DE7148147U - Diapositiv als Informationsträger für Projektionszwecke - Google Patents

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz) Informationsträger für Projektionszwecke

Die Erfindung bezieht sich auf einen Informationsträger fUr Projektionszwecke.

Bei einer Vielzahl technischer Ueberwachungs- und Steuerungsaufgaben stellt sich das Problem, grossflächige vi-

suelle Darste1lungsformen zu finden, bei denen ein überwiegender Anteil unveränderlicher (statischer) Information mit einem geringen Anteil veränderlicher (dynamischer) Information vereint werden soll. Typische Beispiele sind Ueberwachungsanlagen industrieller Prozesse, Schaltwarten für elektrische Energieverteilungsnetze, militärische Kommandozentralen etc. Gebräuchliche Lösungen derzeitiger Technik sind einmal festverdrahtete Wanddisplays (Schalttafeln) und zum anderen computergesteuerte Kathodenstrahl-

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Sichtgeräte. Beide Lösungen beinhalten schwerwiegende
Nachteile. Die Schalttafel gestattet (ausser durch Umbau) Keinerlei Abweichungen von einem einmal fest-ge legten. Funktionsschema. Ausserdem kann auf einer bestimmten Bildfläche nur eine begrenzte Informationsmenge dargestellt werden. Dadurch wird bei Grossanlagen die benötigte Wandfläche so gross, dass die Ueberschaubarkeit verloren geht.
Das Computer-Sichtgerät besitzt nahezu beliebig grosse
Flexibilität. Abgesehen von der flächenniässigen Begrenzung des Bildschirms erfordert es jedoch einen beträchtlichen elektronischen Aufwand. Insbesondere wird ein wesentlicher Teil der Anlage lediglich dazu benutzt, um die statischen Informationen laufend neu darzystellan. Auch ist es nicht ohne weiteres möglir ii, auf wirtschaftliche V/eise Farbdarstellungen zu verwirklichen.

Es ist nun bekannt geworden, Dia-Projektoren in Kombination mit anderen Anzeigemitteln zu verwenden, um die statische Information auf kostensparende Weise zu speichern und auf Kommando darzustellen. So wird bei einem bekannten Plasma-Anzeigegerät die statische Information von hinten auf einen Konsolenschirm projiziert, wobei dieser Schirm gleichzeitig als Plasmaanzeigematrix ausgebildet ist (IEEE Conf. on Display Devices, 1970, 70 C 55 - ED, S.57...67, insbes. Fig.28).

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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Informationsträger für Projektionszwecke zu schaffen, der die Nachteile bekannter Einrichtungen nicht aufweist und der sich durch einfacher Aufbau, Bedienung und Herstellung sowie durch grosse Flexibilität auszeichnet.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich erfindungsgemäss durch Kombination mindestens eines eine statische Information tragenden ersten Trägers mit mindestens einem eine dynamische Information tragenden zweiten Träger, in ein und demselben Diapositiv.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der zweite Träger ein sogenanntes Flüssig-Kristall-Lichtventil ist, auf das der erste Träger in Form eines üblichen Diapositiv-Film aufgeklebt ist.

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem sich der erste Träger innerhalb der die Flüssigkristallschicht einschliessenden Glsaplatten befindet und gleichzeitig als Distanzelement wirkt.

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Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung als Abwandlung des in Fig. 2 dargestellten,

Fig. 4 ein mögliches Projektionssystem für die Informationsträger gemäss der Erfindung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig.l näher erläutert. Das Diapositiv (unter Diapositiv wird hier und im weiteren ein im Durchlicht betriebenes Bild verstanden) besteht aus zwei planparallelen, vorzugsweise aus Glas bestehenden PlattevL,2. Zwischen diesen Platten befindet sich eine. Flüssigkristallschicht 3 (Schichtdicke 5/um bis 50yUm), beispielsweise "nematische Mischung 5/70" der Fa. Liquid Crystal Ind. oder eine Mischung derselben mit einem cholesterinischen Flüssigkristall. Die Schichtdicke ist durch Distanzelemente 5 am Rande definiert. Auf den Innenseiten der Glasplatten sind durchsichtige Streifenelektroden 6 und 7 aufgebracht. Diese bestehen beispielsweise aus Zinndioxid. Das Aufbrincen dieser Elektroden kann nach einem aus der DT-AS 1 090 8j5O bekannten Verfahren erfolgen. Die Elektroden können auch aus Indium-Zinn-Oxyd (In_Q0 - SnO^) bestehen, welches auf die Glasplatten 1,2 niedergeschlagen ist (RCA Review 2j2, 289 (I971). Das eine Ende der Elektroden ist durch zusätzliches Aufbringen einer Metallschicht 8 so ausgebildet, dass mit Hilfe von Steckern 9 und eine gute Kontaktierung zwischen den Elektroden und äusseren Steuermitteln 11 gewährleistet ist.

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Die soweit beschriebene Anordnung stellt eine bekannte Lichtventil-Anordnung, beispielsweise gemäss GB-PS 1,167,^86, dar. Durch Anlegen einer entsprechenden Spannung an die mittlere der (Zeilen-)Elektroden 6 und die drei (Spalten-)Elektroden 7 wird der in Fig. 1 mit Ijwm bezeichnete Bereich optisch ver

ändert. Umgekehrt lässt sich der Bereich ΐΑ_γΝ optisch verändern, wenn die drei Elektroden 6 und die mittlere Elektrode 7 mit Spannung beaufschlagt werden.

Erfindungsgemäss wird nun diese Anordnung mit einem eine statische Information Icm*™ tragenden Träger kombiniert. Zu diesem Zweck ist auf der äusseren Oberfläche der Platte 1 ein Diapositiv-Film 12, dessen Emulsionsschicht der Platte 1 zugewandt ist, aufgebracht. Hier eignet sich gut ein Klebstoff, z.B. Canadabalsam, wie er in der optischen Industrie zum Verkitten von Linsen verwendet wird. Anstatt einen Film aufzubringen, kann Jedoch die Platte 1 direkt mit einem die darzustellende Information I_STAT bildenden Muster versehen werden, z.B. durch photographische Beschichtung, durch Auftragen von Lackschichten, durch Photoresist-Technik etc. Eine weitere Möglichkeit, statische Information auf die Platte zu bringen besteht beispielsweise darin, die gewünschten Muster einzuritzen, sie einzuätzen oder lichtabsorbierende Niederschläge,

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z.B. Metalle, anzubringen. Bei all diesen Verfahren ist darauf zu achten, dass die aufgebrachte statische Information in der richtigen Zuordnung zu der durch die Lichtv^ntilan- ordnung gegebenen Information steht. Bei der Verwendung von Filmen kann dies beispielsweise durch ausserhalb der Projektionsebene angeordnete Passkreuze erfolgen.

öbschon in der in Pig. I dargestellten Anordnung die geometrischen Verhältnisse nicht wirklichkeitsgetreu wiedergegeben sind, kommt doch zum Ausdruck, dass der Abstand zwischen Flüssigkristall-Schicht 3 und Film 12 möglichst klein gemacht werden soll, um bei der Projektion ein scharfes Bild zu erhalten. Die Dicke der zwischen der Flüssigkristall-Schicht 3 und dem Film liegenden Glasplatte 1 soll dabei so gering sein, wie es deren mechanische Festigkeit zulässt, z.B. nicht wesentlich dicker als 1 irm. Die andere Glasplatte 2 kann dann dicker ausgebildet werden. Damit die Dicke der Flüssigkristall-Schicht 3 trotz der Kapillarkräfte genügend homogen ist, können im Bereich der Anzeigefläche zusätzliche .Distanzelemente 5a eingefügt sein. Dies ist ohne weiteres an den Stellen möglich, an denen sich lichtabsorbierende Bereiche des ersten Informationsträgers 12 befinden. Eine wesentlich günstigere Möglichkeit der Distanzierung der beiden Glasplatten besteht darin, Glasfasern entsprechender Dikke als Distanzelemente zu verwenden. Diese bieten den Vorteil, auch in transparenten Bereichen der Anzeigefläche vom Betrach-

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ter nicht wahrgenommen werden können, da sie aui^rund ihrer geringen Dicke, welche der der Flüssigkristall-Schicht 3 entspricht, praktisch nicht abgebildet werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Informationsträgers nach der Erfindung zeigt Fig.2. Mit Ausnahme der besonders gestalteten Distanzeiemente 13, welche nun erfindungsgemäss die statische Information tragen, entspricht diese Anordnung der eingangs beschriebenen Lichtventil-Anordnung. Im einfachsten Fall bestehen nun diese Distanzelemente 13 aus elektrisch nicht leitenden, lichtabsorbierenden Folien, beispielsweise Polyesterfolien, mit einer der Flüssigkristall-Schicht 3 entsprechenden Dicke. An die Stelle der Folie kann auch eine geeignete Schicht aus lichtundurchlässigem Lack treten·. Dieser Lack wird in entsprechender Dicke auf die bereits mit Elektroden versehene Glasplatte aufgetragen. Eine weitere Alternative besteht darin, nach dem Aufbringen der Elektroden eine der gewünschten Schichtdicke entsprechende Photolackschicht auf der einen Glasplatte zu deponieren. Diese Photolackschicht wird anschliessend wie in der Halbleitertechnolo^ie mittels photographischem Verfahren und anschliessendem Aetzen so gestaltet, dass die statische Information dargestellt verden kann. Die Photolackschicht muss dabei in der verwendeten Dicke genügend lichtundurchlässig sein, elektrisch nicht leiten und gegen-

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über der Flüssigkristall-Substanz chemisch resistent sein. Während sich die Folienmethode durch ihre Einfachheit auszeichnet, bietet insbesondere das letztgenannte Verfahren grösste Flexibilität hinsichtlich der Feinheit der aufzubringenden Muster.

In Fig. j5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Informationsträgers dargestellt. Hier ist vor dem Aufbringen der durchsichtigen Elektroden auf einer Glasplatte diese mit einer dünnen, lichtundurchlässigen oder zumindest für bestimmte Spektralbereiche des Lichtes undurchlässigen Metallschicht 14 versehen worden. Diese Metallschicht kann beispielsweise aus Gold mit einer Dicke von ca. 1 ,um bestehen. Mittels geeigneter Masken kann diese Metallschicht 14 bereits in der der abzubildenden statischen Information entsprechenden Form, z.B. durch Aufdampfen, deponiert werden oder sie kann durch Aetzen in diese Form gebracht werden. Auf diese Metallschicht 14 ist eine weitere Schicht 15, die elektrisch nichtleitend und lichtdurchlässig ist, aufgebracht. Gut eignet sich für diesen Zweck eine Siliziumoxid-Schicht mit ca. 1/um Dicke. Erst jetzt werden die lichtdurchlässigen Elektroden 6 aufgebracht. Zwischen der so aufgebauten Glasplatte und der anderen Glasplatte befindet sich die Flüssigkristall-Schicht 3, distanziert durch Distanzelemente 5 und gegebenenfalls 5a.

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FIg. 4 zeigt ein mögliches Projektionssystem zur grossflächigen Abbildung der vorstehend beschriebenen Informationsträger. Das Licht einer Punktlichtquelle 16 wird mit Hilfe eines Reflektors 17 und eines Kondensators 18 gesammelt.Ein Wärmeschutzfilter 19 ist dem Kondensator vorgeschaltet, um der Temperaturempfindlichkeit der Flüssigkristall-Substanz Rechnung zu tragen. Das Wärmeschutzfliter kann beispielsweise ein dichroitisch infrarot reflektierendes Mehrschichtenfilter sein. Das kondensierte sichtbare Licht durchläuft das Diapositiv D und wird durch eine Projektionslinse 20 auf einen Projektionsschirm 21 geworfen.

Sowohl bei neniatiäciien Flüssigkristalle;: mit dynamischer Streu= ung als auch bei Flussigkristallen mit Texturwechsel-Effekt (z.B. gemäss Appl. Phys. Lett. 12, 132 (I968) wird das einfallende Licht, sobald die Anzeigebereiche optisch veändert sind, hauptsächlich in der Vorwärtsrichtung gestreut. Dieses Streulicht wird zum Überwiegenden Teil aus der Apertur der Projektionseinrichtung herausgestreut. Ohne Ansteuerung sind diese Bereiche transparent. In der Bildebene erscheint dann nur das Muster der Maske (»statischer Informationsträger). Farbdarstellungen lassen sich dann realisieren, wenn die Maske nur Licht bestimmter Wellenlänge hindurchlässt (farbiger Diapositiv-Film 12, farbige, lichtdurchlässige Folie 13 etc.)

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Allen oben beschriebenen Ausfiihrungsbeispielen von Informationsträgern ist die matrixförmige Ansteuerung des die dynamische Information tragenden Trägers gemeinsam. Selbstverständlich ist - sofern es die Elektrodengeometrie, bzw. die durch diese darzustellenden Symbole zulassen - auch eine andere Ansteuerungsweise möglich. Die matrix.förmige Ansteuerung bietet jedoch den Vorteil, die Anzahl der erforderlichen elektrischen Anschlüsse (z.B. Metallschichten 8 in Pig.l) minimal zu halten. Darüberhinaus lässt sich mit solchen Matrizen am einfachsten eine rasterförmige Darstellung der variablen Symbole realisieren.

Aufgrund der matrixförmigen Ari=*;euerunfe sind jedoch der Verwendung des dynamischen Lichtstreueffektes (dynamic scattering) in nematischen Flücsigkristallen enß^ Grenzen gesetzt. Uebersteigt die Anzahl der Zeilen- bzw. Spaltenelektroden eine gewisse Grenze (z.B. 10), so ist der erreichbare Kontrast trotz Anwendung von Kontrastverbesserungs-Methodeη (Appl. Phys. Lett. 1£, 335 (1971) aufgrund des Tastverhältnisses der Steuerspannung nicht mehr ausreichend.

Bei komplexen Anzeigen ist es daher vorteilhaft, sich des sogenannten Texturwechsel-Effektes zu bedienen. Es handelt sich bei diesem Effekt um eine Art Speichereffekt in cho-

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lesterinischen Flüssigkristallen. Dort bleibt ein einmal erfolgter Texturwechsel nach Wegnahme der diesen Wechsel verursachenden elektrischen Spannung über längere Zeit bestehen. Nähere Einzelheiten über diesen Effekt sind beispielsweise in Appl. Phys. Lett, 1J5, 132 (1968) beschrieben. Eine Lichtventil -Anordnung, die sich dieses Effektes bedient, ist beispielsweise in der DT-OS 1 8l4 619 beschrieben.

Im Fall der Informationsträger für Projektionszwecke gemäss der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diesen Texturwechsel-Effekt mit der oben genannten Kontrastverbesserungsmethode zu kombinieren. Als Substanz findet dabei vor- j

fcugsweise eine Mischung von 85$ bis 97i£* vorzugsweise 93$ nematische Mischung 5/70 und entsprechend 15$ bis y$>, bzw. 7% Cholesteryloleyl-Karbonat Verwendung. Besonders günstig ist es, für die letztgenannte Komponente eine Mischung des genannten Cholesteryloleyl-Karbonats und Cholesterylnonanoat im Verhältnis j5 - 2 zu verwenden. Eine derartig zusammengesetzte Flüssigkristall-Substanz hat eine gute Speichereigenschaft, die sich über mehrere Stunden erstrecken kann. Bezüglich der optischen Eigenschaften unterscheidet sich der Texturwechsel-Effekt nicht wesentlich von der dynamischen Lichtstreuung. In beiden Fällen wird das einfallende Licht in den Anzeigebereichen mit fokal-konischer Struktur bzw. Flüssigkeitsturbulenz in der Vorwärtsrichtung gestreut.

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Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die Verwendung von Flüssigkristallen, bei denen das Streuvermögen in Vorwärtsrichtung sich in Abhängigkeit von der steuernden Spannung ändert. An die Stelle der Flüssigkristalle der genannten Art können auch solche treten, bei denen durch die angelegte Spannung oder das angelegte elektrische Feld Umrichte-Effekte auftreten, z.B. Effekte gemäss Appl. Phys. Lett. l£5» 127 (I971). Dort ändert sich beispielsweise die Polarisationsrichtung in Abhängigkeit des anliegenden elektrischen Feldes. Werden demgemäss Informationsträger unter Verwendung dieses Effektes aurgebaut, so ist zur Sichtbarmachung dieses Effektes mindestens ein Polarisator in dem Projektionssystem vorzusehen.

Die Erfindung beschränkt sich weiterhin nicht auf die den Ausführungsbeispielen dargestellte Postiv-Darstellung der statischen Information. Wird die umgekehrte Darstellungsweise gewählt, so kehrt sich dann selbstverständlich auch die der dynamischen Information um.

Weiterhin ist es möglich, Teile des die statische Information tragenden Trägers, z.B. den Diapositiv-Film 12, mit zur Darstellung einer dynamischen Information heranzuziehen. Dies geht aus folgendem hervor:

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Angenommen, es soll der Betriebszustand irgend eines Teiles der zu überwachenden Anlage auf der Anzeigefläche des erfindungsgemässen Diapositivs D durch verschiedene Farben und/ oder verschiedene Symbole angezeigt werden. Um dies zu erreichen, werden diesem Teil im die dynamische Information tragenden Träger zwei getrennt ansteuerbare Bereiche und im die statische Information tragenden Träger an entsprechender Stelle zwei in verschiedenen Farben und/oder Symbolen versehene Bereiche zugeordnet. Einer der beiden Bereiche des die dynamische Information tragenden Trägers wird Jeweils angesteuert, erscheint demnach auf dem Projektionsschirm dunkel, während der andere Bereich projiziert wird. Durch Nichtansteuerung cder gleichzeitige Ansteuerung beider Bereiche kann zusätzlich Information dargestellt werden.

Eine weitere Erhöhung des Aussagegehaltes kann dadurch gewonnen werden, dass die Ansteuerung rhythmisch unterbrochen wird. Selbstverständlich lässt sich diese rhythmische Unterbrechung der Ansteuerung auch bei den vorstehend beschrie benen AusfUhrungsbeispielen verwirklichen.

Die in den vorstehenden Ausführungen angedeutete Flexibilität des erflndungsgemässen Informationsträgers erstreckt sich nicht nur auf die Vielfalt der mit diesem darstellbaren Informationen. So ist es ohne nennenswerten Aufwand möglich,

Mit

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eine Vielzahl der erfindungsgemässen Informationsträger in einer Art Magazin, beispielsweise ähnlieh einem für handelsübliche Diaprojektoren vorgesehenen Magazin, zusammenzufassen. Auf diese Weise kann jeder gewünschte Informationsträger angewählt und projiziert werden. Aus Gründen einer einfachen Handhabung es es dann zweckmässig, nicht jedes einzelne Diapositiv mit eigenen Kontaktvorrichtungen (Stecker 9 und 10) zu versehen, sondern die der Kontaktierung dienenden Metallschichten so anzuordnen, dass diese am Ort der Projektion mit geeigneten Gegenkontakten in Berührung kommen. Dies ist beispielsweise im Projektionssystem gemäss Fig. 4 veranschaulicht. Die auf die Elektroden 6 bzw. 7 aufgebrachten Metallisierungen 8 sind zusätzlich mit Kontaktfedern 8a versehen, welche mit entsprechenden Gegenkontakten 8b in Berührung stehen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind nachstehend noch einmal zusammengefasst:

Grosse Flexibilität hinsichtlich der darzustellenden statischen und dynamischen Information, leichter Austausch.

Einfache Herstellung, kompakter Aufbau, einfachste Handhabung.

Möglichkeit, bei komplexen Anlagen durch Ausschnitte wiedergebende Informationsträger die Uebersichtlichkeit zu erhöhen.

Claims (12)

G 71 ^8 1H7.5 - 15 - ' 1B5/71 22.9-76 Schut zansprüc.he

1. Diapositiv als Informationsträger für Projektionszwecke₅ dadurch gekennzeichnet, dass es neben einem Träger für eine statische Information einen zweiten Informationsträger für eine dynamische Information besitzt, der eine Zelle ist, die zwischen awei mittels Distanzelementen (5»5a) in einem Abstand von 5 /im ^bi^s 50 /im distanzierten lichtdurchlässigen, vorzugsweise aus Glas bestehenden Platten (1,2) eine flüssig-kristalline Schicht (3) aufweist.

2. Diapositiv nach Anspruch 1, dadurch gefc^nnzeichnet, dass die Platten (1,2) auf den der flüssig-kristallinen Schicht (3) zugewandten Oberfläche mit lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Elektroden (6,7) versehen sind.

3. Diapositiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6,7) matrixförmig angeordnet sind.

4. Diapositiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente (5,5a) zumindest teilweise aus Glasfasern gebildet sind.

5. Diapositiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger für die statische Information ein Film (12) auf mindestens einer der beiden Oberflächen der Platten

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(1,2) vorgesehen ist, welcher vorzugsweise mit .'Is Klebstoff befestigt ist.

6. Diapositiv nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, dass als Träger für die statische Information mindestens eine der beiden Platten (1,2) vorgesehen ist.

7. Diapo.itiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente (5a) lichtundurchlässig oder zumindest durchscheinende, elektrisch nicht leitende Folien (13) sind.

8. Diapositiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die beiden Platten (1,2) Lackschichten eingebracht sind.

9. Diapositiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens eine der Platten (1,2) und den Elektroden (6,7) eine von diesen mittels einer Isolierschicht (15) getrennte lichtundurchlässige oder durchscheinende dünne Metallschicht (IM) vorgesehen ist.

10. Diapositiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (I¹O eine annähernd 1/im dicke Goldschicht und die Isolierschicht (15) eine annähernd 1/im dicke Siliziumschicht ist.

11. Diapositiv nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6,7) in der Randzone der Platten (1,2) kontaktiert sind.

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12. Diapositiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktierten Elektroden mit zusätzlichen Kontaktelementen (öa) versehen sind.