CN100372383C

CN100372383C - 克尔效应开关光扫描薄型显示器

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Publication number: CN100372383C
Application number: CNB2005101205194A
Authority: CN
Inventors: 黄革雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: CN1794043A

Abstract

一种采用克尔效应制造光扫描薄形显示器的方法，利用克尔效应的原理，用场导光杆和行导光杆作为光线引导传输器件，用行开关和像素开关作控制光线通断和扫描的器件。用此方法制造的光扫描薄形显示器，在显示器一侧有场导光杆，其一侧有场光出口，下端有场光入口；屏幕显示区有行导光杆，每根杆有行光入口、行光出口；在场光出口和对应的行光入口间有行开关，每个行光出口有像素开关；像素开关和行开关的开断由两组递进电子开关分别控制。这种方法容易实施，电路大为简化，画面质量优异，制造成本低廉，节能，发热量极低。

Description

克尔效应开关光扫描薄型显示器

技术领域

本发明涉及一种薄型平板图像显示装置，特别是一种克尔效应开关光扫描薄型显示器。

背景技术

现在已有的薄型显示器，主要有液晶显示器(LCD)和等离子显示器(PDP)。这两种显示器较原有的显像管在技术和效果上都有了新的突破，但其制造工艺和图像显示方法都较复杂。以TFT液晶显示器为例，一块分辨率为1024×768的普通TFT液晶显示屏幕，每个像素都由三个单元构成，分别负责红、绿、蓝色的显示，所以总共需要制造约240万个单元(1024×768×3＝2359296)，并且还要在每个单元的左上角安装一个薄膜晶体管，在实际制造中很难保证所有这些单元全都完好无损，容易部分出现短路(即“亮点”)或断路(即“黑点”)。在显示控制方面，液晶显示器是利用适当的电压来控制液晶分子的转动角度，进而影响光线的行进方向，以形成不同的灰阶，从而达到显示影像的目的。以目前液晶显示器中最常见的TN型液晶体的LCD为例，多为6至8bits的变化，也就是64至256个灰阶(或称灰度级别)的变化。由上述可见，液晶显示屏幕要制造出约240万个单元，还要实现对它们的逐一控制，即便如此，也只不过达到了256个灰阶的图像质量，只相当于普通显像管(CRT)能达到500个灰阶以上的一半。对于PDP来说，制造的复杂情况和图像质量水平也是类似的，且由于PDP是通过微小的电极在稀薄的等离子气体中放电产生紫外线，再由紫外线轰击荧光粉发光来显示影像的，这与日光灯的工作原理类似，寿命不很长，且耗电量高达数百瓦。上述两种显示器，还存在显示速度慢的问题，除了LCD受液晶分子的转动速度限制、PDP受电极放电速度限制外，在图像显示方法上，要运用矩阵运算电路进行每秒几十次、每次对数百万个单元、每个单元几百级的灰阶变化进行控制，也是一件十分困难的事情，其结果是在显示高速运动的图像时易发生图像发虚、拖尾等现象。

由上述可见，现在已有的液晶显示器(LCD)和等离子显示器(PDP)等薄型显示器技术，主要存在的不足是显示单元控制电路复杂，显示速度慢，制造工艺复杂，图像质量(灰阶)不高，耐用性不佳，造价昂贵，耗电量高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超薄、显示速度和图像质量高、控制电路和制造工艺简单、生产成本低廉的薄型显示器。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

使用场导光杆和行导光杆作为光线引导传输的器件，使用行开关和像素开关作为控制光线通断和实现光扫描的器件。

在显示器的一侧，有一根场导光杆，其一侧等距开有若干个透明的场光出口，下端有一透明的场光入口；在屏幕的显示区域，等距地水平装有若干根行导光杆，每根行导光杆靠场导光杆端有一透明的行光入口，朝向观察侧等距开有若干个透明的行光出口；各根行导光杆的行光出口在垂直方向排成直列；在每个场光出口和对应的行光入口之间有一个以光纤连接的行开关；每个行光出口有一个像素开关，各像素开关一端以光纤与对应的行光出口相连接，另一端为朝向观察面的扩散器；像素开关在垂直方向排列成若干直列，同列像素开关的电极以导线并联；各扩散器紧密排列形成一个平面，每个扩散器构成屏幕上的一个像素点；各像素开关的开启和关断由一组递进电子开关控制，各行开关的开启和关断由另一组递进电子开关控制；可调制激光光源经光纤连接场导光杆的场光入口。

行导光杆的数量和行开关的数量均等于显示器行扫描线的数量。

行导光杆和场导光杆内部为空心或为无色透明材料的杆芯，除光出、入口以外的其余部位，均由内而外依次包裹漫射膜、高反膜。

行开关是在一个小型的克尔效应开关两端各安装一根光纤制成的光开关器件。

像素开关是在一个小型的克尔效应开关的一端安装光纤，另一端安装扩散器而制成的光开关器件。

行开关和像素开关是单个分体制造或是若干个一体化制造。

像素开关的扩散器由透明或半透明材料制成。

由于本发明采用克尔效应开关作为实现图像行、场光扫描的开关，并采用场导光杆和行导光杆的结构设计，实现了可调制激光光源所发射的激光束到显示器屏幕的引导；与已有的薄形显示器技术相比，具有以下突出优点：

1、技术上容易实施：克尔效应开关可达到的速度比本发明所需的速度高出数百倍。

2、控制电路大为简化，高速活动画面显示质量优异：以分辨率为1024×768的屏幕为例，TFT液晶显示屏幕的240万个单元及256级变化，给显示控制运算电路带来了极为庞大的运算数据量，而同样分辨率的克尔效应开关光扫描薄形显示器只需控制1024+768＝1792个单元，且每个单元只需有开关两种变化，这对显示高速活动的画面十分有利。

3、图像显示更精细：R、G、B三色光在导光杆内已经充分混合，并一起从同一像素点射出，避免了将R、G、B显示单元按品字形或横排排列时线条易出现的锯齿现象。

4、亮度、灰阶可以做得很高：克尔效应开关光扫描薄形显示器每个单元只有开关两种变化，显示器的亮度和灰阶取决于可调制激光光源，而可调制激光光源可以达到很高的亮度和灰阶。

5、成本低廉：克尔效应开关的原材料(如硝基苯)比液晶廉价得多，且因结构简单、制造工艺和精度要求不高，故生产成本不高。

6、节能：无大功率的背光照明组件，耗能较低。

7、发热量极低：屏幕发热量主要来自递进电子开关的功耗和光的热效应，故发热量极低。

附图说明

图1是本发明克尔效应开关光扫描薄型显示器的结构和原理示意图。

图2是克尔效应的原理图。

图3是本发明中行开关的结构示意图。

图4是本发明中像素开关的结构示意图。

图5是场导光杆采用楔状时的结构示意图。

图6是行导光杆采用楔状时的结构示意图。

具体实施方式

本发明的克尔效应开关光扫描薄型显示器，主要是利用了克尔效应的原理。克尔效应是指非晶体或液体(例如硝基苯)在强大电场的作用下，内部分子作定向排列，因此获得光学上各向异性的特征。其工作原理如图2所示(详细内容可参考：高等学校教材《普通物理学》第3册，高等教育出版社，1982年修订本，第96、97页)。克尔效应的优点是建立与消失需时极短(约10^-9S，即开关速度达到10⁹赫兹)，利用克尔效应制成的光断续器已被广泛应用于有声电影、电视等领域。以PAL制图像信号为例，行频为15625赫兹(625×25)；对于分辨率为1024×768的显示屏幕，需要的工作频率至少要达到15625×1024＝1.6×10⁷赫兹，而克尔效应开关的开关速度可高达10⁹赫兹，完全能够满足并超过要求。

为使图面清晰、明确，图1中未绘出安装框架、递进电子开关、电路引线、保护膜片等附属结构，只绘出了较少的场光出口、行导光杆、行光出口、行开关、像素开关，实际应用可以根据本实施例给出的构成方式进行扩展，以满足设计的需要。由图1可见：在显示器的一侧，有一根垂直安装的场导光杆600，其一侧等距开有若干个透明的场光出口605，下端有一透明的场光入口604；在屏幕的显示区域，等距地水平装有若干根行导光杆700，每根行导光杆靠场导光杆端有一透明的行光入口704，向观察侧等距开有若干个透明的行光出口705；各根行导光杆的行光出口705在垂直方向排成直列；场光出口605与行光入口704一一对应；在每个场光出口605和对应的行光入口704之间有一个以光纤901连接的行开关200；每个行光出口705有一个像素开关300，各像素开关一端以光纤与对应的行光出口相连接，另一端为朝向观察面的扩散器307，各扩散器紧密排列形成一个平面，每个扩散器构成屏幕上的一个像素点；像素开关在垂直方向排列成若干直列，同列像素开关的电极以导线801并联；各像素开关的开启和关断由一组递进电子开关控制，递进电子开关周期性地由左到右逐一地对各列像素开关施加电压，使各像素开关由左到右逐列地轮流开启，每列像素开关每次的开启时长为一次行扫描的时间除以一行中像素开关的数量，每轮开关周期完成一次图像的行扫描；各个行开关200的开启和关断由另一组递进电子开关控制，递进电子开关周期性地由上到下逐一地对每个行开关施加电压，使行开关由上到下逐个开启，每次开启时长为完成一次行扫描的时间，每完成一个从上到下的开关周期完成一次图像的场扫描。

本发明使用场导光杆和行导光杆作为光线引导传输的器件，使用行开关和像素开关作为控制光线通断和实现光扫描的器件。

递进电子开关对行开关逐个控制，对像素开关可以逐列控制，也可以逐个控制。

场导光杆600可以采用不同角度安装于显示器的左侧；等距地水平装置若干根行导光杆700，其数量等于显示器行扫描线的数量。行开关数量等于显示器行导光杆的数量。

行导光杆和场导光杆可以是楔形或其他形状，内部为空心或为无色透明材料；各行导光杆和场导光杆除光出、入口以外的其余部位，均由内而外依次包裹漫射膜、高反膜。

行开关200是在一个小型的克尔效应开关的沿光通过方向的外部两端，各安装一根光纤901而制成的光开关器件；像素开关300是在一个小型的克尔效应开关的沿光通路过方向的两端外部，一端安装光纤901，另一端安装扩散器307而制成的光开关器件，扩散器由透明或半透明材料制成，可以是凸面或其它形状。

行开关200和像素开关300可以是单个分体制造，也可以是若干个一体化制造。

本发明采用的克尔效应开关原理如图2所示，在偏振方向相互垂直的偏振片1和2之间有透明容器3，容器内盛有液体4，液体中浸有两块平行板状电极5和6。

图3中的行开关由偏振板201、偏振板202、电极205、电极206、容器203、及液体204构成，两端可连接光纤901。偏振板201和202偏振方向相互垂直，当电极205和206被加上电压时，光线可以通过行开关。

图4中的像素开关由偏振板301、偏振板302、电极305、电极306、容器303、扩散器307、及液体304构成，一端可连接光纤901。偏振板301和302偏振方向相互垂直，当电极305和306被加上电压时，光线可以通过像素开关并由扩散器307散射出去。

场导光杆和行导光杆可以采用楔状或圆管状或其它行状，图5为场导光杆采用楔状时的一个实施例，透明杆芯601由内至外依次为漫反膜602、高反膜603，杆上开有多个场光出口605，下端为场光入口604。光线可由光入口604射入，在透明杆芯601内部传导并经漫反膜602的作用而被均匀散射，又由于高反膜603的限制，光线只能从各个场光出口605以相同强度射出。图6为行导光杆采用楔状时的一个实施例，图中表示行导光杆700的结构为：透明杆芯701由内至外依次为漫反膜702、高反膜703，杆上开有多个行光出口705，左端为行光入口704。光线可由行光入口704射入，在透明杆芯701内部传导并经漫反膜702的作用而被均匀散射，又由于高反膜703的限制，光线只能从各个行光出口705以相同强度射出。

本发明的克尔效应开关光扫描薄型显示器工作过程是：可调制激光光源800发出的调制激光束经过光纤900的传导，通过604进入场导光杆600，激光束经过场导光杆内的漫反膜和高反膜作用后，在各场光出口605以相同强度射出，但由于行开关200的作用，各场光出口605射出的激光束将被阻挡，无法输出光束。此时，将多个行开关200中的第一个加以电压，加电压的时长为完成第一次行扫描的时长，则只有第一个场光出口605在行扫描周期时间段内所射出的激光束能持续通过第一个行开关200，并由第一个行光入口704进入第一根行导光杆700中，激光束在700内部再次经漫反膜和高反膜作用后，在第一行的各行光出口

705以相同强度射出；基于相同的原理，由于像素开关300的作用，各行光出口705射出的激光束将被阻挡，此时对多列像素开关300中的第一列加以电压，第一列像素开关将全都处于光导通状态，但由于此时只有第一根行导光杆内有光线，所以在屏幕上只有第一行的第一个像素点发光可见。接着只对第二列、第三列……直到最后一列像素开关逐列加以电压，便完成了图像的第一行的扫描。然后将多个行开关中的第二个加以电压，重复上述像素开关的工作过程，便可完成了图像的第二行的扫描……，将上述过程重复进行，便可完成了一帧图像的扫描。重复进行图像的帧扫描，即可得到连续的图像。在上述过程中，由于可调制激光光源800发出的激光束受到图像信号的调制，并受到相同规律的行、场控制，因此通过克尔效应开关光扫描薄形显示器的上述工作过程，屏幕上可以显示出与图像信号相对应的图像。

在实际应用中可根据以上的方法制造不同的产品，例如将克尔效应开关光扫描薄形显示器做成不同的尺寸和分辨率，做成逐行或隔行扫描的形式，或将像素开关也进行逐个控制，将行、场导光杆、行开关、像素开关设计成不同的形状和尺寸，或将多个行开关、像素开关分别制成条状或板状等一体化的形式以方便安装等。

Claims

1.一种采用克尔效应开关制造光扫描薄型显示器的方法，用可调制激光器作为光源及信号输入端，利用克尔效应制成光断续器，其特征是使用场导光杆和行导光杆作为引导光线传输的器件，使用行开关和像素开关作为控制光线通断和实现光扫描的器件。

2.一种克尔效应开关光扫描薄型显示器，有可调制的激光光源、递进电子开关、外壳，其特征是在显示器的一侧，有一根场导光杆，其一侧等距开有若干个透明的场光出口，下端有一透明的场光入口；在屏幕的显示区域，等距地水平装有若干根行导光杆，每根行导光杆靠场导光杆端有一透明的行光入口，朝向观察侧等距开有若干个透明的行光出口；各根行导光杆的行光出口在垂直方向排成直列；在每个场光出口和对应的行光入口之间有一个以光纤连接的行开关；每个行光出口有一个像素开关，各像素开关一端以光纤与对应的行光出口相连接，另一端为朝向观察面的扩散器，各扩散器紧密排列形成一个平面，每个扩散器构成屏幕上的一个像素点；像素开关在垂直方向排列成若干直列，同列像素开关的电极以导线并联；各像素开关的开启和关断由一组递进电子开关控制，各行开关的开启和关断由另一组递进电子开关控制；可调制激光光源经光纤连接场导光杆的场光入口。

3.根据权利要求2所述的克尔效应开关光扫描薄型显示器，其特征是等距水平安装的行导光杆数量等于显示器行扫描线的数量，行开关数量等于显示器行导光杆的数量。

4.根据权利要求2或3所述的克尔效应开关光扫描薄型显示器，其特征是行导光杆和场导光杆内部为空心或为无色透明材料的杆芯，除光出、入口以外的其余部位，均由内而外依次包裹漫射膜、高反膜。

5.根据权利要求2所述的克尔效应开关光扫描薄型显示器，其特征是行开关是在一个小型的克尔效应开关两端各安装一根光纤制成的光开关器件。

6.根据权利要求2所述的克尔效应开关光扫描薄型显示器，其特征是像素开关是在一个小型的克尔效应开关的一端安装光纤，另一端安装扩散器而制成的光开关器件。

7.根据权利要求5或6所述的克尔效应开关光扫描薄型显示器，其特征是行开关和像素开关是单个分体制造或是若干个一体化制造。

8.根据权利要求6所述的克尔效应开关光扫描薄型显示器，其特征是像素开关的扩散器由透明或半透明材料制成。