光纤显示器的制作方法

专利名称：光纤显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示器，具体涉及一种利用光导纤维在显示屏上成像的光纤显示器。本发明的光纤显示器可用于计算机、电视机、户外显示屏或车载导航仪等。
背景技术：
现有技术中显示器的种类很多，一般由显示器(即成像面)、扫描系统与控制电路构成。除了传统的阴极射线管显示器以外，使用较广泛的平板型显示器主要有两种液晶显示器和等离子显示器。液晶显示器的成象面是由若干液晶排列组成显示屏，其扫描系统与控制电路按不同坐标为每个液晶输出信号。液晶显示器的厚度很小，体积和重量也都比较轻，具有很多优势；但是它对观看角度有较严的限制，从侧面观看会产生黑屏现象，这限制了液晶显示器的面积，给制造大屏幕液晶显示器造成了技术障碍。同时，液晶显示器从原理上不适合在强光环境下的显示，即在室内效果良好的显示器，在日光下就无法看清，这成为制造大型室外展示屏、广告牌等工作的技术难题。另外，液晶中均含有有毒物质，废弃的液晶显示器回收困难，造成环境污染。等离子显示器从原理上讲适合于大型屏幕，具有反应快，无屏闪的优点，但由于功耗大，发热多，在环保上逊于液晶，也不适合于室外强光，目前只有个别制造商仍在坚持。中国99114239. X发明专利提供了一种新结构的光纤显示器。光纤显示器设有显示屏、扫描系统与控制电路，特征是，所述的显示屏为光纤显示屏，该光纤显示屏与扫描系统通过光纤连接，光纤的输入端接扫描系统，输出端接成象面(排列固定在成象面上与成象面的表面垂直或成一定角度)。扫描系统包括光枪扫描系统或专用集成电路扫描系统。该发明使显示屏厚度与重量大幅度减小、适应能力提高。两地之间的连接方便，可任意转弯。它具有比较小的体积与重量，它对放置地点和使用条件有比较宽广的适应能力。同时，该发明能扩大显示器的亮度的调节范围，使新的显示器在室外与室内都能显示出清晰的图象。该发明的方案中不含有有毒物质，不需设置高压，可解决传统显示器的污染问题和安全问题。但是，要推广实施上述发明方案，还需要进一步补充很多技术细节，而现有技术中没有公开这些技术细节，给推广该技术方案造成了困难。

发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种光纤显示器，该光纤显示器的方案是对中国99114239. X发明专利技术方案的发展与补充，主要解决所述光纤两端的连接技术，即光信号在光纤中的输入与输出的技术方案，具体有光纤与屏幕的接口技术及光纤与扫描系统的接口技术；本发明能够使光纤显示器的技术方案进入大规模工业生产的实施阶段。完成上述任务的技术方案是，一种光纤显示器，设有显示屏、扫描系统与控制电路，其中的显示屏为光纤显示屏，该光纤显示屏与扫描系统通过光纤连接，其特征在于，本光纤显示器中设有光纤出口连接机构与光纤入口连接机构；所述的光纤显示屏(也称为屏幕、显示屏或成像面)与所述光纤是通过光纤出口连接机构连接；所述的扫描系统与所述光纤是通过光纤入口连接机构连接。所述的光纤出口连接机构可以是以下结构中的一种
a.所述的光纤显示屏(也称为显示屏、屏幕或成像面)的材料可以是玻璃、亚克力塑料板或硅胶膜；
在所述光纤显示屏上开有与所述光纤的数量及位置一一对应的光纤孔，各光纤孔的内径与所述光纤的外径相当；光纤与屏幕的连接方法为，将光纤插入光纤孔，各光纤经光纤胶或者以热熔接的方法与光纤孔接口或固定；
所述光纤孔的底部可以根据需要制成椭圆形或喇叭形或其他形状，目的是使来自光纤的光线经底部形状散射后，达到扩大视角的目的； 光纤孔的间距取决于屏幕的解像度；
在屏幕的内侧涂以黑碳油性低反光涂料，以增强对比度和视觉效果。b.在所述光纤显示屏与光纤的连接处，设置有与光纤数量相同的光纤接口，所述光纤接口的形状可以是椭圆接口，也可以是喇叭形接口，该光纤接口一端经光纤胶或者以热熔接的方法与光纤固定连接，另一端经光纤胶或者以热熔接的方法与光纤显示屏固定连接；目的是使来自光纤的光线经接口按一定角度散射，达到扩大显示角的目的。椭圆接口及喇叭形接口也可以直接制作在光纤的末端，如图2所示。c.所述的光纤显示屏的材料为具有一定孔径间距的网状材料，例如不锈钢丝网； 其网孔的大小与光纤接口的外径相似，以使光纤接口正好能插入屏幕的网孔中。带有光纤接口的光纤与屏幕间用胶接或热熔接的方法连接。屏幕的孔目数根据所需屏幕大小而定， 光纤的插入位置可以是不间断紧密插入的，也可以根据尺寸大小需要间隔数孔插入。比如可以选50目，每间隔孔插入1根光纤；
在屏幕的两面可以事先涂以氟碳涂料，例如氟烯烃-乙烯基醚共聚物(FEVE)树脂，以提高屏幕的环境适应能力，特别适用于室外需要较强的抗老化，腐蚀能力的用途。同时提高了对比度和清晰度。所述的光纤入口连接机构可以是以下结构中的一种
a.光纤输入端的排列形状、排列顺序与图像扫描光出口的输出图像的排列形状、扫描顺序一致，并保持一定距离，以使出口的图像大小正好和输入端的端面相等，焦距等于两者的距离；该图像扫描出口光信号的图像信号是来自LED/LD或普通光投射设备的光扫描信号；
更优化和更具体地说，a方案结构参照图4 光纤的图像信号输入端按一定顺序(可以与图1中屏幕11相同顺序，也可是相反顺序，或者按一定规律排列顺序)紧密排列，扫描系统的图像扫描出口光信号将按行，列顺序排列的光图像信号投射在光纤输入端上，通过光纤将所需图像最终送达显示屏表面。光纤输入端的排列形状与图像扫描光出口的输出图像的扫描顺序一致，并保持一定距离，以使出口的图像大小正好和输入端的端面相等，焦距等于两者的距离。使图像能清晰不失真地传到显示屏上，并达到最佳光传导效率。图像扫描出口光信号的图像信号可以是来自LED/LD或普通光投射设备的按一定原理进行扫描的光扫描信号，比如基于DMD原理产生的图像成像信号。b.所述的扫描系统采用专用集成电路；在光纤输入口侧设有固定插口，在集成电路侧设有固定插座；具体方法参照图5，在插口 4四角开有引导槽，在插座5四角对应位置设有引导卡条，接插时将插口引导槽对准插座的引导卡条插入插座中，引导卡条具有弹簧锁紧结构，插口插入后将插口与插座锁紧。引导槽与引导卡条的加工精度视光纤人口的大小而定，例如误差<10 μ m。为了保证接插精度，在每根光纤入口处可以设有凸透镜结构，在集成电路上对应光点也设有凸透镜结构，导光板6上开有导光孔7，导光孔7与光纤入口 1 及集成电路2的发光点一一对应，利用导光孔7两端光纤入口 1及集成电路2的凸透镜结构，在插口 4与插座5锁紧过程中，使集成电路2的发光点与光纤入口 1的光纤入口自动对中，进一步提高接插精度，也便于大规模生产的需要。更优化和更具体地说，b方案结构是光纤的图像信号输入端按一定顺序紧密排列，与a方案不同的是，本方案中扫描系统采用专用集成电路(电-光转换集成电路)；光扫描信号是由该集成电路产生的。专用集成电路为一光电集成电路，它接收图像电子信号， 在其面向光纤输入端的表面产生所需显示的按一定行列，色彩，灰度排列的光信号，并将其一一对应地投射到光纤输入端上。为确保集成电路的光信号能够准确地输入到光纤输入端上，本方案中，在光纤输入口侧设有固定插口，在集成电路侧设有固定插座。具体方法参照图5，在插口 4四角开有引导槽，在插座5四角对应位置设有引导卡条，接插时将插口引导槽对准插座的引导卡条插入插座中，引导卡条具有弹簧锁紧结构，插口插入后将插口与插座锁紧。弓I导槽与引导卡条的加工精度视光纤人口的大小而定，例如误差<10μπι。为了保证接插精度，在每根光纤入口处可以设有凸透镜结构，在集成电路上对应光点也设有凸透镜结构，导光板6上开有导光孔7，导光孔7与光纤入口 1及集成电路2的发光点一一对应，利用导光孔7两端光纤入口 1及集成电路2的凸透镜结构，在插口 4与插座5锁紧过程中，使集成电路2的发光点与光纤入口 1的光纤入口自动对中，进一步提高接插精度，也便于大规模生产的需要。通过固定插口和固定插座的紧密配合，使集成电路的光信号在最小偏差情况下输入到光纤输入端，每束光信号与每根光纤入口一一对应。这里固定插口及固定插座和光纤入口与集成电路的相对位置可根据需要任意安排。c.所述的扫描系统与所述光纤之间设有导光板，该导光板上开有与的数量及位置一一对应的导光孔，该导光孔内侧加工成高光洁度的镜面；
更优化和更具体地说，c方案结构是参照图5，扫描系统采用专用集成电路；所述的扫描系统与所述光纤之间设有导光板，该导光板上开有与的数量及位置一一对应的导光孔， 该导光孔内侧加工成高光洁度的镜面；作用是将集成电路的光信号在最小光损失下导入到光纤输入端对应的光纤入口。导光板的另一个重要功能是为集成电路的发光面提供散热手段，并在光纤入口与集成电路之间起到一个热缓冲的作用。在导光板的外侧设置有散热器， 进一步增强散热效果，散热器的大小可根据需要计算。导光板及散热器使用具有良好导热性能的材料，例如铝。d.每根光纤的输入端固定有一接口，该接口为一凸透镜。更优化和更具体地说，d方案结构是，参照图6 每根光纤的输入端固定有一接口， 该接口为一凸透镜，起到将来自发光器件的图像光信号聚焦到光纤的作用，最大限度减少光损失。提高光传导效率。带接口的光纤与发光器件一一对应。可根据需要按一定规则和间距排列。每根光纤接口的聚光镜将发光器件的光信号先行聚焦，光信号经聚焦后的将集中投射在接口透镜上，聚光镜的另一功能是具有散热效果，可对LED/LD发光器件发光时所产生的热量进行散热处理。因此聚光镜需用导热性能良好材料制成，例如铝。所述的发光器件为单色或RGB彩色LED/LD或其他发光器件，发光功率根据需要选择。例如IW的0505RGB贴片。这个方案特别适用于需要大功率，大面积的户外大型显示屏。所述的光纤入口连接机构中的扫描系统的进一步优化，扫描系统的结构为以下具体结构中的一种
a.连接电子图像信号的LVDS接口、HDMI接口或DisplayPort接口，分别连接多路选择器，该多路选择器将信号送达图像地址数据解码器；再接图像点阵存储器；该图像点阵存储器将其存入对应像素单元；每一点像素对应一组存储单元；各组存储单元组成图像点阵存储器；LED/LD驱动阵列对每一点像素的R，G，B信号分别设置一个驱动器；所述图像点阵存储器的每一点像素值对应于LED/LD驱动阵列的一组RGB驱动器，每一组驱动器设计成自动从图像点阵存储器对应像素单元取得相应数据，然后自动设定该单元组的RGB3个驱动器的PWM输出；LED/LD阵列是一组面发光彩色LED/LD，每一组RGB对应一个像素，总像素与显示屏的像素相同；内部时钟与控制逻辑负责协调整个芯片的工作，包括加密图像信号的解码工作。更详细地说，扫描系统a方案，专用光集成电路的结构，参照图7，光扫描集成电路的内部构成示意图本光扫描集成电路接受来自图像信号生成系统的电子图像信号，信号形式可以是LVDS，HDMI或DisplayPort。也可以为是其他格式。电子图像信号按照其不同的格式从图中LVDS接口，HDMI接口，DisplayPort接口到达多路选择器，多路选择器按所定接口选择相应的输入格式后，将信号送达图像地址数据解码器，根据电子图像信号进行解码，得到下一级图像点阵存储器所需的与显示屏幕坐标一一对应的各点像素的RGB值及灰度值，支持多种图像格式，典型的有YPbPr4 2 :2，YPbPr4 2 :0等。图像点阵存储器接收图像地址数据解码器所生成的各点像素的RGB值及灰度值，将其存入对应像素单元。每一点像素对应一组存储单元。图像点阵存储器可以是单面的，每一面对应于1帧画面。也可以是多面的，以便作缓冲处理或满足特殊处理的需要。LED/LD驱动阵列对每一点像素的R， G，B信号分别设置一个驱动器，该驱动器为恒流源驱动器，最大电流可以达到20mA，具体DC 参数可根据需要而设计。每一个驱动器都带有PWM功能，根据每一色彩的灰度，决定PWM的 Duty。例如红色灰度为0-255，则该点的驱动器PWM的占空比(Duty)可在0-255间按比例设定。以得到不同的红色亮度需要。图像点阵存储器的每一点像素值对应于LED/LD驱动阵列的一组RGB驱动器，每一组驱动器设计成自动从图像点阵存储器对应像素单元取得相应数据，然后自动设定该单元组的RGB3个驱动器的PWM输出。LED/LD阵列是一组面发光彩色LED/LD，每一组RGB对应一个像素，总像素与显示屏的像素相同。LED/LD发光管阵列的制造方法可采用真空蒸发法， 例如可以在feilnAs Patten上生成多波长面发光LD阵列(VCSEL)。整个芯片的处理速度要求满足10. SGbps的数据处理速度，内部时钟设定为100MHz，采用数据分块处理的方法， 以降低工作频率，减小功耗。并通过时钟逻辑产生内部所需各部时钟。最后控制逻辑负责协调整个芯片的工作，包括加密图像信号的解码工作。b.扫描系统的机械执行部件由垂直振镜与水平振镜构成；专用LSI芯片中的垂直同步控制部分及水平同步控制部分输出的控制电压施加在该垂直振镜与水平振镜上；专用LSI芯片中的三色素发光管驱动器分别控制三色素发光管的发射，所发射的光信号通过所述垂直振镜与水平振镜扫描到光纤入口上。更详细地说，扫描系统b方案为振镜扫描系统图8为一振镜扫描系统结构示意图。垂直振镜16与水平振镜17是实现扫描系统的机械执行部件。振镜材料可用水晶体，沿 ζ轴方向按一定角度切割后，反方向粘接，形成折射面。利用水晶体的压电特性，沿ζ轴方向施加控制电压，使水晶体发生压控变形，使图像光信号3经过水晶体的折射面时，产生所需的偏移。水平振镜17负责水平方向的偏移，垂直振镜16负责垂直方向的偏移。偏移量的大小及实时偏移角度的控制，由专用LSI 25中的垂直同步控制，及水平同步控制部分，根据垂直振镜16及水平振镜17的物理特性，及每个像素点的相对物理位置，相对时点实时地对振镜施加所需偏振电压来实现同步。垂直振镜16与水平振镜17的扫描频率根据解像度的需要而定。例如在IOMX 768解像度时，水平振镜振荡频率为46. 08kHz，垂直振镜的振荡频率为47. 18592MHz。图像光信号3来自于光枪头19，分别由R发光管21，G发光管22，B 发光管23经光纤耦合M最终合成每一像素的RGB综合信号。这里光枪可以是一个，负责全屏幕的扫描，也可以是多个，每一个负责一部分屏幕的扫描。送到发光管每个像素的RGB 信号由专用LSI25控制。与实施例一相同，专用LSI25接收来自LVDS/HDMI/DispIayPort 的图像电子信号，然后经内部图像数据解码处理后形成按行列分配的图像像素阵列，并将其保存在图像点阵存储器中。与实施例一不同的是，此后由扫描控制逻辑将各点像素按顺序送达R驱动器，G驱动器，B驱动器，这些驱动器产生每一点像素所需的RGB图像光信号， 以分别驱动R发光管21，G发光管22，B发光管23。驱动器为恒流源驱动，可以直接驱动发光管，也可根据需要外接驱动回路以达到提高驱动能力的目的。发光管可以是LED，LD或者其他发光管。RGB驱动器与垂直/水平同步控制在内部控制逻辑的指挥下协同工作，确保将每一点像素准确投射到屏幕上的对应位置。每一个驱动器具备PWM功能，根据各点RGB的亮度，自动调节占空比，以得到每点像素的所需亮度。同样，RGB驱动器可以是一组，负责全屏图像的扫描，也可是多组，每一组驱动器负责一部分像素的扫描。c. 一对一 LED/LD扫描系统=Ether接收器接收来自LAN的图像信号，并负责将其送达图像地址数据解码分配器，该图像地址数据解码分配器进行图像的地址数据解码，得到每点像素对应的RGB数据，然后按对应的像素将对应的数据送到图像点阵存储器中；扫描控制逻辑负责按扫描频率的要求，将图像点阵数据按规定的顺序转换成串行数据，并按所定的图像区域划分连同所需时钟一起将其送达各个串行输出驱动器SD0/CLK10中；每个专用LSI芯片具备多个串行输出驱动器SD0/CLK ；每个SD0/CLK又负责控制多路LED/LD驱动器，负责控制RGB发光管的发光亮度。更详细地说，扫描系统的c方案为一对一 LED/LD扫描系统图9为一对一 LED/LD 扫描系统结构示意图。专用LSI 25是该扫描系统的核心芯片。专用LSI 25接收来自外部的电子图像信号，该信号可以是通过网络传输的，如图中LAN。也可以通过其他介质进行传输。Ether接收器接收来自LAN的图像信号，并负责将其送达图像地址数据解码分配器，在这里进行图像的地址数据解码，得到每点像素对应的RGB数据，然后按对应的像素将对应的数据送到图像点阵存储器中。扫描控制逻辑负责按扫描频率的要求，将图像点阵数据按规定的顺序转换成串行数据，并按所定的图像区域划分连同所需时钟一起将其送达各个串行输出驱动器SD0/CLK10中。每个专用LSI芯片具备多个串行输出驱动器SD0/CLK。每个SD0/CLK又负责控制多路LED/LD驱动器，LED/LD驱动器一般应为恒流源输出，负责控制RGB 发光管21、22、23的发光亮度。每个LED/LD驱动器可以控制多路发光管，例如16路。每路有独立的PWM输出，自动根据图像信号调节输出占空比，以实现每点像素的灰度控制。每个LED/LD驱动器应含有全体输出控制OE端，控制OE端可调节全屏的亮度。专用芯片25的每组SD0/CLK对应于显示图像的某一区域，控制方法为串行数据同步或异步输出，根据需要多个专用芯片共同组成全体屏幕图像的扫描控制。RGB发光管21、22、23的输出送到图6的LED/LD光纤图像输入口，由这里的接口将图像光信号送到光纤显示屏上。该方法由于采用分立式的扫描原理，特别适用于户内外需要大功率器件的大型显示屏。换言之，本发明采用的光纤显示器与现有技术一样，显示器设有显示屏、扫描系统与控制电路，光纤显示器的显示屏为光纤显示屏，光纤显示屏与扫描系统通过光纤连接。 这里所说的光纤显示屏是指其成象面后面固定有一组有序排列的光纤，光纤的输入端接扫描系统。光纤的输出端，按照二维坐标、三维坐标、球坐标或多维坐标的形式排列固定在成象面上，与成象面的表面垂直或成一定角度。固定方法可以是粘接、热熔连接或机械卡接。光纤端部的截面形状可以是圆形、矩形、多边形或其他形状。所有的光纤组成光缆。其成象面可采用透明或半透明材料制成，该材料可以是刚性材料，也可以是柔性材料；具体如玻璃，亚克力塑料板，硅胶膜，或者网状材料，如不锈钢网。其上可以涂敷氟碳等防腐，提高对比度的物质，也可以不涂敷这类材料。本发明中的光纤入口图像接入技术根据对象需要，有投影法，专用集成电路法和一对一接入方法。本发明中的图像扫描技术可以有专用振镜系统扫描法，专用集成电路扫描法，和一对一 LED/LD扫描系统方法。本发明采用光纤传输并显示图象，由于光导纤维的直径很小，可在10微米以下， 所以在面积相同时，本方案不仅可以增加显示屏的象素数量，提高图象质量，而且使显示屏的厚度与重量大幅度减小，制作得十分精巧。同时其显示屏与扫描成象装置可以设置在两个不同的地方，离开了体积较大、对环境要求较高的成象装置以后，显示屏对设置地点的适应能力可有很大的提高。两地之间的连接方便，可任意转弯。同时，本光纤显示器的亮度可在很大的范围内调节，可解决在强光下的清晰成象问题。本发明中不含有毒物质，也不需设置高压，解决了传统显示器的污染问题和安全问题。用柔性材料制成的显示屏，可以折叠， 运输、保存、悬挂都很方便。本发明是对中国99114239. X发明专利技术方案的发展与补充，本发明解决了光纤显示屏的屏幕制造技术，包括光纤与屏幕的接口技术，屏幕各层面的制造技术；本发明能够使光纤显示器的技术方案进入大规模工业生产的实施阶段。


图1为光纤孔法的光纤与光纤屏连接方法示意图； 图2为外部喇叭口法的光纤与光纤屏连接方法示意图； 图3为网状结构光纤屏示意图4为成紧密排列光纤图像输入口示意图； 图5为基于专用集成电路的光纤图像输入口示意图； 图6为一对一的LED/LD光纤图像输入口示意图； 图7为光扫描集成电路逻辑图；图8为光振镜扫描系统示意图； 图9为一对一的LED/LD扫描系统示意图。
具体实施例方式实施例1，光纤显示屏的屏幕制造，用作光纤显示器屏幕的材料可以是玻璃，亚克力塑料板，硅胶膜等。以亚克力(acrylic，PMMA聚甲基丙烯酸甲酯)为例，参照图1 屏幕 11为亚克力板，在屏幕11上开有一定间距的光纤孔10，光纤孔10的内径与光纤9的外径相当，光纤孔10的间距取决于屏幕的解像度。光纤9与屏幕11的连接方法为，将光纤9插入光纤孔10，并用光纤胶固定，也可以热熔接的方法固定。光纤孔10的底部可以根据需要制成椭圆形10-1或喇叭形10-2或其他形状，目的是使来自光纤的光线3经底部形状散射后，达到扩大视角的目的。在屏幕11的内侧涂以黑碳油性低反光涂料，以增强对比度和视觉效果。实施例2，与实施例1基本相同，用作光纤显示器屏幕的材料可以是玻璃，亚克力塑料板或硅胶膜等。参照图2 屏幕10为亚克力板，与实施例1不同处在于在屏幕11上按照光纤排列位置，设置有相同数量的光纤接口 12，其形状可以是椭圆接口 12-1，也可以是喇叭形接口 12-2，光纤9经光纤胶或者以热熔接的方法与光纤接口 12-1或12-2固定。目的是使来自光纤9的光线3经接口按一定角度散射，达到扩大显示角的目的。椭圆接口 12-1 及喇叭形接口 12-2也可以做在光纤末端上，如图2中带接口的光纤9-1所示。无论接口是做在屏幕上还是做在光纤末端上，接口的材料应与光纤core部材料一致，以避免在接合部产生光的折射和反射，造成接口部的光损失。实施例3，用作光纤显示器屏幕的材料可以是具有一定孔径间距的网状材料，例如不锈钢丝网，如图3所示。带有光纤接口 12的光纤9，插入网状屏幕11-1的网孔中，屏幕 11-1网孔的大小与光纤接口 9的外径相似，以使光纤接口 9正好能插入屏幕11-1的网孔中。带有光纤接口 12的光纤9-1与屏幕11-1间用胶接或热熔接的方法连接。屏幕11-1 的目根据所需屏幕大小而定，光纤的插入位置可以是不间断紧密插入的，也可以根据尺寸大小需要间隔数孔插入。比如可以选50目，每间隔1孔插入1根光纤。在屏幕11-1的两面可以事先涂以氟碳涂料，例如氟烯烃-乙烯基醚共聚物(FEVE)树脂，以提高屏幕的环境适应能力，特别适用于室外需要较强的抗老化，腐蚀能力的用途。同时提高了对比度和清晰度。实施例4，参照图4 光纤的图像信号输入端按一定顺序(可以与图1中屏幕11相同顺序，也可是相反顺序，或者按一定规律排列顺序)紧密排列，扫描系统的图像扫描出口光信号将按行，列顺序排列的光图像信号投射在光纤输入端上，通过光纤将所需图像最终送达显示屏表面。光纤输入端的排列形状与图像扫描光出口的输出图像的扫描顺序一致， 并保持一定距离，以使出口的图像大小正好和输入端的端面相等，焦距等于两者的距离。 使图像能清晰不失真地传到显示屏上，并达到最佳光传导效率。图像扫描出口光信号的图像信号可以是来自LED/LD或普通光投射设备的按一定原理进行扫描的光扫描信号，比如基于DMD原理产生的图像成像信号。实施例5，光纤的图像信号输入端按一定顺序紧密排列，与实施例4不同的是，本方案中扫描系统采用专用集成电路(电-光转换集成电路)；光扫描信号是由该集成电路产生的。专用集成电路为一光电集成电路，它接收图像电子信号，在其面向光纤输入端的表面产生所需显示的按一定行列，色彩，灰度排列的光信号，并将其一一对应地投射到光纤输入端上。为确保集成电路的光信号能够准确地输入到光纤输入端上，本方案中，在光纤输入口侧设有固定插口，在集成电路侧设有固定插座。具体方法参照图5，在插口 4四角开有引导槽，在插座5四角对应位置设有引导卡条，接插时将插口引导槽对准插座的引导卡条插入插座中，引导卡条具有弹簧锁紧结构，插口插入后将插口与插座锁紧。引导槽与引导卡条的加工精度视光纤人口的大小而定，例如误差<10 μ m。为了保证接插精度，在每根光纤入口处可以设有凸透镜结构，在集成电路上对应光点也设有凸透镜结构，导光板6上开有导光孔7，导光孔7与光纤入口 1及集成电路2的发光点一一对应，利用导光孔7两端光纤入口 1及集成电路2的凸透镜结构，在插口 4与插座5锁紧过程中，使集成电路2的发光点与光纤入口 1的光纤入口自动对中，进一步提高接插精度，也便于大规模生产的需要。通过固定插口和固定插座的紧密配合，使集成电路的光信号在最小偏差情况下输入到光纤输入端， 每束光信号与每根光纤入口一一对应。这里固定插口及固定插座和光纤入口与集成电路的相对位置可根据需要任意安排。实施例6，参照图5 扫描系统采用专用集成电路；所述的扫描系统与所述光纤之间设有导光板，该导光板上开有与的数量及位置一一对应的导光孔，该导光孔内侧加工成高光洁度的镜面；作用是将集成电路的光信号在最小光损失下导入到光纤输入端对应的光纤入口。导光板的另一个重要功能是为集成电路的发光面提供散热手段，并在光纤入口与集成电路之间起到一个热缓冲的作用。在导光板的外侧设置有散热器，进一步增强散热效果，散热器的大小可根据需要计算。导光板及散热器使用具有良好导热性能的材料，例如
ρ O实施例7，参照图6 每根光纤的输入端固定有一接口，该接口为一凸透镜，起到将来自发光器件的图像光信号聚焦到光纤的作用，最大限度减少光损失。提高光传导效率。带接口的光纤与发光器件一一对应。可根据需要按一定规则和间距排列。每根光纤接口的聚光镜将发光器件的光信号先行聚焦，光信号经聚焦后的将集中投射在接口透镜上，聚光镜的另一功能是具有散热效果，可对LED/LD发光器件发光时所产生的热量进行散热处理。因此聚光镜需用导热性能良好材料制成，例如铝。实施例8，专用光集成电路图7为光扫描集成电路的内部构成示意图。本光扫描集成电路接受来自图像信号生成系统的电子图像信号，信号形式可以是LVDS，HDMI或 DisplayPort0也可以为是其他格式。电子图像信号按照其不同的格式从图中LVDS接口， HDMI接口，DisplayPort接口到达多路选择器，多路选择器按所定接口选择相应的输入格式后，将信号送达图像地址数据解码器，根据电子图像信号进行解码，得到下一级图像点阵存储器所需的与显示屏幕坐标一一对应的各点像素的RGB值及灰度值，支持多种图像格式，典型的有YPbPr4 2 :2，YPbPr4 2 0等。图像点阵存储器接收图像地址数据解码器所生成的各点像素的RGB值及灰度值，将其存入对应像素单元。每一点像素对应一组存储单元。图像点阵存储器可以是单面的，每一面对应于1帧画面。也可以是多面的，以便作缓冲处理或满足特殊处理的需要。LED/LD驱动阵列对每一点像素的R，G，B信号分别设置一个驱动器，该驱动器为恒流源驱动器，最大电流可以达到20mA，具体DC参数可根据需要而设计。每一个驱动器都带有PWM功能，根据每一色彩的灰度，决定PWM的Duty。例如红色灰度为0-255，则该点的驱动器PWM的占空比(Duty)可在0-255间按比例设定。以得到不同的
红色亮度需要。图像点阵存储器的每一点像素值对应于LED/LD驱动阵列的一组RGB驱动器，每一组驱动器设计成自动从图像点阵存储器对应像素单元取得相应数据，然后自动设定该单元组的RGB3个驱动器的PWM输出。LED/LD阵列是一组面发光彩色LED/LD，每一组RGB对应一个像素，总像素与显示屏的像素相同。LED/LD发光管阵列的制造方法可采用真空蒸发法， 例如可以在feilnAs Patten上生成多波长面发光LD阵列(VCSEL)。整个芯片的处理速度要求满足10. SGbps的数据处理速度，内部时钟设定为100MHz，采用数据分块处理的方法， 以降低工作频率，减小功耗。并通过时钟逻辑产生内部所需各部时钟。最后控制逻辑负责协调整个芯片的工作，包括加密图像信号的解码工作。实施例9，振镜扫描系统，参照图8 垂直振镜16与水平振镜17是实现扫描系统的机械执行部件。振镜材料可用水晶体，沿ζ轴方向按一定角度切割后，反方向粘接，形成折射面。利用水晶体的压电特性，沿ζ轴方向施加控制电压，使水晶体发生压控变形，使图像光信号3经过水晶体的折射面时，产生所需的偏移。水平振镜17负责水平方向的偏移，垂直振镜16负责垂直方向的偏移。偏移量的大小及实时偏移角度的控制，由专用LSI 25中的垂直同步控制，及水平同步控制部分，根据垂直振镜16及水平振镜17的物理特性，及每个像素点的相对物理位置，相对时点实时地对振镜施加所需偏振电压来实现同步。垂直振镜16与水平振镜17的扫描频率根据解像度的需要而定。例如在IOMX768解像度时，水平振镜振荡频率为46. 08kHz，垂直振镜的振荡频率为47. 18592MHz。图像光信号3来自于光枪头19，分别由R发光管21，G发光管22，B发光管23经光纤耦合M最终合成每一像素的RGB综合信号。这里光枪可以是一个，负责全屏幕的扫描，也可以是多个，每一个负责一部分屏幕的扫描。送到发光管每个像素的RGB信号由专用LSI25控制。与实施例一相同， 专用LSIM接收来自LVDS/HDMI/DisplayPort的图像电子信号，然后经内部图像数据解码处理后形成按行列分配的图像像素阵列，并将其保存在图像点阵存储器中。与实施例一不同的是，此后由扫描控制逻辑将各点像素按顺序送达R驱动器，G驱动器，B驱动器，这些驱动器产生每一点像素所需的RGB图像光信号，以分别驱动R发光管21，G发光管22，B发光管23。驱动器为恒流源驱动，可以直接驱动发光管，也可根据需要外接驱动回路以达到提高驱动能力的目的。发光管可以是LED，LD或者其他发光管。RGB驱动器与垂直/水平同步控制在内部控制逻辑的指挥下协同工作，确保将每一点像素准确投射到屏幕上的对应位置。每一个驱动器具备PWM功能，根据各点RGB的亮度，自动调节占空比，以得到每点像素的所需亮度。同样，RGB驱动器可以是一组，负责全屏图像的扫描，也可是多组，每一组驱动器负责一部分像素的扫描。实施例10，一对一 LED/LD扫描系统参照图9 专用LSI25是该扫描系统的核心芯片。专用LSI25接收来自外部的电子图像信号，该信号可以是通过网络传输的，如图中LAN。 也可以通过其他介质进行传输。Ether接收器接收来自LAN的图像信号，并负责将其送达图像地址数据解码分配器，在这里进行图像的地址数据解码，得到每点像素对应的RGB数据， 然后按对应的像素将对应的数据送到图像点阵存储器中。扫描控制逻辑负责按扫描频率的要求，将图像点阵数据按规定的顺序转换成串行数据，并按所定的图像区域划分连同所需时钟一起将其送达各个串行输出驱动器SD0/CLK10中。每个专用LSI芯片具备多个串行输出驱动器SD0/CLK。每个SD0/CLK又负责控制多路LED/LD驱动器，LED/LD驱动器一般应为恒流源输出，负责控制RGB发光管21、22、23的发光亮度。每个LED/LD驱动器可以控制多路发光管，例如16路。每路有独立的PWM输出，自动根据图像信号调节输出占空比，以实现每点像素的灰度控制。每个LED/LD驱动器应含有全体输出控制OE端，控制OE端可调节全屏的亮度。专用芯片25的每组SD0/CLK对应于显示图像的某一区域，控制方法为串行数据同步或异步输出，根据需要多个专用芯片共同组成全体屏幕图像的扫描控制。RGB发光管21、22、23的输出送到图6的LED/LD光纤图像输入口，由这里的接口将图像光信号送到光纤显示屏上。该方法由于采用分立式的扫描原理，特别适用于户内外需要大功率器件的大型显示屏。
权利要求
1.一种光纤显示器，设有显示屏、扫描系统与控制电路，其中的显示屏为光纤显示屏， 该光纤显示屏与扫描系统通过光纤连接，其特征在于，本光纤显示器中还设有光纤出口连接机构与光纤入口连接机构；所述的光纤显示屏与所述光纤是通过光纤出口连接机构连接；所述的扫描系统与所述光纤是通过光纤入口连接机构连接。
2.根据权利要求1所述的光纤显示器，其特征在于，所述的光纤显示屏的材料采用玻璃、亚克力塑料板、硅胶膜或具有一定孔径间距的网状材料；所述的光纤出口连接机构是以下结构中的一种a.在所述光纤显示屏上开有与所述光纤的数量及位置一一对应的光纤孔，各光纤孔的内径与所述光纤的外径相当；光纤与屏幕的连接方法为，将光纤插入光纤孔，各光纤经光纤胶或者以热熔接的方法与光纤孔接口或固定；b.在所述光纤显示屏与光纤的连接处，设置有与光纤数量相同的光纤接口，所述光纤接口的形状可以是椭圆接口，也可以是喇叭形接口，该光纤接口一端经光纤胶或者以热熔接的方法与光纤固定连接，另一端经光纤胶或者以热熔接的方法与光纤显示屏固定连接；c.用作光纤显示屏的材料选用具有一定孔径间距的网状材料时，带有光纤接口的光纤，插入网状屏幕的网孔中，屏幕网孔的大小与光纤接口的外径相似，以使光纤接口正好能插入屏幕的网孔中；带有光纤接口的光纤与屏幕间用胶接或热熔接的方法连接。
3.根据权利要求2所述的光纤显示器，其特征在于，所述光纤孔的底部为椭圆形或喇叭形；在所述光纤显示屏的内侧涂以黑碳油性低反光涂料；在所述具有一定孔径间距的网状材料的两面涂以氟碳涂料。
4.根据权利要求2所述的光纤显示器，其特征在于，所述具有一定孔径间距的网状材料的孔目数根据所需屏幕大小而定，光纤的插入位置是不间断紧密插入的，或者是间隔数孔插入。
5.根据权利要求2所述的光纤显示器，其特征在于，所述的光纤入口连接机构可以是以下结构中的一种a.光纤输入端的排列形状、排列顺序与图像扫描光出口的输出图像的排列形状、扫描顺序一致，并保持一定距离，以使出口的图像大小正好和输入端的端面相等，焦距等于两者的距离；该图像扫描出口光信号的图像信号是来自LED/LD或普通光投射设备的光扫描信号；b.所述的扫描系统采用专用集成电路；在光纤输入口侧设有固定插口，在集成电路侧设有固定插座；该固定插座的结构是在插口四角开有引导槽，在插座四角对应位置设有引导卡条，接插时将插口引导槽对准插座的引导卡条插入插座中，引导卡条具有弹簧锁紧结构，插口插入后将插口与插座锁紧；c.所述的扫描系统与所述光纤之间设有导光板，该导光板上开有与的数量及位置一一对应的导光孔，该导光孔内侧加工成高光洁度的镜面；d.每根光纤的输入端固定有一接口，该接口为一凸透镜。
6.根据权利要求5所述的光纤显示器，其特征在于，所述的聚光镜采用导热性能良好材料制成。
7.根据权利要求6所述的光纤显示器，其特征在于，所述的导热性能良好材料为铝。
8.根据权利要求1所述的光纤显示器，其特征在于，所述的扫描系统为以下具体结构中的一种a.连接电子图像信号的LVDS接口、HDMI接口或DisplayPort接口，分别连接多路选择器，该多路选择器将信号送达图像地址数据解码器；再接图像点阵存储器；该图像点阵存储器将其存入对应像素单元；每一点像素对应一组存储单元；各组存储单元组成图像点阵存储器；LED/LD驱动阵列对每一点像素的R，G，B信号分别设置一个驱动器；所述图像点阵存储器的每一点像素值对应于LED/LD驱动阵列的一组RGB驱动器，每一组驱动器设计成自动从图像点阵存储器对应像素单元取得相应数据，然后自动设定该单元组的RGB3个驱动器的PWM输出；LED/LD阵列是一组面发光彩色LED/LD，每一组RGB对应一个像素，总像素与显示屏的像素相同；内部时钟与控制逻辑负责协调整个芯片的工作，包括加密图像信号的解码工作；b.扫描系统的机械执行部件由垂直振镜与水平振镜构成；专用LSI芯片中的垂直同步控制部分及水平同步控制部分输出的控制电压施加在该垂直振镜与水平振镜上；专用 LSI芯片中的三色素发光管驱动器分别控制三色素发光管的发射，所发射的光信号通过所述垂直振镜与水平振镜扫描到光纤入口上；c.一对一 LED/LD扫描系统=Ether接收器接收来自LAN的图像信号，并负责将其送达图像地址数据解码分配器，该图像地址数据解码分配器进行图像的地址数据解码，得到每点像素对应的RGB数据，然后按对应的像素将对应的数据送到图像点阵存储器中；扫描控制逻辑负责按扫描频率的要求，将图像点阵数据按规定的顺序转换成串行数据，并按所定的图像区域划分连同所需时钟一起将其送达各个串行输出驱动器SD0/CLK10中；每个专用 LSI芯片具备多个串行输出驱动器SD0/CLK ；每个SD0/CLK又负责控制多路LED/LD驱动器， 负责控制RGB发光管的发光亮度。
全文摘要
光纤显示器，设有显示屏、扫描系统与控制电路，其中的显示屏为光纤显示屏，该光纤显示屏与扫描系统通过光纤连接，其特征在于，本光纤显示器中还设有光纤出口连接机构与光纤入口连接机构；所述的光纤显示屏与所述光纤是通过光纤出口连接机构连接；所述的扫描系统与所述光纤是通过光纤入口连接机构连接。本发明是对中国99114239.X发明专利技术方案的发展与补充，本发明解决了光纤显示屏的屏幕制造技术,包括光纤与屏幕的接口技术，屏幕各层面的制造技术；本发明能够使光纤显示器的技术方案进入大规模工业生产的实施阶段。
文档编号G09F9/305GK102568325SQ201210013498
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者柏长勇 申请人:柏长勇