СПОСОБ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПЛОСКИМ ЭКРАНОМ Российский патент 2000 года по МПК G02F1/1335 G02B6/08 G02B6/10 

Предлагаемый способ относится к области оптоэлектронной информационной технике и может быть использован для построения систем отображения изображений.

Известны способы воспроизведения изображения плоским экраном, например, способы рассмотренные в авторском свидетельстве N 1656587 от 15.02.91 (приоритет 24.05.89), в патенте США N 5150445 от 22.09.92 и в патенте PCT WO 93/09450 от 13.05.93. Способ, рассмотренный в авторском свидетельстве N 1656587, основан на использовании отраженного света от границы разных показателей преломления, создаваемой электрическим полем (см. фиг. 10). К ближайшему аналогу можно отнести способ, описанный в патенте PCT WO 93/09450 (PCT/US 91/08109) от 13.05.93.

Аналог имеет следующие недостатки:
1. Низкая эффективность воспроизведения изображения.

Это обусловлено способом вывода светового потока из волновода через его оболочки и рассеивающий слой - 21 фиг. 8, содержащий микроэлементы, которые рассеивают свет во все стороны, а также большую долю светового потока отражают. Такая большая доля потерь светового потока не зависит от способов выводов светового потока из волновода - электрооптического, термооптического, акустооптического и магнитооптического. С целью повышения эффективности в этом патенте PCT рассматривается другой способ вывода светового потока через отражательные зеркала фиг. 9. Однако для обеспечения такого вывода света нужно получить большой угол преломления, близкий к 90^o (85 - 88^o), а это как известно выводит малую долю светового потока из волновода, и основная доля света при этом обратно отражается.

Следует отметить, что увеличить долю выводимого света путем многократного вывода света из волновода также нельзя, так как при увеличении длины отрезка, выводящего свет волновода, смешиваются разные сигналы. Таким образом, способ вывода света с помощью наклонных зеркал фиг. 9 также имеет малую эффективность.

2. Малая разрешающая способность воспроизводимого изображения.

Рассматриваемые в аналоге способы вывода световых потоков из волновода основаны на многократном преломлении света на определенном отрезке волновода. Это принципиально ограничивает увеличение разрешающей способности, кроме того, из-за малой эффективности вывода света отрезок, выводящий свет волновода, нельзя уменьшить больше чем на определенную длину.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение эффективности и разрешающей способности воспроизводимого изображения плоским экраном.

Для достижения цели предлагаемый способ содержит: процесс вывода световых потоков из N планарных волноводов в слой сегнетоэлектрического жидкого кристалла, для чего каждый из N преобразованных блоком преобразования полицветных световых потоков вводят в I-ый планарный волновод без оболочки, и по нему распространяют световой поток посредством полных внутренних отражений, создаваемых нижней и боковыми гранями паза матрицы, в котором вложен волновод, и верхней гранью, образованной слоем жидкого кристалла, и для вывода светового потока из планарного волновода подают на верхний и нижний электроды электрическое напряжение, создающее электрическое поле с направлением перпендикулярным к направлению распространения светового потока; и процесс ввода светового потока из слоя жидкого кристалла в цилиндрические волноводы без оболочки через боковые грани, направленные перпендикулярно к направлению распространения светового потока, при этом выбирают такой показатель преломления цилиндрических волноводов, который обеспечит через слой оптического клея и защитную пластину полный вывод светового потока в открытое пространство.

Изложенная сущность поясняется вариантом реализации способа устройством, изображенным на чертежах, где:
на фиг. 1 изображен фрагмент поперечного сечения экрана, содержащий планарный волновод без оболочки - 1, матрицу-подложку - 2, непрозрачный электрод - 3, прозрачный электрод - 4, защитную пластину - 5, цилиндрический волновод без оболочки - 6, слой сегнетоэлектрического жидкого кристалла - 7, на фиг. 1 обозначены +U, -U - прилагаемое соответственно положительное и отрицательное напряжение;
на фиг. 2 изображен фрагмент поперечного сечения экрана, где показано преломление светового потока, содержащий все те же элементы 1,2,3,4,5,6,7 фиг. 1 и слой оптического клея - 8, на фиг. 2 обозначены: n₀ - показатель преломления открытого пространства, n₁ - показатель преломления планарного волновода, n₃ - показатель преломления подложки-матрицы, n₄ - показатель преломления сегнетоэлектрического жидкого кристалла без электрического поля, n₄ - показатель преломления сегнетоэлектрического жидкого кристалла с электрическим полем, n₅ - показатель преломления цилиндрического волновода без оболочки, n₆ - показатель преломления защитной пластины и оптического клея; на
фиг. 3 изображен вид сверху матрицы-подложки - 9;
на фиг. 4 ее фрагмент - А, содержащий планарные волноводы - 1, уложенные в пазы матрицы-подложки - 2 и слой жидкого кристалла - 7;
на фиг. 5 изображен вид снизу матрицы-подложки - 10, где показан ее фрагмент - В, содержащий горизонтальные электроды -
на фиг. 6 изображена защитная пластина - 12 с приклеенным к ней слоем цилиндрических волокон - 13; на фиг. 6 отдельно показаны фрагменты - С и D, содержащие защитную пластину - 12, приклеенные цилиндрические волноводы без оболочки - 13, горизонтальные электроды -14;
на фиг. 7 изображена структурная схема, содержащая блок преобразования сигнала - 15, жгут планарных волноводов - 16, плоский оптоэлектронный экран - 17, на фиг. 7 обозначено: Х - входные электрические видеосигналы.

На фиг. 8 и 9 изображены устройства ближайшего аналога, содержащие планарный волновод - 18, оболочки волновода - 19, электроды - 20, рассеивающий слой - 21, оптическую среду с малым показателем преломления - 22. На фиг. 8 и 9 обозначены: ~U, +U, -U - электрические напряжения. S₀ - выводимый световой поток сигнала, S_n1 - теряемый рассеиванием световой поток, S_n2 - теряемый внутренним отражением световой поток.

На фиг. 10 изображено другое устройство аналога авт. свидетельство N 1656587, реализующее способ вывода света электрическим полем, образуемым напряжением U, через образование границы между разными показателями преломления n₁ и n₂, и содержащее планарный волновод - 23, прозрачный электрод - 24, непрозрачный электрод - 25.

Вариант устройства, реализующий предлагаемый способ, функционирует следующим образом.

Электрический видеосигнал Х блоком преобразования - 15 преобразуется в оптический поляризованный полицветный видеосигнал, который через жгут планарных волноводов - 16 подается на оптоэлектронный плоский экран - 17. Оптический видеосигнал, поступающий в каждый I-ый планарный волновод - 1, распространяется по волноводу без электрического поля посредством многократных отражений, создаваемых меньшими показателями преломления n₃ подложки-матрицы - 2 и n₄ жидкого кристалла - 7 по сравнению с показателем преломления n₁ планарного волновода - 1.

При подаче напряжения U на электроды 3 и 4 образуется электрическое поле с направлением, перпендикулярным к направлению распространения световых волн. Это резко увеличивает показатель преломления n'₄ слоя сегнетоэлектрического жидкого кристалла - 7, то есть выполняется условие n'₄≥1,1n₁ и вместо полного внутреннего отражения светового потока до подачи напряжения U на электроды, при котором было n₄≤1,1n₁, световой поток практически полностью выйдет из волновода - 1 в слой жидкого кристалла - 7 с небольшим углом преломления. Таким образом, вышедший световой поток подается на боковую грань цилиндрических волноводов без оболочки с показателем преломления n₅, выполняющим условие n₅>n'₄, при котором вблизи противоположной грани цилиндрического волновода обеспечивается фокусирование светового потока, способствующее практически полному выводу его через слой оптического клея - 8 и защитную пластину - 5 с одинаковым, малым показателем преломления n₆ в открытое пространство с большими углами расхождения, как это показано на фиг. 2
Такой способ вывода световых потоков из планарных волноводов увеличивает эффективность и разрешающую способность воспроизводимого изображения во много раз по сравнению с аналогом.

Работоспособность устройства в реализации предлагаемого способа подтверждают результаты экспериментальных исследований.

Способ используется в оптоэлектронной информационной технике. Способ содержит процесс вывода световых потоков из N планарных волноводов в слой сегнетоэлектрического жидкого кристалла. Каждый из N преобразованных блоком преобразования полицветных световых потоков вводят в I-й планарный волновод без оболочки, и по нему распространяют световой поток посредством полных внутренних отражений, создаваемых нижней и боковыми гранями паза матрицы, в котором вложен волновод, и верхней гранью, образованной слоем жидкого кристалла. Для вывода светового потока из планарного волновода подают на верхний и нижний электроды электрическое напряжение, создающее электрическое поле с направлением, перпендикулярным к направлению распространения светового потока. Вводят световой поток из слоя жидкого кристалла в цилиндрические волноводы без оболочки через боковые грани, направленные перпендикулярно к направлению распространения светового потока. Выбирают такой показатель преломления цилиндрических волноводов, который обеспечит через слой оптического клея и защитную пластину полный вывод светового потока в открытое пространство. Увеличены эффективность и разрешающая способность воспроизводимого изображения. 10 ил.

Способ воспроизведения изображения плоским экраном, при котором вводят световые потоки в слой сегнетоэлектрического жидкого кристалла и выводят световой поток из него в волноводы, отличающийся тем, что световые потоки вводят в слой сегнетоэлектрического жидкого кристалла из N планарных волноводов с показателем преломления n₁, для чего каждый из N преобразованных блоком преобразования полицветных световых потоков вводят в 1-й планарный волновод без оболочки и распространяют световой поток в нем посредством полных внутренних отражений, создаваемых нижней и боковыми гранями паза матрицы, в который вложен волновод, и верхней гранью, образованной слоем сегнетоэлектрического жидкого кристалла, и подают на верхний и нижний электроды электрическое напряжение, создающее электрическое поле с направлением, перпендикулярным направлению распространения светового потока, увеличивающее показатель преломления слоя сегнетоэлектрического жидкого кристалла до величины n'_н ≥ 1,1n₁, и световой поток из слоя сегнетоэлектрического жидкого кристалла вводят в цилиндрические волноводы без оболочки через их боковые грани, направленные перпендикулярно к направлению распространения светового потока, при этом выбирают такой показатель преломления цилиндрических волноводов, который обеспечит полный вывод светового потока в открытое пространство через боковые грани цилиндрических волноводов, слой оптического клея и защитную пластину.