DE4401784A1 - Optisch aktive Matrixanzeige - Google Patents
Optisch aktive MatrixanzeigeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optisch aktive
Matrixanzeige einer solchen Art, welche einen optischen
Scanner (Abtaster) mit einem sich drehenden Polygonspiegel
verwendet. Die vorliegende Erfindung ist besonders für
großflächige Flüssigkristallanzeigen geeignet und kann in
unterschiedlichen Arten von audiovisuellen Geräten (AV) und
Rüroautomatisierungsgeräten (OA) verwendet werden.
Infolge ihrer Fähigkeit zur Erzeugung von Bildern hoher
Qualität wird eine Flüssigkristallanzeige mit einer aktiven
Matrix in ständig wachsendem Maße bei Flüssigkristallanzeigen
eingesetzt. Allerdings werden Dünnfilmtransistoren (TFT), aus
denen die aktive Matrix gebildet wird, in einer komplizierten
Sequenz von Herstellungsschritten hergestellt, und
hauptsächlich in Kreuzungsbereichen der
Metallisierungsschichten können Fehler auftreten. Durch diese
Fehler wird die Ausbeute bei der Herstellung verringert, und
daher ist eine Verringerung der Herstellungskosten schwierig.
Um das Erfordernis einer größeren Kapazität des
Anzeigegerätes zu erfüllen, ist es in letzter Zeit notwendig
geworden, die Anzahl der Pixel (Bildpunkte) von 400 × 600 auf
1000 × 1000 oder mehr zu erhöhen, und gleichzeitig müssen die
Abmessungen des Anzeigebildschirms erhöht werden, und zwar
von der momentanen Größe 10 Zoll (Diagonale 254 mm) auf eine
erhöhte Größe 20 Zoll (Diagonale 508 mm). Bei
Flüssigkristallanzeigegeräten des Aktivmatrixtyps ist
insbesondere bei Verwendung von Dünnfilmtransistoren (TFT)
die Länge von Metallisierungsleitungen so groß, daß der
Widerstand der Metallisierungsleitungen entsprechend
ansteigt, und dies führt dazu, daß eine Schwierigkeit
bezüglich verzögerter Signalwellenformen auftritt, infolge
des Widerstands der Metallisierungsleitungen und ihrer
Streukapazität. Alternativ hierzu ist auch eine
Flüssigkristallanzeigevorrichtung eines einfachen Matrixtyps
nicht frei von Schwierigkeiten; proportional zur Vergrößerung
der Abtastzeile, die bei einer Vergrößerung des Bildschirms
auftritt, steigt die Schwierigkeit an, das
Spannungsverhältnis (Tastverhältnis) zwischen ausgewählten
und nicht ausgewählten Pixeln sicherzustellen, und diese
Schwierigkeit führt zu beeinträchtigten Anzeigeeigenschaften.
Die nachstehend geschilderte Vorrichtung ist vorgesehen, um
diese Schwierigkeiten auszuräumen, nämlich eine optisch
aktive Matrixanzeige, wie sie in den Fig. 6 und 7 dargestellt
ist (Veröffentlichung des japanischen, ungeprüften Patents
Nr. Hei 1-173016, usw.). Wie dargestellt, weist die Anzeige
ein Glassubstrat 101 auf, welches mit mehreren parallelen
Lichtführungswegen 102 versehen ist, die auf seiner
Oberfläche ausgebildet sind, und es sind mehrere Elemente 103
aus fotoleitfähigem Material über den Lichtführungswegen 102
in Berührung mit den Lichtkanälen vorgesehen, welche keine
Umhüllung aufweisen, so daß ein Teil des Lichtes, welches
sich entlang der Lichtführungswege 102 ausbreitet, in
Richtung auf die Elemente 103 aus fotoleitfähigem Material
ausgesandt wird, die darüber liegen. Die einzelnen Elemente
103 aus fotoleitfähigem Material führen eine Ein/Aus-
Steuerung durch, um eine Umschaltung zwischen Streifen 104
und Streifen 105 in Form eines dünnen Metallfilms
durchzuführen, so daß sie auf diese Weise als optische
Schaltelemente 106 arbeiten. Eine Gruppe von Streifen 105 ist
an die Pixelelektroden 107 angeschlossen, welche Pixel in der
Flüssigkristallanzeige bilden, und ein elektrisches
Bildsignal für eine Flüssigkristallanzeige wird an die andere
Gruppe von Streifen 104 angelegt, wodurch dieses elektrische
Bildsignal an die Pixelelektroden 107 über die optischen
Schaltelemente 106 angelegt wird. Bei dem in Fig. 7
dargestellten Fall sind die Streifen 104 in
Horizontalrichtung vorgesehen, wogegen die Lichtführungswege
102 in Vertikalrichtung vorgesehen sind. Wird Licht an die
Lichtführungswege 102 angelegt, so schalten die
darüberliegenden optischen Schaltelemente 106 ein, und das
elektrische Signal, welches an dem Metallstreifen 104
anliegt, wird an die Pixelelektroden 107 angelegt, wodurch
die molekulare Ausrichtung des Flüssigkristalls gesteuert
wird. Es wird nunmehr angenommen, daß Licht vom linken Ende
der Fig. 7 aus auf die Lichtführungswege 102 auftrifft. Wird
Licht zuerst in die Lichtführungswege 102 am linken Ende
eingeführt, so schalten sämtliche optischen Schaltelemente
106 ein, die oberhalb des betreffenden Lichtführungsweges 102
vorgesehen sind, jedoch bleiben andere optische
Schaltelemente 106, die über den anderen Reihen der
Lichtführungswege 102 angeordnet sind, im ausgeschalteten
Zustand. Dann wird ein Bildsignal (ein Pixelinformation
entsprechendes elektrisches Signal) an die Streifen 104
angelegt, worauf dasselbe elektrische Signal an die
Pixelelektroden in der linken Zeile in Fig. 7 angelegt wird,
wodurch die molekulare Ausrichtung des inneren
Flüssigkristalls gesteuert wird. Entsprechendes gilt für die
zweite Zeile von rechts von Pixelelementen 107. Durch
Wiederholung des voranstehend beschriebenen Verfahrens wird
das Bildsignal aufeinanderfolgend an sämtliche
Pixelelektroden 107 angelegt, und die molekulare Ausrichtung
des Flüssigkristalls wird zur Anzeige eines gewünschten
Bildes ordnungsgemäß gesteuert.
Optisch aktive Matrixanzeigen der voranstehend beschriebenen
Art erfordern es, daß Licht aufeinanderfolgend an die
einzelnen Lichtführungswege angelegt wird. Zu diesem Zweck
wurde vorgeschlagen, daß lichtemittierende Vorrichtungen
(beispielsweise LEDs, LDs und EL-Vorrichtungen) in Zuordnung
zu den einzelnen Lichtführungswegen vorgesehen werden.
Zwar gibt es verschiedene Verfahren zum Abtasten oder Scannen
von Licht, jedoch besteht eine Vorgehensweise in der
Abtastung von Laserlicht durch ein optisches System mit einem
rotierenden Polygonspiegel und dergleichen, wie dies
typischerweise in Laserdruckern durchgeführt wird. Das
Abtastsystem eines Laserdruckers ist in Fig. 12 dargestellt,
wobei ein Laserstrahl, der auf eine Brennpunktgröße von etwa
100 µm eingeschränkt wurde, für eine Abtastung der Oberfläche
einer Fotoleitertrommel fokussiert wird.
Eine Schwierigkeit bei dem voranstehend beschriebenen System,
bei welchem für jeden Lichtführungsweg eine lichtemittierende
Vorrichtung vorgesehen ist, besteht darin, daß zumindest
einige Hundert und gewöhnlich noch mehr lichtemittierende
Vorrichtungen erforderlich sind, um eine
Flüssigkristallanzeige üblicher Größe herzustellen. Dies
führt zu Schwierigkeiten bezüglich der Sicherstellung einer
gleichmäßigen Intensität der Emission von den einzelnen
Vorrichtungen, und es ist nicht nur mühsam, eine derartig
große Anzahl an Vorrichtungen zu montieren, sondern es tritt
auch in der Hinsicht eine Schwierigkeit auf, daß die
Abtastlichtquelle, die aus diesen Vorrichtungen besteht,
erheblich zu teuer ist. Da die Lichtemission der einzelnen
Vorrichtungen in zeitlicher Abfolge gesteuert werden muß,
führt dies darüber hinaus unvermeidlicherweise dazu, daß eine
komplizierte Steuerschaltung erforderlich ist.
Das Lichtabtastsystem, welches konventionellerweise bei
Laserdruckern eingesetzt wird, weist verschiedene Merkmale
auf; um nur einige herauszugreifen, erfährt das Laserlicht
eine Intensitätsmodulation entsprechend der gewünschten
Information, die angezeigt werden soll, und die fR-Linse, die
als Fokussierlinse verwendet wird, um Licht auf der
Abtastoberfläche einer Fotoleitertrommel zu konzentrieren,
muß nicht eng bezüglich des Winkels der Hauptstrahlen
gesteuert werden, die auf der Abtastoberfläche der
Fotoleitertrommel empfangen werden. Wie auch aus der ins
einzelne gehenden, nachstehenden Beschreibung deutlich wird,
läßt sich eine Anzeige mit gleichmäßiger Qualität nicht
dadurch erreichen, daß nur die bekannte Lichtquelle und das
bekannte optische System mit der optisch aktiven
Matrixanzeige der voranstehend beschriebenen Art kombiniert
werden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser
Gegebenheiten entwickelt, und die ihr zugrundeliegende
Aufgabe besteht darin, eine optisch aktive Matrixanzeige
einer solchen Art zur Verfügung zu stellen, welche Licht mit
Hilfe eines rotierenden Polygonspiegels abtastet, und welche
mit einem optischen System so versehen ist, daß
sichergestellt wird, daß die einzelnen Lichtführungswege in
der aktiven Matrix wirksam und gleichmäßig auf einfache Weise
adressiert werden können, und zwar durch Licht von einer
begrenzten Anzahl von Lichtquellen, wodurch die Eigenschaften
der optischen Schaltelemente ausreichend stabilisiert werden,
um so die Anzeige von Bildern in hoher Qualität zu
ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung einer
optisch aktiven Matrixanzeige, welche mehrere
Lichtführungswege aufweist, die in einer Richtung in der
Ebene eines transparenten Substrats angeordnet sind, sowie
mehrere lineare Elektroden, die so angeordnet sind, daß sie
die Lichtführungswege schneiden, und zum Anlegen eines
Bildsignals dienen, wobei Pixelelektroden für eine
Bildanzeige in einem Feld angeordnet sind, und ein Feld
optischer Schaltelemente vorgesehen ist, die sich nahe an den
Schnittstellen der jeweiligen Lichtführungswege und der
linearen Elektroden befinden, um die linearen Elektroden mit
den Pixelelektroden zu verbinden, und hierbei werden die
optischen Schaltelemente von einem ausgeschalteten Zustand in
einen eingeschalteten Zustand in Reaktion auf Licht versetzt,
welche sich durch die Lichtführungswege ausbreitet, um so in
die optischen Schaltelemente einzutreten. Zur Erzielung der
voranstehend erwähnten Ziele der vorliegenden Erfindung ist
die optisch aktive Matrixanzeige mit Lichtführungswegen
versehen, die einen solchen Aufbau aufweisen, daß ihre
Endoberflächen auf dem transparenten Substrat auftreten, und
es ist ein optischer Abtaster (Scanner) vorgesehen, der eine
Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls aufweist, einen
rotierenden Polygonspiegel, der die Richtung des Lichtstrahls
ändert, sowie eine Linse, die das von dem rotierenden
Polygonspiegel reflektierte Licht auf die oberen
Endoberflächen der Lichtführungswege aufbringt, und zwar
durch Änderung des Lichtwinkels, unabhängig von der
Abtastrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist als Linse, welche
den Lichtstrahl auf die Endoberflächen aufbringt, ein
Linsenfeld vorgesehen, welches mehrere Linsen aufweist, die
in Positionen angeordnet sind, welche den einzelnen
Lichtführungswegen entsprechen, und zwar ist das Linsenfeld
vorzugsweise neben den Endoberflächen der Lichtführungswege
angeordnet, wodurch der Lichtstrahl, der durch das Linsenfeld
gelangt, nahe den Endoberflächen dieser Lichtführungswege
konzentriert wird. Die Linsen in dem Linsenfeld können
verschieden ausgebildet sein, beispielsweise als übliche
Konvexlinse, als Fresnel-Linse, usw. Um bei der Anzeige ein
Übersprechen zu verhindern, ist vorzugsweise eine
Lichtabschirmschicht in einer optimalen Position auf dem Weg
von dem rotierenden Polygonspiegel zur Oberfläche des
Substrats vorgesehen, auf welchem die Lichtführungswege
angeordnet sind. Falls eine derartige Lichtabschirmschicht
vorgesehen werden soll, ist deren Breite vorzugsweise größer
als der Punktdurchmesser des Lichtstrahls, welcher auf sie
auftrifft.
Als bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind die Lichtführungswege darüber hinaus so ausgebildet, daß
ihre Endoberflächen auf dem transparenten Substrat
auftauchen, und sie weisen einen optischen Abtaster auf, der
eine Lichtquelle zur Aussendung zweier Lichtstrahlen
aufweist, einen rotierenden Polygonspiegel, welcher die
Richtung der Lichtstrahlen ändert, eine Linse, durch welche
der Winkel der Lichtstrahlen, die durch den rotierenden
Polygonspiegel reflektiert werden, so geändert wird, so daß
sie in Richtung auf die Endoberflächen der Lichtführungswege
gerichtet werden, unabhängig von der Abtastrichtung, sowie
ein Linsenfeld, welches an den Endoberflächen der
Lichtführungswege angeordnet ist, um die Lichtstrahlen nahe
den Endoberflächen dieser Lichtführungswege zu konzentrieren.
Das Linsenfeld besteht aus zwei Linsengruppen, die in zwei
Reihen angeordnet sind, wobei eine Linsengruppe aus
ungeradzahligen Seitenlinsen besteht, die an Orten angeordnet
sind, welche ungeradzahligen Reihen oder Zeilen in den
Lichtführungswegen entsprechen, und die andere Linsengruppe
aus geradzahligen Seitenlinsen besteht, die an Orten
angeordnet sind, welche geradzahligen Reihen oder Zeilen in
den Lichtführungswegen entsprechen. Das Linsenfeld ist so
ausgebildet, daß der Lichtstrahl, welche die Gruppe
ungeradzahliger Seitenlinsen abtastet, in die ungeradzahligen
Zeilen in den Lichtführungswegen geschickt wird, und
alternierend der Lichtstrahl, welcher die Gruppe
geradzahliger Seitenlinsen abtastet, in die geradzahligen
Zeilen in den Lichtführungswegen geschickt wird.
Vorzugsweise ist eine Fotodetektorvorrichtung an der
Lichtstrahlabtast-Startseite des Linsenfeldes oder des
transparenten Substrats vorgesehen, wodurch das
Ausgangssignal der Fotodetektorvorrichtung als Triggersignal
zum Steuern des Schreibens von Bildinformation verwendet
wird. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein
Feld von Fotodetektorvorrichtungen auf solche Weise
vorgesehen sein, daß sich die einzelnen
Fotodetektorvorrichtungen an den Austrittsendoberflächen der
jeweiligen Lichtführungswege in der optisch aktiven Matrix
befinden; diese Anordnung ist in der Hinsicht wirksam, daß
sie sicherstellt, daß die der Lichtquelle zuzuführende
Energie auf solche Weise gesteuert oder geregelt wird, daß
ein im wesentlichen konstanter Fotostrom aus den einzelnen
Fotodetektorvorrichtungen herausfließt.
Der von der Lichtquelle ausgehende Lichtstrahl wird bezüglich
seiner Richtung wirksam so gesteuert, daß er sich in Richtung
zum rotierenden Polygonspiegel hin ausbreitet, welcher
infolge seiner Drehung eine kontinuierliche Änderung der
Richtung reflektierten Lichtes hervorruft, so daß der
Lichtstrahl eine solche Abtastung durchführt, daß er einen
fächerförmigen Bereich überstreicht. Die Linse veranlaßt den
Abtastlichtstrahl zur Ausbreitung zu den Endoberflächen der
Lichtführungswege in der optisch aktiven Matrix hin. In
diesem Fall bricht die Linse die Hauptstrahlen des
Lichtstrahls so, daß diese einen im wesentlichen konstanten
Winkel mit dem Linsenfeld bilden, unabhängig von der
Abtastrichtung. Die optisch aktive Matrixanzeige gemäß der
vorliegenden Erfindung ist so ausgelegt, daß die
Endoberflächen der Lichtführungswege auf dem transparenten
Substrat auftauchen, und daher trifft der durch das
Linsenfeld konzentrierte Lichtstrahl auf die Endoberflächen
der Lichtführungswege auf, wodurch er in diese eintritt. Wenn
der Winkel zwischen den Endoberflächen des Substrats für die
Lichtführungswege und den Hauptstrahlen des Lichtstrahls
stark variiert, abhängig von dem Ort des Lichteinfalls, so
tritt eine Intensitätsschwankung des Lichts auf, welches in
die einzelnen Lichtführungswege eintritt, wodurch es
unmöglich wird, ein gleichmäßiges Anzeigebild zu erzeugen. Um
diese Schwierigkeit zu vermeiden, muß der Austrittswinkel
konstant gehalten werden, und beträgt daher besonders
bevorzugt im wesentlichen 90°, um einen hohen Wirkungsgrad
zur Verfügung zu stellen.
Wenn ein Linsenfeld, welches mehrere Linsen aufweist, die an
Orten angeordnet sind, welche den einzelnen
Lichtführungswegen entsprechen, an den Endoberflächen dieser
Lichtführungswege vorgesehen ist, so wird der einfallende
Lichtstrahl durch die einzelnen Linsen so konzentriert, daß
eine wirksamere Nutzung des Lichtes sichergestellt wird. Das
Linsenfeld ist auch in der Hinsicht wirksam, daß der
Lichtstrahl jederzeit an einem festen Punkt konzentriert
werden kann, selbst wenn die Abtastposition des Strahls
schwankt, infolge verschiedener Faktoren, wie beispielsweise
Schwankungen der mechanischen Abmessungen. Dies führt dazu,
daß die optisch aktive Matrixanzeige gemäß der vorliegenden
Erfindung weniger empfindlich bezüglich Änderungen der
mechanischen Eigenschaften oder Temperaturänderungen ist und
ihr Betrieb auf äußerst wirksame Weise stabilisiert wird.
Die optisch aktive Matrixanzeige gemäß der vorliegenden
Erfindung kann mit einer Lichtabschirmschicht versehen sein,
die auf der Seite der Lichtführungswege vorgesehen ist, an
welcher der Lichtstrahl einfällt, und dies ist wirksam zur
Verhinderung eines Übersprechens bei der Anzeige.
Die optisch aktive Matrixanzeige gemäß der vorliegenden
Erfindung kann so ausgebildet sein, daß alternierend zwei
Lichtstrahlen von einer Lichtquelle ausgehen. Einer der
beiden Lichtstrahlen tastet eine Gruppe ungeradzahliger
Seitenlinsen ab und tritt aufeinanderfolgend in die
Lichtführungswege in ungeradzahligen Zeilen ein, wogegen der
andere Lichtstrahl eine Gruppe geradzahliger Linsen abtastet
und aufeinanderfolgend in die Lichtführungswege in
geradzahligen Zeilen eintritt. Daher wird bei der
vorliegenden Ausführungsform eine verschachtelte Abtastung
mit Hilfe eines Linsenfeldes durchgeführt, bei welchem die
beiden Linsengruppen in zwei Zeilen angeordnet sind.
Eine Fotodetektorvorrichtung kann auf der Abtaststartseite
des optischen Strahls des Linsenfeldes oder des transparenten
Substrats vorgesehen sein, und das Ausgangssignal dieser
Fotodetektorvorrichtung kann als Triggersignal zum Steuern
des Schreibens von Bildinformation verwendet werden.
Die optisch aktive Matrixanzeige gemäß der vorliegenden
Erfindung kann weiterhin mit einem Feld von
Fotodetektorvorrichtungen versehen sein, welche den
Austrittsendoberflächen der jeweiligen Lichtführungswege in
der aktiven Matrix entsprechen. Durch Steuern oder Regeln der
Energiezufuhr zur Lichtquelle auf solche Weise, daß das Feld
im wesentlichen konstante Lichtsignale erzeugt, kann die
Ausbildung der Anzeige oder deren Bildauflösung verbessert
werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer
optisch aktiven Matrixanzeige gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des in Fig. 1
dargestellten Linsenfeldes;
Fig. 3 den Aufbau des Substrats für ein Feld von
Lichtführungswegen in der in Fig. 1 dargestellten,
optisch aktiven Matrixanzeige;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A von
Fig. 3;
Fig. 5 zwei Schritte des Verfahrens zur Herstellung des
Substrats für ein Feld von Lichtführungswegen in
der in Fig. 1 dargestellten, optisch aktiven
Matrixanzeige;
Fig. 6 einen Querschnitt, welcher vergrößert das
wesentliche Teil einer optisch aktiven
Matrixanzeige nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 7 eine teilweise vergrößerte Aufsicht auf die in
Fig. 6 gezeigte, optisch aktive Matrix nach dem
Stand der Technik;
Fig. 8 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer optisch
aktiven Matrixanzeige gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9A und 9B vergrößerte Ansichten eines Linsenfeldes;
Fig. 10 eine erläuternde Darstellung zur Verdeutlichung,
wie das Linsenfeld optisch an das Substrat für ein
Feld von Lichtführungswegen angekoppelt ist;
Fig. 11 eine erläuternde Darstellung zur Verdeutlichung,
wie ein Feld von Fotodetektorvorrichtungen auf dem
Substrat für ein Feld von Lichtführungswegen
angebracht ist; und
Fig. 12 das Layout eines optischen Abtastsystems für einen
Laserdrucker.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht mit einer Darstellung
eines Beispiels einer optisch aktiven Matrixanzeige gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht des in Fig. 1 dargestellten
Linsenfeldes, und zeigt, wie ein einfallender Lichtstrahl in
einen Lichtführungsweg eintritt.
Zunächst wird ein Beispiel für ein Substrat 10 für ein Feld
von Lichtführungswegen beschrieben, welches in der optisch
aktiven Matrixanzeige gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden soll. Fig. 3 zeigt die grundsätzliche
Anordnung der Lichtführungswege, und Fig. 4 ist eine
Schnittansicht der Linie A-A in Fig. 3. Zur Erleichterung der
Erläuterung sind die Glassubstrate, eine transparente
Elektrode, eine Flüssigkristallschicht und ein Dichtmittel in
Fig. 3 weggelassen. Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind
mehrere Lichtführungswege Y1, Y2, . . . , Yn-1 und Yn in der
Y-Richtung auf einem der beiden Glassubstrate 5a vorgesehen,
und sind mehrere lineare Elektroden X1, X2, . . . , Xm-1 und Xm
in der X-Richtung so angeordnet, daß sie oberhalb dieser
Lichtführungswege diese kreuzen. Die Lichtführungswege Y1,
Y2, . . . , Yn-1 und Yn, die linearen Elektroden X1, X2, . . . ,
Xm-1 und Xm, sowie Pixelelektroden 2 zum Treiben eines
Anzeigemediums, wie beispielsweise eines Flüssigkristalls,
sind in derselben Ebene ausgebildet, so daß optische
Schaltelemente 1 so angeordnet sind, daß sie die linearen
Elektroden X1, X2, . . . , Xm-1 und Xm mit den Pixelelektroden 2
verbinden. Eine transparente Elektrode 3 ist auf dem anderen
Glassubstrat 5b vorgesehen, und eine Flüssigkristallschicht 7
ist in dem Raum enthalten, der durch die beiden Glassubstrate
5a und 5b sowie ein Dichtmittel 9 ausgebildet wird. Bei der
vorliegenden Erfindung sind die Lichtführungswege Y1, . . . , Yn
auf dem Glassubstrat 5a auf solche Weise vorgesehen, daß die
Endoberflächen der Folge dieser Lichtführungswege an einer
Endoberfläche des Glassubstrats 5a auftauchen.
Der optische Abtaster, der bei der optischen Matrixanzeige
des momentan beschriebenen Beispiels verwendet wird, ist in
Fig. 1 gezeigt und weist ein Laseroptiksystem 20 auf, einen
rotierenden Polygonspiegel 22, zwei Reflektorspiegel 24 und
26, und ein telezentrisches, optisches System 28, welches
durch eine torische Linse gebildet wird (die nachstehend
einfach als "telezentrisches, optisches System" bezeichnet
wird). Wie besonders deutlich aus Fig. 2 und 4 hervorgeht,
ist das Feldsubstrat 10 weiterhin an einer Endoberfläche mit
einem Linsenfeld 30 versehen. Ein von dem Laseroptiksystem 20
ausgehender Lichtstrahl 40 wird durch den Polygonspiegel 22
reflektiert, der mit konstanter Drehzahl durch einen Motor
angetrieben oder auf andere Weise gedreht wird, wodurch der
Lichtstrahl kontinuierlich bewegt (gescannt) wird, um einen
fächerförmigen Bereich zu überstreichen. Die Abtast- oder
Scanrichtung ist durch einen Pfeil S bezeichnet. Der
Abtastlichtstrahl wird durch die beiden Reflektorspiegel 24
und 26 so reflektiert, daß er seine Richtung ändert, bevor er
in das telezentrische, optische System 28 eintritt. Das
telezentrische, optische System 28, welches den einfallenden
Lichtstrahl bricht, führt in der Hinsicht eine
Korrekturfunktion durch, daß der gebrochene Lichtstrahl in
einer Richtung austritt, die im wesentlichen senkrecht zu
einer Endoberfläche des Feldsubstrats 10 verläuft, unabhängig
von der Abtastrichtung. Infolge dieser Wirkung wird der
Lichtstrahl in das Linsenfeld 30 in einer im wesentlichen
senkrechten Richtung eingeführt, und zwar über den Zeitraum
zwischen dem Beginn der Abtastung bis zu deren Ende. Das
Linsenfeld 30 konzentriert den einfallenden Lichtstrahl an
vorbestimmten Positionen auf der Eintrittsendoberfläche des
Feldsubstrates 10. Die einzelnen Linsen 32 sind an solchen
Positionen angeordnet, welche in einer 1 : 1-Beziehung den
Lichtführungswegen Y1, . . . , Yn entsprechen.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird der Lichtstrahl durch das
telezentrische, optische System 28 durch die Konvexlinsen 32
in dem Linsenfeld 30 so gebrochen, daß er in die einzelnen
Lichtführungswege Y1, . . . , Yn eintritt. Die Funktion der
Konvexlinsen 32 besteht in der Konzentrierung des
Abtastlichtstrahls, so daß dieser an vorbestimmten
Einfallspunkten auf den zugehörigen Lichtführungswegen Y1,
. . . , Yn fokussiert wird. Die Position der Lichtkonzentration
ist beim Abtastvorgang unverändert. Die Bereitstellung des
Linsenfeldes 30 stellt daher sicher, daß der Lichtstrahl auf
einen festen Konzentrationspunkt auftrifft, selbst wenn er in
unterschiedlichen Positionen auf die Eintrittsoberfläche der
Lichtführungswege einfällt; dies führt dazu, daß es möglich
wird, Schwierigkeiten zu verhindern, die infolge derartiger
Faktoren, wie beispielsweise Variationen der mechanischen
Abmessungen oder Temperaturänderungen, einer geringen
Genauigkeit und dergleichen auftreten.
Wenn das Laserlicht 40 in die Lichtführungswege Y1, . . . , Yn
hineingebracht wird, und wenn die optischen Schaltelemente 1
mit Licht beleuchtet werden, so nimmt deren elektrischer
Widerstand ab, und das Bildsignal von der linearen Elektrode
X1 wird an die Pixelelektroden 2 angelegt, wodurch sich der
Zustand der molekularen Ausrichtung des Flüssigkristalls
ändert. Wenn daher die Lichtführungswege Y1 bis Yn
aufeinanderfolgend durch das Laserlicht 40 abgetastet werden,
und entsprechend elektrische Signale an die linearen
Elektroden X1, . . . , Xm angelegt werden, schalten die
optischen Schaltelemente 1 auf dem jeweiligen
Lichtführungsweg Y1, . . . , Yn ein, solange sich das Licht
entlang dieser Wege ausbreitet, wodurch die elektrischen
Signale von den linearen Elektroden X1, . . . , Xm an die
jeweilige Pixelelektrode 2 angelegt werden. Mit anderen
Worten, stellen die optischen Signale, die sich durch die
Lichtführungswege X1, . . . , Yn ausbreiten, statt des
elektrischen Geldsignals bei Dünnfilmtransistorvorrichtungen,
sicher, daß die optischen Schaltelemente, welche eine
Verbindung mit diesen Lichtführungswegen durchführen,
aufeinanderfolgend eingeschaltet werden, und zwar jeweils
zeilenweise. Die Lichtquelle, die bei der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann, ist nicht auf einen
Halbleiterlaser beschränkt, und es können irgendwelche
anderen Laser verwendet werden, beispielsweise ein IR-Laser
oder ein UV-Laser, soweit diese Licht bei Wellenlängen
aussenden, bei welchen die fotoleitfähige Schicht empfindlich
ist, welche die optischen Schaltelemente 1 bildet.
Das Substrat für ein Feld von Lichtführungswegen, welches in
Fig. 3 gezeigt ist, kann durch das in Fig. 5 dargestellte
Verfahren hergestellt werden. Zuerst werden Nuten mit einer
Klinge in der Oberfläche eines Glassubstrats 5c hergestellt.
Die Breite jeder Nut wird durch den Durchmesser der Umhüllung
einer Faseroptik Z festgelegt, die verwendet werden soll, und
liegt typischerweise im Bereich von etwa 5 bis 500 µm. Der
Teilungsabstand zwischen Nuten wird durch die
Anzeigefeldgröße festgelegt, sowie die gewünschte
Bildauflösung und liegt typischerweise im Bereich von 150 bis
800 µm, vorzugsweise zwischen 300 und 600 µm. In Fig. 5 sind
die Nuten so dargestellt, daß sie einen V-förmigen
Querschnitt aufweisen, jedoch kann ihr Boden auch flach oder
halbkreisförmig ausgebildet sein. Die Nuten können durch ein
chemisches Verfahren, wie beispielsweise Ätzung, bearbeitet
werden. Eine Faseroptik Z wird in jede der auf diese Weise
hergestellten Nuten eingebracht, und ein unter UV
aushärtendes Kunstharz 11 wird über dem Glassubstrat 5c
aufgebracht. Dann wird das andere Glassubstrat 5a oben auf
das Substrat 5c aufgelegt, und das Kunstharz 11 durch
Beleuchtung mit UV-Strahlung ausgehärtet. Die Faseroptik Z
weist einen solchen Aufbau auf, daß der zentrale Kern 12 von
einer Hülle 13 umgeben ist, die wiederum mit einer
Lichtabschirmschicht 14 bedeckt ist. Im nächsten Schritt wird
die Oberfläche des Glassubstrats 5c zur Faseroptik Z hin
optisch poliert, bis ein Teil des Lichtes austritt, welches
sich durch die Faseroptik Z ausbreitet.
Eine fotoleitfähige Schicht, die als das optische
Schaltelement 1 dient, ist an Gitterpunkten (Y, X)
vorgesehen, an welchen die Lichtführungswege Y1, . . . , Yn die
linearen Elektroden X1, . . . , Xm schneiden. Zur Ausbildung
dieser Fotoleitschicht wird zunächst ein Film aus hydriertem
amorphen Silizium (a-Si:H) durch eine plasmaunterstützte,
chemische Dampfablagerung hergestellt und dann durch Ätzen
mit einem Muster versehen. Abhängig von der Wellenlänge der
zu verwendenden Lichtquelle kann die fotoleitfähige Schicht
auch aus anderen Materialien hergestellt werden,
beispielsweise aus einem Film aus hydriertem, amorphen
Silizium-Germanium (A-SiGe:H), einem Film aus hydriertem,
amorphen Siliziumcarbid (a-SiC:H), einem Film aus hydriertem,
amorphen Siliziumoxid (a-SiO:H), und einem Film aus
hydriertem, amorphen Siliziumnitrid (a-SiN:H). Im nächsten
Schritt wird Aluminium oder ein anderes Metall durch
Elektronenstrahlverdampfung oder ein anderes Verfahren
abgelagert und dann durch Ätzen mit einem Muster versehen, um
lineare Elektroden X1, . . . , Xm auszubilden. Andere
Materialien zur Herstellung der linearen Elektroden sind
Metalle, wie beispielsweise Molybdän und Legierungen, wie
beispielsweise Indium-Zinn-Oxid.
Zur Herstellung von Pixelelektroden 2 wird durch Sputtern
Indium-Zinn-Oxid aufgebracht und dann durch Ätzen mit einem
Muster versehen. Die Lichtführungswege, linearen Elektroden,
optischen Schaltelemente und Pixelelektroden werden dann
durch eine Ausrichtungsschicht 6a abgedeckt, die aus einem
Spin-Coating-Polyimidfilm besteht, welcher daraufhin poliert
wird. Alternativ hierzu kann die Ausrichtungsschicht 6a auch
durch einen Druckvorgang erzeugt werden. Eine transparente
Elektrode 3 ist über dem anderen Glassubstrat 5b vorgesehen.
Diese transparente Elektrode 3 besteht aus Indium-Zinn-Oxid,
welches durch Sputtern aufgebracht wird. Der transparenten
Elektrode 3 wird eine Lichtabschirmschicht 4 überlagert, die
in Ausrichtung zum Muster der optischen Schaltelemente 1
hergestellt wird, die aus der fotoleitfähigen Schicht auf dem
gegenüberliegenden Glassubstrat 5a gebildet werden. Die
Lichtabschirmschicht 4 besteht aus Aluminium, welches durch
Elektronenstrahlverdampfung abgelagert wird, und dann wird
das aufgebrachte Aluminium geätzt. Alternativ hierzu kann die
Lichtabschirmschicht 4 aus einem Metall, wie beispielsweise
Molybdän hergestellt werden, oder aus einem organischen oder
anorganischen Kunstharz, welches mit Pigmenten versehen ist.
Im vorliegenden Fall ist die Lichtabschirmschicht 4 auf der
transparenten Elektrode 3 angeordnet, jedoch kann sie auch,
falls gewünscht, auf der Rückseite des Glassubstrats 5b
vorgesehen werden. Die transparente Elektrode und die
Lichtabschirmschichten werden daraufhin durch eine
Ausrichtungsschicht 6b abgedeckt, die ebenfalls durch
Polieren eines Polyimidfilms hergestellt werden kann. Wenn
die erforderlichen Schichten auf die voranstehend
beschriebene Weise hergestellt wurden, werden die beiden
Glassubstrate 5a und 5b durch ein Abstandsstück (nicht
gezeigt) voneinander im Abstand gehalten und dann durch ein
dazwischen angeordnetes Dichtmittel 9 verbunden. Unter Vakuum
wird in den Raum zwischen den beiden Substraten ein
Flüssigkristall eingespritzt, wodurch eine
Flüssigkristallschicht 7 zur Verfügung gestellt wird. Diese
Flüssigkristallschicht 7 weist eine Dicke von etwa 5 µm auf,
und die Art ihrer Anzeige ist normalerweise weiß, verdreht
nematisch (TN). Ein Beispiel hierfür ist das
Flüssigkristallmaterial, welches von Merck & Co., Inc. unter
der Handelsbezeichnung ZLI-1565 (PCH-Flüssigkristall) bezogen
werden kann. Nachdem auf die voranstehend beschriebene Weise
ein Flüssigkristallanzeigefeld hergestellt wurde, welches mit
dem Feld von Lichtführungswegen versehen ist, wird ein
Linsenfeld 30 angebracht.
Wie aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht, weist die optisch aktive
Matrixanzeige gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine
Lichtabschirmschicht 34 auf, die zwischen benachbarten
Konvexlinsen 32 an der Eintrittsendoberfläche des
Linsenfeldes 30 vorgesehen ist. Falls die
Lichtabschirmschicht 34 nicht vorhanden ist, so könnte Licht
zwischen zwei benachbarten Lichtführungswegen verteilt
werden, wenn sich der einfallende Lichtstrahl von einer
Konvexlinse zur nächsten bewegt. Daher ist die
Lichtabschirmschicht 34 vorgesehen, um zu verhindern, daß der
einfallende Lichtstrahl gleichzeitig in zwei
Lichtführungswege eintritt. Zu diesem Zweck muß die Breite
der Lichtabschirmschicht 34 größer sein als der
Punktdurchmesser des einfallenden Lichtstrahls. Bei der
vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtabschirmschicht
zwischen Konvexlinsen 30 vorgesehen, jedoch stellt dies nicht
die einzige Ausführungsform der Erfindung dar, und daher kann
die Lichtabschirmschicht in jeder wirksamen Position zwischen
dem Drehspiegel und dem Substrat für die Lichtführungswege
angeordnet sein; Sie kann daher beispielsweise zwischen dem
Linsenfeld 30 und dem Substrat 10 für das Feld der
Lichtführungswege angeordnet sein.
Das voranstehend beschriebene Linsenfeld 30 kann durch
verschiedene Verfahren hergestellt werden, unter denen der
nachstehend beschriebene Ionenaustauschvorgang typisch ist.
Zuerst wird ein Metallfilm über einem Glassubstrat
hergestellt, welches ein Alkalimetall enthält, beispielsweise
Natrium, und es werden kleine Öffnungen (Löcher) in diesem
Film ausgebildet. Das Glassubstrat, welches den
durchlöcherten Metallfilm trägt, wird in eine Lösung
eingetaucht, die Ionen, wie beispielsweise Thalliumionen
enthält, worauf die Alkalionen in den Bereichen des
Glassubstrates, die unterhalb der Öffnungen in dem Metallfilm
liegen, durch Thalliumionen ausgetauscht werden. Die Bereiche
des Glassubstrates, in welchem infolge des Austausches
nunmehr die Thalliumionen vorhanden sind, weisen einen
größeren Brechungsindex auf als die anderen Bereiche.
Verlängert man die Zeit für diesen Ionenaustauschvorgang, so
geht der Austausch zwischen Alkalionen und Thalliumionen
weiter, wodurch halbkugelförmige Bereiche erzeugt werden, die
einen erhöhten Brechungsindex aufweisen, und zwar um die
Öffnungen in dem Metallfilm herum. Diese Bereiche arbeiten
als Konvexlinsen. Durch Änderung der Position der Löcher, die
in dem Metallfilm hergestellt werden sollen, läßt sich frei
der Ort der Linsenausbildung in dem Feld festlegen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden zwei
Reflektorspiegel in Kombination verwendet, jedoch kann die
Anzahl und Anordnung der Reflektorspiegel abgeändert werden,
je nach dem spezifischen Aufbau des optischen Systems.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß das bei der
vorliegenden Erfindung zu verwendende Linsenfeld nicht auf
den voranstehend beschriebenen Aufbau beschränkt ist, und in
anderen Fällen auch einzelne Linsen hergestellt werden
können, beispielsweise Fresnel-Linsen oder holografische
Linsen.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die
zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Fig. 8 ist eine schematische Darstellung des
Aufbaus eines Beispiels für eine optisch aktive Matrixanzeige
gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Fig. 9A und 9B zeigen
Einzelheiten des Linsenfeldes, welches in der aktiven
Matrixanzeige verwendet wird, und Fig. 10 erläutert, wie das
Substrat für ein Feld von Lichtführungswegen optisch an das
Linsenfeld angekoppelt ist, um so einen wirksamen Eintritt
eines Lichtstrahls in einen einzelnen Lichtführungsweg zu
erzielen.
Das Substrat 10 für das Feld der Lichtführungswege kann
grundsätzlich ebenso ausgebildet sein wie beim Stand der
Technik, der in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Daher werden
zur Erleichterung der Beschreibung Einzelheiten der
jeweiligen Teile des Substrats in der nachstehenden
Erläuterung nicht wiederholt. Allerdings wird erneut darauf
hingewiesen, daß gemäß der Darstellung in Fig. 10
Lichtführungswege 14 auf einem transparenten Substrat 12 auf
solche Weise ausgebildet werden, daß die Endoberflächen der
Abfolge dieser Lichtführungswege an einer Endoberfläche des
transparenten Substrats 12 auftreten.
Der optische Abtaster, der bei der optischen Matrixanzeige
des vorliegenden Beispiels verwendet wird, weist ein
Halbleiterlaser-Optiksystem 20 auf, welches zwei
Lichtstrahlen aussendet, einen rotierenden Polygonspiegel 22,
zwei reflektierende Spiegel 24 und 26, ein telezentrisches,
optisches System 28 und ein Linsenfeld 30. Das
Halbleiterlaser-Optiksystem 20 sendet zwei Lichtstrahlen 40o
und 40e alternierend zu unterschiedlichen Zeiten aus, wobei
40o den Lichtstrahl zur Abtastung einer Gruppe
ungeradzahliger Linsen bezeichnet, und 40e den Lichtstrahl
zur Abtastung einer Gruppe geradzahliger Linsen. Die beiden
Lichtstrahlen werden vom Polygonspiegel 22 reflektiert, der
mit konstanter Drehzahl durch einen Motor angetrieben oder
auf andere Weise gedreht wird, wodurch die Lichtstrahlen
kontinuierlich bewegt werden (eine Abtastung durchführen), so
daß sie einen fächerförmigen Bereich überstreichen. Die
Abtastrichtung ist durch einen Pfeil S angedeutet. Die auf
diese Weise eine Abtastung durchführenden Lichtstrahlen
werden von den beiden Reflektorspiegeln 24 und 26
reflektiert, so daß sie ihre Richtung ändern, bevor sie in
das telezentrische, optische System 28 in zwei in
Vertikalrichtung unterschiedlichen Positionen eintreten. Die
torische Linse 28 (das telezentrische, optische System),
welche die einfallenden Lichtstrahlen bricht, führt in der
Hinsicht eine Korrekturfunktion aus, daß die gebrochenen
Lichtstrahlen in einer Richtung austreten, die im
wesentlichen senkrecht (Normalenrichtung) zu einer
Endoberfläche des Linsenfeldes 30 austreten, unabhängig von
der Abtastrichtung. Infolge dieser Wirkung treten die
Lichtstrahlen in das Linsenfeld 30 in im wesentlichen
senkrechter Richtung ein während des Zeitraums vom Beginn der
Abtastung bis zu deren Beendigung.
Das vorliegende Linsenfeld 30 besteht aus zwei Linsengruppen,
die sich in Horizontalrichtung in einer oberen und einer
unteren Zeile erstrecken; eine Linsengruppe besteht aus
ungeradzahligen Linsen 32o, die an Orten angeordnet sind,
welche den Lichtführungswegen in ungeradzahligen Zeilen
entsprechen, und die andere Linsengruppe besteht aus
geradzahligen Linsen 32e, die an Orten angeordnet sind,
welche den Lichtführungswegen in geradzahligen Zeilen
entsprechen. Einzelheiten der Anordnung der beiden
Linsengruppen sind in den Fig. 9A und 9B gezeigt, wobei
Fig. 9A eine Aufsicht ist und Fig. 9B eine Schnittansicht
entlang einer Linie X-X in Fig. 9A. Jede der ungeradzahligen
Linsen 32o und der geradzahligen Linsen 32e ist eine
Konvexlinse, welche einen halbkreisförmigen Querschnitt
aufweist, und diese ungeradzahligen und geradzahligen Linsen
sind alternierend regelmäßig auf dem transparenten Substrat
34 so angeordnet, daß ihre Brennpunkte (Fo, Fe) oder
Konzentrationspunkte entlang einer geraden Linie ausgerichtet
sind. Daraufhin wird das Linsenfeld 30 optisch an das
Substrat 40 für das Feld der Lichtführungswege so
angekoppelt, daß die jeweiligen Brennpunkte (Fo, Fe)
bezüglich der Orte ausgerichtet sind, an welchen Licht auf
die Endoberflächen der zugehörigen Lichtführungswege einfällt
(vgl. Fig. 10). Infolge dieser Kopplung wird der Lichtstrahl
40o, welcher die Gruppe ungeradzahliger Linsen 32o abtastet,
durch die Linsen gebrochen, die ihn in die Lichtführungswege
in ungeradzahligen Zeilen befördern, und wird der Lichtstrahl
40e, welcher die Gruppe geradzahliger Linsen 32e abtastet,
durch die Linsen gebrochen, die ihn in die Lichtführungswege
in geradzahligen Zeilen befördern. In Fig. 9A ist die durch
einen Laser abgetastete Linie für ungeradzahlige Felder durch
ein Bezugszeichen 50o bezeichnet, und die durch einen Laser
abgetastete Linie für geradzahlige Felder durch 50e.
Das einfallende Licht wird durch die Lichtführungswege 14
übertragen und wird dann dem Vorgang einer
Flüssigkristallanzeige ausgesetzt, wie dies hier bereits
bezüglich des Standes der Technik beschrieben wurde. Wie
bereits erläutert, besteht die Funktion der Konvexlinsen 32o
und 32e darin, die Abtastlichtstrahlen so zu konzentrieren,
daß sie an vorbestimmten Einfallspunkten auf den zugehörigen
Lichtführungswegen 14 fokussiert werden. Die Brennpunktlage
oder die Lichtkonzentrationsposition bleibt beim
Abtastvorgang unverändert. Die Bereitstellung des
Linsenfeldes 30 stellt daher sicher, daß die Lichtstrahlen
auf einen festen Konzentrationspunkt auftreffen, selbst wenn
sie in unterschiedlichen Positionen auf die
Eintrittsoberfläche des Linsenfeldes einfallen; dies führt
dazu, daß es möglich wird, Schwierigkeiten zu vermeiden, die
sonst infolge schädlicher Einflüsse, wie beispielsweise
Variationen der mechanischen Eigenschaften oder
Temperaturvariationen, infolge geringer Genauigkeit usw.
auftreten könnten.
Der Betriebsablauf der optisch aktiven Matrix gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt
mit dem Einschalten des Lasers in dem optischen System 20,
welcher der Abtastung ungeradzahliger Linsen zugeordnet ist,
und der austretende Lichtstrahl 40o wird so durch den
Polygon-Drehspiegel 22 reflektiert, daß er eine Abtastung
entlang der Linie 50o in Fig. 9A durchführt. Infolge dieses
Abtastzyklus wird der Lichtstrahl 40o am Punkt Fo fokussiert
und tritt aufeinanderfolgend in die Zeile entsprechender
ungeradzahliger Lichtführungswege ein. In dem nächsten
Abtastzyklus wird der Laser eingeschaltet, welcher der
Abtastung geradzahliger Linsen zugeordnet ist. Der
austretende Lichtstrahl 40e führt eine Abtastung entlang der
Linie 50e für geradzahlige Felder durch und wird an einem
Punkt Fe so fokussiert, daß er in die Zeile zugehöriger,
geradzahliger Lichtführungswege aufeinanderfolgend eintritt.
Durch alternierende Durchführung des ersten und zweiten
Abtastzyklus wird eine versetzte Abtastung erreicht.
Vorzugsweise sind Lichtabschirmschichten 36 nicht nur
zwischen ungeradzahligen Konvexlinsen 32o vorgesehen, sondern
auch zwischen geradzahligen Konvexlinsen 32e an der
Eintrittsendoberfläche des Linsenfeldes 30. Die
Bereitstellung der Lichtabschirmschichten ist in der Hinsicht
wirksam, daß hierdurch verhindert wird, daß jeder der
einfallenden Lichtstrahlen auf zwei benachbarte
Lichtführungswege verteilt wird, wenn sich der Strahl von
einer Konvexlinse zur nächsten bewegt. Damit sie wirksam
wird, weist die Lichtabschirmschicht vorzugsweise eine Breite
auf, die größer ist als der Punktdurchmesser jedes
Lichtstrahls.
Bei den voranstehend beschriebenen zwei Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung muß der Lichtstrahl durch den
rotierenden Polygonspiegel reflektiert werden, und die daraus
folgende Ungleichmäßigkeit der Drehung sowie andere Fehler
machen es schwierig, exakt den Zeitpunkt zu steuern, zu
welchem der Lichtstrahl in einzelne Lichtwellenwege
eingeführt wird. Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, wird
der Lichtstrahl vorzugsweise durch eine
Fotodetektorvorrichtung überwacht, die an dem Ort des
Linsenfeldes vorgesehen ist, an welchem die Abtastung mit dem
Lichtstrahl beginnt. Beispielsweise kann jede der zwei
Linsengruppen mit einem zusätzlichen Linsenelement versehen
werden, um die Anzahl jedes der numerierten Lichtquellenwege
zu erhöhen, und eine Fotodetektorvorrichtung an den
Endoberflächen des Substrats für das Feld der
Lichtführungswege entsprechend den zusätzlichen
Linsenelementen vorgesehen werden. Diese Anordnung gestattet
eine Erfassung von Signalen zum Zeitpunkt des Beginns der
Lichtstrahlabtastung mit Hilfe der Fotodetektorvorrichtung,
und wenn die erfaßten Signale als Einzelbildstartsignale
erfaßt werden, kann die Zeitablaufsteuerung verschiedener
Arbeitsvorgänge, beispielsweise das Schreiben von
Bildinformation, exakt durchgeführt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann ein Feld derartiger Fotodetektorvorrichtungen eingesetzt
werden, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Das mit dem
Bezugszeichen 60 in Fig. 11 bezeichnete Feld besteht aus
mehreren Fotodetektorvorrichtungen 62 und ist an der
Austrittsendoberfläche des Substrats 10 für das Feld der
Lichtführungswege vorgesehen. Im einzelnen sind die
Fotodetektoren 62 an Orten angeordnet, welche den
Austrittsendoberflächen der jeweiligen Lichtführungswege 14
entsprechen. Andererseits treten beim Abtastlichtstrahl
Variationen der Lichtmenge auf, infolge verschiedener
Faktoren, wie beispielsweise einer Positionsversetzung
infolge geringer mechanischer Präzision und von
Temperaturschwankungen. Um mit diesem Problem fertig zu
werden, kann eine Laserlichtüberwachungs-
Lichtempfangsvorrichtung nahe dem Halbleiterlaser vorgesehen
sein, um hierdurch die Lasertreiberstromversorgung so zu
steuern oder zu regeln, daß eine konstante
Laserausgangsleistung sichergestellt wird. Allerdings besteht
die Möglichkeit, daß das in die Lichtführungswege eingeführte
Licht infolge anderer mechanischer Faktoren schwankt. Der
Vorteil der in Fig. 11 dargestellten Anordnung besteht darin,
daß das Licht, welches durch die einzelnen Lichtführungswege
übertragen wird, in die entsprechenden
Fotodetektorvorrichtungen 62 übertragen wird, und daß der
Fotostrom infolge des Lichtempfangs durch eine externe
Schaltung aufgenommen werden kann. Die Stromzufuhr für den
Halbleiterlaser wird so gesteuert, daß der auf diese Weise
detektierte Fotostrom für die Ausgänge sämtlicher
Lichtführungswege in dem Substrat 10 im wesentlichen konstant
ist. Dies führt dazu, daß irgendwelche Reaktionen kompensiert
werden, die infolge verschiedener Faktoren auftreten können,
und die Menge des einfallenden Lichts in die
Lichtführungswege auf einen konstanten Pegel gesteuert oder
geregelt werden kann, um hierdurch eine ordnungsgemäße
Adressierung mittels Licht durchzuführen.
Bei den voranstehenden Ausführungsformen wird eine
Kombination von zwei Reflektorspiegeln verwendet, jedoch kann
die Anzahl und Anordnung von Reflektorspiegeln je nach
speziellem Aufbau des optischen Systems entsprechend
abgeändert werden. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß das
Linsenfeld, welches bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt
wird, nicht auf den voranstehend beschriebenen Aufbau
begrenzt ist, und daß einzelne Linsen auch auf andere Weise
bearbeitete Arten sein können, beispielsweise eine Fresnel-
Linse oder ein Hologramm.
Wie voranstehend erläutert, ist eine optisch aktive
Matrixanzeige gemäß der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet, daß ein Lichtstrahl durch einen rotierenden
Polygonspiegel für die Abtastung und darauffolgende
Einbringung in Lichtführungswege reflektiert wird. Die Anzahl
erforderlicher Teile für die Anzeige ist daher ausreichend
verringert, so daß ein einfacher Zusammenbau und eine
kostengünstige Herstellung möglich sind. Weiterhin treten bei
der Anzeige weniger negative Effekte auf, die durch derartige
schädliche Faktoren, wie beispielsweise Variationen der
mechanischen Parameter, hervorgerufen werden, und daher ist
die Betriebsstabilität der Anzeige verbessert.
Weiterhin ist die optisch aktive Matrixanzeige gemäß der
vorliegenden Erfindung so ausgelegt, daß ein Lichtstrahl zur
Abtastung durch einen rotierenden Polygonspiegel reflektiert
wird, und ein Linsenfeld, in welchem eine Gruppe
ungeradzahliger Linsen und eine Gruppe geradzahliger Linsen
in zwei Zeilen angeordnet ist, zum Konzentrieren oder
Fokussieren einfallenden Lichtes verwendet wird, so daß
dieses in Lichtführungswege in zwei unterschiedlichen Zeilen
eintreten kann, von denen die eine eine ungeradzahlige Zeile
und die andere eine geradzahlige Zeile ist. Mit Hilfe dieser
Anordnung kann eine versetzte Abtastung durchgeführt werden,
nämlich durch alternierend abwechselnde Abtastzyklen unter
Verwendung zweier Lichtstrahlen.
Claims (12)
1. Optisch aktive Matrixanzeige, welche einen Lichtstrahl
durch mehrere Lichtführungswege in einem transparenten
Substrat zum Umschalten von Signalen zur Bildanzeige
verwendet, gekennzeichnet durch:
Endoberflächen der Lichtführungswege, die an einer Seitenoberfläche des transparenten Substrats auftrauchen;
eine Lichtquelle zum Aussenden zumindest eines Lichtstrahls;
einen rotierenden Polygonspiegel zur Abtastung der Richtung des Lichtstrahls; und
eine optische Einrichtung zum Ändern eines Winkels des Lichtstrahls, der von dem rotierenden Polygonspiegel reflektiert wird, so daß der Lichtstrahl an den Endoberflächen der Lichtführungswege unabhängig von den Richtungen der Abtastungen einfällt.
Endoberflächen der Lichtführungswege, die an einer Seitenoberfläche des transparenten Substrats auftrauchen;
eine Lichtquelle zum Aussenden zumindest eines Lichtstrahls;
einen rotierenden Polygonspiegel zur Abtastung der Richtung des Lichtstrahls; und
eine optische Einrichtung zum Ändern eines Winkels des Lichtstrahls, der von dem rotierenden Polygonspiegel reflektiert wird, so daß der Lichtstrahl an den Endoberflächen der Lichtführungswege unabhängig von den Richtungen der Abtastungen einfällt.
2. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
optische Einrichtung die Hauptstrahlen des Lichtstrahls
in einen im wesentlichen konstanten Winkel in bezug auf
die Endoberflächen der Lichtführungswege bringt.
3. Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wert des konstanten Winkels annähernd 90° beträgt.
4. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
optische Einrichtung ein Linsenfeld aufweist, welches
mit mehreren Linsen entsprechend den einzelnen
Lichtführungswegen versehen ist, benachbart den
Endoberflächen der Lichtführungswege, wobei das
Linsenfeld den Lichtstrahl auf die Endoberflächen der
Lichtführungswege konzentriert.
5. Anzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
optische Einrichtung eine Mikrolinse und telezentrische,
optische Elemente einschließlich einer torischen Linse
aufweist.
6. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
optische Einrichtung eine Lichtabschirmschicht zum
Abschirmen des Lichtstrahls, der an das Ende des
Substrats angelegt wird, abgesehen von den
Endoberflächen der Lichtführungswege, aufweist.
7. Anzeige nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Breite der Lichtabschirmschicht zwischen den
Lichtführungswegen größer ist als der Punktdurchmesser
des Lichtstrahls, der auf die Lichtabschirmschicht
einfällt.
8. Anzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtquelle zwei Lichtstrahlen aussendet.
9. Anzeige nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Linsenfeld aus zwei Linsengruppen besteht, die in zwei
Zeilen angeordnet sind, wobei eine Linsengruppe aus
Linsen auf der ungeradzahligen Seite entsprechend
ungeradzahligen Zeilen der Lichtführungswege besteht,
und die andere Linsengruppe aus Linsen auf der
geradzahligen Seite entsprechend geradzahliger Zeilen
der Lichtführungswege besteht, und einer der
Lichtstrahlen zur Abtastung der Gruppe von Linsen auf
der ungeradzahligen Seite den ungeradzahligen Zeilen
zugeführt wird, der andere Lichtstrahl zur Abtastung der
Gruppe der Linsen auf der geradzahligen Seite den
geradzahligen Zeilen zügeführt wird, und beide
Lichtstrahlen alternierend zugeführt werden.
10. Anzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Linsenfeld oder das transparente Substrat mit einer
Fotodetektorvorrichtung in einer Position des Starts der
Lichtstrahlabtastung versehen ist, und daß ein von der
Fotodetektorvorrichtung erzeugtes Signal als ein
Triggersignal verwendet wird.
11. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
transparente Substrat eine weitere Seitenoberfläche
aufweist, die an den Austrittsendoberflächen der
Lichtführungswege erscheint, von welchen die
einfallenden Lichtstrahlen ausgegeben werden.
12. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
transparente Substrat mit einem Feld von
Fotodetektorvorrichtungen entsprechend den
Austrittsendoberflächen der jeweiligen Lichtführungswege
versehen ist.
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GB9401062D0 (en) | 1994-03-16 |
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Legal Events
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