CN1306656A - 平板显示屏 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及借助于多个排列成矩阵形状,由半导体光源(12,13,14)经过光波导(4,16)馈给光线的像素显示图象的平板显示屏,其中为了产生图象,光线在光源(12,13,14)和像素(1)之间可被调制。为了提供多方面和可变更结构的这种平板显示屏,本发明建议,显示屏的终端观看面由多个同样的显示模块(6)合成得到,在模块中包含一组像素(1),并且显示模块(6)单独经过可揉曲或部分可揉曲的光波导(4,16)与单独属于每个显示模块(6)的半导体光源(12,13,14)连接,以及一个光调制器装置(17)被连接到连接于每个显示模块(6)的光波导(4,16)中。

Description

平板显示屏
本发明涉及一种借助多个安排成矩阵形状的像素显示图像的平板显示屏，像素通过光波导由半导体光源供给光，并且光在光源和用于产生图象的像素之间可被调制。
DE-PS 19540363公开了一种平板显示屏，其中现有技术公开的平板显示屏的光波导格状地安置在平板显示屏背面，并且延着其长度的延伸有均匀分布安置的输出耦合位置。这样输出耦合位置构成一个矩阵形状的像素排列。相应每个波导的端点与一个半导体光源连接。光源或输出耦合位置是如此可控的，使得它们射出一种彩色的光或各种彩色的光。通过由输出耦合位置相继输出到观看空间的光线部分中的不同强度的快速时间排序在人眼中形成一幅图象，它在彩色调制的情况下是彩色的。要求的光调制不是在半导体光源上自己完成就是借助于调制器实现，调制器被配置给单个的输出耦合位置，即它们也是矩阵形分布配置的。
已公开的平板显示屏的主要缺点在于，光波导相互交联并且相对于显示屏位置固定地配置，这样平板显示屏必然有固定的外形并且必须保持其形状不变化。另一个主要缺点在于，多个输出耦合位置相互串联地沿着每个波导被设置，这样在每个输出耦合位置上不是仅能射出射入光线的一小部分，就是全部光线的射出仅在更大的时间间隔时才可能。再一个主要缺点在于，对输出到输出耦合位置上的先进行调制的调制器必须相应于矩阵的窄格子狭窄地被设置，因而产生控制导线狭窄排列的问题和有关损耗热排放的问题。
所以本发明的任务在于实现一种平板显示屏，它在结构上是多方面可变化的，并且在每个像素上在每个时刻可射出高的光强度，其中为了图像形成和彩色显示，每个像素可毫无问题地被调制。
为解决上述任务，本发明从前面所述方式的平面显示屏出发建议：显示屏的终端观看平面由多个相同方式的显示模块合成得到，在模块中包含一组像素，其中显示模块单独通过可揉曲或部分可揉曲的光波导与单独属于每个显示模块的半导体光源连接，并且一个光调制器装置被连接到连接每个显示模块的光波导中。
由于模块化结构，显示屏由相对较小的显示模块合成得到，在模块中包含一组像素，例如400个像素，显示屏以简单方式连接于可揉曲或部分可揉曲的光波导，从而可以给出任意形状的利用显示模块的显示屏显示区，这可以通过例如变更显示模块的编排来实现。
由于每个显示模块有其自己的半导体光源，并且在每个时刻此光源的全部功率都给每个模块使用，因而整个显示屏上得到特别高的功率密度，而且此功率密度在每个时刻可全面地被调制以产生图像和/或彩色。由于属于每个显示模块的光调制器装置被连接到在每个显示模块与相应半导体光源之间的可揉曲或部分可揉曲的光波导中，因而可以容易地将光调制器装置和其控制安置于显示区和半导体光源间的适当位置上。在考虑安装调制器时不再需要将它置于显示屏终端观看面的狭窄矩阵上，而可以将光调制器及其控制如此分散在空间中，使得不仅控制操作而且损耗热的排放都可以毫无问题地实施。
光调制器装置中的调制单元不必须有矩阵排列，而可以完全任意地，必要时完全无规则地排列。使用这种方法可在无质量下降前提下采用这种光调制器装置，它具有不规则结构，这样可以不给生产带来问题。
这也是完全可能的：在一个光调制器装置中有多个备份调制单元，它可在需要时被激活，例如在正常调制单元区域内的调制单元失效时。
类似的考虑适用于半导体光源的排列。它也可如此分布在空间中，符合能量馈送，控制和损耗热的排放要求。
最好LED或二极管激光器被用作半导体光源，并且用于每个显示模块的半导体光源具有至少三个LED或三个二极管激光器，其颜色分别为红，绿和蓝色。这些半导体光源具有很高的光密度并可用简单的方式和方法被控制。
最好半导体光源发出脉冲光。这样时间上可明显提高光功率，而不提高馈送区间平均功率。
由于光调制器和终端观看面不必须有相同排列和几何形状，这种自由度使得各种现有的调制器阵列可以用来调制光流，例如LCD，静电的，电声的或磁性的调制器。
本发明使得人们可以首次对平板显示屏采用光陶瓷作为调制器，这时激活的和无源的面积之比是恶劣的，因为在被调制面之间必须保持大的距离。因此本发明的另一个有优点的方案是，调制器阵列作为PLZT-固体-阵列由多个调制单元和一个ITO-控制组成。PLZT是铅-镧-锆酸盐-钛酸盐基底上的电光氧化陶瓷，其激活面可用ITO-电极控制。ITO是氧化铟-氧化锡基底上的氧化半导体。这种用ITO-控制的PLZT-固体-阵列工作损耗小，有效并且实际上没有磨损。这种固体调制器基本上在激活面间保持大的间隔，这一缺点在本发明平板显示屏中由于光波导可移动和任意地安排而不起作用。
必要时每个显示模块可以有一个PLZT-固体-阵列，其调制单元时间上切换给出红色，绿色和蓝色。在此阵列中每个显示模块用一个PLTZ-固体-阵列就足够了。
此外也可以每个显示模块有三个PLZT-固体-阵列，它们可并行地受控并且由它们控制红色，绿色或蓝色中的每一个。在此阵列中所需的切换频率降低为前述阵列的1/3。
显示模块排列在一个显示屏框中是合理的，显示屏框具有多个矩阵形状排列的模块安装位置。一个这样的显示屏框使得各个显示模块快速并简单地合成为一个平板显示屏。
显示模块可以啮合到显示屏框中的模块安装位置中是合理的。这样可以快速安装各单个的显示模块，并且必要时再取下它，例如为了更换它或者改变排列。
此外当然可以将排列在显示屏框中的显示模块相互粘合和/或与显示屏框的模块安装位置粘合。
为了得到规定的观看效果，必要时可以用光学薄膜覆盖各单个的像素，从此薄膜光线以确定的方向或角度射出。
本发明的另一个合乎目的的方案是多个构成一个显示模块的像素相互挨着地贴在一个由可成型材料组成的薄膜上。这样模块保持可成型，从而可形成任意形状表面的平板显示屏。
必要时显示模块的像素也可直接由可移动保持的光导纤维的端面构成。在此情况下同样得到一个可自由造形的显示屏表面，它考虑到各种观看点。
像素也可以必要时由透明的，截锥体形状的固体组成，从一个侧面向其中注入光波导，并且在对面的侧面上附有一散射光线的表面。为了由这种像素构成显示模块，多个这样的固体可以合适的辅助工具聚合在一起。
显示模块的像素也可以相互挨着地排列在一块透明板上，其中在此板中从一个侧面对每个像素注入单独的光波导，并且此板在对面的侧面上附有一散射光线的表面。这块板与所连接的光波导构成显示模块。
为了使本发明的平板显示模块还对机械损伤或震动不敏感，可揉曲或部分可揉曲的光波导可按其配置和三维结构完全或部分地嵌入到一个硬性的物体中。
必要时在半导体光源和光调制器装置之间区域中的光波导由一固体构成，它具有构成光波导的三维导光结构。此固体可以例如由透明的玻璃，透明的聚合物或类似材料组成，在其体积中通过相应的物理处理构成导光结构作为光波导。在利用固体的情况下当然一方面半导体光源的空间位置，另一方面光调制器装置的空间位置必须事先确定。
下面借助附图详细说明本发明实施例，附图中：
图1：一个像素的垂直截面，它被高度放大；
图2：高度放大的一个显示模块的终端观看面的视图，显示模块由多个像素合成得到；
图3：原来尺寸上的与图2相同的视图；
图4：一个显示模块的透视图/简要示出它在包围平板显示屏的框中的排列；
图5：透视/简要示出在第一种实施形式中显示模块的光馈送和结构；
图6：透视简要示出在第二种实施形式中显示模块的光馈送和结构；
图7：透视/简要示出在第三种实施形式中显示模块的光馈送和结构；
图8：透视/简要示出在第四种实施形式中显示模块的光馈送和结构；
图9：透视/简要示出在第五种实施形式中显示模块的光馈送和结构；
图10：一个相对于图1变更的实施形式中的像素结构的简要截面图；
图11：一个进一步变更的实施形式中的显示模块结构的简要截面图。
图1示出一个整体的像素，用标号1表示它。像素1具有一个像素载体2，它在其观看侧具有一个凹面的反射器3，在其最深处注入一个形式为光导纤维4的光波导。在观看侧上反射器3被光学薄膜5覆盖，利用它，光导纤维4的输出均匀照射在观看面上。其中光学薄膜5最好能具有辐射角。
像素载体2是按照向后缩小的截锥体形状构成的，使得在矩阵形状相互排列像素时在各个像素载体2之间左右和上下留出自由空间，它们以后被楔形扩展并用于放入连接材料，例如一种合适的胶。
大量的，例如400个这种左右和上下挨着排列的像素1合成另一个显示模块6(参见图2和3)。被合成的像素1位于显示模块6的前侧面上并且在那里一起构成显示模块6的正方形无边框的终端观看面。在显示模块6的终端观看面7后面，显示模块6具有一个模块载体8，它呈向后缩小的截锥体形状，并在其侧壁区域内有锁定孔9。
为了将大量(例如1200个)显示模块6合成为一个平板显示屏，存在一个显示屏框10，它具有相应数量的按矩阵形状排列的模块安装位置11。在这些模块安装位置中可直接相互紧邻地装入和固定各个显示模块6，使得在观看面上得到连续的终端观看面。模块框11中各个显示模块6的固定如此实现：模块框11中相应的锁定凸头锁定到模块载体8的锁定孔9中。此外也可以在相邻模块载体8间的楔形中间空间中填充合适的胶。同样各个模块载体8与显示屏框10的模块安装位置11用胶粘合。
像素1由半导体光源12和13和14馈送光线(参见图5-8)。这些半导体光源最好以高频脉冲工作。
如图5所示，从半导体光源12,13,14发出的光首先馈给一个用于均分光流的透镜系15，然后从它再馈送到一个可揉曲或部分可揉曲的具有400根单个光纤的光导纤维束16，从它再馈送给光调制器装置17。在所有实施例中光调制器装置17采用ITO-控制的PLZT-固体-阵列。光调制器装置17的每个调制单元连接到光导纤维束16的一根光纤上。从光调制器装置17的每个调制单元引出光导纤维4到各个像素1，并且这里各根光纤4-至少在部分长度上-可综合为一个可揉曲或部分可揉曲的光导纤维束。
在显示模块6和光馈送的这些结构中的红，绿和蓝色时间上顺序被调制。
图6实施例与图5所示实施例的区别在于，对于每个彩色应用单独的光调制器装置17。相应地这里需要三个光导纤维束16。此外每个像素与三根光纤4连接，它们分别单独与属于每个彩色的光调制器装置17连接，并且专门用于每个彩色。这样，红，绿和蓝三个彩色可以并行受控，因而与图5的结构，相比较只需其开关频率的1/3。然而在这种实施形式中需要三倍数量的光纤。
图7所示实施例与图6所示实施例的区别在于，这里每个像素1被分成子像素1a,1b和1c，它们中的每一个用于红，蓝和绿中的一种彩色，并且与属于此彩色的光调制器装置17通过光纤4连接。
图8所示实施例在光馈送方面对应于图5所示实施例。然而这里各单个的像素1零散地排列并且由各单根光纤4的端面构成。在此实施例中显示模块6的形状可随时任意地改变。
如图9所示，必要时各单个的像素1也可相互挨着地贴在一光学薄膜18上，薄膜可弹性地成型。这样得到显示模块6的一个可揉曲的观看面，它可适配于每个任意的空间形式。
在所有实施形式中主要之处在于，光纤4和光导纤维束16被结构成可揉曲或部分可揉曲的，使得像素1或由像素1合成的显示模块6与调制器阵列17及半导体光源12,13,14在空间上相互无关。
如图10所示，像素1必要时也可由一个透明的截锥体形状的固体20组成，一个光纤4形式的光波导从一个侧面注入其中，并且在另一个侧面上具有一个散射光线的表面21。该固体的透明材料有比空气高的折射率，使得全部反射光射到此侧面上。多个这样的固体20可以用合适的辅助工具合成为一个显示模块。
在图11所示显示模块中各单个的像素1位于一块由透明材料构成的穿透板23上。在此板23中从一个侧面对每一个像素1单独注入一个光纤4形式的光波导。在对面的侧面上透明板23具有一个同样透明的散射光线的表面24，它用作终端观看面。这里显示模块通过板23实现其聚合。
在所有实施例中可揉曲或部分可揉曲的光波导4,16可按其配置和三维结构完全或部分地嵌入到一个硬性物体中。这样本发明的平板显示屏对于机械损伤和震动是不敏感的。
所示实施例中在半导体光源12,13,14和光调制器装置17之间区域中的光波导16可以由一固体构成，它具有构成光波导的三维导光结构。

Claims (16)

1．借助于多个排列成矩阵形状，由半导体光源经过光波导馈给光线的像素显示一屏图像的平板显示屏，其中为了产生图像，光线在光源和像素之间可被调制，其特征在于，显示屏的终端观看面由多个同样的显示模块(6)合成得到，在模块中包含一组像素(1)，并且显示模块(6)单独经过可揉曲或部分可揉曲的光波导(4,16)与单独属于每个显示模块(6)的半导体光源(12,13,14)连接，以及一个光调制器装置(17)被连接到连接于每个显示模块(6)的光波导中。
2．如权利要求1所述的平板显示屏，其特征在于，用于每个显示模块(6)的半导体光源(12,13,14)至少具有颜色为红，绿和蓝的三个LED或二极管激光器。
3．如权利要求2所述的平板显示屏，其特征在于，半导体光源(12,13,14)射出脉冲光。
4．如权利要求1所述的平板显示屏，其特征在于，调制器阵列(17)被结构成具有多个调制单元和一个ITO控制的PLZT-固体-阵列。
5．如权利要求4所述的平板显示屏，其特征在于，每个显示模块(6)具有一个PLZT-固体-阵列，其调制单元时间上顺序调制红，绿和蓝色。
6．如权利要求4所述的平板显示屏，其特征在于，每个显示模块(6)具有三个PLZT-固体-阵列，它们在时间上并行调制红，绿和蓝色。
7．如权利要求1所述的平板显示屏，其特征在于，显示模块(6)被安置在一个显示屏框(10)中，它具有多个排列成矩阵形状的模块安装位置(11)。
8．如权利要求7所述的平板显示屏，其特征在于，显示模块(6)可啮合到显示屏框(10)的模块安装位置(11)中。
9．如权利要求7所述的平板显示屏，其特征在于，放入显示屏框(10)中的显示模块(6)相互间和/或与显示屏框(10)的模块安装位置(11)粘合。
10．如权利要求1所述的平板显示屏，其特征在于，各单个的像素(1)被一光学薄膜(5)覆盖，光线以确定的方向或角度从此薄膜射出。
11．如权利要求1所述的平板显示屏，其特征在于，多个用于构成一个显示模块的像素(1)相互紧邻地贴在一由可成型材料构成的光学薄膜(18)上。
12．如权利要求1所述的平板显示屏，其特征在于，显示模块(6)的像素(1)直接由可移动的光波导(4)的端面构成。
13．如权利要求1所述的平板显示屏，其特征在于，像素(1)由透明的，截锥体形状的固体(20)构成，光波导体(4)从一个侧面注入其中，并且在对面的侧面上具有一个散射光线的表面(21)。
14．如权利要求1所述的平板显示屏，其特征在于，显示模块的像素(1)相互紧邻地排列在一块透明板(23)上，并且对于每个像素(1)单独的光波导(4)从一个侧面注入此板(23)，同时板(23)在对面的侧面上具有一个散射光线的表面(24)。
15．形成权利要求1所述平板显示屏的方法，其特征在于，可揉曲或部分可揉曲的光波导(4,16)按其配置和三维结构完全或部分地嵌入到一个硬性物体中。
16．如权利要求1所述的平板显示屏，其特征在于，在半导体光源(12,13,14)和光调制器装置(17)之间区域内的光波导(16)由一固体构成，它具有构成光波导的三维导光结构。
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