CN1037211C - 高亮度光纤显示装置 - Google Patents

Abstract

一种光纤显示装置包括多个由丙烯酸和添加剂混合材料制成的光纤，每个光纤的躯干部分为圆柱形而两端部分别呈凸状，一个光反射腔体用于容纳荧光灯及光纤，光纤通过反射腔体的面盘插入反射腔体，使得其一个凸状端部位于反射腔体的外部而另一凸状端部及大部分躯干位于反射腔体之中以接受和传输反射腔体中的光线到位于反射腔体外部的凸状端部。添加剂材料可以是有色的荧光染料或透明增白剂。在荧光灯的激发下，本发明的光纤显示装置可以有不同颜色的光发出。

Description

高亮度光纤显示装置

本发明涉及光学显示装置，尤其涉及一种光学纤维显示装置。本发明的主要目的是提供一种可以发出明亮可见光的光纤显示装置。

现代技术与光纤的制造和应用紧密相关。光纤主要用于光传输，根据光线的全反射原理，当光线在具有折射系数为n₁的光学介质中传输并达到折射系数为n₂的光学介质的界面时，若满足条件n₁＞n₂且入射角大于全反射临界角时，将发生全反射现象。在这种情况下，光线将在具有折射系数为n₁的光学介质中沿着其传输方向反射传输且无光能量的损耗。

光纤的一种应用在于信息显示，其中，裸光纤被采用，由于裸光纤的折射系数大于空气的折射系数，所以，进入裸光纤的光线将沿其纵向传输并在其另一端折射进入大气。为了提供明亮的光，裸光纤的一端被设计成凸状以符合光学原理。

采用这种光纤使得来自光源的光可传到远处并呈现点或线状的光饰。由于光纤的传光性能，所以能够产生光学显示而勿需灯泡或其他光源。光纤已被用于产生多种可见的和装饰性的显示。这种显示可以是三维形式或点和线状。

美国专利4,276,705公开了一种图形显示装置，它包括一个由最外层纸片做成的不透光薄层，该薄层复盖在一个封闭体上并有一设计的图案，从而构成一个显示而。一具铝穿置于一个铝箔下而，而不透光薄层则位于该铝箔之上，白炽光被置于该封闭体内。将由透光塑料制成的光纤按照不透光薄层上设计的图案分别插入到封闭体内，从而使得封闭体内的光可以在显示而上以光点的形状出现。

该专利公开了一种由光学材料，例如玻璃，透明或半透明塑料，所制作的光纤，每根光纤有一基本圆形的躯干部分，锥形的端部及圆形的头部，铝窗使得光纤可以牢固的保持在铝箔的相关位置。光纤的锥形端部通过铝箔及铝窗进入封闭体内并通过其躯干部分将光传至位于不透光薄层表面上的圆形头部从而呈现光点状。

美国专利4,860,475公开了一种教学用具。其中，包括一个有多个可变面板的框架，在可变面板上可装配不同的图形，该框架用于支撑光学纤维束。这些光学纤维束可被置于框架之中的光源所照射。该用具还包括色滤波器，它们最好是可调的光盘。

美国专利2,051,288则涉及一种照明广告元件，该元件由透明材料制成，在其较佳实施例中，该元件有一基本圆柱形的躯干，一个肩部及一凸状头部，该元件的头部及接近头部的躯干部分被蚀刻或磨砂处理了。

虽然先有技术公开了多种采用光纤的显示装置，但其应用是极为有限的。原因在于光纤无法提供可与霓虹灯相比的光强，改善光纤的发光强度的途径之一是采用大功率的光源或采用横截面较大的光纤。

但是，以上方法将使光纤显示装置的成本提高，而且，大功率电源也会增加使用者的危险，尤其是在维修过程中会带来诸多不便，此外，由于光纤本身并不发光，所以只是改变其形状将不会使其单位面积的发光强度有所改善，而且它将会导致信息显示装置的分辨率下降。因此，先有技术的光纤显示装置还不能取代现有的霓虹灯显示装置。

霓虹显示装置被商业界广泛接受的原因在于其具有足够的亮度，然而，霓虹显示装置通常采用较高电压，例如3,000伏-12,000伏。这个高电压用来激发充于霓虹灯管内的气体。高电压会产生干扰且使霓虹显示装置的维修很不方便。当霓虹显示装置的部件损坏时，损坏部分的相关灯管也必须更换，这使得成本提高。霓虹显示装置的高昂价格也是用户的一项负担。

本发明的目的是提供一种高亮度光纤显示装置。包括一种封闭的光反射腔体，高亮度发光源置于该腔体之中，从而提供高亮度光线。具有预定形状及添加材料的光纤用于有效地收集腔体中的亮光线。当光线通过每根光纤的躯干传输时，光纤中的添加剂为光线所激发从而增强了光纤的发光亮度。

根据本发明，一种光纤显示装置包括封闭装置，用于限定光反射腔体，光源被置于该腔体之中，光源所发出的光线在该腔体中反射以产生高强度光线，多个光纤通过封闭装置的面板上的孔而被固定。腔体中的高亮度光线激发这些光纤以产生高亮度光。

与先有技术的框架不同，本发明的封闭装置采用了光反射及传热材料，例如铝，因此，本发明的封闭装置可以持续反射光源的光线到光纤中，从而使得进入光纤的光线亮度大为增强。

常规光纤只能进行光传输，而本发明则提供了一种发光光纤。它由丙烯酸(acrylic)材料及一种添加剂制成，这种添加剂包括透明的有色荧光染料(fluorescent dyes)及透明增白剂，例如漂白粉(bleaching powder)。荧光染料具有将短波长光线转换成长波长光线的特性，而透明增白剂则用于散射光线以致于光纤横截面的光强看起来均匀且明亮。因此，本发明的光纤可以增强光强。

丙烯酸材料具有光级(optical-grade)特性，用于制作光纤的混合物包括丙烯酸及添加剂。其混合比按重量计为每部分丙烯酸中加有至少5×10^-5的添加剂。透光有色荧光材料最好与丙烯酸均匀混合，以致于该混合物按重量计在每部分丙烯酸中有5×10^-5至8×10^-4的添加剂。该混合物可在光线激发下发出彩色光，该彩色光的光强要大大优于用于激发该混合物的光线光强。该特性源于荧光染料。

当光级丙烯酸材料与漂白粉按5×10^-5至8×10^-4重量配比均匀混合时，所生成的混合物就可以散射白色光。由于光纤中的漂白粉可导致可见亮光，由丙烯酸材料和漂白粉的混合材料制成的光纤可产生比光源发出的光线更强的可见光效果。

为了改善发光特性，本发明的光纤被设计成具有一个基本为凸状的尾部，圆柱形的躯干及凸状的头部，躯干部分从尾部延伸至头部。每根光纤设置于封闭装置的而板上。该面板有多个小孔用于接受光纤。从而光纤的躯干及尾部均暴露在封闭体内的亮光线下。

光纤的凸状尾部具有采光特性，进而，封闭体内的光线被直接或间接经过反射加至光纤的躯干及尾部，由躯干及尾部采集的光线通过躯干部分向凸状头部反射传输，在传输过程中，光线将激发添加剂以发出或散射出光线，从而使得在躯干部分中的光线的光强增加。因此，当光线最后传输到光纤的凸状头部时，光强大大增加。

一种具有相当高折射系数的涂层被涂敷到凸状头部表面，该涂层进一步增加了发光效果。此外，由躯干部分延伸至凸状头部的锥形部分可以限定凸状头部的发光角度。该发光角将亮光聚集在头部以致凸状头部按一预定角度产生光，从而进一步加强了光亮度。

用于改善发光效果的涂层材料可从高折射系数的材料中选取，常用的材料包括环氧树脂(epoxy)，漆(lacquer)及胶(glue)。

为了改善光源的发光效果，可从强光源中选择光源。本发明采用荧光灯作为光源，以便利用光纤内的染料添加剂的荧光效果，荧光灯与光纤将产生极亮的光，它大大尤于常规光纤显示装置所产生的光。

在光反射腔体内还有一个光采集组件，用来采集光源发出的光。一色盘置于光采集组件上方，该色盘由一电马达驱动。采集的光在光采集组件中聚焦并通过旋转的色盘。随着色盘的旋转，光线的色彩将变化，该可变色光被耦合到由丙烯酸材料和漂白粉混合的材料制成的光纤中。因此，本发明的光纤显示装置展现了丰富的色彩及明亮的光。

本发明的一个实施例包括一个位于面板上的全透明塑料板，它们构成了一个面板组件。光纤的凸状头部被夹在该组件之中。面板组件牢固的将光纤固定在其位置上，该面板组件还将光纤与大气环境隔离开来，从而保护光纤免遭环境的污染。为了有效增加信息显示面积，本发明提供了两个板组件，它们可以分别设置于封闭装置的相对两侧。

由于本发明采用光纤作为发光元件，用于驱动光源的电源电压相当低，从而使得光纤显示装置的使用和维修都很方便和安全。

此外，光纤的寿命可以长达30年，所以光纤显示装置的寿命也相对延长，其结果降低了产品的成本。

进而，通过调整光源，采用具有不同荧光染料的光纤以及改变光盘的颜色，本发明的光纤显示装置的亮度及色彩均是可调的。

由于本发明具备常规光纤显示装置及霓虹显示装置的优点，所以可以用于它们已应用的领域，这些特性和优点将从以下描述及附图中清楚的展示出来。

附图的简述：

图1是根据本发明的光纤显示装置的较佳实施例的图。

图2是本发明的光纤的较佳实施例的图。

图3是图2光纤的另一实施例。

图4是根据本发明的光纤显示装置的另一较佳实施例的图。

图5是本发明光纤的又一实施例。

图6是根据本发明的光纤显示装置的另一较佳实施例。

图7是封闭装置的面板组件示意图，该组件有一面板及一盖板，该面板具有多个孔以供光纤插入。

图8是根据本发明的封闭装置的示意图。

以下结合附图，对较佳实施例作进一步的说明。

根据本发明的光纤显示装置100包括封闭装置102，光源104以及多个光纤106，如图1所示。

封闭装置102可以是不同的形状及构造，如图所示，通常它呈长方形。但是，圆形，椭圆形或多面形亦为可取。

在本发明的较佳实施例中，封闭装置102包括一个后面板部件108，一个前而板部件110，它包括多个孔111，一个顶部以及一个底部114。顶部112和底部114具有类似的构成，它们均包括一个平的外壁116，该外壁与一对外法兰118和120制成一体，外法兰118向内成弦形弯曲而法兰120则呈线性。

向内弓形弯曲的法兰118是弹性的且用于将前面板部件110向内压向线性法兰124，线性法兰124和126与外法兰118和120有一定间隔以便提供长的轨道128和130。而板部件108和110被滑动地置入该轨道128和130之中。

在封闭装置102限定的腔体之中有光源104，通常该光源包括荧光灯和灯座132，灯座132置于后面板部件108上。根据本发明，封闭装置102由光反射和热传导材料制成，例如铝，因此，荧光灯104发出的光线可在封闭装置102限定的腔体内连续反射，从而提供高亮度光线。

多个发光元件106，例如根据本发明的光纤，通过前面板部件110的小孔穿过前面板部件110。图形或其他图案展示在前面板部件110的外表面134，从置于外表面134的光纤106的头部136发射出来的光构成了图形或其他图案及文字。

由荧光灯104及反射腔体产生的光投射到光纤106上，直接投射光140来自于荧光灯104，反射光138由反射腔体反射到光纤106上，所以，加到光纤106上的光线被加强了。

根据本发明的光纤106示于图2之中。光纤的躯干202呈圆柱形以便有效地进行光传输。尾部204呈凸状以便有效地采集光，而头部206亦呈凸状以增加光亮度。躯干部分202从尾部204延伸至锥形部分208，锥部208延伸至头部206。

锥形部分208限定了一个发光角α。如果需要，可将发光角α调整以改变凸状头部的发光。在较佳实施例中，角度α定于150°至180°之间，以便光纤的大部分光可以通过头部206发射出来，因此，根据本发明的光纤具有采光，传光及发光的良好效果。

根据本发明的光纤由一种混合材料制成，该混合材料是一种光级透明材料，最好是丙烯酸材料，与一种透明色荧光染料相混合，其混合比为按重量计每部分丙烯酸材料中加入5×10^-5至8×10^-4的荧光染料，鉴于有色荧光染料可在光线激发下发出有色光的特性，本发明的光纤具备了发光特性。

尤其是，当光线140和138通过躯干202和凸状尾部进入光纤时，在光纤106中的荧光染料成分被激发以转换光线140和138的波长。与荧光灯的光线一起，激发产生的光线212在光纤106中向凸状头部206方向传输。所以，光纤106中的光强被逐渐增强，因为躯干202中传输的光线将被转换成有色光。正是借助于发射腔体中的强光，光纤的良好采光特性，以及光纤中的荧光染料的光转换特性，使得到达凸状头部206的光线强度大为增加。

为了改善凸状头部206的发光效果，一种具有高折射系数的透明涂层材料，最好是环氧树脂，漆或胶，被涂敷到凸状头部206的表面。根据光学原理，光线将从一种具有低折射系数的介质折射到具有高折射系数的介质中。因此，具有相对高折射系数的涂层使得凸状头部206中的光线有效地发射出去，从而改善了光纤的发光性能。

丙烯酸材料可与5×10^-5至8×10^-4的漂白粉混合从而在光纤横截而提供均匀的光强，彩色漆可涂敷在光纤头部的表面，以便由丙烯酸材料和漂白粉混合制成的光纤也可以展现彩色亮光。根据本发明，这种光纤用来产生含有荧光染料的光纤所不能产生的彩色光。

光纤106的另一实施例包括一圆柱形躯干302，一个凸状尾部304及一凸状头部306，如图3所示，凸状头部306的直径大于凸状尾部的直径，所以，封闭装置102的前面板110上的孔111可以牢固地固定这些光纤，根据本发明，光纤的尺寸可根据不同的要求而定。

本发明的另一实施例400包括一个采光组件402，它有光反射部件404和一个凸镜406。该实施例还有一色盘408以及马达410，该马达用来驱动轴412带动色盘旋转，如图4所示。

多个光纤416以与图1相似的方式装置在而板部件134上，每根光纤416的局部耦合光纤418以便透镜406的彩色光可传输到光纤416。耦合光纤418在色盘408的上方汇集成光纤束，并由支架420束集。

光反射部件404用于将荧光灯414发出的光线反射到凸透镜406。该凸透镜将光线聚焦。随着色盘的旋转，通过色盘的光线具有不同的色彩。该可变色光由耦合光纤418耦合到多个光纤416，因此，光纤416可以产生彩色光，借助于光纤106和406，本发明的光纤显示装置可以提供丰富的彩色显示。

为了牢固的固定装在面板134上的光纤，一个全透明塑料板422被置于光纤的头部以使得光纤头部被夹置于塑料板422和面板134之间。在塑料板422和面板部件134的上部和下部的间隙之中，一种填充剂，例如硅胶(silicon glue)，被填充于其间，因此，光纤面板部件134及塑料板422共同构成了一个面板组件，该组件可以沿沟槽428滑动装入或拆卸。

图4所示的光纤416有一凸状头部502，锥形部分504，圆柱形躯干506以及尾部508，如图5所示，在尾部508上开有沟槽510以接纳耦合光纤418。光纤416由5×10^-5至8×10^-4的漂白粉和光级透明材料，例如丙烯酸混合而成的混合材料制成。具有高折射系数的涂层材料被涂在凸状头部502的表面以加强其发光特性。

图6表明了本发明的另一实施例。该实施例600有两个而板组件602和604，每个的结构与图4的面板组件一样，从而，本发明的光纤显示装置有更多的面积显示信息。

面板组件602示于图7。其中，英文字“OPEN”为显示的信息，面板组件701包括有多个光纤，它们构成了所显示的英文词，由于光纤发出的光有交互作用，使得显示的看起来是没有间隔的连续符号。然而，任意两个相邻光纤的距离最好在14mm之内以提供良好的分辨率。光纤106被插入小孔702以使其凸状头部位于面板部件701之上。

此外，塑料板412置于光纤106的凸状头部上以便牢固的夹持光纤106就位。硅胶加入组件的边缘空间以使其成为一体，最后，图8展示了根据本发明的光纤显示装置800的立体图。

本发明提供上述结构及配置的多种变形。例如，其它可变光组件亦可用于本发明。封闭装置的形状可根据不同的需求设计，其构成材料也不仅限于铝材料，具有光反射性能的材料均可采用。此外，光级材料及添加剂的成分可以改变以生成制造光纤的混合物。封闭装置亦可用于常规的光纤显示装置，类似地，本发明的光纤亦可用于常规的框架，光源亦可改变。

本发明所展示的实施例只是为了让本技术领域的一般技术人员可以明白及实施本发明，其元件，功能及设计变化可以有多种不同的组合或改型，但它们都是在本发明所要求保护的范围之中，根据本发明的上述实施例这些及那些改型受到以下权项的保护。

Claims (8)

1.一种光纤显示装置包括：

用于限定一个光反射腔体的封闭装置，所述封闭装置具有至少一个有多个孔的面板；

发光装置，用于产生光线，所述发光装置位于所述腔体之中；以及多个发光元件，所述光线激励所述发光元件以使其发出可见光，

所述光纤显示装置的特征在于：

每个发光元件有一个躯干呈圆柱形，其两端部分别包括一个第一凸状端部以及一个第二凸状端部，所述发光元件通过所述多个孔固定在所述面板上，以致于所述发光元件的第一凸头端部位于所述腔体的外部而所述发光元件的躯干部分及第二凸状端部位于所述腔体之中。

2.根据权利要求1的光纤显示装置，其特征在于所述发光元件包括由丙烯酸和至少一种透明彩色荧光染料混合而成的组分。

3.根据权利要求2的光纤显示装置，其特征在于所述组分是按重量比在每部分丙烯酸材料中加入至少5×10^-5透明增白剂混合而成的。

4.根据权利要求3的光纤显示装置，其特征在于所述第一凸状端部涂敷一种透明彩色漆料，以使所述发光元件产生彩色光。

5.    根据权利要求1的光纤显示装置，其特征在于所述第一凸状端部

有一透明涂层，所述涂层具有大于所述第一凸状端部的光折射系

数的光折射系数。

6.    根据权利要求1的光纤显示装置，其特征在于所述封闭装置是铝

结构。

7.    根据权利要求6的光纤显示装置，其特征在于还包括一个透明塑

料部件，所述透明塑料部件与所述面板构成了一个面板组件以致

所述发光元件的第一凸状端部被夹置于所述面板组件之中。

8.    根据权利要求1的光纤显示装置，其特征在于相邻两个第一凸状

端部之间的距离是最多为14mm。

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