CN100359362C

CN100359362C - Led光纤显示器

Info

Publication number: CN100359362C
Application number: CNB2004100746723A
Authority: CN
Inventors: 宋义
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2024-09-13
Also published as: CN1749786A

Abstract

本发明公开了一种LED光纤显示器，包括：光纤显示屏2；光纤系统，具有光纤4，光纤的输出端连接光纤显示屏；LED扫描成像系统1，具有向光纤的输入端发射光信号的LED器件；控制系统，用于将接收的光信号转换成使LED发光的激励信号；和驱动系统，用于驱动LED扫描成像系统旋转，其中LED扫描成像系统在驱动系统的驱动下以能产生正常像素点的频率和速度相对于光纤的输入端进行相对运动并向光纤输入端发射光信号，从而在连接光纤输出端的光纤显示屏上显示相对应的LED亮点，光纤输出端按构成完整光纤显示屏的规律排列在一起，以便显示完整的平面图像。

Description

LED光纤显示器

技术领域

本发明涉及一种以LED作为信号光源并使LED的光电信号顺利通过被扫描的光导纤维来传输图象信号的LED光纤显示器。

背景技术

目前市面上流行的显示器有LCD显示器、PDP显示器、TFT-LCD显示器、LED显示器、光纤显示器，这些显示器均有各自的优点，但是也有各自的问题。例如LCD显示器和TFT-LCD显示器自身不会发光，必须靠外光源才能显示。而且TFT-LCD的透光率非常低，仅为6％-10％。所以光损耗很大，如果生产大面积的电视用显示器则成本很高。PDP显示器生产工艺复杂成本高，驱动电路困难，功耗大。纯LED显示器要想生产高分辩率的家用的全彩显示器几乎没可能，主要是因为体积大，成本高，而目前光纤显示器市面上通常是将光纤直接对应其它显示屏，这样也很难体现其优势，仅仅起到放大的作用，而对图像质量改良没好处。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题而提供一种LED光纤显示器，该显示器能够将LED光电信号通过机械运动相对光纤扫描，使运动中的LED光电图象信号通过相对静止的光纤传递到光纤显示屏上而形成平面图像。

根据本发明的LED光纤显示器，包括：光纤显示屏；光纤系统，具有光纤(4)，光纤的输出端按构成完整光纤显示屏的规律排列在一起并连接光纤显示屏；LED扫描成像系统，具有向光纤的输入端发射光信号的LED器件；以及控制系统，用于将接收的图象信号转换成使LED发光的激励信号，和驱动系统，用于驱动LED扫描成像系统旋转，其中LED扫描成像系统在驱动系统的驱动下以能产生正常像素点的频率和速度运动而关于光纤的输入端作相对运动，并向光纤输入端发射光信号以在连接光纤输出端的光纤显示屏上显示相对应的LED亮点，从而将LED扫描成像系统相对光纤的一端作运动扫描形成的环形面图象通过光纤传递到光纤的另一端的显示屏上而形成完整的平面图象。

根据本发明的LED扫描成像系统可通过旋转而实现其关于光纤输入端的相对运动。

本发明LED光纤显示器的LED扫描成像系统包括至少一列LED竖列或LED横列，每个LED竖列或LED横列包括至少一个与光纤的输入端对应的LED发光器件，使得当LED发光器件进行均速运动时，LED发光器件的光信号能有效射入所述光纤中。LED器件可选择芯片、贴片和发光管中的一种，其上可设置聚光器件。LED可为单色、双色组合、红绿兰三基色组合或三种以上颜色的组合。LED发光器件与光纤的输入端之间具有一定间隙，该间隙能够保证每个LED发光器件与光纤的输入端之间进行不受任何干扰的相对运动。

本发明的LED光纤显示器光纤系统中的光纤数量范围为1根-500万根，每根光纤的直径范围为0.01-20mm。光纤的输入端围绕LED扫描成像系统的外围排列在大体的呈闭合形面形势，该闭合形面的形状选自圆环筒状和椭圆环筒状或任意几何形状中的一种。另外，光纤的输入端可按LED发光器件的旋转轨迹排列在闭合形面中，且闭合形面的截面形状选自圆弧形、圆筒形、正方形、长方形或任意几何形状中的一种。光纤的输出端前方或不设置任何或设有片材，所述片材选自玻璃片、扩散膜片、塑料片或增光片或这些片材的任意组合，所述片材紧贴所述光纤输出端或与其保持一定间隙。

本发明LED光纤显示器的光纤显示屏外形选自平面长方形、平面正方形、弧面长方形和弧面正方形中的一种。

根据本发明的LED光纤显示器，其中的LED扫描成像系统、所述控制系统、驱动系统可以设置成一体，因而同时绕所述轴心作所述旋转运动，旋转运动的速度根据所述LED竖列或LED横列的列数设定或根据人眼的光滞留时间来设定；另外，控制系统和/或驱动系统可设置在所述LED扫描成像系统之外而不随所述LED扫描成像系统一起运动。驱动系统包括马达，马达可选则有刷马达、无刷马达、直流马达、交流马达、伺服马达、变频控制马达中的一种。

由于本发明LED光纤显示器的LED扫描成像系统在旋转过程中，在同一时间内可形成一列象素点，这一列象素点通过与光纤显示屏相连的一列光纤维入射到光纤显示屏上，因此整幅图象是逐列扫描而成的，大大提高了扫描效率，并且分辨率很高，特别适用于大屏幕，同时降低了成本低。

本发明主要应用在民用电视机及家庭影院系统和各种公共场所。例如：电影院、商场、体育场馆、学校、街道等户内外大、中、小显示系统或民用或军用或商用，是一种高性价比的显示系统。

下面通过参照附图对本发明的实施例作详细描述，可以清楚理解本发明上述目的和特征以及其它的目的和特征。

附图说明

图1是本发明LED光纤显示器的一种总体配置示意图，其中设有一个转鼓1，转鼓垂直安装并水平旋转；

图1a是图1中所示光纤屏幕2的局部放大图；

图1b是图1中B部分的放大视图；

图2本发明LED光纤显示器另一种总体配置示意图，其中设有多个垂直安装并水平旋转转鼓；

图3是图1a中所示转鼓1的总体结构示意图；

图4是本发明LED光纤显示器的转鼓安置在连接有光纤的光纤固持模块内的横截面图；

图4a是图4中所示C部分的放大视图；

图4b是图4中所示D部分的放大视图；

图5是本发明LED光纤显示器的工作原理图；

图6是LED竖列的布置图；

图7a是转鼓上只设置有一组RGB组合式LED竖列的的示意图；

图7b是转鼓上设置有三组RGB组合式LED竖列的示意图；

图8a是转鼓上设有RGB单色LED竖列各一列的示意图；其中各单色LED竖列呈120°间隔布置；

图8b是转鼓上设有RGB单色LED竖列各两列的示意图；

图9a是图7a和图7b中所示的E部分的一种放大视图，其中三列RGB单色LED竖列紧密排列在一起形成RGB三基色组合LED竖列；

图9b是图7a和图7b中所示的E部分的另一放大视图，其中LED竖列由一芯三色的LED晶粒构成；

图9c是图8a中所示的F部分的放大视图，其中RGB单色LED竖列为R色LED竖列、G色LED竖列或B色LED竖列；

图10是本发明LED光纤显示器的又一种总体配置示意图，其中转鼓呈水平安装而沿垂直面旋转；

图11a和11b分别是类似于图7a和7b的视图，区别仅在于其中的转鼓呈水平放置；

图12a、12b和12c分别是类似于图9a、9b和9c中LED竖列的LED横列放大视图。

附图标记说明：1转鼓；2光纤显示屏幕；3 LED竖列；3’LED横列；4光纤；5 LED晶粒；6 PCB板；7聚光光头；8无刷直流电机；9轴；10轴承；12光纤固持模块支撑齿盘；13光纤固持模块；14转鼓支撑框架；15LED竖列安装架；16电源输入铜环；17电刷；18电刷弹簧；19电刷座；20联轴器；21光接收管；22电机安装支座；23控制驱动电路板。

下面参照附图详细描述本发明的实施例。

具体实施方式

图1是本发明LED光纤显示器带有一个转鼓的总体配置示意图，如图所示，本发明LED光纤显示器总体上由转鼓1、光纤4和光纤显示屏幕2构成，其中光纤4的输入端对应转鼓1，光纤4的输出端连接光纤显示屏幕2，光纤显示屏幕2通过光纤4接收由转鼓1上LED发出的光。

图1a是图1中所示光纤显示屏幕2的局部放大图，光纤显示屏幕2是由1280*768根光纤组成阵列构成的，其中沿水平方向设置1280根，沿垂直方向设置768根。

下面参照图1b、图3至7，描述转鼓1的结构以及光纤4和转鼓1之间的相互配置结构。

如图3所示，转鼓1包括LED竖列3(未示)、无刷直流电机8、位于转鼓1中心并由无刷直流电机8带动旋转的轴9、围绕轴9设置的LED竖列安装支架15、设置在轴9上的电源输入铜环16、光接收管21(见图4a)、控制驱动电路板23。

如图4a和图4b所示，图4a和图4b分别是图4中轴9安装有光接收管21的端部和安装有无刷直流电机8的端部的局部放大图。如图所示，LED竖列3安装在LED竖列安装架15上，LED竖列安装架15固定在轴9上。轴9的一端通过联轴器2与无刷直流电机8连接，从而由无刷直流电机8带动旋转，轴9的另一端安装有光接收管21，光接收管21用来接收光发射管发出的图像信号，光接收管21的轴线与轴9的轴线重合。无刷直流电机8安装在电机安装支座22上。为了给控制驱动电路板23提供电源，在轴上安装有电源输入铜环16，电源输入铜环16与电刷17滑动接触。轴9由轴承10支撑，轴承由轴承座11固定在转鼓支撑框架14上。

如图1b和图4所示，LED竖列3与光纤4之间有一定的几何间隙，保证每个LED与每根光纤4之间能灵活的产生相对运动。并且每个LED晶粒5前方对应光纤4的方向，不设置任何器件或设置聚光器件7，或者LED器件本身就附带聚光器件7，由LED发出的光经过聚光器件7聚光射入光纤4，以保证LED光线能有效的射入光纤4而达到光信号高效率的传导，而且尽量减少杂散光对周边其它光纤4的影响。

如图4a和图5所示，其中图5是本发明LED光纤显示器的工作原理图。光纤4的输入端固定在呈圆柱形的光纤固持模块13中，光纤固持模块13固定在光纤固持模块支撑齿盘12上，并且环绕在转鼓1周围。光纤4的输出端与光纤显示屏幕2连接，从而将转鼓1旋转形成的柱面图像传递到光纤显示屏幕2上形成平面图像。由转鼓1旋转形成的柱面图像通过光纤4传递到光纤显示屏幕2上而形成平面图像是本发明最重要的特征。

如图6所示，LED竖列3上排列有768个焊接在pcb板6上的LED晶粒5。

如图8a所示，LED竖列3分别为能发出R、B、G光的三种竖列，三种竖列结构上完全相同，并使这三种竖列呈120°的间隔安装在轴上。

下面再参照图5描述本发明LED光纤显示器的工作原理。如图所示，图中为了清晰只画了几根光纤4作为代表。数字图像信号采用光发射接收的方式由设在轴9端部的光接收管21接收而传入转鼓1，经过转鼓1上的控制驱动电路23处理，转换成LED的驱动信号。

下面描述图像扫描过程，当转鼓1上的LED竖列3转到第一列光纤4-1的位置时，控制驱动电路23将第一列驱动信号传递给LED竖列3，LED竖列3上的每个LED根据驱动信号的不同发出不同亮度的光信号，从而形成第一列光信号像素点。这些光信号像素点经过聚光光头7聚光(或直接)射入第一列光纤4-1，第一列光纤4-1将这些光信号像素传递到光纤显示屏幕2上，在屏幕2上形成第一列图像。当转鼓1上的LED竖列3转到第二列光纤4-2的位置时，同样的原理便在屏幕2上形成第二列图像。随着转鼓1的转动，在屏幕2上逐列地形成图像。当转鼓1旋转到最后一列光纤4-n，便在屏幕2上形成最后一列图像，整幅图像扫描完毕。

在时间上每一列图像形成的时间是不一样的，但是转鼓1是以极高的速度旋转，由于人眼的视觉暂留现象，人眼看到的是一幅完整稳定的图像。这个扫描成像过程与CRT扫描成像原理相似，只不过CRT在同一时间形成的只有一个像素点，而本发明在同一时间形成的是一列(例如：768或480或根据显示器的分辨率来定)像素，也就是一列的像素。或同一时间形成的是一行(例如：1280或640或根据显示器的分辨率来定)也就是一行的像素。CRT从左到右扫描一次形成的只是一行图像，而本发明从左到右扫描一次形成的是一整幅图像(参见图1和2)，或从上到下扫描一次形成的是一整幅图像(参见图10)。

上面所述的只是RGB中一种颜色形成图像的过程，另外两种颜色形成图像的过程与上述的过程完全一样，在空间上三种颜色形成的图像完全重合，只不过是三种颜色的LED竖列3在转鼓1上分布相差120°，三种颜色在形成图像的时间上相差转鼓1旋转120°所需的时间。由于视觉暂留现象，人眼是分辨不出这些时间上的差别的，人眼看到的只是三种颜色叠加在一起所形成的彩色图像。控制驱动电路23能够在时序上保证三种颜色的图像在空间上完全重合。

由于转鼓1是高速旋转的，图像信号无法用电缆传入转鼓1，因此本发明采用光发射接收的方式将图像信号传入转鼓1。光接收管21设在轴9的端部，光接收管21的轴线与轴9的轴线重合，参见图4a，这样虽然转鼓1在转动，但光接收管21只有转动，因而没有线性运动。因此只要光发射管21和光接收管(未示)保持在同一轴线上，光接收管21就可以接收到光发射管发出的光信号。

控制驱动电路23所需的电源由轴9上的电源输入铜环16通过电刷17导入转鼓1。为了保证可靠供电，采用双回路电刷17，参见图4b。

另外，如图2所示，如果采用一个转鼓1直径过大，通常转鼓1的周长约等于屏幕2的宽度，装置显得过厚，则可以采用两个或两个以上的转鼓1。此时，屏幕2分成与转鼓1数相同的份数，每个转鼓1只负责屏幕2相应部分的扫描。控制驱动电路板23提供相应的控制时序，并且控制各个转鼓1转速一致，从而保证在屏幕2上形成完整的图像。

如果转鼓1上只安装RGB各一列LED竖列3，在屏幕2上形成的图像亮度不足，则如图8b所示，可以在转鼓1上安装RGB各两列或各多列LED竖列3，屏幕的亮度将成倍的增加。此时LED竖列3在转鼓1上应均匀分布。控制驱动电路23提供相应的控制时序和驱动信号，保证各个LED竖列3旋转扫描形成的图像在空间上完全重合。

图9a和9b给出了图7a和图7b中采用的RGB三基色组合LED竖列的局部放大图；图9c给出了图8a和图8b中RGB单色LED竖列的局部放大图。如图9a所示，RGB三基色各一列竖列紧密排列在一起；如图9b所示，LED竖列由一芯三色的LED晶粒所构成；如图9c所示，RGB单色LED竖列3为R色LED竖列、G色LED竖列或B色LED竖列。

因此，如9a所示，RGB单色LED竖列在转鼓1上不按120°间隔排列，而是紧密地排列在一起，构成一组RGB竖列。如图7a所示，在转鼓1上只排列一组这样的RGB竖列3；如图7b所示，如果形成的图像亮度不够，可以排列多组RGB竖列3，例如排列3组，其要求是控制驱动电路提供相应的控制时序和驱动信号，保证各个LED单色竖列旋转扫描形成的图像在空间上完全重合。

如图9b所示，可将RGB三种颜色做在一个管芯的LED，用这样的一芯三色的LED做成LED竖列3。在转鼓1上安装成如图7a和图7b所示的一列或三列这样的一芯RGB三色LED竖列3。

上面所述是转鼓1竖直安装水平旋转的情况，在屏幕2上是从左到右逐列扫描。每列LED竖列3安装768个LED。如图10所示，还可以将转鼓1水平安装垂直面旋转，其工作原理与上面所述是一样的，不同之处仅仅是在屏幕上是从上到下逐行扫描。此时LED横列3’上安装1280个LED。

因此，利用LED光源对应1条光纤4的输入端作相对运动时，在该光纤4的输出端就可显示出一个对应的像素点，利用LED对应1条以上至几百万条光纤4的输入端作相对运动，只要频率和速度满足成像要求而且光纤4输出端按一定规律排列好图像阵列就可构成一个完整的显示器。如果LED是R.G.B(红、绿、兰)三基色并分时按一定的频率作用在同一条光纤4的输入端，则该光纤4的输出端就可显示出全彩色的像素来。三基色R(红)、G(绿)、B(兰)LED对应1条以上至几百万条光纤4作相对运动，只要频率和速度配合适宜，光纤4的输出端也按一定规律排列，就能构成一个完整全彩色显示器。通常众多根光纤4的输入端可按一定规律集合排列成一个圆筒状，在圆筒的内环对应适当的位置排列1条系列LED(R、G、B)点阵，且该列LED列(或行)点阵绕圆心轴对应的光纤4阵列作相对转动，就可利用旋转中的LED阵列扫描圆筒状光纤4阵列，这光纤4阵列的另一端就可按一定规律排列成一个平面即可做成平面显示器。例如：图1、2、7a、7b、8a、8b和9a-9c所示的显示器像素为1280*768，则可排列1条或1条以上含有1280个LED晶粒的阵列条，让该LED阵列条平行绕圆心轴旋转即可扫描768行光纤阵列，或设置该阵列条为RGB三基色LED或分别设置1280个红LED、1280个绿LED、1280个兰LED。三个阵列条或设置多组R、G、B阵列条即可，LED阵列条的数量可根据旋转速度和显示屏的亮度要求而定。另外，如果排列1条或1条以上的768个RGB三基色LED的阵列条，如图10、11a、11b、12a、12b和12c所示，让该LED阵列条平行绕圆心轴旋转即可扫描1280列光纤阵列。而光纤4阵列的另一端构成一个16:9的平面，就可构成高清晰光纤LED(16:9)的彩色显示器。

Claims

1、一种LED光纤显示器，包括：

光纤显示屏幕(2)；

光纤系统，具有光纤(4)，光纤(4)的输出端按构成完整光纤显示屏幕(2)的规律排列在一起并连接光纤显示屏幕(2)；

LED扫描成像系统(1)，具有向光纤(4)的输入端发射光信号的LED器件(5)；

控制系统，用于将接收的光信号转换成使LED发光的激励信号；和

驱动系统，用于驱动LED扫描成像系统(1)，

其中LED扫描成像系统(1)在驱动系统的驱动下以能产生正常像素点的频率和速度关于光纤(4)的输入端作相对运动，并向光纤(4)输入端发射光信号以在连接光纤(4)输出端的光纤显示屏(2)上显示相对应的LED亮点，从而将LED扫描成像系统(1)通过相对运动形成的图象传递到显示屏幕上而形成完整的平面图象；

其中所述LED扫描成像系统(1)进行旋转而关于所述光纤(4)的输入端作所述相对运动。

2、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述LED扫描成像系统(1)包括：至少一列LED竖列(3)或LED横列(3’)，所述LED竖列(3)或LED横列(3’)包括至少一个LED发光器件(5)，所述LED发光器件(5)与所述光纤(4)的输入端对应，使得所述LED发光器件(5)的光信号能有效射入所述光纤(4)中。

3、根据权利要求2所述的LED光纤显示器，其特征在于所述LED竖列(3)或LED横列(3’)中的LED为单色、双色组合、红绿兰三基色组合或三种以上颜色的组合。

4、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述LED发光器件(5)与光纤(4)的输入端之间具有一定间隙，所述间隙能够保证每个LED发光器件(5)与所述光纤(4)的输入端之间进行不受任何干扰的相对运动。

5、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述LED发光器件(5)选自LED发光芯片、LED发光贴片和LED发光管中的一种。

6、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述LED器件(5)上设有聚光器件(7)或不设置任何聚光器件。

7、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述光纤系统中光纤(4)的数量范围为1根-500万根，每根光纤的直径范围为0.01mm-20mm。

8、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述光纤系统中光纤(4)的输入端围绕LED扫描成像系统的外围排列在呈闭合形面中。

9、根据权利要求8所述的LED光纤显示器，其特征在于所述闭合形面的形状：可设置成圆环筒状和椭圆环筒状中的一种。

10、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述光纤系统中所述光纤(4)输入端按LED发光器件(5)的运动轨迹排列在闭合形面中。

11、根据权利要求10所述的LED光纤显示器，其特征在于所述闭合形面的截面形状选自圆弧形、圆筒形、椭圆形、正方形、长方形中的一种。

12、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述光纤显示屏幕(2)的外形选自平面长方形、平面正方形、弧面长方形和弧面正方形中的一种。

13、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述LED扫描成像系统、所述控制系统、驱动系统设置成一体而随所述LED扫描成像系统一起运动。

14、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述控制系统和/或驱动系统设置在所述LED扫描成像系统之外而不随所述LED扫描成像系统一起运动。

15、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于：所述驱动系统包括马达，所述马达选自有刷马达、无刷马达、直流马达、交流马达、伺服马达、变频控制马达中的一种。

16、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于所述LED相对光纤运动的速度根据所述LED竖列(3)或LED横列(3’)的列数设定或根据人眼的光滞留时间来设定。

17、根据权利要求1所述的LED光纤显示器，其特征在于：所述光纤(4)的输出端前方设有片材，所述片材选自玻璃片、扩散膜片、塑料片、增光膜片或这些片材的任意组合，所述片材紧贴所述光纤(4)输出端或与其保持一定间隙。