DE2606596C2 - Integrated light modulation matrix for image display and image projection - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft integrierte Lichtmodulationsmatrizen für die BüddarsteUung und Bildprojektion gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 3.The invention relates to integrated light modulation matrices for the BüddarsteUung and image projection according to the preamble of claims 1 and 3, respectively.

Derartige Lichtmodulationsmatrizen sind bereits aus der britischen Patentschrift 11 80 334 bekannt. Die einzelnen .Schaltzellen werden dabei mit in Zeilen- undSuch light modulation matrices are already known from British patent specification 1180334. the individual switching cells are shown in line and

Spaltenrichtung liegenden Stromschleifen angesteuert, derart, daß jeweils eine Stromschleife am Ort einer Schaltzelle ein Magnetfeld erzeugt, das für sich allein zwar noch keinen Schaltvorgang, also ein Umklappen der senkrecht zur Matrixebene stehenden Magnetisierungsvektoren innerhalb der Schaltzellen bewirken kann, daß bei einer Addition zweier derartiger Magnetfelder jedoch ein solcher Umschaltvorgang ausgelöst wird Die gesamte Lichtmodulatiünsmatrix befindet sich dabei auf einer festen Temperatur. Eines der genannten Magnetfelder kann natürlich auch durch ein homogenes, die gesamte Lichtmodulationsmatrix durchsetzendes Magnetfeld realisiert sein.Current loops located in the column direction controlled in such a way that in each case a current loop at the location of one Switching cell generates a magnetic field, which in itself does not yet have a switching process, i.e. a flip over cause the magnetization vectors perpendicular to the matrix level within the switching cells can that with an addition of two such magnetic fields, however, such a switching process The entire light modulation matrix is at a fixed temperature. One Of course, the aforementioned magnetic fields can also be achieved through a homogeneous, entire light modulation matrix penetrating magnetic field be realized.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Lichtmodulationsmatrize zu schaffen, deren Schaltzellen unter Anwendung von magnetischer Energie und von thermischer Energie, die jeweils den Schaltzellen lokal bei ihrer Ansteuerung auf elektronischem Wege zugeführt wird, geschaltet werden können.In contrast, it is the object of the invention to create a light modulation matrix whose switching cells using magnetic energy and thermal energy, each of the switching cells is fed locally when they are controlled electronically, can be switched.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 1 bzw. Ansprach 3 gekennzeichneten Merkmale gelöst.The object of the invention is characterized by what is defined in claim 1 and spoke 3, respectively Features solved.

Der Schaltvorgang einer einzelnen Schaltzeile erfolgt dabei gemäß Anspruch 1 so, daß an dem an der Schaltzelle angebrachten Widerstandselement ein kurzer Stromimpuls zur Erwärmung des Widerstandselementes und damit zur lokalen Erwärmung der Schaltzelle über den Kompensationspunkt angelegt wird. An die erwärmte Schaltzelle wird dann das in gewünschter Richtung senkrecht zur Matrixebene stehende Magnetfeld angelegt, das außerhalb der Lichtmodulationsmatrix erzeugt wird und alle Schaitzellen gleichzeitig durchdringt Die Magnetisierungsvektoren der erwärmten Schaltzelle stellen sich dann gemäß dem äußeren Magnetfeld ein, während die sich auf Kompensationstemperatur befindlichen Schaltzellen nicht beeinflußt werden. Das Schalten einer Zelle kann nach diesem Verfahren in weniger als einer Mikrosekunde durchgeführt werden.The switching process of a single line is carried out according to claim 1 so that on the Switching cell attached resistance element a short current pulse to heat the resistance element and thus applied for local heating of the switching cell via the compensation point will. This is then applied to the heated switching cell in the desired direction perpendicular to the matrix plane standing magnetic field is applied, which is generated outside the light modulation matrix and all switch cells at the same time penetrates The magnetization vectors of the heated switching cell are then set according to the external magnetic field, while the switching cells are at the compensation temperature are not influenced. Using this method, switching a cell can be done in less than a microsecond be performed.

Gemäß Anspruch 3 werden die einzelnen Schaltzellen durch eine zeilenweise lokale Temperaturerhöhung und durch lokale Magnetfelder, die durch auf der Lichtmodulationsmatrix z. B. in Spaltenrichtung liegende Leiterbahnen erzeugt werden, angesteuert. Die Zeilenauswahl wird dann durch Heizelektroden durchgeführt. Hierdurch wird eine besonders gute Störsicherheit in der Zeilenselektion erreicht.According to claim 3, the individual switching cells by a line-by-line local temperature increase and by local magnetic fields that are generated by on the light modulation matrix z. B. in the column direction lying conductor tracks are generated, controlled. The line selection is then carried out by heating electrodes. This results in a particularly good immunity to interference in the Line selection reached.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous configurations and developments of the invention are characterized in the subclaims.

Lichtmodulationsmatrizen können z. B. aus strukturierten magnetooptischen Schichten, beispielsweise aus Eisengranatschichten, bestehen. Derartige Schichten sind an sich schon aus der Speichertechnik bekannt (IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 9, No. 3, Sept. 1973, pp. 405—408). Man verwendet dort mehrere Mikrometer dicke, speziell dotierte Schichten, die auf einem einkristallinen Grundsubstrat aufgewachsen sind. Die Eisengranatschicht kann senkrecht zur Schichtfläche magnetisiert sein. Die Magnetisierung verschwindet durch Antiferromagnetismus im Bereich der sog. Kornpensationstemperatur. In diesem Bereich ist ein Umschalten des inneren Magnetisierungszustandes durch äußere Felder nicht möglich. Eine Netto Magnetisierung tritt jedocii wieder auf, wenn die Schicht z. B. über den Kompensationspunkt (Kompensationstemperatur) hinaus erwärmt wird. Dabei kann durch ein äußeres Magnetfeld die Magnetisierung umgeschaltet werden, wobei in der Praxis etwa eine Erwärmung um 20 bis 30° C bei äußeren Feldstärken um 100 Oe notwendig ist.Light modulation matrices can e.g. B. from structured magneto-optical layers, for example from Layers of iron garnet. Such layers are already known per se from storage technology (IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 9, No. 3, Sept. 1973, pp. 405-408). There are several used there Micrometer thick, specially doped layers that 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 the so-called compensation temperature. In this area is a Switching of the internal magnetization state by external fields is not possible. A net magnetization occurs jedocii again when the layer z. B. via the compensation point (compensation temperature) addition is heated. The magnetization can be switched by an external magnetic field in practice, heating around 20 to 30 ° C with external field strengths around 100 Oe necessary is.

Mittels der genannten Lichtmodulationsmatrizen können z. B. Grautonbilder mit Hilfe eines Zeitmultiplexverfahrens, sowie durch Pulslängenmodulation erzeugt werden, wie es etwa aus IEEE Transactions on Electron Devices, 1974, Vol. ED-21, No. 2, pp. 146-155, bekannt ist Ebenso lassen sich (wie prinzipiell in S.By means of the light modulation matrices mentioned, z. B. gray-tone images with the help of a time division multiplex method, as well as by pulse length modulation, such as from IEEE Transactions on Electron Devices, 1974, vol. ED-21, no. 2, pp. 146-155, is also known (as in principle in p.

iti Sherr, Fundamentals of Display System Design, Verlag John Wiley u. Sons, New York, S. 155/156, 1970, beschrieben) durch übereinander projizierte einfarbige Einzelbilder mehrfarbige Bilder erzeugen.iti Sherr, Fundamentals of Display System Design, publisher John Wiley and Sons, New York, pp. 155/156, 1970) by monochrome projected one on top of the other Single images produce multicolored images.

Um eine lokalisierte Einstellung der Magnetisierung in lokalen, punktförmigen Bereichen auf einer Schicht zu ermöglichen, wird die Schicht strukturiert Durch eine Ätztechnologie werden dabei Teile des Materials entfernt, bis magnetisch voneinander isolierte Inseln übrigbleiben. Diese Inseln stellen einzelne Speicherzel-2u Ien dar, in denen die Magnetisierung zur Schichtnormalen paraliei oder antiparallel ausgeriuif-t 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 3d 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 3"j Schaltzustand ist sozusagen »eingefroren«. Der gesamte Schaltvorgang benötigt dabei nur wenige Mikrosekunden. A localized adjustment of the magnetization in local, punctiform areas on a layer To enable this, the layer is structured. Parts of the material are created using an etching technology removed until magnetically isolated islands remain. These islands represent individual storage cells Ien in which the magnetization is normal to the layer parallel or antiparallel can be exercised, which can therefore assume two switching states. In operation, the storage layer is used in the Compensation temperature maintained (in practice within a certain range around the compensation temperature), so that an external magnetic field cannot cause switching. For switching a memory cell is this locally z. B. heated briefly by a laser beam focused on it and at the same time 3d external magnetic field applied in the desired direction, the Z. B. is generated by a simple coil. The internal magnetization is then aligned accordingly the outer field. A short time later the cell has returned to its old temperature and the new one 3 "j The switching status is, so to speak,» frozen «. The entire The switching process only takes a few microseconds.

Zum Auslesen des Schaltzustandes nuizt nun den Faraday-Effekt aus. Entsprechend der eingestellten Magnetisierung dreht sich die Polarisationsebene von eingestrahltem linear polarisiertem Licht entweder nach rechts oder nach links in Strahlrichtung gesehen. Ordnet man dabei die Schicht zwischen nahezu gekreuzten Polarisatoren an, dann ergibt diese Drehung •»■Ι einen Lichtintensitätsunterschied am Ausgang des zweiten Polarisators, wodurch der jeweilige Schaltzustand markiert ist.To read out the switching status, you now need the Faraday effect off. According to the set magnetization, the plane of polarization rotates from irradiated linearly polarized light seen either to the right or to the left in the direction of the beam. If one arranges the layer between almost crossed polarizers, this rotation results • »■ Ι a light intensity difference at the exit of the second polarizer, whereby the respective switching state is marked.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es zeigtThe drawing represents exemplary embodiments. It shows

Vi Fig.! eine schematische Anordnung für transmittiertes LichtVi Fig.! a schematic arrangement for transmitted light

F i g. 2 eine schematische Anordung für reflektiertes Lieh'F i g. 2 a schematic arrangement for reflected light

F i g. 3 den Aufbau der Schaltzellen für Reflexion ·:···> F i g. 4 den Aufbiu der Schal tzcllen für TrinsmissionF i g. 3 the structure of the switching cells for reflection ·: ···> F i g. 4 the construction of the scarfs for Trinsmission

F i g. 5 den Aufbau einer magneto-optischen Schalt zelleF i g. 5 the structure of a magneto-optical switching cell

F i g. 6a, b rien Aufbau einer nur magnetisch betätigten Schaltfolie
«ι F i g. 6c ein Magnetfelddiagranim F i g. 7a, b eine Modulationsmatrix mit Ansteuerung F i g. 8 eine schematische Ansteuerschaiiung F i g. 9 eine Anordnung zur .SelektionsansteuerungF i g. 6a, b rien Structure of a magnetically operated switching membrane
«Ι F i g. 6c is a magnetic field diagram in FIG. 7a, b a modulation matrix with control F i g. 8 shows a schematic control circuit FIG. 9 an arrangement for .selection control

Fig. 10a, b ein Ausführungsbeispiel für thermo-mahi gnetischeSelektion.Fig. 10a, b an embodiment for thermo-mahi magnetic selection.

Nach Fig. 1 fällt Licht L, über einen Polarisator P durch die Modulationsmatrix Λ/mit den Schaltzeüen Z. die vor einer Anschlußplatte K liegen, und tritt hinterAccording to Fig. 1, light L falls through a polarizer P through the modulation matrix Λ / with the switching cells Z. which lie in front of a connection plate K , and steps behind

einem Analysator A aus (U) . Über eine Spule Sp wird ein äußeres Magnetfeld angelegt.an analyzer A from (U) . An external magnetic field is applied via a coil Sp.

Die Anordnung nach F i g. 2 arbeitet mit einfallendem Licht ΖΛ das nach Durchgang durch einen Polarisationsstrahlenteiler Pt an der Modulationsmatrix M' mit den Schaltzellen Z' reflektiert wird und dann aus dem Polarisationsstrahlenteiler austritt (Ln). Zur festen Drehung der Polarisationsebene ist noch eine Plane PL vorgesehen.The arrangement according to FIG. 2 works with incident light ΖΛ which, after passing through a polarization beam splitter Pt , is reflected on the modulation matrix M ' with the switching cells Z' and then exits the polarization beam splitter (Ln). A plane PL is also provided for fixed rotation of the plane of polarization.

Zwei Ausführungsbeispiele für den Aufbau eines Modulationselementes sind in F i g. 3 und 4 skizziert. Die Ausführungsform nach Fig. 1 arbeitel für d-is Licht in Reflexion, die zweite nach F i g. 4 in Transmission. Hei beiden gemeinsam wird auf einer Eisengranaischicht 1 eines Substrats 2 zunächst tine untere elektrisch leitende Elektrode 3. dann eine Widerstandsschicht 4 und dann eine obere elektrisch leitende Elektrode 5 aufgebracht. Für die reflektierende Anordnung können die elektrisch leitenden Elektroden i', 5' aus Metall sein. ft j r die Anordnung in Transmission sind sowohl die Elektroden 3', 5' als auch die WidersiandssLhicht 4' aus transparentem Material herzustellen (z. B. können Elektroden und Widerstandsschichten aus Zinn-lndiiim-Oxvd-Schichten in bekannter Technologie hergestellt werden).Two exemplary embodiments for the construction of a modulation element are shown in FIG. 3 and 4 outlined. the Embodiment according to FIG. 1 works for d-is light in Reflection, the second according to fig. 4 in transmission. Hey both are jointly on an iron grana layer 1 of a substrate 2 initially tine lower electrically conductive electrode 3. then a resistive layer 4 and then an upper electrically conductive electrode 5 upset. For the reflective arrangement you can the electrically conductive electrodes i ', 5' be made of metal. ft j r the arrangement in transmission are both the Electrodes 3 ', 5' as well as the opposing layer 4 ' transparent material (e.g. electrodes and resistive layers made of tin-indiumim-oxide layers be manufactured in known technology).

Die /um Schalten erforderliche Wärmeenergie wird bei beiden Anordnungen durch Anlegen eines kurzen Stromimpulses an die Elektroden 3, ΐ 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 Mikrosekunde durchgeführt werden.The thermal energy required to switch is generated in both arrangements by applying a short current pulse to the electrodes 3, ΐ or 3 ', 5. The current pulse leads to current heat in the resistance layer 4 or 4 ', which is transferred to the substrate via the switching cell 2 is derived. Switching a cell in an external magnetic field according to this method can be used in the Practice can be done in less than a microsecond.

In einer weiteren Ausführungsform nach F i g. 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 Ausführungsbeispie len nach F i g. 3 und 4 erfolgt hier der Stromfluß /in der Schicht parallel zu deren Oberfläche.In a further embodiment according to FIG. 5 is the magneto-optical layer 1 only covered with a further layer, the resistance layer 6. This will laterally contacted via metallic conductor tracks 7 and 8. In contrast to the execution examples len according to FIG. 3 and 4, the current flows in the layer 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 operated in addition to the compensation temperature and is only switched by an applied magnetic field. The magnetic field H is generated by vapor-deposited strip conductors 9, 10 (FIG. 6). The course of the magnetic field reaches a maximum in the middle area of the memory cell, while a smaller field strength is established 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 generated by vapor-deposited conductor tracks that surround the switch element in a ring or meander shape.

Schließlich ist auch eine Kombination von Tempera tur- und lokaler Magnetfelderzeugung denkbar, z. B. durch die Kombination des Elementes nach F i g. 6 mit einer zusätzlich aufgedampften Heizelektrode nach F i g. 3 oder 4. Ein solches Element kann dann durch mehrere Parameter selektiv gesteuert werden. Finally , a combination of temperature and local magnetic field generation is also conceivable, for. B. by combining the element according to FIG. 6 with an additionally vapor-deposited heating electrode according to FIG. 3 or 4. Such an 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 Büddarsteilung mit hoher Auflösung durch eine integrierte Komponente möglich ist.A modulation matrix can be produced from a multiplicity of magneto-optical switching cells which are arranged in a regular grid on a substrate. It can be up to 250 000 operating cells realized on a single substrate, so that a Büddarsteilung with high resolution by an integrated component is possible.

Da zudem für das Schalten einer Zeile eine fest definierte Schaltschwelle besteht (es muß bei pauschal angelegtem Magnetfeld eine bestimmte Mindest-Wärmeenergie zugeführt werden oder bei fester Temperatur ein Magnetfeld einer bestimmten Mindestfeldstär-Since there is also a permanently defined switching threshold for switching a line (it must be in the case of lump-sum A certain minimum heat energy can be supplied to the applied magnetic field or at a fixed temperature a magnetic field of a certain minimum field strength

• ke), kann ein »crossbar system« zur selektiven Ansteuerung der Schaltelemente vorgesehen werden. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 7a und b skizziert, das von der Ausführungsform der Modulationszellen in Fig. 3 bzw. 4 ausgeht. Die selektive Ansteuerung einer• ke), a »crossbar system« can be used for selective Control of the switching elements are provided. An example of this is sketched in Fig. 7a and b, that of the embodiment of the modulation cells in Fig. 3 and 4 is based. The selective control of a

< 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 I i g. 8 in Zeilen mit η Schaltzellen pro Zeile, und sieht man Schalter .9, und 5, mit einer Schaltzeit pro Schaltzelle bzw. pro Zeile von 10 bis 20 Mikrosekunden vor. dann können im Zeitmultiplexverfahren bis zu 2<X)0 Zeilen pro Matrix geschaltet werden, wenn von einer Bik'folgcfrequenz von 25 Bildern pro Sekunde ausgegangen wird. Dies ist weit mehr als für eine Bilddarstcllung mit den heute üblichen Videogeschwindiekeiten erforderlich ist. The switching cell takes place in that a suitable voltage is applied to the row 11 and column 12 electrodes assigned to it. Appropriately, not only one switching cell 13, but rather the switching cells of an entire row are connected in parallel. If you use it in accordance with the circuit diagram according to I i g. 8 in rows with η switching cells per row, and you can see switches .9, and 5, with a switching time per switching cell or per row of 10 to 20 microseconds. then up to 2 <X) 0 lines per matrix can be switched in the time division multiplex process, if a cycle rate of 25 images per second is assumed. This is far more than is necessary for an image display with today's video speeds.

Y)-A die einzelnen Schaltelemente an den Kreuzungspunkten eine lineare Strom-Spannungscharakteristik besi: '.en. ist allerdings bei Anwendung des Verfahrens nach F i g. 7 bzw. 8 mehr Steuerleistung aufzuwenden als in den zu schaltenden Zellen umgesetzt wird, da auch die Y) -A the individual switching elements at the crossing points have a linear current-voltage characteristic. however, when using the method according to FIG. 7 or 8 to use more control power than is implemented in the cells to be switched, since the

■■ nicht direkt angesteuerten Schaltzellen einen Teil der elektrischen Leistung verbrauchen. Diese Leistung kann minimalisiert werden, wenn an die eigentlich nicht anzusteuenden Elektroden der Spalten während der .Schaltzeit die Spannung 5 · U und an die nicht r angesteuerten Zeilenelektroden die Spannung ζ ■ U angelegt wird. Die optimalen Werte für s und ζ berechnen sich dabei nach den Formeln:■■ Switching cells that are not directly controlled consume part of the electrical power. This power can be minimized if the voltage 5 · U is applied to the electrodes of the columns, which are actually not to be controlled, during the switching time, and the voltage ζ ■ U is applied to the row electrodes which are not controlled. The optimal values for s and ζ are calculated using the formulas:

(m -Uh (m- Uh

1 + /i(m - 1)1 + / i (m - 1)

/i · m ' 1 + h(m - 1)/ i m ' 1 + h (m - 1)

wobei Λ die relative Anzahl der Schaltzellen pro Zeile darstellt, die pro Schaltvorgang im Mittel geschaltet werden. Bezeichnet man mit ü_mix das maximal erlaubte Übersprechen auf irgend eine nicht angesteuerte Schaltzelle der Matrix, berechnet aus den umgesetzten elektrischen Leistungen, dann ist für einen optimalen elektrischen Wirkungsgrad zu wählenwhere Λ represents the relative number of switching cells per row that are switched on average per switching process. If u _m ix denotes the maximum permitted crosstalk on any non-activated switching cell in the matrix, calculated from the converted electrical power, then the choice must be made for optimum electrical efficiency

~ Λ) + A ~ Λ) + A

Die Formeln gelten dabei für den in der Praxis wichtigen Fall, daßThe formulas apply to the case, which is important in practice, that

[21 +[21 +

A(I -A (I -

Eine andere Ansteuermethode nach Fig.9 benutzt lokal erzeugte Magnetfelder zum selektiven Schalten, wobei das magnetische Material außerhalb des Kompensationspunktes betrieben wird. Bei diesem Verfah ren wird von der Schaltzelle 13 in F i g. 6 ausgegangen und es werden zusätzlich zu den spallenförmig angeordneten Leiterbahnen 12* isoliert davon gekreuz- Another control method according to FIG. 9 uses locally generated magnetic fields for selective switching, the magnetic material being operated outside the compensation point. In this method, the switching cell 13 in FIG . 6 is assumed and, in addition to the conductor tracks 12 * , which are arranged in the form of a spall, are crossed and isolated therefrom.

te 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.te row conductor tracks 11 'arranged. In the interstices Maximum magnetic fields are generated between the parallel conductor tracks, which are located on the Add the crossing point. A magnetic field that is approximately twice as strong as in the others is created there Areas that can be used for selection.

F.s ist auch eine Ansteuerung denkbar, die von einer Kombination der Erzeugung lokaler Magnetfelder und lokaler Temperaturerhöhung ausgeht. Zum Beispiel können unter Benutzung der Struktur nach Fig. 6 ^ln spaltenförmig lokale Magnetfelder erzeugt werden, die entsprechend der in eine Zeile einzuschreibenden Schaltstellungen gerichtet sind. Die Zeilenauswahl kann d.inn durch Hei/elektmden durchgeführt werden, die zusätzlich zu ilen Spaltenclektroclen in Zeilenrichtung (aber von diesen isoliert) aufgedampft werden. Das Magnetfeld wird dann nur im Bereich der erwärmten Scha¹'/eilen einer Zeile wirksam, wenn die gesamte Matrix, hei eier Ki.MuiieiiisiiiMjiiMCMipcriUur gehalten wnxl. Dieses Verfahren besitzt eine besonders gute Störsicherheit in der Zeilcnselektion.A control is also conceivable which is based on a combination of the generation of local magnetic fields and a local temperature increase. For example, 6 may ^ln columnar local magnetic fields are generated which are directed according to the line to be written into a switching positions using the structure of FIG.. The row selection can actually be carried out by means of heating, which in addition to ilen column clectroclen are vapor-deposited in the row direction (but isolated from them). The magnetic field is then only in the area of the heated saddle ¹ '/ rush one line effective when the entire matrix, hei eggs Ki.MuiieiiisiiiMjiiMCMipcriUur wnxl maintained. This method has a particularly good immunity to interference in the line selection.

Eine ähnliche Anordnung, die bei größeren Schalt/cllenabmessungen /. B. liber 40 μπι anwendbar ist. zeigt Ι·" ι g. IOa und b. Hier sind die Leiterbahnen 14 für die Erzeugung eines Magnetfeldes imianderförtnig in Spaltenrichiung angeordnet. Benachbarte Leiterbahnen 14 und 14 überdecken sich dabei, jeweils alle 2 Schalt/eilen 13 in Spaltenrichtung gesehen. Dabei ist eine Isolieningsschicht 15 /wischen beiden vorgesehen. Die Zeilenselektion erfolgt durch streifenförmig an- n gco'iunete Zcilenhei/elektroden 16 Die Spaltenselek tion wird magnetisch durchgeführt, wobei entsprechende S'röme / in positiver oder negativer Richtung die Spaltenelektroden 14 und 14' durchlaufen. Im Bereich der Überdcckung addieren sich dabei einmal die Ströme : oder sie subtrahieren sich. F.ntsprechend kann der Betrag der magnetischen Feldstärke in den angrenzenden Schalt/eilen annähernd die Werte //„.„ oder '/>//..,, annehmen. Die Schwellfeldstärke muß dabei unterhalb ,'.-If-j, liegen. =A similar arrangement, which is used for larger switchgear / cllendimensions /. B. over 40 μπι is applicable. shows · "ι g. IOa and b. Here the conductor tracks 14 for the generation of a magnetic field are arranged one after the other in the column direction. Adjacent conductor tracks 14 and 14 overlap, every 2 switching elements 13 viewed in the column direction The line selection is carried out by strip-shaped angled lines / electrodes 16 The column selection is carried out magnetically, with corresponding S 'currents / in the positive or negative direction running through the column electrodes 14 and 14' Coverage, the currents add up once: or they subtract. Accordingly, the magnitude of the magnetic field strength in the adjacent switching elements can approximately assume the values // "." Or '/> // .. ,,. The threshold field strength must be below , '.- If-j . =

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 H_n.,, noch nicht ansprechen. *■The configuration allows good row and column selection. The switching cells of unswitched lines are operated at the compensation point and therefore cannot yet respond even with the field strength H _n . ,,. * ■

Die Modulationsmatrix muß über eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen an eine Ansteuerschaltung angeschlossen werden. Dieses Problem kann am einfachsten mit der Technik der sogenannten »solder bumps« gelöst werden. Dabei werden an den Verbin- "»" dungspunkten. z. B. an den Enden der Zeichen- und Spaltenelektroden, galvanisch Lötpunkte 17 aufgewachsen (F i g. 7. a. b). Durch Erhitzen kann die Gesamtheit der Verbindungen zu einer entsprechenden Gegenkon- taktplatte in einem Arbeitsgang hergestellt werden. « Diese Technik wird bekannterweise bereits in der Praxis zur Kontaktierung von integrierten Halbleiterschaltungen angewendet. The modulation matrix must be connected to a control circuit via a large number of electrical connections. The easiest way to solve this problem is with the technique of so-called "solder bumps". At the connection points "» ". z. B. grown at the ends of the character and column electrodes, electrically solder pads 17 (F i g. 7. a. B). By heating, the entirety of the connections to a corresponding mating contact plate can be made in one operation. “As is well known, this technology is already being used in practice for contacting integrated semiconductor circuits.

Die Modulationsmatrix arbeitet grundsätzlich digital mit zwei Schaltstufen. Trotz der digitalen Schaltcha- fc^ rakteristik kann sie für eine Graustufendarstellung verwendet werden, wenn ein Zeitmultiplexverfahren, ζ. B. ein Pulslängenmodulationsverfahren, angewendet wird. Bei der Anwendung dieses Verfahrens werden die einzelnen Modulationselemente für unterschiedlich b5 lange Zeiten auf hei! bzw. dunkel geschähet. Geschieht dies mit einer Folgefrequenz, die größer ist als die Ansprechfrequenz des Auges von 25 FIz, dann mittel! das Auge über die empfangenen l.ichlimpulse hinweg und sieht praktisch einen Grauwert, dessen Helligkeit mil dem Tastverhältnis des Schaltens jeder Speicherzelle zu-oder abnimmt.The modulation matrix basically works digitally with two switching stages. Despite the digital switching characteristic, it can be used for a gray level display if a time division multiplex method, ζ. B. a pulse length modulation method is used. When using this method, the individual modulation elements are set to hot for different times b5! or dark struck. If this happens with a repetition frequency that is higher than the response frequency of the eye of 25 FIz, then medium! the eye ignores the received l.ichlimpulse and sees practically a gray value, the brightness of which increases or decreases with the duty cycle of the switching of each memory cell.

Fs kann eine analoge oder eine digitale Graustufenskala realisiert werden. Bei der analogen Darstellung ist allerdings praktisch eine parallele Ansteuerung der Modulationszellen der Matrix notwendig, was zu sehr großem Aufwand führt. Für die Praxis ist eine digitale Graustufenskala sinnvoller, wobei vorteilhafterweise eine feste Zahl von ι. B. η verschiedenen Zeilinler\ allen vorgegeben wird, deren Lunge /. B. jeweils um den Faktor ">. zunimmt, so daß durch Addition dieser Zeitinten.illc 2' Graustufen darstellbar sind. Entsprechend dieser Zahl von Zeitintervallen ist dann die gesamte Matrix abzutasten. Praktisch bedeutet dies eine erhöhte Bildabtastfrcquenz. So wird die Matrix z. M. für die ! \·-''•!eü'jng vnn 8 finuisiiifen bei einer Bildfrequenz von 2t Hz 7"Jtnil pro Sekunde abgetastet, wobei /. B.die Ansteuerung so. vorgenommen wird. daU jeweils innerhalb einer 25.Me! Sekunde alle Modulationselemente für jeweils eines, zwei oder drei Intervalle auf die Stellung >>Hcll« geschaltet werden, entsprechend den darzustellenden Graustufen.An analogue or a digital gray scale can be implemented. In the case of the analog display, however, a parallel control of the modulation cells of the matrix is practically necessary, which leads to a great deal of effort. In practice, a digital gray scale makes more sense, with a fixed number of ι advantageously. B. η different Zeilinler \ all is given whose lungs /. In each case, for example, increases by the factor ">. , So that 2 'gray levels can be represented by adding these time inks. M. for the! \ · - ' ' •! Eü'jng vnn 8 finuisiiifen sampled at a frame rate of 2t Hz 7 "Jtnil per second, where /. B. the control like this. is made. daU within a 25th Me! Second, all modulation elements are switched to the position >> Hcll «for one, two or three intervals, according to the gray levels to be displayed.

line weitere Möglichkeit zur Grausiufendarstclhing ergibt sieh durch die schichtweise Anordnung von mehreren getrennten Modulationsmatrizen übereinander. Dabei können die Mndulationshiibe der Einzelmatri/.en wieder nach einem bestimmten Schema abgestuft werden. Läßt man z. B. den Modulationshub vnn Matrix zu Matrix um den Faktor 2 ansteigen, dann kann mit π ubereinandergeschichieten Matrizen eine Graustufenskala mit 2~ Abstufungen erzielt «erden. Fs können aber auch andere Charakteristiken gewählt werden, die eventuell der Empfindlichkeit des menschlichen Auges speziell angepaßt sind.line Another possibility for gray level display results from the layer-by-layer arrangement of several separate modulation matrices one on top of the other. The mndulation gap of the individual matrices can again be graded according to a certain scheme. If you let z. If, for example, the modulation swing from matrix to matrix increases by a factor of 2, then a gray scale with 2 gradations can be achieved with π superimposed matrices. However, other characteristics can also be selected which may be specially adapted to the sensitivity of the human eye.

Eine Graustufendarstelliing kann schließlich auch noch durch die Zuordnung von mehreren Modulaiionszellen 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 2" Graustufen dienen. Bei diesem Verfahren mit abgestuften Flächen wird allerdings der Aufbau der Matrix inhomogen und damit komplizierter.Finally, a gray level display can also be achieved by assigning several modulation cells to one pixel. The number of modulation cells then increases with the desired number of gray levels to be displayed. The number of modulation cells per pixel becomes a minimum when the area of the lines z. B. increases by a factor of 2 from cell to cell. The number of m modulation cells per pixel can then be used to represent 2 " gray levels. With this method with stepped areas, however, the structure of the matrix becomes inhomogeneous and thus 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 mit einer Folgefrequenz von wenigstens 25 Hz mal Anzahl der darzustellenden 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. For a multi-colored display, an arrangement with several single-color channels operated in parallel with corresponding light modulation matrices can be used, the images of which are projected onto one another. In addition, there is also the possibility of choosing a time division multiplex method. A light source must be used that generates the desired basic colors in quick succession, whereby the colors must be keyed in with a repetition frequency of at least 25 Hz times the number of colors to be displayed so that the viewer's eye sees a flicker-free image. For each of the colors that have just been switched on, the image assigned to this color is generated with the modulation matrix.

Alle Verfahren zur Farbenerzeugung können natürlich mit den entsprechender. Verfahren zur Grasjtop.darstelhing kombiniert werden.All methods of color generation can of course be matched with the corresponding. Process for Grasjtop.darstelhing can be combined.

Hierzu S Blatt /.dcrimimicnFor this purpose, see S sheet /.dcrimimicn

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Claims (13)

Patentansprüche:Patent claims: 1. integrierte Lichtmodulationsmatrix für die Bilddarstellung und Bildprojektion, angeordnet in einem homogenen und senkrecht zur Matrixebene liegenden Magnetfeld, bestehend aus einer Vielzahl von zeilen- und spaltenweise angeordneten, magnetooptischen Schaltzellen aus ferrimagnetischem Material mit einem vom Schaltzustand abhängigen Faraday-Effekt, über den mit Hilfe von Polarisatoren und Analysatoren ein auf die Schaltzellen auftreffender Lichtstrahl modulierbar ist, und mit einem matrixartigen Leiterbahnen-System zur elektronischen Aussteuerung individueller Schaltzellen, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Schaltzelle (Z, Z', 13) ein mit dem Leiterbahnen-System ansteuerbares, lichtdurchlässiges oder reflektierendes Widerstandselement (3,4,5; 3', 4', 5'; 6, 7, 8) aufgebracht ist und Mittel zum Halten der Schaiizeiien (Z, Z', 13) auf wenigstens annähernd der Kompensationstemperatur vorgesehen sind, derart, daß bei lokaler Erzeugung von Stromwärme in ausgewählten Widerstandselementen (3, 4, 5; 3', 4', 5'; 6, 7, 8) die Temperatur in den zugehörigen Schaltzellen (Z, Z', 13) über die Kompensationstemperatur erhöht ist und der Schaltzustand entsprechend der Richtung des homogenen Magnetfeldes änderbar ist1. Integrated light modulation matrix for image display and image projection, arranged in a homogeneous magnetic field perpendicular to the matrix plane, consisting of a large number of magneto-optical switching cells made of ferrimagnetic material, arranged in rows and columns, with a Faraday effect dependent on the switching state, via the a light beam impinging on the switching cells can be modulated by polarizers and analyzers, and with a matrix-like conductor path system for the electronic control of individual switching cells, characterized in that on each switching cell (Z, Z ', 13) a light-permeable or reflective resistance element (3, 4, 5; 3 ', 4', 5 '; 6, 7, 8) is applied and means for keeping the Schaiizeiien (Z, Z', 13) at least approximately the compensation temperature are provided, such that with local generation of electricity in selected resistance elements n (3, 4, 5; 3 ', 4', 5 '; 6, 7, 8) the temperature in the associated switching cells (Z, Z ', 13) is increased above the compensation temperature and the switching state can be changed according to the direction of the homogeneous magnetic field 2. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterbahnen-System aus streifenförmigen, dir. Schaltzellen (Z, Z', 13) zeilen- und spaltenweise bedeckenden, elektrisch leitenden und transparenten oder reflektierenden Elektroden (3, 5; 3', 5') bestent, die voneinander elektrisch isoliert sind und zwischen denen sich im Bereich jeweils einer Schaltzelle ein schichtförmiges Widerstandselement (4,4') befindet.2. Light modulation matrix according to claim 1, characterized in that the conductor track system consists of strip-shaped, you. Switching cells (Z, Z ', 13) line-wise and column-wise covering, electrically conductive and transparent or reflective electrodes (3, 5; 3', 5 ') which are electrically isolated from one another and between which a switching cell is located layered resistance element (4,4 ') is located. 3. Integrierte Lichtmodulationsmatrix für die Bilddarstellung und Bildprojektion, bestehend aus einer Vielzahl von zeilen- und spaltenweise angeordneten, magnetooptischen Schaltzellen aus ferrimagnetischem Material mit. einem vom Schaltzustand abhängigen Faraday-Effekt, über den mit Hilfe von Polarisatoren und Analysatoren ein auf die Schaltzellen auftreffender Lichtstrahl modulierbar ist, und mit einem matrixartigen Leiterbahnen-System zur elektronischen Aussteuerung individueller Schaltzellen, wobei durch die in Spaltenrichtung verlaufenden Leiterbahnen in unterschiedlichen Richtungen Ströme zur lokalen Erzeugung von Magnetfeldern an den Orten der Schaltzellen fließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzellen (13) zur zeilenweisen Selektion zusätzlich mit lichtdurchlässigen oder reflektierenden Widerstandselementen (3,4,5; 3', 4', 5'; 6, 7, 8) bedeckt sind und Mittel zum Halten der Schaltzellen (13) auf wenigstens annähernd der Kompensationstemperatur vorgesehen sind, derart, daß bei zeilenweiser Erzeugung von Stromwärme die Temperatur entsprechend zeilenweise über die Kompensationstemperatur erhöht ist und der Schallzustand ausgewählter Schaltzellen (13) entsprechend dem lokal erzeugten Magnetfeld änderbar ist (F^: ig. 3,4,5.1 Oa, b).3. Integrated light modulation matrix for image display and image projection, consisting of a large number of magneto-optical switching cells made of ferrimagnetic material and arranged in rows and columns. a Faraday effect dependent on the switching state, via which a light beam incident on the switching cells can be modulated with the help of polarizers and analyzers, and with a matrix-like conductor path system for the electronic control of individual switching cells, with currents in different directions through the conductor paths running in the column direction local generation of magnetic fields flow at the locations of the switching cells, characterized in that the switching cells (13) for line-by-line selection are additionally provided with translucent or reflective resistance elements (3, 4, 5; 3 ', 4', 5 '; 6, 7, 8 ) are covered and means for keeping the switching cells (13) at least approximately the compensation temperature are provided, such that when line-by-line generation of current heat, the temperature is correspondingly increased line-by-line above the compensation temperature and the sound state of selected switching cells (13) according to the locally generated Magnetf eld is changeable (F ^: ig. 3,4,5.1 Oa, b). 4. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (14, 14') zur Erzeugung der Magnetfelder die Schaltzellen (13) mäanderförmig umschließen (F i g. 10a, b).4. Light modulation matrix according to claim 3, characterized in that the conductor tracks (14, 14 ') surround the switching cells (13) in a meandering shape to generate the magnetic fields (FIGS. 10a, b). 5. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzellen (13) zur Ausbildung der Widerstandselemente zeilenweise mit streifenförmigen Leiterbahnen (16) mit festem Widerstand bedeckt sind,5. Light modulation matrix according to claim 3, characterized in that the switching cells (13) for forming the resistance elements line by line are covered with strip-shaped conductor tracks (16) with a fixed resistance, 6. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung zwischen der Modulationsmatrix und einer äußeren Ansteuerschaltung galvanisch6. Light modulation matrix according to claim 1 or one of the following, characterized in that for the connection between the modulation matrix and an external control circuit galvanically ίο Lötpunkte (17) an den Enden der Leiterbahnen (11, 12) aufgewachsen sind, die durch Erhitzen mit einer Gegenkontaktplatte verbunden werden (solder bumps) (F i g. 7a).ίο Soldering points (17) at the ends of the conductor tracks (11, 12), which are connected to a mating contact plate by heating (solder bumps) (Fig. 7a). 7. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, mit einer Ansteuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Grautonbildern eine Zeitmultiplexansteuerung verwendet ist, bei der die Schaltzellen in Abhängigkeit der darzustellenden Lichthelligkeit unterschiedlich lange auf »hell« oder »dunkel« geschaltet sind, und daß die Schaltfrequenz für jede Schallzelle dabei größer ist als die Grenzfrequenz des menschlichen Auges.7. Light modulation matrix according to claim 1 or one of the following, with a control circuit, characterized in that a time-division multiplex control is used to generate gray-tone images in which the switching cells differ depending on the light brightness to be displayed are switched to »light« or »dark« for a long time, and that the switching frequency for each sound cell is greater than the cutoff frequency of the human Eye. 8. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildabtastung in zeitlichen Intervallen jeweils um den Faktor zwei ansteigender Lange erfolgt8. light modulation matrix according to claim 7, characterized in that the image scanning in takes place at time intervals increasing by a factor of two in length 9. Lichtmodulationsmatrix nach einem der Ansprüche ! bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß9. Light modulation matrix according to one of the claims! to 6, characterized in that so Grautonbilder durch mehrere übereinander angeordnete Lichtmodulationsmatrizen erzeugt sind, deren Modulationseffekt sich addiert.so gray-tone images through several arranged one above the other Light modulation matrices are generated, the modulation effect of which adds up. 10. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationseffekt der übereinander angeordneten Matrizen jeweils um den Faktor zwei ansteigt10. Light modulation matrix according to claim 9, characterized in that the modulation effect of the matrices arranged one above the other increases by a factor of two 11. Lichtmodulationsmatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaltzellen einem bifdpunkt zugeordnet11. Light modulation matrix according to one of the Claims 1 to 6, characterized in that several switching cells are assigned to one bifdpunkt ■so sind, und daß Grautonbilder dadurch erzeugt werden, daß mehr oder weniger dieser Schaltzellen eingeschaltet sind.■ are so, and that grayscale images are generated thereby be that more or less of these switching cells are switched on. 12. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrfarbige BüddarsteUung mit mehreren gleichartigen Modulationsmatrizen je darzustellender Farbe erfolgt, wobei die Einzelbilder übereinander projiziert sind,12. Light modulation matrix according to claim 7 or 11, characterized in that a multicolor Image display is carried out with several modulation matrices of the same type for each color to be displayed, whereby the individual images are projected on top of each other, 13. Lichtmodulationsmatrix nach Anspruch 7 oder II, dadurch gekennzeichnet, daß zur mehrfarbigen13. Light modulation matrix according to claim 7 or II, characterized in that the multicolored V) Bilddarstellung eine Zeitmultiplexansteuerung verwendet ist, bei der eine schnell auf die einzelnen Farben umschaltbare Lichtquelle vorgesehen ist, und jeweils bei Einschalten einer Lichtfarbe mit der Modulationsmatrix das dieser Lichtfarbe zugeordne-V) Image display uses a time division multiplex control is, in which a light source that can be quickly switched to the individual colors is provided, and each time a light color is switched on with the modulation matrix, the one assigned to this light color '"■ te Bild erzeugt wird, und daß das Umschalten auf die einzelnen Farben so schnell erfolgt, daß das Auge eines Beobachters alle erzeugten Bilder gleichzeitig sieht.'"■ th image is generated, and that switching to the individual colors occurs so quickly that the eye of an observer can see all the images produced at the same time sees.