DE2726628C3 - Anzeigetafel - Google Patents
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- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anzeigetafel der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art
Es sind verschiedene Typen von Anzeigetafeln bekannt, z. B. Gasentladungs-Anzeigefelder, elektrochromische
oder Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen, von denen jeder Typ mit bestimmten Nachteilen
behaftet ist. So erfordert z. B. ein Gasentladungs-Anzoigefeld
eine relativ hohe elektrische Leistung für seinen Betrieb; demzufolge muß die Metallisierung für die
Leitungszüge relativ stark ausgeführt sein, um einen hohen Spannungsabfall entlang der Leitungen üu M
verhindern. Außerdem erfordert ein Gasentladungs-Ainzeigefeld
eine relativ komplexe Herstellung.
einem schichtförmigen, deformierbaren, elastischen Material beschrieben, zu dessen beiden Seiten Zeilen-
und Spalten-Elektroden in Matrixform angeordnet sind, wobei sich das elastische Material beim Anliegen eines
elektrischen Feldes zwischen den Elektroden an diesen Stellen derart verformt, daß sich einem Betrachter ein
optisch wahrnehmbares Bild bietet
Dieses BUd entsteht durch Lichtmodulation. Der Lichtmodulator umfaßt eine starke Glasplatte' mit
einem Feld von mairixförmig angeordneten Löchern. Eine Vielzahl voneinander beabstandeter, reflektierender
und leitender Streifen ist über die Glasplatte ausgedehnt Unter jeder Lochspalte ist eine separate
Elektrode angeordnet Ar« die Streifen und Elektroden angelegte elektrische Signale erzeugen in den Teilen
einer Membran über den Löchern eine elektrostatische Ablenkung. Die Ablenkung über irgendeinem Loch ist
abhängig von dem an den Streifen über dem Loch angelegten elektrischen Signal und dem an die
Elektrode unter dem Loch angelegten elektrischen Signal. Im Betrieb treten Reflexionen an den Teilen der
Membran und der reflektierenden Streifen auf, die sich über die Löcher erstrecken. Dabei wird das durch die
Streifen über den Löchern reflektierte Licht in seiner Phase moduliert Diese offenbar unter Einfluß üblichen
Tageslichtes arbeitende Anordnung ist nicht nur aufwendig und komplex, sie weist auch den Nachteil
eines kontrastarmen Bildes auf. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es Aufgabe der Erfindung, die vorausgesetzte
Anzeigetafel so auszubilden, daß sie bei einfacher Herstellungsweise ein kontrastreiches Bild erzeugt
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere zur Erzielung eines Vielfarbbetriebes, sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung der Anzeigetafel nach der vorliegenden Erfindung mit einer
Seitenansicht,
Fig.2 eine Draufsicht auf die Anzeigetafel nach
Fig. 1,
F i g. 3 eine Schnittansicht eines Teils der Anzeigetafel mit der Darstellung von oberen und unteren
Elektroden im unaktivierten Zustand,
Fig.4 eine Darstellung wie in Fig.3, in der jedoch
das Material deformiert ist, um dem intern reflektierten Licht zu gestatten, aus dem Bereich der Deformation
nach außen zu gelangen und
Fig.5 eine Quelle für die Randbeleuchtung der Anzeigetafel.
In den F i g. 1 und 2 ist eine flache Anzeigetafel nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, weiche ein
isolierendes Substrat 10 mit einem darauf durch einen herkömmlichen Prozeß (Aufdampfung oder Zerstäubung)
angebrachten Feld parallel verlaufender Leiterzüge 12 umfaßt Die obere Oberfläche des Substrates 10 ist
mit einem dünnen, transparenten, elastischen Material (Film) 14 bedeckt, welches einen Brechungsindex
aufweist, der größer ist als der des darunterliegenden Substrats 10. Der relativ niedrige Brechungsindex des
Substrates 10 kann auf Glasmaterial beruhen, während das elastische Material 14 ein deformierbares Silikonmaterial
umfassen kann mit einer Dicke in der Größenordnung von ungefähr 25,4 · 10-3mm bis zum
20fachen dieses Wertes. Ein oberes Feld von parallel
verlaufenden Leiterzügen 16 wird aufgedampft oder auf das elastomere Material 14 aufgestäubt, wobei die
oberen Leiterzüge 16 grundsätzlich rechtwinklig zu den unteren Leiterzügen 12 verlaufen, so daß sie eine Matrix
bilden mit Kreuzungspunkten zwischen den oberen und unteren Leiterzügen. Eine oder mehrere Lichtquellen 18
und Prismen 20 sind entlang der Ränder des elastischen Materials 14 montiert, um Licht vorzusehen, welches
von den Rändern in den Film gekoppelt wird. Die Lichtquelle 18 hat um sich herum einen parabolischen to
Reflektor 22, so daß das licht in die Diagonale des Prismas 20 geworfen wird und von der unteren
Oberfläche des Prismas 20 in Winkeln reflektiert wird, welche eine effiziente Kopplung des Lichtes von dem
Prisma in den Film 14 und eine intere Reflexion über diesen Film sicherstellen. Die untere Oberfläche des
elastischen Materials ist mit der Bezugszahl 24 bezeichnet.
Die oberen und unteren Leiterzüge 16 und 12 sind mit herkömmlichen Treiberschaltkreisen 26 verbunden, wie
es durch die Verbindungsleitungen 28 und 30 dargestellt wird. Die Treiber 26 sehen die Leistung zur Erzeugung
des elektrischen Feldes vor, welches ausreichend sein muß, um das elastische Material 14 zu deformieren.
Auswahlmatrix-Torschaltungen 32 aktivieren die ent- 2r>
sprechenden Treiber 26, um ein Spannungspotential über den ausgewählten Paaren oberer und unterer
Leiterzüge 16 und 12 vorzusehen. Die Auswahlmatrix-Torschaltungen bestehen einfach aus einem Feld von
UND-Gliedern, welche im Zusammenhang mit den Ausgabesignalen zur Display-Hingabe 34 betätigt
werden. Im Betrieb wird eine Anforderung für eine bestimmte Anzeige durch herkömmliche Mittel in der
Anzeigeeinheit 34 in ausgewählte Eingabekombinationen für die oberen und unteren Leiterzüge 16 und 12
transformiert Die ausgewählten Matrix-Torschaltungen 32 empfangen diese Eingaben und aktivieren die
entsprechenden Treiber 26. An dem Kreuzungspunkt eines oberen Leitungszuges 16 und eines unteren
Leitungszuge«: 12 tritt eine Spannungsdifferenz auf, wie es durch den gestrichelten Kreis 36 in den F i g. 2 und 4
angedeutet ist Die dadurch bedingte elektrische Kraft versucht an diesem Punkt, den oberen und unteren
Leitungszug einander anzuziehen. Diese Kraft resultiert in einer Deformation des elastischen Materials, welche
am größten in der Gegend des Kreu^ungspunktes ist,
wie es in F i g. 4 durch den Kreisbereich 36 angegeben wird. Wie in F i g. 4 gezeigt, wird das durch den Film sich
verbreitende Licht (Pfeile 38 und 40) in dem Bereich 36 »gestreut« und durch Beobachter der Anzeigetafel
wahrgenommen; es tritt aus der Schicht 14 nach außen.
F i g. 3 zeigt die Lichtstrahlen 38 und 40, welche sich im Film 14 in einem Bereich ausbreiten, in dem keine
Deformation auftritt Dabei werden die Strahlen 38 und 40 intern im elastischen Material 14 reflektiert, ohne daß ·>5
irgend ein Licht nach außen gelangt In diesem Falle wird die obere Fläche des in F i g. 3 gezeigten Panels
dem Betrachter dunkel erscheinen, da keine Spannungen über den oberen und unteren Leitungszügen,
welche sich kreuzen, angelegt sind.
Es ist bekannt, daß ein Lichtstrahl beim Auftreffen auf
eine Trennschicht zweier dielektrischer Materialien verschiedener Brechungszahlen n\ und m abhängig von
der relativen Größe seines Einfalles, des Einfallwinkels und der Polarisation reflektiert, Obertragen oder es
reflektiert und übertragen wird. Für n,
> /J2 existiert ein Winkel Bm «■ sin-'fa/ni) rußerhalb dessen eine Totalreflexion
auftritt bei dem das Licht in das erste Material (n\) übertragen wird. Dieser Winkel θ wird zwischen
dem Lichtstrahl und der Normalen, welche rechtwinklig zu der Ebene der Oberfläche zwischen den beiden
Materialien verläuft, gebildet. Wenn der Bereich mit der
hohen Brechzahl nach oben und unten abgegrenzt wird durch einen Bereich mit einer niederen Brechzahl, dann
kann die Ausbreitung eingeschränkt werden auf die Mitte, wenn der Einfallswinkel θ größer ist als θφ In
dem in Fig.3 gezeigten Beispiel repräsentiert der
elastische Film 14 ein Material mit dem Brechungsindex πι, das Substrat 10 hat den Brechungsindex /J2 und die
Luft oder irgendeine andere transparente, isolierende Schicht in Angrenzung an die obere Oberfläche 42 des
Films 14 hat einen Brechungsindex von no. Auf diese Weise wird der Bereich mit dem relativ hohen
Brechungsindex n\ nach oben und unten durch die Bereiche /*>
und m abgegrenzt
Weil das elektrische Feld Grenzflächenbedingungen an der oberen und unteren Grenzschicht des elastomeren
Films it genügen muß, ist es dem Licht gestattet, sich nur unter bestimmten diskreten Winkeln auszubreiten.
Wenn die Dicke der mittleren Region n\ viel größer
ist als die Wellenlänge des Lichts, so sind die diskreten
Werte nicht evident, da die möglichen Winke! eng beieinander liegen. Das ist nicht der Fall, wenn die Dicke
der mittleren Region n\ in der gleichen Größenordnung
wie die Wellenlänge des Lichtes liegt Sogar, wenn das Licht auf die mittlere Region /i| beschränkt wird, dehnt
sich das elektrische Feld in die obere und untere Region no und ni aus. Die Amplitude jedoch nimmt exponentiell
mit dem Abstand in einer Richtung senkrecht zu der Grenzschicht der Bereiche ab. Wenn ein Bereich eines
hohen Brechungsindex /& (m
> n\ > no) über den Film angeordnet und durch eine dünne Region mit einem
Brechungsindex no und einer Dicke, welche kleiner als
eine Wellenlänge der Lichtstrahlung ist, separiert wird, dann kann Leistung zwischen den beiden effizient
übertragen werden. Das ist die Basis für die Prismenkopplung 20, wie sie in größeren Einzelheiten in F i g. 5
dargestellt ist In dieser Darstellung ist diese dünne Region no mit dem Bezugszeichen 44 in F i g. 5 versehen;
sie kann der natürliche Luftspalt sein, welcher sich bei der Montage des Prismas 20 auf die obere Oberfläche 42
des elastomeren Filmes 14 ergibt Dieser Luftspalt hat den Brechungsindex no, während das Prisma den
Brechungsindex nj aufweist Alternativ kann auch ein
dünner Film aus einem Material mit einem niedrigen Brechungsindex in der Größenordnung von Luft
zwischen der unteren Oberfläche 46 des Prismas und der oberen Oberfläche 42 des elastischen Materials 14
angeordnet werden.
In F i g. 5 wird Licht in die Diagonale des Prismas 20 geleitet, dem gestattet ist, von der unteren Oberfläche
46 reflektiert zu werden. Der Winkel, unter welchem das Licht auf die untere Oberfläche 48 des Prismas 20
auftrifft, bestimmt, ob das Licht in dem elastischen
Material 14 für einen Winkelbereich gekoppelt wird, so daß es eine komplette interne Reflexion gibt Wenn der
Lichtstrahl nicht divergierend ist, wie es bei Verwendung
eines Lasers als lichtquelle der Fall ist, kann die Leistung selektiv unter einem einzigen Winkel oder
einem sehr nahen Bereich von Winkeln eingegeben werden.
Es ist herausgefunden worden, daß das durch das elastische Material \<%geführte licht in Komponenten
modes oder einen Bereich von Winkelwerten aufgeteilt werden kann, welche geeignet sind, das Licht in dem
Material 14 zu verteilen. Mit abnehmender Dicke des
elastischen Materials 14 nimmt auch die Anzahl der Führungsmodes oder der Winkelwertbereiche ab.
Wie im Zusammenhang mit F i g. 3 beschrieben wurde, kann auf der oberen Oberfläche 42 des
elastischen Materials, also zwischen dieser Oberfläche ~> und den Metall-Leiterzügen 16, ein Pufferfilm mit einem
Brechungsindex niedergeschlagen sein, welcher niedriger ist als der des elastischen Materials 14. Die
Verwendung von diesem transparenten äußeren Pufferfiim
ist für die Fälle geeignet, in denen es wünschens- in
wert ist, die Intensität des auf die Metall-Leiterzüge 16 auftreffenden Lichtes ebenso wie die von den Kanten
der Metallisierung ausgehende Lichtstreuung zu minimieren.
Das elastische Material 14 ist kommerziell verfügbar η
als Emerson und Cuming2CN, Eccogel 1265 oder
Dow-Corning XR-63-493. Es wurde herausgefunden, daß es wünschenswert ist. eine Materialstärke in der
Größenordnung von 25,4 · 10-3 mm bis zum 20fachen dieses Wertes vorzusehen. Es gibt eine minimale
Materialstärke, die erforderlich ist zur Erzeugung einer Deformation des elastischen Materials 14, um eine
ausreichend sichtbare »Lichtstreuung« vorzusehen. Außerdem ist die minimale Materialstärke partiell
bestimmt durch die Breite der Leiterzüge 16, damit ein 2r>
ausreichend großer Bereich in Angrenzung an die Leiterzüge verzerrt werden kann, wodurch die Deformation
des Filmes bedingt wird. Eine typische Leiterzugsbreite von ungefähr 100-H)-3 mm bei
5 ■ 10-8 m Dicke kann bei einer Stärke des elastischen Films von ungefähr 150 · 10~3 mm benutzt werden. Es
ist verständlich, daß die Leiterzüge 12 und 16 durch ein Feld von scheibenähnlichen Elekti öden ersetzt werden
können, welche voneinander beabstandet sind und auf beiden Seiten des elastischen Materials angeordnet
werden, so daß durch das Anlegen eines Spannungspotentials über die entgegengesetzt liegenden Elektroden
ein Feld zwischen ihnen hervorgerufen wird, das elastische Material zu deformieren.
Eine Methode der Herstellung eines Anzeigepanels umfaßt die Verwendung einer Pyrex-Glasscheibe,
weiche grundiert und poliert einen Brechungsindex von 1,47 hat. Ein Silberfilm, 2 · 10-' mm dick und 100 · 10"3
mm breit, wird auf das Scheibensubstrat niedergeschlagen und bildet die unteren Leitungszüge 12. Als nächstes
wird das elastische Material 14 mit 1000 Rotationen pro Minute eine Minute lang auf das Substrat 10 gesponnen
und ungefähr 150 · 10~3mm dick abgelagert, dann bei
einer erhöhten Temperatur gehärtet. Dieses wird durch Aussetzen des elastischen Materials einer Gleichstromentladung
von 1000 V bei 0,05 Torr für 30 Sekunden bewirkt um pinpn NJipHprsrhlag auf spiner nhprpn
Oberfläche zu gestatten. Dann werden die oberen Leitungszüge 5· 10-8m dick auf dem gehärteten
elastischen Material durch eine Maske aufgebracht. Der elektrische Kontakt zu den oberen und unteren
Leitungszügen wird mit einem leitenden Harz hergestellt Das rechtwinklige Prisma 20 wird auf dem
Material 14 plaziert und darauf befestigt Der Dünnfilm oder die Luft zwischen der unteren Oberfläche 44 des
Prismas u-:d der oberen Oberfläche 42 des elastischen
Materials unterstützt die Zuführung des Lichtes von dem Prisma in dem Film. Licht von einer fluoreszenten
oder glühenden Quelle oder einem Heliumneonlaser kann durch die diagonale Seite des Prismas 20 auf dem
elastischen Material 14 fokussiert werden. Es breitet sich entsprechend den Pfeilrichtungen über den Film
aus.
Claims (7)
- Patentansprüche:U Anzeigetafel mit einem scbichtförmigen, deformierbaren elastischen Material, zu dessen beiden Seiten Zeilen- und Spalten-Elektroden in Matrix- ■> form angeordnet sind, wobei sich das elastische Material beim Anliegen eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden an diesen Stellen derart verformt, daß sich einem Betrachter ein optisch wahrnehmbares Bild bietet, dadurch gekennzeichnet, daß über mindestens eine optische Anordnung (18, 20, 22) Licht in das elastische Material (14) einkoppelbar ist, welches bei nicht aktivierten Elektroden an den Grenzflächen des elastischen Materials derart reflektiert, daß es innerhalb des Materials verbleibt, und nur an den Stellen aktivierter Elektroden nach außen gelangt.
- 2. Anzeigetafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material (14) einen Brechungsindex aufweist, der größer ist als der >o der an ihm angrenzenden Medien.
- 3. Anzeigetafel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anordnung (22,18, 20) von einem am Rand des elastischen Materials (14) aufgesetzten Prisma (20) gebildet ist, dessen Schrägseite Licht zuführbar ist, welches über einen Luftspalt (44) oder eine Koppelschicht zwischen dem Prisma (20) und dem elastischen Material (14) in dieses (14) einführbar ist
- 4. Anzeigetafel nach Anspruch 3, dadurch ω gekennzeichnet, daß die Dicke des Luftspaltes (44) oder der Koppelschicht kleiner als die Lichtwellenlänge ist
- 5. Anzeigetafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elastischen Material (14) und einer Elektrodenebene (16) ein Pufferfilm mit einem Brechungsindex kleiner als der des elastischen Materials (14) angeordnet ist
- 6. Anzeigetafel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Luftspaltes oder der Koppelschicht kleiner als der des Prismas (20) bzw. des elastischen Materials (14) ist und daß der Brechungsindex des Prismas größer als der des elastischen Materials (14) ist
- 7. Anzeigetafel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß mehrere optische Anordnungen (22,18,20) vorgesehen sind, über die Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge in das elastische Material (14) zur Vielfarbdarstellung einkoppelbar ist. w
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DE2726628B2 DE2726628B2 (de) | 1979-04-12 |
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