DE2726628A1

DE2726628A1 - Anzeigetafel

Info

Publication number: DE2726628A1
Application number: DE19772726628
Authority: DE
Inventors: Kenneth Selig Sachar
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1978-01-05
Also published as: DE2726628B2; JPS5620556B2; JPS533184A; US4088991A; FR2357024B1; IT1115496B; DE2726628C3; FR2357024A1; GB1574781A; CA1074897A

Description

Böblingen, 13. Juni 1977

sr 272662a

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenz. der Anmelderin: Docket YO 975 054

Vertreter:

Patentassessor Dipl.-Ing.

K. W. BLUTKE 7030 Böblingen, Sindelfinger Str.

Bezeichnung:

Anzeigetafel

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__Λ _s 272R628

₍Die Erfindung betrifft eine Anzeigetafel der im Oberbegriff jdes Anspruches 1 gekennzeichneten Art.

Es sind verschiedene Typen von Anzeigetafeln bekannt, z. B. Gasentladungs-Anzeigefeider, elektrochromische oder Flüssigkristall-Anzeigeordnungen, von denen jeder Typ mit bestimmten Nachteilen behaftet ist. So erfordert z. B. ein Gasentladungs-Anzeigefeld eine relativ hohe elektrische Leistung für seinen Betrieb; demzufolge muß die Metallisierung für die Leitungszüge relativ stark ausgeführt sein, um einen hohen Spannungsabfall entlang der Leitungen zu verhindern. Außerdem erfordert ein Gasentladungs-Anzeigefeld eine relativ komplexe Herstellung.

Im US-Patent 3 796 480 ist ein Anzeigefeld des Lichtmodulatortyps beschrieben. Der Lichtmodulator umfaßt eine starke Glasplatte mit einem Feld von matrixförmig angeordneten Löchern. Eine Vielzahl voneinander beabstandeter, reflektierender und leitender Streifen ist über die Glasplatte ausgedehnt. Unter jeder Lochspalte ist eine separate Elektrode angeordnet. An die Streifen und Elektroden angelegte elektrische Signale erzeugen in den Teilen einer Membran über den Löchern eine elektrostatische Ablenkung. Die Ablenkung über irgend einem Loch ist abhängig von dem an den Streifen über dem Loch angelegten elektrischen Signal und dem an die Elektrode unter dem Loch angelegten elektrischen Signal. Im Betrieb treten Reflexionen an den Teilen der Membran und der reflektierenden Streifen auf, die sich über die Löcher erstrecken. Dabei wird das durch die Streifen über den Löchern reflektierte Licht j in seiner Phase moduliert. Eine solche Anzeigetafel ist in !ihrer Struktur sehr aufwendig und komplex.

!Es ist Aufgabe der Erfindung, eine flache Anzeigetafel vorzusehen, die relativ einfach und billig herzustellen ist, die robust ist, wenig Leistung verbraucht und die Fähigkeit für

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einen Vielfarbbetrieb aufweist. Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil ! des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. j

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran- ; Sprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Anzeigegerätes nach der vorliegenden Erfindung mit einer

Seitenansicht des Panels, Fig. 2 eine Draufsicht des Anzeigepanels nach Fig.1,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teils des Anzeigepanels mit der Darstellung von oberen und ; unteren Leiterzügen für den unaktivierten :

Status, j

Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 3, in der jedoch !

das Elastomer deformiert ist, um dem intern reflektierten Licht zu gestatten, aus dem Bereich der Deformation nach außen zu gelangen und

Fig. 5 eine Quelle für Randbeleuchtung für das Anzeigepanel.

In den Fign. 1 und 2 ist ein flaches Anzeigegerät nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches ein isolierendes Sub- !strat 10 mit einem darauf durch einen herkömmlichen Prozeß

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(Aufdampfung oder Zerstäubung) angebrachten Feld niederer parallel verlaufender Leiterzüge 12 umfaßt. Die obere Oberfläche ; des Substrates 10 ist mit einem dünnen, transparenten, ela- i stischen Film 14 bedeckt, welcher einen Brechungsindex auf- : weist, der größer ist als der des darunterliegenden Substrates |

10. Der relativ niedrige Brechungsindex des Substrates 10 kann j auf Glasmaterial beruhen, während der elastomere Film 14 ein j deformierbares Silikonmaterial umfassen kann mit einer Dicke ; in der Größenordnung von ungefähr 1 bis 20 Mil. Ein oberes i Feld von parallel verlaufenden Leiterzügen 16 wird aufgedampft | oder auf den elastomeren Film 14 aufgestäubt, wobei die obe- j ren Leiterzüge 16 grundsätzlich rechtwinklich zu den unteren ^; Leiterzügen 12 verlaufen, so daß sie eine Matrix bilden mit Kreuzungspunkten zwischen den oberen und unteren Leiterzügen, j Eine oder mehrere Lichtquellen 18 und Prismen 2O sind entlang j der Ränder des elastomeren Films 14 montiert, um Licht vorzu- ! sehen, welches von den Rändern in den Film gekoppelt wird. Die | Lichtquelle 18 hat um sich herum einen parabolischen Reflektor !

22, so daß das Licht in die Diagonale des Prismas 20 geworfen j

ί wird und von der unteren Oberfläche des Prismas 20 in Winkeln i

reflektiert wird, welche eine effiziente Kopplung des Lichtes j von dem Prisma in den Film 14 und eine interne Reflexion über !

diesen Film sicherstellen. Die untere Oberfläche des elastomeren Films ist mit der Bezugszahl 24 bezeichnet.

Die oberen und unteren Leiterzüge 16 und 12 sind mit herkömm- ί liehen Treiberschaltkreisen 26 verbunden, wie es durch die Ver4 bindungsleitungen 28 und 30 dargestellt wird. Die Treiber 26 sehen die Leistung zur Erzeugung des elektrischen Feldes vor, welches ausreichend sein muß, um die elastomere Membran 14 zu deformieren. Auswahlmatrix-Torschaltungen 32 aktivieren die entsprechenden Treiber 26, um ein Spannungspotential über den ausgewählten Paaren oberer und unterer Leiterzüge 16 und 12 vorzusehen. Die Auswahlmatrix-Torschaltungen bestehen einfach aus einem Feld von UND-Gliedern, welche im Zusammenhang mit

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!den Ausgabesignalen zur Display-Eingabe 34 betätigt werden. Im Betrieb wird eine Anforderung für eine bestimmte Anzeige durch herkömmliche Mittel in der Anzeigeeinheit 34 in ausgewählte Eingabekombinationen für die oberen und unteren Leiter- ;züge 16 und 12 transformiert. Die ausgwählten Matrix-Torschal- ;tungen 32 empfangen diese Eingaben und aktivieren die entisprechenden Treiber 26. An dem Kreuzungspunkt eines oberen Leitungszuges 16 und eines unteren Leitungszuges 12 tritt eine Spannungsdifferenz auf, wie es durch den gestrichelten Kreis 36 in den Fign. 2 und 4 angedeutet ist. Die dadurch bedingte elektrische Kraft versucht an diesem Punkt, den oberen und unteren Leitungszug einander anzuziehen. Diese Kraft resultiert in einer Deformation des elastomeren Filmes, welche am größten in der Gegend des Kreuzungspunktes ist, wie es in Fig. 4 durch den Kreisbereich 36 angegeben wird. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird das durch den Film sich verbreitende Licht (Pfeile 38 und 40), in dem Bereich 36 "gestreut" und durch Beobachter des Anzeigepanels wahrgenommen; es tritt aus der Schicht 14 nach außen,

Fig. 3 zeigt die Lichtstrahlen 38 und 40, welche sich im !Film 14 in einem Bereich ausbreiten, in dem keine Deformation |auftritt. Dabei werden die Strahlen 38 und 40 intern im !elastomeren Film 14 reflektiert, ohne daß irgend ein Licht nach (außen gelangt. In diesem Falle wird die obere Fläche des in !Fig. 3 gezeigten Panels dem Betrachter dunkel erscheinen, da keine Spannungen über den oberen und unteren Leitungszügen, welche eich kreuzen,angelegt sind.

Es ist bekannt, daß ein Lichtstrahl beim Auftreffen auf eine Trennschicht zweier dielektrischer Materialien verschiedener Brechungszahlen n- und n» abhängig von der relativen Größe seines Einfalles, des Einfallswinkels und der Polarisation reflektiert, übertragen oder reflektiert und übertragen wird.

Für n,>n_o existiert ein Winkel 9_m = sin "¹Cn₉Zn₁), außerhalb Iz m * ι

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dessen eine Totalreflexion auftritt, bei dem das Licht in das erste Material (n.) übertragen wird. Dieser Winkel Θ wird zwischen dem Lichtstrahl und der Normalen, welche rechtwinklig zu der Ebene der Oberfläche zwischen den beiden Materialien !verläuft, gebildet. Wenn der Bereich mit der hohen Brechzahl ι nach oben und unten abgegrenzt wird durch einen Bereich mit Ieiner niederen Brechzahl, dann kann die Ausbreitung eingeischränkt werden auf die Mitte, wenn der EinfallswinkelO größer ist als Θ . In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel repräsentiert der elastomere Film 14 ein Material mit dem Brechungsindex |n-, das Substrat 10 hat den Brechungsindex n₂ und die Luft oder irgend eine andere transparente, isolierende Schicht in Angrenzung an die obere Oberfläche 42 des Films 14 hat einen Brechungsindex von n_. Auf diese Weise wird der Bereich mit j dem relativ hohen Brechungsindex n₁ nach oben und unten durch idie Bereiche n_Q und n~ abgegrenzt.

{Weil das elektrische Feld Grenzflächenbedingungen an der 'oberen und unteren Grenzschicht des elastomeren Films 14 geinügen muß, ist es dem Licht gestattet, sich nur unter bestimmjten diskreten Winkeln auszubreiten. Wenn die Dicke der mittleren Region n^ viel größer ist als die Wellenlänge des Lichtes, so sind die diskreten Werte nicht evident, da die möglichen

Winkel eng beieinander liegen. Das ist nicht der Fall, wenn d Dicke der mittleren Region n.. in der gleichen Größenordnung wie die Wellenlänge des Lichtes liegt. Sogar, wenn das Licht auf die mittlere Region n- beschränkt wird, dehnt sich das elektrische Feld in die obere und untere Region n_ und n„ aus. Die Amplitude jedoch nimmt exponentiell mit dem Abstand in einer Richtung senkrecht zu der Grenzschicht der Bereiche ab. Wenn ein Bereich eines hohen Brechungsindex η~ (n^>n^> n_Q) über dem Film angeordnet und durch eine dünne Region mit einem Brechungsindex n_Q und einer Dicke, welche kleiner als eine Wellenlänge der Lichtstrahlung ist, separiert wird, dann kann Leistung zwischen den beiden effizient übertragen

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werden. Das 1st die Basis für die Prismenkopplung 20, wie sie In größeren Einzelheiten In Flg. 5 dargestellt 1st. In dieser Darstellung 1st diese dünne Region n_Q mit dem Bezugszeichen 44 In Flg. 5 versehen; sie kann der natürliche Luftspalt sein, welcher sich bei der Montage des Prismas 20 auf die obere Oberfläche 42 des elastomeren Filmes 14 ergibt. Dieser Luftspalt hat den Brechungsindex η , während das Prisma den Brechungsindex n₃ aufweist. Alternativ kann auch ein dünner Film aus einem Material mit einem niedrigen Brechungsindex In der Größenordnung von Luft zwischen der unteren Oberfläche 46 des Prismas und der oberen Oberfläche 42 des elastomeren Filmes 14 angeordnet werden.

In Flg. 5 wird Licht In die Diagonale des Prismas 20 geleitet, dem gestattet 1st, von der unteren Oberfläche 46 reflektiert zu werden. Der Winkel, unter welchem das Licht auf die untere Oberfläche 48 des Prismas 20 auftrifft, bestimmt, ob das

Licht In den elastomeren Film 14 für einen Winkelbereich ge-I koppelt wird, so daß es eine komplette Interne Reflexion gibt.

Wenn der Lichtstrahl nicht divergierend ist, wie es bei Verwendung eines Lasers als Lichtquelle der Fall ist, kann die Leistung selektiv unter einem einzigen Winkel oder einem sehr nahen Bereich von Winkeln eingegeben werden.

Es ist herausgefunden worden, daß das durch den elastomeren Film 14 geführte Licht in Komponentenmodes oder einen Bereich von Winkelwerten aufgeteilt werden kann, welche geeignet sind, das Licht in dem Film zu verteilen. Mit abnehmender Dicke des elastomeren Films 14 nimmt auch die Anzahl der Führungsmodes oder der Winkelwertbereiche ab.

Wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde, kann auf der oberen Oberfläche 42 des elastomeren Filmes, also zwischen dieser Oberfläche und den Metall-Leiterzügen 16, ein Pufferfilm mit einem Brechungsindex niedergeschlagen sein, welcher niedriger ist als der des elastomeren Films 14.

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Die Verwendung von diesem transparenten äußeren Pufferfilm ist für die Fälle geeignet, in denen es wünschenswert ist, die Intensität des auf die Metall-Leiterzüge 16 auftreffenden Lichtes ebenso wie die von den Kanten der Metallisierung ausgehende Lichtstreuung zu minimieren.

Der elastomere Film 24 ist kommerziell verfügbar als Emerson und Cuming 2CN, Eccogel 1265 oder Dow-Corning XR-63-49 3. Es wurde herausgefunden, daß es wünschenswert ist, eine Filmdicke in der Größenordnung von 1 bis 20 Mil vorzusehen. Es gibt eine minimale Filmdicke, die erforderlich ist zur Erzeugung einer Deformation des elastomeren Films 14, um eine ausreichende sichtbare "Lichtstreuung" vorzusehen. Außerdem ist die minimale Filmdicke partiell bestimmt durch die Breite der Leiterzüge 16, damit ein ausreichend großer Bereich in Angrenzung an die Leiterzüge verzerrt werden kann, wodurch die Deformation des Filmes bedingt wird. Eine typische Leiterzugsbreite von ungefähr 4 Mil bei 500 8 Dicke kann bei einer Dicke des elastomeren Films von ungefähr 6 Mil benutzt werden. Es ist verständlich, daß die Leiterzüge 12 und 16 durch ein Feld von scheibenähnlichen Elektroden ersetzt werden können, welche voneinander beabstandet sind und auf beiden Seiten des elastomeren Films angeordnet werden, so daß durch das Anlegen eines Spannungspotentials über die entgegengesetzt liegenden Elektroden ein Feld zwischen ihnen hervorrufen wird, um den elastomeren Film zu deformieren.

Eine Methode der Herstellung eines Anzeigepanels umfaßt die Verwendung einer Pyrex-Glasscheibe, welche grundiert und poliert einen Brechungsindex von 1.47 hat. Ein Silberfilm, 2000 8 dick und 4 Mil breit, wird auf das Scheibensubstrat niedergeschlagen und bildet die unteren Leitungszüge 12. Als nächstes wird der elastomere Film 14 mit 1.000 Rotationen pro Minute eine Minute lang auf das Substrat 10 ge-

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spönnen und ungefähr 6 Mil dick abgelagert, dann bei einer erhöhten Temperatur gehärtet. Dieses wird durch Aussetzen des elastomeren Filmes einer Gleichstromentladung von 1.000 V bei 0,05 Torr für 30 Sekunden bewirkt, um einen Niederschlag auf seiner oberen Oberfläche zu gestatten. Dann werden die oberen Leitungszüge (500 8 dick) auf dem gehärteten Elastomerfilm durch eine Maske aufgebracht. Der elektrische Kontakt zu den oberen und unteren Leitungszügen wird mit einem leitenden Harz hergestellt. Das rechwinklige Prisma 20 wird auf dem Film 14 plaziert und darauf befestigt. Der Dünnfilm oder die Luft zwischen der unteren Oberfläche 44 des Prismas und der oberen Oberfläche 42 des elastomeren Filmes unterstützt die Zuführung ι des Lichtes von dem Prisma in dem Film. Licht von einer fluoreszenten oder glühenden Quelle oder einem Heliumneonlaser kann durch die diagonale Seite des Prismas 20 auf den elastome·· ren Film 14 fokussiert werden. Es breitet sich entsprechend den Pfeilrichtungen über den Film aus.

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i te

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. ' Anzeigetafel mit einem beidseits eines schichtförmigen V— Mediums angeordneten Feld elektrischer Leiter,

dadurch gekennzeichnet, daß

das schichtförmige Medium ein durch ein elektrisches Feld zwischen gegenüberliegenden Leitern (12, 16) deformierbarer, elastomerer Film (14) ist,

und daß über (eine)optische Anordnung (i8, 22, 20) Licht in die elastomere Schicht (14) einkoppelbar ist, welches bei inaktiven elektrischen Leitern zwischen den Oberflächen des elastomeren Films (14) intern hin- und herreflektierbar ist,

daß das Licht innerhalb des elastomeren Filmes (14) an den durch das elektrische Feld zwischen aktivierten Leitern deformierten Stellen aus dem elastomeren Film (14) nach außen gelangt, so daß sich dem Betrachter für die Stellen elektrisch aktivierter gegenüberliegender Leiter ein optisch wahrnehmbares Bild bietet.

2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

der elastomere Film (14) einen Brechungsindex aufweist,

der
der größer ist als der an diesen Film angrenzenden Me-

j dien.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß,

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ORIGINAL INSPECTED

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die optische Anordnung (22, 18, 20) von einem am Rand des elastomeren Films (14) aufgesetzten Prisma (20) gebildet wird, dessen Schrägseite Licht zuführbar ist, welches über einen Luftspalt (44) oder eine Koppelschicht zwischen dem Prisma (20) und dem elastomeren Film (14) in diesen (14) einführbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Dicke des Luftspaltes (44) oder der Koppelschicht kleiner als die Lichtwellenlänge ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

zwischen dem elastomeren Film (14) und einer Leiterebene (16) ein Pufferfilm mit einem Brechungsindex kleiner j als der des elastomeren Films (14) angeordnet ist. j

'

6. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß

ι der Brechungsindex des Luftspaltes oder der Koppelschicht kleiner als der des Prismas (20) bzw. der elastomeren Schicht (14) ist und daß der Brechungsindex des Prismas

: größer als der des elastomeren Films (14) ist.

j

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

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mehrere optische Anordnungen (22, 18, 20) vorgesehen sind, über die Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge in den elastomeren Film 14 zur Vielfarbdarstellung einkoppelbar ist.

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