DE926430C - Elektro-optische Elemente mit elektrostatischer Steuerung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist einelektro-optisches Element, das von der Vorderseite betrachtet wird. Das Licht, welches auf das Element fällt, wird durch dieses in verschiedener Art verteilt. Es wird durch angelegte Spannungen elektrostatisch gesteuert und verbraucht praktisch keinen Strom. Es ist bekannt, daß gewisse kolloidale Substanzen unter dem Einfluß eines elektrostatischen Feldes eine bestimmte Orientierung erfahren. Ebenso ist es bekannt, daß einige dieser kolloidalen Stoffe einfallendes' Licht polarisieren. Das trifft besonders für einige organische Stoffe zu, deren¹ Kern aus einer sehr langen Kette (aiiphatische Verbindungen) besteht, z. B. Kobailto-Amine. Eine kolloidale Lösung dieser Stoffe in Amylacetat zeigt folgende Eigenschaft: Unter normalen Bedingungen, d. h. wenn sie nicht unter dem Einfluß eines elektrostatischen: Feldes stehen, nehmen die Teilchen infolge der 'Brownschen Bewegung alle möglichen Richtungen ein. Die Lösung ist in diesem Fall von braunschwarzer Farbe. Wenn ein elektrostatisches Feld angelegt wird, nehmen die mikroskopischen Kristalle eine bestimmte Richtung ein, und die Lösung wirkt wie ein Polarisator, durch den ein Teil des

Lichtes gehen kann. In dieser Weise können bis zu 50% des- Lichtes hindurchgehen. Wenn das Feld allmählich verkleinert wird, verkleinert sich auch allmählich der durch die Lösung gehende Teil des Lichtes.

. . Die .Erfindung ist. auf dieser Erscheinung aufgebaut. Im folgenden wird sie weiter erklärt werden. Ein Glastank, der die benutzte kolloidale Lösung enthält, hat an der dem Lichteinferitt' gegenüberliegenden Seite eine weiße Oberfläche, die das einfallende Licht diffus verteilt. Die Lichtquelle ist so angebracht, daß die Strahlen auf die Tankoberfläche fallen und bei ihrem Hin- und Rückweg durch die Lösung in Abhängigkeit vom angelegten elektrostatischen Feld -absorbiert werden;, Die vorliegende Erfindung benutzt -diese Anordnungen zur Herstellung eines Bildschirms aus Elementarzellen (elektro-optischen Elementen).

Das elektrostatische Feld wird senkrecht zur Oberfläche des Schirms angelegt, und zwar derart, daß die Elektroden hochkantig in bezug auf den Betrachter angebracht sind. Ihre Sichtbarkeit ist so auf ein Minimum beschränkt. Der-Tank hat eine große Oberfläche, ist sehr dünn und luftdicht ver-.

. schlossen. Die Vorderfläche ist durchscheinend und die Rückseite undurchsichtig weiß.

Durch die senkrecht angebrachten. Elektroden wird der Tank in parallele senkrechte Abschnitte., geteilt. Die ungeriadzalhliigen Elektroden: werden mit einem festen Potential, z. B. Erdpotential, verbunden, während die geradzahligen Elektroden mit einem in bezug auf das Erdpotential veränderlichen Potential verbunden werden. Durch jede geradzahlige Elektrode werden zwei benachbarte Tankabschnitte beeinflußt, und zwar werden- die Abschnitte um so heller, je höher das aft die Elektrode gelegte Potential ist. . ■ .

Für die Herstellung des Schirms wänre es unpraktisch, für die Elektrode mit veränderlichem Potential, die sogenannte Zentralelektrode, eine Elektrode zu benutzen, die. über die ganze Höhe des Schirms reicht. Sie wird in eine große Zahl übereinander angeordneter und voneinander isolierter Teilelektroden geteilt. Jeder dieser Elementar-. 45 elektroden wird einzeln eine Steuerspannung zugeführt. Entsprechend ändert sich das Aussehen der auf beiden Seiten der Elementarelektirode liegenden Oberfläche. Die Elementarzellen entsprechen den Punkten des Bildes. Über einen statischen Verteiler werden den Elementarelektroden die den einzelnen Bildpunkten entsprechenden Potentiale zugeführt. Die Steuerspannung kann eine Gleich- oder Wechselspannung sein. Experimentell wurde festgestellt, daß das Ergebnis fast das gleiche ist. Bei Benutzung einer Wechselspannung wird diese vorzugsweise über in Serie geschaltete Kondensatoren zugeführt. Das beste Ergebnis wird erzielt, wenn alle'Elementairelektroden von der gleichen Wechselspannung gespeist werden, 'wobei die Spannung an jeder Elektrode durch den Wert des zugehörigen Serienkondensators bestimmt wird. . „

Nach einer Ausführung" der Erfindung' werden die Elektroden gleichzeitig mit ^mehreren "Kondensatoren verbunden. Durch Anlegen der Spannung an· die zweite Belegung kann man das aufeinanderfolgende Erscheinen der einzelnen Helligkeitswerte erreichen. Dabei sind die Färbungen entweder gleich oder verschieden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Schirm für Reklamezwecke, bei dem mehrere Texte oder Bilder an derselben Stelle wiederkehren. Ebenso bezieht sie sich auf die automatische Herstellung der Kapazitäten, die für den Schirm notwendig sind. Das für die Reproduktion bestimmte Bild wird Punkt für Punkt von einer Photozelle abgetastet. Der von dieser erzeugte Strom wird verstärkt und danach für das Abschneiden der Kondensatorfläche, die mit den Zentralelektroden verbunden ist, benutzt. Dieise ZeBtraleliektroden werden von Niederschlägen, die auf einer Seite einer dünnen Dielektrikumschicht aufgebracht sind, gebildet. Auf der anderen Seite des Dielektrikums sind ebenfalls Elektroden angebracht, die alle miteinander verbunden sind. Die verstärkten Stföme werden zur Auslenkung einer bewegliehen Nadel benutzt, die die Elektroden so zer- - schneidet, daß sie eine Oberfläche erhalten, die eine Funktion der Helligkeit der zu reproduzierenden Punkte ist. . .

Fig. ι a und 1 b stellen das Grundprinzip der Erfindung-dar;

Fig. 2 zeigt die grundsätzliche Anordnung eines elektro-optischen Elementes nach der Erfindung;

Fig. 3 zeigt die allgemeine Anordnung einer Licht zerstreuenden Oberfläche;

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines. Schirms, wie er z. B. beim Fernsehen benutzt wird;

Fig. S ist ein Querschnitt durch einen ähnlichen Schirm zur Verwendung für Reklamezwecke;

Fig. 6 zeigt eine Aufsicht auf die Elektroden zusammen mit der entsprechenden Schneidevorrichtung;

Fig. 7 zeigt die industrielle Herstellung einer Anordnung nach Fig. 5 und 6.

XJm den Effekt einer Lichtbeeinflussung durch ' Anlegen eines elektrostatischen Feldes an eine kolloidale Lösung zu erhalten, müssen sowohl die Lösung als auch die sehr kleinen, zur Herstellung der kolloidalen Lösung benutzten Kristalle nichtleitend sein. Sie sind von länglicher Form, und ihre Dielektrizitätskonstante ist von der Dielektrizitätskonstante der Lösung verschieden·.

In Fig. ι a und 1 b sind sie als Rechtecke gezeichnet. Der Tank 9 mit der. Vorderwand 8 ist 'aus durchsichtigem Isolierstoff hergestellt. Die Rückwand 2 ist aus weißem, das einfallende Licht zerstreuendem isolierendem Material angefertigt. Die Seitenwände 5 und" 6 sind aus Metall und werden als Elektroden zum Anlegen der Steuer spannungen benutzt. Über den Schalter Si wird eine Batterie angeschaltet. Die Elektroden 5 und 6 mit der dazwischenliegenden kolloidalen Lösung- bilden einen Kondensator, dessen Ladung bei geöffnetem Schalter 51 durch den hochohmigen Widerstand 52 abgeleitet wird.

Solange keine Spannung angelegt wird, sind die Kristalle der Brownschen Bewegung unterworfen und 'haben eine willkürliche Richtung. Infolgedessen können einfallende Lichtstrahlen nur wenige Millimeter in dein· Tank eindringen und werden vollkommen absorbiert. Die Lösung erscheint schwarz. Wenn der Schalter 51 geschlossen und eine Spannung an die Elektroden gelegt wird, werden die Kristalle polarisiert, bilden eine Linie, und das einfallende Licht kann die Lösung durchdringen.

Es ist bekannt, daß man eine derartige Einrichtung zur Herstellung von Lichtröhren vorgeschlagen hat. In diesem Falle laufen die Lichtstrahlen in Richtung der Pfeile 54, 54'. Eine solche Einrichtung kann wohl die Funktion einer Lichtröhre erfüllen, kann aber nicht für Fernsehbildschirnie, die nach dem Prinzip der Steuerung zerstreuten Lichtes arbeiten, benutzt werden.

Im Gegensatz zu den üblichen Lichtröhren benutzt die vorliegende Erfindung das von der Rückwand zerstreute, zurückfallende und unter dem Einfluß des elektrostatischen Feldes stehende Licht. Zu diesem Zweck werden zwei der oben besehriebemen Tanks" nebeneinander angeordnet (Fig. 2). Zwischen der Mittelelektrode 6 und den beiden Seitenelektroden 5 und 5' wird die für die Steuerung des Lichteffekts notwendige veränderliche Spannung angelegt. Die Seitenelektroden werden auf einem festen Potential gehalten, z. B. dadurch, daß sie geerdet werden. .

Die Lichtquelle 58 der Fig. 3 wirft ihre Lichtstrahlen durch die Glasplatte 8 in die kolloidale Lösung zwischen die Elektroden 5, 6, 5, 6 usw., die voneinander isoliert sind und in abwechselnden Serien von der Rückwand 1 getragen werden. Die zwischen den Elektroden liegenden Teile der Wand 2 sind mit einer weißen Substanz bedeckt, die die Zerstreuung der Liehtstnahlen begünstigt.

Die einfallenden Strahlen, die von den parallel gestellten Kristallen durchgelassen wurden, werden von der Rückwand zerstreut und kehren auf dem gleichen Wege zum Beobachter 59 zurück. Die Elektroden 5 und 6 bestehen aus bakelisierten Folien, die mit einer leitenden Auflage versehen worden sind.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Teilanisicht ist die vordere Glaswand entfernt worden, so daß die weißen Flächen 2 zwischen den in die kolloidale Lösung eingetauchten Elektroden 5 und 6 zu sehen sind. Hier sind die Elektroden 6, wie schon weiter oben beschrieben, unterteilt. Die Rechtecke 6, 6', 6" sind die obengenannten Teilelektroden. Die einzelnen Spannungen werden über den· Vielfachsehalter 51 angeschaltet. Die Elektroden sind bis zur ganzen Höhe des Schirms senkrecht übereinandergestapelt.

Nimmt man an, daß alle Schalter, mit Ausnahme eines einzigen, geschlossen sind, so werden alle

■ Elementarflächen, die den Elektroden 6 benachbart sind, polarisiert. Die einzige Ausnahme bildet die Zelle 50, die dem offenen Schalter entspricht. Durch sie geht kein Licht hindurch, und sie erscheint daher alts schwarzer Punkt. Während die leitenden Streifen 6 waagerecht unterteilt sind (6, 6', 6" . . .), bleiben die Elektroden 5 ungeteilt. Das gleiche kann von den dazwischenliegenden Abstandsgliedern gesagt werden.

Zum besseren Verständnis wird in Fig. 5 ein Querschnitt durch den Schirm gezeigt. Die wechselnde Folge der Elektroden 5 und 6 findet hier die gleiche Anwendung. Zwischen den Elektroden· sind die Abstandshalter 1 zu seihen. Die Elektroden 6 bestehen aus bakelisierten Papierblättern, die mit leitenden Streifen versehen sind. Die Herstellung der Streifen kann durch Viersilbern, durch Photodruck, durch Druck mit leitenden Farben oder sonstige Verfahren erfolgen. Die Elektroden- 5 bestehen aus bakelisierten Papierblättern, die auf ihrer ganzen Länge mit einer leitenden Schicht versehen sind. Auf der Vorderseite des Schirms sind nur die Enden der Elektroden 5 und 6 zu seihen. Den Abschluß nach vorn bildet eine Glasplatte 8. Zwischen der Glasplatte 8 und den Abstandshaltern 1 befindet sich die kolloidale Lösung 9. Die Teile 1, 3 und 4 werden mittels polymerisierbaren Kumstglases·, Bakelits. oder ähnlicher zu einer festen Oberfläche zusammengefügt. Das Band 7 dehnt sich über die ganze Fläche des Schirms gegenüber den Bändern 10 und 11 aus. Diese Bänder (Fig. 6) können bewegt und ihr Potential durch den Transformator 15 verändert werden. Ferner ist ein zweifacher Umschalter vorgesehen.

Um das erste Bild sichtbar zu machen, wird die Steuerspannung an Band 10 gelegt, und Band 11 wird geerdet. Beim zweiten Bild ist es umgekehrt. Die leitenden Bänder 10 und 11 -sind vorzugsweise auf besonderen Pap-ierbänidern angebracht, um ihre Herstellung und örtliche Versehiebbarkeit gegenüber 3 zu erleichtern. Ihre Länge kann groß gegen die Dimensionen des Schirms sein. Ihre Enden sind an Rollen befestigt, und die Bänder können gemeinsam von einer Seite zur anderen gezogen werden, ■ wenn es erwünscht ist, sie zu verschieben oder das Bild zu erneuern.

Die Anordnung kann durch weitere Bänder 18 verbessert werden. Diesen Bändern werden Spannungen 20 zugeführt, die vom Transformator erzeugt werden. Weiter hinzugefügte Bänder 19 werden geerdet. Diese zusätzlichen Bänder werden zur Verteilung der Ladung der isolierenden Oberfläche und zur Reduzierung der durch die ungenügende Isolation entstehenden Verluste benutzt. Ein weiteres Band 16, das eine giagenphasige Spannung erhält, kompensiert die unvermeidbaren Störkapazitäten und verbessert die Funktion der Anordnung.

Die Helligkeit eines jeden Punktes wird beim ersten Bild durch das Verhältnis der Flächen 10 und 7 bestimmt, da diese Fläche die Spannung an der Elektrode 6 bestimmt. Beim zweiten Bild wird die Farbe durch das- Verhältnis der Flächen Γι und 17 bestimmt.

Die Vorderansicht in Fig. 6 ermöglicht ein besseres Verständnis der in der Fig. 5 gezeigten Teile. Auf dem Blatt 3 sind die Bänder 10, 11, 16, 18 und 19 angebracht. Weiterhin sind leicht gestreifte Bänder aufgebracht, die mit den Bändern 10 und

π leitend verbunden sind. Die Streifen bestehen aus einer großen Zahl von Teilsireifen ία', ίο", το'" .-.. ii', ii", ii'" · · ·, <üfe so angeordnet sind, daß sie genau auf der anderen Seite des Bandes 6 . 5 liegen. Jedes dieser so erhaltenen Elemente -ist einzeln aufgeteilt.

Die Teile 12', 12", 12'" ..., die nicht gebraucht werden, werden abgetrennt, und die restlichen Teile 10', io", 10'" ... bleiben mit dem Band 10 verbunden. Das Verhältnis der Längen dieser Elemente bestimmt die Helligkeit des entsprechenden Bildpunktes. Dasselbe geschieht mit dem Band 11·. Die . abgetrennten Teile sind 13', 13", 13'", während die Teile 11', 11", 11'" mit dem Band 11 verbunden bleiben.

Bei einer Bildpunktzahl von 1000 000 kann der Schneidprozeß nicht von der Hand !ausgeführt werden, und es. wird eine ähnliche Vorrichtung benutzt, wie sie vom Schneiden der. Sehallplatten her bekannt ist. Eine Sdhneidnadel, die auf einem Arm 21 montiert ist, wird von einer-Spule 24 über einen Aluminiumstift 23 angetrieben. 25 ist eine Magnetanordnung, wie sie bei elektrodynamischen Lautsprechern üblich ist.

Um das für eine Bildzeile notwendige Band herzustellen, genügt es, wenn der Sdhwingspule die den aufeinianderfolgenden Bdldpunikten entsprechenden Ströme zugeführt werden, während das Band bewegt wird. ■

Die Bänder 21 (Fig. 7), die den Schirm bilden, werden in Indischer Reihe zusammengeklebt und auf der Rolle 22 aufgerollt. Durch die Walze 24, die von einem kleinen Motor 23 angetrieben wird, wird das Band an der Schneidnadel vorbeigeführt und dann auf die Rolle 25 aufgerollt. Durch die Lichtquelle 26 und die Photozelle 27 wird die Anordnung, die. die Schneidvorrichtung mit den modü-' lierten Strömen versorgt, in Abhängigkeit von der ■ Bandgeschwindigkeit synchronisiert. Die Modu-. lationsströme werden im bekannter Weise von einer Bildabtasternrichtung erzeugt. Ein Phoniisehes. Rad 30 dreht unter Zwischenschaltung des Zahnrades 31 den Zylinder 32, um dem das zu reproduzierende Bild gelegt ist. Die Abtasteinrichtung enthält den Projektor 33, eine Photozelle 34 und den Verstärker 35. 29 und 36 sind weitere Verstärker. In dieser Art werden alle für die Reproduktion notwendigen Bänder hergestellt.

An Stelle der punktweisen Behandlung der Bänder 10 und 11 kann, auch ein photographiisoher Pro-.; zeß benutzt werden. Man erhält so einen schwarzweißen Umriß, dessen Ordinaten der Färbung der zugehörigen Bildpunkte entspricht. Durch Behandlung der schwarzen Oberfläche wird diese leitend, und man erhält so die gewünschten leitenden Flächen für IO und 11.

Bei Benutzung von Tageslicht erhält man mit dem oben beschriebenen Schirm nur schwarzweiße Bilder. Zur'.Erzeugung farbiger Bilder werden mehrere Lichtquellen komplementärer Färbung bemutzt, ζ. B. Rot, Blau und Gelb. Die Modulation der Elemente erfolgt dann synöhron mit jeder der Farben.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHEr

1. Anordnung zur Steuerung von Lichtstrahlen, dadwch gekennzeichnet, daß ein in eine Zelle einfallender Lichtstrahl zurückgeführt wird und beim Hin- und Rücklauf in seiner Stärke von einem elektrostatischen Feld gesteuert wird.

2. Anordnung zur Steuerung von Lichtstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß das einfallende Licht diffus zerstreut wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel eine Vielf achzellenoberfläche bilden.

4. Vielf achzellenoberfläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den benachbarten Zellen die für die Erzeugung eines Bildes notwendigen, veränderlichen Spannungen zugeführt werden.

5. Anordnung nach· den. Ansprüchen' 1 bis 4; dadurch gekennzeichnet, daß die für die einzelnen Zellen notwendigen Steuerspannungen von einem Fernsehverteiler oder einem Bildkbmmutator geliefert werden.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis· 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen über Kondensatoren, von deren Wert die Helligkeit "der Bildpun'kte abhängt, zugeführt werden. - - ■ .

7. Anordnung nach -Anspruch" 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen eine kolloidale Lösung enthalten, deren Durchsichtigkeit unter dem Einfluß des elektrostatischen Feldes verändert wird.

8. Vielfachzellem, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden zur Anlegung der Steuerspannung senkrecht zur Zellenoberfläche angebracht sind.

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Kondensatoren automatisch in Abhängigkeit von der Bildpunkthelligkeit durch eine Schreibvorrichtung erzeugt wird,"

10. Anordnung nach Anspruch, 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kapazitäten eine Elektrode gemeinsam haben und die anderen no Elektroden jeder Kapazität in Gruppen zusammengescnaltet sind.

11. Anordnung nach "den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung farbiger Bilder mehrere Lichtquellen komplementärer Färbung, z. B. Rot, Blau und Gelb, benutzt werden und daß die Modulationsspanr nung synchron mit den Farben zugeführt wird. ·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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