专利名称：透明的接缝显示面板以及制造所述显示面板的方法
相关申请的交叉参考本申请是序列号为09/116,231，申请日为07/16/98，名称为“Transparent Seam Display Panel”的美国专利申请的部分继续。有关联邦资助的研究及开发的声明本发明是在和美国能源部签订的合同号DE-AC02-98CH10886下利用政府的支持作出的。在本发明中，政府享有一定的权利。
背景描述一般的视频显示屏的宽高比为4，垂直分辨率为525条线。电子束必须在此屏幕上进行水平和垂直两种扫描，从而形成大量像素，它们集中起来形成图像。常规的阴极射线管的尺寸具有实际的限制，并且相当厚，以便容纳所需的电子枪。较大屏幕的电视是可以得到的，它通常包括各种形式的图像投影，以便增加屏幕的成像尺寸。然而这种屏幕具有有限的视角、有限的分辨率、低的亮度和低的对比度。
通过把若干普通的电视屏幕组合而成为栅格阵列可以得到较大屏幕尺寸的图像。此时产生的图像可以被分成各个部分，以便在相应的屏幕上显示，借以用被重新装配在一起的许多片再现原始图像。不过，其中两个或多个屏幕相接处产生的缝打断了原始图像的连续性。此外，阴极射线管具有不能显示图像的周围的边界，因而增加了打断的面积。
因此，需要提供一种具有较大的观看面积同时又消除接缝的显示屏，所述接缝会打断在大的观看面积上显示的图像的连续性。
发明概述本发明的目的在于一种具有至少一个透明接缝的组合的光学显示器，包括多个邻接的叠层的光学面板，其中每个面板由多个叠层的光波导构成；以及至少一种光学连接，其利用至少一个在光学透明的接缝把邻接的叠层的光学面板连接在一起。在光学上是透明的接缝可以由液体光学环氧或光学油脂构成，并且最好具有和形成各个面板的波导的折射率相等的折射率。
本发明的目的还在于一种制造具有至少一个透明的接缝的组合的光学面板的方法，所述方法包括以折射率小于玻璃片的折射率的物质分别涂敷多个玻璃片，叠置所述被涂敷的多个玻璃片，利用黏合剂把每个被涂敷的玻璃片固定到一邻接的玻璃片上；对层叠体施加压力；固化所述黏合剂；切割所述层叠体，从而形成具有出口面和入口面的楔形的叠层的光学面板；重复所述的分别地涂敷、叠置、施加压力、固化和切割，从而形成多个叠层的光学面板；以及至少用一个光学透明接缝把所述多个叠层的光学面板连接在一起。
本发明借助于生产一种具有大的观看面积同时又消除将打断在大的观看面积上显示的图像的连续性的面板，解决了在现有技术中遇到的困难。
发明详述应当理解，本发明的这些附图和说明已被简化，以说明适于清楚地理解本发明所需的相关元件，同时为了清楚起见，省略了许多在一般的光学显示面板中具有的其它元件。本领域的普通技术人员能够理解，为了实施本发明，其它这些元件是所希望的和/或所要求的。不过，因为这种元件在本领域中是公知的，并且因为它们无助于更好地理解本发明，所以在此并不提供对这些元件的讨论。
图1是说明显示面板10的示意的轴侧图。显示面板10包括以水平接缝16b和垂直接缝16a连接在一起的多个叠层的光学面板12，其中每个叠层的光学面板由多个叠层的光波导12a、在由多个叠层的波导12a形成的层叠体18的一端的出口面16、以及在层叠体18的第二端的入口面14构成。显示面板10还包括至少一个光发生器21。
每个叠层的光学面板12的层叠体18最好是均质的，它们沿着入口面14的表面接收光22。所述光22在进入入口面14之后通过层叠体18。在本发明的优选实施例中，层叠体18由多个叠层波导12a的长度、高度和宽度构成。
多个叠层的波导12a形成每个叠层的光学面板12的层叠体18，在每个叠层的光学面板的一端形成入口面14，在其第二端形成出口面16。波导12a可以由本领域中已知的适合于在其中通过电磁波的任何材料制成，例如但不限于塑料、聚合物或玻璃。本发明的优选实施例利用各个玻璃片实施，其厚度(T，如图2所示)大约为20-40微米，并具有可以控制的长度或宽度。不过，在本发明中的各个玻璃片的厚度可以小至1-2微米。使用的玻璃可以是，但不限于BK7型玻璃，或者是合适的塑料叠层，例如可以从通用电气公司购买的Lexan。
每个叠层的光学显示面板12的入口面14和出口面16由多个波导12a构成，其中每个波导12a的一端形成该波导的入口，并且其中每个波导12a的相对端形成该波导12a的出口。沿着每个叠层的光学面板，每个波导12a水平地延伸，多个叠层的波导12a垂直地延伸。光22可以在出口面上例如但不限于以视频图像22a的形式被显示。
每个叠层的光学面板12的出口面16由多个叠层的光波导12a构成。出口面16位于层叠体18的一端，并相对于入口面14被倾斜地设置。入口面14一般被规定为层叠体18的底部，并且出口面16被规定为层叠体18的正面。出口面16一般可以和入口面14垂直，形成一个具有在层叠体18的入口面16和层叠体18的后端19之间的锐二面角A的三角楔。锐二面角A可以在大约5°到10°的范围内，例如，每个叠层的光学面板12的厚度从在层叠体18的顶部的最小值增加到层叠体18的底部的最大值。最大的厚度可以选择在给定的应用中可以实现的那样小的厚度。每个叠层的光学面板12具有从出口面16的顶部到底部的高度，和从出口面16的左边到右边的宽度。每个叠层的光学面板12的宽度和高度可以这样选择，使得例如对于一般的电视应用具有4∶3或16∶9的宽高比。如果使用由各个叠层的光学面板12构成的方形栅格形成面板10(2×2或4×4)这种设计，将产生与一般电视相同的宽高比。这样，例如当使用2×2的栅格时，总的出口面16的观看面积可以是单个的4倍，同时保持4∶3的宽高比。在本发明的一个示例的实施例中，对于每个叠层的光学面板12，可以选择大约在4到8cm范围内的最大厚度，此时的高度和宽度可以分别为100cm和133cm，这样便可以形成一个具有大的总的出口面16的薄的总面板10。
光发生器21发出光22并使光22输入多个叠层的光学面板12中的每个的入口面14。光发生器可以包括至少一个投影器28。光22最初由至少一个投影器28产生。此外，光发生器可以包括光源，例如可以是白炽灯泡、激光器、多个荧光体、至少一个LED、至少一个OLED或者至少一个FED的形式。来自光源的光22然后可以由被包括在光发生器21中的调制器调制，所述调制器用于限定在本领域中被称为像素的各个图像元素。调制器可以采取在本领域中已知的形式，例如但不限于液晶显示器(LCD)，数字微镜器件(DMD)，CRT，光栅扫描器，或矢量扫描器。光发生器还可以包括多个成像光学系统。所述多个成像光学系统可以包括使光弯折的反射镜或透镜，它们从光学上在入口面14和投影器28或调制器之间对准，用于根据需要使光22压缩或扩展和聚焦，以便和入口面14配合。光22在进入入口面14之后，通过屏幕本体18向入口面16行进。在本发明的优选实施例中，对于在面板10中使用的每个叠层的光学面板12有一个光发生器21，用于向相应的叠层的光学面板12的入口面14提供光。在本发明的另一个实施例中，可以使用一个光发生器向所有的叠层的光学面板12的所有入口面14提供光，或者使用两个或多个光发生器向每个入口面14提供光。
本发明的每个叠层的光学面板12可以包括被连接在在出口面16上的至少一个改变光的方向的元件(未示出)，用于改变光22的方向，所述光22从叠层的光学面板12的入口面14基本上垂直向上地入射，此时被改变为垂直于出口面16的方向。改变光的方向的元件可以是但不限于锯齿状凸起、多个锯齿状凸起、全息涂层、透镜或者一系列透镜、微透镜或者一系列微透镜、或者菲涅尔棱镜。
上述的多个叠层的光学面板12在一个支撑壳体或框架30中被连接在一起而形成栅格阵列，也可以使用机械夹具进行固定，从而形成本发明的较大的显示面板10。借助于至少一个光学透明的接缝16a,16b把多个叠层的光学面板12从光学上连接在一起。在所述的本发明的一个示例的结构中，具有4个单独的叠层的光学面板12被排列在2×2的栅格阵列中，所述2×2的栅格确定一个总的出口面16，其由各个叠层的光学面板12的各个出口面16构成。底部一对叠层的光学面板12用光学透明的垂直接缝16a沿横向相互连接，顶部一对叠层的光学面板12用光学透明的垂直接缝16a同样沿横向相互连接，并和顶部一对叠层的光学面板12之间的垂直接缝16a垂直对准。在本发明的一个实施例中，垂直接缝16a的透明性在离开总的出口面16一个正常的观看距离上发生，因而使得能够构成显示基本上不被可视接缝间断的连续的图像的大的显示面板10。为了产生连续图像的效果，顶部的一对和底部的一对面板的总的出口面16最好是共面的，或者在共面的切点弯曲。
图2是说明在各个叠层的光学面板12中使用的波导12a的水平和垂直截面的示意图。波导12a包括被叠层在包覆层102之间的中心芯100、接收端104、和出口端106。中心芯100通过波导12a传输图像光22，其被设置在包覆层102之间，并从接收端104延伸到出口端106。在优选实施例中，中心芯100是厚度T的范围为20到40微米的玻璃片，如上所述。中心芯100具有第一折射率。包覆层102也从接收端104延伸到出口端106。包覆层102可以是黑色的，以便改善对比度和亮度。此外，在邻接的包覆层102之间，可以设置黑色层108，用于在出口面106吸收外来光，在出口面106，邻接的包覆层102是透明的。包覆层102具有小于中心芯100的折射率的第二折射率，以便确保图像光22从接收端104向出口端106行进时的全内反射。
波导12a呈从每个叠层的光学面板的接收端104向出口端106延伸的板状或带状。多个波导12a在其总的接收端104形成图1的入口面14，在其总的出口端106形成图1的出口面16。波导12a的数量可以这样选择，以提供相应的各个或者总的出口面16的垂直分辨率。例如，可以叠层525个波导12a，从而提供各个出口面16的525条线垂直分辨率和总的出口面16的相应的分辨率。
多个叠层的波导12a可以由多种方法构成，以便形成各个叠层的光学面板12。多个玻璃片可以利用其折射率小于玻璃的折射率的物质被单独地涂敷或浸渍，然后使用粘合剂或者热固环氧把多个被涂敷的玻璃片固定在一起。此外，粘合剂或环氧可以形成包覆层，并被直接施加在玻璃片上。在本发明的一个实施例中，第一个被涂敷的或者未被涂敷的玻璃片被置于一个槽中，所述槽的尺寸略大于所述玻璃片，在槽中充满热固的黑色环氧，然后重复地叠置被涂敷的或未被涂敷的玻璃片，从而在每个涂敷的或未被涂敷的玻璃片之间形成环氧层。所述叠置被重复进行，直到叠置大约500-800个玻璃片为止。然后可以对层叠体施加均匀的压力，接着使环氧固化，并把叠层的光学面板12锯成具有入口面14和出口面16的楔形。面14,16可以被锯成曲面或平面，并且在锯后可以被消光或者被抛光。在另一种方法中，玻璃片最好具有范围在0.5”和1.0”之间的宽度，并具有可处理的长度，例如12”。被涂敷的玻璃片被叠层，并在每个玻璃片之间设置黑色的UV黏合剂。然后利用紫外线照射固化每层黏合剂，随后对层叠体进行切割与/或抛光，如上所述。
图3示意地表示具有至少一个光学透明的接缝16a,16b的组合面板10的纵截面。组合面板10包括至少两个叠层的光学面板12，其中的每个由参照图1和图2说明的多个光波导12a构成，至少一个总的入口面14，总的出口面16，和至少一个光学透明的接缝16a,16b，它们在总的出口面16连接各个叠层的光学面板12的出口面16。
在所示的实施例中，在方形栅格中的顶部的至少两个面板12以水平接缝16b垂直地连接底部的至少两个面板12。水平接缝16b和垂直接缝16a垂直地相交。在本发明的优选实施例中，在至少4个单独的叠层的光学面板12的连接点具有至少两个透明接缝16a,16b。不过，在本发明的其它实施例中，可以只具有一个透明接缝，其中使用两个单独的面板12形成总的出口面16，或者具有多个透明接缝，此时根据给定的应用具有合适数量的单独的面板12。各个波导12a在其宽度上是连续的，以便使得在单独的叠层的光学面板12的横向边缘120c,120d之间的光能够沿着整个横向分布。光22的横向分布中的唯一的物理间断位于垂直接缝16a，在此各个面板的横向边缘120c,120d相遇。因而，垂直接缝16a包括连接材料124，所述连接材料124在横向边缘120c,120d之间形成学光学透明的界面，从而产生一个不间断的波导的光学效果。用这种方式，本发明使得至少在两个单独的面板12之间具有不间断的水平分辨率。
水平接缝16b被邻接的各个面板12的最外面的波导12a的相邻的包覆层102的邻接接触限定。由于在最外面的波导12a的相邻的包覆层102的接缝处的连接，在水平接缝16b实现双厚度的包覆层102，但是由于各个包覆层102的厚度很小，这种双厚度的包覆层102观看者是基本上看不见的，所述厚度为几微米的数量级。在本发明的一个实施例中，透明的连接材料124可以以黏合剂的形式被引入水平接缝16b，以便在邻接的各个面板12之间保持精确地对准。
用于垂直接缝16a和水平接缝16b的连接材料最好是相同的，并且可以是黏合剂，或液体或是合适的油脂。具有和波导的中心芯100相同的折射率的黏合剂连接124不仅不影响光在其中的传输，而且还能够把邻接的面板12沿着垂直接缝16a牢固地连接在一起。和在优选实施例中使用的玻璃片匹配的，具有1.52的折射率的一种合适的光学等级的环氧黏合剂是Epo-Tek 301，其可从EpoxyTechnology Lnc.,Billerica,Massachusetts得到。在本发明的另一个实施例中，连接材料124可以是一种合适的光学油脂，例如可以从R.P.Cargille Company of Cedargrove,New Jersey得到的，产品名为“1.520”的油脂。油脂或者合适的液体的优点在于被提供在接缝16a,16b的光学连接具有暂时的粘合特性，这种特性在大的便携式显示器中是有用的，这些显示器被暂时地装配在一起，然后，在不再需要时便被拆开。
每个面板12可以被单独地制造成参照图1说明的特定的三角形结构，最好使各个面板12构型相似。相似的结构使得水平邻接的面板12具有其各自的入口面14，它们在一个公共平面内水平对齐。不过，垂直邻接的面板12的入口面14可以沿垂直方向相互错开，使得顶部面板12的入口面14在接近底部面板12的顶部的重叠点终止，并因而可以在底部面板12的入口面14的上方垂直地移动。在本发明的另一个实施例中，顶部面板12的波导12a可以被延伸，以便把顶部面板12的入口面置于和底部面板12的入口面14同一水平面内。在本发明的优选实施例中，在每个入口面14具有一个参照图1说明的光发生器21。此外，一个光发生器21可以对所有的几个入口面提供光，此时一个光发生器21适合于聚焦而把光22投射到所有的几个入口面14中。在本发明的第二个实施例中，可以提供两个或几个光发生器21，用于对3个或多个入口面14提供光。
图4示意地表示具有至少一个透明接缝16a,16b的组合面板10的水平和垂直截面图。图4夸张地表示邻近的波导12a的边缘之间的间隙，以便进行清楚的说明。
在接缝16a相遇的波导12a的横向边缘120c,120d最好被制造得尽量平整和光滑，如果需要，可以进行光学抛光。按照本发明的优选实施例，光学连接124在光学上连接横向边缘120c,120d，以便使光22能够跨过垂直接缝16a在内部传输，而不发生可能被观看者看到的反射或折射。垂直接缝16a具有宽度C，其由连接124本身的厚度形成，所述宽度C最好尽量小，最好在1到10微米的范围内。
在本发明的优选实施例中，每个波导12a的连接124和中心芯100具有相等的折射率，使得不影响光在邻接的面板12之间通过垂直接缝16a沿横向传输，从而在光投射期间使垂直接缝16a是透明的。用这种方式，光图像22a(参见图1)可以在几个单独的面板12上被完整地看到，而在垂直接缝16a或者极小的水平接缝16b不发生间断。
本领域的普通技术人员应当理解，可以实施本发明的许多改变和改型。例如，可以使用在现有技术中已知的多种物质作为光连接材料，同时仍然能够制造基本相同的总的面板。上面的说明和下面的权利要求旨在包括所有这些改变和改型。
权利要求
1．一种组合的光学显示器，包括多个邻接的叠层的光学面板，其中每个面板由多个叠层的光波导构成；以及至少一种光学连接，其利用至少一个在光学透明的接缝把邻接的叠层的光学面板连接在一起。
2．如权利要求1所述的组合光学显示器，其中每个所述叠层的光学面板被制成楔形，其具有一出口面，一相对于入口面被倾斜地设置的入口面，一背面，和两个横向边缘。
3．如权利要求2所述的组合光学面板，还包括至少一个光发生器。
4．如权利要求3所述的组合光学面板，其中所述至少一个光发生器包括一投影器。
5．如权利要求3所述的组合光学面板，其中所述至少一个光发生器包括一光源；一光调制器；以及一成像光学系统。
6．如权利要求5所述的组合光学面板，其中光源从由白炽灯泡、激光器、多个荧光体、至少一个LED、至少一个OLED和至少一个FED构成的组中选择。
7．如权利要求3所述的组合光学面板，其中对于在组合光学面板中使用的每个叠层的光学面板提供一个光发生器。
8．如权利要求3所述的组合光学面板，其中来自所述至少一个光发生器的光被送到入口面，并作为一光图像在出口面上被显示。
9．如权利要求2所述的组合光学面板，其中出口面基本上垂直于入口面，从而形成一个楔形，所述楔形在出口面和背面之间具有大约5°到10°之间的锐二面角。
10．如权利要求2所述的组合光学面板，其中每个叠层的光学面板具有从出口面的顶部到底部的高度，和从出口面的左侧到右侧的宽度，并且其中的宽高纵横比是4∶3。
11．如权利要求2所述的组合光学面板，其中每个光学面板的出口面包括至少一个改变光的方向的元件，用于把光的方向改变为和观看者垂直的方向。
12．如权利要求11所述的组合光学面板，其中至少一个改变光的方向的元件从由多个锯齿形突起、全息涂层、至少一个透镜、至少一个微透镜和菲涅尔棱镜构成的组中选择。
13．如权利要求2所述的组合光学面板，其中水平邻接的显示面板的入口面在一个公共平面内被水平地对准。
14．如权利要求2所述的组合光学面板，其中垂直邻接的显示面板的入口面在沿垂直方向被错开。
15．如权利要求2所述的组合光学面板，其中垂直邻接的显示面板的入口面在一个公共平面内被水平地对准。
16．如权利要求2所述的组合光学面板，其中所述光学连接在光学上连接邻接的面板的波导的横向边缘。
17．如权利要求1所述的组合光学面板，其中每个波导包括一相对的包覆层；一被设置在所述包覆层之间的中心芯；一接收端；以及出口端。
18．如权利要求17所述的组合光学面板，其中构成中心芯的材料从由塑料叠层，聚合物和玻璃片组成的组中选择。
19．如权利要求18所述的组合光学面板，其中该波导由厚度范围为大约为1到19微米的玻璃片构成。
20．如权利要求18所述的组合光学面板，其中该波导由厚度范围为大约为20到40微米的玻璃片构成。
21．如权利要求18所述的组合光学面板，其中该波导由BK7型玻璃片构成。
22．如权利要求17所述的光学面板，其中包覆层具有小于中心芯的第一折射率的第二折射率。
23．如权利要求1所述的组合光学面板，其中所述多个叠层的光学面板被排列在方形栅格中。
24．如权利要求23所述的组合光学面板，其中该方形栅格是2个叠层的光学面板乘2个叠层的光学面板。
25．如权利要求1所述的光学面板，还包括支撑框架，所述多个叠层的光学面板被固定在其中。
26．如权利要求25所述的光学面板，其中所述多个叠层的光学面板使用机械夹具被固定。
27．如权利要求1所述的光学面板，其中大约叠置有525个波导。
28．如权利要求1所述的光学面板，其中在方形栅格中排列的至少4个所述叠层的光学面板的连接处至少具有两个接缝。
29．如权利要求28所述的光学面板，其中在每个接缝中具有所述光学连接。
30．如权利要求29所述的光学面板，其中所述光学连接是黏合剂。
31．如权利要求1所述的光学面板，其中所述光学连接从由液体光学环氧和光学油脂构成的组中选择。
32．如权利要求31所述的光学面板，其中所述的连接材料具有基本上等于波导的折射率的折射率。
33．如权利要求32所述的光学面板，其中所述的连接材料的折射率大约为1.52。
34．如权利要求1所述的光学面板，其中透明接缝的宽度范大约围为1到10微米。
35．一种制造组合的光学面板的方法，包括用折射率小于玻璃片的折射率的物质分别涂敷多个玻璃片；叠置被涂敷的多个玻璃片，其中每个被涂敷的玻璃片利用黏合剂被固定到一邻接的玻璃片上；对所述层叠体施加压力；固化所述黏合剂；切割所述层叠体，从而形成叠层的光学面板，其呈具有入口面和出口面的楔形；重复所述的分别涂敷、叠置、施加压力、固化和切割，从而形成多个叠层的光学面板；以至少一个光学透明的接缝把所述多个叠层的光学面板连接在一起。
36．如权利要求35所述的方法，其中重复所述叠置，直到被叠层的玻璃片的数量达到500到800之间为止。
37．如权利要求35所述的方法，还包括在切割之后抛光每个叠层的光学面板的入口面和出口面。
38．如权利要求35所述的方法，还包括在切割之后消光每个叠层的光学面板的出口面。
39．如权利要求35所述的方法，还包括产生光并将光输送到每个叠层的光学面板的入口面。
40．如权利要求35所述的方法，其中以2个光学透明的接缝把4个叠层的光学面板连接在一起。
41．如权利要求35所述的方法，其中所述连接在一起的步骤包括对多个叠层的光学面板施加光学连接材料，其中所述光学连接材料具有近似等于玻璃片的折射率的折射率；以及使用所述光学连接材料固定所述多个叠层的光学面板。
42．如权利要求41所述的光学面板，其中所述光学连接材料从由液体光学环氧和光学油脂构成的组中选择。
全文摘要
本发明公开了一种组合光学显示器(10),其具有至少一个透明的接缝(16a,16b),并公开了用于制造所述组合光学显示器的方法。所述方法包括分别涂敷多个玻璃片,叠置被涂敷的多个玻璃片,每个被涂敷的玻璃片利用黏合剂被固定到一邻接的玻璃片上,对所述层叠体施加压力,固化所述黏合剂,切割所述层叠体,从而形成一叠层的光学面板(12),其呈具有入口面(14)和出口面(16)的楔形;重复所述的分别涂敷、叠置、施加压力、固化和切割,从而形成多个叠层的光学面板;以至少一个光学透明的接缝把所述多个叠层的光学面板连接在一起。所述光学透明的接缝可以由液体环氧或光学油脂构成,其折射率最好等于构成各个面板的波导的折射率。
文档编号B29D11/00GK1309781SQ99808724
公开日2001年8月22日 申请日期1999年7月14日 优先权日1998年7月16日
发明者詹姆斯·T·沃利丹 申请人:布罗克哈文科学协会