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DE2542590A1 - Anzeigevorrichtung - Google Patents

Anzeigevorrichtung

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DE2542590A1
DE2542590A1 DE19752542590 DE2542590A DE2542590A1 DE 2542590 A1 DE2542590 A1 DE 2542590A1 DE 19752542590 DE19752542590 DE 19752542590 DE 2542590 A DE2542590 A DE 2542590A DE 2542590 A1 DE2542590 A1 DE 2542590A1
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DE
Germany
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waveguide
display device
optical fibers
scatter
vpa
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Pending
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DE19752542590
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English (en)
Inventor
Ralf Th Dr Phil Kersten
Guenter Dipl Ing Dr Ph Zeidler
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
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Description

254259Q
SIEMEFS AKTIENGESELLSCHAFT y München 2, den 24-9.1975 Berlin und München . Wittelsbacherplatz 2
VPA 75 P 7166 BED
Anzeigevorrichtung
Die Erfindung betrifft Wellenleiter, insbesondere für eine Anzeigevorrichtung .
Bekanntlich sind Wellenleiter so ausgebildet, daß sie optische Wellen möglichst verlustfrei zwischen zwei vorgegebenen Orten übertragen. Dazu werden alle Quellen, die Anlaß zu Signalverlusten geben, möglichst vermieden. Die in den Wellenleitern geführten Wellen sollen ausschließlich durch die Stirnflächen nach außen gelangen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Wellenleiter anzugeben, bei welchen geführte Wellen an vorgegebenen Orten durch die Mantelfläche nach außen abgestrahlt werden, sowie Anwendungen derartiger Wellenleiter.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Streuzentren kommen durch Inhomogenitäten des Wellenleitermaterials zustande. Als Streuzentren werden vorteilhafterweise gezielte Fremdstoffe in das Wellenleitermaterial eingebaut und/oder dessen Oberfläche aufgerauht.
Als Fremdmaterial eignet sich jedes Material, welches einen anderen Brechungsindex besitzt als das Material des Wellenleiters.
Durch Beimischung von fluoreszierenden Material zum Wellenleiter oder in seine Umgebung läßt sich einerseits die Intensität der
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Abstrahlung vergrößern und andererseits die Wellenlängen der in Wellenleiter geführten Wellen vorgegeben verändern.
Durch geeignete Zusammenstellungen dieser Wellenleiter können vorteilhafterweise sichtbare alphanumerische Zeichen oder Bilder (auch 3-dimensionale) aufgebaut werden.
Als Lichtquellen, welche mit dem Wellenleiter gekoppelt sind, lassen sich Lumineszenzdioden, Laser oder klassische Lichtquellen einsetzen.
Der Variationsreichtum von Anzeigemöglichkeiten und deren Vorteile werden anhand von Ausführungsbeispielen in der Figurenbeschreibung erläutert.
Die Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wellenleiter, die Figuren 2a, 2b und 2c zeigen die Vorder- bzw. die Rückseite bzw. einen Querschnitt einer integriert aufgebauten Vielfachanzeigevorrichtung, die Figur 3 einen Ausschnitt aus einer Anzeigevorrichtung mit mehreren übereinander liegenden Wellenleitern, die Figur 4 eine Ansteuerschaltung einer Anzeigevorrichtung und die Figur 5 eine Anzeigevorrichtung mit Lichtleitfasern und einem optischen Kanalwähler.
In der Figur 1 ist ein Wellenleiter 30 aus Glas im Querschnitt dargestellt. Es kann ein Kernmantel- oder ein Gradienten-Wellenleiter in Faserform oder in planarer Bauweise auf einem Substrat sein. Das wellenleitende Material weist hier beispielsweise in drei vorgegebenen Bereichen Streuzentren auf. In den Bereichen und 32 sind in das Wellenleitermaterial Teilchen 34 aus einem Material z.B. aus Glas mit einem anderen Brechungsindex als dem des Wellenleitermaterials eingebettet. Deshalb wird eine im Innern des Wellenleiters 30 verlaufende Lichtwelle 35 an den Teilchen 34 zum Teil nach außen (36) gestreut. Da der Wellenleiter
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im Bereich 31 an seiner Außenfläche 37 aufgerauht ist, wird eine auf diese Außenfläche 37 hingeführte Lichtwelle 38 dort gemäß dem Pfeil 38 nach außen gestreut.
Im Bereich 32 ist der Wellenleiter 30 von einem fluoreszierenden Material 39 umgeben, so daß eine durch dieses Material 39 hindurchlaufende Lichtwelle 40 in ihrer Lichtintensität und in ihrer Wellenlänge verändert wird. ,'
Das letztere gilt auch für eine Lichtwelle 41» die nach dem Eindringen in den Bereich 33» in dem ein fluoreszierendes Material eingebettet ist, ebenfalls mit einer abgeänderten Intensität und Wellenlänge durch die aufgerauhte Oberfläche 43 nach außen gestreut wird.
Ih den Figuren 2a und 2b ist eine Ausführungsform zur Anzeige von Zahlen und Buchstaben dargestellt. Die Figur 2a zeigt von der Torderseite, die Figur 2b von der Rückseite und die Figur 2c in einem Querschnitt gemäß der Linie I If ein durchsichtiges Substrat 1 aus Glas mit den darauf befindlichen Elementen für eine Anzeige.
Auf der Vorderseite des Substrates 1 gemäß Figur 2a (Blickrichtung gemäß dem Pfeil 1a in Figur 2c) sind in integrierter Technik vier Wellenleiter 2 aufgebaut, welche an den gegenüberliegenden Stirnflächen Absorber oder Spiegel 3 aufweisen. Die Wellenleiter 2 bestehen aus einem starkstreuenden Material (z.B. Photolack, Plastikstoffe, Glas) oder aus einem fluoreszierenden Material, dessen Brechungsindex größer ist als der des Substrates 1. Jeder Wellenleiter 2 ist über einen optischen Kitt oder einen transparenten Klebstoff 4 mit je einer punktförmig strahlenden Lumineszenzdiode 5 verkoppelt. Die Einkoppelstellen und die Luroineszenzdioden liegen außerhalb des Bildfeldes. Sie sind durch eine nicht transparente Maske 6 abgedeckt, da an den Koppelstellen stärkere Streuungen auftreten können. Um an Kreuzungsstellen von eng nebeneinander liegenden Wellenleitern ein
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Übersprechen aes Lichtes zu vermeiden, sind gekreuzt angeordnete Wellenleiter 7 auf der Rückseite des Substrates 1 gemäß Figur 2b angeordnet.
Bei Ansteuerung vorgegebener Wellenleiter über die mit den Luroineszenzdioden 5 verbundenen elektrischen Zuleitungen 8 lassen sich infolge der dargestellten lagen der einzelnen Wellenleiter 2 und unterschiedliche Zahlen und Buchstaben darstellen.
Da sich die als Anzeige verwendeten Wellenleiter in jeder beliebigen Form herstellen lassen-scharfe Knicke müssen aus zwei Wellenleitern zusammengesetzt werden-, ist diese Anzeige auch für individuell ausgeformte Schriftzüge und für bildhafte Darstellungen geeignet. Bei gekrümmten Anzeigebahnen ist darauf zu achten, daß der Brechungsindexunterschied zwischen Wellenleiter und Wellenleiterumgebung hinreichen groß ist, um an den Krümmungen eine Wellenführung zu gewährleisten.
Pur bestimmte Codes kann ein Decodierer in integrierter Bauweise auf dem Substrat 1 an einer durch die Abdeckung 6 unsichtbaren Stelle vorgesehen werden.
Der in den Figuren 2a bis 2c dargestellte Aufbau ist besonders für kleinere bis mittlere Vielfachanzeigen geeignet.
Da das Substrat mit den Wellenleitern sehr dünn aufgebaut werden kann (ca. 0,2 mm) und durchsichtig ist, können viele Lagen derartiger Anzeigen übereinander gestapelt werden. Legt man beispielsweise drei der in den Figuren 2a bis 2c' dargestellten Torrichtungen übereinander und benutzt man bei jedem Paar der quer zueinander verlaufenden Wellenleiter 2 und 7 andersfarbige Lumineszenzdioden als Lichtquellen, so sind bei einer Dicke von ca. 2 mm (mit Abdeckungen und Gehäuse) sämtliche alphanumerische Zeichen dreifarbig darstellbar, wobei sogar bei entsprechender elektrischer Schaltung der Lumineszenzdioden jedes einzelne Zeichen dreifarbig darstellbar ist.
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Um gegenseitige Abdeckungen der übereinander liegenden Wellenleiter bei gleichartigen Anzeigen großer Dicke zu vermeiden, ist es von Vorteil die Wellenleiter entsprechen ihrer Wellenleiterbreite (z.B. 0,1 mm) seitlich zu versetzen, wie die Figur 3 zeigt. Dort sind auf mehreren Substraten 9 die integriert angeordneten Wellenleiter 10 und quer dazu verlaufende Wellenleiter 11 seitlich nebeneinander um 0,1 mm gegeneinander versetzt derart, so daß aus der Blickrichtung 12 ihre Bahnform deutlich erkennbar ist. In einem größeren Abstand zum Beobachter scheinen die Wellenleiter jedoch infolge ihrer geringen gegenseitigen Versetzung übereinander zu liegen. Bei Ansteuerung unterschiedlicher übereinander liegender Wellenleiter sieht der Beobachter deshalb das gleiche Schriftbild.
Durch Übereinanderstapeln einer Vielzahl von Anzeigesubstraten in vorgegebenen Abständen ist auch ein dreidimensionale Anzeige möglich. . - - - ·
In der Figur 4 ist eine Ansteuervorrichtung für eine oben angegebene Anzeigevorrichtung dargestellt. Anstelle der Lumineszenzdioden 5 wird hier jedoch beispielsweise ein Laser 13 als gemeinsame Lichtquelle für alle Wellenleiter 2 und 7 verwendet.
Das vom Laser 13 emittierte Licht wird über eine Einkoppeloptik 14 und ein austauschbares Farbfilter 15 gleichmäßig in eine der Anzahl der Wellenleiter 2 und 7 entsprechende Anzahl von streu-armen Lichtleitfasern 16 eingekoppelt, welche durch Koppelvorrichtungen 17 mit den Wellenleitern 2 und 7 verbunden sind.1 Das in den Lichtleitfasern 16 geführte Licht wird durch eine Vorrichtung 18 mit entsprechend vielen Ein-Aus-Schaltern wahlweise den Wellenleitern 2 und 7 zugeführt, !fen benötigt z.B. für 34 alphanumerische Zeichen eine Vorrichtung mit 7 Ein-Aus-Schaltern.
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Diese Anzeigevorrichtung kann in minimaler Dicke hergestellt werden und durch eine getrennt von der Anzeigevorrichtung angeordnete Lichtquelle angeregt werden.
Für mittelgroße Anzeigen und für Vielfach-Anzeigen, die z.B. für Reklamezwecke oder Hinweistafeln verwendet werden, sind statt der substratgebundenen Wellenleiter Lichtleitfasern geeignet, deren Kernmaterial besonders stark streut. Bei Verwendung von einzeln ansteuerbaren Lichtleitfasern können sehr feinlinige, hochauflösende Anzeigen hergestellt werden (Linienbreite ca. 0,1 /um). Pur breitlinige Anzeigen benutzt man vorteilhafterweise spezielle dicke Lichtleitstäbe oder eine Vielzahl nebeneinander liegender Pasern, die optisch miteinander verkoppelt sind und nur von einer Lichtquelle angesteuert werden.
In der Figur 5 ist eine Anzeigevorrichtung für die Zahl 3 und eine zugehörige optische Ansteuerschaltung dargestellt. Eine das Licht zuführende streuarme Lichtleitfaser 28 wird über eine optische ¥eiche 20 in zwei einzelne streuarme Lichtleitfasern 19 aufgeteilt und über Koppelvorrichtungen 21 zwei stark streuenden Anzeigefasern 22 zugeführt. Jede dieser Anzeigefasern 22 kann für eine breite Liniendarstellung aus einer Vielzahl nebeneinander liegender Pasern bestehen. Da die Lichtleitfasern eine Dicke von ca. 0,15/um aufweisen, können sie für einzelne anzuzeigende Symbole übereinander angeordnet sein. Pur 20 Symbole erhält man so eine Anzeigeeinheit von ca. 5 mm Dicke einschließlich einer Deck- und einer Grundplatte. Pur besondere großflächige Anzeigen muß aus Stabilitätsgründen eine entsprechend stabile Grundplatte vorgesehen werden. Die Pasern 22 sind zur Fixierung an vorgegebenen Stellen mit einer durchsichtigen Masse z.B. Gießharz 23 vergossen.
Anstelle der festen durchsichtigen Masse kann auch eine plastisch deformierbare gesetzt werden. In diesem Falle läßt sich die Form der Lichtleitfasern 22 zeitlich hintereinander zur Darstellung unterschiedlicher Zeichen variieren.
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Die Ansteuerung mehrerer Lichtleitfasern geschieht hier über einen mechanischen Eingangswähler 24. Als Lichtquelle dient insbesondere ein leistungsstarker Laser 25, der mit dem Eingangswähler 24 über ein austauschbares Farbfilter 26 und eine streuarme Lichtleitfaser 27 verbunden ist.
Pur 34 alphanumerische Zeichen benötigt man hier nur einen Eingangswähler zur Umschaltung von der Faser 27 auf 34 Pasern 28.
Die optische Ansteuerschaltung gemäß Figur 4 oder gemäß Figur 5 ist je nach der Problemstellung optimal wählbar.
Zur Erhöhung der Brillanz derartiger Anzeigevorrichtungen kann eine Grundplatte mit einer Farbschicht verwendet werden.
.15 Patentansprüche
5 Figuren
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Claims (15)

  1. Patentansprüche
    /Ί.^Wellenleiter insbesondere für Anzeigevorrichtungen dadurch gekennzeichnet , daß das wellenleitende Material in vorgegebenen Bereichen Streuzentren (34,37,39,42, 43) aufweist, welche im Wellenleiter (2,7,10,22,30) geführte Wellen partiell nach außen streuen.
  2. 2. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich ;n e t , daß ein Streuzentren bildendes Material (34,42) im wellenleitenden Material eingebettet ist.
  3. 3# Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß die Streuzentren (37,39,43) an der Oberfläche des Wellenleiters gebildet sind.
  4. 4. Wellenleiter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß im und/oder um das wellenleitende Material ein fluoreszierendes Material (39,42) angeordnet ist.
  5. 5. Anzeigevorrichtung mit zumindest einem Wellenleiter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet , daß in Form von Bahnen sichtbare alphanumerische Zeichen oder Bilder aufgebaut werden.
  6. 6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Wellenleiter (2,7,10) in integrierter Technik auf gegenüberliegenden Oberflächen eines Substrates (1) oder in einem oder mehreren schichtweise übereinander liegenden Substraten (9) angeordnet sind.
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  7. 7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Wellenleiter Lichtleitfasern (22) sind.
  8. 8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagen und Krümmungen der Lichtleitfasern (22) variabel einstellbar sind.
  9. 9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtleitfasern (22) in einer transparenten Masse (23) fest vergossen sind.
  10. 10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Lichtleitfasern (22) übereinander angeordnet sind.
  11. 11. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Lichtleitfasern (22) nebeneinander angeordnet sind.
  12. 12. Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Wellenleiter (2,7) direkt mit je einer Lichtquelle (5) verbunden ist.
  13. 13. Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Wellenleiter (2,7.22) über streuarme Lichtleitfasern (16,18, 19,27) und einem optischen Schalter (18,24-) mit einer Lichtquelle (13,25) verbunden sind.
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  14. 14. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch- g e k e η η zeichnet , daß der optische Schalter ein Kanalwähler (24) ist, der zwischen der mit der Lichtquelle (25) verbundenen streuarmen Lichtleitfaser (27) und mit den mit dem Wellenleiter (22) verbundenen streuarmen Lichtleitfasern (28) angeordnet ist.
  15. 15. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der optische Schalter (18) aus Ein-Aus-Sehaltern "besteht, die in den streuarmen Lichtleitfasern (16) eingebaut sind.
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