专利名称：用光纤实现的显示屏结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用光纤实现的显示屏结构。特别应用于要求高亮度，彩色显示屏 等的显示领域。
背景技术：
显示屏的发明、发展对信息的传播产生了巨大而深远的影响，显示屏的作用是将 信息以位图的形式显示出来，如IXD、CRT、LED等。纵观显示屏的发展，显示屏从简单的数字 显示到黑白位图以及如今的高清真彩位图显示，其应用领域也大为扩展，图像的表达能力 也大大提升。如今占据主流市场的显示屏多为液晶和发光二极管，即IXD和LED。IXD液晶显示 器是Liquid Crystal Display的简称，IXD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶 体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变 方向，将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多，但是价钱较贵。LED显示屏(LED panel) 就是light emitting diode，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体 发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯 的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显 示屏幕。其混色效果不佳，视角不大，水平方向左右观看有色差。加工较复杂，抗静电要求 高。实际像素分辨率做到10000点以上较难。近年来出现一种用POF塑料光纤为主材料制 作的(室内外)大型显示屏面世。其工作原理是靠投影机(背投)到光纤的集束端，通过 光纤的传导传到屏幕上去，效果看起来不错，有可能取代现在广为使用的LED屏幕。但其分 辨率和亮度过度依赖投影机，且大面积显示分辨率很难提高，成本也很高。目前的显示屏技术存在的几个问题是LCD的成本较高，且在高亮度方面表现不 足；LED分辨率难以有较大提高；新出现在所谓光纤显示屏依赖投影机的分辨率和亮度难 以有效提高显示效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服目前在高质量显示屏成本高，分辨率低，亮度 低。本发明解决其技术问题的技术方案—种用光纤实现的显示屏结构，该显示屏结构包括信号激光源、第一至第N多模 光纤、第一至第N单模光纤、第一至第N光纤光栅、第一至第N环形器；各部分之间的连接 为信号激光源的光信号从多模光纤的一端输入。第一环形器第一端口与第一多模光纤的另一端连接，第一环形器第二端口与第一 光纤光栅的一端连接，第一光纤光栅的另一端与第二多模光纤的一端连接，第一环形器第 三端口与第一单模光纤连接。
第二环形器第一端口与第二多模光纤的另一端连接，第二环形器第二端口与第二 光纤光栅的一端连接，第二光纤光栅的另一端与第三多模光纤的一端连接，第二环形器第 三端口与第二单模光纤连接。第三环形器第一端口与第三多模光纤的另一端连接，第三环形器第二端口与第三 光纤光栅的一端连接，第三光纤光栅的另一端与......第N环形器第一端口与第N多模光纤的另一端连接，第N环形器第二端口与第N 光纤光栅连接，第N环形器第三端口与第N单模光纤连接。N为显示屏像素点的数量，N= 100 300000000的整数，排布成10 30000*10 10000阵列。信号激光源为输出N个波长的激光器，信号激光源输出的N个波长与第一至第N 光纤光栅的中心波长一一对应。本发明和已有技术相比所具有的有益效果整个显示屏采用光纤作为主体显示结构，其成本大为缩减。本发明在每平方米集 成10000*10000以上的像素点，分辨率大为提高；光纤显示屏采用激光器作为信号光的光 源，激光器的功率很大，可以将较大功率的光耦合入光纤，实现大功率输出，亮度得到保证。 分辨率和亮度可以随着光纤、光栅、激光器的制造技术的提升得到提高。
图1为像素点为N的单色用光纤实现的显示屏结构。图2为环形器内的光路图。图3为30000*10000彩色用光纤实现的显示屏结构。图4为100*100单色用光纤实现的显示屏结构。图5为10*10单色用光纤实现的显示屏结构。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。实施方式一用光纤实现的显示屏结构包括，如图1、2所示信号激光源3、第一至第N多模光 纤21、22、23、...、2N、第一至第N单模光纤11、12、13、. . .、1N、第一至第N光纤光栅41、42、 43.....4N、第一至第N环形器51、52、53.....5N ；各部分之间的连接为信号激光源3的光信号从多模光纤21的一端输入。第一环形器第一端口 511与第一多模光纤21的另一端连接，第一环形器第二端口 512与第一光纤光栅41的一端连接，第一光纤光栅41的另一端与第二多模光纤22的一端 连接，第一环形器第三端口 513与第一单模光纤11连接。第二环形器第一端口 521与第二多模光纤22的另一端连接，第二环形器第二端口 522与第二光纤光栅42的一端连接，第二光纤光栅42的另一端与第三多模光纤23的一端 连接，第二环形器第三端口 523与第二单模光纤12连接。第三环形器第一端口 531与第三多模光纤23的另一端连接，第三环形器第二端口 532与第三光纤光栅43的一端连接，第三光纤光栅43的另一端与......
第N环形器第一端口 5附与第N多模光纤2N的另一端连接，第N环形器第二端口 5N2与第N光纤光栅4N连接，第N环形器第三端口 5N3与第N单模光纤IN连接。N为显示屏像素点的数量，N= 100 300000000的整数，排布成10 30000*10 10000阵列。信号激光源3为输出N个波长的激光器，信号激光源3输出的N个波长与第一至 第N光纤光栅41、42、43.....4N的中心波长一一对应。所述的第一至第N多模光纤21、22、23.....2N的包层外半径相同，纤芯的半径相
同；包层外半径均为60 500微米，纤芯的半径均为5 300微米。第一至第N单模光纤11、12、13.....IN的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层
外半径均为10 62. 5微米，纤芯的半径均为1 4微米。所述的信号激光源3的输出波长范围为390 770纳米；相邻波长间隔均为 0. 0000001 0. 05 纳米。所述的第一至第N光纤光栅41、42、43、· · ·、4N的带宽均为0. 0000001 0. 05纳 米，中心波长为390 770纳米。图2所示为环形器内的光路图，环形器的工作原理为光信号沿箭头a的方向传输 到光纤光栅，将与光纤光栅中心波长相同的光信号反射，沿箭头b传输，从上端口输出。信号激光源输出的光信号中每个波长的光对应一个像素点的变化，由功率控制亮 度。虽然在每个单模光纤的输出信号光波长不同，但由于信号光波长变化范围较小，人眼无 法分辨这样微小的颜色差别，所以本实施方式中实现了单色光显示屏的功能。实施方式二用光纤实现的显示屏结构包括第一至第三亿单模光纤11、12、13、…… 1300000000，第一至第三亿多模光纤21、22、23、……2300000000，信号激光源3，第一至第三 亿环形器 51、52、53、......5300000000，第一至第三亿光纤光栅 41、42、43、......4300000000，
如图3所示。上述各部分之间的连接为信号激光源3的光信号从多模光纤21的一端输入。第一环形器第一端口 511与第一多模光纤21的另一端连接，第一环形器第二端口 512与第一光纤光栅41的一端连接，第一光纤光栅41的另一端与第二多模光纤22的一端 连接，第一环形器第三端口 513与第一单模光纤11连接。第二环形器第一端口 521与第二多模光纤22的另一端连接，第二环形器第二端口 522与第二光纤光栅42的一端连接，第二光纤光栅42的另一端与第三多模光纤23的一端 连接，第二环形器第三端口 523与第二单模光纤12连接。第三环形器第一端口 531与第三多模光纤23的另一端连接，第三环形器第二端口 532与第三光纤光栅43的一端连接，第三光纤光栅43的另一端与......第三亿环形器第一端口 53000000001与第三亿多模光纤2300000000的另一端连 接，第三亿环形器第二端口 53000000002与第三亿光纤光栅4300000000连接，第三亿环形 器第三端口 53000000003与第三亿单模光纤1300000000连接。显示屏像素点的数量为300000000，排布成30000*10000阵列。所述的第一至第三亿多模光纤21、22、23.....2300000000的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为500微米，纤芯的半径均为300微米。第一至第三亿单模光纤11、12、13.....1300000000的包层外半径相同，纤芯的半
径相同；包层外半径均为62. 5微米，纤芯的半径均为4微米。信号激光源3的光信号包括三个波段，蓝光波段波长470nm至479. 9999999nm的 一亿个波长，波长间隔为0. OOOOOOlnm，第一光纤光栅41的中心波长为470nm，而后的相隔 两个环形器依次递增，增幅0. OOOOOOlnm ；绿光波段波长520nm至529. 9999999nm的一亿个 波长，波长间隔为0. OOOOOOlnm，第二个光栅的中心波长为520nm，而后的相隔两个环形器 依次递增，增幅0. OOOOOOlnm ；红光波段波长700nm至709. 9999999nm的一亿个波长，波长 间隔为0. OOOOOOlnm，第三个光栅的中心波长为700nm，而后的相隔两个环形器依次递增， 增幅 0. OOOOOOlnm。此实施方式中的300000000个单模光纤相邻三个分别输出蓝、绿、红，通过控制 信号激光源中各颜色光的功率可以使相邻的三个输出点产生出彩色光。输出点排列成 30000*10000的阵列，由于每三个相邻的输出点构成一个彩色输出点，实现10000*10000的
彩色显示。实施方式三用光纤实现的显示屏结构，如图4所示。用光纤实现的显示屏结构包括信号激光源3、第一至第一万多模光纤21、22、
23.....210000、第一至第一万单模光纤11、12、13.....110000、第一至第一万光纤光栅
41、42、43、· · ·、410000、第一至第一万环形器51、52、53、· · · ,510000 ；各部分之间的连接 为信号激光源3的光信号从多模光纤21的一端输入。第一环形器第一端口 511与第一多模光纤21的另一端连接，第一环形器第二端口 512与第一光纤光栅41的一端连接，第一光纤光栅41的另一端与第二多模光纤22的一端 连接，第一环形器第三端口 513与第一单模光纤11连接。第二环形器第一端口 521与第二多模光纤22的另一端连接，第二环形器第二端口 522与第二光纤光栅42的一端连接，第二光纤光栅42的另一端与第三多模光纤23的一端 连接，第二环形器第三端口 523与第二单模光纤12连接。第三环形器第一端口 531与第三多模光纤23的另一端连接，第三环形器第二端口 532与第三光纤光栅43的一端连接，第三光纤光栅43的另一端与......第一万环形器第一端口 5100001与第一万多模光纤210000的另一端连接，第一万 环形器第二端口 5100002与第一万光纤光栅410000连接，第一万环形器第三端口 5100003 与第一万单模光纤110000连接。显示屏像素点的数量为10000，排成100*100的阵列。信号激光源3为输出10000个波长的激光器，信号激光源3输出的10000个波长 与第一至第一万光纤光栅41、42、43.....410000的中心波长一一对应。所述的第一至第一万多模光纤21、22、23.....210000的包层外半径相同，纤芯的
半径相同；包层外半径均为200微米，纤芯的半径均为50微米。第一至第一万单模光纤11、12、13.....110000的包层外半径相同，纤芯的半径相
同；包层外半径均为20微米，纤芯的半径均为2微米。
所述的信号激光源3的输出波长范围为720. 005nm 770nm纳米；相邻波长间隔 均为0. 005内米。所述的第一至第一万光纤光栅41、42、43.....410000的带宽均为0. 005纳米，中
心波长为720. 005nm至770nm。用光纤实现的单色显示屏结构实现了 100*100的单红色显示。实施方式四用光纤实现的显示屏结构，该实施方式与实施方式三的区别在于环形器数量为 100个，排布成10*10的阵列；信号光激光器的混合光包括波长390nm至394. 95nm的一百个 波长，波长间隔为0. 05nm，第一个光栅的中心波长为720nm，而后的依次递增，增幅0. 05nm。 多模光纤的包层外半径为60微米，纤芯半径为5微米；单模光纤的包层外半径为10微米， 纤芯半径为1微米。波长从390nm至394.95nm，波长间隔为0. 05nm ；第一光纤光栅41反射的信号 光波长为390nm，第二光纤光栅42反射的信号光波长为390. 05nm,而后的依次递增，增幅 0. 05nm，直至第100光纤光栅4100反射的信号光波长为394. 95nm。用光纤实现的单色显示屏结构实现了 10*10的单色显示。
权利要求
1.一种用光纤实现的显示屏结构，其特征在于该显示屏结构包括信号激光源(3)、第一至第N多模光纤Ol、22、23...、2N)、第一至第N单模光纤(11、12、13.....1N)、第一至第N光纤光栅(41、42、43.....4N)、第一至第N环形器(51、52、53.....5N)；各部分之间的连接为信号激光源(3)的光信号从多模光纤的一端输入；第一环形器第一端口(511)与第一多模光纤的另一端连接，第一环形器第二端 口(51 与第一光纤光栅Gl)的一端连接，第一光纤光栅Gl)的另一端与第二多模光纤(22)的一端连接，第一环形器第三端口(51 与第一单模光纤(11)连接；第二环形器第一端口(521)与第二多模光纤0 的另一端连接，第二环形器第二端 口(52 与第二光纤光栅0 的一端连接，第二光纤光栅0 的另一端与第三多模光纤(23)的一端连接，第二环形器第三端口(52 与第二单模光纤(1 连接；第三环形器第一端口(531)与第三多模光纤的另一端连接，第三环形器第二端口(532)与第三光纤光栅的一端连接，第三光纤光栅的另一端与......第N环形器第一端口(5W)与第N多模光纤ON)的另一端连接，第N环形器第二端口 (5N2)与第N光纤光栅GN)连接，第N环形器第三端口(5吧)与第N单模光纤(IN)连接； N为显示屏像素点的数量，N = 100 300000000的整数，排布成10 30000*10 10000阵列；信号激光源C3)为输出N个波长的激光器，信号激光源C3)输出的N个波长与第一至 第N光纤光栅(41、42、43.....4N)的中心波长一一对应。
2.根据权利要求1所述的一种用光纤实现的显示屏结构，其特征在于所述的第一至第N多模光纤Ol、22、23...、2N)的包层外半径相同，纤芯的半径相同； 包层外半径均为60 500微米，纤芯的半径均为5 300微米；第一至第N单模光纤(11、12、13.....1N)的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为10 62. 5微米，纤芯的半径均为1 4微米。
3.根据权利要求1所述的一种用光纤实现的显示屏结构，其特征在于所述的信号激光源⑶的输出波长范围为390 770纳米；相邻波长间隔均为 0. 0000001 0. 05 纳米。
4.根据权利要求1所述的一种用光纤实现的显示屏结构，其特征在于所述的第一至第N光纤光栅(41、42、43.....4N)的反射带宽范围均为0. 0000001 0. 05纳米，中心波长为390 770纳米。
全文摘要
本发明公开了一种用光纤实现的显示屏结构，涉及一种光纤实现的显示屏。应用于高亮度，彩色显示领域。克服了目前在高质量显示屏存在的问题，成本高、分辨率低、亮度低。该显示屏结构的信号激光源的光信号从第一多模光纤的一端输入；每一环形器与其相连接的单模光纤、多模光纤、光纤光栅构成一个像素点，N个这样的像素点首尾相接成线性结构，每个像素点输出一个波长的光信号。N为显示屏像素点的数量，N＝100～300000000的整数，排布成10～30000*10～10000阵列。信号激光源为输出N个波长的激光器，信号激光源输出的N个波长与第一至第N光纤光栅的中心波长一一对应。
文档编号G02B6/02GK102129818SQ20111002564
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者周倩, 宁提纲, 李晶, 温晓东, 胡旭东 申请人:北京交通大学