DE2726628B2

DE2726628B2 - Anzeigetafel

Info

Publication number: DE2726628B2
Application number: DE2726628A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Selig White Plains N.Y. Sachar (V.StA.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1979-04-12
Also published as: DE2726628A1; JPS5620556B2; JPS533184A; US4088991A; FR2357024B1; IT1115496B; DE2726628C3; FR2357024A1; GB1574781A; CA1074897A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigetafel der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Es sind verschiedene Typen von Anzeigetafeln bekannt, z. B. Gasentladungs-Anzeigefelder, elektrochromische oder Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen, von denen jeder Typ mit bestimmten Nachteilen behaftet ist. So erfordert z. B. ein Gasentladungs-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 37 96 480 ist eine Anzeigetafel mit

einem schichtförmigen, deformierbaren, elastischen Material beschrieben, zu dessen beiden Seiten Zeilen- und Spalten-Elektroden in Matrixferm angeordnet sind, wobei sich das elastische Material beim Anliegen eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden an diesen Stellen derart verformt, daß sich einem Betrachter ein optisch wahrnehmbares Bild bietet

Dieses Bild entsteht durch Lichtmodulation. Der Lichtmodulator umfaßt eine starke Glasplatte mit einem Feld von matrixförmig angeordneten Löchern. Eine Vielzahl voneinander beabstandeter, reflektierender und leitender Streifen ist Ober 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 Ober den Löchern eine elektrostatische Ablenkung. Die Ablenkung Ober irgendeinem Loch ist abhängig von dem an den Streifen über dem Loch angelegten elektrischen Signal und dem an die Elektrode unter dem Loch angelegten elektrischen Signal. Im Betrieb treten Reflexionen an den Teilen der Membran und der reflektierenden Streifen auf, die sich über die !,ocher erstrecken. Dabei wird das durch die Streifen über den Löchern reflektierte Licht in seiner Phase moduliert Diese offenbar unter Einfluß üblichen Tageslichtes arbeitende Anordnung ist nicht nur aufwendig und komplex, sie weist auch den Nachteil eines kontrastarmen Bildes auf. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es Aufgabe der Erfindung, die vorausgesetzte Anzeigetafel so auszubilden, daß sie bei einfacher Herstellungsweise ein kontrastreiches Bild erzeugt

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere zur Erzielung eines Vielfarbbetriebes, sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Anzeigetafel nach der vorliegenden Erfindung mit einer Seitenansicht,

Fig.2 eine Draufsicht auf die Anzeigetafel nach Fig. 1,

F i g. 3 eine Schnittansicht eines Teils der Anzeigetafel mit der Darstellung von oberen und unteren Elektroden im unaktivierten Zustand,

Fig.4 eine Darstellung wie in Fig.3, in der jedoch das Material deformiert ist, um dem intern reflektierten Licht zu gestatten, aus dem Bereich der Deformation nach außen zu gelangen und

Fig.5 eine Quelle für die Randbeleuchtung der Anzeigetafel.

In den F i g. 1 und 2 ist eine flache Anzeigetafel nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche ein isolierendes Substrat 10 mit einem darauf durch einen herkömmlichen Prozeß (Aufdampfung oder Zerstäubung) angebrachten Feld parallel verlaufender Leiterzüge 12 umfaßt. Die obere Oberfläche des Substrates 10 ist mit einem dünnen, transparenten, elastischen Material (Film) 14 bedeckt, welches einen Brechungsindex aufweist, der größer ist als der des darunterliegenden Substrats 10. Der relativ niedrige Brechungsindex des Substrates 10 kann auf Glasmaterial beruhen, während das elastische Material 14 ein deformierbares Silikonmaterial umfassen kann mit einer Dicke in der Größenordnung von ungefähr 25,4 · IO-³ mm bis zum 20fachen dieses Wertes. Ein oberes Feld von parallel

verlaufenden Leiterzügen 16 wird aufgedampft oder auf das elastomere Material 14 aufgestäubt, wobei die oberen Leiterzüge 16 grundsätzlich rechtwinklig zu den unteren Leiterzügen 12 verlaufen, so daß si« eine Matrix bilden mit Kreuzungspunkten zwischen den oberen und unteren Leiterzügen. Eine oder mehrere Lichtquellen 18 und Prismen 20 sind entlang der Ränder des elastischen Materials 14 montiert, um Licht vorzusehen, welches von den Rändern in den Film gekoppelt wird. Die Lichtquelle 18 hat um sich herum einen parabolischen in Reflektor 22, so daß das Licht in die Diagonale des Prismas 20 geworfen wird und von der unteren Oberfläche des Prismas 20 in Winkeln reflektiert wird, welche eine effiziente Kopplung des Lichtes von dem Prisma in den Film 14 und eine intere Reflexion über diesen Film sicherstellen. Die untere Oberfläche des elastischen Materials ist mit der Bezugszahl 24 bezeichnet

Die oberen und unteren Leiterzüge 16 unJ 12 sind mit herkömmlichen Treiberschaltkreisen 26 verbunden, wie es durch die Verbindungsleitungen 28 und 30 dargestellt wird Die Treiber 26 sehen die Leistung zur Erzeugung des elektrischen Feldes vor, welches ausreichend sein muß, um das elastische Material 14 zu deformieren. Auswahlmatrix-Torschaltungen 32 aktivieren die ent- 2·> sprechenden Treiber 26, um ein Spannungspotential über den ausgewählten Paaren oberer und unterer Leiterzüge 16 und 12 vorzusehen. Die Auswahlmatrix-Torschaltungen bestehen einfach aus einem Feld von UND-Gliedern, welche im Zusammenhang mit den w 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 Leiterzüge 16 und 12 y> transformiert Die ausgewählten Matrix-Torschaltungen 32 empfangen diese Eingaben und aktivieren die entsprechenden Treiber 26. An dem Kreuzungspunkt eines oberen Leitungszuges 16 und eines unteren Leitungszuges 12 tritt eine Spannungsdifferenz auf, wie es durch den gestrichelten Kreis 36 in den F i g. 2 und 4 angedeutet ist. Die dadurch bedingte elektrische Kraft versucht an diesem Punkt, den oberen und unteren Leitungszug einander anzuziehen. Diese Kraft resultiert in einer Deformation des elastischen Materials, welche am größten in der Gegend des Kreuzungspunktes ist, wie es in F i g. 4 durch den Kreisbereich 36 angegeben wird. Wie in F i g. 4 gezeigt, wird das durch den Film sich verbreitende Licht (Pfeile 38 und 40) in dem Bereich 36 »gestreut« und durch Beobachter der Anzeigetafel wahrgenommen; es tritt aus der Schicht 14 nach außen.

F i g. 3 zeigt die Lichtstrahlen 38 und 40, welche sich im Film 14 in einem Bereich ausbreiten, in dem keine Deformation auftritt. Dabei werden die Strahlen 38 und 40 intern im elastischen Material 14 reflektiert, ohne daß ^r,^r> 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, weiche sich kreuzen, angelegt sind. bo

Es ist bekannt, daß ein Lichtstrahl beim Auftreffen auf eine Trennschicht zweier dielektrischer Materialien verschiedener Brechungszahlen n\ und /fc abhängig von der relativen Größe seines Einfalles, des Einfallwinkels und der Polarisation reflektiert, übertragen oder reflektiert und übertragen wird. Für n\ > Π2 existiert ein Winkel S_m = ί/π-γ/^/πι), außerhalb dessen eine Totalreflexion auftritt, bei dem das Licht in das erste Material (n\) übertragen wird Dieser Winkel 9 wird zwischen dem Lichtstrahl und der Normalen, welche rechtwinklig zu der Ebene der Oberfläche zwischen den beiden Materialien verläuft, gebildet Wenn der Bereich mit der hohen Brechzahl nach oben und unten abgegrenzt wird durch einen Bereich mit einer niederen Brechzahl, dann kann die Ausbreitung eingeschränkt werden auf die Mitte, wenn der Einfallswinkel θ größer ist als Θ«. In dem in Fig.3 gezeigten Beispiel repräsentiert der elastische Film 14 ein Material mit dem Brechungsindex Πι, das Substrat 10 hat den Brechungsindex 772 und die Luft oder irgendeine andere transparente, isolierende Schicht in Angrenzung an die obere Oberfläche 42 des Films 14 hat einen Brechungsindex von /Jo. Auf diese Weise wird der Bereich mit dem relativ hohen Brechungsindex /Ji nach oben und unten durch die Bereiche /I₀ und ih abgegrenzt

Weil das elektrische Feld Grenzflächenbedingungen an der oberen und unteren Grenzschicht des elastomeren Films 14 genügen muB, ist es dem Licht gestattet, sich nur unter bestimmten diskreten Winkeln auszubreiten. Wenn die Dicke der mittleren Region n\ viel größer ist als die Wellenlänge des Lichts, so sind die diskreten Werte nicht evident, da die möglichen Winkel eng beieinander liegen. Das ist nicht der Fall, wenn die Dicke der mittleren Region n\ in der gleichen Größenordnung wie die Wellenlänge des Lichtes liegt. Sogar, wenn das Licht auf die mittlere Region n\ beschränkt wird dehnt sich das elektrische Feld in die obere und untere Region /to und /?2 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 /J₃ (m > m > /J₀) über den Film angeordnet und durch eine dünne Region mit einem Brechungsindex /J₀ und einer Dicke, welche kleiner als eine Wellenlänge der Lichtstrahlung ist, separiert wird, dann kann Leistung zwischen den beiden effizient übertragen werden. Das ist die Basis für die Prismenkopplung 20, wie sie in größeren Einzelheiten in F i g. 5 dargestellt ist. In dieser Darstellung ist diese dünne Region no mit dem Bezugszeichen 44 in F i g. 5 versehen; sie kann der natürliche Luftspalt sein, welcher sich bei der Montage des Prismas 20 auf die obere Oberfläche 42 des elastomeren Filmes 14 ergibt. Dieser Luftspalt hat den Brechungsindex no, während das Prisma den Brechungsindex m aufweist Alternativ kann auch ein dünner Film aus einem Material mit einem niedrigen Brechungsindex in der Größenordnung von Luft zwischen der unteren Oberfläche 46 des Prismas und der oberen Oberfläche 42 des elastischen Materials 14 angeordnet werden.

In F i g. 5 wird Licht in die Diagonale des Prismas 20 geleitet, dem gestattet ist, von der unteren Oberfläche 46 reflektiert zu werden. Der Winkel, unter welchem das Licht auf die untere Oberfläche 48 des Prismas 20 auftrifft, bestimmt, ob das Licht in dem elastischen Material 14 für einen Winkelbereich gekoppelt wird, so daß es eine komplette interne Reflexion gibt Wenn der Lichtstrahl nicht divergierend ist, wie es bei Verwendung eines Lasers als Lichtquelle der Fall ist, kann die Leistung selektiv unter einem einzigen Winkel oder einem sehr nahen Bereich von Winkeln eingegeben weriien.

Es ist herausgefunden worden, daß das durch das elastische Material 14 geführte Licht in Komponentenmodes oder einen Bereich von Winkelwerten aufgeteilt werden kann, welche geeignet sind, das Licht in dem Material 14 zu verteilen. Mit abnehmender Dicke des

elastischen Materials 14 nimmt auch die Anzahl der Führungsmodes oder der Winkelwertbereiche ab.

Wie im Zusammenhang mit F i g. 3 beschrieben wurde, kann auf der oberen Oberfläche 42 des elastischen Materials, also zwischen dieser Oberfläche "> und den Metall-Leiterzügen 16, ein Pufferfilm mit einem Brechungsindex niedergeschlagen sein, welcher niedriger ist als der des elastischen Materials 14. Die Verwendung von diesem transparenten äußeren Pufferfilm ist für die Fälle geeignet, in denen es wünschens- ι ο wert ist, die Intensität des auf die Metall-Leiterzüge 16 auftreffenden Lichtes ebenso wie die von den Kanten der Metallisierung ausgehende Lichtstreuung zu minimieren.

Das elastische Material 14 ist kommerziell verfügbar als Emerson und Cuming2CN, Eccogel 1265 oder Dow-Corning XR-63-493. Es wurde herausgefunden, daß es wünschenswert ist, eine Materialstärke in der Größenordnung von 25,4 · 10~³ mm bis zum 20fachen dieses Wertes vorzusehen. Es gibt eine minimale Materialstärke, die erforderlich ist zur Erzeugung einer Deformation des elastischen Materials 14, um eine ausreichend sichtbare »Lichtstreuung« vorzusehen. Außerdem ist die minimale Materialstärke partiell bestimmt durch die Breite der Leiterzüge 16, damit ein ausreichend großer Bereich in Angrenzung an die Leiterzüige verzerrt werden kann, wodurch die Deformation des Filmes bedingt wird. Eine typische Leiterzugsbreite von ungefähr 100-10-³mm bei 5 · 10-⁸ m Dicke kann bei einer Stärke des elastischen 3« Films von ungefähr 150 · 10~³ mm 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 elastischen Materials angeordnet werden, so daß durch das Anlegen eines Spannungspotentials über die entgegengesetzt liegenden Elektroden ein Feld zwischen ihnen hervorgerufen wird, das elastische Material zu deformieren.

Eine Methode der Herstellung eines Anzeigepanels umfaßt die Verwendung einer Pyrex-Glasscheibe, welche grundiert und poliert einen Brechungsindex von 1,47 hat. Ein Silberfilm, 2 ■ 10-⁷ mm dick und 100 · 10"³ mm breit, wird auf das Scheibensubstrat niedergeschlagen und bildet die unteren Leitungszüge i2. Als nächstes wird das elastische Material 14 mit 1000 Rotationen pro Minute eine Minute lang auf das Substrat 10 gesponnen und ungefähr 150 · 10-³mm dick abgelagert, dann bei einer erhöhten Temperatur gehärtet. Dieses wird durch Aussetzen des elastischen Materials einer Gleichstromentladung von 1000 V bei 0,05 Torr für 30 Sekunden bewirkt, um einen Niederschlag auf seiner oberen Oberfläche zu gestatten. Dann werden die oberen Leitungszüge 5-10-⁸m dick auf dem gehärteten elastischen Material durch eine Maske aufgebracht Der elektrische Kontakt zu den oberen und unteren Leitungszügen wird mit einem leitenden Harz hergestellt. Das rechtwinklige Prisma 20 wird auf dem Material 14 plaziert und darauf befestigt. Der Dünnfilm oder die Luft zwischen der unteren Oberfläche 44 des Prismas und der oberen Oberfläche 42 des elastischen Materials unterstützt die Zuführung des Lichtes von dem Prisma in dem Film. Licht von einer fluoreszenten oder glühenden Quelle oder einem Heliumneonlaser kann durch die diagonale Seite des Prismas 20 auf dem elastischen Material 14 fokussiert werden. Es breitet sich entsprechend den Pfeilrichtungen über den Film aus.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anzeigetafel mit einem schichtförmigen, deformierbaren elastischen Material, zu dessen beiden Seiten Zeilen- und Spalten-Elektroden in Matrixform angeordnet sind, wobei sich das elastische Material beim Anliegen eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden an diesen Stellen derart verformt, daß sich einem Betrachter ein optisch wahrnehmbares Bild bietet, dadurch gekenn- in zeichnet, daß über mindestens eine optische Anordnung (18, 20, 22) Licht in das elastische Material (14) einkoppelbar ist, welches bei nicht aktivierten Elektroden an den Grenzflächen des elastischen Materials derart reflektiert, daß es innerhalb des Materials verbleibt, und nur an den Stellen aktivierter Elektroden nach außen gelangt

,?_ Anzeigetafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material (14) einen Brechungsindex aufweist, der größer ist als der der an ihm angrenzenden Medien.

3. Anzeigetafel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anordnung (22,18, 20) von einem am Rand des elastischen Materials (14) aufgesetzten Prisma (20) gebildet ist, dessen Schrägseite Licht zuführbar ist, welches über einen Luftspalt (44) oder eine Koppelschicht zwischen dem Prisma (20) und dem elastischen Material (14) in dieses (14) einführbar ist

4. Anzeigetafel nach Anspruch 3, dadurch jo gekennzeichnet, daß die Dicke des Luftspaltes (44) oder der Koppelschicht kleiner als die Lichtwellenlänge ist

5. Anzeigetafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elastischen Material (14) und einer Elektrodenebene (16) ein Pufferfilm mit einem Brechungsindex kleiner als der des elastischen Materials (14) angeordnet ist.

6. Anzeigetafel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Luft-Spaltes oder der Koppelschicht kleiner als der des Prismas (20) bzw. des elastischen Materials (14) ist und daß der Brechungsindex des Prismas größer als der des elastischen Materials (14) ist.

7. Anzeigetafel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere optische Anordnungen (22,18,20) vorgesehen sind, über die Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge in das elastische Material (14) zur Vielfarbdarstellung einkoppelbar ist.