专利名称：可控光波导光束自寻址场扫描和小角度行扫描方法
技术领域：
本发明提出的适用于平板显示器的光束自寻址扫描和小角度扫描光输入方法，属于显示器件的结构设计领域。
可控光波导平板显示器(GreenMino，国际专利号WO84/04601)只需从显示面板一端输入光信号，通过外电场改变复盖于光波导表面的液晶层的折射率来控制导波光的漏泄位置完成场扫描。其发光源的数量比以往的平面上排布发光源的液晶(调制可见光)、气体放电和场致发光显示等平板显示器减少了五百倍以上，从而减小了器件的制造难度，降低了成本。可控光波导平板显示器的场扫描速度依赖于液晶随外控制电场的响应时间。无论光从显示器的底端还是从顶端输入，都要求液晶材料的折射率变化足够快，以满足视频扫描速度的图象显示的需要。现有液晶材料的驱动阈值和功耗较低，但在通常集成电路所能允许的电压范围下使用，其响应速度太慢，远不能满足视频扫描的要求。液晶的响应时间与外电场成反比，增高电极电压可提高响应速度，却受到外部扫描电路的集成化工艺和成本的限制。另外，目前研制的光波导显示器采用发光二极管的波导端面偶合方式(新型液晶平面电视，现代化，P.47，4，1987;电视显象新方法，世界发明，P.16，1，1987)，欲达到普通电视级的分辨率，其端光源仍需用上千只发光二极管以及应用大规模集成电路来完成行扫描。并且作为三基色之一的蓝色发光二极管的发光亮度低，尚不能与红、绿色发光二极管相匹配。上述结构工艺难度大，难以降低生产成本和提高产品质量。
本发明利用耐电压较高的光电元件控制液晶面上的叉指电极电压，通过扫描地址指示光控制扫描的寻址，光电元件变换电极电压的同时也改变扫描寻址光的出射位置，所以该扫描装置具有自扫描功能。利用当前成熟的电子束扫描激励发光方式，通过光波导的平面阵列排列形式到线阵列排列形式的转换，可为光波导平板显示器提供工艺简单的扫描光输入方法。
下面结合
本发明的构造。
图1是可控光波导自寻址扫描装置原理图;图2是背电极结构的可控光波导显示面板示意图;图3a是电子束扫描光输入方法示意图;图3b是三基色荧光粉成条带状依次排列的示意图;图3c是扫描顺序示意图。
光控自寻址扫描装置原理参见图1。将叉指电极间的液晶等效为电容(C1)和电阻(R1)的并联电路，图中虚线框内为电极排布区域，与虚线长边垂直的两条直线间区域(A)表示位于电极一端的一条用作发出扫描地址指示光束的可控光波导，其端口由一发光二极管(LED)输入恒定光强的扫描指向导光波，该光束与显示光一样受液晶层的控制。在每一控制电极控制的漏泄光区域放置两支光敏电阻(Rp)或其它耐高压光电元件，如光控可控硅元件等。其中一支与隔前行的扫描电极并联，扫描控制电压(V)通过另一支光敏电阻加在下一扫描控制电极上。在扫描开始行(第1行)上不并联光敏电阻是因为该行液晶区的开启状态不影响下面行的扫描过程。电压(V)通过由场同步信号的下降沿触发的外控制电路加在第一行上，在场消隐时间内开启第一行，使光电二极管的光线通过光波导(A)照射到Rp1上，使其处于低阻态，而此时其它光敏电阻均处于高阻态，电压(V)通过Rp1对第二行控制电极充电至电压V，经过液晶的响应时间后，区域2的液晶折射率变得大于光波导的折射率，第二行被开启。扫描指向光束照射到Rp2上，在第二行的扫描过程中预开启第三行。当扫描进行到第四行时，Rp4和Rp5同时处于低阻态，并联于第二行控制电极两端的Rp4使区域2电极电容放电，加速其恢复过程，Rp5预开启下一行。如此循环，直至一场扫描结束。
通常光电材料的介电强度在105-6V/cm以上，液晶的驱动功率在0.1mW/cm2以下，若显示屏幕长1m，象素面积为1×1mm2，开启一行的功耗在1mW以下。光敏电阻完全可以采用薄膜工艺制作，而且在象素大小的面积上也完全可以排布二只耐压为几百伏的光敏电阻。由于控制电极和发光二极管的亮度可调，也就降低了对光敏电阻参数的一致性的要求。光敏电阻可以直接淀积在器件面板上，同时复盖遮光层以防背景光照射，也可淀积在其它不透明介质材料上，然后安装到显示面板上。光敏电阻在此处仅作为开关元件使用，可以在非线性光电特性区工作。只需选择暗阻大、光阻小和响应快，并且性能稳定、工作寿命长的光电导材料。对发光二极管的要求是发光亮度高，并且发光光谱应与光电导材料的光谱特性相匹配。如光电导材料采用a-Si
H，则可采用发红外光的GaAs发光二极管或发红光的GaAs0.6P0.4或Ga0.7Al0.3As发光二极管。对整个自扫描电路的要求是光敏电阻的响应时间、控制电极电容充电时间和液晶的响应时间之和不得超过视频扫描的行扫描时间。若光敏电阻的响应时间为10微秒，光电阻值为1兆欧，电极电容按10皮法估算，则充电时间为10微秒，行扫描时间为60微秒，则液晶的允许响应时间为40微秒。根据三极液晶光快门的实验(D.J.ChanninandD.E.Carison，RapidTurn-offinTriodeOpticalGateLiquidCrystalDevices，AppliedPhysicsLetters，P.300，1976)，该响应速度是可以达到的。
在一行扫描的后半段，由于下一行的液晶区域已处于半开启状态，光波导中的高阶导波光会从下一行漏泄，造成扫描的串行。为了避免或减小串行的影响，可以将行扫描控制电极分成两段，分别由两边的扫描寻址光波导控制两段电极。第一行的后半段比前半段延时二分之一行扫描时间触发，这样每半段的预开启时间还是一行的扫描时间，但可以减小或避免串行。当液晶层的实际响应时间短于行扫描时间时，会造成行扫描与视频信号的不同步。注意到液晶材料的驰豫时间长于行扫描时间，并且开启一行液晶层后关闭发光二极管就停止下一行的预开启，所以可用单稳态电路来控制发光二极管发光持续到开启下一段液晶层，而在视频行扫描结束前关闭发光二极管，由下一个行同步信号再次将发光二极管触发发光。这样就可以保证扫描系统与视频扫描速度的同步。
虽然自扫描电路在一行扫描结束时对控制电极放电，但液晶的自驰豫时间太长，在扫描完一场后，会因为底行的光漏泄而无法回扫到第一行。解决方法是根据三极液晶光门的原理，在光波导的背面安置一加速恢复电极。结构见图2，硬质面板(5)朝向光波导(6)的一面制成一组透明导电材料的叉指电极(7)，光波导热压在低折射率的透明软性基板(8)上，波导间凸起几微米的隔墙是为了控制液晶层(9)的厚度。软性基板的背面喷涂导电石墨层(10)，以吸收透过面板的外部光线，提高显示图象的对比度。为了提高电导率，在石墨层后再淀积一层铝电极(11)，电极电压由场同步信号的上升沿触发。按照软性基板厚1mm，恢复电场104V/mm估算，背电极电压需一万伏，接近普通显象管的加速极电压，所以背电极的方法是可行的。
可控光波导平板显示器的行扫描可以利用现有技术已很成熟的电子束扫描方法。沿显示器面板平面排列的扁平光波导具有很小的横截面面积，将光波导的一端按扫描顺序排布成方形的平面阵列，可以很小的扫描偏转角对该平面扫描。经光波导的平面阵列到线阵列排列形式的转换，就可实现可控光波导平板显示器的扫描光输入。若光波导厚0.3mm，宽0.9mm，间隔0.1mm排布在一米长的面板上，其横截面的面积只有300mm2。若将其排成方阵，边长不过18mm，可以很方便地利用电子束偏转方式或光束偏转方式对该方阵扫描。而且从生产工艺方面考虑，光波导的矩阵排列也比波导与发光二极管的端接简单。
光波导面阵射束扫描方法的结构示意见图3a。该方法的扫描角度小，所以容易得到高精度的偏转和聚焦，故可采用功率消耗低、体积小的电场偏转方式并取消通常彩色显象管中必需的阴罩板。由束扫描发光管(14)中的电子枪(15)发出的电子束经偏转电极(16)和后加速电极(17)后打到荧光粉层(18)上。三基色(红R，绿G，蓝B)荧光粉涂敷成条状沿垂直于光波导端面长边的方向依次重复排列，如图3b所示，荧光粉受电子束的激励发光，经透明基板(19)输入波导方阵(20)。光波导输入端与扫描发光管可制成分体式庋阌谥圃旌透弧８菪枰ǖ际淙攵擞敕⒐夤苤浠箍刹迦肫衿２ǖ级送酚胗夥厶醮亩云胍环矫婵梢揽考负纬叽绲募庸ぞ龋部梢栽谄缂霞右豢傻髦绷髌棺髯詈蟮奈⒌鳌９獠ǖ即酉允久姘宓牡锥艘觯霾糠滞獗砻嫱糠蟮驼凵渎使馊瓷洳愫透艄獠恪６送钒瓷璧乃承蚺懦煞秸螅璧乃承蛴赏 c所示。取消阴罩板后，为了避免扫描时混色，扫描沿荧光粉条带的方向。因为每扫描完一个平面才完成图象显示的一行，所以方阵中连续扫描，没有通常行扫描中的回扫消隐过程。扫描完整个方阵平面后，对应的是视频信号的行消隐，经过一场的时间后才历经一个场消隐。该种扫描方式占空时间长，并且大屏幕显示需要高亮度，所以须注意散热并选用温度特性好的荧光粉材料，同时荧光粉的余辉时间应小于行扫描时间。
使用可见光激光器代替电子枪，声光或电光偏转器代替电场偏转板，可以直接对波导方阵进行扫描光输入。也可使用红外激光器，利用红外上转换方法激发发可见光的荧光粉。
本发明的优点是利用现有技术就可实施，且结构简单，成本低。
权利要求
1.一个应用于可控光波导和平板显示器的由光源、可控光波导和光电元件组成的光控自寻址扫描装置，其特征是光源(LED)输入可控光波导(A)中的扫描地址指示光束，受电极控制与显示扫描光束同步地在不同的位置射出，并照射到光束出射位置处的光电元件(Rp)上；产生光响应后的光电元件将扫描控制电压加在下一行(或列)的扫描控制电极上，使扫描换行(或列)的同时也改变了扫描地址指示光束的出射位置。
2.一个应用于可控光波导和平板显示器的行扫描的由电子枪、电子束偏转、电子束激励发光物质和光波导组成的装置，其特征是通过光波导面阵列到线阵列排列形式的转换，实现显示器的小偏转角度的行扫描。
3.根据权利要求1所述的光控自寻址扫描装置，其特征是将扫描控制电极分为二段，分别由权利要求1所述的装置控制二段扫描电极，扫描的后半段相对于前半段延迟一段时间工作以减少液晶层处于半响应状态时所造成的扫描光束混行。
4.根据权利要求1所述的光控自寻址扫描装置，利用背电极加速液晶层的恢复过程，其特征是光波导附着在薄的软基板上，利用光波导间的板基隔墙控制液晶层的厚度，基板背面的导电石墨层和铝电极层上加恢复控制电压。
5.根据权利要求1所述的光控自寻址扫描装置，其特征是光电元件采用光敏电阻，通过光敏电阻的光电阻值与暗电阻值的变化控制扫描电极的充放电。
6.根据权利要求1所述的光控自寻址扫描装置，其特征是由多个独立光源代替可控光波导(A)。
7.根据权利要求2所述的小偏转角度的行扫描装置，其特征是利用激光器代替电子枪和电子束激励发光物质用电光或声光偏转装置代替电子束偏转装置。
全文摘要
本发明为可控光波导平板显示器提供可使液晶响应达到视频扫描速度的光控自寻址场扫描和单电子束或单光束小角度行扫描方法。光束寻址利用一条可控光波导，导波光的漏泄位置与显示器同步，电源通过光束出射处的光敏电阻加在下一行的控制电极上，经过液晶的响应时间后下一行扫描开启。同时也改变了寻址光的出射位置，利用背电极加速液晶的恢复过程，通过光波导面阵列和线阵列的转换实现小角度的行扫描，优点是结构简单，成本低。
文档编号G02F1/13GK1035184SQ8810521
公开日1989年8月30日 申请日期1988年2月12日 优先权日1988年2月12日
发明者章亚明 申请人:章亚明