的Q4-Q8產生“00110”時，由于后兩位仍為“00”，IC2仍是Y0＝0被選中，其低電平信號仍使IC3處于接收狀態(tài)。又IC1的前三位此時為“110”，因此IC3的Q6端被選通，輸出高電平；當振蕩器振蕩為12周期時，即Q4-Q8產生“01011”時，由于后兩位變?yōu)椤?1”，IC2Y1＝0被選中，其輸出的低電平信號送入IC4的D端，使IC4處于接收狀態(tài)。又IC1的前三位此時為“011”，因此IC4的Q3端被選通，輸出高電平。從起始位置算為第十二個高電平。如此類推可以得到32個連續(xù)高電平脈沖。這32個脈沖經開關二極管4148矩陣編程后，分四路輸出，經硅三極管V1、V2、V3、V49013放大送到四只單向可控硅BT151控制極去控制四路超長條發(fā)光二極管裝飾燈的通斷變化。編程的花樣在向左流水，或向右流水或雙向流水，跳馬追逐，依次亮同時滅，同時亮依次滅，加速追逐，空穴移動等花樣中選擇，中間可穿插全亮或全滅，以增加視覺效果。按附圖3所示4148的接法，則時序1-8向左流水，9-16向右流水，17-19兩路向左流水，20全亮，21-23兩路向右流水，24全滅，25-28向左遞增，29-32向右遞增。
應當注意附圖3所述的四種不同顏色，或者說發(fā)四種不同顏色LED是相間排列的，但在實際實施中是可以靈活運用的。為了增加發(fā)光顯示效果，如附圖4，可以幾只同色管靠在一起相間排列；亦可在2厘米或4厘米寬的電線槽中平行安裝兩排；又可在4厘米或6厘米寬的電線槽上，將同色管排列成幾何圖形，例如長方形、菱形等，這樣跑動的不是一個點，而是一個面，一個板塊，視覺效果會更好。驅動電路板亦可將各種有4路輸出的燈光集成電路，例如SE9201，TWH9104、SH804、SH808等運用其中，它們大多為大規(guī)模集成電路，內部設置眾多的變化程序能多花樣自動循環(huán)，有的可用開關進行花樣選擇，可定期更換花樣或更換集成塊，使LED裝飾跑線更加生動活潑，變化多端。
又如某招牌或燈箱，招牌文字用LED做輪廓，在招牌四周邊框上，加各種變化的流動閃光裝飾線，整個招牌的視覺效果會更好。
作為附圖3的特殊情況，可做成LED電子招牌。
具體做法是在鈦金字或鐵字沿筆劃邊沿0.8cm處，以2cm的間距打直徑φ5mm的孔，將φ5mm超高亮紅色發(fā)光管緊插其上，即做出字的輪廓。以一個字為單位，將所有LED按等于或小于120只等分為若干組。以120只為每組的最大數(shù)是因為超高亮紅色發(fā)光管的VF＝1.8V，120串聯(lián)接近供電電壓220V。當某字的LED總數(shù)不為120的整數(shù)倍時，可按小于120只靈活分組。例如，某字LED總數(shù)為2537只，按120只為單位分為21組，余37只。于是分為22組，每組115只余7只，將這7只分到7組中去，每組1只，也就是15組每組為115只，7組每組116只。分好組后，以組為供電單元串聯(lián)焊接。并將LED數(shù)量不同的任意兩組，分別串聯(lián)整流二極管IN4007，電位器和直流電流表，調整電位器的阻值，使電流為20mA，電位器的阻值即為每組限流電阻阻值。每組串聯(lián)上耗散功率為實際所通過電功率2倍左右阻值相同的限流電阻。將所有各組以正極為一端，負極為一端并聯(lián)，整個字通電發(fā)光正常，并連續(xù)通電8小時，無異常，采用接線排并用兩色導線引出。封上環(huán)氧樹脂膠固化，待安裝。需指出的是可一組，當每組LED數(shù)量相同時也可以幾組，亦可以所有的組共用一個限流電阻。以該字為例，在測量限流電阻時，可用公式R＝(220-1.8×115)÷0.02N＝29.5Ω進行估算，式中N為并聯(lián)組數(shù)，以防止通電測量時，燒壞數(shù)量龐大的LED。耗散功率P＝I2R＝0.442×29.5＝5.8W，可選擇10W電阻。
驅動電路用32個連續(xù)脈沖矩陣編程電路。同附圖3所不同的是需按招牌字數(shù)的多少，來確定輸出路數(shù)，可以一字一路；如果招牌字數(shù)較多，可根據詞義分為若干字節(jié)，每節(jié)一路；也可以根據招牌的對稱性原則分為若干路。例如，海南匯輝購物廣場，可以每字一路8路輸出，也可以兩字一路，四路輸出。實施中根據具體情況，區(qū)別對待，靈活掌握。開關管編程時，應注意到招牌中的文字只能從左到右變化的順序性，而不能逆變，具體編程方法如附圖3中選擇，靈活掌握。
經實驗得出，采用超高亮度紅色LED，亮度很高，顏色鮮紅醒目，可同發(fā)紅光的玻璃硬管霓虹燈相媲美，完全可以做在高層建筑大型鈦字或鐵字上，距離500米以外仍有很好的視覺效果。
附圖5，16個連續(xù)脈沖紅、綠雙色LED四路輸出電路圖。
IC1為六反相器CD4069，引出端功能圖如附
圖16(d)，用反相器F1、F2、R9、W1、C1組成多偕振蕩器，給IC2提供時鐘脈沖；IC2CD4520為4位二進制同步計數(shù)器，內含兩組，該電路只用一組，引出功能圖如附
圖16(e)。IC2有兩個時鐘輸入端CP和EN，這里采用時鐘的上升沿觸發(fā)，信號由CP端輸入，并使EN為“1”電平。Cr為清零端。IC3CD4514(含CD4515，因在附
圖10中用到，故一并介紹)為4位鎖存/4-16線譯碼器，CD4514輸出“1”電平有效，CD4515輸出“0”電平有效，它們的引出功能端完全相同，見附
圖16(f)。ST為數(shù)據鎖存控制端，當ST＝“1”，輸入級門開啟，使輸出端得到和輸入端同樣的電平，實現(xiàn)了數(shù)據的傳輸。INH為禁止輸出控制端，當INH＝“1”時，使所有輸出的數(shù)據為無效電平，即數(shù)據禁止輸出，故使用時，令INH＝“0”。IC4CD4013為雙D觸發(fā)器，其引出功能端如附
圖16(g)，該電路只用一個并接成雙穩(wěn)態(tài)形式。其反相輸出端Q1和輸入端D1相接，置1端S1和置0端R1均接地，故不起作用。這樣一來，每來一個時鐘脈沖，輸出端就倒相一次，以此控制繼電器的斷開與吸合。
接通電源后IC1開始振蕩，輸出的時鐘脈沖，使IC2產生的4位二進制碼從1Q1、1Q2、1Q3、1Q4輸出，從“0000”順序遞增到“1111”，經過IC3譯碼，在輸出端Y0-Y15得到16個連續(xù)高電平時序脈沖，前15個脈沖經開關二極管，IN4148編程后，再經三極管9013放大后控制單向可控硅VS1-VS4、VS1′-VS4′的通斷。
當紅、綠雙色LED按同色順序相間排列分別串連成4路時，每路的始端應分別接繼電器J1(J1、J1′均為有四組常閉常開觸點的直流12V繼電器)的轉換接點9、10、11、12，每路的終端應分別接繼電器J1′的轉換接點9′、10′、11′、12′，J1的常閉接點1、2、3、4互連后與交流220V(火線端)相連，J1′的常閉接點1′、2′、3′、4′同限流電阻R1′、R2′、R3′、R4′及單向可控硅VS1′、VS2′、VS3′、VS4′串聯(lián)后，接交流220V零線端。而J1′的常開接點5′、6′、7′、8′同時接交流220V火線端，J1的常開接點5、6、7、8分別串聯(lián)限流電阻R1、R2、R3、R4，及可控硅VS1、VS2、VS3、VS4后接交流220V零線端。
通電后，J1、J1′未得電，處在常閉狀態(tài)，電流由220V高電位端由上往下，經4路綠色發(fā)光管限流電阻和可控硅流入220V低電位端，整串超長條形建筑物裝飾燈呈綠色，并隨VS1′、VS2′、VS3′、VS4′的通斷呈不同花樣變化。當IC3的第16個脈沖接入D觸發(fā)器CP端，使Q端產生“1”電平，并經V1、V2 9013放大后驅動繼電器J1、J1′吸合，由常閉觸點轉換到常開觸點，電流從220V高電位端由下往上，經4路紅色發(fā)光管，限流電阻，可控硅流入220V低電位端，整串條形燈顯紅色，且隨VS1、VS2、VS3、VS4的通斷呈同綠色相同的花樣變化，按附圖5中開關管的設定，1-7脈沖雙向流水，8-11脈沖同時亮依次滅，12-15為依次亮，同時滅脈沖16被占用。等第2個周期16個脈沖到來時，Q變“0”電平，繼電器J1、J1′恢復常閉觸點，綠色LED又開始新一輪循環(huán)，如此往復進行。如果覺得紅、綠轉換過快或編程花樣太少，可采用附圖3所示的32個連續(xù)脈沖電路，取第32個脈沖驅動D觸發(fā)器，其余部分相同。
該電路通過繼電器觸點切換接入大小不同的限流電阻，同時改變電流方向而達到紅、綠兩色交替發(fā)光的目的。繼電器的壽命一般為106次，這一數(shù)字是有限的，約使用兩年半的時間。曾試圖用一無觸點，大電流可轉換的開關電路代替，但未成功，須進一步鉆研摸索。待可行時再申請改換電路。
作為附圖5特殊運用，可用紅、綠雙色LED做成變色電子招牌。具體做法同附圖3用超高亮紅色LED做電子招牌。所不同的有下列幾點①分組的LED數(shù)量大數(shù)為100只，也就是說按綠色管以小于或等于100只，即接近220V供電電壓為分組標準。②同前，根據招牌文字，按一字或兩字或字節(jié)確定輸出路數(shù)N后，就確定了繼電器的只數(shù)N，繼電器應有兩組常開，常閉觸點，且應考慮觸點所通過電流的大小，如果電流過大，應采用繼電器帶動接觸器進行驅動。③驅動電路所采用的連續(xù)脈沖個數(shù)，可以在16路，32路或64路中選擇。確定開關二極管IN4148時，同樣應該注意，按文字從左到右的順序。
紅、綠、橙三變色電子招牌。
高亮度三變色LED管中封裝了紅、綠各一個共陰極管芯，當紅、綠分別有額定電流通過時，顯紅色或綠色；當紅、綠均有電流通過時，顯兩色中和后的橙色。若串聯(lián)供電時，無法分別控制分離出紅色和綠色，而只能顯橙色。要將數(shù)目龐大的LED做出三種顏色變化的招牌，必須按招牌中每個字分色，分組并聯(lián)，以交流5V大電流供電，才能達到變色目的。假設某字需1350只三色LED，每50只一組，紅色27組，綠色27組。從紅、綠中各任選一組，通5V經整流后的脈動直流，測出限流電阻。每組串聯(lián)阻值相同，功率為實際2倍的限流電阻，各組并聯(lián)焊接后，用接線排引出。公用地線需經計算用足夠粗的裸銅線。可控硅應用大于實際電流3倍以上的管子，并嚴格進行散熱處理。連續(xù)脈沖電路根據字數(shù)及變化方式的多少每字兩路任選16個、32個……等脈沖電路。開關二極管編程方法 同雙色有所不同，某字若需顯紅色，則在紅色這路設開關管，若需綠色亮則在綠色這路設開關管，當兩色同時加開關管時，則字顯橙黃色。16個脈沖驅動“富達科技”四字三變色電路如附圖6所示。按圖上開關管的排列所顯示的變化規(guī)律是1富(紅)，2達(紅()，3科(紅)，4技(紅)，5富達科技(紅)，6富(綠)，7富達(綠)，8富達科(綠)，9富達科技(綠)，10富達(橙)，11科技(橙)，12富達(橙)，13科技(橙)，14富達科技(紅)，15富達科技(橙)，16富達科技(綠)。
多層大樓紅、綠變色上下左右掃描電路。
以8層大樓為例電路如附圖7，該圖與附圖3的區(qū)別在于將附圖3中的IC4、IC6、CD4028換成CD4099，它是8位可尋址鎖存器，其引出端如附
圖16(h)，WD、R端為”0”時，被選中的Q端等于D端狀態(tài)，未被選中的Q端保持原來狀態(tài)，當WD端為“0”時，被選中與未被選中的均保持原來狀態(tài)，被選中與否要看A0-A2接收情況。當R＝“0”，WD無論是高電平還是低電平，未被選中的Q端總是保持原來狀態(tài)，被選中的Q端等于D端狀態(tài)式保持原狀態(tài)。該電路的特點在于CD4028與CD4099交叉使用，供7路紅、綠LED既具有單條閃亮功能，又具有后路跟著前路亮的保持功能。
在顯示電路中，同一段中不是四路LED相間排列，而是根據大樓某一合適的，不在同一水平面的水平安裝位置安裝一圈LED輪廓裝飾燈，二至八層共安裝七圈LED輪廓裝飾燈。同一圈中用小于等于100只雙色LED串聯(lián)成一供電組，多路供電組并聯(lián)，再串聯(lián)限流電阻，由220V交流供電。每一超長條即每一圈中各配備有兩對常開和常閉觸點的繼電器進行紅、綠兩色轉換。時鐘脈沖來自IC3-IC6輸出端。當IC3被選中順序輸出1-7個脈沖時，具有四組常閉，常開觸點的繼電器J1-J4的常閉觸點起作用，從第八層的第一條到第二層第七條，從上到下顯紅色逐一閃亮；第8個脈沖熄滅。接著IC4被選中輸出9-16個脈沖，前7個脈沖被開關二極管4148順序導入可控硅VS7-VS1的控制極可控硅導通，因IC4具有保持功能，所以七圈LED從第二層前路跟著后路直亮到第八層，整個大樓呈現(xiàn)紅色。當?shù)?6個脈沖到來時，該脈沖被導入三極管V1、V2、V3、V4基極，經放大驅動J1、J2、J3、J4吸合供LED變?yōu)榫G色，因第16個時序脈沖具有保持功能，所以繼電器J1、J2、J3、J4直吸合，常開觸點起作用，所以IC5所產生的時序脈沖17---24時，綠色條從上到下逐一閃亮，第24個脈沖滅，當IC6被選中，所產生的時序脈沖25-31同樣具有保持功能，供綠色發(fā)光條從下到上直到整個大樓呈現(xiàn)綠色為止，當?shù)?2個脈沖到來時，通過IN4148導入清零端，供整個電路清零，回到起點又開始下一循環(huán)，如此往復進行。
作為附圖3在實際應用時應考慮兩種情況第一是樓層增加，直到64層時，需采用不同的時序電路。以擴大顯示的層數(shù)。
用于16層以下64個連續(xù)時序脈沖電路如附圖8；用于32層以下128個連續(xù)時序脈沖電路如附圖九；用于64層以下256個連續(xù)時序脈沖電路如圖附十。(本電路摘自85.2國防出版社出版的《中國集成電路大全》C MOS集成電路375頁，圖7-70。)第二是某大樓的層數(shù)不是8的倍數(shù)時，怎樣靈活運用時序脈沖達到的上下掃描顯示效果，因為CD4028和CD4099的選通均為“0”電平有效，所以可以用同一選通脈沖，同時控制兩與塊并列平行的CD4028、CD4099并根據實際需要，從兩塊上靈活選擇輸出端Q1-Q8，不要重復選用即可，現(xiàn)用具體實例加以說明。
如果大樓為14層，從二樓起到最高14層，選擇在每層的合適部位同一水平面內，安裝一圈LED輪廓裝飾燈。實際安裝LED的層數(shù)為13層，即13圈，4倍加轉換脈沖和清零共需54個連續(xù)脈沖，故選64個連續(xù)脈沖電路。CD4028、CD4099的排列方法如附
圖11，從圖中看到IC5和IC5′并列平行，用IC4的8個脈沖加IC5的前5個脈沖13個脈沖，實現(xiàn)從上14層變到下面第2層，顯紅色逐一閃亮。接著IC5′的后3個脈沖加IC6′8個脈沖，再加IC 7′前兩個脈沖共13個具有鎖存功能的脈沖，驅動具有鎖存保持功能的紅色從下面第二層一直亮到上面14層，此時共用了26個連續(xù)脈沖，IC7′還余剩6個脈沖，5個脈沖供整個大樓顯紅色保持5個脈沖時間。第32個脈沖作為紅綠變色，繼電器從常閉觸點跳到常開觸點的轉換脈沖，因該脈沖有鎖存功能，可一直保持到第64個清零脈沖為止。接著IC8的8個脈沖加IC9的5個脈沖從上面14層到下面第二層顯綠色逐一閃亮；緊接著選同IC9并列平行的IC9后3個脈沖加IC10′8個脈沖再加IC11′2個脈沖共13個具有保持功能的脈沖使綠色從下面第二層一直亮到上面14層，并保持全綠5個脈沖時間。最后用第64個脈沖為清零脈沖，通過開關二極管送至IC14060的第12腳Cr端清零，整個過程即四個時序段，兩種不同狀態(tài)的紅綠雙色變化結束，轉入下一個循環(huán)。
又當某大樓為30層，按以上相同的方法顯示。實際做紅、綠雙色發(fā)光管29圈，即29層。四個時序段需用116脈沖加1個轉換脈沖和1個清零脈沖，尚余10個脈沖，在紅、綠逐一閃亮后各滅1個脈沖，又在紅、綠前段隨著后段亮完成后各保持4個脈沖時間。具體脈沖分配由附
圖12所示。采用附圖九128個連續(xù)脈沖電路。
以上的構思是按照大樓每層一圈上、下，紅、綠交替的方式來進行的。在實際運用時，如果某大樓四周高樓林立相互遮擋，按以上方式很難達到整體顯示效果時，可以考慮在樓的正面合適的位置從最高層到第二層垂直安裝若干紅、綠雙色LED條，采用完全同上所述的驅動方法，就可以達到左右掃描，紅、綠變色的目的。如果嫌亮度不夠，可以縮小排列間距加密LED。也可以用四厘米寬電線槽，同一條中做雙排，結構相同，可達到很好的顯示效果。如果嫌顯示單調，可用燈光集成電路，例如用東南大學無錫分校所生產的多功能程控閃光集成電路SE9201。
該電路為雙極和CMOS兼容大規(guī)模集成電路，設置有四點追逐、彈性張縮、跳馬左旋、跳馬右旋、依次亮同時滅、同時亮依次滅、左右擴張、全亮間隔閃光等八種基本花樣，又可通過B1、B2、B3、B4花樣選擇控制端編程，實現(xiàn)多種花樣供選擇。該燈光集成電路有8路輸出，故必須從某大樓正面從最高層到第二層豎直安裝8條，或從中間往兩邊對稱安裝16條LED裝飾燈。每只有四組常閉常開的繼電器可同時驅動兩路，同時應有一占空比為50％的可調超低頻振蕩器，其輸出的超低頻脈沖分多路經9013放大后，驅動各繼電器，實現(xiàn)T紅＝T綠＝t ES9201，某花樣和全部8種花樣變化的時間t，從而達到紅、綠兩色定期作等時顯示的目的，SE9201引出功能端如附圖(i)，電路圖為附
圖13。
本實用新型與背景技術比具有的有益效果(1)、超長條形發(fā)光二極管建筑物裝飾燈和發(fā)光二極管電子招牌廣義屬于戶外燈光廣告，夜間以其視覺上的動態(tài)和顏色變化引入注目。國外雖有變色霓虹燈，但國內應用不多見，絕大部分使用單色霓虹燈管。若要實現(xiàn)兩種顏色，必須并列兩種不同色的燈管。所用材料、用電量要加倍，制作成本和使用費用相應增大。而超長條形LED建筑物裝飾燈及LED電子招牌，同一裝飾線同一字或商標圖案可以顯示出兩種或兩種以上顏色新穎、別致。白天既不影響建筑大樓的美觀，在招牌上安裝LED亦不破壞鈦金字或鐵字的整體性，夜間又有可識性，可為美化城市，營造喧鬧、熱烈、繁華的氣氛起一定作用。
(2)與霓虹燈相比超長條形發(fā)光二極管建筑物輪廓裝飾燈和電子招牌的用電量大大降低。一般超長條形發(fā)光二極管建筑物輪廓裝飾燈和電子招牌耗電為高壓霓虹燈的10至15分之一，為塑料軟管燈的八分之一。
以海南匯輝購物廣場正面四周總長為150米的LED裝飾線作比較，如果要達到同樣的變色裝飾效果，以每天點亮5小時經計算，LED年總電耗為821度，?？诘纳虡I(yè)用電電價為每度0.861元，這條裝飾線年需交電費707元，如裝上同色的霓虹管，采用節(jié)能型150W變壓器，年總耗電為8694度，年總電費為7485.5元。
(3)壽命長質量好的發(fā)光二極管在額定電流下使用壽命可達幾十萬小時，以下限十萬小時計，每天點亮5小時，可達55年?？梢哉f其使用壽命同建筑物壽命相近，是一種永久性燈飾。但這里應考慮到目前安裝LED的難燃PVC聚氯乙烯電線槽，是否能經得起在室外長年累月遭受風霜雨雪，冰雪凍融，太陽高溫暴曬的侵蝕，而不斷裂、損壞?，F(xiàn)有電線槽，須經過長時間的觀察，才能得出結論。如果發(fā)現(xiàn)塑料老化，變形或斷裂等情況，就應在聚氯乙烯中加其它聚合物共混進行改性，尋求耐高熱，抗嚴寒耐老化的塑料，以適合各種安裝環(huán)境的要求。此外驅動LED工作的電子元件，亦應選擇質量良好的，可控硅應加散熱片，充分散熱，配電箱應注意防潮通風。若能在生產制作工藝過程中充分注意到各種細節(jié)嚴格把關，超長條形建筑物裝飾燈及電子招牌故降率會很低，維修的必要性將降到最低點。
(4)以LED為光源微電子電路驅動的超長條形建筑物裝飾燈及電子招牌屬于光電子技術，按國家規(guī)定屬高新技術。在全國范圍內推廣這一技術，有助于改變我國電子行業(yè)的產業(yè)結構，促進我國LED生產廠家開發(fā)出質量良好、亮度更高，品種齊全的LED。在增加就業(yè)機會的同時，還為國家節(jié)約了大量能源。如有一個好的策劃，讓其進入香港、澳門以及其他國家，為國家賺取外匯也是有可能的。
權利要求1.一種發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于包括電線槽、發(fā)光二極管和電源，電線槽包括上蓋和底座，在上蓋上有安裝孔，發(fā)光二極管安裝在安裝孔內，發(fā)光二極管串聯(lián)構成供電組，各供電組再并聯(lián)后接在交流電源上。
2.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于發(fā)光二極管串聯(lián)并串聯(lián)限流電阻后構成供電組。
3.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于各供電組并聯(lián)并安裝可控硅及控制電路后接在電源上。
4.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于當采用紅、綠、橙、黃四種單色發(fā)光二極管相間等距離排列或同色并列成兩排或同色集中組成一幾何圖案以顯示四種顏色呈多種花樣變化時，同色發(fā)光二極管若干段內的發(fā)光二極管串聯(lián)成供電組，各供電組之間再并聯(lián)后接在交流電源上。
5.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于當采用紅綠雙色雙腿發(fā)光二極管時，按紅色為一方向，綠色為另一方向400只相間排列為四路，同一路內100只相串聯(lián)，每路首尾兩端各有一只有常閉常開觸點的繼電器；四路分別接在各繼電器的中心觸點上，通過繼電器觸點的同時切換達到改變電流方向實現(xiàn)紅綠變色的目的。
6.根據權利要求1或4所述的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于當用紅色超高亮發(fā)光二極管時，同一路串聯(lián)沿鈦金字的筆劃邊緣排列為一組供電組，多個供電組并聯(lián)做出字的輪廓。
7.根據權利要求1或5所述的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于當應用于紅綠變色招牌制作時，將每個字的發(fā)光二極管總數(shù)分為等于或小于100只的若干組，各組并聯(lián)后同時接入有兩組常閉常開觸點的繼電器上，并分別串入可控硅及限流電阻。
8.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于當應用于多種花樣的變化或招牌文字多種亮滅跳變時，必須有16、32、64、128、256個連續(xù)脈沖產生電路，這些用數(shù)字電路相互搭配、組合所形成的時序脈沖，為開關二極管編程三極管放大后的信號控制可控硅通斷。
9.根據權利要求1或5所述的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于當大面積應用于高樓大廈紅、綠變色上下掃描或豎直安裝在大樓正面作左右掃描時，紅、綠轉換脈沖取自連續(xù)脈沖中據有對稱性的某一個，且這個脈沖具有保持功能，或通過觸發(fā)器后具有保持功能，以便使繼電器的切換時間相同；同時利用CD4028、CD4090選通均為“0”電平有效的特點，在驅動電路某些特定位置使其平行并列，從中靈活地選擇輸出端，以實現(xiàn)大樓層數(shù)不相同時有逐條閃亮和前路跟著后路亮，紅綠交替變色的視覺效果。
10.根據權利要求1所述的發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈，其特征在于當要求用紅、綠三條腿發(fā)光二極管做成三變色電子招牌時，必須將招牌每個字的發(fā)光二極管以40至60為單位分成若干組，各組加限流電阻后同一色再并聯(lián)，后串聯(lián)可控硅交流5伏大電流供電，每字三個脈沖可實現(xiàn)紅、綠、橙三色變化，驅動電路選用32個連續(xù)脈沖電路，通過開關二極管位置、數(shù)量的確定，可方便實現(xiàn)招牌紅、綠、橙按不同程序變化的目的。
專利摘要一種發(fā)光二極管裝飾物體顯示燈,其包括電線槽、發(fā)光二極管和電源,電線槽包括上蓋和底座,在上蓋上有安裝孔,發(fā)光二極管安裝在安裝孔內,發(fā)光二極管串聯(lián)構成供電組,各供電組再并聯(lián)后接在交流電源上。發(fā)光二極管串聯(lián)并串聯(lián)限流電阻后構成供電組。各供電組并聯(lián)并安裝可控硅及控制電路后接在電源上。本實用新型既有霓虹燈的效果,又具有使用壽命極長、耗電極少的特點。
文檔編號G09F9/33GK2369314SQ9824955
公開日2000年3月15日 申請日期1998年12月8日 優(yōu)先權日1998年12月8日
發(fā)明者譚建文 申請人:譚建文