DE19540363A1 - Flachbildschirm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachbildschirm insbesondere zur Farbbilddarstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Als Flachbildschirm werden in dieser Beschreibung sowohl Bildschirme im Umfang von Bildpunkten nach Fernsehnormen, als auch Bildschirme im Umfang von wenigen Bildpunkten, im Sinne von Anzeigeeinrichtungen oder Leiteinrichtungen verstanden.

Nach DE 36 22 560 A1 ist ein flacher (Fernseh-) Bildschirm bekannt, der aus einer mit einzelnen Leuchtpunkten, z. B. Leuchtdioden, besetzten Platine aufgebaut ist. Deren Punkte werden durch ein Rasterverfahren mit integrierten Schaltkreisen angesteuert, die analoge Signale verarbeiten.

In der DE 42 34 293 A1 wird ein flacher Matrix-Bildschirm beschrieben, der Lichtpunkte an sich überkreuzenden Leiterbahnen hat. Die matrixförmig angeordneten Lichtpunkte sind II-VI-Quantenschicht-Laserdioden.

Beiden Lösungen ist gemeinsam, daß eine Vielzahl von aktiv lichtstrahlenden Bauelementen matrixförmig angeordnet sind. Diese Lösungen haben den Nachteil, daß die Umwandlung der elektrischen Energie in die Lichtenergie unmittelbar im Bildpunkt erfolgen muß. Zur vollwertigen Farbbilddarstellung müssen in einem Bildpunkt mindestens drei Grundfarben erzeugbar sein, die in ihrer Amplitude von 0% auf 100% modulierbar sein müssen. Durch die Energieumwandlung in der Bildschirmfläche besteht das Problem, die entstehende Verlustleistung in Form von Wärme abzuleiten.

Die Modulierbarkeit der Lichtquellen in den Bildpunkten ist bisher nicht so möglich, daß ein allen Ansprüchen genügendes Farbbild bezüglich Dynamik und Farbbrillanz erzeugbar ist.

In Gerhard-Multhaupt, R., Brinker, W, Tepe, R.: "Optical measurements of the deformation behavior of thin metallized viscoelastic layers for light valves" Progress in Colloid & Polymer Science, Vol. 80: 63-68 (1989) wird ein Lichtventil beschrieben, das aus einer dünnen metallisierten Schicht auf einer elektroviskoelastischen Schicht besteht. Durch eine elektrisch gesteuerte Deformation der Oberfläche entsteht ein Oberflächenprofil, das ein optisches Gitter darstellt. Entsprechend der elektrischen Ansteuerung kann die Reflexion von Licht gesteuert werden. Ein Einsatz des Gitters für Zwecke der Lichtumlenkung und Lichtauskopplung in Wellenleiterstrukturen bzw. aus dem Wellenleiter heraus ist nicht vorgesehen.

In W. Karthe, R. Müller: Integrierte Optik, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig K.-G., Leipzig, 1991, S. 97-100, werden periodische Strukturen auf optischen Wellenleitern angegeben, die eine effektive Lichtauskopplung aus Wellenleitern ermöglichen.

In W. Karthe, R. Müller: Integrierte Optik, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig K.-G., Leipzig, 1991, S. 226-232, werden periodische Strukturen auf optischen Wellenleitern angegeben, die eine effektive Lichtumlenkung in koplanaren Wellenleitern ermöglichen. Es werden Methoden der Gittererzeugung diskutiert.

In dem US-Patent 4,504,038 werden Wellenleiter auf schwebenden mikromechanischen Bauelementen als Lichtablenker (Deflektor) beschrieben. Die Technologie der Integration von Streifen-Wellenleitern auf frei schwebenden mikromechanischen Elementen ist in OPTO 7, 1990, S. 135-139, in Micro System Technologies, 1991, S. 482-485 und in Sensors and Actuators A29, 1991, S. 219-223 beschrieben.

Der DE 42 30 087.6 A1 zufolge sind Cantilever (Ausleger, vorspringender Träger) mit einem darauf angeordneten Wellenleiter anwendbar als

• - Partikelsensor (Partikel strömen durch Schlitz)
• - mechanischer Licht-Mikroschalter, Licht-Modulator, A/D-Wandler
• - Mikroresonator.

Erreicht werden diese Anwendungen mit einer Vorrichtung, bei der das frei schwingend gelagerte Austrittsende des Wellenleiters gegenüber einer spiegelnden Fläche und/oder gegenüber einem weiterführenden Wellenleiter angeordnet ist.

Es wurde weiterhin in der DE 195 03 929.7 A1 bereits vorgeschlagen, Breitband- Wellenleiter zur räumlichen Zusammenführung von Lichtanteilen verschiedener Farbe bzw. Wellenlänge für ein Farbbilderzeugungssystem zu verwenden.

Die Erfindung soll das Problem lösen, einen flachen Bildschirm zu schaffen, der insbesondere zur Farbbilddarstellung geeignet ist und der unter Nutzung der additiven Farbmischung in Verbindung mit dem Auflösungsvermögen des Auges aus mindestens drei Grundfarben eng aneinanderliegende Bildpunkte erzeugt, die alle Farbwerte darstellen können. Dabei soll die Lichterzeugung außerhalb des Bereiches erfolgen, in dem die Bildpunkte angeordnet sind. Alle elektronischen und optischen Komponenten eines Farbbilderzeugungssystems sollen in ihrer extremsten Ausbildung auf einem Träger integriert sein, der als Flachbildschirm ausgebildet ist.

In diesem Zusammenhang sollen neuartige Prinzipien der schaltbaren und/oder modulierbaren Lichtstrahlumlenkung in koplanaren Wellenleiterstrukturen und der Lichtstrahlauskopplung aus Wellenleitern verwendet werden.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Flachbildschirm gemäß dem Oberbegriff durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Die Unteransprüche 2 bis 58 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Hauptanspruchs, insbesondere zur Erzeugung farbiger Bilder.

Die beanspruchten Varianten zur Realisierung der Auskoppelstellen und der Verteilerstellen sind zum Teil neue Lösungen optischer Bauelemente, die auch für andere Anwendungsfälle geeignet sind.

Die erfindungsgemäßen Flachbildschirme zur Farbbilddarstellung gemäß dem Anspruch 1 beruhen auf dem Grundgedanken, daß Wellenleiter in einer Ebene regelmäßig angeordnet werden, jeweils mindestens ein Ende jedes Wellenleiters mit einer Lichtquelle verbunden ist und jeder Wellenleiter mindestens eine Auskoppelstelle hat wobei die Auskoppelstellen der Wellenleiter matrixförmig in der Ebene verteilt angeordnet sind.

Gemäß Anspruch 2 sind die Auskoppelstellen mittels einer Ansteuereinrichtung aktiv steuerbar, das heißt schaltbar und/oder intensitäts- oder amplitudenmodulierbar.

Die erfindungsgemäßen Flachbildschirme zur Farbbilddarstellung gemäß dem Anspruch 3 beruhen auf einer Wellenleiterstruktur, bei der eine zeitmultiplexe Abstrahlung von Licht mindestens dreier Wellenlängen realisiert ist.

Die erfindungsgemäßen Flachbildschirme zur Farbbilddarstellung gemäß dem Anspruch 4 beruhen auf der matrixförmigen Anordnung von integriertoptischen Wellenleitern oder Quasi-Wellenleitern (z. B. ARROW′s), im folgenden als Wellenleiter bezeichnet, wobei mindestens die innenliegenden (innerhalb der Randelemente liegenden) Matrixelemente steuerbare Auskoppelstellen sind und wobei mindestens eine Lichtquelle an den Eingang eines Wellenleiters angeschlossen ist, der eine außenliegende Zeile oder Spalte ist.

Das Bilderzeugungssystem zur Erzeugung eines Farbbildes beruht in einem Fall auf einer Breitband-Wellenleiter-Matrix mit 1 k n Zeilen und mit 1 l m Spalten in einem oder auf einem Substrat, wobei eine Verteilung der mindestens drei Lichtanteile, vorzugsweise in den Grundfarben Rot, Grün und Blau, aus mindestens einer Lichtquelle in mindestens eine außenliegende Wellenleiter-Zeile und/oder Wellenleiter-Spalte erfolgt und in dieser außenliegenden Zeile durch Verteilerelemente eine Umlenkung aller Lichtanteile auf mindestens eine innerhalb der Matrix liegende Kreuzungsstelle erfolgbar ist. Nur dieses eine, von den mindestens drei Lichtanteilen über die Wellenleiter zeitgleich gemeinsam oder zeitmultiplex angestrahlte Matrixelement (Pixel), ist eine steuerbare Auskoppelstelle, die auf "Licht abstrahlen" geschaltet ist.

Nur aus diesem Matrixelement (Pixel) ist räumlich zusammengeführtes Licht oder zeitmultiplex überlagertes Licht aus der Substratebene heraus abstrahlbar. Alle übrigen nicht am Rand der Matrix liegenden Matrixelemente, also alle anderen Auskoppelstellen, sind auf Durchgang geschaltet, strahlen also kein Licht ab.

Die erfindungsgemäßen Flachbildschirme zur Farbbilddarstellung gemäß dem Anspruch 5 beruhen auf der Anordnung von mindestens drei völlig unabhängigen Wellenleiterstrukturen, die in die Ebene des Substratmaterials eingebracht sind, wobei die Kreuzungsstellen im Bereich des darzustellenden Bildes völlig passiv sind, und zur vollwertigen Farbbilderzeugung mindestens drei Arten von Lichtquellen in jeweils einer Grundfarbe an mindestens einen Eingang jeweils einer Wellenleiterstruktur angeschlossen sind, die durch die außenliegende Zeilen und/oder Spalten gekennzeichnet sind und in jedem Wellenleiter matrixförmig angeordnete Auskoppelstellen vorgesehen sind, wobei zueinandergehörige Auskoppelstellen der drei unabhängigen Wellenleiter räumlich eng aneinander liegen und derart ein Triplett bilden. Die Anordnung der Wellenleiter kann hier zeilenförmig oder spaltenförmig oder zeilen- und spaltenförmig sein.

Die Anordnung der Tripletts ergibt eine Matrix von Bildpunkten (Pixel).

Die Auskoppelstellen sind vorzugsweise so gestaltet, daß verschiedene Betrachter beim Betrachten aus verschiedenen Winkeln innerhalb eines Winkelbereiches von etwa 45 Grad zur Senkrechten auf dem Bildschirm einen annähernd gleichen farblichen und helligkeitsmäßigen Eindruck erhalten. Im Allgemeinen ist eine diffuse Abstrahlung günstig. Unter Umständen kann aber auch ein eingeengter Betrachtungswinkel vorteilhaft sein.

Die Lichteinkopplung erfolgt immer vom Rand der zeilen- und/oder spaltenweise angeordneten Wellenleiter her.

Zur Lichteinkopplung stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung:

• 1. Zur vollwertigen Farbbilderzeugung sind mindestens eine der Zeilenzahl und der Spaltenzahl entsprechende Anzahl von drei Arten von Lichtquellen in jeweils einer Grundfarbe an den Eingängen der Wellenleiter angeschlossen, wobei jeweils eine außenliegende Zeile oder Spalte zur Einkopplung einer Grundfarbe dient.
• 2. In mindestens einer der Randzeilen und/oder Randspalten sind die Kreuzungsstellen an den Randelementen der Matrix als steuerbare Verteilerstellen ausgebildet und mindestens ein Wellenleiterende, das einem Wellenleiter einer jeweilige Randzeile und/oder Randspalte der Matrix zugehörig ist, ist an mindestens eine Lichtquelle angekoppelt.

Das Licht je einer Lichtquelle wird in je einen Eingang eines Wellenleiters eingekoppelt, der sich in einer Randzeile oder einer Randspalte befindet.

Weiterhin können Wellenleiterkreuzungen der Zeilen und Spalten bei Bedarf völlig passiv sein. Das ist einerseits insbesondere bei Kreuzungen am Rand der Matrix notwendig, andererseits bei der Verwendung der unabhängigen Wellenleiterstrukturen, wobei jede unabhängige Wellenleiterstruktur für eine Grundfarbe vorgesehen ist.

Die Verteilerstellen und die Auskoppelstellen sind aktive, steuerbare Bereiche der Wellenleitermatrix. In jeder dieser Stellen können eine Schaltfunktion oder eine Amplitudenmodulation bzw. Intensitätsmodulation des Lichts realisiert werden. Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung der Matrixelemente mit elektronischen Mitteln. Dabei können besonders günstig die Komponenten aus Mikrooptik, integrierter Optik, Mikromechanik und Mikroelektronik auf einem Träger integriert werden.

Die Verteilerstellen und die Auskoppelstellen sind in Form eines schaltbaren oder eines nichtschaltbaren Lichtumlenkers gestaltet: mit Hilfe von optischen Gittern (beugungsoptisch) oder mit strahlungsoptischen Reflektoren oder moden- interferenzoptischen Verbindungsaufspaltern oder Quasi-Wellenleiterkopplern. Verteilerstellen und/oder Auskoppelstellen sind im Bedarfsfall elektrisch so ansteuerbar, daß zu einem Zeitpunkt Farbwerte in Bildpunkten darstellbar sind. Die technischen Lösungen dieser Prinzipien sind beliebig kombinierbar und gegeneinander austauschbar.

Die Funktion der Verteilerstellen und die Funktion der Auskoppelstellen beruht im Prinzip auf gleichen gitteroptischen oder reflexionsoptischen oder moden- interferenzoptischen Effekten:

1. Gitteroptische Prinzipien (Wellenbeugung)

a) Auf oder unter dem Wellenleiter ist eine Schicht aufgebracht, die im Ruhezustand geometrisch und optisch homogen ist und dadurch das Licht im Wellenleiter nicht beeinflußt. Im Falle einer Ansteuerung (Arbeitszustand) wird in der Schicht ein optisches Gitter (Brechzahlgitter) oder geometrisches Gitter (Amplitudengitter) erzeugt, das eine Lichtauskopplung in den Betrachtungsraum oder eine Richtungsumlenkung innerhalb der Einzelwellenleiter bewirkt, wobei die optischen Gitter durch periodische Variation der optischen Eigenschaften als Brechzahlgitter oder Absorptionsgitter realisierbar sind und die Steuerung durch

• - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto­ optische, photothermische Modulation,
• - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
• - Elektroabsorptionsmodulation erfolgbar ist, oder die Gitter Amplitudengitter sind, die
• - durch eine mit einem elektrischen Feld beaufschlagte Schicht aus einem elektroviskoelastischem Stoff,
• - durch Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts oder
• - durch einen anderen äußeren mechanischen Einfluß (Aufdrücken eines Stempels) steuerbar sind.

Die auf oder unter dem Wellenleiter aufgebrachte aktive Schicht sollte transparent sein, um eine geringe Wellenleiterdämpfung zu erreichen. Eine nichttransparente aktive Schicht hat eine starke Dämpfung. Eine zwischen die nichttransparente aktive Schicht und den Wellenleiter angeordnete transparente Pufferschicht verbessert das Dämpfungsverhalten, verringert jedoch die Effizienz des Gitters.

b) Der Wellenleiter besteht selbst aus einem Material, in dem sich durch geeignete Ansteuerung ein optisches Gitter (Brechzahlgitter) oder geometrisches Gitter (Amplitudengitter) erzeugen läßt, wodurch im Ansteuerungsfall eine Lichtauskopplung in den Betrachtungsraum oder eine Richtungsumlenkung innerhalb der Einzelwellenleiter bewirkt wird, wobei die optischen Gitter durch periodische Variation der optischen Eigenschaften als Brechzahlgitter oder Absorptionsgitter realisierbar sind, die durch

• - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto- optische, photothermische Modulation,
• - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien oder
• - Elektroabsorptionsmodulation steuerbar sind, oder die Gitter Amplitudengitter sind, die
• - durch mit einem elektrischen Feld beaufschlagte Wellenleiter aus einem elektroviskoelastischem Stoff,
• - durch Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts,
• - durch einen anderen äußeren mechanischer Einfluß (Aufdrücken eines Stempels) oder
• - durch Nutzung eines Wellenleiters aus einem flexiblem Material, der sich bei Änderung einer unter dem Wellenleiter liegenden elektroviskoelastischen Schicht mit dieser zusammen gitterförmig aufwölbt, steuerbar sind.

Steuerbare Gitter können gleichzeitig zur Modulation der Lichtstrahlauskopplung und der Lichtintensität genutzt werden.

Prinzipiell gelingt die Lichtauskopplung mit einem steuerbaren Gitter auch, wenn die Lichtanteile aus drei Richtungen kommen und an einer Kreuzungsstelle ausgekoppelt werden.

Ob das Gitter Licht aus der Wellenleiterstruktur auskoppelt oder Licht in Wellenleitern umgelenkt wird und die Effizienz der Auskopplung oder Umlenkung hängen allein von den geometrisch-stofflichen Eigenschaften des Gitters ab. Diese sind

• - Gitterperiode,
• - Längenverhältnis Gittersteg zu dem Gebiet zwischen den Stegen,
• - Krümmung der Gitterstege,
• - Dicke der Gitterstege,
• - Form der Gitterstege,
• - Übergitter,
• - Chirp (Veränderung der Gitterperiode),
• - räumliche Ausdehnung des Gitters, d. h. Anzahl der Gitterstege und Winkellage der Gifterstege zum Wellenleiter und
• - bipolare Ansteuerung nebeneinanderliegender Gitterstege gegen eine Masseelektrode als parallelliegende Schicht oder bipolare Ansteuerung gegenüberliegender Gitterstege, wobei der Wellenleiter zwischen den Gitterstegen unterschiedlicher Polarisation liegt.

Durch entsprechende Dimensionierung kann auch eine Fokussierung oder eine Defokussierung des Lichts oder ein Hervorheben einzelner Beugungsordnungen realisiert werden.

Sogenannte Bragg-Gitter (das sind vergleichsweise dicke Gitter) lenken Licht in der Wellenleiterebene um. Der Bragg-Einfluß ist gegenüber der Lichtauskopplung primär. Je stärker die Störung ist, die das Gitter auf das Licht ausübt (z. B. Gitteramplitude beim Amplitudengitter oder Brechzahländerung beim Brechzahlgitter), desto effizienter ist die Lichtauskopplung oder die Lichtumlenkung.

Die Gitterstruktur auf dem Wellenleiter ist in den Verteilerstellen zum Beispiel 45° zur Einfallsrichtung des Lichts (Längsausdehnung des Wellenleiters) ausgerichtet. Zur Lichtstrahlauskopplung in den Auskoppelstellen sind vorzugsweise zwei Gitterstrukturen so übereinander angeordnet, daß jeweils eine im rechten Winkel zur Längsausdehnung des Wellenleiters ausgerichtet ist.

Es ist jedoch auch eine Schräglage einer Gitterstruktur zur Richtung der Lichtstrahlauskopplung vorgesehen, z. B. 45°, wobei hier die Effektivität der Lichtauskopplung etwas geringer ist.

Ein steuerbares Brechzahlgitter kann auch unter Ausnutzung des elektrooptischen Effekts erzeugt werden. Zu diesem Zweck ist eine der Gitterperiode entsprechend geeignete Elektrodenanordnung auf und/oder unter dem Wellenleiter vorzusehen, die den Bereich, in dem das Brechzahlgitter entsteht, alternierend in positiver und negativer Richtung mit einem elektrischen Feld durchsetzt, welches eine periodische Brechzahländerung erzeugt.

Je nach Ausführungsform ist die Lichtabstrahlung durch die optischen Gitter in einem ersten Fall steuerbar, vorzugsweise über eine Ansteuereinrichtung durch elektrische Mittel, das heißt, wenn Licht im Wellenleiter geführt wird, wird es in den Betrachtungsraum ausgekoppelt oder es wird im Wellenleiter weiter geführt, oder in einem zweiten Fall nicht steuerbar, das heißt, wenn Licht im Wellenleiter geführt wird, wird es auch in den Betrachtungsraum ausgekoppelt.

2. Strahlungsoptische Prinzipien

Verteilerstellen und Auskoppelstellen sind durch optische Bauelemente realisiert, die im Bedarfsfall schaltbar sind, und Licht in einen Wellenleiter umlenken oder Licht in den Betrachtungsraum abstrahlen.

Die Lichtabstrahlung erfolgt durch "reguläre" oder "diffuse" Reflexion an einem Reflektor.

Je nach Ausführungsform ist die Lichtabstrahlung durch die Reflektoren in einem ersten Fall steuerbar, vorzugsweise über eine Ansteuereinrichtung durch elektrische Mittel, das heißt, wenn Licht im Wellenleiter geführt wird, wird es in den Betrachtungsraum ausgekoppelt oder es wird im Wellenleiter weiter geführt, oder in einem zweiten Fall nicht steuerbar, das heißt, wenn Licht im Wellenleiter geführt wird, wird es auch in den Betrachtungsraum ausgekoppelt.

3. Moden-interferenzoptische Prinzipien

Zur Lichtverteilung werden Bauelemente verwendet, die als Y-Verteiler, Richtkoppler, Parallelstreifenkoppler und BOA bezeichnet werden. Im Falle der Verwendung von Quasi-Wellenleitern (z. B. ARROW′s) können auch Quasi-Wellenleiter-Koppler (z. B. ARROW-Koppler) verwendet werden.

Diesen Bauelementen können Auskoppelstellen in Form von Gittern oder Reflektoren nachgeschaltet werden.

Die Amplituden- oder Intensitätsmodulation des Lichts erfolgt gleichzeitig für jeden Anteil oder zeitmultiplex im Einkoppelwellenleiter und/oder durch die Lichtquelle selbst und/oder zwischen der Lichtquelle und dem Einkoppelwellenleiter und/oder durch Modulation in den Verteilerstellen und/oder durch Modulation in den Auskoppelstellen. Die Amplituden- oder Intensitätsmodulation des einkoppelbaren oder des eingekoppelten Lichts der Lichtquellen und/oder das Schalten des Lichts in den Verteilerstellen und/oder Auskoppelstellen erfolgt nach einem oder mehreren der nachfolgend genannten Prinzipien durch:

• - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische, photothermische Modulation in den Breitband-Wellenleitern und/oder in den Verteilerstellen und/oder in den Auskoppelstellen,
• - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien in den Breitband-Wellenleitern und/oder in den Verteilerstellen und/oder in den Auskoppelstellen,
• - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische oder photothermische cut-off-Modulation in den Breitband-Wellenleitern,
• - cut-off-Modulation aufgrund der Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien in den Breitband-Wellenleitern,
• - steuerbare Wellenleiterverstärkung in den Breitband-Wellenleitern,
• - steuerbare Polarisationsdrehung in Verbindung mit einem Polarisator in den Breitband-Wellenleitern und/oder in den Verteilerstellen und/oder in den Auskoppelstellen,
• - Wellenleiter-Modenwandlung in den Breitband-Wellenleitern,
• - Elektroabsorptionsmodulation in den Breitband-Wellenleitern,
• - Modulation mit Hilfe integriert-optischer Interferometerstrukturen oder integriert- optischer Schalt- oder Verteilerelemente wie X-Koppler, Parallelstreifenkoppler, Richtkoppler oder BOA unter Ausnutzung der in den ersten beiden Anstrichen genannten physikalischen Effekte in den Breitband-Wellenleitern, die gegebenenfalls einmodig sind,
• - Modulation der Lichtquelle selbst,
• - Modulation durch Änderung der Koppeleffektivität Lichtquelle-Wellenleiter oder
• - Modulation durch Strahlabschwächer, wie steuerbare Blenden oder Absorber, die nach der Lichtquelle angeordnet sind, oder
• - Modulation durch steuerbare reflexionsoptische Bauelemente wie Spiegel, Prismen.

Die Anordnung der Wellenleiter kann mit gleichen Abständen in Zeilen und Spalten oder nur in Zeilen oder nur in Spalten erfolgen. Die Abstände der Zeilen voneinander und/oder der Spalten voneinander können auch unterschiedlich groß sein.

Der Winkel zwischen sich kreuzenden Wellenleiter ist vorzugsweise 90°, kann aber auch kleiner 90°, vorzugsweise 60° sein, so daß die sich kreuzenden Wellenleiter schräg aufeinanderstoßen.

Die Substratoberfläche ist vorzugsweise plan, kann aber auch konkav oder konvex sein, um bestimmte Eigenschaften der Lichtabstrahlung zu erzielen.

Die Materialauswahl für das Substrat und/oder für den Träger muß so erfolgen, daß die an den Auskoppelstellen erscheinenden Lichtpunkte aus räumlich zusammengeführten Lichtanteilen in einem guten Kontrast wahrnehmbar sind. Das Material für den Träger und/oder für das Substrat sollte vorteilhaft eine möglichst dunkle, im Idealfall schwarze Farbe haben.

Als Material für das Substrat können alle bekannten Materialien Verwendung finden, in denen oder auf denen Wellenleiter erzeugbar und Lichtanteile steuerbar umlenkbar sind. Vorzugsweise findet Silizium Anwendung, weil die technologischen Voraussetzungen zur Verarbeitung dieses Materials zur Erzeugung von Mikrooptik, Mikromechanik und Mikroelektronik sehr gut entwickelt sind und gute Voraussetzung für eine mikrosystemtechnische Integration gegeben sind.

Um ein Farbbilderzeugungssystem mit dem erfindungsgemäßen Flachbildschirm zu erhalten, sind auf dem flächenhaften Träger zweckmäßigerweise alle optischen, mikromechanischen und/oder elektronischen Komponenten integriert.

Die Integration kann hybrid erfolgen oder in einer extremen Ausbildung der Erfindung monolithisch realisiert werden.

Der Träger nimmt das flächenhafte Substratmaterial mit den Wellenleitern, die Lichtquellen und die Ansteuereinheit für die Energieversorgung bzw. Steuerung der Lichtquellen und die Steuerung der aktiven Elemente der Wellenleitermatrix, Verteilerstellen und Auskoppelstellen auf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Flachbildschirme mit Lichtabstrahlung in aktiv steuerbaren Auskoppelstellen, die jeweils einen Bildpunkt bilden,

Fig. 2 Flachbildschirme mit Lichtabstrahlung in mehrere unabhängige Wellenleiter und jeweils zugehörig mehreren aktiv steuerbaren Auskoppelstellen, die einen Bildpunkt bilden,

Fig. 3 Flachbildschirme mit Lichtabstrahlung in mehrere unabhängige Wellenleiter mit jeweils nur einer passiven Auskoppelstelle in jedem Wellenleiter,

Fig. 4 Flachbildschirm mit kreuzenden Wellenleitern und acht Lichtquellen (nach Fig. 1b),

Fig. 5 Flachbildschirm mit drei Lichtquellen (nach Fig. 1b),

Fig. 6 Flachbildschirm mit einer Lichtquelle (nach Fig. 1b),

Fig. 7 Flachbildschirm mit drei Gruppen von Lichtquellen, die Licht jeweils in einer der drei Grundfarben abstrahlen (nach Fig. 1a),

Fig. 8 weitere Wellenleiterstrukturen mit sich kreuzenden Wellenleitern und Auskoppelstellen in den Kreuzungsstellen (nach Fig. 1b),

Fig. 9 Flachbildschirm mit drei unabhängigen Wellenleiterstrukturen und Auskoppelstellen in jedem Wellenleiter (nach Fig. 2b),

Fig. 10 Flachbildschirm mit nur zeilenweiser Anordnung der Wellenleiter im Bereich der Bilddarstellung und drei Lichtquellen (nach Fig. 2b),

Fig. 11 weitere Wellenleiterstrukturen mit kreuzenden Wellenleitern und Auskoppelstellen außerhalb der Kreuzungsstellen (nach Fig. 2a),

Fig. 12 Querschnitt einer Ausführung des Flachbildschirms mit der elektroviskoelastischen Schicht auf dem Wellenleiter,

Fig. 13 Auskoppelstelle als steuerbares Gitter nach Fig. 12,

Fig. 14 Verteilerstelle als steuerbarer Lichtumlenker nach Fig. 12,

Fig. 15 Querschnitt einer Ausführung des Flachbildschirms, bei dem die Wellenleiter selbst elektroviskoelastisch sind,

Fig. 16 Auskoppelstelle als steuerbares Gitter nach Fig. 15,

Fig. 17 Verteilerstelle als steuerbarer Lichtumlenker nach Fig. 15,

Fig. 18 Querschnitt einer Ausführung des Flachbildschirms, bei dem die elektroviskoelastische Schicht unter dem Wellenleiter ist,

Fig. 19 Auskoppelstelle als steuerbares Gitter nach Fig. 18,

Fig. 20 Verteilerstelle als steuerbarer Lichtumlenker nach Fig. 18,

Fig. 21 Querschnitt einer Ausführung des Flachbildschirms mit Brechzahlgitter unter Ausnutzung des elektrooptischen Effekts,

Fig. 22 Auskoppelstelle als steuerbares Gitter nach Fig. 21,

Fig. 23 Verteilerstelle als steuerbarer Lichtumlenker nach Fig. 21,

Fig. 24 Auskoppelstelle mit drei steuerbaren Gittern, wobei jeweils ein Gitter zur Auskopplung jeweils einer Grundfarbe aus einem Wellenleiter dient,

Fig. 25 Verteilerstelle als steuerbarer mikrooptischer-mikromechanischer Reflektor (Cantilever),

Fig. 26 Auskoppelstelle als steuerbarer Reflektor, wobei der Reflektor auf dem Wellenleiter angebracht ist,

Fig. 27 Auskoppelstelle als steuerbarer Reflektor, wobei der Reflektor unterhalb des Wellenleiters angebracht ist,

Fig. 28 Auskoppelstelle mit drei steuerbaren Reflektoren, wobei jeweils ein Reflektor zur Auskopplung jeweils einer Grundfarbe aus einem Wellenleiter dient,

Fig. 29 steuerbare Reflektoren in der Kreuzungsstelle zweier Wellenleiter, die als Auskoppelstelle dient,

Fig. 30 Flachbildschirm mit steuerbaren moden-interferenzoptischen Verteilern zur Lichtumlenkung und nichtsteuerbaren optischen Gittern zur Lichtauskopplung,

Fig. 31 Auskoppelstelle als Kombination eines steuerbaren moden- interferenzoptischen Verteilers zur Lichtumlenkung und eines nichtsteuerbaren optischen Gitters zur Lichtauskopplung,

Fig. 32 Auskoppelstelle als Kombination eines steuerbaren moden- interferenzoptischen Verteilers zur Lichtumlenkung und eines nichtsteuerbaren Reflektors zur Lichtauskopplung,

Fig. 33 Anordnung der Auskoppelstellen im Triplett bei sich kreuzenden Wellenleitern (nach Fig. 31),

Fig. 34 Anordnung der Auskoppelstellen im Triplett bei parallel verlaufenden Wellenleitern (nach Fig. 31),

Fig. 35 Flachbildschirm mit drei unabhängigen Wellenleiterstrukturen, und nur einer passiven Auskoppelstelle in jedem Wellenleiter und Varianten von passiven Auskoppelstellen (nach Fig. 3d),

Fig. 36 moden-interferenzoptische vertikale Verteiler,

Fig. 37 moden-interferenzoptische laterale Verteiler.

Die Fig. 1 und die Fig. 2 verdeutlichen zwei Grundvarianten und die der Erfindung zugrundeliegenden zwei Prinzipien der Funktion der aktiv steuerbaren Auskoppelstellen zur Farbbilddarstellung: a) Die Auskoppelstelle ist in der Lage, Licht des gesamten sichtbaren Spektrums auszukoppeln, b) mehrere Auskoppelstellen bilden einen Bildpunkt, wobei jeweils eine Auskoppelstelle Licht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs auskoppelt.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Grundvariante, die eine Vereinfachung gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Variante ist, bei der jeder Wellenleiter in der Lage sein muß, Licht mindestens einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs zu übertragen und bei der jeder Wellenleiter nur eine passive Auskoppelstelle hat.

Die Fig. 4 bis 8 zeigen Varianten der Wellenleiterstruktur mit Auskoppelstellen nach dem Prinzip a).

Die Fig. 9 bis 11 zeigen Varianten der Wellenleiterstruktur mit aktiv steuerbaren Auskoppelstellen in den Wellenleitern nach dem Prinzip b). Die eventuell vorhandenen Kreuzungsstellen sind im Bildfeld völlig passiv.

Die Fig. 12 bis 24 zeigen Ausbildungen der Auskoppelstellen und der Verteilerstellen als optische Gitter.

Die Fig. 25 bis 29 zeigen die Ausbildung der Auskoppelstellen und der Verteilerstellen als Cantilever. Das sind mikromechanische/mikrooptische Bauelemente, für die Verteilerstelle 6 und/oder die Auskoppelstelle 5, die auf dem reflexionsoptischen Prinzip beruhen.

Die Fig. 30 bis 34 zeigen Ausbildungen der Auskoppelstellen und der Verteilerstellen, die mit Hilfe von moden-interferenzoptischen Verteilern realisiert sind. Die Lichtauskopplung erfolgt durch in den Betrachtungsraum abgebogene Wellenleiterenden (nicht dargestellt) oder durch optische Gitter oder durch optischen Reflektoren.

Die Fig. 35 zeigt eine Ausführung des Flachbildschirms der in Fig. 3 dargestellten Grundvariante, bei der jeder Wellenleiter nur eine nicht steuerbare Auskoppelstelle hat, mit drei unabhängigen Wellenleiterstrukturen auf einem Substrat und drei Lichtquellen. Die Fig. 36a bis 36e und 37a bis 37e zeigen Ausbildungen der Auskoppelstellen und der Verteilerstellen, die mit Hilfe von moden-interferenzoptischen Verteilern.

Fig. 1a zeigt regelmäßig in oder auf einem Träger 9 angeordnete Wellenleiter 3. Die Wellenleiter 3 haben entlang ihrer Längsausdehnung gleichmäßig verteilt angeordnete aktiv steuerbare Auskoppelstellen 5. Somit bilden die Auskoppelstellen 5 eine matrixförmige Anordnung von Bildpunkten. Jeweils ein Ende jedes Wellenleiters 3 ist mit einer Lichtquelle 2 verbunden. Die Lichtquellen 2 und die Auskoppelstellen 5 sind so ansteuerbar, daß sie Licht einer Farbe oder verschiedenfarbiges Licht abstrahlen und helligkeits- und/oder farbmodulierte Lichtanteile zu einem gegebenen Zeitpunkt aus mindestens einer Auskoppelstelle 5 in den Betrachtungsraum 14 austreten können. Durch eine schnelle zeitliche Aneinanderreihung der aus den Auskoppelstellen 5 nacheinander in den Betrachtungsraum 14 austretenden Lichtanteile unterschiedlicher Intensität entsteht im Auge der Eindruck eines Bildes, das im Falle der Farbmodulation bunt ist. Gemäß der in Fig. 1a dargestellten Anordnung kann jeweils eine Auskoppelstelle jedes Wellenleiters zu einem Zeitpunkt so geschaltet werden, daß dieses Licht in den Betrachtungsraum abgestrahlt wird.

Fig. 1b ist gegenüber der Fig. 1a dahingehend abgeändert, daß die Wellenleiterenden nicht mit Lichtquellen verbunden sind, sondern daß die Lichtquelle 2 mit einem weiteren Wellenleiter 3′ verbunden ist. Kreuzungsstellen 4 der Wellenleiter 3 und 3′ sind Verteilerstellen 6 zur steuerbaren Lichtumlenkung und übernehmen die Verteilung des Lichts vom Wellenleiter 3′ in die Wellenleiter 3.

Gemeinsam ist den Varianten nach Fig. 1, daß die Abstrahlung von Lichtanteilen verschiedener Wellenlängen in einer Auskoppelstelle 5 erfolgt und daß die Wellenleiter zur vollwertigen Farbbilddarstellung optische Breitband-Wellenleiter, insbesondere Weißlicht-Wellenleiter, sein müssen.

Fig. 2a entspricht im Wesen der Variante 1a, mit dem Unterschied, daß zur vollwertigen Farbbilddarstellung drei nebeneinanderliegende Wellenleiter 3 so zusammen gehören, daß die drei aneinanderliegenden Auskoppelstellen 5 ein Triplett 27 bilden und dieses Triplett einen Bildpunkt darstellt. Dabei ist jeder Wellenleiter und damit jede Auskoppelstelle 5 nur mit Licht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs beaufschlagt.

Diese Variante hat den Vorteil, daß die Wellenleiter und die Auskoppelstellen für die jeweilig zu übertragende Wellenlänge optimiert und optisch schmalbandige Wellenleiter eingesetzt werden können.

Fig. 2b entspricht im Wesen der Variante 1b, mit dem Unterschied, daß zur vollwertigen Farbbilddarstellung drei nebeneinanderliegende Wellenleiter so zusammen gehören, daß die drei aneinanderliegenden Auskoppelstellen 5 ein Triplett 27 bilden. Die Wellenleiterstrukturen jeweils einer Farbe sind völlig unabhängig von den Wellenleitern, die die anderen Farben übertragen. Die Kreuzungsstellen 7 verschiedener Wellenleiterstrukturen sind passiv. Im übrigen gelten die Ausführungen zu Fig. 2a.

In den Fig. 3a und 3b werden Anordnungen von parallel verlaufenden Wellenleitern gezeigt. Jeder einzelne Wellenleiter 3 ist mit einer einzeln steuerbaren Lichtquelle 2 verbunden. Die Wellenleiter 3 sind in Gruppen zusammengefaßt. Jeder Wellenleiter einer Gruppe hat eine unterschiedliche Länge. An den Enden jedes Wellenleiters ist eine nicht steuerbare Auskoppelstelle 5 ausgebildet. Drei aneinanderliegende Auskoppelstellen, die verschiedene Farben abstrahlen können bilden ein Triplett 27, das einen Bildpunkt darstellt. Die Auskoppelstellen 5 (und damit auch die Bildpunkte) bilden eine matrixförmige Anordnung. Die Ansteuerung des Farbbildschirms erfolgt hier nur über die Lichtquellen 2. Die Auskoppelstellen 5 sind passiv. Gemäß Fig. 3a sind die Farben der Lichtquellen alternierend in der Reihenfolge Rot, Grün und Blau angeordnet. Gemäß Fig. 3b sind mehrere Lichtquellen einer Farbe nebeneinander angeordnet und bilden eine Gruppe.

Die Fig. 3c und 3d zeigen parallel laufende Wellenleiter 3 mit passiven Auskoppelstellen 5 gemäß der Fig. 3a und 3b. Die Lichteinkopplung erfolgt mittels kreuzender weiterer Wellenleiter 3′ und in den Kreuzungsstellen 4 der Wellenleiter 3′ und 3 angeordneter steuerbarer Verteilerstellen 6. In diesem Fall sind nur drei Lichtquellen 2 erforderlich, die mit den Enden der Wellenleiter 3′ korrespondieren. Die Verteilung des intensitäts- oder amplitudenmodulierten Lichts erfolgt in den steuerbaren Verteilerstellen 6. Die Farbbildschirme nach den Fig. 3 dargestellten Varianten eignen sich besonders für einfache Systeme mit wenigen Bildpunkten.

Fig. 4 zeigt eine Ausbildung des Flachbildschirms zur Farbbilddarstellung als [n×m]-Matrix von Wellenleitern 3 in einem Substrat 1, der ohne weitere Maßnahmen mit maximal acht Lichtquellen 2₁ bis 2₈ ansteuerbar ist. Licht der Wellenlängen λ₁ bis λ₈ oder das Licht von acht Wellenlängenbereichen (Farben) ist in jeweils eine der außenliegenden Zeilen und Spalten der Matrix einkoppelbar.

Um eine Rückkopplung des Lichts in die Lichtquelle oder zwischen den Lichtquellen untereinander auszuschließen, wird ein Absorber 33 zwischen die Lichtquelle und der Wellenleiterstruktur oder im Wellenleiter selbst angeordnet. Weiterhin dient ein am Ende des Wellenleiters 3′ angeordneter Absorber zur Abschirmung des nicht ausgekoppelten Lichts und sorgt so für eine stärkere Abdunklung des Substrats. Prinzipiell sind drei Lichtquellen 2, die Licht in drei Grundfarben aussenden, ausreichend, um Farbwerte durch Farbmischung zu erzeugen (siehe Fig. 5). Zur monochromen Bilddarstellung ist eine Lichtquelle ausreichend (siehe Fig. 6). Unter bestimmten Umständen kann es jedoch sinnvoll sein, mehr als die drei Grundfarben zur Farbmischung zu verwenden oder zur Lichtleistungssteigerung des Systems mehrere Lichtquellen mit einer gleichen Grundfarbe einzusetzen oder mehr als einen Bildpunkt, der aus drei Farben zusammengesetzt ist, zu einem Zeitpunkt darzustellen. Die in Fig. 4 dargestellte Lösung bietet die Möglichkeit, acht Lichtquellen 2 an die Wellenleiterstruktur des Flachbildschirms anzuschließen und zeitlich nacheinander oder gleichzeitig in einem Bildpunkt (Matrixelement) oder zu einem Zeitpunkt in mehreren Bildpunkten in den Betrachtungsraum 14, der oberhalb der Fläche des Flachbildschirmes liegt, abzustrahlen. Das Prinzip entspricht der in Fig. 1b beschriebenen Variante.

In einem Substrat 1 sind sich kreuzende Streifenwellenleiter 3 eingebracht, die in der Lage sind, Licht des sichtbaren Spektralbereichs technisch gesehen effektiv zu übertragen. Das Substrat 1 ist mit den Lichtquellen 2 und der Ansteuereinrichtung 8 auf dem flächenhaften Träger 9 angeordnet.

Die Einheiten auf dem Träger bilden einen kompletten Flachbildschirm. Die Ansteuereinrichtung 8 kann auch die Elektronik für einen Fernsehempfänger oder für ein Videosystem enthalten. Das Farbbilderzeugungssystem ist mit Anschlüssen 10 zur Signal- und Energieversorgung und zur Einstellung der Helligkeit und der Farbzusammensetzung versehen.

Die Streifenwellenleiter 3 sind im Beispiel einmodige integriert-optische Breitband- Streifenwellenleiter. Die Lichtquellen 2 sind im Beispiel schmalbandige Laserlichtquellen. Die Breitband-Streifenwellenleiter 3 sind im Beispiel in gleichen Abständen parallel zueinander in Zeilen bzw. Spalten angeordnet und die Spalten und Zeilen liegen im rechten Winkel zueinander. Die Substratoberfläche ist plan. Es entstehen Kreuzungsstellen 4, in denen die sich kreuzenden Breitband- Streifenwellenleiter 3 rechtwinklig aufeinander stoßen. Alle Breitband-Wellenleiter 3 verlaufen dabei in einer Ebene in der Oberfläche des Substrates 1.

Die Kreuzungsstellen 4 der Wellenleiter haben verschiedene Funktionen, als:

• a) passive Kreuzungsstelle 7
• b) schaltbare oder modulierbare Auskoppelstelle 5 (Bildpunkte, aus denen räumlich zusammengeführtes Licht austritt)
• c) schaltbare oder modulierbare Verteilerstelle 6 (steuerbare Lichtumlenker).

Der Flachbildschirm ist zur Erzielung eines hohen Kontrastes dunkel, im Idealfall schwarz gehalten. Wird zum Beispiel Silizium als Substratmaterial für die Wellenleiter verwendet, ist der Hintergrund durch die Eigenschaft dieses Materials dunkel. Wird zum Beispiel PMMA als Substratmaterial verwendet, ist dieses an sich transparent. In diesem Fall erfolgt eine Einfärbung des Substratmaterials oder der Träger 9 ist schwarz. Die Lichtquellen 2 sind über Anschlußleitungen 11 mit der Ansteuereinrichtung 8 verbunden. Die Datenleitungen 19 zur Ansteuerung der aktiven Kreuzungsstellen, das heißt, der Auskoppelstellen 5 und der Verteilerstellen 6, sind ebenfalls als Matrix ausgebildet. Die Datenleitungen 19 sind zwischen den aktiven Elementen in den Kreuzungsstellen 4 gegeneinander isoliert auf der Oberfläche des Substrates 1 geführt.

Der detaillierte Aufbau der Auskoppelstelle und der Verteilerstelle und Varianten deren Steuerung werden später anhand der Fig. 12 bis 34 beschrieben.

Die Struktur des Flachbildschirms beruht darauf, daß über eine matrixförmige Anordnung von Breitband-Streifenwellenleitern mit k = 1 bis n-Zeilen und mit l = 1 bis m-Spalten eine Verteilung der Lichtanteile von maximal acht Lichtanteilen aus maximal acht Lichtquellen 2 derart erfolgbar ist, daß

• - in die Wellenleiter 3 der Zeile k = 1 und k = n je einer Richtung (von links und von rechts) ein Lichtanteil λ_i einkoppelbar ist,
• - in die Wellenleiter 3 der Spalte l = 1 und l = m in je einer Richtung (von oben und von unten) ein Lichtanteil λ_i einkoppelbar ist.

In jedem Matrixelement, das durch die Zeilen-/Spaltenkennung

• - [(1 < k < n)×(l=1 und l= m)] und
• - [(k=1 und k=n)×(1<l<m)]

gekennzeichnet ist, ist eine Verteilerstelle 6 als schaltbarer Reflektor angeordnet. Die Verteilerstelle 6 leitet den jeweiligen Lichtanteil in eine vorbestimmte Zeile k bzw. Spalte l. Die Verteilerstellen 6 werden zur vollwertigen Farbbilderzeugung synchron so angesteuert, daß mindestens drei Lichtanteile durch die Wellenleiterzeilen bzw. Wellenleiterspalten geleitet werden und gleichzeitig nur in einer der Auskoppelstellen 5 räumlich zusammentreffen, nämlich in der durch die Ansteuereinheit 8 ausgewählten Auskoppelstelle 5 mit der Matrixkennung [i×j] mit i = k und j = l.

Die Matrixelemente

• - [k×l] mit 1 < k < n und 1 < l < m

sind als steuerbare Auskoppelstellen 5 ausgebildet. Somit bilden die Kreuzungsstellen 4, die als steuerbare Matrixelemente zur Lichtstrahlauskopplung ausgebildet sind, eine Untermatrix mit [(n-2)×(m-2)] Elementen.

Nur in dem Matrixelement, das durch die ausgewählte Zeile i und die ausgewählte Spalte j gekennzeichnet ist, wird die Auskoppelstelle 5 so geschaltet, daß Licht in Richtung von der Substratoberfläche weg, in den Betrachtungsraum 14, umgelenkt wird. Das ausgewählte Matrixelement [i×j] ist immer das, in dessen zugehöriger Zeile i und Spalte j Lichtanteile eingekoppelt werden. Die anderen Matrixelemente (k×l] mit 1 < k < n und 1 < l < m sind steuerbare Auskoppelstellen 5, die so geschaltet sind, daß das Licht ungehindert im Wellenleiter 3 geführt wird.

Die Lichtanteile werden in Richtung von der Substratoberfläche weg, in den Betrachtungsraum 14 ausgestrahlt, wenn die Auskoppelstelle 5, die durch das Matrixelement [i×j] bestimmt ist, entsprechend durch die Ansteuereinrichtung 8 elektrisch angesteuert ist. Die Lichtanteile treten als räumlich zusammengeführtes Licht aus der Matrixstruktur in den Betrachtungsraum 14 aus. Die Modulation der Lichtanteile erfolgt bei der Verwendung von einmodigen, integriert-optischen Breitband- Streifenwellenleitern 3 zweckmäßigerweise in den Verteilerstellen 6 durch Einstellung der in den jeweils abzweigenden Wellenleiter eingekoppelten Lichtintensität.

Fig. 5 zeigt den Aufbau am Beispiel einer [5×6]-Matrix mit drei Lichtquellen 2. Diese Variante entspricht dem zu Fig. 4 bzw. dem zu Fig. 1b beschriebenen Prinzip. Sie arbeitet jedoch mit drei Lichtquellen und hat keine passive Kreuzungsstelle 7. Die Auskoppelstellen 5, bilden eine Untermatrix mit [4×4] Elementen, die das eigentliche Bildfeld 31 darstellen. Die Auskoppelstellen 5 entsprechen den Bildpunkten des Farbbildes. Die Lichtquellen 2₁, 2₂ und 2₃ geben Licht in den Farben Rot, Grün und Blau ab, das nicht schmalbandig, aber zur vollwertigen Farbmischung geeignet sein muß. Sie sind mit dem Substrat 1 und der Ansteuereinrichtung 8 auf dem Träger 9 angeordnet. Die Breitband-Wellenleiter 3 sind hier, bei der Verwendung von relativ breitbandigen Lichtquellen, Multimode-Breitband-Wellenleiter. Die Modulation der Lichtanteile erfolgt hier zweckmäßigerweise über die Anschlußleitungen 11 durch die Lichtquellen 2.

Das Licht wird in die am Rand der Matrix befindlichen Wellenleiter 3, die durch die Zeile 1, die Spalte 1 und die Spalte 6 der Wellenleitermatrix gekennzeichnet sind, mittels einer Mikrooptik 15 eingekoppelt.

Die in den Wellenleitern 3′ zur Strahleinkopplung jeweils angeordneten Verteilerstellen 6 sind so gestaltet, daß im Falle des Nichtanliegens eines Steuersignals das Licht ungehindert seinen Weg im Wellenleiter 3′ fortsetzen kann; im Falle des Anliegens eines Steuersignals das Licht in die abzweigende Wellenleiter-Spalte 3 oder Wellenleiter-Zeile 3 umgelenkt wird.

Die Auskoppelstellen 5 in den Kreuzungen 4 der Wellenleiterzeilen und Wellenleiterspalten sind so gestaltet, daß im Falle des Nichtanliegens eines Steuersignals das Licht ungehindert seinen Weg in der Richtung des Wellenleiters 3 fortsetzen kann; im Falle des Anliegens eines Steuersignals das Licht aus der Kreuzungsstelle 4 im rechten Winkel zum Verlauf der Wellenleiter 3 in den Betrachtungsraum 14 auskoppelbar ist und so für das vor dem Bildfeld 31 der Matrix im Betrachtungsraum 14 befindliche menschliche Auge sichtbar wird.

Bei gleichzeitiger Einstrahlung des Lichts der drei Lichtquellen in eine angesteuerte Auskoppelstelle 5, können so räumlich zusammengeführte Lichtanteile, die aus drei Farben zusammengesetzt sind, ausgekoppelt werden. Durch die schnelle Aneinanderreihung dieser farbigen Bildpunkte entsteht so für den Betrachter durch additive Farbmischung der Eindruck eines farbigen Bildes.

Der Farbeindruck und die Helligkeit kann durch das Amplituden- oder Intensitätsverhältnis der drei Lichtanteile gesteuert werden.

Fig. 6 zeigt einen Flachbildschirm, der mit nur einer Lichtquelle 2 betrieben wird. Er entspricht dem in Fig. 1b beschriebenen Prinzip.

Strahlt die Lichtquelle Licht einer Wellenlänge aus, entsteht in den Bildpunkten, die die Auskoppelstellen 5 bilden, ein einfarbiges Bild. In diesem Fall genügt es, wenn die Wellenleiter schmalbandig Licht übertragen.

Bei einer zeitlich versetzten Einkopplung von verschiedenen Wellenlängen (Lichtanteile in drei Grundfarben) in den einen Wellenleiter 3′ und Multiplexbetrieb der Lichtintensitätsmodulation, der Lichtverteilung und der Lichtauskopplung entsteht durch die zeitliche Überlagerung der verschiedenen Lichtanteile durch additive Farbmischung der Eindruck eines farbigen Bildes.

In diesem Fall werden integriert-optische Breitband-Streifenwellenleiter eingesetzt. Im Beispiel erfolgt die Modulation der Lichtanteile im Wellenleiter zwischen der Stelle der Lichteinkopplung in den waagerecht verlaufenden Wellenleiter 3′ und der ersten Verteilerstelle 6 mit Hilfe eines integriert-optischen Mach-Zehnder-Interferometer- Modulators 21. Die Verwendung der integriert-optischen Interferometerstruktur setzt die Verwendung eines einmodigen Wellenleiters als Wellenleiter 3′ voraus.

In den Verteilerstellen 6 und den Auskoppelstellen 5 werden zur vollwertigen Farbbilddarstellung die drei Lichtanteile so geschaltet, daß das Licht der drei Farben in einem Bildpunkt zeitlich schnell nacheinander räumlich überlagert wird. Durch die schnelle Aneinanderreihung der Bildpunkt entsteht im Auge der Eindruck eines farbigen Bildes.

Fig. 7 zeigt einen Flachbildschirm, der auf einem Substrat 1 sich kreuzende Breitband- Wellenleiter 3 enthält. Alle Kreuzungsstellen 4 bilden eine Matrix von Auskoppelstellen 5. Die Kreuzungsstellen der 1 k 4 Zeilen und der 1 l 4 Spalten sind gleichzeitig Auskoppelstellen 5. Sie bilden das Bildfeld 31. Jeder Lichteingang korrespondiert mit jeweils einer Lichtquelle 2₁, 2₂ und 2₃. Diese Variante entspricht dem in Fig. 1a beschriebenen Prinzip.

Dabei hat jeder der Breitband-Wellenleiter, die durch die Zeile 1 bis n gekennzeichnet sind, an jedem seiner zwei Wellenleiterenden einen Lichteingang. Bei Bedarf ist zwischen die Lichtquelle 2₁ und das Substrat 1 bzw. zwischen die Lichtquelle 2₃ und das Substrat 1 ein Filter angeordnet, der das Licht der Wellenlänge λ₃ bzw. λ₁ absorbiert, um eine gegenseitige Beeinflussung der Lichtquellen auszuschließen.

Jeder der Breitband-Wellenleiter 3, der durch die Spalte 1 bis Spalte m gekennzeichnet ist, hat nur an einem Wellenleiterende einen Lichteingang 2₂. Auch diese Lichteingänge korrespondieren mit jeweils einer Lichtquelle. Die Lichtquellen 2₂ der so gebildeten Zeile strahlen Licht der Wellenlänge λ₂ aus und die Lichtquellen 2₁ und 2₃ der so gebildeten Spalten Lichtanteile der Wellenlängen λ₁ und λ₃.

Die Matrixelemente [(1 k 4)×(1 l 4)] sind Auskoppelstellen 5, die steuerbare Matrixelemente zur Lichtauskopplung sind, wobei jeweils eine Lichtquelle jeweils einer Spalte und jeweils die gegenüberliegenden Lichtquellen jeweils einer Zeile Licht aussenden und in die jeweilig ausgewählte Zeile i und in die eine jeweilig ausgewählte Spalte j einkoppeln.

Nur in dem einen ausgewählten Matrixelement [i×j], das durch die ausgewählte Zeile i und die ausgewählte Spalte j gekennzeichnet ist, ist die Auskoppelstelle 5 so geschaltet, daß eine Strahlauskopplung des Lichts in Richtung von der Substratoberfläche weg in den Betrachtungsraum hinein erfolgbar ist. Alle anderen Kreuzungsstellen 4 lassen die Lichtanteile unbeeinflußt passieren. Durch eine zeitlich schnelle Aneinanderreihung der Licht ausstrahlenden Matrixpunkte entsteht im menschlichen Auge der Eindruck eines far 39454 00070 552 001000280000000200012000285913934300040 0002019540363 00004 39335bigen Bildes.

Die Ansteuerung der Lichtquellen 2₁, 2₂ und 2₃ und der Auskoppelstellen 5 kann auch zeitmultiplex erfolgen.

Fig. 8a zeigt eine Wellenleiterstruktur nach dem Prinzip der Fig. 1b, bei der jede Farbe in einem extra Wellenleiter übertragen wird. Dabei liegen die Wellenleiter in einem Winkel zueinander, im Beispiel 60°. Die Auskoppelstellen 5 sind in den Kreuzungsstellen 4. Die in den vorherigen Beispielen gemachten Ausführungen zu den Fig. 4 bis 7 gelten entsprechend.

Fig. 8b zeigt die Kreuzungsstelle dreier Wellenleiter 3 als Auskoppelstelle 5, bei der die Wellenleiter 3 in einem Winkel von 60° aufeinander treffen.

Fig. 8c zeigt die Kreuzungsstelle 4 von vier Wellenleitern 3 als Auskoppelstelle 5, wobei die Wellenleiter 3 in einem Winkel von 45° aufeinander treffen.

Fig. 9 zeigt einen Flachbildschirm, bei dem sich im Bereich des darzustellenden Bildes drei unabhängige Wellenleiterstrukturen überlagern. Diese Variante entspricht im Prinzip der in Fig. 2b beschriebenen Anordnung.

Zwei Wellenleiterstrukturen sind im Winkel von 90° zueinander ausgerichtet und eine weitere parallel versetzt zu einer ersten in dem Substrat 1 angeordnet. Jeder Wellenleiter 3 ist dahingehend optimiert, Licht einer Wellenlänge zu leiten. Jede Auskoppelstelle 5 ist dahingehend optimiert, Licht einer Farbe auszukoppeln. In jeder Wellenleiterstruktur sind Auskoppelstellen 5 matrixförmig angeordnet, jeweils eine Matrix für die Auskoppelstellen für die Farbe Rot, eine Matrix für die Farbe Grün und eine Matrix für die Farbe Blau.

Drei aneinanderliegende Auskoppelstellen verschiedener Wellenleiter, die jeweils eine Grundfarbe abstrahlen können, bilden ein Triplett 27, das einen Bildpunkt darstellt. Die Kreuzungsstellen 4 der Einzelwellenleiter sind im Bereich der Bilddarstellung 31, dort wo Tripletts 27 gebildet werden, völlig passiv.

Am Rand der zeilenweise oder spaltenweise angeordneten Wellenleiter werden diese von Wellenleitern 3′ zur Lichteinkopplung gekreuzt, wobei dort die Kreuzungsstellen 4 aktive Verteilerstellen 6 sind.

Auch eine direkte Lichteinkopplung in jeden Wellenleiter, ohne Verteilerstellen, ist möglich (wie in Fig. 1a oder in Fig. 7 dargestellt).

Fig. 10 zeigt eine Variante des Farbbildschirms mittels dreier separater Wellenleiterstrukturen, jeweils einer für eine der drei Grundfarben.

Die drei Wellenleiterstrukturen, in denen die Lichtabstrahlung in den Betrachtungsraum erfolgt, sind hier nur in Zeilen angeordnet und bilden 3 × n Streifenwellenleiter 3.

Kreuzungsstellen sind nur außerhalb des eigentlichen Bildfeldes vorgesehen, wobei die Kreuzungsstellen 4 Verteilerstellen 6 für die jeweiligen Lichtanteile bilden.

Bei einer direkten Lichteinkopplung in jeden einzelnen Wellenleiter (wie in Fig. 1a oder in Fig. 7 dargestellt) kann eine kreuzungsfreie Wellenleiterstruktur realisiert werden.

In jedem der zeilenförmig angeordneten Wellenleiter 3 sind örtlich diskret verteilte ansteuerbare Auskoppelstellen 5 angeordnet, so daß sich im Bildfeld eine matrixförmige Anordnung von Auskoppelstellen 5 ergibt.

Die jeweils aneinanderliegenden Auskoppelstellen 5 dreier aneinanderliegender Wellenleiter 3 bilden ein Triplett 27, wobei jede Auskoppelstelle 5 Licht in einer Grundfarbe abstrahlen kann.

Die drei Auskoppelstellen 5, die zu einem Triplett 27 gehören, liegen so dicht beieinander, daß das Auge den Abstand nicht auflösen kann. Das gleiche gilt für den Abstand der Tripletts untereinander. Ein Triplett 27 entspricht einem Bildpunkt. Es können auch mehr als drei Auskoppelstellen zu einem Bildpunkt zusammengefaßt werden, wenn das Farbsystem mehr als drei Farben erfordert.

Fig. 11a zeigt eine Wellenleiterstruktur, deren Wellenleiter 3 in einem Winkel, im Beispiel 60°, zueinander angeordnet sind. Die Auskoppelstellen 5 liegen hier außerhalb der Kreuzungsstellen in den jeweiligen Wellenleitern.

Drei aneinanderliegende Auskoppelstellen 5 verschiedener Wellenleiter 3 bilden ein Triplett 27, welches einen Bildpunkt darstellt. Ein Ende jedes Wellenleiters 3 ist mit einer Lichtquelle 2 verbunden, wobei die Verteilung der Farben so ist, daß in die Wellenleiter einer Ausrichtung jeweils eine Farbe eingekoppelt wird.

Fig. 11b zeigt eine Wellenleiterstruktur, bei der jeweils zwei Wellenleiter im Winkel von 90° zueinander angeordnet sind und dazu jeweils ein weiterer Wellenleiter parallel verläuft. Die Lichteinkopplung erfolgt durch einzelne Lichtquellen in jeden Einzelwellenleiter, jeweils von einem Rand der Matrix her. Die aneinanderliegenden Auskoppelstellen der vier verschiedenen Wellenleiter bilden ein Quartett 30, das einen Bildpunkt darstellt.

Fig. 12 zeigt einen Querschnitt einer Ausführung des Flachbildschirms mit einer elektroviskoelastischen Schicht 16 auf dem Wellenleiter 3. Die Fig. 13 und 14 zeigen jeweils eine Ansicht. Die elektroviskoelastische Schicht 16 muß so dicht am Wellenleiter liegen, daß das evaneszente Feld des geführten Modus diese Schicht noch erreicht. Liegt die elektroviskoelastische Schicht, wie in diesem Beispiel, in Richtung des abstrahlenden Lichts gesehen, über dem Wellenleiter, besteht die Forderung, daß die elektroviskoelastische Schicht im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent ist. Über der elektroviskoelastischen Schicht 16 sind im Bereich der Verteilerstelle 6 und der Auskoppelstelle 5 kammartig ineinandergreifende Elektrodenstrukturen 18 aufgebracht. Die Elektrodenstruktur 18 ist über der elektroviskoelastischen Schicht 16 so strukturiert, daß bei Ansteuerung ein Amplitudengitter gebildet wird. Vorzugsweise greifen zwei gegenüberliegende Elektrodenkämme ineinander und werden wechselseitig mit den Spannungen +U und -U gegenüber der Masseelektrode 17 beaufschlagt. Die Längsausdehnung der Elektroden liegt in einem Winkel, im Beispiel von 45°, zu den Wellenleitern. Damit liegen auch die Gitterstäbe in diesem Winkel zu den Wellenleitern 3.

Bei Ansteuerung verformt sich die elektroviskoelastische Schicht periodisch, wodurch ein Gitter entsteht, welches zur Lichtauskopplung aus dem Wellenleiter oder zur Lichtumlenkung zwischen den Wellenleitern führt. Zur optimalen Lichtauskopplung sollten die Gitterstäbe zweckmäßigerweise im rechten Winkel zur Lichtausbreitungsrichtung im jeweiligen Wellenleiter sein.

Dazu können zwei Elektrodenstrukturen im rechten Winkel zueinander überlagert angeordnet werden, wobei dann die Ansteuerung des Farbbildschirms zur Abstrahlung der Lichtanteile vorzugsweise zeitmultiplex erfolgen sollte (nicht dargestellt). Der Aufbau der Gitter der Verteilerstellen und Auskoppelstellen ist prinzipiell gleich. Nur durch die geometrisch-optischen Parameter werden sie der Kategorie Verteilerstelle oder der Kategorie Auskoppelstelle zugeordnet.

Die im Prinzip gleichen Strukturen und Schichtfolgen für Modulatoren, Schalter, Verteilerstellen und Auskoppelstellen ermöglichen einen vergleichsweise einfachen Aufbau des Flachbildschirms mittels weniger Prozeßschritte bei der Herstellung. Auf das Substratmaterial 1 in dem die Wellenleiter eingegraben sind, wird eine transparente elektroviskoelastische Schicht 16 aus einem im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts transparenten Stoff aufgebracht. Darauf wird eine Kammstruktur aus einem transparenten und elektrisch leitfähigen Stoff (z. B. ITO) aufgebracht, die zur Erzeugung der Gitter dient. Die transparente elektroviskoelastische Schicht 16 wird direkt auf den Wellenleiter aufgebracht, steht also direkt mit dem evaneszenten Feld in Berührung. Auf die elektroviskoelastische Schicht 16 werden Elektroden 18 in Kamm- Struktur aufgebracht, die vorteilhafterweise transparent oder vergleichsweise schmal sind. Die Elektroden 18 stehen mit den Datenleitungen 19 in Verbindung. Die Bereiche der elektrischen Zuleitungen sind durch eine Isolationsschicht 12 von der elektroviskoelastischen Schicht getrennt. Die Kreuzungsstellen der Datenleitungen 19 sind durch eine weitere Isolierungsschicht 13 voneinander elektrisch getrennt. Bei Ansteuerung werden die Elektroden alternierend mit +U bzw. -U beaufschlagt, um mit der unterhalb des Substrates 1 angeordneten Masseelektrode 17 als Gegenpol ein Amplitudengitter zu erzeugen. Es ist sicher zu stellen, daß der Weg des ausgekoppelten Lichts nicht durch absorbierende Bereiche unterbrochen wird. Die auf der Oberfläche des Substrates liegenden Datenleitungen 19 und zwischenliegende Isolationsschichten 12, 13 können gleichzeitig die Funktion übernehmen, die Wellenleiter 3 gegenüber der Umgebung schützend abzudecken.

Fig. 13 zeigt eine Auskoppelstelle 5 als steuerbares Gitter nach Fig. 12. Sie dient dazu, das im Wellenleiter in der Ebene des Substrates 1 geführte Licht aus dem Wellenleiter 3 in Richtung aus der Ebene des Substrates heraus, in den Betrachtungsraum 14 hinein, auszukoppeln.

Im Beispiel werden zur Lichtauskopplung Auskoppelgitter verwendet. Diese haben an sich die Eigenschaft, in mehrere Beugungsordnungen auszukoppeln, was der Betrachter beim Betrachten aus verschiedenen Winkeln als Helligkeitsschwankung wahrnimmt. Das wird aber durch die folgenden Maßnahmen umgangen:

• a) Winkelverbreiterung einer Beugungsordnung,
• b) Verwendung von sehr vielen Beugungsordnungen, z. B. auch durch die Verwendung von Multimode-Wellenleitern.

Die Gitterkonstante berechnet sich aus der Ausbreitungskonstanten der geführten Moden und dem gewünschten Abstrahlwinkel oder den gewünschten Abstrahlwinkeln.

Fig. 14 zeigt die Verteilerstelle 6 als steuerbaren Lichtumlenker nach Fig. 12. Sie ist nach den gleichen Prinzipien aufgebaut wie die Auskoppelstelle die in Fig. 13 beschrieben wurde. Die Gitterstäbe sind vergleichsweise zu denen in Fig. 13 dick. Die Gitterkonstante, Gitterlage und Gitterform läßt sich anhand der Zahl und der Richtung der gewünschten Beugungsordnungen berechnen.

Die Längsausdehnung der Elektroden liegt im Winkel von 45° zu den Wellenleitern.

Fig. 15 zeigt einen Querschnitt einer Ausführung des Flachbildschirms, bei dem das Wellenleitermaterial selbst elektroviskoelastisch ist. Die Fig. 16 und 17 zeigen jeweils eine Ansicht. Die Masseelektrode 17 ist unterhalb des Substrates 1 angeordnet. Die Gitterelektroden 18 befinden sich auf der elektroviskoelastischen Schicht 16 (Amplitudengitter), das heißt sie befinden sich direkt auf der Oberfläche des Substratmaterials 1.

Es ist vorteilhaft, die Masseelektrodenschicht 17 unter den Wellenleitern anzubringen, dann braucht sie nicht transparent zu sein, allerdings muß sie vom Wellenleiter 3 durch das Substratmaterial 1 getrennt sein oder durch eine transparente, dielektrische Pufferschicht 20 (z. B. ca. 200 nm dickes SiO₂) vom Wellenleiter getrennt werden. Im übrigen ist der Aufbau so, wie in Fig. 12 beschrieben.

Fig. 16 zeigt die Auskoppelstelle 5 als steuerbares Gitter nach Fig. 15 mit dem elektroviskoelastischen Wellenleiter 3. Im übrigen entspricht der Aufbau dem in Fig. 13 beschriebenen.

Fig. 17 zeigt die Verteilerstelle 6 als steuerbarer Lichtumlenker nach Fig. 15 mit dem elektroviskoelastischen Wellenleiter 3. Im übrigen entspricht der Aufbau dem in Fig. 14 beschriebenen.

Fig. 18 zeigt eine Ausführung des Flachbildschirmes, bei dem die elektroviskoelastische Schicht 16 unterhalb des Wellenleiters 3 angeordnet ist. Die Fig. 19 und 20 zeigen jeweils eine Ansicht.

Zwischen der elektroviskoelastischen Schicht 16 und Masseelektrode 17 ist eine Pufferschicht 20 angeordnet. Liegt die elektroviskoelastische Schicht 16 unterhalb des Wellenleiters 3 und verformt den Wellenleiter 3, der flexibel ist, durch seine Einwirkung braucht diese nicht transparent zu sein, ist aber zur Dämpfungsminderung durch eine elastische transparente Pufferschicht 20 vom Wellenleiter 3 zu trennen. Sind in diesem Fall auch die Elektroden für die Verteilerstellen 5 unterhalb der Wellenleiter 3 angeordnet, können die Elektroden aus einer Metallschicht bestehen (Variante ist nicht dargestellt).

Fig. 19 zeigt die Auskoppelstelle als steuerbares Gitter nach Fig. 18. Im übrigen entspricht der Aufbau dem in Fig. 13 beschriebenen.

Fig. 20 zeigt die Verteilerstelle als steuerbaren Lichtumlenker nach Fig. 18. Im übrigen entspricht der Aufbau dem in Fig. 14 beschriebenen.

Fig. 21 zeigt den Querschnitt einer Ausführung des Flachbildschirms mit einem Brechzahlgitter unter Ausnutzung des elektrooptischen Effekts. Die Fig. 22 und 23 zeigen jeweils eine Ansicht.

In dem elektrooptisch aktiven Material, z. B. LiNbO₃, wird mit Hilfe einer geeigneten Elektrodenstruktur 18, die im Beispiel aus gegenüberliegenden Elektrodenkämmen, die mit einer entgegengesetzt polarisierten Spannung beaufschlagt werden, ein Brechzahlgitter erzeugt. Im Beispiel wird eine koplanare Elektrodenstruktur verwendet. Eine unter dem Wellenleiter 3 liegende Masseelektrode ist dann nicht notwendig. Bei Ansteuerung entsteht ein Brechzahlgitter, welches zur Lichtauskopplung aus dem Wellenleiter oder zur Lichtumlenkung zwischen den Wellenleitern führt.

Zur Verringerung der Dämpfung ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Wellenleiter 3 und den Elektrodenstrukturen eine dielektrische Pufferschicht 20, die zum Beispiel aus 200 nm SiO₂ bestehen kann, angeordnet ist. Diese Zwischenschicht dient als optischer Isolator.

Fig. 22 zeigt die Auskoppelstelle als steuerbares Gitter nach Fig. 21. Im übrigen entspricht der Aufbau dem in Fig. 13 beschriebenen.

Fig. 23 zeigt die Verteilerstelle als steuerbaren Lichtumlenker nach Fig. 21. Im übrigen entspricht der Aufbau dem in Fig. 14 beschriebenen.

Fig. 24 zeigt eine Anordnung von drei optischen Gittern, die drei Auskoppelstellen 5 für drei Farben in drei Wellenleitern 3 bilden. Hier ist an jedem Einzelwellenleiter ein Gitter zur Steuerung der Lichtauskopplung angeordnet, die hinreichend dicht beieinander liegen und somit ein Triplett 27 bilden, das einen Bildpunkt darstellt.

Das Auge kann die Einzelpositionen der den Gitterstrukturen zugeordneten Lichtaustrittsstellen nicht auflösen. Die einzelnen Gitter sind separat ansteuerbar, die Kreuzungsstellen 7 sind passiv.

Im Beispiel ist nur ein Gitter angesteuert, so daß nur die Farbe Grün in den Betrachtungsraum abgestrahlt wird. Die Farben Blau und Rot passieren die Auskoppelstelle, ohne daß diese Lichtanteile in den Betrachtungsraum abgestrahlt werden.

Fig. 25 zeigt eine Ausführungsform einer Verteilerstelle 6 mittels eines mikromechanischen/mikrooptischen Bauelementes, das hier Cantilever genannt wird. Der ankommende Wellenleiter 3′ führt auf eine freitragende Zunge 22, die beispielsweise durch Ätztechnik in Silizium hergestellt wird. Die Zunge ist von einem Isoliergraben 29 umgeben. Ein elektrischer Anschluß liefert elektrische Ladungen auf die Zunge 22 und in das der Zunge 22 gegenüberliegende Gebiet, welches durch einen Isoliergraben 29 von dem umgebenden Substratmaterial 1 elektrisch getrennt ist, um eine gegenseitige Beeinflussung mehrerer Auskoppelstellen zu vermeiden. Im Ruhezustand (entladener Zustand) liegt der ankommende Wellenleiter 3′ in Richtung des weiterführenden Wellenleiters 3′′, so daß das Licht die Verteilerstelle ungestört passieren kann. Im Falle einer Ansteuerung ist die Zunge 22 mittels der elektrostatischen Kräfte in lateraler Richtung verbiegbar und das Wellenleiterstück 3′ auf der Zunge 22 ist so ausgerichtet, daß Licht in einen abbiegenden Wellenleiter 3 einkoppelbar ist. Im Beispiel erfolgt die Lichteinkopplung in den zweiten Wellenleiter 3 im Winkel von 90° durch einen Reflektor 23. Der Reflektor 23 ist so ausgerichtet, daß das aus dem Ende des Wellenleiters 3′, der von der verbogenen Zunge 22 getragen wird, austretende Licht vom Reflektor 23 so reflektiert wird, daß es vollständig in den Wellenleiter 3 eingekoppelt wird.

Die Anzahl weiterführender Wellenleiter ist nicht zwingend zwei. Bei entsprechender Dimensionierung der Wellenleiter und der Zunge kann Licht in mehr als zwei Wellenleiter verteilt werden.

Fig. 26 zeigt eine Ausführungsform eines Cantilevers als Auskoppelstelle 5. Hier ist die Zunge 22 durch elektrostatische Kräfte in vertikaler Richtung bewegbar. Die Auskopplung erfolgt bei ausgelenkter Zunge 22 mittels des Reflektors 23 in den Betrachtungsraum hinein. Um das abgestrahlte Licht mehr aufzufächern, kann der Reflektor beispielsweise auch hohlspiegelförmig, gewölbt oder mit einer Mikrooptik versehen oder diffus reflektierend realisiert sein. Der Reflektor 23 ist hier oberhalb des weiterführenden Wellenleiters 3′′ angeordnet. Im übrigen entsprechen der Aufbau und die Wirkungsweise der Verteilerstelle nach Fig. 25.

Fig. 27 zeigt eine Ausführungsformen eines Cantilevers als Auskoppelstelle 5, die bipolar angesteuert wird. Zwischen der den Wellenleiter tragenden Zunge 22 und dem umgebenden Substratmaterial ist in horizontaler Richtung ein Isoliergraben 29 eingebracht.

Bei Anlegen einer Spannung zwischen die Zunge 22 und das umgebende Substratmaterial 1 wird die Zunge 22 zum Substratmaterial hin gezogen. Damit wird die Richtung des Lichtaustritts am Wellenleiterende so verändert, daß das Licht auf einen Reflektor 23 gestrahlt wird. Der Reflektor 23 befindet sich am Grund, der durch das Freilegen der Zunge entstanden ist.

Dabei ist es auch möglich, daß der weiterführende Wellenleiter 3′′ vom ausgekoppelten Licht in vertikaler Richtung durchstrahlt wird.

Fig. 28 zeigt eine Anordnung drei einzelner Cantilever nach Fig. 26 als voneinander unabhängige Auskoppelstellen 5 in drei Wellenleitern für drei Farben. In jedem der drei Einzelwellenleiter 3 ist ein Cantilever angeordnet; diese liegen hinreichend dicht beieinander und bilden somit ein Triplett 27. Das Auge kann die Einzelpositionen der den Cantilevern zugeordneten Reflektoren 23 nicht auflösen. Die einzelnen Cantilever sind separat ansteuerbar, die Kreuzungsstellen 4 sind passiv.

Im Beispiel ist nur ein Cantilever ausgelenkt, so daß nur die Farbe Rot in den Betrachtungsraum abgestrahlt wird. Die Farben Blau und Grün passieren die Auskoppelstellen, ohne daß Lichtanteile in den Betrachtungsraum abgestrahlt werden.

Fig. 29 zeigt eine Anordnung von drei Cantilevern um eine Kreuzungsstelle 4, die eine Auskoppelstelle 5 bildet. Der Reflektor 23 ist hier in der Kreuzungsstelle der Wellenleiter auf diese aufgesetzt. Der Reflektor 23 ist hier als vierseitige Pyramide mit reflektierenden Pyramidenflächen ausgebildet. Die Zungen 22 befinden sich in jedem Einzelwellenleiter vor der eigentlichen Kreuzungsstelle. Im Beispiel wird nur Licht der Farbe Rot abgestrahlt.

Fig. 30 zeigt einen Flachbildschirm dessen Prinzip nach Fig. 2b und Fig. 10 beschrieben ist, dessen aktive Elemente jedoch nur aus moden-interferenzoptischen Bauelementen als Lichtverteiler bestehen.

Die Verteilerstellen 6 sind als aktiv schaltbare Y-Verzweiger aufgebaut, denen ein in einem Radius R gekrümmtes Wellenleiterstück angeschlossen ist, das gerade ausläuft und als gerader Wellenleiter über den Bereich des Bildfeldes 31 geführt ist. Die Wellenleiter verlaufen im Bildfeld 31 parallel nebeneinander.

Die Auskoppelstellen 5 sind im Beispiel aus der Kombination eines aktiv schaltbaren Y-Verzweigers und einem Auskoppelgitter 25 gestaltet (siehe vergrößerte Teildarstellungen). Das Auskoppelgitter 25 ist hier nicht steuerbar und befindet sich am Ende des abzweigenden Wellenleiterstücks 28.

Fig. 31 zeigt eine Auskoppelstelle 5, die aus einem mittels Steuerelektroden 26 steuerbaren Y-Verzweiger 24 und einem nichtansteuerbaren optischen Auskoppelgitter 25 als Auskoppelelement besteht. Das Gitter 25 am Ende des abzweigenden Wellenleiterstücks 28 kann als Phasengitter oder besser als Amplitudengitter ausgebildet sein und sollte das ausgekoppelte Licht ebenfalls diffus in den Raum beugen (z. B. unter Verwendung gekrümmter oder geblazter Gitter). Solche Gitter erreichen hohe Auskoppeleffektivitäten.

Fig. 32 zeigt eine Auskoppelstelle 5, die aus einem steuerbaren Y-Verzweiger 24 und einem Reflektor 23 am Ende des abzweigenden Wellenleiterstücks 28 als Auskoppelelement besteht. Der Reflektor 23 ist in Form einer Grube in das Substratmaterial 1 eingebracht und kann beispielsweise in Ätz- oder Prägetechnik hergestellt werden. Der Reflektor sollte zur Erzeugung eines möglichst großen Betrachtungswinkels möglichst diffus abstrahlen (Hohlspiegel oder streuend).

Fig. 33 zeigt ein Triplett 27 von Auskoppelstellen 5, wobei jede Auskoppelstelle 5 aus einem steuerbaren Y-Verzweiger 24 und einem passiven Gitter 25 aufgebaut ist. Drei unabhängige Wellenleiterstrukturen befinden sich auf einem Substrat, wobei die Wellenleiter 3 einander völlig passiv kreuzen (vergleiche mit Fig. 9). Zwischen dem Y- Verzweiger 24 und dem Gitter 25 ist ein abzweigendes kurzes Wellenleiterstück 28 angeordnet, in das Lichtanteile zur Abstrahlung umgelenkt werden. Die Lichtabstrahlung erfolgt durch das nicht steuerbare Gitter 25.

Fig. 34 zeigt ein Triplett 27 von Auskoppelstellen 5, wobei jede Auskoppelstelle 5 aus einem steuerbaren Y-Verzweiger 24 und einem passiven Gitter 25 aufgebaut ist. Durch den Y-Verzweiger 24, das abzweigende Wellenleiterstück 28 und das Gitter 25 werden Lichtanteile zur Abstrahlung in den Betrachtungsraum umgelenkt. Die Wellenleiter 3 verlaufen hier parallel (vergleiche Fig. 10).

Fig. 35a zeigt einen Flachbildschirm auf der Basis des Prinzips nach Fig. 3. Jede der matrixförmig angeordneten Auskoppelstellen 5 ist mit mindestens einem Wellenleiter 3 verbunden. Mindestens eine Auskoppelstelle repräsentiert einen Bildpunkt. In jeden Eingang des Wellenleiters 3 ist helligkeitsmoduliertes Licht vom Rand der Matrix her über steuerbare Verteilerstellen 6 einkoppelbar.

Alle Auskoppelstellen 5 sind passiv, haben also immer eine hohe Auskoppeleffektivität. Der Aufbau entspricht im übrigen dem in Fig. 9 beschriebenen Aufbau.

Fig. 35b zeigt die Realisierung eines Bildpunktes durch drei Auskoppelstellen 5, die ein Triplett 27 bilden. Jeder Wellenleiter 3, in den helligkeitsmoduliertes Licht einkoppelbar ist, ist nur mit einer nicht steuerbaren Auskoppelstelle 5 verbunden.

Fig. 35c zeigt die Realisierung eines Bildpunktes durch eine von drei Wellenleitern 3 gebildete Kreuzungsstelle 4, die als nicht steuerbare Auskoppelstelle 6 ausgebildet ist. In der Auskoppelstelle werden die Lichtanteile räumlich zusammengeführt und in den Betrachtungsraum ausgekoppelt. Die Ausbildung der Auskoppelstelle erfolgt hier durch ein optisches Gitter, das ringförmig um das Zentrum der Kreuzungsstelle gelegt sind. Zur Lichtauskopplung sind Segmente der Gitterstruktur über den Wellenleitern ausreichend.

Fig. 35d zeigt die Realisierung eines Bildpunktes durch eine von drei Wellenleitern 3 gebildeten Kreuzungsstelle 4, die als nicht steuerbare Auskoppelstelle 6 ausgebildet ist. In der Auskoppelstelle werden die Lichtanteile räumlich zusammengeführt und in den Betrachtungsraum ausgekoppelt. Die Ausbildung der Auskoppelstelle erfolgt hier durch in den Wellenleiter eingeätzte Pyramidenflächen, die eine Grube bilden.

Die Pyramidenflächen sind im Substratmaterial so angeordnet, daß diese mit ihrer Reflexionsfläche gegenüber dem Wellenleiterende liegen.

Die Fig. 36a bis 36e zeigen moden-interferenzoptische Bauelemente, die die Funktion Verteilen von Licht ohne weitere separate Bauelemente wie Reflektoren oder Gitter erfüllen. Die moden-interferenzoptischen Verteiler werden als steuerbare Auskoppelstellen 5 oder als steuerbare Verteilerstellen 6 eingesetzt. Sie funktionieren auf der Basis von physikalischen Effekten, in deren Folge eine Brechzahländerung eines Mediums zu verzeichnen ist (elektrooptisch, thermooptisch, akustooptisch, magnetooptisch, photothermisch, Injektion von Ladungsträgern in Halbleitermaterialien, nichtlinear-optisch (opto-optisch).

In den Figuren ist als Beispiel und als praktikabelste Variante der elektrooptische Effekt gewählt. Die Fig. 36a bis 36e zeigen Varianten für die Lichtauskopplung bzw. für die Lichtverteilung in vertikaler Richtung, aus der Wellenleiterebene heraus, d. h. in einem Winkel zu einer Ebene, die parallel zur Oberfläche des Substrats 1 liegt. Allen Varianten ist gemeinsam, daß nur ein Bereich des vom geführten Licht durchsetzten Bereichs elektrooptisch ansteuerbar ist. Die Strukturen liegen in Schichten übereinander in Ebenen parallel zu der Oberfläche des Substrats 1.

Die Elektroden sind parallel zur Ebene des Substrats 1 angeordnet und überdecken den Wellenleiter bzw. die elektrooptisch aktive Schicht ganz oder teilweise.

Die vertikale Lichtauskopplung erfolgt über einen Reflektor in den Betrachtungsraum 14 (Fig. 36a₁, b₁, c₁, d₁, e₁) oder über einen abzweigenden Wellenleiter 3′ (Fig. 36a₂, b₂, c₂, d₂, e₂), der in einer Ebene über dem Wellenleiter 3 liegt, der seinerseits zum Beispiel mit einem Auskoppelgitter korrespondieren kann.

Die Form der Elektroden 26 und ihre Anordnung zu dem elektrooptisch aktivierbaren Bereich des Wellenleiters 3 muß so gewählt werden, daß der elektrooptische Effekt in geeigneter Weise ausgenutzt werden kann (z. B. abhängig vom Kristallschnitt im Falle der Verwendung von dielektrischen Kristallen); sie kann so wie in den Fig. 36 dargestellt sein (oberhalb und unterhalb des Wellenleiters) oder koplanar (nicht dargestellt) oder dem elektrooptisch aktivierbaren Bereich seitlich benachbart sein.

Zur Verringerung der Dämpfung kann zwischen der Elektrode 26 und den Wellenleiter 3 eine transparente Pufferschicht 34 angeordnet sein. Bei entsprechender Materialkombination oder Richtungskombination ferroelektrischer Domänen (d. h., wenn die ferroelektrische Polarität von Wellenleiter und elektrooptisch aktiver Schicht entgegengesetzt ist, sind die Brechzahländerungen bei gleicher Feldrichtung auch entgegengesetzt) kann der Wellenleiter 3 bzw. das Substrat 1 auch elektrooptisch aktiv sein. Die Anordnung ist wellenlängenselektiv, kann aber mit geringen Einschränkungen breitbandig betrieben werden.

Fig. 36a₁ zeigt eine Auskoppelstelle 5 bestehend aus einem Wellenleiter 3, auf dem ein elektrooptisch aktives Material 32 als Schicht aufgebracht ist. An das Material 32 schließt sich ein Reflektor 23 an, der ebenfalls als Schicht auf dem Wellenleiter 3 liegt. Die Brechzahl n₃ des Materials 32 muß etwas niedriger als die Brechzahl n₂ des Wellenleitermaterials sein, um die Führungseigenschaften des Wellenleiters nicht zu beeinträchtigen. Die Brechzahl n₃ muß jedoch so sein, daß die elektrooptisch erzeugbare Brechzahländerung so groß ist, daß bei Ansteuerung die Wellenleiterbrechzahl n₂ erreicht wird. Bei Ansteuerung erhöht sich die Brechzahl n₃ des Materials, das Licht kann in die Schicht des Materials 32 überkoppeln. Bei geeignetem Verhältnis der Brechzahlen, Brechzahlprofile, Länge und Dicken von Wellenleiter und Schicht kann man erreichen, daß alles Licht in die Schicht 32 überkoppelt (Zweimodeninterferenz, Funktion eines BOA). Von hier trifft das Licht auf den Reflektor 23, der das Licht in den Betrachtungsraum 14 auskoppelt.

Gemäß Fig. 36a₂ ist ein weiterführender Wellenleiter 3′ über dem Wellenleiter 3 angeordnet. Der weiterführende Wellenleiter 3′ muß durch eine transparente Zwischenschicht 34 geeigneter Dicke und geeigneter Brechzahl vom Wellenleiter 3 optisch getrennt sein. Die Anordnung stellt eine Verteilerstelle 6 in vertikaler Richtung dar.

Die Fig. 36b zeigt ein ähnliches Prinzip. Hier ist der Wellenleiter 3 auf einer Länge unterbrochen und mit einem elektrooptisch aktivem Material 32 mit einer Dicke d, die über die Dicke des Wellenleiters hinaus geht, aufgefüllt. Die Dicke d muß so groß gewählt werden, daß zwei oder mehr Moden ausbreitungsfähig sind.

1. Variante:

Die Brechzahl des Materials 32 ist im nicht angesteuerten Zustand homogen, die Länge l ist so kurz, daß das Licht im Wellenleiter 3 nahezu ungestört passieren kann. Bei Ansteuerung verändert sich die Brechzahl des Mediums inhomogen, wird z. B. nach oben höher.

Das kann man durch inhomogene elektrische Felder oder durch eine räumliche Veränderung der Materialeigenschaften (beispielsweise durch in vertikaler Richtung verändertem elektrooptischen Koeffizient) erreichen. Das in der Fig. 36b erzeugte inhomogene elektrische Feld wird durch unterschiedlich große Elektroden erzeugt. Das Licht biegt zum Gebiet mit der höheren Brechzahl hin ab, also in Richtung Oberfläche, wo der Reflektor 23 das Licht ablenkt (Fig. 36b₁) oder das Licht durch den abzweigenden Wellenleiter 3′ fortgeführt wird (Fig. 36b₂).

2. Variante:

Die Brechzahl des elektrooptisch aktiven Materials 32 ist im nicht angesteuerten Zustand inhomogen, d. h. bildet einen Wellenleiter. In diesem Fall müssen sich die elektrooptischen Eigenschaften in vertikaler Richtung verändern. Bei Ansteuerung ändert sich die Brechzahlverteilung durch inhomogene elektrische Felder oder vertikale Variation der elektrooptischen Eigenschaften und das Licht wird bei Ansteuerung veranlaßt, nach oben abzubiegen bzw. durch Modeninterferenz von einem Wellenleiter auf den anderen umzuschalten (Fig. 36b₂).

Es kann auch die Brechzahlverteilung im nicht angesteuerten Zustand dahingehend inhomogen sein, daß die Brechzahl von unten nach oben wächst, d. h. das Licht trifft auf den oberen Ausgang (Reflektor oder weiterführender WL) und wird bei Ansteuerung nach unten umgeschaltet.

3. Variante:

Der mit elektrooptisch aktivem Material 32 gefüllte Bereich ist homogen und zweimodeninterferenzfähig und bildet praktisch einen BOA. Bei Durchsetzung mit einem elektrischen Feld kann das Licht unter Ausnutzung der Modeninterferenz zwischen den Ebenen hin- und hergeschaltet werden.

Gemäß Fig. 36b₂ leitet der abzweigende Wellenleiter 3′ das Licht in einem angesteuerten Zustand weiter. Im übrigen gelten die Aussagen zu Fig. 36b₁.

Die Fig. 36c zeigen moden-interferenzoptische Verzweiger auf der Basis der steuerbaren Zweimodeninterferenz, im Beispiel BOA. Das gesamte Gebiet des Wellenleiters 3 und des abzweigenden Bereiches und ggf. auch das Substrat 1 sind elektrooptisch aktiv. Je nach Schaltzustand geht das Licht im Wellenleiter 3 weiter oder wird vom Reflektor 23 in den Betrachtungsraum 14 abgelenkt (Fig. 36c₁) oder vom weiterführenden Wellenleiter 3′ fortgeführt (Fig. 36c₂).

Die Fig. 36d zeigen die Auskoppelstelle 5 bzw. die Verteilerstelle 6 gemäß der Fig. 36a, mit dem Unterschied, daß die Schicht auf dem Wellenleiter ein transparentes Material 36 mit der Brechzahl n₄ ist, das elektrooptisch nicht aktiv ist. Der Wellenleiter 3 ist selbst auf einer Länge l elektrooptisch aktiv. Das transparente Material 36 auf dem elektrooptisch aktiven Teilgebiet des Wellenleiters 3 hat im Beispiel die gleiche Brechzahl n₂ wie der Wellenleiter 3.

Der abzweigende Wellenleiter 3′, der an das transparente Material 36 anschließt, hat die Brechzahl n₅, die gleich n₄ sein kann.

Das Funktionsprinzip ist dasselbe wie zu den Fig. 36a beschrieben.

Die Fig. 36e zeigen die Anordnungen der Fig. 36a mit dem Unterschied, daß das Bauelement auf der Basis der Zwei-Modeninterferenz ein schaltbarer Richtkoppler ist. Zwischen dem Wellenleiter 3 und den elektrooptisch aktiven Material 32 und dem Reflektor 23 bzw. dem abzweigenden Wellenleiter 3′ ist eine transparente Zwischenschicht 34 geeigneter Dicke angeordnet.

Die Fig. 37a bis 37e zeigen moden-interferenzoptische Bauelemente, die die Funktion Verteilen von Licht ohne weitere separate Bauelemente wie Reflektoren oder Gitter erfüllen und bei denen die Wellenleiter 3, der Reflektor 23, die Elektroden 26 und eine eventuelle Zwischenschicht 34 in einer Ebene in oder auf dem Substrat angeordnet sind.

Die moden-interferenzoptischen Verteiler werden als steuerbare Verteilerstellen 6 eingesetzt.

Die Fig. 37a bis 37e entsprechen in ihrem prinzipiellen geometrischen Aufbau genau den entsprechenden Teilbildern der Fig. 36, mit dem Unterschied, daß in den Fig. 37 kein Schichtaufbau erfolgt, sondern die Strukturen für die Wellenleiter 3, die Reflektoren 23, die Elektroden 26, das elektrooptisch aktive Material 32 und/oder die Zwischenschicht 34 nebeneinander in oder auf dem Substrat 1 angeordnet sind. Die physikalischen Funktionsprinzipien sind denen zu den Fig. 36 identisch. Die technischen Funktionen zeigen Unterschiede, die darin bestehen, daß in den Fig. 37a₁, b₁, c₁, d₁ und e₁ Lichtverteiler mit Reflektoren 23 und in den Fig. 37a₂, b₂ c₂, d₂ und e₂ Lichtverteiler mit abzweigenden Wellenleitern 3′ dargestellt sind, die in einer Ebene des Substrates 1 liegen.

Bezugszeichenliste

1 Substrat
2 Lichtquelle
3 Wellenleiter
4 Kreuzungsstelle
5 Auskoppelstelle
6 Verteilerstelle (steuerbarer Lichtumlenker) zwischen zwei Wellenleitern
7 passive Kreuzungsstelle
8 Ansteuereinrichtung
9 Träger
10 Anschlüsse zur Signal- und Energieversorgung
11 Anschlußleitung
12 erste Isolationsschicht
13 zweite Isolationsschicht
14 Betrachtungsraum
15 Mikrooptik
16 elektroviskoelastische Schicht
17 Masseelektrodenschicht
18 Gitterelektrode
19 Datenleitung
20 Pufferschicht
21 Mach-Zehnder-Interferometer-Modulator
22 Zunge, die einen Wellenleiter trägt
23 Reflektor
24 steuerbarer Y-Verzweiger
25 nichtansteuerbares Auskoppelgitter
26 Steuerelektrode
27 Triplett
28 abzweigendes Wellenleiterstück
29 Isoliergraben
30 Quartett
31 Bildfeld
32 elektrooptisch aktives Material
33 Absorber
34 transparente Zwischenschicht
35
36 transparentes Material
U Steuerspannung
l Länge des elektrooptisch aktivierbaren Bereichs
d Dicke des elektrooptisch aktivierbaren Bereichs
n_i Brechzahlen

Claims (59)

1. Flachbildschirm zur Darstellung eines Bildes aus eng aneinanderliegenden matrixförmig angeordneten Bildpunkten, die nacheinander zeilenweise zur Lichtabstrahlung ansteuerbar sind und einer Einrichtung zur Helligkeitsmodulation des abgestrahlten Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß Wellenleiter (3) regelmäßig angeordnet sind, wobei mindestens ein Lichteingang jedes Wellenleiters (3) mit einer Lichtquelle (2) verbunden ist und in jedem Wellenleiter (3) mindestens eine Auskoppelstelle (5) ausgebildet ist, die eine matrixförmige Anordnung von Bildpunkten in 1 k n Zeilen und in 1 l m Spalten ergeben, wobei durch eine zeitlich schnelle Aneinanderreihung kurzzeitiger Lichtabstrahlungen aus den Auskoppelstellen, die den ausgewählten Matrixelementen [i×j] entsprechen und die Helligkeitsmodulation des abgestrahlten Lichts ein Bild erzeugbar ist (Fig. 3a).

2. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Auskoppelstelle (5) in jedem Wellenleiter (3) durch eine Ansteuereinrichtung schaltbar und/oder modulierbar ist (Fig. 1a).

3. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Farbbilddarstellung unter Nutzung der additiven Farbmischung aus mindestens drei Grundfarben alle Farbwerte darstellbar sind und jede Lichtquelle zeitlich kurz nacheinander Licht mindestens dreier verschiedener Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche in jeden Wellenleiter, der ein Weißlicht-Wellenleiter ist, einstrahlt und durch die Auskoppelstellen in den Betrachtungsraum helligkeitsmodulierte Lichtanteile zeitlich schnell nacheinander abstrahlbar sind (zeitmultiplex) und dadurch beliebige Farbwerte in einem Bildpunkt darstellbar sind, wobei durch eine zeitlich schnelle Aneinanderreihung kurzzeitiger Ansteuerungen im ausgewählten Matrixelement [i×i] über den Zeitraum des Aussendens des Lichts der mindestens drei Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche der die Bildpunkte erzeugenden und die Farbwerte darstellenden Auskoppelstellen (5) zur Lichtabstrahlung ein farbiges Bild erzeugbar ist (Fig. 6).

4. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Farbbilddarstellung unter Nutzung der additiven Farbmischung aus mindestens drei Grundfarben alle Farbwerte darstellbar sind, indem auf einem Substrat (1) Wellenleiter (3) so angeordnet sind, daß sie regelmäßige Strukturen bilden und im Bildfeld Kreuzungsstellen (4) entstehen, und
die Wellenleiter zwecks vollwertiger Farbdarstellung in der Lage sind, Licht der Grundfarben eines Farbsystems (z. B. Rot, Grün, Blau) zu übertragen, wobei mindestens ein erster Lichteingang jedes Wellenleiters (3) mit einer der mindestens drei jeweils verschiedene Wellenlängen abstrahlenden Lichtquellen (2) verbunden ist und ein eventuell genutzter zweiter Eingang jedes Wellenleiters nur mit einer Lichtquelle, die eine jeweils andere Grundfarbe abstrahlt, verbunden ist, so daß in jeder Kreuzungsstelle (4) Lichtanteile der mindestens drei Grundfarben zusammentreffen, die dort in den Betrachtungsraum (14) abstrahlbar sind, wobei den Kreuzungsstellen (4) der Wellenleiter (3) im Bildfeld 1 k n Zeilen und 1 l m Spalten zugeordnet werden können und die Kreuzungsstellen (4) als aktiv steuerbare Auskoppelstellen (5) zur Lichtauskopplung ausgebildet sind, und
die Strahlung der drei Lichtanteile in einem Zeitintervall so steuerbar ist, daß zur vollwertigen Farbdarstellung die Lichtanteile dreier Grundfarben in mindestens eine jeweilig ausgewählte Zeile i und/oder in mindestens eine jeweilig ausgewählte Spalte einkoppelbar sind und nur in dem mindestens einem ausgewählten Matrixelement [i×j], das durch die ausgewählte Zeile i und die ausgewählte Spalte j gekennzeichnet ist,
die Auskoppelstelle (5) so geschaltet ist, daß eine Strahlauskopplung der mindestens drei räumlich zusammengeführten Lichtanteile zeitgleich oder zeitmultiplex in Richtung von der Substratoberfläche weg in den Betrachtungsraum (14) hinein erfolgbar ist und dadurch beliebige Farbwerte in einem Bildpunkt darstellbar sind, wobei durch eine zeitlich schnelle Aneinanderreihung kurzzeitiger Ansteuerungen der die Bildpunkte erzeugenden und die Farbwerte darstellenden Auskoppelstellen (5) zur Lichtabstrahlung ein farbiges Bild erzeugbar ist (Fig. 7).

5. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Farbbilddarstellung unter Nutzung der additiven Farbmischung aus mindestens drei Grundfarben alle Farbwerte darstellbar sind, indem auf einem Substrat (1) Wellenleiter angeordnet sind, die eine regelmäßige Struktur bilden und die zur vollwertigen Farbdarstellung jeweils in der Lage sind, mindestens Licht einer der Grundfarben eines Farbsystems (z. B. Rot, Grün, Blau) zu übertragen, wobei
mindestens ein erster Lichteingang jedes Wellenleiters mit jeweils einer der mindestens drei jeweils verschiedene Wellenlängen ausstrahlenden Lichtquellen (2) verbunden ist und die Verteilung der Lichtquellen so erfolgt daß in einem Gebiet mindestens dreier benachbarter Wellenleiter Licht der mindestens drei Grundfarben führbar ist, eventuell im Bildfeld vorhandene Kreuzungsstellen (4) der Wellenleiter völlig passiv sind und aktiv steuerbare Auskoppelstellen (5) zur Lichtauskopplung matrixförmig in jedem Wellenleiter außerhalb der Kreuzungsstellen verteilt sind und die benachbarten, eng aneinanderliegenden Auskoppelstellen (5) verschiedener Wellenleiter einen Bildpunkt (Triplett 27 oder Quartett 30) bilden, wobei allen Bildpunkten im Betrachtungsraum 1 k n Zeilen und 1 l m Spalten zugeordnet werden können, und die Abstrahlung der mindestens drei Lichtanteile in einem Zeitintervall so steuerbar ist, daß zur vollwertigen Farbdarstellung Lichtanteile mindestens dreier Grundfarben in mindestens eine jeweilig ausgewählte Zeile i und/oder in mindestens eine jeweilig ausgewählte Spalte j einkoppelbar sind und
nur in dem mindestens einem ausgewählten Bildpunkt (Triplett 27 oder Quartett 30), das durch die ausgewählte Zeile i und die ausgewählte Spalte j gekennzeichnet ist, die Auskoppelstellen (5) so geschaltet sind, daß eine Strahlauskopplung der mindestens drei getrennt geführten Lichtanteile zeitgleich oder zeitmultiplex in Richtung von der Substratoberfläche weg in den Betrachtungsraum (14) hinein erfolgbar ist und dadurch beliebige Farbwerte in einem Bildpunkt darstellbar sind, wobei durch eine zeitlich schnelle Aneinanderreihung kurzzeitiger Ansteuerungen der die Bildpunkte erzeugenden und die Farbwerte darstellenden Auskoppelstellen eines Bildpunktes (Triplett 27 oder Quartett 30) zur Lichtabstrahlung ein farbiges Bild erzeugbar ist (Fig. 2a).

6. Flachbildschirm nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeweils zwei Wellenleiter kreuzen und die Kreuzungsstellen in Zeilen und in Spalten angeordnet sind, wobei der Winkel zwischen den sich kreuzenden Wellenleitern so gewählt ist, daß sich die Wellenleiter in ihren Führungseigenschaften nicht beeinflussen und der Winkel vorzugsweise 90° ist.

7. Flachbildschirm nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeweils mehr als zwei Wellenleiter kreuzen und die Kreuzungsstellen in Zeilen und in Spalten angeordnet sind, wobei der Winkel zwischen den sich kreuzenden Wellenleitern so gewählt ist, daß sich die Wellenleiter in ihren Führungseigenschaften nicht beeinflussen und der Winkel vorzugsweise 60° ist.

8. Flachbildschirm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter parallel nebeneinanderlaufend (in Zeilen oder in Spalten) angeordnet sind und weiterhin jeweils die mindestens drei aneinanderliegenden Auskoppelstellen mindestens dreier benachbarter Wellenleiter ein Bildpunkt bilden (Triplett 27, Quartett 30, oder höhere Ordnung).

9. Flachbildschirm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter Weißlicht-Wellenleiter sind, die zur vollwertigen Farbdarstellung in der Lage sind, Licht der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zu übertragen, oder daß zur vollwertigen Farbdarstellung der zu jeder Auskoppelstellen eines Tripletts gehörige Wellenleiter in der Lage ist, Licht mindestens einer der drei Grundfarben Rot, Grün oder Blau mindestens schmalbandig zu übertragen.

10. Flachbildschirm nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Wellenleiterenden oder beide der zwei Wellenleiterenden jedes Wellenleiters mit jeweils einer der mindestens drei verschiedene Wellenlängen abstrahlenden Lichtquellen verbunden ist, wobei die Verteilung der Farben der Lichtquellen so ist, daß in der Auskoppelstelle oder in den Auskoppelstellen des Bildpunktes eine zeitgleiche oder zeitlich kurz aufeinanderfolgende Abstrahlung aller Lichtanteile zur additive Farbmischung erfolgbar ist.

11. Flachbildschirm nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kreuzungsstellen zweier Wellenleiter Abzweigungen bilden, die aktiv steuerbare Verteilerstellen (6) sind und an mindestens einem der Eingänge des mindestens einen außenliegenden, kreuzenden Wellenleiters eine Lichtquelle angekoppelt ist, wobei insbesondere die aktiv ansteuerbaren Kreuzungsstellen außerhalb des eigentlichen Bildfeldes liegen (Fig. 1b).

12. Flachbildschirm nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kreuzungsstellen zweier Wellenleiter Abzweigungen bilden, die aktiv steuerbare Verteilerstellen (6) sind und an jeweils mindestens einem der Eingänge von mindestens drei außenliegenden, kreuzenden Wellenleitern jeweils eine der mindestens drei Lichtquellen angekoppelt ist, wobei die Verteilung der Farben der Lichtquellen so ist, daß in jeden Bildpunkt eine additive Farbmischung erfolgbar ist und die Kreuzungsstellen vorzugsweise außerhalb des Bildfeldes liegen (Fig. 2b, 3b).

13. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Auskoppelstelle (5) ein Lichtumlenker in den Betrachtungsraum (14) ist, der nach einem oder mehreren der folgenden Prinzipien als

• - gitteroptischer Reflektor (beugungsoptisch) oder geometrisches Gitter (Amplitudengitter) oder optisches Gitter (Brechzahlgitter) oder Absorptionsgitter ausgebildet, und/oder als
• - Reflektor (reflexionsoptisch) mit regulärer oder diffuser Reflexion und/oder
• - Verteiler der moden-interferenzoptisch (Y-Verzweiger, Richtkoppler, Parallelstreifenkoppler oder BOA) und/oder strahlenoptisch und/oder reflexionsoptisch durch eine mikromechanisch-mikrooptische Baugruppe gestaltet ist.

14. Flachbildschirm nach Anspruch 11 oder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verteilerstelle (6) ein Lichtumlenker in einen abzweigenden Wellenleiter ist, der nach einem oder mehreren der folgenden Prinzipien als

• - gitteroptischer Reflektor (beugungsoptisch) oder geometrisches Gitter (Amplitudengitter) oder optisches Gitter (Brechzahlgitter) oder Absorptionsgitter ausgebildet, und/oder als
• - Reflektor (reflexionsoptisch) mit regulärer oder diffuser Reflexion und/oder
• - Verteiler der moden-interferenzoptisch (Y-Verzweiger, Richtkoppler, Parallelstreifenkoppler oder BOA) oder strahlenoptisch und/oder reflexionsoptisch durch eine mikromechanisch-mikrooptische Baugruppe gestaltet ist.

15. Flachbildschirm nach Anspruch 13 und/oder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß gitteroptische Reflektoren nach einem der folgenden Prinzipien aufgebaut sind:

• a) auf dem Wellenleiter ist eine transparente Schicht aufgebracht oder unter dem Wellenleiter ist eine Schicht angeordnet, die im Ruhezustand geometrisch und optisch homogen ist und dadurch das Licht im Wellenleiter nicht beeinflußt und im Falle einer Ansteuerung (Arbeitszustand) in der Schicht ein geometrisches Gitter (Amplitudengitter) oder optisches Gitter (Brechzahlgitter) oder Absorptionsgitter erzeugt, das eine Lichtauskopplung in den Betrachtungsraum (Auskoppelstelle 5) oder eine Richtungsumlenkung innerhalb der Einzelwellenleiter (Verteilerstelle 6) bewirkt, wobei die optischen Gitter durch periodische Variation der optischen Eigenschaften als Brechzahlgitter oder Absorptionsgitter realisierbar sind und die Steuerung durch
• - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto- optische, photothermische Modulation,
• - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien,
• - Elektroabsorptionsmodulation erfolgbar ist, oder die Gitter Amplitudengitter sind, die
• - durch eine durch Elektroden (18) mit einem elektrischen Feld beaufschlagte Schicht aus einem sich in einem elektrischen Feld verformenden Stoff, insbesondere elektroviskoelastischen Stoff oder durch Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts oder
• - durch einen anderen äußeren mechanischen Einfluß (Aufdrücken eines Stempels) steuerbar sind, oder
• b) der Wellenleiter besteht selbst aus einem Material, in dem sich durch geeignete Ansteuerung ein geometrisches Gitter (Amplitudengitter) oder optisches Gitter (Brechzahlgitter) oder Absorptionsgitter erzeugen läßt, wodurch im Ansteuerungsfall eine Lichtauskopplung in den Betrachtungsraum oder eine Richtungsumlenkung innerhalb der Einzelwellenleiter bewirkt wird, wobei die optischen Gitter durch periodische Variation der optischen Eigenschaften als Brechzahlgitter oder Absorptionsgitter realisierbar sind, die durch
• - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto- optische, photothermische Modulation,
• - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien oder
• - Elektroabsorptionsmodulation steuerbar sind, oder die Gitter Amplitudengitter sind, die
• - durch einen durch Elektroden (18) mit einem elektrischen Feld beaufschlagten Wellenleiter aus einem sich in einem elektrischen Feld verformenden Stoff, insbesondere elektroviskoelastischen Stoff oder durch Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts oder
• - durch einen anderen äußeren mechanischen Einfluß (Aufdrücken eines Stempels) oder
• - durch Nutzung eines Wellenleiters aus einem flexiblem Material, der sich bei Änderung einer unter dem Wellenleiter liegenden elektroviskoelastischen Schicht mit dieser zusammen gitterförmig aufwölbt, steuerbar sind.

16. Flachbildschirm nach Anspruch 13 und nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement, das auf dem strahlungsoptischen und/oder reflexionsoptischen Prinzip beruht, ein Cantilever ist, der eine auslenkbare Zunge (22) ist, die durch ein elektrisches Ansteuersignal ausgelenkt wird, und die ein Wellenleiterstück trägt das über die Einspannstelle in einer Ebene des Substratmaterials fortgeführt ist, dessen freies, bewegliches Ende in einem ersten Zustand mit einem ersten anschließenden Wellenleiter korrespondiert und durch eine Auslenkung der Zunge die Koppeleffektivität der Wellenleiter veränderbar ist und/oder dessen bewegliches freies Ende in einem zweiten Zustand mit einem zweiten anschließenden Wellenleiter korrespondiert (Y-Verteiler), oder mit einem Reflektor (Lichtumlenker) korrespondiert, weiterhin das Substratmaterial in der Umgebung der beweglichen Zunge von einem Isoliergraben (29) umgeben ist und Elektroden in geeigneter Weise auf die Zunge (22) und das Substratmaterial aufgebracht und/oder eingebracht sind, die eine elektrostatische Anziehung oder eine Abstoßung der Zunge (22) bewirken.

17. Flachbildschirm nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

• - einer der anschließenden Wellenleiter mit einem Reflektor (gitteroptisch oder reflexionsoptisch) korrespondiert oder
• - in einem Radius fortgeführt wird oder
• - der Wellenleiter mit seinem anderen Ende in Richtung des Betrachtungsraumes umgelenkt ist oder weiterhin
• - der Reflektor mit einem weiteren Wellenleiter korrespondiert.

18. Flachbildschirm nach Anspruch 13 und/oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die moden-interferenzoptischen Verteiler auf dem Funktionsprinzip des Y- Verzweigers oder Richtkopplers oder Parallelstreifenkopplers oder BOA beruhen und ein weiteres optisches Bauelement unmittelbar an dem Verteiler angeschlossen ist.

19. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß

• - einer der anschließenden Wellenleiter mit einem Reflektor (gitteroptisch oder reflexionsoptisch) korrespondiert oder
• - der Wellenleiter in einem Radius fortgeführt wird oder
• - der Wellenleiter mit seinem anderen Ende in Richtung des Betrachtungsraumes umgelenkt ist.

20. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation bzw. Intensitätsmodulation des einkoppelbaren oder des in den mindestens einen Wellenleiter eingekoppelten Lichts der mindestens einen Lichtquelle durch eines oder mehrere der nachfolgenden Prinzipien durch die Lichtquellen, in den Wellenleitern, in durch die Wellenleiter eingebrachte Amplituden bzw. Intensitätsmodulatoren, in den Verteilerstellen und/oder in den Auskoppelstellen erfolgt:

• - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische, photothermische Modulation in den Breitband-Wellenleitern, die unter Ausnutzung moden-interferenzoptischer Bauelemente einmodig sein müssen, und/oder in den Verteilerstellen und/oder in den Auskoppelstellen,
• - Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien in den Breitband-Wellenleitern, die unter Ausnutzung moden-interferenzoptischer Bauelemente einmodig sein müssen, und/oder in den Verteilerstellen und/oder in den Auskoppelstellen,
• - elektrooptische, akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische oder photothermische cut-off-Modulation in den Breitband-Wellenleitern,
• - cut-off-Modulation aufgrund der Änderung des effektiven Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien in den Breitband-Wellenleitern,
• - steuerbare Wellenleiterverstärkung in den Breitband-Wellenleitern,
• - steuerbare Polarisationsdrehung in Verbindung mit einem Polarisator in den Breitband-Wellenleitern und/oder in den Verteilerstellen und/oder in den Auskoppelstellen,
• - Wellenleiter-Modenwandlung in den Breitband-Wellenleitern,
• - Elektroabsorptionsmodulation in den Breitband-Wellenleitern,
• - Modulation mit Hilfe integriert-optischer Interferometerstrukturen oder integriert- optischer Schalt- oder Verteilerelemente, wie X-Koppler, Parallelstreifenkoppler, Richtkoppler oder BOA unter Ausnutzung der in den ersten beiden Anstrichen genannten physikalischen Effekte in den Breitband-Wellenleitern, die, falls erforderlich, einmodig sein müssen,
• - Modulation der Lichtquelle selbst,
• - Modulation durch Änderung der Koppeleffektivität zwischen den Komponenten Lichtquelle-Wellenleiter oder Wellenleiter-Wellenleiter oder Wellenleiter-Reflektor oder
• - Modulation durch Strahlabschwächer, wie steuerbare Blenden oder Absorber, die nach der Lichtquelle angeordnet sind.

21. Flachbildschirm nach Anspruch 11 oder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der außenliegenden Wellenleiter zur Lichteinkopplung in die abzweigenden Wellenleiter, die Zahl der Lichtquellen und deren Einkopplung in einen oder in zwei der vorhandenen Eingänge eines Wellenleiters in Kombination der vorgestellten Prinzipien erfolgbar ist und von der Zahl der verwendeten Grundfarben des jeweiligen Farbsystems abhängig ist und zu einem Zeitpunkt mindestens eine Auskoppelstelle (5), die mindestens einen Bildpunkt darstellt, so geschaltet ist, daß eine Lichtstrahlumlenkung in den Betrachtungsraum erfolgbar ist.

22. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter ein schmalbandiger Streifen-Wellenleiter ist, der nach der zur Übertragung vorgesehenen Grundfarbe ausgelegt ist oder der Wellenleiter ein Weißlicht-Wellenleiter ist, der Licht des gesamten sichtbaren Spektrums effizient führt, der Wellenleiter insbesondere ein Weißlicht-Streifen- Wellenleiter ist.

23. Flachbildschirm nach Anspruch 20 und nach Anspruch 22, bei dem die Lichtmodulation bei der Verwendung von einmodigen schmalbandigen oder einmodigen Weißlicht-Streifen-Wellenleitern durch Modulatoren in den Wellenleitern zur Lichteinkopplung außerhalb des Bildfeldes zwischen der Lichtquelle und den Verteilerstellen erfolgt.

24. Flachbildschirm nach Anspruch 20 und nach Anspruch 22, bei dem die Lichtmodulation bei der Verwendung von Wellenleitern, die mehrmodig oder vielmodig Licht führen, durch Modulation der Lichtquellen oder durch zusätzliche Modulatoren zwischen den Lichtquellen und den Wellenleitern erfolgt.

25. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer elektrischen Ansteuerung der Verteilerstellen und/oder der Auskoppelstellen, das die Wellenleiter tragende Substratmaterial außerhalb der aktiven angesteuerten Verteilerstellen (6) und/oder Auskoppelstellen (5) von einer ersten Isolationsschicht (12) umgeben ist, auf diese Schicht Anschlußleitungen (11) für eine erste Stromversorgungsleitung in Zeilenrichtung aufgebracht sind, auf diese eine zweite Isolationsschicht (13) außerhalb der Verteilerstellen (6) und/oder Auskoppelstellen (5) aufgebracht ist und auf diese Schicht Anschlußleitungen (11) für eine zweite Stromversorgungsleitung in Spaltenrichtung aufgebracht sind, weiterhin Elektroden im Bereich der aktiv steuerbaren Verteilerstelle (6) und/oder der aktiv steuerbaren Auskoppelstelle (5) jeweils mit der ersten Stromversorgungsleitung und mit der zweiten Stromversorgungsleitung kontaktiert sind.

26. Flachbildschirm nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrodenform für die aktiv steuerbaren optischen Gitter so ist, daß zwei ineinandergeschachtelte kammförmige Elektroden eine entgegengesetzte Polarität haben und auf der elektroviskoelastischen Schicht aufgebracht sind und eine flachenhafte Masseelektrode auf der anderen Seite der elektroviskoelastischen Schicht hinterlegt ist, oder jeweils eine kammförmige Elektrode entgegengesetzter Polarität an jeweils einer Seite der elektroviskoelastischen Schicht so angebracht ist, daß sich die unterschiedlichen Polaritäten unmittelbar gegenüberstehen.

27. Flachbildschirm nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden für den Cantilever in geeigneter Weise auf die Zunge und das Substratmaterial auf- oder eingebracht sind, so daß eine elektrostatische Anziehung oder Abstoßung der Zunge erfolgbar ist.

28. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Steuerelektroden (26) für einen moden-interferenzoptische Verteiler so gewählt ist, daß eine Änderung des effektiven Brechungsindex oder der Brechungsindizes der geführten Mode oder Moden aufgrund des elektrooptischen, thermooptischen, akustooptischen, magnetooptischen Effekts oder durch Injektion oder Verarmung freier Ladungsträger in Halbleitermaterialien durch Änderung der Brechungsindizes des Substratmaterials und/oder des Wellenleitermaterials entsprechend der gewählten Verteilerbauart und des verwendeten Substrat- und Wellenleitermaterials erfolgbar ist, die entsprechend des Funktionsprinzips des Verteilers zu einer Schalt- und/oder Modulationsfunktion führt.

29. Flachbildschirm nach Anspruch 13 oder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der strahlungsoptischen Reflektoren bei Anleuchtung von einer Seite als Spiegelfläche oder bei Anleuchtung von mehreren Seiten eine Form als Dachkante oder Pyramide oder einer Raumecke mit einer entsprechenden Anzahl von Reflexionsflächen aufweist.

30. Flachbildschirm nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Auskoppelstellen Cantilever so ausgebildet sind, daß deren Zungen in der Ebene des Substrates beweglich sind, und in Verteilerstellen Cantilever so ausgebildet sind, daß deren Zungen im rechten Winkel zur Ebene des Substrates beweglich sind.

31. Flachbildschirm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat (1) eine matrixförmige Breitband-Wellenleiterstruktur
mit 1 k n Zeilen und mit 1 l m Spalten angeordnet ist, wobei drei der am Rand der Matrix liegenden Breitband-Wellenleiter, die
durch die Zeile 1, die Spalte 1 und die Spalte m gekennzeichnet sind, an einem Wellenleiterende einen Lichteingang haben, wobei jeder Lichteingang mit jeweils einer Lichtquelle (2), die jeweils Licht einer Wellenlänge abstrahlt, korrespondiert,
die Matrixelemente
[1×1] und [1×m] nicht ausgebildet sind,
die Matrixelemente
[(1 < k n)×1], [(1 <k n)×m] und [1×(1 < l < m)] Verteilerstellen (6) (schaltbare Lichtumlenker) sind und
die Matrixelemente
[(1 < k n)×(1 < l < m)] Auskoppelstellen (5) (steuerbare Matrixelemente zur Lichtauskopplung) sind, wobei
die Verteilerstellen (6) jeden der Lichtanteile in eine jeweilig ausgewählte Zeile i und in mindestens eine jeweilig ausgewählte Spalte j umlenken und
nur in dem einen ausgewählten Matrixelement (i×j], das durch die ausgewählte Zeile i und die ausgewählte Spalte j gekennzeichnet ist, die Auskoppelstelle (5) so geschaltet ist, daß
eine Strahlauskopplung der drei räumlich zusammengeführten Lichtanteile in Richtung von der Substratoberfläche weg in den Betrachtungsraum (14) hinein erfolgbar ist und dadurch beliebige Farbwerte in einem Bildpunkt in einem Zeitraum darstellbar sind und weiterhin durch eine zeitlich schnelle Aneinanderreihung der die Farbwerte darstellenden Bildpunkte ein farbiges Bild erzeugbar ist (Fig. 5).

32. Flachbildschirm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat (1) eine matrixförmige Wellenleiter-Struktur
mit 1 k n Zeilen und mit 1 l m Spalten angeordnet ist, wobei einer der Wellenleiter (3), der durch die Zeile 1 und/oder die
Zeile n und/oder die Spalte 1 und/oder die Spalte m gekennzeichnet ist, an einem Wellenleiterende einen Lichteingang hat, wobei der Lichteingang mit einer Lichtquelle (2), die zu einem Zeitpunkt Licht einer Wellenlänge abstrahlt, korrespondiert,
die Matrixelemente
[(1 k < n)×1], [(1 k < n)×m] nicht ausgebildet sind,
die Matrixelemente
[1×(1 < l < m)] Verteilerstellen (6) (schaltbare Lichtumlenker) sind und die Matrixelemente
[(1 <k n)×(1 < l < m)] Auskoppelstellen (5) (steuerbare Matrixelemente zur Lichtauskopplung) sind, wobei
die Verteilerstellen (6) das Licht in mindestens eine jeweilig ausgewählte Zeile i und/oder in mindestens eine jeweilig ausgewählte Spalte j umlenken und nur in dem mindestens einen ausgewählten Matrixelement (i×j], das durch die ausgewählte Zeile i und die ausgewählte Spalte j gekennzeichnet ist, die Auskoppelstelle (5) so geschaltet ist, daß eine Strahlauskopplung des Lichts in Richtung von der Substratoberfläche weg in den Betrachtungsraum (14) erfolgbar ist und weiterhin durch eine zeitlich schnelle Aneinanderreihung der Licht ausstrahlenden Bildpunkte ein Bild erzeugbar ist (Fig. 6).

33. Flachbildschirm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat (1) eine matrixförmige Breitband-Wellenleiter-Matrix
mit 1 k n Zeilen und mit 1 l m Spalten angeordnet ist, wobei jeder der Breitband-Wellenleiter (3) zur Lichteinkopplung,
die durch die Zeilen 1 bis n und/oder die Spalten 1 bis m gekennzeichnet sind, an mindestens einem der Wellenleiterenden einen Lichteingang hat, wobei jeder Lichteingang mit jeweils einer Lichtquelle (2) korrespondiert,
in jeder der von den Lichtquellen (2₁, 2₂, 2₃) gebildeten Zeile und/oder Spalte Licht einer gleichen Wellenlänge (λ₁, λ₂, λ₃) erzeugbar und in jeden Wellenleiter einkoppelbar ist,
die Matrixelemente
[(1 k n)×(1 l m)] Auskoppelstellen (5) (steuerbare Matrixelemente zur Lichtauskopplung) sind, wobei
jeweils mindestens eine Lichtquelle jeweils einer Spalte und/oder jeweils einer Zeile Licht in mindestens eine jeweilig ausgewählte Zeile i und/oder in mindestens eine jeweilig ausgewählte Spalte j einkoppelt und
nur in dem mindestens einen ausgewählten Matrixelement (i×j], das durch die ausgewählte Zeile i und die ausgewählte Spalte gekennzeichnet ist, die Auskoppelstelle (5) so geschaltet ist, daß eine Strahlauskopplung des Lichts in Richtung von der Substratoberfläche weg in den Betrachtungsraum (14) hinein erfolgbar ist und weiterhin durch eine zeitlich schnelle Aneinanderreihung der Licht ausstrahlenden Bildpunkte ein Bild erzeugbar ist (Fig. 7).

34. Flachbildschirm nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer matrixförmigen Anordnung von Wellenleitern, wobei die Kreuzungsstellen steuerbare Auskoppelstellen sind, zur vollwertigen Farbbilderzeugung mindestens eine der Zeilenzahl und der Spaltenzahl entsprechende Anzahl von drei Arten von Lichtquellen in jeweils einer Grundfarbe an den Eingängen der Wellenleiter angeschlossen ist, die durch die Zahl der außenliegende Zeilen und/oder Spalten bestimmt ist.

35. Flachbildschirm nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat (1) eine matrixförmige Breitband-Wellenleiterstruktur
mit 1 k n Zeilen und mit 1 l m Spalten angeordnet ist, wobei mindestens drei der Breitband-Wellenleiter (3), die durch die Zeile 1 und/oder die
Zeile n und/oder die Spalte 1 und/oder die Spalte m gekennzeichnet sind, an mindestens einem der Wellenleiterenden einen Lichteingang haben, wobei jeder Lichteingang mit jeweils einer Lichtquelle (2), die jeweils Licht einer Wellenlänge abstrahlt, korrespondiert,
die Matrixelemente
[1×1], [n×1], [1×m] und [n×m] passive Kreuzungsstellen (7) sind,
die Matrixelemente
[(1 < k < n)×1], [(1 < k < n)×m], [1×(1 <l < m)] und [n×(1 < l < m)] Verteilerstellen (6) (schaltbare Lichtumlenker) sind und die Matrixelemente
[(1 < k < n)×(1 < l < m)] Auskoppelstellen (5) (steuerbare Matrixelemente zur Lichtauskopplung) sind, wobei
die Verteilerstellen (6) jeden der Lichtanteile in mindestens eine jeweilig ausgewählte Zeile i und/oder in mindestens eine jeweilig ausgewählte Spalte j umlenken und nur in dem mindestens einem ausgewählten Matrixelement [i×j], daß durch die ausgewählte Zeile i und die ausgewählte Spalte j gekennzeichnet ist, die Auskoppelstelle (5) so geschaltet ist, daß eine Strahlauskopplung der mindestens drei räumlich zusammengeführten Lichtanteile in Richtung von der Substratoberfläche weg erfolgbar ist (in den Betrachtungsraum 14 hinein) und dadurch beliebige Farbwerte in einem Bildpunkt darstellbar sind und weiterhin durch eine zeitlich schnelle Aneinanderreihung der die Farbwerte darstellenden Matrixelemente im menschlichen Auge der Eindruck eines farbigen Bildes erzeugbar ist (Fig. 4).

36. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in jedem der matrixförmig angeordneten Bildpunkte befindliche mindestens eine Auskoppelstelle mit mindestens einem Wellenleiter verbunden ist und in jeden Eingang des Wellenleiters helligkeitsmoduliertes Licht einkoppelbar ist, wobei jeder Wellenleiter nur mit einer einzigen Auskoppelstelle korrespondiert.

37. Flachbildschirm nach Anspruch 36 und nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bildpunkt aus der Kreuzung von mindestens drei Wellenleitern (3) besteht und eine nicht steuerbare Auskoppelstelle (5) darstellt, aus der räumlich zusammengeführtes Licht auskoppelbar ist.

38. Flachbildschirm nach Anspruch 36 und nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bildpunkt aus drei dicht aneinanderliegenden, unabhängigen, nicht steuerbaren Auskoppelstellen besteht, die ein Triplett (27) bilden und jede Auskoppelstelle mit einem Wellenleiter (3) verbunden ist, in den helligkeitsmoduliertes Licht einkoppelbar ist.

39. Flachbildschirm nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppelstellen (5) oder die Verteilerstellen (6) in Form von steuerbaren oder nicht steuerbaren optischen Gittern realisiert sind, wobei die Gitter in Form von konzentrischen Kreisringen über der Kreuzungsstelle (4) von Wellenleitern (3) liegen, wobei die Ausbildung dieser Struktur im Bereich der Wellenleiter sektorförmig ausreichend ist.

40. Flachbildschirm nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppelstellen (5) in Form von in das Substratmaterial (1) eingebrachten Gruben realisiert sind, deren Grubenwände mindestens zum Teil reflektierende Eigenschaften haben, welche das im Wellenleiter (3) geführte Licht in den Betrachtungsraum (14) reflektieren, wobei jeder Wellenleiter gegenüber einer Reflexionsfläche endet.

41. Flachbildschirm nach Anspruch 16 und nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendenden Wellenleiterenden Cantilever sind und in einem Bereich der Reflexionsfläche ein weiterführender Wellenleiter beginnt, die wellenleitertragende Zunge (22) des Cantilevers in einem Ansteuerungsfall mit der Reflexionsfläche, in einem anderen Ansteuerungsfall mit dem weiterführenden Wellenleiter korrespondiert.

42. Flachbildschirm nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtaussendende Wellenleiterende im Substrat festliegt und der weiterführende Wellenleiter auf einer Zunge (22) liegt und auf dem beweglichen Wellenleiterende ein Reflektor aufgebracht ist, wobei die Zunge in einem Ansteuerungsfall eine Stellung hat, in der das Licht im weiterführenden Wellenleiter geführt wird und die Zunge in einem anderen Ansteuerungsfall eine andere Stellung hat, in der das Licht auf den Reflektor gelangt und in den Betrachtungsraum (14) reflektiert wird.

43. Flachbildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplung der Lichtanteile in die Wellenleiter und/oder die Auskopplung der Lichtanteile aus den Auskoppelstellen in einem vorbestimmten oder veränderlichen Intensitäts- oder Amplitudenverhältnis zeitgleich erfolgt (flimmerfreie Darstellung).

44. Flachbildschirm nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplung der Lichtanteile in die Wellenleiter und/oder die Auskopplung der Lichtanteile aus den Auskoppelstellen in einem vorbestimmten Intensitäts- oder Amplitudenverhältnis zeitlich konstant erfolgt (Standbilddarstellung).

45. Flachbildschirm nach Anspruch 13 oder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der in einer Auskoppelstelle (5) oder in einer Verteilerstelle (6) angewendeten Prinzipien eine aktive Steuerung gewährleistet.

46. Flachbildschirm nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 13 oder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter Quasi-Wellenleiter, insbesondere ARROW′s, sind und als Verteilerstelle und/oder als Auskoppelstelle zusätzlich zu den genannten Prinzipien Quasi-Wellenleiterkoppler, insbesondere ARROW-Koppler, verwendbar sind.

47. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat:
auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der in einem Teilbereich mit einem elektrooptisch aktiven Material (32) beschichtet ist, welches über dem Wellenleiter hervorsteht und eine Seitenfläche bildet, die die Lichtaustrittsfläche ist und die mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert, wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist. (Fig. 36a).

48. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat:
auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der in einem Teilbereich unterbrochen ist, dieser Teilbereich ist einem elektrooptisch aktiven Material (32) ausgefüllt, wobei das elektrooptisch aktive Material (32) so dick ist, daß es über der Oberfläche des Wellenleiters (3) hervorsteht, und eine Seitenfläche in dem Bereich, der über dem Wellenleiter (3) steht, die die Lichtaustrittsfläche ist, mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert, wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist (Fig. 36b).

49. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat:
auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der in einem Teilbereich unterbrochen ist, dieser Teilbereich ist von einem elektrooptisch aktiven Material (32) ausgefüllt, weiterhin ist dieses elektrooptisch aktive Material (32) mit einem transparenten Material (36) geeigneter Dicke und Brechzahl beschichtete, welches über dem Wellenleiter (3) hervorsteht, und eine Seitenfläche bildet, die die Lichtaustrittsfläche ist, und mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert, wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist (Fig. 36d).

50. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat:
auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der in einem Bereich von einem elektrooptisch aktiven Material (32) überdeckt wird, welches mit einer transparenten Zwischenschicht (34) optisch vom Wellenleiter (3) getrennt ist und eine Lichtaustrittsfläche hat, die mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert, wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist (Fig. 36e).

51. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat:
auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der sich in einem Teilbereich in seiner Dicke aufweitet, und zumindest in diesem Teilbereich aus einem elektrooptisch aktiven Material (32) besteht und eine Seitenfläche bildet, die über dem eben geführten Wellenleiter (3) hervorsteht und die die Lichtaustrittsfläche des elektrooptisch aktiven Materials (32) ist, welche mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert, wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist (Fig. 36c).

52. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat:
auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der in einem Teilbereich von einem elektrooptisch aktiven Material (32) angegrenzt ist, welches unmittelbar neben dem Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht ist und eine Stirnfläche bildet, die die Lichtaustrittsfläche des elektrooptisch aktiven Materials (32) ist und mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert, wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist (Fig. 37a).

53. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat:
auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der in einem Teilbereich unterbrochen ist, dieser Teilbereich ist von einem elektrooptisch aktiven Material (32) ausgefüllt, wobei das elektrooptisch aktive Material (32) so breit ist, daß es über die Breite des Wellenleiters (3) hervorsteht und eine Stirnfläche in dem Bereich, der über die Breite des Wellenleiters (3) an einer Seite herausragt, bildet, die die Lichtaustrittsfläche des elektrooptisch aktiven Materials (32) ist, und mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert, wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist (Fig. 37b).

54. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat: auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der in einem Teilbereich unterbrochen ist, dieser Teilbereich von einem elektrooptisch aktiven Material (32) ausgefüllt ist und von einem transparenten Material (36) geeigneter Breite und Brechzahl benachbart ist, das an seiner Stirnfläche eine Lichtaustrittsfläche hat, die mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert, wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist (Fig. 37d).

55. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat:
auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der von einem elektrooptisch aktiven Material (32) geeigneter Breite und Brechzahl angegrenzt ist, welches mit einer transparenten Zwischenschicht (34) optisch vom Wellenleiter (3) getrennt ist und eine Stirnfläche bildet, die die Lichtaustrittsfläche des elektrooptisch aktiven Materials (32) ist und mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist (Fig. 37e).

56. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der moden-interferenzoptische Verteiler folgenden Aufbau hat:
auf einem Substrat (1) ist ein Wellenleiter (3) auf- oder eingebracht, der sich in einem Teilbereich in seiner Breite aufweitet, und zumindest in diesem Teilbereich aus einem elektrooptisch aktiven Material (32) besteht und eine Stirnfläche bildet, die über dem gerade geführten Wellenleiter (3) hervorsteht und die die Lichtaustrittsfläche des elektrooptisch aktiven Materials (32) ist, welche mit dem weiteren optischen Bauelement korrespondiert, wobei der elektrooptisch aktive Bereich mit einer Elektrodenanordnung (26) zur elektrooptischen Brechzahlmodulation beeinflußbar ist (Fig. 37c).

57. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 46 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenform und ihre Anordnung am zu modulierenden Bereich des Wellenleiters koplanar neben dem Bereich, koplanar auf und neben dem Bereich, über und unter dem Bereich, neben dem Bereich vergraben oder versenkt ist und so gewählt wird, daß eine vorteilhafte elektrooptische Modulation erfolgbar ist.

58. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 46 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechzahlmodulation weiterhin auf Basis eines der folgenden Prinzipien erfolgt:

• - akustooptische, thermooptische, magnetooptische, opto-optische, photothermische Modulation
• - Änderung des Brechungsindex durch Injektion oder Verarmung von freien Ladungsträgern in Halbleitermaterialien und entsprechende Ansteuereinrichtungen vorzusehen sind.

59. Farbbilderzeugungssystem nach Anspruch 18 oder nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das moden-interferenzoptische Bauelement ein weiteres optisches Bauelement in Form eines Wellenleiters oder eines Reflektors oder Gitters unmittelbar anschließt.