專利名稱：輕型顯示系統及其制造和使用方法
技術領域：
本發明涉及顯示系統，具體來說涉及向大量觀眾提供變化的字母-數字的，圖示的和活動的圖象的大型顯示系統或信號板。
為了產生大型的，有照明的，多色的，快速變換的圖象顯示以便用于廣告，娛樂，以及向公眾傳布圖象和文字的圖解信息，已經研究出多種方法及顯示系統。大多數這種系統都采用白熾燈，發光二極管，陰極射線管，機電式翻轉元件或液晶元件等電動圖象元件的輸出矩陣。因此，這些顯示屏一般需要大量的導線，接線器和圖象元件的固定裝置，還需要大型剛性結構以保持適當的對準及表面幾何形狀。這些顯示屏往往十分笨重，工作起來要消耗大量電力。特別是面積超過9m2的大型顯示屏需要大量資金和人工來運輸，建立，提供電力以及維護保養。
本發明的目的是提供一種顯示變化圖象的顯示系統，圖象質量好且具有彩色活動畫面性能。
本發明的另一個目的是提供一種較便宜的，維修要求較低的顯示系統和方法，可消除或大大減少電器元件的使用和數量，從而減少了系統的能量消耗，使維持顯示屏的表面幾何形狀及其零件的對準所需要的支承結構的尺寸和重量都得以減小。
本發明的另一個目的是提供一種在撓性基底上可折迭的輕型顯示屏，這種顯示系統儲運時的包裝體積要大大地小于顯示屏的可用表面積。
本發明的又一個目的是提供一種顯示系統，它易于運輸且能安裝于不同輪廓和形狀的表面以及不能承載較重顯示系統的地點。
本發明的顯示系統具有一個在無源顯示屏上顯示變化的字母-數字和圖畫圖象用的投影機，所述顯示屏無需電氣連接或有源轉換或增益介質。這種顯示系統具大量光導體，在光導體兩端具有輸出和輸入終端。輸出終端相互間隔開來布置，最好由與其數量相同的終端殼體支承，終端殼體固定在最好是薄的，撓性基底上以形成顯示屏。光導體聚攏于基底背面，其輸入終端整理放入一發射格柵，輸入終端的定位分布相應于顯示屏上輸出終端的定位分布。
發射格柵最好具有散熱框架，以便將光導體的輸入終端以緊密填裝的布置裝入最小的空間中。
投影機具有高強度的照明光源，成象介質及支承裝置，熱控制元件以及發射格柵插口以接受光導體的輸入終端。成象介質含有源象，保持在輸入終端表面上或與該表面很近處，輸入終端則通過投影機的發射格插口固定在位。
照在成象介質上的高強光線將源象直接投射入光導體的輸入終端而無需中間透鏡，鏡，或其它光學元件。當含有上述源象的光被輸入終端接受時被分成許多小部分，然后通過光導體轉播到輸出終端，發出相應于輸入終端所接受的但尺寸放大的顯示圖象。遠處的觀眾看見完整的眾多的輸出終端及其被投影的圖象部分，因而可以看到顯示圖象的整體。
圖1A是本發明顯示系統的推薦實施例的前視圖;
圖1B是沿圖1A中1B-1B線的剖視圖;
圖2是在本發明顯示屏前形成的顯示圖象的前視圖;
圖3A所示剖視圖表示固定于本發明顯示屏的共用基底上的終端殼體的四種不同的實施例;
圖3B是圖3A所示的兩個終端殼體的放大的立體圖;
圖3C是圖3A所示輸出終端的喇叭口形實施例的放大的局剖視圖;
圖3D的局部側視圖中所示的輸出終端，其頸部方位補償了曲面的顯示屏;
圖4A和4B的局部前視圖和剖視圖，表示將顯示屏連接于剛性支架的一種實施例;
圖4C是支架的三角形桁架之一部分的立體圖;
圖4D是兩并置的三角珩架式支架的局部剖視圖，表示兩相鄰顯示屏的連續情況;
圖4E是固定于飛艇曲面上的顯示屏實施例的局部前視圖;
圖5A是維持輸入矩陣整體性的發射格柵的立體圖;
圖5B是輸入矩陣帶的局部立體圖，輸入矩陣帶具有一行或一列纏在導熱條帶中的輸入終端;
圖5C是兩相鄰的輸入矩陣帶的放大的，局部前視圖，畫出了由導熱條帶導致的輸入矩陣的行和列之間的不對稱性;
圖6A是投影機一實施例的立體圖，部分剖開以顯示某些零件;
圖6B的放大的局部立體圖示出將發射格柵可卸式地裝到投影機上的一種實施情況;
圖7A和7B的放大的局部立體圖分別示出將發射格柵永久地裝到電子成象組件的實施情況和將發射格柵可卸式地裝到投影機或電子成象組件上的另一種實施例情況;
圖8A-8D是不按比例放大的，局部的剖視圖，表示增大投影錐從輸出終端的發射角以改善顯示屏視軸的四種不同實施例;
圖9是內裝電子成象組件的投影系統的熱交換器的立體圖，有些部位剖開以顯示熱交換元件;
圖10是罩有染色的或印刷網或織物的顯示屏的放大的局部立體圖;
圖1A和1B分別是本發明顯示系統10的推薦實施例的前視圖和剖視圖。顯示系統10最好具有由輕型剛性框架14支承的一個顯示屏12，框架14采用A形支架在兩側使顯示屏保持直立。顯示屏最好為2.5-20m2，包括一撓性的，耐用的基底16，基底16由200-300g/m2的聚酯織物如Snyder制造有限公司出品的AdvertexLite(商標)聚酯織物制造。織物上最好涂覆乙烯樹脂，氨基甲酸乙酯或類似物使織物在環境和尺寸兩方面獲得穩定性，并使其表面適于粘接粘接劑層18(圖3)和終端殼體20。雖然黑色基底16提供了顯示屏12最大的視覺性能，出于美觀的考慮按照要求也可采用其它顏色。
顯示屏12最好也包括由光導體30的輸出終端28的間隔開的行24和列26形成的矩形顯示矩陣22(圖中只用虛線表示出若干光導體30)。輸出終端28在基底16表面人工排布，其間距一般為25-130mm。輸出終端28的間距基本取決于顯示圖象31(圖2)的清晰度，這一點下文將詳述。輸出終端28間距的減少導致材料成本及人力的增加，因為在顯示屏12上要多設終端殼體20。
光導體30基本扁平地貼在基底16的背面32與其基本平行地延伸，并被整理成含有輸入終端36的輸入矩陣34(圖5A)。光導體30以預定的模式將輸入矩陣34連接于顯示矩陣22并使光從輸入矩陣34傳至顯示矩陣22。輸入終端36一一對應地分別由光導體30連接于相應的輸出終端28。
輸入終端36在輸入矩陣34中的相對位置在幾何上類似于輸出終端28在輸出矩陣22中的相對位置。例如，在輸入矩陣34的第二行，第五列的輸入終端36要連接于顯示屏12的顯示矩陣22的第二行，第五列的相應的輸出終端28。因此，如果輸入終端36的各行偏移以使發射格柵38中有最緊密的排布，那么，顯示矩陣22的輸出終端28的各行相應于輸入終端28的相對位置也要偏移。
輸入矩陣34接受從幻釘，影片，錄像或激光投影機40等圖象源投射來的源象39，而投影機40則通過一對穩定桿42固定在框架14上(圖6A)。光導體30在各自的輸入終端36處接受光線，通過光導體30傳播光線并從各自的輸出終端28將光線投射出來。輸入終端36和輸出終端28是通過下述方式形成的，與光導線30的縱軸成直角地整齊截斷光導體30的端部，其軸向端部經拋光形成光潔的表面。光導體30最好是長而細的波導管，如直徑為0.75-1.0mm的聚甲基丙烯酸甲酯光導纖維，具有氟化高聚物的覆蓋層，具有大約0.17dB/m的相當低的損耗。
在工作中，這樣的相互連接關系使顯示系統10可以從顯示屏12的輸入矩陣34向顯示矩陣22一部分一部分地或一個畫面元素一個畫面元素地傳遞源象。在輸入矩陣34上聚焦的光象從顯示矩陣22發射出來以形成放大的顯示圖象31，顯示圖象31具有不同的圖面尺寸但與向輸入矩陣34提供的源象的結構相似。因此，從如投影機40那樣圖象源產生的圖象可以由顯示系統10以放大的形式在顯示屏12上顯示出來。圖2所示照片是距離30.5m的4.6m×6.1m的顯示屏上的一個顯示圖象31。相應于圖1所示顯示圖象31的源象是由膠片式投影機發出的。
圖3A-3D表示終端殼體20A-20D(統稱終端殼體20)的推薦實施例，以及將其與基底16和光導體30相連接的推薦方法。請參照圖3A和3B，終端殼體20A-20C是由輕塑料如ABS樹脂制成的漏斗形件。終端殼體20A-20C最好具有一個喇叭形漏斗部分45，其終止于一個直徑為25-40mm的底端46，以及一個管狀的頸部48，其通道內徑為0.75-1.0mm以裝入光導體30。通道50的內徑最好與光導體30的直徑滑動配合。
終端殼體20最好盡量輕些，但又要有足夠的強度和耐久性以維持輸出終端28的方向精度和承受環境如結冰和大風引起的力。終端殼體20的料厚可以是變化的，在承受拉力和壓力的區域較薄，而在承受剪切力的區域較厚。這種厚度的形狀可以通過下述方式得到加熱一塑料圓盤直至其軟化，將軟化的圓盤推過一個鈍端探針，其直徑與光導體30直徑相同。最好使用如鉆坯那樣的金屬探針以防止在制造過程中撓曲。
終端殼體20最好用粘接劑層18固定在基底16上。終端殼體材料和基底表面最好都有較高的表面能以便促進粘接劑均勻流過粘接面并提高粘接性能和粘結強度。ABS塑料具有較高的表面能。一種推薦的粘接系統采用雙面粘接帶(如3M公司制造的VHB)的環形件，這種粘接帶具有粘于薄泡沫基底兩面的丙烯酸基粘接劑。
彎曲半徑52取決于漏斗部分45從頸部48的通道50向底46擴張的程度。彎曲半徑52的長度取決于所用光導體30的類型，大約為前述推薦光導體30直徑的10倍。
由彎曲半徑52產生的漏斗部分45的曲率防止了會嚴重損害光導體30光學性能的光導體30的紐結或超過臨界彎曲半徑。
除了提供限制彎曲半徑的特征以外，終端殼體20還提供將光導體30的輸出終端28固定在顯示屏12的基底16上的需要位置上的手段，并提供使每個輸出終端28的光輸出沿需要的視軸定向的手段。
現參閱圖3A-3C所示的終端殼體20A，光導體30沿基底16的背面32鋪設，在顯示矩陣22的需要位置上穿過基底16上的小孔54。光導體30穿過底46，沿彎曲半徑52鋪設，穿過通道50，并最好超過頸部48延伸1-6mm。通道50為光導體30導向并使輸出終端28指向需要的視角。光導體30可以粘接定位，或者使每個輸出終端熱擴張而形成圖3C所示的小凸緣56，以便防止輸出終端28通過終端殼體20的頸部48向后滑動。
終端殼體20B提供了一種在顯示屏12的基底16上支承輸出終端28的背面安裝技術的一種實施方案。終端殼體20B具有一較大直徑的底46，底46的前或上表面通過粘接劑層19固定在基底16的背面32上。終端殼體20B的頸部48穿出基底16上的較大的孔58。雖然粘接劑層傾向于加強某些基底16的整體性，但是，較大的孔則比較小的孔更傾向于削弱織物，因為織物中較多的線被切斷了。但是在通常承受大的環境力的區域，將顯示屏12裝在剛性表面上時，這種背面安裝技術則可能較為有利。
現在描述終端殼體20C，由于采用了一套小型的，輕質的固定件60和剛性板62將終端殼體20C很有效地固定在基底16上，因而可以增強或消除粘接劑層18。顯然，使用各種輕型、耐久的固定技術，如熱或超聲波“焊接”，都并不超出本發明的范圍。
現參閱圖3A和3B所示終端殼體20D，可以采用“離架(offtheshelf)”零件將輸出終端28固定在顯示屏12的基底16上。終端殼體20D是一個彈性保持夾套，上面帶有沖出或鉆出的通道64，通道64的直徑與光導體30相同或稍小。墊圈66的尺寸適于緊密地配合入終端殼體20D的環形槽68中。基底16有一個尺寸與槽68相似的孔70，因此，基底16靠孔70滑動配合進槽68中，夾在墊圈66和終端殼體20D之間，進一步加強了其牢固性。這種實施例的優點是可以大量地取得零件，除制出通道64外，無需普通的制造加工。
一撓性的保護罩72，共面定位，但與基底16隔開一個小的距離，該距離要大于彎曲半徑52，保護罩72與終端殼體20D共同防止光導體30的過度彎曲和紐結。光導體30最好由保護罩72支承并固定在其上以減小垂向載荷。保護罩72，例如，可以是輕的尼龍網，光導體30系于其上。網眼有利于通向顯示屏12的背面，因而修理時無需卸下保護罩72。推薦采用軟的，柔韌的和耐用的網，其網眼大約為25mm2，大得足以穿過它們以便進行修理工作。在某些應用場合中可以使用更緊韌，更穩定的聚丙烯網。另外，防裂尼龍織物也適于用做保護罩72，這種織物可對光導體30提供完全的保護，但是修理時的通過性受到限制。
保護罩72最好采用縫合，粘接或多處小的綁系而固定在繞基底16周邊76(圖4A)的背面32上。小的綁系最好與網一同使用，而粘接劑最好與織物一同使用。本專業技術人員懂得，保護罩72可與任何種終端殼體20A-20D一同使用以便保護光導體30以免損壞和纏絆，并保護包住顯示屏12的任何表面74(圖3D)以免被光導體30損壞。
現對照圖3D，凡某些輸出終端28的視軸與顯示屏12的表面不成90°時，例如當包在曲面74上時，終端殼體20E和20F的頸部48要做成使它們能將輸出終端28的指向補償曲面74的曲率。要使輸出終端28的指向等于但角位移相反于表面74的曲率以便提供緊密的和基本均勻亮度的放大的顯示圖象31，供遠處觀眾觀看。
本專業技術人員懂得，顯示屏12最好只采用一種終端殼體28以簡化制造，但是任何具體的顯示屏12可以采用多種類型的終端殼體28，以特別地適應于具體的應用和顯示系統10的位置。
圖4A-4E示出幾種將顯示屏12連接于框架14的實施方案。現參照圖4A和4B，框架14由輕且強的80mm直徑的鋁管84構成，其端部通過可卸角接頭連接在一起，因此，框架14可以容易地折成散件以便運輸。顯示屏12可以含有套環78繞基底16周邊76以150-300mm的一定間隔分布，以便連接于框架14。最好用彈性沖擊繩穿過套環78和框架上的鉤82束緊，鉤82固定在鋁管84上，其一定的間隔等于套環間隔但與套環錯開半個間隔。
套環78，繩80和框架14一道提供了一種蹦緊地和無皺地固定顯示屏12的基底16的方法。從理想方面講，基底16被最大限度地蹦緊，排除了對顯示屏12的零件的損壞，最大限度地減小了每個終端殼體20周圍的局部表面變位。這種變位一般是由從底46引出的光導體30的重量產生的扭轉力而引起的，通過終端殼體20的彎曲半徑52轉化成一個凈垂直軸向載荷分力。
圖4C示出框架14的另一種替代實施例，其中采用了易于拆卸的三角形桁架88。桁架88具有多根桿90，提供了固定基底16的許多固定點，并便于基底16包住桁架88。因此，顯示矩陣22的輸出終端28可以蓋住基底16的重疊桁架88的部分。現參照圖4D，這種顯示屏12可以并置拼成較大或較長的顯示圖象31，或同時的一串顯示圖象31，沒有遠處觀眾分辨得出的間隔。
現參照圖4E，凡當顯示屏12連接于非剛性式盡艇如軟式飛艇的氣袋外表面92上時，剛性框架并不是必需的。顯示屏92可以直接地足夠拉緊于飛艇的表面92。一系列25.5mm寬的用尼龍絲制成的帶子94以1.3m的間隔連接于基底12頂部96和底部98。圖4E所示的顯示屏12的實施例垂向長7.5m，水平方向長6.1m。在基底16的頂邊和底邊100上形成懸鏈狀曲線以便使加于其上的負載更均勻地分布。基底16的左、右邊102通過50mm的環鉤和固定帶95固定在位，固定帶95從基底16的頂部96連續延伸至底部98。
顯然，由于顯示系統10的重量保持在最低的水平上，因此很適于安裝在比空氣輕的飛艇上。單位體積對單位體積來說，全塑料光導體的密度要比一般電信號的電導體用金屬銅大約輕6倍。另外，每個全彩色電圖片元素一般要用4條電導線，每個單色圖片元素需用2條電導線，而每個圖片元素只要用一條光導體30即可，因而大大地減少了重量。對照圖4E描述的顯示屏12具有大約3700條光導體，重約45kg，它既不占有容積也無需普通顯示屏所需的支承框架。對于不用框架34的顯示系統10的工作來說，支承投影機40時最好要保證不要把過多的應變放置在通入輸入矩陣34的光導體30上。
顯然，對照圖4E描述的那種顯示屏12，其基底16是撓性的，光導體30也有很好的撓性，很容易折成1m×1.5m×0.5m的大小，因此大大便利于顯示系統10的運輸、本專業的技術人員也懂得，本發明的顯示系統10也可以在許多限制普通顯示系統的重量或框架體積的地面或懸掛場合中使用。
圖5A示出了發射格柵38的一推薦實施例的立體圖，發射格柵38用做光導體30的匯聚點。發射格柵38的作用是保持構成輸入矩陣34的輸入終端36的適當布置，為輸入矩陣34提供最佳的光學保護表面112，提供在投影機40上的機械連接，并用來發散射向輸入矩陣34的集中的光輻射所產生的熱量。
發射格柵38最好具有一個12.7mm厚，51mm寬的U形截面的本體114，構成夾子116的三或四個側面，本體114最好具有二個凸緣118以便將發射格柵38固定在投影機40上，本體114可用單塊坯料銑成，也可以用適當尺寸的單件焊接或用螺紋固定件組裝而成。
現對照圖5B和5C，在輸入矩陣34中輸入終端36的布置嚴格地復制在顯示矩陣22中輸出終端28的布置。光導體30的輸入終端最好首先組成單行124或單列126以構成51-155mm的短帶128。帶128一般包括一個完整的行或列，由單層導熱帶130固定在位的相鄰且相互接觸的輸入終端組成。上述導熱帶130可以為，例如，0.075-0.125mm厚，50mm寬的涂有粘接劑的鋁箔帶。也可以使用較厚的帶，但是可能會增加組裝在一起的行或列的帶128的填隙式間隙，并可能產生光損耗以及不可接受的幾何變形。
本專業的技術人員懂得，需要注意保持發射格柵38中的輸入矩陣34和顯示屏12上的顯示矩陣22之間不變的縱橫尺寸比。導熱帶130在輸入矩陣34中產生不對稱現象，使輸入終端36沿一軸的間距要稍大于沿另一軸的間距。因此，顯示矩陣22的輸出終端28的間距要補償發射格柵38中輸入矩陣34中行124或列126的帶130厚度所引起的顯示圖象131上的任何幾何變形。
將行124或列126的帶128堆放入發射格柵38，然后用稍粘稠的腈基丙烯酸酯粘合劑相互粘接劑以填入帶128的導熱帶130上形成的槽狀凹陷。粘接劑也施加在第一條和最后一條帶128上以便分別粘固在夾子116的件114和120上。
帶128經定位使輸入終端36超出夾子116的邊緣延伸大約6.5mm以便為獲得最大的光效率而進行拋光。光導體30的伸出部分由粗砂輪一起磨削直到其距夾子116小于2.6mm為止，以便形成輸入終端36。然后輸入終端36一起逐漸用較細的砂磨介質打光直到它們與夾子116齊平。用一平塊支承砂磨介質以保證輸入矩陣有均勻平整的表面。一般來說，經三道拋光就夠了，最后用320粒度的砂磨介質打光。
輸入終端36用柔合的清洗劑清洗以清除打光工藝留下的任何雜質，然后用甲苯溶劑清洗以制備輸入矩陣34，以便用保護面112粘接。保護面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。保護面112最好超出輸入矩陣34放在發射格柵38的夾子116上，用薄而均勻的粘接劑層粘接，不能夾有氣泡和雜質。粘接劑最好對整個可見光譜都是透明的，固化時應該具有基本等于保護面112和光導體30的芯部的折射率。推薦使用的粘接劑是環氧樹脂技術公司(EposyTechnologyCorp.)生產的為光學應用設計的一種兩部分環氧樹脂類粘接劑Epo-tec301。
圖6A示出本發明的典型的投影機40，它最好具有高效、管狀、金屬鹵化物的，高強度電流放電(H.I.D.)燈140，用來將源象39投影到輸入矩陣34(圖5A)上。燈140電氣連接于變壓器143，變壓器143從一標準的或高功率電插座輸送電力。這種燈140的優點在于，可以發出很白的顏色，適于精確的顏色復制;將電能轉變成可見光的效率是白熾燈的五倍多;比標準的燈泡形式更容易放入反射鏡以產生最佳效果，并具有超過9000小時的長久的工作壽命。另外，這種燈產生的光能比白熾燈產生的紅外波長顯著減少，因此，易于冷卻，使成象介質或光導體30熱損壞的可能性降低，特別是當其集中時。取決于所要求的顯示的視覺性能，燈140的功率一般為250-1500瓦。
半橢球形反射鏡144安裝在燈140外圍，使燈140與反射器144共主軸，并定心于橢球焦點。反射鏡144的直徑最好為200mm，深150mm，用來有效地收集，集中并向鏡146射出燈140發出的光能，鏡146放在距橢球焦點或成象介質148大約380mm處。顯然，也可以采用其它種類的燈140和反射鏡，例如用橢圓槽形反射鏡，使燈140在焦點處橫過反射鏡，或者采用錐式聚焦型反射鏡，配合使用輔助后反射鏡將光線反射到一個小的區域。
最后借助鏡支架150在燈140和成象介質148之間插入一波長選擇鏡146。鏡146只反射向成象介質148發出的光線的可見光部分，成象介質148放在保護面112和輸入矩陣34附近，鏡146使發出的光線中的紅外部分通過，因而不射到輸入矩陣34上，因而大大減少了射向成象介質148和輸入矩陣34上的熱量。投影機40使用風扇149以加強各投影和成象零件發出熱量的散熱。冷卻空氣主要指向成象介質148以散發存在于燈140發出的光線中的紅外或其它光能所產生的熱量。
現對照圖6A所示投影機40的實施例，源象39在成象介質148上形成，成象介質可以是，例如一系列攝影正象透明畫155，組裝在一個連續的，封閉的膠片環151中。每個這樣的源象39的尺寸一般基本與輸入矩陣34的尺寸相同。含有一副源象39的每張膠片透明畫155接續定位，與透明承載板152上的輸入矩陣34對準，并保持靜止一段所需的時間。承載板152最好為3.2-6.5mm厚的回火玻璃，由鋁托架固定在位。支承板152對著保護面112支承膠片透明畫155，但是，留有1.3-2.5mm間隙使成象介質148能在兩表面之間滑動而不粘結。
投影機40采用金屬刷式傳感器或光學傳感器153來檢測固定在或印刷在透明畫155的13mm寬邊緣上的金屬的或系列條線配準碼157，以便進行程序和配準工作。光學條線碼更多用，例如，可以為正在顯示的透明畫155的停留時間，轉向另一幅透明畫155的速度等編碼并提供配準信息。傳感器153閱讀碼157并產生每幅透明畫各不相同的一序列通斷電信號，這些信號被送至電動機控制處理機154，處理機154控制一驅動電動機156并按照需要產生任何其它信息和/或控制程序。
對于簡單的程序操作，其中使用單一的顯示屏12以投射單獨的若干透明畫155，其停留和變化時間不變，那么最好使用永久磁鐵式驅動馬達156來帶動一傳動滾筒158和與其咬合的滾筒160來移動膠片環151從透明畫155至另一透明畫155。但是，對于采用多顯示屏12及幾個源象同步和/或具有可變的轉變速率的應用場合，最好使用由普通時鐘信號發脈沖的步進馬達控制器驅動的步進式馬達。
對于比輸入矩陣34長的透明畫155A來說，可能需要用可變轉變速率，最好使透明畫155A以比單一框的轉變速率慢的不變速率通過，產生一種“卷軸”效果，使顯示圖象31移過顯示屏12。長的膠片環151可在投影機的空室162中“折疊”，透明畫的材料要足夠堅韌以防意外折痕。
現對照圖6B，發射格柵38可以可卸式地裝在投影機40上。夾子116的每條凸緣118裝有固定夾164，固定夾164有帶孔168的板166，在孔168中適于安裝固定銷170。固定銷170安裝在投影機殼體162的頂部172上，在安裝發射格柵38的夾子116的孔174的兩側定位。板166上有裝入固定夾178的支架176，固定夾178可沿板166滑動，并接合固定銷170上槽180。
現對照圖6A，7A和7B，投影機40也可以安裝一個電子成象組件200，永久地或可卸式地裝在發射格柵38上。電子成象組件200取代了前述的成象介質148及其驅動和支承零件，例如，可以是液晶顯示(LCD)，它可以提供無源的也可提供有源的成象手段。
無源的成象組件200類似于小型逆光照明的計算機所使用的那種，并依靠外部控制電路工作，外部控制電路迅速地通過畫面元素的行和列編定程序，將每個單獨的畫面元素轉變到所需要的偏振狀態，這種偏振狀態又借助外部的偏振層控制畫面元素的不透明度。在特定的畫面元素不被電信號激活的時間間隔中，畫面元素呈“斷(off)”的狀態，其不透明度返回到非激活狀態。
圖象信息最好由與投影機相連的計算機產生，計算機可以儲存和處理若干個圖象。無源彩色成象系統一般采用疊放的如深藍、品紅和黃色的彩色基底元件，并利用整個畫面元素的面積提供高透明度和更有效的顏色控制。無源成象組件的優點包括成本較低和顯著大于有源成象組件的較高的光發射性能。由于在任何給定的時刻畫面元素的大部分是斷開的(off)或未激活的，整個無源成象組件的性能，特別是對比度較差。由于受到對比度和速率的限制，無源成象組件較適于顯示計算機產生的信息，而不是電視類的圖象。
另一方面，有源成象組件一般用來產生錄象圖象。在有源成象組件中，使用外部電路控制的半導體或二極管來轉變或隔絕例如液晶畫面元素的電狀態，從而使其保持某一狀態直至一信號更新其電狀態。從物理及電學上隔絕的液晶畫面元素的絕緣性質，使轉變信號的積累檔以充電，因此畫面元素可以保持其相對的不透明度直到更換。因此，在任意給定的時刻，有源成象組件中的每一畫面元素都激活于一特定的光學狀態，從透明至完全不透明。
有源彩色成象組件一般使用附加的顏色發生系統，該系統包括相鄰的紅、藍和綠液晶畫面元素，因而可以限制成象組件的透射系數。相互作用的控制電路最好接收由錄象帶錄制和重放裝置，錄象盤設備，電視設備;直接通過轉換設備連接的或由無線電波或光波通訊連接的電視攝影機;或上述或其它錄象方法和信號產生裝置的適當組合所產生的錄象信號，并驅動液晶組件電路以產生錄象圖象。當把計算機顯示形式轉變成錄象顯示形式后，有源成象組件也可以顯示計算機產生的信息。有源成象組件的優點是全彩色成象和高質量的活動畫面性能。例如，使用這種成象組件，可以產生大幅的電視顯示。
本專業技術人員懂得，可以將兩個或多個顯示系統10共同工作，采用多個顯示屏12以產生很大幅的顯示圖象。錄象信號經處理以產生所使用的各顯示系統的分離的信號，這樣來產生顯示圖象，因此，每個分離的信號代表顯示圖象的一個幾何部分。現對照圖4D，為了盡可能地消除縫隙或非活化區域以便產生連續的大顯示表面的錯覺而設置了顯示屏12。
圖7A和7B表示將電子成象組件200永久固定或可卸式安裝在投影機40的殼體162上的方法。現參照圖7A，成象組件200最好直接粘接在發射格柵38中的輸入矩陣34上。除去了保護面112以增大輸入矩陣38的散熱能力，將光產生的熱從成象組件200散開。最好用足量的，折射率匹配的，環氧樹脂類粘接劑202，如Epo-tek301施用到輸入矩陣22中，然后在側面止動件104之間滑動輸入矩陣22直至其接觸背后的止動件(未畫)以便與成象組件200的成象部分204對準。
顯然，可以使用折射率匹配的光學用膠如Cargille Labs＃24230代替粘接劑202以提供將輸入矩陣22可卸式連接于電子成象組件200的方法。可以使用彈性的或彈簧延伸件206將成象組件200支承在投影機40內的可卸式裝入的輸入矩陣上以提供配合所需的力，同時提供足夠的彈性以防止由于拆、裝過程中會出現的過大或不等的應力對成象組件200造成的損傷。
現參照圖7B，可卸式發射格柵38A采用快速釋放的“卡口”式固定技術。發射格柵38具有一個可轉動的連接件207，裝有二個或多個最好是平的柄舌208，用于接合投影機殼體162上不轉的連接件210上的插入槽209。發射格柵38的輸入矩陣端211和可轉動的連接件207分別滑配入輸入矩陣插口212和圓形插口213中。然后轉動可轉動的連接件207，使柄舌208滑入底切槽214中，從而將發射格柵38鎖入投影機40的殼體162中。本專業技術人員懂得，也可以使用各種快釋固定技術，如滑栓，直角回轉固定件，或U形夾銷而并不超出本發明的范圍。
雖然電子成象組件的制造廠商在成象部分附近設置了許多電子元件，但是最好將這些電子元件放在投影機殼體162中并用電纜將其連接于成象組件。本專業技術人員也懂得，在成象組件200內，與燈140最近的偏振層最好應離開液晶層一個距離(15mm至30mm)放置以減少熱損傷和性能損失的可能性。
投影機40也可以用激光來代替燈140和成象介質148。例如，激光可以產生一個含有紅、藍、綠原色波長的光束并將其按比例調制以提供各種顏色。光束可以用鏡子按所需要的模式偏轉，鏡子安裝在高速檢流計掃描器上。這種模式高速反復掃描以產生活動線而不是活動點形成的視覺幻象。調制器和編轉器最好由可以儲存和處理許多靜止或活動圖象的計算機控制。
這種激光投影機的優點是可產生很亮的，獨特的顯示圖象31。一般激光元件價格昂貴，結構復雜，不能顯示“充滿的”圖象，由于光束偏轉器偏轉速度的局限可以引起圖象閃爍，但是這些缺點會隨激光技術的發展而全部被克服掉。
另一種激光投影機能夠投射錄象圖象，以類似電視顯象管上看到的那種“光柵”模式使光束偏轉。這種偏轉采用一種轉動的多角鏡來提供必要的水平偏轉模式，還采用檢流計掃描器以提供垂直向偏轉。兩種偏轉元件與輸入的錄象信號電子同步以產生穩定的圖象。
不管采用什么成象裝置，從投影機40射出的光(不是激光)最好應該以某些角度投射到輸入終端36，這些角度應盡可能對著光導體30的全部接近角，以保證從給定的燈140得到盡可能亮的顯示圖象31。因此，反射鏡144的幾何形狀和光路的設置應使射出的光線以適當的角度投射在輸入終端上。對于前述光導體30的推薦實施例來說，接近角大約為60°。因此，射出的光線應復蓋一個60°角投射在成象介質上并透射到輸入矩陣34。
構成顯示圖象31之一部分的光線從投影錐中的每個輸出終端28射出，投影錐對應基本等于每個光導體30的接近角的一個輸出角。因此，這樣射出的實際視角限制于這個輸出角。但是，通過種種折射或衍射技術可以增加輸出角，因而增加實際視角。例如，折射技術可以包括光散射，這可通過熱的或機械的方式使每個輸出終端28“變粗糙”或被修整外形以形成透鏡形狀或棱鏡形狀。
現對照圖8A和8B，一種推薦的折射散射技術采用固定在每個輸出終端28上的終端帽184，其中含有許多10μ-30μ的氣泡186(圖8中經不成比例地放大)，氣泡186分散在較致密的，透明介質188中。推薦的氣泡是由3M公司制造的空氣或甲烷充滿的微小氣球，散入進干凈的丙烯酸的，聚碳酸酯或光學環氧樹脂中。氣泡186對于介質188的相對含量決定了終端帽184的光分散特性。例如，微氣球對于Epo-tec30的比為1∶2，0.001ml滴施加到一個輸出終端28上，產生光散射增加200%以上的效果。
圖8A表示一個用于附著一輸出終端28或終端殼體20上的終端帽184的一個注射成型的實施例。在終端帽184和輸出終端28之間也可用一滴環氧樹脂或粘接劑189來增加終端帽184的牢固性。圖8B表示用注射器將環氧樹脂施加在輸出終端28上的終端帽184的實施例。由于液態環氧樹脂的表面張力使其固化后形成半球形。
現參照圖8C和8D，折射散射也可以用一折射件190如光柵或全息光學元件來實現。這些折射元件一般具有疊置的多個波長特定的層192(圖8C)或為每個原色而附加波長特定的單層194(圖8D)，這些折射元件借助固定架196支承在每個輸出終端28上，粘接在輸出終端28和/或終端殼體20上。
電子成象組件對過熱特別敏感，需要強制冷卻，最好用主動冷卻機械冷卻，有源冷卻機構對移過成象介質148的氣流提一種形式的致冷。圖9示出一熱交換系統220，部分斷去以示出用于對成象裝置進行推薦方式的強制冷卻的熱交換零件。熱交換系統220具有裝著發光二極管電子成象組件200A的殼體162A，冷鏡146A，以及分別向風扇221和熱電熱交換組件226供電的導線225和227。
在工作中，風扇221通過外界空氣進口223抽取空氣，將其吹向一組熱和冷散熱器217和219，其上分別具有熱的和冷的散熱鋁片或銅片222和224，這些散熱片由若干熱電熱交換組件226冷卻。熱交換組件226使電流通過兩不同金屬接觸產生的接點而產生珀爾帖效應，從而使一種金屬變冷而使另一種金屬變熱。通過熱交換組件226的空氣分別通過冷、熱排氣口228和229循環。熱交換組件216沒有移動零件，工作很可靠，可以使用很多26mm×26mm的組件216以產生很冷的氣流。熱交換系統220也具有隔熱障230以減少從熱散熱器217向冷散熱器219的熱泄漏，因而增加熱交換系統220的效率。
現對照圖10，顯示屏12的基底16也可以具有一般的畫上或印上的圖象。這種圖可固定或直接印、畫在基底16上，只要不遮擋住輸出終端28的光線即可。或者，基底16的背景顏色或圖象也可使用細網眼的，輕質的網240加以變換。首先在網240上印、畫止需要的圖象、信息或背景色，然后鋪放在基底16的需要的區域上，使終端殼體的頸部48稍許伸過網240的網眼。網240最好連接于并支承于框架14或基底16的周邊。
從前面的描述中可以明顯看出，對上述實施例可以做出許多改變而并不超出本發明的范圍。例如，顯示屏可以是圓形的或任何其它幾何形狀的，可以具有預先存在的基底如廣告牌，在其上鉆孔，并將終端殼體裝在其上。因此，附圖所示實施例只是說明性的，而非對本發明的限定。
權利要求
1.一種顯示系統，用于產生最好隔一定距離觀看的圖象，該系統具有許多狹長的光導體，其兩端具有一輸入終端和一輸出終端；一個緊密填裝的輸入終端構成的輸入矩陣；一個間隔開排布的輸出終端構成的輸出矩陣，這些輸出終端在顯示矩陣中的相對定位相應于輸入終端在輸入矩陣中的相對定位；一個顯示屏，它具有固定在支承顯示矩陣的基底上的終端殼體，終端殼體具有從基底表面突出的部分以裝入光導體；以及圖象投影裝置，用于向輸入矩陣提供源象，從而使顯示矩陣產生相應于源象的但尺寸大得多的顯示圖象。
2.按照權利要求1所述的顯示系統，其特征在于所述基底是撓性的，所述顯示屏是可拆卸的。
3.按照權利要求1所述的顯示系統，其特征在于所述圖象投影裝置具有一光源和產生源象的成象裝置;所述光源將光及伴生的熱量射向輸入矩陣;所述輸入矩陣具有一框架，框架帶有一套基本平行的導熱板，在導熱板之間安裝按照行和列排布的輸入終端，這些行和列相應于顯示矩陣的輸出終端的行和列;以及導熱板將熱量從成象裝置和輸入終端帶走。
4.按照權利要求1所述的顯示系統，其特征在于所述顯示屏是非平面的。
5.按照權利要求1所述的顯示系統，其特征在于所述終端殼體具有限制彎曲的裝置，用于限制光導體的彎曲，以防止在光導體中傳播的光的損耗。
6.按照權利要求1所述的顯示系統，其特征在于所述終端殼體包括定向裝置，用于使輸出終端和從其中傳播的光線定向。
7.按照權利要求6所述的顯示系統，其特征在于所述顯示屏是非平面形狀的，輸出終端的方向補償了由顯示屏非平面形狀導致的非均勻亮度。
8.按照權利要求1所述的顯示系統，其特征在于基底上有孔;每個終端殼體具有一個用粘接劑圍繞各孔固定在基底上的底，這樣，粘接劑加強了基底;以及所述光導體穿過基底上的孔和終端殼體中的通道。
9.按照權利要求1所述的顯示系統，其特征在于，所述圖象投影裝置具有緊臨于輸入矩陣的成象裝置，用來產生源象;以及一光源，用來發生光線穿過成象裝置，因而光載著源象，射在輸入矩陣上，從而基本對著輸入終端的全部接近角。
10.按照權利要求9所述的顯示系統，其特征在于所述成象裝置包括一液晶顯示裝置。
11.一種顯示屏，具有一個撓性的基底;一個由固定在基底上的終端殼體組成的間隔開的行和列組成的矩陣，終端殼體具有從基底表面突出的部分以裝入和支承狹長的光導體;以及一個由光導體的輸出終端的間隔開的行和列組成的顯示矩陣，每個輸出終端用于發出顯示圖象的一部分。
12.按照權利要求11所述的顯示屏，其特征在于所述顯示屏是可拆卸的。
13.按照權利要求11所述的顯示屏，其特征在于所述顯示屏是曲面的。
14.按照權利要求11所述的顯示屏，其特征在于所述終端殼體具有限制彎曲的裝置，用于限制光導體的彎曲以防通過光導體傳播的光的損耗。
15.按照權利要求11所述的顯示屏，其特征在于所述終端殼體具有定向裝置，用于使輸出終端以及從其中射出的光線定向。
16.按照權利要求15所述的顯示屏，其特征在于所述顯示屏是非平面形狀的，輸出終端的定向補償由于顯示屏的非平面形狀而導致的非均勻亮度。
17.按照權利要求11所述的顯示屏，其特征在于所述基底有孔;每個終端殼體具有用粘接劑圍繞各孔固定在基底上的底，因而粘接劑加固了基底;以及所述光導體穿過基底上的孔及終端殼體內的通道。
18.按照權利要求11所述的顯示屏，其特征在于所述行和列分開20-130mm。
19.按照權利要求11所述的顯示屏，其特征在于每個終端殼體支承一個輸出終端。
20.一種圖象投影系統，用于將源象投影在光導體的輸入終端組成的輸入矩陣上，該系統具有緊臨于輸入矩陣的成象裝置，用于產生源象;以及一光源，用于射出光線穿過成象裝置，因而光線將源象載于輸入矩陣。
21.按照權利要求20所述的圖象投影系統，其特征在于所述成象裝置包括一液晶顯示裝置。
22.按照權利要求20所述的圖象投影系統，其特征在于所述成象裝置是膠片投影機。
23.按照權利要求20所述的圖象投影系統，其特征在于載著源象的光線投射在輸入矩陣上，因而它基本對著輸入終端的全部接近角。
24.一種產生圖象的方法，具有以下步驟在由光導體的輸入終端的緊密填裝的行和列組成的輸入矩陣附近產生源象;使光線穿過源象，因而使載著源象的光線投射到輸入矩陣上;載著源象一部分的光線在光導體中傳播;以及按照相互間隔開的行和列在一撓性的顯示屏上布置一個輸出終端組成的顯示矩陣，輸出終端的行和列的相對定位相應于輸入終端的行和列的相對定位，因此，顯示矩陣產生一個相應于源象的但尺寸大得多的顯示圖象。
25.按照權利要求11所述的顯示屏，其特征在于所述顯示屏具有超過7.5m×6.0m的表面積，并可折疊成小于1m×1.5m×1.5m的體積。
全文摘要
輕型顯示系統(10)具有由光導體(30)的輸出終端(28)組成的輸出矩陣(22)，光導體(30)由終端殼體(20)支承在最好是撓性的基底(16)上。光導體(30)布置成輸入矩陣(34)，從投影機(40)接受載著源象(39)的光線。光線通過光導體(30)傳播并從輸出終端(28)射出以形成放大的相應于源象的顯示圖象(31)。顯示屏的推薦實施例是可折卸的并且便于運輸和重新組裝。
文檔編號G02B6/00GK1073284SQ92112020
公開日1993年6月16日 申請日期1992年9月23日 優先權日1991年9月27日
發明者李·M·哈里斯 申請人:英韋夫有限公司