專利名稱：可控光波導(dǎo)光束自尋址場掃描和小角度行掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出的適用于平板顯示器的光束自尋址掃描和小角度掃描光輸入方法，屬于顯示器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域。
可控光波導(dǎo)平板顯示器(GreenMino，國際專利號WO84/04601)只需從顯示面板一端輸入光信號，通過外電場改變復(fù)蓋于光波導(dǎo)表面的液晶層的折射率來控制導(dǎo)波光的漏泄位置完成場掃描。其發(fā)光源的數(shù)量比以往的平面上排布發(fā)光源的液晶(調(diào)制可見光)、氣體放電和場致發(fā)光顯示等平板顯示器減少了五百倍以上，從而減小了器件的制造難度，降低了成本?？煽毓獠▽?dǎo)平板顯示器的場掃描速度依賴于液晶隨外控制電場的響應(yīng)時間。無論光從顯示器的底端還是從頂端輸入，都要求液晶材料的折射率變化足夠快，以滿足視頻掃描速度的圖象顯示的需要?，F(xiàn)有液晶材料的驅(qū)動閾值和功耗較低，但在通常集成電路所能允許的電壓范圍下使用，其響應(yīng)速度太慢，遠不能滿足視頻掃描的要求。液晶的響應(yīng)時間與外電場成反比，增高電極電壓可提高響應(yīng)速度，卻受到外部掃描電路的集成化工藝和成本的限制。另外，目前研制的光波導(dǎo)顯示器采用發(fā)光二極管的波導(dǎo)端面偶合方式(新型液晶平面電視，現(xiàn)代化，P.47，4，1987;電視顯象新方法，世界發(fā)明，P.16，1，1987)，欲達到普通電視級的分辨率，其端光源仍需用上千只發(fā)光二極管以及應(yīng)用大規(guī)模集成電路來完成行掃描。并且作為三基色之一的藍色發(fā)光二極管的發(fā)光亮度低，尚不能與紅、綠色發(fā)光二極管相匹配。上述結(jié)構(gòu)工藝難度大，難以降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明利用耐電壓較高的光電元件控制液晶面上的叉指電極電壓，通過掃描地址指示光控制掃描的尋址，光電元件變換電極電壓的同時也改變掃描尋址光的出射位置，所以該掃描裝置具有自掃描功能。利用當前成熟的電子束掃描激勵發(fā)光方式，通過光波導(dǎo)的平面陣列排列形式到線陣列排列形式的轉(zhuǎn)換，可為光波導(dǎo)平板顯示器提供工藝簡單的掃描光輸入方法。
下面結(jié)合


本發(fā)明的構(gòu)造。

圖1是可控光波導(dǎo)自尋址掃描裝置原理圖;圖2是背電極結(jié)構(gòu)的可控光波導(dǎo)顯示面板示意圖;圖3a是電子束掃描光輸入方法示意圖;圖3b是三基色熒光粉成條帶狀依次排列的示意圖;圖3c是掃描順序示意圖。
光控自尋址掃描裝置原理參見圖1。將叉指電極間的液晶等效為電容(C1)和電阻(R1)的并聯(lián)電路，圖中虛線框內(nèi)為電極排布區(qū)域，與虛線長邊垂直的兩條直線間區(qū)域(A)表示位于電極一端的一條用作發(fā)出掃描地址指示光束的可控光波導(dǎo)，其端口由一發(fā)光二極管(LED)輸入恒定光強的掃描指向?qū)Ч獠?，該光束與顯示光一樣受液晶層的控制。在每一控制電極控制的漏泄光區(qū)域放置兩支光敏電阻(Rp)或其它耐高壓光電元件，如光控可控硅元件等。其中一支與隔前行的掃描電極并聯(lián)，掃描控制電壓(V)通過另一支光敏電阻加在下一掃描控制電極上。在掃描開始行(第1行)上不并聯(lián)光敏電阻是因為該行液晶區(qū)的開啟狀態(tài)不影響下面行的掃描過程。電壓(V)通過由場同步信號的下降沿觸發(fā)的外控制電路加在第一行上，在場消隱時間內(nèi)開啟第一行，使光電二極管的光線通過光波導(dǎo)(A)照射到Rp1上，使其處于低阻態(tài)，而此時其它光敏電阻均處于高阻態(tài)，電壓(V)通過Rp1對第二行控制電極充電至電壓V，經(jīng)過液晶的響應(yīng)時間后，區(qū)域2的液晶折射率變得大于光波導(dǎo)的折射率，第二行被開啟。掃描指向光束照射到Rp2上，在第二行的掃描過程中預(yù)開啟第三行。當掃描進行到第四行時，Rp4和Rp5同時處于低阻態(tài)，并聯(lián)于第二行控制電極兩端的Rp4使區(qū)域2電極電容放電，加速其恢復(fù)過程，Rp5預(yù)開啟下一行。如此循環(huán)，直至一場掃描結(jié)束。
通常光電材料的介電強度在105-6V/cm以上，液晶的驅(qū)動功率在0.1mW/cm2以下，若顯示屏幕長1m，象素面積為1×1mm2，開啟一行的功耗在1mW以下。光敏電阻完全可以采用薄膜工藝制作，而且在象素大小的面積上也完全可以排布二只耐壓為幾百伏的光敏電阻。由于控制電極和發(fā)光二極管的亮度可調(diào)，也就降低了對光敏電阻參數(shù)的一致性的要求。光敏電阻可以直接淀積在器件面板上，同時復(fù)蓋遮光層以防背景光照射，也可淀積在其它不透明介質(zhì)材料上，然后安裝到顯示面板上。光敏電阻在此處僅作為開關(guān)元件使用，可以在非線性光電特性區(qū)工作。只需選擇暗阻大、光阻小和響應(yīng)快，并且性能穩(wěn)定、工作壽命長的光電導(dǎo)材料。對發(fā)光二極管的要求是發(fā)光亮度高，并且發(fā)光光譜應(yīng)與光電導(dǎo)材料的光譜特性相匹配。如光電導(dǎo)材料采用a-Si

H，則可采用發(fā)紅外光的GaAs發(fā)光二極管或發(fā)紅光的GaAs0.6P0.4或Ga0.7Al0.3As發(fā)光二極管。對整個自掃描電路的要求是光敏電阻的響應(yīng)時間、控制電極電容充電時間和液晶的響應(yīng)時間之和不得超過視頻掃描的行掃描時間。若光敏電阻的響應(yīng)時間為10微秒，光電阻值為1兆歐，電極電容按10皮法估算，則充電時間為10微秒，行掃描時間為60微秒，則液晶的允許響應(yīng)時間為40微秒。根據(jù)三極液晶光快門的實驗(D.J.ChanninandD.E.Carison，RapidTurn-offinTriodeOpticalGateLiquidCrystalDevices，AppliedPhysicsLetters，P.300，1976)，該響應(yīng)速度是可以達到的。
在一行掃描的后半段，由于下一行的液晶區(qū)域已處于半開啟狀態(tài)，光波導(dǎo)中的高階導(dǎo)波光會從下一行漏泄，造成掃描的串行。為了避免或減小串行的影響，可以將行掃描控制電極分成兩段，分別由兩邊的掃描尋址光波導(dǎo)控制兩段電極。第一行的后半段比前半段延時二分之一行掃描時間觸發(fā)，這樣每半段的預(yù)開啟時間還是一行的掃描時間，但可以減小或避免串行。當液晶層的實際響應(yīng)時間短于行掃描時間時，會造成行掃描與視頻信號的不同步。注意到液晶材料的馳豫時間長于行掃描時間，并且開啟一行液晶層后關(guān)閉發(fā)光二極管就停止下一行的預(yù)開啟，所以可用單穩(wěn)態(tài)電路來控制發(fā)光二極管發(fā)光持續(xù)到開啟下一段液晶層，而在視頻行掃描結(jié)束前關(guān)閉發(fā)光二極管，由下一個行同步信號再次將發(fā)光二極管觸發(fā)發(fā)光。這樣就可以保證掃描系統(tǒng)與視頻掃描速度的同步。
雖然自掃描電路在一行掃描結(jié)束時對控制電極放電，但液晶的自馳豫時間太長，在掃描完一場后，會因為底行的光漏泄而無法回掃到第一行。解決方法是根據(jù)三極液晶光門的原理，在光波導(dǎo)的背面安置一加速恢復(fù)電極。結(jié)構(gòu)見圖2，硬質(zhì)面板(5)朝向光波導(dǎo)(6)的一面制成一組透明導(dǎo)電材料的叉指電極(7)，光波導(dǎo)熱壓在低折射率的透明軟性基板(8)上，波導(dǎo)間凸起幾微米的隔墻是為了控制液晶層(9)的厚度。軟性基板的背面噴涂導(dǎo)電石墨層(10)，以吸收透過面板的外部光線，提高顯示圖象的對比度。為了提高電導(dǎo)率，在石墨層后再淀積一層鋁電極(11)，電極電壓由場同步信號的上升沿觸發(fā)。按照軟性基板厚1mm，恢復(fù)電場104V/mm估算，背電極電壓需一萬伏，接近普通顯象管的加速極電壓，所以背電極的方法是可行的。
可控光波導(dǎo)平板顯示器的行掃描可以利用現(xiàn)有技術(shù)已很成熟的電子束掃描方法。沿顯示器面板平面排列的扁平光波導(dǎo)具有很小的橫截面面積，將光波導(dǎo)的一端按掃描順序排布成方形的平面陣列，可以很小的掃描偏轉(zhuǎn)角對該平面掃描。經(jīng)光波導(dǎo)的平面陣列到線陣列排列形式的轉(zhuǎn)換，就可實現(xiàn)可控光波導(dǎo)平板顯示器的掃描光輸入。若光波導(dǎo)厚0.3mm，寬0.9mm，間隔0.1mm排布在一米長的面板上，其橫截面的面積只有300mm2。若將其排成方陣，邊長不過18mm，可以很方便地利用電子束偏轉(zhuǎn)方式或光束偏轉(zhuǎn)方式對該方陣掃描。而且從生產(chǎn)工藝方面考慮，光波導(dǎo)的矩陣排列也比波導(dǎo)與發(fā)光二極管的端接簡單。
光波導(dǎo)面陣射束掃描方法的結(jié)構(gòu)示意見圖3a。該方法的掃描角度小，所以容易得到高精度的偏轉(zhuǎn)和聚焦，故可采用功率消耗低、體積小的電場偏轉(zhuǎn)方式并取消通常彩色顯象管中必需的陰罩板。由束掃描發(fā)光管(14)中的電子槍(15)發(fā)出的電子束經(jīng)偏轉(zhuǎn)電極(16)和后加速電極(17)后打到熒光粉層(18)上。三基色(紅R，綠G，藍B)熒光粉涂敷成條狀沿垂直于光波導(dǎo)端面長邊的方向依次重復(fù)排列，如圖3b所示，熒光粉受電子束的激勵發(fā)光，經(jīng)透明基板(19)輸入波導(dǎo)方陣(20)。光波導(dǎo)輸入端與掃描發(fā)光管可制成分體式庋閿謚圃旌透?。根据需要，波惦H淙攵擻敕⒐夤苤浠箍剎迦肫衿?。波导壦头与荧光粉条带诞€云胍環(huán)矯嬋梢攬考負緯嘰緄募庸ぞ齲部梢栽諂緙霞右豢傻髦繃髕棺髯詈蟮奈⒌鰲９獠ǖ即酉允久姘宓牡錐艘觶霾糠滯獗礱嬙糠蟮駝凵瀆使餿瓷洳愫透艄獠?。端外C瓷璧乃承蚺懦煞秸?，扫描的顺邢撡p c所示。取消陰罩板后，為了避免掃描時混色，掃描沿熒光粉條帶的方向。因為每掃描完一個平面才完成圖象顯示的一行，所以方陣中連續(xù)掃描，沒有通常行掃描中的回掃消隱過程。掃描完整個方陣平面后，對應(yīng)的是視頻信號的行消隱，經(jīng)過一場的時間后才歷經(jīng)一個場消隱。該種掃描方式占空時間長，并且大屏幕顯示需要高亮度，所以須注意散熱并選用溫度特性好的熒光粉材料，同時熒光粉的余輝時間應(yīng)小于行掃描時間。
使用可見光激光器代替電子槍，聲光或電光偏轉(zhuǎn)器代替電場偏轉(zhuǎn)板，可以直接對波導(dǎo)方陣進行掃描光輸入。也可使用紅外激光器，利用紅外上轉(zhuǎn)換方法激發(fā)發(fā)可見光的熒光粉。
本發(fā)明的優(yōu)點是利用現(xiàn)有技術(shù)就可實施，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
權(quán)利要求
1.一個應(yīng)用于可控光波導(dǎo)和平板顯示器的由光源、可控光波導(dǎo)和光電元件組成的光控自尋址掃描裝置，其特征是光源(LED)輸入可控光波導(dǎo)(A)中的掃描地址指示光束，受電極控制與顯示掃描光束同步地在不同的位置射出，并照射到光束出射位置處的光電元件(Rp)上；產(chǎn)生光響應(yīng)后的光電元件將掃描控制電壓加在下一行(或列)的掃描控制電極上，使掃描換行(或列)的同時也改變了掃描地址指示光束的出射位置。
2.一個應(yīng)用于可控光波導(dǎo)和平板顯示器的行掃描的由電子槍、電子束偏轉(zhuǎn)、電子束激勵發(fā)光物質(zhì)和光波導(dǎo)組成的裝置，其特征是通過光波導(dǎo)面陣列到線陣列排列形式的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)顯示器的小偏轉(zhuǎn)角度的行掃描。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控自尋址掃描裝置，其特征是將掃描控制電極分為二段，分別由權(quán)利要求1所述的裝置控制二段掃描電極，掃描的后半段相對于前半段延遲一段時間工作以減少液晶層處于半響應(yīng)狀態(tài)時所造成的掃描光束混行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控自尋址掃描裝置，利用背電極加速液晶層的恢復(fù)過程，其特征是光波導(dǎo)附著在薄的軟基板上，利用光波導(dǎo)間的板基隔墻控制液晶層的厚度，基板背面的導(dǎo)電石墨層和鋁電極層上加恢復(fù)控制電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控自尋址掃描裝置，其特征是光電元件采用光敏電阻，通過光敏電阻的光電阻值與暗電阻值的變化控制掃描電極的充放電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控自尋址掃描裝置，其特征是由多個獨立光源代替可控光波導(dǎo)(A)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小偏轉(zhuǎn)角度的行掃描裝置，其特征是利用激光器代替電子槍和電子束激勵發(fā)光物質(zhì)用電光或聲光偏轉(zhuǎn)裝置代替電子束偏轉(zhuǎn)裝置。
全文摘要
本發(fā)明為可控光波導(dǎo)平板顯示器提供可使液晶響應(yīng)達到視頻掃描速度的光控自尋址場掃描和單電子束或單光束小角度行掃描方法。光束尋址利用一條可控光波導(dǎo)，導(dǎo)波光的漏泄位置與顯示器同步，電源通過光束出射處的光敏電阻加在下一行的控制電極上，經(jīng)過液晶的響應(yīng)時間后下一行掃描開啟。同時也改變了尋址光的出射位置，利用背電極加速液晶的恢復(fù)過程，通過光波導(dǎo)面陣列和線陣列的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)小角度的行掃描，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
文檔編號G02F1/13GK1035184SQ8810521
公開日1989年8月30日 申請日期1988年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月12日
發(fā)明者章亞明 申請人:章亞明