專利名稱：一種顏色可變的光纖照射顯示的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由光纖構(gòu)成的照射顯示裝置，特別是涉及一種利用同一光源及同一光纖但可改變顏色的照射顯示裝置。
制作光纖照射顯示裝置并將其固定于合適的柔性或半剛性材料的動機之一是引起人們的注意。如上述參考專利文件所教導(dǎo)的，增強這樣的顯示裝置的吸引力的一種技術(shù)是在不同時間使光纖的不同子集被照射。這樣的排序能使圖像看來好像“開花”、“閃爍”或動畫片斷的一部分。盡管如此，最好還是更進一步增強這樣的光纖照射顯示裝置的吸引力。
可惜，如果不相應(yīng)地增加顯示裝置的復(fù)雜性，則很難增強這樣的光纖照射顯示裝置的吸引力，而增加顯示裝置的復(fù)雜性也從而增加了它的制造成本及用戶的購買費用。更引起人們關(guān)注的是，引人注目的光纖顯示裝置太笨重而不易運送，如果是衣物，則太笨重不易穿上、脫下或穿著。例如，在當前的技術(shù)條件下，要該變光纖顯示裝置中給定點的顯示顏色一般要求用多光纖束，該多光纖束具有多個獨立的光纖，這些光纖終接于要求改變顏色的每一點并與所要求的顏色的光源相聯(lián)結(jié)。結(jié)果，為使顯示裝置的多個點改變顏色，每個點都要有與所要求的與此有關(guān)的顏色數(shù)目一樣多的光纖和彩色光源；這明顯地增加了所需要的光纖和彩色光源的數(shù)量。
而且，該顯示裝置越復(fù)雜，就越容易由于承載此光纖照射顯示裝置的柔性材料的磨損和撕裂及彩色照射裝置潛在的缺陷而損壞。這樣，就需要增強由光纖制作的照射顯示裝置的視覺效果和吸引力。相應(yīng)地也需要以更經(jīng)濟的方式實現(xiàn)這種顯示。還有一個需要是利用光纖制造吸引人的顯示裝置，以減少光纖的數(shù)量和互相之間連接的復(fù)雜性。
在一個優(yōu)選實施例中，該顯示裝置載于柔性平面材料，例如衣物之類的紡織品。合適的、可移動的電源提供電源以照射該顯示裝置，可編程的微處理器產(chǎn)生傳輸至光源的數(shù)字信號。優(yōu)選地，光源包括至少一個發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管發(fā)出三種各自不同波長的光。通過改變數(shù)字信號產(chǎn)生并傳輸至發(fā)光二極管的頻率來改變?nèi)N光中的每一種的亮度。
與光纖顯示裝置一起使用的微處理器改變至發(fā)光二極管中的三個襯底中的每一個的脈沖頻率，在一個優(yōu)選實施例中，該三個襯底分別對應(yīng)于紅、綠和藍光波長。至紅、綠和藍襯底的脈沖頻率的變化改變了它們各自的亮度，并改變了發(fā)光二極管所發(fā)出的合成色。預(yù)定的改變脈沖頻率的模式可被編程為產(chǎn)生任意數(shù)目的隨時間變化的所要求的合成色的轉(zhuǎn)換。
微處理器要么通過使用合適的順序寄存器，要么通過其他時序輪詢技術(shù)來訪問多個上述的發(fā)光二極管。因此，按照各個發(fā)光二極管組和至每個發(fā)光二極管的數(shù)字脈沖的變化之間的排序，形成光纖顯示裝置的發(fā)光二極管的子集可在不同時間通過不同的顏色時序而被改變。


圖1是本發(fā)明的光纖束和有關(guān)的控制各個光纖的顏色亮度和顏色變化的電路元件的示意圖；圖2是本發(fā)明的與光源有關(guān)的占空度變化的示意圖；圖3A和3B是本發(fā)明的一種優(yōu)選的改變光源的三元色的組合內(nèi)容的方法的圖解表示；圖4是本發(fā)明在多光源的情形下一種可能的電路配置的方塊圖；圖5A-5D結(jié)合本發(fā)明的原理示出了柔性材料上的光纖照射顯示裝置，也示出了照射的不同時序。
如圖5A-5D所示，光纖照射顯示21優(yōu)選地在載體23上形成，該載體可是柔性材料，如紡織品，也可是置于衣物或購買點展示上的半剛性面板。圖1至4示出了控制和產(chǎn)生光纖顯示的系統(tǒng)。一般情況下，控制系統(tǒng)和有關(guān)的光源允許該顯示裝置的各個光纖隨時間變化發(fā)出變化顏色的花樣和亮度的光。由此，引人注目的顯示就用減少了數(shù)目的光纖和相關(guān)的互連制作成了。
現(xiàn)在更具體地參照附圖，特別是參照附圖1，該圖示出了本發(fā)明的顯示裝置和控制系統(tǒng)的一部分。發(fā)光二極管25通過合適的連接器31與光纖29的束27工作性地連接，如同第4,875,144號美國專利(Wainwright)所描述的那樣，該專利的內(nèi)容也結(jié)合作為參考?！肮ぷ餍缘剡B接”指發(fā)光二極管25發(fā)出的彩色光通過束27的光纖29傳輸。發(fā)光二極管25的顏色可變，其包括三個用鎵基化合物摻雜的襯底，使該襯底能分別發(fā)出紅、綠和藍色光。
發(fā)光二極管25由圖中33表示的合適的控制電路來控制，該控制電路具有各個子控制裝置分別用于紅、綠和藍色襯底。在優(yōu)選電路中，子控制裝置的開和關(guān)分別對應(yīng)于發(fā)光二極管的襯底發(fā)出三種基本顏色光中的任一種或全部。在每一條控制線上都有一個亮度限制電阻35a-c以獲得某一種顏色光的襯底相對于其它襯底的亮度限制。限流電阻36置于電壓輸入線上以穩(wěn)定到發(fā)光二極管25的公共陽極的電壓。任何一種合適的開關(guān)、晶體管或繼電器37a-c都可完成前述的控制功能。顯然，當只有紅色襯底開時，只發(fā)出紅光，蘭色和綠色襯底的情形與此相似。相應(yīng)地，如果兩或三個襯底一起開，三種基本色的結(jié)合就可以形成如下表1所示的合成色
紅色綠色蘭色合成色開 關(guān) 關(guān) 紅色關(guān) 開 關(guān) 綠色關(guān) 關(guān) 開 藍色開 開 關(guān) 黃色關(guān) 開 開 青色開 關(guān) 開 紫色開 開 開 白色表1合成色的生成控制電路33分別以預(yù)定的和要求的頻率向發(fā)光二極管25的每個襯底發(fā)送數(shù)字脈沖。這些數(shù)字脈沖頻率與流向襯底的電流有關(guān)，該電流決定從每個襯底發(fā)出的彩色光的亮度。通過控制發(fā)送給發(fā)光二極管的每個襯底的數(shù)字脈沖的頻率，改變每種主要顏色的亮度。下文討論的合適的控制手段以預(yù)定的模式混合各種數(shù)字脈沖頻率以形成對應(yīng)的各種色調(diào)和由發(fā)光二極管25發(fā)出的合成色中的顏色變化的相應(yīng)圖案。
在一個優(yōu)選實施例中，控制電路33包括一個可編程微控制器，該微控制器的機載存儲器中置有合適的程序以在大約每秒30至200個脈沖的范圍內(nèi)改變數(shù)字脈沖的頻率。脈沖頻率的范圍稱為占空度，用于調(diào)整前面討論過的各個襯底的亮度。如圖2所示，如果在此范圍內(nèi)，數(shù)字脈沖以100％的時間發(fā)出，即每秒200個脈沖，相應(yīng)的襯底被認為以100％的輸出發(fā)光。同樣，如果數(shù)字脈沖以占空度的50％或30％發(fā)出，亮度分別就是滿亮度的1/2或1/3(大約地)。有重要意義的是，通過結(jié)合發(fā)光二極管的三個襯底的變化的亮度水平，可從發(fā)光二極管25發(fā)出許多種合成色，可能有2億種之多。
控制電路33還進一步包括合適的指令以按照預(yù)定的模式或時序改變?nèi)齻€襯底的亮度。圖3A和3B示出了一個作為實例的模式，其中占空度的下限示為0而上限示為1，時間t以x軸表示，三個子控制裝置35的每一個的數(shù)字脈沖頻率以下面所描述的一系列的交叉路徑表示。合成色在相應(yīng)的數(shù)字顏色轉(zhuǎn)輪40中變化，該旋轉(zhuǎn)在圖3A和3B中描述為隨時間變化的線性圖形。
在開始時刻t0，控制電路33增加其中不超過兩個襯底的亮度，如圖所示，優(yōu)選增加對應(yīng)于紅色波長的襯底的亮度。第一個被選中的襯底在t0之后的t1被增至它的上限。此后，在t1之后的時刻t2，不超過兩個襯底的亮度被增加，優(yōu)選綠色襯底的亮度被增加。此第二個被選中的襯底在t2之后的t3達到它的上限。在時刻t2和t3之間，當綠色襯底的亮度不斷增加時，如數(shù)字顏色轉(zhuǎn)輪40所示，合成色由紅色移向橙色再移向黃色。
變化的顏色循環(huán)以相似的方式繼續(xù)以產(chǎn)生如圖3A和3B所示的數(shù)字顏色轉(zhuǎn)輪40中接下來的顏色。至少一種在時刻t3為滿的亮度被減少，然后在時刻t4回到它的下限。在這種情況下，紅色被減少，結(jié)果顏色由黃色移向綠色。在時刻t4之后，藍色襯底的亮度增加，同時保持綠色在滿亮度。當藍色在滿亮度時，如數(shù)字顏色轉(zhuǎn)輪40所示，青色在時刻t5產(chǎn)生。為得到藍色，亮度的循環(huán)持續(xù)地減少綠色直到在時刻t5和t6之間得到藍色。亮度的循環(huán)如圖3B所示繼續(xù)，紅色不斷地增加以在t6t7產(chǎn)生紅色和藍色的混合色(紫色)。當藍色和紅色保持在滿亮度時，在t8綠色增加以在時刻t9得到白色。然后所有的顏色亮度在t9之后都開始減少以指示向時刻t10的無色(發(fā)光二極管關(guān)閉狀態(tài))的回復(fù)，時刻t10的無色與時刻t0的無色一樣。
當亮度變化時可產(chǎn)生多種色調(diào)，但只有其中的一部分在數(shù)字顏色轉(zhuǎn)輪中標出，這部分與表1中所列出的滿亮度的結(jié)合所產(chǎn)生的那些顏色相對應(yīng)。可想而知，通過恰當?shù)卦O(shè)計發(fā)光二極管25的紅、藍和綠色襯底的亮度變化模式，可產(chǎn)生幾乎無數(shù)個和無限種顏色，從而通過利用所述的數(shù)字控制產(chǎn)生任意數(shù)目的所要求的引人注目的效果。
圖1所示的各個發(fā)光二極管25的控制電路33可與產(chǎn)生圖5A-5D所示的光纖顯示21更大的程序控制系統(tǒng)相連。圖4中45的方塊圖示出了這樣的控制系統(tǒng)的優(yōu)選實施例。一般情況下，多個發(fā)光二極管25可象前面所討論的那樣以所要求的亮度模式或順序來循環(huán)，并且有合適的裝置用于選擇發(fā)光二極管25的那一個襯底被選中及決定何時這樣的選擇發(fā)生。程序時序控制系統(tǒng)41包括可尋址燈光亮度寄存器45；可尋址燈光時序寄存器47；主時鐘49；時鐘發(fā)生器51和合適的微處理器或程序控制器43。程序控制器43按照主時鐘49發(fā)出的同步時鐘脈沖有選擇地訪問燈光亮度和時序寄存器46、47，該同步時鐘脈沖提供預(yù)定的有關(guān)發(fā)光器件，發(fā)光二極管25的任意數(shù)目的襯底的指令或時序、選擇和亮度的信息。程序控制器43和時鐘發(fā)生器51在由同步脈沖發(fā)生器49所提供的同步時鐘內(nèi)，通過燈光指令時序/亮度寄存器53，合作提供一系列或模式的脈沖頻率(占空度)選擇的亮度給選擇的發(fā)光二極管襯底驅(qū)動器。燈光指令時序/亮度寄存器53也可以傳送有關(guān)所選的燈光、顏色、所選顏色的脈沖頻率(占空度)、顏色或顏色混合的亮度及“開”的時間的長度的信息。所有的信息都預(yù)存進程序控制器43，燈光控制時鐘信號施于燈光指令時序/亮度寄存器53以適當?shù)乜刂七x擇信息的傳輸。
合適的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和有關(guān)的燈光驅(qū)動器55獲取依次傳送給它們的數(shù)字脈沖信號并進行譯碼，沿著合適的預(yù)定的信號線發(fā)出脈沖電壓以有選擇地打開所要求的發(fā)光二極管25的紅、綠和藍色襯底，從而由發(fā)光二極管25發(fā)出相應(yīng)的所選顏色的光并以所選的顏色照射光纖29中所要求的那些光纖。這個過程通過一整個預(yù)定的改變植于載體或面板23上的光纖圖案的照度(或動畫)的指令或時序來繼續(xù)，包括顏色的變化，直到一個照射時序完成，除非電源關(guān)掉，照射的時序?qū)⒗^續(xù)重復(fù)。
已發(fā)現(xiàn)的兩種合適的發(fā)光二極管25是Nichia NSTM 515 S-5mm發(fā)光二極管和Nichia NSCM 310表面安裝發(fā)光二極管。經(jīng)過實驗，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)于這些發(fā)光二極管的紅光波長的襯底的合適的數(shù)字信號的值大約是1.8伏和50毫安，對應(yīng)于綠光波長的襯底的是3.5伏和30毫安，對應(yīng)于藍光波長的襯底的是3.6伏和30毫安。
如圖1所示，控制系統(tǒng)41的多個發(fā)光二極管25中的每一個都通過連接器31與各自的光纖29的束27相連接。結(jié)果得到的多光纖的遠端固定在合適的載體23的所要求的位置，例如一種衣物的紡織品上，以形成所要求的光纖照射顯示，這樣的一個例子由圖5A-5D示出。一種合適的固定光纖29遠端的技術(shù)在第5,738,753號美國專利(Schwar等人)中被公開，其內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。
通過以這種方式連接光纖29的遠端，在載體23的可視表面24上以所要求的設(shè)計形成多個改變顏色的點57。有重要意義的是，根據(jù)“以數(shù)字顏色轉(zhuǎn)輪的模式變化的顏色由相應(yīng)的發(fā)光二極管25發(fā)出”這一事實，點57中的每一個僅對應(yīng)于光纖29中的單一一根。結(jié)果是悅?cè)说墓饫w圖像21對觀察者來說隨時間而變化。這樣的圖像可置于衣物、壁掛、購買點展示和其他許多技術(shù)和想象所能提出的應(yīng)用上的任何要求的位置。
光纖29的顏色變化可與合適的程序手段結(jié)合以指示給定的一組光纖29的活動時序，從而模擬動畫。這樣模擬的動畫在圖5A-5D中示出，其中光纖29中被照射的纖維以黑體或大的橫斷面表示，而光纖29中不活動的光纖以相對較小的直徑表示。特別地，做成了焰火顯示21，其中模擬動畫用于形成焰火的行進路徑和它之后的爆炸。圖5A-5D的系列圖畫，有次序地描述了焰火彈向上射、彈在空中爆炸、爆炸了的彈仍在空中時顏色的變化、另外的焰火彈向上射、它們的爆炸和顏色的變化、其它在地上的焰火顯示的閃光及這些顯示的顏色變化等情景。本發(fā)明的包括一個或更多的顏色可變的發(fā)光二極管的數(shù)字顏色轉(zhuǎn)輪40和有關(guān)的系統(tǒng)控制器41被用于通過預(yù)定的有順序的模式來改變光點57(各個光纖的頂端)的顏色。以這種方式所得到的焰火顯示21也可模擬在實際的焰火爆發(fā)中常常能夠看到的顏色變化。
除了前述的優(yōu)點外，本發(fā)明利用減少了數(shù)目的光纖和相應(yīng)的減少了復(fù)雜程度的有關(guān)連結(jié)和光源形成了吸引注意的光纖照射顯示。
一個進一步的優(yōu)點是由各個光源發(fā)出并通過了光纖的顏色及顏色亮度可隨時間有選擇地變化以增加該顯示的視覺效果。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是引起視覺興趣的顯示可通過使用更少的材料而更經(jīng)濟地做成。
本發(fā)明還有一個優(yōu)點是所得到的顯示裝置更輕因此更易移動，而這對于與衣物有關(guān)的顯示裝置尤其重要。
本發(fā)明在不脫離其精神和實質(zhì)特征的條件下，可以其它具體形式實施，相應(yīng)地，前述實施例應(yīng)理解為說明性的而非限制性的，在說明本發(fā)明的范圍時，應(yīng)以后附的權(quán)利要求書為準而非以前面的詳細描述為準，除此之外，所有可能落入等效范圍的改進也應(yīng)包含在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種顏色可變的光纖照射圖像，包括載體，具有圖像的可視表面；多根光纖，其遠端部分固定在載體的可視表面上以形成多個照射點，其近端與光源工作性連接以使光源的光傳輸至載體表面的照射點；產(chǎn)生數(shù)字信號的設(shè)備，該設(shè)備還將數(shù)字信號傳輸至光源以使光源根據(jù)數(shù)字信號選中的模式發(fā)出隨時間變化的不同顏色的光；載體的可視表面上變化顏色的點，每個點只對應(yīng)單一一根光纖，在其中傳輸變化顏色的光，由此，使得圖像看起來象是隨時間變化顏色。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照射圖像，其中載體包括柔性平面材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照射圖像，其中載體包括衣物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照射圖像，其中產(chǎn)生數(shù)字信號的裝置包括可編程控制器和由該控制器控制的信號發(fā)生器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照射圖像，其中光源包括至少一個具有發(fā)射裝置的發(fā)光二極管，該發(fā)射裝置包括發(fā)光二極管的多個襯底，每個襯底都具有響應(yīng)數(shù)字信號、在各個波長發(fā)射光以確定合成色的裝置；以及響應(yīng)前述已產(chǎn)生的數(shù)字信號的頻率，隨時間改變每個襯底所發(fā)出的光的亮度、隨時間改變合成色及改變由所述的發(fā)光二極管發(fā)出的合成光的亮度的裝置。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的照射圖像，其中數(shù)字信號包括以在每秒30個脈沖到每秒200個脈沖的范圍內(nèi)的頻率傳輸?shù)拿}沖。
7.一種由一束或多束中的多根光纖產(chǎn)生變化顏色的光纖圖像的方法，所述的光纖的遠端固定于具有用于所述圖像的可視表面的載體，該方法包括以下步驟將光纖的遠端工作性連接到至少一個能夠發(fā)出多種顏色的光的發(fā)光二極管；產(chǎn)生用于選擇所要求的顏色的信號并將該信號傳輸至所述的至少一個發(fā)光二極管；改變所生成的信號傳輸至所述的至少一個發(fā)光二極管的頻率以使得從所述的至少一個發(fā)光二極管發(fā)出的光的顏色變化，所發(fā)出的彩色光傳輸至光纖的遠端以形成顏色變化的光纖圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中改變頻率的步驟包括改變所生成的信號至所述的至少一個發(fā)光二極管的多個不同襯底的頻率以控制其發(fā)出的顏色的亮度，所述的每個襯底對應(yīng)于不同的顏色。
9.一種用于平面的光纖照射顯示裝置，該裝置包括多個顏色可變的發(fā)光二極管，每個所述的發(fā)光二極管具有多個用鎵基化合物摻雜的襯底，該襯底分別用于發(fā)出紅、綠和藍色光；以各自不同的頻率將數(shù)字脈沖傳送至每個襯底以限定所述的襯底的占空度的裝置，所述的襯底的占空度決定從其中發(fā)出的彩色光的亮度；發(fā)光二極管中多個襯底的亮度的組合決定各個發(fā)光二極管的合成色；多根光纖，其近端置于束中而遠端與所述的平面相連以限定其上的顯示；用于固定光纖束與相應(yīng)的發(fā)光二極管進行工作性連接以將發(fā)光二極管發(fā)出的顏色傳輸至光纖束的裝置；用于有次序地選擇相應(yīng)的發(fā)光二極管來照射并隨時間以某種模式改變占空度以改變相應(yīng)的所述的選中的發(fā)光二極管的多個襯底的亮度，從而改變所述的發(fā)光二極管所發(fā)出的各個合成色的可編程裝置；由此，按照時序模式，發(fā)光二極管所發(fā)出光的顏色的變化改變了相關(guān)的光纖的顏色以形成混合色的光纖照射顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照射顯示裝置，其中可編程裝置在每秒30至200個脈沖的范圍內(nèi)改變脈沖的頻率，對于相應(yīng)于紅光波長的襯底脈沖值大約為1.8伏50毫安，對于相應(yīng)于綠光波長的襯底脈沖值為3.5伏30毫安，對于相應(yīng)于藍光波長的襯底脈沖值為3.6伏30毫安。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照射顯示裝置，其中占空度的范圍為從100％至30％，相應(yīng)的亮度范圍為100％至30％。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照射顯示裝置，其中可編程裝置包括合適的指令，以改變各個發(fā)光二極管的多個襯底所發(fā)出的光的亮度，亮度以下述模式改變(1)在時刻t0增加不超過兩個亮度；(2)在t0之后的時刻t1增加不超過兩個亮度以在時刻t3得到所要求的上限；(3)在時刻t3之后減少至少一個亮度。
全文摘要
一種照射顯示(21),其利用光纖(29)和可編程控制器(33)改變顏色可變的發(fā)光二極管(25)發(fā)出的通過光纖(29)的光的亮度和顏色。被照射的光纖顯示(21)置于平面(23)上并可被結(jié)合用于衣物上。通過將顏色可變的發(fā)光二極管(25)與相應(yīng)的光纖束(27)相連,可以用更少的互連線、更少的光源(25)及更少的光纖(29)來做成引人注目的、顏色變化的顯示。
文檔編號H05B33/08GK1346432SQ00804604
公開日2002年4月24日 申請日期2000年3月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月4日
發(fā)明者哈里·利·溫賴特, 大衛(wèi)·W·卡爾, 斯坦利·A·小博琴斯基 申請人:阿尼莫西公司