专利名称：光纤传象束传象彩色发光显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对光学影象进行传送和显示的装置。
众所周知，对光学影象的传送和显示，通常都是用固体摄象器件在其成象面上用每个象素的光敏元件对光信号进行光电转换，并用扫描方式，将其电信号提取输出，经过传送，再输入到显象管等显示器，进行扫描显示。这种方法和装置，给影象信息的传送和显示带来了很大的可能性和方便，特别是远距离传送和显示。但是，固体摄象器件价格昂贵，限制了它的更广泛应用。实际上，很多场合所需传象距离并不长，只有几十米，甚至只有几米(例如内窥镜显示)，这都是光纤传象束传象所能达到的距离。但只靠一般放大投影又无法在一般照明条件下观看。
本实用新型的目的就是提供一种用光纤传象束传象，再对影象进行放大投影和彩色发光显示的装置。
为达到上述目的，本实用新型由光纤传象束、光学放大投影装置和光电转换电致发光显示屏三个主要部分构成。光纤传象束取象端面光纤阵列从光学影象成象面取象，传送到其放象端面光纤阵列上，经光纤阵列放大，再经光学放大装置放大投影到显示屏背面的受光面上，经光电转换和电致发光，在发光面上将影象发光显示出来。
光纤传象束由几万根自聚焦光学纤维构成，其取象端面按光学影象成象面大小均匀分布固定每根光纤，构成取象端面光纤阵列，放象端面则按显示面大小均匀分布每根光纤，构成放大了的放象端面光纤阵列，取象端面光纤阵列和放象端面光纤阵列上光纤端头按序排列成的阵列，根根光纤必须严格按序对应。每根光纤通过取象端面光纤阵列自光学影象成象面上取相应一小部分影象，传送到放象端面光纤阵列，成等倍或小倍数放大倒立实象，先实现光纤阵列放大。光学放大投影装置为一块刚性板，与光纤传象束放象端面阵列大小，形状相同，其上布满与光纤传象束放象端面阵列上每根光纤位置一、一对准的放大镜头或针孔，用以将光纤传象束放象端面阵列中每根光纤所成倒立实象再正立过来，放大投影到显示屏背面受光面上，镶嵌成放大的正立整体影象。影象经光纤阵列放大和光学放大两级放大，缩短了放大成象距离。
光电转换电致发光显示屏背面是受光面，由光纤传象束传送来的影象就放大投影于其上。正面是发光面。此屏由很多条形单元薄片构成，中间隔以黑色绝缘薄膜，粘拼而成。在单元薄片位于受光面一侧的边缘上制作一排光敏器件，在其对边(位于发光面一侧)的边缘上，制作一排发光器件。单元薄片两对边的光敏器件和发光器件要精确地一一对应。在光敏器件和发光器件之间的平面上集成制作光敏器件的开关电路和发光器件的驱动电路。这样制作好的显示屏受光面上布满了光敏器件构成的受光点阵，而在发光面上布满了相应的发光器件构成的发光点阵。由脉冲开关的光敏器件受光照射后发出的电信号，通过驱动电路使发光器件发光，放大投影到受光面的影象就被传送到发光面上发光显示出来。黑白显示要用白色发光材料。
为了显示彩色影象，所有光敏器件的受光面上要分别蒙上三原色兰、绿、红三种颜色的滤色片，并由相邻分别蒙上兰、绿、红三个颜色滤色片的三个光敏器件构成一个受光象素。每个发光器件则要分别发出兰、绿、红三种颜色的光，相邻兰、绿、红三个颜色的发光器件构成一个发光象素。而且，光敏器件上的滤色片颜色要与相对应的发光器件的发光颜色相同。为此，单元薄片要按兰、绿、红色分别制作。同一个单元薄片上所有发光器件的发光颜色也要相同，其对边上的光敏器件也都要蒙上相同颜色的滤色片。在构成显示屏时，兰、绿、红色单元薄片要按固定顺序间隔排列，并且相邻单元薄片上的所有光敏器件要一一对应，所有发光器件电要一一对应。这样，发光面上由兰、绿、红三原色发光器件组成的几百万个象素便可真实再现放大投影到受光面上的彩色影象。
改变发光器件发光材料，使其发光颜色为相应光敏器件上滤色片颜色的补色，便可实现彩色影象的补色转换，制成彩色负象的正象显示器。
为了能够调节显示屏显示颜色的白平衡，相同发光颜色的全部发光器件要一起控制其发光强度。
本实用新型用光纤传象束传象，再经放大投影并将光电转换与电致发光直接相连，省去了摄象和显示的两次扫描装置，降低了造价。与普通单纯光学放大投影相比，发光亮度可达到在普通照明条件下观看的实用亮度，有着广阔的应用领域，例如用作各种内窥镜显示，电影摄影机分光路监视等，并可与变焦镜头结合用作多种场合的监视器(包括汽车后视监视器)。
本实用新型的具体结构将通过以下实施例结合附图进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图图2是单元薄片(8)的A向视图图3是光敏器件(13)的结构示意图图4是发光器件(14)的结构示意图图5是光敏器件的开关电路图图6是直流无机粉末发光器件的驱动电路图图7是交流无机薄膜电致发光器件驱动电路图图8是工作原理框图图1是本实用新型提出的光纤传象束传象彩色发光显示装置的结构示意图，该装置包括光纤传象束(1)，光学放大投影装置(2)和光电转换电致发光显示屏(3)三个部分。光纤传象束(1)由几万根长度相等、直径约10微米的自聚焦光学纤维组成，有良好挠性。其取象端面光纤阵列(4)从光学影象成象面取象，沿每根光纤传送到其放大了的放象端面光纤阵列(5)，经光学放大投影装置(2)上与每根光纤对应的放大镜头或针孔，放大投影到显示屏(3)背面的受光面(6)上，受光面上的光敏器件(13)将光信号转变为电信号，经驱动电路使显示屏正面的发光面(7)上的发光器件(14)发光显示。显示屏(3)中单元薄片(8)的厚度按分辩率要求而定，其间间隔以黑色绝缘薄膜(厚度为单元薄片厚度的1/4)。发光面(7)上要紧密粘合硬质光学玻璃，四周做防潮密封处理，以保证屏中器件正常工作，并处长使用寿命。显示屏发光面(7)上每个发光器件(14)四周的黑色绝缘材料构成的黑底面积约占全屏显示面积的36％，以保证一定的对比度。
光纤传象束放象端面光纤阵列(5)，光学放大投影装置(2)与显示屏(3)装在机壳(9)内，机壳要密闭不透光。
机壳底部(10)内装电源、脉冲发生器和白平衡控制器。
图2是构成光电转换电致发光显示屏(3)的条状单元薄片(8)的A向视图。基片(11)为硅片或玻璃片，基片宽度视制作开关电路和驱动电路的集成电路(15)的需要而定。光敏器件(13)的受光面大小按单元薄片厚度见方，间隔以黑色绝缘材料(宽度与单元薄片间黑色绝缘薄膜厚度相同)。滤色片(12)用透明有机薄膜染色而成，沿单元薄片长度整条制作蒙上。三原色滤色片透射光波长峰值分别为兰色462毫微米，绿色514毫微米，红色626毫微米。发光器件(14)发光面大小与光敏器件(13)受光面大小相同，同样间隔以黑色绝缘材料(宽度也与单元薄片间黑色绝缘薄膜厚度相同)。三原色发光波长峰值与光敏器件上滤色片透射光波长峰值相同。
图3是光敏器件(13)的结构示意图。(a)是光敏电阻例，在基片(11)受光侧边缘上制作光敏电阻(16)，接出二引脚(17)构成。(b)是光电二极管例，在基片(11)(N型硅)受光侧边缘上制作P型硅(18)构成光电二极管。
图4是发光器件(14)的结构示意图。(a)是直流无机粉末电致发光器件例。阴极(19)为金属膜(Al或Sn)，阳极(20)为SnO2或In2O3透明导电膜。此二电极厚度均为零点几微米，阳极引脚与阴极相交处要做好绝缘层(22)(以下均同)。粉末发光层(21)夹在二电极之间，厚约30微米。发光层由发光物质ZnSMn，Cu和介质(尿素树脂)构成，ZnSMn先用CuCl2作包铜处理，再与介质混合。此发光器件使用前须先经过形成过程，发光条件约150V直流脉冲，频率约100Hz。(b)是直流有机薄膜电致发光器件例。阴极(23)是Al，Ca，Mg等，透明阳极(24)是ITO，发光层(25)为有机发光材料种类很多，常见的有PPV(聚对苯乙炔)及其衍生物，Alq3(8-羟基喹啉铝螯合物)以及DCM、TPB等。不同的阴极、发光材料、阳极组合可以构成不同的有机电致发光器件，发光层也有不同材料的多层构造。用100V左右的高频直流脉冲驱动，频率400-800Hz。驱动电源使用反演电路。(c)是交流无机薄膜电致发光器件例。Al电极(26)，In2O3透明电极(27)和发光材料ZnSMn层(28)中间隔以绝缘层Y2O3(29)，都是真空蒸发制作上去的。发光条件约150V交流脉冲，频率约100Hz。
图5是光敏器件开关电路图(以光电二极管为例)。每个光敏器件配一个开关电路，其中包括存贮电容(31)和MOS开关(32)。光电二极管(30)被(33)端外加电压偏置，使存贮电容(31)充电至偏置电压(5V)，在光照下光电二极管(30)吸收光电子和热效应而产生电子-空穴对，存贮电容(31)通过光电二极管(30)放电。在(34)端所加高频脉冲作用下闭合MOS开关(32)，对存贮电容(31)再次充电。充电电流大小正比于放电电荷，当暗电流恒定时，它将与曝光量成正比，由(35)端输出脉冲信号。
图6是直流无机粉末电致发光器件驱动电路图，从输入端(36)输入信号(Lo有源)进入非门电路(37)，输出变为Hi，三极管(38)导通，电源端(39)的DC 50-150V电压由电阻(40、41)分压，在三极管(42)基极和发射极间加上大约15V左右电压，三极管(42)导通，脉冲电压便加到发光器件(43)上使之发光。
图7是交流无机薄膜电致发光器件驱动电路图。来自光敏器件的信号同时输入(44、45)端两极驱动电路，并加到从它们的(46、47)端输入的高频脉冲上，电源端(48、49)的AC 50-150V电压把这个高频脉冲加到发光器件(50)上，使其电场反向。具体过程是当输入信号是Lo时(Lo为有源，输入则为导通状态)，高频脉冲在Hi时，驱动电路使电极(51)输出为50-150V，电极(52)输出为零。高频脉冲变为Lo时，驱动电路使电极(51)输出为零，电极(52)输出为50-150V，加在发光器件(50)的电场就反向而使发光器件发光。
图8是工作原理框图。脉冲发生器将高频脉冲分别同时加到每个光敏器件的开关电路和每个发光器件的驱动电路上，用光敏器件上所接受的光信号控制相应发光器件发光。同一个颜色的发光器件的如上电路全部并联在一起加以控制，以控制显示屏发光的白平衡和发光亮度。
权利要求1.光纤传象束传象彩色发光显示装置，光学放大投影装置(2)位于光纤传象束(1)的放象端面光纤阵列(5)与光电转换电致发光显示屏(3)的受光面(6)之间，互相平行固定连接在机壳底部(10)上使之准直光路聚焦投影成象并用机壳(9)将它们围起隔光密闭，其特征在于通过光纤传象束(1)与光学放大投影装置(2)在光电转换电致发光显示屏(3)的受光面(6)上形成放大锒嵌影象，光电转换电致发光显示屏(3)将此影象的光信号转变为电信号再经电致发光在其发光面(7)上显示出来。
2.根据权利要求1的光纤传象束传象彩色发光显示装置，其特征在于，其中的光纤传象束(1)有取象端面光纤阵列(4)和放象端面光纤阵列(5)，它们对光学影象进行光纤阵列放大。
3.根据权利要求1的光纤传象束传象彩色发光显示装置，其特征在于，其中的光电转换电致发光显示屏(3)是由单元薄片(8)粘拼而成的。
4.根据权利要求3的光纤传象束传象彩色发光显示装置，其特征在于，在其中的单元薄片(8)的位于光电转换电致发光显示屏(3)的受光面(6)和发光面(7)两侧的边缘上分别制作一排光敏器件(13)和一排电致发光器件(14)，它们分别在光电转换电致发光显示屏(3)的受光面(6)和发光面(7)上组成受光点阵和发光点阵。
5.根据权利要求4的光纤传象束传象彩色发光显示装置，其特征在于，其中的单元薄片(8)按三原色兰、绿、红分为三种，同一单元薄片(8)上的光敏器件(13)所蒙滤色片(12)的颜色要相同，电致发光器件(14)的发光颜色也都要与此颜色相同，三种颜色兰、绿、红色的单元薄片(8)要按固定顺序间隔排列，用以实现彩色显示。
专利摘要本实用新型属于非扫描型传象－显示装置,用以进行较短距离光学影象的传送和彩色显示。光学放大投影装置位于光纤传象束和迭层构造的光电转换电致发光显示屏中间,将经光纤传象束阵列放大的影象再放大投影到光电转换电致发光显示屏的受光面上,经过从受光点阵到发光点阵的光电转换和电致发光,以三原色象素点阵结构在其发光面上显示出彩色影象。可用于各种内窥镜等的显示,并可与变焦镜头结合用作较短距离各种不同场合的监视器。
文档编号H04N7/10GK2358648SQ9820598
公开日2000年1月12日 申请日期1998年6月22日 优先权日1998年6月22日
发明者俞泽辰 申请人:俞泽辰