CN1068121C - 轻型显示系统及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

轻型显示系统(10)具有由光导体(30)的输出终端(28)组成的输出矩阵(22)，输入光导体(30)由终端壳体(20)支承在最好是挠性的基底(16)上。光导体(30)布置成矩阵(34)从投影机(40)接受载着源象(39)的光线。光线通过光导体(30)传播并从输出终端(28)射出以形成放大的相应于源象的显示图象(31)。显示屏的推荐实施例是可拆卸的并且便于运输和重新组装。

Description

轻型显示系统及其制造和使用方法

本发明涉及显示系统，具体来说涉及向大量观众提供变化的字母-数字的，图示的和活动的图象的大型显示系统或信号板。

为了产生大型的，有照明的，多色的，快速变换的图象显示以便用于广告，娱乐，以及向公众传布图象和文字的图解信息，已经研究出多种方法及显示系统。大多数这种系统都采用白炽灯，发光二极管，阴极射线管，机电式翻转元件或液晶元件等电动图象元件的输出矩阵。因此，这些显示屏一般需要大量的导线，接线器和图象元件的固定装置，还需要大型刚性结构以保持适当的对准及表面几何形状。这些显示屏往往十分笨重，工作起来要消耗大量电力。特别是面积超过9m²的大型显示屏需要大量资金和人工来运输，建立，提供电力以及维护保养。

本发明的目的是提供一种显示变化图象的显示系统，图象质量好且具有彩色活动画面性能。

本发明的另一个目的是提供一种较便宜的，维修要求较低的显示系统和方法，可消除或大大减少电器元件的使用和数量，从而减少了系统的能量消耗，使维持显示屏的表面几何形状及其零件的对准所需要的支承结构的尺寸和重量都得以减小。

本发明的另一个目的是提供一种在挠性基底上可折迭的轻型显示屏，这种显示系统储运时的包装体积要大大地小于显示屏的可用表面积。

本发明的又一个目的是提供一种显示系统，它易于运输且能安装于不同轮廓和形状的表面以及不能承载较重显示系统的地点。

本发明的显示系统具有一个在无源显示屏上显示变化的字母-数字和图画图象用的投影机，所述显示屏无需电气连接或有源转换或增益介质。这种显示系统具大量光导体，在光导体两端具有输出和输入终端。输出终端相互间隔开来布置，最好由与其数量相同的终端壳体支承，终端壳体固定在最好是薄的，挠性基底上以形成显示屏。光导体聚拢于基底背面，其输入终端整理放入一发射格栅，输入终端的定位分布相应于显示屏上输出终端的定位分布。

发射格栅最好具有散热框架，以便将光导体的输入终端以紧密填装的布置装入最小的空间中。

投影机具有高强度的照明光源，成象介质及支承装置，热控制元件以及发射格栅插口以接受光导体的输入终端。成象介质含有源象，保持在输入终端表面上或与该表面很近处，输入终端则通过投影机的发射格插口固定在位。

照在成象介质上的高强光线将源象直接投射入光导体的输入终端而无需中间透镜，镜，或其它光学元件。当含有上述源象的光被输入终端接受时被分成许多小部分，然后通过光导体转播到输出终端，发出相应于输入终端所接受的但尺寸放大的显示图象。远处的观众看见完整的众多的输出终端及其被投影的图象部分，因而可以看到显示图象的整体。

图1A是本发明显示系统的推荐实施例的前视图；

图1B是沿图1A中1B-1B线的剖视图；

图2是在本发明显示屏前形成的显示图象的前视图；

图3A所示剖视图表示固定于本发明显示屏的共用基底上的终端壳体的四种不同的实施例；

图3B是图3A所示的两个终端壳体的放大的立体图；

图3C是图3A所示输出终端的喇叭口形实施例的放大的局剖视图；

图3D的局部侧视图中所示的输出终端，其颈部方位补偿了曲面的显示屏；

图4A和4B的局部前视图和剖视图，表示将显示屏连接于刚性支架的一种实施例；

图4C是支架的三角形桁架之一部分的立体图；

图4D是两并置的三角珩架式支架的局部剖视图，表示两相邻显示屏的连续情况；

图4E是固定于飞艇曲面上的显示屏实施例的局部前视图；

图5A是维持输入矩阵整体性的发射格栅的立体图；

图5B是输入矩阵带的局部立体图，输入矩阵带具有一行或一列缠在导热条带中的输入终端；

图5C是两相邻的输入矩阵带的放大的，局部前视图，画出了由导热条带导致的输入矩阵的行和列之间的不对称性；

图6A是投影机一实施例的立体图，部分剖开以显示某些零件；

图6B的放大的局部立体图示出将发射格栅可卸式地装到投影机上的一种实施情况；

图7A和7B的放大的局部立体图分别示出将发射格栅永久地装到电子成象组件的实施情况和将发射格栅可卸式地装到投影机或电子成象组件上的另一种实施例情况；

图8A-8D是不按比例放大的，局部的剖视图，表示增大投影锥从输出终端的发射角以改善显示屏视轴的四种不同实施例；

图9是内装电子成象组件的投影系统的热交换器的立体图，有些部位剖开以显示热交换元件；

图10是罩有染色的或印刷网或织物的显示屏的放大的局部立体图；

图1A和1B分别是本发明显示系统10的推荐实施例的前视图和剖视图。显示系统10最好具有由轻型刚性框架14支承的一个显示屏12，框架14采用A形支架在两侧使显示屏保持直立。显示屏最好为2.5-20m2，包括一挠性的，耐用的基底16，基底16由200-300g/m²的聚酯织物如Snyder制造有限公司出品的AdvertexLite(商标)聚酯织物制造。织物上最好涂覆乙烯树脂，氨基甲酸乙酯或类似物使织物在环境和尺寸两方面获得稳定性，并使其表面适于粘接粘接剂层18(图3)和终端壳体20。虽然黑色基底16提供了显示屏12最大的视觉性能，出于美观的考虑按照要求也可采用其它颜色。

显示屏12最好也包括由光导体30的输出终端28的间隔开的行24和列26形成的矩形显示矩阵22(图中只用虚线表示出若干光导体30)。输出终端28在基底16表面人工排布，其间距一般为25-130mm。输出终端28的间距基本取决于显示图象31(图2)的清晰度，这一点下文将详述。输出终端28间距的减少导致材料成本及人力的增加，因为在显示屏12上要多设终端壳体20。

光导体30基本扁平地贴在基底16的背面32与其基本平行地延伸，并被整理成含有输入终端36的输入矩阵34(图5A)。光导体30以预定的模式将输入矩阵34连接于显示矩阵22并使光从输入矩阵34传至显示矩阵22。输入终端36一一对应地分别由光导体30连接于相应的输出终端28。

输入终端36在输入矩阵34中的相对位置在几何上类似于输出终端28在输出矩阵22中的相对位置。例如，在输入矩阵34的第二行，第五列的输入终端36要连接于显示屏12的显示矩阵22的第二行，第五列的相应的输出终端28。因此，如果输入终端36的各行偏移以使发射格栅38中有最紧密的排布，那么，显示矩阵22的输出终端28的各行相应于输入终端28的相对位置也要偏移。

输入矩阵34接受从幻钉，影片，录像或激光投影机40等图象源投射来的源象39，而投影机40则通过一对稳定杆42固定在框架14上(图6A)。光导体30在各自的输入终端36处接受光线，通过光导体30传播光线并从各自的输出终端28将光线投射出来。输入终端36和输出终端28是通过下述方式形成的，与光导线30的纵轴成直角地整齐截断光导体30的端部，其轴向端部经抛光形成光洁的表面。光导体30最好是长而细的波导管，如直径为0.75-1.0mm的聚甲基丙烯酸甲酯光导纤维，具有氟化高聚物的覆盖层，具有大约0.17dB/m的相当低的损耗。

在工作中，这样的相互连接关系使显示系统10可以从显示屏12的输入矩阵34向显示矩阵22一部分一部分地或一个画面元素一个画面元素地传递源象。在输入矩阵34上聚焦的光象从显示矩阵22发射出来以形成放大的显示图象31，显示图象31具有不同的图面尺寸但与向输入矩阵34提供的源象的结构相似。因此，从如投影机40那样图象源产生的图象可以由显示系统10以放大的形式在显示屏12上显示出来。图2所示照片是距离30.5m的4.6m×6.1m的显示屏上的一个显示图象31。相应于图1所示显示图象31的源象是由胶片式投影机发出的。

图3A-3D表示终端壳体20A-20D(统称终端壳体20)的推荐实施例，以及将其与基底16和光导体30相连接的推荐方法。请参照图3A和3B，终端壳体20A-20C是由轻塑料如ABS树脂制成的漏斗形件。终端壳体20A-20C最好具有一个喇叭形漏斗部分45，其终止于一个直径为25-40mm的底端46，以及一个管状的颈部48，其通道内径为0.75-1.0mm以装入光导体30。通道50的内径最好与光导体30的直径滑动配合。

终端壳体20最好尽量轻些，但又要有足够的强度和耐久性以维持输出终端28的方向精度和承受环境如结冰和大风引起的力。终端壳体20的料厚可以是变化的，在承受拉力和压力的区域较薄，而在承受剪切力的区域较厚。这种厚度的形状可以通过下述方式得到：加热一塑料圆盘直至其软化，将软化的圆盘推过一个钝端探针，其直径与光导体30直径相同。最好使用如钻坯那样的金属探针以防止在制造过程中挠曲。

终端壳体20最好用粘接剂层18固定在基底16上。终端壳体材料和基底表面最好都有较高的表面能以便促进粘接剂均匀流过粘接面并提高粘接性能和粘结强度。ABS塑料具有较高的表面能。一种推荐的粘接系统采用双面粘接带(如3M公司制造的VHB)的环形件，这种粘接带具有粘于薄泡沫基底两面的丙烯酸基粘接剂。

弯曲半径52取决于漏斗部分45从颈部48的通道50向底46扩张的程度。弯曲半径52的长度取决于所用光导体30的类型，大约为前述推荐光导体30直径的10倍。

由弯曲半径52产生的漏斗部分45的曲率防止了会严重损害光导体30光学性能的光导体30的纽结或超过临界弯曲半径。

除了提供限制弯曲半径的特征以外，终端壳体20还提供将光导体30的输出终端28固定在显示屏12的基底16上的需要位置上的手段，并提供使每个输出终端28的光输出沿需要的视轴定向的手段。

现参阅图3A-3C所示的终端壳体20A，光导体30沿基底16的背面32铺设，在显示矩阵22的需要位置上穿过基底16上的小孔54。光导体30穿过底46，沿弯曲半径52铺设，穿过通道50，并最好超过颈部48延伸1-6mm。通道50为光导体30导向并使输出终端28指向需要的视角。光导体30可以粘接定位，或者使每个输出终端热扩张而形成图3C所示的小凸缘56，以便防止输出终端28通过终端壳体20的颈部48向后滑动。

终端壳体20B提供了一种在显示屏12的基底16上支承输出终端28的背面安装技术的一种实施方案。终端壳体20B具有一较大直径的底46，底46的前或上表面通过粘接剂层19固定在基底16的背面32上。终端壳体20B的颈部48穿出基底16上的较大的孔58。虽然粘接剂层倾向于加强某些基底16的整体性，但是，较大的孔则比较小的孔更倾向于削弱织物，因为织物中较多的线被切断了。但是在通常承受大的环境力的区域，将显示屏12装在刚性表面上时，这种背面安装技术则可能较为有利。

现在描述终端壳体20C，由于采用了一套小型的，轻质的固定件60和刚性板62将终端壳体20C很有效地固定在基底16上，因而可以增强或消除粘接剂层18。显然，使用各种轻型、耐久的固定技术，如热或超声波“焊接”，都并不超出本发明的范围。

现参阅图3A和3B所示终端壳体20D，可以采用“离架(offthe shelf)”零件将输出终端28固定在显示屏12的基底16上。终端壳体20D是一个弹性保持夹套，上面带有冲出或钻出的通道64，通道64的直径与光导体30相同或稍小。垫圈66的尺寸适于紧密地配合入终端壳体20D的环形68中。基底16有一个尺寸与槽68相似的孔70，因此，基底16靠孔70滑动配合进槽68中，夹在垫圈66和终端壳体20D之间，进一步加强了其牢固性。这种实施例的优点是可以大量地取得零件，除制出通道64外，无需普通的制造加工。

一挠性的保护罩72，共面定位，但与基底16隔开一个小的距离，该距离要大于弯曲半径52，保护罩72与终端壳体20D共同防止光导体30的过度弯曲和纽结。光导体30最好由保护罩72支承并固定在其上以减小垂向载荷。保护罩72，例如，可以是轻的尼龙网，光导体30系于其上。网眼有利于通向显示屏12的背面，因而修理时无需卸下保护罩72。推荐采用软的，柔韧的和耐用的网，其网眼大约为25mm²，大得足以穿过它们以便进行修理工作。在某些应用场合中可以使用更紧韧，更稳定的聚丙烯网。另外，防裂尼龙织物也适于用做保护罩72，这种织物可对光导体30提供完全的保护，但是修理时的通过性受到限制。

保护罩72最好采用缝合，粘接或多处小的绑系而固定在绕基底16周边76(图4A)的背面32上。小的绑系最好与网一同使用，而粘接剂最好与织物一同使用。本专业技术人员懂得，保护罩72可与任何种终端壳体20A-20D一同使用以便保护光导体30以免损坏和缠绊，并保护包住显示屏12的任何表面74(图3D)以免被光导体30损坏。

现对照图3D，凡某些输出终端28的视轴与显示屏12的表面不成90°时，例如当包在曲面74上时，终端壳体20E和20F的颈部48要做成使它们能将输出终端28的指向补偿曲面74的曲率。要使输出终端28的指向等于但角位移相反于表面74的曲率以便提供紧密的和基本均匀亮度的放大的显示图象31，供远处观众观看。

本专业技术人员懂得，显示屏12最好只采用一种终端壳体28以简化制造，但是任何具体的显示屏12可以采用多种类型的终端壳体28，以特别地适应于具体的应用和显示系统10的位置。

图4A-4E示出几种将显示屏12连接于框架14的实施方案。现参照图4A和4B，框架14由轻且强的80mm直径的铝管84构成，其端部通过可卸角接头连接在一起，因此，框架14可以容易地折成散件以便运输。显示屏12可以含有套环78绕基底16周边76以150-300mm的一定间隔分布，以便连接于框架14。最好用弹性冲击绳穿过套环78和框架上的钩82束紧，钩82固定在铝管84上，其一定的间隔等于套环间隔但与套环错开半个间隔。

套环78，绳80和框架14一道提供了一种蹦紧地和无皱地固定显示屏12的基底16的方法。从理想方面讲，基底16被最大限度地蹦紧，排除了对显示屏12的零件的损坏，最大限度地减小了每个终端壳体20周围的局部表面变位。这种变位一般是由从底46引出的光导体30的重量产生的扭转力而引起的，通过终端壳体20的弯曲半径52转化成一个净垂直轴向载荷分力。

图4C示出框架14的另一种替代实施例，其中采用了易于拆卸的三角形桁架88。桁架88具有多根杆90，提供了固定基底16的许多固定点，并便于基底16包住桁架88。因此，显示矩阵22的输出终端28可以盖住基底16的重叠桁架88的部分。现参照图4D，这种显示屏12可以并置拼成较大或较长的显示图象31，或同时的一串显示图象31，没有远处观众分辨得出的间隔。

现参照图4E，凡当显示屏12连接于非刚性式尽艇如软式飞艇的气袋外表面92上时，刚性框架并不是必需的。显示屏92可以直接地足够拉紧于飞艇的表面92。一系列25.5mm宽的用尼龙丝制成的带子94以1.3m的间隔连接于基底12顶部96和底部98。图4E所示的显示屏12的实施例垂向长7.5m，水平方向长6.1m。在基底16的顶边和底边100上形成悬链状曲线以便使加于其上的负载更均匀地分布。基底16的左、右边102通过50mm的环钩和固定带95固定在位，固定带95从基底16的顶部96连续延伸至底部98。

显然，由于显示系统10的重量保持在最低的水平上，因此很适于安装在比空气轻的飞艇上。单位体积对单位体积来说，全塑料光导体的密度要比一般电信号的电导体用金属铜大约轻6倍。另外，每个全彩色电图片元素一般要用4条电导线，每个单色图片元素需用2条电导线，而每个图片元素只要用一条光导体30即可，因而大大地减少了重量。对照图4E描述的显示屏12具有大约3700条光导体，重约45kg，它既不占有容积也无需普通显示屏所需的支承框架。对于不用框架34的显示系统10的工作来说，支承投影机40时最好要保证不要把过多的应变放置在通入输入矩阵34的光导体30上。

显然，对照图4E描述的那种显示屏12，其基底16是挠性的，光导体30也有很好的挠性，很容易折成1m×1.5m×0.5m的大小，因此大大便利于显示系统10的运输、本专业的技术人员也懂得，本发明的显示系统10也可以在许多限制普通显示系统的重量或框架体积的地面或悬挂场合中使用。

图5A示出了发射格栅38的一推荐实施例的立体图，发射格栅38用做光导体30的汇聚点。发射格栅38的作用是保持构成输入矩阵34的输入终端36的适当布置，为输入矩阵34提供最佳的光学保护表面112，提供在投影机40上的机械连接，并用来发散射向输入矩阵34的集中的光辐射所产生的热量。

发射格栅38最好具有一个12.7mm厚，51mm宽的U形截面的本体114，构成夹子116的三或四个侧面，本体114最好具有二个凸缘118以便将发射格栅38固定在投影机40上，本体114可用单块坯料铣成，也可以用适当尺寸的单件焊接或用螺纹固定件组装而成。

现对照图5B和5C，在输入矩阵34中输入终端36的布置严格地复制在显示矩阵22中输出终端28的布置。光导体30的输入终端最好首先组成单行124或单列126以构成51-155mm的短带128。带128一般包括一个完整的行或列，由单层导热带130固定在位的相邻且相互接触的输入终端组成。上述导热带130可以为，例如，0.075-0.125mm厚，50mm宽的涂有粘接剂的铝箔带。也可以使用较厚的带，但是可能会增加组装在一起的行或列的带128的填隙式间隙，并可能产生光损耗以及不可接受的几何变形。

本专业的技术人员懂得，需要注意保持发射格栅38中的输入矩阵34和显示屏12上的显示矩阵22之间不变的纵横尺寸比。导热带130在输入矩阵34中产生不对称现象，使输入终端36沿一轴的间距要稍大于沿另一轴的间距。因此，显示矩阵22的输出终端28的间距要补偿发射格栅38中输入矩阵34中行124或列126的带130厚度所引起的显示图象131上的任何几何变形。

将行124或列126的带128堆放入发射格栅38，然后用稍粘稠的腈基丙烯酸酯粘合剂相互粘接剂以填入带128的导热带130上形成的槽状凹陷。粘接剂也施加在第一条和最后一条带128上以便分别粘固在夹子116的件114和120上。

带128经定位使输入终端36超出夹子116的边缘延伸大约6.5mm以便为获得最大的光效率而进行抛光。光导体30的伸出部分由粗砂轮一起磨削直到其距夹子116小于2.6mm为止，以便形成输入终端36。然后输入终端36一起逐渐用较细的砂磨介质打光直到它们与夹子116齐平。用一平块支承砂磨介质以保证输入矩阵有均匀平整的表面。一般来说，经三道抛光就够了，最后用320粒度的砂磨介质打光。

输入终端36用柔合的清洗剂清洗以清除打光工艺留下的任何杂质，然后用甲苯溶剂清洗以制备输入矩阵34，以便用保护面112粘接。保护面112可以是，例如，1.6mm-3.2mm厚的玻璃罩，可以提供耐用的，平整的和易于清洗的表面。保护面112最好超出输入矩阵34放在发射格栅38的夹子116上，用薄而均匀的粘接剂层粘接，不能夹有气泡和杂质。粘接剂最好对整个可见光谱都是透明的，固化时应该具有基本等于保护面112和光导体30的芯部的折射率。推荐使用的粘接剂是环氧树脂技术公司(Eposy TechnologyCorp.)生产的为光学应用设计的一种两部分环氧树脂类粘接剂Epo-tec301。

图6A示出本发明的典型的投影机40，它最好具有高效、管状、金属卤化物的，高强度电流放电(H.I.D.)灯140，用来将源象39投影到输入矩阵34(图5A)上。灯140电气连接于变压器143，变压器143从一标准的或高功率电插座输送电力。这种灯140的优点在于，可以发出很白的颜色，适于精确的颜色复制；将电能转变成可见光的效率是白炽灯的五倍多；比标准的灯泡形式更容易放入反射镜以产生最佳效果，并具有超过9000小时的长久的工作寿命。另外，这种灯产生的光能比白炽灯产生的红外波长显著减少，因此，易于冷却，使成象介质或光导体30热损坏的可能性降低，特别是当其集中时。取决于所要求的显示的视觉性能，灯140的功率一般为250-1500瓦。

半椭球形反射镜144安装在灯140外围，使灯140与反射器144共主轴，并定心于椭球焦点。反射镜144的直径最好为200mm，深150mm，用来有效地收集，集中并向镜146射出灯140发出的光能，镜146放在距椭球焦点或成象介质148大约380mm处。显然，也可以采用其它种类的灯140和反射镜，例如用椭圆槽形反射镜，使灯140在焦点处横过反射镜，或者采用锥式聚焦型反射镜，配合使用辅助后反射镜将光线反射到一个小的区域。

最后借助镜支架150在灯140和成象介质148之间插入一波长选择镜146。镜146只反射向成象介质148发出的光线的可见光部分，成象介质148放在保护面112和输入矩阵34附近，镜146使发出的光线中的红外部分通过，因而不射到输入矩阵34上，因而大大减少了射向成象介质143和输入矩阵34上的热量。投影机40使用风扇149以加强各投影和成象零件发出热量的散热。冷却空气主要指向成象介质148以散发存在于灯140发出的光线中的红外或其它光能所产生的热量。

现对照图6A所示投影机40的实施例，源象39在成象介质148上形成，成象介质可以是，例如一系列摄影正象透明画155，组装在一个连续的，封闭的胶片环151中。每个这样的源象39的尺寸一般基本与输入矩阵34的尺寸相同。含有一副源象39的每张胶片透明画155接续定位，与透明承载板152上的输入矩阵34对准，并保持静止一段所需的时间。承载板152最好为3.2-6.5mm厚的回火玻璃，由铝托架固定在位。支承板152对着保护面112支承胶片透明画155，但是，留有1.3-2.5mm间隙使成象介质148能在两表面之间滑动而不粘结。

投影机40采用金属刷式传感器或光学传感器153来检测固定在或印刷在透明画155的13mm宽边缘上的金属的或系列条线配准码157，以便进行程序和配准工作。光学条线码更多用，例如，可以为正在显示的透明画155的停留时间，转向另一幅透明画155的速度等编码并提供配准信息。传感器153阅读码157并产生每幅透明画各不相同的一序列通断电信号，这些信号被送至电动机控制处理机154，处理机154控制一驱动电动机156并按照需要产生任何其它信息和/或控制程序。

对于简单的程序操作，其中使用单一的显示屏12以投射单独的若干透明画155，其停留和变化时间不变，那么最好使用永久磁铁式驱动马达156来带动一传动滚筒158和与其咬合的滚筒160来移动胶片环151从透明画155至另一透明画155。但是，对于采用多显示屏12及几个源象同步和/或具有可变的转变速率的应用场合，最好使用由普通时钟信号发脉冲的步进马达控制器驱动的步进式马达。

对于比输入矩阵34长的透明画155A来说，可能需要用可变转变速率，最好使透明画155A以比单一框的转变速率慢的不变速率通过，产生一种“卷轴”效果，使显示图象31移过显示屏12。长的胶片环151可在投影机的空室162中“折叠”，透明画的材料要足够坚韧以防意外折痕。

现对照图6B，发射格栅38可以可卸式地装在投影机40上。夹子116的每条凸缘118装有固定夹164，固定夹164有带孔168的板166，在孔168中适于安装固定销170。固定销170安装在投影机壳体162的顶部172上，在安装发射格栅38的夹子116的孔174的两侧定位。板166上有装入固定夹178的支架176，固定夹178可沿板166滑动，并接合固定销170上槽180。

现对照图6A，7A和7B，投影机40也可以安装一个电子成象组件200，永久地或可卸式地装在发射格栅38上。电子成象组件200取代了前述的成象介质148及其驱动和支承零件，例如，可以是液晶显示(LCD)，它可以提供无源的也可提供有源的成象手段。

无源的成象组件200类似于小型逆光照明的计算机所使用的那种，并依靠外部控制电路工作，外部控制电路迅速地通过画面元素的行和列编定程序，将每个单独的画面元素转变到所需要的偏振状态，这种偏振状态又借助外部的偏振层控制画面元素的不透明度。在特定的画面元素不被电信号激活的时间间隔中，画面元素呈“断(off)”的状态，其不透明度返回到非激活状态。

图象信息最好由与投影机相连的计算机产生，计算机可以储存和处理若干个图象。无源彩色成象系统一般采用叠放的如深蓝、品红和黄色的彩色基底元件，并利用整个画面元素的面积提供高透明度和更有效的颜色控制。无源成象组件的优点包括：成本较低和显著大于有源成象组件的较高的光发射性能。由于在任何给定的时刻画面元素的大部分是断开的(off)或未激活的，整个无源成象组件的性能，特别是对比度较差。由于受到对比度和速率的限制，无源成象组件较适于显示计算机产生的信息，而不是电视类的图象。

另一方面，有源成象组件一般用来产生录象图象。在有源成象组件中，使用外部电路控制的半导体或二极管来转变或隔绝例如液晶画面元素的电状态，从而使其保持某一状态直至一信号更新其电状态。从物理及电学上隔绝的液晶画面元素的绝缘性质，使转变信号的积累档以充电，因此画面元素可以保持其相对的不透明度直到更换。因此，在任意给定的时刻，有源成象组件中的每一画面元素都激活于一特定的光学状态，从透明至完全不透明。

有源彩色成象组件一般使用附加的颜色发生系统，该系统包括相邻的红、蓝和绿液晶画面元素，因而可以限制成象组件的透射系数。相互作用的控制电路最好接收由录象带录制和重放装置，录象盘设备，电视设备；直接通过转换设备连接的或由无线电波或光波通讯连接的电视摄影机；或上述或其它录象方法和信号产生装置的适当组合所产生的录象信号，并驱动液晶组件电路以产生录象图象。当把计算机显示形式转变成录象显示形式后，有源成象组件也可以显示计算机产生的信息。有源成象组件的优点是全彩色成象和高质量的活动画面性能。例如，使用这种成象组件，可以产生大幅的电视显示。

本专业技术人员懂得，可以将两个或多个显示系统10共同工作，采用多个显示屏12以产生很大幅的显示图象。录象信号经处理以产生所使用的各显示系统的分离的信号，这样来产生显示图象，因此，每个分离的信号代表显示图象的一个几何部分。现对照图4D，为了尽可能地消除缝隙或非活化区域以便产生连续的大显示表面的错觉而设置了显示屏12。

图7A和7B表示将电子成象组件200永久固定或可卸式安装在投影机40的壳体162上的方法。现参照图7A，成象组件200最好直接粘接在发射格栅38中的输入矩阵34上。除去了保护面112以增大输入矩阵38的散热能力，将光产生的热从成象组件200散开。最好用足量的，折射率匹配的，环氧树脂类粘接剂202，如Epo-tek301施用到输入矩阵22中，然后在侧面止动件104之间滑动输入矩阵22直至其接触背后的止动件(未画)以便与成象组件200的成象部分204对准。

显然，可以使用折射率匹配的光学用胶如Cargille Labs #24230代替粘接剂202以提供将输入矩阵22可卸式连接于电子成象组件200的方法。可以使用弹性的或弹簧延伸件206将成象组件200支承在投影机40内的可卸式装入的输入矩阵上以提供配合所需的力，同时提供足够的弹性以防止由于拆、装过程中会出现的过大或不等的应力对成象组件200造成的损伤。

现参照图7B，可卸式发射格栅38A采用快速释放的“卡口”式固定技术。发射格栅38具有一个可转动的连接件207，装有二个或多个最好是平的柄舌208，用于接合投影机壳体162上不转的连接件210上的插入槽209。发射格栅38的输入矩阵端211和可转动的连接件207分别滑配入输入矩阵插口212和圆形插口213中。然后转动可转动的连接件207，使柄舌208滑入底切槽214中，从而将发射格栅38锁入投影机40的壳体162中。本专业技术人员懂得，也可以使用各种快释固定技术，如滑栓，直角回转固定件，或U形夹销而并不超出本发明的范围。

虽然电子成象组件的制造厂商在成象部分附近设置了许多电子元件，但是最好将这些电子元件放在投影机壳体162中并用电缆将其连接于成象组件。本专业技术人员也懂得，在成象组件200内，与灯140最近的偏振层最好应离开液晶层一个距离(15mm至30mm)放置以减少热损伤和性能损失的可能性。

投影机40也可以用激光来代替灯140和成象介质148。例如，激光可以产生一个含有红、蓝、绿原色波长的光束并将其按比例调制以提供各种颜色。光束可以用镜子按所需要的模式偏转，镜子安装在高速检流计扫描器上。这种模式高速反复扫描以产生活动线而不是活动点形成的视觉幻象。调制器和编转器最好由可以储存和处理许多静止或活动图象的计算机控制。

这种激光投影机的优点是可产生很亮的，独特的显示图象31。一般激光元件价格昂贵，结构复杂，不能显示“充满的”图象，由于光束偏转器偏转速度的局限可以引起图象闪烁，但是这些缺点会随激光技术的发展而全部被克服掉。

另一种激光投影机能够投射录象图象，以类似电视显象管上看到的那种“光栅”模式使光束偏转。这种偏转采用一种转动的多角镜来提供必要的水平偏转模式，还采用检流计扫描器以提供垂直向偏转。两种偏转元件与输入的录象信号电子同步以产生稳定的图象。

不管采用什么成象装置，从投影机40射出的光(不是激光)最好应该以某些角度投射到输入终端36，这些角度应尽可能对着光导体30的全部接近角，以保证从给定的灯140得到尽可能亮的显示图象31。因此，反射镜144的几何形状和光路的设置应使射出的光线以适当的角度投射在输入终端上。对于前述光导体30的推荐实施例来说，接近角大约为60°。因此，射出的光线应复盖一个60°角投射在成象介质上并透射到输入矩阵34。

构成显示图象31之一部分的光线从投影锥中的每个输出终端28射出，投影锥对应基本等于每个光导体30的接近角的一个输出角。因此，这样射出的实际视角限制于这个输出角。但是，通过种种折射或衍射技术可以增加输出角，因而增加实际视角。例如，折射技术可以包括光散射，这可通过热的或机械的方式使每个输出终端28“变粗糙”或被修整外形以形成透镜形状或棱镜形状。

现对照图8A和8B，一种推荐的折射散射技术采用固定在每个输出终端28上的终端帽184，其中含有许多10μ-30μ的气泡186(图8中经不成比例地放大)，气泡186分散在较致密的，透明介质188中。推荐的气泡是由3M公司制造的空气或甲烷充满的微小气球，散入进干净的丙烯酸的，聚碳酸酯或光学环氧树脂中。气泡186对于介质188的相对含量决定了终端帽184的光分散特性。例如，微气球对于Epo-tec30的比为1∶2,0.001ml滴施加到一个输出终端28上，产生光散射增加200％以上的效果。

图8A表示一个用于附着一输出终端28或终端壳体20上的终端帽184的一个注射成型的实施例。在终端帽184和输出终端28之间也可用一滴环氧树脂或粘接剂189来增加终端帽184的牢固性。图8B表示用注射器将环氧树脂施加在输出终端28上的终端帽184的实施例。由于液态环氧树脂的表面张力使其固化后形成半球形。

现参照图8C和8D，折射散射也可以用一折射件190如光栅或全息光学元件来实现。这些折射元件一般具有叠置的多个波长特定的层192(图8C)或为每个原色而附加波长特定的单层194(图8D)，这些折射元件借助固定架196支承在每个输出终端28上，粘接在输出终端28和/或终端壳体20上。

电子成象组件对过热特别敏感，需要强制冷却，最好用主动冷却机械冷却，有源冷却机构对移过成象介质148的气流提一种形式的致冷。图9示出一热交换系统220，部分断去以示出用于对成象装置进行推荐方式的强制冷却的热交换零件。热交换系统220具有装着发光二极管电子成象组件200A的壳体162A，冷镜146A，以及分别向风扇221和热电热交换组件226供电的导线225和227。

在工作中，风扇221通过外界空气进口223抽取空气，将其吹向一组热和冷散热器217和219，其上分别具有热的和冷的散热铝片或铜片222和224，这些散热片由若干热电热交换组件226冷却。热交换组件226使电流通过两不同金属接触产生的接点而产生珀尔帖效应，从而使一种金属变冷而使另一种金属变热。通过热交换组件226的空气分别通过冷、热排气口228和229循环。热交换组件216没有移动零件，工作很可靠，可以使用很多26mm×26mm的组件216以产生很冷的气流。热交换系统220也具有隔热障230以减少从热散热器217向冷散热器219的热泄漏，因而增加热交换系统220的效率。

现对照图10，显示屏12的基底16也可以具有一般的画上或印上的图象。这种图可固定或直接印、画在基底16上，只要不遮挡住输出终端28的光线即可。或者，基底16的背景颜色或图象也可使用细网眼的，轻质的网240加以变换。首先在网240上印、画上需要的图象、信息或背景色，然后铺放在基底16的需要的区域上，使终端壳体的颈部48稍许伸过网240的网眼。网240最好连接于并支承于框架14或基底16的周边。

从前面的描述中可以明显看出，对上述实施例可以做出许多改变而并不超出本发明的范围。例如，显示屏可以是圆形的或任何其它几何形状的，可以具有预先存在的基底如广告牌，在其上钻孔，并将终端壳体装在其上。因此，附图所示实施例只是说明性的，而非对本发明的限定。

Claims (22)

1．一种可折叠式显示屏(12)，它包括狭长光导体(30)的输出终端(28)的间隔开的行(24)和列(26)形成的显示矩阵(22)，所述显示屏的特征在于：

一基底(16)具有充分的挠性以符合非平面的显示屏支承表面(72,92)的形状；以及

终端壳体(20)的间隔开的行(24)和列(26)的矩阵(22)固定在基底(16)上，终端壳体(20)具有从基底(16)的表面突起的部分(48)以接纳和支承狭长光导体(30)，狭长光导体的输出终端(28)构成所述显示屏(12)的一部分，所述显示屏适于发射显示图象(31)。

2．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：所述基底(16)是可折叠的。

3．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：所述输出终端(28)经过修改增加了显示图象(31)的偏轴视角。

4．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：所述基底(16)具有织物特性。

5．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：所述行(24)和列(26)分开20-130mm。

6．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：每个终端壳体(20)支承一个输出终端(28)。

7．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：所述显示屏(12)具有超过7.5m×6.1m的表面积，并可折叠成小于1m×1.5m×1.5m体积的单一装置，而不致损害光导体(30)的光学整体性。

8．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：终端壳体(20)包括弯曲限制装置(52)，其用于限制光导体(30)的弯曲以防止通过其传递光线的损耗。

9．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：至少一个终端壳体(20)还包括：一条通道(50)，该通道具有

(a)第一直径，适于接纳具有第二直径光导体(30)，

(b)一个邻近于输出终端(28)的终端部分(48)，以及

(c)一个邻近的中间部分(45)，使所述通道沿第一方向面对光导体(30)的终端部分；

安装装置，其用于将终端壳体(20)安装在显示屏(12)上；以及

一个扩大的通道部分(46)，该部分具有大于所述第一直径的第三直径，第三直径使光导体(30)的中间部分可处于与所述第一方向垂直的第二方向上，从而使光导体(30)在所述终端部分和中间部分之间具有足够大小的弯曲半径以保持光导体(30)的光学整体性。

10．如权利要求9所述的显示屏(12)，其特征在于：所述通道(50)被一管状颈部(48)和一扩大的通道部分围绕，所述扩大的通道部分被一个漏斗部分(45)围绕。

11．如权利要求10所述的显示屏(12)，其特征在于：终端壳体(20)的管状颈部(48)具有一个方向，其用作控制光导体(30)光输出方向的手段。

12．如权利要求9所述的显示屏(12)，其特征在于：

所述基底(16)有孔；

每个终端壳体(20)具有用粘接剂围绕各孔固定在基底(16)上的底(46)，因而粘接剂加固了基底；以及

所述光导体(30)穿过基底(16)上的孔及终端壳体(20)内的通道(50)。

13．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：显示屏支承表面(72,92)具有非平面形状，显示屏的形状与显示屏支承表面形状相符，所述显示屏还包括：

在每个输出终端(28)上的输出定向器(48)，其用于使输出终端(28)的输出定向，以便修正显示屏(12)形状引起的偏轴光学畸变。

14．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：所述显示屏支承表面(72)包括一个在气艇上的弯曲表面(92)。

15．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：所述显示屏(12)包括一个弯曲形状，所述输出终端(28)的定向补偿显示屏弯曲形状导致的非均匀亮度。

16．如权利要求1所述的显示屏(12)，其特征在于：所述基底(16)和所述显示屏(12)是平面的。

17．一种显示系统(10)，它包括如权利要求1至16中任一项所述的显示屏(12)，其用于产生一个适于远看的图象(31)，所述显示系统(10)包括：

在每个狭长光导体(30)的与输出终端(28)相反端上的输入终端；

紧密填装的输入终端(36)的输入矩阵(34)，所述输入终端在输入矩阵(22)内的相对定位相应于输出终端(36)在显示矩阵(34)中的相对定位；以及

图象投影装置(40)，其用于向输入矩阵(34)提供源象(39)，从而使显示矩阵(22)产生相应于源象(39)的、但尺寸大于源象的显示图象(31)。

18．如权利要求17所述的显示系统，其特征在于：

所述图象投影装置(40)具有一个光源(140)和用于产生源象(39)的成象装置(148,200)；

所述光源(140)将光及件生的热量射向输入矩阵(34)；

所述输入矩阵(34)具有在输入终端(36)的层(124,126)之间的导热层(130)，使输入矩阵(34)的行(124)之间的间距不同于输入矩阵(34)的列(126)之间的间矩；

显示矩阵(22)的输出终端(28)的相应的行(24)和列(126)不同地被移位以补偿输入矩阵(34)的行(124)和列(126)的不同移位，从而使行(24)之间的间矩不同于列(126)之间的间距；

所述导热层(130)从成象装置(148,200)和输入终端(36)传走热量，从而保持光导体(30)的光学整体性。

19．如权利要求17所述的显示系统(10)，其特征在于：所述图象投影装置(40)包括：

紧邻于输入矩阵用于产生源象(39)的成象装置(148,200)；以及

一个光源(140)，其用于使光穿过成象装置(148,200)，从而使光载有源象(39)并射在输入矩阵(34)上。

20．如权利要求17所述的显示系统(10)，其特征在于：所述成象装置(148,200)包括一个液晶显示器(200)。

21．如权利要求17所述的显示系统(10)，其特征在于：所述成象装置(148,200)包括一个透明画(155)。

22．一种用于在如权利要求1至16中任一项所述的显示屏(12)上产生图象的方法，包括：

在光导体(30)的输入终端(36)的紧密填装的行(124)和列(126)的输入矩阵(34)附近产生源象(39)；

使光穿过源象(39)，从而使载有源象(39)的光射在输入矩阵(34)上；

使载有源象的一部分的光穿过每个光导体(30)传播；以及

在一个显示屏(12)上从输出终端(28)的显示矩阵(22)呈现一显示图象(31)，所述输出矩阵以间隔开的行(24)和列(26)设置，其相对定位相应于输入终端(36)的行(124)和列(126)的相对定位，因而显示矩阵(22)产生一个相应于源象(39)但尺寸大于源象尺寸的显示图象(31)。

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