DE3873975T2 - Elektroskopische anzeigevorrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Wiedergabe-Einrichtung mit einer ersten und einer zweiten strahlungsdurchlässigen Stützplatte, einer Anzahl von Wiedergabe-Elementen, die jeweils mindestens eine feststehende Elektrode und eine bezüglich dieser Elektrode mittels elektrostatischer Kräfte bewegliche Elektrode haben, die zwei durch Anschlagflächen bestimmte Endlagen hat, wobei die genannte Elektrode von der feststehenden Elektrode mittels einer elektrisch isolierenden Schicht geschieden und mit einer Struktur von strahlungsdurchlässigen Öffnungen versehen ist, wobei die Einrichtung im Bereich der feststehenden Elektrode mit einer Struktur von nicht strahlungsdurchlässigen Flächen versehen ist, welche Struktur im wesentlichen mit der Struktur der strahlungsdurchlässigen Bereiche in der beweglichen Elektrode identisch ist, wobei das Wiedergabe-Element nahezu keine Strahlung durchläßt, wenn die beiden Strukturen nahezu in einer einzigen Ebene liegen.
• Eine Einrichtung dieser Art wird in der US-Patentschrift 4.309.242 beschrieben. Fig. 10 dieser Patentschrift beschreibt, wie eine solche Einrichtung in Transmission betrieben wird. Wie aus dieser Figur deutlich wird, ist gerichtete Lichtstrahlung verwendet worden. Dies führt einerseits zu einer Beschränkung hinsichtlich des Betrachtungswinkels, unter dem das in der Einrichtung erzeugte Bild betrachtet werden kann, während andererseits die Verwendung einer solchen Lichtquelle im Vergleich zu beispielsweise einer diffusen Lichtquelle den Platzbedarf erhöht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildwiedergabe-Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, in der der Betrachtungswinkel nahezu keinen Einfluß auf die Bildwiedergabe hat, während außerdem eine kompaktere Lichtquelle verwendet werden kann.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine erfindungsgemäße Einrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in Transmission betrieben wird und die Stützplatte an der Betrachtungsseite auf ihrer den Elektroden zugewandten Seite mit lumineszierendem Material versehen ist, und daß eine zur Aussendung von Strahlung mit zur Anregung des lumineszierenden Materials genügend kleiner Wellenlänge geeignete Strahlungsquelle verwendet wird, während mindestens eine der beiden Elektroden an ihrer dem lumineszierenden Material zugewandten Seite für die von dem genannten Material ausgesendete Strahlung reflektierend ist. Sowohl die feststehende als auch die bewegliche Elektrode sind vorzugsweise reflektierend ausgebildet.
• Da das Bild an der Betrachtungsseite in lumineszierendem Material erzeugt wird (beispielsweise blaue, grüne und rote Leuchtstoffe), ist die Intensität des emittierten Lichtes in allen Richtungen nahezu gleich. Das lumineszierende Material wird beispielsweise durch UV-Licht angeregt, das die Umwandlung in sichtbares Licht bewirkt.
• Während dieser Umwandlung geht jedoch ein großer Teil der in den Leuchtstoffen erzeugten Lichtmenge verloren. Die Umwandlung erfolgt nämlich innerhalb einer sehr dünnen Schicht (ungefähr 2 bis 3 Mikrometer) an der Seite der einfallenden ultravioletten Strahlung. Da das erzeugte sichtbare Licht in alle Richtungen ausgesendet und auch von den Leuchtstoffen gestreut wird, verläßt ein großer Teil davon (etwa 60 bis 70%) die Leuchtstoffschicht an der Seite der UV-Quelle. Dies führt natürlich zu einer geringeren Helligkeit, aber außerdem kann ein Teil des in den Leuchtstoffen erzeugten Lichtes mittels Reflexion von verschiedenen Oberflächen teilweise rückgestreut werden, und dies unter einem zu großen Raumwinkel oder an unerwünschten Stellen. All dies führt zu einem Auflösungsverlust und einem verringerten Kontrast.
• In der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung EP-A-0272 760 der Anmelderin wird die Verwendung eines Interferenzfilters vorgeschlagen, das in Richtung der Strahlungsquelle ausgesendetes Licht nahezu vollständig reflektiert. Eine solche Lösung ist in erfindungsgemaßen elektroskopischen Wiedergabe-Einrichtungen nicht unbedingt erforderlich, da ein Teil des von den Leuchtstoffen in Richtung der Strahlungsquelle ausgesendeten Lichtes von der beweglichen Elektrode reflektiert wird.
• Ein zusätzlicher Vorteil, der auf den geringen Abstand zwischen den beiden Stützplatten zurückzuführen ist, liegt darin, daß eine diffuse Lichtquelle verwendet werden kann, wie im folgenden näher beschrieben werden soll.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 schematisch eine Einrichtung, wie in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung EP-A-0272 760 der Anmelderin vorgeschlagen, die eine elektroskopische Einrichtung verwendet, wie sie in Fig. 10 von US-A-4.309.242 abgebildet ist, und
• Fig. 2 schematisch eine erfindungsgemäße Einrichtung.
• Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Teile haben im allgemeinen die gleichen Bezugszeichen.
• Die Einrichtung von Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil einer elektroskopischen Wiedergabe-Einrichtung, entsprechend US-A-4.309.242, in dem nur ein Bildelement im lichtdurchlassenden Zustand abgebildet ist.
• Die Wiedergabe-Einrichtung 1 hat eine erste Stützplatte 2, in diesem Beispiel aus Quarz oder anderem UV-durchlassenden Material, und eine zweite Stützplatte 3 aus beispielsweise Glas. Auf der ersten Stützplatte 2 befindet sich eine feststehende Elektrode 4 mit einem Muster aus strahlungsdurchlässigen Öffnungen 5. Eine transparente Gegenelektrode 6 aus beispielsweise Indium-Zinn-Oxid befindet sich auf der zweiten Stützplatte 3. Eine Elektrode 7 ist zwischen den beiden Stützplatten 2, 3 frei beweglich. Diese Elektrode 7 hat strahlungsdurchlässige Öffnungen 8 und ist mittels elektrostatischer Kräfte zwischen den beiden Stützplatten beweglich, während beispielsweise federnde, nicht abgebildete Mittel vorhanden sind, um die beweglichen Elektrode mit elektrischen Spannungen zu versorgen und sie in eine Gleichgewichtslage zu bringen.
• Die Endlagen der beweglichen Elektrode sind von den Elektroden 4, 6 durch elektrisch isolierende, nicht abgebildete Schichten getrennt. Für eine ausführlichere Beschreibung der Arbeitsweise und Anordnung einer solchen Wiedergabe-Einrichtung sei auf die erwähnte US-Patentschrift 4.309.242 verwiesen.
• Im strahlungsdurchlassenden Zustand, wie in Fig. 1 gezeigt, müssen die Strahlungsbündel 9,10 bei Verwendung sichtbaren Lichtes sowohl die Öffnungen 5 als auch 8 in der festen Elektrode 4 bzw. der beweglichen Elektrode 7 durchqueren. Der Deutlichkeit halber sind Brechung und Reflexion bei der Zeichnung des Strahlenganges nicht berücksichtigt worden. Ohne spezielle Maßnahmen verlassen diese Strahlenbündel die Vorderfläche 11 der Wiedergabe-Einrichtung unter einem Winkel, der in Abhängigkeit von der Geometrie der Elektroden 4, 7 und dem Abstand zwischen den Stützplatten 2, 3 ungefähr zwischen 40º und 50º liegt. Folglich ist der Betrachtungswinkel einer solchen Wiedergabe-Einrichtung sehr begrenzt.
• Wie in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung EP-A-272 760 der Anmelderin beschrieben, kann der letztgenannte Nachteil durch Verwendung von UV- Strahlung für die Strahlungsbündel 9, 10 und Bedecken der Oberfläche 11 mit einer Leuchtstoffschicht 12, die in der Schicht 12 erzeugtes Licht in alle Richtungen abstrahlt, erheblich verringert werden. Da in Farbbildwiedergabe-Einrichtungen keine Farbfilter mehr erforderlich sind, nimmt außerdem die Helligkeit zu. Mögliche Verluste infolge Rückstreuung des in der Leuchtstoffschicht 12 erzeugten Lichtes können weitgehend durch Verwendung eines Interferenzfilters 13 kompensiert werden. Wegen des relativ großen Abstandes zwischen der Leuchtstoffschicht 12 und der eigentlichen (zwischen den Elektroden 6 und 4 gelegenen) Schaltelemente bleiben gerichtete Strahlungsbündel 9, 10 jedoch erforderlich.
• In einer erfindungsgemaßen Einrichtung, wie in Fig. 2 abgebildet, ist die lumineszierende Schicht, in diesem Beispiel eine Leuchtstoffschicht 12 an der anderen Seite der Stützplatte 3 vorhanden. Die Gegenelektrode 6 liegt zwischen dieser Stützplatte 3 und der Leuchtstoffschicht 12. Bei der Zeichnung des Strahlenganges der UV-Strahlungsbündel 9, 10 ist Brechung der Strahlung berücksichtigt worden. Die Figur zeigt, daß innerhalb der Öffnung 8a nicht nur die Strahlenbündel 9a, 10a, die nahezu senkrecht einfallen, die Leuchtstoffschicht 12 treffen können, sondern auch die Strahlenbündel 9b, 10b, die unter einem Winkel α bezüglich der Normalen einfallen, und die Strahlenbündel mit dazwischen liegenden Einfallswinkeln.
• Die Geometrie der Elektroden und der Abstand der Stützplatten bestimmen den Winkel α und damit den Winkel β, unter dem das UV-Strahlenbündel 9, 10 auf die Grenzfläche zwischen dem Quarz und dem elektrooptischen Medium, in diesem Beispiel Luft, trifft. Sie können so gewählt werden, daß ß mindestens gleich dem sogenannten Grenzwinkel ist. In diesem Fall stammen die innerhalb der Öffnung 8a auf die Leuchtstoffschicht 12 einfallenden Strahlenbündel im wesentlichen nur aus den Öffnungen 5a in der feststehenden Elektrode 4. Bei einer etwas anderen Wahl sind auch Beiträge von Strahlung durch die Öffnungen 5b (Strahlenbündel 10c) möglich, aber diese sind beträchtlich kleiner, da die Bedingung für Totalreflexion an der Quarzglas/Licht-Fläche dann eher erfüllt ist.
• Aus dem Vorstehenden sollte deutlich geworden sein, daß UV-Strahlung unter Winkeln einfallen kann, die bis mindestens αº bezüglich der Normalen variieren, was die Möglichkeit bietet, eine diffuse UV-Lichtquelle zu verwenden. Letzteres ist vorteilhaft, weil diese in der Praxis einfacher hergestellt werden können und eine flache Form haben können, so daß die gesamte Dicke der Einrichtung verringert wird.
• Die von der UV-Quelle ausgesendete ultraviolette Strahlung bewirkt die Umwandlung in sichtbares Licht 14 in der Leuchtstoffschicht 12 (beispielsweise in die
• Primärfarben Rot, Grün und Blau), das von der zweiten Stützplatte 3 aus beispielsweise Glas unter einem großen Winkelbereich durchgelassen wird und das ein (Farb-)Bild bildet. Ein Teil dieses Lichtes geht jedoch verloren, weil das erzeugte Licht in alle Richtungen ausgesendet und von den Leuchtstoffen gestreut wird.
• Da erfindungsgemäß die bewegliche Elektrode an ihrer der Leuchtstoffschicht 12 zugewandten Seite reflektierend ist, wird ein Teil des rückgestreuten Lichtes (in diesem Beispiel mit Hilfe der Lichtbündel 16 dargestellt) von dieser Elektrode reflektiert, so daß er weiterhin zur Ausgangslichtleistung beiträgt. Lichtbündel, die in den Öffnungen 8 der beweglichen Elektrode in Richtung der feststehenden Elektrode gestreut werden, werden von diesen Elektroden reflektiert, da in dieser Ausführungsform die feststehenden Elektroden auch reflektierend sind. Auf diese Weise wird ein Teil des rückgestreuten Lichtes (in diesem Beispiel mit Hilfe von Lichtbündeln 16 dargestellt) zur Vorderfläche 11 der Wiedergabe-Einrichtung reflektiert. Im letzteren Fall muß das reflektierte Strahlenbündel nicht notwendigerweise über dieselbe Öffnung 8 zurückkehren, sondern kann alternativ durch in der Nähe gelegene Öffnungen 8 zurückkehren, sofern die beweglichen Elektroden an beiden Seiten reflektierend sind. In dem vorliegenden Beispiel wird dies mit Hilfe des Lichtbündels 17 veranschaulicht.
• Für die Wahl der Leuchtstoffe gibt es verschiedene Möglichkeiten. Bei Verwendung einer auf der 254-nm-Resonanzlinie von Hg beruhenden Strahlungsquelle ist die folgende Kombination äußerst günstig:
• - Ba Mg&sub2; Al&sub1;&sub6;O&sub2;&sub7;: Eu als blauer Leuchtstoff (maximale Emission bei 450 nm);
• - Ce Mg Al&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9; : Tb als grüner Leuchtstoff (maximale Emission bei 545 nm);
• - Y&sub2;O&sub3; : Eu als roter Leuchtstoff (maximale Emission bei 612 nm).
• Die zugehörigen Emissionswellenlängen sind für die maximale Empfindlichkeit jedes der drei Farbrezeptoren des Auges ausreichend geeignet; dies bietet die Möglichkeit einer hervorragenden Farbwiedergabe. Bei Verwendung einer Strahlungsquelle mit hauptsächlich langwelliger UV-Strahlung, beispielsweise einer Hochdruck- Quecksilberlampe, sind z. B. ZnS:Ag (blau), (Zn, Cd)S:Cu,Al (grün) und Y&sub2;O&sub2;S:Eu (rot) sehr geeignete Materialien.
• Die beweglichen Elektroden können an einer der Stützplatten befestigt werden, beispielsweise mit federnden Elementen, die am äußeren Rand der beweglichen Elektroden angebracht sind. In diesem Fall sorgt die Federkraft dafür, daß die beweglichen Elektroden im Ruhezustand sich in einer derartigen Stellung befinden, daß die Einrichtung lichtdurchlässig ist. Alternativ ist es möglich, das Schalten vollständig elektrostatisch zu bewirken. In diesem Fall hat die Einrichtung eine schematisch dargestellte zusätzliche transparente Elektrode. Dies alles wird in EP-A-0230 081, veröffentlicht 29.7.87, näher beschrieben.
• In der vorstehenden Beschreibung ist angenommen worden, daß die Elektroden 4 feststehend und die Elektroden 7 beweglich sind. Es ist offensichtlich, daß entsprechende Vorteile, wie oben erwähnt, erhalten werden können, wenn die Elektroden 4 beweglich und die Elektroden 7 feststehend sind; in diesem Fall hat die erste Stützplatte 2 eine feste transparente Elektrode 18, während die Elektrode 6 wahlweise entfallen kann, je nach der Betriebsweise.

Claims (6)

1. Wiedergabe-Einrichtung mit einer ersten und einer zweiten strahlungsdurchlässigen Stützplatte, einer Anzahl von Wiedergabe-Elementen, die jeweils mindestens eine feststehende Elektrode und eine bezüglich dieser Elektrode mittels elektrostatischer Kräfte bewegliche Elektrode haben, die zwei durch Anschlagflächen bestimmte Endlagen hat, wobei die genannte Elektrode von der feststehenden Elektrode mittels einer elektrisch isolierenden Schicht geschieden und mit einer Struktur von strahlungsdurchlässigen Öffnungen versehen ist, wobei die Einrichtung im Bereich der feststehenden Elektrode mit einer Struktur von nicht strahlungsdurchlässigen Flächen versehen ist, welche Struktur im wesentlichen mit der Struktur der strahlungsdurchlässigen Bereiche in der beweglichen Elektrode identisch ist, wobei das Wiedergabe-Element nahezu keine Strahlung durchläßt, wenn die beiden Strukturen nahezu in einer einzigen Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in Transmission betrieben wird und die Stützplatte an der Betrachtungsseite auf ihrer den Elektroden zugewandten Seite mit lumineszierendem Material versehen ist, und daß eine zur Aussendung von Strahlung mit zur Anregung des lumineszierenden Materials genügend kleiner Wellenlänge geeignete Strahlungsquelle verwendet wird, während mindestens eine der beiden Elektroden an ihrer dem lumineszierenden Material zugewandten Seite für die von dem genannten Material ausgesendete Strahlung reflektierend ist.

2. Wiedergabe-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden auf der dem lumineszierenden Material zugewandten Seite für die von dem lumineszierenden Material ausgesendete Strahlung reflektierend sind.

3. Wiedergabe-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode auf der dem lumineszierenden Material abgewandten Seite für die von dem lumineszierenden Material ausgesendete Strahlung reflektierend ist.

4. Wiedergabe-Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Quelle diffuser Strahlung enthält.

5. Wiedergabe-Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle Strahlung bei einer zentralen Wellenlänge von 254 nm aussendet und daß eines oder mehr der folgenden Materialien für das

lumineszierende Material gewählt sind:

- Ba Mg&sub2; Al&sub1;&sub6;O&sub2;&sub7; : Eu als blauer Leuchtstoff;

- Ce Mg Al&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9; : Tb als grüner Leuchtstoff;

- Y&sub2;O&sub3; : Eu als roter Leuchtstoff.

6. Wiedergabe-Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle Strahlung bei einer Wellenlänge im Bereich von 360 nm bis 380 nm aussendet.