DE2606596A1 - Light modulation matrix for image reproduction - with magnetooptical matrix which produces switching control of cells based upon Faraday effect - Google Patents

Abstract

The modulation matrix is for an image display or projection system and uses a structured magneto-optical layer e.g. iron-garmet to provide electrical rather than optical switching. For a direct transmission system light is transmitted over a polariser (P) through the modulation matrix (M) with associated switching cells (2) over a coupling plate (K) onto the analyser (A). The modulation matrix consists of an iron-garnet layer on a substrate with resistive layer sandwiched between two electrodes mounted on top. For the transmitting version the electrodes and the resistive layer are transparent. Up to 250,000 magneto-optical cells may be produced that are selectively switched by current pulses to produce heat generation.

Description

Integrierte Lichtmodulationsmatrix für die Bilddarstellung undIntegrated light modulation matrix for image display and

Bildpro J ektion Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Lichtmodulationsmatrix für die Bilddarstellung und BildproJektion.Bildpro J ektion The invention relates to an integrated light modulation matrix for image display and projection.

Für die Bilddarstellung aus elektronischen Signalen sind zwei grundsätzlich verschiedene Prinzipien bekannt: 1. die Bilddarstellung durch eine Vielzahl elektronisch direkt oder indirekt gesteuerter punktförmiger Lichtquellen 2. die Bilderzeugung durch passive räumliche Modulation eines Lichtstromes mit einer Lichtmodulationsmatrix.There are two basic principles for displaying images from electronic signals different principles known: 1. the image display by a multitude of electronic directly or indirectly controlled point light sources 2. the image generation by passive spatial modulation of a luminous flux with a light modulation matrix.

Die bekannte Elektronenstrahlröhre in der Fernsehtechnik arbei tet nach de ersten Prinæip. Die Bildgröße und die erreichten Helligkeitswerte sind Jedoch begrenzt auf Bildschirme mit einer Fläche unter einem Quadratmeter und Betrieb in gegenüber Tageslicht abgedunkelten Räumen. Daneben wird versucht, Bildschirme aus kleinen Gasentladungsröhrchen (gas charge display) oder Lumineszenzdioden aufzubauen. Diese Technologien sind relativ aufwendig und die Anwendung einer integrierten Technologie ähnlich der von Halbleiterschaltungen stößt wegen der Bildgröße auf Schwierigkeiten.The well-known cathode ray tube in television technology arbei tet according to the first prinæip. The image size and the achieved Brightness values However, they are limited to screens with an area of less than one square meter and Operation in rooms that are darkened from daylight. In addition, an attempt is made to create screens to be constructed from small gas discharge tubes (gas charge display) or luminescence diodes. These technologies are relatively complex and use an integrated technology similar to that of semiconductor circuits, encounters difficulties because of the picture size.

Passiv arbeitende Bildmodulationsmatrizen sind besonders für eine Projektion geeignet. Bisher bekannt geworden sind die Titusröhre und der photochrome Display, die jedoch beide mit Elektrõnenstrahladressierung arbeiten, und der Fldssigkristalldisplay. Letzterer benutzt zwar bereits eine weitgehend integrierte Dünnfilmtechnologie. Schwierigkeiten bestehen aber darin, sehr schnelle Signale mit Videogeschwindigkeit darzustellen.Passively working image modulation matrices are special for one Suitable for projection. The Titus tube and the photochromic tube have become known so far Display, both of which work with electron beam addressing, and the liquid crystal display. The latter already uses a largely integrated thin-film technology. Difficulties are in getting very fast signals with video speed to represent.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Modulationsmatrix der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Aufbau in Dünnfilmtechnologie erfolgt, und bei der die zum Schalten erforderliche Energie nicht optisch, sondern direkt elektrisch zugeführt werden kann.The object of the invention is to provide a modulation matrix of the initially to create named type, the structure of which takes place in thin-film technology, and at which does not generate the energy required for switching optically, but directly electrically can be fed.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Matrix aus einer magneto-optischen Speicherschicht, z.B. Eisengranat, besteht, deren durch die Struktur festgelegte Schaltzellen durch aufgebrachte Elektroden und Leiterbahnen elektronisch durch Erzeugung magnetischer Felder und/oder thermischer Energie individuell schaltbar sind, und einen vom Schaltzustand der Schaltzellen abhängigen Faraday-Effekt haben, durch den der über die zwischen zwei Polarisatoren angeordnete Speicherschicht einfallende Lichtstrahl in Transmission oder Reflexion modulierbar ist.This object is achieved in that the matrix consists of a magneto-optical Storage layer, e.g. iron garnet, consists of which is determined by the structure Switch cells electronically through applied electrodes and conductor tracks individually switchable by generating magnetic fields and / or thermal energy and have a Faraday effect depending on the switching state of the switching cells, through which the incident via the storage layer arranged between two polarizers Light beam can be modulated in transmission or reflection.

Strukturierte magneto-optische Schichten, z.B. Eisengranatschichten, sind an sich schon aus der Speichertechnik bekannt.Structured magneto-optical layers, e.g. iron garnet layers, are already known per se from storage technology.

Man verwendet dort 2 bis 4 Mikrometer dicke speziell dotierte Schichten, die auf einem einkristallinen Grundsubstrat aufgewachsen sind. Die Eisengranatschicht kann senkrecht zur Schichtfläche magnetisiert werden. Die Magnetisierung verschwindet durch Antiferromagnetismus im Bereich einer sogenannten Kompensationstemperatur. In diesem Bereich ist ein Umschalten des inneren Magnetisierungszustandes durch äußere Felder nicht möglich. Eine Netto-Magnetisierung tritt jedoch wieder auf, wenn die Schicht z.B. über den Kompensationspunkt hinaus erwärmt wird. Dabei kann durch ein äußeres Magnetfeld die Magnetisierung umgeschaltet werden, wobei in der Praxis etwa eine Erwärmung um 20 bis 30 0C bei äußeren Feldstärken um 100 Oe notwendig ist.Specially doped layers 2 to 4 micrometers thick are used there, which are grown on a monocrystalline base substrate. The iron garnet layer can be magnetized perpendicular to the layer surface. The magnetization disappears due to antiferromagnetism in the area of a so-called compensation temperature. In this area, the internal magnetization state is switched over outer fields not possible. However, a net magnetization occurs again, if the layer is heated above the compensation point, for example. Here can the magnetization can be switched by an external magnetic field, whereby in the In practice, a heating of 20 to 30 0C with external field strengths of 100 Oe is necessary is.

Um eine lokalisierte Einstellung der Magnetisierung in lokalen, punktförmigen Bereichen auf der Schicht zu ermöglichen, wird die Schicht strukturiert. Durch eine Atztechnologie werden dabei Teile des Materials entfernt, bis magnetisch voneinander isolierte Inseln übrigbleiben. Diese Inseln stellen einzelne Speicherzellen dar, in denen die Magnetisierung zur Schichtnormalen parallel oder antiparallel ausgerichtet werden kann, die also zwei Schaltzustände einnehmen können. Im Betrieb wird dabei die Speicherschicht bei der Kompensationstemperatur gehalten (in der Praxis in einem gewissen Bereich um die Kompensationstemperatur), so daß ein externes Magnetfeld keine Umschaltung bewirken kann. Zum Schalten einer Speicherzelle wird diese lokal z.B. durch einen auf sie fokussierten Laserstrahl kurzzeitig erhitzt und gleichzeitig ein äußeres Magnetfeld gewünschter Richtung angelegt, das z.B. durch eine einfache Spule erzeugt wird. Die innere Magnetisierung richtet sich dann entsprechend dem äußeren Feld aus. Kurze Zeit später hat die Zelle wieder ihre alte Temperatur angenommen und der neue Schaltzustand ist sozusagen "eingefroren". Der gesamte Schaltvorgang benötigt dabei nur wenige Mikrosekunden.To achieve a localized setting of the magnetization in local, punctiform To enable areas on the layer, the layer is structured. By a Etching technology will be there Parts of the material removed until magnetic isolated islands remain. These islands represent individual storage cells represent, in which the magnetization is parallel or antiparallel to the slice normal can be aligned, which can therefore assume two switching states. Operational the storage layer is kept at the compensation temperature (in the Practice in a certain range around the compensation temperature), so that an external Magnetic field cannot cause switching. To switch a memory cell these are heated locally for a short time, e.g. by a laser beam focused on them and at the same time an external magnetic field of the desired direction is applied, e.g. is generated by a simple coil. The internal magnetization then aligns itself according to the outer field. A short time later the cell is back to its old one Temperature accepted and the new switching state is so to speak "frozen". Of the The entire switching process only takes a few microseconds.

Zum Auslesen des Schaltzustandes nutzt man den Faraday-Effekt aus. Entsprechend der eingestellten Magnetisierung dreht sich die Polarisationsebene von eingestrahltem linear polarisierten Licht entweder nach rechts oder nach links in Strahlrichtung gesehen. Ordnet man dabei die Schicht zwischen nahezu gekrevzten Polarisatoren an, dann ergibt diese Drehung einenLichtintensitätsunterschied am Ausgang des zweiten Polarisators, wodurch der jeweilige Schaltzustand markiert ist.The Faraday effect is used to read out the switching status. The plane of polarization rotates according to the set magnetization of irradiated linearly polarized light either to the right or to the left seen in the direction of the beam. One arranges the layer between almost crossed ones Polarizers on, this rotation will result in a light intensity difference am Output of the second polarizer, whereby the respective switching state is marked.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Anordnung für transmittiertes Licht Fig. 2 eine schematische Anordnung für reflektiertes Licht Fig. 3 den Aufbau der Schaltzellen für Reflexion Fig. 4 den Aufbau der Schaltzellen für Transmission Fig. 5 den Aufbau einer magneto-optischen Schaltzelle Fig. 6a,b den Aufbau einer nur magnetisch betätigten Schaltzelle Fig. 6c ein Magnetfelddiagramm Fig. 7a,b eine Modulationsmatrix mit Ansteuerung Fig. 8 eine schematische Ansteuerschaltung Fig. 9 eine Anordnung zur Selektionsansteuerung Fig. 10a,b ein Ausführungsbeispiel für thermo-magnetische Selektion.The drawing shows exemplary embodiments. FIG. 1 shows a schematic arrangement for transmitted light FIG. 2 shows a schematic arrangement for reflected light, FIG. 3, the structure of the switching cells for reflection, FIG. 4 the structure of the switching cells for transmission. FIG. 5 the structure of a magneto-optical Switching cell Fig. 6a, b the structure of a magnetically operated switching cell Fig. 6c a magnetic field diagram, FIGS. 7a, b a modulation matrix with control FIG. 8 shows a schematic control circuit; FIG. 9 shows an arrangement for selection control Fig. 10a, b an embodiment for thermo-magnetic selection.

Nach Fig. 1 fällt Licht Li über einen Polarisator P durch die Modulationsmatrix M mit den Schaltzellen Z, die vor einer Anschlußplatte K liegen, und tritt hinter einem Analysator A aus (wo)* Uber eine Spule Sp wird ein äußeres Magnetfeld angelegt.According to FIG. 1, light Li falls through the modulation matrix via a polarizer P M with the switching cells Z, which are in front of a connection plate K, and occurs behind an analyzer A from (where) * An external magnetic field is applied via a coil Sp.

Die Anordnung nach Fig. 2arbeitet mit einfallendem Licht L' das nach Durchgang durch einen Polarisationsstrahlenteiler Pt an der Modulationsmatrix M' mit den Schaltzellen Z' reflektiert wird und dann aus dem Polarisationsstrahlenteiler austritt (L'0).The arrangement according to FIG. 2 reproduces that with incident light L ' Passage through a polarization beam splitter Pt on the modulation matrix M ' is reflected with the switching cells Z 'and then from the polarization beam splitter exit (L'0).

Zur festen Drehung der Polarisationsebene ist noch eine Platte Pl vorgesehen.For the fixed rotation of the plane of polarization, a plate Pl intended.

Zwei Ausführungsbeispiele für den Aufbau eines Modulationselementes sind in Fig. 3 und 4 skizziert. Die Ausführungsform nach Fig. 3 arbeitet für das Licht in Reflexion, die zweite nach Fig. 4 in Transmission. Bei beiden gemeinsam wird auf einer Eisengranatschicht 1 eines Substrats 2 zunächst eine untere elektrisch leitende Elektrode 3, dann eine Widerstandsschicht 4 und dann eine obere elektrisch leitende Elektrode 5 aufgebracht.Two embodiments for the construction of a modulation element are outlined in FIGS. 3 and 4. The embodiment of Fig. 3 works for the light in reflection, the second according to FIG. 4 in transmission. Common to both on an iron garnet layer 1 of a substrate 2 initially a lower electrical conductive electrode 3, then a resistive layer 4 and then an upper electrical conductive electrode 5 applied.

Für die reflektierende Anordnung können die elektrisch leitenden Elektroden 3', 5' aus Metall sein, für die Anordnung in Transmission sind sowohl die Elektroden 3', 5' als auch die Widerstandsschicht 4' aus transparentem Material herzustellen (z.B. können Elektroden und Widerstandsschichten aus Zinn-Indium-Oxyd-Schichten in bekannter Technologie hergestellt werden).For the reflective arrangement, the electrically conductive electrodes 3 ', 5' be made of metal, both the electrodes are for the arrangement in transmission 3 ', 5' and the resistance layer 4 'made of transparent material (E.g. electrodes and resistive layers made of tin-indium-oxide layers be manufactured in known technology).

Die zum Schalten erforderliche Wärmeenergie wird bei beiden Auordnungen durch Anlegen eines kurzen Stromimpulses an die Elektroden 3, 5 bzw. 3', 5' erzeugt. Der Stromimpuls führt in der Widerstandsschicht 4 bzw. 4' zu Stromwärme, die über die Schaltzelle zum Substrat 2 abgeleitet wird. Das Schalten einer Zelle in einem äußeren Magnetfeld nach diesem Verfahren kann in der Praxis in weniger als einer Mikro sekunde durchgeführt werden.The thermal energy required for switching is in both arrangements generated by applying a short current pulse to the electrodes 3, 5 or 3 ', 5'. The current pulse leads in the resistance layer 4 or 4 'to current heat, which over the switching cell to the substrate 2 is derived. Switching one cell in one external magnetic field after this procedure can in practice in less than one Microsecond.

In einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 5 ist die magnetooptische Schicht 1 nur mit einer weiteren Schicht, der Widerstandsschicht 6, bedeckt. Diese wird seitlich über metallische Leiterbahnen 7 und 8 kontaktiert. Im Gegensatz zu den AusfU rungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 erfolgt hier der Stromfluß I in der Schacht parallel zu deren Oberfläche.In a further embodiment according to FIG. 5, the magneto-optical Layer 1 is covered with only one further layer, the resistance layer 6. These is contacted laterally via metallic conductor tracks 7 and 8. In contrast to the AusfU approximately examples according to FIGS. 3 and 4, the current flow I takes place in the Shaft parallel to its surface.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Schaltelement neben der Kompensationstemperatur betrieben und nur durch ein angelegtes Magnetfeld geschaltet. Das Magnetfeld H wird dabei durch aufgedampfte Leiterbahnen 9, 10 erzeugt (Fig. 6). Der Verlauf des magnetischen Feldes erreicht dabei im mittleren Bereich der Speicherzelle ein Maximum, während sich am Rande eine kleinere Feldstärke einstellt.In a further embodiment, the switching element is next to Compensation temperature operated and only switched by an applied magnetic field. The magnetic field H is generated by vapor-deposited conductor tracks 9, 10 (Fig. 6). The course of the magnetic field in the middle reaches the Storage cell a maximum, while a smaller field strength is set at the edge.

Bei Schaltzellen mit größeren Abmessungen kann ein lokales Magnetfeld auch durch aufgedampfte Leiterbahnen erzeugt werden, die ring- oder mäanderförmig das Schaltelement umschließen.In the case of switch cells with larger dimensions, a local magnetic field can also be produced by vapor-deposited conductor tracks that are ring-shaped or meander-shaped enclose the switching element.

Schließlich ist auch eine Kombination von Temperatur- und lokaler Magnetfelderzeugung denkbar, z.B. durch die Kombination des Elementes nach Fig. 6 mit einer zusätzlich aufgedampften Heizelektrode nach Fig. 3 oder 4. Ein solches Element kann dann durch mehrere Parameter selektiv gesteuert werden.Finally, there is also a combination of temperature and local Magnetic field generation is conceivable, e.g. by combining the element according to Fig. 6 with an additionally vapor-deposited heating electrode according to FIG. 3 or 4. Such a Element can then be selectively controlled by several parameters.

Eine Modulationsmatrix kann aus einer Vielzahl von magneto-optischen Schaltzellen hergestellt werden, die auf einem Substrat in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind. Es können bis zu 250 000 Schaltzellen auf einem einzigen Substrat realisiert werden, so daß auch eine Bilddarstellung mit hoher Auflösung durch eine integrierte Komponente möglich ist.A modulation matrix can be made up of a variety of magneto-optical Switching cells are manufactured on a substrate in a regular grid are arranged. Up to 250,000 switching cells can be placed on a single substrate can be realized, so that an image display with high resolution by a integrated component is possible.

Da zudem für das Schalten einer Zelle eine fest definierte Schaltschwelle besteht (es muß bei pauschal angelegtem Magnetfeld eine bestimmte Mindest-Wärmeenergie zuge führt werden oder bei fester Temperatur ein Magnetfeld einer bestimmten Mindestfeldstärke), kann ein "crossbar system" zur selektiven Ansteuerung der Schaltelemente vorgesehen werden. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 7a und b skizziert, das von der Ausführuigsf-orm der Modulationszellen in Fig. 3 bzw. 4 ausgeht. Die selektive Ansteuerung einer Schaltzelle geschieht dabei dadurch, daß an die dieser zugeordneten Zeilen- 11 und Spaltenelektrode 12 eine geeignete Spannung angelegt wird. Zweckmäßig werden nicht nur eine Schaltzelle 13, sondern jeweils die Schaltzellen einer ganzen Zeile parallel geschaltet. Verwendet man dabei entsprechend dem Schaltplan nach Fig. 8 m Zeilen mit n Schaltzellen pro Zeile, und sieht man Schalter 5 und Ss mit einer Schaltzeit pro Schaltzelle bzw. pro Zeile von 10 bis 20 Mikrosekunden vor, dann können im Zeitmultiplexverfahren bis zu 2000 Zeilen pro Matrix geschaltet werden, wenul von einer Bildfolgefrequenz von 25 Bildern pro Sekunde ausgegangen wird. Dies ist weit mehr als für eine Bilddarstellung mit den heute üblichen Videogeschwindigkeiten erforderlich ist.There is also a clearly defined switching threshold for switching a cell exists (there must be a certain Minimum heat energy can be supplied or a magnetic field at a fixed temperature a certain minimum field strength), a "crossbar system" can be used for selective control the switching elements are provided. An example of this is sketched in Fig. 7a and b, which is based on the embodiment of the modulation cells in Fig. 3 and 4, respectively. the selective control of a switching cell is done by the fact that this A suitable voltage is applied to the associated row 11 and column electrode 12 will. Not only one switching cell 13, but rather the switching cells in each case, are expedient connected in parallel on an entire line. Is used according to the circuit diagram 8 m rows with n switching cells per row, and one sees switches 5 and Ss with a switching time per switching cell or per line of 10 to 20 microseconds before, then up to 2000 lines per matrix can be switched using time division multiplexing if a frame rate of 25 frames per second is assumed will. This is far more than for an image display at today's video speeds is required.

Da die einzelnen Schaltelemente an den Kreuzungspunkten eine lineare Strom-Spannungscharakteristik besitzen, ist allerdings bei Anwendung des Verfahrens nach Fig. 7 bzw. 8 mehr Steuerleistung aufzuwenden als in den zu schaltenden Zellen umgesetzt wird, da auch die nicht direkt angesteuerten Schaltzellen einen Teil der elektrischen Leistung verbrauchen. Diese Leistung kann minimalisiert werden, wenn an die eigentlich nicht anzusteuernden Elektroden der Spalten während der Schaltzeit die Spannung s U und an die nicht angesteuerten Zeilenelektroden die Spannung z U angelegt wird. Die optimalen Werte für s und z berechnen sich dabei nach den Formeln: 8 (m - ?) h h m Z 1 + h (m-1) wobei h die relative Anzahl der Schaltzellen pro Zeile darstellt, die pro Schaltvorgang im Mittel geschaltet werden. Bezeichnet man mit ümax das maximal erlaubte Ubersprechen auf irgend eine nicht angesteuerte Schaitzelle der Matrix, berechnet aus den umgesetzten elektrischen Leistungen, dann ist für einen optimalen elektrischen Wirkungsgrad zu wählen Die Formeln gelten dabei für den in der Praxis wichtigen Fall, daß Eine andere Ansteuermethode nach Fig. 9 benutzt lokal erzeugte Magnetfelder zum selektiven Schalten, wobei das magnetische Material außerhalb des Kompensationspunktes betrieben wird. Bei diesem Verfahren wird von der Schaltzelle 13 in Fig. 6 ausgegangen und es werden zusätzlich zu den spaltenförmig angeordneten Leiterbahnen 12' isoliert davon gekreuzte Zeilenleiterbahnen 11' angeordnet. In den Zwischenräumen zwischen den parallelen Leiterbahnen werden Jeweils maximale Magnetfelder erzeugt, die sich an der Kreuzungsstelle addieren. Dort entsteht angenähert ein doppelt so starkes Magnetfeld wie in den übrigen Bereichen, was zur Selektion ausgenutzt werden kann.Since the individual switching elements at the crossing points have a linear current-voltage characteristic, when using the method according to FIGS Consume power. This power can be minimized if the voltage s U is applied to the electrodes of the columns, which are actually not to be activated, during the switching time and the voltage z U is applied to the row electrodes which are not activated. The optimal values for s and z are calculated according to the formulas: 8 (m -?) Hhm Z 1 + h (m-1) where h represents the relative number of switching cells per row that are switched on average per switching process. If umax denotes the maximum permitted crosstalk to any non-activated switch cell of the matrix, calculated from the converted electrical power, then the choice must be made for an optimal electrical efficiency The formulas apply to the case, which is important in practice, that Another control method according to FIG. 9 uses locally generated magnetic fields for selective switching, the magnetic material being operated outside the compensation point. This method is based on the switching cell 13 in FIG. 6 and, in addition to the conductor tracks 12 'arranged in the form of columns, crossed row conductor tracks 11' are arranged isolated therefrom. Maximum magnetic fields are generated in the spaces between the parallel conductor tracks, which add up at the point of intersection. A magnetic field that is approximately twice as strong as in the other areas is created there, which can be used for selection.

Es ist auch eine Ansteuerung denkbar, die von einer Kombination der Erzeugung lokaler Magnetfelder und lokaler Temperaturerhöhung ausgeht. Z.B. können unter Benutzung der Struktur nach Fig. 6 spaltenförmig lokale Magnetfelder erzeugt werden, die entsprechend der in eine Zeile einzuschreibenden Schaltstellungen gerichtet sind. Die Zeilenauswahl kann dann durch Heizelektroden durchgeführt werden, die zusätzlich zu den Spaltenelektroden in Zeilenrichtung (aber von diesen isoliert) aufgedampft werden. Das Magnetfeld wird dann nur im Bereich der erwärmten Schaltzellen einer-Zeile wirksam, wenn die gesamte Matrix bei der Kompensationstemperatur gehalten wird. Dieses Verfahren besitzt eine besonders gute Störsicherheit in der Zeilenselektion.It is also conceivable that a combination of the Generation of local magnetic fields and local temperature increase. E.g. can Using the structure according to FIG. 6, local magnetic fields are generated in the form of columns are directed according to the switch positions to be written in a line are. The row selection can then be carried out by heating electrodes, the in addition to the column electrodes in the row direction (but isolated from them) be vaporized. The magnetic field is then only in the area of the heated switching cells one-row effective if the entire matrix is kept at the compensation temperature will. This method has a particularly good immunity to interference in the line selection.

Eine ähnliche Anordnung, die bei größeren Schaltzellenabmessungen z.B. über 40/um anwendbar ist, zeigt Fig. lOa und b. Hier sind die hffiterbzEn14 zu zu für die Erzeugung eines Magnetfeldesmaanderförmig in Spaltenrichtung angeordnet. Benachbarte Leiterbahnen 14 und 14' überdecken sich dabei, Jeweils alle 2 Schaltzellen 13 in Spaltenrichtung gesehen. Dabei ist eine Isolierungsschicht 15 zwischen beiden vorgesehen. Die Zeilenselektion erfolgt durch streifenförmig angeordnete Zeilenheizelektroden 16. Die Spartenselektion wird magnetisch durchgeführt, wobei entsprechende Ströme 1 in positiver oder negativer Richtung die Spaltenelektroden 14' durchlaufen. Im Bereich der Uberdeckung addieren sich dabei einmal die Ströme oder sie subtrahieren sich. Entsprechend kann der Betrag der magnetischen Feldstärke in den angrenzenden Schaltzellen annähernd die Werte Hmax oder 1/2man annehmen. Die Schwellfeldstärke muß dabei unterhalb 1/2man liegen.A similar arrangement that is used for larger switchgear cubicle dimensions e.g. above 40 / µm is applicable, Fig. 10a and b shows. Here are the hffiterbzEn14 to to to for the generation of a magnetic field meandering in the column direction. Adjacent conductor tracks 14 and 14 'overlap, every 2 switching cells 13 seen in the column direction. There is an insulating layer 15 between the two intended. The lines are selected by line heating electrodes arranged in strips 16. The branch selection is carried out magnetically, with appropriate Currents 1 pass through the column electrodes 14 'in a positive or negative direction. In the area of the overlap, the currents either add up or subtract themselves. Accordingly, the amount of magnetic field strength in the adjacent Switching cells approximately assume the values Hmax or 1 / 2man. The threshold field strength must be below 1/2 man.

Die Konfiguration erlaubt eine gute Zeilen- und eine gute Spaltenselektion. Die Schaltzellen nichtgeschalteter Zeilen werden beim Kompensationspunkt betrieben und können daher auch bei der Feldstärke Hmax noch nicht ansprechen.The configuration allows a good row and a good column selection. The switching cells of unswitched rows are operated at the compensation point and therefore cannot yet respond even with the field strength Hmax.

Die Modulationsmatrix muß über eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen an eine Ansteuerschaltung angeschlossen werden. The modulation matrix must have a large number of electrical connections can be connected to a control circuit.

Dieses Problem kann am einfachsten mit der Technik der sogenannten "solder bumps" gelöst werden. Dabei werden an den Verbindungspunkten, z.B. an den Enden der Zeichen- und Spaltenelektroden, galvanisch Lötpurte 16 aufgewachsen (Fig. 7,a,b). Durch Erhitzen kann die Gesamtheit der Verbindungen zu einer entsprechenden Gegenkontaktplatte in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Diese Technik wird bereits in der Praxis zur Kontaktierung von integrierten Halbleiterschaltungen angewendet.This problem can be easiest with the technique of the so-called "solder bumps" are solved. At the connection points, e.g. at the Ends of the drawing and column electrodes, galvanically soldered pads 16 grown on (Fig. 7, a, b). By heating the totality of the connections to a corresponding Counter contact plate can be produced in one operation. This technique is already used in practice for contacting integrated semiconductor circuits.

Die Modulationsmatrix arbeitet grundsätzlich digital mit zwei Schaltstufen. Trotz der digitalen Schaltcharakteristik kann sie für eine Graustufendarstellung verwendet werden, wenn ein Zeitmultiplexverfahren, z.B. ein Pulslängenmodulationsverfahren, angewendet wird. Bei der Anwendung dieses Verfahrens werden die einzelnen Modulationselemente für unterschiedlich lange Zeiten auf hell bzw. dunkel geschaltet. Geschieht dies mit einer Folgefrequenz, die größer ist als die Ansprechfrequenz des Auges von 25 Hz, dann mittelt das Auge über die empfangenen Lichtimpulse hinweg und sieht praktisch einen Grauwert, dessen Helligkeit mit dem Tastverhältnis des Schaltens jeder Speicherzelle zu- oder abnimmt.The modulation matrix basically works digitally with two switching stages. Despite the digital switching characteristics, it can be used for a grayscale display be used if a time division multiplex method, e.g. a pulse length modulation method, is applied. When using this method, the individual modulation elements switched to light or dark for different times. This happens with a repetition rate greater than the eye's response rate of 25 Hz, then the eye averages the received light pulses and sees practically a gray value, its brightness with the duty cycle of the switching of each memory cell increases or decreases.

Es kann eine analoge oder eine digitale Graustufenskala realisiert werden. Bei der analogen Darstellung ist allerdings praktisch eine prallele Ansteuerung der Modulationszellen der Matrix notwendig, was zu sehr großem Aufwand führt. Für die Praxis ist eine digitale GraustuSenskala sinnvoller, wobei vorteilhafterweise eine feste Zahl von z.B. n verschiedenen Zeitintervallen vorgegeben wird, deren Länge z.B. jeweils um den Faktor 2 zunimmt, so daß durch Addition dieser Zeitintervalle 2n Graustufen darstellbar sind. Entsprechend dieser Zahl von Zeitintervallen ist dann die gesa S Matrix abzutasten. Praktisch bedeutet dies eine erhöhte Bildabtastfrequenz. So wird die Matrix z.B. für die Herstellung von 8 Graustufen bei einer Bildfrequenz von 25 Hz 75 mal pro Sekunde abgetastet, wobei z.B. die Ansteuerung so vorgenommen wird, daß jeweils innerhalb einer 25.stel Sekunde alle Modulationselemente für jeweils eines, zwei oder drei Intervalle auf die Stellung "Hell" geschaltet werden, entsprechend den darzustellenden Graustufen.An analogue or a digital grayscale scale can be implemented will. In the case of the analog display, however, parallel control is practically the case of the modulation cells of the matrix is necessary, which leads to a great deal of effort. For In practice, a digital gray scale makes more sense, although advantageously a fixed number of e.g. n different time intervals is given, the Length increases e.g. by a factor of 2, so that by adding these time intervals 2n gray levels can be displayed. Corresponding to this number of time intervals is then scan the entire matrix. In practice this means an increased frame rate. For example, the matrix is used to produce 8 gray levels at one frame rate of 25 Hz is sampled 75 times per second, with e.g. the control being carried out in this way that all modulation elements for each one, two or three intervals can be switched to the "light" position, accordingly the gray levels to be displayed.

Eine weitere Möglichkeit zur Gräustufendarstellung ergibt sich durch die schichtweise Anordnung von mehreren getrennten Modulationsmatrizen übereinander. Dabei können die Modulationshübe der Einzelmatrizen wieder nach einem bestimmten Schema abgestuft werden. Läßt man z.B. den Modulationshub von Matrix zu Matrix um den Faktor 2 ansteigen, dann kann mit n übereinandergeschichteten Matrizen eine Graustufenskala mit 2n Abstufungen erzielt werden. Es können aber auch andere Charakteristiken gewählt werden,i-e eventuell der Empfindlichkeit des menschlichen Auges speziell angepaßt sind.Another possibility for the greyscale display results from the layered arrangement of several separate modulation matrices one on top of the other. The modulation strokes of the individual matrices can again follow a certain one Scheme to be graded. For example, if you omit the modulation swing from matrix to matrix increase by a factor of 2, then with n matrices stacked one on top of the other a Grayscale with 2n gradations can be achieved. But other characteristics can also be used be chosen, i-e possibly the sensitivity of the human eye specifically are adapted.

Eine Graustufendarstellung kann schließlich auch noch durch die Zuordnung von mehreren Modulationszellen zu einem Bildpunkt erreicht werden. Die Anzahl der Modulationszellen steigt dann mit der gewünschten Zahl von darzustellenden Graustufen an. Die Zahl der Modulationszellen je Bildpunkt wird ein Minimum , wenn die Fläche der Zeilen z.B. mit dem Faktor 2 von Zelle zu Zelle ansteigt. Die Zahl von m Modulationszellen je Bildpunkt kann dann zur Darstellung von 2m Graustufen dienen. Bei diesem Verfahren mit abgestuften Flächen wird allerdings der Aufbau der Matrix inhomogen und damit komplizierter.Finally, a grayscale display can also be achieved through the assignment can be achieved by several modulation cells to one pixel. The number of Modulation cells then increase with the desired number of gray levels to be displayed at. The number of modulation cells per pixel becomes a minimum when the area the number of rows increases from cell to cell, e.g. by a factor of 2. The number of m modulation cells per pixel can then be used to display 2m gray levels. In this procedure with stepped surfaces, however, the structure of the matrix becomes inhomogeneous and therefore inhomogeneous more complicated.

Für eine mehrfarbige Darstellung kann grundsätzlich eine Anordnung mit mehreren parallel betriebenen einfarbigen Kanälen mit entsprechenden Lichtmodulationsmatrizen verwendet werden, deren Bilder übereinanderproJiziert werden. Daneben besteht aber auch die Möglichkeit, ein Zeitmultiplexverfahren zu wählen. Dabei muß eine Lichtquelle verwendet werden, die schnell hintereinander die gewünschten Grundfarben erzeugt, wobei die Farben illit einer Folgefrequenz von wenigstens 25 Hz mal Anzahl der dalazustellenden Farben eingetastet werden müssen, damit das Auge des Betrachters ein flickerfreies Bild sieht. Zu jeder der gerade eingeschalteten Farben wird dabei das dieser Farbe zugeordnete Bild mit der Modulationsmatrix erzeugt.An arrangement with several monochrome channels operated in parallel with corresponding light modulation matrices whose images are projected on top of each other. But there is also also the possibility of choosing a time division multiplex method. Included got to a light source can be used that quickly creates the desired primary colors generated, the colors illit a repetition frequency of at least 25 Hz times the number the colors to be displayed must be keyed in so that the eye of the beholder can see it sees a flicker-free image. For each of the colors that have just been switched on, there will be generates the image assigned to this color with the modulation matrix.

Alle Verfahren zur Farbenerzeugung können natürlich mit den entsprechenden Verfahren zur Grautondarstellung kombiniert werden.All methods of color generation can of course be matched with the appropriate Processes for gray tone display are combined.

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Claims (13)

Patentansprüche: Integrierte Lichtmodulationsmatrix für die Bilddarstellung und BildproJektion, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix aus einer magnetooptischen Speicherschicht, z.B. Eisengranat, besteht, deren durch die Struktur festgelegte Schaitzellen durch aufgebrachte Elektroden und Leiterbahnen elektronisch durch Erzeugung magnetischer Felder und/oder thermischer Energie individuell schaltbar sind, und eine vom Schaltzustand der Schaltzellen abhängigen Faraday-Effekt haben, durch den der über die zwischen zwei Polarisatoren angeordnete Speicherschicht einfallende Lichtstrahl in Transmission oder Reflexion modulierbar ist. Claims: Integrated light modulation matrix for image display and image projection, characterized in that the matrix consists of a magneto-optical Storage layer, e.g. iron garnet, consists of which is determined by the structure Switch cells through applied electrodes and conductor tracks electronically through generation magnetic fields and / or thermal energy are individually switchable, and have a Faraday effect that is dependent on the switching state of the switching cells, through the the incident via the storage layer arranged between two polarizers Light beam can be modulated in transmission or reflection. 2. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Schaltzellen ein Kreuzschienen-System (crossbar) vorgesehen ist, mit dem die Zellen einzeln oder zeilenweise parallel schaltbar sind. 2. Light modulation matrix according to claim 1, characterized in that that a crossbar system (crossbar) is provided to control the switching cells with which the cells can be switched individually or in parallel lines. 3. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzellen zeilen- und spaltenweise mit streifenförmigen elektrisch leitenden transparenten oder reflektierenden Elektroden bedeckt sind, die voneinwander elektrisch isoliert sind und zwischen denen sich im Bereich jeweils einer Schaltzelle eine reflektierende oder transmittierende Widerstandsschicht befindet, und die gesamte Anordnung in einem homogen senkrecht zur Schicht wirkenden Magnetfeld untergebracht ist. 3. Light modulation matrix according to claim 1 or 2, characterized in that that the switching cells in rows and columns with strip-shaped electrically conductive transparent or reflective electrodes that are electrically isolated from each other are isolated and between which in each case a switching cell is a reflective or transmissive Resistance layer is located, and the entire arrangement in a magnetic field acting homogeneously perpendicular to the layer is housed. 4. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzellen zeilen- und spaltenweise mit streifenförmigen reflektierenden oder transmittierenden elektrisch leitenden Leiterbahnen versehen sind, die Jeweils benachbarte Schaltzellen nahezu halb überdecken und die Ströme lokale Magnetfelder erzeugen, deren Richtung senkrecht zur Schichtfläche von Schaltzelle zu Schaltzelle variabel ist.4. Light modulation matrix according to claim 1 or one of the following, characterized in that the switching cells in rows and columns with strip-shaped provided reflective or transmitting electrically conductive conductor tracks are, the respective adjacent switching cells almost half cover and the currents generate local magnetic fields, the direction of which is perpendicular to the layer surface of the switching cell to switch cell is variable. 5. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeilenweisen Selektion streifenförmig aufgebrachte reflektierende oder transmittierende Leiterbahnen mit bestimmtem Widerstand vorgesehen sind und in Spaltenrichtungm3anderförmig die Schaltzellen umschließende Leiterbahnen angeordnet sind, durch die Ströme unterschiedlicher Richtung zur lokalen Erzeugung von Magnetfeldern geführt sind.5. Light modulation matrix according to claim 1 or one of the following, characterized in that for the line-by-line selection applied in strips reflective or transmitting conductor tracks provided with a certain resistance and strip conductors surrounding the switching cells in a m3ander-shaped manner in the column direction are arranged through the currents of different directions for local generation are guided by magnetic fields. 6. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung zwischen der Modulationsmatrix und einer äußeren Ansteuerschaltung galvanisch Lötpunkte aufgewachsen sind, die durch Erhitzen mit einer Gegenkontaktplatte verbunden werden (solder bumps).6. Light modulation matrix according to claim 1 or one of the following, characterized in that for the connection between the modulation matrix and a external control circuit are galvanically grown solder points by heating be connected to a mating contact plate (solder bumps). 7. Verfahren mit einer Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Grautonbildern ein Zeitnultiplexverfahren verwendet wird, bei dem die Schaltzellen in Abhängigkeit der darzustellenden Lichthelligkeit zeitlich unterschiedlich lange auf zelle oder "dunkel" geschaltet werden, und daß die Schaltfrequenz für jede Schaltzelle dabei größer ist als die Grenzfrequenz des menschlichen Auges.7. The method with a light modulation matrix according to claim 1 or one of the following, characterized in that for generating gray-tone images a time division multiplex method is used in which the switching cells are dependent the light brightness to be displayed for different times on cell or "dark" are switched, and that the switching frequency for each switching cell thereby is greater than the cutoff frequency of the human eye. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildabtastung in zeitlichen Intervallen jeweils um den Faktor 2 ansteigender Länge erfolgt.8. The method according to claim 7, characterized in that the image scanning takes place at time intervals increasing by a factor of 2 in length. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Grautonbilder durch mehrere übereinander angeordnete Lichtmodulationsmatrizen erzeugt werden, deren Modulationseffekt sich addiert.9. The method according to claim 7, characterized in that gray-tone images are generated by several light modulation matrices arranged one above the other, whose modulation effect adds up. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationseffekt der übereinander angeordneten Matrizen jeweils um den Faktor 2 ansteigt.10. The method according to claim 9, characterized in that the modulation effect of the matrices arranged one above the other increases by a factor of 2. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaltzellen einem Bildpunkt zugeordnet werden, und daß Grautonbilder dadurch erzeugt werden, daß mehr oder weniger dieser Schaltzellen eingeschaltet werden.11. The method according to claim 9, characterized in that several Switching cells are assigned to a pixel, and that gray-tone images are generated thereby be that more or less of these switching cells are switched on. 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrfarbige Bilddarstellung mit mehreren gleichartigen Modulationsmatrizen je darzustellender Farbe erzeugt wird, wobei die Einzelbilder übereinander projiziert werden.12. The method according to claim 9, characterized in that a multicolored Image display with several modulation matrices of the same type, each to be displayed Color is generated, whereby the individual images are projected on top of each other. 13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur mehrfarbigen Bilddarstellung ein Zeitmultiplexverfahren verwendet wird, bei dem eine schnell auf die einzelnen Farben umschaltbare Lichtquelle benutzt wird, und jeweils bei Einschalten einer Lichtfarbe mit der Modulationsmatrix das dieser Lichtfarbe zugeordnete Bild erzeugt wird, und daß das Umschalten auf die einzelnen Farben so schnell erfolgt, daß das Auge eines Beobachters alle erzeugten Bilder gleichzeitig sieht.13. The method according to claim 9, characterized in that for multi-colored Image display a time division multiplex method is used, in which a fast light source switchable to the individual colors is used, and in each case at Switching on a light color with the modulation matrix that assigned to this light color Image is generated, and that switching to the individual colors is so quick that the eye of an observer sees all the images produced at the same time.