DE69825894T2

DE69825894T2 - Bildschirm basierend auf variabler reflektion

Info

Publication number: DE69825894T2
Application number: DE69825894T
Authority: DE
Inventors: A. Lorne WHITEHEAD
Original assignee: University of British Columbia
Current assignee: University of British Columbia
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2018-05-09
Also published as: CN1262742A; DE69825894D1; CA2292441A1; EP0988573A1; KR20010013621A; CN1173208C; EP0988573B1; JP2000513116A; US5959777A; KR100324918B1; WO1998057212A1; CA2292441C; AU7329098A

Description

Technisches Gebiet
Eine Anzeigevorrichtung, in der ausgewählte, willkürlich bemessene "Pixel" steuerbar aus einem hochreflektierenden Zustand, der sich aus dem Phänomen der Totalreflexion ergibt, in einen schwach reflektierenden Zustand überführt werden, in dem das Totalreflexionsphänomen gestört ist.
Hintergrund
Eckreflektoren (auch als "Eckwürfel" bekannt) sind allgemein bekannte Reflektorvorrichtungen. Wie in 1 gezeigt, erfährt ein auf einen Eckreflektor einfallender Lichtstrahl eine Totalreflexion bei jeder der drei einzelnen Reflexionen an den drei senkrecht gegenüberliegenden Winkelflächen, die die Ecke bilden, mit dem Endergebnis, daß das Licht von dem Eckreflektor entgegengesetzt zu der Richtung des einfallenden Strahls rückreflektiert wird.
Miniaturisierte transparente Gruppierungen von Eckreflektoren, die jeweils das oben beschriebene Phänomen der Totalreflexion zeigen, sind häufig in reflektierenden Folienmaterialien wie der reflektierenden 3M Diamond Grade^TM-Folie anzutreffen. Falls das Totalreflexionsphänomen für eine Gruppe aus einem oder mehreren Eckreflektoren ein- oder ausgeschaltet werden könnte, könnte diese Gruppe als Bild-"Pixel" fungieren. Dann könnte ein Array dieser Pixel zusammengesetzt werden, um eine Anzeigevorrichtung zu konstruieren, die imstande wäre, Text oder Bilder anzuzeigen. Die vorliegende Erfindung schafft dies.
Nach dem Stand der Technik sind zahlreiche unterschiedliche Reflexionsbildanzeigevorrichtungen entwickelt worden. Zu Beispielen dafür gehören nicht hinterleuchtete Flüssigkristallanzeige-("LCD")tafeln wie jene, die üblicherweise in Rechenmaschinen verwendet werden, und "Flip"-Anzeigen des Typs, der in einigen Bussen zur Anzeige der Streckeninformationen verwendet wird. Solche Vorrichtungen haben jedoch einige Nachteile. LCD-Tafeln z.B. haben aufgrund des erforderlichen Frontpolarisators in der Regel weniger als 50% Maximalreflexionsvermögen. Flip-Anzeigen sind mechanisch komplex und die Miniaturisierung der Pixel ist schwierig.
DE-A-43 43 808 offenbart eine Mehrfach-Pixel-Anzeigevorrichtung für die Video-, Graphik- und Datenanzeige, wobei jedes Pixel ein Element mit einem reflektierenden Zustand, in dem das Licht eine Totalreflexion erfährt, und einem nichtreflektierenden Zustand aufweist, in dem die Totalreflexion durch eine abklingende Welle nahe einer Fläche des Elements verhindert wird. Darüber hinaus sind Schalteinrichtungen mit einem verformbaren Teil zum Umschalten zwischen beiden Zuständen vorgesehen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bildanzeigevorrichtung und ein Bildanzeigeverfahren zu schaffen, die nicht denselben Nachteilen ausgesetzt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung der obenerwähnten Aufgabe sieht die Erfindung eine Mehrfach-Pixel-Bildanzeigevorrichtung und ein Bildanzeigeverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 6 vor. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 5 beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der Bildanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung.
Das Verhindern der Totalreflexion wird durch Modifizieren der mit der Totalreflexion zusammenhängenden abklingenden Welle erreicht. Nahe dem Element kann beispielsweise ein Teil positioniert und zwischen einer ersten und einer zweiten Position verformt werden. In der ersten Position verbleibt ein Spalt zwischen dem Teil und dem Element, um der abklingenden Welle die üblichen Eigenschaften für die Totalreflexion zuzugestehen, wie dies in der Literatur auf dem Gebiet der Optik gut dokumentiert ist. In der zweiten Position ist das Teil in optischem Kontakt mit dem Element (d.h. die Spaltdicke ist im wesentlichen geringer als eine optische Wellenlänge), wobei es die abklingende Welle im wesentlichen beeinflußt und so die Totalreflexion verhindert.
In der zweiten Position hat das Teil keinen atomaren Kontakt mit dem Element. Anderenfalls könnten sich bei der Trennung der beiden wesentliche Schwierigkeiten ergeben. Demnach sollte der Trennungsabstand zwischen dem Teil und dem Element im wesentlichen geringer als eine Wellenlänge (etwa 0,5 Mikrometer) und im wesentlichen mehr als der interatomare Abstand des Teils oder des Elements (etwa 10^–4 Mikrometer) sein.
In der Erfindung ist jedes Pixel eine Gruppierung rückreflektierender Eckreflektoren. Nahe jeder Gruppierung ist ein Elastomermaterial vorgesehen. Falls zwischen der Gruppierung und dem Elastomermaterial ein Zwischenraum belassen wird, zeigt die Gruppe weiterhin die Totalreflexion. Falls das Elastomermaterial jedoch mit der Gruppierung Kontakt hat, wird die abklingende Welle gestreut und/oder absorbiert und somit wird die Totalreflexion verhindert, wodurch wiederum die Reflexion des einfallenden Lichts verhindert wird. Somit ist das von der Eckreflektorengruppierung gebildete "Pixel" "aus", wenn es optischen Kontakt mit dem Elastomermaterial hat, und "an", wenn zwischen den beiden ein Spalt belassen ist.
Die Erfindung ermöglicht den Aufbau sowohl von Schwarzweiß- als auch von Farbanzeigen. Bei einer Farbanzeige kann beispielsweise jedes Bildpixel ein dreiflächiger Eckreflektor sein. Durch Verformung eines farbigen Kontaktelements in bezug auf eine entsprechende der Winkelflächen zwischen der ersten und der zweiten Position, die jeweils die abklingende Welle an dieser Winkelfläche nicht beeinflußt bzw. beeinflußt, kann die Spektralverteilung des reflektierten Lichts gesteuert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert; es zeigen
1 eine bildliche Darstellung der Funktionsweise eines Eckreflektorrückreflektors nach dem Stand der Technik;
2A eine Schnittdarstellung einer Eckreflektorengruppierung, die aufgrund des Phänomens der Totalreflexion ein hohes Reflexionsvermögen zeigt;
2B eine Schnittdarstellung einer Eckreflektorengruppierung, die aufgrund der Verhinderung der Totalreflexion ein geringes Reflexionsvermögen zeigt;
3A eine Schnittdarstellung eines Eckreflektors, der ein Kontaktelement aufweist, das aus einer Farbstoffschicht auf einem Silbersubstrat besteht, das im Abstand von einer Winkelfläche des Eckreflektors angeordnet ist;
3B eine mit 3A vergleichbare Ansicht, wobei jedoch das Kontaktelement in optischem Kontakt mit der angrenzenden Winkelfläche des Eckreflektors zur Steuerung der Spektralverteilung des reflektierten Lichts gezeigt ist.
Beschreibung
2A und 2B zeigen im Schnitt eine Gruppierung 10 von rückreflektierenden Elementen, nämlich Eckreflektoren. Nur zwei Winkelflächen jedes Eckreflektors 12A, 12B, 12C usw. sind in einer derartigen Schnittansicht sichtbar, doch dem Fachmann ist klar, daß jeder Eckreflektor drei senkrecht gegenüberliegende Winkelflächen aufweist, wie in 1 zu sehen ist. Die Eckreflektorengruppierung 10 kann eine Eckwürfelfolienbahn sein, wie beispielsweise die bei dem 3M Diamond Grade^TM-Reflektorfolienbahnmaterial anzutreffende. Es gibt zahlreiche verschiedene Möglichkeiten, die Totalreflexionsfähigkeit der Eckreflektorgruppierung 10 ein- oder auszuschalten. Vor der Erläuterung dieser Schalttechniken ist es zunächst zweckmäßig, einige Hintergrundgrundsätze zu erwähnen.
Allgemein bekannt ist, daß Licht sich in verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortbewegt. Die Veränderung der Geschwindigkeit hat eine Brechung zur Folge. Der relative Brechungsindex zwischen zwei Materialien wird durch die Geschwindigkeit eines einfallenden Lichtstrahls dividiert durch die Geschwindigkeit des gebrochenen Strahls angegeben. Falls der relative Brechungsindex geringer als eins ist, wird das Licht zu der Oberfläche hin gebrochen, z.B. bei aus einem Glasblock in die Luft austretendem Licht. Unter einem bestimmten Einfallswinkel "i" wird der Brechungswinkel "r" 90°, wenn das Licht entlang der Oberfläche des Blocks läuft. Der kritische Winkel "i" kann berechnet werden, da sin i = relativer Brechungsindex ist. Falls "i" noch vergrößert wird, wird das gesamte Licht zurück in den Glasblock reflektiert und nichts dringt aus dem Block heraus. Dies wird als Totalreflexion bezeichnet. Da eine Brechung nur bei Veränderung der Lichtgeschwindigkeit auftritt, überrascht es möglicherweise nicht, daß die einfallende Strahlung kurz vor der Totalreflexion austritt, und somit tritt ein geringfügiges Eindringen (ungefähr ein Mikrometer) in die Grenzfläche auf, das als "Eindringen der abklingenden Welle" bezeichnet wird. Durch Beeinflussen (d.h. Streuen und/oder Absorbieren) der abklingenden Welle kann eine Totalreflexion verhindert werden.
Als Hintergrundinformation ist es auch zweckmäßig, den Fall zu berücksichtigen, in dem die Gruppierung 10 entweder "an" oder "aus" ist. In 2A ist die Gruppierung 10 beispielsweise "an", so daß der einfallende Lichtstrahl 14 von dem Eckreflektor 12D aufgrund des Phänomens der Totalreflexion rückreflektiert wird. Somit bildet die Eckreflektorengruppierung 10 ein einziges "Pixel", das, wie nachfolgend erläutert, aufgrund des hohen Reflexionsvermögens der Eckreflektoren im "Ein"-Zustand dazu gebracht werden kann, weiß zu erscheinen. In 2B ist die Eckreflektorengruppierung 10 "aus", so daß ein einfallender Lichtstrahl 16 aufgrund der Verhinderung des Phänomens der Totalreflexion, wie nachfolgend erläutert, von dem Eckreflektor 12D nicht reflektiert wird. Im "Aus"-Zustand kann die Gruppierung 10 aufgrund des geringen Reflexionsvermögens der Eckreflektoren im Aus-Zustand leicht dazu gebracht werden, schwarz zu erscheinen. Dementsprechend kann ein Array derartiger "Pixel", die jeweils eine separate Gruppierung von Eckreflektoren aufweisen, zur Bildung einer Schwarzweiß-Anzeige zusammengesetzt werden, die imstande ist, Text oder Bilder anzuzeigen.
Soll die Eckreflektorengruppierung 10 im "Ein"-Zustand weiß erscheinen, sollte die Gruppierung 10 ein wenig diffus gestaltet oder eine diffuse Abdeckung sollte über der Gruppierung 10 positioniert werden. In der Praxis ist es zwar unmöglich, einen "perfekten" Rückreflektor zu schaffen, aber die gegenwärtig erhältlichen Materialien (wie z.B. die zuvor erwähnte 3M Diamond Grade^TM-Reflexionsfolie) haben eine sehr hohe Rückreflexionsfähigkeit. Demnach neigen diese Materialien dazu, für das Auge des Betrachters nur Licht zu reflektieren, das seinen Ursprung in der Nähe des Auges des Betrachters hat, was kein sehr heller Bereich zu sein pflegt. In einem solchen Fall mag der Rückreflektor nicht im wesentlichen weiß erscheinen. Falls die Gruppierung 10 jedoch diffus ist, wird das reflektierte Licht in Richtungen gestreut, die sich in ausreichendem Maße von der Rückreflexionsrichtung unterscheiden, wie dies bei herkömmlichem weißem Material der Fall ist, und dadurch wird daher ein weißes Erscheinungsbild erzielt, ohne die Fähigkeit der Vorrichtung bedeutend zu schwächen. Es sei darauf hingewiesen, daß eine derartige Diffusion, falls sie zu stark ist, bewirken kann, daß manche Lichtstrahlen sich unter Winkeln bewegen, bei denen eine Totalreflexion nicht auftritt. Dies ist nicht erwünscht, und dieses Problem kann durch umsichtige Wahl des Diffusionsniveaus und des Brechungsindex des die Gruppierung 10 bildenden Materials vermindert werden.
Eine Art des Ein- oder Ausschaltens der Totalreflexionsfähigkeit der Eckreflektorengruppierung 10 besteht darin, eine Bahn Elastomerfolienmaterial 18 in der Nähe der hinteren Fläche der Eckreflektorengruppierung 10 zu befestigen, wie in den 2A und 2B zu sehen. In 2A ist ein schmaler Spalt 20 zwischen den benachbarten Flächen der Folienbahnmaterialien belassen, die die Eckreflektorengruppierung 10 und die Elastomerbahn 18 aufweisen. Wenn der Spalt 20 vorhanden ist, hat die Elastomerbahn 18 keine Auswirkung auf die Eckreflektorengruppierung 10. Das liegt daran, daß der Spalt 20 viel größer als ein Mikrometer ist und daher die abklingende Welle nicht beeinflußt und somit die Totalreflexionsfähigkeit der Eckreflektorengruppierung 10 nicht verhindert. Also ist das von der Eckreflektorengruppierung 10 gebildete "Pixel" "an", falls der Spalt 20 vorhanden ist.
In 2B ist die Steuereinrichtung 19 jedoch aktiviert worden, um die Elastomerbahn 18 in Richtung des Pfeils 21 derart zu bewegen, daß die benachbarten Flächen der Eckreflektorengruppierung 10 und die Elastomerbahn 18 in "optischem Kontakt" miteinander sind. Der optische Kontakt zwischen der Elastomerbahn 18 und der Eckreflektorengruppierung 10 bringt die Elastomerbahn 18 im wesentlichen näher als einen Mikrometer an die Eckreflektorengruppierung 10, wodurch die abklingende Welle nahe der Eckreflektorengruppierung 10 gestreut und/oder absorbiert wird, so daß die Fähigkeit der Eckreflektorengruppierung 10 zur totalen Reflexion des einfallenden Lichtstrahls 16 verhindert wird. Das von der Eckreflektorengruppierung 10 gebildete "Pixel" ist demnach "aus", falls die angrenzenden Flächen der Eckreflektorengruppierung 10 und die Elastomerbahn 18 in optischem Kontakt miteinander sind und sich kein Spalt dazwischen befindet.
Die Steuereinrichtung 19 kann eine einer großen möglichen Vielfalt von Einrichtungen sein, die imstande sind, die Elastomerbahn 18 um die kurzen Strecken zu verschieben, die entweder zur Bildung des Spalts 20 oder zum Erreichen eines optischen Kontakts zwischen der Elastomerbahn 18 und der Eckreflektorengruppierung 10 erforderlich sind. Die Steuereinrichtung 19 kann beispielsweise ein hydraulisches oder pneumatisches Betätigungselement sein; oder ein elektronischer, elektrostatischer, magnetischer, magnetostriktiver oder piezoelektrischer Wandler usw.
Die Elastomereigenschaft der Bahn 18 ist wichtig. Falls die Bahn 18 durch ein steifes, nicht-elastomeres Material ersetzt würde, müßten die Oberflächen sowohl der Eckreflektorengruppierung 10 als auch der Bahn 18 auf innerhalb etwa ein Zehntel einer Wellenlänge abgeflacht werden, damit die Flächen in optischen Kontakt miteinander gebracht werden können, um die abklingende Welle zu beeinflussen und dadurch die Totalreflektion zu verhindern. Das Erreichen einer solchen Flachheit ist unbrauchbar teuer. Selbst wenn eine derartige Flachheit aufweisende Flächen einfach und kostengünstig erhältlich wären, könnte das Vorhandensein winziger Fremdpartikel zwischen der Eckreflektorengruppierung 10 und der Bahn 18 das Erreichen eines optischen Kontaktes zwischen den Flächen über einen großen Bereich verhindern, der daher totalreflektierend bleiben würde. Aufgrund seiner elastomeren Eigenschaft kann die Bahn 18 optischen Kontakt mit im wesentlichen dem gesamten angrenzenden Bereich der Eckreflektorengruppierung 10 erhalten, wobei winzige Fremdpartikel das Erreichen des optischen Kontakts nur in relativ unbedeutenden kleinen Flächen verhindern.
Vorzugsweise weist die Elastomerbahn 18 eine dünne, vergleichsweise harte (d.h. hart im Vergleich zu dem weichen Elastomermaterial) Außenflächenbeschichtung auf, die einen wesentlichen atomaren Kontakt zwischen der Bahn 18 und der Eckreflektorengruppierung 10 verhindert, aber den optischen Kontakt zwischen den beiden Flächen, wie zuvor erwähnt, nicht verhindert. Falls ein solcher atomarer Kontakt auftritt, könnte ein wesentlicher Kraft- und Zeitaufwand zur Trennung der beiden Flächen erforderlich sein, falls ein Umschalten des Pixels von "aus" auf "an" gewünscht ist. Um die erforderliche Verformung der Elastomerbahn 18 zu erzielen, die zum Erhalten eines optischen Kontakts mit der Eckreflektorengruppierung 10 notwendig ist (insbesondere, wenn die Kontur der Stirnseite der Elastomerbahn 18 nicht zu der Kontur der Stirnseite des angrenzenden Eckreflektors der Eckreflektorengruppierung 10 paßt), ist es von Vorteil, die Elastomerbahn 18 aus einer Elastomersubstanz von geringem Modul, die in der Regel als "Silikongele" bezeichnet werden, auszubilden.
Es versteht sich also, daß der Trennungsabstand zwischen den beiden Flächen im wesentlichen geringer als eine Wellenlänge (etwa 0,5 Mikrometer) sein muß, um optischen Kontakt zwischen den Flächen zu erzielen; und im wesentlichen größer sein muß als die üblichen interatomaren Abstände der Materialien (etwa 10^–4 Mikrometer), um atomaren Kontakt zwischen den Flächen zu verhindern.
Ferner versteht sich, daß bei Verwendung von Mikrominiaturisierungstechniken die Notwendigkeit einer Elastomerbahn 18 entfallen und diese durch ein nicht- elastomeres Material ersetzt werden kann. Insbesondere wenn die in der Eckreflektorengruppierung 10 enthaltenen einzelnen Eckreflektoren ausreichend klein sind, verliert die großfläche Flachheit des Materials an Bedeutung.
Für jedes "Pixel" kann ein (nicht gezeigtes) elektronisch gesteuertes pneumatisches Stellglied vorgesehen sein, um die Elastomerbahn 18 zwischen einer ersten Position, in der zwischen der Eckreflektorengruppierung 10 und der Elastomerbahn 18 ein Spalt 20 verbleibt, und einer zweiten Position, in der die Elastomerbahn 18 in optischem Kontakt mit der Eckreflektorengruppierung 10 ist, zu verformen.
Wie in den 2A und 2B dargestellt, ist die Stirnseite der Elastomerbahn 18 so konturiert, daß sie zu der Kontur der angrenzenden Eckreflektorstirnseite des Bahnmaterials mit der Eckreflektorengruppierung 10 paßt. Eine derartige Konturenanpassung ist jedoch nicht wesentlich. Falls die Eckreflektoren 12A, 12B, 12C usw. klein genug sind, könnte die Elastomerbahn 18 einfach unter angelegtem elektrostatischem Druck verformt werden, um die Elastomerbahn 18 in den gewünschten optischen Kontakt mit der Eckreflektorengruppierung 10 zu drücken, wenn die Eckreflektorengruppierung 10 "aus" geschaltet werden soll.
Durch geringfügiges Absenken des aufgebrachten elektrostatischen Drucks unter den zum Erzielen des optischen Kontakts zwischen der Elastomerbahn 18 und der Eckreflektorengruppierung 10 erforderlichen könnte die Vorrichtung so angepaßt werden, daß sie als "weiße Tafel" fungiert. Insbesondere träte ein optischer Kontakt zwischen der Elastomerbahn 18 und der Eckreflektorengruppierung 10 nur in denjenigen Bereichen auf, in denen zusätzlicher Druck aufgebracht würde, indem ein "Schreibwerkzeug", wie beispielsweise ein Stift, mit einem gewünschten Punkt auf der Außenfläche der Eckreflektorengruppierung 10 in Kontakt gebracht würde, wodurch der oder die kontaktierten Pixel ausgeschaltet und ihre Erscheinung von weiß zu schwarz verändert würde. Die "weiße Tafel" könnte durch Wegnehmen des zum Aufbringen des elektrostatischen Ausgangsdrucks verwendeten Spannungssignals gelöscht werden. Die Position des oder der von dem Stift kontaktierten Pixel könnte leicht erfaßt werden, so daß die Vorrichtung zusätzlich als Digitalisiereinrichtung zum Umwandeln eines Bildes in elektronische Form fungieren kann.
Wie oben erläutert, erfährt ein auf einen Eckreflektor einfallender Lichtstrahl eine Totalreflexion, indem er dreimal separat an den drei senkrecht gegen überliegenden Winkelflächen reflektiert wird, die den Eckreflektor bilden. Demnach bestehen für jeden Eckreflektor in der Gruppierung 10 drei separate Möglichkeiten zum Verhindern der Totalreflexion. Durch unabhängiges Steuern der Lichtreflexion an jeder der drei gegenüberliegenden Winkelflächen jedes Eckreflektors kann eine Vollfarbenanzeige aufgebaut werden.
Beispielsweise kann statt einer einzelnen Elastomerbahn 18 alternativ ein anders Kontaktelement für jede einzelne der drei gegenüberliegenden Winkelflächen jedes Eckreflektors vorgesehen sein, wobei die Kontaktelemente jeweils aus einer Gelb-, Magenta- bzw. Zyanfarbstoffschicht auf einem Silbersubstrat bestehen. 3A stellt im Schnitt einen einzelnen Eckreflektor 24 mit einem um einen Spalt 26 von einer Winkelfläche 29 des Eckreflektors 24 beabstandeten Kontaktelement 28 dar. Die an die Winkelfläche 29 angrenzende Stirnfläche des Kontaktelements 28 besteht aus einer Farbstoffschicht 32 auf einem reflektierenden Silbersubstrat 30. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur ein Kontaktelement gezeigt, in der Praxis ist jedoch jeder der drei Winkelflächen des Eckreflektors 24 ein separates Kontaktelement zugeordnet.
Bei vorhandenem Spalt 26 liegt bei dem Eckreflektor 24 Totalreflexion vor, was, wie oben beschrieben, eine Rückreflexion des einfallenden Strahls 22 zur Folge hat. Wird der Spalt 26 jedoch durch Plazieren des Kontaktelements 28 in optischen Kontakt mit der Winkelfläche 29 gemäß 3B beseitigt, dann beeinflußt das Kontaktelement 28, wie oben erläutert, die abklingende Welle. In einem solchen Fall absorbiert die Farbstoffschicht 32 selektiv bestimmte Wellenlängen, wobei der Grad der Absorption vom Grad des optischen Kontakts zwischen dem Kontaktelement 28 und der Winkelfläche 29 abhängt (erreichbar durch steuerbares Positionieren des Kontaktelements 29 nahe der Winkelfläche 29 in irgendeiner eines ausgewählten Bereichs an Subpositionen des optischen Kontakts). Wenn das Licht durch die Farbstoffschicht 32 zu dem reflektierenden Silbersubstrat 30 gelangt, erfährt das Licht eine Primärfarbsubtraktion (d.h. die gelbe Farbstoffschicht absorbiert blaues Licht usw.). Dementsprechend kann die Spektralverteilung des reflektierten Strahls 34 durch steuerbare Subpositionierung der jeweiligen Kontaktelemente in der oben erwähnten Weise gesteuert werden, um eine Vollfarbanzeige zu erreichen.
Darüber hinaus kann die oben beschriebene Farbanzeige im Gegensatz zu dem sehr geringen Maximalreflexionsvermögen der Farbanzeigen nach dem Stand der Technik ein hohes Reflexionsvermögen erreichen. Dies liegt daran, daß, wenn eine bestimmte Eckreflektorenwinkelfläche "an" ist (d.h. kein Kontaktelement in optischem Kontakt mit der Eckreflektorenwinkelfläche ist), diese Winkelfläche voll reflektierend bleibt und leicht dazu gebracht werden kann, weiß zu erscheinen, und zwar auf dieselbe Weise wie oben für eine Schwarzweiß-Anzeige beschrieben. (Dagegen haben Farbanzeigen nach dem Stand der Technik mit separat gefärbten roten, grünen und blauen Pixeln ein im wesentlichen verringertes Reflexionsvermögen, wenn das Pixel nicht aktiviert ist, um dem Pixel ein nichtgefärbtes Enderscheinungsbild zu geben.) Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung alle drei Winkelflächen eines gegebenen Eckreflektors "an" sind, erscheint dieser Eckreflektor weiß. Sind eine oder zwei, aber nicht alle drei Winkelflächen eines gegebenen Eckreflektors "an", hat dieser Eckreflektor ein farbiges Erscheinungsbild, wobei die Farbe vom Grad des optischen Kontakts zwischen den Kontaktelementen und ihren entsprechenden "aus" geschalteten Eckreflektorwinkelflächen abhängt.
Alternativ kann eine Farbanzeige auf die herkömmlichere Weise des Segmentierens jedes Pixels in rote, blaue und grüne Segmente aufgebaut werden. Durch selektives optisches Kontaktieren geeigneter Teile mit jedem der jeweiligen Segmente kann die abklingende Welle an den jeweiligen Segmenten in einem Grade beeinflußt werden, der ausreicht, um die Spektralverteilung des durch die jeweiligen Segmente reflektierten Lichts zu verändern und damit dem Gesamtpixel eine beliebige gewünschte Farbe zu geben. Dieses "segmentierte" Verfahren kann im nicht gefärbten Zustand jedoch kein leuchtend weißes Erscheinungsbild ergeben.
Eine andere, weniger ausgefeilte Farbtechnik umfaßt das Auftragen einer Farbe "A" auf das Material der Bahn 10 und das Auftragen einer anderen Farbe "B" auf das Material des elastomeren Trägers 18. In diesem Fall wird der "Ein"-Zustand durch die Farbe "A" und der "Aus"-Zustand durch die subtraktiv mit der Farbe "A" kombinierte Farbe "B" repräsentiert. Zu zweckmäßigen Beispielen für "A"-"B"-Farbkombinationen zählen Gelb-Schwarz, Gelb-Rot, Gelb-Grün, Magenta-Schwarz, Magenta-Rot, Magenta-Blau, Zyan-Schwarz, Zyan-Grün, Zyan-Blau, Weiß-Gelb, Weiß-Zyan, Weiß-Magenta, Weiß-Rot, Weiß-Grün, Weiß-Blau und Weiß-Schwarz. Die Kombination Weiß-Grün ist beispielsweise für die Landstraßenbeschilderung interessant, die üblicherweise weiße Schrift auf grünem Grund zeigt (der "Ein"-Zustand kann entweder eine Hintergrund- oder eine Vordergrundfarbe repräsentieren).
Es sei darauf hingewiesen, daß die Gesamtgruppierung 10 nicht klein sein muß. Falls ein Landstraßenschild oder eine großformatige Anzeige ähnlich der in einem Sportstadion erforderlich ist, könnte das von der Eckreflektorengruppierung 10 gebildete einzelne "Pixel" mehrere Quadratinch betragen oder noch größer sein. Neben der Vereinfachung der Konstruktion der oben beschriebenen Kontaktelemente wird dadurch auch die zur Steuerung eines aus einem großen Array derartiger Pixel bestehenden vollständigen Schilds erforderliche Schaltungsanordnung vereinfacht. In manchen großformatigen Anzeigen nach dem Stand der Technik beispielsweise muß jedes Pixel aus einer relativ großen Anzahl von Lichtquellen gebildet sein, wobei jede derartige Quelle eine separate Strom- und Steuerungsschaltungsanordnung erfordert. Dagegen enthält die vorliegende Erfindung Anzeigepixel, die keine derartige pixelgrößenabhängige Multiplikation der Strom- oder Steuerungsschaltungsanordnung erfordern. Demnach ermöglicht die Erfindung die Konstruktion großer, effizienter, heller Anzeigen mit geringen Pixelkosten pro Flächeneinheit. Neben den oben erwähnten Anwendungsbereichen als Landstraßenschild oder in Sportstadien läßt sich die Erfindung auch leicht an die Konstruktion von Reklameanzeigen, Schildern mit variabler Beschriftung, Uhren und dergleichen anpassen.
Wie für den Fachmann auf dem Gebiet im Lichte der vorangegangenen Offenbarung ersichtlich, sind in der Praxis dieser Erfindung zahlreiche Veränderungen und Modifizierungen möglich, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Als weiteres Beispiel ist in manchen Anwendungsbereichen der Erfindung, wie z.B. bei den Landstraßenschildern, die oben beschriebene Rückreflexionseigenschaft wichtig (d.h., eine gerichtete Reflexion von von Fahrzeugscheinwerfern zur Beleuchtung des Schilds zwecks Betrachtung durch Personen in diesen Fahrzeugen ausgesandtem Licht zu erreichen), doch in den meisten anderen Anwendungsbereichen ist lediglich die Reflexionswirkung erwünscht, wobei in diesem Falle die Außenfläche oder das optische Material der die Eckreflektorengruppierung 10 aufweisenden Bahn ein wenig diffus sein sollte. Demnach bemißt sich der Umfang der Erfindung nach dem durch die folgenden Ansprüche definierten Gehalt.

Claims

Mehrfach-Pixel-Bildanzeigevorrichtung (10), bei der jedes Pixel durch mindestes ein Element (12A, 12B, 12C, ...) gebildet ist, das einen reflektierenden Zustand, in dem auf eine Vorderfläche des Elements fallendes Licht einer Totalreflexion unterzogen wird, und einen absorbierenden Zustand aufweist, in dem die Totalreflexion verhindert ist, wobei die Totalreflexion durch eine abklingende Welle nahe einer hinteren Fläche des Elements gekennzeichnet ist, und mit einer Schalteinrichtung (19) zum steuerbaren Umschalten der Elemente zwischen den Zuständen, wobei die Schalteinrichtung ein Teil (18) aufweist, das nahe der hinteren Fläche angeordnet und zwischen einer ersten Position, in der ein Spalt (20) zwischen dem Teil und der hinteren Fläche verbleibt, und einer zweiten Position verformbar ist, in der sich das Teil in optischem Kontakt mit der hinteren Fläche befindet, um einen Trennungsabstand zwischen dem Teil und der hinteren Fläche von im wesentlichen weniger als 0,5 Mikrometer und im wesentlichen mehr als 10^–4 Mikrometer zu schaffen, wobei das Teil in der ersten Position die abklingende Welle nicht beeinflußt, wobei das Teil in der zweiten Position die abklingende Welle beeinflußt und so die Totalreflexion verhindert, wobei die Bildanzeigevorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß (a) in der zweiten Position kein wesentlicher atomarer Kontakt zwischen dem Teil und der hinteren Fläche gegeben ist; (b) jedes der Pixel eine Gruppierung der Elemente aufweist; und (c) jedes der Elemente ein rückreflektierender Eckreflektor mit drei im wesentlichen senkrecht gegenüberliegenden Winkelflächen ist.
Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Gruppierung der rückreflektierenden Elemente diffus ist.
Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, ferner für mit einem Elastomermaterial (18) jedes der Pixel nahe der Gruppierung der rückreflektierenden Elemente, wobei das Elastomermaterial zwischen einer ersten Position, in der ein Spalt (20) zwischen der Gruppierung der rückreflektierenden Elemente und dem Elastomermaterial verbleibt, und einer zweiten Position verformbar ist, in der das Elastomermaterial in optischem Kontakt mit der Gruppierung der rückreflektierenden Elemente ist.
Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Elastomermaterial eine dünne, vergleichsweise harte Außenflächenbeschichtung aufweist.
Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der jedes der Pixel wenigstens einen dreiflächigen Eckreflektor (24) aufweist, wobei die Bildanzeigevorrichtung ferner ein anderes farbiges reflektierendes Kontaktelement (28) für jede der drei Eckreflektorflächen (29) aufweist, wobei jedes der Kontaktelemente zwischen einer ersten Position, in der ein Spalt (26) zwischen dem einen Kontaktelement und der entsprechenden Eckreflektorfläche verbleibt, und einer zweiten Position verformbar ist, in der das eine Kontaktelement in optischem Kontakt mit der entsprechenden Winkelreflektorfläche ist.
Bildanzeigeverfahren, bei dem mehrere Pixel gebildet werden, wobei jedes Pixel einen reflektierenden Zustand aufweist, in dem auf eine Vorderfläche des Pixels auftreffendes Licht einer Totalreflexion unterzogen wird, wobei die Totalreflexion an ausgewählten Pixeln verhindert wird, um die gewählten Pixel aus deren reflektierenden Zustand in einen absorbierenden Zustand umzuschalten, wobei das Verhindern das Positionieren eines Teils nahe einer hinteren Fläche der gewählten Pixel und das Verformen des Teils zwischen einer ersten Position umfaßt, in der ein Spalt zwischen dem Teil und der hinteren Fläche verbleibt, und einer zweiten Position, in der sich das Teil in optischem Kontakt mit der hinteren Fläche befindet, um einen Trennungsabstand zwischen dem Teil und der hinteren Fläche von im wesentlichen weniger als 0,5 Mikrometer und im wesentlichen mehr als 10^–4 Mikrometer zu schaffen, wobei das Teil in der ersten Position die abklingende Welle nicht beeinflußt, wobei das Teil in der zweiten Position die abklingende Welle beeinflußt und so die Totalreflexion verhindert, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß (a) in der zweiten Position kein wesentlicher atomarer Kontakt zwischen dem Teil und der hinteren Fläche gegeben ist; und (b) die Bildpixel jeweils einen dreiflächigen Eckreflektor aufweisen, wobei das Verhindern für jedes der Pixel ferner umfaßt, ein farbiges Kontaktelement in bezug auf eine entsprechende Fläche zwischen einer ersten und einer zweiten Position zu verformen, die jeweils die abklingende Welle an der entsprechenden Fläche beeinflussen bzw. nicht beeinflussen.