DE19925855A1

DE19925855A1 - Flachbildschirmvorrichtung, die einen Lichtwellenleiter verwendet

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Publication number: DE19925855A1
Application number: DE19925855A
Authority: DE
Inventors: Chin-Kyu Huh; Sang-Yong Han; Si-Ken Lee; Jae-Eun Yoo
Original assignee: Iljin Corp
Current assignee: Iljin Corp
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: JP3199703B2; DE19925855C2; FR2779537B1; KR20000000807A; TW521238B; KR100301936B1; US6236799B1; FR2779537A1; JP2000029398A

Abstract

Eine Flachbildschirmvorrichtung, die einen Lichtwellenleiter verwendet, weist auf: eine Lichtquelle zum Emittieren Licht, mehrere Lichtwellenleiter, in die Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, einfällt, ein Lichtwellenleiteranordnungssubstrat, auf dem die mehreren Lichtwellenleiter angeordnet sind, und das aus einem Material besteht, das einen niedrigen Brechungsindex aufweist, um das Licht total zu reflektieren, das durch die mehreren Lichtwellenleiter durchgelassen wird, eine Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung, die an den mehreren Lichtwellenleitern angeordnet ist und aus einem Material besteht, dessen Brechungsindex sich entsprechend einem elektrischen Feld ändert, einen Lichtausgangsabschnitt, der an der Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung angeordnet ist zum Brechen des Lichts, das durch die Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung gegangen ist, wenn das Licht, das sich durch die mehreren Lichtwellenleiter ausgebreitet hat, infolge des elektrischen Feldes durch die Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung durchgelassen wird und daraus abgegeben wird, und zum Abgeben desselben nach außen, eine erste Elektrode, die am Lichtausgangsabschnitt angeordnet ist, die aus einem transparenten, leitenden Material besteht, und an die eine vorherbestimmte Steuerspannung angelegt wird, eine zweite Elektrode, die unter der Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung angeordnet ist, die aus einem leitenden Material besteht, und die ein elektrisches Feld in Verbindung ...

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flachbildschirmvor richtung und insbesondere eine Flachbildschirmvorrichtung, die einen Lichtwellenleiter verwendet, der eine hohe Auflösung ei nes reproduzierten Bildes und eine hohe Ausbeute an Licht auf weist.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Gegenwärtig werden Kathodenstrahlröhren (CRTs) verbreitet als Bildschirmvorrichtungen für Monitore oder Fernsehgeräte verwendet. Jedoch werden infolge der Nachteile der CRT, die schwer und voluminös ist, leichte Flachbildschirmvorrichtungen, wie Flüssigkristall-Bildschirmvorrichtungen (LCDs) oder Plasma-Bildschirmvorrichtungen schrittweise in den praktischen Gebrauch gebracht. Jedoch sind die LCDs kostspielig und es gibt Grenzen für die Schirmgröße. Plasma-Bildschirmvorrichtungen sind ebenfalls kostspielig und verbrauchen viel Strom.

Um diese Nachteile zu überwinden, sind Bildschirmvorrich tungen entwickelt worden, die Lichtwellenleiter verwenden. Der Lichtwellenleiter ist für eine Bildschirmvorrichtung geeignet, die einen großen Schirm aufweist, da sie helles Licht zu einem entfernten Gebiet mit einer geringen Dämpfung des Lichts über tragen können.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Flachbildschirmvorrichtung, die einen Lichtwellenleiter verwendet.

Die herkömmliche Flachbildschirmvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt wird, umfaßt einen Kern 15, in dem das Licht einfällt, das von einer (nicht gezeigten) Lichtquelle abgegeben wird, um dann ausgebreitet zu werden, eine Umhüllung 14, die auf dem Kern 15 angeordnet ist und aus einem Material besteht, das einen niedrigen Brechungsindex aufweist, um das Licht total zu re flektieren, das sich durch den Kern 15 ausbreitet, eine Licht absorptionsschicht 10, die auf der Umhüllung 14 angeordnet ist, zum Absorbieren von Licht, eine erste Elektrode 13, die auf der Lichtabsorptionsschicht 10 angeordnet ist und an die eine vor herbestimmte Spannung angelegt wird, eine elektro-optische Ma terialschicht 16, die unter dem Kern angeordnet ist und deren Brechungsindex sich entsprechend einem elektrischen Feld än dert, eine Streuschicht 17 zur Streuung von Licht, und eine zweite Elektrode 18, die geerdet ist und aus einem transparenten Material besteht.

In der wie oben beschriebenen herkömmlichen Flachbild schirmvorrichtung wird, wenn einen vorherbestimmte Spannung 12 an die erste Elektrode 13 angelegt wird, ein elektrisches Feld 11 zwischen den ersten und zweiten Elektroden 13 und 18 erzeugt. Der Brechungsindex der elektro-optischen Materialschicht 16 nimmt infolge des elektrischen Feldes 11 zu, so daß das Licht, das sich durch den Kern 15 ausbreitet, durch die elektro-opti sche Materialschicht 16 geht und mit Streupartikeln in der Streuschicht 17 kollidiert, um dann gestreut zu werden. Das in der Streuschicht 17 gestreute Licht geht durch die zweite Elek trode 18, die aus einem transparenten Material besteht, so daß Licht, das durch die zweite Elektrode 18 gegangen ist, durch einen Betrachter beobachtet werden kann.

Jedoch wird in der oben erwähnten herkömmlichen Flachbild schirmvorrichtung, da die Streuschicht 17 kleine Partikel auf weist, die eine Streuung in alle Richtungen verursachen, das in die Streuschicht 17 einfallende Licht in alle Richtungen ge streut und ein beträchtlicher Lichtstrombetrag wird an der Grenzfläche zwischen der elektro-optischen Materialschicht 16 und der Streuschicht 17 reflektiert. Dementsprechend wird nur eine äußerst kleine Menge des einfallenden Lichts nach außen emittiert. Folglich ist die Lichtausbeute sehr niedrig.

Auch kann die herkömmliche Flachbildschirmvorrichtung die Breite eines Wellenleiter aufgrund ihrer niedrigen Ausgangsaus beute an Licht nicht reduzieren, um Licht an weniger als ein vorherbestimmte Breite auszugeben, was zu einer begrenzten Auf lösung eines reproduzierten Bildes führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die obigen Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flachbildschirmvorrichtung be reitzustellen, die eine hohe Auflösung eines reproduzierten Bildes, eine hohe Ausbeute an Licht und einen breiten Betrach tungswinkel aufweist.

Dementsprechend wird, um die obige Aufgabe zu lösen, eine Flachbildschirmvorrichtung bereitgestellt, die einen Lichtwel lenleiter verwendet, der aufweist: eine Lichtquelle zum Emit tieren von Licht, mehrere Lichtwellenleiter, in die Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, einfällt, ein Lichtwellen leiteranordnungssubstrat, auf dem die mehreren Lichtwellenlei ter angeordnet sind, und das aus einem Material besteht, das einen niedrigen Brechungsindex aufweist, um das Licht total zu reflektieren, das durch die mehreren Lichtwellenleiter durch gelassen wird, eine Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung, die an den mehreren Lichtwellenleitern angeordnet ist und aus einem Material besteht, dessen Brechungsindex sich entsprechend einem elektrischen Feld ändert, einen Lichtausgangsabschnitt, der an der Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung angeordnet ist zum Brechen des Lichts, das durch die Lichtausgangslei stungssteuervorrichtung gegangen ist, wenn das Licht, das sich durch die mehreren Lichtwellenleiter ausbreitet hat, infolge des elektrischen Feldes durch die Lichtausgangsleistungssteu ervorrichtung durchgelassen wird und daraus abgegeben wird, und zum Abgeben desselben nach außen, eine erste Elektrode, die am Lichtausgangsabschnitt angeordnet ist, die aus einem transpa renten, leitenden Material besteht, und an die eine vorherbe stimmte Steuerspannung angelegt wird, eine zweite Elektrode, die unter der Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung angeord net ist, die aus einem leitenden Material besteht, und die ein elektrisches Feld in Verbindung mit der ersten Elektrode bil det, und einen Treiber zum Anlegen der vorherbestimmten Steu erspannung an die ersten und zweiten Elektroden.

Die erste Elektrode ist vorzugsweise unter dem Lichtwellen leiteranordnungssubstrat angeordnet. Auch bestehen die mehreren Lichtwellenleiter vorzugsweise aus umhüllungsfreien Lichtleit fasern mit rechteckigem Querschnitt. Die Lichtausgangslei stungssteuervorrichtung ist vorzugsweise eine Flüssigkristall schicht. Auch kann der Lichtausgangsabschnitt aus mehreren um hüllungsfreien zylindrischen Lichtleitfasern geformt sein.

Die Flachbildschirmvorrichtung, die einen erfindungsgemä ßen Lichtwellenleiter verwendet, kann ferner eine transparente Schutzplatte aufweisen, auf der die erste Elektrode ausgebildet ist, wobei die Schutzplatte auf den Lichtausgangsabschnitt durch ein optisches Klebemittel geklebt ist.

Auch ist die Lichtquelle vorzugsweise eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht der drei Grundfarben zum Anzeigen von Far ben, und jeder der mehreren Lichtwellenleiter kann ferner drei Lichtwellenleiter aufweisen zum Verbreiten des Lichts der drei Grundfarben, das von der Lichtquelle emittiert wird.

Alternativ kann die Lichtquelle eine weiße Lichtquelle zum Anzeigen von Farben sein, wobei jede der mehreren Lichtwellen leiter ferner drei Lichtwellenleiter aufweisen kann, und Farb filter für die drei Grundfarben vor den drei Lichtwellenleitern vorgesehen sein können, um das Licht, das von der weißen Licht quelle emittiert wird, als Licht der drei Grundfarben zu ver breiten.

Auch kann ferner eine Grauskalasteuervorrichtung zur Steue rung der Helligkeit der Lichtausgangsleistung von der Licht quelle zwischen der Lichtquelle und den mehreren Lichtwellen leitern vorgesehen sein, und die Helligkeit der Lichtausgangs leistung aus der Grauskalasteuervorrichtung wird vorzugsweise entsprechend einem Lichthelligkeitssteuersignal gesteuert, das vom Treiber abgegeben wird.

Vorzugsweise weist die Grauskalasteuervorrichtung mehrere Grauskalasteuereinheiten auf, die eine vorherbestimmte Anzahl von Grauskalasteuervorrichtungen aufweisen, die in Reihe aus gebildet sind, wobei jede Grauskalasteuervorrichtung aufweist: einen Lichtwellenleiter, in den das Licht, das von den Licht quelle emittiert wird, einfällt, ein Lichtwellenleiteranord nungssubstrat, auf dem der Lichtwellenleiter angeordnet ist und das aus einem Material besteht, das einen niedrigen Brechungs index aufweist, um das Licht total zu reflektieren, das durch den Lichtwellenleiter durchgelassen wird, eine Lichtdurchlaß steuervorrichtung, die zwischen dem Lichtwellenleiter und dem Lichtwellenleiteranordnungssubstrat angeordnet ist und aus ei nem Material besteht, dessen Brechungsindex sich entsprechend einem elektrischem Feld ändert, eine Lichtabsorptionsschicht, die unter der Lichtdurchlaßsteuervorrichtung angeordnet ist zum Absorbieren des Lichts, das zur Lichtdurchlaßsteuervorrichtung durchgelassen wird, wenn das Licht, das sich durch den Licht wellenleiter ausbreitet, zur Lichtdurchlaßsteuervorrichtung infolge des elektrischen Feldes durchgelassen wird, dritte und vierte Elektroden, die am Lichtwellenleiter angeordnet sind, aus einem leitenden Material bestehen und an die das Lichthel ligkeitssteuersignal vom Treiber angelegt wird, eine fünfte Elektrode, die zwischen der Lichtabsorptionsschicht und dem Lichtleitfaseranordnungssubstrat angeordnet ist, und aus einem transparenten Material besteht, das elektrische Felder in Ver bindung mit den dritten bzw. vierten Elektroden erzeugt, und eine Schutzplatte, die am Lichtwellenleiter und den dritten und vierten Elektroden angeordnet ist, zur totalen Reflexion des Lichtes, das sich durch den Lichtwellenleiter ausbreitet.

Hier werden die Gebiete der Lichtdurchlaß-Steuervorrichtun gen der mehreren Grauskalasteuervorrichtungen vorzugsweise so hergestellt, daß sie sich voneinander unterscheiden, um die Helligkeit der Lichtausgangsleistung aus der Grauskalasteuer vorrichtung fein zu steuern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die obige Aufgabe und die Vorteile der vorliegenden Erfin dung werden deutlicher werden, indem im Detail eine bevorzugte Ausführungsform derselben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das eine herkömmliche Flachbildschirm vorrichtung darstellt, die einen Lichtwellenleiter verwendet;

Fig. 2 ein Diagramm, das das Anzeigefeld einer Flachbild schirmvorrichtung darstellt, die einen erfindungsge mäßen Lichtwellenleiter verwendet;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Fig. 2, die die Brechung des Lichtstroms darstellt;

Fig. 4 eine Vorderansicht eines Lichtleitfaseranordnungssub strats;

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts "A", der in Fig. 4 gezeigt wird;

Fig. 6 eine Querschnittansicht der Fig. 5;

Fig. 7 eine Rückansicht des in Fig. 4-1 gezeigten Lichtleit faseranordnungssubstrats;

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts "B", der in Fig. 7 gezeigt wird;

Fig. 9 Vorder- und Rückansichten einer Schutzplatte, an der umhüllungsfreie zylindrische Lichtleitfasern befe stigt sind;

Fig. 10 vergrößerte Ansichten der Teile "C" und "D", die in Fig. 9 gezeigt werden;

Fig. 11 ein Blockdiagramm einer Flachbildschirmvorrichtung, die einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter verwen det;

Fig. 12A Grauskalasteuereinheiten, und Fig. 12B und 12C de taillierte Diagramme der Grauskalasteuereinheiten;

Fig. 13 eine quer verlaufende Teilguerschnittansicht eines Lichtleitfaseranordnungssubstrats in einem Farbanzei gefeld;

Fig. 14 eine längs verlaufende Teilquerschnittansicht eines Lichtleitfaseranordnungssubstrat in einem Farbanzei gefeld; und

Fig. 15 eine Teilvorderansicht eines Lichtleitfaseranord nungssubstrats in einem Farbanzeigefeld.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 2 zeigt das Anzeigefeld einer Flachbildschirmvorrich tung, die einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter verwendet.

Das in Fig. 2 gezeigte Anzeigefeld weist auf: eine umhül lungsfreie Lichtleitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt, ein Lichtleitfaseranordnungssubstrat 24, eine Flüssigkristall schicht 22, mehrere umhüllungsfreie zylindrische Lichtleitfa sern 21, eine erste Elektrode 25 und eine zweite Elektrode 26. Das aus einer (nicht gezeigten) Lichtquelle emittierte Licht fällt in die umhüllungsfreie Lichtleitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt ein, um so als ein Lichtwellenleiter zu dienen. Das Lichtleitfaseranordnungssubstrat 24 ist unter der umhüllungs freien Lichtleitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt angeord net und besteht aus einem Material, das einen niedrigen Bre chungsindex aufweist, um so das Licht total zu reflektieren, das sich durch die umhüllungsfreie Lichtleitfaser 23 mit recht eckigem Querschnitt ausbreitet. Die Flüssigkristallschicht 22 ist auf der umhüllungsfreien Lichtleitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet und besteht aus einem Material, dessen Brechungsindex entsprechend einem elektrisch Feld zunimmt, um so als eine Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung zu dienen. Die mehreren umhüllungsfreien zylindrischen Lichtleitfasern 21 sind auf der Flüssigkristallschicht 22 angeordnet zum Brechen von Licht, das durch die Flüssigkristallschicht 22 gegangen ist, wenn das Licht, das sich durch die umhüllungsfreie Licht leitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt ausbreitet, zur Flüs sigkristallschicht 22 durch das elektrische Feld durchgelassen wird und davon abgegeben wird, und zum Abgeben desselben nach außen. Die erste Elektrode 25 ist auf den umhüllungsfreien zy lindrischen Lichtleitfasern 21 angeordnet, besteht aus trans parentem, leitenden Material, und eine vorherbestimmte Steuer spannung (+V) wird daran angelegt. Die zweite Elektrode 26 ist unter dem Lichtleitfaseranordnungssubstrat 24 angeordnet und besteht aus einem leitenden Material. Die zweite Elektrode 26 bildet in Verbindung mit der ersten Elektrode 25 ein elektri sches Feld. In Fig. 2 ist die zweite Elektrode 26 unter dem Lichtleitfaseranordnungssubstrat 24 angeordnet. Jedoch kann die zweite Elektrode 26 unter der Flüssigkristallschicht 22 oder der umhüllungsfreien Lichtleitfaser 23 mit rechteckigem Quer schnitt angeordnet sein, ohne auf den in Fig. 2 gezeigten Fall beschränkt zu sein.

Auch ist eine transparente Schutzplatte 20, auf der die er ste Elektrode 25 ausgebildet ist, an die zylindrischen Licht leitfasern 21 unter Verwendung eines optischen Klebemittels 27 gekoppelt.

Die Arbeitsweise der vorher erwähnten Flachbildschirmvor richtung, die einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter verwen det, wird nun in Hinblick auf das Anzeigefeld beschrieben, das in Fig. 3 gezeigt wird, die eine vergrößerte Ansicht der Fig. 2 ist. In Fig. 3 stellt n₀ den Brechungsindex der Atmosphäre dar, n₁ stellt den Brechungsindex der umhüllungsfreien Licht leitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt dar, n₃ stellt den Brechungsindex des Lichtleitfaseranordnungssubstrats 24 dar, n₄ stellt den Brechungsindex der Flüssigkristallschicht 22 in dem Fall dar, wo kein elektrisches Feld daran angelegt ist, n₄' stellt den Brechungsindex der Flüssigkristallschicht 22 in dem Fall dar, wo ein elektrisches Feld daran angelegt ist, n₅ stellt den Brechungsindex von jeder der umhüllungsfreien zylindrischen Lichtleitfasern 21 dar, und n₆ stellt die Brechungsindizes der Schutzplatte 20 und des optischen Klebemittels 27 dar.

Bezugnehmend auf Fig. 3, geht das Licht, das von einer (nicht gezeigten) Lichtquelle einfällt, die außerhalb des An zeigefeldes angebracht ist, durch die umhüllungsfreie Licht leitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt, indem eine Totalre flexionsbedingung eines Wellenleiters erfüllt wird. Die Refle xion wird durch das Lichtleitfaseranordnungssubstrat 24 und die Flüssigkristallschicht 22 ausgeführt, die die Brechungsindizes n₃ bzw. n₄ aufweisen, die verhältnismäßig niedriger als der Bre chungsindex der umhüllungsfreien Lichtleitfaser 23 mit recht eckigem Querschnitt sind.

Wenn vorherbestimmte Spannungen +V und -V jeweils an die ersten und zweiten Elektroden 25 und 26 angelegt werden, wird ein elektrisches Feld zwischen den ersten und zweiten Elektro den 25 und 26 gebildet. Dies erhöht den Brechungsindex der Flüs sigkristallschicht 22 deutlich, die auf der umhüllungsfreien Lichtleitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet ist, so daß n₄' ≧ 1,1 × n₁, das heißt, die Totalreflexionsbedingung wird gebrochen. Dann wird der Lichtstrom fast völlig von der umhüllungsfreien Lichtleitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt zur Flüssigkristallschicht 22 mit einem kleinen Brechungswinkel durchgelassen, um dann in die lateral Oberflächen der umhül lungsfreien zylindrischen Lichtleitfasern 21 einzufallen, die jeweils einen Brechungsindex n₅ aufweisen, der größer als der n₄ der Flüssigkristallschicht 22 ist.

Hier wird der Brechungsindex n₅ jeder der umhüllungsfreien zylindrischen Lichtleitfasern 21 geeignet eingestellt, so daß der Lichtstrom um die Ausgangsseite der umhüllungsfreien zylin drischen Lichtleitfasern 21 konvergiert. Der Lichtstrom, der von den umhüllungsfreien zylindrischen Lichtleitfasern 21 kon zentriert wird, wird vollständig zur Außenseite der Schutz platte 20 über das optische Klebemittel 27 und die Schutzplatte 20 mit einem großen Streuungswinkel ausgegeben.

Wenn die umhüllungsfreie Lichtleitfaser 23 mit rechteckigem Querschnitt, die einen Brechungsindex n₁ aufweist und als ein Lichtwellenleiter dient, durch die Flüssigkristallschicht 22 bedeckt wird, wird die Bedingung für die Totalreflexion des Lichts, das sich im Lichtwellenleiter bewegt, durch die Formel (1) ausgedrückt:

θ < θ_c

θ_c = sin^-1(n₄/n₁)

wobei θ_c ein kritischer Winkel ist. Das Licht, das einen Ein fallswinkel θ aufweist, der größer als der kritische Winkel θ_c ist, wird an der Grenzfläche zwischen einer Flüssigkristall schicht und einem Wellenleiter reflektiert. Wenn zum Beispiel eine Flüssigkristallschicht, die einen Brechungsindex von 1,45 aufweist, auf einem Wellenleiter augebildet ist, der einen Bre chungsindex von 1,65 aufweist, kann das im Wellenleiter einge fangene Licht im Bereich des Einfallswinkels, der größer als der kritischer Winkel ist, nicht aus dem Wellenleiter entwei chen. Wenn jedoch eine äußere Spannung an die Flüssigkristall schicht angelegt wird, wird ein elektrisches Feld an die Flüs sigkristallschicht angelegt, so daß der Brechungsindex des Flüssigkristalls um etwa 20% zunimmt, um 1,74 zu betragen. Hier wird, da der Brechungsindex der Flüssigkristallschicht größer als jener des Wellenleiters wird, das im Wellenleiter eingefan gene Licht durch die Flüssigkristallschicht durchgelassen, um dann nach außen abgegeben zu werden.

Fig. 4 ist eine Vorderansicht eines Lichtleitfaseranord nungssubstrats eines Anzeigefeldes, auf dem umhüllungsfreie Lichtleitfasern mit rechteckigem Querschnitt angeordnet sind, Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts "A", der in Fig. 4 gezeigt wird, und Fig. 6 ist einen Querschnittansicht der Fig. 5. Bezugnehmend auf die Fig. 5 und 6, sind umhül lungsfreie Lichtleitfasern 23 mit rechteckigem Querschnitt in rechteckigen Rillen angeordnet, die senkrecht auf einem Licht leitfaseranordnungssubstrat 24 ausgebildet sind, wobei eine Flüssigkristallschicht 22 ist darauf ausgebildet ist und eine zweite Elektrode 26 unter dem Lichtleitfaseranordnungssubstrat 24 ausgebildet ist.

Fig. 7 ist eine Rückansicht des Lichtleitfaseranordnungs substrats 24, und Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht des Ab schnitts "B", der in Fig. 7 gezeigt wird. Bezugnehmend auf die Fig. 7 und 8, ist die zweite Elektrode 26 horizontal auf dem Lichtleitfaseranordnungssubstrat 24 ausgebildet.

Fig. 9 stellt Vorder- und Seitenansichten einer Schutz platte dar, auf der eine umhüllungsfreie zylindrische Licht leitfaser befestigt ist, und Fig. 10 stellt vergrößerte Ansich ten von Abschnitten "C" und "D" dar, die in Fig. 9 gezeigt wer den. Bezugnehmend auf Fig. 9 und 10, ist eine umhüllungsfreie zylindrische Lichtleitfaser 21 durch ein optisches Klebemittel 27 mit einer Schutzplatte 20 verbunden, die aus einem transpa renten Material besteht, auf der eine erste Elektrode 25 aus gebildet ist.

Fig. 11 ist ein Blockdiagrainm einer Flachbildschirmvorrich tung, die einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter verwendet. Bezugnehmend auf Fig. 11, weist die Flachbildschirmvorrichtung, die einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter verwendet, auf: eine Lichtquelle 36 zum Emittieren von Licht, eine Grauskala steuervorrichtung 34 zur Steuerung der Helligkeit der Lichtaus gangsleistung von der Lichtquelle 36, ein Anzeigefeld 32 zum Aufnehmen der Lichtausgangsleistung von der Grauskalasteuervor richtung 34 und Anzeigen derselben, und einen Treiber 30 zum Anlegen von Steuersignalen C₁ und C₂ an die Grauskalasteuervor richtung 34 bzw. das Anzeigefeld 32, entsprechend einem Video signal.

In der Flachbildschirmvorrichtung, die einen erfindungsge mäßen Lichtwellenleiter verwendet, der wie oben beschrieben konstruiert ist, wird die Helligkeit der Lichtausgangsleistung aus der Lichtquelle 36 durch die Grauskalasteuervorrichtung 34 entsprechend dem Steuersignal C₁ gesteuert, das vom Treiber 30 ausgegeben wird, und Licht, das durch die Grauskalasteuervor richtung 34 gegangen ist, wird sequentiell auf dem Anzeigefeld 32 entsprechend der C₂-Ausgabe vom Treiber 30 angezeigt. Die Arbeitsweise des Anzeigefeldes 32 ist dieselbe wie jene, die unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wurde, und folglich wird eine Erläuterung derselben weggelassen.

Die Grauskalasteuervorrichtung 34 weist mehrere Grauskala steuereinheiten auf, die in Fig. 12A gezeigt werden. Jede Grau skalasteuereinheit weist vier Grauskalasteuervorrichtungen 53, 54, 55 und 56 auf. Jede der Grauskalasteuervorrichtungen 53, 54, 55 und 56, die in Fig. 12A gezeigt werden, weist auf: eine umhüllungsfreie Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt, ein Lichtleitfaseranordnungssubstrat 46, eine Flüssigkristall schicht 48, eine Lichtabsorptionsschicht 50, eine dritte Elek trode 40, eine vierte Elektrode 41, eine fünfte Elektrode 52 und eine Schutzplatte 42. Das Licht, das von der Lichtquelle 36 emittiert wird, fällt auf die umhüllungsfreie Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt. Die umhüllungsfreie Lichtleitfa ser 44 mit rechteckigem Querschnitt ist auf dem Lichtleitfaser anordnungssubstrat 46 angeordnet, das aus einem Material be steht, das einen niedrigen Brechungsindex aufweist, um Licht total zu reflektieren, das sich durch die umhüllungsfreie Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt ausbreitet. Die Flüssigkristallschicht 48 ist zwischen der umhüllungsfreien Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt und dem Licht leitfaseranordnungssubstrat 46 angeordnet und besteht aus einem Material, dessen Brechungsindex sich entsprechend einem elek trischen Feld ändert, um als eine Lichtdurchlaßsteuervorrich tung zu dienen. Die Lichtabsorptionsschicht 50 ist unter der Flüssigkristallschicht 48 angeordnet und absorbiert das Licht, das zur Flüssigkristallschicht 48 durchgelassen wird, wenn das Licht, das sich durch die umhüllungsfreien Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt ausbreitet, zur Flüssigkristall schicht 48 infolge eines elektrischen Feldes durchgelassen wird, das angelegt wird. Die dritten und vierten Elektroden 40 und 41, die auf der umhüllungsfreien Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet sind, bestehen aus leiten dem Material, und das Steuersignal C₁ wird an sie durch Treiber 30 angelegt. Die fünfte Elektrode 52 ist zwischen der Lichtab sorptionsschicht 50 und dem Lichtleitfaseranordnungssubstrat 46 angeordnet und besteht aus einem transparenten Material, das elektrische Felder in Verbindung mit den dritten bzw. vierten Elektroden 40 und 41 erzeugt. Die Schutzplatte 42 ist auf der umhüllungsfreien Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt und den dritten und vierten Elektroden 40 und 41 angeordnet und reflektiert Licht total, das sich durch die umhüllungsfreie Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt ausbreitet.

Um die Helligkeit der Lichtausgangsleistung aus der Grau skalasteuervorrichtung 34 fein zu steuern, werden die Gebiete der Flüssigkristallschichten 48 der vier Grauskalasteuervor richtungen 53, 54, 55 und 56 so hergestellt, daß sie sich von einander unterscheiden.

Die Arbeitsweise der Grauskalasteuervorrichtung 34, die wie oben beschrieben konstruiert ist, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 12B und 12C beschrieben.

Fig. 12B zeigt den Fall, wo keine Spannung an die dritte Elektrode 40 angelegt ist, eine vorherbestimmte positive Span nung (+V) an die vierte Elektrode 41 angelegt ist und eine vor herbestimmte negative Spannung (-V) an die fünfte Elektrode 52 angelegt ist. Die Richtung der Orientierung der Flüssigkri stallmoleküle in der Flüssigkristallschicht 48 ist parallel zur Orientierungsrichtung der umhüllungsfreien Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt, das heißt, der Brechungsindex der Flüssigkristallschicht 48 erfüllt die Bedingung für die Total reflexion. Folglich unterliegt das von der Lichtquelle 36 ein fallende Licht einer Totalreflexion, um dann durch die umhül lungsfreie Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt aus breitet zu werden.

Fig. 12C zeigt den Fall, wo keine Spannung an die vierte Elektrode 41 angelegt ist, eine vorherbestimmte positive Span nung (+V) an die dritte Elektrode 40 angelegt ist und eine vor herbestimmte negative Spannung (-V) an die fünfte Elektrode 52 angelegt ist. Die Richtung der Orientierung der Flüssigkri stallmoleküle in der Flüssigkristallschicht 48 wird um 90° ver ändert, so daß der Brechungsindex der Flüssigkristallschicht 48 deutlich zunimmt. Folglich kann das Licht, das von der Flüssig kristallschicht 48 reflektiert werden soll, nicht davon reflek tiert werden, sondern wird durch die Flüssigkristallschicht 48 durchgelassen, um dann in der Lichtabsorptionsschicht 50 absor biert zu werden. Auf eine solche Weise wird das Licht, das sich durch die umhüllungsfreie Lichtleitfaser 44 mit rechteckigem Querschnitt ausbreitet, teilweise durch die Flüssigkristall schicht 48 durchgelassen, um dann in der Lichtabsorptions schicht 50 absorbiert zu werden, durch die die Helligkeit des ausbreiteten Licht gesteuert wird, wodurch die Grauskala des Lichts gesteuert wird. Sobald die Grauskala des Lichts gesteu ert wird, wird keine Spannung an die dritte Elektrode 40 ange legt, eine vorherbestimmte positive Spannung (+V) wird an die vierte Elektrode 41 angelegt, und eine vorherbestimmte negative Spannung (-V) wird an die fünfte Elektrode 52 angelegt, wie in Fig. 12B gezeigt, wodurch zugelassen wird, daß die Flüssigkri stallschicht 48 einen Brechungsindex aufweist, der die Bedin gung für die Totalreflexion erfüllt.

Um die Grauskala des Lichts fein zu steuern, werden die Ge biete der Flüssigkristallschichten 48 der vier Grauskalasteu ervorrichtungen 53, 54, 55 und 56, die in Fig. 12A gezeigt wer den, so hergestellt, daß sie sich voneinander unterscheiden. Auch kann die Grauskala des Lichts viel feiner gesteuert werden, indem die Anzahl der Grauskalasteuervorrichtungen erhöht wird.

Fig. 13 ist eine quer verlaufende Teilquerschnittansicht eines Lichtleitfaseranordnungssubstrat in einem Farbanzeige feld zum Anzeigen von Farben, in dem drei umhüllungsfreie Licht leitfasern mit rechteckigem Querschnitt 62, 64 und 66 in recht eckig Rillen gestapelt sind, die in einem Lichtleitfaseranord nungssubstrat 68 ausgebildet sind, wobei eine Flüssigkristall schicht 60 auf der umhüllungsfreien Lichtleitfaser mit recht eckigem Querschnitt 62 ausgebildet ist und eine Elektrode 70 unter dem Lichtleitfaseranordnungssubstrat 68 ausgebildet ist. Die Strukturen einer umhüllungsfreien zylindrischen Lichtleit faser und einer Schutzplatte, die auf der Flüssigkristall schicht 60 angeordnet ist, sind dieselben wie jene, die in Fig. 2 gezeigt werden, und werden hier weggelassen. Alternativ kön nen im Farbanzeigefeld zum Anzeigen von Farben, die Farben an gezeigt werden, indem die drei umhüllungsfreien Lichtleitfasern mit rechteckigem Querschnitt eher in drei rechteckigen Rillen angeordnet werden, die jeweils parallel zum Lichtleitfaseran ordnungssubstrat ausgebildet sind, als daß die drei umhüllungs freien Lichtleitfasern mit rechteckigem Querschnitt in einer rechteckigen Vertiefung gestapelt werden.

Fig. 14 ist eine längs verlaufende Teilguerschnittansicht eines Lichtleitfaseranordnungssubstrat in einem Farbanzeige feld zum Anzeigen von Farben, und Fig. 15 ist eine Teilvorder ansicht davon. Hier bezeichnet die Bezugsziffer 72 drei Licht leitfasern mit rechteckigem Querschnitt, die mit der Grauska lasteuervorrichtung 34 verbunden sind und in die die Lichtaus gangsleistung aus der Grauskalasteuervorrichtung 34 einfällt.

Im erfindungsgemäßen Farbanzeigefeld zum Anzeigen von Far ben fallen die Strahlen der drei Grundfarben, die von einer (nicht gezeigten) Lichtquelle zum Emittieren von Licht der drei Grundfarben abgegeben werden, in die drei umhüllungsfreien Lichtleitfasern mit rechteckigem Querschnitt 62, 64 und 66 ein, die jeweils sequentiell gestapelt sind. Die Strahlen der drei Grundfarben, die in die drei umhüllungsfreie Lichtleitfasern mit rechteckigem Querschnitt 62, 64 und 66 einfallen und sich ausbreiten, gehen durch eine umhüllungsfreie zylindrische Lichtleitfaser und eine Schutzplatte, um dann nach außen abge geben zu werden, wenn der Brechungsindex des Flüssigkristall schicht 60 infolge eines elektrischen Feldes zunimmt, das an gelegt wird, wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, wo durch ein gewünschtes Bild auf dem Anzeigefeld als eine Farbe angezeigt wird.

Alternativ kann ein gewünschtes Bild als eine Farbe ange zeigt werden, indem eine weiße Lichtquelle verwendet wird und Farbfilter, die den jeweiligen Farben entsprechen, vor den drei umhüllungsfreien Lichtleitfasern mit rechteckigem Querschnitt 62, 64 und 66 vorgesehen werden, um das Licht der drei Grund farben durch die drei umhüllungsfreien Lichtleitfasern mit rechteckigem Querschnitt 62, 64 und 66 auszubreiten.

Wie oben beschrieben, kann die Flachbildschirmvorrichtung, die einen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter verwendet, die Auflösung eines reproduzierten Bildes beträchtlich verbessern und weist eine sehr hohe Ausbeute an Licht und einen weiten Be trachtungswinkel auf.

Claims

1. Flachbildschirmvorrichtung, die einen Lichtwellenleiter verwendet, die aufweist:
eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht;
mehrere Lichtwellenleiter, in die Licht, das von der Licht quelle emittiert wird, einfällt;
ein Lichtwellenleiteranordnungssubstrat, auf dem die meh reren Lichtwellenleiter angeordnet sind, und das aus einem Material besteht, das einen niedrigen Brechungsindex auf weist, um das Licht total zu reflektieren, das durch die mehreren Lichtwellenleiter durchgelassen wird;
eine Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung, die an den mehreren Lichtwellenleitern angeordnet ist und aus einem Ma terial besteht, dessen Brechungsindex sich entsprechend ei nem elektrischen Feld ändert;
einen Lichtausgangsabschnitt, der an der Lichtausgangslei stungssteuervorrichtung angeordnet ist zum Brechen des Lichts, das durch die Lichtausgangsleistungssteuer vorrichtung gegangen ist, wenn das Licht, das sich durch die mehreren Lichtwellenleiter ausbreitet hat, infolge des elektrischen Feldes durch die Lichtausgangsleistungssteu ervorrichtung durchgelassen wird und daraus abgegeben wird, und zum Abgeben desselben nach außen;
eine erste Elektrode, die am Lichtausgangsabschnitt ange ordnet ist, die aus einem transparenten, leitenden Material besteht, und an die eine vorherbestimmte Steuerspannung an gelegt wird;
eine zweite Elektrode, die unter der Lichtausgangslei stungssteuervorrichtung angeordnet ist, die aus einem lei tenden Material besteht, und die ein elektrisches Feld in Verbindung mit der ersten Elektrode bildet;
und einen Treiber zum Anlegen der vorherbestimmten Steuer spannung an die ersten und zweiten Elektroden.

2. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode unter dem Lichtwellenleiteranordnungssubstrat an geordnet ist.

3. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die meh reren Lichtwellenleiter umhüllungsfreie Lichtleitfasern mit rechteckigem Querschnitt sind.

4. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtausgangsleistungssteuervorrichtung eine Flüssigkri stallschicht ist.

5. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lichtausgangsabschnitt aus mehreren umhüllungsfreien zylin drischen Lichtleitfasern gebildet wird.

6. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine transparente Schutzplatte aufweist, auf der die erste Elek trode augebildet ist, wobei die Schutzplatte am Lichtaus gangsabschnitt durch ein optisches Klebemittel angeklebt wird.

7. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht der drei Grundfarben zum Anzeigen von Farben ist, und jede der mehreren Lichtwellenleiter ferner drei Lichtwellenleiter aufweist zum Ausbreiten von Licht der drei Grundfarben, das von der Lichtquelle emittiert wird.

8. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle eine weiße Lichtquelle zum Anzeigen von Farben ist, wobei jeder der mehreren Lichtwellenleiter ferner drei Lichtwellenleiter aufweist, und Farbfilter für die drei Grundfarben vor den drei Lichtwellenleitern vorgesehen sind, um das Licht, das von der weißen Lichtquelle emittiert wird, als Licht der drei Grundfarben zu verbreiten.

9. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Grauskalasteuervorrichtung zur Steuerung der Helligkeit der Lichtausgangsleistung von der Lichtquelle ferner zwischen der Lichtquelle und den mehreren Lichtwellenleitern vorge sehen ist, und die Helligkeit der Lichtausgangsleistung aus der Grauskalasteuervorrichtung entsprechend einem Lichthel ligkeitssteuersignal gesteuert wird, das vom Treiber abge geben wird.

10. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Grau skalasteuervorrichtung mehrere Grauskalasteuereinheiten aufweist, die eine vorherbestimmte Anzahl von Grauskala steuervorrichtungen aufweisen, die in Reihe ausgebildet sind, wobei jede Grauskalasteuervorrichtung aufweist:
einen Lichtwellenleiter, in den das Licht, das von den Lichtquelle emittiert wird, einfällt;
ein Lichtwellenleiteranordnungssubstrat, auf dem der Licht wellenleiter angeordnet ist und das aus einem Material be steht, das einen niedrigen Brechungsindex aufweist, um das Licht total zu reflektieren, das durch den Lichtwellenleiter durchgelassen wird;
eine Lichtdurchlaßsteuervorrichtung, die zwischen dem Lichtwellenleiter und dem Lichtwellenleiteranordnungs substrat angeordnet ist und aus einem Material besteht, des sen Brechungsindex sich entsprechend einem elektrischem Feld ändert;
eine Lichtabsorptionsschicht, die unter der Lichtdurchlaß steuervorrichtung angeordnet ist zum Absorbieren des Lichts, das zur Lichtdurchlaßsteuervorrichtung durchgelas sen wird, wenn das Licht, das sich durch den Lichtwellen leiter ausbreitet, zur Lichtdurchlaßsteuervorrichtung in folge des elektrischen Feldes durchgelassen wird;
dritte und vierte Elektroden, die am Lichtwellenleiter an geordnet sind, aus einem leitenden Material bestehen und an die das Lichthelligkeitssteuersignal vom Treiber angelegt wird;
eine fünfte Elektrode, die zwischen der Lichtabsorptions schicht und dem Lichtleitfaseranordnungssubstrat angeordnet ist und aus einem transparenten Material besteht, das elek trische Felder in Verbindung mit den dritten bzw. vierten Elektroden erzeugt; und
eine Schutzplatte, die am Lichtwellenleiter und den dritten und vierten Elektroden angeordnet ist zur totalen Reflexion des Lichtes, das sich durch den Lichtwellenleiter ausbrei tet.

11. Flachbildschirmvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Ge biete der Lichtdurchlaß-Steuervorrichtungen der mehreren Grauskalasteuervorrichtungen so hergestellt werden, daß sie sich voneinander unterscheiden, um die Helligkeit der Licht ausgangsleistung auf der Grauskalasteuervorrichtung fein zu steuern.